(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１導電型のＧａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に設けられ、前記活性層よりバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層とを有し、前記電流ブロック層は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸収する層としての機能をも有し、前記電流ブロック層は、Ｖ族元素にＮ（窒素）を含んだＩＩＩ−（Ｎｘ，Ｖ１−ｘ）からなるＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体層であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１導電型のＧａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層と、前記電流ブロック層と前記第１上部クラッド層との間または前記電流ブロック層と前記第２上部クラッド層との間に設けられた光吸収層とを有し、該光吸収層は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸収する機能を有し、前記光吸収層は、Ｖ族元素にＮ（窒素）を含んだＩＩＩ−（Ｎｘ，Ｖ１−ｘ）からなるＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体層であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の半導体発光素子において、前記ＩＩＩ−（Ｎｘ，Ｖ１−ｘ）からなるＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮｙＡｓ１−ｙ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、光を吸収する層と前記活性層とは同じ構成元素の材料で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザなどの半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバーを用いた光通信システムは、主に幹線系で用いられているが、将来は各家庭を含めた加入者系での利用が考えられている。これを実現するためにはシステムの小型化，低消費電力化，低コスト化が必要であり、このためには、光源としての半導体レーザには、低しきい値動作とペルチェフリーが必要である。
【０００３】
しかしながら、現在の１．３μｍ波長帯，１．５μｍ波長帯の半導体レーザにはＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料が用いられており、この材料系を用いた半導体レーザは材料的に伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)が小さく電子のオーバーフローが多いことが主たる原因で、しきい値電流が大きく、また、温度特性が悪く、その結果、光出力が環境温度によって大きく変化するという問題がある。このため温度制御をする必要があり、この種の半導体レーザでは、温度制御用のペルチェ素子を用いていた。
【０００４】
このような問題をＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いて改善することは困難であるため、伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)が大きくなるようにＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系以外の材料で発光素子を形成することが試みられている。例えば、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓを用いて半導体レーザを形成することが試みられている。
【０００５】
しかしながら、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓはＩｎ組成が大きくなるほどバンドギャップエネルギーは小さくなるが、格子定数がＧａＡｓよりも大きくなり、１．３μｍ，１．５μｍ程度の長波長化を図ることが難かしいという問題があった。すなわち、圧縮歪量の増大により長波長化を図ることができるものの、１．１μｍ程度が限界であった。
【０００６】
そこで、特開平７−１９３３２７号では、１．３μｍまたは１．５μｍ帯の波長を与えるＩｎＧａＡｓ活性層と、該活性層を挟んで形成され、かつＧａＡｓの格子定数に近い格子定数を与える半導体層とを有し、伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)を大きくした素子が提案されている。
【０００７】
すなわち、特開平７−１９３３２７号で提案されている素子は、１．３μｍまたは１．５μｍ帯の波長を与えるため、ＧａＡｓ基板よりも格子定数の大きいＩｎＧａＡｓ活性層を用い、また、活性層にＩｎＧａＡｓを用いているので、格子定数差が大きいことによるミスフィット転位の生成を抑制するため、緩和バッファ層を用いている。しかしながら、緩和バッファ層を用いても基本的には格子不整合系なので、素子の寿命の点で問題がある。また、格子整合を図るため、基板をＩｎＧａＡｓとすることも考えられるが、基板にＩｎＧａＡｓのような多元材料を用いることは困難である。すなわち、ＩｎＧａＡｓのような多元材料基板は現実には作製が困難である。
【０００８】
そこで、特開平６−３７３５５号では、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＮＡｓ系材料を用いることが提案されており、ＧａＡｓよりも格子定数が大きいＩｎＧａＡｓにＮを添加して、格子定数を低下させたＩｎＧａＮＡｓ系材料を用いることで、格子定数をＧａＡｓの格子定数に近づけ、ＧａＡｓと格子整合させることが可能であり、更にバンドギャップエネルギーを小さくすることができる。すなわち、ＩｎＧａＮＡｓ系材料は、１．３μｍまたは１．５μｍ帯の波長が可能となる材料系であり、ＧａＡｓ格子整合系なので、ＡｌＧａＡｓをクラッド層に用いることで伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)を大きくすることができる。
【０００９】
さらに特開平７−１５４０２３号には、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＮＡｓ系材料の半導体レーザとして、図３に示すような、リッジストライプ部(電流ブロック層６)をＭＯＣＶＤの選択成長で埋め込んだＳＢＲ(Selectively Buried Ridge Waveguide)構造の素子が示されている。図３において、１は半導体レーザ素子、２は化合物半導体基板、３は活性層、４は下部クラッド層、５は上部クラッド層、６は電流ブロック層、７はコンタクト層、８はｐ側電極、９はｎ側電極である。ここで、下部クラッド層４，活性層３，上部クラッド層５によってダブルヘテロ接合が形成され、また、電流ブロック層６によってストライプ領域を画定するようになっている。また、図３において、基板２はＧａＡｓで構成され、また、活性層３はＧａＩｎＡｓＮで構成されている。また、この素子の電流ブロック層６には、ＳｉドープＧａＡｓが用いられている。
