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JP6705693B2 - Optical semiconductor device and semiconductor monolithic optical circuit - Google Patents
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JP6705693B2 JP2016092346A JP2016092346A JP6705693B2 JP 6705693 B2 JP6705693 B2 JP 6705693B2 JP 2016092346 A JP2016092346 A JP 2016092346A JP 2016092346 A JP2016092346 A JP 2016092346A JP 6705693 B2 JP6705693 B2 JP 6705693B2
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本発明は、リッジ装荷型の半導体光増幅器、注入電流型の光変調器、あるいは逆バイアス付加型の電界吸収型光変調器等の光半導体素子、および光半導体素子を他の回路と共に同一基板上に集積化した半導体モノリシック型光回路に関するものである。 The present invention provides an optical semiconductor device such as a ridge-loaded semiconductor optical amplifier, an injection current type optical modulator, or a reverse bias addition type electro-absorption optical modulator, and an optical semiconductor device together with other circuits on the same substrate. The present invention relates to a semiconductor monolithic optical circuit integrated in.

従来より、光半導体素子として、リッジ装荷型の半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)、注入電流型の光変調器、あるいは逆バイアス付加型の電界吸収型(Electro-Absorption:EA)光変調器等が提案され、実用化されている。これらの光半導体素子を用いる半導体モノリシック型光回路として、例えば10Gb/sを越える高速なカオス信号を生成する高速カオス光信号生成光回路(特許文献1)や、光信号に遅延を付与して出力する光信号バッファメモリ回路(特許文献2)などがある。 Conventionally, as an optical semiconductor element, a ridge-loaded semiconductor optical amplifier (SOA), an injection current type optical modulator, or a reverse bias addition type electro-absorption (EA) optical modulator. Etc. have been proposed and put into practical use. As a semiconductor monolithic optical circuit using these optical semiconductor elements, for example, a high-speed chaotic optical signal generation optical circuit (Patent Document 1) that generates a high-speed chaotic signal exceeding 10 Gb/s, and outputs by adding a delay to the optical signal. There is an optical signal buffer memory circuit (Patent Document 2) and the like.

図11は特許文献1に開示された高速カオス光信号生成光回路の構成を説明するブロック図である。高速カオス光信号生成光回路は、マッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1と、マッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の後述する光出力ポートP−MZ−1−crossから出力されたRZ(Return to Zero)型クロック信号光を2系統に分波する光分波部SP−1と、光分波部SP−1で分波された2系統のRZ型クロック信号光がマッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1内の後述する光位相変調部R1,L1に到達するまでの光伝搬遅延差に相当する遅延を、光位相変調部R1,L1に入力される2系統のRZ型クロック信号光の内、光位相変調部R1,L1に到達するまでの光伝搬遅延が長い方のRZ型クロック信号光に付与する光伝搬遅延差付与部D−D−1とから構成される。 FIG. 11 is a block diagram illustrating the configuration of the high-speed chaotic optical signal generation optical circuit disclosed in Patent Document 1. The high-speed chaotic optical signal generation optical circuit was output from the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1 and the optical output port P-MZ-1-cross of the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1 described later. An optical demultiplexing unit SP-1 that demultiplexes RZ (Return to Zero) type clock signal light into two systems, and two systems of RZ type clock signal light demultiplexed by the optical demultiplexing unit SP-1 interfere with Mach-Zehnder interference. Two types of RZ type, which are input to the optical phase modulators R1 and L1 with a delay corresponding to the difference in optical propagation delay until reaching optical phase modulators R1 and L1 described later in the optical intensity modulator MZ-1 Of the clock signal lights, the optical propagation delay difference adding unit D-D-1 is added to the RZ type clock signal light having the longer optical propagation delay until reaching the optical phase modulators R1 and L1.

マッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1は、図示しないクロック信号光源から出力される、ピーク光パワーが一定のRZ型のクロック信号光を受ける光入力ポートP−MZ−1−1と、光入力ポートP−MZ−1−1に入力されたRZ型クロック信号光を伝送する2つの光干渉アームと、この2つの光干渉アームの端部に設けられた2つの光出力ポートP−MZ−1−cross,P−MZ−1−barと、光分波部SP−1で分波された2つの光信号をマッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の2つの光干渉アーム内の後述する光位相変調部R1,L1へ入力するための位相変調制御用の光入力ポートP−R1,P−L1と、2つの光干渉アームに1つずつ設けられ、光干渉アームにより伝送されるRZ型クロック信号光を、光入力ポートP−R1,P−L1から入力されるRZ型クロック信号光の光強度に応じて位相変調する光位相変調部R1,L1とから構成される。 The Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1 includes an optical input port P-MZ-1-1 for receiving an RZ type clock signal light having a constant peak optical power output from a clock signal light source (not shown), and an optical input port P-MZ-1-1. Two optical interference arms that transmit the RZ-type clock signal light input to the input port P-MZ-1-1 and two optical output ports P-MZ- provided at the ends of the two optical interference arms. 1-cross, P-MZ-1-bar, and two optical signals demultiplexed by the optical demultiplexing unit SP-1 will be described later in the two optical interference arms of the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulation unit MZ-1. The optical input ports P-R1 and P-L1 for controlling the phase modulation for inputting to the optical phase modulators R1 and L1 and the RZ that is provided for each of the two optical interference arms and transmitted by the optical interference arms. Optical phase modulators R1 and L1 that phase-modulate the type clock signal light according to the light intensity of the RZ type clock signal light input from the optical input ports P-R1 and P-L1.

図11における100は一端が光入力ポートP−MZ−1−1に接続され他端が光位相変調部L1の入力に接続された光導波路、101は一端が光導波路100に近接して配置され他端が光位相変調部R1の入力に接続された光導波路、102は一端が光位相変調部L1の出力に接続され他端が光出力ポートP−MZ−1−barに接続された光導波路、103は一端が光位相変調部R1の出力に接続され他端が光出力ポートP−MZ−1−crossに接続され、一部が光導波路102と近接して配置された光導波路である。 In FIG. 11, reference numeral 100 denotes an optical waveguide whose one end is connected to the optical input port P-MZ-1-1 and whose other end is connected to the input of the optical phase modulator L1, and 101 is arranged so that one end is close to the optical waveguide 100. An optical waveguide having the other end connected to the input of the optical phase modulator R1, and 102, an optical waveguide having one end connected to the output of the optical phase modulator L1 and the other end connected to the optical output port P-MZ-1-bar. , 103 are optical waveguides, one end of which is connected to the output of the optical phase modulator R1 and the other end of which is connected to the optical output port P-MZ-1-cross, and a part of which is arranged close to the optical waveguide 102.

光導波路100,102がマッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の一方の光干渉アームを構成し、光導波路101,103がマッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の他方の光干渉アームを構成している。光導波路100と光導波路101との間では、光信号の漏洩が発生し、光導波路100に入力された光信号は光導波路101にも入力される。光導波路102と光導波路103との間では、相互に光信号の漏洩が発生する。 The optical waveguides 100 and 102 constitute one optical interference arm of the Mach-Zehnder interference type optical intensity modulator MZ-1, and the optical waveguides 101 and 103 the other optical interference arm of the Mach-Zehnder interference type optical intensity modulator MZ-1. Is composed of. An optical signal leaks between the optical waveguide 100 and the optical waveguide 101, and the optical signal input to the optical waveguide 100 is also input to the optical waveguide 101. Optical signals leak mutually between the optical waveguides 102 and 103.

また、104は一端が光出力ポートP−MZ−1−crossに接続され他端が光分波部SP−1の入力に接続された光導波路、105は一端が光分波部SP−1の第1の出力に接続され他端が光伝搬遅延差付与部D−D−1の入力に接続された光導波路、106は一端が光分波部SP−1の第2の出力に接続され他端が光入力ポートP−R1に接続された光導波路、109は一端が光伝搬遅延差付与部D−D−1の出力に接続され他端が光入力ポートP−L1に接続された光導波路である。 Further, 104 is an optical waveguide whose one end is connected to the optical output port P-MZ-1-cross and the other end is connected to the input of the optical demultiplexing unit SP-1, and 105 is one end of the optical demultiplexing unit SP-1. An optical waveguide connected to the first output and the other end connected to the input of the optical propagation delay difference providing unit DD-1. One end of 106 is connected to the second output of the optical demultiplexing unit SP-1. An optical waveguide whose end is connected to the optical input port P-R1, and 109 is an optical waveguide whose one end is connected to the output of the optical propagation delay difference providing unit D-D-1 and whose other end is connected to the optical input port P-L1. Is.

図12は光位相変調部R1の構成例を示すブロック図である。光位相変調部R1は、マッハツェンダー干渉回路であり、マッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の光干渉アーム(図11の101)により伝送され光入力ポート1007に入力されたRZ型クロック信号光(以下、被位相変調信号光とする)と光分波部SP−1で分波され光入力ポート1008(図11のP−R1)に入力されたRZ型クロック信号光(以下、位相変調制御信号光とする)とを合波して、合波した信号光を2系統に分波する光干渉型合分岐手段であるマルチモード干渉カプラ(MMI)b1と、マルチモード干渉カプラb1から出力される2つの信号光を伝送する2つの光導波路アームと、2つの光導波路アームにより伝送される2つの信号光を合波して、合波した信号光を2系統に分波する光干渉型合分岐手段であるマルチモード干渉カプラb2と、2つの光導波路アームに1つずつ設けられ、被位相変調信号光を位相変調制御信号光の光強度に応じて位相変調する光位相変調制御部c1,c2と、2つの光導波路アームの一方に設けられ、外部から供給される注入電流量に応じて、信号光の位相を調整することが可能な位相調整部d1と、マルチモード干渉カプラb2の一方の光出力ポートに接続された受光部f1とから構成される。図12における1009は図11に示した光導波路103と接続される光位相変調部R1の光出力ポートである。光位相変調部L1の構成も光位相変調部R1と同じである。 FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the optical phase modulator R1. The optical phase modulator R1 is a Mach-Zehnder interferometer circuit, and is an RZ-type clock signal transmitted by the optical interference arm (101 in FIG. 11) of the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1 and input to the optical input port 1007. RZ-type clock signal light (hereinafter referred to as phase modulation) that is demultiplexed by light (hereinafter referred to as phase-modulated signal light) and is input to the optical input port 1008 (P-R1 in FIG. 11). Output from the multi-mode interference coupler b1 and the multi-mode interference coupler (MMI) b1 which is an optical interference type coupling/dividing means for demultiplexing the multiplexed signal light into two systems. Optical waveguide type that transmits two signal lights that are transmitted and two signal lights that are transmitted by the two optical waveguide arms are multiplexed, and the combined signal light is demultiplexed into two systems. A multi-mode interference coupler b2, which is a coupling/splitting unit, and an optical phase modulation controller c1 that is provided in each of the two optical waveguide arms and that phase-modulates the phase-modulated signal light according to the light intensity of the phase-modulation control signal light. , C2, a phase adjuster d1 provided on one of the two optical waveguide arms and capable of adjusting the phase of the signal light in accordance with the amount of injected current supplied from the outside, and the multimode interference coupler b2. The light receiving portion f1 is connected to one of the light output ports. Reference numeral 1009 in FIG. 12 denotes an optical output port of the optical phase modulator R1 connected to the optical waveguide 103 shown in FIG. The configuration of the optical phase modulator L1 is the same as that of the optical phase modulator R1.

図11、図12に示した高速カオス光信号生成光回路では、光位相変調制御部c1,c2としてSOAまたはEA光変調器が使用され、位相調整部d1として注入電流型の光変調器が使用される。
高速カオス光信号生成光回路の動作については特許文献1に開示されているので、詳細な説明は省略する。
In the high-speed chaotic optical signal generation optical circuit shown in FIGS. 11 and 12, an SOA or EA optical modulator is used as the optical phase modulation control units c1 and c2, and an injection current type optical modulator is used as the phase adjustment unit d1. To be done.
Since the operation of the high-speed chaotic optical signal generation optical circuit is disclosed in Patent Document 1, detailed description thereof will be omitted.

図13は特許文献2に開示された光信号バッファメモリ回路の構成を説明するブロック図である。光信号バッファメモリ回路において、P−OCLK−Inは、クロック信号光CLK−1の外部光入力ポートである。クロック信号光CLK−1は、クロック信号光源から出力されるクロック光パルスであって、ピーク光パワーが一定のRZ型のクロック信号光である。P−Data−Inは、光信号列Data−1の外部光入力ポートである。光信号列Data−1は、光信号バッファメモリ回路へ格納する目的で入力されるデータ用光信号列である。 FIG. 13 is a block diagram illustrating the configuration of the optical signal buffer memory circuit disclosed in Patent Document 2. In the optical signal buffer memory circuit, P-OCLK-In is an external optical input port for the clock signal light CLK-1. The clock signal light CLK-1 is a clock light pulse output from the clock signal light source and is an RZ type clock signal light having a constant peak light power. P-Data-In is an external optical input port of the optical signal train Data-1. The optical signal sequence Data-1 is an optical signal sequence for data input for the purpose of storing it in the optical signal buffer memory circuit.

