(57)【要約】【課題】横モードの閉じ込めを強めることが可能な半導体光素子が提供される。【解決手段】半導体発光素子１は、第１の半導体層３と、活性層５と、第２の半導体層７、第３の半導体層９と、電流ブロック半導体層１１とを備える。第１の半導体層３は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。活性層５は、第１の半導体層３上に設けられている。第２の半導体層７は、活性層５上に設けられている。第３の半導体層９は、第２の半導体層７上に設けられており、一対の側面９ａ、９ｂを有する。電流ブロック半導体層１１は、第３の半導体層９の一対の側面９ａ、９ｂ及び第２の半導体層７上に設けられている。第３の半導体層９は、所定の軸方向に伸びており、ストライプ形状を成す。電流ブロック半導体層１１は、第３の半導体層９と異なる導電型を有する。活性層５は、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成されている。【選択図】　図１
2004079638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられた第１導電型の第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に設けられた活性層と、
第１の領域と前記第１の領域の両側に位置する第２の領域とを主面上に有しており前記活性層上に設けられた第２導電型の第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の前記第１の領域上に設けられた第２導電型の第３の半導体層と、
前記第２の半導体層の前記第２の領域上に設けられた第１導電型の電流ブロック半導体層と
を備え、
前記第３の半導体層の屈折率は前記電流ブロック半導体層の屈折率より大きく、
前記活性層は、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成されている、半導体光素子。
【請求項２】
前記活性層と前記第１及び第２の半導体層の少なくともいずれかとの間に設けられＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第４の半導体層を更に備え、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、前記活性層が示すフォトルミネッセンス波長値と前記第１及び第２の半導体層のいずれかが示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記第２の半導体層と前記活性層との間に設けられた第１のＳＣＨ半導体層と、
前記活性層と前記第１の半導体層との間に設けられた第２のＳＣＨ半導体層とを更に備える、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記第２のＳＣＨ半導体層と前記第１の半導体層との間及び前記第１のＳＣＨ半導体層と前記第２の半導体層との間の少なくともいずれかに設けられＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第４の半導体層を更に備え、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、前記ＳＣＨ層が示すフォトルミネッセンス波長値と前記第１又は第２の半導体層が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す、請求項３に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記第２の半導体層と前記第３の半導体層の間に設けられたエッチング停止層を更に備える請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記エッチング停止層は一対の側面を有しており、
前記電流ブロック半導体層は、前記エッチング停止層の前記一対の側面の各々に設けられている、請求項５に記載の半導体光素子。
【請求項７】
前記第３の半導体層及び前記電流ブロック半導体層上に設けられた第５の半導体層と、前記第５の半導体層上に設けられたコンタクト層とを更に備える、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項８】
前記第２及び第３の半導体層並びに前記電流ブロック半導体層の各々は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成される、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項９】
前記第２及び第３の半導体層並びに前記電流ブロック半導体層の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成される、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項１０】
ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられた第１導電型の第１の半導体層と、
第１の領域と前記第１の領域の両側に位置する第２の領域とを主面上に有しており前記第１の半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層の前記第１の領域上に設けられ一対の側面を有する第２導電型の第２の半導体層と、
前記活性層の前記第２の領域上に設けられた電流ブロック半導体部と、
を備え、
前記電流ブロック半導体部は、第１及び第２の電流ブロック半導体層を有しており、
前記第１の電流ブロック半導体層の導電型は、前記第２の電流ブロック半導体層の導電型と異なっており、
前記電流ブロック半導体部は、前記第２の半導体層の前記一対の側面上に設けられており、
前記第２の半導体層の屈折率は前記第１及び第２の電流ブロック半導体層の屈折率より大きい、半導体光素子。
【請求項１１】
前記活性層は、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成されている、請求項１０に記載の半導体光素子。
【請求項１２】
前記活性層は、０．９マイクロメートル以上の波長を有する光を発生できるように構成されている、請求項１０又は請求項１１に記載の半導体光素子。
【請求項１３】
前記活性層と前記第１及び第２の半導体層の少なくともいずれかとの間に設けられＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第３の半導体層を更に備え、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、前記活性層が示すフォトルミネッセンス波長値と前記第１及び第２の半導体層が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す、請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項１４】
前記電流ブロック半導体部及び前記第２の半導体層と前記活性層との間に設けられた第１のＳＣＨ半導体層と、
前記活性層と前記第１の半導体層との間に設けられた第２のＳＣＨ半導体層とを更に備える、請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項１５】
前記第１のＳＣＨ半導体層と前記第２の半導体層との間及び前記第２のＳＣＨ半導体層と前記第１の半導体層との間の少なくともいずれかに設けられＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第３の半導体層を更に備え、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、前記ＳＣＨ層が示すフォトルミネッセンス波長値と前記第１又は第２の半導体層が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す、請求項１４に記載の半導体光素子。
【請求項１６】
前記活性層と前記第２の半導体層の間に設けられたエッチング停止層を更に備える、請求項１０〜請求項１５のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項１７】
前記エッチング停止層は一対の側面を有しており、
前記電流ブロック半導体部は、前記エッチング停止層の前記一対の側面の各々上に設けられている、請求項１６に記載の半導体光素子。
【請求項１８】
前記第２の半導体層及び前記電流ブロック半導体部上に設けられた第４の半導体層と、前記第４の半導体層上に設けられたコンタクト層とを更に備える、請求項１０〜請求項１７のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項１９】
前記第２及び第４の半導体層並びに前記第１及び第２の電流ブロック半導体層の各々は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成される、請求項１０〜請求項１８のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項２０】
前記第２及び第４の半導体層並びに前記第１及び第２の電流ブロック半導体層の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成される、請求項１０〜請求項１８のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項２１】
前記活性層の前記ＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体は、ＩＩＩ族としてガリウム元素を少なくとも含むと共にＶ族として少なくとも砒素元素を更に含む、請求項１〜請求項１８のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項２２】
前記第１及び第２のＳＣＨ半導体層の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体の少なくともいずれかから構成される、請求項３、請求項４、請求項１４、及び請求項１５のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項２３】
前記ＧａＡｓ半導体の表面は、ＧａＡｓ半導体層及びガリウム砒素基板のいずれかにより提供されている、請求項１〜請求項２２のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項２４】
