JP4449756B2 - 光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、光素子に関し、特に、面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する受光素子とを含む光素子に関する。
面発光型半導体レーザは、環境温度等により光出力が変動するという特性を有するため、たとえば面発光型半導体レーザ上に光出力値をモニタするための光検出機能を有する受光素子が設けられている場合がある。しかし、このような面発光型半導体レーザおよび受光素子を備えた光素子は、偏波面の制御が難しい。そのため、面発光型半導体レーザを偏波依存性のある光学系などに用いると、偏波面が不安定であることがノイズの原因となる。
そこで、面発光型半導体レーザについては、たとえば以下のような偏波面制御方法が提案されている。特開平１１−３０７８８２号公報には、活性層近傍に電流狭窄用の酸化層と、ストレス付加用の酸化層（異方的形状）とを設け、エネルギー利用効率を維持しつつ、強いストレスを活性層に加えることで、偏波面を制御する方法が提案されている。この場合、活性層近傍の酸化層構造および酸化工程が複雑であり、素子寿命に悪影響を与える場合がある。
一方、面発光型半導体レーザは、環境温度等により光出力が変動するという特性を有するため、たとえば面発光型半導体レーザ上に光出力値をモニタするための光検出機能を有する受光素子が設けられている場合がある。しかし、このような受光素子を備えた面発光型半導体レーザは、受光素子による反射光の影響を受けるため、偏波面の制御が難しく、例え特開平１１−３０７８８２号公報のような偏光制御の構造を用いたとしても偏波面が不安定となる。そのため、面発光型半導体レーザを偏波依存性のある光学系などに用いると、偏波面が不安定であることがノイズの原因となる。
特開平１１−３０７８８２号公報
一方、面発光型半導体レーザは、環境温度等により光出力が変動するという特性を有するため、たとえば面発光型半導体レーザ上に光出力値をモニタするための光検出機能を有する受光素子が設けられている場合がある。しかし、このような受光素子を備えた面発光型半導体レーザは、受光素子による反射光の影響を受けるため、偏波面の制御が難しく、例え特開平１１−３０７８８２号公報のような偏光制御の構造を用いたとしても偏波面が不安定となる。そのため、面発光型半導体レーザを偏波依存性のある光学系などに用いると、偏波面が不安定であることがノイズの原因となる。
本発明の目的は、面発光型半導体レーザが出射する光の偏光を制御することができ、かつ容易に製造することのできる光素子を提供することにある。
本発明にかかる光素子は、面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する受光素子と、を含む光素子であって、
前記受光素子は、前記面発光型半導体レーザの上方に形成され、かつ、一又は複数の層を有する半導体層を含み、
前記半導体層の少なくとも１層の平面形状は、異方性を有する。
前記受光素子は、前記面発光型半導体レーザの上方に形成され、かつ、一又は複数の層を有する半導体層を含み、
前記半導体層の少なくとも１層の平面形状は、異方性を有する。
本発明にかかる光素子において、面発光型半導体レーザから出射された光の一部が受光素子によって反射する。よって、受光素子の平面形状が異方性を有することにより、面発光型半導体レーザから出射されるレーザ光の偏光を制御することができる。
本発明にかかる光素子において、
前記半導体層は、前記面発光型半導体レーザ側から配置された、第１コンタクト層と、光吸収層と、第２コンタクト層と、を有し、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層の平面形状は、異方性を有することができる。
前記半導体層は、前記面発光型半導体レーザ側から配置された、第１コンタクト層と、光吸収層と、第２コンタクト層と、を有し、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層の平面形状は、異方性を有することができる。
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、電流狭窄層を有する第２ミラーと、を含み、
前記電流狭窄層によって形成された開口部の平面形状は、異方性を有することができる。
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、電流狭窄層を有する第２ミラーと、を含み、
前記電流狭窄層によって形成された開口部の平面形状は、異方性を有することができる。
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、電流狭窄層を有する第２ミラーと、を含み、
前記活性層および前記第２ミラーの平面形状は、異方性を有することができる。
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、電流狭窄層を有する第２ミラーと、を含み、
前記活性層および前記第２ミラーの平面形状は、異方性を有することができる。
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、電流狭窄層を有する第２ミラーと、を含み、
前記第１ミラーの平面形状は、異方性を有することができる。
