(57)【要約】【課題】リーク電流を抑制することが可能な埋め込みヘテロ構造の半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザ１Ａは、ｎ型半導体領域３と、ｐ型半導体領域１７と、ｎ型半導体領域３とｐ型半導体領域１７との間に設けられ、活性層９を有する半導体メサ１３と、ｎ型半導体領域３とｐ型半導体領域１７との間に位置しており、半導体メサ１３の側面１３ｓ上に設けられた半導体埋め込み領域１５Ａとを備え、半導体埋め込み領域１５Ａは、ｎ型埋め込み層１５２と、ｐ型埋め込み層１５１とを有し、ｎ型埋め込み層１５２は、ｐ型半導体領域１７とｐ型埋め込み層１５１との間に設けられ、ｐ型埋め込み層１５１には、ｐ型埋め込み層１５１のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位Ｌ１５１を形成する元素がドープされていることを特徴とする。【選択図】図１
2011091108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体領域と、
ｐ型半導体領域と、
前記ｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間に設けられ、活性層を有する半導体メサと、
前記ｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間に位置しており、前記半導体メサの側面上に設けられた半導体埋め込み領域と、
を備え、
前記半導体埋め込み領域は、
ｎ型埋め込み層と、
ｐ型埋め込み層と、
を有し、
前記ｎ型埋め込み層は、前記ｐ型半導体領域と前記ｐ型埋め込み層との間に設けられ、
前記ｐ型埋め込み層には、前記ｐ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する元素がドープされていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記半導体埋め込み領域は、前記ｎ型埋め込み層と前記ｐ型埋め込み層との間に設けられた中間埋め込み層をさらに有し、
前記中間埋め込み層は、ノンドープ半導体又は半絶縁性半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記半導体埋め込み領域は、前記ｎ型半導体領域と前記ｐ型埋め込み層との間に設けられた追加埋め込み層をさらに有し、
前記追加埋め込み層は、ｐ型であり、
前記追加埋め込み層には、前記追加埋め込み層のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する元素がドープされていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記ｎ型埋め込み層、及び、前記ｐ型埋め込み層は、III−V族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記ｎ型埋め込み層、及び、前記ｐ型埋め込み層は、ＩｎＰからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記ｐ型埋め込み層は、Ｚｎ、Ｂｅ、及び、Ｍｇのうちの少なくとも一つをｐ型ドーパントとして含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記ｐ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する前記元素は、Ｆｅ、及び、Ｒｕのうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
ｎ型半導体領域と、
ｐ型半導体領域と、
前記ｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間に設けられ、活性層を有する半導体メサと、
前記ｎ型半導体領域と前記ｐ型半導体領域との間に位置しており、前記半導体メサの側面上に設けられた半導体埋め込み領域と、
を備え、
前記半導体埋め込み領域は、
ｎ型埋め込み層と、
ｐ型埋め込み層と、
を有し、
前記ｐ型埋め込み層は、前記ｎ型半導体領域と前記ｎ型埋め込み層との間に設けられ、
前記ｎ型埋め込み層には、前記ｎ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する元素がドープされていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項９】
前記半導体埋め込み領域は、前記ｎ型埋め込み層と前記ｐ型埋め込み層との間に設けられた中間埋め込み層をさらに有し、
前記中間埋め込み層は、ノンドープ半導体又は半絶縁性半導体からなることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記半導体埋め込み領域は、前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型埋め込み層との間に設けられた追加埋め込み層をさらに有し、
前記追加埋め込み層は、ｎ型であり、
前記追加埋め込み層には、前記追加埋め込み層のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する元素がドープされていないことを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
前記ｎ型埋め込み層、及び、前記ｐ型埋め込み層は、III−V族化合物半導体からなることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
【請求項１２】
前記ｎ型埋め込み層、及び、前記ｐ型埋め込み層は、ＩｎＰからなることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
【請求項１３】
前記ｎ型埋め込み層は、Ｓｉ、Ｓ、Ｓｎ、及び、Ｓｅのうちの少なくとも一つをｎ型ドーパントとして含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体レーザ。
【請求項１４】
前記ｎ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する前記元素は、Ｔｉ、及び、Ｃｏのうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光情報通信分野で用いられる半導体レーザの構造の一つとして、埋め込みヘテロ構造が知られている。埋め込みヘテロ構造の半導体レーザは、活性層を含みメサストライプ状に加工された半導体メサ部と、半導体メサ部の側面上に設けられ、半導体メサ部を埋め込む半導体埋め込み層とを有している。埋め込みヘテロ構造の半導体レーザにおいては、半導体埋め込み層によって光及び電流を活性層近傍に強く閉じ込めることが可能であるので、誘導放出が効率よく生じる。特に、半絶縁性半導体材料からなる半導体埋め込み層を有する埋め込みヘテロ構造の半導体レーザは、寄生容量が小さく、高速応答性に優れるため、光通信用レーザとして好適に用いられている。
【０００３】
