專(zhuān)利名稱(chēng)：光接收元件和具有光接收元件的光子半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光接收元件，其適合于監(jiān)測(cè)器件的光輸出，例如用于光通信的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，其輸出單一波長(zhǎng)的光，并且涉及一種具有這種光接收元件的光子半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)光子半導(dǎo)體器件，以半導(dǎo)體激光器為代表，具有用于監(jiān)測(cè)發(fā)光元件光輸出的光接收元件，并且施加到發(fā)光元件的電壓基于由光接收元件檢測(cè)的光能級(jí)來(lái)控制，以便保持發(fā)光元件的光輸出恒定。圖19是顯示傳統(tǒng)光子半導(dǎo)體器件一個(gè)實(shí)例的截面圖。在圖19中所示的光子半導(dǎo)體器件中，n型低濃度雜質(zhì)層(n-層)6位于n型高濃度雜質(zhì)層(n+層)5的頂部以形成硅襯底2，并且就在該硅襯底2的一部分的頂面下，擴(kuò)散有p型雜質(zhì)例如硼的擴(kuò)散層(p+層)6形成，以形成PIN型光電二極管，它起到光接收元件1的作用。在硅襯底2的頂面上，氧化硅等的絕緣層8形成。而且，在絕緣層8的頂部，在硅襯底2的頂面上沒(méi)有形成擴(kuò)散層8的地方，發(fā)光元件裝配電極10形成，發(fā)光元件18用導(dǎo)電粘合劑B例如Ag膠固定于發(fā)光元件裝配電極10上(參看，例如，日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)H6-53603的公開(kāi))。
如上所述構(gòu)造的傳統(tǒng)光子半導(dǎo)體器件受到電荷，例如由施加到發(fā)光元件裝配電極10的電壓產(chǎn)生的電荷，對(duì)光接收元件1輸出的有害影響。
而且，它也受到光接收元件1的輸出Im根據(jù)從絕緣層8的頂面到發(fā)光元件18的發(fā)光點(diǎn)(激活層)18b的高度H的改變而改變。圖20顯示高度H和光接收元件18的輸出電流Im之間的關(guān)系。該圖顯示，對(duì)于H＝10μm和130μm時(shí)，從發(fā)光元件的發(fā)光點(diǎn)18b到光接收區(qū)域4的距離L和輸出電流Im之間的關(guān)系。當(dāng)高度H等于130μm(實(shí)線(xiàn))時(shí)，光接收元件的輸出電流Im恒定，而不管從發(fā)光點(diǎn)到光接收區(qū)域的距離L；相反，當(dāng)高度H等于低至10μm(虛線(xiàn))時(shí)，光接收元件的輸出電流Im隨距離L增加而急劇地減小。另一方面，為了允許在發(fā)光點(diǎn)產(chǎn)生的熱量通過(guò)半導(dǎo)體襯底有效地排出，發(fā)光元件需要具有盡可能小的高度H。因此，以盡可能接近于零的距離L來(lái)安裝發(fā)光元件通常需要高精度。
而且，非常不方便地，基于氮化鎵等的發(fā)光元件易于在包括它們的器件的制造過(guò)程中被在工人身上積累的靜電損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種光接收元件，它的輸出不受，例如，施加到發(fā)光元件裝配于其上的電極電壓的影響，并且提供一種具有這種光接收元件的光子半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種光子半導(dǎo)體器件，其允許容易地安裝即使具有低發(fā)光點(diǎn)的發(fā)光元件，并且光接收靈敏度幾乎沒(méi)有變化。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種光子半導(dǎo)體器件，其防止發(fā)光元件在它制造過(guò)程中的被靜電所損壞。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，光接收元件具有光電二極管，其在半導(dǎo)體襯底頂面的一部分形成，以便起到光接收區(qū)域的作用，并且具有發(fā)光元件裝配電極，其在半導(dǎo)體襯底頂部沒(méi)有形成光接收區(qū)域的地方形成。另外，高濃度雜質(zhì)層在半導(dǎo)體襯底的頂面下沿著發(fā)光元件裝配電極的圍緣形成。
這里，也可能在半導(dǎo)體襯底頂面上形成光接收區(qū)域和不形成光接收區(qū)域的地方形成絕緣層，并且在絕緣層的頂部形成發(fā)光元件裝配電極。為了更好地散熱，也可能在絕緣層中形成的通孔上形成發(fā)光元件裝配電極，使得電極與半導(dǎo)體襯底通過(guò)通孔直接接觸。
