JP2003008131A - 半導体レーザモジュール、空間光伝送システムおよび電子機器 - Google Patents

半導体レーザモジュール、空間光伝送システムおよび電子機器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＤを光源に用い、受光素子との特性を生か
した高感度で安価な空間光伝送システムを提供する。 【解決手段】 レーザ光を発振するレーザチップ１と、
レーザチップ１から出射され空間を伝搬してきたレーザ
光を受光して電気信号に変える受光素子２とを備え、レ
ーザチップは、その受光素子２における吸収係数が０．
００１〜０．３μｍ-1の範囲となる波長のレーザ光を発
振する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、データを光にのせ
て自由空間を伝送する空間光伝送システム、とくに送信
光の指向半値全角が広く、通信距離１０ｍ以下の目的で
使用される拡散型送信光源を有する空間光伝送システ
ム、その空間光伝送システムに用いられる半導体レーザ
モジュールおよびこれら空間光伝送システムまたは半導
体レーザモジュールを搭載した電子機器に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の空間光伝送システムでは、伝送光
の光源として発光ダイオードＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍ
ｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）が用いられてき
た。代表的な例として、図２１に示されるＩｒＤＡ（赤
外線データ協会）の光送受信デバイスが知られている。
この光送受信デバイスは、ピーク波長８５０〜９００ｎ
ｍの発光ダイオード１１２と、受光素子１０２とを備
え、短距離間での低速のデータリンクへの応用がなされ
ている。
【０００３】一方、半導体レーザ素子を光通信に用いた
空間光伝送システムとして、平常時に人間がいない場所
での空間光リンクシステムがある。この空間光リンクシ
ステムで半導体レーザ素子が使用された理由は、ＬＥＤ
と比較して集光性が良く、光ビームを長距離にわたって
小さい径の光束を保ちながら伝送できるからである。た
とえば、特開平６−２５２８５６号公報で開示されてい
る空間光伝送システムでは、ビームの放射角度を狭く限
定して長距離、かつ高速のデータリンクを実現してい
る。この空間光伝送システムでは、数キロメートル〜十
数キロメートルの伝送を対象とし、空気中での減衰を抑
制するため、波長範囲７３５ｎｍ〜７５９ｎｍ、７７０
ｎｍ〜８１１ｎｍまたは８３８ｎｍ〜８９１ｎｍの半導
体レーザ光を用いることが推奨されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＬＥＤは非コヒーレン
トデバイスであり、通常、数十ｎｍの半値幅を持つ。た
とえば、図２２に示すように、ピーク波長が８５０ｎｍ
の場合、発光バンド範囲は約７５０〜１０００ｎｍの範
囲に広がっている。このため、ＬＥＤを用いた送受信デ
バイスでは、シャープな光フィルタを用いると、カット
される波長範囲が広範にわたり信号光の強度が低下する
ので、シャープな光フィルタを用いることができない。
さらに、上記ＬＥＤを用いた場合、波長が広がっている
ために、受光素子の設計において有効感度波長幅を広げ
ておく必要が生じる。しかし、有効感度波長幅を広げる
と、太陽光や蛍光灯などの背景雑音光を増大させるた
め、信号対雑音（ＳＮ）比が劣化し、最低受信感度の低
下、すなわち、最大伝送距離の低下を招いてしまう。
【０００５】黒色カーボンを含有した樹脂によって受光
素子をモールドした場合には、短波長側の背景光は若干
カットされるので雑音低下が期待される。しかし、送信
光源であるＬＥＤの波長がもともと広がっているため、
大幅な雑音除去にはつながらない。また、半導体レーザ
モジュール全体の色が黒に限定されるために、銀、白な
どの色を有するミニディスクプレーヤなどの製品の外観
を損ねる場合があった。
【０００６】一方、上記特開平６−２５２８５６号公報
に開示されているシステムでは、空気中の減衰を考慮に
入れ、波長範囲７３５ｎｍ〜７５９ｎｍ、７７０ｎｍ〜
８１１ｎｍまたは８３８ｎｍ〜８９１ｎｍの半導体レー
ザ光が用いられる。しかしながら、放射指向半値全角が
広い場合、伝送距離とともに光強度は急激に減衰するの
で、短距離使用に限られている。この場合、空気による
減衰は考慮する必要がなく、光源の発振波長は、次のよ
うな別の観点から決定される。
【０００７】波長７３５〜８５０ｎｍ程度の短波長の光
は、シリコン受光素子での吸収が大きく、ｐｎまたはｐ
ｉｎ接合フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏ
ｄｅ）の表面、すなわち光入射側で吸収されてしまうた
め、光入射側の層を充分に薄層化する必要がある。この
とき、上記レーザ光の波長より短い波長の背景光も表面
層で吸収され、表面層が薄いために拡散電流として雑音
成分になってしまう。
【０００８】上記のような半導体レーザ光の光源への使
い方では、単に半導体レーザ素子を空間伝送に用いただ
けであり、従来のＬＥＤを用いたデバイスと比較して技
術的優位性が乏しい。
【０００９】技術的優位性を獲得する観点から、半導体
レーザ素子を光源に用いたことにより、背景光を低減す
るために急峻な光フィルタを採用することが考えられ
る。しかし、急峻な光フィルタの搭載により、空間伝送
デバイスのコスト高を招くとともに、受信機の受光可能
角度を狭くすることになるので、工業上の実用性に乏し
い。
【００１０】そこで、本発明は、半導体レーザ素子を光
源に用い、半導体レーザ光と受光素子との特性を生かし
た高感度で安価な空間光伝送システムを提供することを
目的とする。さらに、その空間光伝送システムに用いら
れる半導体レーザモジュールおよびこれら空間光伝送シ
ステムまたは半導体レーザモジュールを搭載した電子機
器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の空間光伝送シス
テムは、レーザ光を発振する半導体レーザ素子と、半導
体レーザ素子から出射され空間を伝搬してきたレーザ光
を受光して電気信号に変える受光素子とを備え、半導体
レーザ素子は、その受光素子における吸収係数が０．０
０１〜０．３μｍ-1の範囲となる波長のレーザ光を発振
する（請求項１）。
【００１２】受光素子の半導体材料における吸収係数が
上記範囲にあるとき、つぎの現象が生じる。
【００１３】（ａ）吸収係数の波長依存性が緩やかに変
化する受光素子の半導体材料（たとえばシリコン）の場
合：表面側に不純物導電型半導体層を配置した真性半導
体層によって光信号を電気信号に変換する受光素子にお
いて、ＬＥＤを光源にするよりもＬＤを光源に用いるこ