当該半導体光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子、及び電界吸収型変調素子の少なくともいずれかを含む、請求項１〜請求項２３のいずれかに記載の半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ素子に代表される半導体光素子の構造の一つに、埋込リッジ構造がある。図１７は、埋込リッジ構造の半導体レーザ素子の構造例を示す。図１７を参照すると、基板１０１上に下部クラッド層１０３を介して活性層１０５が設けられている。活性層１０５上にプレーナ形状の第１の上部クラッド層１０７が設けられており、第１の上部クラッド層１０７上にリッジ形状の第２の上部クラッド層１０９が設けられている。電流ブロック層１１１が第２の上部クラッド層１０９の両側に設けられている。電流ブロック層１１１及び第２の上部クラッド層１０９上には、コンタクト層１１３が設けられている。埋込リッジ構造の半導体レーザ素子１００を得るために、ウエットエッチング法を用いてリッジ部を形成する。本構造においては、第２の上部クラッド層１０９の全体にわたりリッジ部が形成されるので、リッジ部の高さが必然的に高くなり、エッチング時間が長くなる。ウエットエッチングの場合、エッチング時間が長くなると、リッジ形状の制御が困難になり、レーザ特性の再現性や均一性が悪化する。したがって、リッジ形状の制御性を向上するためにエッチングプロセスには様々な工夫が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１８（ａ）は、発明者らが開発に携わっている半導体光素子を示す図である。この半導体発光素子１２０は、図１７に示された構造と異なる埋め込みリッジ構造を有している。図１８（ａ）を参照すると、基板１２１上に下部クラッド層１２３を介して活性層１２５が設けられている。活性層１２５上にプレーナ形状の第１の上部クラッド層１２７が設けられており、第１の上部クラッド層１２７上にリッジ形状の第２の上部クラッド層１２９が設けられている。電流ブロック層１３１が第２の上部クラッド層１２９の両側に設けられている。電流ブロック層１３１及び第２の上部クラッド層１２９上には、第３の上部クラッド層１３３及びコンタクト層１３５が設けられている。本構造によれば、第２の上部クラッド層１２９の部分だけがリッジ形状に形成されるので、図１７に示された構造に比べてリッジ部の高さを低減でき、エッチング時間を短縮できる。したがって、図１７に示された構造に比べて、リッジ形状の制御性が向上し、レーザ特性の再現性や、ウエハ面内におけるレーザ特性の均一性が向上するという利点がある。
【０００４】
埋め込みリッジ構造の半導体発光素子１２０は、いくつかのクラッド層と、電流ブロック層とを備えている。クラッド層の半導体材料が電流ブロック層の半導体材料と同じとき、水平横方向には屈折率差がないので、横モードを安定に閉じ込めできない。光の導波状態は不安定になり、安定した出射ビーム特性が得られない。故に、クラッド層の半導体材料は電流ブロック層の半導体材料と異ならなければならない。クラッド層の半導体材料としてＩｎＰ半導体を用いる半導体発光素子においては、ＩｎＰ半導体に格子整合する半導体材料にはＩｎＧａＡｓ半導体、ＩｎＧａＡｓＰ半導体がある。しかしながら、ＩｎＧａＡｓ半導体及びＩｎＧａＡｓＰ半導体の屈折率は、ＩｎＰ半導体の屈折率より大きい。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示されたＱ−Ｑ線に沿った屈折率を示す図面である。結果的に、図１８（ｂ）に示されるように、リッジ形状の第２の上部クラッド層１２９の屈折率よりも電流ブロック層１３１の屈折率が大きいので、水平横モードはストライプ領域内に安定に閉じ込められず、活性層１２５において発生された光波は第２の上部クラッド層１２９の外側（電流ブロック層１３１）にしみだし、反導波モードになる。反導波モードになると、ＦＦＰ（Ｆａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｐａｔｔｅｒｎ）が多峰性になりやすく、且つ不安定であり、光ファイバとの良好な光学的結合が期待できない。また、ストライプ外への光の漏れが大きいので、閾値電流も大きくなるなど不利な点が多い。したがって、横モードの閉じ込めを強めることが可能な、半導体レーザ素子といった半導体発光素子が求められている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、横モードの安定な閉じ込めを可能にする正導波構造を有する半導体光素子を提供することとした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、半導体光素子に係わる。この半導体光素子は、第１導電型の第１の半導体層と、活性層と、第２導電型の第２の半導体層と、第２導電型の第３の半導体層と、電流ブロック半導体層とを備える。第１の半導体層は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。活性層は、第１の半導体層上に設けられている。第２の半導体層は、その主面上に第１及び第２の領域を有しており、活性層上に設けられている。第３の半導体層は、第２の半導体層の第１の領域上に設けられている。電流ブロック半導体層は、第２の半導体層の第２の領域上に設けられている。活性層は、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成されている。第３の半導体層の屈折率は、電流ブロック半導体層の屈折率より大きい。
【０００７】
半導体光素子が、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体を含む活性層をＧａＡｓ半導体の表面上に備えるので、電流ブロック半導体層及び第３の半導体層のために、電流ブロック半導体層の屈折率より第３の半導体層の屈折率を大きくなるような半導体材料を使用できる。したがって、正導波型の導波モードが実現できる。正導波構造では、光波は中央のストライプ領域に強く閉じ込められるので、水平横モードが安定しビーム特性が安定化される。したがって、光ファイバへの良好な接合が得られる。また、同様の理由により、閾値電流が低減できる。
【０００８】
本発明の半導体光素子では、ＧａＡｓ半導体の表面は、ＧａＡｓ半導体層及びガリウム砒素基板のいずれかにより提供されるようにしてもよい。ＧａＡｓ半導体層は、ガリウム砒素と異なる半導体の基板上に設けられている。
【０００９】
本発明の半導体光素子では、活性層のＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体は、ＩＩＩ族として少なくともガリウム元素を少なくとも含むと共に、Ｖ族として少なくとも砒素元素を更に含むことができる。
【００１０】
本発明の半導体光素子は、活性層と第１及び第２の半導体層のいずれか又は両方との間に設けられた第４の半導体層を更に備えることができる。第４の半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む。このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層が示すフォトルミネッセンス波長値と第１又は第２の半導体層が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す。このフォトルミネッセンス波長の関係によれば、第４の半導体層を導入することによりヘテロ接合界面におけるスパイク、ノッチの発生が抑制され、活性層と第１又は第２の半導体層とのヘテロ障壁が緩和される。ここで、フォトルミネッセンス波長値は、材料のバンドギャップエネルギーに対応する波長値に等しい。
【００１１】
本発明の半導体光素子は、屈折率及びフォトルミネッセンス波長値がクラッド層と活性層の間の材料を用いて構成された第１及び第２のＳＣＨ半導体層を更に備えることができる。第１のＳＣＨ半導体層は、第２の半導体層と活性層との間に設けられている。第２のＳＣＨ半導体層は、活性層と第１の半導体層との間に設けられている。第１及び第２のＳＣＨ半導体層は、電流の閉じ込めと、光の閉じ込めを別個に行うことを可能にする。ＳＣＨ層の挿入により、活性層への光閉じ込めが強められ、閾値電流の低減、温度特性の向上等、発振特性の改善が得られる。
【００１２】
この半導体光素子は、第２のＳＣＨ半導体層と第１の半導体層との間及び第１のＳＣＨ半導体層と第２の半導体層との間の少なくともいずれかに設けられた第４の半導体層を更に備えことができる。第４の半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＳＣＨ層が示すフォトルミネッセンス波長値と第１及び第２の半導体層が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す。このフォトルミネッセンス波長の関係によれば、第４の半導体層を導入することによりヘテロ接合界面におけるスパイク、ノッチの発生が抑制され、ＳＣＨ層と第１又は第２の半導体層とのヘテロ障壁を緩和できる。
【００１３】
本発明の半導体光素子では、第１及び第２のＳＣＨ半導体層の各々はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＧａＩｎＡｓＰ半導体の少なくともいずれかから構成されるようにしてもよい。これらの材料によれば、第１及び第２のＳＣＨ半導体層の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値をクラッド層の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値と活性層の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値との間の値に設定できるので、活性層への光とキャリアの閉じ込めを実現できる。
【００１４】
本発明の半導体光素子は、第２の半導体層と第３の半導体層との間に設けられたエッチング停止層を更に備えることができる。エッチング停止層は、リッジ構造に関する製造ばらつきを低減するために役立つ。
【００１５】
本発明の半導体光素子では、エッチング停止層は一対の側面を有しており、電流ブロック半導体層は、エッチング停止層の一対の側面の各々に設けられている。この構造によれば、エッチング停止層の屈折率に応じてリッジ部の等価屈折率を変更できる。
【００１６】
本発明の半導体光素子は、第３の半導体層及び電流ブロック半導体層上に設けられた第５の半導体層と、第５の半導体層上に設けられたコンタクト層とを更に備えることができる。この構造によれば、リッジ半導体部の高さを小さくできるので、リッジ半導体部の幅の製造ばらつきを小さくできる。したがって、リッジ形状の制御性が向上し、レーザ特性の再現性や、ウエハ面内の均一性が向上する。
【００１７】
本発明の半導体光素子では、第２及び第３の半導体層並びに電流ブロック半導体層の各々は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。また、第５の半導体層は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されることができる。
【００１８】
本発明の半導体光素子では、第２及び第３の半導体層並びに電流ブロック半導体層の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。また、第５の半導体層並びに電流ブロック半導体層の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。
【００１９】
これらの半導体材料を用いると、電流ブロック半導体層とクラッド層との間の屈折率に関する制約、活性層とクラッド層との間のキャリア閉じ込めに関する制約を共に満たすことを可能にする。
【００２０】
本発明の別の側面は、半導体光素子に係わる。この半導体光素子は、第１導電型の第１の半導体層と、活性層と、第２導電型の第２の半導体層と、電流ブロック半導体部とを備える。第１の半導体層は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。活性層は、第１及び第２の領域を主面上に有している。活性層は、第１の半導体層上に設けられている。第２の半導体層は、活性層の第１の領域上に設けられている。電流ブロック半導体部は、活性層の第２の領域上に設けられている。電流ブロック半導体部は、第１及び第２の電流ブロック半導体層を有している。第１の電流ブロック半導体層の導電型は、第２の電流ブロック半導体層の導電型と異なる。電流ブロック半導体部は、第２の半導体層の一対の側面上に設けられている。第２の半導体層の屈折率は、第１及び第２の電流ブロック半導体層の屈折率より大きい。この半導体光素子では、第１及び第２の電流ブロック半導体層は、第２の半導体層に光を閉じ込めるように作用する。
