(57)【要約】【課題】  コストアップを回避しながら、正確に光軸合わせをすることができる光半導体素子、光通信装置、電子機器、光半導体素子の製造方法及び光通信装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板１０と、半導体基板１０の平面上に形成された発光素子２０と、半導体基板１０の前記平面上に形成されているとともに、発光素子２０についての位置決めに少なくとも用いられる受光素子３０とを有することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の平面上に形成された発光素子と、
前記半導体基板の前記平面上に形成されているとともに、前記発光素子についての位置決めに少なくとも用いられる受光素子とを有することを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
前記受光素子は、前記発光素子の周辺に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記受光素子は、複数の受光素子からなり、
前記複数の受光素子は、前記発光素子を囲むように、前記平面上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記複数の受光素子は、前記発光素子の周囲において円形状に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記発光素子及び受光素子は、前記半導体基板においてモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項６】
前記半導体基板には、複数の発光素子が形成されており、
前記受光素子は、前記複数の発光素子の少なくとも１つの上に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項７】
前記受光素子は、光信号の受信手段としても用いられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項８】
前記受光素子は、前記発光素子の発光出力についてＡＰＣ制御するための該発光出力を検出する手段としての機能を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項９】
前記発光素子は、面発光レーザからなり、
前記受光素子は、フォトダイオード又はフォトトランジスタからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の光半導体素子と、
前記光半導体素子の前記発光素子に光結合される光ファイバの一端近傍を支持するとともに、該発光素子に対する該光ファイバの一端面の位置又は向きを調整可能に支持する光ファイバ支持部材と、
前記光半導体素子の前記受光素子の出力に基づいて、前記光ファイバの一端面の位置又は向きを可変するアクチュエータとを有することを特徴とする光通信装置。
【請求項１１】
請求項３から９のいずれか一項に記載の光半導体素子と、
前記光半導体素子の前記発光素子に光結合される光ファイバの一端近傍を支持するとともに、該発光素子に対する該光ファイバの一端面の位置又は向きを調整可能に支持する光ファイバ支持部材と、
前記光半導体素子の前記複数の受光素子の出力がほぼ均一になるように、前記光ファイバの一端面の位置又は向きを可変するアクチュエータとを有することを特徴とする光通信装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載の光半導体素子、請求項１０又は１１の光通信装置のいずれかを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
半導体基板の一方面上に複数に分割された発光層を形成する工程と、
前記複数に分割された発光層の少なくとも１つに対して積層構造をなす受光層を形成する工程と、
前記複数に分割された発光層のうちの少なくとも１つの発光層に電流を供給するための発光電極を形成する工程と、
前記受光層に流れる電流を取り出すための受光電極を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記発光層を形成する工程は、前記一方面において、１つの発光領域を複数の他の発光領域が取り囲むように、前記複数に分割された発光層を形成し、
前記発光電極を形成する工程は、前記１つの発光領域について行うことを特徴とする請求項１３に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
半導体基板の一方面に発光装置と受光素子とを形成する工程と、
前記発光素子に光結合される光ファイバを支持する光ファイバ支持部材を製造する工程と、
前記受光素子の出力に基づいて、前記半導体基板の発光素子に対する光ファイバの相対位置についての位置決めをする工程とを有することを特徴とする光通信装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子、光通信装置、電子機器、光半導体素子の製造方法及び光通信装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信量の増大に伴い、大容量通信を可能とする光通信の需要が増大し、光通信技術に対する各種要求も増大している。光通信における送受信を担う装置であるトランシーバ（光通信装置）は、光半導体素子と光ファイバを光学的に接続するために精密な位置調整が必要である。光ファイバは、通常、直径１２５μｍと非常に細い。したがって光ファイバと光半導体素子（受発光素子）との光軸を合わせるためには、精密な調整が必要であり、光通信装置のコスト増を招いている。
【０００３】
