JPH09135049A - 表面発光レーザとそのパワー出力を監視するフォトダイオードとの集積化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、工程の複雑さと、エピタキシャル層
の露出の両方を最小限にする、基板上にフォトダイオー
ドと表面発光レーザ（ＳＥＬ）を集積化する構造及び方
法を提供する。 【解決手段】第１実施例において、単にＳＥＬの表面に
個別のショットキー接触子を追加することによって、フ
ォトダイオード構造が、表面発光レーザと集積化され
る。第２実施例において、フォトダイオードとＳＥＬ間
に電流絶縁領域を配置することによって、フォトダイオ
ード構造が、表面発光レーザと集積化される。ＳＥＬの
光発生領域が、フォトダイオードの光吸収領域に光学的
に結合されるように、電流絶縁領域は、第１のミラー領
域内に延伸するが、活性領域の光発生領域内には延伸し
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、表面
発光レーザに関し、更に詳細には、基板上での表面発光
レーザとフォトダイオードとの集積化に関する。

【０００２】

【従来の技術】表面発光レーザは、より簡単な製造工
程、単一の縦方向動作モード、より高い結合効率、及び
より低いコストを含む、従来のエッジ発光レーザを上回
る利点を数多く備えている。光通信システムにおいて、
表面発光レーザの一定パワー出力を維持するには、ＳＥ
Ｌ（表面発光レーザ）の出力パワーを監視する必要があ
る。通常、表面発光レーザの出力パワーの監視には、フ
ォトダイオードが使用されるので、単一基板上に監視用
フォトダイオードとＳＥＬとを集積化することが望まし
い。

【０００３】監視用フォトダイオードと表面発光レーザ
との集積化のための解決策の１つは、Hasnian他による
「Monolithic Integration of Photodiode with Vertic
al Cavity Surface Emitting Laser」（Electronics Le
tters (27) 18, p.1630, 1991年）という参考文献に報
告されている。同書は、上部発光式表面発光レーザ（Ｓ
ＥＬ）のｐ型ミラー領域上でのＰＩＮダイオードの成長
について記載している。図１は、上部発光式ＳＥＬ１０
４のｐ型ミラー領域１０２上で成長した、ＰＩＮフォト
ダイオード構造１００を示している。ＰＩＮフォトダイ
オード１００は、ｐ型領域１０２、ｉ型吸収領域１０
６、及びｎ型領域１０８から構成されている。このフォ
トダイオード１００をパワー監視デバイスとして動作さ
せるために、ｐ接触子１１２をアースに接続しながら、
ｎ接触子１１０に正電圧を印加することによって、フォ
トダイオード１００に逆バイアスをかける。また、ｎ接
触子１１４に負バイアスを印加して、ＳＥＬ１０４に順
方向バイアスをかける。吸収層１０６は、ＳＥＬ１０４
が出力した光の一部を吸収する。吸収層１１０が吸収し
た光の量が分かると、ＳＥＬ１０４の出力パワーを求め
ることができる。

【０００４】フォトダイオード１００は良好な性能を示
すが、フォトダイオードのｉ型吸収領域１０６、及びｎ
型領域１０８を形成するのに必要な、追加のエピタキシ
ャル層を追加するステップによって、製造工程の複雑さ
が増大される。さらに、フォトダイオード形成に必要な
追加のエピタキシャル層は、ｐ接触子を形成するため
に、ｐ型ミラー領域の表面までエッチングしなければな
らない。ＳＥＬのｐ型ミラー領域の表面までエッチング
すると、フォトダイオードのｉ型吸収層１０６、及びｎ
型領域１０８の側壁が露出した状態で残される。この露
出したエピタキシャル層は酸化しやすく、それが素子の
信頼性を低下させる。

【０００５】フォトダイオードと表面発光レーザの集積
化のための第２の代替解決策は、K.D. Choquette他によ
る「Detector-enclosed Vertical Cavity Surface Emit
ting Lasers」（Electronics Letters (29) 5 p.466, 1
993年）という論文に報告されている。同論文は、ＳＥ
Ｌ周辺の同心リング状にフォトダイオードが形成され
た、上部発光式ＳＥＬについて記載している。この同心
リング・フォトダイオードは、ＳＥＬから約４０ミクロ
ン離れた周辺に配置されている。ＳＥＬからの光は、自
由空間で散乱し、同心の吸収領域によって捕捉される。
図１に示す実施例と同様に、「Detector-enclosed Vert
ical Cavity Surface Emitting Lasers」という論文に
記載されたフォトダイオード構造は、エピタキシャル層
の側壁を露出する。特に、フォトダイオード形成の工程
は、ＳＥＬのｎ型領域とｐ型ミラー領域とを露出するエ
ッチング・ステップを含み、その結果、露出した領域の
側壁の酸化となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】工程の複雑さを最小限
にし、エピタキシャル層の露出を最小限にするような、
フォトダイオードと表面発光レーザとを集積化する方法
が要求されている。

【０００７】本発明は、工程の複雑さ、及びエピタキシ
ャル層の露出の両方を最小限にする、基板上にフォトダ
イオードと表面発光レーザとを集積化するための構造お
よび方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の実施例では、単に
ＳＥＬの表面に個別のショットキー接触子を追加するこ
とによって、フォトダイオード構造が、表面発光レーザ
と集積化される。第２の実施例では、フォトダイオード
とＳＥＬ間に電流絶縁領域を配置することによって、フ
ォトダイオード構造が、表面発光レーザと集積化され
る。この電流絶縁領域は通常、第１のミラー領域内まで
延びているが、光発生領域内には達していない。