P−FF−Inは、光信号列FF−1の外部光入力ポートである。光信号列FF−1は、光信号バッファメモリ回路へ格納されたデータ用光信号列の情報のマーク(1)とスペース(0)をすべて反転させる、いわゆる、フリップフロップ操作を行う際に入力されるフリップフロップ制御用光信号列である。P−ERS−Inは、光信号列ERS−1の外部光入力ポートである。光信号列ERS−1は、光信号バッファメモリ回路へ格納された情報をリセットさせる際に入力される消去制御用光信号列である。 P-FF-In is an external optical input port of the optical signal train FF-1. The optical signal sequence FF-1 is input when performing a so-called flip-flop operation, which inverts all the information marks (1) and spaces (0) of the data optical signal sequence stored in the optical signal buffer memory circuit. Is an optical signal sequence for flip-flop control. P-ERS-In is an external optical input port of the optical signal train ERS-1. The optical signal sequence ERS-1 is an erase control optical signal sequence that is input when the information stored in the optical signal buffer memory circuit is reset.

C−2は、光入力ポートP−C2−1,P−C2−2と光出力ポートP−C2−3,P−C2−4とを有し、外部光入力ポートP−Data−Inから光導波路116を介して光入力ポートP−C2−1へ入力された入力光信号列Data−1と外部光入力ポートP−ERS−Inから光導波路117を介して光入力ポートP−C2−2へ入力された入力光信号列ERS−1とを同一の光出力ポートP−C2−4から出力し、後段の2×2光分岐部C−1の一方の光入力ポートP−C1−1へと導く光導波路118へ結合させるための2×1光合波部である。 C-2 has optical input ports P-C2-1, P-C2-2 and optical output ports P-C2-3, P-C2-4, and is guided from the external optical input port P-Data-In. The input optical signal sequence Data-1 input to the optical input port P-C2-1 via the waveguide 116 and the external optical input port P-ERS-In to the optical input port P-C2-2 via the optical waveguide 117. The input optical signal sequence ERS-1 that has been input is output from the same optical output port P-C2-4 and is output to one optical input port P-C1-1 of the 2×2 optical branching unit C-1 at the subsequent stage. It is a 2×1 optical multiplexer for coupling to the guiding optical waveguide 118.

また、R1−1,R1−2,L1−1,L1−2は、外部光入力ポートP−OCLK−Inからマッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1に入力され、マッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の左右2つの光干渉アーム(光導波路111R,112R,113Rによって構成される光干渉アームと光導波路111L,112L,113Lによって構成される光干渉アーム)を伝搬するクロック光信号列の位相を変調する光位相変調部である。 Further, R1-1, R1-2, L1-1, and L1-2 are input to the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1 from the external optical input port P-OCLK-In, and the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity is input. Clock optical signal train propagating in the two left and right optical interference arms of the modulation unit MZ-1 (the optical interference arm configured by the optical waveguides 111R, 112R, 113R and the optical interference arm configured by the optical waveguides 111L, 112L, 113L). It is an optical phase modulator that modulates the phase of.

光位相変調部R1−1,R1−2,L1−1,L1−2は2つの方向性結合器の間に配置されており、具体的には、光位相変調部R1−1は光導波路111Rと光導波路112Rとの間に、光位相変調部R1−2は光導波路112Rと光導波路113Rとの間に、光位相変調部L1−1は光導波路111Lと光導波路112Lとの間に、光位相変調部L1−2は光導波路112Lと光導波路113Lとの間に配置されている。つまり、光位相変調部R1−2は光位相変調部R1−1の後段側に、光位相変調部L1−2は光位相変調部L1−1の後段側に位置している。 The optical phase modulators R1-1, R1-2, L1-1, L1-2 are arranged between the two directional couplers. Specifically, the optical phase modulator R1-1 is the optical waveguide 111R. Between the optical waveguide 112R and the optical waveguide 112R, the optical phase modulator R1-2 between the optical waveguide 112R and the optical waveguide 113R, and the optical phase modulator L1-1 between the optical waveguide 111L and the optical waveguide 112L. The phase modulator L1-2 is arranged between the optical waveguide 112L and the optical waveguide 113L. That is, the optical phase modulator R1-2 is located on the rear side of the optical phase modulator R1-1 and the optical phase modulator L1-2 is located on the rear side of the optical phase modulator L1-1.

また、C−1は、光入力ポートP−C1−1,P−C1−2と光出力ポートP−C1−3,P−C1−4とを有し、光合波部C−2の光出力ポートP−C2−4からの光信号列を、光導波路118を介して、光入力ポートP−C1−1から入力させるとともに分岐させて、光出力ポートP−C1−3とP−C1−4とから出力させ、又、マッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の光出力ポートP−MZ−1−barからの光信号列を、光導波路114を介して、光入力ポートP−C1−2から入力させるとともに分岐させて、光出力ポートP−C1−3とP−C1−4とから出力させるための光分岐部である。 Further, C-1 has optical input ports P-C1-1 and P-C1-2 and optical output ports P-C1-3 and P-C1-4, and the optical output of the optical multiplexer C-2. The optical signal train from the port P-C2-4 is input and branched from the optical input port P-C1-1 via the optical waveguide 118, and is branched to obtain the optical output ports P-C1-3 and P-C1-4. And the optical signal train from the optical output port P-MZ-1-bar of the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1 is transmitted through the optical waveguide 114 to the optical input port P-C1-. 2 is an optical branching unit for inputting and branching from 2 and outputting from optical output ports P-C1-3 and P-C1-4.

P−R1−1,P−L1−1は、光分岐部C−1の光出力ポートP−C1−4,P−C1−3から出力される光信号列を、光導波路115R,115Lを介してマッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の2つの光干渉アーム内の光位相変調部R1−1,L1−1へ入力するための光入力ポートである。 P-R1-1 and P-L1-1 pass optical signal trains output from the optical output ports P-C1-4 and P-C1-3 of the optical branching unit C-1 via the optical waveguides 115R and 115L. Is an optical input port for inputting into the optical phase modulators R1-1 and L1-1 in the two optical interference arms of the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1.

C−3は、光入力ポートP−C3−1,P−C3−2と光出力ポートP−C3−3,P−C3−4とを有し、外部光入力ポートP−FF−Inから光導波路121を介して入力された光信号列を分岐させ、光出力ポートP−C3−3ならびにP−C3−4から出力させるための光分岐部である。 C-3 has optical input ports P-C3-1 and P-C3-2 and optical output ports P-C3-3 and P-C3-4, and is guided from the external optical input port P-FF-In. It is an optical branching unit for branching the optical signal train input via the waveguide 121 and outputting it from the optical output ports P-C3-3 and P-C3-4.

P−R1−2,P−L1−2は、光分岐部C−3の光出力ポートP−C3−4,P−C3−4から出力される光信号列を、光導波路122R,122Lを介してマッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1の2つの光干渉アーム内の光位相変調部R1−2,L1−2へ入力するための光入力ポートである。 The P-R1-2 and P-L1-2 pass the optical signal trains output from the optical output ports P-C3-4 and P-C3-4 of the optical branching unit C-3 via the optical waveguides 122R and 122L. Is an optical input port for inputting into the optical phase modulators R1-2 and L1-2 in the two optical interference arms of the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1.

D−D−1は、光分岐部C−1で分岐され、光出力ポートP−C1−3ならびにP−C1−4から出力される2つの光信号列にそれぞれ光位相変調部R1−1,L1−1に到達するまでの光伝搬遅延差を「クロック光信号CLK−1のパルス幅以上かつパルス繰り返し周期未満」となるように付与するための光伝搬遅延差付与部であり、ここでは、光伝搬遅延差を生じる光路長の光導波路部を光導波路115Lに配置している。 The D-D-1 is branched by the optical branching unit C-1, and is divided into two optical signal trains output from the optical output ports P-C1-3 and P-C1-4, respectively. An optical propagation delay difference providing unit for providing the optical propagation delay difference until reaching L1-1 so as to be “greater than or equal to the pulse width of the clock optical signal CLK-1 and less than the pulse repetition period”, and here, An optical waveguide portion having an optical path length that causes a difference in optical propagation delay is arranged in the optical waveguide 115L.

D−D−2は、光分岐部C−3で分岐され光出力ポートP−C3−3ならびにP−C3−4から出力される2つの光信号列にそれぞれ光位相変調部R1−2,L1−2に到達するまでの光伝搬遅延差を『クロック光信号CLK−1のパルス幅以上かつパルス繰り返し周期未満』となるように付与するための光伝搬遅延差付与部であり、ここでは、光伝搬遅延差を生じる光路長の光導波路部を光導波路122Lに配置している。 D-D-2 is the optical phase modulators R1-2 and L1 in the two optical signal trains branched by the optical splitter C-3 and output from the optical output ports P-C3-3 and P-C3-4, respectively. -2 is an optical propagation delay difference providing unit for providing the optical propagation delay difference until reaching -2 so as to be "greater than or equal to the pulse width of the clock optical signal CLK-1 and less than the pulse repetition period". An optical waveguide portion having an optical path length that causes a propagation delay difference is arranged in the optical waveguide 122L.

図14(A)、図14(B)、図14(C)は光位相変調部R1−1の構成例を示すブロック図である。図14(A)、図14(B)、図14(C)において、a1,a2は光位相変調部R1−1の一方側の2つの光入出力ポート、a3,a4は光位相変調部R1−1の他方側の2つの光入出力ポート、b1,b2はマルチモード干渉カプラ(第1、第2の光干渉型合分岐手段)、a9,a10はマルチモード干渉カプラb1の一方の光入出力ポート、a5,a6はマルチモード干渉カプラb1の他方の光入出力ポート、a7,a8はマルチモード干渉カプラb2の一方の光入出力ポート、a11,a12はマルチモード干渉カプラb2の他方の光入出力ポート、e1,e2は光位相変調部R1−1の一方側の2つの光入出力導波路、e3,e4は光位相変調部R1−1の他方側の2つの光入出力導波路、c1,c2は2つの光位相変調制御部、d1,d2は位相調整部である。光導波路e5,e7は光位相変調部R1−1内の一方の光導波路アームを構成し、光導波路e6,e8は光位相変調部R1−1内の他方の光導波路アームを構成している。 14A, 14B, and 14C are block diagrams showing configuration examples of the optical phase modulator R1-1. 14A, 14B, and 14C, a1 and a2 are two optical input/output ports on one side of the optical phase modulator R1-1, and a3 and a4 are optical phase modulator R1. -1 are two optical input/output ports on the other side, b1 and b2 are multimode interference couplers (first and second optical interference type coupling/branching means), and a9 and a10 are one of the multimode interference coupler b1. Output ports, a5 and a6 are the other optical input/output ports of the multi-mode interference coupler b1, a7 and a8 are one optical input/output ports of the multi-mode interference coupler b2, and a11 and a12 are the other optical input/output ports of the multi-mode interference coupler b2. Input/output ports, e1 and e2 are two optical input/output waveguides on one side of the optical phase modulator R1-1, e3 and e4 are two optical input/output waveguides on the other side of the optical phase modulator R1-1, c1 and c2 are two optical phase modulation control units, and d1 and d2 are phase adjustment units. The optical waveguides e5 and e7 form one optical waveguide arm in the optical phase modulator R1-1, and the optical waveguides e6 and e8 form the other optical waveguide arm in the optical phase modulator R1-1.

光位相変調部R1−1の光入出力ポートa1,a2は、光入出力導波路e1,e2を介してマルチモード干渉カプラb1の光入出力ポートa9,a10にそれぞれ接続されている。マルチモード干渉カプラb1の光入出力ポートa5,a6は、光導波路e5,e6を介して光位相変調制御部c1,c2の一方のポートにそれぞれ接続されている。光位相変調制御部c1,c2の他方のポートは、光導波路e7,e8を介してマルチモード干渉カプラb2の光入出力ポートa7,a8にそれぞれ接続されている。すなわち、光位相変調制御部c1,c2は、光位相変調部R1−1の2つの光導波路アームのそれぞれに設けられている。マルチモード干渉カプラb2の光入出力ポートa11,a12は、2つの光入出力導波路e3,e4を介して光位相変調部R1−1の光入出力ポートa3,a4にそれぞれ接続されている。光位相変調部R1−2,L1−1,L1−2の構成も光位相変調部R1−1と同様である。 The optical input/output ports a1 and a2 of the optical phase modulator R1-1 are connected to the optical input/output ports a9 and a10 of the multimode interference coupler b1 via the optical input/output waveguides e1 and e2, respectively. The optical input/output ports a5 and a6 of the multi-mode interference coupler b1 are connected to one port of the optical phase modulation control units c1 and c2 via the optical waveguides e5 and e6, respectively. The other ports of the optical phase modulation control units c1 and c2 are connected to the optical input/output ports a7 and a8 of the multimode interference coupler b2 via the optical waveguides e7 and e8, respectively. That is, the optical phase modulation controllers c1 and c2 are provided in each of the two optical waveguide arms of the optical phase modulator R1-1. The optical input/output ports a11, a12 of the multi-mode interference coupler b2 are connected to the optical input/output ports a3, a4 of the optical phase modulator R1-1 via two optical input/output waveguides e3, e4, respectively. The configurations of the optical phase modulators R1-2, L1-1, L1-2 are similar to those of the optical phase modulator R1-1.

