特開 2024-159190 半導体光素子、これを用いた計測装置と光源装置、及び半導体光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024159190

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】半導体光素子、これを用いた計測装置と光源装置、及び半導体光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/32 20060101AFI20241031BHJP

   H01S 5/22 20060101ALI20241031BHJP

   H01S 5/12 20210101ALI20241031BHJP

   H01S 5/022 20210101ALI20241031BHJP

   H01S 5/14 20060101ALI20241031BHJP

   H01S 5/50 20060101ALN20241031BHJP

【ＦＩ】

H01S5/32

H01S5/22

H01S5/12

H01S5/022

H01S5/14

H01S5/50 610

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023075029

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】佐野 雅彦

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA08

5F173AA15

5F173AB13

5F173AB33

5F173AF15

5F173AF18

5F173AF35

5F173AF38

5F173AF55

5F173AF58

5F173AH40

5F173AJ35

5F173AL03

5F173AL04

5F173AL13

5F173AL14

5F173AP54

5F173AP82

5F173AQ03

5F173AR23

5F173MA10

5F173MF04

5F173MF40

(57)【要約】

【課題】間接遷移型半導体を用いた半導体光素子とその作製方法を提供する。
【解決手段】半導体光素子は、第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部と、第１導電型不純物を第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部と、第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部と、第２導電型不純物を第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部と、第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部と、をこの順で備える。第３間接遷移型半導体部と、第４間接遷移型半導体部とは接している。第１濃度は、第２濃度よりも高い。第３濃度は、第４濃度よりも高い。第５濃度は、第４濃度よりも高い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部と、
第１導電型不純物を第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部と、
をこの順に備え、
前記第３間接遷移型半導体部と、前記第４間接遷移型半導体部と、が接しており、
前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高く、
前記第３濃度は、前記第４濃度よりも高く、
前記第５濃度は、前記第４濃度よりも高い、
半導体光素子。

【請求項2】

前記第３間接遷移型半導体部の厚さは、１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である、
請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項3】

前記第３濃度は、前記第４濃度の１０倍以上１０００倍以下である、
請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項4】

第１導電型はｎ型であり、
第２導電型はｐ型であり、
前記第１濃度は前記第５濃度よりも高い、
請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項5】

ピーク波長が１１００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下である光を発する、請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項6】

前記第４間接遷移型半導体部の少なくとも一部と前記第５間接遷移型半導体部とが積層されたリッジを有し、前記第３間接遷移型半導体部は前記リッジの下方に位置する、
請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項7】

前記リッジの幅は、前記第５間接遷移型半導体部の側から前記第１間接遷移型半導体部へ向かうにつれて広がる、
請求項６に記載の半導体光素子。

【請求項8】

前記第１間接遷移型半導体部と前記第２間接遷移型半導体部の少なくとも一方に、周期的に設けられた複数の溝または複数の空隙を有し、
前記複数の溝または前記複数の空隙は、少なくとも第１方向に並び、
前記第１方向は、前記半導体光素子の共振方向と沿う、
請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項9】

前記第３間接遷移型半導体部は、第１領域と第２領域とを有し、
前記第４間接遷移型半導体部は、第３領域と第４領域とを有し、
前記第３間接遷移型半導体部と前記第４間接遷移型半導体部は、前記第１領域と前記第３領域で接し、
前記第１領域は、前記第２領域と比較して、原子配列が不規則であり、
前記第３領域は、前記第４領域と比較して、原子配列が不規則である、
請求項１に記載の半導体光素子。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体光素子と、
前記半導体光素子から発せられる光の反射光を検出する受光素子を含む、計測装置。

【請求項11】

第１ミラーと、
第２ミラーと、
前記第１ミラーおよび前記第２ミラーとの間に配置される請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体光素子と、
を含む光源装置。

【請求項12】

第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部と、
前記第１間接遷移型半導体部の上に設けられ、第１導電型不純物を前記第１濃度よりも低い第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部と、
前記第２間接遷移型半導体部の上に設けられ、第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部と、
を含む第１構造体を準備することと、
第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部と、
前記第５間接遷移型半導体部の上に設けられ、第２導電型不純物を前記第３濃度および前記第５濃度よりも低い第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部と、
を含む第２構造体を準備することと、
前記第１構造体の前記第３間接遷移型半導体部と、前記第２構造体の前記第４間接遷移型半導体部を対向させて、前記第３間接遷移型半導体部と前記第４間接遷移型半導体部を直接接合することと、
を含む半導体光素子の製造方法。

【請求項13】

前記第３間接遷移型半導体部は、前記第２間接遷移型半導体部において、前記第１間接遷移型半導体部が設けられた面とは反対側の前記第２間接遷移型半導体部の面にイオン打ち込みをすることで得る、
請求項１２に記載の半導体光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体光素子、これを用いた計測装置と光源装置、及び半導体光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザダイオード、発光ダイオード等の発光素子は、一般的には発光効率が高い直接遷移型半導体で作製される。一方で、シリコン等の間接遷移型半導体は、発光効率が低く発光素子には不向きとされている。電子デバイスの多くはシリコン（Ｓｉ）で作製されており、間接遷移型半導体で作製される発光素子の実現が望まれている。間接遷移型半導体を用いて、上から順に、高濃度ｐ層、低濃度ｐ層、ｐｎ接合層、低濃度ｎ層、高濃度ｎ層が積層された発光素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この層構成で、不純物が添加されていないｉ層を各層に挿入することでキャリアの移動度を高くすることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－０９２０７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

間接遷移型半導体においても発光効率の向上が求められている。本発明の一つの側面では、間接遷移型半導体を用いた発光効率が高い半導体光素子とその作製方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一つの実施形態において、半導体光素子は、
第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部と、
第１導電型不純物を第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部と、
をこの順に備え、
前記第３間接遷移型半導体部と、前記第４間接遷移型半導体部とが接しており、
前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高く、
前記第３濃度は、前記第４濃度よりも高く、
前記第５濃度は、前記第４濃度よりも高い。

【0006】

また、本開示の一つの実施形態において、半導体光素子の製造方法は、
第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部と、
前記第１間接遷移型半導体部の上に設けられ、第１導電型不純物を前記第１濃度よりも低い第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部と、
前記第２間接遷移型半導体部の上に設けられ、第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部と、
を含む第１構造体を準備することと、
第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部と、
前記第５間接遷移型半導体部の上に設けられ、第２導電型不純物を前記第３濃度および前記第５濃度よりも低い第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部と、
を含む第２構造体を準備することと、
前記第１構造体の前記第３間接遷移型半導体部と、前記第２構造体の前記第４間接遷移型半導体部を対向させて、前記第３間接遷移型半導体部と前記第４間接遷移型半導体部を直接接合することと、を含む。

