JP2010272558A - 受発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる受発光装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る受発光装置１００は、第１領域１０と、平面視において第１領域１０と隣接する第２領域２０と、を含む受発光装置であって、第１領域１０および第２領域２０に形成された光吸収層１０３と、光吸収層１０３の上方に形成された第１クラッド層１０４と、第１領域１０の第１クラッド層１０４の上方に形成された活性層１０６と、活性層１０６の上方に形成された第２クラッド層１０８と、を含み、活性層１０６の少なくとも一部は、利得領域１６０を構成し、第１領域１０と第２領域２０との境界には、利得領域１６０の端面１７０，１７２を有する段差側面１４５，１４７が構成され、利得領域１６０に生じる光は、利得領域１６０の端面１７０，１７２から出射され、出射された光の一部は、第２領域２０の光吸収層１０３に至り、受光される。
【選択図】図２

Description

本発明は、受発光装置に関する。
光通信等で用いられる半導体発光デバイスにおいては、一般的に、装置の外部に半透過ミラーや回折素子を配置して出射した光の一部を取り出し、その光を受光素子によって検出することで、光量の調整等を行っている。
例えば、特許文献１では、レーザーダイオードからの光を分光プリズム等で分岐させ、その分岐させた光を検出するモニター用フォトダイオードを有する光ピックアップ装置が提案されている。
特開平１０−３６９１号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、発光素子と受光素子が個々に設けられているため、別途分光プリズム等の光学素子が必要となり、部品点数が多くなる、小型化が難しいといったことが検討される。また、表示装置に用いるためには、複数のレーザーダイオードの光量を個々に検出する必要があるが、個別に受光素子を設けるのは困難な場合がある。
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる受発光装置を提供することにある。
本発明に係る受発光装置は、
第１領域と、平面視において前記第１領域と隣接する第２領域と、を含む受発光装置であって、
前記第１領域および前記第２領域に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第１クラッド層と、
前記第１領域の前記第１クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
を含み、
前記活性層の少なくとも一部は、利得領域を構成し、
前記第１領域と前記第２領域との境界には、前記利得領域の端面を有する段差側面が構成され、
前記利得領域に生じる光は、前記利得領域の端面から出射され、
出射された光の一部は、前記第２領域の前記光吸収層に至り、受光される。
このような受発光装置によれば、受光素子を構成する前記光吸収層の上方に、発光素子を構成する前記活性層を形成することができる。そして、前記第１領域における前記活性層の前記利得領域に生じる光の一部は、前記第２領域における前記光吸収層に至り、受光されることができる。すなわち、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる。
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
本発明に係る受発光装置において、
前記第２領域の前記第１クラッド層の上方に形成された第１電極と、
前記第２クラッド層の上方に形成されたコンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された第２電極と、
前記光吸収層の下方に形成された第３電極と、
を、さらに含み、
前記利得領域の平面形状は、前記コンタクト層と前記第２電極との接触面の平面形状と等しく、
前記第１電極および前記第２電極は、前記利得領域に光を生じさせるための電極であり、
前記第１電極および前記第３電極は、前記光吸収層に至った光を受光するための電極であることができる。
このような受発光装置によれば、前記コンタクト層によって、前記第２電極の接触抵抗を低減することができる。
本発明に係る受発光装置において、
前記第２領域の前記第１クラッド層は、開口を有し、
前記開口内において、前記光吸収層は、露出しており、
前記出射された光の一部は、前記開口内において露出している前記光吸収層に至り、受光されることができる。
このような受発光装置によれば、効率良く光を吸収することができ、受光素子の検出能力を向上させることができる。
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域は、前記活性層の第１側面側の端面から、前記活性層の前記第１側面と対向する第２側面側の端面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられ、
前記第１側面側から平面的にみて、前記第１側面側の端面と、前記第２側面側の端面とは、重なっておらず、
少なくとも前記第１側面側の端面は、前記段差側面を構成していることができる。
このような受発光装置によれば、前記利得領域に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができ、スペックルノイズを低減させることができる。
本発明に係る受発光装置において、
前記第２領域は、２つ設けられ、
前記第１領域は、２つの前記第２領域の間に配置されていることができる。
このような受発光装置によれば、２箇所で出射光の一部を吸収することができるので、受光素子の検出能力を向上させることができる。
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域は、複数配列され、
隣り合う前記利得領域の間には、分離溝が形成され、
前記分離溝の底面は、前記吸収層の下面より下方に位置していることができる。