【００１０】
図３のような構成の半導体レーザでは、下部クラッド層４，活性層３，上部クラッド層５のダブルヘテロ接合によって、光を垂直方向に閉じ込めることができる。また、この種の半導体レーザにおいて、基板に対して水平方向に注入キャリア(図３の例では、ｐ側電極８から活性層３に向けて注入される電流)と光とを閉じ込めることは、低しきい値化するために重要である。この場合、ＩｎＧａＮＡｓ系材料は、１．３μｍまたは１．５μｍ帯の波長で発光させることができるが、ＧａＡｓとのバンドギャップエネルギーがＩｎＧａＮＡｓ系材料よりも大きく、長波長の光に対して透明であり、反導波層とはならない。
【００１１】
そこで、図３の例では、電流ブロック層６を設け、電流ブロック層６を設けることによって、ストライプ領域(電流ブロック層６が設けられていない領域)がストライプ領域外(電流ブロック層６下部の領域)よりも厚いために、ストライプ領域とストライプ領域外との間に、光の屈折率差を生じさせ、ストライプ領域に光を閉じ込めることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３のような素子は、１回目の成長後(ダブルヘテロ接合を形成した後)、リッジストライプ部を形成し、次いで、電流ブロック層を成長させ(２回目の成長)、次いでコンタクト層を成長させる(３回目の成長)というように、エピタキシャル成長を３回に分けて行なう必要があり、作製が複雑になるという問題があった。
【００１３】
本発明は、良好な温度特性をもち長波長化が可能であって、かつ、作製工程が容易な構造の半導体発光素子を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１導電型のＧａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に設けられ、前記活性層よりバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層とを有し、前記電流ブロック層は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸収する層としての機能をも有し、前記電流ブロック層は、Ｖ族元素にＮ（窒素）を含んだＩＩＩ−（Ｎｘ，Ｖ１−ｘ）からなるＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体層であることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２記載の発明は、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１導電型のＧａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層と、前記電流ブロック層と前記第１上部クラッド層との間または前記電流ブロック層と前記第２上部クラッド層との間に設けられた光吸収層とを有し、該光吸収層は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸収する機能を有し、前記光吸収層は、Ｖ族元素にＮ（窒素）を含んだＩＩＩ−（Ｎｘ，Ｖ１−ｘ）からなるＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体層であることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の半導体発光素子において、前記ＩＩＩ−（Ｎｘ，Ｖ１−ｘ）からなるＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮｙＡｓ１−ｙ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）であることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、光を吸収する層と前記活性層とは同じ組成になっていることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明の半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板上に形成されており、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーの小さい材料からなる活性層と、活性層の近傍に形成され、活性層で発光した光を吸収する層とを有している。この場合、活性層で発光した光を吸収する層は、前記活性層と接しないで形成されている。
【００２１】
図１は本発明に係る半導体発光素子(半導体レーザ素子)の構成例を示す図である。図１を参照すると、この半導体発光素子は、第１導電型のＧａＡｓ基板１０１上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層１０５と、第１導電型のＧａＡｓ基板１０１と前記活性層１０５との間に設けられ、前記活性層１０５よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層１０３と、前記活性層１０５から見て前記基板１０１とは反対側に設けられ、前記活性層１０５よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層１０７と、前記第１上部クラッド層１０７から見て前記基板１０１とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層１０９と、前記第２上部クラッド層１０９から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層１１０と、前記第１上部クラッド層１０７と第２上部クラッド層１０９との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層１０８とを有し、前記電流ブロック層１０８は、ＧａＡｓよりバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層１０５で発光した光を吸収する層としての機能をも有している。
【００２２】
ここで、電流ブロック層１０８は、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層として構成され、III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層は、具体的には、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)で形成されている。
【００２３】
図１の半導体発光素子は、より具体的に、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２，ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１０３，ＧａＡｓ光ガイド層１０４，ＩｎＧａＮＡｓ活性層１０５，ＧａＡｓ光ガイド層１０６，ｐ−ＡｌＧａＡｓの第１の上部クラッド層１０７，ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１０８が形成されたものとなっている。
