JPS6218785A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPS6218785A JPS6218785A JP15866885A JP15866885A JPS6218785A JP S6218785 A JPS6218785 A JP S6218785A JP 15866885 A JP15866885 A JP 15866885A JP 15866885 A JP15866885 A JP 15866885A JP S6218785 A JPS6218785 A JP S6218785A
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- JP
- Japan
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- layer
- laser
- photodetector
- type
- semiconductor
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の分野〕
本発明は、同一基板上に半導体レーザと、この半導体レ
ーザの出力光を検知するフォトディテクタとをモノリシ
ックに形成した半導体素子に関する。
ーザの出力光を検知するフォトディテクタとをモノリシ
ックに形成した半導体素子に関する。
近年、レーザビームプリンタ、光デイスク装置等の光源
として、半導体レーザの需要が高まってきている。とこ
ろでこのような機器に半導体レーザを用いる場合には、
常に安定な出力が得られるように出力制御される必要が
あり、半導体レーザの出力光を検知するフォトディテク
タと対で用いられるのが普通である。ここで、半導体レ
ーザとフォトディテクタとは別々に形成され、同一パッ
ケージ内に組み込まれるものであるが、更に組立・調整
を容易にする為、これらを同一基板上にモノリシックに
形成した半導体素子も提案されている。
として、半導体レーザの需要が高まってきている。とこ
ろでこのような機器に半導体レーザを用いる場合には、
常に安定な出力が得られるように出力制御される必要が
あり、半導体レーザの出力光を検知するフォトディテク
タと対で用いられるのが普通である。ここで、半導体レ
ーザとフォトディテクタとは別々に形成され、同一パッ
ケージ内に組み込まれるものであるが、更に組立・調整
を容易にする為、これらを同一基板上にモノリシックに
形成した半導体素子も提案されている。
例えば、
１）レーザ構造の半導体ｆ！Ｉ！体の一部をそのままフ
ォトディテクタとして利用したもの ２）レーザを形成する半導体層を基板上に成長させた後
、この半導体積層体の一部を削除して、フォトディテク
タを形成する半導体層を再成長させたもの 等である。
ォトディテクタとして利用したもの ２）レーザを形成する半導体層を基板上に成長させた後
、この半導体積層体の一部を削除して、フォトディテク
タを形成する半導体層を再成長させたもの 等である。
しかしながら、前記１．）の素子ではフォトディテクタ
の出力及び感度が不十分であった。これは、一般に出力
光のエネノＶギーがレーザを構成している半導体のバン
ドギャップのエネルギーより小さく（例えば、ＧａＡｓ
のＤＨ構造ではその差が約２５ｍｅＶ）、レーザと同一
構成のフォトディテクタ内で出力光が有効に電子−正孔
対を生成出来ないためである。また前記２）の素子では
レーザ構造を削除するプロセスで基板表面が汚染或いは
酸化され易く、再成長が難しいという欠点があった。
の出力及び感度が不十分であった。これは、一般に出力
光のエネノＶギーがレーザを構成している半導体のバン
ドギャップのエネルギーより小さく（例えば、ＧａＡｓ
のＤＨ構造ではその差が約２５ｍｅＶ）、レーザと同一
構成のフォトディテクタ内で出力光が有効に電子−正孔
対を生成出来ないためである。また前記２）の素子では
レーザ構造を削除するプロセスで基板表面が汚染或いは
酸化され易く、再成長が難しいという欠点があった。
本発明の目的は、高出力・高感度のフォトディテクタを
有し、作製の容易な半導体素子を提供することにある。
有し、作製の容易な半導体素子を提供することにある。
