JP7545142B2 - 光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光デバイスに関する。

レーザダイオードと、レーザダイオードの出力をモニタする光検出器を備えたレーザ装置が特許文献１に記載されている。また、非特許文献１および２には紫外線のレーザダイオードについて記載されている。

特開２０１８－８２０４５号公報

Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａl．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １２、１２４００３（２０１９） Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａl．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ１１７、１５２１０４（２０２０）

受光素子を用いてレーザダイオードの出力をリアルタイムでモニタリングし、そのモニタリング結果に基づいてレーザダイオードの駆動条件等を調整することは、レーザダイオードの安定した発光動作において重要である。特に、安価かつ量産性に優れた形態にするためには、レーザダイオードと受光素子を同一基板上にモノリシックに備えることが望まれる。

非特許文献１および２に記載されている紫外レーザダイオード構造はｐｎ接合によって形成される空乏層が活性層に一致しない。このため、非特許文献１および２に記載されている紫外レーザダイオード構造をそのまま受光素子として用いた場合、活性層で受光して生成された電子・正孔対は電界が印加されていないため、光電流として取り出す前に再結合して消滅してしまう。そのため、レーザダイオードの出力を受光素子でモニタリングすることが出来ないという問題がある。

すなわち本開示の目的は、受光素子を用いてレーザダイオードの出力をリアルタイムでモニタリングすることができる光デバイスを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様よる光デバイスは、アルミニウムを含む窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に形成され、第１窒化物半導体積層体を有するレーザダイオードと、前記窒化物半導体基板上に形成され、第２窒化物半導体積層体を有する受光素子と、を備え、前記第１窒化物半導体積層体および前記第２窒化物半導体積層体のそれぞれは、第１導電型の導電性を有する窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に配置され、１つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体層で形成された活性層と、前記活性層上に配置され、第２導電型の導電性を有する窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、前記第２導電型クラッド層上に配置された第２導電型コンタクト層と、を有し、前記レーザダイオードは、前記第１窒化物半導体積層体の前記第１導電型クラッド層の露出された領域の一部に配置された第１導電型コンタクト電極と、前記第１窒化物半導体積層体の前記第２導電型コンタクト層上に配置された第２導電型コンタクト電極とを有し、前記受光素子は、前記第２窒化物半導体積層体の前記第２導電型コンタクト層に接する第１電極と第２電極を少なくとも有し、前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である。

本発明の一態様によれば、受光素子を用いてレーザダイオードの出力をリアルタイムでモニタリングすることができる。

本発明の第１実施形態による光デバイスの概略構成の一例を示す断面模式図である。 本発明の第２実施形態による光デバイスの概略構成の一例を示す断面模式図である。 本発明の第３実施形態による光デバイスの概略構成の一例を示す断面模式図である。 本発明の第４実施形態による光デバイスの概略構成の一例を示す断面模式図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

＜光デバイス＞
本実施形態による光デバイスは、アルミニウム（Ａｌ）を含む窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に形成され、第１窒化物半導体積層体を有するレーザダイオードと、前記窒化物半導体基板上に形成され、第２窒化物半導体積層体を有する受光素子と、を備え、前記第１窒化物半導体積層体および前記第２窒化物半導体積層体のそれぞれは、第１導電型の導電性を有する窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に配置され、１つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体層で形成された活性層と、前記活性層上に配置され、第２導電型の導電性を有する窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、前記第２導電型クラッド層上に配置された第２導電型コンタクト層と、を有し、前記レーザダイオードは、前記第１窒化物半導体積層体の前記第１導電型クラッド層の露出された領域の一部に配置された第１導電型コンタクト電極と、前記第１窒化物半導体積層体の前記第２導電型クラッド層上に配置された第２導電型コンタクト電極とを有し、前記受光素子は、前記第２窒化物半導体積層体の前記第２導電型コンタクト層上に第１電極と第２電極を少なくとも有し、前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である。前記第１窒化物半導体積層体の前記第１導電型クラッド層から前記第２導電型コンタクト層までの構造と、前記第２窒化物半導体積層体の前記第１導電型クラッド層から前記第２導電型コンタクト層までの構造とは同一である。

（基板）
本実施形態による光デバイスに備えられる基板は、Ａｌを含む窒化物半導体を含んでいる。Ａｌを含む窒化物半導体は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。すなわち、基板は、ＡｌＮ単結晶基板であることが好ましい。Ａｌを含む窒化物半導体は、ＡｌＮに限定されず、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）であってもよい。例えば、基板がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板と当該基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることができる。これにより、基板の貫通転位を少なくできる。基板の貫通転位密度は５×１０^４ｃｍ^－２以下であることが好ましい。特に発振電流閾値の低減の観点から１×１０^３ｃｍ^－２以上１×１０^４ｃｍ^－２以下がより好ましい。

ここで、「基板は…窒化物半導体を含む」という表現における「含む」とは、窒化物半導体を主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、他の元素を少量（例えばガリウム（Ｇａ）（Ｇａが主元素でない場合）、インジウム（Ｉｎ）、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、またはアンチモン（Ｓｂ）等の元素を数％以下）加える等して、窒化物半導体層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれる。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有する。また、含まれる少量元素については前述の限りではない。

また、基板は、ドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、ｎ型またはｐ型にドーピングされてよい。また、基板は、ＡｌＮ等の窒化物半導体と、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）または窒化インジウム（ＩｎＮ）との混晶であってもよい。

基板は、一例として１００μｍ以上６００μｍ以下の層厚を有することが好ましい。また、基板の面方位は、ｃ面（０００１）、ａ面（１１－２０）、ｍ面（１０－１０）などが挙げられるが、ｃ面（０００１）基板がより好ましい。さらに、ｃ面（０００１）法線方向からいくらかの角度に傾いた（例えば－４°～４°、好ましくは－０．４°～０．４°）面上にレーザダイオード及び受光素子を形成することができるが、これに限らない。

（第１導電型クラッド層）
本実施形態による光デバイスに設けられた第１導電型クラッド層は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。第１導電型クラッド層は、基板上に形成される。ここで、例えば「第１導電型クラッド層は基板上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板の上に第１導電型クラッド層が形成されることを意味する。また、基板と第１導電型クラッド層との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、ｐ型導波路層上に電子ブロック層を介して第２導電型クラッド層が形成される場合も、「第２導電型クラッド層はｐ型導波路層上に形成される」という表現に含まれる。

また、本実施形態の説明において、「第１導電型」および「第２導電型」は、それぞれ異なる導電型を示す半導体であることを意味し、例えば、「第１導電型」および「第２導電型」のうちの一方がｎ型導電性である場合は、「第１導電型」および「第２導電型」のうちの他方がｐ型導電性となる。特に制限されないが、第１導電型クラッド層は、例えばＡｌ_ａＧａ_{（１－ａ）}Ｎ（０＜ａ＜１）により形成される。これにより、深紫外領域のバンドギャップエネルギーに対応する材料を活性層として形成する場合に、活性層の結晶性を高め、発光効率を向上させることが可能となる。高い発光効率を実現する観点から、第１導電型クラッド層を構成する窒化物半導体は、ＡｌＮおよびＧａＮの混晶であることが好ましい。

また、基板に対して完全歪で成長させる観点から、第１導電型クラッド層は、Ａｌ_ａＧａ_{（１－ａ）}Ｎ（０．６≦ａ≦０．８）により形成されることがより好ましい。第１導電型クラッド層がｎ型導電性半導体層の場合は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。

電気抵抗を低減する観点および原料の入手難易度の観点から、第１導電型クラッド層に含まれる不純物はＳｉであることが好ましく、不純物濃度は５×１０^１８ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３であることが好ましい。

第１導電型クラッド層は、緩和の観点と膜抵抗の観点から、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の層厚を有することが好ましく、３００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の層厚を有することがより好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが更に好ましい。

第１導電型クラッド層は、その縦伝導率を制御する目的などから、Ａｌ組成比を基板から遠ざかる方向に対して増加させるような傾斜層であって良い。この場合、上記のＡｌ組成比に対する限定は、第１導電型クラッド層内、各膜厚方向位置におけるＡｌ組成比を第１導電型クラッド層の膜厚で平均したＡｌ組成比として、同様の実施形態を取ることができる。

（導波路層）
本実施形態による光デバイスでは、光閉じ込めの観点から、第１窒化物半導体積層体および第２窒化物半導体積層体のそれぞれは、第１導電型クラッド層と活性層との間に配置されて、活性層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層と、第２導電型クラッド層と活性層との間に配置されて、活性層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、を有していても良い。