とにより、確実にＳＮ比を向上させることができる。
【００１４】（ｂ）吸収係数の波長依存性が急峻に変化
する受光素子の半導体材料（たとえばＩｎＰ、ゲルマニ
ウム）の場合：上記の半導体材料から構成される受光素
子は、吸収係数が急峻に変化する狭い波長域の光に対し
てのみ感度を有し、それ以外の波長域の光に対しては感
度を有しない。すなわち、上記波長域より短波長側の光
では吸収が大きすぎて、真性半導体層まで光が届かな
い。また、上記波長域より長波長側では、真性半導体層
でも光が吸収されず透過してしまう。このため、受光素
子は、上記狭い波長域の光を透過させるフィルタを併せ
持つのと同じ機能を発現することになる。その結果、通
常、上記の狭い波長域よりも広い発光波長域を有するＬ
ＥＤを用いる場合には、上記の狭い波長域以外の光は信
号の伝送に寄与しないことになり、信号光の強度が大き
く低下してしまう。これに対して、略単一波長の光を出
射するＬＤでは、上記狭い波長域に入る波長の光を発光
できるので、信号光の強度の低下は生じない。この結
果、ＬＥＤに比較して非常に高いＳＮ比を確保すること
ができる。
【００１５】上記（ａ）および（ｂ）のいずれの場合に
も、半導体レーザ素子ＬＤを用いることにより、従来の
ＬＥＤを用いた空間光伝送システムよりも高いＳＮ比を
得ることが可能になる。
【００１６】なお、上記の半導体レーザ素子と受光素子
とは、光伝送が行なわれる２つのデバイスのうちの少な
くとも一方に半導体レーザ素子が、また他方に受光素子
が備えられていればよい。
【００１７】上記本発明の空間光伝送システムでは、半
導体レーザ素子は、受光素子における吸収係数が０．０
０７〜０．０４μｍ-1の範囲となる波長のレーザ光を発
振することができる（請求項２）。
【００１８】受光素子がシリコンで構成される場合、上
記の吸収係数の範囲において、ＬＤを用い上記範囲の吸
収係数となる波長の光を出射させる空間光伝送システム
は、ＬＥＤを用いた従来のものより一層高いＳＮ比を確
実に得ることができる。
【００１９】上記本発明の空間光伝送システムでは、半
導体レーザ素子は、受光素子における吸収係数が０．０
２〜０．３μｍ-1の範囲となる波長のレーザ光を発振す
ることができる（請求項３）。
【００２０】受光素子がＩｎＰまたはゲルマニウムで構
成される場合、上記の吸収係数の範囲において、ＬＤを
用いた空間光伝送システムは、シャープな光フィルタを
併せ持つことと同じ機能を有するようになる。このた
め、ＬＥＤを用いた従来のものより一層高いＳＮ比を確
実に得ることができる。
【００２１】本発明の空間光伝送システムでは、受光素
子がシリコン系フォトダイオードから構成され、半導体
レーザ素子の発振波長が８８５〜９８０ｎｍの範囲にあ
るようにできる（請求項４）。
【００２２】半導体レーザ素子から出射されるほぼ単一
波長に近いレーザ光の波長が上記範囲内にあるとき、シ
リコン中の吸収係数は、０．００７〜０．０４μｍ-1の
範囲にある。この吸収係数の範囲内では、表面側に不純
物導電型シリコン層を配置した真性半導体シリコン層に
よって光信号を電気信号に変換するシリコン受光素子に
おいて、ＬＤを用いた場合のＳＮ比がＬＥＤを用いた場
合よりも大きく向上する。
【００２３】本発明の空間光伝送システムでは、受光素
子がＩｎＰ系フォトダイオードから構成され、半導体レ
ーザ素子の発振波長が９００〜９４５ｎｍの範囲にある
ようにできる（請求項５）。
【００２４】この波長域の場合、受光素子を構成するＩ
ｎＰの吸収係数は、０．０２〜０．３μｍ-1の範囲にあ
る。ＩｎＰの吸収係数の波長依存性は急峻に上記波長域
で変化するので、上述のように、９００〜９４５ｎｍと
いう狭い波長域の光を透過させるフィルタを付加したの
と同じ状態になる。このため、ＬＤを用いた本空間光伝
送システムのＳＮ比はＬＥＤを用いた従来のものよりも
大きく向上する。
【００２５】本発明の空間光伝送システムでは、受光素
子がＧｅ系フォトダイオードから構成され、半導体レー
ザ素子の発振波長が１５５０〜１５９０ｎｍの範囲にあ
ることができる（請求項６）。
【００２６】本発明の空間光伝送システムでは、受光素
子が、Ｓｉ系またはＩｎＰ系フォトダイオードから構成
され、レーザ光が入射する入射面側から、厚さ５〜２５
μｍの第１導電型半導体層、その第１導電型半導体層の
下に接して位置する厚さ６０〜２００μｍの真性半導体
層、およびその真性半導体層の下に接して位置する第２
導電型半導体層を備えることができる（請求項７）。
【００２７】上記の受光素子の構成は、ＬＤを光源と
し、シリコンまたはインジウム燐化合物によって上記受
光素子を構成した場合に、良好なＳＮ比が得られるよう
に最適化した構成である。
【００２８】本発明の空間光伝送システムでは、受光素
子が、Ｇｅ系フォトダイオードから構成され、レーザ光
が入射する入射面側から、厚さ２０〜４０μｍの第１導
電型半導体層、その第１導電型半導体層の下に接して位
置する厚さ６０〜２５０μｍの真性半導体層、およびそ
の真性半導体層の下に接して位置する第２導電型半導体
層を備えることができる（請求項８）。
【００２９】上記の受光素子の構成は、ＬＤを光源と
し、ゲルマニウムによって上記受光素子を構成した場合
に、良好なＳＮ比が得られるように最適化した構成であ
る。
【００３０】本発明の第１の局面の半導体レーザモジュ
ールは、回路基板と、回路基板に搭載された半導体レー
ザ素子と、半導体レーザ素子の少なくとも光出射端面を
覆う、硬化後のＪＩＳ−Ａ硬度がほぼゼロである、ゼリ
ー状樹脂であるシリコン系樹脂と、シリコン系樹脂で覆
われた半導体レーザ素子を回路基板に封止する第２の封
止樹脂とを備えることができる（請求項９）。
【００３１】半導体レーザ素子を上記ゼリー状樹脂で覆
うことにより、半導体レーザ素子に不必要に高い応力等
が付加されず、ゴム状樹脂等に比べて安定して良好なレ
ーザ光出射特性を得ることができる。
【００３２】本発明の第２の局面の半導体レーザモジュ
ールは、回路基板と、回路基板に取り付けられ、その光
出射面が回路基板の面と略平行になるように配置された
半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を回路基板に封
止する封止樹脂とを備えることができる（請求項１
０）。
【００３３】光出射面を回路基板の面と略平行になるよ
うに配置することにより、通信相手の受光素子に向けて
良好な放射パターンをもってレーザ光を出射させること
ができる。この結果、たとえば、回路基板に形成された
凹部側面で反射させて上面に光を取り出す構成よりも、
上記凹部側面の平滑度等に左右されることなく、優れた
放射パターンを得ることができる。
【００３４】上記第２の局面の半導体レーザモジュール
では、半導体素子は、回路基板に固定されたマウント材
に固定され、光出射面が回路基板の面と略平行とされる
ことができる（請求項１１）。
【００３５】マウント材の形状は自由に設定できるの
