JP4012776B2 - 半導体光源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光源装置に関し、特に半導体レーザダイオード等の半導体発光素子と、半導体発光素子から出射されるモニタ光を受光するホトダイオードを備え、ホトダイオードのモニタ出力に基づいて、半導体発光素子から出射する出力光の強度を制御する半導体光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開平４−１４７６９０号公報がある。この公報に記載された半導体光源装置は、半導体レーザダイオードのモニタ用レーザ光出射面から下方に出射されるモニタ用レーザ光を、ステム上に固定されたホトダイオードに受光する。そして、ホトダイオードによるモニタ出力に基づいて、上記のモニタ用レーザ光出射面と対向するレーザ光出射面から上方に出射するレーザ光の出力を制御している。また、この半導体光源装置においては、モニタ用レーザ光の光軸とホトダイオードの表面が直交しないようにホトダイオードをステム上に固定することで、ホトダイオード表面から反射されるモニタ用レーザ光がレーザ光出射面から出射されるレーザ光と重ならないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードは、温度の変化に伴って受光感度が大きく変動するという問題点を有しており、その結果、半導体レーザダイオードの出力制御が困難なものとなっていた。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、温度変化に対しても安定した受光感度を得ることが可能なホトダイオードを備える半導体光源装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明の発明者らは、従来の半導体光源装置においてホトダイオードの受光感度が温度変化によって大きく変動する原因が、ホトダイオードの光感応領域周辺における変動領域にモニタ用レーザ光が入射することが原因であることを発見した。ここで光感応領域とはプレーナ型構造における第1導電型半導体層と第２導電型半導体層とを備える領域であり、変動領域とは第２導電型半導体層が形成されてない領域をいう。
【００１４】
そこで、このような知見に基づいて上記課題を解決するため、本発明の半導体光源装置は、半導体発光素子と、上記半導体発光素子のモニタ光を受光するホトダイオードとを備え、上記ホトダイオードのモニタ出力に基づいて、上記半導体発光素子が出射する出力光の強度を制御する半導体光源装置において、上記半導体発光素子は、上記ホトダイオードの受光面の中心から偏位した領域に上記モニタ光の出射光軸が位置するように配置され、上記ホトダイオードは、その光感応領域を囲んで当該ホトダイオードの第１導電型層及び第２導電型層よりも深部の半導体基板内までトレンチ溝が形成されており、上記受光面に略平行に延び上記光感応領域をなす連続したｐｎ接合部が、上記トレンチ溝の内壁面まで延びており、当該トレンチ溝から所定幅外側に外周面が位置しており、光感応領域から外周面に渡ってモニタ光が入射するように配置されることを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、ホトダイオードの光感応領域を囲んでトレンチ溝を形成することで、光感応領域の周囲に存在するトレンチ溝の内壁面までｐｎ接合部が形成されるので、上記したような変動領域をなくすことができる。更に、そのトレンチ溝から所定幅外側に外周面が位置するので、トレンチ溝の外周に第１導電型層及び第２導電型層からなるブロックが存在し、このブロックによってトレンチ溝に囲まれた光感応領域を保護することができる。
【００１６】
また、本発明の半導体光源装置においては、上記トレンチ溝に、遮光部材が埋め込まれたことを特徴とすることが好適である。
【００１７】
この発明によれば、トレンチ溝に遮光部材を埋め込むので、トレンチ溝の内面に形成されたｐｎ接合部にモニタ光が入射することを防止することができる。
【００１８】
また、本発明の半導体光源装置においては、上記トレンチ溝の内面に、更に熱酸化膜を設けたことを特徴とすることが好適である。
【００１９】
上記のようにトレンチ溝を形成することで、トレンチ溝の内面に形成されたｐｎ接合部を、熱酸化膜で被覆することができるので、ｐｎ接合部を保護することができる。
【００２０】
また、本発明の半導体光源装置においては、上記半導体発光素子は、ステム上面に固定された上記ホトダイオードの上記受光面の中心から偏位した領域に上記モニタ光の出射光軸が位置し、上記出射光軸と上記ホトダイオードの表面に対する法線とが所定角度傾くように、上記ステム上面に固定された支持体の側面に固着されたことを特徴としている。
【００２１】
この発明によれば、半導体発光素子をステム上に固定された支持体側面に固着すると共に、ホトダイオードをステム上に固定することによって、上述した半導体発光素子とホトダイオードとの位置関係を安定に保つことができる。
【００２２】
また、本発明の半導体光源装置においては、上記半導体発光素子は、波長５５０ｎｍ以下の光を出射することを特徴とすることが好適である。
【００２３】
本発明の発明者らは、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードにおいては、特に波長５５０ｎｍ以下の光を用いる場合に、受光感度が温度変化によって大きく変動することを発見した。したがって、上述のような構成のホトダイオードを用いた半導体光源装置においては、特にこの波長帯域の光に対して有効となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる半導体光源装置を添付の図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態に関する説明においては、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２５】
（第１実施形態）まず、本発明の第１の実施形態にかかる半導体光源装置１０について添付の図面を参照して説明する。図１は半導体光源装置１０を説明する説明図である。本実施形態にかかる半導体光源装置１０は、円板上のステム１１上に固定された柱上の支持体２０の側面に固定された半導体レーザダイオード１２と、この半導体レーザダイオード１２のモニタ用レーザ光出射面１５から出射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７がその中心から外れた領域に入射するホトダイオード１８を備えて構成されている。この半導体レーザダイオード１２は、窒化物系の材料により構成されており、波長４０９ｎｍのレーザ光を出射する。そして、ホトダイオード１８は、その表面に対する法線１９が、半導体レーザダイオード１２のモニタ用レーザ光出射面１５から出射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７に対して所定角度傾けられている。このような構成とすることで、ホトダイオード１８の表面で反射されたモニタ用レーザ光１６が、戻り光としてモニタ用レーザ光出射面１５に入射するのを防止すると同時に、モニタ用レーザ光出射面１５と対向するレーザ光出射端面１３から出射されるレーザ光１４と重なることを避けるようにしている。そして、ホトダイオード１８に入射したモニタ用レーザ光１６によるモニタ出力に基づいて、半導体レーザダイオード１２から出射するレーザ光１４を制御している。
【００２６】
次に、ホトダイオード１８について図２及び図３を参照して説明する。ここで図２はホトダイオード１８の平面図であり、図３はホトダイオード１８の断面図（図２におけるIII−III断面の断面図）である。
【００２７】
