(57)【要約】【課題】  寄生容量及び寄生抵抗の低減を図ることにより、高周波特性の向上を図ることができる、光電子集積素子及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】  光電子集積素子１００は、基板１１０と、基板１１０の上方に設けられ、第１ミラー１２０と、活性層１２２と、第２ミラー１２４と、を含む面発光型半導体レーザ１００Ｖと、面発光型半導体レーザ１００Ｖの上方に設けられ、少なくとも光吸収層１４２を含むフォトダイオード１００Ｐと、基板１１０の上方に設けられたバイポーラトランジスタ１００Ｂと、を含む。バイポーラトランジスタ１００Ｂは、第１ミラー１２０、活性層１２２、第２ミラー１２４、及び光吸収層１４２のそれぞれと同一の半導体層を含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に設けられ、第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、を含む面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザの上方に設けられ、少なくとも光吸収層を含むフォトダイオードと、
前記基板の上方に設けられたバイポーラトランジスタと、
を含み、
前記バイポーラトランジスタは、前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、及び前記光吸収層のそれぞれと同一の半導体層を含む、光電子集積素子。
【請求項２】
請求項１記載の光電子集積素子において、
前記フォトダイオードは、前記光吸収層の上方に設けられた上部コンタクト層をさらに含む、光電子集積素子。
【請求項３】
請求項２記載の光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザ及び前記フォトダイオードを駆動するための第１、第２及び第３電極をさらに含み、
前記第１電極は、前記第１ミラーに接して形成され、
前記第２電極は、前記第２ミラーに接して形成され、
前記第３電極は、前記上部コンタクト層に接して形成されている、光電子集積素子。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の光電子集積素子において、
前記バイポーラトランジスタは、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含む、光電子集積素子。
【請求項５】
請求項１記載の光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザと前記フォトダイオードの間には、分離半導体層が設けられ、
前記フォトダイオードは、前記分離半導体層の上方に設けられた下部コンタクト層と、前記光吸収層の上方に設けられた上部コンタクト層と、をさらに含む、光電子集積素子。
【請求項６】
請求項５記載の光電子集積素子において、
前記第２ミラーの最上層、前記分離半導体層、及び前記下部コンタクト層は、それぞれ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（０≦ｘ≦１）からなり、
前記分離半導体層のＡｌ組成は、前記第２ミラーの最上層のＡｌ組成よりも大きく、かつ前記下部コンタクト層のＡｌ組成よりも大きい、光電子集積素子。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザ及び前記フォトダイオードを駆動するための第１、第２及び第３電極をさらに含み、
前記第１電極は、前記第１ミラーに接して形成され、
前記第２電極は、前記第２ミラー、前記分離半導体層及び前記下部コンタクト層に接して形成され、
前記第３電極は、前記上部コンタクト層に接して形成されている、光電子集積素子。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の光電子集積素子において、
前記バイポーラトランジスタは、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された第１半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された第１中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成された第２半導体多層膜と、
前記分離半導体層と同一の半導体層により形成された第２中間半導体層と、
前記下部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含む、光電子集積素子。
【請求項９】
請求項１記載の光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザと前記フォトダイオードの間には、第３ミラーが設けられ、
前記第３ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも１層は誘電体層であり、
前記フォトダイオードは、前記第３ミラーの上方に設けられた下部コンタクト層と、前記光吸収層の上方に設けられた上部コンタクト層と、をさらに含む、光電子集積素子。
【請求項１０】
請求項９記載の光電子集積素子において、
前記誘電体層は、酸化アルミニウムを含む層であり、
前記第３ミラーの単位周期を構成する層のうち、他の１層はＡｌＧａＡｓ層である、光電子集積素子。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０記載の光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザ及び前記フォトダイオードを駆動するための第１、第２、第３及び第４電極をさらに含み、
前記第１電極は、前記第１ミラーに接して形成され、
前記第２電極は、前記第２ミラーに接して形成され、
前記第３電極は、前記下部コンタクト層に接して形成され、
前記第４電極は、前記上部コンタクト層に接して形成されている、光電子集積素子。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれかに記載の光電子集積素子において、
前記バイポーラトランジスタは、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された第１半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成された第２半導体多層膜と、
前記第３ミラーと同一の半導体層により形成された第３半導体多層膜と、
前記下部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含む、光電子集積素子。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光電子集積素子において、
前記バイポーラトランジスタを駆動するためのコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極をさらに含み、
前記コレクタ電極は、前記コレクタコンタクト層に接して形成され、
前記ベース電極は、前記ベース層に接して形成され、
前記エミッタ電極は、前記エミッタコンタクト層に接して形成されている、光電子集積素子。
【請求項１４】
面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザの上方に設けられたフォトダイオードと、バイポーラトランジスタと、を含む光電子集積素子の製造方法であって、
（ａ）基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層、第２ミラー、光吸収層を形成するための複数の半導体層を成長させること、
（ｂ）パターニングにより、少なくとも、第１ミラー、活性層、第２ミラー、光吸収層を形成し、かつ前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、前記光吸収層のそれぞれと同一の半導体層により、前記バイポーラトランジスタを形成すること、
（ｃ）前記面発光型半導体レーザ、前記フォトダイオード及び前記バイポーラトランジスタを駆動するための電極を形成すること、
を含む、光電子集積素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の光電子集積素子の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記基板の上方に、前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、前記光吸収層、上部コンタクト層を形成するための複数の半導体層を成長させ、
前記（ｂ）工程で、前記バイポーラトランジスタを、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含むように形成する、光電子集積素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｃ）工程で、
第１電極を前記第１ミラーに接するように形成し、
第２電極を前記第２ミラーに接するように形成し、
第３電極を前記上部コンタクト層に接するように形成し、
コレクタ電極を前記コレクタコンタクト層に接するように形成し、
ベース電極を前記ベース層に接するように形成し、
エミッタ電極を前記エミッタコンタクト層に接するように形成する、光電子集積素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４記載の光電子集積素子の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記基板の上方に、前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、分離半導体層、下部コンタクト層、前記光吸収層、上部コンタクト層を形成するための複数の半導体層を成長させ、
前記（ｂ）工程で、前記バイポーラトランジスタを、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された第１半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された第１中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成された第２半導体多層膜と、
前記分離半導体層と同一の半導体層により形成された第２中間半導体層と、
前記下部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含むように形成する、光電子集積素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、第１エッチャントにより前記下部コンタクト層をエッチングし、第２エッチャントにより前記分離半導体層をエッチングすることを含み、
前記第１エッチャントは、前記下部コンタクト層のエッチングレートが前記分離半導体層のエッチングレートよりも大きい性質を有し、
前記第２エッチャントは、前記分離半導体層のエッチングレートが前記第２ミラーの最上層のエッチングレートよりも大きい性質を有する、光電子集積素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７又は請求項１８記載の光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｃ）工程で、
第１電極を前記第１ミラーに接するように形成し、
第２電極を前記第２ミラー、前記分離半導体層及び前記下部コンタクト層に接するように形成し、
前記第３電極を前記上部コンタクト層に接するように形成し、
コレクタ電極を前記コレクタコンタクト層に接するように形成し、
ベース電極を前記ベース層に接するように形成し、
