(57)【要約】【課題】しきい値電流の低いリッジ型半導体光素子を提供する。【解決手段】活性層３の上に、リッジ部４ａを含む上部クラッド層４が設けられている。上部クラッド層４の上面のうちリッジ部４ａの側方に位置する部分には、Ｆｅを含む被覆層１１が設けられている。活性層は、リッジ部の直下に位置する第１の領域と、第１領域の両側方に位置する第２の領域を有する。第２領域には、被覆層からＦｅが拡散している。これによって、第２領域は高抵抗化されている。この結果、活性層に電流狭窄構造が形成され、しきい値電流が低減される。【選択図】  図１
2004214372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体から構成される基板と、
前記基板上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられ、ｐ型半導体から構成される上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上に設けられた上部電極と、
前記基板の下面に設けられた下部電極と
を備え、前記上部電極および下部電極を通じて前記活性層に電流が注入されると、前記活性層でレーザ光が生成される半導体光素子であって、
前記上部クラッド層は、リッジ部を有しており、
前記活性層は、前記リッジ部の直下に位置する第１の領域と、前記第１の領域の側方に位置し、Ｆｅを含む第２の領域とを有している
半導体光素子。
【請求項２】
前記第２の領域には、５×１０１５ｃｍ−３以上の濃度でＦｅが含まれている、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記上部クラッド層には、ｐ型ドーパントとしてＺｎが含まれている、請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記上部クラッド層の上面のうち前記リッジ部の側方に位置する部分に設けられ、Ｆｅを含む被覆層をさらに備えている
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記上部クラッド層は、ＺｎがドープされたＩｎＰから構成されており、
前記被覆層は、ＦｅがドープされたＩｎＰから構成されている
請求項４に記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記被覆層のＦｅ濃度は１×１０１６ｃｍ−３以上である、請求項４または５に記載の半導体光素子。
【請求項７】
前記被覆層の厚さおよび前記上部クラッド層のうち前記被覆層の直下に位置する部分の厚さは、合計して０．５μｍ以下である、請求項４〜６のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項８】
ｎ型半導体から構成される基板上に活性層を設ける工程と、前記活性層の上に、ｐ型半導体から構成される上部クラッド層を設ける工程と、
前記上部クラッド層にリッジ部を形成する工程と、
前記上部クラッド層の上面のうち前記リッジ部の側方に位置する部分に、Ｆｅを含む被覆層を設ける工程と、
前記上部クラッド層の上に上部電極を設けるとともに、前記基板の下面に下部電極を設ける工程と
を備える半導体光素子の製造方法。
【請求項９】
前記被覆層から前記活性層へのＦｅの拡散により、前記活性層のうち前記リッジ部の直下に位置する領域の側方に５×１０１５ｃｍ−３以上の濃度でＦｅを添加する、請求項８に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記上部クラッド層には、ｐ型ドーパントとしてＺｎが含まれている、請求項８または９に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記上部クラッド層は、ＺｎがドープされたＩｎＰから構成されており、
前記被覆層は、ＦｅがドープされたＩｎＰから構成されている
請求項８〜１０のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記被覆層を設けた後に、前記被覆層を熱処理して前記被覆層中のＦｅを前記活性層へ拡散させる工程をさらに備える請求項８〜１１のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記被覆層を設けた後、前記上部電極および前記下部電極を設ける前に、前記被覆層を除去する工程をさらに備える請求項８、９、１０または１２に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記上部クラッド層は、ＺｎがドープされたＩｎＰから構成されており、
