JP2002217481A - 半導体光装置 - Google Patents
半導体光装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】面発光レーザのような面型発光素子と広い波長
帯域を有する面型受光素子を柔軟な組み合わせで集積化
した半導体光装置を簡単な作製方法で歩留まり良く提供
することである。 【解決手段】半導体光装置では、基板１０１上に光吸収
層を兼ねられる活性層１０５を挟んで２つの半導体多層
膜ミラー１０３、１０７、１１１が積層されており、２
つの半導体多層膜ミラーのうちの少なくとも一方の途中
にＡｌを含んだスペーサ層１０９が挿入され、基板面内
の一部の領域と他の領域において、このスペーサ層１０
９の非酸化を含む酸化の態様が異なっている。このこと
で、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成され、
それぞれの領域に共振器構造の面型発光素子または面型
受光素子が形成されている。
帯域を有する面型受光素子を柔軟な組み合わせで集積化
した半導体光装置を簡単な作製方法で歩留まり良く提供
することである。 【解決手段】半導体光装置では、基板１０１上に光吸収
層を兼ねられる活性層１０５を挟んで２つの半導体多層
膜ミラー１０３、１０７、１１１が積層されており、２
つの半導体多層膜ミラーのうちの少なくとも一方の途中
にＡｌを含んだスペーサ層１０９が挿入され、基板面内
の一部の領域と他の領域において、このスペーサ層１０
９の非酸化を含む酸化の態様が異なっている。このこと
で、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成され、
それぞれの領域に共振器構造の面型発光素子または面型
受光素子が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ピックアップ
や、光インターコネクション等に用いられる発光素子及
び受光素子をモノリシックに集積化した半導体発光受光
装置などの半導体光装置に関するものである。
や、光インターコネクション等に用いられる発光素子及
び受光素子をモノリシックに集積化した半導体発光受光
装置などの半導体光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの分野においては、電気配線によ
る信号遅延、伝送距離の制限、配線間の電磁干渉等が問
題になっており、さらなる高集積化、大容量化には限界
がある。一方、光インターコネクションは、その高速
性、並列性、電磁干渉フリーといった利点を有してお
り、上記問題を解決する有望な技術として注目されてい
る。さらに、光インターコネクションに用いられる発光
素子、受光素子を同一基板上に集積化することにより、
実装コストの低減、小型化が期待できるため、モノリシ
ック集積化の検討が進められている。
る信号遅延、伝送距離の制限、配線間の電磁干渉等が問
題になっており、さらなる高集積化、大容量化には限界
がある。一方、光インターコネクションは、その高速
性、並列性、電磁干渉フリーといった利点を有してお
り、上記問題を解決する有望な技術として注目されてい
る。さらに、光インターコネクションに用いられる発光
素子、受光素子を同一基板上に集積化することにより、
実装コストの低減、小型化が期待できるため、モノリシ
ック集積化の検討が進められている。
【０００３】その中でも、発光素子として、基板に対し
て垂直方向に光を出射する面発光レーザを用い、また、
受光素子として、面発光レーザの共振器と同一構造の共
振器を有するフォトダイオードを用いてモノリシック集
積化した発光受光素子は、ファインピッチの作製が可能
でレイアウトが自由である、作製が容易である、といっ
た点で注目されている。しかし、面発光レーザの共振器
の反射率が非常に高いため、該共振器をそのままフォト
ダイオードに用いると波長選択性が強すぎて受光感度の
波長帯域が狭くなるという欠点がある。そこで、フォト
ダイオード側の共振器の反射率を低下させるということ
が行われている。
て垂直方向に光を出射する面発光レーザを用い、また、
受光素子として、面発光レーザの共振器と同一構造の共
振器を有するフォトダイオードを用いてモノリシック集
積化した発光受光素子は、ファインピッチの作製が可能
でレイアウトが自由である、作製が容易である、といっ
た点で注目されている。しかし、面発光レーザの共振器
の反射率が非常に高いため、該共振器をそのままフォト
ダイオードに用いると波長選択性が強すぎて受光感度の
波長帯域が狭くなるという欠点がある。そこで、フォト
ダイオード側の共振器の反射率を低下させるということ
が行われている。
【０００４】例えば、Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ， ２０ｔｈ Ｊｕｎｅ １９９６ Ｖｏｌ．３
２ Ｎｏ．１３ ｐｐ．１２０５〜１２０７において開示
されたものが知られている。この素子では、図７に示す
ように、半導体基板１００１上に、下部半導体多層膜ミ
ラー１００３、多重量子井戸層を含む活性層１００５
（フォトダイオードの吸収層を兼ねる）、上部半導体多
層膜ミラー１００７を順次成長させ、その後、受光素子
を形成する部分１０００Ｂの上部半導体多層膜ミラー１
００７の一部を化学的エッチングで取り除くことによっ
てフォトダイオードの受光感度、波長帯域の最適化を行
っている。１０００Ａは発光素子を形成する部分であ
る。
ｔｔｅｒｓ， ２０ｔｈ Ｊｕｎｅ １９９６ Ｖｏｌ．３
２ Ｎｏ．１３ ｐｐ．１２０５〜１２０７において開示
されたものが知られている。この素子では、図７に示す
ように、半導体基板１００１上に、下部半導体多層膜ミ
ラー１００３、多重量子井戸層を含む活性層１００５
（フォトダイオードの吸収層を兼ねる）、上部半導体多
層膜ミラー１００７を順次成長させ、その後、受光素子
を形成する部分１０００Ｂの上部半導体多層膜ミラー１
００７の一部を化学的エッチングで取り除くことによっ
てフォトダイオードの受光感度、波長帯域の最適化を行
っている。１０００Ａは発光素子を形成する部分であ
る。
【０００５】また、特開平５−２９９６８９号公報に開
示されている方法もある。これは、図８に示すように、
半導体基板１１０１上に下部半導体多層膜ミラー１１０
３（Ａ、Ｂ）、活性層１１０５（フォトダイオードの吸
収層を兼ねる）、上部半導体多層膜ミラー１００７を積
層した構成を有するが、受光素子を形成する部分１１０
０Ｂのみに、下部半導体多層膜ミラー１１０３Ａ、１１
０３Ｂの間に所定の厚さのスペーサ層１１０９を挿入し
ている。このスペーサ層１１０９によって下部半導体ミ
ラーの反射率を調整して受光感度、波長帯域の最適化を
行っている。１１００Ａは発光素子を形成する部分であ
る。
示されている方法もある。これは、図８に示すように、
半導体基板１１０１上に下部半導体多層膜ミラー１１０
３（Ａ、Ｂ）、活性層１１０５（フォトダイオードの吸
収層を兼ねる）、上部半導体多層膜ミラー１００７を積
層した構成を有するが、受光素子を形成する部分１１０
０Ｂのみに、下部半導体多層膜ミラー１１０３Ａ、１１
０３Ｂの間に所定の厚さのスペーサ層１１０９を挿入し
ている。このスペーサ層１１０９によって下部半導体ミ
ラーの反射率を調整して受光感度、波長帯域の最適化を
行っている。１１００Ａは発光素子を形成する部分であ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モノリシック集積発光受光装置においては次のような問
題点がある。
モノリシック集積発光受光装置においては次のような問
題点がある。
【０００７】上記Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓに開示された方法では、所定の位置でエッチング
をストップさせる必要があるが、エッチング速度の面内
分布によって場所によってエッチング量が変わってしま
う。エッチング量の差は反射位相に影響を与えるので、
素子によって波長帯域や感度が変化することになる。し
たがって、特性の揃った素子を得ることが難しく歩留ま
りが悪くなり、大面積化に限界がある。
ｅｒｓに開示された方法では、所定の位置でエッチング
をストップさせる必要があるが、エッチング速度の面内
分布によって場所によってエッチング量が変わってしま
う。エッチング量の差は反射位相に影響を与えるので、
素子によって波長帯域や感度が変化することになる。し
たがって、特性の揃った素子を得ることが難しく歩留ま
りが悪くなり、大面積化に限界がある。
【０００８】特開平５−２９９６８９号公報に開示され
た方法の場合、スペーサ層１１０９を挿入するため、一
度成長を中断してフォトリソやエッチング等のプロセス
を施した後、再成長する必要があり、工程が煩雑にな
る。また、スペーサ層を複数挿入することはさらに工程
