JP2005294485A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流狭窄構造が隣接層に加える応力を低減できる半導体発光素子を提供する。
【解決手段】 本発明の半導体発光素子１０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられたｐ型半導体層２とｎ型半導体層４とを備える。ｐ型半導体層２とｎ型半導体層４との間には、活性層５と、酸素元素が添加された半導体からなる電流閉じ込め層９とが設けられている。電流閉じ込め層９は、活性層５に電流を閉じ込めるために設けられており、開口９ｈを有している。開口９ｈには、ｐ型半導体層１１が設けられている。酸素元素が添加された半導体からなる層と半導体層との間の応力は、酸化物層と半導体層との間の応力に比べて小さい。よって、半導体発光素子１０の電流狭窄構造では、電流閉じ込め層９が活性層５及びｐ型半導体層２といった隣接層に加える応力を低減できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。

特許文献１には、垂直共振器型の面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が記載されている。この面発光半導体レーザは、断面が円形をしたビーム光を発生できる。これに加えて、単一基板上にアレイ状に配列された複数の発光素子によって、集積半導体光デバイスが構成される。

面発光半導体レーザは、ＧａＡｓ基板上に設けられた下部ミラー及び上部ミラーを有している。下部ミラーと上部ミラーとの間には活性層が設けられている。上部ミラー及び下部ミラーの各々は、交互に配列されたＡｌＡｓ層及びＧａＡｓ層を有しており、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）として機能する。

上述の面発光半導体レーザでは、ＡｌＡｓ層の一部を選択的に酸化することにより形成されたＡｌ_ｘＯ_ｙ層が電流狭窄構造を形成している。このＡｌ_ｘＯ_ｙ層によって電流が活性層に閉じ込められる。
特開平１０−１２５９９９号公報

ここで、Ａｌ_ｘＯ_ｙ層とＧａＡｓ層との間の応力は、ＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層との間の応力よりも大きい。このため、上記面発光半導体レーザでは、Ａｌ_ｘＯ_ｙ層とＧａＡｓ層との間の応力により、これらの密着性が低下するおそれがある。

そこで本発明は、電流狭窄構造が隣接層に加える応力を低減できる半導体発光素子を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の半導体発光素子は、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に設けられた活性層と、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に設けられており、酸素元素が添加された半導体からなり前記活性層に電流を閉じ込める電流閉じ込め層と、を備える。

この半導体発光素子では、酸素元素を半導体に添加することにより、高抵抗の電流閉じ込め層が形成される。このような電流閉じ込め層と半導体層との間の応力は、酸化物層と半導体層との間の応力に比べて小さい。よって、この半導体発光素子の電流狭窄構造では、電流閉じ込め層が隣接層に加える応力を低減できる。

また、本発明の半導体発光素子は、交互に配列された第１ＤＢＲ半導体層及び第２ＤＢＲ半導体層を含む第１ＤＢＲ部と、交互に配列された第３ＤＢＲ半導体層及び第４ＤＢＲ半導体層を含む第２ＤＢＲ部と、第１ＤＢＲ部と第２ＤＢＲ部との間に設けられた活性層と、第１ＤＢＲ部と活性層との間に設けられており、酸素元素が添加された半導体からなる層と、を備える。

この半導体発光素子は、酸素元素が添加された半導体からなり高抵抗の層を有している。酸素元素が添加された半導体からなる層と半導体層との間の応力は、酸化物層と半導体層との間の応力に比べて小さい。よって、この半導体発光素子の電流狭窄構造では、酸素元素が添加された半導体からなる層が隣接層に加える応力を低減できる。

また、本発明の半導体発光素子は、交互に配列された第１ＤＢＲ半導体層及び第２ＤＢＲ半導体層を含む第１ＤＢＲ部と、交互に配列された第３ＤＢＲ半導体層及び第４ＤＢＲ半導体層を含む第２ＤＢＲ部と、第１ＤＢＲ部と第２ＤＢＲ部との間に設けられた活性層と、第１ＤＢＲ部は、酸素元素が添加された半導体からなる層を含んでおり、酸素元素が添加された半導体からなる層は開口を有しており、第１ＤＢＲ半導体層の少なくとも一層は、酸素元素が添加された半導体からなる層の開口に設けられている。

この半導体発光素子は、酸素元素が添加された半導体からなり高抵抗の層を有している。酸素元素が添加された半導体からなる層と半導体層との間の応力は、酸化物層と半導体層との間の応力に比べて小さい。よって、この半導体発光素子の電流狭窄構造では、酸素元素が添加された半導体からなる層が隣接層に加える応力を低減できる。

