JPH1084131A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH1084131A JP25541396A JP25541396A JPH1084131A JP H1084131 A JPH1084131 A JP H1084131A JP 25541396 A JP25541396 A JP 25541396A JP 25541396 A JP25541396 A JP 25541396A JP H1084131 A JPH1084131 A JP H1084131A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な温度特性をもち長波長化が可能であっ
て、かつ、作製工程が容易な構造の半導体発光素子を提
供する。 【解決手段】 第１導電型のＧａＡｓ基板１０１上に、
少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギー
が小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層１
０５と、第１導電型の下部クラッド層１０３と、第２導
電型の第１上部クラッド層１０７と、第２導電型の第２
上部クラッド層１０９と、電流を狭窄するための第１導
電型の電流ブロック層１０８とを有し、電流ブロック層
１０８は、ＧａＡｓよりバンドギャップエネルギーが小
さい材料からなり、活性層１０５で発光した光を吸収す
る層としての機能をも有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザなど
の半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光ファイバーを用いた光通信シス
テムは、主に幹線系で用いられているが、将来は各家庭
を含めた加入者系での利用が考えられている。これを実
現するためにはシステムの小型化，低消費電力化，低コ
スト化が必要であり、このためには、光源としての半導
体レーザには、低しきい値動作とペルチェフリーが必要
である。
【０００３】しかしながら、現在の１．３μｍ波長帯，
１．５μｍ波長帯の半導体レーザにはＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系材料が用いられており、この材料系を用いた半
導体レーザは材料的に伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)が
小さく電子のオーバーフローが多いことが主たる原因
で、しきい値電流が大きく、また、温度特性が悪く、そ
の結果、光出力が環境温度によって大きく変化するとい
う問題がある。このため温度制御をする必要があり、こ
の種の半導体レーザでは、温度制御用のペルチェ素子を
用いていた。
【０００４】このような問題をＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
系材料を用いて改善することは困難であるため、伝導帯
のバンド不連続(ΔＥc)が大きくなるようにＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系以外の材料で発光素子を形成することが
試みられている。例えば、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡ
ｓを用いて半導体レーザを形成することが試みられてい
る。
【０００５】しかしながら、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａ
ＡｓはＩｎ組成が大きくなるほどバンドギャップエネル
ギーは小さくなるが、格子定数がＧａＡｓよりも大きく
なり、１．３μｍ，１．５μｍ程度の長波長化を図るこ
とが難かしいという問題があった。すなわち、圧縮歪量
の増大により長波長化を図ることができるものの、１．
１μｍ程度が限界であった。
【０００６】そこで、特開平７−１９３３２７号では、
１．３μｍまたは１．５μｍ帯の波長を与えるＩｎＧａ
Ａｓ活性層と、該活性層を挟んで形成され、かつＧａＡ
ｓの格子定数に近い格子定数を与える半導体層とを有
し、伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)を大きくした素子が
提案されている。
【０００７】すなわち、特開平７−１９３３２７号で提
案されている素子は、１．３μｍまたは１．５μｍ帯の
波長を与えるため、ＧａＡｓ基板よりも格子定数の大き
いＩｎＧａＡｓ活性層を用い、また、活性層にＩｎＧａ
Ａｓを用いているので、格子定数差が大きいことによる
ミスフィット転位の生成を抑制するため、緩和バッファ
層を用いている。しかしながら、緩和バッファ層を用い
ても基本的には格子不整合系なので、素子の寿命の点で
問題がある。また、格子整合を図るため、基板をＩｎＧ
ａＡｓとすることも考えられるが、基板にＩｎＧａＡｓ
のような多元材料を用いることは困難である。すなわ
ち、ＩｎＧａＡｓのような多元材料基板は現実には作製
が困難である。
【０００８】そこで、特開平６−３７３５５号では、Ｇ
ａＡｓ基板上にＩｎＧａＮＡｓ系材料を用いることが提
案されており、ＧａＡｓよりも格子定数が大きいＩｎＧ
ａＡｓにＮを添加して、格子定数を低下させたＩｎＧａ
ＮＡｓ系材料を用いることで、格子定数をＧａＡｓの格
子定数に近づけ、ＧａＡｓと格子整合させることが可能
であり、更にバンドギャップエネルギーを小さくするこ
とができる。すなわち、ＩｎＧａＮＡｓ系材料は、１．
３μｍまたは１．５μｍ帯の波長が可能となる材料系で
あり、ＧａＡｓ格子整合系なので、ＡｌＧａＡｓをクラ
ッド層に用いることで伝導帯のバンド不連続(ΔＥc)を
大きくすることができる。
【０００９】さらに特開平７−１５４０２３号には、Ｇ
