JPS63158880A - 光半導体装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、化合物半導体で形成された受光装置および発
光装置（以後、受発光装置と記す）の光半導体装置に関
するものである。

従来の技術 近年、光通信技術の発展にともない化合物半導体で形成
された高性能で高信頼性のある受発光装置の開発が進め
られている。

従来、受発光素子を載置する基板支持台として熱伝導率
のよい厚さ約２００ｕｍのシリコン（Ｓｉ）基板を用い
熱放散をよくして高性能化を図っていた。ただし、Ｓｉ
基板支持台だけであると絶縁性が良（ないので、Ｓｉ基
板支持台の上に厚さ約１μｍの酸化シリコン（ＳｉＯｘ
）膜の絶縁膜を付けて受発光素子とパッケージのステム
の間を電気的に遮断していた。

このようにして得られたＩｎＧａＡｓＰの材料を用いた
発光素子の特性は、順電流（Ｉｐ）を１００＋ａＡ流し
たとき、光フアイバ端出力（Ｐ　）が１０〜２０　ｕ　
Ｗ　％遮断周波数が１００〜２００ＭＨｚであった。

また、ＩｎＧａＡｓを材料に用いたＰＩＮフォトダイオ
ードでは、波長１．３Ｕ■で量子効率が７０％、遮断周
波数が５００ＭＨｚ〜ＩＧＨｚのものが実現している。

発明が解決しようとする問題点 このように受発光素子の基板支持台としてＳｉ基板を用
いる場合、Ｓｉの熱膨張係数が受発光素子を形成してい
るＡｅｏ、３Ｇａｏ、フＡｓやＩｎＰあるいはＩｎＧａ
ＡｓＰ等の化合物半導体材料の熱膨張係数と異なるため
、組立の熱処理工程で受発光素子の結晶に内部応力が加
わって歪みが生じ、特性の劣化や信頼性の低下の問題が
あった。また、Ｓｉにかわって受発光素子材料の熱膨張
係数に近いＢｅＯを使用した場合、加工が困難であり高
価である欠点を有している。

なお、参考のために表１に受発光素子材料に対する熱伝
導率と熱膨張係数を、表２に基板支持台材料に対する熱
伝導率と熱膨張係数を示す。

表　　１ 表　　２ さらに、Ｓ五基板支持台には、絶縁するために５ｉ０２
膜が上面に形成されているため基板支持台の持つ容量が
かなり太き（なる。例えば、５ｉ０２の膜厚を１μ■、
チップサイズを１園角とすると約２０ｐＦにもなる。こ
のような容量が加わると受発光素子の高速応答性を妨げ
る不都合がある。また、浮遊容量が小さくなるＢｅＯや
ダイヤモンドの絶縁材料も検討されているが、加工が困
難であり、かつ高価である欠点がある。

本発明は、熱膨張係数が受発光素子材料に近（、浮遊容
量も少な（、熱伝導性が良く、かつ加工性に優れた基板
支持台材料を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明の光半導体装置は、半絶縁性ＧａＡｓで形成され
た基板支持台の上に半導体受光素子もしくは半導体発光
素子が配置された構造のものである。

作用 本発明の半絶縁性ＧａＡｓ材料による基板支持台を用い
ることにより、基板支持台自身が比抵抗が高く絶縁性に
優れているとともに浮遊容量が小さく、また熱膨張係数
も６　、６３　Ｘ　１０−０−６ｄｅ’と受発光素子の
熱膨張係数ときわめて近い値となる。

さらに、熱伝導率は０．４７Ｗ／ｃ＋ｍｄｅｇとＳｉよ
りは劣るが５ｉ０２の０．０１４Ｗ／ｃｍｄｅｇよりも
優れており全体としては良好であり、加工性についても
、通常の半導体プロセスが使用でき優れている。

実施例 本発明の光半導体装置の実施例を第１図に示した受光装
置の断面図を参照して説明する。

第１図は、比抵抗が１０７〜１０日Ω・印、サイズがｌ
ｎｗｉ角、厚さが２００μ−の半絶縁性ＧａＡｓ基板支
持台１の表面側にＴｉＰｔＡｕの膜２とＳｎを含んだＡ
ｕの膜３の積層膜が形成され、基板支持台１の裏面側に
はＴｉＰｔＡｕの膜４が形成され、Ｓｎを含んだＡｕの
膜３の上に半導体受光素子５が配置された構造である。

