(57)【要約】【課題】素子の信頼性を損なうことなく、半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルと、暗電流とを低減し、もって光検出精度をより向上させることの可能な半導体発光装置を提供する。【解決手段】半導体発光素子２０は、下部ＤＢＲ層２１、下部スペーサ層２２、活性層２３、上部スペーサ層２４、電流狭窄層２５、上部ＤＢＲ層２６およびコンタクト層２７を基板１０側から順に含むと共に、コンタクト層２７上に光射出窓２８Ａを含む柱状のメサ部Ｍ１を有する。半導体光検出素子３０は、メサ部Ｍ１の光射出窓２８Ａとは反対側にメサ部Ｍ１と一体に形成されると共に、第１導電型半導体層３１、光検出層３２、第２導電型半導体層３３、３４を基板１０側から順に含む積層構造を有する。光検出層３２の幅Ｌ２がメサ部Ｍ１の幅Ｌ３よりも狭くなっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一の面側に半導体発光素子および半導体光検出素子を備え、
前記半導体発光素子は、第１多層膜反射鏡、発光領域を含む活性層および第２多層膜反射鏡を前記半導体基板側から順に含むと共に、前記第２多層膜反射鏡側に、前記発光領域で発光した光を主として射出する光射出窓を含む柱状の第１積層構造を有し、
前記半導体光検出素子は、前記第１積層構造の前記光射出窓側または前記光射出窓とは反対側に前記第１積層構造と一体に形成されると共に、第１導電型半導体層、光検出層および第２導電型半導体層を前記半導体基板側から順に含む第２積層構造を有し、
前記光検出層は、当該光検出層の積層面内の一の方向において、前記第１積層構造の前記一の方向の幅よりも狭い幅となっている
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記光検出層は、前記一の方向において、前記発光領域の前記一の方向の幅と等しいか、またはそれよりも狭くなっている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記半導体基板は、前記一の面側に凸部を有し、
前記光検出層は、前記凸部の上に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記光検出層は、当該光検出層の積層面内方向であって、かつ前記一の方向と直交する方向に延在する帯状の形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記凸部は、前記光検出層の延在方向と平行な方向に延在して形成され、
前記光検出層は、前記凸部の上面に半導体を結晶成長させることにより形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記光検出層は、積層面内方向において、多角形状、円形状、楕円形状の断面形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記凸部は、積層面内方向において、前記光検出層の積層面内方向の断面形状と相似する断面形状を有し、
前記光検出層は、前記凸部の上面に半導体を結晶成長させることにより形成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記凸部の上面は、前記一の方向において、前記第１積層構造の前記一の方向の幅よりも狭い幅となっている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記第１多層膜反射鏡および前記第２多層膜反射鏡のうち前記第２積層構造側の反射鏡と、前記第１導電型半導体層および前記第２導電型半導体層のうち前記第１積層構造側の半導体層とは、互いに同一の導電型不純物を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光光を検出する半導体光検出素子を有する半導体発光装置に係り、特に、光検出精度が高度に要求される用途で好適に適用可能な半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ファイバや、光ディスクなどの用途の半導体発光装置には、これに組み込まれた半導体発光素子の光出力レベルを一定にする目的の一環として、光検出機構により半導体発光素子の発光光を検出することが行われている。この光検出機構は、例えば、発光光の一部を分岐させる反射板と、この分岐した発光光を検出する半導体光検出素子とにより構成することが可能である。ところが、このようにすると、部品点数が多くなるだけでなく、反射板や、半導体光検出素子を半導体発光素子に対して高精度に配置しなければならないという問題がある。そこで、そのような問題を解決する方策の１つとして、半導体発光素子と半導体光検出素子とを一体に形成することが考えられる。
【０００３】
しかし、これらを一体に形成すると、半導体光検出素子が、本来検出すべき誘導放出光だけでなく、自然放出光までも検出する可能性がある。そのような場合には、半導体光検出素子によって検出された光に基づいて計測される半導体発光素子の光出力レベルには、自然放出光の分だけ誤差が含まれていることとなる。よって、この方法も光出力レベルを高精度に制御することが要求される用途には適さない。
【０００４】
そこで、特許文献１では、半導体光検出素子内に制御層を設け、半導体発光素子から入力される自然放出光の一部を半導体光検出素子が検出する前に遮断する技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特許２８７７７８５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の制御層は、半導体光検出素子を構成する半導体物質の一部を酸化することにより形成されるものである。酸化された半導体物質によって自然放出光を遮断するためには、その膜厚を厚くすることが必要であるが、その膜厚をあまり厚くすると、酸化による体積収縮の歪によって素子の信頼性を損なう可能性がある。
【０００７】
