JP2000183444A - 発光デバイス及び光検出器のモノリシック集積化システム及びその製造方法 - Google Patents
発光デバイス及び光検出器のモノリシック集積化システム及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低バイアス電圧を用いて動作して発光デバイス
と光検出器とを分離し、光検出器によって検出される自
然放出光の量を最小限に抑える発光デバイスと光検出器
のモノリシック集積化の構成及びその製造方法を提供す
ること。 【解決手段】レーザの出力を測定するためのシステムで
あって、ＶＣＳＥＬ等のレーザ（１２０）とフォトダイ
オード等の光検出器（１１０）とが集積化されて構成さ
れる。レーザ（１２０）の屈折率構造及び光検出器（１
１０）の屈折率構造の両方が有する屈折率よりも小さい
屈折率を備えた連続絶縁層（１１５）が含まれ、これに
よって光学的特性を劣化させることなく電気的分離が実
現される。連続絶縁層（１１５）は自然酸化膜によって
形成される。
と光検出器とを分離し、光検出器によって検出される自
然放出光の量を最小限に抑える発光デバイスと光検出器
のモノリシック集積化の構成及びその製造方法を提供す
ること。 【解決手段】レーザの出力を測定するためのシステムで
あって、ＶＣＳＥＬ等のレーザ（１２０）とフォトダイ
オード等の光検出器（１１０）とが集積化されて構成さ
れる。レーザ（１２０）の屈折率構造及び光検出器（１
１０）の屈折率構造の両方が有する屈折率よりも小さい
屈折率を備えた連続絶縁層（１１５）が含まれ、これに
よって光学的特性を劣化させることなく電気的分離が実
現される。連続絶縁層（１１５）は自然酸化膜によって
形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に発光デバイ
スに関するものであり、とりわけ低自然放出光の捕捉と
低バイアス電圧動作を実現するため、発光デバイスと光
検出器をモノリシック集積化するシステム及びその製造
方法に関するものである。
スに関するものであり、とりわけ低自然放出光の捕捉と
低バイアス電圧動作を実現するため、発光デバイスと光
検出器をモノリシック集積化するシステム及びその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般
に、半導体レーザは、とりわけ、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・システムを含む多様な用途に用いら
れる。レーザは、指向性のある伝送が可能な光を発生す
る。レーザの多様な用途、とりわけ、多様なＶＣＳＥＬ
用途においては、レーザ出力パワーを正確に制御するこ
とが必要になる。半導体レーザの出力パワーは、主とし
てバイアス電圧によって決まる。しかし、それは、デバ
イスの周囲温度及びエージングによって大きく変化す
る。このため、出力パワーの制御は、レーザ出力をモニ
タし、レーザ電流を調整して、指定のレーザ出力パワー
を維持することによって実現される。光測定は、一般
に、半導体光検出器を用いて実施されるが、フィードバ
ック・ループは、外部電子回路を利用して実施される。
こうしたレーザ・光検出器集積化システムの実施例は数
多くあり、用途及び性能が異なっている。
に、半導体レーザは、とりわけ、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・システムを含む多様な用途に用いら
れる。レーザは、指向性のある伝送が可能な光を発生す
る。レーザの多様な用途、とりわけ、多様なＶＣＳＥＬ
用途においては、レーザ出力パワーを正確に制御するこ
とが必要になる。半導体レーザの出力パワーは、主とし
てバイアス電圧によって決まる。しかし、それは、デバ
イスの周囲温度及びエージングによって大きく変化す
る。このため、出力パワーの制御は、レーザ出力をモニ
タし、レーザ電流を調整して、指定のレーザ出力パワー
を維持することによって実現される。光測定は、一般
に、半導体光検出器を用いて実施されるが、フィードバ
ック・ループは、外部電子回路を利用して実施される。
こうしたレーザ・光検出器集積化システムの実施例は数
多くあり、用途及び性能が異なっている。
【０００３】レーザ・光検出器集積化システムの２つの
主たる設計問題は、デバイスのコストと、特定の用途に
必要な性能を発揮する能力である。コストの観点から望
ましいのは、同じか又は同様の製造技術を利用して、同
じチップ上にレーザと光検出器とを製造することであ
る。これは、レーザと光検出器とのモノリシック集積化
によって実現する。モノリシック集積化は、個々のレー
ザと光検出素子が、ウェーハ・レベルでいっしょに完成
されることを表している。性能の観点から、いくつかの
所望の品質が存在する。
主たる設計問題は、デバイスのコストと、特定の用途に
必要な性能を発揮する能力である。コストの観点から望
ましいのは、同じか又は同様の製造技術を利用して、同
じチップ上にレーザと光検出器とを製造することであ
る。これは、レーザと光検出器とのモノリシック集積化
によって実現する。モノリシック集積化は、個々のレー
ザと光検出素子が、ウェーハ・レベルでいっしょに完成
されることを表している。性能の観点から、いくつかの
所望の品質が存在する。
【０００４】効率の良いレーザ出力パワーの調整にとっ
て重要な問題は、検出器の電流とレーザの指向性出力パ
ワーとの間のトラッキングである。指向性レーザによっ
て発生した検出器電流の一部と自然放出によって発生し
た検出器電流の一部との区別をつける方法がない。外部
フィードバック回路は、指向性レーザ出力パワーに関す
る情報を必要とするので、自然放出によって発生する検
出器電流の一部は、エラー源となる可能性がある。この
エラーは、検出器が捕捉する自然放出光を最小限に抑え
ることによって最小限にとどめることが可能になる。更
に、外部フィードバック・ループの効率の良い動作のた
めには、指向性レーザ出力パワーと光検出器電流との間
のトラッキングは、安定し、且つ反復可能であることが
望ましい。
て重要な問題は、検出器の電流とレーザの指向性出力パ
ワーとの間のトラッキングである。指向性レーザによっ
て発生した検出器電流の一部と自然放出によって発生し
た検出器電流の一部との区別をつける方法がない。外部
フィードバック回路は、指向性レーザ出力パワーに関す
る情報を必要とするので、自然放出によって発生する検
出器電流の一部は、エラー源となる可能性がある。この
エラーは、検出器が捕捉する自然放出光を最小限に抑え
ることによって最小限にとどめることが可能になる。更
に、外部フィードバック・ループの効率の良い動作のた
めには、指向性レーザ出力パワーと光検出器電流との間
のトラッキングは、安定し、且つ反復可能であることが
望ましい。
【０００５】もう１つの重要な問題は、光検出器とレー
ザの間における電気的相互作用である。光検出器の存在
及びそのバイアスがレーザの働き、とりわけ変調特性に
及ぼす影響はごくわずかであることが望ましい。レーザ
変調及びバイアスが光検出器の働きに及ぼす影響も、ご
くわずかであることが望ましい。このことは、レーザ及
び光検出器が、電気的に分離を施されていて、それらが
示す高周波クロストークがごくわずかであることが望ま
しいということを表している。
ザの間における電気的相互作用である。光検出器の存在
及びそのバイアスがレーザの働き、とりわけ変調特性に
及ぼす影響はごくわずかであることが望ましい。レーザ
変調及びバイアスが光検出器の働きに及ぼす影響も、ご
くわずかであることが望ましい。このことは、レーザ及
び光検出器が、電気的に分離を施されていて、それらが
示す高周波クロストークがごくわずかであることが望ま
しいということを表している。
【０００６】最後に、レーザ・光検出器集積化デバイス
を外部駆動回路に組み込むことも考慮すべきである。コ
ンピュータ通信用途において、コンピュータの電力消費
の節減が望ましいので、最低バイアス電圧は、次第に重
要性を増す問題である。今日のコンピュータ・アーキテ
クチャは、約３．１Ｖ（ボルト）を下限とする３．３Ｖ
電源を使用している。将来、及び、他の用途において、
電力消費が更に節減され、より低いバイアス電圧レベル
が必要とされることが予測される。
を外部駆動回路に組み込むことも考慮すべきである。コ
ンピュータ通信用途において、コンピュータの電力消費
の節減が望ましいので、最低バイアス電圧は、次第に重
要性を増す問題である。今日のコンピュータ・アーキテ
クチャは、約３．１Ｖ（ボルト）を下限とする３．３Ｖ
電源を使用している。将来、及び、他の用途において、
電力消費が更に節減され、より低いバイアス電圧レベル
が必要とされることが予測される。
【０００７】レーザ・光検出器集積化システムの望まし
い構成は、レーザ及び光検出器が、同じ電源によって個
別にバイアスを加えられる構成である。この結果を得る
ため、電源電圧は、光子エネルギーによって決まるレー
ザ動作電圧、及び、効率の良い性能のために必要な光検
出器逆バイアス電圧によって決まる光検出器動作電圧よ
り高くなければならない。光通信の場合、垂直共振器型
レーザ電圧は、約１乃至２ボルトの範囲であるが、典型
的な光検出器逆バイアス電圧は、０．５乃至１ボルトで
ある。他の用途の場合、これらの電圧は異なる可能性が
ある。
い構成は、レーザ及び光検出器が、同じ電源によって個
別にバイアスを加えられる構成である。この結果を得る
ため、電源電圧は、光子エネルギーによって決まるレー
ザ動作電圧、及び、効率の良い性能のために必要な光検
出器逆バイアス電圧によって決まる光検出器動作電圧よ
り高くなければならない。光通信の場合、垂直共振器型
レーザ電圧は、約１乃至２ボルトの範囲であるが、典型
的な光検出器逆バイアス電圧は、０．５乃至１ボルトで
ある。他の用途の場合、これらの電圧は異なる可能性が
ある。
【０００８】可能性のある最低電源電圧を利用するた
め、レーザ・光検出器集積化構成によって、同じ電源か
らレーザに順バイアスをかけ、光検出器に逆バイアスを
かけることが可能になる。これは、レーザ及び光検出器
に任意の極性のバイアスを個別にかけることが可能な４
端子デバイス構造を用いることによって、必ず実現する
ことが可能である。この構造が許せば、４つの端子のう
ちの２つを１つの電源に合わせて接続することによっ
て、同じ電源が、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を同時にかける３端子デバイスを形
成することも可能である。この望ましいバイアス方式を
可能にする３端子デバイスの実現は、製造及び構造上の
制限のため、常に可能であるとは限らない。
め、レーザ・光検出器集積化構成によって、同じ電源か
らレーザに順バイアスをかけ、光検出器に逆バイアスを
かけることが可能になる。これは、レーザ及び光検出器
に任意の極性のバイアスを個別にかけることが可能な４
端子デバイス構造を用いることによって、必ず実現する
ことが可能である。この構造が許せば、４つの端子のう
ちの２つを１つの電源に合わせて接続することによっ
て、同じ電源が、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を同時にかける３端子デバイスを形
成することも可能である。この望ましいバイアス方式を
可能にする３端子デバイスの実現は、製造及び構造上の
