JPS6140081A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
- Publication number
- JPS6140081A JPS6140081A JP16321284A JP16321284A JPS6140081A JP S6140081 A JPS6140081 A JP S6140081A JP 16321284 A JP16321284 A JP 16321284A JP 16321284 A JP16321284 A JP 16321284A JP S6140081 A JPS6140081 A JP S6140081A
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- Japan
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- substrate
- electrode
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- gaalas
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0261—Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は光半導体素子と電気回路素子を連結して一体化
した光半導体装置に関するものである。
した光半導体装置に関するものである。
〈従来技術〉
近年の光情報処理あるいは光通信等の技術分野における
発展には目を見張るもの例あり、これに伴ない半導体レ
ーザや光検知器等の光半導体素子と駆動回路や変調器等
の電気回路素子とを同１基板上に作製した光電気集積化
半導体装置（ＯＥＩＣ）による光モジュールの小型化・
高性能化の必要性が高まっている。従来の０ＫＩＣにお
いては多くの電気回路素子を同一基板上にそれぞれの素
子間で電気的に絶縁して形成する必要があり、また構成
の異なる光半導体素子を同一基板上に形成するため表面
段差が避けられなかった。特に半導体し・−ザを集積化
する場合には、電気回路と共通の厚い基板を支持基板と
し、半導体レーザを放熱板に密着してマウントすること
ができないため放熱効果が悪くなる欠点があった。また
、素子間分離のために半絶縁性基板を用いると基板の欠
陥密度が高いためその土産形成した半導体レーザの信頼
性が低下するあるには光検知器の暗電流が増加する等の
欠点がある。
発展には目を見張るもの例あり、これに伴ない半導体レ
ーザや光検知器等の光半導体素子と駆動回路や変調器等
の電気回路素子とを同１基板上に作製した光電気集積化
半導体装置（ＯＥＩＣ）による光モジュールの小型化・
高性能化の必要性が高まっている。従来の０ＫＩＣにお
いては多くの電気回路素子を同一基板上にそれぞれの素
子間で電気的に絶縁して形成する必要があり、また構成
の異なる光半導体素子を同一基板上に形成するため表面
段差が避けられなかった。特に半導体し・−ザを集積化
する場合には、電気回路と共通の厚い基板を支持基板と
し、半導体レーザを放熱板に密着してマウントすること
ができないため放熱効果が悪くなる欠点があった。また
、素子間分離のために半絶縁性基板を用いると基板の欠
陥密度が高いためその土産形成した半導体レーザの信頼
性が低下するあるには光検知器の暗電流が増加する等の
欠点がある。
半導体レーザとその駆動用電界効果トランジスタ（、Ｆ
Ｅ Ｔ ）を集積化した０ＥＩＣの従来の例を第２図
に示す。段差加工した半絶縁性Ｇ、 ａ Ａ ｓ基板１
上にｎ型ＧａＡｓ配線層２を通して段差上部にＦＥＴ、
下部に半導体レーザを形成している。
Ｅ Ｔ ）を集積化した０ＥＩＣの従来の例を第２図
に示す。段差加工した半絶縁性Ｇ、 ａ Ａ ｓ基板１
上にｎ型ＧａＡｓ配線層２を通して段差上部にＦＥＴ、
下部に半導体レーザを形成している。
ＦＥＴ用の活性層９を成長後、半導体レーザ部の基板以
外を５ｉ０２膜３で被覆し、半導体レーザ用のｎ型Ｇａ
ＡｌＡｓクラッド層４．ＧａＡｌＡ３活性層５、ｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層６．ｐ型ＧａＡｓキャップ層７を
選択成長させてレーザ発振用ダブルへテロ接合構造を形
成する。ＦＥＴ部の５ｉ０２膜を除去してＦＥＴ用のソ
ース電極１０．ゲート電極１１、ドレイン電極＋２．レ
ーザ発振用ｐ型電極１８を形成する。このような構造で
