JP2003037328A

JP2003037328A - 光半導体装置

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Publication number: JP2003037328A
Application number: JP2001223205A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Yamauchi; 義則山内
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、発光素子の発熱による光半導
体装置の信頼性の低下を抑制できる光半導体装置を提供
することを目的とする。【解決手段】（ａ）熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上で
あり、（ｂ）発光素子を構成する材料の熱膨張係数を１
とする場合の熱膨張係数が０．５〜１．５である材料か
らなるサブマウントと、前記サブマウント上に搭載され
ている発光素子とを有することを特徴とする光半導体装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に代表される光半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体レーザなどの発光素子は、
光情報処理や光通信の分野での実用化が進んでおり、い
ずれの分野でも素子の信頼性が極めて重要な要素であ
る。それゆえに、半導体レーザの発熱量による素子機能
の低下を避けるため、通常は金属放熱体をヒートシンク
として用いるのが一般的である。しかし、半導体レーザ
と金属放熱体との熱膨脹係数の差が、半導体レーザのス
トレスまたは歪みなどを発生させ、その結果、半導体レ
ーザの信頼性に悪影響を与える原因となり得る。かかる
問題を解消すべく、金属放熱体の上に半導体レーザの基
板材料と比較的熱膨脹係数が近い材料、具体的にはＳｉ
からなるサブマウントを配置し、その上にはんだ材料を
介して半導体レーザを搭載し固着する方法がよく用いら
れている。

【０００３】しかし、近年、光半導体装置に対する高速
化または小型化の要求から、高出力レーザやマルチビー
ム半導体レーザなどが次々と開発されている。かかる高
出力レーザやマルチビーム半導体レーザは、従来の半導
体レーザよりもさらに発熱量が大きいため、従来のＳｉ
からなるサブマウントでは以下のような問題が生じてい
た。すなわち、半導体レーザとサブマウントの熱膨張係
数差が大きいため、半導体レーザとサブマウントが熱膨
張したときに歪みが生じ、この歪みにより半導体レーザ
が湾曲するという問題が生じていた。特に、マルチビー
ム半導体レーザにおいては、個々のレーザ素子が湾曲す
るとレーザ間の偏波面のずれが生じるという問題が生じ
ていた。

【０００４】またさらに、半導体レーザは発熱量が大き
いため、発熱によりレーザパワーが変動するという問題
がある。そこで、これに対処し安定した光出力を得るた
めの方法の一つとして、半導体レーザ発光素子において
光出力を取り出す前側端面とは反対側の後側端面から出
力される光をモニター用光として用い、光源チップ内に
内蔵するモニター用受光素子によりかかるモニター用光
の強度をモニターして、これを基にフィードバック駆動
させることにより光出力を安定化させる方法、いわゆる
ＡＰＣ(Auto Power Control)駆動が従来から知られてい
る。

【０００５】いわゆるＡＰＣ駆動半導体レーザ装置にお
ける従来のパッケージ構造を図６に示した。かかる図か
ら明らかなように、半導体レーザ素子１０１とモニター
用受光素子１０２のマウント面は９０度に近い角度をな
しているのが一般的である。これは、半導体レーザ素子
の出射光はその構造上、積層面方向すなわち半導体レー
ザのマウント面と略平行方向に出射され、一方でモニタ
ー用受光素子の受光面は素子表面に形成され、その結果
受光素子に導光するためには受光素子に入射する光が受
光素子のマウント面に対して水平以外の角度を持つ必要
があるからである。なお、図中の１０３はステム、１０
４は金属製のキャップ、１０５は透明ガラス板である。

【０００６】しかし、このような実装構造を採用する
と、半導体レーザ素子１０１とモニター用受光素子１０
２とマウント面が異なっているため、製造時にチップと
外部リードとの電気的接続を行うワイヤボンディング装
置は異なる装置を用いなければならないか、またはパッ
ケージを保持するステージ部に回転機構を持たせなけれ
ばならず、製造装置が複雑な機構となってしまう等の問
題点があった。