制限のため、常に可能であるとは限らない。
【０００９】従来、光検出器とレーザの集積化は、完成
度がさまざまであった。例えば、ある集積化方式では、
異なるチップ上に別個に製造された光検出器とレーザと
が利用される。２つのデバイス各々は、製造後のパッケ
ージング段階で集積化され、結果として、レーザと光検
出器間に任意の相対極性が得られる。この集積化方式
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、光検出器とレーザを集積
化する余分な処理工程のために、望ましくない製造コス
トの追加が生じる点である。更に、多くの場合、光検出
器電流とレーザ出力の間の関係は、レーザ出力ビームの
形状のため、安定性もないし、また、反復可能でもな
い。
度がさまざまであった。例えば、ある集積化方式では、
異なるチップ上に別個に製造された光検出器とレーザと
が利用される。２つのデバイス各々は、製造後のパッケ
ージング段階で集積化され、結果として、レーザと光検
出器間に任意の相対極性が得られる。この集積化方式
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、光検出器とレーザを集積
化する余分な処理工程のために、望ましくない製造コス
トの追加が生じる点である。更に、多くの場合、光検出
器電流とレーザ出力の間の関係は、レーザ出力ビームの
形状のため、安定性もないし、また、反復可能でもな
い。
【００１０】もう１つの方式には、結合が端部発光を利
用して実施され、結果として３端子及び４端子デバイス
の両方が得られる、光検出器とレーザのモノリシック集
積化が必要とされる。こうしたデバイスの主たる欠点
は、光検出器が指向性レーザ出力を検出せず、主とし
て、無指向性自然放出光を捕捉することである。
用して実施され、結果として３端子及び４端子デバイス
の両方が得られる、光検出器とレーザのモノリシック集
積化が必要とされる。こうしたデバイスの主たる欠点
は、光検出器が指向性レーザ出力を検出せず、主とし
て、無指向性自然放出光を捕捉することである。
【００１１】最後に、もう１つの方式では、結合が上部
（又は底部）発光を利用して実施され、結果として３端
子及び４端子デバイスの両方が得られる、レーザと光検
出器とのモノリシック集積化が必要とされる。
（又は底部）発光を利用して実施され、結果として３端
子及び４端子デバイスの両方が得られる、レーザと光検
出器とのモノリシック集積化が必要とされる。
【００１２】実施形態の全ては、結果として、レーザと
光検出器が共通ｎ側（陰極）又は共通ｐ側（陽極）を共
用し、動作のために比較的高いバイアス電圧を必要と
し、レーザと光検出器が電気的に結合される３端子デバ
イスと、光検出器がレーザからかなりの自然放出（Ｓ
Ｅ）部分を捕捉する４端子デバイスのいずれかを生じる
ことになる。従って、低バイアス電圧で動作することが
可能であり、レーザと光検出器の電気的分離を可能に
し、且つ光検出器によるレーザからの無指向性自然放出
光の捕捉を最小限にとどめる、レーザ・光検出器モノリ
シック集積化デバイスが所望される。
光検出器が共通ｎ側（陰極）又は共通ｐ側（陽極）を共
用し、動作のために比較的高いバイアス電圧を必要と
し、レーザと光検出器が電気的に結合される３端子デバ
イスと、光検出器がレーザからかなりの自然放出（Ｓ
Ｅ）部分を捕捉する４端子デバイスのいずれかを生じる
ことになる。従って、低バイアス電圧で動作することが
可能であり、レーザと光検出器の電気的分離を可能に
し、且つ光検出器によるレーザからの無指向性自然放出
光の捕捉を最小限にとどめる、レーザ・光検出器モノリ
シック集積化デバイスが所望される。
【００１３】図１（ａ）には、許容できないほど高レベ
ルの自然放出光を光検出器に到達させ、検出させること
を可能にする、３端子構成をなす従来技術によるレーザ
と光検出器の組み合わせが示されている。レーザと光検
出器の組み合わせ１１は、基本的に、共通陰極構成をな
すように、レーザ１３の上に配置された光検出器１２か
ら構成される。共通陰極構成は、半導体の伝導型が構造
内において２回変化するため、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。この構造は、２つのｐｎ接合を
備えることを特徴としている。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には、その底部にｐ型接触部層２１が堆積さ
せられるｐ型基板２２が含まれている。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
て隔てられたｎ型材料とｐ型材料を含む活性領域１４
が、ｐ型ミラー２３の上に成長させられる。活性領域１
４の上には、ｎ型ミラー２４が設けられ、その上に、ｎ
型接触部材料２６が成長させられている。
ルの自然放出光を光検出器に到達させ、検出させること
を可能にする、３端子構成をなす従来技術によるレーザ
と光検出器の組み合わせが示されている。レーザと光検
出器の組み合わせ１１は、基本的に、共通陰極構成をな
すように、レーザ１３の上に配置された光検出器１２か
ら構成される。共通陰極構成は、半導体の伝導型が構造
内において２回変化するため、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。この構造は、２つのｐｎ接合を
備えることを特徴としている。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には、その底部にｐ型接触部層２１が堆積さ
せられるｐ型基板２２が含まれている。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
て隔てられたｎ型材料とｐ型材料を含む活性領域１４
が、ｐ型ミラー２３の上に成長させられる。活性領域１
４の上には、ｎ型ミラー２４が設けられ、その上に、ｎ
型接触部材料２６が成長させられている。
【００１４】ｎ型ミラー２４のすぐ上には、光検出器１
２のｎ型層３１が設けられており、その上には、吸収層
１６及びｐ型層３２が成長させられている。層３２、１
６、及び、３１はＰＩＮ構造をなす光検出器を構成す
る。ｐ型材料３２の上には、ｐ型接触部層３３が設けら
れている。
２のｎ型層３１が設けられており、その上には、吸収層
１６及びｐ型層３２が成長させられている。層３２、１
６、及び、３１はＰＩＮ構造をなす光検出器を構成す
る。ｐ型材料３２の上には、ｐ型接触部層３３が設けら
れている。
【００１５】典型的なＶＣＳＥＬの場合、構造内に光パ
ワーに対する２つのコンポーネントが設けられている。
発振しきい値未満の場合、光出力は、バイアス電流と共
に増大する自然放出光から構成される。自然放出光は、
スペクトル的に広帯域であり、一般に無指向性である。
しきい値のバイアス電流及びしきい値を超えるバイアス
電流の場合、自然放出光の強度が飽和し、発振モードが
生じて、急速に光出力を支配する。発振モードの波長放
出スペクトル及び角度分布は、両方とも一般に、自然放
出光の場合よりはるかに狭い。自然放出光は、こうした
広い角度分布を示すので、その光の大部分は、上部半導
体層と空気の界面、又はデバイスの底部表面での半導体
層と空気との界面における屈折率の大きい不連続部で全
内反射されるため、デバイスから出射することはない。
ワーに対する２つのコンポーネントが設けられている。
発振しきい値未満の場合、光出力は、バイアス電流と共
に増大する自然放出光から構成される。自然放出光は、
スペクトル的に広帯域であり、一般に無指向性である。
しきい値のバイアス電流及びしきい値を超えるバイアス
電流の場合、自然放出光の強度が飽和し、発振モードが
生じて、急速に光出力を支配する。発振モードの波長放
出スペクトル及び角度分布は、両方とも一般に、自然放
出光の場合よりはるかに狭い。自然放出光は、こうした
広い角度分布を示すので、その光の大部分は、上部半導
体層と空気の界面、又はデバイスの底部表面での半導体
層と空気との界面における屈折率の大きい不連続部で全
内反射されるため、デバイスから出射することはない。
【００１６】入射角の大きい光は、光が入射する媒体、
即ちこの例では半導体の屈折率が、まわりの媒体、即ち
この例では空気よりも大きいので、全反射される。一
方、発振モードの光は、より指向性が強くせいぜい表面
の垂線に対して小さい角度をなす成分を備えるだけであ
り、従って、大部分が半導体と空気との界面を透過す
る。
即ちこの例では半導体の屈折率が、まわりの媒体、即ち
この例では空気よりも大きいので、全反射される。一
方、発振モードの光は、より指向性が強くせいぜい表面
の垂線に対して小さい角度をなす成分を備えるだけであ
り、従って、大部分が半導体と空気との界面を透過す
る。
【００１７】更に図１（ａ）を参照すると、集積化され
た光検出器１２は、レーザから大きい角度で入射する自
然放出光の全内反射を生じさせるであろう屈折率差の大
きい層が、ＶＣＳＥＬ１３と光検出器１２の間に存在し
ないので、角度の大きい自然放出光を捕捉することにな
る。このため、検出器は、指向性の発振モードの光を吸
収するだけでなく、無指向性自然放出光線のかなりの部
分を吸収する。
た光検出器１２は、レーザから大きい角度で入射する自
然放出光の全内反射を生じさせるであろう屈折率差の大
きい層が、ＶＣＳＥＬ１３と光検出器１２の間に存在し
ないので、角度の大きい自然放出光を捕捉することにな
る。このため、検出器は、指向性の発振モードの光を吸
収するだけでなく、無指向性自然放出光線のかなりの部
分を吸収する。
【００１８】図１（ｂ）は、ＶＣＳＥＬ光出力例、及び
図１（ａ）の従来技術による集積化レーザ・光検出器に
よるそれに関連したモニタ用光検出器電流の例のグラフ
表示である。グラフ４１の横軸は、レーザ駆動電流を表
し、縦軸はライン（実線）４４で表示されたＶＣＳＥＬ
光出力、及びライン（破線）４２で表示されたモニタ光
検出器電流出力を表している。明らかに、ライン４４の
部分４８によって例示された発振しきい値５１未満のＶ
ＣＳＥＬ指向性光出力は、極めて低い。この場合の指向
性レーザ出力は、光が、レーザ外部の検出器を利用し
て、光ファイバに結合されるか、又は、測定される場合
に測定されることになる光の強度である。
図１（ａ）の従来技術による集積化レーザ・光検出器に
よるそれに関連したモニタ用光検出器電流の例のグラフ
表示である。グラフ４１の横軸は、レーザ駆動電流を表
し、縦軸はライン（実線）４４で表示されたＶＣＳＥＬ
光出力、及びライン（破線）４２で表示されたモニタ光
検出器電流出力を表している。明らかに、ライン４４の
部分４８によって例示された発振しきい値５１未満のＶ
ＣＳＥＬ指向性光出力は、極めて低い。この場合の指向
性レーザ出力は、光が、レーザ外部の検出器を利用し
て、光ファイバに結合されるか、又は、測定される場合
に測定されることになる光の強度である。
【００１９】これに対して、レーザからの出力の検出表
示となるべきモニタ光検出器電流出力によって、発振し
きい値５１未満の捕捉自然放出光による有効応答が示さ
れる。これが、ライン４２の部分４７によって示されて
いる。測定されるモニタ・フォトダイオード電流は、レ
ーザ出力強度とは正確に一致しないので、この条件は極
めて望ましくない。集積化検出器、即ち検出器電流を測