前記被覆層は、ＦｅがドープされたＩｎＧａＡｓＰから構成されている
請求項１３に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記被覆層は、気相成長法によって５００℃以上８００℃以下の成長温度で設けられる、請求項８〜１４のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、活性層への電流の注入に応じてレーザ光を生成する半導体光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体光素子の分野では、しきい値電流を低減するために、導波路構造として埋め込み型を採用し、電流狭窄を達成することが知られている。しかし、Ａｌを活性層に含む半導体光素子に埋め込み型構造を採用すると、問題が生じる。Ａｌは酸化しやすいため、製造工程においてメサエッチングを行うときに活性層の側面が酸化する。これにより、素子の信頼性が低下してしまう。このため、Ａｌを活性層に含む半導体光素子には、埋め込み型の代わりに、リッジ型の導波路構造が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、従来のリッジ型半導体光素子の一例の構造を示す断面図である。この光素子２００は、基板１の上面に順次に設けられた下部クラッド層２、活性層３、上部クラッド層４およびコンタクト層５を備えている。上部クラッド層４の表面およびコンタクト層５の側面は、絶縁膜６によって覆われている。コンタクト層５の上面には、上部電極７が設けられている。基板１の下面には、下部電極８が設けられている。しきい値電流以上の電流が上部電極７および下部電極８を通じて活性層３に注入されると、活性層３でレーザ光が生成され、光素子２００から放出される。
【０００４】
従来のリッジ型導波路構造では、活性層に十分な電流狭窄構造を形成することが難しいため、しきい値電流が高い。例えば、上記の非特許文献１では、２５℃で１７ｍＡという比較的高いしきい値電流が報告されている。
【０００５】
リッジ型半導体レーザ素子のしきい値電流を低減するため、Ｚｎを活性層に拡散させて電流狭窄構造を形成しようとする試みが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、Ｚｎ拡散部の電気抵抗が十分に高くならないため、しきい値電流は依然として高い。
【０００６】
【非特許文献１】
ティー・イシカワ（Ｔ．  Ｉｓｈｉｋａｗａ）、他７名、「１．３μｍＡｌＧａＩｎＡｓ−ＩｎＰ歪多重量子井戸レーザにおける高温特性の良好な井戸厚依存性（Ｗｅｌｌ−Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｉｎ  １．３−（ｍ）」、ＩＥＥＥフォトニクステクノロジーレターズ（ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ）、第１０巻、第１２号、１９９８年１２月、ｐ．１７０３−１７０５
【特許文献１】
特開平１０−１５０２３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、より低いしきい値電流を有するリッジ型半導体光素子の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体光素子は、ｎ型半導体から構成される基板と、基板上に設けられた活性層と、活性層上に設けられ、ｐ型半導体から構成される上部クラッド層と、上部クラッド層の上に設けられた上部電極と、基板の下面に設けられた下部電極とを備えている。上部電極および下部電極を通じて活性層に電流が注入されると、活性層でレーザ光が生成される。上部クラッド層は、リッジ部を有している。活性層は、リッジ部の直下に位置する第１の領域と、第１の領域の側方に位置し、Ｆｅを含む第２の領域とを有している。
【０００９】
活性層中の第２領域に含まれるＦｅは、第２領域の電気抵抗率を効率良く上昇させる。このため、第１領域および第２領域は、良好な電流狭窄構造を形成する。したがって、本発明の半導体光素子は、リッジ型でありながら、従来よりも低いしきい値電流を有する。
【００１０】
第２の領域に５×１０１５ｃｍ−３以上の濃度でＦｅが含まれていると、十分に良好な電流狭窄構造が得られる。
【００１１】
上部クラッド層にｐ型ドーパントとしてＺｎが含まれていると、上部クラッド層上にＦｅを含んだ被覆層を形成したときに、ＺｎとＦｅとの相互拡散により、被覆層から上部クラッド層および活性層へ効率良くＦｅが拡散する。したがって、Ｆｅドープ被覆層を利用した方法により、本発明の光素子を容易に製造できるようになる。
【００１２】
