(57)【要約】【課題】面発光型半導体レーザ部および光検出部を含む光素子に関して、信頼性の向上を図る。【解決手段】本発明にかかる光素子１００は、面発光型半導体レーザ部１４０と、前記面発光型半導体レーザ部の上方に形成された分離部２０と、前記分離部の上方に形成された光検出部１２０と、を含み、前記分離部は、第１導電型の半導体からなる第１分離層２２と、当該第１分離層と屈折率の異なる第２導電型の半導体からなる第２分離層２４とを有し、前記面発光型半導体レーザ部の発振波長の光を反射するミラーとしての機能を有する。【選択図】図２
2008205368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光型半導体レーザ部と、
前記面発光型半導体レーザ部の上方に形成された分離部と、
前記分離部の上方に形成された光検出部と、
を含み、
前記分離部は、
前記面発光型半導体レーザ部と前記光検出部とを電気的に分離し、
第１導電型の半導体からなる第１分離層と、当該第１分離層の上方または下方に形成され、かつ当該第１分離層と屈折率の異なる第２導電型の半導体からなる第２分離層とを有し、
前記第１分離層と前記第２分離層との界面において前記面発光型半導体レーザ部の発振波長の光の少なくとも一部を反射するミラーとしての機能を有する、光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記分離部は、複数の前記第１分離層および前記第２分離層を有し、前記第１分離層および前記第２分離層が交互に積層された構造を有する、光素子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記面発光型半導体レーザ部は、
第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記第２ミラーの最上層の屈折率は、前記分離部の最下層の屈折率と異なる、光素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記面発光型半導体レーザ部は、
第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記第２ミラーは、第１の屈折率を有する第１の屈折率層と、第２の屈折率を有する第２の屈折率層とを交互に積層した積層体であり、
前記分離部における前記第１分離層および前記第２分離層の積層数は、前記第２ミラーにおける第１の屈折率層および第２の屈折率層の積層数より多い、光素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記分離部は、第１導電型のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層と、第２導電型のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層とが交互に積層された半導体ミラーであり、
ｘは、ｙと異なる、光素子。
【請求項６】
請求項５において、
前記分離部は、ｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層と、ｎ型のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層とが交互に積層された半導体ミラーであり、
ｘは、ｙより大きい、光素子。
【請求項７】
請求項５において、
前記分離部において、前記第１導電型のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層が最下層に形成され、
前記第２ミラーの最上層は、第１導電型または第２導電型のＡｌｚａ１−ｚＡｓ層からなり、
ｚは、ｘより小さい、光素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記面発光型半導体レーザ部は、
第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
前記第１ミラーと電気的に接続された第１電極と、
前記第２ミラーと電気的に接続された第２電極と、を有し、
前記光検出部は、前記分離部の上方に形成された第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第２コンタクト層と、
前記第１コンタクト層と電気的に接続された第３電極と、
前記第２コンタクト層と電気的に接続された第４電極と、を有し、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極のそれぞれは、電気的に独立している、光素子。
【請求項９】
光検出部と、
前記光検出部の上方に形成された分離部と、
前記分離部の上方に形成された面発光型半導体レーザ部と、
を含み、
前記面発光型半導体レーザ部は、上方にレーザ光を出射し、かつ下方に光を発振し、
前記光検出部は、前記面発光型半導体レーザ部の下方から発振された光を検出し、
前記分離部は、
前記面発光型半導体レーザ部と前記光検出部とを電気的に分離し、
第１導電型の半導体からなる第１分離層と、当該第１分離層の上方または下方に形成され、かつ当該第１分離層と屈折率の異なる第２導電型の半導体からなる第２分離層とを有し、
前記第１分離層と前記第２分離層との界面において前記面発光型半導体レーザ部の発振波長の光の少なくとも一部を反射するミラーとしての機能を有する、光素子。
【請求項１０】
請求項９において、
前記面発光型半導体レーザ部は、
第２ミラーと、
前記第２ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第１ミラーと、を有し、
前記第２ミラーの最下層の屈折率は、前記分離部の最上層の屈折率と異なる、光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザは、環境温度により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モジュールにおいては、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機能が備えられている場合がある。例えば、面発光型半導体レーザ上にフォトダイオード等の光検出素子を設けることにより、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同一素子内でモニタすることができる（例えば特開平１０−１３５５６８号公報参照）。
