(57)【要約】      （修正有）【課題】回路構成の冗長性を回避し、かつ、回路構成の切り替えを、外部端子からの電気信号によらずに行うことができる光半導体装置を提供する。【解決手段】受光素子１と、前記受光素子１の出力信号を増幅する増幅回路２と、受光した光の波長に応じて回路構成を切り替える切り替え手段４と、異なる波長特性を有する受光手段７ａ、７ｂ、７ｃによる検出出力の差分を出力信号とする波長検出素子５、６とを備えた光半導体装置であって、前記切り替え手段４の切り替えを、複数の前記波長検出素子５、６の出力信号を演算して得られた切り替え信号に基づいて行う。【選択図】 図１
2008140443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子と、前記受光素子の出力信号を増幅する増幅回路と、受光した光の波長に応じて回路構成を切り替える切り替え手段と、異なる波長特性を有する受光手段による検出出力の差分を出力信号とする波長検出素子とを備えた光半導体装置であって、前記切り替え手段の切り替えを、複数の前記波長検出素子の出力信号を演算して得られた切り替え信号に基づいて行うことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
異なる波長特性を有する前記受光手段が、前記波長検出素子の同一受光部内に受光部表面からの深さを異ならせて形成されたＰＮ接合である請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記波長検出素子は、前記受光部表面からの深さが浅い第１のＰＮ接合で発生した光電流と、前記受光部表面からの深さが深い第２のＰＮ接合で発生した光電流との差電流を出力する請求項２記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記波長検出素子が、前記受光素子に隣接して配置されている請求項１記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記切り替え信号に基づいて、前記増幅回路のゲイン抵抗を切り替える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記受光素子を複数有し、前記切り替え信号に基づいて前記受光素子を切り替える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の光半導体装置を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つ以上の異なる波長の光を受光する光半導体装置およびこの光半導体装置を備えた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現代の情報化社会の中で、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（ブルーレイ・ディスク）などの光ディスク媒体は、大容量でランダムアクセス可能なデジタルメディアとして必要不可欠なものになっている。ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤのデータ読み込みや書き込みに使用されるレーザは、それぞれ、赤外レーザ（λ＝７８０ｎｍ）、赤色レーザ（λ＝６５０ｎｍ）、青色レーザ（λ＝４１０ｎｍ）とその情報量に応じて異なっているが、部品点数の削減や光学設計の簡素化の観点から、各光ディスクからの光信号の読み取りを１つの光半導体装置で対応することが望ましく、光ピックアップとしての光半導体装置は、２つ以上の異なる波長の光を受光することが望ましい。
【０００３】
このような要望の中での、異なる波長の光を受光する従来の光半導体装置の主要部分のブロック図を図１２に示す。従来の光半導体装置は、光ディスクからの光信号を電気信号に変換するフォトダイオード１と、前記フォトダイオード１にて生成された電気信号を増幅・変換するオペアンプ２と、前記オペアンプ２の増幅度を決める第１のゲイン抵抗３ａ、および、第２のゲイン抵抗３ｂと、前記第１および第２のゲイン抵抗３ａ、３ｂを切り替えるスイッチ５０から構成されている。そして、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなど各種の光ディスク媒体それぞれの仕様に応じた波長のレーザ光に対応して、スイッチ５０を切り替えて増幅度を変更するための外部端子５１を備えている。
【０００４】
このような回路構成とすることで、波長によって感度が異なるフォトダイオード１からの出力信号を調整することができる。例えば、ある構造のフォトダイオード１の、ＤＶＤで使用される６５０ｎｍの波長に対する受光感度が０．４３Ａ／Ｗであるが、ＢＤで使用される４１０ｎｍの波長に対する受光感度は０．２２Ａ／ＷとＤＶＤの１／２程度に低下するとした場合、ＢＤの受光素子として光半導体装置を使用する時には、オペアンプ２のゲイン抵抗値を２倍のものに切り替えることで、出力信号の電圧をほぼ同じレベルのものとすることができる。
【０００５】
また、光ディスクの種類によってレーザ光路が変化する場合にも対応できるよう、光半導体装置として受光素子とこれに対応した増幅回路とを複数設け、光ディスクの種類に合わせて動作させる受光素子と増幅回路をスイッチによって切り替えることなどが行われていた。
【特許文献１】特開平８−１５４０２３号公報