定する外部フィードバック回路が、検出された光のどの
部分が自然放出光ではなく、指向性のレーザ出力に属す
ると考えられるかについて解決することは困難である。
従って、集積化モニタ用フォトダイオードによる高レベ
ルの自然放出光の捕捉によって、指向性レーザ出力パワ
ーを有効に調整する外部フィードバック回路の性能が劣
化する。目標とする指向性出力パワーの調整は、指向性
出力パワーと比較した場合に、自然放出光の捕捉がごく
わずかでない限り、有効に実施することができない。
示となるべきモニタ光検出器電流出力によって、発振し
きい値５１未満の捕捉自然放出光による有効応答が示さ
れる。これが、ライン４２の部分４７によって示されて
いる。測定されるモニタ・フォトダイオード電流は、レ
ーザ出力強度とは正確に一致しないので、この条件は極
めて望ましくない。集積化検出器、即ち検出器電流を測
定する外部フィードバック回路が、検出された光のどの
部分が自然放出光ではなく、指向性のレーザ出力に属す
ると考えられるかについて解決することは困難である。
従って、集積化モニタ用フォトダイオードによる高レベ
ルの自然放出光の捕捉によって、指向性レーザ出力パワ
ーを有効に調整する外部フィードバック回路の性能が劣
化する。目標とする指向性出力パワーの調整は、指向性
出力パワーと比較した場合に、自然放出光の捕捉がごく
わずかでない限り、有効に実施することができない。
【００２０】図１（ｃ）は、図１（ａ）の従来技術によ
る集積化レーザ・光検出器に関連した典型的な駆動回路
要素を表した概略図である。ドライバ６１は、ＮＰＮバ
イポーラ・トランジスタで表され、一方、光検出器（フ
ォトダイオード又はＰＤ）電流増幅器は、ＮＰＮバイポ
ーラ・トランジスタ６４及び６６を用いた、カレントミ
ラー回路６２として表されている。実際の回路は、一例
として本明細書に表示される基本的な要素に応じて異な
る可能性がある。集積化ＶＣＳＥＬ・光検出器デバイス
１１が、ＰＮＰ構造とも呼ばれる、共通陰極構造で示さ
れている。この構造には、いくつかの欠点がある。第１
に、典型的な動作電圧が、ＶL６７で表示のＶＣＳＥＬ
において２Ｖであり、ＶPD６８で表示の光検出器におい
て０．５Ｖであり、バイポーラ・トランジスタ６１にお
いて０．８Ｖである場合、最低電圧が３．１Ｖの電源を
用いるには、バイアスの余裕分が不十分になる。ＶＣＳ
ＥＬ及び光検出器を電気的に分離して、同じ電源でＶＣ
ＳＥＬに対する順バイアスと光検出器に対する逆バイア
スを同時にかけることができるようにすれば、この条件
を解決することが可能である。
る集積化レーザ・光検出器に関連した典型的な駆動回路
要素を表した概略図である。ドライバ６１は、ＮＰＮバ
イポーラ・トランジスタで表され、一方、光検出器（フ
ォトダイオード又はＰＤ）電流増幅器は、ＮＰＮバイポ
ーラ・トランジスタ６４及び６６を用いた、カレントミ
ラー回路６２として表されている。実際の回路は、一例
として本明細書に表示される基本的な要素に応じて異な
る可能性がある。集積化ＶＣＳＥＬ・光検出器デバイス
１１が、ＰＮＰ構造とも呼ばれる、共通陰極構造で示さ
れている。この構造には、いくつかの欠点がある。第１
に、典型的な動作電圧が、ＶL６７で表示のＶＣＳＥＬ
において２Ｖであり、ＶPD６８で表示の光検出器におい
て０．５Ｖであり、バイポーラ・トランジスタ６１にお
いて０．８Ｖである場合、最低電圧が３．１Ｖの電源を
用いるには、バイアスの余裕分が不十分になる。ＶＣＳ
ＥＬ及び光検出器を電気的に分離して、同じ電源でＶＣ
ＳＥＬに対する順バイアスと光検出器に対する逆バイア
スを同時にかけることができるようにすれば、この条件
を解決することが可能である。
【００２１】第２に、この構造において、ＶＣＳＥＬの
変調及びバイアスは、ＶＣＳＥＬと光検出器の間の端子
６９から提供されなければならない。端子６９は、トラ
ンジスタ６１のコレクタが接続される端子である。この
構成は、光検出器の寄生キャパシタンスによって、ＶＣ
ＳＥＬドライバ６１に負荷が加えられ、ＶＣＳＥＬの動
作点を調整すると、誤って光検出器の動作点を変化させ
る場合もあることを表している。従って、同じ電源を用
いて、レーザに対する順バイアスと光検出器に対する逆
バイアスを同時に施す共通陰極又は共通陽極構成によっ
て、ＶＣＳＥＬと光検出器との電気的分離が阻止され
る。
変調及びバイアスは、ＶＣＳＥＬと光検出器の間の端子
６９から提供されなければならない。端子６９は、トラ
ンジスタ６１のコレクタが接続される端子である。この
構成は、光検出器の寄生キャパシタンスによって、ＶＣ
ＳＥＬドライバ６１に負荷が加えられ、ＶＣＳＥＬの動
作点を調整すると、誤って光検出器の動作点を変化させ
る場合もあることを表している。従って、同じ電源を用
いて、レーザに対する順バイアスと光検出器に対する逆
バイアスを同時に施す共通陰極又は共通陽極構成によっ
て、ＶＣＳＥＬと光検出器との電気的分離が阻止され
る。
【００２２】従って、当業界で必要とされるように、本
発明の目的は、低バイアス電圧を用いて動作して発光デ
バイスと光検出器とを分離し、光検出器によって検出さ
れる自然放出光の量を最小限に抑える、発光デバイスと
光検出器のモノリシック集積化の構成及びその製造方法
を提供することにある。
発明の目的は、低バイアス電圧を用いて動作して発光デ
バイスと光検出器とを分離し、光検出器によって検出さ
れる自然放出光の量を最小限に抑える、発光デバイスと
光検出器のモノリシック集積化の構成及びその製造方法
を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、これま
でに実現可能であった値より低い動作バイアス電圧を可
能にし、発光デバイスと光検出器とを電気的に分離し、
光検出器によって検出される自然放出光の量を最小限に
抑える、モノリシック集積化構造をなす発光デバイス及
び光検出器が得られる。次の特定の適用例に制限される
わけではないが、本発明のシステム及び製造方法は、レ
ーザから光検出器への無指向性自然放出光の伝達を最小
限に抑える、新規の構成による光検出器と垂直共振器型
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のモノリシック集積化にと
りわけ適したものである。自然酸化物半導体層を用いた
発光デバイスと光検出器とをモノリシックに集積化する
ためのシステム及び方法は、エピタキシャル成長させ
た、それぞれに異なる電気特性を備える様々な半導体材
料を用いて実施することが可能である。例えば、望まし
いいくつかの他の実施形態において後述することになる
材料層は、本発明の概念を逸脱することなく、ｎ型とｐ
型のいずれかとすることが可能である。
でに実現可能であった値より低い動作バイアス電圧を可
能にし、発光デバイスと光検出器とを電気的に分離し、
光検出器によって検出される自然放出光の量を最小限に
抑える、モノリシック集積化構造をなす発光デバイス及
び光検出器が得られる。次の特定の適用例に制限される
わけではないが、本発明のシステム及び製造方法は、レ
ーザから光検出器への無指向性自然放出光の伝達を最小
限に抑える、新規の構成による光検出器と垂直共振器型
面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のモノリシック集積化にと
りわけ適したものである。自然酸化物半導体層を用いた
発光デバイスと光検出器とをモノリシックに集積化する
ためのシステム及び方法は、エピタキシャル成長させ
た、それぞれに異なる電気特性を備える様々な半導体材
料を用いて実施することが可能である。例えば、望まし
いいくつかの他の実施形態において後述することになる
材料層は、本発明の概念を逸脱することなく、ｎ型とｐ
型のいずれかとすることが可能である。
【００２４】アーキテクチャ又は基本構成において、本
発明は、光検出器屈折率構造を備える光検出器に光学的
に結合された発光デバイス屈折率を備える発光デバイス
を含む、発光デバイスの出力を測定するためのシステム
として概念化することができる。更に、発光デバイス屈
折率構造及び光検出器屈折率構造の両方より低い屈折率
を備える連続絶縁層が、発光デバイス及び光検出器に接
触している。
発明は、光検出器屈折率構造を備える光検出器に光学的
に結合された発光デバイス屈折率を備える発光デバイス
を含む、発光デバイスの出力を測定するためのシステム
として概念化することができる。更に、発光デバイス屈
折率構造及び光検出器屈折率構造の両方より低い屈折率
を備える連続絶縁層が、発光デバイス及び光検出器に接
触している。
【００２５】モノリシックに集積化された発光デバイス
及び光検出器の他の実施形態では、この構造にショット
キー光検出器が組み込まれる。
及び光検出器の他の実施形態では、この構造にショット
キー光検出器が組み込まれる。
【００２６】モノリシックに集積化された発光デバイス
及び光検出器の更に他の１つの実施態様では、この構造
に金属／半導体／金属ショットキー光検出器が組み込ま
れる。
及び光検出器の更に他の１つの実施態様では、この構造
に金属／半導体／金属ショットキー光検出器が組み込ま
れる。
【００２７】モノリシックに集積化された発光デバイス
及び光検出器の更に他の１つの実施形態では、光検出器
及び連続絶縁層が発光デバイスのミラーの一方の内部に
形成される。
及び光検出器の更に他の１つの実施形態では、光検出器
及び連続絶縁層が発光デバイスのミラーの一方の内部に
形成される。
【００２８】本発明は、下記の工程を含む、モノリシッ
クに集積化された発光デバイス及び光検出器を構成する
ための方法を提供するものとして概念化することも可能
である。
クに集積化された発光デバイス及び光検出器を構成する
ための方法を提供するものとして概念化することも可能
である。
【００２９】発光デバイス屈折率構造を備える発光デバ
イスが形成される。光検出器屈折率構造を備える光検出
器が、発光デバイスと集積化される。発光デバイス屈折
率構造及び光検出器屈折率構造の両方より低い屈折率を
備えた連続絶縁層が、発光デバイスと光検出器の接合部
に配置される。
イスが形成される。光検出器屈折率構造を備える光検出
器が、発光デバイスと集積化される。発光デバイス屈折
率構造及び光検出器屈折率構造の両方より低い屈折率を
備えた連続絶縁層が、発光デバイスと光検出器の接合部
に配置される。
【００３０】本発明には多くの利点があり、次に、単な
る例示として、そのいくつかについて述べることにす
る。
る例示として、そのいくつかについて述べることにす
る。
【００３１】本発明の利点は、光検出器による発光デバ
イスからの指向性光出力のトラッキングが可能になり、
同時に、発光デバイスからの指向性自然放出光の捕捉が
最小限に抑えられるということである。
イスからの指向性光出力のトラッキングが可能になり、
同時に、発光デバイスからの指向性自然放出光の捕捉が
最小限に抑えられるということである。
【００３２】本発明のもう１つの利点は、光検出器及び
発光デバイスが、電気的に分離され、その結果発光デバ
イスと光検出器に個別にバイアスをかけることが可能に
なり、光検出器の寄生キャパシタンスによる発光デバイ
ス駆動回路に対する不必要な負荷が排除されるというこ
とである。
発光デバイスが、電気的に分離され、その結果発光デバ
イスと光検出器に個別にバイアスをかけることが可能に
なり、光検出器の寄生キャパシタンスによる発光デバイ
