JPH07273370A - Optical semiconductor device - Google Patents
Optical semiconductor deviceInfo
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- JPH07273370A JPH07273370A JP5840294A JP5840294A JPH07273370A JP H07273370 A JPH07273370 A JP H07273370A JP 5840294 A JP5840294 A JP 5840294A JP 5840294 A JP5840294 A JP 5840294A JP H07273370 A JPH07273370 A JP H07273370A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光記録、光通信、光計
測等に用いられる光半導体装置及びその製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device used for optical recording, optical communication, optical measurement and the like, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、光電変換により、光信号を電気
信号に変換する若しくは、電気信号を光信号に変換する
ものに、光半導体装置がある。例えば、特開昭６２−２
５０５２８号公報に記載される構成の光半導体装置があ
る。図６（ａ）には、その光半導体装置の構成を示し、
同図（ｂ）には回路図を示す。2. Description of the Related Art Generally, an optical semiconductor device is one that converts an optical signal into an electrical signal or an electrical signal into an optical signal by photoelectric conversion. For example, JP-A-62-2
There is an optical semiconductor device having a structure described in Japanese Patent No. 50528. FIG. 6A shows the configuration of the optical semiconductor device,
A circuit diagram is shown in FIG.
【０００３】この光半導体装置は、半導体基板１０１の
一主面側の表面に形成された第１コーティング層１０２
および第２コーティング層１０３と、前記半導体基板１
０１の表面の一部で前記第１コーティング層１０２との
間に形成された受光素子１０４と、前記第２のコーティ
ング層１０３上に半田層１０６を介して、配置された半
導体レーザー素子１０５と、接着剤層１０９を介して多
層コーティングによるハーフミラー１０８と、前記ハー
フミラー１０８を底面にして形成されるプリズム１０７
とで構成される。In this optical semiconductor device, a first coating layer 102 formed on the surface of the semiconductor substrate 101 on the one main surface side.
And the second coating layer 103 and the semiconductor substrate 1
A light receiving element 104 formed between the first coating layer 102 and a part of the surface of 01, and a semiconductor laser element 105 arranged on the second coating layer 103 via a solder layer 106, A half mirror 108 formed by multilayer coating via an adhesive layer 109, and a prism 107 formed with the half mirror 108 as a bottom surface.
Composed of and.
【０００４】図６（ｂ）には、このように構成された光
半導体装置の回路構成を示し説明する。ここで、図６
（ｂ）に示した構成部材で図６（ａ）に示した部材と同
等の部材には同じ参照符号を付し、その説明を省略す
る。FIG. 6B shows a circuit configuration of the optical semiconductor device having such a configuration, which will be described. Here, FIG.
In the constituent members shown in FIG. 6B, the same members as those shown in FIG. 6A are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【０００５】この光半導体装置において、前記半導体レ
ーザー素子１０５と、該半導体レーザー素子１０５を駆
動する電源１１１と、半導体基板１０１、第１，第２コ
ーティング層１０２、１０３、半田層１０６からなるコ
ンデンサ１１２と、受光素子１０４の出力を検出するオ
ペアンプ１１３とで構成される。In this optical semiconductor device, the semiconductor laser element 105, a power source 111 for driving the semiconductor laser element 105, a capacitor 112 including a semiconductor substrate 101, first and second coating layers 102 and 103, and a solder layer 106. And an operational amplifier 113 that detects the output of the light receiving element 104.
【０００６】次に、このように構成された光半導体装置
の動作を説明する。まず電源１１１によって駆動された
半導体レーザー素子１０５からの出射光１１０ａの一部
は、プリズム１０７の面１０７ａで反射し、経路１１０
ｆを経て図示しない光ディスク等の対象物に照射され
る。また、対象物からの反射光は、再び経路１１０ｆを
経て面１０７ａに達し、一部はプリズム１０７中に入射
し、経路１１０ｒを経てハーフミラー１０８、接着剤層
１０９を透過し、受光素子１０４に達し、反射光の強度
が電気的な出力に変換される。Next, the operation of the optical semiconductor device thus configured will be described. First, a part of the emitted light 110 a from the semiconductor laser element 105 driven by the power supply 111 is reflected by the surface 107 a of the prism 107, and the path 110
An object such as an optical disk (not shown) is irradiated via f. Further, the reflected light from the object reaches the surface 107a again via the path 110f, partly enters the prism 107, passes through the half mirror 108 and the adhesive layer 109 via the path 110r, and reaches the light receiving element 104. Reached and the intensity of the reflected light is converted into an electrical output.
