JP2010118517A

JP2010118517A - Optical semiconductor device

Info

Publication number: JP2010118517A
Application number: JP2008291025A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Takagi; 和久高木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical semiconductor device that can stably operate by reducing the reflection of light rays on an isolation groove. <P>SOLUTION: The optical semiconductor device includes: an optical semiconductor element 10 including an optical waveguide core layer 14; and first and second anode electrodes 20 and 22 lined up on an upper surface of the optical semiconductor element 10 along an extending direction of the optical waveguide core layer 14. On the upper surface of the optical semiconductor element 10, the isolation groove 26 for enhancing isolation resistance between the first anode electrode 20 and second anode electrode 22 is provided between the first anode electrode 20 and second anode electrode 22. The isolation groove 26 has a first wall surface 32 on the side of the first anode electrode 20 and a second wall surface 34 on the side of the second anode electrode 22. The angle between the normal line N of the first and second wall surfaces 32 and 34 and the extending direction of the optical waveguide core layer 14 is ≥6° and <90°. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信システムや光ディスクシステムなどに用いられる光半導体装置に関するものである。 The present invention relates to an optical semiconductor device used in an optical communication system, an optical disc system, and the like.

光半導体素子の上面において光導波路の延在方向に沿って２つの電極が並べて設けられた光半導体装置がある。この２つの電極のアイソレーション抵抗を高くするために、光半導体素子の上面に、両電極の間において、分離溝を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 There is an optical semiconductor device in which two electrodes are arranged side by side along the extending direction of the optical waveguide on the upper surface of the optical semiconductor element. In order to increase the isolation resistance between the two electrodes, a structure in which a separation groove is provided between the electrodes on the upper surface of the optical semiconductor element has been proposed (for example, see Patent Document 1).

特開平７−５８３１０号公報JP-A-7-58310

従来の光半導体装置は、分離溝の側壁が光導波路の延在方向に対して垂直であった。このため、光導波路を伝搬する光の一部が分離溝を通過する際に反射されて逆方向に伝搬する場合があった。この場合、光半導体素子内で異常発振などが発生し、動作が不安定になるという問題があった。 In the conventional optical semiconductor device, the side wall of the separation groove is perpendicular to the extending direction of the optical waveguide. For this reason, a part of the light propagating through the optical waveguide may be reflected and propagate in the reverse direction when passing through the separation groove. In this case, there has been a problem that abnormal oscillation or the like occurs in the optical semiconductor element and the operation becomes unstable.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、分離溝での光の反射を低減して、安定に動作することができる光半導体装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an optical semiconductor device that can stably operate by reducing the reflection of light at the separation groove. .

第１の発明は、光導波路を含む光半導体素子と、前記光半導体素子の上面において前記光導波路の延在方向に沿って並べて設けられた第１及び第２の電極とを備え、前記光半導体素子の上面には、前記第１の電極と前記第２の電極の間において、前記第１の電極と前記第２の電極のアイソレーション抵抗を高くするために分離溝が設けられ、前記分離溝は、前記第１の電極側にある第１の壁面と、前記第２の電極側にある第２の壁面とを有し、前記第１及び第２の壁面の法線と前記光導波路の延在方向との角度は６度以上９０度未満であることを特徴とする光半導体装置である。 A first invention includes an optical semiconductor element including an optical waveguide, and first and second electrodes provided side by side along the extending direction of the optical waveguide on an upper surface of the optical semiconductor element, and the optical semiconductor A separation groove is provided on the upper surface of the element between the first electrode and the second electrode in order to increase the isolation resistance of the first electrode and the second electrode, and the separation groove Has a first wall surface on the first electrode side and a second wall surface on the second electrode side, the normal line of the first and second wall surfaces and the extension of the optical waveguide. The optical semiconductor device is characterized in that an angle with a current direction is 6 degrees or more and less than 90 degrees.

