JP2006093350A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006093350A JP2006093350A JP2004276013A JP2004276013A JP2006093350A JP 2006093350 A JP2006093350 A JP 2006093350A JP 2004276013 A JP2004276013 A JP 2004276013A JP 2004276013 A JP2004276013 A JP 2004276013A JP 2006093350 A JP2006093350 A JP 2006093350A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductivity type
- region
- type semiconductor
- semiconductor region
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 681
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 131
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 69
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 45
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 29
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 24
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 19
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 33
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 325
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 31
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 23
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 12
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 11
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 5
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- -1 GaInAsP Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- VLCQZHSMCYCDJL-UHFFFAOYSA-N tribenuron methyl Chemical compound COC(=O)C1=CC=CC=C1S(=O)(=O)NC(=O)N(C)C1=NC(C)=NC(OC)=N1 VLCQZHSMCYCDJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
- H01L33/105—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector with a resonant cavity structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
【課題】 順バイアスによる電流を狭窄でき又は逆バイアスによる強い電界を局所的に印加できる簡単な構造を有する半導体光素子を提供する
【解決手段】 半導体光素子1は、第1導電型半導体領域3、活性層5、第2導電型半導体領域7、第1のDBR部8aおよび第2のDBR部8bを備える。第1導電型半導体領域3は、第1導電型のGaAs半導体基板11上に設けられる。第2導電型半導体領域7は、第1導電型半導体領域3上に設けられる。活性層5は、第1導電型半導体領域3と第2導電型半導体領域7との間に設けられる。第1導電型半導体領域3と第2導電型半導体領域7とは、活性層5の周囲において互いにpn接合を構成している。第1導電型半導体領域3、活性層5、および第2導電型半導体領域7は、第1のDBR部8aと第2のDBR部8bとの間に位置している。
【選択図】 図1
【解決手段】 半導体光素子1は、第1導電型半導体領域3、活性層5、第2導電型半導体領域7、第1のDBR部8aおよび第2のDBR部8bを備える。第1導電型半導体領域3は、第1導電型のGaAs半導体基板11上に設けられる。第2導電型半導体領域7は、第1導電型半導体領域3上に設けられる。活性層5は、第1導電型半導体領域3と第2導電型半導体領域7との間に設けられる。第1導電型半導体領域3と第2導電型半導体領域7とは、活性層5の周囲において互いにpn接合を構成している。第1導電型半導体領域3、活性層5、および第2導電型半導体領域7は、第1のDBR部8aと第2のDBR部8bとの間に位置している。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体光素子に関するものである。
半導体レーザ素子などの半導体光素子の構造の一つとして、埋め込みヘテロストラクチャー構造が知られている。非特許文献1には、埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体レーザ素子が示されている。この半導体レーザ素子は、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、また、InP半導体からなる電流ブロック部の間に設けられる。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られる。
ここで、このような埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体レーザ素子の製造方法の一例を、図19(a)〜図19(d)を参照しながら説明する。まず、図19(a)に示すように、InP基板111上にn型InP半導体層(n型クラッド層)103、InGaAsP活性層105、p型InP半導体層(p型クラッド層)106、及び保護層108をエピタキシャル成長させる。そして、導波路を形成するためのマスク110を保護層108上に形成する。続いて、図19(b)に示すように、マスク110を介して保護層108、p型InP半導体層106、InGaAsP活性層105、及びn型InP半導体層103の一部をエッチングすることにより、導波路となるメサ部112を形成する。
続いて、図19(c)に示すように、メサ部112の両側にp型半導体層109a及びn型半導体層109bからなる電流ブロック部109をエピタキシャル成長させる。続いて、図19(d)に示すように、保護層108及びマスク110を除去し、p型InP半導体層(p型クラッド層)107及びp型InGaAsP半導体層(p型コンタクト層)117をエピタキシャル成長させる。この後、図示しないアノード電極及びカソード電極をそれぞれp型半導体層117上及びInP基板111の裏面上に形成することにより、埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体レーザ素子が完成する。
IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS,VOL.QE-17,NO.2,FEBRUARY 1981,pp.202-207
IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS,VOL.QE-17,NO.2,FEBRUARY 1981,pp.202-207
先に述べたような埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体レーザ素子では、図19(a)〜図19(d)に示したように半導体のエピタキシャル成長工程を少なくとも3回行う必要がある。半導体のエピタキシャル成長は工程が複雑であり、比較的長時間を必要とする。従って、製品の歩留まり向上やコスト削減のためには、半導体のエピタキシャル成長工程がより少ないことが好ましい。
面発光型半導体レーザでは、2つの分布ブラッグ反射(DBR)部の間に、n型InP半導体層、InGaAsP活性層およびp型InP半導体層が設けられている。DBR部は、互いに異なる屈折率を有する第1および第2のDBR半導体層を交互に成長して形成され、面発光型半導体レーザの作製プロセスは、端面発光型半導体レーザに比べて長いエピタキシャル工程を必要とする。面発光型半導体レーザでは電流の狭窄構造を備えることが求められ、また、面発光型の電界吸収光変調素子では、逆バイアスが印加されたとき強い電界を局所的に印加できる構造を有することが求められる。故に、これらのタイプの半導体光素子において求められていることは、エピタキシャル工程を短くすることに加えて、キャリアの狭窄および強電界の発生のための構造を実現することである。
そこで、本発明は、上記の事情を鑑みて為されたものであり、順バイアスによる電流を狭窄でき又は逆バイアスによる強い電界を局所的に印加できる簡単な構造を有する半導体光素子を提供することが目的であり、電流を狭窄できる構造は、逆バイアス時には、局所的に強い電界を印加することが可能となる構造である。
本発明の一側面は、半導体光素子に係る。この半導体光素子は、(a1)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の領域の周囲に位置する第2の領域とを有しており、前記第2の半導体部は側面を有しており、前記第2の半導体部は前記第1の半導体部の前記第1の領域上に設けられており、(a2)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側面を有する活性層を備え、(a3)前記第1導電型半導体領域の前記第1の半導体部の前記第2の領域上、前記第2の半導体部の側面上、前記活性層上、及び前記活性層の側面上に設けられた第2導電型半導体領域を備え、(a4)第1のDBR半導体層および第2のDBR半導体層が交互に配列された第1のDBR部と、第3のDBR半導体層および第4のDBR半導体層が交互に配列された第2のDBR部とを備え、前記第1導電型半導体領域、前記活性層、および前記第2導電型半導体領域は、前記第1のDBR部と前記第2のDBR部との間に設けられており、前記第1導電型半導体領域及び前記第2導電型半導体領域のバンドギャップエネルギーは、前記活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、前記第1導電型半導体領域の前記第1の半導体部の前記第2の領域と前記第2導電型半導体領域とがpn接合を構成している。