【０００７】上記問題を解決すべく、図７に示すような
半導体レーザ装置が開発されている。かかる半導体レー
ザ装置は、金属板２０１上にＳｉサブマウント２０２が
配置されている。そして、Ｓｉサブマウント２０２の端
部上面には半導体レーザチップ２０３が搭載され、ま
た、他端方向にはモニター用受光素子２０４が設けられ
ている。ここで、受光素子２０４と半導体レーザチップ
２０３との位置関係は、半導体レーザチップ２０３の後
面から出射されたモニター光２０７のうち斜線部の光２
０７ａのみが受光素子２０４に入射する構造となってい
る。一方、半導体レーザチップ２０３の前面からｙ方向
へ出射した光２０６は、プリズム２０５で反射されｚ方
向に立ち上げられる。かかる構造をとれば、半導体レー
ザチップ２０３とモニター用受光素子２０４のマウント
面は平面内に存在するため、ワイヤボンディングを行う
際に、異なるボンディング装置を用いたり、ボンディン
グ装置に複雑な機構のステージ部を設けたりする必要が
ない。

【０００８】しかし、上記構造の半導体レーザ装置で
は、以下のような新たな問題点が生じてくる。すなわ
ち、（ａ）半導体レーザ発光素子からの出射光は、受光
部に対し平行方向に射出されるため、受光素子に入射す
る光は半導体レーザ発光素子の後側端面から放射される
斜入射光であり、そのため出力光の最も光強度の高い中
心部をモニターするためには受光素子のサイズを大型化
しなければならないという問題が生じる。

【０００９】またさらに、（ｂ）サブマウント上に半導
体レーザ発光素子と受光素子とが設けられているため、
発光素子の発熱によりサブマウントの温度が上昇して受
光素子の温度特性により感度特性が変化する。その結
果、モニター電流の変化が発光素子の光出力の変化によ
るものなのかまたは受光素子の温度上昇によるものであ
るのかを識別しなければならず、その識別は難しいの
で、正確な光出力のモニターが困難になるという問題が
ある。これは特に半導体レーザの光出力をアナログ的に
使用する場合に大きな問題となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、発光素子の
発熱による光半導体装置の信頼性の低下を抑制できる、
工業的製造が容易な光半導体装置を提供することを目的
とする。また、本発明は、従来に比し小型でかつより正
確なＡＰＣ駆動を可能とする光半導体装置を提供するこ
とをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、半導体レー
ザに代表される発光素子の発熱による光半導体装置の信
頼性の低下を改善すべく鋭意検討したところ、サブマウ
ントを構成する材料として、従来用いられていたＳｉの
代わりに、発光素子を構成する材料とより熱膨張係数が
近く、かつ熱伝導率が高い材料を用いれば、発光素子の
発熱が原因となって生じていた上記従来の問題点を解決
でき、光半導体装置の信頼性を向上させることができる
という知見を得た。将来、高出力レーザやマルチビーム
半導体レーザなどの開発が進み、半導体レーザの発熱量
が大きくなることが予想されるため上記知見は有用であ
る。

【００１２】本発明者は、さらに図７に示すような半導
体レーザ装置において生じていた「装置の大型化」とい
う問題点を改善すべく鋭意検討した結果、発光素子の光
出力を検出するモニター用受光素子を発光素子の発光方
向側（フロント側）に設ければ、装置を小型化できるこ
とを知見した。例えば、図７におけるプリズムのような
ビームスプリッターの下に受光素子を設ければ、発光素
子のリア側にモニター用受光素子を設置するスペースが
必要なくなり、かつフロント側に新たに受光素子を設置
するスペースを設ける必要ないので、装置を小型化でき
る。本発明者らは、さらに検討を重ね、本発明を完成し
た。

【００１３】すなわち、本発明は、（１）（ａ）熱伝
導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上であり、（ｂ）発光素子を構
成する材料の熱膨張係数を１とする場合の熱膨張係数が
０．５５〜１．５である材料からなるサブマウントと、
前記サブマウント上に搭載されている発光素子とを有す
ることを特徴とする光半導体装置、（２）発光素子
が、半導体レーザである前記（１）に記載の光半導体装
置、（３）半導体レーザが、マルチビーム半導体レー
ザであることを特徴とする前記（２）に記載の光半導体
装置、（４）サブマウントを構成する材料が、III−
Ｖ族半導体化合物であることを特徴とする前記（１）に
記載の光半導体装置、（５）サブマウントを構成する
材料が、ＡｌＮであることを特徴とする前記（１）に記
載の光半導体装置、に関する。