【０００７】そして受光素子１０４の出力は、オペアン
プ１１３によって検出され、外部に送られる。この際、
半田層１０６を流れる半導体レーザー素子１０５を駆動
する電流が受光素子１０４に対して影響するのを防止す
るために、第１または第２コーティング層１０２、１０
３のいずれか一方に電気絶縁性の材料を用いることによ
って、半田層１０６と半導体基板１０１は電気的に分離
される。このように、従来の光半導体装置においては、
光源及び受光の機能を併せもった小型の光半導体装置を
実現していた。The output of the light receiving element 104 is detected by the operational amplifier 113 and sent to the outside. On this occasion,
In order to prevent the current for driving the semiconductor laser element 105 flowing through the solder layer 106 from affecting the light receiving element 104, the first or second coating layers 102, 10
The solder layer 106 and the semiconductor substrate 101 are electrically separated by using an electrically insulating material for either one of the three. Thus, in the conventional optical semiconductor device,
A small optical semiconductor device having both a light source and a light receiving function has been realized.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述した
従来技術による光半導体装置は、以下に示す問題点があ
る。図６（ａ）から明らかなように、半導体基板１０１
と半田層１０６は第１および第２コーティング層１０
２、１０３を介して、平行平板コンデンサを形成してい
る。However, the above-described conventional optical semiconductor device has the following problems. As is apparent from FIG. 6A, the semiconductor substrate 101
And the solder layer 106 includes the first and second coating layers 10
A parallel plate capacitor is formed via 2 and 103.
【０００９】これは、図６（ｂ）の回路中に示したコン
デンサ１１２に対応している。このため、半田層１０６
−コーティング層１０２、１０３−半導体基板１０１間
には電気容量（Ｃmos ：絶縁層が酸化シリコンの場合に
はＭＯＳ容量と称され、以下ＭＯＳ容量と称する）が生
じる。このＭＯＳ容量の値は半田層１０６−半導体基板
１０１間に印加される電位差や半導体基板１０１のキャ
リア濃度によって異なるが、最大の近似値として、 Ｃmos ＝ε0 ×ε1 ×ε2 ×Ｓ／（ｔ1 ×ε2 ＋ｔ2 ×
ε1 ） で表わすことができる。但し、ε1 ，ε2 はコーティン
グ層１０２、１０３の比誘電率、ε0 は真空の誘電率、
Ｓは電極の面積、ｔ1 ，ｔ2 はコーティング層１０２、
１０３の厚さである。This corresponds to the capacitor 112 shown in the circuit of FIG. 6 (b). Therefore, the solder layer 106
-Electrical capacitance (C mos : referred to as MOS capacitance when the insulating layer is silicon oxide, hereinafter referred to as MOS capacitance) occurs between the coating layers 102 and 103 and the semiconductor substrate 101. The value of this MOS capacitance varies depending on the potential difference applied between the solder layer 106 and the semiconductor substrate 101 and the carrier concentration of the semiconductor substrate 101, but as a maximum approximate value, C mos = ε 0 × ε 1 × ε 2 × S / (T 1 × ε 2 + t 2 ×
It can be represented by ε 1 ). Here, ε 1 and ε 2 are relative permittivities of the coating layers 102 and 103, ε 0 is a vacuum permittivity,
S is the area of the electrode, t 1 and t 2 are the coating layers 102,
The thickness is 103.
【００１０】このＣmos は、寄生容量として半導体レー
ザー素子１０５の高速動作特性の悪化の原因となるた
め、なるべく小さな値にする必要がある。そのために
は、コーティング層の厚さｔ1 ，ｔ2 を増加するという
手法が考えられる。Since this C mos causes deterioration of the high-speed operation characteristics of the semiconductor laser device 105 as a parasitic capacitance, it has to be made as small as possible. For that purpose, a method of increasing the thicknesses t 1 and t 2 of the coating layer can be considered.
【００１１】ところが、寄生容量を減少するために絶縁
層の厚さｔ1 ，ｔ2 を厚くすると、半導体レーザー素子
１０５から半田層１０６、コーティング層１０３、１０
２を経て半導体基板１０１に至る放熱経路の障害とな
り、半導体レーザー素子１０５の放熱性が悪化するとい
う問題が生じる。However, when the thicknesses t 1 and t 2 of the insulating layers are increased in order to reduce the parasitic capacitance, the semiconductor laser element 105 to the solder layer 106, the coating layers 103 and 10 are formed.
Then, the heat radiation path to the semiconductor substrate 101 via 2 becomes an obstacle, and the heat radiation of the semiconductor laser element 105 deteriorates.
【００１２】この従来例は、コーティング層が２層の例
であるが、１層又は３層以上の場合であっても同様な問
題が生じる。従って、従来の光半導体装置は、半田層−
半導体基板間の寄生容量の低減と、半導体レーザー素子
の放熱性の向上がトレードオフの関係にあった。よっ
て、高速動作特性に優れ、かつ放熱性が良好な小型の光
半導体装置を得る事が困難であるという問題点があっ
た。そこで本発明は、発光素子と半導体基板間の電気容
量が小さく、高速時の動作特性が良好な光半導体装置を
提供することを目的とする。This conventional example is an example in which the coating layer is two layers, but the same problem occurs even when the coating layer is one layer or three or more layers. Therefore, the conventional optical semiconductor device is
There is a trade-off relationship between reduction of parasitic capacitance between semiconductor substrates and improvement of heat dissipation of a semiconductor laser device. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain a small-sized optical semiconductor device having excellent high-speed operation characteristics and good heat dissipation. Therefore, an object of the present invention is to provide an optical semiconductor device having a small electric capacitance between a light emitting element and a semiconductor substrate and excellent operating characteristics at high speed.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、表面近傍に電子デバイスを形成した半導体
基板と、前記半導体基板上の少なくとも電子デバイス上
に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された発光
素子と、前記発光素子下方の前記半導体基板中に形成さ
れ、前記絶縁層と直列的に接続するｐｎ接合領域とで構
成される光半導体装置を提供する。尚、ここで発光素子
とは、半導体レーザ素子や発光ダイオードを含む概念で
あるIn order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate having an electronic device formed in the vicinity of its surface, an insulating layer formed on at least the electronic device on the semiconductor substrate, Provided is an optical semiconductor device including a light emitting element arranged on an insulating layer and a pn junction region formed in the semiconductor substrate below the light emitting element and connected in series with the insulating layer. Here, the light emitting element is a concept including a semiconductor laser element and a light emitting diode.