下記特許文献１には、このような埋め込みヘテロ構造の半導体レーザが記載されている。下記特許文献１に記載の半導体レーザにおいては、半導体埋め込み層は、ＦｅがドープされたＩｎＰからなる高抵抗層１２（半絶縁性半導体層）と、ｎ型のＩｎＰからなるｎ型半導体層１３を有している。高抵抗層１２は、ｎ型半導体層１３よりもｐ型半導体層１４（ｐ型クラッド層）側に設けられ、ｎ型半導体層１３は、高抵抗層１２よりもｎ型半導体基板１１側に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０２−２０６１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の半導体レーザのように、半導体埋め込み層が半絶縁性半導体層とｎ型半導体層からなる埋め込みヘテロ構造の半導体レーザにおいては、ｎ型半導体層は、主としてｐ型クラッド層から半導体埋め込み層への正孔の侵入を抑制する。また、半絶縁性半導体層には、深いアクセプタレベルを形成するＦｅやＲｕといった元素がドープされている。半絶縁性半導体層は、このアクセプタレベルに電子を捕獲することによって、主としてｎ型半導体基板から半導体埋め込み層へ侵入する電子がｐ型クラッド層へ到達することを抑制する。従って、このような構造の半導体埋め込み層は、半導体埋め込み層内に流れるリーク電流を抑制する。
【０００６】
しかしながら、半絶縁性半導体層内に進入する電子数が増加すると、アクセプタレベルへの電子の捕獲作用が飽和してしまう。すると、半絶縁性半導体層は十分に電子の移動を抑制することができなくなり、リーク電流が増加してしまう。そのため、従来の埋め込みヘテロ構造の半導体レーザでは、リーク電流を十分に抑制することができない場合があった。リーク電流が増加すると、半導体レーザの駆動電流を増加させても十分な光出力が得られないことになる。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、リーク電流を抑制することが可能な埋め込みヘテロ構造の半導体レーザ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】
上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体レーザは、ｎ型半導体領域と、ｐ型半導体領域と、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域との間に設けられ、活性層を有する半導体メサと、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域との間に位置しており、半導体メサの側面上に設けられた半導体埋め込み領域とを備え、半導体埋め込み領域は、ｎ型埋め込み層と、ｐ型埋め込み層とを有し、ｎ型埋め込み層は、ｐ型半導体領域とｐ型埋め込み層との間に設けられ、ｐ型埋め込み層には、ｐ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する元素がドープされていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る半導体レーザにおいて、ｎ型埋め込み層は、ｐ型半導体領域から半導体埋め込み領域への正孔の侵入を抑制する。また、ｎ型半導体領域とｐ型埋め込み層との間には、伝導帯のポテンシャル障壁が形成される。このポテンシャル障壁によって、ｎ型半導体領域からｐ型埋め込み層への電子の移動は抑制される。さらに、このポテンシャル障壁を越えてｐ型埋め込み層内に移動した電子は、ｐ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に形成された空準位の電子捕獲準位に捕獲される。そして、ｐ型埋め込み層の価電子帯にはホールが存在するため、電子獲得準位に捕獲された電子は、ｐ型埋め込み層の価電子帯のホールと再結合して消滅する。すると、電子捕獲準位は再び空準位となるため、上述のような電子捕獲準位への電子の捕獲作用が回復する。そのため、電子捕獲準位への電子の捕獲作用は飽和し難い。その結果、ｐ型埋め込み層内に移動した電子がｎ型半導体領域まで移動することは、効果的に抑制される。
【００１０】
以上の理由により、本発明に係る半導体レーザによれば、ｐ型半導体領域から半導体埋め込み領域を経由してｎ型半導体領域まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００１１】
さらに、本発明に係る半導体レーザにおいて、半導体埋め込み領域は、ｎ型埋め込み層とｐ型埋め込み層との間に設けられた中間埋め込み層をさらに有し、中間埋め込み層は、ノンドープ半導体又は半絶縁性半導体からなることが好ましい。これにより、半導体埋め込み領域は、高抵抗材料からなる中間埋め込み層を有することになる。その結果、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域間の寄生容量が減少するため、高速応答性が向上する。
【００１２】
さらに、本発明に係る半導体レーザにおいては、半導体埋め込み領域は、ｎ型半導体領域とｐ型埋め込み層との間に設けられた追加埋め込み層をさらに有し、追加埋め込み層は、ｐ型であり、追加埋め込み層には、追加埋め込み層のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する元素がドープされていないことが好ましい。これにより、電子の密度が最も高くなる活性層の脇で捕獲・再結合のプロセスが生じることを回避することができるため、電子の損失により閾値電流が増加することなく、リークを抑えることが可能である。
【００１３】
また、本発明に係る半導体レーザにおいて、ｎ型埋め込み層、及び、ｐ型埋め込み層は、III−V族化合物半導体からなることができる。
【００１４】
また、本発明に係る半導体レーザにおいて、ｎ型埋め込み層、及び、ｐ型埋め込み層は、ＩｎＰからなることができる。
【００１５】
また、本発明に係る半導体レーザにおいて、ｐ型埋め込み層は、Ｚｎ、Ｂｅ、及び、Ｍｇのうちの少なくとも一つをｐ型ドーパントとして含むことができる。
【００１６】
また、本発明に係る半導体レーザにおいて、ｐ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する上記元素は、Ｆｅ、及び、Ｒｕのうちの少なくとも一方であることができる。
【００１７】
本発明に係る他の態様の半導体レーザは、ｎ型半導体領域と、ｐ型半導体領域と、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域との間に設けられ、活性層を有する半導体メサと、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域との間に位置しており、半導体メサの側面上に設けられた半導体埋め込み領域とを備え、半導体埋め込み領域は、ｎ型埋め込み層と、ｐ型埋め込み層とを有し、ｐ型埋め込み層は、ｎ型半導体領域とｎ型埋め込み層との間に設けられ、ｎ型埋め込み層には、ｎ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する元素がドープされていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体レーザにおいて、ｐ型埋め込み層は、ｎ型半導体領域から半導体埋め込み領域への電子の侵入を抑制する。また、ｐ型半導体領域とｎ型埋め込み層との間には、価電子帯のポテンシャル障壁が形成される。このポテンシャル障壁によって、ｐ型半導体領域からｎ型埋め込み層への正孔の移動は抑制される。さらに、このポテンシャル障壁を越えてｎ型埋め込み層内に移動した正孔は、ｎ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に形成された空準位の正孔捕獲準位に捕獲される。そして、ｎ型埋め込み層の伝導帯には電子が存在するため、正孔獲得準位に捕獲された正孔は、ｎ型埋め込み層の伝導帯の電子と再結合して消滅する。すると、正孔捕獲準位は再び空準位となるため、上述のような正孔捕獲準位への正孔の捕獲作用が回復する。そのため、正孔捕獲準位への正孔の捕獲作用は飽和し難い。その結果、ｎ型埋め込み層内に移動した正孔がｐ型半導体領域まで移動することは、効果的に抑制される。
【００１９】
