JP3275864B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
光半導体装置及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に半導体レーザとその出力光をモ
ニタする構造とを含む光半導体モジュール及びその製造
方法に関する。
の製造方法に関し、特に半導体レーザとその出力光をモ
ニタする構造とを含む光半導体モジュール及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の光半導体モジュールで
は、半導体レーザの光出力を一定に保つ、オートパワー
コントロールのために、半導体レーザの光出力をモニタ
するフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ；ＰＤ）
を、半導体レーザとともに、低コストで実装することが
重要な要素の一つとなっている。
は、半導体レーザの光出力を一定に保つ、オートパワー
コントロールのために、半導体レーザの光出力をモニタ
するフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ；ＰＤ）
を、半導体レーザとともに、低コストで実装することが
重要な要素の一つとなっている。
【０００３】この目的のために、通常、１．３μｍ帯や
１．５５μｍ帯の光に感度のあるＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＰの構造の表面入射型ＰＩＮ−ＰＤが用いられ
る。このＰＤチップをサブマウントに搭載して、半導体
レーザ素子の後方に、受光面を立てて実装するという手
法が採用されている。
１．５５μｍ帯の光に感度のあるＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＰの構造の表面入射型ＰＩＮ−ＰＤが用いられ
る。このＰＤチップをサブマウントに搭載して、半導体
レーザ素子の後方に、受光面を立てて実装するという手
法が採用されている。
【０００４】しかしながら、この手法では、サブマウン
トを立てて実装する必要があるため、平面実装である半
導体レーザ素子のアセンブリと、組立装置の共通化がで
きない。このため、組立工数を抑えることに関し、十分
とは言えない。
トを立てて実装する必要があるため、平面実装である半
導体レーザ素子のアセンブリと、組立装置の共通化がで
きない。このため、組立工数を抑えることに関し、十分
とは言えない。
【０００５】そこで、例えば特開平８−２０４２８８号
公報には、半導体レーザ素子の後方に、導波路型ＰＤを
平面実装することが開示されている。この技術は、半導
体レーザ素子の実装方法とモニタＰＤの実装方法を共通
化し、しかも、モニタＰＤをＳｉ基板とは別のサブマウ
ントに実装する必要がないので、組立工数の削減、組立
コストの低減において一応の効果を奏している。
公報には、半導体レーザ素子の後方に、導波路型ＰＤを
平面実装することが開示されている。この技術は、半導
体レーザ素子の実装方法とモニタＰＤの実装方法を共通
化し、しかも、モニタＰＤをＳｉ基板とは別のサブマウ
ントに実装する必要がないので、組立工数の削減、組立
コストの低減において一応の効果を奏している。
【０００６】しかしながら、導波路型ＰＤをモニタＰＤ
として用いる方法は、逆に半導体レーザとモニタＰＤの
光結合の点において新たにモニタ電流が十分にとれない
という問題をもたらしている。光ファイバと導波路型Ｐ
Ｄを光結合させるときは、光ファイバからの光の放射角
が狭いので、十分な結合が得られるが、半導体レーザか
らの出射光は、放射角が広いため、直接、導波路型ＰＤ
で受けようとすると、十分なモニタ電流が得られない。
これは、導波路型ＰＤでの実質的な受光面の大きさが、
幅は十分大きく取れるが、高さ方向が、吸収層、ガイド
層の結晶成長層厚に律速されて、５μｍ程度しかないか
らである。しかも、半導体レーザ素子とモニタＰＤを近
づけてモニタ電流を増加させることを考えてみても、モ
ニタＰＤからの反射光が半導体レーザ素子に戻るため、
半導体レーザ光に雑音が発生し、通信にエラーが発生す
るという問題を発生する。
として用いる方法は、逆に半導体レーザとモニタＰＤの
光結合の点において新たにモニタ電流が十分にとれない
という問題をもたらしている。光ファイバと導波路型Ｐ
Ｄを光結合させるときは、光ファイバからの光の放射角
が狭いので、十分な結合が得られるが、半導体レーザか
らの出射光は、放射角が広いため、直接、導波路型ＰＤ
で受けようとすると、十分なモニタ電流が得られない。
これは、導波路型ＰＤでの実質的な受光面の大きさが、
幅は十分大きく取れるが、高さ方向が、吸収層、ガイド
層の結晶成長層厚に律速されて、５μｍ程度しかないか
らである。しかも、半導体レーザ素子とモニタＰＤを近
づけてモニタ電流を増加させることを考えてみても、モ
ニタＰＤからの反射光が半導体レーザ素子に戻るため、
半導体レーザ光に雑音が発生し、通信にエラーが発生す
るという問題を発生する。
【０００７】そこで、例えば特開平９−３１２４０７号
公報には、半導体レーザ素子の後方に、溝を形成し、そ
の斜面での反射光を、受光面を下向きに実装したモニタ
ＰＤで受けるという方法が開示されている。図６は、同
公報に記載されているモニタＰＤの構造を示す断面図で
ある。同図を参照すると、ｎ−Ｓｉ基板１には、Ｖ溝
（横断面がＶ字型の溝）２と台形溝（横断面が台形の
溝）３とが形成されている。そして、この２つの溝の間
の平坦部に半導体レーザ素子１１がマウントされてい
る。光ファイバ１２はＶ溝２に固定し、球状レンズ１５