エミッタ電極を前記エミッタコンタクト層に接するように形成する、光電子集積素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１４記載の光電子集積素子の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記基板の上方に、前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、第３ミラー、下部コンタクト層、前記光吸収層、上部コンタクト層を形成するための複数の半導体層を成長させ、
前記（ｂ）工程で、前記バイポーラトランジスタを、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された第１半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成された第２半導体多層膜と、
前記第３ミラーと同一の半導体層により形成された第３半導体多層膜と、
前記下部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含むように形成する、光電子集積素子の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｂ）工程後、前記第３ミラー及び前記第３半導体多層膜のそれぞれにおいて単位周期を構成する層のうち、少なくとも１層を酸化させることにより、誘電体層を形成することをさらに含む、光電子集積素子の製造方法。
【請求項２２】
請求項２０又は請求項２１記載の光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｃ）工程で、
第１電極を前記第１ミラーに接するように形成し、
第２電極を前記第２ミラーに接するように形成し、
第３電極を前記下部コンタクト層に接するように形成し、
第４電極を前記上部コンタクト層に接するように形成し、
コレクタ電極を前記コレクタコンタクト層に接するように形成し、
ベース電極を前記ベース層に接するように形成し、
エミッタ電極を前記エミッタコンタクト層に接するように形成する、光電子集積素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子集積素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信において、１本の光ファイバ内で波長が異なる複数の信号光を通信するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式が知られている。これにより、光ファイバのそれぞれの端面から波長の異なる光を送受信することができる。また、この送受信用の光素子をモノリシック構造により１チップで製造することが知られている。
【０００３】
受光した光電流を増幅するためには、ＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）が必要である。従来技術によれば、ＴＩＡは光素子とは別チップに設けられ、両者をワイヤボンディング等により電気的に接続している。そのため、ワイヤ長による寄生容量や寄生抵抗が発生し、高周波特性が劣化することが考えられる。
【特許文献１】特開２０００−２６９５８５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、寄生容量及び寄生抵抗の低減を図ることにより、高周波特性の向上を図ることができる、光電子集積素子及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】
（１）本発明に係る光電子集積素子は、
基板と、
前記基板の上方に設けられ、第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、を含む面発光型半導体レーザと、
前記面発光型半導体レーザの上方に設けられ、少なくとも光吸収層を含むフォトダイオードと、
前記基板の上方に設けられたバイポーラトランジスタと、
を含み、
前記バイポーラトランジスタは、前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、及び前記光吸収層のそれぞれと同一の半導体層を含む。
【０００６】
本発明によれば、面発光型半導体レーザ、フォトダイオード及びバイポーラトランジスタが１チップに集積されているので、ワイヤを使用することなく容易に相互間の電気的接続を図ることができる。したがって、光電子集積素子の微細化が図れるだけでなく、寄生容量及び寄生抵抗を低減させることにより高周波特性の向上を図ることができる。また、バイポーラトランジスタは、面発光型半導体レーザを構成する第１ミラー、活性層及び第２ミラーのそれぞれと同一の半導体層を含み、さらに、フォトダイオードを構成する光吸収層と同一の半導体層を含む。したがって、半導体部品点数が少なくて済み、光電子集積素子の構造の簡略化を図ることができる。
【０００７】
なお、本発明において、特定のＡ層の上方にＢ層が設けられているとは、Ａ層上に直接Ｂ層が設けられている場合と、Ａ層上に他の層を介してＢ層が設けられている場合と、を含むものとする。このことは、以下の発明においても同様である。
【０００８】
また、同一の半導体層とは、高さのレベルが同一であって材質等がほぼ同一であることを意味し、対比となる第１ミラー、活性層、第２ミラー、及び光吸収層等とは分離して設けられている場合を含むものとする。このことは、以下の発明においても同様である。
【０００９】
（２）この光電子集積素子において、
前記フォトダイオードは、前記光吸収層の上方に設けられた上部コンタクト層をさらに含んでもよい。
【００１０】
（３）この光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザ及び前記フォトダイオードを駆動するための第１、第２及び第３電極をさらに含み、
前記第１電極は、前記第１ミラーに接して形成され、
前記第２電極は、前記第２ミラーに接して形成され、
前記第３電極は、前記上部コンタクト層に接して形成されていてもよい。
【００１１】
（４）この光電子集積素子において、
前記バイポーラトランジスタは、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含んでもよい。
【００１２】
（５）この光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザと前記フォトダイオードの間には、分離半導体層が設けられ、
前記フォトダイオードは、前記分離半導体層の上方に設けられた下部コンタクト層と、前記光吸収層の上方に設けられた上部コンタクト層と、をさらに含んでもよい。
【００１３】
（６）この光電子集積素子において、
前記第２ミラーの最上層、前記分離半導体層、及び前記下部コンタクト層は、それぞれ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層（０≦ｘ≦１）からなり、
前記分離半導体層のＡｌ組成は、前記第２ミラーの最上層のＡｌ組成よりも大きく、かつ前記下部コンタクト層のＡｌ組成よりも大きくてもよい。
【００１４】
（７）この光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザ及び前記フォトダイオードを駆動するための第１、第２及び第３電極をさらに含み、
前記第１電極は、前記第１ミラーに接して形成され、
前記第２電極は、前記第２ミラー、前記分離半導体層及び前記下部コンタクト層に接して形成され、
前記第３電極は、前記上部コンタクト層に接して形成されていてもよい。
【００１５】
（８）この光電子集積素子において、
前記バイポーラトランジスタは、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された第１半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された第１中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成された第２半導体多層膜と、
前記分離半導体層と同一の半導体層により形成された第２中間半導体層と、
前記下部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含んでもよい。
【００１６】
（９）この光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザと前記フォトダイオードの間には、第３ミラーが設けられ、
前記第３ミラーの単位周期を構成する層のうち、少なくとも１層は誘電体層であり、
前記フォトダイオードは、前記第３ミラーの上方に設けられた下部コンタクト層と、前記光吸収層の上方に設けられた上部コンタクト層と、をさらに含んでもよい。
【００１７】
（１０）この光電子集積素子において、
前記誘電体層は、酸化アルミニウムを含む層であり、
前記第３ミラーの単位周期を構成する層のうち、他の１層はＡｌＧａＡｓ層であってもよい。
【００１８】
（１１）この光電子集積素子において、
前記面発光型半導体レーザ及び前記フォトダイオードを駆動するための第１、第２、第３及び第４電極をさらに含み、
前記第１電極は、前記第１ミラーに接して形成され、
前記第２電極は、前記第２ミラーに接して形成され、
前記第３電極は、前記下部コンタクト層に接して形成され、
前記第４電極は、前記上部コンタクト層に接して形成されていてもよい。
【００１９】
（１２）この光電子集積素子において、
前記バイポーラトランジスタは、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された第１半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成された第２半導体多層膜と、
前記第３ミラーと同一の半導体層により形成された第３半導体多層膜と、
前記下部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含んでもよい。
【００２０】
（１３）この光電子集積素子において、
前記バイポーラトランジスタを駆動するためのコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極をさらに含み、
前記コレクタ電極は、前記コレクタコンタクト層に接して形成され、
前記ベース電極は、前記ベース層に接して形成され、
前記エミッタ電極は、前記エミッタコンタクト層に接して形成されていてもよい。
【００２１】
（１４）本発明に係る光電子集積素子の製造方法は、
面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザの上方に設けられたフォトダイオードと、バイポーラトランジスタと、を含む光電子集積素子の製造方法であって、
（ａ）基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層、第２ミラー、光吸収層を形成するための複数の半導体層を成長させること、
（ｂ）パターニングにより、少なくとも、第１ミラー、活性層、第２ミラー、光吸収層を形成し、かつ前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、前記光吸収層のそれぞれと同一の半導体層により、前記バイポーラトランジスタを形成すること、
（ｃ）前記面発光型半導体レーザ、前記フォトダイオード及び前記バイポーラトランジスタを駆動するための電極を形成すること、
を含む。
【００２２】
本発明によれば、面発光型半導体レーザ、フォトダイオード及びバイポーラトランジスタを１チップに集積するので、ワイヤを使用することなく容易に相互間の電気的接続を図ることができる。したがって、光電子集積素子の微細化が図れるだけでなく、寄生容量及び寄生抵抗を低減させることにより高周波特性の向上を図ることができる。また、バイポーラトランジスタは、面発光型半導体レーザを構成する第１ミラー、活性層及び第２ミラーのそれぞれと同一の半導体層を含み、さらに、フォトダイオードを構成する光吸収層と同一の半導体層を含む。したがって、半導体部品点数が少なくて済むとともに、光電子集積素子の製造工程の簡略化を図ることができる。
