(57)【要約】【課題】  光フィールドをｎ型クラッド層側に偏在させ、かつ結晶欠陥の発生しにくい構造の半導体光素子を提供する。【解決手段】  ＩｎＰからなる基板の上に、活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とで挟んだ積層構造を有するメサストライプ構造が配置されている。メサストライプ構造の両側の基板の上に電流阻止領域が埋め込まれている。活性層にキャリアを注入する一対の電極が形成されている。ｎ型クラッド層は、ＩｎＰ基板に格子整合するＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＩｎＰ基板に格子整合するＡｌＩｎＡｓからなる高屈折率層を含む。一例として、電流阻止領域は、ｎ型ＩｎＰ系材料層とｐ型ＩｎＰ系材料層とを含む。電流阻止領域のｎ型ＩｎＰ系材料層とｐ型ＩｎＰ系材料層との上下関係は、メサストライプ構造のｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との上下関係と逆である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰからなる基板と、
多重量子井戸構造を有する活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とで挟んだ積層構造を含み、前記基板の上に配置されたメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側の前記基板の上に配置された電流阻止領域と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極と
を有し、
前記ｎ型クラッド層は、ＩｎＰからなる前記基板に格子整合するＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＩｎＰからなる前記基板に格子整合するＡｌＩｎＡｓからなる高屈折率層を含む半導体光装置。
【請求項２】
前記高屈折率層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなり、１６０ｎｍ以上の厚さを有する請求項１に記載の半導体光装置。
【請求項３】
前記高屈折率層は、ＡｌＩｎＡｓからなり、１２００ｎｍ以上の厚さを有する請求項１に記載の半導体光装置。
【請求項４】
前記電流阻止領域は、少なくともｎ型ＩｎＰ系材料層とｐ型ＩｎＰ系材料層とを含み、前記ｎ型ＩｎＰ系材料層と前記ｐ型ＩｎＰ系材料層との上下関係が、前記メサストライプ構造の前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との上下関係と逆である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項５】
前記高屈折率層の屈折率が、前記ｐ型クラッド層の屈折率より高い請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項６】
前記高屈折率層の底面が、前記電流阻止領域の底面よりも高い位置に配置されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項７】
前記活性層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ層、ＡｌＩｎＡｓ層、及びＧａＩｎＡｓＰ層の少なくとも１つの層を含む多重量子井戸構造を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項８】
さらに、
前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に配置されたｎ側分離閉じ込めヘテロ層と、
前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に配置されたｐ側分離閉じ込めヘテロ層と
を有し、
前記ｎ側分離閉じ込めヘテロ層及び前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ層の各々は、ＡｌＧａＩｎＡｓを含み、前記活性層に向かってＡｌ組成比が連続的に、または階段状に小さくなっている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項９】
前記電流阻止領域は、さらに、ＡｌＧａＩｎＡｓ層を含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項１０】
前記電流阻止領域に含まれる前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層の厚さは、前記ｎ型クラッド層に含まれる前記高屈折率層の厚さ以下である請求項９に記載の半導体光装置。
【請求項１１】
さらに、前記活性層と前記高屈折率層との間に配置されたＩｎＰからなる中間層を有する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項１２】
前記中間層は、前記メサストライプ構造の両側の前記高屈折率層の上にも配置されている請求項１１に記載の半導体光装置。
【請求項１３】
前記メサストライプ構造の前記活性層の幅が３μｍ以上である請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項１４】
さらに、ヒートシンクを有し、
前記一対の電極の一方は前記基板の背面に形成され、他方は前記メサストライプ構造の上に形成されており、
前記一対の電極のうち、前記活性層から見て前記ｎ型クラッド層とは反対側の電極が、前記ヒートシンクに熱的に結合している請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項１５】
前記基板及び前記メサストライプ構造は、前記メサストライプ構造の長手方向と交差する一対の端面を含み、
さらに、
入射端面を有する光ファイバと、
前記一対の端面の一方から出射したレーザビームを、前記光ファイバの前記入射端面に結合させるレンズと
を有する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の半導体光装置。
【請求項１６】
ＩｎＰからなる基板上に、活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とで挟んだ積層構造を形成する工程と、
前記積層構造の一部分を、少なくとも前記活性層の底面までエッチングして、前記活性層を含むメサストライプ構造を残す工程と、
前記メサストライプ構造の両側の前記基板の上に電流阻止領域を形成する工程と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極を形成する工程と
を有し、
前記ｎ型クラッド層は、ＩｎＰからなる前記基板に格子整合するＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＩｎＰからなる前記基板に格子整合するＡｌＩｎＡｓからなる高屈折率層を含む半導体光装置の製造方法。
【請求項１７】
前記高屈折率層は、ＡｌＧａＩｎＡｓからなり、１６０ｎｍ以上の厚さを有する請求項１６に記載の半導体光装置の製造方法。
【請求項１８】
前記高屈折率層は、ＡｌＩｎＡｓからなり、１２００ｎｍ以上の厚さを有する請求項１６に記載の半導体光装置の製造方法。  
【請求項１９】
前記積層構造を形成する工程は、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層のうち前記基板側に配置される層と前記活性層との間に、ＩｎＰからなる中間層を形成する工程を含み、
前記メサストライプ構造を残す工程において、前記中間層が露出するまで前記活性層をエッチングし、
前記メサストライプ構造を残す工程の後、前記電流阻止領域を形成する工程の前に、さらに、前記メサストライプ構造の両側に露出した前記中間層をエッチングする工程を有し、
前記中間層のエッチング後、露出した表面を大気に暴露させることなく、前記電流阻止領域を形成する請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の半導体光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メサストライプ構造内に活性層を含む半導体光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｎＰ基板上の１．２μｍ〜１．６μｍ帯の高出力レーザ素子に、ＧａＩｎＡｓＰ系の活性層をＩｎＰのクラッドで埋め込んだ埋め込みヘテロ構造（ＢＨ構造）が採用されている。半導体レーザの光損失の要因の１つとして、価電子帯間吸収が挙げられる。価電子帯間吸収の大きさは正孔密度に比例するため、ｐ型クラッド層での価電子帯間吸収が、光損失に大きな影響を与える。
【０００３】
下記の特許文献１に、光フィールドをｎ型クラッド側に偏在させた半導体レーザが開示されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＩｎＰ及びｐ型ＩｎＰからなるクラッドが用いられる。ｎ型クラッド層の一部に、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなる光フィールド制御層が挿入される。下記の特許文献２に開示された半導体レーザにおいては、ｎ型クラッド層がＧａＩｎＡｓＰで形成される。ＧａＩｎＡｓＰの屈折率は、ＩｎＰの屈折率より大きいため、光フィールドがｎ型クラッド層の方に偏在する。
【０００４】
光フィールドをｐ型クラッド層からｎ型クラッド層の方に偏在させることにより、ｐ型クラッド層内での価電子帯間吸収による光損失を低減させることができる。
【０００５】
本明細書で説明したシミュレーションにおいて、下記の非特許文献１及び非特許文献２に開示された化合物半導体の物性定数を用いた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７４３９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１５３２１２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys., vol.19, No.2, pp.L137-L140,(1980), K. Utaka et. al.