このような受発光装置によれば、発光の高出力化を図ることができる。また、複数の前記利得領域および前記光吸収層は、前記分離溝によって電気的に分離されているので、複数の前記利得領域の各々の光出力をモニターすることができる。すなわち、複数の前記利得領域の各々に対して、個別に光量検出を行うことができる。
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域に生じる光の波長帯において、前記第２側面の反射率は、前記第１側面の反射率よりも高く、
前記利得領域は、複数設けられ、
複数の前記利得領域は、少なくとも１つの利得領域対をなし、
前記利得領域対の一方の第１利得領域は、一の方向に向かって設けられ、
前記利得領域対の他方の第２利得領域は、前記一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられ、
前記第１利得領域の前記第２側面側の端面と、前記第２利得領域の前記第２側面側の端面とは、重なっていることができる。
このような受発光装置によれば、前記第１利得領域に生じる光の一部は、重なり面において反射して、前記第２利得領域内においても、利得を受けながら進行することができる。また、前記第２利得領域に生じる光の一部に関しても同様である。したがって、光強度の増幅距離を長くすることができ、高い光出力を得ることができる。
本発明に係る受発光装置において、
前記利得領域対は、複数配列され、
隣り合う前記利得領域対の間には、分離溝が形成され、
前記分離溝の底面は、前記吸収層の下面より下方に位置していることができる。
このような受発光装置によれば、発光の高出力化を図ることができる。また、複数の前記利得領域対および前記光吸収層は、前記分離溝によって電気的に分離されているので、複数の前記利得領域対の各々の光出力をモニターすることができる。すなわち、複数の前記利得領域対の各々に対して、個別に光量検出を行うことができる。
第１の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す平面図。 第１の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置の活性層を第１側面側から平面的にみた図。 第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る受発光装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態の第１変形例に係る受発光装置を模式的に示す断面図。 第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置を模式的に示す平面図。 第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す平面図。 第２の実施形態に係る受発光装置を模式的に示す断面図。 第２の実施形態の変形例に係る受発光装置を模式的に示す平面図。 第２の実施形態の変形例に係る受発光装置を模式的に示す断面図。
１． 第１の実施形態
１．１． 第１の実施形態に係る受発光装置
まず、第１の実施形態に係る受発光装置１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、受発光装置１００を模式的に示す平面図である。図２は、受発光装置１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、受発光装置１００を模式的に示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、受発光装置１００を模式的に示す図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。なお、図１では、便宜上、第２電極１１４の図示を省略している。
以下では、受発光装置１００の構成、発光の動作原理、受光の動作原理の順に説明する。
（１） 構成
受発光装置１００は、図１〜図３に示すように、光吸収層１０３と、第１クラッド層１０４と、活性層１０６と、第２クラッド層１０８と、を含む。受発光装置１００は、さらに、基板１０１と、第３クラッド層１０２と、コンタクト層１１０と、第１電極１１２と、第２電極１１４と、第３電極１１５と、絶縁部１１６と、を有することができる。
また、受発光装置１００は、第１領域１０と、平面視において第１領域１０と隣接する第２領域２０と、を含む。図示の例では、第１領域１０には、基板１０１、第３クラッド層１０２、光吸収層１０３、第１クラッド層１０４、活性層１０６、第２クラッド層１０８、コンタクト層１１０および絶縁部１１６が積層されている。第２領域２０には、基板１０１、第３クラッド層１０２、光吸収層１０３および第１クラッド層１０４が積層されている。第１領域１０および第２領域２０は、少なくとも１つずつ設けられている。図示の例では、第２領域２０は２つ設けられており、第１領域１０は２つの第２領域２０の間に配置されている。第２領域２０の平面形状は、図１の例では、矩形であるが、特に限定されない。
第１領域１０と第２領域２０との境界には、図１〜図３に示すように、段差側面１４５，１４７が形成されている。すなわち、第１領域１０と第２領域２０とは、段差側面１４５，１４７によって区画されている。段差側面１４５，１４７は、活性層１０６の側面１０５，１０７をエッチングにより露出させる工程で形成され、平坦な面であることができる。図示の例では、段差側面１４５，１４７は、第１クラッド層１０４、活性層１０６、第２クラッド層１０８、コンタクト層１１０、絶縁部１１６および第２電極１１４の側面によって構成されている。また、図２に示すように、段差側面１４５は、利得領域１６０の第１端面１７０を有し，段差側面１４７は、利得領域１６０の第２端面１７２を有することができる。
基板１０１は、図２および図３に示すように、第１領域１０および第２領域２０に形成されている。基板１０１としては、例えば、第１導電型（例えばｐ型）のＧａＡｓ基板などを用いることができる。
第３クラッド層１０２は、第１領域１０および第２領域２０の基板１０１上に形成されている。第３クラッド層１０２としては、例えば、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。
