(57)【要約】【課題】面発光型半導体レーザ及び静電耐圧素子を有し、高速駆動が可能な光半導体素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体基板の表面に直交する方向にレーザ光を射出する多層構造の面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザの上方または下方に形成された多層構造の光検出素子と、面発光型半導体レーザを静電破壊から保護する静電耐圧素子とを半導体基板上に備え、面発光型半導体レーザを駆動する一対のパッド部３５ｃ、３６ｃと光検出素子の一対のパッド部３５ｃ、３６ｃとが、それぞれ独立して設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する多層構造の面発光型半導体レーザと、該面発光型半導体レーザの上方または下方に形成された多層構造の受光素子と、前記面発光型半導体レーザを静電破壊から保護する静電耐圧素子とを前記基板上に備え、
前記面発光型半導体レーザを駆動する一対の入力端子と前記受光素子の一対の出力端子とが、それぞれ独立して設けられていることを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
前記静電耐圧素子が、前記一対の入力端子の間に前記面発光型半導体レーザに対して並列に接続され、該面発光型半導体レーザとは逆方向の整流作用を有する素子であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記静電耐圧素子に、ＰＮ接合、ＰＩＮ接合、ヘテロ接合またはショットキー接合が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記静電耐圧素子が、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の少なくとも一方の前記多層構造の少なくとも一部と同一の層構造を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記受光素子が、第１導電型からなる第１半導体層と、光吸収層として機能する第２半導体層と、第２導電型からなる第３半導体層とを備え、
前記静電耐圧素子に、前記第１から第３半導体層と同一の層構造によるＰＩＮ接合が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光半導体素子。
【請求項６】
前記面発光型半導体レーザと前記受光素子との間に、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを分離する分離層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光半導体素子。
【請求項７】
前記静電耐圧素子に、前記受光素子の前記多層構造の一部と同一の層構造と、前記分離層と、前記面発光型半導体レーザの前記多層構造の一部と同一の層構造とによりヘテロ接合が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光半導体素子。
【請求項８】
前記静電耐圧素子が、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の前記多層構造と異なる層構造を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光半導体素子。
【請求項９】
前記光素子が、第１導電型からなる第１半導体層と、光吸収層として機能する第２半導体層と、第２導電型からなる第３半導体層とを備え、
前記静電耐圧素子が、前記第１半導体層または前記第３半導体層と同一の層構造を有することを特徴とする請求項８に記載の光半導体素子。
【請求項１０】
前記面発光型半導体レーザと前記受光素子との間に、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを分離する分離層が形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の光半導体素子。
【請求項１１】
基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する多層構造の面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザの上方または下方に形成された多層構造の受光素子と、前記面発光型半導体レーザを静電破壊から保護する静電耐圧素子とが前記基板上に設けられた光半導体素子の製造方法であって、
前記面発光型半導体レーザを駆動する一対の入力端子と前記受光素子の一対の出力端子とをそれぞれ独立して形成することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザとは逆方向の整流作用を有するように、前記一対の入力端子の間に前記面発光レーザに対して並列に接続することを特徴とする請求項１１に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の少なくとも一方の前記多層構造の少なくとも一部と同一の層構造を有するように形成することを特徴とする請求項１１または１２に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の少なくとも一方と同時に形成することを特徴とする請求項１３記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の前記多層構造とは異なる層構造を有するように形成することを特徴とする請求項１１または１２に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子と異なる工程で形成することを特徴とする請求項１５に記載の光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を射出する光半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を射出する光半導体素子の一種に面発光型半導体レーザがある。この面発光型半導体レーザは、基板の表面に対して直交する方向に共振器が形成されており、基板表面からレーザ光を射出するレーザである。基板の平行な劈開面を共振器として用いる従来の端面発光型半導体レーザに比べて面発光型半導体レーザは、量産性に適している、直接変調が可能である、低閾値動作が可能である、単一縦モード発振が可能である、二次元レーザアレイ構造を容易に形成することができるなどの特徴を有している。
【０００３】
ところで、面発光型半導体レーザは、従来の端面発光型半導体レーザに比べて素子の体積が小さいため、素子自体の静電破壊耐圧が低い。静電破壊耐圧が低いと、素子を基板や台座などへ実装している最中に機械または作業者から加えられる静電気によって素子が破壊される虞がある。このため、素子の実装を行う際には、静電気を除去する様々な対策が施されている。例えば、作業者の静電気を除去するために、作業者が帯電防止素材を用いた作業着を着用して作業を行ったり、作業環境の湿度を制御すると共にイオナイザーなどを用いて作業環境を常に電気的に中和した状態にしたりしている。しかしながら、これらの対策には限界があり、静電破壊耐圧がおよそ２００Ｖ以下の素子は実装中に破壊される可能性が高くなる。そこで、静電破壊耐圧を向上させた半導体レーザが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、面発光型半導体レーザは、環境温度によって光出力が変動するという特性がある。そこで、面発光型半導体レーザ上にフォトダイオードなどの受光素子を設け、面発光型半導体レーザから射出されるレーザ光の一部を受光素子で受光してモニタし、このモニタ結果に基づいて面発光型半導体レーザの出力を制御する半導体素子が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）
【特許文献１】特開２００４−６５４８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３１０６号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような光半導体素子においても、面発光型半導体レーザのさらなる高速駆動化が望まれている。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたものであり、面発光型半導体レーザ及び静電耐圧素子を有し、高速駆動が可能な光半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる光半導体素子は、板表面に直交する方向にレーザ光を射出する多層構造の面発光型半導体レーザと、該面発光型半導体レーザの上方または下方に形成された多層構造の受光素子と、前記面発光型半導体レーザを静電破壊から保護する静電耐圧素子とを前記基板上に備え、前記面発光型半導体レーザを駆動する一対の入力端子と前記受光素子の一対の出力端子とが、それぞれ独立して設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の光半導体素子の製造方法は、基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する多層構造の面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザの上方または下方に形成された多層構造の受光素子と、前記面発光型半導体レーザを静電破壊から保護する静電耐圧素子とが前記基板上に設けられた光半導体素子の製造方法であって、前記面発光型半導体レーザを駆動する一対の入力端子と前記受光素子の一対の出力端子とをそれぞれ独立して形成することを特徴とする。
【０００９】
この発明では、一対の駆動電極と一対の出力電極とがそれぞれ独立して形成されているので、一対の駆動電極に高速の駆動信号を印加することができ、面発光型半導体レーザを高速駆動することが可能となる。
すなわち、一対の駆動電極の一方と一対の出力電極の一方とが導通している場合、一対の駆動電極に例えば差動駆動のような高速駆動が可能な駆動信号を面発光型半導体レーザに印加すると、一対の出力電極間のバイアス電圧が駆動信号の影響により変動することがある。しかし、駆動電極と出力電極とを独立にすることで、出力電極が駆動電極に印加した駆動信号の影響を受けにくくなる。このため、高速の駆動信号による面発光型半導体レーザの駆動が可能となる。
【００１０】
また、本発明の光半導体素子は、前記静電耐圧素子が、一対の駆動電極の間に前記面発光型半導体レーザに対して並列に接続され、該面発光型半導体レーザとは逆方向の整流作用を有する素子であることが好ましい。
また、本発明の光半導体素子の製造方法は、前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザとは逆方向の整流作用を有するように、前記一対の入力端子の間に前記面発光レーザに対して並列に接続することが好ましい。
この発明では、面発光型半導体レーザに逆バイアスの電圧が印加されても、この逆バイアス電圧による電流が面発光型半導体レーザに流れずに静電耐圧素子に流れるので、逆バイアスに対する静電破壊耐圧を著しく向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の光半導体素子は、前記静電耐圧素子に、ＰＮ接合、ＰＩＮ接合、ヘテロ接合またはショットキー接合が形成されていることとしてもよい。
この発明では、ＰＮ接合、ＰＩＮ接合、ヘテロ接合またはショットキー接合が形成された静電耐圧素子に逆バイアス電圧による電流が流れ、面発光型半導体レーザにこの電流が流れることを回避する。
【００１２】
また、本発明の光半導体素子は、前記静電耐圧素子が、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の少なくとも一方の前記多層構造の少なくとも一部と同一の層構造を有することが好ましい。
また、本発明の光半導体素子の製造方法は、前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の少なくとも一方の前記多層構造の少なくとも一部と同一の層構造を有するように形成することが好ましい。
さらに、本発明の光半導体素子の製造方法は、前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の少なくとも一方と同時に形成することとしてもよい。
この発明では、静電耐圧素子を面発光型半導体レーザや受光素子の多層構造の少なくとも一部と同一の層構造とすることで、静電耐圧素子を面発光型半導体レーザ及び受光素子と共に製造することができる。したがって、静電耐圧素子の製造工程を簡略化して光半導体素子の製造工程の簡略化が図れる。
なお、本発明において「層構造が同一」であるとは、対象となる２つの層の厚み及び組成が同一であることを示しており、対象となる２つの層の層構造が多層構造である場合には多層構造を構成する各層の厚み及び組成が対象となる２つの層でそれぞれ同一であることを示している。
【００１３】
また、本発明の光半導体素子は、前記受光素子が、第１導電型からなる第１半導体層と、光吸収層として機能する第２半導体層と、第２導電型からなる第３半導体層とを備え、前記静電耐圧素子に、前記第１から第３半導体層と同一の層構造によるＰＩＮ接合が形成されていることとしてもよい。
そして、本発明の光半導体素子は、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子との間に、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを分離する分離層が形成されていることとしてもよい。
ここで、本発明の光半導体素子は、前記静電耐圧素子に、前記受光素子の前記多層構造の一部と同一の層構造と、前記分離層と、前記面発光型半導体レーザの前記多層構造の一部と同一の層構造とによりヘテロ接合が形成されていることとしてもよい。
【００１４】
また、本発明の光半導体素子は、前記静電耐圧素子が、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の前記多層構造と異なる層構造を有することが好ましい。
また、本発明の光半導体素子の製造方法は、前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子の前記多層構造とは異なる層構造を有するように形成することが好ましい。
さらに、本発明の光半導体素子の製造方法は、前記静電耐圧素子を、前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子と異なる工程で形成することとしてもよい。
この発明では、静電耐圧素子を面発光型半導体レーザや受光素子の多層構造と異なる層構造とすることで、面発光型半導体レーザ、受光素子及び静電耐圧素子をそれぞれ光学的及び電気的に最適な構造とすることができる。
【００１５】
また、本発明の光半導体素子は、前記光素子が、第１導電型からなる第１半導体層と、光吸収層として機能する第２半導体層と、第２導電型からなる第３半導体層とを備え、前記静電耐圧素子が、前記第１半導体層または前記第３半導体層と同一の層構造を有することとしてもよい。
そして、本発明の光半導体素子は、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子との間に、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを分離する分離層が形成されていることとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明による光半導体素子及びその製造方法の実施形態について説明する。なお、以下の説明で参照する各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするために、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。
【００１７】
〔第１の実施形態〕
まず、本発明の第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。ここで、図１は光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図であり、図３は図１の等価回路図であり、図４から図６は光半導体素子の製造工程を示す工程図である。
本実施形態における光半導体素子１０は、図１及び図２に示すように、面発光型半導体レーザ２０、受光素子としての光検出素子３０及び静電耐圧素子４０を備えている。
【００１８】
〈面発光型半導体レーザ〉
面発光型半導体レーザ２０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板などで構成された半導体基板１１上に形成されている。この面発光型半導体レーザ２０は垂直共振器を有しており、垂直共振器を構成する一方の分布反射型多層膜ミラーが柱状の半導体堆積体（以下、第１柱状部と称する）Ｐ１に形成されている。すなわち、面発光型半導体レーザ２０は、その一部が第１柱状部Ｐ１に含まれた構成となっている。
【００１９】
面発光型半導体レーザ２０は、分布反射型多層膜ミラー（以下、第１ミラーと称する）２１と、活性層２２と、分布反射型多層膜ミラー（以下、第２ミラーと称する）２３と、コンタクト層２４とを順次積層した多層構造となっている。
第１ミラー２１は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に４０ペア積層した構成となっている。そして、第１ミラー２１は、例えばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされている。
活性層２２は、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を有している。
第２ミラー２３は、例えば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に２５ペア積層した構成となっている。そして、第２ミラー２３は、例えば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされている。
コンタクト層２４は、ｐ型ＧａＡｓによって構成されている。
したがって、面発光型半導体レーザ２０は、ｐ型の第２ミラー２３、不純物がドーピングされていない活性層２２及びｎ型の第１ミラー２１により、ｐｉｎダイオードを形成している。
【００２０】
また、面発光型半導体レーザ２０のうち、第２ミラー２３及びコンタクト層２４が第２ミラー２３の上面からの平面視において円形の形状にエッチングされており、第１柱状部Ｐ１が形成されている。なお、第１柱状部Ｐ１の平面形状を円形としたが、これに限られない。
なお、本発明において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、ガリウム（Ｇａ）に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成をいう。ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、「０」から「１」までである。すなわち、ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ層（Ａｌ組成が「０」の場合）及びＡｌＡｓ層（Ａｌ組成が「１」の場合）を含む。
また、第１ミラー２１、活性層２２、第２ミラー２３及びコンタクト層２４を構成する各層の組成及び層数は、上述した構成に限られない。
【００２１】
さらに、第２ミラー２３を構成する層のうち活性層２２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２５が形成されている。この電流狭窄層２５はリング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層２５は、図１及び図２に示すように、半導体基板１１の表面１１ａと平行な面で切断した場合における断面形状が、第１柱状部Ｐ１の平面形状の円形と同心円のリング状となっている。
【００２２】
また、コンタクト層２４上には、第１柱状部Ｐ１の外周に沿うように平面視でＣ字状の電極２６が形成されている。この電極２６は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜や、白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる。この電極２６は、面発光型半導体レーザ２０を駆動するためのものであり、電極２６から活性層２２に電流が注入される。
【００２３】
〈分離層〉
また、光半導体素子１０は、図２に示すように、面発光型半導体レーザ２０上に形成された分離層２７を備えている。すなわち、分離層２７は、面発光型半導体レーザ２０と後述する光検出素子３０との間に設けられており、コンタクト層２４上に形成されている。なお、上述したように、コンタクト層２４の上面には平面視でＣ字状の電極２６が形成されているため、分離層２７の周囲の一部が電極２６に囲まれている。
【００２４】
分離層２７は、平面視で円形を有している。ここで、分離層２７の平面形状は、図２に示すように、第１コンタクト層３１の平面形状と同じであるが、これらの直径は第１柱状部Ｐ１の直径よりも小さくなるよう形成されている。なお、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも大きく形成することもできる。
【００２５】
〈光検出素子〉
光検出素子３０は、第１コンタクト層（第１半導体層）３１と光吸収層（第２半導体層）３２と第２コンタクト層（第３半導体層）３３とを順次積層した多層構造となっており、分離層２７上に設けられている。
第１コンタクト層３１は、例えばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型（第１導電型）にされたｎ型ＧａＡｓ層で構成されている。
光吸収層３２は、不純物が導入されていないＧａＡｓ層で構成されている。
第２コンタクト層３３は、例えば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型（第２導電型）にされたｐ型ＧａＡｓ層で構成されている。
したがって、光検出素子３０は、ｎ型の第１コンタクト層３１、不純物がドーピングされていない光吸収層３２及びｐ型の第２コンタクト層３３により、ｐｉｎダイオードを形成している。
【００２６】
また、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも小さく形成されている。
第２コンタクト層３３及び光吸収層３２は、柱状の半導体堆積体（以下、第２柱状部と称する）Ｐ２を構成する。つまり、光検出素子３０は、その一部が第２柱状部Ｐ２に含まれた構成である。なお、光検出素子３０の上面は、面発光型半導体レーザ２０からのレーザ光の射出面３４とされている。
【００２７】
また、第１コンタクト層３１上には、その外周に沿うように電極３５が形成されている。つまり、電極３５は、第２柱状部Ｐ２を取り囲むように設けられている。この電極３５は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の合金とニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる。
電極３５は、図１に示すように、平面視でリング状の接続部３５ａと、平面視で直線状の引出部３５ｂと、平面視で円状のパッド部（出力端子）３５ｃとを備えている。
接続部３５ａは、第２柱状部Ｐ２の外周を取り囲むように形成されており、第１コンタクト層３１と電気的に接続されている。引出部３５ｂは、接続部３５ａとパッド部３５ｃとを接続している。パッド部３５ｃは、光検出素子３０からの出力信号を取り出す出力用の電極パッドとして用いられる。
なお、接続部３５ａの形状は、平面視でリング状となっているが、第１コンタクト層３１に接触していれば他の形状であってもよい。
【００２８】
また、第２コンタクト層３３上には、電極３６が形成されている。この電極３６は、図１に示すように、平面視でリング状の接続部３６ａと、平面視で直線状の引出部３６ｂと、平面視で円状のパッド部（出力端子）３６ｃとを備えている。
この電極３６は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜や、白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜によって形成されている。
接続部３６ａは、第２コンタクト層３３と電気的に接続されており、中央に形成された開口部３７から第２コンタクト層３３の上面の一部が露出している。この露出した面が、レーザ光の上記射出面３４を構成する。したがって、開口部３７の平面形状及び大きさを適宜設定することにより、射出面３４の形状及び大きさを適宜設定することができる。
引出部３６ｂは、接続部３６ａとパッド部３６ｃとを接続している。パッド部３６ｃは、パッド部３５ｃと同様に、光検出素子３０からの出力信号を取り出す出力用の電極パッドとして用いられる。
したがって、パッド部３５ｃ、３６ｃによって光検出素子３０の一対の出力端子を構成している。
【００２９】
〈静電耐圧素子〉
静電耐圧素子４０は、半導体基板１１上であって、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部が形成された位置とは異なる位置に形成された柱状の半導体堆積体（以下、第３柱状部と称する）Ｐ３の一部と第３柱状部Ｐ３上に形成された柱状の半導体堆積体（以下、第４柱状部と称する）Ｐ４とによって構成されている。
