(57)【要約】【課題】逆方向静電破壊耐圧を向上できる構造の半導体光素子を提供する。【解決手段】活性領域１９では、量子井戸構造部４５ａは、第１の光閉じ込め層４３ａと第２の光閉じ込め層４７ａとの間に設けられている。ｎ型光閉じ込め層４１ａ、第１の光閉じ込め層４３ａ、量子井戸構造部４５ａ、第２の光閉じ込め層４７ａおよびｐ型光閉じ込め層４９ａは、半導体領域１３の一端面１３ａおよび他端面１３ｂの少なくともいずれか一方に現れている。活性領域１９が、光閉じ込め層４３ａ、４７ａ並びに量子井戸構造部４５ａに総厚２７０ｎｍ以上の１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有する。【選択図】図８
2006294640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端面および他端面を有しており光デバイス部および第１の窓部を含む半導体領域を備え、
前記光デバイス部および第１の窓部は、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、前記ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを備え、
前記第１の窓部は前記一端面に現れており、
前記光デバイス部は前記第１の窓部に光学的に結合されており、
前記第１の窓部は、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の半導体層と、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に設けられた活性層とを含み、
前記第１および第２の半導体層並びに前記活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である、半導体光素子。
【請求項２】
前記半導体領域は、前記他端面に現れた第２の窓部をさらに備え、
前記光デバイス部は、前記第１の窓部と前記第２の窓部との間に設けられており、
前記第２の窓部は、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第３の半導体層と、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第４の半導体層と、
前記第３の半導体層と前記第４の半導体層との間に設けられた活性層とを含み、
前記第３および第４の半導体層並びに前記活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である、請求項１に記載された半導体光素子。
【請求項３】
ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、前記ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを含んでおり一端面および他端面を有する半導体領域を備え、
前記活性領域は、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層と、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層と、
前記第１の光閉じ込め層と前記第２の光閉じ込め層との間に設けられた活性層と、
前記ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記第１の光閉じ込め層との間に設けられたｎ型光閉じ込め層と、
前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記第２の光閉じ込め層との間に設けられたｐ型光閉じ込め層と
を含み、
前記第１の光閉じ込め層、前記第２の光閉じ込め層、前記活性層、前記ｎ型光閉じ込め層および前記ｐ型光閉じ込め層は、前記一端面および前記他端面の少なくともいずれか一方に現れており、
前記第１および第２の光閉じ込め層並びに前記活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である、半導体光素子。
【請求項４】
ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、前記ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを含んでおり一端面および他端面を有する半導体領域を備え、
前記活性領域は、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層と、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層と、
前記第１の光閉じ込め層と前記第２の光閉じ込め層との間に設けられた活性層と、
前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記第２の光閉じ込め層との間に設けられたｐ型光閉じ込め層と
を含み、
前記第１の光閉じ込め層、前記第２の光閉じ込め層、前記活性層および前記ｐ型光閉じ込め層は、前記一端面および前記他端面の少なくともいずれか一方に現れており、
前記第１および第２の光閉じ込め層並びに前記活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である、半導体光素子。
【請求項５】
ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、前記ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを含んでおり一端面および他端面を有する半導体領域を備え、
前記活性領域は、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層と、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層と、
前記第１の光閉じ込め層と前記第２の光閉じ込め層との間に設けられた活性層と、
を含み、
前記第１の光閉じ込め層、前記第２の光閉じ込め層および前記活性層は、前記一端面および前記他端面の少なくともいずれか一方に現れており、
