半導体光素子およびその製造方法
【課題】 電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能な半導体光素子およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 内部ストライプ構造を有する半導体光素子１００であって、半導体基板１１、第１のクラッド層１２、活性層１３、第２のクラッド層１４、エッチング阻止層１５、電流ブロック層１６、埋め込みクラッド層１７、コンタクト層１８、第１の電極１９および第２の電極２０を備え、電流ブロック層１６が、活性層１３寄りの光を吸収しない非吸収ブロック層１６ａ、基板表面寄りの光を吸収する吸収ブロック層１６ｂ、および、エッチング制御層１６ｃからなり、非吸収ブロック層１６ａが、開口部を占める埋め込みクラッド層１７よりも低い屈折率の材料からなり、吸収ブロック層１６ｂよりも活性層１３側に位置する構造を有する。
【解決手段】 内部ストライプ構造を有する半導体光素子１００であって、半導体基板１１、第１のクラッド層１２、活性層１３、第２のクラッド層１４、エッチング阻止層１５、電流ブロック層１６、埋め込みクラッド層１７、コンタクト層１８、第１の電極１９および第２の電極２０を備え、電流ブロック層１６が、活性層１３寄りの光を吸収しない非吸収ブロック層１６ａ、基板表面寄りの光を吸収する吸収ブロック層１６ｂ、および、エッチング制御層１６ｃからなり、非吸収ブロック層１６ａが、開口部を占める埋め込みクラッド層１７よりも低い屈折率の材料からなり、吸収ブロック層１６ｂよりも活性層１３側に位置する構造を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体を用いた半導体光素子およびその製造方法に関し、特に半導体レーザ、半導体光増幅器、外部共振器型半導体レーザ等の半導体光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部ストライプ構造を有する半導体レーザは、単一モードで発光し、ノイズに強いこと、望ましいビーム形状を得られることなどから注目されている（例えば、特許文献１参照。）。図４は、内部ストライプ構造を有する半導体レーザの活性層に垂直な面についての断面構造の典型例を示す図である。図４に示す半導体レーザ４００は、半導体基板４１に、ｎ−クラッド層４２、活性層４３、第１のｐ−クラッド層４４、電流ブロック層４６、第２のｐ−クラッド層４７、およびキャップ層４８が積層された構成を有する。
【０００３】
ここで、第１のｐ−クラッド層４４と電流ブロック層４６との間には、電流ブロック層４６のエッチング用のエッチング阻止層４５が設けられている。また、キャップ層４８上にはｐ電極４９が設けられ、半導体基板４１の裏面にはｎ電極５０が設けられている。ここで、電流ブロック層４６は、ｎ型の導電性を有し、電流ブロック層４６と第２のｐ−クラッド層４７とがなすｐ−ｎ接合によって、電子が所定の領域に限定されて注入される。
【０００４】
ここで、電流ブロック層４６は、また、活性層４３内で発光した光のうち、発光領域の周辺部分の光を吸収してマルチモードの発生を防止することができるようになっている。例えば、活性層４３がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓを用いて形成され、ｐ−クラッド層４４、４７がＡｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓを用いて形成されるとき、電流ブロック層４６はＧａＡｓを用いて形成される。そして、高出力の半導体レーザを作成する場合は、電流ブロック層４６による損失を低減すべく第１のｐ−クラッド層４４を厚くすると共に電流ブロック層４６の開口を広げることが行われていた。
【特許文献１】特開昭６０−６６８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の内部ストライプ構造を有する半導体レーザでは、高次モードで導波する光を電流ブロック層４６を用いて効果的に吸収し取り除くことができるため、基本横モードでの発振が安定して得られやすい。しかし、その一方で、このような従来の内部ストライプ構造を有する半導体レーザは、基本横モード動作における光吸収の影響も大きく、第１のｐ−クラッド層４４を越えて電流ブロック層４６に及ぶ光の成分がレーザ発振状態で長距離にわたる損失を受けて、半導体レーザの発光効率を低下させてしまうという問題があった。また、吸収の影響を少なくするため、クラッド層４４を厚くして活性層４３から電流ブロック層４６を遠ざけようとすると、電流の横方向への広がりが大きくなってしまい、実質的な活性領域の幅が広くなり、横モードが不安定になりやすいという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、電流の拡がりを大きくすることなく電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能で、かつ、横方向の有効屈折率差により活性層で放出した光を閉じ込め、安定した横基本モードでの発光または増幅が可能な半導体光素子およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、少なくとも、活性層と、前記活性層の両側に位置する複数のクラッド層と、前記活性層より表面側に位置し、電流が前記活性層に注入される領域を限定するための開口部を有する電流ブロック層とを備え、前記開口部がストライプ状の構造をなす内部ストライプ構造を有する半導体光素子であって、前記電流ブロック層が、前記活性層で放出された光を吸収する吸収ブロック層、および、前記活性層で放出された光を吸収しない非吸収ブロック層を含む複数の層を有し、前記非吸収ブロック層が、前記開口部を占めるクラッド層よりも低い屈折率の材料からなり、前記吸収ブロック層よりも前記活性層側に位置する構成を有している。
【０００８】
この構成により、光を吸収しない非吸収ブロック層が、横方向への電流の広がりを抑えると共に、活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能な半導体光素子を実現することができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記吸収ブロック層の開口部が、前記ストライプ状の構造の長手方向に対して垂直かつ前記活性層に平行な方向に、前記非吸収ブロック層の開口部よりも広がっている構成を有している。
【００１０】
この構成により、請求項１の効果に加え、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることが可能な半導体光素子を実現することができる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、少なくとも、活性層および前記活性層の両側に位置する複数のクラッド層を堆積する発光伝播層堆積工程と、前記発光伝播層堆積工程で堆積した層上に電流ブロック層を堆積する電流ブロック層堆積工程と、前記電流ブロック層堆積工程で堆積した電流ブロック層をエッチングして開口部を形成する電流ブロック層エッチング工程と、前記電流ブロック層エッチング工程で形成された開口部を有する基板面上に、クラッド層を含む複数の層を堆積する埋め込み層堆積工程とを備え、前記開口部がストライプ状の構造をなす内部ストライプ構造を有する半導体光素子の製造方法であって、前記電流ブロック層堆積工程で、前記電流ブロック層として、前記活性層で放出された光を吸収する吸収ブロック層、および、前記活性層で放出された光を吸収しない非吸収ブロック層を含む複数の層を堆積して形成し、前記非吸収ブロック層が、前記開口部を占めるクラッド層よりも低い屈折率の材料からなり、前記吸収ブロック層よりも前記活性層側に位置するように堆積される構成を有している。
