半導体発光装置
【課題】半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルを低減することにより、光検出精度をより向上させることの可能な半導体発光装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子５０と、半導体光検出素子１０との間に、金属層２０、透明基板３０および金属層４０が挿入されており、発光領域５３Ａと光吸収層１１との距離が長くなっている。これにより、発光領域５３Ａで発生した光に含まれる自然放出光Ｌ2のほとんどが光吸収層１１に到達しない方向に向かい、金属層２０，４０で反射される。
【解決手段】半導体レーザ素子５０と、半導体光検出素子１０との間に、金属層２０、透明基板３０および金属層４０が挿入されており、発光領域５３Ａと光吸収層１１との距離が長くなっている。これにより、発光領域５３Ａで発生した光に含まれる自然放出光Ｌ2のほとんどが光吸収層１１に到達しない方向に向かい、金属層２０，４０で反射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光光を検出する半導体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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、光検出機構により半導体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半導体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、半導体光検出素子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、半導体発光素子と半導体光検出素子とを一体に形成することが考えられる。
【０００３】
しかし、これらを一体に形成すると、半導体光検出素子が、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、半導体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半導体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。
【０００４】
そこで、特許文献１では、半導体光検出素子内に制御層を設け、半導体発光素子から入力される自然放出光の一部を半導体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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許２８７７７８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の制御層は、半導体光検出素子を構成する半導体物質の一部を酸化することにより形成されるものである。しかし、酸化半導体による自然放出光の遮断は不完全であり、多くの光が酸化半導体を透過してしまう。
【０００７】
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、半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルを低減することにより、光検出精度をより向上させることの可能な半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体光検出素子とを備えたものである。半導体発光素子は、第１多層膜反射鏡、発光領域を含む活性層、および第２多層膜反射鏡をこの順に有している。半導体光検出素子は、半導体発光素子との関係で第１多層膜反射鏡側に設けられており、発光領域から射出された光を吸収する光吸収層を有している。本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と半導体光検出素子との間に透明基板を備えており、さらに、半導体発光素子と透明基板とを互いに貼り合わせる第１金属層と、半導体光検出素子と透明基板とを互いに貼り合わせる第２金属層を備えている。第１金属層は、発光領域との対向領域を含む領域に第１開口を有しており、第２金属層も、発光領域との対向領域を含む領域に第２開口を有している。
【０００９】
本発明の半導体発光装置では、半導体発光素子と半導体光検出素子との間に透明基板が挿入されており、発光領域と光吸収層との距離が長くなっている。これにより、発光領域で発生した光に含まれる自然放出光のほとんどが光吸収層に到達しない方向に向かい、第１金属層および第２金属層で反射される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光装置によれば、半導体発光素子と半導体光検出素子との間に透明基板を挿入し、発光領域と光吸収層との距離を長くするようにした。これにより、発光領域で発生した光に含まれる自然放出光のほとんどが光吸収層に到達しない方向に向かい、第１金属層および第２金属層で反射される。その結果、半導体光検出素子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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図７に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための断面図である。
【図１０】図９に続く工程を説明するための断面図である。
【図１１】図１の発光領域から誘導放出光および自然放出光が射出される様子を表した模式図である。
【図１２】ｄ／ｒ（発光領域の半径／発光領域と受光領域との距離）と、α（自然放出光の、入射光に占める割合）との関係を表した関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
２．製造方法
３．作用・効果
４．変形例
【００１３】
［構成］
図１は本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置１の断面構成の一例を表したものである。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。この半導体レーザ装置１は、半導体光検出素子１０上に、金属層２０、透明基板３０、金属層４０および半導体レーザ素子５０をこの順に積層したものである。なお、半導体レーザ装置１が、本発明の「半導体発光装置」の一具体例に相当し、半導体レーザ素子５０が本発明の「半導体発光素子」の一具体例に相当する。また、金属層２０が、本発明の「第２金属層」の一具体例に相当し、金属層４０が、本発明の「第１金属層」の一具体例に相当する。
【００１４】
半導体光検出素子１０と、透明基板３０とは、金属層２０によって互いに貼り合わされており、半導体レーザ素子５０と、透明基板３０とは、金属層４０によって互いに貼り合わされている。つまり、半導体レーザ装置１において、半導体光検出素子１０、金属層２０、透明基板３０、金属層４０および半導体レーザ素子５０が一体となっている。なお、以下では、最初に、半導体レーザ素子５０について説明し、その後に、他の構成要素について順次説明するものとする。
【００１５】
（半導体レーザ素子５０）
半導体レーザ素子５０は、上面発光型のレーザであり、金属層４０上に、例えば、ｐ型ＤＢＲ層５１、ｐ型クラッド層５２、活性層５３、ｎ型クラッド層５４、ｎ型ＤＢＲ層５５をこの順に積層して構成されたものである。ｐ型ＤＢＲ層５１の上部、ｐ型クラッド層５２、活性層５３、ｎ型クラッド層５４およびｎ型ＤＢＲ層５５は、例えば直径が３０μｍ程度の柱状（円柱状）のメサ部５６となっている。なお、ｐ型ＤＢＲ層５１が、本発明の「第１多層膜反射鏡」に相当し、ｎ型クラッド層５４が、本発明の「第２多層膜反射鏡」に相当する。
【００１６】
ｐ型ＤＢＲ層５１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λ0／４ｎ1 （λ0は発振波長、ｎ1 は屈折率）のｐ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ2(ｎ2 は屈折率）のｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）により構成されている。なお、ｐ型不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００１７】