【０００９】第１の実施例では、ＳＥＬの表面の光路内
に、個別のショットキー接触子を追加することによっ
て、フォトダイオード構造が、表面発光レーザと集積化
される。周知の通り、表面発光レーザは、通常は基板上
に構築される、第１のミラー領域、活性領域、及び第２
のミラー領域から構成される。例示のため、第１のミラ
ー領域がｐ型導電性を有するｐ−ｉ−ｎダイオード構造
を備えた、下部発光式表面発光レーザを想定すると、第
２のミラー領域はｎ型導電性を有し、基板はｎ型であ
る。ショットキー接触子は、ＳＥＬから発光される光の
光路内に位置する。したがって、前述の例の場合、本発
明によるショットキー接触子は、ｎ型基板の下面に形成
されることになる。

【００１０】ある実施例において、ショットキー接触子
は、基板の下面に薄い金属層を適用して、その薄い金属
層の表面に、ボンディング・パッド接触子を形成するこ
とによって形成される。ショットキー接触子に使用する
金属は、金属と半導体材料との間に形成されるショット
キー障壁が、放出すべき光の光子エネルギーより小さく
なるように選択すべきである。金属の厚さは、放出光
が、その光に対して部分的に透過性あるように選択すべ
きである。次に、薄い金属層がパターン形成されて、所
望の領域内に金属が残される。薄い金属層の少なくとも
一部は、ＳＥＬからの放出光の光路内にあるべきであ
る。

【００１１】次に、ショットキー接触子と基板の表面上
に、マスキング・パターンを形成する。マスキング・パ
ターンの形成後、第２の導電層を形成する。マスキング
・パターンを除去したときに、第２の導電層が、薄い金
属層の表面上と基板の表面上に形成されていなければな
らない。薄い金属層上に形成された第２の導電層は、電
流測定装置に結合されるボンディング・パッドを形成す
る。基板の表面上に形成された第２の導電層は、ＳＥＬ
へのオームｎ接触子を形成する。

【００１２】監視用デバイスとして動作させるために、
ＳＥＬには順方向バイアスをかけ、ショットキー・ダイ
オードには逆バイアスをかける。前述のｐ−ｉ−ｎダイ
オード構造を有する下部発光式ＳＥＬの例では、ｐ接触
子が第１のミラー領域の表面上に形成されて、正電圧に
電気結合され、負電圧がショットキー接触子に結合さ
れ、オームｎ接触子が接地に結合されている。ＳＥＬに
順方向バイアスをかけると、結果として、光を発生し、
その光の発生がショットキー・ダイオードによって検出
される。検出された光は出力パワーに比例する。

【００１３】ショットキー・フォトダイオード構造を使
用する場合の利点は、工程の複雑さの増す度合いを最低
限にして、ショットキー検出器をＳＥＬ構造に集積化で
きる点である。ＳＥＬ形成に必要なステップに追加する
ステップは、出力光の光路に金属薄膜を堆積させるステ
ップと、金属薄膜へのボンディング・パッド接触子を形
成するステップだけである。さらに、ショットキー・フ
ォトダイオード検出器は、ＳＥＬの出力パワーの直接の
検出をもたらし、したがって、出力パワーに対して線形
比例すると考えられる。さらに、本発明で開示するショ
ットキー検出器は、ショットキー・フォトダイオード
が、表面発光レーザの出力切開面に位置するので、容易
なボンディング・アクセスをもたらす。この同じ実施例
は、ｎ型およびｐ型ミラー領域を逆転するかどうかにか
かわらず、上部発光式ＳＥＬで実施することができる。

【００１４】第２の実施例では、フォトダイオードとＳ
ＥＬとの間に電流絶縁領域を配置することによって、フ
ォトダイオード構造が、表面発光レーザと集積化され
る。この電流絶縁領域は、ＳＥＬとフォトダイオードと
を電気的に絶縁する必要がある。通常、この電流絶縁領
域は、活性層より約５μｍ上の第１のミラー領域内まで
延びている。ＳＥＬの光発生領域は、フォトダイオード
の光吸収領域に光学的に結合されている。ＳＥＬの光発
生領域が、隣接フォトダイオード構造の光発生領域に光
学的に結合されているので、光発生領域から放出される
光の一部が、フォトダイオードによって検出される。

【００１５】この側面吸収フォトダイオード構造は、工
程の複雑さが増す度合いを最小限にして、ＳＥＬ構造と
集積化することができる。側面吸収フォトダイオード構
造の更なる利点は、プレーナ構造を提供するが、フォト
ダイオード構造の構築のために、追加のエピタキシャル
層を必要としない点である。さらに、ＳＥＬとフォトダ
イオードの形成のためのすべてのステップが、同時に行
われるので、側面フォトダイオードを製造するために、
ＳＥＬの作成に必要なもの以上の余分な処理ステップを
必要としない。さらに、ブラッグ・ミラーが光ガイドと
して機能するので、側面吸収フォトダイオードは、効率
的であるのにＳＥＬと同心である必要がない。