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、電流狭窄層を有する第２ミラーと、を含み、
前記第１ミラーの平面形状は、異方性を有することができる。
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、電流狭窄層を有する第２ミラーと、を含み、
前記受光素子に含まれる前記半導体層の少なくとも１層の平面形状は、前記電流狭窄層の開口部の一部を覆う形状であることができる。
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、電流狭窄層を有する第２ミラーと、を含み、
前記受光素子に含まれる前記半導体層の少なくとも１層の平面形状は、前記電流狭窄層の開口部の一部を覆う形状であることができる。
本発明にかかる光素子において、
前記半導体層は、前記面発光型半導体レーザ側から配置された、第１コンタクト層と、光吸収層と、第２コンタクト層と、を有し、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層は、前記電流狭窄層の開口部の一部を覆う形状であることができる。
前記半導体層は、前記面発光型半導体レーザ側から配置された、第１コンタクト層と、光吸収層と、第２コンタクト層と、を有し、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層は、前記電流狭窄層の開口部の一部を覆う形状であることができる。
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザと前記受光素子との間に、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを電気的に分離するための、分離層をさらに含み、
前記分離層の平面形状は、異方性を有することができる。
前記面発光型半導体レーザと前記受光素子との間に、前記面発光型半導体レーザと前記受光素子とを電気的に分離するための、分離層をさらに含み、
前記分離層の平面形状は、異方性を有することができる。
本発明にかかる光素子において、
前記受光素子の上方に形成された第３ミラーをさらに含むことができる。
前記受光素子の上方に形成された第３ミラーをさらに含むことができる。
本発明にかかる光素子において、
前記第３ミラーの平面形状は、異方性を有することができる。
前記第３ミラーの平面形状は、異方性を有することができる。
本発明にかかる光素子において、
前記半導体層は、前記面発光型半導体レーザ側から配置された、第１コンタクト層と、光吸収層と、第２コンタクト層と、を有し、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層の平面形状は、長方形であることができる。
前記半導体層は、前記面発光型半導体レーザ側から配置された、第１コンタクト層と、光吸収層と、第２コンタクト層と、を有し、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層の平面形状は、長方形であることができる。
本発明にかかる光素子において、
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、を含み、
前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーの平面形状は、長方形であることができる。
前記面発光型半導体レーザは、基板の上方に、当該基板側から配置された、第１ミラーと、活性層と、第２ミラーと、を含み、
前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーの平面形状は、長方形であることができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
１．光素子の構造
図１は、本実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す平面図である。また、図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。
図１は、本実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す平面図である。また、図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。
本実施の形態にかかる光素子１００は、図２に示すように、受光素子１２０と、面発光型半導体レーザ１４０と、受光素子１２０と面発光型半導体レーザ１４０とを電気的に分離するための分離層１１１と、を含む。
以下、受光素子１２０、面発光型半導体レーザ１４０、分離層１１１、および全体の構成について説明する。
１．１．面発光型半導体レーザ
面発光型半導体レーザ１４０は、基板１０１上に形成されており、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、電流狭窄層１０５と、第１電極１０６と、第２電極１０７とを有する。
面発光型半導体レーザ１４０は、基板１０１上に形成されており、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、電流狭窄層１０５と、第１電極１０６と、第２電極１０７とを有する。