【００１４】[0014]
【作用】以上のような構成の光半導体装置は、発光素子
下部の半導体基板中に形成されたｐｎ接合により発光素
子と半導体基板間に介する電気的絶縁層によって発生す
る電気容量と直列に結合された電気容量を発生し、発光
素子と半導体基板間の寄生容量が減少され、発光素子の
放熱性を妨げずに高速動作が可能になる。In the optical semiconductor device having the above-described structure, the pn junction formed in the semiconductor substrate under the light emitting element is coupled in series with the electric capacity generated by the electrically insulating layer interposed between the light emitting element and the semiconductor substrate. Generated electric capacitance, the parasitic capacitance between the light emitting element and the semiconductor substrate is reduced, and high-speed operation is possible without hindering the heat dissipation of the light emitting element.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。本発明による第１実施例としての光半導体
装置の概要について、図１及び図２を参照して説明す
る。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. An outline of an optical semiconductor device as a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【００１６】まず、図１は上から見た斜視図であり、図
２（ａ）は主要部の断面構造を示す図であり、図２
（ｂ）はその等価回路を示す図である。この光半導体装
置においては、ｎ型半導体基板１の表面側からエッチン
グ等によりテーパーを有する凹状に除去され、斜面２
ａ、２ｂと底面４が形成される。この斜面２ｂ上の一部
には、金属薄膜による反射面３が形成される。前記底面
４上に絶縁層５、素子搭載用の電極６が形成され、さら
に図示しない半田層を介して半導体レーザー素子７が配
置されている。尚、図において、８ａは、前記半導体レ
ーザー素子７による前記半導体レーザー素子７による前
方出射光を示し、８ｂはこの前方出射光の図示しない対
象物からの反射光、９は、半導体レーザー素子７の後方
出射光がある。First, FIG. 1 is a perspective view seen from above, and FIG. 2 (a) is a view showing a sectional structure of a main part.
(B) is a figure which shows the equivalent circuit. In this optical semiconductor device, the sloped surface 2 is removed from the surface side of the n-type semiconductor substrate 1 into a tapered concave shape by etching or the like.
a, 2b and the bottom surface 4 are formed. A reflection surface 3 made of a metal thin film is formed on a part of the slope 2b. An insulating layer 5 and an element mounting electrode 6 are formed on the bottom surface 4, and a semiconductor laser element 7 is arranged via a solder layer (not shown). In the figure, 8a represents the forward emission light of the semiconductor laser element 7 by the semiconductor laser element 7, 8b represents the reflected light of the forward emission light from an object (not shown), and 9 represents the semiconductor laser element 7. There is backward emission light.
【００１７】そして、断面構造においては、半導体レー
ザ素子７下部のｎ型半導体基板１中に形成されたｐ型半
導体領域１０と、該ｐ型半導体領域１０の境界面をなす
ｐｎ接合部１０ａと、ｐ型半導体領域からなる受光素子
１２と、該受光素子１２の信号用の電極１３がある。ま
た外部と接続するための外部接続用電極１５と、半導体
レーザー素子７と、外部接続用電極１５の間を配線する
ボンディングワイヤ１４と、電極６及び電極１３から引
き出された外部接続用電極１６、１７とが設けられてい
る。In the sectional structure, a p-type semiconductor region 10 formed in the n-type semiconductor substrate 1 below the semiconductor laser element 7 and a pn junction 10a forming a boundary surface of the p-type semiconductor region 10 are formed. There are a light receiving element 12 formed of a p-type semiconductor region and a signal electrode 13 of the light receiving element 12. Further, an external connection electrode 15 for connecting to the outside, the semiconductor laser element 7, a bonding wire 14 for wiring between the external connection electrode 15, an external connection electrode 16 drawn out from the electrode 6 and the electrode 13, And 17 are provided.
【００１８】本実施例では、半導体基板の表面近傍に形
成した電子デバイスは、受光素子を例としたが、これに
限定されるものではなく、トランジスタ及びそれらの集
積回路等であってもよい。また前記発光素子としては、
交番電流で駆動される素子を用いると、本発明の効果が
顕著である。In this embodiment, the electronic device formed in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate is a light receiving element as an example. However, the electronic device is not limited to this, and may be a transistor or an integrated circuit thereof. Further, as the light emitting element,
The effect of the present invention is remarkable when an element driven by an alternating current is used.
