(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ウェルと障壁層とからなる活性層と、
前記活性層の上下面に積層して形成された上部及び下部導波層と、
前記上部及び下部導波層の上下面に積層して形成された上部及び下部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上部と下部クラッド層の下部とに、それぞれ積層して形成されたｐ−ＧａＮコンタクト層及びｎ−ＧａＮコンタクト層と、
積層されたそれぞれの層を支持する基板と、を具備し、
前記活性層と上部導波層との間に設けられ、上部導波層に比べてエネルギーギャップが小さく、前記障壁層に比べて同じであるか大きいエネルギーギャップを有し、Ｉｎ組成が１．５％であるＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１、ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）から形成され、厚さが５００Åよりも大きく１２００Å以下である上部光制限層、及び前記活性層と下部導波層との間に設けられ、下部導波層に比べてエネルギーギャップが小さく、前記障壁層に比べて小さいエネルギーギャップを有し、Ｉｎ組成が４％であるＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２、ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）から形成され、厚さが５００Åよりも大きく１２００Å以下である下部光制限層が設けられ、
前記上部及び下部導波層は、ｐ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦０．５）及びｎ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦０．５）から形成され、前記上部及び下部クラッド層は、それぞれｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＧａＮ及びｎ−ＡｌＧａＮ／ｎ−ＧａＮ、またはｐ−ＡｌＧａＮ及びｎ−ＡｌＧａＮから形成され、前記上部及び下部導波層のＡｌ組成は、前記上部及び下部クラッド層のＡｌ組成よりも小さいことを特徴とする半導体光電素子。
【請求項２】
前記上部導波層とその下部の上部光制限層との間に電子遮断層が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光電素子。
【請求項３】
前記基板は、Ｓｉ、サファイア、ＳｉＣまたはＧａＮのうちいずれか一つによって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光電素子。
【請求項４】
前記量子ウェル層は、ＡｌｖＩｎｘＧａ１−ｘ−ｖＮ（０≦ｖ、ｘ≦１、０≦ｘ＋ｖ≦１）から形成され、前記障壁層は、ＡｌｗＩｎｙＧａ１−ｙ−ｗＮ（０≦ｗ、ｙ≦１、０≦ｙ＋ｗ≦１、ｙ≦ｘ、ｖ≦ｗ）によって形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体光電素子。
【請求項５】
前記活性層は、多重量子ウェル層からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体光電素子。
【請求項６】
前記活性層で、前記下部光制限層と最も近い障壁層のエネルギーギャップが他の障壁層のエネルギーギャップより小さく、前記下部光制限層のエネルギーギャップはその障壁層のエネルギーギャップと同じであることを特徴とする請求項５に記載の半導体光電素子。
【請求項７】
前記下部光制限層と前記下部導波層との間に緩衝層がさらに備わり、前記緩衝層のエネルギーギャップは、前記下部光制限層のエネルギーギャップと前記下部導波層のエネルギーギャップとの間の値を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体光電素子。
【請求項８】
前記上部及び下部光制限層には、ＳｉまたはＭｇのうちいずれか一つがドーピングされていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体光電素子。
【請求項９】
前記上部及び下部光制限層の厚さが互いに異なることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体光電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光電素子（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）に係り、詳細には高い光効率を有する半導体光電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記に示した特許文献１は、窒化物（ｎｉｔｒｉｄｅ）系の化合物半導体光電素子の一つである半導体レーザ素子の一例を開示している。窒化物系の発光素子のほとんどは、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）を基板素材として利用する。一般的に、窒化物系レーザダイオードでは、活性層で形成される光をガイドするための導波層がＧａＮから形成され、また電子と光とを拘束（ｃｏｎｆｉｎｅ）するためのクラッド層がＡｌｘＧａ１−ｘＮによって形成される。ＡｌｘＧａ１−ｘＮは、ＧａＮに比べてエネルギーギャップが大きく、活性層であるＩｎＧａＮとの屈折率差がウェーブガイドであるＧａＮに比べてさらに大きい。クラッド層として使用するＡｌＧａＮ層は、導波層及びｎ型接触層（ｃｏｎｔａｃｔ  ｌａｙｅｒ）として使われるＧａＮと大きい格子定数と熱膨張係数との差を示し、これによってクラック（ｃｒａｃｋ）を形成することとなる。