CN115995472A - 光半导体元件 - Google Patents

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Abstract

光半导体元件具备基板和多个元件。各元件具有光学层、第一半导体层及第二半导体层。多个元件包含第一元件及第二元件。第一元件的第二半导体层和第二元件的第一半导体层通过第一配线部的第一连接部而相互电连接。第一配线部具有以包围第一元件的光学层的四个边部的方式从第一连接部延伸的第一延伸部。光学层是产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层、或具有3μm以上10μm以下的最大灵敏度波长的吸收层。

Description

光半导体元件
技术领域
本发明的一方面涉及光半导体元件。
背景技术
在日本特开2015－23293号公报中记载有一种发出可见光或紫外光的发光元件。在该发光元件中，具有活性层的发光元件(cell)在基板上形成有多个，相邻的两个发光元件通过桥接电极而相互电连接。
发明内容
考虑以与如上所述的发光元件不同，发出例如比3μm长的红外光的方式构成发光元件。在该情况下，载体容易失活，载体向活性层的注入效率有可能降低。另外，在这样的发光元件中，从成本方面看，元件难以大面积化，提高每单位面积的发光效率变得重要。这些点对于接收比3μm长的红外光的受光元件也是同样的。在这样的受光元件中，载体从吸收层的取出效率有可能降低，另外，提高每单位面积的受光效率变得重要。
本发明的一方面的目的在于提供一种光半导体元件，其能够抑制载体的注入/取出效率的降低，并且能够提高每单位面积的发光/受光效率。
本发明的一方面所涉及的光半导体元件，具备：基板；多个元件，其形成在基板上，多个元件各自具有产生光的活性层或吸收光的吸收层即光学层、相对于光学层配置于与基板相反侧的第一半导体层、以及相对于光学层配置于基板侧的第二半导体层，在从基板的厚度方向观察时，光学层形成为矩形状且具有四个边部，多个元件包含第一元件及第二元件，第一元件的第二半导体层和第二元件的第一半导体层通过第一配线部的第一连接部而相互电连接，第一配线部具有在从基板的厚度方向观察时，以包围第一元件的光学层的四个边部的方式从第一连接部延伸的第一延伸部，光学层是产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层、或具有3μm以上10μm以下的最大灵敏度波长的吸收层。
在该光半导体元件中，光学层是产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层、或具有3μm以上10μm以下的最大灵敏度波长的吸收层。在该情况下，如上所述，载体的注入/取出效率有可能降低，另外，提高每单位面积的发光/受光效率(发光效率或受光效率)变得重要。在这一点上，在该光半导体元件中，在基板上形成有多个元件。由此，与例如在基板上仅形成一个元件的情况相比，能够减小一个元件的尺寸，能够抑制载体的注入/取出效率(注入效率或取出效率)的降低。另外，在从基板的厚度方向观察时，各元件的光学层形成为矩形状。由此，能够将多个元件高效地配置在基板上，能够提高每单位面积的发光/受光效率。再有，在该光半导体元件中，第一配线部除了将第一元件的第二半导体层和第二元件的第一半导体层相互电连接的第一连接部之外，还具有在从基板的厚度方向观察时，以包围第一元件的光学层的四个边部的方式延伸的第一延伸部。由此，能够进一步有效地抑制载体的注入/取出效率的降低。由此，根据该光半导体元件，能够抑制载体的注入/取出效率的降低，并且能够提高每单位面积的发光/受光效率。
也可以是多个元件还包含第三元件，第二元件的第二半导体层和第三元件的第一半导体层通过第二配线部的第二连接部而相互电连接，第二配线部具有在从基板的厚度方向观察时，以包围第二元件的光学层的四个边部的方式从第二连接部延伸的第二延伸部，在从基板的厚度方向观察时，第一配线部的第一连接部未与第二配线部的第二延伸部重叠。在该情况下，能够避免通过第一配线部和第二配线部重叠而产生静电电容的事态。
也可以是多个元件电连接且串联连接。在该情况下，在光半导体元件是发光元件，光学层是活性层时，能够抑制多个元件的驱动所需的电流量的增加，并且能够将对各元件施加的电流量均匀化。另外，例如如果将多个元件并联连接，则可能由于配线的穿绕而产生不能以具有延伸部的方式形成配线部的部位，作为结果，载体的注入效率降低，但通过将多个元件直接连接，能够抑制这样的事态的发生。或者，在光半导体元件是受光元件，光学层是吸收层时，能够将光半导体元件的电阻值设为适于与连接于后级的放大器的连接的值，其结果，能够减小噪声。另外，能够减小热杂音，其结果，能够减小总噪声。
也可以是多个元件包含配置于电且串联的连接中的一终端的第一终端元件和配置于电且串联的连接中的另一终端的第二终端元件，在第一终端元件的顶面配置有与第一终端元件的第一半导体层电连接的第一电极，在第二终端元件的顶面配置有与第二终端元件的第二半导体层电连接的第二电极。在该情况下，能够通过经由第一电极及第二电极的电连接使多个元件全部发光/受光，能够提高发光/受光效率。另外，通过第一电极配置于第一终端元件的顶面，并且第二电极配置于第二终端元件的顶面，能够将外部电路向第一电极及第二电极的连接容易化。
