(57)【要約】【課題】発光素子と受光素子との間にリーク電流が流れるのを防止するとともに、発光素子の発熱を効率よく拡散させること。【解決手段】受発光素子１００は、半導体層を積層させた受光素子１１０上にマウント用電極１４０を設け、このマウント用電極１４０上に、半導体層を積層させた発光素子１２０を接合し、発光素子１２０と受光素子１１０とがマウント用電極１４０を介して一体的に形成され、マウント用電極１４０直下に受光素子１１０最上層の半導体層１１２を直付けし、かつ、マウント用電極１４０の縁から当該半導体層をえぐる凹部１５０を設け、マウント用電極１４０直下と凹部１５０の両領域以外の受光素子１１０の表面に絶縁膜１１３を設け、この絶縁膜１１３を挟んで、半導体層１１２とは異なる型の半導体層１１４にマウント用電極１４０と別途異なる電極１３０を形成した。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層を積層させた受光素子上にマウント用電極を設け、このマウント用電極上に、半導体層を積層させた発光素子を接合し、発光素子と受光素子とがマウント用電極を介して一体的に形成された受発光素子において、
マウント用電極直下に受光素子最上層の半導体層を直付けし、かつ、マウント用電極の縁の外側に当該半導体層をえぐる凹部を設け、
マウント用電極直下と凹部の両領域以外の前記受光素子の表面に絶縁層を設け、この絶縁層を挟んで、前記最上層の半導体層とは異なる型の半導体層に前記マウント用電極と別途異なる電極を形成したことを特徴とする受発光素子。
【請求項２】
前記発光素子が半導体レーザまたは光通信用ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の受発光素子。
【請求項３】
前記受光素子は、前記発光素子の出力測定用に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の受発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と受光素子とが電極を共通にして一体的に形成された受発光素子に関し、より具体的には、半導体レーザや光通信用ＬＥＤ（ＳＬＤ）などの光源（発光部）と、その光源の出力コントロール用の受光部とが、一体的に形成された受発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、受光素子（例えば、フォトダイオード）上に発光素子（例えば、半導体レーザ）を設け、発光素子の後方出射光を受光素子で受光し、出力をモニタする受発光素子が知られている。図４は、従来の受発光素子の受光部と発光部の断面図である。受発光素子４００は、受光部を構成する受光素子４１０と、発光部を構成する発光素子４２０とが、マウント用電極４４０を介して接合され、一体的に形成されている。
【０００３】
受光素子４１０の作出に当たっては、まず、ｎ型Ｓｉ基板４１１にｎ型エピタキシャル層４１２を成長させる。ｎ型Ｓｉ基板４１１は、たとえば抵抗率０．４Ωｃｍ、厚さ２００μｍ、結晶面を（１１１）面として構成する。また、ｎ型エピタキシャル層４１２は、たとえば抵抗率４０Ωｃｍ、厚さ２５μｍとして構成する。ｎ型エピタキシャル層４１２の成長後、この表面にＳｉＯ２絶縁膜４１３を形成し、受光部とすべき部分の絶縁膜４１３をフォトリソグラフィにより除去する。そして、受光面を形成するため、ボロン（Ｂ）を拡散し、Ｐ型不純物高濃度層４１４を形成する。
【０００４】
受光素子４１０の電極形成用コンタクトをとるためフォトリソグラフィにより、不要なＳｉＯ２を除去する。その後、アルミ等の金属を蒸着し、電極パターンをフォトリソグラフィにより形成し、電極４３０を形成する。次に、半導体レーザマウント用電極４４０を形成する。形成には、リフトオフ法を用いる。すなわち、まず、絶縁膜４１３表面にフォトレジストを塗布し、電極とする部分のフォトレジストを取り除いた後、金等の金属を蒸着する。そして、フォトレジストとともにフォトレジスト上の金属を取り除き、電極形成を終わる。
【０００５】
発光素子４２０としては、半導体レーザなど種々採用できる。たとえば、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、導電型のＡｌＧａＡｓよりなる第一のクラッド層と、ＧａＡｓからなる活性層と、第一のクラッド層と異なる第二の導電性クラッド層とをＭＯＣＶＤにより順次エピタキシャル成長させて形成する。発光部となる活性層は、基板であるＧａＡｓより遠く、第二のクラッド層側に近接することになる。その後、両端をへき開し、反射膜を成膜して共振構造を形成して発光素子４２０を完成させる。
【０００６】
受発光素子４００は、受光素子４１０上に形成した半導体レーザマウント用電極４４０上に発光素子４２０をマウントし、各電極に金線の配線を行い作出する。図５は、受発光素子４００にフレームを組み込んだ平面図である。図示したように、受発光素子４００は、樹脂成型されたフレーム４５０に接合して成型されている。なお、配線４６０は、リードフレーム４７０に導かれ、適宜、固定、結線される。
