(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標準波長がλ０に設定され、動作保障範囲の上限とされた温度における波長がλ１に変動する半導体発光素子と、該発光素子が出力する光を表面の被膜を介して受光する受光素子を備えた半導体発光装置において、前記発光素子の波長λ０の光と波長λ１の光が被膜を透過する透過率の差を被膜の厚さを変化させて求めて、その透過率差が正の範囲（正とは、波長がλ０からλ１に変動することによって被膜を通過する光の量が増加する場合）で、しかも、この透過率差が被膜の膜厚変動によって負の範囲に変動することを防止するように０と極大値の中間の値をとる膜厚の範囲内に、前記被膜の膜厚を設定したことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
標準波長がλ０に設定され、動作保障範囲の上限とされた温度における波長がλ１に変動する半導体発光素子と、該発光素子が出力する光を表面の被膜を介して受光する受光素子を備えた半導体発光装置において、前記発光素子の波長λ０の光と波長λ１の光が被膜を透過する透過率の差を被膜の厚さを変化させて求めて、その透過率差が正の範囲（正とは、波長がλ０からλ１に変動することによって被膜を通過する光の量が増加する場合）で、しかも、この透過率差が被膜の膜厚変動によって負の範囲に変動することを防止するように極大値を挟んで位置する０と極大値の中間の値をとる２つの領域のうち、前記発光素子の波長λ０の光の透過率が大きい側の領域の膜厚の範囲内に、前記被膜の膜厚を設定したことを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子とその出力を受光する受光素子からなる半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単一の波長もしくはそれに近い波長で発光することが要求される場合の光源として、半導体レーザ素子や光通信用発光ダイオード等の発光素子が利用される。そして一般に、発光素子の出力を一定に保つ場合は、発光素子の出力を受光素子で検知して発光素子の動作を制御する自動出力制御が行われる。
【０００３】
ところで、半導体発光素子は、それ自体が動作することによる内部温度の上昇や、動作環境温度の変化等により、出力波長が微妙に変動するが、このような変動が前記自動出力制御に悪影響を及ぼすことがある。すなわち、受光素子の受光面には、透明な被膜が設けられており、この被膜を透過する光の量は波長によって変動する。温度変化によって波長が変動し、それによって被膜を透過する量が変動すると、受光素子の検知出力も変動し、感度があたかも温度によって変化したかのようになる。
【０００４】
図２は、被膜（酸化シリコン）の膜厚（ｔ）に対する、波長λ０（７９０ｎｍ）の光の透過率（ａ）、波長λ１（８００ｎｍ）の光の透過率（ｂ）、並びに波長λ１の透過率から波長λ０の透過率を引いた両波長の透過率の差（ｃ）を示している。この透過率差（ｃ）特性において、透過率差が負の値を示す膜厚においては、標準的な波長λ０が温度上昇によって波長λ１に変化すると、透過率が低下することを示しているが、受光素子の被膜がこのような膜厚に設定されていると、温度上昇によって受光出力が減少したというフィードバックが生じ、発光素子の駆動電流が増加する。その結果、発光素子の出力が増大するとともに、発光素子自体の劣化が誘発されやすくなる。
【０００５】
また、半導体レーザ素子においては、駆動電流の増加によって出力が増加し、これにより自励発振が非自励発振となりやすく、このレーザ素子を光ピックアップ等に実装した場合に、記録媒体からの戻り光によるノイズが発生し易くなるという問題も生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点を考慮し、温度上昇による影響を受けにくい半導体発光装置を提供することを課題の１つとする。また、温度上昇によって発光素子の波長が変動しても受光素子の検知出力が低下することがない半導体発光装置を提供することを課題の１つとする。また、半導体発光素子の劣化を防止することを課題の１つとする。