【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部および光検出部を含む光素子に関して、信頼性の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明にかかる光素子は、
面発光型半導体レーザ部と、
前記面発光型半導体レーザ部の上方に形成された分離部と、
前記分離部の上方に形成された光検出部と、
を含み、
前記分離部は、
前記面発光型半導体レーザ部と前記光検出部とを電気的に分離し、
第１導電型の半導体からなる第１分離層と、当該第１分離層の上方または下方に形成され、かつ当該第１分離層と屈折率の異なる第２導電型の半導体からなる第２分離層とを有し、
前記第１分離層と前記第２分離層との界面において前記面発光型半導体レーザ部の発振波長の光の少なくとも一部を反射するミラーとしての機能を有する。
【０００５】
この光素子では、前記第１コンタクト層と前記第２ミラーとの間には、キャリア（電子や正孔）に対して大きな電位障壁が複数存在する。従って、前記面発光型半導体レーザ部と前記光検出部の間のリーク電流を減らすことができ、光素子の信頼性を向上させることができる。また、同時に分離部がミラーとして機能するため、面発光型半導体レーザ部のミラーを薄く形成することができるため、低抵抗構造にすることができる。
【０００６】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００７】
本発明にかかる光素子において、
前記分離部は、複数の前記第１分離層および前記第２分離層を有し、前記第１分離層および前記第２分離層が交互に積層された構造を有することができる。
【０００８】
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザ部は、
第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記第２ミラーの最上層の屈折率は、前記分離部の最下層の屈折率と異なることができる。
【０００９】
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザ部は、
第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記第２ミラーは、第１の屈折率を有する第１の屈折率層と、第２の屈折率を有する第２の屈折率層とを交互に積層した積層体であり、
前記分離部における前記第１分離層および前記第２分離層の積層数は、前記第２ミラーにおける第１の屈折率層および第２の屈折率層の積層数より多いことができる。
【００１０】
本発明にかかる光素子において、
前記分離部は、第１導電型のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層と、第２導電型のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層とが交互に積層された半導体ミラーであり、
ｘは、ｙと異なることができる。
【００１１】
本発明にかかる光素子において、
前記分離部は、ｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層と、ｎ型のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層とが交互に積層された半導体ミラーであり、
ｘは、ｙより大きいことができる。
【００１２】
本発明にかかる光素子において、
前記分離部において、前記第１導電型のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層が最下層に形成され、
前記第２ミラーの最上層は、第１導電型または第２導電型のＡｌｚａ１−ｚＡｓ層からなり、
ｚは、ｘより小さいことができる。
【００１３】
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザ部は、
第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、
前記第１ミラーと電気的に接続された第１電極と、
前記第２ミラーと電気的に接続された第２電極と、を有し、
前記光検出部は、前記分離部の上方に形成された第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第２コンタクト層と、
前記第１コンタクト層と電気的に接続された第３電極と、
前記第２コンタクト層と電気的に接続された第４電極と、を有し、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極、および前記第４電極のそれぞれは、電気的に独立していることができる。
【００１４】
本発明にかかる光素子は、
光検出部と、
前記光検出部の上方に形成された分離部と、
前記分離部の上方に形成された面発光型半導体レーザ部と、
を含み、
前記面発光型半導体レーザ部は、上方にレーザ光を出射し、かつ下方に光を発振し、
前記光検出部は、前記面発光型半導体レーザ部の下方から発振された光を検出し、
前記分離部は、
前記面発光型半導体レーザ部と前記光検出部とを電気的に分離し、
第１導電型の半導体からなる第１分離層と、当該第１分離層の上方または下方に形成され、かつ当該第１分離層と屈折率の異なる第２導電型の半導体からなる第２分離層とを有し、
前記第１分離層と前記第２分離層との界面において前記面発光型半導体レーザ部の発振波長の光の少なくとも一部を反射するミラーとしての機能を有する。
【００１５】
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザ部は、
第２ミラーと、
前記第２ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第１ミラーと、を有し、
