(57)【要約】【課題】良好な電流閉じ込めを実現可能な面発光型半導体素子を提供する。【解決手段】第１導電型半導体領域３は、ＧａＡｓ半導体領域上に設けられている。活性層５は、第１導電型半導体領域３上に設けられている。第２導電型半導体層７は、活性層５上に設けられている第１のＤＢＲ部２では、第１のＤＢＲ半導体層２ａおよび第２のＤＢＲ半導体２ｂが交互に配列されている。第２のＤＢＲ部１５では、第３のＤＢＲ半導体層１５ａおよび第４のＤＢＲ半導体１５ｂが交互に配列されている。第１導電型半導体領域３、活性層５および第２導電型半導体層７は、第１のＤＢＲ半導体部２と第２のＤＢＲ半導体部１５との間に設けられている。電流ブロック半導体領域９は、第１導電型半導体領域３の側面３ａ上、活性層５の側面５ａ上及び第２導電型半導体層９の側面９ａ上に設けられている。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
2005051124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ半導体領域上に設けられ側面を有する第１導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域上に設けられ側面を有する活性層と、
前記活性層上に設けられ側面を有する第２導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体領域、前記活性層及び前記第２導電型半導体層に電流を流すための電流ブロック半導体領域と、
第１のＤＢＲ半導体層および第２のＤＢＲ半導体層が交互に配列された第１のＤＢＲ部と、
第３のＤＢＲ半導体層および第４のＤＢＲ半導体層が交互に配列された第２のＤＢＲ部と
を備え、
前記第１導電型半導体領域、前記活性層および前記第２導電型半導体層は、前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられており、
前記電流ブロック半導体領域は、前記第１導電型半導体領域の前記側面上、前記活性層の前記側面上及び前記第２導電型半導体層の前記側面上に設けられ、
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、面発光型半導体素子。
【請求項２】
第１のエリアと第２のエリアとを有する主面を備えておりＧａＡｓ半導体領域上に設けられた第１導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域の前記第１のエリア上に設けられた活性層及び前記活性層上に設けられた第２導電型半導体層を含み側面を有するリッジ半導体部と、
前記第１導電型半導体領域の前記第２のエリア上及び前記リッジ半導体部の側面上に設けられ前記リッジ半導体部に電流を流すための電流ブロック半導体領域と、
第１のＤＢＲ半導体層および第２のＤＢＲ半導体層が交互に配列された第１のＤＢＲ部と、
第３のＤＢＲ半導体層および第４のＤＢＲ半導体層が交互に配列された第２のＤＢＲ部と、
を備え、
前記第１導電型半導体領域および前記リッジ半導体部は、前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられており、
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、面発光型半導体素子。
【請求項３】
前記第１導電型半導体領域は、前記活性層及び前記第２導電型半導体層のエッチングのためのエッチング停止層として機能する材料から構成される、請求項２に記載の面発光型半導体素子。
【請求項４】
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３のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項５】
前記活性層は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、及びＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体の少なくともいずれかの半導体材料から構成されている、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項６】
前記第２導電型半導体層の屈折率は、電流ブロック半導体領域の屈折率より大きい、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項７】
III−Ｖ族化合物半導体を含む別の半導体層を更に備え、
前記別の半導体層は、前記第１導電型半導体領域と前記活性層との間および前記第２導電型半導体層と前記活性層との間の少なくともいずれかに設けられており、
前記別の半導体層の前記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導電型半導体領域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しており、
前記別の半導体層の前記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２導電型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１〜請求項６のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項８】
前記第１導電型半導体領域と前記活性層との間に設けられた第１のＳＣＨ層と、
前記活性層と前記第２導電型半導体層との間に設けられた第２のＳＣＨ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面発光型半導体素子。
【請求項９】
III−Ｖ族化合物半導体を含む別の半導体層を更に備え、
前記別の半導体層は、前記第１導電型半導体領域と前記第１のＳＣＨ層との間および前記第２導電型半導体層と前記第２のＳＣＨ層との間の少なくともいずれかに設けられており、
前記III−Ｖ族化合物半導体は、前記第１のＳＣＨ層が示すフォトルミネッセンス波長値と前記第１導電型半導体領域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しており、
前記III−Ｖ族化合物半導体は、前記第２のＳＣＨ層が示すフォトルミネッセンス波長値と前記第２導電型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８に記載の面発光型半導体素子。
【請求項１０】
前記電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備え、
前記第１導電型半導体領域及び前記第２導電型半導体層並びに第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層の各々は、(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体から構成され、
前記Ｘの値は０以上１以下の範囲にある、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項１１】
前記電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備え、
前記第１導電型半導体領域及び前記第２導電型半導体層並びに第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層の各々は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体から構成されており、
前記Ｘの値は０以上１以下の範囲にある、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項１２】
前記第１及び第２のＳＣＨ層の各々は、ＧａＡｓに格子整合するＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体(Ｘは約０．５以上、１以下であり、Ｙは０以上１以下である)またはＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体((Ｘは０以上、１以下である)から構成されている、請求項８又は請求項９に記載の面発光型半導体素子。
【請求項１３】
前記電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備え、
前記第１及び第２の電流ブロック半導体層の各々は、III族元素としてアルミニウムを含まない、請求項１〜請求項９及び請求項１２のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項１４】
前記電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備え、
前記第１及び第２の電流ブロック半導体層、前記第１導電型半導体領域並びに前記第２導電型半導体層の各々は、III族元素としてアルミニウムを含まない、請求項１〜請求項９及び請求項１２のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項１５】
前記ＧａＡｓ半導体領域は、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１４のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項１６】
当該面発光型半導体素子は、半導体レーザ素子および半導体光増幅素子の少なくともいずれかを含む、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【請求項１７】
前記ＧａＡｓ半導体領域は、前記第１のＤＢＲ部と前記活性層との間に設けられている、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の面発光型半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型発光素子、例えば垂直共振型面発光レーザ(ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)における電流閉じ込め構造には、いくつかのタイプがある。これらのタイプは、例えば、文献１に記載されているように、(１)リング電極タイプ、(２)プロトン注入タイプ、(３)埋め込み型、(４)エアーポストタイプ、(５)選択酸化タイプがある。垂直共振面発光レーザにおいては、タイプ(２)およびタイプ(５)が多く使用されるようになっている。
【非特許文献１】「面発光レーザの基礎と応用」、伊賀健一、小山二三夫／編著  共立出版株式会社第３０頁〜第３１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
タイプ(２)では、プロトン(Ｈ+)を半導体領域中に注入することによって該領域を改質して絶縁領域を形成する。この絶縁領域により、電流の閉じ込めを行う。しかしながら、プロトン注入法は、効率的な電流閉じ込めを行うためには適していない。また、面発光型発光素子の製造プロセスにおいて、この絶縁領域の絶縁性が、該絶縁領域を形成した後に施される熱処理によって低下することがある。
【０００４】
タイプ(５)では、ＡｌＡｓ半導体層を形成した後に、該ＡｌＡｓ半導体層を選択的に酸化して絶縁領域(Ａｌ2Ｏ3)を形成する。この絶縁領域により、電流の閉じ込めを行う。ＡｌＡｓ半導体層をその外縁から酸化してアパーチャ(酸化されていないＡｌＡｓ半導体領域)を形成する。電流は、酸化領域ではなく、アパーチャを流れる。しかしながら、ＡｌＡｓ半導体層は、その外縁から酸化されるので、アパーチャの大きさの制御が容易ではない。ＡｌＡｓ半導体層を部分的に酸化すると、ＡｌＡｓ半導体層の両側上に設けられたエピタキシャル層が剥がれやすくなることがある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、良好な電流閉じ込めを実現可能な面発光型半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によれば、面発光型半導体素子は、(ａ)ＧａＡｓ半導体領域上に設けられ側面を有する第１導電型半導体領域と、(ｂ)前記第１導電型半導体領域上に設けられ側面を有する活性層と、(ｃ)前記活性層上に設けられ側面を有する第２導電型半導体層と、(ｄ)前記第１導電型半導体領域、前記活性層及び前記第２導電型半導体層に電流を流すための電流ブロック半導体領域と、(ｅ)第１のＤＢＲ半導体層および第２のＤＢＲ半導体層が交互に配列された第１のＤＢＲ部と、(ｆ)第３のＤＢＲ半導体層および第４のＤＢＲ半導体層が交互に配列された第２のＤＢＲ部とを備え、(ｇ)前記第１導電型半導体領域、前記活性層および前記第２導電型半導体層は、前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられており、(ｈ)前記電流ブロック半導体領域は、前記第１導電型半導体領域の前記側面上、前記活性層の前記側面上及び前記第２導電型半導体層の前記側面上に設けられ、(ｉ)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。
【０００７】
この面発光型半導体素子によれば、電流ブロック半導体領域は、第１導電型半導体領域の側面上、活性層の側面上及び第２導電型半導体層の側面上に設けられているので、当該半導体素子に流れる電流は、第１導電型半導体領域、活性層及び第２導電型半導体層に閉じ込められる。
