(57)【要約】【課題】放熱を良好に行うことができ、且つ面発光型半導体レーザの静電破壊耐圧を向上させることができる光半導体素子を提供する。【解決手段】光半導体素子１は、半導体基板ＳＢ上に半導体多層膜Ｌ１１、分離層ＳＰ、及び半導体多層膜Ｌ１２が順に積層されており、半導体多層膜Ｌ１１に形成された静電耐圧素子１０と、半導体多層膜Ｌ１１の上方に位置する半導体多層膜Ｌ１２に形成された面発光型半導体レーザ２０とを含んで構成される。面発光型半導体レーザ２０が形成される半導体多層膜Ｌ１２には、面発光型半導体レーザ２０に流れる電流を狭窄する電流狭窄部２５が形成されている。【選択図】図２
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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面発光型半導体レーザを前記基板の上方に備える光半導体素子において、
前記面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザに流れる電流を狭窄する電流狭窄部を形成するための孔とが形成された第１半導体多層膜と、
前記第１半導体多層膜の上方又は下方に位置し、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が形成された第２半導体多層膜と
を備えることを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
前記基板表面に沿う平面内で前記静電耐圧素子が占める面積は、当該平面内で前記面発光型半導体レーザが占める面積よりも大であることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記第１半導体多層膜は、前記第２半導体多層膜の上方に位置しており、前記平面内に占める面積が前記平面内で前記面発光型半導体レーザが占める面積よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記第２半導体多層膜は、前記第１半導体多層膜の上方に位置しており、前記第１半導体多層膜に形成された前記面発光型半導体レーザの上方を開口する開口部を有することを特徴とする請求項２記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記第１半導体多層膜及び前記第２半導体多層膜は、前記平面内に占める面積が前記平面内で前記面発光型半導体レーザが占める面積と前記平面内で前記静電耐圧素子が占める面積との和よりも大きな柱状形状に形成されていることを特徴とする請求項４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を駆動する第１電極及び第２電極を備えており、
前記静電耐圧素子は、前記第１電極と前記第２電極との間に電気的に並列に接続され、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素子である
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光半導体素子。
【請求項７】
前記静電耐圧素子は、前記第２半導体多層膜によってＰＮ接合又はＰＩＮ接合が形成されてなる素子であることを特徴とする請求項６記載の光半導体素子。
【請求項８】
前記第１半導体多層膜に形成される前記孔は、前記面発光型半導体レーザの周囲の複数箇所に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光半導体素子。
【請求項９】
前記第１半導体多層膜を用いて前記基板側から順に前記面発光型半導体レーザの第１ミラー、活性層、及び第２ミラーが形成されており、
前記孔は、前記第２ミラーから少なくとも前記活性層に至るまで形成されていることを特徴とする請求項８記載の光半導体素子。
【請求項１０】
前記第１半導体多層膜と前記第２半導体多層膜との間に、前記面発光型半導体レーザと前記静電耐圧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１から請求項９の何れか一項に記載の光半導体素子。
【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等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、素子を基板や台座等へ実装している最中に機械又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ともにイオナイザー等を用いて作業環境を常に電気的に中和した状態にしている。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。
【０００４】
以下の特許文献１には、メサ構造を有する面発光型半導体レーザの一例が開示されている。また、以下の特許文献２には、半導体基板上に面発光型半導体レーザと静電耐圧素子とを並列に設けて面発光型半導体レーザの静電破壊耐圧を向上させた光半導体素子の一例が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１０３１２９号公報
【特許文献２】米国特許第６１８５２４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の特許文献１に開示されているメサ構造の面発光型半導体レーザは、素子の体積を小さくすることができる反面、動作時に発せられる熱が問題になることがある。例えば、メサ構造の面発光型半導体レーザは、信頼性の確保の面からメサ構造の周囲をポリイミド等の絶縁体で覆った構造にされることが多いが、かかる絶縁体はの放熱性が低いため動作時に発せられた熱が蓄積されてしまう。これにより、面発光型半導体レーザに大電流を注入したときに、活性層近傍での局所的発熱によって光出力が飽和し、或いは発振波長が変化してしまう。
【０００６】
また、前述した通り、面発光型半導体レーザは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のを特徴の１つとしている。しかしながら、メサ構造の面発光型半導体レーザをアレイ構造にすると、熱的クロストーク（アレイ構造をなす１つの面発光型半導体レーザで発生した熱が、アレイ構造をなす他の面発光型半導体レーザに及ぼす影響）が無視できなくなる。更に、メサ構造の面発光型半導体レーザは、熱が蓄積され易いため、寿命の問題も考えられる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放熱を良好に行うことができ、且つ面発光型半導体レーザの静電破壊耐圧を向上させることができる光半導体素子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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光半導体素子は、基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する面発光型半導体レーザを前記基板の上方に備える光半導体素子において、前記面発光型半導体レーザと、前記面発光型半導体レーザに流れる電流を狭窄する電流狭窄部を形成するための孔とが形成された第１半導体多層膜と、前記第１半導体多層膜の上方又は下方に位置し、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が形成された第２半導体多層膜とを備えることを特徴としている。
