JP7748266B2 - リッジ型半導体光素子 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係るリッジ型半導体光素子の平面図である。図2は、図1に示すリッジ型半導体光素子のII-II線断面図である。リッジ型半導体光素子は、1.3μm帯の直接変調型半導体レーザであるが、他の波長帯に対応したリッジ型半導体光素子であっても構わないし、レーザに限らず、他の光機能を有した光素子であっても構わない。例えばCWレーザや電界吸収型変調器または受光素子であっても構わない。
リッジ型半導体光素子は、第1導電型の半導体からなる基板10上に、積層体12を有する。積層体12は、第1導電型のバッファ層14、第1導電型の下側SCH(Separated Confinement Heterostructure)層16、活性層18、第2導電型の上側SCH層20を含み、半導体からなる。積層体12は、活性層18または吸収層を含む。
リッジ型半導体光素子は、第1方向D1に延びるメサストライプ構造26を有する。メサストライプ構造26は、積層体12に連続しており、第2導電型のクラッド層22および第2導電型のコンタクト層24を含む。なお、上側SCH層20とクラッド層22との間に、図示しない回折格子層が含まれている。
積層体12は、アイソレーション溝28を有する。アイソレーション溝28は、活性層18または吸収層を分離して第1方向D1に延びる。アイソレーション溝28は、活性層18から横方向へのキャリアの拡散を阻止することを目的として形成されており、活性層18を超えた深さがあればよい。アイソレーション溝28は、バッファ層14に至る深さであっても構わないし、基板10に至る深さを有していてもよい。アイソレーション溝28とメサストライプ構造26の間に第1領域R1がある。
リッジ型半導体光素子は、第1方向D1に延びる土手構造30を有する。土手構造30は、メサストライプ構造26と同様に、クラッド層22とコンタクト層24を有する。メサストライプ構造26、アイソレーション溝28および土手構造30は、第1方向D1に、端面から逆の端面に渡って形成されている。土手構造30は、積層体12の上で第2領域R2に隣接している。土手構造30は、一対の第2領域R2にそれぞれ隣接する一対の土手構造30である。
リッジ型半導体光素子は、表面に、外部環境から半導体層を保護するために、絶縁膜であるパッシベーション膜32を有する。パッシベーション膜32は、土手構造30の上面からアイソレーション溝28の内面、そしてメサストライプ構造26の側面に配置されている。
リッジ型半導体光素子は、電極パターン34を有する。電極パターン34は、Ti/Ptからなる下層と、Auからなる上層の積層構造になっている。積層体12と電極パターン34との間で、メサストライプ構造26の上面の少なくとも一部を避けて、パッシベーション膜32が介在する。
電極パターン34は、リッジ電極36を含む。パッシベーション膜32は、メサストライプ構造26の上面には形成されず、リッジ電極36とコンタクト層24との接続のためのスルーホールを形成している。リッジ電極36は、積層された第1層L1および第2層L2を含む複数層からなる。なお、第1層L1および第2層L2のエッジは、揃える必要はなく、必要に応じてずらしても構わない。
電極パターン34は、土手構造30の上面にあるパッド電極38を含む。パッド電極38は、外部との電気的接続に使用され、図示しないワイヤがボンディングされたり、はんだによってボンディングされたりする。
電極パターン34は、接続電極40を含む。接続電極40は、リッジ電極36およびパッド電極38を接続する。接続電極40は、リッジ電極36およびパッド電極38のいずれよりも、第1方向D1の幅において細くなっている。
裏面電極42が、基板10の裏側に広く配置されている。リッジ電極36と裏面電極42との間に電流を注入することで、活性層18で発光が生じ、端面から光が出射される。なお、裏面電極42は必ずしも基板10の裏面に配置されている必要はない。例えば、土手構造30の一部にバッファ層14や基板10まで至る溝(図示せず)を形成し、それと接続するように電極(図示せず)を配置してもよい。この場合、裏面電極42は電極パターン34と同じ面側に配置されることになる。
リッジ電極36の面積が大きいことは、放熱性の観点では優れるが寄生容量の観点では不利となる。特にアイソレーション溝28により活性層18が寸断されているため、アイソレーション溝28から土手構造30までの積層体12は、発光には関与しない。しかし、これらの領域に配置された電極パターン34の下には、p-i-n構造があるため、容量成分が発生する。例えばアイソレーション溝28の底部の下には絶縁性のパッシベーション膜32が配置されており、これが容量成分となる。アイソレーション溝28の外側でも、パッシベーション膜32に加えて真性半導体層である活性層18が配置されており、やはり容量成分となる。
リッジ型半導体光素子の製造方法では、基板10の上に、有機金属化学気相成長法(MOCVD)や分子線成長法(MBE)を用いた結晶成長を行うことで、積層体12を含む多層膜を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用いてマスクを形成し、エッチングによりアイソレーション溝28を形成する。本工程により、メサストライプ構造26および土手構造も形成する。全面にパッシベーション膜32を形成後、コンタクト層24と接する領域のみパッシベーション膜32を除去する。
図3は、第2の実施形態に係るリッジ型半導体光素子の断面図である。本実施形態は、電極パターン234の形状において、第1の実施形態と異なる。
図4は、第3の実施形態に係るリッジ型半導体光素子の断面図である。リッジ電極336は、アイソレーション溝328の第1壁面S1および底面S3に一部を有するが、第2壁面S2にはない。
図5は、第4の実施形態に係るリッジ型半導体光素子の断面図である。リッジ電極436は、アイソレーション溝428の第1壁面S1および底面S3に一部を有するが、アイソレーション溝428の第2壁面S2にはない。
図6は、第5の実施形態に係るリッジ型半導体光素子の断面図である。リッジ電極536は、アイソレーション溝528の第1壁面S1および底面S3に一部を有するが、第2壁面S2にはない。