光軸合わせを正確かつ簡便に行う方法としては、２つの手法が考えられる。第１の手法は、部品（受発光素子、光ファイバなど）実装時にその取り付け位置を正確に決定し、かつ取り付け精度を向上させて位置決めを行う方法である。第２の手法は、光ファイバ取り付けの際に、実際に光を送受信して光軸合わせをする方法である。
【０００４】
第１の手法では、部品に高い精度が要求されるが、光軸合わせをする現場では全く調整の必要がなく、信頼性の高い方法である（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に開示されているように、半導体レーザ素子の内部にマーカーとなる発光部を形成し、これを部品の位置合わせに用いる。このような方法を用いれば、常にレーザ出射部とマーカーの相対位置は一定となるため、部品レベルでの位置合わせは正確に行われる。
【特許文献１】特開平１０−１１７０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記第１の手法では、部品に高い精度が要求されるために、コスト増の要因となってしまう。また、上記第２の手法では、発光素子及び受光素子の双方の光軸合わせを行うためには、各々の光軸合わせに対して調整が必要となるため、部品点数の増加につながる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コストアップを回避しながら、正確に光軸合わせをすることができる光半導体素子、光通信装置、電子機器、光半導体素子の製造方法及び光通信装置の製造方法の提供を目的とする。
また、本発明は、光軸合わせの際に、ずれの方向及び量を検出することができる光半導体素子、光通信装置、電子機器、光半導体素子の製造方法及び光通信装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の光半導体素子は、半導体基板と、前記半導体基板の平面上に形成された発光素子と、前記半導体基板の前記平面上に形成されているとともに、前記発光素子についての位置決めに少なくとも用いられる受光素子とを有することを特徴とする。
本発明によれば、光半導体素子を有してなる光通信装置などの製造において、受光素子の受光量に基づいて、光半導体素子の発光素子と他の部材（光ファイバなど）との相対的な位置関係を検出することができる。すなわち、半導体基板の一つの平面上に発光素子と受光素子とが形成されているので、その発光素子と受光素子との位置関係は常に一定となる。そして、例えば、半導体基板上の発光素子の光軸を光ファイバの光軸に合わせるとき、光ファイバの端面から出射された光を上記受光素子で受光することができる。ここで、光ファイバからの出射光の強度、及び光ファイバと発光素子との位置関係が設計位置（最適位置）となったときの受光素子の出力などを予め設定しておいてもよい。これらにより本発明によれば、発光素子と光ファイバなどとの位置関係が所望の設計位置になったか否かを受光素子により正確に且つ簡便に検知することができる。そこで、本発明の光半導体素子は、発光素子の光軸合わせについて、コストアップを回避しながら正確性を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の光半導体素子は、前記受光素子が前記発光素子の周辺に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、例えば発光素子と光ファイバとの光軸合わせをするとき、その光ファイバの端面からの出射光を、発光素子の周辺の受光素子で検出することができる。この受光素子の出力（検出値）により、発光素子と光ファイバとの相対的な位置関係についての情報を得ることができる。そこで、本発明の光半導体素子は、発光素子の光軸と光ファイバの光軸などとの位置合わせについて、コストアップを回避しながら正確性を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の光半導体素子は、前記受光素子が複数の受光素子からなり、前記複数の受光素子は前記発光素子を囲むように前記平面上に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、例えば発光素子と光ファイバとの光軸合わせをするとき、その光ファイバの端面からの出射光を、発光素子を取り囲む複数の受光素子で検出することができる。そこで、本発明の光半導体素子は、各受光素子の出力により、発光素子が光ファイバの光軸などに対してどの方向にずれているかなどを検出することができる。
【００１０】
また、本発明の光半導体素子は、前記複数の受光素子が前記発光素子の周囲において円形状に配置されていることが好ましい。
一般に、光ファイバの端面からの出射光の強度分布は、その出射光の中心軸から離れるほど小さくなる。したがって、本発明の光半導体素子は、複数の受光素子の出力が均一になるように、発光素子と光ファイバ端面と位置関係（又は向き）を調整することにより、簡便且つ正確に光軸合わせをすることができる。
【００１１】
また、本発明の光半導体素子は、前記発光素子及び受光素子が前記半導体基板においてモノリシックに形成されていることが好ましい。
本発明によれば、発光素子及び受光素子が半導体基板の一方面にモノリシック（一個の半導体結晶上）に一体となって形成されている。したがって、発光素子と受光素子との位置関係を精密に且つ恒常的に一定とすることができる。そこで、本発明によれば、光通信装置の製造などにおける部品配置の時点で、発光部（発光素子）と受光部（受光素子）との位置関係を正確に調整するための手間を不要にすることができる。
【００１２】