を煩雑にするため不適当である。さらに、成長する段階
で発光素子、受光素子の位置が限定されるので、素子を
自由に配置することができない。
た方法の場合、スペーサ層１１０９を挿入するため、一
度成長を中断してフォトリソやエッチング等のプロセス
を施した後、再成長する必要があり、工程が煩雑にな
る。また、スペーサ層を複数挿入することはさらに工程
を煩雑にするため不適当である。さらに、成長する段階
で発光素子、受光素子の位置が限定されるので、素子を
自由に配置することができない。
【０００９】このような課題に鑑み、本発明の目的は、
面発光レーザのような面型発光素子と広い波長帯域を有
する面型受光素子を柔軟な組み合わせで集積化した半導
体光装置を、作製が簡単で歩留まり良く提供することに
ある。
面発光レーザのような面型発光素子と広い波長帯域を有
する面型受光素子を柔軟な組み合わせで集積化した半導
体光装置を、作製が簡単で歩留まり良く提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の半導体光装置は、基板上に光吸収層を兼ねら
れる活性層を挟んで２つの半導体多層膜ミラーが積層さ
れており、２つの半導体多層膜ミラーのうちの少なくと
も一方の途中にＡｌを含んだ単数或いは複数の半導体層
で構成された少なくとも１つのスペーサ層が挿入され、
基板面内の一部の領域と他の領域において、該少なくと
も１つのスペーサ層の非酸化を含む酸化の態様が異なっ
ており、このことで、反射率の波長依存が異なる２つの
領域が形成されており、その領域の一方に共振器構造の
面型発光素子または面型受光素子、他方の領域に共振器
構造の面型受光素子または面型発光素子が形成されてい
ることを特徴とする。この構成によれば、面発光レーザ
のような面型発光素子とＰＩＮ型フォトダイオードのよ
うな面型受光素子を所望の組み合わせで集積化した半導
体発光受光装置などの半導体光装置を、所望の形態のウ
エハ作成後の選択的な酸化と言う簡単な方法で歩留まり
良く実現できる。
の本発明の半導体光装置は、基板上に光吸収層を兼ねら
れる活性層を挟んで２つの半導体多層膜ミラーが積層さ
れており、２つの半導体多層膜ミラーのうちの少なくと
も一方の途中にＡｌを含んだ単数或いは複数の半導体層
で構成された少なくとも１つのスペーサ層が挿入され、
基板面内の一部の領域と他の領域において、該少なくと
も１つのスペーサ層の非酸化を含む酸化の態様が異なっ
ており、このことで、反射率の波長依存が異なる２つの
領域が形成されており、その領域の一方に共振器構造の
面型発光素子または面型受光素子、他方の領域に共振器
構造の面型受光素子または面型発光素子が形成されてい
ることを特徴とする。この構成によれば、面発光レーザ
のような面型発光素子とＰＩＮ型フォトダイオードのよ
うな面型受光素子を所望の組み合わせで集積化した半導
体発光受光装置などの半導体光装置を、所望の形態のウ
エハ作成後の選択的な酸化と言う簡単な方法で歩留まり
良く実現できる。
【００１１】より具体的には以下の如き態様が可能であ
る。基板上に、第１の半導体多層膜ミラー、光吸収層を
兼ねられる活性層、第２の半導体多層膜ミラーがこの順
もしくはこの逆順に積層されており、基板面内の一部の
領域において、第２の半導体多層膜ミラーの途中にＡｌ
を含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少なく
とも１つの第１のスペーサ層が挿入され、かつ、基板面
内の他の領域において、第１のスペーサ層を酸化するこ
とにより形成された第２のスペーサ層が挿入されている
ことで、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成さ
れており、その領域の一方に共振器構造の面型発光素
子、他方の領域に共振器構造の面型受光素子が形成され
ている半導体発光受光装置を構築できる。
る。基板上に、第１の半導体多層膜ミラー、光吸収層を
兼ねられる活性層、第２の半導体多層膜ミラーがこの順
もしくはこの逆順に積層されており、基板面内の一部の
領域において、第２の半導体多層膜ミラーの途中にＡｌ
を含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少なく
とも１つの第１のスペーサ層が挿入され、かつ、基板面
内の他の領域において、第１のスペーサ層を酸化するこ
とにより形成された第２のスペーサ層が挿入されている
ことで、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成さ
れており、その領域の一方に共振器構造の面型発光素
子、他方の領域に共振器構造の面型受光素子が形成され
ている半導体発光受光装置を構築できる。
【００１２】この構成において、前記第１のスペーサ層
を有する一部の領域に面型発光素子、前記第２のスペー
サ層を有する他の領域に面型受光素子が形成され得る。
この場合、前記第１のスペーサ層を有する一部の領域に
おいて、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と第
２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振しな
い条件、すなわち、反射率が最大、になるように、スペ
ーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成
が設定されている様にできる。また、前記第２のスペー
サ層を有する他の領域において、設定波長の光に対し
て、第２のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構
成された共振器が共振する条件、すなわち、透過率が最
大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半
導体層の膜厚および組成が設定されている様にもでき
る。
を有する一部の領域に面型発光素子、前記第２のスペー
サ層を有する他の領域に面型受光素子が形成され得る。
この場合、前記第１のスペーサ層を有する一部の領域に
おいて、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と第
２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振しな
い条件、すなわち、反射率が最大、になるように、スペ
ーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成
が設定されている様にできる。また、前記第２のスペー
サ層を有する他の領域において、設定波長の光に対し
て、第２のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構
成された共振器が共振する条件、すなわち、透過率が最
大、になるように、スペーサ層を構成している複数の半
導体層の膜厚および組成が設定されている様にもでき
る。
【００１３】他方、上記構成において、前記第１のスペ
ーサ層を有する一部の領域に面型受光素子、前記第２の
スペーサ層を有する他の領域に面型発光素子が形成され
ている様にもできる。この場合、前記第２のスペーサ層
を有する他の領域において、設定波長の光に対して、第
２のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成され
た共振器が共振しない条件、すなわち、反射率が最大、
になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体
層の膜厚および組成が設定されている様にできる。ま
た、前記第１のスペーサ層を有する一部の領域におい
て、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と第２の
半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振する条
件、すなわち、透過率が最大、になるように、スペーサ
層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設
定されている様にもできる。
ーサ層を有する一部の領域に面型受光素子、前記第２の
スペーサ層を有する他の領域に面型発光素子が形成され
ている様にもできる。この場合、前記第２のスペーサ層
を有する他の領域において、設定波長の光に対して、第
２のスペーサ層と第２の半導体多層膜ミラーで構成され
た共振器が共振しない条件、すなわち、反射率が最大、
になるように、スペーサ層を構成している複数の半導体
層の膜厚および組成が設定されている様にできる。ま
た、前記第１のスペーサ層を有する一部の領域におい
て、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と第２の