【００１９】図２（ｂ）は、図１に示す光半導体装置を
含む駆動回路の等価回路を示す。この回路においては、
前述した光半導体装置に、レーザー素子７を駆動する電
源１７と、受光素子１２の信号を検出するオペアンプ回
路２０とが設けられている。また電極６−絶縁層５−ｐ
型半導体領域１０間でコンデンサ１８と、ｐｎ接合１０
ａでコンデンサ１９が形成される。FIG. 2B shows an equivalent circuit of a drive circuit including the optical semiconductor device shown in FIG. In this circuit,
The optical semiconductor device described above is provided with a power supply 17 for driving the laser element 7 and an operational amplifier circuit 20 for detecting a signal from the light receiving element 12. Also, electrode 6-insulating layer 5-p
And a pn junction 10 between the type semiconductor regions 10.
The capacitor 19 is formed by a.
【００２０】次に、このように構成された光半導体装置
の動作について説明する。この光半導体装置において
は、電極６下方に形成する電極６−絶縁層５−ｐ型半導
体領域１０間でＭＯＳ容量（Ｃmos ）が発生する。ま
た、ｐ型半導体領域１０−ｎ半導体基板１間ではｐｎ接
合１０ａにおいてｐｎ接合容量（Ｃj ）が発生する。従
って、電極６−ｎ型半導体基板１間の電気容量Ｃtotal
はこれらの直列結合であるから、１／Ｃtotal ＝１／Ｃ
mos ＋１／Ｃj より Ｃtotal ＝１／（１／Ｃmos ＋１／Ｃj ） ＝Ｃmos ×Ｃj ／（Ｃmos ＋Ｃj ） ここで、Ｃmos ＞０、Ｃj ＞０なので、Ｃj＜Ｃmos ＋
Ｃj 、すなわちＣj／（Ｃmos ＋Ｃj ）＜１ 従って、 Ｃtotal ＜Ｃmos となる。Next, the operation of the optical semiconductor device thus configured will be described. In this optical semiconductor device, a MOS capacitance (C mos ) is generated between the electrode 6-insulating layer 5-p type semiconductor region 10 formed below the electrode 6. In addition, a pn junction capacitance (C j ) is generated in the pn junction 10a between the p-type semiconductor regions 10-n semiconductor substrate 1. Therefore, the electric capacitance C total between the electrode 6 and the n-type semiconductor substrate 1
Is a series combination of these, 1 / C total = 1 / C
From mos + 1 / C j C total = 1 / (1 / C mos + 1 / C j ) = C mos × C j / (C mos + C j ), where C mos > 0 and C j > 0, so C j <C mos +
C j , that is, C j / (C mos + C j ) <1, therefore C total <C mos .
【００２１】以上示したように、本実施例の光半導体装
置によれば、絶縁層５を厚くすることなく、半導体レー
ザー素子７の寄生容量を低下する効果を得ることができ
る。従って、この光半導体装置は、発光素子下部の半導
体基板中に形成されたｐｎ接合の存在により、発光素子
と半導体基板間に介在する電気絶縁層によって発生する
電気容量と直列に結合された電気容量を発生するという
作用と、発光素子と半導体基板間の寄生容量を減少し、
発光素子の放熱性を妨げずに良好な高速動作特性を得る
ことができるという効果を得る。As described above, according to the optical semiconductor device of this embodiment, it is possible to obtain the effect of reducing the parasitic capacitance of the semiconductor laser element 7 without increasing the thickness of the insulating layer 5. Therefore, in this optical semiconductor device, due to the presence of the pn junction formed in the semiconductor substrate below the light emitting element, the electric capacity coupled in series with the electric capacity generated by the electric insulating layer interposed between the light emitting element and the semiconductor substrate. And the parasitic capacitance between the light emitting element and the semiconductor substrate are reduced,
An effect that good high-speed operation characteristics can be obtained without impairing the heat dissipation of the light emitting element is obtained.
【００２２】次に図３には、本発明による第２実施例と
しての光半導体装置の構成を示し説明する。ここで、第
２実施例の構成部材で図２に示した構成部材と同等の部
材には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。Next, FIG. 3 shows the structure of an optical semiconductor device as a second embodiment according to the present invention. Here, the same components as those shown in FIG. 2 in the components of the second embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００２３】図３（ａ）は、光半導体装置の主要部の断
面構造を示す図、同図（ｂ）は等価回路を示す図であ
る。この光半導体装置においては、図２に示した構成
に、さらにｐ型半導体領域からなる受光素子２１が設け
られ、受光素子２１の境界をなすｐｎ接合２１ａが形成
される。FIG. 3A is a diagram showing a sectional structure of a main part of the optical semiconductor device, and FIG. 3B is a diagram showing an equivalent circuit. In this optical semiconductor device, a light receiving element 21 formed of a p-type semiconductor region is further provided in the configuration shown in FIG. 2, and a pn junction 21a that forms a boundary of the light receiving element 21 is formed.
