(57)【要約】【課題】  正確な光検出を行うことのできる光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の光素子１００は、面発光型半導体レーザ１３０と、前記面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出するＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）検出素子２１０と、外部からのレーザ光を受光する受光素子２３０と、を含み、前記ＭＳＭ検出素子は、第１の光吸収層２０１と、第１電極２０２と、第２電極２０３とを有し、前記受光素子２３０は、第２の光吸収層２２１と、第３電極２２２と、第４電極２２３とを有し、前記ＭＳＭ検出素子における前記第１電極および前記第２電極の間の距離は、前記受光素子における前記第３電極および前記第４電極の間の距離より大きい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザから出射された光の一部を検出するＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）検出素子と、
外部からのレーザ光を受光する受光素子と、
を含み、
前記ＭＳＭ検出素子は、第１の光吸収層と、第１電極と、第２電極とを有し、
前記受光素子は、第２の光吸収層と、第３電極と、第４電極とを有し、
前記ＭＳＭ検出素子における前記第１電極および前記第２電極の間の距離は、前記受光素子における前記第３電極および前記第４電極の間の距離より大きい、光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記ＭＳＭ検出素子において、
前記第１の光吸収層は、前記第２ミラーの上方に形成され、
前記第１電極および前記第２電極は、前記第１の光吸収層の上方に形成される、光素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記受光素子は、前記面発光型半導体レーザの前記第２ミラーの上方に形成される、光素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第１の光吸収層と前記第２の光吸収層は、同一の工程で形成された層を有する、光素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記受光素子は、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型構造を有する、光素子。
【請求項６】
請求項５において、
前記第３電極および第４電極は、櫛型形状を有し、第１の方向に延在する主軸部と、前記第１の方向に直行する第２の方向に延在する櫛歯部とを有しており、当該櫛歯部が互いに噛み合わさるようにして設けられ、
前記第３電極の前記主軸部と前記第４電極の前記櫛歯部との間の距離、および前記第４電極の前記主軸部と前記第３電極の前記櫛歯部との間の距離は、前記第１電極と前記第２電極との間の距離より大きい、光素子。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記ＭＳＭ検出素子は、前記受光素子と同一の工程で形成された、光素子。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記受光素子は、ｐｉｎ型構造を有する、光素子。
【請求項９】
請求項１において、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記ＭＳＭ検出素子は、前記基板の上方であって、前記面発光型半導体レーザの周囲に形成され、前記面発光型半導体レーザが出射する主なレーザ光の出射方向と略垂直方向に前記活性層から出射される漏れ光の少なくとも一部を受光する、光素子。
【請求項１０】
請求項９において、
前記ＭＳＭ検出素子は、前記第１の光吸収層の上方に、前記漏れ光を当該ＭＳＭ検出素子に導くための光学部をさらに有する、光素子。
【請求項１１】
面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出するＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）検出素子と、  外部からのレーザ光を受光する受光素子とを含む光素子の製造方法であって、
基板の上方に第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、前記第１半導体層の上方に活性層を形成する工程と、前記活性層の上方に第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、前記第２半導体層の上方に第３半導体層を形成する工程と、を含む半導体多層膜を形成する工程と、
前記第３半導体層をパターニングして前記ＭＳＭ検出素子の第１の光吸収層および前記受光素子の第２の光吸収層を形成する工程と、
前記活性層および前記第２半導体層をパターニングする工程と、
前記ＭＳＭ検出素子を駆動するための第１電極および第２電極と、前記受光素子を駆動するための第３電極および第４電極とを形成する工程と、を含み、