前記第２ミラーの最下層の屈折率は、前記分離部の最上層の屈折率と異なる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
１．光素子
まず、本実施形態に係る光素子について説明する。
【００１８】
図１は、光素子１００を模式的に示す平面図であり、図２は、図１のII−II線断面図であり、図３は、図１のIII−III線断面図である。
【００１９】
本実施形態に係る光素子１００は、図２および図３に示すように、基板１０１と、面発光型半導体レーザ部１４０と、分離部２０と、光検出部１２０と、第１〜第４電極１０７，１０９，１１６，１１０と、第１〜第３絶縁層３０，３２，４０と、を含むことができる。
【００２０】
基板１０１としては、例えば第１導電型（例えばｎ型）ＧａＡｓ基板などを用いることができる。
【００２１】
面発光型半導体レーザ部１４０は、基板１０１上に形成されている。面発光型半導体レーザ部１４０は、第１導電型（ｎ型）の第１ミラー１０２と、第１ミラー１０２の上に形成された活性層１０３と、活性層１０３の上に形成された第２導電型（例えばｐ型）の第２ミラー１０４と、を含む。具体的には、第１ミラー１０２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（ＤＢＲ）ミラーである。活性層１０３は、例えば、ＧａＡｓウェル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層から構成される量子井戸構造を３層重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。第２ミラー１０４は、例えば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した１０ペアのＤＢＲミラーと、その上に形成されたｐ型ＧａＡｓ層（第２ミラー１０４の最上層）１４と、を含む。第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４は、垂直共振器であることができる。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特に限定されるわけではない。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ダイオードが構成される。第１ミラー１０２の一部、活性層１０３、および第２ミラー１０４は、例えば柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）１３０を構成することができる。柱状部１３０の平面形状は、例えば円形などである。
【００２２】
また、図２および図３に示すように、例えば、第２ミラー１０４を構成する層のうちの少なくとも１層を電流狭窄層１０５とすることができる。電流狭窄層１０５は、活性層１０３に近い領域に形成されている。電流狭窄層１０５としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ層を酸化したものなどを用いることができる。電流狭窄層１０５は、開口部を有する絶縁層である。電流狭窄層１０５はリング状に形成されている。
【００２３】
第１ミラー１０２の上面上には、第１電極１０７が形成されている。第１電極１０７は、第１ミラー１０２と電気的に接続されている。第１電極１０７は、図１に示すように、接触部１０７ａと、引き出し部１０７ｂと、パッド部１０７ｃと、を含むことができる。第１電極１０７は、接触部１０７ａにおいて第１ミラー１０２と接触している。第１電極１０７の接触部１０７ａの平面形状は、例えば図１に示すようなリング形状の一部を切り取った形状などである。第１電極１０７の引き出し部１０７ｂは、接触部１０７ａとパッド部１０７ｃとを接続している。引き出し部１０７ｂの平面形状は、例えば図１に示すような直線状などである。第１電極１０７のパッド部１０７ｃは、電極パッドとして外部の配線等と接続される。パッド部１０７ｃの平面形状は、例えば図１に示すような円形などである。第１電極１０７は、例えば、クロム（Ｃｒ）と、金（Ａｕ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、ニッケル（Ｎｉ）と、金（Ａｕ）とをこの順に積層した膜などからなる。なお、図示の例では、第１電極１０７は、第１ミラー１０２上に設けられているが、例えば、第１電極１０７を基板１０１の裏面１０１ｂに設けても良い。
【００２４】
第２ミラー１０４および第１絶縁層３０の上には、第２電極１０９が形成されている。第２電極１０９は、第２ミラー１０４と電気的に接続されている。第２電極１０９は、図１に示すように、接触部１０９ａと、引き出し部１０９ｂと、パッド部１０９ｃと、を含むことができる。第２電極１０９は、接触部１０９ａにおいて第２ミラー１０４と接触している。第２電極１０９の接触部１０９ａの平面形状は、例えば図１に示すようなリング形状の一部を切り取った形状などである。第２電極１０９の引き出し部１０９ｂは、接触部１０９ａとパッド部１０９ｃとを接続している。引き出し部１０９ｂの平面形状は、例えば図１に示すような直線状などである。第２電極１０９のパッド部１０９ｃは、電極パッドとして外部の配線等と接続される。パッド部１０９ｃの平面形状は、例えば図１に示すような円形などである。第２電極１０９は、例えば、クロム（Ｃｒ）と、金（Ａｕ）および亜鉛（Ｚｎ）の合金と、金（Ａｕ）とをこの順に積層した膜などからなる。
【００２５】
第１絶縁層３０は、第１ミラー１０２の上に形成されている。第１絶縁層３０は、柱状部１３０を取り囲むように形成されている。第１絶縁層３０の上には、第２電極１０９の引き出し部１０９ｂおよびパッド部１０９ｃが形成されている。第１絶縁層３０は、第２電極１０９と第１ミラー１０２とを電気的に分離することができる。第１絶縁層３０は、第２絶縁層３２や第３絶縁層４０に比べ、厚膜化が容易なものを用いることができる。例えば、第１絶縁層３０としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等からなる樹脂層などを用いることができる。