【非特許文献２】IEEE PhotonicsTechnology Letters, vol. 4, No.6, pp.627-630 (1992), M. J. Mondry et al.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＩｎＰに格子整合する条件の下で、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなるクラッド層の屈折率が大きくなる組成にすると、そのバンドギャップエネルギーが小さくなる。ｎ型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、キャリアを活性層に閉じ込めるために、ＩｎＰのバンドギャップエネルギーに近いことが好ましい。ＧａＩｎＡｓＰのバンドギャップエネルギーをＩｎＰのバンドギャップエネルギーに近づけると、ＩｎＰとＧａＩｎＡｓＰとの屈折率の差も小さくなる。ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との屈折率差が小さいと、光フィールドをｎ型クラッド層側に偏在させるために、ｎ型クラッド層を十分厚くしなければならない。例えば、特許文献２に開示された半導体レーザのｎ型クラッド層の厚さは７．５μｍにされている。
【０００９】
ＧａＩｎＡｓＰをこのような厚さに成膜すると、各元素の組成が目標の組成からずれ易
い。組成がずれると、格子定数が変動してしまう。格子定数が変動した領域が臨界膜厚を超えると、結晶欠陥が発生し易くなる。
【００１０】
本発明の目的は、光フィールドをｎ型クラッド層側に偏在させ、かつ結晶欠陥の発生しにくい構造の半導体光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によると、
ＩｎＰからなる基板と、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とで挟んだ積層構造を含み、前記基板の上に配置されたメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側の前記基板の上に配置された電流阻止領域と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極と
を有し、
前記ｎ型クラッド層は、ＩｎＰからなる前記基板に格子整合するＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＩｎＰからなる前記基板に格子整合するＡｌＩｎＡｓからなる高屈折率層を含む半導体光素子が提供される。
【００１２】
一例として、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる高屈折率層の厚さは１６０ｎｍ以上であり、ＡｌＩｎＡｓからなる高屈折率層の厚さは１２００ｎｍ以上である。
【００１３】
さらに、一例として、前記電流阻止領域は、少なくともｎ型ＩｎＰ系材料層とｐ型ＩｎＰ系材料層とを含む。前記ｎ型ＩｎＰ系材料層と前記ｐ型ＩｎＰ系材料層との上下関係が、前記メサストライプ構造の前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との上下関係と逆である。ここでＩｎＰ系材料とは、ＩｎＰ基板上に結晶成長可能な、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等のＩｎ及びＰを含む材料をさす。
【００１４】
他の例として、電流阻止領域に半絶縁性ＩｎＰ系材料層を用いてもよい。半絶縁性ＩｎＰ系材料として、ＦｅドープＩｎＰ等の材料が挙げられる。
【発明の効果】
【００１５】
ｎ型クラッド層が高屈折率層を含むため、光フィールドをｐ型クラッド層からｎ型クラッド層の方に偏在する。このため、ｐ型クラッド層内での価電子帯間吸収に起因する光損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａは、実施例１による半導体光素子の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。
【図２】図２は、実施例１による半導体光素子のコア層の断面図である。
【図３−１】図３Ａ及び図３Ｂは、実施例１による半導体光素子の製造途中段階における断面図である。
【図３−２】図３Ｃ及び図３Ｄは、実施例１による半導体光素子の製造途中段階における断面図である。
【図４】図４は、ＩｎＰに格子整合する条件の下で、ＡｌＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓＰの組成比を変化させたときのバンドギャップエネルギーと、３６００ｎｍの波長域における屈折率との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、ＩｎＰに格子整合する条件の下で、ＡｌＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓＰの組成比を変化させたときのバンドギャップエネルギーと、１４８０ｎｍの波長域における屈折率との関係を示すグラフである。
【図６】図６Ａは、シミュレーションの対象となる試料Ａ〜試料Ｃの断面図であり、図６Ｂは、シミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例１の変形例による半導体光素子の断面図である。
【図８】図８は、実施例２による半導体光素子の断面図である。
【図９】図９は、実施例３による半導体光素子の断面図である。
【図１０】図１０は、実施例４による半導体光素子の断面図である。
【図１１】図１１は、実施例５による半導体光素子の断面図である。
【図１２】図１２は、実施例６による半導体光素子の断面図である。
【図１３】図１３Ａは、実施例７による半導体光素子の製造途中段階における断面図であり、図１３Ｂは、実施例７による半導体光素子の断面図である。
【図１４】図１４Ａは、実施例８による半導体光素子の製造途中段階における断面図であり、図１４Ｂは、実施例８による半導体光素子の断面図である。
【図１５】図１５Ａは、実施例９による半導体光素子の製造途中段階における断面図であり、図１５Ｂは、実施例９による半導体光素子の断面図である。
【図１６】図１６は、実施例１０による励起光源の概略断面図である。
【図１７】図１７Ａ〜図１７Ｅは、実施例１〜実施例５による半導体光素子をヒートシンクに搭載したときの半導体光素子及びヒーシンクの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施例１］
図１Ａに、実施例１による半導体光素子２０の例として半導体レーザの平面図を示す。長方形の平面形状を有する基板２１の上に、一方向に長いメサストライプ構造３０が形成されている。基板２１及びメサストライプ構造３０は、メサストライプ構造３０の長手方向と交差する一対の端面を有する。一方の端面に高反射膜３１が形成され、他方の端面に低反射膜３２が形成されている。メサストライプ構造３０内で誘導放出により発生したレーザビームが、低反射膜３２から外部に放射される。なお、低反射膜３２を無反射コーティングにすることにより、半導体光素子を、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザとして動作させることも可能である。他の例として、両端を無反射コーティングにすることにより、半導体光素子を、半導体光増幅器（ＳＯＡ）として動作させることも可能である。
【００１８】
図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図を示す。ｎ型ＩｎＰからなる基板２１の上に、メサストライプ構造３０が形成されている。基板２１の面方位は（１００）である。メサストライプ構造３０は、活性層２４をｎ型クラッド層２２とｐ型クラッド層２６とで挟んだ積層構造を含む。実施例１では、ｎ型クラッド層２２が活性層２４より基板側に配置される。