本発明の別の側面は、半導体光素子に係る。この半導体光素子は、(b1)第1の領域と前記第1の領域の周囲に位置する第2の領域とを有する第1導電型半導体領域と、(b2)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側面を有する活性層と、(b3)前記第1導電型半導体領域の前記第2の領域上、前記活性層上、及び前記活性層の側面上に設けられた第2導電型半導体領域と、(b4)第1のDBR半導体層及び第2のDBR半導体層が交互に配列された第1のDBR部と、(b5)第3のDBR半導体層及び第4のDBR半導体層が交互に配列された第2のDBR部とを備え、前記第1導電型半導体領域、前記活性層、および前記第2導電型半導体領域は、前記第1のDBR部と前記第2のDBR部との間に設けられており、前記第1導電型半導体領域及び前記第2導電型半導体領域のバンドギャップエネルギーは、前記活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、前記第1導電型半導体領域の前記第2の領域と前記第2導電型半導体領域とがpn接合を構成している。
これらの半導体光素子は、埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体レーザ素子のような電流ブロック層を必要としない。従って、これらの半導体光素子を製造する際には、埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体レーザ素子を製造する場合と比較して、電流ブロック層をエピタキシャル成長させる工程(図19(c)参照)を削減することができる。従って、これらの半導体光素子は、半導体のエピタキシャル成長工程を少なくできる構造を有する。
また、これらの半導体素子においては、第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域のバンドギャップエネルギーが活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きいので、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域との接合部分における接合電位(ビルトインポテンシャル)が、第1導電型半導体領域、活性層、及び第2導電型半導体領域によって生じる接合電位よりも大きくなる。これにより、第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域に注入されたキャリアは、所定の印加電圧範囲において第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域との接合部分でブロックされ、活性層へ集中的に流入して効果的に閉じ込められることとなる。従って、これらの半導体素子によれば、活性層にキャリアを効果的に閉じ込めることができる。
例えば、半導体光素子が、発光ダイオード、半導体レーザおよび半導体光増幅素子等のpn接合に対し順方向に電圧印加してキャリア注入する素子である場合、上記のように第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域に注入されたキャリアは、所定の印加電圧範囲において第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域との接合部分でブロックされ、活性層へ流入することとなる。したがって、これらの半導体素子によれば、活性層にキャリアを効果的に閉じ込めることができる。
また、例えば、半導体光素子が電界吸収型変調素子等のPN接合に対し逆方向に電圧印加する素子である場合、活性層の側面を第1導電型半導体領域及び/又は第2導電型半導体領域が囲んで実屈折率光導波路を構成しており、この実屈折率光導波路に光が閉じ込められる。閉じ込められた光は、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域との間に印加される電界により効果的に変調される。
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導電型半導体領域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。
本発明の半導体光素子では、前記第1導電型半導体領域のバンドギャップエネルギー及び前記第2導電型半導体領域のバンドギャップエネルギーと前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差が4.8×10−20ジュール(0.3eV)以上である。この構造によれば、活性層にキャリアをより効果的に閉じ込めることができる。
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導電型半導体領域は、AlGaAs、AlGaInP、GaInP、及びGaInAsPのうち少なくともいずれかの半導体材料によって構成されることができる。また、活性層は、少なくとも窒素を含むIII−V族化合物半導体によって構成されることができる。
本発明の半導体光素子は、前記第2導電型半導体領域上に設けられた第2導電型のコンタクト層を更に備え、前記コンタクト層上に電極を備える。この構造によれば、活性層にキャリアをより効果的に閉じ込めることができる。
本発明の半導体光素子では、前記第1導電型半導体領域は、該第1導電型半導体領域における前記第2導電型半導体領域側の表面を含む第3の領域を有しており、前記第3の領域のドーパント濃度は、前記第1導電型半導体領域における他の領域のドーパント濃度と異なる。
本発明の半導体光素子では、前記第2導電型半導体領域は、該第2導電型半導体領域における前記第1導電型半導体領域側の表面を含む第4の領域を有しており、前記第4の領域のドーパント濃度は、前記第2導電型半導体領域における他の領域のドーパント濃度と異なる。
第1導電型半導体領域における第2導電型半導体領域側の表面を含む第3の領域のドーパント濃度が他の領域と異なる場合、第1導電型半導体領域の第3の領域の擬フェルミレベル及び抵抗が変化し、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域との間のpn接合部分、及び第1導電型半導体領域、活性層、及び第2導電型半導体層の間のpin接合部分におけるターンオン電圧、及びpin接合部分がターンオンした後の線形動作領域(光出力が電流に対して線形に増加する領域)における素子の直列抵抗(電流−電圧特性曲線の傾き)が変化する。このようなターンオン電圧や直列抵抗の変化は、第2導電型半導体領域における第1導電型半導体領域側の表面を含む第4の領域のドーパント濃度を他の領域と異ならせることによっても同様に生じる。従って、この構造の半導体光素子によれば、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とのpn接合部分におけるターンオン電圧、並びに第1導電型半導体領域、活性層、及び第2導電型半導体領域のpin接合部分におけるターンオン電圧、さらにはpin接合部分ターンオン後の線形動作領域における素子の直列抵抗の大きさを制御することができるので、線形動作領域範囲を目的に応じて適宜変化させることが可能となる。
本発明の半導体光素子では、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のスペーサ層と、前記第2導電型半導体領域と前記活性層との間に設けられた第2のスペーサ層とを更に備える。第1及び第2のスペーサー層は、活性層へのキャリアの閉じ込めより効率的に行うことを可能にする。これらのスペーサー層の挿入により、活性層へのキャリアの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。
本発明の半導体光素子は、半導体レーザ素子、発光ダイオード、半導体光増幅素子、電界吸収型変調素子、及び半導体光導波路の少なくともいずれかを含むことができる。
本発明によれば、順バイアスによる電流を狭窄でき又は逆バイアスによる強い電界を局所的に印加できる簡単な構造を有する半導体光素子を提供できる。
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。
(第1の実施の形態)
図1(a)は、第1の実施の形態の半導体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(a)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IIa−IIa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IIb−IIb線に沿った屈折率を示すダイアグラムである。
図1(a)は、第1の実施の形態の半導体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(a)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IIa−IIa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IIb−IIb線に沿った屈折率を示すダイアグラムである。
図1(a)及び図2(a)を参照すると、面発光型半導体レーザといった半導体光素子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導電型半導体領域7とを備えており、さらに、第1のDBR部8aおよび第2のDBR部8bを備える。図1(b)に示されるように、第1のDBR部8aは、交互に配列された第1のDBR半導体層24および第2のDBR半導体層26を含んでおり、また図1(c)に示されるように、第2のDBR部8bは、交互に配列された第3のDBR半導体層28および第4のDBR半導体層30を含む。第1導電型半導体領域3、活性層5、および第2導電型半導体領域7は、第1のDBR部8aと第2のDBR部8bとの間に位置している。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の周囲に位置する第2の領域3dと有する。第1の領域3cは、Y軸方向といった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、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、側面5aを有している。第2導電型半導体領域7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の側面3e上、活性層5上、及び活性層5の側面5a上に設けられている。第2導電型半導体領域7は、活性層5の周囲において、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とpn接合を構成している。活性層5は、III−V族化合物半導体から構成されている。
