JPH01134982A - モニタ用受光素子内蔵光電子装置およびモニタ用受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザダイオードから発光されるレーザ光を
モニタするモニタ用受光素子を内蔵したモニタ用受光素
子内蔵光電子装置およびモニタ用受光素子に関する。

〔従来の技術〕

ディジタル・オーディオ・ディスク、ビディオ・ディス
ク等の情報処理用の発光源あるいは光通信用の発光源と
して、半導体レーザ装置が使用されている。半導体レー
ザ装置の一つとして、第９図に示されるように、ステム
１の主面に固定されたヒートシンク２にサブマウント３
を介して取付けられたレーザダイオード（レーザダイオ
ードチップ）４から発光される前方のレーザ光５を、ス
テムの主面に取付けられたキャップ６の天井部分に設け
られた透明なガラス板７で形成された窓８から外部に発
光させるとともに、他の後方のレーザ光５をステム１の
主面に取付けられたモニタ用受光素子（ホトダイオード
）９でモニタする構造が知られている。また、前記ステ
ム１には、３本のり一ド１０が取り付けられている。１
本のリード１０はステム１に電気的に接続され、前記モ
ニタ用受光素子９およびレーザダイオード４の下部電極
と電気的に接続されている。また、残りの２本のり一ド
１０は、ガラスからなる絶縁体１１を介してステム１に
電気的に絶縁状態で固定されるとともに、それぞれワイ
ヤ１２を介してレーザダイオード４またはモニタ用受光
素子９の図示しない上部電極に電気的に接続されている
。このような構造については、たとえば、日経マグロウ
ヒル社発行「日経メカニカルＪ　１９Ｂ２年７月５日号
、Ｐ６８〜Ｐ７７に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

モニタ用受光素子を内蔵した半導体レーザ装置、すなわ
ち、モニタ用受光素子内蔵光電子装置は、−Ｃにホトダ
イオード９を逆バイアスで駆動させ、レーザダイオード
４を順バイアスで駆動させるため、第１０図に示される
ような等価回路で示されるように１電源の使用形態とな
る。

一方、受光素子はセンサ感度向上のために逆バイアス状
態で使用される。この際、顧客要求により、モニタ用受
光素子内蔵光電子装置を２電源で用いる場合、モニタ用
受光素子内蔵光電子装置は、第１１図に示されるような
等価回路となり、モニタ用受光素子は前記第１０図のも
のとは異なる導電型の基板のものが使用されるようにな
る。

したがって、顧客の１電源使用または２電源使用によっ
て、モニタ用受光素子内蔵光電子装置の製造にあっては
、ステムに固定するモニタ用受光素子を変更しなければ
ならず、モニタ用受光素子の品種増大を招く。この結果
、工程の切替作業が増し原価筋となる。また、モニタ用
受光素子内蔵光電子装置の互換性が制限され、顧客にお
いても使用駆動回路が制限される。

本発明の目的は、モニタ用受光素子の極性を考慮するこ
となく使用できるモニタ用受光素子内蔵光電子装置を提
供することにある。

本発明の他の目的は、極性を考慮することなく使用でき
るモニタ用受光素子を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明のモニタ用受光素子内蔵光電子装置に
あっては、モニタ用受光素子は２つのホトダイオードか
らなり、これらはバックトウバック構造となっている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明のモニタ用受光素子内蔵
光電子装置は、組み込まれたモニタ用受光素子が、２つ
のホトダイオードによるバックトウパック構造となって
いることから、使用時モニタ側の極性が変わってもどち
らか１つのホトダイオードが逆バイアスとなってレーザ
光出力をモニタすることができるため、汎用性に冨むも
のとなる。

〔実施例］ 第１図は本発明の一実施例によるモニタ用受光素子内蔵
光電子装置の要部を示す模式的な断面図、第２図は同じ
くモニタの断面図、第３図は同じく平面図、第４図は同
じく等価回路、第５図〜第８図は本発明のモニタ用受光
素子の製造方法を示す図であって、第５図はｐ影領域が
設けられたウェハの断面図、第６図は一方のホトダイオ
ードが形成されたウェハの断面図、第７図は他方のホト
ダイオードが形成されたウェハの断面図、第８図は配線
層によりバックトウパック構造となったホトダイオード
を示すウェハの断面図である。

