JP4720637B2 - 光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を射出する光素子及びその製造方法に関する。

レーザ光を射出する光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。

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１，２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素子が開示されている。
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１，２に開示されている光素子は、面発光型半導体レーザの少なくとも一部が形成された柱状部（第１柱状部）と、第１柱状部上に設けられてフォトダイオード等の受光素子が形成された柱状部（第２柱状部）とを備えており、これら第１、第２柱状部の側面を絶縁体が覆っている構成である。また、第２柱状部の側面を覆う絶縁体上には受光素子に接続される電極が形成される。

光素子の製造工程において、絶縁層を形成した後に光素子を加熱する工程があると、第１，第２柱状部の側面を覆う絶縁体が収縮して柱状部の側面から剥離する虞がある。絶縁体が第１，第２柱状部の側面から剥離すると、第１，第２柱状部の側面がリークパスとなってリーク電流が生じてしまう。また、絶縁体上に電極を形成した後に加熱する工程があると、絶縁体が剥離した部位に電極が入り込んでリーク電流が生じ、又は絶縁体上の電極が断線して光素子が不良になり、歩留まりが低下してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極の断線がなく、リーク電流が低減された高性能の光素子、及び当該光素子を歩留まりの低下を招かずに製造することができる光素子の製造方法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、本発明の光素子は、基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する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受光素子とを前記基板上に備える光素子において、前記面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第１柱状部の側面及び上面の一部を覆う第１絶縁層と、前記受光素子の少なくとも一部を含む第２柱状部の側面及び上面の一部を覆う第２絶縁層とを備えることを特徴としている。
この発明によると、面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第１柱状部の側面及び上面の一部が第１絶縁層により覆われており、受光素子の少なくとも一部を含む第２柱状部の側面及び上面の一部が第２絶縁層により覆われている。このため、第１柱状部からの第１絶縁層の剥離及び第２柱状部からの第２絶縁層の剥離が防止されてリーク電流を低減することができる。
ここで、本発明の光素子は、前記第１絶縁層が、前記第１柱状部の上面外周を全周に亘って覆っていることが望ましい。
或いは、本発明の光素子は、前記第１絶縁層上には、前記第１柱状部の上面に接合して前記面発光型半導体レーザと電気的に接続された第１電極が形成されており、前記第１絶縁層は、少なくとも前記第１電極の下方の部分が前記第１柱状部の上面を覆っていることを特徴としている。
この発明によると、第１柱状部の上面に接合して面発光型半導体レーザと電気的に接続される第１電極の下方に位置する第１絶縁層が少なくとも第１柱状部の上面を覆っているため、少なくとも第１電極の下方において第１柱状部からの第１絶縁層の剥離が防止されて第１電極の断線をなくすことができる。
ここで、本発明の光素子は、前記第１絶縁層が、前記第１柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆っていることが望ましい。
また、本発明の光素子は、前記第２絶縁層が、前記第２柱状部の上面外周を全周に亘って覆っていることが望ましい。
或いは、本発明の光素子は、前記第２絶縁層上には、前記第２柱状部の上面に接合して前記受光素子と電気的に接続された第２電極が形成されており、前記第２絶縁層は、少なくとも前記第２電極の下方の部分が前記第２柱状部の上面を覆っていることを特徴としている。
この発明によると、第２柱状部の上面に接合して受光素子と電気的に接続される第２電極の下方に位置する第２絶縁層が少なくとも第２柱状部の上面を覆っているため、少なくとも第２電極の下方において第２柱状部からの第２絶縁層の剥離が防止されて第２電極の断線をなくすことができる。
また、本発明の光素子は、前記第２絶縁層が、前記第１柱状部の上面に前記第１絶縁層の縁部から該第１絶縁層と連続して形成されていることとしてもよい。
この発明によると、平面視で第１絶縁層と第２絶縁層とが重ならないため、第１絶縁層と第２絶縁層との形成順序を適宜変更できる。
そして、本発明の光素子は、前記第１絶縁層が、前記第２絶縁層の一部を覆い、前記第１絶縁層上には、前記第２柱状部の上面に接合して前記受光素子と電気的に接続された第２電極が形成されていることを特徴としている。
この発明によると、第２電極と面発光型半導体レーザとの間や第２電極と受光素子との間における寄生容量を低減することができる。このため、面発光型半導体レーザや光素子の高速動作が可能となる。
ここで、本発明の光素子は、前記第２絶縁層が、前記第２柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆っていることが望ましい。
上記課題を解決するために、本発明の光素子の製造方法は、基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する面発光型半導体レーザと受光素子とを備える光素子の製造方法において、前記基板上に前記面発光型半導体レーザ及び前記受光素子を構成する複数の半導体層を形成する工程と、前記半導体層をエッチングすることにより、前記面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第１柱状部を形成する工程と、前記半導体層をエッチングすることにより、前記受光素子の少なくとも一部を含む第２柱状部を形成する工程と、前記第１柱状部の側面及び上面の一部を覆うように第１絶縁層を形成する工程と、前記第２柱状部の側面及び上面の一部を覆うように第２絶縁層を形成する工程とを含むことを特徴としている。
この発明によると、面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第１柱状部の側面及び上面の一部を覆うように第１絶縁層が形成され、受光素子の少なくとも一部を含む第２柱状部の側面及び上面の一部を覆うように２絶縁層が形成される。このため、第１柱状部からの第１絶縁層の剥離を防止し、これによりリーク電流を低減することができる高性能の光素子を製造することができる。
また、本発明の光素子の製造方法は、前記第１絶縁層を形成する工程が、前記第１柱状部の側面及び上面を覆うように前駆体層を形成する工程と、前記前駆体層が前記第１柱状部上面の一部を覆うよう前記第１柱状部の上面に形成された前記前駆体層をパターニングする工程と、前記前駆体層を硬化する工程とを含むことを特徴としている。
ここで、本発明の光素子の製造方法は、前記前駆体層のパターニングが、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて行われることを特徴としている。
また、本発明の光素子の製造方法は、前記前駆体層のパターニングが、前記駆動体が前記第１柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆うようパターニングすることを特徴としている。
この発明によると、第１柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆うようパターニングすれば、仮にパターニング時に誤差が生じたとしても第１柱状部の上面の少なくとも一部を第１絶縁層により覆うことができる。
また、本発明の光素子の製造方法は、前記第２絶縁層を形成する工程が、前記第２柱状部の側面及び上面を覆うように絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層が前記第２柱状部上面の一部を覆うよう前記第２柱状部の上面に形成された前記絶縁層をパターニングする工程とを含むことを特徴としている。
ここで、本発明の光素子の製造方法は、前記絶縁層が、プラズマＣＶＤ法によって形成されることを特徴としている。
また、本発明の光素子の製造方法は、前記絶縁層のパターニングが、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて行われることを特徴としている。
更に、本発明の光素子の製造方法は、前記前絶縁層のパターニングが、前記絶縁層が前記第２柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆うようパターニングすることを特徴としている。
この発明によると、第２柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆うようパターニングすれば、仮にパターニング時に誤差が生じたとしても第２柱状部の上面の少なくとも一部を第２絶縁層により覆うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光素子及びその製造方法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。