半導体光素子1によれば、簡便な構造で効果的に順バイアスによる電流を狭窄でき又は逆バイアスによる強い電界を局所的に印加できる簡単な構造を有する。すなわち、電流を狭窄できる構造は、逆バイアス時には、局所的に強い電界を印加することが可能となる構造である。
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族化合物半導体のバンドギャップエネルギーは、活性層5を構成するIII−V族化合物半導体のバンドギャップエネルギーよりも大きい。換言すれば、第1導電型半導体領域3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。同様に、第2導電型半導体領域7はIII−V族化合物半導体から構成されており、このIII−V族化合物半導体のバンドギャップエネルギーは、活性層5を構成するIII−V族化合物半導体のバンドギャップエネルギーよりも大きい。換言すれば、第2導電型半導体領域7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導電型半導体領域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導電型半導体領域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導電型半導体領域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。
また、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導電型半導体領域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導電型半導体領域7は、活性層5において発生された光をX方向及びZ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及び第2導電型半導体領域7は光学的なクラッド層として作用する。
なお、活性層5の構造は、単一の層からなるバルク構造、一つの井戸層からなる単一量子井戸構造、或いは複数の井戸層とバリア層とを交互に積層した多重量子井戸構造のいずれを用いてもよい。
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の半導体部3aと、第1の半導体部3a上に設けられた第2の半導体部3bとを有する。第1導電型半導体領域3の第2の半導体部3bは、メサ形状を成している。また、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と第2導電型半導体領域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の半導体部3b、及び活性層5は、半導体メサ部13を形成する。半導体メサ部13は、Z軸方向といった所定の軸方向に伸びている。半導体メサ部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の半導体部3b及び第2導電型半導体領域7からキャリアが注入される。
半導体光素子1は、電極21と、電極23とを更に備える。電極21は、第2導電型の第2のDBR部8b上に設けられている。電極21は、半導体メサ部13上に設けられた開口21aを有する。活性層5からの光は開口21aを通過する。電極23は、半導体基板11の裏面11bに設けられている。必要な場合には、半導体光素子1は、第2導電型の第2のDBR部8b上に設けられた第2導電型のコンタクト層を備えることができる。このコンタクト層のバンドギャップエネルギーは、第2導電型半導体領域7のバンドギャップエネルギーより小さい。故に、電極21とコンタクト層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。コンタクト層の材料としては、例えば、p型GaAs半導体を使用できる。
半導体光素子1の組成の一例を示せば、
第1導電型半導体領域3:
n型のAlGaAs、AlGaInP、GaInP、GaInAsP
活性層5:
アンドープ(un)GaInNAs
第2導電型半導体領域7:
p型のAlGaAs、AlGaInP、GaInP、GaInAsP
半導体基板11:n型高濃度GaAs基板
第1のDBR半導体層24:AlGaAs半導体
第2のDBR半導体層26:GaAs半導体
第3のDBR半導体層28:AlGaAs半導体
第4のDBR半導体層30:GaAs半導体
である。第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7は、GaAs半導体に格子整合する半導体から構成されることができる。なお、各層の材料としては、上記組成の材料を一種類のみ用いてもよいし、複数の組成を組み合わせてもよい。
第1導電型半導体領域3:
n型のAlGaAs、AlGaInP、GaInP、GaInAsP
活性層5:
アンドープ(un)GaInNAs
第2導電型半導体領域7:
p型のAlGaAs、AlGaInP、GaInP、GaInAsP
半導体基板11:n型高濃度GaAs基板
第1のDBR半導体層24:AlGaAs半導体
第2のDBR半導体層26:GaAs半導体
第3のDBR半導体層28:AlGaAs半導体
第4のDBR半導体層30:GaAs半導体
である。第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7は、GaAs半導体に格子整合する半導体から構成されることができる。なお、各層の材料としては、上記組成の材料を一種類のみ用いてもよいし、複数の組成を組み合わせてもよい。
図3、図4(a)、及び図4(b)を参照しながら、半導体光素子1の動作について説明する。図3は、半導体光素子1の電気的性質を等価回路に置き換えた模式図である。図4(a)は、半導体光素子1における、駆動電圧と駆動電流との相関を示すグラフである。図4(b)は、半導体光素子1における、駆動電流と光出力(発光強度)との相関を示すグラフである。半導体光素子1においては、第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7のバンドギャップエネルギーが活性層5のバンドギャップエネルギーよりも大きいため、第1導電型半導体領域3と第2導電型半導体領域7とのpn接合部分(図3のB部分)における接合電位(ビルトインポテンシャル)が、第1導電型半導体領域3、活性層5、及び第2導電型半導体領域7のpin接合部分(図3のA部分)によって生じる接合電位よりも大きくなる。したがって、A部分の方がB部分より低い電圧値にてターンオンし、この部分に順方向に大きな電流が流れ出す。
このような半導体光素子1の構成は、A部分及びB部分のそれぞれに並列配置されたダイオードD1及びD2を想定することによって説明できる。すなわち、ダイオードD1のターンオン電圧VA(図4(a)参照)は、A部分の接合電位によって定まり、主として活性層5の材料のバンドギャップエネルギーに依存する。また、ダイオードD2のターンオン電圧VBは、B部分の接合電位によって定まり、主として第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7の材料のバンドギャップエネルギーに依存する。B部分の接合電位がA部分の接合電位よりも高いということは、ダイオードD2のターンオン電圧VBが、ダイオードD1のターンオン電圧VAよりも高いことを意味する。また、A部分の接合電位とB部分の接合電位との差が大きいほど、ターンオン電圧VAとターンオン電圧VBとの差が大きくなる。換言すれば、第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7の材料のバンドギャップエネルギーと活性層5のバンドギャップエネルギーとの差が大きいほど、ターンオン電圧VAとターンオン電圧VBとの差が大きくなる。なお、図3に示す抵抗R1は、第1導電型半導体領域3、8a、11の素子抵抗を表す。抵抗R2は、第2導電型半導体領域7、8bの素子抵抗を表す。
図4(a)に示すように、電極21及び23に印加する駆動電圧を0Vから徐々に増加させた場合、ターンオン電圧VAにおいてまずダイオードD1がターンオンする。そのため、A部分が急激に低抵抗化し、順方向電流IAが流れる。つまり、活性層5にキャリアが大量に供給され、活性層5において光が発生する。共振器ロスや内部ロスが通常範囲にあるレーザであれば、電流がIAを超えた近傍で発振開始するので、IAは発振閾値電流と同等の値であり、電流がIAを超えて以降、急激に光出力が増加する。このとき、B部分に想定されるダイオードD2はターンオンしていないため、B部分は依然高抵抗であり、キャリアはB部分においてブロックされてA部分(活性層5)に効果的に閉じ込められる。また、活性層5の屈折率は第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7の屈折率よりも大きいので、活性層5において発生した光は活性層5付近に閉じ込められる。したがって、この動作領域では光及び電流の双方を活性層5内に効果的に閉じ込めることができるので、活性層5において誘導放出が効率よく生じ、低閾値電流でもってレーザ発振(図3の光L)させることができ、且つ電流の大きさに対して発光強度を線形に増加させることができる。
続いて、駆動電圧がターンオン電圧VBに達すると、ダイオードD2がターンオンする。このとき、B部分も急激に低抵抗化するため、A部分と同等に電流が流れるようになり、活性層5の外を流れるリーク電流が顕著になる。その結果、ターンオン電圧VBに対応する電流IBよりも大きな電流を供給した場合には、誘導放出に寄与しない無効電流が大幅に増加するためスロープ効率が急激に低下する。したがって、供給電流が電流IBよりも大きな領域は、電流供給を増やしても発光強度が増加しにくい出力飽和領域となる。この出力飽和領域は、発光強度と供給電流との相関の程度が低い非線形動作領域となる。発光強度と電流との相関が線形であることを必要とする場合には、ターンオン電圧VB以下の駆動電圧にて素子を動作させる必要がある。
また、上記のような動作を可能にする構造を有する面発光型半導体発光素子は、以下のような利点を有する。例えば、2回のエピタキシャル成長により結晶成長プロセスが簡素になり、この結果、低コストにできる。また、マスクを使った埋め込みプロセスを使用しないので、上部のDBR形成の際に結晶の異常成長が抑制され、この結果、高品質のDBRが形成される。また、アパチャーの位置および形状の精度をフォトリソグラフィーの工程により制御可能となる。また、Al酸化のような膜はがれ等の信頼性上の問題が解決され、信頼性の高い素子が提供できる。
図5(a)及び図5(b)は、第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7と活性層5とのバンドギャップ差の大きさに応じた線形動作領域幅の違いを説明するためのグラフである。図5(a)のグラフG1は、半導体光素子1のA部分(図3参照)のターンオン電圧がVA1であり、B部分のターンオン電圧がVB1である場合の電流−電圧特性を示すグラフである。図5(a)のグラフG2は、半導体光素子1のA部分のターンオン電圧がVA2であり、B部分のターンオン電圧がVB2である場合の電流−電圧特性を示すグラフである。なお、図5(a)において、VB2−VA2>VB1−VA1である。図5(b)のグラフG3及びG4は、それぞれ図5(a)のグラフG1及びG2に対応する光出力(発光強度)特性を示すグラフである。