【特許文献２】特開２００４−７１０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の光半導体装置では、１つの光半導体装置で各種の光ディスクに対応するために回路構成を切り替える際、外部から電気信号を供給することが必要であった。このため、メディアの種類を検出する検出機構を別途設ける必要が生じ、また、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなど対応メディアの増加に伴って、光半導体装置の回路構成を切り替えるための端子数が増加するという問題があった。このように端子数が増加することは、光半導体装置のサイズが大きくなってしまうばかりか、パッケージを含めた装置構成を新たに準備する必要がありコストの増大につながる。
【０００７】
また、受光素子とこれに対応した増幅回路を複数設けることは、回路構成自体が複雑になるとともにやはり素子面積の増大を招くという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術における課題を解決し、回路構成の複雑化を回避し、かつ、回路構成の切り替えを、外部端子からの電気信号によらずに行うことができる光半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の光半導体装置は、受光素子と、前記受光素子の出力信号を増幅する増幅回路と、受光した光の波長に応じて回路構成を切り替える切り替え手段と、異なる波長特性を有する受光手段による検出出力の差分を出力信号とする波長検出素子とを備えた光半導体装置であって、前記切り替え手段の切り替えを、複数の前記波長検出素子の出力信号を演算して得られた切り替え信号に基づいて行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の光ピックアップ装置は、請求項１ないし６のいずれかに記載の光半導体装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成とすることで、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤの各光ディスク媒体に応じた切替信号を外部端子から供給することなく、光半導体装置自体で受光する光の波長に対応した回路構成へと切り替えることができるため、新たな回路構成への変更を必要とせず、また、冗長性や回路構成の複雑化を回避した光半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明にかかる光半導体装置としては、異なる波長特性を有する前記受光手段が、前記波長検出素子の同一受光部内に受光部表面からの深さを異ならせて形成されたＰＮ接合であることが好ましい。このようにすることで、半導体基板への光の波長による到達距離の違いを利用し、受光部表面からのＰＮ接合の深さで波長に対する感度のピークを変化させることができ、また、同一受光部内に受光部表面からの深さが異なるＰＮ接合を形成することにより、２つ以上の波長を検出することができる。
【００１３】
さらに、前記波長検出素子は、前記受光部表面からの深さが浅い第１のＰＮ接合で発生した光電流と、前記受光部表面からの深さが深い第２のＰＮ接合で発生した光電流との差電流を出力することが好ましい。このようにすることで、２つのＰＮ接合で発生する光電流の差電流を１つの出力で出力できるので、端子数（配線数）を削減できる。
【００１４】
また、前記波長検出素子は、前記受光素子に隣接して配置されていることが好ましい。このようにすることで、光ディスク媒体からの反射光に含まれる散乱光を受光することができるので、光学系を変更することなく受光する光の波長を検出することができる。
【００１５】
さらにまた、前記切り替え信号に基づいて、前記増幅回路のゲイン抵抗を切り替えること、または、複数有する前記受光素子を切り替えることが好ましい。
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる光半導体装置の回路ブロック図である。図１に示す光半導体装置は、光ディスク媒体からの光信号を電気信号に変換する受光素子であるフォトダイオード１と、前記フォトダイオード１にて生成された電気信号を増幅・変換する増幅回路を構成するオペアンプ２と、前記オペアンプ２の増幅度を決める第１のゲイン抵抗３ａ、第２のゲイン抵抗３ｂ、および、第３のゲイン抵抗３ｃと、前記第１、第２、第３のゲイン抵抗３ａ、３ｂ、３ｃを切り替える切り替え手段であるスイッチ４から構成されている。また、受光している光の波長を判別するための第１の波長検出素子５および第２の波長検出素子６と、前記第１および第２の波長検出素子５、６の出力信号を演算する演算回路８を設けている。
【００１８】
第１の波長検出素子５は、受光手段７ａ、７ｂを有していて、受光手段７ａのアノードは接地され、受光手段７ｂのカソードは電源電位Ｖｃｃに接続され、受光手段７ａのカソードと受光手段７ｂのアノードは共通接続されて演算回路８へ入力される。一方、第２の波長検出素子６は、受光手段７ａ、７ｃを有していて、受光手段７ａのアノードは接地され、受光手段７ｃのカソードは電源電位Ｖｃｃに接続され、受光手段７ａのカソードと受光手段７ｃのアノードは共通接続されて演算回路８へ入力される。
【００１９】