〔光素子の構造〕
まず、図１〜図３を参照して本発明の一実施形態による光素子の構造について説明する。図１は本発明の一実施形態による光素子を模式的に示す平面図であり、図２，図３は本発明の一実施形態による光素子を模式的に示す断面図である。尚、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図２は図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図２，図３に示す通り、本実施形態の光素子１０は、面発光型半導体レーザ２０と、受光素子としての光検出素子３０と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及び活性層が柱状の半導体堆積体（以下、第１柱状部という）４０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４０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とが順次積層された構成である。尚、第２ミラー２３の最上層は、Ａｌ組成の小さい方、即ちｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層となるように構成されている。

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、及び第２ミラー２３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。尚、第２ミラー２３の最上層のＡｌ組成は、０．３未満であることが好ましい。この理由については、後述する。

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から第１ミラー２１の途中にかけての部分が、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４０が形成されている。尚、本実施形態では、第１柱状部４０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２４が形成されている。この電流狭窄層２４はリング状に形成されている。即ち、この電流狭窄層２４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４０の平面形状の円形と同心の円のリング状である。

図１，３に示す通り、第１ミラー２１上には第１柱状部４０を取り囲むように、リング状の平面形状を有する電極２５が設けられている。換言すると、第１柱状部４０は電極２５の内側に設けられている。また、図１，図３に示す通り、面発光型半導体レーザ２０（第１柱状部４０）の上面上には電極（第１電極）２６が形成されている。この電極２６は、図１に示す通り、リング状の平面形状を有する接続部２６ａと、直線状の平面形状を有する引き出し部２６ｂと、円状の平面形状を有するパッド部２６ｃとを有する。

電極２６は、接続部２６ａにおいて第２ミラー２３の上面に接合されて電気的に接続されている。電極２６の引き出し部２６ｂは、接続部２６ａとパッド部２６ｃとを接続している。電極２６のパッド部２６ｃは、電極パッドとして用いられる。電極２６の接続部２６ａは、主として後述する分離層２７を取り囲むように設けられている。換言すると、分離層２７は電極２６の内側に設けられている。尚、本実施形態では、電極２５が第１ミラー２１上に設けられている場合を例に挙げて説明するが、電極２５を半導体基板１１の裏面１１ｂに設けてもよい。

