(57)【要約】【課題】端面上の金属反射膜が短絡を引き起こすことを回避できる構造を有する量子カスケード半導体レーザを提供する。【解決手段】量子カスケード半導体レーザは、端面を含む第１領域、第２領域及び第３領域を有するレーザ構造体と、レーザ構造体の第３領域の主面上に設けられた金属層と、レーザ構造体の主面上に設けられた分離領域と、レーザ構造体上に設けられた反射構造物とを備え、反射構造物は端面及び分離領域上に設けられた誘電体膜及び金属反射膜を含み、レーザ構造体の第１領域、第２領域及び第３領域は第１軸の方向に順に配置され、分離領域はレーザ構造体の第１領域、第２領域及び第３領域の主面上にそれぞれ設けられた第１部分、第２部分及び第３部分を有し、分離領域の第１部分は半導体メサ上において分離領域の第２部分より盛り上がっており、分離領域の第３部分は半導体メサ上において分離領域の第２部分より盛り上がっている。【選択図】図１
2020031192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子カスケード半導体レーザであって、
端面を含む第１領域、第２領域及び第３領域を有するレーザ構造体と、
前記レーザ構造体の前記第３領域の主面上に設けられた金属層と、
前記レーザ構造体の主面上に設けられた分離領域と、
前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、
を備え、
前記反射構造物は、前記端面及び前記分離領域上に設けられた誘電体膜及び金属反射膜を含み、
前記レーザ構造体の前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、第１軸の方向に順に配置され、
前記分離領域は、前記レーザ構造体の前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の主面上にそれぞれ設けられた第１部分、第２部分及び第３部分を有し、
前記金属層は、前記端面から離れた縁を前記第３領域に有し、
前記レーザ構造体は、コンタクト層及びコア層を含む半導体メサ、前記半導体メサを埋め込む埋込領域、並びに前記埋込領域及び前記半導体メサを搭載する半導体支持体を含み、
前記コンタクト層は、前記端面から離れた縁を前記第３領域に有し、
前記分離領域の前記第１部分は、前記半導体メサ上において、前記分離領域の前記第２部分より盛り上がっており、
前記分離領域の前記第３部分は、前記半導体メサ上において、前記分離領域の前記第２部分より盛り上がっている、量子カスケード半導体レーザ。
【請求項２】
前記レーザ構造体は、第４領域を更に含み、
前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域及び前記第４領域は、前記第１軸の方向に順に配置され、
前記分離領域は、前記レーザ構造体の前記主面上に設けられた被覆層を含み、
前記被覆層は、第１無機絶縁層を含み、
前記被覆層は、前記レーザ構造体の前記第４領域の主面において前記半導体メサ上に位置するストライプ開口を有し、
前記金属層は、前記ストライプ開口を介して前記第４領域に接触を成す、請求項１に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【請求項３】
前記分離領域は、前記第１領域上において、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在するベース層を含み、
前記被覆層は、前記ベース層上に設けられる、請求項２に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【請求項４】
前記ベース層は、前記第１領域上において、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在する第２無機絶縁層を更に含み、
前記第２無機絶縁層は、前記第１無機絶縁層に接触を成す上面及び側面を有し、
前記第２無機絶縁層は、前記誘電体膜に接触を成す端面を有し、
前記第２無機絶縁層は、前記半導体メサに接触を成す底面を有し、
前記第１無機絶縁層は、前記分離領域の前記第１部分において前記誘電体膜に接触を成す端面及び上面を有する、請求項３に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【請求項５】
前記ベース層は、前記第１無機絶縁層と異なる材料を備える、請求項３又は請求項４に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【請求項６】