ここで、受光手段７ａ、７ｂ、７ｃの波長特性を示すものとして、光の波長に対する受光感度特性を図２に示す。受光手段７ａの光波長に対する受光感度は、実線９ａで示されるように８３０ｎｍをピークとする受光特性を示す。また、受光手段７ｂの光波長に対する受光感度は、点線９ｂで示されるように６００ｎｍをピークとする受光特性を示す。そして、受光手段７ｃの光波長に対する受光感度は、一点鎖線９ｃで示されるように４３０ｎｍをピークとする受光特性を示す。
【００２０】
このような特性を持つ第１の波長検出素子５の受光部の構造を、第１の波長検出素子５の断面構成を示す図３(ａ)を用いて説明する。図３（ａ）に示すように、第１の波長検出素子５は、Ｐ型基板１０と、Ｐ型基板１０の上層に、例えば１０μｍの厚さでＮ型エピタキシャル層１１を積層して形成した受光部と、Ｎ型エピタキシャル層１１を受光部以外の領域と分離し、Ｐ型基板１０の電位を半導体基板表面へ導出するための分離層１２で構成される。このとき、分離層１２を接地し、Ｎ型エピタキシャル層１１を出力端子Ｉｏ１と接続することで、Ｐ型基板１０とＮ型エピタキシャル層１１により形成されるＰＮ接合により受光手段７ａが構成される。そして、この受光手段は、波長検出素子５の受光部表面から深さ１０μｍという比較的深い位置に形成されるものであるため、長波長なほど半導体表面から深い所まで到達するという光の特性から、受光手段７ａは長波長である８３０ｎｍ近辺にピーク感度を有したものとなる。
【００２１】
また、Ｎ型エピタキシャル層１１の受光部表面近傍として、例えば受光部表面からの深さ５μｍの部分までにＰ型拡散層１３が形成され、このＰ型拡散層１３の更に表面近傍である、受光部表面からの深さ３μｍの部分までにＮ型拡散層１４が形成されている。この、Ｎ型拡散層１４を電源電位Ｖｃｃへ接続し、Ｐ型拡散層１３を出力端子Ｉｏ１に接続することにより、Ｎ型拡散層１４とＰ型拡散層１３との境界部分にＰＮ接合によって受光手段７ｂが構成される。この受光手段７ｂの形成位置は、受光手段７ａよりも受光部表面から浅い位置であるため、受光手段７ａとは波長特性が異なり、長波長よりやや波長が短い中間波長である６００ｎｍ近辺にピーク感度を有した受光手段となる。
【００２２】
第２の波長検出素子６は、図３（ｂ）にその断面構造を示すように、Ｐ型基板１０の上層に例えば１０μｍの厚さでＮ型エピタキシャル層１１が積層され、分離層１２を有するという基本構成は第１の波長検出素子５と同じである。このため、第１の波長検出素子５と同様に、Ｐ型基板１０とＮ型エピタキシャル層１１により形成されるＰＮ接合により受光手段７ａが構成され、その波長特性も同じく８３０ｎｍ近辺にピーク感度を有したものとなる。
【００２３】
第２の波長検出素子６が、第１の波長検出素子５と異なる点は、Ｎ型エピタキシャル層１１に形成されたＰ型拡散層１３中のＮ型拡散層１５の深さである。第２の波長検出素子６では、Ｎ型エピタキシャル層１１の例えば受光部表面からの深さ５μｍの部分までに形成されたＰ型拡散層１３中に、表面近傍である受光部表面からの深さ０．５μｍの部分までにＮ型拡散層１５が形成されている。このＰ型拡散層１３とＮ型拡散層１５により形成されるＰＮ接合により受光手段７ｃが構成されるが、このＰＮ接合の形成位置が受光部表面からとても浅い位置にあるため、受光手段７ｃの波長特性は短波長である４３０ｎｍ近辺にピーク感度を有するものとなる。
【００２４】
このように、長波長であるほど半導体基板の深い距離まで到達することができ、逆に、短波長になるにつれて半導体基板の浅い距離までしか到達できないという光の特性を利用して、受光部表面からの深さの異なる位置に２つのＰＮ接合を形成することで、異なる波長特性を有する２つの受光手段を一つの受光部に形成することができる。
【００２５】
次に、本実施形態にかかる波長検出素子からの出力信号について説明する。
【００２６】
第１の波長検出素子５の受光手段７ａは、上記したように分離層１２を介して接地されたＰ型基板１０と出力端子Ｉｏ１と接続されたＮ型エピタキシャル層１１との間のＰＮ接合によって形成されているため、光が入射すると外部から出力端子Ｉｏ１に光電流が流れ込む。一方、受光手段７ｂは、出力端子Ｉｏ１に接続されたＰ型拡散層１３とＶｃｃに接続されたＮ型拡散層１４との間のＰＮ接合により形成されているため、光が入射すると出力端子Ｉｏ１から外部へ光電流が出力される。この結果、出力端子Ｉｏ１からは、受光手段７ａと受光手段７ｂの光電流の差電流が、２つの受光手段７ａおよび７ｂの検出出力の差分として出力されることになり、これが第１の波長検出素子５の出力信号となる。
【００２７】
同様に、第２の波長検出素子６においても、出力端子Ｉｏ２からは、受光手段７ａと受光手段７ｃの光電流の差電流が、２つの受光手段７ａおよび７ｃの検出出力の差分として出力されることになり、これが第２の波長検出素子６の出力信号となる。このようにすることで、波長検出素子自体で２つの波長特性を有する受光手段の検出出力の差分を出力信号とすることができ、本実施形態に示したように波長検出素子に形成される受光手段の受光部表面からの深さを異ならせることで、長波長と中間波長、長波長と短波長という異なった波長特性の組み合わせによる出力信号を得ることができる。
【００２８】
次に、本実施形態にかかる波長検出素子の配置場所について説明する。図４は、受光素子であるフォトダイオードが配置された配置パターン１６と、第１の波長検出素子５および第２の波長検出素子６との配置状況を示す図である。
【００２９】
