(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出射された光を検出する光検出素子とを含む光素子の製造方法であって、
（ａ）基板の上方に、第１ミラー、活性層、第２ミラー、光吸収層、エッチングストッパ層、およびコンタクト層を構成するための半導体層を積層する工程と、
（ｂ）前記半導体層をパターニングすることにより、少なくとも光吸収層、エッチングストッパ層、およびコンタクト層を形成する工程と、
（ｃ）前記コンタクト層の上方に電極を形成する工程と、
（ｄ）前記コンタクト層の一部を前記エッチングストッパ層の上面が露出するまでエッチングする工程と、
を含む、光素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記エッチングストッパ層は、ＩｎＧａＰからなるように形成され、
前記コンタクト層は、ＩｎＧａＡｓからなるように形成される、光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記エッチングストッパ層は、ＩｎＧａＰからなるように形成され、
前記コンタクト層は、ＧａＡｓからなるように形成される、光素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記エッチングストッパ層は、ＧａＡｓからなるように形成され、
前記コンタクト層は、ＩｎＧａＰからなるように形成される、光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記工程（ｄ）では、前記電極をマスクとして前記コンタクト層をエッチングする、光素子の製造方法。
【請求項６】
面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出射された光を検出する光検出素子とを含む光素子であって、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第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、
前記光検出素子は、
前記第２ミラー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エッチングストッパ層と、
前記エッチングストッパ層の一部の上方に形成されたコンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された電極と、を有する、光素子。
【請求項７】
請求項６において、
前記エッチングストッパ層は、ＩｎＧａＰからなり、
前記コンタクト層は、ＩｎＧａＡｓからなる、光素子。
【請求項８】
請求項６において、
前記エッチングストッパ層は、ＩｎＧａＰからなり、
前記コンタクト層は、ＧａＡｓからなる、光素子。
【請求項９】
請求項６において、
前記エッチングストッパ層は、ＧａＡｓからなり、
前記コンタクト層は、ＩｎＧａＰからなる、光素子。
【請求項１０】
面発光型半導体レーザおよび、前記面発光型半導体レーザから出射された光を検出する光検出素子を含む光素子と、
外部からの光を受光する受光素子と、
を含み、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第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、
前記光検出素子は、
前記第２ミラーの上方に形成された第１の光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成されたエッチングストッパ層と、
前記エッチングストッパ層の一部の上方に形成されたコンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された電極と、を有し、
前記受光素子は、第２の光吸収層および電極を有する、光モジュール。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１の光吸収層の膜厚は、前記第２の光吸収層の膜厚より小さい、光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子およびその製造方法、ならびに光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザは、環境温度等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素子が備えられている場合がある。通常、光検出素子は、面発光型半導体レーザの出射方向に対して斜めに設けられた反射板により反射された光を検出する。
【０００３】
また、特許文献１には、光検出素子を面発光型半導体レーザ上に設けることにより、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光素子が開示されている。この光素子によれば、上述した反射板が不要となり、光素子の小型化およびアライメントコストの低減を図ることができる。
【０００４】
しかし、このような光素子においては、光検出素子が面発光型半導体レーザの光学特性に影響を与える場合があるため、光検出素子の膜厚を精度よく制御することが望まれている。
【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】
【０００５】
本発明の目的は、光検出素子の膜厚を精度よく制御することのできる光素子およびその製造方法、ならびに光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる光素子の製造方法は、
面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出射された光を検出する光検出素子とを含む光素子の製造方法であって、
（ａ）基板の上方に、第１ミラー、活性層、第２ミラー、光吸収層、エッチングストッパ層、およびコンタクト層を構成するための半導体層を積層する工程と、
（ｂ）前記半導体層をパターニングすることにより、少なくとも光吸収層、エッチングストッパ層、およびコンタクト層を形成する工程と、
（ｃ）前記コンタクト層の上方に電極を形成する工程と、
（ｄ）前記コンタクト層の一部を前記エッチングストッパ層の上面が露出するまでエッチングする工程と、