電極２５は、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、金（Ａｕ）との積層膜からなる。また、電極２６は、例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる。これら電極２５，２６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２５と電極２６とによって活性層２２に電流が注入される。尚、電極２５及び電極２６を形成するための材料は、前述したものに限定される訳ではなく、例えば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）との合金等が利用可能である。

〈第１絶縁層〉１−２．第１絶縁層
本実施形態の光素子１０は、主として第１柱状部４０の周囲を取り囲むよう第１ミラー２１の上に第１絶縁層５０が形成されている。また、この第１絶縁層５０は、第１柱状部４０の周囲のみならず、第１柱状部４０の上面の少なくとも一部を覆うように形成されている。この第１絶縁層５０は、電極２６の引き出し部２６ｂ及びパッド部２６ｃの下に形成されている。更に、第１絶縁層５０は、後述する第２絶縁層７０の下に形成されている。

第１絶縁層５０を第１柱状部４０の上面を覆うように形成するのは、第１柱状部４０から第１絶縁層５０が剥離してリーク電流が生ずるのを防止するためである。尚、電極２６を形成する際に第１絶縁層５０が第１柱状部４０から剥離していると、第１絶縁層５０と第１柱状部４０との間に電極が形成されてしまい、これによってもリーク電流が生じてしまう。また、図１，図２に示す通り、第１絶縁層５０の上面の一部には電極２６が形成されているため、第１柱状部４０から第１絶縁層５０が剥離して電極２６が断線するのを防止するためである。

具体的に、第１絶縁層５０は、第１柱状部４０の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆っていることが望ましい。これは、主に、第１柱状部４０からの第１絶縁層５０の剥離を防止するのに必要な力を得るためである。第１絶縁層５０の剥離によるリーク電流等を防止する観点からは第１絶縁層５０が第１円柱部４０の上面を覆う面積は大きい程よいが、第１柱状部４０の上面をどの程度覆うかは、第１柱状部４０の上面上に形成される電極２６の大きさ等を考慮して定められる。

また、第１絶縁層５０は、リーク電流防止の観点からは第１柱状部４０の上面の外周全周に亘って形成されているのが好ましい。但し、リーク電流が生ずる原因の１つとして電極２６を形成する際の第１柱状部４０からの第１絶縁層５０の剥離が挙げられるため、電極２６が形成される部分の下方の部分（第１柱状部４０の上面と電極２６との間）だけ第１絶縁層５０で覆うようにしても良い。かかる構成によっても、リーク電流の防止のみならず電極２６の切断をも防止することができる。

〈分離層〉
本実施形態の光素子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及び図３に示す通り、分離層２７は、第２ミラー２３上に形成されている。即ち、分離層２７は、第２ミラー２３と後述する第１コンタクト層３１との間に設けられている。

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。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。第１コンタクト層３１の平面形状は、光吸収層３２、及び第２コンタクト層３３の平面形状よりも大きく形成されている（図２及び図３参照）。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）６０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６０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は例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層３２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３３は例えば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。

図３に示す通り、第１コンタクト層３１を覆うように電極３５が形成されている。この電極３５の一部は電極２６上に形成されている。即ち、電極３５と電極２６とは電気的に接続されている。また、図１に示す通り、電極３５はリング状の平面形状を有している。
この電極３５は、主として第１コンタクト層３１及び第２絶縁層７０を取り囲むように設けられている。換言すると、第１コンタクト層３１及び第２絶縁層７０は、電極３５の内側に設けられている。

電極（第２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。

電極３６は光検出素子３０の上面上（第２コンタクト層３３上）に設けられている。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。尚、本実施形態の光素子１０では、電極３５は電極２５と同じ材質にて形成されており、電極３６は電極２６と同じ材質にて形成されているものとする。これら電極３５，３６は、光検出素子３０を駆動するために使用される。

〈第２絶縁層〉
本実施形態の光素子１０は、主として第２柱状部６０を取り囲むように、且つ、第２柱状部６０の上面の少なくとも一部を覆うように第２絶縁層７０が形成されている。この第２絶縁層７０は、図１〜図３に示す通り、第１コンタクト層３１、第２ミラー２３、及び第１絶縁層５０の上に形成されている。また、第２絶縁層７０は、電極３６の引き出し部３６ｂ及びパッド部３６ｃの下に形成されている。

第２絶縁層７０を第２柱状部６０の上面を覆うように形成するのは、第１絶縁層５０を第１柱状部４０の上面を覆うように形成する場合と同様の理由である。つまり、第２柱状部６０から第２絶縁層７０が剥離してリーク電流が生ずるのを防止するためである。尚、電極３６を形成する際に第２絶縁層７０が第２柱状部６０から剥離していると、第２絶縁層７０と第２柱状部６０との間に電極が形成されてしまい、これによってもリーク電流が生じてしまう。また、図１，図２に示す通り、第２絶縁層７０の上面の一部には電極３６が形成されているため、第２柱状部６０から第２絶縁層７０が剥離して電極３６が断線するのを防止するためである。