導波路層は、活性層を挟み込むように上下に形成され、活性層から放出された光を活性層内に閉じ込める効果をもつ。すなわち、導波路層は活性層に対して第１導電型クラッド層側の部分（第１導電型導波路層）と、活性層に対して第２導電型クラッド層側（第２導電型導波路層）の２層から構成される。

導波路層は、光閉じ込めの観点から、活性層よりエネルギーの高いバンドギャップを持つＡｌおよびＧａの少なくとも１つを含む窒化物半導体であることが好ましい。導波路層は、デバイス内で定在する光の電界強度分布と活性層との重なりを増大させることが可能なＡｌ組成比及び膜厚を有することが好ましい。特に、第１導電型導波路層と第２導電型導波路層の膜厚比は、活性層への光閉じ込めと、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層におけるＡｌＧａＮのＡｌ組成比とによってさまざまに取りうる。活性層へのキャリア閉じ込めの観点から、活性層をＡｌ_ｂＧａ_{（１－ｂ）}Ｎ（０＜ｂ＜１）とし、導波路層をＡｌ_ｃＧａ_{（１－ｃ）}Ｎ（０＜ｃ＜１）としたとき、Ａｌ組成比は、ｂ＜ｃであり、ｃ≧ｂ＋０．０５であることがより好ましい。たとえば発光波長が２６５ｎｍの活性層を例とした場合、ｂ＝０．５２であり、ｃは０．５７以上であることが好ましい。また、光閉じ込めおよび層抵抗の観点から、第１導電型導波路層と第２導電型導波路層のそれぞれの膜厚は７０～１５０ｎｍであることが好ましい。

第１導電型導波路層と第２導電型導波路層のＡｌ組成比は、膜厚方向において均一であることが好ましいが、この限りではない。第２導電型コンタクト上に存在する金属への光吸収を回避するために、第２導電型導波路層のＡｌ組成比が第１導電型導波路層のＡｌ組成比より高くてもよい。同様の目的で、第２導電型導波路層の膜厚が第１導電型導波路の膜厚より厚くてもよい。

第１導電型導波路層がｎ型導電性半導体層の場合は、第１導電型クラッド層と同じ伝導型を得る目的などからＮの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素，Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｆ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していて良いが、この限りではない。

（活性層）
活性層は、第１導電型導波路層と第２導電型導波路層によって挟まれたＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。活性層に含まれる窒化物半導体は、高い発光効率を実現する観点から、例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶であることが好ましく、例えばＡｌ_ｂＧａ_{（１－ｂ）}Ｎ（０＜ｂ＜１）により形成される。活性層には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、この限りではない。

また、活性層は、多重量子井戸構造および単層量子井戸構造のいずれの構造も取り得る。第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層のそれぞれの縦伝導率によって異なるが、量子井戸構造の数は好ましくは１から３のいずれかである。活性層の結晶欠陥の影響を低減する目的などから、活性層の一部または全てにＳｉ，Ｓｂ，Ｐなどの元素が１×１０^１５ｃｍ^－３以上の不純物濃度で含まれていても良い。

（第２導電型クラッド層）
第２導電型クラッド層は、活性層および導波路層上に形成され、第２導電型の導電性を有するＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体層である。第２導電型クラッド層は、例えばＡ_ｄＧａ_{（１－ｄ）}Ｎ（０＜ｄ＜１）を含む。これにより、このような第２導電型クラッド層は、導波路層に対して格子整合が容易であり、貫通転位密度の抑制が可能となる。

第２導電型クラッド層は、正孔を活性層へ注入するに足りる導電性を有しており、光デバイス内で定在する光モードの電界強度分布と活性層との重なりを増大させる（すなわち光閉じ込めを増大させる）ことが可能であれば、特に限定はされない。たとえば、Ｍｇをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＮであってよい。また、第２導電型クラッド層がｐ型導電性半導体層の場合は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物元素の種類としてはこの限りではない。

より正孔を効率よく活性層へ注入する観点から、第２導電型クラッド層は、Ａｌ組成比ｅが基板の上面から遠ざかる方向へ減少する（すなわち基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成比が小さくなる）様に組成傾斜したＡｌ_ｅＧａ_{（１－ｅ）}Ｎで形成された組成傾斜層（第２導電型縦伝導層（例えばｐ型縦伝導層）と、Ａｌ_ｆＧａ_{（１－ｆ）}Ｎ（０＜ｆ≦１）を含む第２導電型横伝導層（例えばｐ型横伝導層）とを有することが好ましい。第２導電型縦伝導層におけるＡｌ組成比ｆのプロファイル（傾斜）は、連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。ここで、「断続的に減少する」とは、第２導電型縦伝導層の膜中にＡｌ組成比ｅが同じになっている部分を含むことを意味する。つまり、第２導電型縦伝導層には、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成比ｅが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。また、第２導電型縦伝導層は、０．５μｍ未満の膜厚を有していてもよい。

受光素子において効率的に光を電子・正孔対に変換する観点から、第２導電型縦伝導層は、少なくとも活性層よりも狭いバンドギャップを有しているとよい。つまり、当該観点から、第２導電型縦伝導層は、Ａｌ_ｅＧａ_{（１－ｅ）}Ｎ（０．１≦ｅ≦ｂ）で形成されて活性層のバンドギャップよりも少なくとも小さい層であることが好ましい。

第２導電型縦伝導層は、格子整合の観点から、５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２導電型縦伝導層は、光閉じ込めの観点とキャリア注入の観点から、２５０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。

第２導電型縦伝導層は、不純物の拡散を抑制する目的などから、第２導電型導波路層に近い領域においてＨ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｂ等の不純物を意図的に混入しないことが好ましく、すなわちアンドープの状態であることが好ましい。つまり、第２導電型縦伝導層は、第２導電型クラッド層の膜厚方向において第２導電型導波路層との界面を含む一定の範囲にアンドープ領域を有していてもよい。ここで、「アンドープ」という文言は、対象の層を形成する過程で元素として上記の元素が意図的に当該対象の層に供給されないことを意味するが、原料、製造装置由来の元素が、例えば１０^１６ｃｍ^－３以下の範囲で混入される場合は、この限りではない。また、第２導電型縦伝導層のアンドープの状態とする領域は、少なくとも第２導電型導波路層との境界を含むが、その大きさは限定されない。例えば、第２導電型縦伝導層の全ての領域がアンドープの状態であってよい。また、別の例として、第２導電型縦伝導層のうち、第２導電型クラッド層の膜厚方向において第２導電型横伝導層よりも第２導電型導波路層に近い５０％の領域がアンドープの状態であってよい。また、別の例として、第２導電型縦伝導層のうち、第２導電型クラッド層の膜厚方向において第２導電型導波路層に近い約１０％の領域がアンドープの状態であってもよい。このようにアンドープの状態であっても分極によって第２導電型縦伝導層には正孔が生成される。

第２導電型横伝導層は、第２導電型縦伝導層上に形成され、Ａｌ_ｆＧａ_{（１－ｆ）}Ｎ（０＜ｆ≦１）を含む層である。第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の縦抵抗率を制御する目的などからＨ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｂ等の不純物を意図的に混入されることができる。混入される不純物の量は、第２導電型横伝導層の表面および内部に誘積される正味の電界量に応じて、一例として、１×１０^１９ｃｍ^－３以上５×１０^２１ｃｍ^－３であってよい。

第２導電型横伝導層は、貫通するキャリアの量子透過を容易とする観点から、２０ｎｍ以下の膜厚を有していることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以下の膜厚を有していてもよく、さらに好ましくは５ｎｍ以下の膜厚を有していてもよい。

第２導電型横伝導層は、第２導電型縦伝導層との隣接面（すなわち界面）において、Ａｌ組成比ｆが第２導電型縦伝導層におけるＡｌ組成比ｅの最小値よりも大きくてよい。さらに、第２導電型横伝導層は、基板に対して完全歪であることが好ましい。このような第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の表面および表面付近の内部に蓄積される正味内部電界が負となって、界面に正孔が誘積されることで横伝導率を向上させることができる。

第１窒化物半導体積層体および第２窒化物半導体積層体のそれぞれは、第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層との間に配置されて、Ａｌ_ｇＧａ_１－ｇＮ（０＜ｇ≦１．０）層を有していてもよい。第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層の間（例えば中間）に設けられるＡｌ_ｇＧａ_１－ｇＮ（０＜ｇ≦１．０）層で形成された中間層は、基板の上面から遠ざかる方向へＡｌ組成比ｇが増加するように構成されていてもよい。当該中間層がこのようなＡｌ組成比ｇを有することにより、第２導電型縦伝導層および第２導電型導波路層の間の伝導率を向上ことができるという効果と、第２導電型横伝導層および第２導電型コンタクト層を完全歪で形成させることができるという効果との少なくとも一方を得ることができる。第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層との間に設けられる中間層は、所望する発光波長の光を吸収しないバンドギャップでない混晶であって良く、さらに５０ｎｍ以下の膜厚を有していることが好ましく、アンドープの層であって良い。