【００２３】
（１５）この光電子集積素子の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記基板の上方に、前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、前記光吸収層、上部コンタクト層を形成するための複数の半導体層を成長させ、
前記（ｂ）工程で、前記バイポーラトランジスタを、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含むように形成してもよい。
【００２４】
（１６）この光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｃ）工程で、
第１電極を前記第１ミラーに接するように形成し、
第２電極を前記第２ミラーに接するように形成し、
第３電極を前記上部コンタクト層に接するように形成し、
コレクタ電極を前記コレクタコンタクト層に接するように形成し、
ベース電極を前記ベース層に接するように形成し、
エミッタ電極を前記エミッタコンタクト層に接するように形成してもよい。
【００２５】
（１７）この光電子集積素子の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記基板の上方に、前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、分離半導体層、下部コンタクト層、前記光吸収層、上部コンタクト層を形成するための複数の半導体層を成長させ、
前記（ｂ）工程で、前記バイポーラトランジスタを、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された第１半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された第１中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成された第２半導体多層膜と、
前記分離半導体層と同一の半導体層により形成された第２中間半導体層と、
前記下部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含むように形成してもよい。
【００２６】
（１８）この光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、第１エッチャントにより前記下部コンタクト層をエッチングし、第２エッチャントにより前記分離半導体層をエッチングすることを含み、
前記第１エッチャントは、前記下部コンタクト層のエッチングレートが前記分離半導体層のエッチングレートよりも大きい性質を有し、
前記第２エッチャントは、前記分離半導体層のエッチングレートが前記第２ミラーの最上層のエッチングレートよりも大きい性質を有してもよい。
【００２７】
（１９）この光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｃ）工程で、
第１電極を前記第１ミラーに接するように形成し、
第２電極を前記第２ミラー、前記分離半導体層及び前記下部コンタクト層に接するように形成し、
前記第３電極を前記上部コンタクト層に接するように形成し、
コレクタ電極を前記コレクタコンタクト層に接するように形成し、
ベース電極を前記ベース層に接するように形成し、
エミッタ電極を前記エミッタコンタクト層に接するように形成してもよい。
【００２８】
（２０）この光電子集積素子の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記基板の上方に、前記第１ミラー、前記活性層、前記第２ミラー、第３ミラー、下部コンタクト層、前記光吸収層、上部コンタクト層を形成するための複数の半導体層を成長させ、
前記（ｂ）工程で、前記バイポーラトランジスタを、
前記第１ミラーと同一の半導体層により形成された第１半導体多層膜と、
前記活性層と同一の半導体層により形成された中間半導体層と、
前記第２ミラーと同一の半導体層により形成された第２半導体多層膜と、
前記第３ミラーと同一の半導体層により形成された第３半導体多層膜と、
前記下部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたコレクタコンタクト層と、
前記光吸収層と同一の半導体層により形成されたコレクタ層と、
前記上部コンタクト層と同一の半導体層により形成されたベース層と、
前記ベース層の上方に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上方に設けられたエミッタコンタクト層と、
を含むように形成してもよい。
【００２９】
（２１）この光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｂ）工程後、前記第３ミラー及び前記第３半導体多層膜のそれぞれにおいて単位周期を構成する層のうち、少なくとも１層を酸化させることにより、誘電体層を形成することをさらに含んでもよい。
【００３０】
（２２）この光電子集積素子の製造方法において、
前記（ｃ）工程で、
第１電極を前記第１ミラーに接するように形成し、
第２電極を前記第２ミラーに接するように形成し、
第３電極を前記下部コンタクト層に接するように形成し、
第４電極を前記上部コンタクト層に接するように形成し、
コレクタ電極を前記コレクタコンタクト層に接するように形成し、
ベース電極を前記ベース層に接するように形成し、
エミッタ電極を前記エミッタコンタクト層に接するように形成してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３２】
（第１の実施の形態）
１−１．光電子集積素子
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る光電子集積素子の平面図である。図２は、図１のII−II線断面図である。光電子集積素子１００は、基板１１０と、面発光型半導体レーザ１００Ｖと、フォトダイオード１００Ｐと、バイポーラトランジスタ（例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ）１００Ｂと、を含む。
【００３３】
基板１１０は、例えば半導体基板（例えばＧａＡｓ基板）である。基板１１０上の所定領域には、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード１００Ｐが順に積層して形成され、基板１１０上の他の所定領域には、バイポーラトランジスタ１００Ｂが形成されている。これらの面発光型半導体レーザ１００Ｖ、フォトダイオード１００Ｐ及びバイポーラトランジスタ１００Ｂは、同一基板（同一チップ）に支持され、モノリシック構造をなしている。
【００３４】
（１）面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１００Ｖは、基板１１０側から設けられた、第１ミラー１２０（本例ではｐ型）と、活性層１２２と、第２ミラー１２４（本例ではｎ型）と、を含む。この面発光型半導体レーザ１００Ｖは垂直共振器を有する。
【００３５】
第１ミラー１２０は、例えば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラーである。活性層１２２は、例えば、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む。第２ミラー１２４は、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２５ペアの分布反射型多層膜ミラーである。なお、第１ミラー１２０、活性層１２２及び第２ミラー１２４の各組成及び層数は限定されるものではない。
【００３６】
第１ミラー１２０は、Ｃ，Ｚｎ，Ｍｇなどがドーピングされることによりｐ型に形成され、第２ミラー１２４は、Ｓｉ，Ｓｅなどがドーピングされることによりｎ型に形成されている。したがって、ｐ型の第１ミラー１２０、不純物がドーピングされていない活性層１２２、及びｎ型の第２ミラー１２４によって、ｐｉｎダイオードが形成されている。
【００３７】
また、第１ミラー１２０上において、第２ミラー１２４及び活性層１２２が、平面視から見て円形の形状にエッチングされて柱状部が形成されている。あるいは、面発光型半導体レーザ１００Ｖのうち、第２ミラー１２４から第１ミラー１２０の途中にかけての部分が柱状部となっていてもよい。この柱状部は、円形状に限らず、四角形状などのその他の形状であってもよい。
【００３８】
さらに、第２ミラー１２４を構成する層のうち、活性層１２２に近い領域に、絶縁層１２６が形成されている。絶縁層１２６は、電流経路を規制する電流狭搾層として機能する。絶縁層１２６は、例えば面発光型半導体レーザ１００Ｖ（詳しくは上述の柱状部）の平面形状の端部に沿ってリング形状に形成されている。絶縁層１２６は、例えば酸化アルミニウムであり、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化することにより形成することができる。
【００３９】
面発光型半導体レーザ１００Ｖは、第１及び第２電極１７０，１７２により駆動することができる。第１電極１７０は、第１ミラー１２０（本例ではｐ型）に電気的に接続され、第２電極１７２は、第２ミラー１２４（本例ではｎ型）に電気的に接続されている。
【００４０】
第１電極１７０は、第１ミラー１２０に接して形成され、例えば第１ミラー１２０の上面に形成されている。第１ミラー１２０のうち、Ａｌ組成の小さいほうの層と第１電極１７０とを接触させてもよい。これにより、第１電極１７０と第１ミラー１２０とのオーミック接触を良好に図ることができる。具体的には、第１ミラー１２０の最上面がＡｌ組成の小さいほうであれば、その最上面のいずれかの領域に第１電極１７０を形成する。あるいは、第１ミラー１２０の最上面がＡｌ組成の大きいほうであれば、電極形成領域をエッチングしてＡｌ組成の低いほうを露出させ、その露出面に第１電極１７０を形成してもよい。
【００４１】
図１に示すように、第１電極１７０は、第１ミラー１２０の上面の端部（言い換えれば第２ミラー１２４の外側の領域）に沿って形成されている。第１電極１７０は、他の電極とショートしない範囲において、第２ミラー１２４（柱状部）の外周を囲むように形成することができる。また、第１電極１７０の一部は、外部端子１７０ａとなっている。外部端子１７０ａは、第１ミラー１２０の外側に設けられる絶縁層（例えばポリイミド樹脂層、ＳｉＮ層）１９０上に形成されていてもよい。
【００４２】
なお、第１電極１７０の材質は限定されないが、第１ミラー１２０の導電型（本例ではｐ型）に応じて決めることができ、例えばＰｔ（又はＡｕＺｎの合金）とＡｕとの積層膜から形成することができる。
【００４３】
また、上述では第１電極１７０が第１ミラー１２０に接する場合を説明したが、変形例として、第１電極１７０は基板１１０に接して形成されていてもよい。例えば、第１電極１７０は、基板１１０の裏面（第１ミラー１２０とは反対の面）上に形成されていてもよい。
【００４４】
第２電極１７２は、第２ミラー１２４に接して形成され、例えば第２ミラー１２４の上面に形成されている。第２電極１７２も第１電極１７０と同様に、第２ミラー１２４のうちＡｌ組成の小さいほうの層と接触させてもよい。
【００４５】
図１に示すように、第２電極１７２は、第２ミラー１２４の上面の端部（言い換えれば光吸収層１４２の外側の領域）に沿って形成されている。第２電極１７２は、他の電極とショートしない範囲において、光吸収層１４２の外周を囲むように形成することができる。少なくとも、第２ミラー１２４のうち第２電極１７２により囲まれた領域内が光の経路となる。また、第２電極１７２の一部は、外部端子１７２ａとなっている。外部端子１７２ａは、第２ミラー１２４の外側に設けられる絶縁層（例えばポリイミド樹脂層、ＳｉＮ層）１９２上に形成されていてもよい。
【００４６】
