半導体発光素子、及び半導体発光素子を作製する方法
【課題】Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】伝搬定数同調コア２３は活性導波路コア２５に中間半導体層２１を介して光学的に結合される。導波路コア１７は例えば伝搬定数同調コア２３を含み、導波路コア１９は活性導波路コア２５を含む。伝搬定数同調コア２３に係るフォトルミネセンス波長は活性層２７に係るフォトルミネセンス波長より短い。活性導波路コア２５に係る分散特性は伝搬定数同調コア２３に係る分散特性と異なる。活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度は、ある波長で、伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度に等しくなる。活性導波路コア２５及び伝搬定数同調コア２３における位相速度に等しくなる波長でレーザ発振が生じる。導波路コア１７、１９の端面はそれぞれ基準面Ｒ１、Ｒ２に沿って延在し、第１の基準面Ｒ１は第２の基準面Ｒ２に対して傾斜する。
【解決手段】伝搬定数同調コア２３は活性導波路コア２５に中間半導体層２１を介して光学的に結合される。導波路コア１７は例えば伝搬定数同調コア２３を含み、導波路コア１９は活性導波路コア２５を含む。伝搬定数同調コア２３に係るフォトルミネセンス波長は活性層２７に係るフォトルミネセンス波長より短い。活性導波路コア２５に係る分散特性は伝搬定数同調コア２３に係る分散特性と異なる。活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度は、ある波長で、伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度に等しくなる。活性導波路コア２５及び伝搬定数同調コア２３における位相速度に等しくなる波長でレーザ発振が生じる。導波路コア１７、１９の端面はそれぞれ基準面Ｒ１、Ｒ２に沿って延在し、第１の基準面Ｒ１は第２の基準面Ｒ２に対して傾斜する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、及び半導体発光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、半導体集積化素子が記載されている。半導体集積化素子は、ｎ型ＩｎＰ基板上に、分布帰還のための回折格子、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層、ｐ型ＩｎＰ中間層、アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、及びｎ型ＩｎＰクラッド層を含む。
【０００３】
特許文献２には、分布帰還（ＤＦＢ）型レーザが記載されている。ＤＦＢ型レーザでは、光学利得ピーク波長λｇとＤＦＢ発振波長λＬＤとの関係△Ｇ（＝λｇ−λＬＤ）が、レーザの動作温度の変化に従って異なるものになる。このため、動作温度の変化に伴うしきい値電流の変化が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２８６５８７号
【特許文献２】特開平７−２４９８２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように分布帰還型半導体レーザでは、動作温度の変化に伴うしきい値電流の変化が大きい。これは、レーザの動作温度の変化に伴って、レーザのＩ−Ｌカーブが大きく変化することを示している。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、Ｉ−Ｌカーブの温度変化を低減可能な半導体発光素子を提供することを目的とし、また、この半導体発光素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体発光素子は、（ａ）第１導電型クラッド領域と、（ｂ）前記第１導電型クラッド領域の主面上に設けられた第２導電型クラッド領域と、（ｃ）前記第１導電型クラッド領域と前記第２導電型クラッド領域との間に設けられた第１の導波路コアと、（ｄ）前記第１導電型クラッド領域と前記第２導電型クラッド領域との間に設けられた第２の導波路コアと、（ｅ）前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアとの間に設けられた中間半導体層と、（ｆ）導波路軸の方向に延在する電極とを備える。前記半導体領域は、前記第１導電型クラッド領域、前記第１の導波路コア、前記中間半導体層、前記第２の導波路コア、及び前記第２導電型クラッド領域を含み、前記電極は前記半導体領域上に設けられ、前記第１の導波路コアの端面は第１の基準面に沿って延在しており、前記第２の導波路コアの端面は第２の基準面に沿って延在しており、前記第１の基準面は前記第２の基準面に対して傾斜し、前記導波路軸は、当該半導体発光素子の一端から他端への方向に延在し、前記第２の導波路コアの前記端面における内向き法線は、前記第２の導波路コアの前記端面における前記導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜しており、前記第１の導波路コアは伝搬定数同調コア及び活性導波路コアのいずれか一方を含み、前記第２の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか他方を含み、前記中間半導体層は、前記活性層にキャリアを閉じ込めるように設けられ、前記活性導波路コアは、前記第１導電型クラッド領域及び前記第２導電型クラッド領域からのキャリアの注入により光を発生する活性層を含み、前記伝搬定数同調コアに係るフォトルミネセンス波長は、前記活性層に係るフォトルミネセンス波長より短く、前記活性導波路コアに係る第１の分散曲線は、前記伝搬定数同調コアに係る第２の分散曲線と異なり、前記活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度は、ある波長で前記伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度に等しくなり、前記伝搬定数同調コアは前記活性導波路コアに前記中間半導体層を介して光学的に結合される。
【０００８】
この半導体発光素子において、活性導波路コアに係る第１の分散曲線は、伝搬定数同調コアに係る第２の分散曲線と異なると共に、活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度は、あるクロス波長で伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度に等しい。このクロス波長の付近でレーザ発振が生じる。レーザ発振特性は、クロス波長の付近における光学利得に関連する。また、クロス波長は、半導体層の屈折率の温度特性に依存する。これによって、発振波長の温度特性を調整可能な半導体発光素子が提供される。
【０００９】
この半導体発光素子では、活性導波路コアは、キャリアの注入により光を発生する活性層を含み、活性層は波長により変化する光学利得を有する。この光学利得のピークを示すピーク波長は、温度依存性を示す。
【００１０】
この半導体発光素子と異なる分布帰還型半導体レーザでは、分布帰還のための回折格子は、該回折格子を構成する半導体層の熱膨張に係る変形に起因した温度特性を示す。分布帰還型半導体レーザにおけるレーザ発振波長の温度特性は、回折格子構造のための半導体層の熱膨張係数と光学利得のピーク波長の温度変化とによって規定される。
【００１１】
当該半導体発光素子では、クロス波長の温度特性は２つの分散曲線に傾きによって調整でき、光学利得のピーク波長は、活性層の構造により調整できる。このため、当該半導体発光素子におけるＩ−Ｌカーブの温度変換を低減できる。
【００１２】
第１及び第２の導波路コアの端面はそれぞれ第１及び第２の基準面に沿って延在しており、第１の基準面は第２の基準面に対して傾斜する。第２の導波路コアの端面における内向き法線は、この端面における導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜している。これらの傾斜によれば、第２の導波路コアにおける反射光が導波路軸の方向に戻ることを低減できる。
【００１３】
本発明に係る半導体発光素子は、前記半導体領域を搭載する主面を有する基板を更に備えることができる。前記第１導電型クラッド領域、前記第１の導波路コア、前記中間半導体層、前記第２の導波路コア、及び前記第２導電型クラッド領域は、前記主面の法線軸の方向に順に配列され、前記半導体領域は、前記第２の導波路コア及び前記第２導電型クラッド領域を含む半導体メサのストライプ構造を有し、前記第２の導波路コアの前記端面は、前記基板の前記主面に平行な平行平面内において前記導波路軸に直交する直交平面に対して傾斜している。
【００１４】
この半導体発光素子によれば、半導体メサにより電流の閉じ込めが可能になる。また、第２の導波路コアの端面が平行平面内において直交平面に対して傾斜するので、反射光が導波路軸の方向に戻ることを低減でき、ファブリペローモードの発振が活性化されることを抑制できる。
【００１５】
本発明に係る半導体発光素子では、前記活性導波路コアは、活性層と該活性層より低い屈折率の第１の光閉じ込め層とを含むことができ、前記伝搬定数同調コアは、受動コア層と該受動コア層より低い屈折率の第２の光閉じ込め層とを含むことができる。前記伝搬定数同調コアにおける前記第２の光閉じ込め層と前記受動コア層との屈折率差は、前記活性導波路コアにおける前記活性層と前記第１の光閉じ込め層との屈折率差より小さい。前記中間半導体層の屈折率は、前記第１の光閉じ込め層、前記活性層、前記第２の光閉じ込め層及び前記受動コア層の屈折率より小さい。
【００１６】
この半導体発光素子によれば、活性層と第１の光閉じ込め層とを利用して活性導波路コアにおいて所望の屈折率差を設定でき、第２の光閉じ込め層と受動コア層とを利用して伝搬定数同調コアにおいて所望の屈折率差を設定できる。これらによって、互いに異なる分散曲線を伝搬定数同調コア及び活性導波路コアに提供できる。
【００１７】
本発明に係る半導体発光素子では、前記伝搬定数同調コアの導電型は前記中間半導体層の導電型と同じであることができる。この半導体発光素子によれば、伝搬定数同調コア及び中間半導体層を介して、活性層にキャリアを提供できる。
【００１８】
本発明に係る半導体発光素子では、前記活性層は、III族構成元素としてアルミニウムを含むＡｌ系III−Ｖ化合物半導体からなり、前記伝搬定数同調コアはＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなることができる。この半導体発光素子によれば、好適な実施例を提供できる。
【００１９】
本発明に係る半導体発光素子では、前記中間半導体層の材料は、前記第１導電型クラッド領域及び前記第２導電型クラッド領域の少なくともいずれか一方と同じであることができる。この半導体発光素子によれば、中間半導体層は、２つのコア間に好適な光結合を提供できると共に、所望導電型のキャリアを活性層に供給できる。
【００２０】
本発明に係る半導体発光素子では、前記活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と前記伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）は０．２５より大きいことが良い。
【００２１】
本発明に係る半導体発光素子では、前記第１及び第２の導波路コアのいずれかの前記端面において、前記内向き法線は前記導波路軸の前記接線に対して２０度以上の角度で傾斜していることが好ましい。この半導体発光素子によれば、端面における反射を十分に低減可能である。
【００２２】
本発明に係る半導体発光素子では、前記第２の導波路コアの前記端面の反対側の別の端面における内向き法線は、前記別の端面における前記導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜していることが好ましい。この半導体発光素子によれば、一方の端面の傾斜に加えて他方の端面の傾斜により、ファブリペローモードの発振が活性化されることをさらに低減できる。
【００２３】
また、第２の端面において、前記内向き法線は前記導波路軸の前記接線に対して２０度以上の角度で傾斜していることが好ましい。この半導体発光素子によれば、第２の端面における反射を十分に低減可能である。
【００２４】
本発明の別の側面に係る発明は、半導体発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１の分散曲線を提供する活性導波路コアの構造と、前記第１の分散曲線と異なる第２の分散曲線を提供する伝搬定数同調コアの構造とを、前記活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度がある波長で前記伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度に等しくなるように決定する工程と、（ｂ）第１導電型クラッド領域上に、第１の導波路コア、中間半導体層、第２の導波路コア、及び第２導電型クラッド領域を基板上に順に成長して、半導体領域を形成する工程と、（ｃ）前記半導体領域から、導波路軸の方向に延在する電極を含む基板生産物を形成する工程と、（ｄ）前記基板生産物をエッチングして、前記導波路軸に直交する平面に対して傾斜した端面を前記第２の導波路コアに形成する工程とを備える。前記基板生産物の前記電極は、前記活性層にキャリアを供給するように設けられる。前記第１の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか一方を含み、前記第２の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか他方を含み、前記活性導波路コアは、キャリアの注入により光を発生する活性層を含み、前記中間半導体層は、前記活性層にキャリアを閉じ込めるように設けられ、前記伝搬定数同調コアに係るフォトルミネセンス波長は、前記活性層に係るフォトルミネセンス波長より短く、前記伝搬定数同調コアは前記活性導波路コアに前記中間半導体層を介して光学的に結合される。
【００２５】
この作製方法によれば、活性導波路コアに係る第１の分散曲線は伝搬定数同調コアに係る第２の分散曲線と異なると共に、活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度は、あるクロス波長で伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度に等しくなる。このクロス波長の付近でレーザ発振が生じる。レーザ発振特性は、クロス波長の付近における光学利得に関連する。また、クロス波長は、２種類のコアにおける半導体層の屈折率の温度特性に依存する。活性導波路コアは、キャリアの注入により光を発生する活性層を含み、これ故に、活性層は、波長により変化する光学利得を有する。この光学利得のピークを示すピーク波長は、温度依存性を示す。
【００２６】
この製造方法によれば、クロス波長の温度特性は２つの分散曲線に傾きによって調整でき、光学利得のピーク波長は、活性層の構造により調整できる。このため、当該半導体発光素子におけるＩ−Ｌカーブの温度変化を低減できる。
【００２７】
この製造方法によれば、基板生産物をエッチングして、導波路軸に直交する平面に対して傾斜した端面を前記第２の導波路コアに形成する。この傾斜によれば、第１の端面における反射光が導波路軸の方向に戻ることを低減できる。
【００２８】
本発明に係る製造方法では、前記活性層はIII−Ｖ化合物半導体からなると共に、前記伝搬定数同調コアはIII−Ｖ化合物半導体からなり、前記活性層の前記III−Ｖ化合物半導体は、前記伝搬定数同調コアのIII−Ｖ化合物半導体と異なることができる。この作製方法によれば、２つのコアにおける分散曲線の設定が容易になる。
【００２９】
本発明に係る製造方法では、前記基板は第１導電型ＩｎＰ基板を含み、前記第１導電型クラッド領域は第１導電型ＩｎＰ層を含み、前記中間半導体層はＩｎＰ層を含み、前記第２導電型クラッド領域は第２導電型ＩｎＰ層を含むことができる。
【００３０】
この作製方法によれば、中間半導体層は、２つのコア間に好適な光結合を形成できると共に、活性層にキャリアの閉じ込めを可能な構造を形成できる。
【００３１】
