(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に面型発光素子及び面型受光素子を備える半導体光装置であって、該面型発光素子は活性層、第１のスペーサ層及び半導体多層膜ミラーを備え、該面型受光素子は該活性層、第２のスペーサ層及び該半導体多層膜ミラーを備え、且つ該第１のスペーサ層と該第２のスペーサ層の酸化の態様を変えて、該面型発光素子と該面型受光素子の反射率を異ならせることを特徴とする半導体光装置。
【請求項２】
基板上に光吸収層を兼ねられる活性層を挟んで２つの半導体多層膜ミラーが積層されており、２つの半導体多層膜ミラーのうちの少なくとも一方の途中にＡｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少なくとも１つのスペーサ層が挿入され、基板面内の一部の領域と他の領域において、該少なくとも１つのスペーサ層の非酸化を含む酸化の態様が異なっており、このことで、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成されており、その領域の一方に共振器構造の面型発光素子または面型受光素子、他方の領域に共振器構造の面型受光素子または面型発光素子が形成されていることを特徴とする半導体光装置。
【請求項３】
基板上に、第１の半導体多層膜ミラー、光吸収層を兼ねられる活性層、第２の半導体多層膜ミラーがこの順もしくはこの逆順に積層されており、基板面内の一部の領域において、第２の半導体多層膜ミラーの途中にＡｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少なくとも１つの第１のスペーサ層が挿入され、かつ、基板面内の他の領域において、第１のスペーサ層を酸化することにより形成された第２のスペーサ層が挿入されていることで、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成されており、その領域の一方に共振器構造の面型発光素子、他方の領域に共振器構造の面型受光素子が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体光装置。
【請求項４】
前記第１のスペーサ層を有する一部の領域に面型発光素子、前記第２のスペーサ層を有する他の領域に面型受光素子が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体光装置。
【請求項５】
前記第１のスペーサ層を有する一部の領域において、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振しない条件、すなわち、反射率が最大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設定されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体光装置。
【請求項６】
前記第２のスペーサ層を有する他の領域において、設定波長の光に対して、第２のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振する条件、すなわち、透過率が最大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設定されていることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体光装置。
【請求項７】
前記第１のスペーサ層を有する一部の領域に面型受光素子、前記第２のスペーサ層を有する他の領域に面型発光素子が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体光装置。
【請求項８】
前記第２のスペーサ層を有する他の領域において、設定波長の光に対して、第２のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振しない条件、すなわち、反射率が最大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設定されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体光装置。
【請求項９】
前記第１のスペーサ層を有する一部の領域において、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振する条件、すなわち、透過率が最大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設定されていることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体光装置。
【請求項１０】