まず、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４から構成される垂直共振器について説明する。
第１ミラー１０２は、基板１０１上に形成されており、単層膜または多層膜からなることができる。第１ミラー１０２は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）からなる。
活性層１０３は、第１ミラー１０２上に形成されており、たとえば、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む。
第２ミラー１０４は、活性層１０３上に形成されており、単層膜または多層膜からなることができる。第２ミラー１０４は、たとえば、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布ブラッグ反射型ミラーからなる。なお、第２ミラー１０４の最上層は、Ａｌ組成の小さい方、すなわちｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層となるように構成されている。第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。なお、第２ミラー１０４の最上層のＡｌ組成は、０．３未満であることが好ましい。第２ミラー１０４の最上層のＡｌ組成を０．３未満にすることによって、第２ミラー１０４の最上層と第２電極１０７とのオーミックコンタクトをより良好に得ることができる。
第２ミラー１０４は、たとえば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、たとえばケイ素（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型の第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、およびｎ型の第１ミラー１０２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１４０のうち、第２ミラー１０４から第１ミラー１０２の途中にかけての部分が、図２に示すように平面視において円形にエッチングされて柱状部１３０が形成されている。
さらに、第２ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３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１０５が形成されている。この電流狭窄層１０５は、柱状部１３０の周縁に沿ったリング状に形成されている。電流狭窄層１０５は、たとえば酸化アルミニウムからなることができる。
次に面発光型半導体レーザ１４０を駆動するために用いられている第１電極１０６と第２電極１０７について説明する。
第１電極１０６は、第１ミラー１０２の上面に設けられている。第１電極１０６の平面形状は、図２に示すように、リング状である。第１電極１０６は、たとえば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金（Ａｕ）との積層膜からなる。なお、本実施の形態では、第１ミラー１０２上に設けられている場合について示したが、これにかえて、基板１０１の裏面に設けられていてもよい。
第２電極１０７は、第２ミラー１０４上に形成されている。第２電極１０７は、図２に示すように、平面視においてリング形状を有し、柱状部１３０を取り囲むようにして形成されている。第２電極１０７は、たとえば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜からなる。第１電極１０６と第２電極１０７とによって活性層１０３に電流が注入される。なお、第１電極１０６および第２電極１０７を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金などが利用可能である。
１．２．分離層
分離層１１１は、面発光型半導体レーザ１４０上に形成されている。具体的には、分離層１１１は、図１に示すように、第２ミラー１０４上に形成されている。分離層１１１の平面形状は、異方性を有する。具体的には、分離層１１１は、図２に示すように、長方形の平面形状を有し、受光素子１２０の第１コンタクト層１１２と同一の平面形状を有する。分離層１１１の詳細については、後述する。
分離層１１１は、面発光型半導体レーザ１４０上に形成されている。具体的には、分離層１１１は、図１に示すように、第２ミラー１０４上に形成されている。分離層１１１の平面形状は、異方性を有する。具体的には、分離層１１１は、図２に示すように、長方形の平面形状を有し、受光素子１２０の第１コンタクト層１１２と同一の平面形状を有する。分離層１１１の詳細については、後述する。
面発光型半導体レーザ１４０から出射された光の一部が分離層１１１によって反射する。よって、分離層１１１の平面形状が異方性を有することにより、面発光型半導体レーザ１４０から出射されるレーザ光の偏光を制御することができる。
１．３．受光素子