を含む。
【０００７】
本発明によれば、電極を形成した後にコンタクト層の一部をエッチングしているため、エッチングストッパ層と光吸収層とから構成される光検出素子の膜厚を精度良く制御することができる。これにより、光検出素子が面発光型半導体レーザの光学特性に与える影響を低減することができる。
【０００８】
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」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成す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。
【０００９】
本発明にかかる光素子の製造方法において、
前記エッチングストッパ層は、ＩｎＧａＰからなるように形成され、
前記コンタクト層は、ＩｎＧａＡｓからなるように形成されることができる。
【００１０】
本発明にかかる光素子の製造方法において、
前記エッチングストッパ層は、ＩｎＧａＰからなるように形成され、
前記コンタクト層は、ＧａＡｓからなるように形成されることができる。
【００１１】
本発明にかかる光素子の製造方法において、
前記エッチングストッパ層は、ＧａＡｓからなるように形成され、
前記コンタクト層は、ＩｎＧａＰからなるように形成されることができる。
【００１２】
本発明にかかる光素子の製造方法において、
前記工程（ｄ）では、前記電極をマスクとして前記コンタクト層をエッチングすることができる。
【００１３】
本発明にかかる光素子は、
面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザから出射された光を検出する光検出素子とを含む光素子であって、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第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、
前記光検出素子は、
前記第２ミラー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エッチングストッパ層と、
前記エッチングストッパ層の一部の上方に形成されたコンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された電極と、を有する。
【００１４】
本発明にかかる光素子において、
前記エッチングストッパ層は、ＩｎＧａＰからなり、
前記コンタクト層は、ＩｎＧａＡｓからなる。
【００１５】
本発明にかかる光素子において、
前記エッチングストッパ層は、ＩｎＧａＰからなり、
前記コンタクト層は、ＧａＡｓからなることができる。
【００１６】
本発明にかかる光素子において、
前記エッチングストッパ層は、ＧａＡｓからなり、
前記コンタクト層は、ＩｎＧａＰからなることができる。
【００１７】
本発明に係る光モジュールは、
面発光型半導体レーザおよび、前記面発光型半導体レーザから出射された光を検出する光検出素子を含む光素子と、
外部からの光を受光する受光素子と、
を含み、
前記面発光型半導体レーザは、
基板の上方に形成された第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、
前記光検出素子は、
前記第２ミラーの上方に形成された第１の光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成されたエッチングストッパ層と、
前記エッチングストッパ層の一部の上方に形成されたコンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された電極と、を有し、
前記受光素子は、第２の光吸収層および電極を有する。
【００１８】
本発明にかかる光モジュールにおいて、
前記第１の光吸収層の膜厚は、前記第２の光吸収層の膜厚より小さいことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１．光素子の構造
図１は、本発明を適用した実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１に示す光素子１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。
【００２１】
本実施の形態に係る光素子１００は、図１および図２に示すように、面発光型半導体レーザ１４０と、光検出素子１２０と、を含む。本実施の形態においては、光検出素子１２０がｐｉｎ型フォトダイオードとして機能する場合について説明する。以下、面発光型半導体レーザ１４０、光検出素子１２０、および全体の構成について説明する。
【００２２】
１．１．面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１４０は、半導体基板１０１上に設けられている。半導体基板１０１としては、たとえばｎ型ＧａＡｓ基板を用いることができる。面発光型半導体レーザ１４０は垂直共振器を有する。また、面発光型半導体レーザ１４０は、柱状の半導体堆積体（以下、「第１柱状部」という）１３０を含むことができる。
【００２３】
面発光型半導体レーザ１４０は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した３８．５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「第１ミラー」という）１０２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１０３と、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した２４ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「第２ミラー」という）１０４と、が順次積層されて構成されている。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。
【００２４】
第２ミラー１０４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、第１ミラー１０２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。従って、ｐ型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００２５】