【００２１】
本発明の半導体光素子では、活性層は、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成されている。半導体光素子が、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成される活性層をＧａＡｓ半導体の表面上に備えるので、第２の半導体層及び電流ブロック半導体層として第２の半導体層の屈折率が電流ブロック半導体層の屈折率より大きくなるような半導体材料を各々選択できる。
【００２２】
本発明の半導体光素子では、０．９マイクロメートル以上の波長を有する光を発生できるように活性層を構成できる。
【００２３】
本発明の半導体光素子では、ＧａＡｓ半導体の表面は、ＧａＡｓ半導体層及びガリウム砒素基板のいずれかにより提供されるようにしてもよい。ＧａＡｓ半導体層は、ガリウム砒素と異なる半導体の基板上に設けられている。
【００２４】
本発明の半導体光素子では、活性層のＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体は、ＩＩＩ族として少なくともガリウム元素を少なくとも含むと共に、Ｖ族として少なくとも砒素元素を更に含むことができる。
【００２５】
本発明の半導体光素子は、活性層と第２の半導体層との間及び活性層と第１の半導体層との間のいずれか又は両方に設けられＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む第３の半導体層を更に備えることができる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層が示すフォトルミネッセンス波長値と第２の半導体層が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す。このフォトルミネッセンス波長の関係によれば、第３の半導体層を導入することにより、ヘテロ接合界面におけるスパイク、ノッチの発生が抑制され、活性層と第１または第２の半導体層との間のヘテロ障壁が緩和される。
【００２６】
本発明の半導体光素子は、屈折率及びフォトルミネッセンス波長値がクラッド層と活性層と中間の材料を用いて構成される第１及び第２のＳＣＨ半導体層を更に備えることができる。第１のＳＣＨ半導体層は、電流ブロック半導体部及び第２の半導体層と活性層との間に設けられている。第２のＳＣＨ半導体層は、活性層と第１の半導体層との間に設けられている。第１及び第２のＳＣＨ半導体層は、電流の閉じ込めと、光の閉じ込めを別個に行うことを可能にする。ＳＣＨ層の挿入により活性層への光閉じ込めが強まり、閾値電流の低減、温度特性の向上等、発振特性の改善が得られる。
【００２７】
本発明の半導体光素子では、第３の半導体層を更に備えることができる。第３の半導体層は、第１のＳＣＨ半導体層と第２の半導体層との間及び第２のＳＣＨ半導体層と第１の半導体層との間の少なくともいずれか又は両方に設けられており、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む。このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＳＣＨ層が示すフォトルミネッセンス波長値と第１又は第２の半導体層が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す。このフォトルミネッセンス波長の関係によれば、第３の半導体層を挿入することにより、ヘテロ接合界面におけるスパイク、ノッチの発生が抑制され、ＳＣＨ層と第１又は第２の半導体層との間のヘテロ障壁が緩和される。
【００２８】
本発明の半導体光素子では、第１及び第２のＳＣＨ半導体層の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＧａＩｎＡｓＰ半導体の少なくともいずれかから構成されるようにしてもよい。これらの材料によれば、第１及び第２のＳＣＨ半導体層の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値をクラッド層の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値と活性層の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値との間の値に設定できるので、活性層への光とキャリアの閉じ込めを実現できる。
【００２９】
本発明の半導体光素子は、活性層又はＳＣＨ層と第２の半導体層の間に設けられたエッチング停止層を更に備えることができる。エッチング停止層は、リッジ構造に関する製造ばらつきを低減するために役立つ。
【００３０】
本発明の半導体光素子では、エッチング停止層は一対の側面を有している。電流ブロック半導体部は、エッチング停止層の一対の側面の各々上に設けられている。この構造によれば、エッチング停止層の屈折率に応じてリッジ部の等価屈折率を変更できる。
【００３１】
本発明の半導体光素子は、第２の半導体層及び電流ブロック半導体部上に設けられた第４の半導体層と、第４の半導体層上に設けられたコンタクト層とを更に備えることができる。この構造によれば、リッジ部の高さを小さくできるので、リッジ部の幅の製造ばらつきを小さくできる。したがって、リッジ形状の制御性が向上し、レーザ特性の再現性やウエハ面内での均一性が向上する。
【００３２】
本発明の半導体光素子では、第２の半導体層並びに電流ブロック半導体層の各々は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。また、第４の半導体層は、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されることができる。
【００３３】
本発明の半導体光素子では、第２の半導体層並びに電流ブロック半導体層の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。また、第４の半導体層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。
【００３４】
これらの半導体材料を用いると、電流ブロック半導体層とクラッド層との間の屈折率に関する制約、活性層とクラッド層との間のキャリア閉じ込めに関する制約を共に満たすことを可能にする。
【００３５】
本発明の上記の目的及び他の目的、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。
【００３６】
【発明の実施の形態】
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。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３７】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の半導体発光素子を示す斜視図である。図１には、ＸＹＺ座標系Ｓが描かれている。図２（ａ）は、図１に示されたＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。図１及び図２（ａ）を参照すると、埋め込みリッジ型の半導体レーザ素子といった半導体発光素子１が示されている。埋め込みリッジ構造を採用すると、簡単な製造プロセスにより高い信頼性の半導体レーザ素子を製造できる。
【００３８】
半導体発光素子１は、第１の半導体層３と、活性層５と、第２の半導体層７、第３の半導体層９と、電流ブロック半導体層１１とを備える。第１の半導体層３は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。活性層５は、第１の半導体層３上に設けられている。第２の半導体層７は、活性層５上に設けられている。第３の半導体層９は、第２の半導体層７上に設けられており、一対の側面９ａ、９ｂを有する。電流ブロック半導体層１１は、第３の半導体層９の一対の側面９ａ、９ｂ及び第２の半導体層７上に設けられている。第２の半導体層７は、主面上に第１の領域７ａ及び第２の領域７ｂを有する。第２の領域７ｂは、第１の領域７ａの両側に位置する。第２の半導体層７の第１の領域７ａ上には、第３の半導体層９が設けられている。第２の半導体層７の第２の領域７ｂ上には、電流ブロック層１１が設けられている。第３の半導体層９は、所定の軸方向に伸びており、ストライプ形状を成す。第３の半導体層９の両側には、電流ブロック半導体層１１が設けられている。電流ブロック半導体層１１は、第３の半導体層９と異なる導電型を有する。
【００３９】
活性層５は、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成されている。半導体光素子１が、Ｖ族として少なくとも窒素元素（Ｎ）を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成される活性層５をＧａＡｓ半導体の表面上に備えるので、第３の半導体層９及び電流ブロック半導体層１１の材料として、第３の半導体層９の屈折率を電流ブロック半導体層１１の屈折率より大きくできる半導体を使用できる。したがって、図２（ｂ）に示されるように、第３の半導体層９の屈折率は、電流ブロック半導体層１１の屈折率より大きくできる。この構成により、半導体光素子１では正導波型の導波モードが実現され、水平横モードの閉じ込めを強めることが可能になる。その結果、ビーム特性が安定化され、光ファイバへの結合が改善され、また閾値電流も低減される。
【００４０】
図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。図２（ｃ）に示されるように、活性層５の屈折率は、第１の半導体層３、第２の半導体層７及び第３の半導体層９の屈折率より大きく、また電流ブロック半導体層１１の屈折率より大きい。第１の半導体層３は、第１導電型を有しており、下部クラッド層として機能できる。第２の半導体層７は、第２導電型を有しており、第１の上部クラッド層として機能できる。第３の半導体層９は、第２導電型を有しており、第２の上部クラッド層として機能できる。活性層５は、キャリアが注入され、光を発生する。
【００４１】
半導体発光素子１は、基板１３を更に備えている。基板１３は、第１の半導体層３、活性層５、第２の半導体層７、第３の半導体層９、及び電流ブロック半導体層１１をその主面上に搭載している。基板１３としては、ガリウム砒素基板が例示されるけれども、半導体光素子１では、ＧａＡｓ半導体の表面は、ガリウム砒素と異なる基板上、例えばシリコン基板上に設けられているＧａＡｓ半導体層により提供されるようにしてもよい。
【００４２】
半導体光素子１は、更に、第３の半導体層９及び電流ブロック層１１上に半導体層１５を備えることができる。半導体層１５は、リッジ状の半導体部の高さを小さくするために役立つ。リッジ状の半導体部の高さＤ１を小さくすれば、リッジ半導体部の幅（図２（ａ）におけるＷ１）の製造ばらつきを小さくできる。この半導体層１５の屈折率は、活性層５の屈折率より小さい。半導体層１５は、第３の上部クラッド層として役立つ。
【００４３】