従って、これにより、クラッド層物質であるＡｌｘＧａ１−ｘＮでＡｌの組成比と厚さとが制限されている。他の研究グループでの研究結果によれば、クラッド層のＡｌの制限された組成比は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子（ｓｕｐｅｒ  ｌａｔｔｉｃｅ）の場合にほぼ１４％であり、制限厚さは１μｍ、バルク（ｂｕｌｋ）ＡｌＧａＮの場合、８％及び１ｎｍほどと報告されている。このように、制限されたクラッド層の厚さとＡｌ組成比とに起因し、光制限（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果向上に限界が存在することになる。すなわち、光制限因子（ＯＣＦ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  要素）の減少及びスレショルド電流を増大させる要因になりうる。従って、内部量子効率（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）向上及び素子の光出力向上を困難にする。
【特許文献１】米国特許７，０５８，１０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、光制限要素を効果的に増大させて内部損失を減少させ、内部量子効率及び信頼性を向上させることができる半導体発光素子を提供するところにその目的がある。
【０００４】
また本発明は、光利得の増大により、レーザの発振開始電流が減少し、従って動作入力パワーを減少させることができる高効率の半導体発光素子を提供するところにその他の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、量子ウェルと障壁層とからなる活性層と、前記活性層の上下面に積層して形成された上部及び下部導波層と、前記上部及び下部導波層の上下面に積層して形成された上部及び下部クラッド層と、積層されたそれぞれの層を支持する基板と、を具備し、前記活性層と上部導波層との間に設けられ、上部導波層に比べてエネルギーギャップが小さく、前記障壁層に比べて同じであるか大きいエネルギーギャップを有する上部光制限層（ＯＣＬ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｌａｙｅｒ）、及び前記活性層と下部導波層との間に設けられ、下部導波層に比べてエネルギーギャップが小さく、前記障壁層に比べて小さいエネルギーギャップを有する下部光制限層が設けられている半導体光電素子が提供される。
【０００６】
前記本発明の半導体発光素子において、前記基板は、Ｓｉ、サファイア、ＳｉＣまたはＧａＮのうちいずれか一つから形成されうる。
【０００７】
本発明は、窒化物半導体発光素子に適用されることが望ましい。従って、前記上部及び下部導波層は、ｐ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦０．５）及びｎ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦０．５）から形成され、前記上部及び下部クラッド層は、それぞれｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ｐ−ＧａＮ及びｎ−ＡｌＧａＮ／ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ｎ−ＧａＮ、またはｐ−ＡｌＧａＮ及びｎ−ＡｌＧａＮによって形成される。ここで、前記上部及び下部導波層のＡｌ組成は、前記上部及び下部クラッド層のＡｌ組成より小さくなければならない。前記上部クラッド層の上部と下部クラッド層の下部とには、それぞれｐ−ＧａＮコンタクト層及びｎ−ＧａＮコンタクト層が設けられる。また、前記活性層は、ＡｌｖＩｎｘＧａ１−ｘ−ｖＮ（０≦ｖ、ｘ≦１、０≦ｘ＋ｖ≦１）の量子ウェル層とＡｌｗＩｎｙＧａ１−ｙ−ｗＮ（０≦ｗ、ｙ≦１、０≦ｙ＋ｗ≦１）の障壁層とによって形成される。活性層でＩｎの組成は、量子ウェルのそれが障壁層のそれと同じであるか大きく（ｙ≦ｘ）、Ａｌの組成は、量子ウェルのそれが障壁層のそれと同じであるか小さい（ｖ≦ｗ）。前記活性層は、多重量子ウェルまたは単一量子ウェルから形成されうる。また、前記活性層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮそしてＡｌＩｎＧａＮのうちいずれか一つの物質から形成されうる。
【０００８】
本発明の半導体光電素子の上部光制限層は、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１、ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）から形成され、下部光制限層は、Ａｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２、ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）から形成され、前記下部光制限層のＩｎ組成が前記上部光制限層のＩｎ組成より大きい（ｙ１＜ｙ２）ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の実施形態によれば、本発明の半導体光電素子は、活性層で下部光制限層と最も近い障壁層のエネルギーギャップが他の障壁層のエネルギーギャップより小さく、前記下部光制限層のエネルギーギャップは、その障壁層のエネルギーギャップと同じ構造を有することができる。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、半導体光電素子は、下部光制限層と下部導波層との間に緩衝層がさらに備わり、前記緩衝層のエネルギーギャップは、前記下部光制限層のエネルギーギャップと前記下部導波層のエネルギーギャップとの間の値を有することを特徴とすることができる。