【００１２】
この構成により、光を吸収しない非吸収ブロック層が、横方向への電流の広がりを抑えると共に、活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能な半導体光素子の製造方法を実現することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項３において、前記電流ブロック層エッチング工程で、前記吸収ブロック層の開口部が、前記ストライプ状の構造の長手方向に対して垂直かつ前記活性層に平行な方向に、前記非吸収ブロック層の開口部よりも広くなるように前記電流ブロック層の開口部を形成する構成を有している。
【００１４】
この構成により、請求項３の効果に加え、電流ブロック層エッチング工程で、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることが可能な半導体光素子の製造方法を実現することができる。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４において、前記電流ブロック層堆積工程で、前記吸収ブロック層と前記非吸収ブロック層との間に、前記吸収ブロック層および前記非吸収ブロック層よりもエッチング速度の低いエッチング制御層を含む１以上の層を形成する構成を有している。
【００１６】
この構成により、請求項３または請求項４の効果に加え、電流ブロック層堆積工程で、吸収ブロック層と非吸収ブロック層との間にエッチング制御層を形成するため、開口形状の広がりの制御等を容易にすることが可能な半導体光素子の製造方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、光を吸収しない非吸収ブロック層が活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能であると共に、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることが可能な半導体光素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、本発明の半導体光素子を半導体レーザに適用した例にとり、図面を用いて説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体光素子の構成の一例を示す図である。図１において、半導体光素子１００は、半導体基板１１、第１のクラッド層１２、活性層１３、第２のクラッド層１４、エッチング阻止層１５、電流ブロック層１６、埋め込みクラッド層１７、コンタクト層１８、第１の電極１９および第２の電極２０を備え、内部ストライプ構造を有する。
【００１９】
半導体基板１１は、半導体光素子１００が対象とする波長および堆積する半導体層１２〜１８に応じて決定され、例えば１μｍ以下の波長に対しては、入手の容易性、物性が明らかになっていること等の観点から、ＧａＡｓ基板が好適である。ただし、半導体基板１１は、ＧａＡｓ基板に限られず、ＩｎＰ基板等のその他のIII−Ｖ族化合物半導体基板、その他の所定の基板でもよい。以下、半導体光素子１００が対象とする波長は７５０〜８５０ｎｍ程度とし、半導体基板１１はｎ−ＧａＡｓ基板からなるものとして説明を行う。
【００２０】
第１のクラッド層１２は、半導体光素子１００が対象とする波長および求められる屈折率等に応じて材料が決定され、ｎ−ＡｌｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ等のIII−Ｖ族化合物半導体が一般に用いられる。ＡｌｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓは、ＧａＡｓと格子定数の差が小さいため格子不整合に伴う欠陥の問題を回避できて好適である。ｎ型の不純物としては、例えば、Ｓｉが好適である。以下、第１のクラッド層１２は、不純物濃度が略１×１０1８ｃｍ-３、層厚が略２μｍのｎ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるものとする。
【００２１】
活性層１３は、例えば、ダブルへテロのｐｎ接合を有する構造、量子井戸構造、多重量子井戸構造等のうちのいずれかの構造を有する層とすることができる。ここで、活性層１３の形成に用いる材料は、発振波長に応じて決定される。具体的には、活性層１３は、７５０〜８５０ｎｍ程度の波長帯用に対して、例えば、井戸層がアンドープのＧａＡｓを用いて形成され、障壁層がアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを用いて形成される多重量子井戸構造の層とするのでもよい。
【００２２】
第２のクラッド層１４は、第１のクラッド層１２と同様に、半導体光素子１００が対象とする波長および求められる屈折率等に応じて材料が決定され、ｐ−ＡｌｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ等のIII−Ｖ族化合物半導体が一般に材料として用いられる。ｐ型の不純物としては、例えば、Ｚｎが好適である。以下、第２のクラッド層１４は、不純物濃度が略１×１０1８ｃｍ-３、層厚が略０．２μｍのｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるものとする。
【００２３】
電流ブロック層１６は、異なるIII−Ｖ族化合物半導体を用いて形成される複数の層からなる。ここで、電流ブロック層１６を構成する層のうち、異なる材料からなる層は、少なくとも２層有るものとする。図１には、電流ブロック層１６が、活性層１３寄りの光を吸収しない非吸収ブロック層１６ａと、基板表面寄りの光を吸収する吸収ブロック層１６ｂと、非吸収ブロック層１６ａと吸収ブロック層１６ｂとの間に設けられたエッチング制御層１６ｃとによって構成される例が示されている。以下、電流ブロック層１６は、非吸収ブロック層１６ａと、吸収ブロック層１６ｂと、エッチング制御層１６ｃとによって構成されるものとする。
【００２４】
本発明の実施の形態では、非吸収ブロック層１６ａをｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを用いて形成し、吸収ブロック層１６ｂは、ｎ−ＧａＡｓを用いて形成する。ｎ型の不純物としては、例えば、Ｓｉが好適である。非吸収ブロック層１６ａと吸収ブロック層１６ｂの厚さは、共に、略０．３μｍとする。非吸収ブロック層１６ａには、開口部を占める埋め込みクラッド層１７よりも屈折率が低く、活性層活性層１３で放出された光を閉じ込めることができる材料を用いて形成する。具体的には、非吸収ブロック層１６ａと埋め込みクラッド層１７とをいずれもＡｌＧａＡｓを用いて形成するとき、非吸収ブロック層１６ａ中のＡｌの組成を埋め込みクラッド層１７中のＡｌの組成より高くする。
【００２５】