また、面発光型半導体レーザ１４０のうち、第２ミラー１０４から第１ミラー１０２の途中にかけての部分が、第２ミラー１０４の上面１０４ａからみて円形の形状にエッチングされて第１柱状部１３０が形成されている。なお、本実施の形態では、第１柱状部１３０の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることができる。
【００２６】
さらに、第２ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、ＡｌＧａＡｓ層を側面から酸化することにより得られる電流狭窄層１０５が形成されている。この電流狭窄層１０５はリング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層１０５は、図１および図２に示す半導体基板１０１の表面１０１ａ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１３０の平面形状の円形と同心の円のリング状である。
【００２７】
また、面発光型半導体レーザ１４０には第１電極１０７および第２電極１０９が設けられている。この第１電極１０７および第２電極１０９は、面発光型半導体レーザ１４０を駆動するために使用される。具体的には、図１に示すように、第１電極１０７は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ上に設けられている。第２電極１０９は、第２ミラー１０４の上面１０４ａ上に設けられている。第２電極１０９は、図２に示すように、リング状の平面形状を有する。すなわち、第２電極１０９は、後述する第１コンタクト層１１１を取り囲むように設けられている。言い換えれば、第１コンタクト層１１１は第２電極１０９の内側に設けられている。第２電極１０９と、後述する第３電極１１６とは、接続電極１１７を用いて接続されている。具体的には、接続電極１１７は、第２電極１０９の上面と接しており、かつ第３電極１１６の上面および側面と接している。
【００２８】
なお、本実施の形態では、第１電極１０７が半導体基板１０１の裏面１０１ｂ上に設けられている場合について示したが、第１電極１０７を第１ミラー１０２の上面１０２ａ上に設けてもよい。
【００２９】
第１電極１０７は、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）の順に積層した膜からなる。第２電極１０９は、例えばチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の順に積層した膜からなる。
【００３０】
第１電極１０７と第２電極１０９とによって活性層１０３に電流が注入される。なお、第１電極１０７および第２電極１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）の積層膜などが利用可能である。接続電極１１７としては、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）の積層膜などを用いることができるが、特に限定されず、公知の金属、合金、あるいはそれらの積層膜を用いることができる。
【００３１】
１．２．光検出素子
光検出素子１２０は面発光型半導体レーザ１４０上に設けられている。具体的には、光検出素子１２０は、第２ミラー１０４上に設けられている。本実施の形態に係る光素子１００においては、光検出素子１２０の上面はレーザ光の出入射面１０８を含んでいる。また、光検出素子１２０は、柱状の半導体堆積体（以下、「第２柱状部」という）１３２を含むことができる。
【００３２】
また、光検出素子１２０は、第１コンタクト層１１１と、光吸収層１１２と、エッチングストッパ層１１５と、第２コンタクト層１１３と、を含む。第１コンタクト層１１１は第２ミラー１０４上に設けられ、光吸収層１１２は第１コンタクト層１１１上に設けられ、エッチングストッパ層１１５は、光吸収層１１２上に設けられ、第２コンタクト層１１３は、エッチングストッパ層１１５上に設けられている。第２コンタクト層１１３、エッチングストッパ層１１５、および光吸収層１１２は、第２柱状部１３２を構成する。第１コンタクト層１１１および第２柱状部１３２の平面形状は、それぞれ円形とすることができる。
【００３３】
第１コンタクト層１１１は例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層１１２は例えば不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなる。具体的には、第１コンタクト層１１１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。
【００３４】
エッチングストッパ層１１５としては、後述する第２コンタクト層１１３をエッチングする工程において、エッチングストッパ層１１５の上面でエッチングを止めることができるものを用いる。例えば、エッチングストッパ層１１５は、ｐ型ＩｎＧａＰからなることができる。
【００３５】
ここでエッチングストッパ層１１５と光吸収層１１２とを合わせた光学的膜厚は、設計波長をλとしたとき、λ／４の奇数倍であることが好ましい。これにより、エッチングストッパ層１１５と光吸収層１１２において面発光型半導体レーザ１４０から入射した光が共振するのを抑制し、他の膜厚である場合と比べて閾値の上昇を抑制することができる。このように、本実施の形態によれば、光検出素子１２０をλ／４の奇数倍の膜厚に精度良く形成することができるため、光検出素子１２０が面発光型半導体レーザ１４０の光学特性に与える影響を低減することができる。
【００３６】
なお、本発明において、設計波長とは、面発光型半導体レーザにおいて生じる光のうち強度が最大である光の波長をいう。また、本発明において、光学的膜厚とは、層の実際の膜厚に、該層を構成する物質の屈折率を乗じて得られる値をいう。
【００３７】