本発明に係る製造方法では、前記活性導波路コアは、前記活性層の屈折率より低い屈折率の第１の光閉じ込め層とを含み、前記伝搬定数同調コアは、受動コア層と該受動コア層より低い屈折率の第２の光閉じ込め層とを含むことができる。前記伝搬定数同調コアにおける前記第２の光閉じ込め層と前記受動コア層との屈折率差は、前記活性導波路コアにおける前記活性層と前記第１の光閉じ込め層との屈折率差より小さい。前記中間半導体層の屈折率は、前記第１の光閉じ込め層、前記活性層、前記第２の光閉じ込め層及び前記受動コア層の屈折率より小さい。前記伝搬定数同調コアにおける前記第２の光閉じ込め層と前記受動コア層との屈折率差は、前記活性導波路コアにおける前記活性層と前記第１の光閉じ込め層との屈折率差より小さい。
【００３２】
この作製方法によれば、活性層と第１の光閉じ込め層とを利用して活性導波路コアに所望の屈折率差を提供でき、第２の光閉じ込め層と受動コア層とを利用して伝搬定数同調コアに所望の屈折率差を提供できる。伝搬定数同調コアの分散曲線と活性導波路コアの分散曲線が所望のクロス波長に提供できる。
【００３３】
本発明に係る製造方法では、前記活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と前記伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）が０．２５より大きくなるように、前記活性導波路コアの構造及び前記伝搬定数同調コアの構造を決定できる。
【００３４】
この作製方法によれば、単一モード発振が可能な半導体発光素子を作製できる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示されたI−I線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、活性導波路コア及び伝搬定数同調コアに係る分散曲線と波長との関係を示す図面である。
【図４】図４は、活性導波路コア及び伝搬定数同調コアの構造及び屈折率分布を示す図面である。
【図５】図５は、活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）とクロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅとの関係を示す図面である。
【図６】図６は、比較のための分布帰還型半導体レーザにおけるＩ−Ｌ特性の温度依存性を示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る一実施例の半導体レーザにおけるＩ−Ｌ特性の温度依存性を示す図面である。
【図８】図８は、比較のための分布帰還型半導体レーザにおける発振スペクトル（摂氏２０度、摂氏８０度）を示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る半導体レーザにおける発振スペクトル（摂氏２０度、摂氏８０度）を示す図面である。
【図１０】図１０は、活性層付近に閉じ込められるモードの反射率と端面の傾斜角との関係を示す図面である。
【図１１】図１１に、本実施の形態に例における端面傾斜としきい値電流Ｉｔｈとの関係を示す図面である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係る半導体光素子の一実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【図１３】図１３は、本実施の形態に係る半導体光素子の一実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【図１４】図１４は、本実施の形態に係る半導体光素子の一実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【図１５】図１５は、本実施の形態に係る半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す工程フローを示す図面である。
【図１６】図１６は、本実施の形態に係る半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す工程フローを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体発光素子、及び半導体発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３８】
図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す図面である。図２は、図１に示されたI−I線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。半導体発光素子１１は、第１導電型クラッド領域１３と、第２導電型クラッド領域１５と、第１の導波路コア１７と、第２の導波路コア１９と、中間半導体層２１とを備える。第２導電型クラッド領域１５は、第１導電型クラッド領域１３の主面１３ａ上に設けられる。第１の導波路コア１７は、第１導電型クラッド領域１３と第２導電型クラッド領域１５との間に設けられる。半導体発光素子１１は第１及び第２の端面１１ａ、１１ｂを有し、端面１１ａは端面１１ｂの反対側にある。図２では、第１の端面１１ａから第２の端面１１ｂまで延在する第１の導波路コア１７の延在軸に沿って取られた断面を示す。第２の導波路コア１９は、例えば第１の端面１１ａから第２の端面１１ｂまで延在する。
【００３９】
第１の導波路コア１７は伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか一方を含み、第２の導波路コア１９は伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか他方を含む。本実施例では、第１の導波路コア１７は例えば伝搬定数同調コア２３を含み、第２の導波路コア１９は活性導波路コア２５を含む。第２の導波路コア１９は、第１導電型クラッド領域１３と第２導電型クラッド領域１５との間に設けられる。中間半導体層２１は、第１の導波路コア１７と第２の導波路コア１９との間に設けられる。活性導波路コア２５は活性層２７を含み、この活性層２７は、第１導電型クラッド領域１３及び第２導電型クラッド領域１５からのキャリアの注入により光を発生する。中間半導体層２１は、活性層２７にキャリアを閉じ込めるように設けられる。伝搬定数同調コア２３に係るフォトルミネセンス波長は活性層２７に係るフォトルミネセンス波長より短い。伝搬定数同調コア２３は活性導波路コア２５に中間半導体層２１を介して光学的に結合される。
【００４０】
第１導電型クラッド領域１３は、基板２９上に設けられる。基板２９は、半導体領域を搭載する主面２９ａと、裏面２９ｂを含み、基板２９は導電性を有する。本実施例では、基板２９は半導体基板であることができる。半導体層１３，１７、２１、１９、１５は基板２９の主面２９ａの法線軸の方向に配置されている。
【００４１】
この半導体発光素子１１は、活性導波路コア２５は、キャリアの注入により光を発生する活性層２７を含む。活性層２７は、波長により変化する光学利得を有しており、この光学利得は温度依存性を有する。この光学利得のピークを示すピーク波長は、温度の上昇に伴い長波長に移動する温度依存性を示し、また光学利得のピーク強度は温度の上昇に伴い低下する。
【００４２】
半導体発光素子１１では、第１及び第２の導波路コア１７、１９は導波路軸Ａｘに沿って延在し、この導波路軸Ａｘは、第１及び第２の端面１１ａ、１１ｂの一方（一端）から第１及び第２の端面１１ａ、１１ｂの他方（他端）への方向に延在する。図１の（ｂ）部に示されるように、第１の端面１１ａにおける内向き法線ＮＩｘは、第１の端面１１ａにおける導波路軸Ａｘの接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度ＴＨ１で傾斜する。
【００４３】
半導体発光素子１１では、第１及び第２の導波路コア１７、１９の端面１１ｃ、１１ａはそれぞれ第１及び第２の基準面Ｒ１、Ｒ２に沿って延在する。第１の基準面Ｒ１は第２の基準面Ｒ２に対して傾斜しており、本実施例では、傾斜角は角度ＴＨ１である。これらの傾斜によれば、第２の導波路コア１９の端面１１ａにおける反射光が導波路軸の方向に戻ることを低減できる。
【００４４】
また、半導体発光素子１１では、第１の端面１１ａが導波路軸Ａｘに直交する面に対して角度ＴＨ１で傾斜しているけれども、図１の（ｃ）部に示される半導体発光素子１２ａは、第１の端面１１ａの反対側の端面１１ｄが導波路軸Ａｘに直交する面に対して角度ＴＨ２で傾斜していることもできる。この傾斜によれば、端面１１ｄにおける反射光が導波路軸Ａｘの方向に戻ることを低減できる。
【００４５】
活性導波路コア２５に係る分散特性は、例えば１．３μｍ波長帯、１．５５μｍ波長帯といった波長帯において伝搬定数同調コア２３に係る分散特性と異なる。これ故に、活性導波路コア２５に係る第１の分散特性は、伝搬定数同調コア２３に係る第２の分散特性と異なるものになる。活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度は、ある波長（「クロス波長」と呼ぶ）で伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度に等しくなる。
【００４６】
図３の（ａ）部に示されるように、活性導波路コア２５に係る第１の分散曲線ＤＳ１の傾きは伝搬定数同調コア２３に係る第２の分散曲線ＤＳ２の傾きと異なる。活性導波路コア２５における光伝搬に係る伝搬定数の波長依存性は、伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る伝搬定数の波長依存性と異なる。第１及び第２の分散曲線ＤＳ１、ＤＳ２で示されるように、活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度は、ある波長領域△λＣで伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度にコア間で光結合が生じるのに十分なほど近くなる。
【００４７】
図３の（ｂ）部に示されるように、第１及び第２の分散曲線ＤＳ１、ＤＳ２の交差点は、温度の上昇に応答して長波長へ移動する。つまり、発光波長λＣは、半導体層の屈折率の温度特性に依存する。
【００４８】
光学的に結合された活性導波路コア２５及び伝搬定数同調コア２３の分散関係には光学モードの組み換えが生じる。結合された活性導波路コア２５及び伝搬定数同調コア２３の分散関係において、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅ内のクロス波長λＣの付近でレーザ発振が生じる。レーザ発振特性は、クロス波長λＣの付近における光学利得に関連する。クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅにおいては活性導波路コア２５と伝搬定数同調コア２３との光学的結合が、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅと異なる波長領域における光学的結合に比べて強くなり、モード利得が、当該半導体発光素子１１の総損失（例えばミラー損失及び内部損失）に比べて大きくなり、この結果、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅ内のある波長でレーザ発振が生じる。このとき、活性層において発生された光は、第１の端面１１ａと第２の端面１１ｂとの間の導波路を伝搬する。
【００４９】
この半導体発光素子１１と異なる分布帰還型半導体レーザでは、特許文献２においても説明されるように、分布帰還のための回折格子は、該回折格子を構成する半導体層の熱膨張に係る変形に起因した温度特性を示す。分布帰還型半導体レーザにおけるレーザ発振波長の温度特性は、分布帰還型回折格子のための半導体層の熱膨張係数と光学利得のピーク波長の位置とによって規定される。一方、半導体発光素子１１は、分布帰還型半導体レーザのような発振波長を直接に決定する分布帰還型回折格子を含まない。
【００５０】
当該半導体発光素子１１では、クロス波長λＣの温度特性は２種の分散曲線に傾きによって調整でき、光学利得は、活性層２７の材料及び構造により調整できる。この調整により、当該半導体発光素子におけるＩ−Ｌカーブの温度変化を低減できる。
【００５１】
図１を再び参照すると、半導体発光素子１１は、第２導電型クラッド領域１５上に設けられた第２導電型のコンタクト層３１を含むことができる。コンタクト層３１上には、絶縁膜３３が設けられ、この絶縁膜３３は、電流注入領域を規定する開口３３ａを含む。コンタクト層３１及び絶縁膜３３上には電極（例えばアノード）３５が設けられ、電極３７は開口３３ａを介してコンタクト層３１に接続される。また、基板２９の裏面２９ｂ上には、電極（例えばカソード）３９が接続され、本実施例では電極３７は基板２９の裏面２９ａの全面に設けられる。
【００５２】
本実施例では、図１に示されるように、基板２９の主面２９ａ上に、第１導電型クラッド層２９、伝搬定数同調コア２３、中間半導体層２１、活性導波路コア２５、第２導電型クラッド領域１５及びコンタクト層３１が順に配列されている。しかしながら、伝搬定数同調コア２３の位置が活性導波路コア２５の位置と入れ替えられることができる。
【００５３】
図４に示されるように、半導体発光素子１１では、活性導波路コア２５は、活性層２７と第１の光閉じ込め層３９とを含むことができ、活性層２７は第１の光閉じ込め層３９の間に設けられる。第１の光閉じ込め層３９の屈折率は、活性層２７の屈折率より低い。
【００５４】
伝搬定数同調コア２３は、受動コア層４１と第２の光閉じ込め層４３とを含むことができ、受動コア層４１は第２の光閉じ込め層４３の間に設けられる。第２の光閉じ込め層４３の屈折率ｎ４３は受動コア層４１の屈折率ｎ＿ｐより低い。伝搬定数同調コア２３における第２の光閉じ込め層４３の屈折率ｎ４３と受動コア層４１の屈折率ｎ＿ｐとの屈折率差△ｎ＿ｐ（＝ｎ＿ｐ−ｎ４３）は、活性導波路コア２５における活性層２７の屈折率ｎ＿ａと第１の光閉じ込め層３９の屈折率ｎ３９との屈折率差△ｎ＿ａ（＝ｎ＿ａ−ｎ３９）より小さい。中間半導体層２１の屈折率ｎ２１は、第１の光閉じ込め層３９の屈折率ｎ３９、活性層２７の屈折率ｎ＿ａ、受動コア層４１の屈折率ｎ＿ｐ、及び第２の光閉じ込め層４３の屈折率ｎ４３より小さい。
【００５５】
この半導体発光素子１１によれば、第２の光閉じ込め層４３と受動コア層４１とを利用して伝搬定数同調コア２３において所望の屈折率差（△ｎ＿ｐ）を設定でき、活性層２７と第１の光閉じ込め層３９とを利用して活性導波路コア２５において所望の屈折率差（△ｎ＿ａ）を設定できる。これらの屈折率差によって、伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５に互いに異なる分散曲線を提供できる。
【００５６】
半導体発光素子１１では、中間半導体層の材料２１は、第１導電型クラッド領域１３及び第２導電型クラッド領域１５の少なくともいずれか一方と同じであることができる。中間半導体層２１は、２つのコア間に好適な光結合を提供できると共に、活性層２７にキャリアを提供できる。
【００５７】
また、伝搬定数同調コア２３の導電型は中間半導体層２１の導電型と同じであることができる。伝搬定数同調コア２３及び中間半導体層２１を介して、活性層２７にキャリアを提供できる。活性導波路コア２５を挟むクラッド領域及び中間半導体層２１の導電型は互いに異なる。伝搬定数同調コア２３を挟むクラッド領域及び中間半導体層２１の導電型は同一である。一実施例では、クラッド領域１５、活性導波路コア２５、中間半導体層２１及び伝搬定数同調コア２３、クラッド領域１５の導電型の配列は、例えばｐ−ｕｄ−ｎ−ｎ―ｎであることができ、或いは例えばｎ−ｕｄ−ｐ−ｐ―ｐであることができる。「ｕｄ」はアンドープを示す。
【００５８】
活性層２７はIII−Ｖ化合物半導体からなると共に、伝搬定数同調コア２３はIII−Ｖ化合物半導体からなる。活性層２７のIII−Ｖ化合物半導体は伝搬定数同調コア２３のIII−Ｖ化合物半導体と異なることができ、これにより２つのコアにおける分散曲線の設定が容易になる。好適な実施例では、活性層２７は、III族構成元素としてアルミニウムを含むＡｌ系III−Ｖ化合物半導体からなることができ、例えばＡｌＧａＩｎＡｓからなることができる。また、伝搬定数同調コア２３はＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなることができる。活性層２７は例えば量子井戸構造を有するでき、また受動コア層４１は例えば単一半導体層からなることができる。