【００１４】また、本発明は、（６）光半導体装置
が、発光素子の発光方向側に該発光素子の光出力を検出
する受光素子をさらに有することを特徴とする前記
（１）に記載の光半導体装置、（７）受光素子が、フ
ォトダイオードである前記（６）に記載の光半導体装
置、（８）さらに、発光素子が出射する光線を複数の
光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素子に導くこ
とができるビームスプリッターを発光素子の発光方向側
に有することを特徴とする前記（６）に記載の光半導体
装置、（９）ビームスプリッターが、プリズムである
ことを特徴とする前記（８）に記載の光半導体装置、
（１０）プリズムが、受光素子の上に搭載されている
ことを特徴とする前記（９）に記載の光半導体装置、
（１１）プリズムが、該プリズムよりも屈折率の小さ
い接着剤を用いて受光素子の上に搭載されていることを
特徴とする前記（１０）に記載の光半導体装置、（１
２）プリズムが、該プリズムにより分離される一部の
光の受光素子への入射角φ_ｃが下記式を満たすことがで
きる反射面を有することを特徴とする前記（１０）に記
載の光半導体装置、 φ_ｃ＜ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）数式１（式中、ｎ_１はプリズムの屈折率を、ｎ_２はプリズムを
搭載するために用いる接着剤の屈折率を示す、）（１３）受光素子が、プリズムの発光素子とは反対側
にプリズムには覆われずに設けられており、かつ、受光
素子が前記プリズムにより分離される光の一部であっ
て、さらにプリズム後面で屈折される光を検出できる位
置に設けられていることを特徴とする前記（９）に記載
の光半導体装置、に関する。

【００１５】また、本発明は、（１４）発光素子と、
該発光素子の発光方向側に前記発光素子の光出力を検出
する受光素子とを有することを特徴とする光半導体装
置、（１５）受光素子が、フォトダイオードである前
記（１４）に記載の光半導体装置、（１６）発光素子
が、半導体レーザである前記（１４）に記載の光半導体
装置、（１７）半導体レーザが、マルチビーム半導体
レーザであることを特徴とする前記（１６）に記載の光
半導体装置、（１８）さらに、発光素子が出射する光
線を複数の光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素
子に導くことができるビームスプリッターを発光素子の
発光方向側に有することを特徴とする前記（１４）に記
載の光半導体装置、（１９）ビームスプリッターが、
プリズムであることを特徴とする前記（１８）に記載の
光半導体装置、（２０）プリズムが、受光素子の上に
搭載されていることを特徴とする前記（１９）に記載の
光半導体装置、（２１）プリズムが、該プリズムより
も屈折率の小さい接着剤を用いて受光素子の上に搭載さ
れていることを特徴とする前記（２０）に記載の光半導
体装置、（２２）プリズムが、該プリズムにより分離
される一部の光の受光素子への入射角φ_ｃが下記式を満
たすことができる反射面を有することを特徴とする前記
（２０）に記載の光半導体装置、 φ_ｃ＜ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）数式１（式中、ｎ_１はプリズムの屈折率を、ｎ_２はプリズムを
搭載するために用いる接着剤の屈折率を示す、）（２３）受光素子が、プリズムの発光素子とは反対側
にプリズムには覆われずに設けられており、かつ、受光
素子が前記プリズムにより分離される光の一部であっ
て、さらにプリズム後面で屈折される光を検出できる位
置に設けられていることを特徴とする前記（１９）に記
載の光半導体装置、に関する。