以上の理由により、本発明に係る半導体レーザによれば、ｐ型半導体領域から半導体埋め込み領域を経由してｐ型半導体領域まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００２０】
さらに、本発明に係る半導体レーザにおいて、半導体埋め込み領域は、ｎ型埋め込み層とｐ型埋め込み層との間に設けられた中間埋め込み層をさらに有し、中間埋め込み層は、ノンドープ半導体又は半絶縁性半導体からなることが好ましい。これにより、半導体埋め込み領域は、高抵抗材料からなる中間埋め込み層を有することになる。その結果、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域間の寄生容量が減少するため、高速応答性が向上する。
【００２１】
さらに、本発明に係る半導体レーザにおいては、半導体埋め込み領域は、ｐ型半導体領域とｎ型埋め込み層との間に設けられた追加埋め込み層をさらに有し、追加埋め込み層は、ｎ型であり、追加埋め込み層には、追加埋め込み層のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する元素がドープされていないことが好ましい。これにより、正孔の密度が最も高くなる活性層の脇で捕獲・再結合のプロセスが生じることを回避することができるため、正孔の損失により閾値電流が増加することなく、リークを抑えることが可能である。
【００２２】
また、本発明に係る半導体レーザにおいて、ｎ型埋め込み層、及び、ｐ型埋め込み層は、III−V族化合物半導体からなることができる。
【００２３】
また、本発明に係る半導体レーザにおいて、ｎ型埋め込み層、及び、前記ｐ型埋め込み層は、ＩｎＰからなることができる。
【００２４】
また、本発明に係る半導体レーザにおいて、ｎ型埋め込み層は、Ｓｉ、Ｓ、Ｓｎ、及び、Ｓｅのうちの少なくとも一つをｎ型ドーパントとして含むことができる。
【００２５】
また、本発明に係る半導体レーザにおいて、ｎ型埋め込み層のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する上記元素は、Ｔｉ、及び、Ｃｏのうちの少なくとも一方であることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、リーク電流を抑制することが可能な埋め込みヘテロ構造の半導体レーザが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図２】ｎ型半導体領域と半導体埋め込み領域との界面近傍のバンド構造を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図４】第３実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図５】第４実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図６】ｐ型半導体領域と半導体埋め込み領域との界面近傍のバンド構造を示す図である。
【図７】第５実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図８】第６実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施の形態に係る半導体レーザについて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００２９】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る半導体レーザについて説明する。図１は、本実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。なお、図１は、半導体レーザ１Ａの光導波方向と直交する断面を示している。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ１Ａは、埋め込みヘテロ構造を有しており、主として、ｎ型半導体領域３、半導体メサ１３、半導体埋め込み領域１５Ａ、ｐ型半導体領域１７を備えている。
【００３１】
ｎ型半導体領域３は、本実施形態においては、ｎ型の半導体基板である。ｎ型半導体領域３は、例えば、ｎ型ドーパントを含むＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。
【００３２】
半導体メサ１３は、ｎ型半導体領域３の主面上に設けられている。半導体メサ１３は、ｎ型半導体領域３とｐ型半導体領域１７との間に設けられており、半導体レーザ１Ａの光導波方向に沿って延びるメサストライプ形状をなしている。半導体メサ１３は、少なくとも活性層９を有する。本実施形態においては、半導体メサ１３は、ｎ型クラッド層５と、ｎ型クラッド層５上に設けられた第１光閉じ込め層７と、第１光閉じ込め層７上に設けられた活性層９と、活性層９上に設けられた第２光閉じ込め層１１と、を有している。
【００３３】
ｎ型クラッド層５は、ｎ型半導体からなる。ｎ型クラッド層５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。この場合のIII−V族化合物半導体としては、例えば、ＩｎＰを挙げることができる。ｎ型クラッド層５のｎ型ドーパント濃度は、例えば、８×１０１７ｃｍ−３である。ｎ型クラッド層５は、活性層９にキャリアである電子を供給する。ｎ型クラッド層５は、活性層９よりも屈折率の小さい材料からなり、活性層９で発生した光を活性層９近傍に閉じ込める。
【００３４】
第１光閉じ込め層７と第２光閉じ込め層１１は、それらの間に活性層９を挟むように設けられている。本実施形態においては、第１光閉じ込め層７、活性層９、及び、第２光閉じ込め層１１は、分離閉じ込めヘテロ構造（Separate ConfinementHeterostructure：ＳＣＨ）を構成している。分離閉じ込めヘテロ構造においては、第１光閉じ込め層７と第２光閉じ込め層１１とは、キャリア（電子および正孔）を活性層９中に閉じ込める機能を有する。
【００３５】
第１光閉じ込め層７及び第２光閉じ込め層１１は、通常アンドープとすることで光の吸収損失を抑えるが、必要に応じて、第１光閉じ込め層７及び第２光閉じ込め層１１は、ｎ型ドーパントやｐ型ドーパントを含んでいてもよい。第１光閉じ込め層７及び第２光閉じ込め層１１は、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ等のIII−V族化合物半導体からなる。
【００３６】
ｐ型半導体領域１７は、本実施形態では、ｐ型クラッド層である。ｐ型半導体領域１７は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。この場合のIII−V族化合物半導体としては、例えば、ＩｎＰを挙げることができる。ｐ型半導体領域１７のｐ型ドーパント濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。ｐ型半導体領域１７は、活性層９にキャリアである正孔を供給する。ｐ型半導体領域１７は、活性層９よりも屈折率の小さい材料からなり、活性層９で発生した光を活性層９近傍に閉じ込める。
【００３７】