また、本発明の光半導体素子は、前記半導体基板に複数の発光素子が形成されており、前記受光素子は前記複数の発光素子の少なくとも１つの上に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、半導体基板についてのエピタキシャル成長処理などにより、発光素子と受光素子との多重構造を形成することができる。そして、半導体基板についてのエッチング処理などにより、発光素子及び受光素子の配置を簡易且つ精密に制御することができる。したがって、本発明の光半導体素子は、発光素子の光軸合わせについて、コストアップを回避しながら正確性を向上させることができる。なお、複数の発光素子における受光素子の下に配置されている発光素子は、発光させないものとしてもよい。
【００１３】
また、本発明の光半導体素子は、前記受光素子が光信号の受信手段としても用いられることが好ましい。
本発明によれば、発光素子の周囲に配置されている受光素子が、位置決め光を受光する位置決め機能と、光通信における光信号を受信する受信機能とを有する。そこで、本発明の光半導体素子は、発光素子と、位置決め機能を有する受光素子とにより、全二重通信の送受信をなすことができる。したがって、本発明は、光通信装置などについての小型化、高性能化及び低コスト化に貢献することができる。
【００１４】
また、本発明の光半導体素子は、前記受光素子は、前記発光素子の発光出力についてＡＰＣ制御するための該発光出力を検出する手段としての機能を有することが好ましい。
本発明によれば、発光素子からの出射光の一部を位置決め用の受光素子で受光し、その受光素子の出力に基づいて発光素子の動作を制御することにより、発光素子の発光出力をＡＰＣ（Automatic Power Control）制御することができる。なお、発光素子からの出射光は、大部分が光ファイバなどに入射するが、一部が光ファイバの端面又は発光素子上の透明部材などで反射して受光素子に入射する。
【００１５】
また、本発明の光半導体素子は、前記発光素子が面発光レーザからなり、前記受光素子はフォトダイオード又はフォトトランジスタからなることが好ましい。
本発明によれば、微小な構造でありながら、正確に光軸合わせができ、コストアップを抑えることも可能な光半導体素子を提供することができる。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の光通信装置は、前記光半導体素子と、前記光半導体素子の前記発光素子に光結合される光ファイバの一端近傍を支持するとともに、該発光素子に対する該光ファイバの一端面の位置又は向きを調整可能に支持する光ファイバ支持部材と、前記光半導体素子の前記受光素子の出力に基づいて、前記光ファイバの一端面の位置又は向きを可変するアクチュエータとを有することを特徴とする。
本発明によれば、光通信装置の完成後又は光通信中においても、自動的に光軸合わせをすることができる。したがって、本発明は、長期間に渡って信頼性高く動作する光通信装置を低コストで提供することができる。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の光通信装置は、前記光半導体素子と、前記光半導体素子の前記発光素子に光結合される光ファイバの一端近傍を支持するとともに、該発光素子に対する該光ファイバの一端面の位置又は向きを調整可能に支持する光ファイバ支持部材と、前記光半導体素子の前記複数の受光素子の出力がほぼ均一になるように、前記光ファイバの一端面の位置又は向きを可変するアクチュエータとを有することを特徴とする。
本発明によれば、複数の受光素子の出力がほぼ均一になるように、アクチュエータが光ファイバの一端面の位置又は向きを可変する。ここで、複数の受光素子が発光素子を中心とした円周の上に配置されているとすることなどにより、発光素子の出射光の分布における最も光強度の強い部分を光ファイバの中心に合わせることが可能となる。したがって、本発明は、長期間に渡って極めて信頼性高く動作する光通信装置を低コストで提供することができる。
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の電子機器は、前記光半導体素子又は前記光通信装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、光信号を送受信する各種電子機器について、低コスト化、高性能化及び長寿命化を図ることができる。
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の光半導体素子の製造方法は、半導体基板の一方面上に複数に分割された発光層を形成する工程と、前記複数に分割された発光層の少なくとも１つに対して積層構造をなす受光層を形成する（受光層が下層でもＯＫ手段）工程と、前記複数に分割された発光層のうちの少なくとも１つの発光層に電流を供給するための発光電極を形成する工程と、前記受光層に流れる電流を取り出すための受光電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明においては、エピタキシャル成長法などにより発光層及び受光層を形成することができる。したがって、発光層と受光層との積層構造を簡便に形成することができる。また、エッチングなどにより発光層及び受光層を分割することで、発光素子及び受光素子を半導体基板上に精密に配置することができる。そして、発光層と受光層との複数の積層構造において、発光電極を形成したものを発光素子として、受光電極を形成したものを受光素子とすることができる。これらにより、本発明は、光軸合わせを簡便に且つ正確に実施できる光半導体素子を製造することができる。なお、受光層は発光層の上層である（すなわち受光層が露出している）ことが好ましいが、受光層が発光層の下層であってもよい。
【００２０】
また、本発明の光半導体素子の製造方法は、前記発光層を形成する工程において、前記一方面に、１つの発光領域を複数の他の発光領域が取り囲むように、前記複数に分割された発光層を形成し、前記発光電極を形成する工程を前記１つの発光領域について行うことが好ましい。