第２コンタクト層１１３としては、後述する第２コンタクト層１１３をエッチングする工程において、エッチングストッパ層１１５よりもエッチングされやすいものを用いる。例えば、第２コンタクト層１１３は、ｐ型ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓからなることができる。ここで、ｘは、０．５以上、１以下とすることが好ましい。これにより、後述する第４電極１１０を形成する工程において、熱処理を行わずに、第４電極１１０と第２コンタクト層１１３とのオーミックコンタクトを得ることができる。第２コンタクト層１１３およびエッチングストッパ層１１５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。
【００３８】
第２コンタクト層１１３は、開口部１１４を有する。第２コンタクト層１１３の開口部１１４から、エッチングストッパ層１１５の上面の一部が露出している。言い換えるならば、エッチングストッパ層１１５の一部の上に第２コンタクト層１１３は形成されている。露出したエッチングストッパ層１１５の上面がレーザ光の出射面１０８となる。第２コンタクト層１１３の開口部１１４の平面形状は、後述する第４電極１１０の開口部１１４の平面形状と同じにすることができる。第２コンタクト層１１３の開口部１１４の平面形状は、例えば円形とすることができる。平面視において、第２コンタクト層１１３の開口部１１４の領域は、例えば、第４電極１１０の開口部１１４の領域と一致させることができる。あるいは、平面視において、第２コンタクト層１１３の開口部１１４の領域は、第４電極１１０の開口部１１４の領域より広くすることができる。即ち、第４電極１１０を第２コンタクト層１１３に対してオーバーハングさせることができる。
【００３９】
第２コンタクト層１１３上には、第４電極１１０が形成されている。第４電極１１０は、開口部１１４を有する。第４電極１１０の開口部１１４により、レーザ光は遮られることなく外部に出射されることができる。第４電極１１０の開口部１１４の平面形状は、例えば円形とすることができる。
【００４０】
光検出素子１２０には、第３電極１１６および第４電極１１０が設けられている。この第３電極１１６および第４電極１１０は光検出素子１２０を駆動させるために使用される。第３電極１１６は、図１に示すように、第１コンタクト層１１１上に形成されている。第３電極１１６は、図２に示すように、リング状の平面形状を有する。すなわち、第３電極１１６は、光吸収層１１２を取り囲むように設けられている。言い換えれば、光吸収層１１２は、第３電極１１６の内側に設けられている。上述したように、第３電極１１６と、第２電極１０９とは、接続電極１１７を用いて接続されている。
【００４１】
第４電極１１０は、図１に示すように、光検出素子１２０の上面上（第２コンタクト層１１３上）に設けられている。第４電極１１０は、図１に示すように、第２コンタクト層１１３の上面に形成されている。
【００４２】
また、本実施の形態に係る光素子１００においては、第３電極１１６は第１電極１０７と同じ材質にて形成することができ、第４電極１１０は第２電極１０９と同じ材質にて形成することができる。
【００４３】
１．３．全体の構成
本実施の形態に係る光素子１００においては、面発光型半導体レーザ１４０のｎ型第１ミラー１０２およびｐ型第２ミラー１０４、ならびに光検出素子１２０のｎ型第１コンタクト層１１１、エッチングストッパ層１１５およびｐ型第２コンタクト層１１３から、全体としてｎｐｎｐ構造が構成される。
【００４４】
また、本実施の形態においては、光検出素子１２０がｐｉｎ型フォトダイオードとして機能する場合について説明したが、本発明は、ｐｉｎ型フォトダイオード以外の受光素子にも適用可能である。なお、本発明を適用できる受光素子としては、例えば、アバランシェ型フォトダイオード、または、ＭＳＭ型フォトダイオードなどが挙げられる。
【００４５】
２．光素子の動作
本実施の形態の光素子１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の光素子１００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００４６】
光検出素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、光検出素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力が検知される。より具体的には、以下の通りである。
【００４７】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、面発光型半導体レーザ１４０の活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、該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１０４と第１ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、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１０４の上面１０４ａからレーザ光が出射し、光検出素子１２０の第１コンタクト層１１１へと入射する。
【００４８】
次に、光検出素子１２０において、第１コンタクト層１１１に入射した光は、次に光吸収層１１２に入射する。この入射光の一部が光吸収層１１２にて吸収される結果、光吸収層１１２において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、素子外部から印加された電界により、電子は第３電極１１６に、正孔は第４電極１１０にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子１２０において、第１コンタクト層１１１からエッチングストッパ層１１５を介して第２コンタクト層１１３の方向に電流（光電流）が生じる。この電流の値を測定することにより、面発光型半導体レーザ１４０の光出力を検知することができる。
【００４９】
また、面発光型半導体レーザ１４０の光出力は、主として面発光型半導体レーザ１４０を流れる電流によって決定される。特に、面発光型半導体レーザ１４０の光出力は、面発光型半導体レーザ１４０の周囲温度や面発光型半導体レーザ１４０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１４０において所定の光出力を維持することが必要である。