活性層９は、例えば、量子井戸層とバリア層とが交互に積層された量子井戸構造を有する。活性層９の量子井戸構造は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造又は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすることができる。活性層９を構成する量子井戸層とバリア層は、光の吸収損失を抑える観点からノンドープであることが好ましいが、必要に応じてｎ型ドーパントやｐ型ドーパントを含んでいてもよい。活性層９を構成する量子井戸層とバリア層は、例えば、共にノンドープのIII−V族化合物半導体からなる。この場合のIII−V族化合物半導体としては、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓを挙げることができる。活性層９には、第１光閉じ込め層７を介してｎ型クラッド層５から電子が注入され、第２光閉じ込め層１１を介してｐ型半導体領域１７から正孔が注入される。活性層９では、これらの電子と正孔が再結合し、光が発生する。なお、活性層９は、ＡｌＧａＩｎＡｓ等のIII−V族化合物半導体からなる単一の半導体層であってもよい。
【００３８】
第１光閉じ込め層７のバンドギャップは、ｎ型クラッド層５のバンドギャップよりも小さく、活性層９のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。また、第２光閉じ込め層１１のバンドギャップは、ｐ型半導体領域１７のバンドギャップよりも小さく、活性層９のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。これにより、ｎ型クラッド層５から注入されたキャリア（電子）は、第１光閉じ込め層７によって阻止されること無く、活性層９へ効率よく注入される。一方、ｐ型半導体領域１７から注入されたキャリア（正孔）は、第２光閉じ込め層１１によって阻止されること無く、活性層９へ効率よく注入される。
【００３９】
上記のようなｎ型クラッド層５、第１光閉じ込め層７、活性層９、第２光閉じ込め層１１、及び、ｐ型半導体領域１７におけるバンドギャップの大小関係が満たされる場合、第１光閉じ込め層７の屈折率は、ｎ型クラッド層５の屈折率よりも大きく、活性層９の屈折率よりも小さくなる。また、第２光閉じ込め層１１の屈折率は、ｐ型半導体領域１７の屈折率よりも大きく、活性層９の屈折率よりも小さくなる。これにより、ｎ型クラッド層５及びｐ型半導体領域１７は、活性層９において発生した光を、第１光閉じ込め層７、活性層９、第２光閉じ込め層１１にさらに効率よく閉じ込めるように働き、その結果、活性層９への光の閉じ込めがさらに強められる。
【００４０】
半導体埋め込み領域１５Ａは、ｎ型半導体領域３とｐ型半導体領域１７との間に位置しており、半導体メサ１３の側面１３ｓ上に設けられている。半導体埋め込み領域１５Ａは、ｐ型半導体領域１７からｎ型半導体領域３まで流れる電流を半導体メサ１３に集中させる電流狭窄機能を有する。
【００４１】
本実施形態においては、半導体埋め込み領域１５Ａは、ｎ型半導体領域３上に設けられたｐ型埋め込み層１５１と、ｐ型埋め込み層１５１上に設けられたｎ型埋め込み層１５２とを有する。そのため、ｎ型埋め込み層１５２は、ｐ型半導体領域１７とｐ型埋め込み層１５１との間に設けられており、ｐ型埋め込み層１５１は、ｎ型半導体領域３とｎ型埋め込み層１５２との間に設けられている。
【００４２】
ｐ型埋め込み層１５１は、例えば、ｐ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。この場合のIII−V族化合物半導体としては、例えば、ＩｎＰを挙げることができる。ｐ型埋め込み層１５１が含むｐ型ドーパントは、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、及び、マグネシウム（Ｍｇ）のうちのいずれか、又は、これらのうちの２つ以上とすることができる。
【００４３】
さらに、ｐ型埋め込み層１５１には、ｐ型埋め込み層１５１のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する元素がドープされている。即ち、ｐ型埋め込み層１５１には、ｐ型埋め込み層１５１のエネルギーギャップ内に深いアクセプタレベルを形成することにより電子捕獲作用を発揮する元素（以下、「電子捕獲元素」という。）がドープされている。このような電子捕獲元素は、例えば、鉄（Ｆｅ）、及び、ルテニウム（Ｒｕ）のうちのいずれか、又は、双方とすることができる。
【００４４】
半導体メサ１３の側面１３ｓは、図１に示すようにｐ型埋め込み層１５１のみと接してもよいし、ｎ型埋め込み層１５２のみと接してもよいし、ｐ型埋め込み層１５１とｎ型埋め込み層１５２の双方に接してもよい。ただし、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、ｐ型半導体からなる半導体層（本実施形態では、ｐ型埋め込み層１５１）のみと接すると、半導体メサ１３の側面１３ｓからのリーク電流を低減させることができる。また、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、電子捕獲元素を含まない半導体層（本実施形態では、ｎ型埋め込み層１５２）のみと接すると、活性層９への電子捕獲元素の拡散に起因する半導体レーザ１Ａの特性劣化を抑制することができる。また、ｐ型半導体領域１７とｐ型埋め込み層１５１の接する部分の厚さは、薄い方が好ましく、５０ｎｍ以下であることが好ましい。ｐ型半導体領域１７とｐ型埋め込み層１５１は、接していなくてもよい。
【００４５】
ｎ型埋め込み層１５２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。この場合のIII−V族化合物半導体としては、例えば、ＩｎＰを挙げることができる。
【００４６】
ｐ型半導体領域１７は、半導体メサ１３及び半導体埋め込み領域１５Ａ上に設けられている。そして、ｐ型半導体領域１７上には、ｐ＋コンタクト層１９が設けられている。ｐ＋コンタクト層１９は、例えば、ＧａＩｎＡｓ等のIII−V族化合物半導体からなり、ｐ型電極２３とのオーミックコンタクトのために設けられている。ｐ＋コンタクト層１９上には、絶縁層２１が設けられている。絶縁層２１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。絶縁層２１には、半導体メサ１３の延び方向に沿って延びる開口２１ａが形成されている。ｐ＋コンタクト層１９及び絶縁層２１上には、ｐ型電極２３が設けられている。ｐ型電極２３は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕによって構成され、絶縁層２１の開口２１ａを介してｐ＋コンタクト層１９とオーミック接触をなすことにより、半導体メサ１３に電気的に接続されている。ｎ型半導体領域３の裏面には、ｎ型電極２５が設けられている。ｎ型電極２５は、例えば、ＡｕＧｅ／Ａｕからなり、ｎ型半導体領域３とオーミック接触をなすことにより、半導体メサ１３に電気的に接続されている。
【００４７】
上述のような本実施形態に係る半導体レーザ１Ａによれば、以下のような理由により、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ａを経由してｎ型半導体領域３まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００４８】
まず、本実施形態の半導体レーザ１Ａにおいて、半導体埋め込み領域１５Ａのｎ型埋め込み層１５２は、ｎ型の半導体材料からなるため、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ａへの正孔の侵入を抑制する。これにより、キャリアである正孔の移動に起因するリーク電流が低減される。
【００４９】
さらに、本実施形態の半導体レーザ１Ａにおいては、下記のような原理で、キャリアである電子の移動に起因するリーク電流も低減される。
【００５０】
