(57)【要約】【課題】  面発光型半導体レーザの光検出素子側の電極と、光検出素子の面発光型半導体レーザ側の電極とを電気的に分離することの可能な光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明にかかる光素子１００は、発光素子１４０と、当該発光素子１４０上に設けられた光検出素子１２０と、を備える光素子の製造方法であって、（ａ）基板の上方に、第１ミラー１０２、活性層１０３、第２ミラー１０４、特異層１５４、および光吸収層１１２を順次積層する工程と、（ｂ）少なくとも前記特異層を含む層をパターニングする工程と、（ｃ）前記特異層を側面からエッチングすることにより、前記光吸収層と前記第２ミラーの間を中空にした中空領域と、前記特異層がエッチングされないで残留した残留領域とを形成する工程と、を含む。【選択図】      図３
2006339486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、当該発光素子上に設けられた光検出素子と、を備える光素子の製造方法であって、
（ａ）基板の上方に、第１ミラー、活性層、第２ミラー、特異層、および光吸収層を順次積層する工程と、
（ｂ）少なくとも前記特異層を含む層をパターニングする工程と、
（ｃ）前記特異層を側面からエッチングすることにより、前記光吸収層と前記第２ミラーの間を中空にした中空領域と、前記特異層がエッチングされないで残留した残留領域とを形成する工程と、
を含む、光素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記工程（ｃ）では、前記特異層を側面からエッチングすることにより、前記中空領域と、複数の残留領域を形成する、光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記工程（ｃ）の後に、
前記光検出素子の上方に、当該光検出素子を駆動するための電極を形成することにより、前記中空領域の上方にのみ当該電極に囲まれた出射面を設ける工程をさらに含む、光素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間に、
前記特異層を酸化する工程をさらに含む、光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）の後に、
（ｄ）前記残留領域を酸化する工程をさらに含む、光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記工程（ｃ）と前記工程（ｄ）の間に、
少なくとも前記活性層および前記第２ミラーをパターニングする工程をさらに含み、
前記工程（ｄ）では、
残留領域を酸化すると同時に、前記活性層の上方に電流狭窄層を形成する、光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）では、前記特異層を側面からウェットエッチングする、光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）の後に、
前記中空領域に絶縁性材料を流し込む工程をさらに含む、光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記工程（ａ）では、基板の上方に、第１ミラー、活性層、第２ミラー、特異層、第１コンタクト層、光吸収層、および第２コンタクト層を順次積層し、
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）との間に、
少なくとも前記光吸収層および前記第２コンタクト層をパターニングする工程をさらに含み、
前記工程（ｂ）では、少なくとも前記第１コンタクト層および前記特異層をパターニングする、光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかにおいて、
前記工程（ｂ）では、
半径ｒの第１の円に、複数の半径Ｒ（Ｒ＞ｒ）の第２の円が互いに重ならないように連結した形状にパターニングし、
前記残留領域は、平面視において前記第２の円の中心部を含み、
前記工程（ｃ）の後に、
少なくとも前記活性層および前記第２ミラーを、平面視において前記残留領域の少なくとも一部を含む形状にパターニングする、光素子の製造方法。
【請求項１１】
基板の上方に、当該基板側から配置された第１ミラー、活性層、および第２ミラーを有する発光素子と、
前記発光素子の上方に、当該基板側から配置された光吸収層を有する光検出素子と、
前記発光素子と前記光検出素子との間の一部の領域に、前記発光素子および前記光検出素子の双方と接する特異層と、
を含み、
前記特異層が形成されている領域は、平面視において、前記光検出素子の最下層が形成されている領域より小さく、かつ、前記発光素子の最上層が形成されている領域より小さい、光素子。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記特異層は、平面視において、複数の領域に形成されている、光素子。
【請求項１３】
請求項１１または１２において、
前記光検出素子の上方に形成された電極および当該電極に囲まれた出射面をさらに含み、
前記特異層は、平面視において、前記出射面の下方以外の領域にのみ形成されている、光素子。
【請求項１４】
請求項１３において、
複数の前記特異層は、平面視において、前記出射面を囲むようにして形成されている、光素子。
【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、面発光型半導体レーザの開口部上に設けられている場合がある（特許文献１）。このような光素子では、面発光型半導体レーザの光検出素子側の電極と、光検出素子の面発光型半導体レーザ側の電極とを電気的に分離することが難しいため、光検出素子の感度電流が面発光型半導体レーザに流れ込み、面発光型半導体レーザの動作に悪影響を及ぼすことがあった。
【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】
【０００３】
本発明の目的は、面発光型半導体レーザの光検出素子側の電極と、光検出素子の面発光型半導体レーザ側の電極とを電気的に分離することの可能な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】