は台形溝３のレンズ支持斜面１３に押し当てて固定す
る。モニタＰＤ素子１６は、反射性の溝端部１４の上に
かぶせるように平面実装する。
公報には、半導体レーザ素子の後方に、溝を形成し、そ
の斜面での反射光を、受光面を下向きに実装したモニタ
ＰＤで受けるという方法が開示されている。図６は、同
公報に記載されているモニタＰＤの構造を示す断面図で
ある。同図を参照すると、ｎ−Ｓｉ基板１には、Ｖ溝
（横断面がＶ字型の溝）２と台形溝（横断面が台形の
溝）３とが形成されている。そして、この２つの溝の間
の平坦部に半導体レーザ素子１１がマウントされてい
る。光ファイバ１２はＶ溝２に固定し、球状レンズ１５
は台形溝３のレンズ支持斜面１３に押し当てて固定す
る。モニタＰＤ素子１６は、反射性の溝端部１４の上に
かぶせるように平面実装する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した図６に記載さ
れている技術は、組立工数の削減、組立コストの低減に
おいて一応の効果を奏している。その上、モニタ電流も
十分に確保できる。しかしながら、各家庭にまで、光フ
ァイバ通信網を拡張する場合のことを考えると、このよ
うな方法でも、低コストであるとは言いがたい。
れている技術は、組立工数の削減、組立コストの低減に
おいて一応の効果を奏している。その上、モニタ電流も
十分に確保できる。しかしながら、各家庭にまで、光フ
ァイバ通信網を拡張する場合のことを考えると、このよ
うな方法でも、低コストであるとは言いがたい。
【０００９】また、別の種類の問題として、特に分布帰
還型半導体レーザの場合に顕著であるが、前方後方光出
力比の温度依存性により、オートパワーコントロールに
おいて、パワー変動を十分に抑えられないという問題も
ある。
還型半導体レーザの場合に顕著であるが、前方後方光出
力比の温度依存性により、オートパワーコントロールに
おいて、パワー変動を十分に抑えられないという問題も
ある。
【００１０】そこで、特開平４−３０７７８３号公報で
は、モニタＰＤを半導体レーザの前方にモノリシックに
集積しているため、前方の光出力をモニタしている。こ
のため、モニタ電流と光出力の比率は、一定に保ちやす
い。しかし、モニタＰＤからの戻り光により、レーザ光
に雑音が発生するため、光ファイバ通信に用いることは
できないという問題がある。
は、モニタＰＤを半導体レーザの前方にモノリシックに
集積しているため、前方の光出力をモニタしている。こ
のため、モニタ電流と光出力の比率は、一定に保ちやす
い。しかし、モニタＰＤからの戻り光により、レーザ光
に雑音が発生するため、光ファイバ通信に用いることは
できないという問題がある。
【００１１】なお、やや分野外であるが、特開平１−１
３０１１２号公報には、光ファイバと受光素子との効果
的な結合形態について開示されている。この方法では、
端面を斜めにカットした光ファイバをＶ溝に密着させ、
Ｖ溝壁面に受光素子を設け、ファイバ端面で反射した光
を受光素子に入射させている。この技術は、受光素子と
光ファイバとの光結合の点で効果的であるが、そもそ
も、半導体レーザのモニタＰＤとして使うことについて
は考慮されていない。
３０１１２号公報には、光ファイバと受光素子との効果
的な結合形態について開示されている。この方法では、
端面を斜めにカットした光ファイバをＶ溝に密着させ、
Ｖ溝壁面に受光素子を設け、ファイバ端面で反射した光
を受光素子に入射させている。この技術は、受光素子と
光ファイバとの光結合の点で効果的であるが、そもそ
も、半導体レーザのモニタＰＤとして使うことについて
は考慮されていない。
【００１２】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的はモニタＰＤを
搭載する光半導体装置において、装置それ自体のコスト
とその実装コストとを低減することのできる光半導体装
置及びその製造方法を提供することである。
るためになされたものであり、その目的はモニタＰＤを
搭載する光半導体装置において、装置それ自体のコスト
とその実装コストとを低減することのできる光半導体装
置及びその製造方法を提供することである。
【００１３】また、本発明の他の目的は、半導体レーザ
をオートパワーコントロールする光半導体モジュールに
おいて、ファイバに結合する光出力とモニタ電流の比率
が、十分小さな温度依存性を有し、その結果ファイバ光
出力の温度依存性が極めて小さい、例えば−４０℃〜８
５℃の温度変化に対してファイバ光出力が±０．２ｄＢ
である光半導体装置及びその製造方法を提供することで
ある。
をオートパワーコントロールする光半導体モジュールに
おいて、ファイバに結合する光出力とモニタ電流の比率
が、十分小さな温度依存性を有し、その結果ファイバ光
出力の温度依存性が極めて小さい、例えば−４０℃〜８
５℃の温度変化に対してファイバ光出力が±０．２ｄＢ
である光半導体装置及びその製造方法を提供することで
ある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による光半導体装
置は、半導体レーザ素子を搭載する基板に、前記半導体
レーザ素子と光結合される光ファイバを載置するための
Ｖ溝が設けられ、少なくとも前記Ｖ溝が形成された前記
基板上には鉄シリサイド層と、その鉄シリサイド層の上
にシリコン層とが設けられ、前記半導体レーザ素子から
一定距離離れた前記Ｖ溝の端部領域の前記シリコン層を
イオン注入によりＰ領域とすることにより、前記Ｐ領域
直下の前記鉄シリサイドが光吸収層となり受光素子を形
成することを特徴とする。
置は、半導体レーザ素子を搭載する基板に、前記半導体
レーザ素子と光結合される光ファイバを載置するための