本発明の上記目的は、基板上に半導体層を積層すること
によって、半導体レーザとフォトディテクタとがモノリ
シックに形成された半導体素子において、前記半導体レ
ーザ及びフォトディテクタのいずれか一方を、他方と同
一構成の半導体積層体上に形成することによって達成さ
れる。
によって、半導体レーザとフォトディテクタとがモノリ
シックに形成された半導体素子において、前記半導体レ
ーザ及びフォトディテクタのいずれか一方を、他方と同
一構成の半導体積層体上に形成することによって達成さ
れる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は１本発明に基づく半導体素子の第１実施例の構
成を示す斜視図である０図中、３は段差を有するｎ型Ｇ
ａＡｓ基板で、この上に半導体層が積層されることによ
って半導体レーザ部ｌ及びフォトディテクタ部２がモノ
リシックに形成されている。半導体レーザ部１は基板３
の上段に結晶成長されたｎ型ＧａＡｓバッファ層４．ｎ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層５．ＧａＡｓ＋、ｚ−ザ活性
層６ａ、ｐ型ＧａＡｓクラッド層７ａ、ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層８ａから成る。ここでレーザ活性層６ａは量子
効果を利用して、実質上のバンドギャップが、ＧａＡｓ
の通常のバンドギャップより２５ｍｅＶ以上大きく形成
されている。また、フォトディテクタ部２は、基板３の
下段に成長された半導体レーザ部１と同一構成の半導体
積層体（バッファ層４．クラッド層５．ＧａＡｓ層６ｂ
、ｐ型ＧａＡＳ層７ｂ及びｐ型ＧａＡｓ層８ｂ）上に形
成されており、前記ｐ型ＧａＡＳ層８ｂと、この上に成
長された高低抗ＧａＡｓ層９、ｎ型ＧａＡｓ層１０とで
、ＰＩＮフォトダイオードを構成している。そして、半
導体レーザ部ｌとフォトディテクタ部２との間には、こ
れらを分離し、また半導体レーザ部１の共振面を形成す
る為に溝が形成されている。更に、キャップ層８ａ上及
び基板３底面には各々半導体レーザ部１のｐ型ストライ
プ電極１１及びｎ型電極１２が形成され、フォトディテ
クタ部２のｎ型ＧａＡＳ層１０上及びエツチングによっ
て露出されたｐ型ＧａＡＳ層８上にも各々ｎ型電極１３
．ｐ型電極１４が形成されている。
成を示す斜視図である０図中、３は段差を有するｎ型Ｇ
ａＡｓ基板で、この上に半導体層が積層されることによ
って半導体レーザ部ｌ及びフォトディテクタ部２がモノ
リシックに形成されている。半導体レーザ部１は基板３
の上段に結晶成長されたｎ型ＧａＡｓバッファ層４．ｎ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層５．ＧａＡｓ＋、ｚ−ザ活性
層６ａ、ｐ型ＧａＡｓクラッド層７ａ、ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層８ａから成る。ここでレーザ活性層６ａは量子
効果を利用して、実質上のバンドギャップが、ＧａＡｓ
の通常のバンドギャップより２５ｍｅＶ以上大きく形成
されている。また、フォトディテクタ部２は、基板３の
下段に成長された半導体レーザ部１と同一構成の半導体
積層体（バッファ層４．クラッド層５．ＧａＡｓ層６ｂ
、ｐ型ＧａＡＳ層７ｂ及びｐ型ＧａＡｓ層８ｂ）上に形
成されており、前記ｐ型ＧａＡＳ層８ｂと、この上に成
長された高低抗ＧａＡｓ層９、ｎ型ＧａＡｓ層１０とで
、ＰＩＮフォトダイオードを構成している。そして、半
導体レーザ部ｌとフォトディテクタ部２との間には、こ
れらを分離し、また半導体レーザ部１の共振面を形成す
る為に溝が形成されている。更に、キャップ層８ａ上及
び基板３底面には各々半導体レーザ部１のｐ型ストライ
プ電極１１及びｎ型電極１２が形成され、フォトディテ
クタ部２のｎ型ＧａＡＳ層１０上及びエツチングによっ
て露出されたｐ型ＧａＡＳ層８上にも各々ｎ型電極１３
．ｐ型電極１４が形成されている。
次に、前述の実施例の動作を説明する。第２図は第１図
示の半導体素子を用いた回路の一例を示す図である。こ
こでは半導体素子を模式的に示した。半導体レーザ部１