この実施例のモニタ用受光素子は、第２図および第３図
に示されるような構造となっていて、第１図に示される
ように、半導体レーザ装置（モニタ用受光素子内蔵光電
子装置）に組み込まれる。

半導体レーザ装置は、第１図に示されるように、矩形の
銅製のステム１の上面（主面）中央部に銅製のヒートシ
ンク２を鑞材で固定した構造となっている。ヒートシン
ク２の一側面にはサブマウント３を介してレーザダイオ
ード（レーザダイオードチップ）４が固着されている。

このレーザダイオードチップ４は、その上端および下端
からそれぞれレーザ光５を発光する。前記ステム１の主
面にはモニタ用受光素子９が固定されている。このモニ
タ用受光素子９は、レーザダイオードチップ４の下端か
ら放射されるレーザ光５を受光し、光出力を検出するモ
ニター素子となっている。なお、このモニタ用受光素子
９は後に詳述するが、２つのホトダイオードをバックト
ウバックにモノリシックに組み込んだ構造となっている
。

また、前記ステム１には３本のリード１０が取付けられ
ている。１本のリード１０はステム１に電気的にも接続
され、他の２本のリード１０はステムｌを貫通し、かつ
ステム１に対して絶縁体１１を介して絶縁的に固定され
ている。この貫通状態の２本のリード１０の上端は、そ
れぞれワイヤ１２を介してレーザダイオードチップ４ま
たはモニタ用受光素子９の各電極に電気的に接続されて
いる。

一方、前記ステム１の主面には金属製のキャップ６が気
密的に固定され、前記ヒートシンク２゜レーザダイオー
ドチップ４．モニタ用受光素子９゜リード１０の上端部
、ワイヤ１２等を封止している。前記キャップ６の天井
部には孔が設けられているとともに、この孔は透明なガ
ラス板７で気密的に塞がれ窓８が形成されている。した
がって、レーザダイオードチップ４の上端から発光した
レーザ光５は、この窓８を通過してステムｌとキャップ
６とによって形成されたパッケージ外に発光される。

つぎに、前記ステムｌの主面に固定されたモニタ用受光
素子９について、第２図および第３図を参照しながら説
明する。

モニタ用受光素子９は、シリコンからなるｐ＋形の半導
体基板１３の主面に設けられたｎ形層１４の表層部に、
それぞれ２つのホトダイオード（受光部）１５．１６を
有する構造となっている。

一方のホトダイオード１５は、図では左側になるが、前
記ｐ形層１４と、このｎ形層１４の表層部分に設けられ
たｎ形層１７とによって形成されている。また、他方の
ホトダイオード１６は、図では右側になるが、前記ｐ形
層１４の表層部に設けられたｎ影領域１８と、このｎ影
領域１８の表層部に設けられたｎ形層１９とによって形
成されている。また、第３図にも示されるように、一方
のホトダイオード１５のｎ形層１７と、他方のホトダイ
オード１６のｎ影領域１８は、前記ｐ形層１４の表面に
設けられた配線Ｎ２０によって電気的に接続され、バッ
クトウバック構造となっている。

また、前記他方のホトダイオード１６におけるｎ形層１
９の表面には、電極２１が設けられている。

また、前記半導体基板１３の裏面にも電極２２が設けら
れている。なお、前記ｐ形層１４の主面の接合部分は絶
縁膜２３で被われている。

このようなモニタ用受光素子９は、第４図の等価回路で
示されるようにバックトウバック構造となっていること
から、電流の流れる方向が変わっても、必ず一方は順バ
イアスとなり、他方は逆バイアスとなるため、光センサ
として使用された場合、逆バイアスとなった側のホトダ
イオードが、光（光出力）を検出できることになる。し
たがって、第１図に示されるように、このモニタ用受光
素子９を半導体レーザ装置に組み込んだ場合、使用者は
モニタ用受光素子９の極性について同等考慮することな
く使用できることになり、半導体レーザ装置の使い勝手
が良くなる。

