JP4356677B2 - 光半導体素子 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を射出する光半導体素子に関する。

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。

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。尚、以下の特許文献１には、静電破壊耐圧を向上させた半導体レーザの一例が開示されている。

また、面発光型半導体レーザは、環境温度によって光出力が変動するという特性がある。以下の特許文献２，３には、面発光型半導体レーザ上にフォトダイオード等の受光素子を設け、面発光型半導体レーザから射出されるレーザ光の一部を受光素子で受光してモニタし、このモニタ結果に基づいて面発光型半導体レーザの出力を制御する光半導体素子が開示されている。
特開２００４−６５４８号公報 特開２００５−３３１０６号公報 特開２００５−１９７５１４号公報

ところで、上記の特許文献２，３に開示されている光半導体素子に形成されている面発光型半導体レーザ及び受光素子は、半導体膜を多層に亘って積層した構成である。かかる構成の面発光型半導体レーザの静電破壊耐圧を向上させるために、上記の特許文献１に開示されている技術を単純に適用したのでは、光半導体素子の製造プロセスが複雑になり、コスト上昇を招いてしまう虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、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。

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多層構造の面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザの上方又は下方に形成された多層構造の受光素子とを前記基板上に備える光半導体素子において、前記受光素子が、第１導電型からなる第１半導体層と、光吸収層として機能する第２半導体層と、第２導電型からなる第３半導体層とを備えており、前記第１，第２，第３半導体層と同一の層構造によりＰＩＮ接合が形成されてなり、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を前記基板上に備えることを特徴としている。 この発明によると、基板上に面発光型半導体レーザと、第１導電型からなる第１半導体層と、光吸収層として機能する第２半導体層と、第２導電型からなる第３半導体層とを有する受光素子とが積層して形成されており、更に第１，第２，第３半導体層と同一の層構造によりＰＩＮ接合が形成されてなり、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基板上に形成されている。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。
尚、「層構造が同一」であるとは、対象となる２つの層の厚み及び組成が同一であることを意味し、対象となる２つの層の層構造が多層構造である場合には、多層構造をなす各層の厚み及び組成が対象となる２つの層でそれぞれ同一であることを意味する。
また、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多層構造の面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザの上方又は下方に形成された多層構造の受光素子とを前記基板上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受光素子との間に形成されており、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを分離する分離層と、前記受光素子の前記多層構造の一部と同一の層構造、前記分離層、及び前記面発光型半導体レーザの前記多層構造の一部と同一の層構造とによりヘテロ接合が形成されてなり、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とを備えることを特徴としている。

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。

〔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１０は、面発光型半導体レーザ２０、受光素子としての光検出素子３０、及び静電耐圧素子４０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。

〈面発光型半導体レーザ〉
面発光型半導体レーザ２０は、半導体基板（本実施形態ではｎ型ＧａＡｓ基板）１１上に形成されている。この面発光型半導体レーザ２０は垂直共振器を有しており、本実施形態では垂直共振器をなす一方の分布反射型多層膜ミラーが柱状の半導体堆積体（以下、第１柱状部という）Ｐ１に形成されている。つまり、面発光型半導体レーザ２０はその一部が第１柱状部Ｐ１に含まれた構成である。

面発光型半導体レーザ２０は、例えば、ｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ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）２１と、ＧａＡｓウェル層とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ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２２と、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ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）２３と、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４とが順次積層された多層構造である。

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、以上説明した第１ミラー２１、活性層２２、第２ミラー２３、及びコンタクト層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。

面発光型半導体レーザ２０をなす第１ミラー２１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２３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２３、不純物がドーピングされていない活性層２２、及びｎ型の第１ミラー２１により、ｐｉｎダイオードが形成される。また、面発光型半導体レーザ２０のうち、第２ミラー２３及びコンタクト層２４が、第２ミラー２３の上面からみて円形の形状にエッチングされて第１柱状部Ｐ１が形成されている。尚、本実施形態では、第１柱状部Ｐ１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。

更に、第２ミラー２３を構成する層のうち活性層２２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２５が形成されている。この電流狭窄層２５はリング状に形成されている。即ち、この電流狭窄層２５は、図１及び図２に示す半導体基板１１の表面１１ａ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Ｐ１の平面形状の円形と同心の円のリング状である。

また、コンタクト層２４上には、第１柱状部Ｐ１の外周に沿うようにリング状の平面形状を有する電極２６が形成されている。この電極２６は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金、及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。或いは、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。この電極２６は、面発光型半導体レーザ２０を駆動するためのものであり、電極２６から活性層２２に電流が注入される。

〈分離層〉
本実施形態の光半導体素子１０は、面発光型半導体レーザ２０上に分離層２７が形成されている。即ち、分離層２７は、面発光型半導体レーザ２０と後述する光検出素子３０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２７は、コンタクト層２４上に形成されている。即ち、分離層２７は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４と、後述する光検出素子３０の後述する第１コンタクト層３１との間に設けられている。尚、前述した通り、コンタクト層２４の上面にはリング状の電極２６が形成されているため、分離層２７は周囲が電極２６に取り囲まれている。

この分離層２７の平面形状は円形である。図示の例では、分離層２７の平面形状は第１コンタクト層３１の平面形状と同じであるが、これらの直径は第１柱状部Ｐ１の直径よりも小さくなるよう形成されている。尚、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも大きく形成することもできる。分離層２７については、後述する光半導体素子の製造方法の項にて更に詳細に説明する。