の電極１１及び１２には電流源１５が接続され、順バイ
アス電流１７が流れてレーザ発振を起こす、そして出射
されたレーザ光の一部１９はフォトディテクタ部２の高
低抗ＧａＡｓ層９を中心に受光される。そして、レーザ
光によって励起された電子−正孔対は、電極１３．１４
間に逆バイアス状態に接続された電圧源１６によって加
速され、電流１８を生じる。この電流１８はレーザ光１
９の強弱を反映するので、電流１８を検出することによ
ってレーザ光１９の出力を検知でき、半導体レーザ部１
の出力制御に用いることが出来る。
示の半導体素子を用いた回路の一例を示す図である。こ
こでは半導体素子を模式的に示した。半導体レーザ部１
の電極１１及び１２には電流源１５が接続され、順バイ
アス電流１７が流れてレーザ発振を起こす、そして出射
されたレーザ光の一部１９はフォトディテクタ部２の高
低抗ＧａＡｓ層９を中心に受光される。そして、レーザ
光によって励起された電子−正孔対は、電極１３．１４
間に逆バイアス状態に接続された電圧源１６によって加
速され、電流１８を生じる。この電流１８はレーザ光１
９の強弱を反映するので、電流１８を検出することによ
ってレーザ光１９の出力を検知でき、半導体レーザ部１
の出力制御に用いることが出来る。
ここで、上記レーザ光のエネルギーは、第１図活性層６
ａの実質上のバンドギャップエネルギーより約２５ｍｅ
Ｖ低下している。しかし、前述のように活性層６ａの実
質上のバンドギャップエネルギーは量子効果によって２
５ｍｅＶ以上向上しており、レーザ光のエネルギーは高
低抗ＧａＡｓ層９のバンドギャップエネルギーより大き
い。
ａの実質上のバンドギャップエネルギーより約２５ｍｅ
Ｖ低下している。しかし、前述のように活性層６ａの実
質上のバンドギャップエネルギーは量子効果によって２
５ｍｅＶ以上向上しており、レーザ光のエネルギーは高
低抗ＧａＡｓ層９のバンドギャップエネルギーより大き
い。
従って、フォトディテクタ部２に入射したレーザ光は、
電子−正孔対を有効に生成し、半導体レーザ部１の出力
を高出力、高感度に測定出来る。また、フォトディテク
タ部２を構成するＰＩＮフォトダイオードは、高電圧の
逆バイアス状態で使用される為、検出電流はレーザ光の
変化に対して高速に応答する。
電子−正孔対を有効に生成し、半導体レーザ部１の出力
を高出力、高感度に測定出来る。また、フォトディテク
タ部２を構成するＰＩＮフォトダイオードは、高電圧の
逆バイアス状態で使用される為、検出電流はレーザ光の
変化に対して高速に応答する。
第３図（Ａ）〜第３図（Ｃ）は、前述の第１実施例の作
成工程を説明する略断面図である。
成工程を説明する略断面図である。
まず第３図（Ａ）のような３ｐＬｍの段差を持つｎ型Ｇ
ａＡｓ基板３上に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）或い
は気相エピタキシー（ＶＰＥ）等の方法でｎ型ＧａＡｓ
層を０．５ｐｍの厚さに結晶成長させ、バッファ層４を
形成する。続けて同様の方法で、ｎ型Ａ又ＧａＡｓクラ
ッド層５゜Ｇ ａ Ａ ｓ ９６ 、 ｐ型ＧａＡｓ層
７．ｐ型ＧａＡｓ層８．高抵抗ＧａＡｓ９．ｎ型ＧａＡ
ｓ層１０を各々１．５ｐｍ、１．５ｇｍ、ｌｐｍ、ｌｐ
ｍ及び０．５ｐｍの厚さに結晶成長させ、第３図ＣＢ）
のような半導体積層体を形成する９次に基板３の底面に
半導体レーザのｎ型電極１２を形成した後、フォトディ
テクタ部２の一部をフォトレジストでマスクして、残り
の部分をＧａＡ ｓ層６に達するまでエツチング除去す
る。そして、半導体レーザ部ｌ及びフォトディテクタ部
２の露出したＧａＡｓ層６上に各々ｐ型電極１１及び１
４を設ける。更に、フォトディテクタ部２の前記マスク
を取り除いた後の部分にｎ型電極１３を設ける。Ｉ＆後
に、半導体レーザ部１の共振面を形成し、また出射され
るレーザ光８５及び８６の一部を直接フォトディテクタ
部２に導く為に、中央の＠１９を形成した後、素子を骨
間によって切り出して第３図（Ｃ）に示す半導体素子を
作成する。
ａＡｓ基板３上に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）或い
は気相エピタキシー（ＶＰＥ）等の方法でｎ型ＧａＡｓ
