JP2009088392A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2009088392A
JP2009088392A JP2007258862A JP2007258862A JP2009088392A JP 2009088392 A JP2009088392 A JP 2009088392A JP 2007258862 A JP2007258862 A JP 2007258862A JP 2007258862 A JP2007258862 A JP 2007258862A JP 2009088392 A JP2009088392 A JP 2009088392A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gaas
quantum dot
diffraction grating
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007258862A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5026905B2 (ja
Inventor
Nobuaki Hatori
伸明 羽鳥
Takayuki Yamamoto
剛之 山本
Manabu Matsuda
松田　　学
Yasuhiko Arakawa
泰彦 荒川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
University of Tokyo NUC
Original Assignee
Fujitsu Ltd
University of Tokyo NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd, University of Tokyo NUC filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2007258862A priority Critical patent/JP5026905B2/ja
Priority to US12/199,507 priority patent/US20090086785A1/en
Publication of JP2009088392A publication Critical patent/JP2009088392A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5026905B2 publication Critical patent/JP5026905B2/ja
Priority to US13/898,808 priority patent/US8906721B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
    • H01S5/0424—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer lateral current injection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2206—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials
    • H01S5/221—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials containing aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3086—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure doping of the active layer
    • H01S5/309—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure doping of the active layer doping of barrier layers that confine charge carriers in the laser structure, e.g. the barriers in a quantum well structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
    • H01S5/3412—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires quantum box or quantum dash
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/70—Nanostructure
    • Y10S977/773—Nanoparticle, i.e. structure having three dimensions of 100 nm or less
    • Y10S977/774—Exhibiting three-dimensional carrier confinement, e.g. quantum dots

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

【課題】ＧａＡｓ基板上に形成され、量子ドット活性層を備える半導体発光素子において、半導体積層構造の内部に回折格子を形成できるようにし、歩留まりを良くする。
【解決手段】半導体発光素子を、ＧａＡｓ基板１と、ＧａＡｓ基板１上に形成された量子ドット活性層３と、量子ドット活性層３の上側又は下側に形成されたＧａＡｓ層４と、ＧａＡｓ層４の内部に、ＩｎＧａＰ又はＩｎＧａＡｓＰからなり、光の進行方向に沿って周期的に設けられた回折格子７とを備えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光ファイバ通信用光源として用いられる半導体発光素子及びその製造方法であって、ＧａＡｓ基板上に形成され、量子ドットを活性層に有する半導体発光素子及びその製造方法に関する。
従来、ＤＦＢレーザの製造方法としては、レーザの層構造の途中の層まで結晶成長させ、パターニング・エッチングによって回折格子を形成した後、レーザの層構造の残りの層を再成長させる方法が広く用いられている。
例えば、特許文献１には、ＧａＡｓ基板上に形成され、量子井戸活性層を備えるＤＦＢレーザの製造方法として、ＡｌＧａＡｓ層をエッチングして回折格子を形成し、これをＧａＡｓ層で埋め込む方法が開示されている。
ところで、ＧａＡｓ基板上に形成され、量子ドットを活性層に用いた分布帰還型半導体レーザ（量子ドットＤＦＢレーザ）としては、エッチングによって表面から回折格子が形成された屈折率結合構造を有する量子ドットＤＦＢレーザ（屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）（例えば非特許文献１参照）、金属回折格子を用いた吸収結合構造を有する量子ドットＤＦＢレーザ（吸収結合型量子ドットＤＦＢレーザ）（例えば非特許文献２参照）などが提案されている。
特開２０００−３５７８４１号公報 羽鳥他、「垂直回折格子型１．３μｍ帯量子ドットＤＦＢレーザの作製」、ナノ光・電子デバイスシンポジウム（量子ドットとフォトニック結晶）、Ｐ−５１ F. Klopf et al., "1.3μm QUANTUM DOT DFB LASERS", 27th European Conference on Optical Communication MO.B.2.2
しかしながら、上記特許文献１に開示されているような材料及び方法では、ＡｌＧａＡｓ層をエッチングして回折格子を形成することになるため、エッチングの際に、ＡｌＧａＡｓ層が曝露され、酸化してしまい、ＡｌＧａＡｓ層の表面に酸化物が形成されてしまう。このため、実際には、ＡｌＧａＡｓ層によって形成される回折格子をＧａＡｓ層で埋め込むことができない。
この場合、ＡｌＧａＡｓ層の表面に形成された酸化物を除去するための高温度工程が必要になる。
例えば、量子ドット活性層を形成した後に回折格子を形成するＤＦＢレーザ（量子ドットレーザ）の場合、温度に対して不安定な性質を持つ量子ドットは、上述のような高温度工程を経ることで熱的に変質又は劣化してしまい、例えば発光スペクトルが離散的でなくなってしまう。このため、上記特許文献１に開示されているような材料及び方法によって量子ドットレーザを作製することはできない。
また、上述のようにして形成される屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザの場合、横モード制御が難しく、十分な結合定数を得るのが難しい。
また、上述の吸収結合型量子ドットＤＦＢレーザの場合、しきい値が上昇しやすいという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ＧａＡｓ基板上に形成され、量子ドットを活性層（量子ドット活性層）に用いた半導体発光素子において、半導体積層構造の内部に回折格子を形成できるようにするとともに、横モード制御を行ないやすくし、十分な結合定数が得られるようにした、半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、量子ドット活性層を形成した後に回折格子を形成する半導体発光素子において、量子ドットが熱的に変質又は劣化しないようにしながら、半導体積層構造の内部に回折格子を形成できるようにすることも目的とする。
このため、本発明の半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板上に形成された量子ドット活性層と、量子ドット活性層の上側又は下側に形成されたＧａＡｓ層と、ＧａＡｓ層の内部に、ＩｎＧａＰ又はＩｎＧａＡｓＰからなり、光の進行方向に沿って周期的に設けられた回折格子とを備えることを特徴している。
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、ＧａＡｓ基板上に下部クラッド層を形成する工程と、下部クラッド層上に量子ドット活性層を形成する工程と、量子ドット活性層上に第１半導体層を形成する工程と、第１半導体層をエッチングして回折格子を形成する工程と、回折格子が埋め込まれるように第２半導体層を形成する工程と、第２半導体層上に、下部クラッド層と異なる導電型の上部クラッド層を形成する工程とを含み、量子ドット活性層を形成する工程の後の工程は、量子ドットが熱的に変質又は劣化しない温度で行なうことを特徴としている。