【発明の効果】

【0007】

間接遷移型半導体を用いた発光効率が高い半導体光素子とその作製方法が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の半導体光素子のＹＺ面内の断面構成例を示す図である。

【図2】共振方向と直交するＸＺ面内の断面構成例を示す図である。

【図3】共振方向と直交するＸＺ面内の別の断面構成例を示す図である。

【図4A】共振方向に沿ったＹＺ面内の断面構成例を示す図である。

【図4B】共振方向に沿ったＹＺ面内の別の断面構成例を示す図である。

【図5A】半導体光素子の変形例の模式図である。

【図5B】半導体光素子の別の変形例の模式図である。

【図5C】半導体光素子の別の変形例の模式図である。

【図6A】半導体光素子の作製工程図である。

【図6B】半導体光素子の作製工程図である。

【図6C】半導体光素子の作製工程図である。

【図6D】半導体光素子の作製工程図である。

【図6E】半導体光素子の作製工程図である。

【図6F】半導体光素子の作製工程図である。

【図7】半導体光素子のさらに別の変形例の模式図である。

【図8】半導体光素子を用いた光源装置の模式図である。

【図9】半導体光素子を用いた計測装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態を説明する。以下の説明は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示を以下の記載に限定するものではない。各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後に示す実施形態では、先に示した実施形態と異なる事項について主に説明し、先に示した実施形態と共通の事柄については、重複する説明を省略することがある。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合がある。

【0010】

従来、シリコン等の間接遷移型半導体は、発光材料としては不向きとされている。一方で、近年、ナノメートルサイズの寸法を有する物質の近傍に生じる近接場光の一種であるドレスト光子や、ドレスト光子とコヒーレントフォノンが結合したドレスト光子フォノン（ＤＰＰ：Dressed Photon Phonon）を利用することで、間接遷移型半導体を発光させる技術が提案されている。発明者は、間接遷移型半導体を発光させることを検討した。例えば、M. Nedeljkovic et al., IEEE Photon. J. 3(6), 1171-1180(2011).では、シリコンは、１５５０ｎｍの波長において、吸収係数の変化率Δαおよび屈折率の変化率Δｎが、
Δα＝8.88×10^-21N_e ^1.167+5.84×10^-20N_h ^1.109
Δｎ＝-5.40×10^-22N_e ^1.011-1.53×10^-18N_h ^0.838
であることが提案されている。N_eは自由電子密度であり、N_hは自由ホール密度である。これは、不純物濃度が高いほど吸収係数は大きくなり、かつ屈折率が小さくなることを意味している。発明者は、このことに着目し、光閉じ込め構造を形成することで間接遷移型半導体の発光効率を向上させる構成の着想を得た。

【0011】

図１は、実施形態の半導体光素子１０の模式図である。半導体光素子１０は、第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部１１と、第１導電型不純物を第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部１２と、第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部１３と、第２導電型不純物を第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部１４と、第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部１５と、をこの順で備える。第３間接遷移型半導体部１３と、第４間接遷移型半導体部１４とは接している。第１濃度は、第２濃度よりも高い。第３濃度は、第４濃度よりも高い。第５濃度は、第４濃度よりも高い。これにより、第１間接遷移型半導体部１１と第５間接遷移型半導体部１５をクラッドとし、第２間接遷移型半導体部１２と、第３間接遷移型半導体部１３と、第４間接遷移型半導体部１４と、をコアとする光閉じ込め構造を形成することができるので、この光閉じ込め構造によって光を増幅することができ、半導体光素子が効率よく発光する。

【0012】

第１間接遷移型半導体部１１、第２間接遷移型半導体部１２、第３間接遷移型半導体部１３、第４間接遷移型半導体部１４、及び第５間接遷移型半導体部１５で、積層構造３００が形成される。ここで、「間接遷移型半導体部」と呼ぶのは、各部が層である場合も、基板である場合も含む意図である。間接遷移型半導体部の材料として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ－Ｇｅ、ダイヤモンド（Ｃ）等を用いてもよい。第１導電型と第２導電型は、どちらか一方をｎ型とし、他方をｐ型とする。図１の例では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とする。

【0013】

第１間接遷移型半導体部１１は、第１導電型不純物を第１濃度で含む。第１導電型不純物は、たとえば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）など、用いられる間接遷移型半導体材料に対してドナー準位を形成するｎ型不純物であってよい。第１濃度は、たとえば、１．０×１０^１９ｃｍ^－３以上、５．０×１０^１９ｃｍ^－３以下の濃度である。また、第１間接遷移型半導体部１１は、ｎ型不純物を第１濃度で含む間接遷移型半導体基板であってもよい。特に、第１間接遷移型半導体部１１は、ｎ型不純物を含むＳｉ基板であってもよい。

【0014】

第２間接遷移型半導体部１２は、第１間接遷移型半導体部１１の上に設けられ、第１導電型不純物を第２濃度で含む。第２間接遷移型半導体部１２は、ｎ型不純物を、第１間接遷移型半導体部１１よりも低い濃度で含む。これにより、第２間接遷移型半導体部１２の屈折率を第１間接遷移型半導体部１１の屈折率よりも大きくすることができる。第２濃度は、たとえば１．０×１０^１６ｃｍ^－３以上、５．０×１０^１６ｃｍ^－３以下の濃度である。

【0015】

第３間接遷移型半導体部１３は、第２間接遷移型半導体部１２の上に設けられ、第２導電型不純物を第３濃度で含む。第２導電型不純物は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）等のｐ型不純物であってよい。第３濃度は後述する第４濃度よりも高い。これにより、発光に寄与する第２導電型不純物を増やすことができる。第３濃度は、たとえば、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上、５．０×１０^１９ｃｍ^－３以下の濃度である。ｐ型不純物は、後述するように活性化されていない状態で含まれる。