光吸収層１０３は、第１領域１０および第２領域２０の第３クラッド層１０２上に形成されている。光吸収層１０３としては、例えば、ＧａＡｓ層などを用いることができる。光吸収層１０３は、後述するように、利得領域１６０に生じる光の一部を、吸収することができる。
第１クラッド層１０４は、第１領域１０および第２領域２０の光吸収層１０３上に形成されている。第１クラッド層１０４としては、例えば、第２導電型（例えばｎ型）のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。図３に示すように、第１領域１０の第１クラッド層１０４の上面は、第２領域２０の第１クラッド層１０４の上面より上方に位置している。すなわち、第２領域２０の第１クラッド層１０４の一部は、活性層１０６の側面１０５，１０７を露出する工程でエッチングされる。
図４に示すように、第２領域２０の第１クラッド層１０４は、開口１０４ａを有することができる。開口１０４ａ内において、光吸収層１０３は、露出している。すなわち、開口１０４ａの底面は、光吸収層１０３の上面となる。開口１０４ａは、図１に示すように平面視において、利得領域１６０の端面１７０，１７２と隣接している。これにより、端面１７０，１７２から出射された光の一部は、開口１０４ａ内において露出された光吸収層１０３により、吸収されることができる。なお、図示はしないが、開口１０４ａが形成されておらず、第２領域２０の第１クラッド層１０４の上面は、平坦な面であってもよい。この場合は、出射された光の一部は、第２領域２０の第１クラッド層１０４を透過して光吸収層１０３に至る。また、図示はしないが、第１電極１１２の下にのみ第１クラッド層１０４が設けられ、それ以外の第２領域２０においては、第１クラッド層１０４は設けられていなくてもよい。
活性層１０６は、図２および図３に示すように、第１領域１０の第１クラッド層１０４上に形成されている。活性層１０６は、例えば、ＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層とから構成される量子井戸構造を３つ重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。活性層１０６の形状は、例えば直方体（立方体である場合を含む）などである。活性層１０６は、第１側面１０５と第２側面１０７とを有する。第１側面１０５と第２側面１０７とは、対向している。図示の例では、第１側面１０５と第２側面１０７とは、平行である。
活性層１０６の一部は、利得領域１６０を構成している。利得領域１６０は、図１および図２に示すように、第１側面１０５に設けられた第１端面１７０と、第２側面１０７に設けられた第２端面１７２と、を有する。利得領域１６０の平面形状は、例えば図１に示すような平行四辺形などである。図示の例では、利得領域１６０は、１つ設けられ、第１端面１７０から第２端面１７２まで、直線状に第１側面１０５の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられている。これにより、利得領域１６０に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。
なお、図示はしないが、側面１０５，１０７を含む段差側面１４５，１４７には、反射防止膜が設けられていてもよい。反射防止膜は、例えば、側面１０５，１０７側からＳｉＯ２層、Ｔａ２Ｏ５層の順序で１０ペア積層した誘電体多層膜ミラーなどを用いることができる。反射防止膜によって、効率良く光４０，４２を出射することができる。また、反射防止膜は、開口１０４ａに設けられていてもよい。
ここで、図５は、活性層１０６を第１側面１０５側から平面的にみた図である。図５に示すように、第１端面１７０と第２端面１７２とは、重なっていない。すなわち、第１端面１７０と第２端面１７２とのずれ幅ｘは、正の値となる。これにより、利得領域１６０に生じる光を第１端面１７０と第２端面１７２との間で、直接的に多重反射させないことができる。その結果、直接的な共振器を構成させないことができるため、利得領域１６０に生じる光のレーザー発振を、より確実に抑制または防止することができる。したがって、受発光装置１００は、レーザー光ではない光を発することができる。
なお、図示はしないが、利得領域１６０は、第１端面１７０から第２端面１７２まで、直線状に、第１側面１０５の垂線Ｐと平行となる方向に向かって設けられていてもよい。すなわち、活性層１０６を第１側面１０５側から平面的にみたときに、第１端面１７０と第２端面１７２とは、完全に重なっていてもよい。この場合には、共振器が構成され、受発光装置１００は、レーザー光を発することができる。
第２クラッド層１０８は、図２および図３に示すように、第１領域１０の活性層１０６上に形成されている。第２クラッド層１０８としては、例えば、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層などを用いることができる。
コンタクト層１１０は、第１領域１０の第２クラッド層１０８上に形成されている。コンタクト層１１０としては、第２電極１１４とオーミックコンタクトする層を用いることができる。コンタクト層１１０によって、前記第２電極の接触抵抗を低減することができる。コンタクト層１１０としては、例えば、ｐ型のＧａＡｓ層などを用いることができる。コンタクト層１１０と、第２クラッド層１０８の一部とは、図３に示すように、柱状部１１１を構成することができる。柱状部１１１の平面形状は、例えば図１に示すように、利得領域１６０と同じである。すなわち、例えば、柱状部１１１の平面形状によって、電極１１２，１１４間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１６０の平面形状が決定される。なお、図示はしないが、柱状部１１１は、例えば、コンタクト層１１０、第２クラッド層１０８および活性層１０６から構成されていてもよいし、さらに、第１クラッド層１０４をも含んで構成されていてもよい。また、柱状部１１１の側面を傾斜させることもできる。
