DE19834232A1 - Halbleiterlaservorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrich­ tung, die beispielsweise in einem optischen Aufnehmer eines CD-Spielers enthalten ist.

Bei einer typischen bekannten Halbleiterlaservorrichtung, die in Fig. 7 dargestellt ist, sind eine Laserdiode 1 und eine Überwachungsfotodiode 2 zum Überwachen der Intensität der von der Laserdiode 1 emittierten Laserstrahlen in dem­ selben Gehäuse oder Paket 200 montiert, und beide Enden der Laserdiode 1 und der Überwachungsfotodiode 2 sind aus dem Paket 200 herausgeleitet.

Der Chip der Laserdiode 1 ist klein und schwierig zu hand­ haben. Auf Grund dessen, wie in Fig. 8 dargestellt ist, ist die Laserdiode 1 normalerweise auf einem Substrat 5 mon­ tiert, das als Sockel oder Untermontierung verwendet wird (Submount) und eine leicht zu handhabende Größe hat. Der Laserdiodenchip wird getestet und in diesem Zustand in eine Halbleiterlaservorrichtung eingebracht.

Selbst wenn an einer elektronischen Schaltung keine Versor­ gungsspannung anliegt, tritt es manchmal auf, daß zeitwei­ lig große Ströme fließen, beispielsweise aufgrund von sta­ tischer Elektrizität, die auftritt, wenn ein geladenes Ob­ jekt in Kontakt mit der elektronischen Schaltung kommt. Solche zeitweiligen großen Ströme werden Pumpströme genannt (surge currents) und beschädigen manchmal die elektronische Schaltung.

Laserdioden haben jedoch eine extrem geringe Beständigkeit gegen Pumpströme im Vergleich mit allgemeinen integrierten Schaltungen (ICs) und werden durch Pumpströme schnell be­ schädigt oder zerstört. Da in der bekannten Halbleiterla­ servorrichtung der Fig. 7 alle Pumpströme in die Laserdiode fließen, wird die Diode sehr schnell verschlechtert oder zerstört, wenn Pumpströme auftreten, was die Beständigkeit dieser Vorrichtung gegen Pumpströme vermindert.

Zum Betreiben der Laserdiode ist in den meisten Fällen ein externer Treibertransistor erforderlich, und aus diesem Grunde wird ein Treibertransistor extern beim Herstellen eines Geräts, das die Halbleiterlaservorrichtung aufweist, angebracht. Dieser Befestigungsvorgang ist jedoch extrem störanfällig, weil die Halbleiterlaservorrichtung eine ge­ ringe Beständigkeit gegen Pumpströme hat. Dies verhindert eine Kostenreduktion bei einem Gerät mit der Halbleiterla­ servorrichtung.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Halbleiterlaservorrichtung, bei der die Beständigkeit gegen Pumpströme verbessert ist, wobei der Herstellungsprozeß ei­ nes Gerätes mit der Halbleiterlaservorrichtung vereinfacht ist und eine Kostenreduktion des Gerätes realisiert ist.

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe sind erfindungsgemäß in einer Halbleiterlaservorrichtung mit einer Laserdiode die Laserdiode, ein Treibertransistor zum Treiben der La­ serdiode und ein Widerstand, der als Antipumpstrommaßnahme für die Laserdiode mit dem Treibertransistor verbunden ist, in demselben Paket montiert.

Da bei dieser Halbleiterlaservorrichtung ein Ende der La­ serdiode über den Treibertransistor aus dem Paket herausge­ leitet ist und nicht beide Enden der Laserdiode direkt aus dem Paket herausgeleitet sind, ist die Beständigkeit der Halbleiterlaservorrichtung gegen Pumpströme verbessert. Da ein Widerstand mit dem Treibertransistor verbunden ist, ist die Laserdiode gegen Beschädigung oder Zerstörungen auf­ grund von Pumpströmen besser geschützt.

Erfindungsgemäß wird desweiteren der Chip des Treibertran­ sistors als Untermontierung verwendet, auf der die Laserdi­ ode montiert wird, oder der Treibertransistor oder der Treibertransistor und der Widerstand sind in der Untermon­ tierung integriert. Der Widerstand kann innerhalb des Trei­ bertransistors gebildet sein oder in einem vom Treibertran­ sistor unterschiedlichen Bereich gebildet sein.

