(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一実装基板上に半導体レーザと受光素子を備えた光半導体装置であって、前記受光素子の半導体接合面に略直交する稜線の一つが半導体レーザに対峙し、前記稜線に隣接する側面から入射した前記半導体レーザからの出力光が、前記受光素子で検出される光半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、前記受光素子の外面のうち前記半導体レーザからの出力光が入射する前記側面を除く他の全部または一部の面が、反射体で被覆されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
請求項１において、前記受光素子の側面のうち前記半導体レーザからの出力光が入射する側面に対向する面が、受光素子の半導体接合面に対して傾斜していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
請求項１において、前記受光素子の側面のうち前記半導体レーザからの出力光が入射する側面と該側面に対向する面が、受光素子の半導体接合面に対して傾斜していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項５】
同一実装基板上に半導体レーザと受光素子を備え、該受光素子の半導体接合面に略直交する側面から入射した前記半導体レーザからの出力光が、前記受光素子で検出される光半導体装置の製法であって、実装基板に付着させた半田バンプの上に受光素子を搭載し、実装基板と受光素子の間から溢れた半田を前記受光素子の前記出力光が入射する側面を除く他の全部または一部の側面に付着させることによって、該側面を金属で被覆する前記光半導体装置の製法。
【請求項６】
同一実装基板上に半導体レーザと受光素子を備え、該受光素子の半導体接合面に略直交する側面から入射した前記半導体レーザからの出力光が、前記受光素子で検出される光半導体装置に適用する前記受光素子の製法であって、前記受光素子の外面のうち金属被覆する側面以外の外面をコーティングをした後に、イオンプレーティングで金属被覆する前記受光素子の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に光通信あるいは光記録に適用されるものであって、半導体レーザの後方光をモニター用の受光素子で受光する光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術について、図１、図２を参照して説明する。図１は、従来例による光半導体装置を上面から見た概略図である。図１において、半導体レーザ８１は前方と後方の２方向に光を出力する。通常は、前方光８２を装置外部への光出力として、後方光８３をモニター用の光出力として用いる。半導体レーザは温度、経時劣化により入力電流に対する光出力の割合が変化するため、後方光をモニターして半導体レーザの光出力を制御する負帰還ループを構成し、光半導体装置の光出力の安定化を図っている。
【０００３】
従来は、半導体レーザの後方光をモニターするために、受光素子８４は半導体接合面８５を除いて半導体レーザからの出力光の波長に対して透明に設計され、受光素子８４は半導体レーザ８１と同一実装基板８６に搭載する構成であった。
【０００４】
しかし、半導体レーザからの後方光は空気中に出射されると大きく広がるため、所要の受光量を確保するためには、モニター用の受光素子の検出部である空乏層の面積を大きくする必要があった。このため、必然的に受光素子も大きくせざるを得なかった。
【０００５】
図２は、従来例による光半導体装置を側面から見た断面図である。図２において、半導体レーザ８１は前方と後方の２方向に光を出力する。通常は、前方光８２を装置外部への光出力として、後方光８３をモニター用の光出力として用いる。ここで受光素子として使用するInGaAsでは屈折率が３．５６と大きいため、半導体レーザの後方光８３が受光素子８４の半導体レーザ８１に面する側面に入射しても、屈折後は受光素子内で半導体接合面にほぼ平行に伝播することとなり、受光素子８４の半導体接合面８５の近傍に形成される空乏層で吸収される割合が少なくなっていた。半導体レーザ８１からの後方光８３が前記側面に対向する面で反射されても、半導体接合面にほぼ平行に伝播するため、やはり受光素子８４の空乏層で吸収される割合は少ない。その結果、従来例では、受光素子の受光効率が悪く、受光効率を向上させるには受光素子を大型化する必要があった。
