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JP2009117599A - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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Publication number
JP2009117599A
JP2009117599A JP2007288626A JP2007288626A JP2009117599A JP 2009117599 A JP2009117599 A JP 2009117599A JP 2007288626 A JP2007288626 A JP 2007288626A JP 2007288626 A JP2007288626 A JP 2007288626A JP 2009117599 A JP2009117599 A JP 2009117599A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
light emitting
light
emitting device
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Pending
Application number
JP2007288626A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Masui
勇志 増井
Takahiro Arakida
孝博 荒木田
Yoshinori Yamauchi
義則 山内
Rintaro Koda
倫太郎 幸田
Tomoyuki Oki
智之 大木
Nobukata Okano
展賢 岡野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2007288626A priority Critical patent/JP2009117599A/en
Publication of JP2009117599A publication Critical patent/JP2009117599A/en
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Abstract

【課題】素子の信頼性を損なうことなく、半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルと、暗電流とを低減し、もって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】半導体発光素子20は、下部DBR層21、下部スペーサ層22、活性層23、上部スペーサ層24、電流狭窄層25、上部DBR層26およびコンタクト層27を基板10側から順に含むと共に、コンタクト層27上に光射出窓28Aを含む柱状のメサ部M1を有する。半導体光検出素子30は、メサ部M1の光射出窓28Aとは反対側にメサ部M1と一体に形成されると共に、第1導電型半導体層31、光検出層32、第2導電型半導体層33、34を基板10側から順に含む積層構造を有する。光検出層32の幅L2がメサ部M1の幅L3よりも狭くなっている。
【選択図】図2
Provided is a semiconductor light emitting device capable of reducing the detection level of spontaneous emission light and dark current by a semiconductor photodetecting element without impairing the reliability of the element, thereby further improving the photodetection accuracy. .
A semiconductor light emitting device includes a lower DBR layer, a lower spacer layer, an active layer, an upper spacer layer, a current confinement layer, an upper DBR layer, and a contact layer in that order from the substrate side. The columnar mesa portion M1 including the light exit window 28A is provided on the contact layer 27. The semiconductor photodetecting element 30 is formed integrally with the mesa unit M1 on the side opposite to the light exit window 28A of the mesa unit M1, and includes the first conductive type semiconductor layer 31, the photodetecting layer 32, and the second conductive type semiconductor layer. It has a laminated structure including 33 and 34 in order from the substrate 10 side. The width L2 of the light detection layer 32 is narrower than the width L3 of the mesa portion M1.
[Selection] Figure 2

Description

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。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a semiconductor light detection element that detects emitted light, and more particularly to a semiconductor light emitting device that can be suitably applied in applications that require a high degree of light detection accuracy.

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。   2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor light emitting devices for applications such as optical fibers and optical disks have a light detection mechanism that emits light emitted from a semiconductor light emitting element as part of the purpose of keeping the light output level of the semiconductor light emitting element incorporated therein. It is done to detect. This light detection mechanism can be constituted by, for example, a reflection plate that branches a part of the emitted light and a semiconductor light detection element that detects the branched emitted light. However, in this case, not only the number of parts increases, but also there is a problem that the reflector and the semiconductor light detection element must be arranged with high accuracy with respect to the semiconductor light emitting element. Therefore, as one of the measures for solving such a problem, it is conceivable to integrally form the semiconductor light emitting element and the semiconductor light detecting element.

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。   However, if these are integrally formed, the semiconductor light detection element may detect not only the stimulated emission light that should be detected but also the spontaneous emission light. In such a case, an error corresponding to the spontaneous emission light is included in the light output level of the semiconductor light emitting element measured based on the light detected by the semiconductor light detecting element. Therefore, this method is also not suitable for applications where the light output level is required to be controlled with high accuracy.

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。   Therefore, Patent Document 1 proposes a technique in which a control layer is provided in the semiconductor light detection element and a part of the spontaneous emission light input from the semiconductor light emitting element is blocked before the semiconductor light detection element detects it.

特許2877785号Japanese Patent No. 2877785

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。酸化された半導体物質によって自然放出光を遮断するためには、その膜厚を厚くすることが必要であるが、その膜厚をあまり厚くすると、酸化による体積収縮の歪によって素子の信頼性を損なう可能性がある。   By the way, the above-mentioned control layer is formed by oxidizing a part of the semiconductor material constituting the semiconductor photodetecting element. In order to block the spontaneous emission light by the oxidized semiconductor material, it is necessary to increase the film thickness. However, if the film thickness is too large, the reliability of the element is impaired due to distortion of volume shrinkage due to oxidation. there is a possibility.

また、半導体光検出素子は、一般に、ノンドープの半導体からなる光検出層を、導電型の互いに異なる一対の半導体層で挟み込んだサンドイッチ構造となっている。しかし、このような構造では、光検出層の側面が全て、端面に露出している。そのため、半導体光検出素子に逆バイアスを印加した際に、光検出層のうち端面に露出している部分を介して暗電流が流れるので、光検出精度が低下する可能性がある。   Further, the semiconductor photodetecting element generally has a sandwich structure in which a photodetecting layer made of a non-doped semiconductor is sandwiched between a pair of semiconductor layers having different conductivity types. However, in such a structure, all the side surfaces of the light detection layer are exposed at the end surface. Therefore, when a reverse bias is applied to the semiconductor photodetecting element, a dark current flows through a portion of the photodetecting layer exposed at the end face, which may reduce the photodetection accuracy.

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、素子の信頼性を損なうことなく、半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルと、暗電流とを低減し、もって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。   The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to reduce the detection level of spontaneous emission light and dark current by the semiconductor photodetecting element without impairing the reliability of the element, thereby detecting light. An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of further improving accuracy.

本発明の半導体発光装置は、半導体基板の一の面側に半導体発光素子および半導体光検出素子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多層膜反射鏡を半導体基板側から順に含むと共に、第2多層膜反射鏡側に、発光領域で発光した光を主として射出する光射出窓を含む柱状の第1積層構造を有している。また、半導体光検出素子は、第1積層構造の光射出窓側または光射出窓とは反対側に第1積層構造と一体に形成されると共に、第1導電型半導体層、光検出層および第2導電型半導体層を半導体基板側から順に含む第2積層構造を有している。ここで、光検出層は、当該光検出層の積層面内の一の方向において、第1積層構造の前記一の方向の幅よりも狭い幅となっている。   The semiconductor light emitting device of the present invention comprises a semiconductor light emitting element and a semiconductor light detecting element on one surface side of a semiconductor substrate. The semiconductor light emitting device includes a first multilayer film reflector, an active layer including a light emitting region, and a second multilayer film reflector in order from the semiconductor substrate side, and also emits light emitted from the light emitting region to the second multilayer film reflector side. It has a columnar first laminated structure including a light exit window that mainly emits light. The semiconductor photodetecting element is integrally formed with the first laminated structure on the light emitting window side of the first laminated structure or on the side opposite to the light emitting window, and the first conductive type semiconductor layer, the photodetecting layer, and the second The semiconductor device has a second stacked structure including conductive semiconductor layers in order from the semiconductor substrate side. Here, the photodetection layer has a width narrower than the width of the first laminated structure in the one direction in one direction within the lamination plane of the photodetection layer.

本発明の半導体発光装置では、光検出層の積層面内の一の方向の幅が、第1積層構造の前記一の方向の幅よりも狭くなっている。これにより、半導体発光素子から出力される光に含まれる、発散角の広い自然放出光のほとんどが光検出層以外の部分を通過する。また、光検出層の側面が全て、半導体発光装置の端面に露出することがなくなる。   In the semiconductor light emitting device of the present invention, the width in one direction in the stacked surface of the light detection layer is narrower than the width in the one direction of the first stacked structure. As a result, most of spontaneous emission light having a wide divergence angle included in the light output from the semiconductor light emitting element passes through a portion other than the light detection layer. Further, all the side surfaces of the light detection layer are not exposed to the end face of the semiconductor light emitting device.

本発明の半導体発光装置によれば、光検出層の積層面内の一の方向の幅が、第1積層構造の前記一の方向の幅よりも狭くなるようにしたので、半導体光検出素子による自然放出光の検出レベルと、暗電流と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、自然放出光を遮断するために酸化された半導体を利用していないので、素子の信頼性が損なわれる虞もない。   According to the semiconductor light emitting device of the present invention, the width in one direction in the stacked surface of the light detection layer is made narrower than the width in the one direction of the first stacked structure. Since the detection level of the spontaneous emission light and the dark current can be reduced, the light detection accuracy can be further improved. In addition, since an oxidized semiconductor is not used to block spontaneously emitted light, the reliability of the element is not impaired.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[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1の上面構成を、図2は図1の半導体発光装置1のA−A矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。図3(A),(B)は、半導体基板10上面構成および断面構成を表したものである。なお、図1ないし図3(A),(B)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。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a top configuration of the semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a cross sectional configuration of the semiconductor light emitting device 1 in FIG. . 3A and 3B show a top surface configuration and a cross-sectional configuration of the semiconductor substrate 10. FIGS. 1 to 3A and 3B are schematic representations, and are different from actual dimensions and shapes.

この半導体発光装置1は、半導体基板10の一の面側に、半導体光検出素子30と、面発光型の半導体発光素子20とを前記半導体基板10側から順に配置すると共に、これら半導体光検出素子30および半導体発光素子20を一体に形成して構成したものである。   In this semiconductor light emitting device 1, a semiconductor light detection element 30 and a surface light emission type semiconductor light emitting element 20 are sequentially arranged on one surface side of a semiconductor substrate 10 from the semiconductor substrate 10 side, and these semiconductor light detection elements are arranged. 30 and the semiconductor light emitting element 20 are integrally formed.