為了更高的生產(chǎn)率和更低的成本，也可能僅沿著面向光接收區(qū)域的邊緣形成高濃度雜質(zhì)層。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，光子半導(dǎo)體器件具有光電二極管，其在半導(dǎo)體襯底頂面的一部分形成，以便起到光接收區(qū)域的作用，具有發(fā)光元件裝配電極，其在半導(dǎo)體襯底頂部沒(méi)有形成光接收區(qū)域的地方形成，并且具有發(fā)光元件，其裝配于發(fā)光元件裝配電極上。另外，高濃度雜質(zhì)層在半導(dǎo)體襯底的頂面下沿著發(fā)光元件裝配電極的圍緣形成。
這里，為了更好地散熱，也可能在半導(dǎo)體襯底頂面上形成光接收區(qū)域和不形成光接收區(qū)域的地方形成絕緣層，并且在絕緣層中形成的通孔上形成發(fā)光元件裝配電極，使得電極與半導(dǎo)體襯底通過(guò)通孔直接接觸。為了防止發(fā)光元件電涌，也可能使半導(dǎo)體襯底的電阻高于發(fā)光元件的操作狀態(tài)電阻，并且保持在發(fā)光元件上形成的兩個(gè)表面電極中，不與發(fā)光元件裝配電極接觸的一個(gè)處于與半導(dǎo)體襯底底面電極相同的電勢(shì)。在這種情況下，半導(dǎo)體襯底的電阻優(yōu)選地為50～15,000Ω。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，光子半導(dǎo)體器件具有發(fā)光元件和光接收元件，并且具有平行于發(fā)光元件發(fā)光的方向而形成的光接收元件的光接收區(qū)域。另外，布置發(fā)光元件，使得當(dāng)以平面圖觀看時(shí)，其發(fā)光點(diǎn)與光接收區(qū)域至少一部分重疊。
這里，發(fā)光元件優(yōu)選地是半導(dǎo)體激光器。從光接收元件的頂面到發(fā)光元件的發(fā)光點(diǎn)的高度優(yōu)選地是120μm或更小。
為了防止發(fā)光元件電涌，優(yōu)選地，光接收元件是形成于半導(dǎo)體襯底頂面一部分的光電二極管，發(fā)光元件裝配電極在半導(dǎo)體襯底頂部上形成，發(fā)光元件裝配在發(fā)光元件裝配電極上，半導(dǎo)體襯底的電阻高于發(fā)光元件的操作狀態(tài)電阻，保持在發(fā)光元件上形成的兩個(gè)表面電極中，不與發(fā)光元件裝配電極接觸的一個(gè)處于與半導(dǎo)體襯底底面電極相同的電勢(shì)。在這種情況下，半導(dǎo)體襯底的電阻優(yōu)選地為50～15,000Ω。


圖1是顯示本發(fā)明第一實(shí)施方案的光接收元件和光子半導(dǎo)體器件一個(gè)實(shí)例的縱截面圖。
圖2是圖1中所示光子半導(dǎo)體器件的平面圖。
圖3是顯示第一實(shí)施方案的光接收元件另一實(shí)例的平面圖。
圖4是顯示第一實(shí)施方案的光接收元件和光子半導(dǎo)體器件另一實(shí)例的縱截面圖。
圖5是顯示第一實(shí)施方案的光接收元件和光子半導(dǎo)體器件一個(gè)實(shí)例的平面圖，其中包括具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件。
圖6是沿著圖5中所示光子半導(dǎo)體器件的線(xiàn)II-II的截面圖。
圖7是顯示第一實(shí)施方案的光接收元件和光子半導(dǎo)體器件另一實(shí)例的平面圖，其中包括具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件。
圖8是裝配在半導(dǎo)體激光器上的第一實(shí)施方案光子半導(dǎo)體器件的平面圖。
圖9是顯示第一實(shí)施方案的光接收元件和光子半導(dǎo)體器件另一實(shí)例的縱截面圖。
圖10是圖9中所示光子半導(dǎo)體器件的平面圖。
圖11是裝配在半導(dǎo)體激光器上的第一實(shí)施方案光子半導(dǎo)體器件的另一平面圖。
圖12是顯示半導(dǎo)體襯底電阻R和發(fā)光元件靜電耐壓之間關(guān)系的圖表。
圖13裝配在半導(dǎo)體激光器上的第一實(shí)施方案光子半導(dǎo)體器件的平面圖，其中包括具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件。
圖14是顯示本發(fā)明第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件一個(gè)實(shí)例的縱截面圖。
圖15是圖14中所示光子半導(dǎo)體器件的平面圖。
圖16是顯示第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件另一實(shí)例的平面圖。
圖17是沿著圖16中所示光子半導(dǎo)體器件的線(xiàn)V-V的截面圖。