したがって、本発明の半導体発光素子及びその製造方法によれば、ＧａＡｓ基板上に形成され、量子ドットを活性層（量子ドット活性層）に用いた半導体発光素子において、半導体積層構造の内部に回折格子を形成できるようになるとともに、横モード制御が行ないやすくなり、十分な結合定数が得られるようになるという利点がある。
また、量子ドット活性層を形成した後に回折格子を形成する半導体発光素子において、量子ドットが熱的に変質又は劣化しないようにしながら、半導体積層構造の内部に回折格子を形成できるという利点もある。
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体発光素子及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態にかかる半導体発光素子及びその製造方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板上に形成され、量子ドット活性層及び回折格子を有する半導体発光素子（屈折率結合型量子ドット半導体発光素子；ここでは屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）であって、図１に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板（ｐ型導電性基板）１と、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２と、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２上に形成された量子ドット活性層３と、量子ドット活性層３上に形成されたｎ型ＧａＡｓガイド層（ｎ型ＧａＡｓ層）４と、ｎ型ＧａＡｓガイド層４上に形成されたｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５と、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５上に形成されたｎ型ＧａＡｓコンタクト層６とを備える。
つまり、本量子ドット半導体発光素子は、図１に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、量子ドット活性層３、ｎ型ＩｎＧａＰ回折格子７を含むｎ型ＧａＡｓガイド層４、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６を順に積層させた構造になっている。
そして、ＧａＡｓガイド層４の内部には、ＧａＡｓに格子整合するＩｎＧａＰからなる細線状のＩｎＧａＰ回折格子７が、光の進行方向に沿って周期的に設けられている。
このように、回折格子がＩｎＧａＰからなり、エッチングの際に表面に酸化物が形成されにくいため、ＩｎＧａＰ回折格子７をＧａＡｓガイド層４によって埋め込むことができ、半導体積層構造の内部に回折格子７を形成することができる。
また、ＩｎＧａＰ回折格子７をＧａＡｓガイド層４によって埋め込むようにしており、Ａｌを含まない半導体材料を用いているため、回折格子７を形成するためのエッチングの際に表面に酸化物が形成されにくい。このため、酸化物を除去するための高温度工程（高温度処理）を行なう必要がなく、量子ドットが熱的に変質又は劣化する温度よりも低温で、量子ドット活性層３の形成後の工程を行なうことが可能である。したがって、量子ドット活性層３を形成する工程の後に、高温度工程を経ることで、量子ドットが熱的に変質又は劣化してしまい、発光波長や発光強度が変化してしまうのを防止することができる。これにより、量子ドットを熱的に変質又は劣化させることなく、半導体積層構造の内部に回折格子７を有する量子ドット半導体発光素子（屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）を作製することができる。
また、ＧａＡｓガイド層４の内部にＩｎＧａＰ回折格子７を細線状に形成しているため、例えば特開平７−２６３８０２号公報のＧａＡｓ基板上に形成されたＤＦＢレーザにあるようなＧａＡｓ／ＩｎＧａＰへテロ界面が存在しない。このため、素子抵抗の増大を抑制できる効果がある。
さらに、回折格子７を構成するＩｎＧａＰとこれを埋め込むＧａＡｓとは屈折率差が大きいため、結合定数を大きく設計することができることになる。
本実施形態では、ｎ型ＧａＡｓガイド層４は、量子ドット活性層３とｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５との間に設けられている。
このように、本実施形態では、上部クラッド層５はｎ型の導電性を持つものとして構成されるため、ＩｎＧａＰ回折格子７を内包するＧａＡｓガイド層４は、ｎ型クラッド層側に設けられていることになる。一般に回折格子を有する半導体層中は電流が流れにくくなるが、このように、有効質量の小さな電子が通過するｎ型クラッド層側に回折格子を設けることで、有効質量の大きな正孔が通過するｐ型クラッド層側に回折格子を設ける場合よりも抵抗を低減できる効果がある。
また、本量子ドット半導体発光素子は、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５及びｎ型ＧａＡｓガイド層４を含むリッジ構造（ストライプ構造；ストライプ状のメサ構造）８を有するリッジ導波路型量子ドット半導体発光素子（リッジ導波路型量子ドットＤＦＢレーザ）として構成される。
また、リッジ構造８の両側方（両脇）で量子ドット活性層３の上面が露出した構造になっている。つまり、量子ドット活性層３は、ｐ型ＧａＡｓ基板１の端面まで延びている。
このように、ＩｎＧａＰ回折格子７を内包するＧａＡｓガイド層４が除去され、量子ドット活性層３が露出するように、リッジ構造８が形成されているため、横基本モードの回折格子への結合定数が大きくなり、横高次モードが抑制される効果がある。
ここで、量子ドット活性層３は、一部にｐ型不純物が含まれており、発光波長が１．３μｍであるＩｎＡｓ量子ドット活性層であり、図２に示すように、ｉ−ＧａＡｓ層（バリア層）９上に、ＩｎＡｓ量子ドット１０，ｉ−ＩｎＡｓウェッティング層１１，ＩｎＡｓ量子ドット１０が覆われるように形成されたｉ−ＩｎＧａＡｓ歪緩和層（サイドバリア層）１２からなる層（量子ドット層）、及び、一部にｐ型不純物がドープされたＧａＡｓ層１３（バリア層；ｐ型ドープ層；ここではｉ−ＧａＡｓ層１４、ｐ−ＧａＡｓ層１５、ｉ−ＧａＡｓ層１６からなる）を、複数回（ここでは１０回）繰り返した積層構造になっている。なお、量子ドット活性層３における積層数は、これに限られるものではなく、例えば半導体発光素子の使用目的によって積層数を変えることもできる。
なお、量子ドット活性層３の構成はこれに限られるものではない。例えば、ここでは、量子ドット活性層３を、一部にｐ型不純物がドープされたＧａＡｓバリア層１３を有するものとして構成しているが（即ち、ＧａＡｓバリア層１３をｐ−ＧａＡｓ層１５を含むものとして構成しているが）、これに限られるものではなく、量子ドット活性層３を構成する量子ドット１０，ウェッティング層１１，バリア層９，１３，サイドバリア層１２の少なくとも１つをｐ型不純物がドープされたもの（ｐ型量子ドット活性層）として構成すれば良い。このように、量子ドット活性層３をｐ型量子ドット活性層とすることで、素子の温度特性を大きく改善することができ、これにより、温度特性に優れた量子ドット半導体発光素子（ここでは量子ドットＤＦＢレーザ）を実現することができる。
このように、本実施形態では、量子ドット活性層３をｐ型量子ドット活性層としており、その下側に形成される下部クラッド層２がｐ型ＡｌＧａＡｓからなり、リッジ構造８に含まれる上部クラッド層５がｎ型ＡｌＧａＡｓからなるため、ｐｎヘテロ接合の面積が小さいリッジ構造（リッジ導波路）を形成することができ、静電容量が小さいリッジ導波路型量子ドット半導体発光素子を作製することができる。
また、図２に示すように、素子の表面にはＳｉＯ2からなる絶縁層（ＳｉＯ2膜）１７及び上部電極（ｎ側電極）１８が形成されており、素子の裏面には下部電極（ｐ側電極）１９が形成されている。
また、素子の共振器構造としては設計によって種々の構造をとりうるが、例えば、素子長を３００μｍとし、前端面に無反射コーティング、後端面に高反射コーティングを施した構造にしても良い。
次に、本実施形態にかかる半導体発光素子の製造方法について説明する。
本半導体発光素子の製造方法は、ＧａＡｓ基板１上に下部クラッド層２を形成する工程と、下部クラッド層２上に量子ドット活性層３を形成する工程と、量子ドット活性層３上に第１半導体層７Ａを形成する工程と、第１半導体層７Ａをエッチングして回折格子７を形成する工程と、回折格子７が埋め込まれる（被覆される）ようにガイド層（第２半導体層）４を形成する工程と、ガイド層４上に、下部クラッド層２と異なる導電型の上部クラッド層５を形成する工程と、上部クラッド層５上にコンタクト層６を形成する工程とを含む（図１，図３参照）。
そして、量子ドット活性層３を形成する工程の後の工程は、量子ドットが熱的に変質又は劣化しない温度で行なう。これは、量子ドットが熱的に変質又は劣化してしまうと、量子ドットの発光波長が変質又は劣化前の発光波長から例えば１００ｎｍ程度短波長側へシフトしてしまい、所望の発光波長からずれてしまうのを防止するためである。
以下、本半導体発光素子の製造方法について、より具体的に説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、例えば分子ビーム成長法（ＭＢＥ法）によって、ｐ−ＧａＡｓ基板（ｐ型導電性基板）１上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２（ここではｐ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ下部クラッド層）、発光波長が１．３μｍであるＩｎＡｓ量子ドット活性層３（ｉ−ＧａＡｓ層９上に、ＩｎＡｓ量子ドット１０，ｉ−ウェッティング層１１，ｉ−ＩｎＧａＡｓ歪緩和層１２からなる層、及び、一部にｐ型不純物がドープされたＧａＡｓ層１３を、例えば１０回繰り返して積層してなる；図２参照）を順に積層させる（１回目成長）。
本実施形態では、このＩｎＡｓ量子ドット活性層３を形成する工程の後の工程、即ち、以下の工程は、量子ドットが熱的に変質又は劣化しない温度（量子ドットの発光波長や発光強度が変化しない温度）で行なわれる。
