JP4978291B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層された複数の素子を備える半導体装置およびその製造方法に関する。

従来から、光ファイバや、光ディスクなどの用途の半導体装置には、これに組み込まれた発光素子の光出力レベルを一定にする目的の一環として、光検出機構により発光素子の発光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、発光光の一部を分岐させる反射板と、この分岐した発光光を検出する光検出素子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、反射板や光検出素子を発光素子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、発光素子と光検出素子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、光検出素子が、本来検出すべき誘導放出光だけでなく、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、光検出素子によって検出された光に基づいて計測される発光素子の光出力レベルには、自然放出光の分だけ誤差が含まれていることとなる。よって、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、光検出素子内に制御層を設け、発光素子から入力される自然放出光の一部を光検出素子が検出する前に遮断する技術が提案されている。
特許２８７７７８５号

上記の制御層は、光検出素子を構成する半導体材料の一部を酸化することにより形成されたものである。しかし、酸化された半導体物質は反射率があまり高くなく、自然放出光を多少透過してしまうので、光検出素子による自然放出光の検出レベルを十分に低減することは困難である。そのため、光検出精度を十分に向上させることができないという問題がある。

そこで、発光素子と光検出素子との間に、発光素子の発光領域と対応する領域に光透過部を有すると共にこの光透過部の周囲に反射率の高い金属部を有する制御層を設け、反射率の高い金属部において自然放出光を効率良く反射することが考えられる。

しかし、このような金属部を有する制御層を発光素子と光検出素子との間に設ける場合には、同一基板上に発光素子および光検出素子を結晶成長により一括して形成することができない。そのため、通常は、発光素子および光検出素子を別個の基板上にそれぞれ形成し、発光素子および光検出素子の少なくとも一方の表面上に上記の制御層を設けた上で、制御層を介して発光素子および光検出素子を貼り合わせることにより、発光素子と光検出素子とを一体に形成する。

一般に、制御層を介して発光素子および光検出素子を貼り合わせる際には、発光素子および光検出素子を対向配置すると共に高温にした状態で、積層方向から圧力が加えられる。しかし、このときに、発光素子と光検出素子との密着性を良くするために圧力を高くすると、発光素子や光検出素子にクラックなどの欠陥が生じる虞がある。だからといって、発光素子や光検出素子にクラックなどの欠陥が生じないようにするために圧力を弱くすると、発光素子と光検出素子との密着性が低下する虞がある。

このように、従来の方策では、発光素子および光検出素子を貼り合わせる工程において歩留りが低下し易いという問題があった。そして、このような問題は、素子同士を互いに貼り合わせる際に必ず生じるものでもある。

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、素子同士を互いに貼り合わせる際にクラックなどの欠陥の発生を低減することの可能な半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体装置は、金属層を介して互いに貼り合わされた発光素子および光検出素子を備えたものである。発光素子は、発光領域を有している。発光素子および光検出素子の少なくとも一方が発光素子および光検出素子との対向面側に圧力緩和層を有している。圧力緩和層は対向面側に突出した凸部を含む凹凸部を有する半導体部と、凹凸部の凹部に充填された樹脂部とを有している。金属層は少なくとも発光領域との対向領域に開口部を有しており、凹凸部の凹部は少なくとも開口部との対向領域に設けられている。

本発明の半導体装置では、金属層を介して互いに貼り合わされた発光素子および光検出素子の少なくとも一方に、対向面側に突出した凸部を含む凹凸部を有する半導体部と、凹凸部の凹部に充填された樹脂部とを含む圧力緩和層が設けられている。これにより、製造工程において、凹凸部の凸部の突出方向を他方の素子に向けた状態で圧力を加えて貼り合わせる際に、発光素子および光検出素子に加えられた圧力が樹脂部の弾性によって緩和される。

本発明の半導体装置の製造方法は、以下の３つの工程を含むものである。
（Ａ）発光領域を有する発光素子および光検出素子の少なくとも一方に、凹凸部を有する半導体部と、凹凸部の凹部に充填された樹脂部とを含む圧力緩和層を形成する工程
（Ｂ）発光素子および光検出素子の少なくとも一方の表面に、開口部を有する金属層を形成する工程
（Ｃ）凹凸部の凸部の突出方向を他方の素子に向け、かつ凹凸部の凹部が少なくとも前記開口部との対向領域に位置する状態で圧力を加えて発光素子および光検出素子を互いに貼り合わせる工程