前記第１電極と前記第２電極との間の距離を、前記第３電極と前記第４電極との間の距離より大きく形成する、光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子およびその製造方法に関し、特に、面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する検出素子と、外部からのレーザ光を受光する受光素子とを含む光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザは、環境温度等の条件によって光出力が変動するという特性を有する。このため、面発光型半導体レーザを用いた光素子においては、面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光の一部を検出して光出力値をモニタするための光検出素子が備えられている場合がある。たとえば、特開平１０−１３５５６８号公報には、面発光レーザと検出素子とが共通電極を有する３端子構造の光素子が開示されている。
【０００３】
検出素子を有する光素子において、検出素子は、モニタするための光だけでなく、外部から発信された光も受光してしまう場合があり、正確な光検出を行うことができない場合がある。
【特許文献１】特開平１０−１３５５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、正確な光検出を行うことのできる光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光素子は、
面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出するＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）検出素子と、
外部からのレーザ光を受光する受光素子と、
を含み、
前記ＭＳＭ検出素子は、第１の光吸収層と、第１電極と、第２電極とを有し、
前記受光素子は、第２の光吸収層と、第３電極と、第４電極とを有し、
前記ＭＳＭ検出素子における前記第１電極および前記第２電極の間の距離は、前記受光素子における前記第３電極および前記第４電極の間の距離より大きい。
【０００６】
本発明にかかる光素子によれば、ＭＳＭ検出素子と受光素子との電極間の距離を、ＭＳＭ検出素子の応答速度と、受光素子の応答速度とをそれぞれの機能に応じた距離とすることができる。また、この光素子は、面発光型半導体レーザ、ＭＳＭ検出素子、および受光素子をモノリシックに集積するため、素子面積を小さくすることができる。
【０００７】
なお、本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方に形成された他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）とは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。また、本発明において、Ａの上方にＢを形成するとは、Ａ上に直接Ｂを形成する場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを形成する場合と、を含む。
【０００８】
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記ＭＳＭ検出素子において、
前記第１の光吸収層は、前記第２ミラーの上方に形成され、
前記第１電極および前記第２電極は、前記第１の光吸収層の上方に形成されることができる。
【０００９】
本発明にかかる光素子において、
前記受光素子は、前記面発光型半導体レーザの前記第２ミラーの上方に形成されることができる。
【００１０】
本発明にかかる光素子において、
前記第１の光吸収層と前記第２の光吸収層は、同一の工程で形成された層を有することができる。
【００１１】
本発明にかかる光素子において、
前記受光素子は、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型構造を有することができる。
【００１２】
本発明にかかる光素子において、
前記第３電極および第４電極は、櫛型形状を有し、第１の方向に延在する主軸部と、前記第１の方向に直行する第２の方向に延在する櫛歯部とを有しており、当該櫛歯部が互いに噛み合わさるようにして設けられ、
前記第３電極の前記主軸部と前記第４電極の前記櫛歯部との間の距離、および前記第４電極の前記主軸部と前記第３電極の前記櫛歯部との間の距離は、前記第１電極と前記第２電極との間の距離より大きいことができる。
【００１３】
本発明にかかる光素子において、
前記ＭＳＭ検出素子は、前記受光素子と同一の工程で形成されることができる。
【００１４】
本発明にかかる光素子において、
前記受光素子は、ｐｉｎ型構造を有することができる。
【００１５】
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記ＭＳＭ検出素子は、前記基板の上方であって、前記面発光型半導体レーザの周囲に形成され、前記面発光型半導体レーザが出射する主なレーザ光の出射方向と略垂直方向に前記活性層から出射される漏れ光の少なくとも一部を受光する。
【００１６】
本発明にかかる光素子において、
前記ＭＳＭ検出素子は、前記第１の光吸収層の上方に、前記漏れ光を当該ＭＳＭ検出素子に導くための光学部をさらに有することができる。
【００１７】
本発明にかかる光素子の製造方法は、
面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出するＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）検出素子と、  外部からのレーザ光を受光する受光素子とを含む光素子の製造方法であって、
基板の上方に第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、前記第１半導体層の上方に活性層を形成する工程と、前記活性層の上方に第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、前記第２半導体層の上方に第３半導体層を形成する工程と、を含む半導体多層膜を形成する工程と、
