(57)【要約】【課題】ダブル・インジェクションによるリーク電流を低減でき且つ容易に作製可能な光半導体デバイスを提供する。【解決手段】半導体レーザ素子１０は、半導体基板１２上に設けられ、ｎ型の第１クラッド層１８、ｐ型の第２クラッド層２４、および第１クラッド層１８と第２クラッド層２４との間に設けられた活性層２０を有する半導体メサ１４と、少なくとも電子トラップ作用を有する元素がドープされており、半導体メサ１４の両側面を埋め込む埋込領域１６とを備える。第２クラッド層２４の組成と埋込領域１６の組成とは互いに異なり、第２クラッド層２４及び埋込領域１６の接合部分において、第２クラッド層２４の組成による価電子帯上端のエネルギー準位は、埋込領域１６の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられ、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層、および前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられた活性層を有する半導体メサと、
少なくとも電子トラップ作用を有する元素がドープされており、前記半導体メサの両側面を埋め込む埋込領域と
を備え、
前記ｐ型クラッド層の組成と前記埋込領域の組成とが互いに異なり、前記ｐ型クラッド層及び前記埋込領域の接合部分において、前記ｐ型クラッド層の組成による価電子帯上端のエネルギー準位は、前記埋込領域の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より高いことを特徴とする、光半導体デバイス。
【請求項２】
前記埋込領域は、前記少なくとも電子トラップ作用を有する元素として鉄およびルテニウムのうち少なくとも一方が添加されたＩｎＰからなることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項３】
前記埋込領域は、前記少なくとも電子トラップ作用を有する元素がドープされたＩｎＰからなり、
前記ｐ型クラッド層は、ｐ型不純物がドープされたＧａＩｎＡｓＰからなることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体デバイス。
【請求項４】
前記ｎ型クラッド層の組成と前記ｐ型クラッド層の組成とが互いに異なり、前記ｐ型クラッド層のバンドギャップ波長が前記ｎ型クラッド層のバンドギャップ波長より大きく、
前記半導体メサは、前記ｎ型クラッド層よりバンドギャップ波長が大きく前記活性層よりバンドギャップ波長が小さい光閉じ込め調整層を前記ｎ型クラッド層と前記活性層との間に更に有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に使用される光半導体デバイスの一例として、図７に示す構成のものがある。図７に示す半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＩｎＰ基板１０２上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１０４、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０６、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０８、およびｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１０が順に積層されたダブルヘテロ（ＤＨ）構造を備えている。これらの半導体層は、ｎ型ＩｎＰ基板１０２の板面に沿った光導波方向に延びる半導体メサ１１２を構成しており、半導体メサ１１２の両側面は、例えばＦｅドープＩｎＰからなる半絶縁埋込領域１１４によって埋め込まれている。半絶縁埋込領域１１４上には、絶縁膜１１６が設けられている。電極１１８は、絶縁膜１１６の開口１１６ａを介してコンタクト層１１０と接触している。ｎ型ＩｎＰ基板１０２の裏面上には、電極１２０が設けられる。
【０００３】
なお、このような構成を備える光半導体デバイスは、例えば特許文献１にも従来技術として開示されている。