受光素子１２０は分離層１１１上に設けられている。受光素子１２０は第１コンタクト層１１２と、光吸収層１１３と、第２コンタクト層１１４と、を含む。第１コンタクト層１１２は分離層１１１上に設けられ、光吸収層１１３は第１コンタクト層１１２上に設けられ、第２コンタクト層１１４は光吸収層１１３上に設けられている。第１コンタクト層１１２の平面形状は、異方性を有し、具体的には、図１および図２に示すように、光吸収層１１３および第２コンタクト層１１４の平面形状よりも大きい長方形である。また第１コンタクト層１１２の平面形状は、上述した分離層１１１と同一の形状であってもよい。
受光素子１２０は分離層１１１上に設けられている。受光素子１２０は第１コンタクト層１１２と、光吸収層１１３と、第２コンタクト層１１４と、を含む。第１コンタクト層１１２は分離層１１１上に設けられ、光吸収層１１３は第１コンタクト層１１２上に設けられ、第２コンタクト層１１４は光吸収層１１３上に設けられている。第１コンタクト層１１２の平面形状は、異方性を有し、具体的には、図１および図２に示すように、光吸収層１１３および第２コンタクト層１１４の平面形状よりも大きい長方形である。また第１コンタクト層１１２の平面形状は、上述した分離層１１１と同一の形状であってもよい。
光吸収層１１３の平面形状は、異方性を有し、具体的には、図１および図２に示すように、長方形である。また光吸収層１１３の平面形状は、第１コンタクト層１１２の平面形状より小さいが、第１コンタクト層１１２の辺と同一の長さの辺を有していてもよい。
第２コンタクト層１１４の平面形状は、異方性を有し、具体的には、図１および図２に示すように、長方形である。また第２コンタクト層１１４の平面形状は、図１および図２に示すように、光吸収層１１３の平面形状と同一の平面形状を有していてもよい。
第１コンタクト層１１２は、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層１１３は例えば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１１４は例えばｐ型ＧａＡｓ層からなることができる。具体的には、第１コンタクト層１１２は、たとえばケイ素（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１１４は、たとえば炭素（Ｃ）がドーピングされることによりｐ型にされている。したがって、ｐ型の第２コンタクト層１１４、不純物がドーピングされていない光吸収層１１３、およびｎ型の第１コンタクト層１１２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
受光素子１２０には、第３電極１１５および第４電極１１６が設けられている。この第３電極１１５および第４電極１１６は受光素子１２０を駆動させるために使用される。具体的には、図１および図２に示すように、第３電極１１５は、第１コンタクト層１１２上に形成されている。また第３電極１１５は、図２に示すように、長方形の平面形状を有する。第４電極１１６は、図１および図２に示すように、第２コンタクト層１１４上に形成されている。また第４電極１１６は、図２に示すように、長方形の平面形状を有する。
面発光型半導体レーザ１４０から出射された光の一部が受光素子１２０によって反射する。よって、受光素子１２０の平面形状が異方性を有することにより、面発光型半導体レーザ１４０から出射されるレーザ光の偏光を制御することができる。本実施の形態にかかる光素子１００において、レーザ光の偏波面は受光素子１２０の長軸方向にそろうことになる。
特に、受光素子１２０に含まれる層のうち、少なくとも１層の平面形状は、前述した面発光型半導体レーザ１４０の電流狭窄層１０５の開口部１０９の一部のみを覆う形状である。具体的には、図１および図２に示すように、光吸収層１１３および第２コンタクト層１１４の平面形状が、電流狭窄層１０５の開口部１０９の一部のみを覆う形状である。
これにより、面発光型半導体レーザ１４０から出射された光のうち、光吸収層１１３および第２コンタクト層１１４によって覆われている部分に出射された光のみが反射する。面発光型半導体レーザ１４０から出射されるレーザ光の偏光を正確に制御することができる。
１．４．全体の構成
受光素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、受光素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力が検知される。
受光素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、受光素子１２０は、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、面発光型半導体レーザ１４０で生じた光の出力が検知される。
面発光型半導体レーザ１４０の光出力は、主として面発光型半導体レーザ１４０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１４０の光出力は、面発光型半導体レーザ１４０の周囲温度や面発光型半導体レーザ１４０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１４０において所定の光出力を維持することが必要である。
