JP3742317B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に係わり、特に、広帯域波長のレーザ光を出力できる半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムの発展に伴い、光通信ケーブルを介しての遠距離通信が実用化されている。このような光通信システムに光源として採用される光源装置においては、高効率でかつ高出力の特性が求められる。さらに、光通信ケーブルを用いた光通信を効率的に実施するために、波長が異なる複数の光信号を一つの光信号に合成して送信する波長多重通信システムが実用化されている。
【０００３】
このような波長多重通信システムの検査のために採用される波長可変光源装置に組込まれる半導体発光素子においては、上述した特性の他に、出力されるレーザ光の波長が広帯域に変化でき、かつ各波長におけるレベルに大きな変化がないことが要求されている。
【０００４】
また、同波長多重通信システムに用いられる半導体光増幅器には、広い波長域に亘り、利得レベル変動が少ないことが要求されている。
【０００５】
波長可変光源装置は、図１０（ａ）に示すように、内部にメサストライプ部３が形成された埋込み型の半導体発光素子１からの光を回折格子などの波長選択手段を用いて帰還させることで所望の波長のレーザ光４を得るという構成になっている。半導体発光素子１の端面２ａ、２ｂのうち少なくとも回折格子側の端面２ａは、多重反射を抑えるために無反射膜が施されている。当然、広い波長範囲に亘って滑らかに変化することが望ましい。
【０００６】
しかし、実際には、無反射膜でも残留反射率があるために、波長変化により出力が周期的に変動したり波長が飛ぶというような問題が生じる。
また、図１０（ｂ）に示すように、半導体発光素子を半導体光増幅器として使用する場合も両端面に無反射膜を施す。しかし、この場合においても、残留反射率により利得の波長依存性にうねりが生じる。
【０００７】
このような不都合を解消するために、半導体発光素子の両端面に無反射膜を施す場合、図１１に示すように、活性層を含むメサストライプ部３の端面７ａ、７ｂが、半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂの内側に位置するように、メサストライプ部３の端面７ａ、７ｂと半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂとの間に窓領域３２ａ、３２ｂを設けた上で無反射膜を施す。さらに、メサストライプ部３の端面７ａ、７ｂを活性層から出力されるレーザ光４の出力方向に対して傾斜させることも提唱されている。
【０００８】
このように、窓構造と無反射膜を併用することで、レーザ光４の反射をある程度抑制することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示した半導体発光素子５においてもまだ、改良すべき次のような課題があった。
【００１０】
すなわち、メサストライプ部の端面７ａ、７ｂで反射を生じるために、出力されるレーザ光４の光パワーの波長特性Ｐ（λ）は、図１２に示すように、窓領域３２ａ、３２ｂの寸法で定まる波長ピッチで変動する問題があった。
【００１１】
さらに、図１１に示すように、メサストライプ部３の端面７ａ、７ｂが半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂの内側に位置するように、メサストライプ部３の長尺方向の長さを短縮して、メサストライプ部３の端面７ａ、７ｂと半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂとの間に窓領域３２ａ、３２ｂを有し、さらに無反射膜を半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂに形成させた構造の半導体発光素子５を製造するには、非常に複雑な工程を数多く実施する必要がある。
【００１２】
具体的には、長方形形状を有する半導体基板の全長Ｌに亘ってメサストライプ部３をエッチング処理にて形成し、その後、メサストライプ部３の両側に電流ブロック層を生成する。そして、半導体基板の全長Ｌのうち、メサストライプ部３の長さを除く両端の窓領域部分、及び電流ブロック層の両端部分をエッチングする。このエッチングされた両端の窓領域部分に再度電流ブロック層を生成させて、図１１の半導体発光素子５とする必要がある。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、メサストライプ部を内部に組込むとともに、メサストライプ部の端面を二つの結晶方向に対して傾斜させることによって、レーザ光の端面及び窓領域内での反射を極力抑制でき、広帯域の波長範囲内において優れた光パワーの波長特性が得られる半導体発光素子、及び簡単な工程で上述の優れた特性を有する半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１導電型の半導体基板と、この半導体基板の上面における長尺方向に沿って形成され、第１導電型の第１のクラッド層と活性層と第２導電型の第２のクラッド層とからなる台形状断面形状を有するメサストライプ部と、このメサストライプ部の外側でかつ半導体基板上に形成された電流ブロック部と、メサストライプ部の上面と電流ブロック部の上面を共通に覆う第２導電型の第３のクラッド層とを備えた半導体発光素子である。
【００１５】
そして、メサストライプ部は、半導体基板における長尺方向の少なくとも一方端との間に窓領域を介在して形成されている。さらに、メサストライプ部における窓領域側の端面は２面を有し、該２面は半導体基板の上面に対する垂直線とメサストライプ部の長尺方向の中心線とを含む平面を挟んで互いに対称に配置され、かつ、該２面はそれぞれ＜１００＞方向及び＜０１１＞方向に対して傾斜している。
また、別の発明は、上述した発明の半導体発光素子において、メサストライプ部における窓領域側の先端は、尖鋭形状を有する。
【００１６】
このように構成された半導体発光素子においては、メサストライプ部における例えば活性層からレーザ光が出力される端面は、半導体発光素子の長尺方向の端面より窓領域分だけ内側に位置している。さらに、この端面は、＜１００＞方向すなわちレーザ光の出力方向である長尺方向に直交する方向対して傾斜するとともに、＜０１１＞方向すなわちレーザ光の出力方向である長尺方向に対して傾斜している。
【００１７】
このように、活性層からレーザ光が出力されるメサストライプ部の端面は二つの結晶方向に対して傾斜しているので、活性層端部での反射で共振器を構成することがないので、図１２で示した出力されるレーザ光の光パワーの波長特性Ｐ（λ）における窓領域の寸法で定まる波長ピッチでの変動がほぼ解消され、滑らかな光パワーの波長特性Ｐ（λ）が得られる。
【００１８】
また、別の発明は、上述した発明の半導体発光素子において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。
【００１９】
また、別の発明に係わる半導体発光素子の製造方法においては、ｎ型半導体基板上に、ｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とを順次生成させる工程と、この生成された第２のクラッド層の上面のうちの長尺方向の少なくとも一方端に設けた窓領域を除く領域に設定した矩形領域を覆うマスクを形成するマスク形成工程と、マスクを形成した状態で、ｎ型半導体基板上に生成されたｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とをエッチングして、長尺方向と直交する台形状断面形状を有するとともに、ｎ型半導体基板の端部より窓領域分だけ内側に位置し、かつ長尺方向の窓領域側の端面が２面を有し、該２面は半導体基板の上面に対する垂直線とメサストライプ部の長尺方向の中心線とを含む平面を挟んで互いに対称に配置され、かつ、該２面はそれぞれ＜１００＞方向及び＜０１１＞方向に対して傾斜している、メサストライプ部を＜０１１＞方向に沿って形成する工程と、この形成されたメサストライプ部の長尺方向と直交する側面と傾斜した端面及びエッチングで露出されたｎ型半導体基板の上面に電流ブロック部を形成する工程と、マスクを除去して、このマスクが除去されたメサストライプ部の上面と電流ブロック部の上面にこれらを共通に覆うｐ型の第３のクラッド層を形成する工程とを備えている。