第２導電型縦伝導層は、分極ドーピング効果により正孔を生成させて、正孔を効率良く活性層内の活性層に注入する作用を有する。このため、第２導電型縦伝導層が活性層と第２導電型コンタクト層との間に設けられることで、レーザダイオードのキャリア注入効率を高め、閾値電圧を低減することができる。第２導電型横伝導層は電極下部に集中する電界によって狭められる正孔分布を横方向に広げる効果を有する。この効果によって第２導電型縦伝導層と同様にキャリア注入効率を高めることができる。

（第２導電型コンタクト層）
本実施形態による光デバイスの窒化物半導体積層体は、第２導電型クラッド層上に配置される第２導電型コンタクト層を更に備えていても良い。第２導電型コンタクト層を構成する窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮおよび、それらを含む混晶で形成される。第２導電型コンタクト層は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）、Ｍｇ、Ｓｉ、ベリリウム（Ｂｅ）等の不純物が混入していてよい。原料ガスの汎用性から、第２導電型コンタクト層に含まれる不純物がＭｇであることが好ましい。第２導電型コンタクト層と第２導電型クラッド層とのコンタクト抵抗低減の観点から、Ｍｇの濃度が８×１０^１９ｃｍ^－３以上５×１０^２１ｃｍ^－３以下であることが好ましい。より好ましくは含まれるＭｇの濃度が５×１０^２０ｃｍ^－３以上５×１０^２１ｃｍ^－３以下であるとよい。

また、第２導電型コンタクト層の層厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下となっている。第２導電型コンタクト層の層厚が薄いほどレーザダイオードのキャリア注入効率が向上し、第２導電型コンタクト層の層厚が厚いほどレーザダイオードのキャリア注入効率が低下する。

（電子ブロック層）
本実施形態による光デバイスの窒化物半導体積層体は、第２導電型導波路層の内部、第２導電型導波路層と活性層との間（例えば中間）、第２導電型導波路層と第２導電型縦伝導層との間（例えば中間）、または第２導電型導波路層の一部において、バンドギャップが第２導電型導波路層より大きい電子ブロック層を更に有していても良い。電子ブロック層の膜厚は、電子ブロック層を正孔が量子貫通しやすいように、３０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１５ｎｍ以下である。

（メサ構造）
本実施形態による光デバイスは、第１窒化物半導体積層体を有するレーザダイオードにおいては第２導電型層と第１導電型層を電気的に分離するために形成される第１メサ構造と、第１窒化物半導体積層体と第２窒化物半導体積層体とをそれぞれ分離するためにそれぞれ形成される第２メサ構造とを有している。

第１メサ構造は、レーザの電流狭窄および端面における反射による増幅の観点から、平面視において矩形であり、長辺と短辺をそれぞれ有し、長辺が＜１－１００＞方向に平行であることが好ましい。第１メサ構造の長辺が＜１－１００＞方向に平行であることが好ましいのは、劈開法やエッチング法などさまざまな方法によってレーザ共振器の共振ミラー端面を得る場合に、原子的に平坦な（１－１００）面が最も容易に形成できるためである。つまり、第１メサ構造が窒化物半導体基板の結晶方位に対して平面視において（１－１００）面に並行なメサ端面を共振ミラー端面とする共振器を有し、レーザダイオードが＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型レーザダイオードであることが好ましい。

窒化物半導体積層体は、複数のメサ構造を有していても良い。すなわち、窒化物半導体積層体は、非連続な側面を複数有する形態であっても良い。活性層へ効率的に電力を注入する観点から、第２電極の近傍を除いて、第２導電型コンタクト層、または第２導電型コンタクト層と第２導電型クラッド層の一部または全てを除去したメサ構造（リッジ部とも称される）を有することが好ましい場合がある。この場合、リッジ部は第１導電型クラッド層を露出するためのメサ構造とは異なるものであり、例えばリッジ部の側面はメサ構造の側面と異なると解される。

第２メサ構造は、第１窒化物半導体積層体と第２窒化物半導体積層体とを電気的に分離することができれば、特に制限はされない。第１窒化物半導体積層体から生じた熱による影響を低減する観点から、少なくともｎクラッドの一部が露出していることが好ましい。より好ましくは基板の一部が露出していることである。すなわち、第１メサ構造を先に形成してから積層体の一部を保護層によって覆ったのちに第２メサ構造を形成することもでき、先に第２メサ構造を形成したのちに、一部を保護層によって覆うことで第１メサ構造を形成することもできる。光デバイスが、このような第１メサ構造及び第２メサ構造を有することにより、レーザダイオードと、受光素子とは、窒化物半導体基板および第１導電型クラッド層（ｎ型クラッド層の一例）の一部以外は電気的に分離されている。

第２メサ構造は、第１窒化物半導体積層体から照射されたレーザ光の強度をモニタする観点から、レーザが照射される面の反対側に設置され、反射の漏れ光を受光することが好ましい。また、第２メサ構造は、レーザ光をより多く受光する観点から、レーザが照射される方向に長い矩形であることが好ましい。第２メサ構造は、チップ歩留まりの観点から、レーザダイオードのメサ構造と同じ幅であることが好ましいが、これに限定されない。また、第２メサ構造は、側面にレーザ光を吸収しやすくするための材質または、形状加工がされていてもよい。第１メサ構造と第２メサ構造との距離は、レーザ光の吸収の観点から、１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。すなわち、レーザダイオードと受光素子との距離は、１μｍ以上１０００μｍ以下であってもよい。この場合の距離は、第１メサ構造に含まれるレーザ照射面の反対に位置する反射面から水平に測定した際の第２メサ構造までの最短距離のことを意味する。

（電極）
本実施形態による光デバイスに対する電気的接触は、第１窒化物半導体積層体においては、第２導電型クラッド層上に配置された第４電極と、第１導電型クラッド層に接触するように配置された第３電極とによって実現される。例えば、当該電気的接触は、基板の裏側に電極を配置することで成し得る。または、当該電気的接触は、第２導電型クラッド層の近傍の１つ以上の領域において、第１導電型クラッド層が露出するようにレーザダイオードの様々な上部の層を、例えば化学エッチング又はドライエッチングによって除去し、露出した第１導電型クラッド層上に電極を配置することで成し得る。

第１導電型クラッド層がｎ型クラッド層の場合、第３電極は、Ａｌ、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、酸化インジウム（ＩＴＯ）もしくはＧａ_２Ｏ_３等の導電性酸化物等により形成される。

第２導電型クラッド層がｐ型クラッド層の場合、第４電極は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ_２Ｏ_３等の導電性酸化物等により形成される。

電極の配置領域および形状は第１導電型クラッド層と第２導電型コンタクト層のそれぞれと電気的接触が得られていれば限定はされない。内部ロスの観点から、第３電極は平面視においてメサ構造の側面から５μｍ以上離れた第２導電型クラッド層上の領域に配置されることが好ましい。

受光素子は、第２窒化物半導体積層体の第２導電型コンタクト層上に第１電極と第２電極を少なくとも有し、第１電極と第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である。このため、第２窒化物半導体積層体に対する電気的接触は、第２導電型コンタクト層上に形成された少なくとも１つ以上のショットキー電極（例えば第１電極）と、第１電極と対向して形成された電極（例えば第２電極）とによってなされる。ここでいうショットキー電極とは、２つの電極間における電圧－電流特性を測定した際に、変化が最も直線となる箇所における傾きから外挿した際に得られる電圧が１Ｖ以上であることを意味する。

第１電極および第２電極の少なくとも一方がショットキー電極であることを前提に、第１電極および第２電極は以下の（１）から（４）のいずれかの組み合わせであることが好ましい。
（１）第１電極と第２電極の少なくとも一方は、第１導電型電極である。または、第１電極と第２電極の双方は、第１導電型電極である。例えば、第１電極がｎ型ショットキー電極であり、第２電極がｎ型ショットキー電極である。
（２）第１電極が第１導電型電極であり、第２電極が第２導電型のオーミック電極である。例えば、第１電極がｎ型ショットキー電極であり、第２電極がｐ型オーミック電極である。
（３）第１電極と第２電極の少なくとも一方は、第２導電型電極である。または、第１電極と第２電極の双方は、第２導電型電極である。例えば、第１電極がｐ型ショットキー電極であり、第２電極がｐ型ショットキー電極である。
（４）第１電極が第２導電型電極であり、第２電極が第２導電型のオーミック電極である。例えば、第１電極がｐ型ショットキー電極であり、第２電極がｐ型オーミック電極である。