本発明の半導体光素子は、上部クラッド層の上面のうちリッジ部の側方に位置する部分に設けられ、Ｆｅを含む被覆層をさらに備えていてもよい。この場合、Ｆｅドープ被覆層を利用して本発明の半導体光素子を製造する際に、被覆層を除去する必要がない。このため、本発明の光素子を迅速かつ簡易に製造できるようになる。
【００１３】
上部クラッド層は、ＺｎがドープされたＩｎＰから構成されていてもよいし、被覆層は、ＦｅがドープされたＩｎＰから構成されていてもよい。この場合、ＺｎとＦｅとの相互拡散により、被覆層からＦｅが効率良く上部クラッド層および活性層へ拡散する。したがって、本発明の光素子を容易に製造できるようになる。また、上部クラッド層および被覆層がともにＩｎＰから構成されているので、光の閉じ込めが良好である。
【００１４】
被覆層のＦｅ濃度が１×１０１６ｃｍ−３以上であると、半導体光素子の製造中、活性層中の第２領域に十分に高い濃度でＦｅが拡散しやすい。したがって、本発明の光素子を容易に製造できるようになる。
【００１５】
被覆層の厚さおよび上部クラッド層のうち被覆層の直下に位置する部分の厚さは、合計して０．５μｍ以下であることが好ましい。この場合、リッジ部の側方でクラッドとして機能しうる層の厚さが十分に薄いので、横方向の光の閉じ込めが良好である。
【００１６】
本発明に係る半導体光素子の製造方法は、ｎ型半導体から構成される基板上に活性層を設ける工程と、活性層の上に、ｐ型半導体から構成される上部クラッド層を設ける工程と、上部クラッド層にリッジ部を形成する工程と、上部クラッド層の上面のうち前記リッジ部の側方に位置する部分に、Ｆｅを含む被覆層を設ける工程と、上部クラッド層の上に上部電極を設けるとともに、前記基板の下面に下部電極を設ける工程とを備えている。
【００１７】
上部クラッド層の上面に被覆層を設けると、被覆層中のＦｅは上部クラッド層へ拡散する。Ｆｅは、ｐ型半導体中で拡散しやすく、ｎ型半導体中では拡散しにくい。上部クラッド層はｐ型半導体から構成されているので、Ｆｅは上部クラッド層中で効率良く拡散し、活性層に到達する。Ｆｅは活性層中でも拡散し、基板の方へ向かう。しかし、基板はｎ型半導体から構成されているので、Ｆｅは活性層から基板へは拡散しにくい。このため、Ｆｅは、不必要に広い範囲に拡散することなく、活性層中に高い濃度で含まれる。Ｆｅは、活性層のうち主として被覆層の直下の領域に拡散する。Ｆｅが拡散した領域の電気抵抗は上昇する。活性層のうちリッジ部の直下の領域には、Ｆｅはほとんど拡散しない。このため、活性層中に良好な電流狭窄構造が形成される。この結果、低いしきい値電流を有するリッジ型の半導体光素子が得られる。
【００１８】
基板と活性層との間に、活性層よりも低い屈折率を有する下部クラッド層をさらに設けてもよい。この下部クラッド層は、ｎ型半導体から構成されていることが好ましい。この場合、活性層中のＦｅは下部クラッド層へ拡散しにくい。このため、活性層中のＦｅ濃度の低下を防止できる。
【００１９】
被覆層から活性層へのＦｅの拡散により、活性層のうちリッジ部の直下に位置する領域の側方に５×１０１５ｃｍ−３以上の濃度でＦｅを添加することが好ましい。この場合、十分に良好な電流狭窄構造が得られる。
【００２０】
上部クラッド層には、ｐ型ドーパントとしてＺｎが含まれていてもよい。この場合、ＺｎとＦｅとの相互拡散により、被覆層から上部クラッド層および活性層へ効率良くＦｅが拡散する。したがって、半導体光素子を迅速かつ容易に製造できる。
【００２１】
上部クラッド層は、ＺｎがドープされたＩｎＰから構成されていてもよいし、被覆層は、ＦｅがドープされたＩｎＰから構成されていてもよい。この場合、被覆層からＦｅが効率良く上部クラッド層および活性層へ拡散するので、半導体光素子を容易に製造できる。また、上部クラッド層および被覆層がともにＩｎＰから構成されているので、光の閉じ込めが良好な光素子を得ることができる。
【００２２】
本発明の製造方法は、被覆層を設けた後に、被覆層を熱処理して被覆層中のＦｅを活性層へ拡散させる工程をさらに備えていてもよい。この場合、被覆層を低温で形成しても、Ｆｅを活性層へ十分に拡散させることができる。このため、被覆層の形成時における活性層の劣化を防ぎ、良好な特性の活性層を得ることができる。この場合、より迅速な半導体光素子の製造が可能である。
【００２３】
被覆層を設けた後、上部電極および下部電極を設ける前に、被覆層を除去する工程をさらに備えていてもよい。この場合、リッジ部の側方においてクラッドとして機能しうる層の厚みが低減されるので、横方向の光の閉じ込めが高まる。
【００２４】
上部クラッド層は、ＺｎがドープされたＩｎＰから構成されていてもよいし、被覆層は、ＦｅがドープされたＩｎＧａＡｓＰから構成されていてもよい。この場合、上部クラッド層をエッチングすることなく、被覆層を選択的にエッチングすることができる。したがって、被覆層を容易に除去できる。