【特許文献１】特開平５−１８３２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、半絶縁埋込領域には、深いアクセプタレベルを形成するＦｅやＲｕといった元素がドープされており、該アクセプタレベルに電子をトラップすることによって高い比抵抗を得ることができる。しかしながら、図７に示された半導体レーザ素子１００では、半絶縁埋込領域１１４の一部が、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０８と接触している。ｐ型ＩｎＰクラッド層１０８は比較的厚いので（特許文献１に記載された例では、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０８の厚さは１．５μｍ）、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０８と半絶縁性埋込領域１１４との接触面積は広い。従って、その接触部分を介して正孔が半絶縁埋込領域１１４へ移動し易く、この正孔と、深いアクセプタレベルにトラップされていた電子とが再結合し、該アクセプタレベルが空きとなり、そこへｎ型ＩｎＰクラッド層１０４から更に電子が移動することとなる。
【０００５】
このような現象はダブル・インジェクションと呼ばれ、図７に示された構成を備える光半導体デバイスにおけるリーク電流の原因となっている。したがって、この光半導体デバイスが例えば半導体レーザ素子である場合には、駆動電流を増加させても所望の光出力を得ることができず、高出力化を妨げる一因となる。
【０００６】
このような課題に対し、特許文献１には、ｐ型クラッド層と半絶縁埋込領域との間にｎ型半導体層を設け、このｎ型半導体層によって正孔をトラップすることによりダブル・インジェクションを阻止する技術が開示されている。しかしながら、このようなｎ型半導体層がｎ型クラッド層やｎ型基板と接触すると、該ｎ型半導体層を介して（活性層を迂回して）電流が流れてしまう。したがって、このようなｎ型半導体層はｐ型クラッド層などのｐ型半導体層の側面にのみ限定的に形成される必要があり、その作製は極めて困難である。
【０００７】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、ダブル・インジェクションによるリーク電流を低減でき、且つ容易に作製可能な光半導体デバイス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】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明による光半導体デバイスは、半導体基板上に設けられ、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層、およびｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に設けられた活性層を有する半導体メサと、少なくとも電子トラップ作用を有する元素がドープされており、半導体メサの両側面を埋め込む埋込領域とを備え、ｐ型クラッド層の組成と埋込領域の組成とが互いに異なり、ｐ型クラッド層及び埋込領域の接合部分において、ｐ型クラッド層の組成による価電子帯上端のエネルギー準位は、埋込領域の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より高いことを特徴とする。
【０００９】
上記した光半導体デバイスにおいては、ｐ型クラッド層の組成と埋込領域の組成とが互いに異なり、ｐ型クラッド層及び埋込領域の接合部分において、ｐ型クラッド層の組成による価電子帯上端のエネルギー準位は、埋込領域の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より高い。この価電子帯上端のエネルギー準位差が障壁となることにより、ｐ型クラッド層の価電子帯に存在する正孔は、エネルギー準位が低いバリア層の価電子帯へ移動することが困難となり、正孔の埋込領域への移動が阻止されることとなる。したがって、上記した光半導体デバイスによれば、ダブル・インジェクションの発生を抑制してリーク電流を効果的に低減できる。
【００１０】
また、上記した光半導体デバイスは、従来の半導体デバイスと同様に、第１クラッド層、活性層、および第２クラッド層を成長させた後に半導体メサを形成し、該半導体メサの両側面を埋込領域により埋め込むことによって作製可能である。したがって、特許文献１に記載された光半導体デバイスと比較して極めて容易に作製できる。
【００１１】
また、光半導体デバイスは、埋込領域が、少なくとも電子トラップ作用を有する元素として鉄およびルテニウムのうち少なくとも一方が添加されたＩｎＰからなることを特徴としてもよい。このような埋込領域を有する従来の光半導体デバイスでは、前述したダブル・インジェクションによるリーク電流が顕著に発生していた。これに対し、上記構成を備える光半導体デバイスによれば、このような埋込領域を備える場合に、特に効果的にリーク電流を低減できる。
