JP2014154797A - 半導体光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光フィールドをｎ型クラッド層側に偏在させ、かつ結晶欠陥の発生しにくい構造の半導体光素子を提供する。
【解決手段】 ＩｎＰからなる基板の上に、基板に格子整合するＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる高屈折率層を含むｎ型クラッド層が配置されている。ｎ型クラッド層の上にＩｎＰからなる中間層が配置されている。中間層の上に、メサストライプ構造が配置されている。メサストライプ構造は、多重量子井戸構造を有する活性層、及び活性層の上に配置されたｐ型クラッド層を含む。メサストライプ構造の両側に電流阻止領域が配置されている。一対の電極が、活性層にキャリアを注入する。ｎ型クラッド層の実効屈折率が、ｐ型クラッド層の実効屈折率より高い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メサストライプ構造内に活性層を含む半導体光装置に関する。

ＩｎＰ基板上の１．２μｍ〜１．６μｍ帯の高出力レーザ素子に、ＧａＩｎＡｓＰ系の活性層をＩｎＰのクラッドで埋め込んだ埋め込みヘテロ構造（ＢＨ構造）が採用されている。半導体レーザの光損失の要因の１つとして、価電子帯間吸収が挙げられる。価電子帯間吸収の大きさは正孔密度に比例するため、ｐ型クラッド層での価電子帯間吸収が、光損失に大きな影響を与える。

下記の特許文献１に、光フィールドをｎ型クラッド側に偏在させた半導体レーザが開示されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＩｎＰ及びｐ型ＩｎＰからなるクラッドが用いられる。ｎ型クラッド層の一部に、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなる光フィールド制御層が挿入される。下記の特許文献２に開示された半導体レーザにおいては、ｎ型クラッド層がＧａＩｎＡｓＰで形成される。ＧａＩｎＡｓＰの屈折率は、ＩｎＰの屈折率より大きいため、光フィールドがｎ型クラッド層の方に偏在する。下記の特許文献３に、活性層にＡｌＧａＩｎＡｓを用いた半導体レーザが開示されている。活性層は、基板上に形成されたメサ内に配置され、その両側に、電流阻止層が配置される。

光フィールドをｐ型クラッド層からｎ型クラッド層の方に偏在させることにより、ｐ型クラッド層内での価電子帯間吸収による光損失を低減させることができる。

特開２０００−１７４３９４号公報 特開２００４−１５３２１２号公報 特開２００１−１０２３５５号公報

ＩｎＰに格子整合する条件の下で、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなるクラッド層の屈折率が大きくなる組成にすると、そのバンドギャップエネルギーが小さくなる。ｎ型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、キャリアを活性層に閉じ込めるために、ＩｎＰのバンドギャップエネルギーに近いことが好ましい。ＧａＩｎＡｓＰのバンドギャップエネルギーをＩｎＰのバンドギャップエネルギーに近づけると、ＩｎＰとＧａＩｎＡｓＰとの屈折率の差も小さくなる。ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との屈折率差が小さいと、光フィールドをｎ型クラッド層側に偏在させるために、ｎ型クラッド層を十分厚くしなければならない。例えば、特許文献２に開示された半導体レーザのｎ型クラッド層の厚さは７．５μｍにされている。

ＧａＩｎＡｓＰをこのような厚さに成膜すると、メサを形成する際に、メサの両側にＡｓを含むｎ型クラッド層が露出する。メサ形成後、メサの両側に、電流阻止層を再成長させる。電流阻止層には、通常ＩｎＰが用いられる。Ａｓを含むｎ型クラッド層の表面に、Ｐを含む半導体層を成長させる場合、その成長界面（以下、「Ａｓ／Ｐ界面」という、）に結晶欠陥が発生しやすい。この結晶欠陥が、半導体レーザ素子の信頼性低下や歩留り低下の原因となることが懸念される。