【０００４】
本発明にかかる光素子は、発光素子と、当該発光素子上に設けられた光検出素子と、を備える光素子の製造方法であって、
（ａ）基板の上方に、第１ミラー、活性層、第２ミラー、特異層、および光吸収層を順次積層する工程と、
（ｂ）少なくとも前記特異層を含む層をパターニングする工程と、
（ｃ）前記特異層を側面からエッチングすることにより、前記光吸収層と前記第２ミラーの間を中空にした中空領域と、前記特異層がエッチングされないで残留した残留領域とを形成する工程と、を含む。
【０００５】
本発明にかかる光素子によれば、光検出素子と面発光型半導体レーザとの間に中空領域を設けるため、面発光型半導体レーザの光検出素子側の電極と、光検出素子の面発光型半導体レーザ側の電極とを電気的に分離することができる。
【０００６】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ｃ）では、前記特異層を側面からエッチングすることにより、前記中空領域と、複数の残留領域を形成することができる。
【０００７】
本発明にかかる光素子によれば、複数の残留領域を形成するため、特異層は、中空領域の面積を残留領域の面積より大きくした場合でも、光検出素子を安定に支持することができ、光素子の機械的強度を保持することができる。
【０００８】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ｃ）の後に、
前記光検出素子の上方に、当該光検出素子を駆動するための電極を形成することにより、前記中空領域の上方にのみ当該電極に囲まれた出射面を設ける工程をさらに含むことができる。
【０００９】
このように、特異層を出射面の下方以外の領域に形成することによって、面発光型半導体レーザが発光した光の光路上に特異層が形成されている場合と比べて、特異層がレーザ光を吸収することにより生じる光の吸収損失を低減することができる。
【００１０】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間に、
前記特異層を酸化する工程をさらに含むことができる。
【００１１】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ｃ）の後に、（ｄ）前記残留領域を酸化する工程をさらに含むことができる。
【００１２】
残留領域を酸化することによって、当該特異層の絶縁性を高めて、面発光型半導体レーザと光検出素子とを電気的に分離することができる。
【００１３】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ｃ）と前記工程（ｄ）の間に、
少なくとも前記活性層および前記第２ミラーをパターニングする工程をさらに含み、
前記工程（ｄ）では、
残留領域を酸化すると同時に、前記活性層の上方に電流狭窄層を形成することができる。
【００１４】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ｃ）では、前記特異層を側面からウェットエッチングすることができる。
【００１５】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ｃ）の後に、
前記中空領域に絶縁性材料を流し込む工程をさらに含むことができる。
【００１６】
これにより、光素子の機械的強度を向上させることができる。
【００１７】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ａ）では、基板の上方に、第１ミラー、活性層、第２ミラー、特異層、第１コンタクト層、光吸収層、および第２コンタクト層を順次積層し、
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）との間に、
少なくとも前記光吸収層および前記第２コンタクト層をパターニングする工程をさらに含み、
前記工程（ｂ）では、少なくとも前記第１コンタクト層および前記特異層をパターニングすることができる。
【００１８】
本発明にかかる光素子において、
前記工程（ｂ）では、
半径ｒの第１の円に、複数の半径Ｒ（Ｒ＞ｒ）の第２の円が互いに重ならないように連結した形状にパターニングし、
前記残留領域は、平面視において前記第２の円の中心部を含み、
前記工程（ｃ）の後に、
少なくとも前記活性層および前記第２ミラーを、平面視において前記残留領域の少なくとも一部を含む形状にパターニングすることができる。
【００１９】
本発明に係る光素子は、
基板の上方に、当該基板側から配置された第１ミラー、活性層、および第２ミラーを有する発光素子と、
前記発光素子の上方に、当該基板側から配置された光吸収層を有する光検出素子と、
前記発光素子と前記光検出素子との間の一部の領域に、前記発光素子および前記光検出素子の双方と接する特異層と、
を含み、
前記特異層が形成されている領域は、平面視において、前記光検出素子の最下層が形成されている領域より小さく、かつ、前記発光素子の最上層が形成されている領域より小さい。
【００２０】
本発明にかかる光素子において、
前記特異層は、平面視において、複数の領域に形成されていることができる。
【００２１】
本発明にかかる光素子において、
前記光検出素子の上方に形成された電極および当該電極に囲まれた出射面をさらに含み、
前記特異層は、平面視において、前記出射面の下方以外の領域にのみ形成されていることができる。
【００２２】
本発明にかかる光素子において、
複数の前記特異層は、平面視において、前記出射面を囲むようにして形成されていることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
１．光素子の構造
図１は、本発明を適用した実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す斜視図であり。図２は、本発明を適用した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３は、本発明を適用した実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す断面図であり、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。
【００２５】