また、第２ＤＢＲ半導体層の少なくとも一層は、酸素元素が添加された半導体からなる層の開口に設けられていると好ましい。

また、本発明の半導体発光素子は、交互に配列された第１ＤＢＲ半導体層及び第２ＤＢＲ半導体層を含む第１ＤＢＲ部と、交互に配列された第３ＤＢＲ半導体層及び第４ＤＢＲ半導体層を含む第２ＤＢＲ部と、第１ＤＢＲ部と第２ＤＢＲ部との間に設けられた活性層と、活性層の側面上に設けられており、酸素元素が添加された半導体からなる層と、を備える。

この半導体発光素子は、酸素元素が添加された半導体からなり高抵抗の層を有している。酸素元素が添加された半導体からなる層と半導体層との間の応力は、酸化物層と半導体層との間の応力に比べて小さい。よって、この半導体発光素子の電流狭窄構造では、酸素元素が添加された半導体からなる層が隣接層に加える応力を低減できる。

また、活性層に電流狭窄構造が形成されているので、電流狭窄機能が向上する。

また、酸素元素が添加された半導体からなる層は、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰのうち少なくとも一つの半導体材料からなると好ましい。

この場合、酸素元素が添加された半導体からなる層を構成する半導体材料にＡｌが含まれているので、当該層の酸素濃度を高くすることができる。

また、酸素元素が添加された半導体からなる層の酸素濃度は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上であると好ましい。

この場合、酸素元素が添加された半導体からなる層は、電流閉じ込め層として好適に機能する抵抗を有する。

本発明によれば、電流狭窄構造が隣接層に加える応力を低減できる半導体発光素子を提供することができる。

以下、図面とともに本発明の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。なお、図面の説明においては、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１(Ａ)及び図１(Ｂ)は、第１実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。図１(Ａ)には、半導体発光素子１０が示されている。半導体発光素子１０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられたｐ型半導体層２といった第１導電型半導体層と、ｎ型半導体層４といった第２導電型半導体層とを備える。ｐ型半導体層２とｎ型半導体層４との間には、活性層５及び高抵抗の電流閉じ込め層９が設けられている。ｐ型半導体層２上にはｐ型電極１５が設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはｎ型電極１７が設けられている。

電流閉じ込め層９は、酸素元素が添加された半導体からなり、活性層５に電流を閉じ込めるために設けられている。電流閉じ込め層９は開口９ｈを有しており、この開口９ｈにはｐ型半導体層１１が設けられている。電流は、このｐ型半導体層１１を流れる。

酸素元素が添加された半導体からなる層と半導体層との間の応力は、酸化物層と半導体層との間の応力に比べて小さい。よって、半導体発光素子１０の電流狭窄構造では、電流閉じ込め層９が活性層５及びｐ型半導体層２といった隣接層に加える応力を低減できる。

図１(Ｂ)には、半導体発光素子１０ａが示されている。半導体発光素子１０ａは、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられたｐ型半導体層２と、ｎ型半導体層４とを備える。ｐ型半導体層２とｎ型半導体層４との間には、活性層５Ａ及び高抵抗の電流閉じ込め層９Ａが設けられている。ｐ型半導体層２上にはｐ型電極１５が設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはｎ型電極１７が設けられている。

電流閉じ込め層９Ａは、酸素元素が添加された半導体からなり、活性層５に電流を閉じ込めるために設けられている。電流閉じ込め層９Ａは開口９Ａｈを有しており、この開口９Ａｈには活性層５Ａが設けられている。すなわち、電流閉じ込め層９Ａは活性層５Ａの側面上に設けられている。

半導体発光素子１０ａの電流狭窄構造では、電流閉じ込め層９Ａがｐ型半導体層２及びｎ型半導体層４といった隣接層に加える応力を低減できる。

また、半導体発光素子１０，１０ａの静電容量は、電流狭窄構造としてｐｎ接合埋め込み構造を有する半導体発光素子の静電容量よりも小さくなる。このため、半導体発光素子１０，１０ａは高速動作に適している。このような半導体発光素子１０，１０ａとしては、面発光半導体レーザ素子、半導体光増幅素子、光変調器、端面発光型半導体レーザ等が挙げられる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る半導体発光素子を示す斜視図である。図３は、図２に示されたIII−III線に沿った断面図である。

図２及び図３には、面発光半導体レーザ素子１００が示されている。面発光半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられた下部ＤＢＲ部３及び上部ＤＢＲ部７を備える。下部ＤＢＲ部３と上部ＤＢＲ部７との間には、活性層５が設けられている。