本発明の半導体装置の製造方法では、発光素子および光検出素子の少なくとも一方に、凹凸部を有する半導体部と、凹凸部の凹部に充填された樹脂部とを含む圧力緩和層が貼り合わせ面側に設けられているので、発光素子および光検出素子に加えられた圧力が樹脂部の弾性によって緩和される。

本発明の半導体装置によれば、製造工程において発光素子および光検出素子を互いに貼り合わせる際に、発光素子および光検出素子に加えられた圧力を樹脂部の弾性によって緩和することができる。これにより、大きな圧力が発光素子および光検出素子に加えられた場合であっても、圧力の過剰分が樹脂部によって緩和されるので、素子同士を互いに貼り合わせる際にクラックなどの欠陥の発生を低減することができる。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、発光素子および光検出素子に加えられた圧力を樹脂部の弾性によって緩和することができる。これにより、大きな圧力が発光素子および光検出素子に加えられた場合であっても、圧力の過剰分が樹脂部によって緩和されるので、素子同士を互いに貼り合わせる際にクラックなどの欠陥の発生を低減することができる。

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の断面構成を表すものである。図２は、図１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表すものである。なお、図１は、例えば、図２または図３のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成と対応している。また、図１〜図３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。この半導体発光装置は、光検出素子１上に、制御層２と、面発光型半導体レーザ素子３とをこの順に配置すると共に、これら光検出素子１、制御層２および面発光型半導体レーザ素子３を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は、面発光型半導体レーザ素子３の光が開口部３９Ａ（後述）から外部に射出されると共に、制御層２を介して光検出素子１にわずかに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では、面発光型半導体レーザ素子３の光が外部に射出される側とは反対側に、制御層２と、光検出素子１とが面発光型半導体レーザ素子３側からこの順に配置されており、光検出素子１側に漏れ出した光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）が光検出素子１から出力されるようになっている。

（面発光型半導体レーザ素子３）
面発光型半導体レーザ素子３は、制御層２上に、例えば、ｐ型コンタクト層３１、ｐ型ＤＢＲ層３２、電流狭窄層３３、ｐ型クラッド層３４、活性層３５、ｎ型クラッド層３６、ｎ型ＤＢＲ層３７、ｎ型コンタクト層３８を制御層２側からこの順に積層した積層構造を備えている。この積層構造は、例えばｐ型ＤＢＲ層３２の中途に段差を有するメサ形状となっている。

ｐ型コンタクト層３１は、例えばｐ型Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ａｓ（０≦ｘ１≦１）により構成されている。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）、カーボン（Ｃ）などが挙げられる。

ｐ型ＤＢＲ層３２は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形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 （ｎ_１ は屈折率）のｐ型Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ａｓ（０＜ｘ２≦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_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ａｓ（０≦ｘ３＜ｘ_２）によりそれぞれ構成されている。

電流狭窄層３３は、その外縁領域に電流狭窄領域３３Ｂを有し、その中央領域に電流注入領域３３Ａを有している。電流注入領域３３Ａは、例えばｐ型Ａｌ_ｘ４Ｇａ_１−ｘ４Ａｓ（０＜ｘ４≦１）からなる。電流狭窄領域３３Ｂは、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ （酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、側面から電流狭窄層３３Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られるものである。従って、電流狭窄層３３は電流を狭窄する機能を有している。

ｐ型クラッド層３４は、例えばｐ型Ａｌ_ｘ５Ｇａ_１−ｘ５Ａｓ（０≦ｘ５≦１）により構成されている。活性層３５は、例えばノンドープのＡｌ_ｘ６Ｇａ_１−ｘ６Ａｓ（０≦ｘ６≦１）により構成されている。この活性層３５では、電流注入領域３３Ａと対向する領域が発光領域３５Ａとなっている。ｎ型クラッド層３６は、例えばｎ型Ａｌ_ｘ７Ｇａ_１−ｘ７Ａｓ（０≦ｘ７≦１）により構成されている。

