JP2004111743A - 半導体光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子を提供する。
【解決手段】この半導体光素子１は、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とを備える。第１導電型半導体領域３は、ＧａＡｓ半導体の表面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。活性層５は、一対の側面を有している。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２導電型半導体層７は、一対の側面７ａを有している。電流ブロック半導体領域９は、活性層５の各側面上及び第２導電型半導体層７の各側面７ａ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２
【解決手段】この半導体光素子１は、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とを備える。第１導電型半導体領域３は、ＧａＡｓ半導体の表面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。活性層５は、一対の側面を有している。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２導電型半導体層７は、一対の側面７ａを有している。電流ブロック半導体領域９は、活性層５の各側面上及び第２導電型半導体層７の各側面７ａ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２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長１マイクロメートル以上の光源として利用される半導体レーザは、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体から構成される。この半導体レーザは、リッジ構造または埋め込みヘテロ構造を有する。
【０００３】
文献１には、リッジ構造の半導体レーザが示されている（非特許文献１）。リッジ構造の半導体レーザは、ＩｎＧａＡｓＰ半導体からなる活性層を備える。活性層は、基板の全面に設けられており、ｐ型ＩｎＰ半導体層とｎ型ＩｎＰ半導体層との間に設けられている。キャリアは、リッジ構造により構成されるストライプ領域から活性層に注入される。結果的に、注入されたキャリアは活性層内において広がるので、注入されたキャリアの一部は光子と相互作用しない無効キャリアになる。
【０００４】
文献２には、埋め込みヘテロ構造の半導体レーザが示されている（非特許文献２）。埋め込みヘテロ構造の半導体レーザは、ＩｎＧａＡｓＰ半導体からなる活性層を備えている。活性層は、ｐ型ＩｎＰ半導体層とｎ型ＩｎＰ半導体層との間に設けられており、また、ＩｎＰ半導体からなる電流ブロック部の間に設けられている。注入されたキャリアは、活性層と電流ブロック層との間のヘテロ障壁によって活性層内に閉じ込めされる。
【０００５】
【非特許文献１】
Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ３５（３）， １ Ａｕｇｕｓｔ １９７９， ｐｐ．２３２−２３５
【０００６】
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ， ＶＯＬ．ＱＥ−１７， ＮＯ．２， ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９８１ｐｐ．２０２−２０７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの半導体レーザにおいて、活性層へのキャリアの閉じ込めを向上するためには、活性層の半導体と該活性層の周囲の半導体部との間の障壁を高くすることが求められる。これらの半導体レーザは、活性層にＩｎＧａＡｓＰ半導体を用いる。ＩｎＧａＡｓＰ半導体に対するヘテロ障壁を大きくできる材料には、ＩｎＰ半導体を用いる。この材料の組み合わせでは、ＩｎＰの障壁の値は２．１６×１０−１９ジュール（１．３５ｅＶ）である。しかしながら、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子が求められている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子を提供することとした。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、半導体光素子に係わる。この半導体光素子は、第１導電型半導体領域と、活性層と、第２導電型半導体層と、電流ブロック半導体領域とを備える。第１導電型半導体領域は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられており、第１及び第２の半導体部を有する。第１の半導体部は、第１の領域と第１の領域の両側に位置する第２の領域と有する主面を備えている。第２の半導体部は、一対の側面を有しており、第１の半導体部の第１の領域上に設けられている。活性層は、第１導電型半導体領域の第２の半導体部上に設けられ一対の側面を有する。第２導電型半導体層は、活性層上に設けられ一対の側面を有する。電流ブロック半導体領域は、第２の半導体部、活性層及び第２導電型半導体層に電流を流すように作用する。電流ブロック半導体領域は、第１導電型半導体領域の第１の半導体部の第２の領域上、第２の半導体部の各側面上、活性層の各側面及び第２導電型半導体層の各側面上に設けられている。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。
【００１０】
本発明の別の側面は、半導体光素子に係わる。この半導体光素子は、第１導電型半導体領域と、リッジ半導体部と、電流ブロック半導体領域とを備える。第１導電型半導体領域は、第１の領域と、第１の領域の両側に位置する第２の領域とを主面上に有しており、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。リッジ半導体部は、一対の側面を有しており、第１導電型半導体領域の第１の領域上に設けられた活性層と活性層上に設けられた第２導電型半導体層とを含む。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の領域上及びリッジ半導体部の各側面上に設けられ、リッジ半導体部に電流を流すように作用する。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。
【００１１】
これらの半導体光素子によれば、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。これらの半導体光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半導体から成る半導体光素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００１２】
これらの半導体光素子では、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。
【００１３】
本発明の半導体光素子では、活性層は、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ている。
【００１４】
本発明の半導体光素子では、第１導電型半導体領域は、活性層及び第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ことができる。
【００１５】
本発明の半導体光素子では、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。
【００１６】
本発明の半導体光素子では、活性層の屈折率は、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。
【００１７】
本発明の半導体光素子は、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。別の半導体層は、第１導電型半導体領域と活性層との間および第２導電型半導体層と活性層との間の少なくともいずれかに設けられている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層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。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層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。
【００１８】
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。
【００１９】
本発明の半導体光素子は、第１及び第２のＳＣＨ層を更に備えることができる。第１のＳＣＨ層は、第１導電型半導体領域と活性層との間に設けられている。第２のＳＣＨ層は、活性層と第２導電型半導体層との間に設けられている。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。
【００２０】
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。
【００２１】
ＳＣＨ層を備える半導体光素子は、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。別の半導体層は、第１導電型半導体領域と第１のＳＣＨ層との間および第２導電型半導体層と第２のＳＣＨ層との間の少なくともいずれかに設けられている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、第１のＳＣＨ層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。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、第２のＳＣＨ層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。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。
【００２２】
本発明の半導体光素子では、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。
【００２３】
本発明の半導体光素子では、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各々は、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。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。
【００２４】
本発明の半導体光素子では、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各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体から構成されることができる。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】
本発明の半導体光素子では、第１及び第２のＳＣＨ層の各々は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）、またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されることができる。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】
本発明の半導体光素子では、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を含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されることができる。この半導体光素子の第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】
本発明の半導体光素子では、第１及び第２の電流ブロック半導体層、第１導電型半導体領域並びに第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ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されることができる。この半導体光素子は、酸化されやすいアルミニウムを含まない。
【００２８】
本発明の半導体光素子では、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るようにしてもよい。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、半導体光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、半導体光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】
本発明の半導体光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子、及び電界吸収型変調素子の少なくともいずれかを含むことができる。
【００３１】
本発明の半導体光素子では、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。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子に係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。
【００３４】