活性層５と下部ＤＢＲ部３との間には、第１ＡｌＧａＡｓ層２５が設けられていると好ましく、活性層５と上部ＤＢＲ部７との間には、第２ＡｌＧａＡｓ層２７が設けられていると好ましい。第１ＡｌＧａＡｓ層２５、活性層５及び第２ＡｌＧａＡｓ層２７によって、λ共振器が構成される。

上部ＤＢＲ部７と活性層５との間には、酸素元素が添加された半導体からなり、高抵抗の電流閉じ込め層９が設けられている。電流閉じ込め層９は電流を閉じ込めるために設けられており、これにより電流狭窄構造が得られる。また、電流閉じ込め層９は開口９ｈを有しており、その開口９ｈにはｐ型半導体層１１が設けられている。電流は、このｐ型半導体層１１を流れる。一実施例では、第２ＡｌＧａＡｓ層２７上に電流閉じ込め層９及びｐ型半導体層１１が設けられている。

電流閉じ込め層９は、Ａｌを含むIII−V族化合物半導体からなると好ましい。例えば、電流閉じ込め層９は、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰのうち少なくとも一つの半導体材料からなると更に好ましい。この場合、電流閉じ込め層９を構成する材料にＡｌが含まれているので、電流閉じ込め層９の酸素濃度を高くすることができる。Ａｌの組成比が大きいと酸素元素が半導体材料中に添加され易くなるが、Ａｌの組成比は電流閉じ込め層９の結晶性を損なわない程度であると好ましい。

また、電流閉じ込め層９の酸素濃度は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上であると好ましい。電流閉じ込め層９の酸素濃度が大きくなると、電流閉じ込め層９の抵抗率も大きくなる。よって、電流閉じ込め層９の酸素濃度が５×１０^１５ｃｍ^−３以上であると、電流閉じ込め層９は電流狭窄構造として好適に機能する。また、電流閉じ込め層９の酸素濃度は、電流閉じ込め層９の結晶性を損なわない程度であると好ましく、１×１０^１９ｃｍ^−３以下であると好ましい。

電流閉じ込め層９の厚さは、発光波長λ及び酸素元素が添加されたＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ８を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ８であることが好ましい。この場合、電流閉じ込め層９がＤＢＲ部の一部を構成することができる。また、電流閉じ込め層９の厚さが厚いと、電流閉じ込め層９の抵抗率が大きくなる。一方、電流閉じ込め層９の厚さが薄いと、電流閉じ込め層９の表面平坦性が向上する。

上述のように、電流閉じ込め層９の抵抗率は、Ａｌの組成比、酸素濃度及び層の厚さに依存する。

電流閉じ込め層９の開口９ｈの形状は、例えば５μｍ×５μｍの矩形、直径５μｍの円形等であると好ましい。電流閉じ込め層９は選択酸化プロセスにより形成されておらず、フォトリソグラフィー技術を用いて形成されているので、開口９ｈの形状及びサイズは高精度に制御されている。

ｐ型半導体層１１は開口９ｈに埋め込まれており、例えばｐ型ＡｌＧａＡｓからなる。ｐ型半導体層１１の厚さは、発光波長λ及びｐ型ＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ３を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ３であることが好ましい。この場合、ｐ型半導体層１１がＤＢＲ部の一部を構成することができる。

電流閉じ込め層９と上部ＤＢＲ部７との間には、ｐ型ＧａＡｓ層１３が設けられていると好ましい。ｐ型ＧａＡｓ層１３の厚さは、発光波長λ及びｐ型ＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ４を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ４であることが好ましい。ｐ型ＧａＡｓ層１３の表面は、第１領域１２と第１領域１２を取り囲む第２領域１４とを有している。第１領域１２上には上部ＤＢＲ部７が設けられており、第２領域１４上にはｐ型電極１５が設けられていると好ましい。上部ＤＢＲ部７と活性層５との間にはｐ型半導体層１１が位置する。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ型電極１７が設けられている。ｐ型電極１５及びｎ型電極１７に電圧を印加すると、活性層５に電流が供給される。これにより、レーザ光Ｌ１が上部ＤＢＲ部７を透過して外部に放出される。

活性層５は、例えば、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）又は単一量子井戸構造（ＳＱＷ）等の量子井戸構造（ＱＷ）を有する。活性層５は、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ層及びＧａＡｓ層からなる量子井戸構造、ＩｎＧａＡｓ層及びＧａＡｓ層からなる量子井戸構造等を有するとしてもよく、好適にはＧａＩｎＮＡｓ層及びＧａＡｓ層からなる多重量子井戸構造を有する。

