JP2008153650A - Optical semiconductor device - Google Patents

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Nobumasa Okada
亘正 岡田
Tadahiro Hiraike
忠浩 平池
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical semiconductor device capable of bringing more stable optical characteristic and preventing degradation in transmittance between a sealed condition with resin and the like and an unsealed condition. <P>SOLUTION: The optical semiconductor device has a laminate 13 sequentially stacked by a first layer 13a mainly made of magnesium fluoride or silicon oxide, a second layer 13b mainly made of titanium oxynitride, and a third layer 13c mainly made of magnesium fluoride or silicon oxide in this order. A plurality of reflective surfaces is provided inside the laminate 13, and the laminate 13 serves as an antireflective film on the emitting plane of the optical semiconductor device. At least the emitting surface is sealed with resin 200. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学多層膜を有する光半導体装置に関する。   The present invention relates to an optical semiconductor device having an optical multilayer film.

従来、半導体レーザや光変調器等の光半導体装置は、装置内部の機密性を確保するために、金属やセラミックス等のパッケージで封止されて提供されていた。しかしながら、このような封止方式では高価なパッケージと煩雑な封止工程とが必要となり、これを安価且つ容易に提供することが困難であるという問題が存在した。   Conventionally, an optical semiconductor device such as a semiconductor laser or an optical modulator has been provided sealed with a package of metal, ceramics, or the like in order to ensure confidentiality inside the device. However, such a sealing method requires an expensive package and a complicated sealing process, and there has been a problem that it is difficult to provide this inexpensively and easily.

そこで、近年では、上記の代替手段として、光半導体装置を樹脂等で封止する方式が提供された。しかしながら、この方式では、樹脂等で封止する前と後とで、光学素子である光半導体装置を覆う媒質の屈折率に差が生じるため、光半導体装置が所望する光学特性を発揮し得ないという問題が存在した。   Therefore, in recent years, a method of sealing an optical semiconductor device with resin or the like has been provided as the above alternative means. However, in this method, since the refractive index of the medium covering the optical semiconductor device, which is an optical element, is different between before and after sealing with resin or the like, the optical semiconductor device cannot exhibit the desired optical characteristics. There was a problem.

このような問題を解決する方法としては、例えば以下の特許文献1で例示するような技術が存在する。この従来技術は、単層の反射防止膜が形成された半導体装置を樹脂で封止する構成において、反射防止膜と樹脂との境界面で反射された光を反射防止膜内部を伝播する光で減衰(又はキャンセル)する構成を有することで、光半導体装置の光学特性の劣化を抑制するように構成されている。   As a method for solving such a problem, for example, there is a technique exemplified in Patent Document 1 below. In this conventional technique, in a configuration in which a semiconductor device having a single-layer antireflection film is sealed with resin, light reflected at the interface between the antireflection film and resin is transmitted through the inside of the antireflection film. By having a configuration that attenuates (or cancels), the optical semiconductor device is configured to suppress deterioration of optical characteristics.

一方、反射防止膜等の光学膜の透過率をより向上させるために、これを多層膜で構成することが一般的に知られている(例えば特許文献2参照)。しかしながら、本従来技術では、光半導体装置の光学特性を高く且つ安定化できる技術について検討がなされていない。   On the other hand, in order to further improve the transmittance of an optical film such as an antireflection film, it is generally known that it is formed of a multilayer film (for example, see Patent Document 2). However, in this prior art, a technique that can enhance and stabilize the optical characteristics of the optical semiconductor device has not been studied.

特開2001−42169号公報JP 2001-42169 A 特開平7−113901号公報JP-A-7-113901

そこで本発明は、光学特性をより安定化する光学多層膜を有する光半導体装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an optical semiconductor device having an optical multilayer film that further stabilizes optical characteristics.

また、本発明は、上記の目的を達成し、且つ樹脂等で封止した状態と封止しない状態とで透過率が劣化することが防止された光学多層膜を有する光半導体装置を提供することを目的とする。   In addition, the present invention provides an optical semiconductor device having an optical multilayer film that achieves the above object and prevents the transmittance from being deteriorated between a state sealed with a resin or the like and a state not sealed. With the goal.

本発明による光半導体装置は、請求項1記載のように、フッ化マグネシウムを主成分とする第1層と、酸化窒化チタンを主成分とする第2層と、フッ化マグネシウムを主成分とする第3層とがこの順番で積層された積層構造を持ち、該積層構造の内部に複数の反射面を備えるとともに、該積層構造は反射防止膜として光半導体の光出射面に設けられ、少なくとも前記光出射面が樹脂によって封止されてなる。このように、応力の制御性に富む酸化窒化チタンを用いることで、低屈折率光学膜として有用なフッ化マグネシウムの応力を酸化窒化チタンで制御できるため応力が低減された光学多層膜を用いて光半導体装置を製造することが可能となる。更に、本発明では、最低でも3層の多層構造を有することで光学多層膜内部に複数の反射面が形成されるため、高屈折率光学膜である第2層の膜厚を光学距離に換算した1/4波長より薄くした場合でも、反射光の干渉を起こさせることが可能となる。尚、本発明においては酸化窒化チタンあるいはフッ化マグネシウムはそれぞれの元素のみで構成されているという意味に限定されるのではなく、それぞれの元素に微量な他の元素が混在していても、その光学特性あるいは応力が同等であれば、その範疇である。   The optical semiconductor device according to the present invention has a first layer containing magnesium fluoride as a main component, a second layer containing titanium oxynitride as a main component, and magnesium fluoride as a main component. The third layer has a laminated structure laminated in this order, and includes a plurality of reflecting surfaces inside the laminated structure, and the laminated structure is provided on the light emitting surface of the optical semiconductor as an antireflection film, The light emission surface is sealed with resin. In this way, by using titanium oxynitride rich in stress controllability, the stress of magnesium fluoride, which is useful as a low refractive index optical film, can be controlled by titanium oxynitride, so an optical multilayer film with reduced stress is used. An optical semiconductor device can be manufactured. Furthermore, in the present invention, since a plurality of reflective surfaces are formed inside the optical multilayer film by having a multilayer structure of at least three layers, the film thickness of the second layer, which is a high refractive index optical film, is converted into an optical distance. Even when the thickness is smaller than the quarter wavelength, interference of reflected light can be caused. In the present invention, titanium oxynitride or magnesium fluoride is not limited to the meaning that each element is composed only of each element, and even if a trace amount of other elements are mixed in each element, If the optical characteristics or stress is equivalent, it is in that category.

また、本発明による光半導体装置は、請求項2記載のように、酸化シリコンを主成分とする第1層と、酸化窒化チタンを主成分とする第2層と、フッ化マグネシウムを主成分とする第3層とがこの順番で積層された積層構造を持ち、該積層構造の内部に複数の反射面を備えるとともに、該積層構造は反射防止膜として光半導体の光出射面に設けられ、少なくとも前記光出射面が樹脂によって封止されてなることを特徴とする。   An optical semiconductor device according to the present invention includes a first layer containing silicon oxide as a main component, a second layer containing titanium oxynitride as a main component, and magnesium fluoride as a main component. The third layer is laminated in this order, and includes a plurality of reflecting surfaces inside the laminated structure, and the laminated structure is provided on the light emitting surface of the optical semiconductor as an antireflection film, and at least The light emitting surface is sealed with a resin.

