JPH10294527A - モノリシック受発光素子およびその製造方法およびそれを用いた光ピックアップ - Google Patents
モノリシック受発光素子およびその製造方法およびそれを用いた光ピックアップInfo
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- JPH10294527A JPH10294527A JP9102292A JP10229297A JPH10294527A JP H10294527 A JPH10294527 A JP H10294527A JP 9102292 A JP9102292 A JP 9102292A JP 10229297 A JP10229297 A JP 10229297A JP H10294527 A JPH10294527 A JP H10294527A
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- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Optical Head (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光部でのレーザ発振特性と、受光部での光
−電流変換効率とをともに良好に確保できるモノリシッ
ク受発光素子を提供すること。 【解決手段】 半導体基板１０１上の少なくとも２つの
領域に、発光部１００Ａと受光部１００Ｂを形成する。
発光部１００Ａは垂直共振器型面発光レーザ１００Ａか
らなり、受光部１００Ｂは共振器構造を持つＰＩＮ型フ
ォトダイオードからなる。吸収層１０５Ｂの量子井戸の
幅は発光部１００Ａの活性層の量子井戸の幅よりも広
く、共振器長は環境温度において１００Ａの出射光の波
長に対して共振するように構成されている。
−電流変換効率とをともに良好に確保できるモノリシッ
ク受発光素子を提供すること。 【解決手段】 半導体基板１０１上の少なくとも２つの
領域に、発光部１００Ａと受光部１００Ｂを形成する。
発光部１００Ａは垂直共振器型面発光レーザ１００Ａか
らなり、受光部１００Ｂは共振器構造を持つＰＩＮ型フ
ォトダイオードからなる。吸収層１０５Ｂの量子井戸の
幅は発光部１００Ａの活性層の量子井戸の幅よりも広
く、共振器長は環境温度において１００Ａの出射光の波
長に対して共振するように構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と受光素
子を同一の半導体基板上に集積したモノリシック受発光
素子およびそれを用いた光ピックアップに関する。
子を同一の半導体基板上に集積したモノリシック受発光
素子およびそれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】フォトダイオードからなる受光素子と半
導体レーザからなる光源とを一対で使用するものとし
て、例えば光を用いて情報を記録再生する光ピックアッ
プが知られている。これは、半導体レーザからのレーザ
光を記録媒体に入射させ、その反射光を受光素子にて検
出して、情報の記録、再生を行うものである。
導体レーザからなる光源とを一対で使用するものとし
て、例えば光を用いて情報を記録再生する光ピックアッ
プが知られている。これは、半導体レーザからのレーザ
光を記録媒体に入射させ、その反射光を受光素子にて検
出して、情報の記録、再生を行うものである。
【０００３】近年、この光ピックアップの小型化、簡素
化をはかるために様々な研究がなされているが、その一
つに光源と受光素子を同一の半導体基板上に集積するこ
とが検討されている。なかでも、半導体基板の垂直方向
にレーザ光を出射するようにこの半導体基板に垂直な方
向に共振器を形成した垂直共振器型面発光レーザ（以
下、面発光レーザと称す）を光源とし、面発光レーザの
共振器と同一の構造である共振器構造を持つフォトダイ
オードを受光素子として、光源と受光素子をモノリシッ
ク化したモノリシック受発光素子は、その作製の容易
さ、受発光素子のレイアウトの自由度の大きさ等から特
に注目されている。このモノリシック受発光素子として
は、例えば、Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ, Ｖｏｌ．３２（１９９６） ２０ｔｈ Ｊｕｎｅ
Ｎｏ．１３ ｐｐ．１２０５−１２０７において開示
されたものが知られている。これは図５に示すように、
半導体基板上３０１に下部半導体多層膜ミラー３０２、
クラッド層に挟まれた多重量子井戸活性層からなる活性
領域３０３、上部半導体多層膜ミラー３０４を順次エピ
タキシャル成長させ、その後、受光素子を形成する部分
３００Ｂの上部分布反射型多層膜ミラー３０４の一部を
化学的エッチングで取り除くことによってフォトダイオ
ードの受光感度の最適化を行っている。
化をはかるために様々な研究がなされているが、その一
つに光源と受光素子を同一の半導体基板上に集積するこ
とが検討されている。なかでも、半導体基板の垂直方向
にレーザ光を出射するようにこの半導体基板に垂直な方
向に共振器を形成した垂直共振器型面発光レーザ（以
下、面発光レーザと称す）を光源とし、面発光レーザの
共振器と同一の構造である共振器構造を持つフォトダイ
オードを受光素子として、光源と受光素子をモノリシッ
ク化したモノリシック受発光素子は、その作製の容易
さ、受発光素子のレイアウトの自由度の大きさ等から特
に注目されている。このモノリシック受発光素子として
は、例えば、Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ, Ｖｏｌ．３２（１９９６） ２０ｔｈ Ｊｕｎｅ
Ｎｏ．１３ ｐｐ．１２０５−１２０７において開示
されたものが知られている。これは図５に示すように、
半導体基板上３０１に下部半導体多層膜ミラー３０２、
クラッド層に挟まれた多重量子井戸活性層からなる活性
領域３０３、上部半導体多層膜ミラー３０４を順次エピ
タキシャル成長させ、その後、受光素子を形成する部分
３００Ｂの上部分布反射型多層膜ミラー３０４の一部を
化学的エッチングで取り除くことによってフォトダイオ
ードの受光感度の最適化を行っている。
【０００４】このように、受光部と発光部を同一基板上
で同時にエピタキシャル成長させて形成しているため、
受光部と発光部との位置関係は、フォトリソグラフィー
工程でのパターニング精度で定まり、高い位置精度を確
保できる。また、受光部を共振器構造を持つフォトダイ
オードとすることにより、受光感度が向上するのみなら
ず、その受光感度スペクトルの波長帯域を狭くすること
ができ、例えば外光等のノイズを低減できるというメリ
ットを持つ。
で同時にエピタキシャル成長させて形成しているため、
受光部と発光部との位置関係は、フォトリソグラフィー
工程でのパターニング精度で定まり、高い位置精度を確
保できる。また、受光部を共振器構造を持つフォトダイ
オードとすることにより、受光感度が向上するのみなら
ず、その受光感度スペクトルの波長帯域を狭くすること
ができ、例えば外光等のノイズを低減できるというメリ
ットを持つ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの検討によれば、発光部と受光部とを同一の成長条
件でエピタキシャル成長させると、発光部からの出射光
に対して受光部の感度が低く、受光部にて微弱な強度の
光を精度良く検出することができないという問題点があ
った。これは、発光部はレーザ発振時に局部的に高温に
なることによって、２つの問題が引き起こされるためで
ある。すなわち、面発光レーザを連続発振させるために
は、発光部が高温になったときに、発振波長において多
重量子井戸活性層で高い利得が得られる必要がある。こ
のためには、量子井戸のバンドギャップのエネルギーに
相当する波長（λｇＬＤ）を、環境温度において発振波
長よりも短くする必要がある。一方、受光部は発光部の
ように高温にならずほぼ環境温度と等しいため、受光部
の多重量子井戸活性層においては、環境温度におけるλ
ｇＬＤよりも短い波長において高い吸収が得られる。し
たがって、発光部の面発光レーザの出射光に対しては、
受光部の多重量子井戸活性層における吸収が非常に小さ
くなるというのが１つめの問題である。２つめの問題
は、温度上昇によって、発光部の共振器の光学的な長さ
も長くなるため、発光部での環境温度における共振波長
を、発振波長よりも短くする必要がある。したがって、
面発光レーザからの出射光が受光部において共振しない
ため、受光感度が低くなるということである。
者らの検討によれば、発光部と受光部とを同一の成長条
件でエピタキシャル成長させると、発光部からの出射光
に対して受光部の感度が低く、受光部にて微弱な強度の
光を精度良く検出することができないという問題点があ
った。これは、発光部はレーザ発振時に局部的に高温に
なることによって、２つの問題が引き起こされるためで
ある。すなわち、面発光レーザを連続発振させるために
は、発光部が高温になったときに、発振波長において多
重量子井戸活性層で高い利得が得られる必要がある。こ
のためには、量子井戸のバンドギャップのエネルギーに
相当する波長（λｇＬＤ）を、環境温度において発振波
長よりも短くする必要がある。一方、受光部は発光部の
ように高温にならずほぼ環境温度と等しいため、受光部
の多重量子井戸活性層においては、環境温度におけるλ
ｇＬＤよりも短い波長において高い吸収が得られる。し
たがって、発光部の面発光レーザの出射光に対しては、
受光部の多重量子井戸活性層における吸収が非常に小さ
くなるというのが１つめの問題である。２つめの問題
は、温度上昇によって、発光部の共振器の光学的な長さ
も長くなるため、発光部での環境温度における共振波長
を、発振波長よりも短くする必要がある。したがって、
面発光レーザからの出射光が受光部において共振しない
ため、受光感度が低くなるということである。
【０００６】本発明はこのような課題を解決するもので
あり、その目的とするところは、同一基板上に発光部お
よび受光部を形成しながらも、発光部での良好なレーザ
発振特性と、発光部からの出射光に対して高い受光感度
を持ち、外光などのノイズを低減でき、さらに応答速度
の速い受光部を持つモノリシック受発光素子およびそれ