図２及び図３に示すように、略立方形状のホトダイオード１８は、ｎ型の半導体基板１８ｓ上に形成された半導体基板１８ｓより不純物濃度の低いｎ型半導体層１８ｎを有する。更にこのｎ型半導体層１８ｎ上にホトリソグラフィー技術を用いてマスクパターンを形成した後、ｎ型半導体層１８ｎの表層部にｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させたｐ型半導体層１８ｐを有する。そして、これらｎ型半導体層１８ｎ及びｐ型半導体層１８ｐの境界でｐｎ接合を構成している。また、ホトダイオード１８表層及び分離溝ＧＲＶ内面に形成された絶縁層ＩＬＴを有する。さらに、ｐ型半導体層１８ｐ上の絶縁層ＩＬＴの所定位置をエッチングした後に形成された上面電極ｅｕや、半導体基板１８ｓの下面に形成されたアルミニウム層１８ｃ、下面電極ｅｌを有する。ここで、上面電極ｅｕはホトダイオード１８において、モニタ用レーザ光１６が入射する領域を外した所定の位置、例えばホトダイオード１８の中心に対して、照射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７があたる領域と逆側の周辺部（角部）に近い位置に形成されている。そして、分離溝ＧＲＶ底部から半導体基板１８ｓを切断することによって、ホトダイオード１８が構成される。したがって、このホトダイオード１８は、ｐｎ接合部が絶縁層ＩＬＴを介してホトダイオード１８の端面に露出されている。すなわち、モニタ用レーザ光１６が入射する領域近辺におけるホトダイオード１８の端面まで光感応領域が形成されており、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードのように、モニタ用レーザ光１６が入射する領域に変動領域がないので、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。
【００２８】
次に、ホトダイオード１８の製造方法について説明する。図４は、ホトダイオード１８の製造方法を説明する断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、厚さ２４０μｍの半導体基板１８ｓを用意する。次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板１８ｓ上にエピタキシャル成長法を用いて、厚さ３０μｍのｎ型半導体層１８ｎを形成する。
【００２９】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いてｎ型半導体層１８ｎ上にマスクパターンを形成し、マスクパターンの開口部からｎ型半導体層１８ｎの表層部にｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させて、図４（ｃ）に示すように厚さ０．３５μｍのｐ型半導体層１８ｐを形成する。
【００３０】
次に、表層部に露出したｎ型半導体層１８ｎ及びｐ型半導体層１８ｐの表層部に、図４（ｄ）に示すように絶縁層ＩＬＴを堆積する。この体積法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタ法などを用いることができる。
【００３１】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成し、マスクの開口部にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングを行い、この開口部の領域に、図４（ｅ）に示すように、深さ４０μｍ、幅５０μｍで断面Ｕ字形状の分離溝ＧＲＶを形成する。分離溝ＧＲＶは、ｎ型半導体層１８ｎと半導体基板１８ｓとの境界から更に深い位置まで達する。
【００３２】
次に、酸素雰囲気中において本デバイスを加熱し、分離溝ＧＲＶの内面を熱酸化することによって、図４（ｆ）に示すように分離溝ＧＲＶの内面にも絶縁層ＩＬＴを形成する。このようにして、分離溝ＧＲＶに露出したｐｎ接合部を保護する。なお、この熱酸化の温度は９００℃の高温である。
【００３３】
次に、図４（ｇ）に示すように、Ａｌよりなる上面電極ｅｕ及びアルミニウム層１８ｃをスパッタ法又は蒸着法により形成し、更に無電解めっき法により下面電極ｅｌ（Ｎｉ−Ａｕ）を形成する。そして、最後に、分離溝ＧＲＶの底部からダイシングにより半導体基板１８ｓを切断することで、図４（ｈ）に示すようにホトダイオード１８が得られる。このように、分離溝ＧＲＶの底部においてダイシングを行うため、ダイシングによってｐｎ接合部にダメージを与えることを防止できる。
【００３４】
ここで、このホトダイオード１８に波長４０９ｎｍのレーザ光を照射したときの温度変化に対する受光感度の特性を表すグラフを図５に示す。また、参考のため、図１２に従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードの同様の特性を示す。図５及び図１２において、横軸は温度であり、縦軸は光電流比、すなわち温度２５℃の光電流を基準とした他の温度における光電流の変動比率［％］を表す。また、図５及び図１２において、黒塗りの四角マークのプロットを結ぶ線は、ｐｎ接合上面すなわち光感応領域のみにレーザ光を照射したときの、温度変化に対する受光感度を示している。また、黒塗りの円マークのプロットを結ぶ線は、図５においては、ホトダイオード１８のチップ端にレーザ光を照射したときの同様の特性を示し、図１２においては光感応領域の周辺の変動領域にもレーザ光を照射したときの同様の特性を示す。図１２に示すように、従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードでは、光感応領域のみにレーザ光を照射した場合に比べて、変動領域にもレーザ光を照射した場合に、光電流比すなわち受光感度が温度変化によって大きく変動していることがわかる。このように従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードにおいては、変動領域にもレーザ光を照射した場合の温度係数、すなわち１℃の温度変化に伴う光電流比の変化量は−０．３５［％／℃］と大きい。一方、図５に示すようにホトダイオード１８においてはチップ端にレーザ光を照射しても、温度係数が−０．０８［％／℃］と、温度変化に対して安定した受光感度が得られることが確認できる。
【００３５】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では波長４０９ｎｍ（紫色）のレーザ光を発する半導体レーザダイオード１２を用いているが、赤色等の他の波長帯域のレーザ光を発する半導体レーザダイオードを用いても良い。本実施形態にかかるホトダイオード１８は波長５５０ｎｍ以下の短波長のレーザ光に対する受光感度特性が特に優れるが、赤色等の他の波長帯域のレーザ光に対しても良好な受光感度特性を示す。
【００３６】
また、本実施形態においてはホトダイオード１８の一端面までｐｎ接合部が形成されているが、モニタ用レーザ光が入射する領域に応じて、三方の端面までｐｎ接合部を形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態のホトダイオード１８においては、ｎ型半導体層１８ｎが光吸収層として機能するが、ｐ型半導体層１８ｐ及びｎ型半導体層１８ｎの導電型を反転させても良い。この場合には、ｐ型半導体層１８ｐが光吸収層として機能する。
【００３８】
また、本実施形態では最も好適な光源として半導体レーザダイオード１２を搭載する例を説明したが、光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ）も適用可能である。
【００３９】
（第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態にかかる半導体光源装置１０について説明する。なお、本実施形態にかかる半導体光源装置１０は、第一実施形態に示した半導体光源装置１０と、ホトダイオード１８のみの構成が異なるので、本実施形態にかかる半導体光源装置１０に備えるホトダイオード１８のみについて説明し、その他の説明は省略する。