また、非吸収ブロック層１６ａの開口部と吸収ブロック層１６ｂの開口部とが、相互に異なる形状をなすのでもよい。具体的には、図１に示すように、吸収ブロック層１６ｂの開口が非吸収ブロック層１６ａの開口より広くなっているのでもよい。このようにすることによって、非吸収ブロック層１６ａを経由して電流が活性層１３に注入されるため、電流が注入される領域（以下、電流注入領域という。）を広げることなく、光が吸収される領域（吸収ブロック層１６ｂ）を従来の構造の半導体光素子よりも電流注入領域および第２のクラッド層１４から離すことができる。これによって、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、吸収ブロック層１６ｂによって高次モードの光が効果的に吸収されるため、横基本モードを安定させたままで、発光効率を向上させることができる。
【００２６】
エッチング制御層１６ｃは、所定のエッチング液に対して非吸収ブロック層１６ａおよび吸収ブロック層１６ｂよりもエッチング速度が低い層である。ＧａＡｓおよびＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓに対するエッチング制御層１６ｃとしては、例えばＩｎｘｃＧａ（１−ｘｃ）ＡｓｙｃＰ（１−ｙｃ）を用いることができる。以下、エッチング制御層１６ｃとして、膜厚が略３０ｎｍのｎ−Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４を用いるものとする。エッチング制御層１６ｃを設けることによって、非吸収ブロック層１６ａの開口の広さと吸収ブロック層１６ｂの開口の広さとを容易に変えることができる。
【００２７】
エッチング阻止層１５は、電流ブロック層１６に開口部を形成する際に第２のクラッド層１４をエッチングしないようにするために設けられた層であり、エッチング阻止層１５として、例えばＩｎｘｄＧａ（１−ｘｄ）Ｐを用いることができる。以下、エッチング阻止層１５として、膜厚が略２０ｎｍのｐ−Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐを用いるものとする。エッチング阻止層１５を設けることによって、エッチング阻止層１５の面出しおよび電流ブロック層１６の開口の広さを容易に所望の広さにすることができる。
【００２８】
埋め込みクラッド層１７は、第２のクラッド層１４と同様に、ｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるものとして説明を行う。ここで、不純物濃度は略１×１０1８ｃｍ-３、層厚は略２μｍである。コンタクト層１８は、ｐ＋−ＧａＡｓからなり、不純物濃度は略１×１０1９ｃｍ-３、層厚は略１μｍである。なお、第１の電極１９を形成する前に、例えばＳｉＯ２等の絶縁性の保護膜を設け、窓開けした後に電極を形成してもよい。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体光素子１００の製造方法について図面を用いて説明する。図２および図３は、本発明の実施の形態に係る半導体光素子１００の製造方法について説明するための図である。
【００３０】
まず、ＭＯＶＰＥ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）技術を用いて、図２（ａ）に示すように、半導体基板１１上に、第１のクラッド層１２、活性層１３、第２のクラッド層１４、エッチング阻止層１５および電流ブロック層１６をこの順に堆積する。以下、半導体基板１１上に、第１のクラッド層１２、活性層１３および第２のクラッド層１４を堆積する工程を発光伝播層堆積工程といい、第２のクラッド層１４上にエッチング阻止層１５および電流ブロック層１６を堆積する工程を電流ブロック層堆積工程という。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、電流ブロック層堆積工程で堆積した電流ブロック層１６上に、ＳｉＯ２からなるマスク層２１を０．２μｍ堆積する。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、図２（ｃ）に示すように、＜０１１＞方向（図面に垂直な方向）に平行な方向に開口部の長手方向が位置するようにマスク層２１をエッチングして開口部を形成する。ここで、上記の開口部の幅は、例えば２〜５μｍである。
【００３２】
次に、開口部を形成したマスク層２１をマスクとし、酒石酸と過酸化水素水との混合溶液（以下、酒石酸加水溶液という。）を用いて、電流ブロック層１６をエッチングする。以下に、電流ブロック層１６がエッチングされていく様子について説明する。まず、ＧａＡｓからなる吸収ブロック層１６ｂが酒石酸加水溶液によって等方的にエッチングされ、やがてエッチングがＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４からなるエッチング制御層１６ｃに達する。ここで、酒石酸加水溶液として、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４に対するエッチング速度がＧａＡｓに対するエッチング速度の１０分の１程度の選択性の高いものを用いることができる。以下では、電流ブロック層１６のエッチングに、エッチング制御層１６ｃ（Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４）に対するエッチング速度が吸収ブロック層１６ｂ（ＧａＡｓ）および非吸収ブロック層１６ａ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ）に対するエッチング速度の１０分の１程度の選択性の高い酒石酸加水溶液を用いるものとする。
【００３３】
このように、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４に対する酒石酸加水溶液のエッチング速度がＧａＡｓに対するエッチング速度より１０倍程度低いため、図２（ｄ）に示すように、エッチング制御層１６ｃがエッチングされて除去される前にマスク層２１下の吸収ブロック層１６ｂをサイドエッチングすることができる。その結果、サイドエッチングの量を０．３μｍにすることができる。
【００３４】
エッチングをさらに進めると、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓは、酒石酸加水溶液に対して等方的にエッチングされ、かつＧａＡｓよりも２割前後低いエッチング速度でエッチングされるため、ＧａＡｓからなる吸収ブロック層１６ｂのサイドエッチングがさらに進むと共に、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４からなるエッチング制御層１６ｃをマスクとして、図３（ａ）に示すように、非吸収ブロック層１６ａがエッチングされる。ここで、サイドエッチングの量は、エッチング制御層１６ｃの膜厚を調整することによって、適切に制御することができる。上記のように電流ブロック層１６をエッチングした後、ＳｉＯ２からなるマスク層２１を除去する。以下、上記のマスク層２１を形成する工程から、マスク層２１を除去する工程までの工程を、電流ブロック層エッチング工程という。また、上記のようにエッチング速度が吸収ブロック層１６ｂおよび非吸収ブロック層１６ａより遅いエッチング制御層１６ｃを導入することによって、エッチング液を変えることなく電流ブロック層エッチング工程を終えることができる。