ａＡｓ基板上のＩｎＧａＮＡｓ系材料の半導体レーザと
して、図３に示すような、リッジストライプ部(電流ブ
ロック層６)をＭＯＣＶＤの選択成長で埋め込んだＳＢ
Ｒ(Selectively Buried RidgeWaveguide)構造の素子が
示されている。図３において、１は半導体レーザ素子、
２は化合物半導体基板、３は活性層、４は下部クラッド
層、５は上部クラッド層、６は電流ブロック層、７はコ
ンタクト層、８はｐ側電極、９はｎ側電極である。ここ
で、下部クラッド層４，活性層３，上部クラッド層５に
よってダブルヘテロ接合が形成され、また、電流ブロッ
ク層６によってストライプ領域を画定するようになって
いる。また、図３において、基板２はＧａＡｓで構成さ
れ、また、活性層３はＧａＩｎＡｓＮで構成されてい
る。また、この素子の電流ブロック層６には、Ｓｉドー
プＧａＡｓが用いられている。
【００１０】図３のような構成の半導体レーザでは、下
部クラッド層４，活性層３，上部クラッド層５のダブル
ヘテロ接合によって、光を垂直方向に閉じ込めることが
できる。また、この種の半導体レーザにおいて、基板に
対して水平方向に注入キャリア(図３の例では、ｐ側電
極８から活性層３に向けて注入される電流)と光とを閉
じ込めることは、低しきい値化するために重要である。
この場合、ＩｎＧａＮＡｓ系材料は、１．３μｍまたは
１．５μｍ帯の波長で発光させることができるが、Ｇａ
ＡｓとのバンドギャップエネルギーがＩｎＧａＮＡｓ系
材料よりも大きく、長波長の光に対して透明であり、反
導波層とはならない。
【００１１】そこで、図３の例では、電流ブロック層６
を設け、電流ブロック層６を設けることによって、スト
ライプ領域(電流ブロック層６が設けられていない領域)
がストライプ領域外(電流ブロック層６下部の領域)より
も厚いために、ストライプ領域とストライプ領域外との
間に、光の屈折率差を生じさせ、ストライプ領域に光を
閉じ込めることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３の
ような素子は、１回目の成長後(ダブルヘテロ接合を形
成した後)、リッジストライプ部を形成し、次いで、電
流ブロック層を成長させ(２回目の成長)、次いでコンタ
クト層を成長させる(３回目の成長)というように、エピ
タキシャル成長を３回に分けて行なう必要があり、作製
が複雑になるという問題があった。
【００１３】本発明は、良好な温度特性をもち長波長化
が可能であって、かつ、作製工程が容易な構造の半導体
発光素子を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、ＧａＡｓ基板上に形成され
る半導体発光素子において、ＧａＡｓよりもバンドギャ
ップエネルギーの小さい材料からなる活性層と、前記活
性層の近傍に形成され、前記活性層で発光した光を吸収
する層とを有していることを特徴としている。
【００１５】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体発光素子において、前記活性層で発光した光
を吸収する層は、前記活性層と接しないで形成されてい
ることを特徴としている。
【００１６】また、請求項３記載の発明は、第１導電型
のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバン
ドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい
材料からなる活性層と、第１導電型のＧａＡｓ基板と前
記活性層との間に設けられ、前記活性層よりもバンドギ
ャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料
からなる第１導電型の下部クラッド層と、前記活性層か
ら見て前記基板とは反対側に設けられ、前記活性層より
バンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小
さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層と、
前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に
設けられた第２導電型の第２上部クラッド層と、前記第
２上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設けら
れた第２導電型のコンタクト層と、前記第１上部クラッ
ド層と第２上部クラッド層との間の一部に設けられ、電
流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層とを有
し、前記電流ブロック層は、ＧａＡｓよりもバンドギャ
ップエネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光し
た光を吸収する層としての機能をも有していることを特
徴としている。
【００１７】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の半導体発光素子において、前記電流ブロック層は、
Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からな
るIII-Ｖ族混晶半導体層であることを特徴としている。
【００１８】また、請求項５記載の発明は、第１導電型
のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバン
ドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい
材料からなる活性層と、第１導電型のＧａＡｓ基板と前
記活性層との間に設けられ、前記活性層よりもバンドギ
ャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材料