半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振する条
件、すなわち、透過率が最大、になるように、スペーサ
層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が設
定されている様にもできる。
【００１４】発光素子の共振スペクトルや、受光素子の
共振スペクトルや受光感度をより柔軟に設定できるよう
に、第２の半導体多層膜ミラー中に複数のスペーサ層を
挿入した形態や、また、第１の半導体多層膜ミラーの途
中に、Ａｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成さ
れた少なくとも１つの第３のスペーサ層、および、第３
のスペーサ層を酸化することにより形成された第４のス
ペーサ層が、第１のスペーサ層、第２のスペーサ層が挿
入された領域に夫々挿入されている形態も採り得る。
共振スペクトルや受光感度をより柔軟に設定できるよう
に、第２の半導体多層膜ミラー中に複数のスペーサ層を
挿入した形態や、また、第１の半導体多層膜ミラーの途
中に、Ａｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成さ
れた少なくとも１つの第３のスペーサ層、および、第３
のスペーサ層を酸化することにより形成された第４のス
ペーサ層が、第１のスペーサ層、第２のスペーサ層が挿
入された領域に夫々挿入されている形態も採り得る。
【００１５】基板面内の一部の領域あるいは他の領域に
おいて、基板側の半導体多層膜ミラーが、酸化されて形
成されたスペーサ層を含む場合、これは絶縁層としても
働き得る。
おいて、基板側の半導体多層膜ミラーが、酸化されて形
成されたスペーサ層を含む場合、これは絶縁層としても
働き得る。
【００１６】
【作用】本発明の作用原理を説明する。一般に、半導体
多層膜ミラーは、ある設定波長に対して、１／４波長の
奇数倍に相当する厚さを有する低屈折率層および高屈折
率層を順次積層することで構成される。この厚さの場
合、低屈折率層と高屈折率層の界面で反射した光と、高
屈折率層と低屈折率層の界面で反射した光との位相が一
致するようになり、高反射率を得ることができる。
多層膜ミラーは、ある設定波長に対して、１／４波長の
奇数倍に相当する厚さを有する低屈折率層および高屈折
率層を順次積層することで構成される。この厚さの場
合、低屈折率層と高屈折率層の界面で反射した光と、高
屈折率層と低屈折率層の界面で反射した光との位相が一
致するようになり、高反射率を得ることができる。
【００１７】この半導体多層膜ミラーの途中の１層を、
スペーサ層（単層構成でも複数層構成でもよいが、後者
の方が設計が容易である）に変えた場合を考える。ある
設定波長に対して、半導体多層膜ミラーとスペーサ層で
構成された共振器が共振する条件（すなわち、活性層側
からの入射光に対するスペーサ層上部の多層膜ミラーの
反射と、活性層側からの入射光に対するスペーサ層下部
の多層膜ミラーの反射とが逆位相となって弱めあう条件
であり、この条件を本明細書では上記共振器が共振する
条件と言う）にすれば、反射率を低下させることができ
る。また、半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成され
た共振器が共振しない条件（すなわち、活性層側からの
入射光に対するスペーサ層上部の多層膜ミラーの反射
と、活性層側からの入射光に対するスペーサ層下部の多
層膜ミラーの反射とが同位相となって強めあう条件であ
り、この条件を本明細書では上記共振器が共振しない条
件と言う）の場合、設定波長における反射率は最大とな
る。本発明では、スペーサ層としてＡｌを含有する単数
或いは複数の半導体層を用い、面内のある領域において
スペーサ層を酸化することで部分的に屈折率を変えて、
反射率を変化させた領域を形成し、反射率の強い領域に
面発光レーザなどの面型発光素子を、反射率の低い領域
に面型受光素子を形成するものである。
スペーサ層（単層構成でも複数層構成でもよいが、後者
の方が設計が容易である）に変えた場合を考える。ある
設定波長に対して、半導体多層膜ミラーとスペーサ層で
構成された共振器が共振する条件（すなわち、活性層側
からの入射光に対するスペーサ層上部の多層膜ミラーの
反射と、活性層側からの入射光に対するスペーサ層下部
の多層膜ミラーの反射とが逆位相となって弱めあう条件
であり、この条件を本明細書では上記共振器が共振する
条件と言う）にすれば、反射率を低下させることができ
る。また、半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成され
た共振器が共振しない条件（すなわち、活性層側からの
入射光に対するスペーサ層上部の多層膜ミラーの反射
と、活性層側からの入射光に対するスペーサ層下部の多
層膜ミラーの反射とが同位相となって強めあう条件であ
り、この条件を本明細書では上記共振器が共振しない条
件と言う）の場合、設定波長における反射率は最大とな
る。本発明では、スペーサ層としてＡｌを含有する単数
或いは複数の半導体層を用い、面内のある領域において
スペーサ層を酸化することで部分的に屈折率を変えて、
反射率を変化させた領域を形成し、反射率の強い領域に
面発光レーザなどの面型発光素子を、反射率の低い領域
に面型受光素子を形成するものである。
【００１８】スペーサ層を構成している或る膜の特性行
列を、次の行列でで表現する。
列を、次の行列でで表現する。
【００１９】
【数１】
【００２０】ここで、λは波長、ｎｉは膜の屈折率、ｄ
ｉは膜厚である。スペーサ層の特性行列Ｍspaceは、ス
ペーサ層を構成する各層の特性行列Ｍｉの積で表され
る。典型的には、特性行列Ｍspaceの第（１，２）項＝
０を満たすようにスペーサ層を構成する各層の膜厚、屈
折率を設定した場合、半導体多層膜ミラーとスペーサ層
で構成された共振器が共振する条件となる。また、特性
行列Ｍspaceの第（１，１）項＝０を満たすようにスペ
ーサ層を構成する各層の膜厚、屈折率を設定した場合、
半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器が
共振しない条件となる。
ｉは膜厚である。スペーサ層の特性行列Ｍspaceは、ス
ペーサ層を構成する各層の特性行列Ｍｉの積で表され
る。典型的には、特性行列Ｍspaceの第（１，２）項＝
０を満たすようにスペーサ層を構成する各層の膜厚、屈
折率を設定した場合、半導体多層膜ミラーとスペーサ層
で構成された共振器が共振する条件となる。また、特性
行列Ｍspaceの第（１，１）項＝０を満たすようにスペ
ーサ層を構成する各層の膜厚、屈折率を設定した場合、
半導体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器が
共振しない条件となる。
【００２１】スペーサ層をＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．
９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ（屈折率３．０）、Ａ
ｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の３層で構成する場合を
例にとり説明する（奇数層の場合、対称構造にできて作
り易い）。Ａｌを含有する半導体層、例えば、ＡｌＧａ
Ａｓを熱酸化する場合、Ａｌ組成比が小さいほど酸化速
度が早く、Ａｌ組成比が０．９以下の場合はほとんど酸
化しないという性質がある。上記したスペーサ層を酸化
すると、ＡｌＡｓ層のみがＡｌｘＯｙに変化し、屈折率
が３．０から１．６に低下する。一方、ＡｌＧａＡｓ
（Ａｌ組成０．９）は変化しない。
９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ（屈折率３．０）、Ａ
ｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の３層で構成する場合を
例にとり説明する（奇数層の場合、対称構造にできて作
り易い）。Ａｌを含有する半導体層、例えば、ＡｌＧａ
Ａｓを熱酸化する場合、Ａｌ組成比が小さいほど酸化速
度が早く、Ａｌ組成比が０．９以下の場合はほとんど酸
化しないという性質がある。上記したスペーサ層を酸化
すると、ＡｌＡｓ層のみがＡｌｘＯｙに変化し、屈折率
が３．０から１．６に低下する。一方、ＡｌＧａＡｓ
（Ａｌ組成０．９）は変化しない。
【００２２】第１のスペーサ層（酸化をしていない場
合）を有する一部の領域に面発光レーザを、第２のスペ
ーサ層（酸化をした場合）を有する他の領域に面型受光
素子を形成する場合は、スペーサ層の各層の厚さは、第
１のスペーサ層（酸化をしていない場合）の特性行列の
