JP4571635B2 - スーパールミネッセントダイオード - Google Patents

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Description

本発明は、半導体光素子及びその製造方法並びにそれを用いる外部共振器型半導体レーザに係り、特に、化合物半導体を用いた半導体光素子としてのスーパールミネッセントダイオード、半導体光増幅器、外部共振器型半導体レーザ用の増幅素子等の半導体光素子において、広い光スペクトル発光特性を有する半導体光素子及びその製造方法並びにそれを用いる外部共振器型半導体レーザに関する。
近年、半導体光素子の一種として実現されている、中心波長が略８００ｎｍから略８５０ｎｍまでの波長帯で用いられるスーパールミネッセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ：ＳＬＤ）は、その光スペクトル発光特性として所定のスペクトル半値幅の発光特性を有していることにより、光ジャイロ、光通信装置、光応用計測装置等への利用が進められている。
このようなＳＬＤには、前述した所定のスペクトル発光特性を得るために、通常、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が用いられている。
そして、活性層にｐｎ接合を用いた構造の半導体光素子、複数の障壁層と複数の井戸層からなる量子井戸を用いた構造の半導体光素子等によってＳＬＤが実現されている。
ところで、上記ＳＬＤとは異なる機能を有する半導体光素子として実現されている半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）及び外部共振器型半導体レーザ用の増幅素子は、その光スペク卜ル発光特性として前述したようなＳＬＤと同様に所定のスペクトル半値幅の発光特性を有している。
これに対して半導体レーザには所定の波長で発光する発光特性が求められている。
そして、その発光特性を向上させる半導体レーザとして以下に示すように構成される半導体レーザが知られている。
すなわち、この半導体レーザは、半導体基板がＧａＡｓからなり、８７０〜１１００ｎｍの波長帯で発光する半導体レーザとして、活性層を構成する井戸層の材料に、通常、ＩｎＧａＡｓが用いられていると共に、井戸層の厚さ（量子井戸の幅）が６〜１０ｎｍの範囲から選択されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
また、この半導体レーザでは、要求される所定の波長で好適に発光させることを目的として、ＩｎＧａＡｓからなる井戸層中に所望の格子歪を生じさせるために、そのＩｎＧａＡｓ中のＩｎ組成比が決定されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
なお、半導体レーザの分野では、活性層を構成する井戸層の材料としてＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓを用い、井戸層の膜厚（量子井戸の幅）が３ｎｍで、７８０ｎｍの波長帯で発光する半導体レーザの技術も開示されている（例えば、下記の特許文献２参照）。
また、８００〜８７０ｎｍの波長帯で用いられるＳＯＡにおいては、井戸層にＧａＡｓが用いられていると共に、所定の発光特性を確保する観点から井戸層厚を５ｎｍ以上とするのが一般的である（例えば、下記の特許文献２参照）。
ところで、上記ＳＬＤは、利用上の観点から、半導体レーザの発光特性よりも広い発光スペクトル半値幅で発光することが求められる。
また、半導体光素子の発光スペクトルを広くする方法としては、一例として、活性層に発光波長帯の異なる複数の井戸層を設ける方法が知られている（例えば、下記の特許文献３、４参照）。
しかるに、このような構造を有する従来技術による半導体光素子は、以下のような問題のために、駆動電流の全ての範囲内での発光素子としての動作が不安定になりがちであることにより、所定の発光スペクトル半値幅を維持することが困難である。
すなわち、従来技術による半導体光素子では、例えば、低駆動電流側では発光の波長帯の長波長側で強度の強い発光スペクトルが得られているのに対し、駆動電流の増加に伴い強度の強い帯域が短波長側に移るか、または短波長側に広がっていくなどのように動作する発光素子が多いという問題があるためである。
また、従来技術による半導体光素子では、上述した問題のために、所望の発光スペク卜ル半値幅で利用できる駆動電流の範囲が狭いという問題があるためである。
同様の問題が、所定のスペクトル半値幅を有するＳＯＡ、外部共振器型半導体レーザ用の増幅素子等についても生じている。
特開平０５−２２６７８９号公報 特開平０５−１７５５９８号公報 特開平０１−１７９４８８号公報 特開昭５７−１０９３８７号公報
上記のような各特許文献に開示されている従来技術による半導体光素子では、活性層に厚さ６ｎｍ以上のＧａＡｓ膜またはＩｎＧａＡｓ膜が井戸層として用いられている。
しかるに、このような従来技術による半導体光素子では、上述したように、８００〜８５０ｎｍ付近の発光波長帯で利用するという観点からは、所定の発光スペクトル半値幅を維持したまま効率のよい発光を安定して得ることが難しいという問題がある。
なお、特許文献２に開示されている半導体レーザでは、上記の井戸層厚が３ｎｍで、且つ発光波長帯が７８０ｎｍとなっている。
ところで、波長による制約から井戸層にＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓを用いる限りはこのような狭い井戸層を使わざるを得ないと共に、井戸層にＩｎの割合が極めて低いＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓが用いられている。
このため、この半導体レーザでは、特許文献１に開示されているような井戸層中に格子歪を生じさせることが困難であるので、格子歪に依拠する上述したような利点を充分に引き出すことができないという問題がある。
本発明の目的は、以上のような従来技術の問題を解決するため、中心波長が略８００ｎｍから略８５０ｎｍまでの間で、且つ所定値以上のスペクトル半値幅を有する広い光スペクトル発光特性を提示可能に構成されていることにより、井戸層の厚さが６ｎｍ未満であっても従来技術によるＳＬＤ、ＳＯＡ、外部共振器型半導体レーザ用の増幅素子等の半導体光素子よりも良好な発光特性または増幅特性を安定して得ることが可能な広い光スペクトル発光特性を有する半導体光素子及びその製造方法並びにそれを用いる外部共振器型半導体レーザを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によると、
半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）の上方に形成される複数の障壁層（３ａ１，３ａ２…）と前記複数の障壁層に挟まれた複数の井戸層（３ｂ１，３ｂ２…）とからなる複数の量子井戸（３ｃ１，３ｃ２…）を有する活性層（３）とを備え、