を用いた光ピックアップを提供することにある。
あり、その目的とするところは、同一基板上に発光部お
よび受光部を形成しながらも、発光部での良好なレーザ
発振特性と、発光部からの出射光に対して高い受光感度
を持ち、外光などのノイズを低減でき、さらに応答速度
の速い受光部を持つモノリシック受発光素子およびそれ
を用いた光ピックアップを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１のモノリシ
ック受発光素子は、第１導電型の半導体基板上に、第１
導電型の第１の半導体多層膜ミラーと、少なくとも量子
井戸層とバリア層からなる活性層を含む共振器が形成さ
れ、前記共振器が前記第１の半導体多層膜ミラーと第２
のミラーで挟まれた垂直共振器型面発光レーザからなる
発光部と、前記共振器が前記第１の半導体多層膜ミラー
と第３のミラーで挟まれたＰＩＮ型フォトダイオードか
らなる受光部を有するモノリシック受発光素子におい
て、前記垂直共振器型面発光レーザからの発振波長を
λ、環境温度における前記ＰＩＮ型フォトダイオードの
量子井戸のバンドギャップのエネルギーに相当する波長
をλｇＰＤ（ＴＲＴ）、前記環境温度における前記ＰＩ
Ｎ型フォトダイオードの前記共振器による共振波長をλ
ｃＰＤ（ＴＲＴ）としたとき、 λ≦λｇＰＤ（ＴＲＴ） かつ、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） であることを特徴とする。
ック受発光素子は、第１導電型の半導体基板上に、第１
導電型の第１の半導体多層膜ミラーと、少なくとも量子
井戸層とバリア層からなる活性層を含む共振器が形成さ
れ、前記共振器が前記第１の半導体多層膜ミラーと第２
のミラーで挟まれた垂直共振器型面発光レーザからなる
発光部と、前記共振器が前記第１の半導体多層膜ミラー
と第３のミラーで挟まれたＰＩＮ型フォトダイオードか
らなる受光部を有するモノリシック受発光素子におい
て、前記垂直共振器型面発光レーザからの発振波長を
λ、環境温度における前記ＰＩＮ型フォトダイオードの
量子井戸のバンドギャップのエネルギーに相当する波長
をλｇＰＤ（ＴＲＴ）、前記環境温度における前記ＰＩ
Ｎ型フォトダイオードの前記共振器による共振波長をλ
ｃＰＤ（ＴＲＴ）としたとき、 λ≦λｇＰＤ（ＴＲＴ） かつ、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） であることを特徴とする。
【０００８】また、本発明の第２のモノリシック受発光
素子は、 λ＝λｇＰＤ（ＴＲＴ） かつ、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） であることを特徴とする。
素子は、 λ＝λｇＰＤ（ＴＲＴ） かつ、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） であることを特徴とする。
【０００９】また、本発明の第３のモノリシック受発光
素子は、前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記量子井戸
層の膜厚が、前記垂直共振器型面発光レーザの前記量子
井戸層の膜厚よりも大きいことを特徴とする。
素子は、前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記量子井戸
層の膜厚が、前記垂直共振器型面発光レーザの前記量子
井戸層の膜厚よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】本発明の第１のモノリシック受発光素子の
製造方法は、少なくとも前記量子井戸層をエピタキシャ
ル成長するとき、前記受光部でのエピタキシャル成長速
度ｖＰＤを、前記発光部でのエピタキシャル成長速度ｖ
ＬＤよりも大きくしたことを特徴とする。
製造方法は、少なくとも前記量子井戸層をエピタキシャ
ル成長するとき、前記受光部でのエピタキシャル成長速
度ｖＰＤを、前記発光部でのエピタキシャル成長速度ｖ
ＬＤよりも大きくしたことを特徴とする。
【００１１】また、本発明の第２のモノリシック受発光
素子の製造方法は、前記垂直共振器型面発光レーザでの
前記量子井戸層の幅をｄＬＤとし、 λ＝λｇＰＤ（ＴＲＴ） が得られる前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記量子井
戸層の幅をｄＰＤとしたとき、 ｖＰＤ／ｖＬＤ≧ｄＰＤ／ｄＬＤ としたことを特徴とする。
素子の製造方法は、前記垂直共振器型面発光レーザでの
前記量子井戸層の幅をｄＬＤとし、 λ＝λｇＰＤ（ＴＲＴ） が得られる前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記量子井
戸層の幅をｄＰＤとしたとき、 ｖＰＤ／ｖＬＤ≧ｄＰＤ／ｄＬＤ としたことを特徴とする。
【００１２】また、本発明の第３のモノリシック受発光
素子の製造方法は、 ｖＰＤ／ｖＬＤ＝ｄＰＤ／ｄＬＤ としたことを特徴とする。
素子の製造方法は、 ｖＰＤ／ｖＬＤ＝ｄＰＤ／ｄＬＤ としたことを特徴とする。
【００１３】また、本発明の第４のモノリシック受発光
素子の製造方法は、前記半導体基板上に柱状部を形成
し、有機金属気相成長法にて前記第１の半導体多層膜ミ
ラーと、前記共振器をエピタキシャル成長させ、該エピ
タキシャル成長後に、λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ）としたこ
とを特徴とする。
素子の製造方法は、前記半導体基板上に柱状部を形成
し、有機金属気相成長法にて前記第１の半導体多層膜ミ
ラーと、前記共振器をエピタキシャル成長させ、該エピ
タキシャル成長後に、λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ）としたこ
とを特徴とする。
【００１４】また、本発明の第５のモノリシック受発光
素子の製造方法は、前記柱状部の径および高さを、 ｖＰＤ／ｖＬＤ≧ｄＰＤ／ｄＬＤ となる径および高さとしたことを特徴とする。
素子の製造方法は、前記柱状部の径および高さを、 ｖＰＤ／ｖＬＤ≧ｄＰＤ／ｄＬＤ となる径および高さとしたことを特徴とする。
【００１５】また、本発明の第６のモノリシック受発光
素子の製造方法は、前記柱状部の径および高さを、 ｖＰＤ／ｖＬＤ＝ｄＰＤ／ｄＬＤ となる径および高さとしたことを特徴とする。
素子の製造方法は、前記柱状部の径および高さを、 ｖＰＤ／ｖＬＤ＝ｄＰＤ／ｄＬＤ となる径および高さとしたことを特徴とする。
【００１６】また、本発明の第７のモノリシック受発光
素子の製造方法は、前記第１の半導体多層膜ミラーとし
て、前記ＰＩＮ型フォトダイオードにおいて前記λの波
長付近の光に対して９９．５％以上の反射率を有する第
１導電型の半導体多層膜ミラー１と、前記垂直共振器型
面発光レーザにおいて前記λの波長付近の光に対して９
９．５％以上の反射率を有する第１導電型の半導体多層
膜ミラー２とを、この順に積層し、前記共振器として、
第１導電型の第１のクラッド層と、前記活性層と、第２
導電型の第２のクラッド層と、第２導電型の電流狭窄層
と、第２導電型のコンタクト層とを、この順に積層し、
前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記コンタクト層の厚
さを低減させて、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） とし、前記垂直共振器型面発光レーザと前記ＰＩＮ型フ
ォトダイオードの、少なくとも前記コンタクト層および
前記電流狭窄層および前記第２のクラッド層および前記
活性層との間を、それぞれ電気的に絶縁したことを特徴
とする。
素子の製造方法は、前記第１の半導体多層膜ミラーとし
て、前記ＰＩＮ型フォトダイオードにおいて前記λの波
長付近の光に対して９９．５％以上の反射率を有する第
１導電型の半導体多層膜ミラー１と、前記垂直共振器型
面発光レーザにおいて前記λの波長付近の光に対して９
９．５％以上の反射率を有する第１導電型の半導体多層
膜ミラー２とを、この順に積層し、前記共振器として、
第１導電型の第１のクラッド層と、前記活性層と、第２
導電型の第２のクラッド層と、第２導電型の電流狭窄層
と、第２導電型のコンタクト層とを、この順に積層し、
前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記コンタクト層の厚
さを低減させて、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） とし、前記垂直共振器型面発光レーザと前記ＰＩＮ型フ
ォトダイオードの、少なくとも前記コンタクト層および
前記電流狭窄層および前記第２のクラッド層および前記
活性層との間を、それぞれ電気的に絶縁したことを特徴
とする。
【００１７】本発明の第１の光ピックアップは、上記の
モノリシック受発光素子を有し、前記垂直共振器型面発
光レーザから出射されたレーザ光を光ディスクに照射
し、該光ディスクからの反射光を前記ＰＩＮ型フォトダ
イオードにて受光して、前記光ディスクに対してデータ
を記録再生することを特徴とする。
モノリシック受発光素子を有し、前記垂直共振器型面発
光レーザから出射されたレーザ光を光ディスクに照射
し、該光ディスクからの反射光を前記ＰＩＮ型フォトダ
イオードにて受光して、前記光ディスクに対してデータ
を記録再生することを特徴とする。
【００１８】また、本発明の第２の光ピックアップは、
一方の面上に対物レンズを、他方の面上に回折格子をそ
れぞれ形成した透明基板と、前記モノリシック受発光素
子とを、前記透明基板の前記回折格子が形成された面
と、前記モノリシック受発光素子の前記垂直共振器型面
発光レーザの光を出射する面とが対向し、前記透明基板
上の前記対物レンズの光軸と、前記垂直共振器型面発光
レーザの発光部の中心とが略一致するように、位置合わ
せして貼り合わせることによって形成し、浮上スライダ
に搭載することを特徴とする。
一方の面上に対物レンズを、他方の面上に回折格子をそ
れぞれ形成した透明基板と、前記モノリシック受発光素
子とを、前記透明基板の前記回折格子が形成された面
と、前記モノリシック受発光素子の前記垂直共振器型面
発光レーザの光を出射する面とが対向し、前記透明基板
