JP4894256B2 - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光光を検出するための光検出素子を有する半導体発光装置に係り、特に、光検出精度が高度に要求される用途で好適に適用可能な半導体発光装置に関する。

従来より、光ファイバや、光ディスクなどの用途の半導体発光装置には、これに組み込まれた半導体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、半導体発光素子の発光光を検出する光検出機構が設けられている。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半導体光検出器とにより構成することも可能である。ところが、このような構成では、部品点数が多くなるだけでなく、反射板や、半導体光検出器を半導体発光素子に対して高精度に配置しなければならない。そこで、そのような問題を解決する方策の１つとして、半導体発光素子と半導体光検出器とを一体に形成して構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に際して、半導体発光素子と半導体光検出器との電極を共通化すると、寄生容量が大きくなってしまい、例えば光ファイバ通信のような高速動作の要求される用途には適さない。

そのため、そのような用途では、半導体発光素子と半導体光検出器との電極を別個独立に設けることが必要となり、例えば特許文献１に記載の構成とすることが好ましい。すなわち、図５に示したように、特許文献１に記載の半導体発光装置は、ｎ型半導体層１１０、光吸収層１１１、およびｐ型半導体層１１２を有する半導体光検出器１００と、ｎ型ＤＢＲ層１２１、ｎ型クラッド層１２２、発光領域１２３Ａを含む活性層１２３、ｐ型クラッド層１２４、電流狭窄層１２５、ｐ型ＤＢＲ層１２６およびｐ型コンタクト層１２７を有する面発光型半導体レーザ２００とをこの順に積層して構成される。このとき、面発光型半導体レーザ２００用の電極１２８，１２９は、ｐ型コンタクト層１２７からｎ型ＤＢＲ層１２１の一部まで選択的にエッチングすることにより形成されたｎ型ＤＢＲ層１２１の露出部分と、ｐ型コンタクト層１２７のうち発光領域１２３Ａと対応する領域以外の領域とに形成される。他方、半導体光検出器１００用の電極１１３，１１４は、ｎ型ＤＢＲ層１２１を選択的にエッチングすることにより形成されたｐ型半導体層１１２の露出部分と、ｎ型半導体層１１０の裏面とに形成される。

この半導体発光装置では、電極１２８，１２９から面発光型半導体レーザ２００に電圧が印加されると、発光領域１２３Ａにおいて生じた発光光により誘導放出が繰り返される結果、レーザ発振が生じ、所定の波長の光がビームとして開口部Ｗ１００から射出される。このとき、面発光型半導体レーザ２００内の光の一部が半導体光検出器１００側に漏れ出るので、半導体光検出器１００側に漏れ出た光の一部は光吸収層１１１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）に変換されたのち、電極１１３，１１４を介して光出力モニタ信号として光出力演算回路（図示せず）に出力される。

特表平９−５０７３３９

このように、半導体光検出器１００は、光を光吸収層１１１において検出するようになっているが、半導体光検出器１００側に漏れ出てきた光はｐ型半導体層１１２を通過しないと光吸収層１１１に到達しない構造となっている。ところが、このｐ型半導体層１１２は、光吸収層１１１内で発生したキャリアをｎ型半導体層１１０との相互作用によって移動させるために高濃度の不純物がドープされたものであり、半導体光検出器１００側に漏れ出てきた光に損失を与える性質を有する。そのため、ｐ型半導体層１１２の光の透過性を良くするためにはｐ型半導体層１１２をできるだけ薄くすることが好ましい。一方で、このｐ型半導体層１１２は、光吸収層１１１から移動してきたキャリアを電流として取り出すために電極１１３との接触面（露出面）を確保することが必要である。この接触面は、例えば、上記したように、ｎ型ＤＢＲ層１２１を選択的にエッチングすることに形成することができる。このとき、光の透過性を良くするためにｐ型半導体層１１２を薄く形成していた場合は、ｐ型半導体層１１２の厚さがエッチング深さに比べて極めて薄いので、エッチングをし過ぎてｐ型半導体層１１２を全て削ってしまったり、ｐ型半導体層１１２に達する前にエッチングを止めてしまう虞がある。特に、上記したように、２段階に分けてエッチングを行うような場合は、最初の段階で生じたエッチング深さの誤差が次の段階におけるエッチング深さの誤差に重畳されることとなるので、エッチングの制御が極めて困難となり、歩留りが低下する虞がある。そのため、エッチングにより電極１１３との接触面を形成する場合は、エッチングによる誤差を考慮してｐ型半導体層１１２を厚くすることが必要となり、光吸収層への光の入射量をある程度犠牲にせざるを得ず、その結果、光吸収層での光吸収量、ひいては半導体光検出器から出力される電気信号の信号レベルが小さくなってしまうという問題があった。このように、従来は、エッチングの制御性と光吸収層への光の入射量とはトレードオフの関係にあり、これらを両立させることは容易ではなかった。