具体的に、第２絶縁層７０は、第２柱状部６０の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆っていることが望ましい。これは、主に、第２柱状部６０からの第２絶縁層７０の剥離を防止するのに必要な力を得るためである。第２絶縁層７０の剥離によるリーク電流等を防止する観点からは第２絶縁層７０が第１円柱部４０の上面を覆う面積は大きい程よいが、第２柱状部６０の上面をどの程度覆うかは、第２柱状部６０の上面上に形成される電極３６の大きさ等を考慮して定められる。

また、第２絶縁層７０は、リーク電流防止の観点からは第２柱状部６０の上面の外周全周に亘って形成されているのが好ましい。但し、リーク電流が生ずる原因の１つとして電極３６を形成する際の第２柱状部６０からの第２絶縁層７０の剥離が挙げられるため、電極３６が形成される部分の下方の部分（第２柱状部６０の上面と電極３６との間）だけ第２絶縁層７０で覆うようにしても良い。かかる構成によっても、リーク電流の防止のみならず電極３６の切断をも防止することができる。

〈全体の構成〉
本実施形態の光素子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。

〔光素子の動作〕
次に、実施形態の光素子１０の一般的な動作について説明する。尚、下記の光素子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２５と電極２６とを不図示の電源に接続して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。

〔光素子の製造方法〕
次に、以上説明した光素子１０の製造方法について説明する。図４〜図１３は、本発明の一実施形態による光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１に示す断面図に対応している。本実施形態の光素子１０を製造するには、図４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８０を形成する。

ここで、半導体多層膜８０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、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８０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。

分離層２７は、後述する第２エッチャントに対するエッチングレートが、第２エッチャントに対する第２ミラー２３の最上層のエッチングレートよりも大きいものを用いることが望ましい。具体的には、例えば分離層２７は、第２ミラー２３の最上層のＡｌ組成より大きなＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層とするのが好ましい。換言すると、第２ミラー２３を成長させる際に、第２ミラー２３の最上層は、Ａｌ組成が分離層２７のＡｌ組成より小さいＡｌＧａＡｓ層に形成される。より具体的には、例えば第２ミラー２３の最上層のＡｌ組成が０．３未満であり、分離層２７のＡｌ組成が０．３以上であるように、第２ミラー２３の最上層及び分離層２７を形成することが望ましい。

分離層２７は、後述する第１エッチャントに対するエッチングレートが、第１エッチャントに対する第１コンタクト層３１のエッチングレートよりも小さいものを用いることが望ましい。具体的には、例えば分離層２７は、第１コンタクト層３１のＡｌ組成より大きなＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層とするのが好ましい。換言すると、第１コンタクト層３１を成長させる際に、第１コンタクト層３１は、Ａｌ組成が分離層のＡｌ組成より小さなＡｌＧａＡｓ層（ＧａＡｓ層を含む）に形成される。より具体的には、例えば第１コンタクト層３１のＡｌ組成が０．３未満であり、分離層２７のＡｌ組成が０．３以上であるように、第１コンタクト層３１及び分離層２７を形成することが望ましい。

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２４となる層に形成される（図９参照）。具体的には、電流狭窄層２４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２４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２４を形成する酸化工程において（図９参照）、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２４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２４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及び図３参照）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及び図３参照）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。

また、後の工程において電極２６が形成された際に、第２ミラー２３のうち少なくとも電極２６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、電極２６とのオーム性接触をとり易くしておくのが望ましい。同様に、第１コンタクト層３１のうち少なくとも電極３５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、電極３５とのオーム性接触をとり易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、半導体基板１１の種類、或いは形成する半導体多層膜８０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５に示す通り、第２柱状部６０を形成する。第２柱状部６０を形成するには、まず、半導体多層膜８０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Ｒ１が形成される。次いで、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、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６０が形成される。尚、第２柱状部６０が形成されると、レジスト層Ｒ１は除去される。

第２柱状部６０を形成すると、図６に示す通り、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６０を覆うように所定のパターンのレジスト層Ｒ２が形成される。次いで、レジスト層Ｒ２をマスクとして、第１コンタクト層３１を第１エッチャントによりエッチングする。このとき、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。具体的には、以下の通りである。