図5(a)及び図5(b)のグラフG2及びG4が示すように、第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7と活性層5とのバンドギャップ差が大きい(ターンオン電圧差が大きい)場合、ターンオン電圧VA2に対応する電流IA2とターンオン電圧VB2に対応する電流IB2との間の線形動作領域の幅が大きくなる。これに対して、グラフG1及びG3が示すように、第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7と活性層5とのバンドギャップ差が小さい(ターンオン電圧差が小さい)場合、ターンオン電圧VA1に対応する電流IA1とターンオン電圧VB1に対応する電流IB1との間の線形動作領域の幅が小さくなる。したがって、A部分のターンオン電圧VAとB部分のターンオン電圧VBとの差が大きいほど線形動作領域が拡大するので、第1導電型半導体領域3及び第2導電型半導体領域7と活性層5とのバンドギャップ差は大きいほど好ましい。
次に、半導体光素子1の製造方法を、図6(a)〜図6(e)を参照しつつ説明する。まず、図6(a)に示すように、GaAsからなる半導体基板11上に、第1導電型半導体層2、第1のDBR部8a、活性層4、第2導電型半導体層6、及び保護膜9を結晶成長させる(一回目の結晶成長工程)。次に、ストライプ状の半導体メサ部13を形成するためのエッチングマスク10を保護膜9上の所定位置に形成する。このとき、各層の結晶成長には、例えばOMVPE(Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy)法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を用いるとよい。また、エッチングマスク10の材料としては、SiNやSiO2といった誘電体を用いるとよい。
続いて、図6(b)に示すように、エッチングマスク10を介して保護膜9、第2導電型半導体層6、活性層4、及び第1導電型半導体層2の一部を所定深さまでドライエッチングまたはウェットエッチングによってエッチングを行い、第2導電型半導体領域7の一部となる第2導電型半導体層7aの側面7e、活性層5の側面5a、及び第1導電型半導体領域3の第2の半導体部3bの側面3eを形成する。これにより、活性層5及び第1導電型半導体領域3の第2の半導体部3bからなる半導体メサ部13が形成される。なお、図6(b)において半導体メサ部13は逆メサ状に形成されているが、半導体メサ部13を形成する面方位やエッチング液を適宜選択することによって、半導体メサ部13を他のメサ形状に形成することも可能である。
続いて、図6(c)に示すように、エッチングマスク10及び保護膜9を除去する。そして、図6(d)に示すように、第2導電型半導体領域7の残りの部分を成長し、その後に第2のDBR部8bを結晶成長させる(二回目の結晶成長工程)。最後に、電極21及び23をそれぞれ第2のDBR部8b上及び半導体基板11の裏面上に形成することにより、図6(e)に示すように、半導体光素子1が完成する。
半導体光素子1は、埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体レーザ素子(図19(d)参照)のような電流ブロック層を必要としない。従って、半導体光素子1を製造する際には、上述した製造方法から明らかなように、埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体レーザ素子を製造する場合と比較して、電流ブロック層をエピタキシャル成長させる工程を削減することができる。従って、本実施形態の半導体光素子1によれば、半導体のエピタキシャル成長工程を少なく(本実施形態では二回)できるので、歩留まり向上や製造コスト削減につながる。
また、図18(a)に示される半導体光素子においては、第2のDBR部40は、第1導電型半導体領域3の第1の領域3c上に位置する活性層5上のみに設けられていも良く、第2のDBR部40と活性層5との間に第2導電型半導体領域7の第1の領域7aが位置している。これによって、第2のDBR部40が平坦な半導体領域上に設けることができる。電極42は、第2導電型半導体領域7の第1の領域7aを囲む第2の領域7b上に形成される。コンタクト層17は、この電極42と第2導電型半導体領域7の第2の領域7bとの間にだけでなく、第2導電型半導体領域7の第1の領域7a上にも形成される。つまり、第2のDBR部40と第2導電型半導体領域7との間にもコンタクト層17が設けられている。コンタクト層17が第2導電型半導体領域7の第1および第2の領域7a、7b上に設けられているので、電極42からのキャリアは、コンタクト層17内を流れて活性層5に流れ込む。活性層5と電極42との間の実効抵抗を小さくできる。
また、例えば非特許文献1に開示された埋め込みヘテロストラクチャー構造の半導体光素子では、電流ブロック部に含まれるp型半導体層及びn型半導体層によるpn接合部分が逆バイアスとなることを利用してキャリアをブロックする。しかしながら、この構造の場合、電流ブロックのために複数のpn接合部分を形成する必要があることに起因して接合容量が大となり、その結果高速動作が妨げられる。これに対して、本実施形態の半導体光素子1は、第1導電型半導体領域3と第2導電型半導体領域7との間の唯一つの順方向のpn接合によってキャリアをブロックするので、このような容量成分を低減することができる。したがって、半導体光素子1によれば、より高速な動作が可能になる。
また、先に述べたように、GaAs半導体の表面はGaAs基板により提供されてもよい。GaAs基板は、例えばインジウム燐基板などと比較して、例えば直径6インチといった大口径で且つ高品質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1の生産性向上やコストダウンが実現でき、大規模集積素子の実現が容易となる。
図7(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7(b)は、図7(a)に示されたIIIa−IIIa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IIIb−IIIb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のスペーサ層25及び第2のスペーサ層27を更に備えることができる。第1のスペーサ層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のスペーサ層27は、活性層5と第2導電型半導体領域7との間に設けられている。第1導電型半導体領域3の第2の半導体部3b、活性層5、第1のスペーサ層25、及び第2のスペーサ層27は、半導体メサ部13aを形成する。
第1のスペーサ層25は、活性層5の材料のバンドギャップエネルギーと第1導電型半導体領域3の材料のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する材料からなる。第2のスペーサ層27は、活性層5の材料のバンドギャップエネルギーと第2導電型半導体領域7の材料のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する材料からなる。活性層5には、第1のスペーサ層25及び第2のスペーサ層27を介して第1導電型半導体領域3の第2の半導体部3b及び第2導電型半導体領域7からキャリアが注入される。図7(b)に示されるように、半導体光素子1aにおいては、注入されたキャリアは、第1のスペーサ層25及び第2のスペーサ層27の働きによって活性層5に閉じ込められる。
第1及び第2のスペーサ層25、27は、電流の閉じ込めをより効率的に行うことを可能にする。これらのスペーサ層の挿入により、活性層5へのキャリアの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。特に、活性層5が薄膜の量子井戸構造からなる場合には、量子井戸からのキャリアの漏れを第1及び第2のスペーサ層25、27を導入することによって抑制する事ができるので発振特性を改善できる。
(第2の実施の形態)
図8(a)は、第2の実施の形態の半導体光素子を示す斜視図である。図8には、XYZ座標系Sが描かれている。図9(a)は、図8(a)に示されたIV−IV線に沿った断面図である。図9(b)は、図9(a)に示されたVa−Va線に沿った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Vb−Vb線に沿った屈折率を示す図面である。図8及び図9(a)を参照すると、半導体レーザ素子といった半導体光素子51が示されている。
図8(a)は、第2の実施の形態の半導体光素子を示す斜視図である。図8には、XYZ座標系Sが描かれている。図9(a)は、図8(a)に示されたIV−IV線に沿った断面図である。図9(b)は、図9(a)に示されたVa−Va線に沿った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Vb−Vb線に沿った屈折率を示す図面である。図8及び図9(a)を参照すると、半導体レーザ素子といった半導体光素子51が示されている。
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導電型半導体領域57とを備えており、さらに、第1のDBR部58および第2のDBR部60を備える。図8(b)に示されるように、第1のDBR部58は、交互に配列された第1のDBR半導体層62および第2のDBR半導体層64を含んでおり、また図8(c)に示されるように、第2のDBR部60は、交互に配列された第3のDBR半導体層66および第4のDBR半導体層68を含む。第1導電型半導体領域53、活性層55、および第2導電型半導体領域57は、第1のDBR部58と第2のDBR部60との間に位置している。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の周囲に位置する第2の領域53bとを有する。第1の領域53aは、Y軸方向といった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は側面55aを有している。第2導電型半導体領域57は、第1導電型半導体領域53の第2の領域53b上、活性層55上、及び活性層55の側面55a上に設けられている。第2導電型半導体領域57は、第1導電型半導体領域53の第2の領域53bとpn接合を構成している。活性層55は、III−V族化合物半導体から構成されている。