つぎに、前記モニタ用受光素子９の製造方法について、
第５図〜第８図を参照しながら説明する。

モニタ用受光素子９の製造にあっては、第５図に示され
るように、ｐ÷形シリコンからなる半導体基板１３の主
面に、厚さが２０ｔＩｍ〜３０μｍ程度となるｎ形層１
４を有する半導体薄板（ウェハ）２５が用意される。前
記半導体基板１３の不純物濃度は、たとえば、１０”ａ
　ｔ　ｏｍｓ　−ｃｍ弓と高濃度となっているとともに
、前記ｐ形層１４はその不純物濃度が５Ｘ１０”ａｔｏ
ｍｓ−ｃｍ−’となっている。そして、このウェハ２５
は、最初に熱酸化膜（Ｓ　ｉ　Ｏ，膜）がその主面全域
に形成されるとともに、常用のホトリソグラフィによっ
て部分的に除去される。その後、前記ウェハ２５の主面
にはボロンがイオン注入される。このイオン注入時、残
留した前記絶縁膜２６はマスクとして作用する。その後
、ウェハ２５はアニーリングされる。この結果、前記絶
縁膜２６が設けられていないｐ形層１４の表層部には、
深さ１０μｍ程度のｎ影領域１８が形成される。このｎ
影領域１８は、その不純物濃度が１０”ａ　ｔ　ｏｍｓ
・ｃｍ−’　〜１０”ａ　ｔ　ｏｍｓ−ｃｍ−’程度と
なるように形成される。

つぎに、前記絶縁膜２６が除去される。その後、第６図
に示されるように、常用のホトリソグラフィによって、
再び前記ウェハ２５の主面には、ＣＶＤ法（気相化学成
長法）によって絶縁膜２７が形成される。そして、前記
ｎ影領域１８の表層部に深さｌｕｍ〜２μｍ、不純物濃
度が５Ｘ１０”ａ　ｔ　ｏｍｓ　−ｃ＋ｆｆｉ”程度の
ｐ形層１９が形成される。このｎ影領域１８とｐ形層１
９とによって、ホトダイオード（受光部）１６が形成さ
れる。

つぎに、前記絶縁膜２７が除去される。その後、第７図
に示されるように、常用のホトリソグラフィによって、
再び前記ウェハ２５の主面には、ＣＶＤ法（気相化学成
長法）によって絶縁膜２８が形成される。そして、前記
ｎ影領域１８の左隣に深さ１μｍ〜２μｍ、不純物濃度
が１０”ａｔ。

−ｍｓ−ｃｍ−’程度のｎ形層１７が形成される。

このｎ形層１７とｐ形層１４とによって、ホトダイオー
ド（受光部）１５が形成される。

つぎに、前記絶縁膜２８が除去される。その後、第８図
に示されるように、常用のホトリソグラフィによって、
再び前記ウェハ２５の主面のｐｎ接合部分は、ＣＶＤ法
（気相化学成長法）によって形成された絶縁膜２３で被
われる。また、このウェハ２５の主面には薄着およびホ
トリソグラフィによって、ＡｆＬからなる厚さ１μｍ程
度の配線層２０．２１が形成される。前記配線層２０は
、同図の左側のホトダイオード１５のｎ形層１７と、右
側のホトダイオード１６のｎ影領域１８を電気的に接続
し、２つのホトダイオード１５．１６をバックトウバン
ク構造にする。また、前記電極２１はホトダイオード１
６の電極、すなわち、ワイヤ１２を接続するワイヤポン
ディングパッドとなる。また、前記ウェハ２５はその裏
面、すなわち、半導体基板１３の下面には、１μｍ程度
の厚さのＡｕ系の電極２２が形成される。

その後、前記ウェハ２５は縦横に分断されて、第２図お
よび第３図で示されるようなモニタ用受光素子９が複数
製造される。

このようなモニタ用受光素子９は、電極２１と電極２２
が外部電極となり、第４図の等価回路で示されるような
バックトウバック構造のモニタ用受光素子９となる。し
たがって、このモニタ用受光素子９は、電極２１および
電極２２に印加される電圧の方向性が変わっても、２つ
のホトダイオード１５．１６のうち、どちらかが逆バイ
アスとなるため、高精度に光を検出することができるこ
とになる。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明のモニタ用受光素子は、２つの受光部（ホ
トダイオード）を有しかつこれらホトダイオードはバッ
クトウバック構造となっているため、光センサとして使
用した場合、極性が変わっても、いずれかのホトダイオ
ードが逆バイアス状態となり、光検出が行えるようにな
るという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明のモニタ用受光素子は
、検出のために極性を選ばないため、半導体レーザ装置
に組み込む場合、ホトダイオード用のリードの極性を考
慮する必要はなくなり、使用勝手が向上するという効果
が得られる。