【００２６】
分離部２０は、面発光型半導体レーザ部１４０上に形成されている。分離部２０は、第１分離層２２と第２分離層２４とが交互に積層されて形成されている。第１分離層２２は、第１導電型を有し、第２分離層２４は、第１導電型と異なる第２導電型を有する。また、第１分離層２２と第２分離層２４は、屈折率の異なる材質からなり、分離部２０全体としてミラーとしての機能を有する。よって分離部２０は、第２ミラー１０４とともに面発光型半導体レーザ部１４０の上部ＤＢＲミラーとして機能することができる。即ち、第１分離層２２は、第１導電型のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層であり、第２分離層は、第２導電型のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層であり、ｘはｙと異なる。ここで、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である場合には、ｙはｘより大きいことが好ましい。分離部２０は、たとえば第１分離層２２としてのｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層と、第２分離層２４としてのｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とが交互に積層された１５ペアのミラーであることができる。
【００２７】
また、分離部２０は、複数の第１分離層２２および第２分離層２４によって構成されており、各分離層の積層数は、第２ミラー１０４を構成する層の積層数より多いことが好ましい。これにより、コンタクト層としての第２ミラー１０４の最上層１４と活性層１０３との距離を短くし、低抵抗構造を実現することができる。なお、各層の積層数は、上述したものに限定されない。
【００２８】
また、第２ミラー１０４の最上層１４のＡｌ組成は、その直上に形成されている第１分離層２４のＡｌ組成と異なることが好ましい。これにより、第２ミラー１０４と分離部２０の下面がミラーとして機能することができる。具体的には、第２ミラー１０４の最上層１４がｐ型ＧａＡｓ層（またはｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層）のようなＡｌ組成が低組成の層からなる場合には、その直上には、Ａｌ組成が高組成のｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなる第２分離層２４が形成されることが好ましい。
【００２９】
第１コンタクト層１１１が、例えばＡｌＧａＡｓ（ＧａＡｓ含む）からなる場合には、その直下に形成されている第２分離層２４のＡｌ組成を、第１コンタクト層１１１のＡｌ組成よりも大きくすることができる。第１分離層２２、第２分離層２４、および第１コンタクト層１１１は、例えば柱状の半導体堆積体（柱状部）を構成することができる。この柱状部の平面形状は、例えば円形などである。
【００３０】
第２絶縁層３２は、第２ミラー１０４および第１絶縁層３０の上に形成されている。第２絶縁層３２は、分離部２０および第１コンタクト層１１１から構成される柱状部の側面の一部に接して形成されている。第２絶縁層３２の上には、第３電極１１６の引き出し部１１６ｂおよびパッド部１１６ｃが形成されている。第２絶縁層３２は、第３電極１１６と第２ミラー１０４とを電気的に分離することができる。第２絶縁層３２は、第１絶縁層３０に比べ、微細加工が容易なものを用いることができる。例えば、第２絶縁層３２としては、酸化シリコンや窒化シリコン等からなる無機系の誘電体層などを用いることができる。
【００３１】
光検出部１２０は分離部２０上に形成されている。光検出部１２０は、例えば、面発光型半導体レーザ部１４０で生じた光の出力をモニタすることができる。光検出部１２０は、第１コンタクト層１１１と、第１コンタクト層１１１上に形成された光吸収層１１２と、光吸収層１１２上に形成された第２コンタクト層１１３と、を含む。具体的には、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、例えば不純物がドーピングされていない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。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ダイオードが構成される。第２コンタクト層１１３および光吸収層１１２は、例えば柱状の半導体堆積体（柱状部）を構成することができる。この柱状部の平面形状は、例えば円形などである。
【００３２】
第１コンタクト層１１１および第２絶縁層３２の上には、第３電極１１６が形成されている。第３電極１１６は、第１コンタクト層１１１と電気的に接続されている。第３電極１１６は、図１に示すように、接触部１１６ａと、引き出し部１１６ｂと、パッド部１１６ｃと、を含むことができる。第３電極１１６は、接触部１１６ａにおいて第１コンタクト層１１１と接触している。第３電極１１６の接触部１１６ａの平面形状は、例えば図１に示すようなリング形状の一部を切り取った形状などである。第３電極１１６の引き出し部１１６ｂは、接触部１１６ａとパッド部１１６ｃとを接続している。引き出し部１１６ｂの平面形状は、例えば図１に示すような直線状などである。第３電極１１６のパッド部１１６ｃは、電極パッドとして外部の配線等と接続される。パッド部１１６ｃの平面形状は、例えば図１に示すような円形などである。第３電極１１６は、例えば第１電極１０７と同じ材料からなることができる。
【００３３】