【００１２】
また、光半導体デバイスは、埋込領域が、少なくとも電子トラップ作用を有する元素がドープされたＩｎＰからなり、ｐ型クラッド層が、ｐ型不純物がドープされたＧａＩｎＡｓＰからなることを特徴としてもよい。ｐ型クラッド層および埋込領域を例えばこれらの組成とすることにより、ｐ型クラッド層の組成による価電子帯上端のエネルギー準位は、埋込領域の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より高くなる。したがって、ダブル・インジェクションの発生を抑制してリーク電流を効果的に低減できる。
【００１３】
また、光半導体デバイスは、ｎ型クラッド層の組成とｐ型クラッド層の組成とが互いに異なり、ｐ型クラッド層のバンドギャップ波長がｎ型クラッド層のバンドギャップ波長より大きく、半導体メサが、ｎ型クラッド層よりバンドギャップ波長が大きく活性層よりバンドギャップ波長が小さい光閉じ込め調整層をｎ型クラッド層と活性層との間に更に有していることを特徴としてもよい。ｐ型クラッド層の組成による価電子帯上端のエネルギー準位を、埋込領域の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より低くした構成においては、ｎ型クラッド層の組成とｐ型クラッド層の組成とが互いに異なる場合がある。例えば、ｎ型クラッド層及び埋込領域がＩｎＰからなる場合に、ｐ型クラッド層をＧａＩｎＡｓＰによって構成した場合などである。このような場合、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とで屈折率が異なるが、上記した光閉じ込め調整層をｎ型クラッド層と活性層との間に設けることによって、活性層の上下で屈折率分布をバランスさせ、導波光の偏りを抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ダブル・インジェクションによるリーク電流を低減でき、且つ容易に作製可能な光半導体デバイスを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光半導体デバイスの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明に係る光半導体デバイスの一実施形態として、半導体レーザ素子１０の構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す半導体レーザ素子１０のII−II断面を示す断面図である。なお、図２は、半導体レーザ素子１０の光導波方向と直交する断面を示している。以下、図１及び図２を参照しながら、本実施形態による半導体レーザ素子１０の構成について説明する。
【００１７】
半導体レーザ素子１０は、ＩｎＰ半導体基板１２、半導体メサ１４、及び埋込領域１６を備えている。ＩｎＰ半導体基板１２は、ｎ型のＩｎＰからなる基板である。半導体メサ１４は、ＩｎＰ半導体基板１２の主面１２ａ上に設けられており、主面１２ａに沿った所定の光導波方向に延びるメサ状に形成されている。半導体メサ１４は、第１クラッド層１８の一部、活性層２０、第２クラッド層２４、およびｐ型コンタクト層２６を含んで構成されており、光導波方向と直交する方向の半導体メサ１４の幅Ｗは例えば１．５［μｍ］である。
【００１８】
第１クラッド層１８は、ｎ型半導体からなるｎ型クラッド層であり、例えばシリコン（Ｓｉ）などのｎ型不純物を含むＩｎＰ系化合物半導体を主に含んで構成されている。一実施例としては、第１クラッド層１８はＳｉドープＩｎＰからなり、第１クラッド層１８の不純物濃度は例えば１×１０18［ｃｍ-3］である。また、第１クラッド層１８の厚さは例えば０．５［μｍ］である。本実施形態の第１クラッド層１８は、ＩｎＰ半導体基板１２の主面１２ａ上の全面に亘って形成された第１の部分１８ａと、第１の部分１８ａ上に配置され半導体メサ１４に含まれる第２の部分１８ｂとを含んで構成されている。
【００１９】
第２クラッド層２４は、ｐ型半導体からなるｐ型クラッド層であり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を含むＩｎＰ系化合物半導体を主に含んで構成されている。第２クラッド層２４は、後述する活性層２０を挟んで第１クラッド層１８上に設けられている。第２クラッド層２４の不純物濃度は、例えば１．５×１０18［ｃｍ-3］である。なお、第２クラッド層２４の構成については後に詳述する。