本実施の形態にかかる光素子１００は、図１に示すように、発光素子の一例としての面発光型半導体レーザ１４０と、特異層１５４と、光検出素子１２０と、を含む。
【００２６】
以下、面発光型半導体レーザ１４０、特異層１５４、光検出素子１２０、および全体の構成について説明する。なお、図１および図２では、後述する電極を省略している。
【００２７】
１．１．面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１４０は、図３に示すように半導体基板（本実施形態ではｎ型ＧａＡｓ基板）１０１上に設けられている。この面発光型半導体レーザ１４０は垂直共振器を有する。また、この面発光型半導体レーザ１４０は、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」とする）１３０を含むことができる。
【００２８】
面発光型半導体レーザ１４０は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４とを有する。第１ミラーとしては、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４０ペアの分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）を用いることができる。活性層１０３としては、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適用することができる。第２ミラー１０４としては、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラーを用いることができる。なお、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。
【００２９】
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。なお、本実施の形態では、柱状部１３０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。
【００３０】
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１３０の周縁に沿ったリング形状を有することができる。
【００３１】
また、面発光型半導体レーザ１４０は、第１電極１０６および第２電極１０７を有する。第１電極１０６は、第１ミラー１０２上に設けられ、たとえばリング状の平面形状を有することができる。第２電極１０７は、第２ミラー１０４上であって、後述する光検出素子１２０の第１コンタクト層１１１に覆われていない領域に設けられている。この第１電極１０６および第２電極１０７は、面発光型半導体レーザ１４０を駆動するために使用される。
【００３２】
なお、本実施の形態では、第１電極１０６が第１ミラー１０２上に設けられている場合について示したが、第１電極１０６を半導体基板１０１の裏面に設けてもよい。
【００３３】
第１電極１０６は、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金（Ａｕ）との積層膜からなる。また、第２電極１０７は、例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜からなる。なお、第１電極１０６および第２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、例えば第２電極１０７としては、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金などが利用可能である。
【００３４】
１．２．光検出素子
光検出素子１２０は特異層１５４上に設けられている。本実施の形態の光素子１００においては、光検出素子１２０の上面はレーザ光の出射面を含んでいる。
【００３５】
また、光検出素子１２０は第１コンタクト層１１１と、光吸収層１１２と、第２コンタクト層１１３と、を含む。第１コンタクト層１１１は特異層１５４上に設けられ、光吸収層１１２は第１コンタクト層１１１上に設けられ、第２コンタクト層１１３は光吸収層１１２上に設けられている。第１コンタクト層１１１の平面形状は、光吸収層１１２および第２コンタクト層１１３の平面形状よりも大きく形成されている（図１、図２および図３参照）。第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２は、柱状の半導体堆積体を構成する。
【００３６】
第１コンタクト層１１１は例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層１１２は例えば不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなり、第２コンタクト層１１３は例えばｐ型ＧａＡｓ層からなることができる。具体的には、第１コンタクト層１１１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、第２コンタクト層１１３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型の第２コンタクト層１１３、不純物がドーピングされていない光吸収層１１２、およびｎ型の第１コンタクト層１１１により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００３７】
光検出素子１２０には、第３電極（図示せず）および第４電極１１７が設けられている。この第３電極および第４電極１１７は光検出素子１２０を駆動させるために使用される。第３電極は、第１コンタクト層１１１の上面の光吸収層１１２に覆われていない領域に形成される。第４電極１１７は、第２コンタクト層１１３の上面に形成される。第４電極１１７は、リング状の平面形状を有する領域１１７ａと、領域１１７ａと接続された引き出し領域１１７ｂとを有することができる。領域１１７ａの開口部が、面発光型半導体レーザ１４０から発光されたレーザ光の出射面１０８となる。したがって、第４電極１１７の平面形状および大きさを適宜設定することにより、出射面１０８の形状および大きさを適宜設定することができる。本実施の形態においては、出射面１０８が円形である場合を示す。電流狭窄層１０５及び出射面１０８がともに円形である場合には、電流狭窄層１０５に囲まれた領域の中心線は出射面１０８の中心線と一致していることが望ましい。
