光半导体装置的制作方法

本发明涉及一种光半导体装置，涉及搭载半导体激光器、适于在高频下使用的光半导体装置。

背景技术：

在专利文献1公开有一种光半导体装置，该光半导体装置通过光电二极管对半导体激光器的后端面侧的出射光进行受光。

专利文献1：日本特开昭59－193080号公报

在光半导体装置中，半导体激光器安装于安装基板的表面。例如，在将用于对半导体激光器和引线管脚进行连接的配线图案设置于安装基板的情况下，需要增大安装基板的表面积。在这里，由于出射光具有角发散，因此如果安装基板大，则出射光容易触碰安装基板。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于得到一种光半导体装置，该光半导体装置具有半导体激光器的后端面侧出射光难以触碰安装基板的构造。

特征在于，具有：半导体激光器，其在前端面侧将前端面侧出射光射出，在后端面侧将后端面侧出射光射出；以及安装基板，其在表面具有所述半导体激光器，所述后端面侧出射光是以与所述后端面相距越远则越远离所述安装基板的出射光轴而射出的。

发明的效果

对于本发明的光半导体装置，后端面侧出射光的出射光轴与后端面相距越远则越远离安装基板。因此，后端面侧出射光难以触碰安装基板。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的光半导体装置的剖视图。

图2是本发明的实施方式1中的光半导体装置的正视图。

图3是本发明的实施方式1中的光半导体装置的引线管脚部分的剖视图。

图4是表示本发明的实施方式1的变形例(其1)的剖视图。

图5是表示本发明的实施方式1的变形例(其2)的正视图。

图6是表示本发明的实施方式1的变形例(其2)的剖视图。

图7是对比例中的光半导体装置的剖视图。

图8是对比例中的光半导体装置的正视图。

图9示出本发明的实施方式1中的半导体激光器，是共振方向的剖视图。

图10是表示本发明的实施方式1中的远场像的偏移的角度变化的图形(其1)。

图11是表示本发明的实施方式1中的远场像的偏移的角度变化的图形(其2)。

图12是表示本发明的实施方式1中的远场像的偏移的角度变化的图形(其3)。

图13示出本发明的实施方式1中在晶体生长层的表面形成氧化膜后的状态，是共振方向的剖视图。

图14示出本发明的实施方式1中从图13起对氧化膜进行图案化后的状态，是共振方向的剖视图。

图15示出本发明的实施方式1中对图14进行蚀刻后的状态，是共振方向的剖视图。

图16示出本发明的实施方式1中在图15形成光波导部后的状态，是共振方向的剖视图。

图17示出本发明的实施方式1中从图16起将氧化膜去除后的状态，是共振方向的剖视图。

图18示出本发明的实施方式1中在图17设置氧化膜后的状态，是与共振方向垂直的方向的剖视图。

图19示出本发明的实施方式1中从图18起将氧化膜加工为条带状后的状态，是与共振方向垂直的方向的剖视图。

图20示出本发明的实施方式1中对图19进行蚀刻后的状态，是与共振方向垂直的方向的剖视图。

图21示出本发明的实施方式1中在图20形成电流约束构造后的状态，是与共振方向垂直的方向的剖视图。

图22示出本发明的实施方式1中在图21形成接触层及电极后的状态，是与共振方向垂直的方向的剖视图。

图23示出本发明的实施方式1中的半导体激光器的变形例(其1)，是共振方向的剖视图。

图24示出本发明的实施方式1中的半导体激光器的变形例(其2)，是共振方向的剖视图。

图25是本发明的实施方式2中的光半导体装置的剖视图。

图26是本发明的实施方式3中的光半导体装置的剖视图。

标号的说明

100、200、300、700、800光半导体装置，10本体部，11基准面，14、314、714、814安装基板，18前端面侧出射光，20后端面侧出射光，22光电二极管，26、326图案配线，28、228、328引线管脚，34激光器部，36光波导部，38半导体基板，40第1包覆层，42有源层，44第2包覆层，48芯层，50第1半导体层，52、552第1光分布变形层，58、60电极，74、674下部半导体层，76、676上部半导体层，115后端面，116、816半导体激光器，117前端面，128、528、628前端部分，221受光面，327切口部分，647第2光分布变形层。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式所涉及的光半导体装置进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。

实施方式1.