第２の発明は、光導波路を含む光半導体素子と、前記光半導体素子の上面において前記光導波路の延在方向に沿って並べて設けられた第１及び第２の電極とを備え、前記光半導体素子の上面には、前記第１の電極と前記第２の電極の間において、前記第１の電極と前記第２の電極のアイソレーション抵抗を高くするために分離溝が設けられ、前記分離溝は、前記第１の電極側にある第１の壁面と、前記第２の電極側にある第２の壁面とを有し、前記第１の壁面と前記第２の壁面の距離ｄは、前記光半導体素子の動作波長をλとし、前記光導波路の等価屈折率をｎとし、ｍを正の整数とすると、ｄ＝λｍ／２ｎで表されることを特徴とする光半導体装置である。 A second invention includes an optical semiconductor element including an optical waveguide, and first and second electrodes provided side by side along an extending direction of the optical waveguide on an upper surface of the optical semiconductor element, and the optical semiconductor A separation groove is provided on the upper surface of the element between the first electrode and the second electrode in order to increase the isolation resistance between the first electrode and the second electrode, and the separation groove Has a first wall surface on the first electrode side and a second wall surface on the second electrode side, and the distance d between the first wall surface and the second wall surface is The optical semiconductor device is represented by d = λm / 2n, where λ is the operating wavelength of the optical semiconductor element, n is the equivalent refractive index of the optical waveguide, and m is a positive integer.

本発明により、分離溝での光の反射を低減して、安定に動作することができる光半導体装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an optical semiconductor device that can stably operate by reducing reflection of light at the separation groove.

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る光半導体装置を示す断面図であり、図２はその上面図である。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a sectional view showing an optical semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a top view thereof.

光半導体素子１０は、順番に積層されたｎ型半導体層１２、光導波路コア層１４（光導波路）及びｐ型半導体層１６を含む。光半導体素子１０の下面にはカソード電極１８が設けられている。光半導体素子１０の上面において、第１のアノード電極２０（第１の電極）及び第２のアノード電極２２（第２の電極）が、光導波路コア層１４の延在方向に沿って並べて設けられている。光半導体素子１０の上面には分離溝２４，２６，２８が設けられている。この分離溝２４，２６，２８は、絶縁膜３０により覆われている。 The optical semiconductor element 10 includes an n-type semiconductor layer 12, an optical waveguide core layer 14 (optical waveguide), and a p-type semiconductor layer 16 that are sequentially stacked. A cathode electrode 18 is provided on the lower surface of the optical semiconductor element 10. On the upper surface of the optical semiconductor element 10, a first anode electrode 20 (first electrode) and a second anode electrode 22 (second electrode) are provided side by side along the extending direction of the optical waveguide core layer 14. ing. Separation grooves 24, 26, and 28 are provided on the upper surface of the optical semiconductor element 10. The separation grooves 24, 26 and 28 are covered with an insulating film 30.

分離溝２６は、第１のアノード電極２０と第２のアノード電極２２のアイソレーション抵抗を高くするために、第１のアノード電極２０と第２のアノード電極２２の間に設けられている。この分離溝２６は、第１のアノード電極２０側にある第１の壁面３２と、第２のアノード電極２２側にある第２の壁面３４とを有する。 The separation groove 26 is provided between the first anode electrode 20 and the second anode electrode 22 in order to increase the isolation resistance between the first anode electrode 20 and the second anode electrode 22. The separation groove 26 has a first wall surface 32 on the first anode electrode 20 side and a second wall surface 34 on the second anode electrode 22 side.

実施の形態１では、分離溝２６は、光半導体素子１０の側面から見て矩形である。そして、第１及び第２の壁面３２，３４は、光半導体素子１０の上面から見て平行である。また、第１及び第２の壁面３２，３４の法線Ｎと光導波路コア層１４の延在方向（光が伝搬する方向）との角度θは６度以上９０度未満である。 In the first embodiment, the separation groove 26 is rectangular when viewed from the side surface of the optical semiconductor element 10. The first and second wall surfaces 32 and 34 are parallel when viewed from the upper surface of the optical semiconductor element 10. Further, the angle θ between the normal line N of the first and second wall surfaces 32 and 34 and the extending direction of the optical waveguide core layer 14 (the direction in which light propagates) is 6 degrees or more and less than 90 degrees.