で、マウント材を用いることにより、半導体レーザ素子
の光出射面を回路基板面に略平行にして取り付ける際の
取り付け易さをそれほど重視しなくてもよくなる。この
結果、半導体レーザ素子における光の経路の設定の自由
度を増すことができる。また、回路基板の電極と半導体
レーザ素子の電極との配線もしやすくなる。
【００３６】上記第２の局面の半導体レーザモジュール
では、マウント材はヒートシンクを備えることが望まし
い（請求項１２）。
【００３７】ヒートシンクを備えることにより、半導体
レーザ素子の温度上昇を大幅に抑制することができる。
【００３８】本発明の空間光伝送システムでは、相手側
の受光素子に向けてレーザ光を出射させる、上記のいず
れかの半導体レーザモジュールを備えることができる
（請求項１３）。
【００３９】この構成により、安定して良好な放射パタ
ーンを有する半導体レーザ素子を備え、信号の伝送をよ
り確実なものとすることができる。
【００４０】本発明の電子機器は、空間を伝送される光
にのせられたデータに応じて応答する電子機器であっ
て、上記のいずれかの空間光伝送システムまたは上記の
いずれかの半導体レーザモジュールを備えることができ
る（請求項１４）。
【００４１】この構成により、たとえばリモートコント
ロールによる電子機器の操作性および信頼性をいっそう
確実なものにすることができる。また、優れたＳＮ比を
得ることができるので、背景雑音の短波長成分を遮断す
るために上記の受光素子を含む半導体レーザモジュール
を黒色カーボン等で封止する必要がなくなる。このた
め、メタリックな色調や透明なカラー樹脂等を用いるこ
とができるので、電子機器の意匠性を高め、その商品価
値を向上させることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】次に図面を用いて、本発明の実施
例について説明する。
【００４３】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
おける空間光伝送システムの空間光伝送モジュールを示
す断面図である。また、図２は光源の部分を示す斜視図
であり、図３は受光素子を示す斜視図である。本実施例
では、光源として発振波長８９０ｎｍのＩｎＧａＡｓ系
半導体レーザ素子（レーザチップ）１を、また受光素子
としてシリコン（Ｓｉ）のｐｉｎフォトダイオードを用
いている。この空間光伝送システムでは、信号を送受信
する相手がわも、上記と同じ空間光伝送モジュールを備
えていることを前提にしている。
【００４４】図１において、回路基板６上には、半導体
レーザ駆動用の正負両電極のパターンが形成され、図示
のとおり、レーザチップを搭載する部分には深さ３００
μｍの凹部６ａが設けられている。この凹部６ａに、レ
ーザチップ１を搭載したレーザマウント（マウント材）
２０をはんだで固定する。レーザマウント２０の正電極
２２の平坦部２３は、回路基板６上のレーザ駆動用正電
極部（図示せず）とワイヤ７ａによって電気的に接続さ
れる。凹部６ａはレーザ光の放射を妨げない程度の深さ
となっており、また、面の粗さが放射角に影響を与えな
いようにされている。
【００４５】受光素子２は、やはり回路基板６に実装さ
れ、ワイヤ７ｂにより電気信号が取り出される。この他
に、回路基板上にレーザ駆動用／受信信号処理用のＩＣ
回路８が実装されている。
【００４６】次いで、はんだで凹部に固定されたレーザ
マウント２０を搭載した部分に液状のシリコン樹脂９を
適量滴下する。シリコン樹脂９は表面張力のために凹部
内に留まり、レーザマウント２０を覆い凹部６ａに固定
する。本実施例では、回路基板６に凹部を設け、レーザ
マウント２０を実装したが、上述のように、シリコン樹
脂９は表面張力のためにレーザチップ表面およびその近
傍に留まるので、凹部は必ずしも設ける必要はない。
【００４７】この後、８０℃で約５分間放置してゼリー
状になるまで硬化させる。次いで、透明なエポキシ系樹
脂モールド３により被覆する。レーザチップの上面に
は、放射角制御のためのレンズ部４が、また、受光素子
の上面には信号光を集光するためのレンズ部５がそれぞ
れ一体的にモールドレンズとして形成される。
【００４８】上述したように、この空間光伝送システム
では、相手方が同じ空間光伝送モジュールをもう１台保
持して、光信号の送受信を行なうことを前提としてい
る。光源から情報をもって発した光信号は、相手の空間
光伝送モジュールの受信素子によって受信され、また、
相手から発信された光信号は上記受信素子によって受信
する。
【００４９】次に、レーザマウント２０について、図２
を用いて説明する。図２に示すように、Ｌ字型のヒート
シンク２１にレーザチップ１がダイボンドされている。
レーザチップ１は、ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ素子で
あり、そのチップ下面１ｂには高反射膜がコーティング
されている。この高反射膜は、レーザチップ端面の保護
をも兼ねているのが普通である。一方、レーザチップ上
面１ａの光取出面は、ノンコートであり、劈開により反
射面が形成されている。本実施例では、シリコン樹脂に
よるプリコートを行ない、このプリコート膜がレーザチ
ップ端面の保護機能を兼ねている。このため、コスト上
昇の一因である端面保護コート工程を１／２に減らすこ
とができる。もちろん、上下の両端面にコーティングす
ることも可能であり、その場合には、反射率を所望の値
に設計できるなどの効果を得ることができる。
【００５０】ヒートシンク２１の基部２１ｂには正電極
２２が、ヒートシンク２１と導通しないように絶縁物に
より固着されている。この正電極２２とレーザチップ１
の表面１ｃとは、金めっきタングステン線７ｃによって
接続されている。上述のように、このレーザマウント２
０を、図１の回路基板６の負電極（図示せず）にはんだ
固定して、正電極２２の上部の平坦部２３と回路基板６
の正電極部（図示せず）とをワイヤ７ａで接続する。こ
のような配線の形成により、レーザチップを発振させ、
レーザビーム２４を得ることができる。
【００５１】次に、本実施例の空間光伝送モジュールの
機能について説明する。光源のレーザチップ１の発振波
長は約８９０ｎｍであり、生産時におけるプロセス精度
をも含めて、全レーザチップが８９０±１ｎｍ以内の発
振波長精度を有する。さらに、温度変化にともなう発振
波長の変動も数ｎｍ以下に抑えられ、単一発振波長の発
光素子と考えることができる。
【００５２】次に、シリコンの受光素子２について説明
する。図３は受光素子を示し、ｎ型シリコン基板３１上
に厚さ１００μｍの真性領域層３２（空乏層、ｉ層：ｉ
ｎｔｒｉｎｓｉｃ層）、厚さ１０．５μｍのｐ型領域層
３３を有する。ここに、上面のｐ層３３の側からシリコ
ンのバンドギャップより大きいエネルギを有する短い波
長の光が入射すると、光は吸収され電気信号として取り
出すことができる。光が吸収される平均的な深さを平均