第（１，１）項＝０になり、第２のスペーサ層（酸化を
した場合）の特性行列の第（１，２）項＝０になるよう
に、各層の厚さを決定すればよい。
合）を有する一部の領域に面発光レーザを、第２のスペ
ーサ層（酸化をした場合）を有する他の領域に面型受光
素子を形成する場合は、スペーサ層の各層の厚さは、第
１のスペーサ層（酸化をしていない場合）の特性行列の
第（１，１）項＝０になり、第２のスペーサ層（酸化を
した場合）の特性行列の第（１，２）項＝０になるよう
に、各層の厚さを決定すればよい。
【００２３】スペーサ層をＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．
９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ（屈折率３．０）、Ａ
ｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の３層で構成する場合、
設定波長０．８３μｍに対しては、膜厚をそれぞれ、５
２８Å、９９５Å、５２８Åとすればよい。もちろん、
この構造（層数、膜厚、屈折率）に限定されるわけでは
なく、いろいろな構造が可能である。
９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ（屈折率３．０）、Ａ
ｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の３層で構成する場合、
設定波長０．８３μｍに対しては、膜厚をそれぞれ、５
２８Å、９９５Å、５２８Åとすればよい。もちろん、
この構造（層数、膜厚、屈折率）に限定されるわけでは
なく、いろいろな構造が可能である。
【００２４】このように設定したスペーサ層を挿入した
場合の共振型の面型受光素子の吸収効率の波長依存を図
３に示す。
場合の共振型の面型受光素子の吸収効率の波長依存を図
３に示す。
【００２５】スペーサ層の酸化を行わない場合（すなわ
ち面発光レーザと同一の層構成のままで受光素子として
用いた場合）は吸収効率はピークでも１０％以下で受光
帯域も狭いが、酸化を行った場合は、吸収効率が５０％
以上となり、波長帯域も６〜７ｎｍ程度と広くすること
ができる。また、図３に示すように半導体多層膜ミラー
におけるスペーサ層の挿入場所を変えることで前記半導
体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器の構成
が変わり、受光素子の波長スペクトルを変化させること
も可能である。スペーサ層が上記した条件を満たす場合
はスペーサ層の挿入場所を変えても面発光レーザの反射
率や共振スペクトルは変化しない。よって、スペーサ層
の挿入場所を変えることで、面発光レーザの性能（しき
い値電流、発振波長等）は変えずに、受光素子の性能
（受光感度、波長帯域等）を変えることができ、設計の
自由度が増す。
ち面発光レーザと同一の層構成のままで受光素子として
用いた場合）は吸収効率はピークでも１０％以下で受光
帯域も狭いが、酸化を行った場合は、吸収効率が５０％
以上となり、波長帯域も６〜７ｎｍ程度と広くすること
ができる。また、図３に示すように半導体多層膜ミラー
におけるスペーサ層の挿入場所を変えることで前記半導
体多層膜ミラーとスペーサ層で構成された共振器の構成
が変わり、受光素子の波長スペクトルを変化させること
も可能である。スペーサ層が上記した条件を満たす場合
はスペーサ層の挿入場所を変えても面発光レーザの反射
率や共振スペクトルは変化しない。よって、スペーサ層
の挿入場所を変えることで、面発光レーザの性能（しき
い値電流、発振波長等）は変えずに、受光素子の性能
（受光感度、波長帯域等）を変えることができ、設計の
自由度が増す。
【００２６】また、第１のスペーサ層（酸化をしていな
い場合）を有する一部の領域に面型受光素子を、第２の
スペーサ層（酸化をした場合）を有する他の領域に面発
光レーザを形成してもよい。この場合、第１のスペーサ
層（酸化をしていない場合）の特性行列の第（１，２）
項＝０になり、第２のスペーサ層（酸化をした場合）の
特性行列の第（１，１）項＝０になるように、スペーサ
層の各層の厚さを決定すればよい。スペーサ層をＡｌＧ
ａＡｓ（Ａｌ組成０．９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ
（屈折率３．０）、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の
３層で構成する場合、設定波長０．８３μｍに対して
は、膜厚をそれぞれ、１９０Å、９９５Å、１９０Åと
すればよい。
い場合）を有する一部の領域に面型受光素子を、第２の
スペーサ層（酸化をした場合）を有する他の領域に面発
光レーザを形成してもよい。この場合、第１のスペーサ
層（酸化をしていない場合）の特性行列の第（１，２）
項＝０になり、第２のスペーサ層（酸化をした場合）の
特性行列の第（１，１）項＝０になるように、スペーサ
層の各層の厚さを決定すればよい。スペーサ層をＡｌＧ
ａＡｓ（Ａｌ組成０．９、屈折率３．０７）、ＡｌＡｓ
（屈折率３．０）、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）の
３層で構成する場合、設定波長０．８３μｍに対して
は、膜厚をそれぞれ、１９０Å、９９５Å、１９０Åと
すればよい。
【００２７】加えて、所望の受光波長スペクトル（或い
は発光波長スペクトル）を得るために、半導体多層膜ミ
ラー中にスペーサ層を複数挿入することも容易に実現で
きる。また、活性層両側の半導体多層膜ミラーそれぞれ
にスペーサ層を挿入することも容易に実現できる。
は発光波長スペクトル）を得るために、半導体多層膜ミ
ラー中にスペーサ層を複数挿入することも容易に実現で
きる。また、活性層両側の半導体多層膜ミラーそれぞれ
にスペーサ層を挿入することも容易に実現できる。
【００２８】要するに、本発明の半導体光装置では、ス
ペーサ層酸化領域とスペーサ層非酸化領域（より広く
は、スペーサ層酸化態様の異なる領域）のスペーサ層の
特性行列から決まる受光波長スペクトルと発光波長スペ
クトルを所望のものとする様にスペーサ層を設計して、
歩留まり良く所望の組み合わせで面型発光素子及び面型
受光素子を集積化したものである。すなわち、本発明の
半導体光装置は、基板上に面型発光素子及び面型受光素
子を備える半導体光装置であって、該面型発光素子は活
性層、第１のスペーサ層及び半導体多層膜ミラーを備
え、該面型受光素子は該活性層、第２のスペーサ層及び
該半導体多層膜ミラーを備え、且つ該第１のスペーサ層
と該第２のスペーサ層の酸化の態様を変えて、該面型発
光素子と該面型受光素子の反射率を異ならせることを特
徴とする。また、本発明の半導体光装置の作製方法は、
基板上に面型発光素子及び面型受光素子を備える半導体
光装置の作製方法であって、該基板上に、活性層、スペ
ーサ層及び半導体多層膜ミラーを積層し、発光領域と受
光領域を残してスペーサ層が側面に露出するまで層を除
去し、発光領域のスペーサ層と受光領域のスペーサ層を
態様を変えて酸化して発光領域に第１のスペーサ層、受
光領域に第２のスペーサ層を形成し、これにより、発光
領域に、該活性層、該第１のスペーサ層及び該半導体多
層膜ミラーを備える面型発光素子を作製し、受光領域
に、該活性層、該第２のスペーサ層及び該半導体多層膜
ミラーを備える面型受光素子を作製することを特徴とす
る。
ペーサ層酸化領域とスペーサ層非酸化領域（より広く
は、スペーサ層酸化態様の異なる領域）のスペーサ層の
特性行列から決まる受光波長スペクトルと発光波長スペ
クトルを所望のものとする様にスペーサ層を設計して、
歩留まり良く所望の組み合わせで面型発光素子及び面型
受光素子を集積化したものである。すなわち、本発明の
半導体光装置は、基板上に面型発光素子及び面型受光素
子を備える半導体光装置であって、該面型発光素子は活
性層、第１のスペーサ層及び半導体多層膜ミラーを備
え、該面型受光素子は該活性層、第２のスペーサ層及び
該半導体多層膜ミラーを備え、且つ該第１のスペーサ層
と該第２のスペーサ層の酸化の態様を変えて、該面型発
光素子と該面型受光素子の反射率を異ならせることを特
徴とする。また、本発明の半導体光装置の作製方法は、
基板上に面型発光素子及び面型受光素子を備える半導体
光装置の作製方法であって、該基板上に、活性層、スペ
ーサ層及び半導体多層膜ミラーを積層し、発光領域と受
光領域を残してスペーサ層が側面に露出するまで層を除
去し、発光領域のスペーサ層と受光領域のスペーサ層を
態様を変えて酸化して発光領域に第１のスペーサ層、受
光領域に第２のスペーサ層を形成し、これにより、発光
領域に、該活性層、該第１のスペーサ層及び該半導体多
層膜ミラーを備える面型発光素子を作製し、受光領域
に、該活性層、該第２のスペーサ層及び該半導体多層膜
