JPS5996789A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPS5996789A
JPS5996789A JP57206739A JP20673982A JPS5996789A JP S5996789 A JPS5996789 A JP S5996789A JP 57206739 A JP57206739 A JP 57206739A JP 20673982 A JP20673982 A JP 20673982A JP S5996789 A JPS5996789 A JP S5996789A
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JP
Japan
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pellet
diode element
pin
heat sink
metal film
Prior art date
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Pending
Application number
JP57206739A
Other languages
English (en)
Inventor
Soichiro Yamashita
山下 總一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS5996789A publication Critical patent/JPS5996789A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/023Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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】 本発明は半導体装置の構造に関し、特に半導体レーザダ
イオード素子及び受光ダイオード素子よりなる半導体装
置の構造に関する。
この種の半導体装置としてはアルミニウムガリウム砒素
(AtGaAs )レーザダイオードペレットとシリコ
ン(8i)PINダイオードベレットを同一容器に組み
込み、レーザ素子の発光出力をPINダイオード素子に
てモニタする半導体装置が挙げられる。
第1図は従来の構造の上記種類の半導体装置の代表的な
例である。第1図(a)はレーザダイオードペレット2
及びPINダイオードペレット3示同−ステム1に組み
込まれキャップにて封止された。
状態を示す全体の断面を示したもので各ペレットは各リ
ード端子と然るべく電気接続されている。
第1図(b)は本発明と密接に関係する主要部分を抽出
した概念図(断面図)である。レーザダイオードペレッ
ト2は材質的に熱伝導があまシよくなく動作時には発光
部が高温になシ素子寿命を劣化させる事等のため発光部
側をマウント(グイボンド)するいわゆるアップサイド
ダウン(up 5ide down)構造がとられるの
が普通τあシ、レーザダイオードペレット2とステム↓
との間には熱伝導がよくかつ、電気的に導通のあるヒー
トシンク4が用いられている。ヒートシンク4はメタラ
イズされたダイアモンドやシリコン等で構成されている
。−万PINダイオードペレット3は鎮1図(b)の如
く絶縁材5を介してレーザダイオードペレット2とはほ
ぼ垂直になる様にマウントされ、レーザダイオードペレ
ット2の発光ビームを検知モニタできる様にされている
。ここで絶縁材5は、光通信等で実用上レーザダイオー
ドの光出力を帰還制御するだめにモニタ用PINダイオ
ードとの電気接続を分離する必要上導入されるものでア
ルミナ虎203)おベリリア(Bed)等のセラミック
片が、上下各面メタライズされかつ絶縁された状態で通
常用いられる。
この様な構造の半導体装置の組立に際しては、例えばメ
タライズしたセラミック絶縁材5をロー接等によってス
テム1に一体物として組与込んだステムを用意し、一方
予めレーザダイオードペレット2をヒートシンク4にグ
イボンドしておき、PINダイオードペレット3を予め
用意した一体化されたステム1の絶縁材5上にマウント
した後、レーザダイオードペレット搭載済のヒートシン
クを同ステム1にマウントしなければならない。また、
しかる後に各リード端子と各ペレットの電気接続するだ
めの金属ワイヤボンディングを実施しなければならない
上記例ではレーザダイオードペレット2は基材がQa 
Asであり、PINダイオードペレ、ト3のそれはSl
であるためヒートシンク4にレーザダイオードペレット
2をグイボンドする時のソルダよシヒートシンク4をス
テム1にマウントする時のソルダは低温用のものでなく
てはならないし、PINダイオードベレット3をステム
1の絶縁材5上にマウントする時のソルダはヒートシン