図３は、分離溝の壁面の法線と光導波路コア層の延在方向との角度に対する反射率の低減率を計算した結果である。シミュレーションでは、第１及び第２の壁面３２、３４の法線Ｎと光導波路コア層１４の延在方向との角度θが３度の付近で一時的に反射率の低減率が小さくなる。角度θが６度から、反射率が急激に低下し始める。角度θが７度より大きくなると反射量は１／１００（一２０ｄＢ）以下となる。半導体光素子における一般的なアプリケーションでは、光の反射量を１／１００（−２０ｄＢ）に落とせるかどうかがレーザダイオードの異常発振を抑える上で鍵となる。このことから、角度θは６度以上がよく、さらに７度より大きい方がより好ましい。また、この角度θは、９０度で製造上の限界となるので上限は９０度未満である。 FIG. 3 shows the result of calculating the reflectance reduction ratio with respect to the angle between the normal of the wall surface of the separation groove and the extending direction of the optical waveguide core layer. In the simulation, when the angle θ between the normal line N of the first and second wall surfaces 32 and 34 and the extending direction of the optical waveguide core layer 14 is around 3 degrees, the reflectance reduction rate is temporarily reduced. When the angle θ is 6 degrees, the reflectivity starts to decrease rapidly. When the angle θ is greater than 7 degrees, the amount of reflection is 1/100 (one 20 dB) or less. In general applications in semiconductor optical devices, whether or not the amount of reflected light can be reduced to 1/100 (−20 dB) is the key to suppressing abnormal oscillation of the laser diode. Therefore, the angle θ is preferably 6 degrees or more, and more preferably larger than 7 degrees. The angle θ is 90 degrees, which is a manufacturing limit, so the upper limit is less than 90 degrees.

従来のように分離溝の側壁が光導波路の延在方向に対して垂直である場合（θが０度）に比べて、本実施の形態のように角度θを６度以上にした場合は、光の反射率を従来より低くすることができ、さらに７度より大きくした場合には、光の反射率をおよそ１／１００以下にすることができる。よって、本実施の形態に係る光半導体装置は、分離溝での光の反射を低減して、安定に動作することができる。 When the angle θ is set to 6 degrees or more as in the present embodiment, compared to the case where the side wall of the separation groove is perpendicular to the extending direction of the optical waveguide as in the prior art (θ is 0 degree), The reflectance of light can be made lower than that of the prior art, and when it is made larger than 7 degrees, the reflectance of light can be reduced to about 1/100 or less. Therefore, the optical semiconductor device according to the present embodiment can operate stably by reducing the reflection of light at the separation groove.

なお、ｎ型半導体層１２、光導波路コア層１４及びｐ型半導体層１６は、ＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｌＮなどの材料から構成されるか、又は、これらの薄膜層を積層した構造である。カソード電極１８、第１のアノード電極２０及び第２のアノード電極２２は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ａｕなどの層を積層した構造である。分離溝２４，２６，２８は、ウェットエッチング、ドライエッチング、又は、これらを併用した方法により形成される。絶縁膜３０の材料は例えばＳｉＯ_２やＳｉＮである。 The n-type semiconductor layer 12, the optical waveguide core layer 14, and the p-type semiconductor layer 16 are made of a material such as InP, GaAs, InGaAsP, AlGaInAs, and GaAlN, or have a structure in which these thin film layers are stacked. is there. The cathode electrode 18, the first anode electrode 20, and the second anode electrode 22 have a structure in which layers of Ti, Cr, Pt, Au, and the like are laminated. The separation grooves 24, 26, and 28 are formed by wet etching, dry etching, or a method using a combination thereof. The material of the insulating film 30 is, for example, SiO ₂ or SiN.