ミラーを備える面型受光素子を作製することを特徴とす
る。
【００２９】面型発光素子としては、面発光レーザの他
に面型ＬＥＤなどを用いることもできる。
に面型ＬＥＤなどを用いることもできる。
【００３０】本発明の発光受光装置などの半導体光装置
においては、次のような利点がある。 （１）低しきい値の面発光レーザのような面型発光素子
と受光波長帯域の広い面型受光素子を同一基板上に集積
できる。 （２）面型発光素子における適当な高反射率ミラーと、
面型受光素子における適当に反射率を落としたミラーと
を、半導体の一括成長で形成できるので、作製プロセス
が簡略化できる。 （３）発光素子、受光素子の位置は、成長後のウエハ上
に制約なく自由に配置できるので汎用性が高い。 （４）ミラー面のエッチングを用いていないので、成長
の段階で発光素子、受光素子の共振スペクトルが決定で
きる。その結果、各素子の特性を揃えることができ、歩
留まりが向上する。 （５）単数あるいは複数層で構成されるスペーサ層を半
導体ミラー中に複数挿入することで、発光素子の共振ス
ペクトルや、受光素子の共振スペクトルや受光感度をよ
り柔軟に設定することができる。
においては、次のような利点がある。 （１）低しきい値の面発光レーザのような面型発光素子
と受光波長帯域の広い面型受光素子を同一基板上に集積
できる。 （２）面型発光素子における適当な高反射率ミラーと、
面型受光素子における適当に反射率を落としたミラーと
を、半導体の一括成長で形成できるので、作製プロセス
が簡略化できる。 （３）発光素子、受光素子の位置は、成長後のウエハ上
に制約なく自由に配置できるので汎用性が高い。 （４）ミラー面のエッチングを用いていないので、成長
の段階で発光素子、受光素子の共振スペクトルが決定で
きる。その結果、各素子の特性を揃えることができ、歩
留まりが向上する。 （５）単数あるいは複数層で構成されるスペーサ層を半
導体ミラー中に複数挿入することで、発光素子の共振ス
ペクトルや、受光素子の共振スペクトルや受光感度をよ
り柔軟に設定することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を具
体的な実施例を図面を参照しつつ説明することで説明す
る。
体的な実施例を図面を参照しつつ説明することで説明す
る。
【００３２】（第１の実施例）図１、２を用いて本発明
による発光受光装置の第１の実施例を説明する。図１
は、本実施例による半導体発光受光装置の断面図であ
る。図２は作製工程を示す図である。本実施例において
は、面型発光素子として面発光レーザを用い、面型受光
素子として、共振型ＰＩＮフォトダイオードを用いてい
る。
による発光受光装置の第１の実施例を説明する。図１
は、本実施例による半導体発光受光装置の断面図であ
る。図２は作製工程を示す図である。本実施例において
は、面型発光素子として面発光レーザを用い、面型受光
素子として、共振型ＰＩＮフォトダイオードを用いてい
る。
【００３３】図２を用いて作製工程を説明する。ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１０１上に、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ
／ｎ−Ａｌ０． １Ｇａ０．９Ａｓ２２．５周期からなる
第１の半導体多層膜ミラー１０３、活性層（吸収層を兼
ねる）１０５、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａ
ｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ１７周期からなる第２の半導体
多層膜ミラー１０７、スペーサ層１０９、ｐ−Ａｌ
０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ
４．５周期からなる第３の半導体多層膜ミラー１１１を
順次積層する（図２（ａ））。活性層１０５は、波長８
３０ｎｍに利得ピークを有する３重量子井戸構造とし、
活性層全体の光学的厚さを、１波長となるように設計し
た。また、スペーサ層１０９は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ
０．１Ａｓ、ｐ−ＡｌＡｓ、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０ ．１
Ａｓの３層で構成し、膜厚をそれぞれ、５２８Å、９９
５Å、５２８Åとした。この膜厚は、半導体多層膜ミラ
ー1０７、1１１およびスペーサ層1０９で構成された共
振器が共振せず、かつ、このスペーサ層１０９を酸化し
た場合において、半導体多層膜ミラー１０７、１１１と
酸化したスペーサ層１１０で構成された共振器が共振す
る条件となるように設定されている。
ａＡｓ基板１０１上に、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ
／ｎ−Ａｌ０． １Ｇａ０．９Ａｓ２２．５周期からなる
第１の半導体多層膜ミラー１０３、活性層（吸収層を兼
ねる）１０５、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａ
ｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ１７周期からなる第２の半導体
多層膜ミラー１０７、スペーサ層１０９、ｐ−Ａｌ
０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ
４．５周期からなる第３の半導体多層膜ミラー１１１を
順次積層する（図２（ａ））。活性層１０５は、波長８
３０ｎｍに利得ピークを有する３重量子井戸構造とし、
活性層全体の光学的厚さを、１波長となるように設計し
た。また、スペーサ層１０９は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ
０．１Ａｓ、ｐ−ＡｌＡｓ、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０ ．１
Ａｓの３層で構成し、膜厚をそれぞれ、５２８Å、９９
５Å、５２８Åとした。この膜厚は、半導体多層膜ミラ
ー1０７、1１１およびスペーサ層1０９で構成された共
振器が共振せず、かつ、このスペーサ層１０９を酸化し
た場合において、半導体多層膜ミラー１０７、１１１と
酸化したスペーサ層１１０で構成された共振器が共振す
る条件となるように設定されている。
【００３４】次いで、発光領域（図中左側）、受光領域
（図中右側）を残して、活性層１０５が側面に露出する
まで半導体層をエッチングする（図２（ｂ））。発光領
域は、直径１５μｍの円柱状、受光領域は、直径５０μ
ｍの円柱状とした。
（図中右側）を残して、活性層１０５が側面に露出する
まで半導体層をエッチングする（図２（ｂ））。発光領
域は、直径１５μｍの円柱状、受光領域は、直径５０μ
ｍの円柱状とした。
【００３５】さらに、受光領域の一部を、スペーサ層１
０９が側面に露出するまでエッチングし、後述のｐ側電
極１１５用の階段構造を形成する（図２（ｃ））。上部
の円柱は直径３０μｍとした。
０９が側面に露出するまでエッチングし、後述のｐ側電
極１１５用の階段構造を形成する（図２（ｃ））。上部
の円柱は直径３０μｍとした。
【００３６】次に、受光領域側のみ、スペーサ層１０９
を酸化することで、スペーサ層１１０を形成する（図２
（ｄ））。図中示していないが、酸化プロセス中に発光
領域側の酸化が進まないように保護膜（ＳｉＮなどで形
成され、受光領域側のスペーサ層１０９の辺りを除いて
ウエハを覆うようにする）が形成されている。酸化の条
件は、水蒸気雰囲気中で３９０℃、３０分とした。
を酸化することで、スペーサ層１１０を形成する（図２
（ｄ））。図中示していないが、酸化プロセス中に発光
領域側の酸化が進まないように保護膜（ＳｉＮなどで形
成され、受光領域側のスペーサ層１０９の辺りを除いて
ウエハを覆うようにする）が形成されている。酸化の条
件は、水蒸気雰囲気中で３９０℃、３０分とした。
【００３７】最後に、発光領域側の活性層１０５にイオ
ン注入領域１１９を形成して電流狭窄構造を設け、所定
位置にｐ側電極１１３、１１５およびｎ側電極１１７
（これは発光領域と受光領域に対して共通である）を形
成する（図２（ｅ））。発光領域側の電極１１３には、
直径１０μｍの光取出し用の開口部が設けてある。
ン注入領域１１９を形成して電流狭窄構造を設け、所定
位置にｐ側電極１１３、１１５およびｎ側電極１１７
（これは発光領域と受光領域に対して共通である）を形
成する（図２（ｅ））。発光領域側の電極１１３には、
直径１０μｍの光取出し用の開口部が設けてある。
【００３８】本実施例による面発光レーザを動作させた
ところ、レーザのしきい値電流は３ｍＡであり、電流８
ｍＡにおいて、２ｍＷの光出力を得ることができた。発