さらに、別の発明は、上記発明に半導体発光素子の製造方法において、ｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とに対するエッチングは、塩酸及び過酸化水素水を含むエッチング液を用いて行い、メサストライプ部における窓領域側の先端が尖鋭形状に形成される。
【００２０】
このように構成された半導体発光素子の製造方法においては、第２のクラッド層の上面に矩形領域を覆うマスクを形成して、その後、ｎ型半導体基板上に生成されたｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とをエッチングすることによって、ｎ型半導体基板上に長尺方向に沿って、メサストライプ部が形成される。
【００２１】
さらに、マスクの長尺方向の端は窓領域を含まないので、エッチングで形成されるメサストライプ部の長尺方向の端面はｎ型半導体基板の端部より内側に位置する。そして、この長尺方向の端面は、メサストライプ部の側面と同様に、エッチング条件を適宜設定することによって、簡単に長尺方向に対して傾斜させることができる。
【００２２】
メサストライプ部の側面と傾斜面との外側に、電流ブロック部を生成し、さらに、第３のクラッド層を生成する。
その後、窓構造が両側又は片側となるように、へきかい手法により素子に切り出し、窓構造面に無反射膜を施す。
【００２３】
このように、少なくとも長尺方向の端面が半導体発光素子の内部に位置するメサストライプ部を１回のエッチング工程で形成しているので、前述した従来の半導体発光素子の製造方法に比較して、製造工程を大幅に簡素化できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を模式的に示す透視図であり、図２（ａ）は半導体発光素子の上面図であり、図２（ｂ）は正面図であり、図２（ｃ）は側面図である。
【００２５】
直方体形状を有した半導体発光素子１１の下部に、ｎ型の不純物がドープされたｎ型ＩnＰ基板１２が形成されている。このｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａにおける半導体発光素子１１の長尺方向に沿って台形断面形状を有するメサストライプ部１２が＜０１１＞方向に沿って形成されている。このメサストライプ部１２の長尺方向の端面１５ａ、１５ｂと半導体発光素子１１の長尺方向の端面１４ａ、１４ｂとの間には窓領域３２ａ、３２ｂが形成されている。
【００２６】
さらに、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂは、＜０１１＞方向すなわち長尺方向に対して傾斜し、かつ、＜１００＞方向に対して傾斜している。したがって、結果として、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂは、図示するように、鋭角に形成されている。
【００２７】
図３は、図１に示す半導体発光素子１１における中央部分を、長尺方向と直交するＡ―Ａ線で切断した場合の断面図である。（１００）結晶面を上面とするｎ型の不純物がドープされたｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａの中央部に台形形状を有するメサストライプ部１３が＜０１１＞方向に沿って形成され、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａにおけるメサストライプ部１３の外側には、電流ブロック部１６が形成されている。
【００２８】
メサストライプ部１３においては、ｎ型ＩnＰ基板１２に接する、ｎ型不純物の濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｎ型の第１のクラッド層１７が形成されている。この第１のクラッド層１７の上側にノンドープのＩnＧaＡsＰ又はノンドープのＩnＧaＡsＰ又はこれらの組合せからなる多重量子井戸構造からなる活性層１８が形成され、この活性層１８の上側に、ｐ型不純物の濃度が５〜７×１０17ｃｍ-3であるｐ型の第２のクラッド層１９が形成されている。
【００２９】
メサストライプ部１３の電流ブロック部１６に接する側面２０の傾斜角は、（１１１）Ｂ結晶面が露出する５４．７°の角度θに対して微少角度Δθだけ離れた角度に設定されている。実施形態においては、この微少角度Δθは±（１°〜５°）に設定されている。また、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａの電流ブロック部１６に接する上面は（１００）結晶面が露出している。
【００３０】
メサストライプ部１３の両側に位置する電流ブロック部１６は、下側に位置するｐ型ＩnＰで形成されたｐ型電流ブロック層２１と、上側に位置するｎ型ＩnＰで形成されたｎ型電流ブロック層２２とで構成されている。
【００３１】
そして、下側に位置するｐ型電流ブロック層２１の先端２３はメサストライプ部１３の上面より上方に位置する。ｐ型電流ブロック層２１は、ｐ型不純物としてＺn又はＣｄが採用されている。また、上側に位置するｎ型電流ブロック層２２は、ｎ型不純物としてＳiが採用されている。そして、ｎ型電流ブロック層２２のｎ型不純物の濃度は２×１０18ｃｍ-3である。
【００３２】
メサストライプ部１３の上面と電流ブロック部１６との上面に、これらの上面を共通に覆う、ｐ型不純物の濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｐ型の第３のクラッド層２４が形成されている。この第３のクラッド層２４の上側に、ＩnＧaＡsＰからなるコンタクト層２５が形成されている。このコンタクト層２５の上面に電極２６が取付けられている。
さらに、n型ＩnＰ基板１２の下側にも電極２７が取付けられている。
【００３３】
メサストライプ部１３の長尺方向と傾斜する端面１５ａ、１５ｂには、長尺なメサストライプ部１３を斜め方向に切断した場合に対応するｎ型の第１のクラッド層１７、活性層１８、ｐ型の第２のクラッド層１９が露出している。
【００３４】
図４は、図１に示す半導体発光素子１１における長尺方向の一方の窓領域３２ｂを、長尺方向と直交するＢ―Ｂ線で切断した場合の断面図である。この窓領域３２ｂには、図１に示すように、メサストライプ部１３、及びその端面１５ａ、１５ｂは存在しない。
【００３５】
図４に示すように、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａの全面に亘って、電流ブロック部１６が形成されている。電流ブロック部１６は、下側に位置するｐ型ＩnＰで形成されたｐ型電流ブロック層２１と、上側に位置するｎ型ＩnＰで形成されたｎ型電流ブロック層２２とで構成されている。
【００３６】
この電流ブロック部１６におけるｎ型電流ブロック層２２の上面の全面に亘って、これらの上面を覆うｐ型の第３のクラッド層２４が形成されている。この第３のクラッド層２４の上側にコンタクト層２５が形成されている。このコンタクト層２５の上面に電極２６が取付けられている。さらに、n型ＩnＰ基板１２の下側にも電極２７が取付けられている。へきかいにより素子に切り出した後に、端面１４ａ、１４ｂに無反射膜３３ａ、３３ｂを形成する。
【００３７】
なお、この図４に示すＢ―Ｂ線で切断した場合の断面形状は、図１、図２に示す半導体発光素子１１の端面１４ａ、１４ｂの形状と等しい。したがって、半導体発光素子１１の長尺方向の端面１４ａ、１４ｂには、電流ブロック部１６が露出しているが、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂは露出していない。
【００３８】
その結果、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂと半導体発光素子１１の長尺方向の端面１４ａ、１４ｂとの間には、ｐ型電流ブロック層２１とｎ型電流ブロック層２２とで構成された電流ブロック層１６が存在する。
【００３９】
なお、メサストライプ部１３における、台形形状の一辺を構成する側面２０の傾斜角θ、及び端面１５ａ、１５ｂの長尺方向に対する傾斜角βは、このメサストライプ部１３をエッチング処理にて形成する場合のエッチング条件によって定まる。