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den bevor­ zugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 die Darstellung des Schaltungsaufbaus einer Halb­ leiterlaservorrichtung gemäß einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2A eine Ansicht des Zustandes, in dem der Chip einer Laserdiode der Halbleiterlaservorrichtung des er­ sten Ausführungsbeispiels auf dem Chip eines Trei­ bertransistors montiert ist, der als Untermontie­ rung dient,

Fig. 2B die Ansicht eines Zustandes, in dem der Chip der Laserdiode der Halbleiterlaservorrichtung des er­ sten Ausführungsbeispiels auf einer Untermontierung montiert ist, in der der Treibertransistor oder der Treibertransistor und ein Widerstand integriert sind,

Fig. 3A eine Vorderansicht zur Erläuterung der internen Struktur der Halbleiterlaservorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3B eine Seitenansicht zur Erläuterung der internen Struktur der Halbleiterlaservorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer Untermontierung der Halbleiterlaservorrichtung des ersten Ausführungs­ beispiels, wobei ein PNP-Treibertransistor inte­ griert ist,

Fig. 5 den Schaltungsaufbau einer Halbleiterlaservorrich­ tung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer Untermontierung für die Halbleiterlaservorrichtung des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels, wobei ein NPN-Treibertransistor in­ tegriert ist,

Fig. 7 den Schaltungsaufbau einer bekannten Halbleiterla­ servorrichtung und

Fig. 8 eine Darstellung des Zustandes, in dem der Chip ei­ ner Laserdiode der bekannten Halbleiterlaservor­ richtung auf einer Untermontierung montiert ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er­ findung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt den Schaltungsaufbau einer Halbleiterlaservor­ richtung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bezugsziffer 1 bezeichnet eine Laserdiode, Bezugsziffer 2 eine Überwachungsfotodiode, Bezugsziffer 3 einen PNP-Trei­ bertransistor und Bezugsziffer 4 einen Widerstand, der als Antipumpstrommaßnahme vorgesehen ist. Die Anodenseite der Laserdiode 1 ist mit dem Kollektor des Treibertransistors 3 verbunden. Ein Ende des Widerstandes 4 ist mit der Basis des Treibertransistors 3 verbunden.

Die Laserdiode 1, die Überwachungsfotodiode 2, der Treiber­ transistor 3 und der Widerstand 4 sind in demselben Paket 100 montiert. Das andere Ende des Widerstands 4, der Emit­ ter des Treibertransistors 3, die Anodenseite der Überwa­ chungsfotodiode 2 und die Kathodenseiten der Laserdiode 1 und der Fotodiode 2 sind aus dem Paket 100 herausgeführt.

Da bei diesem Aufbau ein Ende der Laserdiode 1 aus dem Pa­ ket 100 über den Treibertransistor 3 herausgeführt ist und nicht beide Enden der Laserdiode 1 direkt aus dem Paket 100 herausgeführt sind, hat die Halbleiterlaservorrichtung eine erhöhte Beständigkeit gegen Pumpströme. Da desweiteren ein Widerstand 4 mit dem Treibertransistor 3 verbunden ist, ist die Laserdiode 1 gegen Beeinträchtigungen oder Zerstörungen aufgrund von Pumpströmen sicherer geschützt.

Die auf einer Untermontierung fixierte Laserdiode 1 wird Betriebstests ausgesetzt und in diesem Zustand für die Her­ stellung der Halbleiterlaservorrichtung verwendet. In die­ sem Ausführungsbeispiel wird jedoch nicht die in Fig. 8 dargestellte bekannte Untermontierung 5 verwendet, sondern der Chip des Treibertransistors 3 wird als Untermontierung verwendet, wie in Fig. 2A dargestellt ist, oder der Trei­ bertransistor oder der Treibertransistor 3 und der Wider­ stand 4 sind in der Untermontierung 5 integriert, wie in Fig. 2B dargestellt ist. Dadurch kann der Treibertransistor 3 in demselben Paket montiert werden, ohne daß die Halblei­ terlaservorrichtung größer ist als die konventionelle Halb­ leiterlaservorrichtung.

Die Fig. 3a und 3b sind eine Vorderansicht und eine Sei­ tenansicht zur Erläuterung der internen Struktur der so aufgebauten Halbleiterlaservorrichtung. In den Figuren be­ zeichnen die Bezugsziffern 6, 7, 8 und 9 Leitungen, die Be­ zugsziffern 10, 11 und 12 Drähte, die Bezugsziffer 13 einen Träger und die Bezugsziffer 14 eine Kappe. Die Kappe 14 ist so ausgelegt, daß ein Laserstrahl LD nach außen emittiert werden kann. Elemente, die denen der Fig. 1, 2A und 2B entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern versehen.