（３）本発明のモニタ用受光素子内蔵光電子装置は、そ
の製造において、バックトウバックのホトダイオードを
組み込むため、従来ホトダイオードの極性に対応して組
み込むホトダイオードの選択をする必要もなく作業性が
よい。また、本発明によれば、モニタ用受光素子内蔵光
電子装置の製造において、ホトダイオードの品種も一種
類でよく、ホトダイオードの品種の増大もないことから
、生産コストの低減が達成できるという効果が得られる
。

（４）上記（１）〜（３）により、本発明によれば、汎
用性に富んだモニタ用受光素子およびモニタ用受光素子
内蔵光電子装置を安価に提供することができるという相
乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、モニタ用受光
素子内蔵光電子装置にあっては、２つのホトダイオード
チップをステム１の主面に配設し、これらをワイヤで電
気的に接続してバックトウバック構造としても前記実施
例同様な効果が得られる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシリコンによるモニ
タ用受光素子およびこのモニタ用受光素子を組み込んだ
半導体レーザ装置の製造技術に適用した場合について説
明したが、それに限定されるものではなく、たとえば、
Ｉ　ｎＧａＡｓ。

Ｉ　ｎＧａＡｓ　Ｐ系のモニタ用受光素子およびこれを
内蔵した光電子装置の製造技術などに適用できる。また
、本発明は、化合物半導体を使用した構造では、レーザ
ダイオードとバックトウバック構造のモニタ用ホトダイ
オードをモノリシックに形成することも可能である。

本発明は少なくともモニタ用受光素子を有する光電子装
置の製造技術には適用できる。

（発明の効果） 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明のモニタ用受光素子内蔵光電子装置は、組み込ま
れたモニタ用受光素子が、２つのホトダイオードによる
バックトウバック構造となっていることから、使用時モ
ニタ側の極性が変わってもどちらか１つのホトダイオー
ドが逆バイアスとなってレーザ光出力をモニタすること
ができるため、汎用性に冨むものとなる。また、組み込
まれるホトダイオードも単一品種となることから、製品
コストの低減が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるモニタ用受光素子内蔵
光電子装置の要部を示す模式的な断面図、第２図は同じ
くモニタの断面図、 第３図は同じく平面図、 第４図は同じく等価回路、 第５図は本発明のモニタ用受光素子の製造方法における
ウェハを示す断面図、 第６図は同じく一方のホトダイオードが形成されたウェ
ハの断面図、 第７図は同じく他方のホトダイオードが形成されたウェ
ハの断面図、 第８図は同じくバックトウバック構造のホトダイオード
を示すウェハの断面図、 第９図は同じ〈従来のモニタ用受光素子内蔵光電子装置
の要部を示す模式的な断面図、第１０図は同じく等価回
路、 第１１図はモニタ用受光素子内蔵光電子装置を２電源で
使用する場合の等価回路である。 １・・・ステム、２・・・ヒートシンク、３・・・サブ
マウント、４・・・半導体レーザ素子（レーザチップ）
、５・・・レーザ光、６・・・キャップ、７・・・チャ
ネル、８・・・窓、９・・・モニタ用受光素子（ホトダ
イオード）、１０・・・リード、１１・・・絶縁体、１
２・・・ワイヤ、１３・・・半導体基板、■４・・・ｐ
形層、１５゜　１６　・　・　・ホトダイオード、１７
・　・　・ｎ形層、１８・・・ｎ影領域、１９・・・ｐ
形層、２０・・・配線層、２１．２２・・・電極、２３
・・・絶縁膜、２５・・・ウェハ、２６，２７゜第　　
１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　　４　　図 第　　６　　図 第　　＄　　図 第　　９　　図 第１０図　　第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザダイオードと、このレーザダイオードから発
   光されるレーザ光をモニタするモニタ用受光素子とを有
   する光電子装置であって、前記モニタ用受光素子は２つ
   のホトダイオードによるバックトウバック構造となって
   いることを特徴とするモニタ用受光素子内蔵光電子装置
   。 ２、前記モニタ用受光素子はモノリシックな構造となっ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のモ
   ニタ用受光素子内蔵光電子装置。 ３、半導体基板と、この半導体基板の主面にモノリシッ
   クに設けられた２つのホトダイオードとを有し、かつこ
   れらホトダイオードはバックトウバック構造となってい
   ることを特徴とするモニタ用受光素子。 ４、前記２つのホトダイオードは、配線層によって電気
   的に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載のモニタ用受光素子。