(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオード領域を有する半導体からなるサブマウントと、
前記フォトダイオード領域に隣り合う発光素子領域において、前記サブマウントの表面に固定され、−１０℃〜９０℃の温度範囲で発光波長が変動するレーザダイオードと、
前記サブマウントを用いて形成され、前記フォトダイオード領域における前記サブマウントの表面部に配置され、前記サブマウントの前記表面からなる受光面を形成する１μｍ〜５μｍの深さを有する第１導電型層と、前記第１導電型層の直下で前記第１導電型層と対向するように配置された第２導電型領域とを有し、前記レーザダイオードが出射した光を当該受光面から受け入れて光電流に変換するフォトダイオードとを含み、
前記フォトダイオードの光電流が最大となるときのピーク受光波長が、前記レーザダイオードの前記温度範囲における発光波長の最小値以上、最大値以下であり、
前記レーザダイオードは、レーザ出射端面および当該レーザ出射端面に対向する反対側端面を有し、前記反対側端面が前記受光面に対向する姿勢で配置されており、
前記フォトダイオードは、発光波長が７９０ｎｍ〜８４５ｎｍのレーザダイオードが出射した光を受け入れるものであり、
前記第１導電型層から発生する空乏層の厚さが、２０μｍ〜４５μｍである、発光素子モジュール。
【請求項２】
前記フォトダイオードのピーク受光波長が、前記温度範囲におけるレーザダイオードの発光波長の中央値の±５％以内である、請求項１に記載の発光素子モジュール。
【請求項３】
前記フォトダイオードは、前記第１導電型層と前記第２導電型領域との間に介在されたｉ型半導体層を含む、請求項１または２に記載の発光素子モジュール。
【請求項４】
前記第２導電型領域は、前記第１導電型層の周囲および下方を取り囲み、前記サブマウントの前記表面の一部を形成している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子モジュール。
【請求項５】
前記フォトダイオードは、前記第１導電型層に接続された第１電極および前記第２導電型領域に接続された第２電極を含み、
前記第１電極および前記第２電極は、前記サブマウントの前記表面側に形成されている、請求項４に記載の発光素子モジュール。
【請求項６】
前記サブマウントが、Ｓｉからなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光素子モ
ジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードを内蔵するサブマウントに発光素子を搭載した発光素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの先行技術に係るレーザモジュールは、たとえば、特許文献１に開示されている。
特許文献１の図１に開示されたレーザモジュールは、平面視矩形状のサブマウントと、サブマウント上に実装されたレーザチップと、サブマウントにおけるレーザチップが設置された部分の後方に設置されたフォトダイオード（ＰＤ）部とを備えている。つまり、サブマウントは、いわゆるＰＤ付サブマウントである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、温度変化および発光素子の発光波長の変化に起因するフォトダイオードの受光感度の変動幅を小さくすることができるフォトダイオード内蔵サブマウントを備える発光素子モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発光素子モジュールは、フォトダイオード領域を有する半導体からなるサブマウントと、前記フォトダイオード領域に隣り合う発光素子領域において、前記サブマウントの表面に固定され、−１０℃〜９０℃の温度範囲で発光波長が変動するレーザダイオードと、前記サブマウントを用いて形成され、前記フォトダイオード領域における前記サブマウントの表面部に配置され、前記サブマウントの前記表面からなる受光面を形成する１μｍ〜５μｍの深さを有する第１導電型層と、前記第１導電型層の直下で前記第１導電型層と対向するように配置された第２導電型領域とを有し、前記レーザダイオードが出射した光を当該受光面から受け入れて光電流に変換するフォトダイオードとを含み、前記フォトダイオードの光電流が最大となるときのピーク受光波長が、前記レーザダイオードの前記温度範囲における発光波長の最小値以上、最大値以下であり、前記レーザダイオードは、レーザ出射端面および当該レーザ出射端面に対向する反対側端面を有し、前記反対側端面が前記受光面に対向する姿勢で配置されており、前記フォトダイオードは、発光波長が７９０ｎｍ〜８４５ｎｍのレーザダイオードが出射した光を受け入れるものであり、前記第１導電型層から発生する空乏層の厚さが、２０μｍ〜４５μｍであることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の発光素子モジュールでは、前記フォトダイオードのピーク受光波長が、前記温度範囲におけるレーザダイオードの発光波長の中央値の±５％以内であることが好適である。
【０００７】
また、本発明の発光素子モジュールでは、前記フォトダイオードは、前記第１導電型層と前記第２導電型領域との間に介在されたｉ型半導体層を含むことが好適である。