圖18是顯示第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件的平面圖，其中包括具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件。
圖19是顯示傳統(tǒng)光子半導(dǎo)體器件一個(gè)實(shí)例的縱截面圖。
圖20是顯示在發(fā)光元件發(fā)光點(diǎn)的不同高度，從發(fā)光元件的距離和光接收元件的輸出電流之間關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施例方式
首先，本發(fā)明第一實(shí)施方案的光接收元件和光子半導(dǎo)體器件將參考附圖來(lái)描述。圖1是第一實(shí)施方案的光接收元件和光子半導(dǎo)體器件一個(gè)實(shí)例的縱截面圖(沿著圖2中所示的線(xiàn)I-I)，而圖2是其平面圖。
在圖1中所示的光接收元件1中，n型低濃度雜質(zhì)層(n-層)6位于擴(kuò)散有n型雜質(zhì)例如磷的n型高濃度雜質(zhì)層(n+層)5的頂部，以形成硅襯底(半導(dǎo)體襯底)2，并且，就在硅襯底2的一部分的頂面下，摻雜p型雜質(zhì)例如硼的高濃度雜質(zhì)層(p+層)3形成，以形成PIN型光電二極管。這里，p型雜質(zhì)層3形成的部分起到光接收區(qū)域4(圖2中所示)的作用。
另外，沿著劃分給在硅襯底1頂部沒(méi)有形成光接收區(qū)域4的地方形成的發(fā)光元件裝配電極(也稱(chēng)作“裝配電極”)10的圍緣，n型高濃度雜質(zhì)層11通過(guò)選擇性地?cái)U(kuò)散n型雜質(zhì)例如磷而在硅襯底2的頂面下形成(參看圖2)。該雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度優(yōu)選地與雜質(zhì)層3的雜質(zhì)濃度一樣或高于雜志層3的雜質(zhì)濃度。沿著裝配電極10的圍緣而形成的高濃度雜質(zhì)層11的導(dǎo)電型可以是p型或者n型。
如圖3中所示，高濃度雜質(zhì)層11可以沿著裝配電極10的僅部分圍緣，特別地僅沿著面向光接收區(qū)域4的邊緣而形成。在圖1中，當(dāng)以平面圖觀看時(shí)，高濃度雜質(zhì)層11被裝配電極10部分地覆蓋，并且部分未覆蓋。但是，只要它基本上位于裝配電極10和光接收區(qū)域4之間，當(dāng)以平面圖觀看時(shí)，高濃度雜質(zhì)層11可以被裝配電極10完全覆蓋，或者可以完全暴露。
在圖1中，在硅襯底2的頂面上，氧化硅等的絕緣膜8形成，用于保護(hù)表面和防止反射。為了從光接收區(qū)域4(圖2中所示)提取信號(hào)，通孔8a在絕緣膜8中光接收區(qū)域4上形成，然后金屬例如鋁蒸汽沉積于頂部，然后金屬不必要的部分通過(guò)光刻蝕法移除，以形成與p型雜質(zhì)層3接觸的信號(hào)電極9。當(dāng)金屬沉積于絕緣膜8上并且金屬多余的部分被移除時(shí)，裝配襯底10同時(shí)地在絕緣膜8上沒(méi)有形成光接收區(qū)域4的地方形成。在硅襯底2的底面上，形成金等的底面電極12。
然后，在這樣形成于光接收元件1上的裝配電極10上，用導(dǎo)電粘合劑B例如Ag膠固定發(fā)光元件18。
在該光子半導(dǎo)體器件中，高濃度雜質(zhì)層11在裝配電極10和光接收區(qū)域4之間形成，因此在硅襯底2中由施加到裝配電極10的電壓產(chǎn)生的有害電荷被高濃度雜質(zhì)層11有效地吸收。這有助于減少有害電荷對(duì)出現(xiàn)在信號(hào)電極9的輸出的影響，因此使它對(duì)光接收元件1的照明度-輸出電流特性的有害影響減到最小。而且，可以使光接收區(qū)域4和裝配電極10之間的距離比傳統(tǒng)所需的距離短。這有助于使器件的外形小型化。
圖1中所示的光接收元件1是PIN型光接收元件。但是，無(wú)需說(shuō)明，光接收元件1可以是PN型光接收元件。使用p型和n型電導(dǎo)性完全相反的組合也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖4是顯示第一實(shí)施方案的光接收元件和光子半導(dǎo)體器件另一實(shí)例的縱截面圖。圖4中所示的器件其特征在于裝配電極10在絕緣膜8中形成的通孔8b上形成，使得裝配電極10與硅襯底2直接接觸。這使得能夠通過(guò)硅襯底2有效地排散由發(fā)光元件18產(chǎn)生的熱量。在其它方面，該器件具有與圖1中所示相同的結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)所使用的發(fā)光元件18需要有效散熱時(shí)或者當(dāng)絕緣膜8具有低導(dǎo)熱性時(shí)，該實(shí)例的結(jié)構(gòu)是有用的。