本発明の目的は、光フィールドをｎ型クラッド層側に偏在させ、かつ結晶欠陥の発生しにくい構造の半導体光装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
ＩｎＰからなる基板と、
前記基板の上に配置され、ＩｎＰからなる前記基板に格子整合するＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる高屈折率層を含むｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上に配置されたＩｎＰからなる中間層と、
前記中間層の上に配置され、多重量子井戸構造を有する活性層、及び前記活性層の上に配置されたｐ型クラッド層を含むメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側に配置された電流阻止領域と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極と
を有し、
前記ｎ型クラッド層の実効屈折率が、前記ｐ型クラッド層の実効屈折率より高い半導体光装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
ＩｎＰからなる基板上に、前記基板に格子整合するＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる高屈折率層を含むｎ型クラッド層を形成する工程と、
前記ｎ型クラッド層の上にＩｎＰからなる中間層を形成する工程と、
前記中間層の上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層の上にｐ型クラッド層を形成する工程と、
前記活性層及び前記ｐ型クラッド層の一部分を、前記中間層が露出するまでエッチングして、前記活性層及び前記ｐ型クラッド層を含むメサストライプ構造を残す工程と、
前記メサストライプ構造の両側の前記基板の上に電流阻止領域を形成する工程と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極を形成する工程と
を有し、
前記ｎ型クラッド層の実効屈折率が、前記ｐ型クラッド層の実効屈折率より高い半導体光装置の製造方法が提供される。

ｎ型クラッド層に、ｐ型クラッド層より屈折率の高いＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰを用いることにより、光フィールドをｎ型クラッド層側に偏在させることができる。ｎ型クラッド層の上にＡｓを含まない中間層を配置することにより、Ａｓ／Ｐ界面に起因する結晶欠陥の発生を抑制することができる。

図１Ａは、実施例１による半導体光素子の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。 図２Ａは、実施例１による半導体光素子のコア層の断面図であり、図２Ｂは、実施例１の変形例による半導体光素子のコア層の断面図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、実施例１による半導体光素子の製造途中段階における断面図である。 図３Ｃ及び図３Ｄは、実施例１による半導体光素子の製造途中段階における断面図である。 図４は、実施例１の変形例による半導体光素子の断面図である。 図５Ａは、実施例２による半導体光素子の製造途中段階における断面図である、図５Ｂは、実施例２による半導体光素子の断面図である。 図６は、実施例２の変形例による半導体光素子の断面図である。 図７は、実施例３による半導体光装置の概略断面図である。 図８Ａ〜図８Ｄは、実施例１、実施例２、及びそれらの変形例による半導体光素子をヒートシンクに搭載したときの半導体光素子及びヒーシンクの断面図である。

［実施例１］
図１Ａに、実施例１による半導体光素子２０の例として半導体レーザの平面図を示す。長方形の平面形状を有する基板２１の上に、一方向に長いメサストライプ構造３０が形成されている。基板２１及びメサストライプ構造３０は、メサストライプ構造３０の長手方向と交差する一対の端面を有する。一方の端面に高反射膜３１が形成され、他方の端面に反射防止膜３２が形成されている。メサストライプ構造３０内で誘導放出により発生したレーザビームが、反射防止膜３２から外部に放射される。なお、反射防止膜３２を無反射コーティングにすることにより、半導体光素子を、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザとして動作させることも可能である。他の例として、両端を無反射コーティングにすることにより、半導体光素子を、半導体光増幅器（ＳＯＡ）として動作させることも可能である。

図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図を示す。ｎ型ＩｎＰからなる基板２１の上に、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなるｎ型クラッド層２２が形成され、その上にｎ型ＩｎＰからなる中間層３６が形成されている。中間層３６の厚さは、例えば１０ｎｍ程度である。中間層３６の上に、メサストライプ構造３０が形成されている。中間層３６は、メサストライプ構造３０の両側の領域まで広がり、ｎ型クラッド層２２の全面を覆う。基板２１の面方位は（１００）である。メサストライプ構造３０は、コア層３５、及びその上に配置されたｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層２６を含む。

コア層３５は、ｎ側分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層２３とｐ側分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層２５とで、活性層２４を挟んだ積層構造を有する。活性層２４に対して、ｎ側ＳＣＨ層２３がｎ型クラッド層２２側に配置され、ｐ側ＳＣＨ層２６がｐ型クラッド層２６側に配置されている。ｎ型クラッド層２２を形成するＧａＩｎＡｓＰの各元素の組成比は、ＩｎＰの基板２１に格子整合するように選択されている。コア層３５の詳細な構造については、後に図２Ａを参照して説明する。