【０００８】
また、本発明の発光素子モジュールでは、前記第２導電型領域は、前記第１導電型層の周囲および下方を取り囲み、前記サブマウントの前記表面の一部を形成していることが好適である。
また、本発明の発光素子モジュールでは、前記フォトダイオードは、前記第１導電型層に接続された第１電極および前記第２導電型領域に接続された第２電極を含み、前記第１電極および前記第２電極は、前記サブマウントの前記表面側に形成されていることが好適である。
【０００９】
また、本発明の発光素子モジュールでは、前記サブマウントが、Ｓｉからなることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フォトダイオードの光電流が最大となるときのピーク受光波長が、発光素子の、−１０℃〜９０℃の温度範囲で変動する範囲の発光波長の最小値以上、最大値以下である（発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値）。
フォトダイオードの光電流と受光波長との間には、受光波長の増加に伴い光電流も増加し、受光波長がある値のときに光電流が最大となり（このときの波長をピーク受光波長という。）、その後は、受光波長の増加に伴い光電流は減少するとの関係がある。
【００１２】
そのため、本発明のように、発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値であれば、光電流の大きさが、その最大値となるピーク受光波長を境に、短波長側および長波長側に振り分けられる。したがって、当該発光波長の範囲における光電流の最大値と最小値との差を小さくすることができる。その結果、温度変化に起因して発光素子の発光波長が所定の範囲で変動しても、フォトダイオードの受光感度の変動幅を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るレーザモジュールの模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１のレーザモジュールの模式的な断面図であって、図１の切断線Ａ−Ａでの断面を示している。
【図３】図３は、レーザモジュールにおけるフォトダイオードの役割を説明するための図である。
【図４】図４は、一般的なフォトダイオードの温度特性を示すグラフである。
【図５】図５は、温度とＳｉのバンドギャップとの関係を示すグラフである。
【図６】図６は、空乏層の厚さＷとフォトダイオードの光吸収率との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、フォトダイオードの温度特性の改善結果を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）（ｂ）は、フォトダイオードの光電流の波長温度依存性を説明するためのグラフであって、図８（ａ）は半導体レーザダイオードの発光波長の温度特性を示すグラフであり、図８（ｂ）はフォトダイオードの分光感度特性を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、フォトダイオードの分光感度特性を示すグラフであって、図９（ａ）がピーク受光波長＜発光波長の最小値の場合、図９（ｂ）が発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値の場合、図９（ｃ）が発光波長の最大値＜ピーク受光波長の場合をそれぞれ示している。
【図１０】図１０は、空乏層の厚さＷの変化に伴う、フォトダイオードの分光感度特性の変化を説明するためのグラフである。
【図１１】図１１は、ＰＤ−ｐ型半導体層の深さＤ１の変化に伴う、フォトダイオードの分光感度特性の変化を説明するためのグラフである。
【図１２】図１２は、実施例のフォトダイオードの分光感度特性を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例のフォトダイオードの温度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザモジュール１の模式的な平面図である。
発光素子モジュールとしてのレーザモジュール１は、たとえば熱アシスト方式の磁気ヘッドスライダに取り付けられるものである。
レーザモジュール１は、互いに隣り合う発光素子領域としてのレーザダイオード領域２およびフォトダイオード領域３を有し、平面形状が四角形状のサブマウント４と、レーザダイオード領域２に設けられた半導体レーザダイオード５と、フォトダイオード領域３に設けられたフォトダイオード６とを含む。サブマウント４は、図１の紙面における上下左右方向の長さがそれぞれ０．５ｍｍ以上である。
【００１５】
レーザダイオード領域２におけるサブマウント４の表面７にはＬＤアノードパッド８が形成されており、このＬＤアノードパッド８上に半導体レーザダイオード５が固定されている。半導体レーザダイオード５は、レーザ出射端面９（前端面）および当該レーザ出射端面９に対向する反対側端面１０（後端面）を有する端面発光型レーザであり、反対側端面１０がフォトダイオード領域３に対向するように配置されている。
【００１６】