在此之前，僅涉及具有表面電極它們頂面和底面的發(fā)光元件?，F(xiàn)在，將給出使用具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件的情況的描述。這種發(fā)光元件的實(shí)例包括基于氮化鎵的發(fā)光元件。
圖5是包括具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件18’的光子半導(dǎo)體器件的平面圖，而圖6是沿著圖5中所示的線(xiàn)II-II的截面圖。該光子半導(dǎo)體器件不同于圖4中所示在于兩個(gè)裝配電極形成于絕緣層的頂部，而在其它方面，這兩種器件具有基本上相同的結(jié)構(gòu)。
在圖6中，在絕緣膜8頂部形成的兩個(gè)裝配電極10a和10b中，一個(gè)(第一裝配電極)10a在絕緣膜8中形成的通孔8b上形成，并且通過(guò)通孔8b與硅襯底2直接接觸；另一個(gè)(第二裝配電極)10b在絕緣膜8的頂部形成，并且不與硅襯底2接觸。發(fā)光元件18’用導(dǎo)電粘合劑B固定，使得它的兩個(gè)表面電極181和182分別連接到第一和第二表面電極10a和10b。
在圖5中所示的光子半導(dǎo)體器件中，高濃度雜質(zhì)層11沿著第一裝配電極10a的圍緣在硅襯底2的頂面下形成。但是，如圖7中所示，高濃度雜質(zhì)層11可以?xún)H沿著第一裝配電極10a面向光接收區(qū)域4的邊緣而形成。
圖8是裝配于半導(dǎo)體激光器器件上的第一實(shí)施方案光子半導(dǎo)體器件的平面圖。這里用作發(fā)光元件的是具有表面電極在其頂面和底面的半導(dǎo)體激光器元件18。
在該半導(dǎo)體激光器器件13a中，在通過(guò)耦合并固定三個(gè)引線(xiàn)14，15和16到樹(shù)脂框架17而形成的組件上，圖4中所示的光子半導(dǎo)體器件M被放置，然后通過(guò)絲焊法接線(xiàn)到引線(xiàn)14，15和16。引線(xiàn)14，15和16在引線(xiàn)框架外面形成，并且由主引線(xiàn)15，和副引線(xiàn)14和16組成，主引線(xiàn)15的末端形成到放置光子半導(dǎo)體器件M的區(qū)域中。
主引線(xiàn)15具有整體形成用于散熱的散熱片19a和19b，其從樹(shù)脂框架17向右和向左伸出。光接收元件1，在它的底面電極12(圖4中所示)，用導(dǎo)電粘合劑(沒(méi)有顯示)例如Ag膠，固定于在主引線(xiàn)15末端的元件放置區(qū)域上。
在光接收元件1頂面上的裝配電極10上，半導(dǎo)體激光器元件18用導(dǎo)電粘合劑B(圖4中所示)固定。這樣，半導(dǎo)體激光器元件18的底面電極(沒(méi)有顯示)電連接到裝配電極10。沒(méi)有被半導(dǎo)體激光器元件18覆蓋的裝配電極10的暴露部分用焊線(xiàn)W1連接到主引線(xiàn)15。
而且，半導(dǎo)體激光器元件18的頂面電極181用焊線(xiàn)W2連接到副引線(xiàn)16，并且光接收元件1的信號(hào)電極9用焊線(xiàn)W3連接到副引線(xiàn)14。
在如上所描構(gòu)造的這種半導(dǎo)體激光器器件13a中，當(dāng)預(yù)先確定的激光器驅(qū)動(dòng)電壓施加到主引線(xiàn)15和副引線(xiàn)16之間時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓施加到半導(dǎo)體激光器元件18的頂面和底面電極之間，結(jié)果半導(dǎo)體激光器元件18振蕩并沿著軸X發(fā)射激光。在圖中向下發(fā)射的部分激光入射到光接收元件1的光接收區(qū)域4上，導(dǎo)致預(yù)先確定的監(jiān)測(cè)信號(hào)出現(xiàn)在信號(hào)電極9。
該信號(hào)從副引線(xiàn)14和主引線(xiàn)15之間提取，然后以預(yù)先確定的方式處理，使得施加到半導(dǎo)體激光器元件18的電壓受控制，以保持半導(dǎo)體激光器元件18的光輸出恒定。
雖然半導(dǎo)體激光器元件在上述實(shí)例中用作發(fā)光元件，應(yīng)該明白的是，本發(fā)明適用于使用半導(dǎo)體激光器元件之外任意其它類(lèi)型的發(fā)光元件，例如LED元件的光子半導(dǎo)體器件。
在使用易于被反向電壓損壞的發(fā)光元件，例如基于氮化鎵的發(fā)光元件的情況下，為了保護(hù)發(fā)光元件在制造過(guò)程中不受靜電(以下也稱(chēng)作“電涌”)等的損壞，優(yōu)選地以下述方式構(gòu)造光子半導(dǎo)體器件并將其裝配到發(fā)光器件上。特別地，使光接收元件的半導(dǎo)體襯底的電阻高于發(fā)光元件的操作狀態(tài)電阻。另外，保持在發(fā)光元件上形成的兩個(gè)表面電極中，不連接到與半導(dǎo)體襯底接觸的裝配電極的一個(gè)處于與半導(dǎo)體襯底的底面電極相同的電勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)選地都處于地電勢(shì)。
