JP2000114658A - 発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造及びその製造方法 - Google Patents
発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造及びその製造方法Info
- Publication number
- JP2000114658A JP2000114658A JP11276174A JP27617499A JP2000114658A JP 2000114658 A JP2000114658 A JP 2000114658A JP 11276174 A JP11276174 A JP 11276174A JP 27617499 A JP27617499 A JP 27617499A JP 2000114658 A JP2000114658 A JP 2000114658A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photodetector
- laser
- light emitting
- junction
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
- H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0427—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying modulation to the laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S257/00—Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
- Y10S257/928—Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes with shorted PN or schottky junction other than emitter junction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】低バイアス電圧によって動作可能であり、レー
ザと光検出器との間の電気的分離を可能にする３端子モ
ノリシック集積化レーザ・光検出器構造及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】レーザ・光検出器構造（１００）は、ＶＣ
ＳＥＬタイプの発光素子（１２０）及び発光素子（１２
０）に光学的に結合される光検出器（１１０）とを有す
る。発光素子（１２０）及び発光素子（１２０）はモノ
リシック集積化技術によって光検出器（１１０）が発光
素子（１２０）上に重なるように形成され、両者の境界
部分にはｐｎ接合（１１５、２１５、３１５、４１５）
が形成される。ｐｎ接合（１１５、２１５、３１５、４
１５）の存在によって、発光素子（１２０）及び光検出
器（１１０）に加えるためのバイアスを電気的に独立さ
せることが可能になる。
ザと光検出器との間の電気的分離を可能にする３端子モ
ノリシック集積化レーザ・光検出器構造及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】レーザ・光検出器構造（１００）は、ＶＣ
ＳＥＬタイプの発光素子（１２０）及び発光素子（１２
０）に光学的に結合される光検出器（１１０）とを有す
る。発光素子（１２０）及び発光素子（１２０）はモノ
リシック集積化技術によって光検出器（１１０）が発光
素子（１２０）上に重なるように形成され、両者の境界
部分にはｐｎ接合（１１５、２１５、３１５、４１５）
が形成される。ｐｎ接合（１１５、２１５、３１５、４
１５）の存在によって、発光素子（１２０）及び光検出
器（１１０）に加えるためのバイアスを電気的に独立さ
せることが可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概略発光素子に関
するものであり、特に低バイアス電圧動作のために発光
素子と光検出器のモノリシック集積化を行うシステム及
び方法に関するものである。
するものであり、特に低バイアス電圧動作のために発光
素子と光検出器のモノリシック集積化を行うシステム及
び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体発光素子、特に垂直共振
器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、電子機器、通信シ
ステム、及びコンピュータシステムを含む多くの用途に
用いられている。レーザは、指向性を有する光を発生す
る。レーザの多くの用途、特に多くのＶＣＳＥＬの応用
によれば、レーザの出力パワーを精密に制御する必要が
ある。半導体レーザの出力パワーは、主としてバイアス
電流によって決まる。しかし、それは周囲温度及びデバ
イスのエージングによって大きく変化する可能性があ
る。このため、出力パワーの制御は、レーザ出力をモニ
タして所定のレーザ出力パワーが保たれるようにレーザ
電流を調整することによって実現される。光の測定は、
一般に半導体光検出器を利用して実施され、一方フィー
ドバックのためのループは外部電子回路を用いて実現さ
れる。こうしたレーザ・光検出器システムの種々の実施
例が様々な用途、性能にして非常に多く存在している。
器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、電子機器、通信シ
ステム、及びコンピュータシステムを含む多くの用途に
用いられている。レーザは、指向性を有する光を発生す
る。レーザの多くの用途、特に多くのＶＣＳＥＬの応用
によれば、レーザの出力パワーを精密に制御する必要が
ある。半導体レーザの出力パワーは、主としてバイアス
電流によって決まる。しかし、それは周囲温度及びデバ
イスのエージングによって大きく変化する可能性があ
る。このため、出力パワーの制御は、レーザ出力をモニ
タして所定のレーザ出力パワーが保たれるようにレーザ
電流を調整することによって実現される。光の測定は、
一般に半導体光検出器を利用して実施され、一方フィー
ドバックのためのループは外部電子回路を用いて実現さ
れる。こうしたレーザ・光検出器システムの種々の実施
例が様々な用途、性能にして非常に多く存在している。
【０００３】レーザ・光検出器システムに関連した２つ
の主要な設計上の問題は、デバイスのコスト及び特定の
用途に必要とされる性能を提供する能力である。コスト
の観点からすると、同一か又は類似の製造技術を利用し
て、同一のチップ上にレーザ及び光検出器を製造するの
が望ましい。これは、レーザと光検出器のモノリシック
集積化によって実現される。モノリシック集積化は、個
々のレーザ及び光検出デバイスが、ウェハレベルで一緒
に実現されることを示している。性能の観点からする
と、いくつかの所望の特性が得られる。検出器の電流
は、全方向自然放射光の捕捉を最小限に抑えつつ、レー
ザからの指向性を有する出力光に追随して検出できるこ
とが望ましい。指向性レーザ出力パワーと光検出器の電
流との関係は、安定したものであり且つ再現性を有する
ことが望ましい。適正な動作のためには、光検出器の電
流は、外部アナログフィードバック回路に必要とされる
範囲内であることが望ましい。光検出器の存在及びその
バイアスがレーザの動作、特にレーザの変調特性に及ぼ
す影響は、無視できる程度であることが望ましい。ま
た、レーザの変調及びバイアスによる光検出器の動作へ
の影響はごくわずかであることが望ましい。
の主要な設計上の問題は、デバイスのコスト及び特定の
用途に必要とされる性能を提供する能力である。コスト
の観点からすると、同一か又は類似の製造技術を利用し
て、同一のチップ上にレーザ及び光検出器を製造するの
が望ましい。これは、レーザと光検出器のモノリシック
集積化によって実現される。モノリシック集積化は、個
々のレーザ及び光検出デバイスが、ウェハレベルで一緒
に実現されることを示している。性能の観点からする
と、いくつかの所望の特性が得られる。検出器の電流
は、全方向自然放射光の捕捉を最小限に抑えつつ、レー
ザからの指向性を有する出力光に追随して検出できるこ
とが望ましい。指向性レーザ出力パワーと光検出器の電
流との関係は、安定したものであり且つ再現性を有する
ことが望ましい。適正な動作のためには、光検出器の電
流は、外部アナログフィードバック回路に必要とされる
範囲内であることが望ましい。光検出器の存在及びその
バイアスがレーザの動作、特にレーザの変調特性に及ぼ
す影響は、無視できる程度であることが望ましい。ま
た、レーザの変調及びバイアスによる光検出器の動作へ
の影響はごくわずかであることが望ましい。
【０００４】最後に、駆動回路について考慮されなけれ
ばならない。コンピュータ通信用途では、コンピュータ
の電力消費を減らしたいという要求のために、バイアス
電圧を最小にするとことがますます重要な問題になって
来ている。今日のコンピュータのアーキテクチャでは、
下限が約３．１Ｖ（ボルト）である３．３Ｖ電源を利用
している。今後の用途及び他の用途では、電力消費が更
に減らされることが要求され、必要とされるバイアス電
圧レベルも更に小さいものであろうことが予測される。
ばならない。コンピュータ通信用途では、コンピュータ
の電力消費を減らしたいという要求のために、バイアス
電圧を最小にするとことがますます重要な問題になって
来ている。今日のコンピュータのアーキテクチャでは、
下限が約３．１Ｖ（ボルト）である３．３Ｖ電源を利用
している。今後の用途及び他の用途では、電力消費が更
に減らされることが要求され、必要とされるバイアス電
圧レベルも更に小さいものであろうことが予測される。
【０００５】レーザ・光検出器システムの望ましい構成
は、レーザと光検出器が同一電源から独立にバイアスを
加えられる構成である。結果的にこの構成を実現するた
めに、電源電圧は、フォトンのエネルギーによって決ま
るレーザの動作電圧、及び効率の良い性能に必要な光検
出器の逆バイアスによって決まる光検出器の動作電圧の
両方より大きく設定されなければならない。光通信の場
合、垂直共振器型レーザのための電圧は約１乃至２Ｖの
範囲であり、一方典型的な光検出器の逆バイアス電圧は
０．５乃至１Ｖである。他の用途の場合、これらの電圧
は変動する可能性がある。
は、レーザと光検出器が同一電源から独立にバイアスを
加えられる構成である。結果的にこの構成を実現するた
めに、電源電圧は、フォトンのエネルギーによって決ま
るレーザの動作電圧、及び効率の良い性能に必要な光検
出器の逆バイアスによって決まる光検出器の動作電圧の
両方より大きく設定されなければならない。光通信の場
合、垂直共振器型レーザのための電圧は約１乃至２Ｖの
範囲であり、一方典型的な光検出器の逆バイアス電圧は
０．５乃至１Ｖである。他の用途の場合、これらの電圧
は変動する可能性がある。
【０００６】レーザと光検出器の個別バイアスを可能に
する集積型のレーザ・光検出器構造は、バイアス電圧を
最小にして利用している。これは、２つの端子が電源に
まとめて接続された４端子デバイス構造を利用して実施
可能であるが、このときレーザと光検出器との間の相対
極性を任意にとることができる。３端子モノリシック集
積化デバイスの場合、レーザと光検出器の間における相
対極性は、製造上の制限のため任意にはならない。
する集積型のレーザ・光検出器構造は、バイアス電圧を
最小にして利用している。これは、２つの端子が電源に
まとめて接続された４端子デバイス構造を利用して実施
可能であるが、このときレーザと光検出器との間の相対
極性を任意にとることができる。３端子モノリシック集
積化デバイスの場合、レーザと光検出器の間における相
対極性は、製造上の制限のため任意にはならない。
【０００７】従来、光検出器は、完成度を上げる試みの
中でレーザと共に集積化されてきた。例えば、集積化方
式には、異なるチップ上で別個に製造された光検出器と
レーザとを利用するものもある。２つのデバイスは、製