【００２０】
活性層２０は、ＩｎＰ系化合物半導体を主に含んで構成されている。活性層２０は、第１クラッド層１８の第２の部分１８ｂと第２クラッド層２４との間に設けられている。活性層２０は、単一の半導体層から成ることもできるが、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造あるいは多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有することが好ましく、特に高歪みＭＱＷ構造が好適である。一実施例としては、活性層２０は、組成比の異なるＧａＩｎＡｓＰが交互に積層されて成り、その発光波長は例えば１．３［μｍ］〜１．５［μｍ］である。活性層２０の屈折率は第１クラッド層１８及び第２クラッド層２４の屈折率より大きいので、活性層２０、第１クラッド層１８、及び第２クラッド層２４は、光導波路を構成する。
【００２１】
コンタクト層２６は第２クラッド層２４上に設けられており、例えば亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を含むＩｎＰ系化合物半導体を主に含んで構成されている。一実施例としては、コンタクト層２６はＺｎドープＧａＩｎＡｓからなり、コンタクト層２６の不純物濃度は例えば１×１０19［ｃｍ-3］である。また、コンタクト層２６の厚さは例えば０．５［μｍ］である。コンタクト層２６は、後述する電極３０とオーミック接触を構成する。
【００２２】
埋込領域１６は、半導体メサ１４の両側面を埋め込むようにＩｎＰ半導体基板１２の主面１２ａ上に配置された半絶縁性領域であり、本実施形態では半導体メサ１４の各層と隣接している。埋込領域１６は、例えばＩｎＰからなる。また、埋込領域１６には深いアクセプタレベルを形成し電子トラップ作用を有する鉄（Ｆｅ）やルテニウム（Ｒｕ）といった元素がドープされており、埋込領域１６は、該アクセプタレベルに電子をトラップすることによって高い比抵抗を得ている。従って、埋込領域１６は、半導体レーザ素子１０に供給された電流を半導体メサ１４へ効率的に導くように働く。なお、埋込領域１６にドープされる元素は、少なくとも電子トラップ作用を有していればよく、ＦｅやＲｕに限られるものではない。
【００２３】
埋込領域１６上には、絶縁膜２８が設けられている。絶縁膜２８は、例えばＳｉＯ2などの絶縁性のシリコン系無機材料を主に含む。絶縁膜２８には開口２８ａが形成されており、この開口２８ａは半導体メサ１４上に位置している。
【００２４】
半導体レーザ素子１０は、半導体メサ１４上に設けられた電極３０を更に備えている。電極３０は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕによって構成され、絶縁膜２８の開口２８ａを介してコンタクト層２６とオーミック接触をなすことにより、半導体メサ１４に電気的に接続される。電極３０は、絶縁膜２８上に形成された電極パッド３２（図１参照）と電気的に接続されており、この電極パッド３２には、半導体レーザ素子１０の外部回路と電極３０とを電気的に接続するためのボンディングワイヤ等が接合される。また、半導体レーザ素子１０は、ＩｎＰ半導体基板１２の裏面１２ｂ上に設けられた電極３４を更に備えている。電極３４は、例えばＡｕＧｅ／Ａｕによって構成され、ＩｎＰ半導体基板１２とオーミック接触をなしている。
【００２５】
本実施形態の第２クラッド層２４の構成について詳しく説明する。第２クラッド層２４は、その組成が埋込領域１６の組成（例えばＩｎＰ）と異なるように形成されている。そして、第２クラッド層２４と埋込領域１６との接合部分において、第２クラッド層２４の組成による価電子帯上端のエネルギー準位が埋込領域１６の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より高くなるように、第２クラッド層２４の組成が定められている。具体的に例示すると、埋込領域１６が例えばＩｎＰからなる場合、第２クラッド層２４はＩｎＰよりバンドギャップエネルギーが小さい（バンドギャップ波長が大きい）ＧａＩｎＡｓＰ等のＩｎＰ系化合物半導体からなるとよい。埋込領域１６がＩｎＰからなり、第２クラッド層２４がＧａＩｎＡｓＰからなる場合、埋込領域１６のバンドギャップ波長は０．９１［μｍ］であり、第２クラッド層２４のバンドギャップ波長は例えば１．０５［μｍ］である。なお、第２クラッド層２４のバンドギャップ波長は、第２クラッド層２４の組成を調整することで任意の値に設定可能であるが、埋込領域１６のバンドギャップ波長との関係から、０．９５［μｍ］以上であることが好ましい。また、第２クラッド層２４は活性層２０とＤＨ構造を構成するため、第２クラッド層２４のバンドギャップ波長の上限は活性層２０の発光波長によって規定される。活性層２０の発光波長が例えば１．３［μｍ］である場合、第２クラッド層２４のバンドギャップ波長の好適な上限は例えば１．１５［μｍ］となる。
