JP2003037328A - Optical semiconductor device - Google Patents

Optical semiconductor device

Info

Publication number
JP2003037328A
JP2003037328A JP2001223205A JP2001223205A JP2003037328A JP 2003037328 A JP2003037328 A JP 2003037328A JP 2001223205 A JP2001223205 A JP 2001223205A JP 2001223205 A JP2001223205 A JP 2001223205A JP 2003037328 A JP2003037328 A JP 2003037328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
semiconductor device
prism
optical semiconductor
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001223205A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Yamauchi
義則 山内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2001223205A priority Critical patent/JP2003037328A/en
Publication of JP2003037328A publication Critical patent/JP2003037328A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical semiconductor device wherein decrease in reliability of an optical semiconductor device which is caused by heat generation of a light emitting element can be restrained. SOLUTION: The optical semiconductor device is provided with a submount and the light emitting element mounted on the submount. Material constituting the submount has thermal conductivity higher than or equal to 150 W/mK, and a thermal expansion coefficient of 0.5-1.5 when a thermal expansion coefficient of material constituting the light emitting element is set as 1.0.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に代表される光半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device represented by a semiconductor laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば半導体レーザなどの発光素子は、
光情報処理や光通信の分野での実用化が進んでおり、い
ずれの分野でも素子の信頼性が極めて重要な要素であ
る。それゆえに、半導体レーザの発熱量による素子機能
の低下を避けるため、通常は金属放熱体をヒートシンク
として用いるのが一般的である。しかし、半導体レーザ
と金属放熱体との熱膨脹係数の差が、半導体レーザのス
トレスまたは歪みなどを発生させ、その結果、半導体レ
ーザの信頼性に悪影響を与える原因となり得る。かかる
問題を解消すべく、金属放熱体の上に半導体レーザの基
板材料と比較的熱膨脹係数が近い材料、具体的にはSi
からなるサブマウントを配置し、その上にはんだ材料を
介して半導体レーザを搭載し固着する方法がよく用いら
れている。
2. Description of the Related Art For example, a light emitting element such as a semiconductor laser is
Practical application is progressing in the fields of optical information processing and optical communication, and element reliability is an extremely important factor in any field. Therefore, in order to avoid deterioration of the element function due to the heat generation amount of the semiconductor laser, it is general to use a metal radiator as a heat sink. However, the difference in coefficient of thermal expansion between the semiconductor laser and the metal radiator may cause stress or distortion of the semiconductor laser, which may adversely affect the reliability of the semiconductor laser. In order to solve such a problem, a material having a coefficient of thermal expansion relatively close to that of the substrate material of the semiconductor laser, specifically Si, is formed on the metal radiator.
A method of arranging a submount made of, and mounting and fixing a semiconductor laser on it by a solder material is often used.

【0003】しかし、近年、光半導体装置に対する高速
化または小型化の要求から、高出力レーザやマルチビー
ム半導体レーザなどが次々と開発されている。かかる高
出力レーザやマルチビーム半導体レーザは、従来の半導
体レーザよりもさらに発熱量が大きいため、従来のSi
からなるサブマウントでは以下のような問題が生じてい
た。すなわち、半導体レーザとサブマウントの熱膨張係
数差が大きいため、半導体レーザとサブマウントが熱膨
張したときに歪みが生じ、この歪みにより半導体レーザ
が湾曲するという問題が生じていた。特に、マルチビー
ム半導体レーザにおいては、個々のレーザ素子が湾曲す
るとレーザ間の偏波面のずれが生じるという問題が生じ
ていた。
However, in recent years, high output lasers, multi-beam semiconductor lasers, etc. have been developed one after another in response to the demand for higher speed and smaller size of optical semiconductor devices. Such high-power lasers and multi-beam semiconductor lasers generate more heat than conventional semiconductor lasers, so
The sub-mount consisting of the following had the following problems. That is, since the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor laser and the submount is large, distortion occurs when the semiconductor laser and the submount thermally expand, and the distortion causes the semiconductor laser to bend. In particular, in the multi-beam semiconductor laser, there has been a problem that when the individual laser elements are curved, the polarization planes of the lasers are deviated.

【0004】またさらに、半導体レーザは発熱量が大き
いため、発熱によりレーザパワーが変動するという問題
がある。そこで、これに対処し安定した光出力を得るた
めの方法の一つとして、半導体レーザ発光素子において
光出力を取り出す前側端面とは反対側の後側端面から出
力される光をモニター用光として用い、光源チップ内に
内蔵するモニター用受光素子によりかかるモニター用光
の強度をモニターして、これを基にフィードバック駆動
させることにより光出力を安定化させる方法、いわゆる
APC(Auto Power Control)駆動が従来から知られてい
る。
Further, since the semiconductor laser generates a large amount of heat, there is a problem that the laser power fluctuates due to the generated heat. Therefore, as one of the methods for coping with this and obtaining a stable light output, the light emitted from the rear end face opposite to the front end face for extracting the light output in the semiconductor laser light emitting element is used as the monitor light. Conventionally, so-called APC (Auto Power Control) driving is a method of stabilizing the light output by monitoring the intensity of the monitoring light by the light receiving element for monitoring built in the light source chip and performing feedback driving based on this. Known from.

【0005】いわゆるAPC駆動半導体レーザ装置にお
ける従来のパッケージ構造を図6に示した。かかる図か
ら明らかなように、半導体レーザ素子101とモニター
用受光素子102のマウント面は90度に近い角度をな
しているのが一般的である。これは、半導体レーザ素子
の出射光はその構造上、積層面方向すなわち半導体レー
ザのマウント面と略平行方向に出射され、一方でモニタ
ー用受光素子の受光面は素子表面に形成され、その結果
受光素子に導光するためには受光素子に入射する光が受
光素子のマウント面に対して水平以外の角度を持つ必要
があるからである。なお、図中の103はステム、10
4は金属製のキャップ、105は透明ガラス板である。
FIG. 6 shows a conventional package structure in a so-called APC driving semiconductor laser device. As is clear from this figure, the mount surfaces of the semiconductor laser device 101 and the monitor light receiving device 102 generally form an angle close to 90 degrees. This is because the emission light of the semiconductor laser element is emitted in the stacking surface direction, that is, in the direction substantially parallel to the mounting surface of the semiconductor laser due to its structure, while the light-receiving surface of the monitor light-receiving element is formed on the element surface. This is because the light incident on the light receiving element must have an angle other than horizontal with respect to the mount surface of the light receiving element in order to guide the light to the element. In the figure, 103 is a stem and 10
4 is a metal cap, and 105 is a transparent glass plate.

【0006】しかし、このような実装構造を採用する
と、半導体レーザ素子101とモニター用受光素子10
2とマウント面が異なっているため、製造時にチップと
外部リードとの電気的接続を行うワイヤボンディング装
置は異なる装置を用いなければならないか、またはパッ
ケージを保持するステージ部に回転機構を持たせなけれ
ばならず、製造装置が複雑な機構となってしまう等の問
題点があった。
However, if such a mounting structure is adopted, the semiconductor laser element 101 and the monitor light receiving element 10 are adopted.
Since the mounting surface is different from that of No. 2, the wire bonding device for electrically connecting the chip and the external lead at the time of manufacturing must use a different device, or the stage portion holding the package must have a rotation mechanism. Therefore, there is a problem that the manufacturing apparatus becomes a complicated mechanism.

【0007】上記問題を解決すべく、図7に示すような
半導体レーザ装置が開発されている。かかる半導体レー
ザ装置は、金属板201上にSiサブマウント202が
配置されている。そして、Siサブマウント202の端
部上面には半導体レーザチップ203が搭載され、ま
た、他端方向にはモニター用受光素子204が設けられ
ている。ここで、受光素子204と半導体レーザチップ
203との位置関係は、半導体レーザチップ203の後
面から出射されたモニター光207のうち斜線部の光2
07aのみが受光素子204に入射する構造となってい
る。一方、半導体レーザチップ203の前面からy方向
へ出射した光206は、プリズム205で反射されz方
向に立ち上げられる。かかる構造をとれば、半導体レー
ザチップ203とモニター用受光素子204のマウント
面は平面内に存在するため、ワイヤボンディングを行う
際に、異なるボンディング装置を用いたり、ボンディン
グ装置に複雑な機構のステージ部を設けたりする必要が
ない。
In order to solve the above problem, a semiconductor laser device as shown in FIG. 7 has been developed. In such a semiconductor laser device, a Si submount 202 is arranged on a metal plate 201. Then, the semiconductor laser chip 203 is mounted on the upper surface of the end portion of the Si submount 202, and the monitor light receiving element 204 is provided in the other end direction. Here, the positional relationship between the light receiving element 204 and the semiconductor laser chip 203 is the light 2 in the shaded part of the monitor light 207 emitted from the rear surface of the semiconductor laser chip 203.
Only 07a is incident on the light receiving element 204. On the other hand, the light 206 emitted from the front surface of the semiconductor laser chip 203 in the y direction is reflected by the prism 205 and rises in the z direction. With such a structure, since the mounting surfaces of the semiconductor laser chip 203 and the monitor light receiving element 204 are in a plane, a different bonding apparatus is used when wire bonding is performed, or a stage unit having a complicated mechanism is used for the bonding apparatus. There is no need to provide.