Der Träger 13 hat einen horizontalen Teil und einen recht­ winkligen Teil, der in der Nähe der Mitte des horizontalen Teils angeordnet ist. Auf der Seitenfläche des rechtwinkli­ gen Teils ist die Untermontierung 5 (oder der Chip des Treibertransistors 3) mit dem darauf montierten Chip der Laserdiode 1 so fixiert, daß die Untermontierung 5 und der Träger 13 elektrisch verbunden sind. An der oberen Fläche des horizontalen Teils ist die Überwachungsfotodiode 2 in einer Position fixiert, in der sie von der Laserdiode 1 emittierte Laserstrahlen empfangen kann, wobei ihre Katho­ denseite und der Träger 13 elektrisch verbunden sind. Die Leitung 6 ist direkt an der Rückfläche des horizontalen Teils des Trägers 13 fixiert, so daß sie elektrisch mit dem Träger 13 verbunden ist. Die Leitungen 7, 8 und 9 treten durch den horizontalen Teil im isolierten Zustand vom Trä­ ger 13 durch.

In der Kappe 14 ist die Leitung 7 über den Widerstand 4 mit der Basiselektrode des Treibertransistors 3 verbunden, der in der Untermontierung 5 integriert ist (oder des Treiber­ transistors 3, der als Untermontierung verwendet wird) Wenn jedoch der Treibertransistor 3 in der Untermontierung 5 integriert ist und der Widerstand 4 in dem Basisbereich des Treibertransistors 3 ausgebildet ist, wie später be­ schrieben wird, ist die Leitung 7 über einen Draht mit der Basiselektrode verbunden. Die Leitung 8 ist über den Draht 10 mit dem Emitter des Treibertransistors 3 verbunden, und die Leitung 9 ist über den Draht 11 mit der Anodenseite der Überwachungsfotodiode 2 verbunden.

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung der Untermontierung 5, in der der Treibertransistor 3 integriert ist. Im obersten Teil der Untermontierung 5, die aus einem Siliziumsubstrat vom P-Typ gefertigt ist, ist eine epitaktische Schicht 21 vom N-Typ ausgebildet. Im obersten Teil der epitaktischen N-Schicht 21 sind ein Kollektorbereich 22 vom P⁻-Typ und ein Kontaktbereich 25 vom N⁺-Typ ausgebildet. Im obersten Teil des Kollektorbereichs 22 ist ein Basisbereich 23 vom N-Wannen-Typ ausgebildet. Im obersten Teil des Basisbe­ reichs 23 ist ein Emitterbereich vom P⁺-Typ ausgebildet.

Die Oberfläche der Untermontierung 5 ist mit einem Isolier­ film 26 abgedeckt. Der Isolierfilm 26 ist jedoch in den Teilen des Kollektorbereichs 22, des Basisbereichs 23, des Emitterbereichs 24 und des Kontaktbereichs 25 teilweise entfernt, und eine Kollektorelektrode 27, eine Basiselek­ trode 28, eine Emitterelektrode 29 und eine Isolierelek­ trode 30 sind jeweils in den Teilen vorgesehen. Die Laser­ diode 1 ist auf der Untermontierung 5 montiert und fixiert, wobei ihre Anodenseite elektrisch mit der Kollektorelek­ trode 27 verbunden ist.

Ein Widerstandsbereich 31 kann im Basisbereich durch Ver­ längern des N-Wannen-Basisbereichs 23 in seitlicher Rich­ tung (Richtung parallel zur Oberfläche) gebildet werden und durch Plazieren der Basiselektrode 28 in einem Bereich ent­ fernt vom aktiven Basisbereich (Übergangsbereich), wie in Fig. 4 durch die unterbrochenen Linien dargestellt ist. Wenn dies geschehen ist, können die Leitung 8 und die Basi­ selektrode 28 direkt über einen leitenden Draht verbunden werden.

Durch Verbinden der Isolationselektrode 30 über einen Draht mit der Leitung 7 wird eine maximale Spannung an die epi­ taktische N-Schicht 21 sowie an den Emitter des Treiber­ transistors 3 angelegt, so daß der Transitor 3 und die Un­ termontierung 5 elektrisch voneinander isoliert sind.

Fig. 5 zeigt den Schaltungsaufbau einer Halbleiterlaservor­ richtung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein NPN-Transistor 3' als Treibertransistor verwendet, und sein Kollektor ist mit der Kathodenseite der Laserdiode 1 verbunden. Bei der La­ servorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird der Chip des Treibertransistors 3' als Untermontierung verwendet, oder der Treibertransistor 3' oder der Treibertransistor 3' und der Widerstand 4 sind in der Untermontierung 5 wie im ersten Ausführungsbeispiel integriert. Die interne Struktur der Halbleiterlaservorrichtung ist die gleiche wie beim er­ sten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3A und 3B dargestellt ist.