第２コンタクト層１１３および第３絶縁層４０の上には、第４電極１１０が形成されている。第４電極１１０は、第２コンタクト層１１３と電気的に接続されている。第４電極１１０は、図１に示すように、接触部１１０ａと、引き出し部１１０ｂと、パッド部１１０ｃと、を含むことができる。第４電極１１０は、接触部１１０ａにおいて第２コンタクト層１１３と接触している。第４電極１１０の接触部１１０ａの平面形状は、例えば図１に示すようなリング形状などである。接触部１１０ａは、第２コンタクト層１１３上に開口部を有する。この開口部によって、第２コンタクト層１１３の上面上に接触部１１０ａの設けられていない領域が形成される。この領域は、例えばレーザ光の出射面１０８である。出射面１０８の形状は、例えば図１に示すような円形などである。第４電極１１０の引き出し部１１０ｂは、接触部１１０ａとパッド部１１０ｃとを接続している。引き出し部１１０ｂの平面形状は、例えば図１に示すような直線状などである。第４電極１１０のパッド部１１０ｃは、電極パッドとして外部の配線等と接続される。パッド部１１０ｃの平面形状は、例えば図１に示すような円形などである。第４電極１１０は、例えば第２電極１０９と同じ材料からなることができる。
【００３４】
上述した第１電極１０７、第２電極１０９、第３電極１１６、および第４電極１１０のそれぞれは、電気的に独立している。これにより、例えば、第１電極１０７と第２電極１０９を用いて面発光型半導体レーザ部１４０を、第３電極１１６と第４電極１１０を用いて光検出部１２０を、それぞれ独立して駆動することができる。
【００３５】
第３絶縁層４０は、第１コンタクト層１１１および第２絶縁層３２の上に形成されている。第３絶縁層４０は、光吸収層１１２および第２コンタクト層１１３から構成される柱状部を取り囲むように形成されている。第３絶縁層４０の上には、第４電極１１０の引き出し部１１０ｂおよびパッド部１１０ｃが形成されている。第３絶縁層４０は、第４電極１１０と第１コンタクト層１１１とを電気的に分離することができる。第３絶縁層４０は、第１絶縁層３０に比べ、微細加工が容易なものを用いることができる。例えば、第３絶縁層４０としては、酸化シリコンや窒化シリコン等からなる無機系の誘電体層などを用いることができる。
【００３６】
２．光素子の製造方法
次に、本実施形態に係る光素子１００の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図４および図５は、図１〜図３に示す本実施形態の光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図２に示す断面図に対応している。
【００３８】
（１）まず、図４に示すように、基板１０１として、例えばｎ型ＧａＡｓ基板を用意する。次に、基板１０１の上に、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、半導体多層膜１５０を形成する。半導体多層膜１５０は、第１ミラー１０２、活性層１０３、第２ミラー１０４、複数の第１分離層２２および第２分離層２４、第１コンタクト層１１１、光吸収層１１２、ならびに第２コンタクト層１１３を構成する半導体層を順に積層したものである。各半導体層にドーピングされる不純物としては、例えば、ｐ型には同じ不純物（例えば炭素等）を用いることができ、ｎ型には同じ不純物（例えばケイ素等）を用いることができる。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層を、後に酸化されて電流狭窄層１０５となる層とすることができる。電流狭窄層１０５となる層としては、例えば、第１分離層２２および第２分離層２４がＡｌＧａＡｓからなる場合には、Ａｌ組成が第１分離層２２のＡｌ組成よりも大きく、第２分離層２４のＡｌ組成よりも大きなＡｌＧａＡｓ層（ＡｌＡｓ層を含む）などを用いることが望ましい。言い換えるならば、第１分離層２２および第２分離層２４のＡｌ組成は、例えば、電流狭窄層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成よりも小さいことが望ましい。これにより、後述する電流狭窄層１０５を形成する酸化工程において、分離部２０を酸化させないようにすることができる。例えば、第１分離層２２および第２分離層２４のＡｌ組成は、０．９５未満であり、電流狭窄層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０．９５以上であることが望ましい。
【００３９】
（２）次に、図５に示すように、半導体多層膜１５０をパターニングし、所望の形状の第１ミラー１０２、活性層１０３、第２ミラー１０４、第１分離層２２、第２分離層２４、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を形成する。これにより、各柱状部が形成される。半導体多層膜１５０のパターニングは、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術等を用いて行われることができる。半導体多層膜１５０のうちの第１コンタクト層１１１のパターニングでは、例えば、第１コンタクト層１１１の下に設けられた第２分離層２４がエッチングストッパ層として機能することができる。また、半導体多層膜１５０のうちの第１分離層２２および第２分離層２４のパターニングでは、例えば、第１分離層２２の下に設けられた第２ミラー１０４の最上層１４がエッチングストッパ層として機能することができる。
【００４０】
次に、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって各柱状部が形成された基板１０１を投入することにより、前述の電流狭窄層１０５となる層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５を形成する。
【００４１】
（３）次に、図２および図３に示すように、第１ミラー１０２上に、柱状部１３０を取り囲むように第１絶縁層３０を形成する。まず、例えばスピンコート法等を用いて全面にポリイミド樹脂等からなる絶縁層を形成する。次に、例えばエッチバック法等を用いて柱状部１３０の上面を露出させる。次に、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術等を用いて絶縁層をパターニングする。このようにして所望の形状の第１絶縁層３０を形成することができる。
【００４２】