也可以是第二电极具有在从基板的厚度方向观察的情况下，以包围第二终端元件的光学层的四个边部的方式延伸的第三延伸部。在该情况下，能够抑制第二终端元件中的载体的注入/取出效率的降低。
也可以是多个元件包含虚设焊盘元件，在虚设焊盘元件的顶面配置有从虚设焊盘元件的光学层、第一半导体层及第二半导体层电分离的虚设电极。在该情况下，例如，不仅是第一电极及第二电极，在虚设电极上也将光半导体元件与外部部件连接，由此，能够提高光半导体元件和外部部件之间的连接强度，并且能够抑制在连接时光半导体元件和外部部件之间的角度从目标角度偏离的事态的发生。
也可以是光学层由含有Sb的材料形成。在该情况下，能够作为产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层、或具有3μm以上10μm以下的最大灵敏度波长的吸收层而构成光学层。
也可以是光学层由含有Sb及In的材料形成。在该情况下，能够作为产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层、或具有3μm以上10μm以下的最大灵敏度波长的吸收层而构成光学层。
也可以是光学层由含有InAsSb、AlInSb及AlInAs中的至少一种的材料形成。在该情况下，能够作为产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层、或具有3μm以上10μm以下的最大灵敏度波长的吸收层而构成光学层。
也可以是基板具有光透过性，在光学层是活性层的情况下，在光学层中产生的光经由基板出射，在光学层是吸收层的情况下，经由基板入射的光由光学层吸收。在该情况下，能够经由基板出射或入射光。
也可以是第一延伸部包含在从基板的厚度方向观察时沿着四个边部分别笔直地延伸的四个部分。在该情况下，能够进一步有效地抑制载体的注入/取出效率的降低。
根据本发明，能够提供一种光半导体元件，其能够抑制载体的注入/取出效率的降低，并且能够提高每单位面积的发光/受光效率。
附图说明
图1是实施方式的光半导体元件的俯视图。
图2是图1的局部放大图。
图3是图1的局部放大图。
图4是沿着图1的IV－IV线的截面图。
图5是用于对光半导体元件的截面结构进行说明的图。
图6是表示安装有光半导体元件的状态的截面图。
图7是变形例的光半导体元件的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。在以下的说明中，对相同或相当的要素使用相同的符号，省略重复的说明。
如图1～图5所示，光半导体元件1具备基板2和形成在基板2上的多个(在该例中为九个)元件3。各元件3具有光学层31、第一半导体层32以及第二半导体层33。光半导体元件1是发光元件或受光元件。在该例中，光半导体元件1构成为发光二极管(LED：LightEmitting Diode)，在光学层31中产生的光经由基板2出射。
基板2是具有光透过性的半导体，例如通过GaAs或半绝缘性的GaAs形成为长方形板状。基板2具有主面2a。以下，将基板2的厚度方向(与主面2a垂直的方向)设为Z方向，将基板2的长度方向(与Z方向垂直的方向)设为X方向，将基板2的宽度方向(与Z方向及X方向垂直的方向)设为Y方向进行说明。X方向上的基板2的长度(光半导体元件1的最大长度)例如为2mm以下。
多个元件3包含第一终端元件3A、第二终端元件3B、一对虚设焊盘元件3C、以及第一终端元件3A、第二终端元件3B及虚设焊盘元件3C以外的多个(在此为五个)元件3D。多个元件3以沿着X方向及Y方向的各个各排列三个的方式配置成格子状。在从Z方向观察时，第一终端元件3A及第二终端元件3B分别配置于基板2的位于对角的两个角部C1，一对虚设焊盘元件3C分别配置于基板2的位于对角的剩余两个角部C2。在光半导体元件1中，多个元件3经由下述的配线层4电连接且串联(多级)连接，从各元件3出射光。
以下，首先，对元件3D的结构进行说明。如上所述，元件3D具有光学层31、第一半导体层32以及第二半导体层33。第二半导体层33、光学层31及第一半导体层32在基板2的主面2a上依次层叠。即，第一半导体层32相对于光学层31配置于与基板2相反侧(图2及图3中的上侧)，第二半导体层33相对于光学层31配置于基板2侧(图2及图3中的下侧)。X方向上的元件3D的长度(元件3D的最大长度)例如为300μm以下。
在该例中，光学层31是产生光的活性层，构成为产生3μm以上10μm以下的中心波长的光。光学层31例如具有由AlInAs构成的势垒层和由InAsSb构成的阱层交替层叠的多重量子阱结构。在从Z方向观察时，光学层31形成为矩形状，具有四个笔直的边部31a。在该例中，在从Z方向观察时，光学层31形成为具有沿着X方向的长边的长方形状。光学层31也可以形成为正方形状。在该例中，光学层31及元件3D的角部尖锐，但光学层31及元件3D的角部也可以弄圆而具有R形状。