図13、図14(A)〜図14(C)に示した光信号バッファメモリ回路においても、光位相変調制御部c1,c2としてSOAまたはEA光変調器が使用され、位相調整部d1,d2として注入電流型の光変調器が使用され、また図13の光信号増幅部BA−1,BA−2としてSOAが使用される。
光信号バッファメモリ回路の動作については特許文献2に開示されているので、詳細な説明は省略する。
Also in the optical signal buffer memory circuits shown in FIGS. 13 and 14A to 14C, the SOA or EA optical modulator is used as the optical phase modulation control units c1 and c2, and the phase adjusting units d1 and d2 are used. An injection current type optical modulator is used as the above, and an SOA is used as the optical signal amplification units BA-1 and BA-2 in FIG.
Since the operation of the optical signal buffer memory circuit is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-242242, detailed description will be omitted.

以上のような半導体モノリシック型光回路(高速カオス光信号生成光回路あるいは光信号バッファメモリ回路)に使用されるリッジ装荷型のSOA、注入電流型の光変調器あるいは逆バイアス付加型のEA光変調器等の光半導体素子は、被光増幅信号光を導波し同時に活性層領域への注入電流の伝導パスとなる半導体メサ構造を有する。この半導体メサ構造は、その両側壁に接する半導体クラッド層を持たず、当該両側壁が空気あるいは絶縁保護膜に接している構造となっている。このため、埋め込み型構造を有し、被増幅信号光を導波するコアが半導体クラッド層に囲まれている半導体光増幅素子と比べて、活性層への電流注入により発生する熱を外部に放出する放熱効率が劣るという問題点があった。 Ridge-loaded SOA, injection current type optical modulator or reverse bias addition type EA optical modulation used in the above semiconductor monolithic optical circuit (high-speed chaotic optical signal generation optical circuit or optical signal buffer memory circuit) An optical semiconductor element such as a container has a semiconductor mesa structure that guides the amplified signal light to be amplified and, at the same time, serves as a conduction path for an injection current to the active layer region. This semiconductor mesa structure does not have a semiconductor clad layer that is in contact with both side walls of the semiconductor mesa structure, and the both side walls are in contact with air or an insulating protective film. Therefore, heat generated by current injection into the active layer is radiated to the outside as compared with a semiconductor optical amplification device having a buried structure and a core for guiding the amplified signal light surrounded by a semiconductor cladding layer. There is a problem that the heat dissipation efficiency is poor.

放熱効率を向上させる技術としてLEDなどで利用されている技術としては、p−電極とn−電極の両方の電極を素子の上面側に配置できる構造とした上で、フリップチップ実装することにより、発熱源と電極端子やヒートシンクとの距離を近づける技術が提案されている(非特許文献1参照)。 As a technique used in LEDs or the like as a technique for improving heat dissipation efficiency, a structure in which both the p-electrode and the n-electrode can be arranged on the upper surface side of the element, and then by flip-chip mounting, There has been proposed a technique for reducing the distance between a heat source and an electrode terminal or heat sink (see Non-Patent Document 1).

特開2014−052948号公報JP, 2014-052948, A 特開2014−174303号公報JP, 2014-174303, A

C. F. Shen,et al.,“Nitride-Based High-Power Flip-Chip LED With Double-Side Patterned Sapphire Substrate”,IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.19,NO.10,pp.780-782,2007C. F. Shen, et al., “Nitride-Based High-Power Flip-Chip LED With Double-Side Patterned Sapphire Substrate”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.19, NO.10, pp.780-782, 2007

以上のように、活性層(または位相調整層、吸収層)を含む半導体メサ構造を有する光半導体素子は、コアが半導体クラッド層に囲まれている素子と比べて、発生する熱を外部に放出する放熱効率が劣るという問題点があった。また、このような活性層で発生する熱のため、活性層周辺部の大きな温度上昇に起因するキャリアのオーバーフローにより、活性層への電流注入により生成されるキャリアの密度が減少し、光半導体素子の特性が劣化するという問題点があった。 As described above, the optical semiconductor device having the semiconductor mesa structure including the active layer (or the phase adjustment layer or the absorption layer) radiates the generated heat to the outside as compared with the device in which the core is surrounded by the semiconductor clad layer. There is a problem that the heat dissipation efficiency is poor. Further, due to the heat generated in such an active layer, the density of carriers generated by current injection into the active layer is reduced due to the overflow of carriers caused by a large temperature rise in the peripheral portion of the active layer. However, there is a problem that the characteristics of (1) deteriorate.

このような光半導体素子を他の回路と共に集積化した半導体モノリシック型光回路では、複数の光半導体素子が近接して配置されることがあるので、放熱効率が更に低下し、光半導体素子の特性劣化がより著しくなってしまうという問題点があった。さらに、半導体モノリシック型光回路では、光半導体素子から発生する熱が他の回路の動作を阻害してしまうという問題点があった。例えば上記の高速カオス光信号生成光回路あるいは光信号バッファメモリ回路では、光半導体素子と同一の基板上にマッハツェンダー干渉型光強度変調部がモノリシックに集積化されており、光半導体素子から発生する熱がマッハツェンダー干渉型光強度変調部の光干渉動作を顕著に阻害してしまうというという問題点があった。 In a semiconductor monolithic optical circuit in which such an optical semiconductor element is integrated with other circuits, since a plurality of optical semiconductor elements may be arranged close to each other, heat dissipation efficiency is further reduced, and the characteristics of the optical semiconductor element are reduced. There is a problem that the deterioration becomes more remarkable. Further, in the semiconductor monolithic optical circuit, there is a problem that heat generated from the optical semiconductor element hinders the operation of other circuits. For example, in the above-described high-speed chaotic optical signal generation optical circuit or optical signal buffer memory circuit, the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator is monolithically integrated on the same substrate as the optical semiconductor element, and is generated from the optical semiconductor element. There is a problem that the heat remarkably hinders the optical interference operation of the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator.

また、非特許文献1に開示された技術をリッジ装荷型のSOA、注入電流型の光変調器あるいは逆バイアス付加型のEA光変調器等の光半導体素子に適用して他の回路への熱干渉を抑制しようとすると、半導体メサ構造を裏返して基板上にフリップチップ実装することになる。この場合、μmオーダー程度の極めて細く機械的外力に脆弱な半導体メサ構造に力が集中して加わることにより 半導体メサ構造に大きな応力が加わり、初期設計特性に対して予測・制御できない形で素子の動作特性がずれてしまったり、最悪の場合、半導体メサ構造が壊れてしまったりするという問題点があった。
なお、以上の問題点は高速カオス光信号生成光回路や光信号バッファメモリ回路に限らず、他の半導体モノリシック型光回路においても起こり得る。
Further, the technique disclosed in Non-Patent Document 1 is applied to an optical semiconductor element such as a ridge-loaded SOA, an injection current type optical modulator, or a reverse bias addition type EA optical modulator to apply heat to other circuits. In order to suppress the interference, the semiconductor mesa structure is turned over and flip-chip mounted on the substrate. In this case, the force is concentrated and applied to the semiconductor mesa structure, which is extremely thin and vulnerable to a mechanical external force of the order of μm, and a large stress is applied to the semiconductor mesa structure. There is a problem in that the operating characteristics are deviated, or in the worst case, the semiconductor mesa structure is broken.
Note that the above problems may occur not only in the high-speed chaotic optical signal generation optical circuit and the optical signal buffer memory circuit but also in other semiconductor monolithic optical circuits.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来よりも放熱効果に優れ、特性劣化や熱干渉の少ない光半導体素子および半導体モノリシック型光回路を提供することを目的とする。
また、放熱効率を向上させるためにフリップチップ実装する場合に、動作特性の劣化や素子破壊を防止することができる光半導体素子および半導体モノリシック型光回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical semiconductor element and a semiconductor monolithic optical circuit which are more excellent in heat dissipation effect than conventional ones and have less characteristic deterioration and thermal interference.
It is another object of the present invention to provide an optical semiconductor element and a semiconductor monolithic optical circuit capable of preventing deterioration of operation characteristics and element destruction when flip-chip mounting is performed to improve heat dissipation efficiency.

本発明の光半導体素子は、第1のクラッド層の上部に形成された半導体メサ構造と、前記第1のクラッド層上の半導体メサ構造の両側に形成された支持構造と、前記半導体メサ構造とその両側の前記支持構造との間を隔てるように形成された熱干渉抑制用溝構造と、前記半導体メサ構造の上部と接するように形成された金属膜からなる第1の電極と、前記半導体メサ構造と異なる半導体層と接するように形成された金属膜からなる第2の電極と、前記熱干渉抑制用溝構造のうち、前記半導体メサ構造と前記支持構造との間を除く前記半導体メサ構造の周縁部の領域を塞ぐように形成された有機材料とを備え、さらに、前記半導体メサ構造および前記支持構造と前記第1のクラッド層との間、または前記半導体メサ構造の一部に、外部からの電流注入または外部からの光の入射によって電流が流れる半導体層として活性層または位相調整層または吸収層を備え、前記第1の電極は、前記半導体メサ構造の上部の領域から、前記半導体メサ構造の周縁部の領域の前記有機材料の表面を覆う絶縁膜上の領域を伝って、前記半導体メサ構造の両側の前記支持構造の表面を覆う絶縁膜上の領域まで延伸するように形成されることを特徴とするものである。 The optical semiconductor device of the present invention includes a semiconductor mesa structure formed on top of the first cladding layer, a support structure formed on both sides of the semiconductor mesa structure on the first cladding layer, said semiconductor mesa structure A thermal interference suppressing groove structure formed so as to be separated from the support structure on both sides thereof, a first electrode made of a metal film formed in contact with an upper portion of the semiconductor mesa structure, and the semiconductor mesa. A second electrode made of a metal film formed so as to be in contact with a semiconductor layer different from the structure, and the semiconductor mesa structure of the groove structure for suppressing thermal interference except between the semiconductor mesa structure and the support structure. An organic material formed so as to close the region of the peripheral portion, and further, between the semiconductor mesa structure and the support structure and the first cladding layer, or a part of the semiconductor mesa structure from the outside. An active layer, a phase adjustment layer, or an absorption layer as a semiconductor layer through which a current flows by current injection or light incident from the outside, and the first electrode is formed from a region above the semiconductor mesa structure to Is formed so as to extend along the region on the insulating film covering the surface of the organic material in the region of the peripheral portion of the region to the region on the insulating film covering the surface of the supporting structure on both sides of the semiconductor mesa structure. It is characterized by.