第３柱状部Ｐ３は、第２ミラー２３とコンタクト層２４と分離層２７と第１コンタクト層３１を順次積層した構成となっており、これらがエッチングされることで形成されている。また、第４柱状部Ｐ４は、光吸収層３２と第２コンタクト層３３とを積層した構成となっており、これらがエッチングされることで形成されている。
【００３０】
ここで、第３柱状部Ｐ３は第１コンタクト層３１の上面からみて円形の形状にエッチングされ、第４柱状部Ｐ４は第２コンタクト層３３の上面からみて円形の形状にエッチングされる。また、図１及び図２に示すように、第４柱状部Ｐ４は、その直径が第３柱状部Ｐ３の直径よりも小さくなるように形成され、かつ第３柱状部Ｐ３と同心とならないよう、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２から離れる方向に偏心した状態に形成されている。なお、第４柱状部Ｐ４が第３柱状部Ｐ３から偏心させているが、第３柱状部Ｐ３と同心であってもよい。
【００３１】
上述したように、静電耐圧素子４０は、第３柱状部Ｐ３の第１コンタクト層３１と、第４柱状部Ｐ４の光吸収層３２及び第２コンタクト層３３とを含んで構成される。このため、静電耐圧素子４０を構成する第１コンタクト層３１は、光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１と層構造が同一となっている。また、静電耐圧素子４０を構成する光吸収層３２は、光検出素子３０を構成する光吸収層３２と層構造が同一となっている。そして、静電耐圧素子４０を構成する第２コンタクト層３３は、光検出素子３０を構成する第２コンタクト層３３と層構造が同一となっている。
【００３２】
したがって、静電耐圧素子４０を構成する第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３によってもｐｉｎダイオードが形成される。ここで、「層構造が同一」であるとは、対象となる２つの層の厚み及び組成が同一であることを意味し、対象となる２つの層の層構造が多層構造である場合には、多層構造を構成する各層の厚み及び組成が対象となる２つの層でそれぞれ同一であることを意味する。
【００３３】
静電耐圧素子４０を構成する第１コンタクト層３１上には、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２と向かい合う側に、平面視でほぼ矩形状の電極４１が形成されている。この電極４１は、上述した電極３５、３６と同じ材質によって形成されている。
また、静電耐圧素子４０を構成する第２コンタクト層３３上には、平面視で第４柱状部Ｐ４の平面形状と相似の円状の電極４２が形成されている。電極４２は、上述した電極２６と同じ材質によって形成されている。これら電極４１、４２は、静電耐圧素子４０を駆動するために使用される。
【００３４】
〈絶縁層〉
また、光半導体素子１０には、主に第１柱状部Ｐ１、第２柱状部Ｐ２及び第３柱状部Ｐ３の周面と第４柱状部の側面の一部とに絶縁層５０が形成されている。すなわち、絶縁層５０は、第１ミラー２１または活性層２２上に第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を囲むように形成されている。また、絶縁層５０は、第１コンタクト層３１上に第２柱状部Ｐ２を囲むように形成されている。そして、絶縁層５０は、電極３５の引出部３５ｂ及びパッド部３５ｃの下と、電極３６の引出部３６ｂ及びパッド部３６ｃの下と、後述する電極配線５１、５２の下とに形成されている。
【００３５】
〈電極配線〉
また、光半導体素子１０は、面発光型半導体レーザ２０と静電耐圧素子４０との導通を確保する電極配線５１、５２を備えている。
この電極配線５１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と、静電耐圧素子４０の電極４１とを電気的に接続する構成となっており、例えば金（Ａｕ）を用いて形成されている。そして、電極配線５１は、図１に示すように、平面視でＣ字状の接続部５１ａと、平面視でＴ字状の引出部５１ｂと、平面視で円状のパッド部（入力端子）５１ｃとを備えている。
接続部５１ａは、電極２６上に接合されて電気的に接続されている。また、引出部５１ｂは、接続部５１ａと静電耐圧素子４０の電極４１とを接続すると共にパッド部５１ｃに接続されている。そして、パッド部５１ｃは、面発光型半導体レーザ２０を駆動させる駆動信号の入力用の電極パッドとして用いられる。
【００３６】
また、電極配線５２は、第１ミラー２１上に形成された電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とを接続する構成となっており、例えば金（Ａｕ）を用いて形成されている。ここで、電極２８は、面発光型半導体レーザ２０の電極の１つであって、上述した電極３５などと同じ材質によって形成されている。そして、電極配線５２は、図１に示すように、平面視でリング状の接続部５２ａと、平面視で矩形状の引出部５２ｂと、平面視で円状のパッド部（入力端子）５２ｂとを備えている。
接続部５１ａは、電極４２上に接合されて電気的に接続されている。また、引出部５２ｂは、接続部５２ａとパッド部５２ｃとを接続すると共に電極２８に接続されている。そして、パッド部５２ｃは、パッド部５１ｃと同様に、面発光型半導体レーザ２０を駆動させる駆動信号の入力用の電極パッドとして用いられる。
【００３７】
なお、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と静電耐圧素子４０の電極４１とを電極配線５１で接続し、前記第１ミラー２１上の一部に形成された電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とを電極配線５２で接続する替わりに、電極２６及び電極４１や電極２８及び電極４２をワイヤボンディングで接続してもよい。この場合、電極２６と電極２８とによって一対の入力端子が形成される。しかし、電極配線５１、５２を用いて接続した方が配線抵抗を低くすることができるため、高周波特性に優れると共に製造工程の信頼性も高い。
【００３８】
〈全体の構成〉
本実施形態の光半導体素子１０は、面発光型半導体レーザ２０のｎ型の第１ミラー２１及びｐ型の第２ミラー２３と、光検出素子３０のｎ型の第１コンタクト層３１及びｐ型の第２コンタクト層３３とから、全体としてｎｐｎｐ構造になっている。ここで、光検出素子３０は、面発光型半導体レーザ２０で発生したレーザ光の出力をモニタするために設けられる。具体的には、光検出素子３０は、面発光型半導体レーザ２０で生じたレーザ光を電流に変換し、この電流の値によって面発光型半導体レーザ２０で生じたレーザ光の出力がモニタされる。
【００３９】
より具体的には、光検出素子３０において、面発光型半導体レーザ２０により生じたレーザ光の一部が光吸収層３２にて吸収され、この吸収された光によって光吸収層３２で光励起が生じ、電子及び正孔が生成される。そして、外部から印加された電界によって電子は電極３５に、正孔は電極３６にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子３０において、第１コンタクト層３１から第２コンタクト層３３の方向に電流が生じる。
【００４０】
また、面発光型半導体レーザ２０の光出力は、面発光型半導体レーザ２０に印加するバイアス電圧によって主に決定される。特に、面発光型半導体レーザ２０の光出力は、面発光型半導体レーザ２０の周囲温度や面発光型半導体レーザ２０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２０において所定の光出力を維持することが必要である。
【００４１】
そして、光半導体素子１０では、面発光型半導体レーザ２０の光出力を光検出素子３０でモニタし、光検出素子３０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２０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２０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２０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２０の光出力を面発光型半導体レーザ２０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、図示略）を用いて実現することができる。
【００４２】
また、光半導体素子１０は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と静電耐圧素子４０の電極４１とが電極配線５１によって接続されており、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とが電極配線５２によって接続されている。ここで、面発光型半導体レーザ２０の電極２６はｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４上に形成されたｐ電極であり、電極２８はｎ型の第１ミラー２１上に形成されたｎ電極である。一方、静電耐圧素子４０の電極４１はｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層３１上に形成されたｎ電極であり、電極４２はｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層３３上に形成されたｐ電極である。したがって、静電耐圧素子４０は、電極配線５１、５２によって、面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）並列に接続されている。
【００４３】
また、面発光型半導体レーザ２０は、図３に示すように、アノード電極（正電極）が電極配線５１のパッド部５１ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線５２のパッド部５２ｃに接続されている。そして、静電耐圧素子４０は、アノード電極（正電極）が電極配線５２のパッド部５２ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線５１のパッド部５１ｃに接続されている。さらに、光検出素子３０は、図３に示すように、アノード電極（正電極）が電極３６のパッド部３６ｃに、カソード電極（負電極）が電極３５のパッド部３５ｃに接続されている。すなわち、面発光型半導体レーザ２０の一対の入力端子を構成するパッド部５１ｃ、５２ｃと、光検出素子３０の一対の出力端子を構成するパッド部３５ｃ、３６ｃとがそれぞれ独立して形成されている。
【００４４】
〔光半導体素子の動作〕
次に、このような構成の光半導体素子１０の一般的な動作について説明する。なお、以下に説明する光半導体素子１０の駆動方法は一例であり、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
まず、パッド部５１ｃ、５２ｃを電源（図示略）に接続して電極２６と電極２８との間に順方向の電圧を印加すると、面発光型半導体レーザ２０の活性層２２において電子と正孔との再結合が生じ、再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー２３と第１ミラー２１との間を往復する間に誘導放出が起こって光の強度が増幅される。そして、光利得が光損失を上回ると、レーザ発振が起こり、第２ミラー２３の上面からレーザ光が射出され、分離層２７へと入射する。次いで、レーザ光は光検出素子３０の第１コンタクト層３１に入射する。
【００４５】
次に、光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１に入射した光は光吸収層３２に入射する。ここで、この入射光の一部が光吸収層３２にて吸収されると光吸収層３２において光励起が生じ、電子及び正孔が生じる。そして、外部から印加された電界により、電子は電極３５に、正孔は電極３６にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子３０において、第１コンタクト層３１から第２コンタクト層３３の方向に電流（光電流）が生じる。この電流をパッド部３５ｃ、３６ｃから取り出してその値を測定することにより、面発光型半導体レーザ２０の光出力を検知することができる。
【００４６】
このとき、面発光型半導体レーザ２０のパッド部５１ｃ、５２ｃと、光検出素子３０のパッド部３５ｃ、３６ｃとがそれぞれ独立して形成されているので、例えば差動駆動のような高速駆動が可能な駆動信号をパッド部５１ｃ、５２ｃに印加しても、光検出素子３０にこの高速駆動による影響が小さい。このため、面発光型半導体レーザ２０を高速駆動することが可能となる。
【００４７】
また、電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されたとする。この逆方向の電圧は、面発光型半導体レーザ２０にとっては逆方向の電圧であるが、静電耐圧素子４０にとっては順方向の電圧である。このため、面発光型半導体レーザ２０にとって逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子４０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０を静電破壊から保護することができる。
【００４８】
〔光半導体素子の製造方法〕
次に、以上のような構成の光半導体素子１０の製造方法について説明する。
まず、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体基板１１の表面１１ａに組成を変調させながらエピタキシャル成長させて半導体多層膜を形成する（図４（ａ））。
【００４９】
ここで、半導体多層膜は、例えばｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層及びｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層を交互に積層した４０ペアの第１ミラー２１と、ＧａＡｓウェル層及びＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなってウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層２２と、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層及びｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層を交互に積層した２５ペアの第２ミラー２３と、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４と、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層からなる分離層２７と、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層３１、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３２と、ｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層３３とからなる。これらの層を順に半導体基板１１上に積層させることにより、半導体多層膜が形成される。なお、分離層２７は、ｐ型またはｎ型のＡｌＧａＡｓ層としてもよい。
【００５０】
なお、第２ミラー２３を成長させる際に、活性層２２近傍の少なくとも１層は、後に酸化されて電流狭窄層２５となる層に形成される（図５（ｃ）参照）。具体的には、電流狭窄層２５となる層は、Ａｌ組成が分離層２７のＡｌ組成より大きなＡｌＧａＡｓ層（ＡｌＡｓ層を含む）に形成される。すなわち、分離層２７は、Ａｌ組成が電流狭窄層２５となる層より小さなＡｌＧａＡｓ層に形成することが望ましい。これにより、後述する電流狭窄層２５を形成する酸化工程において、分離層２７は酸化されないようにすることができる。より具体的には、例えば電流狭窄層２５となる層のＡｌ組成が０．９５以上であって、分離層２７のＡｌ組成が０．９５未満であるように、電流狭窄層２５となる層及び分離層２７を形成することが望ましい。分離層２７の光学的膜厚は、面発光型半導体レーザ２０の設計波長がλであるとすると、例えば、λ／４の奇数倍にすることが好適である。
【００５１】
また、第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の光学的膜厚の総和、すなわち、光検出素子３０の全体の光学的膜厚は、例えばλ／４の奇数倍とすることが好ましい。このような膜厚にすることで、光検出素子３０全体は分布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２０における活性層２２の上方において、光検出素子３０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２０の特性に悪影響を及ぼすことなく、光検出素子３０は分布反射型ミラーとして機能することができる。
【００５２】
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１１の種類あるいは形成する半導体多層膜の種類、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℃に設定するのが好ましい。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、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、あるいはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法を用いることができる。
【００５３】
次に、第２柱状部Ｐ２と第４柱状部Ｐ４とを形成する（図４（ｂ））。第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を形成するには、まず、半導体多層膜上にレジスト（図示略）を塗布した後、フォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングする。これにより、第２コンタクト層３３の上面に所定の平面形状を有するレジスト層を形成する。
そして、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をエッチングする。これにより、第２コンタクト層３３と、第２コンタクト層３３と同一の平面形状を有する光吸収層３２とが形成される。
以上より、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を形成する。なお、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４の形成後、上記レジスト層を除去する。
【００５４】
第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を形成した後、第１コンタクト層３１を所定の形状にパターニングする。すなわち、第１コンタクト層３１上にレジスト（図示略）を塗布した後、フォトリソグラフィ法により塗布したレジストをパターニングする。これにより、第１コンタクト層３１上に第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を覆うように所定のパターンのレジスト層を形成する。
そして、このレジスト層をマスクとして、第１コンタクト層３１を、例えばドライエッチングにより所定の厚みになるまでエッチングする。
【００５５】
その後、残りの第１コンタクト層３１を、ウェットエッチング法によりエッチングする。ここで、第１コンタクト層３１のエッチングには、エッチャントとして、例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。このとき、アンモニア、過酸化水素及び水の混合比率は、例えば１：１０：１５０程度のものを用いることができるが、これに限られず適宜設定してもよい。なお、第１コンタクト層３１の下に分離層２７が配置されており、分離層２７がエッチングストッパ層として機能するため、分離層２７が露出した時点で、第１コンタクト層３１のエッチングを正確かつ容易に止めることができる。
【００５６】
以上の工程を経ることにより、光検出素子３０及び静電耐圧素子４０が形成される。ここで、光検出素子３０及び静電耐圧素子４０は、それぞれ第２コンタクト層３３と光吸収層３２と第１コンタクト層３１とを含んでいる。また、第１コンタクト層３１の平面形状は、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２の平面形状よりも大きく形成される。このように、光検出素子３０と静電耐圧素子４０とが同一の工程によって形成される。なお、以上説明した工程では、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をパターニングした後に第１コンタクト層３１をパターニングしていたが、第１コンタクト層３１をパターニングした後に第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をパターニングしてもよい。
【００５７】
光検出素子３０及び静電耐圧素子４０を形成した後、分離層２７を所定の形状にパターニングする（図４（ｃ））。すなわち、上述のレジスト層（第１コンタクト層３１のエッチングに用いたレジスト層）をマスクとして、分離層２７をエッチングする。このとき、分離層２７の下には、コンタクト層２４が配置されており、このコンタクト層２４がエッチングストッパ層として機能するため、分離層２７のエッチングを、コンタクト層２４が露出した時点で、正確かつ容易に止めることができる。ここで、分離層２７のエッチングに用いるエッチャントとして、例えばフッ化水素水溶液や、フッ化水素酸系緩衝溶液を用いることができる。
【００５８】
これにより、パターニングされた分離層２７を形成する。その後、レジスト層（第１コンタクト層３１及び分離層２７のエッチングに用いたレジスト層）が除去される。なお分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状と同じとなるように形成したが、第１コンタクト層３１の平面形状よりも大きく形成しても良い。例えば、上述の分離層２７のパターニングに用いたレジスト層、平面形状がより大きいレジスト層に替えて分離層２７をパターニングしてもよい。
【００５９】
次に、第１柱状部Ｐ１を含む面発光型半導体レーザ２０及び静電耐圧素子４０の下方に位置する第３柱状部Ｐ３の残りの部分を形成する（図５（ａ））。すなわち、まず、コンタクト層２４上にレジスト（図示略）を塗布した後、フォトリソグラフィ法により塗布したレジストをパターニングする。これにより、所定のパターンのレジスト層を形成する。
そして、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、コンタクト層２４、第２ミラー２３及び活性層２２をエッチングする。なお、第１柱状部Ｐ１と第３柱状部Ｐ３との間の活性層２２は、エッチングせずに残すようにしている。以上のようにして第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成する。
【００６０】
以上の工程により、半導体基板１１上に、第１柱状部Ｐ１を含む垂直共振器（面発光型半導体レーザ２０）が形成される。これにより、面発光型半導体レーザ２０と、分離層２７と、光検出素子３０との積層体が形成され、さらに、第３柱状部Ｐ３の上方に静電耐圧素子４０が形成される。その後、上記レジスト層を除去する。
なお、光検出素子３０、静電耐圧素子４０及び分離層２７を形成した後に第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成しているが、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成した後に光検出素子３０、静電耐圧素子４０及び分離層２７を形成してもよい。
【００６１】
続いて、電流狭窄層２５を形成する（図５（ｂ））。まず、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３が形成された半導体基板１１を、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に投入する。これにより、上述した第２ミラー２３中のＡｌ組成が高い層が側面から酸化されて、電流狭窄層２５が形成される。
【００６２】
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組成及び膜厚によって決定される。酸化により形成される電流狭窄層２５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２５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、電流狭窄層２５を形成する工程において、形成する電流狭窄層２５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。また、面発光型半導体レーザ２０から射出されるレーザ光の大部分が第１コンタクト層３１に入射するように、電流狭窄層２５の径を調整することが望ましい。
【００６３】
次に、活性層２２及び第１ミラー２１上であって第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の周囲及び第２柱状部Ｐ２の周囲に絶縁層５０を形成する（図６（ａ））。絶縁層５０の材質は、厚膜化が容易なものを用いることが望ましい。絶縁層５０の膜厚は、例えば２〜４μｍ程度であるが、これに限られず、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の高さに応じて適宜設定してもよい。