前記第３半導体層をパターニングして前記ＭＳＭ検出素子の第１の光吸収層および前記受光素子の第２の光吸収層を形成する工程と、
前記活性層および前記第２半導体層をパターニングする工程と、
前記ＭＳＭ検出素子を駆動するための第１電極および第２電極と、前記受光素子を駆動するための第３電極および第４電極とを形成する工程と、を含み、
前記第１電極と前記第２電極との間の距離を、前記第３電極と前記第４電極との間の距離より大きく形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
１．光素子の構造
図１は、本実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す平面図である。また、図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。
【００２０】
本実施の形態にかかる光素子１００は、図１および図２に示すように面発光型半導体レーザ１３０と、ＭＳＭ検出素子２１０と、受光素子２３０とを含む。ＭＳＭ検出素子２１０は、面発光型半導体レーザ１３０から出射されたレーザ光の一部を検出する。受光素子２３０は、外部から光ファイバ等を介してレーザ光を受光する。
【００２１】
まず、面発光型半導体レーザ１３０、ＭＳＭ検出素子２１０、および受光素子２３０の各々の構成について詳細に説明する。
【００２２】
１．１．面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１３０は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、電流狭窄層１０５と、第５電極１０６、第６電極１０７とを有する。
【００２３】
第１ミラー１０２は、基板１０１上に形成されており、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーからなる。
【００２４】
まず、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４から構成される垂直共振器について説明する。
【００２５】
活性層１０３は、第１ミラー１０２上に形成されており、たとえば、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層とから構成される量子井戸構造を３層重ねた多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する。
【００２６】
第２ミラー１０４は、活性層１０３上に形成されており、たとえば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布ブラッグ反射型ミラーからなる。なお、第２ミラー１０４の最上層は、Ａｌ組成の小さい方、すなわちｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層となるように構成されている。第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。なお、第２ミラー１０４の最上層のＡｌ組成は、０．３未満であることが好ましい。第２ミラー１０４の最上層のＡｌ組成を０．３未満にすることによって、第２ミラー１０４の最上層と第６電極１０７とのオーミックコンタクトをより良好に得ることができる。
【００２７】
第２ミラー１０４は、たとえば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、たとえばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、ｐ型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００２８】
また、面発光型半導体レーザ１３０のうち、第２ミラー１０４から第１ミラー１０２の途中にかけての部分が、図２に示すように平面視において円形にエッチングされて柱状部１３２が形成されている。なお、本実施の形態では、柱状部１３２の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることができる。
【００２９】
さらに、第２ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化することにより得られる電流狭窄層１０５が形成されている。この電流狭窄層１０５は、柱状部１３２の周縁に沿ったリング状に形成されている。電流狭窄層１０５は、たとえば酸化アルミニウムからなることができる。
【００３０】
次に面発光型半導体レーザ１３０を駆動するために用いられている第５電極１０６と第６電極１０７について説明する。
【００３１】
第５電極１０６は、基板１０１の裏面に形成されている。第５電極１０６は、たとえば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金（Ａｕ）との積層膜からなる。
【００３２】
第６電極１０７は、第２ミラー１０４上に形成されている。第６電極１０７は、図２に示すように、平面視においてリング形状を有し、ＭＳＭ検出素子２１０および受光素子２３０を取り囲むようにして形成されている。第６電極１０７は、たとえば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜からなる。第５電極１０６と第６電極１０７とによって活性層１０３に電流が注入される。なお、第５電極１０６と第６電極１０７を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金などが利用可能である。
