JP2592235B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
Semiconductor laser deviceInfo
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は半導体レーザー装置に係わり、詳しくは、
レーザーダイオードと該レーザーダイオードの発光の強
度を監視するホトダイオードとを組み合わせた半導体レ
ーザー装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor laser device.
The present invention relates to a semiconductor laser device in which a laser diode and a photodiode for monitoring the light emission intensity of the laser diode are combined.
＜従来の技術＞ 第２図は従来の半導体レーザー装置を示す斜視図であ
り、まず、構成を説明すると、１は鋼製の基台であり、
この基台１には銅製のヒートシンク２が固定されてい
る。このヒートシンク２にはシリコンで形成されたサブ
マウント３が貼着されており、このサブマウント３には
レーザーダイオード４がロウ付けされている。このレー
ザーダイオード４はシリコンのサブマウント３を一方の
電極としており、レーザーダイオード４の他方の電極は
ボンディングワイヤを介して外部リード５に接続されて
いる。前述の基台１にはモニター用のホトダイオード６
がサブマウント３から離隔して固定されており、ホトダ
イオードの一方の電極はボンディングワイヤを介して外
部リード７に接続されている。レーザーダイオード４の
他方の電極とホトダイオード６の他方の電極は外部リー
ド８に接続されており、これら外部リード5,7,8は図示
していないプリントボードの配線に接続されている。基
台１は、レーザーダイオード４とホトダイオード６とが
内部空間に封止されるごとくキャップ９に嵌合してお
り、キャップ９の頂面には透明なガラス部10が設けられ
ている。したがって、レーザーダイオード４から放出さ
れるコヒーレント光はガラス部10を通り外部に放光され
ると共に、ガラス部10を通過するコヒーレント光とは対
称の方向にも放光され、その光路上に位置するホトダイ
オード６に光起電力を生じさせる。<Prior Art> FIG. 2 is a perspective view showing a conventional semiconductor laser device. First, when the configuration is described, 1 is a steel base,
A copper heat sink 2 is fixed to the base 1. A submount 3 made of silicon is adhered to the heat sink 2, and a laser diode 4 is soldered to the submount 3. The laser diode 4 has a silicon submount 3 as one electrode, and the other electrode of the laser diode 4 is connected to an external lead 5 via a bonding wire. The above-mentioned base 1 has a photodiode 6 for monitoring.
Is fixed separately from the submount 3, and one electrode of the photodiode is connected to the external lead 7 via a bonding wire. The other electrode of the laser diode 4 and the other electrode of the photodiode 6 are connected to external leads 8, and these external leads 5, 7, and 8 are connected to wiring of a printed board (not shown). The base 1 is fitted in a cap 9 such that the laser diode 4 and the photodiode 6 are sealed in the internal space, and a transparent glass portion 10 is provided on the top surface of the cap 9. Therefore, the coherent light emitted from the laser diode 4 is emitted to the outside through the glass part 10, and is also emitted in a direction symmetric to the coherent light passing through the glass part 10, and is located on the optical path. A photoelectromotive force is generated in the photodiode 6.
第３図はホトダイオード６を用いたレーザーダイオー
ド４の出力補償回路の一例を示している。レーザーダイ
オード４は電圧源と接地との間にトランジスタ11と共に
配設されており、レーザーダイオード４とトランジスタ
11とは直列に接続されている。一方、ホトダイオード６
は抵抗12と直列に配設され、電圧源と接地端子との間に
接続されている。ホトダイオード６と抵抗12との接続ノ
ード13は差動増幅器14の逆相入力端子に接続されてお
り、差動増幅器14の正相入力端子は固定正電圧源に接続
されている。差動増幅器14の出力端子は前述のトランジ
スタ11のゲート端子に接続されており、レーザーダイオ
ード４とホトダイオード６とを除く他の素子はプリント
ボード上に配置されている。FIG. 3 shows an example of an output compensation circuit of the laser diode 4 using the photodiode 6. The laser diode 4 is disposed between the voltage source and the ground together with the transistor 11, and the laser diode 4 and the transistor
11 is connected in series. On the other hand, the photodiode 6
Is arranged in series with the resistor 12, and is connected between the voltage source and the ground terminal. The connection node 13 between the photodiode 6 and the resistor 12 is connected to the negative phase input terminal of the differential amplifier 14, and the positive phase input terminal of the differential amplifier 14 is connected to a fixed positive voltage source. The output terminal of the differential amplifier 14 is connected to the gate terminal of the transistor 11, and the other elements except the laser diode 4 and the photodiode 6 are arranged on a printed board.