また、上記構成の光半導体装置において、好ましくは前記第1層と第2層とは接しているように構成される。   In the optical semiconductor device having the above configuration, the first layer and the second layer are preferably in contact with each other.

また、上記構成の光半導体装置において、好ましくは前記第2層は、イオンアシスト蒸着によって成膜された層であるように構成される。   In the optical semiconductor device having the above-described configuration, the second layer is preferably configured to be a layer formed by ion-assisted deposition.

上記構成の光半導体装置において、好ましくは前記第1層は、前記光半導体の光出射面に接して設けられているように構成される。   In the optical semiconductor device having the above configuration, the first layer is preferably configured so as to be in contact with a light emitting surface of the optical semiconductor.

本発明によれば、応力の制御性に富む酸化窒化チタンを用いることで、低屈折率光学膜として有用なフッ化マグネシウムの応力を酸化窒化チタンで制御できるため応力が低減された光学多層膜及びそれを有する光半導体装置を製造することが可能となる。更に、本発明では、最低でも3層の多層構造を有することで光学多層膜内部に複数の反射面が形成されるため、高屈折率光学膜である第2層の膜厚を光学距離に換算した1/4波長より薄くした場合でも、反射光の干渉を起こさせることが可能となる。さらに、樹脂などの充填前後で光学特性の変動を防止し、樹脂などを充填する前に測定された光学特性が、樹脂などの充填後も変わらないように構成される。   According to the present invention, by using titanium oxynitride rich in stress controllability, the stress of magnesium fluoride useful as a low-refractive index optical film can be controlled by titanium oxynitride, and the optical multilayer film with reduced stress and An optical semiconductor device having the same can be manufactured. Furthermore, in the present invention, since a plurality of reflective surfaces are formed inside the optical multilayer film by having a multilayer structure of at least three layers, the film thickness of the second layer, which is a high refractive index optical film, is converted into an optical distance. Even when the thickness is smaller than the quarter wavelength, interference of reflected light can be caused. Further, the optical characteristics are prevented from fluctuating before and after filling with a resin or the like, and the optical characteristics measured before filling the resin or the like are not changed even after filling with the resin or the like.

〔原理〕
従来技術として存在する2層構造を有する光学多層膜では、その内部に1つしか反射面が存在しない。このため、この反射面では、光学多層膜の外側(空気など)との屈折率差で生じる反射面での反射光としか干渉を起こすことができない。従って、2つの光を干渉させる場合、2層構造の光学多層膜は光学距離に換算した1/4波長の厚みの膜を有することがその設計条件とされるため、これよりも薄い膜を形成しても所望する光学多層膜の機能を得ることが不可能である。
〔principle〕
In an optical multilayer film having a two-layer structure that exists as a conventional technique, only one reflecting surface is present inside. For this reason, this reflection surface can only interfere with the reflected light on the reflection surface caused by the difference in refractive index from the outside (such as air) of the optical multilayer film. Therefore, when two light beams interfere with each other, the optical multilayer film having a two-layer structure is designed to have a film having a thickness of a quarter wavelength converted to an optical distance, so a film thinner than this is formed. However, it is impossible to obtain a desired function of the optical multilayer film.

これに対して、本実施形態のように3層以上の積層構造を有する光学多層膜を形成することで、その内部に複数の反射面が形成される。このため、複数ある反射面のいずれか同士に干渉を生じさせられれば、光学多層膜としての機能が実現されるため、各膜の厚みを光学距離に換算した1/4波長より薄くすることが可能となり、酸化窒化チタンによる応力制御性を向上させることが可能となる。   On the other hand, by forming an optical multilayer film having a laminated structure of three or more layers as in the present embodiment, a plurality of reflecting surfaces are formed inside. For this reason, if interference is caused between any of a plurality of reflecting surfaces, the function as an optical multilayer film is realized. Therefore, the thickness of each film may be made thinner than a quarter wavelength converted to an optical distance. It becomes possible, and it becomes possible to improve the stress controllability by titanium oxynitride.

一般的に光学多層膜は、屈折率の異なる材料の組み合わせによって生じる多重反射や干渉を利用して、反射防止特性や高反射特性など、所定の光学特性を実現するものである。このため、光学多層膜を構成する膜には、所定の屈折率差を実現できることが重要であり、一般には屈折率差を大きく出来る材料の組み合わせを必要とする。そこで本発明者は、フッ化マグネシウムが屈折率が低い材料であり、これを光学多層膜の材料として採用すれば、屈折率の高い側の材料との屈折率差が大きく出来ることに着目し、これを採用することを検討した。   In general, an optical multilayer film realizes predetermined optical characteristics such as antireflection characteristics and high reflection characteristics by utilizing multiple reflection and interference caused by a combination of materials having different refractive indexes. For this reason, it is important for the film constituting the optical multilayer film that a predetermined refractive index difference can be realized, and generally a combination of materials capable of increasing the refractive index difference is required. Therefore, the inventor of the present invention pays attention to the fact that magnesium fluoride is a material having a low refractive index, and if this is adopted as the material of the optical multilayer film, the refractive index difference from the material on the higher refractive index side can be increased. We considered adopting this.

しかしながら、本発明者らは、光学多層膜が光半導体に対して大きな応力を印加することは避けなければならないが、このフッ化マグネシウムが製造条件などを制御しても応力自体はさほど変化しない材料であることを見出した。そこで、本発明は、上記のようにフッ化マグネシウムに酸化窒化チタンを組み合わせる構成を有する。   However, the present inventors have to avoid that the optical multilayer film applies a large stress to the optical semiconductor. However, even if this magnesium fluoride controls the manufacturing conditions, the stress itself does not change so much. I found out. Therefore, the present invention has a configuration in which magnesium fluoride is combined with titanium oxynitride as described above.

この酸化窒化チタンは、製造条件などによってその応力の制御性に富んでいる。即ち、酸化窒化チタンとフッ化マグネシウムとの組み合わせにより、低屈折率光学膜として有用なフッ化マグネシウムの応力を酸化窒化チタンが制御できるため、応力の低減された光学多層膜が期待できる。   This titanium oxynitride is rich in controllability of stress depending on manufacturing conditions and the like. That is, the combination of titanium oxynitride and magnesium fluoride allows titanium oxynitride to control the stress of magnesium fluoride useful as a low refractive index optical film, so that an optical multilayer film with reduced stress can be expected.