【００１６】本明細書の残りの部分と添付図面を参照す
れば、本発明の特徴および利点をさらに理解できるはず
である。

【００１７】

【発明の実施の形態】図２を参照すると、同図には、本
発明に従って、下部発光式ＳＥＬと集積化されたショッ
トキー・フォトダイオード構造が示されている。ＳＥＬ
の構造は当業者には周知であるので、ＳＥＬの構造につ
いてはここでは詳しく説明しない。この説明のために
は、基板２１２上に構築された、第１のミラー領域２０
２、活性領域２０４、及び第２のミラー領域２０６を有
するｐ−ｉ−ｎダイオードとして、ＳＥＬ２００を示す
ことができる点を明記すれば十分である。第１と第２の
ミラー領域２０２、２０６、及び活性領域２０４は通
常、分子線エピタキシによって形成された薄い半導体層
から構築される。

【００１８】ミラー領域２０２、２０６は、それぞれ異
なる屈折率を有する、交互層から構築される。各層の厚
さは、放出光の波長の１／４になるように選択される。
これらの交互層の積層がブラッグ・ミラーを形成する。
この積層は通常、ＡｌＡｓおよびＧａＡｓの交互層から
構築される。所望の反射率を得るには、通常、１５〜２
０対の交互層が必要である。図２に示す実施例では、通
常、第２のミラー領域２０６の層をドーピングしてｐ型
半導体にし、第１のミラー領域２０２の層をドーピング
してｎ型半導体にする。基板２１２は、ｎ型半導体であ
ることが好ましい。

【００１９】活性領域２０４は、光発生領域２２０、及
びクラッド領域２２２、２２４から構成される。通常、
光発生領域２２０は、クラッド領域２２２、２２４によ
って第１および第２のミラー領域２０２、２０６から分
離された、１つ以上のＩｎＧａＡｓの量子井戸から構築
される。この光発生領域２２０は、ｐ−ｉ−ｎダイオー
ドに順方向バイアスをかけることによって発生した電子
と正孔の再結合を介した自然発光と誘導発光に起因し
て、光を発生する光発生層と見なすことができる。

【００２０】ｐ−ｉ−ｎダイオード構造を有する下部発
光式ＳＥＬの例の場合、第２のミラー領域２０６の表面
上に形成された電極２３０は、ｐ型オーム接触子であ
る。基板２１２の下面に形成された電極２３２は、ｎ型
オーム接触子である。電極２３４は、薄い金属層とボン
ディング・パッド２３８からなるショットキー接触子２
３６から構成される。ショットキー接触子２３６を形成
するには、ショットキー障壁が光子エネルギーより低く
なるように、ショットキー接触子を構成する金属と基板
材料を選択する必要がある。これにより、電子のトンネ
ル現象を最小限にし、整流接触子を与えるショットキー
障壁が生成される。

【００２１】図２に示す実施例において、ＳＥＬは、ｐ
−ｉ−ｎ下部発光式ＳＥＬである。代替として、このＳ
ＥＬは、ｎ−ｉ−ｐ型ＳＥＬにすることができる。ある
いは、このＳＥＬの第２のミラー領域の上面に、代替の
ショットキー接触子構造を構築することもできる。光発
生領域は、第１の表面を介して第１の方向に放出される
光を発生する。図２に示す例の場合、第１の表面は基板
の下面になる。あるいは、上部発光式ＳＥＬでは、第１
の表面は第２のミラー領域の上面になる。

【００２２】通常、基板２１２は、１×１０¹⁸原子／ｃ
ｍ³より大きなｎ型ドーパント濃度を有するＧａＡｓか
ら構成され、金属は、金などの材料から構成される。Ｇ
ａＡｓまたは金以外の材料を使用することができ、ドー
パント濃度も変更することができる。重要なのは、ショ
ットキー障壁が光子エネルギーより低くなるように、シ
ョットキー接触子の形成に使用する金属および基板材料
を選択することである。好適には、ショットキー障壁が
光子エネルギーより低くなるように、基板の半導体材料
のドーパント濃度を低くすべきである。

【００２３】好適実施例では、薄い金属層２３６は、約
１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の厚さを有し、ボンディング
・パッド２３８は、約０．５μｍの厚さを有する。金属
薄膜２３６は、基板２１２へのショットキー接触子を形
成する。ショットキー接触子を形成するために、必ずし
も金属２３６を薄くする必要はないが、図２に示す実施
例では、金属層を介した放出光の透過を可能にするよう
に、ショットキー接触子を薄くしなければならない。こ
の金属の厚さは、放出光が、その光に対して部分的に透
過的であるように選択すべきである。ショットキー金属
層の厚さが厚すぎる場合は、放出光が完全にショットキ
ー金属層によって吸収され、何の光もＳＥＬにより放出
されない。放出光の光路の一部または全体にわたって、
ショットキー金属層が何も形成されていない場合、ＳＥ
Ｌレーザは機能するが、光電流は検出されない。図２に
示す実施例では、この金属層が部分吸収をもたらし、そ
の結果、ＳＥＬから光が放出され、フォトダイオード構
造で光電流が発生する。代替として、フォトダイオード
構造が一部分のみ光をさえぎる場合、ショットキー接触
子の形成に厚い金属を使用することもできる。たとえ
ば、図３に示すショットキー接触子は、放出光を一部分
のみさえぎる。

【００２４】図２に示す実施例では、基板２１２が放出
光を吸収しないように、基板２１２のバンドギャップを
光子エネルギーより大きくすることができる。これは、
吸収層１０６のバンドギャップが光子エネルギーより小
さい、図１に示す実施例とは対照的である。