上記従来例にあっては、レーザーダイオード４に電圧
が印加され、レーザーダイオード４からコヒーレント光
が放光されると、コヒーレント光はキャップ９のガラス
部10を通り外部に放射され、例えばレーザーディスク装
置の光源として利用される。これに対し、外部に放光さ
れるコヒーレント光と対称の方向に放光されるコヒーレ
ント光はホトダイオード６のpn接合近傍に達し光電流を
発生させる。ここで、電源電圧や温度が安定していると
レーザーダイオード４から放光されるコヒーレント光の
強度も一定しているので、ホトダイオード６の光起電力
も一定し、したがって、差動増幅器14の逆相入力端子に
印加される電圧も変化しない。その結果、トランジスタ
11のベース電圧は一定し、レーザーダイオード４に印加
される電圧も一定することから、レーザーダイオード４
は引き続き一定の強度でコヒーレント光を放光する。と
ころが、電源電圧や温度の変動はレーザー光出力に影響
を与える。例えば電圧がわずかに上昇すると、コヒーレ
ント光の強度が増し、ホトダイオード６の光起電力が増
加する。そのため、接続ノード13の電圧が上昇し、差動
増幅器14の出力電圧は低下する。したがって、トランジ
スタ11のコレクタ電流が減少し、レーザーダイオード４
に印加される電圧も減少する。このようにホトダイオー
ド６はレーザー出力の変動を検知し、レーザーダイオー
ド４に印加される電圧を制御してレーザー出力を一定に
維持するよう機能する。In the above conventional example, when a voltage is applied to the laser diode 4 and coherent light is emitted from the laser diode 4, the coherent light is radiated to the outside through the glass portion 10 of the cap 9 and, for example, a laser disk device. It is used as a light source. On the other hand, the coherent light emitted in a direction symmetric to the coherent light emitted to the outside reaches the vicinity of the pn junction of the photodiode 6 and generates a photocurrent. Here, when the power supply voltage and the temperature are stable, the intensity of the coherent light emitted from the laser diode 4 is also constant, so that the photoelectromotive force of the photodiode 6 is also constant. The voltage applied to the phase input terminal does not change. As a result, the transistor
Since the base voltage of 11 is constant and the voltage applied to the laser diode 4 is also constant, the laser diode 4
Continuously emits coherent light at a constant intensity. However, fluctuations in power supply voltage and temperature affect laser light output. For example, when the voltage slightly increases, the intensity of the coherent light increases, and the photovoltaic power of the photodiode 6 increases. Therefore, the voltage of the connection node 13 increases, and the output voltage of the differential amplifier 14 decreases. Therefore, the collector current of the transistor 11 decreases, and the laser diode 4
Also decreases. As described above, the photodiode 6 functions to detect the fluctuation of the laser output and control the voltage applied to the laser diode 4 to keep the laser output constant.
＜発明の解決しようとする問題点＞ したがって、レーザーダイオード４の光出力を厳密に
一定に維持しなければならない回路においては、レーザ
ーダイオード４をホトダイオード６と組み合わせて使用
することが欠かせず、ホトダイオード６をレーザーダイ
オード４と正確な相対位置関係を保持して基台１に固定
しなければならない。ところが、ホトダイオード６とレ
ーザーダイオード４とを正確な相対位置関係を保持して
基台１に固定するには、高価な装置を必要とするうえ、
そのための工程も必要なので、製造原価が上昇するとい
う問題点があった。<Problems to be Solved by the Invention> Therefore, in a circuit in which the light output of the laser diode 4 must be strictly kept constant, it is indispensable to use the laser diode 4 in combination with the photodiode 6. 6 must be fixed to the base 1 while maintaining an accurate relative positional relationship with the laser diode 4. However, in order to fix the photodiode 6 and the laser diode 4 to the base 1 while maintaining an accurate relative positional relationship, an expensive device is required.
Since a process for this is also necessary, there has been a problem that the manufacturing cost increases.