このとき、ｎ型電極の材料として、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ等の合金であることが好ましく、より好ましくは、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、ＭｏおよびＺｒのいずれか２つを含む合金である。つまり、ショットキー電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｖ、ＭｏおよびＺｒのうちの少なくとも２つを含むｎ型（第１導電型の一例）電極であってもよい。

また、ｐ型電極の材料として、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の合金であることが好ましく、より好ましくは、ＮｉまたはＡｕを含む合金である。このため、例えば、第２導電型コンタクト電極は、ＮｉまたはＡｕを少なくとも含んでいてもよい。ｐ型電極の場合は、合金化の過程で熱処理温度を８００℃以上にする、窒素雰囲気下で熱処理などを行うことによって、ｐ型クラッド層に対してショットキー電極を得ることができる。

光電流を効率よく取り出す観点から、第１電極と第２電極との間の距離は、２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。第１電極および第２電極のそれぞれの形状は、特に限定されず、円形、四角形、櫛形などに限定されない。第１電極および第２電極の数も電極の間に電圧が印加できれば特に限定されず、複数の第１電極および第２電極を直列に接続するなどしてもよい。製造工程の観点から、１個の第１電極と１個の第２電極とを対向して配置することが好ましい。

（受光素子）
本実施形態による光デバイスに備えられた受光素子は、第２導電型クラッド層上に２つ以上の第２導電型コンタクト電極を有する。一般的なレーザダイオードや発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）では、ｐ型層とｎ型層に挟まれた活性層に空乏層が形成されることが多い。そのため、同一基板上に同一のレーザダイオードを２つ以上並べ、そのうちの１つを受光素子として運用することができる。つまり、レーザダイオードにはｐｎ接合間に電流を注入し、受光素子と使用するレーザダイオードにはｐｎ接合間に電圧を印加しておくことで、レーザダイオードから照射された光を受光し、光電流として取り出すことができる。一方で、本実施形態による光デバイスは、第２導電型クラッド層に組成傾斜層を保有する構造を有するため、空乏層が活性層ではなく、第２導電型クラッド層側に形成される。レーザダイオードから照射される光は活性層のバンドギャップに相当する光のため、空乏層が活性層に形成されない場合は、活性層で受光し、生成された電子・正孔対は光電流として取り出されることなく、再結合して消滅する。第２導電型コンタクト層上に少なくとも１つのショットキー電極を含む複数の電極を配置し、これらの電極間に電圧を印加した場合、第２導電型クラッド層を含むコンタクト層とショットキー電極との界面には空乏層が形成され、空乏層には電圧に比例した電界が印加される。この空乏層に活性層から光が照射されたとき、第２導電型コンタクト層は活性層のバンドギャップよりも狭いバンドギャップを有し、第２導電型クラッド層は組成傾斜層であり活性層のバンドギャップよりも狭いバンドギャップを有する。このため、空乏層内で励起された電子・正孔対が発生する。電子・正孔対は電界によってそれぞれの電極から電流として取り出され、光電流として読み出すことができる。つまり、電極間に生じる起電流をモニタする金属－半導体－金属（ＭＳＭ：Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）型の受光素子として使用することができる。すなわち、受光素子は、ＭＳＭ型センサである。

受光素子とレーザダイオードが同一基板上に形成されることによって、製造上のコストは著しく低減することが可能となる。また、受光素子とレーザダイオードをモノリシックに備える光デバイスにおいて重要となるレーザダイオードと受光素子の位置決めに関しても、プロセス時のフォトマスクで一義的に決定されるため、非常に簡易である。さらに、温度特性に関しても、同一基板上に形成されるため、オフセット処理等による修正が簡易に行える利点がある。

（光デバイスの製造方法）
本実施形態による光デバイスは、基板上に各層を形成する工程を経て製造される。
基板は、昇華法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。

基板上に各層を形成する工程は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で行うことができる。

ここで、基板上に形成された各層のうち窒化物半導体の層は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、例えばアンモニア（ＮＨ_３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。

光デバイスは、基板上に形成された各層に対して、不要部分をエッチングによって除去する工程を経て製造される。この工程は、例えば誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング等で行うことができる。

また、光デバイスは、電極を形成する工程を経て製造され得る。この工程は、例えば電子線蒸着（ＥＢ）法によって金属を蒸着させる等の種々の方法で行うことができる。

ここで、光デバイスは、上記の工程を経て各層が形成された基板をダイシングにより個片へと分割して製造される。

電極は、抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等により形成されるが、これら方法には限定されない。電極は、単層で形成してもよく、複数層積層して形成してもよい。また、電極は、層の形成後に酸素、窒素または空気雰囲気等で熱処理が行われてもよい。

次に、図面を用いて本実施形態による光デバイスをより具体的に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態による光デバイス１Ａの断面模式図である。レーザダイオード１０は、窒化物半導体基板１００上に第１窒化物半導体積層体１１を備える。受光素子２０Ａは、窒化物半導体基板１００上に第２窒化物半導体積層体２１を備える。第１窒化物半導体積層体１１と第２窒化物半導体積層体２１は、互いに同じ層構成を有している。

第１窒化物半導体積層体１１は、ｎ型（第１導電型の一例）の導電性を有する窒化物半導体層を含むｎ型クラッド層１１１と、ｎ型クラッド層１１１上に配置され、１つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体層で形成された活性層１１３と、活性層１１３上に配置され、ｐ型（第２導電型の一例）の導電性を有する窒化物半導体層を含むｐ型クラッド層１１５と、ｐ型クラッド層１１５上に配置されたｐ型コンタクト層１１６とを有する。

また、第１窒化物半導体積層体１１は、ｎ型クラッド層１１１と活性層１１３との間に配置されて、活性層１１３に光を閉じ込めるｎ型導波路層１１２と、ｐ型クラッド層１１５と活性層１１３との間に配置されて、活性層１１３に光を閉じ込めるｐ型導波路層１１４とを有している。ｎ型導波路層１１２とｐ型導波路層１１４は第１窒化物半導体積層体１１をレーザダイオードの一部として動作させるための好適な構成である。

第２窒化物半導体積層体２１は、ｎ型の導電性を有する窒化物半導体層を含むｎ型クラッド層２１１と、ｎ型クラッド層２１１上に配置され、１つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体層で形成された活性層２１３と、活性層２１３上に配置され、ｐ型の導電性を有する窒化物半導体層を含むｐ型クラッド層２１５と、ｐ型クラッド層２１５上に配置されたｐ型コンタクト層２１６とを有する。

また、第２窒化物半導体積層体２１は、ｎ型クラッド層２１１と活性層２１３との間に配置されて、活性層２１３に光を閉じ込めるｎ型導波路層２１２と、ｐ型クラッド層２１５と活性層２１３との間に配置されて、活性層２１３に光を閉じ込めるｐ型導波路層２１４とを有している。第１窒化物半導体積層体１１がｎ型導波路層１１２およびｐ型導波路層１１４を有さない場合は、第２窒化物半導体積層体２１もｎ型導波路層２１２およびｐ型導波路層２１４を有さない。

ｎ型クラッド層１１１，２１１は、上述の第１導電型クラッド層に相当する。ｎ型導波路層１１２，２１２は、上述の第１導電型導波路層に相当する。活性層１１３，２１３は、上述の活性層に相当する。ｐ型導波路層１１４，２１４は、上述の第２導電型導波路層に相当する。ｐ型クラッド層１１５，２１５は、上述の第２導電型クラッド層に相当する。ｐ型コンタクト層１１６，２１６は、上述の第２導電型コンタクト層に相当する。

レーザダイオード１０は、第１窒化物半導体積層体１１のｎ型クラッド層１１１の露出された領域の一部に配置されたｎ型コンタクト電極１２と、第１窒化物半導体積層体１１のｐ型クラッド層１１５上に配置されたｐ型コンタクト電極１３とを有している。ｎ型コンタクト電極１２は、上述の第３電極に相当し、ｐ型コンタクト電極１３は、上述の第４電極に相当する。

受光素子２０Ａは、第２窒化物半導体積層体２１のｐ型コンタクト層２１６上にｎ型ショットキー電極２３ａ（第１電極の一例）と、ｎ型ショットキー電極２３ｂ（第２電極の一例）と有する。このように、受光素子２０Ａは、第２窒化物半導体積層体２１のｐ型コンタクト層２１６上に第１電極と第２電極を少なくとも有し、第１電極と第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である。また、第１実施形態では、第１電極および第２電極の少なくとも一方はｎ型電極である。より具体的には、第１電極および第２電極の双方は、ｎ型電極（すなわち、ｎ型ショットキー電極２３ａ，２３ｂ）であり、ｎ型ショットキー電極２３ａおよびｎ型ショットキー電極２３ｂは、対向して配置されている。