【００２５】ＳＥＬ出力切開面は、出力光子エネルギー
より大きいバンドギャップ・エネルギーを有する半導体
材料から構成される。このため、上部半導体材料は、バ
ンド間を遷移する際に光を吸収することはない。したが
って、薄い金属層２３０が光を吸収し、ショットキー障
壁が光電流を検出する。反射率を低減するために、金属
薄膜２３６の表面に反射防止コーティングを施してもよ
い。

【００２６】ＳＥＬ２００は、一定の縮尺で示されては
いないことに留意されたい。特に、図面を明確にするた
めに、ミラー領域２０２、２０６と光発生領域２０４は
拡大されている。実際には、ミラー領域２０２、２０６
と光発生領域２０４との厚さの合計で約１０μｍに比較
して、基板２１２の厚さは通常、１５０μｍである。ま
た、オーム接触子２３０、２３２は、約０．５μｍの厚
さと、約５〜１００μｍの幅を有する。

【００２７】ｐ接触子２３０には正電圧を印加し、接触
子２３２を接地に接続すると、その結果、ＳＥＬには順
方向バイアスがかかり、ショットキー・ダイオードには
逆バイアスがかかる。ＳＥＬ２００に順方向バイアスを
かけると、接触子２３０と２３２との間に電流が発生す
る。好適実施例では、領域２４０を注入して、それを高
抵抗率の領域に転換することによって、接触子２３０と
２３２との間の電流が制限される。通常、これは、領域
２４２および２４４に水素イオンを注入することによっ
て達成される。

【００２８】ＳＥＬに順方向バイアスをかけ、ショット
キー・ダイオードに逆バイアスをかけると、ショットキ
ー・ダイオードに光電流が発生する。光が薄い金属層２
３６を貫通すると、放出光の一部が金属層２３６によっ
て吸収される。吸収された光によって、ショットキー・
ダイオードに光電流が発生する。この光電流は、放出光
の出力パワーに比例する。

【００２９】ＳＥＬの形成に必要なステップは、基板上
に第１のミラー領域を形成するステップ、活性領域を形
成するステップ、及び第２のミラー領域を形成するステ
ップである。ショットキー・フォトダイオード構造を使
用する場合の利点は、工程の複雑さが増す度合いを最小
限にして、ショットキー検出器をＳＥＬ構造内に集積化
できる点である。ＳＥＬ形成に必要なステップに追加す
るステップは、出力光の光路に金属薄膜を堆積させるス
テップ、及び金属薄膜へのボンディング・パッド接触子
を形成するステップだけである。したがって、基板の下
面に薄い金属層を適用して、薄い金属層の表面にボンデ
ィング・パッド接触子を形成することによって、ショッ
トキー接触子が形成される。

【００３０】ショットキー接触子を形成する前に、基板
をエッチングして、上質な接触子形成のための清浄な表
面を設けてもよい。基板２１２の表面の清浄後、基板２
１２の表面に第１の導電層２３６を形成する。本発明で
は、第１の導電層２３６は金属であり、通常は金であ
る。次に、金属層２３６をパターニングして、所望の領
域に金属が残るようにする。金属層２３６の少なくとも
一部は、ＳＥＬから放出される光の光路内にあるべきで
ある。

【００３１】次に、ショットキー接触子２３６と基板２
１２の表面上に、マスキング・パターンを形成する。マ
スキング・パターンの形成後、第２の導電層２３８が形
成される。マスキング・パターンを除去すると、元々の
堆積層２３８の一部が金属層２３６の表面上に残り、電
流測定装置２４４に結合されるボンディング・パッド２
３８を形成する。第１の好適な方法では、マスキング・
パターンを除去すると、基板表面上にも堆積層２３８の
一部が残る。基板表面上に形成した層２３８の一部は、
ｎ型オーム接触子２３２になる。したがって、好適実施
例では、ｎ型オーム接触子２３２とボンディング・パッ
ド２３８が同時に形成される。

【００３２】ショットキー接触子の形成に関連した、ｎ
型接触子の形成の順序は重要ではない。さらに、ｎ型オ
ーム接触子２３２の形成後にアニール・ステップが続い
てもよい。たとえば、第２の代替方法では、ショットキ
ー接触子２３６の形成前に、ｐ型オーム接触子２３０と
ｎ型オーム接触子２３２が形成される。ｐ型接触子２３
０とｎ型オーム接触子２３２の形成後に、アニール・ス
テップが行われる。アニール・ステップでは、表面に高
いドーパント濃度をもたらすオーム金属を合金化するこ
とによって、向上したオーム接触子を与える。第２の方
法では、アニール・ステップ後に、ショットキー接触子
２３６とボンディング・パッドが形成される。代替とし
て、ショットキー接触子に使用する金属が、低い拡散定
数を有し、結果として、基板２１２内への金属２３６の
無視し得る拡散となる温度で、アニール・ステップが行
われる場合、ショットキー接触子２３６の形成後に、ア
ニール・ステップを行うこともできる。

【００３３】図３〜図６は、ショットキー・フォトダイ
オード構造のための、代替接触子構造を示している。図
３に示す代替構造では、誘電材料が、ＳＥＬに対してオ
ーム接触子を、及びフォトダイオードに対してショット
キー接触子を分離している。図３は、上部発光式ＳＥＬ
と集積化された、ショットキー・フォトダイオードを示
している。この上部発光式ＳＥＬ３００は、基板３０８
上に構築された、第１のミラー領域３０２、活性領域３
０４、及び第２のミラー領域３０６とから構成される。