【００５０】
本実施の形態に係る光素子１００では、面発光型半導体レーザ１４０の光出力をモニタし、光検出素子１２０にて発生した電流の値に基づいて面発光型半導体レーザ１４０に印加する電圧値を調整することによって、面発光型半導体レーザ１４０内を流れる電流の値を調整することができる。従って、面発光型半導体レーザ１４０において所定の光出力を維持することができる。面発光型半導体レーザ１４０の光出力を面発光型半導体レーザ１４０に印加する電圧値にフィードバックする制御は、外部電子回路（駆動回路；図示せず）を用いて実施することができる。
【００５１】
また、光検出素子１２０は、光素子１００の外部から出入射面１０８に入射する光を電流に変換する機能を有する。この電流信号によって、光素子１００の外部からの光信号が検知される。
【００５２】
３．光素子の製造方法
次に、本発明を適用した実施の形態に係る光素子１００の製造方法の一例について、図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５は、図１および図２に示す光素子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１に示す断面図に対応している。
【００５３】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体基板１０１の表面１０１ａに、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、半導体多層膜１５０が形成される。ここで、半導体多層膜１５０は例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した３８．５ペアの第１ミラー１０２ａ、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１０３ａ、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ層とを交互に積層した２４ペアの第２ミラー１０４ａ、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層１１１ａ、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１１２ａ、ｐ型ＩｎＧａＰ層からなるエッチングストッパ層１１５ａ、およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層１１３ａからなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。
【００５４】
なお、第２ミラー１０４ａを成長させる際に、活性層１０３ａ近傍の少なくとも１層を、後に酸化されて電極狭窄層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層に形成することができる。この電流狭窄層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、例えば０．９５以上である。本実施の形態において、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成とは、３族元素に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成である。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）およびＡｌＡｓ層（Ａｌ組成が１の場合）を含む。また、第２ミラー１０４ａおよび第２コンタクト層１１３ａの最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（第２電極１０９、第４電極１１０）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００５５】
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
【００５６】
（２）次に、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、半導体多層膜１５０をパターニングする。これにより、図４に示すように、第１柱状部１３０、第１コンタクト層１１１、および第２柱状部１３２が形成される。
【００５７】
このパターニング工程では、第１柱状部１３０、第１コンタクト層１１１、および第２柱状部１３２の形成順序は特に限定されない。
【００５８】
（３）次いで、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって光検出素子１２０および面発光型半導体レーザ１４０が形成された半導体基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５が形成される（図４参照）。
【００５９】
酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層１０５を備えた面発光型半導体レーザ１４０では、駆動する際に、電流狭窄層１０５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。従って、酸化によって電流狭窄層１０５を形成する工程において、形成する電流狭窄層１０５の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【００６０】
また、面発光型半導体レーザ１４０から出射する光の大部分が第１コンタクト層１１１に入射するように、電流狭窄層１０５が形成されていない部分（酸化されていない部分）の円形の直径を調整することが望ましい。
【００６１】
（４）  次いで、図５に示すように、第１コンタクト層１１１の上面１１１ａ上に第３電極１１６が形成される。まず、第３電極１１６を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第１コンタクト層１１１の上面１１１ａ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。
【００６２】
