JP2008130666A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光検出精度を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】半導体光検出器１０はｎ型傾斜基板１１上に、バッファ層１２、ｎ型ＤＢＲ層１３、光検出層１４およびｐ型コンタクト層１５をこの順に積層して構成されており、この上に配置された面発光型半導体レーザ２０と共に一体に形成されている。光検出層１４は活性層２４のバンドギャップよりも大きく活性層２４のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する半導体により構成されている。これにより、面発光型半導体レーザ２０内で発生したレーザ光のうち基本波光は光検出層１４で吸収されず光検出層１４を透過するが、基本波光の強度のほぼ二乗に比例した強度のＳＨＧ光が光検出層１４で吸収され光電流に変換される。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を検出するための光検出素子を備えた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。

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レーザ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レーザのレーザ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、レーザ光の一部を分岐させる反射板と、この分岐したレーザ光を検出する半導体光検出器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、半導体光検出器を半導体レーザ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、半導体レーザと半導体光検出器とを一体に形成することが考えられる。

しかし、これらを一体に形成すると、半導体光検出器が、本来検出すべき誘導放出光（レーザ光）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、半導体光検出器によって変換された光電流に基づいて計測される半導体レーザの光出力レベルには、自然放出光の分だけ誤差が含まれることとなる。ここで、自然放出光は温度や動作電流などにより変化するものであり、レーザ光と光電流との相関を非線形にするので、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。

そこで、特許文献１では、半導体光検出器内の光検出層をレーザ光の定在波の腹の位置に１つ設け、自然放出光よりも誘導放出光を検出し易くする技術が提案されている。また、特許文献２では、半導体光検出器内に制御層を設け、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器が検出する前に遮断する技術が提案されている。

特表２００３−５２２４２１号公報 特許２８７７７８５号

しかし、特許文献１では、定在波の腹と節は発振波長λ_０の半分の間隔で現れるので、光検出層を極めて薄くすることが要求される。例えば、発振波長λ_０が８５０ｎｍの場合には、半導体光検出器内での波長（λ_０／ｎ：ｎは半導体光検出器内の屈折率）は２５０ｎｍ程度となり、１２５ｎｍ周期で腹と節が存在することとなるので、光検出層の厚さは厚くても１００ｎｍ程度となる。通常、光検出層の厚さはμｍオーダであることから勘案すると、特許文献１の技術では、半導体光検出器によって充分な量の誘導放出光を光電流に変換することは困難であり、光検出精度を向上させることは容易ではない。

また、特許文献２では、制御層は半導体光検出器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。しかし、酸化された半導体物質は自然放出光を選択的に反射させることができないので、自然放出光を多少透過してしまう。また、制御層のうち酸化されていない部分は自然放出光をほとんど減衰することなく透過してしまう。そのため、特許文献１の技術では、半導体光検出器による自然放出光の検出レベルを十分に低減することができず、光検出精度を向上させることができないという問題がある。

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、光検出精度を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。

本発明の第１の半導体発光装置は、第１導電型の第１半導体層、活性層、および第２導電型の第２半導体層をこの順に含んで構成された積層構造を備えたものである。この半導体発光装置は、活性層のバンドギャップより大きく、かつ活性層のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する光検出層を有している。

本発明の半導体発光装置では、活性層のバンドギャップよりも大きく、かつ活性層のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する光検出層が設けられているので、積層構造内で発生した光のうち基本波光は光検出層で吸収されず光検出層を透過するが、基本波光の強度のほぼ二乗に比例した強度の第２高調波光（ＳＨＧ(Second Harmonic Generation)光）が光検出層で吸収され光電流に変換される。

本発明の半導体発光装置によれば、活性層のバンドギャップよりも大きく、かつ活性層のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する光検出層を設けるようにしたので、積層構造内で発生した光のうち基本波光を光検出層で吸収しないでＳＨＧ光を光検出層で吸収し光電流に変換することができる。

ここで、ＳＨＧ光は基本波光の強度のほぼ二乗に比例した強度で発生するので、基本波光のうち強度の大きな誘導放出光によって主に発生し、強度の小さな自然放出光によって発生することはほとんどない。つまり、ＳＨＧ光は積層構造内で発生する基本波光に主に含まれる誘導放出光によって主に発生する。これにより、誘導放出光の割合の多い光を光検出層で検出することができるので、光検出層で変換される光電流は温度や動作電流などにより変化する自然放出光の影響をほとんど受けなくなる。その結果、光検出精度が向上する。

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。

［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の断面構成を表すものである。この半導体発光装置１は、半導体光検出器１０および面発光型半導体レーザ２０を一体に形成したものである。

この半導体発光装置１は、面発光型半導体レーザ２０のレーザ光がｎ側電極２８（後述）側から外部に射出されると共に半導体光検出器１０側に漏れ出し、この半導体光検出器１０側に漏れ出したレーザ光の出力レベルに応じた光電流が半導体光検出器１０から出力されるようになっている。すなわち、この半導体発光装置１は、面発光型半導体レーザ２０のレーザ光が外部に射出される側とは反対側に半導体光検出器１０を配置して構成したものである。なお、図１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。

（面発光型半導体レーザ２０）
面発光型半導体レーザ２０は、半導体光検出器１０上に、ｐ型ＤＢＲ層２１（多層膜反射鏡）、電流狭窄層２２、下部クラッド層２３、活性層２４、上部クラッド層２５、ｎ型ＤＢＲ層２６（多層膜反射鏡）およびｎ型コンタクト層２７をこの順に積層してなる積層構造を備えている。

ｐ型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る。この低屈折率層は、例えば厚さがλ_０／４ｎ_１（λ_０は発振波長、ｎ_１ は屈折率）のｐ型Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ａｓ（０＜ｘ１≦１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ_０／４ｎ_２(ｎ_２は屈折率）のｐ型Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ａｓ（０≦ｘ２＜ｘ１）によりそれぞれ構成されている。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。

電流狭窄層２２は面発光型半導体レーザ２０の側面から所定の深さまでの領域にリング状の電流狭窄領域２２Ａを有し、それ以外の領域が電流注入領域２２Ｂとなっている。ここで、電流注入領域２２Ｂは、例えばｐ型Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ａｓ（０＜ｘ３≦１）からなる。電流狭窄領域２２Ａは、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、ｐ型Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ａｓからなる電流狭窄層２２Ｄをその側面から酸化することにより得られたものである。従って、電流狭窄層２２は電流を狭窄する機能を有している。

下部クラッド層２３は、例えばＡｌ_ｘ４Ｇａ_１−ｘ４Ａｓ（０≦ｘ４≦１）により構成されている。活性層２４は、例えばＡｌ_ｘ５Ｇａ_１−ｘ５Ａｓ（０≦ｘ５≦１）により構成され、電流注入領域２２Ｂと対向する領域に発光領域２４Ａを有している。上部クラッド層２５は、例えばＡｌ_ｘ６Ｇａ_１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６≦１）により構成されている。

ｎ型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る。低屈折率層は、例えば厚さがλ_０／４ｎ_３（ｎ_３は屈折率）のｎ型Ａｌ_ｘ７Ｇａ_１−ｘ７Ａｓ（０＜ｘ７≦１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ_０／４ｎ_４（ｎ_４は屈折率）のｎ型Ａｌ_ｘ８Ｇａ_１−ｘ８Ａｓ（０≦ｘ８＜ｘ７）によりそれぞれ構成されている。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。

ｎ型コンタクト層２７は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。面発光型半導体レーザ２０はまた、ｎ型コンタクト層２７の表面のうち中央部分に開口部を有するリング状のｎ側電極２８を有している。ここで、ｎ側電極２８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）とをこの順に積層した構造を有しており、ｎ型コンタクト層２７と電気的に接続されている。

（半導体光検出器１０）
半導体光検出器１０は、ｎ型傾斜基板１１上に、ｎ型バッファ層１２、ｎ型ＤＢＲ層１３（多層膜反射鏡）、光検出層１４およびｐ型コンタクト層１５をこの順に積層して構成されている。

ｎ型傾斜基板１１は、通常の平な結晶面（１００）に比べて斜めになっている結晶面を有する半導体基板である。ここで、傾斜基板としてＧａＡｓ基板を用いた場合には、結晶面としては、例えば、（０１１）面、（２１１）面、（３１１）面、（４１１）面などがある。ｎ型バッファ層１２は例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。ｎ型ＤＢＲ層１３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、上記ｐ型ＤＢＲ層２１と共に共振器の一方のミラーを構成している。低屈折率層は、例えば厚さがλ_０／４ｎ_３（ｎ_３は屈折率）のｎ型Ａｌ_ｘ９Ｇａ_１−ｘ９Ａｓ（０＜ｘ９≦１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ_０／４ｎ_５（ｎ_５は屈折率）のｎ型Ａｌ_ｘ１０Ｇａ_{１−ｘ１０}Ａｓ（０≦ｘ１０＜ｘ９）によりそれぞれ構成されている。ｐ型コンタクト層１５は例えばｐ型ＧａＡｓにより構成されている。

光検出層１４は、活性層２４のバンドギャップよりも大きく活性層２４のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する半導体、すなわち、発振波長λ_０に相当するエネルギーよりも大きく発振波長λ_０に相当するエネルギーの２倍以下のバンドギャップを有する半導体からなる。また、この光検出層１４は、実質的にノンドープの半導体により構成されている。ここで、「実質的にノンドープの半導体」とは、ｐ型およびｎ型のいずれの不純物も全くドープされていない半導体、または、吸収した光を光電流に変換することの可能な程度にわずかな不純物がドープされている半導体も含まれる概念である。なお、光検出層１４は、ｎ型ＤＢＲ層１３およびｐ型ＤＢＲ層２１よりも低い濃度のｐ型またはｎ型の不純物がドープされた半導体により構成されていてもよい。

このように、光検出層１４は、ｐ型またはｎ型の不純物が全くドープされていないか、または少量ドープされた半導体により構成されているので、光検出層１４は、面発光型半導体レーザ２０から出力されるレーザ光のうち基本波光（発振波長λ_０の光）を吸収しないで基本波光の強度のほぼ二乗に比例した強度の第２高調波光（ＳＨＧ光）を吸収すると共に、吸収した光を光電流に変換するように機能する。なお、光検出層１４で発生した光電流は、半導体光検出器１０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、光出力演算回路において面発光型半導体レーザ２０からｎ側電極２８側（外部）に出力されたレーザ光の出力レベルを計測するために用いられる。

ここで、基本波光の波長λ_０が９８０ｎｍの場合には、ＳＨＧ光の波長はλ_０の１／２である４９０ｎｍとなるので、波長９８０ｎｍの光を吸収せず波長４９０ｎｍの光を吸収する半導体としては、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＺｎＭｇＳＳｅなどがある。なお、基本波光の波長λ_０が９８０ｎｍ以外の場合には、その波長の光を吸収せずその波長の１／２となる波長の光を吸収する半導体により光検出層１４を構成すればよい。

また、光検出層１４は、ｎ型ＤＢＲ層１３およびｐ型ＤＢＲ層２１とｎ型ＤＢＲ層２６とにより構成される共振器の内部に配置されており、例えば図１に示したように、ｎ型ＤＢＲ層１３とｐ型ＤＢＲ層２１との間に設けられている。そのため、光検出層１４を共振器のミラーとして利用しない場合には共振器の光学的な周期構造を乱さないような構成とすることが好ましいが、共振器のミラーとして利用する場合にはｎ型ＤＢＲ層１３およびｐ型ＤＢＲ層２１と共に共振器の光学的な周期構造をなすように構成することが好ましい。もっとも、光検出層１４を単一の層で構成する必要はなく、複数層で構成してもよい。このように光検出層１４を複数層で構成する場合には、各層を互いに異なる不純物濃度で構成してもよいし、互いに異なる半導体材料で構成してもよい。また、光検出層１４へのＳＨＧ光の入射量を多くしたい場合には、光検出層１４を活性層２４寄りに設けることが好ましいが、光検出層１４へのＳＨＧ光の入射量が少なくても入射したＳＨＧ光を精度よく検出することが可能である場合には、光検出層１４を共振器の端部または外部に設けてもよい。例えば、図２の半導体発光装置２に示したように、ｐ型ＤＢＲ層２１を厚く形成してｎ型ＤＢＲ層２６およびｐ型ＤＢＲ層２１だけで共振器を構成し、かつｐ型ＤＢＲ層２１と共に共振器の光学的な周期構造をなさないｎ型半導体層１８をｎ型ＤＢＲ層１３の代わりに設けることにより、光検出層１４を共振器の外部に配置することができる。

また、光検出層１４は、基本波光とＳＨＧ光との屈折率差が小さくなる、すなわち基本波光とＳＨＧ光とが位相整合するような構成となっていることが好ましい。また、図３の半導体発光装置３に示したように、基本波光とＳＨＧ光とが光検出層１４に入射する際に位相整合するように、光検出層１４の活性層２４側の表面に位相整合層１９を接して設けてもよい。基本波光およびＳＨＧ光が光検出層１４に入射する際に位相整合していないと、面発光型半導体レーザ２０内で発生したＳＨＧ光同士が打ち消しあってしまい、面発光型半導体レーザ２０側から光検出層１４に入射するＳＨＧ光の強度が極端に低下する虞があるからである。ここで、位相整合層１９は、例えば、基本波光の進行速度が相対的に早くなりＳＨＧ光の進行速度が相対的に遅くなる半導体層と、基本波光の進行速度が相対的に遅くなりＳＨＧ光の進行速度が相対的に早くなる半導体層とを積層した積層構造を有しており、位相整合層１９の光出力側の表面（光検出層１４と位相整合層１９との界面）において基本波光およびＳＨＧ光のそれぞれの進行速度を実質的に等しくするようになっている。

また、光検出層１４は、ＳＨＧ変換効率η_ＳＨＧの大きな材料により構成されていることが好ましい。光検出層１４に入射した基本波光を光検出層１４内でＳＨＧ光に変換することが可能となるからである。ＳＨＧ変換効率η_ＳＨＧは以下の数１に示した式で表すことができる。

ここで、Ｐ_ｆ ^２は基本波光の光出力（Ｗ）、Ｐ_ＳＨ ^２はＳＨＧ光の光出力（Ｗ）、ε_０は誘電率（Ｆ／ｍ）、μ_０は透磁率（Ｈ／ｍ）、ωは基本波光の角振動数（ｒａｄ／ｓ）、ｄは二次の非線形光学係数（ｍ／Ｖ）、ｌはＳＨＧ媒質の長さ（ｍ）、ｎ_ＳＨはＳＨＧ光の屈折率（無次元量）、Δｋは基本波光とＳＨＧ光の伝搬定数の相違（／ｍ）、Ａは断面積（ｍ^２）である。

表１に、ＳＨＧ変換効率η_ＳＨＧの大きな材料の一部を列挙した。表１には、基本波光の吸収係数αがゼロでない、すなわち基本波光の一部を吸収する材料も列挙されているが、これらの材料における二次の非線形光学係数ｄは充分に大きいので、これらの材料によって吸収されなかった基本波光からＳＨＧ光を発生させることが可能である。従って、基本波光の吸収係数αがゼロでない材料であっても二次の非線形光学係数ｄが充分に大きな材料であれば、光検出層１４の材料として利用可能である。

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。

図４、図５および図６はその製造方法を工程順に表したものである。半導体発光装置１を製造するためには、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型傾斜基板１１上にＧａＡｓ系化合物半導体からなる半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）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）、アルシン (ＡｓＨ_３)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（Ｈ_２Ｓｅ）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。

具体的には、まず、ｎ型傾斜基板１１上に、ｎ型バッファ層１２、ｎ型ＤＢＲ層１３、光検出層１４、ｐ型コンタクト層１５、ｐ型ＤＢＲ層２１、電流狭窄層２２Ｄ、下部クラッド層２３、活性層２４、上部クラッド層２５、ｎ型ＤＢＲ層２６、ｎ型コンタクト層２７をこの順に積層する（図４）。

次に、ｎ型コンタクト層２７の表面のうち所定の領域にマスク（図示せず）を形成したのち、例えばドライエッチング法によりｎ型コンタクト層２７からｐ型ＤＢＲ層２１までを選択的に除去してメサ形状を形成し、その後、マスクを除去する（図５）。

次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、側面から電流狭窄層２２Ｄを選択的に酸化する。これにより電流狭窄層２２Ｄ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、外縁領域にリング状の電流狭窄領域２２Ａが形成され、その中央領域が電流注入領域２２Ｂとなる。このようにして、電流狭窄層２２が形成される（図６）。

次に、例えば蒸着法によりｎ型コンタクト層２７の表面にリング状のｎ側電極２８を形成し、同様にして、ｐ型コンタクト層１５のうち露出している表面にｐ側共通電極１６を、ｎ型傾斜基板１１の裏面にｎ側電極１７をそれぞれ形成する（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。

以下、本実施の形態の半導体発光装置１の作用および効果について説明する。

この半導体発光装置１では、ｐ側共通電極１６とｎ側電極２８との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層２２により電流狭窄された電流が活性層２４の利得領域である発光領域２４Ａ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によって生じた光だけでなく、自然放出によって生じた光も含まれているが、共振器内で誘導放出が繰り返される結果、所定の波長でレーザ発振が生じ、その所定の波長のレーザ光が共振器内に設けられた光検出層１４に繰り返し入射すると共に、ｎ側電極２８側から外部に出力される。

ところで、本実施の形態では、面発光型半導体レーザ２０がｎ型傾斜基板１１上に結晶成長することにより形成されているので、図７に例示したように、面発光型半導体レーザ２０の共振器内を往復する光は非対称の媒質中を伝播していることになる。そのため、共振器内を往復する光には、基本波光Ｌ１（発振波長λ_０のレーザ光）だけでなく、基本波光Ｌ１の一部が非対称の媒質によって変換されることにより生成された、基本波光Ｌ１の１／２倍の波長のＳＨＧ光Ｌ２も含まれている。このＳＨＧ光Ｌ２は、基本波光Ｌ１の強度のほぼ二乗に比例した強度で発生するので、基本波光Ｌ１のうち強度の大きな誘導放出光によって主に発生し、強度の小さな自然放出光によって発生することはほとんどない。従って、ＳＨＧ光は面発光型半導体レーザ２０内で発生する基本波光Ｌ１に主に含まれる誘導放出光によって主に発生する。

ここで、本実施の形態の光検出層１４は、活性層２４のバンドギャップよりも大きく活性層２４のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する半導体により構成されているので、共振器内を往復するレーザ光のうち基本波光Ｌ１は吸収されず、誘導放出光の割合の多いＳＨＧ光Ｌ２が吸収され光電流に変換される。つまり、面発光型半導体レーザ２０内で発生する基本波光にわずかに含まれる自然放出光は光検出層１４によって吸収されない。この光電流はｐ側共通電極１６およびｎ側電極１７に電気的に接続されたワイヤ（図示せず）を介して光出力モニタ信号として光出力演算回路に出力される。これにより、ｎ側電極２８側から外部に出力されるレーザ光の出力レベルが計測される。

以上のことから、本実施の形態の半導体発光装置１では、面発光型半導体レーザ２０をｎ型傾斜基板１１上に結晶成長することにより形成すると共に、光検出層１４を、活性層２４のバンドギャップよりも大きく活性層２４のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する半導体により構成するようにしたので、主に誘導放出光によって発生したＳＨＧ光を光検出層１４で検出することができる。これにより、光検出層１４で変換される光電流は温度や動作電流などにより変化する自然放出光の影響をほとんど受けなくなるので、光検出精度が向上する。

［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置４の断面構成を表すものである。なお、図８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・機能を有することを意味している。

この半導体発光装置４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）８０の光射出側の表面に、半導体光検出器７０を配置すると共に一体に形成して構成したものである。この半導体発光装置４は、発光ダイオード８０の発光光が半導体光検出器７０のｎ側電極１８（後述）側から外部に射出されるようになっている。さらに、半導体光検出器７０からは入射した光の出力レベルに応じた光電流が出力されるようになっている。

すなわち、この半導体発光装置４は、光源として発光ダイオード８０を備えている点で、光源として面発光型半導体レーザ２０を備えていた上記実施の形態と主に相違する。そこで、以下、主として上記相違点について詳細に説明し、上記実施の形態と同様の構成・作用・効果についての説明を適宜省略する。

（半導体光検出器７０）
半導体光検出器７０は、ｎ型傾斜基板１１上に、ｎ型バッファ層１２、光検出層１４およびｐ型コンタクト層１５をこの順に積層して構成されている。ｎ側傾斜基板１１の裏面には、発光ダイオード８０と対向する部分に開口を有するｎ側電極１８が形成されている。このｎ側電極１８は例えばＡｕＧｅ，ＮｉおよびＡｕをこの順に積層した構造を有しており、ｎ側傾斜基板１１と電気的に接続されている。

（発光ダイオード８０）
発光ダイオード８０は、半導体光検出器７０上に、下部クラッド層８１、活性層８２および上部クラッド層８３をこの順に積層してなる積層構造を備えている。上部クラッド層８３の上部にはｎ側電極８４が形成されており、下部クラッド層８１、活性層８２および上部クラッド層８３の側面を絶縁層８５が覆っている。

下部クラッド層８１は、例えばＡｌ_ｘ１１Ｇａ_{１−ｘ１１}Ａｓ（０≦ｘ１１≦１）により構成されている。活性層８２は、例えばＡｌ_ｘ１２Ｇａ_{１−ｘ１２}Ａｓ（０≦ｘ１２≦１）により構成され、ｎ側電極８４と対向する領域に発光領域８２Ａを有している。上部クラッド層８３は、例えばＡｌ_ｘ１３Ｇａ_{１−ｘ１３}Ａｓ（０≦ｘ１３≦１）により構成されている。絶縁層８５は例えばＳｉＮやＳｉＯ２などからなる。ｎ側電極８４は例えばＡｕＧｅ，ＮｉおよびＡｕをこの順に積層した構造を有しており、上部クラッド層８３と電気的に接続されている。

このような構成を有する半導体発光装置４は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、ｎ型傾斜基板１１上に、ｎ型バッファ層１２、光検出層１４、ｐ型コンタクト層１５、下部クラッド層８１、活性層８２および上部クラッド層８３をこの順に積層する。

次に、上部クラッド層８３の表面のうち所定の領域にマスク（図示せず）を形成したのち、例えばドライエッチング法により上部クラッド層８３から下部クラッド層８１までを選択的に除去して台形状のメサを形成し、その後、マスクを除去する。

次に、例えば蒸着法により上部クラッド層８３の上部の表面にｎ側電極８４を形成し、同様にして、ｐ型コンタクト層１５のうち露出している表面にｐ側共通電極１６を、ｎ型傾斜基板１１の裏面に発光ダイオード８０と対向する部分に開口を有するｎ側電極１８をそれぞれ形成する。このようにして、本実施の形態の半導体発光装置４が製造される。

この半導体発光装置４では、ｐ側共通電極１６とｎ側電極８４との間に所定の電圧が印加されると、電流が活性層８２の利得領域である発光領域８２Ａ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、ｎ側電極１８側から外部に出力される。この光には主に自然放出によって生じた光が含まれているが、ごくわずかに誘導放出によって生じた光も含まれている。

ところで、本実施の形態では、発光ダイオード８０がｎ型傾斜基板１１上に結晶成長することにより形成されているので、上記の実施の形態と同様、発光ダイオード８０内の光には、基本波光（活性層８２のバンドギャップのエネルギーに対応する波長の光）だけでなく、基本波光の１／２倍の波長のＳＨＧ光も含まれている。このＳＨＧ光は、基本波光の強度のほぼ二乗に比例した強度で発生するので、基本波光のうち強度の大きな誘導放出光によって主に発生し、強度の小さな自然放出光によって発生することはほとんどない。従って、ＳＨＧ光は発光ダイオード８０内で発生する基本波光にわずかに含まれる誘導放出光によって主に発生する。

ここで、本実施の形態の光検出層１４は、活性層８２のバンドギャップよりも大きく活性層８２のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する半導体により構成されているので、発光ダイオード８０内の光のうち基本波光は吸収されず、ＳＨＧ光が吸収され光電流に変換される。つまり、発光ダイオード８０内で発生する基本波光に主に含まれる自然放出光は光検出層１４によって吸収されない。この光電流はｐ側共通電極１６およびｎ側電極１８に電気的に接続されたワイヤ（図示せず）を介して光出力モニタ信号として光出力演算回路に出力される。これにより、ｎ側電極１８側から外部に射出される発光光の出力レベルが計測される。

以上のことから、本実施の形態の半導体発光装置４では、発光ダイオード８０をｎ型傾斜基板１１上に結晶成長することにより形成すると共に、光検出層１４を、活性層８２のバンドギャップよりも大きく活性層８２のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する半導体により構成するようにしたので、ＳＨＧ光を光検出層１４で検出することができる。これにより、ｎ側電極１８側に向かう発光光は光検出層１４を通過する際にほとんど吸収されないので、光検出層１４において損失をほとんど発生させることなくｎ側電極１８側から外部に射出される発光光の出力レベルを計測することができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、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、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰなどの赤色系材料や、ＧａＩｎＮなどの青色系材料などにより構成することも可能である。

また、上記第１の実施の形態では、半導体光検出器１０を面発光型半導体レーザ２０の裏面側に設けていたが、レーザ光を外部に出力する側に設けてもよい。この場合に、上記第１の実施の形態と同様、光検出層を共振器の内部または外部に設けることが可能である。また、上記第２の実施の形態では、半導体光検出器１０を発光ダイオード３０の光射出側に設けていたが、発光ダイオード３０の裏面側に設けてもよい。

また、上記実施の形態では、共通基板としてｎ型傾斜基板１１を用いた場合について説明したが、本発明は、共通基板としてｐ型傾斜基板を用いた場合にも適用可能である。ただし、その場合には、上記実施の形態等で説明した導電型をｐ型からｎ型に、ｎ型からｐ型に置き換えればよい。また、半導体基板は傾斜基板である必要はなく、ＳＨＧ光や、３次以上の高調波光を発生させることの可能な半導体層をエピタキシャルに積層することの可能なものであればよく、例えば、結晶成長が理想的となっていない、平らな結晶面（１００）を有する半導体基板であってもよい。

また、上記実施の形態では、光検出層１４がＳＨＧ光を吸収可能に構成されていたが、半導体発光装置がｎ次（ｎは３以上の整数）の高調波光を発生させることが可能なように構成されている場合には、光検出層は第ｎ次の高調波光を吸収可能に構成されていることが必要となる。具体的には、光検出層が活性層のバンドギャップよりも大きく活性層のバンドギャップのｎ倍以下のバンドギャップを有する半導体、すなわち、発振波長λ_０に相当するエネルギーよりも大きく発振波長λ_０に相当するエネルギーのｎ倍以下のバンドギャップを有する半導体により構成されていればよい。

また、上記実施の形態では、半導体光検出器１０と面発光型半導体レーザ２０または発光ダイオード３０とで共通に利用可能なｐ側共通電極１６を設けていたが、半導体光検出器１０と面発光型半導体レーザ２０または発光ダイオード３０とにそれぞれ個別に電圧を印加するｐ側電極を設けるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置の断面構成図である。 一変形例に係る半導体発光装置の断面構成図である。 他の変形例に係る半導体発光装置の断面構成図である。 図１の半導体発光装置の製造工程を説明するための断面構成図である。 図４に続く工程を説明するための断面構成図である。 図５に続く工程を説明するための断面構成図である。 図１の半導体発光装置の作用を説明するための断面構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置の断面構成図である。

符号の説明

１〜４…半導体発光装置、１０，３０，５０，７０…半導体光検出器、１１…ｎ型傾斜基板、１２…ｎ型バッファ層、１３，２６…ｎ型ＤＢＲ層、１４…光検出層、１５…ｐ型コンタクト層、１６…ｐ側共通電極、１７，２８，８４…ｎ側電極、１８…ｎ型半導体層、１９…位相整合層、２０，４０，６０…面発光型半導体レーザ、２１…ｐ型ＤＢＲ層、２２，２２Ｄ…電流狭窄層、２２Ａ…電流狭窄領域、２２Ｂ…電流注入領域、２３，８１…下部クラッド層、２４，８２…活性層、２４Ａ，８２Ａ…発光領域、２５，８３…上部クラッド層、２７…ｎ型コンタクト層、８０…発光ダイオード、８５…絶縁層、Ｌ１…基本波光、Ｌ２…ＳＨＧ光。

Claims (8)

1. 第１導電型の第１半導体層、活性層、および第２導電型の第２半導体層をこの順に含んで構成された積層構造と、
   前記活性層のバンドギャップより大きく、かつ前記活性層のバンドギャップの２倍以下のバンドギャップを有する光検出層と
   を備えることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記第１半導体層に関して前記活性層とは反対側に設けられた第２導電型の第３半導体層を備え、
   前記光検出層は、前記第１半導体層と前記第３半導体層との間に配置されると共に、前記第１半導体層、第２半導体層および第３半導体層のいずれの層よりも低い濃度の不純物がドープされた半導体により構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記光検出層は、第１導電型および第２導電型のいずれの不純物も全くドープされていない半導体、または、吸収した光を光電流に変換することの可能な程度にわずかな不純物がドープされている半導体により構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記第１半導体層と前記第２半導体層とは一対の多層膜反射鏡を構成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
5. 前記第１半導体層および光検出層は多層膜反射鏡を構成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
6. 前記第１半導体層および光検出層は前記活性層から出力された光の波長に対応した周期構造を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
7. 前記光検出層と前記活性層との間に、基本波光およびＳＨＧ光のそれぞれの位相を整合させる位相整合層を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
8. 前記第１半導体層、活性層、第２半導体層および光検出層はそれぞれ、傾斜基板上で形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。

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