振波長は８３２ｎｍであった。
ところ、レーザのしきい値電流は３ｍＡであり、電流８
ｍＡにおいて、２ｍＷの光出力を得ることができた。発
振波長は８３２ｎｍであった。
【００３９】また、フォトダイオードに、５Ｖの逆バイ
アス電圧を印加して、光を照射した場合、波長８２８ｎ
ｍから８３４ｎｍの６ｎｍの範囲において受光感度０．
４Ａ／Ｗを得ることができた（図３参照）。
アス電圧を印加して、光を照射した場合、波長８２８ｎ
ｍから８３４ｎｍの６ｎｍの範囲において受光感度０．
４Ａ／Ｗを得ることができた（図３参照）。
【００４０】本実施例においては、面発光レーザのｐ側
の多層膜ミラー（１０７、１０９、１１１）は高反射率
を保ったままで、酸化プロセスによって、フォトダイオ
ードのｐ側の多層膜ミラー（１０７、１１０、１１１）
の反射率を低下させている。そのため、低しきい値の面
発光レーザと受光波長帯域の広いフォトダイオードを、
同一基板上に、半導体の一括成長によって形成できたの
で、作製プロセスが簡単となり生産性の向上を図ること
ができた。さらに、面発光レーザ、フォトダイオードの
配置や数を、成長後のウエハ上に制約なく自由に設定で
きるので汎用性が高い。また、ミラー面のエッチングを
必要とせず、成長および酸化プロセスのみで発光素子、
受光素子の共振スペクトルが決定できるので、各素子の
特性を揃えることができ、歩留まりを向上させることが
可能となった。
の多層膜ミラー（１０７、１０９、１１１）は高反射率
を保ったままで、酸化プロセスによって、フォトダイオ
ードのｐ側の多層膜ミラー（１０７、１１０、１１１）
の反射率を低下させている。そのため、低しきい値の面
発光レーザと受光波長帯域の広いフォトダイオードを、
同一基板上に、半導体の一括成長によって形成できたの
で、作製プロセスが簡単となり生産性の向上を図ること
ができた。さらに、面発光レーザ、フォトダイオードの
配置や数を、成長後のウエハ上に制約なく自由に設定で
きるので汎用性が高い。また、ミラー面のエッチングを
必要とせず、成長および酸化プロセスのみで発光素子、
受光素子の共振スペクトルが決定できるので、各素子の
特性を揃えることができ、歩留まりを向上させることが
可能となった。
【００４１】（第２の実施例）図４、５を用いて本発明
による発光受光装置の第２の実施例を説明する。図４
は、本実施例による半導体発光受光装置の断面図であ
る。図５は作製工程を示す図である。
による発光受光装置の第２の実施例を説明する。図４
は、本実施例による半導体発光受光装置の断面図であ
る。図５は作製工程を示す図である。
【００４２】図５を用いて作製工程を説明する。ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板２０１上に、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ
／ｎ−Ａｌ０． １Ｇａ０．９Ａｓ２２．５周期からなる
第１の半導体多層膜ミラー２０３、活性層（吸収層を兼
ねる）２０５、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａ
ｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ１７周期からなる第２の半導体
多層膜ミラー２０７、スペーサ層２０９、ｐ−Ａｌ
０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ
４．５周期からなる第３の半導体多層膜ミラー２１１を
順次積層する（図４（ａ））。活性層２０５は、波長８
３０ｎｍに利得ピークを有する３重量子井戸構造とし、
活性層全体の光学的厚さを、１波長となるように設計し
た。また、スペーサ層２０９は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ
０．１Ａｓ、ｐ−ＡｌＡｓ、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０ ．１
Ａｓの３層で構成し、膜厚をそれぞれ、１９０Å、９９
５Å、１９０Åとした。この膜厚は、半導体多層膜ミラ
ー２０７、２１１およびスペーサ層２０９で構成された
共振器が共振し、かつ、このスペーサ層２０９を酸化し
た場合において、半導体多層膜ミラー２０７、２１１と
酸化したスペーサ層２１０で構成された共振器が共振し
ない条件となるように設定されている。
ａＡｓ基板２０１上に、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ
／ｎ−Ａｌ０． １Ｇａ０．９Ａｓ２２．５周期からなる
第１の半導体多層膜ミラー２０３、活性層（吸収層を兼
ねる）２０５、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａ
ｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ１７周期からなる第２の半導体
多層膜ミラー２０７、スペーサ層２０９、ｐ−Ａｌ
０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ
４．５周期からなる第３の半導体多層膜ミラー２１１を
順次積層する（図４（ａ））。活性層２０５は、波長８
３０ｎｍに利得ピークを有する３重量子井戸構造とし、
活性層全体の光学的厚さを、１波長となるように設計し
た。また、スペーサ層２０９は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ
０．１Ａｓ、ｐ−ＡｌＡｓ、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０ ．１
Ａｓの３層で構成し、膜厚をそれぞれ、１９０Å、９９
５Å、１９０Åとした。この膜厚は、半導体多層膜ミラ
ー２０７、２１１およびスペーサ層２０９で構成された
共振器が共振し、かつ、このスペーサ層２０９を酸化し
た場合において、半導体多層膜ミラー２０７、２１１と
酸化したスペーサ層２１０で構成された共振器が共振し
ない条件となるように設定されている。
【００４３】次いで、発光領域（図中左側）、受光領域
（図中右側）を残して、活性層２０５が側面に露出する
まで半導体層をエッチングする（図４（ｂ））。発光領
域は、直径２０μｍの円柱状、受光領域は、直径５０μ
ｍの円柱状とした。
（図中右側）を残して、活性層２０５が側面に露出する
まで半導体層をエッチングする（図４（ｂ））。発光領
域は、直径２０μｍの円柱状、受光領域は、直径５０μ
ｍの円柱状とした。
【００４４】さらに、発光領域の一部を、スペーサ層２
０９が側面に露出するまでエッチングし、後述のｐ電極
２１３用の階段構造を形成する（図４（ｃ））。上部の
円柱は直径１０μｍとした。
０９が側面に露出するまでエッチングし、後述のｐ電極
２１３用の階段構造を形成する（図４（ｃ））。上部の
円柱は直径１０μｍとした。
【００４５】次に、発光領域のスペーサ層２０９を酸化
することで、スペーサ層２１０を形成する（図４
（ｄ））。同時に受光領域側のスペーサ層２０９の側面
も酸化されるが、円柱の直径が異なり受光領域側の方が
径が大きいため、発光領域のスペーサ層全体を酸化して
も受光領域側の中央部まで酸化が進むことはない。酸化
の条件は、水蒸気雰囲気中で３９０℃、１０分とした。
することで、スペーサ層２１０を形成する（図４
（ｄ））。同時に受光領域側のスペーサ層２０９の側面
も酸化されるが、円柱の直径が異なり受光領域側の方が
径が大きいため、発光領域のスペーサ層全体を酸化して
も受光領域側の中央部まで酸化が進むことはない。酸化
の条件は、水蒸気雰囲気中で３９０℃、１０分とした。
【００４６】最後に、発光領域側の活性層２０５にイオ
ン注入領域２１９を形成して電流狭窄構造を設け、所定
位置にｐ側電極２１３、２１５およびｎ側電極２１７を
形成した（図４（ｅ））。電極２１５には、直径４０μ
ｍの光取込み用の開口部が設けてある。
ン注入領域２１９を形成して電流狭窄構造を設け、所定
位置にｐ側電極２１３、２１５およびｎ側電極２１７を
形成した（図４（ｅ））。電極２１５には、直径４０μ
ｍの光取込み用の開口部が設けてある。
【００４７】本実施例による面発光レーザを動作させた
ところ、レーザのしきい値電流は２ｍＡであり、電流８
ｍＡにおいて、２ｍＷの光出力を得ることができた。発
振波長は８３２ｎｍであった。
ところ、レーザのしきい値電流は２ｍＡであり、電流８
ｍＡにおいて、２ｍＷの光出力を得ることができた。発
振波長は８３２ｎｍであった。
【００４８】また、フォトダイオードに、５Ｖの逆バイ
アス電圧を印加して、光を照射した場合、波長８２８ｎ
ｍから８３４ｎｍの６ｎｍの範囲において受光感度０．
４Ａ／Ｗを得ることができた。
アス電圧を印加して、光を照射した場合、波長８２８ｎ