【0008】しかし、上記構造の半導体レーザ装置で
は、以下のような新たな問題点が生じてくる。すなわ
ち、(a)半導体レーザ発光素子からの出射光は、受光
部に対し平行方向に射出されるため、受光素子に入射す
る光は半導体レーザ発光素子の後側端面から放射される
斜入射光であり、そのため出力光の最も光強度の高い中
心部をモニターするためには受光素子のサイズを大型化
しなければならないという問題が生じる。
However, the semiconductor laser device having the above structure has the following new problems. That is, (a) since the light emitted from the semiconductor laser light emitting element is emitted in the direction parallel to the light receiving portion, the light entering the light receiving element is obliquely incident light emitted from the rear end face of the semiconductor laser light emitting element. Therefore, there is a problem that the size of the light receiving element must be increased in order to monitor the central portion of the output light having the highest light intensity.

【0009】またさらに、(b)サブマウント上に半導
体レーザ発光素子と受光素子とが設けられているため、
発光素子の発熱によりサブマウントの温度が上昇して受
光素子の温度特性により感度特性が変化する。その結
果、モニター電流の変化が発光素子の光出力の変化によ
るものなのかまたは受光素子の温度上昇によるものであ
るのかを識別しなければならず、その識別は難しいの
で、正確な光出力のモニターが困難になるという問題が
ある。これは特に半導体レーザの光出力をアナログ的に
使用する場合に大きな問題となる。
Further, (b) since the semiconductor laser light emitting element and the light receiving element are provided on the submount,
The temperature of the submount rises due to heat generation of the light emitting element, and the sensitivity characteristic changes due to the temperature characteristic of the light receiving element. As a result, it is necessary to identify whether the change in the monitor current is due to the change in the light output of the light emitting element or the temperature rise of the light receiving element. There is a problem that it becomes difficult. This becomes a serious problem especially when the optical output of the semiconductor laser is used in an analog manner.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、発光素子の
発熱による光半導体装置の信頼性の低下を抑制できる、
工業的製造が容易な光半導体装置を提供することを目的
とする。また、本発明は、従来に比し小型でかつより正
確なAPC駆動を可能とする光半導体装置を提供するこ
とをも目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention can suppress deterioration of reliability of an optical semiconductor device due to heat generation of a light emitting element,
An object of the present invention is to provide an optical semiconductor device which can be easily manufactured industrially. Another object of the present invention is to provide an optical semiconductor device which is smaller than the conventional one and enables more accurate APC driving.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、半導体レー
ザに代表される発光素子の発熱による光半導体装置の信
頼性の低下を改善すべく鋭意検討したところ、サブマウ
ントを構成する材料として、従来用いられていたSiの
代わりに、発光素子を構成する材料とより熱膨張係数が
近く、かつ熱伝導率が高い材料を用いれば、発光素子の
発熱が原因となって生じていた上記従来の問題点を解決
でき、光半導体装置の信頼性を向上させることができる
という知見を得た。将来、高出力レーザやマルチビーム
半導体レーザなどの開発が進み、半導体レーザの発熱量
が大きくなることが予想されるため上記知見は有用であ
る。
The inventors of the present invention have made earnest studies to improve the reduction in reliability of an optical semiconductor device due to heat generation of a light emitting element represented by a semiconductor laser, and as a material for a submount, If a material having a thermal expansion coefficient closer to that of the material forming the light emitting element and a higher thermal conductivity is used instead of Si that has been conventionally used, the above-mentioned conventional heat generation of the light emitting element is caused. We have found that the problems can be solved and the reliability of the optical semiconductor device can be improved. The above knowledge is useful because it is expected that the amount of heat generated by the semiconductor laser will increase as the development of high-power lasers and multi-beam semiconductor lasers progresses in the future.

【0012】本発明者は、さらに図7に示すような半導
体レーザ装置において生じていた「装置の大型化」とい
う問題点を改善すべく鋭意検討した結果、発光素子の光
出力を検出するモニター用受光素子を発光素子の発光方
向側(フロント側)に設ければ、装置を小型化できるこ
とを知見した。例えば、図7におけるプリズムのような
ビームスプリッターの下に受光素子を設ければ、発光素
子のリア側にモニター用受光素子を設置するスペースが
必要なくなり、かつフロント側に新たに受光素子を設置
するスペースを設ける必要ないので、装置を小型化でき
る。本発明者らは、さらに検討を重ね、本発明を完成し
た。
The present inventor further diligently studied in order to improve the problem of “increasing the size of the device” that occurred in the semiconductor laser device as shown in FIG. 7, and as a result, for a monitor for detecting the light output of the light emitting element. It was found that the device can be downsized by providing the light receiving element on the light emitting direction side (front side) of the light emitting element. For example, if the light receiving element is provided under the beam splitter such as the prism in FIG. 7, there is no need to provide a space for installing the monitor light receiving element on the rear side of the light emitting element, and a new light receiving element is installed on the front side. Since it is not necessary to provide a space, the device can be downsized. The present inventors have made further studies and completed the present invention.

【0013】すなわち、本発明は、(1) (a)熱伝
導率が150W/mK以上であり、(b)発光素子を構
成する材料の熱膨張係数を1とする場合の熱膨張係数が
0.55〜1.5である材料からなるサブマウントと、
前記サブマウント上に搭載されている発光素子とを有す
ることを特徴とする光半導体装置、(2) 発光素子
が、半導体レーザである前記(1)に記載の光半導体装
置、(3) 半導体レーザが、マルチビーム半導体レー
ザであることを特徴とする前記(2)に記載の光半導体
装置、(4) サブマウントを構成する材料が、III−
V族半導体化合物であることを特徴とする前記(1)に
記載の光半導体装置、(5) サブマウントを構成する
材料が、AlNであることを特徴とする前記(1)に記
載の光半導体装置、に関する。
That is, according to the present invention, (1) (a) the thermal conductivity is 150 W / mK or more, and (b) the thermal expansion coefficient is 0 when the thermal expansion coefficient of the material forming the light emitting element is 1. A submount made of a material of 0.55 to 1.5,
An optical semiconductor device, comprising: a light emitting element mounted on the submount; (2) an optical semiconductor device according to (1), wherein the light emitting element is a semiconductor laser; and (3) a semiconductor laser. Is a multi-beam semiconductor laser, and (4) the material forming the submount is III-
(5) The optical semiconductor device according to (1) above, which is a Group V semiconductor compound, and (5) the optical semiconductor according to (1) above, wherein the material forming the submount is AlN. Equipment.