【００１６】（２４）（ａ）基板と、（ｂ）基板上に
搭載されているサブマウントと、（ｃ）サブマウント上
に搭載されている半導体レーザと、（ｄ）前記基板上で
あって、前記半導体レーザの前方端面側に設けられてい
る受光素子と、（ｅ）半導体レーザの出射する光線を複
数の光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素子に導
くことができるビームスプリッターとを有する光半導体
装置であって、前記サブマウントを構成する材料の熱伝
導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ前記サブマウン
トを構成する材料の熱膨張係数が半導体レーザを構成す
る材料の熱膨張係数を１とする場合に０．５５〜１．５
であることを特徴とする光半導体装置、（２５）ビー
ムスプリッターが、プリズムであることを特徴とする前
記（２４）に記載の光半導体装置、（２６）プリズム
が、受光素子の上に搭載されていることを特徴とする前
記（２５）に記載の光半導体装置、（２７）プリズム
が、該プリズムよりも屈折率の小さい接着剤を用いて受
光素子の上に搭載されていることを特徴とする前記（２
６）に記載の光半導体装置、（２８）プリズムが、該
プリズムにより分離される一部の光の受光素子への入射
角φ_ｃが下記式を満たすことができる反射面を有するこ
とを特徴とする前記（２６）に記載の光半導体装置、 φ_ｃ＜ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）数式１（式中、ｎ_１はプリズムの屈折率を、ｎ_２はプリズムを
搭載するために用いる接着剤の屈折率を示す、）（２９）受光素子が、プリズムの発光素子とは反対側
にプリズムには覆われずに設けられており、かつ、受光
素子が前記プリズムにより分離される光の一部であっ
て、さらにプリズム後面で屈折される光を検出できる位
置に設けられていることを特徴とする前記（２５）に記
載の光半導体装置、（３０）（ａ）熱伝導率が１５０
Ｗ／ｍＫ以上であり、（ｂ）組み合わせられる発光素子
を構成する材料の熱膨張係数を１とする場合の熱膨張係
数が０．５５〜１．５である材料からなることを特徴と
するサブマウント、に関する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る光半導体装置は、発
光素子がサブマウント上に搭載（以下「マウント」とも
いう）されている構造を有することが好ましい。ここ
で、上記発光素子は公知の素子であってよいが、半導体
レーザであることが好ましく、さらに、高出力半導体レ
ーザまたはマルチビーム半導体レーザであることがより
好ましい。高出力半導体レーザとしては、例えば、ブロ
ードエリア型半導体レーザ、好ましくは光出力が約１０
Ｗ程度以上のブロードエリア型半導体レーザ、または光
出力が約２００ｍＷ程度以上のナローストライプ型半導
体レーザが挙げられる。マルチビーム半導体レーザとし
ては、複数の半導体レーザ素子が集積されている半導体
レーザ、好ましくは複数の半導体レーザ素子がモノリシ
ックに集積されている半導体レーザが挙げられる。

【００１８】本発明の光半導体装置を構成するサブマウ
ントは、発光素子を構成する材料と熱膨張係数が近く、
かつ熱伝導率が高い材料からなることを特長とする。上
記「発光素子を構成する材料と熱膨張係数が近い材料」
として、具体的には、発光素子を構成する材料の熱膨張
係数を１と換算した場合の熱膨張係数の換算値が約０．
５５〜１．５程度、好ましくは約０．６〜１．４程度、
より好ましくは約０．６５〜１．３５程度、最も好まし
くは約０．６５〜１程度である材料が挙げられる。ま
た、「熱伝導率が高い材料」して、具体的には、熱伝導
率が約１５０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは約１７０Ｗ／ｍ
Ｋ以上、より好ましくは約１９０Ｗ／ｍＫ以上である材
料が挙げられる。上記材料からなるサブマウントであれ
ば、例えば、従来用いられていたＳｉサブマウントに比
べ、半導体レーザとサブマウントが熱膨張したときの歪
みが抑えられ、かかる歪みによる半導体レーザの湾曲が
抑えられるなど、発光素子の信頼性が向上する。

【００１９】上記特長を有するサブマウント材料として
は、具体的には、III−Ｖ族半導体化合物が好ましい例
として挙げられる。III−Ｖ族半導体化合物とは、化学
式Ｉｎ_ａＡｌ_ｂＧａ_ｃＮ_ｘＡｓ_ｙＰ_ｚ（ａ，ｂ，ｃ≦
１，ａ＋ｂ＋ｃ＝１，ｘ，ｙ，ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）において組成比ａ，ｂおよびｃならびにｘ，ｙおよ
びｚをぞれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半
導体を含むものを基本とする。さらに、III族元素であ
るＩｎ、Ａｌ、Ｇａの一部をＢに置き換えたものや、Ｖ
族元素であるＮ、Ａｓ、Ｐの一部をＳｂに置き換えたも
のも含まれる。中でも、上記サブマウント材料として
は、窒化物半導体化合物がより好ましい。窒化物半導体
化合物とは、上記化学式において、３族元素には、上記
の３つの元素（Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ）のいずれか１つ、お
よび５族元素には必ずＮ（窒素）が含まれている化合物
をいう。