前記ベース層は、前記第１無機絶縁層と実質的に同じ材料を備える、請求項３又は請求項４に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子カスケード半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、量子カスケード半導体レーザを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Manijeh  Razeghi,  “High-Performance  InP-Based  Mid-IR  Quantum  Cascade  Lasers,”  IEEE  JOURNAL  OF  SELECTED  TOPICS  IN  QUANTUM  ELECTRONICS,  Vol.  5,  Issue 3,  PP.941-951,  MAY-JUNE  2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
量子カスケード半導体レーザは、半導体レーザのための複数の導電性半導体層が到達する半導体端面を有すると共に該端面上に反射構造物を設ける。反射構造物は金属膜を含み、半導体端面上に直接に設けられた金属膜は、この端面に到達する導電性半導体層を短絡させる。短絡を避けるために、金属膜の成長に先立って誘電体膜を堆積して、反射構造物のための複合端面膜をレーザバーの端面に形成することができる。複合端面膜は、半導体端面と反射構造物との間に誘電体膜及び金属膜を有しており、下地の誘電体膜は、端面上の導電性半導体層が金属膜を経由して短絡することを避ける。発明者の知見によれば、複合端面膜を備える量子カスケード半導体レーザの中には、リーク電流を示すもの、及び動作中にリーク電流を示すようになるものが発見される。発明者の検討によれば、リーク電流は、半導体端面を覆う誘電体膜を有する量子カスケード半導体レーザの短絡によって引き起こされる。
【０００５】
本発明の一側面は、端面上の金属反射膜が短絡を引き起こすことを回避できる構造を有する量子カスケード半導体レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る量子カスケード半導体レーザは、端面を含む第１領域、第２領域及び第３領域を有するレーザ構造体と、前記レーザ構造体の前記第３領域の主面上に設けられた金属層と、前記レーザ構造体の主面上に設けられた分離領域と、前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を備え、前記反射構造物は、前記端面及び前記分離領域上に設けられた誘電体膜及び金属反射膜を含み、前記レーザ構造体の前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、第１軸の方向に順に配置され、前記分離領域は、前記レーザ構造体の前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の主面上にそれぞれ設けられた第１部分、第２部分及び第３部分を有し、前記金属層は、前記端面から離れた縁を前記第３領域に有し、前記レーザ構造体は、コンタクト層及びコア層を含む半導体メサ、前記半導体メサを埋め込む埋込領域、並びに前記埋込領域及び前記半導体メサを搭載する半導体支持体を含み、前記コンタクト層は、前記端面から離れた縁を前記第３領域に有し、前記分離領域の前記第１部分は、前記半導体メサ上において、前記分離領域の前記第２部分より盛り上がっており、前記分離領域の前記第３部分は、前記半導体メサ上において、前記分離領域の前記第２部分より盛り上がっている。
【０００７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明の一側面は、端面上の金属反射膜が短絡を引き起こすことを回避できる構造を有する量子カスケード半導体レーザを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係る量子カスケード半導体レーザを模式的に示す平面図である。
【図２】図２の（ａ）部及び（ｂ）部は、一実施形態に係る量子カスケード半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図３】図３の（ａ）部及び（ｂ）部は、一実施形態に係る量子カスケード半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図４】図４の（ａ）部及び（ｂ）部は、一実施形態に係る量子カスケード半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図５】図５の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す平面図である。図５の（ｂ）部は、図５の（ａ）部に示されたＶｂ−Ｖｂ線に沿ってとられた断面を示す。図５の（ｃ）部は、図５の（ｂ）部に示されたＶｃ−Ｖｃ線に沿ってとられた断面を示す。