ｐ型クラッド層５２は、例えばｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）により構成されている。活性層５３は、例えばアンドープのＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）により構成されている。この活性層５３では、後述の電流注入領域５７Ａとの対向領域が発光領域５３Ａとなる。ｎ型クラッド層５４は、例えばｎ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０≦ｘ５＜１）により構成されている。なお、ｎ型不純物としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。
【００１８】
ｎ型ＤＢＲ層５５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λ0／４ｎ3（ｎ3 は屈折率）のｎ型Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ4（ｎ4 は屈折率）のｎ型Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（０＜ｘ７＜ｘ６）により構成されている。
【００１９】
また、この半導体レーザ素子５０では、例えば、ｐ型ＤＢＲ層５１内に、電流狭窄層５７が設けられている。電流狭窄層５７は、ｐ型ＤＢＲ層５１内において、活性層５３側から数えて例えば数層離れた低屈折率層の部位に、低屈折率層に代わって設けられたものである。この電流狭窄層５７は、その外縁領域に電流狭窄領域５７Ｂを有しており、その中央領域が電流注入領域５７Ａとなっている。電流注入領域５７Ａは、例えばｎ型Ａｌx8Ｇａ1-x8Ａｓ（０＜ｘ８≦１）からなる。電流狭窄領域５７Ｂは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層５７Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られたものである。これにより、電流狭窄層５７は電流を狭窄する機能を有している。なお、電流狭窄層５７は、例えば、ｎ型ＤＢＲ層５５の内部や、ｐ型クラッド層５２とｐ型ＤＢＲ層５１との間、または、ｎ型クラッド層５４とｎ型ＤＢＲ層５５との間に形成されていてもよい。
【００２０】
メサ部５６の上面には、上部電極５８が形成されている。上部電極５８は、例えば、電流注入領域５７Ａとの対向領域を含む領域に開口（光射出口５８Ａ）を有する環形状となっている。なお、上部電極５８は、電流注入領域５７Ａとの対向領域を塞がない限りにおいて、環形状以外の形状となっていてもよい。また、メサ部５６の上面（光射出口５８Ａ）、側面および周辺の表面には、絶縁層５９が形成されている。絶縁層５９の表面上には、ワイヤ（図示せず）をボンディングするための電極パッド６０と、接続部６１とが設けられている。電極パッド６０と上部電極５８とが接続部６１を介して互いに電気的に接続されている。また、電極パッド６０の直下には、寄生容量を低減する目的で台座部６２が設けられている。この台座部６２は、絶縁層５９と、ｐ型ＤＢＲ層５１のうちメサ部５６の非形成領域との間に設けられている。
【００２１】
ここで、絶縁層５９は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。上部電極５８、電極パッド６０および接続部６１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）とをこの順に積層して構成されたものであり、メサ部５６の上部（ｎ型ＤＢＲ層５５）と電気的に接続されている。台座部６２は、例えば、ポリイミドにより構成されている。
【００２２】
（半導体光検出素子１０）
半導体光検出素子１０は、半導体レーザ素子５０の発光領域５３Ａで発生した光のうち半導体光検出素子１０に入射した成分を検出するものである。半導体光検出素子１０は、例えば、ｎ型基板１１上に、光吸収層１２、ｐ型コンタクト層１３をこの順に積層して構成されたものである。また、半導体光検出素子１０は、ｎ型基板１１の裏面に、下部電極１４を有している。
【００２３】
ｎ型基板１１は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。光吸収層１２は、例えばｎ型Ａｌx9Ｇａ1-x9Ａｓ（０＜ｘ９≦１）により構成されている。光吸収層１２は、発光領域５３Ａから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、金属層２０および下部電極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光射出口５８Ａから射出されるレーザ光Ｌ1の出力レベルを計測するために用いられる。ｐ型コンタクト層１３は、例えば、ｐ型Ａｌx10ａ1-x10Ａｓ（０≦ｘ１０≦１）により構成されており、光吸収層１２および金属層２０と電気的に接続されている。
【００２４】
（透明基板３０）
透明基板３０は、半導体レーザ素子５０の発振波長λ0の光に対して透明な基板であり、透明基板３０の電気的伝導性は、半導体レーザ装置１の駆動方法に応じて異なっている。例えば、半導体レーザ装置１が、金属層２０，４０の双方に同一位相の電圧を印加して駆動される場合には、透明基板３０は、絶縁性を有していてもよいし、導電性を有していてもよい。また、例えば、半導体レーザ装置１が差動駆動される場合には、透明基板３０は、絶縁性を有していている。絶縁性の基板としては、発振波長λ0が８５０ｎｍ帯である場合には、例えば、ＧａＰ基板、サファイア基板などが挙げられ、発振波長λ0が９８０ｎｍ帯である場合には、例えば、ＧａＡｓ基板などが挙げられる。なお、上記の差動駆動とは、例えば、金属層２０に印加する電圧の位相と、金属層４０に印加する電圧の位相とが１８０°異なるように、金属層２０，４０に電圧を印加することを指している。
【００２５】
（金属層２０）
金属層２０は、半導体光検出素子１０と透明基板３０とを互いに貼り合わせるためのものであり、半導体光検出素子１０の上部電極としても機能するものである。金属層２０は、金属層２１および金属層２２を半導体光検出素子１０側から順に有する積層構造となっている。金属層２１は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を半導体光検出素子１０側から順に積層して構成されたものであり、ｐ型コンタクト層１３および金属層２２と電気的に接続されている。金属層２２は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を透明基板３０側から順に積層して構成されたものであり、金属層２１と電気的に接続されている。
【００２６】
金属層２０（金属層２１，２２）は、発光領域５３Ａとの対向領域を含む領域に開口２０Ａ（第１開口）を有している。開口２０Ａは、発光領域５３Ａから射出された光のうち半導体光検出素子１０側に向かう光の通路であり、例えば、光射出口５８Ａとの対向領域内に形成されている。金属層２０のうち開口２０Ａ以外の部分は、発光領域５３Ａから射出された光に含まれる自然放出光を反射する反射層として機能し得る。開口２０Ａの内部、具体的には、透明基板３０のうち開口２０Ａの底面に露出している部分に低反射率層２３が設けられており、ｐ型コンタクト層１３のうち開口２０Ａの底面に露出している部分に低反射率層２４が設けられている。また、開口２０Ａ内には、反射率層２３と反射率層２４との間に、空隙２５が存在している。
【００２７】
低反射率層２３，２４は、例えば、低反射率部材によって構成されている。ここでの低反射率部材とは、例えば、屈折率が１（空気）より大きく、かつ透明基板３０の屈折率、またはｐ型コンタクト層１３の屈折率よりも小さい材料、例えば、ＳｉＮ（屈折率＝２．０）などの光透過性材料を指している。この低反射率層２３，２４の光学膜厚は、（２ｍ−１）×λ0／４（ｍは正数）となっていることが好ましい。これにより、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、低反射率層２３とｐ型コンタクト層１３との界面で反射した光の位相が、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、空隙２５と低反射率層２３との界面で反射した光の位相と１８０度ずれる。また、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、空隙２５と低反射率層２４との界面で反射した光の位相が、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、低反射率層２４と透明基板３０との界面で反射した光の位相と１８０度ずれる。その結果、低反射率層２３，２４での反射率を実質的にゼロ％にすることが可能となる。つまり、この場合には、低反射率層２３，２４は、無反射層として機能する。