【0014】また、本発明は、(6) 光半導体装置
が、発光素子の発光方向側に該発光素子の光出力を検出
する受光素子をさらに有することを特徴とする前記
(1)に記載の光半導体装置、(7) 受光素子が、フ
ォトダイオードである前記(6)に記載の光半導体装
置、(8) さらに、発光素子が出射する光線を複数の
光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素子に導くこ
とができるビームスプリッターを発光素子の発光方向側
に有することを特徴とする前記(6)に記載の光半導体
装置、(9) ビームスプリッターが、プリズムである
ことを特徴とする前記(8)に記載の光半導体装置、
(10) プリズムが、受光素子の上に搭載されている
ことを特徴とする前記(9)に記載の光半導体装置、
(11) プリズムが、該プリズムよりも屈折率の小さ
い接着剤を用いて受光素子の上に搭載されていることを
特徴とする前記(10)に記載の光半導体装置、(1
2) プリズムが、該プリズムにより分離される一部の
光の受光素子への入射角φが下記式を満たすことがで
きる反射面を有することを特徴とする前記(10)に記
載の光半導体装置、 φ<sin−1(n/n) 数式1 (式中、nはプリズムの屈折率を、nはプリズムを
搭載するために用いる接着剤の屈折率を示す、) (13) 受光素子が、プリズムの発光素子とは反対側
にプリズムには覆われずに設けられており、かつ、受光
素子が前記プリズムにより分離される光の一部であっ
て、さらにプリズム後面で屈折される光を検出できる位
置に設けられていることを特徴とする前記(9)に記載
の光半導体装置、に関する。
Further, the present invention is (6), wherein the optical semiconductor device further comprises a light receiving element on the light emitting direction side of the light emitting element for detecting the light output of the light emitting element. (7) Optical semiconductor device, (7) The optical semiconductor device according to (6), wherein the light receiving element is a photodiode, (8) Further, the light beam emitted from the light emitting element is separated into a plurality of light beams, and some of the light beams are separated. (9) The optical semiconductor device according to (6) above, characterized in that it has a beam splitter for guiding light to the light receiving element on the light emitting direction side of the light emitting element, and (9) the beam splitter is a prism. The optical semiconductor device according to (8) above.
(10) The optical semiconductor device according to (9) above, wherein the prism is mounted on the light receiving element.
(11) The optical semiconductor device according to (10), wherein the prism is mounted on the light receiving element using an adhesive having a smaller refractive index than the prism.
2) The optical semiconductor according to the above (10), wherein the prism has a reflecting surface such that an incident angle φ c of a part of the light separated by the prism on the light receiving element can satisfy the following formula. Device, φ c <sin −1 (n 2 / n 1 ) Equation 1 (where n 1 is the refractive index of the prism, n 2 is the refractive index of the adhesive used to mount the prism,) ( 13) The light receiving element is provided on the side of the prism opposite to the light emitting element without being covered by the prism, and the light receiving element is a part of the light separated by the prism, and further on the rear surface of the prism. The optical semiconductor device as described in (9) above, which is provided at a position where refracted light can be detected.

【0015】また、本発明は、(14) 発光素子と、
該発光素子の発光方向側に前記発光素子の光出力を検出
する受光素子とを有することを特徴とする光半導体装
置、(15) 受光素子が、フォトダイオードである前
記(14)に記載の光半導体装置、(16) 発光素子
が、半導体レーザである前記(14)に記載の光半導体
装置、(17) 半導体レーザが、マルチビーム半導体
レーザであることを特徴とする前記(16)に記載の光
半導体装置、(18) さらに、発光素子が出射する光
線を複数の光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素
子に導くことができるビームスプリッターを発光素子の
発光方向側に有することを特徴とする前記(14)に記
載の光半導体装置、(19) ビームスプリッターが、
プリズムであることを特徴とする前記(18)に記載の
光半導体装置、(20) プリズムが、受光素子の上に
搭載されていることを特徴とする前記(19)に記載の
光半導体装置、(21) プリズムが、該プリズムより
も屈折率の小さい接着剤を用いて受光素子の上に搭載さ
れていることを特徴とする前記(20)に記載の光半導
体装置、(22) プリズムが、該プリズムにより分離
される一部の光の受光素子への入射角φが下記式を満
たすことができる反射面を有することを特徴とする前記
(20)に記載の光半導体装置、 φ<sin−1(n/n) 数式1 (式中、nはプリズムの屈折率を、nはプリズムを
搭載するために用いる接着剤の屈折率を示す、) (23) 受光素子が、プリズムの発光素子とは反対側
にプリズムには覆われずに設けられており、かつ、受光
素子が前記プリズムにより分離される光の一部であっ
て、さらにプリズム後面で屈折される光を検出できる位
置に設けられていることを特徴とする前記(19)に記
載の光半導体装置、に関する。
The present invention also provides (14) a light emitting device,
An optical semiconductor device, comprising: a light receiving element that detects the light output of the light emitting element on the light emitting direction side of the light emitting element; (15) The light according to (14), wherein the light receiving element is a photodiode. Semiconductor device, (16) The optical semiconductor device according to (14), wherein the light emitting element is a semiconductor laser, (17) The semiconductor laser according to (16), wherein the semiconductor laser is a multi-beam semiconductor laser. (18) An optical semiconductor device, further comprising a beam splitter which separates a light beam emitted from a light emitting element into a plurality of light beams and can guide a part of the light beam to a light receiving element on a light emitting direction side of the light emitting element. (19) The beam splitter according to (14),
(18) The optical semiconductor device according to (18), which is a prism, (20) The optical semiconductor device according to (19), wherein the prism is mounted on a light receiving element, (21) The optical semiconductor device according to (20) above, wherein the prism is mounted on the light receiving element using an adhesive having a smaller refractive index than the prism, and (22) the prism is The optical semiconductor device according to the above (20), wherein the optical semiconductor device has a reflection surface that allows an incident angle φ c of a part of the light separated by the prism to the light receiving element to satisfy the following formula: φ c < sin −1 (n 2 / n 1 ) Formula 1 (where n 1 is the refractive index of the prism, n 2 is the refractive index of the adhesive used to mount the prism,) (23) , On the opposite side of the prism from the light emitting element It is provided without being covered by the rhythm, and the light receiving element is provided at a position where it can detect a part of the light separated by the prism and further the light refracted by the rear surface of the prism can be detected. The present invention relates to the optical semiconductor device described in (19) above.

【0016】(24) (a)基板と、(b)基板上に
搭載されているサブマウントと、(c)サブマウント上
に搭載されている半導体レーザと、(d)前記基板上で
あって、前記半導体レーザの前方端面側に設けられてい
る受光素子と、(e)半導体レーザの出射する光線を複
数の光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素子に導
くことができるビームスプリッターとを有する光半導体
装置であって、前記サブマウントを構成する材料の熱伝
導率が150W/mK以上であり、かつ前記サブマウン
トを構成する材料の熱膨張係数が半導体レーザを構成す
る材料の熱膨張係数を1とする場合に0.55〜1.5
であることを特徴とする光半導体装置、(25) ビー
ムスプリッターが、プリズムであることを特徴とする前
記(24)に記載の光半導体装置、(26) プリズム
が、受光素子の上に搭載されていることを特徴とする前
記(25)に記載の光半導体装置、(27) プリズム
が、該プリズムよりも屈折率の小さい接着剤を用いて受
光素子の上に搭載されていることを特徴とする前記(2
6)に記載の光半導体装置、(28) プリズムが、該
プリズムにより分離される一部の光の受光素子への入射
角φが下記式を満たすことができる反射面を有するこ
とを特徴とする前記(26)に記載の光半導体装置、 φ<sin−1(n/n) 数式1 (式中、nはプリズムの屈折率を、nはプリズムを
搭載するために用いる接着剤の屈折率を示す、) (29) 受光素子が、プリズムの発光素子とは反対側
にプリズムには覆われずに設けられており、かつ、受光
素子が前記プリズムにより分離される光の一部であっ
て、さらにプリズム後面で屈折される光を検出できる位
置に設けられていることを特徴とする前記(25)に記
載の光半導体装置、(30) (a)熱伝導率が150
W/mK以上であり、(b)組み合わせられる発光素子
を構成する材料の熱膨張係数を1とする場合の熱膨張係
数が0.55〜1.5である材料からなることを特徴と
するサブマウント、に関する。
(24) (a) the substrate, (b) the submount mounted on the substrate, (c) the semiconductor laser mounted on the submount, and (d) the substrate. A light receiving element provided on the front end face side of the semiconductor laser, and (e) a beam splitter capable of separating a light beam emitted from the semiconductor laser into a plurality of light beams and guiding some of the light beams to the light receiving element. An optical semiconductor device having: a material of the submount having a thermal conductivity of 150 W / mK or more, and a material of the submount having a thermal expansion coefficient of thermal expansion of a material of the semiconductor laser. 0.55 to 1.5 when the coefficient is 1.
(25) The optical semiconductor device according to (24), wherein the beam splitter is a prism, and (26) the prism is mounted on a light receiving element. (27) The optical semiconductor device according to (25), wherein the prism is mounted on the light receiving element using an adhesive having a refractive index smaller than that of the prism. To (2
(28) The optical semiconductor device according to (6), wherein the prism has a reflecting surface that allows an incident angle φ c of a part of the light separated by the prism to the light receiving element to satisfy the following expression. The optical semiconductor device according to (26) above, wherein φ c <sin −1 (n 2 / n 1 ) Formula 1 (wherein, n 1 is a refractive index of the prism, and n 2 is used to mount the prism. The refractive index of the adhesive is shown.) (29) The light receiving element is provided on the opposite side of the prism from the light emitting element without being covered by the prism, and the light receiving element is (30) (a) The thermal conductivity is 150, which is a part of the optical semiconductor device and is further provided at a position where the light refracted by the rear surface of the prism can be detected.
W / mK or more, and (b) is made of a material having a coefficient of thermal expansion of 0.55 to 1.5 when the coefficient of thermal expansion of the material forming the light emitting element to be combined is 1. About mount,