【００５９】
半導体発光素子１１では、基板２９は第１導電型ＩｎＰ基板を含み、第１導電型クラッド領域１３は第１導電型ＩｎＰ層を含み、中間半導体層２１は第１導電型又は第２導電型ＩｎＰ層を含み、第２導電型クラッド領域１５は第２導電型ＩｎＰ層を含むことができる。この組み合わせによれば、中間半導体層２１は、２つのコア間に好適な光結合を形成できると共に、活性層２７にキャリアの閉じ込めを可能な構造を形成できる。中間半導体層２１の厚さは例えば５００ｎｍ以上であることができ、単一モード発振となるようスペクトル幅を狭くできるからである。また、中間半導体層２１の厚さは例えば２μｍ以下であることができ、レーザ発振するのに十分な光結合が得られるからである。
【００６０】
半導体発光素子１１においては、電流閉じ込めのための構造として、リッジ型、埋め込みメサ型等の構造を有することができる。
【００６１】
半導体発光素子１１の構造の一例は以下のものであり、元素記号の後の丸カッコ内に記載された数字は、該元素の組成を示す。
共振器長：２００μｍ（半導体発光素子の端面間隔により規定される）。
ｐ側電極長：１５０μｍ。
リッジ高さ：２μｍ。
エッチングストップ層：３０ｎｍ、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層。
活性導波路コアの構造。
上部閉じ込め層：８０ｎｍ、ｐ型Ａｌ（０．４０）Ｇａ（０．０８）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
活性層の障壁層：１０ｎｍ（９層）、アンドープＡｌ（０．３２）Ｇａ（０．１６）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
活性層の井戸層：５ｎｍ（８層）、アンドープＡｌ（０．１６）Ｇａ（０．１１）Ｉｎ（０．７３）Ａｓ。
下部閉じ込め層：１００ｎｍ、ｎ型Ａｌ（０．４０）Ｇａ（０．０８）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
中間半導体層：１．２６μｍ、ｎ型ＩｎＰ。
伝搬定数同調コアの構造。
上部閉じ込め層：１．５μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．９０）Ｇａ（０．１０）Ａｓ（０．２１）Ｐ（０．７９）。
受動導波路：１．０μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．８０）Ｇａ（０．２０）Ａｓ（０．４３）Ｐ（０．５７）。
下部閉じ込め層：２．０μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．９０）Ｇａ（０．１０）Ａｓ（０．２１）Ｐ（０．７９）。
クラッド層：０．５μｍ、ｎ型ＩｎＰ。
基板：ｎ型ＩｎＰ基板。
【００６２】
図５は、上記のモデルにおいて活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）とクロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅとの関係を示す。図５において、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの波長幅は、クロス波長における実効屈折率差に対して−０．００００５〜＋０．００００５の範囲として規定される。屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）は、伝搬定数同調コア２３と活性導波路コア２５との間の構造の非対称性を表している。図５によれば、この非対称性が強まるに伴って、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの幅が小さくなる。このため、単一モード発振が容易になる。
【００６３】
実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との差を示す屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）は０．２５より大きいことが良い。この値の範囲であるとき、例えば半導体発光素子１１におけるフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）をクロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの波長幅より大きくできる。半導体発光素子１１は、実効屈折率差（△ｎ＿ａ）は例えば０．３程度の値である。ＦＳＲは、２つの端面１１ａ、１１ｂに亘って延在する第１の導波路コア１７における実効光学長によって規定される。必要な場合には、第１の導波路コア１７の両端には、第１の導波路コア１７の端面における反射率を調整する反射調整膜を設けることができる。この反射調整膜の反射率は例えば８１％であり、この程度の反射率は誘電体多層膜のコーティングにより提供される。
【００６４】
図６は、比較のための分布帰還型半導体レーザにおけるＩ−Ｌ特性の温度依存性を示す図面である。図７は、本実施の形態に係る一実施例の半導体レーザにおけるＩ−Ｌ特性の温度依存性を示す図面である。図６及び図７を比較すると、本実施の形態に係る半導体レーザ（１．３μｍ波長帯）におけるＩ−Ｌ特性の温度依存性は、分布帰還型半導体レーザに比べて小さい。例えば、半導体発光素子のレーザ発振波長の光パワーの温度特性は、ＤＦＢレーザより小さい摂氏２０度から摂氏８０度の範囲において６０ｍＡ以下の電流印加時に１ｍＷ以下の変化量にできる。
【００６５】
図８は、比較のための分布帰還型半導体レーザにおける発振スペクトル（摂氏２０度、摂氏８０度）を示す図面である。図９は、本実施の形態に係る半導体レーザにおける発振スペクトル（摂氏２０度、摂氏８０度）を示す図面である。図８における分布帰還型半導体レーザのスペクトルでは、上記の温度変化にと伴って光出力の変化が大きい（例えば、温度の上昇に伴って０．２５倍）。一方、本実施の形態に係る半導体レーザのスペクトルでは、上記の温度変化にと伴って光出力の変化が小さい（例えば、温度の上昇に伴って０．９倍）。
【００６６】
発明者の実験によるしきい値電流の温度依存性の一例を示す。摂氏２０度から摂氏８０度の温度範囲で、しきい値電流の変化は１６．４ｍＡから１９．１ｍＡであり、この変化は１５％以下に抑えられている。
【００６７】
次いで、端面の傾斜によって提供される技術的寄与を説明する。図１０は、活性層付近に閉じ込められるモードの反射率と端面の傾斜角との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す。端面が、光導波路と直交する方向に延在するとき、つまり端面の傾斜の角度がゼロ度であると定義している。傾斜角が５度を超えるとき、反射率が０．８％程度まで低下できる。傾斜角が１０度であるとき、反射率が０．６５％程度まで低下できる。傾斜角が２０度であるとき、反射率はほぼゼロ程度まで低下できる。傾斜２０度以上では反射率はほぼ０に抑えられる。傾斜０度では、導波光は端面で反射されて導波路に戻る。しかしながら、傾斜２０度以上の場合には屈折によりレーザ外部に放射される。
【００６８】
図１１に、本実施の形態に例における端面傾斜としきい値電流Ｉｔｈとの関係を示す図面である。端面傾斜２０度を有する素子構造におけるしきい値電流Ｉｔｈ及び端面傾斜なし（ゼロ度）の構造におけるしきい値電流Ｉｔｈの温度依存性を示す。素子構造では、摂氏２０度〜摂氏８０度の温度範囲でＩｔｈの変動幅Ｒ１は５ｍＡ以下に低減される。一方、傾斜無しの構造では摂氏２０度〜摂氏８０度の温度範囲でしきい値Ｉｔｈの変動幅Ｒ２は１８ｍＡ以上である。傾斜ゼロの構造では活性層両端の反射率が高いので、測定した全温度にわたってファブリーペローモードがレーザ発振に寄与しているのに対し、提案構造では端面の反射率が低減されるので、ファブリーペローモードによる発振が抑制される。その結果、しきい値電流のばらつき幅が低減されている。例えば摂氏２０度〜摂氏８０度の温度範囲では、本実施の形態において説明した結合モードが発振するので、上記のばらつき低減が可能になった所望の動作が得られていると考えられる。
【００６９】
端面にはＨＲ多層膜が形成される。端面多層膜の構成を以下に示す。傾斜端面における多層膜の膜厚を見積もることが容易にでないので、以下の膜厚は傾斜のない端面における成膜値が示される。発明者の知見によれば、膜厚はこの値よりも減少する。このＨＲ多層膜は、半導体端面側から順に配列された下記５層により構成される。
Ａｌ２Ｏ３：９５ｎｍ。
ＳｉＯ２：１６０ｎｍ。
Ｓｉ：９５ｎｍ。
ＳｉＯ２：２２５ｎｍ。
Ｓｉ：９５ｎｍ。
共振器長は以下のもの。
２００μｍ（傾斜しない半導体領域における端面間隔）。
１８０μｍ（傾斜２０度の場合の活性層における端面間隔）。
２００μｍ（伝搬定数同調層における端面間隔）。
上部閉じ込め層：８０ｎｍ、ｐ型Ａｌ（０．４０）Ｇａ（０．０８）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
活性層の構造。
障壁層：１０ｎｍ×９、アンド−プＡｌ（０．３２）Ｇａ（０．１６）Ｉｎ（０．６２）Ａｓ。
井戸層：５ｎｍ×８、アンド−プＡｌ（０．１６）Ｇａ（０．１１）Ｉｎ（０．７３）Ａｓ。
下部閉じ込め層：１００ｎｍ、ｎ型Ａｌ（０．４０）Ｇａ（０．０８）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
中間層：１．２６μｍ、ｎ型ＩｎＰ。
クラッド層：１．５μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．９０）Ｇａ（０．１０）Ａｓ（０．２１）Ｐ（０．７９）。
伝搬定数同調層：１．０μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．８０）Ｇａ（０．２０）Ａｓ（０．４３）Ｐ（０．５７）。
クラッド層：０．５μｍ、ｎ型ＩｎＰ。
基板：ｎ型ＩｎＰ。
【００７０】
本実施の形態は、図１に示された構造に限定されるものではない。図１２を参照すると、半導体発光素子１２ｂは、埋込領域４５によって埋め込まれたストライプ構造を有する半導体メサ４７を含む。半導体メサ４７により電流の閉じ込めが可能になる。半導体メサ４７は、第２導電型のコンタクト層３１、第２導電型クラッド領域１５、導波路コア１９、及び中間半導体層２１の一部分を含むことができる。半導体メサ４７には伝搬定数同調コア２３もしくは活性導波路コア２５のいずれかが含まれる。この形態の利点は、伝搬定数同調コア２３が基板２９と活性導波路コア２５との間に位置する構造としたときに、しきい値電流を下げられることである。埋込領域４５の材料は、例えばＦｅドープＩｎＰである。
【００７１】
図１３を参照すると、半導体発光素子１２ｃは、埋込領域４９によって埋め込まれたストライプ形状の半導体メサ５１を含む。半導体メサ５１により電流の閉じ込めが可能になる。半導体メサ５１は、第２導電型のコンタクト層３１、第２導電型クラッド領域１５、導波路コア１９、中間半導体層２１、導波路コア１７、及び第１導電型クラッド領域１３を含むことができる。本実施形態では、活性導波路コア２５が基板２９と伝搬定数同調コア２３との間に位置する構造、及び伝搬定数同調コア２３が基板２９と活性導波路コア２５との間に位置する構造のいずれにおいても、しきい値電流を下げることができる。埋込領域４９の材料は、例えばＦｅドープＩｎＰである。
【００７２】
図１４の（ａ）部を参照すると、半導体発光素子１２ｄは、埋込領域５３によって埋め込まれたストライプ形状の半導体メサ５５を含む。半導体メサ５５により電流の閉じ込めが可能になる。半導体メサ５５の延在方向は、基板２９の端面に対して、当該端面に垂直な方向から角度ＴＨ１、ＴＨ２だけ傾斜させている。半導体メサ５５は、第２導電型のコンタクト層３１、第２導電型クラッド領域１５、導波路コア１９、中間半導体層２１、導波路コア１７、及び第１導電型クラッド領域１３を含むことができる。この構造の利点は、半導体メサ５５の延在方向を基板２９の端面に垂直な方向から傾斜させることで、端面からの戻り光を低減できるとともに、合わせて半導体発光素子１２ｄと光結合した光ファイバ等からの戻り光の影響も低減できるので、所謂戻り光耐性を高めることができることである。埋込領域５３の材料は、例えばＦｅドープＩｎＰである。
【００７３】
図１４の（ｂ）部を参照すると、半導体メサ５５の上部に、第２導電型のコンタクト層３１、第２導電型クラッド領域１５、導波路コア１９、及び中間半導体層２１が含まれる。半導体メサ５５の下部に、中間半導体層２１、導波路コア１７、及び第１導電型クラッド領域１３が含まれる。導波路軸Ａｘは、半導体メサ５５の下部の端面に対して、当該端面に垂直な方向から角度ＴＨ１だけ傾斜する。半導体メサ５５の上部の端面は、導波路軸Ａｘに対してほぼ垂直である。
【００７４】
活性導波路コア２５が基板２９と伝搬定数同調コア２３との間に位置する構造では、例えば戻り光耐性を高めることができる。また、図１２に示される構造のように、なお、伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか一方が半導体メサに含まれるようにしてもよい。
【００７５】
半導体発光素子１２ｂ、１２ｃでは、一方の端面１１ａだけでなく、端面１１ａの反対側の端面も傾斜していることができる。また、第１の導波路コア１７は伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか一方を含み、第２の導波路コア１９は伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか他方を含む。また、導体発光素子１２ｄでは、端面１１ａ及び端面１１ｂの両方ではなく、端面１１ａ及び端面１１ｂの一方が傾斜していることができる。
【００７６】
図１５及び図１６は、本実施の形態に係る半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す工程フローを示す図面である。引き続く説明においては理解を容易にするために、図１〜図４において示された参照符号を用いる。
【００７７】
工程Ｓ１０１では、活性導波路コア２５に係る分散曲線ＤＳ１を提供する活性層２７の構造と、第１の分散曲線と異なり伝搬定数同調コア２３に係る分散曲線ＤＳ２を提供する受動コア層４１の構造とを決定する。この決定は、活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度が、ある波長で伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度に等しくなるように行われる。つまり、活性導波路コア２５に係る分散曲線ＤＳ１は、伝搬定数同調コア２３に係る分散曲線ＤＳ２と異なる。
【００７８】
具体的には、工程Ｓ１０２において、第１の分散曲線を提供する導波路構造を決定する。この導波路構造は、例えば活性層２７の構造によって提供される。活性導波路コア２５の活性層２７は、キャリアの注入により光を発生する。このために、活性層２７において発光に係る半導体層のバンドギャップは、受動コア層４１及び光閉じ込め層４３のバンドギャップより小さい。この設計の一例では、活性導波路コア２５の活性層２７の構造は、当該半導体発光素子１１の発光波長を提供できるように設計される。また、活性層２７は、半導体発光素子１１の発光に求められる波長帯域に光学利得を有する構造に設計される。
【００７９】
また、工程Ｓ１０３において、第２の分散曲線を提供する導波路構造を決定する。この導波路構造は、例えば伝搬定数同調コア２３の構造によって提供される。伝搬定数同調コア２３の構造の設計は、半導体発光素子１１の発光に求められる波長帯域において、伝搬定数同調コア２３に係る分散曲線ＤＳ２が分散曲線ＤＳ１に交差するように行われる。多くの場合に、半導体発光素子１１の発光に求められる波長帯域に係る制約から、活性導波路コア２５の活性層２７の構造の設計フレキシビリティが制限される可能性がある。このとき、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの幅は、分散曲線ＤＳ２の傾斜によって調整可能である。既に説明したように、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの幅は、屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）に関連している。
【００８０】