メサストライプ構造３０の両側の中間層３６の上に、それぞれ電流阻止領域４０が配置されている。電流阻止領域４０は、ｐ型ＩｎＰ層４１とｎ型ＩｎＰ層４２とを含む。ｎ型ＩｎＰ層４２とｐ型ＩｎＰ層４１との上下関係は、ｎ型クラッド層２２とｐ型クラッド層２６との上下関係と逆である。実施例１においては、ｐ型ＩｎＰ層４１がｎ型ＩｎＰ層４２の下に配置されている。

ｐ型ＩｎＰ層４１及びｎ型ＩｎＰ層４２の代わりに、それぞれｐ型ＩｎＰ系材料層及びｎ型ＩｎＰ系材料層を用いてもよい。ここで、「ＩｎＰ系材料」とは、ＩＩＩ族元素としてＩｎを含み、Ｖ族元素としてＰを含み、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長可能な化合物半導体材料を意味する。ＩｎＰ系材料の例として、ＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ等が挙げられる。

ｐ型クラッド層２６及び電流阻止領域４０の上に、２層目のｐ型クラッド層２７が配置されている。２層目のｐ型クラッド層２７は、ｐ型ＩｎＰで形成される。２層目のｐ型クラッド層２７の上に、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰまたはｐ型ＧａＩｎＡｓからなるｐ型コンタクト層３３が配置されている。ｐ型コンタクト層３３の上にｐ側電極２８が形成されている。基板２１の背面に、ｎ側電極２９が形成されている。ｐ側電極２８は、ｐ型コンタクト層３３にオーミックコンタクトし、ｎ側電極２９は、基板２１にオーミックコンタクトする。

メサストライプ構造３０の厚さ方向に順方向バイアスが印加されるように、ｎ側電極２９及びｐ側電極２８に直流電圧が印加される。このとき、電流阻止領域４０のｐｎ接合には逆方向バイアスが印加されるため、電流阻止領域４０にはほとんど電流が流れない。このため、メサストライプ構造３０に電流が集中し、活性層２４へのキャリアの注入効率を高めることができる。

ｎ型クラッド層２２の屈折率がｐ型クラッド層２６の屈折率より高い。このため、光フィールド４５がｐ型クラッド層２６からｎ型クラッド層２２の方に偏在する。

図２Ａに、コア層３５の断面図を示す。活性層２４が、ｎ側ＳＣＨ層２３とｐ側ＳＣＨ層２５とで挟まれている。活性層２４は、バリア層２４Ｂと井戸層２４Ｗとを含む多重量子井戸構造を有する。バリア層２４Ｂと井戸層２４Ｗとは交互に積層されており、積層方向の両端にバリア層２４Ｂが配置される。バリア層２４Ｂ及び井戸層２４Ｗは、アンドープのＧａＩｎＡｓＰ系材料で形成されている。ここで、ＧａＩｎＡｓＰ系材料とは、ＩＩＩ族元素としてＧａ及びＩｎを含み、Ｖ族元素としてＡｓ及びＰを含む化合物半導体材料を意味する。バリア層２４Ｂのバンドギャップエネルギーが井戸層２４Ｗのバンドギャップエネルギーより大きくなるように、構成元素の組成比が選択されている。

ｎ側ＳＣＨ層２３は、バンドギャップエネルギーが相互に異なる３層のアンドープのＧａＩｎＡｓＰ系材料層２３Ａ〜２３Ｃで構成されている。ｎ側ＳＣＨ層２３内のバンドギャップエネルギーは、ｎ型クラッド層２２から活性層２４に向かって、階段状に小さくなっている。バンドギャップエネルギーが相互に異なるＧａＩｎＡｓＰ系材料層を４層以上にしてもよい。または、ｎ側ＳＣＨ層２３を、活性層２４に向かってバンドギャップエネルギーが連続的に小さくなる構成としてもよい。ｐ側ＳＣＨ層２５は、ｎ側ＳＣＨ層２３を上下反転させた構造を有する。すなわち、ｐ側ＳＣＨ層２５も、バンドギャップエネルギーの異なる３層のアンドープのＧａＩｎＡｓＰ系材料層２５Ａ〜２５Ｃを含む。ｐ側ＳＣＨ層２５内のバンドギャップエネルギーも、ｐ型クラッド層２６から活性層２４に向かって階段状または連続的に小さくなる。