【0016】

第４間接遷移型半導体部１４は、第３間接遷移型半導体部１３の上に設けられる。第３間接遷移型半導体部１３と第４間接遷移型半導体部１４は互いに接している。第４間接遷移型半導体部１４は、用いられる間接遷移型半導体材料に対してアクセプタ準位を形成するｐ型不純物を、第３濃度よりも低い第４濃度で含む。第４間接遷移型半導体部１４のｐ型不純物濃度（第４濃度）は、たとえば１．０×１０^１６ｃｍ^－３以上５．０×１０^１６ｃｍ^－３以下である。第３濃度は、第４濃度の１０倍以上１０００倍以下である。第３間接遷移型半導体部１３のｐ型不純物が第４間接遷移型半導体部１４のｐ型不純物と比べて高い濃度で含まれることで、第３間接遷移型半導体部１３において、発光に寄与する第２導電型不純物を増やすことができる。

【0017】

第５間接遷移型半導体部１５は、第４間接遷移型半導体部１４の上に設けられ、ｐ型不純物を第４濃度よりも高い第５濃度で含む。これにより、第５間接遷移型半導体部１５の屈折率を第４間接遷移型半導体部１４の屈折率よりも小さくすることができる。第５間接遷移型半導体部１５のｐ型不純物濃度は、たとえば１．０×１０^１９ｃｍ^－３以上５．０×１０^１９ｃｍ^－３以下である。

【0018】

第１間接遷移型半導体部１１は、第２間接遷移型半導体部１２よりも電気抵抗率が低く、屈折率が低い。第５間接遷移型半導体部１５は、第４間接遷移型半導体部１４よりも電気抵抗率が低く、屈折率が低い。第１間接遷移型半導体部１１と第５間接遷移型半導体部１５は、第２間接遷移型半導体部１２、第３間接遷移型半導体部１３、及び第４間接遷移型半導体部１４に対して、クラッドとして機能する。

【0019】

第２間接遷移型半導体部１２、第３間接遷移型半導体部１３、及び第４間接遷移型半導体部１４は、全体として、第１間接遷移型半導体部１１と第５間接遷移型半導体部１５よりも電気抵抗率が高く、また、屈折率が高く、コアとして機能する。したがって、第１間接遷移型半導体部１１、第２間接遷移型半導体部１２、第３間接遷移型半導体部１３、第４間接遷移型半導体部１４、および第５間接遷移型半導体部１５を備える半導体光素子１０は、コアとクラッドによる光閉じ込め構造を有する。

【0020】

ｎ型不純物が添加された間接遷移型半導体は、ｐ型よりも屈折率の差がつきにくいので、第１間接遷移型半導体部１１のｎ型不純物濃度を、第５間接遷移型半導体部１５のｐ型不純物濃度よりも高く設定してもよい。これにより、コアとクラッドとの屈折率の差を大きくして、効率よく光をコアに閉じ込めることができる。同様に、第２間接遷移型半導体部１２のｎ型不純物濃度を、第４間接遷移型半導体部１４のｐ型不純物濃度よりも高く設定してもよい。

【0021】

ｎ型の第２間接遷移型半導体部１２と、ｐ型の第４間接遷移型半導体部１４の間に、第４間接遷移型半導体部１４のｐ型不純物の濃度よりもｐ型不純物を高い濃度で含む第３間接遷移型半導体部１３を設けるのは、発光に寄与する第２導電型不純物を増やすためである。この発光は、例えば、ＤＰＰを利用したものであってよい。ｐ型不純物はＤＰＰの発生源となるナノ物質として用いられ得る。上述のように、ＤＰＰとは、光子と電子正孔対が結合したドレスト光子が、振動の位相がそろったコヒーレントフォノンとさらに結合したものであるとされる。ＤＰＰを利用することで、伝導帯の下端と価電子帯の上端との間にＤＰＰに由来するエネルギー準位が形成される。これにより、Ｓｉのバンドギャップで決まる波長よりも長波長側での発光が促される。

【0022】

第３間接遷移型半導体部１３の厚さは第４間接遷移型半導体部１４の厚さよりも薄いほうが好ましい。第３間接遷移型半導体部１３は、ＤＰＰの発生源として用いることができる一方で、光の吸収源となり得る。第３間接遷移型半導体部１３の厚さが第４間接遷移型半導体部１４の厚さよりも薄いことで、光の吸収を低減し、半導体光素子１０Ａからの光取り出し効率を向上させることができる。第３間接遷移型半導体部１３の厚さは、１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である。

【0023】

第１間接遷移型半導体部１１の裏面に電極１６を設け、第５間接遷移型半導体部１５の上面に電極１７を設けて、図１の半導体光素子１０に電流を注入すると、上述したＤＰＰの作用で、ピーク波長が１１００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下の、近赤外から中赤外領域にかけての光が出射される。ピーク波長は、１３００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であってもよい。ＤＰＰを利用した発光波長は、ＤＰＰ発生源となる原子（ナノ粒子）の間隔で決まる。１１００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下のピーク波長で発光させるときのＢの濃度は、１．０×１０^１６ｃｍ^―３以上５．０×１０^１９ｃｍ^―３以下である。Ｂの濃度が低いほど、すなわち局在するＢ原子同士の間隔が広いほど長波長側にシフトする。たとえば、１．０×１０^１９ｃｍ^―３程度のＢ濃度で、ピーク波長１３００ｎｍ前後の光が放出される。

【0024】

図２は、半導体光素子１０Ａの共振方向と直交するＸＺ面内の断面構成例を示す。図２の座標系で、半導体光素子１０Ａの共振方向をＹ方向とする。半導体光素子１０Ａは図１に示した積層構造３００と同じ積層構造を有し、水平方向（Ｘ方向）に光を閉じ込めるリッジ２０Ａを有する。リッジ２０Ａは、第４間接遷移型半導体部１４の少なくとも一部と、第５間接遷移型半導体部１５で形成されており、第３間接遷移型半導体部１３は、リッジ２０Ａの下方に位置する。これにより、水平方向において屈折率の差を制御することができるので、横モードを制御することができる。リッジ２０ＡのＸ方向の幅は、第５間接遷移型半導体部１５から第１間接遷移型半導体部１１に向かうにつれて広がっていてもよい。これにより、リッジ２０Ａの側面に設けられる保護膜を形成しやすくなる。

【0025】

第１間接遷移型半導体部１１の裏面にｎ側の電極１６を設けられ、リッジ２０Ａの上面にｐ側の電極１７が設けられる。保護膜１８は、電極１７の表面を露出した状態で、リッジ２０Ａの側面と第４間接遷移型半導体部１４の表面を覆う。