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、エッチングの制御性と光吸収層への光の入射量とを両立させることの可能な半導体発光装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体発光装置は、第１導電型の第１半導体層および光吸収層をこの順に積層してなる半導体光検出器を備えており、さらに、半導体光検出器上に一体的に形成され、発光領域を含む半導体積層構造を有する半導体発光素子を備えている。光吸収層は、半導体積層構造に接すると共に、半導体積層構造側の表面に第２導電型の第２半導体層を有する。半導体積層構造は、第１導電型または第２導電型の第３半導体層と、発光領域を含む活性層と、第３半導体層とは異なる導電型の第４半導体層とを光吸収層側からこの順に積層して構成されている。第３半導体層は、第４半導体層側に露出面を有している。半導体発光素子は、第３半導体層の露出面に第１電極を有しており、半導体光検出器は、第２半導体層上に第２電極を有している。

本発明の半導体発光装置では、発光領域において生じた発光光により半導体積層構造内で誘導放出が繰り返される結果、所定の波長で発振が生じ、その光が積層方向に射出される。このとき、積層方向に射出された光の一部が半導体光検出器側に出力されるので、その一部が半導体光検出器の光吸収層に吸収され、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。これにより、この電気信号を利用して、外部に射出される光の出力レベルを計測することを可能にする。

ここで、第２半導体層は、光吸収層の半導体積層構造側に設けられていることから、半導体発光素子から半導体光検出器側に射出される光が通過する領域とは異なる部分に設けられたものである。従って、半導体光検出器側に射出された光が第１半導体層に直接入射することはないので、第２半導体層が半導体発光素子から半導体光検出器側に射出される光に対して損失を与える虞はない。

本発明の半導体発光装置の製造方法は、以下の（Ａ）から（Ｆ）の工程を含むものである。
（Ａ）第１導電型の第１半導体層、光吸収層、第１導電型または第２導電型の第３半導体層、発光領域を含む活性層、および第３半導体層とは異なる導電型の第４半導体層を結晶成長によりこの順に形成する工程
（Ｂ）第４半導体層から第３半導体層の一部までエッチングにより選択的に除去することにより、第３半導体層、活性層および第４半導体層をメサ形状に成型すると共に第３半導体層の一部を露出させる工程
（Ｃ）第３半導体層から光吸収層の一部までエッチングにより選択的に除去することにより、光吸収層の一部を露出させる工程
（Ｄ）光吸収層において露出した部分に、熱拡散またはイオンインプランテーションにより第２導電型の第２半導体層を形成する工程
（Ｅ）第３半導体層において露出した部分に第１電極を形成する工程
（Ｆ）第２半導体層上に第２電極を形成する工程

本発明の半導体発光装置の製造方法では、光吸収層において露出した部分に、熱拡散またはイオンインプランテーションにより第２半導体層が形成されるので、エッチングにより第１半導体層を露出させる必要がない。また、第２半導体層は、光吸収層の半導体積層構造側に設けられていることから、メサ形状に成型された第３半導体層、活性層および第４半導体層を含んで構成される半導体発光素子から半導体光検出器側に射出される光が通過する領域とは異なる部分に設けられたものである。従って、半導体光検出器側に射出された光が第１半導体層に直接入射することはないので、第２半導体層が半導体発光素子から半導体光検出器側に射出される光に対して損失を与える虞はない。

本発明の半導体発光装置によれば、第２半導体層を、半導体光検出器側に出力された光が直接入射しない部位に設けるようにしたので、光損失を低減するために第２半導体層の厚さを薄くする必要がない。これにより、厚さの薄い層をエッチングにより露出させる工程がなくなるので、エッチングの制御性が容易となる。また、半導体光検出器側に出力された光が光吸収層に到達するまでに通過する領域には第２半導体層が存在しない。これにより、半導体光検出器側に出力された光を、ほとんど損失の無い状態で光吸収層に入射させることができるので、光吸収層への光の入射量が大きくなる。その結果、光吸収層での光吸収量、ひいては半導体光検出器から出力される電気信号の信号レベルを大きくすることも可能となる。このように、エッチングの制御性と光吸収層への光の入射量とを両立させることができる。