【０００６】
さらに、受光素子８４は空乏層を除いて、半導体レーザからの出力光に対して透明となるため、光半導体装置内の迷光８７が空乏層８５で吸収されると負帰還ループに対する外乱となり、半導体レーザの光出力を安定化する負帰還ループが正常に動作しなくなる怖れがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体レーザの後方光を検出するモニター用受光素子の受光効率を高めた光半導体装置又は前記モニター用受光素子の小型化を図った光半導体装置を提供することにある。また、光半導体装置内の迷光がモニター用の受光素子で受光されることを防止するか、あるいは半導体レーザからの後方光が受光素子内を経由して迷光となることを防止する光半導体装置を提供することにある。さらに、これらの光半導体装置又は受光素子の簡易な製法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、請求項１に係る発明は、同一実装基板上に半導体レーザと受光素子を備えた光半導体装置であって、前記受光素子の半導体接合面に略直交する稜線の一つが半導体レーザに対峙し、前記稜線に隣接する側面から入射した前記半導体レーザからの出力光が、前記受光素子で検出される光半導体装置である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記受光素子の外面のうち前記半導体レーザからの出力光が入射する前記側面を除く他の全部または一部の面が、反射体で被覆されていることを特徴とする光半導体装置である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１において、前記受光素子の側面のうち前記半導体レーザからの出力光が入射する側面に対向する面が、受光素子の半導体接合面に対して傾斜していることを特徴とする光半導体装置である。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１において、前記受光素子の側面のうち前記半導体レーザからの出力光が入射する側面と該側面に対向する面が、受光素子の半導体接合面に対して傾斜していることを特徴とする光半導体装置である。
請求項１乃至４に係る発明によって、前記半導体レーザからの出力光を効率的に前記受光素子で受光することができるか、または、前記受光素子を小型化することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、同一実装基板上に半導体レーザと受光素子を備え、該受光素子の半導体接合面に略直交する側面から入射した前記半導体レーザからの出力光が、前記受光素子で検出される光半導体装置の製法であって、実装基板に付着させた銀ペースト塊又は半田バンプの上に受光素子を搭載し、実装基板と受光素子の間から溢れた銀ペースト又は半田を前記受光素子の前記出力光が入射する側面を除く他の全部または一部の側面に付着させることによって、該側面を金属で被覆する前記光半導体装置の製法である。
請求項５に係る発明によって、半導体レーザの出力光に起因する迷光の影響を防止できる光半導体装置を簡易に製造することができる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、同一実装基板上に半導体レーザと受光素子を備え、該受光素子の半導体接合面に略直交する側面から入射した前記半導体レーザからの出力光が、前記受光素子で検出される光半導体装置に適用する前記受光素子の製法であって、前記受光素子の外面のうち金属被覆する側面以外の外面をコーティング又はテープをした後に、スパッタリング又はイオンプレーティングで金属被覆する前記受光素子の製法である。
請求項６に係る発明によって、半導体レーザの出力光に起因する迷光の影響を防止できる受光素子を簡易に製造することができる。
【００１４】