（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ＩＩ−ＩＩ線に沿った屈折率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線に沿ったバンドギャップを示すダイアグラムである。図２（ｅ）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。
【００３５】
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。この半導体光素子１は、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とを備える。第１導電型半導体領域３は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられており、第１及び第２の半導体部３ａ、３ｂを有する。第１の半導体部３ａは、第１の領域３ｃと、第１の領域３ｃの両側に位置する第２の領域３ｄと有する主面を備えている。第１の領域３ｃは、所定の軸の方向に伸びている。第２の半導体部３ｂは、第１の半導体部３ａの第１の領域３ｃ上に設けられている。第２の半導体部３ｂは、一対の側面３ｅを有する。活性層５は、第１導電型半導体領域３の第２の半導体部３ｂ上に設けられている。活性層５は、一対の側面５ａを有している。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２導電型半導体層７は、一対の側面７ａを有している。電流ブロック半導体領域９は、第１導電型半導体領域３の第１の半導体部３ａの第２の領域３ｄ上、第２の半導体部３ｂの各側面３ｅ上及び活性層５の各側面５ａ上及び第２導電型半導体層７の各側面７ａ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。
【００３６】
半導体光素子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。これらの半導体光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半導体から成る半導体光素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００３７】
また、半導体光素子１は埋め込みヘテロ構造を備えるので、リッジ構造の半導体レーザに比べて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。
【００３８】
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。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。
【００３９】
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ｙ方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００４０】
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（ｄ）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（ｄ）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方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００４１】
図２（ｃ）の屈折率分布に示されるように、第１導電型半導体領域３が示す屈折率は、活性層５が示す屈折率より小さい。第２導電型半導体層７が示す屈折率は、活性層５が示す屈折率より小さい。故に、第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７は、活性層５において発生された光をｙ方向において活性層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は光学的なクラッド層として働き、第２導電型半導体層７は光学的なクラッド層として作用する。
【００４２】
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屈折率は、活性層５が示す屈折率より小さい。結果として、電流ブロック半導体領域９は、活性層５において発生された光を活性層５に閉じ込めるように働き、光学的なクラッド層として作用する。
【００４３】
半導体光素子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１１の主面１１ａ上には、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、半導体基板１１の主面１１ａ上に設けられた第１の部分３ａと、第１の部分３ａ上に設けられた第２の部分３ｂとを有する。第１導電型半導体領域３の第２の部分３ｂは、リッジ形状を成しており、電流ブロック半導体領域９の間に位置している。また、活性層５及び第２導電型半導体層７は、リッジ形状を成しており、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の第２の部分３ｂ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の第２の部分３ｂ、活性層５及び第２導電型半導体層７は、半導体リッジ部１３を形成する。半導体リッジ部１３は、所定の軸方向に伸びている。半導体リッジ部１３において、活性層５には、第１導電型半導体領域３の第２の部分３ｂ及び第２導電型半導体層７からキャリアが注入される。
【００４４】
半導体光素子１は、電流ブロック半導体領域９及び半導体リッジ部１３上に設けられた第２導電型半導体層１５を更に備える。第２導電型半導体層１５が示すフォトルミネッセンス波長値は、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同じか、それ以下であり、且つ活性層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１５が示す屈折率は、第２導電型半導体層７が示す屈折率と同じか、又はそれ以下であり、且つ活性層５が示す屈折率より小さい。したがって、第２導電型半導体層１５は、活性層５において発生された光及び注入されたキャリアを活性層５に閉じ込めるように働く。結果として、第２導電型半導体層１５は光学的なクラッド層として働くことができる。
【００４５】
このような屈折率の構造及びバンドギャップの構造を備える半導体光素子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。
【００４６】
半導体光素子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２１は、半導体リッジ部１３が伸びる方向に伸びている。電極２３は、基板１１の裏面１１ｂに設けられている。第２導電型半導体層１７のバンドギャップは、第２導電型半導体層１５のバンドギャップより小さい。故に、電極２１と第２導電型半導体層１７との間にオーミックコンタクトを形成することが容易になる。結果として、第２導電型半導体層１７はコンタクト層として働く。
【００４７】
半導体光素子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。
【００４８】
図１及び図２（ａ）に示された半導体光素子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導電型半導体領域３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導電型半導体層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。
【００４９】
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導電型半導体領域３：ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰ
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導電型半導体層１５：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰ
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半導体光素子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を可能にする。
【００５０】
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導電型半導体層１５：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体またはＧａＡｓ半導体
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半導体光素子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。
【００５１】
上記の半導体材料から構成される半導体光素子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。
【００５２】
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（ｄ）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。
【００５３】
図３（ａ）は、本発明の半導体光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。半導体光素子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の第２の部分３ｂ、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、半導体リッジ部１３ａを形成する。
【００５４】
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の第２の部分３ｂ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、半導体光素子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。
【００５５】
第１のＳＣＨ層２５は、活性層５が示す屈折率と第１導電型半導体領域３が示す屈折率との間の屈折率値を示している。第２のＳＣＨ層２７は、活性層５が示す屈折率と第２導電型半導体層７が示す屈折率との間の屈折率値を示している。図３（ｃ）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、活性層５において発生された光を活性層５、第１のＳＣＨ層２５及び第２のＳＣＨ層２７に閉じ込めるように働く。
【００５６】
第１及び第２のＳＣＨ半導体層２５、２７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。これらのＳＣＨ層の挿入により、活性層５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。
【００５７】
第１及び第２のＳＣＨ層の各々は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＸＩｎ１ −ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されることができる。半導体発光素子１ａの構成の第１の実施例及び第２の実施例として、第１及び第２のＳＣＨ半導体層２５及び２７：ｕｎ−ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）、ｕｎ−ＧａＡｓ、又はＧａＡｓ半導体に格子整合するｕｎ−ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）
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３及び第２導電型半導体層７の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値と活性層５の屈折率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への光とキャリアの閉じ込めを実現できる。
【００５８】
図４（ａ）は、本発明の半導体光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半導体光素子のバンドギャップを示す図面である。半導体光素子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。半導体光素子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している。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及び別の半導体層２９は、半導体リッジ部１３ｂを形成する。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
半導体発光素子１ｂ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２９：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ、ｐ型ＧａＩｎＰ、 又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ
がある。
【００６２】