第１の半導体多層膜ミラーの途中に、Ａｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少なくとも１つの第３のスペーサ層、および、第３のスペーサ層を酸化することにより形成された第４のスペーサ層が、第１のスペーサ層、第２のスペーサ層が挿入された領域に夫々挿入されていることを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載の半導体光装置。
【請求項１１】
基板面内の一部の領域もしくは他の領域のどちらか一方において、基板側の半導体多層膜ミラーが、酸化されて形成され絶縁層として働くスペーサ層を含んでいることを特徴とする請求項２から１０のいずれかに記載の半導体光装置。
【請求項１２】
前記面型発光素子が面発光レーザであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の半導体光装置。
【請求項１３】
前記面型受光素子がＰＩＮ型フォトダイオードであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の半導体光装置。
【請求項１４】
基板上に面型発光素子及び面型受光素子を備える半導体光装置の作製方法であって、該基板上に、活性層、スペーサ層及び半導体多層膜ミラーを積層し、発光領域と受光領域を残してスペーサ層が側面に露出するまで積層した層を除去し、発光領域のスペーサ層と受光領域のスペーサ層を態様を変えて酸化して発光領域に第１のスペーサ層、受光領域に第２のスペーサ層を形成し、これにより、発光領域に、該活性層、該第１のスペーサ層及び該半導体多層膜ミラーを備える面型発光素子を作製し、受光領域に、該活性層、該第２のスペーサ層及び該半導体多層膜ミラーを備える面型受光素子を作製することを特徴とする半導体光装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップや、光インターコネクション等に用いられる発光素子及び受光素子をモノリシックに集積化した半導体発光受光装置などの半導体光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの分野においては、電気配線による信号遅延、伝送距離の制限、配線間の電磁干渉等が問題になっており、さらなる高集積化、大容量化には限界がある。一方、光インターコネクションは、その高速性、並列性、電磁干渉フリーといった利点を有しており、上記問題を解決する有望な技術として注目されている。さらに、光インターコネクションに用いられる発光素子、受光素子を同一基板上に集積化することにより、実装コストの低減、小型化が期待できるため、モノリシック集積化の検討が進められている。
【０００３】
その中でも、発光素子として、基板に対して垂直方向に光を出射する面発光レーザを用い、また、受光素子として、面発光レーザの共振器と同一構造の共振器を有するフォトダイオードを用いてモノリシック集積化した発光受光素子は、ファインピッチの作製が可能でレイアウトが自由である、作製が容易である、といった点で注目されている。しかし、面発光レーザの共振器の反射率が非常に高いため、該共振器をそのままフォトダイオードに用いると波長選択性が強すぎて受光感度の波長帯域が狭くなるという欠点がある。そこで、フォトダイオード側の共振器の反射率を低下させるということが行われている。
【０００４】
例えば、Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ２０ｔｈ Ｊｕｎｅ １９９６ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１３ ｐｐ．１２０５〜１２０７において開示されたものが知られている。この素子では、図７に示すように、半導体基板１００１上に、下部半導体多層膜ミラー１００３、多重量子井戸層を含む活性層１００５（フォトダイオードの吸収層を兼ねる）、上部半導体多層膜ミラー１００７を順次成長させ、その後、受光素子を形成する部分１０００Ｂの上部半導体多層膜ミラー１００７の一部を化学的エッチングで取り除くことによってフォトダイオードの受光感度、波長帯域の最適化を行っている。１０００Ａは発光素子を形成する部分である。
【０００５】
また、特開平５−２９９６８９号公報に開示されている方法もある。これは、図８に示すように、半導体基板１１０１上に下部半導体多層膜ミラー１１０３（Ａ、Ｂ）、活性層１１０５（フォトダイオードの吸収層を兼ねる）、上部半導体多層膜ミラー１００７を積層した構成を有するが、受光素子を形成する部分１１００Ｂのみに、下部半導体多層膜ミラー１１０３Ａ、１１０３Ｂの間に所定の厚さのスペーサ層１１０９を挿入している。このスペーサ層１１０９によって下部半導体ミラーの反射率を調整して受光感度、波長帯域の最適化を行っている。１１００Ａは発光素子を形成する部分である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモノリシック集積発光受光装置においては次のような問題点がある。