【００３３】
１．２．分離層
分離層２４０は、面発光型半導体レーザ１３０とＭＳＭ検出素子２１０および受光素子２３０との間、具体的には第２ミラー１０４上に形成される。分離層２４０は、たとえば不純物をドーピングしていない半絶縁性の高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を第２ミラー１０４上にエピタキシャル成長により積層することにより形成される。ここで、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層とは、たとえばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層である。
【００３４】
光素子３００は、分離層２４０を設けることにより、第１電極２０２、第２電極２０３、第３電極２２２、および第４電極２２３と、第６電極１０７との間の膜を厚くすることができる。よって、第１電極２０２、第２電極２０３、第３電極２２２、および第４電極２２３と、第６電極１０７との間に発生する寄生容量を低減することができる。
【００３５】
１．３．ＭＳＭ検出素子
ＭＳＭ検出素子２１０は、面発光型半導体レーザ１３０の上方、具体的には分離層２４０上に形成されている。ＭＳＭ検出素子２１０は、第１の光吸収層２０１と、第１電極２０２と、第２電極２０３とを有する。
【００３６】
第１の光吸収層２０１は、分離層２４０上に形成されている。第１の光吸収層２０１は、図２に示すように矩形の平面形状を有し、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなる。
【００３７】
第１電極２０２および第２電極２０３は、ＭＳＭ検出素子２１０に電圧を印加して、ＭＳＭ検出素子２１０を駆動させるために使用される。第１電極２０２および第２電極２０３は、図２に示すように、矩形の平面形状を有する。
【００３８】
第１電極２０２および第２電極２０３には、第１の光吸収層２０１とショットキー接触する材料を用いることができる。第１電極２０２および第２電極２０３は、たとえば、チタン（Ｔｉ）と、白金（Ｐｔ）と、金（Ａｕ）との積層膜、または、チタンと金との積層膜、アルミニウム（Ａｌ）、チタンとパラジウム（Ｐｄ）と金との積層膜などからなることができる。第１電極２０２および第２電極２０３によって第１の光吸収層２０１に電圧が印加される。なお、第１電極２０２および第２電極２０３を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではない。
【００３９】
１．４．受光素子
受光素子２３０は、面発光型半導体レーザ１３０の上方に形成され、具体的には分離層２４０上に形成されている。受光素子２３０は、第２の光吸収層２２１と、第３電極２２２と、第４電極２２３とを有する。
【００４０】
第２の光吸収層２２１は、分離層２４０上に形成されている。第２の光吸収層２２１は、図２に示すように矩形の平面形状を有し、上述した第１の光吸収層２０１と同様の材料からなることができ、たとえば不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなることができる。
【００４１】
第３電極２２２および第４電極２２３は、受光素子２３０に電圧を印加して、受光素子２３０を駆動させるために使用される。第３電極２２２および第４電極２２３は、図２に示すように、平面視において、それぞれ櫛型形状を有し、互いに所定の間隔をあけて櫛歯が噛み合わさるようにして設けられている。
【００４２】
具体的には、第３電極２２２は、第１の方向（図２の例ではＸ方向）に延在する主軸部２２２ａと、第１の方向に直交する第２の方向（図２の例ではＹ方向）に延在する櫛歯部２２２ｂと、を有する。第４電極２２３は、第３電極２２２と同様に第１の方向に延在する主軸部２２３ａと、第１の方向に直交する第２の方向に延在する櫛歯部２２３ｂと、を有する。
【００４３】
なお、第３電極２２２および第４電極２２３は、櫛型形状を有する場合に限定されず、たとえば矩形状、螺旋状などの形状を有していてもよい。
【００４４】
第３電極２２２および第４電極２２３は、第２の光吸収層２２１とショットキー接触する材料を用いることができる。第３電極２２２および第４電極２２３は、上述した第１電極２０２および第２電極２０３と同様の材料からなることができる。すなわち、第３電極２２２および第４電極２２３は、たとえば、チタン（Ｔｉ）と、白金（Ｐｔ）と、金（Ａｕ）との積層膜、または、チタンと金との積層膜、アルミニウム（Ａｌ）、チタンとパラジウム（Ｐｄ）と金との積層膜などからなることができる。第３電極２２２および第４電極２２３によって第２の光吸収層２２１に電圧が印加される。なお、第３電極２２２および第４電極２２３を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではない。
【００４５】
１．５．全体の構成
面発光型半導体レーザ１３０の光出力は、主として面発光型半導体レーザ１３０に印加するバイアス電圧によって決定される。特に、面発光型半導体レーザ１３０の光出力は、面発光型半導体レーザ１３０の周囲温度や面発光型半導体レーザ１３０の寿命によって大きく変化する。このため、面発光型半導体レーザ１３０において所定の光出力を維持することが必要である。
【００４６】