(半導体基板10)
半導体基板10は、例えば、{100}面(例えば(100)面)を主面とするp型GaAs基板からなる。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)などが挙げられる。
(Semiconductor substrate 10)
The semiconductor substrate 10 is made of, for example, a p-type GaAs substrate having a {100} plane (for example, (100) plane) as a main surface. Examples of p-type impurities include zinc (Zn), magnesium (Mg), and beryllium (Be).

この半導体基板10は、半導体発光素子20および半導体光検出素子30側の面内に、その面内の一の方向、例えば<110>方向に延在する凸部10Aを有している。この凸部10Aは、半導体基板10の一の端面から他の端面にまで延在して形成されており、凸部10Aの、当該凸部10Aの延在方向に対向する一対の端面(側面)が、半導体基板10の端面と同一面内に形成されている。他方、凸部10Aの、当該凸部10Aの延在方向と直交する方向に対向する一対の端面(側面)10Dは、半導体基板10の端面よりも内側に形成されている。つまり、凸部10Aは、半導体基板10の一の面内の一部に形成されている。   The semiconductor substrate 10 has a convex portion 10 </ b> A extending in one direction within the surface, for example, the <110> direction, in the surface on the semiconductor light emitting element 20 and semiconductor light detection element 30 side. The convex portion 10A is formed to extend from one end surface of the semiconductor substrate 10 to the other end surface, and a pair of end surfaces (side surfaces) of the convex portion 10A facing the extending direction of the convex portion 10A. Is formed in the same plane as the end face of the semiconductor substrate 10. On the other hand, a pair of end surfaces (side surfaces) 10 </ b> D facing the direction orthogonal to the extending direction of the convex portion 10 </ b> A of the convex portion 10 </ b> A are formed inside the end surface of the semiconductor substrate 10. That is, the convex portion 10 </ b> A is formed on a part of one surface of the semiconductor substrate 10.

この凸部10Aの上面10Bは、矩形状の平坦面となっており、半導体基板10の上面のうち当該凸部10Aの形成されていない部分の上面10Cと平行となっている。上面10Bと上面10Cとは共に、例えば、{100}面(例えば(100)面)となっている。   The upper surface 10B of the convex portion 10A is a rectangular flat surface, and is parallel to the upper surface 10C of the upper surface of the semiconductor substrate 10 where the convex portion 10A is not formed. Both the upper surface 10B and the upper surface 10C are, for example, {100} planes (for example, (100) planes).

なお、上面10Bの、凸部10Aの延在方向と直交する方向の幅L1は、後述する半導体発光素子20のメサ部M1の、凸部10Aの幅方向の幅L3よりも狭くなっていることが好ましい。また、凸部10Aの端面10Dは、図1ないし図3(A),(B)に示したように、凸部10Aの上面10Bと鈍角で交差する傾斜面となっていてもよいし、図示しないが、凸部10Aの上面10Bと鋭角で交差したり、凸部10Aの上面10Bと垂直に交差していてもよい   Note that the width L1 of the upper surface 10B in the direction orthogonal to the extending direction of the convex portion 10A is narrower than the width L3 of the mesa portion M1 of the semiconductor light emitting element 20 described later in the width direction of the convex portion 10A. Is preferred. Further, the end surface 10D of the convex portion 10A may be an inclined surface that intersects the upper surface 10B of the convex portion 10A at an obtuse angle as shown in FIGS. 1 to 3A and 3B. However, it may intersect the upper surface 10B of the convex portion 10A at an acute angle or may intersect the upper surface 10B of the convex portion 10A perpendicularly.

(半導体光検出素子30)
半導体光検出素子30は、半導体基板10に接して形成されており、半導体基板10上に、第1導電型半導体層31、光検出層32、第2導電型半導体層33、電流ブロック層34、第2導電型半導体層35を含む積層構造(第2積層構造)を有している。
(Semiconductor photodetecting element 30)
The semiconductor photodetecting element 30 is formed in contact with the semiconductor substrate 10, and the first conductive semiconductor layer 31, the photodetecting layer 32, the second conductive semiconductor layer 33, the current blocking layer 34, on the semiconductor substrate 10. It has a laminated structure (second laminated structure) including the second conductivity type semiconductor layer 35.

第1導電型半導体層31、光検出層32および第2導電型半導体層33は、半導体基板10の上面のうち、上面10Bと、上面10Cとに互いに(実質的に)分離して形成されており、これら第1導電型半導体層31、光検出層32および第2導電型半導体層33のうち上面10B側に形成された部分は、凸部10Aの延在方向と平行な方向に延在する帯状の凸形状となっており、上面10Bと所定の傾斜角αをなす傾斜面30Aを両側面に有している。この傾斜面30Aは、例えば、後述するように、凸部10Aの上面10Bに半導体を結晶成長させることにより自然と形成されたものであり、傾斜角αはおおよそ55度となっている。そのため、第1導電型半導体層31、光検出層32および第2導電型半導体層33のうち上面10B側に形成された部分の、凸部10Aの幅方向の幅は、上面10Bの幅L1と等しいか、それよりも狭くなっている。   The first conductivity type semiconductor layer 31, the light detection layer 32, and the second conductivity type semiconductor layer 33 are formed (substantially) separated from each other on the upper surface 10B and the upper surface 10C of the upper surface of the semiconductor substrate 10. A portion of the first conductive semiconductor layer 31, the light detection layer 32, and the second conductive semiconductor layer 33 formed on the upper surface 10B side extends in a direction parallel to the extending direction of the convex portion 10A. It has a belt-like convex shape and has inclined surfaces 30A that form a predetermined inclination angle α with the upper surface 10B on both side surfaces. For example, as will be described later, the inclined surface 30A is naturally formed by crystal growth of a semiconductor on the upper surface 10B of the convex portion 10A, and the inclination angle α is approximately 55 degrees. Therefore, the width of the convex portion 10A in the width direction of the portion formed on the upper surface 10B side of the first conductive semiconductor layer 31, the light detection layer 32, and the second conductive semiconductor layer 33 is equal to the width L1 of the upper surface 10B. It is equal or narrower than that.

ここで、第1導電型半導体層31は、例えばp型GaAsからなり、凸部10Aの延在方向と平行な方向に延在する帯状の形状となっている。   Here, the first conductivity type semiconductor layer 31 is made of, for example, p-type GaAs, and has a strip shape extending in a direction parallel to the extending direction of the convex portion 10A.

光検出層32は、半導体発光素子20の光を吸収し、吸収した光の出力レベルに応じた電気信号(フォトカレント)に変換するためのものであり、例えば、アンドープのGaAsからなる。なお、光検出層32で生じた電気信号は、後述の共通電極36および下部電極39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、この光出力演算回路において光射出窓28A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。   The light detection layer 32 is for absorbing the light of the semiconductor light emitting element 20 and converting it into an electrical signal (photocurrent) corresponding to the output level of the absorbed light, and is made of undoped GaAs, for example. An electrical signal generated in the light detection layer 32 is input as a light output monitor signal to a light output operation circuit (not shown) connected to a common electrode 36 and a lower electrode 39 described later. It is used to measure the output level of laser light emitted from the light exit window 28A.

この光検出層32は、凸部10Aの延在方向と平行な方向に延在する帯状の形状となっている。光検出層32のうち上面10B側に形成された部分の、凸部10Aの幅方向の幅L2は、半導体発光素子20のメサ部M1の、凸部10Aの幅方向の幅L3よりも狭くなっており、半導体発光素子20の発光領域23Aの、凸部10Aの幅方向の幅L4と等しいか、それよりも狭くなっていることが好ましい。   The light detection layer 32 has a strip shape extending in a direction parallel to the extending direction of the convex portion 10A. The width L2 of the convex portion 10A in the width direction of the portion formed on the upper surface 10B side of the light detection layer 32 is narrower than the width L3 of the mesa portion M1 of the semiconductor light emitting element 20 in the width direction of the convex portion 10A. The light emitting region 23A of the semiconductor light emitting device 20 is preferably equal to or narrower than the width L4 in the width direction of the convex portion 10A.

第2導電型半導体層33は、第1導電型半導体層31とは異なる導電型の半導体、例えば、n型AlGaAsからなる。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。従って、半導体光検出素子30は、光検出層32を導電型の互いに異なる半導体層によって挟み込んだサンドイッチ構造となっている。   The second conductivity type semiconductor layer 33 is made of a semiconductor having a conductivity type different from that of the first conductivity type semiconductor layer 31, for example, n-type AlGaAs. Examples of n-type impurities include silicon (Si) and selenium (Se). Therefore, the semiconductor photodetecting element 30 has a sandwich structure in which the photodetecting layer 32 is sandwiched between semiconductor layers having different conductivity types.

電流ブロック層34は、第1導電型半導体層31および光検出層32と、電流ブロック層34上に形成された第2導電型半導体層35とを互いに電気的に分離するためのものである。この電流ブロック層34は、第1導電型半導体層31、光検出層32および第2導電型半導体層33のうち上面10B側に形成された部分の側面と、第1導電型半導体層31、光検出層32および第2導電型半導体層33のうち上面10C側に形成された部分の表面とに接して形成されており、例えば、p型半導体層、n型半導体層およびp型半導体層を上面10C側から順に積層して構成されている。   The current blocking layer 34 is for electrically separating the first conductive semiconductor layer 31 and the light detection layer 32 from the second conductive semiconductor layer 35 formed on the current blocking layer 34. The current blocking layer 34 includes a side surface of the first conductive semiconductor layer 31, the light detection layer 32, and the second conductive semiconductor layer 33 formed on the upper surface 10 </ b> B side, the first conductive semiconductor layer 31, the light The detection layer 32 and the second conductivity type semiconductor layer 33 are formed in contact with the surface of the portion formed on the upper surface 10C side. For example, the p-type semiconductor layer, the n-type semiconductor layer, and the p-type semiconductor layer are formed on the upper surface. The layers are stacked in order from the 10C side.