【００２４】
ここで、ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１０８は、この半導体発光素子の作製過程で、ストライプ領域となるべき部分が除去されて、この部分において第１の上部クラッド層１０７が露出された状態となっている。
【００２５】
また、図１の半導体発光素子において、ストライプ領域となるべき部分が除去されて、この部分において第１の上部クラッド層１０７が露出された状態となっているｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１０８上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓの第２の上部クラッド層１０９，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０が形成されている。すなわち、この素子全体は、層構造としてはＳＣＨ−ＳＱＷ構造となっており、また、デバイス構造としてＳＡＳ(Self-Aligned Structure Laser)型となっている。
【００２６】
また、図１の半導体発光素子では、素子の表面にｐ側電極１１１であるＡｕＺｎ／Ａｕが形成され、また、素子の裏面にｎ側電極１１２であるＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが形成されている。
【００２７】
図１の半導体発光素子は、次のような手順によって作製される。すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２，ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１０３，ＧａＡｓ光ガイド層１０４，ＩｎＧａＮＡｓ活性層１０５，ＧａＡｓ光ガイド層１０６，ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１の上部クラッド層１０７，ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１０８を形成する(１回目の成長を行なう)。ここで、ＩｎＧａＮＡｓのＮの原料には、ＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)を用いた。そして、ウェットエッチング等により、ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１０８において、ストライプ領域となるべき部分を除去する。
【００２８】
次いで、上記のようにストライプ領域となるべき部分が除去されたｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１０８上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓの第２の上部クラッド層１０９，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０を成長させる(２回目の成長を行なう)。
【００２９】
次いで、ｐ側電極１１１であるＡｕＺｎ／Ａｕを形成し、また、素子の裏面にｎ側電極１１２であるＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを形成して、図１の半導体発光素子を作製できる。
【００３０】
このように、図１の半導体発光素子は、２回の結晶成長で形成できる。
【００３１】
次に、図１の半導体発光素子(半導体レーザ素子)の特性，動作原理について説明する。一般に、ＩｎＧａＡｓにＮを数％添加すると格子定数が小さくなり、バンドギャップエネルギーが小さくなる。すなわち、ＩｎＧａＡｓにＮを数％添加すると、ＧａＡｓ基板に格子整合する１．３μｍ，１．５μｍ等の長波長に対応する結晶が形成できる。さらに、屈折率は、ＧａＡｓよりも大きい。
【００３２】
図１の半導体発光素子では、活性層１０５にＩｎＧａＮＡｓを用いているので、活性層１０５は、ＧａＡｓ基板１０１に格子整合しており、ＧａＡｓ基板１０１上に形成でき、発振波長として、例えば１．３μｍ程度の長波長のものを得ることができる。また、この場合、バンドギャップエネルギーが大きいＡｌＧａＡｓ層をクラッド層に用いることができるので、伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)が大きくなり、注入キャリアのオーバーフローを減らすことができ、しきい値電流を小さくすることができ、さらに、その温度依存性を小さくすることができる。
【００３３】
また、ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１０８は、活性層１０５と同じ組成にしており、１．３μｍの光を吸収するので、反導波層(活性層で発光した光を吸収する層)となる。このため、ストライプ領域とストライプ領域外との間に屈折率差が生じ、ストライプ領域に光を閉じ込めることができる。すなわち、屈折率導波型半導体レーザを形成できる。
【００３４】
このように、図１の半導体発光素子は、図３の半導体発光素子と同様に、良好な温度特性をもち長波長化を図ることが可能な構造を有しており、さらに、図３の素子に比べて、その作製工程が容易な構造のものとなっている。
【００３５】
すなわち、図３の素子(ＳＢＲレーザ)は、ダブルヘテロ接合構造を成長させ(１回目の成長)、しかる後、メサエッチングして電流ブロック層を選択成長させ(２回目の成長)、その後、コンタクト層を成長させて(３回目の成長)、形成されるが、図１の素子では、メサ部を形成して埋め込み成長をする必要がなく、図３の素子に比べて、成長回数が１回少なくて済み(２回の成長で済み)、素子を容易に作製できる。
【００３６】
上述の例では、クラッド層には、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＡｓを用いたが、この他に、ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＰ等のＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いることもできる。ＩｎＧａＡｓＰ系材料は、活性なＡｌを含んでいないので、ＡｌＧａＡｓと同様に好ましい。なお、ＩｎＧａＰを用いる場合は、ＡｓＨ3雰囲気中で加熱処理した後、Ｖ族原料をＰＨ3に切り替える。また、ＩｎＧａＡｓＰを用いる場合は、ＡｓＨ3雰囲気中で加熱処理した後、ＡｓＨ3＋ＰＨ3にするなどして成長を行なえば良い。もちろん結晶成長および加熱処理は、ＭＯＣＶＤ法以外にもＭＢＥ法などでも可能である。
【００３７】
また、活性層には、これから発光する光をＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層で吸収できる材料、例えばＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰなどを用いることができる。また、デバイス構造はＳＡＳ構造だけでなく、その他の反導波層により実効屈折率分布を作り光を閉じ込める構造の素子に応用できる。