【００１９】
活性層２４とｎ型クラッド層２２との間に、ｎ側の分離閉込ヘテロ構造（ＳＣＨ）層２３が配置され、活性層２４とｐ型クラッド層２６との間に、ｐ側の分離閉込ヘテロ構造（ＳＣＨ）層２５が配置されている。ｎ型クラッド層２２は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓで形成され、ｐ型クラッド層２６は、ｐ型ＩｎＰで形成されている。ｎ型クラッド層２２を形成するＡｌＧａＩｎＡｓの各元素の組成比は、ＩｎＰの基板２１に格子整合するように選択されている。本明細書において、ｎ側ＳＣＨ層２３、活性層２４、及びｐ側ＳＣＨ層２５からなる積層構造を「コア層」３５ということとする。コア層３５の詳細な構造については、後に図２を参照して説明する。ｎ型クラッド層２２の基板側の一部分は、メサストライプ構造３０の両側の領域にまで広がり、基板２１の表面の全域を覆う。
【００２０】
メサストライプ構造３０の両側の基板上に、それぞれ電流阻止領域４０が配置されている。電流阻止領域４０は、ｐ型ＩｎＰ層４１とｎ型ＩｎＰ層４２とを含む。ｎ型ＩｎＰ層４２とｐ型ＩｎＰ層４１との上下関係は、メサストライプ構造３０のｎ型クラッド層２２とｐ型クラッド層２６との上下関係と逆である。実施例１においては、ｐ型ＩｎＰ層４１がｎ型ＩｎＰ層４２の下に配置されている。
【００２１】
ｐ型ＩｎＰ層４１及びｎ型ＩｎＰ層４２の代わりに、それぞれｐ型ＩｎＰ系材料層及びｎ型ＩｎＰ系材料層を用いてもよい。ここで、「ＩｎＰ系材料」とは、ＩＩＩ族元素としてＩｎを含み、Ｖ族元素としてＰを含み、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長可能な化合物半導体材料を意味する。ＩｎＰ系材料の例として、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ等が挙げられる。
【００２２】
ｐ型クラッド層２６及び電流阻止領域４０の上に、２層目のｐ型クラッド層２７が配置されている。２層目のｐ型クラッド層２７は、ｐ型ＩｎＰで形成される。２層目のｐ型クラッド層２７の上に、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰまたはｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層３３が配置されている。ｐ型コンタクト層３３の上にｐ側電極２８が形成されている。基板２１の背面に、ｎ側電極２９が形成されている。ｐ側電極２８は、ｐ型コンタクト層３３にオーミックコンタクトし、ｎ側電極２９は、基板２１にオーミックコンタクトする。
【００２３】
メサストライプ構造３０の厚さ方向に順方向バイアスが印加されるように、ｎ側電極２９及びｐ側電極２８に直流電圧が印加される。このとき、電流阻止領域４０のｐｎ接合には逆方向バイアスが印加されるため、電流阻止領域４０にはほとんど電流が流れない。このため、メサストライプ構造３０に電流が集中し、活性層２４へのキャリアの注入効率を高めることができる。
【００２４】
ｎ型クラッド層２２の屈折率がｐ型クラッド層２６の屈折率より高い。このため、光フィールド４５がｐ型クラッド層２６からｎ型クラッド層２２の方に偏在する。
【００２５】
図２に、コア層３５の断面図を示す。活性層２４が、ｎ側ＳＣＨ層２３とｐ側ＳＣＨ層２５とで挟まれている。活性層２４は、バリア層２４Ｂと井戸層２４Ｗとを含む多重量子井戸構造を有する。バリア層２４Ｂと井戸層２４Ｗとは交互に積層されており、積層方向の両端にバリア層２４Ｂが配置される。バリア層２４Ｂ及び井戸層２４Ｗは、アンドープのＡｌＧａＩｎＡｓで形成されている。バリア層２４Ｂのバンドギャップエネルギーが井戸層２４Ｗのバンドギャップエネルギーより大きくなるように、構成元素の組成比が選択されている。なお、バリア層２４ＢをアンドープのＡｌＩｎＡｓで形成してもよい。
【００２６】
ｎ側ＳＣＨ層２３は、Ａｌ組成比が相互に異なる３層のアンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ層２３Ａ〜２３Ｃで構成されている。ｎ側ＳＣＨ層２３内のＡｌの組成比は、ｎ型クラッド層２２から活性層２４に向かって、階段状に小さくなっている。Ａｌ組成比が相互に異なるＡｌＧａＩｎＡｓ層を４層以上にしてもよい。または、ｎ側ＳＣＨ層２３を、活性層２４に向かってＡｌ組成比が連続的に小さくなる構成としてもよい。ｐ側ＳＣＨ層２５は、ｎ側ＳＣＨ層２３を上下反転させた構造を有する。すなわち、ｐ側ＳＣＨ層２５も、Ａｌ組成比の異なる３層のアンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ層２５Ａ〜２５Ｃを含む。ｐ側ＳＣＨ層２５内のＡｌ組成比も、ｐ型クラッド層２６から活性層２４に向かって階段状または連続的に小さくなる。
【００２７】
ｎ側ＳＣＨ層２３及びｐ側ＳＣＨ層２５は、活性層２４より大きいバンドギャップエネルギーを有し、キャリアを活性層２４に閉じ込める。ｎ側ＳＣＨ層２３及びｐ側ＳＣＨ層２５の屈折率は活性層２４の屈折率より小さい。ただし、ｎ側ＳＣＨ層２３及びｐ側ＳＣＨ層２５は、光を閉じ込めるための十分な厚さを有しないため、これらの層の光閉じ込め機能は小さい。光閉じ込め機能は、主としてｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２６で実現される。
【００２８】
実施例１では、ｎ側ＳＣＨ層２３、活性層２４、及びｐ側ＳＣＨ層２５にＡｌＧａＩｎ
Ａｓを用いた例について説明するが、ｎ側ＳＣＨ層２３、活性層２４、及びｐ側ＳＣＨ層２５に、ＧａＩｎＡｓＰを用いることも可能である。
【００２９】
次に、図３Ａ〜図３Ｄを参照して、実施例１による半導体光素子の製造方法について説明する。
【００３０】
図３Ａに示すように、ｎ型ＩｎＰからなる基板２１の上に、ｎ型クラッド層２２、ｎ側ＳＣＨ層２３、活性層２４、ｐ側ＳＣＨ層２５、及びｐ型クラッド層２６を順番に堆積させる。これらの膜の堆積には、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等を適用することができる。ｐ型クラッド層２６の上にマスクパターン４６を形成する。マスクパターン４６は、メサストライプ構造３０（図１Ａ）に整合する平面形状を有する。以下の説明では、ｎ側ＳＣＨ層２３、活性層２４、及びｐ側ＳＣＨ層２５をまとめてコア層３５と表記する。
【００３１】
図３Ｂに示すように、マスクパターン４６をエッチングマスクとして用いて、ｐ型クラッド層２６から、ｎ型クラッド層２２の厚さ方向の途中までエッチングする。このエッチングには、ドライエッチングまたはウェットエッチングを適用することができる。このエッチングにより、ｎ型クラッド層２２、コア層３５、及びｐ型クラッド層２６を含むメサストライプ構造３０が形成される。メサストライプ構造３０の側面は、メサストライプ構造３０の底部が頂部より広くなる向きに傾斜している。メサストライプ構造３０は、いわゆる「順メサ構造」を有する。ｎ型クラッド層２２の基板側の一部分は、基板２１の表面の全域に残存する。
【００３２】
図３Ｃに示すように、メサストライプ構造３０の両側のｎ型クラッド層２２の上に、ｐ型ＩｎＰ層４１及びｎ型ＩｎＰ層４２を形成する。これにより、メサストライプ構造３０の両側に埋め込まれた電流阻止領域４０が形成される。ｐ型ＩｎＰ層４１及びｎ型ＩｎＰ層４２の形成には、マスクパターン４６をマスクとして用いた選択成長が適用される。電流阻止領域４０を形成した後、マスクパターン４６を除去する。
【００３３】