は０ＥＩＣは厚さ１００μｍ程度の基板１を介して、放
熱板にマウントされるため、レーザ発振動作によって生
じた熱の放散が悪くなる。また、ＦＥＴと半導体レーザ
の高さの差は主に段差エツチング加工の際の精度に依存
するが、およそ数μｍ程度生じるためフォトリングラフ
ィ工程において不都合となる。さらに半絶縁性基板を用
いているため半導体レーザの信頼性が低下する。
外を５ｉ０２膜３で被覆し、半導体レーザ用のｎ型Ｇａ
ＡｌＡｓクラッド層４．ＧａＡｌＡ３活性層５、ｐ型Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層６．ｐ型ＧａＡｓキャップ層７を
選択成長させてレーザ発振用ダブルへテロ接合構造を形
成する。ＦＥＴ部の５ｉ０２膜を除去してＦＥＴ用のソ
ース電極１０．ゲート電極１１、ドレイン電極＋２．レ
ーザ発振用ｐ型電極１８を形成する。このような構造で
は０ＥＩＣは厚さ１００μｍ程度の基板１を介して、放
熱板にマウントされるため、レーザ発振動作によって生
じた熱の放散が悪くなる。また、ＦＥＴと半導体レーザ
の高さの差は主に段差エツチング加工の際の精度に依存
するが、およそ数μｍ程度生じるためフォトリングラフ
ィ工程において不都合となる。さらに半絶縁性基板を用
いているため半導体レーザの信頼性が低下する。
〈発明の目的〉
本発明は以上のような問題に鑑み光半導体素子の放熱性
を改善するとともに７オトリングラフイエ程における段
差の悪影響を除去し、導電性の良い基板を用いることで
光半導体素子の特性向上を計った新規有用な光半導体装
置を提供することを目的とする。
を改善するとともに７オトリングラフイエ程における段
差の悪影響を除去し、導電性の良い基板を用いることで
光半導体素子の特性向上を計った新規有用な光半導体装
置を提供することを目的とする。
〈実施例〉
本発明の一実施例としてＦＥＴと半導体レーザをｎ型Ｇ
ａＡｓ基板の表裏に集積化した半導体装置の構成を第１
図に示す。Ｓｉ ドープｎ型ＧａＡｓ基板２０（転位
密度１０００／ｄ以下）の−主面（図中の下面）上にｎ
型ＧａＡｌＡｓクラッド層２１．レーザ発振用ＧａＡｌ
Ａｓ活性層２２．ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２３．ｐ
型ＧａＡｓキャップ層２４を順次液相エピタキシャル成
長法で成長させ、次に基板２０の他方の主面（図中の上
面）上に素子分離用のノンドープ半絶縁性ＧａＡｌＡｓ
中間層２５゜ＦＥＴ活性層用ｎ ｍＧ ａ Ａ ｓチャ
ネル層２６を成長させる。以上によシ基板２００両主面
上にレーザ発振用のダブルへテロ接合を有する多層結晶
とＦＥＴ作製用半導体層が形成される。その後、電流通
路となるストライプ部を除いて５ｉ０２膜２７をキャッ
プ層２４上に被覆し、ｐ側電極２８をＣｕ ＋ Ａ ｕ
ｒ Ｎ ｒ １等で蒸着形成する。ｐ側電極２８を介
して注入される電流は５ｉ０２膜２７の介在しない領域
に狭窄されて流れる。中間層２５及びチャネル層２６の
レーザ発振用ストライプ部が位置する片側半分を基板２
０に達するまでエツチングして基板２０上から除去した
後、片側半分に残存するチャネル層２６上にＦＥＴ用の
ソース電極１０゜ゲート電極１１及びドレイン電極＋２
をマスク蒸着法等で形成する。次にドレイン電極１２を
レーザ動作部と接続するため、ドレイン電極１２とレー
ザ動作部に対応する基板２０を結ぶ金属等の配線電極２
９を基板２０のエツチング面より中間層２５、チャネル
層２６０段差面に層設し、その一端をドレイン電極１２
に連結して給電路を形成する０ 配線電極２９及びｐ側電極２８を介して直流電流を印加
することにより注入される電流は５ｉ０２膜２７で形成
されたストライプ状の電流通路に集中して流れ、この電
流通路に対応する活性層２２内でしｉザ発振が開始され
る。このレーザ動作部とＦＥＴのチャネル層２６は中間
層２５の介設により素子間分離されており互いに独立し
て動作する。チャネル層２６で形成・されるＦＥＴはソ
ース電極ｌＯに印加される電流をゲート電極１１で制御
してドレイン電極１２より配線電極２９へ流れる電流を
設定するものであシ、ＦＥＴの動作に応じてレーザ動作
部のレーザ発振が変調制御される。
ａＡｓ基板の表裏に集積化した半導体装置の構成を第１
図に示す。Ｓｉ ドープｎ型ＧａＡｓ基板２０（転位
密度１０００／ｄ以下）の−主面（図中の下面）上にｎ
型ＧａＡｌＡｓクラッド層２１．レーザ発振用ＧａＡｌ
Ａｓ活性層２２．ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２３．ｐ