【００２４】このような構成の光半導体装置は、受光素
子２１が半導体レーザー素子７の後方出射光９を受光す
る受光素子として機能し、且つ電極６の寄生容量を低減
する機能として働く。この機能について、図３（ｂ）の
回路図を参照して説明する。図３（ｂ）の回路図から明
らかなように、素子搭載用の電極６と半導体基板１の間
は、コンデンサ１８と受光素子２１の直列結合となって
いる。ここで、受光素子２１は、図３（ａ）に示したｐ
ｎ接合２１ａの接合領域に電気容量が発生するため、素
子搭載用の電極６と半導体基板１の間の電気容量はコン
デンサ１８と、受光素子２１の電気容量の直列結合とな
る。In the optical semiconductor device having such a configuration, the light receiving element 21 functions as a light receiving element for receiving the backward emission light 9 of the semiconductor laser element 7, and also functions as reducing the parasitic capacitance of the electrode 6. This function will be described with reference to the circuit diagram of FIG. As is clear from the circuit diagram of FIG. 3B, the capacitor 18 and the light receiving element 21 are connected in series between the element mounting electrode 6 and the semiconductor substrate 1. Here, the light receiving element 21 has the p-type shown in FIG.
Since an electric capacitance is generated in the junction region of the n-junction 21a, the electric capacitance between the element mounting electrode 6 and the semiconductor substrate 1 is a series combination of the electric capacitances of the capacitor 18 and the light receiving element 21.
【００２５】従って、前述した第１実施例と同様に、電
極６の寄生容量を低減する効果が生じる。なお、本実施
例では、素子搭載用の電極６と受光素子の信号電極１３
の間の電気容量に関しては、前述した効果を得ることが
できないが、信号電極１３はその目的から当然、オペア
ンプ２０等の信号処理回路に接続されるものであって、
電源電位又は接地電位に直結されることはない。Therefore, as in the first embodiment, the effect of reducing the parasitic capacitance of the electrode 6 is obtained. In this embodiment, the electrode 6 for mounting the element and the signal electrode 13 of the light receiving element are provided.
Regarding the electric capacitance between the two, the effect described above cannot be obtained, but the signal electrode 13 is naturally connected to a signal processing circuit such as the operational amplifier 20 for the purpose.
It is not directly connected to the power supply potential or the ground potential.
【００２６】よって、素子搭載用の電極６と信号電極１
３の間に生じる容量は、半導体レーザー素子７の動作に
悪影響を及ぼさず、本実施例の効果を損なうことはな
い。この第２実施例の光半導体装置は、受光素子と発光
素子下部に形成されたｐｎ接合が共通であるため、受光
素子を発光素子の隣接した領域に配置することができる
という作用と、装置全体を小型化できるとともに発光素
子の出射端面近傍に受光素子を配置できるので、出射光
を効率良く受光できるという効果がある。Therefore, the element mounting electrode 6 and the signal electrode 1
The capacitance generated during 3 does not adversely affect the operation of the semiconductor laser device 7 and does not impair the effects of this embodiment. In the optical semiconductor device of the second embodiment, since the light receiving element and the pn junction formed under the light emitting element are common, it is possible to arrange the light receiving element in a region adjacent to the light emitting element, and the entire device. Since the light receiving element can be arranged in the vicinity of the emitting end face of the light emitting element, the emitted light can be efficiently received.
【００２７】次に図４には、本発明による第３実施例と
しての光半導体装置の断面構造を示し説明する。ここ
で、第３実施例の構成部材で図２に示した構成部材と同
等の部材には同じ参照符号を付して、その説明を省略す
る。Next, FIG. 4 shows a sectional structure of an optical semiconductor device as a third embodiment according to the present invention. Here, in the constituent members of the third embodiment, the same members as those shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００２８】この光半導体装置において、ｐ型半導体領
域からなる受光素子３１と、半導体レーザー素子７の下
部に形成されたｐ型半導体領域３２とを設ける。この領
域形成により、ｐ型半導体領域３２の境界をなすｐｎ接
合３２ａが形成される。また、ｐ型半導体領域３１、３
２を分離するｎ型半導体領域３３を形成する。この様な
構成は、ｐ型半導体領域３１、３２を予め一連のｐ型半
導体領域として形成した後、イオン打ち込み等の手法に
よってｎ型半導体領域３３を形成することによって実現
できる。また不純物拡散領域の分離は、エッチング等に
よって物理的に分離する手法を用いることもできる。In this optical semiconductor device, a light receiving element 31 formed of a p-type semiconductor region and a p-type semiconductor region 32 formed below the semiconductor laser element 7 are provided. By forming this region, a pn junction 32a that forms a boundary of the p-type semiconductor region 32 is formed. In addition, the p-type semiconductor regions 31, 3
An n-type semiconductor region 33 separating the two is formed. Such a configuration can be realized by forming the p-type semiconductor regions 31 and 32 as a series of p-type semiconductor regions in advance and then forming the n-type semiconductor region 33 by a method such as ion implantation. Further, the impurity diffusion regions can be separated by a method of physically separating them by etching or the like.
【００２９】第３実施例は、このような構成によって、
前述した第１、第２実施例と同様に、電極６−半導体基
板１間の寄生容量を低減できるという効果を得ることが
できる。 この第３実施例の光半導体装置は、受光素子
が発光素子下部に形成されたｐｎ接合から分離されてい
るため、受光素子の電気容量を小さくすることができる
という作用と、受光素子の電気容量低減によって応答性
の高い受光素子を備えた光半導体装置が実現できるとい
う効果がある。The third embodiment has the above structure.