絶縁部１１６は、図３に示すように、第１領域１０の第２クラッド層１０８上であって、柱状部１１１の側方に形成されている。絶縁部１１６は、柱状部１１１の側面に接していることができる。絶縁部１１６の上面は、例えば、コンタクト層１１０の上面と連続している。絶縁部１１６としては、例えば、ＳｉＮ層、ＳｉＯ２層、ポリイミド層などを用いることができる。絶縁部１１６としてこれらの材料を用いた場合、電極１１２，１１４間の電流は、絶縁部１１６を避けて、該絶縁部１１６に挟まれた柱状部１１１を流れることができる。絶縁部１１６は、活性層１０６の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。この場合、絶縁部１１６を形成した部分の垂直断面の有効屈折率は、絶縁部１１６を形成しない部分、すなわち、柱状部１１６が形成された部分の垂直断面の有効屈折率よりも小さくなる。これにより、平面方向において、利得領域１６０内に効率良く光を閉じ込めることができる。
第１電極１１２は、図１および図３に示すように、第２領域２０の第１クラッド層１０４上に形成されている。図示の例では、第１電極１１２は、第１側面１０５側の第２領域２０に設けられている。第１電極１１２は、図１に示すように平面視において、第１端面１７０と隣接しないように配置されている。すなわち、第１電極１１２は、第１端面１７０から出射された光を遮らないように配置されている。第１電極１１２は、利得領域１６０に光を生じさせるための一方の電極であり、かつ、光吸収層１０３に至った光を受光するための一方の電極でもある。すなわち、第１電極１１２は、発光用電極としての機能と、受光用電極としての機能と、を有することができる。第１電極１１２としては、例えば、第１クラッド層１０４側からＣｒ層、ＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。なお、第１電極１１２の平面形状は、特に限定されない。例えば、図示はしないが、第２領域２０の一部を第１領域１０側に突出させ、その突出させた部分に、第１電極１１２を設けることもできる。これにより、第１電極１１２の面積を大きくすることができ、第１電極１１２の電気抵抗を低減することができる。
第２電極１１４は、図２および図３に示すように、コンタクト層１１０（柱状部１１１）上および絶縁部１１６上に形成されている。第２電極１１４とコンタクト層１１０との接触面は、利得領域１６０と同じの平面形状を有している。図示はしないが、第２電極１１４は、絶縁部１１６上には形成されず、コンタクト層１１０上にのみ形成されていてもよい。第２電極１１４は、コンタクト層１１０を介して、第２クラッド層１０８と電気的に接続されている。第２電極１１４は、利得領域１６０に光を生じさせるための他方の電極（発光用電極）である。第２電極１１４としては、例えば、コンタクト層１１０側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。
第３電極１１５は、基板１０１の下の全面に形成されている。第３電極１１５は、第３電極１１５とオーミックコンタクトする層（図示の例では基板１０１）と接していることができる。第３電極１１５は、基板１０１を介して、第３クラッド層１０２と電気的に接続されている。第３電極１１５は、利得領域１６０に生じる光の一部を受光するための他方の電極（受光用電極）である。第３電極１１５としては、例えば、基板１０１側からＣｒ層、ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いることができる。
（２） 発光の動作原理
ｐ型の第２クラッド層１０８、不純物がドーピングされていない活性層１０６、およびｎ型の第１クラッド層１０４により、ｐｉｎダイオードが構成されることができる。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８の各々は、活性層１０６よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層１０６は、光を増幅する機能を有する。第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０８は、活性層１０６を挟んで、注入キャリア（電子および正孔）並びに光を閉じ込める機能を有する。
受発光装置１００では、第１電極１１２と第２電極１１４との間に、ｐｉｎダイオードの順バイアス電圧を印加すると、活性層１０６の利得領域１６０において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、利得領域１６０内で光の強度が増幅される。例えば、図１に示すように、利得領域１６０に生じる光のうち、第１端面１７０に向かう光３０は、利得領域１６０内で増幅された後、第１端面１７０から光４０として出射されることができる。同様に、利得領域１６０に生じる光のうち、第２端面１７２に向かう光３２は、利得領域１６０内で増幅された後、第２端面１７２から光４２として出射されることができる。すなわち、第１端面１７０および第２端面１７２は、出射面となることができる。
以上のとおり、受発光装置１００は、発光のためのｐｉｎダイオードを構成することができる。すなわち、受発光装置１００は、第１クラッド層１０４、活性層１０６、第２クラッド層１０８、第１電極１１２および第２電極１１４によって、発光素子を構成することができる。
（３） 受光の動作原理
ｐ型の第３クラッド層１０２、不純物がドーピングされていない光吸収層１０３、およびｎ型の第１クラッド層１０４により、ｐｉｎダイオードが構成されることができる。第１クラッド層１０４および第３クラッド層１０２の各々は、光吸収層１０３よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。光吸収層１０３は、光を吸収する機能を有する。第１クラッド層１０４および第３クラッド層１０２は、光吸収層１０３を挟んで、光を閉じ込める機能を有する。