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明に係る光半導体装置は、発
光素子がサブマウント上に搭載(以下「マウント」とも
いう)されている構造を有することが好ましい。ここ
で、上記発光素子は公知の素子であってよいが、半導体
レーザであることが好ましく、さらに、高出力半導体レ
ーザまたはマルチビーム半導体レーザであることがより
好ましい。高出力半導体レーザとしては、例えば、ブロ
ードエリア型半導体レーザ、好ましくは光出力が約10
W程度以上のブロードエリア型半導体レーザ、または光
出力が約200mW程度以上のナローストライプ型半導
体レーザが挙げられる。マルチビーム半導体レーザとし
ては、複数の半導体レーザ素子が集積されている半導体
レーザ、好ましくは複数の半導体レーザ素子がモノリシ
ックに集積されている半導体レーザが挙げられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The optical semiconductor device according to the present invention preferably has a structure in which a light emitting element is mounted on a submount (hereinafter also referred to as "mount"). Here, the light emitting element may be a known element, but is preferably a semiconductor laser, more preferably a high power semiconductor laser or a multi-beam semiconductor laser. As the high-power semiconductor laser, for example, a broad area type semiconductor laser, preferably an optical output of about 10 is used.
A broad area type semiconductor laser having a power of about W or more, or a narrow stripe type semiconductor laser having an optical output of about 200 mW or more can be used. Examples of the multi-beam semiconductor laser include a semiconductor laser in which a plurality of semiconductor laser elements are integrated, and preferably a semiconductor laser in which a plurality of semiconductor laser elements are monolithically integrated.

【0018】本発明の光半導体装置を構成するサブマウ
ントは、発光素子を構成する材料と熱膨張係数が近く、
かつ熱伝導率が高い材料からなることを特長とする。上
記「発光素子を構成する材料と熱膨張係数が近い材料」
として、具体的には、発光素子を構成する材料の熱膨張
係数を1と換算した場合の熱膨張係数の換算値が約0.
55〜1.5程度、好ましくは約0.6〜1.4程度、
より好ましくは約0.65〜1.35程度、最も好まし
くは約0.65〜1程度である材料が挙げられる。ま
た、「熱伝導率が高い材料」して、具体的には、熱伝導
率が約150W/mK以上、好ましくは約170W/m
K以上、より好ましくは約190W/mK以上である材
料が挙げられる。上記材料からなるサブマウントであれ
ば、例えば、従来用いられていたSiサブマウントに比
べ、半導体レーザとサブマウントが熱膨張したときの歪
みが抑えられ、かかる歪みによる半導体レーザの湾曲が
抑えられるなど、発光素子の信頼性が向上する。
The submount forming the optical semiconductor device of the present invention has a thermal expansion coefficient close to that of the material forming the light emitting element,
It is also characterized by being made of a material with high thermal conductivity. The above "materials having a thermal expansion coefficient close to that of the material forming the light emitting element"
Specifically, when the coefficient of thermal expansion of the material forming the light emitting element is converted to 1, the converted value of the coefficient of thermal expansion is about 0.
About 55 to 1.5, preferably about 0.6 to 1.4,
More preferably, the material is about 0.65 to 1.35, and most preferably about 0.65 to 1. Further, as a "material having high thermal conductivity", specifically, the thermal conductivity is about 150 W / mK or more, preferably about 170 W / m.
Materials having a K or higher, more preferably about 190 W / mK or higher are included. With the submount made of the above material, for example, distortion caused by thermal expansion of the semiconductor laser and the submount can be suppressed as compared with the conventionally used Si submount, and the curvature of the semiconductor laser due to such distortion can be suppressed. The reliability of the light emitting element is improved.

【0019】上記特長を有するサブマウント材料として
は、具体的には、III−V族半導体化合物が好ましい例
として挙げられる。III−V族半導体化合物とは、化学
式InAlGaAs(a,b,c≦
1,a+b+c=1,x,y,z≦1,x+y+z=
1)において組成比a,bおよびcならびにx,yおよ
びzをぞれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半
導体を含むものを基本とする。さらに、III族元素であ
るIn、Al、Gaの一部をBに置き換えたものや、V
族元素であるN、As、Pの一部をSbに置き換えたも
のも含まれる。中でも、上記サブマウント材料として
は、窒化物半導体化合物がより好ましい。窒化物半導体
化合物とは、上記化学式において、3族元素には、上記
の3つの元素(In、Al、Ga)のいずれか1つ、お
よび5族元素には必ずN(窒素)が含まれている化合物
をいう。
As a submount material having the above characteristics, a III-V semiconductor compound is specifically mentioned as a preferable example. The III-V group semiconductor compound has a chemical formula of In a Al b Ga c N x As y P z (a, b, c ≦
1, a + b + c = 1, x, y, z ≦ 1, x + y + z =
In 1), it is based on a semiconductor containing all semiconductors having composition ratios a, b and c and x, y and z changed within the respective ranges. In addition, some of the group III elements In, Al, and Ga are replaced with B, and V
A group in which a part of the group elements N, As, and P are replaced with Sb is also included. Above all, a nitride semiconductor compound is more preferable as the submount material. In the above chemical formula, the nitride semiconductor compound means that any one of the above three elements (In, Al, Ga) is included in the group 3 element and N (nitrogen) is included in the group 5 element. Refers to a compound that exists.

【0020】さらに、上記サブマウント材料としてはA
lNが特に好ましい。半導体レーザを構成する材料とし
ては、上記III−V族半導体化合物が用いられることが
多い。かかる化合物の代表例として、GaAsおよびI
nPの熱膨張係数および熱伝導率を下記表に示す。ま
た、AlNおよびSiそれぞれの熱膨張係数および熱伝
導率も同じく下記表に示す。下記表から明らかなよう
に、AlNのほうが、Siに比して、GaAsおよびI
nPに対し熱膨張係数が近く、かつ熱伝導率も高い。そ
れゆえに、AlNは本発明に係るサブマウント材料とし
て好適である。
Further, the submount material is A
In is particularly preferred. The III-V group semiconductor compound is often used as a material for the semiconductor laser. Typical examples of such compounds include GaAs and I
The thermal expansion coefficient and thermal conductivity of nP are shown in the table below. The thermal expansion coefficient and thermal conductivity of AlN and Si are also shown in the table below. As is clear from the table below, AlN is more GaAs and I than Si.
It has a thermal expansion coefficient close to that of nP and a high thermal conductivity. Therefore, AlN is suitable as the submount material according to the present invention.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】本発明に係る光半導体装置は、上述の構造
に加えて、他の公知の構造を有していてもよい。中で
も、上述のように発光素子の発熱により発光素子の光出
力が変動するので、本発明に係る光半導体装置として
は、発光素子の光出力を検出する受光素子(以下、「モ
ニター用受光素子」という)を有し、該モニター用受光
素子により発光素子の光強度をモニターして、これを基
にフィードバック駆動させることにより安定した光出力
を得ることができる、いわゆるAPC(Auto PowerContr
ol)駆動の光半導体装置が好ましい。ここで、受光素子
としては特に限定されないが、フォトダイオードを用い
るのが好ましい。フォトダイオードは公知のものであっ
てよい。
The optical semiconductor device according to the present invention may have another known structure in addition to the above structure. Among them, since the light output of the light emitting element fluctuates due to the heat generation of the light emitting element as described above, the optical semiconductor device according to the present invention includes a light receiving element that detects the light output of the light emitting element (hereinafter, “monitor light receiving element”). Which is called "APC (Auto Power Contr), which can obtain a stable light output by monitoring the light intensity of the light emitting element by the light receiving element for monitoring and performing feedback drive based on this.
ol) driven optical semiconductor devices are preferred. Here, the light receiving element is not particularly limited, but a photodiode is preferably used. The photodiode may be known.

