JPH05102614A

JPH05102614A - 光電子装置

Info

Publication number: JPH05102614A
Application number: JP26357591A
Authority: JP
Inventors: Hironori Kusunoki; 浩典楠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】動作寿命の長いマルチビーム構造の光電子装
置の提供。【構成】半導体レーザアレイ素子の多層成長層６を下
側とするいわゆるジャンクションダウンでサブマウント
３１に固定する。サブマウントの導電パターン３２のボ
ンディングパッド３４および半導体基板５側にワイヤボ
ンディングを行う。したがって、ワイヤボンディングに
よるレーザ光発光部（共振器７）への歪みを低減し、動
作寿命の低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数の光束を発光する光
電子装置に関し、たとえば半導体レーザアレイ（マルチ
ビームレーザ）に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】光電子装置の一つとして半導体レーザが
知られている。近年、発光出力の向上あるいは波長多重
通信の目的で、複数の発光部を有する半導体レーザが開
発されている。たとえば、工業調査会発行「電子材料」
１９８７年２月号、昭和６２年２月１日発行、Ｐ７２〜
Ｐ７６には３ビーム半導体レーザが開示されている。こ
の文献には、ハイブリッド形として３個のレーザチップ
をヒートシンクに並べたもの、３つのレーザ発振部（発
光部）を形成した単一の半導体チップをヒートシンクに
固定したものが示されている。また、これらチップはレ
ーザ発振部が上面側、いわゆるジャンクション・アップ
の状態で固定されている。したがって、給電のための導
線（ワイヤ）はチップの上面側にそれぞれ複数本接続さ
れている。

【０００３】一方、レーザアレイ構造の半導体レーザ
（半導体チップ）では、半導体基板の主面に設けた多層
成長層を、メサアイソレーションによってそれぞれ電気
的に独立させ、これら独立した多層成長層部分の活性層
からレーザ光を発光させる構造となっている。また、半
導体チップは半導体基板側がサブマウントと称される支
持体に固定されている。したがって、独立した各多層成
長層の表面に給電用のワイヤが接続される。前記半導体
チップが小さくなると、独立した各多層成長層の表面の
幅は狭くなり、ワイヤ接続箇所が活性層の共振器の近傍
に接近するようになる。共振器に近い位置にワイヤが接
続されると、共振器に対するワイヤボンディングによる
歪みの影響が大きくなり、素子動作寿命が低下する。こ
のような現象については、応用物理学会発行「第３７回
応用物理学会関係連合講演会、講演予稿集Ｐ９０６」に
記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチビームレ
ーザでは、前記文献にも示されているように、半導体チ
ップの基板側がサブマウントに固定されている。また、
半導体チップはより小型化されているため、半導体基板
の主面に設けたメサアイソレーションによってそれぞれ
独立した多層成長層部分の幅は狭くなっている。したが
って、活性層の共振器部分を破損させないようにワイヤ
ボンディングを行うことは、より高い精度が必要とさ
れ、ワイヤボンディングが難しくなる。

【０００５】本発明の目的は、動作寿命の長いマルチビ
ーム構造の光電子装置を提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、半導体チップに対す
るワイヤボンディング作業が容易な光電子装置を提供す
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光電子装置にあ
っては、半導体チップは半導体基板の主面に設けた多層
成長層側をサブマウントに固定する構造となっている。
また、前記サブマウントにあっては、前記半導体チップ
の多層成長層側の電極に接触しかつ半導体チップの固定
領域から外れた領域にボンディングパッドを有する導電
パターンが設けられた構造となっている。そして、ワイ
ヤは、半導体チップの広い基板面に接続されるととも
に、複数の前記ボンディングパッドに接続される構造と
なっている。