第一半导体层32是第一导电类型(例如p型)的半导体层，例如是势垒层、缓冲层及接触层在光学层31上依次层叠而构成。第二半导体层33是第二导电类型(例如n型)的半导体层，例如是缓冲层、接触层、电流扩散层及势垒层在基板2的主面2a上依次层叠而构成。第一半导体层32及第二半导体层33中所含的各层的材料可根据光学层31的材料适当地选择。作为一个例子，第一半导体层32的势垒层由Al0.20InAs构成，缓冲层由Al0.05InAs构成，接触层由InAs构成。作为一个例子，第二半导体层33的缓冲层由分别由GaAs、GaSb、InAs构成的三层构成，接触层及电流扩散层由Al0.05InAs构成，势垒层由Al0.20InAs构成。
光学层31及第一半导体层32构成形成在第二半导体层33上的台部34。台部34以从第二半导体层33向与基板2相反侧突出的方式在与基板2的主面2a垂直的截面(图4)上形成为例如梯形状。台部34例如通过在基板2上层叠光学层31、第一半导体层32及第二半导体层33之后通过蚀刻去除基板2、光学层31、第一半导体层32及第二半导体层33的一部分而形成。在形成台部34之后，形成下述的槽部37。
第二半导体层33具有位于比台部34靠外侧的外侧部分35。在此，“外侧”是指在与Z方向垂直的方向上远离台部34的中心的一侧。例如在从Z方向观察时，外侧部分35以包围台部34的整周的方式形成为矩形环状。
在图2及图4中示出沿Y方向排列且电且串联连接的三个元件3D。以下，如图2及图4所示，将三个元件3D分别设为第一元件3Da、第二元件3Db、第三元件3Dc进行说明。
第一元件3Da的第二半导体层33和第二元件3Db的第二半导体层33由槽部37分隔且相互电分离。同样，第二元件3Db的第二半导体层33和第三元件3Dc的第二半导体层33由槽部37分隔且相互电分离。这样，在光半导体元件1中，相邻的元件3的第二半导体层33由槽部37分隔且相互电分离。槽部37形成于第二半导体层33，在从Z方向观察时，以通过相邻的元件3之间的方式例如以格子状延伸。槽部37在该例中形成为在Z方向上到达基板2的内部，但槽部37将相邻的元件3的第二半导体层33相互电分离即可，也可以不形成为在Z方向上到达基板2的内部。
第一元件3Da和第二元件3Db通过第一配线层4A(配线层4)(配线部)相互电连接。同样，第二元件3Db和第三元件3Dc通过第二配线层4B(配线层4)(配线部)相互电连接。这样，在光半导体元件1中，通过配线层4实现元件3之间的电连接。配线层4例如是由Ti构成的第一层、由Pt构成的第二层、及由Au构成的第三层从基板2侧依次通过蒸镀层叠而构成。以下，对第一配线层4A及第二配线层4B进行说明，但其它配线层4(配线部)也同样地构成。
第一配线层4A经由第一绝缘层5形成在第一元件3Da及第二元件3Db上。即，遍及第一元件3Da及第二元件3Db上形成有第一绝缘层5，在第一绝缘层5上形成有第一配线层4A。第一绝缘层5例如由Al2O3构成，遍及相邻的元件3上及相邻的元件3之间的槽部37的内表面上而形成。在第一绝缘层5及第一配线层4A上形成有第二绝缘层6，在第二绝缘层6上形成有第三绝缘层7。第二绝缘层6及第三绝缘层7例如由Al2O3构成，遍及基板2上的整个面而形成。
第一配线层4A具有第一连接部4Aa和第一延伸部4Ab。第一连接部4Aa与第一元件3Da的第二半导体层33和第二元件3Db的第一半导体层32电连接。更具体而言，第一连接部4Aa经由开口5a与第一元件3Da的第二半导体层33的外侧部分35接触，并且经由开口5b与第二元件3Db的第一半导体层32的表面32a接触。开口5a、5b是形成于第一绝缘层5的开口。表面32a是第一半导体层32的与光学层31相反侧的表面，构成台部34的顶面。第一连接部4Aa具有配置在第二元件3Db的第一半导体层32的表面32a上的长方形状的第一部分41和以从第一部分41到达第一元件3Da的第二半导体层33的外侧部分35的方式延伸的长方形状的第二部分42。第一部分41遍及表面32a上的大致整个面而配置。X方向上的第二部分42的宽度比X方向上的第一部分41的宽度窄。
如图2所示，在从Z方向观察的情况下，第一延伸部4Ab以包围第一元件3Da的光学层31的四个边部31a的方式从第一连接部4Aa的第二部分42延伸。第一延伸部4Ab经由开口5a与第一元件3Da的第二半导体层33的外侧部分35接触。在图1～图3中，为了便于说明，省略第一绝缘层5、第二绝缘层6及第三绝缘层7，示出配线层4露出的状态。另外，在图2中，为了容易理解，对第一配线层4A及第二配线层4B标注剖面线。
在该例中，第一延伸部4Ab具有沿着四个边部31a分别笔直地延伸的四个部分43a、43b、43c、43d。部分43a与第一连接部4Aa的第二部分42连接。部分43b的第一端与部分43a的第一端连接，部分43b与部分43a垂直地延伸。部分43c与部分43b的第二端连接，与部分43b垂直且与部分43a平行地延伸。部分43d与部分43a的第二端连接，与部分43a垂直且与部分43b平行地延伸。在该例中，部分43d未与部分43c连接，在从Z方向观察时，在部分43c、43d之间形成有间隙。即，第一延伸部4Ab局部地包围第一元件3Da的光学层31的四个边部31a，未包围第一元件3Da的光学层31的整周。在从Z方向观察时，第一延伸部4Ab以沿着四个边部31a各自的至少一部分的方式延伸。如后面所述，在部分43c、43d之间的间隙配置有其它配线层4的连接部。