【0023】上記APC駆動の光半導体装置としては、
発光素子の発光方向側にモニター用受光素子を有するこ
とを特徴とする光半導体装置が好ましい。ここで、発光
方向側とは、光出力として取り出すための光線が出射さ
れる側をいい、フロント側とも呼ばれている。発光方向
側は、半導体レーザにおいては、前方端面側と同意義で
ある。このような構造とすることにより、例えば図7に
示した従来の光半導体装置のように発光素子の発光方向
とは反対側(リア側)にモニター用受光素子を設置する
必要がなくなるため、装置を小型化できるという利点が
ある。
As the APC-driven optical semiconductor device,
An optical semiconductor device having a light receiving element for monitoring on the light emitting direction side of the light emitting element is preferable. Here, the light emitting direction side refers to a side from which a light beam to be extracted as a light output is emitted, and is also called a front side. The emission direction side has the same meaning as the front end face side in the semiconductor laser. With such a structure, it is not necessary to install the monitor light receiving element on the side (rear side) opposite to the light emitting direction of the light emitting element unlike the conventional optical semiconductor device shown in FIG. Has the advantage that it can be miniaturized.

【0024】本発明に係る上記光半導体装置は、発光素
子の発光方向側にモニター用受光素子を有すれば、その
構造は特に問わない。しかし、発光素子の発光方向側に
あるモニター用受光素子が発光素子の光出力を効率よく
検出することができるようにするために、前記光半導体
装置は、発光素子が出射する光線を複数の光線に分離
し、そのうち一部の光線を受光素子に導くことができる
ビームスプリッターを発光素子の発光方向側に備えてい
る構造を有することがより好ましい。上記ビームスプリ
ッターとしては、特に限定されず、例えばミラーやプリ
ズムなど公知のものを用いてよい。中でも、プリズムを
用いるのが好ましい。かかるプリズムは、反射面におい
て、例えば誘電体多層膜からなる反射率が例えば約70
〜90%程度のハーフミラーが設けられていることが特
に好ましい。ここで、反射面とは、発光素子からの出射
される光が当たる面をいう。
The optical semiconductor device according to the present invention may have any structure as long as it has a monitor light receiving element on the light emitting direction side of the light emitting element. However, in order to allow the light-receiving element for monitoring on the light-emitting direction side of the light-emitting element to efficiently detect the light output of the light-emitting element, the optical semiconductor device includes a plurality of light rays emitted from the light-emitting element. It is more preferable to have a structure in which a beam splitter capable of separating some of the light rays into the light receiving element is provided on the light emitting direction side of the light emitting element. The beam splitter is not particularly limited, and known ones such as mirrors and prisms may be used. Above all, it is preferable to use a prism. Such a prism has a reflectance of, for example, about 70 made of a dielectric multilayer film on the reflecting surface.
It is particularly preferable that a half mirror of about 90% is provided. Here, the reflection surface refers to a surface on which the light emitted from the light emitting element strikes.

【0025】発光素子、受光素子およびビームスプリッ
ターを有する上記光半導体装置の好ましい態様を、図1
を用いて詳細に説明する。図1に示す光半導体装置にお
いては、発光素子として半導体レーザ11が、受光素子
としてフォトダイオード15が、ビームスプリッターと
してプリズム14が用いられている。そして、該光半導
体装置においては、(a)出射する光線が基板13と略
平行になるように半導体レーザ11がサブマウント12
上にマウントされており、(b)サブマウント12がマ
ウントされている基板13の上にフォトダイオード15
が前記半導体レーザ11の前方端面側に設けられてお
り、さらに(c)半導体レーザ11の出射する光線を二
つの光線16および17に分離し、そのうち一つの光線
17をフォトダイオード15に導くことができるプリズ
ム14が前記フォトダイオード15を覆うようにして設
けられている。
A preferred embodiment of the above optical semiconductor device having a light emitting element, a light receiving element and a beam splitter is shown in FIG.
Will be described in detail. In the optical semiconductor device shown in FIG. 1, a semiconductor laser 11 is used as a light emitting element, a photodiode 15 is used as a light receiving element, and a prism 14 is used as a beam splitter. In the optical semiconductor device, (a) the semiconductor laser 11 is mounted on the submount 12 so that the emitted light beam is substantially parallel to the substrate 13.
The photodiode 15 is mounted on the substrate 13 on which the submount 12 is mounted (b).
Is provided on the front end face side of the semiconductor laser 11, and (c) the light beam emitted from the semiconductor laser 11 is separated into two light beams 16 and 17, and one of the light beams 17 can be guided to the photodiode 15. A prism 14 that can be formed is provided so as to cover the photodiode 15.

【0026】上記態様の光半導体装置において、基板1
3としては特に限定されないが、Si基板を用いるのが
好ましい。また、サブマウント12としては、上述した
半導体レーザを構成する材料と近い熱膨張係数を有し、
かつ熱伝導率の高い材料から成るサブマウントを用いる
のが好ましい。発光素子である半導体レーザ11として
は、特に限定されないが、上述したように高出力半導体
レーザまたはマルチビーム半導体レーザを用いることが
好ましい。受光素子であるフォトダイオード15は、基
板の一部からなるものであってもよく、または基板上に
積層された半導体膜からなるものであってもよい。特
に、本発明においては前者のほうが好ましい。
In the optical semiconductor device of the above aspect, the substrate 1
Although 3 is not particularly limited, it is preferable to use a Si substrate. Further, the submount 12 has a thermal expansion coefficient close to that of the above-mentioned material forming the semiconductor laser,
It is preferable to use a submount made of a material having high thermal conductivity. The semiconductor laser 11 which is a light emitting element is not particularly limited, but it is preferable to use a high-power semiconductor laser or a multi-beam semiconductor laser as described above. The photodiode 15, which is a light receiving element, may be formed of a part of the substrate, or may be formed of a semiconductor film laminated on the substrate. The former is particularly preferable in the present invention.

【0027】プリズム14は、該プリズムよりも屈折率
の小さい接着剤で基板13にマウントされていることが
好ましい。また、該接着剤は、無色透明であることが好
ましい。プリズムと接着剤との界面において光線17の
うち少なくとも一部が全反射しフォトダイオード15に
入射しないことによる受光強度の低下を防ぐために、プ
リズムをマウントするための接着剤の屈折率は、プリズ
ムの屈折率より小さいほうが好ましい。具体的には、プ
リズムの屈折率nと前記接着剤の屈折率nとの比
(n/n)は、1より小さく、好ましくは約0.9
程度以下、より好ましくは約0.8程度以下であること
が好適である。プリズムをマウントするための接着剤
は、上記条件を満たしていれば、特に限定されず、例え
ば、エポキシ樹脂(変性物も含む)、シリコーン樹脂ま
たはポリイミド樹脂など公知の接着剤を用いてよい。
The prism 14 is preferably mounted on the substrate 13 with an adhesive having a smaller refractive index than the prism. Further, the adhesive is preferably colorless and transparent. In order to prevent a decrease in received light intensity due to total reflection of at least a part of the light beam 17 at the interface between the prism and the adhesive and not incidence on the photodiode 15, the refractive index of the adhesive for mounting the prism is It is preferably smaller than the refractive index. Specifically, the ratio of the refractive index of the prism n 1 and the refractive index n 2 of said adhesive (n 2 / n 1) is smaller than 1, preferably about 0.9
It is suitable that it is not more than about 0.8, more preferably not more than about 0.8. The adhesive for mounting the prism is not particularly limited as long as it satisfies the above conditions, and known adhesives such as epoxy resin (including modified products), silicone resin or polyimide resin may be used.

【0028】上述のような接着剤を用いてプリズム14
が基板13上にマウントされている場合は、プリズム1
4の反射面の傾斜角は特に問わない。中でも、プリズム
14としては、45度傾斜している反射面を有するプリ
ズムが好ましい。このように、45度傾斜している反射
面を有するプリズムを用いることにより、半導体レーザ
11から出射される光線16は基板面に対して略垂直方
向に立ち上げられるため、光軸のズレが少なくなるこ
と、および2次元集積化が可能になること等の利点が生
じてくる。
The prism 14 is formed by using the adhesive as described above.
Is mounted on substrate 13, prism 1
The inclination angle of the reflecting surface of No. 4 is not particularly limited. Above all, as the prism 14, a prism having a reflecting surface inclined at 45 degrees is preferable. As described above, by using the prism having the reflecting surface inclined at 45 degrees, the light beam 16 emitted from the semiconductor laser 11 rises in a direction substantially perpendicular to the substrate surface, so that the deviation of the optical axis is small. There are advantages such as that, and that two-dimensional integration is possible.

