JP4576986B2

JP4576986B2 - 光素子

Info

Publication number: JP4576986B2
Application number: JP2004326174A
Authority: JP
Inventors: 哲朗西田; 一大西
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: JP2006140188A

Description

本発明は、光素子に関し、特に、面発光レーザと、当該面発光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。

面発光レーザは、環境温度等の条件によって光出力が変動するという特性を有する。このため、面発光レーザを用いた光モジュールにおいては、面発光レーザから出射されるレーザ光の一部を検出して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備えられている場合がある。たとえば、特開平１０−１３５５６８号公報には、面発光レーザと受光素子とが共通電極を有する３端子構造の光素子が開示されているが、この光素子は、面発光レーザへの変調信号を共通電極からは入力できないという制限があった。
特開平１０−１３５５６８号公報

本発明の目的は、上述した制限がなく、かつ、良好な高周波特性を有する光素子を提供することにある。

本発明の光素子は、面発光レーザと、当該面発光レーザから出射されたレーザ光の一部を検出するＭＳＭ（ＭｅｔａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭｅｔａｌ）受光素子と、を含む光素子であって、
前記面発光レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記ＭＳＭ受光素子は、
前記第２ミラーの上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第１電極と、
前記光吸収層の上方に形成された第２電極と、を有する。

本実施の形態にかかる光素子によれば、面発光レーザ上には、１層の半導体層からなるプレーナ構造のＭＳＭ受光素子を形成しているため、ｐｉｎダイオードからなる受光素子を設けた光素子と比べて製造工程が容易である。

本発明にかかる光素子において、
前記第１電極および前記第２電極は、櫛型形状を有し、
少なくとも前記面発光レーザからレーザ光が出射する出射面の上方において、前記第１電極と前記第２電極の間隔は、前記第１電極および前記第２電極の櫛歯の幅より大きい。

本発明にかかる光素子において、
前記面発光レーザは、前記活性層の上方に形成された電流狭窄層をさらに有し、
少なくとも前記電流狭窄層の内側の上方において、前記第１電極および前記第２電極の間隔は、前記第１電極および前記第２電極の櫛歯の幅より大きい。

本発明にかかる光素子において、
前記第１電極と前記第２電極の少なくとも前記出射面の上方において、前記前記第１電極と前記第２電極の面積は、前記前記第１電極と前記第２電極が形成されていない面積より小さい。

本発明にかかる光素子において、
前記第１電極および前記第２電極は、透明電極からなることができる。

本発明にかかる光素子において、
前記第１電極および前記第２電極は、前記面発光レーザからレーザ光が出射する出射面の上方以外の位置に形成されることができる。

本発明にかかる光素子において、
前記面発光レーザは、前記活性層の上方に形成された電流狭窄層をさらに有し、
前記第１電極および前記第２電極は、前記電流狭窄層の上方のみに形成されることができる。

本発明にかかる光素子において、
前記面発光レーザと前記ＭＳＭ受光素子との間に、当該面発光レーザと当該ＭＳＭ受光素子とを電気的に分離するための、分離層をさらに含むことができる。

本発明にかかる光素子において、
前記面発光レーザは、前記第２ミラーの上方に、誘電体からなる誘電体ミラーをさらに有し、
前記光吸収層は、前記誘電体ミラーの上方に形成されることができる。

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を模式的に示す平面図である。図２は、本実施の形態に係る光素子１００を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１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、ＭＳＭ受光素子１２０と、面発光レーザ１３０とを含む。

以下、ＭＳＭ受光素子１２０、面発光レーザ１３０、および全体の構成について説明する。

１．１．面発光レーザ
面発光レーザ１３０は、基板１０１と、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３電極１０６と、第４電極１０７とを有する。

第１ミラー１０２は、基板１０１上に形成されており、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ペアの分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）からなる。

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。

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Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ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、たとえば、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Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ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４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、面発光レーザ１３０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１に示すように平面視において矩形状にエッチングされて柱状部１３２が形成されている。なお、本実施の形態では、柱状部１３２の平面形状を矩形としたが、この形状は任意の形状をとることができる。

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１３２の周縁に沿った矩形の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。

次に面発光レーザ１３０を駆動するために用いられている第３電極１０６と第４電極１０７について説明する。

第３電極１０６は、基板１０１の裏面に形成されている。第３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。