造後のパッケージング段階で集積化されるので、結果と
してレーザと光検出器との間に任意の相対極性が得られ
ることになる。この集積化方式は、「混成集積化又はハ
イブリッド集積化」と呼ばれる。このアプローチの主た
る欠点は、製造後に光検出器とレーザとを集積化する追
加の処理工程を有するために、製造コストが増してしま
うことであり、好ましくない。加えて、多くの場合には
レーザ出力ビーム形状の揺らぎのために、光検出器の電
流とレーザ出力との関係が、不安定で且つ再現性もな
い。
中でレーザと共に集積化されてきた。例えば、集積化方
式には、異なるチップ上で別個に製造された光検出器と
レーザとを利用するものもある。２つのデバイスは、製
造後のパッケージング段階で集積化されるので、結果と
してレーザと光検出器との間に任意の相対極性が得られ
ることになる。この集積化方式は、「混成集積化又はハ
イブリッド集積化」と呼ばれる。このアプローチの主た
る欠点は、製造後に光検出器とレーザとを集積化する追
加の処理工程を有するために、製造コストが増してしま
うことであり、好ましくない。加えて、多くの場合には
レーザ出力ビーム形状の揺らぎのために、光検出器の電
流とレーザ出力との関係が、不安定で且つ再現性もな
い。
【０００８】他の１つの方式では、側部発光を利用した
結合を含むようにして光検出器とレーザのモノリシック
集積化が行われるが、この場合は結果として３端子デバ
イスと４端子デバイスの両方が得られる。こうしたデバ
イスの主たる欠点は、光検出器が指向性を有するレーザ
出力を検出するものでなく、主として全方向の自然放射
光を捕捉して検出してしまうという点である。
結合を含むようにして光検出器とレーザのモノリシック
集積化が行われるが、この場合は結果として３端子デバ
イスと４端子デバイスの両方が得られる。こうしたデバ
イスの主たる欠点は、光検出器が指向性を有するレーザ
出力を検出するものでなく、主として全方向の自然放射
光を捕捉して検出してしまうという点である。
【０００９】最後に、更に他の１つの方式によれば、結
合は頂部（又は底部）発光を利用して実現されるレーザ
と光検出器とのモノリシック集積化であり、結果として
３端子デバイスと４端子デバイスの両方が得られる。
合は頂部（又は底部）発光を利用して実現されるレーザ
と光検出器とのモノリシック集積化であり、結果として
３端子デバイスと４端子デバイスの両方が得られる。
【００１０】全ての実施例によれば、後述されるように
動作に比較的高いバイアス電圧を必要とし、レーザと光
検出器とが電気的に結合される、レーザと光検出器とが
共通のｎ層側（陰極）と共通のｐ層側（陽極）を共用す
る３端子デバイス、又は製造が比較的難しくコストが高
くなってしまう４端子デバイスが結果として提供され
る。従って、３．３Ｖといった低バイアス電圧で動作可
能で、レーザと光検出器との間の電気的分離を可能にす
るモノリシック集積化３端子デバイスが所望される。
動作に比較的高いバイアス電圧を必要とし、レーザと光
検出器とが電気的に結合される、レーザと光検出器とが
共通のｎ層側（陰極）と共通のｐ層側（陽極）を共用す
る３端子デバイス、又は製造が比較的難しくコストが高
くなってしまう４端子デバイスが結果として提供され
る。従って、３．３Ｖといった低バイアス電圧で動作可
能で、レーザと光検出器との間の電気的分離を可能にす
るモノリシック集積化３端子デバイスが所望される。
【００１１】図１（ａ）によれば、３端子構成による従
来技術のレーザと光検出器との組み合わせが示されてい
る。レーザ・光検出器構造又はレーザ・光検出器アセン
ブリ１１は、共通陰極での構成の場合、基本的にレーザ
１３の上に配置された光検出器１２を有する。共通陰極
の構成は、半導体の導電性タイプが構造内において２度
変化するので、ＰＮＰ構造とも呼ばれる。レーザ１３
は、一般に垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）で
ある。この構成の特徴を説明すると、２つのＰＮ接合を
備えるということになる。第１のＰＮ接合はレーザ１３
内に配置された活性層１４であり、第２のＰＮ接合は、
光検出器１２内に配置された吸収層１６である。レーザ
１３は、ｐ型基板２２を備えており、その底面にはｐ型
接触部２１が配置されている。基板２２の上には、ｐ型
ミラー２３が設けられている。発光媒体によって分離さ
れたｎ型材料とｐ型材料を含む活性領域１４が、ｐ型ミ
ラー２３上に成長させられている。活性領域１４の上に
はｎ型ミラー２４が設けられ、その上にはｎ型接触部２
６が成長させられている。
来技術のレーザと光検出器との組み合わせが示されてい
る。レーザ・光検出器構造又はレーザ・光検出器アセン
ブリ１１は、共通陰極での構成の場合、基本的にレーザ
１３の上に配置された光検出器１２を有する。共通陰極
の構成は、半導体の導電性タイプが構造内において２度
変化するので、ＰＮＰ構造とも呼ばれる。レーザ１３
は、一般に垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）で
ある。この構成の特徴を説明すると、２つのＰＮ接合を
備えるということになる。第１のＰＮ接合はレーザ１３
内に配置された活性層１４であり、第２のＰＮ接合は、
光検出器１２内に配置された吸収層１６である。レーザ
１３は、ｐ型基板２２を備えており、その底面にはｐ型
接触部２１が配置されている。基板２２の上には、ｐ型
ミラー２３が設けられている。発光媒体によって分離さ
れたｎ型材料とｐ型材料を含む活性領域１４が、ｐ型ミ
ラー２３上に成長させられている。活性領域１４の上に
はｎ型ミラー２４が設けられ、その上にはｎ型接触部２
６が成長させられている。
【００１２】ｎ型ミラー２４のすぐ上に、光検出器１２
のｎ型層３１が設けられ、その上に、吸収層１６及びｐ
型層３２が成長させられている。層３２、１６、及び３
１は、ＰＩＮ構造を備えた光検出器を構成している。ｐ
型材料３２の上には、ｐ型接触部３３が設けられてい
る。レーザ１３から放出される光の一部は光検出器１２
に吸収され、その他の光はデバイスから図１（ａ）中に
矢印で示す方向に放出される。
のｎ型層３１が設けられ、その上に、吸収層１６及びｐ
型層３２が成長させられている。層３２、１６、及び３
１は、ＰＩＮ構造を備えた光検出器を構成している。ｐ
型材料３２の上には、ｐ型接触部３３が設けられてい
る。レーザ１３から放出される光の一部は光検出器１２
に吸収され、その他の光はデバイスから図１（ａ）中に
矢印で示す方向に放出される。
【００１３】図１（ｂ）は、関連する例示的な外部回路
を含む図１（ａ）の従来技術によるレーザ・光検出器構
造の概略図である。ダイオード３６及びダイオード３７
を包囲する点線のボックスは、レーザ・光検出器構造１
１を例示しており、ダイオード３６はレーザ１３に相当
し、ダイオード３７は光検出器１２に相当する。レーザ
駆動用トランジスタ４１、及びトランジスタ３８及び３
９によって形成されるカレントミラー回路は、ＮＰＮバ
イポーラトランジスタを用いて例示されている。ＰＮＰ
構造に比較してＮＰＮトランジスタが高速度且つ高利得
の性能を有するものであるために、増幅器ではＮＰＮト
ランジスタを利用するのが一般的である。もっとも、Ｐ
ＮＰトランジスタを利用しての実施も実現可能である。
を含む図１（ａ）の従来技術によるレーザ・光検出器構
造の概略図である。ダイオード３６及びダイオード３７
を包囲する点線のボックスは、レーザ・光検出器構造１
１を例示しており、ダイオード３６はレーザ１３に相当
し、ダイオード３７は光検出器１２に相当する。レーザ
駆動用トランジスタ４１、及びトランジスタ３８及び３
９によって形成されるカレントミラー回路は、ＮＰＮバ
イポーラトランジスタを用いて例示されている。ＰＮＰ
構造に比較してＮＰＮトランジスタが高速度且つ高利得
の性能を有するものであるために、増幅器ではＮＰＮト
ランジスタを利用するのが一般的である。もっとも、Ｐ
ＮＰトランジスタを利用しての実施も実現可能である。
【００１４】この回路の動作に必要とされる最低バイア
ス電圧ＶCCは、個々のＰＮ接合の最低電圧の合計より高
く、以下の関係式によって表すことが可能である： ＶCC＞ＶL＋ＶPD＋ＶCM （式１） ここで、ＶLは、レーザ動作電流においてレーザダイオ
ード３６の両端間にかかるＶＣＳＥＬ順バイアス電圧で
あり、ＶPDは、光検出器ダイオード３７の両端間にかか
る逆バイアス電圧であり、ＶCMは、トランジスタ３８及
び３９によって形成されるカレントミラー回路４２にお
けるトランジスタ３８に対する順バイアス電圧である。
例えばこれらの電圧値は、ＶLが約１．７Ｖ、ＶPDが約
０．５Ｖ、ＶCMが約０．８Ｖとされる。この例の場合、
ＶCMが約０．８Ｖであることはシリコン系バイポーラト
ランジスタに対応し、トランジスタのタイプ及びトラン
ジスタが製造される材料次第で、ＶCMが０．８Ｖを超え
ることも０．８Ｖを下回ることもあり得る。これによっ
て、最低バイアス電圧についてＶCC＞３Ｖの関係とな
る。システム全体の電圧消費が最小限に抑えられるよう
に、バイアス電圧ＶＣＣを最低にすることが望ましい。
前述のレーザ・光検出器アセンブリは、３．１Ｖを最小
電源とするシステムによればごくわずかの余裕しかな
い。
ス電圧ＶCCは、個々のＰＮ接合の最低電圧の合計より高
く、以下の関係式によって表すことが可能である： ＶCC＞ＶL＋ＶPD＋ＶCM （式１） ここで、ＶLは、レーザ動作電流においてレーザダイオ
ード３６の両端間にかかるＶＣＳＥＬ順バイアス電圧で
あり、ＶPDは、光検出器ダイオード３７の両端間にかか
る逆バイアス電圧であり、ＶCMは、トランジスタ３８及
び３９によって形成されるカレントミラー回路４２にお
けるトランジスタ３８に対する順バイアス電圧である。
例えばこれらの電圧値は、ＶLが約１．７Ｖ、ＶPDが約
０．５Ｖ、ＶCMが約０．８Ｖとされる。この例の場合、
ＶCMが約０．８Ｖであることはシリコン系バイポーラト
ランジスタに対応し、トランジスタのタイプ及びトラン
ジスタが製造される材料次第で、ＶCMが０．８Ｖを超え
ることも０．８Ｖを下回ることもあり得る。これによっ
て、最低バイアス電圧についてＶCC＞３Ｖの関係とな
る。システム全体の電圧消費が最小限に抑えられるよう
に、バイアス電圧ＶＣＣを最低にすることが望ましい。
前述のレーザ・光検出器アセンブリは、３．１Ｖを最小
電源とするシステムによればごくわずかの余裕しかな
い。
【００１５】更に、上述の例ではトランジスタ４１はレ
ーザ３６と光検出器ダイオード３７の両方を駆動する
が、この場合、光検出器３７の寄生容量がトランジスタ
４１に負荷を加えるので、レーザの周波数応答が制限さ
れる。加えて、レーザ３６の動作点が所定の出力パワー
に達するように調整することは、本質的に光検出器３７
の動作点を修正することになり、これはこの構成にとっ
て極めて不利な望ましくない副作用である。
ーザ３６と光検出器ダイオード３７の両方を駆動する
が、この場合、光検出器３７の寄生容量がトランジスタ
４１に負荷を加えるので、レーザの周波数応答が制限さ
れる。加えて、レーザ３６の動作点が所定の出力パワー
に達するように調整することは、本質的に光検出器３７
の動作点を修正することになり、これはこの構成にとっ
て極めて不利な望ましくない副作用である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、低バイアス電圧を利用して動作し、レーザと光検出
器との間の電気的分離を可能にする、３端子モノリシッ
ク集積化レーザ・光検出器構造を提供することにある。
更に本発明の他の目的は、そのようなレーザ・光検出器
構造を容易に且つ安価に製造する製造方法を提供するこ
とにある。
は、低バイアス電圧を利用して動作し、レーザと光検出
器との間の電気的分離を可能にする、３端子モノリシッ
ク集積化レーザ・光検出器構造を提供することにある。
更に本発明の他の目的は、そのようなレーザ・光検出器
構造を容易に且つ安価に製造する製造方法を提供するこ
とにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、従来実
現可能であったよりも低い動作バイアス電圧を可能に