【００４０】
図６及び図７はそれぞれ、本実施形態にかかるホトダイオード１８の平面図及び断面図（図６におけるVII−VII断面の断面図）である。図６及び図７に示すように、略立方形状のホトダイオード１８は、ｎ型の半導体基板１８ｓ上に、この半導体基板１８ｓより低濃度のｎ型半導体層１８ｎ、ｐ型半導体層１８ｐが順次形成され、これらのｎ型半導体層１８ｎとｐ型半導体層１８ｐの境界はｐｎ接合を構成している。
【００４１】
そして、ホトダイオード１８は、上記のｎ型半導体層１８ｎと半導体基板１８ｓとの境界より深部まで形成された分離溝ＧＲＶの底部においてダイシングにより、半導体基板１８ｓを切断することによって、図７に示す構造のホトダイオードが得られている。また、ｐ型半導体層１８ｐの表層部及び分離溝ＧＲＶは絶縁層ＩＬＴで被覆され、ｐ型半導体層１８ｐの所定位置に上面電極ｅｕが形成され、半導体基板１８ｓの底面には下面電極ｅｌが形成されている。ここで、上面電極ｅｕはホトダイオード１８において、モニタ用レーザ光１６が入射する領域を外した所定の位置、例えばホトダイオード１８の中心に対して、照射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７があたる領域と逆側の周辺部（角部）に近い位置に形成されている。
【００４２】
このような構成により、ホトダイオード１８は、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードと異なり、上述した変動領域がないので、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、本実施形態にかかる半導体光源装置１０は安定したレーザ出力を得ることができる。
【００４３】
次に、ホトダイオード１８の製造方法について説明する。図８は、ホトダイオード１８の製造方法を説明する断面図である。
【００４４】
ホトダイオード１８を製造するため、まず、図８（ａ）に示すように、厚さ２４０μｍのｎ型の半導体基板１８ｓを用意する。次に、半導体基板１８ｓ上にエピタキシャル成長法を用いて、厚さ３０μｍのｎ型半導体層１８ｎを図８（ｂ）に示すように形成する。
【００４５】
次に、ｎ型半導体層１８ｎの表層部からｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させて、図８（ｃ）に示すように、厚さ０．３５μｍのｐ型半導体層１８ｐを形成する。
【００４６】
次に、ｐ型半導体層１８ｐの表層部に、図８（ｄ）に示すように絶縁層ＩＬＴを堆積する。この堆積法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタ法などを用いることができる。
【００４７】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成し、マスクの開口部にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングを行い、この開口部の領域に、図８（ｅ）に示すように、深さ４０μｍ、幅５０μｍで断面Ｕ字形状の分離溝ＧＲＶを形成する。
【００４８】
次に、酸素雰囲気中において本デバイスを加熱し、分離溝ＧＲＶを熱酸化することによって、図８（ｆ）に示すように分離溝ＧＲＶにも絶縁層ＩＬＴを被覆する。このようにして、分離溝ＧＲＶに露出したｐｎ接合部を保護する。なお、この熱酸化の温度は９００℃の高温である。
【００４９】
次に、図８（ｇ）に示すように、Ａｌからなる上面電極ｅｕ及びアルミニウム層１８ｃをスパッタ法又は蒸着法により形成し、更に無電解めっき法により下面電極ｅｌ（Ｎｉ−Ａｕ）を形成する。そして、最後に、分離溝ＧＲＶの底部からダイシングにより半導体基板１８ｓを切断し、図８（ｈ）に示すようにホトダイオード１８が得られる。このように、分離溝ＧＲＶの底部においてダイシングを行うため、ダイシングによってｐｎ接合部にダメージを与えることを防止できる。
【００５０】
このように形成されたホトダイオード１８は、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードとは異なり、上述した変動領域がないので、第１実施形態において説明した図５に示す温度特性と同様に、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、このホトダイオード１８を備える半導体光源装置１０は安定したレーザ出力を得ることができる。
【００５１】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、第１実施形態で説明したように、半導体レーザダイオード１２として、赤色等の他の波長帯域のレーザ光を発する半導体レーザダイオードを用いても、ホトダイオード１８は良好な受光感度特性を示す。
【００５２】
また、第１実施形態と同様に、ｐ型半導体層１８ｐ及びｎ型半導体層１８ｎの導電型を反転させても、同様の機能が得られる。
【００５３】
また、第１実施形態で説明したのと同様に、半導体レーザダイオード１２に代えて、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）も適用可能である。
【００５４】
（第３実施形態）次に、本発明の第３実施形態にかかる半導体光源装置１０について説明する。なお、本実施形態にかかる半導体光源装置１０においても、第一実施形態に示した半導体光源装置１０と、ホトダイオード１８のみの構成が異なるので、本実施形態にかかる半導体光源装置１０に備えるホトダイオード１８のみについて説明し、その他の説明は省略する。
【００５５】
図９及び図１０はそれぞれ、本実施形態にかかるホトダイオード１８の平面図及び断面図（図９におけるX−X断面の断面図）である。図９及び図１０に示すように、略立方形状のホトダイオード１８は、ｎ型の半導体基板１８ｓ上に、この半導体基板１８より低濃度のｎ型半導体層１８ｎ、ｐ型半導体層１８ｐが順次形成され、これらのｎ型半導体層１８ｎとｐ型半導体層１８ｐの境界はｐｎ接合を構成している。
【００５６】
また、ホトダイオード１８は、上記のｎ型半導体層１８ｎと半導体基板１８ｓとの境界より深部まで形成した断面Ｕ字形状のトレンチ溝ＧＲＶを有し、トレンチ溝ＧＲＶ内に黒色の染料や絶縁処理したカーボンブラック等の顔料を混入させた黒色ホトレジストやポリイミド等の遮光部材１８ｒを埋め込んでいる。そして、トレンチ溝ＧＲＶの外周においてダイシングにより、ホトダイオード１８を切り出している。また、ｐ型半導体層１８ｐの表層部及びトレンチ溝ＧＲＶの内面に絶縁層ＩＬＴを有する。そして、ｐ型半導体層１８ｐ上の所定位置に絶縁層ＩＬＴをエッチングにより剥離して形成した上面電極ｅｕを有し、半導体基板１８ｓの底面には下面電極ｅｌを有する。ここで、上面電極ｅｕはホトダイオード１８において、モニタ用レーザ光１６が入射する領域を外した所定の位置、すなわちホトダイオード１８の中心に対して、照射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７があたる領域と逆側の周辺部（角部）に近い位置に形成されている。
【００５７】
このような構成により、ホトダイオード１８は、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードとは異なり、トレンチ溝ＧＲＶの外側に光が入射しても全く感度にはならないので、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、本実施形態にかかる半導体光源装置１０は安定したレーザ出力を得ることができる。
【００５８】
また、トレンチ溝ＧＲＶより外側のｐ型半導体層１８ｐ、ｎ型半導体層１８ｎ及び半導体基板１８ｓにより構成されるブロックによって、トレンチ溝ＧＲＶによって囲まれた光検出領域を保護することができる。更に、トレンチ溝ＧＲＶに遮光部材１８ｒを埋め込むことにより、トレンチ溝ＧＲＶ側に露出したｐｎ接合部にモニタ用レーザ光が入射することを防止できる。