第二配线层4B经由第一绝缘层5形成在第二元件3Db及第三元件3Dc上。第二配线层4B具有第二连接部4Ba和第二延伸部4Bb。第二连接部4Ba与第二元件3Db的第二半导体层33和第三元件3Dc的第一半导体层32电连接。更具体而言，第二连接部4Ba经由开口5a与第二元件3Db的第二半导体层33的外侧部分35接触，并且经由开口5b与第三元件3Dc的第一半导体层32的表面32a接触。第二连接部4Ba具有配置在第三元件3Dc的第一半导体层32的表面32a上的长方形状的第一部分41和以从第一部分41到达第二元件3Db的第二半导体层33的外侧部分35的方式延伸的长方形状的第二部分42。
如图2所示，在从Z方向观察时，第二延伸部4Bb以包围第二元件3Db的光学层31的四个边部31a的方式从第二连接部4Ba的第二部分42延伸。第二延伸部4Bb经由开口5a与第二元件3Db的第二半导体层33的外侧部分35接触。在该例中，第二延伸部4Bb具有沿着四个边部31a分别笔直地延伸的四个部分43a、43b、43c、43d。部分43a与第二连接部4Ba的第二部分42连接。部分43b的第一端与部分43a的第一端连接，部分43b与部分43a垂直地延伸。部分43c与部分43b的第二端连接，与部分43b垂直且与部分43a平行地延伸。部分43d与部分43a的第二端连接，与部分43a垂直且与部分43b平行地延伸。在该例中，部分43d未与部分43c连接，在从Z方向观察时，在部分43c、43d之间形成有间隙。即，第二延伸部4Bb局部地包围第二元件3Db的光学层31的四个边部31a，未包围第二元件3Db的光学层31的整周。在从Z方向观察时，第二延伸部4Bb以沿着四个边部31a各自的至少一部分的方式延伸。如后面所述，在部分43c、43d之间的间隙配置有第一配线层4A的第一连接部4Aa。
在本实施方式中，在从Z方向观察时，第一配线层4A的第一连接部4Aa未与第二配线层4B的第二延伸部4Bb重叠。第一配线层4A的第一连接部4Aa的第二部分42被配置为在从Z方向观察时通过形成于第二配线层4B的部分43c、43d之间的间隙。
接着，参照图1、图3及图5，对第一终端元件3A、第二终端元件3B及虚设焊盘元件3C的结构进行说明。第一终端元件3A、第二终端元件3B及虚设焊盘元件3C除去以下说明的点之外，具有与元件3D同样的结构。在图5中，为了便于说明，假想地排列示出第一终端元件3A、第二终端元件3B及虚设焊盘元件3C。
第一终端元件3A是配置于电且串联的连接中的一终端的元件3，第二终端元件3B是配置于电且串联的连接中的另一终端的元件3。第一终端元件3A及第二终端元件3B通过配线层4与相邻的元件3电连接。
在第一终端元件3A的顶面(台部34的顶面)配置有第一电极(阳极)11。第一电极11与第一终端元件3A的第一半导体层32电连接。第一电极11具有配置在第一半导体层32的表面32a上的下侧部分11a和配置在下侧部分11a上的上侧部分11b。下侧部分11a经由形成于第一绝缘层5的开口5c与第一终端元件3A的第一半导体层32接触。上侧部分11b配置在形成于第二绝缘层6的开口6a内，从形成于第三绝缘层7的开口7a露出到光半导体元件1的外部。上侧部分11b中的露出部分构成用于与下述的外部部件50的电连接的第一焊盘部P1。在图1中，第一焊盘部P1由虚线表示。在该例中，在从Z方向观察时，第一电极11形成为矩形状，第一焊盘部P1形成为圆形状。第一焊盘部P1不限于圆形状，也可以形成为矩形状等任意的形状。
下侧部分11a是由Ti构成的第一层、由Pt构成的第二层及由Au构成的第三层在表面32a上依次通过蒸镀层叠而构成。即，下侧部分11a具有与上述的配线层4同样的三层结构。上侧部分11b具有与下侧部分11a及配线层4同样的三层结构。通过设置由Pt构成的第二层，在如后面所述通过焊料将外部部件50与第一焊盘部P1连接时，能够抑制焊料流到下侧部分11a的第三层的事态(侵蚀)的发生。即，在未设置第二层的情况下，可能发生被称为侵蚀的现象，焊料流到下侧部分11a的第三层，但通过设置由Pt构成的第二层，能够抑制焊料流入下侧部分11a的第三层，能够将焊料的流动限制于上侧部分11b的第三层。其结果，能够良好地控制焊料的形状。
在第二终端元件3B的顶面(台部34的顶面)配置有第二电极(阴极)12。第二电极12与第二终端元件3B的第二半导体层33电连接。第二电极12具有第一部分12a、第二部分12b以及连接部12c。第一部分12a经由形成于第一绝缘层5的开口5d与第二终端元件3B的第二半导体层33的外侧部分35电连接。第二部分12b以从Z方向观察时与台部34的顶面重叠的方式配置在第二绝缘层6上。连接部12c与第一部分12a和第二部分12b电连接。第二部分12b经由形成于第三绝缘层7的开口7b露出到光半导体元件1的外部。第二部分12b中的露出部分构成用于与外部部件50的电连接的第二焊盘部P2。在图1中，第二焊盘部P2由虚线表示。在该例中，在从Z方向观察时，第二部分12b及第二焊盘部P2形成为圆形状。