図２は、ｎ型半導体領域と半導体埋め込み領域との界面近傍のバンド構造を示す図である。図２に示すように、ｎ型半導体からなるｎ型半導体領域３と、ｐ型半導体からなるｐ型半導体領域１７との間には、伝導帯Ｅｃのポテンシャル障壁Ｇ１５１が形成される。このポテンシャル障壁Ｇ１５１によって、ｎ型半導体領域３からｐ型埋め込み層１５１への電子の移動は抑制される。ただし、ｎ型半導体領域３の伝導帯Ｅｃ内の電子３ｅのうちの一部は、ポテンシャル障壁Ｇ１５１を超えてｐ型埋め込み層１５１内に移動する可能性がある。
【００５１】
しかしながら、ｐ型埋め込み層１５１には、電子捕獲元素がドープされている。そのため、ポテンシャル障壁Ｇ１５１を越えてｐ型埋め込み層１５１内に移動した電子１５１ｅは、ｐ型埋め込み層１５１のエネルギーギャップ内に形成された空準位の電子捕獲準位Ｌ１５１に捕獲される。そして、ｐ型埋め込み層１５１の価電子帯Ｅｖにはホールｈが存在するため、電子捕獲準位Ｌ１５１に捕獲された電子１５１ｅｃは、ｐ型埋め込み層１５１の価電子帯Ｅｖのホールｈと再結合して消滅する。すると、電子捕獲準位Ｌ１５１は再び空準位となるため、上述のような電子捕獲準位Ｌ１５１への電子の捕獲作用が回復する。そのため、電子捕獲準位Ｌ１５１への電子の捕獲作用は飽和し難い。その結果、ｐ型埋め込み層１５１内に移動した電子１５１ｅがｐ型半導体領域１７（図１参照）まで移動することは、効果的に抑制される。
【００５２】
以上の理由により、本実施形態に係る半導体レーザ１Ａによれば、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ａを経由してｎ型半導体領域３まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００５３】
また、ｐ型埋め込み層１５１における電子捕獲元素の濃度は、上述の電子１５１ｅを捕獲する作用を有効に発揮させる観点から３．０×１０１５ｃｍ−３以上であることが好ましく、１．０×１０１７ｃｍ−３以上であることがさらに好ましい。また、ｐ型埋め込み層１５１における電子捕獲元素の濃度は、ｐ型埋め込み層１５１を構成する半導体材料への当該電子捕獲元素の固溶限を超えないことが好ましい。固溶限を超えてしまうと、ｐ型埋め込み層１５１に固溶しなかった元素は、電子捕獲準位Ｌ１５１の形成に寄与しないからである。この個溶限は、例えば、１×１０１７ｃｍ−３程度と考えられる。
【００５４】
また、ｐ型埋め込み層１５１のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上、３×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。特に１×１０１８ｃｍ−３以上であると、ドーパントの活性層への拡散による信頼性の低下が生じにくいという利点があるため、より好ましい。また、このｐ型ドーパントの濃度は、電子捕獲元素の濃度よりも高いことが好ましい。
【００５５】
また、ｎ型埋め込み層１５２のｎ型ドーパントの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上、２×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る半導体レーザについて説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を図中に付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００５７】
図３は、本実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。なお、図３は、半導体レーザ１Ｂの光導波方向と直交する断面を示している。
【００５８】
図３に示すように、本実施形態の半導体レーザ１Ｂは、半導体埋め込み領域の構成において、第１実施形態の半導体レーザ１Ａと相違する。具体的には、半導体レーザ１Ｂの半導体埋め込み領域１５Ｂは、第１実施形態の半導体埋め込み領域１５Ａの要素に加え、さらに中間埋め込み層１５３を有している。中間埋め込み層１５３は、ｐ型埋め込み層１５１とｎ型埋め込み層１５２との間に設けられている。中間埋め込み層１５３は、ノンドープ半導体又は半絶縁性半導体からなる。そのため、中間埋め込み層１５３は、ｐ型埋め込み層１５１及びｎ型埋め込み層１５２よりも、比抵抗が高くなっている。
【００５９】
中間埋め込み層１５３がノンドープ半導体からなる場合、中間埋め込み層１５３は、例えば、ノンドープのＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。
【００６０】
中間埋め込み層１５３が半絶縁性半導体からなる場合、中間埋め込み層１５３は、ｐ型やｎ型のドーパントがドープされておらず、中間埋め込み層１５３内に電子捕獲準位を形成する元素（中間埋め込み層１５３のエネルギーギャップ内に深いアクセプタレベルを形成し電子捕獲作用を有する元素）がドープされている。中間埋め込み層１５３は、例えば、ＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体からなり、電子捕獲準位を形成する元素としては、鉄（Ｆｅ）、及び、ルテニウム（Ｒｕ）のうちのいずれか、又は、双方とすることができる。この電子捕獲準位を形成する元素の濃度は、３×１０１５ｃｍ−３以上、１×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００６１】
本実施形態の半導体レーザ１Ｂにおいても、第１実施形態における場合と同様の理由により、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ａを経由してｎ型半導体領域３まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００６２】
さらに、本実施形態の半導体レーザ１Ｂにおいては、半導体埋め込み領域１５Ｂは、上述のように高抵抗材料からなる中間埋め込み層１５３を有している。その結果、ｎ型半導体領域３とｐ型半導体領域１７間の寄生容量が減少するため、高速応答性が向上する。
【００６３】
また、本実施形態において、半導体メサ１３の側面１３ｓは、図３に示すようにｐ型埋め込み層１５１のみと接してもよいし、ｎ型埋め込み層１５２のみと接してもよいし、中間埋め込み層１５３のみと接してもよいし、ｐ型埋め込み層１５１、ｎ型埋め込み層１５２、及び、中間埋め込み層１５３のうちの２以上の層と接してもよい。ただし、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、ｐ型半導体からなる半導体層（本実施形態では、ｐ型埋め込み層１５１）のみと接すると、半導体メサ１３の側面１３ｓからのリーク電流を低減させることができる。また、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、電子捕獲元素を含まない半導体層（本実施形態では、ｎ型埋め込み層１５２及びノンドープ層からなる場合の中間埋め込み層１５３）のみと接すると、活性層９への電子捕獲元素の拡散に起因する半導体レーザ１Ａの特性劣化を抑制することができる。
【００６４】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る半導体レーザについて説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態及び第２実施形態と同一の要素には同一の符号を図中に付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。図４は、本実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。なお、図４は、半導体レーザ１Ｃの光導波方向と直交する断面を示している。