また、半導体光検出素子は、一般に、ノンドープの半導体からなる光検出層を、導電型の互いに異なる一対の半導体層で挟み込んだサンドイッチ構造となっている。しかし、このような構造では、光検出層の側面が全て、端面に露出している。そのため、半導体光検出素子に逆バイアスを印加した際に、光検出層のうち端面に露出している部分を介して暗電流が流れるので、光検出精度が低下する可能性がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、素子の信頼性を損なうことなく、半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルと、暗電流とを低減し、もって光検出精度をより向上させることの可能な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】
本発明の半導体発光装置は、半導体基板の一の面側に半導体発光素子および半導体光検出素子を備えたものである。半導体発光素子は、第１多層膜反射鏡、発光領域を含む活性層および第２多層膜反射鏡を半導体基板側から順に含むと共に、第２多層膜反射鏡側に、発光領域で発光した光を主として射出する光射出窓を含む柱状の第１積層構造を有している。また、半導体光検出素子は、第１積層構造の光射出窓側または光射出窓とは反対側に第１積層構造と一体に形成されると共に、第１導電型半導体層、光検出層および第２導電型半導体層を半導体基板側から順に含む第２積層構造を有している。ここで、光検出層は、当該光検出層の積層面内の一の方向において、第１積層構造の前記一の方向の幅よりも狭い幅となっている。
【００１０】
本発明の半導体発光装置では、光検出層の積層面内の一の方向の幅が、第１積層構造の前記一の方向の幅よりも狭くなっている。これにより、半導体発光素子から出力される光に含まれる、発散角の広い自然放出光のほとんどが光検出層以外の部分を通過する。また、光検出層の側面が全て、半導体発光装置の端面に露出することがなくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体発光装置によれば、光検出層の積層面内の一の方向の幅が、第１積層構造の前記一の方向の幅よりも狭くなるようにしたので、半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルと、暗電流とを低減することができるので、光検出精度をより向上させることができる。また、自然放出光を遮断するために酸化された半導体を利用していないので、素子の信頼性が損なわれる虞もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置１の上面構成を、図２は図１の半導体発光装置１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。図３（Ａ），（Ｂ）は、半導体基板１０上面構成および断面構成を表したものである。なお、図１ないし図３（Ａ），（Ｂ）は、模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
【００１４】
この半導体発光装置１は、半導体基板１０の一の面側に、半導体光検出素子３０と、面発光型の半導体発光素子２０とを前記半導体基板１０側から順に配置すると共に、これら半導体光検出素子３０および半導体発光素子２０を一体に形成して構成したものである。
【００１５】
（半導体基板１０）
半導体基板１０は、例えば、｛１００｝面（例えば（１００）面）を主面とするｐ型ＧａＡｓ基板からなる。なお、ｐ型不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００１６】
この半導体基板１０は、半導体発光素子２０および半導体光検出素子３０側の面内に、その面内の一の方向、例えば＜１１０＞方向に延在する凸部１０Ａを有している。この凸部１０Ａは、半導体基板１０の一の端面から他の端面にまで延在して形成されており、凸部１０Ａの、当該凸部１０Ａの延在方向に対向する一対の端面（側面）が、半導体基板１０の端面と同一面内に形成されている。他方、凸部１０Ａの、当該凸部１０Ａの延在方向と直交する方向に対向する一対の端面（側面）１０Ｄは、半導体基板１０の端面よりも内側に形成されている。つまり、凸部１０Ａは、半導体基板１０の一の面内の一部に形成されている。
【００１７】
この凸部１０Ａの上面１０Ｂは、矩形状の平坦面となっており、半導体基板１０の上面のうち当該凸部１０Ａの形成されていない部分の上面１０Ｃと平行となっている。上面１０Ｂと上面１０Ｃとは共に、例えば、｛１００｝面（例えば（１００）面）となっている。
【００１８】
なお、上面１０Ｂの、凸部１０Ａの延在方向と直交する方向の幅Ｌ１は、後述する半導体発光素子２０のメサ部Ｍ１の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３よりも狭くなっていることが好ましい。また、凸部１０Ａの端面１０Ｄは、図１ないし図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、凸部１０Ａの上面１０Ｂと鈍角で交差する傾斜面となっていてもよいし、図示しないが、凸部１０Ａの上面１０Ｂと鋭角で交差したり、凸部１０Ａの上面１０Ｂと垂直に交差していてもよい
【００１９】
（半導体光検出素子３０）
半導体光検出素子３０は、半導体基板１０に接して形成されており、半導体基板１０上に、第１導電型半導体層３１、光検出層３２、第２導電型半導体層３３、電流ブロック層３４、第２導電型半導体層３５を含む積層構造（第２積層構造）を有している。
【００２０】
第１導電型半導体層３１、光検出層３２および第２導電型半導体層３３は、半導体基板１０の上面のうち、上面１０Ｂと、上面１０Ｃとに互いに（実質的に）分離して形成されており、これら第１導電型半導体層３１、光検出層３２および第２導電型半導体層３３のうち上面１０Ｂ側に形成された部分は、凸部１０Ａの延在方向と平行な方向に延在する帯状の凸形状となっており、上面１０Ｂと所定の傾斜角αをなす傾斜面３０Ａを両側面に有している。この傾斜面３０Ａは、例えば、後述するように、凸部１０Ａの上面１０Ｂに半導体を結晶成長させることにより自然と形成されたものであり、傾斜角αはおおよそ５５度となっている。そのため、第１導電型半導体層３１、光検出層３２および第２導電型半導体層３３のうち上面１０Ｂ側に形成された部分の、凸部１０Ａの幅方向の幅は、上面１０Ｂの幅Ｌ１と等しいか、それよりも狭くなっている。
【００２１】
ここで、第１導電型半導体層３１は、例えばｐ型ＧａＡｓからなり、凸部１０Ａの延在方向と平行な方向に延在する帯状の形状となっている。
【００２２】
光検出層３２は、半導体発光素子２０の光を吸収し、吸収した光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換するためのものであり、例えば、アンドープのＧａＡｓからなる。なお、光検出層３２で生じた電気信号は、後述の共通電極３６および下部電極３９に接続された光出力演算回路（図示せず）に光出力モニタ信号として入力され、この光出力演算回路において光射出窓２８Ａから射出されるレーザ光の出力レベルを計測するために用いられる。
【００２３】
この光検出層３２は、凸部１０Ａの延在方向と平行な方向に延在する帯状の形状となっている。光検出層３２のうち上面１０Ｂ側に形成された部分の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ２は、半導体発光素子２０のメサ部Ｍ１の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３よりも狭くなっており、半導体発光素子２０の発光領域２３Ａの、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ４と等しいか、それよりも狭くなっていることが好ましい。
【００２４】
第２導電型半導体層３３は、第１導電型半導体層３１とは異なる導電型の半導体、例えば、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなる。なお、ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。従って、半導体光検出素子３０は、光検出層３２を導電型の互いに異なる半導体層によって挟み込んだサンドイッチ構造となっている。
【００２５】
電流ブロック層３４は、第１導電型半導体層３１および光検出層３２と、電流ブロック層３４上に形成された第２導電型半導体層３５とを互いに電気的に分離するためのものである。この電流ブロック層３４は、第１導電型半導体層３１、光検出層３２および第２導電型半導体層３３のうち上面１０Ｂ側に形成された部分の側面と、第１導電型半導体層３１、光検出層３２および第２導電型半導体層３３のうち上面１０Ｃ側に形成された部分の表面とに接して形成されており、例えば、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層を上面１０Ｃ側から順に積層して構成されている。
【００２６】
第２導電型半導体層３５は、第２導電型半導体層３３のうち上面１０Ｂ側に形成された部分と接して形成されている。この第２導電型半導体層３５は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓからなり、第２導電型半導体層３３のうち上面１０Ｂ側に形成された部分と電気的に接続されている。
【００２７】
第２導電型半導体層３５の上面のうち凸部１０Ａとの対向領域を含む領域には、半導体発光素子２０が半導体光検出素子３０と一体に形成されており、第２導電型半導体層３５の上面のうち半導体発光素子２０の周囲に、共通電極３６が形成されている。また、半導体発光素子２０の側面と、第２導電型半導体層３５の上面のうち半導体発光素子２０および共通電極３６の形成されていない部分の表面とには、絶縁膜３７が形成されている。この絶縁膜３７の表面には、共通電極３６と電気的に接続された電極パッド３８が形成されている。さらに、半導体基板１０の裏面には、下部電極３９が形成されている。
【００２８】
ここで、共通電極３６および電極パッド３８は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを第２導電型半導体層３５側からこの順に積層した構造を有しており、第２導電型半導体層３５と電気的に接続されている。下部電極３９は、例えばチタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を半導体基板１０側からこの順に積層した構造を有しており、半導体基板１０と電気的に接続されている。また、絶縁膜３７は、メサ部Ｍ１を保護するためのものであり、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）や、シリコン窒化物（ＳｉＮ）などの絶縁性材料からなる。
【００２９】
（半導体発光素子２０）
半導体発光素子２０は、半導体光検出素子３０の第２導電型半導体層３５上に、下部ＤＢＲ層２１、下部スペーサ層２２、活性層２３、上部スペーサ層２４、電流狭窄層２５、上部ＤＢＲ層２６、コンタクト層２７および上部電極２８を第２導電型半導体層３５側から順に積層した積層構造（第１積層構造）を備えている。
【００３０】
この積層構造において、下部ＤＢＲ層２１、下部スペーサ層２２、活性層２３、上部スペーサ層２４、電流狭窄層２５、上部ＤＢＲ層２６およびコンタクト層２７が、積層方向に中心軸を有する柱状のメサ部Ｍ１を構成しており、メサ部Ｍ１の中心軸を含む中央領域に、活性層２３から発せられた光を外部に主として出力する光射出窓２８としての開口が上部電極２８に設けられている。
【００３１】
下部ＤＢＲ層２１は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものであり、活性層２３から発せられた光のほとんどを活性層２３側に反射すると共に、活性層２３から発せられた光を半導体光検出素子３０側にわずかに透過するようになっている。ここで、低屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４（λ１は発振波長）のｎ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ（０＜ｘ１＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｎ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）からなる。下部スペーサ層２２は、例えばｎ型Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓ（０≦ｘ３＜１）からなる。
【００３２】
活性層２３は、例えばＧａＡｓ系材料からなる。この活性層２３では、活性層２３のうち積層面内方向における中央部分（後述の電流注入領域２５Ｂとの対向領域）が発光領域２３Ａとなる。
【００３３】
上部スペーサ層２４は、例えばｐ型Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ（０≦ｘ４＜１）からなる。上部ＤＢＲ層２６は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものであり、活性層２３から発せられた光のほとんどを活性層２３側に反射すると共に、活性層２３から発せられた光の一部を光射出窓２８Ａ側に透過するようになっている。ここで、低屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｐ型Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ（０＜ｘ５＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｐ型Ａｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６＜ｘ５）からなる。コンタクト層２７は、例えばｐ型Ａｌｘ７Ｇａ１−ｘ７Ａｓ（０≦ｘ７＜１）からなる。
【００３４】
電流狭窄層２５はメサ部Ｍ１の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域２５Ａを有し、それ以外の領域（メサ部Ｍ１の中央領域）が電流注入領域２５Ｂとなっている。電流注入領域２５Ｂは、例えばｐ型Ａｌｘ８Ｇａ１−ｘ８Ａｓ（０＜ｘ８≦１）からなる。電流狭窄領域２５Ａは、例えば、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層２５Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られるものである。従って、電流狭窄層２５は電流を狭窄する機能を有している。
【００３５】
メサ部Ｍ１は、その中心軸が凸部１０の幅方向の中心線またはその近傍領域と交差する位置に形成されたものであり、例えば直径４０μｍ程度の円筒形状となっている。この直径は、後述の酸化工程においてメサ部Ｍ１の内部に所定の大きさの未酸化領域（電流注入領域２５Ｂ）が残るようにするために、酸化工程における酸化速度および酸化時間などに応じて適切に調整されている。
【００３６】
このような構成を有する半導体発光装置１は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３７】
図４（Ａ），（Ｂ）〜図１２は、その製造方法を工程順に表すものである。なお、図４（Ａ），図５（Ａ），図６（Ａ），図７，図９，図１１は製造過程の素子の上面構成を表したものである。また、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図８は図７におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図１０は図９におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図１２は図１１におけるＡ−Ａ矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。
【００３８】
半導体発光装置１を製造するためには、（１００）面を主面とするＧａＡｓからなる基板１０上に、ＧａＡｓ系化合物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。この際、ＧａＡｓ系化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、アルシン (ＡｓＨ３)などのメチル系有機金属ガスを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばセレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いる。
【００３９】
具体的には、まず、基板１０の（１００）面上に、＜１１０＞方向に延在すると共に、基板１０の一の端面からその端面に対向する他の端面にまで延在する帯状のレジスト層Ｒ１を形成する（図４（Ａ），（Ｂ））。
【００４０】
次に、レジスト層Ｒ１をマスクとして、基板１０を選択的にエッチングする。これにより、レジスト層Ｒ１の直下に、基板１０の一の端面からその端面に対向する他の端面にまで延在する帯状の凸部１０Ａが形成される（図５（Ａ），（Ｂ））。このとき、凸部１０Ａの上面１０Ｂと、その周囲の上面１０Ｃとには共に、（１００）面が露出している。
【００４１】
次に、レジスト層Ｒ１を除去したのち、凸部１０Ａを含む表面上に、第１導電型半導体層３１、光検出層３２および第２導電型半導体層３３を積層する。このとき、（１１１）Ｂ面の非成長面が凸部１０Ａの上面１０Ｂ端部から発生し、凸部１０Ａの上面１０Ｂ端部から順次、結晶成長が停止する。その結果、凸部１０Ａ上の結晶成長は、凸部１０Ａの上面１０Ｂの一方の端部から発生した非成長面と、凸部１０Ａの上面１０Ｂの他方の端部から発生した非成長面とが互いに交差した段階で停止する。その結果、凸部１０Ａの上面に、傾斜角αの一対の傾斜面３０Ａが形成される（図６（Ａ），（Ｂ））。
【００４２】
続いて、傾斜面３０Ａを含む表面上に、電流ブロック層３４、第２導電型半導体層３５、下部ＤＢＲ層２１、下部スペーサ層２２、活性層２３、上部スペーサ層２４、被酸化層２５Ｄ、上部ＤＢＲ層２６およびコンタクト層２７を積層する（図７、図８）。
【００４３】
次に、コンタクト層２７の上面であって、かつ凸部１０Ａの幅方向の中心線が通過する領域に、円形状のレジスト層Ｒ２を形成したのち（図９、図１０）、レジスト層Ｒ２をマスクとして、下部ＤＢＲ層２１、下部スペーサ層２２、活性層２３、上部スペーサ層２４、被酸化層２５Ｄ、上部ＤＢＲ層２６およびコンタクト層２７を選択的にエッチングする。これにより、レジスト層Ｒ２の直下にメサ部Ｍ１が形成される（図１１、図１２）。
【００４４】
次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサＭ１の側面から被酸化層２５Ｄを選択的に酸化する。これにより被酸化層２５Ｄの外縁領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となる。これにより、外縁領域に電流狭窄領域２５Ａが形成され、その中央領域が電流注入領域２５Ｂとなる。このようにして、電流狭窄層２５が形成される（図２）。
【００４５】
次に、絶縁膜３７を形成したのち、例えば蒸着法により、コンタクト層２７上に上部電極２８を形成すると共に、第２導電型半導体層３３の露出部分に共通電極３６を形成する（図２）。さらに、半導体基板１０の裏面に下部電極３９を形成する（図１）。このようにして、本実施の形態の半導体発光装置１が製造される。
【００４６】
本実施の形態の半導体発光装置１では、例えば、共通電極３６を半導体発光素子２０および半導体光検出素子３０の共通グラウンドとした上で、上部電極２８から半導体発光素子２０を駆動する電流を供給し、かつ下部電極３９に逆バイアスを印加すると、電流狭窄層２５により電流狭窄された電流が活性層２３の利得領域である発光領域２３Ａに注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光には誘導放出光だけでなく、自然放出光も含まれているが、素子内で誘導放出が繰り返される結果、所定の波長λ１でレーザ発振が生じ、波長λ１を含む光Ａが光射出窓２８Ａから主として出力され、外部に射出されると共に、下部ＤＢＲ層２１から半導体光検出素子３０側にわずかに出力され、その一部が光検出層３２に入射する（図１３）。
【００４７】
光検出層３２に入射した光は、光検出層３２に吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換されたのち、電気信号は共通電極３６および下部電極３９に電気的に接続されたワイヤ（図示せず）を介して光出力演算回路（図示せず）に出力されたのち、光出力演算回路において光出力モニタ信号として受信される。これにより、光検出層３２に入射した光の出力レベルが計測される。
【００４８】
ところで、本実施の形態では、光検出層３２の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ２が、少なくともメサ部Ｍ１の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３よりも狭くなっている。これにより、半導体発光素子２０から半導体光検出素子３０側にわずかに出力された光Ａに含まれる、発散角の広い自然放出光のほとんどが光検出層３２以外の部分を通過する。一方、半導体発光素子２０から半導体光検出素子３０側にわずかに出力された光に含まれる誘導放出光は、高い指向性を有しており、そのほとんどが、発光領域２３Ａ直下の光検出層３２に入射する。これにより、光検出層３２に入射する自然放出光の光量を、光検出層３２に入射する誘導放出光の光量と比べて極めて小さくすることができる。これにより、自然放出光の光検出層３２への入射を効果的に抑制することができるので、半導体光検出素子３０による自然放出光の検出レベルを低減することができ、その結果、誘導放出光の光検出精度をより向上させることができる。
【００４９】
なお、光検出層３２の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ２を、発光領域２３Ａの、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３と（ほぼ）等しくした場合には、誘導放出光のロスを最小限度とすることができるので、電気信号の出力レベルを大きくすることができ、Ｓ／Ｎを改善することもできる。
【００５０】
また、本実施の形態では、自然放出光を除去するための構造（光検出層３２）を、凸部１０Ａを有する半導体基板１０上にＭＯＣＶＤなどの結晶成長法を用いて形成するようにしたので、例えば特許文献１のように、制御性の容易でない酸化工程を用いて半導体層の一部を酸化することにより自然放出光の透過を妨げる酸化層を形成した場合と比べて、その形状や大きさなどを高精度に形成することができる。これにより、半導体発光装置ごとの特性のばらつきを極めて小さくすることができる。
【００５１】
また、自然放出光を除去するために、例えば特許文献１のように、半導体層の酸化などの体積収縮が生じる工程を用いる必要がない。これにより、半導体光検出素子３０において体積収縮の歪による剥離が生じる虞はないので、半導体層の酸化などの体積収縮が生じる工程を用いて自然放出光を除去する層を形成した場合と比べて、歩留りや信頼性が極めて高い。
【００５２】
また、本実施の形態では、光検出層３２の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ２を、少なくともメサ部Ｍ１の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３よりも狭くしたことから、光検出層３２側面が全て、半導体発光装置１の端面に露出することがなくなる。これにより、半導体光検出素子３０に逆バイアスを印加した際に、光検出層３２のうち端面に露出している部分を介して流れる暗電流の大きさを、光検出層の側面が全て、端面に露出している場合と比べて大幅に低減することができる。その結果、誘導放出光の光検出精度をより向上させることができる。
【００５３】
また、第１導電型半導体層３１からコンタクト層２７までをエピタキシャル結晶成長法により一括して形成することができる。これにより、自然放出光を除去するための構造を他の方法を用いて形成する場合と比べて製造工程を簡略化することができ、製造に要する時間を短縮することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、半導体発光素子２０の光が主として外部に射出される側（光射出窓２８Ａ）とは反対側に、半導体光検出素子３０を設けたので、半導体光検出素子３０を設けるスペースがメサ部Ｍ１の大きさによって制限されない。これにより、半導体光検出素子３０を半導体発光素子２０の光が主として外部に射出される側（光射出窓２８Ａ）に設けた場合よりも、半導体光検出素子３０を容易に形成することができる。
【００５５】
［第１の実施の形態の変形例］
上記実施の形態では、光検出層３２の、当該光検出層３２の延在方向に対向する一対の端面を半導体基板１０の端面と同一の面内に形成していたが、その一対の端面を、半導体基板１０の端面よりも内側に形成するようにしてもよい。このようにした場合には、製造工程において、この凸部１０Ａを含む表面上に、第１導電型半導体層３１等を形成した際に、その一対の端面が第１導電型半導体層３１等によって覆われ、外部に露出しなくなる。これにより、光検出層３２を介して暗電流が流れることがなくなるので、誘導放出光の光検出精度をより一層、向上させることができる。
【００５６】
ところで、上記したように、光検出層３２の端面が、第１導電型半導体層３１等によって覆われるようにするためには、半導体基板１０の凸部１０Ａの端面を半導体基板１０の端面よりも内側に形成すればよい。その際、例えば、図１４に示したように、凸部１０Ａの延在方向の長さを、半導体基板１０の幅よりも狭くしてもよいし、図１５、図１６、図１７に示したように、凸部１０Ａの延在方向の長さを、半導体基板１０の幅よりも狭くするだけでなく、凸部１０Ａの形状も帯状以外の形状にしてもよい。例えば、図１５に示したように、凸部１０Ａの積層面内方向の断面形状を円形状とした場合には、光検出層３２の積層面内方向の断面形状も円形状（相似形）となる。また、例えば、図１６に示したように、凸部１０Ａの積層面内方向の断面形状を楕円形状とした場合には、光検出層３２の積層面内方向の断面形状も楕円形状（相似形）となる。また、例えば、図１７に示したように、凸部１０Ａの積層面内方向の断面形状を多角形状とした場合には、光検出層３２の積層面内方向の断面形状も多角形状（相似形）となる。
【００５７】
［第２の実施の形態］
図１８は本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置２の上面構成を、図１９は図１８の半導体発光装置２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。なお、図１８、図１９は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。また、以下の説明において、上記実施の形態と同一の符号が用いられている場合は、その同一符号の要素と同様の構成および機能を有することを意味している。また、以下では、上記実施の形態と異なる構成、作用、効果について主に説明し、上記実施の形態と共通の構成、作用、効果についての記載を適宜省略する。
【００５８】
この半導体発光装置２は、半導体光検出素子５０が半導体発光素子４０の光射出窓５３Ａ側に一体に形成されている点で、半導体光検出素子３０が半導体発光素子２０の光射出窓２８Ａとは反対側に一体に形成された半導体発光装置１の構成と相違する。
【００５９】
（半導体発光素子４０）
半導体発光素子４０は、半導体基板１０の凸部１０Ａの上面１０Ｂに、下部ＤＢＲ層４１、電流狭窄層４２、下部スペーサ層４３、活性層４４、上部スペーサ層４５、上部ＤＢＲ層４６および共通電極４７を半導体基板１０側から順に積層した積層構造（第１積層構造）を備えている。
【００６０】
この積層構造において、下部ＤＢＲ層４１の上部、電流狭窄層４２、下部スペーサ層４３、活性層４４、上部スペーサ層４５、上部ＤＢＲ層４６が積層方向に中心軸を有する柱状のメサ部Ｍ２を構成しており、メサ部Ｍ２の中心軸を含む中央領域に、活性層４４から発せられた光を半導体発光素子４０側に主として出力する光射出窓４７Ａとしての開口が共通電極４７に設けられている。
【００６１】
下部ＤＢＲ層４１は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものである。ここで、低屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４（λ１は発振波長）のｐ型Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ａｓ（０＜ｘ１＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｐ型Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）からなる。下部スペーサ層４３は、例えばｐ型Ａｌｘ３Ｇａ１−ｘ３Ａｓ（０≦ｘ３＜１）からなる。
【００６２】
活性層４４は、例えばＧａＡｓ系材料からなる。この活性層４４では、活性層４４のうち積層面内方向における中央部分（後述の電流注入領域４２Ｂとの対向領域）が発光領域４４Ａとなる。
【００６３】
上部スペーサ層４５は、例えばｎ型Ａｌｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓ（０≦ｘ４＜１）からなる。上部ＤＢＲ層４６は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されたものであり、活性層４４から発せられた光のほとんどを活性層４４側に反射すると共に、活性層２３から発せられた光の一部を光射出窓４７Ａ側に透過するようになっている。ここで、低屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｎ型Ａｌｘ５Ｇａ１−ｘ５Ａｓ（０＜ｘ５＜１）からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ１／４のｎ型Ａｌｘ６Ｇａ１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６＜ｘ５）からなる。
【００６４】
電流狭窄層４２はメサ部Ｍ２の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域４２Ａを有し、それ以外の領域（メサ部Ｍ２の中央領域）が電流注入領域４２Ｂとなっている。電流注入領域４２Ｂは、例えばｐ型Ａｌｘ８Ｇａ１−ｘ８Ａｓ（０＜ｘ８≦１）からなる。電流狭窄領域４２Ａは、例えば、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を含んで構成され、製造工程において側面から被酸化層に含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られるものである。従って、電流狭窄層４２は電流を狭窄する機能を有している。
【００６５】
メサ部Ｍ２は、その中心軸が凸部１０の幅方向の中心線またはその近傍領域と交差する位置に形成されたものであり、例えば直径４０μｍ程度の円筒形状となっている。なお、メサ部Ｍ２の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３は、半導体発光素子４０が凸部１０Ａの上面１０Ｂに形成されていることから、上面１０Ｂの幅Ｌ１よりも狭くなっている。
【００６６】
（半導体光検出素子５０）
半導体光検出素子５０は、半導体発光素子４０に接して形成されており、上部ＤＢＲ層４６上に、光検出層５１およびコンタクト層５２を含む積層構造（第２積層構造）を有している。
【００６７】
光検出層５１は、その底部において、メサ部Ｍ２と同様に柱形状となっている。また、光検出層５１の上部およびコンタクト層５２は、上面１０Ｂと所定の傾斜角αをなす傾斜面６０Ａを両側面に有している。この傾斜面６０Ａは、例えば、凸部１０Ａの上面１０Ｂに半導体を結晶成長させることにより自然と形成されたものであり、傾斜角αはおおよそ５５度となっている。そのため、光検出層５１およびコンタクト層５２の、凸部１０Ａの幅方向の幅は、上面１０Ｂの幅Ｌ１よりも狭くなっている。
【００６８】
また、コンタクト層５２の上面のうち発光領域４８Ａとの対向領域は、例えば平坦面となっている。この平坦面は、例えば、凸部１０Ａの上面１０Ｂに半導体を結晶成長させた際に、上面１０Ｂ上の結晶成長が停止する前に結晶成長を止めることにより形成することが可能である。なお、凸部１０Ａの上面１０Ｂに半導体を結晶成長させた際に、上面１０Ｂ上の結晶成長が停止した際に形成される稜線が、コンタクト層５２の上面に形成されていてもよい。
【００６９】
光検出層５１は、半導体発光素子４０の光を吸収し、吸収した光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換するためのものであり、例えば、アンドープのＧａＡｓからなる。なお、光検出層５１で生じた電気信号は、共通電極４７および上部電極５３に接続された光出力演算回路（図示せず）に光出力モニタ信号として入力され、この光出力演算回路において光射出窓４７Ａから射出されるレーザ光の出力レベルを計測するために用いられる。
【００７０】
この光検出層５１の上部は、凸部１０Ａの延在方向と平行な方向に延在する帯状の凸形状となっている。光検出層５１の底部における、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ２は、半導体発光素子４０のメサ部Ｍ２の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３よりも狭くなっており、半導体発光素子４０の発光領域４４Ａの、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ４と等しいか、それよりも狭くなっていることが好ましい。
【００７１】
なお、この半導体光検出素子５０において、上部ＤＢＲ層４６の上部が、光検出層５１を挟み込む、導電型の互いに異なる半導体層の一方の層を兼ねている。
【００７２】
本実施の形態の半導体発光装置２では、例えば、共通電極４６を半導体発光素子４０および半導体光検出素子５０の共通グラウンドとした上で、下部電極３９から半導体発光素子４０を駆動する電流を供給し、かつ上部電極５３に逆バイアスを印加すると、電流狭窄層４２により電流狭窄された電流が活性層４４の利得領域である発光領域４４Ａに注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光には誘導放出光だけでなく、自然放出光も含まれているが、素子内で誘導放出が繰り返される結果、所定の波長λ１でレーザ発振が生じ、波長λ１を含む光Ａが光射出窓４７Ａを介して光検出層５１に入射すると共に、光検出層５１を透過した光が上部電極５３の開口から外部に射出される（図２０）。
【００７３】
光検出層５１に入射した光の一部は、光検出層５１に吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換されたのち、電気信号は共通電極４７および上部電極５３に電気的に接続されたワイヤ（図示せず）を介して光出力演算回路（図示せず）に出力されたのち、光出力演算回路において光出力モニタ信号として受信される。これにより、光検出層５１に入射した光の出力レベルが計測される。
【００７４】
ところで、本実施の形態では、光検出層５１の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ２が、少なくともメサ部Ｍ２の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３よりも狭くなっている。これにより、半導体発光素子４０から半導体光検出素子５０側に出力された光Ａに含まれる、発散角の広い自然放出光のほとんどが光検出層５１以外の部分を通過する。一方、半導体発光素子４０から半導体光検出素子５０側に出力された光に含まれる誘導放出光は、高い指向性を有しており、そのほとんどが、発光領域４４Ａ直上の光検出層５１に入射する。これにより、光検出層５１に入射する自然放出光の光量を、光検出層５１に入射する誘導放出光の光量と比べて極めて小さくすることができる。これにより、自然放出光の光検出層５１への入射を効果的に抑制することができるので、半導体光検出素子５０による自然放出光の検出レベルを低減することができ、その結果、誘導放出光の光検出精度をより向上させることができる。
【００７５】
なお、光検出層５１の、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ２を、発光領域４４Ａの、凸部１０Ａの幅方向の幅Ｌ３と（ほぼ）等しくした場合には、誘導放出光のロスを最小限度とすることができるので、電気信号の出力レベルを大きくすることができ、Ｓ／Ｎを改善することもできる。
【００７６】
また、本実施の形態では、自然放出光を除去するための構造（光検出層５１）を、凸部１０Ａを有する半導体基板１０上にＭＯＣＶＤなどの結晶成長法を用いて形成するようにしたので、例えば特許文献１のように、制御性の容易でない酸化工程を用いて半導体層の一部を酸化することにより自然放出光の透過を妨げる酸化層を形成した場合と比べて、その形状や大きさなどを高精度に形成することができる。これにより、半導体発光装置ごとの特性のばらつきを極めて小さくすることができる。
【００７７】
また、自然放出光を除去するために、例えば特許文献１のように、半導体層の酸化などの体積収縮が生じる工程を用いる必要がない。これにより、半導体光検出素子５０において体積収縮の歪による剥離が生じる虞はないので、半導体層の酸化などの体積収縮が生じる工程を用いて自然放出光を除去する層を形成した場合と比べて、歩留りや信頼性が極めて高い。
【００７８】
また、下部ＤＢＲ層４１からコンタクト層５２までをエピタキシャル結晶成長法により一括して形成することができる。これにより、自然放出光を除去するための構造を他の方法を用いて形成する場合と比べて製造工程を簡略化することができ、製造に要する時間を短縮することができる。
【００７９】
［第２の実施の形態の変形例］
上記実施の形態では、半導体発光素子４０の主たる光を半導体光検出素子５０側から出力するようにしていたが、例えば、図２１、図２２に示したように、上部電極５３の開口を塞ぐと共に、下部電極３９のうち少なくとも発光領域４４Ａとの対向領域に光射出窓３９Ａとしての開口を設け、その開口から半導体発光素子４０の主たる光を外部に射出するようにしてもよい。ただし、この場合には、半導体発光素子４０の光が上部ＤＢＲ層４７を通過して半導体光検出素子５０側にわずかに漏れるようにしておくことが必要である。
【００８０】
以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
【００８１】
例えば、上記実施の形態等では、半導体材料をＧａＡｓ系化合物半導体により構成した場合について説明したが、他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系（赤系）材料またはＡｌＧａＡｓ系（赤外系）や、ＧａＮ系（青緑色系）などにより構成することも可能である。
【００８２】
また、上記第１の実施の形態およびその変形例では、半導体基板１０として一の面に凸部１０Ａを有する加工基板を用いていたが、無加工の平坦な半導体基板を用いてもよい。ただし、この場合に、光検出層をメサ部Ｍ１との対向領域を含む広い範囲に形成したときには、光検出層のうちメサ部Ｍ１との対向領域以外の部分の全部または一部、特に半導体基板１０の端縁およびその近傍との対向部分を、光検出機能を発現しないように不活性化しておくことが必要となる。
【００８３】
なお、上記第１の実施の形態では、半導体光検出素子３０上に半導体発光素子２０を一体に設けていたが、例えば、図２３に示したように、半導体光検出素子３０上に半導体発光素子２０を設けずに、半導体光検出素子３０を半導体光発光素子２０とは別体で構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置の上面図である。
【図２】図１の半導体発光装置のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３】図１の半導体発光装置の製造工程を説明するための上面図および断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための上面図および断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための上面図および断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための上面図および断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための上面図である。
【図８】図７の素子の断面図である。
【図９】図７に続く工程を説明するための上面図である。
【図１０】図９の素子の断面図である。
【図１１】図９に続く工程を説明するための上面図である。
【図１２】図１１の素子の断面図である。
【図１３】図１の半導体発光装置の作用を説明するための断面図である。
【図１４】図１の半導体基板の一変形例の上面図および断面図である。
【図１５】図１の半導体基板の他の変形例の上面図および断面図である。
【図１６】図１の半導体基板のその他の変形例の上面図および断面図である。
【図１７】図１の半導体基板のさらにその他の変形例の上面図および断面図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置の上面図である。
【図１９】図１８の半導体発光装置のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図２０】図１８の半導体発光装置の作用を説明するための断面図である。
【図２１】図１８の半導体発光装置の一変形例の上面図である。
【図２２】図２１の半導体発光装置のＡ−Ａ矢視方向の断面図である。
【図２３】図１の半導体光検出素子単体の断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１，２…半導体発光装置、１０…基板、２０，４０…半導体発光素子、２１，４１…下部ＤＢＲ層、２２，４３…下部スペーサ層、２３，４４…活性層、２３Ａ，４４Ａ…発光領域、２４，４５…上部スペーサ層、２５，４２…電流狭窄層、２５Ａ，４２Ａ…電流狭窄領域、２５Ｂ，４２Ｂ…電流注入領域、２６，４６…上部ＤＢＲ層、２７，５２…コンタクト層、２８，５３…上部電極、２８Ａ，４７Ａ…光射出窓、２９，３８，４９，５４…電極パッド、３０，５０…半導体光検出素子、３１…第１導電型半導体層、３２，５１…光検出層、３３，３５…第２導電型半導体層、３４…電流ブロック層、３６…共通電極、３７，４８…絶縁膜、３９…下部電極。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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