自由行程λといい、その逆数を吸収係数αと呼んでい
る。表面での光子数Ｎの光がシリコン受光素子を深さ方
向に進行するとき、深さｘでの生存光子数Ｎ’は、次の
式（１）で表わされる。
【００５３】 Ｎ’＝Ｎｅｘｐ（−ｘ／λ）＝Ｎｅｘｐ（−αｘ） ・・・・・・・（１） 空乏層３２内で吸収された光子は、電気信号として取り
出すことができる。しかし、ｐ層やｎ層で吸収された光
子は、拡散現象により空乏層に達したものだけが電気信
号として取り出すことができる。一般にシリコンの拡散
長は１〜１０μｍ程度であるので、ｐ層やｎ層で吸収さ
れた場合の電気信号取り出し効率はきわめて低くなる。
加えて、拡散速度が遅いために高速の光信号の変調に追
随することができず、有効な電気信号とならない。さら
に詳しい内容は、たとえば、「光エレクトロニクスの基
礎」（Ａ．Ｙａｒｉｖ著、丸善出版、昭和６３年）に紹
介されている。
【００５４】図４は、受光素子を構成する半導体フォト
ダイオード材料である、シリコン（Ｓｉ）、インジウム
燐化合物（ＩｎＰ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）の吸収
係数の波長依存性を表わしたものである。Ｓｉでは光の
放出と吸収とが間接遷移で行なわれるので、長波長側か
ら短波長側にかけての吸収係数の立ち上がりは緩やかで
ある。一方、ＩｎＰおよびＧｅでは、直接遷移またはそ
れに近い遷移を行なうバンド構造を持つため、吸収係数
の上記立ち上がりは急峻である。
【００５５】本実施例では、半導体フォトダイオード材
料としてＳｉが配置された受光素子（以下、Ｓｉ受光素
子）を用いる。図４から、Ｓｉでは波長１０００ｎｍ以
上の吸収係数は、波長８００ｎｍ以下の短波長側の吸収
係数に比べて、１／１０以下になる。波長８００ｎｍ以
下の短波長側では、たとえば、厚さ１０μｍのＳｉの場
合、６３％以上の吸収を受けることが、式（１）などを
用いて確認される。
【００５６】図５は、上記式（１）にしたがい、Ｓｉ受
光素子での深さと、その深さで生存している光子数との
関係を示したものである。その深さで生存している光子
数は、その深さでの光子数と表面での光子数との比（光
子数比）で表わしている。本実施例の場合、波長８９０
ｎｍのレーザ光は、図４から吸収係数０．０４μｍ-1に
相当する。
【００５７】この吸収係数を基に式（１）により計算す
ると、図３に示す受光素子の上層のｐ層３３で３０％吸
収され、次のｉ層３２で６８％吸収される。つまり、受
光素子に入射したレーザ光の約６８％は受光素子２のｉ
層３２で吸収され、電気信号に変換される。一般に、背
景光はシリコン受光素子の感度波長域の全域にわたって
分布しており、とくに吸収の大きい短波長側の背景光
は、受光素子によって効率よく吸収され雑音電流にな
る。本実施例では、ｐ層３３の厚さを１０．５μｍと厚
くしたため、図５に示すように、たとえば、短波長側の
波長７８０ｎｍの光は、表面側のｐ層で約７０％吸収さ
れ、かつ電気信号として取り出しにくいので、大きな雑
音にはならない。
【００５８】本実施例の半導体レーザ素子を用いた場合
と、ＬＥＤを発光素子に用いた場合との比較実験を行な
った。比較例として、中心波長８５０、８７５、９０
０、９２５、９５０、９７５、１０００ｎｍの７種類の
ＬＥＤを用い、同じく、本発明例として発振波長８５
０、８７５、９００、９２５、９５０、９７５、１００
０ｎｍの７種類の半導体レーザ素子を用いた。これらの
発光素子のそれぞれの波長帯に対して受光素子のｐ層３
３と、ｉ層３２との厚さを変えながら最適設計を行な
い、実際の信号受信時における信号対雑音比（ＳＮ比）
を測定した。測定にあたっては、通常の通信時と同じ
く、晴天の昼間に窓のある部屋で蛍光灯点灯の条件で行
なった。
【００５９】まず、ＬＥＤを用いた場合の結果を図６に
示す。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、それぞれ中心波長８
５０、９００、９５０および１０００ｎｍに対応するＳ
Ｎ比の（ｐ層厚さ＋ｉ層厚さ）依存性を示すグラフであ
る。すなわち、横軸には、ｐ層とｉ層との厚さの合計を
とり、さらにパラメータとしてｐ層の厚さを変えてい
る。
【００６０】波長８５０ｎｍの図６（ａ）では、ｐ層が
薄いときにＳＮ比が大きくなる傾向が認められる。これ
は、短波長の光は吸収係数が大きいため、受光素子の浅
い部分で多くの光が吸収されるからである。ｐ層を薄く
することにより、短波長の背景光に対する排除能力は低
下する。一方、全体の受信感度を上げるためには、図６
（ａ）から、ｉ層の厚さは５０〜１００μｍ程度とする
のがよいことが分る。これ以上厚くすると長波長側の背
景光に起因する雑音が増えてしまう。
【００６１】図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すよう
に、中心波長を長くしてゆくと、最適なｐ層、ｉ層の厚
さは厚くなり、それに付随してＳＮ比も増大することが
確認される。さらに長波長とすると、図６（ｄ）に示す
ように、ＳＮ比は劣化してしまう。これは、ｉ層の厚み
が足りないことが主原因である。厚さ３００μｍ以上の
ｉ層を採用した場合、実質上、ｉ層内での電界強度が低
下し、信号が鈍ることが確認された。
【００６２】次に、半導体レーザ素子を用いた場合につ
いて、図７（ａ）〜図７（ｄ）を用いて説明する。図７
（ａ）〜図７（ｄ）は、半導体レーザ素子の発振波長８
５０、９００、９５０、１０００ｎｍにそれぞれ対応す
る。図７（ａ）〜図７（ｄ）の測定結果の傾向は、図６
（ａ）〜図６（ｄ）に示した結果とほぼ同様であるが、
半導体レーザ素子の場合（図７）のほうが、ＳＮ比の大
きさが大きくなる傾向がある。
【００６３】図８は、波長に応じて受光素子のｐ層とｉ
層の厚さを最適化した場合に得られる最大ＳＮ比を示す
図である。この図８より、受光素子について最適化等の
改善を施しても、ＬＥＤの場合に得られる最大ＳＮ比は
１５０程度である。すなわち、ＬＥＤを用いた場合に
は、発振波長８８５〜９８０ｎｍの半導体レーザ素子を
用いた場合に得られる最小のＳＮ比１５０程度を超える
ことはできない。つまり、波長帯８８５〜９８０ｎｍの
半導体レーザ素子と、Ｓｉ受光素子とを、空間光伝送シ
ステムに用いた場合、どのような波長帯のＬＥＤとＳｉ
受光素子とを用いた空間光伝送システムより高いＳＮ比
を得ることができる。この波長帯は、図４から、シリコ
ンに対しては吸収係数０．００７〜０．０４μｍ-1の範
囲に相当する。この波長帯の半導体レーザ素子を用いる
場合には、受光素子を構成する各層の厚さに関しては、
ｐ層が５〜２５μｍ、ｉ層が６０〜２００μｍであると
き、ほぼ最適条件であることが分った。
【００６４】本発明で用いたレーザマウント２０は、上
述したように、レーザ光を回路基板に垂直に取り出すこ
とができる。このような構造のシステムの他に、回路基
板６に形成された凹部側面で光を反射させて上面側に光
を取り出す方法も検討したが、凹部側面の平滑度が悪