【００３４】図３〜図６に示す実施例において、レーザ
は、第１のミラー領域３０２がｎ型で、第２のミラー領
域３０６がｐ型であるような、ｐ−ｉ−ｎダイオード上
部発光式ＳＥＬである。代替として、図３〜図６に示す
レーザは、第１のミラー領域３０２がｐ型で、第２のミ
ラー領域３０６がｎ型である、ｎ−ｉ−ｐダイオードで
あってもよい。また、図３〜図６に示す代替接触子構造
は、下部発光式レーザ用に構築することもできる。

【００３５】図３に示す構造は、基板３０８の表面上に
形成した、ｎ型オーム接触子３１０を含む。ｐ型オーム
接触子３１２とショットキー接触子３１４が、第２のミ
ラー領域３０６の表面の上部に形成される。通常、ｎ型
およびｐ型オーム接触子３１０、３１２は、それぞれＡ
ｕＧｅおよびＡｕＺｎから形成され、約０．５μｍの厚
さを有する。このショットキー接触子構造は、通常はポ
リイミドである誘電層３１６によって、ｐ型オーム接触
子から分離される。ショットキー接触子３１４は、通
常、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌなどの材料から構成され、１ｎｍ
〜５００ｎｍの範囲の厚さを有する。代替として、ショ
ットキー接触子３１４の形成に使用する金属層は、ＳＥ
Ｌウィンドウ３２０全体を横切って延伸してもよい。こ
の代替実施例において、金属層の厚さは、図２に示す実
施例にて与えられた範囲の厚さを有する金属薄膜とすべ
きである。

【００３６】第１のミラー領域３０２、活性領域３０
４、及び第２のミラー領域３０６の形成後、オーム接触
子３１２とショットキー接触子３１４が形成される。図
３に示す実施例では、通常、次のようにプロセス形成が
行われる。まず、第２のミラー領域の表面上に導電層３
１２を形成する。周知のリソグラフィ技法により、導電
層３１２をパターニングし、導電層の一部を除去して、
オーム接触子３１２を残す。オーム接触子３１２の形成
後、誘電層３１６を堆積させ、パターニングする。ＳＥ
Ｌウィンドウの上に延びる誘電層の一部を除去する。次
に、第２の導電層３１４を堆積させる。第１の実施例で
は、ＳＥＬウィンドウの上の第２の層３１４の一部をパ
ターニングし、除去する。第２の実施例では、ＳＥＬウ
ィンドウ３２０の上の第２の層の一部を除去しない。

【００３７】図４に示す実施例は、ショットキー・フォ
トダイオードのための、接触子構造の代替実施例を示し
ている。図４に示す実施例は、図３に示す実施例と類似
している。しかし、図３に示す実施例とは異なり、図４
に示す構造は、吸収層３１８を含んでいる。通常、吸収
層３１８はＩｎＧａＡｓである。図４に示す実施例で
は、ｎ型オーム接触子３１２が、吸収層３１８を貫通し
て延び、第１のミラー領域３０２と接触する。ショット
キー接触子３１４は、ＩｎＧａＡｓ吸収層３１８と接触
する。接触子３１４は、オーム接触子とすることもでき
る。たとえば、吸収層は、Ｇｅなどの非晶質半導体材料
にすることができる。

【００３８】図４〜図６に示す実施例は、吸収領域の形
成ステップを含んでいる。通常、図４に示す実施例は以
下の工程に従って形成される。第２のミラー領域３０６
の形成後に、吸収層３１８を形成する。第２のミラー領
域３０６の表面上に吸収層３１８を形成した後、オーム
接触子３１２を形成すべき領域の吸収層３１８の一部を
除去する。次に、オーム接触子３１２を形成する。通
常、オーム接触子は、第１の導電層３１２を堆積させ、
当技術分野で周知の技法を使用し、オーム接触子を形成
すべき領域を除いて、第１の導電層３１２を除去するこ
とによって形成される。オーム接触子の形成後、誘電層
３１６を堆積させる。誘電層３１６は、導電オーム接触
子と、後で堆積されるショットキー金属層との間の短絡
を防止するために、オーム接触子を覆っていなければな
らない。誘電層３１６の形成後、吸収層の上の誘電層の
一部を除去する。次に、第２の導電層３１４を形成し
て、吸収層へのショットキー接触子を設ける。光がウィ
ンドウから放出されるように、通常、第２の導電層の一
部を除去する。吸収層は光を部分的にさえぎるだけでよ
い。

【００３９】図５に示す実施例は、図４に示す実施例と
類似しているが、図４に示す実施例において、吸収層
は、ショットキー接触子だけを越えて延伸し、オーム接
触子を越えて延伸しない。図５に示す実施例の形成工程
は、金属層３１２の堆積前に、ｐ接触子を形成すべき領
域において、吸収層の一部が除去されることを除いて、
図４に示す工程と類似している。

【００４０】第４の代替ショットキー接触子構造を図６
に示す。図６に示す実施例は、吸収層が、レーザ開口部
のウィンドウ全体を横切って延伸しないことを除いて、
図５に示す実施例と類似している。したがって、図６に
示す実施例の形成工程は、ＳＥＬのウィンドウにおい
て、吸収層３１８の一部が除去されることを除いて、図
５に示すものと類似している。