【図６】図６の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す平面図である。図６の（ｂ）部は、図６の（ａ）部に示されたＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。図６の（ｃ）部は、図６の（ｂ）部に示されたＶＩｃ−ＶＩｃ線に沿ってとられた断面を示す。
【図７】図７の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す平面図である。図７の（ｂ）部は、図７の（ａ）部に示されたＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。図７の（ｃ）部は、図７の（ｂ）部に示されたＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ線に沿ってとられた断面を示す。
【図８】図８の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す平面図である。図８の（ｂ）部は、図８の（ａ）部に示されたＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。図８の（ｃ）部は、図８の（ｂ）部に示されたＶＩＩＩｃ−ＶＩＩＩｃ線に沿ってとられた断面を示す。
【図９】図９の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す平面図である。図９の（ｂ）部は、図９の（ａ）部に示されたＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿ってとられた断面を示す。図９の（ｃ）部は、図９の（ｂ）部に示されたＩＸｃ−ＩＸｃ線に沿ってとられた断面を示す。
【図１０】図１０の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す平面図である。図１０の（ｂ）部は、図１０の（ａ）部に示されたＸｂ−Ｘｂ線に沿ってとられた断面を示す。図１０の（ｃ）部は、図１０の（ｂ）部に示されたＸｃ−Ｘｃ線に沿ってとられた断面を示す。
【図１１】図１１の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す平面図である。図１１の（ｂ）部は、図１１の（ａ）部に示されたＸＩｂ−ＸＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。図１１の（ｃ）部は、図１１の（ｂ）部に示されたＸＩｃ−ＸＩｃ線に沿ってとられた断面を示す。
【図１２】図１２の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す裏面図である。図１２の（ｂ）部は、図１２の（ａ）部に示されたＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。図１２の（ｃ）部は、図１２の（ｂ）部に示されたＸＩＩｃ−ＸＩＩｃ線に沿ってとられた断面を示す。
【図１３】図１３の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す平面図である。図１３の（ｂ）部は、図１３の（ａ）部に示されたＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。図１３の（ｃ）部は、図１３の（ａ）部に示されたＸＩＩＩｃ−ＸＩＩＩｃ線に沿ってとられた断面を示す。図１３の（ｄ）部は、レーザバーを示す平面図である。
【図１４】図１４の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部、及び（ｄ）部は、一実施形態に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
いくつかの具体例を説明する。