ク4をステム1にマウントする時のソルダよY)?4温
用のものでなくてはならない。一方レーザダイオードペ
レットのマウント方向とPINダイオードベレットのマ
ウント方向はほぼ垂直に配力、されているため、ステム
1を通常約90°回転してマウントするのが普通であシ
、マウント作業は1回ではできない。更にかかる光半導
体装置ではレーザビームの位置が極めて重要であるため
各ペレットのマウント位置出しは十分に厳密に行われね
ばならなインクに際しても(はぼ直交したレーザダイオ
ードペレット及びPINダイオードベレットの両方向に
行うため)十分な製品信頼度を持って立体的ボンディン
グを行う事は技術的に極めて難しく通常は2回に分けて
約90°回転してリードボンドする方法がとられる。従
ってかかる構造の半導体装置の組立作業は複雑でお9作
業標準化や自動化を行いにくい。従って製品コストは高
価なものになると同時に製品の品質バラツキを避は得な
い欠点をもっている。
本発明は上記に鑑みなされたものであシ、前記構造例と
同機能を有し、かつ安定した品質バラツキのない光半導
体装置を安価に供給する新規な構造を提供する事を目的
とするものである。
第2図は前記半導体装置の説明の第1図tb)に相当す
る本発明の半導体装置の主要部分の概念図(断面図)で
るる。第3図はP’I Nダイオード素子を内在したヒ
ートシンク用ペレット16(以後PINヒートシンクベ
レットと呼ぶ)の概念図である。PINヒートシンクペ
レットはSlを基材としほぼ半面にPINダイオード素
子を構成する。
このPINダイオード素子Q設計諸元は通常のPINダ
イオ下ドベレットの設計と同様に行えばよく、詳細な接
合構造はここでは割合するが第3図に於いて161はレ
ーザビームを受光する九めの受光窓であシリコン酸化膜
(Si、N4膜)等で無反射コートされている受光窓1
61下にはPINダイオード機能を有する接合が存在し
電極金属膜162と接続されている。一方PINヒート
シンクペレット16のPINダイオード素子が形成され
ていない半面にはレーザダイオードペレット12をダイ
ボンドするための金属膜163が形成されておシPIN
ダイオード素子電極162とは絶縁されている。又金属
膜163はSi基板とシリコン酸化膜(8i02)等の
絶縁膜164にょシ絶縁された状態で形成されている。
PINダイオード電極金属膜162とレーザペレットボ
ンデインクパッド金属膜163は例えばチタン(Ti 
)−白金(Pt)−金(Au ) (Dスパッタリング
法等によル同時に形成する事ができイオンシリング法等
を用い簡単にパターンナイズして得られる。このPIN
ヒートシンクベレット16のレーザポンディングパッド
163上に予め例えば金錫(AuSn)合金等でレーザ
ダイオードペレット12をアブサイドダウンで(発光部
側を下にして)ダイボンドしておき、このレーザペレッ
ト搭載筒PINヒートシンクベレットをステム11に第
2図の如くマウントする。PINヒートシンク16とス
テム11のマウントは、例えば錫鉛(snPb)半田を
用いればレーザダイオードペレット12及びPINヒー
トシンク16間のダイホンドラ何ら損うことなく、1回
で完了する。更に各リード端子と各ペレット(即ちレー
ザダイオードペレット上面電極金属膜及びPINヒート
シンクペレ。
ト電極金属膜162)とのリード(ワイヤ)ボンディン
グも90°回転する事等なく1回で容易に行うことがで
きる。
一方、レーザダイオードペレットは例えばGaAS基板
上に4〜5層のダブルへテロエピタキシャル層が形成さ
れておシ、いわゆるレーザ発光する活性層を覆っていわ
ゆるクラッド層、キャップ層等のAtGaAS鳩が存在
し、更に表面には電気接続用の金属膜が(場合によって
はアブサイドダウンボンドするため数ミクロン(μm)
存在するため、第2図の如く組立てられたレーザダイオ
ードの発光ビームはPINヒートシンクペレット受光m
 161より数ミクロン(μm)上の位置から放射され
る。
ここでレーザ発光ビームは、設計上のパラメータによっ
ては多少異るが、いわゆる発光ビームは、設計上のパラ
メータによっては多少異るが、いわゆる放射角を持って
おり半値全角にて20°〜50゜程度の広が9が生ずる
。従ってレーザダイオードペレットより後方放射された
レーザ発光ビームはPINヒートシンクペレットのPI
Nダイオード素子部で十分検知可能であυレーザ発光ビ
ームの強度に比例したPINダイオード電流を得る事が
出来モニタ機能は十分はたす事ができる。
更に本発明によれば発生/モニシ受光素子間位置制御は
従来構造に比べ必然的にタイトになり性能バラツキは小
さく抑える事ができる。又、前述の如く本発明によれば
ステムへのマウント及びボンディングの作業は基本的に
一方向で行うことができ作業が簡略化でき容易となるた
め作業の標準化、自動化も可能となる。後続のキャップ
封止等の工程は従来と全く同様に行えばよい。尚本発明
を実施した場合の各リード端子の電気接続は従来構造の
