JP2023163097A - Semiconductor optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor optical device.
電界吸収型変調器(以下、EA変調器)に、埋め込めヘテロ構造(Buried Hetero-structure:BH構造)が適用されることがある。BH構造とは、光機能層を含むメサストライプ構造が半導体層(埋め込み層)で埋め込まれた構造であり、高信頼性および高速応答性を達成している。さらに、埋め込み層に凹部を形成し、当該凹部に誘電率の低い樹脂を埋め込むことで、寄生容量を低減することができる(特許文献1及び2)。 A buried hetero-structure (BH structure) is sometimes applied to an electro-absorption modulator (hereinafter referred to as an EA modulator). The BH structure is a structure in which a mesa stripe structure including an optical functional layer is embedded with a semiconductor layer (buried layer), and achieves high reliability and high-speed response. Furthermore, parasitic capacitance can be reduced by forming a recess in the buried layer and filling the recess with a resin having a low dielectric constant (Patent Documents 1 and 2).
埋め込み層の凹部は、形成プロセスで深さの制御が難しい。凹部の深さにばらつきがあると、樹脂の下地の高さが変動するので、これにより樹脂の厚みが変動して特性が変化する。特許文献1には、エッチング停止層によってエッチングを停止することが開示されているが、エッチング停止層がメサストライプ構造の直下にもあるため、電気的特性に影響を与える。引用文献2は、凹部の深さの制御についての言及がない。 It is difficult to control the depth of the recess in the buried layer during the formation process. If there are variations in the depth of the recesses, the height of the resin base will vary, which will cause the thickness of the resin to vary and the characteristics to change. Patent Document 1 discloses that etching is stopped by an etching stop layer, but since the etching stop layer is also located directly under the mesa stripe structure, it affects electrical characteristics. Cited Document 2 makes no mention of controlling the depth of the recess.
本発明は、高信頼性の確保および寄生容量の低減を目的とする。 The present invention aims to ensure high reliability and reduce parasitic capacitance.
半導体光素子は、凸部を上面に有し、前記凸部は第1方向にストライプ状に延びてメサストライプ構造の下端部を構成する半導体層と、前記半導体層の前記凸部の上に前記第1方向に延び、前記メサストライプ構造の他の部分を構成する多重量子井戸層と、前記第1方向に直交する第2方向の両側で前記メサストライプ構造にそれぞれ接触する一対の第1半導体層と、前記第2方向に前記凸部の両隣で、それぞれ、前記半導体層の前記上面にある一対の第2半導体層と、前記一対の第2半導体層の上方にある一対の樹脂層と、前記一対の第2半導体層の上にあり、前記一対の樹脂層の対応する1つの周囲にそれぞれがあり、前記一対の第2半導体層とは構成材料において異なる一対の第3半導体層と、前記半導体層の下面にある第1電極と、前記メサストライプ構造の上端面にあるメサ電極と、前記メサ電極から前記第2方向に延びる引出電極と、前記一対の樹脂層の一方の上方にあって前記引出電極に接続するパッド電極と、を含む第2電極と、を有する。 The semiconductor optical device has a convex portion on an upper surface, and the convex portion extends in a stripe shape in a first direction to form a lower end portion of a mesa stripe structure, and the semiconductor layer has a convex portion on the convex portion of the semiconductor layer. a multi-quantum well layer extending in a first direction and forming another part of the mesa stripe structure; and a pair of first semiconductor layers contacting the mesa stripe structure on both sides of a second direction perpendicular to the first direction. a pair of second semiconductor layers located on the upper surface of the semiconductor layer on both sides of the convex portion in the second direction; a pair of resin layers located above the pair of second semiconductor layers; a pair of third semiconductor layers, each of which is located on a pair of second semiconductor layers, is located around a corresponding one of the pair of resin layers, and is different in constituent material from the pair of second semiconductor layers; a first electrode on the lower surface of the layer, a mesa electrode on the upper end surface of the mesa stripe structure, an extraction electrode extending from the mesa electrode in the second direction, and a first electrode located above one of the pair of resin layers. It has a second electrode including a pad electrode connected to the extraction electrode.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings. In all the figures, members given the same reference numerals have the same or equivalent functions, and their repeated explanations will be omitted. Note that the size of the figure does not necessarily match the magnification.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図2は、図1に示す半導体光素子のII-II線断面図である。半導体光素子は、電界吸収型変調器(EA変調器)であるが、半導体レーザや受光素子であっても構わない。
[First embodiment]
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor optical device according to a first embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the semiconductor optical device shown in FIG. The semiconductor optical device is an electro-absorption modulator (EA modulator), but it may also be a semiconductor laser or a light-receiving device.