首先，將描述這種光子半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖9和10分別是光子半導(dǎo)體器件的側(cè)截面圖和平面圖。在這些圖中，與圖4中所示器件的明顯不同在于高濃度雜質(zhì)層11部分地形成，也就是，僅沿著裝配電極10面向光接收區(qū)域4的邊緣。另一方面，本質(zhì)不同在于使從裝配電極10底面到n型低濃度雜質(zhì)層(n-層)6底面的電阻R高于發(fā)光元件18的操作狀態(tài)電阻(高濃度雜質(zhì)層5的電阻6太低以致在這里可以忽略)。
n型低濃度雜質(zhì)層6的電阻R由下面所示的等式給出。因此，電阻R可以通過(guò)改變裝配電極10與雜質(zhì)層6直接接觸的面積S，雜質(zhì)層6的厚度d，和雜質(zhì)層6的電阻率k而調(diào)節(jié)，使得高于發(fā)光元件的操作狀態(tài)電阻。
R＝k×(d/S) (1)接下來(lái)，將描述該光子半導(dǎo)體器件如何裝配到發(fā)光器件上。圖11是裝配到半導(dǎo)體激光器器件上的上述光子半導(dǎo)體器件M的平面圖。該半導(dǎo)體激光器器件13b具有與圖8中所示器件基本上相同的結(jié)構(gòu)，因此對(duì)這兩個(gè)器件公共的說(shuō)明將省略。現(xiàn)在將描述與圖8中所示器件的不同，也就是電極之間的接線(xiàn)。
沒(méi)有被發(fā)光元件18覆蓋的裝配電極10的暴露部分用焊線(xiàn)W1連接到副引線(xiàn)16。發(fā)光元件18的頂面電極181用焊線(xiàn)W3連接到主引線(xiàn)15。光接收元件1的信號(hào)電極9用焊線(xiàn)W3連接到副引線(xiàn)14。
在如上所述構(gòu)造的這種半導(dǎo)體激光器器件13b中，形成兩個(gè)電流通路電路。一個(gè)從副引線(xiàn)16到焊線(xiàn)W1，然后到裝配電極10，然后到發(fā)光元件18，然后到頂面電極181，然后到焊線(xiàn)W2，然后到主引線(xiàn)15，形成第一電流通路電路。另一個(gè)從副引線(xiàn)16到焊線(xiàn)W1，然后到裝配電極10，然后到光接收元件1的低濃度雜質(zhì)層6(圖9中所示)，然后到光接收元件1的高濃度雜質(zhì)層5(圖9中所示)，然后到底面電極12(圖9中所示)，然后到主引線(xiàn)15，形成第二電流通路電路。
當(dāng)預(yù)先確定的電流或預(yù)先確定的激光器驅(qū)動(dòng)電壓在主引線(xiàn)15和副引線(xiàn)16之間的正向供給時(shí)，因?yàn)閚型低濃度雜質(zhì)層6的電阻R高于發(fā)光元件18的操作狀態(tài)電阻，電流通過(guò)第一電流通路電路流動(dòng)。因此，發(fā)光元件18振蕩并沿著軸X發(fā)射激光。
相反，當(dāng)靜電等導(dǎo)致電壓在主引線(xiàn)15和副引線(xiàn)16之間的反向施加時(shí)，電流主要通過(guò)第二電流通路電路流動(dòng)。這防止發(fā)光元件18的損壞。
圖12顯示n型低濃度雜質(zhì)層6的電阻R和半導(dǎo)體激光器器件中半導(dǎo)體激光器元件的靜電耐壓之間的關(guān)系。當(dāng)電阻R大約為16,000Ω時(shí)，靜電耐壓大約為100V(圖中的組A)；當(dāng)電阻R大約為5,000Ω時(shí)，靜電耐壓大約為170V(圖中的組B)。因此，該圖顯示，電阻R越低，靜電耐壓越高。一般地，希望發(fā)光元件經(jīng)得住120V或更高的靜電電壓，雖然這依賴(lài)于類(lèi)型，因此電阻R的優(yōu)選上限是15,000Ω。另一方面，如果電阻R低于發(fā)光元件的操作狀態(tài)電阻，更多的電流通過(guò)第二電流電路流動(dòng)，從而使得發(fā)光元件不能發(fā)光。因此，電阻R的優(yōu)選下限是50Ω。
在光子半導(dǎo)體器件中使用具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件的情況中，以下述方式接線(xiàn)電極是適當(dāng)?shù)模员Ｗo(hù)發(fā)光元件不受電涌損壞。應(yīng)該注意的是，這里所使用的光子半導(dǎo)體器件是圖6中所示的器件，并且使從第一裝配電極10a的底面到n型低濃度雜質(zhì)層6的底面的電阻R高于發(fā)光元件18’的操作狀態(tài)電阻(高濃度雜質(zhì)層5的電阻太低以致在這里可以忽略)。