【０００７】
上記Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓに開示された方法では、所定の位置でエッチングをストップさせる必要があるが、エッチング速度の面内分布によって場所によってエッチング量が変わってしまう。エッチング量の差は反射位相に影響を与えるので、素子によって波長帯域や感度が変化することになる。したがって、特性の揃った素子を得ることが難しく歩留まりが悪くなり、大面積化に限界がある。
【０００８】
特開平５−２９９６８９号公報に開示された方法の場合、スペーサ層１１０９を挿入するため、一度成長を中断してフォトリソやエッチング等のプロセスを施した後、再成長する必要があり、工程が煩雑になる。また、スペーサ層を複数挿入することはさらに工程を煩雑にするため不適当である。さらに、成長する段階で発光素子、受光素子の位置が限定されるので、素子を自由に配置することができない。
【０００９】
このような課題に鑑み、本発明の目的は、面発光レーザのような面型発光素子と広い波長帯域を有する面型受光素子を柔軟な組み合わせで集積化した半導体光装置を、作製が簡単で歩留まり良く提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の半導体光装置は、基板上に光吸収層を兼ねられる活性層を挟んで２つの半導体多層膜ミラーが積層されており、２つの半導体多層膜ミラーのうちの少なくとも一方の途中にＡｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少なくとも１つのスペーサ層が挿入され、基板面内の一部の領域と他の領域において、該少なくとも１つのスペーサ層の非酸化を含む酸化の態様が異なっており、このことで、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成されており、その領域の一方に共振器構造の面型発光素子または面型受光素子、他方の領域に共振器構造の面型受光素子または面型発光素子が形成されていることを特徴とする。この構成によれば、面発光レーザのような面型発光素子とＰＩＮ型フォトダイオードのような面型受光素子を所望の組み合わせで集積化した半導体発光受光装置などの半導体光装置を、所望の形態のウエハ作成後の選択的な酸化と言う簡単な方法で歩留まり良く実現できる。
【００１１】
より具体的には以下の如き態様が可能である。
基板上に、第１の半導体多層膜ミラー、光吸収層を兼ねられる活性層、第２の半導体多層膜ミラーがこの順もしくはこの逆順に積層されており、基板面内の一部の領域において、第２の半導体多層膜ミラーの途中にＡｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少なくとも１つの第１のスペーサ層が挿入され、かつ、基板面内の他の領域において、第１のスペーサ層を酸化することにより形成された第２のスペーサ層が挿入されていることで、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成されており、その領域の一方に共振器構造の面型発光素子、他方の領域に共振器構造の面型受光素子が形成されている半導体発光受光装置を構築できる。
【００１２】
この構成において、前記第１のスペーサ層を有する一部の領域に面型発光素子、前記第２のスペーサ層を有する他の領域に面型受光素子が形成され得る。この場合、前記第１のスペーサ層を有する一部の領域において、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振しない条件、すなわち、反射率が最大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設定されている様にできる。また、前記第２のスペーサ層を有する他の領域において、設定波長の光に対して、第２のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振する条件、すなわち、透過率が最大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設定されている様にもできる。
【００１３】