し、発光素子と光検出器との間における電気的分離を可
能にする３端子モノリシック集積化構造が得られる。こ
れらの特定の用途に制限されるわけではないが、本発明
のシステム及び方法は、特に電力消費を最小限に抑える
新規の構造で、光検出器と垂直共振器型面発光レーザ
（ＶＣＳＥＬ）をモノリシック集積化するのに好適であ
る。低バイアス電圧動作のために発光素子及び光検出器
のモノリシック集積化を行うシステム及び方法は、様々
な電気特性を備えた種々のエピタキシャル成長半導体材
料を用いて実施することが可能である。例えば、好適実
施形態及びいくつかの他の実施形態によって後述する材
料層は、本発明の概念を逸脱することなく、ｎ型又はｐ
型の材料とすることが可能である。
現可能であったよりも低い動作バイアス電圧を可能に
し、発光素子と光検出器との間における電気的分離を可
能にする３端子モノリシック集積化構造が得られる。こ
れらの特定の用途に制限されるわけではないが、本発明
のシステム及び方法は、特に電力消費を最小限に抑える
新規の構造で、光検出器と垂直共振器型面発光レーザ
（ＶＣＳＥＬ）をモノリシック集積化するのに好適であ
る。低バイアス電圧動作のために発光素子及び光検出器
のモノリシック集積化を行うシステム及び方法は、様々
な電気特性を備えた種々のエピタキシャル成長半導体材
料を用いて実施することが可能である。例えば、好適実
施形態及びいくつかの他の実施形態によって後述する材
料層は、本発明の概念を逸脱することなく、ｎ型又はｐ
型の材料とすることが可能である。
【００１８】アーキテクチャに関して、本発明は、適当
な動作電流を有する発光素子と、発光素子に光学的に結
合される光検出器とを有し、発光素子の出力を測定でき
るシステムとして概念化することが可能である。更に光
検出器は、適当な動作電流を有する。発光素子及び光検
出器は単一装置となるように集積され、且つ寄生ＰＮ接
合が発光素子と光検出器との接合部に形成される。
な動作電流を有する発光素子と、発光素子に光学的に結
合される光検出器とを有し、発光素子の出力を測定でき
るシステムとして概念化することが可能である。更に光
検出器は、適当な動作電流を有する。発光素子及び光検
出器は単一装置となるように集積され、且つ寄生ＰＮ接
合が発光素子と光検出器との接合部に形成される。
【００１９】モノリシック集積化発光素子及び光検出器
の他の実施形態の場合、発光素子と光検出器の接合部に
形成される寄生ＰＮ接合は短絡させられる。
の他の実施形態の場合、発光素子と光検出器の接合部に
形成される寄生ＰＮ接合は短絡させられる。
【００２０】モノリシック集積化発光素子及び光検出器
の更に他の実施形態の場合、光検出器及び寄生ＰＮ接合
は発光素子のミラー部の１つの内側に形成される。
の更に他の実施形態の場合、光検出器及び寄生ＰＮ接合
は発光素子のミラー部の１つの内側に形成される。
【００２１】本発明は、低バイアス電圧動作を行わせる
べく、発光素子と光検出器とをモノリシックに構成する
ための方法を提供するものとして、後述の工程を含むも
のとして概念化することも可能である。
べく、発光素子と光検出器とをモノリシックに構成する
ための方法を提供するものとして、後述の工程を含むも
のとして概念化することも可能である。
【００２２】適当な動作電流が決まっている発光素子が
形成される。更に、適当な動作電流が決まっている光検
出器が発光素子と一体化又は集積化されて形成される。
発光素子と光検出器との境界部分にＰＮ接合が形成され
る。
形成される。更に、適当な動作電流が決まっている光検
出器が発光素子と一体化又は集積化されて形成される。
発光素子と光検出器との境界部分にＰＮ接合が形成され
る。
【００２３】本発明には多くの利点があるが、単なる例
示として、そのいくつかが後述される。
示として、そのいくつかが後述される。
【００２４】本発明の利点の１つは、従来技術に対して
動作バイアス電圧が大幅に低下する構成で発光素子の光
出力を測定可能にする点にある。
動作バイアス電圧が大幅に低下する構成で発光素子の光
出力を測定可能にする点にある。
【００２５】本発明の他の１つの利点は、光検出器と発
光素子とが電気的に分離されることによって、発光素子
及び光検出器の個別バイアスが可能になり、光検出器の
寄生容量による発光素子駆動回路に対する不要な負荷が
除去されることによって、従来技術に対してデバイスの
高周波応答が改善されるという点である。
光素子とが電気的に分離されることによって、発光素子
及び光検出器の個別バイアスが可能になり、光検出器の
寄生容量による発光素子駆動回路に対する不要な負荷が
除去されることによって、従来技術に対してデバイスの
高周波応答が改善されるという点である。
【００２６】本発明のもう１つの利点は、設計が単純で
あり、市販品の大量生産が容易に実現できるという点で
ある。
あり、市販品の大量生産が容易に実現できるという点で
ある。
【００２７】本発明の他の特徴及び効果については、以
下の図面及び詳細な説明を検討することによって当業者
にとって明確なものとなるであろう。これらの追加の特
徴及び効果は、本発明の範囲内に含まれることを意図し
たものである。
下の図面及び詳細な説明を検討することによって当業者
にとって明確なものとなるであろう。これらの追加の特
徴及び効果は、本発明の範囲内に含まれることを意図し
たものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して本発明
の好適実施形態について詳細に説明する。本発明は、一
般に、様々な電気特性を備えたエピタキシャル材料層を
成長させることによって実施され、様々な基板及びエピ
タキシャル成長材料を用いることによって実施可能であ
る。更に、モノリシック集積化光検出器を備える垂直共
振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に関連して解説され
るが、本発明はこれに制限されるものではなく、例えば
発光ダイオード（ＬＥＤ）のような他の発光構造にも適
用可能である。更にＶＣＳＥＬにおける電流及び光モー
ドの閉じ込めは、側方酸化、絶縁物注入、又は当該技術
において既知の他の適合する技法によって実施すること
が可能である。
の好適実施形態について詳細に説明する。本発明は、一
般に、様々な電気特性を備えたエピタキシャル材料層を
成長させることによって実施され、様々な基板及びエピ
タキシャル成長材料を用いることによって実施可能であ
る。更に、モノリシック集積化光検出器を備える垂直共
振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に関連して解説され
るが、本発明はこれに制限されるものではなく、例えば
発光ダイオード（ＬＥＤ）のような他の発光構造にも適
用可能である。更にＶＣＳＥＬにおける電流及び光モー
ドの閉じ込めは、側方酸化、絶縁物注入、又は当該技術
において既知の他の適合する技法によって実施すること
が可能である。
【００２９】次に、本発明に従って構成されたレーザ・
光検出器構造１００の断面図である図２（ａ）を参照す
る。この好適実施形態の場合、光検出器１１０はＶＣＳ
ＥＬ１２０の上側に配置されている。
光検出器構造１００の断面図である図２（ａ）を参照す
る。この好適実施形態の場合、光検出器１１０はＶＣＳ
ＥＬ１２０の上側に配置されている。
【００３０】レーザ構造１２０の基盤は、ｎ型基板層１
０２によって形成され、その底面には、ｎ型接触部１０
１が成膜させられる。ｎ型底側ミラー部１０４が、基板
層１０２上に成長させられており、更にその上に活性領
域１０６が成長させられている。少ない層を用いて例示
されているが、言及したミラー層は、一般に多くの材料
層から構成されており、「分布反射器（ＤＢＲ： Ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏ
ｒ）」又は「ミラー」として示される。
０２によって形成され、その底面には、ｎ型接触部１０
１が成膜させられる。ｎ型底側ミラー部１０４が、基板
層１０２上に成長させられており、更にその上に活性領
域１０６が成長させられている。少ない層を用いて例示
されているが、言及したミラー層は、一般に多くの材料
層から構成されており、「分布反射器（ＤＢＲ： Ｄｉ
ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏ
ｒ）」又は「ミラー」として示される。
【００３１】活性領域１０６には、光増幅媒体を包囲す
るｎ型の材料及びｐ型の材料が含まれている。ＰＮ接合
は、半導体の導電性タイプが異なる２つの層間における
接合である。この接合には、任意の数のドープ量の少な
い層又はドープしていない層、及び量子井戸又はバルク
半導体層を形成する任意の数の材料を含むことが可能で
ある。活性領域１０６の中間層の機能は、接合を横切る
光を発生し、増幅することである。
るｎ型の材料及びｐ型の材料が含まれている。ＰＮ接合
は、半導体の導電性タイプが異なる２つの層間における
接合である。この接合には、任意の数のドープ量の少な
い層又はドープしていない層、及び量子井戸又はバルク
半導体層を形成する任意の数の材料を含むことが可能で
ある。活性領域１０６の中間層の機能は、接合を横切る
光を発生し、増幅することである。
【００３２】活性領域１０６上には、ｐ型頂側ミラー部
１０８及びｐ型接触部１０７が成長させられている。ｐ
型頂側ミラー部１０８上には、光検出器１１０のｎ型底
側透明層１１１が成長させられている。ＶＣＳＥＬ１２
０のｐ型頂側ミラー部１０８と光検出器１１０のｎ型底
側透明層１１１の接合部は、寄生ＰＮ接合とも呼ばれる
第２のＰＮ接合１１５を形成している。この接合によっ
て、本発明は低バイアス電圧レベルで動作することが可
能になるが、その動作については、図２（ｂ）、図３
（ｂ）、及び図４（ｂ）に関連して後述される。
１０８及びｐ型接触部１０７が成長させられている。ｐ
型頂側ミラー部１０８上には、光検出器１１０のｎ型底
側透明層１１１が成長させられている。ＶＣＳＥＬ１２
０のｐ型頂側ミラー部１０８と光検出器１１０のｎ型底
側透明層１１１の接合部は、寄生ＰＮ接合とも呼ばれる
第２のＰＮ接合１１５を形成している。この接合によっ
て、本発明は低バイアス電圧レベルで動作することが可
能になるが、その動作については、図２（ｂ）、図３
（ｂ）、及び図４（ｂ）に関連して後述される。
【００３３】ＰＩＮ型の第３のＰＮ接合は、ｎ型底側透
明層１１１、吸収層１１２、及び吸収層１１２上に成長
させられたｐ型頂側透明層１１４によって形成されてい
る。ｐ型頂側透明層１１４の上には、図示のように、ｐ
型接触部（又は接触層）１１６が成膜させられている。
ＰＩＮ型接合は、任意の数のドープ量の少ない層又はド
ープしていない層、或いは１つのｐ型層と１つのｎ型層
との間に位置する量子井戸又はバルク半導体層を構成す
る任意の数の異なる材料を特徴とする。光検出器１１０
のＰＩＮ接合における中間層の機能は、接合を横切る光
を部分的に吸収することである。
明層１１１、吸収層１１２、及び吸収層１１２上に成長
させられたｐ型頂側透明層１１４によって形成されてい
る。ｐ型頂側透明層１１４の上には、図示のように、ｐ
型接触部（又は接触層）１１６が成膜させられている。
ＰＩＮ型接合は、任意の数のドープ量の少ない層又はド
ープしていない層、或いは１つのｐ型層と１つのｎ型層
との間に位置する量子井戸又はバルク半導体層を構成す
る任意の数の異なる材料を特徴とする。光検出器１１０
のＰＩＮ接合における中間層の機能は、接合を横切る光
を部分的に吸収することである。
【００３４】このデバイス構成によって、ＰＮＰＮ構造
を成すレーザ及び光検出器の結合が得られる。このＰＮ
ＰＮ構造は、基板層１０２から光検出器１１０の頂面ま
での間に、半導体導電性タイプがｐ型材料とｎ型材料と
の間で３回交番するレーザ・光検出器構造１００を示し
ている。即ち、活性層１０６はＰＩＮ構造を備えた第１
のＰＮ接合であり、レーザ１２０が光検出器１１０と接
する接合１１５は第２のＰＮ接合であり、更に吸収層１
１２はＰＩＮ構造を備えた第３のＰＮ接合である。この
配列によって、上述のＰＮＰＮ構造が得られる。ＰＮＰ