圖13是裝配于半導(dǎo)體激光器器件上的這種光子半導(dǎo)體器件的平面圖。沒(méi)有被半導(dǎo)體激光器元件18’覆蓋的第一裝配電極10a的暴露部分用焊線(xiàn)W1連接到副引線(xiàn)16。第二裝配電極10b用焊線(xiàn)W2連接到主引線(xiàn)15。信號(hào)電極9用焊線(xiàn)W3連接到副引線(xiàn)14。
如在前面的實(shí)例中一樣，在半導(dǎo)體激光器器件13c中，作為電極這樣接線(xiàn)的結(jié)果，形成兩個(gè)電流通路電路。一個(gè)從副引線(xiàn)16到焊線(xiàn)W1，然后到第一裝配電極10a，然后到半導(dǎo)體激光器元件18’，然后到第二裝配電極10b，然后到焊線(xiàn)W2，然后到主引線(xiàn)15，形成第一電流通路電路。另一個(gè)從副引線(xiàn)16到焊線(xiàn)W1，然后到第一裝配電極10a，然后到光接收元件1的低濃度雜質(zhì)層6(圖6中所示)，然后到光接收元件1的高濃度雜質(zhì)層5(圖6中所示)，然后到底面電極12(圖6中所示)，然后到主引線(xiàn)15，形成第二電流通路電路。
作為這種接線(xiàn)的結(jié)果，如在前面的實(shí)例中一樣，當(dāng)預(yù)先確定的電流或預(yù)先確定的激光器驅(qū)動(dòng)電壓在主引線(xiàn)15和副引線(xiàn)16之間的正向供給時(shí)，電流通過(guò)第一電流通路電路流動(dòng)。因此，半導(dǎo)體激光器元件18’振蕩并沿著軸X發(fā)射激光。相反，當(dāng)靜電等導(dǎo)致電壓在主引線(xiàn)15和副引線(xiàn)16之間的反向施加時(shí)，電流主要通過(guò)第二電流通路電路流動(dòng)。這防止半導(dǎo)體激光器元件18’的損壞。
接下來(lái)，本發(fā)明第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件將參考附圖來(lái)描述。圖14是顯示第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件一個(gè)實(shí)例的縱截面圖(沿著圖15中所示的線(xiàn)IV-IV)，而圖15是其平面圖。
在圖14中所示的光接收元件1中，n型低濃度雜質(zhì)層(n-層)6位于擴(kuò)散有n型雜質(zhì)例如磷的n型高濃度雜質(zhì)層(n+層)5頂部，以形成硅襯底(半導(dǎo)體襯底)2，并且，就在硅襯底2的一部分的頂面下，摻雜p型雜質(zhì)例如硼的高濃度雜質(zhì)層(p+層)3形成，以形成PIN型光接收元件。無(wú)需說(shuō)明，可以改為形成PN型光接收元件，或者可以使用p型和n型導(dǎo)電性的完全相反的組合。這里，p型雜質(zhì)層3形成的部分起到光接收區(qū)域4(圖15中所示)的作用。如將從圖15中清楚的，在圖14中所示的光子半導(dǎo)體器件中，光接收區(qū)域4側(cè)邊的一部分被伸出以形成突出部分4a。
另一方面，在硅襯底2的頂面上，形成氧化硅等的絕緣膜8，用于保護(hù)表面和防止反射。為了從光接收區(qū)域4提取信號(hào)，通孔8a在絕緣層8中光接收區(qū)域4上形成，然后金屬例如鋁蒸汽沉積于頂部，然后金屬不必要的部分通過(guò)光刻蝕法移除，以形成與p型雜質(zhì)層3接觸的信號(hào)電極9。以類(lèi)似的方式，裝配電極10在絕緣膜8上形成。在硅襯底2的底面上，形成金等的底面電極12。
然后，在這樣形成于光接收元件1上的裝配電極10上，用導(dǎo)電粘合劑B例如Ag膠固定發(fā)光元件18。發(fā)光元件18是旁放射型半導(dǎo)體激光器元件，其具有位于圖14中它的右和左側(cè)面上的發(fā)光點(diǎn)18a和18b，并且具有接近它的底部的激活層用于最大散熱。在本實(shí)例中，發(fā)光元件18具有布置于它的頂面和底面上的正和負(fù)表面電極。
這里重要的是，當(dāng)光子半導(dǎo)體器件以平面圖觀看時(shí)，發(fā)光元件18的發(fā)光點(diǎn)18b與光接收區(qū)域4的突出部分4a重疊。具有這種結(jié)構(gòu)，即使發(fā)光元件18固定的位置輕微地改變，也能夠保持圖20中L＝0，也就是，能夠高靈敏度地從發(fā)光點(diǎn)接收光。
圖16和17顯示第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件的另一實(shí)例。圖16是第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件的平面圖，而圖17是其沿著圖16中所示的線(xiàn)V-V的截面圖?，F(xiàn)在，將描述該器件與圖14中所示器件的主要不同，對(duì)這兩個(gè)器件公共的說(shuō)明省略。
