(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光素子であって、
III−Ｖ化合物半導体からなるｎ導電型半導体領域と、
前記ｎ導電型半導体領域上に設けられた半導体メサと、
前記ｎ導電型半導体領域上に設けられており前記半導体メサを埋め込む埋め込み領域と、
前記半導体メサ上に設けられた電極と、
を備え、
前記半導体メサは、活性層、ｐ導電型クラッド層およびｐ導電型コンタクト層を含み、
前記ｐ導電型クラッド層は前記活性層と前記ｐ導電型コンタクト層との間に設けられており、
前記ｐ導電型コンタクト層には、ドーパントとして炭素が添加されており、
前記ｐ導電型クラッド層の厚さは０．５マイクロメートル以上２．５マイクロメートル未満であり、
前記ｐ導電型クラッド層はＩｎＰからなり、
前記電極は、前記半導体メサ内の前記ｐ導電型コンタクト層の上面に接触を成し、
前記ｐ導電型コンタクト層は、III族元素としてアルミニウムおよびインジウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、前記ｐ導電型コンタクト層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ又はＡｌＩｎＡｓから成り、
当該半導体光素子は半導体レーザを含む、ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記ｐ導電型クラッド層と前記ｐ導電型コンタクト層との間に、ｐ型のＡｌＩｎＡｓＰからなるヘテロ障壁緩和層を更に備え、
前記ヘテロ障壁緩和層のバンドギャップ波長は、前記ｐ導電型クラッド層のバンドギャップ波長と前記ｐ導電型コンタクト層のバンドギャップ波長との間の値を有する、ことを特徴とする請求項１に記載された半導体光素子。
【請求項３】
前記ｐ導電型コンタクト層は、ＡｌＧａＩｎＡｓから成る、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体光素子。
【請求項４】
前記ｐ導電型コンタクト層は、ＡｌＩｎＡｓから成る、ことを特徴とする請求項１または請求項２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、高速かつ高出力のレーザ構造を実現することができる半導体レーザが記載されている。この半導体レーザは、メサストライプを含む。メサストライプは、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、ｐ型ＩｎＰクラッド層及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層を含む。このメサストライプを埋め込むように、電流阻止用の半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層が基板上に設けられており、更に半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層を埋め込むように基板上にＩｎＰよりもバンドギャップが小さい電流阻止用の半絶縁性ＩｎＧａＡｓＰ層が設けられている。基板及びコンタクト層のための各電極が形成される。
【０００３】
特許文献２には、ｐ型不純物の半絶縁埋め込み層への拡散を制御可能な構造を有する埋め込み型半導体光素子が記載されている。この半導体光素子は、半導体基板上に設けられた積層体を有するメサストライプを含む。メサストライプは、第１の導電型のクラッド層、活性領域、第２の導電性のクラッド層からなる。半導体光素子では、該積層体の両側上に半絶縁性半導体が形成される。これら半絶縁性半導体は、該第２導電型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層と、該第２導電型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物を含む層とを含む。
【特許文献１】特開平５−８２８９１号公報