本発明によれば、１つの発光領域（発光素子）を囲むように、複数の他の発光領域を配置することができる。ここで、複数の他の発光領域には、受光層（受光素子）が形成されている。そこで、本発明は、発光素子が光ファイバの光軸などに対してどの方向にずれているかなどを検出できる光半導体素子を製造することができる。
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の光通信装置の製造方法は、半導体基板の一方面に発光装置と受光素子とを形成する工程と、前記発光素子に光結合される光ファイバを支持する光ファイバ支持部材を製造する工程と、前記受光素子の出力に基づいて、前記半導体基板の発光素子に対する光ファイバの相対位置についての位置決めをする工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、発光素子の形成面と同一面に配置された受光素子の出力に基づいて、位置決めをする。したがって、位置決めをする工程において、発光素子と受光素子とを正確に配置するための手間が不要とする。そこで、本発明は、安価で高性能な光通信装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る発光素子について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光半導体素子を示す平面図である。図２は、図１の位置ＡＡについての断面図である。本実施形態の光半導体素子１Ａは、例えば光通信装置における光信号源として用いられるものである。光半導体素子１Ａは、半導体基板１０と、発光素子２０と、複数の受光素子３０とを有して構成されている。
【００２３】
半導体基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓからなる基板とする。半導体基板１０の裏面（図２の下方側の面）には、電極１０ａが設けられている。電極１０ａは、発光素子２０又は受光素子３０について電極となるものである。
【００２４】
発光素子２０は、例えば光通信における光信号の出射源となるものとする。面発光レーザで発光素子２０を構成することが好ましい。そして、発光素子２０は、半導体基板１０についてエピタキシャル成長法及びエッチングなどを施すことで、その半導体基板１０の一方の平面上に形成されたものとする。発光素子２０をなす面発光レーザは、半導体基板１０側から順に、下部ＤＢＲ、活性層、上部ＤＢＲが積層されたものである。また、活性層の近傍に酸化狭窄層（電流狭窄層）が配置されていることとしてもよい。また、上記ＤＢＲの上層にレンズ層が配置されていることとしてもよい。
【００２５】
複数の受光素子３０は、図１に示すように、半導体基板１０における発光素子２０の形成面と同一平面上に形成されている。そして、各受光素子３０は、発光素子２０についての位置決めに少なくとも用いられるものである。また、各受光素子３０は、発光素子２０の周辺に配置されている。そして、各受光素子３０は、発光素子２０を囲むように配置されている。すなわち、各受光素子３０は、発光素子２０を中心とした円をなすようにそれぞれ等間隔で配置されている。なお、各受光素子３０の平面形状は、図１に示すような円形が好ましいが、正方形などの多角形であってもよい。ただし、各受光素子３０の平面形状及びその大きさは、相互に同一であることが好ましい。
【００２６】
また、各受光素子３０は、発光素子２０の形成と同様に、半導体基板１０にエピタキシャル成長法及びエッチングなどを施すことで形成されたものである。したがって、発光素子２０及び受光素子３０は、半導体基板１０においてモノリシックに形成されている。また、受光素子３０は、例えばフォトダイオード又はフォトトランジスタからなるものとする。本実施形態では、フォトダイオードで受光素子３０を構成するものとする。
【００２７】
また、図２に示すように、半導体基板１０の一方の平面上には、１つの発光素子２０の他に、複数の発光素子２０ａが形成されている。そして、複数の受光素子３０は、それぞれ発光素子２０ａの上に配置されている。したがって、複数の発光素子２０ａは、１つの発光素子２０を中心とした円の上に等間隔で配置されている。この複数の発光素子２０ａは、１つの発光素子２０の形成時に同時に形成されたものである。
【００２８】
また、発光素子２０の上面の外縁近傍には、発光電極２１が形成されている。発光電極２１は、例えば発光素子２０をなす面発光レーザの上部電極となるものである。そして、発光電極２１は、リング形状をしており、面発光レーザの活性層（発光層）に電流を供給するためのものである。
【００２９】
また、図２に示すように、受光素子３０の上面の外縁近傍には、受光電極３１が形成されている。受光素子３０の外周の下面近傍には受光電極３２が形成されている。受光電極３１，３２は、例えば受光素子３０をなすフォトダイオードのアノード電極又はカソード電極となるものである。そして、受光電極３１，３２は、リング形状をしており、フォトダイオードに流れる電流を取り出すためのものである。
【００３０】
次に、上記構成の光半導体素子１Ａを構成要素とする光通信装置を製造する方法について説明する。先ず、上記構成の光半導体素子１Ａを用意する。また、光ファイバの一端近傍を支持する部材である光ファイバ支持部材を用意する。この光ファイバ支持部材は、例えば光ファイバの一端部が挿入される貫通孔を有するものとする。次いで、光ファイバ支持部材の所定位置に光半導体素子１Ａを取り付ける。ここでの取り付けは、例えば前記貫通孔の中心軸上に光半導体素子１Ａの発光素子２０の中心が位置するように取り付ける。
次いで、光ファイバ支持部材に光ファイバを仮止めする。この仮止めの状態では、光ファイバ支持部材に対する光ファイバの光軸位置、光ファイバ端面の水平位置などを微調整できる。