【００２８】
金属層２０において、金属層２２の上面の一部が、例えば、透明基板３０に設けられた開口３０Ａを介して露出している。この露出面２２Ａが半導体光検出素子１０の上部電極として機能する。
【００２９】
（金属層４０）
金属層４０は、半導体レーザ素子５０と透明基板３０とを互いに貼り合わせるためのものであり、半導体レーザ素子５０の下部電極としても機能するものである。金属層４０は、金属層４１および金属層４２を透明基板３０側から順に有する積層構造となっている。金属層４１は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を透明基板３０側から順に積層して構成されたものであり、金属層４２と電気的に接続されている。金属層４２は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をｐ型ＤＢＲ層５１側から順に積層して構成されたものであり、ｐ型ＤＢＲ層５１および金属層４１と電気的に接続されている。
【００３０】
金属層４０（金属層４１，４２）は、発光領域５３Ａとの対向領域を含む領域に開口４０Ａ（第２開口）を有している。開口４０Ａは、発光領域５３Ａから射出された光のうち半導体光検出素子１０側に向かう光の通路であり、例えば、光射出口５８Ａとの対向領域内に形成されている。金属層４０のうち開口４０Ａ以外の部分は、発光領域５３Ａから射出された光に含まれる自然放出光を反射する反射層として機能し得る。開口４０Ａの内部、具体的には、透明基板３０のうち開口４０Ａの底面に露出している部分に低反射率層４３が設けられており、ｐ型ＤＢＲ層５１のうち開口４０Ａの底面に露出している部分に低反射率層４４が設けられている。また、開口４０Ａ内には、反射率層４３と反射率層４４との間に、空隙４５が存在している。
【００３１】
低反射率層４３，４４は、低反射率層２３，２４と同様、例えば、低反射率部材によって構成されている。ここでの低反射率部材とは、例えば、屈折率が１（空気）より大きく、かつ透明基板３０の屈折率、またはｐ型ＤＢＲ層５１の屈折率よりも小さい材料、例えば、ＳｉＮ（屈折率＝２．０）などの光透過性材料を指している。この低反射率層４３，４４の光学膜厚は、（２ｎ−１）×λ0／４（ｎは正数）となっていることが好ましい。これにより、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、低反射率層４３と透明基板３０との界面で反射した光の位相が、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、空隙４５と低反射率層４３との界面で反射した光の位相と１８０度ずれる。また、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、空隙４５と低反射率層４４との界面で反射した光の位相が、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、低反射率層４４とｐ型ＤＢＲ層５１との界面で反射した光の位相と１８０度ずれる。その結果、低反射率層４３，４４での反射率を実質的にゼロ％にすることが可能となる。つまり、この場合には、低反射率層４３，４４は、無反射層として機能する。
【００３２】
金属層４０において、金属層４２の上面の一部が、例えば、絶縁層５９に設けられた開口５９Ａを介して露出している。この露出面４２Ａが半導体レーザ素子５０の下部電極として機能する。
【００３３】
［製造方法］
本実施の形態に係る半導体レーザ装置１は、例えば次のようにして製造することができる。図２〜図１０は、半導体レーザ装置１の製造過程を工程順に表したものである。なお、図２〜図１０は、製造過程の素子の断面構成を表したものである。
【００３４】
各半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成される。この際、ＩＩＩ−Ｖ族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）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ３)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ2Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。
【００３５】
具体的には、まず、例えばｎ型ＧａＡｓからなる基板７０上に、ｎ型ＤＢＲ層５５、ｎ型クラッド層５４、活性層５３、ｐ型クラッド層５２およびｐ型ＤＢＲ層５１をこの順に形成する（図２）。このとき、例えば、ｐ型ＤＢＲ層５１内の一部に、被酸化層５７Ｄを形成しておく。被酸化層５７Ｄは、後述の酸化工程で酸化されることにより、電流狭窄層５７になる層であり、例えば、ＡｌＡｓを含んで構成されている。続いて、ｐ型ＤＢＲ層５１上に、開口を有する金属４２を形成し、その開口に低反射率層４４を形成する（図２）。このようにして、第１基板１００が形成される。
【００３６】
また、基板１１上に、光吸収層１２およびｐ型コンタクト層１３をこの順に形成する（図３）。続いて、ｐ型コンタクト層１３上に、開口を有する金属層２１を形成し、その開口に低反射率層２３を形成する（図３）。このようにして、第２基板２００が形成される。
【００３７】
また、透明基板３０上に、開口を有する金属層２２を形成し、その開口に低反射率層２４を形成する（図４）。このようにして、第３基板３００が形成される。
【００３８】
次に、第２基板２００の金属層２１上に、第３基板３００を、金属層２２を金属層２１側に向けて貼り合わせる（図５）。これにより、金属層２１と金属層２２とが互いに接合されると共に、低反射率層２３と低反射率層２４との間に空隙２５が形成される。その後、第３基板３００のうち第２基板２００とは反対側の表面（透明基板３０の表面）上に、開口を有する金属層４１を形成し、その開口に低反射率層４３を形成する（図６）。
【００３９】
次に、金属層４１上に、第１基板１００を、金属層４２を金属層４１側に向けて貼り合わせる（図７）。これにより、金属層４１と金属層４２とが互いに接合されると共に、低反射率層４３と低反射率層４４との間に空隙４５が形成される。続いて、基板７０を除去し、さらに、ｎ型ＤＢＲ層５５、ｎ型クラッド層５４、活性層５３、ｐ型クラッド層５２、ｐ型ＤＢＲ層５１および被酸化層５７Ｄを選択的に除去することにより、メサ部５６を形成する（図８）。
【００４０】
次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部５６の側面から被酸化層５７Ｄを選択的に酸化する。これにより被酸化層５７Ｄの外縁領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となるので、外縁領域に電流狭窄領域５７Ｂが形成され、その中央領域が電流注入領域５７Ａとなる。このようにして、電流狭窄層５７が形成される（図８）。
【００４１】
次に、ｐ型ＤＢＲ層５１のうちメサ部５６の非形成領域に、台座部６２を形成すると共に、開口５１Ａを形成する（図９）。続いて、表面全体に絶縁層５９を形成したのち、例えば蒸着法により、上部電極５８、電極パッド６０および接続部６１を形成する（図１０）。さらに、絶縁層５９の開口５１の底面に対応する部分を選択的に除去して、開口５９Ａと、開口５９Ｂを形成する。
【００４２】
次に、金属層４０のうち開口５９Ｂに対応する部分を除去して、透明基板３０を露出させたのち、透明基板３０のうち、その露出部分を選択的に除去して、開口３０Ａを形成する（図１）。さらに、基板１０の裏面に下部電極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レーザ装置１が製造される。
【００４３】
本実施の形態の半導体レーザ装置１では、例えば、透明基板３０が導電性を有している場合には、金属層２０，４０を半導体レーザ素子５０および半導体光検出素子１０の共通電極として用いることができる。そして、その共通電極をグラウンドとした上で、上部電極５８から半導体レーザ素子５０を駆動する電流を供給し、かつ下部電極１４に逆バイアス電圧を印加する。なお、透明基板３０が絶縁性を有している場合であっても、金属層２０，４０をそれぞれ、グラウンドとすれば、金属層２０，４０を共通電極として用いた場合と同様の駆動を行うことが可能である。