本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、エッチングの代わりに、熱拡散またはイオンインプランテーションにより第２半導体層を設けるようにしたので、エッチングにより第２半導体層を設ける必要がない。これにより、厚さの薄い層をエッチングにより露出させる工程がなくなるので、エッチングの制御性が容易となる。また、第２半導体層を、半導体光検出器側に出力された光が直接入射しない部位に設けるようにしたので、半導体光検出器側に出力された光が光吸収層に到達するまでに通過する領域には第２半導体層が存在しない。これにより、半導体光検出器側に出力された光を、ほとんど損失の無い状態で光吸収層に入射させることができるので、光吸収層への光の入射量が大きくなる。その結果、光吸収層での光吸収量、ひいては半導体光検出器から出力される電気信号の信号レベルを大きくすることも可能となる。このように、エッチングの制御性と光吸収層への光の入射量とを両立させることができる。

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。なお、図１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、半導体光検出器１上に、面発光型半導体レーザ２を配置すると共に、これら半導体光検出器１および面発光型半導体レーザ２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２の発光光を開口部Ｗ（後述）から外部に射出すると共に、開口部Ｗから射出された光の出力レベルに応じた電気信号を半導体光検出器１から出力するようになっている。すなわち、この半導体発光装置は、上記電気信号を利用することにより面発光型半導体レーザ２の出力レベルを制御することを可能とするものである。

（半導体光検出器１）
半導体光検出器１は、ｎ型半導体層１０上に、光吸収層１１と、ｐ型半導体層１２と、ｐ側電極１３とを有すると共に、ｎ型半導体層１０の裏面側に、ｎ側電極１４を有するものである。なお、ｎ型半導体層１０は本発明の「第１導電型の第１半導体層」、ｐ型半導体層１２は本発明の「第２導電型の第２半導体層」のそれぞれ一例に相当する。

ｎ型半導体層１０、光吸収層１１およびｐ型半導体層１２は、例えばＧａＡｓ系の化合物半導体によりそれぞれ構成される。なお、ＧａＡｓ系化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうち少なくともガリウム（Ｇａ）と、短周期型周期表における５Ｂ族元素のうち少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む化合物半導体のことをいう。

ｎ型半導体層１０は、例えば、ｎ型Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）単層構造や、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を１組としてそれを複数組分積層して構成された多層構造により構成される。ここで、低屈折率層は、例えば厚さがλ／４ｎ₁ （λは発振波長、ｎ₁ は屈折率）のｎ型Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ／４ｎ₂ （ｎ₂ は屈折率）のｎ型Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜ｘ２）によりそれぞれ形成されている。なお、ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはスズ（Ｓｎ）などが挙げられる。ｎ型半導体層１０が、上記したような多層構造で構成されている場合は、ｎ型ＤＢＲ層２１（後述）と同様、面発光型半導体レーザ２の共振器の一部として機能するようになる。

このｎ型半導体層１０は、光吸収層１１内で発生したキャリアをｐ型半導体層１２との相互作用によって移動させるために、かつ、ｎ側電極１４とオーミック接触させるために、高濃度の不純物がドープされたものである。

光吸収層１１は、例えば、アンドープのＧａＡｓにより構成され、面発光型半導体レーザ２から半導体光検出器１側に射出されてきた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ようになっている。この電気信号は、ｐ側電極１３およびｎ側電極１４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開口部Ｗから射出されるレーザ光の出力レベルを計測するために用いられる。なお、光吸収層１１は、不純物が含まれていないことが望ましいが、ｐ型またはｎ型不純物が含まれていてもよい。

また、この光吸収層１１には、ｐ型半導体層１２を形成するための露出面１１Ａ（第１露出面）が、面発光型半導体レーザ１と接していない部分、より具体的には、面発光型半導体レーザ２から半導体光検出器１側に射出される光が通過する領域以外の部分に形成されている。この露出面１１Ａは、例えば、後述するように、ｎ型半導体層１０上に光吸収層１１からｐ型コンタクト層２８まで成長させたのち、ｐ型コンタクト層２８から光吸収層１１の一部まで２段階に分けてエッチングすることにより形成されたものである。このようにして露出面１１Ａを形成した場合は、図１に示したように、露出面１１Ａは光吸収層１１と面発光型半導体レーザ２とが接している面よりも低い面上に設けられることとなるが、特にその部位に限定されるものではなく、例えば、光吸収層１１と面発光型半導体レーザ２とが接している面と同一面上に形成されていてもよい。