上部ＤＢＲ部７は、ＧａＡｓ層３１といった第１ＤＢＲ半導体層とＡｌＧａＡｓ層３３といった第２ＤＢＲ半導体層とを有する。一実施例では、例えば、２５層のＡｌＧａＡｓ層３３と、２５層のＧａＡｓ層３１とが交互に積層される。上部ＤＢＲ部７の最上層はＧａＡｓ層３１であり、最下層はＡｌＧａＡｓ層３３である。

ＧａＡｓ層３１は、例えばノンドープＧａＡｓからなる。ＧａＡｓ層３１の厚さは、発光波長λ及びＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ６を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ６であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ層３３は、例えばノンドープＡｌＧａＡｓからなる。ＡｌＧａＡｓ層３３の厚さは、発光波長λ及びＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ７を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ７であることが好ましい。

下部ＤＢＲ部３は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９といった第３ＤＢＲ半導体層とｎ型ＧａＡｓ層２１といった第４ＤＢＲ半導体層とが交互に配列されている。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９は、例えばＳｉドープされている。ｎ型ＧａＡｓ層２１は、例えばＳｉドープされている。一実施例では、例えば、２３層のｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９と、２２層のｎ型ＧａＡｓ層２１とが交互に積層される。下部ＤＢＲ部３の最上層及び最下層はｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９となる。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９及びｎ型ＧａＡｓ層２１からなるペアが２２ペア形成され、さらにｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９が１層形成される。

ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１９の厚さは、発光波長λ及びｎ型ＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ１を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ１であることが好ましい。ｎ型ＧａＡｓ層２１の厚さは、発光波長をλ、ｎ型ＧａＡｓの実効屈折率をｎ_ｒ２としたときに、λ／４ｎ_ｒ２であることが好ましい。

以上説明したように、面発光半導体レーザ素子１００の電流狭窄構造では、酸素元素が添加された半導体からなる電流閉じ込め層９が形成されている。酸素元素が添加された半導体からなる層と半導体層との間の応力は、酸化物層と半導体層との間の応力に比べて小さい。よって、面発光半導体レーザ素子１００では、電流閉じ込め層９が、例えば第２ＡｌＧａＡｓ層２７及びｐ型ＧａＡｓ層１３等の隣接層に加える応力を低減できる。

（面発光半導体レーザ素子の製造方法）
続いて、図３、図４(Ａ)〜図４(Ｃ)、図５(Ａ)及び図５(Ｂ)を参照して、面発光半導体レーザ素子１００の製造方法について説明する。図４(Ａ)〜図４(Ｃ)、図５(Ａ)及び図５(Ｂ)は、面発光半導体レーザ素子１００の製造方法における一工程を模式的に示す工程断面図である。

（下部ＤＢＲ膜形成工程）
まず、図４(Ａ)に示されるように、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ上に、ＭＯＣＶＤ法により複数のｎ型ＡｌＧａＡｓ膜１９ａ及び複数のｎ型ＧａＡｓ膜２１ａを交互に積層する。例えば、ｎ型ＡｌＧａＡｓ膜１９ａは２３層であり、ｎ型ＧａＡｓ膜２１ａは２２層である。

ｎ型ＡｌＧａＡｓ膜１９ａの厚さは、発光波長λ及びｎ型ＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ１を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ１であることが好ましい。ｎ型ＧａＡｓ膜２１ａの厚さは、発光波長λ及びｎ型ＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ２を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ２であることが好ましい。

（活性膜形成工程）
次に、下部ＤＢＲ膜３ａ上に、例えば、第１ＡｌＧａＡｓ膜２５ａと、活性膜５ａと、第２ＡｌＧａＡｓ膜２７ａと、ｐ型半導体膜１１ａとを順にＭＯＣＶＤ法により形成する。続いて、ｐ型半導体膜１１ａの表面上にＳｉＮ等からなるマスク１１ｂを形成する。

（電流狭窄構造工程）
次に、マスク１１ｂを用いてｐ型半導体膜１１ａをエッチングすることにより、図４(Ｂ)に示されるように、ｐ型半導体層１１を形成する。ｐ型半導体層１１は、例えばｐ型ＡｌＧａＡｓからなり、第２ＡｌＧａＡｓ膜２７ａの表面における第１領域２７ｂ上に形成される。ｐ型半導体層１１の厚さは、発光波長λ及びｐ型ＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ３を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ３であることが好ましい。