但し、単に酸化窒化チタンとフッ化マグネシウムとの2層構造の光学多層膜を形成する場合には、応力の低減効果は低い。これは、光学多層膜が屈折率の異なる面で生じる反射光同士の干渉によって、所定の光学効果を発揮するためである。このため、2層構造の光学多層膜では、その内部に反射面が1箇所しか存在しなく、干渉を生じさせるために最低でも1/4波長の厚みが必要となる。従って、これ以上薄く構成した場合では干渉を生じさせることが困難である。換言すれば、酸化窒化チタンとフッ化マグネシウムとの2層構造では、各層の厚みを小さくすることができず、酸化窒化チタンの採用によって応力制御が可能になった反面、フッ化マグネシウムの層の応力制御性に限界が生じてしまう。   However, when an optical multilayer film having a two-layer structure of simply titanium oxynitride and magnesium fluoride is formed, the effect of reducing stress is low. This is because the optical multilayer film exhibits a predetermined optical effect due to interference between reflected lights generated on surfaces having different refractive indexes. For this reason, in the optical multilayer film having a two-layer structure, there is only one reflecting surface inside, and a thickness of at least a quarter wavelength is required to cause interference. Therefore, it is difficult to cause interference when the thickness is further reduced. In other words, in the two-layer structure of titanium oxynitride and magnesium fluoride, the thickness of each layer cannot be reduced, and stress control is possible by adopting titanium oxynitride, but the magnesium fluoride layer Limits on stress controllability occur.

そこで本発明では、上記のように、酸化窒化チタンとフッ化マグネシウムとの他にさらに層を追加し、その内部に複数の反射面を形成する。この構成により、光学多層膜の内部に複数の反射面が形成されるため、複数ある反射面の何れかの組み合わせで干渉を生じるように構成すればよい。言い換えれば、光学距離に換算した1/4波長より薄く構成した場合でも、設計により干渉を生じさせることが可能となる。   Therefore, in the present invention, as described above, a layer is further added in addition to titanium oxynitride and magnesium fluoride, and a plurality of reflecting surfaces are formed therein. With this configuration, a plurality of reflecting surfaces are formed inside the optical multilayer film, and therefore, any combination of the plurality of reflecting surfaces may be configured to cause interference. In other words, even when it is configured to be thinner than a quarter wavelength converted to an optical distance, it is possible to cause interference by design.

以下、これを実現する本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、酸化窒化チタンあるいはフッ化マグネシウムはそれぞれの元素のみで構成されているという意味に限定されるのではなく、それぞれの元素に微量な他の元素が混在していても、その光学特性あるいは応力が同等であれば、その範疇である。   Hereinafter, embodiments of the present invention for realizing this will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, titanium oxynitride or magnesium fluoride is not limited to the meaning that it is composed only of each element, and even if a small amount of other elements are mixed in each element, If the optical characteristics or stress are equivalent, it is in that category.

〔第1の実施形態〕
まず、本発明の第1の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施形態による光半導体装置100Aの概略構成を示す断面図である。尚、図1では半導体チップ10の光軸に沿った断面図を示す。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the optical semiconductor device 100A according to the present embodiment. 1 shows a cross-sectional view of the semiconductor chip 10 along the optical axis.

図1に示すように、本実施形態では半導体チップ10の一方の端若しくは両端に多層構造を有する光学多層膜13が形成されている。個々の光学多層膜13は、半導体チップ10に接する第1層13aから最外に位置する第3層13cまでの3層構造を有しており、樹脂200による封止された状態と封止されない状態とで良好な透過特性を発揮するように形成されている。換言すれば、本実施形態による光学多層膜13は、空気(又は真空)及び樹脂の双方に対して反射防止膜として機能するように構成される。尚、樹脂200による封止は、出荷時や稼働時に光学多層膜13及び半導体チップ10を保護することを目的としており、光半導体装置100Aの性能を保証するために有効で且つ安価及び容易な手法である。   As shown in FIG. 1, in this embodiment, an optical multilayer film 13 having a multilayer structure is formed on one end or both ends of a semiconductor chip 10. Each optical multilayer film 13 has a three-layer structure from the first layer 13 a in contact with the semiconductor chip 10 to the third layer 13 c located on the outermost side, and is not sealed with the resin 200. It is formed so as to exhibit good transmission characteristics depending on the state. In other words, the optical multilayer film 13 according to the present embodiment is configured to function as an antireflection film for both air (or vacuum) and resin. The sealing with the resin 200 is intended to protect the optical multilayer film 13 and the semiconductor chip 10 at the time of shipment and operation, and is effective, inexpensive and easy to guarantee the performance of the optical semiconductor device 100A. It is.

このように双方に対して反射防止膜として作用するように設計する方法は、例えば使用する樹脂200の屈折率に基づいて最外に位置する第3層13cの大まかな条件をまず決定し、次に第1層13a及び第2層13bで構成される多層膜が樹脂200に対して反射防止膜として作用するように設計し、最後に空気(又は真空)の屈折率に対して光学多層膜13全体が反射防止膜として作用するように第3層13cを上記の条件内で設計する手順で実現される。尚、樹脂200としては、例えばエポキシ樹脂等が適用される。   In this way, the method of designing both to act as an antireflection film is to first determine the rough conditions of the third layer 13c located on the outermost side based on the refractive index of the resin 200 used, for example. The multilayer film composed of the first layer 13a and the second layer 13b is designed to act as an antireflection film for the resin 200, and finally the optical multilayer film 13 with respect to the refractive index of air (or vacuum). This is realized by the procedure of designing the third layer 13c within the above conditions so that the whole acts as an antireflection film. As the resin 200, for example, an epoxy resin or the like is applied.

また、この手順に基づいて設計した場合、光学多層膜13における各層の屈折率は、第2層13bが最も高く、第1層13a及び第3層13cが第2層13bの屈折率よりも低いという関係を有する。   Further, when designed based on this procedure, the refractive index of each layer in the optical multilayer film 13 is highest in the second layer 13b, and the refractive index of the first layer 13a and the third layer 13c is lower than that of the second layer 13b. Have the relationship.

以上の手順に基づいて設計することで、光半導体装置100Aの特性(性能)評価の際と、これを実際に使用する際とで同等に反射防止膜として機能する光学多層膜13が実現され、使用の際の光学特性が仕様と異ならない光半導体装置100Aを実現することができる。   By designing based on the above procedure, the optical multilayer film 13 that functions as an antireflection film is realized equally when evaluating the characteristics (performance) of the optical semiconductor device 100A and when actually using it. It is possible to realize the optical semiconductor device 100A in which the optical characteristics in use do not differ from the specifications.