【0029】本発明に係る上記態様の光半導体装置とし
ては、また、プリズム14をマウントする際に上述のよ
うな接着剤を用いなくても、下記のような傾斜の反射面
を有するプリズム14を備えている光半導体装置も好ま
しい態様として挙げられる。すなわち、プリズム14に
より分離される一部の光17のフォトダイオード15へ
の入射角φが下記式を満たすことができるように傾斜
角が調整されている反射面を有するプリズム14が設け
られている光半導体装置が挙げられる。 φ<sin−1(n/n) 数式1 (式中、nはプリズムの屈折率を、nはプリズムを
マウントする接着剤の屈折率を示す。) このような構造とすることによって、プリズムと接着剤
との界面において光線17のうち少なくとも一部が全反
射し、フォトダイオード15へ入射しないことによる受
光強度の低下を防ぐことができるという利点がある。
As the optical semiconductor device of the above aspect according to the present invention, the prism 14 having a reflecting surface having the following inclination can be used without mounting the above-mentioned adhesive when mounting the prism 14. An optical semiconductor device provided is also mentioned as a preferable embodiment. That is, the prism 14 having a reflecting surface whose inclination angle is adjusted so that the incident angle φ c of a part of the light 17 separated by the prism 14 on the photodiode 15 can satisfy the following formula is provided. Optical semiconductor device. φ c <sin −1 (n 2 / n 1 ) Formula 1 (where n 1 is the refractive index of the prism, and n 2 is the refractive index of the adhesive that mounts the prism). As a result, there is an advantage that at least a part of the light beam 17 is totally reflected at the interface between the prism and the adhesive, and the reduction of the received light intensity due to not being incident on the photodiode 15 can be prevented.

【0030】発光素子、受光素子およびビームスプリッ
ターを有する本発明に係る光半導体装置のより好ましい
態様を、図2を用いて詳細に説明する。図2に示す光半
導体装置においては、図1に示した光半導体装置と同様
に、発光素子として半導体レーザ11が、受光素子とし
てフォトダイオード15が、ビームスプリッターとして
プリズム14が用いられている。
A more preferable embodiment of the optical semiconductor device according to the present invention having a light emitting element, a light receiving element and a beam splitter will be described in detail with reference to FIG. In the optical semiconductor device shown in FIG. 2, similarly to the optical semiconductor device shown in FIG. 1, a semiconductor laser 11 is used as a light emitting element, a photodiode 15 is used as a light receiving element, and a prism 14 is used as a beam splitter.

【0031】かかる光半導体装置と図1に示した光半導
体装置との相違は、プリズム14の長さが短くなり、フ
ォトダイオード15がプリズム14の半導体レーザ11
とは反対側にプリズム14に覆われずに設けられている
ことである。このような構造にすることにより光線17
が、プリズム14の後面(反射面と向かい合う面)にお
いてさらに屈折され、フォトダイオード15に入射する
こととなる。その結果、上述のようにプリズムをマウン
トする際の接着剤を選択したり、プリズムの反射面の傾
斜を調整したりすることが必ずしも必要でなく、プリズ
ム下面において光線17の少なくとも一部が全反射する
ことによるフォトダイオードへの入射光量の損失を防ぐ
ことができ、受光強度が向上するという利点がある。加
えて、プリズムの反射面における反射率を大きくし、上
方への光16の出力を上げることもできる。また、図2
から明らかなように、フォトダイオードへの入射角が小
さくなるためフォトダイオードのサイズも小さくでき、
プリズムの長さを短くすることができることともあいま
って、装置の小型化が可能になるという利点もある。
The difference between such an optical semiconductor device and the optical semiconductor device shown in FIG. 1 is that the length of the prism 14 is shortened and the photodiode 15 has the semiconductor laser 11 of the prism 14.
That is, the prism 14 is provided on the side opposite to that, without being covered by the prism 14. With such a structure, the light beam 17
Is further refracted on the rear surface of the prism 14 (the surface facing the reflecting surface) and enters the photodiode 15. As a result, it is not always necessary to select an adhesive for mounting the prism or adjust the inclination of the reflecting surface of the prism as described above, and at least a part of the light beam 17 is totally reflected on the lower surface of the prism. By doing so, it is possible to prevent the loss of the amount of light incident on the photodiode, and there is an advantage that the received light intensity is improved. In addition, the reflectance on the reflecting surface of the prism can be increased to increase the output of the light 16 upward. Also, FIG.
As is clear from the above, since the incident angle to the photodiode is small, the size of the photodiode can be reduced,
Combined with the fact that the length of the prism can be shortened, there is also an advantage that the device can be downsized.

【0032】本発明に係る光半導体装置は、自体公知の
手段を用いて容易に製造することができる。本発明に係
る光半導体装置の製造方法の一実施態様として、図2に
示す光半導体装置の好適な製造方法を以下に説明する。
本実施態様においては、図3に示すように発光素子とし
て同一の基板上に2つのレーザ素子AおよびBが形成さ
れている半導体レーザを用いる。始めに、該半導体レー
ザの製造方法について説明する。まず、図4(a)に示
すように、例えば有機金属気相エピタキシャル成長(M
OVPE)法などの自体公知のエピタキシャル成長法に
より、例えばn−GaAsからなる基板1上に、例えば
n−GaAsからなるバッファー層2、例えばn−Al
GaAsからなるn−クラッド層3(素子Aにおいては
3a、素子Bにおいては3bと称す)、例えばGaAs
層を含む多重量子井戸構造の活性層4(素子Aにおいて
は4a、素子Bにおいては4bと称す)、例えばp−A
lGaAsからなるp−クラッド層5(素子Aにおいて
は5a、素子Bにおいては5bと称す)、例えばp−G
aAsからなるキャップ層6(素子Aにおいては6a、
素子Bにおいては6bと称す)を順に積層させる。
The optical semiconductor device according to the present invention can be easily manufactured by a means known per se. A preferred method of manufacturing the optical semiconductor device shown in FIG. 2 will be described below as one embodiment of the method of manufacturing the optical semiconductor device according to the present invention.
In this embodiment, as shown in FIG. 3, a semiconductor laser in which two laser elements A and B are formed on the same substrate is used as a light emitting element. First, a method of manufacturing the semiconductor laser will be described. First, as shown in FIG. 4A, for example, metal organic vapor phase epitaxial growth (M
OVPE) and other known epitaxial growth methods are used to form a buffer layer 2 made of n-GaAs, for example n-Al, on a substrate 1 made of n-GaAs.
An n-clad layer 3 made of GaAs (referred to as 3a in the element A and 3b in the element B), for example, GaAs
Active layer 4 having a multiple quantum well structure including layers (referred to as 4a in the device A and 4b in the device B), for example, p-A
p-clad layer 5 made of 1GaAs (referred to as 5a in the element A and 5b in the element B), for example, p-G
a cap layer 6 made of aAs (6a in the element A,
In the element B, 6b) are sequentially stacked.

【0033】次に、図4(b)に示すように、レーザ素
子AおよびB部分をレジスト(図示していない)により
保護してから、例えば塩酸系の溶液を用いるウェットエ
ッチングを行い、バッファー層2に達するトレンチを形
成する。これにより、レーザダイオード間が分離され
る。
Next, as shown in FIG. 4 (b), the laser elements A and B are protected by a resist (not shown), and then wet etching is performed using, for example, a hydrochloric acid-based solution to form a buffer layer. A trench reaching 2 is formed. This separates the laser diodes.

【0034】次に、図5(a)に示すように、各レーザ
ダイオードの電流注入領域となる部分をレジスト(図示
していない)により保護し、p−クラッド層5a、5b
の表面にn型不純物をイオン注入する。これにより、イ
オン注入された領域に高抵抗層7a、7bが形成され、
ゲインガイド型の電流狭窄構造となる。次に、図5
(b)に示すように、キャップ層6a、6bの上部に例
えばTi/Pt/Auの積層膜をスパッタリングにより
成膜し、レーザ素子A、Bにそれぞれp型電極8a、8
bを形成する。また、基板1のレーザ素子A、Bが形成
された側と反対側の面に、例えばAuGe/Ni/Au
の積層膜をスパッタリングにより成膜し、n型電極9を
形成する。その後、ペレタイズ工程を経て、同一の基板
1上にレーザ素子AおよびBを有する図3に示す断面構
造の半導体レーザを得ることができる。
Next, as shown in FIG. 5 (a), a portion of each laser diode which becomes a current injection region is protected by a resist (not shown), and the p-cladding layers 5a and 5b are formed.
N-type impurities are ion-implanted into the surface of the. As a result, high resistance layers 7a and 7b are formed in the ion-implanted region,
It becomes a gain guide type current constriction structure. Next, FIG.
As shown in (b), a laminated film of, for example, Ti / Pt / Au is formed on the cap layers 6a and 6b by sputtering, and p-type electrodes 8a and 8 are formed on the laser elements A and B, respectively.
b is formed. On the surface of the substrate 1 opposite to the side on which the laser elements A and B are formed, for example, AuGe / Ni / Au
The laminated film of is formed by sputtering to form the n-type electrode 9. After that, through a pelletizing process, a semiconductor laser having the sectional structure shown in FIG. 3 having laser elements A and B on the same substrate 1 can be obtained.