【００３１】
次いで、光ファイバの他端部に光を入射させて、一端部からその光を出射させる。このとき、各受光素子３０の出力を見る。各受光素子３０の出力は、受光電極３１，３２を介して取り出され、増幅されて電圧値等として表示される。なお、各受光素子３０の出力を１つのグラフとして画像表示させることとしてもよい。そして、製作者は、各受光素子３０の出力に基づいて、半導体基板１０の発光素子２０に対する光ファイバの光軸などの相対位置について微調整する。この微調整では、各受光素子３０の出力が均一になるようにすることが好ましい。各受光素子３０の出力が均一になったら、光ファイバを光ファイバ支持部材に固定する。これにより、光半導体素子１Ａを構成要素とする光通信装置が完成する。
【００３２】
これらにより、本実施形態の光半導体素子１Ａは、光半導体素子１Ａを構成要素とする光通信装置の製造において、受光素子３０の受光量に基づいて、発光素子２０と光ファイバの端面（光軸）などとの相対的な位置関係を検出することができる。これは以下の理由による。
【００３３】
光ファイバの出射光の強度分布は、一般に出射光の中心軸から離れるほど小さくなる。そこで、光ファイバの端面から光を出射させながら、発光素子２０と光ファイバとの位置関係を調整すると、その位置関係に応じて各受光素子３０の出力値が異なることとなる。すなわち、光ファイバの中心軸から比較的近い受光素子３０の出力は比較的大きい。一方、光ファイバの中心軸から比較的遠い受光素子３０の出力は比較的小さい。また、受光素子３０が光ファイバの中心軸に近づくとき、その受光素子３０の出力は増加する。一方、受光素子３０が光ファイバの中心軸から遠ざかるとき、その受光素子３０の出力は減少する。これらにより、発光素子２０が光ファイバの光軸などに対して、どの方向に、どれ位ずれているかなどの相対的な位置関係を検出することができる。
【００３４】
ここで、光半導体素子１Ａと光ファイバなどとの光軸調整の際には、発光素子２０の出射光における最も信号が強い位置（例えば発光素子２０の中心軸）を光ファイバの中心軸に合わせる必要がある。そこで、複数の受光素子３０の出力が均一になるように、光ファイバと発光素子２０との位置関係を調整することにより、その位置関係を最適なものとすることができる。
【００３５】
これらにより本実施形態の光半導体素子１Ａは、発光素子２０と光ファイバなどとの位置関係が所望の設計位置になったか否かを受光素子３０を用いて正確に且つ簡便に検知することができる。したがって、光半導体素子１Ａを有してなる光通信装置の製造段階での微調整が不要になり、光ファイバを装着する段階でのみ光軸合わせを行えば高性能な光通信装置を構成できることとなる。そこで、光半導体素子１Ａは、発光素子２０の光軸合わせについて、コストアップを回避しながら正確性を向上させることができる。したがって、本実施形態の光半導体素子１Ａは、コア径の小さいシングルモード光ファイバと面発光レーザ（発光素子２０）とをレンズを用いないで、光結合することもできる。
【００３６】
また、本実施形態の光半導体素子１Ａは、発光素子２０及び受光素子３０が半導体基板１０にモノリシックに形成されている。これにより、発光素子２０と位置決め用の受光素子３０との位置関係が精密に且つ恒常的に一定となる。そこで、光半導体素子１Ａは、
光通信装置の製造などにおける部品配置の時点で、発光素子２０と位置決め手段である受光素子３０との位置関係を正確に調整するための手間を不要にすることができる。
【００３７】
光半導体素子１Ａにおける位置決め用の受光素子３０は、光信号の受信手段としても機能するものとしてもよい。ここで、複数の受光素子３０の全てを受信手段としてもよく、複数の受光素子３０における一部の受光素子３０のみを受信手段としてもよい。このようにした光半導体素子１Ａは、全二重通信装置の送受信手段となることができる。したがって、光半導体素子１Ａは、全二重通信装置の小型化、高性能化及び低コスト化に寄与することができる。
【００３８】
また、位置決め用の受光素子３０を受信手段として用いる場合は、発光素子２０が発する光信号と光ファイバ側からの光信号とが受光素子３０において混信しないようにする必要がある。例えば、発光素子２０の上に配置する透明部材の平面が、発光素子２０の光軸と垂直に交わらないように、若干その平面を傾ける構成配置とする。これにより、発光素子２０の出射光が透明部材の平面で反射しても、その反射光が受光素子に入射することを大幅に低減することができる。また、受光素子３０の出力信号から発光素子２０の光信号成分を減算することにより、光ファイバ側からの光信号を取り出すこともできる。また、発光素子３０の発光波長と光ファイバ側の信号光の波長とを異なるものとして、各受光素子３０の受光波長を異なる構成としても、上記混信を回避することができる。また、１つの受光素子３０のみを受信手段とした場合、その１つの受光素子３０の受光面積を微小にすることにより、高速動作の受信手段にすることができる。
【００３９】
また、光半導体素子１Ａにおける位置決め用の受光素子３０は、発光素子２０の出力を検出する機能を有するものとしてもよい。このようにすると、受光素子３０の出力に基づいて、発光素子２０についてＡＰＣ制御することができる。発光素子２０の出射光の殆どは光ファイバなどに入射することとなるが、その出射光の一部が発光素子２０上の透明部材又は光ファイバ端面などで反射して受光素子３０に入射する。これにより受光素子３０は発光素子２０の光出力を検出することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る光半導体素子１Ｂを示す平面図である。図３において、図１及び図２に示す光半導体素子１Ａの構成要素と同一のものには同一符号を付けている。光半導体素子１Ｂの断面構造は、図２に示す光半導体素子１Ａの断面構造とほぼ同一である。本光半導体素子１Ｂと第１実施形態の光半導体素子１Ａとの相違点は、受光素子３０の数とその配置である。