前記複数の井戸層のうち少なくとも１つの井戸層が２．５ｎｍから５ｎｍまでの範囲のいずれかの層厚を有し、ＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ膜からなると共に、前記Ｉｎの組成比ｘａが０．０５から０．２０までの範囲のいずれかの値をとることにより、当該井戸層内で生ずる格子歪みが０．３５％から１．５％までの範囲のいずれかの値をとる歪井戸層として形成されると共に、
前記歪井戸層が、他の井戸層とは異なるバンドギャップ波長を有して形成され、
発光スペクトルの中心波長が８００ｎｍから８５０ｎｍまでの間であることを特徴とするスーパールミネッセントダイオードが提供される。
この構成により、活性層が他の量子井戸と異なるバンドギャップ波長を有する歪井戸層を有し、この歪井戸層がＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ膜からなると共に、Ｉｎの組成比ｘａが０．０５から０．２０までの範囲のいずれかの値をとることにより、当該歪井戸層内で生ずる格子歪が０．３５％から１．５％までの範囲のいずれかの値をとるため、格子歪に基づく発光特性を実現できる程度に格子歪を発生させることができ、もって井戸層の厚さが６ｎｍ未満であっても従来技術によるスーパールミネッセントダイオードよりも良好な発光特性を安定して得ることが可能なスーパールミネッセントダイオードを実現することができる。
また、少なくとも１つの歪井戸層が２．５ｎｍから５ｎｍまでの範囲のいずれかの層厚を有するため、所要の格子歪を有効に発生させることができるので、従来技術によるスーパールミネッセントダイオードに比して、中心波長が８００ｎｍから８５０ｎｍまでの波長帯でさらに良好な発光特性を安定して得ることが可能なスーパールミネッセントダイオードを実現することができる。
また、前記目的を達成するために、本発明の第２の態様によると、
前記活性層に含まれる前記複数の量子井戸がそれぞれ略同一の層厚を有することを特徴とする第１の態様に従うスーパールミネッセントダイオードが提供される。
この構成により、第１の態様による効果に加え、活性層に含まれる各量子井戸が略同一の層厚を有するため、上記の波長帯の中心波長及び井戸層厚で適切に少なくとも１つの歪井戸層に格子歪を生じさせることが可能なスーパールミネッセントダイオードを実現することができる。
また、前記目的を達成するために、本発明の第３の態様によると、
前記半導体基板（１）としてｎ−ＧａＡｓ基板を用いることを特徴とする第１の態様に従うスーパールミネッセントダイオードが提供される。
また、前記目的を達成するために、本発明の第４の態様によると、
前記スーパールミネッセントダイオード（１００）は、前記スーパールミネッセントダイオードとして、前記半導体基板（１）の表面の上方に形成される第１のクラッド層（２）と、前記第１のクラッド層（２）の上方に形成される前記活性層（３）と、前記活性層（３）の上方に形成される第２のクラッド層（４）と、前記第２のクラッド層（４）中に形成されるエッチング阻止層（５）と、前記第２のクラッド層（４）の上方に形成されるコンタクト層（６）と、前記コンタクト層（６）の上方及び前記エッチング阻止層（５）の上方に形成される絶縁膜（７）と、前記絶縁膜 （７）の上方に形成される第１の電極（８）と、前記半導体基板（１）の裏面に形成される第２の電極（９）とを備えると共に、
前記スーパールミネッセントダイオードの短手方向の中央部の前記エッチング阻止層（５）の上方に台形状に、且つ、前記スーパールミネッセントダイオードの長手方向における一端面から中央部近辺にかけた位置における前記エッチング阻止層（５）の上方にストライプ状に形成される利得領域となるリッジ部（１０）と、
前記スーパールミネッセントダイオードの長手方向における中央部近辺から前記スーパールミネッセントダイオードの他端面にかけて前記リッジ部（１０）に隣接した位置で前記活性層（３）を含む前記スーパールミネッセントダイオードの内部にストライプ状に形成される光及び電流を吸収する吸収領域（１１）と、
前記リッジ部（１０）の両側部に対向した位置に形成される光が導波されない領域と、 前記スーパールミネッセントダイオードの長手方向における一端面に形成される反射防止膜（１２）とを有することを特徴とする第１の態様に従うスーパールミネッセントダイオードが提供される。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体光素子が適用されるＳＬＤの構成を説明するために示す平面図である。 図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線断面図である。 図２Ａは、図１Ａ，Ｂに示されるＳＬＤの原理を説明するための活性層を構成する井戸層の膜厚と発光波長との関係の一例としてＩｎの組成比をパラメータにして示す特性図である。 図２Ｂは、図１Ａ，Ｂに示されるＳＬＤの原理を説明するための活性層を構成する井戸層の膜厚と発光波長との関係の他の例としてＩｎの組成比をパラメータにして示す特性図である。 図３Ａは、図１Ａ，Ｂに示されるＳＬＤの活性層の構造の一例を説明するために示す図である。 図３Ｂは、図１Ａ，Ｂに示されるＳＬＤの活性層の構造の他の例を説明するために示す図である。 図４Ａは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ａに示されるＳＬＤの製造方法を説明するために示す工程図である。 図４Ｂは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ａに示されるＳＬＤの製造方法を説明するために示す工程図である。 図４Ｃは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ａに示されるＳＬＤの製造方法を説明するために示す工程図である。 図４Ｄは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ａに示されるＳＬＤの製造方法を説明するために示す工程図である。 図５Ａは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ａに示されるＳＬＤの製造方法を説明するために示す工程図である。 図５Ｂは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ａに示されるＳＬＤの製造方法を説明するために示す工程図である。 図５Ｃは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ａに示されるＳＬＤの製造方法を説明するために示す工程図である。 図６Ａは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ａに示されるＳＬＤによって得られる発光スペクトルの一例を示す図である。 図６Ｂは、図１Ａ，Ｂ及び図３Ｂに示されるＳＬＤによって得られる発光スペクトルの他の例及び駆動電流対光出力パワー（図示実線）との関係を従来技術によるＳＬＤのそれら（図示破線）との対比において示す特性図である。 図７Ａは、本発明の第２の実施形態による半導体光素子が適用される半導体光増幅器の構成を説明するために示す平面図である。 図７Ｂは、図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線断面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態による外部共振器型半導体レーザの構成を説明するために示すブロック図である。 図９は、本発明の第３の実施形態による外部共振器型半導体レーザの他の構成を説明するために示すブロック図である。