ｎ型ＤＢＲ層３７は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されている。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_ｘ８Ｇａ_１−ｘ８Ａｓ（０＜ｘ８≦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_ｘ９Ｇａ_１−ｘ９Ａｓ（０≦ｘ９＜ｘ８）によりそれぞれ構成されている。

ｎ型コンタクト層３８は、例えばｎ型Ａｌ_ｘ１０Ｇａ_{１−ｘ１０}Ａｓ（０≦ｘ１０≦１）により構成されている。このｎ型コンタクト層３８は、例えば、発光領域３５Ａに対応して開口を有しており、ドーナツ形状となっている。

この面発光型半導体レーザ素子３はまた、ｎ型コンタクト層３８上にｎ側電極３９を有している。このｎ側電極３９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ｎ型コンタクト層３８側からこの順に積層した構造を有しており、ｎ型コンタクト層３８と電気的に接続されている。このｎ側電極３９は、例えば、発光領域３５Ａに対応して開口部３９Ａを有しており、ドーナツ形状となっている。

（制御層２）
制御層２は、同一面内に光透過部２１および金属部２２を有している。光透過部２１は少なくとも面発光型半導体レーザ素子３の発光領域３５Ａとの対向領域の一部に設けられており、金属部２２は光透過部２１の周囲に設けられている。つまり、金属部２２は、面発光型半導体レーザ素子３の発光光との関係では、少なくとも発光領域３５Ａとの対向領域の一部に開口部を有していると言える。なお、図１には、光透過部２１が発光領域３５Ａとの対向領域の全体に設けられているケースが例示されている。

ここで、光透過部２１は、発光領域３５Ａから射出された光を透過することの可能な物質、例えばＳｉＮや、ＳｉＯ_２ 、空気などの絶縁物質により構成されており、発光領域３５Ａから射出された光のうち光検出素子１側へ放出された光を透過するようになっている。一方、金属部２２は、反射率の高い金属、例えば金（Ａｕ）などにより構成され、光検出素子１側へ放出された光のうち光透過部２１以外の領域に放出された光を面発光型半導体レーザ素子３側に反射して、光検出素子１への入射を遮断するようになっている。つまり、この制御層２は、光検出素子１と、面発光型半導体レーザ素子３とを互いに接合する機能の他に、光検出素子１への光の入射領域を制限する機能も有している。また、金属部２２は、面発光型半導体レーザ素子３のｐ型コンタクト層３１に電気的に接続されており、面発光型半導体レーザ素子３のｐ側電極としても機能するようになっている。

なお、この制御層２は、例えば、後述の製造方法の説明において例示したように、光検出素子１と、面発光型半導体レーザ素子３とを重ね合わせる際に、光検出素子１の表面に形成された、光透過部２１Ａおよび金属部２２Ａを有する制御層２Ａと、面発光型半導体レーザ素子３の表面に形成された、光透過部２１Ｂおよび金属部２２Ｂを有する制御層２Ｂとを互いに貼り合わせることにより形成されることが好ましい。

ただし、この場合には、光透過部２１Ａおよび光透過部２１Ｂを互いに貼り合わせることにより光透過部２１が形成され、金属部２２Ａおよび金属部２２Ｂを互いに貼り合わせることにより金属部２２が形成されることとなる。また、この制御層２は、光検出素子１と、面発光型半導体レーザ素子３とを重ね合わせる際に、光検出素子１および面発光型半導体レーザ素子３のいずれか一方の表面にあらかじめ形成されていてもよい。

（光検出素子１）
光検出素子１は、基板１０上に、光吸収層１１と、同一面内に形成されたｐ型半導体部１２および樹脂部１３とを基板１０側からこの順に有しており、基板１０の裏面にｎ側電極１４を有している。

基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。光吸収層１１は、例えばＡｌ_ｘ１１Ｇａ_{１−ｘ１１}Ａｓ（０≦ｘ１１≦１）により構成され、少なくとも光透過部２１との対向領域に設けられている。これにより、発光領域３５Ａから出力される光の一部を吸収すると共に、吸収した光を電気信号に変換することが可能となっている。この電気信号は、光検出素子１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制御層２を透過した光の出力レベルを計測するために用いられる。