なお、第２電極１７２の材質は限定されないが、第２ミラー１２４の導電型（本例ではｎ型）に応じて決めることができ、例えばＡｕＧｅの合金（又はＧｅ）とＡｕとの積層膜から形成することができる。
【００４７】
本実施の形態では、第２電極１７２は、フォトダイオード１００Ｐの駆動用の電極でもある。すなわち、第２電極１７２は、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード１００Ｐの共通電極となっており、全体として３端子構造をなしている。
【００４８】
また、第１及び第２電極１７０，１７２の材質は、上述に限定されるものではなく、密着性強化や拡散防止などの観点から、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ａｕ又はＰｔなどの金属やこれらの合金などを利用してもよい。この内容は、以下に説明する電極においても同様である。
【００４９】
（２）フォトダイオード
フォトダイオード１００Ｐは、面発光型半導体レーザ１００Ｖ側から設けられた、光吸収層１４２と、上部コンタクト層１４４（本例ではｐ型）と、を含む。フォトダイオード１００Ｐは、上部コンタクト層１４４の上面に光学面１４５を有する。光学面１４５は、フォトダイオード１００Ｐにおける光の入射面であり、また、面発光型半導体レーザ１００Ｖにおける光の出射面でもある。
【００５０】
光吸収層１４２は、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層により形成され、上部コンタクト層１４４は、ｐ型ＧａＡｓ層により形成されている。上部コンタクト層１４４は、Ｃ，Ｚｎ，Ｍｇなどがドーピングされることによりｐ型に形成されている。また、光吸収層１４２の下地には、第２ミラー１２４（本例ではｎ型）が設けられている。すなわち、ｐ型の上部コンタクト層１４４、不純物がドーピングされていない光吸収層１４２、及びｎ型の第２ミラー１２４によって、ｐｉｎダイオードが形成されている。また、上部フォトダイオード１００Ｐを受光素子として使用し、かつ、送信されてくる信号の光源波長が第２ミラー１２４の反射波長帯に含まれている場合、光吸収層１４２の下地である第２ミラー１２４が分布ブラッグ反射型ミラーとして機能するので、光学面１４５から入射した光が第２ミラー１２４により反射され、これにより光吸収層１４２への受光効率を向上させることができる。なお、第２ミラー１２４は、フォトダイオード１００Ｐの下部コンタクト層としても機能する。
【００５１】
また、フォトダイオード１００Ｐのうち、上部コンタクト層１４４から光吸収層１４２にかけての部分が、上部コンタクト層１４４の上面から見て円形の形状にエッチングされて柱状部が形成されている。この柱状部は、円形状に限らず、四角形状などのその他の形状であってもよい。
【００５２】
フォトダイオード１００Ｐは、第２及び第３電極１７２，１７４により駆動することができる。第２電極１７２は、第２ミラー１２４（本例ではｎ型）に電気的に接続され、第３電極１７４は、上部コンタクト層１４４（本例ではｐ型）に電気的に接続されている。第２電極１７２の詳細は、上述の（１）において説明した通りである。
【００５３】
第３電極１７４は、上部コンタクト層１４４に接して形成され、例えば上部コンタクト層１４４の上面に形成されている。図１に示すように、第３電極１７４は、上部コンタクト層１４４の上面の端部に沿って形成されている。第３電極１７４は、上部コンタクト層１４４の上面の中央部を囲むようにリング形状に形成されている。そして、上部コンタクト層１４４の上面のうち、第３電極１７４により囲まれた領域内が光学面１４５となっている。
【００５４】
なお、第３電極１７４の材質は限定されないが、上部コンタクト層１４４の導電型（本例ではｎ型）に応じて決めることができ、例えばＡｕＧｅの合金（又はＧｅ）とＡｕとの積層膜から形成することができる。
【００５５】
上述の面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード１００Ｐの積層体では、第１ミラー１２０（ｐ型）、活性層１２２、第２ミラー１２４（ｎ型）、光吸収層１４２、上部コンタクト層１４４（ｐ型）により、全体としてｐｎｐ構造が構成されている。なお、不純物がドーピングされていない活性層１２２（又は光吸収層１４２）は、上述のように別体に設けられる層のみならず、ｐｎ接合の界面を含む層（例えば空乏層）である場合も含む。
【００５６】
フォトダイオード１００Ｐは、外部光（上方向から入射する光）を受光する受光素子としての機能を有する。また、それに加えて、フォトダイオード１００Ｐは、面発光型半導体レーザ１００Ｖにより生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、フォトダイオード１００Ｐは、面発光型半導体レーザ１００Ｖにより生じた光を電流に変換し、この電流値により、面発光型半導体レーザ１００Ｖにより生じた光の出力値を検出する。この検出結果は、面発光型半導体レーザ１００Ｖにフィードバックされ、これにより面発光型半導体レーザ１００Ｖに流れる電流値（すなわち光出力値）を一定値に制御することができる。
【００５７】
（３）バイポーラトランジスタ
バイポーラトランジスタ１００Ｂは、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード１００Ｐのそれぞれと同一の半導体層を含む。同一の半導体層とは、材質、組成比率、導電型（不純物濃度）及び層数がほぼ同一であることを意味する。
【００５８】
図２に示す例では、バイポーラトランジスタ１００Ｂは、基板１１０側から設けられた、半導体多層膜１５０と、中間半導体層１５２と、コレクタコンタクト層１５４と、コレクタ層１６２と、ベース層１６４と、エミッタ層１６６と、エミッタコンタクト層１６８と、を含む。半導体多層膜１５０からベース層１６４までのそれぞれの半導体層が、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード１００Ｐの積層体のいずれかの半導体層と同一となっている。
【００５９】
半導体多層膜１５０は、第１ミラー１２０と同一の半導体層（例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ層）により形成され、中間半導体層１５２は、活性層１２２と同一の半導体層により形成され、コレクタコンタクト層１５４は、第２ミラー１２４と同一の半導体層（例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層）により形成されている。詳しくは、上述の（１）において説明した通りである。なお、バイポーラトランジスタ１００Ｂは、発光には寄与しないので、電流狭搾層として機能する絶縁層１２６と同一の絶縁層の有無は問わない。
【００６０】
また、コレクタ層１６２は、光吸収層１４２と同一の半導体層（例えば不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層）により形成され、ベース層１６４は、上部コンタクト層１４４と同一の半導体層（例えばｐ型ＧａＡｓ層）により形成されている。詳しくは、上述の（２）において説明した通りである。
【００６１】
また、エミッタ層１６６は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層により形成され、エミッタコンタクト層１６８は、例えばｎ型ＧａＡｓ層により形成されている。
【００６２】
上述のバイポーラトランジスタ１００Ｂでは、ｎ型のエミッタ層１６６、ｐ型のベース層１６４、不純物がドーピングされていないコレクタ層１６２、及びｎ型のコレクタコンタクト層１５４によって、ｎｐｉｎ構造を有するバイポーラトランジスタが構成されている。本例では、半導体多層膜１５０、中間半導体層１５２及びコレクタコンタクト層１５４が同一の平面形状を有し、コレクタ層１６２及びベース層１６４が同一の平面形状を有し、エミッタ層１６６及びエミッタコンタクト層１６８が同一の平面形状を有している。また、コレクタ層１６２は、コレクタコンタクト層１５４の上面の一部を露出するように形成され、エミッタ層１６６は、ベース層１６４の上面の一部を露出するように形成されている。
【００６３】
上述の例では、基板１１０側からコレクタ、ベース及びエミッタの機能を有する半導体層が積層されている場合を説明したが、変形例として、基板１１０側からエミッタ、ベース及びコレクタの機能を有する半導体層が積層されていてもよい。
【００６４】
バイポーラトランジスタ１００Ｂは、コレクタ電極１８０、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４により駆動することができる。コレクタ電極１８０は、コレクタコンタクト層１５４（本例ではｎ型）に電気的に接続して形成され、ベース電極１８２は、ベース層１６４（本例ではｐ型）に電気的に接続して形成され、エミッタ電極１８４は、エミッタコンタクト層１６８（本例ではｎ型）に電気的に接続して形成されている。
【００６５】
コレクタ電極１８０は、コレクタコンタクト層１５４に接して形成され、例えばコレクタコンタクト層１５４の上面に形成されている。ベース電極１８２は、ベース層１６４に接して形成され、例えばベース層１６４の上面に形成されている。エミッタ電極１８４は、エミッタコンタクト層１６８に接して形成され、例えばエミッタコンタクト層１６８の上面に形成されている。例えば、バイポーラトランジスタ１００Ｂの平面視において、面発光型半導体レーザ１００Ｖ（フォトダイオード１００Ｐ）側から、コレクタ電極１８０、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４が順に配列されていてもよい。なお、コレクタ電極１８０、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４の材質は限定されず、被形成領域を有する半導体層の導電型に応じて決めることができ、上述した例を適用することができる。
【００６６】
バイポーラトランジスタ１００Ｂは、フォトダイオード１００Ｐが光−電気（Ｏ−Ｅ）変換して発生した電流を増幅するアンプとして機能する。詳しくは、光学面１４５から入射した光は、上部コンタクト層１４４を通過して光吸収層１４２に到達し、この入射光が光吸収層１４２において吸収され、光励起が生じ、電子及び正孔が生じる。そして、素子外部から印加された電界により、電子は第２電極１７２に、正孔は第３電極１７４にそれぞれ移動する。その結果、第２電極１７２から第３電極１７４の方向に光電流が流れる。そして、この光電流による信号が、例えばベース電極１８２に入力され、バイポーラトランジスタ１００Ｂによってコレクタから出力されることにより、光電流を増幅することができる。なお、図１及び図２では、電極相互間の配線は省略してある。また、フォトダイオード１００Ｐ用の第２及び第３電極１７２，１７４は、電気的接続が図りやすいように、バイポーラトランジスタ１００Ｂ側に至るまで延出されている。
【００６７】
また、バイポーラトランジスタ１００Ｂにより、面発光型半導体レーザ１００Ｖを制御してもよい。例えば、面発光型半導体レーザ１００Ｖの発振のオン・オフを切り替えるための電気的なスイッチング素子として使用してもよい。
【００６８】
本実施の形態に係る光電子集積素子によれば、面発光型半導体レーザ１００Ｖ、フォトダイオード１００Ｐ及びバイポーラトランジスタ１００Ｂが１チップに集積されているので、ワイヤを使用することなく（例えば配線により）容易に相互間の電気的接続を図ることができる。したがって、光電子集積素子１００の微細化が図れるだけでなく、寄生容量及び寄生抵抗を低減させることにより高周波特性の向上を図ることができる。また、バイポーラトランジスタ１００Ｂは、面発光型半導体レーザ１００Ｖを構成する第１ミラー１２０、活性層１２２及び第２ミラー１２４のそれぞれと同一の半導体層を含み、さらに、フォトダイオード１００Ｐを構成する光吸収層１４２及び上部コンタクト層１４４と同一の半導体層を含む。したがって、半導体部品点数が少なくて済み、光電子集積素子１００の構造の簡略化を図ることができる。
