JPS62195191A - 発・受光素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、半導体レーザとその光出力をモニターする
ための光検出器とが同一基板上に一体的に形成された発
・受光素子に関し、例えば光ディスク等の光情報処理装
置、光通信用送受信装置等に使用されるものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 半導体レーザは、その光出力を安定化させる手段として
、一般に後方出射光を光検出器でモニターしてバイアス
電流を制御する光フイードバツク法がとられる。

このようなモニター用の光検出器を備えた従来の半導体
レーザとしては例えば第１０図に示すようなものがある
。

第１０図中符号１は半導体チップで、半導体チップ１に
は、微細加工技術により、幅、深さともに数μｍ程度の
分離溝２が形成され、この分離溝２により半導体レーザ
３と、光検出器４とが対向して形成されている。

分離溝２の側壁で形成される半導体レーザ３の後方出射
端面５と、光検出器４の受光面６とは略平行面に形成さ
れている。

半導体レーザ３は、ｎ−ＧａＡｓの基板７上に、液相エ
ピタキシャル成長法によりｎ−Ａｕ。、３３Ｇａｏ、ｅ
７Ａｓの下側クラッド層８ａ、Ａ！Ｌｏ　、　ｏ　５Ｇ
ａｏ　、　９５△Ｓの活性層９ａ、およびＤ−ＡＩｏ、
３３Ｇ８０．６７ＡＳの上側クラッド層１１ａからなる
ダブルへテロ構造が形成されている。活性層９ａの厚さ
は１μｍ以下でレーザ光［１０波長よりも薄く形成され
ている。

１２ａはｎ−ＧａＡｓのキャップ層、１３はｎ電極、１
４はストライプで、ストライプ１４の部分を除くキャッ
プ層１２ａとｎ電極１３との間にＳｉＯ２の絶縁層１５
が形成されている。

ストライプ１４直下の活性層９ａの部分に発光領域１６
が形成される。

１７はレーザ光Ｌ１の出射される前方出射端面、１８は
順バイアス印加用の端子、１９はｎ電極である。

光検出器４についても、共通のｎ−ＧａＡｓの基板７上
に、半導体レーザ３側とそれぞれ同様の厚さの下側クラ
ッドＷ８　ｂ、活性層９ｂ、上側クラツド層１１ｂ１キ
ヤツプ層１２ｂが形成され、キャップ層１２ｂの上にｎ
電極２１が形成されている。２２は逆バイアス印加用の
端子である。

このように半導体レーザ３とモニター用の光検出器４と
は、同一の基板７上に一体的に形成されて発・受光素子
として構成されている。

そしてｎ電極１９を共通電極として、半導体レーザ３に
は端子１８を通じて順バイアス電圧を印加し、光検出器
４には端子２２を通じて逆バイアス電圧を印加すると、
半導体レーザ３においては、発光領域１６部分の活性層
９ａに注入キレリヤが集中し再結合が生じて発光する。

この注入キャリヤおよび発光は両クラッド層８ａ、１１
ａにより活性層９ａ内に効率よく閉じ込められてレーザ
作用が増大し、発光領域１６から前方出射端面１７側に
レーザ光（前方出射光）「１が出力されるとともに、後
方出射端面５側に後方出射光Ｌ２が出力される。

一方、光検出器４においては、半導体レーザ３からの後
方出射光Ｌ２が活性層９ｂに入射して電子とホールの対
が生じ、逆バイアス電圧により後方出射光Ｌ２の光強度
に比例した光電流が外部回路に流れて半導体レーザ３の
光出力がモニターされる。上記のように光検出器４の受
光面６における実質的な感光部は活性層９ｂの部分であ
る。

しかしながら上記の発・受光素子にあっては、半導体レ
ーザ３の後方出射端面５と、光検出器４の受光面６とが
略平行面になっていたため、後方出射光Ｌ２の受光面６
による反射光が、半導体レーザ３の後方出射端面５側に
帰還して半導体レーザ３の動作が不安定になり、前方出
射端面１７からのレーザ光Ｌ１出力の強度が変動すると
ともに、戻り光ノイズが増えるという問題点があった。