第一部分12a具有配置在第二终端元件3B的第二半导体层33的外侧部分35上的下侧部分12a1和配置在下侧部分12a1上的上侧部分12a2。下侧部分12a1具有与第一电极11的下侧部分11a同样的三层结构。上侧部分12a2、以及第二部分12b及连接部12c具有与下侧部分11a、12a1同样的三层结构。
如图3所示，第一部分12a具有延伸部(第三延伸部)15。在从Z方向观察时，延伸部15以包围第二终端元件3B的光学层31的四个边部31a的方式延伸。在该例中，延伸部15具有沿着四个边部31a分别笔直地延伸的四个部分15a、15b、15c、15d。部分15a与连接部12c连接。部分15b的第一端与部分15a的第一端连接，部分15b与部分15a垂直地延伸。部分15c与部分15b的第二端连接，与部分15b垂直且与部分15a平行地延伸。部分15d与部分15a的第二端连接，与部分15a垂直且与部分15b平行地延伸。在该例中，部分15d未与部分15c连接，在从Z方向观察时，在部分15c、15d之间形成有间隙。即，延伸部15局部地包围第二终端元件3B的光学层31的四个边部31a，未包围第二终端元件3B的光学层31的整周。在从Z方向观察时，延伸部15以沿着四个边部31a各自的至少一部分的方式延伸。在部分15c、15d之间的间隙配置有配线层4的连接部。在从Z方向观察时，延伸部15未与配线层4的连接部重叠。
在虚设焊盘元件3C的顶面(台部34的顶面)配置有虚设电极13。虚设电极13以在Z方向上与第一半导体层32重叠的方式配置在第二绝缘层6上。虚设电极13例如具有与第一电极11的下侧部分11a同样的层结构。虚设电极13通过第二绝缘层6从虚设焊盘元件3C的光学层31、第一半导体层32及第二半导体层33电分离(绝缘)。虚设电极13经由形成于第三绝缘层7的开口7c露出到光半导体元件1的外部。虚设电极13中的露出部分构成虚设焊盘部DP。在图1中，虚设焊盘部DP由虚线表示。虚设焊盘部DP从Z方向观察时形成为圆形状，但也可以形成为矩形状等任意的形状。
在虚设焊盘部DP，与第一焊盘部P1及第二焊盘部P2同样地通过焊料连接有外部部件50，但如上所述，与第一焊盘部P1及第二焊盘部P2不同，虚设焊盘部DP从虚设焊盘元件3C的光学层31、第一半导体层32及第二半导体层33电绝缘。
图6是表示安装有光半导体元件1的状态的截面图。在图4中，示出了光半导体元件1通过焊料(凸块、接合材料)40与外部部件50电连接的例子。在该例中，第一焊盘部P1及第二焊盘部P2各自通过焊料40与外部部件50连接。另外，虽省略了图示，但虚设焊盘部DP通过焊料40与外部部件50连接。在光半导体元件1动作时，在第一焊盘部P1(第一电极11)和第二焊盘部P2(第二电极12)之间经由外部部件50施加电压。由此，在各元件3中，将载体注入光学层31，产生光，产生的光经由基板2出射。此外，也可以取代焊料40而将Au凸块或In凸块用作接合材料。
[作用及效果]
在光半导体元件1中，光学层31是产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层。在该情况下，如上所述，载体的注入效率可能降低，另外，提高每单位面积的发光效率变得重要。后者的原因在于，用于光半导体元件1的形成的晶圆(在基板2上形成有各层、电极及绝缘层的部件)的价格高。在这一点上，在光半导体元件1中，在基板2上形成有多个元件3。由此，与例如在基板2上仅形成一个元件3的情况相比，能够减小一个元件3的尺寸，能够抑制载体的注入效率的降低。另外，在从Z方向观察时，各元件3的光学层31形成为矩形状。由此，能够将多个元件3高效地配置在基板2上，能够提高每单位面积的发光效率。这样配置多个元件3对于通过减小一个元件3的尺寸而使每个元件3的输出降低的情况特别有效。再有，在光半导体元件1中，第一配线层4A除了将第一元件3Da的第二半导体层33和第二元件3Db的第一半导体层32相互电连接的第一连接部4Aa之外，还具有在从Z方向(基板2的厚度方向)观察时，以包围第一元件3Da的光学层31的四个边部31a的方式延伸的第一延伸部4Ab。由此，能够进一步有效地抑制载体的注入效率的降低，能够提高元件3的中央部的发光效率。另外，能够使元件3整体均匀地发光。由此，根据光半导体元件1，能够抑制载体的注入效率的降低，并且能够提高每单位面积的发光效率。
在从Z方向观察时，第一配线层4A的第一连接部4Aa未与第二配线层4B的第二延伸部4Bb重叠。由此，能够避免由于第一配线层4A和第二配线层4B重叠而产生静电电容的事态。
多个元件3电连接且串联连接。由此，能够抑制多个元件3的驱动所需的电流量的增加，并且能够将对各元件3施加的电流量均匀化。即，光半导体元件1例如进行恒流驱动，但在多个元件3并联连接的情况下，驱动所需的电流量增加，并且对各元件3施加的电流量会发生偏差。另外，如果将例如多个元件3并联连接，则可能由于配线的穿绕而产生不能以具有延伸部的方式形成配线层4的部位，作为结果，载体的注入效率降低，但通过将多个元件3直接连接，能够抑制这样的事态的发生。