実施の形態２．
図４は実施の形態２に係る光半導体装置を示す上面図である。第１及び第２の壁面３２，３４は、光半導体素子１０の上面から見て、光導波路コア層１４の延在方向に対して垂直な線Ｐを挟んで対称である。その他の構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態でも、第１及び第２の壁面３２，３４の法線Ｎと光導波路コア層１４の延在方向との角度θは６度以上９０度未満であり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a top view showing the optical semiconductor device according to the second embodiment. The first and second wall surfaces 32 and 34 are symmetrical with respect to a line P perpendicular to the extending direction of the optical waveguide core layer 14 when viewed from the upper surface of the optical semiconductor element 10. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Also in the present embodiment, the angle θ between the normal line N of the first and second wall surfaces 32 and 34 and the extending direction of the optical waveguide core layer 14 is 6 degrees or more and less than 90 degrees, which is the same as in the first embodiment. The effect of can be obtained.

実施の形態３．
図５は実施の形態３に係る光半導体装置を示す断面図である。分離溝２６は、光半導体素子１０の側面から見て逆メサ形状である。その他の構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態でも、第１及び第２の壁面３２，３４の法線Ｎと光導波路コア層１４の延在方向との角度θは６度以上９０度未満であり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a sectional view showing an optical semiconductor device according to the third embodiment. The separation groove 26 has an inverted mesa shape when viewed from the side surface of the optical semiconductor element 10. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Also in the present embodiment, the angle θ between the normal line N of the first and second wall surfaces 32 and 34 and the extending direction of the optical waveguide core layer 14 is 6 degrees or more and less than 90 degrees, which is the same as in the first embodiment. The effect of can be obtained.

実施の形態４．
図６は実施の形態４に係る光半導体装置を示す断面図であり、図７はその上面図である。分離溝２６は、光半導体素子１０の側面から見て矩形である。そして、第１及び第２の壁面３２，３４は、光半導体素子１０の上面から見て平行である。また、従来と同様に分離溝２６の第１及び第２の壁面３２，３４が光導波路コア層１４の延在方向に対して垂直である。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a sectional view showing an optical semiconductor device according to the fourth embodiment, and FIG. 7 is a top view thereof. The separation groove 26 is rectangular when viewed from the side surface of the optical semiconductor element 10. The first and second wall surfaces 32 and 34 are parallel when viewed from the upper surface of the optical semiconductor element 10. Further, the first and second wall surfaces 32 and 34 of the separation groove 26 are perpendicular to the extending direction of the optical waveguide core layer 14 as in the conventional case.

実施の形態４では、第１の壁面３２と第２の壁面３４の距離ｄは、光半導体素子１０の動作波長をλとし、光導波路コア層１４の等価屈折率をｎとし、ｍを正の整数とすると、ｄ＝λｍ／２ｎで表される。 In the fourth embodiment, the distance d between the first wall surface 32 and the second wall surface 34 is such that the operating wavelength of the optical semiconductor element 10 is λ, the equivalent refractive index of the optical waveguide core layer 14 is n, and m is positive. If it is an integer, it is expressed by d = λm / 2n.

これにより、分離溝２６の第１の壁面３２と第２の壁面３４で反射された光の位相が逆位相となり打ち消しあう。よって、本実施の形態に係る光半導体装置は、分離溝での光の反射を低減して、安定に動作することができる。 Thereby, the phases of the light reflected by the first wall surface 32 and the second wall surface 34 of the separation groove 26 become opposite phases and cancel each other. Therefore, the optical semiconductor device according to the present embodiment can operate stably by reducing the reflection of light at the separation groove.