この発明によると、第１半導体多層膜には、面発光型半導体レーザと、面発光型半導体レーザに流れる電流を狭窄する電流狭窄部を形成するための孔とが形成されており、第１半導体多層膜の上方又は下方に位置する第２半導体多層膜には、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が形成されている。かかる構成の光半導体素子においては、面発光型半導体レーザが静電耐圧素子によって静電破壊から保護されているため、面発光型半導体レーザの静電破壊耐圧を向上させることができる。また、第１半導体多層膜には面発光型半導体レーザと面発光型半導体レーザに流れる電流を狭窄する電流狭窄部を形成するための孔とが形成されており、電流狭窄のために面発光型半導体レーザをメサ構造にする必要がない。このため、第１半導体多層膜内に面発光型半導体レーザが形成されている構造（第１半導体多層膜内の面発光型半導体レーザが形成されている部分の周囲に発光に寄与しない部分が形成されている構造）とすることができ、放熱を良好に行うことができる。
また、本発明の光半導体素子は、前記基板表面に沿う平面内で前記静電耐圧素子が占める面積が、当該平面内で前記面発光型半導体レーザが占める面積よりも大であることを特徴としている。
この発明によると、静電耐圧素子は、基板表面に沿う平面内で占める面積が面発光型半導体レーザが占める面積よりも大に設定されているため、面発光型半導体レーザに対して大きな逆バイアスの電圧が印加されても面発光型半導体レーザを静電破壊から保護することができる。
また、本発明の光半導体素子は、前記第１半導体多層膜が、前記第２半導体多層膜の上方に位置しており、前記平面内に占める面積が前記平面内で前記面発光型半導体レーザが占める面積よりも大きいことを特徴としている。
この発明によると、第２半導体多層膜上に位置し、面発光型半導体レーザが形成されている第１半導体多層膜は、基板表面に沿う平面内に占める面積が記面発光型半導体レーザが占める面積よりも大きい。このため、放熱特性を低下させることなく面発光型半導体レーザと静電耐圧素子とを接続する電極の配置の自由度を高めることができる等の利点がある。
また、本発明の光半導体素子は、前記第２半導体多層膜が、前記第１半導体多層膜の上方に位置しており、前記第１半導体多層膜に形成された前記面発光型半導体レーザの上方を開口する開口部を有することを特徴としている。
この発明によると、面発光型半導体レーザが形成される第１半導体多層膜の上方に第２半導体多層膜が位置しており、面発光型半導体レーザの上方に開口部が形成されており、面発光型半導体レーザからのレーザ光は第２半導体多層膜に形成された開口部を介して射出される。かかる構成においても、放熱特性が低下することはなく、また光半導体素子の設計の自由度を高めることができる等の利点がある。
また、本発明の光半導体素子は、前記第１半導体多層膜及び前記第２半導体多層膜が、前記平面内に占める面積が前記平面内で前記面発光型半導体レーザが占める面積と前記平面内で前記静電耐圧素子が占める面積との和よりも大きな柱状形状に形成されていることを特徴としている
この発明によると、面発光型半導体レーザが形成されている第１半導体多層膜及び静電耐圧素子が形成されている第２半導体多層膜は、基板表面に沿う平面内に占める面積が記面発光型半導体レーザが占める面積と静電耐圧素子が占める面積との和よりも大きな柱状形状に形成されている。このため、放熱特性を低下させることなく面発光型半導体レーザと静電耐圧素子とを接続する電極の配置の自由度を高めることができる等の利点がある。
また、本発明の光半導体素子は、前記面発光型半導体レーザを駆動する第１電極及び第２電極を備えており、前記静電耐圧素子は、前記第１電極と前記第２電極との間に電気的に並列に接続され、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素子であることを特徴としている。
この発明によると、面発光型半導体レーザを駆動する第１電極と第２電極との間に、面発光型半導体レーザとは逆方向の整流作用を有する静電耐圧素子が電気的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に逆バイアスの電圧が印加されても静電耐圧素子に電流が流れるため、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、本発明の光半導体素子は、前記静電耐圧素子が、前記第２半導体多層膜によってＰＮ接合又はＰＩＮ接合が形成されてなる素子であることを特徴としている。
また、本発明の光半導体素子は、前記第１半導体多層膜に形成される前記孔が、前記面発光型半導体レーザの周囲の複数箇所に形成されていることが好適である。
また、本発明の光半導体素子は、前記第１半導体多層膜を用いて前記基板側から順に前記面発光型半導体レーザの第１ミラー、活性層、及び第２ミラーが形成されており、前記孔は、前記第２ミラーから少なくとも前記活性層に至るまで形成されていることが望ましい。
更に、本発明の光半導体素子は、前記第１半導体多層膜と前記第２半導体多層膜との間に、前記面発光型半導体レーザと前記静電耐圧素子とを分離する分離層が形成されていることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による光半導体素子について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。また、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、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００１０】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１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２は図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２に示す通り、本実施形態の光半導体素子１は、半導体基板ＳＢ上に半導体多層膜Ｌ１１、分離層ＳＰ、及び半導体多層膜Ｌ１２が順に積層されており、半導体多層膜Ｌ１１に形成された静電耐圧素子１０と、半導体多層膜Ｌ１１の上方に位置する半導体多層膜Ｌ１２に形成された面発光型半導体レーザ２０と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。
【００１１】
〈静電耐圧素子〉
静電耐圧素子１０は、半導体基板（本実施形態ではｎ型ＧａＡｓ基板）ＳＢ上の半導体多層膜Ｌ１１に形成されており、面発光型半導体レーザ２０を静電破壊から保護するためのものである。半導体多層膜Ｌ１１は、第１コンタクト層１１、静電耐圧層１２、及び第２コンタクト層１３を順に積層したものである。
【００１２】
静電耐圧素子１０を構成する第１コンタクト層１１はｎ型ＧａＡｓ層からなり、静電耐圧層１２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１３はｐ型ＧａＡｓ層からなる。具体的には、第１コンタクト層１１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１３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。従って、ｎ型の第１コンタクト層１１、不純物がドーピングされていない静電耐圧層１２、及びｐ型の第２コンタクト層１３により、ｐｉｎダイオードが形成されている
【００１３】