第１回の設計において得られた伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５の組み合わせにおいて、設計上の発光波長λＣの温度特性の確認を行う。この温度特性は、例えばシミュレーションにより見積もられる。例えば、半導体発光素子における動作温度範囲内の２つの温度にうち低い温度における光学利得を高い温度における光学利得における極大値以下に設定することが好適である。必要な場合は、活性層の構造を微調整して光学利得の変更することができ、また、伝搬定数同調コア２３における屈折率差を変更して分散曲線の傾きを調整することができる。
【００８１】
また、中間半導体層２１の材料及び厚さは、中間半導体層２１がキャリアを活性層２７に閉じ込めるように設計される。伝搬定数同調コア２３は活性導波路コア２５に中間半導体層２１を介して光学的に結合されるので、中間半導体層２１の屈折率及び厚みは、所望の光結合を実現できるようにも設計される。
【００８２】
工程Ｓ１０４では、上記設計に基づいてエピタキシャル基板を作製する。エピタキシャル基板の作製のために、例えば有機金属気相成長法を用いることができる。以下に説明する半導体層を基板上に順に成長して、半導体領域を形成する。エピタキシャル基板では、第１の導波路コア１７が伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか一方を含み、第２の導波路コア１９が伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか他方を含むことができる。
【００８３】
工程Ｓ１０５では、基板２９上に第１導電型クラッド領域１３を成長する。工程Ｓ１０６では、第１の導波路コア１７（例えば、伝搬定数同調コア２３）を第１導電型クラッド領域１３上に形成する。このために、まず、工程Ｓ１０７では、第１導電型クラッド領域上１３上に下部光閉じ込め層を成長し、工程Ｓ１０８では、下部光閉じ込め層上にコア層（例えば伝搬定数同調層４１）を成長し、工程Ｓ１０９では、コア層上に上部光閉じ込め層を成長する。
【００８４】
工程Ｓ１１０では、第１の導波路コア１７上に中間半導体層２１を成長する。
【００８５】
工程Ｓ１１１では、中間半導体層２１上に第２の導波路コア１９（例えば、活性層コア２５）を成長する。このために、まず、工程Ｓ１１２では、中間半導体層２１上に下部光閉じ込め層を成長し、工程Ｓ１１３では、下部光閉じ込め層上にコア層（例えば活性層２７）を成長し、工程Ｓ１１４では、コア層上に上部光閉じ込め層を成長する。
【００８６】
工程Ｓ１１５では、第２の導波路コア１９上に第２導電型クラッド領域１５を成長する。エピタキシャル基板の作製において、必要な場合には、工程Ｓ１１６で、第２導電型クラッド領域１５上に第２導電型コンタクト領域３１を成長することができる。
【００８７】
エピタキシャル基板は、第１導電型クラッド領域１３、第１の導波路コア１７、中間半導体層２１、第２の導波路コア１９、第２導電型クラッド領域１５及び第２導電型コンタクト層３１を含み、これらの半導体層は基板２９上に順に成長される。光学的結合に関しては、基板２９上における、伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５の配置順序は任意である。エピタキシャル基板では、伝搬定数同調コア４１に係るフォトルミネセンス波長は、活性層２７に係るフォトルミネセンス波長より短い。
【００８８】
工程Ｓ１１７では、リソグラフィー工程とエッチング工程により活性導波路コア２５上にリッジ構造または半導体メサ構造を形成する。リッジ構造または半導体メサ構造の作製は、図１、図２、図１２から図１４に示されたデバイス構造に応じて選択される。リソグラフィー工程とエッチング工程には、通常のフォトリソグラフィーとドライエッチングを用いることができる。
【００８９】
工程Ｓ１１８では、エピタキシャル基板上に電極を作製して、基板生産物を形成する。基板生産物の電極は、活性層にキャリアを供給するように設けられる。工程Ｓ１１９では、導波路軸の方向に延在する電極を含む基板生産物を半導体領域から形成した後に、基板生産物をエッチングして、導波路軸に直交する平面に対して傾斜した端面を導波路コアに形成する。端面の傾斜は、図１、図２、図１２から図１４に示されたデバイス構造に応じて選択される。工程Ｓ１２０では、基板生産物を分離して、半導体レーザチップを作製できる。半導体レーザチップにおいて、第１の導波路コア１７は端面１１ａから端面１１ｂまで延在しており、これらの端面１１ａ、１１ｂは、例えばへき開により作製される。端面１１ａ、１１ｂの間隔は例えば１００μｍ〜３００μｍであることができる。
【００９０】
この作製方法によれば、活性導波路コア２５に係る分散曲線ＤＳ１が伝搬定数同調コア２３に係る分散曲線ＤＳ２と異なるように設定されると共に、活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度がクロス波長で伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度に等しくなるように設定される。このクロス波長の付近でレーザ発振が生じる。活性導波路コア２５は、キャリアの注入により光を発生する活性層２７を含み、これ故に、活性層２７は、波長により変化する光学利得を有する。この光学利得のピークを示すピーク波長は、温度依存性を有する。レーザ発振特性は、クロス波長の付近における光学利得に関連する。また、クロス波長λＣは、活性導波路コア２５及び伝搬定数同調コア２３における半導体層の屈折率の温度特性に依存する。
【００９１】
クロス波長λＣの温度特性は２つの分散曲線ＤＳ１、ＤＳ２に傾きによって調整でき、光学利得のピーク波長は、活性層２７の材料及び構造により調整できる。このため、当該半導体発光素子１１におけるＩ−Ｌカーブの温度変換を低減できる。
【００９２】
既に説明したように、本実施の形態に係る半導体レーザは、分布帰還型半導体レーザに比べて良好な温度特性を示す。本実施の形態に係る半導体レーザの構造では、活性導波路コアは屈折率差の比較的大きな導波路構造を有し、受動導波コアは屈折率差の比較的小さな導波路構造を有する。導波路構造に違いにより、これらの分散曲線の傾き（群速度）は互いに異なる。これらの分散曲線の傾きの違いよって、２つの分散曲線は、ある波長領域で交差する。これらの導波路構造は半導体層を介して光学的に結合されている。このため、これら２つの分散曲線の近づく結合波長帯でのみ、活性導波路コア及び受動導波コアに係る２つの光学モードが結合する。本実施の形態に係る半導体レーザは、発振波長の規定のために、分布帰還型半導体レーザのような回折格子を利用しない。
【００９３】
光学利得を有する活性層においてキャリアが再結合すると、光が生成される。活性導波路コアに係る光学モードは、結合波長帯において、受動導波コアに係る光学モードに強く結合して、この波長帯において活性層への閉じ込め効率が変化する。これ故に、結合波長帯内のある波長において、レーザ発振が生じる。このレーザ発振における利得は、活性導波路コアの活性層における光学利得に関連している。結合波長付近において、光閉じ込め効率の変化に伴い両モードとも実効利得が変化する。この結果として、内部損失とミラー損失との和（総損失）が波長依存性を示すことになる。半導体レーザは、モード利得が総損失（ミラー損失と内部損失の和）を超えたときに発振する。結合波長付近では、モード利得も損失も中程度となり、発振しきい値が他の波長に比べ低くなる。
【００９４】
結合波長領域は、活性層導波路と伝搬定数同調導波路の屈折率の温度変化により支配されており、また温度の上昇に伴って長波長に移動する。光学利得は、バンドギャップの温度変化により支配されており、また温度の上昇に伴って長波長に移動する。前者の活性層導波路と伝搬定数同調導波路の分散曲線の交点である結合波長の温度変化量は、活性層導波路と伝搬定数同調導波路の群速度（つまり分散曲線の傾き）に依存しており、それぞれの導波路構造により調整可能である。結合波長と対応する発振波長の温度変化を、利得波長の温度変化に近づけることで、温度変化による利得変化を小さくできる。両温度の利得は同程度の値に調整できる。このことから、発振波長での利得の温度依存性が抑制される。
【００９５】
また、本実施の形態に係る半導体レーザのスペクトル幅を狭くできる。
【００９６】
以上説明したように、２つの導波モードの群速度が異なるように導波路コアを設計する。このとき、理論的には一波長でのみ、これらの導波路コアに係る両モードが結合できる。この結合波長における波長依存性により、実効利得と反射率にも波長依存性が生じ、上記のように決定される特定波長においてレーザ発振が可能となる。利得スペクトルの温度依存性を考慮して、発振波長での実効利得の温度依存性が小さくなるよう設計することにより、温度特性が良好な半導体レーザが実現可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上説明したように、本実施形態によれば、発振波長の温度特性を調整可能な半導体発光素子が提供され、この半導体発光素子を作製する方法が提供される。また、Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子が提供され、Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子を作製する方法が提供される。さらに、しきい値電流の温度変換を低減可能な半導体発光素子が提供され、しきい値電流の温度変換を低減可能な半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【００９８】
１１、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…半導体発光素子、１３…第１導電型クラッド領域、１５…第２導電型クラッド領域、１７…第１の導波路コア、１９…第２の導波路コア、２１…中間半導体層、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…端面、２３…伝搬定数同調コア、２５…活性導波路コア、２７…活性層、２９…基板、２９ａ…主面、２９ｂ…裏面、ＤＳ１、ＤＳ２…分散曲線、△λ＿ｃｏｕｐｌｅ…クロス波長領域、３１…第２導電型のコンタクト層、３５、３７…電極、３９…第１の光閉じ込め層、４１…受動コア層、４３…第２の光閉じ込め層、４７、５１、５５…半導体メサ、４５、４９、５３…埋込領域、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３…傾斜角。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、及び半導体発光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、半導体集積化素子が記載されている。半導体集積化素子は、ｎ型ＩｎＰ基板上に、分布帰還のための回折格子、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層、ｐ型ＩｎＰ中間層、アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、及びｎ型ＩｎＰクラッド層を含む。
【０００３】
特許文献２には、分布帰還（ＤＦＢ）型レーザが記載されている。ＤＦＢ型レーザでは、光学利得ピーク波長λｇとＤＦＢ発振波長λＬＤとの関係△Ｇ（＝λｇ−λＬＤ）が、レーザの動作温度の変化に従って異なるものになる。このため、動作温度の変化に伴うしきい値電流の変化が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２８６５８７号
【特許文献２】特開平７−２４９８２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように分布帰還型半導体レーザでは、動作温度の変化に伴うしきい値電流の変化が大きい。これは、レーザの動作温度の変化に伴って、レーザのＩ−Ｌカーブが大きく変化することを示している。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、Ｉ−Ｌカーブの温度変化を低減可能な半導体発光素子を提供することを目的とし、また、この半導体発光素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体発光素子は、（ａ）第１導電型クラッド領域と、（ｂ）前記第１導電型クラッド領域の主面上に設けられた第２導電型クラッド領域と、（ｃ）前記第１導電型クラッド領域と前記第２導電型クラッド領域との間に設けられた第１の導波路コアと、（ｄ）前記第１導電型クラッド領域と前記第２導電型クラッド領域との間に設けられた第２の導波路コアと、（ｅ）前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアとの間に設けられた中間半導体層と、（ｆ）導波路軸の方向に延在する電極とを備える。前記半導体領域は、前記第１導電型クラッド領域、前記第１の導波路コア、前記中間半導体層、前記第２の導波路コア、及び前記第２導電型クラッド領域を含み、前記電極は前記半導体領域上に設けられ、前記第１の導波路コアの端面は第１の基準面に沿って延在しており、前記第２の導波路コアの端面は第２の基準面に沿って延在しており、前記第１の基準面は前記第２の基準面に対して傾斜し、前記導波路軸は、当該半導体発光素子の一端から他端への方向に延在し、前記第２の導波路コアの前記端面における内向き法線は、前記第２の導波路コアの前記端面における前記導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜しており、前記第１の導波路コアは伝搬定数同調コア及び活性導波路コアのいずれか一方を含み、前記第２の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか他方を含み、前記中間半導体層は、前記活性層にキャリアを閉じ込めるように設けられ、前記活性導波路コアは、前記第１導電型クラッド領域及び前記第２導電型クラッド領域からのキャリアの注入により光を発生する活性層を含み、前記伝搬定数同調コアに係るフォトルミネセンス波長は、前記活性層に係るフォトルミネセンス波長より短く、前記活性導波路コアに係る第１の分散曲線は、前記伝搬定数同調コアに係る第２の分散曲線と異なり、前記活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度は、ある波長で前記伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度に等しくなり、前記伝搬定数同調コアは前記活性導波路コアに前記中間半導体層を介して光学的に結合される。
【０００８】
この半導体発光素子において、活性導波路コアに係る第１の分散曲線は、伝搬定数同調コアに係る第２の分散曲線と異なると共に、活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度は、あるクロス波長で伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度に等しい。このクロス波長の付近でレーザ発振が生じる。レーザ発振特性は、クロス波長の付近における光学利得に関連する。また、クロス波長は、半導体層の屈折率の温度特性に依存する。これによって、発振波長の温度特性を調整可能な半導体発光素子が提供される。
【０００９】
この半導体発光素子では、活性導波路コアは、キャリアの注入により光を発生する活性層を含み、活性層は波長により変化する光学利得を有する。この光学利得のピークを示すピーク波長は、温度依存性を示す。
【００１０】
この半導体発光素子と異なる分布帰還型半導体レーザでは、分布帰還のための回折格子は、該回折格子を構成する半導体層の熱膨張に係る変形に起因した温度特性を示す。分布帰還型半導体レーザにおけるレーザ発振波長の温度特性は、回折格子構造のための半導体層の熱膨張係数と光学利得のピーク波長の温度変化とによって規定される。
【００１１】
当該半導体発光素子では、クロス波長の温度特性は２つの分散曲線に傾きによって調整でき、光学利得のピーク波長は、活性層の構造により調整できる。このため、当該半導体発光素子におけるＩ−Ｌカーブの温度変換を低減できる。
【００１２】
第１及び第２の導波路コアの端面はそれぞれ第１及び第２の基準面に沿って延在しており、第１の基準面は第２の基準面に対して傾斜する。第２の導波路コアの端面における内向き法線は、この端面における導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜している。これらの傾斜によれば、第２の導波路コアにおける反射光が導波路軸の方向に戻ることを低減できる。