【００３８】
図２は本発明に係る半導体発光素子の他の構成例を示す図である。図２を参照すると、この半導体発光素子は、第１導電型のＧａＡｓ基板１０１上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層１０５と、第１導電型のＧａＡｓ基板１０１と前記活性層１０５との間に設けられ、前記活性層１０５よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層１０３と、前記活性層１０５から見て前記基板１０１とは反対側に設けられ、前記活性層１０５よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層１０７と、前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層１０９と、前記第２上部クラッド層１０９から見て前記基板１０１とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層１１０と、前記第１上部クラッド層１０７と第２上部クラッド層１０９との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層２０１と、前記電流ブロック層２０１と前記第１上部クラッド層１０７との間に設けられた光吸収層２０２とを有し、該光吸収層２０２は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層１０５で発光した光を吸収する機能を有している。
【００３９】
ここで、光吸収層２０２は、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層として構成され、III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層は、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)で形成されている。
【００４０】
図２の半導体発光素子は、より具体的に、図１のｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１０８のかわりに、ＩｎＧａＮＡｓ反導波層(光吸収層)２０２と、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０１とが設けられたものとなっている。この場合、電流ブロック層２０１，反導波層２０２において、ストライプ領域となるべき部分は、例えばウェットエッチング等により除去されている。
【００４１】
図２の半導体発光素子は、次のような手順によって作製される。すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２，ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１０３，ＧａＡｓ光ガイド層１０４，ＩｎＧａＮＡｓ活性層１０５，ＧａＡｓ光ガイド層１０６，ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１の上部クラッド層１０７，ＩｎＧａＮＡｓ反導波層２０２，ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０１を形成する(１回目の成長を行なう)。そして、ウェットエッチング等により、ＩｎＧａＮＡｓ反導波層２０２，ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０１において、ストライプ領域となるべき部分を除去する。
【００４２】
次いで、上記のようにストライプ領域となるべき部分が除去されたｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０１上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓの第２の上部クラッド層１０９，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０を成長させる(２回目の成長を行なう)。
【００４３】
次いで、ｐ側電極１１１であるＡｕＺｎ／Ａｕを形成し、また、素子の裏面にｎ側電極１１２であるＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを形成して、図２の半導体発光素子を作製できる。
【００４４】
このように、図２の半導体発光素子も、図１の半導体発光素子と同様に、２回の結晶成長で形成できる。
【００４５】
次に、図２の半導体発光素子(半導体レーザ)の特性，動作原理について説明する。図２の半導体発光素子も、図１の半導体発光素子と同様に、活性層１０５にＩｎＧａＮＡｓを用いているので、活性層１０５は、ＧａＡｓ基板１０１に格子整合しており、ＧａＡｓ基板１０１上に形成でき、発振波長として、例えば１．３μｍ程度の長波長のものを得ることができる。また、この場合、バンドギャップエネルギーが大きいＡｌＧａＡｓ層をクラッド層に用いることができるので、伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)が大きくなり、注入キャリアのオーバーフローを減らすことができ、しきい値電流を小さくすることができ、さらに、その温度依存性を小さくすることができる。
【００４６】
また、ＩｎＧａＮＡｓ反導波層２０２は、活性層１０５と同じ組成にしており、１．３μｍの光を吸収するので反導波層(活性層で発光した光を吸収する層)となる。このためストライプ領域とストライプ領域外との間に屈折率差が生じ、ストライプ領域に光を閉じ込めることができる。すなわち、屈折率導波型半導体レーザを形成できる。
【００４７】
このように、図２の半導体発光素子も、図１の半導体発光素子と同様に、良好な温度特性をもち長波長化を図ることが可能な構造を有しており、また、図３の素子に比べて、その作製工程が容易な構造のものとなっている。
【００４８】
すなわち、図２の素子では、図３の素子に比べて成長回数が１回少なくてすみ、素子を容易に作製できる。
【００４９】
上述の例では、クラッド層には、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＡｓを用いたが、この他に、ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＰ等のＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いることもできる。
【００５０】
また、活性層にはＩｎＧａＮＡｓ反導波層で光を吸収できる材料、例えばＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰなどを用いることができる。また、活性層１０５で発光した光を反導波層２０２で吸収できるならば、電流ブロック層２０１と反導波層２０２とは、その積層順序が逆であっても良い。すなわち、図２の例では、光吸収層(反導波層)２０２は、電流ブロック層２０１と第１上部クラッド層１０７との間に設けられているが、これを前記電流ブロック層２０１と前記第２上部クラッド層１０９との間に設けても良い。また、デバイス構造は他の反導波層により実効屈折率分布を作り光を閉じ込める構造の素子に応用できる。