以下、図面に基づいて本発明の幾つかの実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
図１Ａ，Ｂは、本発明の第１の実施形態による半導体光素子が適用されるスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）の基本構造を示している。
すなわち、図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体光素子が適用されるＳＬＤ１００の構成を説明するために示す平面図である。
また、図１Ｂは、図１Ａに示すＳＬＤ１００の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
先ず、図１Ｂに示すように、このＳＬＤ１００は、半導体基板１の表面の上方に形成される第１のクラッド層２と、この第１のクラッド層２の上方に形成される活性層３と、この活性層３の上方に形成される第２のクラッド層４と、この第２のクラッド層４の中に形成されるエッチング阻止層５と、前記第２のクラッド層４の上方に形成されるコンタクト層６と、このコンタクト層６の上方及び前記エッチング阻止層５の上方に形成される絶縁膜７と、この前記絶縁膜７の上方に形成される第１の電極８と、前記半導体基板１の裏面（上記各半導体層２、３、４、５が積層された基板表面と反対側の面）に形成される第２の電極９とを備えている。
そして、図１Ａにおいて、参照符号１０を用いて示す部分は、素子の短手方向の中央部の前記エッチング阻止層５の上方に台形状に、且つ、素子の長手方向における素子の一端面から中央部近辺にかけた位置における前記エッチング阻止層５の上方にストライプ状に形成される利得領域となるリッジ部である。
また、参照符号１１を用いて示す部分は、素子の長手方向における中央部近辺から素子の他端面にかけて前記リッジ部１０に隣接した位置で前記活性層３を含む素子の内部にストライプ状に形成される光及び電流の吸収領域である。
また、参照符号２０を用いて示す部分は、前記リッジ部１０の両側部に対向した位置に形成される光が導波されない領域（以下、非導波部という）、すなわち、当該部分の前記第２のクラッド層４が前記リッジ部１０と接続されていないことにより、動作電流が注入されない領域である。
また、参照符号１２を用いて示す膜は、半導体光素子の長手方向における一端面に形成される反射防止膜である。
そして、本発明の第１の実施形態による半導体光素子が適用されるＳＬＤ１００は、後述するように、中心波長が略８００ｎｍから略８５０ｎｍまでの間で、且つ所定値以上のスペクトル半値幅を有する広い光スペクトル特性を提示可能に構成されていることにより、略８００〜略８５０ｎｍの発光波長帯に用いられるものである。
先ず、このＳＬＤ１００に用いられる半導体基板１は、ｎ−ＧａＡｓ基板である。
この半導体基板１の材質としては、ＩＩＩ−Ｖ族の半導体を用いることができる。
しかるに、ＧａＡｓ基板は、その上方に形成される活性層３との組み合わせが好適であること、高い品質の基板が得られること、物性が比較的分かっていること、入手の容易性等から半導体基板１の材質としてＧａＡｓ基板を用いるのが好適である。
なお、ＧａＡｓ中では、電子の移動度が正孔の移動度より大きいため、ｎ−ＧａＡｓ基板はｐ−ＧａＡｓ基板より抵抗率が低い。
そして、このＳＬＤ１００においては、活性層３から半導体基板１の裏面上の電極９までの距離が、コンタクト層６上の電極８までの距離よりも長いため、半導体基板１の裏面上の電極９から活性層３までの電気抵抗が大きくならないようにするために、半導体基板１にｎ−ＧａＡｓ基板を用いるものである。
また、このＳＬＤ１００に用いられる第１のクラッド層２は、ｎ−ＡｌｘｂＧａ（１−ｘｂ）Ａｓ層からなる。
この場合、ｎ−ＡｌｘｂＧａ（１−ｘｂ）Ａｓは、半導体基板１として用いられるｎ−ＧａＡｓと格子定数の差が小さいため格子不整合に伴う欠陥の問題を回避することができるので、半導体基板１の上方に形成される第１のクラッド層２として好適である。
ここで、第１のクラッド層２として用いられるｎ−ＡｌｘｂＧａ（１−ｘｂ）ＡｓのＡｌ組成比ｘｂは略０．４であり、不純物濃度は略１×１０１８ｃｍ−３、層厚は略２μｍであり、ｎ型の不純物としては、例えば、Ｓｉが好適である。
このＳＬＤ１００に用いられる活性層３は、後述する図３Ａ，Ｂに示すように、複数の障壁層３ａ１，３ａ２…と、該複数の障壁層３ａ１，３ａ２…の間に挟まれて形成される複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…とからなる複数の量子井戸３ｃ１，３ｃ２…を有する。
そして、複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…が、それぞれ、アンドープのＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓを用いて形成される。
また、複数の障壁層３ａ１，３ａ２…が、それぞれ、アンドープのＡｌｘｃＧａ（１−ｘｃ）Ａｓを用いて形成される。
ここで、複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…に用いられるＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓは、当該井戸層内に格子歪を生じさせることによって、ＳＬＤ１００としての発光の量子効率を向上させることができるため、活性層３を構成する複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…に少なくとも一つの歪井戸層を形成するために用いるものである。
この場合、少なくとも１つの歪井戸層は、後述するように、他の量子井戸と異なるバンドギャップ波長を有すると共に、井戸層に用いられるアンドープのＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）ＡｓにおけるＩｎの組成比ｘａが略０．０５から略０．２０までの範囲のいずれかの値をとることにより、当該歪井戸層内で生ずる格子歪が略０．３５％から略１．５％までの範囲のいずれかの値をとるため、格子歪に基づく発光特性を好適に実現できる程度に格子歪を発生させることができる。
ここで、井戸層に用いられるアンドープのＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）ＡｓにおけるＩｎの組成比ｘａと当該歪井戸層内で生ずる格子歪量ｓとの関係について説明する。
ＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓからなる歪井戸層内で生ずる格子歪量ｓは、ＧａＡｓ基板に対する格子定数として、次式により計算される。