【００２５】
被覆層は、気相成長法によって５００℃以上８００℃以下の成長温度で設けてもよい。成長温度が５００℃未満だと、被覆層から活性層へＦｅが十分に拡散しにくい。また、成長温度が８００℃を超えると、活性層が量子井戸構造を有するときにバリア層と井戸層との間で相互拡散が起きるので、好ましくない
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００２７】
第１実施形態
図１は、本実施形態の半導体光素子１００の構成を示す断面図である。光素子１００は、リッジ型の屈折率導波路構造を有するファブリペローレーザ素子である。光素子１００は、基板１の上面に順次に設けられた下部クラッド層２、活性層３、上部クラッド層４およびコンタクト層５を備えている。上部クラッド層４の表面には、被覆層１１および絶縁膜６も設けられている。コンタクト層５の上には、上部電極７が設けられている。基板１の下面には、下部電極８が設けられている。基板１、下部クラッド層２、活性層３、上部クラッド層４、コンタクト層５、被覆層１１および絶縁膜６は、紙面に垂直な方向に沿ってほぼ一様に延在している。しきい値電流以上の電流が上部電極７および下部電極８を通じて活性層３に注入されると、活性層３でレーザ光が生成され、光素子１００から放出される。
【００２８】
基板１は、ｎ型ＩｎＰからなるウェーハである。基板１の上面には、厚さ１μｍの下部クラッド層２が被着されている。下部クラッド層２も、ｎ型ＩｎＰから構成されている。基板１にはｎ型ドーパントとしてＳｎが含まれ、下部クラッド層２にはｎ型ドーパントとしてＳｉが含まれている。下部クラッド層２におけるＳｉの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３である。下部クラッド層２は、活性層３よりも低い屈折率を有している。
【００２９】
活性層３は、下部クラッド層２の上面に被着されている。活性層３は、ノンドープのＡｌＧａＩｎＡｓから構成されている。すなわち、活性層３は真性半導体である。活性層３の発光波長は、１．３μｍである。活性層３は、複数のウエル層とバリア層が交互に重ねられた多重量子井戸構造を有している。
【００３０】
上部クラッド層４は、活性層３が露出しないように、活性層３の上面に被着されている。上部クラッド層４は、活性層３よりも低い屈折率を有している。上部クラッド層４は、ｐ型ＩｎＰから構成されている。上部クラッド層４には、ｐ型ドーパントとしてＺｎが含まれている。上部クラッド層４におけるＺｎの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３である。上部クラッド層４の中央部には、リッジ部４ａが設けられている。リッジ部４ａは、直方体形状を有している。リッジ部４ａの上面と上部クラッド層４の下面との間の距離は、１．５μｍである。上部クラッド層４のうちリッジ部４ａを除く部分の厚さは、０．２μｍである。
【００３１】
コンタクト層５は、上部クラッド層４のうちリッジ部４ａの上面のみに被着されている。コンタクト層５は、ｐ型のＧａＩｎＡｓから構成されている。コンタクト層５におけるｐ型ドーパントの濃度は、５×１０１８ｃｍ−３である。コンタクト層５の厚さは、０．５μｍである。
【００３２】
上部クラッド層４の上面のうちリッジ部４ａの側方に位置する部分には、半絶縁性の被覆層１１が被着されている。被覆層１１は、ＦｅがドープされたＩｎＰから構成されている。被覆層１１におけるＦｅの濃度は、１×１０１６ｃｍ−３である。被覆層１１の厚さは、０．２μｍである。被覆層１１は、上部クラッド層４とほぼ同じ屈折率を有している。被覆層１１は、リッジ部４ａとは離間している。
【００３３】
リッジ部４ａの側面、コンタクト層５の側面および被覆層１１の表面には、絶縁膜６が被着されている。絶縁膜６は、ＳｉＯ２から構成されている。絶縁膜６の厚さは、約０．３μｍである。絶縁膜６は、リッジ部４ａおよび被覆層１１間の間隙を充填している。
【００３４】
上部電極７は、コンタクト層５の上面に被着されている。上部電極７は、アノードである。上部電極７は、コンタクト層５から絶縁膜６まで延在している。上部電極７とリッジ部４ａおよび被覆層１１との間には、絶縁膜６が介在する。したがって、上部電極７とリッジ部４ａおよび被覆層１１との間の絶縁が確保されている。
【００３５】
下部電極８は、基板１の下面に被着されている。下部電極８は、カソードである。
【００３６】