ス駆動回路に対する不必要な負荷が排除されるというこ
とである。
【００３３】本発明のもう１つの利点は、簡単な方法
で、各検出器及び発光デバイスに個別にバイアスをかけ
ることが可能なデバイス・アレイをなす、単純な集積化
に好適であるということである。
で、各検出器及び発光デバイスに個別にバイアスをかけ
ることが可能なデバイス・アレイをなす、単純な集積化
に好適であるということである。
【００３４】本発明のもう１つの利点は、設計が単純で
あり、市販品の生産のため大規模に実施されるというこ
とである。
あり、市販品の生産のため大規模に実施されるというこ
とである。
【００３５】本発明の他の特徴及び利点については、当
該技術者であれば、下記の図面及び詳細な説明を検討す
ることによって明らかになるであろう。これらの追加の
特徴及び利点は、本発明の範囲内に含まれるものとす
る。
該技術者であれば、下記の図面及び詳細な説明を検討す
ることによって明らかになるであろう。これらの追加の
特徴及び利点は、本発明の範囲内に含まれるものとす
る。
【００３６】請求項に記載された本発明は、下記の図面
を参照すればより深く理解できよう。図面内の構成部品
は必ずしも相対的に正しいサイズで表わされていないが
本発明の原理について明確に示すことを重視したもので
ある。
を参照すればより深く理解できよう。図面内の構成部品
は必ずしも相対的に正しいサイズで表わされていないが
本発明の原理について明確に示すことを重視したもので
ある。
【００３７】
【発明の実施の形態】本発明は、一般に、様々な電気的
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
料を用いて実施することが可能である。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層（Ｖ
ＣＳＥＬ）に関連して解説されるが、本発明はそれに制
限されるものではなく、例えば発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）といった他の発光素子構造にも適用可能である。ま
た、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。
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
料を用いて実施することが可能である。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層（Ｖ
ＣＳＥＬ）に関連して解説されるが、本発明はそれに制
限されるものではなく、例えば発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）といった他の発光素子構造にも適用可能である。ま
た、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。
【００３８】次に図２（ａ）を参照すると、本発明に従
って構成されたレーザ・光検出器アセンブリ１００の断
面図が示されている。この第１の好適実施形態の場合、
光検出器１１０は、ＶＣＳＥＬ１２０の上にある。
って構成されたレーザ・光検出器アセンブリ１００の断
面図が示されている。この第１の好適実施形態の場合、
光検出器１１０は、ＶＣＳＥＬ１２０の上にある。
【００３９】レーザ構造１２０の基礎が、ｎ型基板層１
０２によって形成され、その底部にｎ型接触部層１０１
が堆積させられる。基板層１０２上に、ｎ型の底部ミラ
ー１０４が成長させられ、その上に活性領域１０６が成
長させられる。留意すべきは、図中にはミラー層は単一
層として例示されているが、本明細書において言及され
るミラー層は、一般には複数層から構成され、「分布反
射器(Distributed Bragg Reflector)」又は単に「ミラ
ー」とも呼ばれるという点である。
０２によって形成され、その底部にｎ型接触部層１０１
が堆積させられる。基板層１０２上に、ｎ型の底部ミラ
ー１０４が成長させられ、その上に活性領域１０６が成
長させられる。留意すべきは、図中にはミラー層は単一
層として例示されているが、本明細書において言及され
るミラー層は、一般には複数層から構成され、「分布反
射器(Distributed Bragg Reflector)」又は単に「ミラ
ー」とも呼ばれるという点である。
【００４０】活性領域１０６には、光増幅媒体を包囲す
るｎ型材料とｐ型材料が含まれている。ｐｎ接合は、異
なる半導体伝導型の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が少ない層又はアンド
ープ層、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
における中間層の機能は、接合を横切る光を発生し、増
幅することにある。
るｎ型材料とｐ型材料が含まれている。ｐｎ接合は、異
なる半導体伝導型の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が少ない層又はアンド
ープ層、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
における中間層の機能は、接合を横切る光を発生し、増
幅することにある。
【００４１】活性領域１０６上には、ｐ型上部ミラー１
０８及びｐ型接触部材料１０７が成長させられる。ｐ型
上部ミラー１０８上には、アルミニウム・ガリウム砒素
（ＡｌＧａＡｓ）１１５の側方層が成長させられる。層
１１５を構成するＡｌＧａＡｓ合金は、ガリウムの含有
量が極めて少ない（数パーセント）か、全く含まれてい
ない。この型のアルミニウムを多く含む層は、摂氏４０
０乃至６００度の範囲の高温の蒸気にさらすことによっ
て、酸化させることが可能である。エピタキシャル成長
ＡｌＧａＡｓ層１１５は、当該技術者には既知のよう
に、蒸気中における酸化によってアルミニウム・ガリウ
ム酸化物を含む絶縁酸化物層１１５に変換される。まず
第１にこの合金のガリウム含有量はわずかであるため、
生成される酸化物は、アルミニウム酸化物と呼ばれ、Ａ
ｌＯｘで表示されるが、ここで、酸化物成分ｘ及びその
ストイキオメトリ（化学量論組成）が、酸化プロセス及
び開始合金組成によって決まる。ＡｌＧａＡｓ層１１５
をエピタキシャル成長させ、次に、層を酸化物層ＡｌＯ
ｘに変換することによって、レーザ１２０、光検出器１
１０、及びＡｌＧａＡｓ層１１５を含むデバイス構造全
体を単一エピタキシャル工程で成長させることが可能に
なり、その後、ＡｌＧａＡｓ層１１５は、ＡｌＯｘ層に
変換される。絶縁層を成長させ、それを絶縁酸化物層に
変換するこのプロセスによって、「自然」酸化物層とい
う用語が生じる。この絶縁酸化物層は、他の何らかの手
段によって堆積させられるのではなく、母体半導体の酸
化によって生成されるので、自然と称される。
０８及びｐ型接触部材料１０７が成長させられる。ｐ型
上部ミラー１０８上には、アルミニウム・ガリウム砒素
（ＡｌＧａＡｓ）１１５の側方層が成長させられる。層
１１５を構成するＡｌＧａＡｓ合金は、ガリウムの含有
量が極めて少ない（数パーセント）か、全く含まれてい
ない。この型のアルミニウムを多く含む層は、摂氏４０
０乃至６００度の範囲の高温の蒸気にさらすことによっ
て、酸化させることが可能である。エピタキシャル成長
ＡｌＧａＡｓ層１１５は、当該技術者には既知のよう
に、蒸気中における酸化によってアルミニウム・ガリウ
ム酸化物を含む絶縁酸化物層１１５に変換される。まず
第１にこの合金のガリウム含有量はわずかであるため、
生成される酸化物は、アルミニウム酸化物と呼ばれ、Ａ
ｌＯｘで表示されるが、ここで、酸化物成分ｘ及びその
ストイキオメトリ（化学量論組成）が、酸化プロセス及
び開始合金組成によって決まる。ＡｌＧａＡｓ層１１５
をエピタキシャル成長させ、次に、層を酸化物層ＡｌＯ
ｘに変換することによって、レーザ１２０、光検出器１
１０、及びＡｌＧａＡｓ層１１５を含むデバイス構造全
体を単一エピタキシャル工程で成長させることが可能に
なり、その後、ＡｌＧａＡｓ層１１５は、ＡｌＯｘ層に
変換される。絶縁層を成長させ、それを絶縁酸化物層に
変換するこのプロセスによって、「自然」酸化物層とい
う用語が生じる。この絶縁酸化物層は、他の何らかの手
段によって堆積させられるのではなく、母体半導体の酸
化によって生成されるので、自然と称される。
【００４２】ＡｌＯｘ層は、屈折率がまわりの半導体よ
り低い誘電体材料である。ＡｌＯｘ層の屈折率は、略
１．６であり、一方、半導体材料の屈折率範囲は、一般
に２．９乃至３．５である。理解しておくべきは、レー
ザ及び光検出器屈折率が、デバイスを構成する半導体材
料の屈折率を表しており、一般に平均値であるという点
である。絶縁層であり、屈折率がレーザ１１０及び光検
出器１２０の屈折率より低いＡｌＯｘ層は、２つの目的
に役立つ。まず、ＡｌＯｘ層は、光検出器１１０をレー
ザ１２０から電気的に絶縁するので、結果として、レー
ザ及び光検出器に対する個別バイアスを可能にする４端
子デバイスが得られる。第２に、絶縁層１１５の屈折率
が低いので、結果として、その下にあるレーザ１２０か
らの自然放出光の大部分が全内反射されることになる。
この構成によって、光検出器１１０に到達する光が、主
として所望の発振モードに制限される。
り低い誘電体材料である。ＡｌＯｘ層の屈折率は、略
１．６であり、一方、半導体材料の屈折率範囲は、一般
に２．９乃至３．５である。理解しておくべきは、レー
ザ及び光検出器屈折率が、デバイスを構成する半導体材
料の屈折率を表しており、一般に平均値であるという点
である。絶縁層であり、屈折率がレーザ１１０及び光検
出器１２０の屈折率より低いＡｌＯｘ層は、２つの目的
に役立つ。まず、ＡｌＯｘ層は、光検出器１１０をレー
ザ１２０から電気的に絶縁するので、結果として、レー
ザ及び光検出器に対する個別バイアスを可能にする４端
子デバイスが得られる。第２に、絶縁層１１５の屈折率
が低いので、結果として、その下にあるレーザ１２０か
らの自然放出光の大部分が全内反射されることになる。
この構成によって、光検出器１１０に到達する光が、主
として所望の発振モードに制限される。
【００４３】絶縁酸化物層１１５の上には、光検出器１
１０のｎ型底部透明材料層１１１が成長させられる。ｎ
型底部透明層１１１、吸収層１１２、及び底部吸収層１
１２の上に成長させられたｐ型上部透明層１１４によっ
て、もう１つのＰＩＮ型のｐｎ接合が形成される。ｐ型
上部層１１４の上には、ほぼ図示の通りに、ｐ型接触部
材料層１１６が堆積させられ、ｎ型底部透明層１１１の
上には、ｎ型接触部材料層１１７が成長させられる。Ｐ
ＩＮ接合型は、任意の数のドープ量の少ない層又はアン
ドープ層、或いはｐ型層とｎ型層の間に位置する量子井
戸又はバルク半導体層を形成する任意の数の異なる材料
によって特性が決まる。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。
１０のｎ型底部透明材料層１１１が成長させられる。ｎ
型底部透明層１１１、吸収層１１２、及び底部吸収層１
１２の上に成長させられたｐ型上部透明層１１４によっ
て、もう１つのＰＩＮ型のｐｎ接合が形成される。ｐ型
上部層１１４の上には、ほぼ図示の通りに、ｐ型接触部
材料層１１６が堆積させられ、ｎ型底部透明層１１１の
