(57)【要約】【課題】  広い温度範囲で安定した出力特性を容易に実現できる半導体発光装置を提供する。【解決手段】  半導体レーザ素子と、半導体基板１上に位置する受光層３、窓層４から該受光層内にまで形成された第２導電型領域８、半導体基板裏面上に位置する透過性反射膜２１を有する半導体受光素子１０とを備え、半導体受光素子はエピダウン実装され、透過性反射膜が半導体レーザ素子から出射されたレーザ光１５で照射される配置として、該透過性反射膜の反射光を出力光１５ａとし、透過光１５ｂを半導体受光素子が受光して半導体レーザ素子の出力制御に用いる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
第１導電型の半導体基板の第１の面上に位置する第１導電型の半導体層、該第１導電型の半導体層上に位置してレーザ光を受光する第１導電型の受光層、該受光層の上に位置するキャップ層、該キャップ層から該受光層内にまで形成された第２導電型領域、前記キャップ層における該第２導電型領域とオーミック接触する第２の電極、前記第１の面の反対側の第２の面上に位置する透過性反射手段、および前記半導体基板とオーミック接触する第１の電極を有する半導体受光素子とを備え、
前記半導体受光素子はエピダウン実装され、前記透過性反射手段が前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光で照射される配置として、該透過性反射手段で反射した反射光を出力光とし、該透過性反射手段を透過した透過光を前記半導体受光素子が受光して前記半導体レーザ素子の出力制御に用いる、半導体発光装置。
【請求項２】
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
第１導電型の半導体基板の第１の面上に位置する第１導電型の半導体層、該第１導電型の半導体層上に位置してレーザ光を受光する第１導電型の受光層、該受光層の上に位置するキャップ層、該キャップ層から該受光層内にまで形成された第２導電型領域、前記キャップ層における該第２導電型領域とオーミック接触する第２の電極、前記第１導電型の半導体層とオーミック接触する第１の電極、および前記第１の面の反対側の第２の面上に位置する透過性反射手段を有する半導体受光素子とを備え、
前記半導体受光素子はエピダウン実装され、前記透過性反射手段が前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光で照射される配置として、該透過性反射手段で反射した反射光を出力光とし、該透過性反射手段を透過した透過光を前記半導体受光素子が受光して前記半導体レーザ素子の出力制御に用いる、半導体発光装置。
【請求項３】
前記透過性反射手段が透過性反射膜であり、その透過性反射膜の反射率が、波長１０００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の光に対して、５０％〜９０％である、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記半導体基板はＩｎＰ基板であり、前記受光層はＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰのいずれかからなる、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記透過性反射手段が、シリコン膜と酸化ケイ素膜との多層膜、およびアルミナ系多層膜のいずれかである、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記第１の電極およびその電極の電極パッドを前記レーザ光が照射されない領域に設けた、請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記第１の電極およびその電極の電極パッドを、前記半導体基板の第２の面の四隅に設けた、請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記第１の電極をリング状に設け、前記リング状電極のいずれかの位置に電極パッドを設けた、請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記第１の電極を層状に、波長１０００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の光に対する透過率６０％以上の材料で形成し、前記透過性反射手段をその層状の電極上に設けた、請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記半導体受光素子において、前記半導体基板の厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下であり、前記半導体基板のｎ型キャリア濃度が１Ｅ１８以上で１Ｅ１９以下であり、前記レーザ光が照射される領域の長径が、５０μｍより大きく５００μｍより短い、請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記半導体レーザのレーザ光の出射の方向と、前記半導体受光素子の透過性反射手段とのなす角度が３０°より大きく、７５°より小さくなるように配置する、請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