前記第１および第２の光閉じ込め層並びに前記活性層の総厚は３６０ｎｍ以上である、半導体光素子。
【請求項６】
ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、前記ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを含んでおり一端面および他端面を有する半導体領域を備え、
前記活性領域は、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層と、
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層と、
前記第１の光閉じ込め層と前記第２の光閉じ込め層との間に設けられた活性層と、
前記ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と前記第１の光閉じ込め層との間に設けられたｎ型光閉じ込め層と
を含み、
前記第１の光閉じ込め層、前記第２の光閉じ込め層、前記活性層および前記ｎ型光閉じ込め層は、前記一端面および前記他端面の少なくともいずれか一方に現れており、
前記第１および第２の光閉じ込め層並びに前記活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である、半導体光素子。
【請求項７】
前記活性層は量子井戸構造である、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体レーザ装置が記載されている。半導体レーザ装置の電流狭窄層は、ストライプ状のメサ部を除いた第２のクラッド層上に形成され、第２クラッド層と逆の導電型である。電流狭窄層の厚さは、第２のクラッド層のメサ部の高さよりも小さくかつ０．６マイクロメートルを超えない。この膜厚では、サージ電流の流入に対してバイパスを形成し、サージ耐圧が向上する。
【０００３】
特許文献２には、半導体レーザの不動態化／ストレス印加によるスクリーニング法が記載されている。露出端面に硫黄処理を行うことで欠陥準位を低減させて、ＥＳＤ耐圧を向上させる。
【特許文献１】特開平０４−２３３７９号公報
【特許文献２】特表平０６−５１０３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、半導体レーザ装置に順方向に流れるサージ電流に対する耐性を向上させる技術に関する。この技術によれば、電流狭窄層の厚さを変更することによってサージ耐圧（順方向耐圧）が向上される。
【０００５】
また、特許文献２には、順方向バイアスＥＳＤストレスを与えて、硫化物を用いて不導体化した半導体レーザのＥＳＤ試験を行っている。特許文献２に記載された方法では、端面処理で欠陥準位を低減させたとしても、破壊される活性層自体の耐性が向上されるわけではない。
【０００６】
特許文献１および２のいずれも順方向に係る静電放電故障について言及されている。しかしながら、これらの文献には逆方向に係る静電放電の耐性を改善することについて触れられていない。求められていることは、逆方向静電破壊耐圧を向上することである。
【０００７】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、逆方向静電破壊耐圧を向上できる構造を有する半導体光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る半導体光素子は、一端面および他端面を有しており光デバイス部および第１の窓部を含む半導体領域を備え、光デバイス部および第１の窓部は、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域とｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを備え、第１の窓部は一端面に現れており、光デバイス部は第１の窓部に光学的に結合されており、第１の窓部は、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の半導体層と、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に設けられた第１の活性層とを含み、第１および第２の半導体層並びに活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である。
【０００９】
この半導体光素子によれば、一端面に現れる第１の窓部が、第１および第２の半導体層並びに活性層を含み、そのキャリア濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下で、
これらの層の総厚が２７０ｎｍ以上になるように形成されているので、逆方向静電耐圧に関して一端面の窓領域自体の耐性が向上され、光デバイス部の活性領域が保護される。
【００１０】
上記の半導体光素子では、半導体領域は他端面に現れた第２の窓部を更に備え、光デバイス部は第１の窓部と第２の窓部との間に設けられており、第２の窓部は、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第３の半導体層と、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第４の半導体層と、第３の半導体層と第４の半導体層との間に設けられた活性層とを含み、第３及び第４の半導体層並びに活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である。
【００１１】
この半導体光素子によれば、他端面に現れる第２の窓部が、第３および第４の半導体層並びに活性層を含み、そのキャリア濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下で、これらの層の総厚が２７０ｎｍ以上になるように形成されているので、逆方向静電耐圧に関して他端面の窓領域自体の耐性が向上され、光デバイス部の活性領域が保護される。
【００１２】