【００４１】
すなわち、光半導体素子１Ｂは、１つの発光素子２０と、４つの受光素子３０とを有して構成されている。４つの受光素子３０は、発光素子２０を中心として上下左右にそれぞれ配置されている。このように配置された４つの受光素子３０の出力を比較することにより、発光素子２０に対する光ファイバの光軸のずれ方向などを判断することができる。受光素子３０は最低１つあればよいが、図３に示すように４つ以上の受光素子３０を備えることが好ましい。
【００４２】
図４は、本実施形態の変形例に係る光半導体素子１Ｃを示す平面図である。図４において、図１及び図２に示す光半導体素子１Ａの構成要素と同一のものには同一符号を付けている。光半導体素子１Ｃの断面構造は、図２に示す光半導体素子１Ａの断面構造とほぼ同一である。
【００４３】
光半導体素子１Ｃは、１つの発光素子２０と、８つの受光素子３０とを有して構成されている。そして、８つの受光素子３０は、発光素子２０を中心とした円をなすようにそれぞれ等間隔で配置されている。このように配置された８つの受光素子３０の出力を比較することにより、発光素子２０に対する光ファイバの光軸のずれ方向などを判断することができる。光半導体素子１Ｃは、光半導体素子１Ｂと比較して受光素子３０の数が多い。これにより、光半導体素子１Ｃは、光半導体素子１Ｂよりも光軸ずれなどについての位置検出の精度を高めることができる。また、隣り合う受光素子３０の間隔は、なるべく小さいことが好ましい。この間隔を小さくするほど、位置決め用の光が無駄にならずに、各受光素子３０が受光可能になるからである。
【００４４】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る光半導体素子１Ｄを示す平面図である。図５において、図１及び図２に示す光半導体素子１Ａの構成要素と同一のものには同一符号を付けている。光半導体素子１Ｄの断面構造は、図２に示す光半導体素子１Ａの断面構造とほぼ同一な構成にすることができる。本光半導体素子１Ｄと第１実施形態の光半導体素子１Ａとの相違点は、受光素子３０ａの平面形状である。
【００４５】
すなわち、光半導体素子１Ｄは、１つの発光素子２０と、４つの受光素子３０ａとを有して構成されている。４つの受光素子３０ａのそれぞれは、円形ではない。そして４つの受光素子３０ａは、図５に示すように、リング形状を４つに分割した形状となっている。各受光素子２０の間には分離溝４０が形成されている。この分離溝４０の一部又は全部に受光素子３０ａの電極（受光電極３１，３２に相当）又は配線を形成してもよい。
【００４６】
このような構成の光半導体素子１Ｄは、上記光半導体素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃと同様の作用・効果を発揮することができる。また、光半導体素子１Ｄにおいて、受光素子３０ａはリング形状を８つ又はその他の数に分割した形状としてもよい。
【００４７】
（光半導体素子の製造方法）
次に、光半導体素子の製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。ここでは第１実施形態の光半導体素子１Ａの製造方法を一例として挙げて説明する。
【００４８】
先ず、半導体基板１０の一方面上に複数に分割された発光層を形成する。この発光層は図２における発光層２０ａが該当する。発光層２０ａの形成は、例えば半導体基板１０に対してエピタキシャル成長法及びエッチングなどを施すことで実施する。発光層２０ａは、一般的な面発光レーザの製造方法を用いて形成できる。
【００４９】
次いで、図２に示すように、発光層２０ａの上層に受光素子（受光層）３０を形成する。この受光素子３０の形成もエピタキシャル成長法及びエッチングなどで実施する。受光素子３０は、一般的なフォトダイオードの製造方法を用いて形成できる。ここで、各発光層２０ａにおける中央の発光層２０ａが発光素子２０となる。そこで、中央の発光層２０ａの上には、受光素子３０を形成しない。
【００５０】
なお、受光素子３０が発光素子２０のなす面発光レーザの多層反射膜の一つとして機能するように、受光素子３０及び発光素子２０を設計してもよい。この場合は、中央の発光層２０ａの上にも受光素子３０を形成する。
【００５１】
次いで、発光素子２０の上面における外縁近傍に、リング形状の発光電極２１を形成する。発光電極２１は、発光素子２０に電流を供給するための電極である。次いで、中央の発光層２０ａ以外の各発光層２０ａにおける上面の外縁近傍に、受光電極３２を形成する。また、受光素子３０の上面の外縁近傍に、受光電極３１を形成する。
【００５２】
次いで、半導体基板１０の下面に、発光素子２０及び受光素子３０の共通電極になり得る電極１０ａを形成する。次いで、発光電極２１、受光電極３１，３２及び電極１０ａなどについての配線（図示せず）を形成する。なお、配線形成の前に、その配線が短絡することを防ぐ絶縁部材を半導体基板１０に配置する工程を行ってもよい。これらにより、図１及び図２に示す光半導体素子１Ａが完成する。
【００５３】
これらにより、本実施形態の光半導体素子の製造方法によれば、光軸合わせの際にずれの方向及び量を検出することができる光半導体素子１Ａを、簡便に且つ精密に製造することができる。そして、発光層２０ａと受光素子（受光層）３０との積層構造を複数形成した場合、発光電極２１を形成したものを発光素子３０として、受光電極３１，３２を形成したものを受光素子３０とすることもできる。そこで、本製造方法によれば、発光素子２０及び受光素子３０の配置を簡便に変更することもできる。
【００５４】
なお、図２に示すように、本実施形態では、受光素子３０が発光層２０ａの上に配置されているが、受光素子３０が発光層２０ａの下（半導体基板１０側）に配置されていてもよい。