ｓ＝
［｛ａ（ＩｎＧａＡｓ）−ａ（ＧａＡｓ）｝／ａ（ＧａＡｓ）］×１００％…（１）
但し、
ａ（ＩｎＧａＡｓ）
＝ａ（ＧａＡｓ）×（１−ｘａ）＋ａ（ＩｎＡｓ）×ｘａ…（２）
ここで、ａ（ＩｎＧａＡｓ）はＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓの格子定数であり、ｘａはＩＩＩ族元素中のＩｎ組成比である。
また、ａ（ＧａＡｓ）は、ＧａＡｓの格子定数であり、ａ（ＧａＡｓ）＝０．５６５３３（ｎｍ）である。
また、ａ（ＩｎＡｓ）は、ＩｎＡｓの格子定数であり、ａ（ＩｎＡｓ）＝０．６０５８４（ｎｍ）である。
したがって、本発明で採用するＩｎの組成比ｘａが下限値の０．０５の場合、ａ（ＧａＡｓ）＝０．５６５３３（ｎｍ）及びａ（ＩｎＡｓ）＝０．６０５８４（ｎｍ）を（２）式に代入すると、
ａ（ＩｎＧａＡｓ）
＝０．５６５３３（ｎｍ）×（１−０．０５）＋０．６０５８４（ｎｍ）×０．０５
＝０．５３７０６３５（ｎｍ）＋０．３２９２００（ｎｍ）
＝０．５６７３６５５（ｎｍ）
が得られる。
次に、このａ（ＩｎＧａＡｓ）＝０．５６７３６５５（ｎｍ）と、ａ（ＧａＡｓ）＝０．５６５３３（ｎｍ）とを（１）式に代入すると、
ｓ＝［｛０．５６７３６５５（ｎｍ）−０．５６５３３（ｎｍ）｝／０．５６５３３（ｎｍ）］×１００％
＝｛０．００２０３５５（ｎｍ）／０．５６５３３（ｎｍ）｝×１００％
＝０．３６００５５１％
が得られる。
これにより、本発明では、Ｉｎの組成比ｘａが下限値の０．０５の場合の格子歪量ｓを略０．３５％としている。
また、本発明で採用するＩｎの組成比ｘａが上限値０．２０の場合、ａ（ＧａＡｓ）＝０．５６５３３（ｎｍ）及びａ（ＩｎＡｓ）＝０．６０５８４（ｎｍ）を（２）式に代入すると、
ａ（ＩｎＧａＡｓ）
＝０．５６５３３（ｎｍ）×（１−０．２０）＋０．６０５８４（ｎｍ）×０．２０
＝０．４５２２６４（ｎｍ）＋０．１２１１６８（ｎｍ）
＝０．５７３４３２（ｎｍ）
が得られる。
次に、このａ（ＩｎＧａＡｓ）＝０．５７３４３２（ｎｍ）と、ａ（ＧａＡｓ）＝０．５６５３３（ｎｍ）とを（１）式に代入すると、
ｓ＝［｛０．５７３４３２（ｎｍ）−０．５６５３３（ｎｍ）｝／０．５６５３３（ｎｍ）］×１００％
＝｛０．００８１０２（ｎｍ）／０．５６５３３（ｎｍ）｝×１００％
＝１．４３３１４５２％
が得られる。
これにより、本発明では、Ｉｎの組成比ｘａが上限値の０．２０の場合の格子歪量ｓを略１．５％としている。
以上により、この実施形態によるＳＬＤ１００は、後述するように、その光スペクトル発光特性として、中心波長が略８００ｎｍから略８５０ｎｍまでの間で、所定値以上のスペクトル半値幅を有する広い光スペクトル発光特性を提示可能に且つ高い光学利得を安定して得られるように構成されている。
また、複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…は、図３Ａに示す一例においては、第１及び第２の２種類からなり、第１の種類の井戸層（以下、第１の井戸層３Ｂ１）のＩｎ組成比ｘａは０．１０であり、第２の種類の井戸層（以下、第２の井戸層３Ｂ２）のＩｎ組成比ｘａは略０．０２であり、それらの厚さｄ２は全て略３ｎｍとされる。
ここで、各種類の井戸層は、それぞれが複数層であってもよく、ここに示す一例では各種類の井戸層を２層とする。
また、複数の障壁層３ａ１，３ａ２…に用いられるＡｌｘｃＧａ（１−ｘｃ）ＡｓのＡｌ組成比ｘｃは、いずれも略０．２５である。
図２Ａは、上記一例による井戸層の膜厚ｄ（ｎｍ）とバンドギャップ（発光）波長λ（ｎｍ）との関係をＩｎの組成比ｘａをパラメータにして示す特性図である。
図２Ａに示すように、各井戸層に用いられるアンドープのＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）ＡｓにおけるＩｎの組成比ｘａが略０．１０のときのバンドギャップ波長は略８４０ｎｍであり、同じくＩｎの組成比ｘａが略０．０２のときのバンドギャップ波長は略８１０ｎｍである。
図２Ｂは、他の例による井戸層の膜厚ｄ（ｎｍ）とバンドギャップ（発光）波長λ（ｎｍ）との関係をＩｎの組成比ｘａをパラメータにして示す特性図である。
図２Ｂに示すように、各井戸層に用いられるアンドープのＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）ＡｓにおけるＩｎの組成比ｘａが略０．２０のときのバンドギャップ波長は略８８０ｎｍであり、同じくＩｎの組成比ｘａが略０．０５のときのバンドギャップ波長は略８１０ｎｍである。
なお、図２Ｂにおいて、図示実線で示す特性は障壁層ＡｌｘｃＧａ（１−ｘｃ）ＡｓにおけるＡｌの組成比ｘｃが０．２５の場合である。
また、図２Ｂにおいて、図示破線で示す特性は障壁層ＡｌｘｃＧａ（１−ｘｃ）ＡｓにおけるＡｌの組成比ｘｃが０．３の場合である。
図３Ａは、上記図２Ａに示した一例による活性層３の構造を説明する図である。
すなわち、この活性層３は、複数の障壁層３ａ１，３ａ２…と、該複数の障壁層３ａ１，３ａ２…の間に挟まれて形成される複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…としてその種類が２種類で、各種類の井戸層としての第１の井戸層３Ｂ１及び第２の井戸層３Ｂ２が、それぞれ、２層３ｂ１，３ｂ２及び３ｂ３，３ｂ４とからなる。
図３Ａにおいて、Ｅｃは伝導帯の底のエネルギー準位を示し、Ｅｖは価電子帯の上端のエネルギー準位を示す。
また、図３Ａにおいて、記号ｈは、プランク定数であり、記号ｃは光速を示す。
ここで、第２の井戸層３Ｂ２は、その厚さｄがｄ１で、バンドギャップ波長λ１（略８４０ｎｍ）の光を発光するようになっている。
また、第１の井戸層３Ｂ１は、厚さｄがｄ２で、バンドギャップ波長λ２（略８１０ｎｍ）の光を発光するようになっている。
上記図３Ａで示したように、各井戸層の厚さｄとしてのｄ１とｄ２とは、それぞれ略３ｎｍの同一とする。
また、各障壁層３ａ１，３ａ２…の厚さｄｂは、全て同一で１０ｎｍとする。
図３Ｂは、上記図２Ｂに示した他の例による活性層３の構造を説明する図である。
すなわち、この活性層３は、複数の障壁層３ａ１，３ａ２…と、該複数の障壁層３ａ１，３ａ２…の間に形成される複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…としてその種類が２種類で、各種類の井戸層としての第１の井戸層３Ｂ１が２層の井戸層３ｂ１，３ｂ２及び第２の井戸層３Ｂ２が３層の井戸層３ｂ３，３ｂ４，３ｂ５とからなる。
図３Ｂにおいて、Ｅｃは伝導帯の底のエネルギー準位を示し、Ｅｖは価電子帯の上端のエネルギー準位を示す。
また、図３Ｂにおいて、記号ｈは、プランク定数であり、記号ｃは光速を示す。
ここで、第２の井戸層３Ｂ２は、その厚さｄがｄ１で、バンドギャップ波長λ１（略８８０ｎｍ）の光を発光するようになっている。
また、第１の井戸層３Ｂ１は、厚さｄがｄ２で、バンドギャップ波長λ２（略８１０ｎｍ）の光を発光するようになっている。
上記図３Ｂで示したように、各井戸層の厚さｄとしてのｄ１とｄ２とは、それぞれ略３ｎｍの同一とする。
また、各障壁層３ａ１，３ａ２…の厚さｄｂは、全て同一で略１０ｎｍとする。