次に、図４(Ｃ)に示されるように、第２ＡｌＧａＡｓ膜２７ａの表面における第１領域２７ｂを取り囲む第２領域２７ｃ上に、酸素元素が添加されたＡｌＧａＡｓ等の半導体からなる電流閉じ込め膜９ａを選択的に形成する。電流閉じ込め膜９ａは、例えば、酸素元素を含む原料を用いてＭＯＣＶＤ法により形成される。具体的には、Ａｌ元素を含む有機金属原料及び酸素を含む有機金属原料を用いて電流閉じ込め膜９ａを形成すると好ましい。Ａｌ元素を含む有機金属原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が挙げられ、酸素元素を含む有機金属原料としては、メトキシアルミニウム（ＡｌＯ（ＣＨ_３）_３）が挙げられる。電流閉じ込め膜９ａの厚さは、発光波長λ及び酸素元素が添加されたＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ８を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ８であることが好ましい。

（上部ＤＢＲ膜形成工程）
次に、マスク１１ｂを除去し、図５(Ａ)に示されるように、電流閉じ込め膜９ａ及びｐ型半導体層１１上に、ｐ型ＧａＡｓ膜１３ａを例えばエピタキシャル成長法により形成する。ｐ型ＧａＡｓ膜１３ａの厚さは、発光波長λ及びｐ型ＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ４を用いて表すとき、λ／４ｎ_ｒ４であることが好ましい。

続いて、ｐ型ＧａＡｓ膜１３ａ上に、例えばエピタキシャル成長法により、交互に積層されたＡｌＧａＡｓ膜３３ａ及びＧａＡｓ膜３１ａを含む上部ＤＢＲ膜７ａを形成する。ＡｌＧａＡｓ膜３３ａは、例えばノンドープのＡｌＧａＡｓからなり、ＧａＡｓ膜３１ａは、例えばノンドープＧａＡｓからなる。一例を挙げると、ＡｌＧａＡｓ膜３３ａ及びＧａＡｓ膜３１ａは各々２５層形成される。

ＧａＡｓ膜３１ａの厚さは、発光波長λ及びＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ６を用いたとき、λ／４ｎ_ｒ６であることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ膜３３ａの厚さは、発光波長λ及びＡｌＧａＡｓの実効屈折率ｎ_ｒ５を用いたとき、λ／４ｎ_ｒ５であることが好ましい。

（エッチング工程）
次に、図５(Ｂ)に示されるように、レーザポストの形状が例えば１０μｍ×１０μｍの矩形となる上部ＤＢＲ部７を形成する。具体的には、まず、図５(Ａ)に示される上部ＤＢＲ膜７ａ上にマスク（図示せず）を形成し、このマスクを用いて上部ＤＢＲ膜７ａをＲＩＥ等のドライエッチングによりエッチングする。これにより、メサ形状のレーザポストとしての上部ＤＢＲ部７が形成され、ｐ型ＧａＡｓ膜１３ａの表面の一部が露出する。上部ＤＢＲ部７は、交互に積層されたＡｌＧａＡｓ層３３及びＧａＡｓ層３１を含む。レーザポストの形状は特に限定されず、例えば直径１０μｍの円形であるとしてもよい。

（電極形成工程）
次に、図３に示されるように、ｐ型ＧａＡｓ層１３の表面における第２領域１４上にｐ型電極１５を形成する。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ型電極１７を形成する。

以上の工程を経ることにより、図３に示される面発光半導体レーザ素子１００が得られる。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。図６には、面発光半導体レーザ素子２００が示されている。面発光半導体レーザ素子２００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられた下部ＤＢＲ部３及び上部ＤＢＲ部２０７を備える。下部ＤＢＲ部３と上部ＤＢＲ部２０７との間には、活性層２０５が設けられている。

活性層２０５と下部ＤＢＲ部３との間には、第１ＡｌＧａＡｓ層２２５が設けられていると好ましく、活性層２０５と上部ＤＢＲ部２０７との間には、第２ＡｌＧａＡｓ層２２７が設けられていると好ましい。第１ＡｌＧａＡｓ層２２５、活性層２０５及び第２ＡｌＧａＡｓ層２２７によって、λ共振器が構成される。

上部ＤＢＲ部２０７と活性層２０５との間には、酸素元素が添加された半導体からなり、高抵抗の電流閉じ込め層２０９が設けられている。電流閉じ込め層２０９は、電流を閉じ込めるために設けられており、これにより電流狭窄構造が得られる。また、電流閉じ込め層２０９は開口２０９ｈを有しており、その開口２０９ｈにはｐ型半導体層２１１が設けられている。電流は、このｐ型半導体層２１１を流れる。一実施例では、第２ＡｌＧａＡｓ層２２７上に電流閉じ込め層２０９及びｐ型半導体層２１１が設けられている。