また、半導体発光素子として半導体レーザを用いる場合は、その発振状態の変動を防止することを課題の１つとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置は、標準波長がλ０に設定され、動作保障範囲の上限とされた温度における波長がλ１に変動する半導体発光素子と、該発光素子が出力する光を表面の被膜を介して受光する受光素子を備えた半導体発光装置において、前記発光素子の波長λ０の光と波長λ１の光が被膜を透過する透過率の差を被膜の厚さを変化させて求めて、その透過率差が正の範囲（正とは、波長がλ０からλ１に変動することによって被膜を通過する光の量が増加する場合）で、しかも、この透過率差が被膜の膜厚変動によって負の範囲に変動することを防止するように０と極大値の中間の値をとる膜厚の範囲内に、前記被膜の膜厚を設定したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体発光装置は、標準波長がλ０に設定され、動作保障範囲の上限とされた温度における波長がλ１に変動する半導体発光素子と、該発光素子が出力する光を表面の被膜を介して受光する受光素子を備えた半導体発光装置において、前記発光素子の波長λ０の光と波長λ１の光が被膜を透過する透過率の差を被膜の厚さを変化させて求めて、その透過率差が正の範囲（正とは、波長がλ０からλ１に変動することによって被膜を通過する光の量が増加する場合）で、しかも、この透過率差が被膜の膜厚変動によって負の範囲に変動することを防止するように極大値を挟んで位置する０と極大値の中間の値をとる２つの領域のうち、前記発光素子の波長λ０の光の透過率が大きい側の領域の膜厚の範囲内に、前記被膜の膜厚を設定したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を、半導体発光素子として半導体レーザ素子を用いる場合を例に取り、図面を参照して説明する。半導体発光装置１は、図１に概略的な構成を示すように、金属製ステム２に金属製のヘッダ３を一体的に設け、このヘッダ３の側面にシリコンなどのサブマウント４を介して半導体発光素子としての半導体レーザ素子５を配置している。ステム２の上には、半導体レーザ素子５の後方出力をモニターするための受光素子６を半導体レーザ素子５の直下に位置して配置している。
【００１１】
この受光素子６は、例えばフォトダイオードによって構成され、図１中にその要部断面を拡大して示すように、その表面に保護膜並びに反射防止膜としての酸化シリコン、窒化シリコン等の透明な被膜７を備えている。受光素子６は、５００Ωｃｍ以上の抵抗値のＮ型シリコン基板８が用いられ、その表側には、受光領域に沿ってＰ型導電性高濃度不純物層９をボロン（Ｂ）等のＰ型不純物を拡散することによって、深さ１〜５μｍ、不純物濃度１×１０20ｃｍ-3程度で形成し、基板裏側には、Ｎ型導電性高濃度不純物層１０をリン（Ｐ）等のＮ型不純物を拡散することによって、深さ１００μｍ前後、不純物濃度１×１０20ｃｍ-3程度で形成し、この層１０を介してＮ型オ−ミック電極１１を形成している。被膜７の上には、この被膜７に形成したコンタクトホールを介して層９に至るＰ型電極１２を形成している。
【００１２】
次に前記被膜７の膜厚（ｔ）設定について説明する。ここで、前記半導体レーザ素子５は、その標準の発振波長（λ０）が７９０ｎｍ（常温：２５℃）に設定され、動作保障された温度範囲の上限とされた温度（７０℃）における発振波長（λ１）が８００ｎｍであるものとする。また、受光素子６の表面の被膜７は、屈折率が１．４６の酸化シリコンとし、レーザ素子５の後方出力は受光素子６の受光面に垂直に入射するものとする。
【００１３】
被膜７の膜厚（ｔ）を順次変化させると、図２に示すように、標準波長（λ０）の光の透過率（ａ）、及び変動後の波長（λ１）の光の透過率（ｂ）は、極大値（約９３％）と極小値（約６８％）を周期的に繰り返す正弦波的な特性を描いて変動する。また、同図には、標準波長（λ０）における光透過率から変動後の波長（λ１）における光透過率を差引いた透過率差（ｃ）を示している。この透過率差（ｃ）もグラフの右軸に示す値をとって極大値と極小値（グラフの右軸参照）を周期的に繰り返す正弦波的な特性を描いて変動するが、膜厚（ｔ）が厚くなるにしたがって、その振幅が大きくなっていく。
【００１４】
この透過率差（ｃ）の値が負の領域は、波長がλ０からλ１に変動することによって、被膜７を通過する光の量が減少すること、すなわち、受光素子６の検知出力が低下することを示している。受光素子６の出力を検知してレーザ素子５の出力を一定に保つ回路を備えている場合は、受光素子６の被膜７が、透過率差（ｃ）が負の値を示す膜厚に設定されていると、上記のような受光素子６の検知出力低下に伴い、レーザ素子５の駆動電流が増加され、レーザ素子５に対する負荷が増加されて素子劣化を早めてしまう。また、レーザ素子５の出力増加に伴い、自励発振状態から非自励発振状態となって戻り光ノイズが増加し易くなる。
【００１５】
そこで、受光素子６の被膜７の膜厚は、透過率差（ｃ）が正の値をとる範囲に設定する。このように膜厚（ｔ）を設定すれば、波長がλ０からλ１に変動すると、被膜７を通過する光の量が増加し、受光素子６の検知出力が増加する。そして、受光素子６の出力を検知してレーザ素子５の出力を一定に保つ回路を備えている場合は、上記のような受光素子６の出力上昇に伴い、レーザ素子５の駆動電流が減少され、レーザ素子５に対する負荷が軽減されて素子劣化を防止する。また、レーザ素子５は、自励発振状態を維持するので、戻り光ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００１６】