図３Ｄに示すように、メサストライプ構造３０及び電流阻止領域４０の上に、ｐ型クラッド層２７及びｐ型コンタクト層３３を形成する。ｐ型クラッド層２７及びｐ型コンタクトう３３の形成には、例えばＭＯＣＶＤ法が適用される。その後、図１Ｂに示したように、ｐ側電極２８及びｎ側電極２９を形成する。メサストライプ構造３０に直交する方向にへき開し、複数のレーザチップが横方向に並んだレーザバーの状態にする。このへき開により、レーザチップの端面が露出する。図１Ａに示したように、レーザバーの露出した端面に、高反射膜３１及び低反射膜３２を形成し、ｐ側電極２８からｎ側電極２９までの積層構造をレーザチップ単位に分割する。
【００３４】
図４及び図５を参照して、ｎ型クラッド層２２にＡｌＧａＩｎＡｓを用いることの効果について説明する。図４は、ＩｎＰに格子整合する条件の下で、ＡｌＧａＩｎＡｓとＧａＩｎＡｓＰとの組成比を変化させたときのバンドギャップエネルギーと、約３６００ｎｍの波長域における屈折率との関係を示す。図５は、ＩｎＰに格子整合する条件の下で、ＡｌＧａＩｎＡｓとＧａＩｎＡｓＰとの組成比を変化させたときのバンドギャップエネルギーと、１４８０ｎｍの波長域における屈折率との関係を示す。１４８０ｎｍの波長域におけるＡｌＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓＰの物性値として、上述の非特許文献１及び非特許文献２に開示されたものを用いた。波長１４８０ｎｍのレーザ光源は、例えばエルビウムドープファイバ増幅器用のポンプレーザ光源として用いられる。
【００３５】
図４及び図５の横軸は、バンドギャップエネルギーを単位「ｅＶ」で表し、縦軸は、屈折率を表す。図４及び図５に示した実線は、ＡｌＧａＩｎＡｓの組成比を変化させたとき
のバンドギャップエネルギーと屈折率との関係を示し、破線は、ＧａＩｎＡｓＰの組成比を変化させたときのバンドギャップエネルギーと屈折率との関係を示す。
【００３６】
図４において、実線及び破線の左上の端点はＩｎＧａＡｓのバンドギャップエネルギー及び屈折率を示す。図４及び図５において、実線の右下の端点はＡｌＩｎＡｓのバンドギャップエネルギー及び屈折率を示し、破線の右下の端点はＩｎＰのバンドギャップエネルギー及び屈折率を示す。活性層２４の実効的な屈折率及びバンドギャップエネルギーは領域２４Ａの範囲内の値になる。すなわち、活性層２４の屈折率は３．３５〜３．４程度である。このバンドギャップエネルギー及び屈折率は、活性層にＡｌＧａＩｎＡｓを用いた場合、及びＧａＩｎＡｓＰを用いた場合のいずれの構成でも実現可能である。ＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２のバンドギャップエネルギーと、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層２７のバンドギャップエネルギーとがほぼ同一であるという条件の下では、ＡｌＧａＩｎＡｓの組成比は領域２２Ａ内から選択される。このとき、ｎ型クラッド層２２の３６００ｎｍの波長域における屈折率は３．２４程度（図４）であり、１４８０ｎｍの波長域における屈折率は３．２４５程度（図５）である。
【００３７】
比較例として、ｎ型クラッド層２２を、ＩｎＰに格子整合するＧａＩｎＡｓＰで形成する場合について考察する。比較例では、ｎ型クラッド層２２のバンドギャップエネルギーを、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層２６のバンドギャップエネルギーと同一にすることはできない。ＧａＩｎＡｓＰからなるｎ型クラッド層２２のバンドギャップエネルギーを、ＩｎＰのバンドギャップエネルギーに近い値にすると、ＧａＩｎＡｓＰとＩｎＰとの屈折率差が小さくなってしまう。両者の屈折率差が小さいと、光フィールドをｐ型クラッド層２６からｎ型クラッド層２２の方に偏在させる十分な効果が得られない。
【００３８】
ＧａＩｎＡｓＰからなるｎ型クラッド層２２の屈折率を、実施例１の場合と同程度（図４の条件において３．２４、図５の条件において３．２４５）にすると、そのバンドギャップエネルギーは、図４の条件のときには１．０５ｅＶ程度、図５の条件のときには１．１８ｅＶ程度まで狭くなってしまう。このように、ｎ型クラッド層２２をＡｌＧａＩｎＡｓで形成する場合には、ＧａＩｎＡｓＰで形成する場合に比べて、ｎ型クラッド層２２のバンドギャップエネルギーがＩｎＰのバンドギャップエネルギーに近いという条件の下で、ｎ型クラッド層２２の屈折率をｐ型クラッド層２６の屈折率より十分大きくすることができる。
【００３９】
ｎ型クラッド層２２の屈折率がｐ型クラッド層２６の屈折率より十分大きくなると、光フィールドがｎ型クラッド層２２の方に、より大きく偏在する。ｎ型クラッド層２２にＧａＩｎＡｓＰを用いて、光フィールドを実施例１と同程度に偏在させるためには、ｎ型クラッド層２２を厚くしなければならない。ｎ型クラッド層２２にＡｌＧａＩｎＡｓを用いた場合には、ＧａＩｎＡｓＰを用いた場合に比べて、光フィールドを偏在させる効果を維持したまま、ｎ型クラッド層２２を薄くすることが可能である。
【００４０】
上記実施例１では、ｎ型クラッド層２２をｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓからなる単一の層で形成したが、相互に組成の異なる複数の混晶半導体層で形成してもよい。このとき、少なくとも１つの層は、ＡｌＧａＩｎＡｓを含む高屈折率層とする。この高屈折率層が、図１Ｂに示したＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２と同じ機能を有する。すなわち、高屈折率層の屈折率は、ｐ型クラッド層２６の屈折率より高い。実施例１では、ｎ型クラッド層２２が、高屈折率層として機能する。
【００４１】
次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、実施例１の効果について具体的に説明する。活性層２４にＧａＩｎＡｓＰ系半導体を用いた試料Ａ（図６Ａ）、及び活性層２４にＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体を用いた試料Ｂ（図６Ａ）の光フィールドの分布を、シミュレーション
により求めた。以下、シミュレーション結果について説明する。
【００４２】
図６Ａに、シミュレーションの対象となる試料Ａ及び試料Ｂの断面図を示す。基板２１からｐ型クラッド層２６までの基本的な積層構造は、実施例１による半導体光素子の積層構造（図１Ｂ）と同一である。なお、試料Ｃについては、後の実施例の説明で参照される。
【００４３】
試料Ａにおいては、ｎ型クラッド層２２、ｎ側ＳＣＨ層２３、活性層２４、及びｐ側ＳＣＨ層２５は、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体で形成されている。活性層２４の井戸層２４Ｗの厚さは４ｎｍであり、バリア層２４Ｂの厚さは１０ｎｍである。バリア層２４Ｂの組成波長は１．２μｍである。ここで、「組成波長」とは、混晶半導体のバンドギャップエネルギーを光の波長で表したものであり、フォトルミネッセンス出力の光強度が最大値を示す波長に相当する。また、発振波長は１４８０ｎｍに調節されている。
【００４４】
ｎ側ＳＣＨ層２３は、基板側から順番に、組成波長が１．１０μｍで厚さが７ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層、組成波長が１．１５μｍで膜厚が６ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層、及び組成波長が１．２μｍで膜厚が６ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層が積層された３層構造を有する。ｐ側ＳＣＨ層２５は、ｎ側ＳＣＨ層２３を構成する３層の積層順を反転させた３層構造を有する。ｐ型クラッド層２６は不純物濃度７．０×１０１７ｃｍ−３のｐ型ＩｎＰで形成されており、その厚さは５００ｎｍである。
