JPS6195580A

JPS6195580A - 受光素子およびこの受光素子を内臓した光電子装置

Info

Publication number: JPS6195580A
Application number: JP59216190A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Uchida; 内田　久敏; Kenji Hirashima; 平嶋　賢治; Jun Munakata; 棟方　純
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1986-05-14

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】〔技術分野〕本発明は受光素子、特に逆方向電流増大の起こり難い受
光素子およびこの受光素子を組み込んだ光電子装置に関
する。

〔背景技術〕

ディジタル・オーディオ・ディスク、ビディオ・ディス
ク等の情報処理用の発光源あるいは光通信用の発光源と
して、半導体レーザ装置が使用されている。半導体レー
ザ装置の一つとして、ステムの主面に固定されたヒート
シンクに取付けられたレーザチップ（半導体レーザ素子
）から発光される前方レーザ光を、ステムの主面に取付
けられたキャップの天井部分の窓から外部に発光させる
とともに、他の後方レーザ光をステムの主面に取付けら
れた受光素子でモニターする構造が知られている。

一方、前記レーザ光を受光する受光素子の一つとして、
低電圧で動作する等の特長があるシリコンＰＩＮホトダ
イオードが知られている。

ところで、従来のこの種の受光素子は逆バイアス状態で
使用されるが、この逆バイアス状態下では、逆方向電流
の増大が発生し、劣化が生じることが本願発明者によっ
てあきらかとされた。すなわち、従来の受光素子はたと
えば、工業調査会発行口電子材料Ｊ　１９７９年４月号
、昭和５４年４月１日発行、Ｐ３２〜Ｐ３４に記載され
ているように、逆方向電流の増大防止を図る目的でｐｎ
接合を構成する一方の構成層の一つであるｎ層の周縁に
ｎ中層からなるガードリング（アニユラリング）が設け
られている（同文献ではシリコンＡＰＤの例が示されて
いる。）が、このアニユラリングだけでは受光素子の表
面の絶縁膜（酸化膜）界面の汚染の結果発生した可動イ
オンによる表面反転層（チャネル）の増大を防止できず
、表面反転層増大による逆方向電流による劣化が発生し
てしまうことがわかった。

σ発明の目的〕本発明の目的は、逆方向電流による劣化が生じ難い信頼
性の高い受光素子を提供することにある。

本発明の他の目的は、モニター用受光素子の特性劣化が
生し難い光電子装置を提供することにあ本発明の前記な
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。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の受光素子内蔵の半導体レーザ装置に
あっては、受光素子の表面（主面）にポリシリコンから
なる力′−ドリングが設けられていることから、このガ
ードリングの存在によって受光素子表面の絶縁膜が基板
と等電位となる。したがって、前記絶縁膜下の半導体層
の反転増大は阻止され、逆方向電流増大が抑止される結
果、受光特性の劣化防止が達成できるものである。

また、前記受光素子表面に設けられたガードリングは非
晶質であるため、その表面は粗面となり、反射防止作用
がある。この結果、受光するレーザ光の受光素子面での
反射に起因する前方出力先の変動（遠視野像の乱れ）が
防止できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による受光素子の断面図、第
２図は同じくは平面図、第３図は同じく受光素子を組み
込んだ半導体レーザ装置の要部を示す断面図である。

この実施例の受光素子は第１図および第２図に示される
ような構造となっていて、第３図に示されるように、半
導体レーザ装置に組み込まれている。

半導体レーザ装置は矩形の銅製のステム１の上面（主面
）中央部に銅製のヒートシンク２を鑞材で固定した構造
となっている。ヒートシンク２の一側面にはサブマウン
ト３を介して半導体レーザ素子（レーザチップ）４が固
着されている。このレーザチップ４はその上端および下
端からそれぞれレーザ光５を発光する。前記ステムｌの
主面には受光素子６が固定されている。この受光素子６
はレーザチップ４の下端から放射されるレーザ光５を受
光し、光出力を検出するモニター素子となっている。前
記ステム１には３本のリード７が取付けられている。１
本のリード７はステム１に電気的にも接続され、他の２
本のり−ド７はステム１を貫通し、かつステム１に対し
て絶縁的に固定されている。この貫通状態の２本のリー
ド７の上端はそれぞれワイヤ８を介してレーザチップ４
または受光素子６の各電極に電気的に接続されている。