【0026】

電極１６と１７を用いて半導体光素子１０Ａに電流を注入すると、ｎ型の第２間接遷移型半導体部１２と、第４間接遷移型半導体部１４よりも不純物濃度の高いｐ型の第３間接遷移型半導体部１３との界面で、ＤＰＰを介した再結合により光が発生する。光は、垂直方向（Ｚ方向）には、第１間接遷移型半導体部１１と第５間接遷移型半導体部１５によって閉じ込められ、水平方向にはリッジ２０Ａにより形成された屈折率差に応じて形成される光導波路内に閉じ込められる。第４間接遷移型半導体部１４において、リッジ２０Ａにより膜厚が大きくなっている部分で、光が感じる実効的な屈折率が大きくなり、Ｘ方向でリッジ２０Ａの直下にある活性層の付近に光が閉じ込められる。この構成を「実効屈折率導波型」と呼んでもよい。

【0027】

図２の構成は、リッジ２０Ａを形成する際のエッチングの量が少なく、リッジ２０Ａの側面の平坦性が確保しやすいという利点をもつ。

【0028】

図３は、半導体光素子１０Ｂの共振方向と直交するＸＺ面内の別の断面構成例を示す。図３の座標系で、半導体光素子１０Ａの共振方向をＹ方向とする。半導体光素子１０Ｂは図１に示した積層構造３００と同じ積層構造を有し、水平方向（Ｘ方向）に光を閉じ込めるリッジ２０Ｂを有する。リッジ２０Ｂは、第２間接遷移型半導体部１２、第３間接遷移型半導体部１３、第４間接遷移型半導体部１４、及び第５間接遷移型半導体部１５で形成されている。ｎ型の第２間接遷移型半導体部１２と、第４間接遷移型半導体部１４よりも濃度が高いｐ型の第３間接遷移型半導体部１３との界面は、リッジ２０Ｂの内部に位置する。

【0029】

第１間接遷移型半導体部１１の裏面にｎ側の電極１６を設け、リッジ２０Ｂの上面にｐ側の電極１７を設けられる。保護膜１８は、電極１７の表面を露出した状態で、リッジ２０Ｂの側面と第１間接遷移型半導体部１１の表面を覆う。

【0030】

図３の構成では、第２間接遷移型半導体部１２と第３間接遷移型半導体部１３の界面でＤＰＰを介した再結合により発生された光は、水平方向（Ｘ方向）、垂直方向（Ｚ方向）ともに、リッジ２０Ｂ内に閉じ込められて共振方向（Ｙ方向）に伝搬する。この構成を、「完全屈折率導波型」と呼んでもよい。この構成は、光損失を低減できるという利点がある。

【0031】

図４Ａは、半導体光素子１０Ｃの共振方向（Ｙ方向）に沿ったＹＺ面内の断面構成例を示す。半導体光素子１０Ｃは、図１の半導体光素子１０の積層構造３００と同じ積層構造を有し、共振方向（Ｙ方向）と直交する一方の端面に誘電体多層ミラー１９を有する。たとえば、誘電体多層ミラー１９の反射率が、誘電体多層ミラー１９が設けられている端面と反対側の端面の反射率よりも高ければ、光Ｌは矢印の方向に出射される。誘電体多層ミラー１９は、高屈折率の層と低屈折率の層が交互に配置されている。各層の膜厚は、各層の界面で反射された光が干渉で強め合うように設定されており、波長選択性を有する。誘電体多層ミラーの材料の組み合わせは、例えば、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂とＳｉ、ＳｉＯ₂とＳｉＮなどであってよい。

【0032】

誘電体多層ミラー１９は、真空蒸着、スパッタ等の物理成長法で形成されてもよいし、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法、等で形成されてもよい。誘電体多層ミラー１９と反対側の端面は、劈開面であってもよい。第１間接遷移型半導体部１１から第５間接遷移型半導体部１５がシリコン単結晶またはシリコンのエピタキシャル成長膜である場合、（１１０）面、または（１１１）面が劈開面となる。劈開面は反射面として用いられる。

【0033】

図４Ｂは、半導体光素子１０Ｄの共振方向（Ｙ方向）に沿ったＹＺ面内の別の断面構成例を示す。半導体光素子１０Ｄは、図１の半導体光素子１０の積層構造３００と同じ積層構造を有し、共振方向（Ｙ方向）と直交する一方の端面に誘電体多層ミラー１９を、他方の端面に高反射膜２１を有する。高反射膜２１は、誘電体多層ミラーであってよい。高反射膜２１は、９５％以上の反射率、好ましくは９８％以上の反射率、より好ましくは１００％に近い反射率を有する。図４Ｂは、高反射膜２１の反射率が誘電体多層ミラー１９の反射率よりも高い場合を示している。この場合、光Ｌは誘電体多層ミラー１９側から取り出される。高反射膜２１が形成される端面は、劈開面であってもエッチング面であってもよい。エッチング面の場合は、研磨後に高反射膜２１が形成されてもよい。

【0034】

図５Ａは、半導体光素子１０の変形例である半導体光素子１０Ｅの模式図である。半導体光素子１０の第１間接遷移型半導体部１１と第２間接遷移型半導体部１２の少なくとも一方に、周期的に設けられた複数の溝または複数の空隙を含む。複数の溝または複数の空隙は少なくとも第１方向に並び、第１方向は少なくとも半導体光素子１０の共振方向（Ｙ方向）に沿う。図５Ａの半導体光素子１０Ｅでは、第１間接遷移型半導体部１１に、複数の周期的な溝または空隙（以下、単に「溝２０１」と呼ぶ）が形成されている。

【0035】

溝２０１の内部は空気であってもよいし、第１間接遷移型半導体部１１よりも屈折率の低い材料が充填されていてもよい。共振方向（Ｙ方向）に沿って周期的に並ぶ溝２０１によって回折格子が形成される。クラッドとして機能する第１間接遷移型半導体部１１と、コアの一部として機能する第２間接遷移型半導体部１２の界面に、屈折率が空間的にある周期で変調された周期構造が形成される。この回折格子で選択される波長の光がコア内に戻り、強め合って、該波長でレーザ発振する。λを真空での波長、また、ｎ_ｅｆｆを実効屈折率とするとき、溝２０１の周期は（ｉ）λ／（２×ｎ_ｅｆｆ）または（ｉｉ）λ／ｎ_ｅｆｆであってよい。言い換えると、溝２０１の周期が決まると、（ｉ）または（ｉｉ）の関係を満たす波長で発振する。溝２０１の周期が（ｉ）であり、かつ周期の方向が１次元的（Ｙ方向）であるときレーザ光はＹ方向に発振する。また、溝２０１の周期が（ｉｉ）であり、かつ周期の方向が２次元的（Ｘ方向とＹ方向）であるとき、レーザ光はＺ方向に発振する。