【００６９】
なお、上述の各半導体において、ｐ型とｎ型を入れ替えてもよい。また、上述の例では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いることも可能である。なお、ＡｌＧａＡｓ系のものは、ＩｎＧａＡｓ系のものなどに比べ、バイポーラトランジスタ１００Ｂのコレクタ耐圧を高くすることができる。
【００７０】
１−２．光電子集積素子の製造方法
図３〜図７は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図である。本実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法は、面発光型半導体レーザ１００Ｖと、フォトダイオード１００Ｐと、バイポーラトランジスタ１００Ｂと、を形成することを含む。
【００７１】
（１）図３に示すように、基板１１０（例えばＧａＡｓ基板）上に、複数の半導体層２０〜６８を順にエピタキシャル成長により形成する。半導体層２０は、第１ミラー１２０及び半導体多層膜１５０を形成するための層である。半導体層２２は、活性層１２２及び中間半導体層１５２を形成するための層である。半導体層２４は、第２ミラー１２４及びコレクタコンタクト層１５４を形成するための層である。半導体層４２は、光吸収層１４２及びコレクタ層１６２を形成するための層である。半導体層４４は、上部コンタクト層１４４及びベース層１６４を形成するための層である。また、半導体層６６は、エミッタ層１６６を形成するための層であり、半導体層６８は、エミッタコンタクト層１６８を形成するための層である。なお、それらの半導体材質及び組成などは上述した通りである。
【００７２】
また、第２ミラー１２４を形成するための半導体層２４を成長させるときに、活性層１２２近傍の少なくとも１層を、ＡｌＡｓ層又はＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層に形成する。この層は後に酸化され、電流狭窄層として機能する絶縁層１２６となる（図２参照）。
【００７３】
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１１０の種類、あるいは形成するそれぞれの半導体層の種類、厚さ、及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（Molecular Beam Epitaxy）法、あるいはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法などを用いることができる。
【００７４】
（２）次に、図４に示すように、半導体層６６，６８をパターニングすることにより、エミッタ層１６６及びエミッタコンタクト層１６８を形成する。詳しくは、半導体層６８上にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト層Ｒ１０を形成し、その後、レジスト層Ｒ１０をマスクとしてエッチング（例えばドライエッチング又はウエットエッチング）し、レジスト層Ｒ１０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層４４が露出するまで進行させる。エミッタ層１６６及びエミッタコンタクト層１６８は、同一の平面形状を有するように形成することができる。
【００７５】
（３）次に、図５に示すように、半導体層４２，４４をパターニングすることにより、光吸収層１４２、コレクタ層１６２、上部コンタクト層１４４及びベース層１６４を形成する。詳しくは、半導体層４４上に同様にレジスト層Ｒ２０を形成し、その後、レジスト層Ｒ２０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ２０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層２４が露出するまで進行させる。例えば、半導体層２４のうち、Ａｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層を露出させてもよい。そのために、半導体層２４の一部をさらにエッチングにより除去しても構わない。具体的には、ウエットエッチングを適用して表面処理を行うことにより、Ａｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層を露出させる。ウエットエッチングでは、たとえばフッ化水素水溶液、または、いわゆるフッ化水素酸系緩衝溶液などを用いることができる。例えば、エッチャントとしてフッ化水素酸系緩衝溶液を用いることにより、エッチャントのＰＨ変化を和らげることができる。その結果、エッチング速度の制御を容易に行うことができる。フッ化水素酸系緩衝溶液としては、例えば、フッ化水素水溶液（ＨＦ）と、弱アルカリのフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）との混合溶液を用いることができる。なお、光吸収層１４２及びコレクタ層１６２は、同一の平面形状を有するように形成することができ、また、上部コンタクト層１４４及びベース層１６４は、同一の平面形状を有するように形成することができる。
【００７６】
（４）次に、図６に示すように、半導体層２２，２４をパターニングすることにより、活性層１２２、中間半導体層１５２、第２ミラー１２４及びコレクタコンタクト層１５４を形成する。詳しくは、半導体層２４上に同様にレジスト層Ｒ３０を形成し、その後、レジスト層Ｒ３０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ３０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層２０が露出するまで進行させる。この場合も上述の（３）と同様に、例えば半導体層２０のうち、Ａｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層を露出させてもよい。そのために、半導体層２０の一部をさらにエッチングにより除去しても構わない。
【００７７】
（５）必要があれば、図７に示すように、最下層の半導体層２０をパターニングすることにより、第１ミラー１２０及び半導体多層膜１５０を形成する。詳しくは、半導体層２０上に同様にレジスト層Ｒ４０を形成し、その後、レジスト層Ｒ４０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ４０により被覆された部分を残す。エッチングは、基板１１０が露出するまで進行させてもよい。
【００７８】
こうして、上述の（２）〜（５）に至るまで、基板１１０に近づくにつれて各半導体層の平面形状を大きくしていくことにより、必要に応じて電極形成領域を確保することができる。なお、上述の（２）〜（５）のパターニング工程の順番は限定されるものではなく、例えば、基板１１０に近い側から順番にパターニングしてもよい。
【００７９】
（６）次に、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、基板１１０を投入することにより、第２ミラー１２４のＡｌ組成の高い層を側面から酸化して、絶縁層１２６を形成する。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組成及び膜厚に依存する。面発光型半導体レーザ１００Ｖが絶縁層１２６を有する場合、駆動する際に絶縁層１２６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、酸化により絶縁層１２６を形成する工程において、絶縁層１２６の形成領域を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【００８０】
（７）また、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード１００Ｐを駆動するための第１、第２及び第３電極１７０，１７２，１７４を形成し、バイポーラトランジスタ１００Ｂを駆動するためのコレクタ電極１８０、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４を形成する（図２参照）。それぞれの電極の形成領域及び材質などは上述した通りである。電極の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタ法又はメッキ法により少なくとも１層の導電層を形成し、その後、リフトオフ法により導電層の一部を除去してもよい。電極形成後に、例えば４００℃前後の温度により数分間にわたり、アニール処理を行ってもよい。なお、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法を適用してもよい。
【００８１】
以上の工程により、面発光型半導体レーザ１００Ｖ、フォトダイオード１００Ｐ及びバイポーラトランジスタ１００Ｂが１チップに集積された光電子集積素子１００を製造することができる。本実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法によれば、上述したように、寄生容量及び寄生抵抗を低減させることにより高周波特性の向上を図ることができる。また、基板１１０に、面発光型半導体レーザ１００Ｖ、フォトダイオード１００Ｐ及びバイポーラトランジスタ１００Ｂを構成する全ての半導体層を一括してエピタキシャル成長させた後に、それぞれの半導体層のパターニング工程を行うので、例えばエピタキシャル成長工程とパターニング工程とを交互に繰り返し行う場合に比べて、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【００８２】
なお、本実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法は、上述の光電子集積素子の説明から導き出せる内容を含む。
【００８３】
（第２の実施の形態）
２−１．光電子集積素子
図８は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る光電子集積素子の断面図である。光電子集積素子２００は、基板１１０と、面発光型半導体レーザ１００Ｖと、フォトダイオード２００Ｐと、バイポーラトランジスタ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）２００Ｂと、を含む。本実施の形態では、面発光型半導体レーザ１００Ｖとフォトダイオード２００Ｐとの間に、分離半導体層２３０が設けられている。また、フォトダイオード２００Ｐは、下部コンタクト層２４０を含む。
【００８４】
（１）面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１００Ｖは、基板１１０側から設けられた、第１ミラー１２０（本例ではｎ型）と、活性層１２２と、第２ミラー１２４（本例ではｐ型）と、を含む。また、第１ミラー１２０に接して第１電極１７０が形成され、第２ミラー１２４に接して第２電極１７２が形成されている。本実施の形態においても、第２電極１７２，２７２が面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード２００Ｐの共通電極となっており、全体として３端子構造をなしている。なお、面発光型半導体レーザ１００Ｖの詳細は、上述した実施の形態の内容を適用することができる。
【００８５】
（２）分離半導体層
分離半導体層２３０は、第２ミラー１２４上に形成されている。すなわち、分離半導体層２３０は、第２ミラー１２４と下部コンタクト層２４０との間に設けられている。
【００８６】