第４電極１０７は、第２ミラー１０４上に形成されている。第４電極１０７は、図１に示すように、平面視において矩形のリング形状を有し、柱状部１３２を取り囲むようにして形成されている。第４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３電極１０６と第４電極１０７とによって活性層１０３に電流が注入される。なお、第３電極１０６および第４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．ＭＳＭ受光素子
ＭＳＭ受光素子１２０は、面発光レーザ１３０上に形成されている。ＭＳＭ受光素子１２０は、光吸収層１１１と、第１電極１１２と、第２電極１１３とを有する。

光吸収層１１１は、第２ミラー１０４上に形成されている。光吸収層１１１は、図１に示すように矩形の平面形状を有し、不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなる。

第１電極１１２および第２電極１１３は、ＭＳＭ受光素子１２０に電圧を印加して、ＭＳＭ受光素子１２０を駆動させるために使用される。第１電極１１２および第２電極１１３は、図１に示すように、平面視において、それぞれ櫛型形状を有し、互いに所定の間隔をあけて櫛歯が噛み合わさるようにして設けられている。

具体的には、第１電極１１２は、第１の方向（図１の例ではＸ方向）に延在する主軸部１１２ａと、第１の方向に直交する第２の方向（図１の例ではＹ方向）に延在する櫛歯部１１２ｂと、を有する。第２電極１１３は、第１の方向に延在する主軸部１１３ａと、第１の方向に直交する第２の方向に延在する櫛歯部１１３ｂと、を有する。

第１電極１１２における櫛歯部１１２ｂと第２電極１１３における櫛歯部１１３ｂとは、それぞれが交互に、間隔ｂをあけて配置されている。第１電極１１２における櫛歯部１１２ｂの間に、第２電極１１３における櫛歯部１１３ｂが配置され、第２電極１１３における櫛歯部１１３ｂの間に第１電極１１２における櫛歯部１１２ｂが配置される。第１電極１１２における主軸部１１２ａは、第２電極１１３における櫛歯部１１３ｂと、間隔ａ１をあけて配置されている。第２電極１１３における主軸部１１３ａは、第１電極１１２における櫛歯部１１２ｂと、間隔ａ２をあけて配置されている。第１電極１１２の櫛歯部１１２ｂおよび第２電極１１３の櫛歯部１１３ｂは、図１の例ではそれぞれ４本であるが、それぞれ２本以上ならば所望の櫛型形状を有する電極を構成することができる。なお、第１電極１１２および第２電極１１３は、櫛型形状を有する場合に限定されず、螺旋状などの形状を有していてもよい。

上述した間隔ｂ、間隔ａ１、および間隔ａ２の各々は、ＭＳＭ受光素子１２０の第１電極１１２の櫛歯部１１２ｂおよび第２電極１１３の櫛歯部１１３ｂの幅ｃ、ならびに第１電極１１２の主軸部１１２ａおよび第２電極１１３の主軸部１１３ａの幅ｄよりも大きい。間隔ｂ、間隔ａ１、および間隔ａ２は、少なくとも面発光レーザ１３０からレーザ光が出射する出射面の上方において、上述した幅ｃおよび幅ｄよりも大きければよい。即ち、本実施の形態では、面発光レーザ１３０における電流狭窄層１０５の内側の面からレーザ光が出射するため、少なくとも電流狭窄層１０５の内側の面の上方において、間隔ｂ、間隔ａ１、および間隔ａ２は、幅ｃおよび幅ｄよりも大きければよい。

ＭＳＭ受光素子１２０の第１電極１１２および第２電極１１３は、面発光レーザ１３０の上方に形成されているため、面発光レーザ１３０から出射するレーザ光を遮断してしまう。よって、本実施の形態にかかるＭＳＭ受光素子１２０のように、間隔ｂ、間隔ａ１、および間隔ａ２を、幅ｃおよび幅ｄよりも大きくすることによって、第１電極１１２および第２電極１１３によって遮断されるレーザ光の量を減少させることができる。

第１電極１１２および第２電極１１３には、光吸収層１１１とショットキー接触する材料を用いることができる。第１電極１１２および第２電極１１３は、たとえば、チタン（Ｔｉ）と、白金（Ｐｔ）と、金（Ａｕ）との積層膜、または、チタンと金との積層膜、アルミニウム（Ａｌ）、チタンとパラジウム（Ｐｄ）と金との積層膜などからなることができる。第１電極１１２および第２電極１１３とによって光吸収層１１１に電圧が印加される。なお、第１電極１１２および第２電極１１３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い。