図５は、本発明の半導体光素子の変形例を示す断面図である。図５に示される半導体光素子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。半導体光素子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２７及び２５並びに別の半導体層３１は、半導体リッジ部１３ｃを構成する。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（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ＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。図７（ｄ）は、図７（ａ）に示されたＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図７（ｅ）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５１が示されている。
【００６７】
この半導体光素子５１は、第１導電型半導体領域５３と、活性層５５と、第２導電型半導体層５７と、電流ブロック半導体領域５９とを備える。第１導電型半導体領域５３は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。第１導電型半導体領域５３は、第１の領域５３ａと、該第１の領域５３ａの両側に位置する第２の領域５３ｂとを有する主面を備える。第１の領域５３ａは、所定の軸方向に伸びている。活性層５５は、第１の領域５３ａ上に設けられている。活性層５５は、一対の側面５５ａを有する。第２導電型半導体層５７は、活性層５５上に設けられている。第２導電型半導体層５７は、一対の側面５７ａを有している。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、活性層５５の各側面５５ａ上及び第２導電型半導体層５７の各側面５７ａ上に設けられている。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る。
【００６８】
半導体光素子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。これらの半導体光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半導体から成る半導体光素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００６９】
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Ｙ方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００７０】
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（ｄ）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方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００７１】
図７（ｃ）の屈折率分布に示されるように、第１導電型半導体領域５３が示す屈折率は、活性層５５が示す屈折率より小さい。第２導電型半導体層５７が示す屈折率は、活性層５５が示す屈折率より小さい。故に、第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７は、活性層５５において発生された光を活性層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は光学的なクラッド層として働き、第２導電型半導体層５７は光学的なクラッド層として作用する。
【００７２】
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、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が示す屈折率は、活性層５５が示す屈折率より小さい。電流ブロック半導体領域５９は、活性層５５において発生された光を活性層５５に閉じ込めるように働き、光学的なクラッド層として作用する。
【００７３】
半導体光素子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、６３及び第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１３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。
【００７４】
半導体光素子５１は、電流ブロック半導体領域５９及び半導体リッジ部６３上に設けられた第２導電型半導体層６５を更に備える。第２導電型半導体層６５が示すフォトルミネッセンス波長値は、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同じか、それ以下であり、且つ活性層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６５が示す屈折率は、第２導電型半導体層５７が示す屈折率と同じか、それ以下であり、且つ活性層５５が示す屈折率より小さい。したがって、第２導電型半導体層６５は、活性層５５において発生された光及び注入されたキャリアを活性層５５に閉じ込めるように働く。結果として、第２導電型半導体層６５は第２導電型クラッド層として働くことができる。
【００７５】
半導体光素子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７１は、半導体リッジ部６３が伸びる方向に伸びる。電極７３は、基板６１の裏面６１ｂに設けられる。第２導電型半導体層６７のバンドギャップは、第２導電型半導体層６５のバンドギャップより小さい。故に、電極７１と第２導電型半導体層６７との間にオーミックコンタクトを得ることが容易になる。結果として、第２導電型半導体層６７はコンタクト層として働く。
【００７６】
半導体光素子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。
【００７７】
半導体光素子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導電型半導体層６５との間に位置している。故に、第２導電型半導体層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。
【００７８】
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導電型半導体層６５：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体又はＧａＩｎＰ半導体
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。半導体光素子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。
【００７９】
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導電型半導体層６５：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体又はＧａＡｓ半導体
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。半導体光素子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。
【００８０】
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。
【００８１】
上記の半導体材料から成る半導体光素子５１によれば、活性層５５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。
【００８２】
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（ｄ）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。
【００８３】
図８（ａ）は、本発明の半導体光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半導体光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半導体光素子の屈折率を示す図面である。半導体光素子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。
【００８４】
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、半導体光素子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。
【００８５】
第１のＳＣＨ層７５は、活性層５５が示す屈折率と第１導電型半導体領域５３が示す屈折率との間の屈折率値を示している。第２のＳＣＨ層７７は、活性層５５が示す屈折率と第２導電型半導体層５７が示す屈折率との間の屈折率値を示している。図８（ｃ）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、活性層５５において発生された光を活性層５５、第１のＳＣＨ層７５及び第２のＳＣＨ層７７に閉じ込めるように働く。
【００８６】
第１及び第２のＳＣＨ半導体層７５、７７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５５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。
【００８７】
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（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成できる。半導体発光素子５１ａの構成の第１の実施例及び第２の実施例として、
ＳＣＨ半導体層７５及び７７：ｕｎ−ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）、
ｕｎ−ＧａＡｓ、又はＧａＡｓ半導体に格子整合するｕｎ−ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）
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５３及び第２導電型半導体層５７の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値と活性層５５の屈折率及び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への光と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。
【００８８】
図９（ａ）は、本発明の半導体光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半導体光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半導体光素子のバンドギャップを示す図面である。半導体光素子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。半導体光素子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。
【００８９】
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。
【００９０】
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又は第２導電型半導体層５７とのヘテロ障壁が緩和される。
【００９１】
半導体発光素子５１ｂ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７９：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ、ｐ型ＧａＩｎＰ、又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ
がある。
【００９２】
図１０は、本発明の半導体光素子の変形例を示す断面図である。ＳＣＨ層７５、７７を備える半導体光素子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）に示された半導体光素子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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。更なる変形例の半導体光素子では、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
半導体光素子が、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、半導体光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酸化に起因する半導体光素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【００９８】
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半導体光素子において、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、半導体光素子を構成する半導体層がＡｌを含まないので、Ａｌ酸化に起因する半導体光素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【００９９】
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半導体光素子において、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、半導体光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酸化に起因する半導体光素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【０１００】