【００４０】
このように構成された半導体発光素子１１に対して、両側の電極２６、２７から直流の駆動電流を印加すると、メサストライプ部１３の活性層１８に電流が流れて、図１、図２における矢印で示す長尺方向にレーザ光２８が出力される。この活性層１８から出力されたレーザ光２８は、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂから、この端面１５ａ、１５ｂの長尺方向の外側に位置する電流ブロック層１６を介して、半導体発光素子１１の端面１４ａ、１４ｂから外部へ出力される。
【００４１】
このように構成された半導体発光素子１１においては、メサストライプ部１３におけるレーザ光２８が出力される端面１５ａ、１５ｂは、半導体発光素子１１の長尺方向の端面１４ａ、１４ｂより窓領域３２ａ、３２ｂ分だけ内側に位置している。さらに、この端面１５ａ、１５ｂは、レーザ光２８の出力方向である長尺方向（＜０１１＞方向）とこの長尺方向に直交する方向（＜１００＞方向）とに対して傾斜している。
【００４２】
メサストライプ部１３の活性層１８から出力されたレーザ光２８は、レーザ光２８の出力方向に対して角度βだけ傾斜した端面１５ａ、１５ｂでその一部が反射されるが、この反射されたレーザ光２８はもと来た経路へ帰ることはない。その結果、共振波長がメサストライプ部１３の両端面１５ａ、１５ｂ間の長さで定まる光共振器は形成されず、光パワーの波長特性Ｐ（λ）における窓領域３２ａ、３２ｂの寸法で定まる波長ピッチでの変動がほぼ解消される、
よって、この半導体発光素子１１の端面１４ａ（１４ｂ）から出力されるレーザ光２８の光パワーの波長特性Ｐ（λ）に、光共振器の存在に起因する特定波長に大きなピークが生じたり、特定波長間隔で、パワー値が大きく変動する現象が生じることはない。その結果、広帯域の波長範囲内において大きな変動のない優れた光パワーの波長特性Ｐ（λ）が得られる。
【００４３】
図５（ａ）は図１１に示す従来の半導体発光素子５の実測された光パワーの波長特性Ｐ（λ）であり、図５（ｂ）は図１に示す第１実施形態の半導体発光素子１１の実測された光パワーの波長特性Ｐ（λ）である。
【００４４】
図５（ａ）の従来の半導体発光素子５の波長特性Ｐ（λ）においては、波長特性波形に大きな振動（変動）が重畳しているが、図５（ｂ）の第１実施形態の半導体発光素子１１の波長特性Ｐ（λ）においては、波長特性波形にこのような振動（変動）の重畳は生じていない。
【００４５】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係わる半導体発光素子１１ａの概略構成を示す図である。図６（ａ）は半導体発光素子１１ａの上面図であり、図６（ｂ）は正面図であり、図６（ｃ）は左側面図であり、図６（ｄ）は右側面図である。図１〜図４に示した第１実施形態の半導体発光素子１１と同一部分には、同一符号が付してある。したがって重複する部分の詳細説明を省略する。
【００４６】
この第２実施形態の半導体発光素子１１ａにおいては、この半導体発光素子１１ａ内に形成されたメサストライプ部１３の一方（左側）の端面１５ａは、半導体発光素子１１ａの端面１４ａより窓領域３２ａ分だけ内側に位置し、かつレーザ光２８の出力方向に傾斜している。しかし、メサストライプ部１３の他方（右側）においては、窓領域３２ｂは形成されていなくて、端面１５ｃは半導体発光素子１１ａの右側の端面１４ｂに露出している。したがって、メサストライプ部１３の他方（右側）の端面１５ｃは、半導体発光素子１１ａの長尺方向に対して垂直である。
【００４７】
このように構成された半導体発光素子１１ａにおいては、メサストライプ部１３の両側に位置する一対の端面１５ａ、１５ｂのうちの一方に端面１５ａが、レーザ光２８の出力方向に対して傾斜しているので、メサストライプ部１３内に光共振器が形成されることはない。
【００４８】
さらに、図６（ｂ）に示すように、半導体発光素子を用いた波長可変光源装置においては、半導体発光素子の長尺方向の一方端面１４ａ（１４ｂ）から出射された光を回折格子３４等の波長選択手段を用いて帰還することで所望のレーザ光２８を抽出する。なお、図６（ｂ）では、リトロー配置の例を示したが、その他の実施例も可能である。
【００４９】
（第３実施形態）
次に、図１〜図４に示す第１実施形態の半導体発光素子１１の製造方法を図７〜図９を用いて説明する。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、（１００）結晶面を上面とする長方形に形成され、ｎ型の不純物がドープされたｎ型ＩnＰ基板１２の上面に、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、層厚が０．５μｍでｎ型不純物の濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｎ型の第１のクラッド層１７を形成する。このｎ型の第１のクラッド層１７の上面に、層厚が０．２μｍでノンドープのＩnＧaＡsからなる多重量子井戸構造の活性層１８を形成する。
【００５１】
この活性層１８の上側に、層厚が０．４５μｍでｐ型不純物の濃度が５〜７×１０17ｃｍ-3であるｐ型の第２のクラッド層１９を形成する。さらに、このｐ型の第２のクラッド層１９の上側に、層厚が０．１５μｍでｐ型不純物の濃度が５〜７×１０17ｃｍ-3であるｐ型のＩnＧaＡｓＰからなるｐ型のキャップ層２９を形成する。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示すように、キャップ層２９の上側に、プラズマＣＶＤ等を用いて、層厚が８０ｎｍのＳiＮxからなるマスク３０を形成する。
さらに、図７（ｃ）に示すように、キャップ層３６の上側に形成されたマスク３０を、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｎ型ＩnＰ基板１２の長尺方向である＜０１１＞方向にストライプ状にエッチングする。このエッチングされたマスク３０の幅ＳWは、形成しようとする台形形状のメサストライプ部１３における上面の幅より若干広い幅に設定する。さらに、エッチングされたマスク３０の長尺方向の長さＳLは、ｎ型ＩnＰ基板１２の長尺方向の長さＬより短く設定され、両側に窓領域３２ａ、３２ｂを形成するために距離Ｌｃの余白が設けられている。
【００５３】
次に、エッチング液として、塩酸、過酸化水素水、水の混合液を使用し、上方からエッチングを実施して、図８（ｄ）の斜視図、図８（ｅ）の正面図、図８（ｆ）の上面図に示すように、台形形状を有する高さｈ＝２．４μｍ、長尺方向の長さＬａのメサストライプ部１３を形成する。
【００５４】
この場合、キャップ層２９のエッチング速度は他の部分に比較して速いので、キャップ層２９の下側部分のエッチング速度も速くなる。したがって、キャップ層２９のサイドエッチング量を調整することにより、メサストライプ部１３の側面２０を所望の傾斜角度θに設定可能となる。
【００５５】
実施形態の半導体発光素子１１においては、キャップ層２９及びエッチング条件を設定することによって、メサストライプ部１３の側面２０の傾斜角を（１１１）Ｂ結晶面が露出する５４．７°の角度θに対して微少角度Δθ＝±（１°〜５°）だけ離れた角度（θ±Δθ）に設定している。
【００５６】
次に、マスク３０の長尺方向の端部３０ａの下側に形成されるメサストライプ部１３の端面１５ａの形状を説明する。前述したように、マスク３０の端部３０ａの下側のキャップ層２９のエッチング速度は他の部分に比較して速いので、マスク３０の端部３０ａにおける角（コーナ）部分は側面、先端面の両方からエッチングされるので、エッチング量が多くなる。その結果、メサストライプ部１３の先端形状は、図８（ｄ）〜（ｆ）に示すように、キャップ層２９の近傍部分が最もエッチング量が多く、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａ近傍部分が最もエッチング量が少なくなる。扁平角錐形状となる。
【００５７】
したがって、メサストライプ部１３の端面１５ａは、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａに対して垂直でなくて、長尺方向に傾斜する。具体的には、メサストライプ部１３の端面１５ａは、＜１００＞方向に対して傾斜するとともに、＜０１１１＞方向に対しても傾斜する。