【００３５】
電流ブロック層エッチング工程でマスク層２１を除去した後、ＭＯＶＰＥ法によって、図３（ｇ）に示すように、ｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる埋め込みクラッド層１７およびｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層１８を、この順番に堆積する（埋め込み層堆積工程）。
【００３６】
埋め込み層堆積工程でコンタクト層１８まで堆積した後、その表面に第１の電極１９としてｐ電極を形成し、半導体基板１１の裏面に第２の電極２０として、ｎ電極を形成する。なお、必要に応じて半導体層１２〜１８を堆積した基板面上をＳｉＯ２等の絶縁膜で覆い、フォトリソグラフィ技術を用いて電流注入領域を窓開けした後に第１の電極１９を形成するのでもよく、第２の電極２０を形成する前に半導体基板１１を研磨して薄くするのでもよい。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体光素子１００の動作について説明する。第１の電極（ｐ電極）から電流ブロック層１６を経由して注入されたホールは第２の電極（ｎ電極）から注入された電子と活性層１３内で結合して発光し、これによって生じた光が端面間を往復することによってレーザ発振が生ずる。このとき、活性層１３付近を伝播する光は、埋め込みクラッド層１７よりも低い屈折率で形成された非吸収ブロック層１６ａにより横方向の有効屈折率差を感じることで、横基本モードで安定して導波される。また、高次モードについては基本モードに比べて、ストライプ中央部から離れた部分までの電界分布を持つことから、吸収ブロック層１６ｂによって、高次のモードでより効果的に吸収され、横モードのマルチモードの発生が抑えられる。このとき、横基本モードで伝播する光の大部分は、吸収ブロック層１６ｂによる吸収を受けないため、損失が大幅に低減される。その結果、レーザ光が高い発光効率で半導体光素子の端面から図面に垂直な方向に出射される。
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る半導体光素子は、光を吸収しない非吸収ブロック層が、横方向への電流の広がりを抑えると共に、活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることができる。
【００３９】
また、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることができる。
【００４０】
また、本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法は、光を吸収しない非吸収ブロック層が、横方向への電流の広がりを抑えると共に、活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることができる。
【００４１】
また、電流ブロック層エッチング工程で、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることができる。
【００４２】
また、電流ブロック層堆積工程で、吸収ブロック層と非吸収ブロック層との間にエッチング制御層を形成するため、開口形状の広がりの制御等を容易にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る半導体光素子およびその製造方法は、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることができるという効果を有用し、半導体レーザ、半導体光増幅器、外部共振器型半導体レーザ等の半導体光素子およびその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の構成の一例を示す図
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法について説明するための図
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法について説明するための図
【図４】従来の半導体レーザの構成の一例を示す図
【符号の説明】
【００４５】
１１、４１ 半導体基板
１２ 第１のクラッド層
１３、４３ 活性層
１４ 第２のクラッド層
１５、４５ エッチング阻止層
１６、４６ 電流ブロック層
１６ａ 非吸収ブロック層
１６ｂ 吸収ブロック層
１６ｃ エッチング制御層
１７ 埋め込みクラッド層
１８ コンタクト層
１９、４９ 第１の電極
２０、５０ 第２の電極
２１ マスク層
４２ ｎ−クラッド層
４４ 第１のｐ−クラッド層
４７ 第２のｐ−クラッド層
４８ キャップ層
４９ ｐ電極
５０ ｎ電極
１００ 半導体光素子
４００ 半導体レーザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体を用いた半導体光素子およびその製造方法に関し、特に半導体レーザ、半導体光増幅器、外部共振器型半導体レーザ等の半導体光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部ストライプ構造を有する半導体レーザは、単一モードで発光し、ノイズに強いこと、望ましいビーム形状を得られることなどから注目されている（例えば、特許文献１参照。）。図４は、内部ストライプ構造を有する半導体レーザの活性層に垂直な面についての断面構造の典型例を示す図である。図４に示す半導体レーザ４００は、半導体基板４１に、ｎ−クラッド層４２、活性層４３、第１のｐ−クラッド層４４、電流ブロック層４６、第２のｐ−クラッド層４７、およびキャップ層４８が積層された構成を有する。
【０００３】
ここで、第１のｐ−クラッド層４４と電流ブロック層４６との間には、電流ブロック層４６のエッチング用のエッチング阻止層４５が設けられている。また、キャップ層４８上にはｐ電極４９が設けられ、半導体基板４１の裏面にはｎ電極５０が設けられている。ここで、電流ブロック層４６は、ｎ型の導電性を有し、電流ブロック層４６と第２のｐ−クラッド層４７とがなすｐ−ｎ接合によって、電子が所定の領域に限定されて注入される。
【０００４】
ここで、電流ブロック層４６は、また、活性層４３内で発光した光のうち、発光領域の周辺部分の光を吸収してマルチモードの発生を防止することができるようになっている。例えば、活性層４３がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓを用いて形成され、ｐ−クラッド層４４、４７がＡｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓを用いて形成されるとき、電流ブロック層４６はＧａＡｓを用いて形成される。そして、高出力の半導体レーザを作成する場合は、電流ブロック層４６による損失を低減すべく第１のｐ−クラッド層４４を厚くすると共に電流ブロック層４６の開口を広げることが行われていた。