半導体光素子１は、更に、第３の上部クラッド層１５上に設けられたコンタクト層１７と、コンタクト層１７上に設けられた電極１９を備えることができる。コンタクト層１７は、第３の上部クラッド層１５のキャリア濃度より大きいキャリア濃度を有しており、また第３の上部クラッド層１５の禁制帯幅より小さい禁制帯幅を有している。結果として、コンタクト層１７と電極１９との間には、オーミック接触が実現される。基板１３の裏面には、電極２１が設けられている。電極１９及び電極２１の一方は、アノード電極として働き、他方はカソード電極として働く。
【００４４】
電極１９は、所定の軸方向に伸びるストライプ形状をしており、リッジ状の半導体層９上に位置している。故に、電極１９からのキャリアＣ１は、半導体層１７、１５を流れる。キャリアＣ２は、半導体層９を流れることができ、且つ電流ブロック層１１を流れることができない。つまり、キャリアＣ２は、電流ブロック層１１の作用により半導体層９に流れ込む。電極１９からのキャリアは、電流ブロック層１１に挟まれた半導体層９を介してのみ活性層５に提供される。故に、リッジ形状の半導体層９の直下の活性層が主要な発光領域Ｇになる。
【００４５】
半導体光素子１では、第１の半導体層３、活性層５、第２の半導体層７、第３の半導体層９、電流ブロック半導体層１１、半導体層１５、及びコンタクト層１７の各々は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されている。第２の半導体層７、第３の半導体層９、電流ブロック半導体層１１及び半導体層１５の各々は、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。或いは、半導体光素子１では、第２の半導体層７、第３の半導体層９、電流ブロック半導体層１１及び半導体層１５の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。これらの半導体材料を用いると、電流ブロック半導体層とクラッド層との間の屈折率に関する要求、活性層とクラッド層との間のキャリア閉じ込めに関する要求を共に満たすことが可能にする。
【００４６】
半導体発光素子１の構成の第１の実施例として、
第１の半導体層３：ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体
活性層５：アンドープ（ｕｎ）ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ｕｎ−ＧａＮＡｓ半導体、
ｕｎ−ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ｕｎ−ＧａＮＡｓＰ半導体、
ｕｎ−ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、
ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、及び／又はｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体
第２の半導体層７：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体
第３の半導体層９：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体
電流ブロック半導体層１１：ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
基板１３：ｎ型高濃度ＧａＡｓ基板
半導体層１５：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体
コンタクト層１７：ｐ型ＧａＡｓ半導体
がある。
【００４７】
また、半導体発光素子１の構成の第２の実施例として、
第１の半導体層３：ｎ型のＡｌＧａＡｓ半導体
活性層５：ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ｕｎ−ＧａＮＡｓ半導体、
ｕｎ−ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ｕｎ−ＧａＮＡｓＰ半導体、
ｕｎ−ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、
ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、及び／又はｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体
第２の半導体層７：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体
第３の半導体層９：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体
電流ブロック半導体層１１：ｎ型のＡｌＧａＡｓ半導体
基板１３：ｎ型高濃度ＧａＡｓ基板
半導体層１５：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体
コンタクト層１７：ｐ型ＧａＡｓ半導体
がある。
【００４８】
これらの実施例において、第３の半導体層９及び電流ブロック半導体層１１の組成は、第３の半導体層９の屈折率が電流ブロック半導体層１１の屈折率より大きくなるように構成されている。また、第１の半導体層３、第２の半導体層７、第３の半導体層９、電流ブロック半導体層１１は、ＧａＡｓ半導体に格子整合する半導体材料から構成される。
【００４９】
上記のように、半導体光素子１の活性層のＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体は、ＩＩＩ族として少なくともガリウム元素（Ｇａ）を少なくとも含むと共に、Ｖ族として少なくとも砒素元素（Ａｓ）及び窒素元素（Ｎ）を含むことが好適である。これにより、活性層５をＧａＡｓ表面上に備えることが可能になるので、第３の半導体層９及び電流ブロック半導体層１１の材料として、第３の半導体層９の屈折率を電流ブロック半導体層１１の屈折率より大きくできる半導体を使用できる。この構成により、水平横モードは正導波路型の導波モードになり、半導体光素子１はストライプ領域内への水平横モードの閉じ込めを強めることが可能になる。
【００５０】
少なくとも窒素、ガリウム及び砒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、ＧａＮＡｓ半導体及びＧａＩｎＮＡｓ半導体が示される。これらは、近年開発された新材料であり、構成元素（Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓ）の組成を調整することにより、ＧａＡｓ半導体に格子整合する半導体、或いは、ＧａＡｓ半導体の構成定数に近い格子定数（格子不整度±２パーセント以内）を有し、且つ０．９マイクロメートル以上の波長の光を発生させることが可能な半導体を得ることができる。したがって、ＧａＡｓ半導体層又はＧａＡｓ基板上に長波長の半導体発光素子が実現できる。
【００５１】
また、ＧａＮＡｓ半導体及びＧａＩｎＮＡｓ半導体等に、さらにアンチモン（Ｓｂ）及び／又は燐（Ｐ）をＶ族元素として添加してもよい。アンチモン元素は、いわゆるサーファクタントとして、ＧａＩｎＮＡｓ半導体の三次元成長を抑制することができるので、ＧａＩｎＮＡｓ半導体の結晶性を改善する作用がある。燐元素は、ＧａＮＡｓ半導体及びＧａＩｎＮＡｓ半導体内において局所歪みを低減し、或いは、Ｖ族元素として結晶中に取り込まれる窒素原子を増大する作用もある。ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体は、非混和領域による結晶成長の困難さが生じない利点がある。
【００５２】
活性層５の材料としては、更に、ｕｎ−ＧａＩｎＡｓ半導体及び／又はｕｎ−ＧａＩｎＡｓＰ半導体を使用できる。活性層５の材料としてＧａＩｎＡｓ半導体を用いると、０．９マイクロメートル以上の発振光が得られる。したがって、エルビウム添加ファイバアンプ励起用光源として高出力が不可欠な波長０．９８マイクロメートル帯の半導体レーザ、及びプラセオジウム添加光ファイバアンプ励起用光源して高出力が不可欠な波長１．０１７マイクロメートル帯の半導体レーザにも本発明が適用可能になる。この半導体レーザにおいては、ＧａＩｎＡｓ半導体に加わる圧縮歪みの効果によって、閾値利得等のレーザ発振条件が改善される。その結果、高出力特性が大幅に改善される。活性層５の材料としてＧａＩｎＡｓＰ半導体を用いると、ＧａＩｎＡｓ半導体を用いた場合と同様の利点に加えて、ＧａＩｎＡｓＰ半導体では構成元素の数がＧａＩｎＡｓ半導体に比べて多いので、ＧａＩｎＡｓ半導体の場合に比べて歪み量を目的に応じて変化させることができる。このため、設計の自由度を更に増すことができる。
【００５３】
さらに、半導体光素子１では、活性層５は、量子井戸構造を備えることができる。量子井戸構造としては、ＳＱＷ構造及びＭＱＷ構造が例示される。しかしながら、活性層の構造は、これらに限られない。井戸層の材料を例示すれば、活性層５と同じ材料を使用でき、障壁層の材料を例示すれば、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰ半導体といったＳＣＨ層の構成材料と同じ材料を使用できる。
【００５４】
図３（ａ）は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子１ａは分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を備えている。半導体光素子１ａは、半導体発光素子１の構成に加えて、第１のＳＣＨ半導体層２３及び第２のＳＣＨ半導体層２５を更に備えることができる。第１のＳＣＨ半導体層２３は、第２の半導体層７と活性層５との間に設けられている。第２のＳＣＨ半導体層２５は、活性層５と第１の半導体層３との間に設けられている。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った半導体発光素子の禁制帯幅を示す図面である。図３（ｃ）は、図３（ａ）に示された図３（ａ）に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った半導体発光素子の屈折率を示す図面である。図３（ｂ）に示されるように、半導体発光素子１ａにおいては、キャリア（電子及び正孔）は、第１及び第２の半導体層３、７とＳＣＨ半導体層２３、２５の作用により活性層５内に閉じ込められる。図３（ｃ）に示されるように、発生した光は、第１及び第２の半導体層３、７の作用により、活性層５、ＳＣＨ半導体層２３、２５内に閉じ込められる。つまり、第１及び第２のＳＣＨ半導体層２３、２５は、電流の閉じ込めと、光の閉じ込めを別個に行うことを可能にする。
【００５５】
半導体光素子１ａでは、第１のＳＣＨ半導体層２３及び第２のＳＣＨ半導体層２５の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ＜１）及びＧａＩｎＡｓＰ半導体の少なくともいずれかから構成されるようにしてもよい。これらの材料によれば、ＳＣＨ半導体層２３、２５の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値を第１の半導体層３及び第２の半導体層７の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値と活性層５の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値との間の値に設定できるので、活性層５への光とキャリアの閉じ込めを実現できる。