分離半導体層２３０は、第２ミラー１２４のうち、第２電極１７２との接触面（例えばＡｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層）を露出させるためのエッチングストッパとして機能する。分離半導体層２３０は、第２ミラー１２４と下部コンタクト層２４０の両者を分離するもので、例えば、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層から形成することができる。エッチングストッパとして機能させるために、分離半導体層２３０のＡｌ組成は、第２ミラー１２４の最上層（例えばＡｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層）のＡｌ組成よりも大きく、かつ下部コンタクト層２４０（例えばＡｌ組成が０であるＧａＡｓ層）のＡｌ組成よりも大きいことが好ましい。Ａｌ含有率の差を利用することにより、下部コンタクト層２４０、分離半導体層２３０を選択的にエッチングして、最終的に第２ミラー１２４のＡｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層を容易に露出させることができる。これにより、第２電極１７２と第２ミラーとのオーミック接触を良好に図ることができ、コンタクト抵抗の低減、すなわち低消費電力化を図ることができる。また、第２ミラー１２４のＡｌ組成の低いほうのＡｌＧａＡｓ層は、Ａｌ組成の高いほうよりも酸化されにくいので、電気的接続信頼性の向上を図ることができる。
【００８７】
分離半導体層２３０は、第２ミラー１２４のうち、Ａｌ組成の高いほうのＡｌＧａＡｓ層と同程度のＡｌ組成（例えば０．９）から形成されていてもよい。分離半導体層２３０は、第２ミラー１２４よりも不純物濃度が小さい半導体層（不純物がドーピングされていない半導体層を含む）からなることができる。
【００８８】
（３）フォトダイオード
フォトダイオード２００Ｐは、分離半導体層２３０側から設けられた、下部コンタクト層（本例ではｎ型）２４０と、光吸収層１４２と、上部コンタクト層１４４（本例ではｐ型）と、を含む。下部コンタクト層２４０は、ｎ型ＧａＡｓ層により形成されている。下部コンタクト層２４０は、Ｓｉ，Ｓｅなどがドーピングされることによりｎ型に形成され、上部コンタクト層１４４は、Ｃ，Ｚｎ，Ｍｇなどがドーピングされることによりｐ型に形成されている。すなわち、ｐ型の上部コンタクト層１４４、不純物がドーピングされていない光吸収層１４２、及びｎ型の下部コンタクト層２４０によって、ｐｉｎダイオードが形成されている。
【００８９】
図８に示す例では、フォトダイオード２００Ｐのうち、上部コンタクト層１４４から下部コンタクト層２４０の一部にかけての部分が、上部コンタクト層１４４の上面から見て円形の形状にエッチングされて柱状部が形成されている。この柱状部は、円形状に限らず、四角形状などのその他の形状であってもよい。
【００９０】
フォトダイオード２００Ｐは、第２電極１７２，２７２及び第３電極１７４により駆動することができる。第２電極１７２は第２ミラー１２４（本例ではｐ型）に電気的に接続され、第２電極２７２は下部コンタクト層２４０（本例ではｎ型）に電気的に接続され、第３電極１７４は上部コンタクト層１４４（本例ではｐ型）に電気的に接続されている。第２電極１７２及び第３電極１７４の詳細は、上述した実施の形態の内容を適用することができる。また、第２電極２７２は、第２電極１７２と一体化して形成されている。第２電極１７２，２７２は、全体として、第２ミラー１２４、分離半導体層２３０及び下部コンタクト層２４０に接して形成されている。なお、それぞれの電極の材質は限定されず、被形成領域を有する半導体層の導電型に応じて決めることができ、上述した例を適用することができる。
【００９１】
上述の面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード２００Ｐの積層体では、第１ミラー１２０（ｎ型）、活性層１２２、第２ミラー１２４（ｐ型）、下部コンタクト層２４０（ｎ型）、光吸収層１４２、上部コンタクト層１４４により、全体としてｎｐｎｐ構造が構成されている。なお、本実施の形態においても、不純物がドーピングされていない活性層１２２（又は光吸収層１４２）は、上述のように別体に設けられる層のみならず、ｐｎ接合の界面を含む層（例えば空乏層）である場合も含む。
【００９２】
（４）バイポーラトランジスタ
バイポーラトランジスタ２００Ｂは、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード２００Ｐのそれぞれと同一の半導体層を含む。同一の半導体層とは、材質、組成比率、導電型（不純物濃度）及び層数がほぼ同一であることを意味する。
【００９３】
図８に示す例では、バイポーラトランジスタ２００Ｂは、基板１１０側から設けられた、第１半導体多層膜２５０と、第１中間半導体層２５２と、第２半導体多層膜２５４と、第２中間半導体層２３２と、コレクタコンタクト層２４２と、コレクタ層１６２と、ベース層１６４と、エミッタ層１６６と、エミッタコンタクト層１６８と、を含む。第１半導体多層膜２５０からベース層１６４までのそれぞれの半導体層が、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード２００Ｐの積層体のいずれかの半導体層と同一となっている。
【００９４】
第１半導体多層膜２５０は、第１ミラー１２０と同一の半導体層（例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層）により形成され、第１中間半導体層２５２は、活性層１２２と同一の半導体層により形成され、第２半導体多層膜２５４は、第２ミラー１２４と同一の半導体層（例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ層）により形成されている。
【００９５】
また、第２中間半導体層２３２は、分離半導体層２３０と同一の半導体層（例えば不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層）により形成されている。また、コレクタコンタクト層２４２は、下部コンタクト層２４０と同一の半導体層（例えばｎ型ＧａＡｓ層）により形成され、コレクタ層１６２は、光吸収層１４２と同一の半導体層（例えば不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層）により形成され、ベース層１６４は、上部コンタクト層１４４と同一の半導体層（例えばｐ型ＧａＡｓ層）により形成されている。
【００９６】
なお、エミッタ層１６６は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層により形成され、エミッタコンタクト層１６８は、例えばｎ型ＧａＡｓ層により形成されている。
【００９７】
上述のバイポーラトランジスタ２００Ｂでは、ｎ型のエミッタ層１６６、ｐ型のベース層１６４、不純物がドーピングされていないコレクタ層１６２、及びｎ型のコレクタコンタクト層２４２によって、ｎｐｉｎ構造を有するバイポーラトランジスタが構成されている。本例では、第１半導体多層膜２５０、第１中間半導体層２５２、第２半導体多層膜２５４、第２中間半導体層２３２及びコレクタコンタクト層２４２が同一の平面形状を有する。また、コレクタ層１６２及びベース層１６４が同一の平面形状を有し、エミッタ層１６６及びエミッタコンタクト層１６８が同一の平面形状を有している。また、コレクタ層１６２は、コレクタコンタクト層２４２の上面の一部を露出するように形成され、エミッタ層１６６は、ベース層１６４の上面の一部を露出するように形成されている。
【００９８】
上述の例では、基板１１０側からコレクタ、ベース及びエミッタの機能を有する半導体層が積層されている場合を説明したが、変形例として、基板１１０側からエミッタ、ベース及びコレクタの機能を有する半導体層が積層されていてもよい。
【００９９】
バイポーラトランジスタ２００Ｂは、コレクタ電極２８０、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４により駆動することができる。コレクタ電極２８０は、コレクタコンタクト層２４２（本例ではｎ型）に電気的に接続されている。コレクタ電極２８０は、コレクタコンタクト層２４２に接して形成され、例えばコレクタコンタクト層２４２の上面に形成されている。なお、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４については、上述した実施の形態の内容を適用することができる。
【０１００】
２−２．光電子集積素子の製造方法
図９〜図１０は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図である。本実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法は、面発光型半導体レーザ１００Ｖと、フォトダイオード２００Ｐと、バイポーラトランジスタ１００Ｂと、を形成することを含む。
【０１０１】
（１）図９に示すように、基板１１０上に、複数の半導体層２０〜６８を順にエピタキシャル成長させる。本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した半導体層に加えて、さらに半導体層３０，４０を成長させる。半導体層３０は、分離半導体層２３０及び第２中間半導体層２３２を形成するための層である。半導体層４０は、下部コンタクト層２４０及びコレクタコンタクト層２４２を形成するための層である。その他の半導体層、半導体材質及び組成は、上述した通りである。
【０１０２】
（２）図１０に示すように、半導体層６６，６８をパターニングすることにより、エミッタ層１６６及びエミッタコンタクト層１６８を形成し、その後、半導体層４２，４４をパターニングすることにより、光吸収層１４２、コレクタ層１６２、上部コンタクト層１４４及びベース層１６４を形成する。詳しくは、半導体層４４上にレジスト層Ｒ５０を形成し、その後、レジスト層Ｒ５０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ５０により被覆された部分を残す。その場合、図１０に示すように、エッチングは、半導体層４０の一部を除去するまで進行させてもよい。
【０１０３】
（３）次に、図１１に示すように、半導体層４０をパターニングすることにより、下部コンタクト層２４０及びコレクタコンタクト層２４２を形成する。詳しくは、半導体層４０上にレジスト層Ｒ６０を形成し、その後、レジスト層Ｒ６０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ６０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層３０が露出するまで進行させる。本工程は、ウエットエッチングを適用して行うことができる。具体的には、第１エッチャントにより半導体層４０をエッチングする。ここで、第１エッチャントは、半導体層４０（下部コンタクト層２４０）のエッチングレートが半導体層３０（分離半導体層２３０）のエッチングレートよりも大きい性質を有する。例えば、第１エッチャントとして、アンモニアと過酸化水素と水との混合溶液（例えば混合比率１：１０：１５０程度）を用いることができる。これにより、下部コンタクト層２４０と分離半導体層２３０の両者におけるＡｌ含有率の差を利用して選択的なエッチングが可能となる。すなわち、半導体層３０が露出した時点で正確かつ容易にエッチングを終了することができる。
【０１０４】
（４）次に、図１２に示すように、半導体層３０をパターニングすることにより、分離半導体層２３０及び第２中間半導体層２３２を形成する。詳しくは、半導体層３０上にレジスト層Ｒ７０を形成し、その後、レジスト層Ｒ７０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ７０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層２４が露出するまで進行させる。本工程は、ウエットエッチングを適用して行うことができる。具体的には、第２エッチャントにより半導体層３０をエッチングする。ここで、第２エッチャントは、半導体層３０（分離半導体層２３０）のエッチングレートが半導体層２４（第２ミラー１２４）のエッチングレートよりも大きい性質を有する。例えば、第２エッチャントとして、フッ酸（例えば濃度０．１％程度）を用いることができる。これにより、分離半導体層２３０と第２ミラー１２４の最上層（例えばＡｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層）の両者におけるＡｌ含有率の差を利用して選択的なエッチングが可能となる。すなわち、半導体層２４が露出した時点で正確かつ容易にエッチングを終了することができる。なお、その後の工程については、第１の実施の形態の内容を適用することができる。