上の前記対物レンズの光軸と、前記垂直共振器型面発光
レーザの発光部の中心とが略一致するように、位置合わ
せして貼り合わせることによって形成し、浮上スライダ
に搭載することを特徴とする。
【００１９】また、本発明の第３の光ピックアップは、
前記対物レンズが前記透明基板上に形成した鋸歯形状を
持つブレーズ化グレーティングレンズであることを特徴
とする。
前記対物レンズが前記透明基板上に形成した鋸歯形状を
持つブレーズ化グレーティングレンズであることを特徴
とする。
【００２０】また、本発明の第４の光ピックアップは、
前記対物レンズが前記透明基板上に円形開口を持つマス
クを形成した後、イオン交換処理によって前記透明基板
中に屈折率分布を付けることによって作製したマイクロ
平板レンズであることを特徴とする。
前記対物レンズが前記透明基板上に円形開口を持つマス
クを形成した後、イオン交換処理によって前記透明基板
中に屈折率分布を付けることによって作製したマイクロ
平板レンズであることを特徴とする。
【００２１】また、本発明の第５の光ピックアップは、
前記モノリシック受発光素子は前記ＰＩＮ型フォトダイ
オードからなる少なくとも２つの受光部を有し、前記回
折格子は前記光ディスクの記録トラックに平行な直線で
２つの領域で分割され、前記光ディスクからの反射光の
うち、前記回折格子の一方の領域による回折光が、一方
の前記受光部に入射し、前記回折格子の他方の領域によ
る回折光が、他方の前記受光部に入射して、前記受光部
の出力信号の差をとることによりトラックエラー信号
を、前記受光部の出力信号の和をとることにより前記デ
ータを再生することを特徴とする。
前記モノリシック受発光素子は前記ＰＩＮ型フォトダイ
オードからなる少なくとも２つの受光部を有し、前記回
折格子は前記光ディスクの記録トラックに平行な直線で
２つの領域で分割され、前記光ディスクからの反射光の
うち、前記回折格子の一方の領域による回折光が、一方
の前記受光部に入射し、前記回折格子の他方の領域によ
る回折光が、他方の前記受光部に入射して、前記受光部
の出力信号の差をとることによりトラックエラー信号
を、前記受光部の出力信号の和をとることにより前記デ
ータを再生することを特徴とする。
【００２２】また、本発明の第６の光ピックアップは、
前記回折格子は、断面が矩形で、前記回折格子の２つの
領域において前記光ディスクからの反射光が回折する方
向が、互いに直交することを特徴とする。
前記回折格子は、断面が矩形で、前記回折格子の２つの
領域において前記光ディスクからの反射光が回折する方
向が、互いに直交することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面を用いて説明する。
図面を用いて説明する。
【００２４】（実施例１）図１は本発明の一実施例にお
けるモノリシック受発光素子１００の発光部と受光部の
断面を模式的に示す図であり、図２はその概略斜視図で
ある。
けるモノリシック受発光素子１００の発光部と受光部の
断面を模式的に示す図であり、図２はその概略斜視図で
ある。
【００２５】モノリシック受発光素子１００は、ｎ型半
導体基板１０１上の異なる領域に、それぞれ発光部１０
０Ａと受光部１００Ｂとが形成されている。発光部１０
０Ａは、多重量子井戸構造の活性層が一対のミラーで挟
まれた構造の垂直共振器型面発光レーザ（以下、面発光
レーザと称す）で構成され、受光部１００Ｂは、発光部
１００Ａと同一のエピタキシャル成長層の活性層が一対
のミラーで挟まれた共振器構造を持つＰＩＮ型フォトダ
イオード（以下、フォトダイオードと称す）で構成され
ている。この発光部１００Ａ、受光部１００Ｂの平面的
レイアウトとしては、図２に示すように、例えば発光部
１００Ａの両側の２ヶ所に、受光部１００Ｂを形成して
いる。このモノリシック受発光素子１００の発光部１０
０Ａ、受光部１００Ｂの数は、図２に示す数に限定され
るものではなく、複数の発光部と複数の受光部を平面的
にレイアウトすることが可能である。
導体基板１０１上の異なる領域に、それぞれ発光部１０
０Ａと受光部１００Ｂとが形成されている。発光部１０
０Ａは、多重量子井戸構造の活性層が一対のミラーで挟
まれた構造の垂直共振器型面発光レーザ（以下、面発光
レーザと称す）で構成され、受光部１００Ｂは、発光部
１００Ａと同一のエピタキシャル成長層の活性層が一対
のミラーで挟まれた共振器構造を持つＰＩＮ型フォトダ
イオード（以下、フォトダイオードと称す）で構成され
ている。この発光部１００Ａ、受光部１００Ｂの平面的
レイアウトとしては、図２に示すように、例えば発光部
１００Ａの両側の２ヶ所に、受光部１００Ｂを形成して
いる。このモノリシック受発光素子１００の発光部１０
０Ａ、受光部１００Ｂの数は、図２に示す数に限定され
るものではなく、複数の発光部と複数の受光部を平面的
にレイアウトすることが可能である。
【００２６】ここで、具体的なモノリシック受発光素子
１００の構造を説明する前に、発光部１００Ａの面発光
レーザが発振するための条件、面発光レーザからの出射
光を受光部１００Ｂのフォトダイオードで高効率に検出
するための条件、さらにこれらの条件を満たすための方
法について述べる。
１００の構造を説明する前に、発光部１００Ａの面発光
レーザが発振するための条件、面発光レーザからの出射
光を受光部１００Ｂのフォトダイオードで高効率に検出
するための条件、さらにこれらの条件を満たすための方
法について述べる。
【００２７】まず、発光部１００Ａの面発光レーザが発
振するための条件について説明する。この条件は２つあ
るが、１つめの条件は、活性層において大きな利得が得
られることである。利得は波長（エネルギー）に対して
変化し、量子井戸のバンドギャップのエネルギーＥ
ｇＬＤに相当する波長λｇＬＤ（＝１２４０／
ＥｇＬＤ、ただしエネルギーの単位は［ｅＶ］、波長の
単位は［ｎｍ］）から波長が短くなるにしたがって増大
し、ある波長でピークを有する。ＥｇＬＤは温度の上昇
に伴って低下するため、利得が得られる波長は温度上昇
とともに長波長化することになる。
振するための条件について説明する。この条件は２つあ
るが、１つめの条件は、活性層において大きな利得が得
られることである。利得は波長（エネルギー）に対して
変化し、量子井戸のバンドギャップのエネルギーＥ
ｇＬＤに相当する波長λｇＬＤ（＝１２４０／
ＥｇＬＤ、ただしエネルギーの単位は［ｅＶ］、波長の
単位は［ｎｍ］）から波長が短くなるにしたがって増大
し、ある波長でピークを有する。ＥｇＬＤは温度の上昇
に伴って低下するため、利得が得られる波長は温度上昇
とともに長波長化することになる。
【００２８】２つめの条件は、共振器の光学的な長さＬ
ＬＤと発振波長λとの関係である。つまり、 ＬＬＤ＝ｍ×λ／２（ｍは整数）・・・（１） を満たすようにＬＬＤが設計される必要がある。ここ
で、ＬＬＤも温度上昇に伴って増大するが、その変化率
は、前述した利得の変化率よりも小さい。
ＬＤと発振波長λとの関係である。つまり、 ＬＬＤ＝ｍ×λ／２（ｍは整数）・・・（１） を満たすようにＬＬＤが設計される必要がある。ここ
で、ＬＬＤも温度上昇に伴って増大するが、その変化率
は、前述した利得の変化率よりも小さい。
【００２９】以上をまとめると、次のようになる。面発
光レーザを波長λで発振させるためには、レーザを駆動
する電流による温度上昇を考慮する必要がある。そのと
きの温度をＴＨＴとし、ＴＨＴでのＥｇＬＤに相当する
波長をλｇＬＤ（ＴＨＴ）とするとき、λ＜λ
ｇＬＤ（ＴＨＴ）を満たす必要がある。さらに、環境温
度をＴＲＴとし、ＴＲＴでの共振器において共振可能な
波長をλｃＬＤ（ＴＲＴ）とするとき、λｇＬＤ（Ｔ
ＲＴ）＜λｃＬＤ（ＴＲＴ）＜λを満たす必要がある。
したがって、面発光レーザの発振するための条件は、次
式で表される。
光レーザを波長λで発振させるためには、レーザを駆動
する電流による温度上昇を考慮する必要がある。そのと
きの温度をＴＨＴとし、ＴＨＴでのＥｇＬＤに相当する
波長をλｇＬＤ（ＴＨＴ）とするとき、λ＜λ
ｇＬＤ（ＴＨＴ）を満たす必要がある。さらに、環境温
度をＴＲＴとし、ＴＲＴでの共振器において共振可能な
波長をλｃＬＤ（ＴＲＴ）とするとき、λｇＬＤ（Ｔ
ＲＴ）＜λｃＬＤ（ＴＲＴ）＜λを満たす必要がある。
したがって、面発光レーザの発振するための条件は、次
式で表される。
【００３０】 λｇＬＤ（ＴＲＴ）＜λｃＬＤ（ＴＲＴ）＜λ＜λｇＬＤ（ＴＨＴ）・・・（２ ） 次に、面発光レーザからの出射光を受光部１００Ｂのフ
ォトダイオードで高効率に検出するための条件について
説明する。フォトダイオードにおいて高効率な光電変換
を実現するためには、２つの条件、すなわち、活性層で
の吸収と、共振器での共振条件が満たされる必要があ
る。
ォトダイオードで高効率に検出するための条件について
説明する。フォトダイオードにおいて高効率な光電変換
を実現するためには、２つの条件、すなわち、活性層で
の吸収と、共振器での共振条件が満たされる必要があ
る。
【００３１】ここで、活性層というのは順バイアスにて
キャリアを注入して、電子、正孔の分布に反転分布が生
じた場合、つまり、発光素子に関するものであるが、受
光部１００Ｂでは、逆バイアスあるいはゼロバイアスで
使用するため、キャリアは注入されず、活性層は吸収層
となる。以下では、受光部１００Ｂの活性層を吸収層と
呼ぶことにする。
キャリアを注入して、電子、正孔の分布に反転分布が生
じた場合、つまり、発光素子に関するものであるが、受
光部１００Ｂでは、逆バイアスあるいはゼロバイアスで
使用するため、キャリアは注入されず、活性層は吸収層
となる。以下では、受光部１００Ｂの活性層を吸収層と
呼ぶことにする。
【００３２】１つめの条件、すなわち、吸収層の吸収
も、上述した利得と同様に、光の波長に依存して変化す
る。つまり、吸収層の量子井戸層のバンドギャップのエ
ネルギーＥｇＰＤに相当する波長λｇＰＤ（＝１２４０
／ＥｇＰＤ）より短波長で大きな吸収を有し、高効率な
光電変換が可能となる。このλｇＰＤも温度に依存する
が、受光部１００Ｂではキャリアが注入されず、発光部
１００Ａからも離れているため発熱しない。このため、
λｇＰＤは環境温度での値λｇＰＤ（ＴＲＴ）から変化
しない。したがって、面発光レーザからの出射光を、高
効率にフォトダイオードで検出するための１つめの条件