【００５８】
なお、メサストライプ部１３の端面１５ａの長尺方向に傾斜する傾斜角βは、前述したメサストライプ部１３の側面２０の傾斜角θと同様に、キャップ層２９及びエッチング条件を設定することによって、所定の範囲内において任意に設定可能である。
【００５９】
次に、図９（ｇ）に示すように、メサストライプ部１３の周囲であるメサストライプ部１３の各側面２０とｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａに囲まれる部分、及びメサストライプ部１３の両端の各端面１５ａ、１５ｂとｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａに囲まれる部分（窓領域３２ａ、３２ｂ）、すなわち先にエッチングされた部分に、電流ブロック部１６を生成させる。なお、図９（ｇ）は、メサストライプ部１３が形成された位置の断面形状を示す。
【００６０】
具体的には、層厚が０．７μｍでＺnを不純物とし、不純物の濃度が１×１０18ｃｍ-3であるｐ型電流ブロック層２１を前述した有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて形成する。さらに、このｐ型電流ブロック層２１の上側に、層厚が１．１５μｍでＳiを不純物とし、不純物の濃度が２×１０18ｃｍ-3であるｎ型電流ブロック層２１を前述した有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて形成する。そして、このｐ型電流ブロック層２１とｎ型電流ブロック層２２とで電流ブロック部１６が構成される。
【００６１】
次に、図９（ｈ）に示すように、メサストライプ部１３におけるｐ型の第２のクラッド層１９の上側のキャップ層２９及びマスク３０を除去して、ｐ型の第２のクラッド層１９の上面を露出させる。
【００６２】
次に、図９（ｉ）に示すように、メサストライプ部１３の上面、及びこのメサストライプ部１３の両側面２０と両端面１５ａ、１５ｂとの外側に位置する電流ブロック部１６の上面とに、これらの各上面を共通に覆う、ｐ型不純物の濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｐ型の第３のクラッド層２４を形成する。この第３のクラッド層２４の上側に、ＩnＧaＡaＰからなるコンタクト層２５を形成する。
【００６３】
図９（ｊ）に示すように、このコンタクト層２５の上面に電極２６を取付け、さらに、ｎ型ＩnＰ基板１２の下側にも電極２７を取付ける。最後に、へきかいにより素子に切り出した後に、端面１４ａ、１４ｂに無反射膜３３ａ、３３ｂを形成する。
【００６４】
その結果、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂが長尺方向の端面１４ａ、１４ｂに対して窓領域３２ａ、３２ｂ分だけ内側に位置し、かつ端面１５ａ、１５ｂが長尺方向に対して傾斜し、さらに、長尺方向の中央部分において図３に示す断面形状を有し、長尺方向の両端部分において図４に示す断面形状を有する半導体発光素子１１が製造される。
【００６５】
このように構成された半導体発光素子の製造方法においては、図７（ｃ）に示すように、キャップ層２９の上面に、この長方形形状を有する上面のうちの長尺方向の端部領域を除く領域に矩形のマスク３０を形成して、その後、ｎ型の第１のクラッド層１７と活性層１８とｐ型の第２のクラッド層１９とキャップ層２９とをエッチングすることによって、ｎ型InＰ基板上２１に長尺方向に沿って、長さＬａを有し、端面１５ａ、１５ｂが長尺方向（レーザ光２８の出力方向）に対して傾斜するメサストライプ部１３が形成される。
【００６６】
このように、長尺方向の端面１５ａ、１５ｂが半導体発光素子１１の内部に位置するメサストライプ部１３を１回のエッチング工程で形成しているので、前述した従来の半導体発光素子５の製造方法に比較して、製造工程を大幅に簡素化できる。
【００６７】
なお、図６に示す第２実施形態の半導体発光素子１１ａを製造する場合は、２倍の長さに矩形形状のマスク３０を用いて２倍の長さの半導体発光素子１１を製造して、へき開手法を用いて、この２倍の長さの半導体発光素子１１を半分に分割すればよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体発光素子においては、メサストライプ部を内部に組込むとともに、メサストライプ部の端面を二つの結晶方向に対して傾斜させている。したがって、レーザ光の端面及び窓領域内での反射を極力抑制でき、広帯域の波長範囲内において優れた光パワーの波長特性が得られる。
【００６９】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法においては、長尺方向の端面が半導体発光素子の内部に位置するメサストライプ部を１回のエッチング工程で形成している。したがって、簡単な工程で上述の優れた特性を有する半導体発光素子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる半導体発光素子の概略構成を示す透視図
【図２】同第１実施形態の半導体発光素子の概略構成を示す図
【図３】図１に示す第１実施形態の半導体発光素子における中央部分をＡ―Ａ線で切断した場合の断面図
【図４】図１に示す第１実施形態の半導体発光素子における端部領域をＢ―Ｂ線で切断した場合の断面図
【図５】半導体発光素子の光パワーの波長特性を示す図
【図６】本発明の第２実施形態に係わる半導体発光素子の概略構成を示す図
【図７】本発明の第３実施形態に係わる半導体発光素子の製造方法を示す製造工程図
【図８】同じく同半導体発光素子の製造方法を示す製造工程図
【図９】同じく同半導体発光素子の製造方法を示す製造工程図
【図１０】従来の半導体発光素子及び光パワーの波長特性を示す図
【図１１】別の従来の半導体発光素子の概略構成を示す模式図
【図１２】同従来の半導体発光素子の光パワーの波長特性を示す図
【符号の説明】
１１、１１ａ…半導体発光素子
１２…ｎ型ＩnＰ基板
１３…メサストライプ部
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ…端面
１６…電流ブロック部
１７…ｎ型の第１のクラッド層
１８…活性層
１９…ｐ型の第２のクラッド層
２０…側面
２１…ｐ型電流ブロック層
２２…ｎ型電流ブロック層
２４…ｐ型の第３のクラッド層
２５…コンタクト層
２６、２７…電極
２９…キャップ層
３０…マスク
３２ａ、３２ｂ…窓領域
３３ａ、３３ｂ…無反射膜
３４…回折格子
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に係わり、特に、広帯域波長のレーザ光を出力できる半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムの発展に伴い、光通信ケーブルを介しての遠距離通信が実用化されている。このような光通信システムに光源として採用される光源装置においては、高効率でかつ高出力の特性が求められる。さらに、光通信ケーブルを用いた光通信を効率的に実施するために、波長が異なる複数の光信号を一つの光信号に合成して送信する波長多重通信システムが実用化されている。
【０００３】
このような波長多重通信システムの検査のために採用される波長可変光源装置に組込まれる半導体発光素子においては、上述した特性の他に、出力されるレーザ光の波長が広帯域に変化でき、かつ各波長におけるレベルに大きな変化がないことが要求されている。
【０００４】
また、同波長多重通信システムに用いられる半導体光増幅器には、広い波長域に亘り、利得レベル変動が少ないことが要求されている。
【０００５】
波長可変光源装置は、図１０（ａ）に示すように、内部にメサストライプ部３が形成された埋込み型の半導体発光素子１からの光を回折格子などの波長選択手段を用いて帰還させることで所望の波長のレーザ光４を得るという構成になっている。半導体発光素子１の端面２ａ、２ｂのうち少なくとも回折格子側の端面２ａは、多重反射を抑えるために無反射膜が施されている。当然、広い波長範囲に亘って滑らかに変化することが望ましい。
【０００６】