次に、図１に戻ると、このＳＬＤ１００に用いられる第２のクラッド層４はｐ−ＡｌｘｂＧａ（１−ｘｂ）Ａｓ層からなり、その不純物濃度は略１×１０１８ｃｍ−３であり、その層厚は略２μｍである。
なお、第２のクラッド層４中に設けられているエッチング阻止層５は、ＩｎＧａＰからなり、その層厚は略１５ｎｍである。
また、このＳＬＤ１００に用いられるコンタクト層６は、ｐ＋−ＧａＡｓ層からなり、その不純物濃度は略１×１０１９ｃｍ−３であり、その層厚は略１μｍである。
この場合、コンタクト層６に用いられるｐ＋−ＧａＡｓ層のｐ型の不純物としては、例えば、Ｚｎが好適である。
なお、コンタクト層６の上方の電極（以下、ｐ電極という。）８とコンタクト層６とは、ＳｉＯ２からなる絶縁膜７に設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続されているものとする。
以下、本発明の第１の実施の形態に係るＳＬＤ１００の製造方法について、図４Ａ乃至図５Ｃを参照して説明する。
まず、図４Ａに示すように、ｎ−ＧａＡｓからなる半導体基板１の（１００）面の上方に、ｎ−ＡｌｘｂＧａ（１−ｘｂ）Ａｓ層からなる第１のクラッド層２、アンドープのＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓからなる複数の井戸層とアンドープのＡｌｘｃＧａ（１−ｘｃ）Ａｓからなる複数の障壁層とから構成される複数の量子井戸を含む活性層３、ｐ−ＡｌｘｂＧａ（１−ｘｂ）Ａｓ層からなる第２のクラッド層４、及び、ｐ＋−ＧａＡｓからなるコンタクト層６とが順次に堆積される（工程１）。
ここで、第２のクラッド層４中の活性層３寄りの位置に、ｐ−ＩｎＧａＰからなるエッチング阻止層５が設けられている。
上記各半導体層２、３、４、５、６は、例えば、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）の技術を用いて堆積されてもよく、他の技術を用いて形成するのでもよい。
また、上記各半導体層２、４、５、６におけるｎ型の不純物としては、例えば、Ｓｉ等が用いられ、ｐ型の不純物としては、例えば、Ｚｎ等が用いられる。
但し、本発明における各不純物の適用は、これらの元素に限定されるものではなく、他の元素であってもよい。
上記の各半導体層２、４、５、６の厚さは、半導体基板１側から、それぞれ、例えば、２μｍ、２μｍ、１５ｎｍ、１μｍ程度である。
なお、活性層３は、上記で説明した層の構成、すなわち、複数の障壁層３ａ１，３ａ２…と前記複数の障壁層３ａ１，３ａ２…間に挟まれた複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…とからなる複数の量子井戸３ｃ１，３ｃ２…を有するものとする。
すなわち、活性層３を構成する複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…のうち、少なくとも一つの井戸層がそれに用いられるアンドープのＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）ＡｓにおけるＩｎの組成比ｘａが略０．０５から略０．２０までの範囲のいずれかの値をとる歪井戸層として形成されることにより、前述したように、当該歪井戸層内で生ずる格子歪が略０．３５％から略１．５％までの範囲のいずれかの値をとる。
また、上記の各半導体層２、４、５、６中の不純物濃度は、半導体基板１側からそれぞれ、例えば、１×１０１８ｃｍ−３、１×１０１８ｃｍ−３、１×１０１８ｃｍ−３、１×１０１９ｃｍ−３程度である。
なお、上記では、活性層３を構成する複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…の厚さをそれぞれ３ｎｍとしたが、本発明の適用は、上記の井戸層の厚さに限定されるものではなく、略２．５ｎｍから略５ｎｍまでの範囲のいずれかの厚さでもよい。
以下に、これらの数値的限定の理由について説明する。
前述した「背景技術」の項目でも記載したように、従来、８００〜８５０ｎｍ付近の波長帯で用いる半導体光素子において、活性層中の井戸層としては、厚さ６〜１０ｎｍ程度のＧａＡｓ膜またはＡｌ組成比が数％のＡｌＧａＡｓ膜が用いられている。
また、従来、活性層中の障壁層としては、光閉込め係数および量子井戸へのキャリア注入効率を高く維持するという観点からＡｌ組成比が０．２〜０．３程度のＡｌＧａＡｓ膜が用いられている。
すなわち、従来技術による半導体光素子では、これらの井戸層と障壁層とを用いて活性層を構成することにより、発光効率の優れた半導体光素子を実現しようとしている。
一方、ＩｎＧａＡｓ膜を井戸層に用いることにより、この井戸層に圧縮歪み（格子歪み）を発生させることができ、ＧａＡｓでは価電子帯端で縮退している２つのバンドのうち、井戸層界面に平行方向の有効質量が重いバンドをホールから見たエネルギーで相対的に高いレベルへ押しやること（以下、バンド分離という。）ができる。
その結果、有効質量の小さいバンド、すなわち、状態密度の小さいバンドをホールの基底状態のバンドとすることができるため、ＩｎＧａＡｓ膜を井戸層に用いた量子井戸では、井戸層に発生される圧縮歪み（格子歪み）によって、少ない注入キャリア密度で価電子帯の擬フェルミ準位（ｑｕａｓｉ−Ｆｅｒｍｉ ｌｅｖｅｌ）を高くすることができ、良好な発光特性が得られることが知られている。
しかしながら、従来技術による半導体光素子では、前述したように、８００〜８５０ｎｍ付近の波長帯で利用するという観点からは、所定のスペクトル半値幅を維持したまま効率のよい発光または増幅を安定して得ることは難しいというのが実情である。
これは、例えば、上記特許文献２に記載されている中心波長が略８００ｎｍより短波長領域に位置する半導体レーザの例では、Ｉｎ組成比が０．０３程度のＩｎＧａＡｓ膜を活性層に用いているため、Ｉｎ組成比が低く、圧縮歪み（格子歪み）による上記のバンド分離の効果が充分に望めないことによるものである。
この理由の説明に先立ち、本発明の半導体光素子における活性層３を構成する複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…の厚さの下限（略２．５ｎｍ）及び複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…に用いられるＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ膜のＩｎ組成比の上限（略０．２０）について説明する。
先ず、井戸層を薄くしていくと、次第に井戸層の原子層レベルの厚さの揺らぎが問題となる。
このような原子層レベルの厚さの揺らぎが問題となり始める井戸層の厚さは、２．５ｎｍ程度である。
したがって、本発明の半導体光素子では、原子層レベルの厚さの揺らぎが問題とならないように、ＩｎＧａＡｓの井戸層の下限を略２．５ｎｍとし、井戸層の厚さは略２．５ｎｍ以上とする。
また、井戸層におけるＩｎ組成比を大きくしていくと、井戸層とＧａＡｓ基板等との格子不整合により良質の結晶が得られなくなる。
このような結晶性が問題となり始めるＩｎ組成比は、０．２０程度である。