加えて、基台１とキャップ９とで画成される空間にレ
ーザーダイオード４とホトダイオード６とを別個に取り
付けると、取付位置の微妙な変化に伴い、ホトダイオー
ド６への直接光量とサブマウント３で反射される反射光
量とが変化し、半導体レーザー装置ごとに抵抗12、また
は差動増幅器14の固定電圧を調整しなければならないと
いう問題点もあった。In addition, when the laser diode 4 and the photodiode 6 are separately mounted in the space defined by the base 1 and the cap 9, a slight change in the mounting position causes the direct light amount to the photodiode 6 and the There is also a problem that the amount of reflected light changes and the fixed voltage of the resistor 12 or the differential amplifier 14 must be adjusted for each semiconductor laser device.
＜問題点を解決するための手段＞ この発明は、第１導電型の半導体基板と、この半導体
基板上に固着されて半導体基板を電流通路とするレーザ
ーダイオードと、半導体基板に第２導電型の不純物を導
入して形成され、レーザーダイオードの発光の強度を検
出するホトダイオードと、半導体基板に第２導電型の不
純物を導入して形成され、レーザーダイオードと並列に
接続された保護ダイオードと、半導体基板表面にパター
ニングされて被着され、保護ダイオードを覆うとともに
ホトダイオードの上方を露出させる電極と、この電極と
半導体基板との間に介在された絶縁膜を含むコンデンサ
とを備えることにより、レーザーダイオードとホトダイ
オードとの相対位置関係を半導体製造工程を通して一様
に固定するようにし、かつ、レーザーダイオードを静電
気から保護するようにし、さらに保護ダイオードにリー
ク電流が流れることを防止したことを要旨とする。<Means for Solving the Problems> The present invention provides a semiconductor substrate of a first conductivity type, a laser diode fixed on the semiconductor substrate and using the semiconductor substrate as a current path, and a semiconductor substrate of a second conductivity type on a semiconductor substrate. A photodiode formed by introducing impurities and detecting the intensity of light emitted from the laser diode; a protection diode formed by introducing impurities of the second conductivity type into the semiconductor substrate and connected in parallel with the laser diode; A laser diode and a photodiode are provided, which are patterned and adhered to the surface, cover the protection diode and expose an upper portion of the photodiode, and a capacitor including an insulating film interposed between the electrode and the semiconductor substrate. The relative positional relationship with the laser die should be fixed uniformly throughout the semiconductor manufacturing process. The gist is to protect the diode from static electricity and to prevent leakage current from flowing through the protection diode.
＜実施例＞ 第１図は本発明の一実施例の平面図であり、21はｎ型
の半導体基板を示している。この半導体基板21にはｐ型
の不純物が拡散されてｐ型の不純物領域22,23が形成さ
れている。不純物領域22は半導体基板21と共にホトダイ
オード24を形成しており、不純物領域23は半導体基板21
と共に保護ダイオード25を形成している。半導体基板21
の表面は正確にパターン形成された二酸化シリコン膜26
で被われており、不純物領域22,23は二酸化シリコン膜2
6に穿設されたコンタクトホール27,28を介して二酸化シ
リコン膜26上にパターン形成された電極29,30に接続さ
れている。二酸化シリコン膜26に被われていない半導体
基板21の表面にはレーザーダイオード31がロウ付けされ
ている。レーザーダイオード31と電極30とはボンディン
グワイヤ32で接続されており、電極29,30は、ボンディ
ングワイヤ33a,33bにより図示していない外部リードに
接続されている。半導体基板21は、ヒートシンクに貼着
されており、このヒートシンクは基台に固定されてい
る。基台は、半導体基板21が内部空間に封止されるごと
くキャップに嵌合しており、キャップの頂面には透明な
ガラス部が設けられている。したがって、レーザーダイ
オード31から放出されるコヒーレント光はガラス部を通
り外部に放光される。<Embodiment> FIG. 1 is a plan view of an embodiment of the present invention, and 21 indicates an n-type semiconductor substrate. In the semiconductor substrate 21, p-type impurities are diffused to form p-type impurity regions 22 and 23. The impurity region 22 forms a photodiode 24 together with the semiconductor substrate 21, and the impurity region 23
Together, they form a protection diode 25. Semiconductor substrate 21
The surface is precisely patterned silicon dioxide film 26
And impurity regions 22 and 23 are covered with silicon dioxide film 2
6 are connected to electrodes 29 and 30 patterned on the silicon dioxide film 26 through contact holes 27 and 28 formed in the silicon dioxide film 26, respectively. A laser diode 31 is brazed to the surface of the semiconductor substrate 21 which is not covered with the silicon dioxide film 26. The laser diode 31 and the electrode 30 are connected by a bonding wire 32, and the electrodes 29 and 30 are connected to external leads (not shown) by bonding wires 33a and 33b. The semiconductor substrate 21 is attached to a heat sink, and the heat sink is fixed to a base. The base is fitted to the cap so that the semiconductor substrate 21 is sealed in the internal space, and a transparent glass portion is provided on the top surface of the cap. Therefore, the coherent light emitted from the laser diode 31 is emitted to the outside through the glass part.