Ｎ構造は、集積化レーザ・光検出器を形成する各層の上
側又は下側に異なる半導体導電性タイプの層が設けられ
る構造を企図している。
を成すレーザ及び光検出器の結合が得られる。このＰＮ
ＰＮ構造は、基板層１０２から光検出器１１０の頂面ま
での間に、半導体導電性タイプがｐ型材料とｎ型材料と
の間で３回交番するレーザ・光検出器構造１００を示し
ている。即ち、活性層１０６はＰＩＮ構造を備えた第１
のＰＮ接合であり、レーザ１２０が光検出器１１０と接
する接合１１５は第２のＰＮ接合であり、更に吸収層１
１２はＰＩＮ構造を備えた第３のＰＮ接合である。この
配列によって、上述のＰＮＰＮ構造が得られる。ＰＮＰ
Ｎ構造は、集積化レーザ・光検出器を形成する各層の上
側又は下側に異なる半導体導電性タイプの層が設けられ
る構造を企図している。
【００３５】レーザ・光検出器構造１００の上側の矢印
は、この好適実施形態の光出力を表している。留意すべ
きは、材料層を逆にすることができるという点である
（即ち、全てのｎ型層がｐ型層に置き換えられ、全ての
ｐ型層がｎ型層に置き換えられることもあり得る）。
は、この好適実施形態の光出力を表している。留意すべ
きは、材料層を逆にすることができるという点である
（即ち、全てのｎ型層がｐ型層に置き換えられ、全ての
ｐ型層がｎ型層に置き換えられることもあり得る）。
【００３６】光検出器における透明層は、部分的吸収が
可能である。出力光はレーザの頂側又は底側から得られ
るので、検出器は、本発明の概念から逸脱することな
く、レーザのいずれか任意の側に配置することが可能で
ある。検出器がレーザ出力ビームの光路内に配置される
場合には、吸収層１１２はレーザ出力パワーの一部のみ
を吸収し、残りの光はデバイスから放出されるように設
計され得る。一方、検出器がレーザ出力ミラーの逆側に
配置される場合には、検出器の吸収層は検出器を横切る
光を全て吸収するように設計することが可能である。後
者の構造は図示されていないが、当業者には明らかなよ
うに、光が捉えられるか又は吸収される検出器とミラー
の位置関係は、本発明の基本概念から逸脱することな
く、任意に変更可能である。
可能である。出力光はレーザの頂側又は底側から得られ
るので、検出器は、本発明の概念から逸脱することな
く、レーザのいずれか任意の側に配置することが可能で
ある。検出器がレーザ出力ビームの光路内に配置される
場合には、吸収層１１２はレーザ出力パワーの一部のみ
を吸収し、残りの光はデバイスから放出されるように設
計され得る。一方、検出器がレーザ出力ミラーの逆側に
配置される場合には、検出器の吸収層は検出器を横切る
光を全て吸収するように設計することが可能である。後
者の構造は図示されていないが、当業者には明らかなよ
うに、光が捉えられるか又は吸収される検出器とミラー
の位置関係は、本発明の基本概念から逸脱することな
く、任意に変更可能である。
【００３７】ｎ型底側ミラー部１０２と接触する接触部
１０１、ｐ型頂側ミラー部１０８と接触するｐ型接触部
１０７、及び光検出器１１０のｐ型頂側透明層１１４と
接触するｐ型接触部１１６によって、３つの接触部が形
成される。これら３つの接触部は、光検出器１１０のｎ
型底側透明層１１１を備えた前述の光検出器構造と共
に、ＶＣＳＥＬ１２０のｐ型頂側ミラー部１０８に接触
して、レーザ及び光検出器が必要とするバイアス電圧を
大幅に低下させることを可能にするが、この回路構成に
ついては後述する。
１０１、ｐ型頂側ミラー部１０８と接触するｐ型接触部
１０７、及び光検出器１１０のｐ型頂側透明層１１４と
接触するｐ型接触部１１６によって、３つの接触部が形
成される。これら３つの接触部は、光検出器１１０のｎ
型底側透明層１１１を備えた前述の光検出器構造と共
に、ＶＣＳＥＬ１２０のｐ型頂側ミラー部１０８に接触
して、レーザ及び光検出器が必要とするバイアス電圧を
大幅に低下させることを可能にするが、この回路構成に
ついては後述する。
【００３８】当然明らかなように、活性層１０６に対す
るｎ型接触部は、本発明の概念を逸脱せずに、基板１０
２を介してではなく、ｐ型接触部１０７から横方向に離
間した位置で、直接的にｎ型底側ミラー層１０４上に配
置された接触部を利用して実現することが可能である。
るｎ型接触部は、本発明の概念を逸脱せずに、基板１０
２を介してではなく、ｐ型接触部１０７から横方向に離
間した位置で、直接的にｎ型底側ミラー層１０４上に配
置された接触部を利用して実現することが可能である。
【００３９】図２（ｂ）は、本発明の好適実施形態とな
る図２（ａ）のレーザ・光検出器アセンブリ１００の概
略図であり、それは関連する外部バイアス回路の構成概
要を示す。特にそれは、低バイアス電圧及び電気的に分
離された動作を明らかにするために利用される。
る図２（ａ）のレーザ・光検出器アセンブリ１００の概
略図であり、それは関連する外部バイアス回路の構成概
要を示す。特にそれは、低バイアス電圧及び電気的に分
離された動作を明らかにするために利用される。
【００４０】例証のため、レーザ・光検出器構造１００
は、図２（ａ）のレーザ・光検出器構造を点線のボック
ス１００に囲まれたダイオード１５１、１５２、及び１
５３として示している。ダイオード１５１の両端にかか
る電圧は、ＶＣＳＥＬ１２０の両端にかかる電圧ＶLで
あり、ダイオード１５２の両端にかかる電圧ＶDは、Ｐ
Ｎ接合１１５の両端にかかる順バイアス電圧であり、ダ
イオード１５３の両端にかかる電圧ＶPDは、光検出器の
動作電流において光検出器１１０の両端間にかかる逆バ
イアス電圧である。単純化されたレーザ駆動回路１５８
は、レーザ１２０を介してバイアス電流ＩBIAS及び変調
電流ＩMODを制御する。
は、図２（ａ）のレーザ・光検出器構造を点線のボック
ス１００に囲まれたダイオード１５１、１５２、及び１
５３として示している。ダイオード１５１の両端にかか
る電圧は、ＶＣＳＥＬ１２０の両端にかかる電圧ＶLで
あり、ダイオード１５２の両端にかかる電圧ＶDは、Ｐ
Ｎ接合１１５の両端にかかる順バイアス電圧であり、ダ
イオード１５３の両端にかかる電圧ＶPDは、光検出器の
動作電流において光検出器１１０の両端間にかかる逆バ
イアス電圧である。単純化されたレーザ駆動回路１５８
は、レーザ１２０を介してバイアス電流ＩBIAS及び変調
電流ＩMODを制御する。
【００４１】この回路の動作に必要な最低バイアス電圧
は、個々のＰＮ接合の最低動作電圧の合計より高く、以
下の関係式で表すことが可能である： ＶCC＞ＶD＋ＶPD＋ＶCM（式２） ここで、ＶDは光検出器１５３の動作電流に対する寄生
ＰＮ接合１５２での順バイアス電圧であり、ＶPDは光検
出器１５３に対する逆バイアス電圧であり、ＶCMは、ト
ランジスタ１５４及び１５７によって形成されるカレン
トミラー回路１５６におけるトランジスタ１５４に対す
る順バイアス電圧である。カレントミラー回路１５６
は、光検出器１１０を流れる電流を測定するものして本
図に例示されている。
は、個々のＰＮ接合の最低動作電圧の合計より高く、以
下の関係式で表すことが可能である： ＶCC＞ＶD＋ＶPD＋ＶCM（式２） ここで、ＶDは光検出器１５３の動作電流に対する寄生
ＰＮ接合１５２での順バイアス電圧であり、ＶPDは光検
出器１５３に対する逆バイアス電圧であり、ＶCMは、ト
ランジスタ１５４及び１５７によって形成されるカレン
トミラー回路１５６におけるトランジスタ１５４に対す
る順バイアス電圧である。カレントミラー回路１５６
は、光検出器１１０を流れる電流を測定するものして本
図に例示されている。
【００４２】従来技術による式（１）と上述の式（２）
を比較することによって明らかになるように、ダイオー
ド１５２の両端に加えられる寄生ＰＮ接合の順バイアス
電圧ＶDがＶＣＳＥＬの順バイアス電圧ＶLより低ければ
（即ち、ＶD＜ＶL）、レーザ・光検出器アセンブリ１０
０が必要とするバイアス電圧ＶCCを低下させることが可
能である。ここで、ＶLは、レーザ動作点（又はレーザ
動作電流）におけるＶＣＳＥＬの順バイアス電圧であ
る。
を比較することによって明らかになるように、ダイオー
ド１５２の両端に加えられる寄生ＰＮ接合の順バイアス
電圧ＶDがＶＣＳＥＬの順バイアス電圧ＶLより低ければ
（即ち、ＶD＜ＶL）、レーザ・光検出器アセンブリ１０
０が必要とするバイアス電圧ＶCCを低下させることが可
能である。ここで、ＶLは、レーザ動作点（又はレーザ
動作電流）におけるＶＣＳＥＬの順バイアス電圧であ
る。
【００４３】この条件は、典型的には以下の理由によっ
て満足されるものである。第１に、レーザ又はＶＣＳＥ
Ｌ１２０の直列抵抗は、レーザ１２０の電流経路がより
長いため、寄生ＰＮ接合１１５の抵抗よりも大きくな
る。第２に、ＶＣＳＥＬ１２０（第１のＰＮ接合を含
む）と寄生ＰＮ接合１１５の動作点が異なる。レーザ
は、数ミリアンペア（ｍＡ）の範囲で動作するが、一般
に０．５ｍＡ未満の検出器電流が寄生ＰＮ接合１１５に
も流れる。
て満足されるものである。第１に、レーザ又はＶＣＳＥ
Ｌ１２０の直列抵抗は、レーザ１２０の電流経路がより
長いため、寄生ＰＮ接合１１５の抵抗よりも大きくな
る。第２に、ＶＣＳＥＬ１２０（第１のＰＮ接合を含
む）と寄生ＰＮ接合１１５の動作点が異なる。レーザ
は、数ミリアンペア（ｍＡ）の範囲で動作するが、一般
に０．５ｍＡ未満の検出器電流が寄生ＰＮ接合１１５に
も流れる。
【００４４】一例を示すため、代表的な電圧値として、
ＶDが約１．２Ｖであり、ＶPDが約０．５Ｖであり、更
にＶCMが約０．８Ｖであると仮定すると、ＶCC＞２．５
Ｖとなる。寄生ＰＮ接合１１５の両端にかかる電圧ＶD
が上述の如く約１．２Ｖであることは、ガリウム砒素系
材料でのホモ接合で一般的であるが、それに制限される
わけではなく、禁止帯の幅を制御する技術、即ち多量の
ドーピング、グレーディング等によって、又は当該技術
において既知の他の半導体材料を利用して、更に低下さ
せることもできる。更に、ＶCMが約０．８Ｖであること
は、シリコン系のバイポーラトランジスタに対応してお
り、使用されるトランジスタ、及びトランジスタの製造
材料次第で、０．８Ｖを超える場合もあれば０．８Ｖを
下回る場合もあり得る。前述の例は従来技術に対して
０．５Ｖの改善に相当し、３．１Ｖの最低電源電圧を有
するシステムでは０．６Ｖの余力をもたらす。
ＶDが約１．２Ｖであり、ＶPDが約０．５Ｖであり、更
にＶCMが約０．８Ｖであると仮定すると、ＶCC＞２．５
Ｖとなる。寄生ＰＮ接合１１５の両端にかかる電圧ＶD
が上述の如く約１．２Ｖであることは、ガリウム砒素系
材料でのホモ接合で一般的であるが、それに制限される
わけではなく、禁止帯の幅を制御する技術、即ち多量の
ドーピング、グレーディング等によって、又は当該技術
において既知の他の半導体材料を利用して、更に低下さ
せることもできる。更に、ＶCMが約０．８Ｖであること
は、シリコン系のバイポーラトランジスタに対応してお
り、使用されるトランジスタ、及びトランジスタの製造
材料次第で、０．８Ｖを超える場合もあれば０．８Ｖを
下回る場合もあり得る。前述の例は従来技術に対して
０．５Ｖの改善に相当し、３．１Ｖの最低電源電圧を有
するシステムでは０．６Ｖの余力をもたらす。
【００４５】レーザ・光検出器回路のブランチは、同一
電源によってバイアスを加えられているので、最低回路
バイアス電圧ＶCCも、レーザの動作電圧ＶLと駆動トラ
ンジスタ１５８の電圧との合計によって制限されるとい
う点に留意するのが重要である。
電源によってバイアスを加えられているので、最低回路
バイアス電圧ＶCCも、レーザの動作電圧ＶLと駆動トラ
ンジスタ１５８の電圧との合計によって制限されるとい
う点に留意するのが重要である。
【００４６】図２（ｂ）中には好適実施形態として、３
端子デバイス内のレーザと光検出器の間における所望の
相対極性が示されるが、それによれば、単一電源の利用
によってレーザに対する順バイアスと光検出器に対する
逆バイアスとが同時に可能になることが示されている。
更にこれと同じ構成の場合、レーザ及び光検出器のそれ
ぞれの電流は、レーザ・光検出器構造の個々のバイアス
条件によって別個に決まり互いに完全に独立している。
後者は、本発明のレーザ・光検出器構造の電気的分離の