【０００８】

【作用】上記の手段によれば、本発明の光電子装置にあ
っては、半導体チップに対するワイヤの接続は、広い面
積となる半導体基板面に接続されるため、ワイヤボンデ
ィングの余裕度が高くなるとともに、活性層は半導体基
板の反対面側に位置するためワイヤ接続位置から遠く、
仮に活性層の共振器近傍に対面する半導体基板部分にワ
イヤが接続されても共振器が損傷されることはなく、動
作寿命の低下が引き起こされることがないため、光電子
装置の長寿命化が達成できる。

【０００９】本発明の光電子装置にあっては、ワイヤボ
ンディングは広い面積の半導体基板面に行われるととも
に、サブマウントに設けた面積を大きく取れるボンディ
ングパッドに行われることから、ワイヤボンディングの
余裕度が高くなり、ワイヤボンディング作業性が高くな
るとともに、歩留りも向上する。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例による光電子装置に
おける半導体チップ固定状態を示す要部の斜視図、図２
は本発明の一実施例による半導体チップを示す斜視図、
図３は本発明の半導体チップの製造において、半導体基
板の主面に一層のエピタキシャル成長層を形成しかつ選
択エッチングした状態を示す断面図、図４は同じく多層
成長層を形成しかつメサアイソレーションをした半導体
基板を示す断面図、図５は同じく選択的に絶縁膜を形成
した半導体基板を示す断面図、図６は同じく半導体基板
の表裏面にそれぞれ電極を形成した状態を示す半導体基
板の断面図、図７は同じく半導体チップを固定するサブ
マウントを示す斜視図、図８は本発明の光電子装置の要
部を示す断面図である。

【００１１】この実施例では、内部狭窄型、すなわちＰ
−ＣＳＰ（ＰｔｙｐｅＣｈａｎｎｅｌｅｄＳｕｂｓ
ｔｒａｔｅＰｌａｎａｒ）型半導体レーザに本発明を
適用した例について説明する。この半導体チップ１で
は、メサアイソレーションによって多層成長層を３つに
電気的に独立させて３つのアイソレート多層成長層２の
共振器からそれぞれレーザ光（光束）３を発行させるレ
ーザアレイ素子となっている。半導体レーザアレイ（マ
ルチビームレーザ）は、発振波長８３０ｎｍのレーザ光
を発光する素子であり、組み込まれて、たとえば光ディ
スクメモリ用光源として適した高出力半導体レーザアレ
イ装置（光電子装置）となる。

【００１２】半導体チップ１は、図２に示されるよう
に、ｐ形ＧａＡｓからなる半導体基板５の主面に設けた
多層成長層６をメサアイソレーションして３つのアイソ
レート多層成長層２を形成してある。そして、それぞれ
のアイソレート多層成長層２の共振器７の両端からレー
ザ光３を発光するようになっている。この例では、レー
ザ光３は同一波長となっているが、多層成長層各部の組
成，混晶比，寸法等を変えて、それぞれ異なる波長のレ
ーザ光を発光するようにして、波長多重通信に適した半
導体レーザとしてもよい。

【００１３】ここで、前記半導体チップ１の製造方法
を、図３〜図６を参照しながら説明することによって、
半導体チップ１の構造について説明する。半導体チップ
１の製造においては、図３に示すように、ｐ形ＧａＡｓ
からなる数百μｍの厚さの半導体基板５が用意される。
そして、この半導体基板５の主面には、ｎ形ＧａＡｓ層
８が形成されるとともに、常用のホトリソグラフィによ
って選択的にマスク９が設けられる。その後、このマス
ク９を利用して選択的なエッチングが行われ、図３に示
すようなストライプ状のチャネル（溝）１０が設けられ
る。このチャネル１０は下層の半導体基板５にも到達し
ている。前記ｎ形ＧａＡｓ層８は電流狭窄層１１とな
る。