【００５６】
半導体発光素子１ａの構成の第１の実施例及び第２の実施例として、
第１及び第２のＳＣＨ半導体層２３及び２５：ｕｎ−ＡｌＧａＡｓ半導体、
ｕｎ−ＧａＡｓ半導体及び／又はｕｎ−ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体
がある。ＧａＩｎＡｓＰ半導体は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するように設けられる。
【００５７】
図４（ａ）は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子１ｂは、半導体発光素子１の構成に加えて、更に、追加の半導体層２７を更に備えることができる。追加の半導体層２７は、活性層５と第２の半導体層７との間及び活性層５と第１の半導体層３との間の少なくともいずれかにに設けられており、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む。このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値と第２の半導体層７が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す。半導体層２７の導電型は、半導体層２７に隣接する半導体層（第１半導体層３及び第２の半導体層７）の導電型と同じである。
【００５８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示されるＶ−Ｖ線に沿った半導体発光素子の禁制帯幅を示す図面であり、単一の半導体膜から成る活性層５、追加の半導体層２７、及び第２の半導体層７の禁制帯幅を示す図面である。図４（ｂ）を参照すると、この禁制帯幅に対応するフォトルミネッセンス波長の関係を満たせば、活性層５と第２の半導体層７との間のヘテロ接合に起因するスパイク、ノッチの発生が抑制され、活性層５と第２の半導体層７との間のヘテロ障壁が緩和される。
【００５９】
半導体発光素子１ｃの構成における第１の実施例及び第２の実施例として、
半導体層２７：ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ｐ型ＧａＩｎＰ半導体、及び／又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ半導体
がある。
【００６０】
半導体発光素子１がヘテロ障壁緩和層２７を備えれば、ヘテロ接合において生じるスパイク及びノッチに起因する電気抵抗を低減できる。特に、ｐ型半導体領域においてヘテロ障壁緩和層を設ける形態では、正孔に対する大きなヘテロ障壁に起因する抵抗の増大を抑制できる。故に、半導体発光素子の発熱量を小さくでき、半導体光素子の素子特性や長期信頼性が改善される。しかしながら、ヘテロ障壁緩和層をｎ型半導体領域に設けることもできる。
【００６１】
図５（ａ）は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子１ｃは、半導体発光素子１の構成に加えて、更に、第１のＳＣＨ半導体層２３及び第２のＳＣＨ半導体層２５と、追加の半導体層２７とを更に備えることができる。追加の半導体層２７は、第２のＳＣＨ半導体層２５と第１の半導体層３との間及び第１のＳＣＨ半導体層２３と第２の半導体層７との間の少なくともいずれかに設けられる。半導体層２７の導電型は、半導体層２７に隣接する半導体層（第１半導体層３及び第２の半導体層７）の導電型と同じである。半導体層２７のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がＳＣＨ層２３又は２５が示すフォトルミネッセンス波長値と第１又は第２の半導体層３、７が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を有するので、ＳＣＨ層２３又は２５と第１又は第２の半導体層３、７とのヘテロ接合に起因するスパイクやノッチの発生が抑制され、ＳＣＨ層２３又は２５と第１又は第２の半導体層３、７とのヘテロ障壁が緩和される。
【００６２】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示されたＶＩ−ＶＩ線に沿った半導体発光素子の禁制帯幅を示す図面であり、単一の半導体膜から成る活性層５、追加の半導体層２７、第１のＳＣＨ半導体層２３及び第２のＳＣＨ半導体層２５、並びに第２の半導体層７の禁制帯幅を示す図面である。図５（ｂ）を参照すると、半導体発光素子１ｃの構造によれば、第１のＳＣＨ半導体層２３と第２の半導体層７とのヘテロ接合に起因するスパイク、ノッチの発生が抑制され、第１のＳＣＨ半導体層２３と第２の半導体層７とのヘテロ障壁が緩和される。また、半導体発光素子１ｃの構造によれば、第１及び第２のＳＣＨ半導体層２３、２５は、電流の閉じ込めと、光の閉じ込めを別個に行うことを可能にする。
【００６３】
図６は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子１ｄは、半導体発光素子１の構成に加えて、更に、エッチング停止層２９を更に備えることができる。エッチング停止層２９は、第２の半導体層７と第３の半導体層９との間に設けられている。エッチング停止層２９は、第２の半導体層７及び第３の半導体層９と同じ導電型を有している。エッチング停止層２９は、リッジ構造に関する製造ばらつきを低減するために役立つ。また、エッチング停止層２９は、第２の半導体層７と電流ブロック層１１との間に設けられていてもよい。
【００６４】
半導体発光素子１ｄの構成の第１の実施例として、
第３の半導体層９：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体
半導体層２９：ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、ｐ型ＧａＡｓ半導体、及び／又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ半導体
がある。これらのエッチング停止層のエッチングレートは、塩酸系エッチャントといったエッチング溶液を用いるとき、第３の半導体層９のエッチングレートに比べて十分に小さい。
【００６５】
半導体発光素子１ｄの構成の第２の実施例として、
第３の半導体層９：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体
半導体層２９：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ｐ型ＧａＩｎＰ半導体、及び／又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ半導体
がある。これらのエッチング停止層のエッチングレートは、燐酸系エッチャントといったエッチング溶液を用いるとき、第３の半導体層９のエッチングレートに比べて十分に小さい。
【００６６】
半導体光素子１ｄでは、エッチング停止層２９は一対の側面２９ａ、２９ｂを有しており、電流ブロック半導体層１１は、エッチング停止層２９の一対の側面２９ａ、２９ｂの各々上に設けられている。例えば、エッチング停止層２９は、電流ブロック半導体層１１により挟まれている。
【００６７】
この構造によれば、エッチング停止層の屈折率に応じてリッジ半導体部９、２９が形成されている電流注入領域の等価屈折率を変更できる。
【００６８】
図７は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子１ｅは、半導体発光素子１の構成に加えて、更に、第１のＳＣＨ半導体層２３及び第２のＳＣＨ半導体層２５と、エッチング停止層２９とを備えることができる。図８は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子１ｆは、半導体発光素子１の構成に加えて、更に、ヘテロ障壁緩和層２７とエッチング停止層２９を備えることができる。図９は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子１ｇは、半導体発光素子１の構成に加えて、更に、ＳＣＨ半導体層２３、２５と、ヘテロ障壁緩和層２７と、エッチング停止層２９とを備えることができる。また、第１の実施の形態の変形例は、上記の形態に限定されるものではない。これらの変形例においても、ＳＣＨ半導体層、ヘテロ障壁緩和層及びエッチング停止層は、それぞれの作用を発揮する。
【００６９】
以上説明した半導体発光素子は、埋め込みリッジ構造を備えており、リッジ半導体が形成されている電流注入領域の等価屈折率が、電流ブロック層が形成されている電流非注入領域の等価屈折率より高い正導波路構造を有している。このような半導体発光素子は、０．９マイクロメートル以上の光を発生させるために役立つ。
【００７０】
（第２の実施の形態）
図１０は、第２の実施の形態に係わる半導体発光素子を示す斜視図である。図１１（ａ）は、図１０に示されたＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。図１０及び図１１（ａ）を参照すると、埋め込みリッジ型の半導体レーザ素子といった半導体発光素子５１が示されている。
【００７１】
この半導体光素子５１は、第１導電型の第１の半導体層５３と、活性層５５と、第２導電型の第２の半導体層５７と、電流ブロック半導体部５９とを備える。第１の半導体層５３は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。活性層５５は、第１の半導体層５３上に設けられている。活性層５５は、主面上に所定の軸方向に伸びる第１の領域５５ａ及び第２の領域５５ｂを有している。第２の領域５５ｂは、第１の領域５５ａの両側に位置する。第２の半導体層５７は、活性層５５の第１の領域５５ａ上に設けられており、一対の側面５７ａ、５７ｂを有する。第２の半導体層５７は、所定の軸方向に伸びており、ストライプ形状を成す。電流ブロック半導体部５９は、活性層５５の第２の領域５５ｂ上に設けられている。電流ブロック半導体部５９は、第１の電流ブロック半導体層５９ａ及び第２の電流ブロック半導体層５９ｂを有している。第１及び第２の電流ブロック半導体層５９ａ、５９ｂは、第２の半導体層５７の一対の側面５７ａ、５７ｂ上に設けられている。第２の半導体層５７の屈折率は、第１及び第２の電流ブロック半導体層５９ａ、５９ｂの屈折率より大きい。第１の電流ブロック半導体層５９ａの導電型は、第２の電流ブロック半導体層５９ｂの導電型と異なる。
【００７２】
活性層５５は、Ｖ族として少なくとも窒素元素を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から構成されている。半導体光素子５１が、Ｖ族として少なくとも窒素元素（Ｎ）を含むＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体から活性層５５をＧａＡｓ半導体表面上に備えるので、第２の半導体層５７及び電流ブロック半導体層５９の材料として、第２の半導体層５７の屈折率を電流ブロック半導体層５９の屈折率より大きくできる半導体を使用できる。したがって、図１１（ｂ）に示されるように、第２の半導体層５７の屈折率は、電流ブロック半導体層５９の屈折率より大きくできる。この構成により、半導体光素子５１では、正導波型の導波モードが実現され、水平横モード閉じ込めを強めることが可能になる。その結果、ビーム特性が安定化されて光ファイバへの結合が改善され、また、閾値電流が低減される。
【００７３】