図４に示すように、第１の波長検出素子５と第２の波長検出素子６を、受光素子の配置パターン１６に隣接して配置することが好ましい。光ピックアップ装置では、光ディスクに照射し反射されたレーザービームのうち、メインビーム１７が受光素子パターン１６中央のメインビーム受光部に、また、両側のサブビーム１８がサブビーム受光部に照射されて、それぞれ受光される。しかしながら、光ピックアップ装置内部での光学部材等で少なからず乱反射が生じるため、光ディスク媒体で反射されて受光されたレーザービームの一部は、受光素子パターン１６の領域内のみではなく、受光素子パターン１６の周辺にも迷光１９として照射される。この迷光１９を、第１の波長検出素子５および第２の波長検出素子６で検出することにより、波長検出素子でビーム光を受光するために光ピックアップ装置の光学系を変更することなく、波長の検出を行うことができるからである。
【００３０】
次に、本実施形態にかかる演算回路８の具体的構成とその動作について、図５および図６を用いて説明する。演算回路８は、第１の波長検出素子５からの出力電流Ｉｏ１を入力するオペアンプ回路２０、オペアンプ回路２０の入出力間に接続された変換抵抗２１、オペアンプ回路２０の出力を入力とするヒステリシスコンパレータ２４、および、第２の波長検出素子６からの出力電流Ｉｏ２を入力するオペアンプ回路２２、オペアンプ回路２２の入出力間に接続された変換抵抗２３、オペアンプ回路２２の出力を入力とするヒステリシスコンパレータ２５、および、ヒステリシスコンパレータ２４、２５の出力を論理演算するためのインバータ２６、ＮＯＲ素子２７、２８、ＡＮＤ素子２９で構成されている。
【００３１】
まず、光ディスク媒体からの反射光が無い場合について説明する。第１の波長検出素子５および第２の波長検出素子６には光信号が入射しないため、第１の波長検出素子５の出力電流Ｉｏ１および第２の波長検出素子の出力電流Ｉｏ２は、いずれも０Ａとなる。このとき、オペアンプ回路２０および２２の基準電圧Ｖｃ１をＶｃｃ／２と設定しておくと、変換抵抗２１および２３には電流が流れないため、オペアンプ回路２０の出力Ａとオペアンプ回路２２の出力Ｂは、基準電圧Ｖｃ１と等しくなる。このとき、後段のヒステリシスコンパレータ２４および２５の基準電圧Ｖｃ２をＶｃｃ／２−１００ｍＶと設定しておくことで、ヒステリシスコンパレータ２４の出力Ｃとヒステリシスコンパレータ２５の出力Ｄが、いずれもロー（以降「Ｌ」と表す）となる。このとき、図６に示した真理値表に示すとおりＣＤモードの出力のみハイ（以降「Ｈ」と表す）となり、他のＤＶＤモードおよびＢＤモードの出力はＬとなる。
【００３２】
次に、光ディスク媒体からの反射光がＣＤで使用される波長７８０ｎｍの赤外光の場合について説明する。この波長領域では、図２の受光感度特性より受光手段７ｂよりも受光手段７ａの感度が高いため、第１の波長検出素子５の出力電流Ｉｏ１は、オペアンプ回路２０の入力から第１の波長検出素子５に流れ込む方向、すなわち図５の回路図において左の方向に流れる。図６の真理値表にも、この電流の向きを記載する。出力電流Ｉｏ１は、変換抵抗２１により電圧変換され、オペアンプ回路２０の出力Ａは基準電圧Ｖｃ１に対して正の側へ変動して、ヒステリシスコンパレータ２４の出力ＣがＬとなる。ここでも、このオペアンプ回路２０の出力Ａの移動方向を、図６の真理値表に記載する。なお、上向き矢印が正、下向き矢印が負とする。一方、図２の受光感度特性より受光手段７ｃよりも受光手段７ａの感度が高いため、第２の波長検出素子６の出力電流Ｉｏ２は、オペアンプ回路２２の入力から第２の波長検出素子５に流れ込む方向、すなわち、Ｉｏ１と同じく図５の回路図において左の方向に流れる。このＩｏ２の向きも真理値表に記載する。出力電流Ｉｏ２も、変換抵抗２３により電圧変換され、オペアンプ回路２２の出力Ｂは基準電圧Ｖｃ１に対して正の側へ変動して、ヒステリシスコンパレータ２５の出力ＤはＬとなる。出力Ｂの移動方向も、出力Ａの移動方向と同じように真理値表に書き込むこととする。Ｃ点とＤ点の結果から、図６の真理値表にも示すとおり、ＣＤモードの出力のみＨとなり、ＤＶＤモードおよびＢＤモードの出力はいずれもＬとなる。
【００３３】
次に、光ディスク媒体からの反射光がＤＶＤで使用される波長６５０ｎｍの赤色光の場合について説明する。第１の波長検出素子５の出力電流Ｉｏ１は、図２の受光感度特性より受光手段７ａより受光手段７ｂの感度が高いため、第１の波長検出素子５からオペアンプ回路２０に流れ込む方向、すなわち図５の回路図において右の方向に流れる。出力電流Ｉｏ１が変換抵抗２１により電圧変換されて、オペアンプ回路２０の出力Ａは基準電圧Ｖｃ１に対して負の側へ変動して、ヒステリシスコンパレータ２４の出力ＣはＨとなる。一方、第２の波長検出素子６の出力電流Ｉｏ２は、図２の受光感度特性より受光手段７ｃより受光手段７ａの感度が高いため、オペアンプ回路２２から第２の波長検出素子６へ流れ込む方向に流れる。出力電流Ｉｏ２が変換抵抗２３により電圧変換され、オペアンプ回路２２の出力Ｂは基準電圧Ｖｃ１に対して正の側へ変動し、ヒステリシスコンパレータ２５の出力ＤはＬとなる。この結果、図６の真理値表にも示すとおり、ＤＶＤモードの出力のみがＨとなり、ＣＤモードとＢＤモードの出力はＬとなる。
【００３４】