型ＧａＡｓキャップ層２４を順次液相エピタキシャル成
長法で成長させ、次に基板２０の他方の主面（図中の上
面）上に素子分離用のノンドープ半絶縁性ＧａＡｌＡｓ
中間層２５゜ＦＥＴ活性層用ｎ ｍＧ ａ Ａ ｓチャ
ネル層２６を成長させる。以上によシ基板２００両主面
上にレーザ発振用のダブルへテロ接合を有する多層結晶
とＦＥＴ作製用半導体層が形成される。その後、電流通
路となるストライプ部を除いて５ｉ０２膜２７をキャッ
プ層２４上に被覆し、ｐ側電極２８をＣｕ ＋ Ａ ｕ
ｒ Ｎ ｒ １等で蒸着形成する。ｐ側電極２８を介
して注入される電流は５ｉ０２膜２７の介在しない領域
に狭窄されて流れる。中間層２５及びチャネル層２６の
レーザ発振用ストライプ部が位置する片側半分を基板２
０に達するまでエツチングして基板２０上から除去した
後、片側半分に残存するチャネル層２６上にＦＥＴ用の
ソース電極１０゜ゲート電極１１及びドレイン電極＋２
をマスク蒸着法等で形成する。次にドレイン電極１２を
レーザ動作部と接続するため、ドレイン電極１２とレー
ザ動作部に対応する基板２０を結ぶ金属等の配線電極２
９を基板２０のエツチング面より中間層２５、チャネル
層２６０段差面に層設し、その一端をドレイン電極１２
に連結して給電路を形成する０ 配線電極２９及びｐ側電極２８を介して直流電流を印加
することにより注入される電流は５ｉ０２膜２７で形成
されたストライプ状の電流通路に集中して流れ、この電
流通路に対応する活性層２２内でしｉザ発振が開始され
る。このレーザ動作部とＦＥＴのチャネル層２６は中間
層２５の介設により素子間分離されており互いに独立し
て動作する。チャネル層２６で形成・されるＦＥＴはソ
ース電極ｌＯに印加される電流をゲート電極１１で制御
してドレイン電極１２より配線電極２９へ流れる電流を
設定するものであシ、ＦＥＴの動作に応じてレーザ動作
部のレーザ発振が変調制御される。
以上によシレーザ光のスイッチングあるいは出力強度の
変調機構を具備する半導体レーザ装置が得られる。尚、
ストライプ構造としては酸化膜２７を介在させる代りに
電流通路のみに不純物を拡散させて導電路とするプレー
ナ構造その他を用いてもよい。またレーザ発振部の代わ
りに発光ダイオード構能部を形成して上記ＦＥＴによる
動作を行なうようにすることもできる。このような光半
導体装置のレーザ発振部や発光出力部等より生ずる発熱
は、必要に応じてｐ側電極２８をヒートシンク等にマウ
ントすることによりｐ側電極２８を介して速やかに放散
させることができ、装置内の温度上昇が抑制されるとと
もに安定な出力動作を継続することができる。また基板
２０としては高品位の導電性基板を使用し、エピタキシ
ャル成長させたＧａＡｌＡｓ層を素子間分離の絶縁手段
としているため、レーザ動作部及びＦＥＴ部ともに結晶
品位が良好となる。
変調機構を具備する半導体レーザ装置が得られる。尚、
ストライプ構造としては酸化膜２７を介在させる代りに
電流通路のみに不純物を拡散させて導電路とするプレー
ナ構造その他を用いてもよい。またレーザ発振部の代わ
りに発光ダイオード構能部を形成して上記ＦＥＴによる
動作を行なうようにすることもできる。このような光半
導体装置のレーザ発振部や発光出力部等より生ずる発熱
は、必要に応じてｐ側電極２８をヒートシンク等にマウ
ントすることによりｐ側電極２８を介して速やかに放散
させることができ、装置内の温度上昇が抑制されるとと
もに安定な出力動作を継続することができる。また基板
２０としては高品位の導電性基板を使用し、エピタキシ
ャル成長させたＧａＡｌＡｓ層を素子間分離の絶縁手段
としているため、レーザ動作部及びＦＥＴ部ともに結晶
品位が良好となる。
本発明の他の実施例としてバイポーラトランジスタと半
導体レーザをｎ型ＧａＡｓ基板の表裏に集積化した半導
体装置の構成を第３図に示す。第１図の実施例と同様に
ｎ型ＧａＡｓ基板２０の一主面上に半導体レーザ用の多
層結晶としてｎ型クラッド層２１．活性層２２．ｐ型ク
ラッド層２３．キャップ層２４を順次成長させ、次に他
の主面上に素子分離用のｐ型ＧａＡｓ中間層３５．バイ
ポーラトランジスタ用のｎ型ＧａＡｌＡｓコレクタ層８
６゜ｐ型ＧａＡｓベース層３７．ｎ型ＧａＡｌＡｓエミ
ツタ層３８を成長させた後、レーザ動作部の位置する側
の片側半分をエツチング除去する。次にキャップ層２４
上に絶縁膜として５ｉ０２膜２７を被覆しその一部をス
トライプ状忙開孔して電流通路となるストライプ構造を