また、本発明者らは、応力の異なる層を積層して光学多層膜を形成した場合、半導体チップにストレスが発生し、光半導体装置の光学特性が経時的に劣化することを見いだした。これは、図2(a),(b)に示すように、時間に伴い、光半導体装置の動作閾値電流(光半導体装置が動作するための最小の電流)が上昇することからも証明される。尚、図2は、第1層(半導体チップと接する層)を膜厚が57.0nm,屈折率が1.37のMgF膜で形成し、第3層(最外に位置する層)を膜厚が100.0nm,屈折率が1.37のMgF膜で形成し、第2層(第1層及び第3層で挟まれた層)を膜厚が100.0nm,屈折率が2.27のTiO膜で形成した半導体装置に関してスクリーニングを行った結果であり、(a)は応力(圧縮ストレス)がかかった状態、(b)は応力のかからない(又は小さい)状態になるように、それぞれ膜を付けて測定した結果である。図(a),(b)から明らかなように、応力がかかっている場合、スクリーニングによって特性(閾値)が安定しずらい。   Further, the present inventors have found that when an optical multilayer film is formed by laminating layers having different stresses, stress is generated in the semiconductor chip, and the optical characteristics of the optical semiconductor device deteriorate with time. This is proved from the fact that the operation threshold current of the optical semiconductor device (minimum current for operating the optical semiconductor device) increases with time, as shown in FIGS. . In FIG. 2, the first layer (the layer in contact with the semiconductor chip) is formed of an MgF film having a thickness of 57.0 nm and a refractive index of 1.37, and the third layer (the outermost layer) is formed as a film. An MgF film having a thickness of 100.0 nm and a refractive index of 1.37 is formed, and a second layer (a layer sandwiched between the first layer and the third layer) is formed with a film thickness of 100.0 nm and a refractive index of 2.27. The results of screening on a semiconductor device formed of a TiO film of (a) is a state in which stress (compressive stress) is applied, and (b) is a state in which no stress is applied (or small). It is the result of having measured by attaching. As is clear from FIGS. 4A and 4B, when stress is applied, the characteristic (threshold value) is difficult to be stabilized by screening.

そこで本実施形態による光学多層膜13は、相反する性質の応力を生じる層が積層された構造を有するように構成する。即ち、本実施形態では、引張と圧縮との応力を配置することで、多層膜全体としてこれを相殺し、半導体チップ10にストレスが生じることを防止する。例えば、第1層13aと第3層13cとの間に、応力調整のための第2層13bを設けることで、半導体チップ10の端面(光学多層膜13が形成された面)にストレスが発生することを防止する。これを図1に基づいて説明すると、第1層13a及び第3層13cは例えば性質が圧縮の応力を生じる材料を用いて形成し、これらに挟まれる第2層13bは上記とは逆に性質が引張の応力を生じる材料を用いて形成する。以下、本実施形態による光半導体装置100Aの詳細を図面を用いて詳細に説明する。   Therefore, the optical multilayer film 13 according to the present embodiment is configured to have a structure in which layers that generate stresses having opposite properties are laminated. In other words, in the present embodiment, the tensile stress and the compressive stress are arranged to cancel each other as the entire multilayer film, thereby preventing the semiconductor chip 10 from being stressed. For example, by providing the second layer 13b for adjusting the stress between the first layer 13a and the third layer 13c, stress is generated on the end face of the semiconductor chip 10 (the face on which the optical multilayer film 13 is formed). To prevent. This will be described with reference to FIG. 1. The first layer 13a and the third layer 13c are formed by using, for example, a material that generates compressive stress, and the second layer 13b sandwiched between them has a property opposite to the above. Is formed using a material that generates tensile stress. Hereinafter, details of the optical semiconductor device 100A according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図3は本実施形態による光半導体装置100Aの構成を示す斜視図であり、図4はこの光半導体装置100Aの構成を示すA−A’断面図である。尚、本実施形態では、半導体装置100Aとして分布帰還形レーザ(DFBレーザ)を例に挙げて説明する。   FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the optical semiconductor device 100A according to the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A 'showing the configuration of the optical semiconductor device 100A. In this embodiment, a distributed feedback laser (DFB laser) will be described as an example of the semiconductor device 100A.

半導体装置100Aは半導体チップ10と光学多層膜13とを含んで構成される。半導体チップ10は、図3及び図4に示すように、回折格子2が形成された半導体基板1上に、n型クラッド層3と活性層4とp型クラッド層5とp型層6とコンタクト層7とが、メサ状に形成された構成を有する。活性層4は例えばMQW(Multi−Quantum Well)等で形成される。また、メサ構造以外の領域には、半絶縁性埋め込みヘテロ領域9が形成される。   The semiconductor device 100 </ b> A includes the semiconductor chip 10 and the optical multilayer film 13. As shown in FIGS. 3 and 4, the semiconductor chip 10 has an n-type cladding layer 3, an active layer 4, a p-type cladding layer 5, a p-type layer 6, and contacts on the semiconductor substrate 1 on which the diffraction grating 2 is formed. The layer 7 has a configuration formed in a mesa shape. The active layer 4 is formed of, for example, MQW (Multi-Quantum Well). A semi-insulating buried hetero region 9 is formed in a region other than the mesa structure.

この層構造における上部と下部にはそれぞれ上部電極11と下部電極12とが形成される。尚、コンタクト層7上の上部電極11以外の領域にはキャップ層8が形成される。   An upper electrode 11 and a lower electrode 12 are formed on the upper and lower portions of this layer structure, respectively. A cap layer 8 is formed in a region other than the upper electrode 11 on the contact layer 7.

以上の構成は、例えば半導体基板1への選択エピタキシャル成長や、選択エッチングやメサ埋め込み成長や基板研磨や電極堆積やパターニングやへき開等の方法を用いて形成することが可能である。   The above configuration can be formed using a method such as selective epitaxial growth on the semiconductor substrate 1, selective etching, mesa embedding growth, substrate polishing, electrode deposition, patterning, or cleavage.

このような構成を有する半導体チップ10の両端には、それぞれ反射防止膜として機能する光学多層膜13が形成される。この光学多層膜13は3層(13a,13b,13c)の構造を有しており、中央の層13bがこれを挟む2つの層(13a,13c)と異なる性質の応力を発生する材料で形成されている。即ち、本実施形態による光学多層膜13は、材質や製法によって生じる密着性、結晶構造で、それぞれの膜が隣接する材料との間で発生する応力が相互に相殺される構成を有する。これにより、半導体チップ10の端面にストレスが生じることを防止し、安定した光学特性を得られる構成となる。   Optical multilayer films 13 each functioning as an antireflection film are formed on both ends of the semiconductor chip 10 having such a configuration. The optical multilayer film 13 has a three-layer structure (13a, 13b, 13c), and the central layer 13b is formed of a material that generates stress having a property different from that of the two layers (13a, 13c) sandwiching it. Has been. That is, the optical multilayer film 13 according to the present embodiment has a configuration in which the stress generated between the adjacent materials is offset by the adhesiveness and crystal structure generated by the material and the manufacturing method. As a result, it is possible to prevent the end face of the semiconductor chip 10 from being stressed and obtain stable optical characteristics.

光学多層膜13において、中央に位置する第2層13bは、例えば酸化窒化チタン(TiON)で形成される。このTiONは引張の応力を発生する材料である。従って、これを挟む層(第1層13a,第3層13c)は、第2層13bと逆の性質である圧縮の応力を発生する材料で形成される。この材料としては、例えばフッ化マグネシウム(MgF)が存在する。但し、この他にも例えばフッ化シリコン(SiF)等を用いてもよい。尚、本実施形態において、各材料の組成比は限定されないため、これを省略して説明する。   In the optical multilayer film 13, the second layer 13b located at the center is formed of, for example, titanium oxynitride (TiON). TiON is a material that generates tensile stress. Therefore, the layers (first layer 13a, third layer 13c) sandwiching the layers are formed of a material that generates compressive stress, which is a property opposite to that of the second layer 13b. An example of this material is magnesium fluoride (MgF). However, for example, silicon fluoride (SiF) may be used. In the present embodiment, the composition ratio of each material is not limited and will be described by omitting it.