端面１７０，１７２から出射された光４０，４２は、図２に示すように、上下方向に拡散し、光４０，４２の一部は、光吸収層１０３の上面に至る。すなわち、第２領域２０の幅（第１側面１０５から第２側面１０７に向かう方向の長さ）は、出射された光４０，４２の一部が光吸収層１０３の上面に至る程度の大きさ以上に設計されている。光吸収層１０３に至った光は、光吸収層１０３内に電子と正孔とを生成する。そして、第１電極１１２と第３電極１１５との間にｐｉｎダイオードの逆バイアス電圧を印加すると、光４０，４２の一部によって光吸収層１０３に生成された電子−正孔対が加速され、電流として取り出すことができる。さらに、第１クラッド層１０４および第３クラッド層１０２によって、光吸収層１０３から光が漏れることを抑制または防止することができ、効率良く光を吸収することができる。
以上のとおり、受発光装置１００は、受光のためのｐｉｎフォトダイオードを構成することができる。すなわち、受発光装置１００は、第１クラッド層１０４、第３クラッド層１０２、光吸収層１０３、第１電極１１２および第３電極１１５によって、受光素子を構成することができる。
本実施形態に係る受発光装置１００の一例として、ＧａＡｓ系の場合について説明したが、受発光装置１００は、発光利得領域が形成可能なあらゆる材料系を用いることができる。半導体材料であれば、例えば、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＺｎＣｄＳｅ系などの半導体材料を用いることができる。
本実施形態に係る受発光装置１００は、例えば、プロジェクター、ディスプレイ、照明装置、計測装置などの光源に適用されることができる。
本実施形態に係る受発光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
受発光装置１００によれば、受光素子を構成する光吸収層１０３の上方に、発光素子を構成する活性層１０６を形成することができる。そして、第１領域１０における活性層１０６の利得領域１６０に生じる光の一部は、第２領域２０における光吸収層１０３に至り、受光されることができる。すなわち、受発光装置１００では、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる。これにより、例えば、別途、受光素子を設置する場合と比較して、部品点数の削減および製造コストの削減が可能となる。
受発光装置１００によれば、利得領域１６０に生じる光の一部を受光することによって、利得領域１６０の光出力をモニターすることができる。したがって、モニターされた光出力に基づいて、第１電極１１２および第２電極１１４に印加する電圧値を調整することができる。これにより、受発光装置１００では、輝度むらを低減し、また、明るさを自動調整することができる。なお、利得領域１６０の光出力を、印加する電圧値にフィードバックする制御は、例えば、外部電子回路（図示せず）を用いて行うことができる。
受発光装置１００によれば、第２領域２０の幅によって、受光に利用する光量を調整することができる。例えば、第２領域２０の幅が大きいほど、光吸収層１０３に吸収される光量は大きくなる。すなわち、受発光装置１００は、第２領域２０の幅を変えるだけで、容易に光量調整ができる。
受発光装置１００によれば、端面１７０，１７２から出射された光の一部は、開口１０４ａ内において露出された光吸収層１０３により、吸収されることができる。そのため、受発光装置１００は、効率良く光を吸収することができ、受光素子の検出能力を向上させることができる。例えば、開口が設けられていない場合は、第１クラッド層の上面で光の一部が反射することがあり、効率良く光を吸収できないことがある。
受発光装置１００によれば、利得領域１６０は、第１側面１０５の垂線Ｐに対して傾いた方向に向かって設けられていることができる。さらに、利得領域１６０では、第１側面１０５側から平面的にみて、第１端面１７０と第２端面１７２とは、重なっていないことができる。これにより、上述したとおり、利得領域１６０に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができる。したがって、スペックルノイズを低減させることができる。さらに、受発光装置１００では、利得領域１６０に生じる光は、利得領域１６０内において利得を受けながら進行して、外部に出射されることができる。したがって、従来の一般的なＬＥＤ（Light Emitting Diode）よりも高い出力を得ることができる。以上のように、受発光装置１００では、スペックルノイズを低減でき、かつ高出力化を図ることができる。
受発光装置１００によれば、第２領域２０は２つ設けられ、第１領域１０は、２つの第２領域２０の間に配置されていることができる。そのため、２箇所で出射光の一部を吸収することができるので、受発光装置１００では、受光素子の検出能力を向上させることができる。
１．２． 第１の実施形態に係る受発光装置の製造方法
次に、第１の実施形態に係る受発光装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図６〜図１３は、受発光装置１００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図６〜図１３は、図３に対応している。
図６に示すように、基板１０１上に、第３クラッド層１０２、光吸収層１０３、第１クラッド層１０４、活性層１０６、第２クラッド層１０８およびコンタクト層１１０を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などを用いることができる。
図７に示すように、コンタクト層１１０および第２クラッド層１０８をパターニングする。パターニングは、活性層１０６の上面を露出しないように行う。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて行われる。本工程により、柱状部１１１を形成することができる。
図８に示すように、柱状部１１１の側面を覆うように絶縁部１１６を形成する。具体的には、まず、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、塗布法などにより、第２クラッド層１０８の上方（コンタクト層１１０上を含む）に絶縁層（図示せず）を成膜する。次に、例えば、エッチング技術などを用いて、コンタクト層１１０の上面を露出させる。以上の工程により、絶縁部１１６を形成することができる。
