(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面に斜面を介して少なくとも一つの段差部が形成され、前記段差部底面の信号光の光軸上に、前記信号光の検出を目的とした第１の受光素子が形成され、かつ信号光の光軸上にない前記段差部斜面上に、前記信号光の検出を目的としない第２の受光素子が形成されていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記段差部底面が、半導体基板の主面から垂直に入射した光により発生するキャリアが拡散する最大深さよりも深い位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子と同一半導体基板上に、前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子からの光電流を信号として検出するための少なくとも一つの回路が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
さらに、前記受光素子が形成された段差部と同一半導体基板面に第２の段差部が形成され、前記第２の段差部底面部に、半導体レーザ素子が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体受光素子。
【請求項５】
半導体レーザ素子と、半導体受光素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ディスクに集光、照射するレンズと、前記光ディスクで反射された前記レーザ光を前記半導体受光素子に入射させる光学部品とを有し、前記半導体受光素子は、半導体基板の主面に斜面を介して少なくとも一つの段差部が形成され、前記段差部底面の信号光の光軸上に、前記信号光の検出を目的とした第１の受光素子が形成され、かつ信号光の光軸上にない前記段差部斜面上に、前記信号光の検出を目的としない第２の受光素子が形成されている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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報処理、光計測、光通信等に使用する半導体受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報処理、光計測、光通信等の光デバイス分野では、一般的に信号光を受光素子で検出し、その受光素子からの光電流を検出信号として利用している。図７は、従来の信号光検出用受光素子を用いたシステムの一例として、光ピックアップ装置について簡略的に表わしたものである。図７において、１は半導体基板、４はＰ型拡散領域、５はＰＮ接合、６は（第１の）受光素子、７は光電流、８は信号光、９は信号光の光軸、１０は迷光、１９は半導体レーザ素子、２０はレーザ光、２１、２３、２６はレンズ、２２はハーフミラー、２４は光ディスクである。
【０００３】
図７に示した光ピックアップ装置の働きを簡単に説明すると、半導体レーザ素子１９から出射されたレーザ光２０は、ハーフミラー２２、およびレンズ２３を介して、光ディスク２４に集光、照射され、光ディスク２４に記録された情報を検出する。そして、光ディスク２４で再び反射されたレーザ光２０は、レンズ２３、ハーフミラー２２を通った後、レンズ２６を介して、（第１の）受光素子６に入射され、光信号として検出される。図７に記載している（第１の）受光素子６では、その断面構造はＮ型半導体基板１にＰ型拡散領域４を埋め込み、ＰＮ接合５を形成することにより受光素子としての機能を有している。
【０００４】
光ディスク２４から反射され、（第１の）受光素子６の表面から入射した信号光８は、半導体結晶中に電子・正孔対のキャリアを発生させ、このキャリアを光電流７として取り出すことにより、検出信号として利用している。また、受光素子表面に入射される光は、光の波長、半導体不純物濃度、半導体表面の反射率等によって決定される深さまで入射し、その入射する深さまでの至る所で、電子・正孔対キャリアを発生させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来構成では、以下に示す課題がある。図７のように構成された光ピックアップ装置内において、半導体レーザ素子１９から出射されたレーザ光２０は、光ディスク２４で反射され、信号光８として（第１の）受光素子６にすべて入射される訳ではなく、レーザ光２０が（第１の）受光素子６に入射するまでの様々な行程で、光学部品の表面などで反射光が発生し、その反射光がさらに様々なところで乱反射する。このため、光ピックアップ装置内には、微少たりとも迷光１０とよばれる信号光８以外の不要な光が様々な方向に飛びかっている。