ｍから８３４ｎｍの６ｎｍの範囲において受光感度０．
４Ａ／Ｗを得ることができた。
【００４９】本実施例においては、第１の実施例と異な
り、酸化プロセスを施すことによって、面発光レーザの
ｐ側の多層膜ミラー（２０７、２１０、２１１）の反射
率を向上させる方法を用いた。第１の実施例と比べ、面
発光レーザの円柱よりもフォトダイオードの円柱の直径
を大きくしているため、酸化プロセスの際に受光領域側
に特別な保護膜を形成しなくてもよいという利点があ
る。
り、酸化プロセスを施すことによって、面発光レーザの
ｐ側の多層膜ミラー（２０７、２１０、２１１）の反射
率を向上させる方法を用いた。第１の実施例と比べ、面
発光レーザの円柱よりもフォトダイオードの円柱の直径
を大きくしているため、酸化プロセスの際に受光領域側
に特別な保護膜を形成しなくてもよいという利点があ
る。
【００５０】（第３の実施例）図６を用いて本発明によ
る発光受光装置の第３の実施例を説明する。図６は、本
実施例による半導体発光受光装置の断面図である。
る発光受光装置の第３の実施例を説明する。図６は、本
実施例による半導体発光受光装置の断面図である。
【００５１】本実施例は、基板側にスペーサ層を設け
て、基板側より光の入射、出射を行うタイプである。Ｇ
ａＡｓ基板の吸収の小さい波長を用いるため、設定波長
を９８０ｎｍとする。
て、基板側より光の入射、出射を行うタイプである。Ｇ
ａＡｓ基板の吸収の小さい波長を用いるため、設定波長
を９８０ｎｍとする。
【００５２】図６において、３０１はｎ−ＧａＡｓ基
板、３０３はｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０． １Ａｓ／ｎ−Ａｌ
０．１Ｇａ０．９Ａｓ４．５周期からなる第１の半導体
多層膜ミラー、３０５はスペーサ層、３０６はスペーサ
層３０５を酸化することで形成したスペーサ層、３０７
はｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ
０．１Ａｓ１７周期からなる第２の半導体多層膜ミラ
ー、３０９は活性層（吸収層を兼ねる）、３１１はｐ−
Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０ ．９
Ａｓ２２周期からなる第３の半導体多層膜ミラー、３１
３、３１５はｐ側電極、３１７、３１９はｎ側電極、３
２１はイオン注入領域、３２３は反射防止膜である。
板、３０３はｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０． １Ａｓ／ｎ−Ａｌ
０．１Ｇａ０．９Ａｓ４．５周期からなる第１の半導体
多層膜ミラー、３０５はスペーサ層、３０６はスペーサ
層３０５を酸化することで形成したスペーサ層、３０７
はｎ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓ／ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ
０．１Ａｓ１７周期からなる第２の半導体多層膜ミラ
ー、３０９は活性層（吸収層を兼ねる）、３１１はｐ−
Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０ ．９
Ａｓ２２周期からなる第３の半導体多層膜ミラー、３１
３、３１５はｐ側電極、３１７、３１９はｎ側電極、３
２１はイオン注入領域、３２３は反射防止膜である。
【００５３】活性層３０９は、波長９８０ｎｍに利得ピ
ークを有する３重量子井戸構造とし、活性層全体の光学
的厚さを１波長となるように設計した。また、スペーサ
層３０５は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、ｎ−Ａｌ
Ａｓ、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０ ．１Ａｓの３層で構成し、
膜厚を６２３Å、１１７５Å、６２３Åとした。これ
は、半導体多層膜ミラー３０３、３０７およびスペーサ
層３０５で構成された共振器が共振せず、かつ、このス
ペーサ層３０５を酸化した場合において、半導体多層膜
ミラー３０３、３０７と酸化したスペーサ層３０６で構
成された共振器が共振する条件となるように設定されて
いる。本実施例の作製は、上記実施例の作製方法に準じ
て行えばよい。
ークを有する３重量子井戸構造とし、活性層全体の光学
的厚さを１波長となるように設計した。また、スペーサ
層３０５は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ、ｎ−Ａｌ
Ａｓ、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０ ．１Ａｓの３層で構成し、
膜厚を６２３Å、１１７５Å、６２３Åとした。これ
は、半導体多層膜ミラー３０３、３０７およびスペーサ
層３０５で構成された共振器が共振せず、かつ、このス
ペーサ層３０５を酸化した場合において、半導体多層膜
ミラー３０３、３０７と酸化したスペーサ層３０６で構
成された共振器が共振する条件となるように設定されて
いる。本実施例の作製は、上記実施例の作製方法に準じ
て行えばよい。
【００５４】動作原理は第１の実施例とほぼ同様であ
る。本実施例による面発光レーザを動作させたところ、
レーザのしきい値電流は２．５ｍＡであり、電流８ｍＡ
において、２ｍＷの光出力を得ることができた。発振波
長は９８２ｎｍであった。
る。本実施例による面発光レーザを動作させたところ、
レーザのしきい値電流は２．５ｍＡであり、電流８ｍＡ
において、２ｍＷの光出力を得ることができた。発振波
長は９８２ｎｍであった。
【００５５】また、フォトダイオードに５Ｖの逆バイア
ス電圧を印加して、光を照射した場合、波長９７８ｎｍ
から９８５ｎｍの７ｎｍの範囲において受光感度０．４
Ａ／Ｗを得ることができた。
ス電圧を印加して、光を照射した場合、波長９７８ｎｍ
から９８５ｎｍの７ｎｍの範囲において受光感度０．４
Ａ／Ｗを得ることができた。
【００５６】本実施例においては、酸化により形成した
スペーサ層３０６が絶縁層として機能するので、面発光
レーザとフォトダイオードを電気的に分離することが可
能となり、各素子をより安定に動作させることが可能と
なる。
スペーサ層３０６が絶縁層として機能するので、面発光
レーザとフォトダイオードを電気的に分離することが可
能となり、各素子をより安定に動作させることが可能と
なる。
【００５７】本実施例により、基板側より光の入射、出
射を行うタイプの発光受光装置においても本発明が有効
であることが示された。なお、本実施例において、波長
９８０ｎｍを設定波長としたが、波長８３０ｎｍなどで
あってもよい。この場合、基板として、吸収の小さいＡ
ｌＧａＡｓ基板を用いたり、ＧａＡｓ基板を用いるとき
は、基板の所定領域をエッチングして除去しておけばよ
い。
射を行うタイプの発光受光装置においても本発明が有効
であることが示された。なお、本実施例において、波長
９８０ｎｍを設定波長としたが、波長８３０ｎｍなどで
あってもよい。この場合、基板として、吸収の小さいＡ
ｌＧａＡｓ基板を用いたり、ＧａＡｓ基板を用いるとき
は、基板の所定領域をエッチングして除去しておけばよ
い。
【００５８】上記した複数の実施例において、スペーサ
層を、活性層の両側の半導体多層膜ミラーに挿入して、
活性層の両側ともミラーの反射率を変えてもよい。
層を、活性層の両側の半導体多層膜ミラーに挿入して、
活性層の両側ともミラーの反射率を変えてもよい。
【００５９】また、共振器の波長スペクトルを所望の形
状にするために、半導体多層膜ミラーに複数のスペーサ
層を挿入してもよい。
状にするために、半導体多層膜ミラーに複数のスペーサ
層を挿入してもよい。
【００６０】また、電流狭窄構造を設ける方法として
は、Ａｌを含んだ半導体層を活性層近傍に配置し、それ
を選択酸化することで形成してもよい。
は、Ａｌを含んだ半導体層を活性層近傍に配置し、それ
を選択酸化することで形成してもよい。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
面発光レーザのような面型発光素子と広い波長帯域を有
する面型受光素子を所望の組み合わせで集積化した半導
体発光受光装置などの半導体光装置を、作製が簡単で歩
留まり良く実現することができる。
面発光レーザのような面型発光素子と広い波長帯域を有
する面型受光素子を所望の組み合わせで集積化した半導
体発光受光装置などの半導体光装置を、作製が簡単で歩
留まり良く実現することができる。
【図１】本発明による半導体光装置の第１の実施例を示
す断面図。
す断面図。
【図２】第１の実施例の作製工程を説明する断面図。
【図３】面型受光素子の吸収率の波長依存を示すグラフ
図。
図。
【図４】本発明による半導体光装置の第２の実施例を示
す断面図。
す断面図。