【特許文献１】特開昭６０−６６８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の内部ストライプ構造を有する半導体レーザでは、高次モードで導波する光を電流ブロック層４６を用いて効果的に吸収し取り除くことができるため、基本横モードでの発振が安定して得られやすい。しかし、その一方で、このような従来の内部ストライプ構造を有する半導体レーザは、基本横モード動作における光吸収の影響も大きく、第１のｐ−クラッド層４４を越えて電流ブロック層４６に及ぶ光の成分がレーザ発振状態で長距離にわたる損失を受けて、半導体レーザの発光効率を低下させてしまうという問題があった。また、吸収の影響を少なくするため、クラッド層４４を厚くして活性層４３から電流ブロック層４６を遠ざけようとすると、電流の横方向への広がりが大きくなってしまい、実質的な活性領域の幅が広くなり、横モードが不安定になりやすいという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、電流の拡がりを大きくすることなく電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能で、かつ、横方向の有効屈折率差により活性層で放出した光を閉じ込め、安定した横基本モードでの発光または増幅が可能な半導体光素子およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、少なくとも、活性層と、前記活性層の両側に位置する複数のクラッド層と、前記活性層より表面側に位置し、電流が前記活性層に注入される領域を限定するための開口部を有する電流ブロック層とを備え、前記開口部がストライプ状の構造をなす内部ストライプ構造を有する半導体光素子であって、前記電流ブロック層が、前記活性層で放出された光を吸収する吸収ブロック層、および、前記活性層で放出された光を吸収しない非吸収ブロック層を含む複数の層を有し、前記非吸収ブロック層が、前記開口部を占めるクラッド層よりも低い屈折率の材料からなり、前記吸収ブロック層よりも前記活性層側に位置する構成を有している。
【０００８】
この構成により、光を吸収しない非吸収ブロック層が、横方向への電流の広がりを抑えると共に、活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能な半導体光素子を実現することができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記吸収ブロック層の開口部が、前記ストライプ状の構造の長手方向に対して垂直かつ前記活性層に平行な方向に、前記非吸収ブロック層の開口部よりも広がっている構成を有している。
【００１０】
この構成により、請求項１の効果に加え、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることが可能な半導体光素子を実現することができる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、少なくとも、活性層および前記活性層の両側に位置する複数のクラッド層を堆積する発光伝播層堆積工程と、前記発光伝播層堆積工程で堆積した層上に電流ブロック層を堆積する電流ブロック層堆積工程と、前記電流ブロック層堆積工程で堆積した電流ブロック層をエッチングして開口部を形成する電流ブロック層エッチング工程と、前記電流ブロック層エッチング工程で形成された開口部を有する基板面上に、クラッド層を含む複数の層を堆積する埋め込み層堆積工程とを備え、前記開口部がストライプ状の構造をなす内部ストライプ構造を有する半導体光素子の製造方法であって、前記電流ブロック層堆積工程で、前記電流ブロック層として、前記活性層で放出された光を吸収する吸収ブロック層、および、前記活性層で放出された光を吸収しない非吸収ブロック層を含む複数の層を堆積して形成し、前記非吸収ブロック層が、前記開口部を占めるクラッド層よりも低い屈折率の材料からなり、前記吸収ブロック層よりも前記活性層側に位置するように堆積される構成を有している。
【００１２】
この構成により、光を吸収しない非吸収ブロック層が、横方向への電流の広がりを抑えると共に、活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能な半導体光素子の製造方法を実現することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項３において、前記電流ブロック層エッチング工程で、前記吸収ブロック層の開口部が、前記ストライプ状の構造の長手方向に対して垂直かつ前記活性層に平行な方向に、前記非吸収ブロック層の開口部よりも広くなるように前記電流ブロック層の開口部を形成する構成を有している。
【００１４】
この構成により、請求項３の効果に加え、電流ブロック層エッチング工程で、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることが可能な半導体光素子の製造方法を実現することができる。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４において、前記電流ブロック層堆積工程で、前記吸収ブロック層と前記非吸収ブロック層との間に、前記吸収ブロック層および前記非吸収ブロック層よりもエッチング速度の低いエッチング制御層を含む１以上の層を形成する構成を有している。
【００１６】
この構成により、請求項３または請求項４の効果に加え、電流ブロック層堆積工程で、吸収ブロック層と非吸収ブロック層との間にエッチング制御層を形成するため、開口形状の広がりの制御等を容易にすることが可能な半導体光素子の製造方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、光を吸収しない非吸収ブロック層が活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることが可能であると共に、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることが可能な半導体光素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、本発明の半導体光素子を半導体レーザに適用した例にとり、図面を用いて説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体光素子の構成の一例を示す図である。図１において、半導体光素子１００は、半導体基板１１、第１のクラッド層１２、活性層１３、第２のクラッド層１４、エッチング阻止層１５、電流ブロック層１６、埋め込みクラッド層１７、コンタクト層１８、第１の電極１９および第２の電極２０を備え、内部ストライプ構造を有する。
【００１９】
半導体基板１１は、半導体光素子１００が対象とする波長および堆積する半導体層１２〜１８に応じて決定され、例えば１μｍ以下の波長に対しては、入手の容易性、物性が明らかになっていること等の観点から、ＧａＡｓ基板が好適である。ただし、半導体基板１１は、ＧａＡｓ基板に限られず、ＩｎＰ基板等のその他のIII−Ｖ族化合物半導体基板、その他の所定の基板でもよい。以下、半導体光素子１００が対象とする波長は７５０〜８５０ｎｍ程度とし、半導体基板１１はｎ−ＧａＡｓ基板からなるものとして説明を行う。
【００２０】