第2導電型半導体層35は、第2導電型半導体層33のうち上面10B側に形成された部分と接して形成されている。この第2導電型半導体層35は、例えばn型AlGaAsからなり、第2導電型半導体層33のうち上面10B側に形成された部分と電気的に接続されている。   The second conductivity type semiconductor layer 35 is formed in contact with a portion of the second conductivity type semiconductor layer 33 formed on the upper surface 10B side. The second conductive semiconductor layer 35 is made of, for example, n-type AlGaAs, and is electrically connected to a portion of the second conductive semiconductor layer 33 formed on the upper surface 10B side.

第2導電型半導体層35の上面のうち凸部10Aとの対向領域を含む領域には、半導体発光素子20が半導体光検出素子30と一体に形成されており、第2導電型半導体層35の上面のうち半導体発光素子20の周囲に、共通電極36が形成されている。また、半導体発光素子20の側面と、第2導電型半導体層35の上面のうち半導体発光素子20および共通電極36の形成されていない部分の表面とには、絶縁膜37が形成されている。この絶縁膜37の表面には、共通電極36と電気的に接続された電極パッド38が形成されている。さらに、半導体基板10の裏面には、下部電極39が形成されている。   The semiconductor light emitting element 20 is formed integrally with the semiconductor photodetecting element 30 in a region including the region facing the convex portion 10 </ b> A on the upper surface of the second conductive semiconductor layer 35. A common electrode 36 is formed around the semiconductor light emitting element 20 on the upper surface. An insulating film 37 is formed on the side surface of the semiconductor light emitting element 20 and the surface of the upper surface of the second conductivity type semiconductor layer 35 where the semiconductor light emitting element 20 and the common electrode 36 are not formed. On the surface of the insulating film 37, an electrode pad 38 electrically connected to the common electrode 36 is formed. Further, a lower electrode 39 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10.

ここで、共通電極36および電極パッド38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)とを第2導電型半導体層35側からこの順に積層した構造を有しており、第2導電型半導体層35と電気的に接続されている。下部電極39は、例えばチタン(Ti),白金(Pt)および金(Au)を半導体基板10側からこの順に積層した構造を有しており、半導体基板10と電気的に接続されている。また、絶縁膜37は、メサ部M1を保護するためのものであり、例えば、シリコン酸化物(SiO)や、シリコン窒化物(SiN)などの絶縁性材料からなる。 Here, the common electrode 36 and the electrode pad 38 are, for example, an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au) stacked in this order from the second conductivity type semiconductor layer 35 side. The structure is electrically connected to the second conductivity type semiconductor layer 35. The lower electrode 39 has a structure in which, for example, titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are stacked in this order from the semiconductor substrate 10 side, and is electrically connected to the semiconductor substrate 10. The insulating film 37 is for protecting the mesa portion M1, and is made of an insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), for example.

(半導体発光素子20)
半導体発光素子20は、半導体光検出素子30の第2導電型半導体層35上に、下部DBR層21、下部スペーサ層22、活性層23、上部スペーサ層24、電流狭窄層25、上部DBR層26、コンタクト層27および上部電極28を第2導電型半導体層35側から順に積層した積層構造(第1積層構造)を備えている。
(Semiconductor light emitting element 20)
The semiconductor light emitting device 20 includes a lower DBR layer 21, a lower spacer layer 22, an active layer 23, an upper spacer layer 24, a current confinement layer 25, and an upper DBR layer 26 on the second conductive semiconductor layer 35 of the semiconductor photodetector 30. The contact layer 27 and the upper electrode 28 are stacked in order from the second conductive semiconductor layer 35 side (first stacked structure).

この積層構造において、下部DBR層21、下部スペーサ層22、活性層23、上部スペーサ層24、電流狭窄層25、上部DBR層26およびコンタクト層27が、積層方向に中心軸を有する柱状のメサ部M1を構成しており、メサ部M1の中心軸を含む中央領域に、活性層23から発せられた光を外部に主として出力する光射出窓28としての開口が上部電極28に設けられている。   In this stacked structure, the lower DBR layer 21, the lower spacer layer 22, the active layer 23, the upper spacer layer 24, the current confinement layer 25, the upper DBR layer 26, and the contact layer 27 are columnar mesa portions having a central axis in the stacking direction. The upper electrode 28 is provided with an opening as a light exit window 28 that mainly outputs the light emitted from the active layer 23 to the outside in a central region including the central axis of the mesa portion M1.

下部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)を交互に積層して構成されたものであり、活性層23から発せられた光のほとんどを活性層23側に反射すると共に、活性層23から発せられた光を半導体光検出素子30側にわずかに透過するようになっている。ここで、低屈折率層は例えば光学厚さがλ/4(λは発振波長)のn型Alx1Ga1−x1As(0<x1<1)からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ/4のn型Alx2Ga1−x2As(0≦x2<x1)からなる。下部スペーサ層22は、例えばn型Alx3Ga1−x3As(0≦x3<1)からなる。 The lower DBR layer 21 is configured by alternately laminating a low refractive index layer (not shown) and a high refractive index layer (not shown), and activates most of the light emitted from the active layer 23. While reflecting to the layer 23 side, the light emitted from the active layer 23 is slightly transmitted to the semiconductor photodetector element 30 side. Here, an n-type Al x1 Ga 1-x1 As the low refractive index layer is, for example, optical thickness is λ 1/4 1 is an oscillation wavelength) (0 <x1 <1) , the high refractive index layer is, for example, comprises an optical thickness is λ 1/4 n-type Al x2 Ga 1-x2 As ( 0 ≦ x2 <x1). The lower spacer layer 22 is made of, for example, n-type Al x3 Ga 1-x3 As (0 ≦ x3 <1).

活性層23は、例えばGaAs系材料からなる。この活性層23では、活性層23のうち積層面内方向における中央部分(後述の電流注入領域25Bとの対向領域)が発光領域23Aとなる。   The active layer 23 is made of, for example, a GaAs material. In the active layer 23, a central portion (a region facing a current injection region 25B described later) of the active layer 23 in the stacked in-plane direction becomes a light emitting region 23A.

上部スペーサ層24は、例えばp型Alx4Ga1−x4As(0≦x4<1)からなる。上部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)を交互に積層して構成されたものであり、活性層23から発せられた光のほとんどを活性層23側に反射すると共に、活性層23から発せられた光の一部を光射出窓28A側に透過するようになっている。ここで、低屈折率層は例えば光学厚さがλ/4のp型Alx5Ga1−x5As(0<x5<1)からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ/4のp型Alx6Ga1−x6As(0≦x6<x5)からなる。コンタクト層27は、例えばp型Alx7Ga1−x7As(0≦x7<1)からなる。 The upper spacer layer 24 is made of, for example, p-type Al x4 Ga 1-x4 As (0 ≦ x4 <1). The upper DBR layer 26 is configured by alternately laminating a low refractive index layer (not shown) and a high refractive index layer (not shown), and activates most of the light emitted from the active layer 23. While reflecting to the layer 23 side, a part of the light emitted from the active layer 23 is transmitted to the light exit window 28A side. Here, it made a low refractive index layer is, for example, optical thickness of lambda 1/4 p-type Al x5 Ga 1-x5 As ( 0 <x5 <1), the high refractive index layer is, for example, optical thickness of lambda 1 / 4 p-type Al x6 Ga 1-x6 As (0 ≦ x6 <x5). The contact layer 27 is made of, for example, p-type Al x7 Ga 1-x7 As (0 ≦ x7 <1).

電流狭窄層25はメサ部M1の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域25Aを有し、それ以外の領域(メサ部M1の中央領域)が電流注入領域25Bとなっている。電流注入領域25Bは、例えばp型Alx8Ga1−x8As(0<x8≦1)からなる。電流狭窄領域25Aは、例えば、Al(酸化アルミニウム)を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層25D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25は電流を狭窄する機能を有している。 The current confinement layer 25 has a current confinement region 25A in a region from the side surface of the mesa portion M1 to a predetermined depth, and the other region (the central region of the mesa portion M1) is a current injection region 25B. The current injection region 25B is made of, for example, p-type Al x8 Ga 1-x8 As (0 <x8 ≦ 1). The current confinement region 25A includes, for example, Al 2 O 3 (aluminum oxide), and is obtained by oxidizing high-concentration Al contained in the oxidized layer 25D from the side surface, as will be described later. . Therefore, the current confinement layer 25 has a function of confining current.

メサ部M1は、その中心軸が凸部10の幅方向の中心線またはその近傍領域と交差する位置に形成されたものであり、例えば直径40μm程度の円筒形状となっている。この直径は、後述の酸化工程においてメサ部M1の内部に所定の大きさの未酸化領域(電流注入領域25B)が残るようにするために、酸化工程における酸化速度および酸化時間などに応じて適切に調整されている。   The mesa portion M1 is formed at a position where its central axis intersects the center line in the width direction of the convex portion 10 or its vicinity region, and has, for example, a cylindrical shape with a diameter of about 40 μm. This diameter is appropriate according to the oxidation rate, oxidation time, etc. in the oxidation step so that an unoxidized region (current injection region 25B) of a predetermined size remains in the mesa portion M1 in the oxidation step described later. Has been adjusted.

このような構成を有する半導体発光装置1は、例えば、次のようにして製造することができる。   The semiconductor light emitting device 1 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.