上には、ｎ型接触部材料層１１７が成長させられる。Ｐ
ＩＮ接合型は、任意の数のドープ量の少ない層又はアン
ドープ層、或いはｐ型層とｎ型層の間に位置する量子井
戸又はバルク半導体層を形成する任意の数の異なる材料
によって特性が決まる。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。
【００４４】絶縁酸化物層１１５の厚さを決める３つの
重要な考慮事項がある。第１に、絶縁酸化物層１１５
は、該層を介した角度の大きい自然放出光線の結合を阻
止するのに十分な厚さを備えているべきである。この状
態は、漏れ全内反射として知られ、一般に、絶縁酸化物
層１１５が、少なくとも１０００オングストロームの厚
さであることを必要とする。第２に、絶縁酸化物層を利
用して、レーザ・モードの反射を最大又は最小にするの
が望ましい場合もある。これは、絶縁酸化物層の厚さを
レーザ発光波長の１／４又は１／２に等しくすることに
よって実現可能である。例えば、８５０ｎｍ（ナノメー
トル）の発光波長の場合、屈折率を１．６と仮定する
と、必要とされる絶縁酸化物層の厚さは、それぞれ、約
１３００オングストローム又は２６００オングストロー
ムになる。最後に、絶縁酸化物層の厚さは、フォトダイ
オードの領域と共に、デバイス間の容量結合を決定す
る。例えば、直径が２０μｍ（ミクロン）で、厚さが１
０００AのＡｌＯｘ層を備えた検出器の場合、寄生キャ
パシタンスは、０．０７ｐF（ピコファラッド）の範囲
内になる。
重要な考慮事項がある。第１に、絶縁酸化物層１１５
は、該層を介した角度の大きい自然放出光線の結合を阻
止するのに十分な厚さを備えているべきである。この状
態は、漏れ全内反射として知られ、一般に、絶縁酸化物
層１１５が、少なくとも１０００オングストロームの厚
さであることを必要とする。第２に、絶縁酸化物層を利
用して、レーザ・モードの反射を最大又は最小にするの
が望ましい場合もある。これは、絶縁酸化物層の厚さを
レーザ発光波長の１／４又は１／２に等しくすることに
よって実現可能である。例えば、８５０ｎｍ（ナノメー
トル）の発光波長の場合、屈折率を１．６と仮定する
と、必要とされる絶縁酸化物層の厚さは、それぞれ、約
１３００オングストローム又は２６００オングストロー
ムになる。最後に、絶縁酸化物層の厚さは、フォトダイ
オードの領域と共に、デバイス間の容量結合を決定す
る。例えば、直径が２０μｍ（ミクロン）で、厚さが１
０００AのＡｌＯｘ層を備えた検出器の場合、寄生キャ
パシタンスは、０．０７ｐF（ピコファラッド）の範囲
内になる。
【００４５】レーザ・光検出器アセンブリ１００の上に
示す矢印は、この好適実施態様の光出力を表している。
留意すべきは、材料層を逆にする（即ち、全てのｎ型層
をｐ型層に置き換え、全てのｐ型層をｎ型層に置き換え
る）ことができるという点である。光検出器の透明層
は、部分的に吸収している可能性がある。更に、本発明
の概念を逸脱することなく、用途に従って、上部透明層
と底部透明層の半導体の伝導型を逆のものに交換し、ｐ
型底部透明層とｎ型上部透明層が得られるようにするこ
とも可能である。
示す矢印は、この好適実施態様の光出力を表している。
留意すべきは、材料層を逆にする（即ち、全てのｎ型層
をｐ型層に置き換え、全てのｐ型層をｎ型層に置き換え
る）ことができるという点である。光検出器の透明層
は、部分的に吸収している可能性がある。更に、本発明
の概念を逸脱することなく、用途に従って、上部透明層
と底部透明層の半導体の伝導型を逆のものに交換し、ｐ
型底部透明層とｎ型上部透明層が得られるようにするこ
とも可能である。
【００４６】レーザの上部と底部のどちらからでも出力
光を取り出すことができるので、本発明の概念を逸脱す
ることなく、検出器をレーザのどちらの側にでも配置す
ることが可能である。検出器がレーザ出力ビームの経路
内に配置される場合、吸収層１１２は、レーザ出力パワ
ーの一部だけしか吸収しないように設計することが可能
であり、光の残りの部分はデバイスから放出される。一
方、検出器が、レーザ出力ミラーの反対側に配置される
場合、検出器吸収層は、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、当該技術者には明らかなように、光
が取り出される又は吸収される光検出器及びミラーの位
置は、本発明の概念を逸脱することなく、任意に変更す
ることが可能である。
光を取り出すことができるので、本発明の概念を逸脱す
ることなく、検出器をレーザのどちらの側にでも配置す
ることが可能である。検出器がレーザ出力ビームの経路
内に配置される場合、吸収層１１２は、レーザ出力パワ
ーの一部だけしか吸収しないように設計することが可能
であり、光の残りの部分はデバイスから放出される。一
方、検出器が、レーザ出力ミラーの反対側に配置される
場合、検出器吸収層は、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、当該技術者には明らかなように、光
が取り出される又は吸収される光検出器及びミラーの位
置は、本発明の概念を逸脱することなく、任意に変更す
ることが可能である。
【００４７】図２（ｂ）は、図２（ａ）の集積化レーザ
・光検出器の等価回路図を示す概略図である。ＶLで表
示のレーザ１７１及びＶPDで表示の光検出器１７２の可
能性のある４つの極性配向が例示されている。レーザ１
７１と光検出器１７２の間にあるコンデンサ１７４は、
図２（ａ）の絶縁自然酸化物層１１５から生じたもので
あり、図２（ａ）のレーザ１２０と図２（ａ）の光検出
器１１０を電気的に分離する。回路バリエーションの全
てにおける底部端子は、図２（ａ）の基板接触部１０１
を介した図２（ａ）のＶＣＳＥＬ底部ミラー１０４に対
する接触部に相当する。上部ＶＣＳＥＬ端子（図２
（ａ）の１０７）、ＰＤ端子の底部透明層（図２（ａ）
の１１７）、及び、ＰＤ端子の上部透明層（図２（ａ）
の１１６）は、図２（ａ）のデバイス１００の表面端子
である。当然明らかなように、４端子のレーザ・光検出
器モノリシック集積化デバイス１００を利用して、可能
性のある任意のバイアス組み合わせを実現することが可
能である。更に、３つの頂部表面端子１０７、１１６、
１１７のうち任意の２つを電源又はアースにいっしょに
接続することが可能である。任意の表面端子間の接続
は、デバイスにおけるメタライゼーション・トレースを
利用して実現することが可能である。こうして、数ある
特徴の中でも、ＶＣＳＥＬに対する順バイアスと光検出
器（PD）に対する逆バイアスを可能にする、モノリシッ
ク集積化３端子デバイスを生成することが可能になる。
・光検出器の等価回路図を示す概略図である。ＶLで表
示のレーザ１７１及びＶPDで表示の光検出器１７２の可
能性のある４つの極性配向が例示されている。レーザ１
７１と光検出器１７２の間にあるコンデンサ１７４は、
図２（ａ）の絶縁自然酸化物層１１５から生じたもので
あり、図２（ａ）のレーザ１２０と図２（ａ）の光検出
器１１０を電気的に分離する。回路バリエーションの全
てにおける底部端子は、図２（ａ）の基板接触部１０１
を介した図２（ａ）のＶＣＳＥＬ底部ミラー１０４に対
する接触部に相当する。上部ＶＣＳＥＬ端子（図２
（ａ）の１０７）、ＰＤ端子の底部透明層（図２（ａ）
の１１７）、及び、ＰＤ端子の上部透明層（図２（ａ）
の１１６）は、図２（ａ）のデバイス１００の表面端子
である。当然明らかなように、４端子のレーザ・光検出
器モノリシック集積化デバイス１００を利用して、可能
性のある任意のバイアス組み合わせを実現することが可
能である。更に、３つの頂部表面端子１０７、１１６、
１１７のうち任意の２つを電源又はアースにいっしょに
接続することが可能である。任意の表面端子間の接続
は、デバイスにおけるメタライゼーション・トレースを
利用して実現することが可能である。こうして、数ある
特徴の中でも、ＶＣＳＥＬに対する順バイアスと光検出
器（PD）に対する逆バイアスを可能にする、モノリシッ
ク集積化３端子デバイスを生成することが可能になる。
【００４８】当然明らかなように、活性領域１０６に対
するｎ型接触部は、本発明の概念を逸脱することなく、
基板１０２を介してではなく、ｐ型接触部１０７から側
方に距離をあけた位置においてｎ型ミラー層１０４に直
接堆積させられた接触部を利用して、実現することが可
能である。こうして、基板接触部１０１を表面接触部に
置き換えることによって、デバイスは、レーザ・光検出
器モノリシック集積化アレイ用途において所望されるよ
うに、表面バイアスに適応する。こうして、４端子表面
接触デバイスを構成することが可能になる。
するｎ型接触部は、本発明の概念を逸脱することなく、
基板１０２を介してではなく、ｐ型接触部１０７から側
方に距離をあけた位置においてｎ型ミラー層１０４に直
接堆積させられた接触部を利用して、実現することが可
能である。こうして、基板接触部１０１を表面接触部に
置き換えることによって、デバイスは、レーザ・光検出
器モノリシック集積化アレイ用途において所望されるよ
うに、表面バイアスに適応する。こうして、４端子表面
接触デバイスを構成することが可能になる。
【００４９】更に、光検出器の下においてのみＡｌＯｘ
層を連続させるが、光検出器のＶＣＳＥＬ層１０８と底
部透明層１１１の間の電気接触部を実現することが可能
な他の領域におけるＡｌＧａＡｓ層１１５を酸化させな
いことによって、３端子デバイスを実現することが可能
である。これは、光検出器による自然放出光の捕捉を阻
止するために実施される。ｐ型上部ミラー１０８、非酸
化層１１５、及びｎ型底部透明層１１１によって形成さ
れる接合は、これらの層の半導体伝導型に従って、ｐｎ
接合を構成する場合もあれば、構成しない場合もある。
層を連続させるが、光検出器のＶＣＳＥＬ層１０８と底
部透明層１１１の間の電気接触部を実現することが可能
な他の領域におけるＡｌＧａＡｓ層１１５を酸化させな
いことによって、３端子デバイスを実現することが可能
である。これは、光検出器による自然放出光の捕捉を阻
止するために実施される。ｐ型上部ミラー１０８、非酸
化層１１５、及びｎ型底部透明層１１１によって形成さ
れる接合は、これらの層の半導体伝導型に従って、ｐｎ
接合を構成する場合もあれば、構成しない場合もある。
【００５０】ｎ型底部ミラー１０２と接触する接触部層
１０１、ｐ型上部ミラー１０８と接触するｐ型接触部層
１０７、ｎ型底部透明層１１１と接触するｎ型接触部層
１１７、及び光検出器１１０の上部の透明なｐ型材料層
１１４と接触するｐ型接触部層１１６によって、４つの
接触部が形成される。これら４つの接触部によって、レ
ーザ及び光検出器に別個にバイアスをかけることが可能
になり、結果として、レーザ及び光検出器を電気的に分
離することによって、レーザ及び光検出器の個別バイア
スを可能にするデバイス構造が得られる。更に、低キャ
パシタンス分離層を導入して光検出器とレーザを分離す
ると、光検出器の寄生キャパシタンスによるレーザ駆動
回路の不必要な負荷が劇的に低減し、その結果、デバイ
スの高周波応答が改善される。
１０１、ｐ型上部ミラー１０８と接触するｐ型接触部層
１０７、ｎ型底部透明層１１１と接触するｎ型接触部層
１１７、及び光検出器１１０の上部の透明なｐ型材料層
１１４と接触するｐ型接触部層１１６によって、４つの
接触部が形成される。これら４つの接触部によって、レ