また、光学多層膜13における各層は、上述にもあるように、それぞれの条件で反射防止膜として機能するように設計されている。以下、この設計手順も含め、光半導体装置100Aの製造方法について図面を用いて詳細に説明する。但し、本実施形態では、半導体チップ10として上記したDFBレーザに限定されず、如何なる光半導体素子を使用してもよいため、以下の説明では半導体チップ10の製造方法を省略する。   Moreover, each layer in the optical multilayer film 13 is designed to function as an antireflection film under each condition as described above. Hereinafter, the manufacturing method of the optical semiconductor device 100A including this design procedure will be described in detail with reference to the drawings. However, in the present embodiment, the semiconductor chip 10 is not limited to the DFB laser described above, and any optical semiconductor element may be used. Therefore, the method for manufacturing the semiconductor chip 10 is omitted in the following description.

図5は、本実施形態による光半導体装置100Aの製造プロセスを示す断面図である。尚、図5では、上記と同様にA−A’断面図を用いる。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the optical semiconductor device 100A according to the present embodiment. In FIG. 5, the A-A ′ sectional view is used in the same manner as described above.

本製造プロセスでは、まず、完成後の光半導体装置100Aを封止するための樹脂200の屈折率に基づいて、第3層13cの条件(材料,膜厚,成膜方法等)を大まかに決定する。即ち、樹脂200と同程度の屈折率を有し、第3層13cの外側(半導体チップ10と反対側)の面で反射された光が第3層13cを伝播する光で減衰(又はキャンセル)される膜厚を有するような第3層13cが形成される条件を大まかに決定する。   In this manufacturing process, first, the conditions (material, film thickness, film forming method, etc.) of the third layer 13c are roughly determined based on the refractive index of the resin 200 for sealing the completed optical semiconductor device 100A. To do. That is, the light having the same refractive index as that of the resin 200 and the light reflected by the outer surface (opposite side of the semiconductor chip 10) of the third layer 13c is attenuated (or canceled) by the light propagating through the third layer 13c. The conditions for forming the third layer 13c having the desired film thickness are roughly determined.

次に、第1層13a及び第2層13bからなる多層膜が樹脂200に対して反射防止膜として作用するように、第1層13a及び第2層13bを設計する。これは、樹脂200の屈折率に基づいて、第1層13a,第2層13bの材料や膜厚や成膜方法を決定することで行われる。   Next, the first layer 13 a and the second layer 13 b are designed so that the multilayer film composed of the first layer 13 a and the second layer 13 b acts as an antireflection film for the resin 200. This is performed by determining the material, film thickness, and film forming method of the first layer 13a and the second layer 13b based on the refractive index of the resin 200.

その後、第1層13a,第2層13b及び第3層13cより成る光学多層膜13が特性評価の際の条件(大気や真空)下で反射防止膜として作用するように、第3層13cを設計する。これは、上記で決定した条件と、第1層13a及び第2層13bの構成とを考慮して行われる。   Thereafter, the third layer 13c is formed so that the optical multilayer film 13 composed of the first layer 13a, the second layer 13b, and the third layer 13c functions as an antireflection film under the conditions (atmosphere or vacuum) in the characteristic evaluation. design. This is performed in consideration of the conditions determined above and the configurations of the first layer 13a and the second layer 13b.

このように、光学多層膜13の構成を設計すると、次に、図5(a)に示すように、製造した半導体チップ10に対して上記の光学多層膜13を形成する。この過程では、まず、半導体チップ10における所定の面上に第1層13aを成膜する。これは蒸着法やエピタキシャル成長法等、如何なる方法を用いも良い。本実施形態では第1層13aを膜厚が62.0nmのMgF膜で形成する。また、この際、第1層13aの屈折率が1.37となるように形成する。   When the configuration of the optical multilayer film 13 is designed in this way, next, as shown in FIG. 5A, the optical multilayer film 13 is formed on the manufactured semiconductor chip 10. In this process, first, the first layer 13 a is formed on a predetermined surface of the semiconductor chip 10. For this, any method such as vapor deposition or epitaxial growth may be used. In the present embodiment, the first layer 13a is formed of an MgF film having a thickness of 62.0 nm. At this time, the first layer 13a is formed to have a refractive index of 1.37.

次に、図5(b)に示すように、形成した第1層13a上に第2層13bを成膜する。但し、この成膜には、第1層13aとの密着性やストレスを鑑みてイオンアシスト蒸着法を用いる。図6にイオンアシスト蒸着するための装置構成を示す。但し、本実施形態では、第2層13bとして膜厚が70.0nmのTiON膜を形成する場合について説明する。また、この最、第2層13bの屈折率が2.48となるように形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, the second layer 13b is formed on the formed first layer 13a. However, ion-assisted deposition is used for this film formation in consideration of adhesion to the first layer 13a and stress. FIG. 6 shows an apparatus configuration for ion-assisted deposition. However, in the present embodiment, a case where a TiON film having a thickness of 70.0 nm is formed as the second layer 13b will be described. In addition, the second layer 13b is formed so that the refractive index is 2.48.

図6を参照すると、イオンアシスト蒸着装置は、装置室51の上側に半導体チップ10を装着する回転ドーム52が回転部52aにより回転可能に取り付けられている。また、蒸着室51の下側の一方の角には、原料物質収納用のカートリッジ式ハース53が回転ドーム52の基板装着面に対向して取り付けられている。また、カートリッジ式ハース53内の原料に電子を照射するための電子ガン54が設けられている。   Referring to FIG. 6, in the ion-assisted vapor deposition apparatus, a rotating dome 52 for mounting the semiconductor chip 10 is attached to the upper side of the apparatus chamber 51 by a rotating part 52a. Further, a cartridge-type hearth 53 for storing source material is attached to one corner on the lower side of the vapor deposition chamber 51 so as to face the substrate mounting surface of the rotating dome 52. Further, an electron gun 54 for irradiating the raw material in the cartridge hearth 53 with electrons is provided.

更に、蒸着室51の下側の別の隅には、カウフマン型のイオンガン56(直径80mm、ドーム中心まで1100mm)が回転ドーム52の基板装着面に対向して取り付けられている。このイオンガン56は、イオン化ガス導入口57から導入されたガスを内部にあるフィラメントから放出される熱電子によりイオン化し、イオン加速電極58の印加電圧によって回転ドーム52に向けて放出する。   Further, a Kaufman-type ion gun 56 (diameter 80 mm, 1100 mm to the center of the dome) is attached to another corner below the vapor deposition chamber 51 so as to face the substrate mounting surface of the rotating dome 52. The ion gun 56 ionizes the gas introduced from the ionized gas introduction port 57 by the thermal electrons emitted from the filament inside, and emits the gas toward the rotating dome 52 by the applied voltage of the ion acceleration electrode 58.