最後に、光ディスク媒体からの反射光がＢＤで使用される波長４１０ｎｍの青色光の場合について説明する。第１の波長検出素子５の出力電流Ｉｏ１は、図２の受光感度特性より受光手段７ａより受光手段７ｂの感度が高いため、第１の波長検出素子５からオペアンプ回路２０の入力に流れ込む方向に流れる。出力電流Ｉｏ１が変換抵抗２１により電圧変換され、オペアンプ回路２０の出力Ａが基準電圧Ｖｃ１に対して負の側へ変動して、ヒステリシスコンパレータ２４の出力ＣがＨとなる。一方、第２の波長検出素子６の出力電流Ｉｏ２は、図２の受光感度特性より受光手段７ａより受光手段７ｃの感度が高いため、第２の波長検出素子６からオペアンプ回路２２の入力へ供給される方向へ流れる。出力電流Ｉｏ２が変換抵抗２３により電圧変換され、オペアンプ回路２２の出力Ｂは基準電圧Ｖｃ１に対して負の側へ変動して、ヒステリシスコンパレータ２５の出力ＤがＨとなる。この結果、図６の真理値表にも示したとおり、ＢＤモードの出力のみＨとなり、ＣＤモードとＤＶＤモードの出力はＬとなる。以上の説明から明らかなように、光ピックアップ装置で受光される光の波長に応じて、ＣＤモード、ＤＶＤモード、ＢＤモードの３つのモードを容易にかつ確実に切り替えることができる。
【００３５】
なお、上述した通り、第１の波長検出素子５および第２の波長検出素子６は、光ピックアップ装置の光学系で発生した迷光１９を入力光とするものであるため、出力電流Ｉｏ１、Ｉｏ２は極めて微少な電流（例えば、２０ｎＡ）となる。このため、変換抵抗２１、２２は、例えば１０ＭΩ以上の大きな抵抗値に設定しておく必要がある。このようにすることで、波長６５０ｎｍの赤色光を入射した場合のオペアンプ回路２０の出力Ａの電圧ＶＡは、基準電圧Ｖｃ１（＝Ｖｃｃ／２）に対して、ＶＡ＝−２０ｎＡ×１０ＭΩ＝−２００ｍＶとなり、後段のヒステリシスコンパレータ２４の基準電圧Ｖｃ２（＝Ｖｃｃ／２−１００ｍＶ）より小さくなる。この結果、ヒステリシスコンパレータ２４の出力ＣがＨとなる。
【００３６】
また、ヒステリシスコンパレータ２４および２５の基準電圧Ｖｃ２をオペアンプ回路２０および２２の基準電圧Ｖｃ１より低く設定しているのは、無信号時のモードをＣＤモードに設定しているためであり、光ピックアップ装置の初期状態がＣＤモードであるとの仮定に基づくものである。光ピックアップ装置の初期状態を、ＤＶＤモードもしくはＢＤモードとするのであれば、それに合わせてヒステリシスコンパレータの基準電圧Ｖｃ２を設定すれば良い。
【００３７】
次に、本実施形態において、受光した光の波長に応じて切り替えられる回路構成である増幅回路のオペアンプ２に付随するゲイン抵抗３を切り替える切り替え手段であるスイッチ４について、図７を参照しながら具体的に説明する。図１にも示したとおり、スイッチ４は、受光素子であるフォトダイオード１にて生成された電気信号を増幅・変換するオペアンプ２の増幅度を決めるために、３つのゲイン抵抗３ａ、３ｂ、３ｃを切り替えるもので、第１のゲイン抵抗３ａに直列に接続された第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ａ、第２のゲイン抵抗３ｂに直列に接続された第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｂ、さらに、第３のゲイン抵抗３ｃに直列に接続された第３のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｃから構成されている。
【００３８】
光ディスク媒体からの光信号が波長７８０ｎｍの赤外光の場合、上記したように、演算回路８からＣＤモードの出力にのみＨが出力され、ＤＶＤモードとＢＤモードの出力からはＬが出力される。したがって、ＣＤモードがゲート端子に接続された第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ａがオンとなり、第２、第３のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｂと３０ｃはオフとなる。この結果、オペアンプ２のゲイン抵抗として第１のゲイン抵抗３ａが選択されてゲインが決まる。同様に、光ディスク媒体からの光信号が、波長６５０ｎｍの赤色光の場合は、第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｂのみがオンとなって、オペアンプ２のゲイン抵抗として第２のゲイン抵抗３ｂが選択され、さらに、光ディスク媒体からの光信号が、波長４１０ｎｍの青色光の場合は、第３のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｃのみがオンとなって、オペアンプ２のゲイン抵抗として第３のゲイン抵抗３ｃが選択されることとなる。
【００３９】
以上のように、本発明の実施形態では、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤの各光ディスク媒体に応じた切り替え信号を、外部端子から供給することなく、光半導体装置に照射された半導体レーザ光の波長を検知することで生成することができ、各波長に適した増幅回路のゲイン抵抗を切り替え選択することができる。したがって、波長によって受光素子の受光感度が異なっていても、増幅回路のゲイン抵抗を波長によって最適なものに切り替えて増幅率を最適化することができ、受光波長に関わらず安定した出力信号を出力する光半導体装置を得ることができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、演算回路８をオペアンプ回路やヒステリシスコンパレータ等で構成したが、この構成に限らず、別の回路方法で構成しても良い。また、増幅回路のゲイン抵抗の切り替えをスイッチ４として構成したＮチャネルＭＯＳトランジスタで行うこととしたが、Ｊ−ＦＥＴやバイポーラトランジスタでスイッチ４を構成することとしても良い。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の光半導体装置の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態における光半導体装置の回路構成を示すブロック図である。