【０００６】
図７に示すように、従来の受光素子は、半導体基板１の表面付近に受光素子としての機能をもつＰＮ接合５が形成されているために、様々な方向に飛びかっている迷光１０も入射しやすい形状、位置にある。この不要な迷光１０が（第１の）受光素子６に入射すると不要な光電流が発生し、本来、信号光８からのみの光電流を検出信号として利用したいにもかかわらず、検出信号に不要な迷光１０による信号が混ざってしまうことになる。検出信号にこのような迷光１０による不要な信号がのっていると、光検出信号をサーボ信号、光ディスク記録情報の読み取り信号として利用する光ピックアップ装置では、サーボ誤動作、光ディスク記録情報の誤読等の要因となる。
【０００７】
このような不要な光電流の発生源となる迷光は、上記光ピックアップ装置以外にも様々な光デバイス装置内に見られ、光信号検出に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、信号光を検出する受光素子に不要な迷光が入射することを低減させることを目的とした受光素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体受光素子は、半導体基板の主面に斜面を介して少なくとも一つの段差部（凹部）が形成され、前記段差部底面の信号光の光軸上に、前記信号光の検出を目的とした第１の受光素子が形成され、かつ信号光の光軸上にない前記段差部斜面上に、前記信号光の検出を目的としない第２の受光素子が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
このように、段差底面部に形成した信号光検出用の第１の受光素子以外に、段差斜面部にも信号光を検出することを目的としない第２の受光素子を形成し、半導体基板表面に入射した迷光により発生した不要なキャリアをその第２の受光素子で吸収し、第１の受光素子からの検出信号とは別の出力信号として出力させることにより、第１の受光素子からの信号光の検出信号に不要な迷光による信号が混ざることをさらに低減させることができる。
【００１３】
また、本発明の半導体受光素子においては、前記段差部底面が、半導体基板の主面から垂直に入射した光により発生するキャリアが拡散する最大深さよりも深い位置に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、迷光によるキャリアが及ぼす信号光による出力信号への影響を、最大限減らすことができる。
【００１５】
また、本発明の半導体受光素子においては、前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子と同一半導体基板上に、前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子からの光電流を信号として検出するための少なくとも一つの回路が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
このように、同一半導体基板に、受光素子とその受光素子からの光電流信号を入力する回路部を近隣に形成することにより、光電流信号が増幅回路等の信号処理回路に入力されるまでにノイズが乗りにくくなり、信号ノイズレベルを低減させることができる。
【００１７】
また、本発明の半導体受光素子においては、さらに、前記受光素子が形成された段差部と同一半導体基板面に第２の段差部が形成され、前記第２の段差部底面部に、半導体レーザ素子が配置されていることを特徴とする。この第２の段差部を形成している斜面を、前記半導体レーザ素子からの出射光を反射するためのミラーとして利用し、前記半導体レーザ素子からの出射光を光源として利用する。
【００１８】
このように、半導体レーザ素子と信号光を検出する第１の受光素子を同一半導体基板に配置することにより、信号光としての光源、受光素子、信号増幅回路等をモジュール化させることが可能となる。
【００１９】
さらに、本発明の光ピックアップ装置は、半導体レーザ素子と、半導体受光素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ディスクに集光、照射するレンズと、前記光ディスクで反射された前記レーザ光を前記半導体受光素子に入射させる光学部品とを有し、前記半導体受光素子は、半導体基板の主面に斜面を介して少なくとも一つの段差部が形成され、前記段差部底面の信号光の光軸上に、前記信号光の検出を目的とした第１の受光素子が形成され、かつ信号光の光軸上にない前記段差部斜面上に、前記信号光の検出を目的としない第２の受光素子が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