また、蒸着室51の側壁のうちイオンガン56と回転ドーム52との間の領域には、ガス導入口59が設けられている。このガス導入口59から導入されるガスは、自動圧力調整器60により流量が調整される。また、蒸着室51のうちガス導入口59と反対側の側壁には排気口61が形成され、その近傍には水晶振動子式蒸着速度モニタ62が取り付けられている。   A gas introduction port 59 is provided in a region between the ion gun 56 and the rotating dome 52 in the side wall of the vapor deposition chamber 51. The flow rate of the gas introduced from the gas inlet 59 is adjusted by the automatic pressure regulator 60. Further, an exhaust port 61 is formed in the side wall of the vapor deposition chamber 51 opposite to the gas introduction port 59, and a quartz vibrator type vapor deposition rate monitor 62 is attached in the vicinity thereof.

回転ドーム52の中央の上には、反射光によって膜厚をモニタする第1の光電式膜厚モニタ63が設けられている。この第1の光電式膜厚モニタ63は、回転ドーム52の中央にあるモニタ用ガラス基板64の表面に形成された膜の膜厚をモニタする。また、第1の光電式膜厚モニタ63に対向し且つイオンガン56と電子ガン54との間の位置には、第2の光電式膜厚モニタ65が取り付けられている。この第2の光電式膜厚モニタ65は、モニタ用ガラス基板64表面の膜の膜厚を透過光によって測定する。   A first photoelectric film thickness monitor 63 that monitors the film thickness by reflected light is provided on the center of the rotating dome 52. The first photoelectric film thickness monitor 63 monitors the film thickness of the film formed on the surface of the monitor glass substrate 64 at the center of the rotating dome 52. In addition, a second photoelectric film thickness monitor 65 is attached at a position opposite to the first photoelectric film thickness monitor 63 and between the ion gun 56 and the electron gun 54. The second photoelectric film thickness monitor 65 measures the film thickness on the surface of the monitor glass substrate 64 with transmitted light.

このようなイオンアシスト蒸着装置を用いてTiON膜を形成するにあたり、まず、モニタ用ガラス基板64の周囲の回転ドーム52の下面に、第1層13aが形成された半導体チップ10を装着し、また、原材料であるTiを充填したカートリッジ式ハース53を蒸着室51内に装着する。次に、排気口61から蒸着室51内のガスを排気する。更に、イオン化ガス導入口57を通してイオンガン56内に酸素(O)ガスを供給し、イオン加速電極58に1kVの電圧を印加してイオンガン56内に20mAのイオン電流を流す。これにより、酸素がイオン化されて蒸着室51内に放出される。 In forming a TiON film using such an ion-assisted deposition apparatus, first, the semiconductor chip 10 on which the first layer 13a is formed is mounted on the lower surface of the rotating dome 52 around the monitor glass substrate 64, and A cartridge type hearth 53 filled with Ti 3 O 5 as a raw material is mounted in the vapor deposition chamber 51. Next, the gas in the vapor deposition chamber 51 is exhausted from the exhaust port 61. Further, oxygen (O 2 ) gas is supplied into the ion gun 56 through the ionized gas introduction port 57, a voltage of 1 kV is applied to the ion acceleration electrode 58, and an ion current of 20 mA flows in the ion gun 56. Thereby, oxygen is ionized and released into the vapor deposition chamber 51.

また、ガス導入口59を通して窒素(N)ガスを蒸着室51内に導入する。このとき、ガス導入口59から導入されるガスの流量が自動圧力調整器60により所定の流量に調整される。また、電子ガン54から放出される電子ビームは、磁界によって軌跡が180度変えられ、カートリッジ式ハース53内のTiに照射される。これにより、蒸気化されたTiが、開かれたシャッタ55を介して回転ドーム52の下面へ放出される。 Further, nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the vapor deposition chamber 51 through the gas introduction port 59. At this time, the flow rate of the gas introduced from the gas introduction port 59 is adjusted to a predetermined flow rate by the automatic pressure regulator 60. The trajectory of the electron beam emitted from the electron gun 54 is changed by 180 degrees by the magnetic field, and is irradiated onto Ti 3 O 5 in the cartridge hearth 53. As a result, the vaporized Ti 3 O 5 is discharged to the lower surface of the rotating dome 52 through the opened shutter 55.

この際、電子ガン54内の電極に例えば6.0kVの電圧を印加する。このように蒸気化された酸化チタンとイオン化された酸素及び窒素とを、回転ドーム52の下の半導体チップ10とその側方のモニタ用ガラス基板64とのそれぞれに供給することで、TiON膜が0.03〜0.08nm/sの蒸着速度で成膜される。尚、蒸着速度は電子ガン54に流す電流量によって調整できる。   At this time, a voltage of, for example, 6.0 kV is applied to the electrode in the electron gun 54. By supplying the vaporized titanium oxide and the ionized oxygen and nitrogen to the semiconductor chip 10 under the rotating dome 52 and the monitor glass substrate 64 on the side thereof, the TiON film is formed. The film is formed at a deposition rate of 0.03 to 0.08 nm / s. The vapor deposition rate can be adjusted by the amount of current flowing through the electron gun 54.

また、TiON膜の成長度合いは、回転ドーム52側の第1の光電式厚膜モニタ63により検出される。第1の光電式厚膜モニタ63は光源と光検出器とを有し、モニタ用ガラス基板64又はその表面に堆積したTiON膜で反射された光源からの光を計測することでTiONの膜厚を測定する。   The degree of growth of the TiON film is detected by the first photoelectric thick film monitor 63 on the rotating dome 52 side. The first photoelectric thick film monitor 63 has a light source and a light detector, and measures the light from the light source reflected by the monitor glass substrate 64 or the TiON film deposited on the surface of the monitor glass substrate 64 to thereby measure the film thickness of TiON. Measure.

また、TiON膜の膜厚は、第2の光電式厚膜モニタ65によっても検出される。更に、カートリッジ式ハース53から蒸気化された物質の一部は、水晶振動式蒸着速度モニタ62内の水晶板の上に堆積する。従って、水晶振動式蒸着速度モニタ62は、その堆積量の増加によって生じる水晶板の振動数の変動に基づいて蒸着速度を測定する。   The film thickness of the TiON film is also detected by the second photoelectric thick film monitor 65. Further, a part of the material vaporized from the cartridge hearth 53 is deposited on the quartz plate in the quartz vibration deposition rate monitor 62. Therefore, the quartz vibration type deposition rate monitor 62 measures the deposition rate based on the fluctuation of the vibration frequency of the quartz plate caused by the increase in the amount of deposition.

このように第2層13bまでを成膜すると、図5(c)に示すように、成膜した第2層13b上に第3層を成膜する。これは蒸着法やエピタキシャル成長法等、如何なる方法を用いも良い。本実施形態では第3層13cを膜厚が100.0nmのMgF膜で形成する。また、この際、第3層13cの屈折率は1.37となるように形成する。   When the layers up to the second layer 13b are thus formed, a third layer is formed on the formed second layer 13b as shown in FIG. For this, any method such as vapor deposition or epitaxial growth may be used. In the present embodiment, the third layer 13c is formed of an MgF film having a thickness of 100.0 nm. At this time, the third layer 13c is formed to have a refractive index of 1.37.