[半導体層]
半導体光素子は、半導体層10を有する。半導体層10は、半導体基板(例えばn-InP基板)であってもよいし、半導体基板の上にバッファ層(例えばn-InP層)がある積層体であってもよい。半導体層10は、凸部12を上面に有する。凸部12は第1方向D1にストライプ状に延びる。凸部12は、メサストライプ構造14の下端部を構成する。メサストライプ構造14は、半導体光素子の後方端面16から前方端面18に至るまで延びる。半導体層10(特に凸部12)は、第1導電型(例えばn型)の下部クラッド層として機能する。
[Semiconductor layer]
The semiconductor optical device has a
[多重量子井戸層]
半導体光素子は、多重量子井戸層20を有する。多重量子井戸層20は、半導体層10の凸部12の上に第1方向D1に延びる。多重量子井戸層20は、メサストライプ構造14の他の部分を構成する。半導体層10の上面は、凸部12を除いて、多重量子井戸層20の下端より低い。
[Multiple quantum well layer]
The semiconductor optical device has a multiple
[上部クラッド層]
半導体光素子は、第2導電型(例えばp型)の上部クラッド層22を有する。上部クラッド層22は、多重量子井戸層20の上で第1方向D1にストライプ状に延びる。上部クラッド層22はp-InP層である。多重量子井戸層20と凸部12(下部クラッド層)の間や、多重量子井戸層20と上部クラッド層22との間に、他の層(例えば光閉じ込め層)が配置されてもよい。本実施形態では第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明するが、これは逆であっても構わない。上部クラッド層22の上には、図示しないコンタクト層が配置されている。
[Top cladding layer]
The semiconductor optical device has an
[第1半導体層]
半導体光素子は、一対の第1半導体層24を有する。一対の第1半導体層24は、半絶縁性半導体(例えばFe-InP)からなる。一対の第1半導体層24は、第1方向D1に直交する第2方向D2の両側で、それぞれ、メサストライプ構造14(例えば両側面の全体)に接触する。一対の第1半導体層24は、凸部12の側面に接触し、半導体層10の上面(凸部12を除く)にも接触するように延びる。
[First semiconductor layer]
The semiconductor optical device has a pair of
[第2半導体層]
半導体光素子は、一対の第2半導体層26を有する。一対の第2半導体層26は、意図的に不純物を添加していない真性半導体(例えばInGaAs)からなる。一対の第2半導体層26は、構成材料において、一対の第1半導体層24と異なる。一対の第2半導体層26は、第2方向D2に凸部12の両隣で、それぞれ、半導体層10の上面にある。一対の第2半導体層26の下に、それぞれ、一対の第1半導体層24が延びる。一対の第2半導体層26は、メサストライプ構造14の上端面付近を除いて(凸部12を除いて)、半導体層10の上面を完全に覆っている。さらに、第2半導体層26は、メサストライプ構造14に隣接(接触)する第1半導体層24に、第2方向D2に隣接(接触)する。
[Second semiconductor layer]
The semiconductor optical device has a pair of second semiconductor layers 26. The pair of second semiconductor layers 26 are made of an intrinsic semiconductor (for example, InGaAs) to which impurities are not intentionally added. The pair of second semiconductor layers 26 are different from the pair of first semiconductor layers 24 in their constituent materials. The pair of second semiconductor layers 26 are located on both sides of the
[第3半導体層]
半導体光素子は、一対の第3半導体層28を有する。一対の第3半導体層28は、半絶縁性半導体(例えばFe-InP)からなる。一対の第3半導体層28は、構成材料において、一対の第1半導体層24と同じである。一対の第3半導体層28のそれぞれは、一対の第1半導体層24の対応する1つと連続している。例えば、メサストライプ構造14の側面に沿って、第1半導体層24が立ち上がり、その上端部から第2半導体層26が連続している。また、両者間に、一対の第2半導体層26の対応する1つが介在する。
[Third semiconductor layer]
The semiconductor optical device has a pair of third semiconductor layers 28. The pair of third semiconductor layers 28 are made of a semi-insulating semiconductor (eg, Fe--InP). The pair of third semiconductor layers 28 are made of the same material as the pair of first semiconductor layers 24 . Each of the pair of third semiconductor layers 28 is continuous with a corresponding one of the pair of first semiconductor layers 24. For example, the
一対の第3半導体層28は、それぞれ、一対の第2半導体層26の上で立ち上がる。一対の第3半導体層28は、一対の第2半導体層26とは構成材料において異なる。一対の第3半導体層28のそれぞれは、第1方向D1および2方向の少なくとも一方(例えば両方)に露出する側面を有する(図4参照)。 The pair of third semiconductor layers 28 stand up on the pair of second semiconductor layers 26, respectively. The pair of third semiconductor layers 28 are different from the pair of second semiconductor layers 26 in their constituent materials. Each of the pair of third semiconductor layers 28 has a side surface exposed in at least one (for example, both) of the first direction D1 and two directions (see FIG. 4).
[埋め込み層]
一対の第1半導体層24、一対の第2半導体層26および一対の第3半導体層28は、多重量子井戸層20の埋め込み層30を構成する。埋め込み層30は、メサストライプ構造14の両側にある。埋め込み層30は、メサストライプ構造14の上端面を除いて設けられている。埋め込み層30は、第2方向D2の両側で、メサストライプ構造14の両側面に接触する。埋め込み層30は、メサストライプ構造14より高くなっている。埋め込み層30は、後方端面16から前方端面18に至る。
[Embedded layer]
The pair of first semiconductor layers 24 , the pair of second semiconductor layers 26 , and the pair of third semiconductor layers 28 constitute a buried
一対の第2半導体層26は、半導体層10の上面(凸部12を除く)に沿って水平に延び、メサストライプ構造14の隣では垂直ではなく傾斜して立ち上がる。これは、第1半導体層24の側面が傾斜していることによる。埋め込み層30は、一対の凹部32を有する。凹部32はメサストライプ構造14の両側にある。凹部32は、四方から埋め込み層30で囲まれる。
The pair of second semiconductor layers 26 extend horizontally along the upper surface of the semiconductor layer 10 (excluding the convex portions 12), and rise obliquely instead of vertically next to the
[樹脂層]
半導体光素子は、一対の樹脂層34を有する。一対の樹脂層34は、それぞれ、一対の凹部32に配置されている。樹脂層34は、凹部32を充填するように配置されている。樹脂層34は、埋め込み層30を構成する半導体よりも誘電率の低い材料(例えば、ベンゾシクロブテン(BCB)やポリイミド)からなる。
[Resin layer]
The semiconductor optical device has a pair of resin layers 34. The pair of resin layers 34 are arranged in the pair of
半導体光素子は、半導体ウエハに複数の半導体光素子を形成し、チップ化することで得られる。チップ化するときに、樹脂層34を切断することは難しいので、埋め込み層30(第3半導体層28)で劈開する。したがって、樹脂層34は、半導体光素子の端面や側面に露出しない。
A semiconductor optical device is obtained by forming a plurality of semiconductor optical devices on a semiconductor wafer and making them into chips. Since it is difficult to cut the
一対の樹脂層34は、それぞれ、一対の第2半導体層26の上方にある。一対の第2半導体層26のそれぞれは、一対の第1半導体層24の対応する1つと一対の樹脂層34の対応する1つの間に延びている。一対の樹脂層34は、半導体層10の上面からの高さにおいて、一対の第1半導体層24より高い。樹脂層34は、埋め込み層30より高くなっている。
The pair of resin layers 34 are above the pair of second semiconductor layers 26, respectively. Each of the pair of second semiconductor layers 26 extends between a corresponding one of the pair of first semiconductor layers 24 and a corresponding one of the pair of resin layers 34 . The pair of resin layers 34 are higher than the pair of first semiconductor layers 24 in height from the top surface of the
図3は、図1に示す半導体光素子の後方端面16側から見た側面図である。図4は、図3に示す半導体光素子のIV-IV線断面図である。一対の第3半導体層28のそれぞれは、一対の樹脂層34の対応する1つの周囲にある。一対の第3半導体層28のそれぞれは、第1方向D1および第2方向D2を含むあらゆる周方向から、一対の樹脂層34の対応する1つを囲む。 FIG. 3 is a side view of the semiconductor optical device shown in FIG. 1, viewed from the rear end face 16 side. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the semiconductor optical device shown in FIG. Each of the pair of third semiconductor layers 28 is located around a corresponding one of the pair of resin layers 34. Each of the pair of third semiconductor layers 28 surrounds a corresponding one of the pair of resin layers 34 from all circumferential directions including the first direction D1 and the second direction D2.