〈光検出素子〉
光検出素子３０は分離層２７上に設けられている。光検出素子３０は第１コンタクト層３１、光吸収層３２、及び第２コンタクト層３３を含んで構成される。第１コンタクト層３１は分離層２７上に設けられ、光吸収層３２は第１コンタクト層３１上に設けられ、第２コンタクト層３３は光吸収層３２上に設けられている。光吸収層３２及び第２コンタクト層３３の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも小さく形成されている。第２コンタクト層３３及び光吸収層３２は、柱状の半導体堆積体（以下、第２柱状部という）Ｐ２を構成する。つまり、光検出素子３０はその一部が第２柱状部Ｐ２に含まれた構成である。尚、光検出素子３０の上面は、面発光型半導体レーザ２０からのレーザ光の射出面３４とされている。

光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１はｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層３２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３３はｐ型ＧａＡｓ層からなる。具体的には、第１コンタクト層３１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３３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３１、不純物がドーピングされていない光吸収層３２、及びｐ型の第２コンタクト層３３により、ｐｉｎダイオードが形成される。

第１コンタクト層３１上には、その外周に沿うようにリング状の平面形状を有する電極３５が形成されている。つまり、電極３５は、第２柱状部Ｐ２を取り囲むように設けられている。この電極３５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）の積層膜からなる。

また、光検出素子３０の上面上（第２コンタクト層３３上）には電極３６が形成されている。電極３５，３６は、光検出素子３０を駆動するために使用される。電極３６には開口部３７が設けられており、この開口部３７によって第２コンタクト層３３の上面の一部が露出する。この露出した面が、レーザ光の射出面３４である。従って、開口部３７の平面形状及び大きさを適宜設定することにより、射出面３４の形状及び大きさを適宜設定することができる。本実施形態においては、図１に示す通り、射出面３４が円形であるものとする。また、電極３６は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４上に形成される電極２６と同じ材質にて形成することができる。

電極３６は、図１に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部３６ａと、直線状の平面形状を有する引き出し部３６ｂと、円状の平面形状を有するパッド部３６ｃとを有する。電極３６は、接続部３６ａにおいて第２コンタクト層３３と電気的に接続されている。電極３６の引き出し部３６ｂは、接続部３６ａとパッド部３６ｃとを接続している。第４電極のパッド部３６ｃは、電極パッドとして用いられる。尚、本実施形態では電極３６の接続部３６ａの形状がリング状である場合を例に挙げているが、接続部３６ａは第２コンタクト層３３に接触してさえいれば良いため、その平面形状は任意の形状とすることができる。

〈静電耐圧素子〉
静電耐圧素子４０は、半導体基板１１上であって、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部が形成された位置とは異なる位置に形成された柱状の半導体堆積体（以下、第３柱状部という）Ｐ３及び第３柱状部Ｐ３上の柱状の半導体堆積体（以下、第４柱状部という）Ｐ４に形成されている。第３柱状部Ｐ３は、第２ミラー２３、コンタクト層２４、分離層２７、及び第１コンタクト層３１がエッチングされて形成される。また、第４柱状部Ｐ４は、光吸収層３２及び第２コンタクト層３３がエッチングされて形成される。

第３柱状部Ｐ３は第１コンタクト層３１の上面からみて円形の形状にエッチングされ、第４柱状部Ｐ４は第２コンタクト層３３の上面からみて円形の形状にエッチングされる。また、図１及び図２に示す通り、第４柱状部Ｐ４は、その直径が第３柱状部Ｐ３の直径よりも小さくなるように形成され、且つ第３柱状部Ｐ３と同心とならないよう、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２から離れる方向に偏心した状態に形成される。尚、本実施形態では、第３柱状部Ｐ３と第４柱状部Ｐ４とを偏心させた構造を例に挙げて説明するが、これらが同心の構造であっても良い。

静電耐圧素子４０は、第３柱状部Ｐ３の第１コンタクト層３１と、第４柱状部Ｐ４の光吸収層３２及び第２コンタクト層３３とを含んで構成される。静電耐圧素子４０の一部をなす第１コンタクト層３１は、光検出素子３０の一部をなす第１コンタクト層３１と層構造が同一である。また、静電耐圧素子４０の一部をなす光吸収層３２は、光検出素子３０の一部をなす光吸収層３２と層構造が同一である。更に、静電耐圧素子４０の一部をなす第２コンタクト層３３は、光検出素子３０の一部をなす第２コンタクト層３３と層構造が同一である。

従って、静電耐圧素子４０を構成する第１コンタクト層３１、吸収層３２、及び第２コンタクト層３３によってもｐｉｎダイオードが形成される。ここで、「層構造が同一」であるとは、対象となる２つの層の厚み及び組成が同一であることを意味し、対象となる２つの層の層構造が多層構造である場合には、多層構造をなす各層の厚み及び組成が対象となる２つの層でそれぞれ同一であることを意味する。

静電耐圧素子４０の一部をなす第１コンタクト層３１上には、第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ２と向かい合う側に、略矩形形状の平面形状を有する電極４１が形成されている。この電極４１は、光検出素子３０の一部をなす第１コンタクト層３１上に形成される電極３５と同じ材質にて形成することができる。即ち、電極４１を、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、静電耐圧素子４０の一部をなす第２コンタクト層３３上には、電極４２が形成されている。電極４１，４２は、静電耐圧素子４０を駆動するために使用される。電極４２は、面発光型半導体レーザ２０のコンタクト層２４上に形成される電極２６と同じ材質にて形成することができる。即ち、電極４２を、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。この電極４２は、その平面形状を第４柱状部Ｐ４の平面形状と相似の円形の形状にすることが望ましい。