【００２６】
また、第２クラッド層２４はそのバンドギャップエネルギーが小さいため屈折率が比較的大きくなる。したがって、第２クラッド層２４は、通常のクラッド層より厚く（例えば２．５［μｍ］）形成されることが好ましい。
【００２７】
ここで、本実施形態による半導体レーザ素子１０の作製方法の一例について、図３及び図４を参照しながら説明する。なお、図３及び図４は、半導体レーザ素子１０の作製工程を示す断面図であり、図２に示した断面に相当する断面を示している。
【００２８】
［積層工程］
まず、ｎ型（第１導電型）のＩｎＰ半導体基板を用意する。そして、図３（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１２の主面１２ａ上に、第１クラッド層１８となるｎ型ＩｎＰ半導体膜４０、活性層２０となるＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ超格子多重積層膜４２、第２クラッド層２４となるｐ型（第２導電型）ＧａＩｎＡｓＰ半導体膜４４、及びコンタクト層２６となるｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体膜４６を順次成長させる。好適な実施例では、これらの半導体膜４０，４２，４４，及び４６を、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりエピタキシャル成長させるとよい。また、ｎ型ＩｎＰ半導体膜４０には、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）をドープするとよい。また、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ半導体膜４４には、ｐ型不純物として例えば亜鉛（Ｚｎ）をドープするとよい。
【００２９】
［メサ形成工程］
続いて、図３（ａ）に示すように、光導波方向を長手方向とするマスクＭをｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体膜４６上に形成する。マスクＭは、例えばシリコン系無機絶縁膜（ＳｉＯ2膜など）を用いて形成され、長手方向と直交する方向の幅は例えば１．５［μｍ］である。そして、半導体膜４０，４２，４４，及び４６のうちマスクＭで覆われていない部分をドライエッチングにより除去する。このとき、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１２が露出する前に（ｎ型ＩｎＰ半導体膜４０の途中となる深さで）エッチングを停止する。これにより、図３（ｂ）に示すように、第１の部分１８ａ及び第２の部分１８ｂを含む第１クラッド層１８が形成され、また、第２の部分１８ｂ、活性層２０、第２クラッド層２４、及びコンタクト層２６を有する半導体メサ１４が形成される。
【００３０】
［埋込工程］
続いて、図３（ｃ）に示すように、マスクＭを残した状態で、半導体メサ１４の両側に埋込領域１６を成長させて、半導体メサ１４を埋め込む。好適な実施例では、ＦｅドープＩｎＰまたはＲｕドープＩｎＰをＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させて、埋込領域１６を形成するとよい。Ｆｅをドープする場合、原料としては例えばフェロセン（Ｃ10Ｈ10Ｆｅ）が使用される。
【００３１】
［その他の工程］
続いて、図４（ａ）に示すように、開口２８ａを有する絶縁膜２８を形成する。すなわち、図３（ｃ）のマスクＭを除去したのち、ＳｉＯ2などの絶縁性のシリコン系無機材料からなる絶縁膜（表面保護膜）２８を、半導体メサ１４上および埋込領域１６上に亘って形成する。そして、半導体メサ１４上の絶縁膜２８を除去して開口２８ａを形成し、コンタクト層２６を露出させる。その後、図４（ｂ）に示すように、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる電極３０、及びＡｕＧｅ／Ａｕからなる電極３４を形成し、半導体メサ１４の長手方向と直交する面で劈開することによって、図１及び図２に示した半導体レーザ素子１０が完成する。