そこで本実施の形態にかかる光素子１００では、面発光型半導体レーザ１３０の光出力をモニタし、ＭＳＭ検出素子２１０にて発生した電流の値に基づいて面発光型半導体レーザ１３０に印加する電圧値を調整する。これにより、面発光型半導体レーザ１３０内を流れる電流の値を調整することができ、面発光型半導体レーザ１３０は所定の光出力を維持することができる。面発光型半導体レーザ１３０の光出力を面発光型半導体レーザ１３０に印加する電圧値にフィードバックする制御は、外部電子回路（駆動回路；図示せず）を用いて実施することができる。
【００４７】
ＭＳＭ検出素子２１０および受光素子２３０は、面発光型半導体レーザ１３０上に形成される。ＭＳＭ検出素子２１０の第１の光吸収層２０１と、受光素子２３０の第２の光吸収層２２１とは、同一の工程により形成されることができる。
【００４８】
図２に示すように、ＭＳＭ検出素子２１０の第１電極２０２は、Ｘ方向において第２電極２０３と距離ａ１離れた位置に形成される。
【００４９】
第３電極２２２の櫛歯部２２２ｂは、Ｘ方向において第４電極２２３の櫛歯部２２３ｂと距離ｂ１離れた位置に形成される。また第４電極２２３における櫛歯部２２３ｂは、Ｙ方向において第３電極２２２の主軸部２２２ａと距離ｂ２離れた位置に形成される。同様に第３電極２２２の櫛歯部２２２ｂは、第４電極２２３の主軸部２２３ａと距離ｂ２離れた位置に形成される。
【００５０】
ＭＳＭ検出素子２１０の第１電極２０２と第２電極２０３との距離ａ１は、受光素子２３０における第３電極２２２と第４電極２２３との間の距離ｂ１、ｂ２より大きい。
【００５１】
第３電極２２２および第４電極２２３が櫛型の平面形状であるのに対し、第１電極２０２と第２電極２０３は矩形の平面形状を有する。このような構成により、ＭＳＭ検出素子２１０の第１電極２０２と第２電極２０３との距離は、受光素子２３０の第３電極２２２と第４電極２２３との距離と比べて、はるかに大きくすることができる。このようにＭＳＭ検出素子２１０の電極間隔を大きくすることによって、ＭＳＭ検出素子２１０の応答速度を受光素子２３０の応答速度より遅くすることができる。
【００５２】
なお、ＭＳＭ検出素子２１０の応答速度を遅くしたとしても、ＭＳＭ検出素子２１０は面発光型半導体レーザ１３０からの光量の平均値をモニタすることができればよいため、その機能を果たすことは可能である。一方、受光素子２３０は、受信信号の駆動周波数に対応可能な電極間隔を有することが要求されるため、ＭＳＭ検出素子２１０のように電極間隔を広げることはできない。
【００５３】
２．光素子の製造方法
次に、本発明を適用した実施の形態の光素子１００の製造方法の一例について、図３〜図１０を用いて説明する。図３〜図６および図８〜図１０は、図１および図２に示す光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。図７は、図１および図２に示す光素子１００の一製造工程を模式的に示す平面図であり、図２に示す平面図に対応している。
【００５４】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓ層からなる基板１０１の上面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、第１導電型の第１半導体層１０、活性層２０、第２導電型の第２半導体層３０、分離層４０、および第３半導体層５０が形成される。
【００５５】
また、第１の光吸収層２０１および第２の光吸収層２２１のための第３半導体層５０と、分離層４０のそれぞれの光学的膜厚は、面発光型半導体レーザ１３０の設定波長がλの場合、λ／４の奇数倍とすることができる。その結果、第１の光吸収層２０１、第２の光吸収層２２１、および分離層２４０は、ミラーとして機能することができる。したがって、面発光型半導体レーザ１３０の特性に悪影響を及ぼすことなく、ＭＳＭ検出素子２１０は分布ブラッグ反射型ミラーの一部として機能することができる。
【００５６】
また、後の工程において第６電極１０７が形成される際に、第２半導体層３０のうち少なくとも第６電極１０７と接する部分の近傍は、キャリア密度を高くすることにより、第６電極１０７とのオーム性接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００５７】
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
【００５８】
（２）次に、第３半導体層５０を所定の形状にパターニングして第１の光吸収層２０１および第２の光吸収層２２１を形成する（図５参照）。
【００５９】
まず、第３半導体層５０上にレジスト（図示せず）を塗布した後、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図４に示すように、所定の形状のレジスト層Ｒ１が形成される。
【００６０】
ついで、レジスト層Ｒ１をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第３半導体層５０をエッチングする（図５参照）。その後、レジスト層Ｒ１が除去される（図５参照）。第１の光吸収層２０１および第２の光吸収層２２１は、図７に示すように分離して形成される。
【００６１】
（３）次に、分離層４０を所定の形状にパターニングする（図６参照）。
【００６２】
まず、第３半導体層５０および分離層４０上にレジスト（図示せず）を塗布した後、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、レジスト層（図示せず）を形成して、例えばドライエッチング法により、分離層４０をエッチングし、レジスト層は除去される（図６参照）。図６は、図７のＤ−Ｄ線における断面を示す図である。分離層２４０は、図７に示すように、第１の光吸収層２０１および第２の光吸収層２２１の下にたとえば矩形の平面形状を有するように形成される。
【００６３】