【００６５】
図４に示すように、本実施形態の半導体レーザ１Ｃは、半導体埋め込み領域の構成において、第２実施形態の半導体レーザ１Ｂと相違する。具体的には、半導体レーザ１Ｃの半導体埋め込み領域１５Ｃは、第２実施形態の半導体埋め込み領域１５Ｂの要素に加え、さらに追加埋め込み層１５４を有している。追加埋め込み層１５４は、ｎ型半導体領域３とｐ型埋め込み層１５１との間に設けられている。
【００６６】
追加埋め込み層１５４は、ｐ型半導体からなる層であり、例えば、亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。また、追加埋め込み層１５４には、追加埋め込み層１５４のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する元素はドープされていない。即ち、追加埋め込み層１５４の成長時には、追加埋め込み層１５４のエネルギーギャップ内に電子捕獲準位を形成する元素のドーピングは行われない。追加埋め込み層１５４のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上、３×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。特に１×１０１８ｃｍ−３以上であると、ドーパントの活性層への拡散による信頼性の低下が生じにくいという利点があるため、より好ましい。
【００６７】
本実施形態の半導体レーザ１Ｃにおいても、第１実施形態における場合と同様の理由により、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ａを経由してｎ型半導体領域３まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００６８】
さらに、半導体レーザ１Ｃにおいては、上述のように半導体埋め込み領域１５Ｃは追加埋め込み層１５４を有する。これにより、電子の密度が最も高くなる活性層９の脇で捕獲・再結合のプロセスが生じることを回避することができるため、電子の損失により閾値電流が増加することなく、リークを抑えることが可能である。
【００６９】
また、本実施形態においては、半導体メサ１３の側面１３ｓは、図４に示すようにｐ型埋め込み層１５１と追加埋め込み層１５４のみと接している。しかし、側面１３ｓは、ｐ型埋め込み層１５１、ｎ型埋め込み層１５２、中間埋め込み層１５３、追加埋め込み層１５４のうち、いずれか１つの層のみと接してもよいし、これらのうちの２つ以上の層と接してもよい。ただし、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、ｐ型半導体からなる半導体層（本実施形態では、ｐ型埋め込み層１５１及び追加埋め込み層１５４）と接すると、半導体メサ１３の側面１３ｓからのリーク電流を低減させることができる。また、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の活性層９ｓが、電子捕獲元素を含まない半導体層（本実施形態では、ｎ型埋め込み層１５２、ノンドープ層からなる場合の中間埋め込み層１５３、及び追加埋め込み層１５４）のみと接すると、活性層９への電子捕獲元素の拡散に起因する半導体レーザ１Ａの特性劣化を抑制することができる。
【００７０】
なお、本実施形態の半導体レーザ１Ｃにおいて、半導体埋め込み領域１５Ｃは、中間埋め込み層１５３を有していなくてもよい。
【００７１】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る半導体レーザについて説明する。本実施形態の説明においては、第１〜第３実施形態と同一の要素には同一の符号を図中に付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。図５は、本実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。なお、図５は、半導体レーザ１Ｄの光導波方向と直交する断面を示している。
【００７２】
図５に示すように、本実施形態の半導体レーザ１Ｄは、半導体埋め込み領域の構成において、第１実施形態の半導体レーザ１Ａと相違する。具体的には、本実施形態の半導体レーザ１Ｄにおいては、半導体埋め込み領域１５Ｄは、ｎ型半導体領域３上に設けられたｐ型埋め込み層１５５と、ｐ型埋め込み層１５５上に設けられたｎ型埋め込み層１５６とを有する。そのため、ｐ型埋め込み層１５５は、ｎ型半導体領域３とｎ型埋め込み層１５６との間に設けられており、ｎ型埋め込み層１５６は、ｐ型半導体領域１７とｐ型埋め込み層１５５との間に設けられている。
【００７３】
ｎ型埋め込み層１５６は、例えば、ｎ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。この場合のIII−V族化合物半導体としては、例えば、ＩｎＰを挙げることができる。ｎ型埋め込み層１５６が含むｎ型ドーパントは、例えば、シリコン（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、錫（Ｓｎ）、及び、セレン（Ｓｅ）のうちのいずれか、又は、これらのうちの２つ以上とすることができる。
【００７４】
さらに、ｎ型埋め込み層１５６には、ｎ型埋め込み層１５６のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する元素がドープされている。即ち、ｎ型埋め込み層１５６には、ｎ型埋め込み層１５６のエネルギーギャップ内に深いドナーレベルを形成することにより正孔捕獲作用を発揮する元素（以下、「正孔捕獲元素」という。）がドープされている。このような正孔捕獲元素は、例えば、チタン（Ｔｉ）、及び、コバルト（Ｃｏ）のうちのいずれか、又は、双方とすることができる。
【００７５】
半導体メサ１３の側面１３ｓは、図５に示すようにｐ型埋め込み層１５５のみと接してもよいし、ｎ型埋め込み層１５６のみと接してもよいし、ｐ型埋め込み層１５５とｎ型埋め込み層１５６の双方に接してもよい。ただし、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、ｐ型半導体からなる半導体層（本実施形態では、ｐ型埋め込み層１５５）のみと接すると、半導体メサ１３の側面１３ｓからのリーク電流を低減させることができる。また、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、正孔捕獲元素を含まない半導体層（本実施形態では、ｎ型埋め込み層１５６）のみと接すると、活性層９への正孔捕獲元素の拡散に起因する半導体レーザ１Ｄの特性劣化を抑制することができる。また、ｐ型半導体領域１７とｐ型埋め込み層１５５の接する部分の厚さは、薄い方が好ましく、５０ｎｍ以下であることが好ましい。ｐ型半導体領域１７とｐ型埋め込み層１５５は、接していなくてもよい。
【００７６】
ｐ型埋め込み層１５５は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。この場合のIII−V族化合物半導体としては、例えば、ＩｎＰを挙げることができる。
【００７７】
上述のような本実施形態に係る半導体レーザ１Ｄによれば、以下のような理由により、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ａを経由してｎ型半導体領域３まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００７８】
まず、本実施形態の半導体レーザ１Ｄにおいて、半導体埋め込み領域１５Ｄのｐ型埋め込み層１５５は、ｐ型の半導体材料からなるため、ｎ型半導体領域３から半導体埋め込み領域１５Ｄへの電子の侵入を抑制する。これにより、キャリアである電子の移動に起因するリーク電流が低減される。