形成する。一方、ベース層３７とエミツタ層８８にはバ
イポーラトランジスタのベース電極４０と対向する直下
の領域にＺｎ拡散を行なって拡散層４１を形成する。エ
ミツタ層３８上にはエミッタ電極３９．ベース電極４０
を形成し、またコレクタ層３８とレーザ動作部を接続す
るため配線４２をコレクタ層３６の露出面、中間層８５
の段差斜面及び基板２０の露呈面に形成する。本実施例
においてもコレクタ層３６と逆極性のエピタキシャル成
長によって得られた素子分離用中間層３５を介設すると
とＫより、バイポーラトランジスタの各層の結晶性は半
絶縁性基板を用いる場合に比べて改善される。
導体レーザをｎ型ＧａＡｓ基板の表裏に集積化した半導
体装置の構成を第３図に示す。第１図の実施例と同様に
ｎ型ＧａＡｓ基板２０の一主面上に半導体レーザ用の多
層結晶としてｎ型クラッド層２１．活性層２２．ｐ型ク
ラッド層２３．キャップ層２４を順次成長させ、次に他
の主面上に素子分離用のｐ型ＧａＡｓ中間層３５．バイ
ポーラトランジスタ用のｎ型ＧａＡｌＡｓコレクタ層８
６゜ｐ型ＧａＡｓベース層３７．ｎ型ＧａＡｌＡｓエミ
ツタ層３８を成長させた後、レーザ動作部の位置する側
の片側半分をエツチング除去する。次にキャップ層２４
上に絶縁膜として５ｉ０２膜２７を被覆しその一部をス
トライプ状忙開孔して電流通路となるストライプ構造を
形成する。一方、ベース層３７とエミツタ層８８にはバ
イポーラトランジスタのベース電極４０と対向する直下
の領域にＺｎ拡散を行なって拡散層４１を形成する。エ
ミツタ層３８上にはエミッタ電極３９．ベース電極４０
を形成し、またコレクタ層３８とレーザ動作部を接続す
るため配線４２をコレクタ層３６の露出面、中間層８５
の段差斜面及び基板２０の露呈面に形成する。本実施例
においてもコレクタ層３６と逆極性のエピタキシャル成
長によって得られた素子分離用中間層３５を介設すると
とＫより、バイポーラトランジスタの各層の結晶性は半
絶縁性基板を用いる場合に比べて改善される。
〈発明の効果〉
以上説明した如く本発明によれば高品位の導電性基板を
用いることにより、高品位の半導体領域を有する電気回
路素子と光半導体素子を容易に同一基板上に集積化する
ことができるため、光半導体装置としての性能が向上し
、また放熱性改善にともなって素子の信頼性が向上する
。
用いることにより、高品位の半導体領域を有する電気回
路素子と光半導体素子を容易に同一基板上に集積化する
ことができるため、光半導体装置としての性能が向上し
、また放熱性改善にともなって素子の信頼性が向上する
。
第１図は本発明の一実施例であるＦＥＴと半導体レーザ
を同一基板上に集積化した光半導体装置の断面構成図で
ある。第２図は従来のＦＥＴと半導体レーザを集積化し
た光半導体装置の断面構成図である。第３図は本発明の
他の実施例であるバイポーラトランジスタと半導体レー
ザを同一基板上に集積化した光半導体装置の断面構成図
である０１０・・・ソース電極 １１・・・ゲート電極
１２・・・ドレイン電極 ２０・・・基板 ２１・・
・ｎ型クラッド層 ２２・・・活性層 ２３・・・ｐ型
クラッド層 ２４・・・キャップ層 ２５．１５・・・
中間層 ２６・・・チャネル層 ２７・・・５ｉ０２膜
２８・・・ｐ型電極 ２９・・・配線電極 ８６・・
・コレクタ層 ３７・・・ベース層３８・・・）３ミッ
タ層 ４２・・・接続配線第３図
を同一基板上に集積化した光半導体装置の断面構成図で
ある。第２図は従来のＦＥＴと半導体レーザを集積化し
た光半導体装置の断面構成図である。第３図は本発明の
他の実施例であるバイポーラトランジスタと半導体レー
ザを同一基板上に集積化した光半導体装置の断面構成図
である０１０・・・ソース電極 １１・・・ゲート電極
１２・・・ドレイン電極 ２０・・・基板 ２１・・
・ｎ型クラッド層 ２２・・・活性層 ２３・・・ｐ型
クラッド層 ２４・・・キャップ層 ２５．１５・・・
中間層 ２６・・・チャネル層 ２７・・・５ｉ０２膜
２８・・・ｐ型電極 ２９・・・配線電極 ８６・・
・コレクタ層 ３７・・・ベース層３８・・・）３ミッ
タ層 ４２・・・接続配線第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板の一方の主面上に光半導体素子部を形成し、他
方の主面上に電気回路素子部を形成するとともに、該電
気回路素子部と前記光半導体素子部をエピタキシャル分
離層の介設により素子間分離し、前記電気回路素子部の
電気的接続端と前記光半導体素子部の電気的接続端を電
気的に接続する配線層を前記エピタキシャル分離層の外