【００３８】
また、本実施の形態の光素子１００においては、第３電極は第１電極１０６と同じ材質にて形成することができ、第４電極１１７は第２電極１０７と同じ材質にて形成することができる。
【００３９】
１．３．特異層
本実施の形態の光素子１００においては、面発光型半導体レーザ１４０と光検出素子１２０との間の一部の領域に、面発光型半導体レーザ１４０と光検出素子１２０の双方と接する特異層１５４が形成されている。具体的には、本実施の形態において特異層１５４は、第２ミラー１０４と第１コンタクト層１１１との間に設けられている。特異層１５４が形成されている領域は、図３に示すように、平面視において、光検出素子１２０の最下層が形成されている領域より小さく、かつ、面発光型半導体レーザ１４０の最上層が形成されている領域より小さい。即ち、本実施の形態において特異層１５４が形成されている領域は、平面視において第１コンタクト層１１１が形成されている領域より小さく、かつ、第２ミラー１０４が形成されている領域より小さい。
【００４０】
このような領域に特異層１５４を設けることにより、第２ミラー１０４と第１コンタクト層１１１との間を中空にした中空領域を形成することができる。中空領域を設けることによって、より確実に面発光型半導体レーザ１４０と光検出素子１２０とを電気的に分離することができる。
【００４１】
また、特異層１５４は、複数の領域に設けられている。具体的には、特異層１５４は、図２の破線で示すように、平面視において面発光型半導体レーザ１４０の柱状部１３０の周縁を含む複数の領域に設けられている。これにより、特異層１５４は、中空領域の面積を残留領域の面積より大きくした場合でも、光検出素子１２０を安定に支持することができ、光素子１００の機械的強度を保持することができる。
【００４２】
また、特異層１５４は、例えばＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化することにより得られる。特異層１５４は、酸化されることにより、絶縁性を高め、より確実に面発光型半導体レーザ１４０と光検出素子１２０とを電気的に分離することができる。
【００４３】
また、特異層１５４は、図３に示すように、出射面１０８の下方以外の領域、即ち第４電極１１７の下方に形成される。このように、特異層１５４を出射面１０８の下方以外の領域に形成することによって、面発光型半導体レーザ１４０が発光した光の光路上に特異層１５４が形成されている場合と比べて、特異層１５４がレーザ光を吸収することにより生じる光の吸収損失を低減することができる。
【００４４】
なお特異層１５４については、後述する光素子の製造方法の項にてさらに詳細に説明する。
【００４５】
１．４．全体の構成
本実施の形態の光素子１００においては、面発光型半導体レーザ１４０のｎ型第１ミラー１０２およびｐ型第２ミラー１０４、ならびに光検出素子１２０のｎ型第１コンタクト層１１１およびｐ型第２コンタクト層１１３から、全体としてｎｐｎｐ構造が構成される。
【００４６】
光検出素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、光検出素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力が検知される。
【００４７】
より具体的には、光検出素子１２０において、面発光型半導体レーザ１４０により生じた光の一部が光吸収層１１２にて吸収され、この吸収された光によって、光吸収層１１２において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、素子外部から印加された電界により、電子は第３電極に、正孔は第４電極１１７にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子１２０において、第１コンタクト層１１１から第２コンタクト層１１３の方向に電流が生じる。
【００４８】
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１４０の光出力をモニタし、光検出素子１２０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１４０に印加する電圧値を調整することによって、面発光型半導体レーザ１４０内を流れる電流の値を調整することができる。したがって、面発光型半導体レーザ１４０において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１４０の光出力を面発光型半導体レーザ１４０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。
【００４９】
３．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４〜図１２を用いて説明する。図４、図５、図７、図９、図１１および図１２は、光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、図３に対応している。図６、図８および図１０は、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に対応している。
【００５０】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体基板１０１の表面に、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４に示すように、半導体多層膜１５０が形成される。ここで、半導体多層膜１５０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４０ペアの第１ミラー１０２、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活性層１０３、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層からなる特異層１５４、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層１１１、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなる光吸収層１１２、およびｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層１１３からなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。なお、特異層１５４は、ｐ型またはｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなることもできる。