【0036】

図５Ｂは、半導体光素子１０の変形例である半導体光素子１０Ｆの模式図である。半導体光素子１０Ｆでは、第２間接遷移型半導体部１２に、複数の周期的な溝２０１が形成されている点が半導体光素子１０Ｅと異なる。第１間接遷移型半導体部１１よりも第３間接遷移型半導体部１３に近い第２間接遷移型半導体部１２に溝２０１が形成されることで、光が屈折率の周期的な変化を感じやすく、波長選択性を高めることができる。他の事項は図５Ａを参照して説明した事項と同じである。

【0037】

図５Ｃは、半導体光素子１０の変形例である半導体光素子１０Ｇの模式図である。半導体光素子１０Ｇでは、第１間接遷移型半導体部１１と第２間接遷移型半導体部１２にわたって、複数の周期的な溝２０１が形成されている点が半導体光素子１０Ｅと異なる。他の事項は同じである。共振方向（Ｙ方向）に沿って周期的に並ぶ溝２０１によって回折格子が形成さる。これにより、第１間接遷移型半導体部１１よりも第２間接遷移型半導体部１２に効率的に光を閉じ込めることができる。また、第１間接遷移型半導体部１１による光の吸収を低減することができる。また、第１間接遷移型半導体部１１よりも第３間接遷移型半導体部１３に近い第２間接遷移型半導体部１２にも溝２０１が形成されることで、光が屈折率の周期的な変化を感じやすく、波長選択性を高めることができる。

【0038】

以上、実施形態に係る半導体光素子１０Ａ乃至１０Ｇは、例えば、半導体レーザ素子、半導体光増幅器、またはＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）などに使用できる。

【0039】

＜半導体光素子の製造方法＞
図６Ａから図６Ｆは、半導体光素子の製造工程図である。第１間接遷移型半導体部１１、第２間接遷移型半導体部１２、第３間接遷移型半導体部１３、第４間接遷移型半導体部１４、及び第５間接遷移型半導体部１５を含む積層構造３００の形成までは、半導体光素子１０Ａ～１０Ｇまで共通である。共振（Ｙ）方向と直交するＸＺ面内の断面形状として、図２の半導体光素子１０Ａの断面形状をもつ素子を作製する。

【0040】

半導体光素子の製造工程は、第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部と、前記第１間接遷移型半導体部の上に設けられ、第１導電型不純物を前記第１濃度よりも低い第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部と、前記第２間接遷移型半導体部の上に設けられ、第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部と、を含む第１構造体を準備することと、第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部と、前記第５間接遷移型半導体部の上に設けられ、第２導電型不純物を前記第３濃度および前記第５濃度よりも低い第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部と、を含む第２構造体を準備することと、前記第１構造体の前記第３間接遷移型半導体部と、前記第２構造体の前記第４間接遷移型半導体部を対向させて、前記第３間接遷移型半導体部と前記第４間接遷移型半導体部を直接接合することと、を含む。これにより、光閉じ込め構造が形成されるので、効率よく発光する半導体光素子を得ることができる。

【0041】

（第１構造体を準備する工程）
まず、第１構造体１００を準備する。第１構造体１００は、第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部１１と、第１間接遷移型半導体部１１の上に設けられ、第１導電型不純物を前記第１濃度よりも低い第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部１２と、第２間接遷移型半導体部１２の上に設けられ、第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部１３と、を含む。第１構造体１００は、図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明するような手順で形成することができる。

【0042】

まず、図６Ａに示すように、第１間接遷移型半導体部１１の上に、第２間接遷移型半導体部１２を形成する。第１間接遷移型半導体部１１は、第１導電型不純物を第１濃度で含む。第１濃度は、たとえば１．０×１０^１９ｃｍ^－３以上、５．０×１０^１９ｃｍ^－３以下である。第１間接遷移型半導体部１１は、たとえば、間接遷移型半導体基板または間接遷移型半導体層であってよく、間接遷移型半導体基板が好ましい。間接遷移型半導体基板は、たとえば、チョクラルスキー（ＣＺ）法または浮遊帯溶融法（ＦＺ法）により形成される。第１導電型不純物はイオン打ち込み（ion implantation）により導入してもよい。また、イオン打ち込みの後に、熱アニールを施し、イオン打ち込みによるダメージを回復させてもよい。また。間接遷移型半導体層は、たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ）法または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法で形成してもよい。この第１間接遷移型半導体部１１の厚さは、たとえば、３００μｍ以上６００μｍ以下である。

【0043】

第２間接遷移型半導体部１２は、第１導電型不純物を第２濃度で含む。第２濃度は第１濃度よりも低い。第２濃度は、たとえば１．０×１０^１６ｃｍ^－３以上、５．０×１０^１６ｃｍ^－３以下である。第２間接遷移型半導体部１２として、第１間接遷移型半導体部１１に間接遷移型半導体基板を接合してもよく、または間接遷移型半導体層を形成してもよい。好ましくは、第２間接遷移型半導体部１２は間接遷移型半導体層である。第２間接遷移型半導体部１２は、半導体光素子のコアの一部をなすため、第１間接遷移型半導体部１１と比べて薄い。したがって、第２間接遷移型半導体部１２として間接遷移型半導体層を形成するほうが、厚さの制御が行いやすい。第２間接遷移型半導体部はＣＶＤ法またはＭＢＥ法で形成してよい。第２間接遷移型半導体部１２の厚さは、たとえば、１μｍ以上３μm以下である。

【0044】

次に、図６Ｂに示すように、この第２間接遷移型半導体部１２の上に、第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部１３を形成する。第３濃度は、たとえば、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上、５．０×１０^１９ｃｍ^－３以下である。第３間接遷移型半導体部１３は、第２間接遷移型半導体部１２において、第１間接遷移型半導体部１１に接する面と反対側の面にイオン打ち込みをして、第３間接遷移型半導体部１３を形成する。イオン打ち込みをする際の加速エネルギーは、例えば１０ｋeV以上１０００ｋeV以下であってよい。注入されるイオンは第２間接遷移型半導体部１２の表面から１５００ｎｍ以下程度まで侵入し得る。たとえば、Ｂイオンを注入することで、第２間接遷移型半導体部１２の表面に、ｐ型Ｓｉ層が形成される。たとえば、１０ｋｅＶの注入エネルギーで、厚さ４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下のｐ型Ｓｉ層が形成される。ｐ型Ｓｉ層のＢイオン濃度は、たとえば１．０×１０^１９ｃｍ^―３である。