図１１（ｃ）は、図１１（ａ）におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った屈折率を示す図面である。図１１（ｃ）に示されるように、活性層５５の屈折率は、第１の半導体層５３、第２の半導体層５７の屈折率より大きく、また電流ブロック半導体部５９の屈折率より大きい。第１の半導体層５３は、第１導電型を有しており、下部クラッド層として機能できる。第２の半導体層５７は、第２導電型を有しており、第１の上部クラッド層として機能できる。活性層５５は、キャリアが注入されて光を発生する。第１の電流ブロック半導体層５９ａは、第２導電型を有しており、第２の電流ブロック半導体層５９ｂは、第１導電型を有している。第１の電流ブロック半導体層５９ａは、活性層５５上に設けられている。第２の電流ブロック半導体層５９ｂは、第１の電流ブロック半導体層５９ａ上に設けられており、第１の電流ブロック半導体層５９ａと接合してｐｎ接合を形成する。
【００７４】
半導体光素子５１は、更に、第２の半導体層５７及び電流ブロック層５９上に設けられた第３の半導体層６３を備えている。第３の半導体層６３は、第２導電型を有しており、第２の上部クラッド層として機能する。半導体層６３は、リッジ状半導体部の高さを小さくするために役立つ。リッジ状の半導体部の高さＤ２を小さくすれば、リッジ半導体部の幅（図１１（ａ）におけるＷ２）の製造ばらつきを小さくできる。半導体層６３の屈折率は、活性層５５の屈折率より小さい。第３の半導体層６３は、第２の電流ブロック半導体層５９ｂと接合してｐｎ接合を形成する。
【００７５】
半導体発光素子５１は、基板６１を更に備えている。基板６１は、第１の半導体層５３、活性層５５、第２の半導体層５７、電流ブロック半導体層５９、及び第３の半導体層６３をその主面上に搭載している。基板６１としては、ガリウム砒素基板が例示されるけれども、半導体光素子５１では、ＧａＡｓ半導体の表面は、ガリウム砒素と異なる基板上、例えばシリコン基板上に設けられているＧａＡｓ半導体層により提供されるようにしてもよい。
【００７６】
半導体発光素子５１は、半導体層６３上に設けられたコンタクト層６５と、コンタクト層６５上に設けられた電極６７とを備えることができる。コンタクト層６５は、半導体層６３のキャリア濃度より大きいキャリア濃度を有しており、また半導体層６３の禁制帯幅より小さい禁制帯幅を有している。結果として、コンタクト層６５と電極６７との間には、オーミック接触が実現される。基板６１の裏面には、電極６９が設けられている。電極６７及び電極６９の一方は、アノード電極として働き、他方はカソード電極として働く。
【００７７】
電極６７は、所定の軸方向に伸びるストライプ形状をしており、リッジ状の半導体層５７上に位置している。故に、電極６７からのキャリアＣ３は、半導体層６５、６３を流れる。キャリアＣ３は、半導体層５７を流れることができ、且つ電流ブロック層５９を流れることができない。つまり、キャリアＣ３は、電流ブロック層５９の作用により介して半導体層５７に流れ込む。電極６７からのキャリアは、電流ブロック部５９に挟まれた半導体層５７を介してのみ活性層５５に提供される。故に、リッジ形状の半導体層５７の直下の活性層が主要な発光領域になる。
【００７８】
半導体光素子５１では、第１の半導体層５３、活性層５５、第２の半導体層５７、電流ブロック半導体部５９、半導体層６３及びコンタクト層６５の各々は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されている。
【００７９】
第２の半導体層５７、第３の半導体層６３、及び電流ブロック半導体部５９の各々は、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。或いは、半導体光素子５１では、第２の半導体層５７、第３の半導体層６３、及び電流ブロック半導体部５９の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるようにしてもよい。これらの半導体材料を用いると、電流ブロック半導体部とクラッド層との間の屈折率に関する要求、活性層とクラッド層との間のキャリア閉じ込めに関する要求を共に満たすことを可能にする。
【００８０】
半導体発光素子５１の構成の第１の実施例として、
第１の半導体層５３：ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体
活性層５５：ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ｕｎ−ＧａＮＡｓ半導体、
ｕｎ−ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ｕｎ−ＧａＮＡｓＰ半導体、
ｕｎ−ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、
ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、及び／又はｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体
第２の半導体層５７：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体
第１の電流ブロック半導体層５９ａ：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
第２の電流ブロック半導体層５９ｂ：ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
第３の半導体層６３：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体
基板６１：ｎ型高濃度ＧａＡｓ基板
コンタクト層６５：ｐ型ＧａＡｓ半導体
がある。
【００８１】
また、半導体発光素子５１の構成の第２の実施例として、
第１の半導体層５３：ｎ型のＡｌＧａＡｓ半導体
活性層５５：アンドープ（ｕｎ）ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ｕｎ−ＧａＮＡｓ半導体、
ｕｎ−ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ｕｎ−ＧａＮＡｓＰ半導体、
ｕｎ−ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、
ｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、及び／又はｕｎ−ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体
第２の半導体層５７：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体
第１の電流ブロック半導体層５９ａ：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体
第２の電流ブロック半導体層５９ｂ：ｎ型のＡｌＧａＡｓ半導体
第３の半導体層６３：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体
基板６１：ｎ型高濃度ＧａＡｓ基板
コンタクト層６５：ｐ型ＧａＡｓ半導体
がある。
【００８２】
これらの実施例において、第２の半導体層５７及び電流ブロック半導体部５９の組成は、第２の半導体層５７の屈折率が電流ブロック半導体部５９の屈折率より大きくなるように構成されている。また、第１の半導体層５３、第２の半導体層５７、第３の半導体層６３、電流ブロック半導体層５９は、ＧａＡｓ半導体に格子整合する半導体材料から構成されることができる。なお、これらの活性層の半導体材料も、第１の実施の形態において記載された技術的な利点を有する。
【００８３】
上記のように、半導体光素子５１の活性層５５のＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体は、ＩＩＩ族として少なくともガリウム元素（Ｇａ）を少なくとも含むと共に、Ｖ族として少なくとも砒素元素（Ａｓ）及び窒素元素（Ｎ）を含むことが好適である。これにより、活性層５５はＧａＡｓ半導体表面上に備えることが可能になるので、第２の半導体層５７及び電流ブロック半導体部５９の材料として、第２の半導体層５７の屈折率を電流ブロック半導体部５９の屈折率より大きくできる半導体を使用できる。この構成により、水平横モードは正導波型の導波モードとなり、半導体光素子５１は、ストライプ領域内への水平横モードの閉じ込めを強めることが可能になる。なお、活性層５５の材料としては、更に、ｕｎ−ＧａＩｎＡｓ半導体及び／又はｕｎ−ＧａＩｎＡｓＰ半導体を使用できる。
【００８４】
活性層５５の各材料特有の効果は、第１の実施の形態に記載されているものと同じである。また、半導体光素子５１の活性層５５は、量子井戸構造を備えることができる。
【００８５】
図１２は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子５１ａはＳＣＨ構造を備えている。半導体光素子５１ａは、半導体発光素子５１の構成に加えて、第１及び第２のＳＣＨ半導体層７１、７３を更に備えることができる。第１のＳＣＨ半導体層７１は、電流ブロック半導体部５９及び第２の半導体層５７と活性層５５との間に設けられている。第２のＳＣＨ半導体層７３は、活性層５５と第１の半導体層５３との間に設けられている。
【００８６】
活性層５５、第１のＳＣＨ半導体層７１及び第２のＳＣＨ半導体層７３における禁制帯幅の関係は、図３（ｂ）に示される関係とほぼ同じである。活性層５５、第１のＳＣＨ半導体層７１及び第２のＳＣＨ半導体層７３における屈折率の関係は、図３（ｃ）に示される関係とほぼ同じである。半導体発光素子５１ａにおいては、キャリア（電子及び正孔）は、第１及び第２の半導体層５３、５７並びにＳＣＨ半導体層７１、７３の作用により活性層５５内に閉じ込められる。半導体発光素子５１ａにおいて発生された光は、第１及び第２の半導体層５３、５７並びに電流ブロック部５９の作用により、活性層５５、ＳＣＨ半導体層７１、７３内に閉じ込められる。つまり、第１及び第２のＳＣＨ半導体層７１、７３は、電流の閉じ込めと、光の閉じ込めを別個に行うことを可能にする。
【００８７】
半導体光素子５１ａでは、第１のＳＣＨ半導体層７１及び第２のＳＣＨ半導体層７３の各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ＜１）及びＧａＩｎＡｓＰ半導体の少なくともいずれかから構成されるようにしてもよい。これらの材料によれば、ＳＣＨ半導体層７１、７３の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値を第１半導体層５３及び第２の半導体層５７の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値と活性層５５の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値との間の値に設定できるので、活性層５５への光とキャリアの閉じ込めを実現できる。
【００８８】
半導体発光素子５１ａの構成の第１の実施例及び第２の実施例として、
第１及び第２のＳＣＨ半導体層７１及び７３：　ｕｎ−ＡｌＧａＡｓ半導体、
ｕｎ−ＧａＡｓ半導体及び／又はｕｎ−ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体
がある。ＧａＩｎＡｓＰ半導体は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するように設ける。