图1是实施方式1中的光半导体装置100的剖视图。本体部10在表面之上具有基准面11。在基准面11配置挡块部12。挡块部12具有第1侧面13。第1侧面13朝向挡块部12的与第1侧面13相对的侧面倾斜。在挡块部12以背面与第1侧面13接触的方式对安装基板14进行配置。安装基板14的表面与第1侧面13平行。另外，安装基板14是陶瓷基板。在安装基板14的表面配置半导体激光器116。半导体激光器116从前端面117将前端面侧出射光18射出。另外，半导体激光器116从后端面115将后端面侧出射光20射出。

后端面侧出射光20是以与后端面115相距越远则越远离安装基板14的出射光轴而射出的。另外，前端面侧出射光18是以与前端面117相距越远则越远离安装基板14的出射光轴而射出的。第1侧面13倾斜，以使得前端面侧出射光18朝向与基准面11垂直的方向。由此，前端面侧出射光18射入至光半导体装置100所具有的未图示的透镜的中心。因此，能够得到高的光输出。

光半导体装置100在能够对后端面侧出射光20进行受光的位置具有光电二极管22。光电二极管22在后端面侧出射光20的出射光轴之上具有受光面221。后端面侧出射光20是相对于前端面侧出射光18以恒定的比率射出的。通过利用光电二极管22对后端面侧出射光20进行受光，从而能够对半导体激光器116的输出进行监视。

光电二极管22配置于在基准面11设置的陶瓷基板24的表面。此外，也可以在基准面11设置具有倾斜面的沉入形状(sunkshape)，将陶瓷基板24配置于倾斜面。能够根据倾斜面的倾斜度，对由光电二极管22决定的后端面侧出射光20的反射方向进行调整。其结果，能够对由反射光射入至半导体激光器116而引起的信号噪声进行抑制。

图2是实施方式1中的光半导体装置100的正视图。光半导体装置100具有引线管脚28。引线管脚28固定于本体部10。另外，引线管脚28垂直地贯穿基准面11，前端部分128从基准面11凸出。本体部10、挡块部12及引线管脚28使用的是对以铁或者铜为主要原料的合金实施镀au后的部件。

安装基板14具有图案配线26。引线管脚28的前端部分128与图案配线26接触。图案配线26将引线管脚28和半导体激光器116进行连接。图案配线26是使用了au的高频电路。图案配线26被设计为，在与半导体激光器116的驱动频率相对应的频带对电信号的反射进行抑制。

图3是实施方式1中的光半导体装置100的引线管脚28部分的剖视图。引线管脚28由封装玻璃30固定于本体部10。封装玻璃30使用能够确保气密性、相对于高频信号取得阻抗匹配的材料及形状的封装玻璃。本体部10、挡块部12、引线管脚28及封装玻璃30构成to(晶体管轮廓)头。to头的构造、材质及介电常数是与期望的散热性及高频特性相匹配地进行选择的。

如图3所示，引线管脚28具有以使得前端部分128与安装基板14的表面进行面接触的方式弯折的构造。另外，引线管脚28和安装基板14使用焊料32进行接合。在本实施方式中，安装基板14相对于与基准面11垂直的方向倾斜。在该构造中，如果使用不弯折的直线状的引线管脚，则引线管脚和图案配线26成为线接触。因此，接触面积变小，有可能产生由阻抗的不匹配而引起的反射的增大、接触部位的绝缘及高电阻化。在本实施方式中，安装基板14所具有的图案配线26与引线管脚28进行面接触。因此，与线接触的情况相比较，接触面积变大，能够实现接触部位处的高频信号的反射的抑制、电连接的稳定化及低电阻化。

图4是表示本实施方式的变形例(其1)的剖视图。在本变形例中，光半导体装置200具有引线管脚228。引线管脚228具有如下构造，即，前端部分528弯折，以使得前端部分528的上表面和安装基板14的与基准面11相对的侧面进行面接触。在本变形例中，也能够得到由图案配线26和引线管脚228的接触面积变大而带来的效果。

