JPH07283486A - 面発光レーザ実装構造 - Google Patents

面発光レーザ実装構造

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JPH07283486A
JPH07283486A JP6066945A JP6694594A JPH07283486A JP H07283486 A JPH07283486 A JP H07283486A JP 6066945 A JP6066945 A JP 6066945A JP 6694594 A JP6694594 A JP 6694594A JP H07283486 A JPH07283486 A JP H07283486A
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surface light
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Taketaka Kohama
剛孝 小濱
Yoshitaka Oiso
義孝 大磯
Seiji Fukushima
誠治 福島
Takashi Kurokawa
隆志 黒川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フェイスダウン構造による下面発光型の面発
光レーザにおいて、素子の熱特性が良く、高周波特性の
優れた面発光レーザの実装構造を提供することを目的と
する。 【構成】 発振波長に対して透明な半導体基板(1)上
に作製された面発光レーザ(2,3,4,5)と、面発
光レーザ(2,3,4,5)を駆動するためもしくは信
号を送るための電気配線(8)又は電子回路が搭載され
た基板(7)と、基板(7)と面発光レーザ(2,3,
4,5)とを電気的に接続するはんだバンプ(9)とか
らなることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、面発光レーザ実装構造
に関する。詳しくは、下面発光型の面発光レーザを、い
わゆるフェイスダウン構造で実装する構造に関する。
【0002】
【従来の技術】情報処理の高度化が進むにつれて、LS
Iの高集積化、大容量化が急速に進んでいるが、それと
共に電子デバイス素子の配線遅延あるいはクロストーク
などの問題が益々深刻化している。面発光レーザは、基
板面に対して垂直方向に共振器が構成され、かつ、垂直
方向に光が出射するので、このような課題を解決する光
インターコネクション用光源として重要である。
【0003】しかしながら、一般にレーザにおいては注
入電流に伴う活性層及びその回りの層の温度上昇によ
り、素子の出力飽和及び低下を招き、著しく性能特性を
劣化させる。特に、面発光レーザの場合、半導体多層膜
のうち上部にあるp型半導体多層膜が非常に高抵抗であ
り、また、構造上レーザの発振波長を決める共振器モー
ドが一つしかないため、一度熱が発生すると、利得のピ
ーク波長が長波長側にシフトし、ついにはレーザ発振が
止まってしまうことが知られている。
【0004】光インターコネクション用光源として嘱望
される0.85μm帯面発光レーザにおいては、半導体基板
として用いられるGaAs基板が動作波長において透明で
はないため、従来では、図5に示すように、半導体基板
表面から発振光Lを取り出す上面発光型に限られてい
た。
【0005】即ち、図5に示すように、基板07上にG
aAs基板01が載置されると共にGaAs基板01の上に
は、バッファ層02、第1の半導体光反射層03、活性
層04、第2の半導体光反射層05からなる面発光レー
ザアレイ構造が作製されている。
【0006】第2の半導体光反射層05及び活性層04
まで部分的にエッチングされてポリイミド010が充填
され、各素子の上には電極06が形成される一方、電極
06と基板07とがワイヤーボンディング08により接
続されている。このような面発光レーザに対して電流を
注入すると、図5中に示すように、半導体基板表面から
発振光Lが取り出されることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述した上面発光型の
面発光レーザでは、基板07と活性層04との距離が離
れているため、熱放散性が悪く、また、上部電極取り出
しのためのワイヤボンディング08が必要であるため、
素子の高周波特性に限界があり、素子の高速性等を考え
たときに不利であった。
【0008】そこで、図6に示すように、フェイスダウ
ン構造で実装した下面発光型の面発光レーザが考えられ
る。即ち、半導体基板であるGaAs基板01の一部分を
エッチングで除去し、上下をひっくり返したいわゆるフ
ェイスダウン構造を採用し、基板07上に載置した後、
はんだバンプ09を用いて実装するのである。このよう
な面発光レーザでは、図6に示すように、発振光LがG
aAs基板01の裏面から発振光Lが取り出されることに
なる。
【0009】しかし、下面発光型の場合、図6に示すよ
うに、GaAs基板01の一部分をエッチングで除去しな