【０００８】
本発明の別の側面によれば、面発光型半導体素子は、(ａ)第１のエリアと第２のエリアとを有する主面を備えておりＧａＡｓ半導体領域上に設けられた第１導電型半導体領域と、(ｂ)前記第１導電型半導体領域の前記第１のエリア上に設けられた活性層及び前記活性層上に設けられた第２導電型半導体層を含み側面を有するリッジ半導体部と、(ｃ)前記第１導電型半導体領域の前記第２のエリア上及び前記リッジ半導体部の側面上に設けられ前記リッジ半導体部に電流を流すための電流ブロック半導体領域と、(ｄ)第１のＤＢＲ半導体層および第２のＤＢＲ半導体層が交互に配列された第１のＤＢＲ部と、(ｅ)第３のＤＢＲ半導体層および第４のＤＢＲ半導体層が交互に配列された第２のＤＢＲ部とを備え、(ｆ)前記第１導電型半導体領域および前記リッジ半導体部は、前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられており、(ｇ)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。
【０００９】
この面発光型半導体素子によれば、電流ブロック半導体領域は、第１導電型半導体領域の第２の領域上に設けられているので、当該半導体素子に流れる電流は、リッジ半導体部に閉じ込められる。
【００１０】
これらの面発光型半導体素子によれば、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基板上に設けることが可能なので、第１導電型半導体領域、第２導電型半導体層、及び電流ブロック半導体領域の材料として、ＩｎＰ半導体と異なりＧａＡｓ半導体に格子整合しておりＩｎＰ半導体より高いバンドギャップを有する半導体材料を用いることができる。これらの面発光型半導体素子における活性層が係わるヘテロ障壁は、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る面発光型半導体素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００１１】
これらの面発光型半導体素子では、第１導電型半導体領域が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層が示すフォトルミネッセンス波長値より短い。第２導電型半導体層が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層が示すフォトルミネッセンス波長値より短い。電流ブロック半導体領域が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層が示すフォトルミネッセンス波長値より短い。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。
【００１２】
本発明の面発光型半導体素子では、前記第１導電型半導体領域は、前記活性層及び前記第２導電型半導体層のエッチングのためのエッチング停止層として機能する材料から構成される。
【００１３】
本発明の面発光型半導体素子では、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ことができる。
【００１４】
本発明の面発光型半導体素子では、第２導電型半導体層の屈折率は、電流ブロック半導体領域の屈折率より大きい。この構造によれば、活性層に光を閉じ込めることができる。
【００１５】
本発明の面発光型半導体素子は、III−Ｖ族化合物半導体を含む別の半導体層を更に備えることができる。前記別の半導体層は、前記第１導電型半導体領域と前記活性層との間および前記第２導電型半導体層と前記活性層との間の少なくともいずれかに設けられており、前記別の半導体層の前記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導電型半導体領域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しており、前記別の半導体層の前記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２導電型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。
【００１６】
このフォトルミネッセンス波長の関係によれば、別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導電型半導体領域又は第２導電型半導体層とのヘテロ障壁が緩和される。
【００１７】
本発明の面発光型半導体素子は、前記第１導電型半導体領域と前記活性層との間に設けられた第１のＳＣＨ層と、前記活性層と前記第２導電型半導体層との間に設けられた第２のＳＣＨ層とを更に備える。第１及び第２のＳＣＨ層は、屈折率及びフォトルミネッセンス波長値が第１導電型半導体領域及び第２導電型半導体領域と活性層との間の材料を用いて構成される。
【００１８】
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。
【００１９】
ＳＣＨ層を備える面発光型半導体素子は、III−Ｖ族化合物半導体を含む別の半導体層を更に備え、前記別の半導体層は、前記第１導電型半導体領域と前記第１のＳＣＨ層との間および前記第２導電型半導体層と前記第２のＳＣＨ層との間の少なくともいずれかに設けられており、前記III−Ｖ族化合物半導体は、前記第１のＳＣＨ層が示すフォトルミネッセンス波長値と前記第１導電型半導体領域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しており、前記III−Ｖ族化合物半導体は、前記第２のＳＣＨ層が示すフォトルミネッセンス波長値と前記第２導電型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。
【００２０】
このフォトルミネッセンス波長の関係によれば、別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導電型半導体領域又は第２導電型半導体層とのヘテロ障壁が緩和される。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に対応する波長値に等しい。
【００２１】
本発明の面発光型半導体素子では、電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備えることができる。第１の電流ブロック層の導電型は第２の電流ブロック層の導電型と異なる。電流ブロック半導体領域は、互いに逆導電型の半導体層を含むので、第１の電流ブロック層と第２の電流ブロック層とから成るｐｎ接合を利用して電流をブロックできる。
【００２２】
本発明の面発光型半導体素子では、前記電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備え、前記第１導電型半導体領域及び前記第２導電型半導体層並びに第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層の各々は、(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体から構成され、前記Ｘの値は０以上１以下の範囲にある。
【００２３】
この半導体材料を用いると、活性層と電流ブロック半導体層との間のキャリア閉じ込め、活性層と第１導電型半導体領域及び第２導電型半導体層との間のキャリア閉じ込めを共に向上することを可能にする。
【００２４】
本発明の面発光型半導体素子では、前記電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備え、前記第１導電型半導体領域及び前記第２導電型半導体層並びに第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層の各々は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体から構成されており、前記Ｘの値は０以上１以下の範囲にある。この半導体材料を用いると、活性層と電流ブロック半導体層との間のキャリア閉じ込め、活性層と第１導電型半導体領域及び第２導電型半導体層との間のキャリア閉じ込めを共に向上することを可能にする。
【００２５】
本発明の面発光型半導体素子では、前記第１及び第２のＳＣＨ層の各々は、ＧａＡｓに格子整合するＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体(Ｘは約０．５以上、１以下であり、Ｙは０以上１以下である)またはＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上、１以下である)から構成されている。これらの材料によれば、第１及び第２のＳＣＨ半導体層のフォトルミネッセンス波長値及び屈折率が、第１導電型半導体領域及び第２導電型半導体層のフォトルミネッセンス波長値及び屈折率と活性層のフォトルミネッセンス波長値及び屈折率との間の値にそれぞれ設定され、活性層への光とキャリアの閉じ込めを実現できる。
【００２６】
本発明の面発光型半導体素子では、前記電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備え、前記第１及び第２の電流ブロック半導体層の各々は、III族元素としてアルミニウムを含まない。この面発光型半導体素子の第１及び第２の電流ブロック半導体層は、酸化されやすいアルミニウムを含まない。
【００２７】
本発明の面発光型半導体素子では、  前記電流ブロック半導体領域は、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層を備え、前記第１及び第２の電流ブロック半導体層、前記第１導電型半導体領域並びに前記第２導電型半導体層の各々は、III族元素としてアルミニウムを含まない。この面発光型半導体素子は、酸化されやすいアルミニウムを含まない。
【００２８】
本発明の面発光型半導体素子では、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。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てもよい。
【００２９】
ガリウム砒素基板は、高品質、大口径のものを安く入手できるので、これをＧａＡｓ半導体表面に用いると、面発光型半導体素子の生産性向上やコストダウンが実現できる。また、ＧａＡｓ半導体層を用いると、ガリウム砒素と異なる半導体基板上(例えば、シリコン(Ｓｉ)基板)にＧａＡｓ半導体表面を設けることができるので、設計の自由度が増し、面発光型半導体素子の構造の最適化や、異種基板上に構成される、光デバイス及び電子デバイスの集積等がより容易になる。
【００３０】
本発明の面発光型半導体素子は、半導体レーザ素子および半導体光増幅素子の少なくともいずれかを含む。
【００３１】
本発明の面発光型半導体素子では、前記活性層は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、及びＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体の少なくともいずれかの半導体材料から構成されることができる。
【００３２】
本発明の面発光型半導体素子では、ＧａＡｓ半導体領域は、前記第１のＤＢＲ部と前記活性層との間に設けられていてもよい。
【００３３】
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。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように、本発明の面発光型半導体素子によれば、良好な電流閉じ込めを実現可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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、本発明の面発光型半導体素子に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分に同一の符号を付する。
【００３６】
(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)に示されたII−II線に沿ったバンドギャップを示すダイアグラムである。図２(ｃ)は、図２(ａ)に示されたIII−III線に沿ったバンドギャップを示すダイアグラムである。図２(ｄ)は、図２(ａ)に示されたIII−III線に沿った屈折率を示すダイアグラムである。
【００３７】