一方、ステム１の天井部に円形の窓９を有する金属製の
キャップｌＯが気密的に固定され、前記ヒートシンク２
、レーザチップ４、受光素子６、リード７上端部、ワイ
ヤ８等を封止している。前記キャンプ１０の天井部には
窓９を塞ぐ透明なガラス板１１が気密的に固着されてい
る。したがって、レーザチップ４の上端から発光したレ
ーザ光５はこの窓９を通過してステム１とキャップ１０
とによって形成されたパッケージ外に発光される。

なお、ステム１には、この半導体レーザ装置を各種機器
に取付ける際使用する取付孔１２が設けられている。

つぎに、前記ステム１の主面に固定された受光素子６に
ついて、第１図および第２図を参照しながら説明する。

受光素子６はシリコンからなるｐ十形の半導体基板１３
の主面（上面）に厚さ約１０μｍ程度のイントリシック
層、実際にはｐ−形となってしまうエピタキシャル層１
４を有している。このエピタキシャル層１４の表層部に
は円形状にｎ影領域１５　（たとえば、深さ２μｍ程度
）が設けられていて、ｎ影領域１５とエピタキシャル層
１４との間にｐｎ接合が形成されている。また、前記ｎ
影領域１５の周縁にはチャネル発生防止のためのｎ＋形
からなるアニユラリング１６が設けられている。さらに
、受光素子６の主面周縁には、ｐ十形領域１７が設けら
れている。また、前記ｐ十形領域１７の内周部から内側
の受光素子６の主面には絶縁膜１８が設けられ、露出す
るｐｎ接合を被っている。この絶縁膜１８のｎ影領域１
５に対面する部分は、レーザ光５を取り込む必要がある
ため、レーザ光の波長λの１／４の整数倍の厚さとなっ
ている。また、前記絶縁膜１８上にはＡＡからなる電極
（カソード電極）１９が部分的に設けられている。この
電極（カソード電極）１９は厚さ２μｍ程度となるとと
もに、前記絶縁膜１８に部分的に設けられたコンタクト
孔に充満し、前記アニユラリング１６に電気的に接触し
ている。また、この電極（カソード電極）１９は、第２
図に示されるように、その一部はティア−ドロップ形に
延在し、パッチングによって示されるように幅広のボン
ディングパノド２０となっている。このボンディングパ
ソド２０には前述のワイヤ８の一端が固定される。

一方、前記露出するｐ十形領域１７および絶縁膜１８の
外周部分に渡って導電性のポリシリコンからなるガード
リング２１が配設されている。このガードリング２１は
導電性でかつ前記ｐ十形領域１７に接触していることか
ら、絶縁膜１８を半導体基板１３と等電位にする役割を
果たす。したがって、仮に前記絶縁膜１８が汚染される
ことがあっても、前記エピタキシャル層１４と絶縁膜１
８との界面に可動イオンが停留しなくなり、エピタキシ
ャル層１４の表面の反転化が防止でき、逆方向電流増大
は発生しなくなる。この結果、受光素子６の逆方向電流
増大に起因する受光特性の劣化は防止できることになる
。

油力、前記ガードリング２１はポリシリコンで形成され
ているが、このポリシリコンは非晶質であるため、その
表面は粗面となっている。したがって、受光素子６の表
面にレーザチップ４から発光された後方レーザ光５が照
射された場合、粗面故に反射が極めて小さくなる。この
結果、反射光が前方レーザ光の進行方向に向かうことも
なくなり、前方レーザ光の遠視野像の乱れも生じなくな
る。

なお、前記受光素子６の裏面には、他の電極（アノード
電極）２２が設けられている。また、前記受光素子６は
縦横がそれぞれＱ、５ｍｍ、厚さく高さ）がＱ、１ｍｍ
と極めて小さな外径寸法となっている。