ｐ型半導体部１２は、例えばｐ型Ａｌ_ｘ１２Ｇａ_{１−ｘ１２}Ａｓ（０≦ｘ１２≦１）により構成されている。なお、ｐ型半導体部１２の上部にだけ高濃度のｐ型不純物をドープしてもよい。このｐ型半導体部１２は、積層面内方向に、１または複数の凸部１２Ａ−１と、１または複数の凹部１２Ａ−２とを含む凹凸部１２Ａを有している。凸部１２Ａ−１は、面発光型半導体レーザ素子３との対向面側（ｐ型半導体部１２の面発光型半導体レーザ素子３側の表面）に突出している。

凹凸部１２Ａは、面発光型半導体レーザ素子３との対向面側に設けられていることが好ましく、また、凸部１２Ａ−１の高さ（凹部１２Ａ−２の深さ）が１μｍ以上であることが好ましい。この場合には、後述の貼り合わせ工程において樹脂部１３の弾性をより効果的に利用することができる。なお、凸部１２Ａ−１は、導電性を有していることが好ましく、金属部２２と電気的に接続されていることが好ましい。この場合には、上記の金属部２２を光検出素子１のｐ側電極として利用することができる。

また、凹部１２Ａ−２には、樹脂部１３が充填されている。この樹脂部１３は、面発光型半導体レーザ素子３の発光光を透過する性質を有する樹脂材料、例えば、ポリイミドからなる。ここで、樹脂材料は、一般的に、半導体材料よりも高い弾性を有しており、また、半導体材料よりも低い熱伝導性を有している。また、凹部１２Ａ−２は、少なくとも光透過部２１との対向領域に設けられていることが好ましい。この場合には、面発光型半導体レーザ素子３の発光光のうち光透過部２１を透過してきた光をなるべく減衰させないで光吸収層１１に導くことができる。

なお、凹部１２Ａ−２はｐ型半導体部１２の制御層２側の表面に設けられた窪みや溝であってもよいし、図１に例示したように、ｐ型半導体部１２を貫通する孔であってもよい。ただし、凹部１２Ａ−２が孔である場合には、図１に例示したように、凹部１２Ａ−２の底面には光吸収層１１が露出している。

ｎ側電極１４は、例えばＡｕＧｅ合金，ＮｉおよびＡｕを基板１０側からこの順に積層した構造を有しており、基板１０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は、例えば、次のようにして製造することができる。図４（Ａ），（Ｂ）〜図１１（Ａ），（Ｂ）はその製造方法を工程順に表したものである。

まず、基板１０上に、光吸収層１１およびｐ型半導体部１２をこの順に積層する（図４（Ａ））。続いて、のちに金属部２２を形成することとなる領域との対向領域を含む領域にフォトレジスト（図示せず）を形成したのち、このフォトレジストをマスクとして、例えばドライエッチング法によりｐ型半導体部１２を選択的に除去して光吸収層１１の一部を露出させる（図４（Ｂ））。これにより、凸部１２Ａ−１および凹部１２Ａ−２を有する凹凸部１２Ａがｐ型半導体部１２に形成される。その後、マスクを除去する。

次に、凹部１２Ａ−２にポリイミドなどの樹脂を充填して樹脂部１３を形成する（図５）。このとき、樹脂部１３の高さを凸部１２Ａ−１の高さと等しくするか、それよりも高くする。

次に、例えばｎ型ＧａＡｓからなる基板４０上に、ｎ型コンタクト層３８、ｎ型ＤＢＲ層３７、ｎ型クラッド層３６、活性層３５、ｐ型クラッド層３４、電流狭窄層３３Ｄ、ｐ型ＤＢＲ層３２、ｐ型コンタクト層３１をこの順に積層する（図６）。