【００２０】さらに、上記サブマウント材料としてはＡ
ｌＮが特に好ましい。半導体レーザを構成する材料とし
ては、上記III−Ｖ族半導体化合物が用いられることが
多い。かかる化合物の代表例として、ＧａＡｓおよびＩ
ｎＰの熱膨張係数および熱伝導率を下記表に示す。ま
た、ＡｌＮおよびＳｉそれぞれの熱膨張係数および熱伝
導率も同じく下記表に示す。下記表から明らかなよう
に、ＡｌＮのほうが、Ｓｉに比して、ＧａＡｓおよびＩ
ｎＰに対し熱膨張係数が近く、かつ熱伝導率も高い。そ
れゆえに、ＡｌＮは本発明に係るサブマウント材料とし
て好適である。

【００２１】

【表１】

【００２２】本発明に係る光半導体装置は、上述の構造
に加えて、他の公知の構造を有していてもよい。中で
も、上述のように発光素子の発熱により発光素子の光出
力が変動するので、本発明に係る光半導体装置として
は、発光素子の光出力を検出する受光素子（以下、「モ
ニター用受光素子」という）を有し、該モニター用受光
素子により発光素子の光強度をモニターして、これを基
にフィードバック駆動させることにより安定した光出力
を得ることができる、いわゆるＡＰＣ(Auto PowerContr
ol)駆動の光半導体装置が好ましい。ここで、受光素子
としては特に限定されないが、フォトダイオードを用い
るのが好ましい。フォトダイオードは公知のものであっ
てよい。

【００２３】上記ＡＰＣ駆動の光半導体装置としては、
発光素子の発光方向側にモニター用受光素子を有するこ
とを特徴とする光半導体装置が好ましい。ここで、発光
方向側とは、光出力として取り出すための光線が出射さ
れる側をいい、フロント側とも呼ばれている。発光方向
側は、半導体レーザにおいては、前方端面側と同意義で
ある。このような構造とすることにより、例えば図７に
示した従来の光半導体装置のように発光素子の発光方向
とは反対側（リア側）にモニター用受光素子を設置する
必要がなくなるため、装置を小型化できるという利点が
ある。

【００２４】本発明に係る上記光半導体装置は、発光素
子の発光方向側にモニター用受光素子を有すれば、その
構造は特に問わない。しかし、発光素子の発光方向側に
あるモニター用受光素子が発光素子の光出力を効率よく
検出することができるようにするために、前記光半導体
装置は、発光素子が出射する光線を複数の光線に分離
し、そのうち一部の光線を受光素子に導くことができる
ビームスプリッターを発光素子の発光方向側に備えてい
る構造を有することがより好ましい。上記ビームスプリ
ッターとしては、特に限定されず、例えばミラーやプリ
ズムなど公知のものを用いてよい。中でも、プリズムを
用いるのが好ましい。かかるプリズムは、反射面におい
て、例えば誘電体多層膜からなる反射率が例えば約７０
〜９０％程度のハーフミラーが設けられていることが特
に好ましい。ここで、反射面とは、発光素子からの出射
される光が当たる面をいう。

【００２５】発光素子、受光素子およびビームスプリッ
ターを有する上記光半導体装置の好ましい態様を、図１
を用いて詳細に説明する。図１に示す光半導体装置にお
いては、発光素子として半導体レーザ１１が、受光素子
としてフォトダイオード１５が、ビームスプリッターと
してプリズム１４が用いられている。そして、該光半導
体装置においては、（ａ）出射する光線が基板１３と略
平行になるように半導体レーザ１１がサブマウント１２
上にマウントされており、（ｂ）サブマウント１２がマ
ウントされている基板１３の上にフォトダイオード１５
が前記半導体レーザ１１の前方端面側に設けられてお
り、さらに（ｃ）半導体レーザ１１の出射する光線を二
つの光線１６および１７に分離し、そのうち一つの光線
１７をフォトダイオード１５に導くことができるプリズ
ム１４が前記フォトダイオード１５を覆うようにして設
けられている。

【００２６】上記態様の光半導体装置において、基板１
３としては特に限定されないが、Ｓｉ基板を用いるのが
好ましい。また、サブマウント１２としては、上述した
半導体レーザを構成する材料と近い熱膨張係数を有し、
かつ熱伝導率の高い材料から成るサブマウントを用いる
のが好ましい。発光素子である半導体レーザ１１として
は、特に限定されないが、上述したように高出力半導体
レーザまたはマルチビーム半導体レーザを用いることが
好ましい。受光素子であるフォトダイオード１５は、基
板の一部からなるものであってもよく、または基板上に
積層された半導体膜からなるものであってもよい。特
に、本発明においては前者のほうが好ましい。