他方、上記構成において、前記第１のスペーサ層を有する一部の領域に面型受光素子、前記第２のスペーサ層を有する他の領域に面型発光素子が形成されている様にもできる。この場合、前記第２のスペーサ層を有する他の領域において、設定波長の光に対して、第２のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振しない条件、すなわち、反射率が最大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設定されている様にできる。また、前記第１のスペーサ層を有する一部の領域において、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振する条件、すなわち、透過率が最大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設定されている様にもできる。
【００１４】
発光素子の共振スペクトルや、受光素子の共振スペクトルや受光感度をより柔軟に設定できるように、第２の半導体多層膜ミラー中に複数のスペーサ層を挿入した形態や、また、第１の半導体多層膜ミラーの途中に、Ａｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少なくとも１つの第３のスペーサ層、および、第３のスペーサ層を酸化することにより形成された第４のスペーサ層が、第１のスペーサ層、第２のスペーサ層が挿入された領域に夫々挿入されている形態も採り得る。
【００１５】
基板面内の一部の領域あるいは他の領域において、基板側の半導体多層膜ミラーが、酸化されて形成されたスペーサ層を含む場合、これは絶縁層としても働き得る。
【００１６】
【作用】
本発明の作用原理を説明する。
一般に、半導体多層膜ミラーは、ある設定波長に対して、１／４波長の奇数倍に相当する厚さを有する低屈折率層および高屈折率層を順次積層することで構成される。この厚さの場合、低屈折率層と高屈折率層の界面で反射した光と、高屈折率層と低屈折率層の界面で反射した光との位相が一致するようになり、高反射率を得ることができる。
【００１７】
この半導体多層膜ミラーの途中の１層を、スペーサ層（単層構成でも複数層構成でもよいが、後者の方が設計が容易である）に変えた場合を考える。ある設定波長に対して、半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器が共振する条件（すなわち、活性層側からの入射光に対するスペーサ層上部の多層膜ミラーの反射と、活性層側からの入射光に対するスペーサ層下部の多層膜ミラーの反射とが逆位相となって弱めあう条件であり、この条件を本明細書では上記共振器が共振する条件と言う）にすれば、反射率を低下させることができる。また、半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器が共振しない条件（すなわち、活性層側からの入射光に対するスペーサ層上部の多層膜ミラーの反射と、活性層側からの入射光に対するスペーサ層下部の多層膜ミラーの反射とが同位相となって強めあう条件であり、この条件を本明細書では上記共振器が共振しない条件と言う）の場合、設定波長における反射率は最大となる。本発明では、スペーサ層としてＡｌを含有する単数或いは複数の半導体層を用い、面内のある領域においてスペーサ層を酸化することで部分的に屈折率を変えて、反射率を変化させた領域を形成し、反射率の強い領域に面発光レーザなどの面型発光素子を、反射率の低い領域に面型受光素子を形成するものである。
【００１８】
スペーサ層を構成している或る膜の特性行列を、次の行列で表現する。
【００１９】
【数１】
0003652252.tif 000002
【００２０】
ここで、λは波長、ｎｉは膜の屈折率、ｄｉは膜厚である。スペーサ層の特性行列Ｍspaceは、スペーサ層を構成する各層の特性行列Ｍｉの積で表される。典型的には、特性行列Ｍspaceの第（１，２）項＝０を満たすようにスペーサ層を構成する各層の膜厚、屈折率を設定した場合、半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器が共振する条件となる。また、特性行列Ｍspaceの第（１，１）項＝０を満たすようにスペーサ層を構成する各層の膜厚、屈折率を設定した場合、半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器が共振しない条件となる。
【００２１】
スペーサ層をＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ（屈折率３．０）、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の３層で構成する場合を例にとり説明する（奇数層の場合、対称構造にできて作り易い）。Ａｌを含有する半導体層、例えば、ＡｌＧａＡｓを熱酸化する場合、Ａｌ組成比が小さいほど酸化速度が遅く、Ａｌ組成比が０．９以下の場合はほとんど酸化しないという性質がある。上記したスペーサ層を酸化すると、ＡｌＡｓ層のみがＡｌｘＯｙに変化し、屈折率が３．０から１．６に低下する。一方、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）は変化しない。