レーザポストは、第１ＡｌＧａＡｓ層２２５、活性層２０５、第２ＡｌＧａＡｓ層２２７、電流閉じ込め層２０９、ｐ型半導体層２１１及び上部ＤＢＲ部２０７によって構成されている。

上部ＤＢＲ部２０７は、交互に配列された複数のｐ型ＧａＡｓ層２３１と複数のｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３とを有する。このため、電流は上部ＤＢＲ部２０７中を通過することができる。本実施形態では、上部ＤＢＲ部２０７の最上層及び最下層はいずれもｐ型ＧａＡｓ層２３１である。また、第１ＡｌＧａＡｓ層２２５、活性層２０５及び第２ＡｌＧａＡｓ層２２７の構造によって、上部ＤＢＲ部２０７の層数及び構造は適宜設計される。

上部ＤＢＲ部２０７の表面上には、ｐ型電極１５が設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ型電極１７が設けられている。ｐ型電極１５及びｎ型電極１７に電圧を印加すると、活性層２０５に電流が供給される。これにより、レーザ光Ｌ２が上部ＤＢＲ部２０７を透過して外部に放出される。

なお、電流閉じ込め層２０９の材料及び酸素濃度は、例えば、上述の電流閉じ込め層９の材料及び酸素濃度と同一である。ｐ型半導体層２１１の材料及び酸素濃度は、例えば、上述のｐ型半導体層１１の材料及び酸素濃度と同一である。

（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。図７には、面発光半導体レーザ素子３００が示されている。面発光半導体レーザ素子３００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられた下部ＤＢＲ部３及び上部ＤＢＲ部３０７を備える。下部ＤＢＲ部３と上部ＤＢＲ部３０７との間には、活性層２０５が設けられている。

活性層２０５と下部ＤＢＲ部３との間には、第１ＡｌＧａＡｓ層２２５が設けられていると好ましく、活性層２０５と上部ＤＢＲ部２０７との間には、第２ＡｌＧａＡｓ層２２７が設けられていると好ましい。第１ＡｌＧａＡｓ層２２５、活性層２０５及び第２ＡｌＧａＡｓ層２２７によって、λ共振器が構成される。

レーザポストは、第１ＡｌＧａＡｓ層２２５、活性層２０５、第２ＡｌＧａＡｓ層２２７及び上部ＤＢＲ部３０７によって構成されている。

上部ＤＢＲ部３０７は、交互に配列された複数のｐ型ＧａＡｓ層２３１と複数のｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３とを有する。このため、電流は上部ＤＢＲ部３０７中を通過することができる。上部ＤＢＲ部３０７の最上層はｐ型ＧａＡｓ層２３１であり、最下層はｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３である。

また、上部ＤＢＲ部３０７は、酸素元素が添加された半導体からなり、高抵抗の電流閉じ込め層３０９を最下層として含んでいる。電流閉じ込め層３０９は、電流を閉じ込めるために設けられており、これにより電流狭窄構造が得られる。電流閉じ込め層３０９は、開口３０９ｈを有しており、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３の少なくとも一層が開口３０９ｈに設けられている。一実施例では、電流閉じ込め層３０９及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３上にｐ型ＧａＡｓ層２３１が設けられている。

本実施形態では、電流閉じ込め層３０９及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３とｐ型ＧａＡｓ層２３１とによって構成される積層体が反射鏡として機能するので、上部ＤＢＲ部３０７の反射率が向上する。電流閉じ込め層３０９の厚さとｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３の厚さとは、同一であると好ましい。また、電流閉じ込め層３０９を構成する半導体材料が、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３を構成する半導体材料と同一であると好ましい。

上部ＤＢＲ部３０７の表面上には、ｐ型電極１５が設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ型電極１７が設けられている。ｐ型電極１５及びｎ型電極１７に電圧を印加すると、活性層２０５に電流が供給される。これにより、レーザ光Ｌ３が上部ＤＢＲ部３０７を透過して外部に放出される。

なお、電流閉じ込め層３０９の材料、酸素濃度及び厚さは、例えば、上述の電流閉じ込め層９の材料、酸素濃度及び厚さと同一である。

（第５実施形態）
図８は、第５実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。図８には、面発光半導体レーザ素子４００が示されている。面発光半導体レーザ素子４００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられた下部ＤＢＲ部３及び上部ＤＢＲ部４０７を備える。下部ＤＢＲ部３と上部ＤＢＲ部４０７との間には、活性層２０５が設けられている。