Similar to the first and second embodiments described above, the effect of reducing the parasitic capacitance between the electrode 6 and the semiconductor substrate 1 can be obtained. In the optical semiconductor device of the third embodiment, since the light receiving element is separated from the pn junction formed below the light emitting element, the action of reducing the electric capacity of the light receiving element and the electric capacity of the light receiving element can be achieved. The reduction has the effect of realizing an optical semiconductor device including a light-receiving element with high response.
【００３０】次に図５には、本発明による第４実施例と
しての光半導体装置の断面構造を示し説明する。ここ
で、第４実施例の構成部材で図２に示した構成部材と同
等の部材にはおよ次参照符号を付して、その説明を省略
する。Next, FIG. 5 shows a sectional structure of an optical semiconductor device as a fourth embodiment according to the present invention, which will be described. Here, the members of the fourth embodiment which are the same as those shown in FIG. 2 are designated by the following reference numerals and the description thereof is omitted.
【００３１】この光半導体装置においては、図２に示し
た構成にさらに、ボンディングワイヤ１４によって発光
素子７と接続された外部接続用電極１５と、外部接続用
電極１５の下部のｎ型半導体基板１中に設けられたｐ型
半導体領域４１とが設けられ、さらに、ｐ型半導体領域
４１の境界をなすｐｎ接合４１ａが形成される。In this optical semiconductor device, in addition to the structure shown in FIG. 2, the external connection electrode 15 connected to the light emitting element 7 by the bonding wire 14 and the n-type semiconductor substrate 1 below the external connection electrode 15 are provided. The p-type semiconductor region 41 provided therein is provided, and further, a pn junction 41 a that forms a boundary of the p-type semiconductor region 41 is formed.
【００３２】このｐ型半導体領域４１は、ｐ型半導体領
域１０及び受光素子１２と同一の工程で形成することが
できる。前記ｐｎ接合４１ａは、第１実施例と同様の原
理で、外部接続用電極１５とｎ型半導体基板１間の電気
容量を低減する効果を得ることができる。The p-type semiconductor region 41 can be formed in the same process as the p-type semiconductor region 10 and the light receiving element 12. The pn junction 41a can obtain the effect of reducing the electric capacitance between the external connection electrode 15 and the n-type semiconductor substrate 1 based on the same principle as in the first embodiment.
【００３３】この第４実施例の光半導体装置は、発光素
子と接続された配線層下部の半導体基板中に形成された
ｐｎ接合によって、配線層と半導体基板間において、電
気絶縁層によって発生する電気容量と直列に結合された
電気容量を発生するという作用と、配線層と半導体基板
間の電気容量を減少し、発光素子駆動系全体の寄生容量
を低減することで良好な高速動作特性を得ることができ
る。In the optical semiconductor device of the fourth embodiment, the pn junction formed in the semiconductor substrate below the wiring layer connected to the light emitting element causes the electrical insulation layer to generate electricity between the wiring layer and the semiconductor substrate. To obtain good high-speed operation characteristics by reducing the capacitance between the wiring layer and the semiconductor substrate and reducing the parasitic capacitance of the entire light-emitting element drive system by the action of generating capacitance coupled in series with the capacitance. You can
【００３４】なお、上記実施形態をとる本発明は、以下
の様に構成できる。 （１）．実施例１〜３（図１〜４）に対応 表面に電子デバイスを形成した半導体基板と、前記半導
体基板上の少なくとも電子デバイス上に形成された絶縁
層と、前記絶縁層上に配置された発光素子と、前記発光
素子の下方で前記半導体基板中に形成された前記絶縁層
と直列的に接続するｐｎ接合領域とを有する光半導体装
置を提供する。The present invention having the above embodiment can be configured as follows. (1). Corresponding to Examples 1 to 3 (FIGS. 1 to 4) A semiconductor substrate having an electronic device formed on its surface, an insulating layer formed on at least the electronic device on the semiconductor substrate, and light emission arranged on the insulating layer. Provided is an optical semiconductor device having an element and a pn junction region connected in series with the insulating layer formed in the semiconductor substrate below the light emitting element.
【００３５】この光半導体装置により、発光素子下部の
半導体基板中に形成されたｐｎ接合によって、発光素子
と半導体基板間において、絶縁層によって発生する電気
容量と直列に発生する電気容量が発生するので、発光素
子と半導体基板間の寄生容量が減少して、発光素子の放
熱効果を妨げずに良好な高速動作特性を得ることができ
る。In this optical semiconductor device, the pn junction formed in the semiconductor substrate below the light emitting element generates an electric capacity generated in series with the electric capacity generated by the insulating layer between the light emitting element and the semiconductor substrate. As a result, the parasitic capacitance between the light emitting element and the semiconductor substrate is reduced, and good high-speed operation characteristics can be obtained without hindering the heat dissipation effect of the light emitting element.