【００４４】
また、本実施の形態の半導体レーザ装置１では、例えば、透明基板３０が絶縁性を有している場合には、金属層２０，４０が電気的に絶縁分離されるので、半導体レーザ素子５０および半導体光検出素子１０を独立に駆動することができる。例えば、上部電極５８と、金属層４０との電位差が一定となるように、上部電極５８および金属層４０に同一の位相で電圧を印加する。さらに、下部電極１４と、金属層２０との電位差が一定となるように、下部電極１４および金属層２０に同一の位相であって、かつ上部電極５８および金属層４０に印加する位相とは１８０°異なる位相で電圧を印加する。
【００４５】
すると、上述したいずれの場合においても、電流狭窄層５７によって狭窄された電流が活性層５３の利得領域である発光領域５３Ａ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光だけでなく、自然放出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、波長λ0（例えば８５０ｎｍ）でレーザ発振が生じる。その結果、波長λ0を含む光Ｌ1が光射出口５８Ａから出力され、外部に射出されると共に、ｐ型ＤＢＲ層５１から半導体光検出素子１０側にわずかに出力され、その一部が透明基板３０、開口２０Ａ、４０Ａを通過して光吸収層１２に入射する（図１）。
【００４６】
光吸収層１２に入射した光は、光吸収層１２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、電気信号は金属層２０，４０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、光吸収層１２に入射した光の出力レベルが計測される。
【００４７】
なお、上述したように、半導体レーザ素子５０および半導体光検出素子１０を差動駆動した場合には、半導体レーザ素子５０および半導体光検出素子１０にノイズが入ったときに、そのノイズをキャンセルすることができる。これにより、半導体レーザ素子５０からは、ノイズの影響を受けていない安定した光出力が得られる。また、半導体光検出素子１０では、ノイズの影響を受けていない電気信号を出力することができる。
【００４８】
［作用・効果］
次に、図１１、図１２を参照して、発光領域５３Ａと、ｐ型コンタクト層１３のうち開口２０Ａの底面に露出している部分（受光領域１３Ａ）との関係について説明する。図１１は、発光領域５３Ａから誘導放出光および自然放出光が射出される様子を模式的に表したものである。図１２は、誘導放出光の放出角が３０度となっているときの、ｄ／ｒと、αとの関係を表した関係図である。ｄは、発光領域５３Ａの半径である。ｒは、発光領域５３Ａと受光領域１３Ａとの距離である。αは、所定の領域に入射する光のうち自然放出光の占める割合である。具体的には、αは以下の式で表される。
α＝Ａ2／（Ａ1＋Ａ2）×１００
【００４９】
Ａ1：発光領域５３Ａから射出された誘導放出光が所定の領域に入射する量
Ａ2：発光領域５３Ａから射出された自然放出光が所定の領域に入射する量
【００５０】
一般に、発光領域５３Ａから射出される光のうち誘導放出光（レーザ光）の放射角は、典型的には３０°程度であるが、発光領域５３Ａから射出される光のうち自然放出光の放射角は、誘導放出光の放射角よりも大幅に大きい。そのため、発光領域５３Ａを微細領域に分割し、一の微細領域から射出された誘導放出光Ｌａによって所定の面Ｓを照射したときに形成される照射領域Ｓ1に、一の微細領域から遠く離れた他の微細領域から射出された自然放出光Ｌｂが入射する。特に、発光領域５３Ａと所定の面Ｓとの距離ｄsが発光領域５３Ａの半径ｒと同等の大きさか、またはそれよりも短い場合には、自然放出光Ｌｂの多くが照射領域Ｓ1に入射する（図１２の左側に相当）。
【００５１】
従って、発光領域５３Ａから射出された誘導放出光の全てが理論的に入射する領域内に受光領域１３Ａを形成した場合であっても、受光領域１３Ａの位置が発光領域５３Ａに近い場合には、自然放出光の占める割合αが大きくなってしまう。例えば、従来の１０Ｇｂｐｓ対向の面発光型のレーザにおいては、発光領域５３Ａの半径ｒが５μｍ程度であり、発光領域５３Ａと受光領域１３Ａとの距離ｄが１０μｍ以下となっているので、自然放出光の占める割合αが１０％を超えてしまう。
【００５２】
一方、本実施の形態では、発光領域５３Ａと露出部分１３Ａとの間には、透明基板３０が挿入されている。そのため、発光領域５３Ａと露出部分１３Ａとの距離ｄは、透明基板３０の厚さが厚くなるにつれて長くなる。例えば、透明基板３０の厚さが１００μｍとなっている場合には、距離ｄは、少なくとも１００μｍを超えており、発光領域５３Ａの半径ｒとして通常とり得る値（例えば１μｍ〜１０μｍ）と比べて、少なくとも１０倍〜１００倍の長さとなっている。つまり、距離ｄおよび半径ｒがｄ／ｒ≧１０を満たす場合には、発光領域５３Ａで発生した光に含まれる自然放出光Ｌ2のほとんどが光吸収層１２に到達しない方向に向かい、金属層２０，４０で反射される。これにより、受光領域１３Ａに入射する光のうち自然放出光の占める割合を十分に小さくすることができる。例えば、誘導放出光の放出角が３０度となっている場合には、自然放出光の占める割合を、３％以下に抑えることができる（図１２参照）。その結果、半導体光検出素子１０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。
【００５３】
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。
【００５４】
例えば、上記実施の形態等では、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。
【００５５】
また、上記実施の形態において、半導体の導電型が例示されていたが、例示された導電型とは逆の導電型となっていてもよい。例えば、上記実施の形態において、ｐ型と記述されている箇所をｎ型と読み替えると共に、ｎ型と記述されている箇所をｐ型と読み替えることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１…半導体レーザ装置、１０…半導体光検出素子、１１…基板、１２…光吸収層、１３…ｐ型コンタクト層、１３Ａ…露出面、１４…下部電極、２０，２１，２２，４０，４１，４２…金属層、２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５９Ａ…開口、２２Ａ，４２Ａ…露出面、２３，２４，４３，４４…低反射率層、２５，４５…空隙、３０…透明基板、５０…半導体レーザ素子、５１…ｐ型ＤＢＲ層、５２…ｐ型スペーサ層、５３…活性層、５３Ａ…発光領域、５４…ｎ型スペーサ層、５５…ｎ型ＤＢＲ層、５６…メサ部、５７…電流狭窄層、５７Ａ…電流注入領域、５７Ｂ…電流狭窄領域、５８…上部電極、５９…絶縁層、６０…電極パッド、６１…接続部、Ｌ1，Ｌa…誘導放出光、Ｌ2，Ｌb…自然放出光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光光を検出する半導体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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、光検出機構により半導体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半導体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、半導体光検出素子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、半導体発光素子と半導体光検出素子とを一体に形成することが考えられる。
【０００３】
しかし、これらを一体に形成すると、半導体光検出素子が、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、半導体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半導体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。
【０００４】