また光検出器４の受光面６における高さ方向の実質的な
感光幅は、活性層９ｂの厚さ程度しかなく、この活性層
９ｂは半導体レーザ３側の活性層９ａと同様に薄く形成
されていたため、受光感度が低く、カップリング効率が
数％程度になってしまうという問題点があった。

［発明の目的］ この発明は、上記事情に基づいてなされたもので、レー
ザ出力の安定化および低ノイズ化を図るとともに、光検
出器の受光感度を向上させることのできる発・受光素子
を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために、第１の発明は、素子デツプ
に設【−１られた分離溝により、半導体レーザとこの半
導体レーザから出射されるレーザ光を受光する光検出器
とが対向して形成された発・受光素子において、光検出
器の受光面を、この受光面によるレーザ光の反射光が半
導体レーザの出射端面にれ戻らない形状に形成して、半
導体レーザの動作安定化を図るとともに戻り光ノイズが
低減されるようにしたものである。

また第２の発明は、前記の発・受光素子において、光検
出器における実質的な感光部となる活性層を、半導体レ
ーザの発光領域を形成する活性層よりも厚く形成して、
受光感度が向上されるようにしたものである。

［発明の実施例］ 以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第４図は、この発明の第１実施例を示す図であ
る。

なお第１図および後述の各実施例を示す図において前記
第１０図における部材および部位等と同一ないし均等の
ものは、前記と同一符号を以って示し重複した説明を省
略する。

まず構成を説明すると、この実施例は、第１図および第
２図に示すように光検出器４の受光面２６が、半導体レ
ーザ３のニアフィールドパターンンと略等しい幅ｄの開
口２５を有する円柱の柱状内壁面で形成され、この円柱
状の受光面２６による後方出射光（レーザ光）Ｌ２の反
射光が半導体レーザ３の後方出射端面５に戻らないよう
に構成されている。

開口２５を有する円柱状の受光面２６は、例えば反応性
イオンビームエツチングを使用した微細加工により形成
される。

第３図は、分ｔｉｌＩｔ溝２の溝幅ｑと後方出射光Ｌ２
のビーム径との関係、云い換えれば後方出射端面５から
の距離に対するレーザ光のビーム径の広がりを示したも
のである。同図中（イ）の曲線は、活性層９ａの広がり
方向と同方向、即ち平行方向のビーム径の広がりを示し
、（ロ）の曲線は、活＝７− 性層９ａに垂直方向のビーム径の広がりを示している。

分離溝２の溝幅ｑを例えばｇ＝５μｍとすると、この程
度の距離においては、レーザ光の出カバターンは、ニア
フィールドパターンを示し、平行方向のビーム径の広が
り（第３図（イ））は、ストライプ１４０幅とほぼ等し
く、例えば５μｍ程麿８なる。また垂直方向のビーム径
の広がりは、はぼ４μｍ程度となる。

円柱状の受光面２６は、上記のようなビーム径の広がり
を持つニアフィールドパターンの後方出射光Ｌ２を受光
すればよいので、開口２５の幅ｄは、平行方向のビーム
径の広がり幅とほぼ等しいかまたはそれ以上あればよ＜
６　５μｍとされる。

また受光面２６の縦方向の長さは、垂直方向のビーム径
の広がり幅とほぼ等しいかまたはそれ以上あればよく４
μｍ程度以上とされる。

次に作用を説明する。

ｎ電極１９を共通電極として、半導体レーザ３には端子
１８を通じて順バイアス電圧を印加し、光検出器４には
端子２２を通じて逆バイアス電圧が印加される。

このようなバイアス電圧の印加により、半導体レーザ３
側においては、発光領域１６にレーザ発光が生じ、前方
出射端面１７および後方出射端面５からそれぞれレーザ
光（前方出射光）Ｌ＋および後方出射光Ｌ２が出力され
る。