く、良好な放射パターンは得られなかった。上述のよう
に、レーザ光を回路基板に垂直に取り出すレーザマウン
トを用いることにより、良好な放射パターンが得られ、
ＬＥＤよりも大きなＳＮ比が得られた。
【００６５】また、大きなヒートシンク２１を用いるこ
とにより、半導体レーザ素子１の温度上昇を抑えること
ができる。凹部に、直接、レーザ素子１をマウントした
場合の熱抵抗２５０ｄｅｇ／Ｗに比べて、レーザマウン
ト２０を用いた場合、熱抵抗は約１／３に低下して、８
０ｄｅｇ／Ｗが得られた。
【００６６】上記レーザチップ１の被覆に用いたシリコ
ン樹脂９は、硬化時のＪＩＳＡ硬度が０である、いわゆ
るゼリー状樹脂である。ＪＩＳＡ硬度が０より大きい、
いわゆるゴム状樹脂もいくつか試みたが、ゼリー状のも
のが最も高い信頼性が得られることを確認した。
【００６７】（実施例２）次に本発明の実施例２につい
て説明する。実施例２における空間光伝送モジュールの
構造は、図１に示すものと同じである。本実施例では、
半導体レーザ素子１の発振波長が９３０ｎｍとなるよう
に設定した。レーザチップ１の発振波長の調整は、活性
層ＩｎＧａＡｓの混晶比を調整することによって行なう
ことができる。また、受光素子として、ＩｎＰ系化合物
半導体の受光素子を用いた。この受光素子のｐ層の厚さ
を３μｍ、ｉ層の厚を１５μｍとした。実施例１と同一
の条件でＳＮ比を測定したところ、ＳＮ比４００が得ら
れた。
【００６８】上記の光送受信デバイスについて説明す
る。図４を参照して、波長９３０ｎｍ付近の光は、Ｉｎ
Ｐの受光素子２の中で吸収係数が約０．０７μｍ-1であ
ることが分る。一方、波長９００ｎｍの光に対する吸収
係数は約１．０μｍ-1である。さらに、長波長側、たと
えば波長９５０ｎｍの光に対する吸収係数は０．０００
５μｍ-1である。これらの吸収係数と式（１）とを用い
ることにより、ＩｎＰに入射した光の所定深さにおける
生存光子数比を求めることができる。
【００６９】図９に、吸収係数が１．０（波長９００ｎ
ｍ）、０．０７（波長９３０ｎｍ）、また０．０００５
μｍ-1（波長９５０ｎｍ）である場合、ＩｎＰの受光素
子２に光が入射したときの入射光子数に対する生存光子
数の比を示す。図９によれば、波長９１０ｎｍ以下の光
は、最表面のｐ層３３のみでほとんど吸収され、有効な
電気信号として取り出すことができない。つまり、雑音
にもならない。一方、波長９４０ｎｍ以上の光は吸収が
小さいので、ｐ層３３とｉ層３２とを透過してしまい、
やはり雑音を生じにくい。すなわち、上記の受光素子が
受光し電気信号を発することができる光の波長範囲は、
およそ９００〜９５０ｎｍの範囲である。言い換えれ
ば、上記ＩｎＰの受光素子は、波長域幅５０ｎｍの光フ
ィルタ機能を併せ持っていることに相当する。
【００７０】本発明者は、実施例１と同様に、発光素子
として、半導体レーザ素子およびＬＥＤを用意し、Ｉｎ
Ｐ受光素子で受信した際の信号対雑音比（ＳＮ比）を測
定した。レーザ素子およびＬＥＤのピーク波長は、８６
０〜１０２０ｎｍの範囲で変化させた。ＬＥＤおよび半
導体レーザ素子での測定結果をそれぞれ図１０（ａ）〜
（ｄ）および図１１（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００７１】半導体レーザ素子を用いた場合、長波長化
と同時にＳＮ比が上昇しはじめ、波長９２０ｎｍを超え
るとＳＮ比は急激に大きくなり、波長９４０ｎｍ付近で
ピークを示す。さらに長波長化すると、９５０ｎｍ以降
でＳＮ比が急激に劣化することが実験的に確認された。
一方、ＬＥＤの場合、ピーク波長の長波長化とともに、
ＳＮ比は単調に減少する傾向が見られた。
【００７２】次に、図１２に、波長ごとに受光素子の層
厚を最適化したときのＳＮ比を示す。図１２によれば、
９２０〜９４０ｎｍの波長域で半導体レーザ素子のＳＮ
比は、ＬＥＤの場合に比べて格段に大きくなることが分
かる。とくに受光素子としてＩｎＰ系受光素子を用いた
場合、半導体レーザ素子を発光源に用い、かつ波長を９
２０〜９４０ｎｍにすることにより、これまでにない非
常に高いＳＮ比を得られることが実証された。とくに、
ＬＥＤ系では到達しえないＳＮ比８０以上という範囲を
得るためには、ｐ層およびｉ層の厚さとして、たとえ
ば、次の組み合わせを採用することが望ましい。 （１）ｐ層およびｉ層のトータル層厚さが１００μｍ以
上であること。 （２）ｐ層の厚さ５μｍ以上で、かつｉ層の厚さ５０μ
ｍ以上であること。
【００７３】また、図１１（ｃ）より明らかなように、
ｐ層を２０〜４０μｍとし、ｐ層とｉ層とを合わせた合
計厚さを２００μｍ程度とすることにより、容易に最大
ＳＮ比を得られることが分かる。
【００７４】これより、レーザ素子の発振波長を吸収係
数が大きく変化する遷移領域であって、ピーク波長に対
する吸収係数が０．００１μｍ-1である、波長９００〜
９４５ｎｍに設定することにより、吸収係数差を用いて
光フィルタリングを行うことが可能となる。このような
ＩｎＰ系フォトダイオードの受光素子によって受光され
る光源にＬＥＤを用いた場合、中心波長を９００〜９４
５ｎｍの範囲内に入れてもブロードな発光なので、９０
０〜９４５ｎｍの範囲に入らない波長域はすべて電気信
号にならない。このため、ＬＥＤの光から得られる電気
信号の強度は、半導体レーザ素子によって、波長９００
〜９４５ｎｍの範囲に入れた線スペクトル状の狭線幅の
光源から得られる信号強度よりも大幅に小さくなる。雑
音は背景光に由来するので、両方で同じなので、ＳＮ比
は、やはりＬＥＤが大幅に小さくなる。このようなＬＥ
ＤとＬＤとの大きなＳＮ比の相違は、ＬＤの発振波長を
９００〜９４５ｎｍの範囲に入れることを前提にしてい
る。この波長域は、図４のＩｎＰの波長と吸収係数との
関係から、吸収係数０．００１〜０．３μｍ-1に相当す
る。
【００７５】受光素子の吸収係数は、図４に示すよう
に、受光素子を構成する材料によって大きく相違する。
ＩｎＰなどの直接遷移型フォトダイオードは、シャープ
な吸収端を持ち、本実施例のような使用に適している。
また、間接遷移型受光素子であっても、Ｇｅフォトダイ
オードはシャープな吸収端を持つので、ＩｎＰと同様に
用いることができる。
【００７６】本発明者は、Ｇｅ系半導体ＰＤについても
ＩｎＰ系半導体ＰＤと同様の実験を遂行した。この実験
結果を図１３（ａ）〜（ｄ）および図１４（ａ）〜
（ｄ）に示す。また、それぞれのピーク波長で最適化さ
れたＰＤ構造でのＳＮ比を図１５に示す。Ｇｅの場合、
吸収係数の変化率がＩｎＰに比べて緩やかなので、ＬＥ
Ｄの場合であっても長波長化と同時に単調にＳＮ比は減
少せず、半導体レーザ素子と同様に１５６０〜１５８０
ｎｍ程度にピークを有する。ここでもＬＥＤで得られる
最大のＳＮ比１００を超えるためには、ｐ層の厚さを２
０〜４０μｍとし、ｉ層の厚さを６０〜３００μｍとす
る必要であることが実証された。
【００７７】Ｇｅの場合、図４と式（１）とから、レー