図２Ｂに示すように、バリア層２４Ｂ及び井戸層２４Ｗを、アンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ系材料で形成してもよい。ここで、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料とは、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｇａ及びＩｎを含み、Ｖ族元素としてＡｓを含む化合物半導体材料を意味する。この場合も、バリア層２４Ｂのバンドギャップエネルギーが井戸層２４Ｗのバンドギャップエネルギーより大きくなるように、構成元素の組成比が選択される。この場合、ｎ側ＳＣＨ層２３及びｐ側ＳＣＨ層２５も、活性層２４と同様に、ＧａＩｎＡｓＰ系材料に代えて、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料で形成することが好ましい。

ｎ側ＳＣＨ層２３及びｐ側ＳＣＨ層２５は、活性層２４より大きいバンドギャップエネルギーを有し、キャリアを活性層２４に閉じ込める。ｎ側ＳＣＨ層２３及びｐ側ＳＣＨ層２５の屈折率は活性層２４の屈折率より小さい。ただし、ｎ側ＳＣＨ層２３及びｐ側ＳＣＨ層２５は、光を閉じ込めるための十分な厚さを有しないため、これらの層の光閉じ込め機能は小さい。光閉じ込め機能は、主としてｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２６で実現される。

次に、図３Ａ〜図３Ｄを参照して、実施例１による半導体光素子の製造方法について説明する。

図３Ａに示すように、ｎ型ＩｎＰからなる基板２１の上に、ｎ型クラッド層２２、中間層３６、ｎ側ＳＣＨ層２３、活性層２４、ｐ側ＳＣＨ層２５、及びｐ型クラッド層２６を
順番に成長させる。これらの膜の成長には、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等を適用することができる。ｐ型クラッド層２６の上にマスクパターン４６を形成する。マスクパターン４６は、メサストライプ構造３０（図１Ａ）に整合する平面形状を有する。

図３Ｂに示すように、マスクパターン４６をエッチングマスクとして用いて、ｐ型クラッド層２６及びコア層３５をエッチングし、中間層３６の表層部でエッチングを停止させる。このエッチングには、ドライエッチングまたはウェットエッチングを適用することができる。このエッチングにより、コア層３５及びｐ型クラッド層２６を含むメサストライプ構造３０が形成される。メサストライプ構造３０の側面は、メサストライプ構造３０の底部が頂部より広くなる向きに傾斜している。メサストライプ構造３０は、いわゆる「順メサ構造」を有する。中間層３６は、ｎ型クラッド層２２の表面の全域に残存する。

図３Ｃに示すように、メサストライプ構造３０の両側の中間層３６の上に、ｐ型ＩｎＰ層４１及びｎ型ＩｎＰ層４２を形成する。これにより、メサストライプ構造３０の両側に埋め込まれた電流阻止領域４０が形成される。ｐ型ＩｎＰ層４１及びｎ型ＩｎＰ層４２の形成には、マスクパターン４６をマスクとして用いた選択成長が適用される。電流阻止領域４０を形成した後、マスクパターン４６を除去する。

図３Ｄに示すように、メサストライプ構造３０及び電流阻止領域４０の上に、ｐ型クラッド層２７及びｐ型コンタクト層３３を形成する。ｐ型クラッド層２７及びｐ型コンタクト層３３の形成には、例えばＭＯＣＶＤ法が適用される。その後、図１Ｂに示したように、ｐ側電極２８及びｎ側電極２９を形成する。メサストライプ構造３０に直交する方向にへき開し、複数のレーザチップが横方向に並んだレーザバーの状態にする。このへき開により、レーザチップの端面が露出する。図１Ａに示したように、レーザバーの露出した端面に、高反射膜３１及び反射防止膜３２を形成する。その後、ｐ側電極２８からｎ側電極２９までの積層構造をレーザチップ単位に分割する。