第１導電型の半導体基板の第１の面上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層上に位置し、レーザ光を受光する第１導電型の受光層と、
前記受光層の上に位置するキャップ層と、
前記キャップ層から前記受光層内にまで形成された第２導電型領域と、
前記キャップ層における前記第２導電型領域とオーミック接触する第２の電極と、
前記第１の面の反対側の第２の面上に位置する透過性反射手段と、
前記半導体基板とオーミック接触する第１の電極とを備える、半導体受光素子。
【請求項１３】
第１導電型の半導体基板の第１の面上に位置する第１導電型の半導体層と、
、前記第１導電型の半導体層上に位置し、レーザ光を受光する第１導電型の受光層と、
前記受光層の上に位置するキャップ層と、
前記キャップ層から前記受光層内にまで形成された第２導電型領域と、
前記キャップ層における前記第２導電型領域とオーミック接触する第２の電極と、
前記第１導電型の半導体層とオーミック接触する第１の電極と、
前記第１の面の反対側の第２の面上に位置する透過性反射手段とを備える、半導体受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関し、より具体的には光出力をモニタしながらその光出力を高精度に調節することができる半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信の光源には、広い温度範囲で安定した出力特性を有する半導体発光装置が求められ、通常、半導体レーザ（レーザダイオードＬＤ：Laser
Diode）が用いられる。そして、さらにＬＤには光出力が温度変動やその他の外乱の影響を受けにくいように、光出力に対する調整機構が設けられている。
【０００３】
たとえば次のような調整機構を用いた半導体発光装置が提案されている。ＬＤの前方光出力を光ファイバ側へ出力し、また後方光出力をモニタの役割をする受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ；Photo
Diode）に受光させる。そして、ＰＤにおいて受光した光量に応じてモニタ電流を発生させることにより、ＬＤ駆動電流を調節してＬＤの出力を制御する（特許文献１）。
【０００４】
また他の調整機構では、受光素子のＰＤのエピ側表面に所定の反射率の反射膜（ＨＲ膜：High
Reflection）をコートして、ＬＤの光出力をそのＰＤの反射膜に照射し、一部透過した光をモニタ用として、また大部分の反射した光を光出力として光ファイバに出力する（特許文献２）。上記の一部透過光によって、ＬＤの光出力が制御されることになる。
【特許文献１】特開平１０−７４９７２号公報
【特許文献２】特開平８−１１６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記後方光出力をモニタに用いる調整機構では、前方光出力／後方光出力の比の温度依存性を制御する必要があるが、この温度依存性を制御することは容易ではない。すなわち、ＬＤ温度と波長シフトとの関係をもとに、波長シフトに応じてＰＤの表面で反射率を変化させる調整機構は、次の諸関係をすべて制御できる場合にのみ実現可能である。
（１）ＬＤ温度と、ＬＤの前方光出力／後方光出力の比との関係、（２）ＬＤ温度と、波長シフトとの関係、（３）波長と、反射膜の反射率との関係、（４）反射膜の構造と、反射率との関係
たとえばＬＤの波長を意図的に変えるようなすべての場合に、上記関係を制御することは不可能である。また、反射膜の膜厚構成をはじめ、全ての項目に厳格な管理が必要となるので、製造コスト増の原因となる。要は、現実的な見地に立つと、完全な温度依存性の制御は容易に実現できることではない。
【０００６】
また、反射膜により一部透過光をモニタに用い、他の大部分の反射光を出力に用いる調整機構では、その反射膜の下地となるＰＤの中央付近に、ｐ部電極や電極パッドへの配線などが配置されるため、反射膜もその凹凸または段差形状を引き継ぐことになる。このため、段差部において反射膜の反射率や反射方向が変わり、その部分の光が光ファイバ側へ出力されない。この結果、ＬＤ出射光の強度分布（強度の位置分布）が正常であっても、反射光の強度分布は大きく乱れ、ノイズが大きくなり、光信号として適用が難しくなる。
【０００７】
上記反射光の強度分布の乱れを回避するために、ＬＤの出射光の広がりに対し、受光面を十分大きくする対策をとると、次の問題を生じる。ｐ型領域はＺｎをドープして形成するが、そのドープ量や活性化率には限界があり、また厚みも比較的薄いため電流が横方向に広がる際の電気抵抗が無視できないほど大きい。このため、駆動電圧を高くしなければならず、また容量が大きくなりすぎて周波数応答特性が劣化する。上記の電気抵抗を下げるために、ｐ型領域のエピタキシャル膜の膜厚を厚くするとエピタキシャル膜形成コストが増大する。また、ｐ型領域の電気抵抗を下げるために、たとえば細かいメッシュ状のｐ型部電極を設けると、このメッシュ状電極に起因する容量が大きくなりすぎて周波数応答性が劣化する。また、メッシュ状電極の細かい凹凸が正常な反射の障害となり、反射光を光信号に使用しにくくなる。