そこで、特許文献１では、半導体光検出素子内に制御層を設け、半導体発光素子から入力される自然放出光の一部を半導体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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許２８７７７８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の制御層は、半導体光検出素子を構成する半導体物質の一部を酸化することにより形成されるものである。しかし、酸化半導体による自然放出光の遮断は不完全であり、多くの光が酸化半導体を透過してしまう。
【０００７】
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、半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルを低減することにより、光検出精度をより向上させることの可能な半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体光検出素子とを備えたものである。半導体発光素子は、第１多層膜反射鏡、発光領域を含む活性層、および第２多層膜反射鏡をこの順に有している。半導体光検出素子は、半導体発光素子との関係で第１多層膜反射鏡側に設けられており、発光領域から射出された光を吸収する光吸収層を有している。本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と半導体光検出素子との間に透明基板を備えており、さらに、半導体発光素子と透明基板とを互いに貼り合わせる第１金属層と、半導体光検出素子と透明基板とを互いに貼り合わせる第２金属層を備えている。第１金属層は、発光領域との対向領域を含む領域に第１開口を有しており、第２金属層も、発光領域との対向領域を含む領域に第２開口を有している。
【０００９】
本発明の半導体発光装置では、半導体発光素子と半導体光検出素子との間に透明基板が挿入されており、発光領域と光吸収層との距離が長くなっている。これにより、発光領域で発生した光に含まれる自然放出光のほとんどが光吸収層に到達しない方向に向かい、第１金属層および第２金属層で反射される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光装置によれば、半導体発光素子と半導体光検出素子との間に透明基板を挿入し、発光領域と光吸収層との距離を長くするようにした。これにより、発光領域で発生した光に含まれる自然放出光のほとんどが光吸収層に到達しない方向に向かい、第１金属層および第２金属層で反射される。その結果、半導体光検出素子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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図７に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための断面図である。
【図１０】図９に続く工程を説明するための断面図である。
【図１１】図１の発光領域から誘導放出光および自然放出光が射出される様子を表した模式図である。
【図１２】ｄ／ｒ（発光領域の半径／発光領域と受光領域との距離）と、α（自然放出光の、入射光に占める割合）との関係を表した関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
２．製造方法
３．作用・効果
４．変形例
【００１３】
［構成］
図１は本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置１の断面構成の一例を表したものである。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。この半導体レーザ装置１は、半導体光検出素子１０上に、金属層２０、透明基板３０、金属層４０および半導体レーザ素子５０をこの順に積層したものである。なお、半導体レーザ装置１が、本発明の「半導体発光装置」の一具体例に相当し、半導体レーザ素子５０が本発明の「半導体発光素子」の一具体例に相当する。また、金属層２０が、本発明の「第２金属層」の一具体例に相当し、金属層４０が、本発明の「第１金属層」の一具体例に相当する。
【００１４】
半導体光検出素子１０と、透明基板３０とは、金属層２０によって互いに貼り合わされており、半導体レーザ素子５０と、透明基板３０とは、金属層４０によって互いに貼り合わされている。つまり、半導体レーザ装置１において、半導体光検出素子１０、金属層２０、透明基板３０、金属層４０および半導体レーザ素子５０が一体となっている。なお、以下では、最初に、半導体レーザ素子５０について説明し、その後に、他の構成要素について順次説明するものとする。
【００１５】
（半導体レーザ素子５０）
半導体レーザ素子５０は、上面発光型のレーザであり、金属層４０上に、例えば、ｐ型ＤＢＲ層５１、ｐ型クラッド層５２、活性層５３、ｎ型クラッド層５４、ｎ型ＤＢＲ層５５をこの順に積層して構成されたものである。ｐ型ＤＢＲ層５１の上部、ｐ型クラッド層５２、活性層５３、ｎ型クラッド層５４およびｎ型ＤＢＲ層５５は、例えば直径が３０μｍ程度の柱状（円柱状）のメサ部５６となっている。なお、ｐ型ＤＢＲ層５１が、本発明の「第１多層膜反射鏡」に相当し、ｎ型クラッド層５４が、本発明の「第２多層膜反射鏡」に相当する。
【００１６】
ｐ型ＤＢＲ層５１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λ0／４ｎ1 （λ0は発振波長、ｎ1 は屈折率）のｐ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ2(ｎ2 は屈折率）のｐ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）により構成されている。なお、ｐ型不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００１７】
ｐ型クラッド層５２は、例えばｐ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）により構成されている。活性層５３は、例えばアンドープのＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）により構成されている。この活性層５３では、後述の電流注入領域５７Ａとの対向領域が発光領域５３Ａとなる。ｎ型クラッド層５４は、例えばｎ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０≦ｘ５＜１）により構成されている。なお、ｎ型不純物としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。
【００１８】
ｎ型ＤＢＲ層５５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λ0／４ｎ3（ｎ3 は屈折率）のｎ型Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ4（ｎ4 は屈折率）のｎ型Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（０＜ｘ７＜ｘ６）により構成されている。
【００１９】
また、この半導体レーザ素子５０では、例えば、ｐ型ＤＢＲ層５１内に、電流狭窄層５７が設けられている。電流狭窄層５７は、ｐ型ＤＢＲ層５１内において、活性層５３側から数えて例えば数層離れた低屈折率層の部位に、低屈折率層に代わって設けられたものである。この電流狭窄層５７は、その外縁領域に電流狭窄領域５７Ｂを有しており、その中央領域が電流注入領域５７Ａとなっている。電流注入領域５７Ａは、例えばｎ型Ａｌx8Ｇａ1-x8Ａｓ（０＜ｘ８≦１）からなる。電流狭窄領域５７Ｂは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層５７Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られたものである。これにより、電流狭窄層５７は電流を狭窄する機能を有している。なお、電流狭窄層５７は、例えば、ｎ型ＤＢＲ層５５の内部や、ｐ型クラッド層５２とｐ型ＤＢＲ層５１との間、または、ｎ型クラッド層５４とｎ型ＤＢＲ層５５との間に形成されていてもよい。