[無機絶縁膜]
一対の樹脂層34のそれぞれは、無機絶縁膜36(例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜)に囲まれている。無機絶縁膜36は、一対の樹脂層34のそれぞれと一対の第3半導体層28の対応する1つとの間に介在する。
[Inorganic insulation film]
Each of the pair of resin layers 34 is surrounded by an inorganic insulating film 36 (for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film). The inorganic insulating
無機絶縁膜36は、凹部32の内面に沿って配置される。無機絶縁膜36は、一対の樹脂層34のそれぞれと一対の第1半導体層24の対応する1つとの間に介在する。無機絶縁膜36は、一対の樹脂層34のそれぞれと一対の第2半導体層26の対応する1つとの間に介在する。無機絶縁膜36は、埋め込み層30の一部(凹部32の周囲にある部分)の上端にも配置される(図2)。無機絶縁膜36はメサストライプ構造14の上端面には配置されない。
The inorganic insulating
[第1電極]
半導体光素子は、半導体層10の下面(裏面)にある第1電極38を有する(図2)。第1電極38は、半導体層10の下面のほぼ全面を覆う。第1電極38は、半導体層10と電気的かつ物理的に接続されて同電位になる。第1電極38および半導体層10の間に、半導体層10と同じ導電型の半導体層が介在してもよい。
[First electrode]
The semiconductor optical device has a
[第2電極]
半導体光素子は、第2電極40を有する。第2電極40は、全体的に同じ材料及び同じ構造で構成してもよい。第2電極40は、メサストライプ構造14の上端面にあるメサ電極42を含む。メサ電極42は、メサストライプ構造14と電気的かつ物理的に接続されている。メサ電極42と第1電極38との間に逆バイアスを印加することで、半導体光素子は、多重量子井戸層20で光を吸収する変調器として機能する。
[Second electrode]
The semiconductor optical device has a
メサ電極42は、平面形状において、長方形になっている。メサ電極42の第1方向D1の先端は、後方端面16および前方端面18より内側にある(図1)が、それぞれの端面まで延びていても構わない。大きな寄生容量が高速駆動の妨げとなるので、メサ電極42は、寄生容量を小さくするために小面積であることが好ましい。したがって、メサ電極42は、メサストライプ構造14の上端面を超えて埋め込み層30の上に至るとしても、メサストライプ構造14に隣接する端部のみに載る程度に細いことが好ましい。ここでは、メサ電極42は樹脂層34には重ならない。
The
第2電極40は、メサ電極42から第2方向D2に延びる引出電極44を含む。引出電極44は、第1方向D1の幅において、メサ電極42よりも細い。引出電極44の一部は樹脂層34と重畳する。ここでは、樹脂層34の、メサストライプ構造14に隣接する端部のみが引出電極44と重畳する。第2電極40は、一対の樹脂層34の一方の上方にあって引出電極44に接続するパッド電極46を含む。パッド電極46は、第1方向D1の幅において、引出電極44よりも広い。パッド電極46は、ワイヤボンディングされるようになっている。
The
[作用効果]
半導体光素子は、少なくとも二つの利点を有する。まず、メサストライプ構造14の両側は半導体(埋め込み層30)に接触している。そのため、メサストライプ構造14の側面が無機材料や樹脂に接触している構造と比較して、メサストライプ構造14に含まれる半導体の劣化を防止することができ、信頼性が向上する。
[Effect]
Semiconductor optical devices have at least two advantages. First, both sides of the
次に、埋め込み層30に凹部32が設けられており、そこに樹脂層34が配置されているので、容量成分を低減することができ、優れた高速応答性を実現している。詳しくは、引出電極44の一部およびパッド電極46と半導体層10との間には樹脂層34が配置されている。そのため、これらの電極を起因とする寄生容量を低減することができる。
Next, since the buried
例えば、凹部32がなくパッド電極46の下に埋め込み層30が配置されている構造を想定する。この場合、パッド電極46と半導体層10との間には寄生容量が発生する。寄生容量は、パッド電極46と半導体層10との距離、パッド電極46の面積、そして両者間の層の誘電率に依存する。パッド電極46と半導体層10との間には、半導体(埋め込み層30)がある。従って、寄生容量の大きさは、埋め込み層30の誘電率で決まる。
For example, assume a structure in which there is no
本実施形態では、パッド電極46と半導体層10との間に、半導体(埋め込み層30)より誘電率が小さい樹脂層34があるので、寄生容量を小さくすることができる。そのため、優れた高速応答を達成することができる。
In this embodiment, since there is a
さらに、メサストライプ構造14の両側に樹脂層34が配置されているために、高周波駆動時における容量を低減することが可能となる。メサストライプ構造14に高周波電圧を印加したときに、電界はメサストライプ構造14の内部だけではなくその両脇にも広がる。メサストライプ構造14の両側がすべて埋め込み層30(半導体層)であった場合と比較して、誘電率が低い樹脂層34が配置されていることで、メサストライプ構造14の両脇の電界分布領域を低誘電率化できる。これは、動作の高速化に寄与する。本効果を得るためには、メサストライプ構造14の側面に配置される埋め込み層30の厚さは、10μm以下が望ましく、樹脂層34がない場合と比較して10%以上の帯域向上効果を得るために、5μm以下とすることがさらに望ましい。
Furthermore, since the
一対の樹脂層34がメサストライプ構造14の両側に配置されることは、パッド電極46を起因とする寄生容量を下げるだけではなく、メサストライプ構造14の両側に広がる電界分布領域の低容量化にも寄与する。その結果、高速応答性に優れた半導体光素子を提供することができる。
Placing the pair of resin layers 34 on both sides of the
さらに、埋め込み層30が第2半導体層26を含むので、凹部32の製造性に優れている。後述する製造方法で詳細に説明するが、第2半導体層26は、第1半導体層24および第3半導体層28と異なる材料であるため、凹部32の形成時にエッチング停止層として機能する。
Furthermore, since the buried
本実施形態においては、エッチング停止層として機能する第2半導体層26は、メサストライプ構造14の下方には配置されていない。多重量子井戸層20の下方の凸部12と半導体層10との間に、異なるバンドギャップを持つ層が含まれないために、電気的に影響を与えない。
In this embodiment, the
多重量子井戸層20を中心に導波する光は、埋め込み層30に広がる。第2半導体層26がメサストライプ構造14に近いと、光学的な影響を与える恐れがある。そのため、第2半導体層26は、多重量子井戸層20の側面から300nm以上離れた位置にあることが望ましい。また、第2半導体層26がエッチング停止層として機能しつつ、光学特性への影響を抑えるためには、第2半導体層26の厚さは5nm以下が好ましい。