【０００７】
図６は、従来の受発光素子の受光部と発光部の他の構成例を示した断面図である。なお、図４に示した受発光素子４００と同様の構成部分については同一の符号を付している。図から明らかなように、マウント用電極６１０下の絶縁膜４１３が一部除去してあり、発光素子４２０に由来する熱が効率的に放出される構造となっている。
【０００８】
なお、いうまでもないが、上述した受光素子４１０および発光素子４２０の構成は一例であり、さまざまな基板やｎ型半導体層、ｐ型半導体層を用いることができる。従来では、このような受発光素子により、発光制御を簡便におこなうことが可能であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−４５９１２号公報「半導体レーザ装置」
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。
【００１１】
すなわち、受光素子と高出力の発光素子（例えば半導体レーザ素子）を一体とすると、受光素子側から熱を放出させようとしても、絶縁膜の存在により放熱効果が激減されてしまうという問題点があった（図４の構成参照）。
【００１２】
このとき、絶縁膜を一部除去し、直接、ボンディング用電極を形成して発光素子を一体的に設けても、発光素子に対して駆動電圧または駆動電流を印加すると、それに伴い電荷が素子表面に発生し不正電流（リーク電流）が生じる結果、受光素子の特性を阻害してしまうという問題点があった（図６の構成参照）。図７は、Ｌ−Ｉｍ特性を示した図である。図示したように、発光していない（Ｌ＝０）のに、受光電流が観測されることとなり（Ｉｍ＞０）、発光素子の出力をモニタする際に、誤差や制御不良が生じるという問題点があった。
【００１３】
また、半導体レーザ素子（発光素子）の電極下の部分に溝を形成した受発光素子も知られている。図８は、溝が形成された受発光素子の発光素子部分の断面図と平面図である。図示したように、素子表面自体には、凹部（溝）が形成されているものの、その凹（溝）部分には、ＳｉＯ２の絶縁膜が、更にその上には光源用（発光素子）の電極が配置されている構成である。したがって、電極に電位が印加されると、電荷が誘引され、図７に示したのと同様のＬ−Ｉｍ特性の異常が発生してしまう。特に、図８に示したように、電極端部が絶縁層に覆いかぶさり、また、電極端部の直下に凹部が形成されると、凹部の電極４３０側のｎ型エピタキシャル層４１２に電位差または電位差に基づく電界が生じ、結果として不正電流が発生しやすい状況となる。
【００１４】
上記特許文献１には、図８に示したのと同様な半導体素子（半導体レーザ装置）が開示されており、図８に示した半導体装置と同様の問題点を有する。
【００１５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、発光素子と受光素子との間にリーク電流が流れるのを防止するとともに、発光素子の発熱を効率よく拡散させる受発光素子を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の受発光素子は、半導体層を積層させた受光素子上にマウント用電極を設け、このマウント用電極上に、半導体層を積層させた発光素子を接合し、発光素子と受光素子とがマウント用電極を介して一体的に形成された受発光素子において、マウント用電極直下に受光素子最上層の半導体層を直付けし、かつ、マウント用電極の縁の外側に当該半導体層をえぐる凹部を設け、マウント用電極直下と凹部の両領域以外の前記受光素子の表面に絶縁層を設け、この絶縁層を挟んで、前記最上層の半導体層とは異なる型の半導体層に前記マウント用電極と別途異なる電極を形成したことを特徴とする。
【００１７】
すなわち、請求項１にかかる発明は、発光素子の発熱をマウント用電極および受光素子により効率的に拡散し、かつ、凹部により電流の発生を防ぐ。このとき、マウント用電極周縁外側に凹部を設けたので、リーク電流が発生しにくい。
【００１８】
また、請求項２に記載の受発光素子は、請求項１に記載の受発光素子において、前記発光素子が半導体レーザまたは光通信用ＬＥＤであることを特徴とする。すなわち、請求項２にかかる発明は、高出力の発光素子の熱拡散および不正電流を防止する。
【００１９】
また、請求項３に記載の受発光素子は、請求項１または２に記載の受発光素子において、前記受光素子が、前記発光素子の出力測定用に設けられたことを特徴とする。すなわち、請求項３にかかる発明は、簡便に発光素子の出力制御が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の受発光素子の受光部と発光部の断面図および平面図である。受発光素子１００は、受光部を構成する受光素子１１０と、発光部を構成する発光素子１２０とが、マウント用電極１４０を介して接合され、一体的に形成されている。受光素子１１０の作出に当たっては、まず、ｎ型Ｓｉ基板１１１にｎ型エピタキシャル層１１２を成長させる。ｎ型Ｓｉ基板１１１は、たとえば抵抗率０．４Ωｃｍ、厚さ２００μｍ、結晶面を（１００）面として構成する。また、ｎ型エピタキシャル層１１２は、たとえば抵抗率４０Ωｃｍ、厚さ２５μｍとして構成する。