【００１１】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザは、（ａ）端面を含む第１領域、第２領域及び第３領域を有するレーザ構造体と、（ｂ）前記レーザ構造体の前記第３領域の主面上に設けられた金属層と、（ｃ）前記レーザ構造体の主面上に設けられた分離領域と、（ｄ）前記レーザ構造体上に設けられた反射構造物と、を備え、前記反射構造物は、前記端面及び前記分離領域上に設けられた誘電体膜及び金属反射膜を含み、前記レーザ構造体の前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、第１軸の方向に順に配置され、前記分離領域は、前記レーザ構造体の前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の主面上にそれぞれ設けられた第１部分、第２部分及び第３部分を有し、前記金属層は、前記端面から離れた縁を前記第３領域に有し、前記レーザ構造体は、コンタクト層及びコア層を含む半導体メサ、前記半導体メサを埋め込む埋込領域、並びに前記埋込領域及び前記半導体メサを搭載する半導体支持体を含み、前記コンタクト層は、前記端面から離れた縁を前記第３領域に有し、前記分離領域の前記第１部分は、前記半導体メサ上において、前記分離領域の前記第２部分より盛り上がっており、前記分離領域の前記第３部分は、前記半導体メサ上において、前記分離領域の前記第２部分より盛り上がっている。
【００１２】
量子カスケード半導体レーザによれば、半導体メサのコンタクト層が、レーザ構造体の端面から離れた縁をレーザ構造体の第３領域上に有して、端面の近傍において半導体メサの電流密度を下げる。端面の近傍において、分離領域は、第１部分において第２部分より盛り上がっており、この盛り上がりは、反射構造物の金属反射膜を分離領域の第１部分上において終端させる。具体的には、分離領域の第１部分は、第２部分より盛り上がっており、この盛り上がり部分は、誘電体膜及び金属反射膜の成膜のためのフラックスを遮蔽できる。
【００１３】
分離領域の第１部分には、半導体メサ上における誘電体膜の厚さ及び分離領域の第２部分の厚さから独立して決定できる厚さを与えることができ、この厚さは、分離領域上の金属反射膜と半導体メサとの間において所望の絶縁性能を可能にする。金属層は、コンタクト層の縁に応じてレーザ構造体の第２部分より盛り上がる第３領域上において終端する。
【００１４】
半導体メサは、第１領域及び第２領域の半導体メサ上において第３領域の半導体メサよりコンタクト層の厚さ分だけ低く、また第１領域及び第２領域の埋込領域より低い。半導体メサ上においては、分離領域の第１部分は、埋込領域上の分離領域の第１部分に比べてコンタクト層の厚さ分だけ低い。分離領域の第２部分は、半導体メサ上において第１部分及び第３部分に対して窪む。この窪みは、半導体メサ上において２つの段差を形成する。これら２つの段差が、第３領域上の金属層と第１領域の金属反射膜との間に設けられる。窪みは、コンタクト層を終端させること，及び第１部分を盛り上がらせることを可能にする。
【００１５】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記レーザ構造体は、第４領域を更に含み、前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域及び前記第４領域は、前記第１軸の方向に順に配置され、前記分離領域は、前記レーザ構造体の前記主面上に設けられた被覆層を含み、前記被覆層は、第１無機絶縁層を含み、前記被覆層は、前記レーザ構造体の前記第４領域の主面において前記半導体メサ上に位置するストライプ開口を有し、前記金属層は、前記ストライプ開口を介して前記第４領域に接触を成す。
【００１６】
量子カスケード半導体レーザによれば、第１無機絶縁層には、端面から離れたストライプ開口を与えて、金属層が、第３領域及び第４領域上に設けられたコンタクト層に、第４領域上のストライプ開口を介して接触を成すことを可能にする。
【００１７】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記分離領域は、前記第１領域上において、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在するベース層を含み、前記被覆層は、前記ベース層上に設けられる。
【００１８】
量子カスケード半導体レーザによれば、ベース層は、第１領域において、分離領域の第１部分が、分離領域の第２部分より盛り上がることを容易にする。
【００１９】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記ベース層は、前記第１領域上において、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在する第２無機絶縁層を更に含み、前記第２無機絶縁層は、前記第１無機絶縁層に接触を成す上面及び内側面を有し、前記第２無機絶縁層は、前記誘電体膜に接触を成す端面を有し、前記第２無機絶縁層は、前記半導体メサに接触を成す底面を有し、前記第１無機絶縁層は、前記分離領域の前記第１部分において前記誘電体膜に接触を成す端面及び上面を有する。