Light guided around the multiple
樹脂層34は、厚い方が、パッド電極46を起因とする寄生容量を低減することができる。しかし、樹脂層34が凹部32の周囲の埋め込み層30から盛り上がると、パッド電極46とメサ電極42との間に大きな段差(高低差)が生じる。その結果、引出電極44において電極の不連続(段切れ)が生じる恐れがある。そこで、盛り上がらないように樹脂層34を厚くするために、凹部32を深くすることが望ましい。凹部32の深さは、第2半導体層26の位置で決まる。一つの指針として、第2半導体層26を、半導体層10の上面(凸部12を除く)で、多重量子井戸層20の下端より低く配置することが好ましい。
The thicker the
以上のように、半導体光素子は、埋め込み構造の利点である信頼性を保ちつつ、光学的・電気的特性への影響を与えることなく、容量成分の低減が可能になっており、これらは動作の高速化に寄与する。 As described above, semiconductor optical devices can maintain reliability, which is an advantage of a buried structure, while reducing capacitive components without affecting optical or electrical characteristics. Contributes to faster speeds.
[製造方法]
図5~図12は、第1の実施形態に係る半導体光素子の製造方法を説明する図である。本実施形態では、半導体光素子の多面取り製造を行うために、半導体層10をウエハ状で用意する。
[Production method]
5 to 12 are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device according to the first embodiment. In this embodiment, the
図5に示すように、半導体層10上に、多重量子井戸層20および上部クラッド層22を含む半導体多層を形成する。その形成方法は、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法であっても、他の方法であっても構わない。また、メサストライプ構造14となる領域を覆うエッチングマスク48を形成する。
As shown in FIG. 5, a semiconductor multilayer including a multiple
図6に示すように、エッチングマスク48で覆われていない領域をエッチングし、メサストライプ構造14を形成する。ここでは、半導体層10の一部もエッチングして凸部12を形成している。
As shown in FIG. 6, the area not covered by the
図7に示すように、半導体層10の上で、メサストライプ構造14の両側に、第1半導体層24を形成する。第1半導体層24の構成材料はInPとした。形成方法は、MOCVD法であっても、他の方法であっても構わない。第1半導体層24は、半導体層10の上面及びメサストライプ構造14の側面に形成される。メサストライプ構造14に沿って立ち上がる第1半導体層24の側面は、上方に向けて、メサストライプ構造14に近づくように傾く。
As shown in FIG. 7, first semiconductor layers 24 are formed on both sides of the
図8に示すように、第2半導体層26を第1半導体層24の上に形成する。第2半導体層26の構成材料はInGaAsとした。形成方法は、MOCVD法であっても、他の方法であっても構わない。第2半導体層26は、第1半導体層24の表面形状に沿って形成される。第2半導体層26は、第1半導体層24と比較して非常に薄いため、メサストライプ構造14の頂点までは及ばない。
As shown in FIG. 8, a
図9に示すように、第2半導体層26の上に第3半導体層28を形成する。第3半導体層28の構成材料はInPとした。形成方法は、MOCVD法であっても、他の方法であっても構わない。結晶成長は、第3半導体層28がメサストライプ構造14より高くなるまで行うが、メサストライプ構造14と同じ高さで止めてもよい。
As shown in FIG. 9, a
第1半導体層24と第3半導体層28は、メサストライプ構造14の上端部の隣で接触する。両者は同じInPからなるので、実際にはその界面は明確には見られない。そのため、図2では両者の界面を図示していないが、図9では、説明のために両者の界面を図示した。
The
第2半導体層26は、メサストライプ構造14の上端部に隣接して、第1半導体層24を完全に覆ってもよい。その場合、第1半導体層24と第3半導体層28は接しないが、半導体光素子の特性には影響は及ぼさない。その後、エッチングマスク48を除去する。
The
図10に示すように、エッチングマスク50を形成する。エッチングマスク50は、凹部32となる領域を除き、メサストライプ構造14の上端面および第3半導体層28を覆う。
As shown in FIG. 10, an
図11に示すように、エッチングを行って、第3半導体層28の一部を除去する。第3半導体層28の構成材料はInPである。第2半導体層26の構成材料はInPとは異なっており、選択エッチングを利用することでエッチングを第2半導体層26の表面で止めることができる。エッチングにより、凹部32が形成される。凹部32の深さ(底面の位置)は、正確に、第2半導体層26の表面となる。第2半導体層26の材料は、InGaAs、InGaAsPおよびInGaAlAsのいずれであっても構わない。その後、エッチングマスク50を除去する。
As shown in FIG. 11, etching is performed to remove a portion of the
図12に示すように、凹部32を含む表面全体に無機絶縁膜36を形成する。無機絶縁膜36は、埋め込み層30の上端、凹部32の内面、そしてメサストライプ構造14の上端面のすべてを覆う。その後、凹部32に樹脂層34を形成する。樹脂層34は無機絶縁膜36より高くなるように形成する。
As shown in FIG. 12, an inorganic insulating
メサストライプ構造14の上端面で無機絶縁膜36を除去し(スルーホール形成)、第2電極40を形成する(図2参照)。第1電極38を半導体層10の下面(裏面)に形成する。その後、半導体ウエハを劈開する工程を経て、半導体光素子が得られる。
The inorganic insulating
[第2の実施形態]
図13は、第2の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図14は、図13に示す半導体光素子のXIV-XIV線断面図である。
[Second embodiment]
FIG. 13 is a plan view of a semiconductor optical device according to the second embodiment. FIG. 14 is a sectional view taken along the line XIV-XIV of the semiconductor optical device shown in FIG. 13.