また、本発明の光半導体素子の1構成例において、前記半導体メサ構造は、少なくとも、前記第1のクラッド層の上部に形成されたエッチストップ層と、このエッチストップ層の上に形成された前記活性層または位相調整層または吸収層と、この活性層または位相調整層または吸収層の上に形成された、前記第1のクラッド層と導電型が異なる第2のクラッド層とから構成され、前記支持構造は、少なくとも、前記エッチストップ層と、このエッチストップ層の上に形成された、前記第2のクラッド層と同一の導電型の第3のクラッド層とから構成され、前記熱干渉抑制用溝構造は、前記半導体メサ構造と異なる半導体層が露出する深さまで形成され、前記半導体メサ構造と異なる半導体層は、前記第1のクラッド層と前記エッチストップ層との間に形成されるコア層、または前記第1のクラッド層のいずれかであることを特徴とするものである。
また、本発明の光半導体素子の1構成例において、前記活性層または位相調整層または吸収層は、前記第1のクラッド層の上部に形成されたエッチストップ層の上に形成され、前記半導体メサ構造と前記支持構造とは、少なくとも、前記活性層または位相調整層または吸収層の上に形成された、前記第1のクラッド層と導電型が異なる第2のクラッド層から構成され、前記熱干渉抑制用溝構造は、前記半導体メサ構造と異なる半導体層が露出する深さまで形成され、前記半導体メサ構造と異なる半導体層は、前記活性層または位相調整層または吸収層、前記第1のクラッド層と前記エッチストップ層との間に形成されるコア層、または前記第1のクラッド層のいずれかであることを特徴とするものである。
In one configuration example of the optical semiconductor device of the present invention, the semiconductor mesa structure has at least an etch stop layer formed on the first cladding layer and the etch stop layer formed on the etch stop layer. An active layer, a phase adjustment layer or an absorption layer, and a second cladding layer formed on the active layer, the phase adjustment layer or the absorption layer and having a conductivity type different from that of the first cladding layer, The support structure is composed of at least the etch stop layer and a third clad layer of the same conductivity type as the second clad layer formed on the etch stop layer. The groove structure is formed to a depth at which a semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure is exposed, and the semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure is a core layer formed between the first cladding layer and the etch stop layer. , Or the first clad layer.
In one configuration example of the optical semiconductor device of the present invention, the active layer, the phase adjustment layer, or the absorption layer is formed on an etch stop layer formed on the first cladding layer, and the semiconductor mesa is formed. The structure and the support structure are composed of at least a second clad layer having a conductivity type different from that of the first clad layer formed on the active layer, the phase adjusting layer or the absorption layer, and the thermal interference The suppression groove structure is formed to a depth at which a semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure is exposed, and the semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure includes the active layer, the phase adjustment layer or the absorption layer, and the first cladding layer. It is characterized in that it is either the core layer formed between the etch stop layer and the first clad layer.

また、本発明の光半導体素子の1構成例において、前記支持構造は、さらに、前記半導体メサ構造の上面が前記支持構造の上面よりも低くなるように、前記支持構造の上面に形成された支持層を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の半導体モノリシック型光回路は、上記の光半導体素子を、前記光半導体素子以外の回路と共に同一の基板上に集積化したことを特徴とするものである。
In one configuration example of the optical semiconductor element of the present invention, the support structure further includes a support formed on the upper surface of the support structure such that the upper surface of the semiconductor mesa structure is lower than the upper surface of the support structure. It is characterized by having layers.
The semiconductor monolithic optical circuit of the present invention is characterized in that the optical semiconductor element, are integrated on the same substrate together with a circuit other than the optical semiconductor device.

本発明によれば、半導体メサ構造と支持構造との間に熱干渉抑制用溝構造を設けることにより、活性層または位相調整層または吸収層で発生する熱が他の回路に干渉することを抑制することができる。また、本発明では、第1の電極を、半導体メサ構造の上部の領域から、半導体メサ構造の隣の熱干渉抑制用溝構造の少なくとも一部を塞ぐように形成された有機材料の表面を覆う絶縁膜上の領域を伝って、この熱干渉抑制用溝構造の隣の支持構造の表面を覆う絶縁膜上の領域まで延伸するように形成することにより、活性層または位相調整層または吸収層で発生する熱を第1の電極から効率良く放熱することができる。その結果、本発明では、温度上昇に起因する光半導体素子の特性劣化を抑制することができ、また他の回路への熱干渉を更に抑制することができる。 According to the present invention, by providing the groove structure for suppressing thermal interference between the semiconductor mesa structure and the supporting structure, it is possible to prevent heat generated in the active layer, the phase adjusting layer or the absorbing layer from interfering with other circuits. can do. Further, in the present invention, the first electrode covers the surface of the organic material formed so as to cover at least a part of the thermal interference suppressing groove structure adjacent to the semiconductor mesa structure from the upper region of the semiconductor mesa structure. The active layer, the phase adjustment layer, or the absorption layer is formed by being formed so as to extend along the region on the insulating film and extend to the region on the insulating film covering the surface of the support structure adjacent to the thermal interference suppressing groove structure. The heat generated can be efficiently radiated from the first electrode. As a result, in the present invention, it is possible to suppress the characteristic deterioration of the optical semiconductor element due to the temperature rise and further suppress the thermal interference with other circuits.

また、本発明では、半導体メサ構造の上面が支持構造の上面よりも低くなるように、支持構造の上面に支持層を形成することにより、光半導体素子を裏返して基板にフリップチップ実装する際に、半導体メサ構造が基板と触れることがないので、光半導体素子の動作特性がずれてしまったり、光半導体素子が壊れてしまったりすることがなくなる。 Further, in the present invention, when a support layer is formed on the upper surface of the support structure so that the upper surface of the semiconductor mesa structure is lower than the upper surface of the support structure, the optical semiconductor element is turned over and flip-chip mounted on the substrate. Since the semiconductor mesa structure does not come into contact with the substrate, the operation characteristics of the optical semiconductor element will not be displaced and the optical semiconductor element will not be broken.

本発明の第1の実施の形態に係る光半導体素子の平面図および断面図である。FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view of the optical semiconductor element according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光半導体素子をフリップチップ実装する方法を説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of flip-chip mounting the optical semiconductor element according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光半導体素子の平面図および断面図である。It is a top view and sectional view of an optical semiconductor device concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光半導体素子をフリップチップ実装する方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the method of flip-chip mounting the optical-semiconductor element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る光半導体素子の平面図および断面図である。It is a top view and a sectional view of an optical semiconductor device concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態に係る光半導体素子の平面図および断面図である。It is a top view and sectional view of an optical semiconductor device concerning a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態に係る半導体モノリシック型光回路の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor monolithic type optical circuit which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る半導体モノリシック型光回路のMMIカプラの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the MMI coupler of the semiconductor monolithic optical circuit which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る半導体モノリシック型光回路のMMIカプラの別の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the MMI coupler of the semiconductor monolithic optical circuit which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係る半導体モノリシック型光回路の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor monolithic type optical circuit which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 高速カオス光信号生成光回路の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of a high-speed chaotic optical signal generation optical circuit. 高速カオス光信号生成光回路における位相変調部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the phase modulation part in a high-speed chaotic optical signal generation optical circuit. 光信号バッファメモリ回路の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the composition of an optical signal buffer memory circuit. 光信号バッファメモリ回路における位相変調部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the phase modulation|alteration part in an optical signal buffer memory circuit.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(A)は本発明の第1の実施の形態に係る光半導体素子の平面図、図1(B)は図1(A)の光半導体素子を基板と垂直な切断面CSで切断した断面図、図1(C)は図1(A)、図1(B)の光半導体素子を基板と水平な切断面SFで切断した断面図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A is a plan view of an optical semiconductor element according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view of the optical semiconductor element of FIG. 1A cut along a cutting plane CS perpendicular to a substrate. A cross-sectional view and FIG. 1C are cross-sectional views of the optical semiconductor element of FIGS. 1A and 1B taken along a cutting plane SF horizontal to the substrate.

本実施の形態の光半導体素子は、例えばn−InPからなる下部クラッド層(半導体基板)10と、下部クラッド層10上に形成された例えばInGaAsPからなるコア層11と、コア層11上に形成された半導体メサ構造12と、コア層11上の半導体メサ構造12の周囲に形成された支持構造13a,13bと、半導体メサ構造12と支持構造13a,13bとの間を隔てるように形成された熱干渉抑制用溝構造14a,14bと、半導体メサ構造12と支持構造13a,13bと熱干渉抑制用溝構造14a,14bの表面を覆うように形成された絶縁膜15と、熱干渉抑制用溝構造14a,14bのうち一方の熱干渉抑制用溝構造14bを埋めるように形成された例えばBCB(ベンゾシクロブテン)からなる有機材料16と、半導体メサ構造12の上部と接するように形成された金属膜からなるp−電極17と、熱干渉抑制用溝構造14aの底部に露出したコア層11と接するように形成された金属膜からなるn−電極18とから構成される。 The optical semiconductor element of the present embodiment is formed on the lower clad layer (semiconductor substrate) 10 made of, for example, n-InP, the core layer 11 made of, for example, InGaAsP on the lower clad layer 10, and the core layer 11. The semiconductor mesa structure 12 formed on the core layer 11, supporting structures 13a and 13b formed around the semiconductor mesa structure 12 on the core layer 11, and the semiconductor mesa structure 12 and the supporting structures 13a and 13b are formed so as to be separated from each other. Thermal interference suppression groove structures 14a, 14b, semiconductor mesa structure 12, support structures 13a, 13b, insulating film 15 formed to cover the surfaces of thermal interference suppression groove structures 14a, 14b, and thermal interference suppression groove An organic material 16 made of, for example, BCB (benzocyclobutene) formed so as to fill one of the thermal interference suppressing groove structures 14b of the structures 14a and 14b, and a metal formed so as to be in contact with the upper portion of the semiconductor mesa structure 12. A p-electrode 17 made of a film and an n-electrode 18 made of a metal film formed so as to contact the core layer 11 exposed at the bottom of the thermal interference suppressing groove structure 14a.

なお、有機材料16を形成する前の工程と有機材料16を形成した後の工程でそれぞれ絶縁膜を形成しているが、図1(A)〜図1(C)では2回の工程で形成したどちらの膜も絶縁膜15として記している。以下の実施の形態においても同様に絶縁膜15とする。 Note that the insulating film is formed in each of the step before the organic material 16 is formed and the step after the organic material 16 is formed. In FIGS. 1A to 1C, the insulating film is formed in two steps. Both of these films are shown as the insulating film 15. The insulating film 15 is similarly used in the following embodiments.

半導体メサ構造12は、コア層11上に形成された例えばGaInAlAsからなるエッチストップ層19と、エッチストップ層19上に形成された例えばInGaAsPからなる活性層20と、活性層20上に形成された例えばp−InPからなる上部クラッド層21と、上部クラッド層21上に形成された例えばInGaAsからなるコンタクト層22とから構成される。半導体メサ構造12は、エッチストップ層19および活性層20のメサ幅(図1(A)〜図1(C)の左右方向の寸法)が上部クラッド層21およびコンタクト層22のメサ幅よりも広い2段メサ構造となっている。 The semiconductor mesa structure 12 is formed on the core layer 11 by an etch stop layer 19 made of, for example, GaInAlAs, an active layer 20 made of, for example, InGaAsP on the etch stop layer 19, and an active layer 20. For example, the upper clad layer 21 made of p-InP and the contact layer 22 made of, for example, InGaAs, are formed on the upper clad layer 21. In the semiconductor mesa structure 12, the mesa widths of the etch stop layer 19 and the active layer 20 (dimensions in the left-right direction in FIGS. 1A to 1C) are wider than the mesa widths of the upper cladding layer 21 and the contact layer 22. It has a two-step mesa structure.

支持構造13a,13bは、エッチストップ層19と、エッチストップ層19上に形成された上部クラッド層23と、上部クラッド層23上に形成されたコンタクト層24と、コンタクト層24上に形成された例えばp−InPからなる支持層25とから構成される。 The support structures 13 a and 13 b are formed on the etch stop layer 19, the upper clad layer 23 formed on the etch stop layer 19, the contact layer 24 formed on the upper clad layer 23, and the contact layer 24. For example, the support layer 25 is made of p-InP.

本実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造14a,14bのうち一方の熱干渉抑制用溝構造14bの全てを有機材料16で埋め、この有機材料16の上と半導体メサ構造12の上と支持構造13bの上に絶縁膜15を介してp−電極17を形成している。半導体メサ構造12のコンタクト層22の表面の絶縁膜15には開口部が形成されており、この開口部に露出したコンタクト層22とp−電極17とが接触するようになっている。 In the present embodiment, one of the thermal interference suppressing groove structures 14a and 14b is entirely filled with the organic material 16, and the organic material 16 and the semiconductor mesa structure 12 are supported. A p-electrode 17 is formed on the structure 13b via an insulating film 15. An opening is formed in the insulating film 15 on the surface of the contact layer 22 of the semiconductor mesa structure 12, and the contact layer 22 exposed in the opening is in contact with the p-electrode 17.

一方、熱干渉抑制用溝構造14aの底部のエッチストップ層19が除去され、コア層11が露出するようになっている。n−電極18は、この熱干渉抑制用溝構造14aの底部に露出したコア層11と接触するように形成される。 On the other hand, the etch stop layer 19 at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14a is removed, and the core layer 11 is exposed. The n-electrode 18 is formed so as to come into contact with the core layer 11 exposed at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14a.

本実施の形態では、p−電極17とn−電極18間に電圧を印加すると、p−電極17→コンタクト層22→上部クラッド層21→活性層20→エッチストップ層19→コア層11→n−電極18という経路で活性層20に電流が流れる。 In this embodiment, when a voltage is applied between the p-electrode 17 and the n-electrode 18, the p-electrode 17→contact layer 22→upper clad layer 21→active layer 20→etch stop layer 19→core layer 11→n. -A current flows through the active layer 20 through the path of the electrode 18.