分離層２７は、上述した通り、第１エッチャントに対するエッチングレートが、第１エッチャントに対する第１コンタクト層３１のエッチングレートよりも小さなものを用いることができる。この第１エッチャントを用いることで、第１コンタクト層３１は大きなエッチングレートで分離層２７が露出するまでエッチングされる。分離層２７のエッチングレートは第１コンタクト層３１のエッチングレートよりも小さい。換言すると、分離層２７は第１コンタクト層３１に比べエッチングされにくい。従って、分離層２７が露出した時点で、第１エッチャントによるエッチングは起こりにくくなるので、その時点でエッチングを止めることは容易である。即ち、第１コンタクト層３１のエッチングを、分離層２７が露出した時点で、正確且つ容易に止めることができる。

より具体的には、例えば分離層２７を第１コンタクト層３１のＡｌ組成より大きなＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層で形成する。そして、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ層のエッチングレートが小さく、Ａｌ組成の小さなＡｌＧａＡｓ層のエッチングレートが大きいような第１エッチャントを選択する。換言すると、Ａｌ組成の小さなＡｌＧａＡｓ層を選択的にエッチングする第１エッチャントを選択する。これにより、第１エッチャントに対する分離層２７のエッチングレートを、第１エッチャントに対する第１コンタクト層３１のエッチングレートよりも小さくすることができる。

上述した通り、分離層２７のＡｌ組成は０．３以上であり、且つ第１コンタクト層３１のＡｌ組成は０．３未満であることが望ましい。かかる範囲で分離層２７を形成した場合には、第１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。

これにより、図６に示す通り、光検出素子３０が形成される。この光検出素子３０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を含んでいる。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。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を形成すると、図７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Ｒ２をマスクとして、分離層２７を第２エッチャントによりエッチングする。このとき、分離層２７の下には、第２ミラー２３の最上層が配置されており、第２ミラー２３の最上層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、第２ミラー２３の最上層が露出した時点で、正確且つ容易に止めることができる。具体的には、以下のとおりである。

分離層２７は、上述した通り、第２エッチャントに対するエッチングレートが、第２エッチャントに対する第２ミラー２３の最上層のエッチングレートよりも大きなものを用いることができる。この第２エッチャントを用いることで、分離層２７は、大きなエッチングレートで第２ミラー２３の最上層が露出するまでエッチングされる。第２ミラー２３の最上層のエッチングレートは分離層２７のエッチングレートよりも小さい。換言すると、第２ミラー２３の最上層は分離層２７に比べエッチングされにくい。従って、第２ミラー２３の最上層が露出した時点で、第２エッチャントによるエッチングは起こりにくくなるので、その時点でエッチングを止めることは容易である。即ち、分離層２７のエッチングを、第２ミラー２３の最上層が露出した時点で、正確且つ容易に止めることができる。

より具体的には、例えば分離層２７を第２ミラー２３の最上層のＡｌ組成より大きなＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層で形成する。そして、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ層のエッチングレートが大きく、Ａｌ組成の小さなＡｌＧａＡｓ層のエッチングレートが小さいような第２エッチャントを選択する。換言すると、Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＡｓ層を選択的にエッチングする第２エッチャントを選択する。これにより、第２エッチャントに対する分離層２７のエッチングレートを、第２エッチャントに対する第２ミラー２３の最上層のエッチングレートよりも大きくすることができる。

上述した通り、分離層２７のＡｌ組成は０．３以上であり、且つ第２ミラー２３の最上層のＡｌ組成は０．３未満であることが望ましい。かかる範囲で分離層２７を形成した場合には、第２エッチャントとして、例えばフッ酸を用いることができる。このフッ酸の濃度は、例えば０．１％程度であるが、特に限定されず、適宜決定される。

これにより、図７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Ｒ２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たレジスト層Ｒ２を、レジスト層Ｒ２よりも平面形状の大きな他のレジスト層を用いて、分離層２７をパターニングすることができる。

次に、図８に示す通り、第１柱状部４０を含む面発光型半導体レーザ２０を形成する。
。具体的には、まず、第２ミラー２３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Ｒ３が形成される。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２３、活性層２２、及び第１ミラー２１の一部をエッチングする。これにより、図８に示す通り、第１柱状部４０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４０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。即ち、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る。その後、レジスト層Ｒ３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及び分離層２７をまず形成した後に第１柱状部４０を形成する場合について説明したが、第１柱状部４０を形成した後に光検出素子３０及び分離層２７を形成してもよい。

続いて、図９に示す通り、電流狭窄層２４を形成する。この電流狭窄層２４を形成するには、上記工程によって第１柱状部４０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２４が形成される。上述した通り、この工程において、分離層２７は酸化されないようにすることができる。

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２４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２２４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２４を形成する工程において、形成する電流狭窄層２４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２４の径を調整することが望ましい。

次に、図１０に示す通り、第１ミラー２１上であって、第１柱状部４０の周囲及び第１柱状部４０の上面の少なくとも一部（例えば、第１柱状部４０上面外周）に、第１絶縁層５０を形成する。第１絶縁層５０は、第２絶縁層７０に比べ、厚膜化が容易なものを用いることが望ましい。第１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２絶縁層７０の膜厚より厚い膜厚であってもよい。