第一個(gè)不同在于，具有與p型高濃度雜質(zhì)層3一樣高或更高的雜質(zhì)密度的高濃度雜質(zhì)層11，沿著裝配電極10的圍緣在硅襯底2的頂面下形成。該高濃度雜質(zhì)層11通過(guò)選擇性地?cái)U(kuò)散n型雜質(zhì)例如磷來(lái)形成。該高濃度雜質(zhì)層11的導(dǎo)電型可以是p型或者n型。
該高濃度雜質(zhì)層11位于光接收區(qū)域4和裝配電極10之間，并且有效地吸收硅襯底2中由施加到裝配電極10的電壓產(chǎn)生的有害電荷。這有助于使對(duì)光接收元件1的照明-輸出電流特性的有害影響減到最小。因此，可以使光接收區(qū)域4和裝配電極10之間的距離比不形成高濃度雜質(zhì)層11的地方短。這有助于使器件小型化。
第二個(gè)不同在于，既然高濃度雜質(zhì)層11在硅襯底2的頂面下形成，以保證光接收區(qū)域4的突出部分4a和發(fā)光元件18的發(fā)光點(diǎn)18b之間足夠的重疊，凹入部分10a在裝配電極10面向光接收區(qū)域4的突出部分4a的一側(cè)形成。結(jié)果，當(dāng)以平面圖觀看時(shí)，裝配電極10的凹入部分10a吻合光接收區(qū)域4的突出部分4a，因此位于發(fā)光元件18背面中心的發(fā)光點(diǎn)18b位于突出部分4a上。這使得能夠高靈敏度地從發(fā)光點(diǎn)18b接收光。
第三個(gè)不同在于，裝配電極10在絕緣膜8中形成的通孔8b上形成，使得裝配電極10的較大部分與硅襯底2直接接觸。如前面所描述的，該結(jié)構(gòu)，與裝配電極簡(jiǎn)單地在絕緣膜8頂部形成的結(jié)構(gòu)相比較，增強(qiáng)發(fā)光元件18的散熱特性。
而且，通過(guò)最優(yōu)化硅襯底2的電阻，即使有害的高壓例如電涌施加到發(fā)光元件18時(shí)，也能夠使裝配電極10和硅襯底2起到這種電壓的放電路徑的作用。這增加發(fā)光元件18的靜電耐壓。
接下來(lái)，將給出使用具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件的情況的描述。圖18是包括具有兩個(gè)表面電極在同一面上的發(fā)光元件的光子半導(dǎo)體器件的平面圖。該光子半導(dǎo)體器件不同于圖17中所示器件在于，兩個(gè)裝配電極形成于絕緣層的頂部，而在其它方面，這兩個(gè)器件具有基本上相同的結(jié)構(gòu)。
在圖18中，光接收區(qū)域4具有矩形形狀，突出部分4a形成使得從它的左側(cè)中部向左伸出。另一方面，在絕緣膜8的頂部形成的兩個(gè)裝配電極10a和10b中，一個(gè)(第一裝配電極)10a在絕緣膜8中形成的通孔8b上形成，并且具有矩形形狀，其中面向光接收區(qū)域4的突出部分4a的部分(右下角)被截去；另一個(gè)(第二裝配電極)10b也具有矩形形狀，其中面向光接收區(qū)域4的突出部分4a的部分(右上角)被截去。另外，如前所述的高濃度雜質(zhì)層11沿著第一裝配電極10a的圍緣在硅襯底2的頂面下形成，并且該高濃度雜質(zhì)層11也具有矩形形狀，其中面向光接收區(qū)域4的突出部分4a的部分(右下角)被截去。發(fā)光元件18’用導(dǎo)電粘合劑(沒(méi)有顯示)來(lái)固定，使得它的兩個(gè)表面電極181和182分別與第一和第二裝配電極10a和10b接觸。
具有這種結(jié)構(gòu)，即使使用具有兩個(gè)表面電極181和182在同一面上的發(fā)光元件18’，也能夠保證光接收區(qū)域4的突出部分4a和發(fā)光元件18’的發(fā)光點(diǎn)18b之間足夠的重疊，因此能夠高靈敏度地從發(fā)光點(diǎn)18b接收光。
當(dāng)上述第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件裝配到半導(dǎo)體激光器器件等上時(shí)，也可以采用圖8，11和13中所示的結(jié)構(gòu)。為了防止發(fā)光元件被電涌損壞，采用圖11或13中所示的接線(xiàn)是適當(dāng)?shù)摹?br> 工業(yè)適用性在第一實(shí)施方案的光接收元件中，以及在使用它的光子半導(dǎo)體器件中，光接收元件的輸出不受施加到發(fā)光元件裝配于其上的電極電壓或者類(lèi)似因素的影響。而且，保護(hù)發(fā)光元件在制造過(guò)程中不被靜電損壞。
在第二實(shí)施方案的光子半導(dǎo)體器件中，發(fā)光元件可以容易地安裝，即使它具有低發(fā)光點(diǎn)。這有助于減少光接收靈敏度的變化。
權(quán)利要求