【００１４】つぎに、前記マスク９は除去され、半導体
基板５の主面には、図４に示すように、ｐ形ＧａＡｓか
らなる厚さ０．２μｍ程度のクラッド層１５，ＧａＡｌ
Ａｓからなる厚さ７００Å程度の活性層１６，ｎ形Ｇａ
ＡｌＡｓからなる厚さ２μｍ程度のクラッド層１７，ｎ
形ＧａＡｓからなる厚さ１０μｍ程度のキャップ層１８
が順次エピタキシャル成長法によって形成される。そし
て、前記ｎ形ＧａＡｓ層８，クラッド層１５，活性層１
６，クラッド層１７からなる多層成長層６は、常用のホ
トリソグラフィによって選択的にエッチングが行われ
る。すなわち、前記多層成長層６の表面には、選択的に
マスク２０が設けられ、その後エッチングされる。この
エッチング、すなわちメサアイソレーションでは、前記
ｎ形ＧａＡｓ層８を通過して半導体基板５に達するスト
ライプ状の溝２１が設けられる。前記溝２１の形成によ
って電気的に独立したアイソレート多層成長層２が形成
される。これらアイソレート多層成長層２において、前
記チャネル１０に対応する活性層１６部分が、図２にお
いて一点鎖線で示される共振器７となる。前記アイソレ
ート多層成長層２の上面の幅は約２００μｍ程度であ
り、溝２１のピッチは二百数十μｍとなる。

【００１５】つぎに、前記マスク２０は除去される。つ
いで、図５に示すように、半導体基板５の主面、すなわ
ち、多層成長層６側全域に、０．２〜０．６μｍ程度の
厚さの絶縁膜（ＳｉＯ₂膜）２２が形成される。また、
この絶縁膜２２は、常用のホトリソグラフィによって形
成されたホトレジストによるマスク２３を利用して選択
的にエッチングされる。このエッチングによって、前記
メサアイソレーションによって形成されたアイソレート
多層成長層２の上面部分が露出する。

【００１６】つぎに、前記半導体基板５のアイソレート
多層成長層２側に金属層が蒸着によって形成されるとと
もに、前記マスク２３が除去される。このマスク２３の
除去によってマスク２３上の金属層は除去（リフトオ
フ）され、図６に示されるように前記アイソレート多層
成長層２の上面には、電極（カソード電極）２５が形成
される。この電極２５は、図２に示すようにその幅がＷ
となり、長さは共振器７と同一のＬとなる。また、前記
半導体基板５の裏面（図中下面）は所定厚さエッチング
されて薄くされ、全体で１００μｍ程度となる。また、
半導体基板５の裏面には電極（アノード電極）２６が形
成される。この半導体基板５は縦横に分断（レーザ発光
面は劈開面）され、図２に示されるような半導体チップ
１が製造される。

【００１７】一方、この半導体チップ１は、図１に示さ
れるように、ヒートシンク２９に接合材３０を介して固
定されたサブマウント３１の主面に、多層成長層６側が
接触するように固定される。前記サブマウント３１は図
７に示されるように絶縁板で形成されるが、その主面に
は導電パターン３２が形成されている。この導電パター
ン３２は、前記半導体チップ１のカソード電極２５に対
応する長さＬ，幅Ｗとなる電極搭載部３３と、半導体チ
ップ１の固定領域から外れて設けられたボンディングパ
ッド３４と、これらボンディングパッド３４と前記電極
搭載部３３を連結する配線部３５とからなっている。ま
た、前記電極搭載部３３は、その一端がサブマウント３
１の一端に一致するように設けられ、レーザ光３の接合
材によるケラレを防止している。しかし、電極搭載部３
３の他端は平坦なサブマウント３１上に位置するため、
この電極搭載部３３から延在する配線部３５を長く延在
させると、モニター側のレーザ光３が、この配線部３５
面で反射し、モニター出力が低下するため、前記電極搭
載部３３から延在する配線部３５をすぐに横方向に屈曲
させてある。