このように、受光素子と回路形成部を同一基板上に形成した半導体基板と、半導体レーザ素子を一体化したものに、レンズ等の光学部品を配置させることにより、容易に光ピックアップ装置などの信号光を検出する部分を形成することができ、迷光などが発生しやすい状況においても、安定して信号光の情報を検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。図１において、１は半導体基板、２は斜面、３は段差部、４はＰ型拡散領域、５はＰＮ接合、６は第１の受光素子、７は光電流、８は信号光、９は信号光の光軸、１０は迷光である。
【００２３】
本実施例では、半導体基板１の主面に斜面２を介して段差部３が形成されており、その段差部３の底面に、信号光の光軸９上にあり信号光８を検出することを目的とした信号光検出用の第１の受光素子６を形成していることが特徴である。
【００２４】
図１に示す半導体受光素子において、従来、半導体基板１の表面付近に形成した信号光検出用の受光素子に入射しやすかった迷光１０は、段差部３の底面に形成した第１の受光素子６に到達する前に、段差部３の斜面２より半導体基板１に入射しやすくなるため、信号光８検出用の第１の受光素子６に入射しにくくなる。
【００２５】
このため、第１の受光素子６には、従来よりも迷光１０が入射しにくくなるため、迷光１０による光電流が低減され、信号光８の検出信号に不要な迷光１０による信号が混ざることを低減させることができる。
【００２６】
また、図１に示すような段差部３は、例えばＮ型シリコン半導体基板１表面に酸化膜等のエッチングマスクを施し、水酸化カリウム系エッチング液等により異方性エッチングを行うことにより形成させることができる。この段差部形成後、段差部３の底面にＰ型拡散領域２を形成させることにより、受光素子を形成させることができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。図２において、１１は迷光によるキャリア、１２は迷光１０が半導体基板１に垂直に入射した場合に、迷光１０が進入しキャリアが発生、拡散することができる最大深さであり、その他の図１に示す第１の実施の形態による構成図と同一箇所には、同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００２８】
本実施例では、半導体基板１の主面から光源として使用している波長の迷光１０が垂直に入射した場合に、迷光１０が進入し、キャリア１１が発生、拡散することができる最大深さ１２よりも深い位置に、段差部３の底面および第１の受光素子６を形成したことを特徴とする。
【００２９】
迷光１０は、従来の課題で述べたように、光デバイス装置内で様々に乱反射している。このため当然、半導体基板１の表面からも迷光１０は半導体基板内に入射し、キャリア１１を発生させる。
【００３０】
このとき、迷光１０が最も半導体基板内に奥深く進入するのは、迷光１０が半導体基板１の主面に対し垂直に入射した場合であり、また光の波長、半導体不純物濃度、半導体表面の反射率等で決まる深さまで進入し、キャリアを発生させる。
【００３１】
このような半導体基板１の表面から入射した迷光１０によるキャリア１１も、当然、再結合するまでの間、半導体基板１内部を拡散する。この半導体基板１の表面から入射した迷光１０によるキャリア１１が第１の受光素子６に吸収され、光電流７として出力されることになれば当然、信号光８の検出信号に不要な迷光１０による信号が混ざり、光信号検出に悪影響を及ぼすこととなる。
【００３２】
本実施例では、半導体基板１の表面から入射した迷光１０により発生したキャリア１１が、半導体基板１の内部に到達できる最大深さ１２よりも深い位置に、段差部３の底面および第１の受光素子６を形成することにより、キャリア１１が信号光８を検出するための第１の受光素子６に到達できないようにしている。このため迷光１０によるキャリア１１が及ぼす信号光８による出力信号への影響を最大限減らすことができる。
【００３３】
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。図３において、１３は第２の受光素子、１４は第２の受光素子からの光電流、１５はＰ型拡散領域であり、その他の図２に示す第２の実施の形態による構成図と同一箇所には同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００３４】
本実施例では、本発明の第１の半導体受光素子と同じく、半導体基板１の主面に斜面２を介して段差部３が形成されており、その段差部３の底面に、信号光の光軸９上にあり、信号光８を検出することを目的とした、信号光検出用の第１の受光素子６を形成し、さらに信号光の光軸９上にない位置にある斜面２上に、信号光８を検出することを目的としない第２の受光素子１３を形成していることを特徴とする。