層を０．５ｐｍの厚さに結晶成長させ、バッファ層４を
形成する。続けて同様の方法で、ｎ型Ａ又ＧａＡｓクラ
ッド層５゜Ｇ ａ Ａ ｓ ９６ 、 ｐ型ＧａＡｓ層
７．ｐ型ＧａＡｓ層８．高抵抗ＧａＡｓ９．ｎ型ＧａＡ
ｓ層１０を各々１．５ｐｍ、１．５ｇｍ、ｌｐｍ、ｌｐ
ｍ及び０．５ｐｍの厚さに結晶成長させ、第３図ＣＢ）
のような半導体積層体を形成する９次に基板３の底面に
半導体レーザのｎ型電極１２を形成した後、フォトディ
テクタ部２の一部をフォトレジストでマスクして、残り
の部分をＧａＡ ｓ層６に達するまでエツチング除去す
る。そして、半導体レーザ部ｌ及びフォトディテクタ部
２の露出したＧａＡｓ層６上に各々ｐ型電極１１及び１
４を設ける。更に、フォトディテクタ部２の前記マスク
を取り除いた後の部分にｎ型電極１３を設ける。Ｉ＆後
に、半導体レーザ部１の共振面を形成し、また出射され
るレーザ光８５及び８６の一部を直接フォトディテクタ
部２に導く為に、中央の＠１９を形成した後、素子を骨
間によって切り出して第３図（Ｃ）に示す半導体素子を
作成する。
ここで、溝１９の幅は、基板３の段差の傾きに依存して
決定する最適値となるように形成される。この溝１９が
広すぎれば、レーザ光１６のフォトディテクタ部２への
入射光量は減少してしまう、また、半導体レーザ部１の
活性層６ａとフォトディテクタ部２の高抵抗Ｇ ａ Ａ
Ｓ Ｒ９との厚み方向の位置は、レーザ光３６の厚み
方向の広がり角が大きい（３００〜４０°）ので、必ず
しも一致していなくても良いが、一致していれば、更に
効率良くレーザ光を光電変換することが出来る。
決定する最適値となるように形成される。この溝１９が
広すぎれば、レーザ光１６のフォトディテクタ部２への
入射光量は減少してしまう、また、半導体レーザ部１の
活性層６ａとフォトディテクタ部２の高抵抗Ｇ ａ Ａ
Ｓ Ｒ９との厚み方向の位置は、レーザ光３６の厚み
方向の広がり角が大きい（３００〜４０°）ので、必ず
しも一致していなくても良いが、一致していれば、更に
効率良くレーザ光を光電変換することが出来る。
第４図は、本発明の第２実施例の概略を示す斜視図であ
る。ここで、第１図と同一の部材には同一の符号を付し
、詳細な説明は省略する０本実施例は、半導体レーザ部
１を、フォトディテクタ部２と同一構成の半導体積層体
上に形成したもので、ＧａＡｓ基板２０には、フォトデ
ィテクタ部２側が高い段差をもったものが用いられる。
る。ここで、第１図と同一の部材には同一の符号を付し
、詳細な説明は省略する０本実施例は、半導体レーザ部
１を、フォトディテクタ部２と同一構成の半導体積層体
上に形成したもので、ＧａＡｓ基板２０には、フォトデ
ィテクタ部２側が高い段差をもったものが用いられる。
また、半導体レーザ部１のｎ型電極１２は、フォトディ
テクタ部２と溝２１によって分離されたｎ型ＧａＡｓ層
４上に形成され、フォトディテクタ部２のＰ型電極１４
は基板１８の底面に設けられる。そして電極１１．１２
間に電流を注入することによって半導体レーザ部１を発
光させ、このレーザ光によって電極１３．１４間に励起
される光電流を検出してレーザ出力を測定する。
テクタ部２と溝２１によって分離されたｎ型ＧａＡｓ層
４上に形成され、フォトディテクタ部２のＰ型電極１４
は基板１８の底面に設けられる。そして電極１１．１２
間に電流を注入することによって半導体レーザ部１を発
光させ、このレーザ光によって電極１３．１４間に励起
される光電流を検出してレーザ出力を測定する。
第５図は、段差のない平坦なｎ型ＧａＡｓ基板２２を用
いた本発明の第３実施例を示す略断面図で、 第１１１
と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略
する。木実施例において、半導体レーザ部１から出射し
たレーザ光２３の一部は、直接或いは溝２４の底部で反
射されてフォトディテクタ部２で検出される。
いた本発明の第３実施例を示す略断面図で、 第１１１
と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略
する。木実施例において、半導体レーザ部１から出射し
たレーザ光２３の一部は、直接或いは溝２４の底部で反