図4(A),(B)〜図12は、その製造方法を工程順に表すものである。なお、図4(A),図5(A),図6(A),図7,図9,図11は製造過程の素子の上面構成を表したものである。また、図4(B)は図4(A)におけるA−A矢視方向の断面構成を、図5(B)は図5(A)におけるA−A矢視方向の断面構成を、図6(B)は図6(A)におけるA−A矢視方向の断面構成を、図8は図7におけるA−A矢視方向の断面構成を、図10は図9におけるA−A矢視方向の断面構成を、図12は図11におけるA−A矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。   4A and 4B to 12 show the manufacturing method in the order of steps. 4A, FIG. 5A, FIG. 6A, FIG. 7, FIG. 9, and FIG. 11 show the top surface configuration of the device in the manufacturing process. 4B is a cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG. 4A, FIG. 5B is a cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG. (B) is a cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG. 6 (A), FIG. 8 is a cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG. 7, and FIG. 10 is a direction in the direction of arrows AA in FIG. FIG. 12 shows a cross-sectional configuration in the direction of arrows AA in FIG.

半導体発光装置1を製造するためには、(100)面を主面とするGaAsからなる基板10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)法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。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)、TMIn(トリメチルインジウム)、アルシン (AsH)などのメチル系有機金属ガスを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばセレン化水素(H2 Se)を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばジメチル亜鉛(DMZn)を用いる。 In order to manufacture the semiconductor light emitting device 1, a GaAs compound semiconductor is formed on a substrate 10 made of GaAs having a (100) plane as a main surface, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. It forms in a lump by the epitaxial crystal growth method. At this time, as a raw material for the GaAs compound semiconductor, for example, a methyl organic metal gas such as trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), TMIn (trimethylindium), or arsine (AsH 3 ) is used. For example, hydrogen selenide (H2 Se) is used as the raw material, and dimethyl zinc (DMZn) is used as the acceptor impurity raw material, for example.

具体的には、まず、基板10の(100)面上に、<110>方向に延在すると共に、基板10の一の端面からその端面に対向する他の端面にまで延在する帯状のレジスト層R1を形成する(図4(A),(B))。   Specifically, first, a strip-like resist that extends in the <110> direction on the (100) surface of the substrate 10 and extends from one end surface of the substrate 10 to another end surface facing the end surface. The layer R1 is formed (FIGS. 4A and 4B).

次に、レジスト層R1をマスクとして、基板10を選択的にエッチングする。これにより、レジスト層R1の直下に、基板10の一の端面からその端面に対向する他の端面にまで延在する帯状の凸部10Aが形成される(図5(A),(B))。このとき、凸部10Aの上面10Bと、その周囲の上面10Cとには共に、(100)面が露出している。   Next, the substrate 10 is selectively etched using the resist layer R1 as a mask. As a result, a belt-like convex portion 10A extending from one end surface of the substrate 10 to the other end surface facing the end surface is formed immediately below the resist layer R1 (FIGS. 5A and 5B). . At this time, the (100) plane is exposed on both the upper surface 10B of the convex portion 10A and the surrounding upper surface 10C.

次に、レジスト層R1を除去したのち、凸部10Aを含む表面上に、第1導電型半導体層31、光検出層32および第2導電型半導体層33を積層する。このとき、(111)B面の非成長面が凸部10Aの上面10B端部から発生し、凸部10Aの上面10B端部から順次、結晶成長が停止する。その結果、凸部10A上の結晶成長は、凸部10Aの上面10Bの一方の端部から発生した非成長面と、凸部10Aの上面10Bの他方の端部から発生した非成長面とが互いに交差した段階で停止する。その結果、凸部10Aの上面に、傾斜角αの一対の傾斜面30Aが形成される(図6(A),(B))。   Next, after removing the resist layer R1, the first conductivity type semiconductor layer 31, the light detection layer 32, and the second conductivity type semiconductor layer 33 are stacked on the surface including the convex portion 10A. At this time, the non-growth surface of the (111) B surface occurs from the end of the upper surface 10B of the convex portion 10A, and the crystal growth stops sequentially from the end of the upper surface 10B of the convex portion 10A. As a result, the crystal growth on the convex portion 10A includes a non-growth surface generated from one end portion of the upper surface 10B of the convex portion 10A and a non-growth surface generated from the other end portion of the upper surface 10B of the convex portion 10A. Stop when they cross each other. As a result, a pair of inclined surfaces 30A having an inclination angle α is formed on the upper surface of the convex portion 10A (FIGS. 6A and 6B).

続いて、傾斜面30Aを含む表面上に、電流ブロック層34、第2導電型半導体層35、下部DBR層21、下部スペーサ層22、活性層23、上部スペーサ層24、被酸化層25D、上部DBR層26およびコンタクト層27を積層する(図7、図8)。   Subsequently, on the surface including the inclined surface 30A, the current blocking layer 34, the second conductivity type semiconductor layer 35, the lower DBR layer 21, the lower spacer layer 22, the active layer 23, the upper spacer layer 24, the oxidized layer 25D, the upper portion A DBR layer 26 and a contact layer 27 are stacked (FIGS. 7 and 8).

次に、コンタクト層27の上面であって、かつ凸部10Aの幅方向の中心線が通過する領域に、円形状のレジスト層R2を形成したのち(図9、図10)、レジスト層R2をマスクとして、下部DBR層21、下部スペーサ層22、活性層23、上部スペーサ層24、被酸化層25D、上部DBR層26およびコンタクト層27を選択的にエッチングする。これにより、レジスト層R2の直下にメサ部M1が形成される(図11、図12)。   Next, after forming the circular resist layer R2 on the upper surface of the contact layer 27 and in the region through which the center line in the width direction of the convex portion 10A passes (FIGS. 9 and 10), the resist layer R2 is formed. As a mask, the lower DBR layer 21, the lower spacer layer 22, the active layer 23, the upper spacer layer 24, the oxidized layer 25D, the upper DBR layer 26, and the contact layer 27 are selectively etched. As a result, a mesa portion M1 is formed immediately below the resist layer R2 (FIGS. 11 and 12).

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M1の側面から被酸化層25Dを選択的に酸化する。これにより被酸化層25D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25Aが形成され、その中央領域が電流注入領域25Bとなる。このようにして、電流狭窄層25が形成される(図2)。   Next, an oxidation process is performed at a high temperature in a water vapor atmosphere to selectively oxidize the oxidized layer 25D from the side surface of the mesa M1. As a result, the outer edge region of the oxidized layer 25D becomes an insulating layer (aluminum oxide). As a result, the current confinement region 25A is formed in the outer edge region, and the central region becomes the current injection region 25B. Thus, the current confinement layer 25 is formed (FIG. 2).

次に、絶縁膜37を形成したのち、例えば蒸着法により、コンタクト層27上に上部電極28を形成すると共に、第2導電型半導体層33の露出部分に共通電極36を形成する(図2)。さらに、半導体基板10の裏面に下部電極39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1が製造される。   Next, after forming the insulating film 37, the upper electrode 28 is formed on the contact layer 27 by, for example, vapor deposition, and the common electrode 36 is formed on the exposed portion of the second conductivity type semiconductor layer 33 (FIG. 2). . Further, the lower electrode 39 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10 (FIG. 1). In this way, the semiconductor light emitting device 1 of the present embodiment is manufactured.

本実施の形態の半導体発光装置1では、例えば、共通電極36を半導体発光素子20および半導体光検出素子30の共通グラウンドとした上で、上部電極28から半導体発光素子20を駆動する電流を供給し、かつ下部電極39に逆バイアスを印加すると、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、所定の波長λでレーザ発振が生じ、波長λを含む光Aが光射出窓28Aから主として出力され、外部に射出されると共に、下部DBR層21から半導体光検出素子30側にわずかに出力され、その一部が光検出層32に入射する(図13)。 In the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment, for example, the common electrode 36 is used as a common ground for the semiconductor light emitting element 20 and the semiconductor light detecting element 30, and a current for driving the semiconductor light emitting element 20 is supplied from the upper electrode 28. When a reverse bias is applied to the lower electrode 39, the current confined by the current confinement layer 25 is injected into the light emitting region 23A, which is the gain region of the active layer 23, thereby emitting light by recombination of electrons and holes. Arise. This light includes not only stimulated emission light but also spontaneous emission light. However, as a result of repeated stimulated emission in the device, laser oscillation occurs at a predetermined wavelength λ 1 , and light A including wavelength λ 1 is generated. The light is mainly output from the light exit window 28A and emitted to the outside, and is slightly output from the lower DBR layer 21 to the semiconductor light detection element 30 side, and a part of the light enters the light detection layer 32 (FIG. 13).

光検出層32に入射した光は、光検出層32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、電気信号は共通電極36および下部電極39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、光検出層32に入射した光の出力レベルが計測される。   The light incident on the photodetection layer 32 is absorbed by the photodetection layer 32 and converted into an electric signal (photocurrent) corresponding to the output level of the absorbed light, and then the electric signal is the common electrode 36 and the lower electrode 39. Is output to an optical output arithmetic circuit (not shown) via a wire (not shown) electrically connected to the optical output, and then received as an optical output monitor signal in the optical output arithmetic circuit. Thereby, the output level of the light incident on the light detection layer 32 is measured.