【００４２】
本実施形態に係る光半導体装置は、光ディスク媒体からの光信号を電気信号に変換するための受光素子であるフォトダイオードが、ＣＤモード、ＤＶＤモード、ＢＤモードのそれぞれの受光波長での感度が高いものとして、第１のフォトダイオード１ａと、第２のフォトダイオード１ｂと、第３のフォトダイオード１ｃの３つで形成されている。そして、これら３つの受光素子を切り替えるための切り替え手段であるスイッチ４に、波長特性の異なる波長検出素子５、６の出力信号が演算回路８で演算されて、切り替え信号として入力される。また、本実施形態では、図１で示した第１の実施形態での回路構成とは異なり、増幅器であるオペアンプ２の増幅度を決めるゲイン抵抗３は１つのみで形成されている。
【００４３】
図９にスイッチ４の詳細な回路構成を示す。スイッチ４自体は、上記した第１の実施形態において図７を用いて説明したスイッチ４と同じ回路構成となっている。本実施形態では、図９に示すように、光ディスク媒体からの光信号を電気信号に変換する受光素子であるフォトダイオードとして、ＣＤモードの波長７８０ｎｍである赤外光領域での受光感度が高い、第１のフォトダイオード１ａと、ＣＤモードの出力がゲート端子に接続された第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ａが直列に接続されている。また、波長６５０ｎｍであるＤＶＤモードの赤色光領域での受光感度が高い、第２のフォトダイオード１ｂが、ＤＶＤモードの出力がゲート端子に接続された第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｂと、さらに、波長４１０ｎｍであるＢＤモードの青色光領域での受光感度が高い、第３のフォトダイオード１ｃが、ＢＤモードの出力がゲート端子に接続された第３のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｃと、それぞれ直列に接続されている。
【００４４】
このため、光ディスク媒体からの光信号が赤外光の場合、演算回路８からＣＤモードの出力にのみＨが出力され、第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ａのみがオンとなり、ＣＤモードの受光に適した第１の受光素子１ａが選択される。そして、その出力がオペアンプ２によって増幅されて、光半導体装置の出力として出力される。また、光ディスク媒体からの光信号が赤色光の場合、演算回路８からＤＶＤモードの出力にのみＨが出力され、第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｂがオンとなり、さらに、青色光の場合は、演算回路８からＢＤモードの出力にのみＨが出力され、第３のＮチャネルＭＯＳトランジスタ３０ｃのみがオンとなる。そして、それぞれ、ＤＶＤモードに適した第２のフォトダイオード１ｂ、ＢＤモードに適した第３のフォトダイオード１ｃが選択されて、その出力が、光半導体装置の出力としてオペアンプ２で増幅されて出力されることになる。
【００４５】
本実施形態に係る光半導体装置では、３つのフォトダイオード１ａ、１ｂ、１ｃを有することで、受光する波長特性に合わせてより好ましい受光特性を有するフォトダイオードを選択して使用することができる。また、光ディスク媒体の種類によってピックアップにおけるレーザ光路が変化するような機構となっている場合には、フォトダイオードを切り替えることでレーザ光路ごと切り替えて使用することができるようになる。
【００４６】
（第３の実施形態）
図１０は本発明の第３の実施形態にかかる光半導体装置の回路構成を示すブロック図である。本実施形態にかかる光半導体装置は、受光素子であるフォトダイオードとして第１のフォトダイオード１ａと第２のフォトダイオード１ｂと第３のフォトダイオード１ｃの３つを有し、また、増幅器であるオペアンプ２の増幅度を決めるゲイン抵抗として第１のゲイン抵抗３ａと第２のゲイン抵抗３ｂと第３のゲイン抵抗３ｃの３つを有している。そして、これらを切り替える切り替え手段であるスイッチとして、第１のスイッチ４ａと第２のスイッチ４ｂとの２つを有している。
【００４７】
そして、本実施形態では、これら２つのスイッチを、２つの波長特性の異なる波長検出素子５、６の出力信号を演算回路８で演算した結果出力される出力信号で同時に切り替えるようにしている。このようにすることで、受光している波長特性に基づいた受光素子であるフォトダイオードの選択と、このフォトダイオードからの電気信号を増幅する増幅度の選択とを、ともに行うことができるので、光半導体装置の回路構成をより適切なものとすることができる。
【００４８】
なお、本実施形態においては、実質的に上記第１の実施形態と、第２の実施形態を合成したものであり、波長検出素子やフォトダイオード、ゲイン抵抗や切り替え手段であるスイッチについても、上記第１および第２の実施形態にかかるものと同じなので、その詳細説明は省略する。
【００４９】