例えば、絶縁層５０は、熱または光など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及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などが例示できる。また、絶縁層５０は、上記材料を複数用いて積層膜とすることもできる。
【００６４】
ここでは、絶縁層５０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、例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１１上に塗布して前駆体層を形成する。このとき、第１柱状部Ｐ１の上面を覆うように前駆体層を形成する。なお、前駆体層の形成方法としては、上述したスピンコート法のほか、ディッピング法や、スプレーコート法、液滴吐出法などの公知技術が利用できる。次いで、例えばホットプレートなどを用いて半導体基板１１を加熱して溶媒を除去した後、例えば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することにより、絶縁層５０を形成する。
【００６５】
なお、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、例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。また、上述の絶縁層５０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、例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。
【００６６】
以上の工程が終了した後、第１ミラー２１上の電極２８及び第１コンタクト層３１の上面上の電極３５、４１を形成し、コンタクト層２４上の電極２６及び第２コンタクト層３３上の電極３６、４２を形成する（図６（ｂ））。ここで、電極３６は、リング状の平面形状を有する接続部３６ａ、直線状の平面形状を有する引出部３６ｂ、円状の平面形状を有するパッド部３６ｃを有しているが、第２コンタクト層３３の上面上には接続部３６ａが形成され、引出部３６ｂ及びパッド部３６ｃは絶縁層５０上に形成される。
【００６７】
電極２８、３５、４１の形成方法について説明する。まず、電極２８、３５、４１を形成する前に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて、第１ミラー２１の上面及び第１コンタクト層３１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。次に、例えば真空蒸着法を用いて、例えばクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の合金とニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜を形成する。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電極２８、３５、４１を形成する。
【００６８】
また、電極２６、３６、４２の形成方法について説明する。まず、電極２６、３６、４２を形成する前に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて、コンタクト層２４の上面及び第２コンタクト層３３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。次に、例えば真空蒸着法を用いて、例えばクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜を形成する。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電極２６、３６、４２が形成される。
【００６９】
なお、上記の電極２８、３５、４１及び電極２６、３６、４２を形成する工程において、リフトオフ法の代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、真空蒸着法の代わりにスパッタ法を用いることもできる。さらに、上記の工程においては、電極２８、３５、４１を同時にパターニングし、電極２６、３６、４２を同時にパターニングしているが、これらを個々に形成しても良い。
【００７０】
以上の工程が終了した後、電極配線５１、５２を形成する。ここで、電極配線５１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と静電耐圧素子４０の電極４１とを電気的に接続するよう形成される。また、電極配線５２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とを電気的に接続するよう形成される。すなわち、上記各電極を形成する場合と同様に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて半導体基板１１上を洗浄する。次に、例えば真空蒸着法により、例えば金（Ａｕ）からなる金属膜を形成する。そして、リフトオフ法などにより、所定の位置以外の金属膜を除去することにより電極配線５１、５２が形成される。
【００７１】
最後に、アニール処理を行う。アニール処理の温度は電極材料に応じて決定され、例えば４００℃前後で行う。なお、電極配線５１、５２を形成する前にアニール処理を必要に応じて行っても良い。
以上のようにして、光半導体素子１０を製造する。ここで、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子４０とが同一の工程を経て形成される。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子１０を製造することができる。
【００７２】
以上のように、本実施形態の光半導体素子１０及びその製造方法によれば、面発光型半導体レーザ２０のパッド部５１ｃ、５２ｃと、光検出素子３０のパッド部３５ｃ、３６ｃとをそれぞれ独立させることで、パッド部５１ｃ、５２ｃに例えば差動駆動のような高速駆動が可能な駆動信号を印加することができる。これにより、面発光型半導体レーザ２０を高速駆動することが可能となる。
また、静電耐圧素子４０を面発光型半導体レーザ２０に対して並列に接続することで、面発光型半導体レーザ２０に逆バイアスの電圧が印加されても、逆バイアスに対する静電破壊耐圧を著しく向上させることができる。
ここで、静電耐圧素子４０を面発光型半導体レーザ２０や光検出素子３０の少なくとも一部と同一の層構造とすることで、静電耐圧素子４０を面発光型半導体レーザ２０や光検出素子３０と同時に製造することができ、静電耐圧素子４０の製造工程を簡略化できる。
【００７３】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、図７は光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図８は図７のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図９は図８の第３柱状部を示す部分拡大図である。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第２の実施形態における光半導体素子６０の静電耐圧素子７０が第３柱状部Ｐ３のみで形成されている点である。
【００７４】
すなわち、静電耐圧素子７０は、図７及び図８に示すように、第２ミラー２３のみから形成されている第３柱状部Ｐ３で形成されており、第４柱状部Ｐ４が形成されていない。
第２ミラー２３は、上述と同様に、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層（以下、第１層と称する）とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層（以下、第２層と称する）とを交互に積層した構成となっており、いずれか一方の層が第３柱状部Ｐ３の上面に露出している。なお、ここでは、第１層が第３柱状部Ｐ３の上面に露出しているとする。
【００７５】
第３柱状部Ｐ３の最上部には、図９（ａ）に示すように、第１層Ｌ１と第２層Ｌ２とが積層されている。また、第３柱状部Ｐ３の最上部において、最も上方に位置する第１層Ｌ１の一部が除去されており、この部分において第２層Ｌ２が第３柱状部Ｐ３の上面に露出している。そして、第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する第１層Ｌ１上には電極７１が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面に露出している第２層Ｌ２には電極７２が形成されている。ここで、電極７１と第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する第１層Ｌ１との接合がショットキー接合となっており、これにより静電耐圧素子７０が形成されている。すなわち、面発光型半導体レーザ２０をなす第１ミラー２１の一部と同一の層構造を用いて静電耐圧素子７０が形成されている。
【００７６】
ショットキー接合を形成する電極７１としては、第１層Ｌ１がｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層であることから、チタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との積層膜や、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属膜、アルミニウム（Ａｌ）と金（Ａｕ）との合金からなる金属膜を用いることができる。また、第２層Ｌ２上に形成される電極７２は、上述した電極２６、３６、４２と同様に、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜や、白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜を用いて形成することができる。
【００７７】
また、電極７１上には、図８に示すように、電極配線５１が形成されている。これにより、電極７１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電気的に接続されている。また、電極７２上には、電極配線５２が形成されている。これにより、電極７２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。したがって、光半導体素子６０は、電極配線５１、５２によって静電耐圧素子７０が面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）に並列に接続されている。このため、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電極２８との間に逆方向に電圧が印加されても静電耐圧素子４０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０を静電破壊から保護することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、図９（ａ）に示すように、１ペアを構成する第１層Ｌ１上に電極７１を、第２層Ｌ２上に電極７２をそれぞれ形成しているが、図９（ｂ）に示すように、１つのペアの第１層Ｌ１上に電極７１を形成し、このペアとは異なるペアの第２層Ｌ２上に電極７２を形成してもよい。また、図９（ｂ）では、上面に電極７１が形成された第１層Ｌ１（最も上方に位置する第１層Ｌ１）と、上面に電極７２が形成された第２層Ｌ２との間に第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２とが１層ずつ形成された構成となっているが、これらの間に設けられる総数は任意でよい。また、第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する層が第１層Ｌ１となっているが、第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する層が第２層Ｌ２であってもよい。すなわち、第２層Ｌ２上に電極７１が形成され、第１層Ｌ１上に電極７２が形成されてもよい。
【００７９】
以上のように、本実施形態における光半導体素子６０においても、上述と同様の作用、効果を奏する。すなわち、ショットキー接合を得るための電極７１を形成する工程が必要となるものの、静電耐圧素子７０を形成するための専用の工程が必要ない。
【００８０】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、図１０は光半導体素子を模式的に示す断面図である。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第３の実施形態における光半導体素子８０の静電耐圧素子９０がコンタクト層２４、分離層２７及び第１コンタクト層３１で構成されている点である。
【００８１】
すなわち、第３柱状部Ｐ３は、図１０に示すように、第２ミラー２３及びコンタクト層２４で構成されている。また、第４柱状部Ｐ４は、分離層２７及び第１コンタクト層３１から構成されている。ここで、第４柱状部Ｐ４は、第３柱状部Ｐ３よりもその径が小さく形成されている。また、コンタクト層２４と分離層２７とによってヘテロ接合が形成されており、第１コンタクト層３１と分離層２７とによってヘテロ接合が形成されている。すなわち、面発光型半導体レーザ２０を構成するコンタクト層２４及び光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１と同一の層構造を用いて静電耐圧素子９０が形成されている。
【００８２】
また、第４柱状部Ｐ４の上面（第１コンタクト層３１上）には電極９１が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面（コンタクト層２４上）には電極９２が形成されている。電極９１は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の合金とニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜を用いて形成することができる。また、電極９２は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）合金と金（Ａｕ）との積層膜や、白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜を用いて形成することができる。
【００８３】
また、電極９１上には、図１０に示すように、電極配線５１が形成されている。これにより、電極９１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電気的に接続されている。また、電極９２上には電極配線５２が形成されている。これにより、電極９２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。したがって、光半導体素子８０は、電極配線５１、５２によって静電耐圧素子９０が面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）並列に接続されている。このため面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子４０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０の静電破壊から保護することができる。
【００８４】
本実施形態における光半導体素子６０においても、上述と同様の作用、効果を奏する。すなわち、静電耐圧素子９０は、面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０を形成するために行われるエッチングを工夫することで形成される。したがって、静電耐圧素子９０を形成するための専用の工程は必要ない。
【００８５】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、図１１は光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図１２は図１１におけるＣ−Ｃ矢視断面図であり、図１３から図１６は光半導体素子の製造工程を示す工程図である。
第４の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第４の実施形態における光半導体素子１００の静電耐圧素子１１０が面発光型半導体レーザ２０の層構造及び光検出素子３０の層構造とは異なる層構造となっている点である。
【００８６】
すなわち、静電耐圧素子１１０は、図１１に示すように、第３柱状部Ｐ３が第２ミラー２３、コンタクト層２４、分離層２７、第１コンタクト層３１、光吸収層３２、第２コンタクト層３３、分離層１１１及び第１コンタクト層１１２によって構成され、第４柱状部Ｐ４が耐圧層１１３及び第２コンタクト層１１４によって構成されている。このように、静電耐圧素子１１０は、面発光型半導体レーザ２０の層構造及び光検出素子３０の層構造とは異なっている。このため、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子３０及び静電耐圧素子１１０の構造を、光学的及び電気的に最適な構造にすることができる。
【００８７】
第３柱状部Ｐ３に形成される分離層１１１は、第３柱状部Ｐ３の下方の第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３からなるｐｉｎダイオードと静電耐圧素子１１０とを分離するものであり、分離層２７と同様の組成で形成されている。
静電耐圧素子１１０を構成する第１コンタクト層１１２は、例えばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされたｎ型ＧａＡｓ層で構成されている。
耐圧層１１３は、不純物が導入されていないＧａＡｓ層で構成されている。
第２コンタクト層１１４は、例えば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされたｐ型ＧａＡｓ層で構成されている。
したがって、静電耐圧素子１１０は、第１コンタクト層１１２、耐圧層１１３及び第２コンタクト層１１４により、ｐｉｎダイオードを形成している。
【００８８】
また、静電耐圧素子１１０を構成する第１コンタクト層１１２上には、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２と向かい合う側に、平面視でほぼ矩形状の電極１２１が形成されている。この電極１２１は、上述した実施形態における電極４１と同様の組成で形成されている。
そして、静電耐圧素子１１０を構成する第２コンタクト層１１４上には、電極１２２が形成されている。この電極１２２は、上述した実施形態における電極４２と同様の組成で形成されている。
【００８９】
また、電極１２１上には、図１２に示すように、電極配線５１が形成されている。これにより、電極１２１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電気的に接続されている。また、電極１２２上には、電極配線５２が形成されている。これにより、電極１２２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。したがって、光半導体素子１００は、電極配線５１、５２によって静電耐圧素子１１０が面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）に並列に接続されている。このため、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電極２８との間に逆方向に電圧が印加されても静電耐圧素子１１０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０を静電破壊から保護することができる。
【００９０】
〔光半導体素子の製造方法〕
次に、以上のような構成の光半導体素子１００の製造方法について説明する。
まず、上述した第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体基板１１の表面１１ａに組成を変調させながらエピタキシャル成長させて半導体多層膜を形成する（図１３（ａ））。
ここで、半導体多層膜は、第１ミラー２１と、活性層２２と、第２ミラー２３と、分離層２７と、第１コンタクト層３１、光吸収層３２と、第２コンタクト層３３と、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層からなる分離層１１１と、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層１１２と、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなる耐圧層１１３と、ｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層１１４とからなる。これらの層を順に半導体基板１１上に積層させることにより、半導体多層膜が形成される。なお、分離層１１１は、ｐ型またはｎ型のＡｌＧａＡｓ層としてもよい。
【００９１】
次に、第２柱状部Ｐ２と第４柱状部Ｐ４とを形成する（図１３（ｂ））。第４柱状部Ｐ４を形成するには、まず、半導体多層膜上にレジスト（図示略）を塗布した後、フォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングする。これにより、第２コンタクト層１１４の上面に所定の平面形状を有するレジスト層を形成する。
そして、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２コンタクト層１１４及び耐圧層１１３をエッチングする。これにより、第２コンタクト層１１４と、第２コンタクト層１１４と同一の平面形状を有する耐圧層１１３とが形成される。
以上より、第４柱状部Ｐ４を形成する。なお、第４柱状部Ｐ４の形成後、上記レジスト層を除去する。
【００９２】
続いて、第４柱状部Ｐ４を覆うようにレジスト層を形成する。そして、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第１コンタクト層１１２及び分離層１１１の途中までエッチングする。これにより、静電耐圧素子４０が形成される。静電耐圧素子４０は、第２コンタクト層４３、耐圧層１１３及び第１コンタクト層１１２を含んでなる。第１コンタクト層１１２の平面形状は、第２コンタクト層４３及び耐圧層１１３の平面形状よりも大きく形成される。
なお、静電耐圧素子４０の形成後、レジスト層を除去する。また、第２コンタクト層１１４及び耐圧層１１３をパターニングした後に第１コンタクト層１１２をパターニングしていたが、第１コンタクト層１１２をパターニングした後に第２コンタクト層１１４及び耐圧層１１３をパターニングしてもよい。
【００９３】
次いで、第２柱状部Ｐ２を形成するには、まず、第２柱状部Ｐ２の最上部の第２コンタクト層３３を露出させる工程が行われる。ここで、第２コンタクト層３３を露出させるのは、上述した通り、光検出素子３０をなす各層（第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の光学的膜厚の総和が、例えばλ／４の奇数倍からずれると面発光型半導体レーザ２０の特性を悪化させるからである。
【００９４】
ドライエッチングではエッチング量を精密に制御することが難しいため、上記の工程で分離層１１１の途中までエッチングし、残りの分離層１１１を選択エッチングを用いてエッチングして第２コンタクト層３３を露出させる。すなわち、まず、第４柱状部Ｐ４と第３柱状部Ｐ３の上部とを覆って所定形状にパターニングしたレジスト層を形成する。そして、残りの分離層１１１を、ウェットエッチング法によりエッチングする。ここで、分離層１１１のエッチングに用いるエッチャントとして、例えばフッ化水素水溶液や、フッ化水素酸系緩衝溶液を用いることができる。これにより、第２コンタクト層３３がエッチングストッパ層として機能するため、第２コンタクト層３３が露出した時点で、分離層１１１のエッチングを正確かつ容易に止めることができる。
【００９５】
次いで、レジスト（図示略）を塗布した後、フォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングする。これにより、第４柱状部Ｐ４及び第３柱状部Ｐ３の上面を覆い、かつ、第２コンタクト層３３上の第２柱状部Ｐ２が形成される箇所にレジスト層を形成する。
このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をエッチングする。これにより、第２コンタクト層３３と、第２コンタクト層３３と同一の平面形状を有する光吸収層３２とが形成される。これにより、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４が形成される。なお、第２柱状部Ｐ２の形成後、レジスト層を除去する。
【００９６】
第４柱状部Ｐ４及び第２柱状部Ｐ２を形成した後、上述した第１の実施形態と同様に、第１コンタクト層３１をパターニングし、光検出素子３０及び静電耐圧素子１１０を形成する。このように、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子１１０とが異なる工程によって形成されている。