【特許文献２】特開２００３−６０３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの特許文献には、活性層とコンタクト層を含むメサを高抵抗層で埋め込む構造の半導体レーザ（ハイメサ型デバイス）が記載されており、該半導体光素子では、ｐ型クラッド層上に設けられたコンタクト層としてＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＧａＡｓＰ層を用いている。特許文献２には、１．５マイクロメートル厚のp型ＩｎＰクラッド層が用いられている。
【０００５】
発明者らの知見によれば、例えば半導体レーザのｐ型クラッド層の厚みを薄くすると、この素子の直列抵抗は小さくなるけれども、半導体レーザの発光効率は低下する。また、所望の発光効率を得るためにｐ型クラッド層の厚みを厚くすると、半導体レーザの直列抵抗が大きくなる。いずれの半導体レーザのコンタクト層も、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰからなる。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、クラッド層の厚みにあまり依存せず良好な発光効率を可能に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】
【０００７】
本発明の一側面に係る半導体光素子は、（ａ）III−Ｖ化合物半導体からなるｎ導電型半導体領域と、（ｂ）前記ｎ導電型半導体領域上に設けられた半導体メサと、（ｃ）前記ｎ導電型半導体領域上に設けられており前記半導体メサを埋め込む埋め込み領域と、（ｄ）前記半導体メサ上に設けられた電極とを備え、前記半導体メサは、活性層、ｐ導電型クラッド層およびｐ導電型コンタクト層を含み、前記ｐ導電型クラッド層は前記活性層と前記ｐ導電型コンタクト層との間に設けられており、前記ｐ導電型コンタクト層には、ドーパントとして炭素が添加されており、前記ｐ導電型クラッド層の厚さは０．５マイクロメートル以上２．５マイクロメートル未満であり、前記ｐ導電型クラッド層はＩｎＰからなり、前記電極は、前記半導体メサ内の前記ｐ導電型コンタクト層の上面に接触を成し、前記ｐ導電型コンタクト層は、III族元素としてアルミニウムおよびインジウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、前記ｐ導電型コンタクト層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ又はＡｌＩｎＡｓから成る。当該半導体光素子は半導体レーザを含む。
【０００８】
この半導体光素子によれば、コンタクト層は、III族元素としてアルミニウムおよびインジウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成るので、ＩｎＰと共に用いられるＩｎＧａＡｓコンタクト層およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層の屈折率に比べて、本発明に係る半導体光素子のコンタクト層は小さな屈折率を有する。これ故に、コンタクト層がＩｎＰの屈折率よりも大きい屈折率のＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰからなる半導体光素子に比べて、本発明に係る半導体光素子によれば、コンタクト層によって活性層の導波光が引き込まれることが抑制される。したがって、クラッド層の厚みに関係なく良好な発光効率が提供される。
【０００９】
本発明に係る半導体光素子では、前記第２導電型クラッド層の厚さは２．５マイクロメートル未満であることが好ましい。２．５マイクロメートル未満の厚みのクラッド層を用いる場合、コンタクト層が活性層の導波光を引き込むことがなく、また直列抵抗が小さくなる。
【００１０】
本発明に係る半導体光素子では、前記第２導電型コンタクト層は、ＡｌＩｎＡｓから成り、前記ＡｌＩｎＡｓにはドーパントとして炭素が添加されていることが好ましい。この半導体光素子によれば、ＡｌＩｎＡｓのバンドギャップはＩｎＰのバンドギャップよりも大きく、ＡｌＩｎＡｓの屈折率はＩｎＰの屈折率に比べてわずかに大きい。また、炭素ドーパントの固溶限も比較的大きい。
【００１１】