Ｖ溝が設けられ、少なくとも前記Ｖ溝が形成された前記
基板上には鉄シリサイド層と、その鉄シリサイド層の上
にシリコン層とが設けられ、前記半導体レーザ素子から
一定距離離れた前記Ｖ溝の端部領域の前記シリコン層を
イオン注入によりＰ領域とすることにより、前記Ｐ領域
直下の前記鉄シリサイドが光吸収層となり受光素子を形
成することを特徴とする。
【００１５】本発明による他の光半導体装置は、前記基
板は、前記半導体レーザ素子が溝内部に載置された台形
溝を有し、該台形溝の斜面を含む領域に形成された前記
受光素子によって前記半導体レーザ素子の出力光をモニ
タするようにしたことを特徴とする。前記受光素子は、
前記台形溝の底面をも含む領域に形成されていることを
特徴とする。前記基板はシリコン酸化膜を有し、このシ
リコン酸化膜によって前記受光素子が覆われかつ前記シ
リコン酸化膜が開口された部分に前記受光素子の電極が
形成されてなることを特徴とする。
板は、前記半導体レーザ素子が溝内部に載置された台形
溝を有し、該台形溝の斜面を含む領域に形成された前記
受光素子によって前記半導体レーザ素子の出力光をモニ
タするようにしたことを特徴とする。前記受光素子は、
前記台形溝の底面をも含む領域に形成されていることを
特徴とする。前記基板はシリコン酸化膜を有し、このシ
リコン酸化膜によって前記受光素子が覆われかつ前記シ
リコン酸化膜が開口された部分に前記受光素子の電極が
形成されてなることを特徴とする。
【００１６】本発明の光半導体装置の製造方法は、半導
体レーザ素子を搭載する基板にＶ溝を形成するステップ
と、このＶ溝を有する前記基板の上に鉄シリサイド層と
シリコン層とを結晶成長するステップと、この結晶基板
にイオン注入してＰ領域を形成するステップとを含んで
おり、前記Ｐ領域直下の前記鉄シリサイドが光吸収層と
なり受光素子を形成することを特徴とする。
体レーザ素子を搭載する基板にＶ溝を形成するステップ
と、このＶ溝を有する前記基板の上に鉄シリサイド層と
シリコン層とを結晶成長するステップと、この結晶基板
にイオン注入してＰ領域を形成するステップとを含んで
おり、前記Ｐ領域直下の前記鉄シリサイドが光吸収層と
なり受光素子を形成することを特徴とする。
【００１７】要するに本光半導体装置は、シリコン基板
に設けられたＶ溝に沿って光ファイバを固定することに
より、半導体レーザと光ファイバとのアラインメントを
とる光半導体モジュールにおいて、シリコン基板のＶ溝
部に光モニタ用のフォトダイオードをモノリシックに集
積化したことを特徴としている。また本光半導体装置
は、半導体レーザを搭載するシリコン基板に、吸収層と
して鉄シリサイドを用いたモニタ用フォトダイオードを
モノリシックに集積化したことも特徴としている。
に設けられたＶ溝に沿って光ファイバを固定することに
より、半導体レーザと光ファイバとのアラインメントを
とる光半導体モジュールにおいて、シリコン基板のＶ溝
部に光モニタ用のフォトダイオードをモノリシックに集
積化したことを特徴としている。また本光半導体装置
は、半導体レーザを搭載するシリコン基板に、吸収層と
して鉄シリサイドを用いたモニタ用フォトダイオードを
モノリシックに集積化したことも特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の一形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て参照する各図においては、他の図と同等部分には同一
符号が付されている。
いて図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て参照する各図においては、他の図と同等部分には同一
符号が付されている。
【００１９】図１は本発明による光半導体装置の実施の
一形態を示す斜視図である。同図において、本光半導体
装置のｎ−Ｓｉ基板１にはＶ溝２が形成され、その最上
層はＳｉＯ2 膜７で覆われている。このＶ溝２は半導体
レーザ素子１１を搭載する領域の直前で終端している。
半導体レーザ素子１１を搭載する領域とそれに隣接する
部分にはレーザ用電極１０が設けられており、半導体レ
ーザ素子１１は画像認識により高精度にマウントされ
る。光ファイバ１２は、Ｖ溝２に嵌込むことにより自動
的に位置決めされ、半導体レーザ素子１１との光学結合
がとれるようになっている。
一形態を示す斜視図である。同図において、本光半導体
装置のｎ−Ｓｉ基板１にはＶ溝２が形成され、その最上
層はＳｉＯ2 膜７で覆われている。このＶ溝２は半導体
レーザ素子１１を搭載する領域の直前で終端している。
半導体レーザ素子１１を搭載する領域とそれに隣接する
部分にはレーザ用電極１０が設けられており、半導体レ
ーザ素子１１は画像認識により高精度にマウントされ
る。光ファイバ１２は、Ｖ溝２に嵌込むことにより自動
的に位置決めされ、半導体レーザ素子１１との光学結合
がとれるようになっている。
【００２０】また、本装置においては、Ｖ溝２が形成さ
れたｎ−Ｓｉ基板１上には、β−ＦｅＳｉ2 層４、ｎ−
Ｓｉ層５が設けられている。そして、半導体レーザ素子
１１からの距離が５０μｍ〜８００μｍ、より望ましく
は、２００μｍ〜４００μｍのＶ溝２の端部領域のｎ−
Ｓｉ層５をイオン注入によりｐ領域６としている。これ
により、ｐ領域６の直下のβ−ＦｅＳｉ2 層４が光吸収
層となるレーザ光出力モニタ用ＰＤがモノリシックに集
積されることになる。
れたｎ−Ｓｉ基板１上には、β−ＦｅＳｉ2 層４、ｎ−
Ｓｉ層５が設けられている。そして、半導体レーザ素子
１１からの距離が５０μｍ〜８００μｍ、より望ましく
は、２００μｍ〜４００μｍのＶ溝２の端部領域のｎ−