（４）次に、パターニングにより、柱状部１３２を含む面発光型半導体レーザ１３０が形成される（図９参照）。具体的には、まず、第２ミラー１０４、第１の光吸収層２０１、第２の光吸収層２２１および分離層２４０上にレジスト（図示せず）を塗布した後、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ２が形成される（図８参照）。次いで、レジスト層Ｒ２をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２半導体層３０、活性層２０、および第１半導体層１０の一部をエッチングする。これにより、図７に示すように、第２ミラー１０４、活性層１０３、および第１ミラー１０２を有する柱状部１３２が形成される。
【００６４】
以上の工程により、基板１０１上に、柱状部１３２を含む垂直共振器（面発光型半導体レーザ１３０）が形成される。その後、レジスト層Ｒ２が除去される。
【００６５】
（５）次に、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部１３２が形成された基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５が形成される（図１０参照）。
【００６６】
酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層を備えた面発光レーザでは、駆動する際に、電流狭窄層が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。したがって、酸化によって電流狭窄層を形成する工程において、形成する電流狭窄層１０５の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【００６７】
（６）次に、第２ミラー１０４の上面に第６電極１０７が形成され、基板１０１の下面に第５電極１０６が形成され、第１の光吸収層２０１の上面に第１電極２０２および第２電極２０３が形成され、第２の光吸収層２２１の上面に第３電極２２２および第４電極２２３が形成される（図１および図２参照）。
【００６８】
まず、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第２ミラー１０４の上面、第１の光吸収層２０１の上面、第２の光吸収層２２１の上面、および基板１０１の下面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。
【００６９】
次いで、第１電極２０２および第２電極２０３を形成する。第１電極２０２および第２電極２０３は、同一の材料で形成することができ、例えば真空蒸着法により、第１の光吸収層２０１の上面に、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）を形成する。次いで、リフトオフ法により、所定の位置以外の積層膜を除去することにより、第１電極２０２および第２電極２０３が形成される。同様の工程および材料により第３電極２２２および第４電極２２３が形成される。
【００７０】
第１電極２０２、第２電極２０３、第３電極２２２、および第４電極２２３の材料としては、それぞれ第１の光吸収層２０１および第２の光吸収層２２１とショットキーバリアが形成される材料であれば特に限定されず、チタン（Ｔｉ）と、白金（Ｐｔ）と、金（Ａｕ）との積層膜、または、チタンと金との積層膜、アルミニウム（Ａｌ）、チタンとパラジウム（Ｐｄ）と金との積層膜等を用いてもよい。
【００７１】
また、たとえば真空蒸着法により、柱状部１３２の上面に、たとえば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜を形成した後、リフトオフ法により第６電極１０７を形成する。
【００７２】
また、基板１０１の露出している面に、たとえば真空蒸着法により、たとえば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜を形成し、第５電極１０６を形成する。
【００７３】
なお、上記工程において、リフトオフ法のかわりにドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いることもできる。また、上記工程において、真空蒸着法のかわりにスパッタ法を用いることもできる。
【００７４】
（７）次いで、アニール処理を行う。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施形態で用いる電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。以上の工程により、第１電極２０２、第２電極２０３、第３電極２２２、および第４電極２２３、第５電極１０６、および第６電極１０７が形成される。
【００７５】
以上の工程により、図１および図２に示すように、本実施の形態の光素子１００が得られる。
【００７６】
３．変形例
３．１．第１の変形例
次に第１の変形例にかかる光素子３００について説明する。図１１は、光素子３００を模式的に示す断面図である。図１２は、光素子３００を模式的に示す平面図である。図１１は、図１２のＢ−Ｂ線における断面を示す図である。光素子３００は、受光素子２３２が面発光型半導体レーザ１３０の柱状部１３２上ではなく、柱状部１３２の周囲に設けられている点で、図１および図２に示す光素子１００と異なる。
【００７７】