被膜７の膜厚（ｔ）は、透過率差（ｃ）が正の範囲に設定することが第１の条件であるが、第２の条件としては、透過率（ａ）（若しくは（ｂ））の値が極大値に近い数値をとるような膜厚に設定することである。透過率（ａ）（若しくは（ｂ））の値が小さいと、素子５の出力が小さい場合は、受光素子６による十分な検知出力が得られない場合が生じるので、これを防ぐために上記のように設定するのが好ましい。この条件に従えば、例えば、１３５０〜２０００Å、４１５０〜４７００Å、６８００〜７４００Åから選択した膜厚（ｔ）に設定することが好ましい。
【００１７】
ここで、透過率（ａ）（若しくは（ｂ））の値が極大値をとる膜厚においては、透過率差（ｃ）が０付近の値となり、製造誤差等による被膜７の膜厚変動によって、透過率差（ｃ）が負の範囲に変動する恐れがあるので、これを防ぐための条件が必要となる。そのための第３の条件としては、透過率差（ｃ）が極大値と０の中間の値を取るような膜厚（ｔ）に設定することである。このように設定すれば、被膜７の膜厚変動によって、透過率差（ｃ）が負の範囲に変動することを有効に防止することができる。この条件に従えば、例えば、１５００〜１８００Å、４２５０〜４６００Å、６９００〜７３００Åから選択した膜厚に設定することが最も好ましい。
【００１８】
上記のように、第１の条件を満足した上で、第２、第３の条件のいずれかを満足することが望ましく、上記３つの条件を同時に満足するのが最も好ましい。
【００１９】
上記実施例は、素子５の出力が受光素子６に垂直に入射する（入射角θ＝０度）場合を例にとって説明したが、素子５の出力が受光素子６に所定範囲の入射角（θMAX〜θMIN）をもって斜めに入射する場合にも本発明を適用することができる。図３に示す特性は、上述したものと同じ特性を備えるレーザ素子５と受光素子６の配置を、受光素子６の受光面への入射が斜めで、その入射角θが８２．５度（θMAX）〜７３．５度（θMIN）の範囲となるように配置した場合において、波長λ０，λ１のそれぞれについて、入射角θをθMAX〜θMINまで０．５度刻みに変化させた場合の、波長λ０の合計透過率（ａ）、波長λ１の合計透過率（ｂ）、並びに、合計透過率（ａ）から合計透過率（ｂ）を差し引いた透過率差（ｃ）を、被膜７の膜厚（ｔ）を順次変化させて求めたものである。この場合においても、被膜７の膜厚（ｔ）を上述と同様の条件によって設定することができ、透過率差（ｃ）が正の値であることを前提条件とし、波長λ０の合計透過率（ａ）が極大付近である２０００〜２３００Å，もしくは５８５０〜６２５０Åを好ましい範囲とし、透過率差（ｃ）が極大値と０の中間値付近に位置する２１００〜２２００Å、もしくは５９５０〜６１５０Åを最も好ましい範囲として被膜７の膜厚（ｔ）が設定される。
【００２０】
尚、図４は、図１に示す素子５のみを以下のように変更、すなわち、標準発光波長λ０が６７０ｎｍに設定され、動作保障範囲の上限温度における波長λ１が６８０ｎｍに変動する赤色レーザ、に変更した場合の特性図（図２の特性図と同様の特性図）である。この場合は、被膜７の膜厚（ｔ）を、２８００〜３４００Å、５２００〜５８００Å、７４００〜８０００Åの中から選択するのが好ましく、３０００〜３３００Å、５３００〜５７００Å、７５００〜７９００Åの中から選択するのが最も好ましい。
【００２１】
尚、上記実施例は、半導体発光素子として半導体レーザ素子を用いる場合を示したが、本発明は、発光波長がほぼ単一の波長に設定された発光ダイオードを発光素子として用いる場合にも適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発光素子と受光素子を備えた半導体発光装置を温度上昇による影響を受けにくい構成とすることができる。また、温度上昇によって発光素子の波長が変動しても受光素子の感度が低下することがない半導体発光装置を提供することができる。また、半導体発光素子の劣化を防止することができる。また、半導体発光素子として半導体レーザを用いる場合は、その発振状態の変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。
【図２】本発明に係わる被膜の膜厚と透過率ないし透過率差の関係の１つの例を示す特性図である。
【図３】本発明に係わる被膜の膜厚と透過率ないし透過率差の関係の別の例を示す特性図である。
【図４】本発明に係わる被膜の膜厚と透過率ないし透過率差の関係の別の例を示す特性図である。
【符号の説明】
１    半導体発光装置
５    半導体レーザ素子（半導体発光素子）
６    受光素子
７    被膜
【図１】
0003668005.tif 000002
【図２】
0003668005.tif 000003
【図３】
0003668005.tif 000004
【図４】
0003668005.tif 000005