以上のように、本実施の形態では、半導体メサ構造12と支持構造13aとの間に熱干渉抑制用溝構造14aを設けることにより、半導体メサ構造12の活性層20で発生する熱が他の回路に干渉することを抑制することができる。また、本実施の形態では、半導体メサ構造12の上部のコンタクト層22と接するp−電極17を、この半導体メサ構造12上の領域から、半導体メサ構造12の隣の熱干渉抑制用溝構造14bを塞ぐように形成された有機材料16の表面を覆う絶縁膜15上の領域を伝って熱干渉抑制用溝構造14bの隣の支持構造13bの表面を覆う絶縁膜15上の領域まで延伸するように形成することにより、半導体メサ構造12の活性層20で発生する熱をp−電極17から効率良く放熱することができる。その結果、本実施の形態では、温度上昇に起因する光半導体素子の特性劣化を抑制することができ、また他の回路への熱干渉を更に抑制することができる。 As described above, in the present embodiment, by providing the groove structure 14a for suppressing thermal interference between the semiconductor mesa structure 12 and the support structure 13a, heat generated in the active layer 20 of the semiconductor mesa structure 12 is not generated. Interference with the circuit can be suppressed. In the present embodiment, the p-electrode 17 in contact with the contact layer 22 above the semiconductor mesa structure 12 is provided from the region on the semiconductor mesa structure 12 to the thermal interference suppressing groove structure 14b adjacent to the semiconductor mesa structure 12. So as to extend along a region on the insulating film 15 covering the surface of the organic material 16 formed so as to cover the surface of the insulating film 15 covering the surface of the support structure 13b adjacent to the thermal interference suppressing groove structure 14b. By forming it in the above manner, the heat generated in the active layer 20 of the semiconductor mesa structure 12 can be efficiently radiated from the p-electrode 17. As a result, in the present embodiment, the characteristic deterioration of the optical semiconductor element due to the temperature rise can be suppressed, and the thermal interference with other circuits can be further suppressed.

図2は本実施の形態の光半導体素子をフリップチップ実装する方法を説明する断面図である。図2の26は基板、27,28は基板26上に形成された電極、29,30はバンプである。本実施の形態では、支持構造13a,13bが活性層20を含まない構成であり、半導体メサ構造12の上部クラッド層21と支持構造13a,13bの上部クラッド層23とを同時に成膜し、また半導体メサ構造12のコンタクト層22と支持構造13a,13bのコンタクト層24とを同時に成膜するため、図1(B)に示すようにコンタクト層24の上面の高さはコンタクト層22の上面の高さよりも低くなっている。そこで、本実施の形態では、コンタクト層24の上に活性層20よりも厚い支持層25を形成することにより、支持層25の上面が半導体メサ構造12のコンタクト層22の上面よりも高くなるようにしている。その結果、図1(B)に示すように半導体メサ構造12の上に形成されたp−電極17の上面が支持構造13a,13bの表面に形成されたn−電極18の上面よりも低くなる。 FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of flip-chip mounting the optical semiconductor element of this embodiment. In FIG. 2, 26 is a substrate, 27 and 28 are electrodes formed on the substrate 26, and 29 and 30 are bumps. In this embodiment, the support structures 13a and 13b do not include the active layer 20, and the upper clad layer 21 of the semiconductor mesa structure 12 and the upper clad layer 23 of the support structures 13a and 13b are formed at the same time. Since the contact layer 22 of the semiconductor mesa structure 12 and the contact layer 24 of the support structures 13a and 13b are formed at the same time, the height of the upper surface of the contact layer 24 is the same as that of the upper surface of the contact layer 22 as shown in FIG. It is lower than the height. Therefore, in the present embodiment, the support layer 25 thicker than the active layer 20 is formed on the contact layer 24 so that the upper surface of the support layer 25 is higher than the upper surface of the contact layer 22 of the semiconductor mesa structure 12. I have to. As a result, as shown in FIG. 1B, the upper surface of the p-electrode 17 formed on the semiconductor mesa structure 12 becomes lower than the upper surface of the n-electrode 18 formed on the surfaces of the support structures 13a and 13b. ..

したがって、本実施の形態の光半導体素子を図2に示すように裏返して基板26上にフリップチップ実装する際に、半導体メサ構造12が基板26と触れることがないので、光半導体素子の動作特性がずれてしまったり、光半導体素子が壊れてしまったりすることがなくなる。 Therefore, when the optical semiconductor element of the present embodiment is turned over and flip-chip mounted on the substrate 26 as shown in FIG. 2, the semiconductor mesa structure 12 does not come into contact with the substrate 26. There will be no deviation of the optical semiconductor element or breakage of the optical semiconductor element.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3(A)は本発明の第2の実施の形態に係る光半導体素子の平面図、図3(B)は図3(A)の光半導体素子を基板と垂直な切断面CSで切断した断面図、図3(C)は図3(A)、図3(B)の光半導体素子を基板と水平な切断面SFで切断した断面図であり、図1(A)〜図1(C)と同一の構成には同一の符号を付してある。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 3A is a plan view of an optical semiconductor element according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a sectional view of the optical semiconductor element of FIG. 3A cut along a cutting plane CS perpendicular to the substrate. 3(C) is a cross-sectional view of the optical semiconductor element of FIGS. 3(A) and 3(B) taken along a cutting plane SF horizontal to the substrate, and FIGS. 1(A) to 1(C). The same reference numerals are given to the same components as those in FIG.

第1の実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造14a,14bのうち一方の熱干渉抑制用溝構造14bの全てを有機材料16で埋め、この有機材料16を覆うように形成した絶縁膜15の上にp−電極17を形成していたが、本実施の形態の光半導体素子では、半導体メサ構造12を中心とする左右対称の構造にしている。このため、熱干渉抑制用溝構造14a,14bのうち底部に活性層20がない領域(光半導体素子の周縁部の領域)を有機材料16で埋めるようにし、この有機材料16の上と半導体メサ構造12の上と支持構造13a,13bの上に絶縁膜15を介してp−電極17aを形成するようにしている。第1の実施の形態と同様に、半導体メサ構造12のコンタクト層22の表面の絶縁膜15には開口部が形成されており、この開口部に露出したコンタクト層22とp−電極17aとが接触する。 In the first embodiment, one of the thermal interference suppressing groove structures 14a and 14b is entirely filled with the organic material 16 and the insulating film 15 is formed so as to cover the organic material 16. Although the p-electrode 17 is formed on the above, the optical semiconductor element of the present embodiment has a bilaterally symmetrical structure centered on the semiconductor mesa structure 12. For this reason, in the thermal interference suppressing groove structures 14a and 14b, the region where the active layer 20 is not provided at the bottom (the peripheral region of the optical semiconductor element) is filled with the organic material 16, and the top of the organic material 16 and the semiconductor mesa. The p-electrode 17a is formed on the structure 12 and the supporting structures 13a and 13b with the insulating film 15 interposed therebetween. Similar to the first embodiment, an opening is formed in the insulating film 15 on the surface of the contact layer 22 of the semiconductor mesa structure 12, and the contact layer 22 and the p-electrode 17a exposed in this opening are separated from each other. Contact.

また、本実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造14aの底部のエッチストップ層19だけでなく、熱干渉抑制用溝構造14bの底部のエッチストップ層19も除去されている。第1の実施の形態と同様に、n−電極18は、支持構造13aの表面および熱干渉抑制用溝構造14aの側壁に絶縁膜15を介して形成され、熱干渉抑制用溝構造14aの底部に露出したコア層11と接触する。n−電極18bは、支持構造13bの表面および熱干渉抑制用溝構造14bの側壁に絶縁膜15を介して形成され、熱干渉抑制用溝構造14bの底部に露出したコア層11と接触する。その他の構成は第1の実施の形態で説明したとおりである。 Further, in the present embodiment, not only the etch stop layer 19 at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14a but also the etch stop layer 19 at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14b is removed. Similar to the first embodiment, the n-electrode 18 is formed on the surface of the support structure 13a and the sidewall of the thermal interference suppression groove structure 14a via the insulating film 15, and the bottom portion of the thermal interference suppression groove structure 14a is formed. The exposed core layer 11 is exposed. The n-electrode 18b is formed on the surface of the support structure 13b and the sidewall of the thermal interference suppression groove structure 14b via the insulating film 15 and is in contact with the core layer 11 exposed at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14b. Other configurations are as described in the first embodiment.

以上のように、本実施の形態では、半導体メサ構造12の上部のコンタクト層22と接するp−電極17aを、この半導体メサ構造12上の領域から、半導体メサ構造12の両隣の熱干渉抑制用溝構造14a,14bの一部を塞ぐように形成された有機材料16の表面を覆う絶縁膜15上の領域を伝って熱干渉抑制用溝構造14a,14bの隣の支持構造13a,13bの表面を覆う絶縁膜15上の領域まで延伸するように形成することにより、半導体メサ構造12の活性層20で発生する熱をp−電極17aから効率良く放熱することができる。 As described above, in the present embodiment, the p-electrode 17a that is in contact with the contact layer 22 above the semiconductor mesa structure 12 is provided for suppressing thermal interference on both sides of the semiconductor mesa structure 12 from the region on the semiconductor mesa structure 12. The surface of the supporting structure 13a, 13b next to the thermal interference suppressing groove structure 14a, 14b along the region on the insulating film 15 covering the surface of the organic material 16 formed so as to block a part of the groove structure 14a, 14b. The heat generated in the active layer 20 of the semiconductor mesa structure 12 can be efficiently radiated from the p-electrode 17a by being formed so as to extend to the region on the insulating film 15 that covers the.

図4は本実施の形態の光半導体素子をフリップチップ実装する方法を説明する断面図である。図4の26は基板、28は基板26上に形成された電極、30はn−電極18,18bと電極30とを接続するバンプである。図4ではp−電極17aと接続されるバンプおよび電極を図示していないが、図2と同様に支持構造13a,13bの領域まで延びるように形成されたp−電極17aと電極27とがバンプ29を介して接続されていることは言うまでもない。図4によれば、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果が得られることが分かる。 FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method of flip-chip mounting the optical semiconductor element of this embodiment. In FIG. 4, reference numeral 26 is a substrate, 28 is an electrode formed on the substrate 26, and 30 is a bump connecting the n-electrodes 18 and 18b to the electrode 30. Although bumps and electrodes connected to the p-electrode 17a are not shown in FIG. 4, the p-electrode 17a and the electrode 27 formed to extend to the regions of the support structures 13a and 13b are bumps as in FIG. It goes without saying that they are connected via 29. According to FIG. 4, it can be seen that the same effects as those of the first embodiment can be obtained also in the present embodiment.

また、第1の実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造14bを有機材料16で埋めているため、図1(A)〜図1(C)の左側にある回路への熱干渉を効果的に抑制できるのに対し、本実施の形態では、光半導体素子の左右両側に熱干渉抑制用溝構造14a,14bを設けているため、光半導体素子の左右両側にある回路への熱干渉を効果的に抑制することができる。 Further, in the first embodiment, since the thermal interference suppressing groove structure 14b is filled with the organic material 16, the thermal interference with the circuit on the left side of FIGS. 1A to 1C is effective. In contrast to this, in the present embodiment, since the thermal interference suppressing groove structures 14a and 14b are provided on the left and right sides of the optical semiconductor element, the thermal interference to the circuits on the left and right sides of the optical semiconductor element is effective. Can be suppressed.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図5(A)は本発明の第3の実施の形態に係る光半導体素子の平面図、図5(B)は図5(A)の光半導体素子を基板と垂直な切断面CSで切断した断面図、図5(C)は図5(A)、図5(B)の光半導体素子を基板と水平な切断面SFで切断した断面図であり、図1(A)〜図1(C)と同一の構成には同一の符号を付してある。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. 5A is a plan view of an optical semiconductor element according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a sectional view of the optical semiconductor element of FIG. 5A cut along a cutting plane CS perpendicular to the substrate. 5C is a cross-sectional view of the optical semiconductor element of FIGS. 5A and 5B taken along a cutting plane SF that is horizontal to the substrate, and FIGS. The same components as those in () are denoted by the same reference numerals.