次に、図２および図３に示すように、第２ミラー１０４および第１絶縁層３０上に第２絶縁層３２を形成する。まず、例えばプラズマＣＶＤ法等を用いて全面に酸化シリコン等からなる絶縁層を形成する。次に、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術等を用いて絶縁層をパターニングする。このようにして所望の形状の第２絶縁層３２を形成することができる。本工程のパターニングを微細に行うことは、第１絶縁層３０の形成工程のパターニングを微細に行うよりも容易である。
【００４３】
次に、図２および図３に示すように、第１コンタクト層１１１および第２絶縁層３２上に第３絶縁層４０を形成する。まず、例えばプラズマＣＶＤ法等を用いて全面に酸化シリコン等からなる絶縁層を形成する。次に、例えばリソグラフィ技術およびエッチング技術等を用いて絶縁層をパターニングする。このようにして所望の形状の第３絶縁層４０を形成することができる。本工程のパターニングを微細に行うことは、第１絶縁層３０の形成工程のパターニングを微細に行うよりも容易である。
【００４４】
第１絶縁層３０、第２絶縁層３２、および第３絶縁層４０は、同一材料であることができ、たとえばポリイミド樹脂を用いることができる。この場合、これらの絶縁層は、一度の工程で形成することができる。絶縁層を形成後、たとえばエッチバック法を用いることにより、柱状部１３０、第１コンタクト層１１１の表面、および第２コンタクト層１１３の表面を同時に露出させることができる。
【００４５】
次に、第１電極１０７、第２電極１０９、第３電極１１６、および第４電極１１０を形成する。これらの電極は、例えば、真空蒸着法およびリフトオフ法の組み合わせ等により、所望の形状に形成されることができる。なお、各電極を形成する順番は、特に限定されない。
【００４６】
（４）以上の工程により、図１〜図３に示すように、本実施形態の光素子１００が形成される。
【００４７】
３．  本実施形態に係る光素子１００は、第１導電型（例えばｎ型）の第１分離層２２と、第２導電型（例えばｐ型）の第２分離層２４と、を含む。図６は、本実施形態に係る光素子１００の要部のエネルギーバンド図の一例である。なお、矢印ｅは、電子のエネルギーが大きくなる向きを示している。
【００４８】
本実施形態に係る光素子１００では、図６に示すように、例えば、第２分離層２４の伝導帯の下端のエネルギーＥｃ２４は、第１コンタクト層１１１の伝導帯の下端のエネルギーＥｃ１１１よりも高い。また、例えば、第１分離層２２の伝導帯の下端のエネルギーＥｃ２２は、第２分離層２４の伝導帯の下端のエネルギーＥｃ２４よりも低い。また、例えば、第２ミラー１０４の最上層１４の伝導帯の下端のエネルギーＥｃ１４は、第２分離層２４の伝導帯の下端のエネルギーＥｃ２４よりも低い。
【００４９】
従って、本実施形態に係る光素子１００では、ｎ型の第１コンタクト層１１１の多数キャリアである電子８０が第２ミラー１０４の最上層１４まで移動する場合には、図６に示すように、２つの電位障壁６０，６１を乗り越えることになる。即ち、第１コンタクト層１１１の電子８０に対して、第１コンタクト層１１１と第２分離層２４の間に形成された第１電位障壁６０と、第１分離層２２と第２分離層２４の間に形成された第２電位障壁６１とが存在する。また、第２電位障壁６１は、複数存在し、電子８０は、この複数の第２電位障壁６１を乗り越えることになる。
【００５０】
ところで、例えば、第１コンタクト層１１１と第２ミラー１０４の最上層１４との間に、真性半導体（例えば、不純物がドーピングされていないＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ）からなる分離層２８のみが設けられている場合（以下「比較例」という）には、エネルギーバンド図は図７のようになる。この比較例の場合にも、第１コンタクト層１１１の電子８０が第２ミラー１０４の最上層１４まで移動するには、２つの電位障壁７０，７２を乗り越えることになる。しかしながら、図６および図７に示すように、比較例に係る２つの電位障壁７０，７２の高さの和に比べ、本実施形態に係る２つの電位障壁６０，６１の高さの和の方が大きい。このことを式で表すと、比較例に係る電位障壁７０，７２の高さの和は、第２ミラー１０４の最上層１４の伝導帯の下端のエネルギーＥｃ１４と第１コンタクト層１１１の伝導帯の下端のエネルギーＥｃ１１１との差に等しいから、第１分離層２２の数がｎであり、第２分離層２４の数がｎ＋１であるとすると、以下のようになる。
【００５１】
｜Ｅｃ１４−Ｅｃ１１１｜＜｜Ｅｃ２４−Ｅｃ１１１｜＋ｎ｜Ｅｃ２４−Ｅｃ２２｜・・（１）
なお、｜Ｅｃ２４−Ｅｃ１１１｜は、第１電位障壁６０の高さであり、｜Ｅｃ２４−Ｅｃ２２｜は、第２電位障壁６１の高さを表している。
【００５２】
本実施形態に係る光素子１００では、上記式（１）を満たすことにより、例えば比較例のような場合に比べ、第１コンタクト層１１１から第２ミラー１０４の最上層１４への電子の移動を起こりにくくすることができる。従って、面発光型半導体レーザ部１４０と光検出部１２０の間のリーク電流を減らすことができ、光素子１００の信頼性を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態に係る光素子１００では、第２分離層２４として、Ａｌ組成の高いｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを用いている。これにより、Ａｌ組成の低いｐ型ＡｌＧａＡｓ層を用いる場合に比べて、電位障壁６０，６１のそれぞれの高さをより高くすることができ、延いては、本実施形態に係る電位障壁６０，６１の高さの和をより一層大きくすることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る光素子１００では、図６に示すように、例えば、第２分離層２４の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ２４は、第２ミラー１０４の最上層１４の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ１４よりも低い。また、例えば、第２分離層２４の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ２４は、第１分離層２２の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ２２よりも高い。また、例えば、第１コンタクト層１１１の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ１１１は、第２分離層２４の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ２４よりも低い。