本実施形態にかかるＩｎＡｓ量子ドットは、６３０℃以下の温度であれば熱的に変質又は劣化しない。つまり、ＩｎＡｓ量子ドットは、６３０℃以下の温度（雰囲気温度）であれば発光波長の変化が起こらない［例えば、Denis Guimard et al., "High density InAs/GaAs quantum dots with enhanced photoluminescence intensity using antimony surfactant-mediated metal organic chemical vapor deposition", APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 183124 (2006)参照］。このため、以下の工程は、６３０℃以下の温度で行なわれる。これにより、ＩｎＡｓ量子ドットを熱的に変質又は劣化させることなく、後述するように、半導体積層構造の内部に回折格子７を有する量子ドット半導体発光素子（屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）を作製できることになる。
なお、本実施形態では、量子ドットが熱的に変質又は劣化しない温度を６３０℃以下の温度としているが、これに限られるものではなく、将来的にこの温度よりも高い温度で熱的に変質又は劣化しない（即ち、発光波長や発光強度が変化しない）量子ドットを形成できるようになった場合には、この温度よりも高い温度を、量子ドットが熱的に変質又は劣化しない温度（量子ドットの発光波長や発光強度が変化しない温度）として設定することもできる。
具体的には、まず、図３（Ａ）に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット活性層３上に、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって、例えば６００℃で、ｎ−ＩｎＧａＰ層７Ａ、ｎ−ＧａＡｓ層４Ａを順に積層させる（２回目成長）。
次に、図３（Ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ層４Ａ上にＳｉＯ2膜を成膜し、例えば電子ビーム露光法や干渉露光法などを用いて、ＳｉＯ2膜２０による回折格子パターンを形成する。
そして、図３（Ｂ）に示すように、この回折格子パターンを有するＳｉＯ2膜２０をエッチングマスクとし、ｎ−ＧａＡｓ層を例えば硫酸系エッチング液を用いて、ｎ−ＩｎＧａＰ層を例えば塩酸系エッチング液を用いて、選択エッチングを行なう。これにより、光の進行方向に沿って周期的に設けられた細線状のｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７が形成される。なお、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７の上部にはｎ−ＧａＡｓキャップ層４Ｂも形成される。このような細線状の回折格子７は、エッチングによって表面から回折格子を形成する場合と比較して、容易に形成できる。
このように、本実施形態では、ｎ−ＩｎＧａＰ層（第１半導体層）７Ａを形成する工程の後、かつ、回折格子７を形成する工程の前に、ｎ−ＩｎＧａＰ層７Ａ上にｎ−ＧａＡｓ層４Ａを形成する工程を含む［図３（Ａ）参照］。そして、図３（Ｂ）に示すように、回折格子７を形成する工程において、ｎ−ＧａＡｓ層４Ａ、及び、ｎ−ＩｎＧａＰ層７Ａをエッチングして、ｎ−ＧａＡｓキャップ層４Ｂを上部に有するｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を形成する。
その後、ＳｉＯ2膜２０を除去し、図３（Ｃ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、４００℃まではＰ材料であるＰＨ3雰囲気中で昇温してｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７からＰが抜けてしまうのを抑え、４００℃でＡｓ材料であるＡｓＨ3雰囲気にし、Ｇａを供給して、ｎ−ＧａＡｓキャップ層４Ｂを上部に有するｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７が覆われるように、ｎ−ＧａＡｓ埋込層４Ｃを薄く成長させる。そして、一旦、Ｇａの供給を停止し、ＡｓＨ3を流しながら６００℃まで昇温した後、ＡｓＨ3雰囲気中でＧａを供給してｎ−ＧａＡｓ埋込層４Ｃを成長させる。これにより、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を内部に有するｎ−ＧａＡｓガイド層４が形成される。なお、ｎ−ＧａＡｓガイド層４は、ｎ−ＧａＡｓキャップ層４Ｂ及びｎ−ＧａＡｓ埋込層４Ｃによって構成される。
このように、本実施形態では、ｎ−ＧａＡｓガイド層（第２半導体層）４を形成する工程において、ｎ−ＧａＡｓキャップ層４Ｂを上部に有するｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７が埋め込まれるようにｎ−ＧａＡｓ埋込層４Ｃを成長させて、ｎ−ＧａＡｓガイド層４を形成する。これにより、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７をｎ−ＧａＡｓガイド４で埋め込む（被覆する）際に、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７の形状劣化（例えばＰの脱離による劣化）を抑えることができる。
本実施形態では、回折格子がＩｎＧａＰからなり、エッチングの際に表面に酸化物が形成されにくいため、ＩｎＧａＰ回折格子７をＧａＡｓガイド層４によって埋め込むことができ、半導体積層構造の内部に回折格子７を形成することができる。
また、ＩｎＧａＰ回折格子７をＧａＡｓガイド層４によって埋め込むようにしており、Ａｌを含まない半導体材料を用いているため、回折格子７を形成するためのエッチングの際に表面に酸化物が形成されにくい。このため、酸化物を除去するための高温度工程（高温度処理）を行なう必要がなく、量子ドットが熱的に変質又は劣化する温度よりも低温で、量子ドット活性層３の形成後の工程を行なうことが可能である。したがって、量子ドット活性層３を形成する工程の後に、高温度工程を経ることで、量子ドットが熱的に変質又は劣化してしまい、発光波長や発光強度が変化してしまうのを防止することができる。これにより、量子ドットを熱的に変質又は劣化させることなく、半導体積層構造の内部に回折格子７を有する量子ドット半導体発光素子（屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）を作製することができる。
次に、６００℃で、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５（ここではｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ上部クラッド層）、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６を順に積層させる（３回目成長；図１参照）。
その後、ＳｉＯ2膜を成膜し、例えばフォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＯ2膜上にリッジ導波路パターンを形成する。
そして、このリッジ導波路パターンを形成されたＳｉＯ2膜をマスクとして用い、例えば塩素系ドライエッチングによって、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、及び、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を内部に有するｎ−ＧａＡｓガイド層４にパターンを転写して（即ち、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、及び、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を内部に有するｎ−ＧａＡｓガイド層４のＳｉＯ2マスクで覆われていない部分を除去して）、ＩｎＡｓ量子ドット活性層３を露出させる。これにより、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、及び、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を内部に有するｎ−ＧａＡｓガイド層４を含むリッジ構造８が形成される（図２参照）。
その後、ＳｉＯ2マスクを除去し、リッジ構造８が覆われるようにＳｉＯ2パッシベーション膜（ＳｉＯ2膜）１７を成膜する（図２参照）。次いで、上部及び下部に電流注入用の電極１８，１９を形成する（図２参照）。また、アレー状にへき開後、端面コーティングを施す。例えば、素子長を３００μｍとし、前端面に無反射コーティング、後端面に高反射コーティングを施せば良い。
したがって、本実施形態にかかる半導体発光素子及びその製造方法によれば、ＧａＡｓ基板１上に形成され、量子ドットを活性層３に用いた半導体発光素子において、半導体層７Ａを成長させ、エッチングによって回折格子７を形成した後、再び、他の半導体層４を成長させる製造方法（再成長法）によって、半導体積層構造の内部に回折格子７を形成できるようになるとともに、横モード制御が行ないやすくなり、十分な結合定数が得られるようになるという利点がある。また、吸収結合型量子ドットＤＦＢレーザと比べて、しきい値を低く抑えることができるという利点もある。
特に、量子ドット活性層３を形成した後に回折格子７を形成する半導体発光素子において、量子ドットが熱的に変質又は劣化しないようにしながら（即ち、高温度工程を経ることなく）、半導体積層構造の内部に回折格子７を形成できるという利点もある。
なお、上述の第１実施形態では、回折格子７をｎ型ＩｎＧａＰによって形成しているが、これに限られるものではない。例えば、ｎ型不純物をドーピングしていないアンドープのＩｎＧａＰ（ｉ−ＩｎＧａＰ）によって回折格子を形成しても良い。但し、この場合、電流が流れにくくなり、抵抗が高くなる。また、例えば、回折格子をＧａＡｓに格子整合したｎ型ＩｎＧａＡｓＰ又はアンドープのＩｎＧａＡｓＰ（ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ）によって形成しても良い。
また、上述の第１実施形態では、回折格子７を内包するガイド層４（回折格子埋込層）をｎ型ＧａＡｓによって形成しているが、これに限られるものではない。例えば、ｎ型不純物をドーピングしていないアンドープのＧａＡｓ（ｉ−ＧａＡｓ）によってガイド層を形成しても良い。但し、この場合、素子抵抗が高くなる。
また、上述の第１実施形態では、回折格子７を内包したＧａＡｓガイド層４によってリッジ底面が形成され、リッジ構造８の両側方で量子ドット活性層３が露出するようにしているが（図２参照）、これに限られるものではなく、例えば、ＧａＡｓガイド層の途中でリッジ底面が形成され、リッジ構造の両側方でＧａＡｓガイド層が露出するようにしても良い。