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族化合物半導体のバンドギャップエネルギーは、活性層55を構成するIII−V族化合物半導体のバンドギャップエネルギーよりも大きい。同様に、第2導電型半導体領域57はIII−V族化合物半導体から構成されており、このIII−V族化合物半導体のバンドギャップエネルギーは、活性層55を構成するIII−V族化合物半導体のバンドギャップエネルギーよりも大きい。図9(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導電型半導体領域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くことができ、第2導電型半導体領域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導電型半導体領域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。
また、図9(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導電型半導体領域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導電型半導体領域57は、活性層55において発生された光をX方向及びZ方向において活性層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及び第2導電型半導体領域57は光学的なクラッド層として作用する。
なお、活性層55の構造は、単一の層からなるバルク構造、一つの井戸層からなる単一量子井戸構造、或いは複数の井戸層とバリア層とを交互に積層した多重量子井戸構造のいずれを用いてもよい。
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が設けられている。第1のDBR半導体層62および第2のDBR半導体層64の半導体材料として、第1のDBR半導体層24および第2のDBR半導体層26の半導体材料を用いることができる。第3のDBR半導体層66および第4のDBR半導体層68の半導体材料として、第3のDBR半導体層28および第4のDBR半導体層30の半導体材料を用いることができる。
半導体光素子51は、電極71と、電極73とを更に備える。電極71は、第2導電型の第2のDBR部60上に設けられている。電極71は、半導体メサ部上に設けられた開口71aを有している。活性層55からの光が開口71aを通過する。電極73は、半導体基板61の裏面61bに設けられている。必要な場合には、半導体光素子51は、第2導電型の第2のDBR部60上に設けられた第2導電型のコンタクト層を備えることができる。このコンタクト層のバンドギャップエネルギーは、第2導電型半導体領域7のバンドギャップエネルギーより小さい。故に、電極71とコンタクト層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。コンタクト層の材料としては、例えば、p型GaAs半導体を使用できる。
本実施形態の半導体光素子51においては、活性層55のバンドギャップエネルギーよりも第1導電型半導体領域53及び第2導電型半導体領域57のバンドギャップエネルギーのほうが大きいので、第1導電型半導体領域53と第2導電型半導体領域57とのpn接合部分における接合電位が、第1導電型半導体領域53、活性層55、及び第2導電型半導体領域57によって生じる接合電位よりも大きくなる。これにより、半導体光素子51は、図3に示した第1実施形態の半導体光素子1と同様に動作する。すなわち、第1導電型半導体領域53及び第2導電型半導体領域57に生じたキャリアは、所定の印加電圧範囲において第1導電型半導体領域53と第2導電型半導体領域57とのpn接合部分でブロックされ、活性層55へ効果的に閉じ込められることとなる。従って、これらの半導体素子によれば、活性層にキャリアを効果的に閉じ込めることができる。
また、半導体光素子51の製造方法が第1実施形態の半導体光素子1の製造方法(図6(a)〜(e)参照)と相違する点は、図6(b)に示したエッチング工程において、第1導電型半導体領域53をエッチングしない点である。したがって、半導体光素子51を製造する際にも、電流ブロック層をエピタキシャル成長させる工程(図19(c)参照)が必要ないので、半導体のエピタキシャル成長工程を少なくできる。
また、図18(b)に示される半導体光素子においては、第2のDBR部90は、第1導電型半導体領域53の第1の領域53c上に位置する活性層55上のみに設けられており、第2のDBR部90と活性層55との間に第2導電型半導体領域57の第1の領域57aが位置していても良い。これによって、第2のDBR部90を平坦な半導体領域上に形成することができる。電極92は、第2導電型半導体領域57の第1の領域57aを囲む第2の領域57b上に形成される。コンタクト層67は、この電極92と第2導電型半導体領域57の第2の領域57bとの間にだけでなく、第2導電型半導体領域57の第1の領域57a上にも形成される。つまり、第2のDBR部90と第2導電型半導体領域57との間にもコンタクト層67が設けられている。コンタクト層67が第2導電型半導体領域57の第1および第2の領域57a、57b上に設けられているので、電極からのキャリアは、コンタクト層67内を流れて活性層に流れ込む。活性層55と電極92との間の実効抵抗を小さくできる。
半導体素子51においては、半導体光素子1と同じく第1導電型半導体領域53と第2導電型半導体領域57との間の唯一つの順方向のpn接合によってキャリアをブロックするので、従来構造に比べて容量成分を低減することができる。したがって、半導体光素子51によれば、より高速な動作が可能になる。
また、半導体素子51においては、半導体光素子1と同じくGaAs半導体の表面はGaAs基板により提供されてもよい。この場合、大口径で高品質、低価格のGaAs基板を使用できるため、これをGaAs半導体表面に用いると、半導体光素子51の生産性向上やコストダウンが実現でき、大規模集積素子の実現が容易となる。
また、発明者らは、本実施形態の構成が、半導体光素子51の温度特性を改善可能であることを見出した。図10(a)及び図10(b)は、第1導電型半導体領域53及び第2導電型半導体領域57と活性層55とのバンドギャップエネルギー差ΔEgと、発振閾値電流Ithとの相関を示すグラフである。なお、図10(a)は素子の温度が25℃の場合を示し、図10(b)は素子の温度が85℃の場合を示している。また、第1導電型半導体領域53及び第2導電型半導体領域57の材料としてはGa0.51In0.49Pを用い、活性層55の材料としては単層のAlxGa1−xAsを用いた。そして、活性層55のAl組成比xを次の図11のように変化させることにより、活性層55のバンドギャップエネルギーEgを変化させ、バンドギャップエネルギー差ΔEgを変化させた。
図10(a)及び図10(b)に示すように、バンドギャップエネルギー差ΔEgが0.3eV(0.3eVのSI単位系での値は、約4.8×10−20ジュールであり、以下、本技術分野の慣例に従いバンドギャップエネルギーをエレクトロンボルト単位で表す)以上であれば、素子の温度に拘わらず発振閾値電流Ithが小さい値に抑えられていることがわかる。特に、発光特性が悪化しやすい高温時においても、バンドギャップエネルギー差ΔEgが0.3eV以上であればIthは18mA程度に抑えられている。
図12(a)及び図12(b)は、図11に示したバンドギャップエネルギー差ΔEgそれぞれにおける電流−光出力特性を示すグラフである。図12(a)は素子温度が25℃の場合を示している。図12(b)は素子温度が85℃の場合を示している。図12(a)及び図12(b)において、グラフG11及びG21はΔEg=0.24eVに対応している。グラフG12及びG22は、ΔEg=0.27eVに対応している。グラフG13及びG23は、ΔEg=0.30eVに対応している。グラフG14及びG24は、ΔEg=0.33eVに対応している。グラフG15及びG25は、ΔEg=0.36eVに対応している。グラフG16及びG26は、ΔEg=0.49eVに対応している。図12(a)及び図12(b)に示すように、バンドギャップエネルギー差ΔEgが大きくなるほど発光効率が良くなっていることがわかる。これは、バンドギャップエネルギー差ΔEgが大きくなるほど、第1導電型半導体領域53と第2導電型半導体領域57とのpn接合部分においてキャリアを効果的にブロックし、活性層55にキャリアをより強く閉じ込めていることによるものと推測される。
また、発明者らは、InP基板上に形成される半導体光素子についても検討を行った。具体的には、第1及び第2導電型半導体領域の材料としてInPを用い、活性層の材料として単層のGa0.39In0.61As0.845P0.155を用いた。この場合、第1及び第2導電型半導体領域と活性層とのバンドギャップエネルギー差ΔEgは0.55eVとなる。結果を図13に示す。図13において、グラフG31は素子温度が25℃の場合を示し、グラフG32は素子温度が85℃の場合を示している。図13に示すように、InP基板に格子整合する半導体材料を用いた場合、素子温度が比較的低い場合でも光出力が数mWの段階で飽和してしまい、実用的な半導体光素子が得られないことがわかる。これは、InP基板上に結晶成長する材料系では、活性層の外を流れるリーク電流が大きくなるためと推測される。なお、本発明の半導体光素子51では、バンドギャップエネルギー差ΔEgが0.55eVを超えるように材料を組み合わせた場合には、キャリアを活性層55に更に効果的に閉じ込めることができる。
半導体光素子51は、第1導電型半導体領域53、活性層55、及び第2導電型半導体領域57がGaAs半導体の表面上に設けられるので、先に述べた優れた効果を得ることができる。ここで、本発明の効果を好適に得ることができる材料の例を図14に示す。これらの材料群は、組成比を適宜選択することにより、バンドギャップエネルギー差ΔEgを0.3eV以上に(或いは、0.55eVより大きく)することが可能な材料群である。また、これらの材料群は、本実施形態の半導体光素子51に限らず、第1実施形態の半導体光素子1や本発明に係る他の半導体光素子にも適用することが可能であり、従って他の実施形態においても、上述した半導体光素子51と同様の優れた温度特性が得られる。
図14の材料群の中から、具体的な組み合わせの例を示す。例えば、活性層55に少なくとも窒素を含むIII−V族化合物半導体を用いた場合には、第1導電型半導体領域53及び第2導電型半導体領域57の材料として、高いバンドギャップエネルギーを有するAlGaInP、GaInP、AlGaAs、またはGaInAsPを挙げることができる。特に、AlGaInP、AlGaAs、及びGaInAsPは、InPよりも高いバンドギャップエネルギーを有する材料であり、組成に応じてそれぞれ約1.9eV〜約2.3eV、約1.42eV〜約2.16eV、及び約1.42eV〜約1.9eVの範囲でバンドギャップエネルギーを選択することができる。また、GaInPは約1.9eVといった高いバンドギャップエネルギーを有する。第1導電型半導体領域53及び第2導電型半導体領域57の材料としてこれらのいずれかを用いると、バンドギャップエネルギー差ΔEgを大きく設定することが容易にできるので、活性層55にキャリアを閉じ込める効果が顕著になり、良好な温度特性が得られる。また、図3におけるA部分とB部分とのターンオン電圧差を大きくできるので、半導体光素子51における線形動作領域を拡大することも容易にできる。