在第一终端元件3A的顶面配置有与第一终端元件3A的第一半导体层32电连接的第一电极11，在第二终端元件3B的顶面配置有与第二终端元件3B的第二半导体层33电连接的第二电极12。由此，能够通过经由第一电极11及第二电极12的电连接使多个元件3全部发光，能够提高发光效率。另外，通过第一电极11配置于第一终端元件3A的顶面，并且第二电极12配置于第二终端元件3B的顶面，能够将外部部件50向第一电极11及第二电极12的连接容易化。
第二电极12具有在从Z方向观察时，以包围第二终端元件3B的光学层31的四个边部31a的方式延伸的延伸部15(第三延伸部)。由此，能够抑制第二终端元件3B中的载体的注入效率的降低。
在虚设焊盘元件3C的顶面配置有从虚设焊盘元件3C的光学层31、第一半导体层32及第二半导体层33电分离的虚设电极13。由此，例如，不仅是第一电极11及第二电极12，在虚设电极13中也将光半导体元件1与外部部件50连接，由此，能够提高光半导体元件1和外部部件50之间的连接强度，并且能够抑制在连接时光半导体元件1和外部部件50之间的角度从目标角度偏离的事态的发生。
光学层31由含有AlInAs及InAsSb的材料形成。由此，能够作为产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层而构成光学层31。
基板2具有光透过性，在光学层31中产生的光经由基板2出射。由此，能够经由基板2出射光。
第一延伸部4Ab包含从Z方向观察时沿着四个边部31a分别笔直地延伸的四个部分43a～43d。由此，能够进一步有效地抑制载体的注入效率的降低。
[变形例]
在图7所示的变形例中，未在第二终端元件3B设置第二电极12，由从形成于第二绝缘层6及第三绝缘层7的开口露出的配线层4的连接部4a构成第二焊盘部P2。在图7中，第二焊盘部P2由虚线表示。在该变形例中，第二终端元件3B不发光。根据这样的变形例，也与上述实施方式同样，能够抑制载体的注入效率的降低，并且能够提高每单位面积的发光效率。
在第二终端元件3B不发光的情况下，第二终端元件3B可以具有任意的结构。例如，也可以在配线层4和第二终端元件3B的第一半导体层32之间设置有绝缘层。或者，也可以是第二终端元件3B不具有第一半导体层32及光学层31，在第二半导体层33上直接设置配线层4。即，多个元件3也可以包含不发光的终端元件(例如第二终端元件3B)和可发光的发光元件(例如第二终端元件3B以外的元件3)。发光元件具有光学层31、第一半导体层32以及第二半导体层33。终端元件至少具有第二半导体层33。
或者，也能够视为光半导体元件1与多个元件3分开地具有终端元件(例如第二终端元件3B)。该情况下的终端元件是与多个元件3中配置于电且串联的连接中的一终端的元件3电连接的元件。终端元件至少具有配置在基板2上的第二半导体层33，在终端元件的顶面配置用于与光半导体元件1的外部(例如外部电路)的电连接的电极(例如第二电极12)。该电极可以与终端元件的第二半导体层33电连接，也可以不电连接。终端元件可以是具有光学层31、第一半导体层32及第二半导体层33的可发光的元件，也可以是仅具有第二半导体层33的不发光的元件。或者，也可以不设置第二终端元件3B而在基板2上直接形成配线层4。在该情况下，能够将配线层4中位于形成有第二终端元件3B的区域内的部分用作电极。即，光半导体元件1也可以取代第二终端元件3B而具备配置在基板2上的电极。该电极与多个元件3中配置于电且串联的连接中的一终端的元件电连接。
即，也可以是光半导体元件具备与多个元件中配置于多个元件的电且串联的连接中的一终端的元件电连接的终端元件，终端元件至少具有配置在基板上的第二半导体层，在终端元件的顶面配置有用于与外部的电连接的电极。在该情况下，通过在基板上至少配置有第二半导体层，能够减小终端元件和其它元件(多个元件)之间的高度差，其结果，容易安装光半导体元件。
在该情况下，也可以是终端元件具有光学层、第一半导体层及第二半导体层，电极与终端元件的第二半导体层电连接。在该情况下，通过在基板上配置有光学层、第一半导体层及第二半导体层，能够进一步减小终端元件和其它元件(多个元件)之间的高度差，其结果，更容易地安装光半导体元件。另外，在上述的结构中电极和第一半导体层绝缘的情况下，终端元件可发光，所以能够提高光半导体元件的发光效率。另外，在由于温度变化而光半导体元件或外部设备的形状发生变化的情况下(膨胀或收缩的情况下)，在高度不同的部位容易集中负载而发生故障，但通过终端元件与其它元件相同地具有光学层、第一半导体层及第二半导体层，从而难以产生负载集中。
或者，也可以是终端元件仅具有第二半导体层，电极与终端元件的第二半导体层电连接。在该情况下，与终端元件是可发光的结构比较，能够将光半导体元件的结构简易化。
也可以是光半导体元件具备配置在基板上的电极，电极与多个元件中配置于多个元件的电且串联的连接中的一终端的元件电连接。在该情况下，与终端元件是可发光的结构比较，能够将光半导体元件的结构简易化。