具体的には、分離層２４０上にはＭＳＭ検出素子２１２のみが形成される。ＭＳＭ検出素子２１２は、第１の光吸収層２０４と、第１電極２０５と、第２電極２０６とを有し、第１の光吸収層２０４は、図１２に示すように平面形状において、分離層２４０と同一の形状を有することができる。受光素子２３２は、柱状部１３２の周囲に複数設けられているが、単数でもよい。受光素子２３２は、第２の光吸収層２２４と、第３電極２２５と、第４電極２２６とを有し、第２の光吸収層２２４は、矩形の平面形状を有し、第３電極２２５および第４電極２２６は、図１および図２の第３電極２２２および第４電極２２３と同様の形状を有するが、これに限定されず、第２の光吸収層２２４は、たとえば柱状部１３２の周囲を囲むようにしてリング状に形成されていてもよく、第３電極２２５および第４電極２２６は、たとえば螺旋状に形成されていてもよい。
【００７８】
図１および図２に示す光素子１００では、受光素子２３０は電流狭窄層１０５の開口部である出射面上に形成されており、面発光型半導体レーザ１３０から出射されるレーザ光を遮っていた。これに対し光素子３００は、受光素子２３２が柱状部１３２の周囲に形成されることにより、面発光型半導体レーザ１３０の出射面上には形成されていないため、面発光型半導体レーザ１３０から出射するレーザ光を遮ることはない。一方、ＭＳＭ検出素子２１２は、面発光型半導体レーザ１３０の出射面上に形成されているが、第１電極２０５および第２電極２０６が矩形の平面形状を有しており、櫛型形状の電極を有する受光素子２３２と比べて、レーザ光を遮る量がはるかに少ない。よって、光素子３００は、光素子１００より出射パワーの減少を防止することができる。さらには、光素子３００の第１電極２０５および第２電極２０６を電流狭窄層１０５の上方にのみ形成することが好ましい。これにより第１電極２０５および第２電極２０６は、電流狭窄層１０５の開口部である出射面上には形成されないため、レーザ光を遮らず、より確実に出射パワーの減少を防止することができる。
【００７９】
なお、第１の変形例にかかる光素子３００のその他の構成については、上述した光素子１００と同様であるので、説明を省略する。
【００８０】
３．２．第２の変形例
次に第２の変形例にかかる光素子４００について説明する。図１３は、光素子４００を模式的に示す断面図であり、図１の断面に対応している。図１４は、光素子４００を模式的に示す平面図である。図１３は、図１４のＣ−Ｃ線における断面を示す図である。光素子４００は、受光素子４３０がｐｉｎ型構造を有する点、および受光素子４３０が柱状部１３２の周囲に設けられている点で、図１および図２に示す光素子１００と異なる。
【００８１】
受光素子４３０は、ｎ型コンタクト層４２１と、第２の光吸収層４２２と、ｐ型コンタクト層４３３と、第３電極４３４と、第４電極４３５とを有する。ｎ型コンタクト層４２１は、分離層２４０上に形成され、第２の光吸収層４２２は、ｎ型コンタクト層４２１上に形成され、ｐ型コンタクト層４３３は、第２の光吸収層４２２上に形成される。ｎ型コンタクト層４２１、第２の光吸収層４２２、ｐ型コンタクト層４３３、第３電極４３４、および第４電極４３５は、すべて面発光型半導体レーザ１３０の柱状部１３２の周囲にリング状に形成されている。
【００８２】
ｎ型コンタクト層４２１は、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、第２の光吸収層４２２は例えば不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなり、ｐ型コンタクト層４３３は例えばｐ型ＧａＡｓ層からなることができる。具体的には、ｎ型コンタクト層４２１は、たとえばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされ、ｐ型コンタクト層４３３は、たとえば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされている。したがって、ｐ型コンタクト層４３３、不純物がドーピングされていない第２の光吸収層４２２、およびｎ型コンタクト層４２１により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００８３】
第３電極４３４および第４電極４３５は、公知の材料および工程により形成される。第４電極４３５は、ｎ型コンタクト層４２１上に形成され、たとえば、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜からなることができる。第３電極４３４は、ｐ型コンタクト層４３３上に形成され、たとえば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金との積層膜からなることができる。
【００８４】
ＭＳＭ検出素子４１０は、第１の光吸収層４０１と、不純物含有層４０２と、第１電極４０３と、第２電極４０４とを有する。第１の光吸収層４０１、第１電極４０３、および第２電極４０４の機能は、図１および図２において上述した第１の光吸収層２０１、第１電極２０２、および第２電極２０３の機能と同様であり、平面形状においては、第１の変形例にかかる光素子３００のＭＳＭ検出素子２１２と同様であるが、不純物含有層４０２をさらに有する点で異なる。不純物含有層４０２は、光吸収層として機能することができる。
【００８５】
光素子４００は、ｐｉｎ構造の受光素子４３０を有することにより、電極間の距離を電極の間に形成される膜の厚みによって制御することができる。ＭＳＭ構造の受光素子と比べて電極間隔を狭めることができ、応答速度を高めることができる。よって、受光素子４３０は、より高い駆動周波数の受信信号に対応することができる。
【００８６】
なお、第１の変形例にかかる光素子４００のその他の構成については、上述した光素子１００と同様であるので、説明を省略する。
【００８７】
３．３．第３の変形例