半導体レーザダイオード５は、レーザ出射端面９から外部へ出力光としてのレーザ光を出射し、反対側端面１０からフォトダイオード領域３へモニタ光としてのレーザ光を出射する。半導体レーザダイオード５は、たとえば、ＩｎＰ系、ＧａＡｓ系、ＧａＮ系などの通信用、光学系ディスクストレージ用または材料分析用として用いられるものが使用可能である。また、出射されるレーザ光の発光波長は特に限定されないが、通常、３７５ｎｍ〜１．７μｍであり、とりわけ７９０ｎｍ〜８４５ｎｍの発光波長が好適に用いられる。
【００１７】
一方、フォトダイオード領域３におけるサブマウント４の表面７には、フォトダイオード６の受光面１１が露出している。この受光面１１は、半導体レーザダイオード５の反対側端面１０に対向している。フォトダイオード６は、当該反対側端面１０から出射されたレーザ光を受光面１１で受け、光電流に変換する。
サブマウント４の表面７において半導体レーザダイオード５の側方には、ＬＤアノード電極１２、第１電極としてのＰＤアノード電極１３および第２電極としてのＰＤカソード電極１４が形成されている。ＬＤアノード電極１２と、ＰＤアノード電極１３およびＰＤカソード電極１４とは、半導体レーザダイオード５を挟むように配置されている。つまり、ＬＤアノード電極１２は、半導体レーザダイオード５に対して同じ側（一方側）に配置され、ＰＤアノード電極１３およびＰＤカソード電極１４は、半導体レーザダイオード５を挟んでＬＤアノード電極１２の反対側（他方側）に配置されている。
【００１８】
また、ＬＤアノード電極１２は、配線１５を介してＬＤアノードパッド８に接続されている。ＰＤアノード電極１３は、配線１６およびコンタクト１７を介して、フォトダイオード６の受光面１１の一部（後述するＰＤ−ｐ型半導体層３６）に接続されており、ＰＤカソード電極１４は、コンタクト１８を介して、サブマウント４（後述するＰＤ−ｎ型半導体層３５）に接続されている。
【００１９】
次に、図２を参照して、レーザモジュール１の断面構造を詳細に説明する。
図２は、図１のレーザモジュール１の模式的な断面図であって、図１の切断線Ａ−Ａでの断面を示している。なお、図２は、都合上、図１とは異なる縮尺で描かれている。
まず、レーザモジュール１の土台をなすサブマウント４は、この実施形態では、ｎ型のＳｉ基板からなり、その表面７がＳｉＯ２からなる表面絶縁膜１９で被覆されている。前述のＬＤアノードパッド８、ＬＤアノード電極１２、ＰＤアノード電極１３およびＰＤカソード電極１４は、表面絶縁膜１９の上に設けられている。ＰＤアノード電極１３およびＰＤカソード電極１４は、表面絶縁膜１９を貫通するコンタクト１７，１８を介して、後述するＰＤ−ｐ型半導体層３６およびＰＤ−ｎ型半導体層３５にそれぞれ接続されている。これらの電極が表面絶縁膜１９上に設けられているので、電極（パッド）間を互いに絶縁することができる。
【００２０】
半導体レーザダイオード５は、基板２０と、基板２０上に結晶成長によって形成されたIII−Ｖ族半導体積層構造２１と、基板２０の裏面（III−Ｖ族半導体積層構造２１と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ型電極２２と、III−Ｖ族半導体積層構造２１の表面に接触するように形成されたｐ型電極２３とを備えたファブリペロー型のものである。この半導体レーザダイオード５は、基板２０と反対側のｐ型電極２３を下方に向けたフェイスダウン姿勢で、当該ｐ型電極２３をサブマウント４の表面７上のＬＤアノードパッド８に、はんだ等を用いて接合することにより、サブマウント４に固定されている。なお、半導体レーザダイオード５のボンディング形態は、フェイスダウン姿勢に限らず、たとえば、フェイスアップ姿勢であってもよい。
【００２１】
基板２０は、この実施形態では、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板で構成されている。この基板２０の主面上における結晶成長によって、III−Ｖ族半導体積層構造２１が形成されている。
III−Ｖ族半導体積層構造２１は、発光層２４と、ＬＤ−ｎ型半導体層２５と、ＬＤ−ｐ型半導体層２６とを備えている。ＬＤ−ｎ型半導体層２５は発光層２４に対して基板２０側に配置されており、ＬＤ−ｐ型半導体層２６は発光層２４に対してｐ型電極２３側に配置されている。こうして、発光層２４が、ＬＤ−ｎ型半導体層２５およびＬＤ−ｐ型半導体層２６によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層２４には、ＬＤ−ｎ型半導体層２５から電子が注入され、ＬＤ−ｐ型半導体層２６から正孔が注入される。これらが発光層２４で再結合することにより、光が発生するようになっている。
【００２２】
ＬＤ−ｎ型半導体層２５は、基板２０側から順に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２７、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２８を積層して構成されている。一方、ＬＤ−ｐ型半導体層２６は、発光層２４の上に、順に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２９、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３０、ｐ型電極下地層３１を積層して構成されている。
ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２７およびｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３０は、発光層２４からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２７は、ＩｎＧａＡｌＰに、たとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３０は、ＩｎＧａＡｌＰに、たとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープすることによってｐ型半導体とされている。ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２７は、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２８よりもバンドギャップが広く、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３０８は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２９よりもバンドギャップが広い。これにより、良好な閉じ込めを行うことができ、低閾値および高効率の半導体レーザダイオード５を実現できる。
【００２３】
ｎ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２８およびｐ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２９は、発光層２４にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるためのキャリア閉じ込め効果を生じる半導体層であり、かつ、クラッド層とともに、発光層２４への光閉じ込め構造を形成している。これにより、発光層２４における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。ｎ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２８は、ＩｎＧａＡｌＰに、たとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによりｎ型半導体とされており、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２９は、ＩｎＧａＡｌＰに、たとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープすることによってｐ型半導体とされている。
【００２４】
発光層２４は、たとえばＭＱＷ(多重量子井戸：multiple-quantum well)構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。
発光層２４は、この実施形態では、ＩｎＧａＰ層からなる量子井戸層とＩｎＧａＡｌＰ層からなる障壁層（バリア層）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸（ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰ）構造を有している。
【００２５】
III−Ｖ族半導体積層構造２１は、劈開により形成された鏡面からなる一対の端面９，１０（劈開面）を有している。この一対の端面（レーザ出射端面９および反対側端面１０）は、互いに平行である。これらの端面９，１０は、全反射による発振を励起するために、たとえばＺｒＯ２からなる端面絶縁膜３２，３３（反射層）によって被覆されている。発光中心３４は、前面側の端面絶縁膜３２の発光層２４の位置に存在する。
【００２６】
こうして、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２８、発光層２４およびｐ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層２９によって、端面９，１０を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、発光層２４で発生した光は、レーザ出射端面９と反対側端面１０との間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、レーザ出射端面９から外部へ出力光として、反対側端面１０からフォトダイオード領域３へモニタ光として素子外に取り出される。
【００２７】
ｎ型電極２２およびｐ型電極２３は、たとえばＡｕまたはＡｕ合金からなり、それぞれ基板２０およびｐ型電極下地層３１にオーミック接続されている。
このような構成によって、ｎ型電極２２およびｐ型電極２３を電源に接続し、ＬＤ−ｎ型半導体層２５およびＬＤ−ｐ型半導体層２６から電子および正孔を発光層２４に注入することによって、この発光層２４内で電子および正孔の再結合を生じさせ、発光波長７９０ｎｍ〜８４５ｎｍの光を発生させることができる。この光は、レーザ出射端面９と反対側端面１０との間をガイド層に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面９から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