本发明不限于上述实施方式及变形例。例如，各结构的材料及形状不限于上述的材料及形状，能够采用各种材料及形状。在上述实施方式中，光学层31具有多重量子阱结构，但光学层31也可以由单层构成。光学层31的材料不限于上述实施方式的例子，光学层31也可以由含有InAsSb、AlInSb及AlInAs中的至少一种的材料形成。光学层31也可以由含有Sb及In的材料形成。光学层31也可以由含有Sb的材料形成。在这些情况下，也能够作为产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的活性层而构成光学层31。光学层31也可以是产生3μm以上8μm以下的中心波长的光的活性层、或具有3μm以上8μm以下的最大灵敏度波长的吸收层。配线层4、第一电极11及第二电极12也可以由上述材料以外的金属材料形成。配线层4也可以不必形成为层状。
在上述实施方式中，第二配线层4B的第二延伸部4Bb局部地包围第二元件3Db的光学层31的四个边部31a，但第二延伸部4Bb也可以包围光学层31的整周。换言之，第二延伸部4Bb也可以包围光学层31的四个边部31a的整体。例如，在上述实施方式中，也可以是第二延伸部4Bb的部分43c、43d相互连接，在从Z方向观察时，第二延伸部4Bb形成为矩形环状。在该情况下，例如，通过使配置第一配线层4A的第一连接部4Aa的平面和配置第二配线层4B的第二延伸部4Bb的平面不同，将第一连接部4Aa及第二延伸部4Bb配置为相互立体交叉(横跨)。在该情况下，第一连接部4Aa及第二延伸部4Bb具有从Z方向观察时相互重叠的部分。
在上述实施方式中，第二延伸部4Bb以与第二连接部4Ba的第二部分42的交点为起点向不同的两个方向(在图2中为顺时针包围光学层31的方向、及逆时针包围光学层31的方向)延伸，但在第二延伸部4Bb局部地包围第二元件3Db的光学层31的四个边部31a的情况下，第二延伸部4Bb也可以以与第二部分42的交点为起点仅向一方向延伸。在该情况下，第一连接部4Aa及第二延伸部4Bb也具有从Z方向观察时相互重叠的部分。在第二延伸部4Bb以与第二部分42的交点为起点向不同的两个方向延伸的情况下，与第二延伸部4Bb仅向一方向延伸的情况相比，能够缩短从第二延伸部4Bb的与第二部分42的交点至前端的长度。由此，能够提高载体对光学层31的注入效率，能够提高发光效率。
作为其它变形例，光半导体元件1也可以构成为受光元件。在该变形例中，光半导体元件1例如构成为光电二极管(Photo Diode)。光学层31是吸收光的吸收层，例如构成为具有3μm以上10μm以下的最大灵敏度波长。光学层31例如与上述实施方式的光学层31同样地构成。在各元件3中，经由基板2入射的光由光学层31吸收，在光学层31中产生载体。产生的载体经由第一焊盘部P1(第一电极11)及第二焊盘部P2(第二电极12)取出。
根据该变形例，通过与上述实施方式同样的理由，能够抑制载体的取出效率的降低，并且能够提高每单位面积的受光效率。另外，在光半导体元件1是受光元件的情况下，如果多个元件3电连接且串联连接，则能够将光半导体元件1的电阻值设为适于与连接于后级的放大器的连接的值。即，在中红外区域具有最大灵敏度波长的光半导体元件1具有小的电阻。在放大器中有适于连接的电阻值，为了将电阻提高到该电阻值程度，在光半导体元件1中采用多个元件3串联连接的结构。如果光半导体元件1的电阻值过度小于目标值，则噪声变大，信号容易被噪声埋没。另外，在光半导体元件1是受光元件的情况下，如果多个元件3电且串联连接，则能够减小热杂音。其结果，能够减小总噪声。在中红外区域具有灵敏度的光电二极管中，如何能够减小热杂音尤为重要。更具体而言，串联连接的元件3的数量越是增加，越是抑制热杂音。光半导体元件1的尺寸越小，能够将越多的光半导体元件1串联连接。
在上述实施方式中，台部34在与基板2的主面2a垂直的截面(图4)上形成为梯形状，但台部34也可以在该截面上形成为矩形状。在该情况下，台部34的侧面也可以沿着Z方向延伸。
各结构的材料不限于上述的材料。作为一个例子，基板2也可以由Si形成。也可以是第一半导体层32的势垒层由(AlGa)0.20In0.80As形成，第一半导体层32的缓冲层及接触层由In0.87GaAs形成。也可以是第二半导体层33的缓冲层由分别由GaAs、低温InAs、In0.87GaAs构成的三层构成，第二半导体层33的接触层及电流扩散层由In0.87GaAs形成，第二半导体层33的势垒层由(AlGa)0.20In0.80As形成。第一绝缘层5及第二绝缘层6也可以由SiO2形成。作为另一个例子，基板2也可以由SI－InP形成。也可以是第一半导体层32的势垒层由Al0.15InAs形成，第一半导体层32的缓冲层及接触层由InAs形成。也可以是第二半导体层33的缓冲层由分别由GaAs、低温InAs、InAs构成的三层构成，第二半导体层33的接触层及电流扩散层由InAs形成，第二半导体层33的势垒层由Al0.15InAs形成。第一绝缘层5及第二绝缘层6也可以由SiN形成。作为另一个例子，第二半导体层33的缓冲层也可以由分别由GaAs、InAs、In0.87GaAs构成的三层构成。