【００２０】
量子カスケード半導体レーザによれば、第２無機絶縁層は、第１領域において、分離領域の第１部分が厚い絶縁体を有することを容易にする。
【００２１】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記ベース層は、前記第１無機絶縁層と異なる材料を備える。
【００２２】
量子カスケード半導体レーザによれば、ベース層に、第１無機絶縁層と異なる材料を与えることができる。
【００２３】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記ベース層は、前記第１無機絶縁層と実質的に同じ材料を備える。
【００２４】
量子カスケード半導体レーザによれば、ベース層が、第１無機絶縁層と実質的に同じ材料を備える。
【００２５】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、量子カスケード半導体レーザに係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る半導体レーザを模式的に示す平面図である。図２の（ａ）部は、図１のＩＩａ−ＩＩａ線に沿った断面図であり、図２の（ｂ）部は、図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った断面図である。
【００２７】
図１並びに図２の（ａ）部及び（ｂ）部を参照すると、量子カスケード半導体レーザ１１が示される。量子カスケード半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３、分離領域１５、金属層１７、及び反射構造物２０を備える。
【００２８】
レーザ構造体１３は、半導体支持体２３、半導体メサ２５、及び埋込領域２７を含む。レーザ構造体１３は、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃを有し、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃは、第１軸Ａｘ１の方向に順に配置される。レーザ構造体１３は、第１端面Ｅ１Ｆ及び第２端面Ｅ２Ｆを含み、第１領域１３ａは第１端面Ｅ１Ｆを含む。第１端面Ｅ１Ｆは第２端面Ｅ２Ｆの反対側にある。レーザ構造体１３は、主面１３ｇ及び裏面１３ｈを有し、主面１３ｇは裏面１３ｈの反対側にある。埋込領域２７は、半導体メサ２５を埋め込む。埋込領域２７は、アンドープ及び／又は半絶縁性ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備える。
【００２９】
半導体支持体２３は主面２３ａを有し、主面２３ａは、半導体メサ２５及び埋込領域２７を搭載する。半導体メサ２５は、コア層２５ａ及びコンタクト層２５ｄを含む。コンタクト層２５ｄは、第１端面Ｅ１Ｆから離れた縁２５ｇを第３領域１３ｃに有する。本実施例では、半導体メサ２５は、半導体支持体２３のリッジ部を含む。リッジ部は、下部半導体領域２３ｃを含む。
【００３０】
分離領域１５は、レーザ構造体１３の主面１３ｇ上に設けられる。分離領域１５は、第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ、及び第３部分１５ｇを有する。第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ、及び第３部分１５ｇは、それぞれ、レーザ構造体１３の第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ、及び第３領域１３ｃの主面上に設けられる。
【００３１】
分離領域１５の第１部分１５ｅは、半導体メサ２５上において、分離領域１５の第２部分１５ｆより盛り上がっている。分離領域１５の第３部分１５ｇは、半導体メサ２５上において、分離領域１５の第２部分１５ｆより盛り上がっている。
【００３２】
反射構造物２０は、第１端面Ｅ１Ｆ及び分離領域１５上に設けられ、誘電体膜１９及び金属反射膜２１を含む。誘電体膜１９は、第１端面Ｅ１Ｆ及び分離領域１５上に設けられ、金属反射膜２１は、第１端面Ｅ１Ｆ及び分離領域１５上に設けられ、誘電体膜１９上を延在する。
【００３３】
量子カスケード半導体レーザ１１によれば、半導体メサ２５のコンタクト層２５ｄが、レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆから離れた縁２５ｇをレーザ構造体１３の第３領域１３ｃ上に有して、第１端面Ｅ１Ｆの近傍において半導体メサ２５の電流密度を下げる。