ザ素子の発振波長を１．５５〜１．５９μｍ（１５５０
〜１５９０ｎｍ）にすればよいことが分る。１．５５μ
ｍ未満の波長では、受光素子のｐ層での吸収が大きすぎ
てｉ層に入る前に大部分吸収されてしまい信号に寄与す
ることがない。また、波長１．５９μｍを超えるとｐ層
でもｉ層でも、光は実質的に吸収されず、透過してしま
い信号にやはり寄与しない。
【００７８】上記の波長域は、同様に、図４から、吸収
係数０．００１〜０．０６μｍ-1に相当する。波長１．
５５μｍ帯のレーザ光は、ＩｎＰ系レーザ素子、または
ＧａＩｎＮＡｓ系レーザ素子によって発振することがで
きる。
【００７９】このように、Ｇｅまたは直接遷移型のフォ
トダイオードを用いた場合には、吸収係数が３〜４桁に
わたって急峻に変動する波長領域幅は、おおむね５０ｎ
ｍ程度である。その波長域で波長広がりが５０ｎｍ以下
の光源を用いた場合に、ＳＮ比を大幅に向上させること
ができる。波長広がりが５０ｎｍ以下の光源は、ＬＥＤ
では不可能であり、半導体レーザ素子（ＬＤ）ではじめ
て可能となる。
【００８０】本実施例の空間光伝送モジュールでは、発
振波長９４０ｎｍのレーザチップと、ＩｎＰフォトダイ
オードを用いることにより、従来のＬＥＤを用いた光通
信に比べて大幅に雑音を低減することができる。また、
この光送受信装置と、従来の光送受信装置や、Ｓｉ受光
素子から構成される光モジュールとの交信も可能であ
る。
【００８１】なお、波長１５５０ｎｍの半導体レーザと
Ｇｅの受光素子を用いた構成の場合、波長が長いために
眼球に対する安全性が高く、光出力を上げることができ
る。このことは、国際的な標準化基準であるＩＥＣ６０
８２５−１に記載されている通りである。
【００８２】上記ＩｎＰの受光素子およびＧｅの受光素
子のいずれの場合も、波長幅５０ｎｍ以下の光源に適用
可能である。このような狭幅域の光源として、工業的に
は半導体レーザ素子が最も適している。発光ダイオード
では発光幅が広すぎ、上記波長域以外の波長は信号に寄
与することができないので、ＳＮ比が急激に劣化する。
本実施例のように、半導体レーザと狭帯域受光感度のフ
ォトダイオードを用いることにより、光フィルタを施す
必要がなくなり、安価な構成で光送受信装置を構成する
ことが可能となる。
【００８３】（実施例３）図１６は、本発明の実施例３
における半導体レーザ素子（レーザチップ）を示す図で
ある。図１６を参照して、この半導体レーザ素子を形成
する工程について説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板４１の上
には、次に示す組成および厚さの層が下側から順に積層
されている。各層の末尾の括弧内の数値はその層の厚さ
を表わす。
【００８４】ｎ型ＧａＡｓ基板４１／ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ
Ａｓ第１クラッド層４２（１．６μｍ）／ｎ型ＧａＡｓ
エッチング停止層４３（１００ｎｍ）／ｎ型Ａｌ0.5Ｇ
ａＡｓ第２クラッド層４４（１５μｍ）／Ａｌ0.5Ｇａ
Ａｓ第１ガイド層４５（２０ｎｍ）／Ｉｎ0.1ＧａＡｓ
第１井戸層４６（８ｎｍ）／Ａｌ0.1ＧａＡｓ障壁層４
７（５ｎｍ）／Ｉｎ0.1ＧａＡｓ第２井戸層４８（８ｎ
ｍ）／Ａｌ0.1ＧａＡｓ第２ガイド層４９（２０ｎｍ） 上記のＡｌ0.1ＧａＡｓ第２ガイド層４９までの部分
が、波長９２０ｎｍのレーザ発振を起こす活性層とな
る。最後に、上記活性層の上に、ｐ型Ａｌ0.5ＧａＡｓ
第３クラッド層５０（３μｍ）を、次いで、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層５１（２μｍ）を積層する。
【００８５】次に導波路を形成するため、通常のフォト
プロセスにてｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１上にフォト
マスクを形成する。このとき、導波路方向が＜１１０＞
方向となるようにしておく。ついで、硫酸系エッチャン
トを用いてＧａＡｓコンタクト層５１をエッチングす
る。続いて、フッ酸系エッチャントを用いて第３クラッ
ド層５０、活性層４９，４８，４７，４６，４５、およ
び第２クラッド層４４までエッチングする。このエッチ
ングは、エッチング停止層４３で自動的に停止する。こ
の際、硫酸系エッチャントは面方位依存性がなく、ほぼ
垂直なエッチング面になるが、フッ酸系エッチャントで
は面方位依存性があるため、導波路方向に垂直な面では
＜１１１＞A面が露出し、導波路方向となす角度は５
４．７度程度となる。
【００８６】一方、導波路側面は、エッチング条件によ
り、準メサ構造または逆メサ構造のいずれにもなりう
る。また、図示したように、ほぼ垂直な面ができること
もある。この導波路側面にＳｉＮ膜５２を埋め込み、電
極用コンタクト層５１の頭出しを行なう。上面には図示
しない金属の電極を蒸着し、正電極とする。下面には図
示しない透明電極材料を形成し負電極とする。最後に、
一方は導波路がとぎれている箇所で劈開し、面５４を形
成する。その後、面５４の側に真空蒸着法を用いてＴｉ
Ｏ2、ＳｉＯ2等で高反射膜を形成する。
【００８７】次に、この半導体レーザの機能について説
明する。正電極から負電極側へと電流を流すと活性層中
で光が励起されて導波路内を伝搬する。導波路の屈折率
は約３．４であり、ＳｉＮ膜の屈折率が約１．６程度で
あるから、導波路からＳｉＮ膜中へ光は屈折せずすべて
反射されて基板４１の側へ放射される。一方の面５４
は、高反射膜を蒸着しているので、このレーザ素子で
は、面５３の側からは光の帰還がなく、面５４の側から
大きな光の帰還がかかりレーザ発振するようになる。活
性層は、レーザ発振波長が９２０ｎｍになるように設計
されている。
【００８８】図１７に、ｎ型ＧａＡｓの吸収係数のエネ
ルギ（波長）依存性を示す。本例では、ドープ量２〜４
×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ基板を用いている。波長
９２０ｎｍに相当するエネルギ１．３５ｅＶでは、吸収
係数は１０ｃｍ-1以下となる。これは、厚さ１００μｍ
のＧａＡｓ基板の場合、式（１）によれば、透過率が約
９０％であることを示している。実際には、吸収係数３
０ｃｍ-1程度であれば、厚さ１００μｍのＧａＡｓ基板
で透過率７０％以上が確保できるので、光のエネルギ約
１．３９ｅＶ、すなわち波長８９０ｎｍ程度以上なら本
レーザチップの発明の効果を享受することができる。
【００８９】次に、この半導体レーザ素子を光送受信装
置に搭載した際の機能について説明する。図１８は、空
間光伝送モジュールのデータ送信部（発光部）のみ図示
してある。本例での半導体レーザ素子１は、正電極（図
示せず）を下に回路基板６に実装されている。実装に
は、回路基板６上に図示しない銀ペーストを適量塗布
し、半導体レーザ素子１を張り付け、８０℃で数分間硬
化させる。半導体レーザ素子の負電極（図示せず）は、