【００２０】
メサ部５６の上面には、上部電極５８が形成されている。上部電極５８は、例えば、電流注入領域５７Ａとの対向領域を含む領域に開口（光射出口５８Ａ）を有する環形状となっている。なお、上部電極５８は、電流注入領域５７Ａとの対向領域を塞がない限りにおいて、環形状以外の形状となっていてもよい。また、メサ部５６の上面（光射出口５８Ａ）、側面および周辺の表面には、絶縁層５９が形成されている。絶縁層５９の表面上には、ワイヤ（図示せず）をボンディングするための電極パッド６０と、接続部６１とが設けられている。電極パッド６０と上部電極５８とが接続部６１を介して互いに電気的に接続されている。また、電極パッド６０の直下には、寄生容量を低減する目的で台座部６２が設けられている。この台座部６２は、絶縁層５９と、ｐ型ＤＢＲ層５１のうちメサ部５６の非形成領域との間に設けられている。
【００２１】
ここで、絶縁層５９は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。上部電極５８、電極パッド６０および接続部６１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）とをこの順に積層して構成されたものであり、メサ部５６の上部（ｎ型ＤＢＲ層５５）と電気的に接続されている。台座部６２は、例えば、ポリイミドにより構成されている。
【００２２】
（半導体光検出素子１０）
半導体光検出素子１０は、半導体レーザ素子５０の発光領域５３Ａで発生した光のうち半導体光検出素子１０に入射した成分を検出するものである。半導体光検出素子１０は、例えば、ｎ型基板１１上に、光吸収層１２、ｐ型コンタクト層１３をこの順に積層して構成されたものである。また、半導体光検出素子１０は、ｎ型基板１１の裏面に、下部電極１４を有している。
【００２３】
ｎ型基板１１は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。光吸収層１２は、例えばｎ型Ａｌx9Ｇａ1-x9Ａｓ（０＜ｘ９≦１）により構成されている。光吸収層１２は、発光領域５３Ａから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、金属層２０および下部電極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光射出口５８Ａから射出されるレーザ光Ｌ1の出力レベルを計測するために用いられる。ｐ型コンタクト層１３は、例えば、ｐ型Ａｌx10ａ1-x10Ａｓ（０≦ｘ１０≦１）により構成されており、光吸収層１２および金属層２０と電気的に接続されている。
【００２４】
（透明基板３０）
透明基板３０は、半導体レーザ素子５０の発振波長λ0の光に対して透明な基板であり、透明基板３０の電気的伝導性は、半導体レーザ装置１の駆動方法に応じて異なっている。例えば、半導体レーザ装置１が、金属層２０，４０の双方に同一位相の電圧を印加して駆動される場合には、透明基板３０は、絶縁性を有していてもよいし、導電性を有していてもよい。また、例えば、半導体レーザ装置１が差動駆動される場合には、透明基板３０は、絶縁性を有していている。絶縁性の基板としては、発振波長λ0が８５０ｎｍ帯である場合には、例えば、ＧａＰ基板、サファイア基板などが挙げられ、発振波長λ0が９８０ｎｍ帯である場合には、例えば、ＧａＡｓ基板などが挙げられる。なお、上記の差動駆動とは、例えば、金属層２０に印加する電圧の位相と、金属層４０に印加する電圧の位相とが１８０°異なるように、金属層２０，４０に電圧を印加することを指している。
【００２５】
（金属層２０）
金属層２０は、半導体光検出素子１０と透明基板３０とを互いに貼り合わせるためのものであり、半導体光検出素子１０の上部電極としても機能するものである。金属層２０は、金属層２１および金属層２２を半導体光検出素子１０側から順に有する積層構造となっている。金属層２１は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を半導体光検出素子１０側から順に積層して構成されたものであり、ｐ型コンタクト層１３および金属層２２と電気的に接続されている。金属層２２は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を透明基板３０側から順に積層して構成されたものであり、金属層２１と電気的に接続されている。
【００２６】
金属層２０（金属層２１，２２）は、発光領域５３Ａとの対向領域を含む領域に開口２０Ａ（第１開口）を有している。開口２０Ａは、発光領域５３Ａから射出された光のうち半導体光検出素子１０側に向かう光の通路であり、例えば、光射出口５８Ａとの対向領域内に形成されている。金属層２０のうち開口２０Ａ以外の部分は、発光領域５３Ａから射出された光に含まれる自然放出光を反射する反射層として機能し得る。開口２０Ａの内部、具体的には、透明基板３０のうち開口２０Ａの底面に露出している部分に低反射率層２３が設けられており、ｐ型コンタクト層１３のうち開口２０Ａの底面に露出している部分に低反射率層２４が設けられている。また、開口２０Ａ内には、反射率層２３と反射率層２４との間に、空隙２５が存在している。
【００２７】
低反射率層２３，２４は、例えば、低反射率部材によって構成されている。ここでの低反射率部材とは、例えば、屈折率が１（空気）より大きく、かつ透明基板３０の屈折率、またはｐ型コンタクト層１３の屈折率よりも小さい材料、例えば、ＳｉＮ（屈折率＝２．０）などの光透過性材料を指している。この低反射率層２３，２４の光学膜厚は、（２ｍ−１）×λ0／４（ｍは正数）となっていることが好ましい。これにより、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、低反射率層２３とｐ型コンタクト層１３との界面で反射した光の位相が、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、空隙２５と低反射率層２３との界面で反射した光の位相と１８０度ずれる。また、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、空隙２５と低反射率層２４との界面で反射した光の位相が、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、低反射率層２４と透明基板３０との界面で反射した光の位相と１８０度ずれる。その結果、低反射率層２３，２４での反射率を実質的にゼロ％にすることが可能となる。つまり、この場合には、低反射率層２３，２４は、無反射層として機能する。
【００２８】
金属層２０において、金属層２２の上面の一部が、例えば、透明基板３０に設けられた開口３０Ａを介して露出している。この露出面２２Ａが半導体光検出素子１０の上部電極として機能する。
【００２９】
（金属層４０）
金属層４０は、半導体レーザ素子５０と透明基板３０とを互いに貼り合わせるためのものであり、半導体レーザ素子５０の下部電極としても機能するものである。金属層４０は、金属層４１および金属層４２を透明基板３０側から順に有する積層構造となっている。金属層４１は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を透明基板３０側から順に積層して構成されたものであり、金属層４２と電気的に接続されている。金属層４２は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をｐ型ＤＢＲ層５１側から順に積層して構成されたものであり、ｐ型ＤＢＲ層５１および金属層４１と電気的に接続されている。
【００３０】
金属層４０（金属層４１，４２）は、発光領域５３Ａとの対向領域を含む領域に開口４０Ａ（第２開口）を有している。開口４０Ａは、発光領域５３Ａから射出された光のうち半導体光検出素子１０側に向かう光の通路であり、例えば、光射出口５８Ａとの対向領域内に形成されている。金属層４０のうち開口４０Ａ以外の部分は、発光領域５３Ａから射出された光に含まれる自然放出光を反射する反射層として機能し得る。開口４０Ａの内部、具体的には、透明基板３０のうち開口４０Ａの底面に露出している部分に低反射率層４３が設けられており、ｐ型ＤＢＲ層５１のうち開口４０Ａの底面に露出している部分に低反射率層４４が設けられている。また、開口４０Ａ内には、反射率層４３と反射率層４４との間に、空隙４５が存在している。
【００３１】