【００２２】
第１のスペーサ層（酸化をしていない場合）を有する一部の領域に面発光レーザを、第２のスペーサ層（酸化をした場合）を有する他の領域に面型受光素子を形成する場合は、スペーサ層の各層の厚さは、第１のスペーサ層（酸化をしていない場合）の特性行列の第（１，１）項＝０になり、第２のスペーサ層（酸化をした場合）の特性行列の第（１，２）項＝０になるように、各層の厚さを決定すればよい。
【００２３】
スペーサ層をＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ（屈折率３．０）、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の３層で構成する場合、設定波長０．８３μｍに対しては、膜厚をそれぞれ、５２８Å、９９５Å、５２８Åとすればよい。もちろん、この構造（層数、膜厚、屈折率）に限定されるわけではなく、いろいろな構造が可能である。
【００２４】
このように設定したスペーサ層を挿入した場合の共振型の面型受光素子の吸収効率の波長依存を図３に示す。
【００２５】
スペーサ層の酸化を行わない場合（すなわち面発光レーザと同一の層構成のままで受光素子として用いた場合）は吸収効率はピークでも１０％以下で受光帯域も狭いが、酸化を行った場合は、吸収効率が５０％以上となり、波長帯域も６〜７ｎｍ程度と広くすることができる。また、図３に示すように半導体多層膜ミラーにおけるスペーサ層の挿入場所を変えることで前記半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器の構成が変わり、受光素子の波長スペクトルを変化させることも可能である。スペーサ層が上記した条件を満たす場合はスペーサ層の挿入場所を変えても面発光レーザの反射率や共振スペクトルは変化しない。よって、スペーサ層の挿入場所を変えることで、面発光レーザの性能（しきい値電流、発振波長等）は変えずに、受光素子の性能（受光感度、波長帯域等）を変えることができ、設計の自由度が増す。
【００２６】
また、第１のスペーサ層（酸化をしていない場合）を有する一部の領域に面型受光素子を、第２のスペーサ層（酸化をした場合）を有する他の領域に面発光レーザを形成してもよい。この場合、第１のスペーサ層（酸化をしていない場合）の特性行列の第（１，２）項＝０になり、第２のスペーサ層（酸化をした場合）の特性行列の第（１，１）項＝０になるように、スペーサ層の各層の厚さを決定すればよい。スペーサ層をＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ（屈折率３．０）、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の３層で構成する場合、設定波長０．８３μｍに対しては、膜厚をそれぞれ、１９０Å、９９５Å、１９０Åとすればよい。
【００２７】
加えて、所望の受光波長スペクトル（或いは発光波長スペクトル）を得るために、半導体多層膜ミラー中にスペーサ層を複数挿入することも容易に実現できる。また、活性層両側の半導体多層膜ミラーそれぞれにスペーサ層を挿入することも容易に実現できる。
【００２８】
要するに、本発明の半導体光装置では、スペーサ層酸化領域とスペーサ層非酸化領域（より広くは、スペーサ層酸化態様の異なる領域）のスペーサ層の特性行列から決まる受光波長スペクトルと発光波長スペクトルを所望のものとする様にスペーサ層を設計して、歩留まり良く所望の組み合わせで面型発光素子及び面型受光素子を集積化したものである。すなわち、本発明の半導体光装置は、基板上に面型発光素子及び面型受光素子を備える半導体光装置であって、該面型発光素子は活性層、第１のスペーサ層及び半導体多層膜ミラーを備え、該面型受光素子は該活性層、第２のスペーサ層及び該半導体多層膜ミラーを備え、且つ該第１のスペーサ層と該第２のスペーサ層の酸化の態様を変えて、該面型発光素子と該面型受光素子の反射率を異ならせることを特徴とする。また、本発明の半導体光装置の作製方法は、基板上に面型発光素子及び面型受光素子を備える半導体光装置の作製方法であって、該基板上に、活性層、スペーサ層及び半導体多層膜ミラーを積層し、発光領域と受光領域を残してスペーサ層が側面に露出するまで層を除去し、発光領域のスペーサ層と受光領域のスペーサ層を態様を変えて酸化して発光領域に第１のスペーサ層、受光領域に第２のスペーサ層を形成し、これにより、発光領域に、該活性層、該第１のスペーサ層及び該半導体多層膜ミラーを備える面型発光素子を作製し、受光領域に、該活性層、該第２のスペーサ層及び該半導体多層膜ミラーを備える面型受光素子を作製することを特徴とする。
【００２９】
面型発光素子としては、面発光レーザの他に面型ＬＥＤなどを用いることもできる。
【００３０】