本実施形態の特徴は、活性層３のうちリッジ部４ａの直下に位置する領域２６と、その両側方に位置する領域２７および２８とで、Ｆｅの濃度が大きく異なることである。すなわち、領域２６にはＦｅがほとんど含まれていないのに対し、領域２７および２８には、Ｆｅが高濃度で拡散している。Ｆｅは、活性層３中の領域２７および２８だけでなく、図１に示される領域１７および１８に含まれている。領域１７および１８は、活性層３および上部クラッド層４のうち被覆層１１の直下に位置する部分である。一方、活性層３および上部クラッド層４のうちリッジ部４ａの直下に位置する領域２６には、Ｆｅはほとんど拡散していない。
【００３７】
Ｆｅの拡散により、領域１７、１８、２７および２８の電気抵抗は、領域１６および２６の電気抵抗よりも高くなる。すなわち、領域１７、１８、２７および２８は、Ｆｅによって高抵抗化されている。このように、領域２６は、領域２６よりも十分に高抵抗の領域２７および２８によって両側から挟まれている。したがって、活性層３には、電流狭窄構造が形成されている。この電流狭窄構造のため、光素子１００では、電極７および８を通じて注入される電流が活性層３中の領域２６に良好に閉じこめられる。この結果、しきい値電流が低減される。
【００３８】
実際、光素子１００のしきい値電流は、２５℃の温度のもとで約１４ｍＡであり、従来の光素子よりも低い。したがって、光素子１００は、高効率かつ高速の駆動が可能である。
【００３９】
良好な電流狭窄構造を得るためには、領域２７および２８の各々におけるＦｅの濃度が５×１０１５ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、実用上は、領域２７および２８の各々におけるＦｅの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００４０】
被覆層１１におけるＦｅ濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましい。この場合、活性層３中の領域２７および２８へ十分に高い濃度でＦｅが拡散する。これにより、良好な電流狭窄構造を形成し、しきい値電流を低減することができる。
【００４１】
被覆層１１の厚さおよび上部クラッド層４のうち被覆層１１の直下に位置する部分の厚さは、合計して０．５μｍ以下であることが好ましい。この場合、横方向の光の閉じ込めが良好になる。
【００４２】
次に、図２〜図５を参照しながら、本実施形態の光素子１００の製造方法を説明する。図２〜図５は、光素子１００の製造工程を示す断面図である。
【００４３】
まず、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）によって、基板１の上面に下部クラッド層２、活性層３、上部クラッド層４およびコンタクト層５を順次に形成する。これらの層２〜５は、基板１の上面の全体を覆う。上述のように、上部クラッド層４にはＺｎがドープされる。
【００４４】
次に、図２に示されるように、コンタクト層５の上面の一部分にストライプマスク９を形成する。マスク９は、ＳｉＮから構成されている。マスク９の厚さは、０．１μｍである。マスク９の形状は、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて得ることができる。
【００４５】
続いて、図３に示されるように、上部クラッド層４およびコンタクト層５に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施し、ストライプ構造を形成する。エッチングの深さは、２．０μｍである。このエッチングにより、上部クラッド層４にリッジ部４ａが設けられる。リッジ部４ａおよびコンタクト層５は、マスク９とほぼ同じ幅を有する。
【００４６】
この後、図４に示されるように、マスク９を剥離し、続いて、リッジ部４ａおよびコンタクト層５を覆うように０．１μｍのＳｉＮ膜１０を形成する。一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、リッジ部４ａおよびコンタクト層５の周囲にだけＳｉＮ膜１０を残す。この結果、上部クラッド層４の上面のうちリッジ部４ａの側方に位置する部分のみが露出する。
【００４７】
次に、図５に示されるように、ＯＭＶＰＥ法を用いて、上部クラッド層４の露出面上に被覆層１１を形成する。上述のように、被覆層１１は、ＦｅドープのＩｎＰである。本実施形態では、Ｆｅの原料として、フェロセン（Ｆｅ（Ｃ５Ｈ５）２）を使用する。ＩｎおよびＰの原料としては、それぞれトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）およびホスフィン（ＰＨ３）を使用する。ただし、これらの原料に限定されるわけではない。本実施形態では、フェロセンのモル供給量は、２×１０−１０（ｍｏｌ／分）である。