【００１１】
一方、本発明の半導体光電素子で、上部及び下部光制限層（ＯＣＬ）にはＳｉまたはＭｇがドーピングされうる。光制限層（ＯＣＬ）の望ましい厚さは、１００から２，０００Åの範囲の値を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上下部導波層に加え、これより狭いエネルギーギャップを有して上下部エネルギーギャップが非対称であるＯＣＬ層構造を適用することにより、二重光制限（ｄｏｕｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果及び活性層の量子ウェルでのＩｎ結合（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）率を向上させることができる。併せて、本発明によれば、量子ウェルの変形（Ｓｔｒａｉｎ）により引き起こされた内部電場（ｅｘ、Ｐｉｅｚｏ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ）の影響を小さくするために、４５０ｎｍ以上の長波長半導体レーザ製造時に、励起電力に対する波長変化（ｂｌｕｅ  ｓｈｉｆｔ）が少ない長波長半導体レーザを得ることができる。以上のような本発明による光電素子は、窒化物系発光素子及び受光素子に適用可能である。すなわち、本発明による光電素子は、窒化物系により製作された発光素子の白色（ｗｈｉｔｅ）、青色（ｂｌｕｅ）、緑色（ｇｒｅｅｎ）ＬＥＤ、紫外線（ＵＶ）、紫色（ｖｉｏｌｅｔ）、青色（ｂｌｕｅ）、緑色（ｇｒｅｅｎ）ＬＤ及び受光素子、電子素子などあらゆる素子に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明が提案する半導体発光素子は、クラックの発生しない最大のＡｌ組成を有するクラッド層の構造下で、光制限因子値の増大及び内部損失（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｌｏｓｓ）を減少させることによって光利得を増大させるために、活性層と上下部導波層との間のエネルギーギャップ値を有する上下部光制限層（ＯＣＬ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｌａｙｅｒ）を具備する。また、本発明による発光素子は、上部導波層に比べてエネルギーギャップが小さく、前記障壁層に比べては同じであるか大きいエネルギーギャップを有する上部光制限層、及び下部導波層に比べてエネルギーギャップが小さく、前記障壁層に比べては同じであるか小さいエネルギーギャップを有する下部光制限層が設けられる構造を有する。このような構造を有する本発明の半導体発光素子は、後述するが、内部量子効率が向上してレーザ発振開始電流及び動作入力パワー（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｉｎｐｕｔ  ｐｏｗｅｒ）が減少するという利点を有する。前記発振開始電流及び動作入力パワーの減少は、発振効率の向上及び寿命の延長という効果をもたらす。また本発明によれば、Ｉｎ結合（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）率が上昇して量子ウェルの変形が減少し、波長変化（ｂｌｕｅ  ｓｈｉｆｔ）が減少した良質の長波長レーザ発振が可能である。
【００１４】
併せて、本発明の構造は、量子ウェルの変形（Ｓｔｒａｉｎ）により引き起こされた内部電場（ｅｘ、Ｐｉｅｚｏ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ）の影響が減少するために、４５０ｎｍ以上の長波長半導体レーザ製造時に励起電力に対する波長変化（ｂｌｕｅ  ｓｈｉｆｔ）が少ない長波長半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１５】
本発明の半導体発光素子は、特に窒化物系の光電素子、例えば発光または受光素子などの電子素子に適用されうる。
【００１６】
図１は、本発明による光電素子の一例であって、半導体レーザ素子の概略的断面図であり、図２は、図１に図示された素子、各結晶層のエネルギーギャップを示すグラフである。
【００１７】
図１を参照すれば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮまたはサファイアからなる基板１０の表面に、ＳｉドーピングされたＧａＮコンタクト層２０が形成される。前記コンタクト層２０上に、はＩｎＧａＮ活性層５０を主要構成要素として含む電子発光層が設けられている。
【００１８】
前記活性層５０は、ＡｌｖＩｎｘＧａ１−ｘ−ｖＮ（０≦ｖ、ｘ≦１、０≦ｘ＋ｖ≦１）の量子ウェル層５４と、ＡｌｗＩｎｙＧａ１−ｙ−ｗＮ（０≦ｗ、ｙ≦１、０≦ｙ＋ｗ≦１）の障壁層５２，５６とによって形成される。前記活性層５０で、Ｉｎの組成は、前記量子ウェル層５４のＩｎの組成が障壁層５２，５６のＩｎの組成と同じであるか大きく（ｙ≦ｘ）、Ａｌの組成は、前量子ウェル層５４のＡｌの組成が前記障壁層５２，５６のＡｌの組成と同じであるか小さい（ｖ≦ｗ）。前記活性層５０は、多重量子ウェルまたは単一量子ウェルから形成されうる。
【００１９】