【００３５】
第２の実施の形態で述べたように、半導体基板１の表面からも迷光１０は半導体基板内に入射し、キャリア１１を発生させる。本実施例では、迷光１０が半導体基板１の表面から入射することにより発生した、キャリア１１による第１の受光素子６への影響をなくすため、段差部３の斜面２上で、信号光の光軸９上にない位置に、第２の受光素子１３を形成し、半導体基板１の表面付近で浮遊拡散している迷光１０によるキャリア１１を、その第２の受光素子１３より吸収する。第２の受光素子１３に吸収された迷光１０によるキャリア１１は、第２の受光素子１３からの光電流１４として外部出力され、第１の受光素子６からの光電流７による検出信号と区別される。また、同様に斜面２より入射した迷光１０により発生したキャリアについても、この第２の受光素子１３により吸収されることにより、第１の受光素子６への影響を低減させることができる。
【００３６】
このため、第１の受光素子６からの信号光８の検出信号に不要な迷光１０による信号が混ざることを、さらに低減させることができる。
【００３７】
第３の実施の形態に示す受光素子構造は、第１の受光素子６を構成するための段差部３を形成する前に、第２の受光素子１３を構成するためのＰ型拡散領域１５を半導体基板１表面に埋め込んでおき、その後、段差部３を形成するためにエッチングを施すことにより形成することができる。
【００３８】
（実施の形態４）
図４は、本発明の第４の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。図４において、１６は回路形成部であり、その他の図３に示す第３の実施の形態による構成図と同一箇所には同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００３９】
本実施例では、第１の受光素子６および第２の受光素子１３からのそれぞれの光電流７および１４を入力信号とし、入力信号を検出するための回路、および増幅回路、演算回路などの機能を有する回路形成部１６を、同一半導体基板１上に形成したことを特徴とする。
【００４０】
このように同一半導体基板１に、受光素子とその受光素子からの光電流信号を入力する回路部を近隣に形成することにより、光電流信号が増幅回路等の信号処理回路に入力されるまでにノイズが乗りにくくなり、信号ノイズレベルを低減させることができる等のメリットがある。また、受光素子チップと外付け回路としての回路チップを個々に作成、組み合わせるよりも、コスト低減させることができる。
【００４１】
（実施の形態５）
図５は、本発明の第５の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。図５において、１７は第２の段差部、１８は斜面、１９は半導体レーザ素子、２０はレーザ光であり、その他の図４に示す第４の実施の形態による構成図と同一箇所には同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００４２】
本実施例では、第１の受光素子６を形成するための段差部３とは別に、第２の段差部１７を形成し、この第２の段差部１７の底面部に半導体レーザ素子１９が配置され、半導体レーザ素子１９から出射されたレーザ光２０を、斜面１８により半導体基板１に対し垂直方向に反射させていることを特徴とする。
【００４３】
このように、半導体レーザ素子１９と信号光９を検出する第１の受光素子６を同一半導体基板１に配置することにより、信号光としての光源、受光素子、信号増幅回路等をモジュール化させることが可能となり、コストの低減、また光学部品の組立アライメント簡素化などのメリットがある。
【００４４】
このように半導体レーザ素子１９からのレーザ光を、半導体基板１に対して垂直方向に出射させるためには、斜面１８が半導体基板１の主面に対し４５°程度の傾きをもった構造が必要である。このような基板構造は、半導体基板１として、＜１１０＞方向を軸として５°〜１５°のオフアングルを有する（１００）面シリコン半導体基板を用い、酸化膜等のエッチングマスクを用いて、水酸化カリウム系エッチング液等により異方性エッチングを行うことにより、（１１１）面を斜面とする段差が形成されることによるものである。この場合、半導体基板１の主面に対し、３９°〜４９°の角度を持った斜面１８を形成することができる。また、この斜面１８でレーザ光２０を効率よく反射させるために、斜面１８の上に高反射率コーティング薄膜（例えば、Ａｕ約３０００Å）が形成されており、反射率が９９％以上になっている。また、第２の段差部１７の底面に半田メッキを形成することにより、この半田と半導体レーザ素子１９のＡｕ電極を熱により融合させて、半導体レーザ素子１９を固定することができる。