重要な特徴を構成するものである。
端子デバイス内のレーザと光検出器の間における所望の
相対極性が示されるが、それによれば、単一電源の利用
によってレーザに対する順バイアスと光検出器に対する
逆バイアスとが同時に可能になることが示されている。
更にこれと同じ構成の場合、レーザ及び光検出器のそれ
ぞれの電流は、レーザ・光検出器構造の個々のバイアス
条件によって別個に決まり互いに完全に独立している。
後者は、本発明のレーザ・光検出器構造の電気的分離の
重要な特徴を構成するものである。
【００４７】図３（ａ）は、図２（ａ）のレーザ・光検
出器アセンブリの他の実施形態（第２の実施形態）２０
０の断面図である。本発明のレーザ・光検出器構造の第
２の実施形態２００は、後述のように製造されるが、そ
れは図２（ａ）のレーザ・光検出器構造１００に関して
解説のものと類似する。
出器アセンブリの他の実施形態（第２の実施形態）２０
０の断面図である。本発明のレーザ・光検出器構造の第
２の実施形態２００は、後述のように製造されるが、そ
れは図２（ａ）のレーザ・光検出器構造１００に関して
解説のものと類似する。
【００４８】レーザ構造の基盤は、ｎ型基板層２０２と
して形成され、その上に基板層にｎ型接触部２０１が成
膜させられる。ｎ型底側ミラー部２０４が基板層２０２
の上に成長させられ、その上に活性領域２０６が成長さ
せられる。活性領域２０６には、発光媒体を包囲するｎ
型材料及びｐ型材料が含まれており、図２（ａ）に関連
して既述のものと同様である。活性領域２０６は、レー
ザ・光検出器構造２００における第１のＰＮ接合を形成
し、例示のように光増幅媒体（又はレーザ媒体）として
作用する。
して形成され、その上に基板層にｎ型接触部２０１が成
膜させられる。ｎ型底側ミラー部２０４が基板層２０２
の上に成長させられ、その上に活性領域２０６が成長さ
せられる。活性領域２０６には、発光媒体を包囲するｎ
型材料及びｐ型材料が含まれており、図２（ａ）に関連
して既述のものと同様である。活性領域２０６は、レー
ザ・光検出器構造２００における第１のＰＮ接合を形成
し、例示のように光増幅媒体（又はレーザ媒体）として
作用する。
【００４９】活性領域２０６の上にはｐ型頂側ミラー部
２０８が成長させられ、その上に、ｐ型接触部２０７が
成膜される。
２０８が成長させられ、その上に、ｐ型接触部２０７が
成膜される。
【００５０】ｐ型頂側ミラー２０８上には光検出器２１
０のｎ型透明層２１１が成長させられる。接触部２０７
は、２つの異なる金属を利用するか、又は単一金属によ
って、ｐ型頂側ミラー部２０８とｎ型透明層２１１との
両方に対して実現される。明らかに、図２（ａ）に関連
して既述の構造に対する改良として、接触部２０７は、
レーザ２２０のｐ型頂側ミラー部２０８及び光検出器２
１０のｎ型透明層２１１の両方に接触して、ｐ型頂側ミ
ラー部２０８をｎ型透明層２１１に対して有効に接続す
る。レーザ２２０のｐ型頂側ミラー部２０８と光検出器
２１０のｎ型透明層２１１の境界部分に形成される接合
２１５に対する短絡又は分路の設置によって、レーザ及
び光検出器にバイアスをかけるのに必要な電圧を更に低
下させることが可能である。これについて図３（ｂ）に
関連して詳細に後述することにする。
０のｎ型透明層２１１が成長させられる。接触部２０７
は、２つの異なる金属を利用するか、又は単一金属によ
って、ｐ型頂側ミラー部２０８とｎ型透明層２１１との
両方に対して実現される。明らかに、図２（ａ）に関連
して既述の構造に対する改良として、接触部２０７は、
レーザ２２０のｐ型頂側ミラー部２０８及び光検出器２
１０のｎ型透明層２１１の両方に接触して、ｐ型頂側ミ
ラー部２０８をｎ型透明層２１１に対して有効に接続す
る。レーザ２２０のｐ型頂側ミラー部２０８と光検出器
２１０のｎ型透明層２１１の境界部分に形成される接合
２１５に対する短絡又は分路の設置によって、レーザ及
び光検出器にバイアスをかけるのに必要な電圧を更に低
下させることが可能である。これについて図３（ｂ）に
関連して詳細に後述することにする。
【００５１】更に図３（ａ）を参照すると、ｎ型透明層
２１１の上には、吸収層２１２及び頂側ｐ型透明層２１
４の形で、第３のＰＮ接合が形成される。結果生じる構
造は、図２（ａ）に関連して既述のものと同様のＰＮＰ
Ｎ構造を示す。頂側ｐ型透明層２１４の上には、略図示
のように、ｐ型接触部２１６が成膜させられる。レーザ
・光検出器構造２２０の上の矢印は、この第２の実施形
態の光出力を表している。留意すべきは、本発明の概念
を逸脱することなく、材料層を逆にすることができると
いう点である（即ち、全てのｎ型層がｐ型層に置き換え
られ、全てのｐ型層がｎ型層に置き換えられる）。
２１１の上には、吸収層２１２及び頂側ｐ型透明層２１
４の形で、第３のＰＮ接合が形成される。結果生じる構
造は、図２（ａ）に関連して既述のものと同様のＰＮＰ
Ｎ構造を示す。頂側ｐ型透明層２１４の上には、略図示
のように、ｐ型接触部２１６が成膜させられる。レーザ
・光検出器構造２２０の上の矢印は、この第２の実施形
態の光出力を表している。留意すべきは、本発明の概念
を逸脱することなく、材料層を逆にすることができると
いう点である（即ち、全てのｎ型層がｐ型層に置き換え
られ、全てのｐ型層がｎ型層に置き換えられる）。
【００５２】ｎ型の基板層２０２に接触する接触部２０
１、ｐ型頂側ミラー部２０８に接触する接触部２０７、
及び光検出器２１０の頂側ｐ型透明層２１４は、ＶＣＳ
ＥＬ２２０のｐ型頂側ミラー部２０８に対して短絡させ
られたｎ型透明層２１１を備える前述の光検出器構造と
共に、レーザ及び光検出器が必要とするバイアス電圧を
極めて低くすることを可能ならしめる３つの接触部を形
成するが、その回路構成については後述することにす
る。
１、ｐ型頂側ミラー部２０８に接触する接触部２０７、
及び光検出器２１０の頂側ｐ型透明層２１４は、ＶＣＳ
ＥＬ２２０のｐ型頂側ミラー部２０８に対して短絡させ
られたｎ型透明層２１１を備える前述の光検出器構造と
共に、レーザ及び光検出器が必要とするバイアス電圧を
極めて低くすることを可能ならしめる３つの接触部を形
成するが、その回路構成については後述することにす
る。
【００５３】図３（ｂ）は、第２の好適実施形態の低バ
イアス電圧動作を例証するために利用される、関連する
外部バイアス回路要素を含む、図３（ａ）のレーザ・光
検出器構造２００の概略図２５０が示されている。
イアス電圧動作を例証するために利用される、関連する
外部バイアス回路要素を含む、図３（ａ）のレーザ・光
検出器構造２００の概略図２５０が示されている。
【００５４】例示されるレーザ・光検出器構造２００
は、点線ボックス２００に囲まれたダイオード２５１、
２５２、及び２５３として示されている。ダイオード２
５１の両端にかかる電圧はＶＣＳＥＬ２２０の両端にか
かる電圧ＶLに相当し、ダイオード２５２の両端にかか
る電圧ＶDは、光検出器の動作電流においてＰＮ接合２
１５の両端にかかる順バイアス電圧に相当し、ダイオー
ド２５３の両端にかかる電圧ＶPDは、光検出器２１０の
両端にかかる逆バイアスに相当する。
は、点線ボックス２００に囲まれたダイオード２５１、
２５２、及び２５３として示されている。ダイオード２
５１の両端にかかる電圧はＶＣＳＥＬ２２０の両端にか
かる電圧ＶLに相当し、ダイオード２５２の両端にかか
る電圧ＶDは、光検出器の動作電流においてＰＮ接合２
１５の両端にかかる順バイアス電圧に相当し、ダイオー
ド２５３の両端にかかる電圧ＶPDは、光検出器２１０の
両端にかかる逆バイアスに相当する。
【００５５】これによれば、図示されるレーザ２２０の
ｐ型頂側ミラー部２０８及び光検出器２１０のｎ型透明
層２１１を短絡させる接触部２０７に相当する分路２５
５が追加されているので、寄生ＰＮ接合２１５の両端に
かかる電圧が除去される。接触部２０７は、２つの異な
る金属又は単一金属を利用することによって、ｐ型及び
ｎ型の両方の材料で形成される。
ｐ型頂側ミラー部２０８及び光検出器２１０のｎ型透明
層２１１を短絡させる接触部２０７に相当する分路２５
５が追加されているので、寄生ＰＮ接合２１５の両端に
かかる電圧が除去される。接触部２０７は、２つの異な
る金属又は単一金属を利用することによって、ｐ型及び
ｎ型の両方の材料で形成される。
【００５６】回路バイアス電圧が、回路の各素子の最低
動作バイアス電圧の合計より高くなければならないとい
う点、及びそれが以下の式によって表されるという点を
想起されたい： ＶCC＞ＶD＋ＶPD＋ＶCM （式２） ここで、ＶDは、光検出器２５３の動作電流における寄
生ＰＮ接合２５２の順バイアス電圧であり、ＶPDは、光
検出器２５３に対する逆バイアス電圧であり、ＶCMは、
トランジスタ２５４及び２５７によって形成されるカレ
ントミラー回路２５６におけるトランジスタ２５４に対
する順バイアス電圧である。分路２５５を用いることに
よって、寄生電圧ＶDが除去され、その結果、電圧要件
は以下のようになる： ＶCC＞ＶPD＋ＶCM （式３）
動作バイアス電圧の合計より高くなければならないとい
う点、及びそれが以下の式によって表されるという点を
想起されたい： ＶCC＞ＶD＋ＶPD＋ＶCM （式２） ここで、ＶDは、光検出器２５３の動作電流における寄
生ＰＮ接合２５２の順バイアス電圧であり、ＶPDは、光
検出器２５３に対する逆バイアス電圧であり、ＶCMは、
トランジスタ２５４及び２５７によって形成されるカレ
ントミラー回路２５６におけるトランジスタ２５４に対
する順バイアス電圧である。分路２５５を用いることに
よって、寄生電圧ＶDが除去され、その結果、電圧要件
は以下のようになる： ＶCC＞ＶPD＋ＶCM （式３）
【００５７】一例を挙げて説明するため、前述の典型的
な値ＶDが約１．２Ｖ、ＶPDが約０．５Ｖ、及びＶCMが
約０．８Ｖであると仮定し、ＶDを除去すると、結果は
ＶCC＞１．３Ｖになる。寄生ＰＮ接合２１５の両端にか
かる電圧ＶDが上述の如く約１．２Ｖであることは、ガ
リウム砒素系材料でのホモ接合において一般的である。
更に、ＶCMが約０．８Ｖであることは、シリコン系バイ
ポーラトランジスタに対応し、使用されるトランジスタ
のタイプ及びトランジスタの製造材料次第で、０．８Ｖ
を超えることもあれば、或いは０．８Ｖを下回ることも
あり得る。しかし、この場合、ＶCC値はおそらく１．３
Ｖを超えることになるレーザＶL及び駆動トランジスタ
２５８へのバイアスに必要な電圧によって制限される。
従って、この用途の場合ＶCCは、光検出回路によって制
限されるのではなく、むしろレーザ及び駆動トランジス
タによって制限される。
な値ＶDが約１．２Ｖ、ＶPDが約０．５Ｖ、及びＶCMが
約０．８Ｖであると仮定し、ＶDを除去すると、結果は
ＶCC＞１．３Ｖになる。寄生ＰＮ接合２１５の両端にか
かる電圧ＶDが上述の如く約１．２Ｖであることは、ガ
リウム砒素系材料でのホモ接合において一般的である。
更に、ＶCMが約０．８Ｖであることは、シリコン系バイ
ポーラトランジスタに対応し、使用されるトランジスタ
のタイプ及びトランジスタの製造材料次第で、０．８Ｖ
を超えることもあれば、或いは０．８Ｖを下回ることも
あり得る。しかし、この場合、ＶCC値はおそらく１．３
Ｖを超えることになるレーザＶL及び駆動トランジスタ
２５８へのバイアスに必要な電圧によって制限される。
従って、この用途の場合ＶCCは、光検出回路によって制
限されるのではなく、むしろレーザ及び駆動トランジス
タによって制限される。
【００５８】寄生ＰＮ接合２５２のバイパスに用いられ
る分路２５５は、半導体／金属接触部の特性に起因す
る、検出器の動作電流における非消滅抵抗又は非消滅電
圧降下を生じ得る点に留意することが重要である。しか
しながら、検出器の動作電流における分路の両端間の全
電圧降下が、同じ電流における寄生ＰＮ接合の電圧降下
よりも低い限りにおいては、バイアス電圧が改善され
る。
る分路２５５は、半導体／金属接触部の特性に起因す
る、検出器の動作電流における非消滅抵抗又は非消滅電
圧降下を生じ得る点に留意することが重要である。しか
しながら、検出器の動作電流における分路の両端間の全
電圧降下が、同じ電流における寄生ＰＮ接合の電圧降下
よりも低い限りにおいては、バイアス電圧が改善され