方位置に迂回して層設したことを特徴とする光半導体装
置。 ２、エピタキシャル分離層が隣接層との接合界面で逆極
性に接合されている特許請求の範囲第１項記載の光半導
体装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16321284A JPS6140081A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 光半導体装置 |
| US06/757,975 US4691214A (en) | 1984-07-31 | 1985-07-23 | Optical semiconductor apparatus |
| DE3527270A DE3527270C2 (de) | 1984-07-31 | 1985-07-30 | Monolithisch integrierte optoelektronische Halbleitervorrichtung |
| GB08519122A GB2162688B (en) | 1984-07-31 | 1985-07-30 | Optical semiconductor apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16321284A JPS6140081A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 光半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6140081A true JPS6140081A (ja) | 1986-02-26 |
Family
ID=15769425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16321284A Pending JPS6140081A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 光半導体装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4691214A (ja) |
| JP (1) | JPS6140081A (ja) |
| DE (1) | DE3527270C2 (ja) |
| GB (1) | GB2162688B (ja) |
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| US7709417B2 (en) | 2003-11-14 | 2010-05-04 | Kiwa Chemical Industry Co., Ltd. | Security sticker and method for manufacturing the same |
| US8003197B2 (en) | 2003-11-14 | 2011-08-23 | Kiwa Chemical Industry Co., Ltd. | Retroreflective sheet for security and method for manufacturing the same |
| JP2015184588A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 日本電気株式会社 | 光電気集積回路及び光インタポーザ |
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| GB2243241B (en) * | 1990-04-20 | 1994-03-16 | Plessey Res Caswell | Heterojunction bipolar transistor and optical waveguide device for monolithic integration |
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| TWI645479B (zh) * | 2015-05-13 | 2018-12-21 | 財團法人工業技術研究院 | 貼合結構、其製造方法及晶粒結構 |
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1984
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