前方に出射したレーザ光Ｌ１は、光ディスクや光通信装
置等における光源として使用される。一方、後方出射光
Ｌ２は光検出器４で受光されて、光出力のモニター用と
して使用され、図示省略のオートマチックパワーコント
ロール回路により、前方に出射したレーザ光Ｌ１の出力
安定化が図られる。

そしてこのような光検出器４による後方出射光［２の検
出作用において、第２図に示すように、後方出射光Ｌ２
は、半導体レーザ３の後方出射端面５から距離ｑの位置
にある開口２５を通って円柱状内壁面で形成された受光
面２６内に侵入する。

侵入光１＋　は、実質的な感光部である活性層９ｂで検
出されるとともに、その一部は受光面２６の内壁で反射
される。しかし反射光ρ２は円柱状内壁面内で多重反射
されて受光面２６内に吸収されるようにして検出される
。

而して後方出射光し２の反射光による半導体レーザ３側
への戻り光が極めて少なくなり、この戻り光による半導
体レーザ３の動作不安定がなくなって、レーザ光Ｌ１の
出力変動および戻り光ノイズが顕著に低減される。また
これどともに円柱状内壁面からなる受光面２６は、侵入
光ｕ１に対して一種の積分作用によりその反射光を殆ん
ど吸収し検出するので、受光感度が向上してモニター性
能が高められる。

第４図は、半導体レーザ３から、分阿［渦輪に相当する
距Ｍｑだけ離れた位置に、開口２５を塞ぐように適宜の
反射板を配置したときの、レーザ発振の発振閾値電流の
変化を示したものである。距！ＩＩｑが小さくなる程閾
値電流の値は小さくなっている。これは距ｌｌ１ＩＱが
小さくなる程反射による戻り光が増えてレーザ光帰還量
が増加することを示している。しかしこのように帰還量
が増すと、前記のように動作不安定および戻り光ノイズ
が増えるという弊害が生じるので、この発明の実施例で
は、反射光は円柱状内壁面からなる受光面２６内に吸収
されて、このＪ：うな弊害が除去される。

第５図には、この発明の第２実施例を示す。

この実施例は、光検出器４の受光面２７を、半導体レー
ザ３のニアフィールドパターンと略等しい幅ｄの開口２
５を有する三角柱の柱状内壁面で形成し、この三角柱状
の受光面２７による後方出射光Ｌ２の反射光が半導体レ
ーザ３側に帰還しないように構成したものである。

三角柱状の内壁面からなる受光面２７とした場合におい
ても、受光面２７内への侵入光による反射光は、その内
壁面内で多重反射されて受光面２７内に吸収されるよう
にして検出される。

面し−にの実施例においても、前記第１実施例と同様に
、戻り光による半導体レーザ３の動作不安定はなくなり
、レーザ光Ｌ１の出力変動および戻り光ノイズが低減さ
れ、さらには受光感度の向上が図られる。

第６図には、この発明の第３実施例を示す。

この実施例は、素子分離溝２８により半導体レーザ、お
よび光検出器をそれぞれ２分してマルチレーザ形の発・
受光素子としたものである。

並設された２個の半導体レーザ３ａ、３ｂのそれぞれに
発光領域１６ａ、１６ｂが設けられ、これに対応して各
光検出器４ａ、４ｂに前記第１実施例と同様の円柱状内
壁面からなる受光面２６ａ１２６ｂが形成されている。

各受光面２６ａ、２６ｂの開口は、前記第１実施例の場
合と同様に、各発光領域１６ａ、１６ｂから出射される
後方出射光の平行方向のビーム径の広がり幅とほぼ等し
いかまたはそれ以上に形成されている。