活性層２０５と下部ＤＢＲ部３との間には、第１ＡｌＧａＡｓ層２２５が設けられていると好ましく、活性層２０５と上部ＤＢＲ部４０７との間には、第２ＡｌＧａＡｓ層２２７が設けられていると好ましい。第１ＡｌＧａＡｓ層２２５、活性層２０５及び第２ＡｌＧａＡｓ層２２７によって、λ共振器が構成される。

レーザポストは、第１ＡｌＧａＡｓ層２２５、活性層２０５、第２ＡｌＧａＡｓ層２２７及び上部ＤＢＲ部４０７によって構成されている。

上部ＤＢＲ部４０７は、交互に配列された複数のｐ型ＧａＡｓ層２３１と複数のｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３とを有するので、電流は上部ＤＢＲ部４０７を介して活性層２０５に流れる。上部ＤＢＲ部４０７の最上層はｐ型ＧａＡｓ層２３１であり、最下層はｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３である。

また、上部ＤＢＲ部４０７は、酸素元素が添加された半導体からなり、高抵抗の電流閉じ込め層４０９を最下層として含んでいる。電流閉じ込め層４０９は、電流を閉じ込めるために設けられており、これにより電流狭窄構造が得られる。電流閉じ込め層４０９は、開口４０９ｈを有している。開口４０９ｈには、ｐ型ＧａＡｓ層２３１の少なくとも一層とｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３の少なくとも一層とが設けられている。一実施例では、電流閉じ込め層４０９の開口４０９ｈには１層のｐ型ＧａＡｓ層２３１及び１層のｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３が設けられている。本実施形態では、電流閉じ込め層４０９の厚さを大きくできるので、更に高抵抗の電流狭窄構造を形成できる。

上部ＤＢＲ部４０７の表面上には、ｐ型電極１５が設けられており、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ型電極１７が設けられている。ｐ型電極１５及びｎ型電極１７に電圧を印加すると、活性層２０５に電流が供給される。これにより、レーザ光Ｌ４が上部ＤＢＲ部４０７を透過して外部に放出される。

なお、電流閉じ込め層４０９の材料及び酸素濃度は、例えば、上述の電流閉じ込め層９の材料及び酸素濃度と同一である。

（第６実施形態）
図９は、第６実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。図９には、面発光半導体レーザ素子５００が示されている。面発光半導体レーザ素子５００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられた下部ＤＢＲ部３及び上部ＤＢＲ部５０７を備える。下部ＤＢＲ部３と上部ＤＢＲ部５０７との間には、活性層５０５が設けられている。

活性層５０５と下部ＤＢＲ部３との間には、第１ＡｌＧａＡｓ層５２５が設けられていると好ましく、活性層５０５と上部ＤＢＲ部５０７との間には、第２ＡｌＧａＡｓ層５２７が設けられていると好ましい。第１ＡｌＧａＡｓ層５２５、活性層５０５及び第２ＡｌＧａＡｓ層５２７によって、λ共振器が構成される。

上部ＤＢＲ部５０７は、交互に配列された複数のｐ型ＧａＡｓ層２３１と複数のｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３とを有する。このため、電流は上部ＤＢＲ部２０７中を通過することができる。上部ＤＢＲ部２０７の最上層はｐ型ＧａＡｓ層２３１であり、最下層はｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３である。

活性層５０５の側面上には、酸素元素が添加された半導体からなり、高抵抗の電流閉じ込め層５０９が設けられている。この場合、活性層５０５に電流狭窄構造が形成されているので、活性層５０５に電流を閉じ込め易くなり、電流狭窄機能が向上する。電流閉じ込め層５０９は、電流を閉じ込めるために設けられており、これにより電流狭窄構造が得られる。電流閉じ込め層５０９は、開口５０９ｈを有している。開口５０９ｈには、第１ＡｌＧａＡｓ層５２５、活性層５０５及び第２ＡｌＧａＡｓ層５２７が設けられている。

レーザポストは、第１ＡｌＧａＡｓ層５２５、活性層５０５、第２ＡｌＧａＡｓ層５２７、上部ＤＢＲ部５０７及び電流閉じ込め層５０９によって構成されている。

なお、電流閉じ込め層５０９の材料及び酸素濃度は、例えば、上述の電流閉じ込め層９の材料及び酸素濃度と同一である。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。

例えば、下部ＤＢＲ部、上部ＤＢＲ部及び活性層は、必ずしもｎ型ＧａＡｓ基板１上に設けられていなくてもよい。例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に下部ＤＢＲ部、活性層及び上部ＤＢＲ部を形成した後に、これらをｎ型ＧａＡｓ基板１から剥離して他の支持体等に貼り付けるとしてもよい。