また、活性層55に少なくとも窒素を含むIII−V族化合物半導体を用いることにより、波長1.3μm〜1.55μmといった波長1μm以上の通信用半導体光素子を実現できる。このような材料としては、例えば少なくともN、Ga、及びAsを含むIII−V族化合物半導体を挙げることができる。少なくともN、Ga、及びAsを含むIII−V族化合物半導体は、格子定数をGaAsと同じか近い値に設定することが可能で、GaAs半導体上に良好に結晶成長させることができる。このような材料の一例としては、GaNAs及びGaInNAsを挙げることができる。これらの材料は、組成比を適宜調整することによりGaAs半導体と格子整合させることができる。また、これらの材料は、1μm〜1.6μmといった長波長域の光を発光できる。
また、活性層55は、GaNAsやGaInNAsに加え、さらにSb及びPのうち少なくとも一方の元素を含んでもよい。Sbはいわゆるサーファクタントとして機能し、GaNAsやGaInNAsの3次元成長を抑制し、結晶性を改善する作用がある。また、PはGaNAsやGaInNAsの局所的結晶歪みを低減することにより、結晶性及び信頼性を改善する作用がある。また、Pは結晶成長過程における活性層55へのN元素の取り込み量の増大にも寄与する。このような活性層55の材料の具体例としては、例えばGaNAsP、GaInNAsP、GaNAsSb、GaInNAsSb、GaNAsSbP、及びGaInNAsSbPなどを挙げることができる。
また、活性層55は、III−V族化合物半導体のうち窒素を含まないものとして、AlGaInP、GaInP、AlGaAs、GaAs、GaInAsP、またはGaInAsから構成されてもよい。この場合、活性層55は波長0.6μm〜1μmの赤色〜近赤外域の波長の光を出力することができる。なお、このとき、第1導電型半導体領域53及び第2導電型半導体領域57の材料としては、AlGaInP、GaInP、AlGaAs、またはGaInAsPを用いるとよい。特に、AlGaInPは組成に応じて最大約2.3eVのバンドギャップエネルギーを有するので、第1導電型半導体領域53及び第2導電型半導体領域57がAlGaInPからなることによって、バンドギャップエネルギー差ΔEgを大きく設定することが容易にできる。
図15(a)は、本実施形態の半導体光素子の変形例を示す断面図である。図15(b)は、図15(a)に示されたVIa−VIa線に沿ったバンドギャップを示す図面である。図15(c)は、図15(a)に示されたVIb−VIb線に沿った屈折率を示す図面である。半導体光素子51aは、第1のスペーサ層75及び第2のスペーサ層77を更に備えることができる。第1のスペーサ層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のスペーサ層77は、活性層55と第2導電型半導体領域57との間に設けられている。活性層55、第1のスペーサ層75、及び第2のスペーサ層77は、半導体メサ部63aを形成する。
第1のスペーサ層75及び第2のスペーサ層77は、先に述べた第1実施形態の第1のスペーサ層25及び第2のスペーサ層27と同様の構成および作用を有している。すなわち、第1のスペーサ層75は、図15(b)に示されるように活性層55の材料のバンドギャップエネルギーと第1導電型半導体領域53の材料のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する材料からなる。第2のスペーサ層77は、活性層55の材料のバンドギャップエネルギーと第2導電型半導体領域57の材料のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する材料からなる。また、第1のスペーサ層75は、図15(c)に示されるように活性層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のスペーサ層77は、活性層55が示す屈折率と第2導電型半導体領域57が示す屈折率との間の屈折率値を示している。したがって、第1のスペーサ層75及び第2のスペーサ層77は、活性層55への電流の閉じ込めをより効率的に行うことを可能にする。これらのスペーサー層の挿入により、活性層55へのキャリアの閉じ込めが強められ、閾値電流の低減や温度特性の向上といった発振特性の改善効果が得られる。
本実施形態において、第1導電型半導体領域53は、活性層55や第1、第2のスペーサ層75、77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てもよい。従来の埋め込みヘテロストラクチャー構造において、メサ形成のための活性層に対するエッチングは、半導体層に対して損傷を与えにくいウエットエッチングによって行われることが多い。しかし、ウエットエッチングは等方性エッチングであるため、活性層は深さ方向と同時に水平方向にもエッチングされる。その結果、活性層幅はメサ部のエッチング深さ(エッチング量)に応じて変動する。例えば、非特許文献1に示されたような半導体レーザ素子では、InGaAsP半導体からなる活性層をエッチングするためのエッチング液としてBrメタノールが一般的に用いられる。しかし、Brメタノールによってn型InP半導体クラッド層もエッチングされるので、活性層と同時に活性層直下のn型InP半導体クラッド層も必ず深く削られたメサ構造となる。ウェットエッチングでは、エッチング溶液の温度、濃度、薬品の混合比等の微妙な変動により、エッチングレートが製造毎に変動しやすい。特にBrメタノールは揮発性であるため、エッチングレートが変動しやすい。さらに、ウエハの中央部と周辺部とにおけるエッチング溶液の攪拌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が一定になりにくい。このようなエッチングレートの変動は製造毎の、またウェハ面内でのエッチング深さのばらつきを生じるので、それに連動して活性層幅もばらつくことになる。したがって、活性層幅を一定に形成することが困難となり、レーザ特性の再現性や均一性を損なうおそれがある。
これに対し、本実施形態の半導体光素子51は、半導体基板61がGaAs半導体からなるので、例えば第1導電型半導体領域53の材料としてAlGaInPまたはGaInPを用いることができ、第1、第2のスペーサ層75、77にAlGaAs、GaAs、またはGaInAsPを用いることができ、且つ活性層55としNとGaとAsとを含むIII-V族化合物半導体、またはAlGaAs、GaAs、GaInAsP、GaInAsのいずれかを用いることができるので、エッチング液を適宜選択する(例えば燐酸系エッチャント)ことにより、第1導電型半導体領域53がエッチング停止層として機能し、第1、第2のスペーサ層75、77や活性層55のみをエッチングすることが可能となる。これにより、活性層とスペーサ層のメサエッチング深さに関して良好な再現性及び面内均一性が得られるので、活性層55の幅の再現性およびウェハ面内での均一性が格段に向上し、レーザ特性の再現性や均一性が改善される。
図16は、本実施形態の半導体光素子の別の変形例を示す断面図である。本変形例では、第1導電型半導体領域54が、第3の領域54a及び他の領域54bを有する。また、第2導電型半導体領域58が、第4の領域58a及び他の領域58bを有する。第1導電型半導体領域54の第3の領域54aは、第1導電型半導体領域54における第2導電型半導体領域58側の表面54cを含む。第2導電型半導体領域58の第4の領域58aは、第2導電型半導体領域58における第1導電型半導体領域54側の表面58c及び58dを含む。第1導電型半導体領域54において、第3の領域54aのドーパント濃度は他の領域54bのドーパント濃度と異なっている。第2導電型半導体領域58において、第4の領域58aのドーパント濃度は他の領域58bのドーパント濃度と異なっている。
図17(a)に示すグラフG5は、半導体光素子51bにおける電流−電圧特性を示すグラフである。図17(a)に示すグラフG6は、半導体光素子51bとは異なり、半導体光素子が高濃度の第3の領域54a及び第4の領域58aを備えない場合の電流−電圧特性を示すグラフである。また、図17(b)に示すグラフG7及びG8は、図17(a)に示すグラフG5及びG6にそれぞれ対応する電流−光出力特性を示すグラフである。半導体光素子51bでは、第3の領域54a及び第4の領域58aがそれぞれ領域54b及び58bと異なる濃度でドープされることによって、第3の領域54a及び第4の領域58aの擬フェルミレベル及び抵抗が変化し、第1導電型半導体領域54と第2導電型半導体領域58とのpn接合部分、並びに第1導電型半導体領域54、活性層55、及び第2導電型半導体領域58によるpin接合部分におけるターンオン電圧、及びpin接合部分がターンオンした後の線形動作領域における素子の直列抵抗が変化する。例えば、第3の領域54a及び第4の領域58aを領域54b及び58bよりも充分高濃度にドープすると、これらのクラッド部分の抵抗が下がるため、pn接合部分及びpin接合部分におけるターンオン電圧が低下する。したがって、図17(a)及び図17(b)に示すように、pin接合部分のターンオン電圧VA2がより低いターンオン電圧VA3に変化し、pn接合部分のターンオン電圧VB2がより低いターンオン電圧VB3に変化する。さらに、第3の領域54a及び第4の領域58aの抵抗値も低下するので、pin接合部分ターンオン後の線形動作領域における電流−電圧特性のグラフの傾き(直列抵抗)も低下する。この結果、pn接合部分がターンオンに至る電流値がIB2からIB3へと増大するので、電流−光出力特性における線形動作領域の範囲が拡大され、より大きな光出力を得ることができる。以上説明したように、本構造においては領域54a及び58aのドーパント濃度を変更することで、電流−電圧特性のターンオン電圧やターンオン後の直列抵抗を変化させ、その結果線形動作領域範囲を目的に応じて適宜変化させることが可能となる。なお、以上では領域54aと58aとが両方存在する場合について説明したが、どちらか一方の領域を導入した場合でも同様の効果が得られる。
なお、上述したようなターンオン電圧の制御は、第1導電型半導体領域54(第2導電型半導体領域58)全体のドーパント濃度を変化させることによっても可能である。また、ターンオン電圧の制御は、第1導電型半導体領域54及び第2導電型半導体領域58のうち一方の半導体領域のみドーパント濃度を調整することによっても可能である。上述の例では、第1導電型半導体領域54及び第2導電型半導体領域58における一部の領域のみドーパント濃度を変化させることにより、ドープ量の変更による素子特性への影響を抑えることもできる。また、上述した第1導電型半導体領域、または第2導電型半導体領域における一部あるいは全体のドーパント濃度変更によるターンオン電圧の制御法は、本実施形態の半導体光素子51bに限らず、第1実施形態の半導体光素子1や本発明に係る他の全ての半導体光素子にも適用することができる。