【００３４】
分離領域１５は、半導体メサ２５又は半導体支持体２３の半導体の導電率より小さい導電性を有し、高比抵抗を示す。分離領域１５は、シリコン系無機絶縁体といった無機絶縁膜であることができる。
【００３５】
図２の（ａ）部及び（ｂ）部を参照すると、分離領域１５は、第１部分１５ｅに、半導体メサ２５上における誘電体膜１９の厚さ及び分離領域１５の第２部分１５ｆの厚さから独立して決定できる厚さを与え、この厚さは、分離領域１５上の金属反射膜２１と半導体メサ２５との間における所望の絶縁性能を可能にする。
【００３６】
具体的には、分離領域１５は、第１領域１３ａ上に設けられ、また端面１５ａを有する。この端面１５ａ及び第１端面Ｅ１Ｆは、第１軸Ａｘ１に交差する基準面に沿って延在する。誘電体膜１９及び金属反射膜２１は、第１端面Ｅ１Ｆ及び分離領域１５の端面１５ａを経由して分離領域１５の上面１５ｂに到達する。第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ及び第３部分１５ｇは第１軸Ａｘ１の方向に配列される。第１端面Ｅ１Ｆの近傍において、分離領域１５は、第１部分１５ｅで第２部分１５ｆより盛り上がっており、この盛り上がりは、反射構造物２０の金属反射膜２１を分離領域１５の第１部分１５ｅ上において終端させる。具体的には、分離領域１５の第１部分１５ｅは、第２部分１５ｆより盛り上がっており、この盛り上がり部分は、誘電体膜１９及び金属反射膜２１の成膜のためのフラックスを遮蔽できる。
【００３７】
金属層１７は、レーザ構造体１３の第３領域１３ｃ上に設けられる。金属層１７は、第１端面Ｅ１Ｆから離れた縁１７ａを第３領域１３ｃに有する。金属層１７は、レーザ構造体１３の第２部分１５ｆより盛り上がる第３領域１３ｃ上において終端する。この盛り上がりは、コンタクト層２５ｄの縁２５ｇに対応する。本実施例では、金属層１７の縁１７ａには、誘電体膜１９及び金属反射膜２１を成膜するときのフラックス（堆積物１８）が付着することがある。
【００３８】
半導体メサ２５は上面２５ｈを有し、この上面２５ｈは、第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂにおいて第３領域１３ｃよりコンタクト層２５ｄの厚さ分だけ低く、本実施例では、第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂの埋込領域２７より低い。分離領域１５の第２部分１５ｆは、半導体メサ２５上において第１部分１５ｅ及び第３部分１５ｇに対して窪む。この窪みは、半導体メサ２５上において２つの段差を形成する。これら２つの段差が、半導体メサ２５上では、第３領域１３ｃ上の金属層１７と第１領域１３ａの金属反射膜２１との間に設けられる。
【００３９】
本実施例では、半導体メサ２５は、コア層２５ａ及びコンタクト層２５ｄに加えて、上部半導体層２５ｂを含み、必要な場合には下部半導体領域２３ｃを更に含む。半導体メサ２５は、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。コア層２５ａは、上部半導体層２５ｂと下部半導体領域２３ｃとの間に設けられる、コア層２５ａ、上部半導体層２５ｂ、下部半導体領域２３ｃ、及びコンタクト層２５ｄが、第１軸Ａｘ１及び第２軸Ａｘ２に交差する第３軸Ａｘ３の方向に配列される。この配列及び埋込領域２７が、半導体支持体２３の主面２３ａ上に設けられている。上部半導体層２５ｂは、上部クラッド層２５ｅ及び回折格子層２５ｆを含み、下部半導体領域２３ｃは下部クラッド層を含むことができる。上部半導体層２５ｂ、コア層２５ａ、及び下部半導体領域２３ｃは、第１端面Ｅ１Ｆに到達する。既に説明したように、コンタクト層２５ｄは第１端面Ｅ１Ｆから離れる。
【００４０】
金属層１７は、第３領域１３ｃ及び第４領域１３ｄ上に設けられ、レーザ構造体１３の第３領域１３ｃでは、分離領域１５によりレーザ構造体１３から隔てられる。
【００４１】
量子カスケード半導体レーザ１１では、レーザ構造体１３は、第４領域１３ｄを更に含む。第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ、第３領域１３ｃ及び第４領域１３ｄは、第１軸Ａｘ１の方向に順に配置される。本実施例では、第４領域１３ｄは第２端面Ｅ２Ｆを含む。第４領域１３ｄは、第３領域１３ｃから第２端面Ｅ２Ｆまで延在する。
【００４２】