【００２２】
ｎ型エピタキシャル層１１２の成長後、この表面にＳｉＯ２、ＳｉＮなどの絶縁膜１１３を形成し、受光部とすべき部分の絶縁膜１１３をフォトリソグラフィにより除去する。そして、受光面を形成するため、ボロン（Ｂ）を拡散し、Ｐ型不純物高濃度層１１４を形成する。受光面形成用に除去された絶縁膜１１３の開口を覆うように、再度、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの絶縁膜１１３を形成する。つぎに、受光素子１１０の電極形成用コンタクトをとるためフォトリソグラフィにより、不要な絶縁膜１１３を除去する。その後、アルミ等の金属を蒸着し、電極パターンをフォトリソグラフィにより形成し、電極１３０を形成する。次に、半導体レーザマウント用電極１４０を形成する。電極１４０の形成に先立って、絶縁膜１１３の電極１４０と対応した位置に、電極１４０配置用の孔を形成しておく。
【００２３】
電極１４０の形成には、リフトオフ法を用いる。すなわち、まず、絶縁膜１１３表面にフォトレジストを塗布し、電極とする部分のフォトレジストを取り除いた後、金等の金属を蒸着する。そして、フォトレジストとともにフォトレジスト上の金属を取り除き、電極形成を終わる。これによって、電極１４０とｎ型エピタキシャル層１１２とが、絶縁膜１１３の開口を通じて直接接触する。
【００２４】
続いて、電極１４０の縁の絶縁膜をフォトリソグラフィにより除去し、ＲＩＥあるいは異方性ウエットエッチングによりｎ型エピタキシャル層１１２に凹部１５０を形成する。この時、ｎ型エピタキシャル層１１２の（１００）面に対し（１１１）面が、５４．７°の斜面となり凹部１５０が形成される。凹部１５０は、電極１４０の縁に形成され、図８に示したように電極１４０が覆いかぶさっていないので、発光素子１２０を駆動した場合（電極１４０に電圧が印加された場合）であっても、不正電流が発生しにくい構造となっている。したがって、受発光素子１００は、素子間の物理的（空間的）、電気的分離が十分になされた構成となっている。
【００２５】
なお、凹部１５０には、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの自然酸化膜もしくは保護膜が成膜されていてもよく、この場合も上記と同様の効果が得られる。ここで、従来の受発光素子４００と、本発明の受発光素子１００の熱抵抗の比較を図２に示す。なお、受発光素子の構成は、電極１４０直下全面をｎ型エピタキシャル層１１２に直付けし、電極１４０の縁に凹部１５０を形成した以外は同一とした。図２から明らかなように、受発光素子１００は受発光素子４００に比して十分な熱発散効果を奏することが確認できた。
【００２６】
また、受発光素子１００のＬ−Ｉｍ特性を図３に示した。図３から明らかなように、受発光素子１００は、図７のような挙動は示さず、正常な動作をしていることが確認できた。なお、図１に示した受発光素子１００は一例であり、たとえば、表面分離をエッチングにより行ったが、機械的に分離（ダイシング法等）を行って形成してもよい。また、本発明の受発光素子の実装は、前述したフレーム型はもちろんのこと、いわゆるキャン型に応用できることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光素子と受光素子との間にリーク電流が流れるのを防止するとともに、発光素子の発熱を効率よく拡散させる受発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受発光素子の受光部と発光部の断面図および平面図である。
【図２】従来の受発光素子と、本発明の発光素子の熱抵抗の比較結果を示した図である。
【図３】本発明の受発光素子のＬ−Ｉｍ特性を示した図である。
【図４】従来の受発光素子の受光部と発光部の断面図である。
【図５】受発光素子にフレームを組み込んだ平面図である。
【図６】従来の受発光素子の受光部と発光部の他の構成例の断面図である。
【図７】従来の受発光素子のＬ−Ｉｍ特性を示した図である。
【図８】溝が形成された受発光素子の発光素子部分の断面図と平面図である。
【符号の説明】
１００　　受発光素子
１１０　　受光素子
１２０　　発光素子
１４０　　マウント用電極
１５０　　凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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