図１及び図２に示す通り、本実施形態の光半導体素子１には、半導体多層膜Ｌ１２の表面から半導体多層膜Ｌ１１の第１コンタクト層１１に至る孔Ｈ１１と、半導体多層膜Ｌ１２の表面から半導体多層膜Ｌ１１の第２コンタクト層１３に至る孔Ｈ１２とが形成されている。つまり、孔Ｈ１１内においては第１コンタクト層１１が露出しており、孔Ｈ１２内においては第２コンタクト層１２が露出している。これらの孔Ｈ１１，Ｈ１２は、図１に示す通り、平面形状が矩形形状に形成されている。但し、孔Ｈ１１，Ｈ１２の平面形状は矩形形状に限られる訳ではなく、任意の形状とすることができる。
【００１４】
孔Ｈ１１の内部において露出した第１コンタクト層１１上には電極Ｅ１１が形成されており、孔Ｈ１２の内部において露出した第２コンタクト層１３上には電極Ｅ１２が形成されている。これらの電極Ｅ１１，Ｅ１２は、静電耐圧素子１０と面発光型半導体レーザ２０とを接続する電極であって、面発光型半導体レーザ２０を駆動するために用いられる。尚、詳細は後述するが、静電耐圧素子１０は、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。
【００１５】
ここで、静電気等の外的要因により面発光型半導体レーザ２０に対して逆バイアスとなる電圧が電極Ｅ１１，Ｅ１２間に印加されると、孔Ｈ１１内のコンタクト層１１上に形成された電極Ｅ１１と孔Ｈ１２内のコンタクト層１３上に形成された電極Ｅ１２との間に電流が流れる。このため、図２に示す通り、孔Ｈ１１内のコンタクト層１１上に形成された電極Ｅ１１と孔Ｈ１２内のコンタクト層１３上に形成された電極Ｅ１２との間の領域Ｒ１１内の半導体多層膜Ｌ１１が実質的に静電耐圧素子１０であるということができる。
【００１６】
また、本実施形態では静電耐圧素子１０に流れる電流の流路を平面的に制限してはいないが、電流は電気的な抵抗が極力低い経路に沿って流れるため、図２の紙面に交差する方向への電流の広がりはさほど大きくないと考えられる。このため、図２に示す領域Ｒ１１内の半導体多層膜Ｌ１１の内、孔Ｈ１１内のコンタクト層１１上に形成された電極Ｅ１１の幅（又は、孔Ｈ１２内のコンタクト層１３上に形成された電極Ｅ１２の幅）で規定される領域Ｒ１２（図１参照）内の半導体多層膜Ｌ１１が実質的に静電耐圧素子１０であるということができる。以上から、半導体基板ＳＢの表面に沿う平面内で静電耐圧素子１０が占める面積は、図１に示す通り、領域Ｒ１１と領域Ｒ１２とによって規定される矩形領域の面積程度と言うことができる。
【００１７】
〈分離層〉
分離層ＳＰは、半導体多層膜Ｌ１１上に形成されている。即ち、分離層ＳＰは、静電耐圧素子１０と面発光型半導体レーザ２０との間に設けられている。具体的には、図２に示す通り、分離層ＳＰは第２コンタクト層１３上に形成されている。即ち、分離層ＳＰは、静電耐圧素子１０の第２コンタクト層１３と、後述する面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２１との間に設けられている。この分離層ＳＰにも前述した孔Ｈ１１，Ｈ１２が形成されている。この分離層は、例えばｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなる。
【００１８】
〈面発光型半導体レーザ〉
面発光型半導体レーザ２０は、分離層ＳＰ上に積層された半導体多層膜Ｌ１２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、半導体基板ＳＢの表面に直交する方向にレーザ光を射出する。
【００１９】
面発光型半導体レーザ２０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２１と、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ミラーという）２２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２３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ミラーという）２４とが順次積層された多層構造である。
【００２０】
尚、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。即ち、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、以上説明したコンタクト層２１、第１ミラー２２、活性層２３、及び第２ミラー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。
【００２１】
面発光型半導体レーザ２０をなす第１ミラー２２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型にされている。従って、ｐ型の第２ミラー２４、不純物がドーピングされていない活性層２３、及びｎ型の第１ミラー２２によりｐｉｎダイオードが形成される。
【００２２】
第２ミラー２４を構成する層のうち活性層２３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部２５が形成されている。この電流狭窄部２５は、面発光型半導体レーザ２０を流れる電流（活性層２３を流れる電流）を狭窄するためのものである。また、図１に示す通り、面発光型半導体レーザ２０の周囲には、面発光型半導体レーザ２０に電流狭窄部２５を形成するための複数の孔ｈが形成されている。
【００２３】
この孔ｈは、第２ミラー２４の表面から活性層２３を貫通して第１ミラー２２の途中までの深さに形成されている。尚、電流狭窄部２５を形成するには、第２ミラー２４の表面から活性層２３に至る深さであれば良い。また、図１に示す通り、面発光型半導体レーザ２０の周囲に３つの孔ｈが形成されている場合を例に挙げて説明するが、その数は任意である。
【００２４】
半導体多層膜Ｌ１２の内の孔ｈに囲まれた領域Ｒ２１が、実質的に面発光型半導体レーザ２０ということができる。よって、本実施形態においては、半導体基板ＳＢの表面に沿う平面内で静電耐圧素子１０が占める面積は、面発光型半導体レーザ２０が占める面積よりも大に設定されている。
【００２５】
半導体多層膜Ｌ１２に形成された第２ミラー２４の上面であって、孔ｈに囲まれた領域Ｒ２１内には凹部２６が形成されており、この凹部２６の底面が面発光型半導体レーザ２０からのレーザ光の射出面２７とされている。第２ミラー２４上には、凹部２６の外周に沿うようにリング状の平面形状を有する電極Ｅ１１の接続部ｅ１１が形成されている。図１に示す通り、電極Ｅ１１は、リング状の平面形状を有する接続部ｅ１１と、直線状の平面形状を有する引き出し部ｅ１２と、孔Ｈ１１内に形成される柱状部ｅ１３とを有する。
【００２６】
この電極Ｅ１１は、接続部ｅ１１において第２ミラー２４と電気的に接続され、柱状部ｅ１３において半導体多層膜Ｌ１１の第１コンタクト層１１と電気的に接続される。電極Ｅ１１の引き出し部ｅ１２は、接続部ｅ１１と柱状部ｅ１３とを接続している。尚、引き出し部ｅ１２の下方には絶縁膜Ｚ１が形成されており、引き出し部ｅ１２と第２ミラー２４とが絶縁されている。また、孔Ｈ１２の内部に形成された電極Ｅ１２は、半導体多層膜Ｌ１１の第２コンタクト層１３に接続されるとともに、半導体多層膜Ｌ１２のコンタクト層２１に接続される接続部ｅ２１と、孔Ｈ１２内に形成される柱状部ｅ２２とを有する。
【００２７】
電極Ｅ１１，Ｅ１２は、電源に接続される不図示のパッド部に、例えば例えばワイヤボンディングで接続される。或いは、孔Ｈ１１，Ｈ１２の内部に絶縁体を埋め込むとともに、第２ミラー２４上の所定位置に絶縁膜を形成して、上記の不図示のパッド部に接続される配線を形成しても良い。かかる配線を形成した方が、電極Ｅ１１，Ｅ１２とパッド部とをワイヤボンディングで接続するよりも信頼性を高めることができるため、好ましい。
【００２８】