本発明の別の側面の半導体光素子は、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域とｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを含んでおり一端面及び他端面を有する半導体領域を備え、活性領域は、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層と、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層と、第１の光閉じ込め層と第２の光閉じ込め層との間に設けられた活性層と、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と第１の光閉じ込め層との間に設けられたｎ型光閉じ込め層と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と第２の光閉じ込め層との間に設けられたｐ型光閉じ込め層とを含み、第１の光閉じ込め層、第２の光閉じ込め層、活性層、ｎ型光閉じ込め層及びｐ型光閉じ込め層は、一端面及び他端面の少なくともいずれか一方に現れており、第１及び第２の光閉じ込め層並びに活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である。
【００１３】
この半導体光素子によれば、一端面及び他端面の少なくともいずれか一方に現れる活性領域が、第１及び第２の光閉じ込め層並びに活性層に総厚２７０ｎｍ以上で１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有するので、ｐ型光閉じ込め層及びｎ型光閉じ込め層を含む活性領域自体の耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００１４】
本発明に係る半導体光素子は、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域とｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを含んでおり一端面および他端面を有する半導体領域を備え、活性領域は、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層と、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層と、第１の光閉じ込め層と第２の光閉じ込め層との間に設けられた活性層と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と第２の光閉じ込め層との間に設けられたｐ型光閉じ込め層とを含み、第１の光閉じ込め層、第２の光閉じ込め層、活性層およびｐ型光閉じ込め層は、一端面および他端面の少なくともいずれか一方に現れており、第１および第２の光閉じ込め層並びに活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である。
【００１５】
この半導体光素子によれば、一端面及び他端面の少なくともいずれか一方に現れる活性領域が、第１及び第２の光閉じ込め層並びに活性層に総厚２７０ｎｍ以上で１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有するので、ｐ型光閉じ込め層を含む活性領域自体の耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００１６】
本発明の半導体光素子は、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域とｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを含んでおり一端面及び他端面を有する半導体領域を備え、活性領域は、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層と、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層と、第１の光閉じ込め層と第２の光閉じ込め層との間に設けられた活性層とを含み、第１の光閉じ込め層、第２の光閉じ込め層及び活性層は、一端面および他端面の少なくともいずれか一方に現れており、第１及び第２の光閉じ込め層並びに活性層の総厚は３６０ｎｍ以上である。
【００１７】
この半導体光素子によれば、一端面および他端面の少なくともいずれか一方に現れる活性領域が、第１および第２の光閉じ込め層並びに活性層に総厚２７０ｎｍ以上であり１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有するので、活性領域自体の耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００１８】
本発明に係る半導体光素子は、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域と、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域とｐ型III−Ｖ化合物半導体領域との間に設けられた活性領域とを含んでおり一端面および他端面を有する半導体領域を備え、活性領域は、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層と、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層と、第１の光閉じ込め層と第２の光閉じ込め層との間に設けられた活性層と、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域と第１の光閉じ込め層との間に設けられたｎ型光閉じ込め層とを含み、第１の光閉じ込め層、第２の光閉じ込め層、活性層およびｎ型光閉じ込め層は、一端面および他端面の少なくともいずれか一方に現れており、第１および第２の光閉じ込め層並びに活性層の総厚は２７０ｎｍ以上である。
【００１９】
この半導体光素子によれば、一端面及び他端面の少なくともいずれか一方に現れる活性領域が、第１及び第２の光閉じ込め層並びに活性層に総厚２７０ｎｍ以上で１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有するので、ｎ型光閉じ込め層を含む活性領域自体の耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００２０】