しかし、実際には、無反射膜でも残留反射率があるために、波長変化により出力が周期的に変動したり波長が飛ぶというような問題が生じる。
また、図１０（ｂ）に示すように、半導体発光素子を半導体光増幅器として使用する場合も両端面に無反射膜を施す。しかし、この場合においても、残留反射率により利得の波長依存性にうねりが生じる。
【０００７】
このような不都合を解消するために、半導体発光素子の両端面に無反射膜を施す場合、図１１に示すように、活性層を含むメサストライプ部３の端面７ａ、７ｂが、半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂの内側に位置するように、メサストライプ部３の端面７ａ、７ｂと半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂとの間に窓領域３２ａ、３２ｂを設けた上で無反射膜を施す。さらに、メサストライプ部３の端面７ａ、７ｂを活性層から出力されるレーザ光４の出力方向に対して傾斜させることも提唱されている。
【０００８】
このように、窓構造と無反射膜を併用することで、レーザ光４の反射をある程度抑制することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示した半導体発光素子５においてもまだ、改良すべき次のような課題があった。
【００１０】
すなわち、メサストライプ部の端面７ａ、７ｂで反射を生じるために、出力されるレーザ光４の光パワーの波長特性Ｐ（λ）は、図１２に示すように、窓領域３２ａ、３２ｂの寸法で定まる波長ピッチで変動する問題があった。
【００１１】
さらに、図１１に示すように、メサストライプ部３の端面７ａ、７ｂが半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂの内側に位置するように、メサストライプ部３の長尺方向の長さを短縮して、メサストライプ部３の端面７ａ、７ｂと半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂとの間に窓領域３２ａ、３２ｂを有し、さらに無反射膜を半導体発光素子５の端面２ａ、２ｂに形成させた構造の半導体発光素子５を製造するには、非常に複雑な工程を数多く実施する必要がある。
【００１２】
具体的には、長方形形状を有する半導体基板の全長Ｌに亘ってメサストライプ部３をエッチング処理にて形成し、その後、メサストライプ部３の両側に電流ブロック層を生成する。そして、半導体基板の全長Ｌのうち、メサストライプ部３の長さを除く両端の窓領域部分、及び電流ブロック層の両端部分をエッチングする。このエッチングされた両端の窓領域部分に再度電流ブロック層を生成させて、図１１の半導体発光素子５とする必要がある。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、メサストライプ部を内部に組込むとともに、メサストライプ部の端面を二つの結晶方向に対して傾斜させることによって、レーザ光の端面及び窓領域内での反射を極力抑制でき、広帯域の波長範囲内において優れた光パワーの波長特性が得られる半導体発光素子、及び簡単な工程で上述の優れた特性を有する半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１導電型の半導体基板と、この半導体基板の上面における長尺方向に沿って形成され、第１導電型の第１のクラッド層と活性層と第２導電型の第２のクラッド層とからなる台形状断面形状を有するメサストライプ部と、このメサストライプ部の外側でかつ半導体基板上に形成された電流ブロック部と、メサストライプ部の上面と電流ブロック部の上面を共通に覆う第２導電型の第３のクラッド層とを備えた半導体発光素子である。
【００１５】
そして、メサストライプ部は、半導体基板における長尺方向の少なくとも一方端との間に窓領域を介在して形成されている。さらに、メサストライプ部における窓領域側の端面は２面を有し、該２面は半導体基板の上面に対する垂直線とメサストライプ部の長尺方向の中心線とを含む平面を挟んで互いに対称に配置され、かつ、該２面はそれぞれ＜１００＞方向及び＜０１１＞方向に対して傾斜している。
また、別の発明は、上述した発明の半導体発光素子において、メサストライプ部における窓領域側の先端は、尖鋭形状を有する。
【００１６】
このように構成された半導体発光素子においては、メサストライプ部における例えば活性層からレーザ光が出力される端面は、半導体発光素子の長尺方向の端面より窓領域分だけ内側に位置している。さらに、この端面は、＜１００＞方向すなわちレーザ光の出力方向である長尺方向に直交する方向対して傾斜するとともに、＜０１１＞方向すなわちレーザ光の出力方向である長尺方向に対して傾斜している。
【００１７】
このように、活性層からレーザ光が出力されるメサストライプ部の端面は二つの結晶方向に対して傾斜しているので、活性層端部での反射で共振器を構成することがないので、図１２で示した出力されるレーザ光の光パワーの波長特性Ｐ（λ）における窓領域の寸法で定まる波長ピッチでの変動がほぼ解消され、滑らかな光パワーの波長特性Ｐ（λ）が得られる。
【００１８】
また、別の発明は、上述した発明の半導体発光素子において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。
【００１９】
また、別の発明に係わる半導体発光素子の製造方法においては、ｎ型半導体基板上に、ｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とを順次生成させる工程と、この生成された第２のクラッド層の上面のうちの長尺方向の少なくとも一方端に設けた窓領域を除く領域に設定した矩形領域を覆うマスクを形成するマスク形成工程と、マスクを形成した状態で、ｎ型半導体基板上に生成されたｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とをエッチングして、長尺方向と直交する台形状断面形状を有するとともに、ｎ型半導体基板の端部より窓領域分だけ内側に位置し、かつ長尺方向の窓領域側の端面が２面を有し、該２面は半導体基板の上面に対する垂直線とメサストライプ部の長尺方向の中心線とを含む平面を挟んで互いに対称に配置され、かつ、該２面はそれぞれ＜１００＞方向及び＜０１１＞方向に対して傾斜している、メサストライプ部を＜０１１＞方向に沿って形成する工程と、この形成されたメサストライプ部の長尺方向と直交する側面と傾斜した端面及びエッチングで露出されたｎ型半導体基板の上面に電流ブロック部を形成する工程と、マスクを除去して、このマスクが除去されたメサストライプ部の上面と電流ブロック部の上面にこれらを共通に覆うｐ型の第３のクラッド層を形成する工程とを備えている。
さらに、別の発明は、上記発明に半導体発光素子の製造方法において、ｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とに対するエッチングは、塩酸及び過酸化水素水を含むエッチング液を用いて行い、メサストライプ部における窓領域側の先端が尖鋭形状に形成される。
【００２０】
このように構成された半導体発光素子の製造方法においては、第２のクラッド層の上面に矩形領域を覆うマスクを形成して、その後、ｎ型半導体基板上に生成されたｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とをエッチングすることによって、ｎ型半導体基板上に長尺方向に沿って、メサストライプ部が形成される。
【００２１】
さらに、マスクの長尺方向の端は窓領域を含まないので、エッチングで形成されるメサストライプ部の長尺方向の端面はｎ型半導体基板の端部より内側に位置する。そして、この長尺方向の端面は、メサストライプ部の側面と同様に、エッチング条件を適宜設定することによって、簡単に長尺方向に対して傾斜させることができる。
【００２２】
メサストライプ部の側面と傾斜面との外側に、電流ブロック部を生成し、さらに、第３のクラッド層を生成する。
その後、窓構造が両側又は片側となるように、へきかい手法により素子に切り出し、窓構造面に無反射膜を施す。
【００２３】