【００９７】
光検出素子３０及び静電耐圧素子４０を形成した後、上述した第１の実施形態と同様に、分離層２７を所定の形状にパターニングし（図１４（ａ））、コンタクト層２４、第２ミラー２３及び活性層２２をパターニングすることで第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成する（図１４（ｂ））。これにより、半導体基板１１上に、第１柱状部Ｐ１を含む垂直共振器（面発光型半導体レーザ２０）が形成される。
【００９８】
続いて、電流狭窄層２５を形成し（図１５（ａ））、活性層２２及び第１ミラー２１上であって第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の周囲及び第２柱状部Ｐ２の周囲に絶縁層５０を形成する（図１５（ｂ））。そして、第１ミラー２１上の電極２８及び第１コンタクト層３１の上面上の電極３５を形成し、コンタクト層２４上の電極２６、第２コンタクト層３３上の電極３６、第１コンタクト層１１２上の電極１２１及び第２コンタクト層１１４上の電極１２２を形成する（図１６）。
【００９９】
その後、電極配線５１、５２を形成する。ここで、電極配線５１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と静電耐圧素子４０の電極１２１とを電気的に接続するように形成される。また、電極配線５２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と静電耐圧素子４０の電極１２２とを電気的に接続するように形成される。そして、最後に、アニール処理を行う。
以上のようにして、光半導体素子１００を製造する。ここで、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子４０とが別々の工程で形成される。これにより、これらはエッチングを工夫することで容易に形成することができるため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子１０を製造することができる。
【０１００】
以上のように、本実施形態の光半導体素子１００によっても、上述と同様の作用、効果を奏するが、光検出素子３０と静電耐圧素子４０とが別々の工程で形成される。これにより、これらはエッチングを工夫することで容易に形成することができるため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子１０を製造することができる。
【０１０１】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、図１７は光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図１８は図１７のＤ−Ｄ矢視断面図である。
第５の実施形態と第４の実施形態との異なる点は、第５の実施形態では光半導体素子１３０の静電耐圧素子１４０が第２コンタクト層３３上に積層された耐圧層１１３及びコンタクト層１４１によって形成されている点である。
【０１０２】
すなわち、静電耐圧素子１４０には、光検出素子３０を構成する第２コンタクト層３３と同一の層が含まれている。
耐圧層１１３上に積層されているコンタクト層１４１は、第１コンタクト層１１２と同様に、例えばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされたｎ型ＧａＡｓ層で構成されている。
したがって、静電耐圧素子１４０は、ｐ型の第２コンタクト層３３、不純物がドーピングされていない耐圧層１１３及びｎ型のコンタクト層１４１により、ｐｉｎダイオードを形成している。
【０１０３】
ここで、第２コンタクト層３３が第３柱状部Ｐ３に形成されており、耐圧層１１３及びコンタクト層１４１が第４柱状部Ｐ４に形成されている。そして、第３柱状部Ｐ３は平面視で円状エッチングされ、第４柱状部Ｐ４は平面視で円状にエッチングされている。
また、第４柱状部Ｐ４は、図１７及び図１８に示すように、その直径が第３柱状部Ｐ３の直径よりも小さくなるように形成され、かつ第３柱状部Ｐ３と同心とならないよう、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２に向かう方向に偏心した状態に形成されている。なお、第３柱状部Ｐ３と第４柱状部Ｐ４とを偏心させているが、これらが同心の構造であっても良い。
【０１０４】
また、第４柱状部Ｐ４の上面（コンタクト層１４１上）には電極１４２が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面（第２コンタクト層３３上）には電極１４３が形成されている。
この電極１４２は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の合金とニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層膜によって形成されている。また、電極１４３は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜や、白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜によって形成されている。
【０１０５】
また、電極１４２上には、電極配線５１が形成されている。これにより、電極１４２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電気的に接続されている。また、電極１４３上には電極配線５２が形成されている。これにより、電極１４３は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。したがって、光半導体素子１３０は、電極配線５１、５２によって、面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）に並列に接続されている。このため面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子４０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０の静電破壊から保護することができる。
【０１０６】
また、本実施形態においては、第４の実施形態で必要であった分離層１１１及び第１コンタクト層１１２を省いており、第２コンタクト層３３を光検出素子３０と静電耐圧素子１４０とで共用している。したがって、本実施形態では、第４の実施形態に比べてエピタキシャル層が２層少ないため、工程数の削減及び材料費削減を図ることができる。また、静電耐圧素子１４０の耐圧層１１３は光検出素子３０で用いられておらず、静電耐圧素子１４０の電気的な特性が最適となるよう耐圧層１１３の膜厚を設定することができる。
【０１０７】
以上のように、本実施形態における光半導体素子１３０においても、上述した第４の実施形態と同様の作用、効果を奏する。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について説明した、本発明は上記の実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では面発光型半導体レーザ２０の上方に光検出素子３０が設けられた構成の光素子を例に挙げて説明したが、例えば特公平７−５６５５２号公報または特開平６−３７２９９号公報に開示されている光検出素子の上方に面発光型半導体レーザが設けられた構成の光素子にも本発明を適用することができる。
【０１０９】
また、上記実施形態では、光検出素子が面発光型半導体レーザから射出されたレーザ光の光強度を検出するために設けられていた。しかしながら、外部からの光を受光するために光検出素子を用いても良い。具体的には、例えば光通信の用途に光素子を用い、送信すべき光信号には面発光型半導体レーザから射出されたレーザ光を用い、送信されてきた光信号を光検出素子で受光することができる。光検出素子で受光された光信号は、電気信号として取り出される。さらに、上記実施形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の範囲外となるものではない。さらに、上記実施形態では、静電耐圧素子がｐｉｎダイオードである場合（ＰＩＮ接合が形成されてなる素子である場合）を例に挙げて説明したが、これ以外にＰＮ接合、ヘテロ接合、またはショットキー接合が形成されてなる素子によっても静電耐圧素子を形成することができる。
【０１１０】
〔第６の実施形態〕
次に、本発明の第６の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１９は本発明の第６の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図２０は図１９中のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図２０に示す通り、本実施形態の光半導体素子２００は、面発光型半導体レーザ２０、受光素子としての光検出素子３０及び静電耐圧素子４０を含んで構成される。以下、これらの構成及び全体構成について順に説明する。
【０１１１】
〈面発光型半導体レーザ〉
面発光型半導体レーザ２０は、半導体基板（本実施形態ではｎ型ＧａＡｓ基板）１１上に形成されている。この面発光型半導体レーザ２０は垂直共振器を有しており、本実施形態では垂直共振器をなす一方の分布反射型多層膜ミラーが柱状の半導体堆積体（以下、第１柱状部と称する）Ｐ１に形成されている。つまり、面発光型半導体レーザ２０はその一部が第１柱状部Ｐ１に含まれた構成である。
【０１１２】
面発光型半導体レーザ２０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ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、第１ミラーと称する）２１と、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層２２と、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（以下、第２ミラーと称する）２３と、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４とが順次積層された多層構造である。
【０１１３】
なお、本実施形態において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、ガリウム（Ｇａ）に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成をいう。ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、「０」から「１」までである。すなわち、ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ層（Ａｌ組成が「０」の場合）及びＡｌＡｓ層（Ａｌ組成が「１」の場合）を含む。また、以上説明した第１ミラー２１、活性層２２、第２ミラー２３及びコンタクト層２４を構成する各層の組成及び層数は特に限定される訳ではない。
【０１１４】
面発光型半導体レーザ２０をなす第１ミラー２１は、例えばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされており、第２ミラー２３は、例えば炭素（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ミラー２３、不純物がドーピングされていない活性層２２及びｎ型の第１ミラー２１により、ｐｉｎダイオードが形成される。また、面発光型半導体レーザ２０のうち、第２ミラー２３及びコンタクト層２４が、第２ミラー２３の上面からみて円形の形状にエッチングされて第１柱状部Ｐ１が形成されている。なお、本実施形態では、第１柱状部Ｐ１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。
【０１１５】
さらに、第２ミラー２３を構成する層のうち活性層２２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２５が形成されている。この電流狭窄層２５はリング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層２５は、図１９及び図２０に示す半導体基板１１の表面１１ａと平行な面で切断した場合における断面形状が、第１柱状部Ｐ１の平面形状の円形と同心の円のリング状である。
【０１１６】
また、コンタクト層２４上には、第１柱状部Ｐ１の外周に沿うようにリング状の平面形状を有する電極２６が形成されている。この電極２６は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。あるいは、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。この電極２６は、面発光型半導体レーザ２０を駆動するためのものであり、電極２６から活性層２２に電流が注入される。
【０１１７】
〈分離層〉
本実施形態の光半導体素子２００は、面発光型半導体レーザ２０上に分離層２７が形成されている。すなわち、分離層２７は、面発光型半導体レーザ２０と後述する光検出素子３０との間に設けられている。具体的には、図２０に示す通り、分離層２７は、コンタクト層２４上に形成されている。すなわち、分離層２７は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４と、後述する光検出素子３０の後述する第１コンタクト層３１との間に設けられている。なお、前述した通り、コンタクト層２４の上面にはリング状の電極２６が形成されているため、分離層２７は周囲が電極２６に取り囲まれている。
【０１１８】
この分離層２７の平面形状は円形である。図示の例では、分離層２７の平面形状は第１コンタクト層３１の平面形状と同じであるが、これらの直径は第１柱状部Ｐ１の直径よりも小さくなるよう形成されている。なお、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも大きく形成することもできる。分離層２７については、後述する光半導体素子の製造方法の項にてさらに詳細に説明する。
【０１１９】
〈光検出素子〉
光検出素子３０は分離層２７上に設けられている。光検出素子３０は第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３を含んで構成される。第１コンタクト層３１は分離層２７上に設けられ、光吸収層３２は第１コンタクト層３１上に設けられ、第２コンタクト層３３は光吸収層３２上に設けられている。光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも小さく形成されている。
第２コンタクト層３３及び光吸収層３２は、柱状の半導体堆積体（以下、第２柱状部と称する）Ｐ２を構成する。つまり、光検出素子３０はその一部が第２柱状部Ｐ２に含まれた構成である。なお、光検出素子３０の上面は、面発光型半導体レーザ２０からのレーザ光の射出面３４とされている。
【０１２０】
光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１はｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層３２は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３３はｐ型ＧａＡｓ層からなる。具体的には、第１コンタクト層３１は、例えばケイ素（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３３は、例えば炭素（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、ｎ型の第１コンタクト層３１、不純物がドーピングされていない光吸収層３２及びｐ型の第２コンタクト層３３により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０１２１】
第１コンタクト層３１上には、その外周に沿うようにリング状の平面形状を有する電極２１１が形成されている。つまり、電極２１１は、第２柱状部Ｐ２を取り囲むように設けられている。この電極２１１は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。
【０１２２】
また、光検出素子３０の上面上（第２コンタクト層３３上）には電極３６が形成されている。電極３６、２１１は、光検出素子３０を駆動するために使用される。電極３６には開口部３７が設けられており、この開口部３７によって第２コンタクト層３３の上面の一部が露出する。この露出した面が、レーザ光の射出面３４である。したがって、開口部３７の平面形状及び大きさを適宜設定することにより、射出面３４の形状及び大きさを適宜設定することができる。本実施形態においては、図１９に示す通り、射出面３４が円形であるものとする。また、電極３６は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４上に形成される電極２６と同じ材質にて形成することができる。
【０１２３】
電極３６は、図１９に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部３６ａと、直線状の平面形状を有する引出部３６ｂと、円状の平面形状を有するパッド部３６ｃとを有する。電極３６は、接続部３６ａにおいて第２コンタクト層３３と電気的に接続されている。電極３６の引出部３６ｂは、接続部３６ａとパッド部３６ｃとを接続している。第４電極のパッド部３６ｃは、電極パッドとして用いられる。なお、本実施形態では電極３６の接続部３６ａの形状がリング状である場合を例に挙げているが、接続部３６ａは第２コンタクト層３３に接触してさえいれば良いため、その平面形状は任意の形状とすることができる。
【０１２４】
〈静電耐圧素子〉
静電耐圧素子４０は、半導体基板１１上であって、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部が形成された位置とは異なる位置に形成された柱状の半導体堆積体（以下、第３柱状部と称する）Ｐ３及び第３柱状部Ｐ３上の柱状の半導体堆積体（以下、第４柱状部と称する）Ｐ４に形成されている。第３柱状部Ｐ３は、第２ミラー２３、コンタクト層２４、分離層２７及び第１コンタクト層３１がエッチングされて形成される。また、第４柱状部Ｐ４は、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３がエッチングされて形成される。
【０１２５】
第３柱状部Ｐ３は第１コンタクト層３１の上面からみて円形の形状にエッチングされ、第４柱状部Ｐ４は第２コンタクト層３３の上面からみて円形の形状にエッチングされる。
また、図１９及び図２０に示す通り、第４柱状部Ｐ４は、その直径が第３柱状部Ｐ３の直径よりも小さくなるように形成され、かつ第３柱状部Ｐ３と同心とならないよう、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２から離れる方向に偏心した状態に形成される。なお、本実施形態では、第３柱状部Ｐ３と第４柱状部Ｐ４とを偏心させた構造を例に挙げて説明するが、これらが同心の構造であっても良い。
【０１２６】
静電耐圧素子４０は、第３柱状部Ｐ３の第１コンタクト層３１と、第４柱状部Ｐ４の光吸収層３２及び第２コンタクト層３３とを含んで構成される。静電耐圧素子４０を構成する第１コンタクト層３１は、光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１と層構造が同一である。また、静電耐圧素子４０を構成する光吸収層３２は、光検出素子３０を構成する光吸収層３２と層構造が同一である。さらに、静電耐圧素子４０を構成する第２コンタクト層３３は、光検出素子３０を構成する第２コンタクト層３３と層構造が同一である。
【０１２７】
したがって、静電耐圧素子４０を構成する第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３によってもｐｉｎダイオードが形成される。ここで、「層構造が同一」であるとは、対象となる２つの層の厚み及び組成が同一であることを意味し、対象となる２つの層の層構造が多層構造である場合には、多層構造をなす各層の厚み及び組成が対象となる２つの層でそれぞれ同一であることを意味する。
【０１２８】
静電耐圧素子４０を構成する第１コンタクト層３１上には、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２と向かい合う側に、略矩形形状の平面形状を有する電極４１が形成されている。この電極４１は、光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１上に形成される電極２１１と同じ材質にて形成することができる。すなわち、電極４１を、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜で形成することができる。
【０１２９】
また、静電耐圧素子４０を構成する第２コンタクト層３３上には、電極４２が形成されている。電極４１、４２は、静電耐圧素子４０を駆動するために使用される。電極４２は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４上に形成される電極２６と同じ材質にて形成することができる。すなわち、電極４２を、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜で形成することができる。この電極４２は、その平面形状を第４柱状部Ｐ４の平面形状と相似の円形の形状にすることが望ましい。
【０１３０】
〈絶縁層〉
本実施形態の光半導体素子２００は、図１９及び図２０に示す通り、主として第１柱状部Ｐ１、第２柱状部Ｐ２及び第３柱状部Ｐ３の周囲を取り囲むよう第１ミラー２１の上、または活性層２２の上に絶縁層５０が形成されている。また、この絶縁層５０は、第４柱状部Ｐ４の側面の一部を覆うように形成されている。この絶縁層５０は、電極３６の引出部３６ｂ及びパッド部３６ｃの下及び後述する電極配線２２１、２２２の下に形成されている。
【０１３１】
〈電極配線〉
電極配線２２１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極２１１及び静電耐圧素子４０の電極４１とを電気的に接続するものである。図１９に示す通り、電極配線２２１は、リング状の平面形状を有する接続部２２１ａと、Ｔ字の平面形状を有する引出部２２１ｂと、円状の平面形状を有するパッド部２２１ｃとを有する。電極配線２２１は、接続部２２１ａにおいて電極２６、２１１の上面に接合されて電気的に接続されている。電極配線２２１の引出部２２１ｂは、接続部２２１ａと静電耐圧素子４０の電極４１とを接続すると共に、パッド部２２１ｃに接続されている。電極配線２２１のパッド部２２１ｃは、電極パッドとして用いられる。
【０１３２】
また、電極配線２２２は、第１ミラー２１上の一部に形成された電極２８及び静電耐圧素子４０の電極４２とを接続するものである。電極２８は、面発光型半導体レーザ２０の電極の１つであり、光検出素子３０の第１コンタクト層３１上に形成される電極２１１及び静電耐圧素子４０の第１コンタクト層３１上に形成される電極４１と同じ材質にて形成することができる。すなわち、電極２８を、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜で形成することができる。電極配線２２２は、図１９に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部２２２ａと、矩形の平面形状を有する引出部２２２ｂと、パッド部２２２ｃとを有する。電極配線２２２は、接続部２２２ａにおいて電極４２の上面に接合されて電気的に接続されている。電極配線２２２の引出部２２２ｂは、接続部２２２ａとパッド部２２２ｃとを接続すると共に、電極２８と接続されている。電極配線２２２のパッド部２２２ｃは、電極パッドとして用いられる。電極配線２２１、２２２は、例えば金（Ａｕ）を用いて形成することができる。
【０１３３】
なお、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極２１１及び静電耐圧素子４０の電極４１とを電極配線２２１で接続し、第１ミラー２１上の一部に形成された電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とを電極配線２２２で接続する代わりに、電極２６、電極２１１及び電極４１をワイヤボンディングで接続し、電極２８と電極４２とをワイヤボンディングで接続しても良い。しかしながら、電極配線２２１、２２２で接続した方が配線抵抗が低いため、高周波特性に優れると共にプロセスの信頼性も高い。
【０１３４】
〈全体の構成〉
本実施形態の光半導体素子２００は、面発光型半導体レーザ２０のｎ型の第１ミラー２１及びｐ型の第２ミラー２３、並びに光検出素子３０のｎ型の第１コンタクト層３１及びｐ型の第２コンタクト層３３から、全体としてｎｐｎｐ構造になっている。光検出素子３０は、面発光型半導体レーザ２０で発生したレーザ光の出力をモニタするために設けられる。具体的には、光検出素子３０は、面発光型半導体レーザ２０で生じたレーザ光を電流に変換し、この電流の値によって面発光型半導体レーザ２０で生じたレーザ光の出力がモニタされる。
【０１３５】