１．３．全体の構成
ＭＳＭ受光素子１２０は、面発光レーザ１３０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、ＭＳＭ受光素子１２０は、面発光レーザ１３０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、面発光レーザ１３０で生じた光の出力が検知される。

より具体的には、ＭＳＭ受光素子１２０において、面発光レーザ１３０により生じた光の一部が光吸収層１１１にて吸収され、この吸収された光によって、光吸収層１１１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１電極１１２または第２電極１１３にそれぞれ移動する。

また、面発光レーザ１３０の光出力は、主として面発光レーザ１３０に印加するバイアス電圧によって決定される。特に、面発光レーザ１３０の光出力は、面発光レーザ１３０の周囲温度や面発光レーザ１３０の寿命によって大きく変化する。このため、面発光レーザ１３０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、面発光レーザ１３０の光出力をモニタし、ＭＳＭ受光素子１２０にて発生した電流の値に基づいて面発光レーザ１３０に印加する電圧値を調整する。これにより、面発光レーザ１３０内を流れる電流の値を調整することができ、面発光レーザ１３０は所定の光出力を維持することができる。面発光レーザ１３０の光出力を面発光レーザ１３０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。

２．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。

まず、第３電極１０６と第４電極１０７とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、面発光レーザ１３０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、ＭＳＭ受光素子１２０の光吸収層１１１へと入射する。

ＭＳＭ受光素子１２０において、光吸収層１１１に入射した光は、その一部が光吸収層１１１に吸収される。その結果、光吸収層１１１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１電極１１２または第２電極１１３に移動する。その結果、ＭＳＭ受光素子１２０において、第１電極１１２と第２電極１１３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、面発光レーザ１３０の光出力を検知することができる。

３．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８を用いて説明する。図３〜図８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２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、および光吸収層１１１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８参照）。

また、光吸収層１１１の光学的膜厚は、面発光レーザ１３０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、面発光レーザ１３０は、ミラーとして機能することができる。したがって、面発光レーザ１３０の特性に悪影響を及ぼすことなく、ＭＳＭ受光素子１２０は分布ブラッグ反射型ミラーの一部として機能することができる。

また、後の工程において第４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４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４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−ＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（ＬｉｑｕｉｄＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。

（２）次に、光吸収層１１１を所定の形状にパターニングする（図５参照）。

まず、光吸収層１１１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。

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１１１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、柱状部１３２を含む面発光レーザ１３０が形成される（図７参照）。具体的には、まず、第２ミラー１０４および光吸収層１１１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（図６参照）。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、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７に示すように、柱状部１３２が形成される。

以上の工程により、基板１０１上に、柱状部１３２を含む垂直共振器（面発光レーザ１３０）が形成される。その後、レジスト層Ｒ２が除去される。

（４）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１３２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８参照）。

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。

（５）次に、第２ミラー１０４の上面に第４電極１０７が形成され、基板１０１の下面に第３電極１０６が形成され、ＭＳＭ受光素子１２０の上面に第１電極１１２および第２電極１１３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２ミラー１０４の上面、光吸収層１１１の上面、および基板１０１の下面を洗浄する。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１１２および第２電極１１３を形成する。第１電極１１２と第２電極１１３は、同一の材料で形成することができ、例えば真空蒸着法により、光吸収層１１１上に、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の積層膜（図示せず）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、第１電極１１２および第２電極１１３が形成される。

第１電極１１２および第２電極１１３の材料としては、光吸収層１１１とショットキーバリアが形成される材料であれば特に限定されず、チタン（Ｔｉ）と、白金（Ｐｔ）と、金（Ａｕ）との積層膜、または、チタンと金との積層膜、アルミニウム（Ａｌ）、チタンとパラジウム（Ｐｄ）と金との積層膜等を用いてもよい。

また、たとえば真空蒸着法により、柱状部１３２の上面に、たとえば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜を形成した後、リフトオフ法により第４電極１０７を形成する。

また、基板１０１の露出している面に、たとえば真空蒸着法により、たとえば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜を形成し、第３電極１０６を形成する。

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。

（６）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、第１電極１１２、第２電極１１３、第３電極１０６、および第４電極１０７が形成される。