したがって、本発明の半導体光素子では、井戸層のＩｎ組成比の上限を略０．２０とし、井戸層のＩｎ組成比は略０．２０以下とする。
ここで、上記のバンド分離の効果が充分望めない理由の説明に戻る。
例えば、井戸層のＩｎ組成比を０．０３とし、ＡｌＧａＡｓ障壁層のＡｌ組成比を０．３とすると、圧縮歪み（格子歪み）による重いホールと軽いホールのバンド端のエネルギー差は１３〜１４ｍｅＶとなる。
このエネルギー差は、室温のエネルギー（ｋＴ、ここで、Ｔは絶対温度で３００Ｋとし、ｋはボルツマン定数である。）２５．９ｍｅＶの半分程度であるため、１３〜１４ｍｅＶのエネルギー差では熱揺らぎに抗してホールを基底準位に充分確保しておくことはできない。
このように、従来技術による半導体光素子では、井戸層のＩｎ組成比が０．０３と低いことなど、井戸層の構成が好適になされていないため、５ｎｍ以下の井戸層厚で高い光学利得を得ることができないのが実情である。
これに対し、本発明では、活性層３を構成する複数の井戸層のＩｎ組成比を最低でも略０．０５以上、すなわち、２２〜２３ｍｅＶ程度以上のエネルギー差が得られる組成とし、熱揺らぎに抗してホールを基底準位に充分確保しておくことができるようにしている。
この場合、活性層３を構成する複数の井戸層にＩｎＧａＡｓ膜を用い、長波長側（上記図２Ａ、図３Ａの場合で、λ１：略８４０ｎｍ）の井戸層のＩｎ組成比を略０．２０までの範囲内で、短波長側（上記図２Ａ、図３Ａの場合で、λ２：略８１０ｎｍ）の井戸層のＩｎ組成比よりも高くすることによって、上記の条件を好適に満たすことができる。
すなわち、活性層としてバンドギャップの異なる複数の量子井戸を用いる本発明においては、複数の量子井戸のうちバンドギャップ波長の長い量子井戸に強い圧縮歪み（格子歪み）を与えることにより、ＳＬＤ１００としての発光スペクトラム幅を拡大することができる。
これは、素子が動作している状態において複数の量子井戸を貫く疑フェルミ準位は同一のレベルにあるから、先にも述べたように低注入電流から伝導帯と価電子帯の擬フェルミ準位間隔を拡大できる強い圧縮歪み（格子歪み）を有する量子井戸の擬フェルミ準位間隔に従うようにバンドギャップ波長の短い量子井戸の擬フェルミ準位間隔を配置することにより、強い圧縮歪み（格子歪み）を有する長波長バンドギャップの量子井戸の光学利得に短波長バンドギャップの量子井戸の利得が加わるために、素子全体としての波長スペクトラムを拡大することができるということによっている。
また、本発明では、活性層３を構成する複数の井戸層にＩｎＧａＡｓ膜を用いることによって、Ｉｎ原子がコンタミネーションを捕獲する作用があるため、井戸層の結晶性を向上させることができるという効果も得られる。
ここで、本発明では、活性層３を構成する複数の井戸層に用いられるＩｎＧａＡｓ膜のＩｎ組成比を下限値としての略０．０５とすると共に、その厚さを下限値としての略２．５ｎｍとし、ＡｌＧａＡｓ障壁層のＡｌ組成比を０．３とすると、バンドギャップ波長は略８００ｎｍ（正確には、７９７ｎｍ）となる。
上記の構成と同様の構成で井戸層のＩｎ組成比を下限値としての略０．０５とすると共に、その厚さを上限値としての略５ｎｍとした構成の場合、バンドギャップ波長は略８５０ｎｍ（正確には、８５７．８ｎｍ）となる。
また、上記の構成と同様の構成で井戸層の厚さを下限値としての略２．５ｎｍとし、そのＩｎ組成比を上限値としての略０．２０とした構成の場合、バンドギャップ波長は略８５０ｎｍ（正確には、８６２ｎｍ）程度となる。
上記のように、本発明では、活性層３を構成する複数の井戸層に用いられるＩｎＧａＡｓ膜のＩｎ組成比を略０．０５〜略０．２０とすると共に、その厚さを略２．５〜略５ｎｍとすることによって、上述したように、当該井戸層内で生ずる略０．３５％から１．３５％の格子歪みの効果を有効に利用することができるので、略８００〜略８５０ｎｍの波長帯で広いスペクトル半値幅及び高い光学利得を安定して得ることができる量子井戸を実現できるものである。
なお、本発明の適用は、上記の各半導体層２、４、５、６の層厚及び不純物濃度に限定されるものではなく、他の層厚および不純物濃度であってもよい。
次に、上記の各半導体層２、３、４、５、６を形成した後の処理について説明する。
まず、図４Ａに示すように、フォトリソグラフィ技術等を用いて、リッジ部１０と非導波部２０とを分離するためのレジストパターン（以下、リッジ分離用レジストパターンという。）Ｒ１が形成される。
ここで、リッジ部１０の長手方向は、［０１１］軸方向を向いているものとする（工程２）。
工程２でリッジ分離用レジストパターンＲ１を形成した後、硫酸一過酸化水素水溶液系のエッチング液を用いて、リッジ分離用レジストパターンＲ１をエッチングマスクとしてエッチング阻止層５よりも表面側の半導体膜（第２のクラッド層４及びコンタクト層６）をエッチングによって除去し、リッジ部１０と非導波部２０とを分離する分離溝が形成される（工程３、図４Ｂ参照）。
なお、工程３で分離溝を形成した後、リッジ分離用レジストパターンＲ１が除去されるものとする。
工程３で分離溝を形成した後、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法を用いてＳｉＯ２からなる絶縁膜７が形成される（工程４、図４Ｃ参照）。
工程４でＳｉＯ２からなる絶縁膜７を形成した後、フォトリソグラフィ技術等を用いて、リッジ部１０上のＳｉＯ２膜を除去し、コンタクトホールを形成するためのレジストパターン（以下、コンタクトホール形成用レジストパターンという）Ｒ２が形成される（工程５、図４Ｃ参照）。
工程５でコンタクトホール形成用レジストパターンＲ２を形成した後、弗酸系のエッチング液を用いて、リッジ部１０上のＳｉＯ２膜をエッチングによって除去し、コンタクトホールが形成される（工程６、図４Ｄ参照）。
なお、工程６では、コンタクトホールを形成した後、コンタクトホール形成用レジストパターンＲ２が除去されるものとする。
工程６でコンタクトホールを形成した後、半導体基板１の表面側からｐ電極（第１の電極）８形成用の金属を蒸着等によって堆積することにより、ｐ電極８が形成される（工程７、図５Ａ参照）。
工程７でｐ電極８を形成した後、半導体基板１の裏面を研磨して半導体基板１が所定の厚さにされる（工程８、図５Ｂ参照）。
工程８で所定の厚さまで半導体基板１を研磨した後、半導体基板１の裏面にｎ電極（第２の電極）９が形成される（工程９、図５Ｃ参照）。
以上のような工程１〜９により、本発明によるＳＬＤ１００が得られる。
図６Ａは、上記のようにして製造されたＳＬＤ１００（但し、図３Ａに示した一例の構成に対応）によって得られる発光スペクトルの一例を示す特性図である。
図６Ａに示す例では、出力が６０ｍＷ、中心波長が８４０ｎｍ、スペクトル半値幅が２７ｎｍの連続光が得られている。
ここで、第１の井戸層からの発光スペクトルと第２の井戸層からの発光スペクトルとが滑らかに結合されていることにより、図示のように単一の曲線で連なった発光スペクトルが形成されている。
図６Ｂは、上記のようにして製造されたＳＬＤ１００（但し、図２Ｂ、図３Ｂに示した他の例の構成に対応）によって得られる発光スペクトルの他の例及び駆動電流対光出力パワー（図示実線）特性との関係を従来技術によるＳＬＤのそれら（図示破線）との対比において示す特性図である。