各半導体レーザ３ａ、３ｂ側への反射光による戻り光が
顕著に少なくなって、半導体レーザ３ａ。

３ｂの動作不安定がなくなり、レーザ光Ｌ１、Ｌ１′の
出力変動および戻り光ノイズが低減される等の作用は前
記第１実施例の場合とほぼ同様である。

この実施例のマルチレーザ形の発・受光素子は、例えば
並列記録再生用光ヘッドの光源として使用される。

第７図には、この発明の第４実施例を示す。

この実施例は、素子分離溝２８により半導体レーザ、お
よび光検出器をそれぞれ２分してマルチレーザ形の発・
受光素子とした点は、前記第３実施例（第６図）のもの
とほぼ同様である。

第３実施例のものと異なる点は、一方の半導体レーザ３
Ｃに設けた発光領域１６Ｃの幅と、他方の半導体レーザ
３ｄに設けた発光領域１６ｄの幅とを異なるようにした
点である。

これに従って光検出器４Ｃの受光面２６Ｃの開口２５Ｃ
の幅は、発光領域１６ｃの幅に対応して広く形成され、
他の光検出器４ｄの受光面２６ｄの開口２５ｄの幅は、
発光領域１６ｄの幅に対応するように狭く形成されてい
る。

各半導体レーザ３ｃ、３ｄ側への反射光による戻り、光
が顕著に少なくなる等の作用は、前記第３実施例のもの
とほぼ同様である。

この実施例のマルチレーザ形の発・受光素子は、例えば
記録材料として相変態形媒体を使用した光デイスク用光
ヘッドの光源として使用される。

なお上記の第３、第４の各実施例において半導体レーザ
および光検出器の並設数は、２としてマルチ度を２とし
たが、マルチ度を一般的にｎとしたものについても、こ
の発明を適用することができる。

第８図にはこの発明の第５実施例を示す。

この実施例は、光検出器４の受光面３０を、半導体レー
ザ３の後方出射端面５に対して傾斜面として、この受光
面３０による後方出射光Ｌ２の反射光が半導体レーザ３
側に帰還しないようにしたものである。

傾斜面からなる受光面３０は、分離溝２の加工をイオン
ビームエツチング法により行なう際に、試料をイオンビ
ーム軸に対して所定角度だけ傾けてエツチングすること
により作製できる。

作用を述べると、半導体レーザ３からの後方出射光Ｌ２
は、光検出器４の受光面３０に入射して実質的な感光部
である活性層９ｂで検出される。

このときその一部は受光面３０で反射されるが、受光面
３０が後方出射光Ｌ２の光軸に対して傾いて形成されて
いるので、その反射光は半導体レーザ３側に戻ることが
ない。

したがって戻り光による半導体レーザ３の動作不安定が
なくなり、その出力変動および戻り光ノイズが顕著に低
減される。

次いで第９図には、この発明の第６実施例を示す。

この実施例は、光検出器４における実質的な感光部とな
る活性層２９を、半導体レーザ３の発光領域を形成する
活性層９ａよりも所要厚さだけ厚く形成したものである
。

前記第３図のビーム径広がり特性で示したように、ニア
フィールドパターンにお（プる垂直方向のビーム径の広
がり幅〈第３図（ロ））の程度は、平行方向のビーム径
の広がり幅（第３図（イ））の程度よりも大きく、例え
ば分離溝２の溝幅ｑを５μｍとしたとぎ、４μｍ程度ま
で広がる。

このため、この実施例では、実質的な感光部となる活性
層２９の厚さを、上記のニアフィールドパターンにおけ
る垂直方向のビーム径の広がり幅に応じて数μｍとする
ことにより検出感度を顕著に向上させたものである。

この素子の製作工程の一例を述べると次のとおりである
。

（ａ）　　ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　Ｓの基板７上に半導体レ
ーザ３用のダブルへテロ構造を液相エピタキシャル法に
より形成する。