図９に示すように、絶縁部１１６をパターニングする。より具体的には、第２領域２０の絶縁部１１６をエッチングして、第２クラッド層１０８の上面を露出させる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて行われる。
図１０に示すように、全面に導電層１１４ａを形成する。コンタクト層１１０および絶縁部１１６上の導電層１１４ａ（第１領域１０の導電層１１４ａ）は、第２電極１１４となる。導電層１１４ａは、例えば、真空蒸着法により形成される。
図１１に示すように、第２電極１１４上にレジストＲ１を形成する。次に、レジストＲ１をマスクとして、第２領域２０の導電層１１４ａ、第２クラッド層１０８、活性層１０６、および第１クラッド層１０４をエッチングする。エッチングは、光吸収層１０３の上面が露出しないように行う。このエッチングにより、活性層１０６の側面１０５，１０７が露出され、第１領域１０と第２領域２０との境界に、段差側面１４５，１４７が形成される。次に、レジストＲ１を除去する。なお、図４に示すように、次に、パターニングによって開口１０４ａを形成することができる。
図１２に示すように、第１電極１１２が形成される領域以外に、レジストＲ２を形成する。次に、全面に導電層１１２ａを形成する。第１クラッド層１０４上の導電層１１２ａは、第１電極１１２となる。導電層１１２ａは、例えば、真空蒸着法により形成される。
図１３に示すように、レジストＲ２を除去することにより、レジストＲ２上の導電層１１２ａをリフトオフする。リフトオフは、公知の方法により行われる。
図３に示すように、基板１０１の下面下に第３電極１１５を形成する。第３電極１１５は、例えば、真空蒸着法により形成される。次に、図示はしないが、段差側面１４５，１４７の側方に、反射防止膜を形成してもよい。反射防止膜は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、イオンアシスト蒸着(Ion Assisted Deposition)法などにより形成されることができる。
以上の工程により、受発光装置１００を製造することができる。
受発光装置１００の製造方法によれば、エッチングによって、段差側面１４５，１４７を形成することができる。すなわち、エッチングによって、出射面となる利得領域１６０の端面１７０，１７２を形成することができる。そのため、例えば劈開によって出射面を形成する場合に比べて、出射面の位置精度の向上を図ることができる。また、反射防止膜の形成を容易に行うことができる。
１．３． 第１の実施形態の第１変形例に係る受発光装置
次に、第１の実施形態の第１変形例に係る受発光装置２００について、図面を参照しながら説明する。図１４は、受発光装置２００を模式的に示す断面図であり、受発光装置１００を模式的に示した図３に対応している。以下、第１の実施形態の第１変形例に係る受発光装置２００において、第１の実施形態に係る受発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
受発光装置１００の例では、絶縁部１１６と、絶縁部１１６とが形成されていない領域、すなわち柱状部１１１を形成している領域に屈折率差を設けて、光を閉じ込める屈折率導波型について説明した。これに対し、受発光装置２００は、柱状部１１１を形成することによって屈折率差を設けず、利得領域１６０がそのまま導波領域となる、利得導波型であることができる。
すなわち、受発光装置２００では、図１４に示すように、コンタクト層１１０および第２クラッド層１０８は、柱状部を構成せず、その側方に絶縁部１１６は形成されない。絶縁部１１６は、利得領域１６０の上方以外のコンタクト層１１０上に形成されている。つまり、絶縁部１１６は利得領域１６０の上方に開口を有し、該開口ではコンタクト層１１０の上面が露出している。第２電極１１４は、その露出しているコンタクト層１１０上および絶縁部１１６上に形成されている。第２電極１１４とコンタクト層１１０との接触面は、利得領域１６０と同じ平面形状を有している。図示の例では、第２電極１１４とコンタクト層１１０との接触面の平面形状によって、電極１１２，１１４間の電流経路が決定され、その結果、利得領域１６０の平面形状が決定されることができる。なお図示はしないが、第２電極１１４は、接縁部１１６上には形成されず、利得領域１６０の上方のコンタクト層１１０上にのみ形成されていてもよい。
受発光装置２００によれば、受発光装置１００と同様に、発光素子および受光素子をモノリシックに集積することができる。
１．４． 第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置
次に、第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置３００について、図面を参照しながら説明する。図１５は、受発光装置３００を模式的に示す平面図である。図１６は、受発光装置３００を模式的に示す図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。なお、図１５では、便宜上、第２電極１１４の図示を省略している。以下、第１の実施形態の第２変形例に係る受発光装置３００において、第１の実施形態に係る受発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
受発光装置３００では、図１５および図１６に示すように、複数の利得領域１６０が配列されている。複数の利得領域１６０の各々に対応して、第１電極１１２が設けられている。隣り合う利得領域１６０の間には、分離溝３８０が形成されている。分離溝３８０は、隣り合う第１電極１１２の間に形成されているともいえる。分離溝３８０の底面は、図１６に示すように、光吸収層１０３の下面より下方に位置している。図示の例では、分離溝３８０の底面は、第３クラッド層１０２の上面と下面との間に位置している。なお、溝部３８０は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などにより形成される。