【００４８】
被覆層１１が成長する間、上部クラッド層４のうち被覆層１１の直下に位置する領域中のＺｎと被覆層１１中のＦｅとが相互拡散する。これにより、Ｆｅは上部クラッド層４中で効率良く拡散し、活性層３に到達する。上述のように、活性層３は、ノンドープのＡｌＧａＩｎＡｓから構成されている。また、被覆層１１におけるＦｅの濃度は、１×１０１６ｃｍ−３である。このような高濃度のＦｅは、ノンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ中を容易に拡散する。活性層３の下に位置する下部クラッド層２はｎ型のＩｎＰから構成されている。ｎ型半導体ではＦｅは拡散しにくいため、活性層３から下部クラッド層２への拡散は抑えられる。この結果、活性層３のうち被覆層１１の直下に位置する領域に高濃度のＦｅが添加される。
【００４９】
なお、被覆層１１であるＦｅドープＩｎＰ層の成長温度は、５００℃以上８００℃以下であることが好ましい。成長温度が５００℃未満だと、活性層３へＦｅが十分に拡散しにくい。また、成長温度が８００℃を超えると、活性層３中のバリア層と井戸層との間で相互拡散が起きるので、好ましくない。本実施形態では、被覆層１１の成長温度は、６００℃である。
【００５０】
この後、ＳｉＮ膜１０を除去し、絶縁膜６、上部電極７および下部電極８を順次に形成すると、本実施形態の光素子１００（図１）が得られる。本実施形態の方法では、活性層を直接には加工しないので、活性層の劣化を抑えて、信頼性の高い光素子を製造できる。
【００５１】
第２実施形態
以下では、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本実施形態の半導体光素子１０１の構成を示す断面図である。図６を図１と比較すると明らかなように、光素子１０１は、被覆層１１を含まない点で第１実施形態の光素子１００と異なっている。すなわち、上部クラッド層４の表面およびコンタクト層５の側面には、絶縁膜６が全体的に被着されている。
【００５２】
光素子１０１の他の構成は、光素子１００と同じである。第１実施形態と同様に、活性層３および上部クラッド層４のうち被覆層１１の直下に位置する領域１７、１８、２７および２８には、Ｆｅが高濃度で含まれている。これに対し、活性層３および上部クラッド層４のうちリッジ部４ａの直下に位置する領域１６、２６には、Ｆｅはほとんど含まれていない。
【００５３】
Ｆｅの含有により、領域１７、１８、２７および２８の電気抵抗は、領域１６および２６の電気抵抗よりも高くなる。このように、活性層３のうちリッジ部４ａの直下に位置する領域２６は、領域２６よりも十分に高抵抗の領域２７および２８によって両側から挟まれている。したがって、活性層３には、電流狭窄構造が形成されている。この電流狭窄構造のため、光素子１０１では、電極７および８を通じて注入される電流が活性層３中の領域２６に良好に閉じこめられる。この結果、しきい値電流が低減される。
【００５４】
良好な電流狭窄構造を得るためには、領域２７および２８の各々におけるＦｅの濃度が５×１０１５ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、実用上は、領域２７および２８の各々におけるＦｅの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００５５】
本実施形態の光素子１０１は、ＩｎＰから構成される上部クラッド層４の上にＩｎＰからなる被覆層１１が存在しない。すなわち、リッジ部４ａの側方におけるＩｎＰ層は、上部クラッド層４だけである。したがって、リッジ部４ａの側方においてクラッド層として機能しうるＩｎＰ層の厚みが、第１実施形態に比べて低減される。この結果、光素子１０１では、第１実施形態の光素子１００に比べて、横方向の光の閉じ込めが向上している。
【００５６】
次に、本実施形態の光素子１０１の製造方法を説明する。まず、第１実施形態と同様の手順で図５に示される構造を形成する。ただし、本実施形態では、被覆層１１をＦｅドープＩｎＰではなく、ＦｅドープＩｎＧａＡｓＰを用いて形成する。これは、被覆層１１を選択的にエッチングできるようにするためである。被覆層１１が成長する間、上部クラッド層４のうち被覆層１１の直下に位置する領域中のＺｎと被覆層１１中のＦｅとが相互拡散する。この結果、活性層３のうち被覆層１１の直下に位置する領域に高濃度のＦｅが添加される。
【００５７】
この後、被覆層１１をエッチングにより除去する。被覆層１１はＩｎＧａＡｓＰから構成されており、被覆層１１が被着されている上部クラッド層４は、ＩｎＰから構成されている。このように、これらの層は異なる材料から構成されているので、上部クラッド層４をエッチングすることなく、被覆層１１のみを選択的にエッチングすることが可能である。エッチャントとしては、例えば、リン酸と過酸化水素水の混合液を使用する。