無機スペーサ252が、パッド電極246と一対の樹脂層234の一方との間に介在する。無機スペーサ252は、例えば窒化シリコンからなり、樹脂層234よりもパッド電極246との密着性が高い。無機スペーサ252によって、パッド電極246を第1電極238から遠ざけて、パッド電極246を起因とする寄生容量をさらに低減する効果がある。無機スペーサ252は、平面形状において、パッド電極246より大きい。無機スペーサ252は、引出電極244の一部とも重畳する。
An
無機スペーサ252は、端部がメサ電極242と重畳してもよいし、メサストライプ構造214に隣接する埋め込み層230の上まで延びていても構わない。引出電極244およびメサ電極242の一部が無機スペーサ252と重畳すれば、これらの領域の電極を起因とする寄生容量を低減することができる。逆に、無機スペーサ252は、パッド電極246より小さくても構わないが、パッド電極246を起因とする寄生容量の低減効果は弱くなる。
The end portion of the
メサ電極242の一部は、一対の樹脂層234の上にある。そのため、メサ電極242を起因とする寄生容量を低減することができる。第1の実施形態と比較して、メサ電極242が大きくなっているので、寄生容量が大きくなるが、位置ずれに対するトレランス(耐性)が高く、製造性に優れる。細いメサ電極242は、製造時のフォトマスクの位置合わせ精度の影響で、メサストライプ構造214の上端面からずれる恐れがある。
A portion of the
[第3の実施形態]
図15は、第3の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図16は、図15に示す半導体光素子のXVI-XVI線断面図である。図17は、図15に示す半導体光素子のXVII-XVII線断面図である。
[Third embodiment]
FIG. 15 is a plan view of a semiconductor optical device according to the third embodiment. FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI of the semiconductor optical device shown in FIG. 15. FIG. 17 is a sectional view taken along the line XVII-XVII of the semiconductor optical device shown in FIG.
半導体光素子は、変調器集積型半導体レーザであり、EA変調器354および半導体レーザ356を有し、両者は一体的に集積されている。
The semiconductor optical device is a modulator integrated semiconductor laser, and includes an
半導体光素子は、半導体レーザ356とEA変調器354の両者に跨るメサストライプ構造314を有する。半導体レーザ356は、メサストライプ構造314の一部を含む。半導体レーザ356は、EA変調器354に向けて連続光を出射するようになっている。半導体レーザ356の後方(EA変調器354とは反対側)にある、半導体光素子の後方端面316には、図示しない誘電体高反射膜が形成されているが、低反射膜が形成されても構わない。
The semiconductor optical device has a
半導体レーザ356は、DFB(Distributed Feedback)レーザ、FP(Fabry-Perot)レーザ、DBR(Distributed Bragg Reflector)レーザおよびDR(Distributed Reflector)レーザのいずれであってもよく、1.3μm帯または1.55μm帯で発振するようになっている。ただし、波長帯はこれに限定はされず他の波長帯であっても構わない。
The
半導体レーザ356は、多重量子井戸層320と、その上に設けられた回折格子層358を備えている。回折格子層358の上には上部クラッド層322が設けられ、回折格子間にもクラッド層が介在する。多重量子井戸層320の上下にはそれぞれ図示しない光閉じ込め層が設けられ、上部クラッド層322の上には図示しないコンタクト層が設けられる。半導体レーザ356はレーザ電極360を有する。レーザ電極360と第1電極338との間に電圧を印加することで、半導体レーザ356は連続光を発振する。
The
半導体レーザ356は、埋め込み層330に凹部332を有しない。半導体レーザ356には直流電流が注入されるために、寄生容量は問題とならない。むしろ放熱性の観点で、メサストライプ構造314の側面はすべて半導体である埋め込み層330の方が好ましい。また、第2半導体層326は5nm以下としているために、半導体レーザ356の機能に与える影響はほとんどない。
The
EA変調器354は、メサストライプ構造314の他の一部を含む。メサストライプ構造314は、半導体光素子を小型化するために、第2方向D2において半導体光素子の中心位置からずれている。EA変調器354のパッド電極346は、ワイヤボンディングのために、ある程度の面積を必要とする。ワイヤボンディングをするための電極は一つで十分であり、メサストライプ構造314を挟んだ逆側には広い電極は不要である。そのため、第1の実施形態と比較して左側の領域を小さくすることで、半導体光素子が小型化されている。これに伴い、一つの半導体ウエハから取得できる素子数を増加させることができ、コスト低減が可能になる。
EA modulator 354 includes another portion of
なお、第2の実施形態に示す半導体光素子の構造を、第3の実施形態のEA変調器354に適用しても構わない。その他の構成は、メサストライプ構造314が第2方向D2の中心に位置しない点を除いて、第1の実施形態に示した半導体光素子と同一である。
Note that the structure of the semiconductor optical device shown in the second embodiment may be applied to the EA modulator 354 of the third embodiment. The other configurations are the same as the semiconductor optical device shown in the first embodiment except that the
[実施形態の概要]
(1)凸部12を上面に有し、前記凸部12は第1方向D1にストライプ状に延びてメサストライプ構造14の下端部を構成する半導体層10と、前記半導体層10の前記凸部12の上に前記第1方向D1に延び、前記メサストライプ構造14の他の部分を構成する多重量子井戸層20と、前記第1方向D1に直交する第2方向D2の両側で前記メサストライプ構造14にそれぞれ接触する一対の第1半導体層24と、前記第2方向D2に前記凸部12の両隣で、それぞれ、前記半導体層10の前記上面にある一対の第2半導体層26と、前記一対の第2半導体層26の上方にある一対の樹脂層34と、前記一対の第2半導体層26の上にあり、前記一対の樹脂層34の対応する1つの周囲にそれぞれがあり、前記一対の第2半導体層26とは構成材料において異なる一対の第3半導体層28と、前記半導体層10の下面にある第1電極38と、前記メサストライプ構造14の上端面にあるメサ電極42と、前記メサ電極42から前記第2方向D2に延びる引出電極44と、前記一対の樹脂層34の一方の上方にあって前記引出電極44に接続するパッド電極46と、を含む第2電極40と、を有する半導体光素子。
[Overview of embodiment]
(1) A