射されてフォトディテクタ部２で検出される。
第６図及び第７図は、フォトディテクタ部２を半導体レ
ーザ部ｌと並列に（レーザの共振方向と平行に）配置し
た本発明の更なる実施例を示す斜視図であり１両図にお
いて第１図と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な
説明は省略する。第６図に示す実施例では、半導体レー
ザ部ｌとフォトディテクタ部２とは、溝２６によって分
離されている。レーザ光２５は半導体レーザ部１の共振
面から出射し、活性層６ａからの漏れ光２７が溝２６を
横切ってフォトディテクタ部２に入射し、レーザ出力が
検出される。また第７図のように基板３の段差部の傾き
を急峻なものにすると、共振面から出射するレーザ光２
８とは別に、活性層６ａから共振方向と異なる方向に漏
れた光２９が、段差部の薄い半導体層を透過してフォト
ディテクタ部２に入射し、溝を形成しなくても出力検出
が可能である。
ーザ部ｌと並列に（レーザの共振方向と平行に）配置し
た本発明の更なる実施例を示す斜視図であり１両図にお
いて第１図と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な
説明は省略する。第６図に示す実施例では、半導体レー
ザ部ｌとフォトディテクタ部２とは、溝２６によって分
離されている。レーザ光２５は半導体レーザ部１の共振
面から出射し、活性層６ａからの漏れ光２７が溝２６を
横切ってフォトディテクタ部２に入射し、レーザ出力が
検出される。また第７図のように基板３の段差部の傾き
を急峻なものにすると、共振面から出射するレーザ光２
８とは別に、活性層６ａから共振方向と異なる方向に漏
れた光２９が、段差部の薄い半導体層を透過してフォト
ディテクタ部２に入射し、溝を形成しなくても出力検出
が可能である。
本発明は、以上の実施例に限らず種々の応用が可能であ
る０例えば、実施例ではレーザ活性層とフォトディテク
タを同じ材料のＧａＡｓで形成したが、フォトディテク
タをＧａＡｓより２５ｍｅＶ以上バンドギャップエネル
ギーが小さい半導体で作成すれば、実施例のように量子
効果を用いず１通常のダブルへテロ構造でも光検出を有
効に行うことが出来る。また、フォトディテクタ部をシ
リコンやゲルマニウムのような間接半導体で作成しても
良い。
る０例えば、実施例ではレーザ活性層とフォトディテク
タを同じ材料のＧａＡｓで形成したが、フォトディテク
タをＧａＡｓより２５ｍｅＶ以上バンドギャップエネル
ギーが小さい半導体で作成すれば、実施例のように量子
効果を用いず１通常のダブルへテロ構造でも光検出を有
効に行うことが出来る。また、フォトディテクタ部をシ
リコンやゲルマニウムのような間接半導体で作成しても
良い。
以上説明したように、本発明は半導体レーザ及びフォト
ディテクタのいずれか一方を、他方と同一構成の半導体
積層体上に形成したので、半導体レーザ及びフォトディ
テクタを１回の成長で容易に作成出来、かつ高出力、高
感度、高速応答特性のフォトディテクタを実現すること
が可能になった。また、フォトディテクタの高出力、高
感度化によって、フォトディテクタに入射させるレーザ
光が少量で充分になり、利用可能なレーザ出力を増加さ
せることが出来た。
ディテクタのいずれか一方を、他方と同一構成の半導体
積層体上に形成したので、半導体レーザ及びフォトディ
テクタを１回の成長で容易に作成出来、かつ高出力、高
感度、高速応答特性のフォトディテクタを実現すること
が可能になった。また、フォトディテクタの高出力、高
感度化によって、フォトディテクタに入射させるレーザ
光が少量で充分になり、利用可能なレーザ出力を増加さ
せることが出来た。
第１図は本発明の半導体素子の一実施例を示す斜視図、
第２図は第１図示の素子を用いた回路の構成例を示す図
、第３図（Ａ）乃至第３図（Ｃ）は夫々第１図示の素子
の作成工程を説明する略断面図、第４図乃至第７図は夫
々本発明の他の実施例を示す図である。 １−−ｍ＝半導体レーザ部、 ２−一一−フォトディテクタ部。
第２図は第１図示の素子を用いた回路の構成例を示す図
、第３図（Ａ）乃至第３図（Ｃ）は夫々第１図示の素子
の作成工程を説明する略断面図、第４図乃至第７図は夫