【００１８】このようなサブマウント３１に対して、図
１に示すように、半導体チップ１は多層成長層６におけ
るｐｎ接合（ジャンクション）が下となる状態、いわゆ
るジャンクションダウンで図示しない接合材を介して固
定される。また、前記サブマウント３１の主面のボンデ
ィングパッド３４には、給電用のワイヤ３７が接続され
る。また、半導体チップ１の裏面、すなわち、半導体基
板５にもワイヤ３７が接続される。これらワイヤの接続
（ワイヤボンディング）においては、前記ボンディング
パッド３４がサブマウント３１の主面に所望のパターン
で形成できかつその寸法も余り制約されない。したがっ
て、ボンディングパッド３４は、ワイヤボンディングを
余裕をもって行なえる寸法やパターンに形成できること
と、半導体チップ１に対しては、半導体基板５の全域の
何処にワイヤボンディングを行ってもよいことから、ワ
イヤボンディングの余裕度が向上する。また、ワイヤボ
ンディングを前記共振器７の近傍に対応する半導体基板
５面に行っても、半導体基板５の面から共振器７の位置
までは９０μｍ以上の距離があることから、共振器７を
損傷させることがない。また、電極（アノード電極）２
５側にあっては、電極２５以外の部分、すなわちアイソ
レート多層成長層２の表面は絶縁膜２２で被われている
ことから、隣合うアイソレート多層成長層２の電極２５
が電気的に接触することはない。

【００１９】本発明の光電子装置は、図８に示すような
構造となっている。すなわち、光電子装置はステム４０
と、このステム４０の主面に取り付けられたキャップ４
１とからなっている。前記ステム４０には絶縁体４２を
介して５本のリード４３が貫通状態で固定されている。
また、前記ステム４０の主面中央には、ヒートシンク２
９が固定されている。そして、このヒートシンク２９の
一側上端部にサブマウント３１が固定され、かつこのサ
ブマウント３１の主面に前記の半導体チップ１がジャン
クションダウンで固定される。また、前記ステム４０の
主面の傾斜面には受光素子４５が固定されている。この
受光素子４５は、前記サブマウント３１に固定された半
導体チップ１のモニター側のレーザ光（同図では図示し
ない）を受光するようになっている。また、この受光素
子４５および半導体チップ１の各電極（半導体基板５の
裏面の電極２６，半導体チップ１の多層成長層６側の３
つの電極２５に電気的に接続される３つのボンディング
パッド３４）と、前記５本のリード４３は、それぞれワ
イヤ３７で電気的に接続されている。また、前記キャッ
プ４１は、その天井部分は開口され、この開口部分に
は、ガラス等からなる透明板４６が気密的に取り付けら
れている。このような光電子装置では、複数のリード４
３全体に、あるいは選択的に電圧を印加すれば、全部の
共振器７からあるいは一部の共振器７からレーザ光３を
発光する。

【００２０】

【発明の効果】（１）本発明の光電子装置は、半導体チ
ップがジャンクションダウンでサブマウントに固定され
るため、アイソレート多層成長層の幅が狭くなっても、
従来のような多層成長層側へのワイヤボンディング作業
が不要となるため、共振器の損傷がなく、半導体チップ
の寿命低下が防止できるという効果が得られる。

【００２１】（２）本発明の光電子装置は、半導体チッ
プがジャンクションダウンでサブマウントに固定される
ため、アイソレート多層成長層の幅が狭くなっても、従
来のような多層成長層側への面倒なワイヤボンディング
作業が不要となるため、作業が容易となるとともに、接
続歩留りが向上するという効果が得られる。

【００２２】（３）本発明の光電子装置では、半導体チ
ップに接続されるワイヤは、半導体基板面に接続され、
従来のような多層成長層側でないことから、たとえば、
ワイヤボンディングを共振器の近傍に対応する半導体基
板面に行っても、半導体基板の面から共振器の位置まで
は９０μｍ以上の距離があることから、共振器を損傷さ
せることがなく、動作寿命の低下を引き起こさなくな
り、光電子装置の長寿命化が達成できるという効果が得
られる。