〈絶縁層〉
本実施形態の光半導体素子１０は、図１及び図２に示す通り、主として第１柱状部Ｐ１、第２柱状部Ｐ２、及び第３柱状部Ｐ３の周囲を取り囲むよう第１ミラー２１の上、又は活性層２２の上に絶縁層５０が形成されている。また、この絶縁層５０は、第４柱状部Ｐ４の側面の一部を覆うように形成されている。この絶縁層５０は、電極３６の引き出し部
３６ｂ及びパッド部３６ｃの下、及び後述する電極配線５１，５２の下に形成されている。

〈電極配線〉
電極配線５１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極３５、及び静電耐圧素子４０の電極４１とを電気的に接続するものである。図１に示す通り、電極配線５１は、リング状の平面形状を有する接続部５１ａと、Ｔ字の平面形状を有する配線部５１ｂと、円状の平面形状を有するパッド部５１ｃとを有する。電極配線５１は、接続部５１ａにおいて電極２６，３５の上面に接合されて電気的に接続されている。電極配線５１の配線部５１ｂは、接続部５１ａと静電耐圧素子４０の電極４１とを接続するとともに、パッド部５１ｃに接続されている。電極配線５１のパッド部５１ｃは、電極パッドとして用いられる。

また、電極配線５２は、第１ミラー２１上の一部に形成された電極２８及び静電耐圧素子４０の電極４２とを接続するものである。電極２８は、面発光型半導体レーザ２０の電極の１つであり、光検出素子３０の第１コンタクト層３１上に形成される電極３５及び静電耐圧素子４０の第１コンタクト層３４上に形成される電極４１と同じ材質にて形成することができる。即ち、電極２８を、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。電極配線５２は、図１に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部５２ａと、矩形の平面形状を有する配線部５２ｂと、パッド部５２ｂとを有する。電極配線５２は、接続部５２ａにおいて電極４２の上面に接合されて電気的に接続されている。電極配線５２の配線部５２ｂは、接続部５２ａとパッド部５２ｃとを接続するとともに、電極２８と接続されている。電極配線５２のパッド部５２ｃは、電極パッドとして用いられる。電極配線５１，５２は、例えば金（Ａｕ）を用いて形成することができる。

尚、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極３５、及び静電耐圧素子４０の電極４１とを電極配線５１で接続し、第１ミラー２１上の一部に形成された電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とを電極配線５２で接続する代わりに、電極２６、電極３５、及び電極４１をワイヤボンディングで接続し、電極２８と電極４２とをワイヤボンディングで接続しても良い。しかしながら、電極配線５１，５２で接続した方が配線抵抗が低いため、高周波特性に優れるとともにプロセスの信頼性も高い。

〈全体の構成〉
本実施形態の光半導体素子１０は、面発光型半導体レーザ２０のｎ型の第１ミラー２１及びｐ型の第２ミラー２３、並びに光検出素子３０のｎ型の第１コンタクト層３１及びｐ型の第２コンタクト層３３から、全体としてｎｐｎｐ構造になっている。光検出素子３０は、面発光型半導体レーザ２０で発生したレーザ光の出力をモニタするために設けられる。具体的には、光検出素子３０は、面発光型半導体レーザ２０で生じたレーザ光を電流に変換し、この電流の値によって面発光型半導体レーザ２０で生じたレーザ光の出力がモニタされる。

より具体的には、光検出素子３０において、面発光型半導体レーザ２０により生じたレーザ光の一部が光吸収層３２にて吸収され、この吸収された光によって光吸収層３２で光励起が生じ、電子及び正孔が生成される。そして、外部から印加された電界によって電子は電極３５に、正孔は電極３６にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子３０において、第１コンタクト層３１から第２コンタクト層３３の方向に電流が生じる。

また、面発光型半導体レーザ２０の光出力は、主として面発光型半導体レーザ２０に印加するバイアス電圧によって決定される。特に、面発光型半導体レーザ２０の光出力は、面発光型半導体レーザ２０の周囲温度や面発光型半導体レーザ２０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２０において所定の光出力を維持することが必要である。

本実施形態の光半導体素子１０では、面発光型半導体レーザ２０の光出力を光検出素子３０でモニタし、光検出素子３０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２０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２０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２０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２０の光出力を面発光型半導体レーザ２０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：図示省略）を用いて実現することができる。

また、本実施形態の光半導体素子１０は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６と静電耐圧素子４０の電極４１とが電極配線５１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の電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とが電極配線５２によって電気的に接続されている。面発光型半導体レーザ２０の電極２６はｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４上に形成されたｐ電極であり、電極２８はｎ型の第１ミラー２１上に形成されたｎ電極である。一方、静電耐圧素子４０の電極４１はｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層３１上に形成されたｎ電極であり、電極４２はｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層３３上に形成されたｐ電極である。従って、静電耐圧素子４０は、電極配線５１，５２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。