〔効果〕

（１）本発明の受光素子６はチャネル発生を防止するも
のとして、アニユラリング１６に加えてガードリング２
１を有しているため、絶縁１１９１８の表面汚染があっ
ても、絶縁膜１８は半導体基板１３と等電位となること
から、絶縁膜１８の下のエピタキシャル層１４の与電型
の反転は防止でき、逆方向電流の増大が抑止され、受光
特性劣化防止、すなわち、信頼度向上が達成できるとい
う効果が得られる。

（２）上記（１１により、本発明の受光素子は特性劣化
が抑止されるため、寿命が長くなるという効果が得られ
る。

（３）本発明の受光素子６にあっては、表面に設けられ
たガードリング２１は非晶質のポリシリコンで形成され
ているため、受光時に反射光が発生し難くなるという効
果が得られる。

（４）上記（１）および（２）により、本発明の受光素
子６を内蔵した半導体レーザ装置は、レーザ光を受光す
る受光素子の受光特性が安定し、かつ寿命が長くなるこ
とから、品質が向上するという効果が得られる。

（５）上記（４）により、本発明の受光素子６を内蔵し
た半導体レーザ装置は、後方レーザ光の受光素子６の面
における反射が少なく、前方レーザ光中に反射光が入り
込まないため、遠視野像の乱れが発生せず、品質が向上
するという効果が得られる。

（６）本発明の受光素子６は、従来の受光素子の構造に
おいてガードリング２１を付加するだけであることから
、プロセスを大幅に変更する必要がないという効果が得
られる。

（７）上記ｆｌ）〜（６）により、本発明によれば、受
光素子６およびこの受光素子６を内蔵した半導体レーザ
装置の歩留り向上等による生産コスト軽減という相乗効
果が得られる。

以上木発明者によってなされた発明を実施例に基つき具
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、ガードリング
は導電性でかつその表面は反射防止性があることを必須
条件とすることから、下層が、１．ポリンリコン等の導
体膜で、上層が反射防止膜、たとえば、Ｓｉｎ、膜、酸
化セリウム（Ｃｅ　Ｏ□膜）等で構成されたものでも、
前記実施例同様な効果が得られる。

また、第４図に示されるように、受光素子６は受光素子
６の周縁上部がへベル形となるメサ型構造のものであっ
ても、アニユラリング１６から半導体基板１３に至るエ
ピタキシャル層１４の表面を被う絶縁膜１８上にガード
リング２１を設けることによって、前記実施例同様な効
果が得られる。

〔利用分野〕

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シリコンによる受光
素子およびこの受光素子を組み込んだ半導体レーザ装置
の製造技術に通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、ＩｎＧａＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系の受光素子およびこれを内蔵した光電子
装置の製造技術などに通用できる。

本発明は少なくとも受光素子を有する各種電子機器の製
造技術には通用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による受光素子の断面図、第２図は同じくは平面図、第３図は同しく受光素子を組み込んだ半導体レーザ装置
の要部を示す断面図、第４図は本発明の他の実施例による受光素子の断面図で
ある。１・・・ステム、２・・・ヒートシンク、３・・・サブ
マウント、４・・・半導体レーザ素子（レーザチップ）
、５・・・レーザ光、６・・・受光素子、７・・・リー
ド、８・・・ワイヤ、９・・・窓、１０・・・キャップ
、１１・・・ガラス板、１２・・・取付孔、１３・・・
半導体基板、１４・・・エピタキシャル層、１５・・・
ｎ影領域、１６・・・アニユラリング、１７・・・ｐ＋
形領領域１８・・・絶縁膜、１９・・・電極（カソード
電極）、２０・・・ボンディングバノド、２１・・・ガ
ードリング、２２・・・電極（アノード電極）。

Claims

【特許請求の範囲】１、半導体基板主面に設けられた絶縁膜上に基板と等電
位となる反射防止性のガードリングが設けられているこ
とを特徴とする受光素子。２、前記ガードリングはポリシリコンで形成されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の受光素子
。３、前記ガードリングは上層の反射防止膜と、下層の導
体膜とによって形成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の受光素子。４、レーザチップと、このレーザチップから発光される
レーザ光を受光する受光素子とを、有する光電子装置で
あって、前記受光素子はその主面に表面の反射性が低い
ガードリングが設けられていることを特徴とする光電子
装置。