受発光装置３００によれば、受発光装置１００の場合に比べて、発光の高出力化を図ることができる。また、受発光装置３００によれば、複数の利得領域１６０、および光吸収層１０３は、分離溝３８０によって電気的に分離されている。そのため、複数の利得領域１６０の各々の光出力をモニターすることができる。すなわち、複数の利得領域１６０の各々に対して、個別に光量検出を行うことができる。
２． 第２の実施形態
２．１． 第２の実施形態に係る受発光装置
次に、第２の実施形態に係る受発光装置４００について、図面を参照しながら説明する。図１７は、受発光装置４００を模式的に示す平面図である。図１８は、受発光装置４００を模式的に示す図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。なお、図１７では、便宜上、第２電極１１４の図示を省略している。以下、第２の実施形態に係る受発光装置４００において、第１の実施形態に係る受発光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
受発光装置１００の例では、第２領域２０は２つ設けられ、第１領域１０は、２つの第２領域２０の間に配置されていた。これに対し、受発光装置４００では、図１７に示すように、第２領域２０は、第１側面１０５側に設けられており、第２側面１０７側には設けられていない。すなわち、受発光装置４００は、１つの段差側面１４５を有している。
受発光装置４００では、複数の利得領域１６０（第１利得領域１６０ａおよび第２利得領域１６０ｂ）を有し、これらが利得領域対４６２を構成している。第１利得領域１６０ａは、第１側面１０５に設けられた第１端面１７０ａと、第２側面１０７に設けられた第２端面１７２ａと、を有する。第２利得領域１６０ｂは、第１側面１０５に設けられた第１端面１７０ｂと、第２側面１０７に設けられた第２端面１７２ｂと、を有する。第１利得領域１６０ａと第２利得領域１６０ｂとは、異なる方向に向かって設けられている。図示の例では、第１利得領域１６０ａは、第１側面１０５の垂線Ｐに対して一方の側に傾いており、角度θの傾きを有する一の方向に向かって設けられている。また、第２利得領域１６０ｂは、垂線Ｐに対して他方の側（上記一方の側の反対側）に傾いており、角度θの傾きを有する他の方向に向かって設けられている。図示の例では、第１利得領域１６０ａの第２端面１７２ａと、第２利得領域１６０ｂの第２端面１７２ｂとは、重なり面４７４において完全に重なっている。第１利得領域１６０ａと第２利得領域１６０ｂとは、例えば図１７に示すように平面視において、重なり面４７４の中心を通る垂線Ｐに対して、線対称の関係にある。
利得領域１６０ａ，１６０ｂに生じる光の波長帯において、第２側面１０７の反射率は、第１側面１０５の反射率よりも高い。例えば、図１７および図１８に示すように、第２側面１０７を反射膜４３０によって覆うことにより、高い反射率を得ることができる。反射膜４３０は、例えば誘電体多層膜ミラーなどである。具体的には、反射膜４３０としては、第２側面１０７側からＳｉＯ２層、Ｔａ２Ｏ５層の順序で１０ペア積層したミラーなどを用いることができる。第２側面１０７の反射率は、１００％、あるいはそれに近いことが望ましい。これに対し、第１側面１０５の反射率は、０％、あるいはそれに近いことが望ましい。例えば、第１側面１０５を反射防止膜（図示せず）によって覆うことにより、低い反射率を得ることができる。すなわち、受発光装置４００では、第１端面１７０ａ，１７０ｂは出射面となり、第２端面１７２ａ，１７２ｂは反射面となる。なお、反射膜４３０としては、上述した例に限定されるわけではなく、例えば、Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＯ２層、ＳｉＮ層や、これらの多層膜などを用いることができる。反射膜４３０は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、イオンアシスト蒸着法などにより形成されることができる。
図１７に示すように、例えば、第１利得領域１６０ａに生じる光の一部３２は、第１利得領域１６０ａ内で増幅された後、重なり面４７４において反射して、第２利得領域１６０ｂの第１端面１７０ｂから出射光４０として出射されるが、反射後の第２利得領域１６０ｂ内においても光強度が増幅される。同様に、第２利得領域１６０ｂに生じる光の一部は、第２利得領域１６０ｂ内で増幅された後、重なり面４７４において反射して、第１利得領域１６０ａの第１端面１７０ａから出射光４０として出射されるが、反射後の第１利得領域１６０ａ内においても光強度が増幅される。なお、第１利得領域１６０ａに生じる光には、直接、第１利得領域１６０ａの第１端面１７０ａから出射光４０として出射されるものもある。同様に、第２利得領域１６０ｂに生じる光には、直接、第２利得領域１６０ｂの第１端面１７０ｂから出射光４０として出射されるものもある。これらの光も同様に各利得領域１６０ａ，１６０ｂ内において増幅される。
受発光装置４００によれば、上述のとおり、第１利得領域１６０ａに生じる光の一部１０は、重なり面４７４において反射して、第２利得領域１６０ｂ内においても、利得を受けながら進行することができる。また、第２利得領域１６０ｂに生じる光の一部に関しても同様である。したがって、受発光装置４００では、例えば、重なり面４７４において積極的に反射させないような場合に比べ、光強度の増幅距離が長くなるため、高い光出力を得ることができる。
２．２． 第２の実施形態の変形例に係る受発光装置
次に、第２の実施形態の変形例に係る受発光装置５００について、図面を参照しながら説明する。図１９は、受発光装置５００を模式的に示す平面図である。図２０は、受発光装置５００を模式的に示す図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。なお、図１９では、便宜上、第２電極１１４の図示を省略している。以下、第２の実施形態の変形例に係る受発光装置５００において、第２の実施形態に係る受発光装置４００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