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。

本実施の形態にかかる光素子１００によれば、ＭＳＭ受光素子１２０において、第１電極１１２と第２電極１１３との間隔を、第１電極１１２および第２電極１１３の櫛歯の幅より大きく形成することができる。従来のＭＳＭ受光素子は、高速応答性を良好に維持するために、電極間隔を電極幅より狭めることはできなかった。本実施の形態にかかる光素子１００においてＭＳＭ受光素子１２０の役割は、面発光レーザ１３０で生じた光の出力をモニタすることであるため、高速応答性を維持する必要がない。そこで、本実施の形態にかかる光素子１００によれば、第１電極１１２と第２電極１１３との間隔は、第１電極１１２および第２電極１１３の櫛歯の幅より大きく形成することができる。これにより、ＭＳＭ受光素子１２０の電極により遮られるレーザ光の量を低減することができ、面発光レーザ１３０の発光効率を向上させることができる。

ここで、光吸収層１１１上において、第１電極１１２および第２電極１１３が形成されれている領域の面積は、第１電極１１２および第２電極１１３が形成されていない領域の面積より明らかに小さい。これにより、ＭＳＭ受光素子１２０の電極により遮られるレーザ光の量を低減することができ、面発光レーザ１３０の発光効率を向上させることができる。

また、ＭＳＭ受光素子１２０を駆動するための電極である第１電極１１２および第２電極１１３の双方を光吸収層上に形成するため、たとえば一方の電極のみを光吸収層上に形成するｐｉｎ型の受光素子を形成した光素子に比べて、面発光レーザ１３０を駆動するための電極である第４電極１０７との距離を十分にとることができる。よって、第１電極１１２および第２電極１１３と第４電極１０７との間に生じる寄生容量を低減し、面発光レーザ１３０の高周波特性を良好にすることができる。

４．変形例
４．１．第１の変形例
次に第１の変形例にかかる光素子２００について説明する。図９は、光素子２００を模式的に示す平面図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ線における断面を示す図である。光素子２００は、第１電極２１２および第２電極２１３が、面発光レーザ１３０のレーザ光の出射面以外の領域に形成されている点で、図１および図２に示す光素子１００と異なる。

具体的には、図１および図２に示す光素子１００において、第１電極１１２および第２電極１１３は、面発光レーザ１３０のレーザ光の出射面上にも形成されていた。光素子２００では、図９および図１０に示すように、第１電極２１２および第２電極２１３は、矩形の平面形状を有し、かつ光吸収層１１１の端部であって、電流狭窄層１０５の上方のみに形成されている。これにより面発光レーザ１３０から出射するレーザ光を遮ることなく、ＭＳＭ受光素子１２０を形成することができる。

なお、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。

４．２．第２の変形例
次に第２の変形例にかかる光素子３００について説明する。図１１は、光素子３００を模式的に示す断面図であり、図２の断面に対応している。光素子３００は、分離層３２０をさらに有する点で、図１および図２に示す光素子１００と異なる。

分離層３２０は、第２ミラー１０４と光吸収層１１１との間に形成される。分離層３２０は、たとえば不純物をドーピングしていない高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を第２ミラー１０４上にエピタキシャル成長により積層する。その後、上述した工程（４）において電流狭窄層１０５を形成する際、同時に酸化することにより分離層３２０は、形成される。ここで、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層とは、たとえばＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層である。

光素子３００は、分離層３２０を設けることにより、第１電極１１２および第２電極１１３と第４電極１０７との間の膜を厚くすることができる。よって、第１電極１１２および第２電極１１３と第４電極１０７との間に発生する寄生容量を低減することができる。よって、良好な高周波特性を有するＭＳＭ受光素子を備えた光素子を得ることができる。

なお、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。

４．３．第３の変形例
次に第３の変形例にかかる光素子４００について説明する。図１２は、光素子４００を模式的に示す断面図であり、図２の断面に対応している。光素子４００は、分離層４２０をさらに有する点、および第１電極２１２および第２電極２１３の形状が第１の変形例と同様の形状を有する点で、図１および図２に示す光素子１００と異なる。

分離層４２０については、第２の変形例にかかる分離層３２０と同様の構成および製法であるので、説明を省略する。第１電極２１２および第２電極２１３については、第１の変形例にかかる第１電極２１２および第２電極２１３と同様であるので、説明を省略する。

なお、第３の変形例にかかる光素子４００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。

４．４．第４の変形例
次に第４の変形例について説明する。第４の変形例にかかる光素子の第１電極１１２および第２電極１１３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化錫（ＳｎＯ_２)、酸化亜鉛（ＺｎＯ)などの透明電極からなる点で、図１および図２に示す光素子１００と異なる。