在从Z方向观察时，基板2也可以形成为正方形状、圆形状或椭圆形状等。在Z方向观察时，光学层31、第一半导体层32及第二半导体层33也可以形成为正方形状、圆形状或椭圆形状等。在从Z方向观察时，第一电极11及第二电极12也可以形成为正方形状、圆形状或椭圆形状等。第一配线层4A的第一连接部4Aa不限于长方形状，也可以形成为任意的形状。第一连接部4Aa也可以不必遍及表面32a上的大致整个面而配置，第一连接部4Aa的至少一部分配置在表面32a上即可。在基板2在从Z方向观察时形成为矩形状，且元件3(光学层31)在从Z方向观察时形成为矩形状的情况下，能够在基板2上高效地配置元件3。
在从Z方向观察时，第一终端元件3A及第二终端元件3B也可以不必配置在基板2的对角线上，可以配置在任意的位置。也可以不设置虚设焊盘元件3C。

Claims (15)

1.一种光半导体元件，其中，
具备：
基板；
多个元件，其形成在所述基板上，
所述多个元件各自具有作为产生光的活性层或吸收光的吸收层的光学层、相对于所述光学层配置于与所述基板相反侧的第一半导体层、以及相对于所述光学层配置于所述基板侧的第二半导体层，
在从所述基板的厚度方向观察时，所述光学层形成为矩形状且具有四个边部，
所述多个元件包含第一元件及第二元件，所述第一元件的所述第二半导体层和所述第二元件的所述第一半导体层通过第一配线部的第一连接部而相互电连接，
所述第一配线部具有在从所述基板的厚度方向观察时，以包围所述第一元件的所述光学层的所述四个边部的方式从所述第一连接部延伸的第一延伸部，
所述光学层是产生3μm以上10μm以下的中心波长的光的所述活性层、或具有3μm以上10μm以下的最大灵敏度波长的所述吸收层。
2.根据权利要求1所述的光半导体元件，其中，
所述多个元件还包含第三元件，
所述第二元件的所述第二半导体层和所述第三元件的所述第一半导体层通过第二配线部的第二连接部而相互电连接，所述第二配线部具有在从所述基板的厚度方向观察时，以包围所述第二元件的所述光学层的所述四个边部的方式从所述第二连接部延伸的第二延伸部，
在从所述基板的厚度方向观察时，所述第一配线部的所述第一连接部未与所述第二配线部的所述第二延伸部重叠。
3.根据权利要求1或2所述的光半导体元件，其中，
所述多个元件电连接且串联连接。
4.根据权利要求3所述的光半导体元件，其中，
所述多个元件包含配置于电且串联的连接中的一终端的第一终端元件和配置于电且串联的连接中的另一终端的第二终端元件，
在所述第一终端元件的顶面，配置有与所述第一终端元件的所述第一半导体层电连接的第一电极，
在所述第二终端元件的顶面，配置有与所述第二终端元件的所述第二半导体层电连接的第二电极。
5.根据权利要求4所述的光半导体元件，其中，
所述第二电极具有在从所述基板的厚度方向观察时，以包围所述第二终端元件的所述光学层的所述四个边部的方式延伸的第三延伸部。
6.根据权利要求4或5所述的光半导体元件，其中，
所述多个元件包含虚设焊盘元件，
在所述虚设焊盘元件的顶面，配置有从所述虚设焊盘元件的所述光学层、所述第一半导体层及所述第二半导体层电分离的虚设电极。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光半导体元件，其中，
所述光学层由含有Sb的材料形成。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的光半导体元件，其中，
所述光学层由含有Sb及In的材料形成。
9.根据权利要求1～6中任一项所述的光半导体元件，其中，
所述光学层由含有InAsSb、AlInSb及AlInAs中的至少一种的材料形成。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的光半导体元件，其中，
所述基板具有光透过性，
在所述光学层是所述活性层的情况下，在所述光学层中产生的光经由所述基板出射，在所述光学层是所述吸收层的情况下，经由所述基板入射的光由所述光学层吸收。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的光半导体元件，其中，
所述第一延伸部包含在从所述基板的厚度方向观察时，沿着所述四个边部分别笔直地延伸的四个部分。
12.根据权利要求1所述的光半导体元件，其中，
还具备与所述多个元件中配置于所述多个元件的电连接中的一终端的元件电连接的终端元件，
所述终端元件至少具有配置在所述基板上的所述第二半导体层，
在所述终端元件的顶面，配置有用于与外部的电连接的电极。
13.根据权利要求12所述的光半导体元件，其中，
所述终端元件具有所述光学层、所述第一半导体层及所述第二半导体层，
所述电极与所述终端元件的所述第二半导体层电连接。
14.根据权利要求12所述的光半导体元件，其中，
所述终端元件仅具有所述第二半导体层，
所述电极与所述终端元件的所述第二半导体层电连接。
15.根据权利要求1所述的光半导体元件，其中，
还具备配置在所述基板上的电极，
所述电极与所述多个元件中配置于所述多个元件的电连接中的一终端的元件电连接。
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