さらに、第１及び第２の実施の形態においては、半導体光素が、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、本実施の形態の半導体光素子は半導体発光素子に限定されるものではない。半導体光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子或いは電界吸収型変調素子のいずれかを含むことができる。また、半導体光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子及び電界吸収型変調素子のうちの２以上の素子から成る光集積素子であってもよい。
【０１０１】
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、電界吸収型素子、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。
【０１０２】
第１及び第２の実施の形態では、半導体光素子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半導体上に備えることが可能になる。
【０１０３】
また、半導体光素子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。
【０１０４】
本実施の形態の半導体光素子において、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。
【０１０５】
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、これらをい用いて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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
第１及び第２の実施の形態の半導体発光素子において、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（０≦Ｘ≦１）或いはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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。
【０１０９】
ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）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（０≦Ｘ≦１）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、半導体発光素子の温度特性が改善される。
【０１１０】
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（０≦Ｘ≦１）或いはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
また、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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ストライプ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る。この構造により、水平横方向の導波は正導波となるので、横方向の光閉じ込め性が増大でき、半導体レーザ素子の低しきい値が実現される。正導波路構造のため水平横方向の光閉じ込め性が安定化し、半導体レーザ素子は基本モードでのシングルモード発振が可能になり、単峰性のファーフィールドパターン（Ｆａｒ ＦｉｅｌｄＰａｔｔｅｒｎ：ＦＦＰ）が得られるので、光ファイバへの光学的結合も改善される。本実施の形態の発明を使用する半導体レーザ素子の特性は、反導波路型のＩｎＰ埋め込みリッジ型レーザ素子に比べて半導体レーザの特性を改善できる。
【０１１３】
ＩｎＰ半導体より大きいバンドギャップの（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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。
【０１１４】
さらに、半導体光素子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。
【０１１５】
第１及び第２の実施の形態における半導体発光素子においては、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（０≦Ｘ≦１）及びＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）であるとき、ＳＣＨ層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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、活性層への光閉じ込めが強まり、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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）又はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるクラッド層と、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）又はＧａＡｓ半導体に構成整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）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（０≦Ｘ≦１）、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）、ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体が例示される。
【０１１８】
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（０≦Ｘ≦１）或いはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）であり、ＳＣＨ半導体層の材料がＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）或いは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）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。
【０１１９】
第２の実施の形態における半導体発光素子は、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。
【０１２０】
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、活性層幅制御を困難にし、活性層幅の非線形なばらつきを生じさせる。活性層幅の非線形なばらつきにより、レーザ特性の再現性及び均一性が悪くなる。
【０１２１】
しかしながら、第２の実施の形態における半導体光素子によれば、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（０≦Ｘ≦１）であり、ＳＣＨ半導体層の材料がＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）或いは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）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半導体光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、活性層幅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（０≦Ｘ≦１）又はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）、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。
【０１２２】
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半導体光素子によれば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体光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半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子が提供される。
【０１２３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることができることは、当業者によって認識される。例えば、半導体光素子には、半導体発光素子が含まれており、さらに半導体レーザ素子、半導体光増幅素子、及びＥＡ変調器を集積する半導体光集積素子等が含まれており、さらにこれらの素子を集積した集積素子も含まれる。また、これらの素子の構造の詳細は必要なように変更されることができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【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ＩＩ−ＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。図２（ｄ）は、図２（ａ）に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図２（ｅ）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、本発明の半導体光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。
【図４】図４（ａ）は、本発明の半導体光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半導体光素子のバンドギャップを示す図面である。
【図５】図５は、本発明の半導体光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ＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った屈折率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線に沿ったバンドギャップを示すダイアグラムである。図７（ｅ）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、本発明の半導体光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線に沿った半導体光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）に示されたＩＸ−ＩＸ線に沿った半導体光素子の屈折率を示す図面である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の半導体光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線に沿った半導体光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半導体光素子のバンドギャップを示す図面である。
【図１０】図１０は、本発明の半導体光素子の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…半導体光素子、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導電型半導体層、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…半導体光素子、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導電型半導体層、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
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長１マイクロメートル以上の光源として利用される半導体レーザは、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体から構成される。この半導体レーザは、リッジ構造または埋め込みヘテロ構造を有する。
【０００３】
文献１には、リッジ構造の半導体レーザが示されている（非特許文献１）。リッジ構造の半導体レーザは、ＩｎＧａＡｓＰ半導体からなる活性層を備える。活性層は、基板の全面に設けられており、ｐ型ＩｎＰ半導体層とｎ型ＩｎＰ半導体層との間に設けられている。キャリアは、リッジ構造により構成されるストライプ領域から活性層に注入される。結果的に、注入されたキャリアは活性層内において広がるので、注入されたキャリアの一部は光子と相互作用しない無効キャリアになる。
【０００４】
文献２には、埋め込みヘテロ構造の半導体レーザが示されている（非特許文献２）。埋め込みヘテロ構造の半導体レーザは、ＩｎＧａＡｓＰ半導体からなる活性層を備えている。活性層は、ｐ型ＩｎＰ半導体層とｎ型ＩｎＰ半導体層との間に設けられており、また、ＩｎＰ半導体からなる電流ブロック部の間に設けられている。注入されたキャリアは、活性層と電流ブロック層との間のヘテロ障壁によって活性層内に閉じ込めされる。
【０００５】
【非特許文献１】
Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ３５（３）， １ Ａｕｇｕｓｔ １９７９， ｐｐ．２３２−２３５
【０００６】
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ， ＶＯＬ．ＱＥ−１７， ＮＯ．２， ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９８１ｐｐ．２０２−２０７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの半導体レーザにおいて、活性層へのキャリアの閉じ込めを向上するためには、活性層の半導体と該活性層の周囲の半導体部との間の障壁を高くすることが求められる。これらの半導体レーザは、活性層にＩｎＧａＡｓＰ半導体を用いる。ＩｎＧａＡｓＰ半導体に対するヘテロ障壁を大きくできる材料には、ＩｎＰ半導体を用いる。この材料の組み合わせでは、ＩｎＰの障壁の値は２．１６×１０−１９ジュール（１．３５ｅＶ）である。しかしながら、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子が求められている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子を提供することとした。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、半導体光素子に係わる。この半導体光素子は、第１導電型半導体領域と、活性層と、第２導電型半導体層と、電流ブロック半導体領域とを備える。第１導電型半導体領域は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられており、第１及び第２の半導体部を有する。第１の半導体部は、第１の領域と第１の領域の両側に位置する第２の領域と有する主面を備えている。第２の半導体部は、一対の側面を有しており、第１の半導体部の第１の領域上に設けられている。活性層は、第１導電型半導体領域の第２の半導体部上に設けられ一対の側面を有する。第２導電型半導体層は、活性層上に設けられ一対の側面を有する。電流ブロック半導体領域は、第２の半導体部、活性層及び第２導電型半導体層に電流を流すように作用する。電流ブロック半導体領域は、第１導電型半導体領域の第１の半導体部の第２の領域上、第２の半導体部の各側面上、活性層の各側面及び第２導電型半導体層の各側面上に設けられている。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。
【００１０】
本発明の別の側面は、半導体光素子に係わる。この半導体光素子は、第１導電型半導体領域と、リッジ半導体部と、電流ブロック半導体領域とを備える。第１導電型半導体領域は、第１の領域と、第１の領域の両側に位置する第２の領域とを主面上に有しており、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。リッジ半導体部は、一対の側面を有しており、第１導電型半導体領域の第１の領域上に設けられた活性層と活性層上に設けられた第２導電型半導体層とを含む。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の領域上及びリッジ半導体部の各側面上に設けられ、リッジ半導体部に電流を流すように作用する。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。
【００１１】
これらの半導体光素子によれば、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。これらの半導体光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半導体から成る半導体光素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００１２】
これらの半導体光素子では、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。
【００１３】
本発明の半導体光素子では、活性層は、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ている。
【００１４】
本発明の半導体光素子では、第１導電型半導体領域は、活性層及び第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ことができる。
【００１５】
本発明の半導体光素子では、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。
【００１６】
本発明の半導体光素子では、活性層の屈折率は、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。
【００１７】
本発明の半導体光素子は、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。別の半導体層は、第１導電型半導体領域と活性層との間および第２導電型半導体層と活性層との間の少なくともいずれかに設けられている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層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。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、活性層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。
【００１８】
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。
【００１９】
本発明の半導体光素子は、第１及び第２のＳＣＨ層を更に備えることができる。第１のＳＣＨ層は、第１導電型半導体領域と活性層との間に設けられている。第２のＳＣＨ層は、活性層と第２導電型半導体層との間に設けられている。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。
【００２０】
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。
【００２１】
ＳＣＨ層を備える半導体光素子は、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。別の半導体層は、第１導電型半導体領域と第１のＳＣＨ層との間および第２導電型半導体層と第２のＳＣＨ層との間の少なくともいずれかに設けられている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、第１のＳＣＨ層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。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、第２のＳＣＨ層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。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。
【００２２】
本発明の半導体光素子では、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。
【００２３】
本発明の半導体光素子では、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各々は、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。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。
【００２４】
本発明の半導体光素子では、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各々は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体から構成されることができる。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】
本発明の半導体光素子では、第１及び第２のＳＣＨ層の各々は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）、またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されることができる。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】
本発明の半導体光素子では、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を含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されることができる。この半導体光素子の第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】
本発明の半導体光素子では、第１及び第２の電流ブロック半導体層、第１導電型半導体領域並びに第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ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されることができる。この半導体光素子は、酸化されやすいアルミニウムを含まない。
【００２８】
本発明の半導体光素子では、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るようにしてもよい。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、半導体光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、半導体光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】
本発明の半導体光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子、及び電界吸収型変調素子の少なくともいずれかを含むことができる。
【００３１】
本発明の半導体光素子では、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。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子に係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。
【００３４】
（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ＩＩ−ＩＩ線に沿った屈折率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線に沿ったバンドギャップを示すダイアグラムである。図２（ｅ）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。
【００３５】
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。この半導体光素子１は、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とを備える。第１導電型半導体領域３は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられており、第１及び第２の半導体部３ａ、３ｂを有する。第１の半導体部３ａは、第１の領域３ｃと、第１の領域３ｃの両側に位置する第２の領域３ｄと有する主面を備えている。第１の領域３ｃは、所定の軸の方向に伸びている。第２の半導体部３ｂは、第１の半導体部３ａの第１の領域３ｃ上に設けられている。第２の半導体部３ｂは、一対の側面３ｅを有する。活性層５は、第１導電型半導体領域３の第２の半導体部３ｂ上に設けられている。活性層５は、一対の側面５ａを有している。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２導電型半導体層７は、一対の側面７ａを有している。電流ブロック半導体領域９は、第１導電型半導体領域３の第１の半導体部３ａの第２の領域３ｄ上、第２の半導体部３ｂの各側面３ｅ上及び活性層５の各側面５ａ上及び第２導電型半導体層７の各側面７ａ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。
【００３６】
半導体光素子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。これらの半導体光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半導体から成る半導体光素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００３７】
また、半導体光素子１は埋め込みヘテロ構造を備えるので、リッジ構造の半導体レーザに比べて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。
【００３８】
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。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。
【００３９】
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ｙ方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００４０】
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（ｄ）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（ｄ）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方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００４１】