【００５１】
特異層１５４は、後述するエッチャントに対するエッチングレートが、エッチャントに対する第２ミラー１０４の最上層１４のエッチングレートよりも大きいものを用いることができる。また特異層１５４は、後述するエッチャントに対するエッチングレートが、エッチャントに対する第１コンタクト層１１１、光吸収層１１２および第２コンタクト層１１３のエッチングレートよりも大きいものを用いることができる。具体的には、たとえば特異層１５４は、第２ミラー１０４の最上層のＡｌ組成より大きなＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層からなることができる。言い換えるならば、第２ミラー１０４を成長させる際に、第２ミラー１０４の最上層１４は、Ａｌ組成が特異層１５４のＡｌ組成より小さいＡｌＧａＡｓ層に形成される。より具体的には、たとえば第２ミラー１０４の最上層のＡｌ組成が０．３未満であり、特異層１５４のＡｌ組成が０．３以上であるように、第２ミラー１０４の最上層１４および特異層１５４を形成することが好ましい。さらには、特異層１５４のＡｌ組成が０．９５以上であることがより好ましい。特異層１５４のＡｌ組成を０．９５以上とすることにより、後述する酸化工程において特異層１５４を効率的に酸化することができるからである。
【００５２】
なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層は、後に酸化され、電流狭窄層１０５となる層に形成される（図１２参照）。特異層１５４の光学的膜厚は、面発光型半導体レーザ１４０の設計波長がλである場合、たとえば、λ／４の奇数倍とすることができる。
【００５３】
また、第１コンタクト層１１１、光吸収層１１２、および第２コンタクト層１１３の光学的膜厚の総和、すなわち、光検出素子１２０の全体の光学的膜厚は、たとえば、λ／４の奇数倍とすることができる。その結果、光検出素子１２０全体は、分布ブラッグ反射型ミラーとして機能することができる。すなわち、面発光型半導体レーザ１４０における活性層１０３の上方において、光検出素子１２０全体が、分布反射型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１４０の特性に悪影響を及ぼすことなく、光検出素子１２０は分布反射型ミラーとして機能することができる。
【００５４】
また、後の工程において第２電極１０７が形成された際に、第２ミラー１０４のうち少なくとも第２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２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。同様に、第１コンタクト層１１１のうち少なくとも第３電極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３電極とのオーム性接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００５５】
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０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。
【００５６】
（２）次に、第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２を所定の形状にパターニングする（図５および図６参照）。たとえば図６に示す形状に第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２をパターニングする。
【００５７】
まず、半導体多層膜１５０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Ｒ１が形成される。
【００５８】
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２コンタクト層１１３および光吸収層１１２をエッチングする。これにより、第２コンタクト層１１３と、第２コンタクト層１１３と同じ平面形状を有する光吸収層１１２と、が形成される。第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２は、柱状の半導体堆積体を構成する。その後、レジスト層Ｒ１が除去される。
【００５９】
（３）次に、第１コンタクト層１１１および特異層１５４を所定の形状にパターニングする（図７および図８参照）。例えば第１コンタクト層１１１および特異層１５４を、図８に示すように、第１の円に３つの第２の円を等間隔に連結させた形状にパターニングする。ここで第１の円の半径ｒは、第２の円の半径Ｒより小さい。
【００６０】
具体的には、まず、第１コンタクト層１１１および第２コンタクト層１１３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。
【００６１】
次いで、レジスト層Ｒ２をマスクとして、第１コンタクト層１１１および特異層１５４を例えばドライエッチング法によりエッチングする。
【００６２】
（４）次に、特異層１５４を所定の形状に側面からエッチングする（図９および図１０参照）。
【００６３】
まず、特異層１５４を所定の領域を除いて酸化する。例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、半導体基板１０１を投入することにより、Ａｌ組成が高いＡｌＧａＡｓ層からなる特異層１５４の中空領域となる領域１５２を酸化する（図９参照）。ここで酸化は、図１０の矢印の方向に進む。上述したように、第１の円の半径ｒは、第２の円の半径Ｒより小さいため、平面視において第２の円の中心を含む領域のみを酸化しないように酸化時間を調整することができる。
【００６４】