このように、少なくとも長尺方向の端面が半導体発光素子の内部に位置するメサストライプ部を１回のエッチング工程で形成しているので、前述した従来の半導体発光素子の製造方法に比較して、製造工程を大幅に簡素化できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を模式的に示す透視図であり、図２（ａ）は半導体発光素子の上面図であり、図２（ｂ）は正面図であり、図２（ｃ）は側面図である。
【００２５】
直方体形状を有した半導体発光素子１１の下部に、ｎ型の不純物がドープされたｎ型ＩnＰ基板１２が形成されている。このｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａにおける半導体発光素子１１の長尺方向に沿って台形断面形状を有するメサストライプ部１２が＜０１１＞方向に沿って形成されている。このメサストライプ部１２の長尺方向の端面１５ａ、１５ｂと半導体発光素子１１の長尺方向の端面１４ａ、１４ｂとの間には窓領域３２ａ、３２ｂが形成されている。
【００２６】
さらに、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂは、＜０１１＞方向すなわち長尺方向に対して傾斜し、かつ、＜１００＞方向に対して傾斜している。したがって、結果として、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂは、図示するように、鋭角に形成されている。
【００２７】
図３は、図１に示す半導体発光素子１１における中央部分を、長尺方向と直交するＡ―Ａ線で切断した場合の断面図である。（１００）結晶面を上面とするｎ型の不純物がドープされたｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａの中央部に台形形状を有するメサストライプ部１３が＜０１１＞方向に沿って形成され、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａにおけるメサストライプ部１３の外側には、電流ブロック部１６が形成されている。
【００２８】
メサストライプ部１３においては、ｎ型ＩnＰ基板１２に接する、ｎ型不純物の濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｎ型の第１のクラッド層１７が形成されている。この第１のクラッド層１７の上側にノンドープのＩnＧaＡsＰ又はノンドープのＩnＧaＡsＰ又はこれらの組合せからなる多重量子井戸構造からなる活性層１８が形成され、この活性層１８の上側に、ｐ型不純物の濃度が５〜７×１０17ｃｍ-3であるｐ型の第２のクラッド層１９が形成されている。
【００２９】
メサストライプ部１３の電流ブロック部１６に接する側面２０の傾斜角は、（１１１）Ｂ結晶面が露出する５４．７°の角度θに対して微少角度Δθだけ離れた角度に設定されている。実施形態においては、この微少角度Δθは±（１°〜５°）に設定されている。また、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａの電流ブロック部１６に接する上面は（１００）結晶面が露出している。
【００３０】
メサストライプ部１３の両側に位置する電流ブロック部１６は、下側に位置するｐ型ＩnＰで形成されたｐ型電流ブロック層２１と、上側に位置するｎ型ＩnＰで形成されたｎ型電流ブロック層２２とで構成されている。
【００３１】
そして、下側に位置するｐ型電流ブロック層２１の先端２３はメサストライプ部１３の上面より上方に位置する。ｐ型電流ブロック層２１は、ｐ型不純物としてＺn又はＣｄが採用されている。また、上側に位置するｎ型電流ブロック層２２は、ｎ型不純物としてＳiが採用されている。そして、ｎ型電流ブロック層２２のｎ型不純物の濃度は２×１０18ｃｍ-3である。
【００３２】
メサストライプ部１３の上面と電流ブロック部１６との上面に、これらの上面を共通に覆う、ｐ型不純物の濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｐ型の第３のクラッド層２４が形成されている。この第３のクラッド層２４の上側に、ＩnＧaＡsＰからなるコンタクト層２５が形成されている。このコンタクト層２５の上面に電極２６が取付けられている。
さらに、n型ＩnＰ基板１２の下側にも電極２７が取付けられている。
【００３３】
メサストライプ部１３の長尺方向と傾斜する端面１５ａ、１５ｂには、長尺なメサストライプ部１３を斜め方向に切断した場合に対応するｎ型の第１のクラッド層１７、活性層１８、ｐ型の第２のクラッド層１９が露出している。
【００３４】
図４は、図１に示す半導体発光素子１１における長尺方向の一方の窓領域３２ｂを、長尺方向と直交するＢ―Ｂ線で切断した場合の断面図である。この窓領域３２ｂには、図１に示すように、メサストライプ部１３、及びその端面１５ａ、１５ｂは存在しない。
【００３５】
図４に示すように、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａの全面に亘って、電流ブロック部１６が形成されている。電流ブロック部１６は、下側に位置するｐ型ＩnＰで形成されたｐ型電流ブロック層２１と、上側に位置するｎ型ＩnＰで形成されたｎ型電流ブロック層２２とで構成されている。
【００３６】
この電流ブロック部１６におけるｎ型電流ブロック層２２の上面の全面に亘って、これらの上面を覆うｐ型の第３のクラッド層２４が形成されている。この第３のクラッド層２４の上側にコンタクト層２５が形成されている。このコンタクト層２５の上面に電極２６が取付けられている。さらに、n型ＩnＰ基板１２の下側にも電極２７が取付けられている。へきかいにより素子に切り出した後に、端面１４ａ、１４ｂに無反射膜３３ａ、３３ｂを形成する。
【００３７】
なお、この図４に示すＢ―Ｂ線で切断した場合の断面形状は、図１、図２に示す半導体発光素子１１の端面１４ａ、１４ｂの形状と等しい。したがって、半導体発光素子１１の長尺方向の端面１４ａ、１４ｂには、電流ブロック部１６が露出しているが、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂは露出していない。
【００３８】
その結果、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂと半導体発光素子１１の長尺方向の端面１４ａ、１４ｂとの間には、ｐ型電流ブロック層２１とｎ型電流ブロック層２２とで構成された電流ブロック層１６が存在する。
【００３９】
なお、メサストライプ部１３における、台形形状の一辺を構成する側面２０の傾斜角θ、及び端面１５ａ、１５ｂの長尺方向に対する傾斜角βは、このメサストライプ部１３をエッチング処理にて形成する場合のエッチング条件によって定まる。
【００４０】
このように構成された半導体発光素子１１に対して、両側の電極２６、２７から直流の駆動電流を印加すると、メサストライプ部１３の活性層１８に電流が流れて、図１、図２における矢印で示す長尺方向にレーザ光２８が出力される。この活性層１８から出力されたレーザ光２８は、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂから、この端面１５ａ、１５ｂの長尺方向の外側に位置する電流ブロック層１６を介して、半導体発光素子１１の端面１４ａ、１４ｂから外部へ出力される。
【００４１】
このように構成された半導体発光素子１１においては、メサストライプ部１３におけるレーザ光２８が出力される端面１５ａ、１５ｂは、半導体発光素子１１の長尺方向の端面１４ａ、１４ｂより窓領域３２ａ、３２ｂ分だけ内側に位置している。さらに、この端面１５ａ、１５ｂは、レーザ光２８の出力方向である長尺方向（＜０１１＞方向）とこの長尺方向に直交する方向（＜１００＞方向）とに対して傾斜している。
【００４２】
メサストライプ部１３の活性層１８から出力されたレーザ光２８は、レーザ光２８の出力方向に対して角度βだけ傾斜した端面１５ａ、１５ｂでその一部が反射されるが、この反射されたレーザ光２８はもと来た経路へ帰ることはない。その結果、共振波長がメサストライプ部１３の両端面１５ａ、１５ｂ間の長さで定まる光共振器は形成されず、光パワーの波長特性Ｐ（λ）における窓領域３２ａ、３２ｂの寸法で定まる波長ピッチでの変動がほぼ解消される、