ところで、本実施の形態では、光検出層32の、凸部10Aの幅方向の幅L2が、少なくともメサ部M1の、凸部10Aの幅方向の幅L3よりも狭くなっている。これにより、半導体発光素子20から半導体光検出素子30側にわずかに出力された光Aに含まれる、発散角の広い自然放出光のほとんどが光検出層32以外の部分を通過する。一方、半導体発光素子20から半導体光検出素子30側にわずかに出力された光に含まれる誘導放出光は、高い指向性を有しており、そのほとんどが、発光領域23A直下の光検出層32に入射する。これにより、光検出層32に入射する自然放出光の光量を、光検出層32に入射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。これにより、自然放出光の光検出層32への入射を効果的に抑制することができるので、半導体光検出素子30による自然放出光の検出レベルを低減することができ、その結果、誘導放出光の光検出精度をより向上させることができる。   By the way, in the present embodiment, the width L2 of the convex portion 10A in the width direction of the light detection layer 32 is at least narrower than the width L3 of the mesa portion M1 in the width direction of the convex portion 10A. As a result, most of spontaneous emission light having a wide divergence angle included in the light A slightly output from the semiconductor light emitting element 20 to the semiconductor light detection element 30 side passes through portions other than the light detection layer 32. On the other hand, the stimulated emission light included in the light slightly output from the semiconductor light emitting element 20 to the semiconductor light detecting element 30 has high directivity, and most of the light is the light detecting layer 32 immediately below the light emitting region 23A. Is incident on. As a result, the amount of spontaneous emission light incident on the light detection layer 32 can be made extremely small compared to the amount of stimulated emission light incident on the light detection layer 32. Accordingly, since the spontaneous emission light can be effectively prevented from entering the light detection layer 32, the detection level of the spontaneous emission light by the semiconductor light detection element 30 can be reduced. As a result, the stimulated emission light can be reduced. The light detection accuracy can be further improved.

なお、光検出層32の、凸部10Aの幅方向の幅L2を、発光領域23Aの、凸部10Aの幅方向の幅L3と(ほぼ)等しくした場合には、誘導放出光のロスを最小限度とすることができるので、電気信号の出力レベルを大きくすることができ、S/Nを改善することもできる。   When the width L2 of the convex portion 10A in the width direction of the light detection layer 32 is (almost) equal to the width L3 of the light emitting region 23A in the width direction of the convex portion 10A, the loss of stimulated emission light is minimized. Since the limit can be set, the output level of the electric signal can be increased and the S / N can be improved.

また、本実施の形態では、自然放出光を除去するための構造(光検出層32)を、凸部10Aを有する半導体基板10上にMOCVDなどの結晶成長法を用いて形成するようにしたので、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。   In the present embodiment, the structure (photodetection layer 32) for removing spontaneously emitted light is formed on the semiconductor substrate 10 having the convex portion 10A by using a crystal growth method such as MOCVD. For example, as in Patent Document 1, the shape and size of the semiconductor layer are larger than those in the case where an oxide layer that prevents transmission of spontaneous emission light is formed by oxidizing a part of the semiconductor layer using an oxidation process that is not easily controlled. Can be formed with high accuracy. Thereby, the dispersion | variation in the characteristic for every semiconductor light-emitting device can be made very small.

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、半導体光検出素子30において体積収縮の歪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。   Further, in order to remove spontaneously emitted light, there is no need to use a process in which volume shrinkage such as oxidation of the semiconductor layer occurs as in Patent Document 1, for example. Thereby, there is no possibility that the semiconductor photodetecting element 30 may be peeled off due to the volume shrinkage distortion, so that the semiconductor light detection element 30 is compared with the case where a layer that removes spontaneous emission light is formed using a process that causes volume shrinkage such as oxidation of the semiconductor layer. Yield and reliability are extremely high.

また、本実施の形態では、光検出層32の、凸部10Aの幅方向の幅L2を、少なくともメサ部M1の、凸部10Aの幅方向の幅L3よりも狭くしたことから、光検出層32側面が全て、半導体発光装置1の端面に露出することがなくなる。これにより、半導体光検出素子30に逆バイアスを印加した際に、光検出層32のうち端面に露出している部分を介して流れる暗電流の大きさを、光検出層の側面が全て、端面に露出している場合と比べて大幅に低減することができる。その結果、誘導放出光の光検出精度をより向上させることができる。   In the present embodiment, the width L2 of the convex portion 10A in the width direction of the light detection layer 32 is at least smaller than the width L3 of the mesa portion M1 in the width direction of the convex portion 10A. All 32 side surfaces are not exposed to the end face of the semiconductor light emitting device 1. Thereby, when a reverse bias is applied to the semiconductor photodetecting element 30, the magnitude of the dark current flowing through the portion exposed to the end face of the photodetecting layer 32 is determined by the side face of the photodetecting layer. Compared with the case where it is exposed to the light, it can be greatly reduced. As a result, the light detection accuracy of stimulated emission light can be further improved.

また、第1導電型半導体層31からコンタクト層27までをエピタキシャル結晶成長法により一括して形成することができる。これにより、自然放出光を除去するための構造を他の方法を用いて形成する場合と比べて製造工程を簡略化することができ、製造に要する時間を短縮することができる。   Further, the first conductive type semiconductor layer 31 to the contact layer 27 can be collectively formed by the epitaxial crystal growth method. As a result, the manufacturing process can be simplified and the time required for manufacturing can be shortened as compared with the case where the structure for removing spontaneously emitted light is formed using another method.

また、本実施の形態では、半導体発光素子20の光が主として外部に射出される側(光射出窓28A)とは反対側に、半導体光検出素子30を設けたので、半導体光検出素子30を設けるスペースがメサ部M1の大きさによって制限されない。これにより、半導体光検出素子30を半導体発光素子20の光が主として外部に射出される側(光射出窓28A)に設けた場合よりも、半導体光検出素子30を容易に形成することができる。   In the present embodiment, since the semiconductor light detection element 30 is provided on the side opposite to the side from which the light of the semiconductor light emitting element 20 is mainly emitted to the outside (light emission window 28A), the semiconductor light detection element 30 is provided. The space to be provided is not limited by the size of the mesa portion M1. Thereby, the semiconductor photodetecting element 30 can be formed more easily than the case where the semiconductor photodetecting element 30 is provided on the side from which the light of the semiconductor light emitting element 20 is mainly emitted to the outside (light emission window 28A).

[第1の実施の形態の変形例]
上記実施の形態では、光検出層32の、当該光検出層32の延在方向に対向する一対の端面を半導体基板10の端面と同一の面内に形成していたが、その一対の端面を、半導体基板10の端面よりも内側に形成するようにしてもよい。このようにした場合には、製造工程において、この凸部10Aを含む表面上に、第1導電型半導体層31等を形成した際に、その一対の端面が第1導電型半導体層31等によって覆われ、外部に露出しなくなる。これにより、光検出層32を介して暗電流が流れることがなくなるので、誘導放出光の光検出精度をより一層、向上させることができる。
[Modification of First Embodiment]
In the above embodiment, the pair of end faces of the photodetection layer 32 facing the extending direction of the photodetection layer 32 are formed in the same plane as the end face of the semiconductor substrate 10. Alternatively, it may be formed inside the end surface of the semiconductor substrate 10. In such a case, when the first conductive semiconductor layer 31 or the like is formed on the surface including the convex portion 10A in the manufacturing process, the pair of end faces are formed by the first conductive semiconductor layer 31 or the like. Covered and no longer exposed to the outside. Thereby, since no dark current flows through the photodetection layer 32, the photodetection accuracy of the stimulated emission light can be further improved.

ところで、上記したように、光検出層32の端面が、第1導電型半導体層31等によって覆われるようにするためには、半導体基板10の凸部10Aの端面を半導体基板10の端面よりも内側に形成すればよい。その際、例えば、図14に示したように、凸部10Aの延在方向の長さを、半導体基板10の幅よりも狭くしてもよいし、図15、図16、図17に示したように、凸部10Aの延在方向の長さを、半導体基板10の幅よりも狭くするだけでなく、凸部10Aの形状も帯状以外の形状にしてもよい。例えば、図15に示したように、凸部10Aの積層面内方向の断面形状を円形状とした場合には、光検出層32の積層面内方向の断面形状も円形状(相似形)となる。また、例えば、図16に示したように、凸部10Aの積層面内方向の断面形状を楕円形状とした場合には、光検出層32の積層面内方向の断面形状も楕円形状(相似形)となる。また、例えば、図17に示したように、凸部10Aの積層面内方向の断面形状を多角形状とした場合には、光検出層32の積層面内方向の断面形状も多角形状(相似形)となる。   By the way, as described above, in order to cover the end surface of the light detection layer 32 with the first conductive type semiconductor layer 31 or the like, the end surface of the convex portion 10A of the semiconductor substrate 10 is made to be more than the end surface of the semiconductor substrate 10. What is necessary is just to form inside. At that time, for example, as shown in FIG. 14, the length in the extending direction of the convex portion 10 </ b> A may be narrower than the width of the semiconductor substrate 10, or as shown in FIGS. 15, 16, and 17. Thus, not only the length of the protruding portion 10A in the extending direction is made narrower than the width of the semiconductor substrate 10, but also the shape of the protruding portion 10A may be a shape other than the band shape. For example, as shown in FIG. 15, when the cross-sectional shape in the in-plane direction of the convex portion 10A is circular, the cross-sectional shape in the in-plane direction of the photodetecting layer 32 is also circular (similar). Become. For example, as shown in FIG. 16, when the cross-sectional shape in the in-plane direction of the convex portion 10 </ b> A is elliptical, the cross-sectional shape in the in-plane direction of the light detection layer 32 is also elliptical (similar) ) For example, as shown in FIG. 17, when the cross-sectional shape in the in-plane direction of the convex portion 10 </ b> A is a polygonal shape, the cross-sectional shape in the in-plane direction of the light detection layer 32 is also a polygonal shape (similar shape). )

[第2の実施の形態]
図18は本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光装置2の上面構成を、図19は図18の半導体発光装置2のA−A矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。なお、図18、図19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および機能を有することを意味している。また、以下では、上記実施の形態と異なる構成、作用、効果について主に説明し、上記実施の形態と共通の構成、作用、効果についての記載を適宜省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 18 shows the top surface configuration of the semiconductor light emitting device 2 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 19 shows the cross sectional configuration of the semiconductor light emitting device 2 in FIG. . 18 and 19 are schematically shown and are different from actual dimensions and shapes. Moreover, in the following description, when the same code | symbol as the said embodiment is used, it has having the structure and function similar to the element of the same code | symbol. In the following description, configurations, operations, and effects different from those in the above embodiment will be mainly described, and descriptions of configurations, operations, and effects common to the above embodiments will be omitted as appropriate.