一対の第1半導体層24、一対の第2半導体層26および一対の第3半導体層28に加えて、一対の樹脂層34によって、寄生容量を低減することができる。さらに、一対の第3半導体層28が、一対の第2半導体層26とは構成材料において異なる。そのため、一対の第3半導体層28のエッチングを、その下にある一対の第2半導体層26で止めることが容易になる。これにより、一対の樹脂層34の下地の高さのばらつきを抑えて、高信頼性を確保することができる。 In addition to the pair of first semiconductor layers 24, the pair of second semiconductor layers 26, and the pair of third semiconductor layers 28, the pair of resin layers 34 can reduce parasitic capacitance. Further, the pair of third semiconductor layers 28 are different from the pair of second semiconductor layers 26 in their constituent materials. Therefore, it becomes easy to stop the etching of the pair of third semiconductor layers 28 at the pair of second semiconductor layers 26 located therebelow. Thereby, variations in the height of the base of the pair of resin layers 34 can be suppressed, and high reliability can be ensured.
(2)(1)に記載された半導体光素子であって、前記一対の第1半導体層24、前記一対の第2半導体層26および前記一対の第3半導体層28は、前記多重量子井戸層20の埋め込み層30を構成し、前記埋め込み層30は、一対の凹部32を有し、前記一対の樹脂層34は、それぞれ、前記一対の凹部32に配置されている半導体光素子。
(2) The semiconductor optical device described in (1), wherein the pair of first semiconductor layers 24, the pair of second semiconductor layers 26, and the pair of third semiconductor layers 28 are the multiple quantum well layers. 20 buried
(3)(1)又は(2)に記載された半導体光素子であって、前記一対の第3半導体層28のそれぞれは、前記第1方向D1および前記第2方向を含むあらゆる周方向から、前記一対の樹脂層34の対応する前記1つを囲む半導体光素子。 (3) In the semiconductor optical device described in (1) or (2), each of the pair of third semiconductor layers 28 can be viewed from any circumferential direction including the first direction D1 and the second direction. A semiconductor optical device surrounding a corresponding one of the pair of resin layers 34.
(4)(1)から(3)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第3半導体層28のそれぞれは、前記第1方向D1および前記第2方向の少なくとも一方に露出する側面を有する半導体光素子。 (4) In the semiconductor optical device according to any one of (1) to (3), each of the pair of third semiconductor layers 28 has at least one of the first direction D1 and the second direction. A semiconductor optical device having one side surface exposed.
(5)(1)から(4)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第1半導体層24は、それぞれ、前記一対の第2半導体層26の下に延びて、前記半導体層10の前記上面に接触している半導体光素子。
(5) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (4), wherein each of the pair of first semiconductor layers 24 extends below the pair of second semiconductor layers 26. and a semiconductor optical device in contact with the upper surface of the
(6)(1)から(5)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第2半導体層26のそれぞれは、前記一対の第1半導体層24の対応する1つと前記一対の樹脂層34の対応する1つの間に延びている半導体光素子。 (6) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (5), wherein each of the pair of second semiconductor layers 26 has a corresponding one of the pair of first semiconductor layers 24. and a corresponding one of the pair of resin layers 34.
(7)(1)から(6)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第1半導体層24は、前記構成材料において、前記一対の前記第2半導体層26と異なる半導体光素子。 (7) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (6), in which the pair of first semiconductor layers 24 is made of the constituent material of the pair of second semiconductor layers 26. and different semiconductor optical devices.
(8)(1)から(7)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第3半導体層28は、前記構成材料において、前記一対の第1半導体層24と同じである半導体光素子。 (8) In the semiconductor optical device according to any one of (1) to (7), the pair of third semiconductor layers 28 are different from the pair of first semiconductor layers 24 in the constituent material. Semiconductor optical devices are the same.
(9)(8)に記載された半導体光素子であって、前記一対の第3半導体層28のそれぞれは、前記一対の第1半導体層24の対応する1つと連続している半導体光素子。 (9) The semiconductor optical device described in (8), wherein each of the pair of third semiconductor layers 28 is continuous with a corresponding one of the pair of first semiconductor layers 24.