本実施の形態の光半導体素子は、下部クラッド層10と、コア層11と、エッチストップ層19と、活性層20と、活性層20上に形成された半導体メサ構造12cと、活性層20上の半導体メサ構造12cの周囲に形成された支持構造13c,13dと、熱干渉抑制用溝構造14c,14dと、絶縁膜15と、熱干渉抑制用溝構造14c,14dのうち一方の熱干渉抑制用溝構造14dを埋めるように形成された例えばBCBからなる有機材料16と、半導体メサ構造12cの上部と接するように形成された金属膜からなるp−電極17と、熱干渉抑制用溝構造14aの底部に露出した活性層20と接するように形成された金属膜からなるn−電極18cとから構成される。 The optical semiconductor device according to the present embodiment includes a lower cladding layer 10, a core layer 11, an etch stop layer 19, an active layer 20, a semiconductor mesa structure 12c formed on the active layer 20, and an active layer 20. Support structures 13c and 13d formed around the semiconductor mesa structure 12c, thermal interference suppression groove structures 14c and 14d, an insulating film 15, and thermal interference suppression groove structures 14c and 14d. An organic material 16 made of, for example, BCB formed so as to fill the groove structure 14d for use, a p-electrode 17 made of a metal film formed so as to be in contact with an upper portion of the semiconductor mesa structure 12c, and a groove structure 14a for suppressing thermal interference. And an n-electrode 18c made of a metal film formed so as to be in contact with the active layer 20 exposed at the bottom of the.

第1、第2の実施の形態では、平面視四角形の活性層20が半導体メサ構造12のみに形成され、支持構造13a,13bの領域の活性層20が除去された構成となっていた。これに対して、本実施の形態では、活性層20を除去せずに残し、半導体メサ構造12cと支持構造13c,13dとを活性層20の上に形成するようにしている。 In the first and second embodiments, the active layer 20 having a quadrangular shape in plan view is formed only in the semiconductor mesa structure 12, and the active layer 20 in the regions of the support structures 13a and 13b is removed. On the other hand, in the present embodiment, the active layer 20 is left without being removed, and the semiconductor mesa structure 12c and the support structures 13c and 13d are formed on the active layer 20.

半導体メサ構造12cは、活性層20上に形成された上部クラッド層21と、上部クラッド層21上に形成されたコンタクト層22とから構成される。
支持構造13c,13dは、活性層20上に形成された上部クラッド層23と、上部クラッド層23上に形成されたコンタクト層24と、コンタクト層24上に形成された支持層25とから構成される。
The semiconductor mesa structure 12 c includes an upper clad layer 21 formed on the active layer 20 and a contact layer 22 formed on the upper clad layer 21.
The support structures 13c and 13d are composed of an upper clad layer 23 formed on the active layer 20, a contact layer 24 formed on the upper clad layer 23, and a support layer 25 formed on the contact layer 24. It

第1の実施の形態と同様に、熱干渉抑制用溝構造14c,14dのうち一方の熱干渉抑制用溝構造14dの全てを有機材料16で埋め、この有機材料16を覆うように形成した絶縁膜15の上にp−電極17を形成している。 Similar to the first embodiment, one of the thermal-interference suppressing groove structures 14c and 14d is filled with the organic material 16 in all of the thermal-interference suppressing groove structures 14d, and the insulation is formed so as to cover the organic material 16. A p-electrode 17 is formed on the film 15.

一方、本実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造14cの底部に活性層20が露出するようになっている。n−電極18cは、支持構造13cの表面および熱干渉抑制用溝構造14cの側壁に絶縁膜15を介して形成され、熱干渉抑制用溝構造14cの底部に露出した活性層20と接触する。
p−電極17とn−電極18c間に電圧を印加すると、p−電極17→コンタクト層22→上部クラッド層21→活性層20→n−電極18cという経路で活性層20に電流が流れる。その他の構成は第1の実施の形態で説明したとおりである。
On the other hand, in the present embodiment, the active layer 20 is exposed at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14c. The n-electrode 18c is formed on the surface of the support structure 13c and the sidewall of the thermal interference suppression groove structure 14c via the insulating film 15, and is in contact with the active layer 20 exposed at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14c.
When a voltage is applied between the p-electrode 17 and the n-electrode 18c, a current flows through the active layer 20 through the route of p-electrode 17→contact layer 22→upper cladding layer 21→active layer 20→n-electrode 18c. Other configurations are as described in the first embodiment.

本実施の形態では、半導体メサ構造12cの上部のコンタクト層22と接するp−電極17を、この半導体メサ構造12c上の領域から、半導体メサ構造12cの隣の熱干渉抑制用溝構造14dを塞ぐように形成された有機材料16の表面を覆う絶縁膜15上の領域を伝って熱干渉抑制用溝構造14dの隣の支持構造13dの表面を覆う絶縁膜15上の領域まで延伸するように形成することにより、半導体メサ構造12cの下部の活性層20で発生する熱をp−電極17から効率良く放熱することができる。 In the present embodiment, the p-electrode 17 in contact with the contact layer 22 above the semiconductor mesa structure 12c is covered with the thermal interference suppressing groove structure 14d adjacent to the semiconductor mesa structure 12c from the region on the semiconductor mesa structure 12c. The organic material 16 is formed so as to extend along the region on the insulating film 15 covering the surface of the organic material 16 to reach the region on the insulating film 15 covering the surface of the support structure 13d adjacent to the thermal interference suppressing groove structure 14d. By doing so, the heat generated in the active layer 20 below the semiconductor mesa structure 12c can be efficiently radiated from the p-electrode 17.

また、本実施の形態では、半導体メサ構造12cと支持構造13c,13dとを活性層20の上に形成しており、半導体メサ構造12cの上部クラッド層21と支持構造13c,13cの上部クラッド層23とを同時に成膜し、また半導体メサ構造12cのコンタクト層22と支持構造13c,13dのコンタクト層24とを同時に成膜するため、図5(B)に示すようにコンタクト層24の上面はコンタクト層22の上面と同じ高さになる。そこで、第1の実施の形態と同様に、コンタクト層24の上に支持層25を形成することにより、支持層25の上面が半導体メサ構造12のコンタクト層22の上面よりも高くなるようにしている。その結果、図5(B)に示すように半導体メサ構造12cの上に形成されたp−電極17の上面が支持構造13c,13dの表面に形成されたn−電極18cの上面よりも低くなる。したがって、第1の実施の形態と同様に光半導体素子を裏返して基板上にフリップチップ実装する際に、半導体メサ構造12cが基板と触れることがないので、光半導体素子の動作特性がずれてしまったり、光半導体素子が壊れてしまったりすることがなくなる。 Further, in the present embodiment, the semiconductor mesa structure 12c and the support structures 13c and 13d are formed on the active layer 20, and the upper clad layer 21 of the semiconductor mesa structure 12c and the upper clad layers of the support structures 13c and 13c are formed. 23 and the contact layer 22 of the semiconductor mesa structure 12c and the contact layer 24 of the support structures 13c and 13d are simultaneously formed. Therefore, as shown in FIG. The height is the same as the upper surface of the contact layer 22. Therefore, similarly to the first embodiment, the support layer 25 is formed on the contact layer 24 so that the upper surface of the support layer 25 is higher than the upper surface of the contact layer 22 of the semiconductor mesa structure 12. There is. As a result, as shown in FIG. 5B, the upper surface of the p-electrode 17 formed on the semiconductor mesa structure 12c becomes lower than the upper surface of the n-electrode 18c formed on the surfaces of the support structures 13c and 13d. .. Therefore, as in the case of the first embodiment, when the optical semiconductor element is turned over and flip-chip mounted on the substrate, the semiconductor mesa structure 12c does not come into contact with the substrate, so that the operation characteristics of the optical semiconductor element are deviated. There is no possibility that the optical semiconductor element will be lost or broken.

なお、第1、第2の実施の形態では、コンタクト層24の上面がコンタクト層22の上面よりも低いため、支持層25が活性層20よりも厚いことが必須の条件になるが、本実施の形態では、コンタクト層24の上面とコンタクト層22の上面が同じ高さのため、支持層25が活性層20よりも厚いことは必須の条件ではなく、支持層25の上面がコンタクト層22の上面よりも高くなるようにするだけでよい。 In the first and second embodiments, since the upper surface of the contact layer 24 is lower than the upper surface of the contact layer 22, it is an essential condition that the support layer 25 is thicker than the active layer 20. In the above embodiment, since the upper surface of the contact layer 24 and the upper surface of the contact layer 22 are at the same height, it is not essential that the support layer 25 be thicker than the active layer 20, and the upper surface of the support layer 25 is the contact layer 22. It only needs to be higher than the top surface.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図6(A)は本発明の第4の実施の形態に係る光半導体素子の平面図、図6(B)は図6(A)の光半導体素子を基板と垂直な切断面CSで切断した断面図、図6(C)は図6(A)、図6(B)の光半導体素子を基板と水平な切断面SFで切断した断面図であり、図5(A)〜図5(C)と同一の構成には同一の符号を付してある。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. 6A is a plan view of an optical semiconductor element according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a sectional view of the optical semiconductor element of FIG. 6A cut along a cutting plane CS perpendicular to a substrate. 6C is a cross-sectional view of the optical semiconductor element of FIGS. 6A and 6B, taken along a cutting plane SF that is horizontal to the substrate, and FIGS. The same reference numerals are given to the same components as those in FIG.

第3の実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造14c,14dのうち一方の熱干渉抑制用溝構造14dの全てを有機材料16で埋め、この有機材料16を覆うように形成した絶縁膜15の上にp−電極17を形成していたが、本実施の形態の光半導体素子では、半導体メサ構造12cを中心とする左右対称の構造にしている。このため、熱干渉抑制用溝構造14c,14dのうち光半導体素子の周縁部の領域を有機材料16で埋めるようにし、この有機材料16の上と半導体メサ構造12cの上と支持構造13c,13dの上に絶縁膜15を介してp−電極17cを形成するようにしている。第3の実施の形態と同様に、半導体メサ構造12cのコンタクト層22の表面の絶縁膜15には開口部が形成されており、この開口部に露出したコンタクト層22とp−電極17cとが接触する。 In the third embodiment, one of the thermal interference suppressing groove structures 14c and 14d is entirely filled with the organic material 16 and the insulating film 15 is formed so as to cover the organic material 16. Although the p-electrode 17 was formed on top of the above, the optical semiconductor element of the present embodiment has a bilaterally symmetrical structure centered on the semiconductor mesa structure 12c. Therefore, the peripheral region of the optical semiconductor element in the thermal interference suppressing groove structures 14c and 14d is filled with the organic material 16, and the organic material 16 and the semiconductor mesa structure 12c and the supporting structures 13c and 13d are formed. A p-electrode 17c is formed on top of this via an insulating film 15. Similar to the third embodiment, an opening is formed in the insulating film 15 on the surface of the contact layer 22 of the semiconductor mesa structure 12c, and the contact layer 22 and the p-electrode 17c exposed in this opening are separated from each other. Contact.

また、本実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造14cの底部だけでなく、熱干渉抑制用溝構造14dの底部にも活性層20が露出している。第3の実施の形態と同様に、n−電極18cは、支持構造13cの表面および熱干渉抑制用溝構造14cの側壁に絶縁膜15を介して形成され、熱干渉抑制用溝構造14cの底部に露出した活性層20と接触する。n−電極18dは、支持構造13dの表面および熱干渉抑制用溝構造14dの側壁に絶縁膜15を介して形成され、熱干渉抑制用溝構造14dの底部に露出した活性層20と接触する。その他の構成は第3の実施の形態で説明したとおりである。 In the present embodiment, the active layer 20 is exposed not only at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14c but also at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14d. Similar to the third embodiment, the n-electrode 18c is formed on the surface of the support structure 13c and the sidewall of the thermal interference suppression groove structure 14c via the insulating film 15, and the bottom portion of the thermal interference suppression groove structure 14c is formed. And contact the active layer 20 exposed to the outside. The n-electrode 18d is formed on the surface of the support structure 13d and the sidewall of the thermal interference suppression groove structure 14d via the insulating film 15, and is in contact with the active layer 20 exposed at the bottom of the thermal interference suppression groove structure 14d. Other configurations are as described in the third embodiment.

本実施の形態では、半導体メサ構造12cの上部のコンタクト層22と接するp−電極17cを、この半導体メサ構造12c上の領域から、半導体メサ構造12cの両隣の熱干渉抑制用溝構造14c,14dの一部を塞ぐように形成された有機材料16の表面を覆う絶縁膜15上の領域を伝って熱干渉抑制用溝構造14c,14dの隣の支持構造13c,13dの表面を覆う絶縁膜15上の領域まで延伸するように形成することにより、半導体メサ構造12cの下部の活性層20で発生する熱をp−電極17cから効率良く放熱することができる。こうして、本実施の形態では、第1、第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the p-electrode 17c in contact with the contact layer 22 above the semiconductor mesa structure 12c is provided from the region on the semiconductor mesa structure 12c to the thermal interference suppressing groove structures 14c and 14d on both sides of the semiconductor mesa structure 12c. An insulating film 15 covering the surface of the organic material 16 formed so as to cover a part of the insulating film 15 and covering the surface of the supporting structures 13c and 13d adjacent to the thermal interference suppressing groove structures 14c and 14d. By forming so as to extend to the upper region, heat generated in the active layer 20 below the semiconductor mesa structure 12c can be efficiently radiated from the p-electrode 17c. In this way, in this embodiment, the same effects as those of the first and third embodiments can be obtained.