以上、本発明に係る光半導体装置について、その具体的な実施形態を説明してきたが、本発明はこの具体例に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、受光波長を検出する波長検出素子として、図３にその断面構成図を示した受光手段として複合型のフォトダイオードを用いるものについて説明したが、これに限られるものではなく、単波長のフォトダイオードを受光手段としてこれを組み合わせて波長検出素子を構成し、それぞれのフォトダイオードからの検出出力から演算によってその差分を求めて、波長検出素子の出力信号として用いても良い。また、図２に示す各受光手段の波長特性についても、これに限られるものではなく、他の波長にピーク感度をもつフォトダイオードを使用しても良い。さらに、用いる波長検出素子の数も、上記各実施形態で説明した２つの場合に限らず、３つ又はそれ以上としても良い。
【００５０】
また、上記の各実施形態として、光半導体装置において切り替えられる回路構成として、受光素子の出力として得られた電気信号を増幅する増幅回路のゲイン抵抗、および／または、受光素子自体を切り替えるものについて説明したが、光半導体装置の回路構成の他の要素を切り替え可能なようにしてもかまわない。
【００５１】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す。図１１に示す光ピックアップ装置４０は、ＤＶＤとＣＤの両方に対応できるものである。以下、本実施形態の光ピックアップ装置の構造及び動作について説明する。
【００５２】
光ピックアップ装置４０には、ＣＤに対応する光源として赤外レーザ４１と、ＤＶＤに対応する光源として赤色レーザ４２が設置されている。
【００５３】
まず、ＣＤ対応時について説明する。赤外レーザ４１から出射されたレーザ光は、３ビームグレーティング４３により、３ビームに分割された後、ビームスプリッタ４４ａ、コリメータレンズ４５、ビームスプリッタ４４ｂを通って、ミラー４６で反射されて対物レンズ４７ａに入射する。対物レンズ４７ａで集光された光が、光ディスク４８（この場合はＣＤ）に照射された後に反射され、今度は射出時とは逆に、対物レンズ４７ａ、ミラー４６、ビームスプリッタ４４ｂを経て戻ってくる。
【００５４】
ここで、ビームスプリッタ４４ｂによって、反射光は方向を曲げられ、コリメータレンズ４７ｂを通って受光用ＩＣ４９の受光面上に照射される。受光用ＩＣ４９は、詳細は図示を省略するが、その受光部および受光部で受光された信号を増幅出力する増幅器部分は、上記本発明の各実施例において説明した光半導体装置が用いられており、受光部を有する受光素子と、受光素子で発生した光電流を増幅する増幅回路、受光した光の波長に応じて回路構成を切り替える切り替え手段と、波長検出素子とを備えている。なお、これらの他に増幅回路からの出力信号を演算処理等する回路などが同じシリコン基板上に形成されている。
【００５５】
光ディスク４８からの反射戻り光には、ディスク面上のピット情報等が含まれており、受光素子で発生した光電流を演算処理することにより、光ディスクの情報信号やフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号等が得られ、これらの信号は情報の読み取りや光ピックアップ装置の位置制御等に用いられる。
【００５６】
次に、ＤＶＤ対応時について説明する。赤色レーザ４２から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ４４ａを経て、以下、ＣＤ対応時の光と同じように、コリメータレンズ４５、ビームスプリッタ４４ｂを通って、ミラー４６で反射されて対物レンズ４７ａに入射する。対物レンズ４７ａで集光された光が、光ディスク４８（この場合はＤＶＤ）に照射された後、反射され、対物レンズ４７ａ、ミラー４６、ビームスプリッタ４４ｂとＣＤ対応時のビームと同じように戻ってくる。そして、ＣＤ対応時と同じく、ビームスプリッタ４４ｂによって反射光は方向を曲げられ、コリメータレンズ４７ｂを通って受光用ＩＣ４９の受光面上に照射される。光ディスク４８からの反射戻り光に起因する電気信号が、情報の読み取りや光ピックアップ装置の位置制御等に用いられる点は上記と同じであるが、ＣＤ対応時には、レーザ光が３ビームに分割されているのに対して、ＤＶＤ対応時には１ビームであるため、戻り光はＣＤ対応時とＤＶＤ対応時とで受光部上の異なった位置に照射される。このため、ＣＤからの情報を得るために使用される受光部と、ＤＶＤからの情報を得るために使用される受光部とは異ならせて形成されている。
【００５７】
また、赤外レーザ４１から出射されたレーザ光および赤色レーザ４２から出射されたレーザ光はそれぞれ、ビームスプリッタ４４ａから光ディスク４８、光ディスク４８から受光用ＩＣ４９に至る光路において、光軸がほぼ同じになるように調整されているので、同じ光学素子、同じ受光系を使用することができ、装置の小型化および組立て時の調整等が容易となる。
【００５８】
なお、本実施形態のピックアップ装置として、ＤＶＤとＣＤとに対応するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＤＶＤとＢＤ、ＣＤとＢＤ、という異なった組み合わせの２種類の光ディスク媒体に対応する場合、または、ＤＶＤ、ＣＤおよびＢＤの３種の光ディスク媒体に対応する場合、などのいずれの場合にも適用可能である。
【００５９】