ｐ型半導体層１２は、例えば、熱拡散またはイオンインプランテーションにより、露出面１１Ａにｐ型不純物をドープすることにより形成されたものである。ｐ型半導体層１２におけるｐ型不純物の濃度は、例えば、１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3以上、５ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3以下程度である。なお、ｐ型不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、カーボン（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）またはカドミウム（Ｃｄ）などが挙げられる。

このｐ型半導体層１２は、光吸収層１１内で発生したキャリアをｎ型半導体層１０との相互作用によって移動させるために、かつ、ｐ側電極１３とオーミック接触させるために高濃度の不純物がドープされたものである。このように、ｐ型半導体層１２は高濃度の不純物を含有することから、通過する光に対して損失を与える性質を有する。しかし、このｐ型半導体層１２は、光吸収層１１の露出面１１Ａに形成されていることから、露出面１１Ａと同様、面発光型半導体レーザ２と共に光吸収層１１の共通の面側に設けられたものであり、面発光型半導体レーザ２から半導体光検出器１側に射出される光が通過する領域以外の部分に配置されている。これにより、半導体光検出器１側に射出された光がｐ型半導体層１２に直接入射することはないので、ｐ型半導体層１２が面発光型半導体レーザ２から半導体光検出器１側に射出される光に対して損失を与える虞はない。

ｐ側電極１３は、例えば、チタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層をこの順に積層して構成されたものであり、ｐ型半導体層１２上に形成されると共にｐ型半導体層１２と電気的に接続されている。ｎ側電極１４は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層，ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層とをｎ型半導体層１０の裏面にこの順に積層した構造を有しており、ｎ型半導体層１０と電気的に接続されている。

（面発光型半導体レーザ２）
面発光型半導体レーザ２は、半導体光検出器１（具体的には光吸収層１１）上に、半導体積層構造２０を備える。この半導体積層構造２０は、ｎ型ＤＢＲ層２１、ｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型クラッド層２４、電流狭窄層２５、ｐ型ＤＢＲ層２６、ｐ型コンタクト層２７を光吸収層１１側からこの順に積層して構成され、ｐ型コンタクト層２７側からｎ型ＤＢＲ層２１の一部まで選択的にエッチングすることによりメサ形状となっている。なお、ｎ型ＤＢＲ層２１およびｎ型クラッド層２２は、本発明の「第１導電型または第２導電型の第３半導体層」の一例に相当し、ｐ型クラッド層２４、電流狭窄層２５、ｐ型ＤＢＲ層２６およびｐ型コンタクト層２７は、本発明の「第３半導体層とは異なる導電型の第４半導体層」の一例に相当する。

半導体積層構造２０は、例えば、上記半導体光検出器１と同様、ＧａＡｓ系の化合物半導体により構成される。ｎ型ＤＢＲ層２１は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を１組として、それを複数組分積層して構成されたものである。低屈折率層は、例えば厚さがλ／４ｎ₃ （ｎ₃ は屈折率）のｎ型Ａｌ_x4Ｇａ_1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）、高屈折率層は、例えば厚さがλ／４ｎ₄ （ｎ₄ は屈折率）のｎ型Ａｌｘ₅ Ｇａ_1-x5Ａｓ（０＜ｘ５＜ｘ４）によりそれぞれ形成されている。このｎ型ＤＢＲ層２１には、ｐ型コンタクト層２７側からｎ型ＤＢＲ層２１の一部まで選択的にエッチングすることにより、メサ部３０の周辺部分に露出面２１Ａ（第２露出面）が形成されている。この露出面２１Ａは、後述のｎ側電極２９を形成するための領域である。