【００３６】（２）．実施例２（図３）に対応 前記（１）において、表面近傍に受光素子からなる電子
デバイスを形成した半導体基板と、前記半導体基板上に
形成された電気絶縁層と、前記電気絶縁層上に配置され
た発光素子と、前記発光素子下部の前記半導体基板中に
形成されたｐｎ接合と、前記ｐｎ接合と前記受光素子が
共通の不純物拡散領域によって形成されていることを特
徴とする光半導体装置を提供する。(2). Corresponding to Example 2 (FIG. 3) In the above (1), a semiconductor substrate on which an electronic device including a light receiving element is formed near the surface, an electric insulating layer formed on the semiconductor substrate, and an electric insulating layer on the electric insulating layer An optical semiconductor device characterized in that a light emitting element arranged, a pn junction formed in the semiconductor substrate below the light emitting element, and the pn junction and the light receiving element are formed by a common impurity diffusion region. I will provide a.
【００３７】この光半導体装置により、受光素子と発光
素子下部に形成されたｐｎ接合が共通であるため、受光
素子を発光素子の近傍または隣接した領域に配置するこ
とができる。従って、装置全体を小型化できるととも
に、発光素子の出射端面近傍に受光素子を配置できるの
で、出射光を効率良く受光できる。With this optical semiconductor device, since the light receiving element and the pn junction formed below the light emitting element are common, the light receiving element can be arranged in the vicinity of or adjacent to the light emitting element. Therefore, the entire device can be downsized, and the light receiving element can be arranged near the emission end face of the light emitting element, so that the emitted light can be efficiently received.
【００３８】（３）．実施例３（図４）に対応 前記（１）において、表面近傍に受光素子からなる電子
デバイスを形成した半導体基板と、前記半導体基板上に
形成された電気絶縁層と、前記電気絶縁層上に配置され
た発光素子と、前記発光素子下部の前記半導体基板中に
形成されたｐｎ接合とで構成され、予め形成した共通の
不純物拡散領域を分離した２以上の不純物拡散領域によ
って前記ｐｎ接合と前記受光素子が形成されていること
を特徴とする光半導体装置を提供する。(3). Corresponding to Example 3 (FIG. 4) In the above (1), a semiconductor substrate on which an electronic device composed of a light receiving element is formed in the vicinity of the surface, an electric insulating layer formed on the semiconductor substrate, and an electric insulating layer on the electric insulating layer The pn junction and the pn junction are formed by two or more impurity diffusion regions that are formed by disposing the light emitting element and a pn junction formed in the semiconductor substrate below the light emitting element, and separating a common impurity diffusion region formed in advance. Provided is an optical semiconductor device having a light receiving element formed therein.
【００３９】この光半導体装置は、（２）の光半導体装
置が得る効果に加えて、受光素子が発光素子下部に形成
されたｐｎ接合から分離されているため、受光素子の電
気容量を小さくすることができる。In addition to the effect (2) obtained by the optical semiconductor device, this optical semiconductor device reduces the electric capacity of the light receiving element because the light receiving element is separated from the pn junction formed under the light emitting element. be able to.
【００４０】従って、この光半導体装置は、さらに、受
光素子の電気容量低減によって応答性の高い受光素子を
備えた光半導体装置が実現できる。 （４）．実施例４（図５）に対応 表面近傍に電子デバイスを形成した半導体基板と、前記
半導体基板上に形成された電気絶縁層と、前記電気絶縁
層上に配置された発光素子と、前記電気絶縁層上に形成
され前記発光素子と接続された配線層と、前記配線層下
部の前記半導体基板中に形成されたｐｎ接合とを有する
ことを特徴とする光半導体装置を提供する。Therefore, this optical semiconductor device can be further realized as an optical semiconductor device provided with a light-receiving element having high responsiveness by reducing the electric capacity of the light-receiving element. (4). Corresponding to Example 4 (FIG. 5) A semiconductor substrate having an electronic device formed in the vicinity of the surface, an electric insulating layer formed on the semiconductor substrate, a light emitting element arranged on the electric insulating layer, and the electric insulation. An optical semiconductor device comprising: a wiring layer formed on a layer and connected to the light emitting element; and a pn junction formed in the semiconductor substrate below the wiring layer.
【００４１】この光半導体装置は、発光素子と接続され
た配線層下部の半導体基板中に形成されたｐｎ接合によ
って、配線層と半導体基板間において、電気絶縁層によ
って発生する電気容量と直列に結合された電気容量を発
生する。従って、電気絶縁層による電気容量とｐｎ接合
による電気容量のと直列結合によって、配線層と半導体
基板間の電気容量を減少し、発光素子駆動系全体の寄生
容量を低減することで良好な高速動作特性が得られる。In this optical semiconductor device, the pn junction formed in the semiconductor substrate below the wiring layer connected to the light emitting element couples the wiring layer and the semiconductor substrate in series with the electric capacitance generated by the electric insulating layer. To generate a given electrical capacity. Therefore, the series coupling of the capacitance of the electrical insulation layer and the capacitance of the pn junction reduces the capacitance between the wiring layer and the semiconductor substrate, and reduces the parasitic capacitance of the entire light emitting element drive system, thereby achieving favorable high-speed operation. The characteristics are obtained.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、発
光素子下部の半導体基板中に形成されたｐｎ接合による
発光素子と半導体基板間に電気的絶縁層を形成し、介在
させる電気的絶縁層によって発生する電気容量と、ｐｎ
接合された不純物層による電気容量が直列に結合され、
発光素子と半導体基板間の寄生容量が減少され、発光素
子の放熱性を妨げずに、高速時の動作特性が良好な光半
導体装置を提供することができる。As described above in detail, according to the present invention, an electrical insulating layer is formed and interposed between a light emitting device by a pn junction formed in a semiconductor substrate below the light emitting device and the semiconductor substrate. Electric capacity generated by the insulating layer, and pn
The electric capacity due to the joined impurity layers is coupled in series,
It is possible to provide an optical semiconductor device in which the parasitic capacitance between the light emitting element and the semiconductor substrate is reduced, the heat dissipation of the light emitting element is not hindered, and the operating characteristics at high speed are excellent.