第１のクラッド層１２は、半導体光素子１００が対象とする波長および求められる屈折率等に応じて材料が決定され、ｎ−ＡｌｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ等のIII−Ｖ族化合物半導体が一般に用いられる。ＡｌｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓは、ＧａＡｓと格子定数の差が小さいため格子不整合に伴う欠陥の問題を回避できて好適である。ｎ型の不純物としては、例えば、Ｓｉが好適である。以下、第１のクラッド層１２は、不純物濃度が略１×１０1８ｃｍ-３、層厚が略２μｍのｎ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるものとする。
【００２１】
活性層１３は、例えば、ダブルへテロのｐｎ接合を有する構造、量子井戸構造、多重量子井戸構造等のうちのいずれかの構造を有する層とすることができる。ここで、活性層１３の形成に用いる材料は、発振波長に応じて決定される。具体的には、活性層１３は、７５０〜８５０ｎｍ程度の波長帯用に対して、例えば、井戸層がアンドープのＧａＡｓを用いて形成され、障壁層がアンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを用いて形成される多重量子井戸構造の層とするのでもよい。
【００２２】
第２のクラッド層１４は、第１のクラッド層１２と同様に、半導体光素子１００が対象とする波長および求められる屈折率等に応じて材料が決定され、ｐ−ＡｌｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ等のIII−Ｖ族化合物半導体が一般に材料として用いられる。ｐ型の不純物としては、例えば、Ｚｎが好適である。以下、第２のクラッド層１４は、不純物濃度が略１×１０1８ｃｍ-３、層厚が略０．２μｍのｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるものとする。
【００２３】
電流ブロック層１６は、異なるIII−Ｖ族化合物半導体を用いて形成される複数の層からなる。ここで、電流ブロック層１６を構成する層のうち、異なる材料からなる層は、少なくとも２層有るものとする。図１には、電流ブロック層１６が、活性層１３寄りの光を吸収しない非吸収ブロック層１６ａと、基板表面寄りの光を吸収する吸収ブロック層１６ｂと、非吸収ブロック層１６ａと吸収ブロック層１６ｂとの間に設けられたエッチング制御層１６ｃとによって構成される例が示されている。以下、電流ブロック層１６は、非吸収ブロック層１６ａと、吸収ブロック層１６ｂと、エッチング制御層１６ｃとによって構成されるものとする。
【００２４】
本発明の実施の形態では、非吸収ブロック層１６ａをｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓを用いて形成し、吸収ブロック層１６ｂは、ｎ−ＧａＡｓを用いて形成する。ｎ型の不純物としては、例えば、Ｓｉが好適である。非吸収ブロック層１６ａと吸収ブロック層１６ｂの厚さは、共に、略０．３μｍとする。非吸収ブロック層１６ａには、開口部を占める埋め込みクラッド層１７よりも屈折率が低く、活性層活性層１３で放出された光を閉じ込めることができる材料を用いて形成する。具体的には、非吸収ブロック層１６ａと埋め込みクラッド層１７とをいずれもＡｌＧａＡｓを用いて形成するとき、非吸収ブロック層１６ａ中のＡｌの組成を埋め込みクラッド層１７中のＡｌの組成より高くする。
【００２５】
また、非吸収ブロック層１６ａの開口部と吸収ブロック層１６ｂの開口部とが、相互に異なる形状をなすのでもよい。具体的には、図１に示すように、吸収ブロック層１６ｂの開口が非吸収ブロック層１６ａの開口より広くなっているのでもよい。このようにすることによって、非吸収ブロック層１６ａを経由して電流が活性層１３に注入されるため、電流が注入される領域（以下、電流注入領域という。）を広げることなく、光が吸収される領域（吸収ブロック層１６ｂ）を従来の構造の半導体光素子よりも電流注入領域および第２のクラッド層１４から離すことができる。これによって、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、吸収ブロック層１６ｂによって高次モードの光が効果的に吸収されるため、横基本モードを安定させたままで、発光効率を向上させることができる。
【００２６】
エッチング制御層１６ｃは、所定のエッチング液に対して非吸収ブロック層１６ａおよび吸収ブロック層１６ｂよりもエッチング速度が低い層である。ＧａＡｓおよびＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓに対するエッチング制御層１６ｃとしては、例えばＩｎｘｃＧａ（１−ｘｃ）ＡｓｙｃＰ（１−ｙｃ）を用いることができる。以下、エッチング制御層１６ｃとして、膜厚が略３０ｎｍのｎ−Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４を用いるものとする。エッチング制御層１６ｃを設けることによって、非吸収ブロック層１６ａの開口の広さと吸収ブロック層１６ｂの開口の広さとを容易に変えることができる。
【００２７】
エッチング阻止層１５は、電流ブロック層１６に開口部を形成する際に第２のクラッド層１４をエッチングしないようにするために設けられた層であり、エッチング阻止層１５として、例えばＩｎｘｄＧａ（１−ｘｄ）Ｐを用いることができる。以下、エッチング阻止層１５として、膜厚が略２０ｎｍのｐ−Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐを用いるものとする。エッチング阻止層１５を設けることによって、エッチング阻止層１５の面出しおよび電流ブロック層１６の開口の広さを容易に所望の広さにすることができる。
【００２８】
埋め込みクラッド層１７は、第２のクラッド層１４と同様に、ｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるものとして説明を行う。ここで、不純物濃度は略１×１０1８ｃｍ-３、層厚は略２μｍである。コンタクト層１８は、ｐ＋−ＧａＡｓからなり、不純物濃度は略１×１０1９ｃｍ-３、層厚は略１μｍである。なお、第１の電極１９を形成する前に、例えばＳｉＯ２等の絶縁性の保護膜を設け、窓開けした後に電極を形成してもよい。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体光素子１００の製造方法について図面を用いて説明する。図２および図３は、本発明の実施の形態に係る半導体光素子１００の製造方法について説明するための図である。
【００３０】
まず、ＭＯＶＰＥ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）技術を用いて、図２（ａ）に示すように、半導体基板１１上に、第１のクラッド層１２、活性層１３、第２のクラッド層１４、エッチング阻止層１５および電流ブロック層１６をこの順に堆積する。以下、半導体基板１１上に、第１のクラッド層１２、活性層１３および第２のクラッド層１４を堆積する工程を発光伝播層堆積工程といい、第２のクラッド層１４上にエッチング阻止層１５および電流ブロック層１６を堆積する工程を電流ブロック層堆積工程という。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、電流ブロック層堆積工程で堆積した電流ブロック層１６上に、ＳｉＯ２からなるマスク層２１を０．２μｍ堆積する。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、図２（ｃ）に示すように、＜０１１＞方向（図面に垂直な方向）に平行な方向に開口部の長手方向が位置するようにマスク層２１をエッチングして開口部を形成する。ここで、上記の開口部の幅は、例えば２〜５μｍである。