それと弱干異る(即ち、従来の構造ではステム1自体が
レーザダイオードの一電極を兼ねるが、本発明ではステ
ム11自体はPINダイオードの一電極を兼ねる事にな
る)が実用上例の支障もない。又レーザダイオードペレ
ット12の放熱1dPINヒートシンクペレツトの金属
膜163よシ5I02等の絶縁膜164を介してかっS
i基板160を経て金属ステム11に放出されるが、絶
縁膜164は高々〜1μ程度とすればよく、更に熱伝導
のよい金属膜163により広面に拡げられて放熱される
ため、シリコンヒートシンクの放熱特性を損うことは殆
んどなく実用上問題はない。
又本発明でのPINヒートシンクペレットは厚さは20
0μ程度(細くはPINダイオード素子設計に依存)で
あるため、PINヒートシンクベレット内に形成されて
いるPINダイオード素子の接合部とレーザダイオード
ボンティングパッド163との間隔をほぼ厚さと同程度
以上適轟に設計してやればレーザ発光時の発熱にょるP
INダイオード素子性能への影響は無視でき、実用上の
問題は全くない。更に以上の説明では省略したが、レー
ザダイオードペレットの後方放射レーザビームがステム
而や、従来構造に於けるPINダイオードペレット面で
反射を受は干渉を生ずる事があるが、この干渉作用が問
題となる場合には、従来構造ではPINダイオードペレ
ット3をレーザダイオードペレット2となる角度を垂直
ではなく斜めにマウントする必要がちシステムの加工又
はペレットの加工が複雑となるが、本発明では後方放射
レーザビームの照射されるステム11の部位に例えばV
字状の溝を形成する等を予め行っておけば簡単に回避可
能である。
従って本発明を実施する事によってレーザダイオード素
子及び受光ダイオード素子よシなる従来の構造と同じ機
能、性能を有し、かつ高品質でバラツキの少い光半導体
装置を安定し安価に供給する事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体レーザダイオード素子及びモニタ
用受光ダイオード素子よシなる光半導体装置を示し、同
図(a)はレーザダイオードペレット及びPINダイオ
ードペレットが組込れキャップにて封止された状態を示
す装置全体の断面図で、同図(b)は第1図(a)の主
要部分を抽出した概念図(断面図)。第2図は本発明の
半導体レーザダイオード素子及びモニタ用受光ダイオー
ド素子よりなる光半導体装置の主要部分を抽出した概念
図(第1図(b)に相当する断面図)。第3図は本発明
に使用されるPINダイオード素子を内在したヒートシ
ンク用ペレットの概念図。 1.11・・・・・・ステム、2.12・・・・・・レ
ーザダイオードペレット、3・・・・・・PINダイオ
ートヘレノト、4・・・・・・ヒートシンク(メタライ
ズ済)、5・・・・・・セラミック絶縁材、16・・・
・・・PINダイオード素子を内在したシリコンヒート
/ンクペレ、ト、CPINヒートシンクペレット)、1
60・・・・・・シリコン基板、161・・・・・・P
INダイオード素子受光面(S13N4膜無反射コート
)、162・・・・・・PINダイオード素子電極金属
膜(Ti −Pt−Au等)、163・・・・・・レー
ザダイオードペレットダイボンド用パッド金属膜(Ti
 −Pt−Au等)、164・・・・・・SiO□膜等
の絶縁膜 第 / 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 単一半導体材料基板よシなシ、その一端に受光ダイオー
    ド素子を内圧し、かつ該受光ダイオード素子の電気特性
    を外部に導出するだめの第1の電極金属膜パターンと絶
    縁された状態で、前記基板の反対側端にレーザダイオー
    ド素子をマウントするための第2の金属膜パターンを配
    置し、かつ前記半導体基板と前記第2金属膜パターンと
    の間に絶縁膜を配置して前記金属膜パターンを半導体基
    板とも絶縁した状態の、熱放散部材を基盤上に配置し、
    前記熱放散部材の前記第2の金属膜パターン上に化合物
    半導体材料よシなるレーザダイオード素子をマウントし
    、前記基盤を前記受光ダイオード素子の一方の電極とし
    、前記第1の電極金属膜パターンを前記受光ダイオード
    素子の他方の電極とし、前記第2の金属膜パターンをレ
    ーザダイオード素子の一方の電極とし、前記第2の金属
    膜パターンと接しない前記レーザダイオード素子のメタ
    ライス面をレーザダイオード素子の他方の電極とし、各
    電極が互に絶縁された状態で外部導出されていることを
    特徴とする光半導体装置。
JP57206739A 1982-11-25 1982-11-25 光半導体装置 Pending JPS5996789A (ja)

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