【００２３】（４）本発明の光電子装置にあっては、ジ
ャンクションダウンによる半導体チップにおいて、多層
成長層側はアノード電極を除く部分が絶縁膜で被われて
いることから、隣合うアイソレート多層成長層の電極同
士が電気的に接触することはなくショートを起こすこと
がないという効果が得られる。

【００２４】（５）上記（１）〜（４）により、本発明
によれば、動作寿命が長くかつ製造コストの低減が図れ
る光電子装置を提供することができるという相乗効果が
得られる。

【００２５】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、
図９〜図１１は本発明の他の実施例によるマルチビーム
レーザである。この実施例では、アイソレート多層成長
層２を２つとし、２本のレーザ光３を発光するようにな
っている。この例では、サブマウント３１は導電性材料
で形成し、主面の一部に絶縁膜５０（たとえば、ＳｉＯ
₂，Ａｌ₂Ｏ₃）を設け、この絶縁膜５０上に所望の導
電パターン３２を形成してなるものである。この例で
は、前記実施例が享受する効果に加えて、一方のアイソ
レート多層成長層２の電極２５用の導電パターン３２は
設ける必要がないという特長がある。

【００２６】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高出力
半導体レーザ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、波長
多重通信用半導体レーザの製造技術などに適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光電子装置における半
導体チップ固定状態を示す要部の斜視図である。

【図２】本発明の一実施例による半導体チップを示す斜
視図である。

【図３】本発明の半導体チップの製造において、半導体
基板の主面に一層のエピタキシャル成長層を形成しかつ
選択エッチングした状態を示す断面図である。

【図４】本発明の半導体チップの製造において、半導体
基板の主面に多層成長層を形成しかつメサアイソレーシ
ョンをした半導体基板を示す断面図である。

【図５】本発明の半導体チップの製造において、メサ表
面に絶縁膜を形成した半導体基板を示す断面図である。

【図６】本発明の半導体チップの製造において、半導体
基板の表裏面にそれぞれ電極を形成した状態を示す半導
体基板の断面図である。

【図７】本発明の光電子装置における半導体チップを固
定するサブマウントを示す斜視図である。

【図８】本発明の光電子装置の要部を示す断面図であ
る。

【図９】本発明の他の実施例よる光電子装置における半
導体チップ固定状態を示す要部の斜視図である。

【図１０】本発明の他の実施例よる光電子装置における
半導体チップを示す斜視図である。

【図１１】本発明の他の実施例よる光電子装置における
サブマウントを示す斜視図である。

【符号の説明】

１…半導体チップ、２…アイソレート多層成長層、３…
レーザ光、５…半導体基板、６…多層成長層、７…共振
器、８…ｎ形ＧａＡｓ層、９…マスク、１０…チャネ
ル、１１…電流狭窄層、１５…クラッド層、１６…活性
層、１７…クラッド層、１８…キャップ層、２０…マス
ク、２１…溝、２２…絶縁膜、２３…マスク、２５，２
６…電極、２９…ヒートシンク、３０…接合材、３１…
サブマウント、３２…導電パターン、３３…電極搭載
部、３４…ボンディングパッド、３５…配線部、３７…
ワイヤ、４０…ステム、４１…キャップ、４２…絶縁
体、４３…リード、４５…受光素子、４６…透明板、５
０…絶縁膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の主面に設けた多層成長層を
メサアイソレーションして所望数の発光部となした半導
体チップを支持体に固定してなる光電子装置であって、
前記半導体チップは多層成長層表面が支持体に固定され
る構造となるとともに、前記支持体の表面には前記半導
体チップの各電極にそれぞれ接触しかつ半導体チップ固
定領域外にボンディングパッドが延在する導電パターン
を有し、前記半導体チップの電極と外部端子とを電気的
に接続するワイヤの一端は前記ボンディングパッドおよ
び半導体チップの基体面にそれぞれ接続されていること
を特徴とする光電子装置。
【請求項２】前記半導体チップは複数の発光部を有す
る半導体レーザチップであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光電子装置。