本実施の形態にかかる光素子１００では、面発光型半導体レーザ１４０の光出力をモニタし、受光素子１２０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１４０に印加する電圧値を調整する。これにより、面発光型半導体レーザ１４０内を流れる電流の値を調整することができ、面発光型半導体レーザ１４０は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１４０の光出力を面発光型半導体レーザ１４０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；図示せず）を用いて実施することができる。
１．５．光素子の動作
本実施の形態の光素子１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の光素子１００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
本実施の形態の光素子１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の光素子１００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
まず、第１電極１０６と第２電極１０７とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、面発光型半導体レーザ１４０の活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、前記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１０４と第１ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、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１０４の上面からレーザ光が出射する。次いで、前記レーザ光は、受光素子１２０の光吸収層１１３へと入射する。
受光素子１２０において、光吸収層１１３に入射した光は、その一部が光吸収層１１３に吸収される。その結果、光吸収層１１３において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、素子外部から印加された電界により、電子および正孔は、第３電極１１５または第４電極１１６に移動する。その結果、受光素子１２０において、第３電極１１５と第４電極１１６との間に電流（光電流）が生じる。この電流の値を測定することにより、面発光型半導体レーザ１４０の光出力を検知することができる。
２．光素子の製造方法
次に、本発明を適用した実施の形態の光素子１００の製造方法の一例について、図３〜図７を用いて説明する。図３〜図７は、図１および図２に示す光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。
次に、本発明を適用した実施の形態の光素子１００の製造方法の一例について、図３〜図７を用いて説明する。図３〜図７は、図１および図２に示す光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓ層からなる基板１０１の上面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、第１ミラー１０２、活性層１０３、第２ミラー１０４、分離層１１１、第１コンタクト層１１２、光吸収層１１３、および第２コンタクト層１１４からなる半導体堆積層１５０が形成される。
なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層は、後に酸化され、電流狭窄層１０５となる層に形成される（図７参照）。
また、分離層１１１、第１コンタクト層１１２、光吸収層１１３、および第２コンタクト層１１４の光学的膜厚は、面発光型半導体レーザ１４０の設定波長がλの場合、λ／４の奇数倍とすることができる。その結果、分離層１１１、第１コンタクト層１１２、光吸収層１１３、および第２コンタクト層１１４は、面発光型半導体レーザ１４０の特性に悪影響を及ぼすことなく、分布ブラッグ反射型ミラーとして機能することができる。
本発明において設定波長とは、面発光型半導体レーザ１４０において生じる光のうち強度が最大である光の波長をいう。また本発明において光学的膜厚とは、層の実際の膜厚に、当該層を構成する物質の屈折率を乗じて得られる値をいう。
また、後の工程において第２電極１０７が形成される際に、第２ミラー１０４のうち少なくとも第２電極１０７と接する部分の近傍は、キャリア密度を高くすることにより、第２電極１０７とのオーム性接触をとりやすくしておくのが望ましい。
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。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）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
（２）次に、光吸収層１１３および第２コンタクト層１１４を所定の形状にパターニングする（図４参照）。
まず、第２コンタクト層１１４上にレジスト（図示せず）を塗布した後、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図４に示すように、所定のパターンのレジスト層Ｒ１が形成される。ここでレジスト層Ｒ１は、異方性の平面形状にパターニングされる。これにより、異方性の平面形状を有する光吸収層１１３および第２コンタクト層１１４を形成することができる（図１および図２参照）。