【００５９】
次に、ホトダイオード１８の製造方法について説明する。図１１は、ホトダイオード１８の製造方法を説明する断面図である。
【００６０】
ホトダイオード１８を製造するため、まず、図１１（ａ）に示すように、厚さ２４０μｍのｎ型の半導体基板１８ｓを用意する。次に、半導体基板１８ｓ上にエピタキシャル成長法を用いて、厚さ３０μｍのｎ型半導体層１８ｎを図１１（ｂ）に示すように形成する。
【００６１】
次に、ｎ型半導体層１８ｎの表層部からｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させて、図１１（ｃ）に示すように、厚さ０．３５μｍのｐ型半導体層１８ｐを形成する。
【００６２】
次に、ｐ型半導体層１８ｐの表層部に、図１１（ｄ）に示すように絶縁層ＩＬＴを堆積する。この体積法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタ法などを用いることができる。
【００６３】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成し、マスクの開口部にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングを行い、この開口部の領域に、図１１（ｅ）に示すように、深さ４０μｍ、幅５０μｍのトレンチ溝ＧＲＶを形成する。
【００６４】
次に、酸素雰囲気中において本デバイスを加熱し、トレンチ溝ＧＲＶを熱酸化することによって、図１１（ｆ）に示すようにトレンチ溝ＧＲＶにも絶縁層ＩＬＴを被覆する。このようにして、トレンチ溝ＧＲＶに露出したｐｎ接合部を保護する。なお、この熱酸化の温度は９００℃の高温である。
【００６５】
次に、図１１（ｇ）に示すように、トレンチ溝ＧＲＶ内に遮光部材１８ｒを埋め込む。この遮光部材１８ｒは、スピンコート等によってトレンチ溝ＧＲＶ内に埋め込むことができる。
【００６６】
次に、図１１（ｈ）に示すように、Ａｌからなる上面電極ｅｕ及びアルミニウム層１８ｃをスパッタ法又は蒸着法により形成し、更に無電解めっき法により下面電極ｅｌ（Ｎｉ−Ａｕ）を形成する。そして、最後に、二つのトレンチ溝ＧＲＶの中間において、ダイシングにより絶縁層ＩＬＴから下面電極ｅｌを切断することにより、図１１（ｉ）に示すようにホトダイオード１８が得られる。
【００６７】
このように形成されたホトダイオード１８は、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードとは異なり、光感応領域周辺に変動領域がなくなるので、第１実施形態において説明した図５に示す温度特性と同様に、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、このホトダイオード１８を備える半導体光源装置１０は安定したレーザ出力を得ることができる。
【００６８】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、トレンチ溝ＧＲＶ内に埋め込む遮光部材１８ｒとしては、ノンドープシリカ等を用いることができる。この場合においても、トレンチ溝ＧＲＶ側に露出したｐｎ接合部にモニタ用レーザ光が入射することを防止可能である。
【００６９】
また、トレンチ溝ＧＲＶには、遮光部材１８ｒを埋め込まなくても良い。この場合には、トレンチ溝ＧＲＶ側に露出したｐｎ接合部にモニタ用レーザ光が入射するので、ホトダイオード１８の特性は若干低下するものの、このホトダイオード１８が温度変化に対して安定した受光感度を有するという効果は依然として残される。
【００７０】
また、第１実施形態で説明したように、半導体レーザダイオード１２として、赤色等の他の波長のレーザ光を発する半導体レーザダイオードを用いても、ホトダイオード１８は良好な受光感度特性を示す。
【００７１】
また、第１実施形態と同様に、ｐ型半導体層１８ｐ及びｎ型半導体層１８ｎの導電型を反転させても、同様の機能が得られる。
【００７２】
また、第１実施形態で説明したのと同様に、半導体レーザダイオード１２に代えて、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）も適用可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともモニタ光が入射する領域近辺の端部まで、ホトダイオードのｐｎ接合部が形成されることにより、このホトダイオードは温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、例えば半導体レーザダイオードのような半導体発光素子から安定した出力光を出射することが可能な半導体光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる半導体光源装置の説明図である。
【図２】第１実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの平面図である。
【図３】第１実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの断面図である。
【図４】第１実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの製造方法を説明する断面図である。
【図５】実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの温度変化に対する受光感度特性を示す図である。
【図６】第２実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの平面図である。
【図７】第２実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの断面図である。
【図８】第２実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの製造方法を説明する断面図である。
【図９】第３実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの平面図である。
【図１０】第３実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの断面図である。
【図１１】第３実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの製造方法を説明する断面図である。
【図１２】従来のホトダイオードの温度変化に対する受光感度特性を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・半導体光源装置、１１・・・ステム、１２・・・半導体レーザダイオード、１８・・・ホトダイオード、１８ｓ・・・半導体基板、１８ｎ・・・ｎ型半導体層、１８ｐ・・・ｐ型半導体層、ＩＬＴ・・・絶縁層、ＧＲＶ・・・分離溝またはトレンチ溝、ｅｕ・・・上面電極、ｅｌ・・・下面電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光源装置に関し、特に半導体レーザダイオード等の半導体発光素子と、半導体発光素子から出射されるモニタ光を受光するホトダイオードを備え、ホトダイオードのモニタ出力に基づいて、半導体発光素子から出射する出力光の強度を制御する半導体光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、特開平４−１４７６９０号公報がある。この公報に記載された半導体光源装置は、半導体レーザダイオードのモニタ用レーザ光出射面から下方に出射されるモニタ用レーザ光を、ステム上に固定されたホトダイオードに受光する。