受発光装置５００では、図１９に示すように、複数の利得領域対４６２が配列されている。複数の利得領域対４６２の各々に対応して、第１電極１１２が設けられている。隣り合う利得領域対４６２の間には、分離溝５８０が形成されている。分離溝５８０は、隣り合う第１電極１１２の間に形成されているともいえる。図２０に示すように、分離溝５８０の底面は、光吸収層１０３の下面より下方に位置している。図示の例では、分離溝５８０の底面は、第３クラッド層１０２の上面と下面との間に位置している。なお、溝部５８０は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などにより形成される。
受発光装置５００によれば、受発光装置４００の場合に比べて、発光の高出力化を図ることができる。また、受発光装置５００によれば、複数の利得領域対４６２、および光吸収層１０３は、分離溝５８０によって電気的に分離されている。そのため、複数の利得領域対４６２の各々の光出力をモニターすることができる。すなわち、複数の利得領域対４６２の各々に対して、個別に光量検出を行うことができる。
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
１０ 第１領域、２０ 第２領域、３０ 光、３２ 光、４０ 光、４２ 光、
１００ 受発光装置、１０１ 基板、１０２ 第３クラッド層、１０３ 光吸収層、
１０４ 第１クラッド層、１０５ 第１側面、１０６ 活性層、１０７ 第２側面、
１０８ 第２クラッド層、１１０ コンタクト層、１１１ 柱状部、１１２ 第１電極、
１１４ 第２電極、１１５ 第３電極、１１６ 絶縁部、１６０ 利得領域、
１７０ 第１端面、１７２ 第２端面、２００ 受発光装置、３００ 受発光装置、
３８０ 分離溝、４００ 受発光装置、４３０ 反射膜、４６２ 利得領域対、
４７４ 重なり面、５００ 受発光装置、５８０ 分離溝

Claims (8)

  1. 第１領域と、平面視において前記第１領域と隣接する第２領域と、を含む受発光装置であって、
    前記第１領域および前記第２領域に形成された光吸収層と、
    前記光吸収層の上方に形成された第１クラッド層と、
    前記第１領域の前記第１クラッド層の上方に形成された活性層と、
    前記活性層の上方に形成された第２クラッド層と、
    を含み、
    前記活性層の少なくとも一部は、利得領域を構成し、
    前記第１領域と前記第２領域との境界には、前記利得領域の端面を有する段差側面が構成され、
    前記利得領域に生じる光は、前記利得領域の端面から出射され、
    出射された光の一部は、前記第２領域の前記光吸収層に至り、受光される、受発光装置。
  2. 請求項１において、
    前記第２領域の前記第１クラッド層の上方に形成された第１電極と、
    前記第２クラッド層の上方に形成されたコンタクト層と、
    前記コンタクト層の上方に形成された第２電極と、
    前記光吸収層の下方に形成された第３電極と、
    を、さらに含み、
    前記利得領域の平面形状は、前記コンタクト層と前記第２電極との接触面の平面形状と等しく、
    前記第１電極および前記第２電極は、前記利得領域に光を生じさせるための電極であり、
    前記第１電極および前記第３電極は、前記光吸収層に至った光を受光するための電極である、受発光装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記第２領域の前記第１クラッド層は、開口を有し、
    前記開口内において、前記光吸収層は、露出しており、
    前記出射された光の一部は、前記開口内において露出している前記光吸収層に至り、受光される、受発光装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
    前記利得領域は、前記活性層の第１側面側の端面から、前記活性層の前記第１側面と対向する第２側面側の端面まで、前記第１側面の垂線に対して傾いた方向に向かって設けられ、
    前記第１側面側から平面的にみて、前記第１側面側の端面と、前記第２側面側の端面とは、重なっておらず、
    少なくとも前記第１側面側の端面は、前記段差側面を構成している、受発光装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
    前記第２領域は、２つ設けられ、
    前記第１領域は、２つの前記第２領域の間に配置されている、受発光装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
    前記利得領域は、複数配列され、
    隣り合う前記利得領域の間には、分離溝が形成され、
    前記分離溝の底面は、前記吸収層の下面より下方に位置している、受発光装置。
  7. 請求項４において、
    前記利得領域に生じる光の波長帯において、前記第２側面の反射率は、前記第１側面の反射率よりも高く、
    前記利得領域は、複数設けられ、
    複数の前記利得領域は、少なくとも１つの利得領域対をなし、
    前記利得領域対の一方の第１利得領域は、一の方向に向かって設けられ、
    前記利得領域対の他方の第２利得領域は、前記一の方向とは異なる他の方向に向かって設けられ、
    前記第１利得領域の前記第２側面側の端面と、前記第２利得領域の前記第２側面側の端面とは、重なっている、受発光装置。
  8. 請求項７において、
    前記利得領域対は、複数配列され、
    隣り合う前記利得領域対の間には、分離溝が形成され、
    前記分離溝の底面は、前記吸収層の下面より下方に位置している、受発光装置。
JP2009120599A 2009-05-19 2009-05-19 受発光装置 Withdrawn JP2010272558A (ja)

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