【００４１】図７を参照すると、同図には、本発明の第
１の代替実施例に従って、表面発光レーザと集積化され
た側面吸収フォトダイオード構造が示されている。図７
は、側面フォトダイオード４０２が、表面発光レーザ４
０４に隣接する領域に形成される第１の実施例を示して
いる。前述のＳＥＬと同様に、ＳＥＬ４０４は、基板４
１２上に構築した、第１のミラー領域４０６、活性領域
４０８、及び第２のミラー領域４１０を含んでいる。し
かし、前述のＳＥＬとは異なり、説明する構造は、ＳＥ
Ｌ４０４とフォトダイオード４０２との間に配置した、
電流絶縁領域を含んでいる。

【００４２】電流絶縁領域４１２は、表面発光レーザ４
０４とフォトダイオード４０２との間に配置されてい
る。通常、電流絶縁領域４１２は、第２のミラー領域の
表面から下方向に延伸して、光発生領域４０８の手前で
終端する。電流絶縁領域４１２は、通常、領域４１２に
水素イオンを注入することによって形成される、高抵抗
率の領域である。好適には、水素イオンによる光発生領
域４０８の汚染を低減するために、電流絶縁領域４１２
は、活性領域４０８より約５μｍ上で終端する。

【００４３】フォトダイオード４０２に逆バイアスがか
かり、ＳＥＬ４０４に順方向バイアスがかかるように、
接触子４１６、４１８、４２０に対して、電源または接
地の相互接続が行われる。ＳＥＬ４０４に順方向バイア
スをかけ、フォトダイオード４０２に逆バイアスをかけ
ると、フォトダイオード４０２の逆バイアス領域に、Ｓ
ＥＬ４０４からの光を結合することができる。また、フ
ォトダイオード４０２に逆バイアスをかけると、ＳＥＬ
の活性領域４０８からの自然発光と誘導発光の一部が、
フォトダイオードの逆バイアス部分内に案内される。フ
ォトダイオードのブラッグ・ミラーは光ガイドとして機
能し、その結果、効率のよいフォトダイオードが得られ
る。フォトダイオードにより検知される自然発光および
誘導発光の量は、表面発光レーザの光出力に比例する。

【００４４】図４に示すフォトダイオード４０４構造を
形成する工程は、ＳＥＬ４０４を形成する工程と同時に
行われる。たとえば、フォトダイオード接触子構造４１
６が、ＳＥＬ接触子構造４１８と共に同時に形成され
る。説明する側面吸収フォトダイオード構造の利点は、
フォトダイオード構造を構築するために、追加のエピタ
キシャル層を必要としないプレーナ構造を提供する点で
ある。さらに、ＳＥＬとフォトダイオードの形成ステッ
プがすべて同時に行われるので、フォトダイオードを製
造するために、ＳＥＬの形成に必要なもの以外の余分な
処理ステップを一切必要としない。また、ブラッグ・ミ
ラーが、光ガイドとして機能するので、フォトダイオー
ドの領域は、効率をよくするためにＳＥＬと同心である
必要がない。

【００４５】図８は、偏向角４３０が、接触子４２０間
の基板４１２に形成されることを除いて、図７に示すも
のと類似の好適な代替実施例を示している。この偏向角
４３０により、自然発光によらずに、直接、レーザ発振
光を検出することができる。偏向角が、当技術分野で周
知の技法を使用して、基板表面上に形成される。偏向域
は、偏向角の精度が重要にならないように大きくするこ
とができる。図８に示す実施例の更なる利点は、レーザ
の反射戻りが、角度偏向器によって完全に削除される点
である。レーザへの後方反射が、システム用途にとって
有害なものと見なされるのは、周知のことである。

【００４６】上記の説明は、例示であり、限定ではない
ことを意図することを理解されたい。一例として、表面
発光レーザだけでなく、如何なる発光素子の出力光をも
監視するために、このフォトダイオード監視素子を使用
することができる。発光素子は、ｐ−ｉ−ｎ構造または
ｎ−ｉ−ｐ構造を有することができ、上部発光または下
部発光のいずれでもよい。したがって、本発明の範囲
は、上記の説明を参照することによって決まるものでは
なく、特許請求の範囲の対象となる同等物の範囲全体と
ともに、特許請求の範囲を参照することによって決まる
ものである。

【００４７】以下に、本発明の実施態様を列挙する。

【００４８】１．集積化された発光素子および光検出素
子において、通過する光に応答して光を発生する光発生
領域を含み、第１の側、及び第２の対向側を有する活性
領域であって、光発生領域が、第１の表面を介して第１
の方向に光を放出する活性領域と、第１の側、及び第２
の対向側を有し、活性領域の第１の側に配置され、光発
生領域に向かって光を反射するための第２のミラー領域
と、第１の側、及び第２の対向側を有し、その第１の側
が、活性領域の第２の側に配置され、光発生領域に向か
って光を反射するための第１のミラー領域と、第１の
側、及び第２の対向側を有し、その第１の側が、第１の
ミラー領域の第２の側に配置される基板と、第１の表面
上に形成され、第１の方向に放出される光を検出するた
めのショットキー接触子と、からなる、集積化された発
光素子および光検出素子。

【００４９】２．ショットキー接触子のショットキー障
壁が、第１の方向に放出される光の光子エネルギーより
小さいことを特徴とする、前項１に記載の集積化された
発光素子および光検出素子。

