JP2018011024A - 受光素子および光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】迷光の発生を抑制することが可能な受光素子、および当該受光素子を含む光モジュールを提供する。【解決手段】受光素子９４は、受光面９４Ａを有する半導体層と、半導体層上に配置される電極６と、を備えている。受光面９４Ａに垂直な方向から平面的に見て、電極６は受光面９４Ａの外周に沿って延在する。受光面９４Ａに垂直な方向から平面的に見て、電極６には、電極６を幅方向に貫通する第１切欠き部６Ａが形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、受光素子および光モジュールに関するものである。

半導体からなるｐ型層とｎ型層との間に空乏層を形成した状態で光を受けることで、入射した光量に応じた量のキャリアを生成し、これを電流として取り出す受光素子（半導体受光素子）が知られている。このような受光素子において、半導体層の受光面（半導体層に光が入射するための面）の外周に沿って電極が形成される構造が採用される場合がある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９−２６７２５１号公報

上述のように受光面の外周に沿って電極が形成される場合、受光素子に照射される光の一部が電極において反射され、意図しない場所に光が到達する現象（迷光）が生じ得る。受光素子が設置される装置によっては、迷光が装置の機能との関係において好ましくない場合がある。

そこで、迷光の発生を抑制することが可能な受光素子、および当該受光素子を含む光モジュールを提供することを目的の１つとする。

本発明に従った受光素子は、受光面を有する半導体層と、半導体層上に配置される電極と、を備える。受光面に垂直な方向から平面的に見て、上記電極は上記受光面の外周に沿って延在する。受光面に垂直な方向から平面的に見て、上記電極には、上記電極を幅方向に貫通する第１切欠き部が形成されている。

上記受光素子によれば、迷光の発生を抑制することができる。

受光素子の構造を示す概略断面図である。 受光素子の構造を示す概略平面図である。 受光素子の構造の変形例を示す概略平面図である。 実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 実施の形態１における光モジュールの構造を示す概略平面図である。 図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩに沿う断面に対応する概略断面図である。 図７の線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う断面における光の形状とレンズとの関係を示す概略図である。 受光素子の配置を示す概略平面図である。 変形例の構造を有する受光素子の配置を示す概略平面図である。 実施の形態２における光モジュールの構造を示す概略斜視図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の受光素子は、受光面を有する半導体層と、半導体層上に配置される電極と、を備える。受光面に垂直な方向から平面的に見て、上記電極は上記受光面の外周に沿って延在する。受光面に垂直な方向から平面的に見て、上記電極には、上記電極を幅方向に貫通する第１切欠き部が形成されている。

本願の受光素子では、受光面の外周に沿って延在する電極に、当該電極を幅方向に貫通する第１切欠き部が形成されている。そのため、受光素子に対する光の入射方向（光路）が一定である場合、受光面に垂直な方向から平面的に見て光路と第１切欠き部とが重なるように受光素子を配置することにより、電極による光の反射が低減される。その結果、迷光の発生が抑制される。このように、本願の受光素子によれば、迷光の発生を抑制することができる。

上記受光素子において、受光面に垂直な方向から平面的に見て、上記電極には、受光面を挟んで第１切欠き部に対向するように位置し、上記電極を幅方向に貫通する第２切欠き部が形成されていてもよい。第２切欠き部を形成し、光路と第１切欠き部および第２切欠き部とが重なるように受光素子を配置することにより、電極による光の反射がさらに低減される。

本願の光モジュールは、光を形成する光形成部と、光形成部からの光を透過する出射窓を有し、光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備える。光形成部は、ベース部材と、ベース部材上に搭載される半導体発光素子と、ベース部材上に搭載され、半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、ベース部材上に搭載され、半導体発光素子の出射方向において半導体発光素子とレンズとの間に配置され、半導体発光素子からの光を直接受光する上記本願の受光素子と、を含む。受光素子は、受光面に垂直な方向から平面的に見て、半導体発光素子からの光の光路が第１切欠き部に重なる状態で、半導体発光素子からの光が受光面に入射するように配置される。

本願の光モジュールでは、受光素子が、受光面に垂直な方向から平面的に見て、半導体発光素子からの光の光路が第１切欠き部に重なる状態で、半導体発光素子からの光が受光面に入射するように配置される。そのため、受光素子の上記電極による光の反射が低減される。その結果、本願の光モジュールによれば、迷光の発生を抑制することができる。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、ベース部材上に搭載される複数の半導体発光素子と、ベース部材上に搭載され、上記複数の半導体発光素子のそれぞれに対応して配置される複数のレンズと、ベース部材上に搭載され、上記複数の半導体発光素子のうち、少なくとも１つの半導体発光素子に対応して配置される上記受光素子と、ベース部材上に搭載され、上記複数の半導体発光素子からの光を合波するフィルタと、を含んでいてもよい。

このように、単一のパッケージ内に複数の半導体発光素子を配置し、これらからの光を当該パッケージ内において合波可能とすることで、複数のパッケージからの光を合波する場合に比べて、光モジュールが用いられる装置のコンパクト化を達成することができる。なお、フィルタとしては、たとえば波長選択性フィルタ、偏波合成フィルタなどを採用することができる。

上記光モジュールにおいて、上記複数の半導体発光素子は、赤色の光を出射する半導体発光素子、緑色の光を出射する半導体発光素子および青色の光を出射する半導体発光素子を含んでいてもよい。このようにすることにより、これらの光を合波し、所望の色の光を形成することができる。

上記光モジュールにおいて、上記受光素子は、少なくとも１つの半導体発光素子から出射された光のうち、当該少なくとも１つの半導体発光素子に対応する上記レンズによりスポットサイズを変換される領域以外の領域の光を受光可能な位置に配置されてもよい。

このように、レンズによってスポットサイズが変換されない光、すなわち光モジュールから出射される光として利用されない領域の光を受光素子により受光する構造を採用することにより、光モジュールからの出射光の光量を減少させることなく、半導体発光素子から出射された光の強度を把握することができる。また、上記単一のパッケージ内に複数の半導体発光素子を配置し、これらからの光を当該パッケージ内において合波する構造において、このような構造を採用することにより、半導体発光素子から出射される光の強度をより精度よく調整することができる。これは、以下のような理由による。

単一のパッケージ内に複数の半導体発光素子を配置し、これらからの光を当該パッケージ内において合波する構造を採用した場合、一の半導体発光素子から出射された光を受光すべき受光素子に他の半導体発光素子から出射された光が混入する現象、すなわち光のクロストークが発生する。そして、このクロストークに起因して、受光素子において本来把握されるべき半導体発光素子からの光の強度が精度よく把握できないという問題が発生する。

本発明者の検討によれば、このクロストークの最大の原因は、一の半導体発光素子から出射された光を受光すべき受光素子に、他の半導体発光素子から出射され、保護部材の内部において反射した光（反射光）が一の半導体発光素子を出射した光が通るべき光路を通って侵入することである。この反射光は、一の半導体発光素子を出射した光が通るべき光路を通るため、一の半導体発光素子に対応するレンズによってスポットサイズを変換される領域を進行する。つまり、上記少なくとも１つの半導体発光素子と、それに対応するレンズとの間において、上記少なくとも１つの半導体発光素子に対応するレンズによりスポットサイズを変換される領域以外の領域には、他の半導体発光素子からの上記反射光は侵入しない。そのため、受光素子を、上記少なくとも１つの半導体発光素子から出射された光のうち、上記少なくとも１つの半導体発光素子に対応するレンズによりスポットサイズを変換される領域以外の領域の光を受光可能な位置に配置することにより、クロストークの発生を抑制することができる。その結果、半導体発光素子から出射される光の強度をより精度よく調整することができる。

上記光モジュールにおいて、受光素子は、上記少なくとも１つの半導体発光素子から出射された光を受光して得られる光電流が１μＡ以上となる位置に配置されてもよい。このようにすることにより、半導体発光素子からの光の強度を精度よく把握することができる。半導体発光素子からの光の強度をより精度よく把握するためには、上記光電流が１０μＡ以上となる位置に上記受光素子が配置されてもよい。

上記光モジュールにおいて、上記半導体発光素子はレーザダイオードであってもよい。このようにすることにより、波長のばらつきの少ない出射光を得ることができる。

上記光モジュールにおいて、光形成部は、ベース部材に接触して配置される電子冷却モジュールをさらに含んでいてもよい。このようにすることにより、温度が高くなる環境下においても光モジュールを使用することが可能となる。

［本願発明の実施形態の詳細］
（実施の形態１）
次に、本発明にかかる受光素子の一実施の形態について、図１および図２を参照して説明する。図１は、図２の線分Ｉ−Ｉに沿う断面図である。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１を参照して、第１受光素子としての第１フォトダイオード９４は、高濃度ｎ型層３と、ｎ型層４と、ｐ型領域５と、ｐ側電極６と、ｎ側電極７と、を備える。

高濃度ｎ型層３は、ｎ型不純物を含むことにより、ｎ型の導電型を有している。ｎ型層４は、高濃度ｎ型層の第１主面３Ａ上に接触して配置される。ｎ型層４は、高濃度ｎ型層３よりも低い濃度でｎ型不純物を含むことにより、ｎ型の導電型を有している。ｐ型領域５は、ｎ型層４の第１の主面４Ａを含むように、ｎ型層４の内部に形成されている。ｐ型領域５は、ｐ型不純物を含むことにより導電型がｐ型となっている。高濃度ｎ型層３、ｎ型層４およびｐ型領域５は、半導体層を構成する。半導体層のｎ側電極７とは反対側の主面に、半導体層に外部から光が入射するための受光面９４Ａが形成されている。

ｎ側電極７は、高濃度ｎ型層３の第２主面３Ｂ上に接触して配置される。ｎ側電極７は、金属などの導電体からなっている。ｎ側電極７は、高濃度ｎ型層３とオーミック接触している。ｐ側電極６は、半導体層のｎ側電極７とは反対側の主面上に接触して配置されている。ｐ側電極６は、半導体層の当該主面において露出するｐ型領域５に接触して配置される。ｐ側電極６は、金属などの導電体からなっている。ｐ側電極６は、ｐ型領域５とオーミック接触している。

受光面９４Ａから光が入射すると、ｐ型領域５およびｎ型層４内に入射した光量に応じた量のキャリアが生成する。これをｐ側電極６およびｎ側電極７を介して電流として取り出すことで、入射した光の光量を把握することができる。

図２は、図１に示す第１フォトダイオード９４を受光面９４Ａ垂直な方向から見た平面図である。図２を参照して、ｐ側電極６は、受光面９４Ａの外周に沿って延在する。ｐ側電極６は、受光面９４Ａの外周を取り囲むように配置される。ｐ側電極６は、環状（円環状）の形状を有している。ｐ側電極６は、電気的接合を形成するためのボンディング領域６Ｅを有している。そして、ｐ側電極６には、ｐ側電極６を幅方向に貫通する第１切欠き部６Ａが形成されている。つまり、ｐ側電極６は、第１切欠き部６Ａにおいて途切れた環状の形状を有している。

第１フォトダイオード９４は、第１フォトダイオード９４に対する光の入射方向（光路）が一定である場合、受光面９４Ａに垂直な方向から平面的に見て、入射光の光路と第１切欠き部６Ａとが重なるように配置されることにより、ｐ側電極６による光の反射を低減し、迷光の発生を抑制することが可能な受光素子（半導体受光素子）となっている。

図３は、第１フォトダイオード９４の構造の変形例を示す。図３は、図２と同様の視点から第１フォトダイオード９４を見た平面図である。図３を参照して、変形例における第１フォトダイオード９４は、基本的には上記図１および図２を参照して説明した第１フォトダイオード９４と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、本件変形例における第１フォトダイオード９４は、一対の切欠き部を有する点において、上記図１および図２を参照して説明した第１フォトダイオード９４とは異なっている。

具体的には、変形例における第１フォトダイオード９４では、受光面９４Ａに垂直な方向から平面的に見て、ｐ側電極６に、受光面９４Ａを挟んで第１切欠き部６Ａに対向するように位置し、ｐ側電極６を幅方向に貫通する第２切欠き部６Ｂが形成されている。すなわち、受光面９４Ａに垂直な方向から平面的に見て、第１切欠き部６Ａと第２切欠き部６Ｂとは、同一直線上に位置する。ｐ側電極６は、２つの領域に分離している。ｐ側電極６の一方の領域にはボンディング領域６Ｅが形成されており、他方の領域にはボンディング領域６Ｆが形成されている。

このように、第２切欠き部６Ｂを形成し、光路と第１切欠き部６Ａおよび第２切欠き部６Ｂとが重なるように第１フォトダイオード９４を配置することにより、ｐ側電極６による光の反射がさらに低減される。

次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を、図４〜図１０を参照しつつ説明する。図５は、図４のキャップ４０を取り外した状態に対応する図である。

図４および図５を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、平板状の形状を有するステム１０と、ステム１０の一方の主面１０Ａ上に配置され、光を形成する光形成部２０と、光形成部２０を覆うようにステム１０の一方の主面１０Ａ上に接触して配置されるキャップ４０と、ステム１０の他方の主面１０Ｂ側から一方の主面１０Ａ側まで貫通し、一方の主面１０Ａ側および他方の主面１０Ｂ側の両側に突出する複数のリードピン５１とを備えている。ステム１０とキャップ４０とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、光形成部２０は、ステム１０とキャップ４０とによりハーメチックシールされている。ステム１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。キャップ４０には、光形成部２０からの光を透過する出射窓４１が形成されている。出射窓４１は主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、光形成部２０からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。ステム１０およびキャップ４０は、保護部材を構成する。

図５および図６を参照して、光形成部２０は、板状の形状を有するベース部材であるベース板６０を含む。ベース板６０は、平面的に見て長方形形状を有する一方の主面６０Ａを有している。ベース板６０は、ベース領域６１と、チップ搭載領域６２とを含んでいる。チップ搭載領域６２は、一方の主面６０Ａの一の短辺と、当該短辺に接続された一の長辺を含む領域に形成されている。チップ搭載領域６２の厚みは、ベース領域６１に比べて大きくなっている。その結果、ベース領域６１に比べて、チップ搭載領域６２の高さが高くなっている。チップ搭載領域６２において上記一の短辺の上記一の長辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第１チップ搭載領域６３が形成されている。チップ搭載領域６２において上記一の長辺の上記一の短辺に接続される側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第２チップ搭載領域６４が形成されている。

第１チップ搭載領域６３上には、平板状の第１サブマウント７１が配置されている。そして、第１サブマウント７１上に、第１半導体発光素子としての赤色レーザダイオード８１が配置されている。一方、第２チップ搭載領域６４上には、平板状の第２サブマウント７２および第３サブマウント７３が配置されている。第２サブマウント７２から見て、上記一の長辺と上記一の短辺との接続部とは反対側に、第３サブマウント７３が配置される。そして、第２サブマウント７２上には、第２半導体発光素子としての緑色レーザダイオード８２が配置されている。また、第３サブマウント７３上には、第３半導体発光素子としての青色レーザダイオード８３が配置されている。赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸の高さ（ベース板６０の一方の主面６０Ａを基準面とした場合の基準面と光軸との距離；Ｚ軸方向における基準面との距離）は、第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３により調整されて一致している。

ベース板６０のベース領域６１上には、第４サブマウント７４、第５サブマウント７５および第６サブマウント７６が配置されている。そして、第４サブマウント７４、第５サブマウント７５および第６サブマウント７６上には、それぞれ第１受光素子としての第１フォトダイオード９４、第２受光素子としての第２フォトダイオード９５および第３受光素子としての第３フォトダイオード９６が配置されている。第１フォトダイオード９４は、たとえば上記図１および図２を参照して説明した構造、または図３を参照して説明した変形例の構造を有している。第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６は、第１フォトダイオード９４と同様の構造を有している。

第４サブマウント７４、第５サブマウント７５および第６サブマウント７６により、それぞれ第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６の高さ（赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸までの距離；Ｚ軸方向における距離）が調整される。第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６の高さの調整の詳細については後述する。第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３からの光を直接受光する位置に設置される。本実施の形態においては、全ての半導体発光素子のそれぞれに対応して受光素子が配置される。第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６は、それぞれ赤色、緑色および青色の光を受光可能なフォトダイオードである。第１フォトダイオード９４は、赤色レーザダイオード８１の出射方向において、赤色レーザダイオード８１と第１レンズ９１との間に配置される。第２フォトダイオード９５は、緑色レーザダイオード８２の出射方向において、緑色レーザダイオード８２と第２レンズ９２との間に配置される。第３フォトダイオード９６は、青色レーザダイオード８３の出射方向において、青色レーザダイオード８３と第３レンズ９３との間に配置される。

ベース板６０のベース領域６１上には、凸部である第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９が形成されている。そして、第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９上には、それぞれ第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３が配置されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、表面がレンズ面となっているレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａを有している。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、レンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａとレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９により、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３のレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの中心軸、すなわちレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの光軸は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸に一致するように調整されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズを変換する。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３により、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズが一致するようにスポットサイズが変換される。

ベース板６０のベース領域６１上には、第１フィルタ９７と第２フィルタ９８とが配置される。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、誘電体多層膜フィルタである。より具体的には、第１フィルタ９７は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第２フィルタ９８は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。このように、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、特定の波長の光を選択的に透過および反射する。その結果、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射された光を合波する。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれベース領域６１上に形成された凸部である第１突出領域８８および第２突出領域８９上に配置される。

図６を参照して、赤色レーザダイオード８１、第１フォトダイオード９４の受光面９４Ａ、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａ、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｘ軸方向に並んで）配置されている。緑色レーザダイオード８２、第２フォトダイオード９５の受光面９５Ａ、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａおよび第１フィルタ９７は、緑色レーザダイオード８２の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。青色レーザダイオード８３、第３フォトダイオード９６の受光面９６Ａ、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａおよび第２フィルタ９８は、青色レーザダイオード８３の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。すなわち、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは交差する。より具体的には、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは直交する。緑色レーザダイオード８２の出射方向は、青色レーザダイオード８３の出射方向に沿った方向である。より具体的には、緑色レーザダイオード８２の出射方向と青色レーザダイオード８３の出射方向とは平行である。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向（Ｘ軸方向）に対して４５°傾斜している。

次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図６を参照して、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行する。このとき、第１フォトダイオード９４の受光面９４Ａに赤色の光の一部が直接入射する。これにより赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて赤色の光の強度が調整される。第１フォトダイオード９４上を通過した赤色の光は、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ９１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_２に沿ってさらに進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光は、光路Ｌ_４に沿って進行する。このとき、第２フォトダイオード９５の受光面９５Ａに緑色の光の一部が直接入射する。これにより緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて緑色の光の強度が調整される。第２フォトダイオード９５上を通過した緑色の光は、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ９２においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ_４に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は緑色の光を反射するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_２に合流する。その結果、緑色の光は赤色の光と合波され、光路Ｌ_２に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は緑色の光を透過するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

青色レーザダイオード８３から出射された青色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行する。このとき、第３フォトダイオード９６の受光面９６Ａに青色の光の一部が直接入射する。これにより青色レーザダイオード８３から出射された青色の光の強度が把握され、把握された光の強度と出射されるべき目標の光の強度との差に基づいて青色の光の強度が調整される。第２フォトダイオード９５上を通過した青色の光は、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード８３から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ９３においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。第２フィルタ９８は青色の光を反射するため、青色レーザダイオード８３から出射された光は光路Ｌ_３に合流する。その結果、青色の光は赤色の光および緑色の光と合波され、光路Ｌ_３に沿って進行し、キャップ４０の出射窓４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

このようにして、キャップ４０の出射窓４１から、赤色、緑色および青色の光が合波されて形成された光が出射する。ここで、本実施の形態における光モジュール１では、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射された光の一部が、それぞれ第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３との間に配置される第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６により直接受光される。そのため、光の強度を精度よく把握し、当該光の強度を高い精度で調整することが可能となっている。その結果、赤色、緑色および青色の光が所望の強度の割合で精度よく合波され、所望の色の光を精度よく形成することができる。

次に、第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６の高さの調整の詳細について、第２フォトダイオード９５を例に説明する。第１フォトダイオード９４および第３フォトダイオード９６の赤色レーザダイオード８１および青色レーザダイオード８３に対する位置関係は、以下に説明する第２フォトダイオード９５の緑色レーザダイオード８２に対する位置関係と同様である。

図７および図８を参照して、緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光２は、光軸に垂直な断面（図８の断面）において、ベース板６０の一方の主面６０Ａに垂直な方向（Ｚ軸方向）を長径とする楕円形状を有している。第２レンズ９２のレンズ部９２Ａは、光軸に垂直な断面において円形状を有している。そのため、図８に示すように、光軸に垂直な断面においてレンズ部９２Ａの外周面を構成する円が、光２に対応する楕円に内接するように第２レンズ９２を配置することが好ましい。この場合、光２は、第２レンズ９２によりスポット変換される領域２Ａと、スポット変換されない領域２Ｂとを含む。

そして、図７を参照して、第２フォトダイオード９５の受光面９５Ａが、第２レンズ９２によりスポットサイズを変換される領域２Ａ以外の領域２Ｂの光を受光可能となるように、第２フォトダイオード９５は配置される。より具体的には、受光面９５Ａが、第２レンズ９２によりスポットサイズを変換される領域２Ａ以外の領域２Ｂの光を受光可能となるように、緑色レーザダイオード８２の出射部８２Ａと第２フォトダイオード９５の受光面９５Ａとを結ぶ直線と、緑色レーザダイオード８２の光軸２Ｃとのなす角θが調整される。角θの調整は、第５サブマウント７５の厚みおよび第５サブマウント７５上における第２フォトダイオード９５の搭載位置を変更することにより実施することができる。このように、第２レンズ９２によってスポットサイズ変換されない光、すなわち光モジュール１から出射される光として利用されない領域２Ｂの光を第２フォトダイオード９５により受光する構造を採用することにより、光モジュール１からの出射光の光量を減少させることなく、緑色レーザダイオード８２から出射された光の強度を把握することができる。

また、上述のように第２フォトダイオード９５を配置することにより、緑色レーザダイオード８２から出射される光の強度を精度よく把握することができる。この理由について以下に説明する。上述のように、単一のパッケージ内に複数の半導体発光素子（赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３）を配置してこれらからの光を合波する構造を採用した場合、光のクロストークにより光の強度が精度よく把握できないという問題が発生する場合がある。この問題について、緑色レーザダイオード８２からの光の強度を把握する場合について説明する。

図６を参照して、赤色レーザダイオード８１を出射した赤色の光は、上述のように光路Ｌ_１に沿って進行し、本来第１フィルタ９７を透過する。しかし、赤色の光の一部が第１フィルタ９７において反射され光路Ｌ_６に沿って進行する。この光はキャップ４０の内壁面４０Ａにおいて反射し、光路Ｌ_６に沿って第１フィルタ９７に入射し、透過する。そして、光路Ｌ_７に沿って進行し、第２レンズ９２を通って第２フォトダイオード９５へと到達する。このようにして、本来緑色の光の強度を受光すべき第２フォトダイオード９５に赤色の光の反射光が混入し得る。これが、クロストークの最大の要因となっている。

ここで、混入する赤色の光の反射光は、緑色レーザダイオード８２を出射した光が第１フィルタ９７へと向かう経路を通るため、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａによりスポットサイズを変換される領域２Ａを通る（図７参照）。つまり、第２フォトダイオード９５が第２レンズ９２によりスポットサイズを変換される領域２Ａ以外の領域２Ｂの光を受光可能となるように配置された本実施の形態の光モジュール１においては、上記経路を通った赤色の反射光が第２フォトダイオード９５により受光されない。そのため、クロストークの発生を抑制し、緑色レーザダイオード８２から出射される光の強度を精度よく把握し、調整することができる。クロストークの発生は、上記角度θを適切に調整することによって有効に低減することができる。具体的には、角度θを第２レンズ９２の有効角θ_０以上に調整することにより、クロストークの発生を有効に低減することができる。一方、角度θが大き過ぎると、第２フォトダイオード９５が受光する反射光（赤色の光）の量は十分に抑制されるものの、第２フォトダイオード９５からの光（緑色の光）を受光して得られる光電流が小さくなり、第２フォトダイオード９５からの光の強度を精度よく把握することが困難となる。角度θは、第２フォトダイオード９５からの光を受光して得られる光電流の値が１μＡ以上となるように設定されることが好ましい。このようにすることにより、第２フォトダイオード９５からの光の強度を精度よく把握することができる。第２フォトダイオード９５からの光の強度をより精度よく把握するためには、第２フォトダイオード９５からの光を受光して得られる光電流の値が１０μＡ以上となるように角度θを調整して、第２フォトダイオード９５を配置することが好ましい。

また、本実施の形態における光モジュール１においては、赤色レーザダイオード８１に対応する第１フォトダイオード９４、および青色レーザダイオード８３に対応する第３フォトダイオード９６についても、上記緑色レーザダイオード８２に対応する第２フォトダイオード９５と同様に配置される。そのため、クロストークの発生が抑制され、赤色、緑色および青色の光の強度が適切に調整される。その結果、所望の色を有する光を精度よく形成することができる。

次に、第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６の配置態様の詳細について、第１フォトダイオード９４を例に説明する。第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６は、それぞれ緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３との関係において、以下に説明する赤色レーザダイオード８１との関係における第１フォトダイオード９４の配置態様と同様の配置態様にて配置される。

図９を参照して、第１フォトダイオード９４は、受光面９４Ａに垂直な方向から平面的に見て、赤色レーザダイオード８１からの光の光路Ｌ_１が第１切欠き部６Ａに重なる状態で、赤色レーザダイオード８１からの光が受光面９４Ａに入射するように配置される。また、図１０を参照して、上記変形例の構造が採用される場合、第１フォトダイオード９４は、受光面９４Ａに垂直な方向から平面的に見て、赤色レーザダイオード８１からの光の光路Ｌ_１が第１切欠き部６Ａおよび第２切欠き部６Ｂに重なる状態で、赤色レーザダイオード８１からの光が受光面９４Ａに入射するように配置される。

本願の光モジュール１においては、第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６が、受光面に垂直な方向から平面的に見て、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３からの光の光路が第１切欠き部（および第２切欠き部）に重なる状態で、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３からの光が受光面に入射するように配置されている。そのため、第１フォトダイオード９４、第２フォトダイオード９５および第３フォトダイオード９６の上記電極（たとえば第１フォトダイオード９４のｐ側電極６）による光の反射が低減される。その結果、本実施の形態の光モジュール１は、迷光の発生が抑制された光モジュールとなっている。

（実施の形態２）
次に、本発明にかかる光モジュールの他の実施の形態である実施の形態２を説明する。図１１および図５を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における光モジュール１は、電子冷却モジュール３０をさらに含んでいる点において、実施の形態１の場合とは異なっている。

具体的には、図１１を参照して、実施の形態２における光モジュール１は、ステム１０と光形成部２０との間に、電子冷却モジュール３０をさらに含んでいる。電子冷却モジュール３０は、吸熱板３１と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板３１と放熱板３２との間に並べて配置される半導体柱３３とを含む。吸熱板３１および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板３１がベース板６０の他方の主面６０Ｂに接触して配置される。放熱板３２は、ステム１０の一方の主面１０Ａに接触して配置される。本実施の形態において、電子冷却モジュール３０はペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。そして、電子冷却モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板３１に接触するベース板６０の熱がステム１０へと移動し、ベース板６０が冷却される。その結果、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度上昇が抑制される。これにより、たとえば自動車に搭載される場合など、温度が高くなる環境下においても光モジュール１を使用することが可能となる。また、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。

なお、上記サブマウントは、サブマウント上に搭載される素子等に熱膨張係数が近い材料からなるものとされ、たとえばＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ダイヤモンドなどからなるものとすることができる。また、ステムおよびキャップを構成する材料としては、たとえば熱伝導率の高い材料である鉄、銅などを採用してもよいし、ＡｌＮ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏなどを採用してもよい。

上記実施の形態においては、３個の出射波長の異なる半導体発光素子からの光が合波される場合について説明したが、半導体発光素子は１個または２個であってもよく、４個以上であってもよい。また、上記実施の形態においては、半導体発光素子としてレーザダイオードが採用される場合について説明したが、半導体発光素子として、たとえば発光ダイオードが採用されてもよい。また、上記実施の形態においては、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８として波長選択性フィルタが採用される場合を例示したが、これらのフィルタは、たとえば偏波合成フィルタであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の受光素子および光モジュールは、迷光の抑制が求められる受光素子および光モジュールに、特に有利に適用され得る。

１ 光モジュール
２ 光
２Ａ，２Ｂ 領域
２Ｃ光軸
３ 高濃度ｎ型層
３Ａ 第１主面
３Ｂ 第２主面
４ ｎ型層
４Ａ 主面
５ ｐ型領域
６ ｐ側電極
６Ａ 第１切欠き部
６Ｂ 第２切欠き部
６Ｅ，６Ｆ ボンディング領域
７ ｎ側電極
１０ ステム
１０Ａ 一方の主面
１０Ｂ 他方の主面
２０ 光形成部
３０ 電子冷却モジュール
３１ 吸熱板
３２ 放熱板
３３ 半導体柱
４０ キャップ
４０Ａ 内壁面
４１ 出射窓
５１ リードピン
６０ ベース板
６０Ａ 一方の主面
６０Ｂ 他方の主面
６１ ベース領域
６２ チップ搭載領域
６３ 第１チップ搭載領域
６４ 第２チップ搭載領域
７１ 第１サブマウント
７２ 第２サブマウント
７３ 第３サブマウント
７４ 第４サブマウント
７５ 第５サブマウント
７６ 第６サブマウント
７７ 第１レンズ保持部
７８ 第２レンズ保持部
７９ 第３レンズ保持部
８１ 赤色レーザダイオード
８２ 緑色レーザダイオード
８２Ａ 出射部
８３ 青色レーザダイオード
８８ 第１突出領域
８９ 第２突出領域
９１ 第１レンズ
９２ 第２レンズ
９３ 第３レンズ
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ レンズ部
９４ 第１フォトダイオード
９５ 第２フォトダイオード
９６ 第３フォトダイオード
９４Ａ，９５Ａ，９６Ａ 受光面
９７ 第１フィルタ
９８ 第２フィルタ

Claims (9)

1. 受光面を有する半導体層と、
   前記半導体層上に配置される電極と、を備え、
   前記受光面に垂直な方向から平面的に見て、前記電極は前記受光面の外周に沿って延在し、
   前記受光面に垂直な方向から平面的に見て、前記電極には、前記電極を幅方向に貫通する第１切欠き部が形成されている、受光素子。
2. 前記受光面に垂直な方向から平面的に見て、前記電極には、前記受光面を挟んで前記第１切欠き部に対向するように位置し、前記電極を幅方向に貫通する第２切欠き部が形成されている、請求項１に記載の受光素子。
3. 光を形成する光形成部と、
   前記光形成部からの光を透過する出射窓を有し、前記光形成部を取り囲むように配置される保護部材と、を備え、
   前記光形成部は、
   ベース部材と、
   前記ベース部材上に搭載される半導体発光素子と、
   前記ベース部材上に搭載され、前記半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換するレンズと、
   前記ベース部材上に搭載され、前記半導体発光素子の出射方向において前記半導体発光素子と前記レンズとの間に配置され、前記半導体発光素子からの光を直接受光する請求項１または請求項２に記載の受光素子と、を含み、
   前記受光素子は、前記受光面に垂直な方向から平面的に見て、前記半導体発光素子からの光の光路が前記第１切欠き部に重なる状態で、前記半導体発光素子からの光が前記受光面に入射するように配置される、光モジュール。
4. 前記光形成部は、
   前記ベース部材上に搭載される複数の前記半導体発光素子と、
   前記ベース部材上に搭載され、前記複数の半導体発光素子のそれぞれに対応して配置される複数の前記レンズと、
   前記ベース部材上に搭載され、前記複数の半導体発光素子のうち、少なくとも１つの前記半導体発光素子に対応して配置される前記受光素子と、
   前記ベース部材上に搭載され、前記複数の半導体発光素子からの光を合波するフィルタと、を含む、請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記複数の半導体発光素子は、赤色の光を出射する前記半導体発光素子、緑色の光を出射する前記半導体発光素子および青色の光を出射する前記半導体発光素子を含む、請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記受光素子は、前記少なくとも１つの半導体発光素子から出射された光のうち、前記少なくとも１つの半導体発光素子に対応する前記レンズによりスポットサイズを変換される領域以外の領域の光を受光可能な位置に配置される、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。
7. 前記受光素子は、前記少なくとも１つの半導体発光素子から出射された光を受光して得られる光電流が１μＡ以上となる位置に配置される、請求項６に記載の光モジュール。
8. 前記半導体発光素子はレーザダイオードである、請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載の光モジュール。
9. 前記光形成部は、前記ベース部材に接触して配置される電子冷却モジュールをさらに含む、請求項３〜請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール。

Images