ーザ及び光検出器に別個にバイアスをかけることが可能
になり、結果として、レーザ及び光検出器を電気的に分
離することによって、レーザ及び光検出器の個別バイア
スを可能にするデバイス構造が得られる。更に、低キャ
パシタンス分離層を導入して光検出器とレーザを分離す
ると、光検出器の寄生キャパシタンスによるレーザ駆動
回路の不必要な負荷が劇的に低減し、その結果、デバイ
スの高周波応答が改善される。
【００５１】図２（ｃ）は、本発明の望ましい実施態様
の自然酸化物絶縁層の効果を例証するために用いられ
る、典型的なＶＣＳＥＬ光出力及びそれに関連した光検
出器モニタ電流を含む、図２（ａ）の集積化レーザ・光
検出器のグラフ表現１５０である。
の自然酸化物絶縁層の効果を例証するために用いられ
る、典型的なＶＣＳＥＬ光出力及びそれに関連した光検
出器モニタ電流を含む、図２（ａ）の集積化レーザ・光
検出器のグラフ表現１５０である。
【００５２】グラフ１５０の横軸は、レーザ駆動電流を
表し、縦軸は、ライン１５４によって表示されたＶＣＳ
ＥＬ光出力、及び、ライン１５２で表示されたモニタ光
検出器電流出力を表している。ライン１５４の部分１５
８で示された、発振しきい値１６１より低いＶＣＳＥＬ
指向性光出力は、一般に、極めて低い。絶縁自然酸化物
層１１５（図２（ａ））を組み込むことによって、レー
ザから検出される出力を表示することとなるモニタ光検
出器電流出力は、図１（ｂ）に示す従来技術に対して大
幅に低下した応答（ライン１５２の部分１５７によって
表示された）を示す。これは、しきい値１６１未満のレ
ーザ１２０（図２（ａ））からの自然放出光の捕捉が大
幅に減少することを表している。この状態によって明ら
かなように、レーザ１２０と光検出器１１０の間の屈折
率が低い絶縁自然酸化物層１１５（図２（ａ））を組み
込むことによって、レーザ１２０から光検出器１１０に
伝送される無指向性自然放出光の量が大幅に減少する。
表し、縦軸は、ライン１５４によって表示されたＶＣＳ
ＥＬ光出力、及び、ライン１５２で表示されたモニタ光
検出器電流出力を表している。ライン１５４の部分１５
８で示された、発振しきい値１６１より低いＶＣＳＥＬ
指向性光出力は、一般に、極めて低い。絶縁自然酸化物
層１１５（図２（ａ））を組み込むことによって、レー
ザから検出される出力を表示することとなるモニタ光検
出器電流出力は、図１（ｂ）に示す従来技術に対して大
幅に低下した応答（ライン１５２の部分１５７によって
表示された）を示す。これは、しきい値１６１未満のレ
ーザ１２０（図２（ａ））からの自然放出光の捕捉が大
幅に減少することを表している。この状態によって明ら
かなように、レーザ１２０と光検出器１１０の間の屈折
率が低い絶縁自然酸化物層１１５（図２（ａ））を組み
込むことによって、レーザ１２０から光検出器１１０に
伝送される無指向性自然放出光の量が大幅に減少する。
【００５３】図２（ｄ）は、図２（ａ）の集積化レーザ
・光検出器の典型的な駆動回路要素を示す概略図であ
る。ドライバ１７６は、ＮＰＮバイポーラ・トランジス
タによって表されており、一方、光検出器電流増幅器
は、２つのＮＰＮバイポーラ・トランジスタ１７７及び
１７８を利用した電流ミラー（カレントミラー）回路１
７９として表されている。実際の回路は、一例として本
明細書において表された基本的構成要素によって異なる
可能性がある。ＶＣＳＥＬ・光検出器集積化デバイス１
００は、４端子デバイスとして示されている。この構成
によれば、図１（ａ）及び（ｃ）に例示のデバイスに対
して、バイアスの利点が得られる。第１に、同じ電源に
よって、ＶLで表示されたＶＣＳＥＬ１７１に対する順
バイアス、及びＶPDで表示された光検出器（ＰＤ）１７
２に対する逆バイアスをかけることにより、各デバイス
毎に最大バイアスの余裕（ヘッドルーム）が得られる。
この構成によれば、３．１Ｖの電源でデバイスにバイア
スをかけることが可能になる。
・光検出器の典型的な駆動回路要素を示す概略図であ
る。ドライバ１７６は、ＮＰＮバイポーラ・トランジス
タによって表されており、一方、光検出器電流増幅器
は、２つのＮＰＮバイポーラ・トランジスタ１７７及び
１７８を利用した電流ミラー（カレントミラー）回路１
７９として表されている。実際の回路は、一例として本
明細書において表された基本的構成要素によって異なる
可能性がある。ＶＣＳＥＬ・光検出器集積化デバイス１
００は、４端子デバイスとして示されている。この構成
によれば、図１（ａ）及び（ｃ）に例示のデバイスに対
して、バイアスの利点が得られる。第１に、同じ電源に
よって、ＶLで表示されたＶＣＳＥＬ１７１に対する順
バイアス、及びＶPDで表示された光検出器（ＰＤ）１７
２に対する逆バイアスをかけることにより、各デバイス
毎に最大バイアスの余裕（ヘッドルーム）が得られる。
この構成によれば、３．１Ｖの電源でデバイスにバイア
スをかけることが可能になる。
【００５４】第２に、この構造の場合、ＶＣＳＥＬ１７
１にバイアスをかけても、ＰＤ１７２との電気的相互作
用が生じない。図２（ｂ）に示すように、集積化ＶＣＳ
ＥＬ及びＰＤに極性配向を施す４つの可能性のある方法
が存在する。状況によっては、ＶＣＳＥＬドライバに、
絶縁自然酸化物層１１５によって導入された寄生キャパ
シタンスＣＰ１７４による負荷を加える場合もある。し
かし、光検出器のサイズが小さいため、また、絶縁自然
酸化物層１１５の厚みを増す能力のため、このキャパシ
タンスは、レーザの周波数応答を制限しない値になるよ
うに設計することが可能性である。
１にバイアスをかけても、ＰＤ１７２との電気的相互作
用が生じない。図２（ｂ）に示すように、集積化ＶＣＳ
ＥＬ及びＰＤに極性配向を施す４つの可能性のある方法
が存在する。状況によっては、ＶＣＳＥＬドライバに、
絶縁自然酸化物層１１５によって導入された寄生キャパ
シタンスＣＰ１７４による負荷を加える場合もある。し
かし、光検出器のサイズが小さいため、また、絶縁自然
酸化物層１１５の厚みを増す能力のため、このキャパシ
タンスは、レーザの周波数応答を制限しない値になるよ
うに設計することが可能性である。
【００５５】絶縁自然酸化物層を備えるモノリシック集
積化レーザ・光検出器の下記の２つの他の実施態様のう
ち、第２の実施形態は、図２（ａ）に示す光検出器をシ
ョットキ検出器に置き換えることをベースにしたもので
あり、第３の実施形態は、金属／半導体／金属構造検出
器をベースにしたものである。
積化レーザ・光検出器の下記の２つの他の実施態様のう
ち、第２の実施形態は、図２（ａ）に示す光検出器をシ
ョットキ検出器に置き換えることをベースにしたもので
あり、第３の実施形態は、金属／半導体／金属構造検出
器をベースにしたものである。
【００５６】図３は、図２（ａ）の集積化レーザ・光検
出器１００の第２の実施形態２００の断面図である。層
２０２乃至２０８と接触部２０１及び２０７を含むレー
ザ構造２２０の基礎が、図２（ａ）の層１０２乃至１０
８と接触部１０１及び１０７を含むレーザ構造１２０と
同様に形成される。レーザ構造１２０の上に、アルミニ
ウム・ガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）２１５の層が成長
させられ、上述のやり方で、蒸気中における酸化よって
ＡｌＯｘに変換される。層１１１、１１２、１１４、及
び、接触部１１６及び１１７を含む図２（ａ）のＰＩＮ
型光検出器が、ｎ型底部透明層２１１を含むショットキ
ー接触部に置き換えられ、その上に、ｎ型接触部材料層
２１７が堆積させられる。接触部２１７は、ｎ型透明層
２１１の端部に堆積させられる。ｎ型透明層２１１の上
には、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）の透明層２１
２が成長させられる。ＩＴＯ層２１２は、ｎ型層２１１
に対するショットキー接触部を形成する。ＩＴＯ層２１
２の上には、金属接触部材料２１６が堆積させられる。
出器１００の第２の実施形態２００の断面図である。層
２０２乃至２０８と接触部２０１及び２０７を含むレー
ザ構造２２０の基礎が、図２（ａ）の層１０２乃至１０
８と接触部１０１及び１０７を含むレーザ構造１２０と
同様に形成される。レーザ構造１２０の上に、アルミニ
ウム・ガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）２１５の層が成長
させられ、上述のやり方で、蒸気中における酸化よって
ＡｌＯｘに変換される。層１１１、１１２、１１４、及
び、接触部１１６及び１１７を含む図２（ａ）のＰＩＮ
型光検出器が、ｎ型底部透明層２１１を含むショットキ
ー接触部に置き換えられ、その上に、ｎ型接触部材料層
２１７が堆積させられる。接触部２１７は、ｎ型透明層
２１１の端部に堆積させられる。ｎ型透明層２１１の上
には、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）の透明層２１
２が成長させられる。ＩＴＯ層２１２は、ｎ型層２１１
に対するショットキー接触部を形成する。ＩＴＯ層２１
２の上には、金属接触部材料２１６が堆積させられる。
【００５７】レーザ・光検出器アセンブリ２００の上の
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、この材料層を逆にする（即ち、全てのｎ型層
をｐ型層に置き換え、全てのｐ型層をｎ型層に置き換え
る）ことができるという点である。
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、この材料層を逆にする（即ち、全てのｎ型層
をｐ型層に置き換え、全てのｐ型層をｎ型層に置き換え
る）ことができるという点である。
【００５８】ｎ型底部ミラー２０２に接触する接触部層
２０１、ｐ型上部ミラー２０８に接触するｐ型接触部層
２０７、ｎ型底部透明層２１１に接触するｎ型接触部層
２１７、及び光検出器２１０のインジウム・スズ酸化物
（ＩＴＯ）透明ショットキー層２１２に接触する金属接
触部層２１６によって、４つの接触部が形成される。好
適実施態様に関連して解説の利点は、全てこの実施形態
にも該当する。
２０１、ｐ型上部ミラー２０８に接触するｐ型接触部層
２０７、ｎ型底部透明層２１１に接触するｎ型接触部層
２１７、及び光検出器２１０のインジウム・スズ酸化物
（ＩＴＯ）透明ショットキー層２１２に接触する金属接
触部層２１６によって、４つの接触部が形成される。好
適実施態様に関連して解説の利点は、全てこの実施形態
にも該当する。
【００５９】図４（ａ）は、図２（ａ）の集積化レーザ
・光検出器の第３の実施形態３００の断面図である。層
３０２乃至３０８及び接触部３０１及び３０７を含むレ
ーザ構造３２０の基礎は、図２（ａ）の層１０２乃至１
０８及び接触部１０１及び１０７を含むレーザ構造１２
０と同様に形成される。レーザ構造１２０の上には、ア
ルミニウム・ガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）３１５の層
が成長させられ、上述のやり方で、蒸気中における酸化
によってＡｌＯｘに変換される。層１１１、１１２、１
１４、及び、接触部１１６及び１１７を含む図２（ａ）
のＰＩＮ型光検出器が、ＡｌＧａＡｓ層３１５の上に成
長させられた真性半導体層３１１を含む金属／半導体／
金属検出器に置き換えられ、その上に、電極接触部３１