次いで、酸化した領域１５２を側面からエッチングする。特異層１５４は、上述したように、エッチャントに対するエッチングレートが、エッチャントに対する第１コンタクト層１１１、光吸収層１１２および第２コンタクト層１１３のエッチングレートよりも大きいものを用いることができる。すなわち、特異層１５４の領域１５２がエッチングされ、第１コンタクト層１１１の下面および第２ミラー１０４の上面が露出する。
【００６５】
本実施の形態では、領域１５２の酸化工程の後にエッチングしているが、特異層１５４の材質として、第１コンタクト層１１１、光吸収層１１２および第２コンタクト層１１３のエッチングレートよりも大きいものを用いることにより、酸化工程を行わずにエッチングしてもよい。
【００６６】
この場合には、エッチャントとして、たとえばアンモニアと過酸化水素と水との混合溶液を用いることができる。たとえばアンモニアと過酸化水素と水との混合比率は、１：１０：１５０程度のものを用いることができるが、特にこの混合比率は限定されず、適宜決定される。
【００６７】
（５）次に、第２コンタクト層１１３、光吸収層１１２、第１コンタクト層１１１、特異層１５４、第２ミラー１０４、活性層１０３および第１ミラー１０２の一部を所定の形状にパターニングする（図１１参照）。具体的には、まず、第２ミラー１０４、第１コンタクト層１１１及び第２コンタクト層１１３の上方にレジスト（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Ｒ３が形成される。次いで、レジスト層Ｒ３をマスクとして、例えばドライエッチング法によりエッチングする。これにより、図１１に示すように、柱状部１３０が形成される。ここでパターニングの形状は、図２に示すように、上述した工程（４）でエッチングされずに残留した複数の特異層１５４をとおる円形状であることができる。このような形状にパターニングすることにより、柱状部１３０の周縁に特異層１５４を形成することができる。その後、レジスト層Ｒ３が除去される。
【００６８】
（６）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１３０が形成された半導体基板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１２参照）。この工程において、同時に特異層１５４を酸化してもよい。特異層１５４を酸化することによって、絶縁性を高めることができる。
【００６９】
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型半導体レーザでは、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。
【００７０】
また、面発光型半導体レーザ１４０から出射する光の大部分が第１コンタクト層１１１に入射するように、電流狭窄層１０５の径を調整することが望ましい。
【００７１】
（７）次いで、第２ミラー１０４の上面に第２電極１０７が形成され、光検出素子１２０の上面に第４電極１１７が形成される（図３参照）。
【００７２】
まず、第２電極１０７および第４電極１１７を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第２ミラー１０４の上面および第２コンタクト層１１３の上面を洗浄する。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。
【００７３】
次いで、例えば真空蒸着法により、たとえば白金（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２電極１０７および第４電極１１７が形成される。この際、第２コンタクト層１１３の上面に、前記積層膜が形成されていない部分が形成される。この部分が開口部となり、開口部によって、第２コンタクト層１１３の上面の一部が露出する。この露出した面がレーザ光の出射面１０８となる。
【００７４】
上述のように第２電極１０７は少なくとも白金（Ｐｔ）を含むことができる。第２電極１０７は、たとえば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金を用いることもできるが、好ましいのは、第２電極１０７が白金を含む場合である。その理由は以下の通りである。
【００７５】
本実施の形態にかかる光素子１００によれば、第２電極１０７は、ｐ型の第２ミラー１０４と接触している（図３参照）。第２電極１０７に亜鉛（Ｚｎ）が含まれていると、亜鉛は白金に比べ熱拡散量が大きいため、後述するアニール処理工程において、亜鉛はｐ型の第２ミラー１０４中を拡散して、隣接するｎ型の第１コンタクト層１１１にまで到達する場合がある。亜鉛は、ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層１１１において、ｐ型のドーパントであるため、ｎ型の第１コンタクト層１１１をｐ型に変質させてしまう場合がある。その結果、光検出素子１２０におけるｐｉｎ構造が破壊されてしまう場合がある。これに対し、白金は、亜鉛に比べ、熱拡散量が小さいので、ｎ型の第１コンタクト層１１１をｐ型に変質させるのを防止することができる。
【００７６】
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。また、前記工程においては、第２電極１０７および第４電極１１７を同時にパターニングしているが、第２電極１０７および第４電極１１７を個々に形成してもかまわない。
【００７７】
（８）次に、同様の方法で、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜をパターニングすることで、面発光型半導体レーザ１４０の第１ミラー１０２上に第１電極１０６が形成され（図３参照）、光検出素子１２０の第１コンタクト層１１１上に第３電極が形成される。第１電極１０６および第３電極は、同時にパターニングして形成してもよいし、あるいは第１電極１０６および第３電極は、個々に形成してもかまわない。
【００７８】
（９）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〜第４電極が形成される。
【００７９】
以上の工程により、本実施の形態の光素子１００が得られる。
【００８０】