Ｓｉ層５をイオン注入によりｐ領域６としている。これ
により、ｐ領域６の直下のβ−ＦｅＳｉ2 層４が光吸収
層となるレーザ光出力モニタ用ＰＤがモノリシックに集
積されることになる。
【００２１】このｐ領域６は、少なくとも片側で、Ｖ溝
２の外の平坦部まで広がっており、その上には、モニタ
ＰＤ用ｐ電極８が形成されている。また、このｐ領域６
と隣接する場所に、モニタＰＤ用ｎ電極９も設けられて
いる。ｎ−Ｓｉ層５の上のＳｉＯ2 膜７は、モニタＰＤ
用ｐ電極８とモニタＰＤ用ｎ電極９の部分で開口してい
る。また、ＳｉＯ2 膜７は、Ｖ溝２内のｐ領域６で、半
導体レーザ光に対してＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ）条件となる膜厚となっている。この場合、シリ
コン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）の代わりに、シリコン窒化膜
（ＳｉＮx 膜）を用いれば、より良好なＡＲ条件が得ら
れる。
２の外の平坦部まで広がっており、その上には、モニタ
ＰＤ用ｐ電極８が形成されている。また、このｐ領域６
と隣接する場所に、モニタＰＤ用ｎ電極９も設けられて
いる。ｎ−Ｓｉ層５の上のＳｉＯ2 膜７は、モニタＰＤ
用ｐ電極８とモニタＰＤ用ｎ電極９の部分で開口してい
る。また、ＳｉＯ2 膜７は、Ｖ溝２内のｐ領域６で、半
導体レーザ光に対してＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ）条件となる膜厚となっている。この場合、シリ
コン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）の代わりに、シリコン窒化膜
（ＳｉＮx 膜）を用いれば、より良好なＡＲ条件が得ら
れる。
【００２２】このようなレンズを用いない、光ファイバ
１２と半導体レーザ素子１１の結合系では、半導体レー
ザ素子１１の前方光出力は、その５０％以上が、光ファ
イバ１２のコアに結合されず、外に漏れ出る。その一部
が、ｐ領域６の直下のβ−ＦｅＳｉ2 層４に到達する。
β−ＦｅＳｉ2 は、特開平６−２１５１７号公報や特開
平１０−２５２００号公報で用いられている鉄シリサイ
ドの一つの相で、０．８５ｅＶ程度のバンドギャップを
もつ直接遷移型の半導体であり、光ファイバ通信で用い
られる１．３μｍの光に対して、１００００ｃｍ-1以上
の大きな吸収係数をもつ。また、１．５５μｍ光に対し
ても、実用に耐えうる吸収係数をもつ。このため、モニ
タＰＤ用ｐ電極８とモニタＰＤ用ｎ電極９との間に逆バ
イアスをかけることにより、十分なモニタ電流を得るこ
とができる。ｐ領域６の面は、レーザからの入射光の向
きに対し、斜めになっているので、モニタＰＤからの反
射光が半導体レーザ素子１１に戻ることはない構造とな
っている。
１２と半導体レーザ素子１１の結合系では、半導体レー
ザ素子１１の前方光出力は、その５０％以上が、光ファ
イバ１２のコアに結合されず、外に漏れ出る。その一部
が、ｐ領域６の直下のβ−ＦｅＳｉ2 層４に到達する。
β−ＦｅＳｉ2 は、特開平６−２１５１７号公報や特開
平１０−２５２００号公報で用いられている鉄シリサイ
ドの一つの相で、０．８５ｅＶ程度のバンドギャップを
もつ直接遷移型の半導体であり、光ファイバ通信で用い
られる１．３μｍの光に対して、１００００ｃｍ-1以上
の大きな吸収係数をもつ。また、１．５５μｍ光に対し
ても、実用に耐えうる吸収係数をもつ。このため、モニ
タＰＤ用ｐ電極８とモニタＰＤ用ｎ電極９との間に逆バ
イアスをかけることにより、十分なモニタ電流を得るこ
とができる。ｐ領域６の面は、レーザからの入射光の向
きに対し、斜めになっているので、モニタＰＤからの反
射光が半導体レーザ素子１１に戻ることはない構造とな
っている。
【００２３】ここで、図２は図１中のＡ−Ａ断面図であ
る。同図に示されているように、図１の光半導体装置に
おいては、Ｖ溝２が形成されているｎ−Ｓｉ基板１に、
β−ＦｅＳｉ2 層４、ｎ−Ｓｉ層５が順に結晶成長され
ている。この結晶基板にホウ素がイオン注入されること
によってｐ領域６が形成されている。
る。同図に示されているように、図１の光半導体装置に
おいては、Ｖ溝２が形成されているｎ−Ｓｉ基板１に、
β−ＦｅＳｉ2 層４、ｎ−Ｓｉ層５が順に結晶成長され
ている。この結晶基板にホウ素がイオン注入されること
によってｐ領域６が形成されている。
【００２４】そして、表面にＳｉＯ2 膜７が形成され、
このＳｉＯ2 膜７によって半導体レーザ素子１１が覆わ
れることになる。このＳｉＯ2 膜７を開口して、モニタ
ＰＤ用ｐ電極８及びモニタＰＤ用ｎ電極９が形成されて
いる。シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）の代わりに、シリ
コン窒化膜（ＳｉＮx 膜）を用いても良い。また、光フ
ァイバ１２がＶ溝２に固定される。
このＳｉＯ2 膜７によって半導体レーザ素子１１が覆わ
れることになる。このＳｉＯ2 膜７を開口して、モニタ
ＰＤ用ｐ電極８及びモニタＰＤ用ｎ電極９が形成されて
いる。シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）の代わりに、シリ
コン窒化膜（ＳｉＮx 膜）を用いても良い。また、光フ
ァイバ１２がＶ溝２に固定される。
【００２５】かかる構成においては、モニタＰＤが、モ
ノリシックに集積されているため、モニタＰＤを別に実
装する工程が省け、モジュール組立コストを低減するこ
とができる。また、Ｖ溝２内にモニタＰＤを埋め込んで
しまうことにより、モニタＰＤを搭載する場所を別途用