以上のように設計、製造した光半導体装置100Aに関する動作閾値電流の経時的変化を図7に示す。図7に示すように、本実施形態により、時間経過に対する光半導体装置100Aの動作閾値電流を安定化すること可能となる。即ち、本実施形態の構成を有することで、半導体チップ10の端面にストレスが生じることが防止され、光半導体装置100Aの光学特性が安定化された。これは、図2(a)に示すグラフと比較すると容易に理解できる。   FIG. 7 shows changes over time in the operating threshold current for the optical semiconductor device 100A designed and manufactured as described above. As shown in FIG. 7, according to the present embodiment, it is possible to stabilize the operation threshold current of the optical semiconductor device 100A over time. That is, by having the configuration of the present embodiment, stress is prevented from occurring on the end face of the semiconductor chip 10, and the optical characteristics of the optical semiconductor device 100A are stabilized. This can be easily understood by comparing with the graph shown in FIG.

以上のように、本実施形態によれば、特性(性能)評価の際と、これを実際に使用する際とで同等に反射防止膜として機能する光学多層膜13が実現され、使用の際の光学特性が仕様と異ならない光半導体装置100Aを実現することができる。更に、引張と圧縮との応力を混在して配置することで、半導体チップ10にストレスが生じることを防止し、光半導体装置100Aの特性を安定化することが可能となる。尚、この効果は、樹脂200で光半導体装置100Aを封止した際により顕著に現れる。   As described above, according to the present embodiment, the optical multilayer film 13 that functions as an antireflection film is realized in the same manner when evaluating characteristics (performance) and when actually using it. An optical semiconductor device 100A whose optical characteristics are not different from the specifications can be realized. Furthermore, by arranging the tensile and compressive stresses together, it is possible to prevent the semiconductor chip 10 from being stressed and to stabilize the characteristics of the optical semiconductor device 100A. This effect is more prominent when the optical semiconductor device 100A is sealed with the resin 200.

また、本実施形態において、半導体チップ10には上記したDFBレーザに限らず、例えばファブリ・ペロー型レーザや面発光レーザや発光ダイオードや光変調器等、種々の光半導体素子を適用することが可能である。   In the present embodiment, the semiconductor chip 10 is not limited to the above-described DFB laser, and various optical semiconductor elements such as a Fabry-Perot laser, a surface emitting laser, a light emitting diode, and an optical modulator can be applied. It is.

〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。第1の実施形態では、半導体チップ10と接する第1層13aをMgFで形成していた。しかしながら、本発明者らは、第1層13aにMgF膜を適用した場合、図8に示すように、このMgF膜(第1層13aのみ)に1μm角程度の亀裂が生じる可能性が存在することを見いだした。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the first layer 13a in contact with the semiconductor chip 10 is formed of MgF. However, when the MgF film is applied to the first layer 13a, the present inventors have a possibility of causing a crack of about 1 μm square in the MgF film (only the first layer 13a) as shown in FIG. I found out.

そこで、本実施形態では、このような不具合を解消するために、第1層13aを例えば酸化シリコン(SiO)で形成する。これにより、亀裂が生じない光学多層膜13が形成され、光半導体装置100Aの光学特性を安定化することができる。   Therefore, in the present embodiment, in order to solve such a problem, the first layer 13a is formed of, for example, silicon oxide (SiO). Thereby, the optical multilayer film 13 in which no crack is generated is formed, and the optical characteristics of the optical semiconductor device 100A can be stabilized.

尚、SiOを用いた第1層13aの形成は、例えば蒸着法やエピタキシャル成長法等、如何なる方法を用いも良い。本実施形態では第1層13aを膜厚が50.0μmのSiO膜で形成する。また、この際、第1層13aの屈折率は1.45となるように形成する。   The first layer 13a using SiO may be formed by any method such as a vapor deposition method or an epitaxial growth method. In the present embodiment, the first layer 13a is formed of a SiO film having a thickness of 50.0 μm. At this time, the first layer 13a is formed to have a refractive index of 1.45.

以上のように構成することで、本実施形態では、第1の実施形態による効果の他に、第1層13aに亀裂が生じることを防止でき、より光半導体装置100Aの光学特性を安定化することができる。尚、他の構成は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。   With the configuration as described above, in this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to prevent the first layer 13a from being cracked, and to further stabilize the optical characteristics of the optical semiconductor device 100A. be able to. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted here.

〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。第1の実施形態では、3層構造の光学多層膜13を反射防止膜として機能させていた。本実施形態では同様な構成に新たな層を追加することで、反射膜又は半透過膜を形成する場合について図面を用いて詳細に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the optical multilayer film 13 having a three-layer structure functions as an antireflection film. In this embodiment, a case where a reflective film or a semi-transmissive film is formed by adding a new layer to the same configuration will be described in detail with reference to the drawings.

図9は、本実施形態による光半導体装置300の概略構成を示す断面図である。尚、図9では半導体チップ10の光軸に沿った断面図を示す。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the optical semiconductor device 300 according to the present embodiment. 9 shows a cross-sectional view of the semiconductor chip 10 along the optical axis.

図9を参照すると明らかなように、光半導体装置300は、第1の実施形態と同様な半導体チップ10の一方の端面又は両端面に第4層14が形成されており、この第4層14上に第1の実施形態と同様な光学多層膜13が形成されている。この第4層14は、光学多層膜13における第1層13aよりも高い屈折率を有するように構成される。このように、光学多層膜13と半導体チップ10との間に第1層13aよりも高い屈折率の第4層14を設けることで、第4層14を含む光学多層膜全体を反射膜として機能させることが可能となる。また、他の構成は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。   As is apparent from FIG. 9, in the optical semiconductor device 300, the fourth layer 14 is formed on one end face or both end faces of the semiconductor chip 10 similar to that of the first embodiment. An optical multilayer film 13 similar to that of the first embodiment is formed thereon. The fourth layer 14 is configured to have a higher refractive index than the first layer 13 a in the optical multilayer film 13. Thus, by providing the fourth layer 14 having a higher refractive index than the first layer 13a between the optical multilayer film 13 and the semiconductor chip 10, the entire optical multilayer film including the fourth layer 14 functions as a reflective film. It becomes possible to make it. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.

〔他の実施形態〕
以上、説明した実施形態は本発明の好適な一実施形態にすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。
[Other Embodiments]
The embodiment described above is merely a preferred embodiment of the present invention, and the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.