本発明に係る半導体光素子は、前記第２導電型コンタクト層は、ＡｌＧａＩｎＡｓから成り、前記ＡｌＧａＩｎＡｓにはドーパントとして炭素が添加されていることが好ましい。この半導体光素子によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓは比較的大きい炭素ドーパントの固溶限を示す。
【００１２】
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】
【００１３】
以上説明したように、クラッド層の厚みにあまり依存せず良好な発光効率を可能に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】
【００１４】
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。
【００１５】
図１（Ａ）は、本実施の形態に係る半導体光素子を示す断面図である。引き続く説明では、半導体光素子１１として半導体レーザを説明する。半導体光素子１１は、第１導電型半導体領域１３と、半導体メサ１５と、埋め込み領域１７とを備える。第１導電型半導体領域１３はIII−Ｖ化合物半導体からなる。半導体メサ１５は、第１導電型半導体領域１３上に設けられている。埋め込み領域１７は、第１導電型半導体領域１３上に設けられており、また半導体メサ１５を埋め込む。半導体メサ１５は、活性層１９、第２導電型クラッド層２１および第２導電型コンタクト層２３を含む。また、半導体メサ１５は、第１導電型クラッド領域２５を含むことができる。第２導電型クラッド層２１は活性層１９と第２導電型コンタクト層２３との間に設けられている。第２導電型コンタクト層２３は、III族元素としてアルミニウムおよびインジウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成る。
【００１６】
この半導体光素子１１によれば、コンタクト２３層は、III族元素としてアルミニウムおよびインジウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成るので、ＩｎＰと共に用いられるＩｎＧａＡｓコンタクト層およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層の屈折率に比べて小さな屈折率を有する。これ故に、ＩｎＰの屈折率よりも大きい屈折率のＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層の半導体光素子に比べて、活性層の導波光がコンタクト層によって引き込まれることが抑制される。したがって、クラッド層の厚みに関係なく良好な発光効率が提供される。
【００１７】
第１導電型半導体領域１３は、例えばIII−Ｖ化合物半導体基板といった半導体基板を含むことできる。III−Ｖ化合物半導体基板として、例えばＩｎＰ基板、ＧａＡｓ基板等を用いることができる。第１導電型半導体領域１３は、必要な場合には、半導体基板上に設けられた一または複数のIII−Ｖ化合物半導体を含むことができる。第１導電型半導体領域１３の主面１３ａは、第１のエリア１３ｂおよび第２のエリア１３ｃを有する。第１のエリア１３ｂおよび第２のエリア１３ｃは、図１（Ａ）に描かれた座標系ＳのＸ軸の方向に配列されている。半導体メサ１５は、第２のエリア１３ｃ上に設けられている。第１のエリア１３ｂおよび半導体メサ１５の側面１５ａ上には、埋め込み領域１７は設けられている。半導体メサ１５では、活性層１９、第２導電型クラッド層２１および第２導電型コンタクト層２３が座標系ＳのＹ軸の方向に順に配列されている。第２のエリア１３ｃは、例えば座標系ＳのＺ軸の方向に伸びており、またストライプ形状を成すことができる。
【００１８】