意する必要がないため、光モジュールを小型化すること
ができる。さらにまた、半導体レーザ素子１１の後方が
モニタＰＤで占有されないため、そこに半導体レーザの
駆動ＩＣを集積化することもできる。
ノリシックに集積されているため、モニタＰＤを別に実
装する工程が省け、モジュール組立コストを低減するこ
とができる。また、Ｖ溝２内にモニタＰＤを埋め込んで
しまうことにより、モニタＰＤを搭載する場所を別途用
意する必要がないため、光モジュールを小型化すること
ができる。さらにまた、半導体レーザ素子１１の後方が
モニタＰＤで占有されないため、そこに半導体レーザの
駆動ＩＣを集積化することもできる。
【００２６】また、通常の１．３μｍ帯や１．５５μｍ
帯の受光素子は、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓを結晶成
長することで製造されるが、２”φ基板で製造されるた
め、製造コストが高い。これに対し、Ｓｉ基板上の鉄シ
リサイドによる受光素子は、通常のＳｉ半導体で用いら
れる大口径の基板を用いて製造することができるので、
製造コストを圧倒的に下げることができる。以上より、
製造コストの低減、光モジュールの小型化、製造期間の
短縮という効果がもたらされる。
帯の受光素子は、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓを結晶成
長することで製造されるが、２”φ基板で製造されるた
め、製造コストが高い。これに対し、Ｓｉ基板上の鉄シ
リサイドによる受光素子は、通常のＳｉ半導体で用いら
れる大口径の基板を用いて製造することができるので、
製造コストを圧倒的に下げることができる。以上より、
製造コストの低減、光モジュールの小型化、製造期間の
短縮という効果がもたらされる。
【００２７】また、半導体レーザ素子１１の前方光出力
をモニタすることは、別の利点をもたらしている。半導
体レーザ素子１１内の光のｆｉｅｌｄ分布は、温度によ
り変わりうるので、このとき、前後方光出力比も微妙に
変化する。これは、半導体レーザ素子１１が分布帰還型
半導体レーザであるとき顕著になる。オートパワーコン
トロール（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ；Ａ
ＰＣ）では、−４０℃から８５℃の温度変化に対して、
ファイバ光出力の変動を１ｄＢ程度以下に抑える必要が
ある。これは、光ファイバに入力される光とモニタ電流
との比率の変動を抑制する必要があることを意味してい
る。本装置により、前方の光の一部をモニタすれば、分
布帰還型半導体レーザにおいても、ファイバ光出力とモ
ニタ電流との比率の変化は、±０．２ｄＢ以内と格段に
向上する。
をモニタすることは、別の利点をもたらしている。半導
体レーザ素子１１内の光のｆｉｅｌｄ分布は、温度によ
り変わりうるので、このとき、前後方光出力比も微妙に
変化する。これは、半導体レーザ素子１１が分布帰還型
半導体レーザであるとき顕著になる。オートパワーコン
トロール（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ；Ａ
ＰＣ）では、−４０℃から８５℃の温度変化に対して、
ファイバ光出力の変動を１ｄＢ程度以下に抑える必要が
ある。これは、光ファイバに入力される光とモニタ電流
との比率の変動を抑制する必要があることを意味してい
る。本装置により、前方の光の一部をモニタすれば、分
布帰還型半導体レーザにおいても、ファイバ光出力とモ
ニタ電流との比率の変化は、±０．２ｄＢ以内と格段に
向上する。
【００２８】ここで、図３を参照して図１に示されてい
る本実施例の光半導体装置の製造方法について説明す
る。本実施例の光半導体装置は、次のように製造され
る。即ち、まず、表面の面方位が（１００）のｎ−Ｓｉ
基板１を用意し、この基板１に異方性エッチャントによ
りＶ溝２を形成する（ステップＳ２０１）。なお、Ｖ溝
２の側面の面方位は（１１１）である。このＶ溝２を有
する基板１の上に、分子線エピタキシャル成長法、ＭＢ
Ｅ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）
法により、β−ＦｅＳｉ2 層４、ｎ−Ｓｉ層５を結晶成
長する（ステップＳ２０２）。
る本実施例の光半導体装置の製造方法について説明す
る。本実施例の光半導体装置は、次のように製造され
る。即ち、まず、表面の面方位が（１００）のｎ−Ｓｉ
基板１を用意し、この基板１に異方性エッチャントによ
りＶ溝２を形成する（ステップＳ２０１）。なお、Ｖ溝
２の側面の面方位は（１１１）である。このＶ溝２を有
する基板１の上に、分子線エピタキシャル成長法、ＭＢ
Ｅ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）
法により、β−ＦｅＳｉ2 層４、ｎ−Ｓｉ層５を結晶成
長する（ステップＳ２０２）。
【００２９】ここで、β−ＦｅＳｉ2 層４は、Ｆｅを堆
積する工程と、これを熱処理する工程とによって、形成
しても良い。このβ−ＦｅＳｉ2 層４の厚さは、０．１
μｍ〜１μｍである。０．１μｍ以下であれば、十分な
感度が得られない。また、１μｍ以上であれば、結晶性
が損なわれ、リーク電流が大きくなる。
積する工程と、これを熱処理する工程とによって、形成
しても良い。このβ−ＦｅＳｉ2 層４の厚さは、０．１
μｍ〜１μｍである。０．１μｍ以下であれば、十分な
感度が得られない。また、１μｍ以上であれば、結晶性
が損なわれ、リーク電流が大きくなる。
【００３０】この結晶基板にホウ素をイオン注入してｐ
領域６を形成する（ステップＳ２０３）。この後、表面