図２（ｃ）の屈折率分布に示されるように、第１導電型半導体領域３が示す屈折率は、活性層５が示す屈折率より小さい。第２導電型半導体層７が示す屈折率は、活性層５が示す屈折率より小さい。故に、第１導電型半導体領域３及び第２導電型半導体層７は、活性層５において発生された光をｙ方向において活性層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は光学的なクラッド層として働き、第２導電型半導体層７は光学的なクラッド層として作用する。
【００４２】
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屈折率は、活性層５が示す屈折率より小さい。結果として、電流ブロック半導体領域９は、活性層５において発生された光を活性層５に閉じ込めるように働き、光学的なクラッド層として作用する。
【００４３】
半導体光素子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１１の主面１１ａ上には、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、半導体基板１１の主面１１ａ上に設けられた第１の部分３ａと、第１の部分３ａ上に設けられた第２の部分３ｂとを有する。第１導電型半導体領域３の第２の部分３ｂは、リッジ形状を成しており、電流ブロック半導体領域９の間に位置している。また、活性層５及び第２導電型半導体層７は、リッジ形状を成しており、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の第２の部分３ｂ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の第２の部分３ｂ、活性層５及び第２導電型半導体層７は、半導体リッジ部１３を形成する。半導体リッジ部１３は、所定の軸方向に伸びている。半導体リッジ部１３において、活性層５には、第１導電型半導体領域３の第２の部分３ｂ及び第２導電型半導体層７からキャリアが注入される。
【００４４】
半導体光素子１は、電流ブロック半導体領域９及び半導体リッジ部１３上に設けられた第２導電型半導体層１５を更に備える。第２導電型半導体層１５が示すフォトルミネッセンス波長値は、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同じか、それ以下であり、且つ活性層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１５が示す屈折率は、第２導電型半導体層７が示す屈折率と同じか、又はそれ以下であり、且つ活性層５が示す屈折率より小さい。したがって、第２導電型半導体層１５は、活性層５において発生された光及び注入されたキャリアを活性層５に閉じ込めるように働く。結果として、第２導電型半導体層１５は光学的なクラッド層として働くことができる。
【００４５】
このような屈折率の構造及びバンドギャップの構造を備える半導体光素子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。
【００４６】
半導体光素子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２１は、半導体リッジ部１３が伸びる方向に伸びている。電極２３は、基板１１の裏面１１ｂに設けられている。第２導電型半導体層１７のバンドギャップは、第２導電型半導体層１５のバンドギャップより小さい。故に、電極２１と第２導電型半導体層１７との間にオーミックコンタクトを形成することが容易になる。結果として、第２導電型半導体層１７はコンタクト層として働く。
【００４７】
半導体光素子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。
【００４８】
図１及び図２（ａ）に示された半導体光素子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導電型半導体領域３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導電型半導体層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。
【００４９】
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導電型半導体領域３：ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰ
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導電型半導体層１５：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰ
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半導体光素子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を可能にする。
【００５０】
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導電型半導体層１５：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体またはＧａＡｓ半導体
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半導体光素子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。
【００５１】
上記の半導体材料から構成される半導体光素子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。
【００５２】
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（ｄ）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。
【００５３】
図３（ａ）は、本発明の半導体光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。半導体光素子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の第２の部分３ｂ、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、半導体リッジ部１３ａを形成する。
【００５４】
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の第２の部分３ｂ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、半導体光素子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。
【００５５】
第１のＳＣＨ層２５は、活性層５が示す屈折率と第１導電型半導体領域３が示す屈折率との間の屈折率値を示している。第２のＳＣＨ層２７は、活性層５が示す屈折率と第２導電型半導体層７が示す屈折率との間の屈折率値を示している。図３（ｃ）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、活性層５において発生された光を活性層５、第１のＳＣＨ層２５及び第２のＳＣＨ層２７に閉じ込めるように働く。
【００５６】
第１及び第２のＳＣＨ半導体層２５、２７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。これらのＳＣＨ層の挿入により、活性層５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。
【００５７】
第１及び第２のＳＣＨ層の各々は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＸＩｎ１ −ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されることができる。半導体発光素子１ａの構成の第１の実施例及び第２の実施例として、第１及び第２のＳＣＨ半導体層２５及び２７：ｕｎ−ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）、ｕｎ−ＧａＡｓ、又はＧａＡｓ半導体に格子整合するｕｎ−ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）
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３及び第２導電型半導体層７の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値と活性層５の屈折率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への光とキャリアの閉じ込めを実現できる。
【００５８】
図４（ａ）は、本発明の半導体光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半導体光素子のバンドギャップを示す図面である。半導体光素子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。半導体光素子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している。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及び別の半導体層２９は、半導体リッジ部１３ｂを形成する。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
半導体発光素子１ｂ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２９：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ、ｐ型ＧａＩｎＰ、 又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ
がある。
【００６２】
図５は、本発明の半導体光素子の変形例を示す断面図である。図５に示される半導体光素子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。半導体光素子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２７及び２５並びに別の半導体層３１は、半導体リッジ部１３ｃを構成する。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（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ＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。図７（ｄ）は、図７（ａ）に示されたＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図７（ｅ）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５１が示されている。
【００６７】
この半導体光素子５１は、第１導電型半導体領域５３と、活性層５５と、第２導電型半導体層５７と、電流ブロック半導体領域５９とを備える。第１導電型半導体領域５３は、ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられている。第１導電型半導体領域５３は、第１の領域５３ａと、該第１の領域５３ａの両側に位置する第２の領域５３ｂとを有する主面を備える。第１の領域５３ａは、所定の軸方向に伸びている。活性層５５は、第１の領域５３ａ上に設けられている。活性層５５は、一対の側面５５ａを有する。第２導電型半導体層５７は、活性層５５上に設けられている。第２導電型半導体層５７は、一対の側面５７ａを有している。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、活性層５５の各側面５５ａ上及び第２導電型半導体層５７の各側面５７ａ上に設けられている。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る。
【００６８】
半導体光素子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。これらの半導体光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半導体から成る半導体光素子におけるヘテロ障壁に比べて大きくできる。
【００６９】
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Ｙ方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００７０】
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（ｄ）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方向のキャリア閉じ込め性に優れる。
【００７１】
図７（ｃ）の屈折率分布に示されるように、第１導電型半導体領域５３が示す屈折率は、活性層５５が示す屈折率より小さい。第２導電型半導体層５７が示す屈折率は、活性層５５が示す屈折率より小さい。故に、第１導電型半導体領域５３及び第２導電型半導体層５７は、活性層５５において発生された光を活性層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は光学的なクラッド層として働き、第２導電型半導体層５７は光学的なクラッド層として作用する。
【００７２】