２が取り付けられる。真性半導体層は、ドープ量が少な
いか又はおそらくドープされていない半導体層であり、
結果として、ｐ型でもなければ、ｎ型でもない材料が生
じる。構造３１０は、金属／半導体／金属（ＭＳＭ）検
出器と呼ばれる。真性層３１１の表面における金属電極
３１２は、その材料に対するショットキー接触部を形成
する。このデバイスの両方の端子が、半導体の頂部表面
に配置される。
・光検出器の第３の実施形態３００の断面図である。層
３０２乃至３０８及び接触部３０１及び３０７を含むレ
ーザ構造３２０の基礎は、図２（ａ）の層１０２乃至１
０８及び接触部１０１及び１０７を含むレーザ構造１２
０と同様に形成される。レーザ構造１２０の上には、ア
ルミニウム・ガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）３１５の層
が成長させられ、上述のやり方で、蒸気中における酸化
によってＡｌＯｘに変換される。層１１１、１１２、１
１４、及び、接触部１１６及び１１７を含む図２（ａ）
のＰＩＮ型光検出器が、ＡｌＧａＡｓ層３１５の上に成
長させられた真性半導体層３１１を含む金属／半導体／
金属検出器に置き換えられ、その上に、電極接触部３１
２が取り付けられる。真性半導体層は、ドープ量が少な
いか又はおそらくドープされていない半導体層であり、
結果として、ｐ型でもなければ、ｎ型でもない材料が生
じる。構造３１０は、金属／半導体／金属（ＭＳＭ）検
出器と呼ばれる。真性層３１１の表面における金属電極
３１２は、その材料に対するショットキー接触部を形成
する。このデバイスの両方の端子が、半導体の頂部表面
に配置される。
【００６０】ＭＳＭ光検出器には、この型の用途に関し
て他の光検出器に比べていくつかの利点がある。第１
に、ＭＳＭ構造はエピタキシャル成長及び後続のデバイ
ス処理の両方について製造がとりわけ容易である。通
常、ＭＳＭ構造は、広い帯域幅（即ち、高周波光変調を
検出する能力）を備えるように設計されるが、このた
め、通常は、頂部表面における稠密な互いに入り込んだ
電極パターンにならざるを得ない。モニタ・フォトダイ
オードの場合、帯域幅、及びある程度応答性要件は、極
めて些細なことであり、図４（ｂ）及び（ｃ）に関して
詳述するように、単純化されたそれほど稠密でない電極
パターンで十分な可能性がある。
て他の光検出器に比べていくつかの利点がある。第１
に、ＭＳＭ構造はエピタキシャル成長及び後続のデバイ
ス処理の両方について製造がとりわけ容易である。通
常、ＭＳＭ構造は、広い帯域幅（即ち、高周波光変調を
検出する能力）を備えるように設計されるが、このた
め、通常は、頂部表面における稠密な互いに入り込んだ
電極パターンにならざるを得ない。モニタ・フォトダイ
オードの場合、帯域幅、及びある程度応答性要件は、極
めて些細なことであり、図４（ｂ）及び（ｃ）に関して
詳述するように、単純化されたそれほど稠密でない電極
パターンで十分な可能性がある。
【００６１】レーザ・光検出器アセンブリ３００の上の
矢印は、この好適実施形態の光出力を表している。留意
すべき点は、この材料層を逆にする（即ち、全てのｎ型
層をｐ型層に置き換え、全てのｐ型層をｎ型層に置き換
える）ことができるという点である。
矢印は、この好適実施形態の光出力を表している。留意
すべき点は、この材料層を逆にする（即ち、全てのｎ型
層をｐ型層に置き換え、全てのｐ型層をｎ型層に置き換
える）ことができるという点である。
【００６２】図４（ｂ）及び（ｃ）は、図４（ａ）の集
積化レーザ・光検出器の電極パターンの概略表現であ
る。図４（ｂ）には、レーザ構造３２０に関する典型的
な互いに入り込んだ電極パターン３１２が示されてい
る。電極３１２は、各ＭＳＭ検出器の２つの電極間にお
ける距離を最短にし、検出器の面積を最大にするために
互いに入り込んでいる。
積化レーザ・光検出器の電極パターンの概略表現であ
る。図４（ｂ）には、レーザ構造３２０に関する典型的
な互いに入り込んだ電極パターン３１２が示されてい
る。電極３１２は、各ＭＳＭ検出器の２つの電極間にお
ける距離を最短にし、検出器の面積を最大にするために
互いに入り込んでいる。
【００６３】図４（ｃ）には、モニタ・フォトダイオー
ド用途にとって可能な単純化された電極パターンが示さ
れている。明らかに、電極３１２とレーザ・アパーチャ
３２０との間の接触部は単純化されており、従って、コ
スト及び複雑さが低減する。
ド用途にとって可能な単純化された電極パターンが示さ
れている。明らかに、電極３１２とレーザ・アパーチャ
３２０との間の接触部は単純化されており、従って、コ
スト及び複雑さが低減する。
【００６４】図５は、図２（ａ）の集積化レーザ・光検
出器の第４の実施形態の断面図である。レーザ・光検出
器４００は、光検出器と絶縁自然酸化物層がレーザ・デ
バイスのミラーの一方に組み込まれるところの１つの可
能性のある組み合わせを表している。この構成によれ
ば、更に、吸収層による無指向性自然放出光の捕捉を最
小限に抑えることが可能になる。
出器の第４の実施形態の断面図である。レーザ・光検出
器４００は、光検出器と絶縁自然酸化物層がレーザ・デ
バイスのミラーの一方に組み込まれるところの１つの可
能性のある組み合わせを表している。この構成によれ
ば、更に、吸収層による無指向性自然放出光の捕捉を最
小限に抑えることが可能になる。
【００６５】レーザ構造４２０は、基板４０２の上に形
成された底部ミラー４０４、活性領域４０６、及び上部
ミラー４０８によって形成され、ｎ型接触部層４０１が
基板４０２の底部に堆積させられる。上部ミラー４０８
の中心に、絶縁酸化物層４１５が成長させられ、その上
に光検出器４１０が配置される。絶縁層４１５は、本明
細書において既述の層１１５、２１５、及び３１５と同
様の自然酸化物絶縁層である。光検出器４１０には、ｎ
型材料層４１２、吸収層４１４、ｎ型接触部材料４１
８、及びｐ型材料層４１６が含まれている。ｐ型材料層
４１６の上には、ｐミラーが連続し、ｐ型接触部４１７
で終端する。絶縁酸化物層４１５の屈折率が低いので、
無指向性自然放出光の大部分は全内反射され、一方定在
波パターンのピークに光検出器吸収領域４１４を配置す
ることによって、光検出器の応答性が強化される。この
結果、応答性が強化され、その一方で、全内反射によっ
て通常でない（又はオフ・ノーマルな）自然放出光が最
小限に抑えられる。
成された底部ミラー４０４、活性領域４０６、及び上部
ミラー４０８によって形成され、ｎ型接触部層４０１が
基板４０２の底部に堆積させられる。上部ミラー４０８
の中心に、絶縁酸化物層４１５が成長させられ、その上
に光検出器４１０が配置される。絶縁層４１５は、本明
細書において既述の層１１５、２１５、及び３１５と同
様の自然酸化物絶縁層である。光検出器４１０には、ｎ
型材料層４１２、吸収層４１４、ｎ型接触部材料４１
８、及びｐ型材料層４１６が含まれている。ｐ型材料層
４１６の上には、ｐミラーが連続し、ｐ型接触部４１７
で終端する。絶縁酸化物層４１５の屈折率が低いので、
無指向性自然放出光の大部分は全内反射され、一方定在
波パターンのピークに光検出器吸収領域４１４を配置す
ることによって、光検出器の応答性が強化される。この
結果、応答性が強化され、その一方で、全内反射によっ
て通常でない（又はオフ・ノーマルな）自然放出光が最
小限に抑えられる。
【００６６】当該技術者には明らかなように、本発明の
原理をあまり逸脱することなく、上述の本発明の好適な
実施形態に多様な修正及び変更を加えることが可能であ
る。例えば、自然酸化物半導体層を利用して発光デバイ
ス及び光検出器をモノリシック集積化するためのシステ
ム及び方法は、各種半導体テクノロジーを利用して実施
することが可能である。更に、本明細書では、レーザ構
造上又はレーザ構造内に位置する光検出器として例示さ
れているが、光検出器は、レーザより先に成長させるこ
ともできるし、レーザ構造の上側又は下側に位置するこ
とも可能である。
原理をあまり逸脱することなく、上述の本発明の好適な
実施形態に多様な修正及び変更を加えることが可能であ
る。例えば、自然酸化物半導体層を利用して発光デバイ
ス及び光検出器をモノリシック集積化するためのシステ
ム及び方法は、各種半導体テクノロジーを利用して実施
することが可能である。更に、本明細書では、レーザ構
造上又はレーザ構造内に位置する光検出器として例示さ
れているが、光検出器は、レーザより先に成長させるこ
ともできるし、レーザ構造の上側又は下側に位置するこ
とも可能である。
【００６７】更に、本明細書では、レーザの光出力をモ
ニタするのに役立つものとして解説してきたが、自然酸
化物半導体層を用いて発光デバイス及び光検出器をモノ
リシック集積化するためのシステム及び方法は、該デバ
イスを集積化送信器・受信器として有効に用いることに
よって、入射レーザ光のモニタに利用することも可能で
ある。これは、こうしたデバイスに対するバイアス及び
電気的分離の要求が、レーザ出力パワー測定デバイスの
場合と同様であるため可能になる。こうした修正及び変
更は、全て、付属の請求項において規定された本発明の
範囲内に含まれるものとする。
ニタするのに役立つものとして解説してきたが、自然酸
化物半導体層を用いて発光デバイス及び光検出器をモノ
リシック集積化するためのシステム及び方法は、該デバ
イスを集積化送信器・受信器として有効に用いることに
よって、入射レーザ光のモニタに利用することも可能で
ある。これは、こうしたデバイスに対するバイアス及び
電気的分離の要求が、レーザ出力パワー測定デバイスの
場合と同様であるため可能になる。こうした修正及び変
更は、全て、付属の請求項において規定された本発明の
範囲内に含まれるものとする。
【００６８】即ち、本発明を実施形態に沿って説明する
と、本発明は、発光デバイス（１２０、２２０、３２
０、４２０）の出力を測定するためのシステム（１０
０、２００、３００、４００）であって、発光デバイス
屈折率構造を備えた発光デバイス（１２０、２２０、３
２０、４２０）と、光検出器屈折率構造を備えた光検出
器（１１０、２１０、３１０、４１０）と、前記発光素
子屈折率構造と前記光検出器屈折率構造の両方が有する
屈折率よりも小さい屈折率を備えた連続絶縁層（１１
５、２１５、３１５、４１５）が含まれており、前記連
続絶縁層（１１５、２１５、３１５、４１５）は前記発
光デバイス（１２０、２２０、３２０、４２０）及び前
記光検出器（１１０、２１０、３１０、４１０）の両者
に略接することを特徴とし、より詳細には、レーザ（１
２０、２２０、３２０、４２０）の出力を測定するため
のシステム（１００、２００、３００、４００）であっ
て、レーザ屈折率構造を備えたレーザ（１２０、２２
０、３２０、４２０）と、光検出器屈折率構造を備えた
光検出器（１１０、２１０、３１０、４１０）と、前記
レーザ屈折率構造と前記光検出器屈折率構造の両方が有
する屈折率よりも小さい屈折率を備えた連続絶縁層（１
１５、２１５、３１５、４１５）が含まれていることを
特徴とする。
と、本発明は、発光デバイス（１２０、２２０、３２
０、４２０）の出力を測定するためのシステム（１０
０、２００、３００、４００）であって、発光デバイス
屈折率構造を備えた発光デバイス（１２０、２２０、３
２０、４２０）と、光検出器屈折率構造を備えた光検出
器（１１０、２１０、３１０、４１０）と、前記発光素