【0035】上記のようにして得られた半導体レーザ1
1をAlNからなるサブマウント12上に固定する。か
かる半導体レーザ11をマウントしたサブマウント12
をシリコン基板13上に固定する。レーザ出射方向にガ
ラス製のプリズム14をシリコン基板上に固定する。こ
こで、プリズムは任意の反射率の45度ミラーを備えて
おり、レーザ光の一部16を上面に反射することができ
る。一方、プリズムで屈折した光17はプリズムを通過
し、プリズム後面でさらに屈折し、シリコン基板上に達
する。この部分にフォトダイオード15を作りこむ。以
上のようにして、図2に示した本発明に係る光半導体装
置を製造することができる。
Semiconductor laser 1 obtained as described above
1 is fixed on a submount 12 made of AlN. Submount 12 on which the semiconductor laser 11 is mounted
Are fixed on the silicon substrate 13. The prism 14 made of glass is fixed on the silicon substrate in the laser emission direction. Here, the prism is provided with a 45-degree mirror having an arbitrary reflectance and can reflect a part 16 of the laser light on the upper surface. On the other hand, the light 17 refracted by the prism passes through the prism, is refracted further on the rear surface of the prism, and reaches the silicon substrate. The photodiode 15 is built in this portion. As described above, the optical semiconductor device according to the present invention shown in FIG. 2 can be manufactured.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明に係る光半導体装置においては、
発光素子を構成する材料とより熱膨張係数が近く、かつ
熱伝導率が高い材料からなるサブマウントを用いること
により、発光素子とサブマウントの熱膨張係数差が大き
いことに起因する発光素子の信頼性の低下、例えば、発
光素子である半導体レーザの湾曲、マルチビーム半導体
レーザにおけるレーザ間の偏波面のずれ等を防ぐことが
できる。また、いわゆるAPC駆動の光半導体装置にお
いて、モニター電流の変化に対する受光素子の温度上昇
による影響を少なくすることができ、より正確な光出力
のモニターが可能になる。これは半導体レーザの光出力
をアナログ的に使用する場合に特に有用である。
According to the optical semiconductor device of the present invention,
The reliability of the light emitting element due to the large difference in the thermal expansion coefficient between the light emitting element and the submount by using the submount made of a material having a thermal expansion coefficient closer to that of the material forming the light emitting element and having a higher thermal conductivity. It is possible to prevent the deterioration of the property, for example, the bending of the semiconductor laser which is a light emitting element, the deviation of the polarization plane between the lasers in the multi-beam semiconductor laser, and the like. Further, in the so-called APC driven optical semiconductor device, it is possible to reduce the influence of the temperature rise of the light receiving element on the change of the monitor current, and it is possible to monitor the optical output more accurately. This is particularly useful when the optical output of the semiconductor laser is used in analog.

【0037】本発明に係るAPC駆動の光半導体装置に
おいて、発光素子の光出力を検出するモニター用受光素
子を発光素子の発光方向側(フロント側)に設けられて
いるので、装置を小型化できるという利点も有する。
In the APC-driven optical semiconductor device according to the present invention, the monitor light receiving element for detecting the light output of the light emitting element is provided on the light emitting direction side (front side) of the light emitting element, so that the device can be miniaturized. It also has the advantage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る光半導体装置の一態様を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of an optical semiconductor device according to the present invention.

【図2】 本発明に係る光半導体装置の他の態様を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing another aspect of the optical semiconductor device according to the present invention.

【図3】 本発明に係る光半導体装置において、発光素
子として好適に用いられる半導体レーザの断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor laser preferably used as a light emitting element in the optical semiconductor device according to the present invention.

【図4】 図3に示す半導体レーザの製造工程を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor laser shown in FIG.

【図5】 図3に示す半導体レーザの製造工程を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor laser shown in FIG.

【図6】 (a)は、APC駆動半導体レーザ装置にお
ける従来のパッケージ構造の一態様を示す斜視図であ
る。(b)は、図(a)に示すパッケージ構造のy−z
軸を含む平面で切断した断面図である。
FIG. 6A is a perspective view showing one aspect of a conventional package structure in an APC driven semiconductor laser device. (B) is yz of the package structure shown in FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by the plane containing an axis | shaft.

【図7】 (a)は、APC駆動半導体レーザ装置にお
ける従来のパッケージ構造の他の態様を示す斜視図であ
る。(b)は、図(a)に示すパッケージ構造のy−z
軸を含む平面で切断した断面図である。
FIG. 7A is a perspective view showing another aspect of the conventional package structure in the APC driving semiconductor laser device. (B) is yz of the package structure shown in FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by the plane containing an axis | shaft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体レーザ 12 サブマウント 13 基板 14 プリズム 15 フォトダイオード 101、203 半導体レーザ 102、204 モニター用受光素子 11 Semiconductor laser 12 submount 13 board 14 Prism 15 photodiode 101, 203 Semiconductor laser 102,204 Light receiving element for monitor