図６Ｂに示す他の例の特性図では、本発明によるＳＬＤ１００の場合には出力が６０ｍＷ、中心波長が８４０ｎｍ、スペクトル半値幅が２７．１ｎｍの連続光が得られているのに対し、従来技術によるＳＬＤの場合には出力が１０ｍＷ、中心波長が８５０ｎｍ、スペクトル半値幅が１４．８ｎｍの連続光しか得られていないのが分かる。
図６Ｂに示す本発明によるＳＬＤ１００の例の場合にも、第１の井戸層からの発光スペクトルと第２の井戸層からの発光スペクトルとが滑らかに結合されていることにより、図示のように単一の曲線で連なった発光スペクトルが形成されている。
以上のように本発明に係るＳＬＤ１００が備える活性層３は、圧縮歪を有する複数のＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ井戸層等からなり、これらの井戸層のうち少なくとも１つは他の井戸層と異なるバンドギャップ波長を有し、且つＩｎの組成比ｘａを略０．０５〜略０．２０の範囲内とすることにより、ＧａＡｓ基板に対する格子不整合すなわち圧縮歪み（格子歪み）が約０．３５％から約１．５％程度になる。
このように約０．３５％から約１．５％程度の圧縮歪み（格子歪み）を有する井戸層は、価電子帯端を占めるホールの井戸層界面方向における有効質量が軽くなるため、ホールの状態密度が減少する。
すなわち、本発明のＳＬＤ１００では、ＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ井戸層を有する量子井戸に注入されるキャリア密度が少ない状態においても、ホールの擬フェルミ準位が容易に価電子帯内に進入するため、通電する電流が小さい領域から従来技術によるＳＬＤよりも高い光学利得が得られる。
また、本発明のＳＬＤ１００では、上記のように井戸層を略２．５ｎｍから略５ｎｍと薄くすることにより、基底量子準位と第１励起準位のエネルギー差が大きくなるため、以下のような効果が得られる。
すなわち、基底準位にキャリアを集中させることによって、低い電流注入状態においては光学利得をさらに押し上げることができ、高い注入状態においては発光スペクトル半値幅を拡大することができる。
なお、上記の井戸層厚（略２．５〜略５ｎｍ）よりも薄い膜厚の井戸層を有する量子井戸を用いると、井戸層厚の原子層レベルの成長揺らぎの影響が大きくなり、波長制御性等が困難となる。
上記した第１の実施形態では、本発明をＳＬＤに適用した例について説明したが、本発明の適用は、上記の例に限られるものではなく、所定のスペクトル半値幅を有する半導体光増幅器、外部共振器型半導体レーザ用の増幅素子等の半導体光素子にも同様に適用することができる。
（第２実施形態）
図７Ａ，Ｂは、本発明に係る半導体光素子の第２の実施形態として半導体光増幅器に適用した場合の構成を示す図である。
すなわち、図７Ａは、本発明に係る半導体光素子の第２の実施形態として適用される半導体光増幅器２００の平面図である。
また、図７Ｂは、図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線断面図である。
図７Ｂに示すように、この半導体光増幅器２００は、図１Ｂに示したＳＬＤ１００と同様に、半導体基板２０１の表面の上方に順次に積層される第１のクラッド層２０２と、活性層２０３と、第２のクラッド層２０４と、エッチング阻止層２０５と、コンタクト層２０６と、絶縁膜２０７と、コンタクト層２０６上のｐ電極（第１の電極）２０８と、半導体基板２０１の裏面（上記の半導体層２０２〜２０５が積層された半導体基板面と反対側の面をいう）に形成されるｎ電極（第２の電極）とを有している。
ここで、半導体光増幅器２００は、前述したＳＬＤ１００とは異なり、吸収領域が形成されていないと共に、光が入射及び出射する両方の端面上に反射防止膜２１２、２１３が形成されている。
また、利得領域の端面近傍に５０ｍ程度の電極が存在しない領域（電流非注入領域）を設けることによって端面を介したリーク電流を抑制し端面劣化に強い素子を作製することができる。
なお、活性層２０３は、図３Ａまたは図３Ｂに示したＳＬＤ１００の活性層３と同様に、複数の障壁層３ａ１，３ａ２…と前記複数の障壁層に挟まれた複数の井戸層３ｂ１，３ｂ２…とからなる複数の量子井戸３ｃ１，３ｃ２…を有しているものとする。
そして、この半導体光増幅器２００では、ｐ電極２０８とｎ電極２０９との間に図示しない駆動源から駆動電流が供給されると共に、図７Ａ，Ｂ中に「入射光」と記載した方向から光を入射させると、その光が自らも発光するように構成される半導体光増幅器２００中の利得領域を通過することによって合波増幅された光として、図７Ａ，Ｂ中に「出射光」と記載した方向から出射される。
具体的には、半導体光増幅器２００の両端面に近接される先球光ファイバ２１４、２１５を介して外部からの光が入出力できるようにする。
したがって、以上のような本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子の構成を用いることにより、先球光ファイバ２１４、２１５間において光を所定の利得で増幅することができるので、広い帯域で一定の増幅特性を持つ半導体光増幅器２００を実現することができる。
なお、先球光ファイバ２１４、２１５に代えて、通常の光ファイバからの入射光をレンズを用いて集光して半導体光増幅器２００に入射させると共に、半導体光増幅器２００で増幅されて出力される光をレンズを用いてコリメートして通常の光ファイバに連結させるように構成してもよい。
また、上記の電流非流入領域に亜鉛拡散等の処理を施して窓領域を形成し、端面での光吸収を抑制することによって、さらなる特性向上を実現することができる。
また、上記の電流非注入領域や窓領域を半導体光増幅器２００の出射側端面に設けても、同様の効果を得ることができる。
さらに、半導体光増幅器２００と同様に、ＳＬＤ１００の吸収領域をなくして全て利得領域に変更した上で出射側端面と反対側の端面（以下、対向端面という。）に反射防止膜を設けることによってＳＬＤを構成するようにしてもよい。
このように構成することによって、対向端面側に設けられる受光素子（図示せず）に対向端面からモニタ光を出力させることができる。
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態による外部共振器型半導体レーザ６００の構成を説明するために示す図である。
上述した本発明の第２の実施形態による半導体光素子を外部共振器型半導体レーザ６００の半導体光素子４００に適用することによって、広い波長可変帯域を持つ外部共振器型半導体レーザを実現することができる。
この場合、この半導体光素子４００は、上記第２の実施形態による半導体光素子が適用される半導体光増幅器２００と略同様に自らも発光するように構成される。
但し、この半導体光素子４００では、半導体光増幅器２００の両端面上に形成される第１及び第２の反射防止膜２１２，２１３のうち、一方の反射防止膜２１２に代えて光入射側となる素子端面に所定の反射率を有する反射膜４０１が形成されている。
この第３の実施形態による外部共振器型半導体レーザ６００は、半導体光素子４００からの出射光を平行光にする集光レンズ５０１及びこの集光レンズ５０１を介して入射される光成分のうち所定の波長の光のみを反射して再度集光レンズ５０１を介して半導体光素子４００側に戻す波長選択手段としての回折格子５０２を備えた外部共振器５００とを有する。