る。
【００５９】当然明らかなように、図２（ａ）のレーザ
・光検出器アセンブリの第２の好適実施形態２００は、
３端子デバイス内のレーザと光検出器の間で所望の相対
極性を示す。この構成によれば、単一電源を利用してレ
ーザに対する順バイアスと光検出器に対する逆バイアス
が同時に可能になる。更に当然明らかなように、前述の
ものと同じであるので、レーザの電流及び光検出器の電
流は、レーザ及び光検出器の個々のバイアス条件によっ
て別個に決まり、互いに完全に独立している。後者は、
レーザと光検出器との電気的分離の特徴を構成するもの
である。
・光検出器アセンブリの第２の好適実施形態２００は、
３端子デバイス内のレーザと光検出器の間で所望の相対
極性を示す。この構成によれば、単一電源を利用してレ
ーザに対する順バイアスと光検出器に対する逆バイアス
が同時に可能になる。更に当然明らかなように、前述の
ものと同じであるので、レーザの電流及び光検出器の電
流は、レーザ及び光検出器の個々のバイアス条件によっ
て別個に決まり、互いに完全に独立している。後者は、
レーザと光検出器との電気的分離の特徴を構成するもの
である。
【００６０】図４は、図２（ａ）のレーザ・光検出器ア
センブリの第３の実施形態を示す断面図である。レーザ
・光検出器構造３００は、光検出器と寄生ＰＮ接合とが
レーザ・デバイスのミラーの１つに組み込まれるという
可能性のある一つの組み合わせの構造を示している。こ
の構成によれば、吸収層による全方向自然放射光の捕捉
を最小限に抑えることができる。量子井戸又はバルク半
導体である吸収層３１２及び寄生ｐｎ接合３１５はレー
ザ３２０内の任意の場所に配置されるが、このときＰＮ
ＰＮ構成を維持することが可能である。これにより、集
積化されたレーザ・光検出器構造は、従来技術よりも低
いバイアス電圧で動作することが可能になるが、この場
合にも、レーザ及び光検出器は電気的に分離された状態
にすることが可能である。この第３の好適実施形態の構
造は、図２（ａ）に関連して既述したものと類似し、従
って、同様の構成要素の参照番号には頭に「３」を付け
て「３ＸＸ」として示すが、「ＸＸ」は同様の構造を備
える図２（ａ）の同様の素子を表しており、その詳細な
説明については省略するものとする。
センブリの第３の実施形態を示す断面図である。レーザ
・光検出器構造３００は、光検出器と寄生ＰＮ接合とが
レーザ・デバイスのミラーの１つに組み込まれるという
可能性のある一つの組み合わせの構造を示している。こ
の構成によれば、吸収層による全方向自然放射光の捕捉
を最小限に抑えることができる。量子井戸又はバルク半
導体である吸収層３１２及び寄生ｐｎ接合３１５はレー
ザ３２０内の任意の場所に配置されるが、このときＰＮ
ＰＮ構成を維持することが可能である。これにより、集
積化されたレーザ・光検出器構造は、従来技術よりも低
いバイアス電圧で動作することが可能になるが、この場
合にも、レーザ及び光検出器は電気的に分離された状態
にすることが可能である。この第３の好適実施形態の構
造は、図２（ａ）に関連して既述したものと類似し、従
って、同様の構成要素の参照番号には頭に「３」を付け
て「３ＸＸ」として示すが、「ＸＸ」は同様の構造を備
える図２（ａ）の同様の素子を表しており、その詳細な
説明については省略するものとする。
【００６１】図４をもう一度参照すると、光検出器１１
０（図２（ａ））のｐ型材料層１１４は、ｐ型ミラー部
３１４に置き換えられる。ｐ型ミラー部３１４の配置に
よって、光検出器３１０及びレーザ３２０は集積化構造
に組み込まれる。
０（図２（ａ））のｐ型材料層１１４は、ｐ型ミラー部
３１４に置き換えられる。ｐ型ミラー部３１４の配置に
よって、光検出器３１０及びレーザ３２０は集積化構造
に組み込まれる。
【００６２】図５は、図３（ａ）のレーザ・光検出器構
造の第４の好適実施形態に関する断面図である。レーザ
・光検出器構造４００は、光検出器４１０がやはりレー
ザ４２０内に組み込まれている更にもう１つの可能性の
ある組み合わせを例示したものである。しかし、図５の
レーザ・光検出器構造４００には、更に図３（ａ）に関
連して説明した分路が組み込まれている。この第４の好
適実施形態の構造は、図３（ａ）に関連して既に説明し
たものと類似し、従って類似の構成要素には、「４」を
頭につけて、「４ＸＸ」と示しているが、「ＸＸ」は、
同様の構造を備える図３（ａ）中の同様の構成要素を表
しており、その詳細な説明については省略するものとす
る。
造の第４の好適実施形態に関する断面図である。レーザ
・光検出器構造４００は、光検出器４１０がやはりレー
ザ４２０内に組み込まれている更にもう１つの可能性の
ある組み合わせを例示したものである。しかし、図５の
レーザ・光検出器構造４００には、更に図３（ａ）に関
連して説明した分路が組み込まれている。この第４の好
適実施形態の構造は、図３（ａ）に関連して既に説明し
たものと類似し、従って類似の構成要素には、「４」を
頭につけて、「４ＸＸ」と示しているが、「ＸＸ」は、
同様の構造を備える図３（ａ）中の同様の構成要素を表
しており、その詳細な説明については省略するものとす
る。
【００６３】図５を再度参照すると、図３（ａ）に関連
して既述したように、レーザのｐ型頂側ミラー部４０８
と光検出器のｎ型透明層４１１の境界部分に形成された
接合は、接触部４０７によって短絡又は分路設置を施さ
れる。接触部４０７は、ｐ型頂側ミラー部４０８とｎ型
透明層４１１の両方に接触し、ｐ型頂側ミラー部層４０
８をｎ型透明層４１１に有効に接続する。
して既述したように、レーザのｐ型頂側ミラー部４０８
と光検出器のｎ型透明層４１１の境界部分に形成された
接合は、接触部４０７によって短絡又は分路設置を施さ
れる。接触部４０７は、ｐ型頂側ミラー部４０８とｎ型
透明層４１１の両方に接触し、ｐ型頂側ミラー部層４０
８をｎ型透明層４１１に有効に接続する。
【００６４】以上のように、本発明の好適実施形態とな
る、モノリシック集積化されたレーザ・光検出器構造に
ついて説明したが、当業者には明らかなように、本発明
の原理をほとんど逸脱することなく、上述の本発明の望
ましい実施形態に更に様々な修正及び変更を施すことが
可能である。例えば、低バイアス電圧動作のためにレー
ザ及び光検出器のモノリシック集積化を行うシステム及
び方法は、各種半導体技術を用いて実施可能である。更
に本明細書では、光検出器は、レーザ構造の上又は内部
に位置するものとして例示されているが、レーザより先
に成長させることもできるし、レーザ構造の上方又は下
方に離して位置させることも可能である。こうした変形
及び変更は、特許請求の範囲の請求項に定義された本発
明の範囲内に含まれるものである。
る、モノリシック集積化されたレーザ・光検出器構造に
ついて説明したが、当業者には明らかなように、本発明
の原理をほとんど逸脱することなく、上述の本発明の望
ましい実施形態に更に様々な修正及び変更を施すことが
可能である。例えば、低バイアス電圧動作のためにレー
ザ及び光検出器のモノリシック集積化を行うシステム及
び方法は、各種半導体技術を用いて実施可能である。更
に本明細書では、光検出器は、レーザ構造の上又は内部
に位置するものとして例示されているが、レーザより先
に成長させることもできるし、レーザ構造の上方又は下
方に離して位置させることも可能である。こうした変形
及び変更は、特許請求の範囲の請求項に定義された本発
明の範囲内に含まれるものである。
【００６５】即ち、本発明を上述の実施形態に即して説
明すると、本発明によれば、発光素子動作電流によって
動作する発光素子（１２０、２２０、３２０、４２０）
と、該発光素子に光学的に結合され、光検出器動作電流
によって動作する光検出器（１１０、２１０、３１０、
４１０）と、前記発光素子（１２０、２２０、３２０、
４２０）と前記光検出器（１１０、２１０、３１０、４
１０）との境界部分に形成されたｐｎ接合（１１５、２
１５、３１５、４１５）とを有し、前記発光素子（１２
０、２２０、３２０、４２０）の出力が前記光検出器に
よって測定されるよう構成されることを特徴とする、発
光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造が提供さ
れる。
明すると、本発明によれば、発光素子動作電流によって
動作する発光素子（１２０、２２０、３２０、４２０）
と、該発光素子に光学的に結合され、光検出器動作電流
によって動作する光検出器（１１０、２１０、３１０、
４１０）と、前記発光素子（１２０、２２０、３２０、
４２０）と前記光検出器（１１０、２１０、３１０、４
１０）との境界部分に形成されたｐｎ接合（１１５、２
１５、３１５、４１５）とを有し、前記発光素子（１２
０、２２０、３２０、４２０）の出力が前記光検出器に
よって測定されるよう構成されることを特徴とする、発
光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造が提供さ
れる。
【００６６】好ましくは、前記発光素子（１２０、２２
０、３２０、４２０）は、垂直共振器型面発光レーザで
ある。
０、３２０、４２０）は、垂直共振器型面発光レーザで
ある。
【００６７】好ましくは、前記発光素子（１２０、２２
０、３２０、４２０）及び前記光検出器（１１０、２１
０、３１０、４１０）は、全体としてＰＮＰＮ構造を成
す。
０、３２０、４２０）及び前記光検出器（１１０、２１
０、３１０、４１０）は、全体としてＰＮＰＮ構造を成
す。
【００６８】好ましくは、全体として３つのｐｎ接合
（１０６、１１２、１１５；２０６、２１２、２１５；
３０６、３１２、３１５；４０６、４１２、４１５）が
含まれる。
（１０６、１１２、１１５；２０６、２１２、２１５；
３０６、３１２、３１５；４０６、４１２、４１５）が
含まれる。
【００６９】好ましくは、前記光検出器（３１０、４１
０）及び前記ｐｎ接合（３１５、４１５）は、前記発光
素子（３２０、４２０）内に配置される。
０）及び前記ｐｎ接合（３１５、４１５）は、前記発光
素子（３２０、４２０）内に配置される。
【００７０】好ましくは、前記ｐｎ接合（２１５、４１
５）を交差する分路（２０７、４０７）を更に有する。
５）を交差する分路（２０７、４０７）を更に有する。
【００７１】更に本発明によれば、発光素子及び光検出
器のモノリシック集積化構造の製造方法であって、発光
素子動作電流を有する発光素子（１２０、２２０、３２
０、４２０）を形成する工程と、光検出器動作電流を有
する光検出器（１１０、２１０、３１０、４１０）を前
記発光素子（１２０、２２０、３２０、４２０）と共に
モノリシック集積化して形成する工程とを有し、前記光
検出器を形成する工程で、前記発光素子（１２０、２２
０、３２０、４２０）と前記光検出器（１１０、２１
０、３１０、４１０）の境界部分にｐｎ接合（１１５、
２１５、３１５、４１５）が形成されることを特徴とす
る、発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造の
製造方法が提供される。
器のモノリシック集積化構造の製造方法であって、発光
素子動作電流を有する発光素子（１２０、２２０、３２
０、４２０）を形成する工程と、光検出器動作電流を有
する光検出器（１１０、２１０、３１０、４１０）を前
記発光素子（１２０、２２０、３２０、４２０）と共に
モノリシック集積化して形成する工程とを有し、前記光
検出器を形成する工程で、前記発光素子（１２０、２２
０、３２０、４２０）と前記光検出器（１１０、２１
０、３１０、４１０）の境界部分にｐｎ接合（１１５、
２１５、３１５、４１５）が形成されることを特徴とす
る、発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造の
製造方法が提供される。
【００７２】好ましくは、前記光検出器動作電流が前記
ｐｎ接合（２１５、４１５）をバイパスする分路（２０
７、４０７）を形成する工程を更に有する。
ｐｎ接合（２１５、４１５）をバイパスする分路（２０
７、４０７）を形成する工程を更に有する。
【００７３】好ましくは、前記光検出器（３１０、４１
０）及び前記ｐｎ接合（３１５、４１５）は、前記発光