次に、ｐ型半導体部１２および樹脂部１３、ならびにｐ型コンタクト層３１上にＳｉＯ２などの絶縁性材料を堆積させたのち、その堆積させた絶縁性材料の表面のうち発光領域３５Ａと対応することとなる領域にフォトレジスト（図示せず）を形成する。続いて、このフォトレジストをマスクとして、例えばフッ酸系エッチング液によるウエットエッチング法により絶縁物質を選択的に除去して光透過部２１Ａ，２１Ｂを形成する。その後、例えば金（Ａｕ）などの金属を真空蒸着法にて形成したのち、フォトレジストを除去して金属部２２Ａ，２２Ｂを形成する。これにより、制御層２Ａ，２Ｂが形成される（図７（Ａ），（Ｂ））。

次に、制御層２Ａ，２Ｂをそれぞれ互いに対向させ、凸部１２Ａ−１の突出方向を制御層２Ｂに向けると共に高温にした状態で、基板１０および基板４０側から圧力Ｆを加えて、制御層２Ａ，２Ｂを互いに貼り合わせる（図８）。これにより、制御層２が形成されると共に、制御層２を介して基板１０，４０が互いに張り合わされる。その後、例えばウエットエッチングにより基板４０を除去する（図９）。

次に、ｎ型コンタクト層３８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３８、ｎ型ＤＢＲ層３７、ｎ型クラッド層３６、活性層３５、ｐ型クラッド層３４、電流狭窄層３３Ｄ、ｐ型ＤＢＲ層３２の一部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１０（Ａ））。このとき、ｐ型ＤＢＲ層３２の一部が露出する。

次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサの側面から酸化狭窄層３３Ｄを選択的に酸化する。これにより電流狭窄層３３Ｄ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、外縁領域に電流狭窄領域３３Ｂが形成され、その中央領域が電流注入領域３３Ａとなる。このようにして、電流狭窄層３３が形成される（図１０（Ｂ））。

次に、上記と同様にして、ｐ型ＤＢＲ層３２の露出部分およびｐ型コンタクト層３１を選択的に除去する（図１１（Ａ））。これにより、ｐ型ＤＢＲ層３２の中途に段差を有するメサ形状が形成されると共に、金属部２２の一部が露出する。続いて、メサの上面のうち中央部分に開口を有するマスク（図示せず）を形成したのち、例えばウエットエッチング法によりｎ型コンタクト層３８の表面に開口を形成し、その後、マスクを除去する（図１１（Ｂ））。

次に、例えば蒸着法により、ｎ型コンタクト層３８の表面に、開口部３９Ａを有するｎ側電極３９を形成し、さらに、基板１０の裏面にｎ側電極１４を形成する（図１）。このようにして、本実施の形態の半導体発光装置が製造される。

本実施の形態の半導体発光装置では、ｐ側電極としての金属部２２とｎ側電極３９との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層３３により電流狭窄された電流が活性層３５の利得領域である発光領域３５Ａ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、素子内で誘導放出が繰り返される結果、所定の波長λ_０でレーザ発振が生じ、波長λ_０を含む光Ｌ１が外部に出力されると共に、波長λ_０を含む光Ｌ２が光検出素子１側に出力される（図１２）。

このとき、光検出素子１の光吸収層１１が発光領域３５Ａに対応して配置されているので、光Ｌ２は光透過部２１および樹脂部１３を透過したのち、光吸収層１１に入射する。光吸収層１１に入射した光Ｌ２の一部は、光吸収層１１に吸収され、吸収された光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換される。この電気信号は面発光型半導体レーザ素子３から外部に出力された光の出力レベルに応じた大きさを有している。この電気信号は、ｐ側電極としての金属部２２とｎ側電極１４とに電気的に接続されたワイヤ（図示せず）を介して光出力演算回路（図示せず）に出力されたのち、光出力演算回路において光出力モニタ信号として受信される。これにより、面発光型半導体レーザ素子３から外部に出力された光の出力レベルが計測される。

ここで、光検出素子１側に出力された誘導放出光（光Ｌ２）のほとんどは光透過部２１および樹脂部１３を透過して光検出素子１に入射する。一方、光検出素子１側に出力された自然放出光（光Ｌ３）のほとんどは金属部２２で面発光型半導体レーザ素子３側に反射され、光検出素子１への入射が遮断される。これは、誘導放出光は指向性を有しており、金属部２２側へ放出されることがほとんど無いからであり、一方、自然放出光は指向性を有しておらず、そのほとんどが金属部２２側へ放出されるからである。これにより、光透過部２１を透過する自然放出光の光量を、光透過部２１を透過する誘導放出光の光量と比べて極めて小さくすることができる。また、金属部２２は通常、反射率が極めて高いので、金属部２２を透過する自然放出光の光量は、光透過部２１を透過する自然放出光の光量と比べてほとんど無視することができる。