【００２８】
ここで、この実施形態のように、半導体レーザダイオード５をフェイスダウン姿勢でサブマウント４に接合する理由は次のとおりである。一般に、端面発光型の半導体レーザダイオード５では、発光層２４は半導体レーザダイオード５の積層方向で見たときにｎ型電極２２よりもｐ型電極２３に近い位置にある。したがって、動作時の発熱量が最も多い発光層２４により近いｐ型電極２３を底面として（ジャンクションダウン）、半導体レーザダイオード５をサブマウント４に搭載することによって、半導体レーザダイオード５の自己発熱を効率的に放熱することができる。
【００２９】
また、半導体レーザダイオード５は半導体素子であるため、同じ電力を投入しても、素子のばらつきにより出力されるレーザ光の強度が大きく変化する。そこで、磁気ヘッドが組み込まれたハードディスク装置の初期設定を行う際に、レーザ光の出力が適正となる電力を求め、以後の作動時には初期設定で求められた電力を半導体レーザダイオード５に供給することが好ましい。半導体レーザダイオード５においては、発光層２４の発光中心３４と反対側端面１０からも、図２に破線で示すようにレーザ光が出射するため、このレーザ光の強度を検出することで、発光中心３４から出射するレーザ光（出力光）の強度を評価することが可能である。
【００３０】
そこで、出力光の強度を検出するため、レーザモジュール１は、サブマウント４にフォトダイオード６を内蔵している。
内蔵されたフォトダイオード６は、フォトダイオード領域３におけるサブマウント４（Ｓｉ基板）からなる第２導電型領域としてのＰＤ−ｎ型半導体層３５と、ＰＤ−ｎ型半導体層３５の表面部にウェル状に形成された第１導電型層としてのＰＤ−ｐ型半導体層３６と、ＰＤ−ｎ型半導体層３５とＰＤ−ｐ型半導体層３６との間に挟まれた、不純物濃度の低いＰＤ−ｉ型半導体層３７とを含む。ＰＤ−ｎ型半導体層３５およびＰＤ−ｐ型半導体層３６には、不純物が高濃度でドープされている。
【００３１】
ＰＤ−ｐ型半導体層３６は、サブマウント４の表面７からなる受光面１１を形成しており、この受光面１１は、反射防止膜３８で被覆されている。また、受光面１１から測定されたＰＤ−ｐ型半導体層３６の深さＤ１は、たとえば、１μｍ〜５μｍである。
そして、このＰＤ−ｐ型半導体層３６の周囲および下方を取り囲み、サブマウント４の表面７の一部を形成するようにＰＤ−ｉ型半導体層３７が形成されており、さらに、ＰＤ−ｉ型半導体層３７の周囲および下方を取り囲み、サブマウント４の表面７の一部を形成するようにＰＤ−ｎ型半導体層３５が形成されている。サブマウント４の表面７を形成するＰＤ−ｉ型半導体層３７およびＰＤ−ｎ型半導体層３５は、表面絶縁膜１９により被覆されている。
【００３２】
また、受光面１１から測定されたＰＤ−ｉ型半導体層３７の深さＤ２は、たとえば、１０μｍ〜５０μｍである。
ＰＤ−ｐ型半導体層３６とＰＤ−ｉ型半導体層３７との界面からは空乏層３９が発生している。その空乏層３９の厚さＷ（サブマウント４の表面７からの深さ）は、２０μｍ〜４５μｍであることが好ましい。
【００３３】
このような構成によって、ＰＤ−ｉ型半導体層３７のバンドギャップよりも大きなエネルギを有する光子が半導体レーザダイオード５の反対側端面１０から、７９０ｎｍ〜８４５ｎｍの発光波長のモニタ光として照射されると、光吸収により電子・正孔対がＰＤ−ｉ型半導体層３７に発生する。フォトダイオード６のＰＤアノード電極１３とＰＤカソード電極１４との間に逆バイアス電圧を印加しておくと、電子と正孔とが電界によってそれぞれ逆方向に掃引されて、電子はＰＤ−ｎ型半導体層３５に向かって、正孔はＰＤ−ｐ型半導体層３６に向かって移動し、光電流が発生する。
【００３４】
以上の説明したレーザモジュール１によれば、フォトダイオード６の光電流が最大となるときのピーク受光波長が、半導体レーザダイオード５の発光波長の最小値以上、最大値以下である（発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値）。たとえば、この実施形態では、７９０ｎｍ≦ピーク受光波長≦８４５ｎｍである。
フォトダイオード６の光電流と受光波長との間には、受光波長の増加に伴い光電流も増加し、受光波長がある値のときに光電流が最大となり（このときの波長をピーク受光波長という。）、その後は、受光波長の増加に伴い光電流は減少するとの関係がある。
【００３５】
そのため、発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値であれば、光電流の大きさが、その最大値となるピーク受光波長を境に、短波長側および長波長側に振り分けられる。したがって、当該発光波長の範囲における光電流の最大値と最小値との差を小さくすることができる。その結果、温度に起因して発光素子の発光波長が所定の範囲で変動しても、フォトダイオード６の受光感度の変動幅を小さくすることができる。
【００３６】
このような本発明の効果について、以下の実施例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００３７】
まず図３に示すように、レーザモジュール１に搭載されたフォトダイオード６は、半導体レーザダイオード（ＬＤ）５の反対側端面１０から出射されたレーザ光（モニタ光）を、その内部で光電流に変換し、この光電流をモニタ電流として集積回路（ＩＣ）４０へ送る。