例えば、第１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、第１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、第１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４０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１０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、第１絶縁層５０を形成する。このとき、第１絶縁層５０が第１柱状部４０の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆うように形成するのが望ましい。

尚、図１を参照すると、第１絶縁層５０は外形形状が円形にパターニングされている。
かかる形状にするためには、第２ミラー２３上に形成された前駆体層のうちの第１絶縁層５０となる部分以外の部分を除去する必要がある。第２ミラー２３上に形成された前駆体層の厚みと、第１柱状部４０の上面を覆うよう形成された前駆体の厚みとは全く異なるため、前駆体層のパターニングは２回に分けて行うのが好ましい。例えば、最初のパターニングで第１絶縁層５０となる部分以外の部分をパターニングして第１絶縁層５０の外形形状を円形にし、第２回目のパターニングで第１柱状部４０の上面を覆っている前駆体層を除去して第１絶縁層５０が第１柱状部４０の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆うように形成する。

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、上述の第１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。

次に、図１１に示す通り、第１コンタクト層３１上であって、第２柱状部６０の周囲及び第２柱状部６０の上面の少なくとも一部（例えば、第２柱状部６０上面外周）に、第２絶縁層７０を形成する。第２絶縁層７０は、第１絶縁層５０に比べ、微細加工が容易なものを用いることができる。第２絶縁層７０の膜厚は、例えば０．１〜０．５μｍ程度であるが、特に限定される訳ではなく、第１絶縁層５０の膜厚より薄い膜厚であることができる。例えば第２絶縁層７０は、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の無機系の誘電体膜、又はこれらの積層膜を用いることができる。第２絶縁層７０の形成方法は、具体的には以下の通りである。

まず、面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０の形成された半導体基板１１上の全面に絶縁層（図示省略）を形成する。この絶縁層は、例えばプラズマＣＶＤ法等により形成することができる。次に、この絶縁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、第２絶縁層７０を形成する。第２絶縁層７０のパターニングは、上述したように第１絶縁層５０に比べ、微細に行うことが可能である。このとき、第２絶縁層７０が第２柱状部６０の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆うように形成するのが望ましい。

尚、図１を参照すると、第２絶縁層７０は、その平面形状が電極３６の形状に応じてパターニングされている。かかる形状にするためには、第１絶縁層５０、第１柱状部４０、及び光検出素子３０を覆うように形成された絶縁層のうちの第２絶縁層７０となる部分以外の部分を除去する必要がある。第１絶縁層５０及び第１柱状部４０上に形成された絶縁層の厚みと、光検出素子３０上（第２柱状部６０の上面）に形成された絶縁層の厚みとは全く異なるため、絶縁層のパターニングは２回に分けて行うのが好ましい。例えば、最初のパターニングで第２絶縁層７０となる部分以外の部分をパターニングして第２絶縁層７０の形状を後に形成する電極３６の形状に応じた形状にし、第２回目のパターニングで第２柱状部６０の上面を覆っている絶縁体を除去して第２絶縁層７０が第２柱状部６０の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆うように形成する。

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又はウェット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、例えばフッ素ラジカル含有のプラズマにより行うことができる。ウェットエッチングは、例えばフッ酸により行うことができる。

以上の工程が終了すると、図１２に示す通り、第２ミラー２３の上面上に電極２６が形成され、光検出素子３０の上面（第２コンタクト層３３の上面）上に電極３６が形成される。尚、図１〜図３に示す通り、電極２６は、リング状の平面形状を有する接続部２６ａ、直線状の平面形状を有する引き出し部２６ｂ、円状の平面形状を有するパッド部２６ｃを有しているが、第２ミラー２３の状面上には接続部２６ａが形成され、引き出し部２６ｂ及びパッド部２６ｃは第１絶縁層５０上に形成される。また、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、及び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、第２絶縁層７０上には引き出し部３６ｂ及びパッド部３６ｃが形成される。

電極２６，３６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及び電極３６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２ミラー２３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、例えば白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、及び金（Ａｕ）の積層膜（図示省略）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及び電極３６が形成される。

この際、第２コンタクト層３３の上面に、積層膜が形成されていない部分が形成される。この部分が開口部３７となり、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となる。上述の通り、電極２６は少なくとも白金（Ｐｔ）を含むことができる。電極２６は、例えば金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金を用いることもできるが、電極２６が白金を含むのが好ましい。その理由は以下の通りである。