尚、ここでは、簡単のために半導体多層膜Ｌ１１の第１コンタクト層１１と半導体多層膜Ｌ１２の第２ミラー２４とを電極Ｅ１１で接続するとともに、半導体多層膜Ｌ１１の第２コンタクト層１３と半導体多層膜Ｌ１２のコンタクト層２１とを電極Ｅ１２で接続する例を挙げて説明している。しかしながら、半導体多層膜Ｌ１１の第１コンタクト層１１はｎ型であり、半導体多層膜Ｌ１２の第２ミラー２４はｐ型である。同様に、半導体多層膜Ｌ１１の第２コンタクト層１３はｐ型であり、半導体多層膜Ｌ１２のコンタクト層２１はｎ型である。
【００２９】
このため、電極Ｅ１１，Ｅ１２の材質によってはオーミックコンタクトが取れないことが考えられる。かかる不具合を防止するために、半導体多層膜Ｌ１１の第１コンタクト層１１上、及び半導体多層膜Ｌ１２の第２ミラー２４上に電極を形成し、これらの電極を電極配線で接続するのが望ましい。また、半導体多層膜Ｌ１１の第２コンタクト層１３上の電極と半導体多層膜Ｌ１２のコンタクト層２１に接合される電極とを異なる材質で形成するのが望ましい。
【００３０】
半導体多層膜Ｌ１１の第１コンタクト層１１上に形成される電極、及び半導体多層膜Ｌ１２のコンタクト層２１に接合される電極は、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）の積層膜で形成することができる。また、半導体多層膜Ｌ１２の第２ミラー２４上に形成される電極、及び半導体多層膜Ｌ１１の第２コンタクト層１３上の電極は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金、及び金（Ａｕ）の積層膜で形成することができる。更に、半導体多層膜Ｌ１１の第１コンタクト層１１上の電極と半導体多層膜Ｌ１２の第２ミラー２４上の電極を接続する電極配線は、例えば金（Ａｕ）を用いて形成することができる。
【００３１】
〈全体の構成〉
本実施形態の光半導体素子１は、静電耐圧素子１０のｎ型の第１コンタクト層１１及びｐ型の第２コンタクト層１３、並びに、面発光型半導体レーザ２０のｎ型の第１ミラー２２及びｐ型の第２ミラー２４から全体としてｎｐｎｐ構造になっている。また、本実施形態の光半導体素子１は、面発光型半導体レーザ２０のｐ型の第２ミラー２４と静電耐圧素子１０のｎ型の第１コンタクト層１１とが電極Ｅ１１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ｎ型のコンタクト層２１と静電耐圧素子１０のｐ型の第２コンタクト層１３とが電極Ｅ１２によって電気的に接続されている。従って、静電耐圧素子１０は、電極Ｅ１１，Ｅ１２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。
【００３２】
図３は、本発明の第１実施形態による光半導体素子１の電気的な等価回路図である。図３に示す通り、面発光型半導体レーザ２０は、アノード電極（正電極）が電極Ｅ１１に、カソード電極（負電極）が電極Ｅ１２にそれぞれ接続されている。また、静電耐圧素子１０は、アノード電極（正電極）が電極Ｅ１２に、カソード電極（負電極）が電極Ｅ１１にそれぞれ接続されている。
【００３３】
〔光半導体素子の動作〕
次に、実施形態の光半導体素子１の一般的な動作について説明する。尚、下記の光半導体素子１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、電極Ｅ１１，Ｅ１２を不図示の電源に接続して面発光型半導体レーザ２０に対して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２３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２４と第１ミラー２２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２４の上面（射出面２７）からレーザ光が射出される。
【００３４】
ここで、静電気等の外的要因により面発光型半導体レーザ２０に対して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１０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１０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。
【００３５】
また、本実施形態の光半導体素子１は、半導体多層膜Ｌ１２には面発光型半導体レーザ２０と面発光型半導体レーザ２０に流れる電流を狭窄する電流狭窄部２５を形成するための孔ｈとが形成されており、電流狭窄のために面発光型半導体レーザ２０をメサ構造にする必要がない。よって、半導体多層膜Ｌ１２内の面発光型半導体レーザ２０が形成されている部分の周囲に発光に寄与しない部分が形成されている構造とすることができるため、放熱を良好に行うことができる。
【００３６】
〔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１の製造方法について説明する。図４，図５は、本発明の第１実施形態による光半導体素子の製造工程の一例を模式的に示す断面図である。尚、これらの図は図２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１を製造するには、図４（ａ）に示す通り、まずｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体基板ＳＢの表面に組成を変調させながらエピタキシャル成長させて半導体多層膜Ｌ１１、分離層ＳＰ、及び半導体多層膜Ｌ１２を形成する。
【００３７】
ここで、半導体多層膜Ｌ１１は、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層１１、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなる静電耐圧層１２、及びｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層１３からなる。また、分離層ＳＰは、例えばｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなる。更に、半導体多層膜Ｌ１２は、例えばｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２１、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２２、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２３、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２４からなる。これらの層を順に半導体基板ＳＢ上に積層させることにより、半導体多層膜が形成される。尚、分離層２７は、ｐ型又はｎ型のＡｌＧａＡｓ層としてもよい。
【００３８】
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ＳＢの種類、或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、或いはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法を用いることができる。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示す通り、孔Ｈ１１，Ｈ１２及び孔ｈを形成する。これらの孔Ｈ１１，Ｈ１２及び孔ｈを形成するには、まず、半導体多層膜上にレジスト（図示省略）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、孔Ｈ１１，Ｈ１２及び孔ｈが形成されるべき位置に開口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ミラー２４及び活性層２３をエッチングし、更に第１ミラー２２の途中までエッチングする。これにより、孔ｈが形成される。