【0045】

このようなイオン打ち込みにより、第１間接遷移型半導体部１１と、第１間接遷移型半導体部よりも不純物濃度が低い第２間接遷移型半導体部１２と、第２間接遷移型半導体部１２よりも高い不純物濃度でＢを含む第３間接遷移型半導体部１３とを含む第１構造体１００が得られる。

【0046】

（第２構造体を得る工程）
次に、第２構造体２００を準備する。第２構造体２００は、第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部２５と、第５間接遷移型半導体部２５の上に設けられ、第２導電型不純物を第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部１４と、を含む。第４濃度は、第３濃度および第５濃度よりも低い。

【0047】

まず、図６Ｃに示すように、第５間接遷移型半導体部２５の上に、第４間接遷移型半導体部１４を形成する。第５間接遷移型半導体部２５は、第２導電型不純物を第５濃度で含む。第５濃度は、たとえば１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上、５．０×１０^１９ｃｍ^－３以下である。第５間接遷移型半導体部１５は、間接遷移型半導体基板であってもよく、間接遷移型半導体層であってもよい。第５間接遷移型半導体部１５としては、間接遷移型半導体基板が好ましい。第５間接遷移型半導体部１５は、ＣＺ法、ＦＺ法、ＣＶＤ法、またはＭＢＥ法などで形成されてよい。第５間接遷移型半導体部の厚さは、例えば３００μｍ以上６００μｍ以下である。

【0048】

第４間接遷移型半導体部１４は、第２導電型不純物を第４濃度で含む。第４濃度は、第３濃度および第５濃度よりも低い。第４濃度は、たとえば１．０×１０^１６ｃｍ^－３以上、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以下である。第４間接遷移型半導体部１４は、第５間接遷移型半導体部２５に間接遷移型半導体基板を接合して得てもよく、または間接遷移型半導体層を形成してもよい。第４間接遷移型半導体部１４は、間接遷移型半導体層が好ましい。第４間接遷移型半導体部１４は、半導体光素子のコアの一部をなすため、第５間接遷移型半導体部２５と比べて薄い。したがって、第４間接遷移型半導体部１４として間接遷移型半導体層を形成するほうが、厚さの制御が行いやすい。第４間接遷移型半導体部はＣＶＤ法またはＭＢＥ法で形成してよい。第４間接遷移型半導体部１４の厚さは、たとえば、１μｍ以上３μm以下である。図６Ｂと図６Ｃの工程の順序は逆であってもよいし、同時に行われてもよい。

【0049】

（直接接合する工程）
次に、図６Ｄに示すように、第１構造体１００の第３間接遷移型半導体部１３と、第２構造体２００の第４間接遷移型半導体部１４とを対向させて、第１構造体１００と第２構造体２００を、直接接合により一体化する。これにより、第１導電型の第２間接遷移型半導体部１２と、第２導電型の第４間接遷移型半導体部１４の間に、第２導電型不純物を第４間接遷移型半導体部１４よりも高い濃度で含む第３間接遷移型半導体部１３が設けられる。

【0050】

第１構造体１００と第２構造体２００の一体化は、意図的な熱を加えずに、第３間接遷移型半導体部１３の表面と、第４間接遷移型半導体部１４の表面と、を直接接合する。この場合、第３間接遷移型半導体部１３から第４間接遷移型半導体部１４への第２導電型不純物の拡散はほとんど生じない。したがって、第３間接遷移型半導体部１３に含まれる第２導電型不純物が熱によって安定な分布をとらず、発光に寄与する第２導電型不純物が減少しにくい。第３間接遷移型半導体部１３の不純物濃度が第２間接遷移型半導体部１２および第４間接遷移型半導体部１４の不純物濃度よりも高いので、発光に寄与する不純物の割合を増やすことができる。後述する光導波路および共振器を形成することで、生成される光を増幅させて、発光効率を高めることができる。

【0051】

なお、「直接接合」とは、接着剤等の中間部材を介することなく接合する方法を指す。直接接合は、例えば、表面活性化接合であってよい。表面活性化接合は、真空中で接合対象の表面を清浄化して接合面を得たあとで、真空中で接合面どうしを接触させて接合を行う方法である。ここでは、接合対象は第３間接遷移型半導体部１３と第４間接遷移型半導体部１４である。例えば、表面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下にまで平坦化された接合面に高速イオンビームで照射して、接合面を得る。また、「熱をかけない」とは、意図的に熱アニールおよびＤＰＰアニールを行わないことを意味する。接合時の温度は、たとえば、０℃以上３００℃以下、好ましくは０℃以上１００℃以下であってよい。熱アニールの温度は通常、８００℃以上を指す。また、ＤＰＰアニールは、所定の波長の光を第１構造体１００に照射しながら、第１構造体１００に順方向電流を流す方法である。この方法は、ドレスト光子フォノンを利用する際に行われることがある。

【0052】

第１構造体１００と第２構造体２００を直接接合する観点から、一体化前の第１構造体１００の第３間接遷移型半導体部１３の表面領域（第１領域）は、非晶質など、不規則な原子配列をもつことが望ましい。第３間接遷移型半導体部１３の表面領域以外の領域（第２領域）は、非晶質であっても、結晶質であってもよいが、第１領域は第２領域と比較して結晶配列が不規則であることが望ましい。

【0053】

同様に、一体化前の第２構造体２００の第４間接遷移型半導体部１４の表面領域（第３領域）は、非晶質など、不規則な原子配列をもつことが望ましい。第４間接遷移型半導体部１４の表面領域以外の領域（第４領域）は、非晶質であっても、結晶質であってもよいが、第３領域は、第４領域と比較して結晶配列が不規則であることが望ましい。この一体化工程により、第３間接遷移型半導体部１３において不規則な原子配列をもつ第１領域と、第４間接遷移型半導体部１４において不規則な原子配列をもつ第３領域とが互いに接している。この一体化工程により、イオン打ち込みで形成したｐ型不純物濃度が高い第３間接遷移型半導体部１３にｐ型不純物濃度が低い第４間接遷移型半導体部１４を意図的な熱を加えずに形成することができる。