この半導体発光装置2は、半導体光検出素子50が半導体発光素子40の光射出窓53A側に一体に形成されている点で、半導体光検出素子30が半導体発光素子20の光射出窓28Aとは反対側に一体に形成された半導体発光装置1の構成と相違する。   In this semiconductor light emitting device 2, the semiconductor light detecting element 50 is integrally formed on the light emitting window 53 </ b> A side of the semiconductor light emitting element 40, and the semiconductor light detecting element 30 is different from the light emitting window 28 </ b> A of the semiconductor light emitting element 20. This is different from the configuration of the semiconductor light emitting device 1 integrally formed on the opposite side.

(半導体発光素子40)
半導体発光素子40は、半導体基板10の凸部10Aの上面10Bに、下部DBR層41、電流狭窄層42、下部スペーサ層43、活性層44、上部スペーサ層45、上部DBR層46および共通電極47を半導体基板10側から順に積層した積層構造(第1積層構造)を備えている。
(Semiconductor light emitting element 40)
The semiconductor light emitting device 40 includes a lower DBR layer 41, a current confinement layer 42, a lower spacer layer 43, an active layer 44, an upper spacer layer 45, an upper DBR layer 46, and a common electrode 47 on the upper surface 10B of the convex portion 10A of the semiconductor substrate 10. Are stacked in order from the semiconductor substrate 10 side (first stacked structure).

この積層構造において、下部DBR層41の上部、電流狭窄層42、下部スペーサ層43、活性層44、上部スペーサ層45、上部DBR層46が積層方向に中心軸を有する柱状のメサ部M2を構成しており、メサ部M2の中心軸を含む中央領域に、活性層44から発せられた光を半導体発光素子40側に主として出力する光射出窓47Aとしての開口が共通電極47に設けられている。   In this stacked structure, the upper portion of the lower DBR layer 41, the current confinement layer 42, the lower spacer layer 43, the active layer 44, the upper spacer layer 45, and the upper DBR layer 46 constitute a columnar mesa portion M2 having a central axis in the stacking direction. In the central region including the central axis of the mesa portion M2, the common electrode 47 is provided with an opening as a light emission window 47A that mainly outputs the light emitted from the active layer 44 to the semiconductor light emitting element 40 side. .

下部DBR層41は、低屈折率層(図示せず)および高屈折率層(図示せず)を交互に積層して構成されたものである。ここで、低屈折率層は例えば光学厚さがλ/4(λは発振波長)のp型Alx1Ga1−x1As(0<x1<1)からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ/4のp型Alx2Ga1−x2As(0≦x2<x1)からなる。下部スペーサ層43は、例えばp型Alx3Ga1−x3As(0≦x3<1)からなる。 The lower DBR layer 41 is configured by alternately laminating low refractive index layers (not shown) and high refractive index layers (not shown). Here, a p-type Al x1 Ga 1-x1 As the low refractive index layer is, for example, optical thickness is λ 1/4 1 is an oscillation wavelength) (0 <x1 <1) , the high refractive index layer is, for example, comprises an optical thickness is λ 1/4 p-type Al x2 Ga 1-x2 As ( 0 ≦ x2 <x1). The lower spacer layer 43 is made of, for example, p-type Al x3 Ga 1-x3 As (0 ≦ x3 <1).

活性層44は、例えばGaAs系材料からなる。この活性層44では、活性層44のうち積層面内方向における中央部分(後述の電流注入領域42Bとの対向領域)が発光領域44Aとなる。   The active layer 44 is made of, for example, a GaAs material. In the active layer 44, a central portion (a region opposite to a current injection region 42B described later) in the in-plane direction of the active layer 44 is a light emitting region 44A.

上部スペーサ層45は、例えばn型Alx4Ga1−x4As(0≦x4<1)からなる。上部DBR層46は、低屈折率層(図示せず)および高屈折率層(図示せず)を交互に積層して構成されたものであり、活性層44から発せられた光のほとんどを活性層44側に反射すると共に、活性層23から発せられた光の一部を光射出窓47A側に透過するようになっている。ここで、低屈折率層は例えば光学厚さがλ/4のn型Alx5Ga1−x5As(0<x5<1)からなり、高屈折率層は例えば光学厚さがλ/4のn型Alx6Ga1−x6As(0≦x6<x5)からなる。 The upper spacer layer 45 is made of, for example, n-type Al x4 Ga 1-x4 As (0 ≦ x4 <1). The upper DBR layer 46 is configured by alternately laminating a low refractive index layer (not shown) and a high refractive index layer (not shown), and activates most of the light emitted from the active layer 44. While reflecting to the layer 44 side, a part of the light emitted from the active layer 23 is transmitted to the light exit window 47A side. Here, it made a low refractive index layer is, for example, optical thickness of lambda 1/4 n-type Al x5 Ga 1-x5 As ( 0 <x5 <1), the high refractive index layer is, for example, optical thickness of lambda 1 / 4 n-type Al x6 Ga 1-x6 As (0 ≦ x6 <x5).

電流狭窄層42はメサ部M2の側面から所定の深さまでの領域に電流狭窄領域42Aを有し、それ以外の領域(メサ部M2の中央領域)が電流注入領域42Bとなっている。電流注入領域42Bは、例えばp型Alx8Ga1−x8As(0<x8≦1)からなる。電流狭窄領域42Aは、例えば、Al(酸化アルミニウム)を含んで構成され、製造工程において側面から被酸化層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42は電流を狭窄する機能を有している。 The current confinement layer 42 has a current confinement region 42A in a region from the side surface of the mesa portion M2 to a predetermined depth, and the other region (the central region of the mesa portion M2) is a current injection region 42B. The current injection region 42B is made of, for example, p-type Al x8 Ga 1-x8 As (0 <x8 ≦ 1). The current confinement region 42A includes, for example, Al 2 O 3 (aluminum oxide), and is obtained by oxidizing high concentration Al contained in the oxidized layer from the side surface in the manufacturing process. Therefore, the current confinement layer 42 has a function of confining current.

メサ部M2は、その中心軸が凸部10の幅方向の中心線またはその近傍領域と交差する位置に形成されたものであり、例えば直径40μm程度の円筒形状となっている。なお、メサ部M2の、凸部10Aの幅方向の幅L3は、半導体発光素子40が凸部10Aの上面10Bに形成されていることから、上面10Bの幅L1よりも狭くなっている。   The mesa portion M2 is formed at a position where its central axis intersects the center line in the width direction of the convex portion 10 or its vicinity region, and has a cylindrical shape with a diameter of about 40 μm, for example. The width L3 of the mesa portion M2 in the width direction of the convex portion 10A is narrower than the width L1 of the upper surface 10B because the semiconductor light emitting element 40 is formed on the upper surface 10B of the convex portion 10A.

(半導体光検出素子50)
半導体光検出素子50は、半導体発光素子40に接して形成されており、上部DBR層46上に、光検出層51およびコンタクト層52を含む積層構造(第2積層構造)を有している。
(Semiconductor photodetecting element 50)
The semiconductor photodetecting element 50 is formed in contact with the semiconductor light emitting element 40 and has a stacked structure (second stacked structure) including the photodetecting layer 51 and the contact layer 52 on the upper DBR layer 46.

光検出層51は、その底部において、メサ部M2と同様に柱形状となっている。また、光検出層51の上部およびコンタクト層52は、上面10Bと所定の傾斜角αをなす傾斜面60Aを両側面に有している。この傾斜面60Aは、例えば、凸部10Aの上面10Bに半導体を結晶成長させることにより自然と形成されたものであり、傾斜角αはおおよそ55度となっている。そのため、光検出層51およびコンタクト層52の、凸部10Aの幅方向の幅は、上面10Bの幅L1よりも狭くなっている。   The photodetection layer 51 has a columnar shape at the bottom, similar to the mesa portion M2. Further, the upper portion of the light detection layer 51 and the contact layer 52 have inclined surfaces 60A that form a predetermined inclination angle α with the upper surface 10B on both side surfaces. The inclined surface 60A is naturally formed, for example, by crystal growth of a semiconductor on the upper surface 10B of the convex portion 10A, and the inclination angle α is approximately 55 degrees. Therefore, the width in the width direction of the convex portion 10A of the light detection layer 51 and the contact layer 52 is narrower than the width L1 of the upper surface 10B.

また、コンタクト層52の上面のうち発光領域48Aとの対向領域は、例えば平坦面となっている。この平坦面は、例えば、凸部10Aの上面10Bに半導体を結晶成長させた際に、上面10B上の結晶成長が停止する前に結晶成長を止めることにより形成することが可能である。なお、凸部10Aの上面10Bに半導体を結晶成長させた際に、上面10B上の結晶成長が停止した際に形成される稜線が、コンタクト層52の上面に形成されていてもよい。   In addition, a region facing the light emitting region 48A in the upper surface of the contact layer 52 is, for example, a flat surface. This flat surface can be formed, for example, by stopping the crystal growth before the crystal growth on the upper surface 10B stops when the semiconductor is grown on the upper surface 10B of the convex portion 10A. Note that a ridge line formed when crystal growth on the upper surface 10B stops when the semiconductor is grown on the upper surface 10B of the convex portion 10A may be formed on the upper surface of the contact layer 52.