通常、受光素子を面発光レーザ上に形成すると、受光素子が面発光レーザが出射するレーザ光を遮ることにより面発光レーザの性能を低減させてしまうことがあった。そこで、第４の変形例にかかる光素子のように第１電極１１２および第２電極１１３として透明電極を用いることにより、当該レーザ光を遮ることがない。よって光素子１００は、透明電極からなる第１電極１１２および第２電極１１３を有することにより、面発光レーザ１３０の性能を低減することなく、ＭＳＭ受光素子１２０を面発光レーザ１３０上に形成することができる。

なお、第４の変形例にかかる光素子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。

４．５．第５の変形例
次に第５の変形例について説明する。図１３は、光素子５００を模式的に示す断面図であり、図２の断面に対応している。第５の変形例にかかる光素子５００は、誘電体ミラー１０８をさらに有する点で、光素子１００と異なる。誘電体ミラー１０８は、第２ミラー１０４上に形成される。誘電体ミラー１０８は、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法等により形成され、たとえば、ＳｉＯ_２からなる層とＴａ_２Ｏ_５からなる層とを交互に積層した１５ペアのＤＢＲである。誘電体ミラー１０８の材質としては、ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５の他、シリコン、酸化チタン等の誘電体の多層膜を用いることができる。

第５の変形例にかかる面発光レーザ１３０において、第２ミラー１０４と誘電体ミラー１０８とがＤＢＲとして機能する。したがって、光素子５００は、図１および図２に示す光素子１００に比べて、第２ミラー１０４のペア数を少なくし、全体としての膜厚を薄く形成することができる。さらに誘電体ミラーは、半導体からなるミラーと比べて反射率が高いため、半導体のみからミラーを形成する場合と比べて、少ないペア数でミラーを形成することができる。したがって、光素子５００全体としての厚さを薄くすることができる。

また、第５の変形例にかかる光素子５００では、第１電極１１２および第２電極１１３と、第４電極１０７との距離が、誘電体ミラー１０８を有さない光素子１００と比べて大きい。よって、光素子５００は、第１電極１１２および第２電極１１３と、第４電極１０７との間に生じる寄生容量を低減することができ、面発光レーザ１３０の高周波特性を良好にすることができる。

なお、第５の変形例にかかる光素子５００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。

本実施の形態にかかる光素子を模式的に示す平面図。本実施の形態にかかる光素子を模式的に示す断面図。本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。本実施の形態にかかる光素子の製造工程を模式的に示す図。第１の変形例にかかる光素子を模式的に示す平面図。第１の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。第２の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。第３の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。第５の変形例にかかる光素子を模式的に示す断面図。

符号の説明

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３電極、１０７第４電極、１０８誘電体ミラー、１１１光吸収層、１１２第１電極、１１３第２電極、１２０ＭＳＭ受光素子、１３０面発光レーザ

Claims

面発光レーザと、当該面発光レーザから出射されたレーザ光の一部を検出するＭＳＭ（ＭｅｔａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭｅｔａｌ）受光素子と、を含む光素子であって、
前記面発光レーザは、
基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を有し、
前記ＭＳＭ受光素子は、
前記第２ミラーの上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第１電極と、
前記光吸収層の上方に形成された第２電極と、を有し、
前記第１電極および第２電極は、櫛型形状を有し、第１の方向に延在する主軸部と、前記第１の方向に直交する第２の方向に延在する櫛歯部とを有しており、当該櫛歯部が互いに噛み合わさるようにして設けられ、
前記第１電極の櫛歯部と前記第２電極の櫛歯部との間隔、前記第１電極の主軸部と前記第２電極の櫛歯部との間隔、前記第２電極の主軸部と前記第１電極の櫛歯部との間隔は、
前記第１電極及び前記第２電極の櫛歯部の幅、及び前記第１電極及び前記第２電極の主軸部の幅よりも大きいことを特徴とする光素子。
請求項１において、
前記面発光レーザは、前記活性層の上方に形成された電流狭窄層をさらに有することを特徴とする光素子。
請求項１または２において、
前記面発光レーザと前記ＭＳＭ受光素子との間に、当該面発光レーザと当該ＭＳＭ受光素子とを電気的に分離するための、分離層をさらに含む、光素子。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記面発光レーザは、前記第２ミラーの上方に、誘電体からなる誘電体ミラーをさらに有し、
前記光吸収層は、前記誘電体ミラーの上方に形成される、光素子。