素子（３２０、４２０）内部に配置される。
０）及び前記ｐｎ接合（３１５、４１５）は、前記発光
素子（３２０、４２０）内部に配置される。
【図１】（ａ）は、従来技術によるレーザ・光検出器構
造の断面図であり、（ｂ）は、関連する典型的な外部バ
イアス回路要素を含む、図１（ａ）の従来技術によるレ
ーザ・光検出器構造の概略図である。
造の断面図であり、（ｂ）は、関連する典型的な外部バ
イアス回路要素を含む、図１（ａ）の従来技術によるレ
ーザ・光検出器構造の概略図である。
【図２】（ａ）は、本発明に従って構成されたレーザ・
光検出構造の断面図であり、（ｂ）は、関連する単純化
された外部バイアス回路要素を含む、図２（ａ）のレー
ザ・光検出器構造の概略図である。
光検出構造の断面図であり、（ｂ）は、関連する単純化
された外部バイアス回路要素を含む、図２（ａ）のレー
ザ・光検出器構造の概略図である。
【図３】（ａ）は、図２（ａ）のレーザ・光検出器構造
の変形である第２の好適実施形態の断面図であり、
（ｂ）は、関連する単純化された外部バイアス回路要素
を含む、図３（ａ）のレーザ・光検出器構造の概略図で
ある。
の変形である第２の好適実施形態の断面図であり、
（ｂ）は、関連する単純化された外部バイアス回路要素
を含む、図３（ａ）のレーザ・光検出器構造の概略図で
ある。
【図４】図２（ａ）のレーザ・光検出器構造の変形であ
る第３の好適実施形態の断面図である。
る第３の好適実施形態の断面図である。
【図５】図３（ａ）のレーザ・光検出器構造の変形であ
る第４の好適実施形態の断面図である。
る第４の好適実施形態の断面図である。
１０６、２０６、３０６、４０６ ｐｎ接合 １１０、２１０、３１０、４１０ 光検出器 １１２、２１２、３１２、４１２ ｐｎ接合 １１５、２１５、３１５、４１５ ｐｎ接合 １２０、２２０、３２０、４２０ 発光素子
（レーザ） ２０７、４０７ 分路
（レーザ） ２０７、４０７ 分路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 スコット・ダブリュ・コルジン アメリカ合衆国カリフォルニア州サニーヴ ェイル イーグレット・ドライブ 1354
Claims (9)
- 【請求項１】発光素子動作電流によって動作する発光素
子と、 該発光素子に光学的に結合され、光検出器動作電流によ
って動作する光検出器と、 前記発光素子と前記光検出器との境界部分に形成された
ｐｎ接合とを有し、 前記発光素子の出力が前記光検出器によって測定される
よう構成されることを特徴とする、発光素子及び光検出
器のモノリシック集積化構造。 - 【請求項２】前記発光素子は、垂直共振器型面発光レー
ザであることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子
及び光検出器のモノリシック集積化構造。 - 【請求項３】前記発光素子及び前記光検出器は、全体と
してＰＮＰＮ構造を成すことを特徴とする、請求項１に
記載の発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構
造。 - 【請求項４】全体として３つのｐｎ接合が含まれること
を特徴とする、請求項１に記載の発光素子及び光検出器
のモノリシック集積化構造。 - 【請求項５】前記光検出器及び前記ｐｎ接合は、前記発
光素子内に配置されることを特徴とする、請求項１に記
載の発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造。 - 【請求項６】前記ｐｎ接合を交差する分路を更に有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子及び光検
出器のモノリシック集積化構造。 - 【請求項７】発光素子及び光検出器のモノリシック集積
化構造の製造方法であって、 発光素子動作電流を有する発光素子を形成する工程と、 光検出器動作電流を有する光検出器を前記発光素子と共
にモノリシック集積化して形成する工程とを有し、 前記光検出器を形成する工程で、前記発光素子と前記光
検出器の境界部分にｐｎ接合が形成されることを特徴と
する、発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造
の製造方法。 - 【請求項８】前記光検出器動作電流が前記ｐｎ接合をバ
イパスする分路を形成する工程を更に有することを特徴
とする、請求項７に記載の発光素子及び光検出器のモノ
リシック集積化構造の製造方法。 - 【請求項９】前記光検出器及び前記ｐｎ接合は、前記発
光素子内部に配置されることを特徴とする、請求項７に
記載の発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造
の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/167,961 US6222202B1 (en) | 1998-10-06 | 1998-10-06 | System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector for low bias voltage operation |
| US167,961 | 1998-10-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000114658A true JP2000114658A (ja) | 2000-04-21 |
| JP2000114658A5 JP2000114658A5 (ja) | 2006-11-24 |
Family
ID=22609536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11276174A Withdrawn JP2000114658A (ja) | 1998-10-06 | 1999-09-29 | 発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6222202B1 (ja) |
| EP (1) | EP0993087B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000114658A (ja) |
| DE (1) | DE69927764T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006173328A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Seiko Epson Corp | 光素子、光モジュール、および、光伝送装置 |
| KR101001185B1 (ko) | 2008-09-25 | 2010-12-15 | 전자부품연구원 | 수발광 일체형 소자 |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6980575B1 (en) * | 2001-03-08 | 2005-12-27 | Cypress Semiconductor Corp. | Topology on VCSEL driver |
| US6847054B1 (en) * | 2002-02-07 | 2005-01-25 | Finisar Corporation | Optical transistor and method thereof |
| US7505688B2 (en) * | 2002-06-04 | 2009-03-17 | Finisar Corporation | Optical transceiver |
| US7831152B2 (en) * | 2002-06-04 | 2010-11-09 | Finisar Corporation | Optical transceiver |
| JP4058633B2 (ja) * | 2003-07-10 | 2008-03-12 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光型発光素子、光モジュール、光伝達装置 |
| JP4092570B2 (ja) * | 2003-07-23 | 2008-05-28 | セイコーエプソン株式会社 | 光素子およびその製造方法、光モジュール、ならびに光モジュールの駆動方法 |
| US20050023440A1 (en) * | 2003-07-30 | 2005-02-03 | Matthews James Albert | Integrated optical detector and diffractive optical element |
| US7128472B2 (en) * | 2003-07-31 | 2006-10-31 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for providing optoelectronic communication with an electronic device |
| US7058247B2 (en) * | 2003-12-17 | 2006-06-06 | International Business Machines Corporation | Silicon carrier for optical interconnect modules |
| JP3729270B2 (ja) | 2004-01-08 | 2005-12-21 | セイコーエプソン株式会社 | 光素子およびその製造方法 |
| US7801199B2 (en) * | 2004-06-25 | 2010-09-21 | Finisar Corporation | Vertical cavity surface emitting laser with photodiode having reduced spontaneous emissions |
| US7746911B2 (en) * | 2004-06-25 | 2010-06-29 | Finisar Corporation | Geometric optimizations for reducing spontaneous emissions in photodiodes |
| KR100810209B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2008-03-07 | 삼성전자주식회사 | 반이중 통신방식의 광연결 구조 및 이에 적합한 광소자 |
| PT1974476T (pt) * | 2006-01-17 | 2017-03-21 | ERICSSON TELEFON AB L M (publ) | Método e disposição para redução do consumo de energia numa rede de comunicações móvel |
| US7659776B2 (en) * | 2006-10-17 | 2010-02-09 | Cypress Semiconductor Corporation | Offset voltage correction for high gain amplifier |
| WO2009074951A2 (en) * | 2007-12-11 | 2009-06-18 | Koninklijke Philips Electronics N. V. | Semiconductor laser with integrated phototransistor |
| WO2009136348A1 (en) * | 2008-05-09 | 2009-11-12 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Vertical cavity surface emitting laser device with monolithically integrated photodiode |