ければならないため、エッチングの歩留り等の問題が非
常に大きい。本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、フェイスダウン構造による下面発光型の面
発光レーザにおいて、素子の熱特性が良く、高周波特性
の優れた面発光レーザの実装構造を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、発振波長に対して透明な半導体基板を用
い、該半導体基板の裏面から光を取り出す下面発光型レ
ーザをフェイスダウン構造で実装したものである。特
に、0.85μmにおいて透明なAlGaAs基板上に作製さ
れた面発光レーザを用いて、熱伝導性に優れたAlN基
板或いはサファイヤ基板にはんだバンプによって上面発
光レーザをフェイスダウン構造で実装することによっ
て、素子の出力上昇、高周波特性が改善される。更に、
上記面発光レーザとFET回路とをはんだバンプによっ
て同一AlN基板或いはサファイヤ基板上に前記面発光
レーザの特性を劣化させることなく実装することも可能
となった。
【0011】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。
【0012】〔実施例1〕本発明の面発光レーザの実装
構造に係る第1の実施例を図1に示す。本実施例は、発
振波長に対して透明な半導体基板としてAlGaAs基板
1を用い、電気配線が搭載された基板として、熱伝導性
に優れたAlN基板7を用いたものである。
【0013】先ず、厚さ300μmのn型AlGaAs基
板1の上に、n−GaAsバッファ層2、第1の半導体光
反射層3、光学波長のスペーサ層4、第2の半導体光反
射層5からなり、各素子間隔が250μmピッチの8×
8面発光レーザアレイ構造を作製する。
【0014】第1の半導体光反射層3はn−Al0.15Ga
0.85As/AlAsから構成され、スペーサ層4は活性層
を含み、第2の半導体光反射層5はp−Al0.15Ga0.85
As/AlAsから構成される。次に、上記レーザアレイ
構造について、上記8×8面発光レーザ素子以外の一部
分を、上記第2の半導体光反射層5及びスペーサ層4ま
でエッチングしてポリイミド10を充填した後、表面に
絶縁膜を形成した。
【0015】引続き、8×8面発光レーザアレイ下部電
極として各素子上に直径40μmからなるTi/Pt/A
u6を蒸着し、その上に15μm膜厚のInからなるはん
だを選択的に形成する。同様に、レーザアレイ構造の端
部、図中左端にも、他の電極としてTi/Pt/Au6を
蒸着し、その上になるInからはんだを形成する。その
後、上記工程を経た面発光レーザアレイを上下ひっくり
かえして、表面を下としたいわゆるフェイスダウン構造
となるように、AlN基板7の上に置き、120℃で熱
処理させ、図1に示すようにはんだバンプ9を形成し、
セルフアラインで接合させた。AlN基板7には、予め
8×8の64bitに対応した電気配線(金)8が施し
てある。AlN基板7の電気配線8に代えて電子回路の
電極を設けても良い。
【0016】このようにして作製された上記面発光レー
ザに対して、AlN基板7の電気配線8を通じて電流I
を注入すると、発振波長0.85μmに対してAlGaAs基
板1が透明であるため、発振光LはAlGaAs基板1の
裏面、図1中では上面から取り出された。そのI−L特
性を調べた結果を図2に示す。図2に示すように、従来
報告されている値と同様に、閾値電流4.5mAまたは
閾値電圧2.5Vにおいて、I−L曲線が立ち上がり、
レーザ発振に至ることが確認された。
【0017】また、スペーサ層4に含まれる活性層から
効率的に熱放散されるため、特にヒートシンクなどを用
いない従来法に比較して、本実施例では、光出力の飽和
現象が改善され、また、最大光出力も従来法では図中破
線で示すように1mWであるのに対し、本実施例では図
中実線で示すように1.2mWへと2割程度改善され
た。更に、高周波特性も1GHzから3GHzへと改善
された。更に、上記実施例では、請求項2に関し、Al
GaAs基板1の上に作製された面発光レーザの両電極6
を半導体基板表面、図中では下面から取り出すようにし
たことも特徴の一つである。尚、本実施例では、電気配
線を搭載した基板としてAlN基板を用いたが、サファ
イヤ或いはGaAs、Siのような半導体も使用すること
が可能である。
【0018】〔実施例2〕本発明の面発光レーザの実装
構造に係る第2の実施例を図3に示す。本実施例は、電
子回路が搭載された基板として、GaAsからなるFET
回路を実装したAlN基板11を用いるものである。先
ず、図3に示すように、AlN基板11上の右半分に、
GaAsからなるFET回路12をはんだバンプ13にて
実装する。FET回路12には、予め所定位置に電極1
4が形成されている。
【0019】次に、AlN基板11上の左半分に、1×
16面発光レーザアレイの作製されたAlGaAs基板1
5を、いわゆるフェイスダウン構造となるように載置
し、はんだバンプ13で実装した。AlGaAs基板15