より具体的には、光検出素子３０において、面発光型半導体レーザ２０により生じたレーザ光の一部が光吸収層３２にて吸収され、この吸収された光によって光吸収層３２で光励起が生じ、電子及び正孔が生成される。そして、外部から印加された電界によって電子は電極２１１に、正孔は電極３６にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子３０において、第１コンタクト層３１から第２コンタクト層３３の方向に電流が生じる。
【０１３６】
また、面発光型半導体レーザ２０の光出力は、主として面発光型半導体レーザ２０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２０の光出力は、面発光型半導体レーザ２０の周囲温度や面発光型半導体レーザ２０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２０において所定の光出力を維持することが必要である。
【０１３７】
本実施形態の光半導体素子２００では、面発光型半導体レーザ２０の光出力を光検出素子３０でモニタし、光検出素子３０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２０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２０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２０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２０の光出力を面発光型半導体レーザ２０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：図示略）を用いて実現することができる。
【０１３８】
また、本実施形態の光半導体素子２００は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と静電耐圧素子４０の電極４１とが電極配線２２１によって電気的に接続されており、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とが電極配線２２２によって電気的に接続されている。面発光型半導体レーザ２０の電極２６はｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４上に形成されたｐ電極であり、電極２８はｎ型の第１ミラー２１上に形成されたｎ電極である。一方、静電耐圧素子４０の電極４１はｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層３１上に形成されたｎ電極であり、電極４２はｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層３３上に形成されたｐ電極である。したがって、静電耐圧素子４０は、電極配線２２１、２２２によって、面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）並列に接続されている。
【０１３９】
図２１は、本発明の第６の実施形態による光半導体素子２００の電気的な等価回路図である。
図２１に示す通り、光検出素子３０は、アノード電極（正電極）が電極３６のパッド部３６ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線２２１のパッド部２２１ｃに接続されている。また、面発光型半導体レーザ２０は、アノード電極（正電極）が電極配線２２１のパッド部２２１ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線２２２のパッド部２２２ｃに接続されている。静電耐圧素子４０は、アノード電極（正電極）が電極配線２２２のパッド部２２２ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線２２１のパッド部２２１ｃに接続されている。
【０１４０】
〔光半導体素子の動作〕
次に、実施形態の光半導体素子２００の一般的な動作について説明する。なお、下記の光半導体素子２００の駆動方法は一例であり、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。まず、パッド部２２１ｃ、２２２ｃを不図示の電源に接続して電極２６と電極２８との間に順方向の電圧を印加すると、面発光型半導体レーザ２０の活性層２２において、電子と正孔との再結合が生じ、再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー２３と第１ミラー２１との間を往復する間に誘導放出が起こって光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、第２ミラー２３の上面からレーザ光が射出され、分離層２７へと入射する。次いで、レーザ光は光検出素子３０の第１コンタクト層３１に入射する。
【０１４１】
次に、光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１に入射した光は光吸収層３２に入射する。この入射光の一部が光吸収層３２にて吸収されると光吸収層３２において光励起が生じ、電子及び正孔が生じる。そして、外部から印加された電界により、電子は電極２１１に、正孔は電極３６にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子３０において、第１コンタクト層３１から第２コンタクト層３３の方向に電流（光電流）が生じる。この電流をパッド部３６ｃ、２２１ｃから取り出してその値を測定することにより、面発光型半導体レーザ２０の光出力を検知することができる。
【０１４２】
ここで、電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されたとする。この逆方向の電圧は、面発光型半導体レーザ２０にとっては逆方向の電圧であるが、静電耐圧素子４０にとっては順方向の電圧である。このため、面発光型半導体レーザ２０にとって逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子４０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０を静電破壊から保護することができる。
【０１４３】
〔光半導体素子の製造方法〕
次に、以上説明した光半導体素子２００の製造方法について説明する。図２２〜図２４は、本発明の第６の実施形態による光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、これらの図は図２０に示す断面図に対応している。本実施形態の光半導体素子２００を製造するには、図２２（ａ）に示す通り、まずｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体基板１１の表面１１ａに組成を変調させながらエピタキシャル成長させて半導体多層膜を形成する。
【０１４４】
ここで、半導体多層膜は、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２１、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層とからなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層２２、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２３、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層からなる分離層２７、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層３１、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３２及びｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層３３からなる。これらの層を順に半導体基板１１上に積層させることにより、半導体多層膜が形成される。なお、分離層２７は、ｐ型またはｎ型のＡｌＧａＡｓ層としてもよい。
【０１４５】
なお、第２ミラー２３を成長させる際に、活性層２２近傍の少なくとも１層は、後に酸化されて電流狭窄層２５となる層に形成される（図２３（ｃ）参照）。具体的には、電流狭窄層２５となる層は、Ａｌ組成が分離層２７のＡｌ組成より大きなＡｌＧａＡｓ層（ＡｌＡｓ層を含む）に形成される。換言すると、分離層２７は、Ａｌ組成が電流狭窄層２５となる層より小さなＡｌＧａＡｓ層に形成することが望ましい。これにより、後述する電流狭窄層２５を形成する酸化工程において（図２３（ｃ）参照）、分離層２７は酸化されないようにすることができる。より具体的には、例えば電流狭窄層２５となる層のＡｌ組成が０．９５以上であって、分離層２７のＡｌ組成が０．９５未満であるように、電流狭窄層２５となる層及び分離層２７を形成することが望ましい。分離層２７の光学的膜厚は、面発光型半導体レーザ２０（図２０参照）の設計波長がλであるとすると、例えば、λ／４の奇数倍にすることが好適である。
【０１４６】
また、第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の光学的膜厚の総和、すなわち、光検出素子３０（図２０参照）の全体の光学的膜厚は、例えばλ／４の奇数倍とすることが好適である。かかる膜厚にすることで、光検出素子３０全体は分布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２０における活性層２２の上方において、光検出素子３０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２０の特性に悪影響を及ぼすことなく、光検出素子３０は分布反射型ミラーとして機能することができる。
【０１４７】
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１１の種類、あるいは形成する半導体多層膜の種類、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℃に設定するのが好ましい。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、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、あるいはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法を用いることができる。
【０１４８】
次に、図２２（ｂ）に示す通り、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を形成する。第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を形成するには、まず、半導体多層膜上にレジスト（図示略）を塗布した後、リソグラフィ法によりレジストをパターニングする。これにより、第２コンタクト層３３の上面に所定の平面形状を有するレジスト層が形成される。次いで、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をエッチングする。これにより、第２コンタクト層３３と、第２コンタクト層３３と同一の平面形状を有する光吸収層３２とが形成される。これにより、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４が形成される。なお、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４が形成されると、レジスト層は除去される。
【０１４９】
第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を形成すると、第１コンタクト層３１を所定の形状にパターニングする。具体的には、まず、第１コンタクト層３１上にレジスト（図示略）を塗布した後、リソグラフィ法により塗布したレジストをパターニングする。これにより、第１コンタクト層３１上に第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を覆うように所定のパターンのレジスト層が形成される。次いで、このレジスト層をマスクとして、第１コンタクト層３１を、例えばドライエッチングにより所定の厚みになるまでエッチングする。
【０１５０】
次いで、残りの第１コンタクト層３１を、ウェットエッチング法によりエッチングする。ここで、第１コンタクト層３１のエッチングには、エッチャントとして、例えばアンモニア、過酸化水素及び水との混合溶液を用いることができる。アンモニア、過酸化水素及び水の混合比率は、例えば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。第１コンタクト層３１の下には分離層２７が配置されており、分離層２７がエッチングストッパ層として機能するため、分離層２７が露出した時点で、第１コンタクト層３１のエッチングを正確かつ容易に止めることができる。
【０１５１】
以上の工程を経ることにより、図２２（ｂ）に示す通り、光検出素子３０及び静電耐圧素子４０が形成される。光検出素子３０及び静電耐圧素子４０は、第２コンタクト層３３、光吸収層３２及び第１コンタクト層３１を含んでなる。また、第１コンタクト層３１の平面形状は、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２の平面形状よりも大きく形成される。このように、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子４０とが同一の工程を経て形成される。なお、以上説明した工程では、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をパターニングした後、第１コンタクト層３１をパターニングしていたが、第１コンタクト層３１をパターニングした後、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をパターニングしてもよい。
【０１５２】
光検出素子３０及び静電耐圧素子４０を形成すると、図２２（ｃ）に示す通り、分離層２７を所定の形状にパターニングする。具体的には、上述のレジスト層（第１コンタクト層３１のエッチングに用いたレジスト層）をマスクとして、分離層２７をエッチングする。
このとき、分離層２７の下には、コンタクト層２４が配置されており、このコンタクト層２４がエッチングストッパ層として機能するため、分離層２７のエッチングを、コンタクト層２４が露出した時点で、正確かつ容易に止めることができる。ここで、分離層２７のエッチングに用いるエッチャントとして、例えばフッ化水素水溶液や、フッ化水素酸系緩衝溶液を用いることができる。
【０１５３】
これにより、図２２（ｃ）に示す通り、パターニングされた分離層２７が形成される。その後、レジスト層（第１コンタクト層３１及び分離層２７のエッチングに用いたレジスト層）が除去される。図示の例では、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状と同じとなるように形成したが、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも大きく形成しても良い。具体的には、上述の分離層２７のパターニングに用いるレジスト層を、より平面形状の大きなレジスト層にして分離層２７をパターニングすることができる。
【０１５４】
次に、図２３（ａ）に示す通り、第１柱状部Ｐ１を含む面発光型半導体レーザ２０及び静電耐圧素子４０の下方に位置する第３柱状部Ｐ３の残りの部分を形成する。具体的には、まず、コンタクト層２４上にレジスト（図示略）を塗布した後、リソグラフィ法により塗布したレジストをパターニングする。これにより、所定のパターンのレジスト層が形成される。次いで、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、コンタクト層２４、第２ミラー２３及び活性層２２をエッチングする。なお、本実施形態では、第１柱状部Ｐ１と第３柱状部Ｐ３との間の活性層２２はエッチングせずに残すようにしている。これにより、図２３（ａ）に示す通り、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３が形成される。
【０１５５】
以上の工程により、半導体基板１１上に、第１柱状部Ｐ１を含む垂直共振器（面発光型半導体レーザ２０）が形成される。これにより、面発光型半導体レーザ２０と、分離層２７と、光検出素子３０との積層体が形成され、さらに、第３柱状部Ｐ３の上方に静電耐圧素子４０が形成される。その後、レジスト層が除去される。なお、本実施形態では前述した通り、光検出素子３０及び静電耐圧素子４０並びに分離層２７をまず形成した後に第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成する場合について説明したが、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成した後に光検出素子３０及び静電耐圧素子４０並びに分離層２７を形成してもよい。
【０１５６】
続いて、図２３（ｂ）に示す通り、電流狭窄層２５を形成する。この電流狭窄層２５を形成するには、上記工程によって第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３が形成された半導体基板１１を、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に投入する。これにより、前述した第２ミラー２３中のＡｌ組成が高い層が側面から酸化されて、電流狭窄層２５が形成される。
【０１５７】
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。酸化により形成される電流狭窄層２５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２５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、電流狭窄層２５を形成する工程において、形成する電流狭窄層２５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。また、面発光型半導体レーザ２０から射出されるレーザ光の大部分が第１コンタクト層３１に入射するように、電流狭窄層２５の径を調整することが望ましい。
【０１５８】
次に、図２４（ａ）に示す通り、活性層２２及び第１ミラー２１上であって第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の周囲及び第２柱状部Ｐ２の周囲に絶縁層５０を形成する。絶縁層５０の材質としては厚膜化が容易なものを用いることが望ましい。絶縁層５０の膜厚は、例えば２〜４μｍ程度であるが、特に限定される訳ではなく、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の高さに応じて適宜設定することができる。
【０１５９】
例えば、絶縁層５０は、熱または光など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及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などが例示できる。また、例えば、絶縁層５０は、上記材料を複数用いて積層膜とすることもできる。
【０１６０】
ここでは、絶縁層５０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、例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１１上に塗布して前駆体層を形成する。このとき、前駆体層が第１柱状部Ｐ１の上面を覆うように前駆体層を形成する。なお、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、液滴吐出法などの公知技術が利用できる。次いで、例えばホットプレートなどを用いて半導体基板１１を加熱して溶媒を除去した後、例えば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、図２４（ａ）に示す通り、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することにより、絶縁層５０を形成する。
【０１６１】
なお、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、例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。また、上述の絶縁層５０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、例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。
【０１６２】
以上の工程が終了すると、図２４（ｂ）に示す通り、第１ミラー２１上の電極２８及び第１コンタクト層３１の上面上の電極２１１、４１が形成される。また、コンタクト層２４上の電極２６及び第２コンタクト層３３上の電極３６、４２が形成される。ここで、電極３６は、リング状の平面形状を有する接続部３６ａ、直線状の平面形状を有する引出部３６ｂ、円状の平面形状を有するパッド部３６ｃを有しているが、第２コンタクト層３３の上面上には接続部３６ａが形成され、引出部３６ｂ及びパッド部３６ｃは絶縁層５０上に形成される。
【０１６３】
電極２８、４１、２１１を形成する具体的な方法は以下の通りである。まず、電極２８、４１、２１１を形成する前に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて、第１ミラー２１の上面及び第１コンタクト層３１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。次に、例えば真空蒸着法により、例えばクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を形成する。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電極２８、４１、２１１が形成される。
【０１６４】
また、電極２６、３６、４２を形成する具体的な方法は以下の通りである。まず、電極２６、３６、４２を形成する前に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて、コンタクト層２４の上面及び第２コンタクト層３３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。次に、例えば真空蒸着法により、例えばクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜を形成する。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電極２６、３６、４２が形成される。
【０１６５】
なお、上記の電極２８、４１、２１１及び電極２６、３６、４２を形成する工程において、リフトオフ法の代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、真空蒸着法の代わりにスパッタ法を用いることもできる。さらに、上記の工程においては、電極２８、４１、２１１を同時にパターニングし、電極２６、３６、４２を同時にパターニングしているが、これらを個々に形成しても良い。
【０１６６】
以上の工程が終了すると、図２４（ｂ）に示す通り、電極配線２２１、２２２が形成される。
ここで、電極配線２２１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極２１１及び静電耐圧素子４０の電極４１を電気的に接続するよう形成される。また、電極配線２２２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とを電気的に接続するよう形成される。具体的には、上記各電極を形成する場合と同様に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて半導体基板１１上を洗浄する。次いで、例えば真空蒸着法により、例えば金（Ａｕ）からなる金属膜を形成する。そして、リフトオフ法などにより、所定の位置以外の金属膜を除去することにより電極配線２２１、２２２が形成される。
【０１６７】
最後に、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。なお、必要であれば、電極配線２２１、２２２を形成する前にアニール処理を行っても良い。これによって工程によって図１９、図２０に示す本実施形態の光半導体素子２００が製造される。以上説明した通り、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子４０とが同一の工程を経て形成される。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子２００を製造することができる。
【０１６８】
〔第７の実施形態〕
図２５は本発明の第７の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図２６は図２５中のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。なお、図２５及び図２６においては、図１９及び図２０に示した構成に相当するものには同一の符号を付してある。図２５及び図２６に示す通り、本実施形態の光半導体素子２３０は、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子３０及び静電耐圧素子７０を含んで構成される。本実施形態の光半導体素子２３０が備える面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０は、図１９、図２０に示す第６の実施形態の光半導体素子２００が備えるものと同一構成であるが、静電耐圧素子７０は光半導体素子２００が備える静電耐圧素子４０とは異なる構成である。