他の発明は、同一実装基板上に半導体レーザと受光素子を備え、該受光素子の半導体接合面に略直交する側面から入射した前記半導体レーザからの出力光が、前記受光素子で検出される光半導体装置であって、前記受光素子の外面のうち前記半導体レーザからの出力光が入射する側面を除く他の全部または一部の面が、前記半導体レーザからの出力光を吸収する材料で被覆されている光半導体装置である。請求項７に係る発明によって、半導体レーザの出力光に起因する迷光の影響を防止できる光半導体装置とすることができる。なお、これらの発明の各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態を図３に示す。本実施の形態の特徴は、半導体レーザと同一実装基板上に設置されたモニター用の受光素子において、受光効率の向上を図る構造にある。以下、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図３は、本発明の光半導体装置を上面から見た概略構成図である。図３に示すように、実装基板１６に半導体レーザ１１と前記実装基板１６にモニター用の受光素子１４が搭載されている。モニター用の受光素子１４は、半導体接合面１５に略直交する稜線の一つが半導体レーザに対峙するように搭載される。半導体レーザ１１からの後方光１３は、受光素子１４の前記稜線に隣接する側面から入射する。受光素子の材料を選定すれば、受光素子を半導体レーザの出力光に対して透明にすることができる。受光素子として使用するInGaAsの屈折率は３．５６と空気の屈折率に比較して大きいため、前記側面から入射した後方光１３は大きく屈折して、受光素子の中心方向に向かう。受光素子の中心方向に向かった後方光の一部は、空乏層で吸収された後、電流に変換される。前記側面から入射した後方光１３のうち水平方向に進んだ後方光は、入射した受光素子の側面に対向する側面に向かって受光素子内を伝播し、当該側面で反射される。反射された後方光は、再び受光素子４の半導体接合面１５に向かい、空乏層で吸収された後電流に変換される。
【００１７】
このように、半導体レーザからの後方光は、モニター用の受光素子の中心方向に集光されるため、該受光素子での受光効率を高くすることができた。受光効率を一定とすると、受光素子の検出部である空乏層の面積を小さくすることができ、その結果、受光素子も小型にすることができた。
【００１８】
さらに、図３に示すように、受光素子１４における半導体レーザ１１に面している側面は半導体レーザに対して略４５度回転しているため、半導体レーザ１１からの後方光１３が当該側面で反射されても、半導体レーザに戻ることはなく、半導体レーザの動作を安定に保つことができた。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態を図４に示す。本実施の形態の特徴は、半導体レーザと同一実装基板上に設置されたモニター用の受光素子において、受光効率の向上を図る構造にある。
【００２０】
図４は、本実施の形態の光半導体装置を上面から見た概略構成図を示す。以下、図面に基づいて詳細に説明する。図４に示すように、実装基板１６に搭載された半導体レーザ１１からの後方光１３は、受光素子１４における半導体レーザ１１に対峙する稜線の両側の側面から入射する。図３と同様に、該側面から入射した後方光１３は大きく屈折した後、一部は半導体接合面の近傍にある空乏層で吸収される。一部は受光素子内を伝播し、さらに、入射した前記側面に対向する側面で反射され、反射された後方光は再び受光素子内を伝搬して半導体接合面の近傍にある空乏層で吸収され、電流に変換される。この際、前記対向する側面が反射体で被覆されていると、反射効率が高く、より多くの後方光が電流に変換されることになる。
【００２１】
従って、受光素子の前記対向する側面が反射体で被覆されている場合は、半導体レーザの後方光は前記対向する側面で反射されることになるため、該側面を反射体で被覆しない場合に比較して、効率良く半導体レーザからの後方光を受光することができた。前記対向する側面のみならず、半導体レーザの後方光が入射する側面以外の受光素子の外面を反射体で被覆すると、一層高い効果が得られる。
【００２２】
図５(a)乃至(b)は受光素子を反射体で被覆する方法を示したものである。図５(a)のように、受光素子の面を金属皮膜１７で被覆するには、受光素子の外表面に金属を蒸着、スパッタリングあるいはイオンプレーティングすることにより得られる。金属としては、Al、Al2O３、Au、Ag等が適用できる。また、金属皮膜に代えて、SiO2でも同様の効果が得られる。さらに、金属皮膜に代えて、誘電体多層膜によっても反射体を形成することができる。この場合は、反射する光の波長に合わせて誘電体多層膜を形成する。
【００２３】
図５(b)のように、接着剤に銀を添加した銀ペースト２３を受光素子の面に付着させることによっても、受光素子の外表面に反射体を形成することができる。
【００２４】