图5是表示本实施方式的变形例(其2)的正视图。在本变形例中，光半导体装置300具有安装基板314及配线图案326。为了方便起见，在图5中省略了本体部10。安装基板314及配线图案326具有切口部分327。切口部分327是以沿着从基准面11凸出的引线管脚328的前端部分628的方式挖通的。前端部分628配置于切口部分327。

图6是图5所示的变形例(其2)的剖视图。在本变形例中，前端部分628配置为嵌入至切口部分327。因此，与没有切口部分327的情况相比，引线管脚328和配线图案326的接触面积变大。因此，在本变形例中也能够得到由接触面积变大而带来的效果。另外，能够以沿着引线管脚328的方式对安装基板314进行安装。因此，组装时的生产性提高。

图7是对比例所涉及的光半导体装置400的剖视图。光半导体装置400在基准面11具有挡块部412。挡块部412具有与基准面11垂直的第1侧面413。在第1侧面413配置表面与基准面11垂直的安装基板414。在安装基板414的表面配置半导体激光器416。半导体激光器416的前端面侧出射光418及后端面侧出射光420具有与基准面11垂直的出射光轴。

图8是对比例所涉及的光半导体装置400的正视图。在挡块部12固定有引线管脚428。引线管脚428和半导体激光器416通过导线434进行电连接。在这里，在高频带将导线用于电连接的情况下，对半导体激光器进行驱动的频率越高，越难以取得阻抗匹配。因此，考虑以下情况，即，像以光半导体装置100所示的那样，在安装基板形成进行了阻抗的匹配的配线图案，将配线图案和引线管脚进行直接接合。在这里，在将配线图案设置于安装基板的情况下，与通过导线进行连接的情况相比较，需要增大安装基板的表面积。

半导体激光器416的出射光具有角发散。因此，如果增大安装基板414的表面积，则出射光容易触碰安装基板414。如果出射光触碰安装基板414，则有时光输出会降低。另外，由安装基板414反射的出射光变为杂散光，有时使半导体激光器416的控制性及品质降低。

另外，对于光半导体装置400，为了高效地对后端面侧出射光420进行受光，在出射光轴之上，在半导体激光器416的正下方配置有光电二极管22。因此，如果增大安装基板414，则会与光电二极管22相碰。因此，在增大安装基板414的情况下，无法在后端面侧出射光420的出射光轴之上安装光电二极管22。此时，由光电二极管22受光的光输出降低，噪声的影响增大。因此，有可能使监视的精度降低，光输出的控制性降低。

与此相对，在本实施方式中，后端面侧出射光20是以与后端面115相距越远则越远离安装基板14的出射光轴而射出的。另外，前端面侧出射光18是以与前端面117相距越远则越远离安装基板14的出射光轴而射出的。因此，即使增大安装基板14，后端面侧出射光20及前端面侧出射光18也难以触碰安装基板14。因此，即使增大安装基板14，也能够对由反射引起的光输出的降低及杂散光的发生进行抑制。

另外，后端面侧出射光20的出射光轴与后端面115相距越远则越远离安装基板14。因此，光电二极管22能够在与安装基板的正下方远离的位置处，在出射光轴之上对后端面侧出射光20进行受光。因此，能够同时实现增大安装基板14、和确保通过光电二极管22进行的监视的精度。

并且，在本实施方式中，第1侧面13倾斜。由此，与第1侧面13垂直于基准面11的情况相比较，第1侧面13的表面积变大。因此，与第1侧面垂直于基准面11的情况相比较，能够将安装基板14的尺寸确保得较大。另外，由于第1侧面13倾斜，因此能够对光半导体装置100的高度进行抑制。