第２導電型クラッド層２１は第２導電型コンタクト層２３とヘテロ接合を形成している。活性層１９は、例えば、いわゆるバルク活性層、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２導電型クラッド層２１および第１導電型クラッド２５領域は、活性層１９にキャリアを閉じ込めるように働く。半導体メサ１５および／または埋め込み領域１７上には、絶縁膜２７が設けられている。絶縁膜２７は、コンタクト層２３上に位置する開口を有する。絶縁膜２７は、例えば、シリコン酸化物またはシリコン窒化物といった絶縁性シリコン化合物からあることが好ましい。絶縁膜２７の開口を介して、第１の電極２９（例えばアノード）が半導体メサ１５内のコンタクト層２３に接合している。本実施例では、コンタクト層２３の上面にわたって第１の電極２９が覆っている。また、第１導電型半導体領域１３には、第２の電極（例えばカソード）３１が接合している。
【００１９】
半導体光素子１１、１１ａの構造の一例を示す。
第１導電型半導体領域１３： ｎ型ＩｎＰ基板
第１導電型クラッド領域２５：ｎ型ＩｎＰ（シリコン添加）
埋め込み領域１７：高抵抗ＩｎＰ（鉄添加）
活性層１９：ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造
第２導電型クラッド層２１：ｐ型ＩｎＰ（亜鉛添加）
第２導電型コンタクト層２３：ｐ型ＡｌＩｎＡｓ（炭素添加）
絶縁物２７：ＳｉＯ２
第１の電極２９（アノード）：Ａｕ／Ｚｎ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
第２の電極３１（カソード）：ＡｕＧｅＮｉ
である。ｐ型コンタクト層に、半導体レーザの発振波長より短いバンドギャップ波長をもつ材料を用いている。
【００２０】
図１（Ｂ）は、本実施の形態に係る半導体光素子の変形例を示す断面図である。半導体光素子１１ａは、半導体メサ１５に替えて、半導体メサ１５ａを備える。半導体メサ１５ａは、活性層１９、第２導電型クラッド層２１、第２導電型コンタクト層２３、第１導電型クラッド領域２５およびIII−Ｖ化合物半導体層３３を含む。
【００２１】
III−Ｖ化合物半導体層３３は、第２導電型クラッド２１層と第２導電型コンタクト層２３との間に設けられている。III−Ｖ化合物半導体層３３のバンドギャップ波長は、第２導電型クラッド層２１のバンドギャップ波長と第２導電型コンタクト層２３のバンドギャップ波長との間の値を有する。III−Ｖ化合物半導体層３３と第２導電型クラッド層２１との間のヘテロ障壁は、第２導電型クラッド層２１と第２導電型コンタクト層２３との間のヘテロ障壁よりも小さい。また、III−Ｖ化合物半導体層３３と第２導電型コンタクト層２３との間のヘテロ障壁は、第２導電型クラッド層２１と第２導電型コンタクト層２３との間のヘテロ障壁よりも小さい。III−Ｖ化合物半導体層３３は、第２導電型クラッド層２１のバンドギャップと第２導電型コンタクト層２３のバンドギャップとの間のバンドギャップ差に起因する抵抗の上昇を小さくすることができる。コンタクト層にＡｌＩｎＡｓを用いる共にクラッド層にＩｎＰを用いる場合に、ｐ型を示すＡｌＩｎＡｓＰ層をコンタクト層とクラッド層との間に設けることによって、ヘテロ界面起因の障壁を下げることができる。
【００２２】
半導体光素子１１、１１ａでは、第２導電型クラッド層２１の厚さは２．５マイクロメートル未満であることが好ましい。２．５マイクロメートル未満の厚みのクラッド層を用いる場合、コンタクト層が活性層の導波光を引き込むことがない。また、第２導電型クラッド層２１の厚さは０．５マイクロメートル以上であることが好ましい。ｐ型クラッド層の厚みが０．５マイクロメートル未満であると、コンタクト層のキャリアによる光の吸収の寄与が大きくなり、この結果、発光効率が落ちる。
【００２３】
半導体光素子１１、１１ａでは、第２導電型コンタクト層２３は、ＡｌＩｎＡｓから成ることができる。ＡｌＩｎＡｓにはドーパントとして炭素が添加されていることが好ましい。ＡｌＩｎＡｓのバンドギャップはＩｎＰのバンドギャップよりも大きく、ＡｌＩｎＡｓの屈折率はＩｎＰの屈折率に比べてわずかに大きい。また、炭素ドーパントの固溶限も比較的大きい。固溶限は、例えば、３×１０１９ｃｍ−３程度である。さらに、ＡｌＩｎＡｓは金属とのオーミックコンタクトを取りやすい。この構造は、コンタクト層の上面の面積が小さいハイメサ型半導体レーザにおいて有効である。
【００２４】
半導体光素子１１、１１ａは、第２導電型コンタクト層２３は、ＡｌＧａＩｎＡｓから成ることができる。ＡｌＩｎＡｓＰのバンドギャップはＩｎＰのバンドギャップよりも大きく、ＡｌＩｎＡｓＰの屈折率はＩｎＰの屈折率に比べてわずかに大きい。ＡｌＧａＩｎＡｓにはドーパントとして炭素が添加されていることが好ましい。ＡｌＧａＩｎＡｓは比較的大きい炭素ドーパントの固溶限を示す。固溶限は、例えば１×１０１９ｃｍ−３程度である。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体光素子１１、１１ａでは、第２導電型クラッド層を薄くして半導体光素子の直列抵抗を下げるときでも、発光効率の低下を小さくすることができる。いわゆるハイメサ構造の半導体光素子のメサ高を低くすることができる。
【００２６】
また、ｐ型ドーパントとして炭素ドーパントを用いることによって、ｐ導電型コンタクト層とオーミック電極とのコンタクト抵抗は低減される。
【００２７】
さらに、ＡｌＩｎＡｓ層のバンドギャップは、ＩｎＧａＡｓ層のバンドギャップよりも大きい。ＡｌＩｎＡｓ層の屈折率（波長１．５５μｍにおいて３．１９８）は、ＩｎＧａＡｓ層の屈折率（波長１．５５μｍにおいて３．５９５）よりも小さく、またＩｎＰの屈折率（波長１．５５μｍにおいて３．１６９）よりもわずかに大きい。ＡｌＩｎＡｓ層の光吸収率（波長１．５５μｍにおいて）は十分小さく、これ故に、ＡｌＩｎＡｓ層はクラッドとしても機能し得る。ＡｌＩｎＡｓ層は、適切な金属、例えばＡｕＺｎといったアロイ系電極との良好なオーミック接触を得ることができる。この結果、素子の直列抵抗も低減できる。ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を用いた場合にはＺｎの固溶限界は２×１０１８ｃｍ−３程度であるが、ドーパント原料としてＣＢｒ４を用いて炭素（Ｃ）添加を行うことによって、ｐ型のＡｌＩｎＡｓ層を得ることができる。また、ＡｌＩｎＡｓには、炭素を３×１０１９ｃｍ−３以上添加することができる。高濃度ドープのｐ型ＡｌＩｎＡｓと金属とのオーミックコンタクトを容易に実現される。
【００２８】
（実施例）
ｎ型ＩｎＰ基板を有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）炉に配置する。炉内の圧力は例えば６０Ｔｏｒｒである。まず、ＯＭＶＰＥ炉に水素（Ｈ２）を流しながら炉の温度を摂氏４００度まで昇温する。摂氏４００度においてＰＨ３ガスを炉に供給して、基板表面からの燐抜けを抑制する。次いで、摂氏６６０度に到達したら、ｎ型ＩｎＰバッファ層、ＧａＩｎＡｓＰ活性層（厚み３００ｎｍ程度）、ＧａＩｎＡｓＰ回折格子形成層を順次成長して、エピタキシャル基板を作製する。その後、干渉露光法およびエッチング法を用いて深さ４０ｎｍ程度の回折格子構造をＧａＩｎＡｓＰ回折格子形成層に形成する。回折格子を形成した後に、再びエピタキシャル基板をＯＭＶＰＥ炉に配置する。アルシンおよびフォスフィンを含む雰囲気中（１％ＡｓＨ３およびＰＨ３）で摂氏５５０度に昇温する。摂氏５５０度において、第１のｐ型ＩｎＰ層を成長する。ドーパントとして、亜鉛（Ｚｎ）を用いる。第１のｐ型ＩｎＰ層のキャリア濃度は、５×１０１７ｃｍ−３であり、厚さは１００ｎｍである。次いで、フォスフィン（ＰＨ３）を流しながら、摂氏６６０度に昇温する。ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を用いて、摂氏６６０度において第２のｐ型ＩｎＰ層を成長する。第２のｐ型ＩｎＰ層のキャリア濃度は５×１０１７ｃｍ−３であり、厚さは４００ｎｍである。この後に、ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を用いて、摂氏６６０度において第３のｐ型ＩｎＰ層を成長する。第３のｐ型ＩｎＰ層のキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３であり、厚さは１０００ｎｍである。次いで、フォスフィン（ＰＨ３）雰囲気中で、摂氏５５０度に降温する。ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を用いて、摂氏５５０度においてｐ型のＡｌＩｎＡｓＰ層を成長する。このＡｌＩｎＡｓＰ層はヘテロ障壁緩和のために設けられる。ＡｌＩｎＡｓＰ層のキャリア濃度は２×１０１８ｃｍ−３および厚さは１００ｎｍである。続けて、ドーパントとして炭素（ＣＢｒ４）を用いて、ｐ型のＡｌＩｎＡｓ層を成長する。ＡｌＩｎＡｓ層のキャリア濃度は２×１０１９ｃｍ−３および厚さは４００ｎｍである。
【００２９】
コンタクト層を成長後、フォトリソグラフィー技術を用いて幅１．５マイクロメートル幅のＳｉＯ２から成るストライプマスクを形成する。このマスクを用いて、塩素ガスと窒素ガスを用い反応性イオンエッチング法により高さ２．５マイクロメートルの半導体メサを形成する。ドライエッチングで形成される変成層の除去するために、半導体メサを形成した後、ウエットエッチングをエッチャント（塩酸＋酢酸＋過酸化水素水の混合エッチャント）を用いて行う。
【００３０】
このようにエッチングされたエピタキシャル基板をＯＭＶＰＥ炉に配置する。その後、ＯＭＶＰＥ炉を用いて、鉄添加ＩｎＰ高抵抗埋め込み層を成長する。ストライプマスクをフッ化水素酸で剥離した後に、エッチングされたエピタキシャル基板上に熱ＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜を堆積する。フォトリソグラフィー技術を用いてストライプ上に開口をＳｉＯ２膜に形成する。
【００３１】
ウエットエッチングで蒸着前処理を行った後に、ＳｉＯ２絶縁膜および開口上にＡｕ／Ｚｎ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを順に蒸着して電極膜を形成する。リフトオフ法によりこれらの電極膜にパターン形成する。さらに、エピタキシャル基板の裏面を研磨して、厚み１００マイクロメートル程度の基板生産物を作製する。研磨のダメージ層を除去した後、基板の裏面にＡｕＧｅＮｉを蒸着し、この後に合金化処理を行って基板生産物を作製する。レーザの共振器長が３００マイクロメートルになるように、基板生産物の劈開を行って１．５５マイクロメートル帯で発振する構造Ａの多数の半導体レーザが作製される。
【００３２】
一方、別の構造の半導体レーザを作製するために、ＡｌＩｎＡｓＰヘテロ障壁緩和層に替えてＧａＩｎＡｓＰ層を成長すると共に、ＡｌＩｎＡｓから成るコンタクト層に替えてＩｎＧａＡｓから成るコンタクト層を作製する。コンタクト層を成長後、フォトリソグラフィー技術およびウエットエッチングを用いて半導体メサを作製すると共に、半導体メサを埋め込むように埋め込み層を形成する。次いで、絶縁膜および電極を作製した後に合金化処理を行って基板生産物を作製する。レーザの共振器長が３００マイクロメートルになるように、基板生産物の劈開を行って１．５５マイクロメートル帯で発振する構造Ｂの多数の半導体レーザが作製される。
【００３３】
図２は、構造Ｂの半導体レーザにおいて、様々なｐ型クラッド層の厚みを有する半導体レーザの発光効率を示す図面である。図３は、構造Ｂの半導体レーザにおいて、様々なｐ型クラッド層の厚みを有する半導体レーザの直列抵抗を示す図面である。コンタクト層のＩｎＧａＡｓの屈折率は活性層の屈折率よりも高いので、コンタクト層も導波路となり得る。コンタクト層が活性層で発光した光を吸寄せるので、発光効率の低下はＩｎＧａＡｓコンタクト層による光の吸収により引き起こされると考えられる。例えば、ｐ型クラッド層の厚みが０．５マイクロメートル、１．５マイクロメートル、及び２．５マイクロメートルのときの光吸収に基づく内部損失の値は、それぞれ９７．７ｃｍ−１、１７．７ｃｍ−１、及び１５．１ｃｍ−１と見積もられる。図２において、ｐ型クラッド層の厚みが２．５マイクロメートルの場合、コンタクト層による光の吸収は無視できる程度にまでなり、そのときの発光効率を１００％としている。
【００３４】
図２のプロットＢＳＥ１、ＢＳＥ２、ＢＳＥ３、ＢＳＥ４を参照すると、ｐ型クラッド層の厚みが薄くなるにつれて、急激に発光効率が低下する。つまり、図２および図３を参照すると、直列抵抗を下げるためにｐ型クラッド層の厚みを薄くすると、急激に発光効率が低下する。したがって、ある程度良好な発光効率を得るためには、ｐ型クラッド層の厚みは例えば、２．５マイクロメートル以上に限定される。
【００３５】
図４は、構造Ａの半導体レーザにおいて、様々なｐ型クラッド層の厚みを有する半導体レーザの発光効率を示す図面である。図５は、構造Ａの半導体レーザにおいて、様々なｐ型クラッド層の厚みを有する半導体レーザの直列抵抗を示す図面である。図４のプロットＡＳＥ１、ＡＳＥ２、ＡＳＥ３、ＡＳＥ４、ＡＳＥ５を参照すると、ｐ型クラッド層の厚みが薄くなっても、緩やかに発光効率が低下しており、厚み５００ｎｍのクラッド層においても、発光効率９５％程度を示す。したがって、ｐ型クラッド層の厚みが５００ｎｍ以上であれば、ある程度良好な発光効率を得ることができると共に、クラッド層の様々な厚さの範囲（５００ｎｍ以上２．５００ｎｍ未満）を使用可能となる。構造Ａの半導体レーザにおいて、例えば、ｐ型クラッド層の厚みが０．５マイクロメートル、１．５マイクロメートル、及び２．５マイクロメートルのときの光吸収に基づく内部損失の値は、それぞれ１７．５ｃｍ−１、１５．１ｃｍ−１及び１５．０ｃｍ−１と見積もられる。したがって、構造Ａの半導体レーザでは、同じｐ型クラッド層の厚みを有する構造Ｂの半導体レーザと比較すると、ｐ型クラッド層の厚みが２．５マイクロメートル以下の場合、素子の内部損失の値を常に小さくすることができる。その結果、構造Ａの半導体レーザの発光効率を構造Ｂの半導体レーザよりも向上することができる。さらに、ｐ型クラッド層の厚みを薄くすることで、素子の直列抵抗も低減することができる。
【００３６】
具体例を示せば、コンタクト層がＩｎＧａＡｓからなると共にｐ型ＩｎＰクラッド層の厚みが１．５マイクロメートルである構造Ｂのファブリペロー型半導体レーザでは、発光効率は０．１７Ｗ／Ａであり、直列抵抗は５．３Ωである。また、図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、構造ＢのＤＦＢ型半導体レーザＳ１および構造ＡのＤＦＢ型半導体レーザＳ２の構造を示す図面である。コンタクト層がＩｎＧａＡｓからなると共にｐ型ＩｎＰクラッド層の厚みが２．０マイクロメートルであるＤＦＢ型半導体レーザＳ１では、発光効率は０．２０Ｗ／Ａであり、直列抵抗は６．５Ωである。一方、コンタクト層がＡｌＩｎＡｓからなると共にｐ型ＩｎＰクラッド層の厚みが１．０マイクロメートルであるＤＦＢ型半導体レーザＳ２では、発光効率は０．２１Ｗ／Ａであり、直列抵抗は４．３Ωである。したがって、発光効率と直列抵抗の両立を実現できる。
【００３７】
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、例えば、半導体レーザといった半導体光素子を説明したけれども、半導体光素子は光変調器集積デバイス等であってもよい。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】
【００３８】
【図１】図１（Ａ）は、本実施の形態に係る半導体光素子を示す断面図である。図１（Ｂ）は、本実施の形態に係る半導体光素子の変形例を示す断面図である。
【図２】図２は、様々なｐ型クラッド層の厚みを有する構造Ｂの半導体レーザの発光効率を示す図面である。
【図３】図３は、様々なｐ型クラッド層の厚みを有する構造Ｂの半導体レーザの直列抵抗を示す図面である。
【図４】図４は、様々なｐ型クラッド層の厚みを有する構造Ａの半導体レーザの発光効率を示す図面である。
【図５】図５は、様々なｐ型クラッド層の厚みを有する構造Ａの半導体レーザの直列抵抗を示す図面である。
【図６】図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、構造ＢのＤＦＢ型半導体レーザＳ１および構造ＡのＤＦＢ型半導体レーザＳ２の構造を示す図面である。
【符号の説明】
【００３９】
１１、１１ａ…半導体光素子、１３…第１導電型半導体領域、１５、１５ａ…半導体メサ、１７…埋め込み領域、１９…活性層、２１…第２導電型クラッド層、２３…第２導電型コンタクト層、２５…第１導電型クラッド領域、２７…絶縁物、２９…第１の電極、３１…第２の電極、３３…III−Ｖ化合物半導体層  
【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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