上記のいずれに側面に係る半導体光素子では、活性領域における低濃度部分（キャリア濃度１×１０１６ｃｍ−３以下）の総厚は、５００ｎｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、１．１〜１．６マイクロメートルの波長帯域において単一モードの半導体レーザが得られる。
【００２１】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、逆方向静電破壊耐圧を向上できる構造を有する半導体光素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子に係る実施の形態を説明する。引き続く説明では、半導体光素子の一例として半導体レーザを説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態に係る半導体レーザを示す図面である。半導体レーザ１１は、半導体領域１３を含む。半導体領域１３は一端面１３ａおよび他端面１３ｂを有する。半導体領域１３は、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域１５と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域１７と、活性領域１９とを含む。活性領域１９は、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域１５とｐ型III−Ｖ化合物半導体領域１７との間に設けられている。本実施の形態の半導体レーザ１１は埋め込み構造を有しており、またｎ型III−Ｖ化合物半導体領域１５、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域１７および活性領域１９はメサ２１を構成している。メサ２１は、埋め込み領域２３により埋め込まれている。半導体レーザ１１では、埋め込み領域２３は、発光のために注入されるキャリアをメサ２１に導く。メサ２１および埋め込み領域２３は、ｎ型ＩｎＰ基板といった基板２５上に設けられている。メサ２１および埋め込み領域２３上には、クラッド層２７およびコンタクト層２９が設けられており、埋め込み領域２３は、例えば基板と異なる導電型の第１の埋め込み層２３ａと、第１の埋め込み層２３ａおよびクラッド層２７と異なる導電型の第２の埋め込み層２３ｂとを含むことができる。コンタクト層２９上には、アノード電極といった第１の電極３１がメサ２１のストライプに合わせて設けられており、ＩｎＰ基板２５の裏面には、カソード電極といった第２の電極３３が設けられている。一実施例では、活性領域１９は、活性層として井戸層、バリア層を有する量子井戸構造および光閉じ込め層を有することができる。また、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域１５およびｐ型III−Ｖ化合物半導体領域１７はクラッドとして作用する。
【００２５】
一実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レーザは
ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域１５：ｎ型ＩｎＰ半導体
ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域１７：ｐ型ＩｎＰ半導体
活性領域１９：ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造（活性層）
ＩｎＧａＡｓＰ井戸層  
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層  
基板２５：ｎ型ＩｎＰ半導体
第１の埋め込み層２３ａ：ｐ型ＩｎＰ半導体
第２の埋め込み層２３ｂ：ｎ型ＩｎＰ半導体
クラッド層２７：ｐ型ＩｎＰ半導体
コンタクト層２９：ｐ型ＩｎＧａＡｓ半導体
を用いる。必要な場合には、ｎ型基板に替えてｐ型基板を用いることができる。
【００２６】
発明者は、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レーザにおけるシミュレーションを用いて、ＥＳＤ逆方向試験時に量子井戸（ＱＷ）部の内部にかかる電界と低濃度層（例えば、アンドープ井戸層）の厚みとの関係を求めた。シミュレーションに使用された活性領域は、低キャリア濃度の部分（シミュレーションモデルではｉ層とした）と高キャリア濃度の部分からなる光閉じ込め部を含でんおり、光閉じ込め部の厚みを一定の条件の下に低キャリア濃度の部分および高キャリア濃度の部分の厚みをそれぞれ変更して、井戸層に加わる電界強度を求めた。
【００２７】
図２は、シミュレーションの条件を示す図面であり、図３は、シミュレーション結果（逆方向に電圧が印加された半導体レーザ内部における電界強度）の一例を示す。シミュレーション結果Ａは２７５ｎｍ厚のｉ層（低キャリア濃度）の量子井戸構造部の電界強度を示し、ミュレーション結果Ｂは２２５ｎｍ厚のｉ層の量子井戸構造部の電界強度を示し、ミュレーション結果Ｃは１７５ｎｍ厚のｉ層の量子井戸構造部の電界強度を示す。同様に行われた多数のシミュレーションの結果から、発明者は以下のような結果を得ている。
【００２８】
図４は、ｉ層の厚みと井戸層内の電界強度との関係を示す図面である。図４に示される発明者のシミュレーション結果によれば、ＥＳＤ逆方向試験時に量子井戸（ＱＷ）部の内部にかかる電界と低濃度層（例えば、アンドープ井戸層）全体の厚みが実質的に逆比例の関係であることが理解される。
【００２９】
図５は、逆方向ＥＳＤ印加電圧（単位：キロボルト）と累積故障率（百分率）との関係を示し、図４の横軸に相当する厚み（低濃度層の厚み：マイクロメートル単位）の逆数を厚みパラメータとして２つの特性線Ｃ１、Ｃ２が示されている。厚みパラメータは、低濃度の光閉じ込め層並びに量子井戸構造部における低濃度領域の総厚の逆数である。それぞれの水準のために３６個のサンプルが準備された。特性線Ｃ１は、厚みパラメータが５．７μｍ−１であり井戸層の電界強度が１３．６ＭＶ／ｍであるサンプル群の累積故障率を示している。特性線Ｃ２は、厚みパラメータが３．７μｍ−１であり井戸層の電界強度が９．６ＭＶ／ｍであるサンプル群の累積故障率を示している。厚みパラメータ３．７μｍ−１は２７０ｎｍ程度に相当する。厚みパラメータ５．７μｍ−１は１７５ｎｍ程度に相当する。特性線Ｃ２は、逆方向印加電圧１キロボルトでは不良が発生していないことを示している。故に、ＭＩＬ規格に基づくＥＳＤ試験法により耐圧１０００ボルトを満足している。この他の実験の結果に基づいて、発明者は、井戸層に電界強度が１０ＭＶ／ｍ以下であれば、ＭＩＬ規格に基づくＥＳＤ試験法により耐圧１０００ボルトを満足できると考えている。