前記活性層５０の上下には、本発明を特徴付ける非対称的ＯＣＬ層４５，５８が形成されている。例えば、上部ＯＣＬ層５８は、ｐ型またはドーピングされていないＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１、ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）から形成され、下部ＯＣＬ層４５は、ｎ−型またはドーピングされていないＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２、ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）から形成されうる。かようなＯＣＬ層５８，４５のエネルギーギャップは図２に図示されているように、前記下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成が前記上部ＯＣＬ層５８のＩｎ組成より大きい（ｙ１＜ｙ２）ことを特徴とする。詳細には、上部ＯＣＬ層５８のエネルギーギャップは、上部導波層７０のそれより小さく、前記障壁層５２，５６に比べては同じであるか大きいエネルギーギャップを有し、下部ＯＣＬ層４５のエネルギーギャップは、下部導波層４０に比べてエネルギーギャップが小さく、前記障壁層５２，５６に比べては小さいエネルギーギャップを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の他の実施形態によれば、下部ＯＣＬ層４５と最も近い障壁層５２のエネルギーギャップが他の障壁層５６のエネルギーギャップより小さく、前記下部ＯＣＬ層４５のエネルギーギャップは、その障壁層５２のエネルギーギャップと同じ構造を有することができる。
【００２１】
本発明の半導体光電素子は、下部ＯＣＬ層４５と下部導波層４０との間に緩衝層（図示せず）がさらに備わり、前記緩衝層のエネルギーギャップは、前記下部ＯＣＬ層４５のエネルギーギャップと前記下部導波層４０のエネルギーギャップとの間の値を有することが可能である。
【００２２】
一方、本発明の半導体光電素子で、上部及び下部ＯＣＬ層５８，４５には、ＳｉまたはＭｇがドーピングされうる。上部及び下部ＯＣＬ層５８，４５の望ましい厚さは、１００Åから２，０００Åの範囲の値である。また、上部ＯＣＬ層５８及び下部ＯＣＬ層４５の厚さが互いに異なってもよい。
【００２３】
図１に図示されているように、前記導波層７０，４０は、それぞれｐ−ＧａＮ及びｎ−ＧａＮからそれぞれ形成され、場合によっては上部及び下部導波層７０，４０は、ｐ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦０．５）及びｎ−ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦０．５）から形成されうる。かような導波層７０，４０は、前述のように前記ＯＣＬ層に比べて大きいエネルギーギャップを有する。そして、前記下部導波層４０の下には、ｎ−ＡｌＧａＮ／ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ｎ−ＧａＮまたはｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３０及びｎ−ＧａＮコンタクト層２０が順次に設けられている。ここで、前記上部及び下部導波層７０，４０のＡｌ組成は、前記上部及び下部クラッド層８０，３０のＡｌ組成より小さくなければならない。
【００２４】
一方、前記上部ＯＣＬ層５８と上部導波層７０との間には、電子遮断層としてｐ−ＡｌＧａＮ  ＥＢＬ（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  Ｂｕｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ）６０が介在されている。図３に図示されているように、ＥＢＬ  ６０のエネルギーギャップが他の結晶層に比べて最も大きく、従って電子の移動（ｏｖｅｒｆｌｏｗ）を防止して正孔だけ通過させる。
【００２５】
前記ｐ−ＧａＮ上部導波層７０の上には、ｐ−ＡｌＧａＮ／ｐ−ＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ｐ−ＧａＮまたはｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８０とｐ−ＧａＮ上部コンタクト層９０とが形成されている。
【００２６】
前記の通り、上部及び下部ＯＣＬ層５８，４５が活性層の両側に設けられる本発明によれば、制限されたＡｌ組成とＡｌＧａＮクラッド層の厚さとの条件下でも、ＯＣＦ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｆａｃｔｏｒ）は増大して内部損失（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｌｏｓｓ）は減少し、スレショルド利得（ｇａｉｎ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）値が最小化される。従って、素子の発振電流及び内部量子効率が向上する。
【００２７】
本発明によれば、上下部導波層に加えて、これより狭いエネルギーギャップを有して上下部エネルギーギャップが非対称であるＯＣＬ層５８，４５構造を適用することにより、二重光制限（ｄｏｕｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果、及び活性層５０の量子ウェル５４でのＩｎ結合（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）率を向上させることができる。併せて、量子ウェルの変形を小さくし、４５０ｎｍ以上の長波長発振素子の製造時に波長変化（ｂｌｕｅ  ｓｈｉｆｔ）を減らすために、長波長レーザ製作を可能にする。
【００２８】