【０１６９】
本実施形態においては、第３柱状部Ｐ３が第２ミラー２３のみから形成されており、第４柱状部Ｐ４は形成されていない。この第３柱状部Ｐ３を構成する第２ミラー２３は、前述した通り、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層（以下、第１層と称する）とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層（以下、第２層と称する）とを交互に積層したものであり、何れか一方の層が第３柱状部Ｐ３の上面に現れている。なお、ここでは、第１層が第３柱状部Ｐ３の上面に現れているとする。
【０１７０】
図２７は、第３柱状部Ｐ３の最上部を拡大した断面図である。図２７（ａ）に示す通り、第３柱状部Ｐ３の最上部には第１層Ｌ１と第２層Ｌ２とが積層されている。第３柱状部Ｐ３の最上部において、最も上方に位置する第１層Ｌ１が除去されている部分があり、この部分において第２層Ｌ２が第３柱状部Ｐ３の上面に現れている。第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する第１層Ｌ１上には電極７１が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面に現れている第２層Ｌ２上には電極７２が形成されている。本実施形態では、電極７１と第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する第１層Ｌ１との接合がショットキー接合となっており、これにより静電耐圧素子７０が形成されている。すなわち、面発光型半導体レーザ２０をなす第１ミラー２１の一部と同一の層構造を用いて静電耐圧素子７０が形成されている。
【０１７１】
第１層Ｌ１はｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層であるため、ショットキー接合を形成する電極７１としては、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いることができる。あるいは、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属膜、若しくはアルミニウム（Ａｌ）と金（Ａｕ）との合金からなる金属膜を用いることができる。また、第２層Ｌ２上に形成される電極７２は、第６の実施形態の光半導体素子２００に形成された電極２６、３６、４２と同様に、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜、または、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。
【０１７２】
なお、図２７（ａ）に示す例では、１ペアをなす第１層Ｌ１上に電極７１を、第２層Ｌ２上に電極７２を形成していた。しかしながら、図２７（ｂ）に示す通り、１つのペアの第１層Ｌ１上に電極７１を形成し、このペアとは異なるペアの第２層Ｌ２上に電極７２を形成しても良い。図２７（ｂ）に示す例では、上面に電極７１が形成された第１層Ｌ１（最も上方に位置する第１層Ｌ１）と、上面に電極７２が形成された第２層Ｌ２との間に第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２とが１層ずつ設けられた構成を図示しているが、これらの間に設けられる層数は任意でよい。また、図２７に示す例では、第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する層が第１層Ｌ１である場合を図示しているが、第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する層が第２層Ｌ２であっても良い。すなわち、第２層Ｌ２上に電極７１が形成され、第１層Ｌ１上に電極７２が形成されていても良い。
【０１７３】
また、図２６に示す通り、電極７１上には電極配線２２１が形成されている。これにより、電極７１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６及び光検出素子３０の電極２１１と電気的に接続されている。また、電極７２上には電極配線２２２が形成されている。これにより、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。したがって、本実施形態の光半導体素子２３０においても、静電耐圧素子７０は、電極配線２２１、２２２によって、面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）並列に接続されている。このため面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子４０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０の静電破壊から保護することができる。
【０１７４】
また、本実施形態においては、ショットキー接合を得るための電極７１を形成する工程が必要になるものの、静電耐圧素子７０を形成するための専用の工程は必要ない。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子２３０を製造することができる。
【０１７５】
〔第８の実施形態〕
図２８は、本発明の第８の実施形態による光半導体素子を模式的に示す断面図である。なお、本実施形態の光半導体素子２４０の平面的な構成は図２５に示す構成と同様の構成である。
したがって、図２８は、図２５中のＦ−Ｆ線に沿う断面図ということができる。なお、図２８においては、図１９及び図２に示した構成に相当するものには同一の符号を付してある。図２８に示す通り、本実施形態の光半導体素子２４０は、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子３０及び静電耐圧素子９０を含んで構成される。本実施形態の光半導体素子２４０が備える面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０は、図１９、図２０に示す第６の実施形態の光半導体素子２００が備えるものと同一構成であるが、静電耐圧素子９０は光半導体素子２００が備える静電耐圧素子４０及び光半導体素子２３０が備える静電耐圧素子７０とは異なる構成である。
【０１７６】
本実施形態においては、第３柱状部Ｐ３が第２ミラー２３及びコンタクト層２４から形成されており、第４柱状部Ｐ４が分離層２７及び第１コンタクト層３１から形成されている。なお、第４柱状部Ｐ４は、第３柱状部Ｐ３よりも径が小さく形成されている。本実施形態では、コンタクト層２４、分離層２７及び第１コンタクト層３１から静電耐圧素子９０が形成されている。コンタクト層２４と分離層２７とによってヘテロ接合が形成されており、第１コンタクト層３１と分離層２７とによってヘテロ接合が形成されている。すなわち、面発光型半導体レーザ２０を構成するコンタクト層２４及び光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１と同一の層構造を用いて静電耐圧素子９０が形成されている。
【０１７７】
この第４柱状部Ｐ４の上面（第１コンタクト層３１上）には電極９１が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面（コンタクト層２４上）には電極９２が形成されている。電極９１は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。また、電極９２は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜、または、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。
【０１７８】
また、図２８に示す通り、電極９１上には電極配線２２１が形成されている。これにより、電極９１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６及び光検出素子３０の電極２１１と電気的に接続されている。また、電極９２上には電極配線２２２が形成されている。これにより、電極９２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。したがって、本実施形態の光半導体素子２４０においても、静電耐圧素子９０は、電極配線２２１、２２２によって、面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）並列に接続されている。このため面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子４０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０の静電破壊から保護することができる。また、本実施形態においては、静電耐圧素子９０は、面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０を形成するために行われるエッチングを工夫することで形成される。よって、静電耐圧素子９０を形成するための専用の工程は必要ない。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子２４０を製造することができる。
【０１７９】
〔第９の実施形態〕
図２９は本発明の第９の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図３０は図２９中のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。なお、図２９及び図３０においては、図１９及び図２に示した構成に相当するものには同一の符号を付してある。図２９及び図３０に示す通り、本実施形態の光半導体素子２５０は、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子２６０及び静電耐圧素子２７０を含んで構成される。本実施形態の光半導体素子２５０が備える面発光型半導体レーザ２０は、図１９、図２０に示す第６の実施形態の光半導体素子２００が備えるものと同一構成であるが、光検出素子２６０及び静電耐圧素子２７０が光半導体素子２００が備えるものとは異なる構成である。
【０１８０】
図３０に示す通り、面発光型半導体レーザ２０は、第１ミラー２１、活性層２２、第２ミラー２３及びコンタクト層２４からなる。以上説明した第６〜第８の実施形態では、このコンタクト層２４上に分離層２７が形成されていたが、本実施形態では分離層２７が省略されており、コンタクト層２４上に光吸収層２６１とコンタクト層２６２が順に積層されて第２柱状部Ｐ２が形成されている。本実施形態では、面発光型半導体レーザ２０を構成するコンタクト層２４、光吸収層２６１及びコンタクト層２６２から光検出素子２６０が形成されている。
【０１８１】
コンタクト層２４はｐ型ＧａＡｓからなり、光吸収層２６１は不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなり、コンタクト層２６２はｎ型ＧａＡｓ層からなる。具体的には、コンタクト層２４は、例えば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされており、コンタクト層２６２は、例えばケイ素（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型のコンタクト層２４、不純物がドーピングされていない光吸収層２６１及びｎ型のコンタクト層２６２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０１８２】
コンタクト層２４上には、第１柱状部Ｐ１の外周に沿い、かつ第２柱状部Ｐ２を取り囲むようにリング状の平面形状を有する電極２６が形成されている。本実施形態においてはコンタクト層２４は、面発光型半導体レーザ２０と光検出素子２６０とに共用されているため、この電極２６は、面発光型半導体レーザ２０の一方の電極及び光検出素子２６０の一方の電極として共用される。
【０１８３】
また、光検出素子２６０の上面上（コンタクト層２６２上）には電極２６３が形成されている。電極２６３は、光検出素子２６０の他方の電極として使用される。電極２６３には開口部２６４が設けられており、この開口部２６４によってコンタクト層２６２の上面の一部が露出する。この露出した面が、レーザ光の射出面２６５である。したがって、開口部２６４の平面形状及び大きさを適宜設定することにより、射出面２６５の形状及び大きさを適宜設定することができる。本実施形態においては、図２９に示す通り、射出面２６５が円形であるものとする。電極２６３は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。
【０１８４】
電極３６は、図２９に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部２６３ａと、直線状の平面形状を有する引出部２６３ｂと、円状の平面形状を有するパッド部２６３ｃとを有する。電極２６３は、接続部２６３ａにおいてコンタクト層２６２と電気的に接続されている。電極２６３の引出部２６３ｂは、接続部２６３ａとパッド部２６３ｃとを接続している。電極のパッド部２６３ｃは、電極パッドとして用いられる。なお、本実施形態では電極２６３の接続部２６３ａの形状がリング状である場合を例に挙げているが、接続部２６３ａはコンタクト層２６２に接触してさえいれば良いため、その平面形状は任意の形状とすることができる。
【０１８５】
また、本実施形態においては、第３柱状部Ｐ３が第２ミラー２３及びコンタクト層２４から形成されており、第４柱状部Ｐ４が光吸収層２６１とコンタクト層２６２とから形成されている。なお、第４柱状部Ｐ４は、第３柱状部Ｐ３よりも径が小さく形成されている。
本実施形態では、光検出素子２６０と同様に、コンタクト層２４、光吸収層２６１及びコンタクト層２６２から静電耐圧素子２７０が形成されている。すなわち、光検出素子２６０と同一の層構造を用いて静電耐圧素子２７０が形成されている。
【０１８６】
第４柱状部Ｐ４の上面（コンタクト層２６２上）には電極２７１が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面（コンタクト層２４上）には電極２７２が形成されている。電極２７１は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。また、電極２７２は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜、または、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。
【０１８７】
また、図２８に示す通り、電極２７１上には電極配線２２１が形成されている。これにより、電極２７１は、面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子２６０の電極２６と電気的に接続されている。また、電極２７２上には電極配線２２２が形成されている。これにより、電極２７２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。したがって、本実施形態の光半導体素子２５０においても、静電耐圧素子２７０は、電極配線２２１、２２２によって、面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）並列に接続されている。このため面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子２７０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０の静電破壊から保護することができる。また、本実施形態においては、静電耐圧素子２７０は、光検出素子３０と同一の製造プロセスによって形成される。よって、静電耐圧素子２７０を形成するための専用の工程は必要ない。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子２５０を製造することができる。
【０１８８】
以上、本発明の実施形態について説明した、本発明は上記の実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では面発光型半導体レーザ２０の上方に光検出素子３０、２６０が設けられた構成の光素子を例に挙げて説明したが、例えば特公平７−５６５５２号公報または特開平６−３７２９９号公報に開示されている光検出素子の上方に面発光型半導体レーザが設けられた構成の光素子にも本発明を適用することができる。
【０１８９】
また、上記実施形態では、光検出素子３０、２６０が面発光型半導体レーザ２０から射出されたレーザ光の光強度を検出するために設けられていた。しかしながら、外部からの光を受光するために光検出素子３０、２６０を用いても良い。具体的には、例えば光通信の用途に光素子を用い、送信すべき光信号には面発光型半導体レーザ２０から射出されたレーザ光を用い、送信されてきた光信号を光検出素子３０、２６０で受光することができる。光検出素子３０、２６０で受光された光信号は、電極３６、２１１または電極２６、２６３から電気信号として取り出される。さらに、上記実施形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の範囲外となるものではない。
【０１９０】
〔第１０の実施形態〕
次に、本発明の第１０の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図３１は本発明の第１０の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図３２は図３１中のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。図３２に示す通り、本実施形態の光半導体素子３００は、面発光型半導体レーザ２０、受光素子としての光検出素子３０及び静電耐圧素子１１０を含んで構成される。以下、これらの構成及び全体構成について順に説明する。
【０１９１】
〈面発光型半導体レーザ〉
面発光型半導体レーザ２０は、半導体基板（本実施形態ではｎ型ＧａＡｓ基板）１１上に形成されている。この面発光型半導体レーザ２０は垂直共振器を有しており、本実施形態では垂直共振器をなす一方の分布反射型多層膜ミラーが柱状の半導体堆積体（以下、第１柱状部と称する）Ｐ１に形成されている。つまり、面発光型半導体レーザ２０はその一部が第１柱状部Ｐ１に含まれた構成である。
【０１９２】
面発光型半導体レーザ２０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ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、第１ミラーと称する）２１と、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層２２と、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（以下、第２ミラーと称する）２３と、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４とが順次積層された多層構造である。
【０１９３】
なお、本実施形態において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、ガリウム（Ｇａ）に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成をいう。ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、「０」から「１」までである。すなわち、ＡｌＧａＡｓ層は、ＧａＡｓ層（Ａｌ組成が「０」の場合）及びＡｌＡｓ層（Ａｌ組成が「１」の場合）を含む。また、以上説明した第１ミラー２１、活性層２２、第２ミラー２３及びコンタクト層２４を構成する各層の組成及び層数は特に限定される訳ではない。
【０１９４】
面発光型半導体レーザ２０をなす第１ミラー２１は、例えばケイ素（Ｓｉ）がドーピングされることによりｎ型にされており、第２ミラー２３は、例えば炭素（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ミラー２３、不純物がドーピングされていない活性層２２及びｎ型の第１ミラー２１により、ｐｉｎダイオードが形成される。また、面発光型半導体レーザ２０のうち、第２ミラー２３及びコンタクト層２４が、第２ミラー２３の上面からみて円形の形状にエッチングされて第１柱状部Ｐ１が形成されている。なお、本実施形態では、第１柱状部Ｐ１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。
【０１９５】
さらに、第２ミラー２３を構成する層のうち活性層２２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２５が形成されている。この電流狭窄層２５はリング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層２５は、図３１及び図３２に示す半導体基板１１の表面１１ａと平行な面で切断した場合における断面形状が、第１柱状部Ｐ１の平面形状の円形と同心の円のリング状である。
【０１９６】
また、コンタクト層２４上には、第１柱状部Ｐ１の外周に沿うようにリング状の平面形状を有する電極２６が形成されている。この電極２６は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。あるいは、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。この電極２６は、面発光型半導体レーザ２０を駆動するためのものであり、電極２６から活性層２２に電流が注入される。
【０１９７】
〈分離層〉
本実施形態の光半導体素子３００は、面発光型半導体レーザ２０上に分離層２７が形成されている。すなわち、分離層２７は、面発光型半導体レーザ２０と後述する光検出素子３０との間に設けられている。具体的には、図３２に示す通り、分離層２７は、コンタクト層２４上に形成されている。すなわち、分離層２７は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４と、後述する光検出素子３０の後述する第１コンタクト層３１との間に設けられている。なお、前述した通り、コンタクト層２４の上面にはリング状の電極２６が形成されているため、分離層２７は周囲が電極２６に取り囲まれている。
【０１９８】
この分離層２７の平面形状は円形である。図示の例では、分離層２７の平面形状は第１コンタクト層３１の平面形状と同じであるが、これらの直径は第１柱状部Ｐ１の直径よりも小さくなるよう形成されている。なお、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも大きく形成することもできる。分離層２７については、後述する光半導体素子の製造方法の項にてさらに詳細に説明する。
【０１９９】
〈光検出素子〉
光検出素子３０は分離層２７上に設けられている。光検出素子３０は第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３を含んで構成される。第１コンタクト層３１は分離層２７上に設けられ、光吸収層３２は第１コンタクト層３１上に設けられ、第２コンタクト層３３は光吸収層３２上に設けられている。光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも小さく形成されている。
第２コンタクト層３３及び光吸収層３２は、柱状の半導体堆積体（以下、第２柱状部と称する）Ｐ２を構成する。つまり、光検出素子３０はその一部が第２柱状部Ｐ２に含まれた構成である。なお、光検出素子３０の上面は、面発光型半導体レーザ２０からのレーザ光の射出面３４とされている。
【０２００】
光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１はｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層３２は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３３はｐ型ＧａＡｓ層からなる。具体的には、第１コンタクト層３１は、例えばケイ素（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３３は、例えば炭素（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、ｎ型の第１コンタクト層３１、不純物がドーピングされていない光吸収層３２及びｐ型の第２コンタクト層３３により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０２０１】
第１コンタクト層３１上には、その外周に沿うようにリング状の平面形状を有する電極２１１が形成されている。つまり、電極２１１は、第２柱状部Ｐ２を取り囲むように設けられている。この電極２１１は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。