以上説明したように、本発明によれば、応力の制御性に富む酸化窒化チタンを用いることで、低屈折率光学膜として有用なフッ化マグネシウムの応力を酸化窒化チタンで制御できるため応力が低減された光学多層膜及びそれを有する光半導体装置を製造することが可能となる。更に、本発明では、最低でも3層の多層構造を有することで光学多層膜内部に複数の反射面が形成されるため、高屈折率光学膜である第2層の膜厚を光学距離に換算した1/4波長より薄くした場合でも、反射光の干渉を起こさせることが可能となる。尚、本発明においては酸化窒化チタンあるいはフッ化マグネシウムはそれぞれの元素のみで構成されているという意味に限定されるのではなく、それぞれの元素に微量な他の元素が混在していても、その光学特性あるいは応力が同等であれば、その範疇である。   As described above, according to the present invention, by using titanium oxynitride rich in stress controllability, the stress of magnesium fluoride useful as a low refractive index optical film can be controlled by titanium oxynitride, thereby reducing the stress. The optical multilayer film and the optical semiconductor device having the same can be manufactured. Furthermore, in the present invention, since a plurality of reflective surfaces are formed inside the optical multilayer film by having a multilayer structure of at least three layers, the film thickness of the second layer, which is a high refractive index optical film, is converted into an optical distance. Even when the thickness is smaller than the quarter wavelength, interference of reflected light can be caused. In the present invention, titanium oxynitride or magnesium fluoride is not limited to the meaning that each element is composed only of each element, and even if a trace amount of other elements are mixed in each element, If the optical characteristics or stress is equivalent, it is in that category.

また、本発明によれば、光学多層膜の最表層が気体に接する場合と、最表層の屈折率と類似する樹脂などによって封止される場合とで、その光学特性の変動を抑えることが可能である。即ち、最表層の材料と類似の屈折率を持つ樹脂によって封止する場合、最表層はその外側の材料とともに光学的には均質であると近似できる点に着目し、最表層との最表面の層と空気あるいは不活性の気体との屈折率差を加味して生じる第1の光学特性と、当該最表層とその外側の材料との屈折率差を加味しない場合に生じる第2の光学特性とを実質的に同じに設計することで、樹脂などの充填前後で光学特性の変動を防止し、樹脂などを充填する前に測定された光学特性が、樹脂などの充填後も変わらないように構成される。   In addition, according to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in optical characteristics between the case where the outermost layer of the optical multilayer film is in contact with gas and the case where the outermost layer is sealed with a resin similar to the refractive index of the outermost layer. It is. That is, when sealing with a resin having a refractive index similar to the material of the outermost layer, paying attention to the fact that the outermost layer can be approximated optically homogeneous with the outer material, A first optical characteristic generated by taking into account a refractive index difference between the layer and air or an inert gas, and a second optical characteristic produced when not taking into account the refractive index difference between the outermost layer and the material outside thereof Is designed so that the optical characteristics before and after filling with resin, etc. are prevented, and the optical characteristics measured before filling with resin etc. do not change after filling with resin etc. Is done.

更に、本発明によれば、第1の光学特性と第2の光学特性とが、最終的なデバイス形態(たとえば樹脂封止された形態)で要求される光学特性をともに満たすことで、最表層が気体であるか、その他の材料で充填されているかの違いなく、所望の光学特性を得ることができる。   Furthermore, according to the present invention, the first optical characteristic and the second optical characteristic satisfy both of the optical characteristics required in the final device form (for example, a resin-sealed form), so that the outermost layer is formed. The desired optical characteristics can be obtained regardless of whether the gas is a gas or filled with other materials.

本発明の第1の実施形態による光半導体装置100Aの概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical semiconductor device 100A according to a first embodiment of the present invention. 光半導体装置における動作閾値電流の経時的変化を示すグラフであり、(a)は応力を発生する光学多層膜を有する光半導体装置の特性を示し、(b)は応力を発生しない光学多層膜を有する光半導体装置の特性を示す。It is a graph which shows a time-dependent change of the operation threshold current in an optical semiconductor device, (a) shows the characteristic of the optical semiconductor device which has an optical multilayer film which generates stress, (b) shows the optical multilayer film which does not generate stress. The characteristic of the optical semiconductor device which has is shown. 本発明の第1の実施形態による光半導体装置100Aの構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of an optical semiconductor device 100A according to a first embodiment of the present invention. 図3に示す光半導体装置100AのA−A’断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of the optical semiconductor device 100 </ b> A illustrated in FIG. 3. 本発明の第1の実施形態による光半導体装置100Aの製造プロセスを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of 100 A of optical semiconductor devices by the 1st Embodiment of this invention. 図5に示す製造プロセスにおいて第2層13bを成膜する際に使用するイオンアシスト蒸着装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ion assist vapor deposition apparatus used when forming the 2nd layer 13b into a film in the manufacturing process shown in FIG. 本発明の第1の実施形態による光半導体装置100Aにおける動作閾値電流の経時的変化を示すグラフである。6 is a graph showing a change with time of an operation threshold current in the optical semiconductor device 100A according to the first embodiment of the present invention. 第1層13aにフッ化マグネシウムを使用し且つ第2層13bに酸化窒化チタンを使用した場合に第1層13aに生じた亀裂を示す図である。It is a figure which shows the crack which arose in the 1st layer 13a when using magnesium fluoride for the 1st layer 13a and using titanium oxynitride for the 2nd layer 13b. 本発明の第3の実施形態による光半導体装置300の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the optical semiconductor device 300 by the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体チップ
13 光学多層膜
13a 第1層
13b 第2層
13c 第3層
100A、300 光半導体装置
200 樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor chip 13 Optical multilayer film 13a 1st layer 13b 2nd layer 13c 3rd layer 100A, 300 Optical semiconductor device 200 Resin

Claims (5)

フッ化マグネシウムを主成分とする第1層と、酸化窒化チタンを主成分とする第2層と、フッ化マグネシウムを主成分とする第3層とがこの順番で積層された積層構造を持ち、該積層構造の内部に複数の反射面を備えるとともに、該積層構造は反射防止膜として光半導体の光出射面に設けられ、少なくとも前記光出射面が樹脂によって封止されてなることを特徴とする光半導体装置。   A first layer mainly composed of magnesium fluoride, a second layer mainly composed of titanium oxynitride, and a third layer composed mainly of magnesium fluoride have a stacked structure in which the layers are stacked in this order, The laminated structure includes a plurality of reflecting surfaces, and the laminated structure is provided on a light emitting surface of an optical semiconductor as an antireflection film, and at least the light emitting surface is sealed with a resin. Optical semiconductor device. 酸化シリコンを主成分とする第1層と、酸化窒化チタンを主成分とする第2層と、フッ化マグネシウムを主成分とする第3層とがこの順番で積層された積層構造を持ち、該積層構造の内部に複数の反射面を備えるとともに、該積層構造は反射防止膜として光半導体の光出射面に設けられ、少なくとも前記光出射面が樹脂によって封止されてなることを特徴とする光半導体装置。   The first layer mainly composed of silicon oxide, the second layer mainly composed of titanium oxynitride, and the third layer mainly composed of magnesium fluoride have a stacked structure in which the layers are stacked in this order, A light having a plurality of reflecting surfaces inside the laminated structure, the laminated structure being provided on a light emitting surface of an optical semiconductor as an antireflection film, and at least the light emitting surface being sealed with a resin Semiconductor device. 前記第1層と第2層とは接していることを特徴とする請求項1または2記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first layer and the second layer are in contact with each other. 前記第2層は、イオンアシスト蒸着によって成膜された層であることを特徴とする請求項1または2記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the second layer is a layer formed by ion-assisted deposition. 前記第1層は、前記光半導体の光出射面に接して設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first layer is provided in contact with a light emitting surface of the optical semiconductor.
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