にＳｉＯ2 膜７を形成する（ステップＳ２０４）。そし
て、ｐ領域６のＶ溝２外の平坦な領域で、ＳｉＯ2 膜７
を開口して、モニタＰＤ用ｐ電極８を形成する（ステッ
プＳ２０５）。また、ｐ領域６に隣接する領域でもＳｉ
Ｏ2 膜７を開口して、モニタＰＤ用ｎ電極９を形成する
（ステップＳ２０６）。
領域６を形成する（ステップＳ２０３）。この後、表面
にＳｉＯ2 膜７を形成する（ステップＳ２０４）。そし
て、ｐ領域６のＶ溝２外の平坦な領域で、ＳｉＯ2 膜７
を開口して、モニタＰＤ用ｐ電極８を形成する（ステッ
プＳ２０５）。また、ｐ領域６に隣接する領域でもＳｉ
Ｏ2 膜７を開口して、モニタＰＤ用ｎ電極９を形成する
（ステップＳ２０６）。
【００３１】Ｖ溝２の終端部の先には、ＡｕＳｎでレー
ザ用電極１０を形成し（ステップＳ２０７）、そこに、
半導体レーザ素子１１をマウントする（ステップＳ２０
８）。この場合、半導体レーザ素子１１とｎ−Ｓｉ基板
１には画像認識用マーカが形成されていて、自動組立装
置により±１μｍの精度でマウントを行う。最後に光フ
ァイバ１２をＶ溝２に載せて固定する（ステップＳ２０
９）。
ザ用電極１０を形成し（ステップＳ２０７）、そこに、
半導体レーザ素子１１をマウントする（ステップＳ２０
８）。この場合、半導体レーザ素子１１とｎ−Ｓｉ基板
１には画像認識用マーカが形成されていて、自動組立装
置により±１μｍの精度でマウントを行う。最後に光フ
ァイバ１２をＶ溝２に載せて固定する（ステップＳ２０
９）。
【００３２】上記実施例において、β−ＦｅＳｉ2 層４
には、炭素Ｃを追加しても良い。β−ＦｅＳｉ2 は、Ｓ
ｉに対して、２％格子定数が大きい。このため、欠陥フ
リーのエピタキシャル層とはならない。Ｓｉの一部を炭
素Ｃに置き換えることにより、格子定数が小さくなり、
格子不整合が低減できるので、結晶性が向上する。これ
はモニタＰＤの暗電流低減という効果をもたらす。ま
た、β−ＦｅＳｉ2 層４及びｎ−Ｓｉ層５は、ｐ領域６
にのみ形成しても良い。
には、炭素Ｃを追加しても良い。β−ＦｅＳｉ2 は、Ｓ
ｉに対して、２％格子定数が大きい。このため、欠陥フ
リーのエピタキシャル層とはならない。Ｓｉの一部を炭
素Ｃに置き換えることにより、格子定数が小さくなり、
格子不整合が低減できるので、結晶性が向上する。これ
はモニタＰＤの暗電流低減という効果をもたらす。ま
た、β−ＦｅＳｉ2 層４及びｎ−Ｓｉ層５は、ｐ領域６
にのみ形成しても良い。
【００３３】図１に戻り、同図に示されている光半導体
モジュールでは、ｎ−Ｓｉ基板１にＶ溝２が形成されて
いる。このＶ溝２に光ファイバ１２を載せることによ
り、半導体レーザ素子１１と光結合させる。さらにＶ溝
２を形成した後のｎ−Ｓｉ基板１の上に、β−ＦｅＳｉ
2 層４、ｎ−Ｓｉ層５が形成されている。そして、半導
体レーザ素子１１の近傍のＶ溝部にはイオン注入により
ｐ領域６が形成され、この領域にモニタＰＤ用ｐ電極８
が形成されている。これにより、モニタ用フォトダイオ
ードがＶ溝２に隣接してモノリシックに集積化されるこ
とになる。
モジュールでは、ｎ−Ｓｉ基板１にＶ溝２が形成されて
いる。このＶ溝２に光ファイバ１２を載せることによ
り、半導体レーザ素子１１と光結合させる。さらにＶ溝
２を形成した後のｎ−Ｓｉ基板１の上に、β−ＦｅＳｉ
2 層４、ｎ−Ｓｉ層５が形成されている。そして、半導
体レーザ素子１１の近傍のＶ溝部にはイオン注入により
ｐ領域６が形成され、この領域にモニタＰＤ用ｐ電極８
が形成されている。これにより、モニタ用フォトダイオ
ードがＶ溝２に隣接してモノリシックに集積化されるこ
とになる。
【００３４】このフォトダイオードは、β−ＦｅＳｉ2
層４が光通信用の１．３μｍ帯の光を吸収するため、半
導体レーザ素子１１から光ファイバ１２に結合しなかっ
たレーザ光を受信することができる。これは、光信号の
ＡＰＣのために用いられる。すなわち、このフォトダイ
オードはレーザ前方光出力のモニタの役目を果たす。レ
ーザの後方から出射される光では、レーザ光モニタとし
てはやや不正確である。これに対し、本例ではレーザの
前方からの光をモニタするため、ファイバに結合する光
をより正確にモニタすることができるのである。このた
め、ＡＰＣにおいてファイバ光出力を十分に安定させる
ことができるのである。
層４が光通信用の１．３μｍ帯の光を吸収するため、半
導体レーザ素子１１から光ファイバ１２に結合しなかっ
たレーザ光を受信することができる。これは、光信号の
ＡＰＣのために用いられる。すなわち、このフォトダイ
オードはレーザ前方光出力のモニタの役目を果たす。レ
ーザの後方から出射される光では、レーザ光モニタとし
てはやや不正確である。これに対し、本例ではレーザの
前方からの光をモニタするため、ファイバに結合する光
をより正確にモニタすることができるのである。このた
め、ＡＰＣにおいてファイバ光出力を十分に安定させる
ことができるのである。
【００３５】ところで、上述した実施例においては、Ｖ
溝を有するＳｉ基板上に半導体レーザ素子を集積する場
合について説明したが、本発明はモニタＰＤ付きヒート
シンクについても適用することができる。その構成につ
いて図４を参照して説明する。同図において、基板１は
図示せぬヒートシンクと熱結合することによってレーザ
素子１１が発する熱を拡散する機能を有する。なお、レ
ーザ素子１１の出力光は、図示せぬレンズによって図示
せぬ光ファイバに収束される。
溝を有するＳｉ基板上に半導体レーザ素子を集積する場
合について説明したが、本発明はモニタＰＤ付きヒート
シンクについても適用することができる。その構成につ
いて図４を参照して説明する。同図において、基板１は
図示せぬヒートシンクと熱結合することによってレーザ