本発明の発光受光装置などの半導体光装置においては、次のような利点がある。
（１）低しきい値の面発光レーザのような面型発光素子と受光波長帯域の広い面型受光素子を同一基板上に集積できる。
（２）面型発光素子における適当な高反射率ミラーと、面型受光素子における適当に反射率を落としたミラーとを、半導体の一括成長で形成できるので、作製プロセスが簡略化できる。
（３）発光素子、受光素子の位置は、成長後のウエハ上に制約なく自由に配置できるので汎用性が高い。
（４）ミラー面のエッチングを用いていないので、成長の段階で発光素子、受光素子の共振スペクトルが決定できる。その結果、各素子の特性を揃えることができ、歩留まりが向上する。
（５）単数あるいは複数層で構成されるスペーサ層を半導体ミラー中に複数挿入することで、発光素子の共振スペクトルや、受光素子の共振スペクトルや受光感度をより柔軟に設定することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を具体的な実施例を図面を参照しつつ説明することで説明する。
【００３２】
（第１の実施例）
図１、２を用いて本発明による発光受光装置の第１の実施例を説明する。図１は、本実施例による半導体発光受光装置の断面図である。図２は作製工程を示す図である。本実施例においては、面型発光素子として面発光レーザを用い、面型受光素子として、共振型ＰＩＮフォトダイオードを用いている。
【００３３】
図２を用いて作製工程を説明する。
ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ２２．５周期からなる第１の半導体多層膜ミラー１０３、活性層（吸収層を兼ねる）１０５、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ１７周期からなる第２の半導体多層膜ミラー１０７、スペーサ層１０９、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ４．５周期からなる第３の半導体多層膜ミラー１１１を順次積層する（図２（ａ））。活性層１０５は、波長８３０ｎｍに利得ピークを有する３重量子井戸構造とし、活性層全体の光学的厚さを、１波長となるように設計した。また、スペーサ層１０９は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、ｐ−ＡｌＡｓ、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの３層で構成し、膜厚をそれぞれ、５２８Å、９９５Å、５２８Åとした。この膜厚は、半導体多層膜ミラー1０７、1１１およびスペーサ層1０９で構成された共振器が共振せず、かつ、このスペーサ層１０９を酸化した場合において、半導体多層膜ミラー１０７、１１１と酸化したスペーサ層１１０で構成された共振器が共振する条件となるように設定されている。
【００３４】
次いで、発光領域（図中左側）、受光領域（図中右側）を残して、活性層１０５が側面に露出するまで半導体層をエッチングする（図２（ｂ））。発光領域は、直径１５μｍの円柱状、受光領域は、直径５０μｍの円柱状とした。
【００３５】
さらに、受光領域の一部を、スペーサ層１０９が側面に露出するまでエッチングし、後述のｐ側電極１１５用の階段構造を形成する（図２（ｃ））。上部の円柱は直径３０μｍとした。
【００３６】
次に、受光領域側のみ、スペーサ層１０９を酸化することで、スペーサ層１１０を形成する（図２（ｄ））。図中示していないが、酸化プロセス中に発光領域側の酸化が進まないように保護膜（ＳｉＮなどで形成され、受光領域側のスペーサ層１０９の辺りを除いてウエハを覆うようにする）が形成されている。酸化の条件は、水蒸気雰囲気中で３９０℃、３０分とした。
【００３７】
最後に、発光領域側の活性層１０５にイオン注入領域１１９を形成して電流狭窄構造を設け、所定位置にｐ側電極１１３、１１５およびｎ側電極１１７（これは発光領域と受光領域に対して共通である）を形成する（図２（ｅ））。発光領域側の電極１１３には、直径１０μｍの光取出し用の開口部が設けてある。
【００３８】
本実施例による面発光レーザを動作させたところ、レーザのしきい値電流は３ｍＡであり、電流８ｍＡにおいて、２ｍＷの光出力を得ることができた。発振波長は８３２ｎｍであった。
【００３９】
また、フォトダイオードに、５Ｖの逆バイアス電圧を印加して、光を照射した場合、波長８２８ｎｍから８３４ｎｍの６ｎｍの範囲において受光感度０．４Ａ／Ｗを得ることができた（図３参照）。
【００４０】