さらに、図４において、受光素子１４の外表面を反射体で被覆することによって、光半導体装置内の迷光が受光素子１４に入射することを防止することもできる。迷光が受光素子に入射することを防止するためには、受光素子の実装基板側と反対の外表面ばかりでなく、前記半導体レーザ１１からの後方光１３が入射する側面を除く外表面の全部又は一部を反射膜で被覆することによって、一層高い効果が得られる。
従って、本発明により、受光素子の外表面を反射膜で被覆しない場合に比較して、光半導体装置内の迷光がモニター用の受光素子に入力することを防止して安定な負帰還ループを構成できた。
【００２５】
図４において、受光素子１４の外表面を反射体で被覆することによって、半導体レーザからの後方光が受光素子１４から抜け出て、光半導体装置内で迷光となることも防止できた。
【００２６】
（実施の形態３）
本発明の他の実施の形態を図６に示す。本実施の形態の特徴は、半導体レーザと同一実装基板上に設置されたモニター用の受光素子において、半導体レーザからの後方光が入射する側面に対向する受光素子の側面を傾斜させて、受光素子の受光効率の向上を図る構造にある。
【００２７】
図６上図は、光半導体装置を側面から見た概略断面図、図６下図は、光半導体装置を上面から見た配置図である。図６に示すように、実装基板１６に搭載された半導体レーザ１１からの後方光１３は、前記実装基板１６に搭載された受光素子１４の側面に入射する。該側面から入射した後方光１３はほぼ半導体接合面１５に平行に受光素子内を伝播し、前記側面に対向する側面で反射される。該対向する側面と受光素子１４の半導体接合面１５のなす角度が鈍角となるように傾斜されているため、反射された後方光は受光素子１４の実装基板側で再度反射された後、半導体接合面１５に向かい、空乏層で吸収され電流に変換される。
【００２８】
従って、前記対向する側面が傾斜されている場合は、半導体レーザからの後方光は両側面の間を多重反射することなく、効率良く半導体レーザからの後方光を受光することができた。
【００２９】
なお、図６における受光素子１４の傾斜した面は、半導体結晶のへき開を利用したり、受光素子を異方性エッチングしたり、受光素子を斜めにダイシングすることにより得られる。
【００３０】
（実施の形態４）
本発明の他の実施の形態を図７に示す。本実施の形態の特徴は、実施の形態３と同様に、半導体レーザと同一実装基板上に設置されたモニター用の受光素子において、半導体レーザからの後方光が入射する側面に対向する受光素子の側面を傾斜させて、受光素子の受光効率の向上を図る構造にある。
【００３１】
図７は、本実施の形態の光半導体装置を側面から見た概略断面図を示す。図７の光半導体装置は、受光素子１４において、半導体レーザ１１からの後方光１３が入射する側面に対向する側面を傾斜させている。図７に示すように、実装基板１６に搭載された半導体レーザ１１からの後方光１３は、前記実装基板１６に搭載された受光素子１４の側面に入射する。該側面から入射した後方光１３は、ほぼ半導体接合面１５に平行に受光素子内を伝播し、前記側面に対向する側面で反射される。該対向する側面と受光素子１４の半導体接合面１５のなす角度が鋭角となるように傾斜されているため、反射された後方光は受光素子１４の半導体接合面１５に向かい、空乏層で吸収され電流に変換される。
【００３２】
従って、前記対向する側面が傾斜されている場合は、半導体レーザからの後方光は両側面の間を多重反射することなく、効率良く半導体レーザからの後方光を受光することができた。
【００３３】
（実施の形態５）
本発明の他の実施の形態を図８に示す。本実施の形態の特徴は、半導体レーザと同一実装基板上に設置されたモニター用の受光素子において、半導体レーザからの後方光が入射する側面と該側面に対向する側面を傾斜させて、受光素子の受光効率の向上を図る構造にある。
【００３４】
図８は、本実施の形態の光半導体装置を側面から見た概略断面図を示す。図８の光半導体装置は、受光素子１４において半導体レーザ１１からの後方光１３が入射する側面と、該側面に対向する側面を傾斜させたものである。図８に示すように、実装基板１６に搭載された半導体レーザ１１からの後方光１３は、前記実装基板１６に搭載された受光素子１４の側面に入射する。該側面は傾斜されているために、該側面から入射した後方光１３は、該側面で半導体接合面側に屈折して、半導体接合面１５に向かうことになる。半導体接合面に向かわなかった後方光は受光素子内を伝播し、前記側面に対向する側面で反射される。該対向する側面と受光素子１４の半導体接合面１５のなす角度が鋭角となるように傾斜されているため、反射された後方光は受光素子１４の半導体接合面１５に向かい、空乏層で吸収され電流に変換される。