素子１１が発する熱を拡散する機能を有する。なお、レ
ーザ素子１１の出力光は、図示せぬレンズによって図示
せぬ光ファイバに収束される。
【００３６】また、半導体レーザ素子１１を搭載する場
所からその後方にかけて、台形溝３を設ける。ｐ領域６
は、台形溝３の底面から、半導体レーザ素子１１の真後
ろの斜面を通って、その上の平坦部にかかるように設け
る。この上の平坦部分に、モニタＰＤ用ｐ電極８を設け
る。β−ＦｅＳｉ2 層４とｎ−Ｓｉ層５は、ヒートシン
ク全面に形成しても良いが、ｐ領域６のみに形成しても
良い。
所からその後方にかけて、台形溝３を設ける。ｐ領域６
は、台形溝３の底面から、半導体レーザ素子１１の真後
ろの斜面を通って、その上の平坦部にかかるように設け
る。この上の平坦部分に、モニタＰＤ用ｐ電極８を設け
る。β−ＦｅＳｉ2 層４とｎ−Ｓｉ層５は、ヒートシン
ク全面に形成しても良いが、ｐ領域６のみに形成しても
良い。
【００３７】ここで、図５は図４中のＢ−Ｂ断面図であ
る。同図に示されているように、図４の光半導体装置に
おいては、ｎ−Ｓｉ基板１に、β−ＦｅＳｉ2 層４、ｎ
−Ｓｉ層５が順に結晶成長され、さらにｐ領域６が形成
されている。そして、表面にＳｉＯ2 膜７が形成され、
このＳｉＯ2 膜７を開口して、モニタＰＤ用ｐ電極８及
びモニタＰＤ用ｎ電極９が形成されている。かかる構成
においては、モニタＰＤが、モノリシックに集積されて
いるため、モニタＰＤを別に実装する工程が省け、モジ
ュール組立コストを低減することができる。
る。同図に示されているように、図４の光半導体装置に
おいては、ｎ−Ｓｉ基板１に、β−ＦｅＳｉ2 層４、ｎ
−Ｓｉ層５が順に結晶成長され、さらにｐ領域６が形成
されている。そして、表面にＳｉＯ2 膜７が形成され、
このＳｉＯ2 膜７を開口して、モニタＰＤ用ｐ電極８及
びモニタＰＤ用ｎ電極９が形成されている。かかる構成
においては、モニタＰＤが、モノリシックに集積されて
いるため、モニタＰＤを別に実装する工程が省け、モジ
ュール組立コストを低減することができる。
【００３８】図４に戻り、このモニタＰＤ付きヒートシ
ンクでは、台形溝３の底面及び斜面の両方で光を受ける
ため、単に溝のない平面のみで光を受けるよりも、効率
良く半導体レーザ素子１１からの光を受けることができ
るという効果が得られる。しかも、モニタＰＤがＳｉ基
板上につくられているので、モニタ電流のアンプ回路も
モノリシックに集積化できるという効果も得られる。
ンクでは、台形溝３の底面及び斜面の両方で光を受ける
ため、単に溝のない平面のみで光を受けるよりも、効率
良く半導体レーザ素子１１からの光を受けることができ
るという効果が得られる。しかも、モニタＰＤがＳｉ基
板上につくられているので、モニタ電流のアンプ回路も
モノリシックに集積化できるという効果も得られる。
【００３９】なお、本装置において、半導体レーザ素子
１１は光変調器との集積化素子としても良いことは明ら
かである。さらには、アレイ化した素子に適用しても良
いことも明らかである。
１１は光変調器との集積化素子としても良いことは明ら
かである。さらには、アレイ化した素子に適用しても良
いことも明らかである。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体レ
ーザ素子が搭載されている基板に、そのレーザ素子の出
力光モニタ用ＰＤをモノリシックに集積化することによ
り、モニタ用ＰＤを別に用意して実装しなくて済むの
で、光半導体装置自体のコストとその実装コストとを低
減することができるという効果がある。
ーザ素子が搭載されている基板に、そのレーザ素子の出
力光モニタ用ＰＤをモノリシックに集積化することによ
り、モニタ用ＰＤを別に用意して実装しなくて済むの
で、光半導体装置自体のコストとその実装コストとを低
減することができるという効果がある。
【図１】本発明の光半導体装置の一実施の形態を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】図１の光半導体装置の製造方法を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の光半導体装置の他の実施の形態を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】図４中のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図６】従来の光半導体装置を示す断面図である。
１ ｎ−Ｓｉ基板 ２ Ｖ溝 ３ 台形溝 ４ β−ＦｅＳｉ2 層 ５ ｎ−Ｓｉ層 ６ ｐ領域 ７ ＳｉＯ2 膜 ８ モニタＰＤ用ｐ電極 ９ モニタＰＤ用ｎ電極 １０ レーザ用電極 １１ 半導体レーザ素子 １２ 光ファイバ １３ レンズ支持斜面 １４ 反射性の溝端部 １５ 球状レンズ １６ モニタＰＤ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−152304（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−101467（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−296054（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−124972（ＪＰ，Ｕ) ，Ｊ．Ａ．Ｐ，1993年 ６月15日，74 ［２］，1138−1142 Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ, 293，ｐ．29−33 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/42 H01L 31/00 - 31/10