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)熱伝導率が150W/mK以上で
あり、(b)発光素子を構成する材料の熱膨張係数を1
とする場合の熱膨張係数が0.55〜1.5である材料
からなるサブマウントと、前記サブマウント上に搭載さ
れている発光素子とを有することを特徴とする光半導体
装置。
1. The thermal conductivity of (a) is 150 W / mK or more, and (b) the coefficient of thermal expansion of the material forming the light emitting element is 1 or less.
An optical semiconductor device comprising: a submount made of a material having a coefficient of thermal expansion of 0.55 to 1.5 in the case of, and a light emitting element mounted on the submount.
【請求項2】 発光素子が、半導体レーザである請求項
1に記載の光半導体装置。
2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the light emitting element is a semiconductor laser.
【請求項3】 半導体レーザが、マルチビーム半導体レ
ーザであることを特徴とする請求項2に記載の光半導体
装置。
3. The optical semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor laser is a multi-beam semiconductor laser.
【請求項4】 サブマウントを構成する材料が、III−
V族半導体化合物であることを特徴とする請求項1に記
載の光半導体装置。
4. The material constituting the submount is III-
The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is a group V semiconductor compound.
【請求項5】 サブマウントを構成する材料が、AlN
であることを特徴とする請求項1に記載の光半導体装
置。
5. The material forming the submount is AlN.
The optical semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項6】 発光素子と、該発光素子の発光方向側に
前記発光素子の光出力を検出する受光素子とを有するこ
とを特徴とする光半導体装置。
6. An optical semiconductor device comprising a light emitting element and a light receiving element for detecting the light output of the light emitting element on the light emitting direction side of the light emitting element.
【請求項7】 受光素子が、フォトダイオードである請
求項6に記載の光半導体装置。
7. The optical semiconductor device according to claim 6, wherein the light receiving element is a photodiode.
【請求項8】 発光素子が、半導体レーザである請求項
6に記載の光半導体装置。
8. The optical semiconductor device according to claim 6, wherein the light emitting element is a semiconductor laser.
【請求項9】 半導体レーザが、マルチビーム半導体レ
ーザであることを特徴とする請求項8に記載の光半導体
装置。
9. The optical semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor laser is a multi-beam semiconductor laser.
【請求項10】 さらに、発光素子が出射する光線を複
数の光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素子に導
くことができるビームスプリッターを発光素子の発光方
向側に有することを特徴とする請求項6に記載の光半導
体装置。
10. The light emitting element further comprises a beam splitter on the light emitting direction side of the light emitting element, which splits the light ray emitted from the light emitting element into a plurality of light rays and can guide a part of the light rays to the light receiving element. The optical semiconductor device according to claim 6.
【請求項11】 ビームスプリッターが、プリズムであ
ることを特徴とする請求項10に記載の光半導体装置。
11. The optical semiconductor device according to claim 10, wherein the beam splitter is a prism.
【請求項12】 プリズムが、受光素子の上に搭載され
ていることを特徴とする請求項11に記載の光半導体装
置。
12. The optical semiconductor device according to claim 11, wherein the prism is mounted on the light receiving element.
【請求項13】 プリズムが、該プリズムよりも屈折率
の小さい接着剤を用いて受光素子の上に搭載されている
ことを特徴とする請求項12に記載の光半導体装置。
13. The optical semiconductor device according to claim 12, wherein the prism is mounted on the light receiving element using an adhesive having a refractive index smaller than that of the prism.
【請求項14】 プリズムが、該プリズムにより分離さ
れる一部の光の受光素子への入射角φが下記式を満た
すことができる反射面を有することを特徴とする請求項
12に記載の光半導体装置。 φ<sin−1(n/n) 数式1 (式中、nはプリズムの屈折率を、nはプリズムを
搭載するために用いる接着剤の屈折率を示す。)
14. The prism according to claim 12, wherein the prism has a reflecting surface such that an incident angle φ c of a part of the light separated by the prism on the light receiving element can satisfy the following expression. Optical semiconductor device. φ c <sin −1 (n 2 / n 1 ) Formula 1 (where n 1 is the refractive index of the prism, and n 2 is the refractive index of the adhesive used to mount the prism.)
【請求項15】 受光素子が、プリズムの発光素子とは
反対側にプリズムには覆われずに設けられており、か
つ、受光素子が前記プリズムにより分離される光の一部
であって、さらにプリズム後面で屈折される光を検出で
きる位置に設けられていることを特徴とする請求項11
に記載の光半導体装置。
15. A light receiving element is provided on the side of the prism opposite to the light emitting element without being covered by the prism, and the light receiving element is a part of the light separated by the prism, 12. The prism is provided at a position where the light refracted by the rear surface can be detected.
The optical semiconductor device according to.
【請求項16】 (a)基板と、(b)基板上に搭載さ
れているサブマウントと、(c)サブマウント上に搭載
されている半導体レーザと、(d)前記基板上であっ
て、前記半導体レーザの前方端面側に設けられている受
光素子と、(e)半導体レーザの出射する光線を複数の
光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素子に導くこ
とができるビームスプリッターとを有する光半導体装置
であって、前記サブマウントを構成する材料の熱伝導率
が150W/mK以上であり、かつ前記サブマウントを
構成する材料の熱膨張係数が半導体レーザを構成する材
料の熱膨張係数を1とする場合に0.55〜1.5であ
ることを特徴とする光半導体装置。
16. (a) a substrate, (b) a submount mounted on the substrate, (c) a semiconductor laser mounted on the submount, and (d) on the substrate, A light receiving element provided on the front end face side of the semiconductor laser; and (e) a beam splitter capable of separating the light beam emitted from the semiconductor laser into a plurality of light beams and guiding some of the light beams to the light receiving element. In the optical semiconductor device having the above, the thermal conductivity of the material forming the submount is 150 W / mK or more, and the thermal expansion coefficient of the material forming the submount is the thermal expansion coefficient of the material forming the semiconductor laser. The optical semiconductor device is 0.55 to 1.5 when 1 is 1.
【請求項17】 (a)熱伝導率が150W/mK以上
であり、(b)組み合わせられる発光素子を構成する材
料の熱膨張係数を1とする場合の熱膨張係数が0.55
〜1.5である材料からなることを特徴とするサブマウ
ント。
17. A thermal expansion coefficient of 0.55 or more when (a) the thermal conductivity is 150 W / mK or more, and (b) the thermal expansion coefficient of the material constituting the light emitting element to be combined is 1.
A submount comprising a material that is ~ 1.5.
JP2001223205A 2001-07-24 2001-07-24 Optical semiconductor device Pending JP2003037328A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001223205A JP2003037328A (en) 2001-07-24 2001-07-24 Optical semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001223205A JP2003037328A (en) 2001-07-24 2001-07-24 Optical semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003037328A true JP2003037328A (en) 2003-02-07

Family

ID=19056574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001223205A Pending JP2003037328A (en) 2001-07-24 2001-07-24 Optical semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003037328A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010005027A1 (en) * 2008-07-10 2010-01-14 浜岡東芝エレクトロニクス株式会社 Semiconductor laser device
WO2016002267A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 住友電気工業株式会社 Three-color light source
JP2017134323A (en) * 2016-01-29 2017-08-03 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
JP2017134331A (en) * 2016-01-29 2017-08-03 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
JP2017211543A (en) * 2016-05-26 2017-11-30 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
JP2021093514A (en) * 2019-12-02 2021-06-17 日亜化学工業株式会社 Light source device
CN114008875A (en) * 2019-06-07 2022-02-01 奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司 Semiconductor laser device and photoelectric beam deflection element for semiconductor laser device
US11616339B2 (en) 2019-12-02 2023-03-28 Nichia Corporation Light source device
US11835380B2 (en) 2021-11-25 2023-12-05 Nichia Corporation Light-emitting device

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010005027A1 (en) * 2008-07-10 2010-01-14 浜岡東芝エレクトロニクス株式会社 Semiconductor laser device
US20110164643A1 (en) * 2008-07-10 2011-07-07 Masaki Tohyama Semiconductor laser device
US8432948B2 (en) 2008-07-10 2013-04-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser device
TWI399004B (en) * 2008-07-10 2013-06-11 Toshiba Kk Semiconductor laser device
JP5443356B2 (en) * 2008-07-10 2014-03-19 株式会社東芝 Semiconductor laser device
US10374395B2 (en) 2014-07-02 2019-08-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Three-color light source
JP2016015415A (en) * 2014-07-02 2016-01-28 住友電気工業株式会社 Three-color light source
CN106415953A (en) * 2014-07-02 2017-02-15 住友电气工业株式会社 Three-color light source
US9941667B2 (en) 2014-07-02 2018-04-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Three-color light source
WO2016002267A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 住友電気工業株式会社 Three-color light source
JP2017134323A (en) * 2016-01-29 2017-08-03 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
JP2017134331A (en) * 2016-01-29 2017-08-03 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
JP2017211543A (en) * 2016-05-26 2017-11-30 セイコーエプソン株式会社 Light source device and projector
CN114008875A (en) * 2019-06-07 2022-02-01 奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司 Semiconductor laser device and photoelectric beam deflection element for semiconductor laser device
JP2021093514A (en) * 2019-12-02 2021-06-17 日亜化学工業株式会社 Light source device
JP7201929B2 (en) 2019-12-02 2023-01-11 日亜化学工業株式会社 Light source device
US11616339B2 (en) 2019-12-02 2023-03-28 Nichia Corporation Light source device
US11835380B2 (en) 2021-11-25 2023-12-05 Nichia Corporation Light-emitting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6314117B1 (en) Laser diode package
US8178372B2 (en) Method for production of a plurality of semiconductor chips, and a semiconductor component
JP5465514B2 (en) Optical semiconductor device
JP4352337B2 (en) Semiconductor laser and semiconductor laser device
US7817695B2 (en) Lateral optically pumped surface-emitting semiconductor laser on a heat sink
JP2000011417A (en) Semiconductor laser array and its production, optical integrated unit, optical pickup as well as optical disk drive assembly
US20050180482A1 (en) Very low cost surface emitting laser diode arrays
JP4645008B2 (en) Semiconductor laser device
JP2003037328A (en) Optical semiconductor device
JP2023052615A (en) Surface emission laser module, optical device, and distance-measuring device
JP2002031747A (en) Planar optical element mounted body, its manufacturing method, and device using it
JP2008244368A (en) Optical semiconductor module and light-receiving element
US20110122373A1 (en) Light emitting apparatus and projector
US8687664B2 (en) Laser assembly with integrated photodiode
US8121163B2 (en) Semiconductor laser diode apparatus and method of fabricating the same
JP2020129588A (en) Surface emission laser module, light source device, and detection device
JP4565350B2 (en) Semiconductor laser device
US20100237358A1 (en) Light-emitting device and light-emitting module
JP2002270952A (en) Semiconductor laser
JP5076694B2 (en) Semiconductor laser device
Reitterer et al. Integrated RGB laser light module for autostereoscopic outdoor displays
JP2008258341A (en) Semiconductor laser element
JP5803167B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor laser device
US10050412B2 (en) Semiconductor laser element and semiconductor laser device
JP2000277850A (en) Semiconductor laser element, semiconductor laser system, and manufacturing method of them