からなる第１導電型の下部クラッド層と、前記活性層か
ら見て前記基板とは反対側に設けられ、前記活性層より
もバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が
小さい材料からなる第２導電型の第１上部クラッド層
と、前記第１上部クラッド層から見て前記基板とは反対
側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド層と、前
記第２上部クラッド層から見て前記基板とは反対側に設
けられた第２導電型のコンタクト層と、前記第１上部ク
ラッド層と第２上部クラッド層との間の一部に設けら
れ、電流を狭窄するための第１導電型の電流ブロック層
と、前記電流ブロック層と前記第１上部クラッド層との
間または前記電流ブロック層と前記第２上部クラッド層
との間に設けられた光吸収層とを有し、該光吸収層は、
ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料
からなり、活性層で発光した光を吸収する機能を有して
いることを特徴としている。
【００１９】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の半導体発光素子において、前記光吸収層は、Ｖ族元
素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-
Ｖ族混晶半導体層であることを特徴としている。
【００２０】また、請求項７記載の発明は、請求項４ま
たは請求項６記載の半導体発光素子において、前記III
−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層は、Ｉｎ
xＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)であるこ
とを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。本発明の半導体発光素子は、
ＧａＡｓ基板上に形成されており、ＧａＡｓよりもバン
ドギャップエネルギーの小さい材料からなる活性層と、
活性層の近傍に形成され、活性層で発光した光を吸収す
る層とを有している。この場合、活性層で発光した光を
吸収する層は、前記活性層と接しないで形成されてい
る。
【００２２】図１は本発明に係る半導体発光素子(半導
体レーザ素子)の構成例を示す図である。図１を参照す
ると、この半導体発光素子は、第１導電型のＧａＡｓ基
板１０１上に、少なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャ
ップエネルギーが小さいとともに屈折率が大きい材料か
らなる活性層１０５と、第１導電型のＧａＡｓ基板１０
１と前記活性層１０５との間に設けられ、前記活性層１
０５よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに
屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド
層１０３と、前記活性層１０５から見て前記基板１０１
とは反対側に設けられ、前記活性層１０５よりもバンド
ギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材
料からなる第２導電型の第１上部クラッド層１０７と、
前記第１上部クラッド層１０７から見て前記基板１０１
とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部クラッド
層１０９と、前記第２上部クラッド層１０９から見て前
記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト
層１１０と、前記第１上部クラッド層１０７と第２上部
クラッド層１０９との間の一部に設けられ、電流を狭窄
するための第１導電型の電流ブロック層１０８とを有
し、前記電流ブロック層１０８は、ＧａＡｓよりバンド
ギャップエネルギーが小さい材料からなり、活性層１０
５で発光した光を吸収する層としての機能をも有してい
る。
【００２３】ここで、電流ブロック層１０８は、Ｖ族元
素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-
Ｖ族混晶半導体層として構成され、III−(Ｎx，Ｖ1-x)
からなるIII-Ｖ族混晶半導体層は、具体的には、Ｉｎx
Ｇａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)で形成さ
れている。
【００２４】図１の半導体発光素子は、より具体的に、
ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１０２，ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１０３，Ｇａ
Ａｓ光ガイド層１０４，ＩｎＧａＮＡｓ活性層１０５，
ＧａＡｓ光ガイド層１０６，ｐ−ＡｌＧａＡｓの第１の
上部クラッド層１０７，ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼
電流ブロック層１０８が形成されたものとなっている。
【００２５】ここで、ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電
流ブロック層１０８は、この半導体発光素子の作製過程
で、ストライプ領域となるべき部分が除去されて、この
部分において第１の上部クラッド層１０７が露出された
状態となっている。
【００２６】また、図１の半導体発光素子において、ス
トライプ領域となるべき部分が除去されて、この部分に
おいて第１の上部クラッド層１０７が露出された状態と
なっているｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック
層１０８上には、ｐ−ＡｌＧａＡｓの第２の上部クラッ
ド層１０９，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０が形成さ
れている。すなわち、この素子全体は、層構造としては
ＳＣＨ−ＳＱＷ構造となっており、また、デバイス構造
としてＳＡＳ(Self-Aligned Structure Laser)型となっ
ている。
【００２７】また、図１の半導体発光素子では、素子の
表面にｐ側電極１１１であるＡｕＺｎ／Ａｕが形成さ
れ、また、素子の裏面にｎ側電極１１２であるＡｕＧｅ
／Ｎｉ／Ａｕが形成されている。
【００２８】図１の半導体発光素子は、次のような手順
によって作製される。すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ法に
より、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層１０２，ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１０
３，ＧａＡｓ光ガイド層１０４，ＩｎＧａＮＡｓ活性層
１０５，ＧａＡｓ光ガイド層１０６，ｐ−ＡｌＧａＡｓ
第１の上部クラッド層１０７，ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導
波層兼電流ブロック層１０８を形成する(１回目の成長
を行なう)。ここで、ＩｎＧａＮＡｓのＮの原料には、
ＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)を用いた。そして、ウェ
ットエッチング等により、ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層
兼電流ブロック層１０８において、ストライプ領域とな
るべき部分を除去する。
【００２９】次いで、上記のようにストライプ領域とな
るべき部分が除去されたｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼
電流ブロック層１０８上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓの第２の
上部クラッド層１０９，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１
０を成長させる(２回目の成長を行なう)。
【００３０】次いで、ｐ側電極１１１であるＡｕＺｎ／
Ａｕを形成し、また、素子の裏面にｎ側電極１１２であ
るＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを形成して、図１の半導体発光
素子を作製できる。
【００３１】このように、図１の半導体発光素子は、２
回の結晶成長で形成できる。
【００３２】次に、図１の半導体発光素子(半導体レー
ザ素子)の特性，動作原理について説明する。一般に、
ＩｎＧａＡｓにＮを数％添加すると格子定数が小さくな
り、バンドギャップエネルギーが小さくなる。すなわ
ち、ＩｎＧａＡｓにＮを数％添加すると、ＧａＡｓ基板
に格子整合する１．３μｍ，１．５μｍ等の長波長に対
応する結晶が形成できる。さらに、屈折率は、ＧａＡｓ
よりも大きい。
【００３３】図１の半導体発光素子では、活性層１０５
にＩｎＧａＮＡｓを用いているので、活性層１０５は、
ＧａＡｓ基板１０１に格子整合しており、ＧａＡｓ基板
１０１上に形成でき、発振波長として、例えば１．３μ
ｍ程度の長波長のものを得ることができる。また、この
場合、バンドギャップエネルギーが大きいＡｌＧａＡｓ
層をクラッド層に用いることができるので、伝導帯のバ
ンド不連続(ΔＥc)が大きくなり、注入キャリアのオー
バーフローを減らすことができ、しきい値電流を小さく
することができ、さらに、その温度依存性を小さくする
ことができる。
【００３４】また、ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロ
ック層１０８は、活性層１０５と同じ組成にしており、
１．３μｍの光を吸収するので、反導波層(活性層で発
光した光を吸収する層)となる。このため、ストライプ
領域とストライプ領域外との間に屈折率差が生じ、スト
ライプ領域に光を閉じ込めることができる。すなわち、
屈折率導波型半導体レーザを形成できる。
【００３５】このように、図１の半導体発光素子は、図
３の半導体発光素子と同様に、良好な温度特性をもち長
波長化を図ることが可能な構造を有しており、さらに、
図３の素子に比べて、その作製工程が容易な構造のもの
となっている。
【００３６】すなわち、図３の素子(ＳＢＲレーザ)は、
ダブルヘテロ接合構造を成長させ(１回目の成長)、しか
る後、メサエッチングして電流ブロック層を選択成長さ
せ(２回目の成長)、その後、コンタクト層を成長させて
(３回目の成長)、形成されるが、図１の素子では、メサ
部を形成して埋め込み成長をする必要がなく、図３の素
子に比べて、成長回数が１回少なくて済み(２回の成長
で済み)、素子を容易に作製できる。
【００３７】上述の例では、クラッド層には、ＧａＡｓ
基板に格子整合するＡｌＧａＡｓを用いたが、この他
に、ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＰ等のＩｎＧ
ａＡｓＰ系材料を用いることもできる。ＩｎＧａＡｓＰ
系材料は、活性なＡｌを含んでいないので、ＡｌＧａＡ
ｓと同様に好ましい。なお、ＩｎＧａＰを用いる場合
は、ＡｓＨ3雰囲気中で加熱処理した後、Ｖ族原料をＰ
Ｈ3に切り替える。また、ＩｎＧａＡｓＰを用いる場合
は、ＡｓＨ3雰囲気中で加熱処理した後、ＡｓＨ3＋ＰＨ
3にするなどして成長を行なえば良い。もちろん結晶成