ここで、波長選択手段としては、反射角を変えることによって反射光の波長が選択可能な回折格子５０２が通常用いられている。
すなわち、第３の実施形態による外部共振器型半導体レーザ６００は、上記第２の実施形態による半導体光素子が適用される半導体光増幅器２００と略同様に自らも発光するように構成される半導体光素子４００を備えていることにより、広い帯域特性を持つと共に、広い波長可変帯域を持つ外部共振器型半導体レーザを実現することができる。
なお、波長選択手段として用いられている回折格子５０２に代えて、図９に示すように、液晶や誘電体多層膜を用いた狭帯域の波長可変フィルタ５０３と全反射ミラー５０４とを組み合わせて構成するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体光素子によれば、活性層が他の量子井戸と異なる発光の中心波長を有する歪井戸層を有し、歪井戸層がＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ膜からなると共に、Ｉｎの組成比ｘａが、歪井戸層内で生ずる格子歪が略０．３５％から略１．５％までの範囲のいずれかの値をとるため、格子歪に基づく発光特性を実現できる程度に格子歪を発生させることができ、もって井戸層の厚さが６ｎｍ未満であっても従来技術によるＳＬＤ等の半導体光素子よりも良好な発光特性を得ることができる。
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体光素子によれば、活性層が他の量子井戸と異なる増幅の中心波長を有する歪井戸層を有し、歪井戸層がＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ膜からなると共に、Ｉｎの組成比ｘａが、歪井戸層内で生ずる格子歪が略０．３５％から略１．５％までの範囲のいずれかの値をとるため、格子歪に基づく増幅特性を実現できる程度に格子歪を発生させることができ、もって、井戸層の厚さが６ｎｍ未満であっても従来技術による半導体光増幅器等の半導体光素子よりも良好な増幅特性を得ることができる。
また、本発明の第３の実施の形態に係る外部共振器型半導体レーザによれば、本発明の第２の実施の形態に係る半導体光素子として適用される半導体光増幅器２００と略同様に構成される半導体光素子４００と、前記半導体光素子４００から出射される前記所定の波長帯の光を受けて所定の波長の光を選択して出射する外部共振器５００とを備えることにより、本発明の第２の実施の形態に係る半導体光素子として適用される半導体光増幅器と同様の作用効果を伴った所定の発光特性を発揮することができる。
さらに、本発明の各実施の形態に係る半導体光素子によれば、各歪井戸層が略２．５ｎｍから略５ｎｍまでの範囲のいずれかの層厚を有するため、格子歪を有効に発生させることができ、従来の半導体光素子に比して、中心波長が略８００ｎｍから略８５０ｎｍまでの波長帯でさらに良好な発光特性または増幅特性を得ることができる。
さらに、本発明の各実施の形態に係る半導体光素子によれば、活性層に含まれる各量子井戸が略同一の層厚を有するため、上記波長帯の中心波長及び井戸層厚で適切に格子歪を生じさせることができる。
したがって、以上のような本発明によれば、活性層に含まれる各量子井戸の井戸層の厚さが６ｎｍ未満であっても従来技術によるＳＬＤ、半導体光増幅器、外部共振器型半導体レーザ用の増幅素子等の半導体光素子よりも良好な発光特性または増幅特性を安定して得ることが可能な広い光スペクトル特性を有する半導体光素子及びその製造方法並びにそれを用いる外部共振器型半導体レーザを提供することができる。
本発明に係る半導体光素子は、井戸層の厚さが６ｎｍ未満であっても従来の半導体光素子よりも良好な発光特性または増幅特性を得ることができるという効果が有用な半導体光素子として、光ジャイロ、光通信装置、光応用計測装置等の用途にも適用できる。

Claims (4)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の上方に形成される複数の障壁層と前記複数の障壁層に挟まれた複数の井戸層とからなる複数の量子井戸を有する活性層とを備え、
    前記複数の井戸層のうち少なくとも１つの井戸層が２．５ｎｍから５ｎｍまでの範囲のいずれかの層厚を有し、ＩｎｘａＧａ（１−ｘａ）Ａｓ膜からなると共に、前記Ｉｎの組成比ｘａが０．０５から０．２０までの範囲のいずれかの値をとることにより、当該井戸層内で生ずる格子歪みが０．３５％から１．５％までの範囲のいずれかの値をとる歪井戸層として形成されると共に、
    前記歪井戸層が、他の井戸層とは異なるバンドギャップ波長を有して形成され、
    発光スペクトル特性の中心波長が８００ｎｍから８５０ｎｍまでの間であることを特徴とするスーパールミネッセントダイオード。
  2. 前記活性層に含まれる前記複数の量子井戸がそれぞれ略同一の層厚を有することを特徴とする請求項１に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  3. 前記半導体基板としてｎ−ＧａＡｓ基板を用いることを特徴とする請求項１に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  4. 前記スーパールミネッセントダイオードは、前記スーパールミネッセントダイオードとして、前記半導体基板の表面の上方に形成される第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の上方に形成される前記活性層と、前記活性層の上方に形成される第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層中に形成されるエッチング阻止層と、前記第２のクラッド層の上方に形成されるコンタクト層と、前記コンタクト層の上方及び前記エッチング阻止層の上方に形成される絶縁膜と、前記絶縁膜の上方に形成される第１の電極と、前記半導体基板の裏面に形成される第２の電極と、を備えると共に、
    前記スーパールミネッセントダイオードの短手方向の中央部の前記エッチング阻止層の上方に台形状に、且つ、前記スーパールミネッセントダイオードの長手方向における一端面から中央部近辺にかけた位置における前記エッチング阻止層の上方にストライプ状に形成される利得領域となるリッジ部と、
    前記スーパールミネッセントダイオードの長手方向における中央部近辺から前記スーパールミネッセントダイオードの他端面にかけて前記リッジ部に隣接した位置で前記活性層を含む前記スーパールミネッセントダイオードの内部にストライプ状に形成される光及び電流を吸収する吸収領域と、
    前記リッジ部の両側部に対向した位置に形成される光が導波されない領域と、
    前記スーパールミネッセントダイオードにおける一端面に形成される反射防止膜と、を有することを特徴とする請求項１に記載のスーパールミネッセントダイオード。
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