次に、ｎ型ＩｎＰからなる中間層３６を配置する効果について説明する。中間層３６は、メサストライプ構造３０（図３Ｂ）を形成するときに、エッチング停止層として機能する。さらに中間層３６は、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなるｎ型クラッド層２２が大気に暴露されることを防止する保護膜としても機能する。

電流阻止領域４０（図３Ｃ）を再成長させるときの下地表面が中間層となるため、再成長界面がＡｓを含まない。このため、Ａｓ／Ｐ界面に起因する結晶欠陥の発生を防止することができる。電流阻止領域４０を再成長させるときの下地表面が、電流阻止領域４０と同一の材料であるＩｎＰで形成されているため、再成長界面に結晶欠陥が生じにくい。

上記実施例１では、ｎ型クラッド層２２（図１Ｂ）をｎ型ＧａＩｎＡｓＰからなる単一の層で形成したが、相互に組成の異なる複数の混晶半導体層で形成してもよい。このとき、少なくとも１つの層は、ＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰを含む高屈折率層とする。この高屈折率層が、図１Ｂに示したＧａＩｎＡｓＰからなるｎ型クラッド層２２と同じ機能を有する。すなわち、高屈折率層の屈折率は、ｐ型クラッド層２６の屈折率より高い。このため、高屈折率層を含むｎ型クラッド層２２の実効屈折率は、ｐ型クラッド層の実効屈折率より高い。実施例１では、ｎ型クラッド層２２が高屈折率層として機能する。光フィールドをｎ型クラッド層２２の方に十分偏在させるために、高屈折率層の厚さを５００ｎｍ以上とすることが好ましい。

例えば、高屈折率層を、組成が相互に異なる複数のＧａＩｎＡｓＰ系材料層またはＡｌＧａＩｎＡｓＰ系材料層を含む積層構造としてもよい。例えば、ｎ型クラッド層２２を、
ＧａＩｎＡｓＰ層とＩｎＰ層とを含む多層構造としてもよい。

実施例１による半導体光素子は、例えばエルビウムドープファイバ増幅器用の励起用光源として使用される。この用途で使用する場合、活性層２４のバリア層２４Ｂと井戸層２４Ｗ（図２Ａ）のＧａＩｎＡｓＰの構成元素の組成比は、発振波長が約１４００ｎｍ以上１５００ｎｍ未満の波長、一例として１４８０ｎｍになるように選択される。その他に、実施例１による半導体光素子は、１．５μｍ帯等のフルバンドチューナブルレーザモジュールの半導体光増幅器（ＳＯＡ）に適用することができる。

さらに、実施例１では、メサストライプ構造３０（図１Ｂ）の両側に、厚さ１０ｎｍ程度の薄い中間層３６を介して、ＩｎＰより屈折率の高いＧａＩｎＡｓＰからなるｎ型クラッド層２２が広がっている。このため、横方向に関して、メサストライプ構造３０内の領域と、それよりも外側の領域との実効屈折率差が小さくなる。その結果、高次横モードのカットオフメサ幅が広くなる。例えば、メサストライプ構造３０の頂部の幅を３μｍ以上にしても、高次横モードの発生を抑制し、単一モードで発振させることができる。メサ幅を広くすることにより、素子抵抗を低減させることが可能になる。

［実施例１の変形例］
図４に、実施例１の変形例による半導体光素子の断面図を示す。この変形例では、電流阻止領域４０に、単層の半絶縁性ＩｎＰ系材料層が用いられる。半絶縁性ＩｎＰ系材料として、例えばＦｅドープＩｎＰが挙げられる。

［実施例２］
図５Ａに、実施例２による半導体光素子の断面図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例１では、ｎ型ＩｎＰからなる中間層３６（図１Ｂ）が、ｎ型クラッド層２２の全面を覆っていた。実施例２では、ｎ型ＩｎＰからなる中間層３６が、メサストライプ構造３０の下部のみに配置されており、メサストライプ構造３０の両側には、中間層３６が広がっていない。