よって、この半導体発光素子１１の端面１４ａ（１４ｂ）から出力されるレーザ光２８の光パワーの波長特性Ｐ（λ）に、光共振器の存在に起因する特定波長に大きなピークが生じたり、特定波長間隔で、パワー値が大きく変動する現象が生じることはない。その結果、広帯域の波長範囲内において大きな変動のない優れた光パワーの波長特性Ｐ（λ）が得られる。
【００４３】
図５（ａ）は図１１に示す従来の半導体発光素子５の実測された光パワーの波長特性Ｐ（λ）であり、図５（ｂ）は図１に示す第１実施形態の半導体発光素子１１の実測された光パワーの波長特性Ｐ（λ）である。
【００４４】
図５（ａ）の従来の半導体発光素子５の波長特性Ｐ（λ）においては、波長特性波形に大きな振動（変動）が重畳しているが、図５（ｂ）の第１実施形態の半導体発光素子１１の波長特性Ｐ（λ）においては、波長特性波形にこのような振動（変動）の重畳は生じていない。
【００４５】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係わる半導体発光素子１１ａの概略構成を示す図である。図６（ａ）は半導体発光素子１１ａの上面図であり、図６（ｂ）は正面図であり、図６（ｃ）は左側面図であり、図６（ｄ）は右側面図である。図１〜図４に示した第１実施形態の半導体発光素子１１と同一部分には、同一符号が付してある。したがって重複する部分の詳細説明を省略する。
【００４６】
この第２実施形態の半導体発光素子１１ａにおいては、この半導体発光素子１１ａ内に形成されたメサストライプ部１３の一方（左側）の端面１５ａは、半導体発光素子１１ａの端面１４ａより窓領域３２ａ分だけ内側に位置し、かつレーザ光２８の出力方向に傾斜している。しかし、メサストライプ部１３の他方（右側）においては、窓領域３２ｂは形成されていなくて、端面１５ｃは半導体発光素子１１ａの右側の端面１４ｂに露出している。したがって、メサストライプ部１３の他方（右側）の端面１５ｃは、半導体発光素子１１ａの長尺方向に対して垂直である。
【００４７】
このように構成された半導体発光素子１１ａにおいては、メサストライプ部１３の両側に位置する一対の端面１５ａ、１５ｂのうちの一方に端面１５ａが、レーザ光２８の出力方向に対して傾斜しているので、メサストライプ部１３内に光共振器が形成されることはない。
【００４８】
さらに、図６（ｂ）に示すように、半導体発光素子を用いた波長可変光源装置においては、半導体発光素子の長尺方向の一方端面１４ａ（１４ｂ）から出射された光を回折格子３４等の波長選択手段を用いて帰還することで所望のレーザ光２８を抽出する。なお、図６（ｂ）では、リトロー配置の例を示したが、その他の実施例も可能である。
【００４９】
（第３実施形態）
次に、図１〜図４に示す第１実施形態の半導体発光素子１１の製造方法を図７〜図９を用いて説明する。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、（１００）結晶面を上面とする長方形に形成され、ｎ型の不純物がドープされたｎ型ＩnＰ基板１２の上面に、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、層厚が０．５μｍでｎ型不純物の濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｎ型の第１のクラッド層１７を形成する。このｎ型の第１のクラッド層１７の上面に、層厚が０．２μｍでノンドープのＩnＧaＡsからなる多重量子井戸構造の活性層１８を形成する。
【００５１】
この活性層１８の上側に、層厚が０．４５μｍでｐ型不純物の濃度が５〜７×１０17ｃｍ-3であるｐ型の第２のクラッド層１９を形成する。さらに、このｐ型の第２のクラッド層１９の上側に、層厚が０．１５μｍでｐ型不純物の濃度が５〜７×１０17ｃｍ-3であるｐ型のＩnＧaＡｓＰからなるｐ型のキャップ層２９を形成する。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示すように、キャップ層２９の上側に、プラズマＣＶＤ等を用いて、層厚が８０ｎｍのＳiＮxからなるマスク３０を形成する。
さらに、図７（ｃ）に示すように、キャップ層３６の上側に形成されたマスク３０を、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｎ型ＩnＰ基板１２の長尺方向である＜０１１＞方向にストライプ状にエッチングする。このエッチングされたマスク３０の幅ＳWは、形成しようとする台形形状のメサストライプ部１３における上面の幅より若干広い幅に設定する。さらに、エッチングされたマスク３０の長尺方向の長さＳLは、ｎ型ＩnＰ基板１２の長尺方向の長さＬより短く設定され、両側に窓領域３２ａ、３２ｂを形成するために距離Ｌｃの余白が設けられている。
【００５３】
次に、エッチング液として、塩酸、過酸化水素水、水の混合液を使用し、上方からエッチングを実施して、図８（ｄ）の斜視図、図８（ｅ）の正面図、図８（ｆ）の上面図に示すように、台形形状を有する高さｈ＝２．４μｍ、長尺方向の長さＬａのメサストライプ部１３を形成する。
【００５４】
この場合、キャップ層２９のエッチング速度は他の部分に比較して速いので、キャップ層２９の下側部分のエッチング速度も速くなる。したがって、キャップ層２９のサイドエッチング量を調整することにより、メサストライプ部１３の側面２０を所望の傾斜角度θに設定可能となる。
【００５５】
実施形態の半導体発光素子１１においては、キャップ層２９及びエッチング条件を設定することによって、メサストライプ部１３の側面２０の傾斜角を（１１１）Ｂ結晶面が露出する５４．７°の角度θに対して微少角度Δθ＝±（１°〜５°）だけ離れた角度（θ±Δθ）に設定している。
【００５６】
次に、マスク３０の長尺方向の端部３０ａの下側に形成されるメサストライプ部１３の端面１５ａの形状を説明する。前述したように、マスク３０の端部３０ａの下側のキャップ層２９のエッチング速度は他の部分に比較して速いので、マスク３０の端部３０ａにおける角（コーナ）部分は側面、先端面の両方からエッチングされるので、エッチング量が多くなる。その結果、メサストライプ部１３の先端形状は、図８（ｄ）〜（ｆ）に示すように、キャップ層２９の近傍部分が最もエッチング量が多く、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａ近傍部分が最もエッチング量が少なくなる。扁平角錐形状となる。
【００５７】
したがって、メサストライプ部１３の端面１５ａは、ｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａに対して垂直でなくて、長尺方向に傾斜する。具体的には、メサストライプ部１３の端面１５ａは、＜１００＞方向に対して傾斜するとともに、＜０１１１＞方向に対しても傾斜する。
【００５８】
なお、メサストライプ部１３の端面１５ａの長尺方向に傾斜する傾斜角βは、前述したメサストライプ部１３の側面２０の傾斜角θと同様に、キャップ層２９及びエッチング条件を設定することによって、所定の範囲内において任意に設定可能である。
【００５９】
次に、図９（ｇ）に示すように、メサストライプ部１３の周囲であるメサストライプ部１３の各側面２０とｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａに囲まれる部分、及びメサストライプ部１３の両端の各端面１５ａ、１５ｂとｎ型ＩnＰ基板１２の上面１２ａに囲まれる部分（窓領域３２ａ、３２ｂ）、すなわち先にエッチングされた部分に、電流ブロック部１６を生成させる。なお、図９（ｇ）は、メサストライプ部１３が形成された位置の断面形状を示す。
【００６０】
具体的には、層厚が０．７μｍでＺnを不純物とし、不純物の濃度が１×１０18ｃｍ-3であるｐ型電流ブロック層２１を前述した有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて形成する。さらに、このｐ型電流ブロック層２１の上側に、層厚が１．１５μｍでＳiを不純物とし、不純物の濃度が２×１０18ｃｍ-3であるｎ型電流ブロック層２１を前述した有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて形成する。そして、このｐ型電流ブロック層２１とｎ型電流ブロック層２２とで電流ブロック部１６が構成される。
【００６１】