は、 λ≦λｇＰＤ（ＴＲＴ）・・・（３） を満たすことである。
も、上述した利得と同様に、光の波長に依存して変化す
る。つまり、吸収層の量子井戸層のバンドギャップのエ
ネルギーＥｇＰＤに相当する波長λｇＰＤ（＝１２４０
／ＥｇＰＤ）より短波長で大きな吸収を有し、高効率な
光電変換が可能となる。このλｇＰＤも温度に依存する
が、受光部１００Ｂではキャリアが注入されず、発光部
１００Ａからも離れているため発熱しない。このため、
λｇＰＤは環境温度での値λｇＰＤ（ＴＲＴ）から変化
しない。したがって、面発光レーザからの出射光を、高
効率にフォトダイオードで検出するための１つめの条件
は、 λ≦λｇＰＤ（ＴＲＴ）・・・（３） を満たすことである。
【００３３】２つめの共振条件は、受光部１００Ｂのフ
ォトダイオードの共振器において波長λの光が共振する
ことである。すなわち、フォトダイオードの共振器の光
学的な長さをＬＰＤとすると、式（１）と同様に、 ＬＰＤ＝ｋ×λ／２（ｋは整数）・・・（４） が満たされる必要がある。すなわち、ＴＲＴでの共振器
において共振可能な波長をλｃＰＤ（ＴＲＴ）とする
と、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ）・・・（５） を満たさなければならない。
ォトダイオードの共振器において波長λの光が共振する
ことである。すなわち、フォトダイオードの共振器の光
学的な長さをＬＰＤとすると、式（１）と同様に、 ＬＰＤ＝ｋ×λ／２（ｋは整数）・・・（４） が満たされる必要がある。すなわち、ＴＲＴでの共振器
において共振可能な波長をλｃＰＤ（ＴＲＴ）とする
と、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ）・・・（５） を満たさなければならない。
【００３４】以上説明したように、これらの条件をすべ
て満たすことによってはじめて、発光部１００Ａの面発
光レーザはレーザ発振を行うことができ、受光部１００
Ｂのフォトダイオードは発光部１００Ａからの出射光に
対して高効率の光電変換を行うことができる。
て満たすことによってはじめて、発光部１００Ａの面発
光レーザはレーザ発振を行うことができ、受光部１００
Ｂのフォトダイオードは発光部１００Ａからの出射光に
対して高効率の光電変換を行うことができる。
【００３５】次に、これらの条件を満たすための方法に
ついて以下に述べる。
ついて以下に述べる。
【００３６】活性層（あるいは吸収層）は多重量子井戸
構造をとっているが、周知のごとく、量子井戸の幅を変
えることによってバンドギャップのエネルギーを変える
ことができる。λｇＬＤ、λｇＰＤはバンドギャップの
エネルギーによって決まるので、発光部１００Ａの活性
層と、受光部１００Ｂの吸収層の量子井戸の幅を変える
ことによって、式（３）を満たすように設計が可能であ
る。
構造をとっているが、周知のごとく、量子井戸の幅を変
えることによってバンドギャップのエネルギーを変える
ことができる。λｇＬＤ、λｇＰＤはバンドギャップの
エネルギーによって決まるので、発光部１００Ａの活性
層と、受光部１００Ｂの吸収層の量子井戸の幅を変える
ことによって、式（３）を満たすように設計が可能であ
る。
【００３７】この、発光部１００Ａの活性層と、受光部
１００Ｂの吸収層の量子井戸の幅を変える方法として
は、活性層のエピタキシャル成長時の成長速度を発光部
１００Ａと受光部１００Ｂとで変える方法を用いること
ができる。すなわち、λｇＬＤ（ＴＲＴ）が得られる量
子井戸の幅をｄＬＤ、λｇＰＤ（ＴＲＴ）が得られる量
子井戸の幅をｄＰＤとし、発光部１００Ａ、受光部１０
０Ｂにおける成長速度をそれぞれｖＬＤ、ｖＰＤとする
と、式（３）は、 ｖＬＤ／ｖＰＤ＝ｄＬＤ／ｄＰＤ・・・（６） とすることによって満たされる。ここで、エピタキシャ
ル成長時に、少なくとも活性層の量子井戸層においての
み式（６）を満たせばよいが、すべてのエピタキシャル
成長層において式（６）を満たすようにしても良い。
１００Ｂの吸収層の量子井戸の幅を変える方法として
は、活性層のエピタキシャル成長時の成長速度を発光部
１００Ａと受光部１００Ｂとで変える方法を用いること
ができる。すなわち、λｇＬＤ（ＴＲＴ）が得られる量
子井戸の幅をｄＬＤ、λｇＰＤ（ＴＲＴ）が得られる量
子井戸の幅をｄＰＤとし、発光部１００Ａ、受光部１０
０Ｂにおける成長速度をそれぞれｖＬＤ、ｖＰＤとする
と、式（３）は、 ｖＬＤ／ｖＰＤ＝ｄＬＤ／ｄＰＤ・・・（６） とすることによって満たされる。ここで、エピタキシャ
ル成長時に、少なくとも活性層の量子井戸層においての
み式（６）を満たせばよいが、すべてのエピタキシャル
成長層において式（６）を満たすようにしても良い。
【００３８】また、式（５）を満たすには、活性層の量
子井戸層のエピタキシャル成長を式（６）を満たす成長
条件にて行い、共振器を構成する量子井戸層以外の各層
のエピタキシャル成長を式（５）を満たす別の成長条件
にて行うという方法を採ることもできる。しかし、後述
するように、すべてのエピタキシャル成長層の成長時に
おいてｖＬＤ／ｖＰＤが一定となる場合は、エピタキシ
ャル成長後に、式（５）を満たすように、ＬＰＤを調整
すればよい。
子井戸層のエピタキシャル成長を式（６）を満たす成長
条件にて行い、共振器を構成する量子井戸層以外の各層
のエピタキシャル成長を式（５）を満たす別の成長条件
にて行うという方法を採ることもできる。しかし、後述
するように、すべてのエピタキシャル成長層の成長時に
おいてｖＬＤ／ｖＰＤが一定となる場合は、エピタキシ
ャル成長後に、式（５）を満たすように、ＬＰＤを調整
すればよい。
【００３９】以下に、モノリシック受発光素子１００の
構造とその製造方法について具体的に説明するが、本実
施例での面発光レーザの発振波長λを８３０ｎｍとす
る。
構造とその製造方法について具体的に説明するが、本実
施例での面発光レーザの発振波長λを８３０ｎｍとす
る。
【００４０】図１において、ｎ型ＧａＡｓからなる半導
体基板１０１上に、受光部１００Ｂを形成する部分に柱
状部１０１Ｂがエッチングにて形成されている。そし
て、柱状部１０１Ｂ上に受光部１０１Ｂを、それ以外の
部分に発光部１００Ａをそれぞれ形成する。
体基板１０１上に、受光部１００Ｂを形成する部分に柱
状部１０１Ｂがエッチングにて形成されている。そし
て、柱状部１０１Ｂ上に受光部１０１Ｂを、それ以外の
部分に発光部１００Ａをそれぞれ形成する。
【００４１】このように、半導体基板１０１上に柱状部
１０１Ｂを形成し、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ
法）によるエピタキシャル成長によって半導体層を積層
すると、Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ， ｖｏｌ． １９， ｐｐ．３１７−３２１，１
９９０に示されるように、柱状部１０１Ｂ上では、それ
以外の部分よりもエピタキシャル成長時の成長速度が大
きくなるため、柱状部１０１Ｂ上に積層される各層の膜
厚は、柱状部１０１Ｂ以外の部分よりも厚くなる。この
柱状部１０１Ｂの径および高さを変えると、柱状部１０
１Ｂ上での成長速度は変化するため、上で説明した式
（６）を満たすように柱状部１０１Ｂの径および高さを
決めればよい。本実施例では、後述するように、柱状部
１０１Ｂ上での成長速度が、柱状部１０１Ｂ以外の半導
体基板１０１上の成長速度の１．４倍、すなわち、ｖ
ＰＤ／ｖＬＤ＝１．４になるように、柱状部１０１Ｂの
径および高さをそれぞれ１００μｍおよび３μｍとし
た。
１０１Ｂを形成し、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ
法）によるエピタキシャル成長によって半導体層を積層
すると、Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ， ｖｏｌ． １９， ｐｐ．３１７−３２１，１
９９０に示されるように、柱状部１０１Ｂ上では、それ
以外の部分よりもエピタキシャル成長時の成長速度が大
きくなるため、柱状部１０１Ｂ上に積層される各層の膜
厚は、柱状部１０１Ｂ以外の部分よりも厚くなる。この
柱状部１０１Ｂの径および高さを変えると、柱状部１０
１Ｂ上での成長速度は変化するため、上で説明した式
（６）を満たすように柱状部１０１Ｂの径および高さを
決めればよい。本実施例では、後述するように、柱状部
１０１Ｂ上での成長速度が、柱状部１０１Ｂ以外の半導
体基板１０１上の成長速度の１．４倍、すなわち、ｖ
ＰＤ／ｖＬＤ＝１．４になるように、柱状部１０１Ｂの
径および高さをそれぞれ１００μｍおよび３μｍとし
た。
【００４２】この半導体基板１０１上には、ｎ型Ａｌ
０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層をこの順
に交互に３０ペア積層し、受光部１００Ｂにおいて８３
０ｎｍ付近の波長の光に対し９９．５％以上の反射率を
持つ第１の半導体多層膜ミラー１０２が積層される。こ
の第１の半導体多層膜ミラー１０２は、例えば、受光部
１００Ｂにおいて、光学的な長さがλ／４となる膜厚の
ｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層と、同じ光学的な
長さとなる膜厚のｎ型ＡｌＡｓ層を交互に積層させるこ
とによって形成される。この時、発光部１００Ａの第１
の半導体多層膜ミラー１０２Ａは、各層の膜厚が受光部
１００Ｂの第１の半導体多層膜ミラー１０２Ｂの１／
１．４倍になっているため、波長λ付近の光に対する反
射率はほぼ０となり、ミラーとして作用しない。
０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層をこの順
に交互に３０ペア積層し、受光部１００Ｂにおいて８３
０ｎｍ付近の波長の光に対し９９．５％以上の反射率を
持つ第１の半導体多層膜ミラー１０２が積層される。こ
の第１の半導体多層膜ミラー１０２は、例えば、受光部
１００Ｂにおいて、光学的な長さがλ／４となる膜厚の
ｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層と、同じ光学的な
長さとなる膜厚のｎ型ＡｌＡｓ層を交互に積層させるこ