【００３２】
本実施形態の半導体レーザ素子１０によって得られる作用及び効果について、以下に説明する。半導体レーザ素子１０においては、第２クラッド層２４の組成と埋込領域１６の組成とが互いに異なっており、第２クラッド層２４及び埋込領域１６の接合部分において、第２クラッド層２４の組成による価電子帯上端のエネルギー準位は、埋込領域１６の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より高い。
【００３３】
ここで、図５は、本実施形態の第２クラッド層２４と埋込領域１６との境界付近におけるバンド構造を示す図である。なお、図中に示すｔは電子トラップであり、ｈは正孔（ホール）である。図５に示されるように、ＧａＩｎＡｓＰからなる第２クラッド層（ｐ型クラッド層）２４のバンドギャップエネルギーＢＧ１は、ＩｎＰからなる埋込領域１６のバンドギャップエネルギーＢＧ２より小さい。したがって、第２クラッド層２４と埋込領域１６との接合部分において、第２クラッド層２４の価電子帯上端のエネルギー準位Ｅｖ１は、埋込領域１６の価電子帯上端のエネルギー準位Ｅｖ２より高くなる。この価電子帯上端のエネルギー準位差が障壁となることにより、第２クラッド層２４の価電子帯に存在する正孔ｈは、埋込領域１６の価電子帯へ移動することが困難となる。
【００３４】
このように、本実施形態の半導体レーザ素子１０によれば、第２クラッド層２４と埋込領域１６との価電子帯上端のエネルギー準位差が障壁となって正孔ｈの埋込領域１６への移動が阻止されるので、埋込領域１６におけるダブル・インジェクションの発生を抑制してリーク電流を効果的に低減できる。
【００３５】
また、本実施形態の半導体レーザ素子１０は、前述した作製方法のとおり、第１クラッド層となるｎ型ＩｎＰ半導体膜４０、活性層となるＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ超格子多重積層膜４２、並びに第２クラッド層２４となるｎ型ＧａＩｎＡｓＰ半導体膜４４を成長させた後に半導体メサ１４を形成し、該半導体メサ１４の両側面を埋込領域１６により埋め込むことによって作製可能である。したがって、本実施形態の半導体レーザ素子１０によれば、特許文献１に記載された光半導体デバイスと比較して、その作製を極めて容易にできる。
【００３６】
また、本実施形態のように、埋込領域１６は、鉄（Ｆｅ）およびルテニウム（Ｒｕ）のうち少なくとも一方がドープされたＩｎＰからなるとよい。このような埋込領域を有する従来の光半導体デバイスでは、前述したダブル・インジェクションによるリーク電流が顕著に発生していた。これに対し、本実施形態の半導体レーザ素子１０によれば、このような埋込領域を備える場合において特に効果的にリーク電流を低減できる。
【００３７】
＜変形例＞
続いて、上記実施形態に係る半導体レーザ素子１０の変形例について説明する。図６（ａ）は、本変形例に係る半導体レーザ素子１０Ａの構成を示す断面図である。なお、図６（ａ）は、図２に示した断面に相当する断面を示している。また、図６（ｂ）は、半導体レーザ素子１０Ａが備える半導体メサ３６の拡大図である。
【００３８】
上記実施形態のように、第２クラッド層２４の組成による価電子帯上端のエネルギー準位を、埋込領域１６の組成による価電子帯上端のエネルギー準位より低くした構成においては、第１クラッド層１８の組成と第２クラッド層２４の組成とが互いに異なる場合がある。例えば、第１クラッド層１８及び埋込領域１６がＩｎＰからなる場合に、第２クラッド層２４をＧａＩｎＡｓＰによって構成した場合などである。このような場合、第１クラッド層１８に比べて第２クラッド層２４の屈折率が高くなり、光の分布が第２クラッド層２４側へ偏ってしまう。これにより、光密度が高い領域の位置と活性層２０の位置とがずれてしまい、また、出射光の断面が非対称となってしまう。
【００３９】
本変形例による半導体レーザ素子１０Ａにおいては、半導体メサの内部構成を工夫することによってこの問題を解決している。すなわち、図６（ａ）に示されるように、本変形例の半導体レーザ素子１０Ａが備える半導体メサ３６は、第１クラッド層１８の第２の部分１８ｂ、活性層２０、第２クラッド層２４、及びコンタクト層２６に加え、更に光閉じ込め調整層２２を有している。光閉じ込め調整層２２は、半導体メサ３６において、第１クラッド層１８の第２の部分１８ｂと活性層２０との間に設けられている。
【００４０】