本実施形態の光素子１０は、電極２６がｐ型の第２ミラー２３と接触している（図２及び図３参照）。電極２６に亜鉛（Ｚｎ）が含まれていると、亜鉛は白金に比べ熱拡散量が大きいため、後述するアニール処理工程において、亜鉛はｐ型の第２ミラー２３中を拡散して、隣接するｎ型の第１コンタクト層３１にまで到達する場合がある。亜鉛は、ＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層３１においてｐ型のドーパントであるため、ｎ型の第１コンタクト層３１をｐ型に変質させてしまう場合がある。その結果、光検出素子３０におけるｐｉｎ構造が破壊されてしまう場合がある。これに対し、白金は、亜鉛に比べ、熱拡散量が小さいので、ｎ型の第１コンタクト層３１をｐ型に変質させるのを防止することができる。

尚、上記工程において、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。また、上記の工程においては、電極２６及び電極３６を同時にパターニングしているが、電極２６及び電極３６を個々に形成しても良い。

次に、電極２６，３６を形成する場合と同様の方法で、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜をパターニングすることで、図１３に示す通り、光検出素子３０の第１コンタクト層３１上に電極３５を形成する。尚、この工程では電極３５とともに、面発光型半導体レーザ２０の第１ミラー２１上に電極２５を形成する（図１，図２参照）。電極２５及び電極３５は、同時にパターニングして形成してもよいし、個々にパターニングして形成しても良い。

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。以上の工程により、電極２５、２６，３５，３６が形成される。以上の工程によって図１〜図３に示す本実施形態の光素子１０が製造される。

本出願の出願人は、実際に上述した製造方法を用いて前述した構成の光素子１０を製造し、その測定を測定した。図１４は、本発明の一実施形態による光素子１０の特性の一例を示す図である。図１４においては、光素子１０の特定の１つとして、光素子１０が備える光検出素子３０で生ずる暗電流の測定結果を示している。尚、比較のため、第２絶縁層７０が第２柱状部６０の上面を覆っていない従来構造の光素子に設けられた光検出素子で生ずる暗電流の測定結果も併せて図示している。

図１４では、第１サンプル〜第３サンプルの３種類のサンプルが挙げられているが、これらは第２柱状部６０の直径が異なるものである。具体的には、第１サンプルの第２柱状部６０の直径は１７μｍ、第２サンプルの第２柱状部６０の直径は１９μｍ、第３サンプルの第２柱状部６０の直径は２１μｍである。図１４では第１サンプル〜第３サンプルの各々を複数製造し、各々について代表的な３つの測定結果を図示している。図１４を参照すると、個体差が若干あるものの、第１サンプル〜第３サンプルの何れもが、本発明を適用して製造したものの方が従来構造のものに比べて暗電流が低減されている傾向があることが分かる。

また、本出願の出願人は、本発明の製造方法を用いて製造した光素子１０について、第１柱状部４０上に形成される電極２６の断線の有無を測定した。具体的に、測定した素子数は「１４４」である。従来構造の光素子は、電極２６に相当する電極の断線が多く、良品の数が「１７」であり、良品率は１１．８％であった。これに対し、本発明の製造方法を用いて製造した光素子１０は、良品数が「１４４」であり、良品率は１００％に改善した。以上から、本発明の光素子１０は高い歩留まりで製造することができるとともに、暗電流が少ない高性能の光素子であることが分かる。

以上説明した通り、本実施形態の光素子１０は、第１柱状部４０の周囲及び第１柱状部４０の上面の少なくとも一部に第１絶縁層５０が形成されており、第２柱状部６０の周囲及び第２柱状部６０の上面の少なくとも一部に第２絶縁層７０が形成されている。このため、第１柱状部４０からの第１絶縁層５０の剥離及び第２柱状部６０からの第２絶縁層７０の剥離が防止されてリーク電流を低減することができる。

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、図１５に示すような構成の光素子１００であってもよい。この光素子１００は、第１絶縁層５０が第１柱状部４０の側面及び上面の一部を覆うように形成されていると共に、第２絶縁層７０が平面視で第１絶縁層５０の縁部から連続して形成されている。
すなわち、第１絶縁層５０の第１柱状部４０側の縁部と第２絶縁層７０の第１柱状部４０側の縁部とが一致している。そして、電極３６が第１絶縁層５０及び第２絶縁層７０上に形成されている。
ここで、第１絶縁層５０には、第１絶縁層５０が液体材料を硬化させることによって形成されていることから、第１柱状部４０の縁部近傍に盛上り部が形成されている。また、第１柱状部４０は、その側壁と半導体基板１１の表面１１ａとのなす角が９０度未満となっており、その外形が下面から上面に向かうにしたがって漸次縮小している。
この光素子１００は、上述した実施形態と同様の手順によって製造できるが、第１絶縁層５０と第２絶縁層７０とが平面視において重なっていないため、第１絶縁層５０を形成する工程と第２絶縁層７０を形成する工程との順番を入れ替えることが可能となる。
このような構成の光素子１００においても、上述と同様の作用、効果を奏する。