次に第３の変形例にかかる光素子５００について説明する。図１５は、光素子５００を模式的に示す断面図であり、図２の断面に対応している。光素子５００は、ＭＳＭ検出素子５１０および受光素子５３０が面発光型半導体レーザ１３０の周囲に形成されている点で、ＭＳＭ検出素子２１０および受光素子２３０が面発光型半導体レーザ１３０上に形成されている光素子１００と異なる。
【００８８】
ＭＳＭ検出素子５１０および受光素子５３０は、たとえば矩形または面発光型半導体レーザ１３０の周囲を囲むリング状の平面形状を有することができる。ＭＳＭ検出素子５１０は、第１の光吸収層５０１と、第１電極５０２と、第２電極５０３と、光学部５０４とを有する。受光素子５３０は、第２の光吸収層５２１と、第３電極５２２と、第４電極５２３とを有する。第１の光吸収層５０１、第２の光吸収層５２１、および半導体層５５０は、光素子１００の第１の光吸収層２０１と同様の材料からなる。第１電極５０２、第２電極５０３、第３電極５２２、および第４電極５２３は、光素子１００の第１電極２０２等と同様の材料からなる。
【００８９】
ＭＳＭ検出素子５１０の光学部５０４は、凸レンズ構造を有し、面発光型半導体レーザ１３０の側面から出射される漏れ光を第１の光吸収層５０１の入射面に導く機能を有する。たとえば、面発光型半導体レーザ１３０の側面から出射された漏れ光は、図１５に示すように、矢印Ｃ１方向に出射され、光学部５０４によって、矢印Ｃ２およびＣ３方向に屈折し、第１の光吸収層５０１に入射する。このようにしてＭＳＭ検出素子５１０は、面発光型半導体レーザ１３０から出射された光を検出することができる。光学部５０４は、たとえば熱または光等のエネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成される。具体的には、光学部５０４は、液体材料からなる液滴を吐出して、硬化させることにより形成される。前記液体材料としては、たとえば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂を用いることができる。紫外線硬化型樹脂としては、たとえばアクリル樹脂、およびエポキシ樹脂が挙げられる。熱硬化型樹脂としては、たとえばポリイミド樹脂が挙げられる。
【００９０】
このようにして面発光型半導体レーザ１３０の周囲にＭＳＭ検出素子５１０および受光素子５３０が形成されることによって、面発光型半導体レーザ１３０から出射されるレーザ光を遮らないため、より確実に出射パワーの減少を防止することができる。
【００９１】
また、光学部５０４を形成する際、光学部５０４を形成するためのバンクをさらに有していてもよい。バンクは、たとえば窒化珪素からなることができる。
【００９２】
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、本発明はこれらに限定されず、各種の態様を取りうる。たとえば、上記実施の形態において、面発光型半導体レーザのレーザ光を基板の裏面側から出射するとしても本発明の趣旨を逸脱するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本実施の形態にかかる光素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施の形態にかかる光素子を模式的に示す平面図。
【図３】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。
【図４】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。
【図５】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。
【図６】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。
【図７】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。
【図８】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。
【図９】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。
【図１０】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。
【図１１】第１の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。
【図１２】第１の変形例にかかる光素子を模式的に示す平面図。
【図１３】第２の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。
【図１４】第２の変形例にかかる光素子を模式的に示す平面図。
【図１５】第３の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００９４】
１００  光素子、１０１  基板、１０２  第１ミラー、１０３  活性層、１０４  第２ミラー、１０５  電流狭窄層、１０６  第５電極、１０７  第６電極、１３０  面発光レーザ、１３２  柱状部、２０１  第１の光吸収層、２０２  第１電極、２０３  第２電極、２１０  ＭＳＭ検出素子、２２１  第２の光吸収層、２２２  第３電極、２２３  第４電極、２３０  受光素子、２４０  分離層
【図１】
2006222342.tif 000003
【図２】
2006222342.tif 000004
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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