【００３５】
従って、前記両側面が傾斜されている場合は、半導体レーザからの後方光は両側面の間を多重反射することなく、効率良く半導体レーザからの後方光を受光することができた。
【００３６】
（実施の形態６）
本発明の他の実施の形態を図９に示す。本実施の形態は、半導体レーザからの後方光が入射する受光素子の側面と、該側面に対向する側面を傾斜させたものである。
【００３７】
図９は、実施の態様を示す光半導体装置を側面から見た概略断面図である。実施の形態５を示す図８では、側面と半導体接合面が鋭角となるように傾斜させたが、本実施の形態では、図９に示すように、側面と半導体接合面が鈍角になるように両側面を傾斜させている。
【００３８】
図９に示すように、実装基板１６に搭載された半導体レーザ１１からの後方光１３は、前記実装基板１６に搭載された受光素子１４の側面に入射する。該側面は傾斜されているために、該側面から入射した後方光１３の多くは半導体接合面１５に平行に伝搬し、前記側面に対向する側面で反射される。該対向する側面と受光素子１４の半導体接合面１５のなす角度が鈍角となるように傾斜されているため、反射された後方光は、再度受光素子１４の底面で反射された後、半導体接合面１５に向かい、空乏層で吸収され電流に変換される。
【００３９】
従って、側面と半導体接合面が鈍角になるように、両側面を傾斜させた場合であっても、反射によって半導体接合面に向かう後方光が増加するため、受光素子１４での受光効率を向上することができた。
【００４０】
（実施の形態７）
本実施の形態は、モニター用の受光素子を銀ペースト又は半田で金属被覆する光半導体装置の製造方法である。
【００４１】
図１０は、本実施の形態での製造方法を示すものであって、図１０の上図は、実装基板を上面から見た配置図、図１０の下図は、実装基板を側面から見た断面図を示す。まず、実装基板１６に銀ペースト塊又は半田バンプ２１を付着させ、付着させた銀ペースト塊又は半田バンプ２１の上に受光素子１４を搭載していく。この際、受光素子１４の中心と銀ペースト塊又は半田バンプ２１の中心位置をずらせておく。
【００４２】
図１１は、本実施の形態で製造された光半導体装置を示す概略図であって、図１１の上図は、実装基板を上面から見た配置図、図１１の下図は、実装基板を側面から見た断面図を示す。実装基板１６と受光素子１４の間から溢れた銀ペースト又は半田は前記受光素子の側面に付着する。付着した銀ペースト又は半田は受光素子の側面等で、半導体レーザからの後方光に対して反射体として機能する。また、受光素子外部から、迷光が受光素子内に侵入することを防止する反射体としても機能する。
【００４３】
従って、本製法では、受光素子を実装基板に搭載する際に、併せて、受光素子の外面を銀ペースト又は半田で被覆するため、光半導体装置を製造する工程を簡略化することができた。
【００４４】
（実施の形態８）
本実施の形態は、モニター用受光素子を金属で被覆する製法である。同一実装基板上に半導体レーザと受光素子を備え、該受光素子の半導体接合面に略直交する側面から入射した前記半導体レーザからの後方光が、前記受光素子で検出される光半導体装置では、後方光が入射する側面以外は金属で被覆して反射膜を形成する方が、受光効率は向上する。
【００４５】
受光素子をスパッタリング又はイオンプレーティングにより金属で被覆する製法として、前記受光素子の特定の側面以外の外面を選択的に金属でスパッタリング又はイオンプレーティングするよりも、前記受光素子の特定の側面をコーティング又はテープをして、受光素子をスパッタリング又はイオンプレーティングにより金属で被覆した後、コーティング又はテープを除去して、特定の側面以外の外面に金属を残す方が容易である。スパッタリング又はイオンプレーティングにより金属で被覆した後、コーティング又はテープを除去すると、コーティング又はテープをしていた側面には金属が被覆されていないため、当該側面から半導体レーザからの後方光を入射させることができる。入射した後方光は金属で被覆した側面で反射されるため、受光効率の高い受光素子を作製することができる。また、この金属で被覆した側面により、光半導体装置内の迷光が受光素子に入射することを防止できる。
【００４６】
以上説明したように、本製法により、受光素子の所定の外面を金属で被覆する工程を簡略化することができた。
【００４７】
（実施の形態９）