ついで、レジスト層Ｒ１をマスクとして、例えばドライエッチング法により、光吸収層１１３および第２コンタクト層１１４をエッチングする。その後、レジスト層Ｒ１が除去される。
（３）次に、パターニングにより、分離層１１１および第１コンタクト層１１２が形成される（図５参照）。具体的には、まず、第１コンタクト層１１２および第２コンタクト層１１４の上にレジスト（図示せず）を塗布した後、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ２が形成される。ここでレジスト層Ｒ２は、異方性の平面形状にパターニングされる。これにより、異方性の平面形状を有する分離層１１１および第１コンタクト層１１２を形成することができる（図１および図２参照）。次いで、レジスト層Ｒ２をマスクとして、例えばドライエッチング法により、分離層１１１および第１コンタクト層１１２をエッチングする。その後、レジスト層Ｒ２が除去される。
（４）次に、パターニングにより、柱状部１３０を含む面発光型半導体レーザ１４０が形成される（図６参照）。具体的には、まず、第２ミラー１０４、第１コンタクト層１１２、および第２コンタクト層１１４上にレジスト（図示せず）を塗布した後、リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ３が形成される（図６参照）。次いで、レジスト層Ｒ３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１０４、活性層１０３、および第１ミラー１０２の一部をエッチングする。これにより、図６に示すように、柱状部１３０が形成される。
以上の工程により、基板１０１上に、柱状部１３０を含む垂直共振器（面発光型半導体レーザ１４０）が形成される。その後、レジスト層Ｒ３が除去される。
（５）次に、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部１３０が形成された基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５が形成される（図７参照）。
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組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層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。したがって、酸化によって電流狭窄層を形成する工程において、形成する電流狭窄層１０５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。
（６）次に、第１ミラー１０２の上面に第１電極１０６が形成され、受光素子１２０の第１コンタクト層１１２の上面に第３電極１１５が形成される（図１および図２参照）。
まず、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第１ミラー１０２の上面、および第１コンタクト層１１２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。
次いで、第１電極１０６および第３電極１１５を形成する。第１電極１０６および第３電極１１５は、例えば真空蒸着法により、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金との積層膜を形成する（図示せず）。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形成される。
なお、上記工程において、リフトオフ法のかわりにドライエッチング法また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、真空蒸着法のかわりにスパッタ法を用いることもできる。
（７）次に、第２ミラー１０４の上面に第２電極１０７が形成され、第２コンタクト層１１４の上面に第４電極１１６が形成される（図１および図２参照）。第２電極１０７および第４電極１１６は、第１電極１０６および第３電極１１５と同様の方法により形成される。第２電極１０７および第４電極１１６は、たとえば、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜をパターニングすることにより形成される。
（８）次いで、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。
以上の工程により、図１および図２に示すように、本実施の形態の光素子１００が得られる。
上述したように、レジスト層Ｒ１およびレジスト層Ｒ２の平面形状を異方性を有するものに形成することにより、異方性の平面形状を有する受光素子１２０を得ることができる。このように、本実施の形態に製造方法によれば、容易なプロセスで面発光型半導体レーザ１４０上に、異方性の平面形状を有する受光素子１２０を形成することができる。また、本実施の形態にかかる受光素子１２０は、単純なプロセスで形成することができるため、面発光型半導体レーザ１４０に悪影響を与える可能性が低い。
３．変形例
３．１．第１の変形例
図８は、第１の変形例にかかる光素子２００を模式的に示す断面図である。図９は、第１の変形例にかかる光素子２００を模式的に示す平面図である。また、図８は、図９のＢ−Ｂ線における断面を示す図である。