1.一種光接收元件，具有形成于半導(dǎo)體襯底頂面的一部分以便起到光接收區(qū)域作用的光電二極管，并且具有在半導(dǎo)體襯底頂部不形成光接收區(qū)域的地方形成的發(fā)光元件裝配電極，其中高濃度雜質(zhì)層沿著發(fā)光元件裝配電極的圍緣在半導(dǎo)體襯底的頂面下形成。
2.如權(quán)利要求1中的光接收元件，其中絕緣層在半導(dǎo)體襯底頂面上形成光接收區(qū)域和不形成光接收區(qū)域的地方形成，并且發(fā)光元件裝配電極在絕緣層的頂部形成。
3.如權(quán)利要求2中的光接收元件，其中發(fā)光元件裝配電極在絕緣層中形成的通孔之上形成，并且電極通過(guò)通孔與半導(dǎo)體襯底直接接觸。
4.如權(quán)利要求1～3之一中的光接收元件，其中高濃度雜質(zhì)層僅沿著面向光接收區(qū)域的邊緣而形成。
5.一種光子半導(dǎo)體器件，具有形成于半導(dǎo)體襯底頂面的一部分以便起到光接收區(qū)域作用的光電二極管，具有在半導(dǎo)體襯底頂部不形成光接收區(qū)域的地方形成的發(fā)光元件裝配電極，并且具有裝配在發(fā)光元件裝配電極上的發(fā)光元件，其中高濃度雜質(zhì)層沿著發(fā)光元件裝配電極的圍緣在半導(dǎo)體襯底頂面下形成。
6.如權(quán)利要求5中的光子半導(dǎo)體器件，其中絕緣層在半導(dǎo)體襯底頂面上形成光接收區(qū)域和不形成光接收區(qū)域的地方形成，發(fā)光元件裝配電極在絕緣層中形成的通孔之上形成，并且電極通過(guò)通孔與半導(dǎo)體襯底直接接觸。
7.如權(quán)利要求6中的光子半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體襯底的電阻高于發(fā)光元件的操作狀態(tài)電阻，并且，在發(fā)光元件上形成的兩個(gè)表面電極中，不與發(fā)光元件裝配電極接觸的表面電極處于與半導(dǎo)體襯底底面電極相同的電勢(shì)。
8.如權(quán)利要求7中的光子半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體襯底的電阻為50～15,000Ω。
9.一種光子半導(dǎo)體器件，具有發(fā)光元件和光接收元件，并且具有平行于發(fā)光元件發(fā)光方向而形成的光接收元件的光接收區(qū)域，其中發(fā)光元件的布置，使得當(dāng)以平面圖觀看時(shí)，其發(fā)光點(diǎn)與光接收區(qū)域的至少一部分重疊。
10.如權(quán)利要求9中的光子半導(dǎo)體器件，其中發(fā)光元件是半導(dǎo)體激光器。
11.如權(quán)利要求9或10中的光子半導(dǎo)體器件，其中從光接收元件的頂面到發(fā)光元件的發(fā)光點(diǎn)的高度是120μm或更小。
12.如權(quán)利要求9～11之一中權(quán)利要求的光子半導(dǎo)體器件，其中光接收元件是形成于半導(dǎo)體襯底頂面一部分的光電二極管，發(fā)光元件裝配電極在半導(dǎo)體襯底的頂部形成，并且發(fā)光元件裝配在發(fā)光元件裝配電極上，其中半導(dǎo)體襯底的電阻高于發(fā)光元件的操作狀態(tài)電阻，并且，在發(fā)光元件上形成的兩個(gè)表面電極中，不與發(fā)光元件裝配電極接觸的表面電極處于與半導(dǎo)體襯底底面電極相同的電勢(shì)。
13.如權(quán)利要求12中的光子半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體襯底的電阻為50～15,000Ω。
全文摘要
一種光接收元件，具有形成于半導(dǎo)體襯底頂面一部分以便起到光接收區(qū)域作用的光電二極管，并且具有在半導(dǎo)體襯底頂部不形成光接收區(qū)域的地方形成的發(fā)光元件裝配電極。高濃度雜質(zhì)層沿著發(fā)光元件裝配電極的圍緣在半導(dǎo)體襯底頂面下形成。這有助于防止施加到發(fā)光元件裝配電極的電壓影響光接收元件的輸出。可選地，一種光子半導(dǎo)體器件，具有發(fā)光元件和光接收元件，并且具有平行于發(fā)光元件發(fā)光方向而形成的光接收元件的光接收區(qū)域。發(fā)光元件的布置，使得當(dāng)以平面圖觀看時(shí)，其發(fā)光點(diǎn)與光接收區(qū)域的至少一部分重疊。這允許容易地安裝即使具有低發(fā)光點(diǎn)的發(fā)光元件，因此有助于減小光接收靈敏度的變化。
文檔編號(hào)H01S5/022GK1466781SQ01816530
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月29日
發(fā)明者西村晉, 本多正治, 治, 上山孝二, 二 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社, 鳥(niǎo)取三洋電機(jī)株式會(huì)社