光検出層51は、半導体発光素子40の光を吸収し、吸収した光の出力レベルに応じた電気信号(フォトカレント)に変換するためのものであり、例えば、アンドープのGaAsからなる。なお、光検出層51で生じた電気信号は、共通電極47および上部電極53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、この光出力演算回路において光射出窓47A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。   The light detection layer 51 is for absorbing the light of the semiconductor light emitting element 40 and converting it into an electric signal (photocurrent) corresponding to the output level of the absorbed light, and is made of undoped GaAs, for example. The electrical signal generated in the light detection layer 51 is input as a light output monitor signal to a light output arithmetic circuit (not shown) connected to the common electrode 47 and the upper electrode 53, and light is emitted from the light output arithmetic circuit. This is used to measure the output level of the laser light emitted from the window 47A.

この光検出層51の上部は、凸部10Aの延在方向と平行な方向に延在する帯状の凸形状となっている。光検出層51の底部における、凸部10Aの幅方向の幅L2は、半導体発光素子40のメサ部M2の、凸部10Aの幅方向の幅L3よりも狭くなっており、半導体発光素子40の発光領域44Aの、凸部10Aの幅方向の幅L4と等しいか、それよりも狭くなっていることが好ましい。   The upper portion of the light detection layer 51 has a belt-like convex shape extending in a direction parallel to the extending direction of the convex portion 10A. The width L2 of the convex portion 10A in the width direction at the bottom of the light detection layer 51 is narrower than the width L3 of the mesa portion M2 of the semiconductor light emitting element 40 in the width direction of the convex portion 10A. It is preferable that the light emitting region 44A is equal to or narrower than the width L4 of the convex portion 10A in the width direction.

なお、この半導体光検出素子50において、上部DBR層46の上部が、光検出層51を挟み込む、導電型の互いに異なる半導体層の一方の層を兼ねている。   In this semiconductor photodetecting element 50, the upper part of the upper DBR layer 46 also serves as one of the semiconductor layers having different conductivity types that sandwich the photodetecting layer 51.

本実施の形態の半導体発光装置2では、例えば、共通電極46を半導体発光素子40および半導体光検出素子50の共通グラウンドとした上で、下部電極39から半導体発光素子40を駆動する電流を供給し、かつ上部電極53に逆バイアスを印加すると、電流狭窄層42により電流狭窄された電流が活性層44の利得領域である発光領域44A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、所定の波長λでレーザ発振が生じ、波長λを含む光Aが光射出窓47Aを介して光検出層51に入射すると共に、光検出層51を透過した光が上部電極53の開口から外部に射出される(図20)。 In the semiconductor light emitting device 2 of the present embodiment, for example, the common electrode 46 is used as a common ground for the semiconductor light emitting element 40 and the semiconductor light detecting element 50, and a current for driving the semiconductor light emitting element 40 is supplied from the lower electrode 39. When a reverse bias is applied to the upper electrode 53, the current confined by the current confinement layer 42 is injected into the light emitting region 44A, which is the gain region of the active layer 44, and thereby light emission due to recombination of electrons and holes is generated. Arise. This light includes not only stimulated emission light but also spontaneous emission light. However, as a result of repeated stimulated emission in the device, laser oscillation occurs at a predetermined wavelength λ 1 , and light A including wavelength λ 1 is generated. While entering the light detection layer 51 through the light emission window 47A, the light transmitted through the light detection layer 51 is emitted to the outside from the opening of the upper electrode 53 (FIG. 20).

光検出層51に入射した光の一部は、光検出層51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、電気信号は共通電極47および上部電極53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、光検出層51に入射した光の出力レベルが計測される。   Part of the light incident on the light detection layer 51 is absorbed by the light detection layer 51 and converted into an electric signal (photocurrent) corresponding to the output level of the absorbed light. After being output to an optical output arithmetic circuit (not shown) via a wire (not shown) electrically connected to the upper electrode 53, the optical output arithmetic circuit receives it as an optical output monitor signal. Thereby, the output level of the light incident on the light detection layer 51 is measured.

ところで、本実施の形態では、光検出層51の、凸部10Aの幅方向の幅L2が、少なくともメサ部M2の、凸部10Aの幅方向の幅L3よりも狭くなっている。これにより、半導体発光素子40から半導体光検出素子50側に出力された光Aに含まれる、発散角の広い自然放出光のほとんどが光検出層51以外の部分を通過する。一方、半導体発光素子40から半導体光検出素子50側に出力された光に含まれる誘導放出光は、高い指向性を有しており、そのほとんどが、発光領域44A直上の光検出層51に入射する。これにより、光検出層51に入射する自然放出光の光量を、光検出層51に入射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。これにより、自然放出光の光検出層51への入射を効果的に抑制することができるので、半導体光検出素子50による自然放出光の検出レベルを低減することができ、その結果、誘導放出光の光検出精度をより向上させることができる。   By the way, in the present embodiment, the width L2 of the convex portion 10A in the width direction of the light detection layer 51 is at least smaller than the width L3 of the mesa portion M2 in the width direction of the convex portion 10A. Thereby, most of the spontaneous emission light having a wide divergence angle included in the light A output from the semiconductor light emitting element 40 to the semiconductor light detecting element 50 side passes through a part other than the light detecting layer 51. On the other hand, the stimulated emission light included in the light output from the semiconductor light emitting device 40 to the semiconductor light detecting device 50 side has high directivity, and most of the light is incident on the light detecting layer 51 immediately above the light emitting region 44A. To do. As a result, the amount of spontaneous emission light incident on the light detection layer 51 can be made extremely small compared to the amount of stimulated emission light incident on the light detection layer 51. Accordingly, since the spontaneous emission light can be effectively prevented from entering the light detection layer 51, the detection level of the spontaneous emission light by the semiconductor light detection element 50 can be reduced, and as a result, the stimulated emission light can be reduced. The light detection accuracy can be further improved.

なお、光検出層51の、凸部10Aの幅方向の幅L2を、発光領域44Aの、凸部10Aの幅方向の幅L3と(ほぼ)等しくした場合には、誘導放出光のロスを最小限度とすることができるので、電気信号の出力レベルを大きくすることができ、S/Nを改善することもできる。   When the width L2 of the convex portion 10A in the width direction of the light detection layer 51 is (almost) equal to the width L3 of the light emitting region 44A in the width direction of the convex portion 10A, the loss of stimulated emission light is minimized. Since the limit can be set, the output level of the electric signal can be increased and the S / N can be improved.

また、本実施の形態では、自然放出光を除去するための構造(光検出層51)を、凸部10Aを有する半導体基板10上にMOCVDなどの結晶成長法を用いて形成するようにしたので、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。   In the present embodiment, the structure for removing spontaneously emitted light (photodetection layer 51) is formed on the semiconductor substrate 10 having the convex portions 10A by using a crystal growth method such as MOCVD. For example, as in Patent Document 1, the shape and size of the semiconductor layer are larger than those in the case where an oxide layer that prevents transmission of spontaneous emission light is formed by oxidizing a part of the semiconductor layer using an oxidation process that is not easily controlled. Can be formed with high accuracy. Thereby, the dispersion | variation in the characteristic for every semiconductor light-emitting device can be made very small.

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、半導体光検出素子50において体積収縮の歪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。   Further, in order to remove spontaneously emitted light, there is no need to use a process in which volume shrinkage such as oxidation of the semiconductor layer occurs as in Patent Document 1, for example. As a result, there is no possibility of peeling due to volume shrinkage in the semiconductor photodetecting element 50, so compared with the case where a layer for removing spontaneous emission light is formed using a process in which volume shrinkage such as oxidation of the semiconductor layer is performed. Yield and reliability are extremely high.

また、下部DBR層41からコンタクト層52までをエピタキシャル結晶成長法により一括して形成することができる。これにより、自然放出光を除去するための構造を他の方法を用いて形成する場合と比べて製造工程を簡略化することができ、製造に要する時間を短縮することができる。   Further, the lower DBR layer 41 to the contact layer 52 can be collectively formed by the epitaxial crystal growth method. As a result, the manufacturing process can be simplified and the time required for manufacturing can be shortened as compared with the case where the structure for removing spontaneously emitted light is formed using another method.

[第2の実施の形態の変形例]
上記実施の形態では、半導体発光素子40の主たる光を半導体光検出素子50側から出力するようにしていたが、例えば、図21、図22に示したように、上部電極53の開口を塞ぐと共に、下部電極39のうち少なくとも発光領域44Aとの対向領域に光射出窓39Aとしての開口を設け、その開口から半導体発光素子40の主たる光を外部に射出するようにしてもよい。ただし、この場合には、半導体発光素子40の光が上部DBR層47を通過して半導体光検出素子50側にわずかに漏れるようにしておくことが必要である。
[Modification of Second Embodiment]
In the above embodiment, the main light of the semiconductor light emitting element 40 is output from the semiconductor light detecting element 50 side. For example, as shown in FIGS. 21 and 22, the opening of the upper electrode 53 is blocked. Alternatively, an opening as a light emission window 39A may be provided at least in a region facing the light emitting region 44A in the lower electrode 39, and main light of the semiconductor light emitting element 40 may be emitted to the outside from the opening. However, in this case, it is necessary that the light of the semiconductor light emitting element 40 passes through the upper DBR layer 47 and slightly leaks to the semiconductor photodetector element 50 side.

以上、実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。   While the present invention has been described with reference to the embodiment and its modifications, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications can be made.

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。   For example, in the above-described embodiments and the like, the case where the semiconductor material is composed of a GaAs compound semiconductor has been described. However, other material systems such as GaInP (red) material, AlGaAs (infrared), GaN, It is also possible to configure with a system (blue green system).