【００４５】
基板２１とｎ側ＳＣＨ層２３との間に、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなるｎ型クラッド層２２が挿入されている。ｎ型クラッド層２２が、光フィールドを偏在させる高屈折率層として機能する。
【００４６】
試料Ｂにおいては、ｎ側ＳＣＨ層２３、活性層２４、ｐ側ＳＣＨ層２５がＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体で形成されている。各層の膜厚及び組成波長は、試料Ａの対応する層の膜厚及び組成波長と同一である。基板２１とｎ側ＳＣＨ層２３との間に、ＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２が挿入されている。ｎ型クラッド層２２が、光フィールドを偏在させる高屈折率層として機能する。
【００４７】
図６Ｂに、シミュレーション結果を示す。横軸は、高屈折率層の厚さを単位「μｍ」で表し、縦軸は、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合を単位「％」で表す。ここで、「ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合」とは、厚さ方向に関する１次元の光強度分布をグラフに表したとき、光強度分布の全面積のうち、ｐ型クラッド層２６内の部分の面積の割合を意味する。
【００４８】
試料Ａにおいて、高屈折率層（ｎ型クラッド層２２）を配置しない構成（図６Ｂにおいて高屈折率層の厚さが０の点）とすると、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合は約４７％になる。一例として、高屈折率層の厚さを７．５μｍとすると、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合は約２２．５％になる。高屈折率層の厚さを７．５μｍより厚くしても、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合は、ほとんど低下しない。シミュレーション結果からわかるように、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体を用いた場合には、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合を２２．５％以下にすることが困難である。
【００４９】
試料Ｂのように、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体を用いた場合には、高屈折率層の厚さを５００ｎｍとしたときに、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合が約２２．５％になる。高屈折率層を５００ｎｍより厚くすると、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合は、さらに低下する。このように、試料Ｂにおいて、高屈折率層の厚さを５００ｎｍより厚くすることにより、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合を、ＧａＩｎＡｓＰ系半導
体を用いた試料Ａの構成では実現困難であった値まで低くすることができる。ＡｌＧａＩｎＡｓからなる高屈折率層の厚さを５００ｎｍ以上にすることにより、高屈折率層としてＧａＩｎＡｓＰを用いた構成では得られない格別の効果を得ることができる。
【００５０】
試料Ａ〜試料Ｃ（図６Ａ）では、発振波長が１４８０ｎｍに調整されていた。次に、発振波長が１６００ｎｍに調整されている試料について考察する。この試料の、活性層以外の積層構造は、試料Ｂの積層構造と同一である。活性層は、ＩｎＧａＡｓからなる井戸層と、ＩｎＰに格子整合するＡｌＧａＩｎＡｓからなるバリア層とを含む。井戸層の厚さは６ｎｍであり、バリア層の厚さは１０ｎｍである。バリア層の組成波長は１．５７３μｍである。
【００５１】
ｎ型クラッド層２２として、バリア層と同一の組成のＡｌＧａＩｎＡｓが用いられている。この試料において、シミュレーションを行ったところ、ｎ型クラッド層２２の厚さが１６０ｎｍのとき、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合が２２．５％であった。ｎ型クラッド層２２の厚さを１６０ｎｍ以上にすることにより、高屈折率層としてＧａＩｎＡｓＰを用いた構成では得られない格別の効果を得ることができる。
【００５２】
ＧａＩｎＡｓＰは、Ｖ族元素としてＡｓとＰとの２種類を含むため、成長温度のばらつきに起因して、構成元素の組成比の面内ばらつきが大きくなりやすい。また、成長時に格子整合条件からずれ易いため、クラッド層として機能するような厚い膜を形成すると、厚さ方向に関しても組成の均一性が低下する。さらに、ＧａＩｎＡｓＰには、成長温度と組成との関係に、非混和領域が存在する。このため、安定した成長を行うことが困難である。
【００５３】
これに対し、ＡｌＧａＩｎＡｓは、Ｖ族元素としてＡｓしか含まない。このため、組成の面内ばらつきが生じにくく、厚さ方向に関しても組成の均一性を確保しやすい。さらに、ＡｌＧａＩｎＡｓを用いることにより、成長温度と組成との関係における非混和領域の影響を軽減することができる。このため、安定した成長を行うことが可能である。
【００５４】
Ｐを含む下地表面にＡｓを含む半導体層を成長させると、成長界面（以下、Ａｓ／Ｐ界面という。）に欠陥が発生しやすい。この欠陥は光を吸収するため、光損失の要因になる。実施例１では、基板２１とｎ型クラッド層２２との界面がＡｓ／Ｐ界面となる。これに対し、ｎ型クラッド層２２にＧａＩｎＡｓＰを用いた場合には、ｎ型クラッド層２２とコア層３５との界面がＡｓ／Ｐ界面となる。上記実施例１による半導体光素子においては、ｎ型クラッド層２２にＧａＩｎＡｓＰを用いた場合に比べて、Ａｓ／Ｐ界面が活性層２４から遠くなる。このため、Ａｓ／Ｐ界面の欠陥に起因する光損失を低減することができる。
【００５５】
実施例１による半導体光素子は、例えばエルビウムドープファイバ増幅器用の励起用光源として使用される。この用途で使用する場合、活性層２４のバリア層２４Ｂと井戸層２４Ｗ（図２）のＡｌＧａＩｎＡｓの構成元素の組成比は、発振波長が約１４００ｎｍ以上１５００ｎｍ未満の波長、一例として１４８０ｎｍになるように選択される。その他に、実施例１による半導体光素子は、１．５μｍ帯等のフルバンドチューナブルレーザモジュール等の信号光源に適用することができる。実施例１による半導体光素子を信号光源として用いる場合には、発振波長が１２５０ｎｍ以上１６２０ｎｍ未満になるように、活性層２４の組成比が選択される。
【００５６】
さらに、実施例１では、メサストライプ構造３０（図１Ｂ）の両側に、ＩｎＰより屈折率の高いＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２が広がっている。このため、横方向に関して、メサストライプ構造３０内の領域と、それよりも外側の領域との屈折率差が
小さくなる。その結果、高次横モードのカットオフメサ幅が広くなる。例えば、メサストライプ構造３０の頂部の幅を３μｍ以上にしても、高次横モードの発生を抑制し、単一モードで発振させることができる。メサ幅を広くすることにより、素子抵抗を低減させることが可能になる。
【００５７】