レーザダイオード１０は、ｎ型コンタクト電極１２とｐ型コンタクト電極１３との間にバイアスを印加することにより、活性層１１３に電子と正孔が供給されて再結合し、活性層１１３のバンドギャップに応じた波長の光を生成する。レーザダイオード１０の活性層１１３で生成された光は、誘導放出を生じせ、共振器構造内で増幅して発振する。

ｐ型クラッド層２１５には、１×１０^１８ｃｍ^－３程度の成功が存在している。このため、ｎ型ショットキー電極２３ａ，２３ｂをｐ型コンタクト層２１６上に例えば蒸着により形成すると、ｎ型ショットキー電極２３ａおよびｎ型ショットキー電極２３ｂのそれぞれと、ｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５との間には、空乏層が形成される。これら空乏層には、電圧による電界がかかっている。レーザダイオード１０から出射した光が受光素子２０Ａのｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５に入射すると、これらの空乏層内で電子と正孔が発生し、これによりｎ型ショットキー電極２３ａおよびｎ型ショットキー電極２３ｂの間に光電流が流れる。図１に示すように、例えばｎ型ショットキー電極２３ａよりもｎ型ショットキー電極２３ｂに高い電圧を印加している場合、当該空乏層内で発生した電子はｎ型ショットキー電極２３ｂに向かい、当該空乏層で発生した正孔はｎ型ショットキー電極２３ａに向かう。このため、ｎ型ショットキー電極２３ａからｎ型ショットキー電極２３ｂに向かう光電流が流れる。この光電流の電流量の変化からレーザダイオード１０の出力をモニタリングすることが可能になる。

＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態による光デバイス１Ｂの断面模式図である。光デバイス１Ｂは、受光素子２０Ｂがｐ型コンタクト層２１６上に１つのｎ型ショットキー電極２３と１つのｐ型オーミック電極２４を備える点を除いて、第１実施形態による光デバイス１Ａと同様の構成を有している。

受光素子２０Ｂは、第２窒化物半導体積層体２１のｐ型コンタクト層２１６上にｎ型ショットキー電極２３（第１電極の一例）と、ｐ型オーミック電極２４（第２電極の一例）を有する。このように、受光素子２０Ｂは、第２窒化物半導体積層体２１のｐ型コンタクト層２１６上に第１電極と第２電極を少なくとも有し、第１電極と第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である。また、第２実施形態では、第１電極がｎ型電極（すなわちｎ型ショットキー電極２３）であり、第２電極がｐ型のオーミック電極（すなわちｐ型オーミック電極２４）である。ｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４は、対向して配置されている。

ｐ型クラッド層２１５には、１×１０^１８ｃｍ^－３程度の成功が存在している。このため、ｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４をｐ型コンタクト層２１６上に例えば蒸着により形成すると、ｎ型ショットキー電極２３と、ｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５との間には、空乏層が形成される。一方、ｐ型オーミック電極２４と、ｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５との間には、空乏層は形成されない。ｎ型ショットキー電極２３側に形成された空乏層には、電圧による電界がかかっている。レーザダイオード１０から出射した光が受光素子２０Ｂのｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５に入射すると、当該空乏層内で電子と正孔が発生し、これによりｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４の間に光電流が流れる。図２に示すように、例えばｎ型ショットキー電極２３よりもｐ型オーミック電極２４に高い電圧を印加している場合、当該空乏層内で発生した電子はｐ型オーミック電極２４に向かい、当該空乏層で発生した正孔はｎ型ショットキー電極２３に向かう。このため、ｎ型ショットキー電極２３からｐ型オーミック電極２４に向かう光電流が流れる。この光電流の電流量の変化からレーザダイオード１０の出力をモニタリングすることが可能になる。

＜第３実施形態＞
図３は、本発明の第３実施形態による光デバイス１Ｃの断面模式図である。光デバイス１Ｃは、受光素子２０Ｃがｐ型コンタクト層２１６上に２つのｐ型ショットキー電極２５ａ（第１電極の一例）およびｐ型ショットキー電極２５ｂ（第２電極の一例）を備える点を除いて、第１実施形態による光デバイス１Ａと同様の構成を有している。

受光素子２０Ｃは、第２窒化物半導体積層体２１のｐ型コンタクト層２１６上にｐ型ショットキー電極２５ａ（第１電極の一例）と、ｐ型ショットキー電極２５ｂ（第２電極の一例）と有する。このように、受光素子２０Ｃは、第２窒化物半導体積層体２１のｐ型コンタクト層２１６上に第１電極と第２電極を少なくとも有し、第１電極と第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である。また、第３実施形態では、第１電極および第２電極の少なくとも一方はｐ型電極である。より具体的には、第１電極および第２電極の双方は、ｐ型電極（すなわち、ｐ型ショットキー電極２５ａ，２５ｂ）であり、ｐ型ショットキー電極２５ａおよびｐ型ショットキー電極２５ｂは、対向して配置されている。

ｐ型クラッド層２１５には、１×１０^１８ｃｍ^－３程度の成功が存在している。このため、ｐ型クラッド層２１５とはキャリア濃度の異なるｐ型ショットキー電極２５ａ，２５ｂをｐ型コンタクト層２１６上に例えば蒸着により形成すると、ｐ型ショットキー電極２５ａおよびｐ型ショットキー電極２５ｂのそれぞれと、ｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５との間には、空乏層が形成される。これら空乏層には、電圧による電界がかかっている。レーザダイオード１０から出射した光が受光素子２０Ｃのｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５に入射すると、これらの空乏層内で電子と正孔が発生し、これによりｐ型ショットキー電極２５ａおよびｐ型ショットキー電極２５ｂの間に光電流が流れる。図３に示すように、例えばｐ型ショットキー電極２５ａよりもｐ型ショットキー電極２５ｂに高い電圧を印加している場合、当該空乏層内で発生した電子はｐ型ショットキー電極２５ｂに向かい、当該空乏層で発生した正孔はｐ型ショットキー電極２５ａに向かう。このため、ｐ型ショットキー電極２５ａからｐ型ショットキー電極２５ｂに向かう光電流が流れる。この光電流の電流量の変化からレーザダイオード１０の出力をモニタリングすることが可能になる。

＜第４実施形態＞
図４は、第４実施形態による光デバイス１Ｄの断面模式図である。光デバイス１Ｄは、受光素子２０Ｄがｐ型コンタクト層２１６上に１つのｐ型ショットキー電極２５（第１電極の一例）と１つのｐ型オーミック電極２４（第２電極の一例）を備える点を除いて、第１実施形態による光デバイス１Ａと同様の構成を有している。

受光素子２０Ｄは、第２窒化物半導体積層体２１のｐ型コンタクト層２１６上にｐ型ショットキー電極２５（第１電極の一例）と、ｐ型オーミック電極２４（第２電極の一例）を有する。このように、受光素子２０Ｃは、第２窒化物半導体積層体２１のｐ型コンタクト層２１６上に第１電極と第２電極を少なくとも有し、第１電極と第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である。また、第４実施形態では、第１電極がｐ型電極（すなわちｐ型ショットキー電極２５）であり、第２電極がｐ型のオーミック電極（すなわちｐ型オーミック電極２４）である。ｐ型ショットキー電極２５およびｐ型オーミック電極２４は、対向して配置されている。

ｐ型クラッド層２１５には、１×１０^１８ｃｍ^－３程度の成功が存在している。このため、ｐ型クラッド層２１５とはキャリア濃度の異なるｐ型ショットキー電極２５と、ｐ型オーミック電極２４とをｐ型コンタクト層２１６上に例えば蒸着により形成すると、ｐ型ショットキー電極２５と、ｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５との間には、空乏層が形成される。一方、ｐ型オーミック電極２４と、ｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５との間には、空乏層は形成されない。ｐ型ショットキー電極２５側に形成された空乏層には、電圧による電界がかかっている。レーザダイオード１０から出射した光が受光素子２０Ｄのｐ型コンタクト層２１６およびｐ型クラッド層２１５に入射すると、当該空乏層内で電子と正孔が発生し、これによりｐ型ショットキー電極２５およびｐ型オーミック電極２４の間に光電流が流れる。図４に示すように、例えばｐ型ショットキー電極２５よりもｐ型オーミック電極２４に低い電圧を印加している場合、当該空乏層内で発生した正孔はｐ型オーミック電極２４に向かい、当該空乏層で発生した電子はｐ型ショットキー電極２５に向かう。このため、ｐ型オーミック電極２４からｐ型ショットキー電極２５に向かう光電流が流れる。この光電流の電流量の変化からレーザダイオード１０の出力をモニタリングすることが可能になる。