ｎ型クラッド層２２は、例えば、Ａｌ_x6Ｇａ_1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）により構成される。活性層２３は、例えば、量子井戸層（図示せず）と障壁層（図示せず）とを交互に積層してなる多重量子井戸構造を有しており、アンドープのＧａＡｓからなる量子井戸層と、アンドープのＡｌ_x7Ｇａ_1-x7Ａｓ（０＜ｘ７＜１）からなる障壁層とを一組として、それを複数層積層して構成される。この活性層２３は、後述の電流注入領域２５ａと対向する領域に発光領域２３Ａを有する。なお、活性層２３は、多重量子井戸構造以外の構造、例えば単一量子井戸構造やバルク構造を有するものであってもよい。ｐ型クラッド層２４は、例えば、Ａｌ_x8Ｇａ_1-x8Ａｓ（０＜ｘ８＜１）により構成される。これらｎ型クラッド層２２、活性層２３およびｐ型クラッド層２４は、不純物が含まれていないことが望ましいが、ｐ型またはｎ型不純物が含まれていてもよい。

電流狭窄層２５は、外縁領域に電流狭窄領域２５ｂを有しており、中央領域に円形状の電流注入領域２５ａを有する。電流注入領域２５ａは、例えば、ＡｌＡｓにより構成され、積層方向から見て例えば円形状となっている。電流狭窄領域２５ｂは、例えば、メサ部３０の側面側からＡｌＡｓ中のＡｌを酸化することにより得られたＡｌ₂ Ｏ₃ （酸化アルミニウム）を含んで構成され、積層方向から見て例えばドーナツ形状となっている。これにより、電流狭窄層２５はｐ側電極２８およびｎ側電極２９（後述）から注入された電流を狭窄する機能を有する。

ｐ型ＤＢＲ層２６は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を１組として、それを複数組分積層して構成されたものである。この低屈折率層は、例えば、厚さがλ／４ｎ₅ （ｎ₅ は屈折率）のｐ型Ａｌ_x9Ｇａ_1-x9Ａｓ（０＜ｘ９＜１）、高屈折率層は、例えば、厚さがλ／４ｎ₆(ｎ₆ は屈折率）のｐ型Ａｌ_x10 Ｇａ_1-x10 Ａｓ（０＜ｘ１０＜ｘ９）によりそれぞれ形成されている。ｐ型コンタクト層２７は、例えば、ｐ型ＧａＡｓにより構成される。

面発光型半導体レーザ２は、さらに、ｐ型コンタクト層２７上にｐ側電極２８を、ｎ型ＤＢＲ層２１の露出面２１Ａ上にｎ側電極２９を有する。ｐ側電極２８は、例えば、チタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層をこの順に積層して構成されたものであり、ｐ側コンタクト層２７と電気的に接続されている。このｐ側電極２８には、電流注入領域２５ａと対応する領域に開口部Ｗが設けられており、ｐ側電極２８は積層方向から見て例えばドーナツ形状となっている。ｎ側電極２９は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層，ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層とを露出面２１Ａにこの順に積層した構造を有しており、ｎ型ＤＢＲ層２１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２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ）はその製造方法を工程順に表したものである。半導体発光装置を製造するためには、ＧａＡｓからなる基板Ｓ上にＧａＡｓ系化合物半導体を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法により形成する。この際、ＧａＡｓ系化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン (ＡｓＨ₃)を用いる。

具体的には、まず、基板Ｓ上に、ｎ型半導体層１０、光吸収層１１、ｎ型ＤＢＲ層２１、ｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型クラッド層２４、ＡｌＡｓ層２５Ｄ、ｐ型ＤＢＲ層２６、ｐ型コンタクト層２７をこの順に積層する（図２（Ａ））。

次に、ｐ型コンタクト層２７上にフォトレジスト（図示せず）を成膜し、フォトリソグラフィ技術に基づき、メサ部３０を形成することとなる領域にマスク（図示せず）を形成する。続いて、例えば塩素系のエッチングガスを使ったドライエッチング法によりｐ型コンタクト層２７からｎ型ＤＢＲ層２１の一部までを選択的に除去する。これにより、ｎ型ＤＢＲ層２１の一部に露出面２１Ａを含む平面が形成される（図２（Ｂ））。その後、マスクを除去する。

次に、上記と同様にして、メサ部３０および露出面２１Ａの表面にマスク（図示せず）を形成したのち、例えば塩素系のエッチングガスを使ったドライエッチング法によりｎ型ＤＢＲ層２１および光吸収層１１の一部を選択的に除去する。これにより、光吸収層１１の一部に露出面１１Ａを含む平面が形成される（図３（Ａ））。その後、マスクを除去する。