図７に、実施例１の変形例による半導体光素子の断面図を示す。この変形例では、電流阻止領域４０に、単層の半絶縁性ＩｎＰ系材料層が用いられる。半絶縁性ＩｎＰ系材料として、例えばＦｅドープＩｎＰが挙げられる。
【００５８】
［実施例２］
図８に、実施例２による半導体光素子の断面図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例１では、図１Ｂに示したように、ｎ型クラッド層２２の基板側の一部分が、基板２１の表面の全域に配置されていた。実施例２では、ｎ型クラッド層２２の底面が、メサストライプ構造３０の両側の電流阻止領域４０の底面より高い位置に配置されている。すなわち、メサストライプ構造３０の両側には、ｎ型クラッド層２２が広がっていない。
【００５９】
ｎ型クラッド層２２の構成元素の組成比は、バンドギャップエネルギーが約１．１ｅＶ（図４及び図５において、領域２２Ｂ内の値）になるように選択される。バンドギャップエネルギーが１．１ｅＶのときのＡｌＧａＩｎＡｓの屈折率は、３６００ｎｍの波長域で約３．３であり、１４８０ｎｍの波長域で３．３３である。実施例１のｎ型クラッド層２２の屈折率は、３６００ｎｍの波長域で約３．２４、１４８０ｎｍの波長域で３．２４５であった。実施例２のｎ型クラッド層２２の屈折率が、実施例１のｎ型クラッド層２２の屈折率より高いため、ｎ型クラッド層２２を薄くしても、光フィールドを偏在させる十分な効果を得ることができる。
【００６０】
実施例１では、ｎ型クラッド層２２の厚さを約２．５μｍとした。実施例２では、ｎ型クラッド層２２の屈折率が３．３３のとき、その厚さを１．５μｍまで薄くしても、実施例１と同程度に光フィールドを偏在させることができる。
【００６１】
また、実施例１では、図３Ｂに示した製造途中段階で、Ａｌを含むｎ型クラッド層２２が基板表面の全域に露出する。ＡｌＧａＩｎＡｓの（１００）面には活性ボンドが多いため、露出した表面が酸化されやすい。このため、図３Ｃに示した電流阻止領域４０の埋め込み成長を行う前に、成長の下地となるｎ型クラッド層２２の表面の十分なクリーニング処理を行うことが好ましい。実施例２では、電流阻止領域４０を再成長させるときの下地に、ｎ型ＩｎＰからなる基板２１が露出している。このため、高品質な埋め込み成長を行うことができる。
【００６２】
メサストライプ構造３０の側面にＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２が露出するが、この露出面には、（１００）面に比べて活性ボンドが少ない。従って、埋め込み成長の十分な品質を維持することができる。さらに、不純物が混入しにくいため、半導体光素子の特性及び信頼性を高めることができる。
【００６３】
また、図２に示したように、ｎ側ＳＣＨ層２３及びｐ側ＳＣＨ層２５のＡｌ組成比が、クラッド層から活性層２４に向かって低くなっている。このため、図８に示したメサストライプ構造３０の側面に露出した領域のうち、活性層２４の近傍の酸化が抑制される。活性層２４の近傍において、酸化による欠陥が発生しにくいため、光損失を低減することができる。
【００６４】
［実施例３］
図９に、実施例３による半導体光素子の断面図を示す。以下、図８に示した実施例２との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例２では、電流阻止領域４０が、ｐ型ＩｎＰ層４１とｎ型ＩｎＰ層４２との２層で構成されていた。実施例３では、電流阻止領域４０が、この２層の他にＡｌＧａＩｎＡｓ層４３を含む。図９は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層４３を、ｐ型ＩｎＰ層４１とｎ型ＩｎＰ層４２との間に配置した例を示している。ＡｌＧａＩｎＡｓ層４３は、電流阻止領域４０内の他の位置に挿入してもよい。例えば、ｐ型ＩｎＰ層４１と基板２１との間に挿入してもよい。この構成の場合には、ＡｌＧａＩｎＡｓの導電型をｐ型とする。また、ｎ型ＩｎＰ層４２の上にｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層４３を配置してもよい。ＡｌＧａＩｎＡｓ層４３は、メサストライプ構造３０内のｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２よりも薄いか、またはｎ型クラッド層２２と同じ厚さである。
【００６５】
実施例３では、メサストライプ構造３０の両側に、ＩｎＰより屈折率の高いＡｌＧａＩｎＡｓ層４３が配置されている。このため、実施例２に比べて、横方向に関する屈折率差が低減される。このため、高次横モードのカットオフメサ幅が広くなる。すなわち、メサストライプ構造３０の頂部のメサ幅Ｗを広くしても、シングルモードで発振させることができる。実施例２に比べて、メサ幅Ｗを広くすることができるため、素子抵抗を低減させることが可能になる。
【００６６】
［実施例４］
図１０に、実施例４による半導体光素子の断面図を示す。以下、図８に示した実施例２との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例２では、基板２１にｎ型ＩｎＰを用いたが、実施例４では、基板２１にｐ型ＩｎＰを用いる。ｐ型ＩｎＰからなる基板２１は、ｐ型クラッド層を兼ねる。コア層３５の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層５０が配置されている。メサストライプ構造３０は、ｐ型ＩｎＰからなる基板２１の一部分、コア層３５、及びｎ型クラッド層５０を含む。電流阻止領域４０を構成するｎ型ＩｎＰ層とｐ型ＩｎＰ層との上下関係が、実施例２の電流阻止領域４０（図８）のｎ型ＩｎＰ層４２とｐ型ＩｎＰ層４１との上下関係とは逆である。
【００６７】
ｎ型クラッド層５０と電流阻止領域４０との上に、ｎ型ＩｎＰからなる２層目のｎ型クラッド層５１が配置されている。ｎ型クラッド層５１の上に、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰまたはｎ型ＧａＩｎＡｓからなるｎ型コンタクト層５４が形成されている。ｎ型コンタクト層５４の上に、ｎ側電極５２が形成されている。基板２１の背面にｐ側電極５３が形成されている。
【００６８】
実施例４においても、ｎ型クラッド層５０の屈折率がｐ型クラッド層（ｐ型ＩｎＰからなる基板２１）の屈折率より高い。このため、光フィールドをｐ型クラッド層（基板２１）からｎ型クラッド層５０の方（基板２１から遠ざかる方）に偏在させることができる。
【００６９】
［実施例５］
図１１に、実施例５による半導体光素子の断面図を示す。以下、図１０に示した実施例４との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例５においては、図９に示した実施例３と同様に、電流阻止領域４０内にｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層５５が挿入されている。一例として、基板側のｎ型ＩｎＰ層と上側のｐ型ＩｎＰ層との間にｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層５５が配置されている。
【００７０】
実施例５においては、実施例３の場合と同様に、高次横モードのカットオフメサ幅が広くなる。実施例４に比べて、メサ幅Ｗを広くすることができるため、素子抵抗を低減させることが可能になる。
【００７１】
［実施例６］
図１２を参照して、実施例６による半導体光素子について説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００７２】