とによって形成される。この時、発光部１００Ａの第１
の半導体多層膜ミラー１０２Ａは、各層の膜厚が受光部
１００Ｂの第１の半導体多層膜ミラー１０２Ｂの１／
１．４倍になっているため、波長λ付近の光に対する反
射率はほぼ０となり、ミラーとして作用しない。
【００４３】次に、この上には、ｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ
０．８５Ａｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層をこの順に交互に３０
ペア積層し、発光部１００Ａにおいて８３０ｎｍ付近の
波長の光に対し９９．５％以上の反射率を持つ第２の半
導体多層膜ミラー１０３が積層される。この第２の半導
体多層膜ミラー１０３は、例えば、発光部１００Ａにお
いて、光学的な長さがλ／４となる膜厚のｎ型Ａｌ
０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層と、同じ光学的な長さとな
る膜厚のｎ型ＡｌＡｓ層を交互に積層させることによっ
て形成される。この時、受光部１００Ｂの第２の半導体
多層膜ミラー１０３Ｂは、各層の膜厚が発光部１００Ａ
の半導体多層膜ミラー１０３Ａの１．４倍になっている
ため、波長λ付近の光に対する反射率はほぼ０となり、
ミラーとして作用しない。
０．８５Ａｓ層とｎ型ＡｌＡｓ層をこの順に交互に３０
ペア積層し、発光部１００Ａにおいて８３０ｎｍ付近の
波長の光に対し９９．５％以上の反射率を持つ第２の半
導体多層膜ミラー１０３が積層される。この第２の半導
体多層膜ミラー１０３は、例えば、発光部１００Ａにお
いて、光学的な長さがλ／４となる膜厚のｎ型Ａｌ
０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層と、同じ光学的な長さとな
る膜厚のｎ型ＡｌＡｓ層を交互に積層させることによっ
て形成される。この時、受光部１００Ｂの第２の半導体
多層膜ミラー１０３Ｂは、各層の膜厚が発光部１００Ａ
の半導体多層膜ミラー１０３Ａの１．４倍になっている
ため、波長λ付近の光に対する反射率はほぼ０となり、
ミラーとして作用しない。
【００４４】さらにこの上には、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ
０．５Ａｓ層（ｎ型クラッド層１０４）、Ａｌ０．３Ｇ
ａ０．７Ａｓバリア層とＧａＡｓ量子井戸層からなり量
子井戸層が１０層で構成される多重量子井戸構造の活性
層１０５、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層（ｐ型クラ
ッド層１０６）、ｐ型ＡｌＡｓ層（電流狭窄層１０
７）、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層（コンタク
ト層１０８）が順次積層されている。ここで、受光部１
００Ｂにおけるこれらの各層の膜厚は、それぞれ発光部
１００Ａの１．４倍になっている。
０．５Ａｓ層（ｎ型クラッド層１０４）、Ａｌ０．３Ｇ
ａ０．７Ａｓバリア層とＧａＡｓ量子井戸層からなり量
子井戸層が１０層で構成される多重量子井戸構造の活性
層１０５、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層（ｐ型クラ
ッド層１０６）、ｐ型ＡｌＡｓ層（電流狭窄層１０
７）、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層（コンタク
ト層１０８）が順次積層されている。ここで、受光部１
００Ｂにおけるこれらの各層の膜厚は、それぞれ発光部
１００Ａの１．４倍になっている。
【００４５】発光部１００Ａは、ｐ型クラッド層１０６
Ａの途中まで、メサ部１０９がエッチングにて形成さ
れ、発光部１００Ａの発光中心付近の注入電流密度を上
げるために、電流狭窄層１０７Ａの一部を選択的に酸化
することにより、電流狭窄部１１０が形成される。
Ａの途中まで、メサ部１０９がエッチングにて形成さ
れ、発光部１００Ａの発光中心付近の注入電流密度を上
げるために、電流狭窄層１０７Ａの一部を選択的に酸化
することにより、電流狭窄部１１０が形成される。
【００４６】このメサ部１０９の周囲には、熱ＣＶＤ法
により形成されたＳｉＯ２などのシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏｘ膜）からなる絶縁層１１１を形成し、その上に例え
ばＣｒと金−亜鉛合金で構成されるコンタクト金属層
（上部電極１１２Ａ）が、コンタクト層１０８Ａと接し
て形成され電極となる。
により形成されたＳｉＯ２などのシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏｘ膜）からなる絶縁層１１１を形成し、その上に例え
ばＣｒと金−亜鉛合金で構成されるコンタクト金属層
（上部電極１１２Ａ）が、コンタクト層１０８Ａと接し
て形成され電極となる。
【００４７】この上部電極１１２Ａはメサ部１０９の表
面に開口部１１３Ａを有し、この開口部１１３Ａからレ
ーザ光が出射される。さらに、開口部１１３Ａを充分に
覆う面積で例えばＳｉＯ２などのＳｉＯｘ層と、例えば
Ｔａ２Ｏ５などのＴａＯｘ層とを交互に積層し、波長８
３０ｎｍ付近の光に対して９８．５〜９９％の反射率を
持つ７ペアの誘電体多層膜ミラー１１４Ａが形成されて
いる。
面に開口部１１３Ａを有し、この開口部１１３Ａからレ
ーザ光が出射される。さらに、開口部１１３Ａを充分に
覆う面積で例えばＳｉＯ２などのＳｉＯｘ層と、例えば
Ｔａ２Ｏ５などのＴａＯｘ層とを交互に積層し、波長８
３０ｎｍ付近の光に対して９８．５〜９９％の反射率を
持つ７ペアの誘電体多層膜ミラー１１４Ａが形成されて
いる。
【００４８】一方受光部１００Ｂでは、コンタクト層１
０８Ｂの表面をエッチングし、コンタクト層１０８Ｂの
厚さを薄くした後、例えばＣｒと金−亜鉛合金で構成さ
れるコンタクト金属層（上部電極１１２Ｂ）が、コンタ
クト層１０８Ｂと接して形成され電極となる。コンタク
ト層１０８Ｂの表面をエッチングした理由については後
述する。
０８Ｂの表面をエッチングし、コンタクト層１０８Ｂの
厚さを薄くした後、例えばＣｒと金−亜鉛合金で構成さ
れるコンタクト金属層（上部電極１１２Ｂ）が、コンタ
クト層１０８Ｂと接して形成され電極となる。コンタク
ト層１０８Ｂの表面をエッチングした理由については後
述する。
【００４９】この上部電極１１２Ｂは表面に開口部１１
３Ｂを有し、この開口部１１３Ｂから、発光部１００Ａ
から出射されたレーザ光の図示しない外部反射物からの
反射光が入射する。さらに、開口部１１３Ｂを充分に覆
う面積で、例えばＳｉＯ２などのＳｉＯｘ層と、例えば
Ｔａ２Ｏ５などのＴａＯｘ層とを交互に積層し、波長８
３０ｎｍ付近の光に対して約８６％の反射率を持つ３ペ
アの誘電体多層膜ミラー１１４Ｂが形成されている。受
光部を共振器構造としたとき、レーザ光が入射する側の
ミラーの反射率は受光部の量子効率が最大になる最適値
を持つ。本実施例では、受光部１００Ｂの量子効率が最
大となるように、誘電体多層膜ミラー１１４Ｂのペア数
を３ぺアとした。ここで、受光部の量子効率とは、入射
光量に対する吸収層における吸収光量の割合であり、量
子効率が高いほど高い光電変換効率が得られる。
３Ｂを有し、この開口部１１３Ｂから、発光部１００Ａ
から出射されたレーザ光の図示しない外部反射物からの
反射光が入射する。さらに、開口部１１３Ｂを充分に覆
う面積で、例えばＳｉＯ２などのＳｉＯｘ層と、例えば
Ｔａ２Ｏ５などのＴａＯｘ層とを交互に積層し、波長８
３０ｎｍ付近の光に対して約８６％の反射率を持つ３ペ
アの誘電体多層膜ミラー１１４Ｂが形成されている。受
光部を共振器構造としたとき、レーザ光が入射する側の
ミラーの反射率は受光部の量子効率が最大になる最適値
を持つ。本実施例では、受光部１００Ｂの量子効率が最
大となるように、誘電体多層膜ミラー１１４Ｂのペア数
を３ぺアとした。ここで、受光部の量子効率とは、入射
光量に対する吸収層における吸収光量の割合であり、量
子効率が高いほど高い光電変換効率が得られる。
【００５０】そして、半導体基板１０１の発光部１００
Ａおよび受光部１００Ｂが形成されている面と反対側の
面には、例えば金−ゲルマニウム合金で構成される下部
共通電極１１５が形成されている。
Ａおよび受光部１００Ｂが形成されている面と反対側の
面には、例えば金−ゲルマニウム合金で構成される下部
共通電極１１５が形成されている。
【００５１】さらに、発光部１００Ａと受光部１００Ｂ
はエッチングにより形成された溝部１１６により素子分
離されている。本実施例のモノリシック受発光素子１０
０では、下部共通電極１１５が用いられているため、こ
の素子分離は、少なくとも、コンタクト層１０８、電流
狭窄層１０７、ｐ型クラッド層１０６、活性層１０５を
発光部１００Ａと受光部１００Ｂで分離すればよい。
はエッチングにより形成された溝部１１６により素子分
離されている。本実施例のモノリシック受発光素子１０
０では、下部共通電極１１５が用いられているため、こ
の素子分離は、少なくとも、コンタクト層１０８、電流
狭窄層１０７、ｐ型クラッド層１０６、活性層１０５を
発光部１００Ａと受光部１００Ｂで分離すればよい。
【００５２】以上のように構成することにより、発光部
１００Ａでは、ｎ型クラッド層１０４Ａ、活性層１０５
Ａ、ｐ型クラッド層１０６Ａ、電流狭窄層１０７Ａ、コ
ンタクト層１０８Ａで構成される共振器１１７Ａが、誘
電体多層膜ミラー１１４Ａと第２の半導体多層膜ミラー
１０３Ａで挟まれた面発光レーザが構成され、受光部１
００Ｂでは、第２の半導体多層膜ミラー１０３Ｂ、ｎ型
クラッド層１０４Ｂ、活性層１０５Ｂ、ｐ型クラッド層
１０６Ｂ、電流狭窄層１０７Ｂ、コンタクト層１０８Ｂ
で構成される共振器１１７Ｂが、誘電体多層膜ミラー１
１４Ｂと第１の半導体多層膜ミラー１０２Ｂで挟まれた
フォトダイオードが構成される。
１００Ａでは、ｎ型クラッド層１０４Ａ、活性層１０５
Ａ、ｐ型クラッド層１０６Ａ、電流狭窄層１０７Ａ、コ
ンタクト層１０８Ａで構成される共振器１１７Ａが、誘
電体多層膜ミラー１１４Ａと第２の半導体多層膜ミラー
１０３Ａで挟まれた面発光レーザが構成され、受光部１