【００１３】
本発明に係る半導体発光素子は、前記半導体領域を搭載する主面を有する基板を更に備えることができる。前記第１導電型クラッド領域、前記第１の導波路コア、前記中間半導体層、前記第２の導波路コア、及び前記第２導電型クラッド領域は、前記主面の法線軸の方向に順に配列され、前記半導体領域は、前記第２の導波路コア及び前記第２導電型クラッド領域を含む半導体メサのストライプ構造を有し、前記第２の導波路コアの前記端面は、前記基板の前記主面に平行な平行平面内において前記導波路軸に直交する直交平面に対して傾斜している。
【００１４】
この半導体発光素子によれば、半導体メサにより電流の閉じ込めが可能になる。また、第２の導波路コアの端面が平行平面内において直交平面に対して傾斜するので、反射光が導波路軸の方向に戻ることを低減でき、ファブリペローモードの発振が活性化されることを抑制できる。
【００１５】
本発明に係る半導体発光素子では、前記活性導波路コアは、活性層と該活性層より低い屈折率の第１の光閉じ込め層とを含むことができ、前記伝搬定数同調コアは、受動コア層と該受動コア層より低い屈折率の第２の光閉じ込め層とを含むことができる。前記伝搬定数同調コアにおける前記第２の光閉じ込め層と前記受動コア層との屈折率差は、前記活性導波路コアにおける前記活性層と前記第１の光閉じ込め層との屈折率差より小さい。前記中間半導体層の屈折率は、前記第１の光閉じ込め層、前記活性層、前記第２の光閉じ込め層及び前記受動コア層の屈折率より小さい。
【００１６】
この半導体発光素子によれば、活性層と第１の光閉じ込め層とを利用して活性導波路コアにおいて所望の屈折率差を設定でき、第２の光閉じ込め層と受動コア層とを利用して伝搬定数同調コアにおいて所望の屈折率差を設定できる。これらによって、互いに異なる分散曲線を伝搬定数同調コア及び活性導波路コアに提供できる。
【００１７】
本発明に係る半導体発光素子では、前記伝搬定数同調コアの導電型は前記中間半導体層の導電型と同じであることができる。この半導体発光素子によれば、伝搬定数同調コア及び中間半導体層を介して、活性層にキャリアを提供できる。
【００１８】
本発明に係る半導体発光素子では、前記活性層は、III族構成元素としてアルミニウムを含むＡｌ系III−Ｖ化合物半導体からなり、前記伝搬定数同調コアはＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなることができる。この半導体発光素子によれば、好適な実施例を提供できる。
【００１９】
本発明に係る半導体発光素子では、前記中間半導体層の材料は、前記第１導電型クラッド領域及び前記第２導電型クラッド領域の少なくともいずれか一方と同じであることができる。この半導体発光素子によれば、中間半導体層は、２つのコア間に好適な光結合を提供できると共に、所望導電型のキャリアを活性層に供給できる。
【００２０】
本発明に係る半導体発光素子では、前記活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と前記伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）は０．２５より大きいことが良い。
【００２１】
本発明に係る半導体発光素子では、前記第１及び第２の導波路コアのいずれかの前記端面において、前記内向き法線は前記導波路軸の前記接線に対して２０度以上の角度で傾斜していることが好ましい。この半導体発光素子によれば、端面における反射を十分に低減可能である。
【００２２】
本発明に係る半導体発光素子では、前記第２の導波路コアの前記端面の反対側の別の端面における内向き法線は、前記別の端面における前記導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜していることが好ましい。この半導体発光素子によれば、一方の端面の傾斜に加えて他方の端面の傾斜により、ファブリペローモードの発振が活性化されることをさらに低減できる。
【００２３】
また、第２の端面において、前記内向き法線は前記導波路軸の前記接線に対して２０度以上の角度で傾斜していることが好ましい。この半導体発光素子によれば、第２の端面における反射を十分に低減可能である。
【００２４】
本発明の別の側面に係る発明は、半導体発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１の分散曲線を提供する活性導波路コアの構造と、前記第１の分散曲線と異なる第２の分散曲線を提供する伝搬定数同調コアの構造とを、前記活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度がある波長で前記伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度に等しくなるように決定する工程と、（ｂ）第１導電型クラッド領域上に、第１の導波路コア、中間半導体層、第２の導波路コア、及び第２導電型クラッド領域を基板上に順に成長して、半導体領域を形成する工程と、（ｃ）前記半導体領域から、導波路軸の方向に延在する電極を含む基板生産物を形成する工程と、（ｄ）前記基板生産物をエッチングして、前記導波路軸に直交する平面に対して傾斜した端面を前記第２の導波路コアに形成する工程とを備える。前記基板生産物の前記電極は、前記活性層にキャリアを供給するように設けられる。前記第１の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか一方を含み、前記第２の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか他方を含み、前記活性導波路コアは、キャリアの注入により光を発生する活性層を含み、前記中間半導体層は、前記活性層にキャリアを閉じ込めるように設けられ、前記伝搬定数同調コアに係るフォトルミネセンス波長は、前記活性層に係るフォトルミネセンス波長より短く、前記伝搬定数同調コアは前記活性導波路コアに前記中間半導体層を介して光学的に結合される。
【００２５】
この作製方法によれば、活性導波路コアに係る第１の分散曲線は伝搬定数同調コアに係る第２の分散曲線と異なると共に、活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度は、あるクロス波長で伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度に等しくなる。このクロス波長の付近でレーザ発振が生じる。レーザ発振特性は、クロス波長の付近における光学利得に関連する。また、クロス波長は、２種類のコアにおける半導体層の屈折率の温度特性に依存する。活性導波路コアは、キャリアの注入により光を発生する活性層を含み、これ故に、活性層は、波長により変化する光学利得を有する。この光学利得のピークを示すピーク波長は、温度依存性を示す。
【００２６】
この製造方法によれば、クロス波長の温度特性は２つの分散曲線に傾きによって調整でき、光学利得のピーク波長は、活性層の構造により調整できる。このため、当該半導体発光素子におけるＩ−Ｌカーブの温度変化を低減できる。
【００２７】
この製造方法によれば、基板生産物をエッチングして、導波路軸に直交する平面に対して傾斜した端面を前記第２の導波路コアに形成する。この傾斜によれば、第１の端面における反射光が導波路軸の方向に戻ることを低減できる。
【００２８】
本発明に係る製造方法では、前記活性層はIII−Ｖ化合物半導体からなると共に、前記伝搬定数同調コアはIII−Ｖ化合物半導体からなり、前記活性層の前記III−Ｖ化合物半導体は、前記伝搬定数同調コアのIII−Ｖ化合物半導体と異なることができる。この作製方法によれば、２つのコアにおける分散曲線の設定が容易になる。
【００２９】
本発明に係る製造方法では、前記基板は第１導電型ＩｎＰ基板を含み、前記第１導電型クラッド領域は第１導電型ＩｎＰ層を含み、前記中間半導体層はＩｎＰ層を含み、前記第２導電型クラッド領域は第２導電型ＩｎＰ層を含むことができる。
【００３０】
この作製方法によれば、中間半導体層は、２つのコア間に好適な光結合を形成できると共に、活性層にキャリアの閉じ込めを可能な構造を形成できる。
【００３１】
本発明に係る製造方法では、前記活性導波路コアは、前記活性層の屈折率より低い屈折率の第１の光閉じ込め層とを含み、前記伝搬定数同調コアは、受動コア層と該受動コア層より低い屈折率の第２の光閉じ込め層とを含むことができる。前記伝搬定数同調コアにおける前記第２の光閉じ込め層と前記受動コア層との屈折率差は、前記活性導波路コアにおける前記活性層と前記第１の光閉じ込め層との屈折率差より小さい。前記中間半導体層の屈折率は、前記第１の光閉じ込め層、前記活性層、前記第２の光閉じ込め層及び前記受動コア層の屈折率より小さい。前記伝搬定数同調コアにおける前記第２の光閉じ込め層と前記受動コア層との屈折率差は、前記活性導波路コアにおける前記活性層と前記第１の光閉じ込め層との屈折率差より小さい。
【００３２】
この作製方法によれば、活性層と第１の光閉じ込め層とを利用して活性導波路コアに所望の屈折率差を提供でき、第２の光閉じ込め層と受動コア層とを利用して伝搬定数同調コアに所望の屈折率差を提供できる。伝搬定数同調コアの分散曲線と活性導波路コアの分散曲線が所望のクロス波長に提供できる。
【００３３】
本発明に係る製造方法では、前記活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と前記伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）が０．２５より大きくなるように、前記活性導波路コアの構造及び前記伝搬定数同調コアの構造を決定できる。
【００３４】
この作製方法によれば、単一モード発振が可能な半導体発光素子を作製できる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示されたI−I線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、活性導波路コア及び伝搬定数同調コアに係る分散曲線と波長との関係を示す図面である。
【図４】図４は、活性導波路コア及び伝搬定数同調コアの構造及び屈折率分布を示す図面である。
【図５】図５は、活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）とクロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅとの関係を示す図面である。
【図６】図６は、比較のための分布帰還型半導体レーザにおけるＩ−Ｌ特性の温度依存性を示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る一実施例の半導体レーザにおけるＩ−Ｌ特性の温度依存性を示す図面である。
【図８】図８は、比較のための分布帰還型半導体レーザにおける発振スペクトル（摂氏２０度、摂氏８０度）を示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る半導体レーザにおける発振スペクトル（摂氏２０度、摂氏８０度）を示す図面である。
【図１０】図１０は、活性層付近に閉じ込められるモードの反射率と端面の傾斜角との関係を示す図面である。
【図１１】図１１に、本実施の形態に例における端面傾斜としきい値電流Ｉｔｈとの関係を示す図面である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係る半導体光素子の一実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【図１３】図１３は、本実施の形態に係る半導体光素子の一実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【図１４】図１４は、本実施の形態に係る半導体光素子の一実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【図１５】図１５は、本実施の形態に係る半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す工程フローを示す図面である。
【図１６】図１６は、本実施の形態に係る半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す工程フローを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体発光素子、及び半導体発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３８】
図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す図面である。図２は、図１に示されたI−I線に沿ってとられた断面を模式的に示す図面である。半導体発光素子１１は、第１導電型クラッド領域１３と、第２導電型クラッド領域１５と、第１の導波路コア１７と、第２の導波路コア１９と、中間半導体層２１とを備える。第２導電型クラッド領域１５は、第１導電型クラッド領域１３の主面１３ａ上に設けられる。第１の導波路コア１７は、第１導電型クラッド領域１３と第２導電型クラッド領域１５との間に設けられる。半導体発光素子１１は第１及び第２の端面１１ａ、１１ｂを有し、端面１１ａは端面１１ｂの反対側にある。図２では、第１の端面１１ａから第２の端面１１ｂまで延在する第１の導波路コア１７の延在軸に沿って取られた断面を示す。第２の導波路コア１９は、例えば第１の端面１１ａから第２の端面１１ｂまで延在する。
【００３９】
第１の導波路コア１７は伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか一方を含み、第２の導波路コア１９は伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか他方を含む。本実施例では、第１の導波路コア１７は例えば伝搬定数同調コア２３を含み、第２の導波路コア１９は活性導波路コア２５を含む。第２の導波路コア１９は、第１導電型クラッド領域１３と第２導電型クラッド領域１５との間に設けられる。中間半導体層２１は、第１の導波路コア１７と第２の導波路コア１９との間に設けられる。活性導波路コア２５は活性層２７を含み、この活性層２７は、第１導電型クラッド領域１３及び第２導電型クラッド領域１５からのキャリアの注入により光を発生する。中間半導体層２１は、活性層２７にキャリアを閉じ込めるように設けられる。伝搬定数同調コア２３に係るフォトルミネセンス波長は活性層２７に係るフォトルミネセンス波長より短い。伝搬定数同調コア２３は活性導波路コア２５に中間半導体層２１を介して光学的に結合される。
【００４０】
第１導電型クラッド領域１３は、基板２９上に設けられる。基板２９は、半導体領域を搭載する主面２９ａと、裏面２９ｂを含み、基板２９は導電性を有する。本実施例では、基板２９は半導体基板であることができる。半導体層１３，１７、２１、１９、１５は基板２９の主面２９ａの法線軸の方向に配置されている。
【００４１】
この半導体発光素子１１は、活性導波路コア２５は、キャリアの注入により光を発生する活性層２７を含む。活性層２７は、波長により変化する光学利得を有しており、この光学利得は温度依存性を有する。この光学利得のピークを示すピーク波長は、温度の上昇に伴い長波長に移動する温度依存性を示し、また光学利得のピーク強度は温度の上昇に伴い低下する。
【００４２】
半導体発光素子１１では、第１及び第２の導波路コア１７、１９は導波路軸Ａｘに沿って延在し、この導波路軸Ａｘは、第１及び第２の端面１１ａ、１１ｂの一方（一端）から第１及び第２の端面１１ａ、１１ｂの他方（他端）への方向に延在する。図１の（ｂ）部に示されるように、第１の端面１１ａにおける内向き法線ＮＩｘは、第１の端面１１ａにおける導波路軸Ａｘの接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度ＴＨ１で傾斜する。
【００４３】
半導体発光素子１１では、第１及び第２の導波路コア１７、１９の端面１１ｃ、１１ａはそれぞれ第１及び第２の基準面Ｒ１、Ｒ２に沿って延在する。第１の基準面Ｒ１は第２の基準面Ｒ２に対して傾斜しており、本実施例では、傾斜角は角度ＴＨ１である。これらの傾斜によれば、第２の導波路コア１９の端面１１ａにおける反射光が導波路軸の方向に戻ることを低減できる。