そして、ホトダイオードによるモニタ出力に基づいて、上記のモニタ用レーザ光出射面と対向するレーザ光出射面から上方に出射するレーザ光の出力を制御している。また、この半導体光源装置においては、モニタ用レーザ光の光軸とホトダイオードの表面が直交しないようにホトダイオードをステム上に固定することで、ホトダイオード表面から反射されるモニタ用レーザ光がレーザ光出射面から出射されるレーザ光と重ならないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードは、温度の変化に伴って受光感度が大きく変動するという問題点を有しており、その結果、半導体レーザダイオードの出力制御が困難なものとなっていた。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、温度変化に対しても安定した受光感度を得ることが可能なホトダイオードを備える半導体光源装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明の発明者らは、従来の半導体光源装置においてホトダイオードの受光感度が温度変化によって大きく変動する原因が、ホトダイオードの光感応領域周辺における変動領域にモニタ用レーザ光が入射することが原因であることを発見した。ここで光感応領域とはプレーナ型構造における第1導電型半導体層と第２導電型半導体層とを備える領域であり、変動領域とは第２導電型半導体層が形成されてない領域をいう。
【００１４】
そこで、このような知見に基づいて上記課題を解決するため、本発明の半導体光源装置は、半導体発光素子と、上記半導体発光素子のモニタ光を受光するホトダイオードとを備え、上記ホトダイオードのモニタ出力に基づいて、上記半導体発光素子が出射する出力光の強度を制御する半導体光源装置において、上記半導体発光素子は、上記ホトダイオードの受光面の中心から偏位した領域に上記モニタ光の出射光軸が位置するように配置され、上記ホトダイオードは、その光感応領域を囲んで当該ホトダイオードの第１導電型層及び第２導電型層よりも深部の半導体基板内までトレンチ溝が形成されており、上記受光面に略平行に延び上記光感応領域をなす連続したｐｎ接合部が、上記トレンチ溝の内壁面まで延びており、当該トレンチ溝から所定幅外側に外周面が位置しており、光感応領域から外周面に渡ってモニタ光が入射するように配置されることを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、ホトダイオードの光感応領域を囲んでトレンチ溝を形成することで、光感応領域の周囲に存在するトレンチ溝の内壁面までｐｎ接合部が形成されるので、上記したような変動領域をなくすことができる。更に、そのトレンチ溝から所定幅外側に外周面が位置するので、トレンチ溝の外周に第１導電型層及び第２導電型層からなるブロックが存在し、このブロックによってトレンチ溝に囲まれた光感応領域を保護することができる。
【００１６】
また、本発明の半導体光源装置においては、上記トレンチ溝に、遮光部材が埋め込まれたことを特徴とすることが好適である。
【００１７】
この発明によれば、トレンチ溝に遮光部材を埋め込むので、トレンチ溝の内面に形成されたｐｎ接合部にモニタ光が入射することを防止することができる。
【００１８】
また、本発明の半導体光源装置においては、上記トレンチ溝の内面に、更に熱酸化膜を設けたことを特徴とすることが好適である。
【００１９】
上記のようにトレンチ溝を形成することで、トレンチ溝の内面に形成されたｐｎ接合部を、熱酸化膜で被覆することができるので、ｐｎ接合部を保護することができる。
【００２０】
また、本発明の半導体光源装置においては、上記半導体発光素子は、ステム上面に固定された上記ホトダイオードの上記受光面の中心から偏位した領域に上記モニタ光の出射光軸が位置し、上記出射光軸と上記ホトダイオードの表面に対する法線とが所定角度傾くように、上記ステム上面に固定された支持体の側面に固着されたことを特徴としている。
【００２１】
この発明によれば、半導体発光素子をステム上に固定された支持体側面に固着すると共に、ホトダイオードをステム上に固定することによって、上述した半導体発光素子とホトダイオードとの位置関係を安定に保つことができる。
【００２２】
また、本発明の半導体光源装置においては、上記半導体発光素子は、波長５５０ｎｍ以下の光を出射することを特徴とすることが好適である。
【００２３】
本発明の発明者らは、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードにおいては、特に波長５５０ｎｍ以下の光を用いる場合に、受光感度が温度変化によって大きく変動することを発見した。したがって、上述のような構成のホトダイオードを用いた半導体光源装置においては、特にこの波長帯域の光に対して有効となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる半導体光源装置を添付の図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態に関する説明においては、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２５】
（第１実施形態）まず、本発明の第１の実施形態にかかる半導体光源装置１０について添付の図面を参照して説明する。図１は半導体光源装置１０を説明する説明図である。本実施形態にかかる半導体光源装置１０は、円板上のステム１１上に固定された柱上の支持体２０の側面に固定された半導体レーザダイオード１２と、この半導体レーザダイオード１２のモニタ用レーザ光出射面１５から出射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７がその中心から外れた領域に入射するホトダイオード１８を備えて構成されている。この半導体レーザダイオード１２は、窒化物系の材料により構成されており、波長４０９ｎｍのレーザ光を出射する。そして、ホトダイオード１８は、その表面に対する法線１９が、半導体レーザダイオード１２のモニタ用レーザ光出射面１５から出射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７に対して所定角度傾けられている。このような構成とすることで、ホトダイオード１８の表面で反射されたモニタ用レーザ光１６が、戻り光としてモニタ用レーザ光出射面１５に入射するのを防止すると同時に、モニタ用レーザ光出射面１５と対向するレーザ光出射端面１３から出射されるレーザ光１４と重なることを避けるようにしている。そして、ホトダイオード１８に入射したモニタ用レーザ光１６によるモニタ出力に基づいて、半導体レーザダイオード１２から出射するレーザ光１４を制御している。
【００２６】
次に、ホトダイオード１８について図２及び図３を参照して説明する。ここで図２はホトダイオード１８の平面図であり、図３はホトダイオード１８の断面図（図２におけるIII−III断面の断面図）である。
【００２７】