次いで、例えば真空蒸着法により、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金、ニッケル（Ｎｉ）、および金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）を形成する。次に、公知のリフトオフ技術を用いて、所定の位置以外の積層膜を除去することで、光検出素子１２０の第１コンタクト層１１１上に第３電極１１６が形成される。
【００６３】
次いで、図５に示すように、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ上に第１電極１０７が形成される。まず、第１電極１０７を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ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。
【００６４】
次いで、例えば真空蒸着法により、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金、ニッケル（Ｎｉ）、および金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）を形成する。
【００６５】
次いで、例えば窒素雰囲気中において、アニール処理を行う。アニール処理の温度は、例えば４００℃前後で行う。アニール処理の時間は、例えば３分程度行う。
【００６６】
（５）次いで、図５に示すように、第２ミラー１０４の上面１０４ａ上に第２電極１０９が形成され、光検出素子１２０の上面（第２コンタクト層１１３ｂの上面１１３ｃ）上に第４電極１１０が形成される。まず、第２電極１０９および第４電極１１０を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第２ミラー１０４の上面１０４ａおよび第２コンタクト層１１３ｂの上面１１３ｃ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。
【００６７】
次いで、例えば真空蒸着法により、例えばチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）を形成する。次いで、リフトオフ法により、所定の位置以外の積層膜を除去することにより、第２電極１０９および第４電極１１０が形成される。この際、第２コンタクト層１１３ｂの上面１１３ｃに、前記積層膜が形成されていない部分が形成される。この部分が開口部１１４となる。本工程では、熱処理を行わずに、第２電極１０９と第２ミラー１０４の最上面、および第４電極１１０と第２コンタクト層１１３ｂはオーミックコンタクトを得ることができる。
【００６８】
次いで、図５に示すように、第２電極１０９の上面、並びに、第３電極１１６の上面および側面の上に接続電極１１７が形成される。まず、例えば真空蒸着法により、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）を形成する。次に、公知のリフトオフ技術を用いて、所定の位置以外の積層膜を除去することで、第２電極１０９と第３電極１１６とを電気的に接続する接続電極１１７が形成される。
【００６９】
（６）次に、図１に示すように、第４電極１１０をマスクとして、第２コンタクト層１１３ｂをエッチングストッパ層１１５の上面が露出するまでウェットエッチングする。本工程で用いるエッチャントとしては、エッチングストッパ層１１５が第２コンタクト層１１３ｂに比べ、エッチングされ難いものを選択する。即ち、第２コンタクト層１１３ｂのエッチングストッパ層１１５に対するエッチング選択比が高いものを選択する。これにより、第２コンタクト層１１３ｂをエッチングする際に、エッチングストッパ層１１５の上面が露出した時点でエッチングを止めることが容易になる。本実施形態では、例えば、エッチングストッパ層１１５がＩｎＧａＰからなり、第２コンタクト層１１３ｂがＩｎＧａＡｓからなることができる。この場合、エッチャントとして、リン酸と過酸化水素水と水の混合溶液を用いることにより、第２コンタクト層１１３ｂのエッチングストッパ層１１５に対するエッチング選択比を極めて高くすることができる。
【００７０】
以上の工程により、図１および図２に示すように、本実施形態の光素子１００が得られる。
【００７１】
４．  第２コンタクト層１１３ｂをエッチングする工程前に、第２コンタクト層１１３ｂは、その上面が削られたり、表面に変質層が形成されたりする。そのような第２コンタクト層１１３ｂを、本実施形態の製造方法では、エッチングする工程において除去することができる。この工程では、エッチングストッパ層１１５の上面が露出した時点でエッチングを止めることができる。この時点まで、エッチングストッパ層１１５は第２コンタクト層１１３ｂにより覆われている。つまり、エッチングストッパ層１１５は、第２コンタクト層１１３ｂのように、その上面が削られたり、表面に変質層が形成されたりすることがない。そして、エッチングストッパ層１１５が存在することにより、その上面が露出した時点で第２コンタクト層１１３ｂのエッチングを止めることは容易である。従って、本実施形態によれば、エッチングストッパ層１１５の全体の膜厚を再現性良く均一にすることができ、エッチングストッパ層１１５を含む光検出素子１２０の膜厚の制御性を向上させることができる。
【００７２】
即ち、第１コンタクト層１１１、光吸収層１１２、およびエッチングストッパ層１１５により構成される第２柱状部１３２の反射率を再現性良く均一にすることができる。その結果、光素子１００の作製において、素子特性の均一性および再現性を良好にすることができ、延いては、製造歩留りを良好にすることができる。
【００７３】