次に、図９（ｈ）に示すように、メサストライプ部１３におけるｐ型の第２のクラッド層１９の上側のキャップ層２９及びマスク３０を除去して、ｐ型の第２のクラッド層１９の上面を露出させる。
【００６２】
次に、図９（ｉ）に示すように、メサストライプ部１３の上面、及びこのメサストライプ部１３の両側面２０と両端面１５ａ、１５ｂとの外側に位置する電流ブロック部１６の上面とに、これらの各上面を共通に覆う、ｐ型不純物の濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｐ型の第３のクラッド層２４を形成する。この第３のクラッド層２４の上側に、ＩnＧaＡaＰからなるコンタクト層２５を形成する。
【００６３】
図９（ｊ）に示すように、このコンタクト層２５の上面に電極２６を取付け、さらに、ｎ型ＩnＰ基板１２の下側にも電極２７を取付ける。最後に、へきかいにより素子に切り出した後に、端面１４ａ、１４ｂに無反射膜３３ａ、３３ｂを形成する。
【００６４】
その結果、メサストライプ部１３の端面１５ａ、１５ｂが長尺方向の端面１４ａ、１４ｂに対して窓領域３２ａ、３２ｂ分だけ内側に位置し、かつ端面１５ａ、１５ｂが長尺方向に対して傾斜し、さらに、長尺方向の中央部分において図３に示す断面形状を有し、長尺方向の両端部分において図４に示す断面形状を有する半導体発光素子１１が製造される。
【００６５】
このように構成された半導体発光素子の製造方法においては、図７（ｃ）に示すように、キャップ層２９の上面に、この長方形形状を有する上面のうちの長尺方向の端部領域を除く領域に矩形のマスク３０を形成して、その後、ｎ型の第１のクラッド層１７と活性層１８とｐ型の第２のクラッド層１９とキャップ層２９とをエッチングすることによって、ｎ型InＰ基板上２１に長尺方向に沿って、長さＬａを有し、端面１５ａ、１５ｂが長尺方向（レーザ光２８の出力方向）に対して傾斜するメサストライプ部１３が形成される。
【００６６】
このように、長尺方向の端面１５ａ、１５ｂが半導体発光素子１１の内部に位置するメサストライプ部１３を１回のエッチング工程で形成しているので、前述した従来の半導体発光素子５の製造方法に比較して、製造工程を大幅に簡素化できる。
【００６７】
なお、図６に示す第２実施形態の半導体発光素子１１ａを製造する場合は、２倍の長さに矩形形状のマスク３０を用いて２倍の長さの半導体発光素子１１を製造して、へき開手法を用いて、この２倍の長さの半導体発光素子１１を半分に分割すればよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体発光素子においては、メサストライプ部を内部に組込むとともに、メサストライプ部の端面を二つの結晶方向に対して傾斜させている。したがって、レーザ光の端面及び窓領域内での反射を極力抑制でき、広帯域の波長範囲内において優れた光パワーの波長特性が得られる。
【００６９】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法においては、長尺方向の端面が半導体発光素子の内部に位置するメサストライプ部を１回のエッチング工程で形成している。したがって、簡単な工程で上述の優れた特性を有する半導体発光素子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる半導体発光素子の概略構成を示す透視図
【図２】同第１実施形態の半導体発光素子の概略構成を示す図
【図３】図１に示す第１実施形態の半導体発光素子における中央部分をＡ―Ａ線で切断した場合の断面図
【図４】図１に示す第１実施形態の半導体発光素子における端部領域をＢ―Ｂ線で切断した場合の断面図
【図５】半導体発光素子の光パワーの波長特性を示す図
【図６】本発明の第２実施形態に係わる半導体発光素子の概略構成を示す図
【図７】本発明の第３実施形態に係わる半導体発光素子の製造方法を示す製造工程図
【図８】同じく同半導体発光素子の製造方法を示す製造工程図
【図９】同じく同半導体発光素子の製造方法を示す製造工程図
【図１０】従来の半導体発光素子及び光パワーの波長特性を示す図
【図１１】別の従来の半導体発光素子の概略構成を示す模式図
【図１２】同従来の半導体発光素子の光パワーの波長特性を示す図
【符号の説明】
１１、１１ａ…半導体発光素子
１２…ｎ型ＩnＰ基板
１３…メサストライプ部
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ…端面
１６…電流ブロック部
１７…ｎ型の第１のクラッド層
１８…活性層
１９…ｐ型の第２のクラッド層
２０…側面
２１…ｐ型電流ブロック層
２２…ｎ型電流ブロック層
２４…ｐ型の第３のクラッド層
２５…コンタクト層
２６、２７…電極
２９…キャップ層
３０…マスク
３２ａ、３２ｂ…窓領域
３３ａ、３３ｂ…無反射膜
３４…回折格子
Claims (5)
- 第１導電型の半導体基板（１２）と、
この半導体基板の上面における長尺方向に沿って形成され、第１導電型の第１のクラッド層（１７）と活性層（１８）と第２導電型の第２のクラッド層（１９）とからなる台形状断面形状を有するメサストライプ部（１３）と、
このメサストライプ部の外側でかつ前記半導体基板上に形成された電流ブロック部（１６）と、
前記メサストライプ部の上面と前記電流ブロック部の上面を共通に覆う第２導電型の第３のクラッド層（２４）と
を備えた半導体発光素子（１１、１１ａ）であって、
前記メサストライプ部は、前記半導体基板における長尺方向の少なくとも一方端との間に窓領域（３２）を介在して形成され、
前記メサストライプ部における前記窓領域側の端面（１５ａ）は２面を有し、該２面は前記半導体基板の上面に対する垂直線と前記メサストライプ部の長尺方向の中心線とを含む平面を挟んで互いに対称に配置され、かつ、該２面はそれぞれ＜１００＞方向及び＜０１１＞方向に対して傾斜している
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記メサストライプ部における前記窓領域側の先端は、尖鋭形状を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
- 前記第１導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
- ｎ型半導体基板上に、ｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とを順次生成させる工程と、
この生成された第２のクラッド層の上面のうちの長尺方向の少なくとも一方端に設けた窓領域を除く領域に設定した矩形領域を覆うマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを形成した状態で、前記ｎ型半導体基板上に生成されたｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とをエッチングして、前記長尺方向と直交する台形状断面形状を有するとともに、前記ｎ型半導体基板の端部より前記窓領域分だけ内側に位置し、かつ前記長尺方向の窓領域側の端面が２面を有し、該２面は前記半導体基板の上面に対する垂直線と前記メサストライプ部の長尺方向の中心線とを含む平面を挟んで互いに対称に配置され、かつ、該２面はそれぞれ＜１００＞方向及び＜０１１＞方向に対して傾斜している、メサストライプ部を＜０１１＞方向に沿って形成する工程と、
この形成されたメサストライプ部の長尺方向と直交する側面と前記傾斜した端面及びエッチングで露出された前記ｎ型半導体基板の上面に電流ブロック部を形成する工程と、
前記マスクを除去して、このマスクが除去されたメサストライプ部の上面と前記電流ブロック部の上面にこれらを共通に覆うｐ型の第３のクラッド層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記ｎ型の第１のクラッド層と活性層とｐ型の第２のクラッド層とに対するエッチングは、塩酸及び過酸化水素水を含むエッチング液を用いて行い、前記メサストライプ部における前記窓領域側の先端が尖鋭形状に形成されることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
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