３．１．第１の変形例
図８は、第１の変形例にかかる光素子２００を模式的に示す断面図である。図９は、第１の変形例にかかる光素子２００を模式的に示す平面図である。また、図８は、図９のＢ−Ｂ線における断面を示す図である。
第１の変形例にかかる光素子２００は、面発光型半導体レーザ２４０の平面形状が異方性を有する点で、面発光型半導体レーザ１４０の平面形状が円形の光素子１００と異なる。
面発光型半導体レーザ２４０は、第１ミラー２０２と、活性層２０３と、第２ミラー２０４と、電流狭窄層２０５と、第１電極２０６と、第２電極２０７とを有する。第１ミラー２０２、活性層２０３、および第２ミラー２０４は、図８および図９に示すように、長方形の平面形状を有する。また、第１電極２０６および第２電極２０７は、図８および図９に示すように、長方形のリング形状を有する。
また、製造工程において、柱状部２３０の平面形状が異方性を有するように形成されるため、かかる柱状部２３０の側面から酸化することにより形成される電流狭窄層２０５の開口部の平面形状は、異方性を有する。
このように、受光素子１２０の平面形状が異方性を有するだけでなく、面発光型半導体レーザ２４０の平面形状が異方性を有することにより、電流密度分布に異方性を持たせることができるため、より確実に偏光を制御することができる。
第１の変形例にかかる光素子２００のその他の構成については、上述した光素子１００と同様であるので説明を省略する。
３．２．第２の変形例
図１０は、第２の変形例にかかる光素子３００を模式的に示す断面図である。図１１は、第２の変形例にかかる光素子３００を模式的に示す平面図である。また、図１０は、図１１のＣ−Ｃ線における断面を示す図である。
図１０は、第２の変形例にかかる光素子３００を模式的に示す断面図である。図１１は、第２の変形例にかかる光素子３００を模式的に示す平面図である。また、図１０は、図１１のＣ−Ｃ線における断面を示す図である。
第２の変形例にかかる光素子３００は、第３ミラー３０２をさらに含む点で、光素子１００と異なる。
第３ミラー３０２は、受光素子１２０の上方に形成されており、異方性の平面形状を有する。このように受光素子１２０の上方に第３ミラー３０２を形成することにより、光素子１００と比べて受光素子１２０の受光効率を向上させることができる。面発光型半導体レーザ１４０から出射された光の一部が第３ミラー３０２によって反射するため、異方性の平面形状を有する第３ミラー３０２をさらに含むことにより、光素子３００は、面発光型半導体レーザ１４０から出射されるレーザ光の偏光をより確実に制御することができる。
第２の変形例にかかる光素子３００のその他の構成については、上述した光素子１００と同様であるので説明を省略する。
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、本発明はこれらに限定されず、各種の態様を取りうる。たとえば、上記実施の形態において、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趣旨を逸脱するものではない。また、上記実施の形態において、異方性を有する平面形状の一例として長方形を挙げているが、異方性を有する平面形状であればよく、楕円形状等にかえても本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、本発明は穴あけ酸化型面発光型半導体レーザを有する光素子にも適用することができる。穴あけ酸化型面発光型半導体レーザとは、第２ミラー１０４において、上から下方に向かって穴をあけ、その後酸化処理を行うことによって穴の周囲を酸化し、電流狭窄層を形成した面発光型半導体レーザである。この面発光型半導体レーザによれば、上述した柱状部１３０を形成する必要がない。この穴あけ酸化型面発光型半導体レーザにおいては、穴の位置、形状、および大きさを制御することによって、より良好な偏光制御が可能となる。
１００ 光素子、１０１ 基板、１０２ 第１ミラー、１０３ 活性層、１０４ 第２ミラー、１０５ 電流狭窄層、１０６ 第１電極、１０７ 第２電極、１０９ 開口部、１１１ 分離層、１１２ 第１コンタクト層、１１３ 光吸収層、１１４ 第２コンタクト層 １１５ 第３電極、１１６ 第４電極、１２０ 受光素子、１４０ 面発光型半導体レーザ、２００ 光素子
Claims (3)
- 面発光型半導体レーザと、当該面発光型半導体レーザから出射されたレーザ光の一部を検出する受光素子と、を含む光素子であって、
前記受光素子は、前記面発光型半導体レーザの上方に形成され、かつ、半導体層を含み、
前記半導体層は、前記面発光型半導体レーザ側から配置された、第１コンタクト層と、
光吸収層と、第２コンタクト層と、含み、
前記第１コンタクト層、前記光吸収層、および前記第２コンタクト層の平面形状は、異方性を有し、
前記受光素子の上方に形成された第３ミラーをさらに含み、
前記第３ミラーの平面形状は、異方性を有する、光素子。 - 請求項１において、
前記第１コンタクト層、前記光吸収層、および前記第２コンタクト層の平面形状は、長方形である、光素子。 - 請求項２において、
前記第１ミラー、前記活性層、および前記第２ミラーの平面形状は、長方形である、光素子。
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