図１２に、実施例６による半導体光素子の断面図を示す。実施例１では、ｎ型クラッド層２２がｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓで形成されていたが、実施例６では、ｎ型クラッド層２２がｎ型ＡｌＩｎＡｓで形成されている。ｎ型ＡｌＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２が、光フィールド４５をｐ型クラッド層２６からｎ型クラッド層２２側に偏在させるための高屈折率層として機能する。
【００７３】
ｎ型クラッド層２２にＡｌＩｎＡｓを用いると、ｎ型クラッド層２２にＡｌＧａＩｎＡｓを用いた実施例１と比べて、ｎ型クラッド層２２とＩｎＰからなるｐ型クラッド層２６との屈折率差が小さくなる（図４及び図５参照）。このため、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合を小さくするという効果は、実施例１に比べて低くなる。
【００７４】
図６Ａ及び図６Ｂを参照して、実施例６による半導体光素子の効果について説明する。実施例６に対応する試料Ｃについて、シミュレーションを行った。試料Ｃにおいては、試料Ｂのｎ型クラッド層２２の材料がｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓからｎ型ＡｌＩｎＡｓに変更されている。図６Ｂに示すように、ｎ型クラッド層２２にｎ型ＡｌＩｎＡｓを用いた場合でも、試料Ａに比べて、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合を低くすることが可能である。
【００７５】
試料Ｃの場合には、高屈折率層（ｎ型クラッド層２２）の厚さを１２００ｎｍより厚くすることにより、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合を、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体を用いた試料Ａの構成では実現困難であった値まで低くすることができる。
【００７６】
ＡｌＩｎＡｓは、ＡｌＧａＩｎＡｓと同様に、Ｖ族元素としてＡｓの１種類しか含まない。このため、実施例１の場合と同様に、ｎ型クラッド層２２にＧａＩｎＡｓＰを用いる場合に比べて、ｎ型クラッド層２２の組成比の面内のばらつきを小さくすることができる。ＡｌＧａＩｎＡｓは、ＩＩＩ族元素として３種類の元素を含むが、ＡｌＩｎＡｓは、ＩＩＩ族元素として２種類の元素しか含まない。このため、実施例６においては、ｎ型クラッド層２２にＡｌＧａＩｎＡｓを用いる場合に比べて、ｎ型クラッド層２２の組成比の面内ばらつきを、さらに小さくすることができる。
【００７７】
ｎ型クラッド層２２にＡｌＩｎＡｓを用いた実施例６では、ｎ型クラッド層２２にＡｌＧａＩｎＡｓを用いた実施例１と同等の効果を得るために、ｎ型クラッド層２２、すなわち高屈折率層を厚くしなければならない。ただし、ＡｌＩｎＡｓを用いる場合には、組成比の面内ばらつきを小さくすることができるため、ＡｌＧａＩｎＡｓに比べて容易に厚い膜を形成することができる。このため、ＡｌＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２を、実施例１のＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２より厚くすることは、実施例６の構成を採用することの阻害要因にはならない。
【００７８】
［実施例７］
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して、実施例７による半導体光素子について説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００７９】
図１３Ａに、実施例１の図３Ｂに示したエッチング工程終了時点に対応する半導体光素子の断面図を示す。実施例１では、メサストライプ構造３０の側方において、ｎ型クラッド層２２が、その厚さ方向の途中までエッチングされていた。これに対し、実施例７では、メサストライプ構造３０の側方において、コア層３５がその底面までエッチングされて
おり、ｎ型クラッド層２２の上面でエッチングが停止している。
【００８０】
図１３Ｂに、実施例７による半導体光素子の断面図を示す。実施例７においては、コア層３５の直下におけるｎ型クラッド層２２の上面と、電流阻止領域４０の下におけるｎ型クラッド層２２の上面とが、ほぼ同一の高さになる。実施例７においても、コア層３５の直下に、ｐ型クラッド層２６よりも屈折率の高いｎ型クラッド層２２が配置されているため、実施例１と同様に、ｐ型クラッド層２６への光の染み出し割合を小さくすることができる。
【００８１】
実施例７においても、実施例６と同様に、ｎ型クラッド層２２をｎ型ＡｌＩｎＡｓで形成してもよい。
【００８２】
上記実施例１〜実施例８では、高屈折率層として、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓまたはｎ型ＡｌＩｎＡｓを用いた。その他の構成例として、高屈折率層を、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層とｎ型ＡｌＩｎＡｓとが交互に積層された積層構造、ｎ型ＩｎＰ層とｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層とが交互に積層された積層構造、またはｎ型ＩｎＰ層とｎ型ＡｌＩｎＡｓ層とが交互に積層された積層構造としてもよい。高屈折率層を構成する各層の厚さ、及び積層数は、高屈折率層に求められる実効屈折率と厚さに基づいて、任意に設定することができる。
【００８３】
［実施例８］
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照して、実施例８による半導体光素子について説明する。以下、実施例７との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００８４】
図１４Ａに、実施例７の図１３Ａに示したエッチング工程終了時点に対応する半導体光素子の断面図を示す。実施例８では、ｎ型クラッド層２２の上にｎ型ＩｎＰからなる中間層３６が形成されている。コア層３５は、中間層３６の上に配置されている。中間層３６の厚さは、例えば３ｎｍ〜２０ｎｍである。
【００８５】
コア層３５のエッチングレートが中間層３６のエッチングレートより高い条件で、コア層３５をエッチングする。このエッチング条件でエッチングを行うと、中間層３６がエッチングストッパとして機能する。このため、エッチングの深さのばらつきを低減することができる。
【００８６】
図１４Ｂに、実施例８による半導体光素子の断面図を示す。メサストライプ構造３０の両側の中間層３６の上に、電流阻止領域４０が形成されている。コア層３５のエッチング終了時点で、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓからなるｎ型クラッド層２２が中間層３６で保護されており、露出していない。一般的に、Ａｌを含む半導体層は酸化されやすい。実施例８では、コア層３５のエッチング後も、Ａｌを含むｎ型クラッド層２２が露出しないため、ｎ型クラッド層２２の酸化を防止することができる。ｎ型クラッド層２２として、実施例１と同様にｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓを用いてもよいし、実施例６と同様にｎ型ＡｌＩｎＡｓを用いてもよい。
【００８７】
さらに、実施例８では、ＩｎＰからなる中間層３６の上に、ＩｎＰからなる電流阻止領域４０が再成長される。電流阻止領域４０を再成長させるときの下地表面が、電流阻止領域４０の組成と同一であるため、良好な再成長界面を得ることができる。これにより、半導体光素子の信頼性及び歩留りが向上する。
【００８８】