図３は、本発明の第１実施形態による光半導体素子１０の電気的な等価回路図である。図３に示す通り、光検出素子３０は、アノード電極（正電極）が電極３６のパッド部３６ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線５１のパッド部５１ｃに接続されている。また、面発光型半導体レーザ２０は、アノード電極（正電極）が電極配線５１のパッド部５１ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線５２のパッド部５２ｃに接続されている。静電耐圧素子４０は、アノード電極（正電極）が電極配線５２のパッド部５２ｃに、カソード電極（負電極）が電極配線５１のパッド部５１ｃに接続されている。

〔光半導体素子の動作〕
次に、実施形態の光半導体素子１０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１０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、電極パッド５１ｃ，５２ｃを不図示の電源に接続して電極２６と電極２８との間に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２２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２３と第１ミラー２１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２３の上面からレーザ光が射出され、分離層２７へと入射する。次いで、レーザ光は光検出素子３０の第１コンタクト層３１に入射する。

次に、光検出素子３０を構成する第１コンタクト層３１に入射した光は光吸収層３２に入射する。この入射光の一部が光吸収層３２にて吸収されると光吸収層３２において光励起が生じ、電子及び正孔が生じる。そして、外部から印加された電界により、電子は電極３５に、正孔は電極３６にそれぞれ移動する。その結果、光検出素子３０において、第１コンタクト層３１から第２コンタクト層３３の方向に電流（光電流）が生じる。この電流を電極パッド３６ｃ，５１ｃから取り出してその値を測定することにより、面発光型半導体レーザ２０の光出力を検知することができる。

ここで、電極２６と電極２８との間に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４０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４０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。

〔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１０の製造方法について説明する。図４〜図６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１０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１１の表面１１ａ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を形成する。

ここで、半導体多層膜は、例えばｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１ミラー２１、ＧａＡｓウェル層とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ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２２、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー２３、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２４、不純物がドーピングされていないＡｌＧａＡｓ層からなる分離層２７、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層３１、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３２、及びｐ型ＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層３３からなる。これらの層を順に半導体基板１１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。

尚、第２ミラー２３を成長させる際に、活性層２２近傍の少なくとも１層は、後に酸化されて電流狭窄層２５となる層に形成される（図５（ｃ）参照）。具体的には、電流狭窄層２５となる層は、Ａｌ組成が分離層２７のＡｌ組成より大きなＡｌＧａＡｓ層（ＡｌＡｓ層を含む）に形成される。換言すると、分離層２７は、Ａｌ組成が電流狭窄層２５となる層より小さなＡｌＧａＡｓ層に形成することが望ましい。これにより、後述する電流狭窄層２５を形成する酸化工程において（図５（ｃ）参照）、分離層２７は酸化されないようにすることができる。より具体的には、例えば電流狭窄層２５となる層のＡｌ組成が０．９５以上であって、分離層２７のＡｌ組成が０．９５未満であるように、電流狭窄層２５となる層及び分離層２７を形成することが望ましい。分離層２７の光学的膜厚は、面発光型半導体レーザ２０（図２参照）の設計波長がλであるとすると、例えば、λ／４の奇数倍にすることが好適である。

また、第１コンタクト層３１、光吸収層３２、及び第２コンタクト層３３の光学的膜厚の総和、即ち、光検出素子３０（図２参照）の全体の光学的膜厚は、例えばλ／４の奇数倍とすることが好適である。かかる膜厚にすることで、光検出素子３０全体は分布反射型ミラーとして機能することができる。即ち、面発光型半導体レーザ２０における活性層２２の上方において、光検出素子３０全体が、分布反射型ミラーとして機能することができる。従って、面発光型半導体レーザ２０の特性に悪影響を及ぼすことなく、光検出素子３０は分布反射型ミラーとして機能することができる。

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１１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。

次に、図４（ｂ）に示す通り、第２柱状部Ｐ２及び第柱状部Ｐ４を形成する。第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４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、第２コンタクト層３３の上面に所定の平面形状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コンタクト層３３及び光吸収層３２をエッチングする。これにより、第２コンタクト層３３と、第２コンタクト層３３と同一の平面形状を有する光吸収層３２とが形成される。これにより、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４が形成される。尚、第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４が形成されると、レジスト層は除去される。

第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を形成すると、第１コンタクト層３１を所定の形状にパターニングする。具体的には、まず、第１コンタクト層３１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塗布したレジストをパターニングする。これにより、第１コンタクト層３１上に第２柱状部Ｐ２及び第４柱状部Ｐ４を覆うように所定のパターンの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、第１コンタクト層３１を、例えばドライエッチングにより所定の厚みになるまでエッチングする。

次いで、残りの第１コンタクト層３１を、ウェットエッチング法によりエッチングする。ここで、第１コンタクト層３１のエッチングには、エッチャントとして、例えばアンモニア、過酸化水素、及び水との混合溶液を用いることができる。アンモニア、過酸化水素、及び水の混合比率は、例えば１：１０：１５０程度のものを用いることができるが、特にこの混合比率は限定されず、適宜決定される。第１コンタクト層３１の下には分離層２７が配置されており、分離層２７がエッチングストッパ層として機能するため、分離層２７が露出した時点で、第１コンタクト層３１のエッチングを正確且つ容易に止めることができる。

以上の工程を経ることにより、図４（ｂ）に示す通り、光検出素子３０及び静電耐圧素子４０が形成される。光検出素子３０及び静電耐圧素子４０は、第２コンタクト層３３、光吸収層３２、及び第１コンタクト層３１を含んでなる。また、第１コンタクト層３１の平面形状は、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２の平面形状よりも大きく形成される。このように、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子４０とが同一の工程を経て形成される。尚、以上説明した工程では、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をパターニングした後、第１コンタクト層３１をパターニングしていたが、第１コンタクト層３１をパターニングした後、第２コンタクト層３３及び光吸収層３２をパターニングしてもよい。