図２及び図３に示すように、略立方形状のホトダイオード１８は、ｎ型の半導体基板１８ｓ上に形成された半導体基板１８ｓより不純物濃度の低いｎ型半導体層１８ｎを有する。更にこのｎ型半導体層１８ｎ上にホトリソグラフィー技術を用いてマスクパターンを形成した後、ｎ型半導体層１８ｎの表層部にｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させたｐ型半導体層１８ｐを有する。そして、これらｎ型半導体層１８ｎ及びｐ型半導体層１８ｐの境界でｐｎ接合を構成している。また、ホトダイオード１８表層及び分離溝ＧＲＶ内面に形成された絶縁層ＩＬＴを有する。さらに、ｐ型半導体層１８ｐ上の絶縁層ＩＬＴの所定位置をエッチングした後に形成された上面電極ｅｕや、半導体基板１８ｓの下面に形成されたアルミニウム層１８ｃ、下面電極ｅｌを有する。ここで、上面電極ｅｕはホトダイオード１８において、モニタ用レーザ光１６が入射する領域を外した所定の位置、例えばホトダイオード１８の中心に対して、照射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７があたる領域と逆側の周辺部（角部）に近い位置に形成されている。そして、分離溝ＧＲＶ底部から半導体基板１８ｓを切断することによって、ホトダイオード１８が構成される。したがって、このホトダイオード１８は、ｐｎ接合部が絶縁層ＩＬＴを介してホトダイオード１８の端面に露出されている。すなわち、モニタ用レーザ光１６が入射する領域近辺におけるホトダイオード１８の端面まで光感応領域が形成されており、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードのように、モニタ用レーザ光１６が入射する領域に変動領域がないので、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。
【００２８】
次に、ホトダイオード１８の製造方法について説明する。図４は、ホトダイオード１８の製造方法を説明する断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、厚さ２４０μｍの半導体基板１８ｓを用意する。次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板１８ｓ上にエピタキシャル成長法を用いて、厚さ３０μｍのｎ型半導体層１８ｎを形成する。
【００２９】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いてｎ型半導体層１８ｎ上にマスクパターンを形成し、マスクパターンの開口部からｎ型半導体層１８ｎの表層部にｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させて、図４（ｃ）に示すように厚さ０．３５μｍのｐ型半導体層１８ｐを形成する。
【００３０】
次に、表層部に露出したｎ型半導体層１８ｎ及びｐ型半導体層１８ｐの表層部に、図４（ｄ）に示すように絶縁層ＩＬＴを堆積する。この体積法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタ法などを用いることができる。
【００３１】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成し、マスクの開口部にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングを行い、この開口部の領域に、図４（ｅ）に示すように、深さ４０μｍ、幅５０μｍで断面Ｕ字形状の分離溝ＧＲＶを形成する。分離溝ＧＲＶは、ｎ型半導体層１８ｎと半導体基板１８ｓとの境界から更に深い位置まで達する。
【００３２】
次に、酸素雰囲気中において本デバイスを加熱し、分離溝ＧＲＶの内面を熱酸化することによって、図４（ｆ）に示すように分離溝ＧＲＶの内面にも絶縁層ＩＬＴを形成する。このようにして、分離溝ＧＲＶに露出したｐｎ接合部を保護する。なお、この熱酸化の温度は９００℃の高温である。
【００３３】
次に、図４（ｇ）に示すように、Ａｌよりなる上面電極ｅｕ及びアルミニウム層１８ｃをスパッタ法又は蒸着法により形成し、更に無電解めっき法により下面電極ｅｌ（Ｎｉ−Ａｕ）を形成する。そして、最後に、分離溝ＧＲＶの底部からダイシングにより半導体基板１８ｓを切断することで、図４（ｈ）に示すようにホトダイオード１８が得られる。このように、分離溝ＧＲＶの底部においてダイシングを行うため、ダイシングによってｐｎ接合部にダメージを与えることを防止できる。
【００３４】
ここで、このホトダイオード１８に波長４０９ｎｍのレーザ光を照射したときの温度変化に対する受光感度の特性を表すグラフを図５に示す。また、参考のため、図１２に従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードの同様の特性を示す。図５及び図１２において、横軸は温度であり、縦軸は光電流比、すなわち温度２５℃の光電流を基準とした他の温度における光電流の変動比率［％］を表す。また、図５及び図１２において、黒塗りの四角マークのプロットを結ぶ線は、ｐｎ接合上面すなわち光感応領域のみにレーザ光を照射したときの、温度変化に対する受光感度を示している。また、黒塗りの円マークのプロットを結ぶ線は、図５においては、ホトダイオード１８のチップ端にレーザ光を照射したときの同様の特性を示し、図１２においては光感応領域の周辺の変動領域にもレーザ光を照射したときの同様の特性を示す。図１２に示すように、従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードでは、光感応領域のみにレーザ光を照射した場合に比べて、変動領域にもレーザ光を照射した場合に、光電流比すなわち受光感度が温度変化によって大きく変動していることがわかる。このように従来の半導体光源装置に用いられていたホトダイオードにおいては、変動領域にもレーザ光を照射した場合の温度係数、すなわち１℃の温度変化に伴う光電流比の変化量は−０．３５［％／℃］と大きい。一方、図５に示すようにホトダイオード１８においてはチップ端にレーザ光を照射しても、温度係数が−０．０８［％／℃］と、温度変化に対して安定した受光感度が得られることが確認できる。
【００３５】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では波長４０９ｎｍ（紫色）のレーザ光を発する半導体レーザダイオード１２を用いているが、赤色等の他の波長帯域のレーザ光を発する半導体レーザダイオードを用いても良い。本実施形態にかかるホトダイオード１８は波長５５０ｎｍ以下の短波長のレーザ光に対する受光感度特性が特に優れるが、赤色等の他の波長帯域のレーザ光に対しても良好な受光感度特性を示す。
【００３６】
また、本実施形態においてはホトダイオード１８の一端面までｐｎ接合部が形成されているが、モニタ用レーザ光が入射する領域に応じて、三方の端面までｐｎ接合部を形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態のホトダイオード１８においては、ｎ型半導体層１８ｎが光吸収層として機能するが、ｐ型半導体層１８ｐ及びｎ型半導体層１８ｎの導電型を反転させても良い。この場合には、ｐ型半導体層１８ｐが光吸収層として機能する。
【００３８】
また、本実施形態では最も好適な光源として半導体レーザダイオード１２を搭載する例を説明したが、光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ）も適用可能である。
【００３９】
（第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態にかかる半導体光源装置１０について説明する。なお、本実施形態にかかる半導体光源装置１０は、第一実施形態に示した半導体光源装置１０と、ホトダイオード１８のみの構成が異なるので、本実施形態にかかる半導体光源装置１０に備えるホトダイオード１８のみについて説明し、その他の説明は省略する。
【００４０】
図６及び図７はそれぞれ、本実施形態にかかるホトダイオード１８の平面図及び断面図（図６におけるVII−VII断面の断面図）である。図６及び図７に示すように、略立方形状のホトダイオード１８は、ｎ型の半導体基板１８ｓ上に、この半導体基板１８ｓより低濃度のｎ型半導体層１８ｎ、ｐ型半導体層１８ｐが順次形成され、これらのｎ型半導体層１８ｎとｐ型半導体層１８ｐの境界はｐｎ接合を構成している。
【００４１】
そして、ホトダイオード１８は、上記のｎ型半導体層１８ｎと半導体基板１８ｓとの境界より深部まで形成された分離溝ＧＲＶの底部においてダイシングにより、半導体基板１８ｓを切断することによって、図７に示す構造のホトダイオードが得られている。また、ｐ型半導体層１８ｐの表層部及び分離溝ＧＲＶは絶縁層ＩＬＴで被覆され、ｐ型半導体層１８ｐの所定位置に上面電極ｅｕが形成され、半導体基板１８ｓの底面には下面電極ｅｌが形成されている。ここで、上面電極ｅｕはホトダイオード１８において、モニタ用レーザ光１６が入射する領域を外した所定の位置、例えばホトダイオード１８の中心に対して、照射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７があたる領域と逆側の周辺部（角部）に近い位置に形成されている。
【００４２】
このような構成により、ホトダイオード１８は、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードと異なり、上述した変動領域がないので、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、本実施形態にかかる半導体光源装置１０は安定したレーザ出力を得ることができる。
【００４３】
次に、ホトダイオード１８の製造方法について説明する。図８は、ホトダイオード１８の製造方法を説明する断面図である。
【００４４】
ホトダイオード１８を製造するため、まず、図８（ａ）に示すように、厚さ２４０μｍのｎ型の半導体基板１８ｓを用意する。次に、半導体基板１８ｓ上にエピタキシャル成長法を用いて、厚さ３０μｍのｎ型半導体層１８ｎを図８（ｂ）に示すように形成する。
【００４５】
次に、ｎ型半導体層１８ｎの表層部からｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させて、図８（ｃ）に示すように、厚さ０．３５μｍのｐ型半導体層１８ｐを形成する。
【００４６】
次に、ｐ型半導体層１８ｐの表層部に、図８（ｄ）に示すように絶縁層ＩＬＴを堆積する。この堆積法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタ法などを用いることができる。
【００４７】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成し、マスクの開口部にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングを行い、この開口部の領域に、図８（ｅ）に示すように、深さ４０μｍ、幅５０μｍで断面Ｕ字形状の分離溝ＧＲＶを形成する。
【００４８】
次に、酸素雰囲気中において本デバイスを加熱し、分離溝ＧＲＶを熱酸化することによって、図８（ｆ）に示すように分離溝ＧＲＶにも絶縁層ＩＬＴを被覆する。このようにして、分離溝ＧＲＶに露出したｐｎ接合部を保護する。なお、この熱酸化の温度は９００℃の高温である。
【００４９】
次に、図８（ｇ）に示すように、Ａｌからなる上面電極ｅｕ及びアルミニウム層１８ｃをスパッタ法又は蒸着法により形成し、更に無電解めっき法により下面電極ｅｌ（Ｎｉ−Ａｕ）を形成する。そして、最後に、分離溝ＧＲＶの底部からダイシングにより半導体基板１８ｓを切断し、図８（ｈ）に示すようにホトダイオード１８が得られる。このように、分離溝ＧＲＶの底部においてダイシングを行うため、ダイシングによってｐｎ接合部にダメージを与えることを防止できる。
【００５０】
このように形成されたホトダイオード１８は、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードとは異なり、上述した変動領域がないので、第１実施形態において説明した図５に示す温度特性と同様に、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、このホトダイオード１８を備える半導体光源装置１０は安定したレーザ出力を得ることができる。
【００５１】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、第１実施形態で説明したように、半導体レーザダイオード１２として、赤色等の他の波長帯域のレーザ光を発する半導体レーザダイオードを用いても、ホトダイオード１８は良好な受光感度特性を示す。
【００５２】
また、第１実施形態と同様に、ｐ型半導体層１８ｐ及びｎ型半導体層１８ｎの導電型を反転させても、同様の機能が得られる。
【００５３】
また、第１実施形態で説明したのと同様に、半導体レーザダイオード１２に代えて、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）も適用可能である。
【００５４】
（第３実施形態）次に、本発明の第３実施形態にかかる半導体光源装置１０について説明する。なお、本実施形態にかかる半導体光源装置１０においても、第一実施形態に示した半導体光源装置１０と、ホトダイオード１８のみの構成が異なるので、本実施形態にかかる半導体光源装置１０に備えるホトダイオード１８のみについて説明し、その他の説明は省略する。
【００５５】
図９及び図１０はそれぞれ、本実施形態にかかるホトダイオード１８の平面図及び断面図（図９におけるX−X断面の断面図）である。図９及び図１０に示すように、略立方形状のホトダイオード１８は、ｎ型の半導体基板１８ｓ上に、この半導体基板１８より低濃度のｎ型半導体層１８ｎ、ｐ型半導体層１８ｐが順次形成され、これらのｎ型半導体層１８ｎとｐ型半導体層１８ｐの境界はｐｎ接合を構成している。
【００５６】
また、ホトダイオード１８は、上記のｎ型半導体層１８ｎと半導体基板１８ｓとの境界より深部まで形成した断面Ｕ字形状のトレンチ溝ＧＲＶを有し、トレンチ溝ＧＲＶ内に黒色の染料や絶縁処理したカーボンブラック等の顔料を混入させた黒色ホトレジストやポリイミド等の遮光部材１８ｒを埋め込んでいる。そして、トレンチ溝ＧＲＶの外周においてダイシングにより、ホトダイオード１８を切り出している。また、ｐ型半導体層１８ｐの表層部及びトレンチ溝ＧＲＶの内面に絶縁層ＩＬＴを有する。そして、ｐ型半導体層１８ｐ上の所定位置に絶縁層ＩＬＴをエッチングにより剥離して形成した上面電極ｅｕを有し、半導体基板１８ｓの底面には下面電極ｅｌを有する。ここで、上面電極ｅｕはホトダイオード１８において、モニタ用レーザ光１６が入射する領域を外した所定の位置、すなわちホトダイオード１８の中心に対して、照射されるモニタ用レーザ光１６の光軸１７があたる領域と逆側の周辺部（角部）に近い位置に形成されている。
【００５７】
このような構成により、ホトダイオード１８は、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードとは異なり、トレンチ溝ＧＲＶの外側に光が入射しても全く感度にはならないので、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、本実施形態にかかる半導体光源装置１０は安定したレーザ出力を得ることができる。
【００５８】
また、トレンチ溝ＧＲＶより外側のｐ型半導体層１８ｐ、ｎ型半導体層１８ｎ及び半導体基板１８ｓにより構成されるブロックによって、トレンチ溝ＧＲＶによって囲まれた光検出領域を保護することができる。更に、トレンチ溝ＧＲＶに遮光部材１８ｒを埋め込むことにより、トレンチ溝ＧＲＶ側に露出したｐｎ接合部にモニタ用レーザ光が入射することを防止できる。
【００５９】
次に、ホトダイオード１８の製造方法について説明する。図１１は、ホトダイオード１８の製造方法を説明する断面図である。
【００６０】
ホトダイオード１８を製造するため、まず、図１１（ａ）に示すように、厚さ２４０μｍのｎ型の半導体基板１８ｓを用意する。次に、半導体基板１８ｓ上にエピタキシャル成長法を用いて、厚さ３０μｍのｎ型半導体層１８ｎを図１１（ｂ）に示すように形成する。
【００６１】
次に、ｎ型半導体層１８ｎの表層部からｐ型不純物（ボロン）を拡散によって添加し、この表層部の導電型を反転させて、図１１（ｃ）に示すように、厚さ０．３５μｍのｐ型半導体層１８ｐを形成する。
【００６２】
次に、ｐ型半導体層１８ｐの表層部に、図１１（ｄ）に示すように絶縁層ＩＬＴを堆積する。この体積法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタ法などを用いることができる。
【００６３】
次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成し、マスクの開口部にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングを行い、この開口部の領域に、図１１（ｅ）に示すように、深さ４０μｍ、幅５０μｍのトレンチ溝ＧＲＶを形成する。
【００６４】
次に、酸素雰囲気中において本デバイスを加熱し、トレンチ溝ＧＲＶを熱酸化することによって、図１１（ｆ）に示すようにトレンチ溝ＧＲＶにも絶縁層ＩＬＴを被覆する。このようにして、トレンチ溝ＧＲＶに露出したｐｎ接合部を保護する。なお、この熱酸化の温度は９００℃の高温である。
【００６５】
次に、図１１（ｇ）に示すように、トレンチ溝ＧＲＶ内に遮光部材１８ｒを埋め込む。この遮光部材１８ｒは、スピンコート等によってトレンチ溝ＧＲＶ内に埋め込むことができる。
【００６６】
次に、図１１（ｈ）に示すように、Ａｌからなる上面電極ｅｕ及びアルミニウム層１８ｃをスパッタ法又は蒸着法により形成し、更に無電解めっき法により下面電極ｅｌ（Ｎｉ−Ａｕ）を形成する。そして、最後に、二つのトレンチ溝ＧＲＶの中間において、ダイシングにより絶縁層ＩＬＴから下面電極ｅｌを切断することにより、図１１（ｉ）に示すようにホトダイオード１８が得られる。
【００６７】
このように形成されたホトダイオード１８は、従来の半導体光源装置に備えるホトダイオードとは異なり、光感応領域周辺に変動領域がなくなるので、第１実施形態において説明した図５に示す温度特性と同様に、温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、このホトダイオード１８を備える半導体光源装置１０は安定したレーザ出力を得ることができる。
【００６８】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、トレンチ溝ＧＲＶ内に埋め込む遮光部材１８ｒとしては、ノンドープシリカ等を用いることができる。この場合においても、トレンチ溝ＧＲＶ側に露出したｐｎ接合部にモニタ用レーザ光が入射することを防止可能である。
【００６９】
また、トレンチ溝ＧＲＶには、遮光部材１８ｒを埋め込まなくても良い。この場合には、トレンチ溝ＧＲＶ側に露出したｐｎ接合部にモニタ用レーザ光が入射するので、ホトダイオード１８の特性は若干低下するものの、このホトダイオード１８が温度変化に対して安定した受光感度を有するという効果は依然として残される。
【００７０】
また、第１実施形態で説明したように、半導体レーザダイオード１２として、赤色等の他の波長のレーザ光を発する半導体レーザダイオードを用いても、ホトダイオード１８は良好な受光感度特性を示す。
【００７１】
また、第１実施形態と同様に、ｐ型半導体層１８ｐ及びｎ型半導体層１８ｎの導電型を反転させても、同様の機能が得られる。
【００７２】
また、第１実施形態で説明したのと同様に、半導体レーザダイオード１２に代えて、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）も適用可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともモニタ光が入射する領域近辺の端部まで、ホトダイオードのｐｎ接合部が形成されることにより、このホトダイオードは温度変化に対して安定した受光感度を得ることができる。その結果、例えば半導体レーザダイオードのような半導体発光素子から安定した出力光を出射することが可能な半導体光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる半導体光源装置の説明図である。
【図２】第１実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの平面図である。
【図３】第１実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの断面図である。
【図４】第１実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの製造方法を説明する断面図である。
【図５】実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの温度変化に対する受光感度特性を示す図である。
【図６】第２実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの平面図である。
【図７】第２実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの断面図である。
【図８】第２実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの製造方法を説明する断面図である。
【図９】第３実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの平面図である。
【図１０】第３実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの断面図である。
【図１１】第３実施形態にかかる半導体光源装置に備えるホトダイオードの製造方法を説明する断面図である。
【図１２】従来のホトダイオードの温度変化に対する受光感度特性を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・半導体光源装置、１１・・・ステム、１２・・・半導体レーザダイオード、１８・・・ホトダイオード、１８ｓ・・・半導体基板、１８ｎ・・・ｎ型半導体層、１８ｐ・・・ｐ型半導体層、ＩＬＴ・・・絶縁層、ＧＲＶ・・・分離溝またはトレンチ溝、ｅｕ・・・上面電極、ｅｌ・・・下面電極
Claims (5)
- 半導体発光素子と、前記半導体発光素子のモニタ光を受光するホトダイオードとを備え、前記ホトダイオードのモニタ出力に基づいて、前記半導体発光素子が出射する出力光の強度を制御する半導体光源装置において、
前記半導体発光素子は、前記ホトダイオードの受光面の中心から偏位した領域に前記モニタ光の出射光軸が位置するように配置され、
前記ホトダイオードは、
その光感応領域を囲んで当該ホトダイオードの第１導電型層及び第２導電型層よりも深部の半導体基板内までトレンチ溝が形成されており、前記受光面に略平行に延び前記光感応領域をなす連続したｐｎ接合部が、前記トレンチ溝の内壁面まで延びており、当該トレンチ溝から所定幅外側に外周面が位置しており、
前記光感応領域から前記外周面に渡って前記モニタ光が入射するように配置されることを特徴とする半導体光源装置。 - 前記トレンチ溝に、遮光部材が埋め込まれたことを特徴とする請求項１に記載の半導体光源装置。
- 前記トレンチ溝の内面に、更に熱酸化膜を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光源装置。
- 前記半導体発光素子は、ステム上面に固定された前記ホトダイオードの前記受光面の中心から偏位した領域に前記モニタ光の出射光軸が位置し、前記出射光軸と前記ホトダイオードの表面に対する法線とが所定角度傾くように、前記ステム上面に固定された支持体の側面に固着されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の半導体光源装置。
- 前記半導体発光素子は、波長５５０ｎｍ以下の光を出射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の半導体光源装置。
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