【００３０】
図６は、光閉じ込め部のキャリア濃度（１×１０１６ｃｍ−３、１×１０１７ｃｍ−３、１×１０１８ｃｍ−３）と井戸層内の電界強度との関係を示す図面である。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レーザにおいてＭＱＷ構造を含むアンドープ領域の厚みを増やすだけでなくアンドープ領域に少なくともいずれか一方において接する半導体層のキャリア濃度（ドーパント濃度）を減らすことによっても、ＭＱＷにかかる電界を低減できる。ここで、アンドープ領域またはアンドープ半導体層のキャリア濃度とは１×１０１５ｃｍ−３以下のキャリア濃度をいう。
【００３１】
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度であれば、井戸層に電界強度が１０ＭＶ／ｍ以下にできる。つまり、光閉じ込め部のキャリア濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下であれば、ヒューマンボディモデル（ＨＢＭ）に基づくＥＳＤ試験法により耐圧１０００ボルトを満足できると考えている。また、この他の実験の結果から、光閉じ込め層がアンドープ層（ｉ層）であれば、低濃度の光閉じ込め層並びに量子井戸構造部における低濃度領域の総厚が２５０ｎｍであっても、耐圧１０００ボルトを満足できると考えている。
【００３２】
図７（Ａ）は順方向試験により生じた破壊箇所を示す図面であり、図７（Ｂ）は逆方向試験により生じた破壊箇所を示す図面である。端面発光型半導体レーザの静電放電（ＥＳＤ）による破壊は、極性に依らず端面が起因となる。へき開で作製される端面は、バルク内部と比較して、ダングリングボンド等による非発光再結合の影響を強く受け、元々欠陥が生じやすいと考えられる。静電放電による破壊／劣化のメカニズムは順方向と逆方向で異なる。順方向試験では、光が発光する向きに電圧を印加することになる。端面に存在する欠陥が光を吸収して熱となり、発熱で欠陥がさらに増殖する。これが繰り返されて、最終的に破壊される。一方、逆方向試験では、光は発生しない。高い電界が印加され、結晶的に弱い箇所が破壊されることになる。活性領域は、結晶的に弱い箇所に該当するものであり、活性層（本実施例ではＭＱＷ量子井戸層）には高い電界が印加される。
【００３３】
図８は、図１に示された半導体レーザの活性領域の付近およびこの活性領域の構造の一例を示す図面である。活性領域１９では、量子井戸構造部４５ａは、第１の光閉じ込め層４３ａと第２の光閉じ込め層４７ａとの間に設けられている。ｎ型光閉じ込め層４１ａは、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域１５と第１の光閉じ込め層４３ａとの間に設けられている。ｐ型光閉じ込め層４９ａは、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域１７と第２の光閉じ込め層４７ａとの間に設けられている。第１の光閉じ込め層４３ａ、量子井戸構造部４５ａおよび第２の光閉じ込め層４７ａは連続して配列されている。ｎ型光閉じ込め層４１ａ、第１の光閉じ込め層４３ａ、量子井戸構造部４５ａ、第２の光閉じ込め層４７ａおよびｐ型光閉じ込め層４９ａは、半導体領域１３の一端面１３ａおよび他端面１３ｂの少なくともいずれか一方に現れている。量子井戸構造部４５ａは、井戸層５１および障壁層５３を含む。この半導体レーザによれば、ｎ型光閉じ込め層４１ａおよびｐ型光閉じ込め層４９ａのおかげで素子内の抵抗が小さいなる。また、分布帰還型半導体レーザでは、ｐ領域およびｎ領域のいずれに回折格子を形成しても、再成長界面に係る抵抗増加を小さくできる。
【００３４】
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第１の光閉じ込め層４３ａと１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する第２の光閉じ込め層４７ａとを含む半導体光素子１１においては、活性領域１９が、光閉じ込め層４３ａ、４７ａ並びに量子井戸構造部４５ａに総厚２７０ｎｍ以上の１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有すれば、ｐ型光閉じ込め層４９ａおよびｎ型光閉じ込め層４１ａを含む活性領域自体の耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００３５】
また、第１および第２の光閉じ込め層４３ａ、４７ａはアンドープである半導体光素子１１においては、活性領域４１が、第１および第２の光閉じ込め層４３ａ、４７ａ並びに量子井戸構造部４５ａに総厚２５０ｎｍ以上のアンドープ領域を有するので、ｐ型光閉じ込め層４１ａおよびｎ型光閉じ込め層４９ａを含む活性領域自体４１の耐性が当該端面の逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００３６】
図９は、図１に示された半導体レーザの活性領域の付近およびこの活性領域の構造の一例を示す図面である。活性領域１９ａでは、量子井戸構造部４５ｂは、第１の光閉じ込め層４３ｂと第２の光閉じ込め層４７ｂとの間に設けられる。ｐ型光閉じ込め層４９ｂは、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域１７と第２の光閉じ込め層４７ｂとの間に設けらる。第１の光閉じ込め層４３ｂ、量子井戸構造部４５ｂ、第２の光閉じ込め層４７ｂおよびｐ型光閉じ込め層４９ｂは、半導体領域１３の一端面１３ａおよび他端面１３ｂの少なくともいずれか一方に現れている。第１の光閉じ込め層４３ｂ、量子井戸構造部４５ｂおよび第２の光閉じ込め層４７ｂは連続して配列されている。この半導体レーザによれば、ｐ型光閉じ込め層４９ｂのおかげで素子内の抵抗が小さいなる。また、分布帰還型半導体レーザでは、ｐ領域に回折格子を形成しても、再成長界面に係る抵抗増加を小さくできる。