また、面発光半導体レーザ素子１００では、ＡｌＧａＡｓ層３３に代えてＡｌＡｓ層を用いるとしてもよい。また、面発光半導体レーザ素子２００，３００，４００，５００では、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３３に代えてｐ型ＡｌＡｓ層を用いるとしてもよい。

また、活性層はＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の量子ドット構造、又は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ系の量子ドット構造を有するとしてもよい。このような量子ドット構造としては、光通信において重要な波長帯である１．３μｍ〜１．５５μｍ帯の発光波長を得ることができる量子ドット構造が好ましい。

以上説明した半導体発光素子は、例えば光通信分野等において好適に用いられる。

図１(Ａ)及び図１(Ｂ)は、第１実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。 第２実施形態に係る半導体発光素子を示す斜視図である。 図２に示されたIII−III線に沿った断面図である。 図４(Ａ)〜図４(Ｃ)は、面発光半導体レーザ素子の製造方法における一工程を模式的に示す工程断面図である。 図５(Ａ)及び図５(Ｂ)は、面発光半導体レーザ素子の製造方法における一工程を模式的に示す工程断面図である。 第３実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。 第４実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。 第５実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。 第６実施形態に係る半導体発光素子を模式的に示す断面図である。

符号の説明

２…ｐ型半導体層（第１導電型半導体層）、４…ｎ型半導体層（第２導電型半導体層）、５，５Ａ，２０５，５０５…活性層、９，９Ａ，２０９，３０９，４０９，５０９…電流閉じ込め層、１０，１０ａ，１００，２００，３００，４００，５００…半導体発光素子、３１，２３１…ＧａＡｓ層（第１ＤＢＲ半導体層）、３３，２３３…ＡｌＧａＡｓ層（第２ＤＢＲ半導体層）、７，２０７，３０７，４０７，５０７…上部ＤＢＲ部、３…下部ＤＢＲ部、１９…ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（第３ＤＢＲ半導体層）、２１…ｎ型ＧａＡｓ層（第４ＤＢＲ半導体層）、９ｈ，９Ａｈ，２０９ｈ，３０９ｈ，４０９ｈ，５０９ｈ…開口。

Claims (7)

1. 第１導電型半導体層と、
   第２導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に設けられた活性層と、
   前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に設けられており、酸素元素が添加された半導体からなり前記活性層に電流を閉じ込める電流閉じ込め層と、
   を備える半導体発光素子。
2. 交互に配列された第１ＤＢＲ半導体層及び第２ＤＢＲ半導体層を含む第１ＤＢＲ部と、
   交互に配列された第３ＤＢＲ半導体層及び第４ＤＢＲ半導体層を含む第２ＤＢＲ部と、
   前記第１ＤＢＲ部と前記第２ＤＢＲ部との間に設けられた活性層と、
   前記第１ＤＢＲ部と前記活性層との間に設けられており、酸素元素が添加された半導体からなる層と、
   を備える半導体発光素子。
3. 交互に配列された第１ＤＢＲ半導体層及び第２ＤＢＲ半導体層を含む第１ＤＢＲ部と、
   交互に配列された第３ＤＢＲ半導体層及び第４ＤＢＲ半導体層を含む第２ＤＢＲ部と、
   前記第１ＤＢＲ部と前記第２ＤＢＲ部との間に設けられた活性層と、
   前記第１ＤＢＲ部は、酸素元素が添加された半導体からなる層を含んでおり、
   前記酸素元素が添加された半導体からなる層は開口を有しており、
   前記第１ＤＢＲ半導体層の少なくとも一層は、前記酸素元素が添加された半導体からなる層の前記開口に設けられている半導体発光素子。
4. 前記第２ＤＢＲ半導体層の少なくとも一層は、前記酸素元素が添加された半導体からなる層の前記開口に設けられている請求項３に記載の半導体発光素子。
5. 交互に配列された第１ＤＢＲ半導体層及び第２ＤＢＲ半導体層を含む第１ＤＢＲ部と、
   交互に配列された第３ＤＢＲ半導体層及び第４ＤＢＲ半導体層を含む第２ＤＢＲ部と、
   前記第１ＤＢＲ部と前記第２ＤＢＲ部との間に設けられた活性層と、
   前記活性層の側面上に設けられており、酸素元素が添加された半導体からなる層と、
   を備える半導体発光素子。
6. 前記酸素元素が添加された半導体からなる層は、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰのうち少なくとも一つの半導体材料からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
7. 前記酸素元素が添加された半導体からなる層の酸素濃度は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上である請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。

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