低反射率層４３，４４は、低反射率層２３，２４と同様、例えば、低反射率部材によって構成されている。ここでの低反射率部材とは、例えば、屈折率が１（空気）より大きく、かつ透明基板３０の屈折率、またはｐ型ＤＢＲ層５１の屈折率よりも小さい材料、例えば、ＳｉＮ（屈折率＝２．０）などの光透過性材料を指している。この低反射率層４３，４４の光学膜厚は、（２ｎ−１）×λ0／４（ｎは正数）となっていることが好ましい。これにより、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、低反射率層４３と透明基板３０との界面で反射した光の位相が、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、空隙４５と低反射率層４３との界面で反射した光の位相と１８０度ずれる。また、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、空隙４５と低反射率層４４との界面で反射した光の位相が、発光領域５３Ａ側から入射した波長λ0の光のうち、低反射率層４４とｐ型ＤＢＲ層５１との界面で反射した光の位相と１８０度ずれる。その結果、低反射率層４３，４４での反射率を実質的にゼロ％にすることが可能となる。つまり、この場合には、低反射率層４３，４４は、無反射層として機能する。
【００３２】
金属層４０において、金属層４２の上面の一部が、例えば、絶縁層５９に設けられた開口５９Ａを介して露出している。この露出面４２Ａが半導体レーザ素子５０の下部電極として機能する。
【００３３】
［製造方法］
本実施の形態に係る半導体レーザ装置１は、例えば次のようにして製造することができる。図２〜図１０は、半導体レーザ装置１の製造過程を工程順に表したものである。なお、図２〜図１０は、製造過程の素子の断面構成を表したものである。
【００３４】
各半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成される。この際、ＩＩＩ−Ｖ族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）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ３)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ2Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。
【００３５】
具体的には、まず、例えばｎ型ＧａＡｓからなる基板７０上に、ｎ型ＤＢＲ層５５、ｎ型クラッド層５４、活性層５３、ｐ型クラッド層５２およびｐ型ＤＢＲ層５１をこの順に形成する（図２）。このとき、例えば、ｐ型ＤＢＲ層５１内の一部に、被酸化層５７Ｄを形成しておく。被酸化層５７Ｄは、後述の酸化工程で酸化されることにより、電流狭窄層５７になる層であり、例えば、ＡｌＡｓを含んで構成されている。続いて、ｐ型ＤＢＲ層５１上に、開口を有する金属４２を形成し、その開口に低反射率層４４を形成する（図２）。このようにして、第１基板１００が形成される。
【００３６】
また、基板１１上に、光吸収層１２およびｐ型コンタクト層１３をこの順に形成する（図３）。続いて、ｐ型コンタクト層１３上に、開口を有する金属層２１を形成し、その開口に低反射率層２３を形成する（図３）。このようにして、第２基板２００が形成される。
【００３７】
また、透明基板３０上に、開口を有する金属層２２を形成し、その開口に低反射率層２４を形成する（図４）。このようにして、第３基板３００が形成される。
【００３８】
次に、第２基板２００の金属層２１上に、第３基板３００を、金属層２２を金属層２１側に向けて貼り合わせる（図５）。これにより、金属層２１と金属層２２とが互いに接合されると共に、低反射率層２３と低反射率層２４との間に空隙２５が形成される。その後、第３基板３００のうち第２基板２００とは反対側の表面（透明基板３０の表面）上に、開口を有する金属層４１を形成し、その開口に低反射率層４３を形成する（図６）。
【００３９】
次に、金属層４１上に、第１基板１００を、金属層４２を金属層４１側に向けて貼り合わせる（図７）。これにより、金属層４１と金属層４２とが互いに接合されると共に、低反射率層４３と低反射率層４４との間に空隙４５が形成される。続いて、基板７０を除去し、さらに、ｎ型ＤＢＲ層５５、ｎ型クラッド層５４、活性層５３、ｐ型クラッド層５２、ｐ型ＤＢＲ層５１および被酸化層５７Ｄを選択的に除去することにより、メサ部５６を形成する（図８）。
【００４０】
次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部５６の側面から被酸化層５７Ｄを選択的に酸化する。これにより被酸化層５７Ｄの外縁領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となるので、外縁領域に電流狭窄領域５７Ｂが形成され、その中央領域が電流注入領域５７Ａとなる。このようにして、電流狭窄層５７が形成される（図８）。
【００４１】
次に、ｐ型ＤＢＲ層５１のうちメサ部５６の非形成領域に、台座部６２を形成すると共に、開口５１Ａを形成する（図９）。続いて、表面全体に絶縁層５９を形成したのち、例えば蒸着法により、上部電極５８、電極パッド６０および接続部６１を形成する（図１０）。さらに、絶縁層５９の開口５１の底面に対応する部分を選択的に除去して、開口５９Ａと、開口５９Ｂを形成する。
【００４２】
次に、金属層４０のうち開口５９Ｂに対応する部分を除去して、透明基板３０を露出させたのち、透明基板３０のうち、その露出部分を選択的に除去して、開口３０Ａを形成する（図１）。さらに、基板１０の裏面に下部電極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レーザ装置１が製造される。
【００４３】
本実施の形態の半導体レーザ装置１では、例えば、透明基板３０が導電性を有している場合には、金属層２０，４０を半導体レーザ素子５０および半導体光検出素子１０の共通電極として用いることができる。そして、その共通電極をグラウンドとした上で、上部電極５８から半導体レーザ素子５０を駆動する電流を供給し、かつ下部電極１４に逆バイアス電圧を印加する。なお、透明基板３０が絶縁性を有している場合であっても、金属層２０，４０をそれぞれ、グラウンドとすれば、金属層２０，４０を共通電極として用いた場合と同様の駆動を行うことが可能である。
【００４４】
また、本実施の形態の半導体レーザ装置１では、例えば、透明基板３０が絶縁性を有している場合には、金属層２０，４０が電気的に絶縁分離されるので、半導体レーザ素子５０および半導体光検出素子１０を独立に駆動することができる。例えば、上部電極５８と、金属層４０との電位差が一定となるように、上部電極５８および金属層４０に同一の位相で電圧を印加する。さらに、下部電極１４と、金属層２０との電位差が一定となるように、下部電極１４および金属層２０に同一の位相であって、かつ上部電極５８および金属層４０に印加する位相とは１８０°異なる位相で電圧を印加する。
【００４５】
すると、上述したいずれの場合においても、電流狭窄層５７によって狭窄された電流が活性層５３の利得領域である発光領域５３Ａ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光だけでなく、自然放出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、波長λ0（例えば８５０ｎｍ）でレーザ発振が生じる。その結果、波長λ0を含む光Ｌ1が光射出口５８Ａから出力され、外部に射出されると共に、ｐ型ＤＢＲ層５１から半導体光検出素子１０側にわずかに出力され、その一部が透明基板３０、開口２０Ａ、４０Ａを通過して光吸収層１２に入射する（図１）。
【００４６】
光吸収層１２に入射した光は、光吸収層１２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、電気信号は金属層２０，４０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、光吸収層１２に入射した光の出力レベルが計測される。
【００４７】
なお、上述したように、半導体レーザ素子５０および半導体光検出素子１０を差動駆動した場合には、半導体レーザ素子５０および半導体光検出素子１０にノイズが入ったときに、そのノイズをキャンセルすることができる。これにより、半導体レーザ素子５０からは、ノイズの影響を受けていない安定した光出力が得られる。また、半導体光検出素子１０では、ノイズの影響を受けていない電気信号を出力することができる。