々本発明の他の実施例を示す図である。 １−−ｍ＝半導体レーザ部、 ２−一一−フォトディテクタ部。
Claims (1)
- （１）基板上に半導体層を積層することによって、半導
体レーザとフォトディテクタとがモノリシックに形成さ
れた半導体素子において、前記半導体レーザ及びフォト
ディテクタのいずれか一方が、他方と同一構成の半導体
積層体上に形成されたことを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15866885A JPS6218785A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15866885A JPS6218785A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6218785A true JPS6218785A (ja) | 1987-01-27 |
Family
ID=15676743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15866885A Pending JPS6218785A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6218785A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5049522A (en) * | 1990-02-09 | 1991-09-17 | Hughes Aircraft Company | Semiconductive arrangement having dissimilar, laterally spaced layer structures, and process for fabricating the same |
| US5848088A (en) * | 1995-07-11 | 1998-12-08 | Seiko Epson Corporation | Surface emission type semiconductor for laser with optical detector, method of manufacturing thereof, and sensor using the same |
| JP2019192712A (ja) * | 2018-04-20 | 2019-10-31 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光半導体素子、及び、光半導体素子の製造方法 |
-
1985
- 1985-07-17 JP JP15866885A patent/JPS6218785A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5049522A (en) * | 1990-02-09 | 1991-09-17 | Hughes Aircraft Company | Semiconductive arrangement having dissimilar, laterally spaced layer structures, and process for fabricating the same |
| US5848088A (en) * | 1995-07-11 | 1998-12-08 | Seiko Epson Corporation | Surface emission type semiconductor for laser with optical detector, method of manufacturing thereof, and sensor using the same |
| JP2019192712A (ja) * | 2018-04-20 | 2019-10-31 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光半導体素子、及び、光半導体素子の製造方法 |
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