また、本実施形態の製造方法では、上述したように、第４電極１１０を形成する工程において、熱処理を行わずに、第４電極１１０と第２コンタクト層１１３とのオーミックコンタクトを得ることができる。例えば熱処理を行うような場合、第４電極１１０を構成する原子が熱拡散し、例えば光吸収層１１２などに到達して、素子特性を悪化させる場合がある。また、熱拡散した原子は、素子の動作中にさらに拡散して、素子特性を悪化させる場合がある。これに対し、本実施形態の製造方法では、熱処理を行わないことができるので、本実施の形態にかかる光素子１００は、良好な素子特性を維持することができ、良好な信頼性を有することができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、第２コンタクト層１１３は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓからなることができ、第４電極１１０は、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の順に積層した膜からなることができる。これにより、例えば、第２コンタクト層１１３が、ＧａＡｓからなり、第４電極１１０が、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金、金（Ａｕ）の順に積層した膜からなるような場合に比べ、コンタクト抵抗を低くすることができる。これは、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓとチタンとの界面における電位障壁が、ＧａＡｓと金−亜鉛合金との界面における電位障壁に比べ、低いためである。コンタクト抵抗をより低くするためには、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓにおけるｘをより大きくすることが好ましい。
【００７５】
また、本実施形態では、エッチングストッパ層１１５は、ＩｎＧａＰからなることができる。これにより、例えば、エッチングストッパ層１１５がＩｎＧａＡｓからなるような場合に比べ、光吸収層１１２（ＧａＡｓ層）との格子整合を容易に得ることができる。格子整合とは、エピタキシャル成長できる程度に各層の格子定数が同一または近似していることをいう。これにより、良好な結晶性を有するエッチングストッパ層１１５を形成することができる。その結果、エッチングストッパ層１１５の上面の平坦性を向上させることができ、延いては、光素子１００が良好な素子特性を有することができる。なお、具体的な格子定数の値は、例えば以下の通りである。
【００７６】
本実施の形態にかかるエッチングストッパ層１１５として、例えばＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層を用いた場合、その格子定数は、０．５６５３３ｎｍであり、ＧａＡｓの格子定数と整合する。これに対し、例えば、Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓの格子定数は、０．５８５５９ｎｍであり、ＧａＡｓの格子定数からの格子不整合率は、３．５８％である。
【００７７】
５．光モジュール
次に図６を用いて、本発明に係る光電子集積素子を適用した光モジュールを説明する。図６は、本実施の形態に係る光モジュール７００を模式的に示す断面図である。図６では、光素子１００を適用した光モジュール７００を説明する。
【００７８】
光モジュール７００は、受信部４００、送信部５００、および電子回路部６００を含む。電子回路部６００は、増幅回路部６１０および駆動回路部６２０を含む。
【００７９】
受信部４００は、基板４０６と、受光素子２００と、前置増幅器３００と、筐体部４０２と、ガラス板４０４とを含む。
【００８０】
受光素子２００は、第３コンタクト層２１１と、光吸収層（第２の光吸収層）２１２と、第４コンタクト層２１３と、第５電極２１６と、第６電極２１０とを有する。光吸収層２１２の膜厚は、上述した光検出素子１２０の光吸収層１１２の膜厚より大きい。これにより、受光素子２００は、光検出素子１２０に比べて光の吸収効率を高めることができる。一方、光吸収層１１２の膜厚を小さくすることにより、面発光型半導体レーザ１４０から入射する光の光検出素子１２０の吸収効率を下げることができる。これにより、光素子１００から出射する光の出力を向上させることができる。
【００８１】
また、受光素子２００の径は、光検出素子１２０を構成する第２柱状部１３２の径より大きい。これにより、受光素子２００の結合効率を向上させることができる。
【００８２】
また、第４コンタクト層２１３の上面には反射防止膜が形成されていてもよい。これにより、受光素子２００の受光面で反射する光量を低減することができる。一方、光検出素子１２０の上面には、反射防止膜を設けないことが好ましい。反射防止膜の膜厚のわずかな変動により光素子１００の特性が変化するため、光検出素子１２０の上面に反射防止膜を設けないことにより、光素子１００の歩留まりを向上させることができる。
【００８３】
筐体部４０２は、たとえば樹脂材料で形成され、後述するスリーブ４２０と、集光部４０５と一体的に形成される。同様に筐体部５０２は、樹脂材料で形成され、後述するスリーブ５２０と一体的に形成される。樹脂材料としては、光を透過可能なものが選択され、たとえば、プラスチック系光ファイバ（ＰＯＦ）に用いられるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等を採用することができる。
【００８４】
スリーブ４２０は、外部から光ファイバなどの導光部材（図示せず）をはめ込み可能に形成されており、収容空間４２２の周壁の一部を構成している。集光部４０５は、スリーブ４２０の収容空間４２２側に設けられ、導光部材からの光信号を集光して送り出す。これにより、導光部材からの光の損失を低減して、受光素子２００と導光部材との光の結合効率を良好なものとすることができる。
【００８５】
送信部５００は、サブマウント基板５０８と、光素子１００と、筐体部５０２とを含む。光素子１００は、サブマウント基板５０８上に設置されている。
【００８６】
光素子１００の面発光型半導体レーザ１４０は、外部から入力した電気信号を光信号に変換して、導光部材（図示せず）を介して外部に出力する。受光素子２００は、導光部材を介して光信号を受信し、これを電流に変換し、変換した電流を前置増幅器３００に送る。前置増幅器３００は、受け取った電流を電圧出力に変換し、増幅して、電子回路部６００に送る。増幅回路部６１０は、電圧出力が一定以上にならないように制御し、外部に出力する。なお、電気信号の出力端子や入力端子などの外部端子の説明は省略する。このように、光素子１００は、光モジュール７００に用いられる。
【００８７】
本実施の形態にかかる光素子１００によれば、光検出素子１２０が面発光型半導体レーザ１４０上に設けられているため、光モジュール７００は、スリーブ５２０の収容空間５２２側に斜めガラス部を備える必要がなくなり、素子の小型化およびコストの低減を実現することができる。
【００８８】