| KR101623960B1 (ko) * | 2009-06-04 | 2016-05-25 | 삼성전자주식회사 | 광전자 셔터, 이의 동작 방법 및 광전자 셔터를 채용한 광학 장치 |
| US20110049468A1 (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | Panasonic Corporation | Led and led display and illumination devices |
| US8502452B2 (en) | 2010-07-28 | 2013-08-06 | Usl Technologies, Llc | High-stability light source system and method of manufacturing |
| US9572218B2 (en) | 2013-11-19 | 2017-02-14 | Usl Technologies, Llc | High-stability light source system and method |
| US10276816B2 (en) | 2014-12-11 | 2019-04-30 | International Business Machines Corporation | Illumination sensitive current control device |
| EP3514898A1 (en) * | 2018-01-19 | 2019-07-24 | Koninklijke Philips N.V. | Vertical cavity surface emitting laser device with integrated photodiode |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5136603A (en) | 1991-04-29 | 1992-08-04 | At&T Bell Laboratories | Self-monitoring semiconductor laser device |
| US5212706A (en) | 1991-12-03 | 1993-05-18 | University Of Connecticut | Laser diode assembly with tunnel junctions and providing multiple beams |
| US5541443A (en) | 1992-05-05 | 1996-07-30 | At&T Corp. | Active optical logic device incorporating a surface-emitting laser |
| JPH0637300A (ja) | 1992-07-15 | 1994-02-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光集積回路 |
| US5606572A (en) | 1994-03-24 | 1997-02-25 | Vixel Corporation | Integration of laser with photodiode for feedback control |
| JP3882210B2 (ja) * | 1995-09-13 | 2007-02-14 | ソニー株式会社 | 光学装置 |
| US5663944A (en) | 1995-12-29 | 1997-09-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Vertical cavity laser light beam monitored by reflection of a half mirror, with application in optical pick-up |
| US5648979A (en) | 1995-12-29 | 1997-07-15 | Samsung Electronics Co. Ltd. | Assembly of VCSEL light source and VCSEL optical detector |
| US5757837A (en) | 1996-10-16 | 1998-05-26 | The Regents Of The University Of California | Intracavity quantum well photodetector integrated within a vertical-cavity surface-emitting laser and method of operating same |
| KR100234340B1 (ko) | 1996-10-29 | 1999-12-15 | 윤종용 | 광출력장치 |
| US5892786A (en) | 1997-03-26 | 1999-04-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Output control of vertical microcavity light emitting device |
| US6097748A (en) * | 1998-05-18 | 2000-08-01 | Motorola, Inc. | Vertical cavity surface emitting laser semiconductor chip with integrated drivers and photodetectors and method of fabrication |
-
1998
- 1998-10-06 US US09/167,961 patent/US6222202B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-29 US US09/183,030 patent/US6236671B1/en not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-07-14 DE DE69927764T patent/DE69927764T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-07-14 EP EP99113806A patent/EP0993087B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-29 JP JP11276174A patent/JP2000114658A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006173328A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Seiko Epson Corp | 光素子、光モジュール、および、光伝送装置 |
| US7197203B2 (en) | 2004-12-15 | 2007-03-27 | Seiko Epson Corporation | Optical element, optical module, and optical transmission device |
| KR101001185B1 (ko) | 2008-09-25 | 2010-12-15 | 전자부품연구원 | 수발광 일체형 소자 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0993087A1 (en) | 2000-04-12 |
| US6222202B1 (en) | 2001-04-24 |
| DE69927764T2 (de) | 2006-07-20 |
| DE69927764D1 (de) | 2006-03-02 |
| EP0993087B1 (en) | 2005-10-19 |
| US6236671B1 (en) | 2001-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2000114658A (ja) | 発光素子及び光検出器のモノリシック集積化構造及びその製造方法 | |
| US6483862B1 (en) | System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector using a native oxide semiconductor layer | |
| US6936486B2 (en) | Low voltage multi-junction vertical cavity surface emitting laser | |
| US8309461B2 (en) | Double-sided monolithically integrated optoelectronic module with temperature compensation | |
| KR101170178B1 (ko) | 레이저 및 검출기 장치 | |
| JP3016302B2 (ja) | ｐｎｐｎ半導体素子とその駆動回路 | |
| US7221693B2 (en) | Surface-emitting type semiconductor laser, optical module, and optical transmission device | |
| JP2010010713A (ja) | 端面劣化低減構造を備えたｉｉ−ｖｉレーザダイオード | |
| EP0583128B1 (en) | Semiconductor laser with integrated phototransistor for dynamic power stabilization | |
| JPH0645633A (ja) | 半導体光スイッチとその駆動方法 | |
| JPH05283809A (ja) | 熱クロストークを減じた被変調固体レーザアレイを動作させる改良型アレイ及び方法 | |
| JP2000114659A (ja) | 発光素子の光出力を測定するシステム、及びそれに使用される回路 | |
| EP1003255B1 (en) | System for the monolithic integration of a light emitting device and a heterojunction phototransistor for low bias voltage operation | |
| JP2008187108A (ja) | 光素子およびその製造方法 | |
| US12007504B2 (en) | 3D and LiDAR sensing modules | |
| US20200278426A1 (en) | 3D and LiDAR Sensing Modules | |
| JP3228384B2 (ja) | 光スイッチアレイ | |
| EP0164604B1 (en) | Integrated light emitting/receiving amplifier element | |
| JP3846596B2 (ja) | 面発光型半導体レーザ、光モジュール、ならびに光伝達装置 | |
| JPH0661526A (ja) | 半導体発光素子の出力制御方法と集積型半導体発光素子 | |
| JPS62503139A (ja) | 半導体デバイス | |
| JP2005223061A (ja) | 光素子およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060413 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060929 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060929 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20070320 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070608 |