(10)(1)から(9)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の樹脂層34のそれぞれと前記一対の第2半導体層26の対応する1つとの間に介在する無機絶縁膜36をさらに有する半導体光素子。
(10) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (9), in which each of the pair of resin layers 34 and a corresponding one of the pair of second semiconductor layers 26 A semiconductor optical device further comprising an inorganic insulating
(11)(10)に記載された半導体光素子であって、前記無機絶縁膜36は、前記一対の樹脂層34のそれぞれと前記一対の第1半導体層24の対応する1つとの間にも介在する半導体光素子。
(11) In the semiconductor optical device described in (10), the inorganic insulating
(12)(10)又は(11)に記載された半導体光素子であって、前記無機絶縁膜36は、前記一対の樹脂層34のそれぞれと前記一対の第3半導体層28の対応する1つとの間にも介在する半導体光素子。
(12) In the semiconductor optical device described in (10) or (11), the inorganic insulating
(13)(1)から(12)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第1半導体層24は、半絶縁性半導体からなる半導体光素子。 (13) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (12), in which the pair of first semiconductor layers 24 are made of a semi-insulating semiconductor.
(14)(1)から(13)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の第2半導体層26は、真性半導体からなる半導体光素子。 (14) A semiconductor optical device according to any one of (1) to (13), in which the pair of second semiconductor layers 26 are made of an intrinsic semiconductor.
(15)(1)から(14)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記パッド電極246と前記一対の樹脂層234の前記一方との間に介在する無機スペーサ252をさらに有する半導体光素子。
(15) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (14), wherein an
(16)(1)から(15)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記半導体層10の前記上面は、前記凸部12を除いて、前記多重量子井戸層20の下端より低い半導体光素子。
(16) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (15), in which the upper surface of the
(17)(1)から(16)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記メサ電極242の一部は、前記一対の樹脂層234の上にある半導体光素子。
(17) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (16), in which a part of the
(18)(1)から(17)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記一対の樹脂層34は、前記半導体層10の前記上面からの高さにおいて、前記一対の第1半導体層24より高い半導体光素子。
(18) In the semiconductor optical device according to any one of (1) to (17), the pair of resin layers 34 are arranged at a height from the top surface of the
(19)(1)から(18)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記半導体光素子は、電界吸収型変調器である半導体光素子。 (19) The semiconductor optical device according to any one of (1) to (18), wherein the semiconductor optical device is an electroabsorption modulator.
(20)(19)に記載された半導体光素子であって、半導体レーザ356をさらに有し、前記電界吸収型変調器354および前記半導体レーザ356が一体的に集積された変調器集積型半導体レーザである半導体光素子。
(20) A semiconductor optical device according to (19), further comprising a
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態を説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the configuration described in the embodiment can be replaced with a configuration that is substantially the same, has the same effect, or can achieve the same purpose.
10 半導体層、12 凸部、14 メサストライプ構造、16 後方端面、18 前方端面、20 多重量子井戸層、22 上部クラッド層、24 第1半導体層、26 第2半導体層、28 第3半導体層、30 埋め込み層、32 凹部、34 樹脂層、36 無機絶縁膜、38 第1電極、40 第2電極、42 メサ電極、44 引出電極、46 パッド電極、48 エッチングマスク、50 エッチングマスク、214 メサストライプ構造、230 埋め込み層、234 樹脂層、238 第1電極、242 メサ電極、244 引出電極、246 パッド電極、252 無機スペーサ、314 メサストライプ構造、316 後方端面、320 多重量子井戸層、322 上部クラッド層、326 第2半導体層、330 埋め込み層、332 凹部、338 第1電極、346 パッド電極、354 EA変調器、356 半導体レーザ、358 回折格子層、360 レーザ電極、D1 第1方向、D2 第2方向。
10 semiconductor layer, 12 convex portion, 14 mesa stripe structure, 16 rear end face, 18 front end face, 20 multiple quantum well layer, 22 upper cladding layer, 24 first semiconductor layer, 26 second semiconductor layer, 28 third semiconductor layer, 30 buried layer, 32 recess, 34 resin layer, 36 inorganic insulating film, 38 first electrode, 40 second electrode, 42 mesa electrode, 44 extraction electrode, 46 pad electrode, 48 etching mask, 50 etching mask, 214 mesa stripe structure , 230 buried layer, 234 resin layer, 238 first electrode, 242 mesa electrode, 244 extraction electrode, 246 pad electrode, 252 inorganic spacer, 314 mesa stripe structure, 316 rear end surface, 320 multiple quantum well layer, 322 upper cladding layer, 326 second semiconductor layer, 330 buried layer, 332 recess, 338 first electrode, 346 pad electrode, 354 EA modulator, 356 semiconductor laser, 358 diffraction grating layer, 360 laser electrode, D1 first direction, D2 second direction.