【００４８】
［作用・効果］
次に、図１１、図１２を参照して、発光領域５３Ａと、ｐ型コンタクト層１３のうち開口２０Ａの底面に露出している部分（受光領域１３Ａ）との関係について説明する。図１１は、発光領域５３Ａから誘導放出光および自然放出光が射出される様子を模式的に表したものである。図１２は、誘導放出光の放出角が３０度となっているときの、ｄ／ｒと、αとの関係を表した関係図である。ｄは、発光領域５３Ａの半径である。ｒは、発光領域５３Ａと受光領域１３Ａとの距離である。αは、所定の領域に入射する光のうち自然放出光の占める割合である。具体的には、αは以下の式で表される。
α＝Ａ2／（Ａ1＋Ａ2）×１００
【００４９】
Ａ1：発光領域５３Ａから射出された誘導放出光が所定の領域に入射する量
Ａ2：発光領域５３Ａから射出された自然放出光が所定の領域に入射する量
【００５０】
一般に、発光領域５３Ａから射出される光のうち誘導放出光（レーザ光）の放射角は、典型的には３０°程度であるが、発光領域５３Ａから射出される光のうち自然放出光の放射角は、誘導放出光の放射角よりも大幅に大きい。そのため、発光領域５３Ａを微細領域に分割し、一の微細領域から射出された誘導放出光Ｌａによって所定の面Ｓを照射したときに形成される照射領域Ｓ1に、一の微細領域から遠く離れた他の微細領域から射出された自然放出光Ｌｂが入射する。特に、発光領域５３Ａと所定の面Ｓとの距離ｄsが発光領域５３Ａの半径ｒと同等の大きさか、またはそれよりも短い場合には、自然放出光Ｌｂの多くが照射領域Ｓ1に入射する（図１２の左側に相当）。
【００５１】
従って、発光領域５３Ａから射出された誘導放出光の全てが理論的に入射する領域内に受光領域１３Ａを形成した場合であっても、受光領域１３Ａの位置が発光領域５３Ａに近い場合には、自然放出光の占める割合αが大きくなってしまう。例えば、従来の１０Ｇｂｐｓ対向の面発光型のレーザにおいては、発光領域５３Ａの半径ｒが５μｍ程度であり、発光領域５３Ａと受光領域１３Ａとの距離ｄが１０μｍ以下となっているので、自然放出光の占める割合αが１０％を超えてしまう。
【００５２】
一方、本実施の形態では、発光領域５３Ａと露出部分１３Ａとの間には、透明基板３０が挿入されている。そのため、発光領域５３Ａと露出部分１３Ａとの距離ｄは、透明基板３０の厚さが厚くなるにつれて長くなる。例えば、透明基板３０の厚さが１００μｍとなっている場合には、距離ｄは、少なくとも１００μｍを超えており、発光領域５３Ａの半径ｒとして通常とり得る値（例えば１μｍ〜１０μｍ）と比べて、少なくとも１０倍〜１００倍の長さとなっている。つまり、距離ｄおよび半径ｒがｄ／ｒ≧１０を満たす場合には、発光領域５３Ａで発生した光に含まれる自然放出光Ｌ2のほとんどが光吸収層１２に到達しない方向に向かい、金属層２０，４０で反射される。これにより、受光領域１３Ａに入射する光のうち自然放出光の占める割合を十分に小さくすることができる。例えば、誘導放出光の放出角が３０度となっている場合には、自然放出光の占める割合を、３％以下に抑えることができる（図１２参照）。その結果、半導体光検出素子１０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。
【００５３】
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。
【００５４】
例えば、上記実施の形態等では、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。
【００５５】
また、上記実施の形態において、半導体の導電型が例示されていたが、例示された導電型とは逆の導電型となっていてもよい。例えば、上記実施の形態において、ｐ型と記述されている箇所をｎ型と読み替えると共に、ｎ型と記述されている箇所をｐ型と読み替えることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１…半導体レーザ装置、１０…半導体光検出素子、１１…基板、１２…光吸収層、１３…ｐ型コンタクト層、１３Ａ…露出面、１４…下部電極、２０，２１，２２，４０，４１，４２…金属層、２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ，５９Ａ…開口、２２Ａ，４２Ａ…露出面、２３，２４，４３，４４…低反射率層、２５，４５…空隙、３０…透明基板、５０…半導体レーザ素子、５１…ｐ型ＤＢＲ層、５２…ｐ型スペーサ層、５３…活性層、５３Ａ…発光領域、５４…ｎ型スペーサ層、５５…ｎ型ＤＢＲ層、５６…メサ部、５７…電流狭窄層、５７Ａ…電流注入領域、５７Ｂ…電流狭窄領域、５８…上部電極、５９…絶縁層、６０…電極パッド、６１…接続部、Ｌ1，Ｌa…誘導放出光、Ｌ2，Ｌb…自然放出光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１多層膜反射鏡、発光領域を含む活性層、および第２多層膜反射鏡をこの順に有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子との関係で前記第１多層膜反射鏡側に設けられ、かつ前記発光領域から射出された光を吸収する光吸収層を有する半導体光検出素子と、
前記半導体発光素子と前記半導体光検出素子との間に配置された透明基板と、
前記発光領域との対向領域を含む領域に第１開口を有し、かつ前記半導体発光素子と前記基板とを互いに貼り合わせる第１金属層と、
前記発光領域との対向領域を含む領域に第２開口を有し、かつ前記半導体光検出素子と前記基板とを互いに貼り合わせる第２金属層と
を備えた半導体発光装置。
【請求項２】
前記発光領域の半径をｒとし、前記発光領域と前記半導体光検出素子との距離をｄとすると、ｒ、ｄは、以下の関係式を満たす
請求項１に記載の半導体発光装置。
ｄ／ｒ≧１０
【請求項３】
前記半導体発光素子は、前記第２多層膜反射鏡の上に、前記発光領域との対向領域を含む領域に光射出口を有する環状の電極を有し、
第１開口および前記第２開口は、前記光射出口との対向領域内に形成されている
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記基板は、導電性を有している
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記基板は、絶縁性を有している
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１】
第１多層膜反射鏡、発光領域を含む活性層、および第２多層膜反射鏡をこの順に有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子との関係で前記第１多層膜反射鏡側に設けられ、かつ前記発光領域から射出された光を吸収する光吸収層を有する半導体光検出素子と、
前記半導体発光素子と前記半導体光検出素子との間に配置された透明基板と、
前記発光領域との対向領域を含む領域に第１開口を有し、かつ前記半導体発光素子と前記基板とを互いに貼り合わせる第１金属層と、
前記発光領域との対向領域を含む領域に第２開口を有し、かつ前記半導体光検出素子と前記基板とを互いに貼り合わせる第２金属層と
を備えた半導体発光装置。
【請求項２】
前記発光領域の半径をｒとし、前記発光領域と前記半導体光検出素子との距離をｄとすると、ｒ、ｄは、以下の関係式を満たす
請求項１に記載の半導体発光装置。
ｄ／ｒ≧１０
【請求項３】
前記半導体発光素子は、前記第２多層膜反射鏡の上に、前記発光領域との対向領域を含む領域に光射出口を有する環状の電極を有し、
第１開口および前記第２開口は、前記光射出口との対向領域内に形成されている
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記基板は、導電性を有している
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記基板は、絶縁性を有している
請求項１に記載の半導体発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１８２９７２（Ｐ２０１０−１８２９７２Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６６７２（Ｐ２００９−２６６７２）
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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