回路基板６の電極（図示せず）とワイヤ７ａで接続され
ている。半導体レーザ素子の上部は、光を拡散させる拡
散材１１の混入した透明樹脂３でモールドされ、同一樹
脂によりモールドレンズ４が形成されている。
【００９０】上述したように、導波路からの反射光は樹
脂３の中を伝搬し、その進行方向中心は上方から少し角
度のずれた方向となる。上述のように、一般に、送受信
一体型モジュールは対向させて使用することが多いの
で、モールドレンズ４より出射する光ビームは上方に進
行することが望ましい。本例のモールドレンズは、上方
から入射した光が半導体レーザ素子１の反射面で焦点を
結ぶように設計しておく。そのため、逆に焦点付近から
斜め方向に出射された光ビームも空間上方へ放射され
る。このとき、拡散材が含まれているため、空間へ放射
されるビームは、実際には上方へ向かうある広がりをも
ったビームとなる。その広がり角度は、拡散材の濃度で
決定され、縦横ともに同じ広がり角を持つようになる。
このような光の出射および入射は、光送受信モジュール
の発光部としては好ましい。また、受信部としては実施
例１で説明した受光素子を用いた。本実施例の半導体レ
ーザ素子と、実施例２のＩｎＰの受光素子を用いた場
合、実施例２で説明したように、黒色カーボン等の光フ
ィルタ用モールド樹脂は不要となる。このため、本例で
は、意匠性を向上させるために、モールド樹脂として拡
散材入りの乳白色の樹脂を用いた。
【００９１】次に、本実施例の効果について説明する。
本実施例の半導体レーザ素子を用いることにより、特別
なヒートシンクを用いることなく、上方に出射されるレ
ーザ光を上面から取り出すことができる。また、ＧａＡ
ｓ基板は、金属に比べて熱伝導率が低いため、主たる発
熱部であるレーザ発光部と回路基板６までの距離は近い
ことが望ましい。本例では、波長を８９０ｎｍ以上に設
定することにより、ＧａＡｓ基板での吸収を極力抑える
ことができる。このため、レーザ発光部を回路基板６に
対して下側に向けてダイボンドする、いわゆるジャンク
ションダウン型の素子実装が可能になった。
【００９２】加えて、図１９に示すように、本例の半導
体レーザ素子１はＳｉＮ埋め込み膜の厚さが２０μｍ相
当あり、これがｐｎジャンクションの側面を覆っている
ため、ダイボンド時の銀ペースト１０の這い上がりがあ
った場合でも、それが２０μｍ以下であれば電流リーク
を防ぐことができる。また、光フィルタが不要となり、
そのためモールド樹脂の選択が可能となった。さらに
は、ＳｉＮ膜が端面保護の機能を果たしており、簡単な
方法で信頼性の高いレーザチップを実現することができ
る。
【００９３】（実施例４）本発明の実施例４について、
図２０を用いて説明する。図２０は、本発明の実施例３
における空間光伝送モジュール６２を搭載したミニディ
スクプレーヤ６０およびリモコン６１を示す斜視図であ
る。このミニディスクプレーヤ６０は全表面が銀色のア
ルミニュームで仕上げられている。実施例３のモールド
樹脂は乳白色であり、銀色のケースとのカラーバランス
が良く、システム全体の商品価値を向上させている。
【００９４】本実施例では、意匠性を向上させるため商
品のカラーにマッチした光送受信モジュールを提供する
ことが示されている。さらに、本発明の空間光伝送シス
テムを用いることにより、はじめてモールド樹脂を透明
にすることができるようになった。
【００９５】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の
形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲は、これ
ら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、
特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求
の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変
更が含まれる。
【００９６】
【発明の効果】本発明の空間光伝送システムを用い、受
光素子を構成する半導体材料の吸収特性に合わせた波長
のレーザ光を出射させるＬＤを用いることにより、背景
光の雑音を大幅にカットして高いＳＮ比を得ることがで
きる。このため、空間光伝送モジュールを黒色カーボン
で覆って雑音をカットする必要がなくなり、メタリック
樹脂や透明なカラー樹脂を用いても高いＳＮ比を得るこ
とができる。この結果、本空間光伝送システムが搭載さ
れる電子機器の意匠性を高め商品価値を向上させること
ができる。また、上記ＬＤの搭載に際し、ゼリー状の樹
脂をプリコート材として用いることにより、ＬＤの発光
特性を安定して良好にして信頼性を向上させることがで
きる。さらに、回路基板上にＬＤを搭載するに際し、出
射面を回路基板面に略平行にすることにより、望ましい
放射パターンを確保することができる。また、上記ＬＤ
の搭載にマウント材を用いることにより、使用中の温度
上昇等を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における空間光伝送モジュ
ールを示す断面図である。
【図２】 図１の空間光伝送モジュールのなかの半導体
レーザモジュールを示す斜視図である。
【図３】 図１の空間光伝送モジュールのなかの受光素
子を示す斜視図である。
【図４】 受光素子を構成する半導体材料の吸収係数の
波長依存性を示す図である。
【図５】 本発明の実施例１における受光素子を構成す
るシリコン中の生存光子数を示す図である。
【図６】 光源をＬＥＤとした場合の受光素子の構造と
ＳＮ比との関係を示す図である。（ａ）は中心波長８５
０ｎｍ、（ｂ）は中心波長９００ｎｍ、（ｃ）は中心波
長９５０ｎｍ、（ｄ）は中心波長１０００ｎｍ、の場合
を示す。
【図７】 光源をＬＤとした場合の受光素子の構造とＳ
Ｎ比との関係を示す図である。（ａ）は波長８５０ｎ
ｍ、（ｂ）は波長９００ｎｍ、（ｃ）は波長９５０ｎ
ｍ、（ｄ）は波長１０００ｎｍ、の場合を示す。
【図８】 本発明の実施例１のシリコン受光素子におけ
る（中心）波長と最適化ＳＮ比との関係を示す。
【図９】 本発明の実施例２のＩｎＰ受光素子における
生存光子数を示す図である。
【図１０】 光源をＬＥＤとし、受光素子をＩｎＰ系Ｐ
Ｄとした場合のｐ層とｉ層との合計厚さとＳＮ比との関
係を示す図である。（ａ）はピーク波長９００ｎｍ、
（ｂ）はピーク波長９２０ｎｍ、（ｃ）はピーク波長９
４０ｎｍ、（ｄ）はピーク波長９６０ｎｍ、の場合を示
す。
【図１１】 光源を半導体レーザ素子ＬＤとし、受光素
子をＩｎＰ系ＰＤとした場合のｐ層とｉ層との合計厚さ
とＳＮ比との関係を示す図である。（ａ）はピーク波長
９００ｎｍ、（ｂ）はピーク波長９２０ｎｍ、（ｃ）は
ピーク波長９４０ｎｍ、（ｄ）はピーク波長９６０ｎ
ｍ、の場合を示す。
【図１２】 本発明の実施例２において受光素子を最適