本実施例においては、面発光レーザのｐ側の多層膜ミラー（１０７、１０９、１１１）は高反射率を保ったままで、酸化プロセスによって、フォトダイオードのｐ側の多層膜ミラー（１０７、１１０、１１１）の反射率を低下させている。そのため、低しきい値の面発光レーザと受光波長帯域の広いフォトダイオードを、同一基板上に、半導体の一括成長によって形成できたので、作製プロセスが簡単となり生産性の向上を図ることができた。さらに、面発光レーザ、フォトダイオードの配置や数を、成長後のウエハ上に制約なく自由に設定できるので汎用性が高い。また、ミラー面のエッチングを必要とせず、成長および酸化プロセスのみで発光素子、受光素子の共振スペクトルが決定できるので、各素子の特性を揃えることができ、歩留まりを向上させることが可能となった。
【００４１】
（第２の実施例）
図４、５を用いて本発明による発光受光装置の第２の実施例を説明する。図４は、本実施例による半導体発光受光装置の断面図である。図５は作製工程を示す図である。
【００４２】
図５を用いて作製工程を説明する。
ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ２２．５周期からなる第１の半導体多層膜ミラー２０３、活性層（吸収層を兼ねる）２０５、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ１７周期からなる第２の半導体多層膜ミラー２０７、スペーサ層２０９、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ４．５周期からなる第３の半導体多層膜ミラー２１１を順次積層する（図４（ａ））。活性層２０５は、波長８３０ｎｍに利得ピークを有する３重量子井戸構造とし、活性層全体の光学的厚さを、１波長となるように設計した。また、スペーサ層２０９は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、ｐ−ＡｌＡｓ、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの３層で構成し、膜厚をそれぞれ、１９０Å、９９５Å、１９０Åとした。この膜厚は、半導体多層膜ミラー２０７、２１１およびスペーサ層２０９で構成された共振器が共振し、かつ、このスペーサ層２０９を酸化した場合において、半導体多層膜ミラー２０７、２１１と酸化したスペーサ層２１０で構成された共振器が共振しない条件となるように設定されている。
【００４３】
次いで、発光領域（図中左側）、受光領域（図中右側）を残して、活性層２０５が側面に露出するまで半導体層をエッチングする（図４（ｂ））。発光領域は、直径２０μｍの円柱状、受光領域は、直径５０μｍの円柱状とした。
【００４４】
さらに、発光領域の一部を、スペーサ層２０９が側面に露出するまでエッチングし、後述のｐ電極２１３用の階段構造を形成する（図４（ｃ））。上部の円柱は直径１０μｍとした。
【００４５】
次に、発光領域のスペーサ層２０９を酸化することで、スペーサ層２１０を形成する（図４（ｄ））。同時に受光領域側のスペーサ層２０９の側面も酸化されるが、円柱の直径が異なり受光領域側の方が径が大きいため、発光領域のスペーサ層全体を酸化しても受光領域側の中央部まで酸化が進むことはない。酸化の条件は、水蒸気雰囲気中で３９０℃、１０分とした。
【００４６】
最後に、発光領域側の活性層２０５にイオン注入領域２１９を形成して電流狭窄構造を設け、所定位置にｐ側電極２１３、２１５およびｎ側電極２１７を形成した（図４（ｅ））。電極２１５には、直径４０μｍの光取込み用の開口部が設けてある。
【００４７】
本実施例による面発光レーザを動作させたところ、レーザのしきい値電流は２ｍＡであり、電流８ｍＡにおいて、２ｍＷの光出力を得ることができた。発振波長は８３２ｎｍであった。
【００４８】
また、フォトダイオードに、５Ｖの逆バイアス電圧を印加して、光を照射した場合、波長８２８ｎｍから８３４ｎｍの６ｎｍの範囲において受光感度０．４Ａ／Ｗを得ることができた。
【００４９】
本実施例においては、第１の実施例と異なり、酸化プロセスを施すことによって、面発光レーザのｐ側の多層膜ミラー（２０７、２１０、２１１）の反射率を向上させる方法を用いた。第１の実施例と比べ、面発光レーザの円柱よりもフォトダイオードの円柱の直径を大きくしているため、酸化プロセスの際に受光領域側に特別な保護膜を形成しなくてもよいという利点がある。
【００５０】
（第３の実施例）
図６を用いて本発明による発光受光装置の第３の実施例を説明する。図６は、本実施例による半導体発光受光装置の断面図である。
【００５１】
本実施例は、基板側にスペーサ層を設けて、基板側より光の入射、出射を行うタイプである。ＧａＡｓ基板の吸収の小さい波長を用いるため、設定波長を９８０ｎｍとする。
【００５２】