【００５０】３．第１の表面が、第２のミラー領域の第
２の側であることを特徴とする、前項１に記載の集積化
された発光素子および光検出素子。

【００５１】４．第１の表面が、基板の第２の側である
ことを特徴とする、前項１に記載の集積化された発光素
子および光検出素子。

【００５２】５．ショットキー接触子が金属から構成さ
れ、該金属が、第１の方向に放出される光に対して、少
なくとも部分的に透過性であることを特徴とする、前項
１に記載の集積化された発光素子および光検出素子。

【００５３】６．第１の表面上に形成された第１のオー
ム接触子をさらに含み、ショットキー接触子が金属から
構成され、第１のオーム接触子の側壁が、ショットキー
接触子の側壁を越えて延伸しないことを特徴とする、前
項１に記載の集積化された発光素子および光検出素子。

【００５４】７．第１のオーム接触子、及びショットキ
ー接触子が、第１の誘電層によって分離されることを特
徴とする、前項６に記載の集積化された発光素子および
光検出素子。

【００５５】８．第１のオーム接触子が第１の側壁を有
し、ショットキー接触子が、第１の表面に対してほぼ平
行な第１の領域、及び第１の表面に対してほぼ直角の第
２の領域とを含み、ショットキー接触子領域の第２の領
域が、第１の表面と接触するために、第１のオーム接触
子の第１の側壁を越えて延伸することを特徴とする、前
項６に記載の集積化された発光素子および光検出素子。

【００５６】９．第１の表面上に形成された吸収層をさ
らに含み、該吸収層が、ショットキー接触子の真下に位
置決めされることを特徴とする、前項６に記載の集積化
された発光素子および光検出素子。

【００５７】１０．第１の表面上に形成された第１のオ
ーム接触子をさらに含み、第１のオーム接触子が、発光
素子を順方向にバイアスするように、バイアスされて、
ショットキー接触子が、光検出素子を逆方向にバイアス
するように、バイアスされることを特徴とする、前項１
に記載の集積化された発光素子および光検出素子。

【００５８】１１．集積化された発光素子および光検出
素子において、通過する光に応答して光を発生する光発
生領域を含み、第１の側、及び第２の対向側を有する活
性領域であって、光発生領域が、第１の表面を介して第
１の方向に光を放出する活性領域と、第１の側、及び第
２の対向側を有し、活性領域の第１の側に配置され、光
発生領域に向かって光を反射するための第２のミラー領
域であって、少なくとも１つの電流絶縁領域が、第２の
ミラー領域の第２の側の表面から下に向かって延伸し、
第１の光検出ミラー領域、及び第１の発光ミラー領域
に、第２のミラー領域を分割する第２のミラー領域と、
第１の側、及び第２の対向側を有し、その第１の側が、
活性領域の第２の側に配置され、光発生領域に向かって
光を反射するための第１のミラー領域と、第１の側、及
び第２の対向側を有し、その第１の側が、第１のミラー
領域の第２の側に配置される基板と、第１の光検出ミラ
ー領域の表面上の第１の接触子であって、第１の光検出
ミラー領域を逆方向にバイアスするように、バイアスさ
れる第１の接触子と、第１の発光ミラー領域の表面上の
第２の接触子であって、第１の発光ミラー領域を順方向
にバイアスするように、バイアスされる第２の接触子
と、からなる、集積化された発光素子および光検出素
子。

【００５９】１２．少なくとも１つの電流絶縁領域が、
光発生領域の前で終端することを特徴とする、前項１１
に記載の集積化された発光素子および光検出素子。

【００６０】１３．角度偏向器が、基板の第２の側に形
成されることを特徴とする、前項１１に記載の集積化さ
れた発光素子および光検出素子。

【００６１】１４．集積化された発光素子および光検出
素子を形成する方法において、基板上に第１のミラー領
域を形成するステップであって、第１のミラー領域が、
第１の側、及び第２の対向側を有し、光発生領域に向か
って光を反射するステップと、活性領域を形成するステ
ップであって、活性領域が、通過する光に応答して光を
発生する光発生領域を含み、光発生領域が、第１の表面
を介して第１の方向に光を放出し、活性領域が、第１の
側、及び第２の対向側を有し、第１のミラー領域の第１
の側に形成されるステップと、第１の側、及び第２の対
向側を有する、第２のミラー領域を形成するステップで
あって、第２のミラー領域が、光発生領域に向かって光
を反射し、活性領域の第１の側に形成されるステップ
と、第２のミラー領域の第２の側の表面から下に向かっ
て延伸する、少なくとも１つの電流絶縁領域を形成する
ステップであって、電流絶縁領域が、第１の光検出ミラ
ー領域、及び第１の発光ミラー領域に、第２のミラー領
域を分割するステップと、第１の光検出ミラー領域の表
面上に、第１の接触子を形成するステップと、第１の発
光ミラー領域の表面上に、第２の接触子を形成するステ
ップと、第１の光検出ミラー領域を逆方向にバイアスす
るように、第１の接触子をバイアスするステップと、第
１の発光ミラー領域を順方向バイアスするように、第２
の接触子をバイアスするステップと、を含む方法。