【００３２】
次に、開口部を形成したマスク層２１をマスクとし、酒石酸と過酸化水素水との混合溶液（以下、酒石酸加水溶液という。）を用いて、電流ブロック層１６をエッチングする。以下に、電流ブロック層１６がエッチングされていく様子について説明する。まず、ＧａＡｓからなる吸収ブロック層１６ｂが酒石酸加水溶液によって等方的にエッチングされ、やがてエッチングがＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４からなるエッチング制御層１６ｃに達する。ここで、酒石酸加水溶液として、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４に対するエッチング速度がＧａＡｓに対するエッチング速度の１０分の１程度の選択性の高いものを用いることができる。以下では、電流ブロック層１６のエッチングに、エッチング制御層１６ｃ（Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４）に対するエッチング速度が吸収ブロック層１６ｂ（ＧａＡｓ）および非吸収ブロック層１６ａ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ）に対するエッチング速度の１０分の１程度の選択性の高い酒石酸加水溶液を用いるものとする。
【００３３】
このように、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４に対する酒石酸加水溶液のエッチング速度がＧａＡｓに対するエッチング速度より１０倍程度低いため、図２（ｄ）に示すように、エッチング制御層１６ｃがエッチングされて除去される前にマスク層２１下の吸収ブロック層１６ｂをサイドエッチングすることができる。その結果、サイドエッチングの量を０．３μｍにすることができる。
【００３４】
エッチングをさらに進めると、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓは、酒石酸加水溶液に対して等方的にエッチングされ、かつＧａＡｓよりも２割前後低いエッチング速度でエッチングされるため、ＧａＡｓからなる吸収ブロック層１６ｂのサイドエッチングがさらに進むと共に、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６Ｐ０．４からなるエッチング制御層１６ｃをマスクとして、図３（ａ）に示すように、非吸収ブロック層１６ａがエッチングされる。ここで、サイドエッチングの量は、エッチング制御層１６ｃの膜厚を調整することによって、適切に制御することができる。上記のように電流ブロック層１６をエッチングした後、ＳｉＯ２からなるマスク層２１を除去する。以下、上記のマスク層２１を形成する工程から、マスク層２１を除去する工程までの工程を、電流ブロック層エッチング工程という。また、上記のようにエッチング速度が吸収ブロック層１６ｂおよび非吸収ブロック層１６ａより遅いエッチング制御層１６ｃを導入することによって、エッチング液を変えることなく電流ブロック層エッチング工程を終えることができる。
【００３５】
電流ブロック層エッチング工程でマスク層２１を除去した後、ＭＯＶＰＥ法によって、図３（ｇ）に示すように、ｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる埋め込みクラッド層１７およびｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層１８を、この順番に堆積する（埋め込み層堆積工程）。
【００３６】
埋め込み層堆積工程でコンタクト層１８まで堆積した後、その表面に第１の電極１９としてｐ電極を形成し、半導体基板１１の裏面に第２の電極２０として、ｎ電極を形成する。なお、必要に応じて半導体層１２〜１８を堆積した基板面上をＳｉＯ２等の絶縁膜で覆い、フォトリソグラフィ技術を用いて電流注入領域を窓開けした後に第１の電極１９を形成するのでもよく、第２の電極２０を形成する前に半導体基板１１を研磨して薄くするのでもよい。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体光素子１００の動作について説明する。第１の電極（ｐ電極）から電流ブロック層１６を経由して注入されたホールは第２の電極（ｎ電極）から注入された電子と活性層１３内で結合して発光し、これによって生じた光が端面間を往復することによってレーザ発振が生ずる。このとき、活性層１３付近を伝播する光は、埋め込みクラッド層１７よりも低い屈折率で形成された非吸収ブロック層１６ａにより横方向の有効屈折率差を感じることで、横基本モードで安定して導波される。また、高次モードについては基本モードに比べて、ストライプ中央部から離れた部分までの電界分布を持つことから、吸収ブロック層１６ｂによって、高次のモードでより効果的に吸収され、横モードのマルチモードの発生が抑えられる。このとき、横基本モードで伝播する光の大部分は、吸収ブロック層１６ｂによる吸収を受けないため、損失が大幅に低減される。その結果、レーザ光が高い発光効率で半導体光素子の端面から図面に垂直な方向に出射される。
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る半導体光素子は、光を吸収しない非吸収ブロック層が、横方向への電流の広がりを抑えると共に、活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることができる。
【００３９】
また、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることができる。
【００４０】
また、本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法は、光を吸収しない非吸収ブロック層が、横方向への電流の広がりを抑えると共に、活性層で放出された光を閉じ込め、光を吸収する吸収ブロック層を非吸収ブロック層よりも活性層から離すことができるため、マルチモードの発生を抑え、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることができる。
【００４１】
また、電流ブロック層エッチング工程で、電流ブロック層を構成する、光を吸収する吸収ブロック層の開口部を非吸収ブロック層の開口部より広げ、横基本モードでの光分布が充分低下した領域で、高次モードの光が効果的に吸収されるようにしたため、発光効率または増幅効率をより向上させることができる。
【００４２】
また、電流ブロック層堆積工程で、吸収ブロック層と非吸収ブロック層との間にエッチング制御層を形成するため、開口形状の広がりの制御等を容易にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る半導体光素子およびその製造方法は、電流ブロック層に及ぶ光の損失を低減し、発光効率または増幅効率を従来よりも向上させることができるという効果を有用し、半導体レーザ、半導体光増幅器、外部共振器型半導体レーザ等の半導体光素子およびその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の構成の一例を示す図