このように、本実施の形態では、露出面２１Ａおよび露出面１１Ａを形成する際に、２段階に分けてエッチングを行っているが、露出面２１Ａの形成されるｎ型ＤＢＲ層２１や、露出面１１Ａの形成される光吸収層１１の厚さは、エッチング深さの精度を求められるような薄さではないので、エッチングの制御性は極めて容易であるといえる。

次に、熱拡散またはイオンインプランテーションにより、露出面１１Ａにｐ型不純物をドープする。熱拡散の場合は、上記と同様にして、露出面１１Ａ以外の表面にマスク（図示せず）を形成する。続いて、露出面１１Ａ上に不純物を堆積させたのち、熱処理を行って露出面１１Ａ上の不純物を光吸収層１１中に拡散させる。他方、イオンインプランテーションの場合は、表面全体に絶縁膜（図示せず）を成膜したのち、その絶縁膜上に、上記と同様にして、露出面１１Ａ以外の表面にマスク（図示せず）を形成し、電磁界で加速させた不純物を絶縁膜を介して露出面１１Ａから光吸収層１１中に打ち込む。これにより、ｐ型半導体層１２が形成される。その後、マスクや絶縁膜を除去する（図３（Ｂ））。

次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、ＡｌＡｓ層２５Ｄに高濃度に含まれるＡｌを選択的に酸化する。これによりＡｌＡｓ層２５Ｄのうち中央領域以外の領域（外縁領域）がＡｌ₂ Ｏ₃ を含む絶縁層となる。すなわち、外縁領域に電流狭窄領域２５ｂが形成され、中央領域が電流注入領域２５ａとなる（図３（Ｂ））。

次に、上記と同様にして、ｐ型コンタクト層２７のうち電流狭窄領域２５ｂと対応する領域および露出面１１Ａ以外の領域にマスク（図示せず）を形成する。続いて、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：化学気相成長）法を用いてＴｉ，ＰｔおよびＡｕをこの順に積層する。その後、マスクを除去する。これにより、ｐ側電極１３，２８が形成されると共に、開口部Ｗが形成される（図１）。

次に、例えばＣＭＰ( 化学機械研磨:Chemical mechanical planarization) 法により基板Ｓを除去したのち、上記と同様にして、露出面２１Ａや、ｎ型半導体層１０の裏面に、ＡｕおよびＧｅの合金，ＮｉおよびＡｕをこの順に積層することにより、ｎ側電極２１Ａ，１４が形成される（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。

この半導体発光装置では、ｐ側電極２８とｎ側電極２９との間にそれぞれ所定の電位差の電圧が印加されると、電流狭窄層２５により電流狭窄された電流が活性層２３の利得領域である発光領域２３Ａ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。この発光光により半導体積層構造２０内で誘導放出が繰り返される結果、所定の波長でレーザ発振が生じ、その光Ｌ１がビームとして開口部Ｗから射出されると共に、開口部Ｗとは反対側にも所定の波長の光Ｌ２がわずかながら射出される。

このとき、面発光型半導体レーザ２の開口部Ｗとは反対側には半導体光検出器１が配置されているので、面発光型半導体レーザ２から半導体光検出器１側に射出された光Ｌ２は、半導体光検出器２の光吸収層１１に直接入射する。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。これより、この電気信号は、開口部Ｗから射出された光Ｌ１の出力レベルに応じた大きさを有する。この電流信号はｐ側電極１３およびｎ側電極１４に接続されたワイヤを介して光出力演算回路（図示せず）に出力される。ｐ側電極１３およびｎ側電極１４からの電流信号は、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、これにより、開口部Ｗから射出されるレーザ光の出力レベルが計測される。

このように、本実施の形態の半導体発光装置では、ｐ型半導体層１２を、面発光型半導体レーザ２から半導体光検出器１側に射出される光Ｌ２が通過する領域とは異なる部分に設けるようにしたので、半導体光検出器１側に射出された光Ｌ２がｐ型半導体層１２に直接入射することはない。これにより、面発光型半導体レーザ２から半導体光検出器１側に射出される光Ｌ２を、ほとんど損失の無い状態で光吸収層１１に入射させることができるので、光吸収層１１での光吸収量、ひいては半導体光検出器１から出力される電気信号の信号レベルを大きくすることができる。

また、本実施の形態の半導体発光装置を製造するに際して、ｐ型半導体層を結晶成長により形成したのち、エッチング深さに比べて極めて薄いｐ型半導体層をエッチングにより露出させるようにしていた従来の製法に代わり、エッチング深さに比べて比較的厚い光吸収層１１をエッチングにより露出させたのち、熱拡散またはイオンインプランテーションにより光吸収層１１中にｐ型半導体層１２を形成するようにしたので、エッチング深さの精度を求められるような薄さの層をエッチングにより露出させる必要がない。これにより、エッチングをし過ぎて光吸収層１１を全て削ってしまったり、光吸収層１１に達する前にエッチングを止めてしまうこともない。特に、上記したように、２段階に分けてエッチングを行うような場合は、最初の段階で生じたエッチング深さの誤差が次の段階におけるエッチング深さの誤差に重畳されることとなるが、光吸収層１１がその誤差の大きさに比べて十分厚いのでその誤差を考慮しなくても光吸収層１１を確実に露出させることができる。従って、本実施の形態の半導体発光装置の製造方法では、エッチングの制御が従来の製法と比べて極めて容易であり、歩留りが向上する。

このように、本実施の形態の半導体発光装置およびその製造方法では、エッチングの制御性と光吸収層１１への光の入射量とを両立させることができる。

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、ＧａＩｎＰ系（赤系）材料またはＡｌＧａＡｓ系（赤外系）半導体や、ＧａＮ系（青緑色系）などにより構成されていてもよい。

また、本発明は、上記実施の形態で例示した製造方法に限定されるものではなく、他の製造方法であってもよい。

本発明の一実施の形態に係る半導体発光装置の断面構成図である。 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２に続く工程を表す断面図である。 半導体発光装置の作用を説明するための断面図である。 従来の半導体発光装置の断面構成図である。

符号の説明

１…半導体光検出器、２…面発光型半導体レーザ、１０…ｎ型半導体層、１１…光吸収層、１１Ａ，２１Ａ…露出面、１２…ｐ型半導体層、１３，２８…ｐ側電極、１４，２９…ｎ側電極、２０…半導体積層構造、２１…ｎ型ＤＢＲ層、２２…ｎ型クラッド層、２３…活性層、２３Ａ…発光領域、２４…ｐ型クラッド層、２５…電流狭窄層、２５ａ…電流注入領域、２５ｂ…電流狭窄領域、２５Ｄ…ＡｌＡｓ層、２６…ｐ型ＤＢＲ層、２７…ｐ型コンタクト層、３０…メサ部、Ｌ１，Ｌ２…光、Ｓ…基板、Ｗ…開口部。

Claims (5)

1. 第１導電型の第１半導体層および光吸収層をこの順に積層してなる半導体光検出器と、
   発光領域を含む半導体積層構造を有し、前記半導体光検出器上に一体的に形成された半導体発光素子と
   を備え、
   前記光吸収層は、前記半導体積層構造に接すると共に、前記半導体積層構造側の表面に第２導電型の第２半導体層を有し、
   前記半導体積層構造は、第１導電型または第２導電型の第３半導体層と、前記発光領域を含む活性層と、前記第３半導体層とは異なる導電型の第４半導体層とを前記光吸収層側からこの順に積層して構成され、
   前記第３半導体層は、前記第４半導体層側に露出面を有し、
   前記半導体発光素子は、前記露出面に第１電極を有し、
   前記半導体光検出器は、前記第２半導体層上に第２電極を有する
   半導体発光装置。
2. 前記第２半導体層は、熱拡散またはイオンインプランテーションにより形成されたものである
   請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記光吸収層は、アンドープの半導体材料により構成されている
   請求項１または請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 第１導電型の第１半導体層、光吸収層、第１導電型または第２導電型の第３半導体層、発光領域を含む活性層、および前記第３半導体層とは異なる導電型の第４半導体層を結晶成長によりこの順に形成し、
   前記第４半導体層から前記第３半導体層の一部までエッチングにより選択的に除去することにより、前記第３半導体層、前記活性層および前記第４半導体層をメサ形状に成型すると共に前記第３半導体層の一部を露出させ、
   前記第３半導体層から光吸収層の一部までエッチングにより選択的に除去することにより、光吸収層の一部を露出させ、
   前記光吸収層において露出した部分に、熱拡散またはイオンインプランテーションにより第２導電型の第２半導体層を形成し、
   前記第３半導体層において露出した部分に第１電極を形成し、
   前記第２半導体層上に第２電極を形成する
   半導体発光装置の製造方法。
5. 前記光吸収層は、アンドープの半導体材料により構成されている
   請求項４に記載の半導体発光装置の製造方法。

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