次に、半導体レーザー装置の製造工程を第６図を参照
しつつ説明すれば以下の通りである。まず、ｎ型の半導
体基板21の表面を熱酸化して二酸化シリコン膜41を成長
させ（第６図（ａ））、この二酸化シリコン膜41をリソ
グラフィー技術でパターン形成し、ｐ型の不純物を拡散
し不純物領域23を形成する（第６図（ｂ））。次に、再
び二酸化シリコン膜41をリソグラフィー技術でパターン
形成し、ｐ型の不純物を拡散し不純物領域22を形成する
（第６図（ｃ））。次に、二酸化シリコン膜41で再び基
板21の表面を被い、コンタクトホールを穿設し（第６図
（ｄ））、アルミニウムを被着した後これをパターン形
成して電極29,30を形成する。次に、リソグラフィー技
術により二酸化シリコン膜41をパターン形成してレーザ
ーダイオード31の取付位置を決定し（第６図（ｅ））、
ロウ付け用金属をリソグラフィー技術でパターン付けし
た後、レーザーダイオード31を半導体基板21にロウ付け
する（第６図（ｆ））。Next, the manufacturing process of the semiconductor laser device will be described below with reference to FIG. First, the surface of the n-type semiconductor substrate 21 is thermally oxidized to grow a silicon dioxide film 41 (FIG. 6A), and the silicon dioxide film 41 is patterned by lithography to diffuse p-type impurities. Then, an impurity region 23 is formed (FIG. 6B). Next, a pattern of the silicon dioxide film 41 is formed again by the lithography technique, and a p-type impurity is diffused to form an impurity region 22 (FIG. 6C). Next, the surface of the substrate 21 is again covered with the silicon dioxide film 41, a contact hole is formed (FIG. 6 (d)), and after aluminum is deposited, this is patterned to form electrodes 29 and 30. I do. Next, the mounting position of the laser diode 31 is determined by patterning the silicon dioxide film 41 by lithography (FIG. 6 (e)).
After patterning the brazing metal by lithography, the laser diode 31 is brazed to the semiconductor substrate 21 (FIG. 6 (f)).
上記実施例に係る半導体レーザー装置は、第３図に示
されている回路の構成要素として使用され、定出力レー
ザーダイオード31として機能する。ここで、レーザーダ
イオード31はコヒーレント光をレーザーディスク装置に
供給すると共に、ホトダイオード24にも供給し、従来例
に関し説明したようにレーザーダイオード31の定出力化
に寄与する。ホトダイオード24は半導体基板21の所定位
置に形成されており、レーザーダイオード31も半導体基
板21上の所定位置に固定されているので、レーザーダイ
オード31とホトダイオード24との相対位置を正確に定め
ることができ、ホトダイオード24をレーザーダイオード
31から放光されるコヒーレント光の光路上に設置するこ
とにより、ホトダイオード24の光起電力を厳密に一定に
することができる。The semiconductor laser device according to the above embodiment is used as a component of the circuit shown in FIG. Here, the laser diode 31 supplies coherent light to the laser disk device and also to the photodiode 24, thereby contributing to the constant output of the laser diode 31 as described in the conventional example. The photodiode 24 is formed at a predetermined position on the semiconductor substrate 21, and the laser diode 31 is also fixed at a predetermined position on the semiconductor substrate 21, so that the relative position between the laser diode 31 and the photodiode 24 can be accurately determined. Laser diode, photodiode 24
By providing the light on the optical path of the coherent light emitted from 31, the photoelectromotive force of the photodiode 24 can be made strictly constant.
また、上記実施例ではレーザーダイオード31と並列に
保護ダイオード25が配設されているので、半導体基板21
が人体に触れ、レーザーダイオード31に静電気が印加さ
れても、静電気は保護ダイオード25を通って流れるの
で、レーザーダイオード31を破壊から守ることができ
る。In the above embodiment, since the protection diode 25 is provided in parallel with the laser diode 31, the semiconductor substrate 21
Even if touches the human body and static electricity is applied to the laser diode 31, the static electricity flows through the protection diode 25, so that the laser diode 31 can be protected from destruction.