長および加熱処理は、ＭＯＣＶＤ法以外にもＭＢＥ法な
どでも可能である。
【００３８】また、活性層には、これから発光する光を
ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層で吸収できる
材料、例えばＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡ
ｓＰなどを用いることができる。また、デバイス構造は
ＳＡＳ構造だけでなく、その他の反導波層により実効屈
折率分布を作り光を閉じ込める構造の素子に応用でき
る。
【００３９】図２は本発明に係る半導体発光素子の他の
構成例を示す図である。図２を参照すると、この半導体
発光素子は、第１導電型のＧａＡｓ基板１０１上に、少
なくとも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが
小さいとともに屈折率が大きい材料からなる活性層１０
５と、第１導電型のＧａＡｓ基板１０１と前記活性層１
０５との間に設けられ、前記活性層１０５よりもバンド
ギャップエネルギーが大きいとともに屈折率が小さい材
料からなる第１導電型の下部クラッド層１０３と、前記
活性層１０５から見て前記基板１０１とは反対側に設け
られ、前記活性層１０５よりもバンドギャップエネルギ
ーが大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導
電型の第１上部クラッド層１０７と、前記第１上部クラ
ッド層から見て前記基板とは反対側に設けられた第２導
電型の第２上部クラッド層１０９と、前記第２上部クラ
ッド層１０９から見て前記基板１０１とは反対側に設け
られた第２導電型のコンタクト層１１０と、前記第１上
部クラッド層１０７と第２上部クラッド層１０９との間
の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の
電流ブロック層２０１と、前記電流ブロック層２０１と
前記第１上部クラッド層１０７との間に設けられた光吸
収層２０２とを有し、該光吸収層２０２は、ＧａＡｓよ
りもバンドギャップエネルギーが小さい材料からなり、
活性層１０５で発光した光を吸収する機能を有してい
る。
【００４０】ここで、光吸収層２０２は、Ｖ族元素にＮ
(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混
晶半導体層として構成され、III−(Ｎx，Ｖ1-x)からな
るIII-Ｖ族混晶半導体層は、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ
1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)で形成されている。
【００４１】図２の半導体発光素子は、より具体的に、
図１のｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブロック層１
０８のかわりに、ＩｎＧａＮＡｓ反導波層(光吸収層)２
０２と、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０１とが設けら
れたものとなっている。この場合、電流ブロック層２０
１，反導波層２０２において、ストライプ領域となるべ
き部分は、例えばウェットエッチング等により除去され
ている。
【００４２】図２の半導体発光素子は、次のような手順
によって作製される。すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ法に
より、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層１０２，ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層１０
３，ＧａＡｓ光ガイド層１０４，ＩｎＧａＮＡｓ活性層
１０５，ＧａＡｓ光ガイド層１０６，ｐ−ＡｌＧａＡｓ
第１の上部クラッド層１０７，ＩｎＧａＮＡｓ反導波層
２０２，ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０１を形成する
(１回目の成長を行なう)。そして、ウェットエッチング
等により、ＩｎＧａＮＡｓ反導波層２０２，ｎ−ＧａＡ
ｓ電流ブロック層２０１において、ストライプ領域とな
るべき部分を除去する。
【００４３】次いで、上記のようにストライプ領域とな
るべき部分が除去されたｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２
０１上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓの第２の上部クラッド層１
０９，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０を成長させる
(２回目の成長を行なう)。
【００４４】次いで、ｐ側電極１１１であるＡｕＺｎ／
Ａｕを形成し、また、素子の裏面にｎ側電極１１２であ
るＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを形成して、図２の半導体発光
素子を作製できる。
【００４５】このように、図２の半導体発光素子も、図
１の半導体発光素子と同様に、２回の結晶成長で形成で
きる。
【００４６】次に、図２の半導体発光素子(半導体レー
ザ)の特性，動作原理について説明する。図２の半導体
発光素子も、図１の半導体発光素子と同様に、活性層１
０５にＩｎＧａＮＡｓを用いているので、活性層１０５
は、ＧａＡｓ基板１０１に格子整合しており、ＧａＡｓ
基板１０１上に形成でき、発振波長として、例えば１．
３μｍ程度の長波長のものを得ることができる。また、
この場合、バンドギャップエネルギーが大きいＡｌＧａ