【０１０５】
本実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法によれば、分離半導体層２３０を形成するための半導体層３０がエッチングストッパとして機能するので、第２電極１７２と第２ミラー１２４とのオーミック接触を良好に図るためのプロセスを提供することができる。したがって、電気的接続信頼性及び高周波特性の向上を図ることができる。
【０１０６】
なお、本実施の形態に係る光電子集積素子及びその製造方法のその他の詳細は、第１の実施の形態から導き出せる内容を含む。
【０１０７】
（第３の実施の形態）
３−１．光電子集積素子
図１３は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る光電子集積素子の平面図である。図１４は、図１３のＸIV−ＸIV線断面図である。光電子集積素子３００は、基板１１０と、面発光型半導体レーザ１００Ｖと、フォトダイオード３００Ｐと、バイポーラトランジスタ（例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ）３００Ｂと、を含む。本実施の形態では、面発光型半導体レーザ１００Ｖとフォトダイオード３００Ｐとの間に、第３ミラー３３０が設けられている。また、フォトダイオード３００Ｐは、下部コンタクト層３４０を含む。
【０１０８】
（１）面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１００Ｖは、基板１１０側から設けられた、第１ミラー１２０（本例ではｎ型）と、活性層１２２と、第２ミラー１２４（本例ではｐ型）と、を含む。また、第１ミラー１２０に接して第１電極１７０が形成され、第２ミラー１２４に接して第２電極１７２が形成されている。本実施の形態では、第１及び第２電極１７０，１７２は、フォトダイオード３００Ｐの第３及び第４電極３７４，３７６とは別電極となっており、全体として４端子構造をなしている。なお、面発光型半導体レーザ１００Ｖの詳細は、上述した実施の形態の内容を適用することができる。
【０１０９】
（２）第３ミラー
第３ミラー３３０は、第２ミラー１２４上に形成されている。第３ミラー３３０は、第２ミラー１２４と下部コンタクト層３４０との間に設けられ、両者を電気的に分離する機能を有する。第３ミラー３３０により、面発光型半導体レーザ１００Ｖの第２電極１７２と、フォトダイオード３００Ｐの第３電極３７４との短絡を防止し、光電子集積素子３００の４端子構造が実現可能になる。
【０１１０】
第３ミラー３３０は、光の屈折率が異なる複数層から形成され、その単位周期を構成する層のうち、少なくとも１層は誘電体層からなる。また、第３ミラー３３０の単位周期を構成する層の他の１層は、ＡｌＧａＡｓ層（例えばＡｌ組成が０．８以下のＡｌＧａＡｓ層）であってもよい。例えば、第３ミラー３３０は、不純物がドーピングされていないＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層と誘電体層とを交互に積層した５ペアの分布反射型多層膜ミラーである。誘電体層は、ＡｌＧａＡｓ層及びＡｌＡｓ層のいずれかの酸化物（酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）層）であってもよい。Ａｌ組成比が高ければ酸化しやすいので、容易に誘電体層を形成することができる。なお、第３ミラー３３０の組成及び層数は限定されるものではない。
【０１１１】
（３）フォトダイオード
フォトダイオード３００Ｐは、第３ミラー３３０側から設けられた、下部コンタクト層（本例ではｎ型）３４０と、光吸収層１４２と、上部コンタクト層１４４（本例ではｐ型）と、を含む。下部コンタクト層３４０は、ｎ型ＧａＡｓ層により形成されている。下部コンタクト層３４０は、Ｓｉ，Ｓｅなどがドーピングされることによりｎ型に形成され、上部コンタクト層１４４は、Ｃ，Ｚｎ，Ｍｇなどがドーピングされることによりｐ型に形成されている。すなわち、ｐ型の上部コンタクト層１４４、不純物がドーピングされていない光吸収層１４２、及びｎ型の下部コンタクト層３４０によって、ｐｉｎダイオードが形成されている。
【０１１２】
図１４に示す例では、フォトダイオード３００Ｐのうち、上部コンタクト層１４４から光吸収層１４２にかけての部分が、上部コンタクト層１４４の上面から見て円形状の形状にエッチングされて柱状部が形成されている。この柱状部は、円形状に限らず、四角形状などのその他の形状であってもよい。
【０１１３】
フォトダイオード３００Ｐは、第３及び第４電極３７４，３７６により駆動することができる。第３電極３７４は、下部コンタクト層３４０（本例ではｎ型）に電気的に接続され、第４電極３７６は、上部コンタクト層１４４（本例ではｐ型）に電気的に接続されている。なお、第３及び第４電極３７４，３７６の材質は限定されず、被形成領域を有する半導体層の導電型に応じて決めることができ、上述した例を適用することができる。
【０１１４】
第３電極３７４は、下部コンタクト層３４０に接して形成され、例えば下部コンタクト層３４０の上面に形成されている。図１３に示すように、第３電極３７４は、下部コンタクト層３４０の上面の端部（言い換えれば光吸収層１４２の外側の領域）に沿って形成されている。第３電極３７４は、他の電極とショートしない範囲において、光吸収層１４２の外周を囲むように形成することができる。また、第３電極３７４の一部は、外部端子３７４ａとなっている。外部端子３７４ａは、下部コンタクト層３４０の外側に設けられる絶縁層（例えばポリイミド樹脂層、ＳｉＮ層）３９４上に形成されていてもよい。
【０１１５】
なお、第３電極３７４の材質は限定されないが、下部コンタクト層３４０の導電型（本例ではｎ型）に応じて決めることができ、例えばＡｕＧｅの合金（又はＧｅ）とＡｕとの積層膜から形成することができる。
【０１１６】
第４電極３７６は、上部コンタクト層１４４に接して形成され、例えば上部コンタクト層１４４の上面に形成されている。図１３に示すように、第４電極３７６は、上部コンタクト層１４４の上面の端部に沿って形成されている。第４電極３７６は、上部コンタクト層１４４の上面の中央部を囲むようにリング形状に形成されている。そして、上部コンタクト層１４４の上面のうち、第４電極３７６により囲まれた領域内が光学面１４５となっている。
【０１１７】
なお、第４電極３７６の材質は限定されないが、上部コンタクト層１４４の導電型（本例ではｎ型）に応じて決めることができ、例えばＡｕＧｅの合金（又はＧｅ）とＡｕとの積層膜から形成することができる。
【０１１８】
図１３に示す例では、第１から第４電極１７０〜３７６のそれぞれの外部端子１７０ａ〜３７６ａは、面発光型半導体レーザ１００Ｖ（フォトダイオード３００Ｐ）の周辺の基板１１０上に、隣同士のピッチが同一となるように均等に配置されている。また、第１及び第２電極１７０，１７２のそれぞれの外部端子１７０ａ，１７２ａが隣接して配置され、第３及び第４電極３７４，３７６のそれぞれの外部端子３７４ａ，３７６ａが隣接して配置されている。また、外部端子３７４ａ，３７６ａがバイポーラトランジスタ３００Ｂ側に配置されていれば、フォトダイオード３００Ｐとバイポーラトランジスタ３００Ｂとの電気的接続が図りやすいので好ましい。
【０１１９】
上述の面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード３００Ｐの積層体では、第１ミラー１２０（ｎ型）、活性層１２２、第２ミラー１２４（ｐ型）、第３ミラー３３０、下部コンタクト層３４０（ｎ型）、光吸収層１４２、上部コンタクト層１４４（ｐ型）により、全体としてｎｐｎｐ構造が構成されている。なお、不純物がドーピングされていない活性層１２２（又は光吸収層１４２）は、上述のように別体に設けられる層のみならず、ｐｎ接合の界面を含む層（例えば空乏層）である場合も含む。
【０１２０】
本実施の形態では、面発光型半導体レーザ１００Ｖとフォトダイオード３００Ｐの間を、第３ミラー３３０により電気的に分離して４端子構造を実現している。これによれば、第３ミラー３３０は、誘電体層を少なくとも１層含む単位周期を含むので、容易に厚く（例えば０．９μｍ以上）形成することができる。したがって、第３ミラー３３０を挿入することで発生する面発光型半導体レーザ１００Ｖとフォトダイオード３００Ｐの間の寄生容量を低下させることができ、高周波特性の劣化を抑制することができる。
【０１２１】
（４）バイポーラトランジスタ
バイポーラトランジスタ３００Ｂは、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード３００Ｐのそれぞれと同一の半導体層を含む。同一の半導体層とは、材質、組成比率、導電型（不純物濃度）及び層数がほぼ同一であることを意味する。
【０１２２】
図１４に示す例では、バイポーラトランジスタ３００Ｂは、基板１１０側から設けられた、第１半導体多層膜３５０と、中間半導体層３５２と、第２半導体多層膜３５４と、第３半導体多層膜３３２と、コレクタコンタクト層３４２と、コレクタ層１６２と、ベース層１６４と、エミッタ層１６６と、エミッタコンタクト層１６８と、を含む。第１半導体多層膜３５０からベース層１６４までのそれぞれの半導体層が、面発光型半導体レーザ１００Ｖ及びフォトダイオード３００Ｐの積層体のいずれかの半導体層と同一となっている。
【０１２３】
第１半導体多層膜３５０は、第１ミラー１２０と同一の半導体層（例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層）により形成され、中間半導体層３５２は、活性層１２２と同一の半導体層により形成され、第２半導体多層膜３５４は、第２ミラー１２４と同一の半導体層（例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ層）により形成されている。
【０１２４】
また、第３半導体多層膜３３２は、第３ミラー３３０と同一の半導体層（単位周期の少なくとも１層に誘電体層を含む）により形成されている。また、コレクタコンタクト層３４２は、下部コンタクト層３４０と同一の半導体層（例えばｎ型ＧａＡｓ層）により形成され、コレクタ層１６２は、光吸収層１４２と同一の半導体層（例えば不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層）により形成され、ベース層１６４は、上部コンタクト層１４４と同一の半導体層（例えばｐ型ＧａＡｓ層）により形成されている。
【０１２５】
なお、エミッタ層１６６は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層により形成され、エミッタコンタクト層１６８は、例えばｎ型ＧａＡｓ層により形成されている。
【０１２６】
上述のバイポーラトランジスタ３００Ｂでは、ｎ型のエミッタ層１６６、ｐ型のベース層１６４、不純物がドーピングされていないコレクタ層１６２、及びｎ型のコレクタコンタクト層３４２によって、ｎｐｉｎ構造を有するバイポーラトランジスタが構成されている。本例では、第１半導体多層膜３５０、中間半導体層３５２、第２半導体多層膜３５４、第２中間半導体層３３２及びコレクタコンタクト層３４２が同一の平面形状を有する。また、コレクタ層１６２及びベース層１６４が同一の平面形状を有し、エミッタ層１６６及びエミッタコンタクト層１６８が同一の平面形状を有している。また、コレクタ層１６２は、コレクタコンタクト層３４２の上面の一部を露出するように形成され、エミッタ層１６６は、ベース層１６４の上面の一部を露出するように形成されている。
【０１２７】