従って、本実施の形態の半導体発光装置では、光透過部２１および金属部２２を有する制御層２を面発光型半導体レーザ素子３と光検出素子１との間に設けるようにしたので、制御層２側に放出された自然放出光の光検出素子１への入射がほとんど遮断される。その結果、光検出素子１による自然放出光の検出レベルを低減することができるので、光検出精度をより向上させることができる。

また、本実施の形態では、光検出素子１と面発光型半導体レーザ素子３とを接合する制御層２の近傍に樹脂部１３が設けられている。ここで、樹脂部１３は半導体材料よりも高い弾性を有する樹脂材料により構成されているので、光検出素子１および面発光型半導体レーザ素子３を貼り合わせる工程において、これらに加えられた圧力Ｆを樹脂部１３の弾性によって緩和することができる。これにより、圧力Ｆが大きい場合であっても、圧力の過剰分が樹脂部１３によって緩和されるので、光検出素子１および面発光型半導体レーザ素子３を互いに貼り合わせる際にクラックなどの欠陥の発生を低減することができる。

また、本実施の形態では、樹脂部１３は半導体材料よりも低い熱伝導性を有する樹脂材料により構成されている。これにより、凹部１２Ａ−２の位置および形状や、凸部１２Ａ−１と凹部１２Ａ−２との面積比、樹脂材料の種類などを適切に調整することにより、例えば、半導体発光装置をサブマウントや、ヒートシンク、カンなどに半田を介して実装するプロセスにおいて、樹脂部１３が光検出素子１側から面発光型半導体レーザ素子３側へ急速に熱が伝導するのを抑制することができる。これにより、面発光型半導体レーザ素子３が過度に加熱される虞がなくなるので、半導体発光装置の耐熱性を高めることができる。

また、ｐ型半導体部１２（凸部１２Ａ−１）はｐ型不純物を含有し、基板１０はｎ型不純物を含有していることから、これらは導電性を有している。さらに、ｐ型半導体部１２（凸部１２Ａ−１）は金属部２２と電気的に接続されており、基板１０はｎ側電極と電気的に接続されている。これにより、光吸収層１１で変換された電気信号を金属部２２およびｎ側電極１４から取り出すことが可能となる。つまり、金属部２２は自然放出光の光検出素子１への入射を抑制する機能だけでなく、光検出素子１のｐ側電極としての機能も有している。これにより、光検出素子１用にわざわざｐ側電極を設ける必要がない。また、金属部２２は面発光型半導体レーザ素子３のｐ型コンタクト層３１とも電気的に接続されている。つまり、金属部２２は面発光型半導体レーザ素子３のｐ側電極としても機能しているので、面発光型半導体レーザ素子３用にわざわざｐ側電極を設ける必要もない。

また、制御層２はフォトリソグラフィなどの加工精度の極めて高い技術を用いて形成されているので、例えば特許文献１のように、制御性の容易でない酸化工程を用いて半導体層の一部を酸化することにより自然放出光の透過を妨げる酸化層を形成した場合と比べて、その形状や大きさなどを高精度に形成することができる。これにより、半導体発光装置ごとの特性のばらつきを極めて小さくすることができる。

また、自然放出光を除去するために、例えば特許文献１のように、半導体層の酸化などの体積収縮が生じる工程を用いる必要がない。これにより、制御層２において体積収縮による剥離が生じる虞はないので、半導体層の酸化などの体積収縮が生じる工程を用いて自然放出光を除去する層を形成した場合と比べて、歩留りや信頼性が極めて高い。

また、金属部２２Ａ，２２Ｂ同士を互いに貼り合わせるようにしたので、光検出素子１と、面発光型半導体レーザ素子３との密着性を高めることができる。これにより、貼り合わせた部分が剥離する虞はないので、貼り合わせによって歩留りや信頼性が低下する虞はない。