【００２７】プリズム１４は、該プリズムよりも屈折率
の小さい接着剤で基板１３にマウントされていることが
好ましい。また、該接着剤は、無色透明であることが好
ましい。プリズムと接着剤との界面において光線１７の
うち少なくとも一部が全反射しフォトダイオード１５に
入射しないことによる受光強度の低下を防ぐために、プ
リズムをマウントするための接着剤の屈折率は、プリズ
ムの屈折率より小さいほうが好ましい。具体的には、プ
リズムの屈折率ｎ_１と前記接着剤の屈折率ｎ_２との比
（ｎ_２／ｎ_１）は、１より小さく、好ましくは約０．９
程度以下、より好ましくは約０．８程度以下であること
が好適である。プリズムをマウントするための接着剤
は、上記条件を満たしていれば、特に限定されず、例え
ば、エポキシ樹脂（変性物も含む）、シリコーン樹脂ま
たはポリイミド樹脂など公知の接着剤を用いてよい。

【００２８】上述のような接着剤を用いてプリズム１４
が基板１３上にマウントされている場合は、プリズム１
４の反射面の傾斜角は特に問わない。中でも、プリズム
１４としては、４５度傾斜している反射面を有するプリ
ズムが好ましい。このように、４５度傾斜している反射
面を有するプリズムを用いることにより、半導体レーザ
１１から出射される光線１６は基板面に対して略垂直方
向に立ち上げられるため、光軸のズレが少なくなるこ
と、および２次元集積化が可能になること等の利点が生
じてくる。

【００２９】本発明に係る上記態様の光半導体装置とし
ては、また、プリズム１４をマウントする際に上述のよ
うな接着剤を用いなくても、下記のような傾斜の反射面
を有するプリズム１４を備えている光半導体装置も好ま
しい態様として挙げられる。すなわち、プリズム１４に
より分離される一部の光１７のフォトダイオード１５へ
の入射角φ_ｃが下記式を満たすことができるように傾斜
角が調整されている反射面を有するプリズム１４が設け
られている光半導体装置が挙げられる。 φ_ｃ＜ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）数式１（式中、ｎ_１はプリズムの屈折率を、ｎ_２はプリズムを
マウントする接着剤の屈折率を示す。）このような構造とすることによって、プリズムと接着剤
との界面において光線１７のうち少なくとも一部が全反
射し、フォトダイオード１５へ入射しないことによる受
光強度の低下を防ぐことができるという利点がある。

【００３０】発光素子、受光素子およびビームスプリッ
ターを有する本発明に係る光半導体装置のより好ましい
態様を、図２を用いて詳細に説明する。図２に示す光半
導体装置においては、図１に示した光半導体装置と同様
に、発光素子として半導体レーザ１１が、受光素子とし
てフォトダイオード１５が、ビームスプリッターとして
プリズム１４が用いられている。

【００３１】かかる光半導体装置と図１に示した光半導
体装置との相違は、プリズム１４の長さが短くなり、フ
ォトダイオード１５がプリズム１４の半導体レーザ１１
とは反対側にプリズム１４に覆われずに設けられている
ことである。このような構造にすることにより光線１７
が、プリズム１４の後面（反射面と向かい合う面）にお
いてさらに屈折され、フォトダイオード１５に入射する
こととなる。その結果、上述のようにプリズムをマウン
トする際の接着剤を選択したり、プリズムの反射面の傾
斜を調整したりすることが必ずしも必要でなく、プリズ
ム下面において光線１７の少なくとも一部が全反射する
ことによるフォトダイオードへの入射光量の損失を防ぐ
ことができ、受光強度が向上するという利点がある。加
えて、プリズムの反射面における反射率を大きくし、上
方への光１６の出力を上げることもできる。また、図２
から明らかなように、フォトダイオードへの入射角が小
さくなるためフォトダイオードのサイズも小さくでき、
プリズムの長さを短くすることができることともあいま
って、装置の小型化が可能になるという利点もある。