また、第3の実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造14dを有機材料16で埋めているため、図5(A)〜図5(C)の左側にある回路への熱干渉を効果的に抑制できるのに対し、本実施の形態では、光半導体素子の左右両側にある回路への熱干渉を効果的に抑制することができる。 Further, in the third embodiment, since the thermal interference suppressing groove structure 14d is filled with the organic material 16, the thermal interference to the circuits on the left side of FIGS. 5A to 5C is effective. In contrast to this, in the present embodiment, thermal interference with the circuits on the left and right sides of the optical semiconductor element can be effectively suppressed.

[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図7は本発明の第5の実施の形態に係る半導体モノリシック型光回路の構成を示す平面図である。本実施の形態の半導体モノリシック型光回路は、第1〜第4の実施の形態で説明した光半導体素子を他の回路と共に同一基板上に集積化したものである。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a plan view showing the configuration of a semiconductor monolithic optical circuit according to the fifth embodiment of the present invention. The semiconductor monolithic optical circuit of the present embodiment is one in which the optical semiconductor element described in the first to fourth embodiments is integrated with other circuits on the same substrate.

図7において、A−01〜A−08は光導波路、B−01,B−02はMMI(Multi-Mode-Inteference:多モード干渉)カプラ、C−01は光半導体素子、D−01,D−02は光半導体素子C−01の熱干渉抑制用溝構造、E−01はマッハツェンダー干渉型光回路である。 In FIG. 7, A-01 to A-08 are optical waveguides, B-01 and B-02 are MMI (Multi-Mode-Inteference) couplers, C-01 is an optical semiconductor element, and D-01, D. Reference numeral -02 is a groove structure for suppressing thermal interference of the optical semiconductor element C-01, and E-01 is a Mach-Zehnder interference type optical circuit.

このような半導体モノリシック型光回路の例としては、例えば図11、図12で説明した高速カオス光信号生成光回路や、図13、図14(A)〜図14(C)で説明した光信号バッファメモリ回路などがある。例えば光半導体素子C−01は図13の光信号増幅部BA−1,BA−2に相当し、光導波路A−01,A−02は図13の光導波路115L,115Rに相当する。また、マッハツェンダー干渉型光回路E−01は図13のマッハツェンダー干渉型光強度変調部MZ−1に相当する。 Examples of such a semiconductor monolithic optical circuit include, for example, the high-speed chaotic optical signal generation optical circuit described with reference to FIGS. 11 and 12, and the optical signal described with reference to FIGS. 13 and 14A to 14C. There is a buffer memory circuit and the like. For example, the optical semiconductor element C-01 corresponds to the optical signal amplifiers BA-1 and BA-2 in FIG. 13, and the optical waveguides A-01 and A-02 correspond to the optical waveguides 115L and 115R in FIG. The Mach-Zehnder interferometer type optical circuit E-01 corresponds to the Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator MZ-1 in FIG.

図7の例では、光半導体素子C−01として、半導体メサ構造の両側に熱干渉抑制用溝構造D−01,D−02を有するものを記載している。したがって、光半導体素子C−01としては、第2、第4の実施の形態で説明した光半導体素子を使用することになる。この場合、図3(A)〜図3(C)、図6(A)〜図6(C)の左右方向が図7の上下方向に相当し、熱干渉抑制用溝構造14a,14b(14c,14d)が熱干渉抑制用溝構造D−01,D−02に相当し、下部クラッド層10とコア層11とエッチストップ層19と上部クラッド層21とからなる光導波路が光導波路A−01,A−02に相当する。 In the example of FIG. 7, as the optical semiconductor element C-01, the one having the thermal interference suppressing groove structures D-01 and D-02 on both sides of the semiconductor mesa structure is described. Therefore, as the optical semiconductor element C-01, the optical semiconductor element described in the second and fourth embodiments is used. In this case, the horizontal direction in FIGS. 3A to 3C and 6A to 6C corresponds to the vertical direction in FIG. 7, and the thermal interference suppressing groove structures 14a and 14b (14c). , 14d) correspond to the thermal interference suppressing groove structures D-01 and D-02, and the optical waveguide including the lower clad layer 10, the core layer 11, the etch stop layer 19 and the upper clad layer 21 is the optical waveguide A-01. , A-02.

光半導体素子C−01として、第2、第4の実施の形態で説明した光半導体素子を使用することにより、光半導体素子C−01で発生する熱がマッハツェンダー干渉型光回路E−01に干渉することを抑制することができる。特に、図7の例のようにマッハツェンダー干渉型光回路E−01が基板上に複数並んでいるときに、光半導体素子C−01の両側の回路への熱干渉を効果的に抑制することができる図3、図6のような構成は有効である。なお、第2、第4の実施の形態と比較して放熱効果に劣るものの、第1、第3の実施の形態で説明した光半導体素子も適用できることは言うまでもない。 By using the optical semiconductor element described in the second and fourth embodiments as the optical semiconductor element C-01, the heat generated in the optical semiconductor element C-01 is transferred to the Mach-Zehnder interference type optical circuit E-01. Interference can be suppressed. In particular, when a plurality of Mach-Zehnder interferometer type optical circuits E-01 are lined up on the substrate as in the example of FIG. 7, it is possible to effectively suppress thermal interference with the circuits on both sides of the optical semiconductor element C-01. The configurations as shown in FIGS. 3 and 6 capable of performing the above are effective. Needless to say, the optical semiconductor elements described in the first and third embodiments are also applicable, although the heat radiation effect is inferior to those in the second and fourth embodiments.

ここで、図8、図9はMMIカプラB−01,B−02の構成の1例を示す断面図であり、図1(A)〜図1(C)、図3(A)〜図3(C)、図5(A)〜図5(C)、図6(A)〜図6(C)と同一の構成には同一の符号を付してある。図8の例では、光半導体素子と同様の半導体メサ構造32の両側に形成した溝構造33を有機材料16で埋め、この有機材料16を覆うように形成した絶縁膜15の上に電極34を形成している。 Here, FIG. 8 and FIG. 9 are cross-sectional views showing an example of the configuration of the MMI couplers B-01 and B-02, and FIGS. 1(A) to 1(C) and 3(A) to 3 (C), FIG. 5(A)-FIG. 5(C), and FIG. 6(A)-FIG. 6(C) are attached with the same reference numerals. In the example of FIG. 8, the groove structure 33 formed on both sides of the semiconductor mesa structure 32 similar to the optical semiconductor element is filled with the organic material 16, and the electrode 34 is formed on the insulating film 15 formed so as to cover the organic material 16. Is forming.

図8の例では、溝構造33がコア層11に達しないメサ(リッジ)型の構造となっているが、図9の例では、溝構造33がコア層11よりも深い下部クラッド層10まで達するハイメサ(ディープリッジ)型の構造となっている。MMIカプラB−01,B−02の構成としてメサ型、ハイメサ型のいずれを使用することも可能であるが、一般的にハイメサ型を使用した方が曲損失、放射損失が少ないという利点がある。一方、メサ型には、作製が容易という利点がある。 In the example of FIG. 8, the groove structure 33 has a mesa (ridge) type structure that does not reach the core layer 11, but in the example of FIG. 9, the groove structure 33 extends to the lower clad layer 10 deeper than the core layer 11. It has a high mesa (deep ridge) type structure. As the configuration of the MMI couplers B-01 and B-02, it is possible to use either a mesa type or a high mesa type, but in general, the use of the high mesa type has an advantage of less bending loss and radiation loss. .. On the other hand, the mesa type has an advantage that it is easy to manufacture.

[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。図10は本発明の第6の実施の形態に係る半導体モノリシック型光回路の構成を示す平面図である。第5の実施の形態と同様に、本実施の形態の半導体モノリシック型光回路は、第1〜第4の実施の形態で説明した光半導体素子を他の回路と共に同一基板上に集積化したものである。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the semiconductor monolithic optical circuit according to the sixth embodiment of the present invention. Similar to the fifth embodiment, the semiconductor monolithic optical circuit according to the present embodiment is one in which the optical semiconductor element described in the first to fourth embodiments is integrated with other circuits on the same substrate. Is.

図10において、A−09〜A−24は光導波路、B−03〜B−06はMMIカプラ、C−02〜C−05は光半導体素子、D−03〜D−07は光半導体素子C−02〜C−05の熱干渉抑制用溝構造、F−01,F−02はマッハツェンダー干渉型光回路である。 In FIG. 10, A-09 to A-24 are optical waveguides, B-03 to B-06 are MMI couplers, C-02 to C-05 are optical semiconductor elements, and D-03 to D-07 are optical semiconductor elements C. -02 to C-05 thermal interference suppressing groove structures, and F-01 and F-02 are Mach-Zehnder interference type optical circuits.

このような半導体モノリシック型光回路の例としては、例えば図11、図12で説明した高速カオス光信号生成光回路や、図13、、図14(A)〜図14(C)で説明した光信号バッファメモリ回路などがある。例えば光半導体素子C−02〜C−05は図12、図14(A)〜図14(C)の光位相変調制御部c1,c2に相当し、MMIカプラB−03,B−05はMMIカプラb1に相当し、MMIカプラB−04,B−06はMMIカプラb2に相当し、光導波路A−10,A−18は光導波路1012,e5に相当し、光導波路A−11,A−19は光導波路1014,1016,e7に相当し、光導波路A−14,A−22は光導波路1013,e6に相当し、光導波路A−15,A−23は光導波路1015,e8に相当する。また、マッハツェンダー干渉型光回路F−01,F−02は光位相変調部R1,L1,R1−1,R1−2,L1−1,L1−2に相当する。 Examples of such a semiconductor monolithic optical circuit include, for example, the high-speed chaotic optical signal generation optical circuit described in FIGS. 11 and 12, and the optical described in FIGS. 13 and 14A to 14C. There is a signal buffer memory circuit and the like. For example, the optical semiconductor elements C-02 to C-05 correspond to the optical phase modulation control units c1 and c2 in FIGS. 12 and 14A to 14C, and the MMI couplers B-03 and B-05 are MMI. The MMI couplers B-04 and B-06 correspond to the MMI coupler b2, the optical waveguides A-10 and A-18 correspond to the optical waveguides 1012 and e5, and the optical waveguides A-11 and A- correspond to the coupler b1. Reference numeral 19 corresponds to the optical waveguides 1014, 1016, e7, optical waveguides A-14, A-22 correspond to the optical waveguides 1013, e6, and optical waveguides A-15, A-23 correspond to the optical waveguides 1015, e8. . The Mach-Zehnder interferometer type optical circuits F-01 and F-02 correspond to the optical phase modulators R1, L1, R1-1, R1-2, L1-1 and L1-2.

第5の実施の形態では、光半導体素子C−01がマッハツェンダー干渉型光回路E−01に隣接して配置されていたのに対し、本実施の形態では、マッハツェンダー干渉型光回路F−01,F−02の内部に光半導体素子C−02〜C−05が含まれる例を示している。 In the fifth embodiment, the optical semiconductor element C-01 is arranged adjacent to the Mach-Zehnder interference type optical circuit E-01, whereas in the present embodiment, the Mach-Zehnder interference type optical circuit F- is used. 01 and F-02 include optical semiconductor elements C-02 to C-05.

本実施の形態では、第5の実施の形態と同様に、光半導体素子C−02〜C−05として、第2、第4の実施の形態で説明した光半導体素子を使用している。すなわち、図3(A)〜図3(C)、図6(A)〜図6(C)の左右方向が図10の上下方向に相当し、熱干渉抑制用溝構造14a,14b(14c,14d)が熱干渉抑制用溝構造D−03〜D−07に相当し、下部クラッド層10とコア層11とエッチストップ層19と上部クラッド層21とからなる光導波路が光導波路A−10,A−11,A−14,A−15,A−18,A−19,A−22,A−23に相当する。 In this embodiment, as in the fifth embodiment, the optical semiconductor elements described in the second and fourth embodiments are used as the optical semiconductor elements C-02 to C-05. That is, the horizontal direction in FIGS. 3A to 3C and 6A to 6C corresponds to the vertical direction in FIG. 10, and the thermal interference suppressing groove structures 14a and 14b (14c, 14c, 14d) corresponds to the thermal interference suppressing groove structures D-03 to D-07, and the optical waveguide including the lower cladding layer 10, the core layer 11, the etch stop layer 19 and the upper cladding layer 21 is the optical waveguide A-10, It corresponds to A-11, A-14, A-15, A-18, A-19, A-22, and A-23.