（ｂ）　　光検出器４となる部分のエピタキシャル成長
層を化学エツチング等の手段により除去する。

（Ｃ）　　半導体レーザ３となる部分をＳｉＯ２等の絶
縁物で覆い、光検出器４となる部分の基板７上に前記（
ａ）と同じ工程により活性層２９の厚さを数μｍとした
ダブルへテロ構造を成長させる。このように半導体レー
ザ３となる部分を５ｉ０２等の絶縁物で覆うことにより
、光検出器４となる部分のダブルへテロ構造を任意の厚
さに選択的に成長させることができる。

（ｄ）　　イオンビームエツチング法により半導体レー
ザ３と光検出器４との間に分離溝２を形成して発・受光
素子とする。

なお第９図の図示例においては、光検出器４の受光面３
０を、前記第５実施例（第８図〉のものと同様に傾斜面
として、この受光面３０による後方出射光Ｌ２の反射光
が半導体レーザ３側に帰還しないように構成しであるが
、活性層２９の厚さを厚くすることにより光検出器４の
検出感度の向上を図ることを目的としｔ＝この実施例に
おいては、受光面の形状は図示例に限定されることなく
適宜の形状に形成することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように第１の発明の構成によれば、光検出
器の受光面によるレーザ光の反射光が半導体レーザ側に
帰還しないようにしたので、半導体レーザの動作か安定
してレーザ出力の安定化が図られるとともに、戻り光ノ
イズが顕著に低減されるという利点がある。

また第２の発明の構成によれば、光検出器における実質
的な感光部となる受光面積が増大して、半導体レーザか
らのレーザ光が効率よく捉えられるので、受光感度が増
大し、カップリング効率が向上するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る発・受光素子の第１実施例を示
す斜視図、第２図は同上第１実施例の要部を拡大して示
す平面図、第３図は同上第１実施例における分離溝の幅
とレーザ光のビーム径との関係を示す特性図、第４図は
同上第１実施例の効果を説明するための分離溝の幅と発
振閾値電流との関係を示す特性図、第５図はこの発明の
第２実施例を示す斜視図、第６図はこの発明の第３実施
例を示す斜視図、第７図はこの発明の第４実施例を示す
斜視図、第８図はこの発明の第５実施例を示す側面図、
第９図はこの発明の第６実施例を示す側面図、第１０図
は従来の発・受光素子を示す斜視図である。 １：半導体チップ、　　２：分離溝、 ３．３’ａ１３ｂ、３ｃ、３ｄ：半導体レーザ、４．４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　：光検出器、５：後方出射端面
、　　７：基板、 ９ａ：半導体レーザの活性層、 １６．１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ二発光領域、 １７：前方出射端面、 ２５．２５ｃ、２５ｄ　：開口、 ２６．２６ａ、２６ｂ１２６ｃ、２６ｄ：円柱状内壁面
の受光面、 ２７：三角柱状内壁面の受光面、 ２９：光検出器の活性層、 ３０：傾斜面で形成された受光面。 第４図 一分離溝幅ｑ（ｐｍ） 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体チップに所要幅の分離溝を設け、該分離溝
   により半導体レーザと、該半導体レーザから出射される
   レーザ光を受光する光検出器とが対向して形成された発
   ・受光素子において、 前記光検出器の受光面を、該受光面による レーザ光の反射光が前記半導体レーザの出射端面に戻ら
   ない形状に形成したことを特徴とする発・受光素子。
2. （２）前記光検出器の受光面を、半導体レーザのニアフ
   ィールドパターンと略等しい幅の開口を有する円柱ない
   しは三角柱の柱状内壁面としたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の発・受光素子。
3. （３）前記光検出器の受光面を、半導体レーザの出射端
   面に対して傾斜面としたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の発・受光素子。
4. （４）素子チップに所要幅の分離溝を設け、該分離溝に
   より半導体レーザと、該半導体レーザから出射されるレ
   ーザ光を受光する光検出器とが対向して形成された発・
   受光素子において、 前記光検出器における実質的な感光部とな る活性層を、前記半導体レーザの発光領域を形成する活
   性層よりも厚く形成したことを特徴とする発・受光素子
   。