【００３７】
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の第１の光閉じ込め層４３ｂと１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の第２の光閉じ込め層４９ｂとを含む半導体光素子１１ａにおいて、活性領域１９ａが、第１および第２の光閉じ込め層４３ｂ、４７ｂ並びに量子井戸構造部４５ｂに総厚２７０ｎｍ以上の１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有すれば、ｐ型光閉じ込め層４９ｂを含む活性領域自体１９ａの耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００３８】
また、第１および第２の光閉じ込め層４３ｂ、４７ｂがアンドープである半導体光素子において、活性領域１９ａが、第１および第２の光閉じ込め層４３ｂ、４７ｂ並びに量子井戸構造部４５ｂに総厚２５０ｎｍ以上のアンドープ領域を有すれば、ｐ型光閉じ込め層４９ｂを含む活性領域自体１９ａの耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００３９】
図１０は、図１に示された半導体レーザの活性領域の付近およびこの活性領域の構造の一例を示す図面である。活性領域１９ｂでは、量子井戸構造部４５ｃは、第１の光閉じ込め層４３ｃと第２の光閉じ込め層４７ｃとの間に設けられている。第１の光閉じ込め層４３ｃ、第２の光閉じ込め層４７ｃおよび量子井戸構造部４５ｃは、半導体領域１３の一端面１３ａおよび他端面１３ｂの少なくともいずれか一方に現れている。第１の光閉じ込め層４３ｃ、量子井戸構造部４５ｃおよび第２の光閉じ込め層４７ｃは連続して配列されている。活性領域内のドーパントにより光の吸収がなく効率が高い。
【００４０】
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の第１の光閉じ込め層４３ｃと１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の第２の光閉じ込め層とを含む半導体光素子１１ｂにおいて、活性領域１９ｂが、第１および第２の光閉じ込め層４３ｃ、４７ｃ並びに量子井戸構造部４５ｃに総厚３６０ｎｍ以上の１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有するので、ｐ型光閉じ込め層およびｎ型光閉じ込め層を含まない活性領域自体１９ｃの耐性が当該端面の逆方向静電耐圧に関して向上される。総厚が３６０ｎｍ未満であると、クラッド層の濃度の典型的な値である１×１０１８ｃｍ−３の場合に、電界強度が１０ＭＶ／ｍ以上となり耐圧１０００ボルトを満足できない。
【００４１】
また、第１および第２の光閉じ込め層４３ｃ、４７ｃがアンドープである半導体光素子において、活性領域１９ｂが、第１および第２の光閉じ込め層４３ｃ、４７ｃ並びに量子井戸構造部４５ｃに総厚３６０ｎｍ以上のアンドープ領域を有するので、ｐ型光閉じ込め層およびｎ型光閉じ込め層を含まない活性領域自体１９ｃの耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。総厚が３６０ｎｍ未満であると、クラッド層の濃度の典型的な値である１×１０１８ｃｍ−３の場合に、電界強度が１０ＭＶ／ｍ以上となり耐圧１０００ボルトを満足できない。
【００４２】
図１１は、図１に示された半導体レーザの活性領域の付近およびこの活性領域の構造の一例を示す図面である。活性領域１９ｃでは、量子井戸構造部４５ｄは、第１の光閉じ込め層４３ｄと第２の光閉じ込め層４７ｄとの間に設けられている。ｎ型光閉じ込め層４１ｄは、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域１５と第１の光閉じ込め層４３ｄとの間に設けられている。ｎ型光閉じ込め層４１ｄ、第１の光閉じ込め層４３ｄ、量子井戸構造部４５ｄおよび第２の光閉じ込め層４７ｄは、半導体領域１３の一端面１３ａおよび他端面１３ｂの少なくともいずれか一方に現れている。第１の光閉じ込め層４３ｄ、量子井戸構造部４５ｄおよび第２の光閉じ込め層４７ｄは連続して配列されている。この半導体レーザによれば、素子内の抵抗が小さいなる。また、分布帰還型半導体レーザでは、ｎ領域に回折格子を形成しても、再成長界面に係る抵抗増加を小さくできる。
【００４３】
１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の第１の光閉じ込め層４３ｄと１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の第２の光閉じ込め層４７ｄとを含む半導体光素子１１ｃでは、活性領域１９ｃが、第１および第２の光閉じ込め層３４ｄ、４７ｄ並びに量子井戸構造部４５ｄに総厚２７０ｎｍ以上の１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度の領域を有するので、ｎ型光閉じ込め層４１ｄを含む活性領域自体１９ｃの耐性が逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００４４】
また、第１および第２の光閉じ込め層４３ｄ、４７ｄはアンドープである半導体光素子１１ｃにおいて、活性領域１９ｃが、光閉じ込め層４３ｄ、４７ｄ並びに量子井戸構造部４５ｄに総厚２５０ｎｍ以上のアンドープ領域を有するので、ｎ型光閉じ込め層４１ｄを含む活性領域自体１９ｃの耐性が当該端面の逆方向静電耐圧に関して向上される。
【００４５】
また、いずれの半導体光素子１１，１１ａ、１１ｂ、１１ｃでは、活性領域における低濃度部分の総厚が５００ｎｍ以下であれば、１．１〜１．６マイクロメートルの波長帯域において単一モードの半導体レーザが得られる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