子屈折率構造と前記光検出器屈折率構造の両方が有する
屈折率よりも小さい屈折率を備えた連続絶縁層（１１
５、２１５、３１５、４１５）が含まれており、前記連
続絶縁層（１１５、２１５、３１５、４１５）は前記発
光デバイス（１２０、２２０、３２０、４２０）及び前
記光検出器（１１０、２１０、３１０、４１０）の両者
に略接することを特徴とし、より詳細には、レーザ（１
２０、２２０、３２０、４２０）の出力を測定するため
のシステム（１００、２００、３００、４００）であっ
て、レーザ屈折率構造を備えたレーザ（１２０、２２
０、３２０、４２０）と、光検出器屈折率構造を備えた
光検出器（１１０、２１０、３１０、４１０）と、前記
レーザ屈折率構造と前記光検出器屈折率構造の両方が有
する屈折率よりも小さい屈折率を備えた連続絶縁層（１
１５、２１５、３１５、４１５）が含まれていることを
特徴とする。
【００６９】好ましくは、前記レーザ（１２０、２２
０、３２０、４２０）は、垂直共振器型面発光レーザと
される。
０、３２０、４２０）は、垂直共振器型面発光レーザと
される。
【００７０】好ましくは、前記光検出器（１１０、２１
０、３１０、４１０）は、前記レーザ（１２０、２２
０、３２０、４２０）の出力光路内にある。
０、３１０、４１０）は、前記レーザ（１２０、２２
０、３２０、４２０）の出力光路内にある。
【００７１】好ましくは、前記連続絶縁層（１１５、２
１５、３１５、４１５）は、半導体自然酸化層である。
１５、３１５、４１５）は、半導体自然酸化層である。
【００７２】好ましくは、前記光検出器（１１０、２１
０、３１０、４１０）及び前記連続絶縁層（１１５、２
１５、３１５、４１５）が、前記レーザ（１２０、２１
０、３１０、４１０）内に配置される。
０、３１０、４１０）及び前記連続絶縁層（１１５、２
１５、３１５、４１５）が、前記レーザ（１２０、２１
０、３１０、４１０）内に配置される。
【００７３】好ましくは、前記光検出器（２１０）は、
ショットキー光検出器（２１０）である。
ショットキー光検出器（２１０）である。
【００７４】好ましくは、前記光検出器（３１０）は、
金属／半導体／金属構造光検出器（３１０）である。
金属／半導体／金属構造光検出器（３１０）である。
【００７５】更に本発明は、モノリシックに集積化され
た発光デバイス及び光検出器の組み合わせ構造（１０
０、２００、３００、４００）を製造するための方法で
あって、屈折率構造を備えた発光デバイス（１２０、２
２０、３２０、４２０）を形成する工程と、光検出器屈
折率構造を備えた光検出器（１１０、２１０、３１０、
４１０）と前記発光デバイス（１２０、２２０、３２
０、４２０）を組み合わせる工程が含まれており、前記
発光デバイス屈折率と前記光検出器屈折率の両方より低
い屈折率を備えた連続絶縁層（１１５、２１５、３１
５、４１５）が、前記発光デバイス（１２０、２２０、
３２０、４２０）と前記光検出器（１１０、２１０、３
１０、４１０）の接合部に配置されるよう構成されるこ
とを特徴とするものであるが、より詳細には、モノリシ
ックに集積化された垂直共振器型レーザ及び光検出器の
組み合わせ構造（１００、２００、３００、４００）を
製造するための方法であって、レーザ屈折率構造を備え
たレーザ（１２０、２２０、３２０、４２０）を形成す
る工程と、光検出器屈折率構造を備えた光検出器（１１
０、２１０、３１０、４１０）と前記レーザ（１２０、
２２０、３２０、４２０）を組み合わせる工程が含まれ
ており、前記レーザ屈折率と前記光検出器屈折率の両方
より低い屈折率を備えた連続絶縁層（１１５、２１５、
３１５、４１５）が、前記レーザ（１２０、２２０、３
２０、４２０）と前記光検出器（１１０、２１０、３１
０、４１０）の接合部に配置されるよう構成される。
た発光デバイス及び光検出器の組み合わせ構造（１０
０、２００、３００、４００）を製造するための方法で
あって、屈折率構造を備えた発光デバイス（１２０、２
２０、３２０、４２０）を形成する工程と、光検出器屈
折率構造を備えた光検出器（１１０、２１０、３１０、
４１０）と前記発光デバイス（１２０、２２０、３２
０、４２０）を組み合わせる工程が含まれており、前記
発光デバイス屈折率と前記光検出器屈折率の両方より低
い屈折率を備えた連続絶縁層（１１５、２１５、３１
５、４１５）が、前記発光デバイス（１２０、２２０、
３２０、４２０）と前記光検出器（１１０、２１０、３
１０、４１０）の接合部に配置されるよう構成されるこ
とを特徴とするものであるが、より詳細には、モノリシ
ックに集積化された垂直共振器型レーザ及び光検出器の
組み合わせ構造（１００、２００、３００、４００）を
製造するための方法であって、レーザ屈折率構造を備え
たレーザ（１２０、２２０、３２０、４２０）を形成す
る工程と、光検出器屈折率構造を備えた光検出器（１１
０、２１０、３１０、４１０）と前記レーザ（１２０、
２２０、３２０、４２０）を組み合わせる工程が含まれ
ており、前記レーザ屈折率と前記光検出器屈折率の両方
より低い屈折率を備えた連続絶縁層（１１５、２１５、
３１５、４１５）が、前記レーザ（１２０、２２０、３
２０、４２０）と前記光検出器（１１０、２１０、３１
０、４１０）の接合部に配置されるよう構成される。
【００７６】好ましくは、前記連続絶縁層（１１５、２
１５、３１５、４１５）が、半導体自然酸化層であるよ
うにして製造される。
１５、３１５、４１５）が、半導体自然酸化層であるよ
うにして製造される。
【００７７】好ましくは、前記光検出器（１１０、２１
０、３１０、４１０）と前記連続絶縁層（１１５、２１
５、３１５、４１５）が、前記レーザ（１２０、２２
０、３２０、４２０）内に配置されるようにして製造さ
れる。
０、３１０、４１０）と前記連続絶縁層（１１５、２１
５、３１５、４１５）が、前記レーザ（１２０、２２
０、３２０、４２０）内に配置されるようにして製造さ
れる。
【図１】（ａ）は、従来技術による集積化レーザ・光検
出器の断面図である。（ｂ）は、ＶＣＳＥＬ光出力例
と、図１（ａ）の従来技術による集積化レーザ・光検出
器によるそれに関連した光検出器モニタ電流をグラフで
表した図である。（ｃ）は、図１（ａ）の従来技術によ
る集積化レーザ・光検出器に関連した典型的な駆動回路
要素を示す概略図である。
出器の断面図である。（ｂ）は、ＶＣＳＥＬ光出力例
と、図１（ａ）の従来技術による集積化レーザ・光検出
器によるそれに関連した光検出器モニタ電流をグラフで
表した図である。（ｃ）は、図１（ａ）の従来技術によ
る集積化レーザ・光検出器に関連した典型的な駆動回路
要素を示す概略図である。
【図２】（ａ）は、本発明に従って構成された第１実施
形態となる集積化レーザ・光検出器の断面図である。
（ｂ）は、図２（ａ）の集積化レーザ・光検出器の等価
回路図を表した概略図である。（ｃ）は、典型的なＶＣ
ＳＥＬ光出力及び関連する光検出器モニタ電流を含む、
図２（ａ）の集積化レーザ・光検出器をグラフで表した
図である。（ｄ）は、図２（ａ）の集積化レーザ・光検
出器の典型的な駆動回路要素を例示した概略図である。
形態となる集積化レーザ・光検出器の断面図である。
（ｂ）は、図２（ａ）の集積化レーザ・光検出器の等価
回路図を表した概略図である。（ｃ）は、典型的なＶＣ
ＳＥＬ光出力及び関連する光検出器モニタ電流を含む、
図２（ａ）の集積化レーザ・光検出器をグラフで表した
図である。（ｄ）は、図２（ａ）の集積化レーザ・光検
出器の典型的な駆動回路要素を例示した概略図である。
【図３】図２（ａ）の集積化レーザ・光検出器の変形と
なる第２の実施形態の断面図である。
なる第２の実施形態の断面図である。
【図４】（ａ）は、図２（ａ）の集積化レーザ・光検出
器の変形となる第３の実施形態の断面図である。（ｂ）
及び（ｃ）は、図４（ａ）の集積化レーザ・光検出器の
電極パターンの概略図である。
器の変形となる第３の実施形態の断面図である。（ｂ）
及び（ｃ）は、図４（ａ）の集積化レーザ・光検出器の
電極パターンの概略図である。
【図５】図２（ａ）の集積化レーザ・光検出器の第４の
実施形態の断面図である。
実施形態の断面図である。
１００ 測定システム １１０ 光検出器 １１５ 連続絶縁層 １２０ レーザ ２００ 測定システム ２１０ 光検出器 ２１５ 連続絶縁層 ２２０ レーザ ３００ 測定システム ３１０ 光検出器 ３１５ 連続絶縁層 ３２０ レーザ ４００ 測定システム ４１０ 光検出器 ４１５ 連続絶縁層 ４２０ レーザ
───────────────────────────────────────────────────── 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 マイケル・アール・ティ・タン アメリカ合衆国カリフォルニア州メンロパ ーク コットン・ストリート 315 (72)発明者 スコット・ダブリュ・コージン アメリカ合衆国カリフォルニア州サニーベ イル イグレット・ドライブ 1354 (72)発明者 ダブラフコ・アイ・バビク アメリカ合衆国カリフォルニア州サニーベ イル アカレインズ・ドライブ187
Claims (10)
- 【請求項１】レーザの出力を測定するためのシステムで
あって、 レーザ屈折率構造を備えたレーザと、 光検出器屈折率構造を備えた光検出器と、 前記レーザ屈折率構造と前記光検出器屈折率構造の両方
が有する屈折率よりも小さい屈折率を備えた連続絶縁層
が含まれていることを特徴とする、システム。 - 【請求項２】前記レーザが、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に記載のシステム。 - 【請求項３】前記光検出器が、前記レーザの出力光路内
にあることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。 - 【請求項４】前記連続絶縁層が、半導体自然酸化層であ
ることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。 - 【請求項５】前記光検出器及び前記連続絶縁層が、前記
レーザ内に配置されていることを特徴とする、請求項１
に記載のシステム。 - 【請求項６】前記光検出器が、ショットキー光検出器で
あることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。 - 【請求項７】前記光検出器は、金属／半導体／金属構造
光検出器であることを特徴とする、請求項１に記載のシ
ステム。 - 【請求項８】モノリシックに集積化された垂直共振器型
レーザ及び光検出器の組み合わせを製造するための方法
であって、 レーザ屈折率構造を備えたレーザを形成する工程と、 光検出器屈折率構造を備えた光検出器と前記レーザを組
み合わせる工程が含まれており、これにより前記レーザ
屈折率と前記光検出器屈折率の両方が有する屈折率より
小さい屈折率を備えた連続絶縁層が、前記レーザと前記
光検出器の接合部に配置されるよう構成されることを特
徴とする、製造方法。 - 【請求項９】前記連続絶縁層が、半導体自然酸化層であ
ることを特徴とする、請求項８に記載の製造方法。 - 【請求項１０】前記光検出器と前記連続絶縁層が、前記
レーザ内に配置されることを特徴とする、請求項８に記
載の製造方法。
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