本発明の他の実施の形態を図１２に示す。図１２は、本実施の形態の光半導体装置を上面から見た概略図を示す。本実施の形態の特徴は、光半導体装置内での迷光を防止するために、光半導体装置内のモニター用受光素子に入射した半導体レーザからの後方光が受光素子から抜け出ないよう、モニター用の受光素子の側面を吸収膜で被覆することにある。以下、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４８】
図１２に示すように、実装基板１６に搭載された半導体レーザ１１からの後方光１３は、前記実装基板１６に搭載された受光素子１４の側面に入射する。受光素子の材料を選定すれば、受光素子を半導体レーザの出力光に対して透明にすることができる。受光素子として使用するInGaAsでは屈折率が３．５６と空気の屈折率に比較して大きいため、前記側面が半導体接合面１５に略直角の場合は、前記側面から入射した後方光３はほぼ半導体接合面に平行に受光素子内を伝播し、その一部は、前記側面に対向する側面で反射される。該対向する側面は吸収膜で被覆されているため、後方光１３は吸収膜で吸収され、受光素子の外部に抜け出ることはない。
【００４９】
従って、受光素子の側面が吸収膜で被覆されている場合は、半導体レーザの後方光は前記側面で吸収されることになるため、該側面を吸収膜で被覆しない場合に比較して後方光が光半導体装置内で迷光になることを防止することができた。また、この吸収膜が、受光素子の外部からの迷光をも吸収する構造にすると、受光素子１４が、迷光により誤動作することも抑制することができた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の具体的な実施の態様に対応した発明の効果は前述した通りである。上記の説明から判るように、本発明は、光半導体装置において半導体レーザの後方光を検出するモニター用受光素子について高受光効率又は小型化を実現することができた。
本発明により、光半導体装置内での迷光を防止し、あるいは、光半導体装置内の迷光がモニター用の受光素子に入射することを防止することができた。
本発明により、光半導体装置内において、半導体レーザからの後方光を効率的に受光することもできた。
本発明により、光半導体装置又は該光半導体装置に使用する受光素子を簡単な工程で作製することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の実施の態様を示す光半導体装置を上面から見た概略図である。
【図２】  従来の実施の態様を示す光半導体装置を側面から見た断面図である。
【図３】  本発明の実施の態様を示す光半導体装置を上面から見た概略構成図である。
【図４】  本発明の他の実施の態様を示す光半導体装置を上面から見た概略構成図である。
【図５】  本発明の実施の態様を示す受光素子の斜視図である。
【図６】  本発明のさらに他の実施の態様を示す光半導体装置を側面から見た概略断面図と上面から見た配置図である。
【図７】  本発明のさらに他の実施の態様を示す光半導体装置を側面から見た概略断面図である。
【図８】  本発明のさらに他の実施の態様を示す光半導体装置を側面から見た概略断面図である。
【図９】  本発明のさらに他の実施の態様を示す光半導体装置を側面から見た概略断面図である。
【図１０】  本発明の実施の態様を示す光半導体装置の製造方法を示す概略図である。
【図１１】  本発明の実施の態様を示す光半導体装置の製造方法によって製造された光半導体装置を示す概略図である。
【図１２】  本発明の他の実施の態様を示す光半導体装置を上面から見た概略図である。
【符号の説明】
１１、８１  半導体レーザ
１２、８２  半導体レーザからの前方光
１３、８３  半導体レーザからの後方光
１４、８４  受光素子
１５、８５  受光素子の半導体接合面
１６、８６  実装基板
１７  金属皮膜
１８  吸収膜
２１  半田バンプ
２２  半田
２３  銀ペースト
【図１】
0003908568.tif 000002
【図２】
0003908568.tif 000003
【図３】
0003908568.tif 000004
【図４】
0003908568.tif 000005
【図５】
0003908568.tif 000006
【図６】
0003908568.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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