なお、第１ミラー１０２上であって、光検出素子１２０および柱状部１３０の周囲に、絶縁層（図示せず）を形成してもよい。絶縁層は、たとえば熱または光等のエネルギーによって硬化可能な液体材料（例えば紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体）を硬化させることにより得られるものを用いることができる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂等が例示できる。
【００８１】
ここでは、絶縁層を形成するための材料として、ポリイミド系樹脂の前駆体を用いた場合について述べる。まず、たとえばスピンコート法を用いて前駆体（ポリイミド系樹脂の前駆体）を、半導体基板１０１の上方に塗布して、前駆体層を形成する。なお、前記前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術が利用できる。
【００８２】
次いで、この半導体基板１０１を、たとえばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、たとえば３５０℃程度の炉に入れて、前駆体層をイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化したポリイミド系樹脂層を形成する。続いて、ポリイミド系樹脂層を公知のリソグラフィ技術を用いてパターニングしてもよい。パターニングの際に用いられるエッチング方法としては、ドライエッチング法などを用いることができる。ドライエッチングは、たとえば酸素またはアルゴンなどのプラズマにより行うことができる。
【００８３】
なお、上述の絶縁層の形成方法では、ポリイミド系樹脂の前駆体層を硬化した後、パターニングを行う例について示したが、ポリイミド系樹脂の前駆体層を硬化する前に、パターニングを行うこともできる。このパターニングの際に用いられるエッチング方法としては、ウェットエッチング法などを用いることができる。ウェットエッチングは、たとえばアルカリ溶液または有機溶液などにより行うことができる。
【００８４】
ここで絶縁層は、第１コンタクト層１１１と第２ミラー１０４との間の中空領域に形成されてもよい。これにより、光素子１００の形状が物理的に安定し、機械的強度を向上させることができる。
【００８５】
なお、本実施の形態に係る光素子の製造方法は、上述の光素子の説明から導き出せる内容を含む。
【００８６】
４．変形例
本実施の形態にかかる光素子１００は、上述の光素子の説明から導き出せる種々の変形例をとることもできる。
【００８７】
たとえば、上述した光素子１００の製造工程では、特異層１５４を酸化することにより形成しているが、酸化することなく形成してもよい。
【００８８】
また、第２電極１０７及び第４電極１１７を形成する前に、図１３に示すように絶縁層２０２、２０４を形成してもよい。図１３は、変形例にかかる光素子２００を模式的に示す断面図である。絶縁層２０４は、中空領域１５２まで入り込む。絶縁層２０２、２０４の材料としては、上述したポリイミド系樹脂等を用いることができる。これにより、光素子１００の形状が物理的に安定し、機械的強度を向上させることができる。また、絶縁層２０２、２０４は、光検出素子１２０の側面と柱状部１３０の側面の周囲の段差を緩和することができるため、第２電極１０７及び第４電極１１７の引き出し電極の断線を防止することができる。
【００８９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。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】
【００９０】
【図１】本実施の形態にかかる光素子を模式的に示す斜視図。
【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を模式的に示す断面図。
【図４】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図５】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図６】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図７】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図８】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図９】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図１０】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図１１】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図１２】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を示す図。
【図１３】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】
【００９１】
１００  光素子、１０１  半導体基板、１０２  第１ミラー、１０３  活性層、１０４  第２ミラー、１０６  第１電極、１０７  第２電極、１１１  第１コンタクト層、１１２  光吸収層、１１３  第２コンタクト層、１１７  第４電極、１２０  光検出素子、１３０  柱状部、１４０  面発光型半導体レーザ、１５４  特異層
【図１】
2006339486.tif 000003
【図２】
2006339486.tif 000004
【図３】
2006339486.tif 000005
【図４】
2006339486.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006339486.tif 000010
【図９】
2006339486.tif 000011
【図１０】
2006339486.tif 000012
【図１１】
2006339486.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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