但し、この場合、ＧａＡｓガイド層４にｎ型不純物がドーピングされており、量子ドット活性層３にｐ型不純物がドーピングされているため、ｐｎ接合面積が大きくなり、素子の静電容量が大きくなって、高速変調動作がしにくくなる。また、回折格子がリッジ導波路の外側にも存在することになり、横高次モードに対しても結合しやすくなるため、横高次モードの存在にも留意する必要がある。
また、上述の第１実施形態では、量子ドット活性層３を一部にｐ型不純物がドープされたｐ型量子ドット活性層としているが、これに限られるものではなく、例えば、ｐ型不純物がドーピングされていないアンドープの量子ドット活性層として構成しても良い。
また、上述の第１実施形態では、上部クラッド層５及び下部クラッド層２をＡｌＧａＡｓによって形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、ＩｎＧａＰによって形成しても良い。但し、この場合、ＡｌＧａＡｓによって形成する場合と比べると抵抗・熱抵抗が増大する傾向にあるが、ＡｌＧａＡｓによって形成する場合と同様に量子ドットが熱的に変質又は劣化する温度よりも低温で成長させることができるため、量子ドットの熱劣化を抑制して屈折率結合型量子ドット半導体発光素子（屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）を作製できる効果はある。
また、上述の第１実施形態において、回折格子７をλ／４波長シフトを有するものとして構成しても良い。
また、上述の第１実施形態において、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層及びｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の組成比は、上述のものに限られるものではない。また、上下のクラッド層の組成も同一である必要はない。
また、上述の第１実施形態では、各層の成長をＭＢＥ法とＭＯＣＶＤ法との組み合わせで行なっているが、これに限られるものではなく、例えば、ＭＢＥ法，ＭＯＣＶＤ法，ガスソースＭＢＥ法などの成長法のいずれか１つの成長法で行なっても良くし、これらの成長法を適宜組み合わせて行なっても良い。
但し、ＭＢＥ法は、成長前に熱処理によるクリーニングが必要であるため、再成長工程には向かないし、Ｐを含む材料を成長させることはできない点に留意する必要がある。また、上述の第１実施形態における１回目成長と２回目成長とを同一の成長法で行なう場合は、連続して行なうのが望ましい。
また、上述の第１実施形態では、回折格子７をウェットエッチングによって形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、ドライエッチングによって形成しても良いし、ドライエッチングとウェットエッチングの組み合わせによって形成しても良い。なお、ドライエッチングで回折格子を形成する場合、エッチングマスクはＳｉＯ2膜でなくレジストでも良い。但し、活性層との界面部分は選択エッチングを用いるのが望ましい。
また、上述の第１実施形態では、量子ドット活性層３の最上層がｉ−ＧａＡｓ層１６であるため（図２参照）、このｉ−ＧａＡｓ層１６上に、ｎ−ＩｎＧａＰ層７Ａ、ｎ−ＧａＡｓ層４Ａを順に積層させ［図３（Ａ）参照］、これらの層をエッチングして回折格子７を形成した後、ｎ−ＧａＡｓ埋込層４Ｃを成長させて、ｎ−ＧａＡｓガイド層４を形成するようにしているが［図３（Ｂ）参照］、これに限られるものではなく、量子ドット活性層３上に、ｎ−ＧａＡｓ層、ｎ−ＩｎＧａＰ層、ｎ−ＧａＡｓ層を順に積層させ、これらの層をエッチングして回折格子７を形成した後、ｎ−ＧａＡｓ埋込層を成長させて、ｎ−ＧａＡｓガイド層４を形成するようにしても良い。
この場合、回折格子７の下側に、即ち、量子ドット活性層３と回折格子７を形成するｎ−ＩｎＧａＰ層７Ａとの間にｎ−ＧａＡｓ層が形成されるため、回折格子７を形成するためのエッチングの際、この下側のｎ−ＧａＡｓ層の途中でエッチングが停止していれば良い。このため、回折格子７を形成するのに選択エッチングを用いなくても、細線状の回折格子７を形成できることになる。
このようにして作製された半導体発光素子（屈折率結合型量子ドット半導体発光素子；ここでは屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）は、図４に示すように、ｎ−ＧａＡｓガイド層４が、回折格子７の下側、即ち、量子ドット活性層３と回折格子７との間にもｎ−ＧａＡｓ層を有するものとなる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる半導体発光素子及びその製造方法について、図５，図６を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体発光素子は、上述の第１実施形態及びその変形例のものに対し、電流狭窄層を備える点が異なる。
つまり、本半導体発光素子は、図５，図６に示すように、ＧａＡｓ層（ＧａＡｓガイド層）４の上側に、リッジ構造（リッジ導波路）８の側面近傍に電流狭窄部２１Ａ［ここではＡｌＡｓ層を酸化させたＡｌＡｓ酸化膜（ＡｌxＯy）からなる］を有するｎ型ＡｌＡｓ電流狭窄層２１を備える。なお、図５，図６では、上述の第１実施形態（図１，図２参照）及びその変形例（図４参照）と同一のものには同一の符号を付している。
具体的には、本半導体発光素子（屈折率結合型量子ドット半導体発光素子；ここでは屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）は、図５，図６に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板（ｐ型導電性基板）１と、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２と、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２上に形成された量子ドット活性層３と、量子ドット活性層３上に形成され、ｎ型ＩｎＧａＰ回折格子７を含むｎ型ＧａＡｓガイド層４と、ｎ型ＧａＡｓガイド層４上に形成されたｎ型ＡｌＡｓ電流狭窄層２１と、ｎ型ＡｌＡｓ電流狭窄層２１上に形成されたｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５と、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５上に形成されたｎ型ＧａＡｓコンタクト層６とを備える。
つまり、本量子ドット半導体発光素子は、図５，図６に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、量子ドット活性層３、ｎ型ＩｎＧａＰ回折格子７を含むｎ型ＧａＡｓガイド層４、ｎ型ＡｌＡｓ電流狭窄層２１、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層６を順に積層させた構造になっている。
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
次に、本実施形態にかかる半導体発光素子の製造方法について説明する。
まず、上述の第１実施形態及びその変形例の場合と同様に、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、量子ドット活性層３、細線状のｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を内部に有するｎ−ＧａＡｓガイド層４を形成する（図３参照）。
次に、６００℃で、ｎ−ＡｌＡｓ電流狭窄層２１、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６を順に積層させる（３回目成長；図５参照）。
その後、ＳｉＯ2膜を成膜し、例えばフォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＯ2膜上にリッジ導波路パターンを形成する。
そして、このリッジ導波路パターンを形成されたＳｉＯ2膜をマスクとして用い、例えば塩素系ドライエッチングによって、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、ｎ−ＡｌＡｓ電流狭窄層２１、及び、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を内部に有するｎ−ＧａＡｓガイド層４にパターンを転写して（即ち、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、ｎ−ＡｌＡｓ電流狭窄層２１、及び、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を内部に有するｎ−ＧａＡｓガイド層４のＳｉＯ2マスクで覆われていない部分を除去して）、ＩｎＡｓ量子ドット活性層３を露出させる。これにより、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、ｎ−ＡｌＡｓ電流狭窄層２１、及び、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を内部に有するｎ−ＧａＡｓガイド層４を含むリッジ構造８が形成される（図６参照）。
次に、水蒸気雰囲気中でｎ−ＡｌＡｓ電流狭窄層２１を酸化させて、リッジ導波路８の側面近傍にＡｌＡｓ酸化膜（ＡｌxＯy）からなる電流狭窄部２１Ａを形成する（図６参照）。
その後、ＳｉＯ2マスクを除去し、リッジ構造８が覆われるようにＳｉＯ2パッシベーション膜（ＳｉＯ2膜）１７を成膜する（図６参照）。次いで、上部及び下部に電流注入用の電極１８，１９を形成する（図６参照）。また、アレー状にへき開後、端面コーティングを施す。例えば、素子長を３００μｍとし、前端面に無反射コーティング、後端面に高反射コーティングを施せば良い。
したがって、本実施形態にかかる半導体発光素子及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態及びその変形例の効果に加え、ＡｌＡｓ酸化膜（ＡｌxＯy）による電流狭窄構造が形成されるため、コンタクト抵抗を低下させずにしきい値電流を低下させた半導体発光素子（屈折率結合ＤＦＢレーザ）を実現することができるという利点がある。
なお、上述の第２実施形態では、ＧａＡｓガイド層（ＧａＡｓ層）４の上側にｎ−ＡｌＡｓ電流狭窄層２１を設けているが、これに限られるものではない。