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、これらに限定されない。更なる変形例の半導体光素子では、第1及び第2導電型半導体領域がAlを含まない材料で形成されていてもよい。一般にAlを含む材料は酸化しやすいため、これを第1及び第2導電型半導体領域の材料として用いると、第1及び第2導電型半導体領域と活性層やスペーサ層との接合界面、及び第1及び第2導電型半導体領域同士の接合界面において、経時変化に伴う酸化が進行し、非発光センター等が増殖するおそれがある。その結果、半導体光素子の発光特性や信頼性が損なわれる。また、第1導電型半導体領域にAlを含む材料を用いると第1導電型半導体領域の表面が酸化されやすいため、その上に第2導電型半導体領域を成長させることが困難となるおそれがある。これに対し、第1及び第2導電型半導体領域がAlを含まない材料で形成されていれば、界面における非発光センター等の増殖を抑えるとともに、第2導電型半導体領域を結晶性よく成長させることができる。さらに第2導電型半導体領域がAlを含まない場合には、二回目の結晶成長工程において第2導電型半導体領域の残りとコンタクト層とを成長させる際も良好な結晶成長を実現できる。なお、このような材料としては例えばGaInPやGaInAsPなどが好適である。
また、第1導電型半導体領域において第2導電型半導体領域側の表面を含む領域、及び第2導電型半導体領域において第1導電型半導体領域側の表面を含む領域(例えば、図16の第3の領域54a及び第4の領域58a)がAlを含まない材料で形成されていてもよい。この構成によれば、第1及び第2導電型半導体領域がAlを含まない場合の効果と同様の効果を得ることができる。この構成では、第1及び第2導電型半導体領域うち他の半導体領域と接しない領域にはAlを含む材料を用いることが可能となるので、材料選択の幅がひろがり、設計の自由度がさらに増す。なお、このような構成に用いられる、Alを含まない材料としては、GaInP、GaAs、GaInAsPやGaInAsなどが好適である。
また、活性層やスペーサ層もAlを含まない材料で構成されていてもよい。この場合、全ての層はAlを含まない材料で構成される。従って、Al酸化に起因する諸問題が完全に排除され、より高性能、高信頼な半導体光素子が得られる。このような活性層の材料としては、GaAs、GaInAs、GaInAsPなどが、またスペーサ層の材料としてはGaInAsPまたはGaAsが好適である。
また、活性層が量子井戸構造を有する場合には、下地となる半導体基板または半導体層の格子定数に対し、活性層の格子定数の格子不整が±3%以内になるように活性層の組成が選択されていてもよい。量子井戸構造における井戸層の厚さは非常に薄くてよいため、このような格子不整の範囲で歪みがあっても、臨界膜厚からは十分に薄いのでミスフィット転位等の格子不整合に起因する結晶欠陥は生じず、実用上問題とはならない。この場合、活性層及び下地層の格子整合条件に関する制約が緩和されるので、より広範な組成の材料を選択できる。したがって、活性層のバンドギャップエネルギーの選択の幅がひろがり、設計の自由度が増す。
以上では好適な実施の形態として、半導体レーザ素子に適用した場合について、本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明はこれに限られるものでは無く、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、本発明は、発光ダイオード、半導体光増幅素子、電界吸収型変調素子及びそれらを集積した半導体光集積素子への適用も可能である。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。これら全ての素子形態において本発明を適用すれば、ヘテロ構造における活性層へのキャリア閉じ込めが強化され、素子の温度特性が効果的に改善される。また本発明の構造では半導体の結晶成長工程が2回で済むため、従来プロセスに比べてプロセスの簡略化、短時間化が実現され、歩留まり向上やコストダウンが図れる。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。
1,1a…半導体光素子、3…第1導電型半導体領域、3a…第1の半導体部、3b…第2の半導体部、3c…第1の領域、3d…第2の領域、5…活性層、7…第2導電型半導体領域、8a、8b…DBR部、11a…主面、11…半導体基板、11b…裏面、13…半導体メサ部、17…コンタクト層、21,23…電極、24、26、28、30…第1のDBR半導体層、51,51a…半導体光素子、53…第1導電型半導体領域、53a…第1の半導体部、53b…第2の半導体部、53c…第1の領域、53d…第2の領域、55…活性層、57…第2導電型半導体領域、58、60…DBR部、61a…主面、61…半導体基板、61b…裏面、63…半導体メサ部、62、64、66、68…DBR半導体層、67…コンタクト層、71,73…電極。
Claims (10)
- 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の領域の周囲に位置する第2の領域とを有しており、前記第2の半導体部は側面を有しており、前記第2の半導体部は前記第1の半導体部の前記第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側面を有する活性層を備え、
前記第1導電型半導体領域の前記第1の半導体部の前記第2の領域上、前記第2の半導体部の側面上、前記活性層上、及び前記活性層の側面上に設けられた第2導電型半導体領域を備え、
第1のDBR半導体層および第2のDBR半導体層が交互に配列された第1のDBR部と、第3のDBR半導体層および第4のDBR半導体層が交互に配列された第2のDBR部とを備え、前記第1導電型半導体領域、前記活性層、および前記第2導電型半導体領域は、前記第1のDBR部と前記第2のDBR部との間に設けられており、
前記第1導電型半導体領域及び前記第2導電型半導体領域のバンドギャップエネルギーは、前記活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第1導電型半導体領域の前記第1の半導体部の前記第2の領域と前記第2導電型半導体領域とがpn接合を構成している、半導体光素子。 - 第1の領域と前記第1の領域の周囲に位置する第2の領域とを有する第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側面を有する活性層と、
前記第1導電型半導体領域の前記第2の領域上、前記活性層上、及び前記活性層の側面上に設けられた第2導電型半導体領域と、
第1のDBR半導体層及び第2のDBR半導体層が交互に配列された第1のDBR部と、第3のDBR半導体層及び第4のDBR半導体層が交互に配列された第2のDBR部と
を備え、
前記第1導電型半導体領域、前記活性層、および前記第2導電型半導体領域は、前記第1のDBR部と前記第2のDBR部との間に設けられており、
前記第1導電型半導体領域及び前記第2導電型半導体領域のバンドギャップエネルギーは、前記活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第1導電型半導体領域の前記第2の領域と前記第2導電型半導体領域とがpn接合を構成している、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。
- 前記第1導電型半導体領域のバンドギャップエネルギーと前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差が4.8×10−20ジュール以上であり、
前記第2導電型半導体領域のバンドギャップエネルギーと前記活性層のバンドギャップエネルギーとの差が4.8×10−20ジュール以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体光素子。 - 前記第1導電型半導体領域及び前記第2導電型半導体領域は、AlGaAs、AlGaInP、GaInP、及びGaInAsPのうち少なくともいずれかの半導体材料から構成されており、
前記活性層は、少なくともNを含むIII−V族化合物半導体から構成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体光素子。 - 前記第2導電型半導体領域上に設けられた第2導電型のコンタクト層と、前記コンタクト層上に電極とを更に備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体光素子。
- 前記第1導電型半導体領域は、該第1導電型半導体領域における前記第2導電型半導体領域側の表面を含む第3の領域を有しており、
前記第3の領域のドーパント濃度は、前記第1導電型半導体領域における他の領域のドーパント濃度と異なる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体光素子。 - 前記第2導電型半導体領域は、該第2導電型半導体領域における前記第1導電型半導体領域側の表面を含む第4の領域を有しており、
前記第4の領域のドーパント濃度は、前記第2導電型半導体領域における他の領域のドーパント濃度と異なる、請求項1〜7のいずれか一項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のスペーサ層と、
前記第2導電型半導体領域と前記活性層との間に設けられた第2のスペーサ層と
を更に備える、請求項1〜請求項8のいずれか一項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、半導体光増幅素子、電界吸収型変調素子および発光ダイオードの少なくともいずれかを含む、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の半導体光素子。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004276013A JP2006093350A (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 半導体光素子 |
US11/230,926 US7379485B2 (en) | 2004-09-22 | 2005-09-21 | Semiconductor optical device |