これまで説明されたシミュレーション実験では、共振器方向にわたって一様に低濃度層（例えば、ｉ層）の厚みを増やした半導体素子を例示的に説明しているが、ＥＳＤにより破壊／劣化は、半導体レーザの端面欠陥を起因として生じるので、レーザの端面付近のみの構造変更でも同様の効果が得られる。
【００４７】
図１２は、窓構造を有する半導体レーザを示す図面である。半導体レーザ１１ｄは半導体領域１４を備え、半導体領域１４は基板２５上に設けられている。この半導体領域１４は、一端面１４ａおよび他端面１４ｂを有しており、また第１の窓部６１および光デバイス部６３を含む。光デバイス部６３は、第１の実施の形態と同様に、ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域１５と、活性領域１９ｄと、ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域１７とを備える。活性領域１９ｄは、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することができる。第１の窓部６１は一端面１４ａに現れている。第１の窓部６１では、量子井戸構造部６７は、第１の半導体層６５と第２の半導体層６９との間に設けられている。第１の半導体層６５、量子井戸構造部６７および第２の半導体層６９は連続して配列されている。光デバイス部６３は第１の窓部６１に光学的に結合されている。必要な場合には、量子井戸構造部６７は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造或いはバルク構造を有することができる。
【００４８】
第１の半導体層６５は１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有すると共に第２の半導体層６９は１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する。第１の窓部６１が、第１および第２の半導体層６５、６９並びに量子井戸構造部６７に１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有し総厚２７０ｎｍ以上の領域を有すれば、逆方向静電耐圧に関して窓領域６１自体の耐性が向上され、光デバイス部６３の活性領域１９ｄが保護される。
また、第１および第２の半導体層６５、６９はアンドープ層である。第１の窓部６１が、第１および第２の半導体層６５、６９並びに量子井戸構造部６７に総厚２５０ｎｍ以上のアンドープ領域を有すれば、逆方向静電耐圧に関して一端面１４ａの窓領域６１自体の耐性が向上され、光デバイス部６３の活性領域１９ｄが保護される。
【００４９】
半導体光素子１１ｄでは、半導体領域１４は、他端面１４ｂに現れた第２の窓部７１をさらに備えることができる。光デバイス部６３は、第１の窓部６１と第２の窓部７１との間に設けられている。第２の窓部７１では、量子井戸構造部７７は、第３の半導体層７５と第４の半導体層７９との間に設けられている。第３の半導体層７５、量子井戸構造部７７および第４の半導体層７９は連続して配列されている。
【００５０】
第３の半導体層７５は１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有すると共に第４の半導体層７９は１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有する。第２の窓部７１が、第３および第４の半導体層７５、７９並びに量子井戸構造部７７に１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度を有し総厚２７０ｎｍ以上の領域を有すれば、端面１４ｂの逆方向静電耐圧に関して窓領域７１自体の耐性が向上され、光デバイス部６３の活性領域１９ｄが保護される。
また、第３および第４の半導体層７５、７９はアンドープ層である。第２の窓部７１が、第３および第４の半導体層７５、７９並びに量子井戸構造部７７に総厚２５０ｎｍ以上のアンドープ領域を有すれば、逆方向静電耐圧に関して端面１４ｂの窓領域７１自体の耐性が向上され、光デバイス部６３の活性領域１９ｄが保護される。
【００５１】
本実施の形態のいずれの半導体光素子では、窓部内の半導体層および量子井戸構造部における低濃度部分の総厚が５００ｎｍ以下であれば、１．１〜１．６マイクロメートルの波長帯域において単一モードの半導体レーザを得るために好適である。
【００５２】
（第３の実施の形態）
第２の実施の形態で説明された半導体レーザを作製する方法を説明する。図１３（Ａ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰ基板８１上にｎ型ＩｎＰバッファ層８３、ｎ型ＩｎＰクラッド層８５、活性領域８７およびｐ型ＩｎＰクラッド層８９を順に有機金属気相成長法でエピタキシャル成長する。次いで、図１３（Ｂ）に示されるように、半導体チップに分離するために劈開または切断するライン付近を除いて、ＳｉＮマスク９１でｐ型ＩｎＰクラッド層８９を覆う。エッチングにより、ｎ型ＩｎＰクラッド層８５、活性領域８７およびｐ型ＩｎＰクラッド層８９を部分的に除去して、光デバイス部のためのｎ型ＩｎＰクラッド層８５ａ、活性領域８７ａおよびｐ型ＩｎＰクラッド層８９ａを形成する。図１３（Ｃ）に示されるように、マスク９１を除去すること無く、エッチングにより露出された半導体領域上に、窓部９３のための半導体層９５、９７、９９を成長する。成長後にマスク９１を除去する。
【００５３】
図１４（Ａ）に示されるように、メサストライプを形成した後に、回折格子のためのマスク１０１をｐ型ＩｎＰクラッド層８９ａ及び窓部９３上に形成する。必要な場合には、窓部のための半導体層９９上にも回折格子を形成することができる。マスク１０１を用いて半導体領域をエッチングして、回折格子のための凹凸を形成する。エッチング終了後にマスク１０１を除去する。次いで、図１４（Ｂ）に示されるように、ｐ型ＩｎＰクラッド層８９ａおよび半導体層９９上に、ＩｎＰクラッド層１０３およびＧａＩｎＡｓコンタクト層１０５を成長する。図１４（Ｃ）に示されるように、カソード電極１０７およびアノード１０９を形成した後に、ウエハを劈開して半導体レーザ１１１を形成する。半導体レーザ１１１は、窓部が端面９３ａ、９３ｂに現れている。
【００５４】
（第４の実施の形態）