【００４０】
上記のエッチングに用いたレジスト層を除去して、半導体多層膜上にレジスト（図示省略）を新たに塗布した後、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、孔Ｈ１１，Ｈ１２が形成されるべき位置に開口を有するレジスト層が形成される。尚、孔ｈ上又はその内部にはレジストが充填されている。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ミラー２２をエッチングする。これにより、孔Ｈ１２が形成される。
【００４１】
次に、上記のレジスト層を除去して、半導体多層膜上にレジスト（図示省略）を新たに塗布した後、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、孔Ｈ１１が形成されるべき位置に開口を有し、更に電極Ｅ１２の接続部ｅ２１が形成されるべき位置に開口を有するレジスト層が形成される。尚、孔ｈ上又はその内部にはレジストが充填されている。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２１及び分離層ＳＰをエッチングする。これにより、孔Ｈ１２の底面に、孔Ｈ１２の径よりも小さな径を有する凹部が形成される。
【００４２】
更に、レジスト層を除去して、半導体多層膜上にレジスト（図示省略）を新たに塗布した後、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、孔Ｈ１１が形成されるべき位置に開口を有するレジスト層が形成される。尚、孔ｈ及び孔Ｈ１２上又はその内部にはレジストが充填されている。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１３、及び静電耐圧層１２をエッチングする。これにより、孔Ｈ１１が形成される。以上の工程を終えると、孔Ｈ１１，Ｈ１２及び孔ｈが形成されると、レジスト層は除去される。尚、以上の工程はあくまでも一例であって、一度の工程で孔ｈを形成した後で一度の工程で孔Ｈ１２を形成し、更に一度の工程で孔Ｈ１２を形成しても良い。
【００４３】
続いて、図４（ｃ）に示す通り、電流狭窄部２５を形成する。この電流狭窄部２５を形成するには、上記工程によって孔Ｈ１１，Ｈ１２及び孔ｈが形成された半導体基板ＳＢ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２４中のＡｌ組成が高い層が孔Ｈ１１，Ｈ１２及び孔ｈを中心として酸化されて電流狭窄部２５が形成される。
【００４４】
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部２５を備えた面発光型半導体レーザでは、駆動する際に、電流狭窄部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。従って、電流狭窄部２５を形成する工程において、形成する電流狭窄部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。
【００４５】
次に、図５（ａ）に示す通り、半導体多層膜Ｌ１２に形成された第２ミラー２４の上面であって、孔ｈに囲まれた領域内に凹部２６を形成する。具体的には、第２ミラー２４上にレジスト（図示省略）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、凹部２６が形成されるべき位置に開口を有する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、例えばウェットエッチング法により第２ミラー２４をエッチングする。これにより、凹部２６が形成される。この凹部２６を形成することにより、第２ミラー２４の光学的膜厚を微調整することが可能であり、また上記の電流狭窄部２５を形成するときに、仮に第２ミラー２４の上面が酸化されてしまった場合には、この部分を除去することもできる。尚、この凹部２６を形成する必要がない場合には、この工程を省略することも可能である。
【００４６】
次いで、図５（ｂ）に示す通り、第２ミラー２４の上面であって電極Ｅ１１の引き出し部ｅ１２が形成されるべき位置に絶縁膜Ｚ１を形成する。この絶縁層Ｚ１として、熱又は光等のエネルギーによって硬化可能な液体材料（例えば紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体）を硬化させることにより得られるものを用いることができる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂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等が例示できる。また、例えば、絶縁層Ｚ１は、上記材料を複数用いて積層膜とすることもできる。
【００４７】
以上の工程が終了すると、図５（ｂ）に示す通り、電極Ｅ１１，Ｅ１２が形成される。ここで、電極Ｅ１１は、リング状の平面形状を有する接続部ｅ１１、直線状の平面形状を有する引き出し部ｅ１２、及び孔Ｈ１１内に形成される柱状部ｅ２１を有しているが、接続部ｅ１１は第２ミラー２４上に形成され、引き出し部ｅ１２は絶縁層Ｚ１上に形成される。
【００４８】
電極Ｅ１，Ｅ２を形成する具体的な方法は以下の通りである。まず、電極Ｅ１，Ｅ２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２４の上面、孔Ｈ１１内に露出している第１コンタクト層１１、及び孔Ｈ１２内に露出しているコンタクト層２１及び第２コンタクト層１３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金属膜を形成し、その後にリフトオフ法により、所定の位置以外の金属膜を除去することにより電極Ｅ１１，Ｅ１２が形成される。
【００４９】
尚、上記の電極Ｅ１１，Ｅ１２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又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。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が、通常４００℃前後で行う。これによって工程によって図１，図２に示す本実施形態の光半導体素子１が製造される。
【００５０】
〔第２実施形態〕
図６は本発明の第２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７は図６中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。尚、図６，図７においては、図１，図２に示した光半導体素子１が備える部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図７に示す通り、本実施形態の光半導体素子２は、図１，図２に示す光半導体素子１と同様に、半導体基板ＳＢ上に半導体多層膜Ｌ１１、分離層ＳＰ、及び半導体多層膜Ｌ１２が順に積層されており、半導体多層膜Ｌ１１に形成された静電耐圧素子１０と、半導体多層膜Ｌ１１の上方に位置する半導体多層膜Ｌ１２に形成された面発光型半導体レーザ２０とを含んで構成される。
【００５１】
但し、本実施形態の光半導体素子２は、面発光型半導体レーザ２０が形成されている半導体多層膜Ｌ１２が柱状形状に形成されており、且つ、面発光型半導体レーザ２０と静電耐圧素子１０とを接続する電極が第１実施形態の光半導体素子１に形成される電極Ｅ１１，Ｅ１２とは異なる点において相違する。図６に示す通り、半導体多層膜Ｌ１２は、その平面形状が矩形形状の柱状形状に形成されている。