【０２０２】
また、光検出素子３０の上面上（第２コンタクト層３３上）には電極３６が形成されている。電極３６、２１１は、光検出素子３０を駆動するために使用される。電極３６には開口部３７が設けられており、この開口部３７によって第２コンタクト層３３の上面の一部が露出する。この露出した面が、レーザ光の射出面３４である。したがって、開口部３７の平面形状及び大きさを適宜設定することにより、射出面３４の形状及び大きさを適宜設定することができる。本実施形態においては、図３１に示す通り、射出面３４が円形であるものとする。また、電極３６は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４上に形成される電極２６と同じ材質にて形成することができる。
【０２０３】
電極３６は、図３１に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部３６ａと、直線状の平面形状を有する引出部３６ｂと、円状の平面形状を有するパッド部３６ｃとを有する。電極３６は、接続部３６ａにおいて第２コンタクト層３３と電気的に接続されている。電極３６の引出部３６ｂは、接続部３６ａとパッド部３６ｃとを接続している。第４電極のパッド部３６ｃは、電極パッドとして用いられる。なお、本実施形態では電極３６の接続部３６ａの形状がリング状である場合を例に挙げているが、接続部３６ａは第２コンタクト層３３に接触してさえいれば良いため、その平面形状は任意の形状とすることができる。
【０２０４】
〈静電耐圧素子〉
静電耐圧素子１１０は、半導体基板１１上であって、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部が形成された位置とは異なる位置に形成された柱状の半導体堆積体（以下、第３柱状部と称する）Ｐ３及び第３柱状部Ｐ３上の柱状の半導体堆積体（以下、第４柱状部と称する）Ｐ４に形成されている。第３柱状部Ｐ３は、第２ミラー２３、コンタクト層２４、分離層２７、第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３、並びに、分離層１１１及び第１コンタクト層１１２がエッチングされて形成される。また、第４柱状部Ｐ４は、耐圧層１１３及び第２コンタクト層１１４がエッチングされて形成される。
【０２０５】
第３柱状部Ｐ３は第１コンタクト層１１２の上面からみて円形の形状にエッチングされ、第４柱状部Ｐ４は第２コンタクト層１１４の上面からみて円形の形状にエッチングされる。
また、図３１及び図３２に示す通り、第４柱状部Ｐ４は、その直径が第３柱状部Ｐ３の直径よりも小さくなるように形成され、かつ第３柱状部Ｐ３と同心とならないよう、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２から離れる方向に偏心した状態に形成される。第３柱状部Ｐ３に形成される分離層１１１は、第３柱状部Ｐ３の下方の第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３からなるｐｉｎダイオードと静電耐圧素子１１０とを分離するものであり、分離層２７と同様の組成で形成することができる。なお、本実施形態では、第３柱状部Ｐ３と第４柱状部Ｐ４とを偏心させた構造を例に挙げて説明するが、これらが同心の構造であっても良い。
【０２０６】
静電耐圧素子１１０は、第３柱状部Ｐ３の第１コンタクト層１１２と、第４柱状部Ｐ４の耐圧層１１３及び第２コンタクト層１１４とを含んで構成される。このように、静電耐圧素子１１０は、面発光型半導体レーザ２０の層構造及び光検出素子３０の層構造とは異なる層構造に形成される。このため、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子３０及び静電耐圧素子１１０の構造を、光学的及び電気的に最適な構造にすることができる。
【０２０７】
静電耐圧素子１１０を構成する第１コンタクト層１１２はｎ型ＧａＡｓ層からなり、耐圧層１１３は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１１４はｐ型ＧａＡｓ層からなる。具体的には、第１コンタクト層１１２は、例えばケイ素（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１１４は、例えば炭素（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、ｎ型の第１コンタクト層１１２、不純物がドーピングされていない耐圧層１１３及びｐ型の第２コンタクト層１１４により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０２０８】
静電耐圧素子１１０を構成する第１コンタクト層１１２上には、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２と向かい合う側に、略矩形形状の平面形状を有する電極１２１が形成されている。この電極１２１は、光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１上に形成される電極２１１と同じ材質にて形成することができる。すなわち、電極１２１を、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜で形成することができる。
【０２０９】
また、静電耐圧素子１１０を構成する第２コンタクト層１１４上には、電極１２２が形成されている。電極１２１、１２２は、静電耐圧素子１１０を駆動するために使用される。電極１２２は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４上に形成される電極２６と同じ材質にて形成することができる。すなわち、電極１２２を、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜で形成することができる。この電極１２２は、その平面形状を第４柱状部Ｐ４の平面形状と相似の円形の形状にすることが望ましい。
【０２１０】
〈絶縁層〉
本実施形態の光半導体素子３００は、図３１及び図３２に示す通り、主として第１柱状部Ｐ１、第２柱状部Ｐ２及び第３柱状部Ｐ３の周囲を取り囲むよう第１ミラー２１の上、または活性層２２の上に絶縁層５０が形成されている。また、この絶縁層５０は、第４柱状部Ｐ４の側面の一部を覆うように形成されている。この絶縁層５０は、電極３６の引出部３６ｂ及びパッド部３６ｃの下及び後述する電極配線２２１、２２２の下に形成されている。
【０２１１】
〈電極配線〉
電極配線２２１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極２１１及び静電耐圧素子１１０の電極１２１とを電気的に接続するものである。図３１に示す通り、電極配線２２１は、リング状の平面形状を有する接続部２２１ａと、Ｔ字の平面形状を有する引出部２２１ｂと、円状の平面形状を有するパッド部２２１ｃとを有する。電極配線２２１は、接続部２２１ａにおいて電極２６、２１１の上面に接合されて電気的に接続されている。電極配線２２１の引出部２２１ｂは、接続部２２１ａと静電耐圧素子１１０の電極１２１とを接続すると共に、パッド部２２１ｃに接続されている。電極配線２２１のパッド部２２１ｃは、電極パッドとして用いられる。
【０２１２】
また、電極配線２２２は、第１ミラー２１上の一部に形成された電極２８と静電耐圧素子１１０の電極１２２とを接続するものである。電極２８は、面発光型半導体レーザ２０の電極の１つであり、光検出素子３０の第１コンタクト層３１上に形成される電極２１１及び静電耐圧素子１１０の第１コンタクト層１１２上に形成される電極１２１と同じ材質にて形成することができる。すなわち、電極２８を、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜で形成することができる。
電極配線２２２は、図３１に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部２２２ａと、矩形の平面形状を有する引出部２２２ｂと、パッド部２２２ｃとを有する。電極配線２２２は、接続部２２２ａにおいて電極１２２の上面に接合されて電気的に接続されている。電極配線２２２の引出部２２２ｂは、接続部２２２ａとパッド部２２２ｃとを接続すると共に、電極２８と接続されている。電極配線２２２のパッド部２２２ｃは、電極パッドとして用いられる。電極配線２２１、２２２は、例えば金（Ａｕ）を用いて形成することができる。
【０２１３】
なお、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極２１１及び静電耐圧素子１１０の電極１２１とを電極配線２２１で接続し、第１ミラー２１上の一部に形成された電極２８と静電耐圧素子１１０の電極１２２とを電極配線２２２で接続する代わりに、電極２６、電極２１１及び電極１２１をワイヤボンディングで接続し、電極２８と電極１２２とをワイヤボンディングで接続しても良い。しかしながら、電極配線２２１、２２２で接続した方が配線抵抗が低いため、高周波特性に優れると共にプロセスの信頼性も高い。
【０２１４】
〈全体の構成〉
本実施形態の光半導体素子３００は、面発光型半導体レーザ２０のｎ型の第１ミラー２１及びｐ型の第２ミラー２３、並びに光検出素子３０のｎ型の第１コンタクト層３１及びｐ型の第２コンタクト層３３から、全体としてｎｐｎｐ構造になっている。光検出素子３０は、面発光型半導体レーザ２０で発生したレーザ光の出力をモニタするために設けられる。具体的には、光検出素子３０は、面発光型半導体レーザ２０で生じたレーザ光を電流に変換し、この電流の値によって面発光型半導体レーザ２０で生じたレーザ光の出力がモニタされる。
【０２１５】
より具体的には、光検出素子３０において、面発光型半導体レーザ２０により生じたレーザ光の一部が光吸収層３２にて吸収され、この吸収された光によって光吸収層３２で光励起が生じ、電子及び正孔が生成される。そして、外部から印加された電界によって電子は電極２１１に、正孔は電極３６にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子３０において、第１コンタクト層３１から第２コンタクト層３３の方向に電流が生じる。
【０２１６】
また、面発光型半導体レーザ２０の光出力は、主として面発光型半導体レーザ２０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２０の光出力は、面発光型半導体レーザ２０の周囲温度や面発光型半導体レーザ２０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２０において所定の光出力を維持することが必要である。
【０２１７】
本実施形態の光半導体素子３００では、面発光型半導体レーザ２０の光出力を光検出素子３０でモニタし、光検出素子３０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２０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２０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２０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２０の光出力を面発光型半導体レーザ２０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：図示略）を用いて実現することができる。
【０２１８】
また、本実施形態の光半導体素子３００は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と静電耐圧素子１１０の電極１２１とが電極配線２２１によって電気的に接続されており、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と静電耐圧素子１１０の電極１２２とが電極配線２２２によって電気的に接続されている。面発光型半導体レーザ２０の電極２６はｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４上に形成されたｐ電極であり、電極２８はｎ型の第１ミラー２１上に形成されたｎ電極である。一方、静電耐圧素子１１０の電極１２１はｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層１１２上に形成されたｎ電極であり、電極１２２はｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層１１４上に形成されたｐ電極である。したがって、静電耐圧素子１１０は、電極配線２２１、２２２によって、面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）並列に接続されている。
【０２１９】
図３３は、本発明の第１０の実施形態による光半導体素子３００の電気的な等価回路図である。
図３３に示す通り、光検出素子３０は、アノード電極（正電極）が電極３６のパッド部３６ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線２２１のパッド部２２１ｃに接続されている。また、面発光型半導体レーザ２０は、アノード電極（正電極）が電極配線２２１のパッド部２２１ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線２２２のパッド部２２２ｃに接続されている。静電耐圧素子１１０は、アノード電極（正電極）が電極配線２２２のパッド部２２２ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線２２１のパッド部２２１ｃに接続されている。
【０２２０】
〔光半導体素子の動作〕
次に、実施形態の光半導体素子３００の一般的な動作について説明する。なお、下記の光半導体素子３００の駆動方法は一例であり、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。まず、パッド部２２１ｃ、２２２ｃを不図示の電源に接続して電極２６と電極２８との間に順方向の電圧を印加すると、面発光型半導体レーザ２０の活性層２２において、電子と正孔との再結合が生じ、再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー２３と第１ミラー２１との間を往復する間に誘導放出が起こって光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、第２ミラー２３の上面からレーザ光が射出され、分離層２７へと入射する。次いで、レーザ光は光検出素子３０の第１コンタクト層３１に入射する。
【０２２１】
次に、光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１に入射した光は光吸収層３２に入射する。この入射光の一部が光吸収層３２にて吸収されると光吸収層３２において光励起が生じ、電子及び正孔が生じる。そして、外部から印加された電界により、電子は電極２１１に、正孔は電極３６にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子３０において、第１コンタクト層３１から第２コンタクト層３３の方向に電流（光電流）が生じる。この電流をパッド部３６ｃ、２２１ｃから取り出してその値を測定することにより、面発光型半導体レーザ２０の光出力を検知することができる。
【０２２２】
ここで、電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されたとする。この逆方向の電圧は、面発光型半導体レーザ２０にとっては逆方向の電圧であるが、静電耐圧素子１１０にとっては順方向の電圧である。このため、面発光型半導体レーザ２０にとって逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子１１０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０を静電破壊から保護することができる。
【０２２３】
〔光半導体素子の製造方法〕
次に、以上説明した光半導体素子３００の製造方法について説明する。図３４〜図３７は、本発明の第１０の実施形態による光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、これらの図は図３２に示す断面図に対応している。本実施形態の光半導体素子３００を製造するには、図３４（ａ）に示す通り、まずｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体基板１１の表面１１ａに組成を変調させながらエピタキシャル成長させて半導体多層膜を形成する。
【０２２４】
ここで、半導体多層膜は、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２１、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層とからなり、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層２２、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２３、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層からなる分離層２７、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層３１、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３２、ｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層３３、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層からなる分離層１１１、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層１１２、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなる耐圧層１１３、ｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層１１４からなる。これらの層を順に半導体基板１１上に積層させることにより、半導体多層膜が形成される。なお、分離層２７、１１１は、ｐ型またはｎ型のＡｌＧａＡｓ層としてもよい。
【０２２５】
なお、第２ミラー２３を成長させる際に、活性層２２近傍の少なくとも１層は、後に酸化されて電流狭窄層２５となる層に形成される（図３６（ａ）参照）。具体的には、電流狭窄層２５となる層は、Ａｌ組成が分離層２７・分離層１１１のＡｌ組成より大きなＡｌＧａＡｓ層（ＡｌＡｓ層を含む）に形成される。換言すると、分離層２７・分離層１１１は、Ａｌ組成が電流狭窄層２５となる層より小さなＡｌＧａＡｓ層に形成することが望ましい。これにより、後述する電流狭窄層２５を形成する酸化工程において（図３６（ａ）参照）、分離層２７は酸化されないようにすることができる。より具体的には、例えば電流狭窄層２５となる層のＡｌ組成が０．９５以上であって、分離層２７・分離層１１１のＡｌ組成が０．９５未満であるように、電流狭窄層２５となる層及び分離層２７・分離層１１１を形成することが望ましい。分離層２７の光学的膜厚は、面発光型半導体レーザ２０（図３２参照）の設計波長がλであるとすると、例えば、λ／４の奇数倍にすることが好適である。また、分離層１１１の膜厚は、絶縁性、耐圧性及び寄生容量などを考慮して決定することが望ましい。
【０２２６】
また、第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の光学的膜厚の総和、すなわち、光検出素子３０（図３２参照）の全体の光学的膜厚は、例えばλ／４の奇数倍とすることが好適である。かかる膜厚にすることで、光検出素子３０全体は分布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２０における活性層２２の上方において、光検出素子３０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２０の特性に悪影響を及ぼすことなく、光検出素子３０は分布反射型ミラーとして機能することができる。
【０２２７】
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１１の種類、あるいは形成する半導体多層膜の種類、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℃に設定するのが好ましい。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、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、あるいはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法を用いることができる。
【０２２８】
次に、図３４（ｂ）に示す通り、第４柱状部Ｐ４を形成する。第４柱状部Ｐ４を形成するには、まず、半導体多層膜上にレジスト（図示略）を塗布した後、リソグラフィ法によりレジストをパターニングする。これにより、第２コンタクト層１１４の上面に所定の平面形状を有するレジスト層が形成される。次いで、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２コンタクト層１１４及び耐圧層１１３をエッチングする。これにより、第２コンタクト層１１４と、第２コンタクト層１１４と同一の平面形状を有する耐圧層１１３とが形成される。これにより、第４柱状部Ｐ４が形成される。なお、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４が形成されると、レジスト層は除去される。
【０２２９】
次に、第４柱状部Ｐ４を覆うようにレジスト層を形成する。そして、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第１コンタクト層１１２及び分離層１１１の途中までエッチングする。これにより、第３柱状部Ｐ３の上部が形成される。以上の工程を経ることにより、図３４（ｂ）に示す通り、静電耐圧素子１１０が形成される。静電耐圧素子１１０は、第２コンタクト層１１４、耐圧層１１３及び第１コンタクト層１１２を含んでなる。第１コンタクト層１１２の平面形状は、第２コンタクト層１１４及び耐圧層１１３の平面形状よりも大きく形成される。
【０２３０】
なお、この工程が終了するとレジスト層は除去される。また、以上説明した工程では、第２コンタクト層１１４及び耐圧層１１３をパターニングした後、第１コンタクト層１１２をパターニングしていたが、第１コンタクト層１１２をパターニングした後、第２コンタクト層１１４及び耐圧層１１３をパターニングしてもよい。
【０２３１】
次いで、図３４（ｂ）に示す通り、第２柱状部Ｐ２を形成する。第２柱状部Ｐ２を形成するには、まず、第２柱状部Ｐ２の最上部の第２コンタクト層３３を露出させる工程が行われる。ここで、第２コンタクト層３３を露出させるのは、前述した通り、光検出素子３０をなす各層（第１コンタクト層３１、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の光学的膜厚の総和が、例えばλ／４の奇数倍からずれると面発光型半導体レーザ２０の特性を悪化させるからである。
【０２３２】
ドライエッチングではエッチング量を精密に制御することが難しいため、上記の工程で分離層１１１の途中までエッチングし、残りの分離層１１１を選択エッチングを用いてエッチングして第２コンタクト層３３を露出させる。具体的には、まず、第４柱状部Ｐ４と第３柱状部Ｐ３の上部とを覆って所定形状にパターニングしたレジスト層を形成する。そして、残りの分離層１１１を、ウェットエッチング法によりエッチングする。ここで、分離層１１１のエッチングに用いるエッチャントとして、例えばフッ化水素水溶液や、フッ化水素酸系緩衝溶液を用いることができる。これにより、第２コンタクト層３３がエッチングストッパ層として機能するため、第２コンタクト層３３が露出した時点で、分離層１１１のエッチングを正確かつ容易に止めることができる。
【０２３３】
次いで、レジスト（図示略）を塗布した後、リソグラフィ法によりレジストをパターニングする。これにより、第４柱状部Ｐ４及び第３柱状部Ｐ３の上面を覆い、かつ、第２コンタクト層３３上の第２柱状部Ｐ２が形成されるべき箇所にレジスト層が形成される。
このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をエッチングする。これにより、第２コンタクト層３３と、第２コンタクト層３３と同一の平面形状を有する光吸収層３２とが形成される。これにより、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４が形成される。なお、第２柱状部Ｐ２が形成されると、レジスト層は除去される。
【０２３４】
第４柱状部Ｐ４及び第２柱状部Ｐ２を形成すると、第１コンタクト層３１を所定の形状にパターニングする。具体的には、まず、レジスト（図示略）を塗布した後、リソグラフィ法により塗布したレジストをパターニングする。これにより、第２柱状部Ｐ２を覆うと共に、第４柱状部Ｐ４及び第３柱状部Ｐ３の上面を覆う所定パターンのレジスト層が形成される。次いで、このレジスト層をマスクとして、第１コンタクト層３１を、例えばドライエッチングにより所定の厚みになるまでエッチングする。
【０２３５】