（不純物濃度およびドーピング濃度の測定）
光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれに備えられた窒化物半導体基板１００および第１窒化物半導体積層体１１および第２窒化物半導体積層体２１のそれぞれを構成する各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定することができる。

当該各層に含まれるドーパントや不純物の濃度を、光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれに加工された後にＳＩＭＳで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨によりｎ型コンタクト電極１２、ｐ型コンタクト電極１３、第１電極および第２電極を除去した状態で行うことができる。また、当該各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、窒化物半導体基板１００の両面のうちのｎ型コンタクト電極１２、ｐ型コンタクト電極１３、第１電極および第２電極が形成されていない表面側からスパッタして測定することもできる。

具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ（ＥＡＧ）社が提供する測定条件によりＳＩＭＳ測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、１４．５ｋｅＶのエネルギーを有したセシウム（Ｃｓ）イオンビームを用いる。

（層厚の測定方法）
光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれを構成する各層の層厚は、窒化物半導体基板１００に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察し、ＴＥＭの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれの窒化物半導体基板１００の主面（すなわち第１窒化物半導体積層体１１および第２窒化物半導体積層体２１などが形成された面）に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれの窒化物半導体基板１００の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、窒化物半導体基板１００の主面に対して平行な方向において２μｍ以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる２層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した２μｍ以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の層厚を得ることができる。

（各層の原子濃度の測定方法）
光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのそれぞれを構成する各層およびヒロックに含まれる原子濃度を測定する方法としては、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ Ｓｐａｃｅ Ｍａｐｐｉｎｇ）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、下地に対する格子緩和率とＡｌ組成が得られる。回折面としては、例えば（１０－１５）面や（２０－２４）面が挙げられる。

また、活性層１１３，２１３、ｐ型クラッド層１１５，２１５のそれぞれに含まれる組成傾斜層およびヒロックなどのＸＲＤで十分な反射強度が得られない層については、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ－Ｌｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって層厚を測定することができる。

ＥＥＬＳでは、電子線が試料を透過する際に失うエネルギーを測定することで、試料の組成を分析する。具体的には、例えば、ＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において、透過電子線の強度のエネルギー損失スペクトルを測定・解析する。そして、エネルギー損失量２０ｅＶ付近に現れるピークのピーク位置が、各層の組成に応じて変化することを利用し、ピーク位置から組成を求めることができる。

上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。

ＥＤＸでは、上述のＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において電子線によって発生する特性Ｘ線を測定・解析する。上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。

ＸＰＳでは、イオンビームを用いたスパッタエッチングを行いながらＸＰＳ測定を行うことで、深さ方向の評価が可能である。イオンビームには一般的にＡｒ＋が用いられるが、ＸＰＳ装置に搭載されたエッチング用イオン銃で照射できるイオンであれば、例えばＡｒクラスターイオンなどの他のイオン種でもよい。Ａｌ、Ｇａ、ＮのＸＰＳピーク強度を測定・解析して各層のＡｌ組成の深さ方向分布を得る。スパッタエッチングの代わりに、窒化物半導体基板１００の主面に対して垂直な断面が拡大されて露出されるようにレーザダイオードを斜め研磨して、露出断面をＸＰＳで測ってもよい。

ＸＰＳだけでなくオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いても各層の組成を測定できる。この場合、スパッタエッチングあるいは斜め研磨により露出させた断面においてオージェ電子分光法による測定を行うことで、組成を測定できる。また、斜め研磨により露出させた断面に対するＳＥＭ－ＥＤＸ測定によっても、各層の組成を測定できる。

（光デバイスの適用分野）
本実施形態による光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。光デバイスは、薬品または化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。

液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるが、この限りではない。

気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用または寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるが、この限りではない。

固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるが、この限りではない。

次に、第１実施形態から第４実施形態の光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのいずれかに係る実施例および比較例について説明する。表１は、光デバイス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのいずれかに係る実施例１から９並びに比較例１および２の要部をまとめた一覧表である。

［実施例１］
窒化物半導体基板１００として、厚さが５５０μｍの（０００１）面のＡｌＮ単結晶基板を、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、ＡｌＮ単結晶基板を１３００℃の環境下において、ＮＨ_３雰囲気中での５分間のアニールおよびＨ_２雰囲気中での５分間のアニールを１セットとして、２セットの処理を行った。

次に、ＡｌＮ単結晶基板上に、ホモエピタキシャル層であるＡｌＮ層を形成した。ＡｌＮ層は、１２００℃の環境下において５００ｎｍの厚さで形成した。このとき、III族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率（Ｖ／III比）は５０とした。また、アニールを行ったチャンバーの真空度を５０ｍｂａｒとした。また、ＡｌＮ層の成長レートは０．５μｍ／ｈｒとした。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）が用いられた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）が用いられた。

上述したように形成したＡｌＮ層上に、最終的に一部分がｎ型クラッド層１１１，２１１になる第１導電型クラッド層を形成した。第１導電型クラッド層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：７０％、すなわちＡｌ_０．７０Ｇａ_０．３０Ｎ層）とした。第１導電型クラッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／III比を４０００とした条件で３５０ｎｍの厚さで形成した。このときの第１導電型クラッド層の成長レートは、０．４μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いた。また、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）を用いた。

続いて、第１導電型クラッド層上に、最終的に一部分がｎ型導波路層１１２，２１２になる第１導電型導波路層を形成した。第１導電型クラッド層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ_０．６３Ｇａ_０．３７Ｎ層）とした。第１導電型導波路層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／III比を４０００とした条件で６０ｎｍの厚さで形成した。このときの第１導電型クラッド層の成長レートは、０．３５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いた。

続いて、第１導電型クラッド層上に最終的に一部分が活性層１１３，２１３となる発光層を形成した。活性層は、量子井戸層とバリア層とを３周期積層させた多重量子井戸構造を有するように成膜して形成した。ここで、量子井戸層は、３．０ｎｍの厚さを有するＡｌＧａＮ層（Ａｌ：５２％、すなわちＡｌ_０．５２Ｇａ_０．４８Ｎ層）とした。また、６．０ｎｍの厚さを有するバリア層は、ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ_０．６３Ｇａ_０．３７Ｎ層）とした。

活性層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／III比を４０００とした条件で形成した。このときの量子井戸層の成長レートは０．１８μｍ／ｈｒであった。また、バリア層の成長レートは０．１５μｍ／ｈｒであった。

続いて、活性層上に、最終的に一部分がｐ型導波路層１１４，２１４となる第２導電型導波路層を形成した。第２導電型導波路層は、ドーパントを含まないＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ_０．６３Ｇａ_０．３７Ｎ層）とした。第２導電型導波路層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／III比を４０００とした条件で６０ｎｍの厚さとなるように形成した。このときの第２導電型導波路層の成長レートは、０．３５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。

続いて、第２導電型導波路層上に、最終的に一部分がｐ型クラッド層１１５，２１５になる第２導電型クラッド層（グレーデッド層）を形成した。第２導電型クラッド層は、ＡｌＮ単結晶基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝０．６３から１．０まで変化する２０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮ単結晶基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝１．０から０．３まで変化する３５０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ層の積層構造を有する。第２導電型クラッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／III比を４０００とした条件で形成した。このときの第２導電型クラッド層の成長レートは、０．３～０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。

続いて、第２導電型クラッド層上に、最終的に一部分がｐ型コンタクト層１１６，２１６となるｐ型の導電性を有する窒化物半導体層（ｐ型コンタクト層）を形成した。ここで、ｐ型コンタクト層は、Ｍｇをドーパント不純物として用いたＡｌ＝０．７から０．４まで変化する３０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ層と、１０ｎｍの厚さを有するＧａＮ層（すなわちＡｌ：０％）との積層構造を有する層とした。

ｐ型コンタクト層は、９５０℃の温度で、真空度を１５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／III比を３６５０とした条件で形成した。このときのｐ型コンタクト層の成長レートは０．２μｍ／ｈｒであった。

以上のようにして、ＡｌＮ単結晶基板上に、最終的に一部分が第１窒化物半導体積層体１１および第２窒化物半導体積層体２１となる窒化物半導体積層体が形成された。この窒化物半導体積層体に対してＸＲＤによる逆格子マッピング測定を実施したところ、第１導電型クラッド層からｐ型コンタクト層まで緩和のないシュードモルフィック成長をしていることが分かった。