Claims (20)
前記半導体層の前記凸部の上に前記第1方向に延び、前記メサストライプ構造の他の部分を構成する多重量子井戸層と、
前記第1方向に直交する第2方向の両側で前記メサストライプ構造にそれぞれ接触する一対の第1半導体層と、
前記第2方向に前記凸部の両隣で、それぞれ、前記半導体層の前記上面にある一対の第2半導体層と、
前記一対の第2半導体層の上方にある一対の樹脂層と、
前記一対の第2半導体層の上にあり、前記一対の樹脂層の対応する1つの周囲にそれぞれがあり、前記一対の第2半導体層とは構成材料において異なる一対の第3半導体層と、
前記半導体層の下面にある第1電極と、
前記メサストライプ構造の上端面にあるメサ電極と、前記メサ電極から前記第2方向に延びる引出電極と、前記一対の樹脂層の一方の上方にあって前記引出電極に接続するパッド電極と、を含む第2電極と、
を有する半導体光素子。 a semiconductor layer having a convex portion on an upper surface, the convex portion extending in a stripe shape in a first direction and forming a lower end portion of a mesa stripe structure;
a multi-quantum well layer extending in the first direction over the convex portion of the semiconductor layer and forming another part of the mesa stripe structure;
a pair of first semiconductor layers each contacting the mesa stripe structure on both sides of a second direction perpendicular to the first direction;
a pair of second semiconductor layers located on the upper surface of the semiconductor layer on both sides of the convex portion in the second direction;
a pair of resin layers above the pair of second semiconductor layers;
a pair of third semiconductor layers located on the pair of second semiconductor layers, each located around a corresponding one of the pair of resin layers, and having a different constituent material from the pair of second semiconductor layers;
a first electrode on the lower surface of the semiconductor layer;
A mesa electrode on the upper end surface of the mesa stripe structure, an extraction electrode extending from the mesa electrode in the second direction, and a pad electrode located above one of the pair of resin layers and connected to the extraction electrode. a second electrode comprising;
A semiconductor optical device having
前記一対の第1半導体層、前記一対の第2半導体層および前記一対の第3半導体層は、前記多重量子井戸層の埋め込み層を構成し、
前記埋め込み層は、一対の凹部を有し、
前記一対の樹脂層は、それぞれ、前記一対の凹部に配置されている半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
The pair of first semiconductor layers, the pair of second semiconductor layers, and the pair of third semiconductor layers constitute a buried layer of the multiple quantum well layer,
The buried layer has a pair of recesses,
In the semiconductor optical device, the pair of resin layers are respectively disposed in the pair of recesses.
前記一対の第3半導体層のそれぞれは、前記第1方向および前記第2方向を含むあらゆる周方向から、前記一対の樹脂層の対応する前記1つを囲む半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
In the semiconductor optical device, each of the pair of third semiconductor layers surrounds the corresponding one of the pair of resin layers from all circumferential directions including the first direction and the second direction.
前記一対の第3半導体層のそれぞれは、前記第1方向および前記第2方向の少なくとも一方に露出する側面を有する半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
Each of the pair of third semiconductor layers has a side surface exposed in at least one of the first direction and the second direction.
前記一対の第1半導体層は、それぞれ、前記一対の第2半導体層の下に延びて、前記半導体層の前記上面に接触している半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
In the semiconductor optical device, each of the pair of first semiconductor layers extends below the pair of second semiconductor layers and is in contact with the upper surface of the semiconductor layer.
前記一対の第2半導体層のそれぞれは、前記一対の第1半導体層の対応する1つと前記一対の樹脂層の対応する1つの間に延びている半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
Each of the pair of second semiconductor layers extends between a corresponding one of the pair of first semiconductor layers and a corresponding one of the pair of resin layers.
前記一対の第1半導体層は、前記構成材料において、前記一対の前記第2半導体層と異なる半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
In the semiconductor optical device, the pair of first semiconductor layers are different from the pair of second semiconductor layers in the constituent material.
前記一対の第3半導体層は、前記構成材料において、前記一対の第1半導体層と同じである半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
In the semiconductor optical device, the pair of third semiconductor layers are made of the same constituent material as the pair of first semiconductor layers.
前記一対の第3半導体層のそれぞれは、前記一対の第1半導体層の対応する1つと連続している半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 8,
In the semiconductor optical device, each of the pair of third semiconductor layers is continuous with a corresponding one of the pair of first semiconductor layers.
前記一対の樹脂層のそれぞれと前記一対の第2半導体層の対応する1つとの間に介在する無機絶縁膜をさらに有する半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
The semiconductor optical device further includes an inorganic insulating film interposed between each of the pair of resin layers and a corresponding one of the pair of second semiconductor layers.
前記無機絶縁膜は、前記一対の樹脂層のそれぞれと前記一対の第1半導体層の対応する1つとの間にも介在する半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 10,
In the semiconductor optical device, the inorganic insulating film is also interposed between each of the pair of resin layers and a corresponding one of the pair of first semiconductor layers.
前記無機絶縁膜は、前記一対の樹脂層のそれぞれと前記一対の第3半導体層の対応する1つとの間にも介在する半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 10,
In the semiconductor optical device, the inorganic insulating film is also interposed between each of the pair of resin layers and a corresponding one of the pair of third semiconductor layers.
前記一対の第1半導体層は、半絶縁性半導体からなる半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
The pair of first semiconductor layers is a semiconductor optical device made of a semi-insulating semiconductor.
前記一対の第2半導体層は、真性半導体からなる半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
The pair of second semiconductor layers is a semiconductor optical device made of an intrinsic semiconductor.
前記パッド電極と前記一対の樹脂層の前記一方との間に介在する無機スペーサをさらに有する半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
A semiconductor optical device further comprising an inorganic spacer interposed between the pad electrode and the one of the pair of resin layers.
前記半導体層の前記上面は、前記凸部を除いて、前記多重量子井戸層の下端より低い半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
In the semiconductor optical device, the upper surface of the semiconductor layer, excluding the convex portion, is lower than the lower end of the multiple quantum well layer.
前記メサ電極の一部は、前記一対の樹脂層の上にある半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
A semiconductor optical device in which a part of the mesa electrode is located on the pair of resin layers.
前記一対の樹脂層は、前記半導体層の前記上面からの高さにおいて、前記一対の第1半導体層より高い半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
In the semiconductor optical device, the pair of resin layers are higher in height from the upper surface of the semiconductor layer than the pair of first semiconductor layers.
前記半導体光素子は、電界吸収型変調器である半導体光素子。 The semiconductor optical device according to claim 1,
The semiconductor optical device is an electro-absorption modulator.
半導体レーザをさらに有し、
前記電界吸収型変調器および前記半導体レーザが一体的に集積された変調器集積型半導体レーザである半導体光素子。
The semiconductor optical device according to claim 19,
further comprising a semiconductor laser;
A semiconductor optical device that is a modulator-integrated semiconductor laser in which the electro-absorption modulator and the semiconductor laser are integrally integrated.
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