次に、実施例２による半導体光素子の製造方法について説明する。実施例１の図３Ｂに示した状態に至るまでの工程は、実施例１と実施例２とで共通である。

図５Ｂ示すように、メサストライプ構造３０の両側に露出している中間層３６（図３Ｂ）をドライエッチングする。以下、ドライエッチングの工程について具体的に説明する。メサストライプ構造３０の両側に中間層３６が露出した状態の基板（図３Ｂ）を、電流阻止領域４０（図５Ａ）を形成するための結晶成長装置のチャンバ内に装填する。チャンバ内にエッチングガスを供給することにより、中間層３６をエッチングする。エッチングガスとして、ＧａＩｎＡｓＰに対してＩｎＰを選択的にエッチングできるガス、例えばＣＢｒ_４を用いることができる。中間層３６がエッチングされた領域に、ｎ型クラッド層２２が露出する。

図５Ａに示したように、露出したｎ型クラッド層２２の上に、電流阻止領域４０を選択成長させる。中間層３６のエッチング及び電流阻止領域４０の再成長を、同一のチャンバ内で行うため、ｎ型クラッド層２２の露出した表面が大気に暴露されることがない。このため、電流阻止領域４０の結晶性を良好に保って、結晶成長を行うことが可能である。

中間層３６のエッチングと、電流阻止領域４０の再成長とを、必ずしも同一のチャンバ内で行う必要はない。例えば、エッチング用チャンバと、結晶成長用チャンバとが、相互に連結された半導体製造装置を用いてもよい。中間層３６のエッチングが終了すると、エッチング用チャンバから結晶成長用チャンバに、基板が大気に暴露されることなく搬送さ
れる。このように、ｎ型クラッド層２２が露出した後、電流阻止領域４０を成長させるまでの間、ｎ型クラッド層２２の表面が大気に暴露されないプロセスを採用すればよい。

通常、メサストライプ構造を形成するために、基板表面を一度大気に暴露すると、表面に酸化膜が形成される。この酸化膜により、再成長界面に欠陥を生じさせる恐れがある。このため、再成長を行う直前に、硫酸などで前処理を行う必要がある。しかしながら、硫酸処理を行ったとしても、硫酸処理から、基板を再成長用の装置内に配置するまでの間に、基板表面に薄い酸化膜が形成されてしまう。中間層３６を装置内でエッチングする方法でも、基板を装置内に配置する前に、硫酸処理を行う必要がある。実施例２のように装置内でＩｎＰ中間層３６のエッチングを行うことにより、基板の移動中に形成されたメサストライプ構造３０の両側のＩｎＰ中間層３６上の酸化膜をＩｎＰ中間層ごと除去することができる。実施例２では、メサストライプ構造３０の両側の広い領域に形成されていた薄い酸化膜を除去できるので、再成長を行う際、Ａｓ／Ｐ界面が露出したとしても、欠陥を生じるリスクを少なくできる。

［実施例２の変形例］
図６に、実施例２の変形例による半導体光素子の断面図を示す。実施例２では、電流阻止領域４０が、ｐ型ＩｎＰ層４１とｎ型ＩｎＰ層４２との２層で構成されていた。実施例２の変形例では、電流阻止領域４０が、この２層の他にＡｌＧａＩｎＡｓ層４３を含む。図６は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層４３を、ｐ型ＩｎＰ層４１とｎ型ＩｎＰ層４２との間に配置した例を示している。ＡｌＧａＩｎＡｓ層４３は、電流阻止領域４０内の他の位置に挿入してもよい。例えば、ｐ型ＩｎＰ層４１とｎ型クラッド層２２との間に挿入してもよい。この構成の場合には、ＡｌＧａＩｎＡｓの導電型をｐ型とする。また、ｎ型ＩｎＰ層４２の上にｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層４３を配置してもよい。

実施例２の変形例では、メサストライプ構造３０の両側に、ＩｎＰより屈折率の高いＡｌＧａＩｎＡｓ層４３が配置されている。このため、実施例２に比べて、横方向に関する屈折率差が低減され、高次横モードのカットオフメサ幅が、より広くなる。すなわち、メサストライプ構造３０の頂部のメサ幅Ｗを広くしても、シングルモードで発振させることができる。実施例２に比べて、メサ幅Ｗを広くすることができるため、素子抵抗を低減させることが可能になる。

ＡｌＧａＩｎＡｓ層４３に代えて、ＩｎＰより屈折率が高く、ＩｎＰに格子整合する材料を用いてもよい。このような材料として、ＡｌＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ等が挙げられる。