本実施形態によれば、受光用ＩＣ４９に搭載されている光半導体装置において、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤの各光ディスク媒体に応じた外部端子からの切り替え電気信号を供給することなく、光半導体装置に照射された半導体レーザ光の波長を検知して、各波長に応じた受光素子や、ゲイン抵抗を切り替えることができるため、特に複数の波長に対応した光ピックアップ装置では、効果が大きい。
【００６０】
なお、本発明は、レーザや受光用ＩＣ等の構造や各部品の配置関係に限定されるものでなく、適宜、設計に応じて変更が可能である。例えば、受光素子と増幅・演算回路がそれぞれ別のＩＣチップに形成されていてもよい。
【００６１】
また、本発明にかかる光半導体装置としては、ＤＶＤ等光ディスクのピックアップ装置に使用されるものについて説明したが、これに限られるものではなく、例えば同じく光ディスク装置に用いられてそのレーザ出力を監視するための受光素子や、複数の波長を受光する光センサーに用いられる光半導体装置に用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の光半導体装置は、光ディスクのＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤ等の切替え動作を行うような光半導体装置であっても、ＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤの各光ディスク媒体に応じた外部端子からの切替電気信号を供給することなく、光半導体装置に照射された半導体レーザ光の波長を検知して、各波長に応じた受光素子、及び増幅回路のゲイン抵抗を切り替えることができ、複数の波長を使用する光ピックアップ装置に適用する上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態における光半導体装置の回路構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態における波長検出素子の波長特性を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態における波長検出素子の断面構成を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態における波長検出素子の配置を示す図
【図５】本発明の第１の実施形態における演算回路の回路構成を示す図
【図６】本発明の第１の実施形態における演算回路の真理値表
【図７】本発明の第１の実施形態におけるスイッチの構成を示すブロック図
【図８】本発明の第２の実施形態における光半導体装置の回路構成を示すブロック図
【図９】本発明の第２の実施形態におけるスイッチの構成を示すブロック図
【図１０】本発明の第３の実施形態における光半導体装置の回路構成を示すブロック図
【図１１】本発明の第４の実施形態における光ピックアップ装置の構成を示す模式図
【図１２】従来の光半導体装置の回路構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００６４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  受光素子
２  オペアンプ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ  ゲイン抵抗
４、４ａ、４ｂ  スイッチ
５  第１の波長検出素子
６  第２の波長検出素子
７ａ  第１の受光手段
７ｂ  第２の受光手段
７ｃ  第３の受光手段
８  演算回路
９ａ  第１の受光手段７ａの受光感度特性
９ｂ  第２の受光手段７ｂの受光感度特性
９ｃ  第３の受光手段７ｃの受光感度特性
１０  Ｐ型基板
１１  Ｎ型エピタキシャル層
１２  分離層
１３  Ｐ型拡散層
１４、１５  Ｎ型拡散層
１６  受光素子パターン
１７  メインビーム
１８  サブビーム
１９  迷光
２０、２２  オペアンプ回路
２１、２３  変換抵抗
２４、２５  ヒステリシスコンパレータ
２６  インバータ
２７、２８  ＮＯＲ素子
２９  ＡＮＤ素子
３０ａ  第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタ
３０ｂ  第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタ
３０ｃ  第３のＮチャネルＭＯＳトランジスタ
４０  光ピックアップ装置
４１  赤外レーザ
４２  赤色レーザ
４３  ３ビームグレーティング
４４ａ、４４ｂ  ビームスプリッタ
４５  コリメータレンズ
４６  ミラー
４７ａ、４７ｂ  対物レンズ
４８  光ディスク
４９  受光用ＩＣ
５０  スイッチ
５１  外部端子
【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】
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【図７】
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【図８】
2008140443.tif 000010
【図９】
2008140443.tif 000011
【図１０】
2008140443.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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