図６において、３０１はｎ−ＧａＡｓ基板、３０３はｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ４．５周期からなる第１の半導体多層膜ミラー、３０５はスペーサ層、３０６はスペーサ層３０５を酸化することで形成したスペーサ層、３０７はｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ１７周期からなる第２の半導体多層膜ミラー、３０９は活性層（吸収層を兼ねる）、３１１はｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ２２周期からなる第３の半導体多層膜ミラー、３１３、３１５はｐ側電極、３１７、３１９はｎ側電極、３２１はイオン注入領域、３２３は反射防止膜である。
【００５３】
活性層３０９は、波長９８０ｎｍに利得ピークを有する３重量子井戸構造とし、活性層全体の光学的厚さを１波長となるように設計した。また、スペーサ層３０５は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、ｎ−ＡｌＡｓ、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの３層で構成し、膜厚を６２３Å、１１７５Å、６２３Åとした。これは、半導体多層膜ミラー３０３、３０７およびスペーサ層３０５で構成された共振器が共振せず、かつ、このスペーサ層３０５を酸化した場合において、半導体多層膜ミラー３０３、３０７と酸化したスペーサ層３０６で構成された共振器が共振する条件となるように設定されている。本実施例の作製は、上記実施例の作製方法に準じて行えばよい。
【００５４】
動作原理は第１の実施例とほぼ同様である。
本実施例による面発光レーザを動作させたところ、レーザのしきい値電流は２．５ｍＡであり、電流８ｍＡにおいて、２ｍＷの光出力を得ることができた。発振波長は９８２ｎｍであった。
【００５５】
また、フォトダイオードに５Ｖの逆バイアス電圧を印加して、光を照射した場合、波長９７８ｎｍから９８５ｎｍの７ｎｍの範囲において受光感度０．４Ａ／Ｗを得ることができた。
【００５６】
本実施例においては、酸化により形成したスペーサ層３０６が絶縁層として機能するので、面発光レーザとフォトダイオードを電気的に分離することが可能となり、各素子をより安定に動作させることが可能となる。
【００５７】
本実施例により、基板側より光の入射、出射を行うタイプの発光受光装置においても本発明が有効であることが示された。なお、本実施例において、波長９８０ｎｍを設定波長としたが、波長８３０ｎｍなどであってもよい。この場合、基板として、吸収の小さいＡｌＧａＡｓ基板を用いたり、ＧａＡｓ基板を用いるときは、基板の所定領域をエッチングして除去しておけばよい。
【００５８】
上記した複数の実施例において、スペーサ層を、活性層の両側の半導体多層膜ミラーに挿入して、活性層の両側ともミラーの反射率を変えてもよい。
【００５９】
また、共振器の波長スペクトルを所望の形状にするために、半導体多層膜ミラーに複数のスペーサ層を挿入してもよい。
【００６０】
また、電流狭窄構造を設ける方法としては、Ａｌを含んだ半導体層を活性層近傍に配置し、それを選択酸化することで形成してもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、面発光レーザのような面型発光素子と広い波長帯域を有する面型受光素子を所望の組み合わせで集積化した半導体発光受光装置などの半導体光装置を、作製が簡単で歩留まり良く実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体光装置の第１の実施例を示す断面図。
【図２】第１の実施例の作製工程を説明する断面図。
【図３】面型受光素子の吸収率の波長依存を示すグラフ図。
【図４】本発明による半導体光装置の第２の実施例を示す断面図。
【図５】第２の実施例の作製工程を説明する断面図。
【図６】本発明による半導体光装置の第３の実施例を示す断面図。
【図７】従来例を示す断面図。
【図８】別の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１    基板
１０３、１０７、１１１、２０３、２０７、２１１、３０３、３０７、３１１多層膜ミラー
１０５、２０５、３０９    活性層（吸収層）
１０９、１１０、２０９、２１０、３０５、３０６    スペーサ層
１１３、１１５、１１７、２１３、２１５、２１７、３１３、３１５、３１７、３１９    電極
１１９、２１９、３２１    イオン注入領域
３２３    反射防止膜
【図１】
0003652252.tif 000003
【図２】
0003652252.tif 000004
【図３】
0003652252.tif 000005
【図４】
0003652252.tif 000006
【図５】
0003652252.tif 000007
【図６】
0003652252.tif 000008
【図７】
0003652252.tif 000009
【図８】
0003652252.tif 000010