［実施例３］
図７に、実施例３による半導体装置の例として、励起用光源の断面図を示す。実施例３による半導体装置は、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器の励起用光源として使用される。セラミックス製のパッケージ６０の底面に、温度調整モジュール６１が搭載されている。温度調整モジュール６１には、例えばペルチェ素子が用いられる。温度調整モジュール６１の上にベース６２が固定されている。

ベース６２に、ヒートシンク６３、レンズ６６、アイソレータ６７、及びフォトディテクタ７０が固定されている。ヒートシンク６３に、半導体光素子６４及びサーミスタ６５が搭載されている。半導体光素子６４には、上記実施例１、実施例２、またはこれらの変形例による半導体光素子が用いられる。パッケージ６０の側面に貫通孔が形成されており、この貫通孔内に、レンズ６８、及び光ファイバ６９の入射端が固定されている。

温度調整モジュール６１は、ヒートシンク６３を介して半導体光素子６４の温度を調節
する。一般的には、半導体光素子６４が温度調整モジュール６１によって冷却される。なお、温度調整モジュール６１を省略し、ヒートシンク６３からの自然放熱により半導体光素子６４を冷却してもよい。ヒートシンク６３は、放熱フィンが設けられた外形を有するものに限定されない。例えば、熱伝導率の高い金属板をヒートシンク６３として用いることも可能である。半導体光素子６４から出射したレーザビームが、レンズ６６でコリメートされる。コリメートされたレーザビームが、アイソレータ６７を経由してレンズ６８に入射する。レンズ６８は、入射したレーザビームを、光ファイバ６９の入射端面に集光する。サーミスタ６５は、ヒートシンク６３を介して、半導体光素子６４の動作中の温度を計測する。半導体光素子６４の高反射膜から漏れたレーザビームが、フォトディテクタ７０で検出される。

図８Ａ〜図８Ｄに、それぞれ実施例１（図１Ｂ）、実施例１の変形例（図４）、実施例２（図５Ａ）、及び実施例２の変形例（図６）による半導体光素子６４をヒートシンク６３に搭載した時のヒートシンク６３及び半導体光素子６４の断面図を示す。実施例１、実施例２、及びこれらの変形例による半導体光素子６４の実装形態は、ジャンクションダウンである。

いずれの場合も、コア層３５から見て、ｎ型クラッド層２２が、ヒートシンク６３とは反対側に位置する姿勢で、半導体光素子６４がヒートシンク６３に実装される。通常、三元または四元混晶半導体は、ＩｎＰ等の二元化合物半導体よりも熱伝導率が低い。図８Ａ〜図８Ｄに示した実装形態では、発熱源である活性層２４とヒートシンク６３との間に、三元または四元混晶半導体のｎ型クラッド層２２が配置されない。すなわち、一対の電極のうち、活性層２４から見てｎ型クラッド層２２とは反対側の電極が、温度調整モジュール６１（図７）に熱的に結合している。この構成により、活性層２４（図２Ａ、図２Ｂ）を効率的に冷却することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０ 半導体光素子
２１ 基板
２２ ｎ型クラッド層
２３ ｎ側分離閉じ込めヘテロ構造層（ｎ側ＳＣＨ層）
２４ 活性層
２４Ｂ バリア層
２４Ｗ 井戸層
２５ ｐ側分離閉じ込めヘテロ構造層（ｐ側ＳＣＨ層）
２６ ｐ型クラッド層
２７ ２層目のｐ型クラッド層
２８ ｐ側電極
２９ ｎ側電極
３０ メサストライプ構造
３１ 高反射膜
３２ 反射防止膜
３３ ｐ型コンタクト層
３５ コア層
３６ 中間層
４０ 電流阻止領域
４１ ｐ型ＩｎＰ層
４２ ｎ型ＩｎＰ層
４３ ＡｌＧａＩｎＡｓ層
４５ 光フィールド
４６ マスクパターン
６０ パッケージ
６１ 温度調整モジュール
６２ ベース
６３ ヒートシンク
６４ 半導体光素子
６５ サーミスタ
６６ レンズ
６７ アイソレータ
６８ レンズ
６９ 光ファイバ
７０ フォトディテクタ