US12/081,851 US7986721B2 (en) | 2004-09-22 | 2008-04-22 | Semiconductor optical device including a PN junction formed by a second region of a first conductive type semiconductor layer and a second conductive type single semiconductor layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004276013A JP2006093350A (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 半導体光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006093350A true JP2006093350A (ja) | 2006-04-06 |
Family
ID=36073012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004276013A Pending JP2006093350A (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 半導体光素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US7379485B2 (ja) |
JP (1) | JP2006093350A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9051178B2 (en) | 2012-01-05 | 2015-06-09 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Transmissive image modulator including stacked diode structure having multi absorption modes |
KR101838016B1 (ko) * | 2010-07-09 | 2018-03-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101014045B1 (ko) * | 2009-02-18 | 2011-02-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
CN105742433B (zh) * | 2016-04-29 | 2018-03-02 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种AlGaInP发光二极管 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1292040C (en) | 1988-08-26 | 1991-11-12 | Gadi Eisenstein | Semiconductor optical amplifier with shortened gain recovery time |
US5212701A (en) * | 1992-03-25 | 1993-05-18 | At&T Bell Laboratories | Semiconductor surface emitting laser having enhanced optical confinement |
JPH07302953A (ja) | 1994-05-06 | 1995-11-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子 |
JPH08148753A (ja) | 1994-11-22 | 1996-06-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ |
JPH11261157A (ja) | 1998-03-16 | 1999-09-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 面発光型半導体レーザ素子及びその作製方法 |
US5960024A (en) * | 1998-03-30 | 1999-09-28 | Bandwidth Unlimited, Inc. | Vertical optical cavities produced with selective area epitaxy |
JP3241326B2 (ja) | 1998-08-20 | 2001-12-25 | 日本電気株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
JP2000174342A (ja) | 1998-12-09 | 2000-06-23 | Showa Denko Kk | 窒化物半導体発光素子 |
JP2003115641A (ja) | 1999-02-10 | 2003-04-18 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
JP3551101B2 (ja) | 1999-03-29 | 2004-08-04 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
JP2003202529A (ja) | 2001-03-13 | 2003-07-18 | Ricoh Co Ltd | 半導体光変調器および半導体発光装置および波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システム |
KR100490436B1 (ko) * | 2003-07-03 | 2005-05-18 | 삼성전자주식회사 | 화상형성장치 |
JP4422597B2 (ja) * | 2004-12-02 | 2010-02-24 | 富士通株式会社 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
-
2004
- 2004-09-22 JP JP2004276013A patent/JP2006093350A/ja active Pending
-
2005
- 2005-09-21 US US11/230,926 patent/US7379485B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-04-22 US US12/081,851 patent/US7986721B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101838016B1 (ko) * | 2010-07-09 | 2018-03-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 |
US9051178B2 (en) | 2012-01-05 | 2015-06-09 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Transmissive image modulator including stacked diode structure having multi absorption modes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20080240195A1 (en) | 2008-10-02 |
US20060060875A1 (en) | 2006-03-23 |
US7379485B2 (en) | 2008-05-27 |
US7986721B2 (en) | 2011-07-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7638792B2 (en) | Tunnel junction light emitting device | |
JP2001511604A (ja) | トンネル・コンタクト・ホール・ソースを有する半導体装置及び方法 | |
Shang et al. | Low-threshold epitaxially grown 1.3-μm InAs quantum dot lasers on patterned (001) Si | |
JP2009182145A (ja) | 半導体光素子 | |
US6539040B2 (en) | Laser diode and fabrication process thereof | |
JP2003332694A (ja) | 半導体レーザ | |
US7817691B2 (en) | Light emitting device | |
JP2005286192A (ja) | 光集積素子 | |
US7986721B2 (en) | Semiconductor optical device including a PN junction formed by a second region of a first conductive type semiconductor layer and a second conductive type single semiconductor layer | |
US7323722B2 (en) | Semiconductor optical device | |
US7271422B2 (en) | Semiconductor optical device | |
JP2005051124A (ja) | 面発光型半導体素子 | |
JP2010021430A (ja) | 半導体光素子 | |
US7838893B2 (en) | Semiconductor optical device | |
JP5181420B2 (ja) | 面発光半導体レーザ | |
JP2006005167A (ja) | 半導体光素子 | |
JP2005136371A (ja) | ストレイン補償多重量子井戸を用いる単一モード型レーザダイオード及びその製造方法 | |
JP2004111743A (ja) | 半導体光素子 | |
JP5200676B2 (ja) | 半導体光素子 | |
KR20040098798A (ko) | 양자점 구조를 활성층으로 이용하는 고휘도 발광소자 및그 제조 방법 | |
JP2007005642A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP4178901B2 (ja) | 半導体光デバイス、及び半導体光デバイスを製造する方法 | |
JP2003060309A (ja) | 半導体レーザ | |
JPH1140897A (ja) | 半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
JPH11317563A (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090105 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090401 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090601 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090804 |