【００５２】
この半導体多層膜Ｌ１２は、半導体基板ＳＢの表面に沿う平面内で占める面積が、面発光型半導体レーザ２０が占める面積よりも大に設定されている。つまり、本実施形態の光半導体素子２も半導体多層膜Ｌ１２内の面発光型半導体レーザ２０が形成されている部分の周囲に発光に寄与しない部分が形成されている構造であるため、放熱を良好に行うことができる。
【００５３】
本実施形態の光半導体素子２は、半導体多層膜Ｌ１２の一方の側面側において、分離層ＳＰ並びに半導体多層膜Ｌ１１の第２コンタクト層１３及び静電耐圧層１２も除去されている。そして、図６及び図７に示す通り、この側面側においては、第１コンタクト層１１の上面を覆い、且つ半導体多層膜Ｌ１２の側面を覆うように絶縁膜Ｚ２が形成されている。また、第１コンタクト層１１の上面を覆う絶縁膜Ｚ２は、一部除去されており、この除去された部分に第１コンタクト層１１と接続される電極Ｅ２１が形成されている。
【００５４】
この電極Ｅ２１は、半導体多層膜Ｌ１２の側面に形成された絶縁膜Ｚ２に沿って上方に延び、第２ミラー２４の上面に接続されている。つまり、図６に示す通り、電極Ｅ２１は、第２ミラー２４と接続されるリング形状の平面形状を有する接続部ｅ２１と、第１コンタクト層１１に接続される接続部ｅ２３と、接続部ｅ２１と接続部ｅ２３とを接続する引き出し部ｅ２２とを有している。尚、本実施形態では、引き出し部ｅ２２の内、第２ミラー２４上に位置する部分も第２ミラー２４と接続されている。
【００５５】
また、本実施形態の光半導体素子２は、半導体多層膜Ｌ１２の他方の側面側においては、分離層ＳＰが除去されている。そして、図６及び図７に示す通り、この側面側においては、半導体多層膜Ｌ１２のコンタクト層２１と、半導体多層膜Ｌ１２の第２コンタクト層１３に接続される電極Ｅ２２が形成されている。前述した通り、半導体多層膜Ｌ１２は、平面が矩形形状の柱状形状に形成されるが、図６に示す通り、この側面の一部が半導体多層膜Ｌ１２のコンタクト層２１が露出するまで除去されており、この露出したコンタクト層２１上に電極Ｅ２２が接続される。
【００５６】
以上の通り、本実施形態の光半導体素子２においても、静電耐圧素子１０は、電極Ｅ２１，Ｅ２２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に対して逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子１０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。本実施形態の光半導体素子２は、第１実施形態の光半導体素子１に比べて、面発光型半導体レーザ２０と静電耐圧素子１０とを接続する電極を容易に形成することができる。
【００５７】
〔第３実施形態〕
図８は本発明の第３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９は図８中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図９に示す通り、本実施形態の光半導体素子３は、半導体基板ＳＢ上に半導体多層膜Ｌ２１、分離層ＳＰ、及び半導体多層膜Ｌ２２が順に積層されており、半導体多層膜Ｌ２１に形成された面発光型半導体レーザ３０と、半導体多層膜Ｌ２１の上方に位置する半導体多層膜Ｌ２２に形成された静電耐圧素子４０とを含んで構成される。
【００５８】
〈面発光型半導体レーザ〉
面発光型半導体レーザ３０は、半導体基板（本実施形態でもｎ型ＧａＡｓ基板）ＳＢ上に積層された半導体多層膜Ｌ２１に形成されている。この面発光型半導体レーザ３０は垂直共振器を有し、半導体基板ＳＢの表面に直交する方向にレーザ光を射出する。本実施形態の面発光半導体レーザ３０は、前述した第１，第２実施形態の面発光半導体レーザ２０とほぼ同様の構成である。
【００５９】
つまり、面発光型半導体レーザ３０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３１と、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ミラーという）３２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３３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ミラーという）３４とが順次積層された多層構造である。
【００６０】
面発光型半導体レーザ３０をなす第１ミラー３２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３４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。従って、ｐ型の第２ミラー３４、不純物がドーピングされていない活性層３３、及びｎ型の第１ミラー３２によりｐｉｎダイオードが形成される。
【００６１】
第２ミラー３４を構成する層のうち活性層３３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部３５が形成されている。この電流狭窄部３５は、面発光型半導体レーザ３０を流れる電流（活性層３３を流れる電流）を狭窄するためのものである。また、図８に示す通り、面発光型半導体レーザ３０の周囲には、面発光型半導体レーザ３０に電流狭窄部３５を形成するための複数の孔ｈが形成されている。
【００６２】
この孔ｈは、第２ミラー３４の表面から活性層３３を貫通して第１ミラー３２の途中までの深さに形成されている。尚、電流狭窄部３５を形成するには、第２ミラー３４の表面から活性層３３に至る深さであれば良い。また、図８に示す通り、面発光型半導体レーザ３０の周囲に３つの孔ｈが形成されている場合を例に挙げて説明するが、その数は任意である。図８に示す通り、半導体多層膜Ｌ２１の内の孔ｈに囲まれた領域Ｒ３１が、実質的に面発光型半導体レーザ３０ということができる。
【００６３】
分離層ＳＰを介して半導体多層膜Ｌ２１上に形成された半導体多層膜Ｌ２２には、面発光型半導体レーザ３０の上方を開口する開口部ＡＰが形成されている。この開口部ＡＰ内には、半導体多層膜Ｌ２１に形成された第２ミラー３４の上面であって、孔ｈに囲まれた領域Ｒ３１内に凹部３６が形成されており、この凹部３６の底面が面発光型半導体レーザ３０からのレーザ光の射出面３７とされている。第２ミラー３４上には、凹部３６の外周に沿うようにリング状の平面形状を有する電極Ｅ３１の接続部ｅ３１が形成されている。図８に示す通り、電極Ｅ３１は、リング状の平面形状を有する接続部ｅ３１と、直線状の平面形状を有する引き出し部ｅ３２と、平面形状が矩形の接続部ｅ３３とを有する。
【００６４】
電極Ｅ３１は、接続部ｅ３１において第２ミラー３４と電気的に接続され、接続部ｅ３３において半導体多層膜Ｌ２２の第２コンタクト層４３（詳細は後述）と電気的に接続される。電極Ｅ３１の引き出し部ｅ３２は、接続部ｅ３１と接続部ｅ３３とを接続している。尚、本実施形態では、引き出し部ｅ３２の一部が第２ミラー３４上に形成されており、これにより引き出し部ｅ３２が第２ミラー３４と電気的に接続されている。また、開口部ＡＰの一端には絶縁膜Ｚ３が形成されており、引き出し部ｅ３２の残りの部分は絶縁膜Ｚ３上又は側方に形成されており、接続部ｅ３３の一部は絶縁膜Ｚ３上に形成されている。
【００６５】
また、図８及び図９に示す通り、本実施形態の光半導体素子３には、半導体多層膜Ｌ２２の表面から半導体多層膜Ｌ２１の第１コンタクト層３１に至る孔Ｈ４１が形成されている。つまり、孔Ｈ４１内においては第１コンタクト層３１が露出している。こらの孔Ｈ４１、図８に示す通り、平面形状が矩形形状に形成されている。但し、孔Ｈ４１の平面形状は矩形形状に限られる訳ではなく、任意の形状とすることができる。孔Ｈ４１の内部において露出した第１コンタクト層３１上には電極Ｅ３２が形成されている。