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法について説明するための図
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法について説明するための図
【図４】従来の半導体レーザの構成の一例を示す図
【符号の説明】
【００４５】
１１、４１ 半導体基板
１２ 第１のクラッド層
１３、４３ 活性層
１４ 第２のクラッド層
１５、４５ エッチング阻止層
１６、４６ 電流ブロック層
１６ａ 非吸収ブロック層
１６ｂ 吸収ブロック層
１６ｃ エッチング制御層
１７ 埋め込みクラッド層
１８ コンタクト層
１９、４９ 第１の電極
２０、５０ 第２の電極
２１ マスク層
４２ ｎ−クラッド層
４４ 第１のｐ−クラッド層
４７ 第２のｐ−クラッド層
４８ キャップ層
４９ ｐ電極
５０ ｎ電極
１００ 半導体光素子
４００ 半導体レーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、活性層と、前記活性層の両側に位置する複数のクラッド層と、前記活性層より表面側に位置し、電流が前記活性層に注入される領域を限定するための開口部を有する電流ブロック層とを備え、前記開口部がストライプ状の構造をなす内部ストライプ構造を有する半導体光素子であって、
前記電流ブロック層が、前記活性層で放出された光を吸収する吸収ブロック層、および、前記活性層で放出された光を吸収しない非吸収ブロック層を含む複数の層を有し、
前記非吸収ブロック層が、前記開口部を占めるクラッド層よりも低い屈折率の材料からなり、前記吸収ブロック層よりも前記活性層側に位置することを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記吸収ブロック層の開口部が、前記ストライプ状の構造の長手方向に対して垂直かつ前記活性層に平行な方向に、前記非吸収ブロック層の開口部よりも広がっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
少なくとも、活性層および前記活性層の両側に位置する複数のクラッド層を堆積する発光伝播層堆積工程と、前記発光伝播層堆積工程で堆積した層上に電流ブロック層を堆積する電流ブロック層堆積工程と、前記電流ブロック層堆積工程で堆積した電流ブロック層をエッチングして開口部を形成する電流ブロック層エッチング工程と、前記電流ブロック層エッチング工程で形成された開口部を有する基板面上に、クラッド層を含む複数の層を堆積する埋め込み層堆積工程とを備え、前記開口部がストライプ状の構造をなす内部ストライプ構造を有する半導体光素子の製造方法であって、
前記電流ブロック層堆積工程で、前記電流ブロック層として、前記活性層で放出された光を吸収する吸収ブロック層、および、前記活性層で放出された光を吸収しない非吸収ブロック層を含む複数の層を堆積して形成し、前記非吸収ブロック層が、前記開口部を占めるクラッド層よりも低い屈折率の材料からなり、前記吸収ブロック層よりも前記活性層側に位置するように堆積されることを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項４】
前記電流ブロック層エッチング工程で、前記吸収ブロック層の開口部が、前記ストライプ状の構造の長手方向に対して垂直かつ前記活性層に平行な方向に、前記非吸収ブロック層の開口部よりも広くなるように前記電流ブロック層の開口部を形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項５】
前記電流ブロック層堆積工程で、前記吸収ブロック層と前記非吸収ブロック層との間に、前記吸収ブロック層および前記非吸収ブロック層よりもエッチング速度の低いエッチング制御層を含む１以上の層を形成することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１】
少なくとも、活性層と、前記活性層の両側に位置する複数のクラッド層と、前記活性層より表面側に位置し、電流が前記活性層に注入される領域を限定するための開口部を有する電流ブロック層とを備え、前記開口部がストライプ状の構造をなす内部ストライプ構造を有する半導体光素子であって、
前記電流ブロック層が、前記活性層で放出された光を吸収する吸収ブロック層、および、前記活性層で放出された光を吸収しない非吸収ブロック層を含む複数の層を有し、
前記非吸収ブロック層が、前記開口部を占めるクラッド層よりも低い屈折率の材料からなり、前記吸収ブロック層よりも前記活性層側に位置することを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記吸収ブロック層の開口部が、前記ストライプ状の構造の長手方向に対して垂直かつ前記活性層に平行な方向に、前記非吸収ブロック層の開口部よりも広がっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
少なくとも、活性層および前記活性層の両側に位置する複数のクラッド層を堆積する発光伝播層堆積工程と、前記発光伝播層堆積工程で堆積した層上に電流ブロック層を堆積する電流ブロック層堆積工程と、前記電流ブロック層堆積工程で堆積した電流ブロック層をエッチングして開口部を形成する電流ブロック層エッチング工程と、前記電流ブロック層エッチング工程で形成された開口部を有する基板面上に、クラッド層を含む複数の層を堆積する埋め込み層堆積工程とを備え、前記開口部がストライプ状の構造をなす内部ストライプ構造を有する半導体光素子の製造方法であって、
前記電流ブロック層堆積工程で、前記電流ブロック層として、前記活性層で放出された光を吸収する吸収ブロック層、および、前記活性層で放出された光を吸収しない非吸収ブロック層を含む複数の層を堆積して形成し、前記非吸収ブロック層が、前記開口部を占めるクラッド層よりも低い屈折率の材料からなり、前記吸収ブロック層よりも前記活性層側に位置するように堆積されることを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項４】
前記電流ブロック層エッチング工程で、前記吸収ブロック層の開口部が、前記ストライプ状の構造の長手方向に対して垂直かつ前記活性層に平行な方向に、前記非吸収ブロック層の開口部よりも広くなるように前記電流ブロック層の開口部を形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項５】
前記電流ブロック層堆積工程で、前記吸収ブロック層と前記非吸収ブロック層との間に、前記吸収ブロック層および前記非吸収ブロック層よりもエッチング速度の低いエッチング制御層を含む１以上の層を形成することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２３７１３３（Ｐ２００６−２３７１３３Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４７１２１（Ｐ２００５−４７１２１）
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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