上述の例では、基板１１０側からコレクタ、ベース及びエミッタの機能を有する半導体層が積層されている場合を説明したが、変形例として、基板１１０側からエミッタ、ベース及びコレクタの機能を有する半導体層が積層されていてもよい。
【０１２８】
バイポーラトランジスタ３００Ｂは、コレクタ電極３８０、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４により駆動することができる。コレクタ電極３８０は、コレクタコンタクト層３４２（本例ではｎ型）に電気的に接続されている。コレクタ電極３８０は、コレクタコンタクト層３４２に接して形成され、例えばコレクタコンタクト層３４２の上面に形成されている。なお、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４については、上述した実施の形態の内容を適用することができる。
【０１２９】
本実施の形態では、コレクタコンタクト層３４２の下地として、少なくとも１層の誘電体層を含む第３半導体多層膜３３２が設けられている。したがって、コレクタコンタクト層３４２から、第２半導体多層膜３５４、中間半導体層３５２及び第１半導体多層膜３５０を通る電流パスを遮断することができ、さらなる高周波特性の向上を図ることができる。
【０１３０】
３−２．光電子集積素子の製造方法
図１５〜図２０は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図である。本実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法は、面発光型半導体レーザ１００Ｖと、フォトダイオード３００Ｐと、バイポーラトランジスタ３００Ｂと、を形成することを含む。
【０１３１】
（１）図１５に示すように、基板１１０上に、複数の半導体層２０〜６８を順にエピタキシャル成長させる。本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した半導体層に加えて、さらに半導体層３２，４０を成長させる。半導体層３２は、第３ミラー３３０及び第３半導体多層膜３３２を形成するための層である。半導体層４２は、下部コンタクト層３４０及びコレクタコンタクト層３４２を形成するための層である。その他の半導体層、半導体材質及び組成は、上述した通りである。
【０１３２】
（２）次に、図１６に示すように、半導体層６６，６８をパターニングすることにより、エミッタ層１６６及びエミッタコンタクト層１６８を形成する。詳しくは、半導体層６８上にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたレジスト層Ｒ１１０を形成し、その後、レジスト層Ｒ１１０をマスクとしてエッチング（例えばドライエッチング又はウエットエッチング）し、レジスト層Ｒ１１０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層４４が露出するまで進行させる。エミッタ層１６６及びエミッタコンタクト層１６８は、同一の平面形状を有するように形成することができる。
【０１３３】
（３）次に、図１７に示すように、半導体層４２，４４をパターニングすることにより、光吸収層１４２、コレクタ層１６２、上部コンタクト層１４４及びベース層１６４を形成する。詳しくは、半導体層４４上に同様にレジスト層Ｒ１２０を形成し、その後、レジスト層Ｒ１２０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ１２０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層４０が露出するまで進行させる。なお、光吸収層１４２及びコレクタ層１６２は、同一の平面形状を有するように形成することができ、また、上部コンタクト層１４４及びベース層１６４は、同一の平面形状を有するように形成することができる。
【０１３４】
（４）次に、図１８に示すように、半導体層３２，４０をパターニングすることにより、第３ミラー３３０、第３半導体多層膜３３２、下部コンタクト層３４０及びコレクタコンタクト層３４２を形成する。詳しくは、半導体層４０上に同様にレジスト層Ｒ１３０を形成し、その後、レジスト層Ｒ１３０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ１３０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層２４が露出するまで進行させる。例えば、半導体層２４のうち、Ａｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層を露出させてもよい。そのために、半導体層２４の一部をさらにエッチングにより除去しても構わない。具体的には、ウエットエッチングを適用して表面処理を行うことにより、Ａｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層を露出させる。ウエットエッチングでは、たとえばフッ化水素水溶液、または、いわゆるフッ化水素酸系緩衝溶液などを用いることができる。例えば、エッチャントとしてフッ化水素酸系緩衝溶液を用いることにより、エッチャントのＰＨ変化を和らげることができる。その結果、エッチング速度の制御を容易に行うことができる。フッ化水素酸系緩衝溶液としては、例えば、フッ化水素水溶液（ＨＦ）と、弱アルカリのフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）との混合溶液を用いることができる。
【０１３５】
（５）図１９に示すように、半導体層２２，２４をパターニングすることにより、活性層１２２、中間半導体層３５２、第２ミラー１２４及び第２半導体多層膜３５４を形成する。詳しくは、半導体層２４上に同様にレジスト層Ｒ１４０を形成し、その後、レジスト層Ｒ１４０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ１４０により被覆された部分を残す。エッチングは、半導体層２０が露出するまで進行させる。この場合も上述の（４）と同様に、例えば半導体層２０のうち、Ａｌ組成の小さいほうのＡｌＧａＡｓ層を露出させてもよい。そのために、半導体層２０の一部をさらにエッチングにより除去しても構わない。
【０１３６】
（６）必要があれば、図２０に示すように、最下層の半導体層２０をパターニングすることにより、第１ミラー１２０及び第１半導体多層膜３５０を形成する。詳しくは、半導体層２０上に同様にレジスト層Ｒ１５０を形成し、その後、レジスト層Ｒ１５０をマスクとしてエッチングし、レジスト層Ｒ１５０により被覆された部分を残す。エッチングは、基板１１０が露出するまで進行させてもよい。
【０１３７】
こうして、上述の（２）〜（６）に至るまで、基板１１０に近づくにつれて各半導体層の平面形状を大きくしていくことにより、必要に応じて電極形成領域を確保することができる。なお、上述の（２）〜（６）のパターニング工程の順番は限定されるものではなく、例えば、基板１１０に近い側から順番にパターニングしてもよい。
【０１３８】
（７）次に、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、基板１１０を投入することにより、第２ミラー１２４のＡｌ組成の高い層を側面から酸化して、絶縁層１２６を形成する。面発光型半導体レーザ１００Ｖが絶縁層１２６を有する場合、駆動する際に絶縁層１２６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、酸化により絶縁層１２６を形成する工程において、絶縁層１２６の形成領域を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【０１３９】
また、本工程において、第３ミラー３３０及び第３半導体多層膜３３２のそれぞれに誘電体層を形成する。詳しくは、第３ミラー３３０（又は第３半導体多層膜３３２）のＡｌ組成の高いほうのＡｌＧａＡｓ層（ＡｌＡｓ層を含む）を酸化して、誘電体層を形成する。それらの酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成及び膜厚に依存する。
【０１４０】
（８）また、面発光型半導体レーザ１００Ｖを駆動するための第１及び第２電極１７０，１７２を形成し、フォトダイオード３００Ｐを駆動するための第３及び第４電極３７４，３７６を形成し、バイポーラトランジスタ３００Ｂを駆動するためのコレクタ電極３８０、ベース電極１８２及びエミッタ電極１８４を形成する（図１４参照）。それぞれの電極の形成領域及び材質などは上述した通りである。電極の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタ法又はメッキ法により少なくとも１層の導電層を形成し、その後、リフトオフ法により導電層の一部を除去してもよい。電極形成後に、例えば４００℃前後の温度により数分間にわたり、アニール処理を行ってもよい。なお、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法を適用してもよい。
【０１４１】
上述では、酸化することにより誘電体層を形成する方法を説明したが、変形例として、上述の（１）において絶縁膜（例えば酸化アルミニウムなどの酸化膜）を交互に積層してもよい。なお、積層方法は限定されず、例えばエピタキシャル成長及びＣＶＤ法を交互に行うことにより、半導体層３２を形成することも可能である。
【０１４２】
以上の工程により、面発光型半導体レーザ１００Ｖ、フォトダイオード３００Ｐ及びバイポーラトランジスタ３００Ｂが１チップに集積された光電子集積素子３００を製造することができる。
【０１４３】
なお、本実施の形態に係る光電子集積素子及びその製造方法のその他の詳細は、第１の実施の形態から導き出せる内容を含む。
【０１４４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光電子集積素子の平面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る光電子集積素子の断面図。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る光電子集積素子の平面図。
【図１４】図１３のＸIV−ＸIV線断面図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る光電子集積素子の製造方法を示す図。
【符号の説明】
【０１４６】
２０，２２,２４,３０，３２，４０，４２，４４，６６，６８…半導体層
１１０…基板  １２０…第１ミラー  １２２…活性層  １２２…活性層
１２４…第２ミラー  １２６…絶縁層  １４２…光吸収層  １４４…上部コンタクト層
１４５…光学面  １５０…半導体多層膜  １５２…中間半導体層
１５４…コレクタコンタクト層  １６２…コレクタ層  １６２…コレクタ層
１６４…ベース層  １６６…エミッタ層  １６８…エミッタコンタクト層
１７０…第１電極  １７２…第２電極  １７４…第３電極  １８０…コレクタ電極
１８２…ベース電極  １８４…エミッタ電極  ２３０…分離半導体層
２３２…中間半導体層  ２４０…下部コンタクト層  ２４２…コレクタコンタクト層
２５０…第１半導体多層膜  ２５２…第２中間半導体層  ２５４…第２半導体多層膜
２７２…第２電極  ２８０…コレクタ電極  ３３０…第３ミラー
３３２…第３半導体多層膜  ３４０…下部コンタクト層
３４２…コレクタコンタクト層  ３５０…第１半導体多層膜  ３５２…中間半導体層
３５４…第２半導体多層膜  ３７４…第３電極  ３７６…第４電極
３８０…コレクタ電極
【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】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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