【００４５】
（実施の形態６）
図６は、本発明の第６の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。図６において、２１、２３、２６はレンズ、２２はハーフミラー、２４は光ディスク、２５はミラーであり、その他の図５に示す第５の実施の形態による構成図と同一箇所には同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００４６】
本実施例では、半導体基板１の信号光８入射側に、レンズ２１、２３、２６、ハーフミラー２２、光ディスク２４、ミラー２５等、少なくとも一つの光学部品を配置したことを特徴としている。
【００４７】
本実施例のように、受光素子６と回路形成部１６を同一基板上に形成した半導体基板１と半導体レーザ素子１９を一体化したものに、半導体基板１の信号光８入射側にレンズ２１等の光学部品を配置させることにより、容易に光ピックアップ装置などの信号光を検出する部分を形成することができ、迷光などが発生しやすい状況においても、安定して信号光の情報を検出することができる。
【００４８】
これまでの本発明の実施の形態についての説明において、Ｎ型シリコン半導体基板にＰ型拡散領域を埋め込むことにより、ＰＮ接合を形成し、半導体受光素子としての機能を有する説明をしたが、本発明は、Ｎ型シリコン半導体基板に限定されるものではなく、Ｐ型シリコン半導体基板、化合物半導体基板などに形成された全ての受光素子としての機能を有したものに対し有効であり、受光素子構造に関する発明を説明したものである。
【００４９】
また、本発明の実施の形態において、説明を簡略化するため、信号光を検出するための第１の受光素子、および第１の受光素子を構成するための段差部を、図中に一組しか記載していないが、複数個の段差部を形成し、その複数個の段差部にそれぞれ受光素子を形成する場合においても本発明は適用されるものである。このように複数個の段差部および受光素子を形成する形態として、検出信号光を回折素子などにより２本以上の信号光に分割しているような光学系などがあげられる。
【００５０】
また、信号光の波長についても、特に限定はしていないが、ある特定の波長に限定したものであっても、本発明は適用される。
【００５１】
また、半導体基板上に第１の受光素子、第２の受光素子、回路形成部、および半導体レーザ素子が、単純に並んでいるが、それぞれの配置については、特にこの限りではなく、任意の位置関係にあってよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の半導体受光素子は、半導体基板の主面に斜面を介して段差部が形成され、その段差部の底面の信号光の光軸上に、信号光を検出することを目的とした第１の受光素子が形成されているため、従来、半導体基板の表面付近に形成した信号光検出用の受光素子に入射しやすかった迷光を、信号光検出用の第１の受光素子に入射しにくくすることができる。
【００５３】
また、信号光を検出する第１の受光素子以外に、信号光の光軸上にない位置にある段差斜面部に、信号光を検出することを目的としない第２の受光素子が形成されているため、半導体基板表面に入射した迷光により発生した不要なキャリアを、その第２の受光素子で吸収し、第１の受光素子からの検出信号とは別の出力信号として出力させることにより、信号光の検出信号に不要な迷光による信号が混ざることを低減させることができる。
【００５４】
従って、光情報処理、光計測、光通信等に幅広く使用することができ、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態による半導体受光素子の構成図である。
【図７】従来の半導体受光素子の構成図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  斜面
３  段差部
４  Ｐ型拡散領域
５  ＰＮ接合
６  第１の受光素子
７  光電流
８  信号光
９  信号光の光軸
１０  迷光
１１  迷光によるキャリア
１２  迷光が進入しキャリアが発生、拡散することができる最大深さ
１３  第２の受光素子
１４  第２の受光素子からの光電流
１５  Ｐ型拡散領域
１６  回路形成部
１７  第２の段差部
１８  斜面
１９  半導体レーザ素子
２０  レーザ光
２１  レンズ
２２  ハーフミラー
２３  レンズ
２４  光ディスク
２５  ミラー
２６  レンズ
【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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