さらに、上記実施例では半導体基板21にダイオードを
形成したが、半導体基板21には第３図に示したトランジ
スタ11も形成することもでき、さらに、抵抗12を形成し
てもよい。抵抗12は半導体基板21に拡散抵抗層として形
成してもよいが、電極29をポリシリコンで形成し、ポリ
シリコンに導入する不純物量を調整して所定の抵抗値を
得るようにしてもよい。Further, although the diode is formed on the semiconductor substrate 21 in the above embodiment, the transistor 11 shown in FIG. 3 may be formed on the semiconductor substrate 21, and the resistor 12 may be formed. The resistor 12 may be formed on the semiconductor substrate 21 as a diffusion resistance layer. Alternatively, the electrode 29 may be formed of polysilicon, and a predetermined resistance value may be obtained by adjusting the amount of impurities introduced into the polysilicon.
＜効果＞ 以上説明してきたように、この発明によれば、ホトダ
イオードを第１導電型の半導体基板に第２導電型の不純
物を導入して形成すると共に、前記第１導電型の半導体
基板を前記レーザーダイオードの一方の電極とすること
により、レーザーダイオードとホトダイオードとの相対
位置関係を半導体製造工程を通して一様に固定するよう
にしたので、半導体レーザー装置の組み立てを簡略化す
ることができ、製造原価の低下を図ることができるう
え、反射光の影響が少なく、かつ、一定な半導体レーザ
ー装置を構成できるという効果が得られる。<Effects> As described above, according to the present invention, a photodiode is formed by introducing a second conductivity type impurity into a first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type semiconductor substrate is By using one electrode of the laser diode, the relative positional relationship between the laser diode and the photodiode is fixed uniformly throughout the semiconductor manufacturing process, so that the assembly of the semiconductor laser device can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. In addition, the effect of reducing the influence of reflected light and achieving a constant semiconductor laser device can be obtained.
第１図は本発明の一実施例の平面図、第２図は従来例の
斜視図、第３図は半導体レーザー装置の電気回路図、第
４図（ａ）乃至（ｆ）は一実施例の製造工程を示す第１
図のVI−VI矢視断面図である。 21……半導体基板、 22……不純物領域 24……ホトダイオード、 31……レーザーダイオード。1 is a plan view of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a conventional example, FIG. 3 is an electric circuit diagram of a semiconductor laser device, and FIGS. 4 (a) to (f) are one embodiment. First showing the manufacturing process of
FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 21 ... semiconductor substrate, 22 ... impurity region 24 ... photodiode, 31 ... laser diode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−145386（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−34380（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−178784（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−152662（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−47665（ＪＰ，Ｕ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-55-145386 (JP, A) JP-A-61-182291 (JP, A) JP-A-57-34380 (JP, A) JP-A-59-34380 178784 (JP, A) JP-A-59-152662 (JP, A) Japanese Utility Model Laid-Open No. 51-47665 (JP, U)
Claims (1)
するレーザーダイオードと、 半導体基板に第２導電型の不純物を導入して形成され、
レーザーダイオードの発光の強度を検出するホトダイオ
ードと、 半導体基板に第２導電型の不純物を導入して形成され、
レーザーダイオードと並列に接続された保護ダイオード
と、 半導体基板表面にパターニングされて被着され、保護ダ
イオードを覆うとともにホトダイオードの上方を露出さ
せる電極と、 この電極と半導体基板との間に介在された絶縁膜を含む
コンデンサとを備えたことを特徴とする半導体レーザー
装置。A first conductivity type semiconductor substrate, a laser diode fixed on the semiconductor substrate and having the semiconductor substrate as a current path, and a second conductivity type impurity introduced into the semiconductor substrate.
A photodiode for detecting the intensity of light emitted by the laser diode, and a semiconductor substrate formed by introducing impurities of the second conductivity type,
A protection diode connected in parallel with the laser diode, an electrode that is patterned and applied to the surface of the semiconductor substrate, covers the protection diode and exposes the photodiode above, and an insulation interposed between the electrode and the semiconductor substrate. A semiconductor laser device comprising: a capacitor including a film.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6269693A (en) | 1987-03-30 |
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