図１及び図２(ａ)を参照すると、埋め込みヘテロ構造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。この面発光型半導体素子１は、第１のＤＢＲ部２と、第１導電型半導体領域３と、活性層５と、第２導電型半導体層７と、電流ブロック半導体領域９と、第２のＤＢＲ部１５とを備える。第１導電型半導体領域３は、ＧａＡｓ半導体領域上に設けられており、側面を有する。活性層５は、第１導電型半導体領域３上に設けられおり、側面５ａを有する。第２導電型半導体層７は、活性層５上に設けられており、側面７ａを有する。電流ブロック半導体領域９は、第１導電型半導体領域３、活性層５及び第２導電型半導体層７に電流を流すように設けられている。第１のＤＢＲ部２は第１のＤＢＲ半導体層２ａおよび第２のＤＢＲ半導体２ｂを備えており、第１のＤＢＲ半導体層２ａおよび第２のＤＢＲ半導体２ｂが交互に配列されている。第２のＤＢＲ部１５は第３のＤＢＲ半導体層１５ａおよび第４のＤＢＲ半導体１５ｂを備えており、第３のＤＢＲ半導体層１５ａおよび第４のＤＢＲ半導体１５ｂが交互に配列されている。第１導電型半導体領域３、活性層５および第２導電型半導体層６は、第１のＤＢＲ半導体部２と第２のＤＢＲ半導体部１５との間に設けられている。電流ブロック半導体領域９は、第１導電型半導体領域３の側面３ａ上、活性層５の側面５ａ上及び第２導電型半導体層９の側面９ａ上に設けられている。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る。
【００３８】
この面発光型半導体素子１によれば、電流ブロック半導体領域９は、第１導電型半導体領域３の側面３ａ上、活性層５の側面５ａ上及び第２導電型半導体層９の側面９ａ上に設けられているので、面発光型半導体素子１に流れる電流は、第１導電型半導体領域３、活性層５及び第２導電型半導体層７に閉じ込められる。
【００３９】
この面発光型半導体素子１では、所定の半導体領域中にプロトン(Ｈ+)を注入して該領域を改質して電流を閉じ込めるための絶縁領域を形成することがない。面発光型半導体素子１は、プロトン注入法によって作製された面発光型半導体素子に比べて、効率的な電流閉じ込めを行うことができる。また、面発光型半導体素子１は上記の絶縁領域を用いていないので、電流ブロック半導体領域９の閉じ込め能力が、面発光型発光素子の製造プロセスにおける熱処理によって低下することはない。
【００４０】
また、この面発光型半導体素子１では、電流を閉じ込めるために、ＡｌＡｓ半導体層を形成した後に該ＡｌＡｓ半導体層を選択的に酸化して絶縁領域(Ａｌ2Ｏ3)を形成することがない。電流ブロック半導体領域９が提供するアパーチャは、フォトリソグラフィによって決まるので、ＡｌＡｓ半導体層をその外縁から酸化してアパーチャを形成することに比べて、アパーチャの大きさの制御が容易になる。また、ＡｌＡｓ半導体層を部分的に酸化しないので、ＡｌＡｓ半導体層の両側上に設けられたエピタキシャル層が剥がれやすくなることも生じない。
【００４１】
面発光型半導体素子１においては、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る活性層５をＧａＡｓ基板上に形成できるので、第１導電型半導体領域３、第２導電型半導体層７、及び電流ブロック半導体領域９の材料として、ＩｎＰ半導体と異なりＧａＡｓ半導体に格子整合しておりＩｎＰ半導体より高いバンドギャップを有する半導体材料を用いることができる。これらの面発光型半導体素子１における活性層５が係わるヘテロ障壁は、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る面発光型半導体素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００４２】
また、面発光型半導体素子１は埋め込みヘテロ構造を備えるので、キャリアの閉じ込め性に優れる。その結果、埋め込みヘテロ構造の半導体レーザは、無効電流の減少や、キャリアと光子との相互作用の強化により、閾値電流の低下や微分効率の向上といった改善が得られる。
【００４３】
これらの面発光型半導体素子１では、第１導電型半導体領域３が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値より短い。第２導電型半導体層７が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値より短い。電流ブロック半導体領域９が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値より短い。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。
【００４４】
面発光型半導体素子１では、活性層５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ることができる。
【００４５】
この面発光型半導体素子１では、レーザキャビティは、第１のＤＢＲ部２および第２のＤＢＲ部１５から構成される。面発光型半導体素子１に印加された電流は、電流ブロック半導体領域９によって囲まれた第１導電型半導体領域３、活性層５および第２導電型半導体層７を流れる。活性層５において生成された光は、第１のＤＢＲ部２および第２のＤＢＲ部１５によって反射されて増幅される。増幅された光は、第１ＤＢＲ部２および第２のＤＢＲ部１５のいずれかを通過して出力される。
【００４６】
第１導電型半導体領域３はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、このIII−Ｖ族化合物半導体が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値より小さい。第２導電型半導体層７はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、このIII−Ｖ族化合物半導体が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値より小さい。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・エネルギに対応する波長値に等しい。
【００４７】
図２(ｂ)のバンドギャップダイアグラムに示されるように、第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７は、キャリアを活性層５に閉じ込めるように働く。結果として、第１導電型半導体領域３は第１導電型クラッド層として働くことができ、第２導電型半導体層７は第２導電型クラッド層として働くことができる。活性層５は、第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７から注入され閉じ込められたキャリアから光を発生する。
【００４８】
図２(ｂ)に示されるように、半導体発光素子１のクラッド層のバンドギャップ値△Ｅ0は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ半導体発光素子のＩｎＰ半導体から成るクラッド層のバンドギャップ値△ＥInPに比べて大きいので、半導体発光素子１はＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ半導体発光素子に比べてＺ方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００４９】
電流ブロック半導体領域９は、III−Ｖ族化合物半導体から構成されており、このIII−Ｖ族化合物半導体が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値より小さい。結果として、図２(ｃ)のバンドギャップダイアグラムに示されるように、電流ブロック半導体領域９は、電流ブロック半導体層として働くことができる。図２(ｃ)に示されるように、半導体発光素子１の電流ブロック半導体層のバンドギャップ値△ＥBは、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ半導体発光素子のＩｎＰ半導体から成る電流ブロック半導体層のバンドギャップ値△ＥInPに比べて大きいので、半導体発光素子１はＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ半導体発光素子に比べてＸおよびＹ方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００５０】
面発光型半導体素子１は、半導体基板１１を更に備える。半導体基板１１としてはＧａＡｓ半導体基板が例示される。第１導電型半導体領域３はＧａＡｓ半導体領域の表面上に設けられており、この表面は、ＧａＡｓ半導体基板によって提供される。半導体基板１１の主面１１ａ上には、第１のＤＢＲ部を介して第１導電型半導体領域３が設けられている。第１導電型半導体領域３は、メサ形状を成しており、また電流ブロック半導体領域９の間に位置している。また、活性層５及び第２導電型半導体層７は、メサ形状を成しており、電流ブロック半導体領域９の間に位置している。活性層５は、第１導電型半導体領域３と第２導電型半導体層７との間に位置している。第１導電型半導体領域３、活性層５及び第２導電型半導体層７は、半導体メサ部１３を形成する。半導体メサ部１３は、第１のＤＢＲ部１５から第２のＤＢＲ部１５へ向かう方向に伸びている。半導体メサ部１３において、活性層５には、第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７からキャリアが注入される。
【００５１】
面発光型半導体素子１では、第１のＤＢＲ部２は、半導体基板１上に設けられている。第１導電型半導体領域３、活性層５、第２導電型半導体層７および電流ブロック領域９は、第１のＤＢＲ部２上に設けられている。第１のＤＢＲ部２上において、電流ブロック領域９は、第１導電型半導体領域３、活性層５および第２導電型半導体層７の周囲を囲んでいる。第２のＤＢＲ部１５は、電流ブロック領域９および半導体メサ部１３上に設けられている。面発光型半導体素子１は、プレーナ形状を有している。第１のＤＢＲ部２および第２のＤＢＲ部１５の各々は、光学的にはブラッグ回折格子として働いている。例えば、第１のＤＢＲ半導体層２ａの屈折率は、第１のＤＢＲ半導体層２ｂの屈折率とは異なっており、第１のＤＢＲ部２は、第１のＤＢＲ半導体層２ａ、２ｂの厚さに応じた光学スペクトルを示す。この光学スペクトルは、活性層において発生される波長成分の光の一部を反射することができ、該光の一部を透過することができる。
【００５２】
本実施の形態に示される屈折率の構造及びバンドギャップの構造を備える面発光型半導体素子１によれば、水平・垂直方向に関するキャリア閉じ込め性が強化され、ＩｎＰ半導体／ＧａＩｎＡｓＰ半導体から成る半導体レーザ素子に比べて、閾値電流の低減、スロープ効率の増加、温度特性の改善が得られる。
【００５３】
面発光型半導体素子１は、第２導電型半導体層１７と、電極２１と、電極２３とを更に備える。第２導電型半導体層１７は、第２導電型半導体層１５上に設けられている。電極２１は、第２導電型半導体層１７上に設けられている。電極２３は、基板１１の裏面１１ｂに設けられている。電極２１および２３の少なくともいずれかは、半導体メサ部１３からの光を遮ることがないように、開口部を有している。本実施例では、電極２１は開口部２１ａを有している。開口部２１ａは、半導体メサ部１３の位置にあわせて設けられている。
【００５４】
面発光型半導体素子１において、電流ブロック半導体領域９は、第１の電流ブロック層９ａ及び第２の電流ブロック層９ｂを備えることができる。第１の電流ブロック層９ａの導電型は第２の電流ブロック層９ｂの導電型と異なる。電流ブロック半導体領域９は、互いに逆導電型の半導体層を含むので、第１の電流ブロック層９ａと第２の電流ブロック層９ｂとから成るｐｎ接合を利用して電流をブロックできる。第１の電流ブロック層９ａは、第２導電型半導体から構成され、第２の電流ブロック層９ｂは、第１導電型半導体から構成されることができる。
【００５５】
図１及び図２(ａ)に示された面発光型半導体素子１においては、第１の電流ブロック層９ａは、第１導電型半導体から構成される第２の電流ブロック層９ｂ及び第１導電型の第１のＤＢＲ部２との間に位置し、第２の電流ブロック層９ｂは、第２導電型半導体から構成される第１の電流ブロック層９ａ及び第２導電型の第２のＤＢＲ部１５との間に位置する。故に、第２導電型半導体層１５、第１導電型半導体領域３、電流ブロック半導体領域９により、ｐｎｐｎ構造又はｎｐｎｐ構造を構成する。
【００５６】
半導体発光素子１の構成を示す第１の実施例を示せば、
第１のＤＢＲ部：２
第１のＤＢＲ半導体層：ｎ型のＡｌＧａＡｓ
第２のＤＢＲ半導体層：ｎ型のＧａＡｓ
第１導電型半導体領域３：
ｎ型のＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰ
活性層５：  アンドープ(un)ＧａＩｎＮＡｓ、un−ＧａＮＡｓ、
un−ＧａＮＡｓＳｂ、un−ＧａＮＡｓＰ、
un−ＧａＮＡｓＳｂＰ、un−ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、
un−ＧａＩｎＮＡｓＰ、又はun−ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ
第２導電型半導体層７：
ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体又はＧａＩｎＰ半導体
第２のＤＢＲ部：１５
第３のＤＢＲ半導体層：ｐ型のＡｌＧａＡｓ
第４のＤＢＲ半導体層：ｐ型のＧａＡｓ
第１の電流ブロック半導体層９ａ：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、
ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、ｐ型ＧａＡｓ半導体、又はｐ型ＧａＩｎＰ半導体
第２の電流ブロック半導体層９ｂ：ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
ｎ型ＧａＩｎＰ半導体、ｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体、又はｎ型ＧａＡｓ半導体
基板１１：ｎ型高濃度ＧａＡｓ基板
コンタクト層１７：ｐ型ＧａＡｓ半導体
である。この実施例における面発光型半導体素子１では、第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７はＧａＡｓ半導体に格子整合する(ＡｌXＧａ1-X) YＩｎ1-YＰ半導体から構成され、第１及び第２の電流ブロック層９ａ、９ｂの各々は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体、またはＧａＡｓ半導体に格子整合する(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体から構成されることができる。これらの結晶において、Ｘの値は０以上１以下の範囲にある。この半導体材料を用いると、活性層５と電流ブロック半導体領域９との間のキャリア閉じ込めと、活性層５と第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７との間のキャリア閉じ込めを共に向上することが可能になる。
【００５７】
半導体発光素子１の構成を示す第２の実施例を示せば、
第１のＤＢＲ部：２
第１のＤＢＲ半導体層：ｎ型のＡｌＧａＡｓ
第２のＤＢＲ半導体層：ｎ型のＧａＡｓ
第１導電型半導体領域３：
ｎ型のＡｌＧａＡｓ半導体又はＧａＡｓ半導体
活性層５：  un−ＧａＩｎＮＡｓ、un−ＧａＮＡｓ、
un−ＧａＮＡｓＳｂ、un−ＧａＮＡｓＰ、
un−ＧａＮＡｓＳｂＰ、un−ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、
un−ＧａＩｎＮＡｓＰ、又はun−ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ
第２導電型半導体層７：
ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体またはＧａＡｓ半導体
第２のＤＢＲ部：１５
第３のＤＢＲ半導体層：ｐ型のＡｌＧａＡｓ
第４のＤＢＲ半導体層：ｐ型のＧａＡｓ
第１の電流ブロック半導体層９ａ：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、ｐ型ＧａＡｓ半導体、又はｐ型ＧａＩｎＰ半導体
第２の電流ブロック半導体層９ｂ：ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
ｎ型ＧａＩｎＰ半導体、ｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体、又はｎ型ＧａＡｓ半導体
基板１１：ｎ型高濃度ＧａＡｓ基板
コンタクト層１７：ｐ型ＧａＡｓ半導体
である。この実施例における面発光型半導体素子１では、第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体から構成され、第１及び第２の電流ブロック層９ａ、９ｂの各々は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体、またはＧａＡｓ半導体に格子整合する(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体から構成されることができる。これらの結晶において、Ｘの値は０以上１以下の範囲にある。この半導体材料を用いると、活性層５と電流ブロック半導体領域９との間のキャリア閉じ込めと、活性層５と第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７との間のキャリア閉じ込めを共に向上できる。
【００５８】
上記の半導体材料から構成される面発光型半導体素子１では、活性層５は、特に、０．９マイクロメートル以上の波長を有する光を発生することに適した構成となっている。
【００５９】
ＩｎＰ半導体は、図２(ｂ)に示される△ＥInPを有する。図２(ｂ)から理解されるように、△Ｅ0は、△ＥInPより大きい。つまり、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体又はＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体のいずれかの半導体から構成される活性層５と、△Ｅ0を有するクラッド層(ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体またはｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体)とのバンドギャップの差は、ＩｎＰ半導体(バンドギャップエネルギ：２．１６×１０-19ジュール(１．３５ｅＶ))／ＧａＩｎＡｓＰ半導体から成るヘテロ接合のバンドギャップに比べて大きくできる。この説明は、図２(ｃ)に示される活性層５及び電流ブロック半導体領域９にも同様に適用される。
【００６０】
図３(ａ)は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図３(ｂ)は、図３(ａ)に示されたIＶ−IＶ線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図３(ｃ)は、図３(ａ)に示されたIＶ−IＶ線に沿った屈折率を示す図面である。面発光型半導体素子１ａは、第１のＳＣＨ層２５及び第２のＳＣＨ層２７を更に備えることができる。第１のＳＣＨ層２５は、第１導電型半導体領域３と活性層５との間に設けられている。第２のＳＣＨ層２７は、活性層５と第２導電型半導体層７との間に設けられている。第１のＳＣＨ層２５及び第２のＳＣＨ層２７は、電流ブロック領域９の間に設けられている。第１導電型半導体領域３、活性層５、第２導電型半導体層７、第１のＳＣＨ層２５及び第２のＳＣＨ層２７は、半導体メサ部１３ａを形成する。
【００６１】
第１のＳＣＨ層２５は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値と第１導電型半導体領域３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している。第２のＳＣＨ層２７は、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値と第２導電型半導体層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している。活性層５には、第１のＳＣＨ層２５及び第２のＳＣＨ層２７を介して第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７からキャリアが注入される。図３(ｂ)に示されるように、面発光型半導体素子１ａにおいて、注入されたキャリアは、第１のＳＣＨ層２５及び第２のＳＣＨ層２７の働きによって活性層５に閉じ込められる。
【００６２】
第１および第２のＳＣＨ半導体層２５及び２７：
un−ＡｌXＧａ1-XＡｓ(Ｘは０以上、１以下である)、
un−ＧａＡｓ、又は
ＧａＡｓ半導体に格子整合するun−ＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y(Ｘは約０．５以上、１以下であり、Ｙは０以上１以下である)
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。これらの材料によれば、第１及び第２のＳＣＨ半導体層２５及び２７のフォトルミネッセンス波長値が、第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７及びフォトルミネッセンス波長値と活性層５及びフォトルミネッセンス波長値との間の値に設定されるので、活性層５への良好なキャリアの閉じ込めを実現できる。
【００６３】
図４(ａ)は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図４(ｂ)は、図４(ａ)に示されたＶ−Ｖ線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図４(ｃ)は、図４(ａ)に示されたＶ−Ｖ線に相当する線に沿って取られた別の面発光型半導体素子のバンドギャップを示す図面である。面発光型半導体素子１ｂは、III−Ｖ族化合物半導体を含む別の半導体層２９を更に備えることができる。別の半導体層２９は、第１導電型半導体領域３と活性層５との間および第２導電型半導体層７と活性層５との間の少なくともいずれかの位置に設けられている。面発光型半導体素子１ｂでは、別の半導体層２９は、第２導電型半導体層７と活性層５との間に設けられているとき、別の半導体層２９のIII−Ｖ族化合物半導体は、図４(ｂ)に示されるように、活性層５が示すフォトルミネッセンス波長値と第２導電型半導体層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。また、別の半導体層２９は、第１導電型半導体領域３と活性層５との間に設けられているとき、別の半導体層２９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１導電型半導体領域３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。第１導電型半導体領域３、活性層５、第２導電型半導体層７及び別の半導体層２９は、半導体メサ部１３ｂを形成する。
【００６４】
このフォトルミネッセンス波長関係によれば、別の半導体層２９の導入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５と第１導電型半導体領域３又は第２導電型半導体層７とのヘテロ障壁が緩和される。
【００６５】
図４(ａ)に示された半導体発光素子１ｂは、第２導電型半導体層７と活性層５との間に設けられた別の半導体層２９を備えるけれども、図４(ｃ)に示されるように、別の半導体層２９は、第１導電型半導体層３と活性層５との間に設けられてもよい。また、一対の別の半導体層を活性層５の両側に設けることができる。
【００６６】
半導体発光素子１ｂの構成における実施例として、
半導体層２９：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ、ｐ型ＧａＩｎＰ、
又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ
がある。
【００６７】
図５は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図５に示される面発光型半導体素子１ｃは、III−Ｖ族化合物半導体を含む別の半導体層３１と、ＳＣＨ層２５，２７との両方を備えることができる。別の半導体層３１は、第２導電型半導体層７と第２のＳＣＨ層２７との間に設けられる。面発光型半導体素子１ｃのように、別の半導体層３１が第２導電型半導体層７と第２のＳＣＨ層２７との間に設けられるとき、別の半導体層３１のIII−Ｖ族化合物半導体は第２のＳＣＨ層２７が示すフォトルミネッセンス波長値と第２導電型半導体層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。また、別の半導体層３１が第１導電型半導体領域３と第１のＳＣＨ層２５との間に設けられるとき、別の半導体層３１のIII−Ｖ族化合物半導体は、第１のＳＣＨ層２５が示すフォトルミネッセンス波長値と第１導電型半導体領域３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。第１導電型半導体領域３の第２の部分３ｂ、活性層５、第２導電型半導体層７、第１及び第２のＳＣＨ層２５及び２７並びに別の半導体層３１は、半導体リッジ部１３ｃを構成する。
【００６８】
別の半導体層３１は、第１導電型半導体領域３と第１のＳＣＨ層２５との間および第２導電型半導体層７と第２のＳＣＨ層２７との間の少なくともいずれかの位置に設けられていてもよい。
【００６９】
上記のフォトルミネッセンス波長の関係によれば、別の半導体層３１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、第１のＳＣＨ層２５と第１導電型半導体領域３又は第２のＳＣＨ層２７と第２導電型半導体層７とのヘテロ障壁が緩和される。
【００７０】
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３１：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ、ｐ型ＧａＩｎＰ、
又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ
がある。
【００７１】
以上説明したように、本発明に係る面発光型半導体素子によれば、良好な電流閉じ込めを実現可能になる。
【００７２】
(第２の実施の形態)
図６は、第２の実施の形態の半導体発光素子を示す斜視図である。図６には、ＸＹＺ座標系Ｓが描かれている。図７(ａ)は、図６に示されたＶI−ＶI線に沿った断面図である。図７(ｂ)は、図７(ａ)に示されたＶII−ＶII線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図７(ｃ)は、図７(ａ)に示されたＶIII−ＶIII線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図７(ｄ)は、図７(ａ)に示されたＶIII−ＶIII線に沿った屈折率を示す図面である。図６及び図７(ａ)を参照すると、埋め込みヘテロ構造半導体レーザ素子といった半導体発光素子が示されている。
【００７３】
面発光型半導体素子５１は、第１のＤＢＲ部５２と、第１導電型半導体領域５３と、電流ブロック半導体領域５９と、リッジ半導体部６３と、第２のＤＢＲ部６５とを備える。この面発光型半導体素子５１では、第１導電型半導体領域５３は、第１の領域５３ａおよび第２の領域５３ｂを有する主面を備えており、ＧａＡｓ半導体部上に設けられている。リッジ半導体部６３は、活性層５５及び第２導電型半導体層５７を含む。活性層５５は、第１導電型半導体領域５３の第１の領域５３ａ上に設けられている。第２導電型半導体層５７は、活性層５５上に設けられている。電流ブロック半導体領域５９は、第１導電型半導体領域５３の第２の領域５３ｂ上及びリッジ半導体部６３の側面５５ａ、５７ａ上に設けられており、リッジ半導体部６３に電流を流すように設けられている。第１のＤＢＲ部５２は第１のＤＢＲ半導体層５２ａおよび第２のＤＢＲ半導体層５２ｂを有しており、第１のＤＢＲ半導体層５２ａおよび第２のＤＢＲ半導体層５２ｂは交互に配列されている。第２のＤＢＲ部６５は第３のＤＢＲ半導体層６５ａおよび第４のＤＢＲ半導体６５ｂを有しており、第３のＤＢＲ半導体層６５ａおよび第４のＤＢＲ半導体６５ｂは交互に配列されている。第１導電型半導体領域５３およびリッジ半導体部６３は、第１のＤＢＲ部５２と第２のＤＢＲ部６５との間に設けられている。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。
【００７４】
この面発光型半導体素子５１によれば、電流ブロック半導体領域５９は、第１導電型半導体領域５３の第２の領域５３ｂ上に設けられているので、リッジ半導体部６３に電流を閉じ込める。
【００７５】
この面発光型半導体素子５１では、電流を閉じ込めるために、プロトン(Ｈ+)を半導体領域中に注入して該領域を改質して絶縁領域を形成することがない。プロトン注入法による面発光型半導体素子に比べて、効率的な電流閉じ込めを行うことができる。また、面発光型半導体素子１は上記の絶縁領域を用いていないので、電流ブロック半導体領域９の閉じ込め能力が、面発光型発光素子の製造プロセスにおける熱処理によって劣化することはない。
【００７６】
また、この面発光型半導体素子５１では、電流を閉じ込めるために、ＡｌＡｓ半導体層を形成した後に該ＡｌＡｓ半導体層を選択的に酸化して絶縁領域(Ａｌ2Ｏ3)を形成することがない。電流ブロック半導体領域９が提供するアパーチャは、フォトリソグラフィによって決まるので、ＡｌＡｓ半導体層をその外縁から酸化してアパーチャを形成することに比べて、アパーチャの大きさの制御が容易になる。また、ＡｌＡｓ半導体層を部分的に酸化することもないので、ＡｌＡｓ半導体層の両側上に設けられたエピタキシャル層が剥がれやすくなることも生じない。
【００７７】
面発光型半導体素子５１においては、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る活性層５５をＧａＡｓ半導体基板上に形成できるので、第１導電型半導体領域５３、第２導電型半導体層５７、及び電流ブロック半導体領域５９の材料として、ＩｎＰ半導体と異なりＧａＡｓ半導体に格子整合しておりＩｎＰ半導体より高いバンドギャップを有する半導体材料を用いることができる。これらの面発光型半導体素子における活性層に係わるヘテロ障壁は、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る面発光型半導体素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００７８】
第１導電型半導体領域５３はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、このIII−Ｖ族化合物半導体が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５５が示すフォトルミネッセンス波長値より小さい。第２導電型半導体層５７はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、このIII−Ｖ族化合物半導体が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５５が示すフォトルミネッセンス波長値より小さい。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に対応する波長値に等しい。図７(ｂ)のバンドギャップダイアグラムに示されるように、第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７は、キャリアを活性層５５に閉じ込めるように働く。結果として、第１導電型半導体領域５３は第１導電型クラッド層として働き、第２導電型半導体層５７は第２導電型クラッド層として働くことができる。活性層５５は、第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７から注入され閉じ込められたキャリアから光を発生する。図７(ｂ)に示されるように、半導体発光素子５１は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ半導体発光素子のＩｎＰ半導体クラッド層のバンドギャップ値△ＥInPより大きいバンドギャップ値△Ｅ0のクラッド層を有し、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ半導体発光素子に比べてＺ方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００７９】
電流ブロック半導体領域５９は、III−Ｖ族化合物半導体から構成されており、このIII−Ｖ族化合物半導体が示すフォトルミネッセンス波長値は、活性層５５が示すフォトルミネッセンス波長値より小さい。結果として、図７(ｃ)に示されるように、電流ブロック半導体領域５９は、電流ブロック半導体層として働くことができる。半導体発光素子５１は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ半導体発光素子のＩｎＰ電流ブロック半導体層のバンドギャップ値△ＥInPより大きなバンドギャップ値△ＥBの電流ブロック半導体層を有し、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ半導体発光素子に比べてＸおよびＹ方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００８０】
面発光型半導体素子５１は、半導体基板６１を更に備える。半導体基板６１としてはＧａＡｓ半導体基板が例示される。第１導電型半導体領域５３が設けられたＧａＡｓ半導体の表面は、ＧａＡｓ半導体基板によって提供される。半導体基板６１の主面６１ａ上には、第１のＤＢＲ部５２を介して第１導電型半導体領域５３が設けられる。活性層５５及び第２導電型半導体層５７は、電流ブロック半導体領域５９の間に位置し、リッジ形状を成す。活性層５５は、第１導電型半導体領域５３の第１の部分５３ａと第２導電型半導体層５７との間に位置する。活性層５５および第２導電型半導体層５７は、半導体リッジ部６３を構成する。半導体リッジ部６３は、所定の軸方向に伸びる。半導体リッジ部６３では、活性層５５には、第１導電型半導体領域５３の第１の部分５３ａ及び第２導電型半導体層５７からキャリアが注入される。
【００８１】
面発光型半導体素子５１では、第１のＤＢＲ部５２は、半導体基板６１上に設けられている。第１導電型半導体領域５３、活性層５５、第２導電型半導体層５７および電流ブロック領域５９は、第１のＤＢＲ部５２上に設けられている。第１のＤＢＲ部５２上において、電流ブロック領域５９は、第１導電型半導体領域５３、活性層５５および第２導電型半導体層５７の周囲を囲んでいる。第１のＤＢＲ部５２および第２のＤＢＲ部６５の各々は、光学的にはブラッグ回折格子として働いている。例えば、第１のＤＢＲ半導体層５２ａの屈折率は、第１のＤＢＲ半導体層５２ｂの屈折率とは異なっており、第１のＤＢＲ部５２は、第１のＤＢＲ半導体層５２ａ、５２ｂの厚さに応じた光学スペクトルを示す。この光学スペクトルは、活性層において発生される波長成分の光の一部を反射することができ、該光の一部を透過することができる。
【００８２】
面発光型半導体素子５１は、第２導電型半導体層６７と、電極７１と、電極７３とを更に備える。第２導電型半導体層６７は、第２導電型半導体層６５上に設けられる。電極７１は、第２導電型半導体層６７上に設けられる。電極７３は、基板６１の裏面６１ｂに設けられる。電極７１および７３の少なくともいずれかは、半導体リッジ部６３からの光を遮ることがないように、開口部を有している。本実施例では、電極７１は開口部７１ａを有している。電極７１は、半導体リッジ部６３からの光を遮ることがないように、開口部７１ａを有している。開口部７１ａは、半導体リッジ部６３の位置にあわせて設けられている。
【００８３】
面発光型半導体素子５１では、電流ブロック半導体領域５９は、第１の電流ブロック層５９ａ及び第２の電流ブロック層５９ｂを備えることができる。第１の電流ブロック層５９ａの導電型は第２の電流ブロック層５９ｂの導電型と異なる。電流ブロック半導体領域５９は、互いに逆導電型の半導体層を含むので、第１の電流ブロック層５９ａと第２の電流ブロック層５９ｂとから成るｐｎ接合を利用して電流をブロックできる。第１の電流ブロック層５９ａは、第２導電型半導体から構成でき、第２の電流ブロック層５９ｂは、第１導電型半導体から構成できる。
【００８４】
面発光型半導体素子５１では、第１の電流ブロック層５９ａは、第１導電型半導体から構成される第２の電流ブロック層５９ｂと第１導電型半導体領域５３との間に位置しており、第２の電流ブロック層５９ｂは、第２導電型半導体から構成される第１の電流ブロック層５９ａと第２導電型半導体から構成される第２のＤＢＲ部６５との間に位置している。故に、第２導電型半導体ＤＢＲ部６５、第１導電型半導体領域５３、電流ブロック半導体領域５９により、ｐｎｐｎ構造又はｎｐｎｐ構造を構成する。
【００８５】
半導体発光素子５１の構成を示す第１の実施例を示せば、
第１のＤＢＲ部：５２
第１のＤＢＲ半導体層：ｎ型のＡｌＧａＡｓ
第２のＤＢＲ半導体層：ｎ型のＧａＡｓ
第１導電型半導体領域５３：
ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体又はＧａＩｎＰ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、又はun−ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体
第２導電型半導体層５７：
ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体又はＧａＩｎＰ半導体
第２のＤＢＲ部：６５
第３のＤＢＲ半導体層：ｐ型のＡｌＧａＡｓ
第４のＤＢＲ半導体層：ｐ型のＧａＡｓ
第１の電流ブロック半導体層５９ａ：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、ｐ型ＧａＡｓ半導体、又はｐ型ＧａＩｎＰ半導体
第２の電流ブロック半導体層５９ｂ：ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
ｎ型ＧａＩｎＰ半導体、ｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体、又はｎ型ＧａＡｓ半導体
基板６１：ｎ型高濃度ＧａＡｓ基板
コンタクト層６７：ｐ型ＧａＡｓ半導体
である。面発光型半導体素子５１では、第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７は、ＧａＡｓ半導体に格子整合する(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体から構成され、第１及び第２の電流ブロック層５９ａ、５９ｂの各々は、ＧａＡｓ半導体に格子整合する(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体又はＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体から構成されることができる。これらの結晶において、Ｘの値は０以上１以下の範囲にある。この半導体材料を用いると、活性層５５と電流ブロック半導体領域５９との間のキャリア閉じ込めと、活性層５５と第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７との間のキャリア閉じ込めを共に向上できる。
【００８６】
半導体発光素子５１の構成を示す第２の実施例を示せば、
第１のＤＢＲ部：５２
第１のＤＢＲ半導体層：ｎ型のＡｌＧａＡｓ
第２のＤＢＲ半導体層：ｎ型のＧａＡｓ
第１導電型半導体領域５３：
ｎ型のＡｌＧａＡｓ半導体又はＧａＡｓ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、又はun−ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体
第２導電型半導体層５７：
ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体又はＧａＡｓ半導体
第２のＤＢＲ部：６５
第３のＤＢＲ半導体層：ｐ型のＡｌＧａＡｓ
第４のＤＢＲ半導体層：ｐ型のＧａＡｓ
第１の電流ブロック半導体層５９ａ：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、ｐ型ＧａＡｓ半導体、又はｐ型ＧａＩｎＰ半導体
第２の電流ブロック半導体層５９ｂ：ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体
ｎ型ＧａＩｎＰ半導体、ｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体、又はｎ型ＧａＡｓ半導体
基板６１：ｎ型高濃度ＧａＡｓ基板
コンタクト層６７：ｐ型ＧａＡｓ半導体
である。面発光型半導体素子５１では、第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体から構成され、第１及び第２の電流ブロック層５９ａ、５９ｂの各々は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体、又はＧａＡｓ半導体に格子整合する(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体から構成されることができる。これらの半導体において、Ｘの値は０以上１以下の範囲にある。この半導体材料を用いると、活性層５５と電流ブロック半導体領域５９との間のキャリア閉じ込めと、活性層５５と第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７との間のキャリア閉じ込めを共に向上できる。
【００８７】
故に、水平・垂直方向に関するキャリア閉じ込め性が強化され、ＩｎＰ半導体／ＧａＩｎＡｓＰ半導体から成る半導体レーザ素子に比べて、閾値電流の低減、スロープ効率の増加、温度特性の改善が得られる。
【００８８】
上記の半導体材料から成る面発光型半導体素子５１によれば、活性層５５は、特に、０．９マイクロメートル以上の波長を有する光を発生することに適した構成となっている。
【００８９】
ＩｎＰ半導体は、図７(ｂ)に示される△ＥInPを有する。図７(ｂ)から理解されるように、△Ｅ0は、△ＥInPより大きい。つまり、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、又はＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体のいずれかの半導体から構成される活性層と、△Ｅ0を有するクラッド層(ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体、又はｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体)とのバンドギャップの差は、ＩｎＰ半導体(バンドギャップエネルギ：２．１６×１０-19ジュール(１．３５ｅＶ))／ＧａＩｎＡｓＰ半導体から成るヘテロ接合のバンドギャップに比べて大きい。この説明は、図７(ｃ)に示される活性層５５及び電流ブロック半導体領域５９にも同様に適用される。
【００９０】
図８(ａ)は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図８(ｂ)は、図８(ａ)のIＸ−IＸ線に沿って取られた面発光型半導体素子のバンドギャップを示す図面である。図８(ｃ)は、図８(ａ)のIＸ−IＸ線に沿って取られた面発光型半導体素子の屈折率を示す図面である。面発光型半導体素子５１ａは、第１のＳＣＨ層７５及び第２のＳＣＨ層７７を更に備えることができる。第１のＳＣＨ層７５は、第１導電型半導体領域５３と活性層５５との間に設けられている。第２のＳＣＨ層７７は、活性層５５と第２導電型半導体層５７との間に設けられている。第１のＳＣＨ層７５及び第２のＳＣＨ層７７は、電流ブロック領域５９の間に設けられている。第１導電型半導体領域５３、活性層５５、第２導電型半導体層５７、第１のＳＣＨ層７５及び第２のＳＣＨ層７７は、半導体リッジ部６３ａを形成する。
【００９１】
第１のＳＣＨ層７５は、活性層５５が示すフォトルミネッセンス波長値と第１導電型半導体領域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している。第２のＳＣＨ層７７は、活性層５５が示すフォトルミネッセンス波長値と第２導電型半導体層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している。活性層５５には、第１及び第２のＳＣＨ層７５，７７を介して第１導電型半導体領域５３の第１の部分５３ａ及び第２導電型半導体層５７からキャリアが注入される。図８(ｂ)に示されるように、面発光型半導体素子５１ａにおいて、注入されたキャリアは、第１のＳＣＨ層７５及び第２のＳＣＨ層７７の働きによって活性層５５に閉じ込められる。
【００９２】
第１及び第２のＳＣＨ層７５、７７の各々は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体(Ｘは約０．５以上、１以下であり、Ｙは０以上１以下である)から構成できる。半導体発光素子５１ａの構成の実施例として、
ＳＣＨ半導体層７５及び７７：un−ＡｌXＧａ1-XＡｓ(Ｘは０以上、１以下である)
un−ＧａＡｓ、又は
ＧａＡｓ半導体に格子整合するun−ＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体
(Ｘは約０．５以上、１以下であり、Ｙは０以上１以下である)
がある。これらの材料によれば、第１及び第２のＳＣＨ半導体層７５及び７７のフォトルミネッセンス波長値が、第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７のフォトルミネッセンス波長値と活性層５５のフォトルミネッセンス波長値との間にそれぞれ設定されるので、活性層５５への良好なキャリアの閉じ込めを実現できる。好適な実施例では、ＧａＩｎＡｓＰはＧａＡｓに格子整合するように設けられる。
【００９３】
図９(ａ)は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図９(ｂ)は、図９(ａ)のＸ−Ｘ線に相当する線に沿って取られた面発光型半導体素子のバンドギャップを示す図面である。図９(ｃ)は、図９(ａ)に示されたＸ−Ｘ線に相当する線に沿って取られた別の面発光型半導体素子のバンドギャップを示す図面である。面発光型半導体素子５１ｂは、III−Ｖ族化合物半導体を含む別の半導体層７９を更に備えることができる。面発光型半導体素子５１ｂでは、別の半導体層７９は、第２導電型半導体層５７と活性層５５との間に設けられる。別の半導体層７９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導電型半導体層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。活性層５５、第２導電型半導体層５７及び別の半導体層７９は、半導体リッジ部６３ｂを形成する。
【００９４】
図９(ａ)に示された半導体発光素子５１ｂは、第２導電型半導体層５７と活性層５５との間に設けられた別の半導体層７９を備えるけれども、図９(ｃ)に示されるように、別の半導体層７９は第１導電型半導体層５３と活性層５５との間に設けられてもよい。別の半導体層７９が第１導電型半導体領域５３と活性層５５との間に設けられるとき、別の半導体層７９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導電型半導体領域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有する。また、一対の別の半導体層７９を活性層５５の両側に設けてもよい。つまり、別の半導体層７９は、第１導電型半導体領域５３と活性層５５との間および第２導電型半導体層５７と活性層５５との間の少なくともいずれかに設けられることができる。
【００９５】
このフォトルミネッセンス波長の関係によれば、別の半導体層７９の導入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５５と第１導電型半導体領域５３または第２導電型半導体層５７とのヘテロ障壁が緩和される。
【００９６】
半導体発光素子５１ｂの構成における実施例として、
半導体層７９：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ、ｐ型ＧａＩｎＰ、又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ
がある。
【００９７】
図１０は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。ＳＣＨ層７５、７７を備える面発光型半導体素子５１ｃは、III−Ｖ族化合物半導体を含む別の半導体層８１を更に備えることができる。別の半導体層８１は、第１導電型半導体領域５３と第１のＳＣＨ層７５との間および第２導電型半導体層５７と第２のＳＣＨ層７７との間の少なくともいずれかに設けられる。図１０(ａ)に示された面発光型半導体素子５１ｃのように、別の半導体層８１が第２導電型半導体層５７と第２のＳＣＨ層７７との間に設けられるとき、別の半導体層８１のIII−Ｖ族化合物半導体は第２のＳＣＨ層７７が示すフォトルミネッセンス波長値と第２導電型半導体層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。別の半導体層８１が第１導電型半導体領域５３と第１のＳＣＨ層７５との間に設けられるとき、別の半導体層８１のIII−Ｖ族化合物半導体は、第１のＳＣＨ層７５が示すフォトルミネッセンス波長値と第１導電型半導体領域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有する。活性層５５、第２導電型半導体層５７、第１のＳＣＨ層７５及び第２のＳＣＨ層７７、並びに別の半導体層８１は、半導体リッジ部６３ｃを形成する。半導体発光素子５１ｃの半導体層８１は、半導体層７９と同じ材料から構成される。
【００９８】
このフォトルミネッセンス波長の関係によれば、別の半導体層８１の導入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７５と第１導電型半導体領域５３又はＳＣＨ層７７と第２導電型半導体層５７とのヘテロ障壁が緩和される。
【００９９】
以上説明したように、本発明に係る面発光型半導体素子によれば、良好な電流閉じ込めを実現可能になる。
【０１００】
本発明の第１及び第２の実施の形態およびいくつかの変形例を説明したが、図１１(Ａ)および図１１(Ｂ)は、面発光型半導体素子の変形例を示す図面である。第１の実施の形態(第２の実施の形態)では、第１のＤＢＲ部２(５２)は、半導体基板１１(６１)と活性層５(５５)との間に設けられている。しかしながら、変形例の面発光型半導体素子１ｄでは、図１１(Ａ)に示されるように、半導体基板１１は、第１のＤＢＲ部２と活性層５との間に設けられている。また、変形例の面発光型半導体素子５１ｄでは、図１１(Ｂ)に示されるように、半導体基板６１は、第１のＤＢＲ部５２と活性層５５との間に設けられている。
【０１０１】
以上、本発明の第１及び第２の実施の形態をいくつかの変形例を参照しながら説明したが、本実施の形態は、これらに限定され無い。更なる変形例の面発光型半導体素子では、第１及び第２の電流ブロック半導体層の各々は、III族元素としてアルミニウム(Ａｌ)を含まないIII−Ｖ族化合物半導体から構成される。第１及び第２の電流ブロック半導体層が、酸化されやすいＡｌを含む材料から構成される場合、活性層と電流ブロック半導体領域との界面において時間の経過と共にＡｌの酸化反応が進行して、非発光センターの数が増加する可能性がある。しかしながら、第１及び第２の電流ブロック半導体層は、酸化されやすいＡｌをIII族として含まないとき、Ａｌの酸化が半導体発光素子の特性や信頼性を劣化させることがない。Ａｌを含まないIII−Ｖ族化合物半導体としては、ＧａＩｎＰ半導体が例示される。好適な実施例では、ＧａＩｎＰ半導体はＧａＡｓ半導体に格子整合する。
【０１０２】
Ａｌを含むIII−Ｖ族半導体材料を電流ブロック半導体領域のための材料に用いる場合、活性層を含むリッジ半導体部を埋め込む工程において、電流ブロック半導体領域とリッジ半導体部との界面及び／又は電流ブロック半導体領域と第１導電型半導体領域との界面においてＡｌが酸化されることにより、良好な結晶性を有する電流ブロック半導体領域が得られない可能性がある。その点、例えばＧａＩｎＰ半導体はＡｌを含まないので、そのような問題は生じない。ＧａＩｎＰ半導体のバンドギャップは、Ｎを含むIII−Ｖ族半導体のバンドギャップより大きい。ＧａＩｎＰ半導体を含む電流ブロック半導体領域によれば、キャリアが活性層内に良好に閉じ込められる。また、ＧａＩｎＰ半導体の屈折率は、Ｎを含むIII−Ｖ族半導体の屈折率より小さい。ＧａＩｎＰ半導体を含む電流ブロック半導体領域によれば、水平横方向の光が活性層に良好に閉じ込められる。
【０１０３】
電流ブロック半導体領域がＧａＩｎＰ半導体から構成されることに加えて、活性層がIII族としてＡｌを含まない半導体から構成されており、第１導電型半導体領域及び第２導電型半導体層がＧａＩｎＰ半導体から構成されていてもよい。この構成によれば、Ａｌ酸化に起因する活性層の発光特性の劣化及びＡｌ酸化に起因する埋め込み再成長時の電流ブロック半導体領域の結晶性の劣化の可能性が生じない。第２導電型半導体層及び電流ブロック半導体領域の材料がIII族としてＡｌを含まない場合、電流ブロック半導体領域及び第２導電型半導体層上に別の第２導電型半導体層を成長するときに、Ａｌ酸化に起因する結晶性の劣化の可能性が生じない。故に、より高性能および高信頼性の埋め込み半導体発光素子が得られる。
【０１０４】
面発光型半導体素子が、III族としてＡｌを含まないIII−Ｖ族半導体から構成される活性層を含む発光領域と、ＧａＩｎＡｓＰ半導体を含むヘテロ障壁緩和層とを備えるとき、第１導電型半導体領域、第２導電型半導体層及び電流ブロック半導体領域がＧａＩｎＰ半導体から構成されていてもよい。好適な実施例では、ＧａＩｎＰ半導体はＧａＡｓ半導体に格子整合する。この構成によれば、面発光型半導体素子を構成する半導体層がＡｌを含まない半導体から構成されるので、Ａｌ酸化に起因する面発光型半導体素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【０１０５】
III族としてＡｌを含まないIII−Ｖ族半導体から構成される活性層及びＳＣＨ層を備える発光領域を備える面発光型半導体素子において、例えば、ＧａＡｓ半導体及びＧａＩｎＡｓＰ半導体の少なくともいずれかの半導体からＳＣＨ層が構成されており、第１導電型半導体領域、第２導電型半導体層及び電流ブロック半導体領域がＧａＩｎＰ半導体から構成されていてもよい。好適な実施例では、ＧａＩｎＰ半導体及びＧａＩｎＡｓＰ半導体は、ＧａＡｓ半導体に格子整合する。この構成によれば、面発光型半導体素子を構成する半導体層がＡｌを含まないので、Ａｌ酸化に起因する面発光型半導体素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【０１０６】
III族としてＡｌを含まないIII−Ｖ族半導体から構成される活性層及びＳＣＨ層を含む発光領域を備える面発光型半導体素子において、例えば、ＧａＡｓ半導体及びＧａＩｎＡｓＰ半導体の少なくともいずれかの半導体からＳＣＨ層が構成されており、ＧａＩｎＡｓＰ半導体からヘテロ障壁緩和層が構成されており、第１導電型半導体領域、第２導電型半導体層及び電流ブロック半導体領域がＧａＩｎＰ半導体から構成されてもよい。好適な実施例では、ＧａＩｎＰ半導体及びＧａＩｎＡｓＰ半導体は、ＧａＡｓ半導体に格子整合する。この構成によれば、面発光型半導体素子を構成する半導体層がＡｌを含まない半導体から構成されるので、Ａｌ酸化に起因する面発光型半導体素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【０１０７】
さらに、第１及び第２の実施の形態においては、面発光型半導体素子が、半導体レーザ素子といった半導体発光素子を含む場合を説明したけれども、本実施の形態の面発光型半導体素子は半導体発光素子に限定されるものではない。面発光型半導体素子は、半導体レーザ素子或いは半導体光増幅素子を含むことができる。また、面発光型半導体素子は、半導体レーザ素子及び半導体光増幅素子の少なくともいずれかを含む光集積素子であってもよい。
【０１０８】
本発明の実施例で説明した構造に従えば、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子及びそれらを集積した光素子の何れにおいても、ＩｎＰ半導体より高いバンドギャップの半導体材料でキャリアを閉じ込めることが可能になるので、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いて作製した場合に比べて、温度特性が改善される。
【０１０９】
第１及び第２の実施の形態では、面発光型半導体素子１及び５１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。この材料により、活性層の格子定数は、ＧａＡｓ半導体の格子定数と同じか、それに近くできるので、活性層をＧａＡｓ半導体上に設けることができる。
【０１１０】
また、面発光型半導体素子１及び５１の活性層と第１導電型半導体領域及び第２導電型半導体層並びに第１及び第２の電流ブロック層の間のヘテロ接合のバンドギャップエネルギの差は、ＩｎＰ半導体／ＧａＩｎＡｓＰ半導体から成るヘテロ接合のバンドギャップの差より大きい。この構成により、活性層へのキャリアの閉じ込め性が向上する。
【０１１１】
本実施の形態の面発光型半導体素子において、活性層には窒素(Ｎ)を含むIII−Ｖ族化合物半導体が使用可能である。窒素(Ｎ)を含むIII−Ｖ族化合物半導体としては、少なくとも窒素(Ｎ)、ガリウム(Ｇａ)、及び砒素(Ａｓ)を含むIII−Ｖ族化合物半導体が例示される。このIII−Ｖ族半導体の格子定数は、ＧａＡｓの格子定数と同じ、或いはＧａＡｓの格子定数に近い値である。故に、該III−Ｖ族化合物半導体をＧａＡｓ半導体表面上に良好な結晶成長を行うことができる。また、少なくとも窒素(Ｎ)、ガリウム(Ｇａ)、及び砒素(Ａｓ)を含むIII−Ｖ族化合物半導体のバンドギャップは、０．９マイクとメートル以上の波長帯域に対応している。故に、このIII−Ｖ族化合物半導体を活性層に用いれば、０．９マイクロメートル以上の長波長の発振波長の光を発生する半導体発光素子、例えば、１．３マイクロメートル帯光通信用光源、若しくは１．５５マイクロメートル帯光通信用光源を実現できる。
【０１１２】
ＧａＩｎＡｓ半導体又はＧａＩｎＡｓＰ半導体も活性層としてＧａＡｓ基板上に結晶成長可能である。しかし、これらを用いて１マイクロメートル以上の発振波長を得ようとすると、これらの結晶の格子定数とＧａＡｓ基板の格子定数の差が過大となり、その結果これらの結晶に過大な歪みが加わって結晶性が劣化しやすくなるので、良好な発振特性や信頼性が得られにくい。これに対して、少なくとも窒素とガリウムと砒素とを含むIII−Ｖ族化合物半導体は、ＧａＡｓ半導体と同じか、それに近い格子定数を有するので、結晶歪みの問題は無く、したがって１マイクロメートル以上の発振波長領域においても、構造上の制約無しに、良好な発振特性や信頼性を実現できる。
【０１１３】
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半導体が例示される。これらの半導体は、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。
【０１１４】
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できるので、ＧａＮＡｓ半導体や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的結晶歪みを低減し、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。
【０１１５】
第１及び第２の実施の形態の面発光型半導体素子において、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(Ｘは０以上１以下である)或いはＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)が使用できる。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のクラッド層に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。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。
【０１１６】
ＧａＡｓ半導体に格子整合する(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体(Ｘは０以上１以下である)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)以上３．９２×１０-19ジュール(２．４５ｅＶ)以下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(Ｘは０以上１以下である)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)以上３．１９×１０-19ジュール(１．９９ｅＶ)以下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、面発光型半導体素子の温度特性が改善される。
【０１１７】
また、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、及びＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体の少なくともいずれかの半導体材料から構成される活性層と、(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体(Ｘは０以上１以下である)或いはＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)から構成されるクラッド層とのバンドギャップ差は、例えば、発振波長が１．３マイクロメートルとすると、活性層のバンドギャップは約１．５３×１０-19ジュール(０．９５４ｅＶ)であるので、ＡｌＧａＩｎＰ半導体を用いたバンドギャップ差は、最小１．５３×１０-19ジュール(０．９５６ｅＶ)であり、最大２．４×１０-19ジュール(１．４９６ｅＶ)である。ＡｌＧａＡｓ半導体を用いたバンドギャップ差は、最小０．７５×１０-19ジュール(０．４６６ｅＶ)であり、最大１．６６×１０-19ジュール(１．０３６ｅＶ)である。
【０１１８】
また、発振波長が１．５５マイクロメートルとすると、活性層のバンドギャップは約１．２８×１０-19ジュール(０．８ｅＶ)であるので、ＡｌＧａＩｎＰ半導体を用いたバンドギャップ差は、最小１．７８×１０-19ジュール(１．１１ｅＶ)であり、最大２．６４×１０-19ジュール(１．６５ｅＶ)である。ＡｌＧａＡｓ半導体を用いたバンドギャップ差は、最小０．９９×１０-19ジュール(０．６２ｅＶ)であり、最大１．９１×１０-19ジュール(１．１９ｅＶ)である。
【０１１９】
また、ＧａＡｓ半導体に格子整合する(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体(Ｘは０以上１以下である)及びＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)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領域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、基本モードの安定性を高めることができる。
【０１２０】
ＩｎＰ半導体より大きいバンドギャップの(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体(Ｘは０以上１以下である)及びＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)を電流ブロック半導体領域に用いれば、活性層と電流ブロック半導体領域との間のヘテロ障壁を大きくでき、キャリアの活性層内への閉じ込めが更に強化される。故に、ＩｎＰ系埋め込みヘテロ構造埋め込み半導体レーザ素子に比べて、閾値電流の低減、スロープ効率の増大、温度特性の更なる改善が図られる。
【０１２１】
さらに、面発光型半導体素子１及び５１では、活性層は、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、活性層と同じ材料を使用でき、障壁層の材料を例示すれば、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ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。
【０１２２】
また、量子井戸層と障壁層にそれぞれ、逆の方向の応力を加えることによって、素子の特性を改善することができる。例えば、量子井戸層は、ＧａＡｓ基板の格子定数よりも大きな格子定数を有するＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体の少なくともいずれかの半導体材料から構成される活性層と、ＧａＡｓ基板の格子定数より小さな格子定数を有するＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体、ＧａＩｎＡｓＰ半導体、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ半導体の少なくともいすれかの半導体材料から構成される障壁層との多層構造によって構成することができる。
【０１２３】
第１及び第２の実施の形態における面発光型半導体素子においては、ＳＣＨ層は、その屈折率が活性層の屈折率とクラッド層の屈折率との間になる材料から構成される。また、活性層への良好なキャリア閉じ込めを行うために、ＳＣＨ層は、そのフォトルミネッセンス波長値が活性層のフォトルミネッセンス波長値とクラッド層のフォトルミネッセンス波長値との間になる材料から構成される。これらの要求を満たすＳＣＨ層の半導体材料を例示すれば、クラッド層が(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体(Ｘは０以上１以下である)及びＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)であるとき、ＳＣＨ層は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)又は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＩｎＡｓＰ半導体から構成されることができる。ＳＣＨ層の挿入により、活性層へのキャリア閉じ込めが強まり、閾値電流の低減、温度特性の向上といった発振特性の改善が得られる。特に、活性層が極薄膜の量子井戸構造を備えるとき、ＳＣＨ層は、その機能を効果的に発揮する。
【０１２４】
第１及び第２の実施の形態における半導体発光素子は、クラッド層とＳＣＨ層又は活性層との間にヘテロ障壁緩和層を備えることができる。クラッド層と活性層との接合界面、及びＳＣＨ層とクラッド層との接合界面には、両半導体材料のバンドギャップ差に依存する障壁が形成される。この障壁は、スパイク、ノッチと呼ばれ、エネルギバンド図において楔状の形状になる。この障壁は、伝導帯の電子に対してバリア△Ｅｃとなり電気抵抗として作用し、価電子帯の正孔に対してバリア△Ｅｖとなり電気抵抗として作用する。例えば、(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰクラッド層とＧａＡｓＳＣＨ層との接合の場合、相対的に大きなヘテロ障壁が価電子帯に形成される。このヘテロ障壁は、半導体発光素子内の電気抵抗を増大させて半導体発光素子内の発熱を増加させる。また、この障壁により、活性層へのキャリアの注入効率は低下する。特に、ｐ型半導体領域では、キャリアは、有効質量の大きな正孔であり、移動度が小さいので、正孔はヘテロ障壁界面に滞留して活性層への正孔の注入効率が低下する。故に、ヘテロ障壁は、高出力特性等の素子特性や、半導体発光素子の長期信頼性を損なう原因の一つになりうる。素子特性や長期信頼性が向上された半導体発光素子を得るために、ヘテロ障壁を低減することは重要である。このヘテロ障壁を小さくするために、ヘテロ障壁緩和層は役立つ。
【０１２５】
(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体(Ｘは０以上１以下である)又はＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)から構成されるクラッド層と、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)又はＧａＡｓ半導体に構成整合するＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体(Ｘは約０．５以上、１以下であり、Ｙは０以上１以下である)から構成されるＳＣＨ層とを備える半導体発光素子においては、ヘテロ障壁緩和層の材料として、(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体(Ｘは０以上１以下である)、ＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)、ＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体が例示される。
【０１２６】
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界膜厚に比べて薄い。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。この膜厚の範囲では、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、例えば、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(Ｘは０以上１以下である)或いはＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)であり、ＳＣＨ半導体層の材料がＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)或いは、ＧａＡｓに格子整合するＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体(Ｘは約０．５以上、１以下であり、Ｙは０以上１以下である)であるとき、(ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体及びＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体を使用できる。
【０１２７】
第２の実施の形態における面発光型半導体素子は、第１導電型半導体膜を基板上に形成して、次いで、発光領域を構成する半導体膜を第１導電型半導体膜上に形成して、この後に、この半導体膜上に第２導電型半導体膜を形成している。これらの半導体膜を形成した後に、発光領域を構成する半導体膜と第２導電型半導体膜とを第１導電型半導体膜に対して選択的にエッチングする。この選択的エッチングは、所定のエッチャントを用いることにより実現される。このエッチャントにより、第１導電型半導体領域はエッチングされず、発光領域を構成する半導体膜と第２導電型半導体膜のみがエッチングされて、リッジ型半導体部が得られる。
【０１２８】
ＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ系長波長レーザ素子においては、リッジ形成のエッチングのためにＢｒメタノールを標準的に用いている。Ｂｒメタノールは、下部クラッド層(第１導電型半導体領域)のＩｎＰに対してエッチング選択性が無いので、リッジ形成のエッチングにおいて下部クラッド層もエッチングされる。Ｂｒメタノールは揮発性を示すので、エッチングレートは変動しやすい。また、エッチングレートは、エッチング溶液の温度、濃度、混合比のわずかな変動によって、エッチング毎に異なる。結果的に、エッチング毎に同じエッチングレートを得ることは不可能である。加えて、ウエハの周辺部と中央部とのおけるエッチング溶液の撹幹速度の差に起因して、ウエハ面内においてエッチングレートの無視できない差が生じる。つまり、ウエハ面におけるリッジの深さのばらつきに加えて、エッチング溶液を使用した回数に応じてエッチングレートも変動する。Ｂｒメタノールは、リッジ深さに応じてサイドエッチング量が非線形に変動するので、リッジ深さのばらつきは、活性層形状の制御を困難にし、活性層形状のばらつきを生じさせる。活性層幅形状のばらつきにより、レーザ特性の再現性及び均一性が悪くなる。
【０１２９】
しかしながら、第２の実施の形態における面発光型半導体素子によれば、例えば、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(Ｘは０以上１以下である)であり、ＳＣＨ半導体層の材料がＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)或いは、ＧａＡｓに格子整合するＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体(Ｘは約０．５以上、１以下であり、Ｙは０以上１以下である)であり、活性層が、窒素を含むIII−Ｖ族半導体材料(例えば、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体)であるとき、所定のエッチング溶液(例えば、燐酸系エッチャント)を用いて、下部クラッド層に対してＳＣＨ層及び活性層のための半導体膜を選択的にエッチングでき、これにより第２の実施の形態の埋め込みヘテロ構造の面発光型半導体素子を得ることができる。第２の実施の形態における半導体発光素子によれば、活性層又はＳＣＨ層の下地の半導体層がエッチング停止層として機能する。故に、リッジ深さに関して、良好な再現性及び面内均一性を得ることができる。その結果、活性層形状の再現性及び面内均一性が一段と向上する。したがって、半導体発光素子の発光特性の再現性及び面内均一性も達成される。さらに、半導体発光素子は、その内部抵抗を低減するために、 (ＡｌXＧａ1-X)YＩｎ1-YＰ半導体(Ｘは０以上１以下である)又はＡｌXＧａ1-XＡｓ半導体(Ｘは０以上１以下である)、ＧａXＩｎ1-XＡｓYＰ1-Y半導体から構成されるヘテロ障壁緩和層を含むことができる。
【０１３０】
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面発光型半導体素子によれば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系面発光型半導体素子において達成できないかったいくつかの技術的な課題が解決される。例えば、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。故に、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る面発光型半導体素子の温度特性より優れた温度特性の面発光型半導体素子が提供される。
【０１３１】
以上説明したように、本発明の実施の形態の面発光型半導体素子によれば、電流閉じ込め機構がリソグラフィで形成できるので、位置精度、再現性、形状の制御、均一性などが従来技術に比して改善されると共に、ウエハ加工時のストレスも低減できることにより信頼性も改善できる。また、活性層と電流ブロック層との大きなエネルギ障壁によって良好な電流閉じ込めが実現可能となり、さらに、活性層とクラッド層とのエネルギ障壁もＩｎＧａＡｓＰ半導体からなる半導体発光素子に比較してより大きくできることから、より温度特性の優れた面発光型半導体素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】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)に示されたII−II線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図２(ｃ)は、図２(ａ)に示されたIII−III線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図２(ｄ)は、図２(ａ)に示されたIII−III線に沿った屈折率を示す図面である。
【図３】図３(ａ)は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図３(ｂ)は、図３(ａ)に示されたIＶ−IＶ線に沿ったバンドギャップを示す図面である。
【図４】図４(ａ)は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図４(ｂ)は、図４(ａ)に示されたＶ−Ｖ線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図４(ｃ)は、図４(ａ)に示されたＶ−Ｖ線に相当する線に沿って取られた別の面発光型半導体素子のバンドギャップを示す図面である。
【図５】図５は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態の半導体発光素子を示す斜視図である。
【図７】図７(ａ)は、図６に示されたＶI−ＶI線に沿った断面図である。図７(ｂ)は、図７(ａ)に示されたＶII−ＶII線に沿ったバンドギャップを示すダイアグラムである。図７(ｃ)は、図７(ａ)に示されたＶIII−ＶIII線に沿ったバンドギャップを示すダイアグラムである。図７(ｄ)は、図７(ａ)に示されたＶIII−ＶIII線に沿った屈折率を示すダイアグラムである。
【図８】図８(ａ)は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図８(ｂ)は、図８(ａ)に示されたIＸ−IＸ線に沿った面発光型半導体素子のバンドギャップを示す図面である。
【図９】図９(ａ)は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。図９(ｂ)は、図９(ａ)に示されたＸ−Ｘ線に沿った面発光型半導体素子のバンドギャップを示す図面である。図９(ｃ)は、図９(ａ)に示されたＸ−Ｘ線に相当する線に沿って取られた別の面発光型半導体素子のバンドギャップを示す図面である。
【図１０】図１０は、本発明の面発光型半導体素子の変形例を示す断面図である。
【図１１】図１１(Ａ)および図１１(Ｂ)は、面発光型半導体素子の変形例を示す図面である。
【符号の説明】
【０１３３】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…面発光型半導体素子、２…第１のＤＢＲ部、３…第１導電型半導体領域、５…活性層、７…第２導電型半導体層、９…電流ブロック半導体領域、１１…基板、１５…第２のＤＢＲ部、１７…コンタクト層、２１、２３…電極、２５、２７…ＳＣＨ層、２９、３１…ヘテロ障壁緩和層、５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ…面発光型半導体素子、５２…第１のＤＢＲ部、５３…第１導電型半導体領域、５５…活性層、５７…第２導電型半導体層、５９…電流ブロック半導体領域、６１…基板、６５…第２のＤＢＲ部、６７…コンタクト層、７１、７３…電極、７５、７７…ＳＣＨ層、７９、８１…ヘテロ障壁緩和層
【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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