【００８９】
図１３は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子５１ｂは、半導体発光素子５１の構成に加えて、更に、追加の半導体層７７を備えることができる。追加の半導体層７７は、活性層５５と第２の半導体層５７との間及び活性層５５と第１の半導体層５３との間の少なくともいずれかに設けられることができ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む。
【００９０】
このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層５５が示すフォトルミネッセンス波長値と第１の半導体層５３が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す。このフォトルミネッセンス波長の関係を満たせば、活性層５５と第１の半導体層５３とのヘテロ接合に起因するスパイク、ノッチの発生が抑制され、活性層５５と第１の半導体層５３との間のヘテロ障壁が緩和される。また、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層５５が示すフォトルミネッセンス波長値と第２の半導体層５７が示すフォトルミネッセンス波長値との間のフォトルミネッセンス波長値を示す。このフォトルミネッセンス波長の関係を満たせば、活性層５５と第２の半導体層５７との間のヘテロ接合に起因するスパイク、ノッチの発生が抑制され、活性層５５と第２の半導体層５７とのヘテロ障壁が緩和される。追加の半導体層７７は、ヘテロ障壁緩和層として機能する。
【００９１】
半導体発光素子５１ｂの構成の第１の実施例及び第２の実施例として、
半導体層７７：ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ｐ型ＧａＩｎＰ半導体、及び／又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ半導体
がある。
【００９２】
半導体発光素子５１がヘテロ障壁緩和層７７を備えれば、ヘテロ接合において生じるスパイク及びノッチに起因する電気抵抗を低減できる。特に、ｐ型半導体領域においてヘテロ障壁緩和層を設ける形態では、正孔に対する大きなヘテロ障壁に起因する抵抗の増大を抑制できる。故に、半導体発光素子の発熱量を小さくでき、その結果、素子特性や長期信頼性が改善される。しかしながら、ヘテロ障壁緩和層をｎ型半導体領域に設けることもできる。
【００９３】
図１４は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子５１ｃは、半導体発光素子５１の構成に加えて、更に、第１のＳＣＨ半導体層７１及び第２のＳＣＨ半導体層７３と、追加の半導体層７７とを更に備えることができる。半導体発光素子５１ｃの構造によれば、第１のＳＣＨ半導体層７１と第２の半導体層５７との間のヘテロ接合に起因するスパイクやノッチの発生が抑制され、第１のＳＣＨ半導体層７１と第２の半導体層５７との間のヘテロ障壁が緩和される。また、半導体発光素子５１ｃの構造によれば、第１及び第２のＳＣＨ半導体層７１、７３は、電流の閉じ込めと、光の閉じ込めを別個に行うことを可能にする。
【００９４】
図１５は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。半導体発光素子５１ｄは、半導体発光素子５１の構成に加えて、更に、エッチング停止層７９を更に備えることができる。エッチング停止層７９は、第２の半導体層５７と活性層５５との間に設けられている。エッチング停止層７９は、リッジ構造に関する製造ばらつきを低減するために役立つ。また、エッチング停止層７９は、活性層５５と電流ブロック層５９との間に設けられていてもよい。
【００９５】
半導体発光素子５１ｄの構成の第１の実施例として、
第２の半導体層５７：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体及び／又はＧａＩｎＰ半導体半導体層７９：ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、ｐ型ＧａＡｓ半導体、及び／又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ半導体
がある。これらのエッチング停止層７９のエッチングレートは、塩酸系エッチャントといったエッチング溶液を用いるとき、第２の半導体層５７のエッチングレートに比べて十分に小さい。
【００９６】
半導体発光素子５１ｄの構成の第２の実施例として、
第２の半導体層５７：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体
半導体層７９：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ｐ型ＧａＩｎＰ半導体、及び／又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ半導体
がある。これらのエッチング停止層７９のエッチングレートは、燐酸系エッチャントといったエッチング溶液を用いるとき、第２の半導体層５７のエッチングレートに比べて十分に小さい。
【００９７】
半導体光素子５１ｄでは、エッチング停止層７９は一対の側面７９ａ、７９ｂを有しており、電流ブロック半導体部５９は、エッチング停止層７９の一対の側面７９ａ、７９ｂの各々上に設けられている。例えば、エッチング停止層７９は、電流ブロック半導体部５９により挟まれている。
【００９８】
この構造によれば、エッチング停止層の屈折率に応じてリッジ半導体部５７、７９が形成されている電流注入領域の等価屈折率を変更できる。
【００９９】
第２の実施の形態において、半導体発光素子の変形例は、上記の形態に限定されるものではない。半導体発光素子５１ｅは、図１６に示されるように、第１のＳＣＨ半導体層７１及び第２のＳＣＨ半導体層７３と、エッチング停止層７９とを備えることができる。また、半導体発光素子の変形例には、ヘテロ障壁緩和層とエッチング停止層を備える半導体発光素子、ＳＣＨ構造とヘテロ障壁緩和層とエッチング停止層を備える半導体発光素子といった形態も含まれる。
【０１００】
以上説明した半導体発光素子は、埋め込みリッジ構造を備えており、リッジ半導体部が形成されている電流注入領域の等価屈折率が電流ブロック層が形成されている電流非注入領域の等価屈折率より高い正導波路構造を有している。
【０１０１】
第２の実施の形態の半導体発光素子では、第１の電流ブロック半導体層５９ａは、第２の半導体層５７の半導体材料と異なる半導体材料から構成できるので、第１の実施の形態における半導体発光素子に比べてキャリアの閉じ込めや水平横モードに関する制御性が増す。
【０１０２】
また、第２の実施の形態の半導体発光素子では、第１の電流ブロック半導体層５９ａの材料として、第２の半導体層５７の半導体よりバンドギャップが大きい材料を使用できるので、電流ブロック部５９と第２の半導体層５７との間のヘテロ障壁が増す。故に、第２の実施の形態の半導体発光素子によれば、電流注入領域へのキャリアの閉じ込め性が増して、発光に寄与しない無効電流を低減できる。
【０１０３】
以上説明したように、第２の実施の形態の半導体発光素子によれば、電流注入領域へのキャリアの閉じ込めを強めることが可能になる。
【０１０４】
半導体材料の視点では、既に説明したように、活性層には窒素元素（Ｎ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を使用できる。窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、少なくとも窒素、ガリウム及び砒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が例示される。これらの半導体の格子定数は、ＧａＡｓ半導体の格子定数と等しいか、或いはＧａＡｓ半導体の格子定数に近い値である。故に、ＧａＡｓ半導体表面上に良好な結晶成長が可能になる。加えて、これらの半導体材料では、バンドギャップ値が０．９マイクロメートル以上の発振波長領域にあり、０．９マイクロメートル以上の光を発生できる長波長の半導体発光素子が提供される。
【０１０５】
第１及び第２の実施の形態の半導体発光素子において、クラッド層として機能する半導体層のための材料として、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）或いはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成できる。これらの材料を用いると、キャリアの閉じ込め性を改善できる。一方、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ長波長半導体レーザ素子における半導体材料のうち、バンドギャップが最大の材料はＩｎＰであり、そのバンドギャップ値は２．１６×１０−１９ジュール（１．３５ｅＶ）である。この半導体レーザ素子において、クラッドにＩｎＰ半導体を使用したとしても、クラッド層と活性層とのバンドギャップ差を大きくできない。故に、バンドギャップ差を大きくできないので、キャリアの閉じ込め特性を向上できない。
【０１０６】
ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）では、Ａｌの組成Ｘを変更することにより、３．０６×１０−１９ジュール（１．９１ｅＶ）〜３．９２×１０−１９ジュール（２．４５ｅＶ）　の範囲でバンドギャップ値を変更できる。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）では、Ａｌの組成Ｘを変更することにより、２．２７×１０−１９ジュール（１．４２ｅＶ）〜３．１９×１０−１９ジュール（１．９９ｅＶ）　の範囲でバンドギャップ値を変更できる。故に、ＩｎＰ半導体と比べると、クラッド層と活性層とのバンドギャップ差を大きくできる。故に、活性層に対するキャリアの閉じ込め性が向上できるので、半導体発光素子の温度特性が改善される。
【０１０７】
また、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）では、Ａｌ組成の増加と共にバンドギャップは大きくなり、屈折率は小さくなる。故に、Ａｌ組成が相対的に小さい半導体をクラッド層に使用すると共にＡｌ組成が相対的に大きい半導体を電流ブロック層に使用すれば、クラッド層の屈折率は、電流ブロック層の屈折率より大きくなる。したがって、電流ブロック層の間にある半導体ストライプ内の等価屈折率を電流ブロック層がある領域の等価屈折率よりも高めることができる。この構造により、水平横方向の導波は正導波となるので、横方向の光閉じ込め性が増大でき、半導体レーザ素子の低しきい値が実現される。横方向の光閉じ込め性が安定するので、半導体レーザ素子は基本モードでのシングルモード発振が可能になり、光ファイバへの光学的結合も改善される。本実施の形態の発明を使用する半導体レーザ素子の特性は、ＩｎＰ埋め込みリッジ型レーザ素子に比べて半導体レーザの特性を大幅に改善できる。
【０１０８】
クラッド層の材料が、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）であるとき、ＳＣＨ半導体層の材料として、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）或いは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）を使用できる。ＳＣＨ半導体層によれば、活性層への光閉じ込め性が増強でき、低いしきい値電流、優れた温度特性、改善された発振特性が得られる。活性層が、量子井戸構造を備える場合、ＳＣＨ半導体の作用が顕著である。