【００５５】
従って、本実施形態に係る光素子１００では、ｐ型の第２ミラー１０４の最上層１４の多数キャリアである正孔８２が第１コンタクト層１１１まで移動する場合には、図６に示すように、３つの電位障壁６４，６５，６６を乗り越えることになる。即ち、第２ミラー１０４の最上層１４の正孔８２に対して、第２ミラー１０４の最上層１４と第２分離層２４の間に形成された第３電位障壁６４と、第２分離層２４と第１分離層２２の間に形成された複数の第４電位障壁６５と、第２分離層２４と第１コンタクト層１１１の間に形成された第５電位障壁６６とが存在する。
【００５６】
ところで、例えば上述した比較例の場合にも、図７に示すように、第２ミラー１０４の最上層１４の正孔８２が第１コンタクト層１１１まで移動するには、２つの電位障壁７４，７６を乗り越えることになる。しかしながら、図６および図７に示すように、比較例に係る２つの電位障壁７４，７６の高さの和に比べ、本実施形態に係る３つの電位障壁６４，６５，６６の高さの和の方が大きい。このことを式で表すと、比較例に係る電位障壁７４，７６の高さの和は、第２ミラー１０４の最上層１４の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ１４と第１コンタクト層１１１の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ１１１との差に等しいから、第１分離層２２の数がｎであり、第２分離層２４の数がｎ＋１であるとすると、以下のようになる。
【００５７】
｜Ｅｖ１４−Ｅｖ１１１｜＜｜Ｅｖ１４−Ｅｖ２４｜＋ｎ｜Ｅｖ２４−Ｅｖ２２｜＋｜Ｅｖ２４−Ｅｖ１１１｜  ・・（２）
なお、｜Ｅｖ１４−Ｅｖ２２｜は、第３電位障壁６４の高さであり、｜Ｅｖ２４−Ｅｖ２２｜は、第４電位障壁６５の高さであり、｜Ｅｖ２４−Ｅｖ１１１｜は、第５電位障壁６６の高さを表している。
【００５８】
本実施形態に係る光素子１００では、上記式（２）を満たすことにより、例えば比較例のような場合に比べ、第２ミラー１０４の最上層１４から第１コンタクト層１１１への正孔の移動を起こりにくくすることができる。従って、面発光型半導体レーザ部１４０と光検出部１２０の間のリーク電流を減らすことができ、光素子１００の信頼性を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る光素子１００では、第１分離層２２として、例えばｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層を用い、第１コンタクト層１１１として、例えばｎ型ＧａＡｓ層を用いることができる。これにより、図６に示すように、第１分離層２２の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ２２を、第１コンタクト層１１１の価電子帯の上端のエネルギーＥｖ１１１よりも低くすることができる。また、第１分離層２２の間には、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなる第２分離層２４が形成されているため、第４電位障壁６５の高さを大きくすることができ、延いては、本実施形態に係る３つの電位障壁６４，６５，６６の高さの和をより一層大きくすることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、電流狭窄層１０５を形成する酸化工程において、分離部２０を酸化させないようにすることができる。分離部２０が酸化しないことによって、酸化による強度の低下や屈折率の低下などを防ぐことができる。
【００６１】
４．変形例
次に、本実施の形態にかかる光素子の変形例について説明する。なお、上述した実施例と異なる点のうち、特徴点を中心に説明し、その他の点については説明を省略することがある。また、上述した実施例と同様の機能を有する部材については、同一の符合を付してある。
【００６２】
（１）第１の変形例
図８は、第１の変形例に係る光素子２００を模式的に示す平面図であり、図９は、図８のXIII−XIII線断面図であり、図１０は、図８のXIV−XIV線断面図である。
【００６３】
光素子１００では、基板１０１の上に、面発光型半導体レーザ部１４０、分離部２０、光検出部１２０をこの順に積層するが、第１の変形例にかかる光素子２００では、例えば、図９および図１０に示すように、基板１０１の上に、光検出部１２０、分離部２０、面発光型半導体レーザ部１４０をこの順に積層することができる。
【００６４】
第１の変形例では、例えば図９および図１０に示すように、第１絶縁層３０は、第２コンタクト層１１３上に形成されており、第２絶縁層３２は、第１絶縁層３０および第１コンタクト層１１１上に形成されており、第３絶縁層４０は、第２絶縁層３２および第２ミラー１０４上に形成されている。また、本変形例では、例えば図示のように、第１ミラー１０２を構成する層のうちの少なくとも１層を電流狭窄層１０５とすることができる。
【００６５】
また第１の変形例においても、第２ミラー１０４の最下層２１４のＡｌ組成が高組成である場合には、分離部２０の最上層のＡｌ組成は、低組成であることが好ましく、第２ミラー１０４の最下層２１４のＡｌ組成が低組成である場合には、分離部２０の最上層のＡｌ組成は、高組成であることが好ましい。具体的には、第２ミラー１０４の最下層２１４がたとえばＡｌ組成が高組成のｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなる場合には、分離部２０の最上層である第１分離層２２は、Ａｌ組成が低組成のｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層であることが好ましい。このように、第２ミラー１０４の最下層２１４と分離部２０の最上層の導電型が異なることによって、ｐｎヘテロ接合が形成されて電位障壁を設けることができる。