【００３２】本発明に係る光半導体装置は、自体公知の
手段を用いて容易に製造することができる。本発明に係
る光半導体装置の製造方法の一実施態様として、図２に
示す光半導体装置の好適な製造方法を以下に説明する。
本実施態様においては、図３に示すように発光素子とし
て同一の基板上に２つのレーザ素子ＡおよびＢが形成さ
れている半導体レーザを用いる。始めに、該半導体レー
ザの製造方法について説明する。まず、図４（ａ）に示
すように、例えば有機金属気相エピタキシャル成長（Ｍ
ＯＶＰＥ）法などの自体公知のエピタキシャル成長法に
より、例えばｎ−ＧａＡｓからなる基板１上に、例えば
ｎ−ＧａＡｓからなるバッファー層２、例えばｎ−Ａｌ
ＧａＡｓからなるｎ−クラッド層３（素子Ａにおいては
３ａ、素子Ｂにおいては３ｂと称す）、例えばＧａＡｓ
層を含む多重量子井戸構造の活性層４（素子Ａにおいて
は４ａ、素子Ｂにおいては４ｂと称す）、例えばｐ−Ａ
ｌＧａＡｓからなるｐ−クラッド層５（素子Ａにおいて
は５ａ、素子Ｂにおいては５ｂと称す）、例えばｐ−Ｇ
ａＡｓからなるキャップ層６（素子Ａにおいては６ａ、
素子Ｂにおいては６ｂと称す）を順に積層させる。

【００３３】次に、図４（ｂ）に示すように、レーザ素
子ＡおよびＢ部分をレジスト（図示していない）により
保護してから、例えば塩酸系の溶液を用いるウェットエ
ッチングを行い、バッファー層２に達するトレンチを形
成する。これにより、レーザダイオード間が分離され
る。

【００３４】次に、図５（ａ）に示すように、各レーザ
ダイオードの電流注入領域となる部分をレジスト（図示
していない）により保護し、ｐ−クラッド層５ａ、５ｂ
の表面にｎ型不純物をイオン注入する。これにより、イ
オン注入された領域に高抵抗層７ａ、７ｂが形成され、
ゲインガイド型の電流狭窄構造となる。次に、図５
（ｂ）に示すように、キャップ層６ａ、６ｂの上部に例
えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜をスパッタリングにより
成膜し、レーザ素子Ａ、Ｂにそれぞれｐ型電極８ａ、８
ｂを形成する。また、基板１のレーザ素子Ａ、Ｂが形成
された側と反対側の面に、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ
の積層膜をスパッタリングにより成膜し、ｎ型電極９を
形成する。その後、ペレタイズ工程を経て、同一の基板
１上にレーザ素子ＡおよびＢを有する図３に示す断面構
造の半導体レーザを得ることができる。

【００３５】上記のようにして得られた半導体レーザ１
１をＡｌＮからなるサブマウント１２上に固定する。か
かる半導体レーザ１１をマウントしたサブマウント１２
をシリコン基板１３上に固定する。レーザ出射方向にガ
ラス製のプリズム１４をシリコン基板上に固定する。こ
こで、プリズムは任意の反射率の４５度ミラーを備えて
おり、レーザ光の一部１６を上面に反射することができ
る。一方、プリズムで屈折した光１７はプリズムを通過
し、プリズム後面でさらに屈折し、シリコン基板上に達
する。この部分にフォトダイオード１５を作りこむ。以
上のようにして、図２に示した本発明に係る光半導体装
置を製造することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明に係る光半導体装置においては、
発光素子を構成する材料とより熱膨張係数が近く、かつ
熱伝導率が高い材料からなるサブマウントを用いること
により、発光素子とサブマウントの熱膨張係数差が大き
いことに起因する発光素子の信頼性の低下、例えば、発
光素子である半導体レーザの湾曲、マルチビーム半導体
レーザにおけるレーザ間の偏波面のずれ等を防ぐことが
できる。また、いわゆるＡＰＣ駆動の光半導体装置にお
いて、モニター電流の変化に対する受光素子の温度上昇
による影響を少なくすることができ、より正確な光出力
のモニターが可能になる。これは半導体レーザの光出力
をアナログ的に使用する場合に特に有用である。

【００３７】本発明に係るＡＰＣ駆動の光半導体装置に
おいて、発光素子の光出力を検出するモニター用受光素
子を発光素子の発光方向側（フロント側）に設けられて
いるので、装置を小型化できるという利点も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光半導体装置の一態様を示す図
である。