【０１０９】
第２の実施の形態において、ヘテロ障壁緩和層は、電流ブロック層下に設けること無く、第２の半導体層下にのみ設けることができる。この構造によれば、ヘテロ障壁緩和層の屈折率に応じてストライプ領域の等価屈折率を変更できる。例えば、屈折率の大きな材料からなるヘテロ障壁緩和層を用いれば、電流ブロック層にクラッド層より屈折率が小さい材料を必ずしも用いなくても、反導波構造の光導波路にはなりにくい。
【０１１０】
ヘテロ障壁緩和層は、半導体基板に対して格子不整−２パーセント以上＋２パーセント以下であるような組成を有することができる。一般に、ヘテロ障壁緩和層の厚さは臨海膜厚に比べて薄い。例えば、ヘテロ障壁緩和層の膜厚は、５ナノメートル以上１０ナノメートル以下であり、５ナノメートルが好ましい。この範囲では、格子不整が存在しても結晶欠陥が生じにくい。また、格子不整に関する制約が緩和されるので、材料選択の幅が拡がる。歪みヘテロ障壁緩和層としては、クラッド層の材料が、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）或いはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）であり、ＳＣＨ半導体層の材料がＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）或いは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）を使用するとき、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体及びＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体を使用できる。
【０１１１】
第１の実施の形態の埋め込みリッジ型半導体発光素子にエッチング停止層を用いると、水平横モードの閉じ込め性、水平横モードの単一性、発振特性に重要な役割を持つ第２の半導体層の厚さと第３の半導体層のリッジ幅の制御が容易になる。クラッド層の材料が、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）である場合、エッチング停止層として、例えば、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体を使用できる。また、クラッド層の材料が、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）である場合、エッチング停止層として、例えば、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）を使用できる。
【０１１２】
また、リッジ半導体部内にのみエッチング停止層を設けることができる。この構造によれば、エッチング停止層の屈折率に応じてストライプ領域の等価屈折率が変更できる。例えば、屈折率の大きな材料からなるエッチング停止層を用いれば、電流ブロック層にクラッド層よりも屈折率が小さい材料を必ずしも用いなくても、反導波構造の光導波路にはなりにくい。
【０１１３】
さらに、エッチング停止層は、半導体基板に対して格子不整−２パーセント以上＋２パーセント以下であるような組成を有することができる。一般に、ヘテロ障壁緩和層の厚さは臨海膜厚に比べて薄い。例えば、エッチング停止層の膜厚は、５ナノメートル以上１０ナノメートル以下であり、５ナノメートルが好ましい。この範囲では、格子不整が存在しても結晶欠陥が生じにくい。また、格子不整に関する制約が緩和されるので、材料選択の幅が拡がる。歪みエッチング停止層としては、クラッド層の材料が、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）である場合、例えば、ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体を使用できる。また、クラッド層の材料が、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）である場合、歪みエッチング停止層として、例えば、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体及び／又はＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体を使用できる。
【０１１４】
またさらに、エッチング停止層のバンドギャップが、少なくともいずれか一方のクラッド層のバンドギャップとほぼ同じであるようにしてもよい。この構造により、エッチング停止層の追加に起因する電気抵抗の増加を小さくできる。
【０１１５】
第１及び第２の実施の形態において、活性層は歪み量子井戸構造を有することができる。歪み量子井戸構造は、ＧａＩｎＡｓ半導体及びＧａＩｎＡｓＰ半導体の少なくともいずれかを含むことができる。この歪み量子井戸構造により、０．９マイクロメートル以上の波長の光を得ることができる。
【０１１６】
以上説明したように、半導体発光素子は、エルビウム添加光ファイバ増幅器のための０．９８マイクロメートル帯の励起用半導体レーザ素子に利用でき、また、プラセオジウム添加光ファイバ増幅器のための、１．０１７マイクロメートル帯の励起用半導体レーザ素子に利用できる。ＧａＩｎＡｓ半導体レーザ素子において、ＧａＩｎＡｓに加わる圧縮歪みにより、閾値利得といったレーザ発振条件が改善されるので、高出力特性を実現できる。ＧａＩｎＡｓＰ半導体の歪み量子井戸構造では、閾値利得といったレーザ発振条件が改善されることに加えて、ＧａＩｎＡｓＰ半導体では、構成元素の数がＧａＩｎＡｓ半導体に比べて多いので、ＧａＩｎＡｓ半導体に比べて歪み量を目的に応じて変化させることができる。このため、設計の自由度を更に増すことができる。
【０１１７】
以上説明したように、第１及び第２の実施の形態における半導体発光素子によれば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体レーザ素子において生じていた高温特性上の課題が解決される。また、第１及び第２の実施の形態における半導体発光素子によれば、埋め込みリッジ型半導体レーザ素子において生じていた反導波モードになりがちな半導体光導波路の課題が解決される。
【０１１８】
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ができることは、当業者によって認識される。例えば、半導体光素子には、半導体発光素子が含まれており、さらに半導体レーザ素子、半導体光増幅素子、及びＥＡ変調器を集積する半導体光集積素子等が含まれており、さらにこれらの素子を集積した集積素子も含まれる。また、これらの素子の構造の詳細は必要なように変更されることができる。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。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、横モードの閉じ込めを強めることが可能な半導体光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係わる半導体発光素子を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示されたＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。
【図３】図３（ａ）は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った半導体発光素子の禁制帯幅を示す図面である。図３（ｃ）は、図３（ａ）に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った半導体発光素子の屈折率を示す図面である。
【図４】図４（ａ）は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示されたＶ−Ｖ線に沿った、活性層、追加の半導体層及び第２の半導体層の禁制帯幅を示す図面である。
【図５】図５（ａ）は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示されたＶＩ−ＶＩ線に沿った、活性層、追加の半導体層、第１及び第２のＳＣＨ半導体層、並びに第２の半導体層の禁制帯幅を示す図面である。
【図６】図６は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図７】図７は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図８】図８は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図９】図９は、第１の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第２の実施の形態に係わる半導体発光素子を示す斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）は、図１０におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った屈折率を示す図である。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った屈折率を示す図である。
【図１２】図１２は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図１３】図１３は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図１４】図１４は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図１５】図１５は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図１６】図１６は、第２の実施の形態の変形例の半導体発光素子を示す断面図である。
【図１７】図１７は、埋込リッジ構造の半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、埋込リッジ構造の半導体レーザ素子を示す断面図である。図１８（ｂ）　は、図１８（ａ）に示されたＱ−Ｑ線に沿った屈折率を示す図面である。
【符号の説明】
１…半導体発光素子、３…第１の半導体層、５…活性層、７…第２の半導体層、９…第３の半導体層、１１…電流ブロック半導体層、１３…基板、
１５…半導体層、１７…コンタクト層、５１…半導体発光素子、
５３…第１の半導体層、５５…活性層、５７…第２の半導体層、
５９…電流ブロック半導体部、５９ａ、５９ｂ…電流ブロック半導体層、
６３…第３の半導体層、６１…基板、６５…コンタクト層
【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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【図１７】
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【図１８】
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