集積回路４０では、フォトダイオード６から受けるモニタ電流の大きさに基づいて、半導体レーザダイオード５のレーザ出射端面９から出射されるレーザ光（出力光）の発光量を検知する。そして、その検知量に基づいて、半導体レーザダイオード５の出力光を一定に保持するために、半導体レーザダイオード５の発光量をコントロールする。
【００３８】
そのため、このようなフィードバック制御を精度よく行うには、周囲に温度変化等の環境変化が起きてもフォトダイオード６の受光感度を一定に保持できるようにし、同じ発光量であるのに、フォトダイオード６から集積回路４０へ送られる光電流の大きさが受光感度の変動に伴って変動しないようにする必要がある。つまり、ある発光量のレーザ光が出射されている場合は、当該発光量に対応する一定の光電流が集積回路４０に送られることが好ましい。
【００３９】
ここで、受光感度とは、フォトダイオード６に入射する光のエネルギと光電流の電気信号の変換効率を示す値のことであって、具体的には、フォトダイオード６の光子（フォトン）１個が入ったときに取り出すことができる電子・正孔対の割合のことである。
図４は、一般的なフォトダイオードの温度特性を示すグラフである。
図４に示すように、一般的なフォトダイオードの受光感度は、正の温度係数を有しており、たとえば、温度が２５℃のときの受光感度を１００％とすると、温度が２５℃よりも大きくなるに伴って大きくなる。そのため、レーザモジュール１のように、半導体レーザダイオード５の放熱板の役割も果すサブマウント４を用いてフォトダイオード６が形成されており、半導体レーザダイオード５の出力（発熱）によってサブマウント４の温度が上昇する環境下では、半導体レーザダイオード５の出力に伴って発生する熱が、サブマウント４を介してフォトダイオード６に伝わるので、温度との関係において、フォトダイオード６の受光感度を一定に保持することが難しい。
【００４０】
そこで、本発明者は、フォトダイオード６の受光感度が正の温度係数を有する要因を検討したところ、その要因が、フォトダイオード６のベースがＳｉ基板（サブマウント４）であることを見出し、その改善策を見出した。
つまり、図５に示すように、Ｓｉのバンドギャップは、温度の増加に伴って小さくなる。フォトダイオード６では、ＰＤ−ｉ型半導体層３７のバンドギャップよりも大きなエネルギを有する光子が照射されたときに光吸収が起きるので、そうすると、サブマウント４の温度上昇に伴ってＳｉのバンドギャップが小さくなって光吸収が起き易くなれば、結果として、電子・正孔対の発生割合が増えて、フォトダイオード６の受光感度が増加することとなる。
【００４１】
このような受光感度の温度特性を改善する（つまり、受光感度を温度に関係なく一定にする）には、たとえば、２５℃における受光感度に対する、温度Ｔ℃における受光感度の変化量で示される温度変化率（％）（＝感度変化量／２５℃の受光感度）を小さくして、温度がいくら高温や低温になっても、２５℃の受光感度を保持できるようにすればよい。
図６を参照すると、２５℃の受光感度（２５℃時）と、２５℃よりも高温になったときの受光感度（高温時）とを比べると、両者とも空乏層３９の厚さＷの増加に伴って、その光吸収率が増加しているが、空乏層３９の厚さＷが薄いと（たとえば、１５μｍ程度）では、光吸収率に１０％程度の差が生じている。一方で、この光吸収率の差は、Ｗ＝１５μｍ付近をピークに、厚さＷの増加に伴って縮小していき、Ｗ＝３０μｍ以上ではほとんどなくなっている。
【００４２】
そこで、空乏層の厚さＷ＝４５μｍとなる条件でフォトダイオード６を作製したところ、フォトダイオード６の受光感度の温度特性を大幅に改善することができた。結果を図７に示す。すなわち、図７に示すように、光吸収率がほぼ１００％となる条件（空乏層の厚さＷ＝４５μｍ）のフォトダイオード６であれば、温度がいくら変動しても、受光感度をほぼ一定に保持することができた。
【００４３】
しかしながら、フォトダイオード６の受光感度は、温度だけでなく、受光面１１へ入射されるレーザ光の波長（受光波長）にも依存しており、そのレーザ光を出射する半導体レーザダイオード５の発光波長は、温度により影響を受ける。具体的には、図８（ａ）（ｂ）に示すとおりである。
図８（ａ）に示すように、半導体レーザダイオード５の発光波長が温度の増加に伴って大きくなり、実施例では、０．３ｎｍ／℃の波長変化があった。一方、フォトダイオード６の受光感度が受光波長の変化に伴ってどのように変化するのかを調べたところ、図８（ｂ）に示すように、ある一定の波長のときにピーク値（最大値）を持つ放物線状に変化することを確認できた。
【００４４】
したがって、フォトダイオード６の受光感度の温度特性を改善するには、温度変化による半導体レーザダイオード５の波長変化を含めた、トータルでの検討が必要である。
レーザ光の波長依存を適正にすべく、本発明者は、半導体レーザダイオード５の波長とフォトダイオード６のピーク波長との関係を３つの場合で考えた。具体的には、２５℃における半導体レーザダイオード５の波長範囲を、その温度変化の影響も考慮して７９０ｎｍ〜８４５ｎｍと設定し、（１）ピーク受光波長＜発光波長の最小値、（２）発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値、（３）発光波長の最大値＜ピーク受光波長の３パターンに分けた。（１）〜（３）のパターンを、図９（ａ）〜図９（ｃ）にそれぞれ示す。図９（ａ）〜図９（ｃ）において、半導体レーザダイオード５の波長範囲にハッチングを施している。