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、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が示す屈折率は、活性層５５が示す屈折率より小さい。電流ブロック半導体領域５９は、活性層５５において発生された光を活性層５５に閉じ込めるように働き、光学的なクラッド層として作用する。
【００７３】
半導体光素子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、６３及び第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１３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。
【００７４】
半導体光素子５１は、電流ブロック半導体領域５９及び半導体リッジ部６３上に設けられた第２導電型半導体層６５を更に備える。第２導電型半導体層６５が示すフォトルミネッセンス波長値は、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同じか、それ以下であり、且つ活性層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６５が示す屈折率は、第２導電型半導体層５７が示す屈折率と同じか、それ以下であり、且つ活性層５５が示す屈折率より小さい。したがって、第２導電型半導体層６５は、活性層５５において発生された光及び注入されたキャリアを活性層５５に閉じ込めるように働く。結果として、第２導電型半導体層６５は第２導電型クラッド層として働くことができる。
【００７５】
半導体光素子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７１は、半導体リッジ部６３が伸びる方向に伸びる。電極７３は、基板６１の裏面６１ｂに設けられる。第２導電型半導体層６７のバンドギャップは、第２導電型半導体層６５のバンドギャップより小さい。故に、電極７１と第２導電型半導体層６７との間にオーミックコンタクトを得ることが容易になる。結果として、第２導電型半導体層６７はコンタクト層として働く。
【００７６】
半導体光素子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。
【００７７】
半導体光素子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導電型半導体層６５との間に位置している。故に、第２導電型半導体層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。
【００７８】
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導電型半導体層６５：ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ半導体又はＧａＩｎＰ半導体
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。半導体光素子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。
【００７９】
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導電型半導体層６５：ｐ型のＡｌＧａＡｓ半導体又はＧａＡｓ半導体
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。半導体光素子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。
【００８０】
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。
【００８１】
上記の半導体材料から成る半導体光素子５１によれば、活性層５５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。
【００８２】
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（ｄ）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。
【００８３】
図８（ａ）は、本発明の半導体光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半導体光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半導体光素子の屈折率を示す図面である。半導体光素子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。
【００８４】
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、半導体光素子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。
【００８５】
第１のＳＣＨ層７５は、活性層５５が示す屈折率と第１導電型半導体領域５３が示す屈折率との間の屈折率値を示している。第２のＳＣＨ層７７は、活性層５５が示す屈折率と第２導電型半導体層５７が示す屈折率との間の屈折率値を示している。図８（ｃ）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、活性層５５において発生された光を活性層５５、第１のＳＣＨ層７５及び第２のＳＣＨ層７７に閉じ込めるように働く。
【００８６】
第１及び第２のＳＣＨ半導体層７５、７７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５５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。
【００８７】
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（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成できる。半導体発光素子５１ａの構成の第１の実施例及び第２の実施例として、
ＳＣＨ半導体層７５及び７７：ｕｎ−ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）、
ｕｎ−ＧａＡｓ、又はＧａＡｓ半導体に格子整合するｕｎ−ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）
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５３及び第２導電型半導体層５７の屈折率及びフォトルミネッセンス波長値と活性層５５の屈折率及び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への光と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。
【００８８】
図９（ａ）は、本発明の半導体光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半導体光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半導体光素子のバンドギャップを示す図面である。半導体光素子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。半導体光素子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。
【００８９】
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。
【００９０】
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又は第２導電型半導体層５７とのヘテロ障壁が緩和される。
【００９１】
半導体発光素子５１ｂ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７９：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ、ｐ型ＧａＩｎＰ、又はｐ型ＧａＩｎＡｓＰ
がある。
【００９２】
図１０は、本発明の半導体光素子の変形例を示す断面図である。ＳＣＨ層７５、７７を備える半導体光素子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）に示された半導体光素子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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。更なる変形例の半導体光素子では、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
半導体光素子が、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、半導体光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酸化に起因する半導体光素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【００９８】
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半導体光素子において、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、半導体光素子を構成する半導体層がＡｌを含まないので、Ａｌ酸化に起因する半導体光素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【００９９】
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半導体光素子において、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、半導体光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酸化に起因する半導体光素子の信頼性や発光特性の劣化の可能性が生じない。
【０１００】
さらに、第１及び第２の実施の形態においては、半導体光素が、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、本実施の形態の半導体光素子は半導体発光素子に限定されるものではない。半導体光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子或いは電界吸収型変調素子のいずれかを含むことができる。また、半導体光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子及び電界吸収型変調素子のうちの２以上の素子から成る光集積素子であってもよい。
【０１０１】
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、電界吸収型素子、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。
【０１０２】
第１及び第２の実施の形態では、半導体光素子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半導体上に備えることが可能になる。
【０１０３】
また、半導体光素子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。
【０１０４】
本実施の形態の半導体光素子において、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。
【０１０５】
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、これらをい用いて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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
第１及び第２の実施の形態の半導体発光素子において、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（０≦Ｘ≦１）或いはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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。
【０１０９】
ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）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（０≦Ｘ≦１）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、半導体発光素子の温度特性が改善される。
【０１１０】
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（０≦Ｘ≦１）或いはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
また、ＧａＡｓ半導体に格子整合する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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ストライプ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る。この構造により、水平横方向の導波は正導波となるので、横方向の光閉じ込め性が増大でき、半導体レーザ素子の低しきい値が実現される。正導波路構造のため水平横方向の光閉じ込め性が安定化し、半導体レーザ素子は基本モードでのシングルモード発振が可能になり、単峰性のファーフィールドパターン（Ｆａｒ ＦｉｅｌｄＰａｔｔｅｒｎ：ＦＦＰ）が得られるので、光ファイバへの光学的結合も改善される。本実施の形態の発明を使用する半導体レーザ素子の特性は、反導波路型のＩｎＰ埋め込みリッジ型レーザ素子に比べて半導体レーザの特性を改善できる。