光検出素子３０及び静電耐圧素子４０を形成すると、図４（ｃ）に示す通り、分離層２７を所定の形状にパターニングする。具体的には、上述のレジスト層（第１コンタクト層３１のエッチングに用いたレジスト層）をマスクとして、分離層２７をエッチングする。このとき、分離層２７の下には、コンタクト層２４が配置されており、このコンタクト層２４がエッチングストッパ層として機能するため、分離層２７のエッチングを、コンタクト層２４が露出した時点で、正確且つ容易に止めることができる。ここで、分離層２７のエッチングに用いるエッチャントとして、例えばフッ化水素水溶液や、フッ化水素酸系緩衝溶液を用いることができる。

これにより、図４（ｃ）に示す通り、パターニングされた分離層２７が形成される。その後、レジスト層（第１コンタクト層３１及び分離層２７のエッチングに用いたレジスト層）が除去される。図示の例では、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状と同じとなるように形成したが、分離層２７の平面形状は、第１コンタクト層３１の平面形状よりも大きく形成しても良い。具体的には、上述の分離層２７のパターニングに用いるレジスト層を、より平面形状の大きなレジスト層にして分離層２７をパターニングすることができる。

次に、図５（ａ）に示す通り、第１柱状部Ｐ１を含む面発光型半導体レーザ２０及び静電耐圧素子４０の下方に位置する第３柱状部Ｐ３の残りの部分を形成する。具体的には、まず、コンタクト層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塗布したレジストをパターニングする。これにより、所定のパターンの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、コンタクト層２４、第２ミラー２３、及び活性層２２をエッチングする。尚、本実施形態では、第１柱状部Ｐ１と第３柱状部Ｐ３との間の活性層２２はエッチングせずに残すようにしている。これにより、図５（ａ）に示す通り、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３が形成される。

以上の工程により、半導体基板１１上に、第１柱状部Ｐ１を含む垂直共振器（面発光型半導体レーザ２０）が形成される。これにより、面発光型半導体レーザ２０と、分離層２７と、光検出素子３０との積層体が形成され、更に、第３柱状部Ｐ３の上方に静電耐圧素子４０が形成される。その後、レジスト層が除去される。尚、本実施形態では前述した通り、光検出素子３０及び静電耐圧素子４０並びに分離層２７をまず形成した後に第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成する場合について説明したが、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３を形成した後に光検出素子３０及び静電耐圧素子４０並びに分離層２７を形成してもよい。

続いて、図５（ｂ）に示す通り、電流狭窄層２５を形成する。この電流狭窄層２５を形成するには、上記工程によって第１柱状部Ｐ１及び第２柱状部Ｐ３が形成された半導体基板１１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２３中のＡｌ組成が高い層が側面から酸化されて、電流狭窄層２５が形成される。

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層２５を備えた面発光型半導体レーザでは、駆動する際に、電流狭窄層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、電流狭窄層２５を形成する工程において、形成する電流狭窄層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。また、面発光型半導体レーザ２０から射出されるレーザ光の大部分が第１コンタクト層３１に入射するように、電流狭窄層２５の径を調整することが望ましい。

次に、図６（ａ）に示す通り、活性層２２及び第１ミラー２１上であって第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の周囲、及び第２柱状部Ｐ２の周囲に絶縁層５０を形成する。絶縁層５０の材質としては厚膜化が容易なものを用いることが望ましい。絶縁層５０の膜厚は、例えば２〜４μｍ程度であるが、特に限定される訳ではなく、第１柱状部Ｐ１及び第３柱状部Ｐ３の高さに応じて適宜設定することができる。

例えば、絶縁層５０は、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５０は、上記材料を複数用いて積層膜とすることもできる。

ここでは、絶縁層５０を形成するための材料として、ポリイミド系樹脂の前駆体を用いた場合について述べる。まず、例えばスピンコート法を用いて前駆体（ポリイミド系樹脂の前駆体）を半導体基板１１上に塗布して前駆体層を形成する。このとき、前駆体層が第１柱状部Ｐ１の上面を覆うように前駆体層を形成する。尚、前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術が利用できる。次いで、例えばホットプレート等を用いて半導体基板１１を加熱して溶媒を除去した後、例えば３５０℃程度の炉に入れて前駆体層をイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化したポリイミド系樹脂層を形成する。続いて、図６（ａ）に示す通り、ポリイミド系樹脂層を公知のリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、絶縁層５０を形成する。

尚、パターニングの際に用いられるエッチング方法としては、ドライエッチング法等を用いることができる。ドライエッチングは、例えば酸素又はアルゴン等のプラズマにより行うことができる。また、上述の絶縁層５０の形成方法では、ポリイミド系樹脂の前駆体層を硬化した後、パターニングを行う例について示したが、ポリイミド系樹脂の前駆体層を硬化する前に、パターニングを行うこともできる。このパターニングの際に用いられるエッチング方法としては、ウェットエッチング法等を用いることができる。ウェットエッチングは、例えばアルカリ溶液又は有機溶液等により行うことができる。