【００７９】
さらに、本実施形態の半導体レーザ１Ｄにおいては、下記のような原理で、キャリアである正孔の移動に起因するリーク電流も低減される。
【００８０】
図６は、ｐ型半導体領域と半導体埋め込み領域との界面近傍のバンド構造を示す図である。図６に示すように、ｐ型半導体からなるｐ型半導体領域１７と、ｎ型半導体からなるｎ型半導体領域３との間には、価電子帯Ｅｖのポテンシャル障壁Ｇ１５６が形成される。このポテンシャル障壁Ｇ１５６によって、ｐ型半導体領域１７からｎ型埋め込み層１５６への正孔の移動は抑制される。ただし、ｐ型半導体領域１７の価電子帯Ｅｖ内の正孔１７ｈのうちの一部は、ポテンシャル障壁Ｇ１５６を超えてｎ型埋め込み層１５６内に移動する可能性がある。
【００８１】
しかしながら、ｎ型埋め込み層１５６には、正孔捕獲元素がドープされている。そのため、ｎ型埋め込み層１５６を越えてｎ型埋め込み層１５６内に移動した正孔１５６ｈは、ｎ型埋め込み層１５６のエネルギーギャップ内に形成された空準位の正孔捕獲準位Ｌ１５６に捕獲される。そして、ｎ型埋め込み層１５６の伝導帯Ｅｃには電子ｅが存在するため、正孔捕獲準位Ｌ１５６に捕獲された正孔１５６ｈｃは、ｎ型埋め込み層１５６の伝導帯Ｅｃの電子ｅと再結合して消滅する。すると、正孔捕獲準位Ｌ１５６は再び空準位となるため、上述のような正孔捕獲準位Ｌ１５６への正孔の捕獲作用が回復する。そのため、正孔捕獲準位Ｌ１５６への正孔の捕獲作用は飽和し難い。その結果、ｎ型埋め込み層１５６内に移動したホールｈがｎ型半導体領域３（図５参照）まで移動することは、効果的に抑制される。
【００８２】
以上の理由により、本実施形態に係る半導体レーザ１Ｄによれば、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ｄを経由してｎ型半導体領域３まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００８３】
また、ｎ型埋め込み層１５６における正孔捕獲元素の濃度は、上述の正孔１５６ｈを捕獲する作用を有効に発揮させる観点から３．０×１０１５ｃｍ−３以上であることが好ましく、１．０×１０１７ｃｍ−３以上であることがさらに好ましい。また、ｎ型埋め込み層１５６における正孔捕獲元素の濃度は、ｎ型埋め込み層１５６を構成する半導体材料への当該正孔捕獲元素の固溶限を超えないことが好ましい。固溶限を超えてしまうと、ｎ型埋め込み層１５６に固溶しなかった元素は、正孔捕獲準位Ｌ１５６の形成に寄与しないからである。この個溶限は、例えば、３×１０１６ｃｍ−３程度と考えられる。
【００８４】
また、ｎ型埋め込み層１５６のｎ型ドーパントの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上、２×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。また、このｎ型ドーパントの濃度は、正孔捕獲元素の濃度よりも高いことが好ましい。
【００８５】
また、ｐ型埋め込み層１５５のｐ型ドーパントの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上、３×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００８６】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る半導体レーザについて説明する。本実施形態の説明においては、第１〜第４実施形態と同一の要素には同一の符号を図中に付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００８７】
図７は、本実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。なお、図７は、半導体レーザ１Ｅの光導波方向と直交する断面を示している。
【００８８】
図７に示すように、本実施形態の半導体レーザ１Ｅは、半導体埋め込み領域の構成において、第４実施形態の半導体レーザ１Ｄと相違する。具体的には、半導体レーザ１Ｅの半導体埋め込み領域１５Ｅは、第４実施形態の半導体レーザ１Ｄの半導体埋め込み領域１５Ｄの要素に加え、さらに中間埋め込み層１５７を有している。中間埋め込み層１５７は、ｐ型埋め込み層１５５とｎ型埋め込み層１５６との間に設けられている。中間埋め込み層１５７は、ノンドープ半導体又は半絶縁性半導体からなる。そのため、中間埋め込み層１５７は、ｐ型埋め込み層１５５及びｎ型埋め込み層１５６よりも、比抵抗が高くなっている。
【００８９】
中間埋め込み層１５７がノンドープ半導体からなる場合、中間埋め込み層１５７は、例えば、ノンドープのＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。
【００９０】
中間埋め込み層１５７が半絶縁性半導体からなる場合、中間埋め込み層１５７は、ｐ型やｎ型のドーパントがドープされておらず、中間埋め込み層１５７内に正孔捕獲準位を形成する元素（中間埋め込み層１５７のエネルギーギャップ内に深いドナーレベルを形成し正孔捕獲作用を有する元素）がドープされている。中間埋め込み層１５７は、例えば、ＩｎＰ等のIII−V族化合物半導体からなり、正孔捕獲準位を形成する元素としては、チタン（Ｔｉ）、及び、コバルト（Ｃｏ）のうちのいずれか、又は、双方とすることができる。
【００９１】
本実施形態の半導体レーザ１Ｅにおいても、第４実施形態における場合と同様の理由により、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ａを経由してｎ型半導体領域３まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００９２】
さらに、本実施形態の半導体レーザ１Ｅにおいては、半導体埋め込み領域１５Ｅは、上述のように高抵抗材料からなる中間埋め込み層１５７を有している。その結果、ｎ型半導体領域３とｐ型半導体領域１７間の寄生容量が減少するため、高速応答性が向上する。
【００９３】
また、本実施形態において、半導体メサ１３の側面１３ｓは、図７に示すようにｐ型埋め込み層１５５のみと接してもよいし、ｎ型埋め込み層１５６のみと接してもよいし、中間埋め込み層１５７のみと接してもよいし、ｐ型埋め込み層１５５、ｎ型埋め込み層１５６、及び、中間埋め込み層１５７のうちの２以上の層と接してもよい。ただし、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、ｐ型半導体からなる半導体層（本実施形態では、ｐ型埋め込み層１５５）のみと接すると、半導体メサ１３の側面１３ｓからのリーク電流を低減させることができる。また、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、正孔捕獲元素を含まない半導体層（本実施形態では、ｐ型埋め込み層１５５及びノンドープ層からなる場合の中間埋め込み層１５７）のみと接すると、活性層９への正孔捕獲元素の拡散に起因する半導体レーザ１Ｅの特性劣化を抑制することができる。
【００９４】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る半導体レーザについて説明する。本実施形態の説明においては、第１〜第５実施形態と同一の要素には同一の符号を図中に付すことにより、その詳細な説明を省略する場合がある。図８は、本実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図である。なお、図８は、半導体レーザ１Ｆの光導波方向と直交する断面を示している。