例えば、ＧａＡｓ層４の下側に（即ち、ＧａＡｓ層４と量子ドット活性層３との間に）、ｎ−ＡｌＡｓ電流狭窄層を設けても良い（この場合、ＡｌＡｓ電流狭窄層がリッジ底面を構成することになる）。但し、この場合、回折格子が活性層から離れてしまうため、結合定数が小さくなる傾向がある。
また、例えば、ＧａＡｓ層４の上側にｎ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層を設けても良いし、ＧａＡｓ層の下側に（即ち、ＧａＡｓ層４と量子ドット活性層３との間に）ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層を設けても良い。但し、この場合、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層のＧａの組成が大きいと、酸化による電球狭窄部の形成速度が遅くなる。
また、上述の第２実施形態において、上述の第１実施形態及びその変形例の場合と同様に、ＩｎＧａＰ回折格子やガイド層のドーピングの有無、成長方法・回数、リッジ深さ、リッジ形成法、回折格子形成法、回折格子材料、量子ドット活性層の積層数、クラッド層のＡｌＧａＡｓ組成比、クラッド層材料、回折格子のλ／４波長シフト構造の有無など、様々な態様に変更可能である。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態にかかる半導体発光素子及びその製造方法について、図７，図８を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体発光素子は、上述の第１実施形態及びその変形例のものに対し、図７，図８に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板（ｎ型導電性基板）１Ｘ上に形成している点、及び、ＧａＡｓガイド層（ＧａＡｓ層）４を量子ドット活性層３Ｘの下側に、即ち、ＧａＡｓガイド層４を量子ドット活性層３Ｘと下部クラッド層２Ｘとの間に設けている点が異なる。なお、図７，図８では、上述の第１実施形態（図１，図２参照）及びその変形例（図４参照）と同一のものには同一の符号を付している。
つまり、本半導体発光素子（屈折率結合型量子ドット半導体発光素子；ここでは屈折率結合型量子ドットＤＦＢレーザ）は、図７，図８に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板（ｎ型導電性基板）１Ｘと、ｎ型ＧａＡｓ基板１Ｘ上に形成されたｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２Ｘ（ここではｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ下部クラッド層）と、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２Ｘ上に形成され、ｎ型ＩｎＧａＰ回折格子７を含むｎ型ＧａＡｓガイド層４と、ｎ型ＧａＡｓガイド層４上に形成された量子ドット活性層３Ｘと、量子ドット活性層３Ｘ上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５Ｘ（ここではｐ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ上部クラッド層）と、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５Ｘ上に形成されたｐ型ＧａＡｓコンタクト層６Ｘとを備える。
つまり、本量子ドット半導体発光素子は、図７，図８に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１Ｘ上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２Ｘ、ｎ型ＩｎＧａＰ回折格子７を含むｎ型ＧａＡｓガイド層４、量子ドット活性層３Ｘ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５Ｘ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６Ｘを順に積層させた構造になっている。
特に、回折格子７がＩｎＧａＰからなるため、エッチングの際に表面に酸化物が形成されにくく、回折格子７をＧａＡｓ層４によって埋め込むことができ、半導体積層構造の内部に回折格子７を形成することができる。
本実施形態のように、量子ドット活性層３Ｘを形成する前に回折格子７を形成する場合、回折格子７を完全に平坦に埋め込むためにＧａＡｓガイド層４を厚くする必要がある。このため、結合定数が低下する傾向になる点に留意する必要がある。
本実施形態では、量子ドット活性層３Ｘは、図８に示すように、ｐ型不純物がドーピングされていないアンドープのＩｎＡｓ量子ドット活性層（ｉ−ＩｎＡｓ量子ドット活性層）３Ｘであり、ｉ−ＧａＡｓ層（バリア層）９上に、ＩｎＡｓ量子ドット１０，ｉ−ＩｎＡｓウェッティング層１１，ＩｎＡｓ量子ドット１０が覆われるように形成されたｉ−ＩｎＧａＡｓ歪緩和層（サイドバリア層）１２からなる層（量子ドット層）、及び、ｉ−ＧａＡｓ層（バリア層）１３Ｘを、複数回（ここでは１０回）繰り返した積層構造になっている。なお、量子ドット活性層３Ｘにおける積層数は、これに限られるものではなく、例えば半導体発光素子の使用目的によって積層数を変えることもできる。
また、本量子ドット半導体発光素子は、図８に示すように、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６Ｘ及びｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５Ｘを含むリッジ構造（ストライプ構造；ストライプ状のメサ構造）８を有するリッジ導波路型量子ドット半導体発光素子（リッジ導波路型量子ドットＤＦＢレーザ）として構成される。
また、リッジ構造８の両側方（両脇）で量子ドット活性層３Ｘの上面が露出した構造になっている。つまり、量子ドット活性層３Ｘは、ｎ型ＧａＡｓ基板１Ｘの端面まで延びている。
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
また、本実施形態にかかる半導体発光素子の製造方法は、上述の第１実施形態及びその変形例の製造方法と比較して、量子ドット活性層３Ｘを形成する工程の前に、ＧａＡｓガイド層４を形成する工程を行なう点が異なるだけであり、基本的には同様であるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体発光素子及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同様の効果がある。
なお、上述の第３実施形態では、アンドープのＩｎＡｓ量子ドット活性層３Ｘを用いているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第１実施形態、第２実施形態及びこれらの変形例と同様に、ｐ型量子ドット活性層を用いても良い。但し、この場合、ｐｎ接合面積が大きくなるため、素子の静電容量が大きくなり、高速変調動作には向かない点に留意する必要がある。
また、上述の第３実施形態において、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、リッジ構造（リッジ導波路）８の側面近傍に電流狭窄部２１ＡＸを有するｐ型ＡｌＡｓ電流狭窄層（又はｐ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層）２１Ｘを、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５Ｘに挟まれるように設けても良いし［図９（Ａ）参照］、量子ドット活性層３Ｘとｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５Ｘとの間に設けても良い［図９（Ｂ）参照］。
また、上述の第３実施形態において、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層及びｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の組成比は、上述のものに限られるものではない。また、上下のクラッド層の組成も同一である必要はない。
また、上述の第３実施形態において、上述の第１実施形態及びその変形例の場合と同様に、ＩｎＧａＰ回折格子やガイド層のドーピングの有無、成長方法・回数、リッジ深さ、リッジ形成法、回折格子形成法、回折格子材料、量子ドット活性層の積層数、クラッド層のＡｌＧａＡｓ組成比、クラッド層材料、回折格子のλ／４波長シフト構造の有無など、様々な態様に変更可能である。
［その他］
なお、上述の各実施形態及び変形例では、ＧａＡｓ基板１，１Ｘ上に、ＩｎＡｓ系化合物半導体材料からなる量子ドット活性層３，３Ｘを持つものを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。
例えばＧａＡｓ基板上に作製できるＩｎＡｓＳｂ系化合物半導体材料からなる量子ドット活性層、ＧａＡｓ基板上に作製できるＩｎＮＡｓ系化合物半導体材料からなる量子ドット活性層、ＩｎＮＡｓＳｂ系化合物半導体材料からなる量子ドット活性層などの他の半導体材料からなる量子ドット活性層（例えば半導体レーザを構成可能な他の材料系の半導体材料からなる量子ドット活性層）を持つものとして構成することもできる。
また、上述の各実施形態及び変形例では、ｎ型導電性基板１Ｘ又はｐ型導電性基板１上に形成したものを例に説明しているが、これに限られるものではなく、例えば高抵抗基板上に形成したものとして構成しても良い。例えば高抵抗基板上に形成された横電流注入型半導体発光素子（横電流注入型半導体レーザ）として構成することも可能である。
ここで、横電流注入型半導体発光素子は、例えば図１０に示すように、高抵抗ＧａＡｓ基板１Ｙ上に、ｐ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２、量子ドット活性層３、ｎ−ＩｎＧａＰ回折格子７を含むｎ−ＧａＡｓガイド層（ｎ−ＧａＡｓ層）４、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６を順に積層した構造を備え、ｎ−ＧａＡｓガイド層４、ｎ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５及びｎ−ＧａＡｓコンタクト層６を含むリッジ構造８を有し、素子の表面にＳｉＯ2からなる絶縁層（ＳｉＯ2膜）１７、ｎ側電極１８、ｐ側電極１９が形成されている。