以上の工程が終了すると、図６（ｂ）に示す通り、第１ミラー２１上の電極２８及び第１コンタクト層３１の上面上の電極３５，４１が形成される。また、コンタクト層２４上の電極２６及び第２コンタクト層３３上の電極３６，４２が形成される。ここで、電極３６は、リング状の平面形状を有する接続部３６ａ、直線状の平面形状を有する引き出し部３６ｂ、円状の平面形状を有するパッド部３６ｃを有しているが、第２コンタクト層３３の上面上には接続部３６ａが形成され、引き出し部３６ｂ及びパッド部３６ｃは絶縁層５０上に形成される。

電極２８，３５，４１を形成する具体的な方法は以下の通りである。まず、電極２８，３５，４１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ミラー２１の上面及び第１コンタクト層３１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、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電極２８，３５，４１が形成される。

また、電極２６，３６，４２を形成する具体的な方法は以下の通りである。まず、電極２６，３６，４２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、コンタクト層２４の上面及び第２コンタクト層３３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、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電極２６，３６，４２が形成される。

尚、上記の電極２８，３５，４１及び電極２６，３６，４２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。更に、上記の工程においては、電極２８，３５，４１を同時にパターニングし、電極２６，３６，４２を同時にパターニングしているが、これらを個々に形成しても良い。

以上の工程が終了すると、図６（ｂ）に示す通り、電極配線５１，５２が形成される。ここで、電極配線５１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６、光検出素子３０の電極３５、及び静電耐圧素子４０の電極４１を電気的に接続するよう形成される。また、電極配線５２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と静電耐圧素子４０の電極４２とを電気的に接続するよう形成される。具体的には、上記各電極を形成する場合と同様に、必要に応じてプラズマ処理法等を用いて半導体基板１１上を洗浄する。次いで、例えば真空蒸着法により、例えば金（Ａｕ）からなる金属膜を形成する。そして、リフトオフ法等により、所定の位置以外の金属膜を除去することにより電極配線５１，５２が形成される。

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。本実施形態で用いる電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。尚、必要であれば、電極配線５１，５２を形成する前にアニール処理を行っても良い。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１０が製造される。以上説明した通り、本実施形態では、光検出素子３０と静電耐圧素子４０とが同一の工程を経て形成される。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子１０を製造することができる。

〔第２実施形態〕
図７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８は図７中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。尚、図７及び図８においては、図１及び図２に示した構成に相当するものには同一の符号を付してある。図７及び図８に示す通り、本実施形態の光半導体素子６０は、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子３０、及び静電耐圧素子７０を含んで構成される。本実施形態の光半導体素子６０が備える面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０は、図１，図２に示す第１実施形態の光半導体素子１０が備えるものと同一構成であるが、静電耐圧素子７０は光半導体素子１０が備える静電耐圧素子４０とは異なる構成である。

本実施形態においては、第３柱状部Ｐ３が第２ミラー２３のみから形成されており、第４柱状部Ｐ４は形成されていない。この第３柱状部Ｐ３を構成する第２ミラー２３は、前述した通り、ｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層（以下、第１層という）とｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層（以下、第２層という）とを交互に積層したものであり、何れか一方の層が第３柱状部Ｐ３の上面に現れている。尚、ここでは、第１層が第３柱状部Ｐ３の上面に現れているとする。

図９は、第３柱状部Ｐ３の最上部を拡大した断面図である。図９（ａ）に示す通り、第３柱状部Ｐ３の最上部には第１層Ｌ１と第２層Ｌ２とが積層されている。第３柱状部Ｐ３の最上部において、最も上方に位置する第１層Ｌ１が除去されている部分があり、この部分において第２層Ｌ２が第３柱状部Ｐ３の上面に現れている。第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する第１層Ｌ１上には電極７１が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面に現れている第２層Ｌ２上には電極７２が形成されている。本実施形態では、電極７１と第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する第１層Ｌ１との接合がショットキー接合となっており、これにより静電耐圧素子７０が形成されている。即ち、面発光型半導体レーザ２０をなす第１ミラー２１の一部と同一の層構造を用いて静電耐圧素子７０が形成されている。

第１層Ｌ１はｐ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層であるため、ショットキー接合を形成する電極７１としては、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、及び金（Ａｕ）の積層膜を用いることができる。或いは、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属膜、若しくはアルミニウム（Ａｌ）と金（Ａｕ）との合金からなる金属膜を用いることができる。また、第２層Ｌ２上に形成される電極７２は、第１実施形態の光半導体素子１０に形成された電極２６，３６，４２と同様に、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、又は、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。

尚、図９（ａ）に示す例では、１ペアをなす第１層Ｌ１上に電極７１を、第２層Ｌ２上に電極７２を形成していた。しかしながら、図９（ｂ）に示す通り、１つのペアの第１層Ｌ１上に電極７１を形成し、このペアとは異なるペアの第２層Ｌ２上に電極７２を形成しても良い。図９（ｂ）に示す例では、上面に電極７１が形成された第１層Ｌ１（最も上方に位置する第１層Ｌ１）と、上面に電極７２が形成された第２層Ｌ２との間に第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２とが１層ずつ設けられた構成を図示しているが、これらの間に設けられる層数は任意でよい。また、図９に示す例では、第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する層が第１層Ｌ１である場合を図示しているが、第３柱状部Ｐ３の最も上方に位置する層が第２層Ｌ２であっても良い。即ち、第２層Ｌ２上に電極７１が形成され、際１層Ｌ１上に電極７２が形成されていても良い。