【００４５】
まず、図９（ａ）および図９（ｃ）の場合では、光電流の大きさが半導体レーザダイオード５の波長範囲において、減少し続けるか（図９（ａ））、上昇し続けている（図９（ｃ）。そのため、光電流の最大値と最小値との差が大きくなり、結果として、フォトダイオード６の受光感度のばらつきが大きくなる。
これに対し、図９（ｂ）の場合のように、発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値とすれば、光電流の大きさが、その最大値となるピーク受光波長（８２０ｎｍ付近）を境に、短波長側および長波長側に振り分けられるため、当該発光波長の範囲における光電流の最大値と最小値との差が小さくなることを確認できた。つまり、図９（ｂ）に示した条件を設定することにより、半導体レーザダイオード５の波長変動による影響が小さくなることを確認できた。とりわけ、フォトダイオード６のピーク受光波長が、半導体レーザダイオード５の発光波長の中央値の±５％以内であることが好適であることを確認した。
【００４６】
さらに本発明者は、図６および図７に示したように、空乏層３９の厚さＷは、フォトダイオード６の温度変化率を小さくする観点から、２０μｍ〜４５μｍにすることが好適であることを見出したが、厚さＷがこの範囲では、図１０に示すように、フォトダイオード６の受光ピーク波長が長波長側にシフトし、ピークが尖って、発光波長範囲での平坦性が損なわれるため、さらなる改善策を検討した。
【００４７】
なお、図１０では、ＰＤ−ｐ型半導体層３６（ｐ層）の深さＤ１を６μｍに統一し、空乏層３９の厚さＷを１８μｍ、３０μｍおよび４５μｍの３パターンについて、ピーク受光波長の変化を調べた。
そして、これら３パターンのうち、フォトダイオード６の温度変化率の縮小効果を享受できる３０μｍの場合について、ＰＤ−ｐ型半導体層３６の深さＤ１を２μｍ、６μｍの２パターンに分けて、フォトダイオード６のピーク受光波長がどのように変化するのかを調べたところ、ＰＤ−ｐ型半導体層３６の深さＤ１を浅く（薄く）すれば、短波長側の光吸収率が上昇して、ピーク受光波長付近の形状が平坦化できることを確認できた。結果を図１１に示す。
【００４８】
このような検討の結果、空乏層３９の厚さＷ＝３０μｍ、ＰＤ−ｐ型半導体層３６の深さＤ１＝２μｍのフォトダイオード６を備えるレーザモジュール１を作製し、その分光感度を調べた結果、図１２に示すように、８１０ｎｍ付近をピークに緩やかな分光感度曲線が得られた。
そして、このレーザモジュール１のフォトダイオード６の温度特性を調べた結果、周波数特性を掛け合わせても、図１３に示すように平坦化された温度特性が得られることを確認できた。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、フォトダイオード６において、各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、ｐ型の部分がｎ型であり、ｎ型の部分がｐ型であってもよい。また、ｉ型半導体層は省略することもできる。
【００５０】
また、サブマウント４は、その全体が同じ導電型の半導体からなっている必要はなく、たとえば、フォトダイオード領域３のみにｎ型の領域が形成された基板であってもよい。
また、サブマウント４に搭載する発光素子は、半導体レーザダイオード５に限らず、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。その場合、発光ダイオードは、光取出し面が上方に向く姿勢で配置されることが好ましい。
【００５１】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
また、この明細書および図面の記載から、抽出される参考発明の特徴を以下に示す。
参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントは、フォトダイオード領域を有する半導体からなるサブマウントであって、前記サブマウントを用いて形成され、前記フォトダイオード領域における前記サブマウントの表面部に配置され、前記サブマウントの表面からなる受光面を形成する第１導電型層と、前記第１導電型層の直下で前記第１導電型層と対向するように配置された第２導電型領域とを有し、発光素子が出射した光を当該受光面から受け入れて光電流に変換するフォトダイオードとを含み、前記フォトダイオードの光電流が最大となるときのピーク受光波長が、前記発光素子の発光波長の最小値以上、最大値以下であることを特徴としている。
また、参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントでは、前記フォトダイオードのピーク受光波長が、前記発光素子の発光波長の中央値の±５％以内であることが好適である。
また、参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントでは、前記フォトダイオードは、発光波長が７９０ｎｍ〜８４５ｎｍの発光素子が出射した光を受け入れるものであり、前記第１導電型層から発生する空乏層の厚さが、２０μｍ〜４５μｍであることが好適である。