また、光検出素子１と面発光型半導体レーザ素子３とを別個の基板上に結晶成長させるようにしたので、これらを一括形成した場合と比べて、より高品質に結晶成長させることが可能である。これにより、デバイス特性や信頼性がより向上する。

［第１の実施の形態の変形例］
上記実施の形態では、光検出素子１側にｐ型半導体部１２および樹脂部１３を設けていたが、図１３に示したように、面発光型半導体レーザ素子３側に設けてもよい。このように、樹脂部１３を面発光型半導体レーザ素子３側に設けた場合であっても上記実施の形態と同様の効果を有している。なお、この場合には、制御層２と光吸収層１１との間にｐ型コンタクト層１５を設けることが好ましい。

［第２の実施の形態］
図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置の構造を表すものである。なお、図１４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は、面発光型半導体レーザ素子４上に、制御層２と、光検出素子５とをこの順に配置すると共に、これら面発光型半導体レーザ素子４、制御層２および光検出素子５を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は、面発光型半導体レーザ素子４の発光光が制御層２および光検出素子５を介して開口部１７Ａ（後述）から外部に射出されるようになっている。さらに、光検出素子５に入射した光の出力レベルに応じた電気信号が光検出素子５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は、面発光型半導体レーザ素子４の発光光が主として外部に射出される側に、制御層２および光検出素子５をこの順に配置したものであり、制御層２および光検出素子５の面発光型半導体レーザ素子４に対する位置が上記実施の形態の構成と主に相違する。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。

（面発光型半導体レーザ素子４）
面発光型半導体レーザ素子４は、基板４１の表面上に、ｎ型ＤＢＲ層３７、ｎ型クラッド層３６、活性層３５、ｐ型クラッド層３４、電流狭窄層３３、ｐ型ＤＢＲ層３２、ｐ型コンタクト層３１をこの順に積層した積層構造を備えている。また、基板４１の裏面側には、ｎ側電極４２が形成されている。ここで、基板４１は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。また、ｎ側電極４２は、例えばＡｕＧｅ合金，ＮｉおよびＡｕを基板４０側からこの順に積層した構造を有しており、基板４１と電気的に接続されている。

（光検出素子５）
光検出素子５は、制御層２上に、同一面内に形成されたｐ型半導体部１２および樹脂部１３と、光吸収層１１と、ｎ型コンタクト層１６と、ｎ側電極１７とを制御層２側からこの順に有している。ここで、ｎ型コンタクト層１６は、例えばｎ型Ａｌ_x12Ｇａ_1-x12Ａｓ（０≦ｘ１２≦１）により構成されている。このｎ型コンタクト層１６は、例えば、発光領域３５Ａに対応して開口を有しており、ドーナツ形状となっている。また、ｎ側電極１７は、例えばＡｕＧｅ合金，ＮｉおよびＡｕを制御層２側からこの順に積層した構造を有しており、基板４１と電気的に接続されている。このｎ側電極１７は、例えば、発光領域３５Ａに対応して開口部１７Ａを有しており、ドーナツ形状となっている。

本実施の形態の半導体発光装置では、上記実施の形態と同様、光透過部２１および金属部２２を有する制御層２を面発光型半導体レーザ素子４と光検出素子１との間に設けるようにしたので、制御層２側に放出された自然放出光の光検出素子１への入射がほとんど遮断される。その結果、光検出素子１による自然放出光の検出レベルを低減することができるので、光検出精度をより向上させることができる。

また、本実施の形態では、上記実施の形態と同様、光検出素子１と面発光型半導体レーザ素子４とを接合する制御層２の近傍に樹脂部１３が設けられている。これにより、圧力Ｆが大きい場合であっても、圧力の過剰分が樹脂部１３によって緩和されるので、光検出素子１および面発光型半導体レーザ素子４を互いに貼り合わせる際にクラックなどの欠陥の発生を低減することができる。