また、図８に示す通り、電極７１上には電極配線５１が形成されている。これにより、電極７１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６及び光検出素子３０の電極３５と電気的に接続されている。また、電極７２上には電極配線５２が形成されている。これにより、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。従って、本実施形態の光半導体素子６０においても、静電耐圧素子７０は、電極配線５１，５２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の電極２６と電極２８との間に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２０の静電破壊から保護することができる。

また、本実施形態においては、ショットキー接合を得るための電極７１を形成する工程が必要になるものの、静電耐圧素子７０を形成するための専用の工程は必要ない。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子６０を製造することができる。

〔第３実施形態〕
図１０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断面図である。尚、本実施形態の光半導体素子８０の平面的な構成は図７に示す構成と同様の構成である。従って、図１０は、図７中のＢ−Ｂ線に沿う断面図ということができる。尚、図１０においては、図１及び図２に示した構成に相当するものには同一の符号を付してある。図１０に示す通り、本実施形態の光半導体素子８０は、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子３０、及び静電耐圧素子９０を含んで構成される。本実施形態の光半導体素子８０が備える面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０は、図１，図２に示す第１実施形態の光半導体素子１０が備えるものと同一構成であるが、静電耐圧素子９０は光半導体素子１０が備える静電耐圧素子４０及び光半導体素子６０が備える静電耐圧素子７０とは異なる構成である。

本実施形態においては、第３柱状部Ｐ３が第２ミラー２３及びコンタクト層２４から形成されており、第４柱状部Ｐ４が分離層２７及び第１コンタクト層３１から形成されている。尚、第４柱状部Ｐ４は、第３柱状部Ｐ３よりも径が小さく形成されている。本実施形態では、コンタクト層２４、分離層２７、及び第１コンタクト層３１から静電耐圧素子９０が形成されている。コンタクト層２４と分離層２７とによってヘテロ接合が形成されており、第１コンタクト層３１と分離層２７とによってヘテロ接合が形成されている。即ち、面発光型半導体レーザ２０の一部をなすコンタクト層２４、及び光検出素子３０の一部をなす第１コンタクト層３１と同一の層構造を用いて静電耐圧素子９０が形成されている。

この第４柱状部Ｐ４の上面（第１コンタクト層３１上）には電極９１が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面（コンタクト層２４上）には電極９２が形成されている。電極９１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）の積層膜を用いて形成することができる。また、電極９２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、又は、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。

また、図１０に示す通り、電極９１上には電極配線５１が形成されている。これにより、電極９１は、面発光型半導体レーザ２０の電極２６及び光検出素子３０の電極３５と電気的に接続されている。また、電極９２上には電極配線５２が形成されている。これにより、電極９２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。従って、本実施形態の光半導体素子８０においても、静電耐圧素子９０は、電極配線５１，５２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の電極２６と電極２８との間に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２０の静電破壊から保護することができる。また、本実施形態においては、静電耐圧素子９０は、面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０を形成するために行われるエッチングを工夫することで形成される。よって、静電耐圧素子９０を形成するための専用の工程は必要ない。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子８０を製造することができる。

〔第４実施形態〕
図１１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１２は図１１中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。尚、図１１及び図１２においては、図１及び図２に示した構成に相当するものには同一の符号を付してある。図１１及び図１２に示す通り、本実施形態の光半導体素子１００は、面発光型半導体レーザ２０、光検出素子１１０、及び静電耐圧素子１２０を含んで構成される。本実施形態の光半導体素子１００が備える面発光型半導体レーザ２０は、図１，図２に示す第１実施形態の光半導体素子１０が備えるものと同一構成であるが、光検出素子１１０及び静電耐圧素子１２０が光半導体素子１０が備えるものとは異なる構成である。

図１２に示す通り、面発光型半導体レーザ２０は、第１ミラー２１、活性層２２、第２ミラー２３、及びコンタクト層２４からなる。以上説明した第１〜第３実施形態では、このコンタクト層２４上に分離層２７が形成されていたが、本実施形態では分離層２７が省略されており、コンタクト層２４上に光吸収層１１１とコンタクト層１１２が順に積層されて第２柱状部Ｐ２が形成されている。本実施形態では、面発光型半導体レーザ２０の一部をなすコンタクト層２４、光吸収層１１１、及びコンタクト層１１２から光検出素子１１０が形成されている。

コンタクト層２４はｐ型ＧａＡｓからなり、光吸収層１１１は不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなり、コンタクト層１１２はｎ型ＧａＡｓ層からなる。具体的には、コンタクト層２４は、例えば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされており、コンタクト層１１２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。したがって、ｐ型のコンタクト層２４、不純物がドーピングされていない光吸収層１１１、及びｎ型のコンタクト層１１２により、ｐｉｎダイオードが形成される。

コンタクト層２４上には、第１柱状部Ｐ１の外周に沿い、且つ第２柱状部Ｐ２を取り囲むようにリング状の平面形状を有する電極２６が形成されている。本実施形態においてはコンタクト層２４は、面発光型半導体レーザ２０と光検出素子１１０とに共用されているため、この電極２６は、面発光型半導体レーザ２０の一方の電極及び光検出素子１１０の一方の電極として共用される。