つまり、上述の第１実施形態の構成（図２参照）に対し、高抵抗ＧａＡｓ基板１Ｙを用い、高抵抗ＧａＡｓ基板１Ｙ及びｐ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２を延ばし、ｐ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２と量子ドット活性層３との間にｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２を設け、このｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２上にｐ側電極１９を設けたものとして構成される。なお、ここでは、上述の第１実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第２実施形態や第３実施形態の変形例として構成することもできる。
また、上述の各実施形態及び変形例では、回折格子を有する分布帰還形レーザ［ＤＦＢ（Distributed Feed-Back）レーザ］として構成する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、回折格子を有する分布反射形レーザ［ＤＢＲ（Distributed BraggReflector）レーザ］として構成することもできる。
また、上述の各実施形態及び変形例では、１．３μｍ帯の半導体レーザを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、本発明は、例えば短距離ＬＡＮなどに用いられる１．２μｍ帯の半導体レーザやＹＡＧレーザ励起用の１．０６μｍ帯の半導体レーザなどの動作波長が１μｍよりも長波長帯の半導体レーザ（半導体発光素子）に広く適用することができる。
また、上述の各実施形態及び変形例では、リッジ導波路型半導体発光素子を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、ストライプ状のメサ構造（ストライプ構造）を有し、ｐｎ埋込構造や高抵抗埋込構造などの埋込構造を備える埋込型半導体発光素子にも本発明を適用することができる。
また、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
以下、上述の各実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
ＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板上に形成された量子ドット活性層と、
前記量子ドット活性層の上側又は下側に形成されたＧａＡｓ層と、
前記ＧａＡｓ層の内部に、ＩｎＧａＰ又はＩｎＧａＡｓＰからなり、光の進行方向に沿って周期的に設けられた回折格子とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
（付記２）
ｎ型クラッド層を備え、
前記ＧａＡｓ層は、前記量子ドット活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられていることを特徴とする、付記１記載の半導体発光素子。
（付記３）
前記ＧａＡｓ層を含むリッジ構造を備えることを特徴とする、付記１又は２記載の半導体発光素子。
（付記４）
前記ＧａＡｓ層が、ｎ型ＧａＡｓ層であり、
前記回折格子が、ｎ型ＩｎＧａＰ又はｎ型ＩｎＧａＡｓＰからなることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
（付記５）
前記ＧａＡｓ層の上側又は下側に、ＡｌＡｓ又はＡｌＧａＡｓからなる電流狭窄層を備えることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
（付記６）
上部クラッド層及び下部クラッド層を備え、
前記上部クラッド層及び前記下部クラッド層が、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓＰのいずれかの半導体材料からなることを特徴とする、付記１，３，４，５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
（付記７）
前記ｎ型クラッド層が、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓＰのいずれかの半導体材料からなることを特徴とする、付記２記載の半導体発光素子。
（付記８）
前記量子ドット活性層は、ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＳｂ，ＩｎＮＡｓ，ＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの半導体材料からなる量子ドットを含むことを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
（付記９）
前記量子ドット活性層は、一部にｐ型不純物が含まれていることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
（付記１０）
ｐ型クラッド層と
ｎ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層を含むリッジ構造とを備え、
前記ＧａＡｓ層は、前記量子ドット活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられていることを特徴とする、付記１，４，８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
（付記１１）
前記ｐ型クラッド層に挟まれて設けられ、又は、前記ｐ型クラッド層と前記量子ドット活性層との間に設けられ、ＡｌＡｓ又はＡｌＧａＡｓからなる電流狭窄層を備えることを特徴とする、付記１０記載の半導体発光素子。
（付記１２）
前記ｐ型クラッド層を含むリッジ構造を備えることを特徴とする、付記１０又は１１記載の半導体発光素子。
（付記１３）
前記ｐ型クラッド層が、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓＰのいずれかの半導体材料からなることを特徴とする、付記１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
（付記１４）
前記ＧａＡｓ基板は、ｐ型導電性基板，ｎ型導電性基板，高抵抗基板のいずれかであることを特徴とする、付記１〜１３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
（付記１５）
ＧａＡｓ基板上に下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に量子ドット活性層を形成する工程と、
前記量子ドット活性層上に第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層をエッチングして回折格子を形成する工程と、
前記回折格子が埋め込まれるように第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層上に、前記下部クラッド層と異なる導電型の上部クラッド層を形成する工程とを含み、
前記量子ドット活性層を形成する工程の後の工程は、量子ドットが熱的に変質又は劣化しない温度で行なうことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
（付記１６）
前記第１半導体層を形成する工程において、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓＰ層を形成し、
前記回折格子を形成する工程において、前記ＩｎＧａＰ層又は前記ＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングしてＩｎＧａＰ回折格子又はＩｎＧａＡｓＰ回折格子を形成し、
前記第２半導体層を形成する工程において、前記ＩｎＧａＰ回折格子又は前記ＩｎＧａＡｓＰ回折格子が埋め込まれるようにＧａＡｓガイド層を形成することを特徴とする、付記１５記載の半導体発光素子の製造方法。
（付記１７）
前記第１半導体層を形成する工程の後、かつ、前記回折格子を形成する工程の前に、前記ＩｎＧａＰ層又は前記ＩｎＧａＡｓＰ層上にＧａＡｓ層を形成する工程を含み、
前記回折格子を形成する工程において、前記ＧａＡｓ層、及び、前記ＩｎＧａＰ層又は前記ＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングして、ＧａＡｓキャップ層を上部に有するＩｎＧａＰ回折格子又はＩｎＧａＡｓＰ回折格子を形成し、
前記第２半導体層を形成する工程において、前記ＧａＡｓキャップ層を上部に有する前記ＩｎＧａＰ回折格子又は前記ＩｎＧａＡｓＰ回折格子が埋め込まれるようにＧａＡｓ埋込層を成長させて前記ＧａＡｓガイド層を形成することを特徴とする、付記１６記載の半導体発光素子の製造方法。
（付記１８）
前記量子ドット活性層を形成する工程の後の工程は、６３０℃以下の温度で行なうことを特徴とする、付記１５〜１７のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
本発明の第１実施形態にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の光の進行方向に沿う構造を示す模式的断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の光の進行方向に直交する方向に沿う構造を示す模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施形態にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の光の進行方向に沿う構造を示す模式的断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の光の進行方向に沿う構造を示す模式的断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の光の進行方向に直交する方向に沿う構造を示す模式的断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の光の進行方向に沿う構造を示す模式的断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の光の進行方向に直交する方向に沿う構造を示す模式的断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の第３実施形態の変形例にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の光の進行方向に直交する方向に沿う構造を示す模式的断面図である。 本発明の各実施形態の変形例にかかる半導体発光素子（量子ドットＤＦＢレーザ）の構成を示す模式的断面図である。