００Ｂでは、第２の半導体多層膜ミラー１０３Ｂ、ｎ型
クラッド層１０４Ｂ、活性層１０５Ｂ、ｐ型クラッド層
１０６Ｂ、電流狭窄層１０７Ｂ、コンタクト層１０８Ｂ
で構成される共振器１１７Ｂが、誘電体多層膜ミラー１
１４Ｂと第１の半導体多層膜ミラー１０２Ｂで挟まれた
フォトダイオードが構成される。
【００５３】ここで、発光部１００Ａにおいて、上で説
明した式（１）、（２）を満たすように、発光部１００
Ａにおける活性層１０５Ａの量子井戸の幅（ｄＬＤ）を
約４．７ｎｍ、バリア層の幅を約６．７ｎｍとし、λ
ｃＬＤ（ＴＲＴ）が約８２５ｎｍになるように、活性層
１０５Ａ以外の共振器を構成する各層の膜厚を設定し
た。このとき、λｃＬＤ（ＴＲＴ）は約８１０ｎｍとな
り、λが８３０ｎｍ付近で良好に連続発振した。
明した式（１）、（２）を満たすように、発光部１００
Ａにおける活性層１０５Ａの量子井戸の幅（ｄＬＤ）を
約４．７ｎｍ、バリア層の幅を約６．７ｎｍとし、λ
ｃＬＤ（ＴＲＴ）が約８２５ｎｍになるように、活性層
１０５Ａ以外の共振器を構成する各層の膜厚を設定し
た。このとき、λｃＬＤ（ＴＲＴ）は約８１０ｎｍとな
り、λが８３０ｎｍ付近で良好に連続発振した。
【００５４】一方、受光部１００Ｂにおいて、式（３）
を満たすためには、λｇＰＤ（ＴＲＴ）＝８３０ｎｍと
すればよいが、このための量子井戸の幅（ｄＰＤ）およ
びバリア層の幅はそれぞれ約６．６９ｎｍおよび９．３
８ｎｍであった。したがって、ｖＰＤ／ｖＬＤを約１．
４（＝ｄＰＤ／ｄＬＤ）にすればよいことがわかる。図
３は、柱状部１０１Ｂの高さを３μｍとして半導体基板
上１０１にＧａＡｓ層をエピタキシャル成長したとき、
柱状部１０１Ｂの径の変化に対する、柱状部１０１Ｂ上
での成長速度とそれ以外での成長速度の比の変化の様子
を、横軸に柱状部１０１Ｂの径の逆数をとってプロット
したものである。この図から、柱状部１０１Ｂの径が小
さくなるに従って成長速度が大きくなることがわかる。
この図から、本実施例では柱状部１０１Ｂの径を、柱状
部１０１Ｂ上の成長速度がそれ以外での成長速度の約
１．４倍になる１００μｍとした。
を満たすためには、λｇＰＤ（ＴＲＴ）＝８３０ｎｍと
すればよいが、このための量子井戸の幅（ｄＰＤ）およ
びバリア層の幅はそれぞれ約６．６９ｎｍおよび９．３
８ｎｍであった。したがって、ｖＰＤ／ｖＬＤを約１．
４（＝ｄＰＤ／ｄＬＤ）にすればよいことがわかる。図
３は、柱状部１０１Ｂの高さを３μｍとして半導体基板
上１０１にＧａＡｓ層をエピタキシャル成長したとき、
柱状部１０１Ｂの径の変化に対する、柱状部１０１Ｂ上
での成長速度とそれ以外での成長速度の比の変化の様子
を、横軸に柱状部１０１Ｂの径の逆数をとってプロット
したものである。この図から、柱状部１０１Ｂの径が小
さくなるに従って成長速度が大きくなることがわかる。
この図から、本実施例では柱状部１０１Ｂの径を、柱状
部１０１Ｂ上の成長速度がそれ以外での成長速度の約
１．４倍になる１００μｍとした。
【００５５】このとき、受光部１００Ｂの共振器１１７
Ｂで共振する波長は一般的には発振波長λとは一致しな
い。したがって、本実施例では、式（５）を満たすよう
に、コンタクト層１０８の表面をエッチングして、コン
タクト層１０８の膜厚を薄くした。この方法として、例
えば、エピタキシャル成長後に受光部１００Ｂのみに開
口を持つレジストマスクで成長面を覆い、受光部１００
Ｂの反射率スペクトルを測定しながら、反射率スペクト
ルのディップの波長がλと一致するまでレジストマスク
の開口部のみをエッチングするという方法を用いること
ができる。ここでディップとは、反射率スペクトルにお
いて、共振器が共振する波長で反射率が急激に低下する
部分のことを意味する。
Ｂで共振する波長は一般的には発振波長λとは一致しな
い。したがって、本実施例では、式（５）を満たすよう
に、コンタクト層１０８の表面をエッチングして、コン
タクト層１０８の膜厚を薄くした。この方法として、例
えば、エピタキシャル成長後に受光部１００Ｂのみに開
口を持つレジストマスクで成長面を覆い、受光部１００
Ｂの反射率スペクトルを測定しながら、反射率スペクト
ルのディップの波長がλと一致するまでレジストマスク
の開口部のみをエッチングするという方法を用いること
ができる。ここでディップとは、反射率スペクトルにお
いて、共振器が共振する波長で反射率が急激に低下する
部分のことを意味する。
【００５６】以上説明したように、本実施例のモノリシ
ック受発光素子は、発光部と受光部を同一半導体基板上
にモノリシックに形成しながらも、それぞれの素子の発
光特性と受光特性を最適化することができる。また、受
光部は共振器構造を持つＰＩＮ型のフォトダイオードで
あるため、受光感度が高く、応答速度が速く、さらに外
光などのノイズの影響を受けにくい。このため、本実施
例のモノリシック受発光素子は、光ピックアップ等の光
源と光検出器として好適に用いることができる。あるい
は、光インターコネクト等のように、同一の波長を出射
する発光部を持つ一対のモノリシック受発光素子を、発
光部と受光部を対向させて通信を行うというような用途
にも好適に用いることができる。
ック受発光素子は、発光部と受光部を同一半導体基板上
にモノリシックに形成しながらも、それぞれの素子の発
光特性と受光特性を最適化することができる。また、受
光部は共振器構造を持つＰＩＮ型のフォトダイオードで
あるため、受光感度が高く、応答速度が速く、さらに外
光などのノイズの影響を受けにくい。このため、本実施
例のモノリシック受発光素子は、光ピックアップ等の光
源と光検出器として好適に用いることができる。あるい
は、光インターコネクト等のように、同一の波長を出射
する発光部を持つ一対のモノリシック受発光素子を、発
光部と受光部を対向させて通信を行うというような用途
にも好適に用いることができる。
【００５７】なお、上記の実施例において、各層におけ
るｐ型とｎ型を入れ替えて、極性を逆にしたモノリシッ
ク受発光素子としても本発明の趣旨を逸脱するものでは
ない。また、上記の実施例では、ＡｌＧａＡｓ系の面発
光レーザについて説明したが、その他のIII−V族系ある
いはII−VI族系の面発光レーザについても好適に適用で
き、特に活性層はＡｌの組成を変えることで発振波長を
変更することもできる。
るｐ型とｎ型を入れ替えて、極性を逆にしたモノリシッ
ク受発光素子としても本発明の趣旨を逸脱するものでは
ない。また、上記の実施例では、ＡｌＧａＡｓ系の面発
光レーザについて説明したが、その他のIII−V族系ある
いはII−VI族系の面発光レーザについても好適に適用で
き、特に活性層はＡｌの組成を変えることで発振波長を
変更することもできる。
【００５８】また、本発明の趣旨は、発光部の活性層と
受光部の吸収層が同一エピタキシャル成長層にて形成さ
れたモノリシック受発光素子において、発光部と受光部
での成長速度を変えて、吸収層における吸収が発光部か
らの出射光に対して十分に大きく、がつ、受光部の共振
器での共振波長が発光部の波長と一致するモノリシック
受発光素子を提供するというものである。本実施例で
は、半導体基板上に形成した柱状部上では、積層される
すべての半導体層はその成長速度がそれ以外の部分の成
長速度よりも大きくなるが、必要な半導体層のみ成長速
度を大きくしても、本発明の趣旨は損なわれない。例え
ば、本実施例と同様に、半導体基板上に柱状部を形成
し、ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長時の半導体
基板の温度を制御して、例えば量子井戸層を積層すると
きのみ、柱状部上の成長速度をそれ以外の部分の成長速
度よりも大きくしても良い。また、エピタキシャル成長
法として分子線エピタキシー法を用いて、エピタキシャ
ル成長時にレーザ光を局部的に照射し、その部分のみ高
温にして成長速度を変える方法を用いても良い。
受光部の吸収層が同一エピタキシャル成長層にて形成さ
れたモノリシック受発光素子において、発光部と受光部
での成長速度を変えて、吸収層における吸収が発光部か
らの出射光に対して十分に大きく、がつ、受光部の共振
器での共振波長が発光部の波長と一致するモノリシック
受発光素子を提供するというものである。本実施例で
は、半導体基板上に形成した柱状部上では、積層される
すべての半導体層はその成長速度がそれ以外の部分の成
長速度よりも大きくなるが、必要な半導体層のみ成長速
度を大きくしても、本発明の趣旨は損なわれない。例え
ば、本実施例と同様に、半導体基板上に柱状部を形成
し、ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長時の半導体
基板の温度を制御して、例えば量子井戸層を積層すると
きのみ、柱状部上の成長速度をそれ以外の部分の成長速
度よりも大きくしても良い。また、エピタキシャル成長
法として分子線エピタキシー法を用いて、エピタキシャ
ル成長時にレーザ光を局部的に照射し、その部分のみ高
温にして成長速度を変える方法を用いても良い。
【００５９】以下、実施例１で説明した本発明のモノリ
シック受発光素子１００を、光ピックアップに適用した
実施例について説明する。
シック受発光素子１００を、光ピックアップに適用した
実施例について説明する。
【００６０】（実施例２）図４は、本発明の光ピックア
ップ２００の構成を示す概略斜視図である。
ップ２００の構成を示す概略斜視図である。
【００６１】図中、ガラス等の透明基板２０１の一方の
表面上には、断面が鋸歯形状を持つブレーズ化グレーテ
ィングレンズからなるマイクロ対物レンズ２０２が形成
され、他方の表面には、マイクロ対物レンズ２０２の光
軸に直交する直線で２つの領域に分割された回折格子２
０３が形成されている。ここで、マイクロ対物レンズ２
０２はブレーズ化グレーティングレンズの代わりに、透
明基板上に円形開口を持つマスクを形成した後、イオン
交換処理によって透明基板中に屈折率分布を付けること
によって作製したマイクロ平板レンズを用いてもよい。
表面上には、断面が鋸歯形状を持つブレーズ化グレーテ
ィングレンズからなるマイクロ対物レンズ２０２が形成
され、他方の表面には、マイクロ対物レンズ２０２の光
軸に直交する直線で２つの領域に分割された回折格子２
０３が形成されている。ここで、マイクロ対物レンズ２
０２はブレーズ化グレーティングレンズの代わりに、透