［第２の実施の形態の変形例］
上記実施の形態では、光検出素子５側にｐ型半導体部１２および樹脂部１３を設けていたが、図１５に示したように、面発光型半導体レーザ素子４側に設けてもよい。このように、樹脂部１３を面発光型半導体レーザ素子４側に設けた場合であっても上記実施の形態と同様の効果を有している。なお、この場合には、制御層２と光吸収層１１との間にｐ型コンタクト層１８を設けることが好ましい。

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、ＧａＩｎＰ系（赤系）材料またはＡｌＧａＡｓ系（赤外系）や、ＧａＮ系（青緑色系）などにより構成することも可能である。

また、上記実施の形態では、面発光型半導体レーザと光検出素子とを制御層２を介して一体に形成する場合に本発明を適用する方策について説明したが、面発光型半導体レーザに代えて発光ダイオードなどの他の発光素子を用いる場合についても本発明を適用することが可能である。また、光検出素子に代えて、厚さ方向に電流を流すことの可能な導電性基板を用いる場合についても本発明を適用することが可能である。

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。 図１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表す断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の他の例を表す断面図である。 半導体発光装置の製造工程を説明するための断面図である。 図４に続く工程を説明するための断面図である。 図５に続く工程を説明するための断面図である。 図６に続く工程を説明するための断面図である。 図７に続く工程を説明するための断面図である。 図８に続く工程を説明するための断面図である。 図９に続く工程を説明するための断面図である。 図１０に続く工程を説明するための断面図である。 半導体発光装置の作用を説明するための断面図である。 一変形例に係る半導体発光装置の断面構成図である。 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。 一変形例に係る半導体発光装置の断面構成図である。

符号の説明

１，５…光検出素子、２，２Ａ，２Ｂ…制御層、３，４…面発光型半導体レーザ、１０，４０，４１…基板、１１…光吸収層、１２…ｐ型半導体部、１２Ａ…凹凸部、１２Ａ−１…凸部、１２Ａ−２…凹部、１３…樹脂部、１４，１７，３９，４２…ｎ側電極、１５，１８，３１…ｐ型コンタクト層、１６，３８…ｎ型コンタクト層、１７Ａ，３９Ａ…開口部、２１，２１Ａ，２１Ｂ…光透過層、２２，２２Ａ，２２Ｂ…金属部、３２…ｐ型ＤＢＲ層、３３…電流狭窄層、３３Ａ…電流注入領域、３３Ｂ…電流狭窄領域、３４…ｐ型クラッド層、３５…活性層、３５Ａ…発光領域、３６…ｎ型クラッド層、３７…ｎ型ＤＢＲ層、Ｌ１〜Ｌ３…光。

Claims (6)

1. 金属層を介して互いに貼り合わされた発光素子および光検出素子を備え、
   前記発光素子は、発光領域を有し、
   前記発光素子および前記光検出素子の少なくとも一方が前記発光素子および前記光検出素子との対向面側に圧力緩和層を有し、
   前記圧力緩和層は、前記対向面側に突出した凸部を含む凹凸部を有する半導体部と、前記凹凸部の凹部に充填された樹脂部とを有し、
   前記金属層は少なくとも前記発光領域との対向領域に開口部を有し、
   前記凹凸部の凹部は少なくとも前記開口部との対向領域に設けられている
   半導体装置。
2. 前記発光素子は、電流注入領域および電流狭窄領域からなる電流狭窄層を有し、
   前記発光領域は、前記電流注入領域と対向する領域に位置する
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記凹凸部の凸部は、導電性を有すると共に前記金属層と電気的に接続されている
   請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記光検出素子は少なくとも前記開口部との対向領域に光吸収層を有する
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記凹凸部の凸部の高さは１μｍ以上である
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 発光領域を有する発光素子および光検出素子の少なくとも一方に、凹凸部を有する半導体部と、前記凹凸部の凹部に充填された樹脂部とを含む圧力緩和層を形成し、
   前記発光素子および前記光検出素子の少なくとも一方の表面に、開口部を有する金属層を形成し、
   前記凹凸部の凸部の突出方向を他方の素子に向け、かつ前記凹凸部の凹部が少なくとも前記開口部との対向領域に位置する状態で圧力を加えて前記発光素子および前記光検出素子を互いに貼り合わせる
   半導体装置の製造方法。

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