また、上記第1の実施の形態およびその変形例では、半導体基板10として一の面に凸部10Aを有する加工基板を用いていたが、無加工の平坦な半導体基板を用いてもよい。ただし、この場合に、光検出層をメサ部M1との対向領域を含む広い範囲に形成したときには、光検出層のうちメサ部M1との対向領域以外の部分の全部または一部、特に半導体基板10の端縁およびその近傍との対向部分を、光検出機能を発現しないように不活性化しておくことが必要となる。   Moreover, in the said 1st Embodiment and its modification, although the processed substrate which has 10 A of convex parts on one surface was used as the semiconductor substrate 10, you may use an unprocessed flat semiconductor substrate. However, in this case, when the light detection layer is formed in a wide range including the region facing the mesa portion M1, all or a part of the light detection layer other than the region facing the mesa portion M1, particularly the semiconductor substrate. It is necessary to inactivate the portion facing the edge of 10 and the vicinity thereof so as not to exhibit the light detection function.

なお、上記第1の実施の形態では、半導体光検出素子30上に半導体発光素子20を一体に設けていたが、例えば、図23に示したように、半導体光検出素子30上に半導体発光素子20を設けずに、半導体光検出素子30を半導体光発光素子20とは別体で構成するようにしてもよい。   In the first embodiment, the semiconductor light emitting element 20 is integrally provided on the semiconductor light detecting element 30, but for example, as shown in FIG. 23, the semiconductor light emitting element 30 is formed on the semiconductor light detecting element 30. The semiconductor light detecting element 30 may be configured separately from the semiconductor light emitting element 20 without providing the semiconductor light emitting element 20.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体発光装置の上面図である。1 is a top view of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention. 図1の半導体発光装置のA−A矢視方向の断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram of the AA arrow direction of the semiconductor light-emitting device of FIG. 図1の半導体発光装置の製造工程を説明するための上面図および断面図である。FIG. 6 is a top view and a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor light emitting device of FIG. 1. 図3に続く工程を説明するための上面図および断面図である。FIG. 4 is a top view and a cross-sectional view for explaining a process following FIG. 3. 図4に続く工程を説明するための上面図および断面図である。FIG. 5 is a top view and a cross-sectional view for explaining a process following FIG. 4. 図5に続く工程を説明するための上面図および断面図である。FIG. 6 is a top view and a cross-sectional view for explaining a process following FIG. 5. 図6に続く工程を説明するための上面図である。FIG. 7 is a top view for explaining a process following the process in FIG. 6. 図7の素子の断面図である。It is sectional drawing of the element of FIG. 図7に続く工程を説明するための上面図である。FIG. 8 is a top view for explaining a process following the process in FIG. 7. 図9の素子の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the element of FIG. 9. 図9に続く工程を説明するための上面図である。FIG. 10 is a top view for explaining a process following the process in FIG. 9. 図11の素子の断面図である。It is sectional drawing of the element of FIG. 図1の半導体発光装置の作用を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating an effect | action of the semiconductor light-emitting device of FIG. 図1の半導体基板の一変形例の上面図および断面図である。FIG. 6 is a top view and a cross-sectional view of a modified example of the semiconductor substrate of FIG. 1. 図1の半導体基板の他の変形例の上面図および断面図である。FIG. 10 is a top view and a cross-sectional view of another modification of the semiconductor substrate of FIG. 1. 図1の半導体基板のその他の変形例の上面図および断面図である。FIG. 10 is a top view and a cross-sectional view of another modification of the semiconductor substrate of FIG. 1. 図1の半導体基板のさらにその他の変形例の上面図および断面図である。FIG. 10 is a top view and a cross-sectional view of still another modification of the semiconductor substrate of FIG. 1. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体発光装置の上面図である。It is a top view of the semiconductor light-emitting device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 図18の半導体発光装置のA−A矢視方向の断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram of the AA arrow direction of the semiconductor light-emitting device of FIG. 図18の半導体発光装置の作用を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating an effect | action of the semiconductor light-emitting device of FIG. 図18の半導体発光装置の一変形例の上面図である。FIG. 19 is a top view of a modification of the semiconductor light emitting device of FIG. 18. 図21の半導体発光装置のA−A矢視方向の断面図である。It is sectional drawing of the AA arrow direction of the semiconductor light-emitting device of FIG. 図1の半導体光検出素子単体の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor photodetection element single-piece | unit of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,2…半導体発光装置、10…基板、20,40…半導体発光素子、21,41…下部DBR層、22,43…下部スペーサ層、23,44…活性層、23A,44A…発光領域、24,45…上部スペーサ層、25,42…電流狭窄層、25A,42A…電流狭窄領域、25B,42B…電流注入領域、26,46…上部DBR層、27,52…コンタクト層、28,53…上部電極、28A,47A…光射出窓、29,38,49,54…電極パッド、30,50…半導体光検出素子、31…第1導電型半導体層、32,51…光検出層、33,35…第2導電型半導体層、34…電流ブロック層、36…共通電極、37,48…絶縁膜、39…下部電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,2 ... Semiconductor light-emitting device, 10 ... Substrate, 20, 40 ... Semiconductor light-emitting element, 21, 41 ... Lower DBR layer, 22, 43 ... Lower spacer layer, 23, 44 ... Active layer, 23A, 44A ... Light emitting region, 24, 45 ... upper spacer layer, 25, 42 ... current confinement layer, 25A, 42A ... current confinement region, 25B, 42B ... current injection region, 26, 46 ... upper DBR layer, 27, 52 ... contact layer, 28, 53 ... Upper electrode, 28A, 47A ... Light exit window, 29, 38, 49, 54 ... Electrode pad, 30, 50 ... Semiconductor light detection element, 31 ... First conductivity type semiconductor layer, 32, 51 ... Light detection layer, 33 , 35 ... second conductivity type semiconductor layer, 34 ... current blocking layer, 36 ... common electrode, 37, 48 ... insulating film, 39 ... lower electrode.

Claims (9)

半導体基板の一の面側に半導体発光素子および半導体光検出素子を備え、
前記半導体発光素子は、第1多層膜反射鏡、発光領域を含む活性層および第2多層膜反射鏡を前記半導体基板側から順に含むと共に、前記第2多層膜反射鏡側に、前記発光領域で発光した光を主として射出する光射出窓を含む柱状の第1積層構造を有し、
前記半導体光検出素子は、前記第1積層構造の前記光射出窓側または前記光射出窓とは反対側に前記第1積層構造と一体に形成されると共に、第1導電型半導体層、光検出層および第2導電型半導体層を前記半導体基板側から順に含む第2積層構造を有し、
前記光検出層は、当該光検出層の積層面内の一の方向において、前記第1積層構造の前記一の方向の幅よりも狭い幅となっている
ことを特徴とする半導体発光装置。
A semiconductor light emitting element and a semiconductor photodetector element are provided on one surface side of the semiconductor substrate,
The semiconductor light emitting device includes a first multilayer film reflector, an active layer including a light emitting region, and a second multilayer film reflector in order from the semiconductor substrate side, and the light emitting region is disposed on the second multilayer film reflector side. A columnar first laminated structure including a light exit window that mainly emits emitted light,
The semiconductor photodetecting element is formed integrally with the first laminated structure on the light emitting window side of the first laminated structure or on the side opposite to the light emitting window, and the first conductive semiconductor layer, the light detecting layer And a second stacked structure including a second conductivity type semiconductor layer in order from the semiconductor substrate side,
The light detection layer has a width narrower than a width of the first stacked structure in the one direction in one direction in a stacked surface of the light detection layer.
前記光検出層は、前記一の方向において、前記発光領域の前記一の方向の幅と等しいか、またはそれよりも狭くなっている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light detection layer has a width equal to or narrower than a width of the light emitting region in the one direction in the one direction.
前記半導体基板は、前記一の面側に凸部を有し、
前記光検出層は、前記凸部の上に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
The semiconductor substrate has a convex portion on the one surface side,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light detection layer is formed on the convex portion.
前記光検出層は、当該光検出層の積層面内方向であって、かつ前記一の方向と直交する方向に延在する帯状の形状を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the photodetection layer has a strip-like shape extending in a direction in a stacked plane of the photodetection layer and perpendicular to the one direction. apparatus.
前記凸部は、前記光検出層の延在方向と平行な方向に延在して形成され、
前記光検出層は、前記凸部の上面に半導体を結晶成長させることにより形成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体発光装置。
The convex portion is formed extending in a direction parallel to the extending direction of the light detection layer,
The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the light detection layer is formed by crystal growth of a semiconductor on an upper surface of the convex portion.
前記光検出層は、積層面内方向において、多角形状、円形状、楕円形状の断面形状を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light detection layer has a polygonal shape, a circular shape, or an elliptical cross-sectional shape in the in-plane direction.
前記凸部は、積層面内方向において、前記光検出層の積層面内方向の断面形状と相似する断面形状を有し、
前記光検出層は、前記凸部の上面に半導体を結晶成長させることにより形成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体発光装置。
The convex portion has a cross-sectional shape similar to the cross-sectional shape of the photodetecting layer in the in-plane direction in the in-plane direction,
The semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein the photodetection layer is formed by crystal growth of a semiconductor on an upper surface of the convex portion.
前記凸部の上面は、前記一の方向において、前記第1積層構造の前記一の方向の幅よりも狭い幅となっている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an upper surface of the convex portion has a width narrower than a width of the first stacked structure in the one direction in the one direction.
前記第1多層膜反射鏡および前記第2多層膜反射鏡のうち前記第2積層構造側の反射鏡と、前記第1導電型半導体層および前記第2導電型半導体層のうち前記第1積層構造側の半導体層とは、互いに同一の導電型不純物を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
Of the first multilayer reflector and the second multilayer reflector, the reflector on the second laminated structure side, and the first laminated structure of the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor layer on the side contains the same conductivity type impurities.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024241744A1 (en) * 2023-05-19 2024-11-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Surface light-emitting element

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