Claims (12)

1. ＩｎＰからなる基板と、
   前記基板の上に配置され、ＩｎＰからなる前記基板に格子整合するＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる高屈折率層を含むｎ型クラッド層と、
   前記ｎ型クラッド層の上に配置されたＩｎＰからなる中間層と、
   前記中間層の上に配置され、多重量子井戸構造を有する活性層、及び前記活性層の上に配置されたｐ型クラッド層を含むメサストライプ構造と、
   前記メサストライプ構造の両側に配置された電流阻止領域と、
   前記活性層にキャリアを注入する一対の電極と
   を有し、
   前記ｎ型クラッド層の実効屈折率が、前記ｐ型クラッド層の実効屈折率より高い半導体光装置。
2. 前記中間層は、前記メサストライプ構造の両側の前記ｎ型クラッド層を覆う請求項１に記載の半導体光装置。
3. 前記活性層は、ＧａＩｎＡｓＰ系材料層及びＡｌＧａＩｎＡｓ系材料層の少なくとも一方を含む多重量子井戸構造を有する請求項１または２に記載の半導体光装置。
4. 前記電流阻止領域は、少なくともｎ型ＩｎＰ系材料層とｐ型ＩｎＰ系材料層とを含み、前記ｎ型ＩｎＰ系材料層が前記ｐ型ＩｎＰ系材料層の上に配置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体光装置。
5. 前記電流阻止領域は、半絶縁性のＩｎＰ層を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体光装置。
6. さらに、
   前記活性層と前記中間層との間に配置されたｎ側分離閉じ込めヘテロ層と、
   前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に配置されたｐ側分離閉じ込めヘテロ層と
   を有し、
   前記ｎ側分離閉じ込めヘテロ層及び前記ｐ側分離閉じ込めヘテロ層の各々は、ＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓを含み、前記活性層に向かってバンドギャップエネルギーが連続的に、または階段状に小さくなっている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光装置。
7. 前記電流阻止領域は、さらに、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＡｌＩｎＡｓからなる層を含む請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体光装置。
8. 前記メサストライプ構造の前記活性層の幅が３μｍ以上である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体光装置。
9. さらに、ヒートシンクを有し、
   前記一対の電極の一方は前記基板の背面に形成され、他方は前記メサストライプ構造の上に形成されており、
   前記一対の電極のうち、前記活性層から見て前記ｎ型クラッド層とは反対側の電極が、前記ヒートシンクに熱的に結合している請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体光装置。
10. 前記基板及び前記メサストライプ構造は、前記メサストライプ構造の長手方向と交差す
    る一対の端面を含み、
    さらに、
    入射端面を有する光ファイバと、
    前記一対の端面の一方から出射したレーザビームを、前記光ファイバの前記入射端面に結合させるレンズと
    を有する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体光装置。
11. ＩｎＰからなる基板上に、前記基板に格子整合するＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる高屈折率層を含むｎ型クラッド層を形成する工程と、
    前記ｎ型クラッド層の上にＩｎＰからなる中間層を形成する工程と、
    前記中間層の上に、活性層を形成する工程と、
    前記活性層の上にｐ型クラッド層を形成する工程と、
    前記活性層及び前記ｐ型クラッド層の一部分を、前記中間層が露出するまでエッチングして、前記活性層及び前記ｐ型クラッド層を含むメサストライプ構造を残す工程と、
    前記メサストライプ構造の両側の前記基板の上に電流阻止領域を形成する工程と、
    前記活性層にキャリアを注入する一対の電極を形成する工程と
    を有し、
    前記ｎ型クラッド層の実効屈折率が、前記ｐ型クラッド層の実効屈折率より高い半導体光装置の製造方法。
12. 前記中間層が露出するまでエッチングした後、前記電流阻止領域を形成する前に、さらに、前記メサストライプ構造の両側に露出している前記中間層をエッチングして、前記ｎ型クラッド層を露出させる工程を有し、
    前記ｎ型クラッド層が露出した後、前記電流阻止領域を形成するまでの間、露出している前記ｎ型クラッド層の表面を大気に暴露させない請求項１１に記載の半導体光装置の製造方法。

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