構造化したＩｎＰ系ＰＤを用いた場合のピーク波長とＳ
Ｎ比との関係を示す。
【図１３】 光源をＬＥＤとし、受光素子をＧｅ系ＰＤ
とした場合のｐ層とｉ層との合計厚さとＳＮ比との関係
を示す図である。（ａ）はピーク波長１５２０ｎｍ、
（ｂ）はピーク波長１５４０ｎｍ、（ｃ）はピーク波長
１５６０ｎｍ、（ｄ）はピーク波長１５８０ｎｍ、の場
合を示す。
【図１４】 光源を半導体レーザ素子ＬＤとし、受光素
子をＧｅ系ＰＤとした場合のｐ層とｉ層との合計厚さと
ＳＮ比との関係を示す図である。（ａ）はピーク波長１
５２０ｎｍ、（ｂ）はピーク波長１５４０ｎｍ、（ｃ）
はピーク波長１５６０ｎｍ、（ｄ）はピーク波長１５８
０ｎｍ、の場合を示す。
【図１５】 本発明の実施例２において受光素子を最適
構造化したＧｅ系ＰＤを用いた場合のピーク波長とＳＮ
比との関係を示す。
【図１６】 本発明の実施例３の半導体レーザ素子の斜
視図である。
【図１７】 図１６の半導体レーザ素子における吸収係
数とエネルギ（波長）と不純物濃度との関係を示す図で
ある。
【図１８】 本発明の実施例３の半導体レーザ素子を組
み込んだ空間光伝送モジュールの発光部を示す図であ
る。
【図１９】 図１８の部分拡大図である。
【図２０】 本発明の実施例４における電子機器（ミニ
ディスクプレーヤ）の斜視図である。
【図２１】 従来の空間光伝送モジュールの断面図であ
る。
【図２２】 従来の空間光伝送モジュールの光源に用い
られるＬＥＤの発光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ素子、１ａ 半導体レーザ素子上面、
１ｂ 半導体レーザ素子下面、１ｃ 半導体レーザ素子
表面、２ 受光素子、３ モールド樹脂、４モールドレ
ンズ（発光部）、５ モールドレンズ（受光部）、６
回路基板、６ａ 回路基板に設けた凹部、７ ワイヤ、
８ ＩＣ回路、９ 保護樹脂、１０銀ペースト、１１
光拡散材、２０ レーザマウント、２１ ヒートシン
ク、２１ｂ 基部、２２ 電極、２３ 平坦部（電
極）、２４ レーザビーム、３１シリコン基板、３２
真性シリコン層、３３ ｐ型シリコン層、４１ ＧａＡ
ｓ基板、４２，４４ ｎ型クラッド層、４３ エッチン
グ停止層、４５，４９ 光ガイド層、４６，４８ 量子
井戸層、４７ 障壁層、５０ ｐ型クラッド層、５１
コンタクト層、５２ ＳｉＮ、５３，５４ 半導体レー
ザ素子の面、６０ミニディスクプレーヤ（電子機器）、
６１ リモコン、６２ 空間光伝送モジュール。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ光を発振する半導体レーザ素子
    と、 前記半導体レーザ素子から出射され空間を伝搬してきた
    レーザ光を受光して電気信号に変える受光素子とを備
    え、 前記半導体レーザ素子は、前記受光素子における吸収係
    数が０．００１〜０．３μｍ-1の範囲となる波長の前記
    レーザ光を発振する、空間光伝送システム。
  2. 【請求項２】 前記半導体レーザ素子は、前記受光素子
    における吸収係数が０．００７〜０．０４μｍ-1の範囲
    となる波長の前記レーザ光を発振する、請求項１に記載
    の空間光伝送システム。
  3. 【請求項３】 前記半導体レーザ素子は、前記受光素子
    における吸収係数が０．０２〜０．３μｍ-1の範囲とな
    る波長のレーザ光を発振する、請求項１に記載の空間光
    伝送システム。
  4. 【請求項４】 前記受光素子がシリコン系フォトダイオ
    ードから構成され、前記半導体レーザ素子の発振波長が
    ８８５〜９８０ｎｍの範囲にある、請求項１または２に
    記載の空間光伝送システム。
  5. 【請求項５】 前記受光素子がＩｎＰ系フォトダイオー
    ドから構成され、前記半導体レーザ素子の発振波長が９
    ００〜９４５ｎｍの範囲にある、請求項１〜３のいずれ
    かに記載の空間光伝送システム。
  6. 【請求項６】 前記受光素子がＧｅ系フォトダイオード
    から構成され、前記半導体レーザ素子の発振波長が１５
    ５０〜１５９０ｎｍの範囲にある、請求項１〜３のいず
    れかに記載の空間光伝送システム。
  7. 【請求項７】 前記受光素子が、Ｓｉ系またはＩｎＰ系
    フォトダイオードから構成され、前記レーザ光が入射す
    る入射面側から、厚さ５〜２５μｍの第１導電型半導体
    層、その第１導電型半導体層の下に接して位置する厚さ
    ６０〜２００μｍの真性半導体層、およびその真性半導
    体層の下に接して位置する第２導電型半導体層を備え
    る、請求項１〜５のいずれかに記載の空間光伝送システ
    ム。
  8. 【請求項８】 前記受光素子が、Ｇｅ系フォトダイオー
    ドから構成され、前記レーザ光が入射する入射面側か
    ら、厚さ２０〜４０μｍの第１導電型半導体層、その第
    １導電型半導体層の下に接して位置する厚さ６０〜２５
    ０μｍの真性半導体層、およびその真性半導体層の下に
    接して位置する第２導電型半導体層を備える、請求項１
    〜３、６のいずれかに記載の空間光伝送システム。
  9. 【請求項９】 回路基板と、 前記回路基板に搭載された半導体レーザ素子と、 前記半導体レーザ素子の少なくとも光出射端面を覆う、
    硬化後のＪＩＳ−Ａ硬度がほぼゼロである、ゼリー状樹
    脂であるシリコン系樹脂と、 前記シリコン系樹脂で覆われた半導体レーザ素子を前記
    回路基板に封止する第２の封止樹脂とを備える、半導体
    レーザモジュール。
  10. 【請求項１０】 回路基板と、 前記回路基板に取り付けられ、その光出射面が前記回路
    基板の面と略平行になるように配置された半導体レーザ
    素子と、 前記半導体レーザ素子を前記回路基板に封止する封止樹
    脂とを備える、半導体レーザモジュール。
  11. 【請求項１１】 前記半導体素子は、前記回路基板に固
    定されたマウント材に固定され、前記光出射面が前記回
    路基板の面と略平行とされている、請求項９に記載の半
    導体レーザモジュール。
  12. 【請求項１２】 前記マウント材はヒートシンクを備え
    る、請求項１１に記載の半導体レーザモジュール。
  13. 【請求項１３】 相手側の受光素子に向けてレーザ光を
    出射させる、請求項９〜１２のいずれかに記載の半導体
    レーザモジュールを備える空間光伝送システム。
  14. 【請求項１４】 空間を伝送される光にのせられたデー
    タに応じて応答する電子機器であって、請求項１〜８、
    １３に記載のいずれかの空間光伝送システムまたは請求
    項９〜１２のいずれかに記載の半導体レーザモジュール
    を備える電子機器。
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