次いで、残りの第１コンタクト層３１を、ウェットエッチング法によりエッチングする。ここで、第１コンタクト層３１のエッチングには、エッチャントとして、例えばアンモニア、過酸化水素及び水との混合溶液を用いることができる。アンモニア、過酸化水素及び水の混合比率は、例えば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。第１コンタクト層３１の下には分離層２７が配置されており、分離層２７がエッチングストッパ層として機能するため、分離層２７が露出した時点で、第１コンタクト層３１のエッチングを正確かつ容易に止めることができる。
【０２３６】
以上の工程を経ることにより、図３４（ｂ）に示す通り、光検出素子３０が形成される。
光検出素子３０は、第２コンタクト層３３、光吸収層３２及び第１コンタクト層３１を含んでなる。光検出素子３０の第１コンタクト層３１の平面形状は、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２の平面形状よりも大きく形成される。このように、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子１１０とが異なる工程で形成される。なお、以上説明した工程では、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をパターニングした後、第１コンタクト層３１をパターニングしていたが、第１コンタクト層３１をパターニングした後、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をパターニングしてもよい。
【０２３７】
光検出素子３０及び静電耐圧素子１１０を形成すると、図３５（ａ）に示す通り、分離層２７を所定の形状にパターニングする。具体的には、上述のレジスト層（第１コンタクト層３１のエッチングに用いたレジスト層）をマスクとして、分離層２７をエッチングする。
このとき、分離層２７の下には、コンタクト層２４が配置されており、このコンタクト層２４がエッチングストッパ層として機能するため、分離層２７のエッチングを、コンタクト層２４が露出した時点で、正確かつ容易に止めることができる。ここで、分離層２７のエッチングに用いるエッチャントとして、例えばフッ化水素水溶液や、フッ化水素酸系緩衝溶液を用いることができる。
【０２３８】
これにより、図３５（ａ）に示す通り、パターニングされた分離層２７が形成される。その後、レジスト層（第１コンタクト層３１及び分離層２７のエッチングに用いたレジスト層）が除去される。図示の例では、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状と同じとなるように形成したが、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも大きく形成しても良い。具体的には、上述の分離層２７のパターニングに用いるレジスト層を、より平面形状の大きなレジスト層にして分離層２７をパターニングすることができる。
【０２３９】
次に、図３５（ｂ）に示す通り、第１柱状部Ｐ１を含む面発光型半導体レーザ２０及び静電耐圧素子１１０の下方に位置する第３柱状部Ｐ３の残りの部分を形成する。具体的には、まず、コンタクト層２４上にレジスト（図示略）を塗布した後、リソグラフィ法により塗布したレジストをパターニングする。これにより、所定のパターンのレジスト層が形成される。次いで、このレジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、コンタクト層２４、第２ミラー２３及び活性層２２をエッチングする。なお、本実施形態では、第１柱状部Ｐ１と第３柱状部Ｐ３との間の活性層２２はエッチングせずに残すようにしている。これにより、図３５（ｂ）に示す通り、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３が形成される。
【０２４０】
以上の工程により、半導体基板１１上に、第１柱状部Ｐ１を含む垂直共振器（面発光型半導体レーザ２０）が形成される。これにより、面発光型半導体レーザ２０と、分離層２７と、光検出素子３０との積層体が形成され、さらに、第３柱状部Ｐ３の上方に静電耐圧素子１１０が形成される。その後、レジスト層が除去される。なお、本実施形態では前述した通り、光検出素子３０及び静電耐圧素子１１０並びに分離層２７をまず形成した後に第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成する場合について説明したが、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成した後に光検出素子３０及び静電耐圧素子１１０並びに分離層２７を形成してもよい。
【０２４１】
続いて、図３６（ａ）に示す通り、電流狭窄層２５を形成する。この電流狭窄層２５を形成するには、上記工程によって第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３が形成された半導体基板１１を、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に投入する。これにより、前述した第２ミラー２３中のＡｌ組成が高い層が側面から酸化されて、電流狭窄層２５が形成される。
【０２４２】
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。酸化により形成される電流狭窄層２５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２５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、電流狭窄層２５を形成する工程において、形成する電流狭窄層２５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。また、面発光型半導体レーザ２０から射出されるレーザ光の大部分が第１コンタクト層３１に入射するように、電流狭窄層２５の径を調整することが望ましい。
【０２４３】
次に、図３６（ｂ）に示す通り、活性層２２及び第１ミラー２１上であって第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の周囲及び第２柱状部Ｐ２の周囲に絶縁層５０を形成する。絶縁層５０の材質としては厚膜化が容易なものを用いることが望ましい。絶縁層５０の膜厚は、例えば２〜４μｍ程度であるが、特に限定される訳ではなく、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の高さに応じて適宜設定することができる。
【０２４４】
例えば、絶縁層５０は、熱または光など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及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などが例示できる。また、例えば、絶縁層５０は、上記材料を複数用いて積層膜とすることもできる。
【０２４５】
ここでは、絶縁層５０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、例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１１上に塗布して前駆体層を形成する。このとき、前駆体層が第１柱状部Ｐ１の上面を覆うように前駆体層を形成する。なお、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、液滴吐出法などの公知技術が利用できる。次いで、例えばホットプレートなどを用いて半導体基板１１を加熱して溶媒を除去した後、例えば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、図３６（ｂ）に示す通り、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することにより、絶縁層５０を形成する。
【０２４６】
なお、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、例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。また、上述の絶縁層５０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、例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。
【０２４７】
以上の工程が終了すると、図３７に示す通り、第１ミラー２１上の電極２８、第１コンタクト層３１の上面上の電極２１１及び第１コンタクト層１１２上の電極１２１が形成される。
また、コンタクト層２４上の電極２６、第２コンタクト層３３上の電極３６及び第２コンタクト層１１４上の電極１２２が形成される。ここで、電極３６は、リング状の平面形状を有する接続部３６ａ、直線状の平面形状を有する引出部３６ｂ、円状の平面形状を有するパッド部３６ｃを有しているが、第２コンタクト層３３の上面上には接続部３６ａが形成され、引出部３６ｂ及びパッド部３６ｃは絶縁層５０上に形成される。
【０２４８】
電極２８、１２１、２１１を形成する具体的な方法は以下の通りである。まず、電極２８、１２１、２１１を形成する前に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて、第１ミラー２１の上面、第１コンタクト層３１の上面及び第１コンタクト層１１２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。次に、例えば真空蒸着法により、例えばクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を形成する。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電極２８、１２１、２１１が形成される。
【０２４９】
また、電極２６、３６、１２２を形成する具体的な方法は以下の通りである。まず、電極２６、３６、１２２を形成する前に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて、コンタクト層２４の上面、第２コンタクト層３３の上面及び第２コンタクト層１１４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。次に、例えば真空蒸着法により、例えばクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜を形成する。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電極２６、３６、１２２が形成される。
【０２５０】
なお、上記の電極２８、１２１、２１１及び電極２６、３６、１２２を形成する工程において、リフトオフ法の代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、真空蒸着法の代わりにスパッタ法を用いることもできる。さらに、上記の工程においては、電極２８、１２１、２１１を同時にパターニングし、電極２６、３６、１２２を同時にパターニングしているが、これらを個々に形成しても良い。
【０２５１】
以上の工程が終了すると、図３７に示す通り、電極配線２２１、２２２が形成される。ここで、電極配線２２１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極２１１及び静電耐圧素子１１０の電極１２１を電気的に接続するよう形成される。また、電極配線２２２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と静電耐圧素子１１０の電極１２２とを電気的に接続するよう形成される。具体的には、上記各電極を形成する場合と同様に、必要に応じてプラズマ処理法などを用いて半導体基板１１上を洗浄する。次いで、例えば真空蒸着法により、例えば金（Ａｕ）からなる金属膜を形成する。そして、リフトオフ法などにより、所定の位置以外の金属膜を除去することにより電極配線２２１、２２２が形成される。
【０２５２】
最後に、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。なお、必要であれば、電極配線２２１、２２２を形成する前にアニール処理を行っても良い。これによって工程によって図３１、図３２に示す本実施形態の光半導体素子３００が製造される。以上説明した通り、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子１１０とが別々の工程で形成されるが、これらはエッチングを工夫することで容易に形成することができるため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子３００を製造することができる。
【０２５３】
〔第１１の実施形態〕
図３８は本発明の第１１の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図であり、図３９は図３８中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。なお、図３８及び図３９においては、図３１及び図３２に示した構成に相当するものには同一の符号を付してある。図３８及び図３９に示す通り、本実施形態の光半導体素子３１０は、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子３０及び静電耐圧素子１４０を含んで構成される。本実施形態の光半導体素子３１０が備える面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０は、図３１、図３２に示す第１０の実施形態の光半導体素子３００が備えるものと同一構成であるが、静電耐圧素子１４０は光半導体素子３００が備える静電耐圧素子１１０とは異なる構成である。
【０２５４】
上述した第１０の実施形態では、光検出素子３０を構成する第２コンタクト層３３上には分離層１１１、第１コンタクト層１１２、耐圧層１１３及び第２コンタクト層１１４が順に積層されており、分離層１１１上の第１コンタクト層１１２、耐圧層１１３及び第２コンタクト層１１４から静電耐圧素子１１０が形成されていた。これに対し、本実施形態では、第２コンタクト層３３上の分離層１１１及び第１コンタクト層１１２が省かれており、第２コンタクト層３３上に耐圧層１１３及びコンタクト層１４１が順に積層されている。そして、第２コンタクト層３３、耐圧層１１３及びコンタクト層１４１から静電耐圧素子１４０が形成されている。
すなわち、静電耐圧素子１４０には、光検出素子３０を構成する第２コンタクト層３３と同一の層が含まれている。
【０２５５】
耐圧層１１３上に積層されているコンタクト層１４１は、第１０の実施形態の第１コンタクト層１１２と同様のｎ型ＧａＡｓ層からなる。具体的には、このコンタクト層１４１は、例えばケイ素（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コンタクト層３３、不純物がドーピングされていない耐圧層１１３及びｎ型のコンタクト層１４１によりｐｉｎダイオードが形成されている。
【０２５６】
本実施形態においては、第２コンタクト層３３が第３柱状部Ｐ３に形成されており、耐圧層１１３及びコンタクト層１４１が第４柱状部Ｐ４に形成されている。第３柱状部Ｐ３は第２コンタクト層３３の上面からみて円形の形状にエッチングされ、第４柱状部Ｐ４はコンタクト層１４１の上面からみて円形の形状にエッチングされる。また、図３８及び図３９に示す通り、第４柱状部Ｐ４は、その直径が第３柱状部Ｐ３の直径よりも小さくなるように形成され、かつ第３柱状部Ｐ３と同心とならないよう、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２に向かう方向に偏心した状態に形成される。なお、本実施形態では、第３柱状部Ｐ３と第４柱状部Ｐ４とを偏心させた構造を例に挙げて説明するが、これらが同心の構造であっても良い。
【０２５７】
第４柱状部Ｐ４の上面（コンタクト層１４１上）には電極１４２が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面（第２コンタクト層３３上）には電極１４３が形成されている。電極１４２は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。また、電極１４３は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金及び金（Ａｕ）の積層膜、または、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。
【０２５８】
また、図３９に示す通り、電極１４２上には電極配線２２１が形成されている。これにより、電極１４２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６及び光検出素子３０の電極２１１と電気的に接続されている。また、電極１４３上には電極配線２２２が形成されている。これにより、電極１４３は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と、電気的に接続されている。したがって、本実施形態の光半導体素子３１０においても、静電耐圧素子１４０は、電極配線２２１、２２２によって、面発光型半導体レーザ２０に対して逆極性となるよう（逆方向の整流作用を有するよう）並列に接続されている。このため面発光型半導体レーザ２０の電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子１４０に電流が流れるため、面発光型半導体レーザ２０の静電破壊から保護することができる。
【０２５９】
また、本実施形態においては、第１０の実施形態で必要であった分離層１１１及び第１コンタクト層１１２を省いており、第２コンタクト層３３を光検出素子３０と静電耐圧素子１４０とで共用している。したがって、本実施形態では、第１０の実施形態に比べてエピタキシャル層が２層少ないため、工程数の削減及び材料費削減を図ることができる。また、静電耐圧素子１４０の耐圧層１１３は光検出素子３０で用いられておらず、静電耐圧素子１４０の電気的な特性が最適となるよう耐圧層１１３の膜厚を設定することができる。
【０２６０】
さらに、本実施形態においても、静電耐圧素子１４０は、一部が共通するものの光検出素子３０とは別の工程で形成される。しかしながら、静電耐圧素子１４０はエッチングを工夫することで容易に形成することができるため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子３００を製造することができる。
【０２６１】
以上、本発明の実施形態について説明した、本発明は上記の実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では面発光型半導体レーザ２０の上方に光検出素子３０が設けられた構成の光素子を例に挙げて説明したが、例えば特公平７−５６５５２号公報または特開平６−３７２９９号公報に開示されている光検出素子の上方に面発光型半導体レーザが設けられた構成の光素子にも本発明を適用することができる。
【０２６２】
また、上記実施形態では、光検出素子３０が面発光型半導体レーザ２０から射出されたレーザ光の光強度を検出するために設けられていた。しかしながら、外部からの光を受光するために光検出素子３０を用いても良い。具体的には、例えば光通信の用途に光素子を用い、送信すべき光信号には面発光型半導体レーザ２０から射出されたレーザ光を用い、送信されてきた光信号を光検出素子３０で受光することができる。光検出素子３０で受光された光信号は、電極３６、２１１から電気信号として取り出される。さらに、上記実施形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の範囲外となるものではない。さらに、上記実施形態では、静電耐圧素子１４０がｐｉｎダイオードである場合（ＰＩＮ接合が形成されてなる素子である場合）を例に挙げて説明したが、これ以外にＰＮ接合、ヘテロ接合、またはショットキー接合が形成されてなる素子によっても静電耐圧素子１４０を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２６３】
【図１】本発明の第１の実施形態における光半導体素子の模式的な平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１の等価回路図である。
【図４】図１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】同じく、図１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】同じく、図１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】第２の実施形態における光半導体素子の模式的な平面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図９】図７の第３柱状部の最上部を示す部分拡大図である。
【図１０】第３の実施形態における光半導体素子の模式的な断面図である。
【図１１】第４の実施形態における光半導体素子の模式的な平面図である。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図１３】図１１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】同じく、図１１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】同じく、図１１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１６】同じく、図１１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１７】第５の実施形態における光半導体素子の模式的な平面図である。
【図１８】図１７のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図１９】第６の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図である。
【図２０】図１９のＥ−Ｅ矢視断面図である。
【図２１】図１９の等価回路図である。
【図２２】図１９の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２３】同じく、図１９の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２４】同じく、図１９の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２５】第７の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図である。
【図２６】図２５のＦ−Ｆ矢視断面図である。
【図２７】第３柱状部の最上部を示す部分拡大図である。
【図２８】第８の実施形態による光半導体素子を模式的に示す断面図である。
【図２９】第９の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図である。
【図３０】図２９のＧ−Ｇ矢視断面図である。
【図３１】第１０の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図である。
【図３２】図３１のＨ−Ｈ矢視断面図である。
【図３３】図３１の等価回路図である。
【図３４】図３１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３５】同じく、図３１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３６】同じく、図３１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３７】同じく、図３１の光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３８】第１１の実施形態による光半導体素子を模式的に示す平面図である。
【図３９】図３８のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【符号の説明】
【０２６４】
１０，６０，８０，１００，１３０  光半導体素子、１１  半導体基板、１１ａ  表面、２０  面発光型半導体レーザ、２７，１１１  分離層、３０  光検出素子、３１  第１コンタクト層（第１半導体層）、３２  光吸収層（第２半導体層）、３３  第２コンタクト層（第３半導体層）、３５ｃ，３６ｃ  パッド部（出力端子）、４０，７０，９０，１１０  静電耐圧素子、５１ｃ，５２ｃ  パッド部（入力端子）
【図１】
2008004746.tif 000003
【図２】
2008004746.tif 000004
【図３】
2008004746.tif 000005
【図４】
2008004746.tif 000006
【図５】
2008004746.tif 000007
【図６】
2008004746.tif 000008
【図７】
2008004746.tif 000009
【図８】
2008004746.tif 000010
【図９】
2008004746.tif 000011
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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