接下来，对半导体激光器116的构造进行说明。图9是表示实施方式1中的半导体激光器116的剖视图。在n型的电极60的表面配置半导体基板38。半导体基板38由n型的inp构成，折射率为3.207。在半导体基板38的表面配置第1包覆层40。第1包覆层40由n型的inp构成。在第1包覆层40的表面配置有源层42。有源层42是折射率比inp大的algainas化合物。在本实施方式中，有源层42的折射率为3.415，层厚为220nm。在有源层42的表面配置第2包覆层44。第2包覆层44由p型的inp构成。由此，构成激光器部34。

接下来，与激光器部34相邻地，在半导体基板38的表面配置无掺杂的inp层46。inp层46的上端设定为与有源层42的下端处于相同的高度。inp层46的折射率为3.207。在inp层46的表面配置芯层48。芯层48由折射率为3.392的组分的ingaasp化合物构成，层厚为220nm。芯层48的折射率设定为小于或等于有源层42的折射率。

在芯层48的表面配置第1半导体层50。第1半导体层50由无掺杂的inp构成。第1半导体层50的折射率为3.207，层厚为100nm。在第1半导体层50的表面配置第1光分布变形层52。第1光分布变形层52由折射率为3.495的组分的ingaasp化合物构成，层厚为200nm。第1半导体层50的折射率设定为比芯层48及第1光分布变形层52的折射率小。在第1光分布变形层52的表面配置第3包覆层54。第3包覆层54由p型的inp构成，层厚为570nm。由此，形成光波导部36。

激光器部34及光波导部36调整为表面处于相同的高度。在激光器部34及光波导部36的表面配置接触层56。在接触层56的表面，在激光器部34的上部配置p型的电极58。此外，在图9中，半导体激光器116在激光器部34的两端之中的后端面115侧具有光波导部36，在前端面117侧也具有未图示的光波导部。

与有源层42相比位于上部的第1半导体层50、第1光分布变形层52及第3包覆层54形成上部半导体层76。另外，与有源层42相比位于下部的半导体基板38及inp层46形成下部半导体层74。光波导部36设定为上部半导体层76的折射率比下部半导体层74的折射率大。此时，出射光向上部半导体层76一方弯曲。在本实施方式中，通过出射光形成的远场像(ffp，farfieldpattern)的中心位置向上部半导体层76一方偏移15.8度。此外，在本实施方式中，ffp的中心位置的偏移代表出射光的出射角度。在这里，出射角度是出射光轴和有源层42所成的角度。

在将半导体激光器116向安装基板14进行安装时，以n型的电极60侧与安装基板14的表面接触的方式进行安装。由此，实现具有与后端面115相距越远则越远离安装基板14的出射光轴的后端面侧出射光20。另外，实现具有与前端面117相距越远则越远离安装基板14的出射光轴的前端面侧出射光18。

另外，作为本实施方式的变形例，也可以设定为上部半导体层76的折射率比下部半导体层74的折射率小。在该情况下，ffp的中心位置向下部半导体层74一方偏移。在本变形例中，以p型的电极58侧与安装基板14的表面接触的方式对半导体激光器116进行安装。由此，实现具有与后端面115相距越远则越远离安装基板14的出射光轴的后端面侧出射光20。另外，实现具有与前端面117相距越远则越远离安装基板14的出射光轴的前端面侧出射光18。

图10示出在本实施方式中，使第1光分布变形层52的层厚变化的情况下的ffp的中心位置的偏移。在这里，对第3包覆层54的层厚进行调整，以使得将第1光分布变形层52的层厚和第3包覆层54的层厚相加后的值成为590nm。除此以外的各层的折射率及层厚与上述一致。第1光分布变形层52越厚则ffp的中心位置的偏移越大。

图11示出在本实施方式中，使第1光分布变形层52的折射率变化的情况下的ffp的中心位置的偏移。各层的折射率及层厚与上述一致。在第1光分布变形层52的折射率比下部半导体层74的折射率3.207大的情况下产生ffp的中心位置的偏移。另外，第1光分布变形层52越厚则偏移越大。

图12示出在本实施方式中，使第1半导体层50的层厚变化的情况下的ffp的中心位置的偏移。各层的折射率及层厚与上述一致。第1半导体层50越厚则ffp的中心位置的偏移越大。另外，即使不具有第1半导体层50，也会产生ffp的中心位置的偏移。