【００６２】１５．基板の第２の側に角度偏向器を形成
するステップをさらに含むことを特徴とする、前項１４
に記載の方法。

【００６３】１６．集積化された発光素子および光検出
素子を形成する方法において、第１の側、及び第２の対
向側を有する、基板上に第１のミラー領域を形成するス
テップであって、第１のミラー領域が、第１の側、及び
第２の対向側を有し、光発生領域に向かって光を反射
し、第１のミラー領域の第２の側が、基板の第１の側に
配置されるステップと、通過する光に応答して光を発生
する光発生領域を含む、活性領域を形成するステップで
あって、光発生領域が、第１の表面を介して第１の方向
に光を放出し、第１の側、及び第２の対向側を有し、活
性領域の第２の側が、第１のミラー領域の第１の側に配
置されるステップと、第１の側、及び第２の対向側を有
する、第２のミラー領域を形成するステップであって、
第２のミラー領域が、光発生領域に向かって光を反射
し、第２のミラー領域の第１の側が、活性領域の第１の
側に配置されるステップと、第１の表面上にショットキ
ー接触子を形成するステップと、を含む方法。

【００６４】１７．ショットキー接触子のショットキー
障壁が、第１の方向に放出される光の光子エネルギーよ
り小さいことを特徴とする、前項１６に記載の方法。

【００６５】１８．第１の表面が、第２のミラー領域の
第２の側であることを特徴とする、前項１６に記載の方
法。

【００６６】１９．第１の表面が、基板の第２の側であ
ることを特徴とする、前項１６に記載の方法。

【００６７】２０．ショットキー接触子が金属から構成
され、該金属が、第１の方向に放出される光に対して、
少なくとも部分的に透過性であることを特徴とする、前
項１６に記載の方法。

【００６８】２１．第１の表面上に第１のオーム接触子
を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、前
項１６に記載の方法。

【００６９】２２．第１の表面とショットキー接触子と
の間に、吸収層を形成するステップを含むことを特徴と
する、前項１６に記載の方法。

【００７０】２３．第１のオーム接触子とショットキー
接触子との間に、誘電領域を形成するステップをさらに
含むことを特徴とする、前項２１に記載の方法。

【００７１】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、単
にＳＥＬの表面に個別のショットキー接触子を追加する
ことによって、ショットキー・フォトダイオード構造
が、表面発光レーザと集積化される。代替として、フォ
トダイオードとＳＥＬ間に電流絶縁領域を配置すること
によって、側面吸収フォトダイオード構造が、表面発光
レーザと集積化される。これらショットキー・フォトダ
イオード構造、又は側面吸収フォトダイオード構造は、
工程の複雑さの増す度合いを最低限にして、ＳＥＬ構造
に集積化することが可能となる。

【００７２】また、本発明は、プレーナ構造を提供する
が、フォトダイオード構造の構築のために、追加のエピ
タキシャル層を必要としないので、素子の信頼性を低下
させる、露出したエピタキシャル層の酸化を排除するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】上部発光式ＳＥＬのミラー領域の表面上で成長
した、ＰＩＮフォトダイオード構造を示す。

【図２】本発明に従って、下部発光式ＳＥＬと集積化さ
れた、ショットキー・フォトダイオード構造を示す。

【図３】本発明に従って、上部発光式ＳＥＬと集積化さ
れた、ショットキー・フォトダイオード構造用の代替接
触子構造を示す。

【図４】本発明に従って、上部発光式ＳＥＬと集積化さ
れた、ショットキー・フォトダイオード構造用の代替接
触子構造を示す。

【図５】本発明に従って、上部発光式ＳＥＬと集積化さ
れた、ショットキー・フォトダイオード構造用の代替接
触子構造を示す。

【図６】本発明に従って、上部発光式ＳＥＬと集積化さ
れた、ショットキー・フォトダイオード構造用の代替接
触子構造を示す。

【図７】本発明による側面吸収フォトダイオード構造を
示す。

【図８】本発明による側面吸収フォトダイオード構造を
示す。

【符号の説明】 ２００ ＳＥＬ ２０２ 第１のミラー領域 ２０４ 活性領域 ２０６ 第２のミラー領域 ２１２ 基板 ２２０ 光発生領域 ２２２、２２４ クラッド領域 ２３０、２３２ 電極 ２３６ ショットキー接触子 ２３８ ボンディング・パッド ２４０ 領域 ２４４ 電流測定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・アール・ティー・タン アメリカ合衆国カリフォルニア州94025メ ンロ・パーク，シットン・ストリート・ 315 (72)発明者 シー−ユアン・ワン アメリカ合衆国カリフォルニア州94306パ ロ・アルト，エンシナ・グランド・766

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集積化された発光素子および光検出素子
   において、 通過する光に応答して光を発生する光発生領域を含み、
   第１の側、及び第２の対向側を有する活性領域であっ
   て、光発生領域が、第１の表面を介して第１の方向に光
   を放出する活性領域と、 第１の側、及び第２の対向側を有し、活性領域の第１の
   側に配置され、光発生領域に向かって光を反射するため
   の第２のミラー領域と、 第１の側、及び第２の対向側を有し、その第１の側が、
   活性領域の第２の側に配置され、光発生領域に向かって
   光を反射するための第１のミラー領域と、 第１の側、及び第２の対向側を有し、その第１の側が、
   第１のミラー領域の第２の側に配置される基板と、 第１の表面上に形成され、第１の方向に放出される光を
   検出するためのショットキー接触子と、 からなる、集積化された発光素子および光検出素子。