(1)活性層18または吸収層を含み、前記活性層18または前記吸収層を分離して第1方向D1に延びるアイソレーション溝28を有し、前記アイソレーション溝28の両側にそれぞれ隣接する第1領域R1および第2領域R2を含む積層体12と、前記積層体12の上で前記第1領域R1に隣接して前記第1方向D1に延びるメサストライプ構造26と、前記積層体12の上で前記第2領域R2に隣接して前記第1方向D1に延びる土手構造30と、前記メサストライプ構造26の上面および側面にあるリッジ電極36を含み、前記土手構造30の上面にあるパッド電極38を含み、前記リッジ電極36および前記パッド電極38を接続する接続電極40を含む電極パターン34と、を有し、前記アイソレーション溝28の内面は、前記第1領域R1に隣接する第1壁面S1と、前記第2領域R2に隣接する第2壁面S2と、前記第1領域R1および前記第2領域R2の間の底面S3と、を含み、前記リッジ電極36は、前記メサストライプ構造26の前記側面から、前記第1方向D1に直交する第2方向D2に沿って、前記アイソレーション溝28の前記第2壁面S2を超えないように、前記土手構造30に向かって拡がり、前記接続電極40は、前記リッジ電極36および前記パッド電極38のいずれよりも、前記第1方向D1の幅において細くなっているリッジ型半導体光素子。
Claims (14)
- 活性層または吸収層を含み、前記活性層または前記吸収層を分離して第1方向に延びるアイソレーション溝を有し、前記アイソレーション溝の両側にそれぞれ隣接する第1領域および第2領域を含む積層体と、
前記積層体の上で前記第1領域に隣接して前記第1方向に延びるメサストライプ構造と、
前記積層体の上で前記第2領域に隣接して前記第1方向に延びる土手構造と、
前記メサストライプ構造の上面および側面にあるリッジ電極を含み、前記土手構造の上面にあるパッド電極を含み、前記リッジ電極および前記パッド電極を接続する接続電極を含む電極パターンと、
を有し、
前記アイソレーション溝の内面は、前記第1領域に隣接する第1壁面と、前記第2領域に隣接する第2壁面と、前記第1領域および前記第2領域の間の底面と、を含み、
前記リッジ電極は、前記メサストライプ構造の前記側面を超えて、前記第1方向に直交する第2方向に沿って、前記アイソレーション溝の前記第2壁面を超えないように、前記土手構造に向かって拡がり、
前記接続電極は、前記リッジ電極および前記パッド電極のいずれよりも、前記第1方向の幅において細くなっており、
前記接続電極は、前記メサストライプ構造の前記側面を超えて、前記第2方向に沿って、前記アイソレーション溝の前記第2壁面を超えない位置で、前記リッジ電極に接続するリッジ型半導体光素子。 - 請求項1に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記リッジ電極は、前記アイソレーション溝の前記内面には至らないように、前記第1領域の上に拡がるリッジ型半導体光素子。 - 請求項1に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記リッジ電極は、前記アイソレーション溝の前記第1壁面に一部を有するリッジ型半導体光素子。 - 請求項3に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記リッジ電極は、前記アイソレーション溝の前記底面に他の一部を有するリッジ型半導体光素子。 - 請求項4に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記リッジ電極は、前記アイソレーション溝の前記第2壁面にさらに他の一部を有するリッジ型半導体光素子。 - 請求項4に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記リッジ電極は、前記アイソレーション溝の前記第2壁面にはないリッジ型半導体光素子。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記リッジ電極は、積層された第1層および第2層を含む複数層からなるリッジ型半導体光素子。 - 請求項7に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記第2層は、前記第1層の一部のみに重なるリッジ型半導体光素子。 - 請求項8に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記第1層は、前記アイソレーション溝の前記内面に一部を有し、
前記第2層は、前記アイソレーション溝の前記内面にはないリッジ型半導体光素子。 - 請求項7から9のいずれか1項に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記第1層は下層であり、前記第2層は上層であるリッジ型半導体光素子。 - 請求項7から9のいずれか1項に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記第1層は上層であり、前記第2層は下層であるリッジ型半導体光素子。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記積層体と前記電極パターンとの間で、前記メサストライプ構造の前記上面の少なくとも一部を避けて介在するパッシベーション膜をさらに有するリッジ型半導体光素子。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記リッジ電極は、前記第1方向の前記幅において、全体的に均等になっているリッジ型半導体光素子。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載されたリッジ型半導体光素子であって、
前記第1領域は、前記メサストライプ構造を挟む一対の第1領域であり、
前記アイソレーション溝は、前記一対の第1領域にそれぞれ隣接する一対のアイソレーション溝であり、
前記第2領域は、前記一対のアイソレーション溝にそれぞれ隣接する一対の第2領域であり、
前記土手構造は、前記一対の第2領域にそれぞれ隣接する一対の土手構造であるリッジ型半導体光素子。
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