６．  次に、本実施の形態に係る変形例について説明する。
【００８９】
６．１．第１の変形例
図７は、第１の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図である。上述した例では、例えば、エッチングストッパ層１１５がＩｎＧａＰからなり、第２コンタクト層１１３がＩｎＧａＡｓからなる場合について説明したが、第１の変形例では、図７に示すように、エッチングストッパ層が光吸収層２１５と同一の層、即ち不純物がドーピングされていないＧａＡｓからなり、第２コンタクト層１１３がｐ型のＩｎＧａＰからなることができる。
【００９０】
第１の変形例では、第４電極１１０が、例えば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金、金（Ａｕ）の順に積層した膜からなる。この場合、第４電極１１０を形成する工程において、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金、金（Ａｕ）の順に積層した膜をパターニングした後に、例えば窒素雰囲気中において、熱処理を行うことができる。この熱処理を行うことにより、第４電極１１０と第２コンタクト層１１３との良好なオーミックコンタクトを得ることができる。熱処理の温度は、例えば４００℃前後で行うことができる。熱処理の時間は、例えば２分程度行うことができる。
【００９１】
また、上述した例では、第２コンタクト層１１３ｂをエッチングする工程において、エッチャントとして、リン酸と過酸化水素水と水の混合溶液を用いる場合について説明したが、第１の変形例では、塩酸と水の混合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１１３ｂのエッチングストッパ層２１５（光吸収層２１５）に対するエッチング選択比を極めて高くすることができる。
【００９２】
第１の変形例によれば、上述した例と同様に、エッチングストッパ層２１５（光吸収層２１５）の全体の膜厚を再現性良く均一にすることができる。その結果、光素子１００の作製において、素子特性の均一性および再現性を良好にすることができ、延いては、製造歩留りを良好にすることができる。
【００９３】
第１の変形例によれば、エッチングストッパ層を光吸収層２１５と同一の層とすることができる。したがって光素子の製造工程を短縮することができ、製造時間を短縮することができる。
【００９４】
第１の変形例にかかる光素子１００の他の構成および動作については、上述した本実施の形態にかかる光素子１００の構成および動作と同様であるので説明を省略する。
【００９５】
６．２．第２の変形例
上述した例では、例えば、エッチングストッパ層１１５がＩｎＧａＰからなり、第２コンタクト層１１３がＩｎＧａＡｓからなる場合について説明したが、第２の変形例では、例えば、エッチングストッパ層１１５がｐ型のＩｎＧａＰからなり、第２コンタクト層１１３がｐ型のＧａＡｓからなることができる。
【００９６】
第２の変形例では、本実施の形態と同様に、第２コンタクト層１１３ｂをエッチングする工程において、エッチャントとして、リン酸と過酸化水素水と水の混合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１１３ｂのエッチングストッパ層１１５に対するエッチング選択比を極めて高くすることができる。
【００９７】
第２の変形例によれば、上述した例と同様に、エッチングストッパ層１１５の全体の膜厚を再現性良く均一にすることができる。その結果、光素子１００の作製において、素子特性の均一性および再現性を良好にすることができ、延いては、製造歩留りを良好にすることができる。
【００９８】
第２の変形例にかかる光素子１００の他の構成および動作については、上述した本実施の形態にかかる光素子１００の構成および動作と同様であるので説明を省略する。
【００９９】
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るであろう。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。
【０１００】
例えば、上述した実施形態において、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趣旨を逸脱するものではない。また、上述した実施形態の光素子１００では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系などの半導体材料を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本実施の形態にかかる光素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施の形態にかかる光素子を模式的に示す平面図。
【図３】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施の形態にかかる光モジュールを模式的に示す断面図。
【図７】第１の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【０１０２】
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  出入射面、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、１１４  開口部、１１５  エッチングストッパ層、１１６  第３電極、１１７  接続電極、１２０  光検出素子、１３０  第１柱状部、１３２  第２柱状部、１４０  面発光型半導体レーザ、１５０  半導体多層膜、２００  光素子、２００  受光素子、３００  前置増幅器、４００  受信部、４０２  筐体部、４０４  ガラス板、４０５  集光部、４０６  サブマウント基板、４２０  スリーブ、４２２  収容空間、５００  送信部、５０２  筐体部、５０８  サブマウント基板、５２０  スリーブ、５２２  収容空間、６００  電子回路部、６１０  増幅回路部、６２０  駆動回路部、７００  光モジュール
【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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