【図２】本発明に係る光半導体装置の他の態様を示す
図である。

【図３】本発明に係る光半導体装置において、発光素
子として好適に用いられる半導体レーザの断面図であ
る。

【図４】図３に示す半導体レーザの製造工程を示す図
である。

【図５】図３に示す半導体レーザの製造工程を示す図
である。

【図６】（ａ）は、ＡＰＣ駆動半導体レーザ装置にお
ける従来のパッケージ構造の一態様を示す斜視図であ
る。（ｂ）は、図（ａ）に示すパッケージ構造のｙ−ｚ
軸を含む平面で切断した断面図である。

【図７】（ａ）は、ＡＰＣ駆動半導体レーザ装置にお
ける従来のパッケージ構造の他の態様を示す斜視図であ
る。（ｂ）は、図（ａ）に示すパッケージ構造のｙ−ｚ
軸を含む平面で切断した断面図である。

【符号の説明】

１１半導体レーザ１２サブマウント１３基板１４プリズム１５フォトダイオード１０１、２０３半導体レーザ１０２、２０４モニター用受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上で
あり、（ｂ）発光素子を構成する材料の熱膨張係数を１
とする場合の熱膨張係数が０．５５〜１．５である材料
からなるサブマウントと、前記サブマウント上に搭載さ
れている発光素子とを有することを特徴とする光半導体
装置。
【請求項２】発光素子が、半導体レーザである請求項
１に記載の光半導体装置。
【請求項３】半導体レーザが、マルチビーム半導体レ
ーザであることを特徴とする請求項２に記載の光半導体
装置。
【請求項４】サブマウントを構成する材料が、III−
Ｖ族半導体化合物であることを特徴とする請求項１に記
載の光半導体装置。
【請求項５】サブマウントを構成する材料が、ＡｌＮ
であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装
置。
【請求項６】発光素子と、該発光素子の発光方向側に
前記発光素子の光出力を検出する受光素子とを有するこ
とを特徴とする光半導体装置。
【請求項７】受光素子が、フォトダイオードである請
求項６に記載の光半導体装置。
【請求項８】発光素子が、半導体レーザである請求項
６に記載の光半導体装置。
【請求項９】半導体レーザが、マルチビーム半導体レ
ーザであることを特徴とする請求項８に記載の光半導体
装置。
【請求項１０】さらに、発光素子が出射する光線を複
数の光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素子に導
くことができるビームスプリッターを発光素子の発光方
向側に有することを特徴とする請求項６に記載の光半導
体装置。
【請求項１１】ビームスプリッターが、プリズムであ
ることを特徴とする請求項１０に記載の光半導体装置。
【請求項１２】プリズムが、受光素子の上に搭載され
ていることを特徴とする請求項１１に記載の光半導体装
置。
【請求項１３】プリズムが、該プリズムよりも屈折率
の小さい接着剤を用いて受光素子の上に搭載されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の光半導体装置。
【請求項１４】プリズムが、該プリズムにより分離さ
れる一部の光の受光素子への入射角φ_ｃが下記式を満た
すことができる反射面を有することを特徴とする請求項
１２に記載の光半導体装置。 φ_ｃ＜ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）数式１（式中、ｎ_１はプリズムの屈折率を、ｎ_２はプリズムを
搭載するために用いる接着剤の屈折率を示す。）
【請求項１５】受光素子が、プリズムの発光素子とは
反対側にプリズムには覆われずに設けられており、か
つ、受光素子が前記プリズムにより分離される光の一部
であって、さらにプリズム後面で屈折される光を検出で
きる位置に設けられていることを特徴とする請求項１１
に記載の光半導体装置。
【請求項１６】（ａ）基板と、（ｂ）基板上に搭載さ
れているサブマウントと、（ｃ）サブマウント上に搭載
されている半導体レーザと、（ｄ）前記基板上であっ
て、前記半導体レーザの前方端面側に設けられている受
光素子と、（ｅ）半導体レーザの出射する光線を複数の
光線に分離し、そのうち一部の光線を受光素子に導くこ
とができるビームスプリッターとを有する光半導体装置
であって、前記サブマウントを構成する材料の熱伝導率
が１５０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ前記サブマウントを
構成する材料の熱膨張係数が半導体レーザを構成する材
料の熱膨張係数を１とする場合に０．５５〜１．５であ
ることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１７】（ａ）熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上
であり、（ｂ）組み合わせられる発光素子を構成する材
料の熱膨張係数を１とする場合の熱膨張係数が０．５５
〜１．５である材料からなることを特徴とするサブマウ
ント。