次に、半導体受光素子５としてＰＩＮフォトダイオード
の構造を示す。これは、０．４−角のＳがドープされた
ｎ形のＩｎＰ基板６の上にｎ形のＩｎＰ層７が形成され
、このｎ形のＩｎＰ層の上に直径８０ｕｇ＋のｎ形のＩ
ｎｏ、５ｓＧａｏ、４］Ａｓ層８が形成され、さらにｎ
形のＴ　ｎｏ、５３Ｇａｏ、４７Ａ　ｓ層８の中にｐ形
のＩ　ｎｏ、５３Ｇａｏ、＜７Ａ　Ｓ領域９が形成され
る。

そしてｐ形のＩ　ｎｏ、５３Ｇａｏ、４７Ａｓ領域９の
上にＳｉＮ膜による無反射膜１０が形成され、ｐ形のＩ
　ｎｇ、６３　Ｇａ（１，４７Ａｓ領域９に一部に繋が
るＴｉＰｔＡｕ膜１１で形成されたアノード電極が形成
され、ｎ形のＩｎＰ６の裏面にはＳｎを含んだＡｕ膜１
２で形成されたカソード電極が形成され、素子を保護す
るためと、低暗電流化を図るるために素子全体がＳｉＮ
膜による保護膜１３で覆われた構造である。

このような半導体受光装置の構造により、基板支持台１
の熱膨張係数（６，６３Ｘ　１０＝ｄｅｇ　’　）と受
光素子材料のＩｎＰの熱膨張係数 （４，７５Ｘ　１０−０−６ｄｅ’　）とほぼ近い値と
なり、熱処理工程における受光素子の結晶の歪みが生じ
ることがな（なるとともに、基板支持台１の容量は約０
．２ｐＦとなり、ＳｉとＳｉＯ２による従来の基板支持
台の容量の２０ｐＦよりきわめて小さな値となる。

次に、本発明の基板支持台を用いたＰＩＮフォトダイオ
ードの周波数特性を第２図に示す。

入射光の波長が１．３ｐ■、バイアス電圧がｉｏｖ。

負荷抵抗が５０Ωの条件で調べた結果、出力レベルが３
ｄＢ低下したときの遮断周波数はアノード接地あるいは
カソード接地の両方ともＩＧＨｚ以上の値が得られた。

この値は、基板支持台１を除去して直接受光素子をステ
ムにダイスボンドした構造の遮断周波数とほぼ同じであ
り、基板支持台を使用したことによる遮断周波数の低下
はほとんどみられなかった。

なお、実施例では半導体受光装置について述べたが、半
導体発光装置においても、遮断周波数の向上や熱処理工
程において結晶の歪みがなくなること等の効果があるこ
とは言うまでもない。

発明の効果 本発明の光半導体装置によれば、基板支持台の浮遊容量
が小さくなり遮断周波数の向上等にみられるように応答
速度が速くなる。

また、基板支持台と受発光素子との熱膨張係数がほぼ等
しくなるので、組立工程途中の熱処理によっても受発光
素子に結晶の歪みが生じることがなく高い信頼性が得ら
れる効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光半導体装置の一実施例を示した半導
体受光装置の断面図、第２図は本発明の半導体受光装置
の周波数特性を示した図である。 ｌ・・・・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板支持台、２．４．
１１・・・・・・ＴｉＰｔＡｕ膜、３，１２・・・・・
・Ｓｎを含んだＡｕ膜、５・・・・・・半導体受光素子
、６・・・・・・ｎ形のＩｎＰ基板、７・・・・・・ｎ
形のＩｎＰ層、８＝−＋１ｎ形のＩｎｏ、５３Ｇａｏ、
ｔ７Ａｓ膜、９・・・・・・ｐ形のＩ　ｎＯ，５３Ｇａ
ｏ、＋７Ａｓ領域、１０・・・・・・ＳｉＮ膜による無
反射膜、１３・・・・・・ＳｉＮ膜による保護膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半絶縁性ＧａＡｓで形成された基板支持台の上に半導体
   受光素子もしくは半導体発光素子が配置されていること
   を特徴とする光半導体装置。