また、図６（ｂ）に示すように、活性層２０は、ＭＱＷ層２０ａを二つの光閉じ込め（ＳＣＨ）層２０ｂ，２０ｃが挟み込む形態を有している。すなわち、光閉じ込め層２０ｂはＭＱＷ層２０ａと第１クラッド層１８との間に設けられており、光閉じ込め層２０ｃはＭＱＷ層２０ａと第２クラッド層２４との間に設けられている。ＭＱＷ層２０ａの厚さは例えば０．２［μｍ］であり、光閉じ込め層２０ｂ，２０ｃの厚さは例えば各々０．０６［μｍ］である。一実施例としては、ＭＱＷ層２０ａは組成比の異なるＧａＩｎＡｓＰが交互に積層されて成り、光閉じ込め層２０ｂ，２０ｃは、ＭＱＷ層２０ａの発光波長より小さいバンドギャップ波長を有するＧａＩｎＡｓＰからなる。
【００４１】
光閉じ込め調整層２２は、第１クラッド層１８と光閉じ込め層２０ｂとの間に設けられている。光閉じ込め調整層２２はノンドープのＩｎＰ系化合物半導体からなり、その組成は、バンドギャップエネルギーが第１クラッド層１８のバンドギャップエネルギーより小さく、且つ活性層２０のバンドギャップエネルギーより大きくなるように定められる。換言すれば、光閉じ込め調整層２２のバンドギャップ波長は、第１クラッド層１８のバンドギャップ波長と活性層２０の発光波長との間の値に設定される。第１クラッド層１８が例えばＩｎＰ（バンドギャップ波長０．９１［μｍ］）からなる場合、光閉じ込め調整層２２のバンドギャップ波長は０．９５［μｍ］以上であることが好ましい。また、活性層２０の発光波長が１．３［μｍ］〜１．５５［μｍ］である場合、光閉じ込め調整層２２のバンドギャップ波長は１．１５［μｍ］以下であることが好ましい。光閉じ込め調整層２２の組成及び厚さは所望のレーザ特性に応じて決定され、例えば発光波長が１．５５［μｍ］帯の半導体レーザ素子の場合には、光閉じ込め調整層２２のバンドギャップ波長を１．２５［μｍ］、厚さを０．１５［μｍ］とすれば効果的である。
【００４２】
本変形例のように、光閉じ込め調整層２２を第１クラッド層１８と活性層２０との間に設けることによって、活性層２０の上下で屈折率分布をバランスさせ、導波光の偏りを抑制できる。
【００４３】
本発明による光半導体デバイスは、上記した実施形態に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では光半導体デバイスの一例として半導体レーザ素子を例示したが、本発明は、半導体光変調素子、半導体レーザ素子と半導体光変調素子とを集積した半導体光集積素子、或いは光合分波器などの他の光半導体デバイスにも適用できる。
【００４４】
また、上記実施形態ではｎ型半導体基板上にｎ型の第１クラッド層、活性層、及びｐ型の第２クラッド層が積層された光半導体デバイスについて本発明を適用したが、ｐ型半導体基板上にｐ型の第１クラッド層、活性層、及びｎ型の第２クラッド層が積層された光半導体デバイスについても本発明を適用可能である。また、上記実施形態では光半導体デバイスの一例としてＩｎＰ系の光半導体デバイスを説明したが、本発明はこれに限らず様々な系統の光半導体デバイスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明に係る光半導体デバイスの一実施形態として、半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体レーザ素子のII−II断面を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は、第２クラッド層と埋込領域との境界付近におけるバンド構造を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、変形例に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した光半導体レーザ素子が備える半導体メサの拡大図である。
【図７】図７は、従来の光半導体デバイスの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０，１０Ａ…半導体レーザ素子、１２…半導体基板、１４，３６…半導体メサ、１６…埋込領域、１８…第１クラッド層、２０…活性層、２２…光閉じ込め調整層、２４…第２クラッド層、２６…コンタクト層、２８…絶縁膜、３０…電極、３２…電極パッド、３４…電極。
【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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