由此，通过光波导部36的各层的折射率或者层厚的调节，能够对ffp的中心位置的偏移进行调整。因此，能够得到期望的出射角度。芯层48及第1光分布变形层52也可以由具有适当的折射率的algainas化合物形成。另外，根据自由载流子等离子体效应，能够通过提高载流子浓度而降低折射率。因此，能够通过对杂质掺杂量进行控制，从而实现期望的折射率。

另外，前端面侧出射光18的出射角度和后端面侧出射光20的出射角度也可以是不同的角度。在该情况下，前端面117侧的光波导部和后端面115侧的光波导部36设定为不同的折射率。

接下来，对本实施方式中的半导体激光器116的制造方法进行说明。在这里，半导体激光器116构成为，与激光器部34的两端相邻地具有光波导部，但为了方便起见，对仅在后端面115侧具有光波导部36的情况进行说明。图13～22是说明本实施方式中的半导体激光器116的制造方法的图。在这里，图13～17是半导体激光器116的共振方向的剖视图，图18～22是与共振方向垂直的方向的剖视图。

首先，如图13所示，在半导体基板38的表面通过有机金属气相生长法(mocvd：metalorganicchemicalvapordeposition)，形成晶体生长层。就晶体生长层而言，层叠有第1包覆层40、有源层42及第2包覆层44。接下来，在晶体生长层的表面对氧化膜62进行成膜。氧化膜62是sio2膜。

接下来，如图14所示，将稍后成为激光器部34的部分保留而对氧化膜62进行图案化。接下来，如图15所示，将氧化膜62作为掩模，通过干蚀刻或者湿蚀刻而将晶体生长层去除。其结果，半导体基板38露出。在这里，也可以按照使第1包覆层40露出的方式进行蚀刻。

接下来，如图16所示，将氧化膜62作为掩模，在半导体基板38的表面通过mocvd而形成无掺杂的inp层46。inp层46形成至与有源层42的下端相同的位置。然后，层叠地形成芯层48、第1半导体层50、第1光分布变形层52及第3包覆层54。接下来，如图17所示，使用氢氟酸将氧化膜62去除。

图18是与共振方向垂直的方向上的激光器部34的剖视图。在图17所示的工序之后，在第2包覆层44及第3包覆层54的表面对氧化膜64进行成膜。氧化膜64是sio2膜。在这里，接下来，如图19所示，将氧化膜64加工为宽度是1～2μm的条带状。接下来，如图20所示，将氧化膜64作为掩模，通过干蚀刻或者湿蚀刻而形成脊(ridge)构造。

接下来，如图21所示，将氧化膜64作为掩模，通过mocvd而在脊侧面形成电流约束(currentconfinement)构造72。电流约束构造72具有p－n－p型inp构造66、68、70。电流约束构造72使用的是作为半绝缘性半导体的掺杂了fe的inp，以能够使电流集中地向脊部流动。

接下来，如图22所示，通过氢氟酸将氧化膜64去除。接下来，在脊部及电流约束构造72的表面，通过mocvd而对接触层56进行层叠。接下来，在接触层56的表面形成p型的电极58。另外，在半导体基板38的背面形成n侧的电极60。优选针对无助于发光的光波导部36不进行电流注入。因此，如图9所示，在光波导部36之上不形成p型的电极58。在这里，也可以不将n型的电极60形成于光波导部36的下部。根据以上的工序，构成半导体激光器116。此外，关于半导体激光器116，各层的n型及p型的指定也可以是相反的组合。

图23示出本实施方式中的半导体激光器116的变形例(其1)，是共振方向的剖视图。本变形例中的半导体激光器516具有第1光分布变形层552。第1光分布变形层552具有折射率朝向外延晶体生长方向而阶梯状地减少的半导体层。由此，对光向第1光分布变形层552的渗出量进行微调变得容易。因此，能够使出射角度的控制性提高。另外，第1光分布变形层552也可以设为折射率朝向外延晶体生长方向而连续地减少的光分布变形层。另外，第1光分布变形层552也可以设为折射率朝向外延晶体生长方向而阶梯状地或者连续地增加的光分布变形层。