【００４４】
また、半導体発光素子１１では、第１の端面１１ａが導波路軸Ａｘに直交する面に対して角度ＴＨ１で傾斜しているけれども、図１の（ｃ）部に示される半導体発光素子１２ａは、第１の端面１１ａの反対側の端面１１ｄが導波路軸Ａｘに直交する面に対して角度ＴＨ２で傾斜していることもできる。この傾斜によれば、端面１１ｄにおける反射光が導波路軸Ａｘの方向に戻ることを低減できる。
【００４５】
活性導波路コア２５に係る分散特性は、例えば１．３μｍ波長帯、１．５５μｍ波長帯といった波長帯において伝搬定数同調コア２３に係る分散特性と異なる。これ故に、活性導波路コア２５に係る第１の分散特性は、伝搬定数同調コア２３に係る第２の分散特性と異なるものになる。活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度は、ある波長（「クロス波長」と呼ぶ）で伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度に等しくなる。
【００４６】
図３の（ａ）部に示されるように、活性導波路コア２５に係る第１の分散曲線ＤＳ１の傾きは伝搬定数同調コア２３に係る第２の分散曲線ＤＳ２の傾きと異なる。活性導波路コア２５における光伝搬に係る伝搬定数の波長依存性は、伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る伝搬定数の波長依存性と異なる。第１及び第２の分散曲線ＤＳ１、ＤＳ２で示されるように、活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度は、ある波長領域△λＣで伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度にコア間で光結合が生じるのに十分なほど近くなる。
【００４７】
図３の（ｂ）部に示されるように、第１及び第２の分散曲線ＤＳ１、ＤＳ２の交差点は、温度の上昇に応答して長波長へ移動する。つまり、発光波長λＣは、半導体層の屈折率の温度特性に依存する。
【００４８】
光学的に結合された活性導波路コア２５及び伝搬定数同調コア２３の分散関係には光学モードの組み換えが生じる。結合された活性導波路コア２５及び伝搬定数同調コア２３の分散関係において、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅ内のクロス波長λＣの付近でレーザ発振が生じる。レーザ発振特性は、クロス波長λＣの付近における光学利得に関連する。クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅにおいては活性導波路コア２５と伝搬定数同調コア２３との光学的結合が、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅと異なる波長領域における光学的結合に比べて強くなり、モード利得が、当該半導体発光素子１１の総損失（例えばミラー損失及び内部損失）に比べて大きくなり、この結果、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅ内のある波長でレーザ発振が生じる。このとき、活性層において発生された光は、第１の端面１１ａと第２の端面１１ｂとの間の導波路を伝搬する。
【００４９】
この半導体発光素子１１と異なる分布帰還型半導体レーザでは、特許文献２においても説明されるように、分布帰還のための回折格子は、該回折格子を構成する半導体層の熱膨張に係る変形に起因した温度特性を示す。分布帰還型半導体レーザにおけるレーザ発振波長の温度特性は、分布帰還型回折格子のための半導体層の熱膨張係数と光学利得のピーク波長の位置とによって規定される。一方、半導体発光素子１１は、分布帰還型半導体レーザのような発振波長を直接に決定する分布帰還型回折格子を含まない。
【００５０】
当該半導体発光素子１１では、クロス波長λＣの温度特性は２種の分散曲線に傾きによって調整でき、光学利得は、活性層２７の材料及び構造により調整できる。この調整により、当該半導体発光素子におけるＩ−Ｌカーブの温度変化を低減できる。
【００５１】
図１を再び参照すると、半導体発光素子１１は、第２導電型クラッド領域１５上に設けられた第２導電型のコンタクト層３１を含むことができる。コンタクト層３１上には、絶縁膜３３が設けられ、この絶縁膜３３は、電流注入領域を規定する開口３３ａを含む。コンタクト層３１及び絶縁膜３３上には電極（例えばアノード）３５が設けられ、電極３７は開口３３ａを介してコンタクト層３１に接続される。また、基板２９の裏面２９ｂ上には、電極（例えばカソード）３９が接続され、本実施例では電極３７は基板２９の裏面２９ａの全面に設けられる。
【００５２】
本実施例では、図１に示されるように、基板２９の主面２９ａ上に、第１導電型クラッド層２９、伝搬定数同調コア２３、中間半導体層２１、活性導波路コア２５、第２導電型クラッド領域１５及びコンタクト層３１が順に配列されている。しかしながら、伝搬定数同調コア２３の位置が活性導波路コア２５の位置と入れ替えられることができる。
【００５３】
図４に示されるように、半導体発光素子１１では、活性導波路コア２５は、活性層２７と第１の光閉じ込め層３９とを含むことができ、活性層２７は第１の光閉じ込め層３９の間に設けられる。第１の光閉じ込め層３９の屈折率は、活性層２７の屈折率より低い。
【００５４】
伝搬定数同調コア２３は、受動コア層４１と第２の光閉じ込め層４３とを含むことができ、受動コア層４１は第２の光閉じ込め層４３の間に設けられる。第２の光閉じ込め層４３の屈折率ｎ４３は受動コア層４１の屈折率ｎ＿ｐより低い。伝搬定数同調コア２３における第２の光閉じ込め層４３の屈折率ｎ４３と受動コア層４１の屈折率ｎ＿ｐとの屈折率差△ｎ＿ｐ（＝ｎ＿ｐ−ｎ４３）は、活性導波路コア２５における活性層２７の屈折率ｎ＿ａと第１の光閉じ込め層３９の屈折率ｎ３９との屈折率差△ｎ＿ａ（＝ｎ＿ａ−ｎ３９）より小さい。中間半導体層２１の屈折率ｎ２１は、第１の光閉じ込め層３９の屈折率ｎ３９、活性層２７の屈折率ｎ＿ａ、受動コア層４１の屈折率ｎ＿ｐ、及び第２の光閉じ込め層４３の屈折率ｎ４３より小さい。
【００５５】
この半導体発光素子１１によれば、第２の光閉じ込め層４３と受動コア層４１とを利用して伝搬定数同調コア２３において所望の屈折率差（△ｎ＿ｐ）を設定でき、活性層２７と第１の光閉じ込め層３９とを利用して活性導波路コア２５において所望の屈折率差（△ｎ＿ａ）を設定できる。これらの屈折率差によって、伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５に互いに異なる分散曲線を提供できる。
【００５６】
半導体発光素子１１では、中間半導体層の材料２１は、第１導電型クラッド領域１３及び第２導電型クラッド領域１５の少なくともいずれか一方と同じであることができる。中間半導体層２１は、２つのコア間に好適な光結合を提供できると共に、活性層２７にキャリアを提供できる。
【００５７】
また、伝搬定数同調コア２３の導電型は中間半導体層２１の導電型と同じであることができる。伝搬定数同調コア２３及び中間半導体層２１を介して、活性層２７にキャリアを提供できる。活性導波路コア２５を挟むクラッド領域及び中間半導体層２１の導電型は互いに異なる。伝搬定数同調コア２３を挟むクラッド領域及び中間半導体層２１の導電型は同一である。一実施例では、クラッド領域１５、活性導波路コア２５、中間半導体層２１及び伝搬定数同調コア２３、クラッド領域１５の導電型の配列は、例えばｐ−ｕｄ−ｎ−ｎ―ｎであることができ、或いは例えばｎ−ｕｄ−ｐ−ｐ―ｐであることができる。「ｕｄ」はアンドープを示す。
【００５８】
活性層２７はIII−Ｖ化合物半導体からなると共に、伝搬定数同調コア２３はIII−Ｖ化合物半導体からなる。活性層２７のIII−Ｖ化合物半導体は伝搬定数同調コア２３のIII−Ｖ化合物半導体と異なることができ、これにより２つのコアにおける分散曲線の設定が容易になる。好適な実施例では、活性層２７は、III族構成元素としてアルミニウムを含むＡｌ系III−Ｖ化合物半導体からなることができ、例えばＡｌＧａＩｎＡｓからなることができる。また、伝搬定数同調コア２３はＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなることができる。活性層２７は例えば量子井戸構造を有するでき、また受動コア層４１は例えば単一半導体層からなることができる。
【００５９】
半導体発光素子１１では、基板２９は第１導電型ＩｎＰ基板を含み、第１導電型クラッド領域１３は第１導電型ＩｎＰ層を含み、中間半導体層２１は第１導電型又は第２導電型ＩｎＰ層を含み、第２導電型クラッド領域１５は第２導電型ＩｎＰ層を含むことができる。この組み合わせによれば、中間半導体層２１は、２つのコア間に好適な光結合を形成できると共に、活性層２７にキャリアの閉じ込めを可能な構造を形成できる。中間半導体層２１の厚さは例えば５００ｎｍ以上であることができ、単一モード発振となるようスペクトル幅を狭くできるからである。また、中間半導体層２１の厚さは例えば２μｍ以下であることができ、レーザ発振するのに十分な光結合が得られるからである。
【００６０】
半導体発光素子１１においては、電流閉じ込めのための構造として、リッジ型、埋め込みメサ型等の構造を有することができる。
【００６１】
半導体発光素子１１の構造の一例は以下のものであり、元素記号の後の丸カッコ内に記載された数字は、該元素の組成を示す。
共振器長：２００μｍ（半導体発光素子の端面間隔により規定される）。
ｐ側電極長：１５０μｍ。
リッジ高さ：２μｍ。
エッチングストップ層：３０ｎｍ、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層。
活性導波路コアの構造。
上部閉じ込め層：８０ｎｍ、ｐ型Ａｌ（０．４０）Ｇａ（０．０８）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
活性層の障壁層：１０ｎｍ（９層）、アンドープＡｌ（０．３２）Ｇａ（０．１６）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
活性層の井戸層：５ｎｍ（８層）、アンドープＡｌ（０．１６）Ｇａ（０．１１）Ｉｎ（０．７３）Ａｓ。
下部閉じ込め層：１００ｎｍ、ｎ型Ａｌ（０．４０）Ｇａ（０．０８）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
中間半導体層：１．２６μｍ、ｎ型ＩｎＰ。
伝搬定数同調コアの構造。
上部閉じ込め層：１．５μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．９０）Ｇａ（０．１０）Ａｓ（０．２１）Ｐ（０．７９）。
受動導波路：１．０μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．８０）Ｇａ（０．２０）Ａｓ（０．４３）Ｐ（０．５７）。
下部閉じ込め層：２．０μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．９０）Ｇａ（０．１０）Ａｓ（０．２１）Ｐ（０．７９）。
クラッド層：０．５μｍ、ｎ型ＩｎＰ。
基板：ｎ型ＩｎＰ基板。
【００６２】
図５は、上記のモデルにおいて活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）とクロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅとの関係を示す。図５において、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの波長幅は、クロス波長における実効屈折率差に対して−０．００００５〜＋０．００００５の範囲として規定される。屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）は、伝搬定数同調コア２３と活性導波路コア２５との間の構造の非対称性を表している。図５によれば、この非対称性が強まるに伴って、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの幅が小さくなる。このため、単一モード発振が容易になる。
【００６３】
実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との差を示す屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）は０．２５より大きいことが良い。この値の範囲であるとき、例えば半導体発光素子１１におけるフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）をクロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの波長幅より大きくできる。半導体発光素子１１は、実効屈折率差（△ｎ＿ａ）は例えば０．３程度の値である。ＦＳＲは、２つの端面１１ａ、１１ｂに亘って延在する第１の導波路コア１７における実効光学長によって規定される。必要な場合には、第１の導波路コア１７の両端には、第１の導波路コア１７の端面における反射率を調整する反射調整膜を設けることができる。この反射調整膜の反射率は例えば８１％であり、この程度の反射率は誘電体多層膜のコーティングにより提供される。
【００６４】
図６は、比較のための分布帰還型半導体レーザにおけるＩ−Ｌ特性の温度依存性を示す図面である。図７は、本実施の形態に係る一実施例の半導体レーザにおけるＩ−Ｌ特性の温度依存性を示す図面である。図６及び図７を比較すると、本実施の形態に係る半導体レーザ（１．３μｍ波長帯）におけるＩ−Ｌ特性の温度依存性は、分布帰還型半導体レーザに比べて小さい。例えば、半導体発光素子のレーザ発振波長の光パワーの温度特性は、ＤＦＢレーザより小さい摂氏２０度から摂氏８０度の範囲において６０ｍＡ以下の電流印加時に１ｍＷ以下の変化量にできる。
【００６５】
図８は、比較のための分布帰還型半導体レーザにおける発振スペクトル（摂氏２０度、摂氏８０度）を示す図面である。図９は、本実施の形態に係る半導体レーザにおける発振スペクトル（摂氏２０度、摂氏８０度）を示す図面である。図８における分布帰還型半導体レーザのスペクトルでは、上記の温度変化にと伴って光出力の変化が大きい（例えば、温度の上昇に伴って０．２５倍）。一方、本実施の形態に係る半導体レーザのスペクトルでは、上記の温度変化にと伴って光出力の変化が小さい（例えば、温度の上昇に伴って０．９倍）。
【００６６】
発明者の実験によるしきい値電流の温度依存性の一例を示す。摂氏２０度から摂氏８０度の温度範囲で、しきい値電流の変化は１６．４ｍＡから１９．１ｍＡであり、この変化は１５％以下に抑えられている。
【００６７】
次いで、端面の傾斜によって提供される技術的寄与を説明する。図１０は、活性層付近に閉じ込められるモードの反射率と端面の傾斜角との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す。端面が、光導波路と直交する方向に延在するとき、つまり端面の傾斜の角度がゼロ度であると定義している。傾斜角が５度を超えるとき、反射率が０．８％程度まで低下できる。傾斜角が１０度であるとき、反射率が０．６５％程度まで低下できる。傾斜角が２０度であるとき、反射率はほぼゼロ程度まで低下できる。傾斜２０度以上では反射率はほぼ０に抑えられる。傾斜０度では、導波光は端面で反射されて導波路に戻る。しかしながら、傾斜２０度以上の場合には屈折によりレーザ外部に放射される。
【００６８】
図１１に、本実施の形態に例における端面傾斜としきい値電流Ｉｔｈとの関係を示す図面である。端面傾斜２０度を有する素子構造におけるしきい値電流Ｉｔｈ及び端面傾斜なし（ゼロ度）の構造におけるしきい値電流Ｉｔｈの温度依存性を示す。素子構造では、摂氏２０度〜摂氏８０度の温度範囲でＩｔｈの変動幅Ｒ１は５ｍＡ以下に低減される。一方、傾斜無しの構造では摂氏２０度〜摂氏８０度の温度範囲でしきい値Ｉｔｈの変動幅Ｒ２は１８ｍＡ以上である。傾斜ゼロの構造では活性層両端の反射率が高いので、測定した全温度にわたってファブリーペローモードがレーザ発振に寄与しているのに対し、提案構造では端面の反射率が低減されるので、ファブリーペローモードによる発振が抑制される。その結果、しきい値電流のばらつき幅が低減されている。例えば摂氏２０度〜摂氏８０度の温度範囲では、本実施の形態において説明した結合モードが発振するので、上記のばらつき低減が可能になった所望の動作が得られていると考えられる。