【図１】本発明による第１実施例としての光半導体装置
の外観を上から見た斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of the appearance of an optical semiconductor device as a first embodiment according to the present invention as seen from above.
【図２】図２（ａ）は、図１に示した光半導体装置の主
要部の断面構造を示す図、図２（ｂ）はその等価回路を
示す図である。2 (a) is a diagram showing a cross-sectional structure of a main part of the optical semiconductor device shown in FIG. 1, and FIG. 2 (b) is a diagram showing an equivalent circuit thereof.
【図３】図３（ａ）は、本発明による第２実施例として
の光半導体装置の主要部の断面構造を示す図、図３
（ｂ）はその等価回路を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing a sectional structure of a main part of an optical semiconductor device as a second embodiment according to the present invention, FIG.
(B) is a figure which shows the equivalent circuit.
【図４】本発明による第３実施例としての光半導体装置
の主要部の断面構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a sectional structure of a main part of an optical semiconductor device as a third embodiment according to the present invention.
【図５】本発明による第４実施例としての光半導体装置
の主要部の断面構造を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of a main part of an optical semiconductor device as a fourth embodiment according to the present invention.
【図６】従来の光半導体装置の構成及び回路を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing a configuration and a circuit of a conventional optical semiconductor device.
１…ｎ型半導体基板、２ａ、２ｂ…斜面、３…反斜面、
４…底面、５…絶縁層、６，１３…電極、７…半導体レ
ーザー素子、８ａ…前方出射光、８ｂ…反射光、９…後
方出射光、１０…ｐ型半導体領域、１０ａ…ｐｎ接合
部、１２…受光素子、１４…、１５，１６，１７…外部
接続用電極、１８，１９…コンデンサ、１９…、２０…
オペアンプ回路（オペアンプ）。1 ... N-type semiconductor substrate, 2a, 2b ... Slope, 3 ... Anti-slope,
4 ... Bottom surface, 5 ... Insulating layer, 6, 13 ... Electrode, 7 ... Semiconductor laser element, 8a ... Front emission light, 8b ... Reflected light, 9 ... Rear emission light, 10 ... P-type semiconductor region, 10a ... Pn junction part , 12 ... Light receiving element, 14 ..., 15, 16, 17 ... External connection electrodes, 18, 19 ... Capacitor, 19 ..., 20 ...
Op-amp circuit (op-amp).
Claims (1)
体基板と、 前記半導体基板上の少なくとも電子デバイス上に形成さ
れた絶縁層と、 前記絶縁層上に配置された発光素子と、 前記発光素子の下方で、前記半導体基板中に形成され、
前記絶縁層と直列的に接続するｐｎ接合領域と、を具備
することを特徴とする光半導体装置。1. A semiconductor substrate on which an electronic device is formed near the surface, an insulating layer formed on at least the electronic device on the semiconductor substrate, a light emitting element disposed on the insulating layer, and a light emitting element of the light emitting element. Formed below in the semiconductor substrate,
An optical semiconductor device, comprising: a pn junction region connected in series with the insulating layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5840294A JPH07273370A (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Optical semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5840294A JPH07273370A (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Optical semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273370A true JPH07273370A (en) | 1995-10-20 |
Family
ID=13083374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5840294A Withdrawn JPH07273370A (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Optical semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07273370A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6459711B1 (en) | 1999-01-13 | 2002-10-01 | Matsushita Electronics Corporation | Optical semiconductor device |
| JP2006073644A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor laser device |
| WO2012058180A2 (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | Air Motion Systems, Inc. | Large single chip led device for high intensity packing |
| JP2022066298A (en) * | 2020-05-27 | 2022-04-28 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting device |
-
1994
- 1994-03-29 JP JP5840294A patent/JPH07273370A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6459711B1 (en) | 1999-01-13 | 2002-10-01 | Matsushita Electronics Corporation | Optical semiconductor device |
| JP2006073644A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor laser device |
| WO2012058180A2 (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | Air Motion Systems, Inc. | Large single chip led device for high intensity packing |
| WO2012058180A3 (en) * | 2010-10-26 | 2012-07-19 | Air Motion Systems, Inc. | Large single chip led device for high intensity packing |
| JP2022066298A (en) * | 2020-05-27 | 2022-04-28 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting device |
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