图24示出本实施方式中的半导体激光器116的变形例(其2)，是共振方向的剖视图。本变形例中的半导体激光器616不具有第1光分布变形层52。另外，在inp层46和芯层48之间，具有第2光分布变形层647。第2光分布变形层647由折射率比inp小的组分的ingaasp化合物构成。就半导体激光器616而言，第1半导体层50及第3包覆层54形成上部半导体层676。另外，与有源层42相比位于下部的半导体基板38、inp层46及第2光分布变形层647形成下部半导体层674。

由于具有折射率小的第2光分布变形层647，因此下部半导体层674的折射率比上部半导体层676的折射率小。因此，出射光向上部半导体层676一方弯曲。另外，半导体激光器616也可以具有第1光分布变形层52和第2光分布变形层647这两者。另外，也可以如半导体激光器516那样，第2光分布变形层647设为折射率朝向外延晶体生长方向而阶梯状地或者连续地减少或增加的光分布变形层。

作为本实施方式的其他变形例，半导体激光器116也可以仅在前端面117侧设置光波导部36。在本变形例中，前端面侧出射光18是以与前端面117相距越远则越远离安装基板14的出射光轴而射出的。因此，即使增大安装基板14，前端面侧出射光18也难以触碰安装基板14。另外，由于在后端面115侧没有光波导部36，因此后端面侧出射光20与有源层42平行地射出。通过使半导体激光器116靠近安装基板14的表面之中的基准面11侧而配置，从而能够使得后端面侧出射光20难以触碰安装基板14。另外，由于光波导部36仅设置在前端面117侧即可，因此能够通过简单的构造构成半导体激光器116。

实施方式2.

图25是实施方式2中的光半导体装置700的剖视图。光半导体装置700具有挡块部412。挡块部412具有与基准面11垂直的第1侧面413。在挡块部412以背面与第1侧面413接触的方式对安装基板714进行配置。在安装基板714的表面安装半导体激光器116。安装基板714的表面具有以使得前端面侧出射光18朝向与基准面11垂直的方向的方式倾斜的构造。

在本实施方式中，也与实施方式1同样地，后端面侧出射光20是以与后端面115相距越远则越远离安装基板714的出射光轴而射出的。另外，前端面侧出射光18是以与前端面117相距越远则越远离安装基板714的出射光轴而射出的。因此，即使增大安装基板714，出射光也难以触碰安装基板714。另外，与安装基板714的表面倾斜相对应地，能够将安装基板714的表面积确保得较大。并且，安装基板714在表面倾斜的部位处，与基准面11相距越远则厚度越薄。在这里，安装基板714的阻抗能够与安装基板714的厚度相对应而连续地变化。因此，容易取得阻抗匹配。

实施方式3.

图26是实施方式3中的光半导体装置800的剖视图。光半导体装置800与实施方式2同样地具有挡块部412。在挡块部412以背面与第1侧面413接触的方式对安装基板814进行配置。在安装基板814的表面安装半导体激光器816。在本实施方式中，第1侧面413、安装基板814的背面及表面相互平行。

半导体激光器816仅在后端面815侧具有光波导部36。通过光波导部36，使后端面侧出射光20以与后端面815相距越远则越远离安装基板814的出射光轴射出。因此，即使增大安装基板814，后端面侧出射光20也难以触碰安装基板814。另外，即使将光电二极管22配置于与安装基板814的正下方远离的位置，也能够在出射光轴之上对出射光进行受光。因此，能够同时实现增大安装基板814、和确保通过光电二极管22进行的监视的精度。

另外，由于在前端面817侧没有光波导部36，因此前端面侧出射光18与有源层42平行地射出。通过使半导体激光器816在安装基板814的表面与基准面11远离而配置，从而能够使得前端面侧出射光18难以触碰安装基板814。

在本实施方式中，光波导部36仅设置在后端面815侧即可。另外，无需在第1侧面413或者安装基板814的表面设有倾斜。因此，与实施方式1及2相比较，能够通过简单的构造构成光半导体装置800。