【００６９】
端面にはＨＲ多層膜が形成される。端面多層膜の構成を以下に示す。傾斜端面における多層膜の膜厚を見積もることが容易にでないので、以下の膜厚は傾斜のない端面における成膜値が示される。発明者の知見によれば、膜厚はこの値よりも減少する。このＨＲ多層膜は、半導体端面側から順に配列された下記５層により構成される。
Ａｌ２Ｏ３：９５ｎｍ。
ＳｉＯ２：１６０ｎｍ。
Ｓｉ：９５ｎｍ。
ＳｉＯ２：２２５ｎｍ。
Ｓｉ：９５ｎｍ。
共振器長は以下のもの。
２００μｍ（傾斜しない半導体領域における端面間隔）。
１８０μｍ（傾斜２０度の場合の活性層における端面間隔）。
２００μｍ（伝搬定数同調層における端面間隔）。
上部閉じ込め層：８０ｎｍ、ｐ型Ａｌ（０．４０）Ｇａ（０．０８）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
活性層の構造。
障壁層：１０ｎｍ×９、アンド−プＡｌ（０．３２）Ｇａ（０．１６）Ｉｎ（０．６２）Ａｓ。
井戸層：５ｎｍ×８、アンド−プＡｌ（０．１６）Ｇａ（０．１１）Ｉｎ（０．７３）Ａｓ。
下部閉じ込め層：１００ｎｍ、ｎ型Ａｌ（０．４０）Ｇａ（０．０８）Ｉｎ（０．５２）Ａｓ。
中間層：１．２６μｍ、ｎ型ＩｎＰ。
クラッド層：１．５μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．９０）Ｇａ（０．１０）Ａｓ（０．２１）Ｐ（０．７９）。
伝搬定数同調層：１．０μｍ、ｎ型Ｉｎ（０．８０）Ｇａ（０．２０）Ａｓ（０．４３）Ｐ（０．５７）。
クラッド層：０．５μｍ、ｎ型ＩｎＰ。
基板：ｎ型ＩｎＰ。
【００７０】
本実施の形態は、図１に示された構造に限定されるものではない。図１２を参照すると、半導体発光素子１２ｂは、埋込領域４５によって埋め込まれたストライプ構造を有する半導体メサ４７を含む。半導体メサ４７により電流の閉じ込めが可能になる。半導体メサ４７は、第２導電型のコンタクト層３１、第２導電型クラッド領域１５、導波路コア１９、及び中間半導体層２１の一部分を含むことができる。半導体メサ４７には伝搬定数同調コア２３もしくは活性導波路コア２５のいずれかが含まれる。この形態の利点は、伝搬定数同調コア２３が基板２９と活性導波路コア２５との間に位置する構造としたときに、しきい値電流を下げられることである。埋込領域４５の材料は、例えばＦｅドープＩｎＰである。
【００７１】
図１３を参照すると、半導体発光素子１２ｃは、埋込領域４９によって埋め込まれたストライプ形状の半導体メサ５１を含む。半導体メサ５１により電流の閉じ込めが可能になる。半導体メサ５１は、第２導電型のコンタクト層３１、第２導電型クラッド領域１５、導波路コア１９、中間半導体層２１、導波路コア１７、及び第１導電型クラッド領域１３を含むことができる。本実施形態では、活性導波路コア２５が基板２９と伝搬定数同調コア２３との間に位置する構造、及び伝搬定数同調コア２３が基板２９と活性導波路コア２５との間に位置する構造のいずれにおいても、しきい値電流を下げることができる。埋込領域４９の材料は、例えばＦｅドープＩｎＰである。
【００７２】
図１４の（ａ）部を参照すると、半導体発光素子１２ｄは、埋込領域５３によって埋め込まれたストライプ形状の半導体メサ５５を含む。半導体メサ５５により電流の閉じ込めが可能になる。半導体メサ５５の延在方向は、基板２９の端面に対して、当該端面に垂直な方向から角度ＴＨ１、ＴＨ２だけ傾斜させている。半導体メサ５５は、第２導電型のコンタクト層３１、第２導電型クラッド領域１５、導波路コア１９、中間半導体層２１、導波路コア１７、及び第１導電型クラッド領域１３を含むことができる。この構造の利点は、半導体メサ５５の延在方向を基板２９の端面に垂直な方向から傾斜させることで、端面からの戻り光を低減できるとともに、合わせて半導体発光素子１２ｄと光結合した光ファイバ等からの戻り光の影響も低減できるので、所謂戻り光耐性を高めることができることである。埋込領域５３の材料は、例えばＦｅドープＩｎＰである。
【００７３】
図１４の（ｂ）部を参照すると、半導体メサ５５の上部に、第２導電型のコンタクト層３１、第２導電型クラッド領域１５、導波路コア１９、及び中間半導体層２１が含まれる。半導体メサ５５の下部に、中間半導体層２１、導波路コア１７、及び第１導電型クラッド領域１３が含まれる。導波路軸Ａｘは、半導体メサ５５の下部の端面に対して、当該端面に垂直な方向から角度ＴＨ１だけ傾斜する。半導体メサ５５の上部の端面は、導波路軸Ａｘに対してほぼ垂直である。
【００７４】
活性導波路コア２５が基板２９と伝搬定数同調コア２３との間に位置する構造では、例えば戻り光耐性を高めることができる。また、図１２に示される構造のように、なお、伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか一方が半導体メサに含まれるようにしてもよい。
【００７５】
半導体発光素子１２ｂ、１２ｃでは、一方の端面１１ａだけでなく、端面１１ａの反対側の端面も傾斜していることができる。また、第１の導波路コア１７は伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか一方を含み、第２の導波路コア１９は伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか他方を含む。また、導体発光素子１２ｄでは、端面１１ａ及び端面１１ｂの両方ではなく、端面１１ａ及び端面１１ｂの一方が傾斜していることができる。
【００７６】
図１５及び図１６は、本実施の形態に係る半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す工程フローを示す図面である。引き続く説明においては理解を容易にするために、図１〜図４において示された参照符号を用いる。
【００７７】
工程Ｓ１０１では、活性導波路コア２５に係る分散曲線ＤＳ１を提供する活性層２７の構造と、第１の分散曲線と異なり伝搬定数同調コア２３に係る分散曲線ＤＳ２を提供する受動コア層４１の構造とを決定する。この決定は、活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度が、ある波長で伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度に等しくなるように行われる。つまり、活性導波路コア２５に係る分散曲線ＤＳ１は、伝搬定数同調コア２３に係る分散曲線ＤＳ２と異なる。
【００７８】
具体的には、工程Ｓ１０２において、第１の分散曲線を提供する導波路構造を決定する。この導波路構造は、例えば活性層２７の構造によって提供される。活性導波路コア２５の活性層２７は、キャリアの注入により光を発生する。このために、活性層２７において発光に係る半導体層のバンドギャップは、受動コア層４１及び光閉じ込め層４３のバンドギャップより小さい。この設計の一例では、活性導波路コア２５の活性層２７の構造は、当該半導体発光素子１１の発光波長を提供できるように設計される。また、活性層２７は、半導体発光素子１１の発光に求められる波長帯域に光学利得を有する構造に設計される。
【００７９】
また、工程Ｓ１０３において、第２の分散曲線を提供する導波路構造を決定する。この導波路構造は、例えば伝搬定数同調コア２３の構造によって提供される。伝搬定数同調コア２３の構造の設計は、半導体発光素子１１の発光に求められる波長帯域において、伝搬定数同調コア２３に係る分散曲線ＤＳ２が分散曲線ＤＳ１に交差するように行われる。多くの場合に、半導体発光素子１１の発光に求められる波長帯域に係る制約から、活性導波路コア２５の活性層２７の構造の設計フレキシビリティが制限される可能性がある。このとき、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの幅は、分散曲線ＤＳ２の傾斜によって調整可能である。既に説明したように、クロス波長領域△λ＿ｃｏｕｐｌｅの幅は、屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）に関連している。
【００８０】
第１回の設計において得られた伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５の組み合わせにおいて、設計上の発光波長λＣの温度特性の確認を行う。この温度特性は、例えばシミュレーションにより見積もられる。例えば、半導体発光素子における動作温度範囲内の２つの温度にうち低い温度における光学利得を高い温度における光学利得における極大値以下に設定することが好適である。必要な場合は、活性層の構造を微調整して光学利得の変更することができ、また、伝搬定数同調コア２３における屈折率差を変更して分散曲線の傾きを調整することができる。
【００８１】
また、中間半導体層２１の材料及び厚さは、中間半導体層２１がキャリアを活性層２７に閉じ込めるように設計される。伝搬定数同調コア２３は活性導波路コア２５に中間半導体層２１を介して光学的に結合されるので、中間半導体層２１の屈折率及び厚みは、所望の光結合を実現できるようにも設計される。
【００８２】
工程Ｓ１０４では、上記設計に基づいてエピタキシャル基板を作製する。エピタキシャル基板の作製のために、例えば有機金属気相成長法を用いることができる。以下に説明する半導体層を基板上に順に成長して、半導体領域を形成する。エピタキシャル基板では、第１の導波路コア１７が伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか一方を含み、第２の導波路コア１９が伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５のいずれか他方を含むことができる。
【００８３】
工程Ｓ１０５では、基板２９上に第１導電型クラッド領域１３を成長する。工程Ｓ１０６では、第１の導波路コア１７（例えば、伝搬定数同調コア２３）を第１導電型クラッド領域１３上に形成する。このために、まず、工程Ｓ１０７では、第１導電型クラッド領域上１３上に下部光閉じ込め層を成長し、工程Ｓ１０８では、下部光閉じ込め層上にコア層（例えば伝搬定数同調層４１）を成長し、工程Ｓ１０９では、コア層上に上部光閉じ込め層を成長する。
【００８４】
工程Ｓ１１０では、第１の導波路コア１７上に中間半導体層２１を成長する。
【００８５】
工程Ｓ１１１では、中間半導体層２１上に第２の導波路コア１９（例えば、活性層コア２５）を成長する。このために、まず、工程Ｓ１１２では、中間半導体層２１上に下部光閉じ込め層を成長し、工程Ｓ１１３では、下部光閉じ込め層上にコア層（例えば活性層２７）を成長し、工程Ｓ１１４では、コア層上に上部光閉じ込め層を成長する。
【００８６】
工程Ｓ１１５では、第２の導波路コア１９上に第２導電型クラッド領域１５を成長する。エピタキシャル基板の作製において、必要な場合には、工程Ｓ１１６で、第２導電型クラッド領域１５上に第２導電型コンタクト領域３１を成長することができる。
【００８７】
エピタキシャル基板は、第１導電型クラッド領域１３、第１の導波路コア１７、中間半導体層２１、第２の導波路コア１９、第２導電型クラッド領域１５及び第２導電型コンタクト層３１を含み、これらの半導体層は基板２９上に順に成長される。光学的結合に関しては、基板２９上における、伝搬定数同調コア２３及び活性導波路コア２５の配置順序は任意である。エピタキシャル基板では、伝搬定数同調コア４１に係るフォトルミネセンス波長は、活性層２７に係るフォトルミネセンス波長より短い。
【００８８】
工程Ｓ１１７では、リソグラフィー工程とエッチング工程により活性導波路コア２５上にリッジ構造または半導体メサ構造を形成する。リッジ構造または半導体メサ構造の作製は、図１、図２、図１２から図１４に示されたデバイス構造に応じて選択される。リソグラフィー工程とエッチング工程には、通常のフォトリソグラフィーとドライエッチングを用いることができる。
【００８９】
工程Ｓ１１８では、エピタキシャル基板上に電極を作製して、基板生産物を形成する。基板生産物の電極は、活性層にキャリアを供給するように設けられる。工程Ｓ１１９では、導波路軸の方向に延在する電極を含む基板生産物を半導体領域から形成した後に、基板生産物をエッチングして、導波路軸に直交する平面に対して傾斜した端面を導波路コアに形成する。端面の傾斜は、図１、図２、図１２から図１４に示されたデバイス構造に応じて選択される。工程Ｓ１２０では、基板生産物を分離して、半導体レーザチップを作製できる。半導体レーザチップにおいて、第１の導波路コア１７は端面１１ａから端面１１ｂまで延在しており、これらの端面１１ａ、１１ｂは、例えばへき開により作製される。端面１１ａ、１１ｂの間隔は例えば１００μｍ〜３００μｍであることができる。
【００９０】
この作製方法によれば、活性導波路コア２５に係る分散曲線ＤＳ１が伝搬定数同調コア２３に係る分散曲線ＤＳ２と異なるように設定されると共に、活性導波路コア２５における光伝搬に係る位相速度がクロス波長で伝搬定数同調コア２３における光伝搬に係る位相速度に等しくなるように設定される。このクロス波長の付近でレーザ発振が生じる。活性導波路コア２５は、キャリアの注入により光を発生する活性層２７を含み、これ故に、活性層２７は、波長により変化する光学利得を有する。この光学利得のピークを示すピーク波長は、温度依存性を有する。レーザ発振特性は、クロス波長の付近における光学利得に関連する。また、クロス波長λＣは、活性導波路コア２５及び伝搬定数同調コア２３における半導体層の屈折率の温度特性に依存する。
【００９１】
クロス波長λＣの温度特性は２つの分散曲線ＤＳ１、ＤＳ２に傾きによって調整でき、光学利得のピーク波長は、活性層２７の材料及び構造により調整できる。このため、当該半導体発光素子１１におけるＩ−Ｌカーブの温度変換を低減できる。
【００９２】
既に説明したように、本実施の形態に係る半導体レーザは、分布帰還型半導体レーザに比べて良好な温度特性を示す。本実施の形態に係る半導体レーザの構造では、活性導波路コアは屈折率差の比較的大きな導波路構造を有し、受動導波コアは屈折率差の比較的小さな導波路構造を有する。導波路構造に違いにより、これらの分散曲線の傾き（群速度）は互いに異なる。これらの分散曲線の傾きの違いよって、２つの分散曲線は、ある波長領域で交差する。これらの導波路構造は半導体層を介して光学的に結合されている。このため、これら２つの分散曲線の近づく結合波長帯でのみ、活性導波路コア及び受動導波コアに係る２つの光学モードが結合する。本実施の形態に係る半導体レーザは、発振波長の規定のために、分布帰還型半導体レーザのような回折格子を利用しない。
【００９３】
光学利得を有する活性層においてキャリアが再結合すると、光が生成される。活性導波路コアに係る光学モードは、結合波長帯において、受動導波コアに係る光学モードに強く結合して、この波長帯において活性層への閉じ込め効率が変化する。これ故に、結合波長帯内のある波長において、レーザ発振が生じる。このレーザ発振における利得は、活性導波路コアの活性層における光学利得に関連している。結合波長付近において、光閉じ込め効率の変化に伴い両モードとも実効利得が変化する。この結果として、内部損失とミラー損失との和（総損失）が波長依存性を示すことになる。半導体レーザは、モード利得が総損失（ミラー損失と内部損失の和）を超えたときに発振する。結合波長付近では、モード利得も損失も中程度となり、発振しきい値が他の波長に比べ低くなる。
【００９４】
結合波長領域は、活性層導波路と伝搬定数同調導波路の屈折率の温度変化により支配されており、また温度の上昇に伴って長波長に移動する。光学利得は、バンドギャップの温度変化により支配されており、また温度の上昇に伴って長波長に移動する。前者の活性層導波路と伝搬定数同調導波路の分散曲線の交点である結合波長の温度変化量は、活性層導波路と伝搬定数同調導波路の群速度（つまり分散曲線の傾き）に依存しており、それぞれの導波路構造により調整可能である。結合波長と対応する発振波長の温度変化を、利得波長の温度変化に近づけることで、温度変化による利得変化を小さくできる。両温度の利得は同程度の値に調整できる。このことから、発振波長での利得の温度依存性が抑制される。
【００９５】
また、本実施の形態に係る半導体レーザのスペクトル幅を狭くできる。
【００９６】