【００５１】
このように、本発明では、活性層で発光した光を吸収する層を、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層として構成し、III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層を、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)で形成するので、ＧａＡｓ基板のＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料(例えばＩｎＧａＮＡｓ系材料)を活性層に用いた半導体発光素子においても、活性層で発光した光を上記半導体層で吸収することができ、屈折率導波型の発光素子を形成できる。このため、従来のＳＢＲレーザのようにメサ部を形成して選択埋め込み成長をする必要がなく、成長回数が１回少なくて済み、良好な温度特性をもち長波長化が可能な屈折率導波型発光素子(例えばＩｎＧａＮＡｓ系素子)を容易に作製できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１，請求項３，請求項４記載の半導体発光素子では、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１導電型のＧａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に設けられ、前記活性層よりバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層とを有し、前記電流ブロック層は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸収する層としての機能をも有しているので、活性層で発生する光を電流ブロック層にしみださせることで電流ブロック層がない領域と電流ブロック層がある領域との実効屈折率差を設ける構造の屈折率導波型の発光素子を提供できる。特に、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーの小さい材料からなる活性層で発光した光を吸収する層が発光層の近傍に形成されているので、良好な温度特性をもち長波長化が可能である。さらに、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸収する層としての機能をも有する電流ブロック層が設けられることにより、作製工程が容易な構造の半導体発光素子を提供することができる。また、上記活性層で発光した光を吸収する機能をも有する電流ブロック層には、Ｖ族元素にＮ（窒素）を含んだＩＩＩ−（Ｎｘ，Ｖ１−ｘ）からなるＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体層を用いており、この材料系はＧａＡｓ基板に格子整合させることが可能であるので、光を吸収する機能をも有する電流ブロック層を、ミスフィット転位などを発生させることなく、充分な厚さに形成でき、活性層で発光した光を充分吸収させることができる。
【００５４】
また、請求項２，請求項３，請求項４記載の半導体発光素子では、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１導電型のＧａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層と、前記電流ブロック層と前記第１上部クラッド層との間または前記電流ブロック層と前記第２上部クラッド層との間に設けられた光吸収層とを有し、該光吸収層は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸収する機能を有しているので、活性層で発光した光を光吸収層にしみださせることで、電流ブロック層がない領域と電流ブロック層がある領域との実効屈折率差を設ける構造の屈折率導波型の発光素子を形成できる。特に、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーの小さい材料からなる活性層で発光した光を吸収する層が発光層の近傍に形成されているので、良好な温度特性をもち長波長化が可能である。さらに、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸収する層としての機能をも有する電流ブロック層が設けられることにより、作製工程が容易な構造の半導体発光素子を提供することができる。また、上記活性層で発光した光を吸収する光吸収層には、Ｖ族元素にＮ（窒素）を含んだＩＩＩ−（Ｎｘ，Ｖ１−ｘ）からなるＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体層を用いており、この材料系はＧａＡｓ基板に格子整合させることが可能であるので、光を吸収する光吸収層を、ミスフィット転位などを発生させることなく、充分な厚さに形成でき、活性層で発光した光を充分吸収させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体発光素子の他の構成例を示す図である。
【図３】ＧａＡｓ基板上に形成された従来の長波長半導体レーザを示す図である。
【符号の説明】
１０１          ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２          ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１０３          ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
１０４          ＧａＡｓ光ガイド層
１０５          ＩｎＧａＮＡｓ活性層
１０６          ＧａＡｓ光ガイド層
１０７          ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１の上部クラッド層
１０８          ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層
１０９          ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２の上部クラッド層
１１０          ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１１１          ｐ側電極
１１２          ｎ側電極
２０１          ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
２０２          ＩｎＧａＮＡｓ反導波層
【図１】
0003828962.tif 000002
【図２】
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【図３】
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