【0054】

次に、図６Ｅに示すように、第５間接遷移型半導体部２５の厚さを薄くしてもよい。この方法は、機械研磨、化学機械研磨、またはエッチングなどであってよい。たとえば、厚さを薄くしたあとの第５間接遷移型半導体部１５の厚さは１μｍ以上、１０μｍ以下となるように制御される。これにより、積層構造３００が得られる。たとえば、図６Ｅで、ｐ型Ｓｉ基板を所定の厚さ（たとえば２μｍ）まで研磨して、第５間接遷移型半導体部１５を形成する。これにより、積層構造３００が得られる。

【0055】

（リッジを形成する工程）
図６Ｆは、共振方向（Ｙ方向）と直交するＸＺ断面構成を示す。図６Ｆで、第５間接遷移型半導体部１５の表面にｐ側の電極１７を、リフトオフ法等で形成する。その後、第５間接遷移型半導体部１５の表面から、第４間接遷移型半導体部１４の途中までエッチングしてリッジ２０Ａ（図２参照）を形成する。次に、電極１７の表面を露出し、リッジの側面と第４間接遷移型半導体部１４の表面を覆う保護膜１８を形成する。ｎ側の電極１６は、たとえばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜で形成されてもよい。ｐ型の電極１７は、Ｃｒ／Ｐｔ膜で形成されてもよい。保護膜１８は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等で形成されてもよい。図６Ｂの第３間接遷移型半導体部１３を形成する工程でＤＰＰアニールを行っていない場合は、第１間接遷移型半導体部１１の裏面に、ｎ側の電極１６を形成する。

【0056】

以上、半導体光素子の製造方法について説明した。図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃを参照して説明したような周期的な溝２０１を形成する場合は、第１構造体１００を形成する工程および／または第２構造体２００を形成する工程において、所定の周期で溝２０１を形成する。溝２０１は、電子ビームリソグラフィーにより形成されたマスクを用いて加工対象物にパターンニングを施したあとで、ドライエッチングすることで形成することができる。

【0057】

＜変形例＞
図７は、半導体光素子１０のさらに別の変形例である半導体光素子１０Ｈの模式図である。半導体光素子１０Ｈでは、基板２７の上の絶縁層２８の上に、基板２７と水平な方向に、第１間接遷移型半導体部１１、第２間接遷移型半導体部１２、第３間接遷移型半導体部１３、第４間接遷移型半導体部１４、及び第５間接遷移型半導体部１５が、紙面の左からこの順で配置されている。光出射方向はＹ方向である。

【0058】

第１間接遷移型半導体部１１は、第１導電型不純物を第１濃度で含む。第２間接遷移型半導体部１２は、第１濃度よりも低い第２濃度で、第１導電型不純物を含む。第３間接遷移型半導体部１３は、第２導電型不純物を第３濃度で含む。第４間接遷移型半導体部１４は、第２導電型不純物を、第３濃度よりも低い第４濃度で含む。第５間接遷移型半導体部１５は、第４濃度よりも高い第５濃度で、第２導電型不純物を含む。これにより、効率よく発光する半導体光素子が得られる。

【0059】

第３間接遷移型半導体部１３と、第４間接遷移型半導体部１４は接している。第１間接遷移型半導体部１１に電極１６が設けられ、第５間接遷移型半導体部１５に電極１７が設けられる。光照射の下で電極１６と１７により第１間接遷移型半導体部１１から第５間接遷移型半導体部１５Ｘ方向に電流が印加されると、第３間接遷移型半導体部１３と第４間接遷移型半導体部１４の界面でＤＰＰが生成され、所定の波長の発光が得られる。

【0060】

図７の構成は、基板２７上の絶縁層２８の上に、Ｓｉ等の間接遷移型半導体層を形成して、一般的なフォトリソグラフィ法で形成したマスクを用いて不純物を注入することで形成してもよい。あるいは、図６Ｅで得た積層構造３００を積層方向と平行にスライスして絶縁層２８の上に設けてもよい。

【0061】

＜応用例＞
図８は、半導体光素子１０を用いた光源装置３１０の模式図である。光源装置３１０は、第１ミラー３０１と、第２ミラー３０２と、第１ミラー３０１と第２ミラー３０２の間に配置される半導体光素子１０とを含む。これにより、外部共振器が得られる。第１ミラー３０１と第２ミラー３０２で外部共振器が構成され、半導体光素子１０で生成された光は、コアとなる第２間接遷移型半導体部１２、第３間接遷移型半導体部１３、及び第４間接遷移型半導体部１４を通って、第１ミラー３０１と第２ミラーの間を往復して増幅され、いずれか一方のミラー（たとえば第２ミラー３０２）から出力される。図８では図示の便宜上省略されているが、半導体光素子１０には、図２または図３に示したように電極が設けられ、電流注入により駆動してもよい。または、電極を設けずに外部光源を用いて光励起してもよい。半導体光素子１０の第１ミラー３０１と対向する端面、及び第２ミラー３０２と対向する端面に、反射防止膜が形成されていてもよい。第１ミラー３０１と第２ミラー３０２の間の距離は、発振波長の整数倍に設定されている。

【0062】

第１ミラー３０１と第２ミラーとして空間的に独立した光学素子を用いる替わりに、Ｓｉ基板上にＳｉ細線導波路で形成された回折格子ミラーやリングミラーを用いてもよい。この場合、Ｓｉ基板上に半導体光素子１０を形成し、半導体光素子１０の共振方向（光軸）と直交する端面の一方に高反射膜を設けて、この高反射膜を、外部共振器を構成する一方のミラーとして用いてもよい。光源装置３１０に、電流印加用の電流源と、光照射用のレーザ素子を組み込んでもよい。

【0063】

図９は、半導体光素子１０を用いた計測装置１の模式図である。計測装置１は、半導体光素子１０と、半導体光素子１０から発せられた光の反射光を検出する受光素子５とを含む。計測装置１はまた、走査ミラー３と、集光レンズ６を有する。