実施例８では、中間層３６をｎ型のＩｎＰで形成したが、アンドープのＩｎＰで形成してもよい。中間層３６をアンドープにする場合には、素子抵抗の増加を抑制するために、中間層３６の厚さを数ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００８９】
［実施例９］
図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して、実施例９による半導体光素子について説明する。以下、実施例８との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例９では、実施例８の図１４Ａに示したエッチング工程の後、メサストライプ構造３０の両側に露出した中間層３６をエッチングする。
【００９０】
図１５Ａに、中間層３６をエッチングした後の半導体光素子の断面図を示す。コア層３５の下に中間層３６が残り、メサストライプ構造３０の両側にｎ型クラッド層２２が露出する。中間層３６のエッチングは、ＡｌＧａＩｎＡｓからなるコア層３５に対してＩｎＰを選択的にエッチングすることが可能な条件で行われる。例えば、ドライエッチングが適用される。このエッチング時に、ｐ型クラッド層２６の側面がエッチング雰囲気に晒されるが、中間層３６が、メサストライプ構造３０の幅に比べて十分薄いため、ｐ型クラッド層２６の側面のエッチングは無視できる程度である。
【００９１】
図１５Ｂに、実施例８による半導体光素子の断面図を示す。メサストライプ構造３０の両側に露出したｎ型クラッド層２２の上に、電流阻止領域４０が形成される。実施例９による製造方法では、図１５Ａに示した中間層３６のエッチング開始から、電流阻止領域４０の形成終了までは、ｎ型クラッド層２２の表面が大気に暴露されない。このため、ｎ型クラッド層２２の酸化を防止することができる。
【００９２】
以下、ｎ型クラッド層２２の表面が大気に暴露されない状態で、製造途中段階の半導体光素子を取り扱う方法の例について説明する。メサストライプ構造３０の両側に中間層３６が露出した状態の基板を、電流阻止領域４０を形成するための有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置のチャンバ内に装填する。このチャンバ内に、ＣＢｒ４等のエッチングガスを導入することにより、中間層３６を選択的にエッチングする。中間層３６のエッチングガスとして、ＣＢｒ４以外に、ＡｌＧａＩｎＡｓに対してＩｎＰを選択的にエッチングすることが可能なガスを用いることも可能である。中間層３６をエッチングした後、同一のチャンバ内で電流阻止領域４０の選択成長を行う。
【００９３】
中間層３６のエッチング用のチャンバと、電流阻止領域４０の成膜用のチャンバとを別々に配置し、真空排気可能な搬送チャンバを介して両者を連結した装置を用いてもよい。
【００９４】
実施例９においては、電流阻止領域４０を再成長させる下地表面の酸化が防止されるため、電流阻止領域４０の良好な結晶成長が可能である。
【００９５】
［実施例１０］
図１６に、実施例１０による半導体装置の断面図を示す。実施例１０による半導体装置は、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器の励起用光源として使用される。セラミックス製のパッケージ６０の底面に、温度調整モジュール６１が搭載されている。温度調整モジュール６１には、例えばペルチェ素子が用いられる。温度調整モジュール６１の上にベース６２が固定されている。
【００９６】
ベース６２に、ヒートシンク６３、レンズ６６、アイソレータ６７、及びフォトディテクタ７０が固定されている。ヒートシンク６３に、半導体光素子６４及びサーミスタ６５が搭載されている。半導体光素子６４には、上記実施例１〜実施例９のいずれかの半導体光素子が用いられる。パッケージ６０の側面に貫通孔が形成されており、この貫通孔内に、レンズ６８、及び光ファイバ６９の入射端が固定されている。
【００９７】
温度調整モジュール６１は、ヒートシンク６３を介して半導体光素子６４の温度を調節
する。一般的には、半導体光素子６４が温度調整モジュール６１によって冷却される。なお、温度調整モジュール６１を省略し、ヒートシンク６３からの自然放熱により半導体光素子６４を冷却してもよい。ヒートシンク６３は、放熱フィンが設けられた外形を有するものに限定されない。例えば、熱伝導率の高い金属板をヒートシンク６３として用いることも可能である。半導体光素子６４から出射したレーザビームが、レンズ６６でコリメートされる。コリメートされたレーザビームが、アイソレータ６７を経由してレンズ６８に入射する。レンズ６８は、入射したレーザビームを、光ファイバ６９の入射端面に集光する。サーミスタ６５は、ヒートシンク６３を介して、半導体光素子６４の動作中の温度を計測する。半導体光素子６４の高反射膜から漏れたレーザビームが、フォトディテクタ７０で検出される。
【００９８】
図１７Ａ〜図１７Ｅに、それぞれ実施例１〜実施例９の半導体光素子６４をヒートシンク６３に搭載した時のヒートシンク６３及び半導体光素子６４の断面図を示す。実施例１〜実施例３、実施例６〜実施例９の半導体光素子６４の実装形態は、ジャンクションダウンである。これに対し、実施例４及び実施例５の半導体光素子６４の実装形態は、ジャンクションアップである。
【００９９】
いずれの場合も、コア層３５から見て、ｎ型クラッド層２２、５０が、ヒートシンク６３とは反対側に位置する姿勢で、半導体光素子６４がヒートシンク６３に実装される。通常、三元または四元混晶半導体は、ＩｎＰ等の二元化合物半導体よりも熱伝導率が低い。図１７Ａ〜図１７Ｅに示した実装形態では、発熱源である活性層２４とヒートシンク６３との間に、三元または四元混晶半導体のｎ型クラッド層２２、５０が配置されない。すなわち、一対の電極のうち、活性層２４から見てｎ型クラッド層２２、５０とは反対側の電極が、温度調整モジュール６１（図１６）に熱的に結合している。この構成により、活性層２４を効率的に冷却することができる。
【０１００】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【０１０１】
２０  半導体光素子
２１  基板
２２  ｎ型クラッド層
２３  ｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層（ｎ側ＳＣＨ層）
２４  活性層
２４Ｂ  バリア層
２４Ｗ  井戸層
２５  ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層（ｐ側ＳＣＨ層）
２６  ｐ型クラッド層
２７  ２層目のｐ型クラッド層
２８  ｐ側電極
２９  ｎ側電極
３０  メサストライプ構造
３１  高反射膜
３２  低反射膜
３３  ｐ型コンタクト層
３５  コア層
３６  中間層
４０  電流阻止領域
４１  ｐ型ＩｎＰ層
４２  ｎ型ＩｎＰ層
４３  ＡｌＧａＩｎＡｓ層
４５  光フィールド
４６  マスクパターン
５０  ｎ型クラッド層
５１  ２層目のｎ型クラッド層
５２  ｎ側電極
５３  ｐ側電極
５５  ＡｌＧａＩｎＡｓ層
５４  ｎ型コンタクト層
６０  パッケージ
６１  温度調整モジュール
６２  ベース
６３  ヒートシンク
６４  半導体光素子
６５  サーミスタ
６６  レンズ
６７  アイソレータ
６８  レンズ
６９  光ファイバ
７０  フォトディテクタ
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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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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