上記のように作製された窒化物半導体積層体は、Ｎ_２雰囲気中、７００℃で１０分以上アニーリングが行われることによって、ｐ型コンタクト層が更に低抵抗化された。

ＩＣＰを用いてＣｌ_２を含むガスによりドライエッチングを行うことによって、＜１－１００＞方向に平行であって、＜１－１００＞方向に長い矩形の領域内において、第１導電型クラッド層を露出させた第１メサ構造を有する第１窒化物半導体積層体１１を形成した。形成された第１メサ構造は＜１－１００＞方向の長さが６００μｍであり、＜１１－２０＞方向の長さが４０μｍであった。第１メサ構造に対して８０℃に加熱したＴＭＡＨ溶液により、端面の処理を実施した。この処理によって第１メサ構造の端面はＡｌＮ単結晶基板に対して、９０°±３°の角度に形成された。

次に第１メサ構造をマスクで保護した状態で、ＩＣＰを用いてＣｌ_２を含むガスによりドライエッチングを行うことによって、＜１－１００＞方向に平行であって、＜１－１００＞方向に長い矩形の領域内において、ＡｌＮ単結晶基板を露出させた第２メサ構造を有する第２窒化物半導体積層体２１を形成した。このとき第１メサ構造および第２メサ構造の距離は２０μｍであった。

第１メサ構造におけるｐ型コンタクト層１１６上に、＜１－１００＞方向に平行であって、＜１－１００＞方向に長い矩形のＮｉまたはＡｕを含む電極金属領域（第４電極）がｐ型コンタクト電極１３として形成された。このとき、第４電極の幅は５μｍであり、長さは６００μｍであった。

また、第２メサ構造におけるｐ型コンタクト層２１６上に、＜１－１００＞方向に平行であって、＜１－１００＞方向に長い矩形のＶ、Ａｌ、ＭｏおよびＡｕを含むｎ型ショットキー電極２３ａ（第１電極）およびｎ型ショットキー電極２３ｂ（第２電極）が対向して形成された。このときｎ型ショットキー電極２３ａおよびｎ型ショットキー電極２３ｂの幅はそれぞれ１５μｍであり、長さは５００μｍであり、ｎ型ショットキー電極２３ａおよびｎ型ショットキー電極２３ｂの間の距離は５μｍであった。

また、第１導電型クラッド層が露出した領域において、＜１－１００＞方向に平行であって、＜１－１００＞方向に長い矩形のＶ、Ａｌ、Ｎｉ、ＴｉまたはＡｕを形成材料とする電極金属（第３電極）がｎ型コンタクト電極１２として複数形成された。

このようにして、レーザダイオード１０と同じ構造を有するレーザダイオード構造と、受光素子２０Ａと同じ構造を有するセンサ構造とをモノリシックに持つ、第１実施形態に係る実施例１による光デバイス１Ａを得た。

得られた光デバイス１Ａに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき受光素子２０Ａに設けられたｎ型ショットキー電極２３ａおよびｎ型ショットキー電極２３ｂの間には２０Ｖの電圧を印加した。また、受光素子２０Ａはあらかじめ発光強度の分かっているＸｅランプと分光器を用いて、電流値と受光感度の校正が実施されている。

表１に示すように、実施例１による光デバイス１Ａでは、レーザを発振していない状態では暗電流は１×１０^－１０Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は１×１０^－６Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。ピーク発光強度は、あらかじめ校正されたパワーメータを使用し、レーザダイオード１０のレーザ照射面から出射された光と、当該レーザ照射面と反対に位置する反射面からの漏れ光との相関をそれぞれ検量線として得たものから換算した。さらに、表１に示すように、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、１×１０^４であった。このように、実施例１による光デバイス１Ａは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ａによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［実施例２］
第２実施形態に係る実施例２による光デバイス１Ｂは、第２メサ構造におけるｐ型コンタクト層上に、＜１－１００＞方向に平行であって、＜１－１００＞方向に長い矩形のＶ、Ａｌ、ＭｏおよびＡｕを含むｎ型ショットキー電極２３（第１電極）とＮｉおよびＡｕを含むｐ型オーミック電極２４（第２電極）が対向して形成されたこと以外は、実施例１と同様にして形成された。

得られた光デバイス１Ｂに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子２０Ｂに設けられたｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４の間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、実施例２による光デバイス１Ｂでは、レーザを発振していない状態では暗電流は５×１０^－１０Ａであった。また、注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は９×１０^－６Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、１．８×１０^４であった（表１参照）。このように、実施例２による光デバイス１Ｂは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ｂによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［実施例３］
第３実施形態に係る実施例３による光デバイス１Ｃは、第２メサ構造におけるｐ型コンタクト層上に、＜１－１００＞方向に平行であって、＜１－１００＞方向に長い矩形のＮｉおよびＡｕを含むｐ型ショットキー電極２５ａ（第１電極）およびｐ型ショットキー電極２５ｂ（第２電極）が対向して形成されたこと以外は、実施例１と同様にして形成された。

得られた光デバイス１Ｃに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子２０Ｃに設けられたｐ型ショットキー電極２５ａおよびｐ型ショットキー電極２５ｂの間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、実施例３による光デバイス１Ｃでは、レーザを発振していない状態では暗電流は１×１０^－１０Ａであった。また、注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は９×１０^－７Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、９×１０^３であった（表１参照）。このように、実施例３による光デバイス１Ｃは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ｃによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［実施例４］
第４実施形態に係る実施例４による光デバイス１Ｄは、第２メサ構造におけるｐ型コンタクト層上に、＜１－１００＞方向に平行であって、＜１－１００＞方向に長い矩形のＮｉおよびＡｕを含むｐ型ショットキー電極２５（第１電極）とＮｉおよびＡｕを含むｐ型オーミック電極２４（第２電極）が対向して形成されたこと以外は、実施例１と同様にして形成された。

得られた光デバイス１Ｄに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子２０Ｄに設けられたｐ型ショットキー電極２５およびｐ型オーミック電極２４の間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、実施例４による光デバイス１Ｄでは、レーザを発振していない状態では暗電流は４×１０^－１０Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は７×１０^－６Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、１．８×１０^４であった（表１参照）。このように、実施例４による光デバイス１Ａは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ａによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［実施例５］
第２実施形態に係る実施例５による光デバイス１Ｂは、第１メサ構造および第２メサ構造の間の距離が５０μｍであったこと以外は、実施例２と同様にして形成された。

得られた光デバイス１Ｂに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子２０Ｂに設けられたｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４の間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、実施例５による光デバイス１Ｂでは、レーザを発振していない状態では暗電流は５×１０^－１０Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は２×１０^－６Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、４×１０^３であった（表１参照）。このように、実施例５による光デバイス１Ｂは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ｂによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［実施例６］
第２実施形態に係る実施例６による光デバイス１Ｂは、第１メサ構造および第２メサ構造の間の距離が５μｍであったこと以外は、実施例２と同様にして形成された。

得られた光デバイス１Ｂに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子２０Ｂに設けられたｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４の間に５Ｖの電圧を印加した。レーザを発振していない状態では暗電流は５×１０^－１０Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は１×１０^－５Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、２×１０^４であった（表１参照）。このように、実施例６による光デバイス１Ｂは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ｂによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［実施例７］
第２実施形態に係る実施例７による光デバイス１Ｂは、ｎ型ショットキー電極２３（第１電極）およびｐ型オーミック電極２４（第２電極）の間の距離が１μｍであったこと以外は、実施例２と同様にして形成された。

得られた光デバイス１Ｂに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子２０Ｂに設けられたｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４の間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、レーザを発振していない状態では暗電流は７×１０^－１０Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は１×１０^－５Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、１．４×１０^４であった（表１参照）。このように、実施例７による光デバイス１Ｂは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ｂによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［実施例８］
第２実施形態に係る実施例８による光デバイス１Ｂは、ｎ型ショットキー電極２３（第１電極）およびｐ型オーミック電極２４（第２電極）の間の距離が１０μｍであったこと以外は、実施例２と同様にして形成された。

得られた光デバイス１Ｂに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子２０Ｂに設けられたｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４の間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、レーザを発振していない状態では暗電流は５×１０^－１０Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は４×１０^－６Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、８×１０^３であった（表１参照）。このように、実施例８による光デバイス１Ｂは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ｂによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［実施例９］
第２実施形態に係る実施例８による光デバイス１Ｂは、ｎ型ショットキー電極２３（第１電極）およびｐ型オーミック電極２４（第２電極）の間の距離が２０μｍであったこと以外は、実施例２と同様にして形成された。

得られた光デバイス１Ｂに対してレーザダイオード１０へ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子２０Ｂに設けられたｎ型ショットキー電極２３およびｐ型オーミック電極２４の間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、レーザを発振していない状態では暗電流は５×１０^－１０Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流は２×１０^－６Ａであり（表１参照）、換算されたピーク発光強度は１０ｍＷであった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、４×１０^３であった（表１参照）。このように、実施例９による光デバイス１Ｂは、レーザダイオード１０の出力を受光素子２０Ｂによってリアルタイムでモニタリングすることができた。

［比較例１］
比較例１による光デバイスは、第１メサ構造及び第２メサ構造が同一の形状であり、第２メサ構造が各実施形態における第１メサ構造と同様に第３電極および第４電極を備えること以外は、実施例１と同様にして形成された。つまり、比較例１による光デバイスは、ｎ型クラッド層の一部が露出し、ｎ型クラッド層の露出部分に配置された第３電極と、受光素子のｐ型コンタクト電極上に配置された１つの第４電極とを有する。

得られた光デバイスに対してレーザダイオードへ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子に設けられた第３電極および第４で極の間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、レーザを発振していない状態では暗電流は１×１０^－１０Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流も１×１０^－１０Ａであり（表１参照）、ピーク発光強度を検出することができなかった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、１．０であった（表１参照）。このように、比較例１による光デバイスは、レーザダイオードの出力をリアルタイムでモニタリングすることができなかった。

［比較例２］
比較例２による光デバイスは、第２メサ構造に設けられたｐ型コンタクト層上に、＜１－１００＞方向に平行であって＜１－１００＞方向に長い矩形のＮｉおよびＡｕを含み、各実施形態における第３電極および第４電極に対応する２つのオーミック電極金属領域が対向して形成されたこと以外は、実施例１と同様にして形成された。

得られた光デバイスに対してレーザダイオードへ電流注入することによる端面発光強度測定を実施した。このとき、受光素子に設けられた２つのオーミック電極金属領域の間に５Ｖの電圧を印加した。表１に示すように、レーザを発振していない状態では暗電流は１×１０^－３Ａであった。注入電流密度が１５ｋＡ／ｃｍ^２のとき、光電流も１×１０^－３Ａであり（表１参照）、ピーク発光強度を検出することができなかった。さらに、光電流と暗電流との比（Ｓ／Ｎ比）は、１．０であった（表１参照）。このように、比較例２による光デバイスは、レーザダイオードの出力をリアルタイムでモニタリングすることができなかった。

以上説明したように、第１実施形態から第４実施形態および実施例１から９による光デバイスは、Ａｌを含む窒化物半導体基板１００と、窒化物半導体基板１００上に形成されて第１窒化物半導体積層体１１を有するレーザダイオード１０と、窒化物半導体基板１００上に形成されて第２窒化物半導体積層体２１を有する受光素子２０Ａ～２０Ｄのいずれか１つとを備えている。受光素子２０Ａ～２０Ｄはそれぞれ、第２窒化物半導体積層体２０のｐ型コンタクト層２１６上に第１電極と第２電極を少なくとも有し、第１電極と第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である。

これにより、第１実施形態から第４実施形態および実施例１から９による光デバイスは、受光素子２０Ａ～２０Ｄを用いてレーザダイオード１０の出力をリアルタイムでモニタリングすることができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 光デバイス
１０ レーザダイオード
１１ 第１窒化物半導体積層体
１２ ｎ型コンタクト電極
１３ ｐ型コンタクト電極
２０ 第２窒化物半導体積層体
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 受光素子
２１ 第２窒化物半導体積層体
２３，２３ａ，２３ｂ ｎ型ショットキー電極
２４ ｐ型オーミック電極
２５，２５ａ，２５ｂ ｐ型ショットキー電極
１００ 窒化物半導体基板
１１１，２１１ ｎ型クラッド層
１１２，２１２ ｎ型導波路層
１１３，２１３ 活性層
１１４，２１４ ｐ型導波路層
１１５，２１５ ｐ型クラッド層
１１６，２１６ ｐ型コンタクト層

Claims (21)

1. アルミニウムを含む窒化物半導体基板と、
   前記窒化物半導体基板上に形成され、第１窒化物半導体積層体を有するレーザダイオードと、
   前記窒化物半導体基板上に形成され、第２窒化物半導体積層体を有する受光素子と、
   を備え、
   前記第１窒化物半導体積層体および前記第２窒化物半導体積層体のそれぞれは、
   第１導電型の導電性を有する窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、
   前記第１導電型クラッド層上に配置され、１つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体層で形成された活性層と、
   前記活性層上に配置され、第２導電型の導電性を有する窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、
   前記第２導電型クラッド層上に配置された第２導電型コンタクト層と、を有し、
   前記レーザダイオードは、前記第１窒化物半導体積層体の前記第１導電型クラッド層の露出された領域の一部に配置された第１導電型コンタクト電極と、前記第１窒化物半導体積層体の前記第２導電型コンタクト層上に配置された第２導電型コンタクト電極とを有し、
   前記受光素子は、前記第２窒化物半導体積層体の前記第２導電型コンタクト層に接する第１電極と第２電極を少なくとも有し、
   前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方はショットキー電極である
   光デバイス。
2. 前記レーザダイオードと、前記受光素子とは、前記窒化物半導体基板および前記第１導電型クラッド層の一部以外は電気的に分離されている
   請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方は、第１導電型電極である
   請求項１または２に記載の光デバイス。
4. 前記第１電極と前記第２電極の双方は、第１導電型電極であり、
   前記第１電極と前記第２電極は、対向して配置されている
   請求項１から３のいずれか一項に記載の光デバイス。
5. 前記ショットキー電極は、チタン、アルミニウム、金、ニッケル、バナジウム、モリブデン及びジルコニウムのうちの少なくとも２つを含む第１導電型電極である
   請求項１から４のいずれか一項に記載の光デバイス。
6. 前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方は、第２導電型電極である
   請求項１または２に記載の光デバイス。
7. 前記第１電極と前記第２電極の双方は、第２導電型電極であり、
   前記第１電極と前記第２電極は、対向して配置されている
   請求項１，２または６に記載の光デバイス。
8. 前記第２導電型コンタクト電極は、ニッケルまたは金を少なくとも含む
   請求項６または７のいずれか一項に記載の光デバイス。
9. 前記第１電極が第１導電型電極であり、
   前記第２電極が第２導電型のオーミック電極である
   請求項１または２に記載の光デバイス。
10. 前記第１電極が第２導電型電極であり、
    前記第２電極が第２導電型のオーミック電極である
    請求項１または２に記載の光デバイス。
11. 前記受光素子は、金属－半導体－金属型センサである
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の光デバイス。
12. 前記第１電極と前記第２電極との間の距離は、２μｍ以上２０μｍ以下である
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の光デバイス。
13. 前記レーザダイオードと前記受光素子との間の距離は、１μｍ以上１０００μｍ以下である
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の光デバイス。
14. 前記窒化物半導体基板は、窒化アルミニウム単結晶基板である
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の光デバイス。
15. 前記第２導電型クラッド層は、少なくとも前記活性層よりも狭いバンドギャップを有する、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の光デバイス。
16. 前記第１窒化物半導体積層体および前記第２窒化物半導体積層体のそれぞれは、
    前記第１導電型クラッド層と前記活性層との間に配置されて前記活性層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層と、
    前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に配置されて前記活性層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、
    更に有する、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の光デバイス。
17. 前記第２導電型クラッド層は、Ａｌ _ｅ Ｇａ_１－ｅ Ｎ（０．１≦ｅ≦１）を含み、前記窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成比ｅが小さくなる組成傾斜を有し前記窒化物半導体基板の側に配置された第２導電型縦伝導層と、Ａｌ_ｆＧａ_１－ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含み前記第２導電型コンタクト電極の側に配置された第２導電型横伝導層とを有し、
    前記第１窒化物半導体積層体および前記第２窒化物半導体積層体のそれぞれは、前記第２導電型縦伝導層と前記第２導電型導波路層との間に配置されて、Ａｌ_ｇＧａ_{（１－ｇ）}Ｎ（０＜ｇ≦１．０）層を備える、
    請求項１６に記載の光デバイス。
18. 前記第２導電型縦伝導層の膜厚は、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である、
    請求項１７に記載の光デバイス。
19. 前記第２導電型縦伝導層は、前記第２導電型クラッド層の膜厚方向において前記第２導電型導波路層との界面を含む一定の範囲にアンドープ領域を有する、
    請求項１７または１８に記載の光デバイス。
20. 前記第１導電型クラッド層は、Ａｌ_ａＧａ_{（１－ａ）}Ｎ（０．６≦ａ≦０．８）で形成されており、
    前記第２導電型縦伝導層および前記第２導電型横伝導層は、前記窒化物半導体基板に対して完全歪である、
    請求項１７から１９のいずれか一項に記載の光デバイス。
21. 前記第２導電型横伝導層は、前記第２導電型縦伝導層との隣接面において、前記Ａｌ組成比ｆが前記Ａｌ組成比ｅの最小値よりも大きい、
    請求項１７から２０のいずれか一項に記載の光デバイス。

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