実施の形態１に係る光半導体装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an optical semiconductor device according to a first embodiment. で実施の形態１に係る光半導体装置を示す上面図である。2 is a top view showing the optical semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 分離溝の壁面の法線と光導波路コア層の延在方向との角度に対する反射率の低減率を計算した結果である。It is the result of having calculated the reduction rate of the reflectance with respect to the angle of the normal line of the wall surface of a separation groove, and the extending direction of an optical waveguide core layer. 実施の形態２に係る光半導体装置を示す上面図である。FIG. 6 is a top view showing an optical semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態３に係る光半導体装置を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an optical semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態４に係る光半導体装置を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an optical semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態４に係る光半導体装置を示す上面図である。FIG. 6 is a top view showing an optical semiconductor device according to a fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０光半導体素子
１４光導波路コア層（光導波路）
２０第１のアノード電極（第１の電極）
２２第２のアノード電極（第２の電極）
２６分離溝
３２第１の壁面
３４第２の壁面
Ｎ法線
Ｐ垂直な線 10 Optical Semiconductor Element 14 Optical Waveguide Core Layer (Optical Waveguide)
20 First anode electrode (first electrode)
22 Second anode electrode (second electrode)
26 Separation Groove 32 First Wall 34 Second Wall N Normal P Vertical Line

Claims

光導波路を含む光半導体素子と、
前記光半導体素子の上面において前記光導波路の延在方向に沿って並べて設けられた第１及び第２の電極とを備え、
前記光半導体素子の上面には、前記第１の電極と前記第２の電極の間において、前記第１の電極と前記第２の電極のアイソレーション抵抗を高くするために分離溝が設けられ、
前記分離溝は、前記第１の電極側にある第１の壁面と、前記第２の電極側にある第２の壁面とを有し、
前記第１及び第２の壁面の法線と前記光導波路の延在方向との角度は６度以上９０度未満であることを特徴とする光半導体装置。 An optical semiconductor element including an optical waveguide;
A first electrode and a second electrode provided side by side along the extending direction of the optical waveguide on the upper surface of the optical semiconductor element;
On the upper surface of the optical semiconductor element, a separation groove is provided between the first electrode and the second electrode to increase the isolation resistance between the first electrode and the second electrode,
The separation groove has a first wall surface on the first electrode side and a second wall surface on the second electrode side,
An optical semiconductor device, wherein an angle between a normal line of the first and second wall surfaces and an extending direction of the optical waveguide is 6 degrees or more and less than 90 degrees.

前記第１及び第２の壁面は、前記光半導体素子の上面から見て平行であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。 2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second wall surfaces are parallel when viewed from an upper surface of the optical semiconductor element.

前記第１及び第２の壁面は、前記光半導体素子の上面から見て、前記光導波路の延在方向に対して垂直な線を挟んで対称であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。 The first and second wall surfaces are symmetrical with respect to a line perpendicular to the extending direction of the optical waveguide when viewed from the upper surface of the optical semiconductor element. Optical semiconductor device.

前記分離溝は、前記光半導体素子の側面から見て逆メサ形状であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the separation groove has an inverted mesa shape when viewed from a side surface of the optical semiconductor element.

光導波路を含む光半導体素子と、
前記光半導体素子の上面において前記光導波路の延在方向に沿って並べて設けられた第１及び第２の電極とを備え、
前記光半導体素子の上面には、前記第１の電極と前記第２の電極の間において、前記第１の電極と前記第２の電極のアイソレーション抵抗を高くするために分離溝が設けられ、
前記分離溝は、前記第１の電極側にある第１の壁面と、前記第２の電極側にある第２の壁面とを有し、
前記第１の壁面と前記第２の壁面の距離ｄは、前記光半導体素子の動作波長をλとし、前記光導波路の等価屈折率をｎとし、ｍを正の整数とすると、ｄ＝λｍ／２ｎで表されることを特徴とする光半導体装置。 An optical semiconductor element including an optical waveguide;
A first electrode and a second electrode provided side by side along the extending direction of the optical waveguide on the upper surface of the optical semiconductor element;
On the upper surface of the optical semiconductor element, a separation groove is provided between the first electrode and the second electrode to increase the isolation resistance between the first electrode and the second electrode,
The separation groove has a first wall surface on the first electrode side and a second wall surface on the second electrode side,
The distance d between the first wall surface and the second wall surface is defined as follows: d = λm /, where λ is the operating wavelength of the optical semiconductor element, n is the equivalent refractive index of the optical waveguide, and m is a positive integer. An optical semiconductor device represented by 2n.