図３は、本発明によって下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成を増大させた場合、Ｉｎ組成別（１．５％、３％、４％）ＯＣＦの変化を示す。このとき、上部ＯＣＬ層５８のＩｎ組成は、１．５％に固定されている。図３から分かるように、下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成が１．５％から３％、４％と増大するほど、ＯＣＦ値が増大することが分かる。すなわち、上部のＯＣＬ層５８が下部のＯＣＬ層４５よりもＩｎ組成が小さいとき、換言すればエネルギーギャップが大きいとき、ＯＣＦ値がさらに大幅に増大することが分かる。また、Ｉｎ組成別に下部ＯＣＬ層４５の厚さ変化によってＯＣＦの値が変化し、Ｉｎ組成が４％であるとき、最も高いＯＣＦの変化を示す。これは、下部ＯＣＬ層４５のＩｎ増大によって光分布（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｅ）の最大値が量子ウェル（ＱＷ）の中心部に近づくためである。
【００２９】
図４は、本発明によって下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成を増大させた場合、Ｉｎ組成（１．５％、３％、４％）別の内部損失（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｌｏｓｓ）の変化を示すグラフである。このときも、上部ＯＣＬ層５８のＩｎ組成は１．５％に固定されている。図５から分かるように、下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成が１．５％から３％、４％と増大するほど、内部損失が減少する傾向を確認できる。すなわち、上部のＯＣＬ層５８が下部のＯＣＬ層４５よりもＩｎ組成が小さいとき、換言すれば、エネルギーギャップが大きいとき、内部損失はさらに多く減少する。これは、ｐ−ＧａＮ層に偏った光分布が少なくなり、ｐ−ＧａＮ層で発生した光損失が減少することによって発生した現象であると解釈できる。
【００３０】
図５は、本発明によって下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成を増大させた場合、Ｉｎ組成別（１．５％、３％、４％）のスレショルド利得（ｇａｉｎ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）値の変化を示すグラフである。光損失（図４）をＯＣＦ値（図３）で割った値と定義されるスレショルド利得値が小さいほど、素子の発振特性が向上すると解釈されるが、本データでは、下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成が１．５％から３％、４％と増大し、上部のＯＣＬ層が下部のＯＣＬ層よりエネルギーギャップが大きいときにスレショルド利得値が顕著に低くなったことが分かる。
【００３１】
上の結果を基に観察した結果、上部と下部ＯＣＬ層の厚さは、１００Åから２，０００Å範囲内で調節が可能であり、詳細には２００Åから１，２００Å範囲の厚さを有することが望ましい。
【００３２】
図６は、下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成が１．５％と４％との場合、励起電力変化に対する発振波長の変化及びその差を示すグラフである。下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成が４％であるときの発振波長が、１．５％Ｉｎの組成であるときに比べ、長波長の光特性を表している。また、下部ＯＣＬ層４５のＩｎ組成が４％であるときに励起電力を増加させることによって示される波長変化（Ｂｌｕｅ−ｓｈｉｆｔ）（△λ＝４．３ｎｍ）は、Ｉｎ組成が１．５％であるときの波長変化（△λ＝８．１ｎｍ）より５０％ほど小さいということを確認できる。
【００３３】
本技術分野で当業者に、本発明の精神を外れることなくして前述の望ましい実施形態を考慮した多くの変化と修正とは容易であって自明であり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってさらに明確に示される。本願の技術内容の開示及び発表は単に例示に過ぎず、それらか特許請求の範囲によってのみさらに詳細に示された本発明の範囲を制限すると理解することがあってはならない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の半導体光電素子は、例えば、半導体関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による半導体レーザ素子の積層構造を示す断面図である。
【図２】図１に図示された本発明による半導体レーザ素子の結晶層別のエネルギーギャップを示すグラフである。
【図３】本発明によって下部ＯＣＬ層のＩｎ組成を増大させた場合、Ｉｎ組成別（１．５％、３％、４％）ＯＣＦの変化を示すグラフである。
【図４】本発明によって下部ＯＣＬ層のＩｎ組成を増大させた場合、Ｉｎ組成（１．５％、３％、４％）別の内部損失の変化を示すグラフである。
【図５】本発明によって下部ＯＣＬ層のＩｎ組成を増大させた場合、Ｉｎ組成別（１．５％、３％、４％）のスレショルド利得値の変化を示すグラフである。
【図６】下部ＯＣＬ層のＩｎ組成が１．５％と４％との場合、励起電力変化に対する発振波長の変化及びその差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０    サファイア基板、
２０    ＧａＮコンタクト層、
３０    下部クラッド層、
４０    下部導波層、
４５    下部ＯＣＬ層、
５０    ＩｎＧａＮ活性層、
５２，５６    障壁層、
５４    量子ウェル、
５８    上部ＯＣＬ層、
６０    ＥＢＬ、
７０    上部導波層、
８０    上部クラッド層、
９０    上部コンタクト層。
【図１】
0005492376.tif 000002
【図２】
0005492376.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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