また、参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントでは、前記第１導電型層の深さが、１μｍ〜５μｍであることが好適である。
また、参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントでは、前記フォトダイオードは、前記第１導電型層と前記第２導電型領域との間に介在されたｉ型半導体層を含むことが好適である。
また、参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントでは、前記第２導電型領域は、前記第１導電型層の周囲および下方を取り囲み、前記サブマウントの前記表面の一部を形成していることが好適である。
また、参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントでは、前記フォトダイオードは、前記第１導電型層に接続された第１電極および前記第２導電型領域に接続された第２電極を含み、前記第１電極および前記第２電極は、前記サブマウントの前記表面側に形成されていることが好適である。
また、参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントでは、前記サブマウントが、Ｓｉからなることが好適である。
また、参考発明の発光素子モジュールは、参考発明のフォトダイオード内蔵サブマウントと、前記フォトダイオード領域に隣り合う部分に発光素子領域において、前記サブマウントの前記表面に固定された発光素子とを含むことを特徴としている。
また、参考発明の発光素子モジュールでは、前記発光素子は、レーザ出射端面および当該レーザ出射端面に対向する反対側端面を有するレーザダイオードを含み、前記レーザダイオードは、前記反対側端面が前記受光面に対向する姿勢で配置されていることが好適である。
また、参考発明の発光素子モジュールでは、前記発光素子は、光取出し面を有する発光ダイオードを含み、前記発光ダイオードは、前記光取出し面が上方に向く姿勢で配置されていることが好適である。
参考発明によれば、フォトダイオードの光電流が最大となるときのピーク受光波長が、発光素子の発光波長の最小値以上、最大値以下である（発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値）。
フォトダイオードの光電流と受光波長との間には、受光波長の増加に伴い光電流も増加し、受光波長がある値のときに光電流が最大となり（このときの波長をピーク受光波長という。）、その後は、受光波長の増加に伴い光電流は減少するとの関係がある。
そのため、参考発明のように、発光波長の最小値≦ピーク受光波長≦発光波長の最大値であれば、光電流の大きさが、その最大値となるピーク受光波長を境に、短波長側および長波長側に振り分けられる。したがって、当該発光波長の範囲における光電流の最大値と最小値との差を小さくすることができる。その結果、温度変化に起因して発光素子の発光波長が所定の範囲で変動しても、フォトダイオードの受光感度の変動幅を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１    レーザモジュール
２    レーザダイオード領域
３    フォトダイオード領域
４    サブマウント
５    半導体レーザダイオード
６    フォトダイオード
７    （サブマウントの）表面
８    ＬＤアノードパッド
９    レーザ出射端面
１０  反対側端面
１１  受光面
１２  ＬＤアノード電極
１３  ＰＤアノード電極
１４  ＰＤカソード電極
１５  （ＬＤアノードの）配線
１６  （ＰＤアノードの）配線
１７  （ＰＤアノードの）コンタクト
１８  （ＰＤカソードの）コンタクト
１９  表面絶縁膜
２０  基板
２１  III−Ｖ族半導体積層構造
２２  ｎ型電極
２３  ｐ型電極
２４  発光層
２５  ＬＤ−ｎ型半導体層
２６  ＬＤ−ｐ型半導体層
２７  ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
２８  ｎ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層
２９  ｐ型ＩｎＧａＡｌＰガイド層
３０  ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
３１  ｐ型電極下地層
３２  （前面側の）端面絶縁膜
３３  （後面側の）端面絶縁膜
３４  発光中心
３５  ＰＤ−ｎ型半導体層
３６  ＰＤ−ｐ型半導体層
３７  ＰＤ−ｉ型半導体層
３８  反射防止膜
３９  空乏層
４０  集積回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005628120.tif 000007
【図７】
0005628120.tif 000008
【図８】
0005628120.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0005628120.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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