【００９５】
図８に示すように、本実施形態の半導体レーザ１Ｆは、半導体埋め込み領域の構成において、第５実施形態の半導体レーザ１Ｅと相違する。具体的には、半導体レーザ１Ｆの半導体埋め込み領域１５Ｆは、第５実施形態の半導体埋め込み領域１５Ｅの要素に加え、さらに追加埋め込み層１５８を有している。追加埋め込み層１５８は、ｐ型半導体領域１７とｎ型埋め込み層１５６との間に設けられている。
【００９６】
追加埋め込み層１５８は、ｎ型の半導体からなり、例えば、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。また、追加埋め込み層１５８には、追加埋め込み層１５８のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する元素はドープされていない。即ち、追加埋め込み層１５８の成長時には、追加埋め込み層１５８のエネルギーギャップ内に正孔捕獲準位を形成する元素のドーピングは行われない。追加埋め込み層１５８のｎ型ドーパントの濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上、２×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００９７】
本実施形態の半導体レーザ１Ｆにおいても、第４実施形態における場合と同様の理由により、ｐ型半導体領域１７から半導体埋め込み領域１５Ｆを経由してｎ型半導体領域３まで到達するリーク電流を抑制することが可能である。
【００９８】
さらに、半導体レーザ１Ｆにおいては、上述のように半導体埋め込み領域１５Ｆは追加埋め込み層１５８を有する。これにより、正孔の密度が最も高くなる活性層９の脇で捕獲・再結合のプロセスが生じることを回避することができるため、正孔の損失により閾値電流が増加することなく、リークを抑えることが可能である。
【００９９】
また、本実施形態においては、半導体メサ１３の側面１３ｓは、図８に示すようにｐ型埋め込み層１５５のみと接している。しかし、側面１３ｓは、ｎ型埋め込み層１５６、中間埋め込み層１５７、追加埋め込み層１５８のうち、いずれか１つの層のみと接してもよいし、ｐ型埋め込み層１５５、ｎ型埋め込み層１５６、中間埋め込み層１５７、及び追加埋め込み層１５８のうちの２つ以上の層と接してもよい。ただし、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、ｐ型半導体からなる半導体層（本実施形態では、ｐ型埋め込み層１５５）のみと接すると、半導体メサ１３の側面１３ｓからのリーク電流を低減させることができる。また、半導体メサ１３の側面１３ｓのうち活性層９の側面９ｓが、正孔捕獲元素を含まない半導体層（本実施形態では、ｐ型埋め込み層１５５、ノンドープ層からなる場合の中間埋め込み層１５７、及び追加埋め込み層１５８）のみと接すると、活性層９への正孔捕獲元素の拡散に起因する半導体レーザ１Ｆの特性劣化を抑制することができる。
【０１００】
なお、本実施形態の半導体レーザ１Ｆにおいて、半導体埋め込み領域１５Ｆは、中間埋め込み層１５７を有していなくてもよい。
【０１０１】
本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。
【０１０２】
例えば、上述の各実施形態の半導体レーザ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆは、ｎ型の半導体基板を備えているが（図１、図３〜図５、図７、及び図８参照）、半導体レーザ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆは、ｐ型の半導体基板や、主面にｎ型半導体やｐ型半導体からなる半導体層（例えば、バッファ層）が形成された半絶縁性半導体基板を備えていてもよい。
【０１０３】
半導体レーザ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆが、ｐ型の半導体基板を備える場合、
上述の各実施形態におけるｎ型半導体基板は、ｐ型半導体基板に置き換えられ、ｐ型半導体領域１７は、ｎ型半導体領域に置き換えられ、半導体基板は、ｐ型半導体領域となる。この場合のｎ型半導体領域は、例えば、ｎ型クラッド層となり、例えば、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。また、ｐ＋コンタクト層１９は、ｎ＋コンタクト層に置き換えられ、ｐ型電極２３は、ｎ型電極となり、ｎ型電極２５は、ｐ型電極となる。さらに、半導体埋め込み領域１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆにおける各層の積層順は、全て逆順となる。
【０１０４】
半導体レーザ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆが、主面にｎ型半導体からなる半導体層（例えば、バッファ層）が形成された半絶縁性半導体基板を備えている場合、上述の各実施形態におけるｎ型半導体基板は、半絶縁性半導体基板に置き換えられ、半絶縁性半導体基板と半導体メサ１３の間、及び、半絶縁性半導体基板と半導体埋め込み領域１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆとの間に、ｎ型半導体からなる当該半導体層が挿入される。この半導体層は、ｎ型半導体領域となる。ｎ型電極２５は、当該半導体層と電気的に接続されるように設けられる。
【０１０５】
半導体レーザ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆが、主面にｐ型半導体からなる半導体層（例えば、バッファ層）が形成された半絶縁性半導体基板を備えている場合、上述の各実施形態におけるｎ型半導体基板は、半絶縁性半導体基板に置き換えられ、半絶縁性半導体基板と半導体メサ１３の間、及び、半絶縁性半導体基板と半導体埋め込み領域１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆとの間に、ｐ型半導体からなる当該半導体層が挿入される。この半導体層は、ｐ型半導体領域となる。さらに、上述の各実施形態におけるｐ型半導体領域１７は、ｎ型半導体領域に置き換えられる。この場合のｎ型半導体領域は、例えば、ｎ型クラッド層となり、例えば、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型ドーパントを含むIII−V族化合物半導体からなる。また、ｐ＋コンタクト層１９は、ｎ＋コンタクト層に置き換えられ、ｐ型電極２３は、ｎ型電極となり、ｎ型電極２５は、当該半導体層と電気的に接続されたｐ型電極となる。さらに、半導体埋め込み領域１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆにおける各層の積層順は、全て逆順となる。
【符号の説明】
【０１０６】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ・・・半導体レーザ、３・・・ｎ型半導体領域、９・・・活性層、１３・・・半導体メサ、１３ｓ・・・半導体メサの側面、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ・・・半導体埋め込み領域、１７・・・ｐ型半導体領域、１５１・・・ｐ型埋め込み層、１５２・・・ｎ型埋め込み層、Ｌ１５１・・・電子捕獲準位。
【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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