明基板上に円形開口を持つマスクを形成した後、イオン
交換処理によって透明基板中に屈折率分布を付けること
によって作製したマイクロ平板レンズを用いてもよい。
【００６２】光ピックアップ２００は、モノリシック受
発光素子１００を複数個２次元アレイ状に形成したもの
と、マイクロ対物レンズ２０２と回折格子２０３をそれ
ぞれ複数個２次元アレイ状に形成した透明基板２０１と
を一定の間隔をとった状態で貼り合わせたものを、個々
の素子ごとに切り出したものである。ここで、モノリシ
ック受発光素子１００と透明基板２０１は、図４に示す
ように、モノリシック受発光素子１００のレーザ出射側
と回折格子２０３が対向し、さらにモノリシック受発光
素子１００の発光部１００Ａからの出射光の光軸と、マ
イクロ対物レンズ２０２の光軸が一致するように位置合
わせして張り合わされている。
発光素子１００を複数個２次元アレイ状に形成したもの
と、マイクロ対物レンズ２０２と回折格子２０３をそれ
ぞれ複数個２次元アレイ状に形成した透明基板２０１と
を一定の間隔をとった状態で貼り合わせたものを、個々
の素子ごとに切り出したものである。ここで、モノリシ
ック受発光素子１００と透明基板２０１は、図４に示す
ように、モノリシック受発光素子１００のレーザ出射側
と回折格子２０３が対向し、さらにモノリシック受発光
素子１００の発光部１００Ａからの出射光の光軸と、マ
イクロ対物レンズ２０２の光軸が一致するように位置合
わせして張り合わされている。
【００６３】ここで、モノリシック受発光素子１００、
マイクロ対物レンズ２０２、回折格子２０３はそれぞれ
２次元アレイ状に複数形成することが容易であり、それ
ぞれの素子の位置はフォトリソグラフ技術により高精度
に位置決め可能であるため、大量の光ピックアップ２０
０を同時に作製可能である。従来の光ピックアップが個
々の素子を別々に作製し、高精度な組立調整が必要であ
ったため小型化が困難であり高コストであったのに対し
て、本発明の光ピックアップ２００は非常に小型にもか
かわらず、同時に大量に作製することが容易であるとい
う大きなメリットを持つ。
マイクロ対物レンズ２０２、回折格子２０３はそれぞれ
２次元アレイ状に複数形成することが容易であり、それ
ぞれの素子の位置はフォトリソグラフ技術により高精度
に位置決め可能であるため、大量の光ピックアップ２０
０を同時に作製可能である。従来の光ピックアップが個
々の素子を別々に作製し、高精度な組立調整が必要であ
ったため小型化が困難であり高コストであったのに対し
て、本発明の光ピックアップ２００は非常に小型にもか
かわらず、同時に大量に作製することが容易であるとい
う大きなメリットを持つ。
【００６４】この光ピックアップ２００は図示しない浮
上スライダに固定され、光ディスクの回転時に、光ディ
スクの記録面に対して常にマイクロ対物レンズ２０２の
焦点を結ぶように光ディスクから一定の距離を隔てて浮
上している。このため、本実施例の光ピックアップ２０
０はフォーカスサーボを行う必要がなく、構成を非常に
簡略化することができる。また、光ピックアップ２００
は浮上スライダに搭載されているためディスクチルトが
発生せず、高精度なトラッキングを行うことができる。
上スライダに固定され、光ディスクの回転時に、光ディ
スクの記録面に対して常にマイクロ対物レンズ２０２の
焦点を結ぶように光ディスクから一定の距離を隔てて浮
上している。このため、本実施例の光ピックアップ２０
０はフォーカスサーボを行う必要がなく、構成を非常に
簡略化することができる。また、光ピックアップ２００
は浮上スライダに搭載されているためディスクチルトが
発生せず、高精度なトラッキングを行うことができる。
【００６５】また、この光ピックアップ２００は、回折
格子２０３の２つの領域の分割線が、光ディスクのトラ
ック方向に平行になるように設置される。そして、光デ
ィスクからの反射光の内、領域２０３Ｒでの＋１次と−
１次回折光が受光部１００ＢＲに入射するように、領域
２０３Ｌでの＋１次と−１次回折光が受光部１００ＢＬ
に入射するように、回折格子２０３の形状を、断面が矩
形で、領域２０３Ｒと領域２０３Ｌでそれぞれの領域で
の回折光の回折方向が互いに直交する形状とした。
格子２０３の２つの領域の分割線が、光ディスクのトラ
ック方向に平行になるように設置される。そして、光デ
ィスクからの反射光の内、領域２０３Ｒでの＋１次と−
１次回折光が受光部１００ＢＲに入射するように、領域
２０３Ｌでの＋１次と−１次回折光が受光部１００ＢＬ
に入射するように、回折格子２０３の形状を、断面が矩
形で、領域２０３Ｒと領域２０３Ｌでそれぞれの領域で
の回折光の回折方向が互いに直交する形状とした。
【００６６】次に、この光ピックアップ２００の動作に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００６７】まず、駆動回路２０４によって発光部１０
０Ａの面発光レーザがレーザ光を出射する。
０Ａの面発光レーザがレーザ光を出射する。
【００６８】発光部１００Ａから出射されたレーザ光は
回折格子２０３を通過し、マイクロ対物レンズ２０２に
よって光ディスクの記録面上に集光される。光ディスク
からの反射光はマイクロ対物レンズ２０２を通過し、回
折格子２０３によって回折され、分割線によって分離さ
れて受光部１００ＢＲと受光部１００ＢＬに入射する。
受光部１００ＢＲ、受光部１００ＢＬに流れる電流量を
それぞれＩ−Ｖ変換器２０５で検出し、それぞれの出力
の内、加算増幅器２０６Ｒで受光部１００ＢＲの出力の
和をとり、加算増幅器２０６Ｌで受光部１００ＢＬの出
力の和をとる。そして、差動増幅器２０７で加算増幅器
２０６Ｒと加算増幅器２０６Ｌの出力の差をとることに
よりプッシュプル法でトラックエラー信号（ＴＥＳ）を
検出し、加算増幅器２０８でそれぞれの信号の和をとる
ことによりデータ信号（ＲＦＳ）を検出する。
回折格子２０３を通過し、マイクロ対物レンズ２０２に
よって光ディスクの記録面上に集光される。光ディスク
からの反射光はマイクロ対物レンズ２０２を通過し、回
折格子２０３によって回折され、分割線によって分離さ
れて受光部１００ＢＲと受光部１００ＢＬに入射する。
受光部１００ＢＲ、受光部１００ＢＬに流れる電流量を
それぞれＩ−Ｖ変換器２０５で検出し、それぞれの出力
の内、加算増幅器２０６Ｒで受光部１００ＢＲの出力の
和をとり、加算増幅器２０６Ｌで受光部１００ＢＬの出
力の和をとる。そして、差動増幅器２０７で加算増幅器
２０６Ｒと加算増幅器２０６Ｌの出力の差をとることに
よりプッシュプル法でトラックエラー信号（ＴＥＳ）を
検出し、加算増幅器２０８でそれぞれの信号の和をとる
ことによりデータ信号（ＲＦＳ）を検出する。
【００６９】以上説明したように、本発明のモノリシッ
ク受発光素子を光ピックアップに適用することにより、
非常に小型の光ピックアップが、大量にかつ容易に作製
可能になる。
ク受発光素子を光ピックアップに適用することにより、
非常に小型の光ピックアップが、大量にかつ容易に作製
可能になる。
【００７０】
【発明の効果】本発明のモノリシック受発光素子は、発
光部と受光部を同一半導体基板上にモノリシックに形成
しながらも、それぞれの素子の発光特性と受光特性を最
適化することができる。さらに、受光部は共振器構造を
持つＰＩＮ型のフォトダイオードであるため、受光感度
が高く、応答速度が速く、さらに外光などのノイズを低
減することができる。
光部と受光部を同一半導体基板上にモノリシックに形成
しながらも、それぞれの素子の発光特性と受光特性を最
適化することができる。さらに、受光部は共振器構造を
持つＰＩＮ型のフォトダイオードであるため、受光感度
が高く、応答速度が速く、さらに外光などのノイズを低
減することができる。
【００７１】また、本発明のモノリシック受発光素子を
光ピックアップに適用することにより、作製容易な小型
の光ピックアップが実現可能となり、光ディスクにおけ
る記録、再生の高速化および装置全体の小型化、省電力
化を図ることができる。
光ピックアップに適用することにより、作製容易な小型
の光ピックアップが実現可能となり、光ディスクにおけ
る記録、再生の高速化および装置全体の小型化、省電力
化を図ることができる。
【図１】本発明の一実施例に係るモノリシック受発光素
子の断面を模式的に示す図である。
子の断面を模式的に示す図である。
【図２】図１に示すモノリシック受発光素子の概略斜視
図である。
図である。
【図３】半導体基板１０１上の柱状部１０１Ｂの高さを
３μｍとし、径を変化させたときの、柱状部１０１Ｂに
おける成長速度とそれ以外の部分における成長速度の比
の変化を示した図である。
３μｍとし、径を変化させたときの、柱状部１０１Ｂに
おける成長速度とそれ以外の部分における成長速度の比
の変化を示した図である。
【図４】本発明の一実施例に係る光ピックアップを模式
的に示す概略斜視図である。
的に示す概略斜視図である。
【図５】従来例のモノリシック受発光素子の断面を模式
的に示す断面図である。
的に示す断面図である。
１００ モノリシック受発光素子 １００Ａ、３００Ａ 発光部 １００Ｂ、１００ＢＲ、１００ＢＬ、３００Ｂ 受光部 １０１ ｎ型半導体基板 １０１Ｂ 柱状部 １０２ 第１の半導体多層膜ミラー １０３ 第２の半導体多層膜ミラー １０４、１０４Ａ、１０４Ｂ ｎ型クラッド層 １０５、１０５Ａ 活性層 １０５Ｂ 吸収層 １０６、１０６Ａ、１０６Ｂ ｐ型クラッド層 １０７、１０７Ａ、１０７Ｂ 電流狭窄層 １０８、１０８Ａ、１０８Ｂ コンタクト層 １０９ メサ部 １１０ 電流狭窄部 １１１ 絶縁膜 １１２Ａ、１１２Ｂ 上部電極 １１３Ａ、１１３Ｂ 開口部 １１４Ａ、１１４Ｂ 誘電体多層膜ミラー １１５ 下部共通電極 １１６ 分離溝 １１７Ａ、１１８Ｂ 共振器 ２００ 光ピックアップ ２０１ 透明基板 ２０２ マイクロ対物レンズ ２０３、２０３Ｒ、２０３Ｌ 回折格子 ２０４ 駆動回路 ２０５ Ｉ−Ｖ変換器 ２０６、２０６Ｒ、２０６Ｌ、２０８ 加算増幅器 ２０７ 差動増幅器 ３０１ 半導体基板 ３０２ 下部半導体多層膜ミラー ３０３ 活性領域 ３０４ 上部半導体多層膜ミラー
Claims (16)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に、 第１導電型の第１の半導体多層膜ミラーと、少なくとも