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体レーザ素子を搭載する基板に、前
記半導体レーザ素子と光結合される光ファイバを載置す
るためのＶ溝が設けられ、少なくとも前記Ｖ溝が形成さ
れた前記基板上には鉄シリサイド層と、その鉄シリサイ
ド層の上にシリコン層とが設けられ、前記半導体レーザ
素子から一定距離離れた前記Ｖ溝の端部領域の前記シリ
コン層をイオン注入によりＰ領域とすることにより、前
記Ｐ領域直下の前記鉄シリサイドが光吸収層となり受光
素子を形成することを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項２】 前記基板はシリコン酸化膜を有し、この
シリコン酸化膜によって前記受光素子が覆われかつ前記
シリコン酸化膜が開口された部分に前記受光素子の電極
が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光半
導体装置。 - 【請求項３】 前記基板は、前記半導体レーザ素子が溝
内部に載置された台形溝を有し、該台形溝の斜面を含む
領域に形成された前記受光素子によって前記半導体レー
ザ素子の出力光をモニタするようにしたことを特徴とす
る請求項１記載の光半導体装置。 - 【請求項４】 前記受光素子は、前記台形溝の底面をも
含む領域に形成されていることを特徴とする請求項３記
載の光半導体装置。 - 【請求項５】 前記基板はシリコン酸化膜を有し、この
シリコン酸化膜によって前記受光素子が覆われかつ前記
シリコン酸化膜が開口された部分に前記受光素子の電極
が形成されてなることを特徴とする請求項３又は４記載
の光半導体装置。 - 【請求項６】 半導体レーザ素子を搭載する基板にＶ溝
を形成するステップと、このＶ溝を有する前記基板の上
に鉄シリサイド層とシリコン層とを結晶成長するステッ
プと、この結晶基板にイオン注入してＰ領域を形成する
ステップとを含んでおり、前記Ｐ領域直下の前記鉄シリ
サイドが光吸収層となり受光素子を形成することを特徴
とする光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00591599A JP3275864B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 光半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00591599A JP3275864B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 光半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000208858A JP2000208858A (ja) | 2000-07-28 |
| JP3275864B2 true JP3275864B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=11624203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00591599A Expired - Fee Related JP3275864B2 (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 光半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3275864B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3902394B2 (ja) * | 2000-10-23 | 2007-04-04 | 日本電気株式会社 | 光通信モジュール及び光通信装置 |
| JP4094237B2 (ja) | 2001-02-14 | 2008-06-04 | 日本電気株式会社 | 光半導体モジュール |
| DE10144207B4 (de) * | 2001-04-30 | 2008-05-15 | Mergeoptics Gmbh | Anordnung mit mindestens zwei unterschiedlichen elektronischen Halbleiterschaltungen und Verwendung der Anordnung zur schnellen Datenübertragung |
| JPWO2007007848A1 (ja) * | 2005-07-13 | 2009-01-29 | 日本電気株式会社 | 外部共振器型波長可変レーザ及びその実装方法 |
-
1999
- 1999-01-13 JP JP00591599A patent/JP3275864B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ，Ｊ．Ａ．Ｐ，１９９３年 ６月１５日，７４［２］，１１３８−１１４２ |
| Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，２９３，ｐ．２９−３３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000208858A (ja) | 2000-07-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |