JPH0654823B2 - 発・受光素子 - Google Patents

発・受光素子

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JPH0654823B2
JPH0654823B2 JP3536186A JP3536186A JPH0654823B2 JP H0654823 B2 JPH0654823 B2 JP H0654823B2 JP 3536186 A JP3536186 A JP 3536186A JP 3536186 A JP3536186 A JP 3536186A JP H0654823 B2 JPH0654823 B2 JP H0654823B2
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semiconductor laser
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light emitting
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宏生 浮田
知之 戸島
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、半導体レーザとその光出力をモニターする
ための光検出器とが同一基板上に一体的に形成された発
・受光素子に関し、例えば光ディスク等の光情報処理装
置、光通信用送受信装置等に使用されるものである。
[発明の技術的背景とその問題点] 半導体レーザは、その光出力を安定化させる手段とし
て、一般に後方出射光を光検出器でモニターしてバイア
ス電流を制御する光フイードバック法がとられる。
このようなモニター用の光検出器を備えた従来の半導体
レーザとしては例えば第7図に示すようなものがある。
第7図中符号1は半導体チップで、半導体チップ1に
は、微細加工技術により、幅、深さともに数μm程度の
分離溝2が形成され、この分離溝2により半導体レーザ
3と、光検出器4とが対向して形成されている。
分離溝2の側壁で形成される半導体レーザ3の後方出射
端面5と、光検出器4の受光面6とは略平行面に形成さ
れている。
半導体レーザ3は、n−GaAsの基板7上に、液相エ
ピタキシャル成長法によりn−Al0.33Ga0.67Asの
下側クラッド層8a、Al0.05Ga0.95Asの活性層9
a、およびp−Al0.33Ga0.67Asの上側クラッド層
11aからなるダブルヘテロ構造が形成されている。活
性層9aの厚さは1μm以下でレーザ光Lの波長より
も薄く形成されている。
12aはn−GaAsのキャップ層、13はp電極、1
4はストライプで、ストライプ14の部分を除くキャッ
プ層12aとp電極13との間にSiOの絶縁層15
が形成されている。
ストライプ14直下の活性層9aの部分に発光領域16
が形成される。
17はレーザ光Lの出射される前方出射端面、18は
順バイアス印加用の端子、19はn電極である。
光検出器4についても、共通のn−GaAsの基板7上
に、半導体レーザ3側とそれぞれ同様の厚さの下側クラ
ッド層8b、活性層9b、上側クラッド層11b、キャ
ップ層12bが形成され、キャップ層12bの上にp電
極21が形成されている。22は逆バイアス印加用の端
子である。
このように半導体レーザ3とモニター用の光検出器4と
は、同一の基板7上に一体的に形成されて発・受光素子
として構成されている。
そしてn電極19を共通電極として、半導体レーザ3に
は端子18を通じて順バイアス電圧を印加し、光検出器
4には端子22を通じて逆バイアス電圧を印加すると、
半導体レーザ3においては、発光領域16部分の活性層
9aに注入キャリヤが集中し再結合が生じて発光する。
この注入キャリヤおよび発光は両クラッド層8a、11
aにより活性層9a内に効率よく閉じ込められてレーザ
作用が増大し、発光領域16から前方出射端面17側に
レーザ光(前方出射光)Lが出力されるとともに、後
方出射端面5側に後方出射光Lが出力される。
一方、光検出器4においては、半導体レーザ3からの後
方出射光Lが活性層9bに入射して電子とホールの対
が生じ、逆バイアス電圧により後方出射光Lの光強度
に比例した光電流が外部回路に流れて半導体レーザ3の
光出力がモニターされる。上記のように光検出器4の受
光面6における実質的な感光部は活性層9bの部分であ
る。
しかしながら上記の発・受光素子にあっては、半導体レ
ーザ3の後方出射端面5と、光検出器4の受光面6とが
略平行面になっていたため、後方出射光Lの受光面6
による反射光が、半導体レーザ3の後方出射端面5側に
帰還して半導体レーザ3の動作が不安定になり、前方出
射端面17からのレーザ光L出力の強度が変動すると
ともに、戻り光ノイズが増えるという問題点があった。
また光検出器4の受光面6における高さ方向の実質的な
感光幅は、活性層9bの厚さ程度しかなく、この活性層
9bは半導体レーザ3側の活性層9aと同様に薄く形成
されていたため、受光感度が低く、カップリング効率が
数%程度になってしまうという問題点があった。
[発明の目的] この発明は、上記事情に基づいてなされたもので、レー
ザ出力の安定化および低ノイズ化を図るとともに、光検
出器の受光感度を向上させることのできる発・受光素子
を提供することを目的とする。
[発明の概要] 上記目的を達成するため、素子チップに設けられた分離
溝により、半導体レーザとこの半導体レーザから出射さ
れるレーザ光を受光する光検出器とが対向して形成され
た発・受光素子において、この発明は、光検出器の受光
面を、半導体レーザのニアフィールドパターンと略等し
い幅の開口を有する円柱状内壁面として、光検出器の受
光感度を向上するようにしたものである。
[発明の実施例] 以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図〜第4図は、この発明の第1実施例を示す図であ
る。
なお第1図および後述の各実施例を示す図において前記
第7図における部材および部位等と同一ないし均等のも
のは、前記と同一符号を以って示し重複した説明を省略
する。
まず構成を説明すると、この実施例は、第1図および第
2図に示すように光検出器4の受光面26が、半導体レ
ーザ3のニアフィールドパターンと略等しい幅dの開口
25を有する円柱の柱状内壁面で形成され、この円柱状
の受光面26による後方出射光(レーザ光)Lの反射
光が半導体レーザ3の後方出射端面5に戻らないように
構成されている。
開口25を有する円柱状の受光面26は、例えば反応性
イオンビームエッチングを使用した微細加工により形成
される。
第3図は、分離溝2の溝幅gと後方出射光Lのビーム
径との関係、云い換えれば後方出射端面5からの距離に
対するレーザ光のビーム径の応がりを示したものであ
る。同図中(イ)の曲線は、活性層9aの広がり方向と
同方向、即ち平行方向のビーム径の広がりを示し、
(ロ)の曲線は、活性層9aに垂直方向のビーム径の広
がりを示している。
分離溝2の溝幅gを例えばg=5μmとすると、この程
度の距離においては、レーザ光の出力パターンは、ニア
フィールドパターンを示し、平行方向のビーム径の広が
り(第3図(イ))は、ストライプ14の幅とほぼ等し
く、例えば5μm程度となる。また垂直方向のビーム径
の広がりは、ほぼ4μm程度となる。
円柱状の受光面26は、上記のようなビーム径の広がり
を持つニアフィールドパターンの後方出射光Lを受光
すればよいので、開口25の幅dは、平行方向のビーム
径の広がり幅とほぼ等しいかまたはそれ以上あればよく
d≧5μmとされる。また受光面26の縦方向の長さ
は、垂直方向のビーム径の広がり幅とほぼ等しいかまた
はそれ以上あればよく4μm程度以上とされる。
次に作用を説明する。
n電極19を共通電極として、半導体レーザ3には端子
18を通じて順バイアス電圧を印加し、光検出器4には
端子22を通じて逆バイアス電圧が印加される。
このようなバイアス電圧の印加により、半導体レーザ3
側においては、発光領域16にレーザ発光が生じ、前方
出射端面17および後方出射端面5からそれぞれレーザ
光(前方出射光)Lおよび後方出射光Lが出力され
る。
前方に出射したレーザ光Lは、光ディスクや光通信装
置等における光源として使用される。一方、後方出射光
は光検出器4で受光されて、光出力のモニター用と
して使用され、図示省略のオートマチックパワーコント
ロール回路により、前方に出射したレーザ光Lの出力
安定化が図られる。
そしてこのような光検出器4による後方出射光Lの検
出作用において、第2図に示すように、後方出射光L
は、半導体レーザ3の後方出射端面5から距離gの位置
にある開口25を通って円柱状内壁面で形成された受光
面26内に侵入する。
侵入光lは、実質的な感光部である活性層9bで検出
されるとともに、その一部は受光面26の内壁で反射さ
れる。しかし反射光lは円柱状内壁面内で多重反射さ
れて受光面26内に吸収されるようにして検出される。
而して後方出射光Lの反射光による半導体レーザ3側
への戻り光が極めて少なくなり、この戻り光による半導
体レーザ3の動作不安定がなくなって、レーザ光L
出力変動および戻り光ノイズが顕著に低減される。また
これとともに円柱状内壁面からなる受光面26は、侵入
光lに対して一種の積分作用によりその反射光を殆ん
ど吸収し検出するので、受光感度が向上してモニター性
能が高められる。
第4図は、半導体レーザ3から、分離溝幅に相当する距
離gだけ離れた位置に、開口25を塞ぐように適宜の反
射板を配置したときの、レーザ発振の発振閾値電流の変
化を示したものである。距離gが小さくなる程閾値電流
の値は小さくなっている。これは距離gが小さくなる程
反射による戻り光が増えてレーザ光帰還量が増加するこ
とを示している。しかしこのように帰還量が増すと、前
記のように動作不安定および戻り光ノイズが増えるとい
う弊害が生じるので、この発明の実施例では、反射光は
円柱状内壁面からなる受光面26内に吸収されて、この
ような幣害が除去される。
第5図には、この発明の第2実施例を示す。
この実施例は、素子分離溝28により半導体レーザ、お
よび光検出器をそれぞれ2分してマルチレーザ形の発・
受光素子としたものである。
並設された2個の半導体レーザ3a、3bのそれぞれに
発光領域16a、16bが設けられ、これに対応して各
光検出器4a、4bに前記第1実施例と同様の円柱状内
壁面からなる受光面26a、26bが形成されている。
各受光面26a、26bの開口は、前記第1実施例の場
合と同様、各発光領域16a、16bから出射される後
方出射光の平行方向のビーム径の広がり幅とほぼ等しい
かまたはそれ以上に形成されている。
各半導体レーザ3a、3b側への反射光による戻り光が
顕著に少なくなって、半導体レーザ3a、3bの動作不
安定がなくなり、レーザ光L、L′の出力変動およ
び戻り光ノイズが低減される等の作用は前記第1実施例
の場合とほぼ同様である。
この実施例のマルチレーザ形の発・受光素子は、例えば
並列記録再生用光ヘッドの光源として使用される。
第6図には、この発明の第3実施例を示す。
この実施例は、素子分離溝28により半導体レーザ、お
よび光検出器をそれぞれ2分してマチレーザ形の発・受
光素子とした点は、前記第2実施例(第5図)のものと
ほぼ同様である。
第2実施例のものと異なる点は、一方の半導体レーザ3
cに設けた発光領域16cの幅と、他方の半導体レーザ
3dに設けた発光領域16dの幅とを異なるようにした
点である。
これに従って光検出器4cの受光面26cの開口25c
の幅は、発光領域16cの幅に対応して広く形成され、
他の光検出器4dの受光面26dの開口25dの幅は、
発光領域16dの幅に対応するように狭く形成されてい
る。
各半導体レーザ3c、3d側への反射光による戻り光が
顕著に少なくなる等の作用は、前記第2実施例のものと
ほぼ同様である。
この実施例のマルチレーザ形の発・受光素子は、例えば
記録材料として相変態形媒体を使用した光ディスク用光
ヘッドの光源として使用される。
なお上記の第2、第3の各実施例において半導体レーザ
および光検出器の並設数は、2としてマルチ度を2とし
たが、マルチ度を一般的にnとしたものについても、こ
の発明を適用することができる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明の構成によれば、半導体レー
ザの動作が安定してレーザ出力の安定化が図られるとと
もに、戻り光ノイズが低減され、さらに光検出器の受光
感度を向上できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る発・受光素子の第1実施例を示
す斜視図、第2図は同上第1実施例の要部を拡大して示
す平面図、第3図は同上第1実施例における分離溝の幅
とレーザ光のビーム径との関係を示す特性図、第4図は
同上第1実施例の効果を説明するための分離溝の幅と発
振閾値電流との関係を示す特性図、第5図はこの発明の
第2実施例を示す斜視図、第6図はこの発明の第3実施
例を示す斜視図、第7図は従来の発・受光素子を示す斜
視図である。 1:半導体チップ、 2:分離溝、 3、3a、3b、3c、3d:半導体レーザ、 4、4a、4b、4c、4d:光検出器、 5:後方出射端面、 7:基板、 9a:半導体レーザの活性層、 16、16a、16b、16c、16d:発光領域、 17:前方出射端面、 25、25c、25d:開口、 26、26a、26b、26c、26d:円柱状内壁面
の受光面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−127864(JP,A) 特開 昭59−119784(JP,A) 特開 昭59−103394(JP,A) 特開 昭59−92592(JP,A) 特開 昭58−75878(JP,A) 特開 昭58−162090(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体チップに所要幅の分離溝を設け、該
    分離溝により半導体レーザと、該半導体レーザから出射
    されるレーザ光を受光する光検出器とが対向して形成さ
    れた発・受光素子において、 前記光検出器の受光面を、半導体レーザのニアフィール
    ドパターンと略等しい幅の開口を有する円柱状内壁面と
    したことを特徴とする発・受光素子。
JP3536186A 1986-02-21 1986-02-21 発・受光素子 Expired - Fee Related JPH0654823B2 (ja)

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