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung der Untermontierung 5, bei der der NPN-Treibertransistor 3' integriert ist. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 41 einen Kollek­ torbereich vom N-Typ, Bezugsziffer 42 einen Basisbereich vom P-Typ und Bezugsziffer 43 einen Emitterbereich vom N-Typ. In diesem Fall kann, wie im ersten Ausführungsbei­ spiel, ein Widerstandsbereich 45 gebildet werden durch Ver­ längern des Basisbereichs 42 und durch Plazieren einer Ba­ siselektrode 44 in einem Teilbereich entfernt vom aktiven Bereich, wie durch die unterbrochenen Linien in Fig. 6 dar­ gestellt ist.

Während der als Antipumpstrommaßnahme vorgesehene Wider­ stand 4 mit der Basis des Treibertransistors 3 oder 3' in den Halbleiterlaservorrichtungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verbunden ist, kann statt diesem Auf­ bau der Widerstand 4 zwischen den Kollektor des Treiber­ transistors 3 oder 3' und die Laserdiode 1 eingefügt wer­ den, oder diese Elemente können kombiniert werden. Da je­ doch die Verbindung des Widerstands mit dem Kollektor in einem Spannungsabfall resultiert und die an die Laserdiode 1 angelegte Spannung vermindert, ist es wünschenswert, den Widerstand nur mit der Basis zu verbinden, um eine Anti­ pumpstrommaßnahme zu schaffen.

Wenn der Widerstand 4 innerhalb des Treibertransistors 3 oder 3' ausgebildet ist, der in den oben beschriebenen Aus­ führungsbeispielen in der Untermontierung 5 integriert ist, kann anstatt dieses Aufbaus ein Halbleiterchip als Unter­ montierung 5 verwendet wird, der separat vom Treibertransi­ stor 3 integriert ist. Das heißt, daß in der Untermontie­ rung 5 der Treibertransistor 3 und der Widerstand 4 in un­ terschiedlichen Bereichen ausgebildet werden können. Bei diesem Aufbau steigt die Gesamtfläche der Schaltung nicht so deutlich, selbst wenn der Widerstandswert des Widerstan­ des 4 so hoch wie einige kΩ ist.

Da bei der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung, wie oben beschrieben, ein Ende der Laserdiode über den Treibertransistor aus dem Paket geführt ist und nicht beide Enden der Laserdiode direkt aus dem Paket geleitet sind, ist die Beständigkeit der Halbleiterlaservorrichtung gegen Pumpströme verbessert. Da desweiteren ein Widerstand mit dem Treibertransistor verbunden ist, ist die Laserdiode noch sicherer gegen Beeinträchtigungen oder Zerstörungen aufgrund von Pumpströmen geschützt.

Da desweiteren der Chip des Treibertransistors als Unter­ montierung verwendet wird, die die Handhabung des Chips der Laserdiode erleichtert, oder der Transistor in der Unter­ montierung integriert ist, kann die Beständigkeit der Halb­ leiterlaservorrichtung gegen Pumpströme verbessert werden, ohne deren Größe zu erhöhen.

Da desweiteren der Treibertransitor in die Halbleiterlaser­ vorrichtung inkorporiert ist, ist die Anzahl von extern an­ gebrachten Teilen vermindert. Dies und die Verbesserung der Beständigkeit der Halbleiterlaservorrichtung gegen Pump­ ströme vereinfacht die Struktur eines Gerätes mit der Halb­ leiterlaservorrichtung, so daß eine Kostenreduktion des Ge­ rätes zu erwarten ist.

Claims (7)

1. Halbleiterlaservorrichtung mit einer Laserdiode, wobei die Laserdiode, ein Treibertransistor zum Treiben der Laser­ diode und ein Widerstand, der mit dem Treibertransistor als Antipumpstrommaßnahme für die Laserdiode verbunden ist, in demselben Paket montiert sind.

2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Chip des Treibertransistors als Untermontierung verwendet wird, auf der die Laserdiode montiert ist.

3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Treibertransistor in einer Untermontierung inte­ griert ist, auf der die Laserdiode montiert ist.

4. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Widerstand in der Untermontierung integriert ist.

5. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Widerstand in einer Schicht ausgebildet ist, die die Basis des Treibertransistors bildet.

6. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Widerstand separat von dem Treibertransistor aus­ gebildet ist.

7. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Fotodiode zur Überwachung der Lichtemission durch die Laserdiode in dem Paket montiert ist.