第２の実施の形態で説明された半導体レーザを作製する方法を説明する。図１５（Ａ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰ基板１２１上にｎ型ＩｎＰバッファ層１２３を有機金属気相成長法でエピタキシャル成長する。回折格子のためのマスク１２５をｎ型ＩｎＰバッファ層１２３上に形成する。マスク１２５を用いて半導体領域をエッチングして、回折格子のための凹凸を形成する。エッチング終了後にマスク１２５を除去する。次いで、図１５（Ｂ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰバッファ層１２３上にｎ型ＩｎＰクラッド層１２７、活性領域１２９およびｐ型ＩｎＰクラッド層１３１を順に成長する。図１５（Ｃ）に示されるように、半導体チップに分離するために劈開または切断するライン付近を除いて、ＳｉＮマスク１３３でｐ型ＩｎＰクラッド層１３１ａを覆う。エッチングにより、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２７、活性領域１２９およびｐ型ＩｎＰクラッド層１３１を部分的に除去して、光デバイス部のためのｎ型ＩｎＰクラッド層１２７ａ、活性領域１２９ａおよびｐ型ＩｎＰクラッド層１３１ａを形成する。図１６（Ａ）に示されるように、マスク１３３を除去すること無く、エッチングにより露出された半導体領域上に、窓部１３５のための半導体層１３７、１３９、１４１を成長する。成長後にマスク１３３を除去する。次いで、図１５（Ｂ）に示されるように、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３１ａおよび半導体層１４１上に、ＩｎＰクラッド層１４３およびＧａＩｎＡｓコンタクト層１４５を成長する。図１５（Ｂ）に示されるように、カソード電極１４７およびアノード１４９を形成した後に、ウエハを劈開して半導体レーザ１５１を形成する。半導体レーザ１５１は、窓部が端面１３５ａ、１３５ｂに現れている。
【００５５】
第３及び第４の実施の形態では、ＤＦＢ型半導体レーザを作製する方法を説明したけれども、ファブリペロー型半導体レーザも同様に作製することができる。
【００５６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、活性層として量子井戸構造である場合について例示的に説明しているが、活性層がバルク半導体から成る半導体レーザにおいても同様の効果を得ることができる。また、埋め込みメサ構造の半導体レーザを例示的に説明しているけれども、リッジ構造の半導体レーザでも同様の効果を得ることもできる。また、本実施の形態では、半導体レーザといった半導体発光素子を説明したけれども、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではなく、またGaInAsP/InP系半導体レーザだけでなく、AlGaInAs/InP系、AlGaAs/GaAs系、GaInNAs/GaAs系半導体レーザ等の材料系に、程度は異なるが本発明を適用できる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は本実施の形態に係る半導体レーザを示す図面である。
【図２】図２は、シミュレーションの条件を示す図面である。
【図３】図３は、シミュレーション結果の一例を示す図面である。
【図４】図４はｉ層の厚みと井戸層の電界強度との関係を示す図面である。
【図５】図５は、逆方向印加電圧と累積故障率との関係を示す図面である。
【図６】図６は、光閉じ込め部のキャリア濃度と井戸層内の電界強度との関係を示す図面である。
【図７】図７（Ａ）は順方向試験により生じた破壊箇所を示す図面である。図７（Ｂ）は逆方向試験により生じた破壊箇所を示す図面である。
【図８】図８は、図１に示された半導体レーザの活性領域の付近およびこの活性領域の構造の一例を示す図面である。
【図９】図９は、図１に示された半導体レーザの活性領域の付近およびこの活性領域の構造の一例を示す図面である。
【図１０】図１０は、図１に示された半導体レーザの活性領域の付近およびこの活性領域の構造の一例を示す図面である。
【図１１】図１１は、図１に示された半導体レーザの活性領域の付近およびこの活性領域の構造の一例を示す図面である。
【図１２】図１２は、窓構造を有する半導体レーザを示す図面である。
【図１３】図１３は第３の実施の形態の半導体レーザを作製する方法を示す図面である。
【図１４】図１４は第３の実施の形態の半導体レーザを作製する方法を示す図面である。
【図１５】図１５は第４の実施の形態の半導体レーザを作製する方法を示す図面である。
【図１６】図１６は第４の実施の形態の半導体レーザを作製する方法を示す図面である。
【符号の説明】
【００５８】
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…半導体レーザ、１３…半導体領域、１３ａ、１３ｂ…端面、１４…半導体領域、１４ａ、１４ｂ…端面、１５…ｎ型III−Ｖ化合物半導体領域、１７…ｐ型III−Ｖ化合物半導体領域、１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ…活性領域、２１…メサ、２３…埋め込み領域、２５…基板、２３ａ、２３ｂ…埋め込み層、２７…クラッド層、２９…コンタクト層、３１、３３…電極、４１ａ、４１ｄ…ｎ型光閉じ込め層、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ…第１の光閉じ込め層、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ…量子井戸構造部、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ…第２の光閉じ込め層、４９ａ、４９ｂ…ｐ型光閉じ込め層、６１、７１…第１の窓部、６３…光デバイス部、６７、７７…量子井戸構造部、６５…第１の半導体層、６９…第２の半導体層、７５…第３の半導体層、７９…第４の半導体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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