【００５８】
被覆層１１を除去した後、図５に示されるＳｉＮ膜１０を除去し、絶縁膜６、上部電極７および下部電極８を順次に形成すると、本実施形態の光素子１０１（図６）が得られる。本実施形態の方法では、活性層を直接には加工しないので、活性層の劣化を抑えて、信頼性の高い光素子を製造できる。また、被覆層１１を除去するので、リッジ部４ａの側方におけるＩｎＰ層が上部クラッド層４のみとなる。この結果、リッジ部４ａの側方においてクラッド層として機能しうる層の厚みが第１実施形態に比べて低減されるので、横方向の光の閉じ込めが向上する。
【００５９】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６０】
上記実施形態では、上部クラッド層にｐ型ドーパントとしてＺｎが含まれている。しかし、Ｚｎの代わりに他のｐ型ドーパントを使用してもよい。ただし、Ｚｎは拡散速度が大きいので、Ｆｅとの相互拡散の点で有利である。すなわち、Ｚｎを上部クラッド層４にドープすれば、Ｚｎの大きな拡散速度に応じて、Ｆｅの拡散速度も大きくなる。
【００６１】
第１実施形態では、上部クラッド層４上に残る被覆層１１が、ＦｅドープのＩｎＰから構成されている。しかし、被覆層は他の半導体から構成されていてもよい。ただし、上部クラッド層がＺｎドープのＩｎＰから構成されている場合は、被覆層はＦｅドープのＩｎＰから構成されていることが好ましい。これは、ＺｎドープＩｎＰとＦｅドープＩｎＰとが、同じ屈折率を有しうるからである。被覆層と上部クラッド層が同じ屈折率を有していると、光素子内で光を良好に閉じ込めることができる。
【００６２】
上記実施形態では、リッジ部４ａが直方体形状を有している。しかし、リッジ部の形状は、これに限定されない。例えば、リッジ部は、メサ形状の断面を有する柱状体であってもよい。
【００６３】
上記の実施形態では、活性層３がＡｌＧａＩｎＡｓから構成されている。しかし、活性層は、他の半導体材料（例えば、ＩｎＡｌＧａＰ）から構成されていてもよい。本発明のレーザ素子はリッジ型なので、その製造中に活性層を露出させる時間を短くできる。したがって、本発明は、酸化しやすい材料（例えば、Ａｌを含む化合物半導体）から活性層が構成されている場合に特に有利である。
【００６４】
上記実施形態では、比較的高い温度で被覆層を成長させることにより、被覆層の成長中にＦｅを活性層へ拡散させる。しかし、高温の雰囲気中に活性層が置かれるため、活性層の特性が劣化するおそれがある。そこで、被覆層を低温で成長させ、成膜が完了した後に被覆層を熱処理してＦｅを活性層へ拡散させてもよい。この場合、工程は増えるものの、良好な特性の活性層を得やすいという利点がある。
【００６５】
上記実施形態の光素子１００は、単一のレーザ素子である。しかし、光素子１００は、レーザ素子に他の素子（例えば、光変調器）を組み合わせた構造を有していてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の半導体光素子は、リッジ部の直下に位置する領域とこの側方に位置する高抵抗のＦｅ拡散領域からなる電流狭窄構造を有しているので、リッジ型でありながら低いしきい値電流を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の半導体光素子の構造を示す断面図である。
【図２】半導体光素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】半導体光素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】半導体光素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】半導体光素子の製造工程を示す断面図である。
【図６】第２実施形態の半導体光素子の構造を示す断面図である。
【図７】従来の半導体光素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…下部クラッド層、３…活性層、４…上部クラッド層、４ａ…リッジ部、５…コンタクト層、６…絶縁膜、７…下部電極８…下部電極、１１…Ｆｅドープ被覆層、１６および２６…Ｆｅ非拡散領域、１７、１８、２７および２８…Ｆｅ拡散領域。
【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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