【０１１３】
ＩｎＰ半導体より大きいバンドギャップの（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）及びＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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。
【０１１４】
さらに、半導体光素子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。
【０１１５】
第１及び第２の実施の形態における半導体発光素子においては、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（０≦Ｘ≦１）及びＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）であるとき、ＳＣＨ層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）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、活性層への光閉じ込めが強まり、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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ半導体（０≦Ｘ≦１）又はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されるクラッド層と、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）又はＧａＡｓ半導体に構成整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）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（０≦Ｘ≦１）、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）、ＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体が例示される。
【０１１８】
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（０≦Ｘ≦１）或いはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）であり、ＳＣＨ半導体層の材料がＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）或いは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）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。
【０１１９】
第２の実施の形態における半導体発光素子は、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。
【０１２０】
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、活性層幅制御を困難にし、活性層幅の非線形なばらつきを生じさせる。活性層幅の非線形なばらつきにより、レーザ特性の再現性及び均一性が悪くなる。
【０１２１】
しかしながら、第２の実施の形態における半導体光素子によれば、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（０≦Ｘ≦１）であり、ＳＣＨ半導体層の材料がＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）或いは、ＧａＡｓに格子整合するＧａＸＩｎ１−ＸＡｓＹＰ１−Ｙ半導体（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）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半導体光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、活性層幅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（０≦Ｘ≦１）又はＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）、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。
【０１２２】
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半導体光素子によれば、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体光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半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子が提供される。
【０１２３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることができることは、当業者によって認識される。例えば、半導体光素子には、半導体発光素子が含まれており、さらに半導体レーザ素子、半導体光増幅素子、及びＥＡ変調器を集積する半導体光集積素子等が含まれており、さらにこれらの素子を集積した集積素子も含まれる。また、これらの素子の構造の詳細は必要なように変更されることができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＩｎＧａＡｓＰ半導体及びＩｎＰ半導体から成る半導体光素子の温度特性より優れた温度特性の半導体光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【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ＩＩ−ＩＩ線に沿った屈折率を示す図面である。図２（ｄ）は、図２（ａ）に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図２（ｅ）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、本発明の半導体光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。
【図４】図４（ａ）は、本発明の半導体光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半導体光素子のバンドギャップを示す図面である。
【図５】図５は、本発明の半導体光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ＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った屈折率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線に沿ったバンドギャップを示すダイアグラムである。図７（ｅ）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、本発明の半導体光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線に沿った半導体光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）に示されたＩＸ−ＩＸ線に沿った半導体光素子の屈折率を示す図面である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の半導体光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線に沿った半導体光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半導体光素子のバンドギャップを示す図面である。
【図１０】図１０は、本発明の半導体光素子の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…半導体光素子、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導電型半導体層、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…半導体光素子、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導電型半導体層、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
Claims (16)
- ＧａＡｓ半導体の表面上に設けられ第１及び第２の半導体部を有する第１導電型半導体領域を備え、前記第１の半導体部は、第１の領域と前記第１の領域の両側に位置する第２の領域とを有する主面を備えており、前記第２の半導体部は、一対の側面を有しており、前記第２の半導体部は、前記第１の半導体部の第１の領域上に設けられており、
前記第１導電型半導体領域の前記第２の半導体部上に設けられ一対の側面を有する活性層を備え、
前記活性層上に設けられ一対の側面を有する第２導電型半導体層を備え、
前記第２の半導体部、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を備え、
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第１の半導体部の第２の領域上、前記第２の半導体部の各側面上、前記活性層の各側面上及び前記第２導電型半導体層の各側面上に設けられ、
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おり、
前記活性層は、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ている、半導体光素子。 - 第１の領域と前記第１の領域の両側に位置する第２の領域とを有する主面を備えＧａＡｓ半導体の表面上に設けられた第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の領域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一対の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の領域上及び前記リッジ半導体部の各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を備え、
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おり、
前記活性層は、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ている、半導体光素子。 - 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に記載の半導体光素子。
- 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半導体光素子。
- 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半導体光素子。
- 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半導体光素子。
- 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半導体光素子。 - 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半導体光素子。 - 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に記載の半導体光素子。 - 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半導体光素子。 - 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半導体光素子。 - 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（約０．５≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）またはＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ半導体（０≦Ｘ≦１）から構成されている、請求項８又は請求項９に記載の半導体光素子。
- 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半導体光素子。 - 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半導体光素子。 - 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、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の半導体光素子。
- 当該半導体光素子は、半導体レーザ素子、半導体光増幅素子、及び電界吸収型変調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半導体光素子。
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