Ａｓ層をクラッド層に用いることができるので、伝導帯
のバンド不連続(ΔＥc)が大きくなり、注入キャリアの
オーバーフローを減らすことができ、しきい値電流を小
さくすることができ、さらに、その温度依存性を小さく
することができる。
【００４７】また、ＩｎＧａＮＡｓ反導波層２０２は、
活性層１０５と同じ組成にしており、１．３μｍの光を
吸収するので反導波層(活性層で発光した光を吸収する
層)となる。このためストライプ領域とストライプ領域
外との間に屈折率差が生じ、ストライプ領域に光を閉じ
込めることができる。すなわち、屈折率導波型半導体レ
ーザを形成できる。
【００４８】このように、図２の半導体発光素子も、図
１の半導体発光素子と同様に、良好な温度特性をもち長
波長化を図ることが可能な構造を有しており、また、図
３の素子に比べて、その作製工程が容易な構造のものと
なっている。
【００４９】すなわち、図２の素子では、図３の素子に
比べて成長回数が１回少なくてすみ、素子を容易に作製
できる。
【００５０】上述の例では、クラッド層には、ＧａＡｓ
基板に格子整合するＡｌＧａＡｓを用いたが、この他
に、ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＰ等のＩｎＧ
ａＡｓＰ系材料を用いることもできる。
【００５１】また、活性層にはＩｎＧａＮＡｓ反導波層
で光を吸収できる材料、例えばＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａ
Ａｓ，ＩｎＧａＡｓＰなどを用いることができる。ま
た、活性層１０５で発光した光を反導波層２０２で吸収
できるならば、電流ブロック層２０１と反導波層２０２
とは、その積層順序が逆であっても良い。すなわち、図
２の例では、光吸収層(反導波層)２０２は、電流ブロッ
ク層２０１と第１上部クラッド層１０７との間に設けら
れているが、これを前記電流ブロック層２０１と前記第
２上部クラッド層１０９との間に設けても良い。また、
デバイス構造は他の反導波層により実効屈折率分布を作
り光を閉じ込める構造の素子に応用できる。
【００５２】このように、本発明では、活性層で発光し
た光を吸収する層を、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII
−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層として構
成し、III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体
層を、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜
１)で形成するので、ＧａＡｓ基板のＧａＡｓよりもバ
ンドギャップエネルギーが小さいとともに屈折率が大き
い材料(例えばＩｎＧａＮＡｓ系材料)を活性層に用いた
半導体発光素子においても、活性層で発光した光を上記
半導体層で吸収することができ、屈折率導波型の発光素
子を形成できる。このため、従来のＳＢＲレーザのよう
にメサ部を形成して選択埋め込み成長をする必要がな
く、成長回数が１回少なくて済み、良好な温度特性をも
ち長波長化が可能な屈折率導波型発光素子(例えばＩｎ
ＧａＮＡｓ系素子)を容易に作製できる。
【００５３】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１，請求
項２記載の半導体発光素子では、ＧａＡｓよりもバンド
ギャップエネルギーの小さい材料からなる活性層で発光
した光を吸収する層が発光層の近傍に形成されているの
で、良好な温度特性をもち長波長化が可能であって、か
つ、作製工程が容易な構造の半導体発光素子を提供する
ことができる。
【００５４】また、請求項３記載の半導体発光素子で
は、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、Ｇａ
Ａｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに
屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１導電型のＧ
ａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層
よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折
率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層
と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に設けら
れ、前記活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい
とともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第１
上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から見て前
記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部ク
ラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前記基板
とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層と、
前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層との間の
一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型の電
流ブロック層とを有し、前記電流ブロック層は、ＧａＡ
ｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料からな
り、活性層で発光した光を吸収する層としての機能をも
有しているので、活性層で発生する光を電流ブロック層
にしみださせることで電流ブロック層がない領域と電流
ブロック層がある領域との実効屈折率差を設ける構造の
屈折率導波型の発光素子を提供できる。
【００５５】また、請求項５記載の半導体発光素子で
は、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも、Ｇａ
Ａｓよりもバンドギャップエネルギーが小さいとともに
屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１導電型のＧ
ａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層
よりもバンドギャップエネルギーが大きいとともに屈折
率が小さい材料からなる第１導電型の下部クラッド層
と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に設けら
れ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大き
いとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型の第
１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から見て
前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２上部
クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前記基
板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト層
と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層との
間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電型
の電流ブロック層と、前記電流ブロック層と前記第１上
部クラッド層との間または前記電流ブロック層と前記第
２上部クラッド層との間に設けられた光吸収層とを有
し、該光吸収層は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネ
ルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を吸
収する機能を有しているので、活性層で発光した光を光
吸収層にしみださせることで、電流ブロック層がない領
域と電流ブロック層がある領域との実効屈折率差を設け
る構造の屈折率導波型の発光素子を形成できる。
【００５６】また、請求項４，請求項６記載の半導体発
光素子では、上記活性層で発光した光を吸収する層に、
Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からな
るIII-Ｖ族混晶半導体層を用いており、この材料系はＧ
ａＡｓ基板に格子整合させることが可能であるので、光
を吸収するための層を、ミスフィット転位などを発生さ
せることなく、充分な厚さに形成でき、活性層で発光し
た光を充分吸収させることができる。
【００５７】また、請求項７記載の半導体発光素子で
は、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII−(Ｎx，Ｖ1-x)か
らなるIII-Ｖ族混晶半導体層には、ＩｎxＧａ1-xＮyＡ
ｓ1-y(０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１)を用いており、ＩｎxＧ
ａ1-xＡｓ(０＜ｘ＜１)にＮを添加すれば少ないＮ組成
でＧａＡｓ基板に格子整合させることができるので、活
性層で発光した光を吸収する層を容易に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図
である。
【図２】本発明に係る半導体発光素子の他の構成例を示
す図である。
【図３】ＧａＡｓ基板上に形成された従来の長波長半導
体レーザを示す図である。
【符号の説明】
１０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １０３ ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 １０４ ＧａＡｓ光ガイド層 １０５ ＩｎＧａＮＡｓ活性層 １０６ ＧａＡｓ光ガイド層 １０７ ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１の上部クラッド
層 １０８ ｎ−ＩｎＧａＮＡｓ反導波層兼電流ブ
ロック層 １０９ ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２の上部クラッド
層 １１０ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １１１ ｐ側電極 １１２ ｎ側電極 ２０１ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層 ２０２ ＩｎＧａＮＡｓ反導波層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に形成される半導体発光
    素子において、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギ
    ーの小さい材料からなる活性層と、前記活性層の近傍に
    形成され、前記活性層で発光した光を吸収する層とを有