には、予め所定位置に電極17が形成されている。Al
N基板11には、予め面発光レーザアレイに対応した電
気配線16が施してある。AlN基板11の電気配線1
6に代えて電子回路の電極を設けても良い。
【0020】このような工程を経て作製された上記面発
光レーザに対して、FET回路12で信号光を増幅し
て、AlN基板7の電気配線16を通じて電流Iを注入
したところ、前述した実施例と同様に、発振光LはAl
GaAs基板15の裏面、図3中では上面から取り出すこ
とができた。尚、図3においては、AlGaAs基板15
の面発光レーザの各素子上にのみ電極17を形成し、他
方の電極については記載を省略した。
【0021】〔実施例3〕本発明の面発光レーザの実装
構造に係る第3の実施例を図4に示す。本実施例は、電
子回路が搭載された基板として、MOSFET回路22
が形成されたSi基板21を用いるものである。図4に
示すように、Si基板21の右半分にはMOSFET回
路22が形成される一方、Si基板21の左半分には、
1×16面発光レーザアレイの作製されたAlGaAs基
板23を、いわゆるフェイスダウン構造となるように載
置し、はんだバンプ24で選択的に実装した。AlGaA
s基板23には、予め所定位置に電極25が形成されて
いる。
【0022】Si基板21には、予め面発光レーザアレ
イに対応した電気配線26が施してある。Si基板21
の電気配線26に代えて電子回路の電極を設けても良
い。このような工程を経て作製された上記面発光レーザ
に対して、MOSFET回路22で信号光を増幅して、
Si基板21の電気配線26を通じて電流Iを注入した
ところ、前述した実施例と同様に、発振光LはAlGaA
s基板23の裏面、図4中では上面から取り出すことが
できた。尚、図4においては、AlGaAs基板23の面
発光レーザの各素子上にのみ電極25を形成し、他方の
電極については記載を省略した。
【0023】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明による面発光レーザ実装構造によれ
ば、発振波長に対して透明な半導体基板を用いると共に
フェイスダウン構造で実装したため、素子の出力上昇、
高周波特性の改善等面発光レーザの特性改善を可能とす
るのみならず、面発光レーザとFET等の電子素子とを
融合したOEICが実現可能となるため、光交換、光ニ
ューラルネットワーク、光インターコネクション、光情
報処理用の光源及び光スイッチとして利用が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る面発光レーザ実装
構造の構造図である。
【図2】本発明の第1の実施例に係る面発光レーザ実装
構造のI−L特性を示すグラフである。
【図3】本発明の第2の実施例に係る面発光レーザ実装
構造の構造図である。
【図4】本発明の第3の実施例に係る面発光レーザ実装
構造の構造図である。
【図5】従来法によるGaAs面発光レーザの構造図であ
る。
【図6】半導体基板の一部をエッチングで除去し上下を
ひっくり返したフェイスダウン構造を採用しはんだバン
プを用いて実装した場合の構造図である。
【符号の説明】
1 n型AlGaAs基板 2 n−GaAsバッファ層 3 第1の半導体光反射層 4 スペーサ層 5 第2の半導体光反射層 6 Ti/Pt/Au 7,11 AlN基板 8,16,26 電気配線 9,13,24 はんだバンプ 12 FET基板 14,17,25 電極 15,23 面発光レーザアレイの作製されたAlGaA
s基板 21 Si基板 22 MOSFET回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 隆志 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発振波長に対して透明な半導体基板上に
    作製された面発光レーザと、該面発光レーザを駆動する
    ためもしくは信号を送るための電気配線又は電子回路が
    搭載された基板と、該基板と前記面発光レーザとを電気
    的に接続するはんだバンプとからなることを特徴とする
    面発光レーザ実装構造。
  2. 【請求項2】 上記面発光レーザの両電極を前記半導体
    基板表面から取り出すことを特徴とする請求項1記載の
    面発光レーザ実装構造。
  3. 【請求項3】 前記半導体基板として、発振波長0.85μ
    mにおいて透明なAlGaAs基板を用いることを特徴と
    する請求項1又は2記載の面発光レーザ実装構造。
  4. 【請求項4】 電気配線又は電子回路が搭載された前記
    基板として、AlN基板を用いることを特徴とする請求
    項1又は3記載の面発光レーザ実装構造。
JP6066945A 1994-04-05 1994-04-05 面発光レーザ実装構造 Withdrawn JPH07283486A (ja)

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