【0064】

半導体光素子１０から出射された光は、走査ミラー３によって、対象物が存在する測距領域４へと走査される。対象物上の各走査点Ａで反射された戻り光は、走査ミラー３で反射され、必要に応じて追加の光学素子を用いて集光レンズ６に導かれ、受光素子５に入射する。半導体光素子１０からの光出射から、受光素子５での検出までの飛行時間に基づいて、ＴＯＦ（Time of Flight）方式で対象物までの距離を測定する。各走査点Ａのデータを集めることで、対象物を三次元的に捉えることができる。

【0065】

以上、特定の構成例に基づいて実施形態の半導体光素子とその製造方法を説明してきたが、本発明は上述した構成例に限定されない。上述した各構成例、変形例を、互いに組み合わせてもよい。半導体光素子１０Ａ、１０Ｂのいずれの構成でも、波長選択用の溝２０１を設けてもよい。なお、半導体光素子は、駆動の過程で自発的にＤＰＰアニールが生じてもよい。実施形態では、ＤＰＰを一例に挙げて半導体光素子の発光の原理を説明した。しかし、発光の原理はＤＰＰに限られない。半導体光素子の発光の原理は、例えば、不純物準位を介する発光や、欠陥や転位に由来する準位を介する発光であってもよい。

【0066】

図６Ｂで、第２間接遷移型半導体部１２の表面にｐ型Ｓｉ層を形成する際のイオン打ち込みのエネルギーは、上述したレベルに限定されず、目標とする第３間接遷移型半導体部１３の厚さに応じて適切に設定され得る。注入エネルギーは単一のエネルギーである必要はなく、複数の注入エネルギーで順に打ち込んでもよい。第３間接遷移型半導体部１３のｐ型不純物の濃度分布は、第４間接遷移型半導体部１４との界面から、第２間接遷移型半導体部１２との界面にかけて、勾配を有していてもよい。第３間接遷移型半導体部１３と第２間接遷移型半導体部１２の界面で、不純物元素は不規則に局在していることが望ましい。いずれの場合も、間接遷移型半導体を用いた半導体光素子とその作製方法が実現される。

【0067】

本開示の実施形態は、例えば、以下の構成を含んでよい。
（項１）
第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部と、
第１導電型不純物を第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部と、
第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部と、
をこの順に備え、
前記第３間接遷移型半導体部と、前記第４間接遷移型半導体部と、が接しており、
前記第１濃度は、前記第２濃度よりも高く、
前記第３濃度は、前記第４濃度よりも高く、
前記第５濃度は、前記第４濃度よりも高い、
半導体光素子。
（項２）
前記第３間接遷移型半導体部の厚さは、１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である、
項１に記載の半導体光素子。
（項３）
前記第３濃度は、前記第４濃度の１０倍以上１０００倍以下である、
項１または２に記載の半導体光素子。
（項４）
第１導電型はｎ型であり、
第２導電型はｐ型であり、
前記第１濃度は前記第５濃度よりも高い、
項１から３のいずれか１つに記載の半導体光素子。
（項５）
ピーク波長が１１００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下である光を発する、項１から４のいずれか１つに記載の半導体光素子。
（項６）
前記第４間接遷移型半導体部の少なくとも一部と前記第５間接遷移型半導体部とが積層されたリッジを有し、前記第３間接遷移型半導体部は前記リッジの下方に位置する、
項１から５のいずれか１つに記載の半導体光素子。
（項７）
前記リッジの幅は、前記第５間接遷移型半導体部の側から前記第１間接遷移型半導体部へ向かうにつれて広がる、
項６に記載の半導体光素子。
（項８）
前記第１間接遷移型半導体部と前記第２間接遷移型半導体部の少なくとも一方に、周期的に設けられた複数の溝または複数の空隙を有し、
前記複数の溝または前記複数の空隙は、少なくとも第１方向に並び、
前記第１方向は、前記半導体光素子の共振方向と沿う、
項１から７のいずれか１つに記載の半導体光素子。
（項９）
前記第３間接遷移型半導体部は、第１領域と第２領域とを有し、
前記第４間接遷移型半導体部は、第３領域と第４領域とを有し、
前記第３間接遷移型半導体部と前記第４間接遷移型半導体部は、前記第１領域と前記第３領域で接し、
前記第１領域は、前記第２領域と比較して、原子配列が不規則であり、
前記第３領域は、前記第４領域と比較して、原子配列が不規則である、
項１から８のいずれか１つに記載の半導体光素子。
（項１０）
項１から９のいずれか１つに記載の半導体光素子と、
前記半導体光素子から発せられる光の反射光を検出する受光素子を含む、計測装置。
（項１１）
第１ミラーと、
第２ミラーと、
前記第１ミラーおよび前記第２ミラーとの間に配置される項１から９のいずれか１項に記載の半導体光素子と、
を含む光源装置。
（項１２）
第１導電型不純物を第１濃度で含む第１間接遷移型半導体部と、
前記第１間接遷移型半導体部の上に設けられ、第１導電型不純物を前記第１濃度よりも低い第２濃度で含む第２間接遷移型半導体部と、
前記第２間接遷移型半導体部の上に設けられ、第２導電型不純物を第３濃度で含む第３間接遷移型半導体部と、
を含む第１構造体を準備することと、
第２導電型不純物を第５濃度で含む第５間接遷移型半導体部と、
前記第５間接遷移型半導体部の上に設けられ、第２導電型不純物を前記第３濃度および前記第５濃度よりも低い第４濃度で含む第４間接遷移型半導体部と、
を含む第２構造体を準備することと、
前記第１構造体の前記第３間接遷移型半導体部と、前記第２構造体の前記第４間接遷移型半導体部を対向させて、前記第３間接遷移型半導体部と前記第４間接遷移型半導体部を直接接合することと、
を含む半導体光素子の製造方法。
（項１３）
前記第３間接遷移型半導体部は、前記第１間接遷移型半導体部が設けられた面とは反対側の前記第２間接遷移型半導体部の面にイオン打ち込みをすることで得る、
項１２に記載の半導体光素子の製造方法。

【符号の説明】

【0068】

１ 計測装置
３ 走査ミラー
５ 受光素子
１０、１０Ａ～１０Ｈ 半導体光素子
１１ 第１間接遷移型半導体部
１２ 第２間接遷移型半導体部
１３ 第３間接遷移型半導体部
１４ 第４間接遷移型半導体部
１５ 第５間接遷移型半導体部
１６ 電極
１７ 電極
１８ 保護膜
２０Ａ、２０Ｂ リッジ
２７ 基板
２８ 絶縁層
３００ 積層構造
３１０ 光源装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図7】

【図8】

【図9】