符号の説明
１ ｐ型ＧａＡｓ基板
１Ｘ ｎ型ＧａＡｓ基板
１Ｙ 高抵抗ＧａＡｓ基板
２ ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
２Ｘ ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
３ 量子ドット活性層
３Ｘ 量子ドット活性層
４ ｎ型ＧａＡｓガイド層（第２半導体層）
４Ａ ｎ−ＧａＡｓ層
４Ｂ ｎ−ＧａＡｓキャップ層
４Ｃ ｎ−ＧａＡｓ埋込層
５ ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
５Ｘ ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
６ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
６Ｘ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
７ ＩｎＧａＰ回折格子
７Ａ ｎ−ＩｎＧａＰ層（第１半導体層）
８ リッジ構造
９ ｉ−ＧａＡｓ層
１０ ＩｎＡｓ量子ドット
１１ ｉ−ＩｎＡｓウェッティング層
１２ ｉ−ＩｎＧａＡｓ歪緩和層
１３ 一部にｐ型不純物がドープされたＧａＡｓ層
１３Ｘ ｉ−ＧａＡｓ層
１４ ｉ−ＧａＡｓ層
１５ ｐ−ＧａＡｓ層
１６ ｉ−ＧａＡｓ層
１７ ＳｉＯ2膜
１８ 上部電極（ｎ側電極）
１９ 下部電極（ｐ側電極）
２０ ＳｉＯ2膜
２１，２１Ｘ ｎ型ＡｌＡｓ電流狭窄層
２１Ａ，２１ＡＸ 電流狭窄部
２２ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層

Claims (10)

  1. ＧａＡｓ基板と、
    前記ＧａＡｓ基板上に形成された量子ドット活性層と、
    前記量子ドット活性層の上側又は下側に形成されたＧａＡｓ層と、
    前記ＧａＡｓ層の内部に、ＩｎＧａＰ又はＩｎＧａＡｓＰからなり、光の進行方向に沿って周期的に設けられた回折格子とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
  2. ｎ型クラッド層を備え、
    前記ＧａＡｓ層は、前記量子ドット活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 前記ＧａＡｓ層が、ｎ型ＧａＡｓ層であり、
    前記回折格子が、ｎ型ＩｎＧａＰ又はｎ型ＩｎＧａＡｓＰからなることを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体発光素子。
  4. 前記ＧａＡｓ層の上側又は下側に、ＡｌＡｓ又はＡｌＧａＡｓからなる電流狭窄層を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  5. 前記量子ドット活性層は、一部にｐ型不純物が含まれていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  6. ｐ型クラッド層と
    ｎ型クラッド層と、
    前記ｐ型クラッド層を含むリッジ構造とを備え、
    前記ＧａＡｓ層は、前記量子ドット活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられていることを特徴とする、請求項１又は３記載の半導体発光素子。
  7. 前記ｐ型クラッド層に挟まれて設けられ、又は、前記ｐ型クラッド層と前記量子ドット活性層との間に設けられ、ＡｌＡｓ又はＡｌＧａＡｓからなる電流狭窄層を備えることを特徴とする、請求項６記載の半導体発光素子。
  8. ＧａＡｓ基板上に下部クラッド層を形成する工程と、
    前記下部クラッド層上に量子ドット活性層を形成する工程と、
    前記量子ドット活性層上に第１半導体層を形成する工程と、
    前記第１半導体層をエッチングして回折格子を形成する工程と、
    前記回折格子が埋め込まれるように第２半導体層を形成する工程と、
    前記第２半導体層上に、前記下部クラッド層と異なる導電型の上部クラッド層を形成する工程とを含み、
    前記量子ドット活性層を形成する工程の後の工程は、量子ドットが熱的に変質又は劣化しない温度で行なうことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  9. 前記第１半導体層を形成する工程において、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓＰ層を形成し、
    前記第１半導体層を形成する工程の後、かつ、前記回折格子を形成する工程の前に、前記ＩｎＧａＰ層又は前記ＩｎＧａＡｓＰ層上にＧａＡｓ層を形成する工程を含み、
    前記回折格子を形成する工程において、前記ＧａＡｓ層、及び、前記ＩｎＧａＰ層又は前記ＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングして、ＧａＡｓキャップ層を上部に有するＩｎＧａＰ回折格子又はＩｎＧａＡｓＰ回折格子を形成し、
    前記第２半導体層を形成する工程において、前記ＧａＡｓキャップ層を上部に有する前記ＩｎＧａＰ回折格子又は前記ＩｎＧａＡｓＰ回折格子が埋め込まれるようにＧａＡｓ埋込層を成長させてＧａＡｓガイド層を形成することを特徴とする、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
  10. 前記量子ドット活性層を形成する工程の後の工程は、６３０℃以下の温度で行なうことを特徴とする、請求項８又は９記載の半導体発光素子の製造方法。
JP2007258862A 2007-10-02 2007-10-02 半導体発光素子及びその製造方法 Active JP5026905B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007258862A JP5026905B2 (ja) 2007-10-02 2007-10-02 半導体発光素子及びその製造方法
US12/199,507 US20090086785A1 (en) 2007-10-02 2008-08-27 Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same
US13/898,808 US8906721B2 (en) 2007-10-02 2013-05-21 Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007258862A JP5026905B2 (ja) 2007-10-02 2007-10-02 半導体発光素子及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009088392A true JP2009088392A (ja) 2009-04-23
JP5026905B2 JP5026905B2 (ja) 2012-09-19

Family

ID=40508253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007258862A Active JP5026905B2 (ja) 2007-10-02 2007-10-02 半導体発光素子及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (2) US20090086785A1 (ja)
JP (1) JP5026905B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011199040A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Fujitsu Ltd 光半導体装置及びその製造方法
JP2016184705A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 富士通株式会社 半導体光素子およびその製造方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008054217A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
TW201029218A (en) * 2009-01-16 2010-08-01 Univ Nat Central Optical diode structure and manufacturing method
KR101007078B1 (ko) * 2009-11-02 2011-01-10 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 그 제조방법
CN103875073B (zh) * 2011-10-14 2016-07-13 富士通株式会社 半导体装置及其制造方法、电源装置
US9082637B2 (en) * 2012-08-17 2015-07-14 The University Of Connecticut Optoelectronic integrated circuit
US10371898B2 (en) 2013-09-05 2019-08-06 Southern Methodist University Enhanced coupling strength grating having a cover layer
JP6274224B2 (ja) * 2014-01-10 2018-02-07 富士通株式会社 光半導体素子及びその製造方法
KR20180040038A (ko) * 2016-10-11 2018-04-19 삼성전자주식회사 양자점 발광 소자 및 이를 포함하는 광학 장치
CN107732655A (zh) * 2017-10-24 2018-02-23 武汉光安伦光电技术有限公司 一种dfb激光器部分光栅制作方法
CN112636168A (zh) * 2020-12-19 2021-04-09 全磊光电股份有限公司 一种高性能dfb激光外延片制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5926493A (en) * 1997-05-20 1999-07-20 Sdl, Inc. Optical semiconductor device with diffraction grating structure