【００６６】
また、同様に第１コンタクト層１１１が、たとえばＡｌ組成が低組成のｎ型ＧａＡｓ層である場合には、分離部２０の最下層である第２分離層２４は、Ａｌ組成が高組成のｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなることが好ましい。
【００６７】
図１１は、第１の変形例にかかる光素子１００の要部のエネルギーバンド図の一例である。第１の変形例にかかる光素子２００では、上述したように第２ミラー１０４の最下層２１４と分離部２０の最上層の導電型が異なるため、第１電位障壁６０および第２電位障壁６１の他に、第６電位障壁６２が存在する。これにより、電位障壁６０，６１，６２の高さの和を大きくすることができる。また、第２ミラー１０４の最下層２１４と分離部２０の最上層の導電型が異なるため、第３電位障壁６４を高くすることができ、電位障壁６４，６５，６６の高さの和を大きくすることができる。従って、面発光型半導体レーザ部１４０と光検出部１２０の間のリーク電流を減らすことができ、光素子１００の信頼性を向上させることができる。
【００６８】
（２）第２の変形例
図１２は、第２の変形例にかかる光素子３００を模式的に示す断面図であり、上述した図２に対応する図である。第２の変形例にかかる光素子３００は、第２ミラー１０４の上部が分離部２０と同一の柱状部１３２を構成する点で、上述した光素子１００と異なる。具体的には、図１２に示すように、第２ミラー１０４の上部と分離部２０とによって、柱状部１３２が構成される。
【００６９】
この柱状部１３２は、製造プロセスにおいて分離部２０を第２ミラー１０４の領域までオーバーエッチングして、第２ミラー１０４を構成する層のうち、オーミックコンタクト可能な層をエッチングストッパとして機能させてさらにエッチングすることにより、得られる。このように、分離部２０をオーバーエッチングさせることによって、第２ミラー１０４の上面を確実に露出させることができ、ひいては電極との接触を確実にして信頼性を向上させることができる。
【００７０】
５．なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各変形例を適宜組み合わせることも可能であるし、ｐ型とｎ型とを入れ替えることも可能である。また、各分離層の間に真性半導体層（ｉ層）が形成されていてもよいし、第１分離層または第２分離層が不純物のドーピングされていない真性半導体層であってもよい。また、分離部２０の最上層と最下層の導電型は同一であってもよいし、異なってもよい。また、分離部２０の最上層および最下層のそれぞれと、第１コンタクト層および第２ミラーの最上層のそれぞれとが、ｐｎ接合していてもよいし、していなくてもよい。また、Ａｌ組成比の数値は、面発光型半導体レーザ１４０のミラーを構成する各層と分離部２０を構成する各層とで共通する必要はなく、たとえば、面発光型半導体レーザ１４０のミラーがＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層とＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とで構成されており、分離部がＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とＡｌ０．８８Ｇａ０．１２Ａｓ層とで構成されていてもよい。また、例えば、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）法などを用いる場合、光素子１００の基板１０１は切り離されることができる。即ち、光素子１００は、基板１０１を有しないことができる。
【００７１】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施形態に係る光素子を模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る光素子を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る光素子を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る光素子の一製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る光素子の一製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る光素子の要部のエネルギーバンド図。
【図７】比較例に係る光素子の要部のエネルギーバンド図。
【図８】第１の変形例に係る光素子を模式的に示す平面図。
【図９】第１の変形例に係る光素子を模式的に示す断面図。
【図１０】第１の変形例に係る光素子を模式的に示す断面図。
【図１１】第１の変形例に係る光素子の要部のエネルギーバンド図。
【図１２】第２の変形例に係る光素子を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００７３】
１４  最上層、２０  分離部、２２  第１分離層、２４  第２分離層、２８  分離層、３０  第１絶縁層、３２  第２絶縁層、４０  第３絶縁層、６０  第１電位障壁、６２  第２電位障壁、６４  第３電位障壁、６６  第４電位障壁、７４，７６  電位障壁、８０  電子、８２  正孔、１００  光素子、１０１  基板、１０２  第１ミラー、１０３  活性層、１０４  第２ミラー、１０５  電流狭窄層、１０７  第１電極、１０８  出射面、１０９  第２電極、１１０  第４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、１１６  第３電極、１２０  光検出部、１３０  柱状部、１４０  面発光型半導体レーザ部、１５０  半導体多層膜、２００，３００  光素子
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図８】
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