量子井戸層とバリア層からなる活性層を含む共振器が形
成され、 前記共振器が前記第１の半導体多層膜ミラーと第２のミ
ラーで挟まれた垂直共振器型面発光レーザからなる発光
部と、 前記共振器が前記第１の半導体多層膜ミラーと第３のミ
ラーで挟まれたＰＩＮ型フォトダイオードからなる受光
部を有するモノリシック受発光素子において、 前記垂直共振器型面発光レーザからの発振波長をλ、環
境温度における前記ＰＩＮ型フォトダイオードの量子井
戸のバンドギャップのエネルギーに相当する波長をλ
ｇＰＤ（ＴＲＴ）、前記環境温度における前記ＰＩＮ型
フォトダイオードの前記共振器による共振波長をλ
ｃＰＤ（ＴＲＴ）としたとき、 λ≦λｇＰＤ（ＴＲＴ） かつ、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） であることを特徴とするモノリシック受発光素子。 - 【請求項２】 請求項１において、 λ＝λｇＰＤ（ＴＲＴ） かつ、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） であることを特徴とするモノリシック受発光素子。
- 【請求項３】 請求項１乃至２のいずれかにおいて、 前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記量子井戸層の膜厚
が、前記垂直共振器型面発光レーザの前記量子井戸層の
膜厚よりも大きいことを特徴とするモノリシック受発光
素子。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかのモノリシッ
ク受発光素子の製造方法において、 少なくとも前記量子井戸層をエピタキシャル成長すると
き、 前記受光部でのエピタキシャル成長速度ｖＰＤを、前記
発光部でのエピタキシャル成長速度ｖＬＤよりも大きく
したことを特徴とするモノリシック受発光素子の製造方
法。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記垂直共振器型面発光レーザでの前記量子井戸層の幅
をｄＬＤとし、 λ＝λｇＰＤ（ＴＲＴ） が得られる前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記量子井
戸層の幅をｄＰＤとしたとき、 ｖＰＤ／ｖＬＤ≧ｄＰＤ／ｄＬＤ としたことを特徴とするモノリシック受発光素子の製造
方法。 - 【請求項６】 請求項４において、 ｖＰＤ／ｖＬＤ＝ｄＰＤ／ｄＬＤ としたことを特徴とするモノリシック受発光素子の製造
方法。 - 【請求項７】 請求項４乃至６のいずれかにおいて、 前記半導体基板上に柱状部を形成し、有機金属気相成長
法にて前記第１の半導体多層膜ミラーと、前記共振器を
エピタキシャル成長させ、 該エピタキシャル成長後に、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ）としたことを特徴とするモノリ
シック受発光素子の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７において、 前記柱状部の径および高さを、 ｖＰＤ／ｖＬＤ≧ｄＰＤ／ｄＬＤ となる径および高さとしたことを特徴とするモノリシッ
ク受発光素子の製造方法。 - 【請求項９】 請求項７において、 前記柱状部の径および高さを、 ｖＰＤ／ｖＬＤ＝ｄＰＤ／ｄＬＤ となる径および高さとしたことを特徴とするモノリシッ
ク受発光素子の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項７乃至９のいずれかにおいて、 前記第１の半導体多層膜ミラーとして、 前記ＰＩＮ型フォトダイオードにおいて前記λの波長付
近の光に対して９９．５％以上の反射率を有する第１導
電型の半導体多層膜ミラー１と、 前記垂直共振器型面発光レーザにおいて前記λの波長付
近の光に対して９９．５％以上の反射率を有する第１導
電型の半導体多層膜ミラー２とを、 この順に積層し、 前記共振器として、 第１導電型の第１のクラッド層と、前記活性層と、第２
導電型の第２のクラッド層と、第２導電型の電流狭窄層
と、第２導電型のコンタクト層とを、この順に積層し、 前記ＰＩＮ型フォトダイオードの前記コンタクト層の厚
さを低減させて、 λ＝λｃＰＤ（ＴＲＴ） とし、 前記垂直共振器型面発光レーザと前記ＰＩＮ型フォトダ
イオードの、少なくとも前記コンタクト層および前記電
流狭窄層および前記第２のクラッド層および前記活性層
との間を、それぞれ電気的に絶縁したことを特徴とする
モノリシック受発光素子の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の製造方法にて作製
されたモノリシック受発光素子を有し、 前記垂直共振器型面発光レーザから出射されたレーザ光
を光ディスクに照射し、該光ディスクからの反射光を前
記ＰＩＮ型フォトダイオードにて受光して、前記光ディ
スクに対してデータを記録再生することを特徴とする光
ピックアップ。 - 【請求項１２】 請求項１１において、 一方の面上に対物レンズを、他方の面上に回折格子をそ
れぞれ形成した透明基板と、前記モノリシック受発光素
子とを、 前記透明基板の前記回折格子が形成された面と、前記モ
ノリシック受発光素子の前記垂直共振器型面発光レーザ
の光を出射する面とが対向し、 前記透明基板上の前記対物レンズの光軸と、前記垂直共
振器型面発光レーザの発光部の中心とが略一致するよう
に、 位置合わせして貼り合わせることによって形成し、 浮上スライダに搭載することを特徴とする光ピックアッ
プ。 - 【請求項１３】 請求項１２において、 前記対物レンズが前記透明基板上に形成した鋸歯形状を
持つブレーズ化グレーティングレンズであることを特徴
とする光ピックアップ。 - 【請求項１４】 請求項１２において、 前記対物レンズが前記透明基板上に円形開口を持つマス
クを形成した後、イオン交換処理によって前記透明基板
中に屈折率分布を付けることによって作製したマイクロ
平板レンズであることを特徴とする光ピックアップ。 - 【請求項１５】 請求項１２乃至１４のいずれかにおい
て、 前記モノリシック受発光素子は前記ＰＩＮ型フォトダイ
オードからなる少なくとも２つの受光部を有し、前記回
折格子は前記光ディスクの記録トラックに平行な直線で
２つの領域で分割され、前記光ディスクからの反射光の
うち、 前記回折格子の一方の領域による回折光が、一方の前記
受光部に入射し、前記回折格子の他方の領域による回折
光が、他方の前記受光部に入射して、 前記受光部の出力信号の差をとることによりトラックエ
ラー信号を、前記受光部の出力信号の和をとることによ
り前記データを再生することを特徴とする光ピックアッ
プ。 - 【請求項１６】 請求項１５において、 前記回折格子は、断面が矩形で、前記回折格子の２つの
領域において前記光ディスクからの反射光が回折する方
向が、互いに直交することを特徴とする光ピックアッ
プ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9102292A JPH10294527A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | モノリシック受発光素子およびその製造方法およびそれを用いた光ピックアップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9102292A JPH10294527A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | モノリシック受発光素子およびその製造方法およびそれを用いた光ピックアップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10294527A true JPH10294527A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14323547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9102292A Withdrawn JPH10294527A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | モノリシック受発光素子およびその製造方法およびそれを用いた光ピックアップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10294527A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7277642B2 (en) | 2000-11-10 | 2007-10-02 | Kabushiki Kaisha Kenwood | Fine displacement detection device by sound or the like |
| US7704758B2 (en) | 2006-07-14 | 2010-04-27 | Seiko Epson Corporation | Optical device and its manufacturing method, and optical device wafer |
-
1997
- 1997-04-18 JP JP9102292A patent/JPH10294527A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7277642B2 (en) | 2000-11-10 | 2007-10-02 | Kabushiki Kaisha Kenwood | Fine displacement detection device by sound or the like |
| US7704758B2 (en) | 2006-07-14 | 2010-04-27 | Seiko Epson Corporation | Optical device and its manufacturing method, and optical device wafer |
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