また、図１６に示すような構成の光素子１１０であってもよい。この光素子１１０は、第１絶縁層５０が第２絶縁層７０の一部を覆うように形成されている。そして、電極３６が第１絶縁層５０と第２絶縁層７０のうち射出面３４側の縁部との上面に形成されている。
ここで、第１絶縁層５０には、第１絶縁層５０が液体材料を硬化させることによって形成されていることから、第２柱状部６０の縁部近傍に盛上り部が形成されている。また、第１柱状部４０は、その側壁と半導体基板１１の表面１１ａとのなす角が９０度未満となっており、その外形が下面から上面に向かうにしたがって漸次縮小している。
このような構成の光素子１１０においても、上述と同様の作用、効果を奏するが、第２絶縁層７０上に厚肉の第１絶縁層５０が形成されているため、電極３６と光検出素子３０との間隔や電極３６と面発光型半導体レーザ２０との間隔が大きくなるため、電極３６と面発光型半導体レーザ２０との間や電極３６と光検出素子３０との間隔における寄生容量を低減することができる。このため、面発光型半導体レーザ２０や光検出素子３０の高速動作が可能となる。

また、上記実施形態では面発光型半導体レーザ２０の上方に分離層２７を介して光検出素子３０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で受光することができる。光検出素子３０で受光された光信号は、電極３５，３６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。かかる構成にする場合には、面発光型半導体レーザ２０のｐ型の第１ミラー２１及びｎ型の第２ミラー２３、並びに光検出素子３０のｐ型の第１コンタクト層３１及びｎ型の第２コンタクト層３３から、全体としてｐｎｐｎ構造を構成することができる。尚、この場合には上述の電極２６及び電極３５の材料を入れ替えることができる。即ち、ｎ型の第２ミラー２３と接する電極２６は、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と金（Ａｕ）との積層膜等を用いることができ、ｐ型の第１コンタクト層３１と接する電極３５は、白金（Ｐｔ）を含むもの等を用いることができる。

また更に、例えば面発光型半導体レーザ２０又は光検出素子３０の何れか一方において、各層のｐ型とｎ型とを入れ替えることにより、面発光型半導体レーザ２０及び光検出素子３０が全体としてｎｐｎ構造又はｐｎｐ構造をなすことができる。尚、かかる構造の場合には、第２柱状部６０は第１コンタクト層３１を含むことができる。また、上述の実施形態では、第２ミラー２３と第１コンタクト層３１との間に分離層２７を形成する例について述べたが、第２ミラー２３と第１コンタクト層３１との間の分離層２７を省略した構成とすることもできる。

本発明の一実施形態による光素子を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施形態による光素子を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による光素子１０の特性の一例を示す図である。 本発明を適用可能な他の光素子を模式的に示す断面図である。 同じく、本発明を適用可能な他の光素子を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０……光素子 １１……半導体基板 ２０……面発光型半導体レーザ ２６……電極（第１電極） ３０……光検出素子（受光素子） ３６……電極（第２電極） ４０……第１柱状部 ５０……第１絶縁層 ６０……第２柱状部 ７０……第２絶縁層 ８０……半導体多層膜（半導体層）

Claims (2)

1. 基板表面に直交する方向にレーザ光を射出する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受光素子とを前記基板上に備える光素子において、
   前記面発光型半導体レーザの少なくとも一部を含む第１柱状部の側面及び上面の一部を覆う第１絶縁層と、
   前記受光素子の少なくとも一部を含む第２柱状部の側面及び上面の一部を覆う第２絶縁層とを備え、
   前記第１柱状部は、その側壁と前記基板の表面とのなす角が９０度未満となっており、その外形が下面から上面に向かうにしたがって漸次縮小しており、
   前記第１絶縁層上には、前記第１柱状部の上面に接合して前記面発光型半導体レーザと電気的に接続された第１電極が形成されており、
   前記第２絶縁層上に肉厚の前記第１絶縁層が形成され、前記第２絶縁層上及び前記第１絶縁層上には、前記第２柱状部の上面に接合して前記受光素子と電気的に接続された第２電極が形成されており、
   前記第１絶縁層は、前記第２柱状部の縁部近傍に盛上り部が形成されるとともに、少なくとも前記第１電極の下方の部分が前記第１柱状部の上面を覆っており、
   前記第２絶縁層は、少なくとも前記第２電極の下方の部分が前記第２柱状部の上面を覆っていることを特徴とする光素子。
2. 前記第１絶縁層は、前記第１柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆っており、
   前記第２絶縁層は、前記第２柱状部の上面を、その外周の端部から中心に向かって少なくとも１μｍ覆っていることを特徴とする請求項１記載の光素子。

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