【００６６】
これらの電極Ｅ３１，Ｅ３２は、面発光型半導体レーザ３０を駆動するための電極である。尚、詳細は後述するが、これらの電極Ｅ３１，Ｅ３２には、静電耐圧素子４０も接続されている。尚、詳細は後述するが、静電耐圧素子４０は、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。電極Ｅ３１，Ｅ３２は、電源に接続される不図示のパッド部に、例えば例えばワイヤボンディングで接続される。或いは、孔Ｈ４１の内部に絶縁体を埋め込むとともに、半導体多層膜Ｌ２２上の所定位置に絶縁膜を形成して、上記の不図示のパッド部に接続される配線を形成しても良い。かかる配線を形成した方が、電極Ｅ３１，Ｅ３２とパッド部とをワイヤボンディングで接続するよりも信頼性を高めることができるため、好ましい。
【００６７】
〈分離層〉
分離層ＳＰは、半導体多層膜Ｌ２１上に形成されている。即ち、分離層ＳＰは、面発光型半導体レーザ３０と静電耐圧素子４０との間に設けられている。具体的には、図９に示す通り、分離層ＳＰは第２ミラー３４上に形成されている。即ち、分離層ＳＰは、面発光型半導体レーザ３０の第２ミラー３４と、後述する静電耐圧素子４０の第１コンタクト層４１との間に設けられている。この分離層ＳＰにも前述した孔Ｈ４１が形成されている。この分離層は、例えばｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層からなる。
【００６８】
〈静電耐圧素子〉
静電耐圧素子４０は、分離層ＳＰ上の半導体多層膜Ｌ２２に形成されており、面発光型半導体レーザ３０を静電破壊から保護するためのものである。半導体多層膜Ｌ２２は、第１コンタクト層４１、静電耐圧層４２、及び第２コンタクト層４３を順に積層したものである。静電耐圧素子４０を構成する第１コンタクト層４１はｐ型ＧａＡｓ層からなり、静電耐圧層４２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４３はｎ型ＧａＡｓ層からなる。
【００６９】
具体的には、第１コンタクト層４１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２コンタクト層４３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１コンタクト層４１、不純物がドーピングされていない静電耐圧層４２、及びｎ型の第２コンタクト層４３により、ｐｉｎダイオードが形成されている
【００７０】
前述した通り、半導体多層膜Ｌ２２には、面発光型半導体レーザ３０の上方を開口する開口部ＡＰと、半導体多層膜Ｌ２１のコンタクト層３１に至る孔Ｈ４１が形成されている。開口部ＡＰには前述した電極Ｅ３１の一部が形成されており、この電極の接続部ｅ３３は、半導体多層膜Ｌ２２の第２コンタクト層４３と電気的に接続されている。また、電極Ｅ３２は、孔Ｈ４１内に形成されて半導体多層膜Ｌ２１のコンタクト層３１と電気的に接続される柱状部ｅ４１と、半導体多層膜Ｌ２２の第１コンタクト層４１と電気的に接続される接続部ｅ４２とを備えている。
【００７１】
ここで、静電気等の外的要因により面発光型半導体レーザ２０に対して逆方向の電圧が電極Ｅ３１，Ｅ３２間に印加されると、半導体多層膜Ｌ２２の第２コンタクト層４３上に形成された電極Ｅ３１と、孔Ｈ４２内の第１コンタクト層４１上に形成された電極Ｅ３２との間に電流が流れる。このため、図８，図９に示す通り、第２コンタクト層４３上に形成された電極Ｅ３１と、孔Ｈ４２内の第１コンタクト層４１上に形成された電極Ｅ３２との間の領域（開口ＡＰ及び絶縁膜Ｚ３が形成された部分を除く）Ｒ４１内の半導体多層膜Ｌ２２が実質的に静電耐圧素子４０であるということができる。
【００７２】
また、第２コンタクト層４３上に形成された電極Ｅ３１と、孔Ｈ４２内の第１コンタクト層４１上に形成された電極Ｅ３２との間の領域Ｒ４１内には、開口ＡＰ及び絶縁膜Ｚ３が形成されているため、電流は開口ＡＰ及び絶縁膜Ｚ３の近傍に沿って流れる。電流は電気的な抵抗が極力低い経路に沿って流れるため、図９の紙面に交差する方向への電流の広がりはさほど大きくないと考えられる。このため、図９に示す領域Ｒ４１内の半導体多層膜Ｌ２２の内、開口ＡＰ及び絶縁膜Ｚ３の幅よりも僅かに広い領域Ｒ４２（図８参照）内の半導体多層膜Ｌ２２（開口ＡＰ及び絶縁膜Ｚ３が形成された部分を除く）が実質的に静電耐圧素子４０であるということができる。
【００７３】
以上から、半導体基板ＳＢの表面に沿う平面内で静電耐圧素子４０が占める面積は、図８に示す通り、領域Ｒ４１と領域Ｒ４２とによって規定される矩形領域（開口ＡＰ及び絶縁膜Ｚ３が形成された部分を除く）の面積程度と言うことができる。よって、本実施形態においては、半導体基板ＳＢの表面に沿う平面内で静電耐圧素子１０が占める面積は、面発光型半導体レーザ２０が占める面積よりも大に設定されている。
【００７４】
尚、本実施形態でも、簡単のために半導体多層膜Ｌ２１の第２ミラー３４と半導体多層膜Ｌ２２の第２コンタクト層４３とを電極Ｅ３１で接続するとともに、半導体多層膜Ｌ２１のコンタクト層３１と半導体多層膜Ｌ２２の第１コンタクト層４１とを電極Ｅ３２で接続する例を挙げて説明している。しかしながら、半導体多層膜Ｌ２１の第２ミラー３４はｐ型であり、半導体多層膜Ｌ２２の第２コンタクト層４３はｎ型である。同様に、半導体多層膜Ｌ２１のコンタクト層３１はｎ型であり、半導体多層膜Ｌ２２の第１コンタクト層４１はｐ型である。
【００７５】
このため、電極Ｅ３１，Ｅ３２の材質によってはオーミックコンタクトが取れないことが考えられる。かかる不具合を防止するために、半導体多層膜Ｌ２１の第２ミラー３４上、及び半導体多層膜Ｌ２２の第２コンタクト層４３上に電極を形成し、これらの電極を電極配線で接続するのが望ましい。また、半導体多層膜Ｌ２１のコンタクト層３１上、及び半導体多層膜Ｌ２２の第１コンタクト層４１上に電極を形成し、これらの電極を電極配線で接続するのが望ましい。
【００７６】
半導体多層膜Ｌ２１の第２ミラー３４上に形成される電極、及び半導体多層膜Ｌ２２の第１コンタクト層４１上に形成される電極は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金、及び金（Ａｕ）の積層膜で形成することができる。また、半導体多層膜Ｌ２１のコンタクト層３１上に形成される電極、及び半導体多層膜Ｌ２２の第２コンタクト層４３上の電極は、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）の積層膜で形成することができる。更に、半導体多層膜Ｌ２１の第２ミラー３４上に形成される電極と、半導体多層膜Ｌ２２の第２コンタクト層４３とを接続する配線電極、及び半導体多層膜Ｌ２１のコンタクト層３１と、半導体多層膜Ｌ２２の第１コンタクト層４１とを接続する配線電極は、例えば金（Ａｕ）を用いて形成することができる。
【００７７】
〈全体の構成〉
本実施形態の光半導体素子３は、面発光型半導体レーザ３０のｎ型の第１ミラー３２及びｐ型の第２ミラー３４、並びに、静電耐圧素子４０のｐ型の第１コンタクト層４１及びｎ型の第２コンタクト層４３から全体としてｎｐｐｎ構造になっている。また、本実施形態の光半導体素子３は、面発光型半導体レーザ３０のｐ型の第２ミラー３４と静電耐圧素子４０のｎ型の第２コンタクト層４３とが電極Ｅ３１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３０のｎ型のコンタクト層３１と静電耐圧素子４０のｐ型の第１コンタクト層４１とが電極Ｅ３２によって電気的に接続されている。