【図５】第２の実施例の作製工程を説明する断面図。
【図６】本発明による半導体光装置の第３の実施例を示
す断面図。
す断面図。
【図７】従来例を示す断面図。
【図８】別の従来例を示す断面図。
１０１、２０１、３０１ 基板 １０３、１０７、１１１、２０３、２０７、２１１、３
０３、３０７、３１１多層膜ミラー １０５、２０５、３０９ 活性層（吸収層） １０９、１１０、２０９、２１０、３０５、３０６
スペーサ層 １１３、１１５、１１７、２１３、２１５、２１７、３
１３、３１５、３１７、３１９ 電極 １１９、２１９、３２１ イオン注入領域 ３２３ 反射防止膜
０３、３０７、３１１多層膜ミラー １０５、２０５、３０９ 活性層（吸収層） １０９、１１０、２０９、２１０、３０５、３０６
スペーサ層 １１３、１１５、１１７、２１３、２１５、２１７、３
１３、３１５、３１７、３１９ 電極 １１９、２１９、３２１ イオン注入領域 ３２３ 反射防止膜
Claims (14)
- 【請求項１】基板上に面型発光素子及び面型受光素子を
備える半導体光装置であって、該面型発光素子は活性
層、第１のスペーサ層及び半導体多層膜ミラーを備え、
該面型受光素子は該活性層、第２のスペーサ層及び該半
導体多層膜ミラーを備え、且つ該第１のスペーサ層と該
第２のスペーサ層の酸化の態様を変えて、該面型発光素
子と該面型受光素子の反射率を異ならせることを特徴と
する半導体光装置。 - 【請求項２】基板上に光吸収層を兼ねられる活性層を挟
んで２つの半導体多層膜ミラーが積層されており、２つ
の半導体多層膜ミラーのうちの少なくとも一方の途中に
Ａｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少
なくとも１つのスペーサ層が挿入され、基板面内の一部
の領域と他の領域において、該少なくとも１つのスペー
サ層の非酸化を含む酸化の態様が異なっており、このこ
とで、反射率の波長依存が異なる２つの領域が形成され
ており、その領域の一方に共振器構造の面型発光素子ま
たは面型受光素子、他方の領域に共振器構造の面型受光
素子または面型発光素子が形成されていることを特徴と
する半導体光装置。 - 【請求項３】基板上に、第１の半導体多層膜ミラー、光
吸収層を兼ねられる活性層、第２の半導体多層膜ミラー
がこの順もしくはこの逆順に積層されており、基板面内
の一部の領域において、第２の半導体多層膜ミラーの途
中にＡｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成され
た少なくとも１つの第１のスペーサ層が挿入され、か
つ、基板面内の他の領域において、第１のスペーサ層を
酸化することにより形成された第２のスペーサ層が挿入
されていることで、反射率の波長依存が異なる２つの領
域が形成されており、その領域の一方に共振器構造の面
型発光素子、他方の領域に共振器構造の面型受光素子が
形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導
体光装置。 - 【請求項４】前記第１のスペーサ層を有する一部の領域
に面型発光素子、前記第２のスペーサ層を有する他の領
域に面型受光素子が形成されていることを特徴とする請
求項３に記載の半導体光装置。 - 【請求項５】前記第１のスペーサ層を有する一部の領域
において、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と
第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振し
ない条件、すなわち、反射率が最大、になるように、ス
ペーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組
成が設定されていることを特徴とする請求項４に記載の
半導体光装置。 - 【請求項６】前記第２のスペーサ層を有する他の領域に
おいて、設定波長の光に対して、第２のスペーサ層と第
２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振する
条件、すなわち、透過率が最大、になるように、スペー
サ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成が
設定されていることを特徴とする請求項４または５に記
載の半導体光装置。 - 【請求項７】前記第１のスペーサ層を有する一部の領域
に面型受光素子、前記第２のスペーサ層を有する他の領
域に面型発光素子が形成されていることを特徴とする請
求項３に記載の半導体光装置。 - 【請求項８】前記第２のスペーサ層を有する他の領域に
おいて、設定波長の光に対して、第２のスペーサ層と第
２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振しな
い条件、すなわち、反射率が最大、になるように、スペ
ーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成
が設定されていることを特徴とする請求項７に記載の半
導体光装置。 - 【請求項９】前記第１のスペーサ層を有する一部の領域
において、設定波長の光に対して、第１のスペーサ層と
第２の半導体多層膜ミラーで構成された共振器が共振す
る条件、すなわち、透過率が最大、になるように、スペ
ーサ層を構成している複数の半導体層の膜厚および組成
が設定されていることを特徴とする請求項７または８に
記載の半導体光装置。 - 【請求項１０】第１の半導体多層膜ミラーの途中に、Ａ
ｌを含んだ単数或いは複数の半導体層で構成された少な
くとも１つの第３のスペーサ層、および、第３のスペー
サ層を酸化することにより形成された第４のスペーサ層
が、第１のスペーサ層、第２のスペーサ層が挿入された
領域に夫々挿入されていることを特徴とする請求項３か
ら９のいずれかに記載の半導体光装置。 - 【請求項１１】基板面内の一部の領域もしくは他の領域
のどちらか一方において、基板側の半導体多層膜ミラー
が、酸化されて形成され絶縁層として働くスペーサ層を
含んでいることを特徴とする請求項２から１０のいずれ
かに記載の半導体光装置。 - 【請求項１２】前記面型発光素子が面発光レーザである
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の
半導体光装置。 - 【請求項１３】前記面型発光素子がＰＩＮ型フォトダイ
オードであることを特徴とする請求項１から１２のいず
れかに記載の半導体光装置。 - 【請求項１４】基板上に面型発光素子及び面型受光素子
を備える半導体光装置の作製方法であって、該基板上
に、活性層、スペーサ層及び半導体多層膜ミラーを積層
し、発光領域と受光領域を残してスペーサ層が側面に露
出するまで積層した層を除去し、発光領域のスペーサ層
と受光領域のスペーサ層を態様を変えて酸化して発光領
域に第１のスペーサ層、受光領域に第２のスペーサ層を
形成し、これにより、発光領域に、該活性層、該第１の
スペーサ層及び該半導体多層膜ミラーを備える面型発光
素子を作製し、受光領域に、該活性層、該第２のスペー
サ層及び該半導体多層膜ミラーを備える面型受光素子を
作製することを特徴とする半導体光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001008877A JP3652252B2 (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 半導体光装置 |
| US10/046,319 US6667496B2 (en) | 2001-01-17 | 2002-01-16 | Optical semiconductor apparatus, and its fabrication method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001008877A JP3652252B2 (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 半導体光装置 |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2002217481A true JP2002217481A (ja) | 2002-08-02 |
| JP3652252B2 JP3652252B2 (ja) | 2005-05-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| US (1) | US6667496B2 (ja) |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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