【００５５】
（光通信装置）
図６は、本発明の実施形態に係る光通信装置の一例を示す模式断面図である。本光通信装置５００は、図１及び図２に示す光半導体素子１Ａを構成要素としている。また、光通信装置５００は、光ファイバ支持部材２００と、貫通光２０１と、突起部２０２と、アクチュエータ２１０と、伸縮部２１１と、取り付け部２２０とを有して構成されている。
【００５６】
光ファイバ支持部材２００は、光ファイバ３００の一端近傍を支持するものである。例えば、単結晶シリコン、ガラス、セラミックスなどの直方体で、光ファイバ支持部材２００を構成できる。また、光ファイバ支持部材２００には、取り付け部２２０を介して光半導体素子１Ａが取り付けられている。この取り付けは、光半導体素子１Ａの発光素子１が光ファイバ支持部材２００側を向くように、且つ、発光素子１の中心が貫通孔２０１の中心軸とほぼ重なるように行われる。また、光半導体素子１Ａの半導体基板１０の平面と光ファイバ支持部材２００の平面とがほぼ水平になるように取り付けられている。光ファイバ支持部材２００に支持された光ファイバ３００は、光半導体素子１Ａの発光素子２０に光結合されることとなる。
【００５７】
貫通孔２０１は、光ファイバ支持部材２００の平面に対してほぼ垂直に貫通する孔である。そして、貫通孔２０１は、光ファイバ３００の一端部が挿入される貫通孔である。光ファイバ３００の直径が１２５μｍであるとした場合、貫通光２０１の内径は例えば１３０μｍ〜１５０μｍとする。
【００５８】
突起部２０２は貫通孔２０１の内周に凸状に設けられた突起である。そして、突起部２０２は、貫通孔２０１の内周の長手方向に対して垂直に配置されたリング形状の峰をなすものとしてもよい。突起部２０２がなす峰の内径は、光ファイバ３００の直径とほぼ同一か、若干大きな値とすることが好ましい。また、突起部２０２は、貫通孔２０１の中央近辺に配置されていることとしてもよい。このような突起部２０２によって光ファイバ３００の一端は支持される。ただし、突起部２０２のみでは光ファイバ３００の一端の光軸は固定されない。
【００５９】
アクチュエータ２１０は、光ファイバ支持部材２００に取り付けられている。そして、アクチュエータ２１０は、光ファイバ３００の光軸の向きを変更するときの駆動源を有するものである。例えば圧電素子によってアクチュエータ２１０を構成することができる。伸縮部２１１は、アクチュエータ２１０を駆動源として、矢印ａ，ａ’の向きに伸縮するものである。そして、伸縮部２１１の先端が光ファイバ３００の外周面に当たるように、伸縮部２１１は配置されている。また、アクチュエータ２１０及び伸縮部２１１は、複数設けられていることが好ましい。そして、複数の伸縮部２１１は光ファイバ３００を囲むように配置されていることが好ましい。これらにより、伸縮部２１１及び突起部２０２は光ファイバ３００の光軸の向きを、矢印ｂ，ｂ’の向きに調整可能に支持することができる。
【００６０】
また、光通信装置５００は、制御部（図示せず）を有している。この制御部は、光半導体素子１Ａを制御するとともに、アクチュエータ２１０を制御する。制御部は、光半導体素子１Ａの各受光素子３０の出力を取り込む。そして、制御部は、各受光素子３０の出力に基づいて、各アクチュエータ２１０を制御する。例えば制御部は、各受光素子３０の出力が均一になるように、アクチュエータ２１０を制御する。これにより、発光素子２０の出射光の分布における最も光強度の強い部分を光ファイバ３００の中心に合わせることができる。
【００６１】
これらにより、光通信装置５００は、光通信装置５００の製造段階での微調整が不要になり、光ファイバ３００を装着する段階でのみ光軸合わせを行えば高精度に、自動的に光軸合わせができる。さらに光通信装置５００は、その光通信装置５００の組立時のみならず、光通信装置の完成後、及び光通信中においても、自動的に光軸合わせをすることができる。したがって、光通信装置５００は、振動が生じる場所などに配置されても、長期間に渡って信頼性高く動作することができる。
【００６２】
（光通信装置の他の形態）
図７は、本発明の実施形態に係る光通信装置の他の実施形態を示す模式断面図である。本実施形態の光通信装置は、本発明に係る光半導体素子を備えている。本光通信装置は、構造体１０００を有してなる。構造体１０００は、図１〜図５に示す光半導体素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのいずれかに相当する面発光型発光素子１００を備えている。
【００６３】
また、構造体１０００は、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０及びアクチュエータ１１５０を有する。また、この構造体１０００は、第２の光導波路１３０２を有する。第２の光導波路１３０２は、基板１３００の一部をなす。第２の光導波路１３０２には、接続用光導波路１３０４を光学的に接続してもよい。接続用光導波路１３０４は、光ファイバであってもよい。また、プラットフォーム１１２０は、樹脂１３０６によって、基板１３００に固定されている。
【００６４】
本実施形態の光通信装置では、面発光型発光素子１００から光が出射した後、第１及び第２の光導波路１１３０，１３０２（及び接続用光導波路１３０４）を通して、受光素子（図示せず）にこの光を受光させる。
【００６５】
このような構成の光通信装置は、構造体１０００の製造時に、第１の光導波路１１３０の光軸と面発光型発光素子１００の発光軸とのずれの方向・量を、面発光型発光素子１００の受光素子（図１の受光素子３０に相当）によって検出することができる。そのため、かかる光軸合わせを容易に行うことができる。したがって、本光通信装置は、構造体１０００の各構成要素の製造段階での微調整が不要となり、各構成要素を組み合わせる段階で光軸合わせを簡便に行うことができる。