【００７８】
従って、静電耐圧素子４０は、電極Ｅ３１，Ｅ３２によって、面発光型半導体レーザ３０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、本実施形態においても、面発光型半導体レーザ３０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３０を静電破壊から保護することができる。
【００７９】
また、本実施形態の光半導体素子３は、半導体多層膜Ｌ２１には面発光型半導体レーザ３０と面発光型半導体レーザ３０に流れる電流を狭窄する電流狭窄部３５を形成するための孔ｈとが形成されており、電流狭窄のために面発光型半導体レーザ３０をメサ構造にする必要がない。よって、半導体多層膜Ｌ２１内の面発光型半導体レーザ３０が形成されている部分の周囲に発光に寄与しない部分が形成されている構造とすることができるため、放熱を良好に行うことができる。
【００８０】
〔第４実施形態〕
図１０は本発明の第４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１１は図１０中のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。尚、図１０，図１１においては、図８，図９に示した光半導体素子３が備える部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図１１に示す通り、本実施形態の光半導体素子４は、図８，図９に示す光半導体素子３と同様に、半導体基板ＳＢ上に半導体多層膜Ｌ２１、分離層ＳＰ、及び半導体多層膜Ｌ２２が順に積層されており、半導体多層膜Ｌ２１に形成された面発光型半導体レーザ３０と、半導体多層膜Ｌ２１の上方に位置する半導体多層膜Ｌ２２に形成された静電耐圧素子４０とを含んで構成される。
【００８１】
但し、本実施形態の光半導体素子４は、面発光型半導体レーザ３０が形成されている半導体多層膜Ｌ２１及び静電耐圧素子４０が形成されている半導体多層膜Ｌ２２が柱状形状に形成されており、且つ、面発光型半導体レーザ３０と静電耐圧素子４０とを接続する電極が第３実施形態の光半導体素子３に形成される電極とは異なる点において相違する。図４に示す通り、半導体多層膜Ｌ２１，Ｌ２２は、その平面形状が矩形形状の柱状形状に形成されている。
【００８２】
この半導体多層膜Ｌ２１，Ｌ２２は、半導体基板ＳＢの表面に沿う平面内で占める面積が、面発光型半導体レーザ３０が占める面積と静電耐圧素子４０が占める面積よりも大に設定されている。つまり、本実施形態の光半導体素子４も半導体多層膜Ｌ２１内の面発光型半導体レーザ３０が形成されている部分の周囲に発光に寄与しない部分が形成されている構造であるため、放熱を良好に行うことができる。
【００８３】
本実施形態の光半導体素子４は、半導体多層膜Ｌ２１，Ｌ２２の一方の側面側において、半導体多層膜Ｌ２１の第１ミラー３２、活性層３３、及び第２ミラー３４、分離層ＳＰ、並びに半導体多層膜Ｌ２２が除去されている。そして、図１０，図１１に示す通り、この側面側においてはコンタクト層３１の上面を覆い、且つ半導体多層膜Ｌ２１、分離層ＳＰ、半導体多層膜Ｌ２２の側面を覆うように絶縁膜Ｚ４が形成されている。また、コンタクト層３１の上面を覆う絶縁膜Ｚ４は、一部除去されており、この除去された部分にコンタクト層３１と接続される電極Ｅ４２が形成されている。
【００８４】
この電極Ｅ４２は、半導体多層膜Ｌ２１，Ｌ２２の側面に形成された絶縁膜Ｚ４に沿って上方に延び、第１コンタクト層４１の上面に接続されている。前述した通り、半導体多層膜Ｌ２１，Ｌ２２は、平面が矩形形状の柱状形状に形成されるが、図１０に示す通り、この側面の一部が半導体多層膜Ｌ２１の第１コンタクト層４１が露出するまで除去されており、この露出したコンタクト層４１上に電極Ｅ４２が接続される。
【００８５】
以上の通り、本実施形態の光半導体素子４においても、静電耐圧素子４０は、電極Ｅ３１，Ｅ４２によって、面発光型半導体レーザ３０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３０に対し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３０の静電破壊から保護することができる。本実施形態の光半導体素子４は、第３実施形態の光半導体素子３に比べて、面発光型半導体レーザ３０と静電耐圧素子４０とを接続する電極を容易に形成することができる。
【００８６】
以上説明した各実施形態においては、何れも半導体多層膜内の面発光型半導体レーザが形成されている部分の周囲に、発光に寄与しない部分が形成されている構造である。このため、放熱を良好に行うことができ、熱的クロストーク（アレイ構造をなす１つの面発光型半導体レーザで発生した熱が、アレイ構造をなす他の面発光型半導体レーザに及ぼす影響）を防止することができる。更に、放熱性が良好であって熱が蓄積され難いため、寿命を延ばすこともできる。
【００８７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、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。例えば、上記形態では、静電耐圧素子がｐｉｎダイオードである場合を例に挙げて説明したが、ｐｎダイオードであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１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２】図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光半導体素子１の電気的な等価回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光半導体素子の製造工程の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光半導体素子の製造工程の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第２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７】図６中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図８】本発明の第３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９】図８中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１０】本発明の第４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１１】図１０中のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１〜４……光半導体素子
１０……静電耐圧素子
２０……面発光型半導体レーザ
２５……電流狭窄部
３０……面発光型半導体レーザ
３５……電流狭窄部
４０……静電耐圧素子
ＡＰ……開口部
Ｅ１１，Ｅ１２……電極
Ｅ２１，Ｅ２２……電極
Ｅ３１，Ｅ３２……電極
Ｅ４２……電極
ｈ……孔
Ｌ１１，Ｌ２２……半導体多層膜（第２半導体多層膜）
Ｌ１２，Ｌ２１……半導体多層膜（第１半導多層体膜）
ＳＢ……半導体基板
ＳＰ……分離層
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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