こうして、本実施の形態では、第5の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図10の例では、隣接する光半導体素子同士がそれらの間にある熱干渉抑制用溝構造を共有する例を示している。例えば光半導体素子C−02とC−03とは熱干渉抑制用溝構造D−04を共有し、光半導体素子C−03とC−04とは熱干渉抑制用溝構造D−05を共有している。このように、隣接する光半導体素子同士が熱干渉抑制用溝構造を共有するようにすれば、半導体モノリシック型光回路の面積を縮小することが可能であるが、第2、第4の実施の形態で説明したように各光半導体素子が半導体メサ構造の両側に1個ずつ熱干渉抑制用溝構造を有する構造であってもよいことは言うまでもない。また、第2、第4の実施の形態と比較して放熱効果に劣るものの、第1、第3の実施の形態で説明した光半導体素子も適用できることは言うまでもない。 In this way, in this embodiment, the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained. Note that the example of FIG. 10 shows an example in which adjacent optical semiconductor elements share the thermal interference suppression groove structure between them. For example, the optical semiconductor elements C-02 and C-03 share the thermal interference suppressing groove structure D-04, and the optical semiconductor elements C-03 and C-04 share the thermal interference suppressing groove structure D-05. ing. As described above, if the adjacent optical semiconductor elements share the thermal interference suppressing groove structure, the area of the semiconductor monolithic optical circuit can be reduced. It goes without saying that each optical semiconductor element may have a structure having a groove structure for suppressing thermal interference, one on each side of the semiconductor mesa structure, as described in the embodiment. Further, it is needless to say that the optical semiconductor elements described in the first and third embodiments can also be applied, although the heat radiation effect is inferior to those in the second and fourth embodiments.

第1〜第6の実施の形態では、光半導体素子として、SOAの構造を想定しているため、層20を活性層としているが、第1〜第6の実施の形態で説明した光半導体素子が注入電流型の光変調器である場合には層20は位相調整層となり、光半導体素子が逆バイアス付加型のEA光変調器である場合には層20は吸収層となる。逆バイアス付加型のEA光変調器の場合、EA光変調器に光が入射すると、吸収層に電流が流れ、熱が発生するので、本発明を適用することが有効である。 In the first to sixth embodiments, since the structure of SOA is assumed as the optical semiconductor element, the layer 20 is the active layer. However, the optical semiconductor element described in the first to sixth embodiments is used. Is an injection current type optical modulator, the layer 20 is a phase adjusting layer, and when the optical semiconductor element is a reverse bias addition type EA optical modulator, the layer 20 is an absorbing layer. In the case of the reverse bias addition type EA optical modulator, when light enters the EA optical modulator, a current flows in the absorption layer and heat is generated, so that it is effective to apply the present invention.

また、第1〜第6の実施の形態では、熱干渉抑制用溝構造が活性層20またはコア層11まで達する深さの例を示したが、熱干渉抑制用溝構造が下部クラッド層10まで達するハイメサ(ディープリッジ)型の構造であってもよい。この場合、半導体メサ構造と支持構造の各々は、第1、第2の実施の形態で説明した構成に加えて、下部クラッド層10の上面側の一部とコア層11とを含む構成となる。また、熱干渉抑制用溝構造の底部に露出した下部クラッド層10と接するようにn−電極を形成すればよい。 Further, in the first to sixth embodiments, the example in which the thermal interference suppressing groove structure reaches the active layer 20 or the core layer 11 is shown, but the thermal interference suppressing groove structure extends to the lower clad layer 10. It may be a high-mesa (deep ridge) type structure that reaches. In this case, each of the semiconductor mesa structure and the support structure has a structure including a part on the upper surface side of the lower cladding layer 10 and the core layer 11 in addition to the structures described in the first and second embodiments. .. Further, the n-electrode may be formed so as to be in contact with the lower clad layer 10 exposed at the bottom of the thermal interference suppressing groove structure.

また、第1〜第6の実施の形態では、活性層(または位相調整層または吸収層)20の下にコア層11が形成される例を示したが、これに限るものではなく、活性層(または位相調整層または吸収層)20と同一の層にコア層11が形成され、光半導体素子の領域に形成された活性層(または位相調整層または吸収層)20がこの領域の外側でコア層11と光学的に結合されるようになっていてもよい。この場合、熱干渉抑制用溝構造の底部に露出したコア層11または熱干渉抑制用溝構造の底部に露出した下部クラッド層10と接するようにn−電極を形成すればよい。 Further, in the first to sixth embodiments, the example in which the core layer 11 is formed under the active layer (or the phase adjustment layer or the absorption layer) 20 has been described, but the present invention is not limited to this, and the active layer is not limited thereto. (Or phase adjustment layer or absorption layer) 20, the core layer 11 is formed in the same layer, and the active layer (or phase adjustment layer or absorption layer) 20 formed in the region of the optical semiconductor element is the core outside the region. It may be adapted to be optically coupled to the layer 11. In this case, the n-electrode may be formed so as to contact the core layer 11 exposed at the bottom of the thermal interference suppression groove structure or the lower clad layer 10 exposed at the bottom of the thermal interference suppression groove structure.

本発明は、リッジ装荷型の半導体光増幅器、注入電流型の光変調器、あるいは逆バイアス付加型の電界吸収型光変調器等の光半導体素子に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an optical semiconductor element such as a ridge-loaded semiconductor optical amplifier, an injection current optical modulator, or a reverse bias addition type electroabsorption optical modulator.

10…下部クラッド層、11…コア層、12…半導体メサ構造、13a,13b,13c,13d…支持構造、14a,14b,14c,14d…熱干渉抑制用溝構造、15…絶縁膜、16…有機材料、17,17a…p−電極、18,18b,18c…n−電極、19…エッチストップ層、20…活性層、21,23…上部クラッド層、22,24…コンタクト層、25…支持層、A−01〜A−24…光導波路、B−01〜B−06…MMIカプラ、C−01〜C−05…光半導体素子、D−01〜D−07…熱干渉抑制用溝構造、E−01,F−01,F−02…マッハツェンダー干渉型光回路。 10... Lower clad layer, 11... Core layer, 12... Semiconductor mesa structure, 13a, 13b, 13c, 13d... Support structure, 14a, 14b, 14c, 14d... Thermal interference suppressing groove structure, 15... Insulating film, 16... Organic material, 17, 17a... P-electrode, 18, 18b, 18c... N-electrode, 19... Etch stop layer, 20... Active layer, 21, 23... Upper cladding layer, 22, 24... Contact layer, 25... Support Layer, A-01 to A-24... Optical waveguide, B-01 to B-06... MMI coupler, C-01 to C-05... Optical semiconductor element, D-01 to D-07... Thermal interference suppressing groove structure , E-01, F-01, F-02... Mach-Zehnder interference type optical circuit.

Claims (5)

第1のクラッド層の上部に形成された半導体メサ構造と、
前記第1のクラッド層上の半導体メサ構造の両側に形成された支持構造と、
前記半導体メサ構造とその両側の前記支持構造との間を隔てるように形成された熱干渉抑制用溝構造と、
前記半導体メサ構造の上部と接するように形成された金属膜からなる第1の電極と、
前記半導体メサ構造と異なる半導体層と接するように形成された金属膜からなる第2の電極と、
前記熱干渉抑制用溝構造のうち、前記半導体メサ構造と前記支持構造との間を除く前記半導体メサ構造の周縁部の領域を塞ぐように形成された有機材料とを備え、
さらに、前記半導体メサ構造および前記支持構造と前記第1のクラッド層との間、または前記半導体メサ構造の一部に、外部からの電流注入または外部からの光の入射によって電流が流れる半導体層として活性層または位相調整層または吸収層を備え、
前記第1の電極は、前記半導体メサ構造の上部の領域から、前記半導体メサ構造の周縁部の領域の前記有機材料の表面を覆う絶縁膜上の領域を伝って、前記半導体メサ構造の両側の前記支持構造の表面を覆う絶縁膜上の領域まで延伸するように形成されることを特徴とする光半導体素子。
A semiconductor mesa structure formed on the first cladding layer,
Support structures formed on both sides of the semiconductor mesa structure on the first cladding layer;
A thermal interference suppressing groove structure formed so as to separate the semiconductor mesa structure and the supporting structures on both sides thereof,
A first electrode made of a metal film formed so as to contact the upper portion of the semiconductor mesa structure;
A second electrode made of a metal film formed so as to contact a semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure;
Of the thermal interference suppression groove structure, an organic material formed so as to close the region of the peripheral portion of the semiconductor mesa structure except between the semiconductor mesa structure and the support structure,
Further, as a semiconductor layer in which a current flows by current injection from the outside or incidence of light from the outside between the semiconductor mesa structure and the support structure and the first cladding layer, or in a part of the semiconductor mesa structure. An active layer or a phase adjustment layer or an absorption layer is provided,
The first electrode travels from an upper region of the semiconductor mesa structure to a region on an insulating film covering a surface of the organic material in a peripheral region of the semiconductor mesa structure, and is formed on both sides of the semiconductor mesa structure. An optical semiconductor device, which is formed so as to extend to a region on an insulating film covering the surface of the support structure.
請求項記載の光半導体素子において、
前記半導体メサ構造は、
少なくとも、前記第1のクラッド層の上部に形成されたエッチストップ層と、
このエッチストップ層の上に形成された前記活性層または位相調整層または吸収層と、
この活性層または位相調整層または吸収層の上に形成された、前記第1のクラッド層と導電型が異なる第2のクラッド層とから構成され、
前記支持構造は、
少なくとも、前記エッチストップ層と、
このエッチストップ層の上に形成された、前記第2のクラッド層と同一の導電型の第3のクラッド層とから構成され、
前記熱干渉抑制用溝構造は、前記半導体メサ構造と異なる半導体層が露出する深さまで形成され、
前記半導体メサ構造と異なる半導体層は、前記第1のクラッド層と前記エッチストップ層との間に形成されるコア層、または前記第1のクラッド層のいずれかであることを特徴とする光半導体素子。
The optical semiconductor element according to claim 1 ,
The semiconductor mesa structure is
At least an etch stop layer formed on the first cladding layer,
The active layer or the phase adjustment layer or the absorption layer formed on the etch stop layer,
Formed on the active layer, the phase adjusting layer or the absorption layer, the first cladding layer and the second cladding layer having a different conductivity type,
The support structure is
At least the etch stop layer,
A third cladding layer of the same conductivity type as the second cladding layer formed on the etch stop layer,
The thermal interference suppressing groove structure is formed to a depth at which a semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure is exposed,
The semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure is either a core layer formed between the first cladding layer and the etch stop layer or the first cladding layer. element.
請求項記載の光半導体素子において、
前記活性層または位相調整層または吸収層は、前記第1のクラッド層の上部に形成されたエッチストップ層の上に形成され、
前記半導体メサ構造と前記支持構造とは、
少なくとも、前記活性層または位相調整層または吸収層の上に形成された、前記第1のクラッド層と導電型が異なる第2のクラッド層から構成され、
前記熱干渉抑制用溝構造は、前記半導体メサ構造と異なる半導体層が露出する深さまで形成され、
前記半導体メサ構造と異なる半導体層は、前記活性層または位相調整層または吸収層、前記第1のクラッド層と前記エッチストップ層との間に形成されるコア層、または前記第1のクラッド層のいずれかであることを特徴とする光半導体素子。
The optical semiconductor element according to claim 1 ,
The active layer, the phase adjustment layer, or the absorption layer is formed on the etch stop layer formed on the first cladding layer,
The semiconductor mesa structure and the support structure,
At least a second clad layer having a conductivity type different from that of the first clad layer formed on the active layer, the phase adjusting layer or the absorption layer,
The thermal interference suppressing groove structure is formed to a depth at which a semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure is exposed,
The semiconductor layer different from the semiconductor mesa structure includes the active layer, the phase adjustment layer, or the absorption layer, the core layer formed between the first cladding layer and the etch stop layer, or the first cladding layer. An optical semiconductor device characterized by being any one of the above.
請求項1乃至のいずれか1項に記載の光半導体素子において、
前記支持構造は、さらに、前記半導体メサ構造の上面が前記支持構造の上面よりも低くなるように、前記支持構造の上面に形成された支持層を備えることを特徴とする光半導体素子。
The optical semiconductor element according to any one of claims 1 to 3 ,
The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the supporting structure further includes a supporting layer formed on the upper surface of the supporting structure such that the upper surface of the semiconductor mesa structure is lower than the upper surface of the supporting structure.
請求項1乃至のいずれか1項に記載の光半導体素子を、前記光半導体素子以外の回路と共に同一の基板上に集積化したことを特徴とする半導体モノリシック型光回路。 A semiconductor monolithic optical circuit comprising the optical semiconductor element according to any one of claims 1 to 4 integrated on the same substrate together with circuits other than the optical semiconductor element.
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