【０００８】
本発明の目的は、広い温度範囲で安定した出力特性を容易に実現できる半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体受光装置は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、第１導電型の半導体基板の第１の面上に位置する第１導電型の半導体層、該第１導電型の半導体層上に位置してレーザ光を受光する第１導電型の受光層、その受光層の上に位置するキャップ層と、そのキャップ層から該受光層内にまで形成された第２導電型領域、キャップ層における該第２導電型領域とオーミック接触する第２の電極、前記第１の面の反対側の第２の面上に位置する透過性反射手段、および半導体基板とオーミック接触する第１の電極、を有する半導体受光素子とを備える。そして、半導体受光素子はエピダウン実装され、透過性反射手段が半導体レーザ素子から出射されたレーザ光で照射される配置として、該透過性反射手段で反射した反射光を出力光とし、該透過性反射手段を透過した透過光を半導体受光素子が受光して半導体レーザ素子の出力制御に用いる。ここで、第１の電極は、半導体基板の裏面（第２の面）または第１の面に、いずれの場合でもオーミック接触状態で設けることができる。
【００１０】
また、本発明の別の半導体受光装置は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、第１導電型の半導体基板の第１の面上に位置する第１導電型の半導体層、該第１導電型の半導体層上に位置してレーザ光を受光する第１導電型の受光層、その受光層の上に位置するキャップ層と、そのキャップ層から該受光層内にまで形成された第２導電型領域、キャップ層における該第２導電型領域とオーミック接触する第２の電極、第１導電型の半導体層とオーミック接触する第１の電極、および第１の面の反対側の第２の面上に位置する透過性反射手段、を有する半導体受光素子とを備える。そして、半導体受光素子はエピダウン実装され、透過性反射手段が半導体レーザ素子から出射されたレーザ光で照射される配置として、該透過性反射手段で反射した反射光を出力光とし、該透過性反射手段を透過した透過光を半導体受光素子が受光して半導体レーザ素子の出力制御に用いる。ここで、第１の電極は、第１導電型の半導体層上の受光層が形成されていない領域に、オーミック接触状態で形成される。受光層は、第１導電型の半導体層上に、第１の電極形成分の領域等をあけて形成される。
【００１１】
上記の２種類の本発明の半導体受光装置において、透過性反射手段とは、１００％ではない多くの光を反射し、残りの光を透過させる手段をさし、ＨＲ膜、各種グレーティング、偏光分離素子、均一微小孔分布反射膜等が対象に含まれる。
【００１２】
上記の２種類の本発明の構成によれば、ＬＤの一つの端面から放出されるレーザ光を、ＰＤの半導体基板の平坦な裏面を下地として形成された透過性反射手段で、その大部分を反射して光ファイバへと出力し、透過した残りの光をＰＤ内で受光して電気信号、すなわちモニタ電流に変換する。また、下地の段差のために配置が困難であった透過性反射手段の種類であっても、上記構成では使用することが可能となる。この結果、透過性反射手段の下地の段差による反射光の乱れがなく、また従来使用が困難であった透過性反射手段を用いて、半導体レーザ素子からの強度分布（照射面での分布）とほぼ相似の強度分布、または相似の強度分布ではなくてもビーム断面において乱れのない滑らかな強度分布の光を光ファイバに出力することができる。また、ＬＤの温度によって前方光出力／後方光出力の特性が変化ことに起因する制御精度の劣化を回避することができる。この結果、温度変化の影響を受けない高精度な光出力制御ができ、かつ強度分布に乱れやノイズのない光出力が可能な半導体発光装置を得ることができる。
【００１３】
上記本発明の別の半導体受光装置では、さらに、半導体受光素子がフリップチップ実装される構成となる。この場合、フリップチップ実装を可能にするために、半導体受光素子は横型受光素子を対象にする。この構成によれば、電極は半導体基板の裏面に配置されず、エピ側に設けられるため、半導体基板の裏面はすべて平坦な面となり、半導体基板の裏面全体を平坦な、透過性反射手段の下地として利用することができる。このため、ＰＤへの透過性反射手段の配置精度や、そのＰＤやＬＤの配置精度などを緩和することができる。
【００１４】
上記の透過性反射手段を透過性反射膜とし、その透過性反射膜に、反射率が波長１０００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の光に対して、５０％〜９０％であるものを用いることができる。この構成により、使用性に優れた透過性反射膜、たとえばＨＲ膜を用いることにより、上記の利点を備えた、波長１０００ｎｍ〜１７００ｎｍ帯通信用途の発光装置を実現することができる。
【００１５】
上記の半導体基板をＩｎＰ基板とし、受光層をＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＧａＡｓＰ層とすることができる。これにより、温度変化に対して高い安定性を有する出力制御ができ、また駆動電圧の増加を生じない、波長１０００ｎｍ〜１７００ｎｍ帯通信用途の発光装置を実現することができる。
【００１６】
上記の透過性反射手段を、シリコン膜と酸化ケイ素膜との多層膜、およびアルミナ系多層膜のいずれかで形成することができる。これにより、実績のある既存の材料供給システムを用いて必要とされる反射率を確実に得ることが可能となる。また、上記の透過性反射膜が、誘電体多層膜により形成されるものを用いることができる。この構成により、波長に対応した反射率の制御を容易に行うことが可能となる。
【００１７】
上記の第１の電極およびその電極の電極パッドを、レーザ光が照射されない領域に設けた構成をとることができる。第１の電極を半導体基板裏面（第１の面）に設けることから、この場合には、半導体受光素子が縦型受光素子である半導体発光装置を対象とする。この構成により、レーザ光が照射される領域の透過性反射手段の下地範囲を、確実にすべて平坦にすることができる。この結果、さらに乱れのない均一性に富んだ反射光（出力光）を得ることが可能となる。上記のような半導体基板端部への電極の配置は、半導体基板がｎ型の場合にとくに好都合である。半導体基板をｎ型にする際に導入するｎ型不純物は、ｐ型不純物に比べて容易に高濃度にすることができる。このため、電極が端に位置しても電流の広がり抵抗を小さく抑制することができ、駆動電圧を高くする必要がないからである。このため消費電力を低く抑えることができる。
【００１８】
上記の第１の電極およびその電極の電極パッドを、半導体基板の第２の面（裏面）の四隅に設けることができる。この構成によれば、通常、ｎ型（第１導電型）である半導体基板には不純物を高濃度に導入できるため、半導体基板における電流広がり抵抗の増加は小さく、したがって駆動電圧増加を防ぐことができる。上記の半導体受光素子も縦型受光素子である。
【００１９】
上記の第１の電極をリング状に設け、リング状電極のいずれかの位置に電極パッドを設けることができる。この構成により、半導体基板における電流広がり抵抗増加を防止でき、かつワイヤボンディングが１箇所ですむので、製造コストを低減することができる。上記の半導体受光素子も縦型受光素子である。
【００２０】
上記の第１の電極を、層状に、波長１０００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の光に対する透過率が６０％以上の材料で形成し、透過性反射手段をその層状の電極上に設けた構成としてもよい。この構成により、電流の広がり抵抗を防止することができる。また、レーザ光が照射される領域に電極を配置できるので、電極面積を大きくでき、電極の接触抵抗の増加に起因する駆動電圧の増加を抑制することができる。
【００２１】
上記の半導体受光素子において、半導体基板の厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下であり、半導体基板のｎ型キャリア濃度が１Ｅ１８以上で１Ｅ１９以下であり、レーザ光が照射される領域の長径が、５０μｍより大きく５００μｍより短い構成とすることができる。ここで長径は、レーザ光スポットの領域の最大差し渡し径をさす。この構成により、レーザ光の大きさや形状の制約なく、均一に光ファイバ側へと光出力を反射光として送ることができる。また、上記サイズ範囲にあれば、半導体基板における高濃度不純物のために電流広がり抵抗増加はなく、このため駆動電圧増加を避けることができる。
【００２２】
また、半導体レーザのレーザ光の出射の方向と、半導体受光素子の透過性反射手段とのなす角度が３０°より大きく、７５°より小さくなるように配置することができる。一般に、上記角度が小さくなるほど、受光素子に照射され、または光ファイバ側に出射される、レーザービームの断面形状が、扁平度の高い楕円となる。実際には、光ファイバと受光素子との間にレンズを設けて光を絞って光ファイバ側に出射するが、上記角度が３０°以下では、扁平度が大きすぎてロスを多く生じてしまう。また、上記角度が７５°以上では受光素子からの距離を極端に大きくしないとレーザ素子と光ファイバとを配置できなくなる。また配置したとしても装置全体が大きくなりすぎ、使用環境を考えると現実的ではない。
【００２３】
本発明の半導体受光素子は、第１導電型の半導体基板の第１の面上に位置する第１導電型の半導体層と、第１導電型の半導体層上に位置し、レーザ光を受光する第１導電型の受光層と、その受光層の上に位置するキャップ層と、そのキャップ層から受光層内にまで形成された第２導電型領域と、キャップ層における第２導電型領域とオーミック接触する第２の電極と、第１の面の反対側の第２の面上に位置する透過性反射手段と、半導体基板とオーミック接触する第１の電極とを備える。この構成により、エピダウン実装され、上記本発明の半導体発光装置における作用効果をもたらすことができる。
【００２４】
また、本発明の別の半導体受光素子は、第１導電型の半導体基板の第１の面上に位置する第１導電型の半導体層と、第１導電型の半導体層上に位置し、レーザ光を受光する第１導電型の受光層と、その受光層の上に位置するキャップ層と、そのキャップ層から受光層内にまで形成された第２導電型領域と、キャップ層における第２導電型領域とオーミック接触する第２の電極と、第１導電型の半導体層とオーミック接触する第１の電極と、第１の面の反対側の第２の面上に位置する透過性反射手段とを備える。この構成により、上記エピダウン実装の半導体発光素子における作用効果に加えて、フリップチップ実装のため、第１の電極（ｎ部電極）が裏面に配置されないので、平坦な広い裏面（第２の面）を利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１における半導体発光装置を示す図である。図１を参照して、ＬＤおよびＰＤは、各々外部との電気的接続を保つために、複数のリード端子と配線で接続されるが、図示を省略する。ＬＤ３０およびＰＤ１０は、ステム４０上に搭載されている。外部からＬＤ３０にＬＤ駆動電流を流すことによりＬＤ３０の片端から放出されたレーザ光１５は、所定の角度でＰＤ１０の反射面に照射される。照射されたレーザ光１５の大部分はＰＤ１０の透過性反射膜で反射され、出力光１５ａとしてレンズ５１を通り、光ファイバ５０へと出力される。透過性反射膜を反射しないで透過する光は、ＰＤ１０内の受光層で受光され、電気信号に変換され、モニタ電流として外部へ取り出される。このモニタ電流に応じて、ＬＤ駆動電流を調節することにより、ＬＤ出力が調整され、光ファイバへと導入される光出力の制御を行っている。ＬＤ３０のもう一方の端面には、ほぼ１００％の光を反射できるように反射膜（図示せず）を配置してある。上記のＬＤ３０から放出される光の波長は１２００ｎｍとした。
【００２６】
図２に示すように、ＰＤ１０は、ｎ型ＩｎＰ基板１上に、順次、ｎ型ＩｎＰバッファ層２、ＩｎＧａＡｓ受光層３、ＩｎＰキャップ層４がエピタキシャル成長され、受光部のＩｎＧａＡｓ層３およびＩｎＰキャップ層４がｐ型領域８とされている。ＩｎＰキャップ層４のｐ型領域にはｐ型部電極７が配置され、ＩｎＰキャップ層４をパッシベーション膜５が被覆している。また、パッシベーション膜５とＩｎＰキャップ層４との間に、ｐ型領域８を形成するために用いた拡散マスクパターン６が介在している。
【００２７】
上記ＰＤ１０は、エピダウン実装（エピタキシャル膜側を下側にして実装）されている点に特徴がある。すなわちパッシベーション膜５およびｐ型部電極７の下に配線および接着層８が挿入され、ステムに搭載されている。ｎ型ＩｎＰ基板１はその裏面に透過性反射膜２１が配置され、ＬＤからのレーザ光１５が照射され、大部分は出力光１５ａとして反射され、部分的に透過光１５ｂとして取り込まれ、受光層３のｐｎ接合で電流（モニタ電流）に変換される。レーザ光１５が照射されない領域のｎ型ＩｎＰ基板裏面に、ｎ型部電極１３ｂ、その電極パッド１３ａおよびワイヤ１６が配置される。上記の構造によれば、レーザ光１５が照射される透過性反射膜２１は平坦部にのみ配置されるので、下地に段差がない。このため出力光は、平坦に配置された透過性反射膜２１からのみ反射する反射光１５ａで構成されるので、乱れのない出力光となり光通信に好適な光となる。
【００２８】
上記のレーザ光１５ａの出射の方向と、半導体受光素子の透過性反射膜２１とのなす角度が３０°より大きく、７５°より小さくなるように配置するのがよい。一般に、上記角度が小さくなるほど、光ファイバ側に出射されるレーザービームの断面形状が、扁平度の高い楕円となる。実際には、光ファイバと受光素子との間にレンズを設けて光を絞って光ファイバ側に出射するが、上記角度が３０°以下では、扁平度が大きすぎてロスを多く生じてしまう。また、上記角度が７５°以上では受光素子からの距離を極端に大きくしないとレーザ素子と光ファイバとを配置できなくなる。また配置したとしても装置全体が大きくなりすぎ、使用環境を考えると現実的ではない。
【００２９】
上記のように、ｎ型部電極１３ｂがｎ型ＩｎＰ基板１の端に位置することを可能にするのは、ｎ型ＩｎＰ基板１におけるｎ型不純物の濃度を比較的高濃度にしやすく、ｎ型ＩｎＰ基板１の電気抵抗が低いためである。ｎ型ＩｎＰ基板１の低抵抗により、ｎ型部電極１３ｂがｎ型Ｉｎｐ基板の端に位置しても、電流の広がり抵抗を抑えることができ、駆動電圧を高める必要がない。
【００３０】
次に上記の半導体発光素子の製造方法について説明する。まず半導体基板には、たとえば、厚み４００μｍで、５Ｅ１８個／ｃｍ３のＳのドープによりｎ型化しているＩｎＰ基板１を用いる。ＩｎＰ基板１上に、たとえば２Ｅ１７個／ｃｍ３のＳｉによりｎ型化しているＩｎＰバッファ層２、１Ｅ１５個／ｃｍ３程度にｎ型不純物濃度を下げたＩｎＧａＡｓ受光層３およびノンドープのＩｎＰキャップ層４を順に設ける。次いで、ＩｎＰキャップ層４の上に形成した拡散マスクパターン６を用いて、所定の範囲のＩｎＰキャップ層４およびＩｎＧａＡｓ受光層３に、Ｚｎを外部より導入し、拡散させて、受光部にｐ型領域８を形成する。ｐ型領域８のＩｎＰキャップ層中のキャリア濃度は、たとえば３Ｅ１８個／ｃｍ３とする。
【００３１】
このあとｐ型領域８に接してｐ型部電極７を設け、ｐ型部電極７を除いた部分を保護膜（パッシベーション膜）５で被覆する。このあと、半導体基板１をＰＤの厚みがたとえば２００μｍになるまで減厚し、次いで、ＡｕＧｅＮｉからなるｎ型部電極１３ｂを設け、その上にＡｕの電極パッド１３ａを設ける。そのあと電極パッド１３ａから外部へとボンディングワイヤ１６で電気的に接続する。なお、図２および図３に示すように、ｎ型部電極１３ｂおよびその上の電極パッド１３ａは、レーザ光１５の照射を受けない場所に設ける。次いで、ｎ型部電極の位置しない半導体基板裏面の領域に透過性反射膜２１を設けた。透過性反射膜２１は、たとえばＳｉとＳｉＯ２との多層膜により形成し、たとえば、波長１３１０ｎｍの光に対して７０％となるようにする。次いで、ｐ型部電極７とステムが導通するように導電性接着剤２８を用いてステムに搭載する。ｐ型部電極７は接着剤およびステムを介在させて外部へとボンディングワイヤで電気的に接続する。
【００３２】
図３に示すように、ｎ型部電極はレーザ光１５の照射範囲Ａから十分離れた場所に設けることができるため、レーザ光が照射される部分の透過性反射膜２１は平坦な下地面上に形成されている。この結果、透過性反射膜による反射光は、正常な強度分布を示し、光通信用の光として好適な光を出力することができる。
【００３３】
上記したように、ｎ型部電極を半導体基板の端部に配置しても、電流広がり抵抗が大きくならないのは、ＩｎＰではｎ型不純物を容易に高濃度にすることができ、比抵抗を小さくできるためである。この結果、上記のようにｎ型ＩｎＰ基板の端にｎ型部電極を設け、平坦な部分にのみ透過性反射膜を形成することが許容される。
【００３４】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の半導体発光装置における受光素子ＰＤ１０を示す図である。ｎ型部電極１３ｂおよびワイヤボンディング用の電極パッド１３ａをＰＤ１０の半導体基板１の裏面の４隅に設け、各電極パッド１３ａからボンディングワイヤ１６により外部へ導通した点に特徴を有する。図面中の参照番号の意味は図２および図３と同様である。透過性反射膜２１は、ｎ型部電極１３ｂやその電極パッド１３ａのない、平坦な領域にのみ配置することができる。この結果、正常な強度分布を有する光出力を光ファイバに出力することができる。
【００３５】
半導体ＩｎＰは、ｎ型不純物を高濃度に導入することができ、その結果、電気抵抗を容易に低くすることができる。このため、上記のようにｎ型ＩｎＰ基板１の裏面の四隅にｎ型部電極１３ｂを設け、ＰＤの半導体基板の厚みを極端に小さくしたり、またＰＤのレーザ光照射部分Ａを極端に大きくした場合でも、電気抵抗が低いために、ｎ型部での電流広がり抵抗はなく、駆動電圧の上昇なく光出力の制御を容易に行うことが可能となる。四隅のｎ型部電極１３ｂを設けることにより、１つの隅に設ける場合よりも、上記の電流広がり抵抗をより小さく抑えることが可能となる。
【００３６】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３の半導体発光装置における受光素子ＰＤ１０を示す図である。本実施の形態では、ｎ型部電極１３ｂをレーザ照射領域Ａを囲むようにリング状に配置した点に特徴を有する。図面中の参照番号の意味は図２および図３と同様である。この構造により、実施の形態２（図４）におけるＰＤと同様の効果に加えて、ワイヤボンディングのための電極パッド１３ａを一つとすることができる。このため、ワイヤボンディングのコストを低減することができる。図５では円形のリング状の例を示したが、角形であってもよいし、また周囲の一箇所が途切れた形状であってもよいことはいうまでもない。
【００３７】
（実施の形態４）
図６および図７は、本発明の実施の形態４の半導体発光装置における受光素子ＰＤ１０を示す図である。本実施の形態では、ｎ型部電極１３ｂを、レーザ光が透過する材質で層状に形成してＩｎＰ基板１の裏面を被覆し、その上に透過性反射膜２１を配置した点に特徴を有する。図面中の参照番号の意味は図２および図３と同様である。この構造により、半導体基板１の裏面の広い範囲にｎ型部電極１３ｂを設けた上で、上記の実施の形態１〜３における発光装置と同様に、高精度の光出力制御を行うことができる。
【００３８】
このため、実施の形態１〜３の発光装置におけるＰＤ１０よりもさらにｎ型部電極１３ｂの接触抵抗を下げることができる。また、ｎ型部（ｎ型半導体基板／ｎ型バッファ層／ｎ型受光層など）での電流の広がり抵抗を抑止することができる。このような光通信用の波長域の光に透明なｎ型部電極は、ＺｎＯやＩＴＯ(Indium
Tin Oxide)により形成することができる。
【００３９】
（実施の形態５）
図８および図９は、本発明の実施の形態５の半導体発光装置における受光素子ＰＤ１０を示す図である。本実施の形態では、受光素子ＰＤ１０は、キャリアが半導体基板面に沿うように移動する横型受光素子をエピダウン実装、すなわちフリップチップ実装する点に特徴を有する。実施の形態１〜４におけるＰＤは、キャリアが半導体基板の厚み方向に移動する縦型受光素子である。図面中の参照番号の意味は図２および図３と同様である。上記のように、本実施の形態では横型素子をエピダウン実装（フリップチップ実装）するため、ｎ型部電極１３ｂおよびｐ型部電極７の両方とも、ＩｎＰ基板１の裏面に配置されることはない。また、電極パッドもボンディングワイヤも、ＩｎＰ基板１の裏面に配置されない。
【００４０】
上記の構造のために、ＩｎＰ基板１の裏面全体にわたって透過性反射膜２１を配置しても、下地に段差を有する箇所がない。このため、ＰＤへの透過性反射膜の配置精度や、そのＰＤやＬＤの配置精度などを緩和することができ、半導体発光装置の製造が容易となる。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の半導体発光装置について、出力光（ＰＤからの反射光）の強度分布（位置分布）を測定した試験結果を説明する。図１０は、試験の概要を示す図である。ＬＤ３０から放出されたレーザ光１５、およびＰＤ１０で反射された出力光１５ａとについて、光強度分布（位置分布）検出器７１により光強度分布を測定した。半導体発光装置内の部品であるＰＤ１０について、本発明の実施の形態１に従うＰＤを用いた（本発明例）。また、比較のために、従来のＰＤを作製して試験に供した（比較例）。本発明例と比較例とは、ＰＤおよびＰＤの相違に起因する部分の相違を除いて、その他の部分について共通にした。
【００４２】
（本発明例）
本発明例の半導体発光装置におけるＰＤは、図２および図３に示す構造（実施の形態１）を有する。その製造は、実施の形態１で説明した方法にしたがった。ステムに搭載したＰＤチップの大きさは４００μｍ□とし、レーザ光照射側の半導体基板の裏面側のｎ型部電極の大きさは直径１００μｍ円とした。これに対して、ＰＤに照射されるＬＤのレーザ光の領域Ａはおよそ直径２００μｍの円状とした（図１１参照）。したがって、ｎ型部電極はレーザ光照射範囲から十分離れた場所に設けることができ、レーザ光が照射される部分の透過性反射膜は平坦な下地面上に形成された。
【００４３】
ＰＤの裏面を被覆する透過性反射膜は、反射率約７０％を得るようにした。したがって約７０％を光ファイバへと反射し、残りの約３０％をＰＤ内へと取り込み、電気信号に変換してモニタ電流を得る。
【００４４】
（比較例）
図１２および図１３に比較例の半導体発光装置におけるＰＤの構造を示す。この比較例の半導体発光装置におけるＰＤ１１０の構造について、その製造方法を述べながら説明する。まず厚み４００μｍで、５Ｅ１８個／ｃｍ３のＳのドープによりｎ型化しているＩｎＰ基板１０１を用いた。ＩｎＰ基板１０１上に２Ｅ１７個／ｃｍ３のＳｉによりｎ型化しているＩｎＰバッファ層１０２、不純物濃度を１Ｅ１５個／ｃｍ３程度に下げたＩｎＧａＡｓ受光層１０３およびノンドープのＩｎＰキャップ層１０４を順に設けた。ＩｎＰキャップ層１０４の上に形成した拡散マスクパターン１０６を用いて、所定の範囲のＩｎＰキャップ層１０４およびＩｎＧａＡｓ受光層１０３に、Ｚｎを外部より拡散させ、受光部にｐ型領域１０８を形成した。ｐ型領域１０８のＩｎＰキャップ層１０４中のキャリア濃度は、３Ｅ１８個／ｃｍ３とした。
【００４５】
このあとｐ型部電極１０７ｂを所定の場所に設け、ｐ型部電極１０７ｂを除いた部分を保護膜１０５ａで被覆し、次いで、ｐ型部電極１０７ｂから電極パッド１０７ａへの配線電極１０７ｃおよび電極パッド１０７ａを設けた。次に電極パッド１０７ａから外部へボンディングワイヤ１１６で電気的に接続する。その後、電極パッド１０７ａを除いた部分に透過性反射膜１２１を設けた。透過性反射膜１２１はＳｉとＳｉＯ２との多層膜により形成し、波長１３００ｎｍの光に対して７０％となるようにした。また、ＩｎＰ基板１０１をＰＤ１１０の厚みが２００μｍになるまで減厚したのち、ＩｎＰ基板１０１の裏面にＡｕＧｅＮｉからなるｎ型部電極１１３を設けた。
【００４６】
上記の方法で製作したＰＤ１１０を反射膜側（エピ膜側）が上になるように、ステム上に導電性接着剤を用いて搭載した（基板ダウン実装）。ｎ型部電極１１３は、接着剤およびステムを介在させて外部へとボンディングワイヤにより電気的に接続した。
【００４７】
上記のように搭載したＰＤチップの大きさは４００μｍ□であり、レーザ光照射側のエピ膜側において上記の拡散マスクパターン１０６は直径１５０μｍの開孔円を有し、ｐ型部電極１０７ｂの大きさは直径１００μｍ円である。これに対して、ＰＤに照射されるＬＤのレーザ光の領域Ａはおよそ直径２００μｍの円状である（図１４参照）。したがって、ｐ型部電極１０７ｂおよび拡散マスクパターン１０６の開孔円といった凹凸がある下地の上の透過性反射膜１２１にレーザ光１１５は照射される。
【００４８】
（試験結果）
上記のように製作した半導体発光装置について、ＬＤから放出されるレーザ光の強度分布およびＰＤから光ファイバへ反射される光の強度分布を測定した。図１５および図１６に本発明例における測定結果を、また図１７および図１８に比較例における測定結果を示す。図１５および図１７に示すように、ＬＤからの放出光の強度分布はほぼ同じである。しかし、比較例の場合、光ファイバへと反射される光の分布は、図１８に示すように、照射光の強度分布と比較して大きく乱れており、またノイズも大きい。また、反射光の強度分布の不規則な部分は、拡散マスクパターンの開孔円の縁やｐ型部電極が位置しており、透過性反射膜に凹凸がついた箇所である。透過性反射膜の凹凸箇所では、その反射面が局所的に傾たり、または透過性反射膜の多層膜の構造が局所的に乱れるため、光が光ファイバに均一に向かわず、乱れるからである。また、この比較例の半導体発光装置を光通信に適用したが、光出力分布やノイズの状態が不安定であり、光出力制御の精度が大きく劣化した。
【００４９】
一方、本発明例では、図１６に示すように、ほぼＬＤの放出光の強度分布に相似した分布で光ファイバへと反射される。これは、図２において破線で示す光の経路のイメージのように、反射面がほぼ平坦であり、したがって反射膜の多層構造の乱れがないことに起因する。本発明例の半導体発光装置を光通信に適用したが、とくに問題なく光通信用の発光装置として用いることができた。
【００５０】
上記比較例の半導体発光装置の構造であっても、レーザ照射範囲に応じてｐ型部電極や発光素子の大きさを大きくすれば比較的乱れの小さい反射光を得ることは可能である。しかし、その場合、ｐ型部電極からｐ型部電極に囲まれた受光部への距離が長くなるので、その間の電気抵抗が大きくなって駆動電圧を極端に高くしなければならない場合を生じる。また、ｐ型部電極の面積や電極パッドまでの配線の距離が大きくなり、そのために素子の容量が増えて周波数応答特性への影響を無視できなくなる。本発明例の半導体発光装置では、上記の問題を排除しながらノイズの少ない安定した光出力を得ることができる。
【００５１】
上記に本発明の実施の形態および実施例について説明したが、最後に本発明の半導体発光装置を包括的に述べれば次のようになる。すなわち、本発明の半導体発光装置は、ＬＤと、ＰＤとを備え、ＰＤがエピダウン実装され、ＰＤの半導体基板の裏面に位置する透過性反射手段にＬＤからの光が照射される構造であれば、どのようなものであってもよい。透過性反射手段は、ＨＲ膜に限定されず、各種グレーティング、偏光分離素子、均一微小孔分布反射膜など、ＬＤからの光の一部を透過し、残りを反射するものであれば、何であってもよい。この場合、グレーティングなどにおいて、反射の概念は厳密なものではなく、たとえば入射角と反射角とが同じである必要はなく、回折光のように入射角と相違する反射角で反射するものであってもよい。その意味で、「透過性反射手段からの反射」は「透過性反射手段からの反射、回折、放射または放散」と読み替えるのが妥当である。
【００５２】
上記の透過性反射手段においては、透過性反射膜（ＨＲ膜）の場合には、下地の段差がなくなり、信号に好適な滑らかな強度分布の光を反射することができた。しかし、透過性反射膜ではない他の透過性反射手段、たとえばグレーティング類では、下地に段差があったのでは使用ができなったものを、上記本発明の構成では使用可能になるという意味での効果が大きい。このため、光出力の波長分布をより狭い範囲にすることなどの効果を、上記透過性反射膜の効果に加えて得ることができる。
【００５３】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体発光装置を示す図である。
【図２】図１におけるＰＤの断面図である。
【図３】図１のＰＤの平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２の半導体発光装置のＰＤの平面図である。
【図５】本発明の実施の形態３の半導体発光装置のＰＤの平面図である。
【図６】本発明の実施の形態４の半導体発光装置のＰＤの断面図である。
【図７】図６のＰＤの平面図である。
【図８】本発明の実施の形態５の半導体発光装置のＰＤの断面図である。
【図９】図８のＰＤの平面図である。
【図１０】実施例における半導体発光装置の試験方法の概要を示す図である。
【図１１】実施例における本発明例の半導体発光装置のＰＤの平面図である。
【図１２】実施例における比較例の半導体発光装置のＰＤの断面図である。
【図１３】図１２のＰＤの平面図である。
【図１４】実施例における比較例の半導体発光装置のＰＤの平面図である。
【図１５】本発明例におけるＬＤ放出光の強度分布を示す図である。
【図１６】本発明例におけるＰＤ反射光の強度分布を示す図である。
【図１７】比較例におけるＬＤ放出光の強度分布を示す図である。
【図１８】比較例におけるＰＤ反射光の強度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ＩｎＰ基板、２  ＩｎＰバッファ層、３  ＩｎＧａＡｓ受光層、４  ＩｎＰキャップ層、５  保護膜、６  拡散マスクパターン、７  ｐ型部電極、８  ｐ型領域、１０  ＰＤ、１３ａ  電極パッド、１３ｂ  ｎ型部電極、１３ｃ  配線電極、１５  ＬＤ放出光（レーザ光）、１５ａ  反射光（出力光）、１５ｂ  透過光（モニタ用光）、１６  ボンディングワイヤ、２１  透過性反射膜、２８  導電性接着剤、３０  ＬＤ、４０  ステム、５０  光ファイバ、５１  レンズ、７１  光強度分布検出器、Ａ  レーザ光照射領域。
【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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【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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