以上説明したように、２つの導波モードの群速度が異なるように導波路コアを設計する。このとき、理論的には一波長でのみ、これらの導波路コアに係る両モードが結合できる。この結合波長における波長依存性により、実効利得と反射率にも波長依存性が生じ、上記のように決定される特定波長においてレーザ発振が可能となる。利得スペクトルの温度依存性を考慮して、発振波長での実効利得の温度依存性が小さくなるよう設計することにより、温度特性が良好な半導体レーザが実現可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上説明したように、本実施形態によれば、発振波長の温度特性を調整可能な半導体発光素子が提供され、この半導体発光素子を作製する方法が提供される。また、Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子が提供され、Ｉ−Ｌカーブの温度変換を低減可能な半導体発光素子を作製する方法が提供される。さらに、しきい値電流の温度変換を低減可能な半導体発光素子が提供され、しきい値電流の温度変換を低減可能な半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【００９８】
１１、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…半導体発光素子、１３…第１導電型クラッド領域、１５…第２導電型クラッド領域、１７…第１の導波路コア、１９…第２の導波路コア、２１…中間半導体層、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…端面、２３…伝搬定数同調コア、２５…活性導波路コア、２７…活性層、２９…基板、２９ａ…主面、２９ｂ…裏面、ＤＳ１、ＤＳ２…分散曲線、△λ＿ｃｏｕｐｌｅ…クロス波長領域、３１…第２導電型のコンタクト層、３５、３７…電極、３９…第１の光閉じ込め層、４１…受動コア層、４３…第２の光閉じ込め層、４７、５１、５５…半導体メサ、４５、４９、５３…埋込領域、ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３…傾斜角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子であって、
第１導電型クラッド領域と、
前記第１導電型クラッド領域の主面の上に設けられた第２導電型クラッド領域と、
前記第１導電型クラッド領域と前記第２導電型クラッド領域との間に設けられた第１の導波路コアと、
前記第１導電型クラッド領域と前記第２導電型クラッド領域との間に設けられた第２の導波路コアと、
前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアとの間に設けられた中間半導体層と、
導波路軸の方向に延在する電極と、
を備え、
前記電極は半導体領域の上に設けられ、
前記半導体領域は、前記第１導電型クラッド領域、前記第１の導波路コア、前記中間半導体層、前記第２の導波路コア、及び前記第２導電型クラッド領域を含み、
前記第１の導波路コアの端面は第１の基準面に沿って延在しており、
前記第２の導波路コアの端面は第２の基準面に沿って延在しており、
前記第１の基準面は前記第２の基準面に対して傾斜し、
前記導波路軸は、当該半導体発光素子の一端から他端への方向に延在し、
前記第２の導波路コアの前記端面における内向き法線は、前記第２の導波路コアの前記端面における前記導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜しており、
前記第１の導波路コアは伝搬定数同調コア及び活性導波路コアのいずれか一方を含み、
前記第２の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか他方を含み、
前記中間半導体層は、前記活性層にキャリアを閉じ込めるように設けられ、
前記活性導波路コアは、前記第１導電型クラッド領域及び前記第２導電型クラッド領域からのキャリアの注入により光を発生する活性層を含み、
前記伝搬定数同調コアに係るフォトルミネセンス波長は、前記活性層に係るフォトルミネセンス波長より短く、
前記活性導波路コアに係る第１の分散曲線は、前記伝搬定数同調コアに係る第２の分散曲線と異なり、前記活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度の値は、前記伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度の値とある波長で同じになり、前記伝搬定数同調コアは前記活性導波路コアに前記中間半導体層を介して光学的に結合される、半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体領域を搭載する主面を有する基板を更に備え、
前記第１導電型クラッド領域、前記第１の導波路コア、前記中間半導体層、前記第２の導波路コア、及び前記第２導電型クラッド領域は、前記主面の法線軸の方向に順に配列され、
前記半導体領域は、前記第２の導波路コア及び前記第２導電型クラッド領域を含む半導体メサのストライプ構造を有し、
前記第２の導波路コアの前記端面は、前記基板の前記主面に平行な平行平面内において前記導波路軸に直交する直交平面に対して傾斜している、請求項１に記載された半導体発光素子。
【請求項３】
前記活性導波路コアは、前記活性層の屈折率より低い屈折率の第１の光閉じ込め層を含み、
前記伝搬定数同調コアは、受動コア層と該受動コア層より低い屈折率の第２の光閉じ込め層とを含み、
前記伝搬定数同調コアにおける前記第２の光閉じ込め層と前記受動コア層との屈折率差は、前記活性導波路コアにおける前記活性層と前記第１の光閉じ込め層との屈折率差より小さく、
前記中間半導体層の屈折率は、前記第１の光閉じ込め層、前記活性層、前記第２の光閉じ込め層及び前記受動コア層の屈折率より小さい、請求項１又は請求項２に記載された半導体発光素子。
【請求項４】
前記伝搬定数同調コアの導電型は前記中間半導体層の導電型と同じである、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項５】
前記活性層は、III族構成元素としてアルミニウムを含むＡｌ系III−Ｖ化合物半導体からなり、
前記伝搬定数同調コアはＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなる、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項６】
前記中間半導体層の材料は、前記第１導電型クラッド領域及び前記第２導電型クラッド領域の少なくともいずれか一方と同じである、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項７】
前記活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と前記伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）は０．２５より大きい、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１及び第２の導波路コアのいずれかの前記端面において、前記内向き法線は前記導波路軸の前記接線に対して２０度以上の角度で傾斜している、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項９】
前記第２の導波路コアの前記端面の反対側の別端面における内向き法線は、前記別端面における前記導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜している、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項１０】
半導体発光素子を作製する方法であって、
第１の分散曲線を提供する活性導波路コアの構造と、前記第１の分散曲線と異なる第２の分散曲線を提供する伝搬定数同調コアの構造とを、前記活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度の値が前記伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度の値とある波長で同じになるように決定する工程と、
第１導電型クラッド領域、第１の導波路コア、中間半導体層、第２の導波路コア、及び第２導電型クラッド領域を基板上に順に成長して、半導体領域を形成する工程と、
前記半導体領域から、導波路軸の方向に延在する電極を含む基板生産物を形成する工程と、
前記基板生産物をエッチングして、前記導波路軸に直交する平面に対して傾斜した端面を前記第２の導波路コアに形成する工程と、
を備え、
前記基板生産物の前記電極は、前記活性層にキャリアを供給するように設けられ、
前記第１の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか一方を含み、
前記第２の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか他方を含み、
前記活性導波路コアは、キャリアの注入により光を発生する活性層を含み、
前記中間半導体層は、前記活性層にキャリアを閉じ込めるように設けられ、
前記伝搬定数同調コアに係るフォトルミネセンス波長は、前記活性層に係るフォトルミネセンス波長より短く、
前記伝搬定数同調コアは前記活性導波路コアに前記中間半導体層を介して光学的に結合される、半導体発光素子を作製する方法。
【請求項１】
半導体発光素子であって、
第１導電型クラッド領域と、
前記第１導電型クラッド領域の主面の上に設けられた第２導電型クラッド領域と、
前記第１導電型クラッド領域と前記第２導電型クラッド領域との間に設けられた第１の導波路コアと、
前記第１導電型クラッド領域と前記第２導電型クラッド領域との間に設けられた第２の導波路コアと、
前記第１の導波路コアと前記第２の導波路コアとの間に設けられた中間半導体層と、
導波路軸の方向に延在する電極と、
を備え、
前記電極は半導体領域の上に設けられ、
前記半導体領域は、前記第１導電型クラッド領域、前記第１の導波路コア、前記中間半導体層、前記第２の導波路コア、及び前記第２導電型クラッド領域を含み、
前記第１の導波路コアの端面は第１の基準面に沿って延在しており、
前記第２の導波路コアの端面は第２の基準面に沿って延在しており、
前記第１の基準面は前記第２の基準面に対して傾斜し、
前記導波路軸は、当該半導体発光素子の一端から他端への方向に延在し、
前記第２の導波路コアの前記端面における内向き法線は、前記第２の導波路コアの前記端面における前記導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜しており、
前記第１の導波路コアは伝搬定数同調コア及び活性導波路コアのいずれか一方を含み、
前記第２の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか他方を含み、
前記中間半導体層は、前記活性層にキャリアを閉じ込めるように設けられ、
前記活性導波路コアは、前記第１導電型クラッド領域及び前記第２導電型クラッド領域からのキャリアの注入により光を発生する活性層を含み、
前記伝搬定数同調コアに係るフォトルミネセンス波長は、前記活性層に係るフォトルミネセンス波長より短く、
前記活性導波路コアに係る第１の分散曲線は、前記伝搬定数同調コアに係る第２の分散曲線と異なり、前記活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度の値は、前記伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度の値とある波長で同じになり、前記伝搬定数同調コアは前記活性導波路コアに前記中間半導体層を介して光学的に結合される、半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体領域を搭載する主面を有する基板を更に備え、
前記第１導電型クラッド領域、前記第１の導波路コア、前記中間半導体層、前記第２の導波路コア、及び前記第２導電型クラッド領域は、前記主面の法線軸の方向に順に配列され、
前記半導体領域は、前記第２の導波路コア及び前記第２導電型クラッド領域を含む半導体メサのストライプ構造を有し、
前記第２の導波路コアの前記端面は、前記基板の前記主面に平行な平行平面内において前記導波路軸に直交する直交平面に対して傾斜している、請求項１に記載された半導体発光素子。
【請求項３】
前記活性導波路コアは、前記活性層の屈折率より低い屈折率の第１の光閉じ込め層を含み、
前記伝搬定数同調コアは、受動コア層と該受動コア層より低い屈折率の第２の光閉じ込め層とを含み、
前記伝搬定数同調コアにおける前記第２の光閉じ込め層と前記受動コア層との屈折率差は、前記活性導波路コアにおける前記活性層と前記第１の光閉じ込め層との屈折率差より小さく、
前記中間半導体層の屈折率は、前記第１の光閉じ込め層、前記活性層、前記第２の光閉じ込め層及び前記受動コア層の屈折率より小さい、請求項１又は請求項２に記載された半導体発光素子。
【請求項４】
前記伝搬定数同調コアの導電型は前記中間半導体層の導電型と同じである、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項５】
前記活性層は、III族構成元素としてアルミニウムを含むＡｌ系III−Ｖ化合物半導体からなり、
前記伝搬定数同調コアはＧａＩｎＡｓＰ系半導体からなる、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項６】
前記中間半導体層の材料は、前記第１導電型クラッド領域及び前記第２導電型クラッド領域の少なくともいずれか一方と同じである、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項７】
前記活性導波路コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ａ）と前記伝搬定数同調コアにおける実効屈折率差（△ｎ＿ｐ）との屈折率差（△ｎ＿ａ−△ｎ＿ｐ）は０．２５より大きい、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１及び第２の導波路コアのいずれかの前記端面において、前記内向き法線は前記導波路軸の前記接線に対して２０度以上の角度で傾斜している、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項９】
前記第２の導波路コアの前記端面の反対側の別端面における内向き法線は、前記別端面における前記導波路軸の接線に対してゼロより大きく直角より小さい角度で傾斜している、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項１０】
半導体発光素子を作製する方法であって、
第１の分散曲線を提供する活性導波路コアの構造と、前記第１の分散曲線と異なる第２の分散曲線を提供する伝搬定数同調コアの構造とを、前記活性導波路コアにおける光伝搬に係る位相速度の値が前記伝搬定数同調コアにおける光伝搬に係る位相速度の値とある波長で同じになるように決定する工程と、
第１導電型クラッド領域、第１の導波路コア、中間半導体層、第２の導波路コア、及び第２導電型クラッド領域を基板上に順に成長して、半導体領域を形成する工程と、
前記半導体領域から、導波路軸の方向に延在する電極を含む基板生産物を形成する工程と、
前記基板生産物をエッチングして、前記導波路軸に直交する平面に対して傾斜した端面を前記第２の導波路コアに形成する工程と、
を備え、
前記基板生産物の前記電極は、前記活性層にキャリアを供給するように設けられ、
前記第１の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか一方を含み、
前記第２の導波路コアは前記伝搬定数同調コア及び前記活性導波路コアのいずれか他方を含み、
前記活性導波路コアは、キャリアの注入により光を発生する活性層を含み、
前記中間半導体層は、前記活性層にキャリアを閉じ込めるように設けられ、
前記伝搬定数同調コアに係るフォトルミネセンス波長は、前記活性層に係るフォトルミネセンス波長より短く、
前記伝搬定数同調コアは前記活性導波路コアに前記中間半導体層を介して光学的に結合される、半導体発光素子を作製する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−５９８４４（Ｐ２０１２−５９８４４Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２００２７０（Ｐ２０１０−２００２７０）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]