【００６６】
図８は、図７に示す光通信装置の変形例を示す模式断面図である。本実施形態では、第１の光導波路１１３０と受光素子２２０との間に、複数の第３の光導波路１２３０，１３１０，１３１２を有する。ここで、受光素子２２０は、図１〜図５に示す光半導体素子１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのいずれかの受光素子３０で構成してもよい。また、本実施形態に係る光通信装置は、複数（２つ）の基板１３１４，１３１６を有する。
【００６７】
本実施形態では、面発光型発光素子１００側の構成（面発光型発光素子１００、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０、第２の光導波路１３１８、アクチュエータ１１５０を含む。）と、受光素子２２０側の構成（受光素子２２０、プラットフォーム１２２０、第３の光導波路１２３０，１３１０を含む。）との間に、第３の光導波路１３１２が配置されている。第３の光導波路１３１２として、光ファイバなどを使用して、複数の電子機器間の光伝達を行うことができる。
【００６８】
（電子機器）
図９は、本発明を適用した電子機器（電子機器システム）の一実施形態を示す斜視図である。例えば、図９において、光通信装置１１００は、図８に示す光通信装置からなり、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器１１０２を相互に接続するものである。電子機器１１０２は、情報通信機器であってもよい。光通信装置１１００は、光ファイバ等の第３の光導波路１３１２を含むケーブル１１０４を有する。光通信装置１１００は、ケーブル１１０４の両端にプラグ１１０６が設けられたものであってもよい。それぞれのプラグ１１０６内に、面発光型発光素子１００，受光素子２２０側の構成が設けられる。いずれかの電子機器１１０２から出力された電気信号は、発光素子によって光信号に変換され、光信号はケーブル１１０４を伝わり、受光素子によって電気信号に変換される。電気信号は、他の電子機器１１０２に入力される。こうして、本実施形態に係る光通信装置１１００によれば、光信号によって、電子機器１１０２の情報伝達を行うことができる。
【００６９】
図１０は、本発明を適用した実施形態に係る電子機器の使用形態例を示す図である。光通信装置１１１０は、図９の光通信装置１１００に相当し、電子機器１１１２間を接続する。電子機器１１１２として、液晶表示モニタ又はディジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ディジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｓａｌｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ）用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
【００７０】
これらにより、本実施形態の電子機器は、光信号を用いて高速動作することができとともに、光軸合わせを簡便に行うことができるので低コスト化、高性能化及び長寿命化を図ることができる。
【００７１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００７２】
例えば、本発明に係る光半導体素子は、光を用いる電子機器などに対して広く適用できる。すなわち、本発明に係る光半導体素子を備えた応用回路又は電子機器としては、光インターコネクション回路、光ファイバ通信モジュール、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、血液血流センサ、指紋センサ、高速電気変調回路、無線ＲＦ回路、携帯電話、無線ＬＡＮなどが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光半導体素子を示す平面図である。
【図２】同上の光半導体素子の位置ＡＡについての断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光半導体素子を示す平面図である。
【図４】同上の光半導体素子の変形例を示す平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光半導体素子を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光通信装置の一例を示す模式断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る光通信装置の他の例を示す模式断面図である。
【図８】同上の光通信装置の変形例を示す模式断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る電子機器の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…光半導体素子、１０…半導体基板、１０ａ…電極、２０，２０ａ…発光素子、２１…発光電極、３０，３０ａ…受光素子、３１，３２…受光電極、４０…分離溝、５００，１１００…光通信装置
【図１】
2006156883.tif 000003
【図２】
2006156883.tif 000004
【図３】
2006156883.tif 000005
【図４】
2006156883.tif 000006
【図５】
2006156883.tif 000007
【図６】
2006156883.tif 000008
【図７】
2006156883.tif 000009
【図８】
2006156883.tif 000010
【図９】
2006156883.tif 000011
【図１０】
2006156883.tif 000012