    していることを特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体発光素子におい
    て、前記活性層で発光した光を吸収する層は、前記活性
    層と接しないで形成されていることを特徴とする半導体
    発光素子。
  3. 【請求項３】 第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なく
    とも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さ
    いとともに屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１
    導電型のＧａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、
    前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいと
    ともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部ク
    ラッド層と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に
    設けられ、前記活性層よりバンドギャップエネルギーが
    大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電型
    の第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層から
    見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第２
    上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て前
    記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタクト
    層と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層と
    の間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導電
    型の電流ブロック層とを有し、前記電流ブロック層は、
    ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料
    からなり、活性層で発光した光を吸収する層としての機
    能をも有していることを特徴とする半導体発光素子。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体発光素子におい
    て、前記電流ブロック層は、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含ん
    だIII−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層で
    あることを特徴とする半導体発光素子。
  5. 【請求項５】 第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なく
    とも、ＧａＡｓよりもバンドギャップエネルギーが小さ
    いとともに屈折率が大きい材料からなる活性層と、第１
    導電型のＧａＡｓ基板と前記活性層との間に設けられ、
    前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいと
    ともに屈折率が小さい材料からなる第１導電型の下部ク
    ラッド層と、前記活性層から見て前記基板とは反対側に
    設けられ、前記活性層よりもバンドギャップエネルギー
    が大きいとともに屈折率が小さい材料からなる第２導電
    型の第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層か
    ら見て前記基板とは反対側に設けられた第２導電型の第
    ２上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層から見て
    前記基板とは反対側に設けられた第２導電型のコンタク
    ト層と、前記第１上部クラッド層と第２上部クラッド層
    との間の一部に設けられ、電流を狭窄するための第１導
    電型の電流ブロック層と、前記電流ブロック層と前記第
    １上部クラッド層との間または前記電流ブロック層と前
    記第２上部クラッド層との間に設けられた光吸収層とを
    有し、該光吸収層は、ＧａＡｓよりもバンドギャップエ
    ネルギーが小さい材料からなり、活性層で発光した光を
    吸収する機能を有していることを特徴とする半導体発光
    素子。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体発光素子におい
    て、前記光吸収層は、Ｖ族元素にＮ(窒素)を含んだIII
    −(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-Ｖ族混晶半導体層であるこ
    とを特徴とする半導体発光素子。
  7. 【請求項７】 請求項４または請求項６記載の半導体発
    光素子において、前記III−(Ｎx，Ｖ1-x)からなるIII-
    Ｖ族混晶半導体層は、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y(０＜ｘ
    ＜１，０＜ｙ＜１)であることを特徴とする半導体発光
    素子。
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