また、光検出素子１１０の上面上（コンタクト層１１２上）には電極１１３が形成されている。電極１１３は、光検出素子１１０の他方の電極として使用される。電極１１３には開口部１１４が設けられており、この開口部１１４によってコンタクト層１１２の上面の一部が露出する。この露出した面が、レーザ光の射出面１１５である。従って、開口部１１４の平面形状及び大きさを適宜設定することにより、射出面１１５の形状及び大きさを適宜設定することができる。本実施形態においては、図１１に示す通り、射出面１１５が円形であるものとする。電極１１３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）の積層膜を用いて形成することができる。

電極３６は、図１１に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部１１３ａと、直線状の平面形状を有する引き出し部１１３ｂと、円状の平面形状を有するパッド部１１３ｃとを有する。電極１１３は、接続部１１３ａにおいてコンタクト層１１２と電気的に接続されている。電極１１３の引き出し部１１３ｂは、接続部１１３ａとパッド部１１３ｃとを接続している。電極のパッド部１１３ｃは、電極パッドとして用いられる。尚、本実施形態では電極１１３の接続部１１３ａの形状がリング状である場合を例に挙げているが、接続部１１３ａはコンタクト層１１２に接触してさえいれば良いため、その平面形状は任意の形状とすることができる。

また、本実施形態においては、第３柱状部Ｐ３が第２ミラー２３及びコンタクト層２４から形成されており、第４柱状部Ｐ４が光吸収層１１１とコンタクト層１１２とから形成されている。尚、第４柱状部Ｐ４は、第３柱状部Ｐ３よりも径が小さく形成されている。本実施形態では、光検出素子１１０と同様に、コンタクト層２４、光吸収層１１１、及びコンタクト層１１２から静電耐圧素子１２０が形成されている。即ち、光検出素子１１０と同一の層構造を用いて静電耐圧素子１２０が形成されている。

第４柱状部Ｐ４の上面（コンタクト層１１２上）には電極１２１が形成されており、第３柱状部Ｐ３の上面（コンタクト層２４上）には電極１２２が形成されている。電極１２１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）の積層膜を用いて形成することができる。また、電極１２２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、又は、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いて形成することができる。

また、図１０に示す通り、電極１２１上には電極配線５１が形成されている。これにより、電極１２１は、面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子１１０の電極２６と電気的に接続されている。また、電極１２２上には電極配線５２が形成されている。これにより、電極１２２は、面発光型半導体レーザ２０の電極２８と電気的に接続されている。従って、本実施形態の光半導体素子１００においても、静電耐圧素子１２０は、電極配線５１，５２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の電極２６と電極２８との間に逆方向の電圧が印加されても静電耐圧素子１２０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。また、本実施形態においては、静電耐圧素子１２０は、光検出素子１１と同一の製造プロセスによって形成される。よって、静電耐圧素子１２０を形成するための専用の工程は必要ない。このため、製造プロセスを複雑にすることなく静電破壊耐圧が向上した光半導体素子１００を製造することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明した、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、上記実施形態では面発光型半導体レーザ２０の上方に光検出素子３０，１１０が設けられた構成の光素子を例に挙げて説明したが、例えば特公平７−５６５５２号公報又は特開平６−３７２９９号公報に開示されている光検出素子の上方に面発光型半導体レーザが設けられた構成の光素子にも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、光検出素子３０，１１０が面発光型半導体レーザ２０から射出されたレーザ光の光強度を検出するために設けられていた。しかしながら、外部からの光を受光するために光検出素子３０，１１０を用いても良い。具体的には、例えば光通信の用途に光素子を用い、送信すべき光信号には面発光型半導体レーザ２０から射出されたレーザ光を用い、送信されてきた光信号を光検出素子３０，１１０で受光することができる。光検出素子３０，１００で受光された光信号は、電極３５，３６又は電極２６，１１３から電気信号として取り出される。更に、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。

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１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態による光半導体素子１０の電気的な等価回路図である。 本発明の第１実施形態による光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態による光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態による光半導体素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 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中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 第３柱状部Ｐ３の最上部を拡大した断面図である。 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断面図である。 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中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０……光半導体素子
１１……半導体基板（基板）
２０……面発光型半導体レーザ
２６……電極（第１電極）
２７……分離層
２８……電極（第２電極）
３０……光検出素子（受光素子）
３１……第１コンタクト層（第１半導体層）
３２……光吸収層（第２半導体層）
３３……第２コンタクト層（第３半導体層）
４０……静電耐圧素子
６０……光半導体素子
７０……静電耐圧素子
７１……電極（第３電極）
８０……光半導体素子
９０……静電耐圧素子
１００……光半導体素子
１１０……光検出素子（受光素子）
１２０……静電耐圧素子

Claims (2)

1. 基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する多層構造の面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザの上方又は下方に形成された多層構造の受光素子とを前記基板上に備える光半導体素子において、
   前記受光素子は、第１導電型からなる第１半導体層と、光吸収層として機能する第２半導体層と、第２導電型からなる第３半導体層とを備えており、
   前記第１，第２，第３半導体層と同一の層構造によりＰＩＮ接合が形成されてなり、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を前記基板上に備える
   ことを特徴とする光半導体素子。
2. 基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する多層構造の面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザの上方又は下方に形成された多層構造の受光素子とを前記基板上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受光素子との間に形成されており、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを分離する分離層と、
   前記受光素子の前記多層構造の一部と同一の層構造、前記分離層、及び前記面発光型半導体レーザの前記多層構造の一部と同一の層構造とによりヘテロ接合が形成されてなり、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と
   を備えることを特徴とする光半導体素子。

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