JP2000357841A (ja) * 1999-04-09 2000-12-26 Mitsui Chemicals Inc 半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、希土類添加光ファイバ増幅器、およびファイバレーザ
JP2001230488A (ja) * 2000-02-21 2001-08-24 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザ装置
US20020114367A1 (en) * 2000-09-22 2002-08-22 Andreas Stintz Quantum dot lasers
JP2002289976A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Ricoh Co Ltd 半導体構造およびその製造方法および半導体レーザ素子および半導体レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光ｌａｎシステム
JP2006216752A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Anritsu Corp 回折格子の製造方法および半導体レーザ
JP2006286902A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Fujitsu Ltd 半導体レーザ及びその製造方法
JP2007116200A (ja) * 2000-09-22 2007-05-10 Stc Unm 量子ダッシュデバイス

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1043818B1 (en) * 1999-04-09 2011-07-20 Mitsui Chemicals, Inc. Semiconductor laser device, semiconductor laser module, rare-earth-element-doped optical fiber amplifier and fiber laser
JP3813450B2 (ja) * 2000-02-29 2006-08-23 古河電気工業株式会社 半導体レーザ素子
JP4789319B2 (ja) * 2000-11-22 2011-10-12 富士通株式会社 レーザダイオードおよびその製造方法
JP2002289965A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ装置、及び光ピックアップ装置
JP2003043430A (ja) * 2001-05-23 2003-02-13 Hitachi Ltd 光送信装置およびその製造方法
JP4031263B2 (ja) * 2002-03-05 2008-01-09 三菱電機株式会社 半導体レーザ装置の製造方法
US20060043395A1 (en) * 2004-08-26 2006-03-02 National Inst Of Adv Industrial Science And Tech Semiconductor light-emitting element and method of producing the same
WO2007066916A1 (en) 2005-12-06 2007-06-14 Electronics And Telecommunications Research Institute A distributed feedback (dfb) quantum dot laser structure
KR100794653B1 (ko) * 2005-12-06 2008-01-14 한국전자통신연구원 분포궤환형 양자점 반도체 레이저 구조물
JP2007227560A (ja) * 2006-02-22 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 利得結合型分布帰還型半導体レーザ
JP2008098299A (ja) * 2006-10-10 2008-04-24 Mitsubishi Electric Corp 半導体光素子及びその製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5926493A (en) * 1997-05-20 1999-07-20 Sdl, Inc. Optical semiconductor device with diffraction grating structure
JP2000357841A (ja) * 1999-04-09 2000-12-26 Mitsui Chemicals Inc 半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、希土類添加光ファイバ増幅器、およびファイバレーザ
JP2001230488A (ja) * 2000-02-21 2001-08-24 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザ装置
US20020114367A1 (en) * 2000-09-22 2002-08-22 Andreas Stintz Quantum dot lasers
JP2007116200A (ja) * 2000-09-22 2007-05-10 Stc Unm 量子ダッシュデバイス
JP2002289976A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Ricoh Co Ltd 半導体構造およびその製造方法および半導体レーザ素子および半導体レーザアレイおよび光インターコネクションシステムおよび光ｌａｎシステム
JP2006216752A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Anritsu Corp 回折格子の製造方法および半導体レーザ
JP2006286902A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Fujitsu Ltd 半導体レーザ及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011199040A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Fujitsu Ltd 光半導体装置及びその製造方法
JP2016184705A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 富士通株式会社 半導体光素子およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5026905B2 (ja) 2012-09-19
US20130267052A1 (en) 2013-10-10
US8906721B2 (en) 2014-12-09
US20090086785A1 (en) 2009-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5026905B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP4347369B2 (ja) 面発光レーザの製造方法
JP2008047672A (ja) 半導体光素子
JP2014508420A (ja) 半導体量子カスケードレーザのファセットに隣接するｐ型分離領域
JP2005093798A (ja) 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JP5182363B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2008085064A (ja) 光半導体装置及びその製造方法
JP2016031970A (ja) 光半導体装置
JP2014509084A (ja) ｐ型分離領域を有する多段量子カスケードレーザ
JP4947778B2 (ja) 光半導体素子及びその製造方法
JP2006261340A (ja) 半導体デバイス及びその製造方法
JP2006245222A (ja) 光半導体装置の製造方法および光半導体装置
JP2008235442A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2009054721A (ja) 半導体素子及び半導体素子の製造方法
JP2008288284A (ja) 半導体光素子及びその製造方法
JP5151231B2 (ja) 半導体光素子及びその製造方法
JP2014082411A (ja) 半導体光集積素子及びその製造方法
JP4599700B2 (ja) 分布帰還型半導体レーザ
JP2006261316A (ja) フォトニック結晶レーザおよびその製造方法および光伝送システム
JP7028049B2 (ja) 量子カスケードレーザ
JP5310271B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP5204690B2 (ja) 分布帰還型半導体レーザ及びその製造方法
JP2009076640A (ja) 半導体発光素子
JP4822244B2 (ja) 自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子
JP4617684B2 (ja) 半導体レーザ素子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111102

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120529

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120621

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150629

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5026905

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150