分離領域１５は、半導体メサ２５上にストライプ開口１５ｉを有する。金属層１７は、ストライプ開口１５ｉを介してレーザ構造体１３の第４領域１３ｄの主面１３ｇにおいて半導体メサ２５に接続される。本実施例では、ストライプ開口１５ｉは半導体メサ２５上に位置する。金属層１７は、第４領域１３ｄにおいて半導体メサ２５に接触を成す。
【００４３】
本実施例では、分離領域１５は、被覆層１４及びベース層１６を含む。被覆層１４は、レーザ構造体１３の主面１３ｇ上に設けられ、具体的には、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ、第３領域１３ｃ、及び第４領域１３ｄ上に設けられる。被覆層１４は、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ、及び第３領域１３ｃを覆って、半導体及び金属といった導電体が半導体メサ２５に接触することを妨げる。また、ベース層１６は、第１領域１３ａ上に設けられ、第２領域１３ｂ、第３領域１３ｃ及び第４領域１３ｄ上に設けられない。ベース層１６によれば、被覆層１４にストライプ開口１５ｉが与えられる。被覆層１４のストライプ開口１５ｉは、レーザ構造体１３の第４領域１３ｄの主面上に位置する。金属層１７は、被覆層１４のストライプ開口１５ｉを介して第４領域１３ｄに接触を成す。本実施例では、第４領域１３ｄにおいて、被覆層１４は、埋込領域２７を覆って、ストライプ開口１５ｉは半導体メサ２５上に位置する。
【００４４】
ベース層１６は、第１領域１３ａ上において、第２軸Ａｘ２の方向に延在する。第１領域１３ａ上には、被覆層１４及びベース層１６が第３軸Ａｘ３の方向に積み重ねられる。ベース層１６は、第１領域１３ａにおいて、分離領域１５の第１部分１５ｅが、分離領域１５の第２部分１５ｆより盛り上がることを容易にする。被覆層１４は、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃから第１領域１３ａ上のベース層１６へ延在して、分離領域１５の盛り上がりを提供する。
【００４５】
ベース層１６は、上面１６ａ、内側面１６ｂ、外側面１６ｃ、及び底面１６ｄを有する。上面１６ａ及び内側面１６ｂは、共に、被覆層１４に接触を成す。底面１６ｄは、レーザ構造体１３の第１領域１３ａに接触を成す。
【００４６】
被覆層１４は、上面１４ａ、内側面１４ｂ及び外側面１４ｃを有する。上面１４ａ及び外側面１４ｃは、分離領域１５の第１部分１５ｅにおいて誘電体膜１９に接触を成す。しかし、誘電体膜１９及び金属反射膜２１は、内側面１４ｂ上に形成されない。
【００４７】
外側面１４ｃ、外側面１６ｃ及び第１端面Ｅ１Ｆは、第１軸Ａｘ１に交差する基準平面に沿って延在する。分離領域１５は、第１端面Ｅ１Ｆの上端から離れた位置まで上記の基準平面に沿って誘電体膜１９を延在させて、分離領域１５とレーザ構造体１３との境界を横切る誘電体膜１９に所望の膜厚を提供できる。
【００４８】
被覆層１４は、第１無機絶縁層を含む。第１無機絶縁層は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸窒化物といったシリコン系無機絶縁体を備え、本実施例では、ＳｉＯＮ膜を含む。
【００４９】
ベース層１６は、第２無機絶縁層を含むことができる。第２無機絶縁層は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸窒化物といったシリコン系無機絶縁体を備え、本実施例では、ＳｉＮ膜を含む。
【００５０】
量子カスケード半導体レーザ１１では、ベース層１６は、被覆層１４と異なる材料を備えることができる。或いは、ベース層１６は、被覆層１４と実質的に同じ材料を備えることができる。
【００５１】
量子カスケード半導体レーザ１１は、厚膜電極３５（例えば、メッキ電極）を更に備える。厚膜電極３５は、金属層１７より厚い。厚膜電極３５は、第４領域１３ｄ上において金属層１７上に設けられ、第３領域１３ｃ上に金属層１７上に設けられない。厚膜電極３５は、第１軸Ａｘ１の方向において、金属層１７の縁１７ａから離れている。第４領域１３ｄ上において、厚膜電極３５が金属層１７に接触を成す。本実施例では、厚膜電極３５を第２端面Ｅ２Ｆの上縁から隔置する。
【００５２】
量子カスケード半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３の裏面上に設けられた裏面金属層３７を更に備える。レーザ構造体１３の裏面１３ｈは、半導体支持体２３の裏面２３ｂによって提供される。本実施形態では、裏面金属層３７は、第１端面Ｅ１Ｆ及び第２端面Ｅ２Ｆの下端から離れている。裏面金属層３７は、レーザ構造体１３の裏面１３ｈ上に設けられる誘電体膜１９及び金属反射膜２１から離れている。量子カスケード半導体レーザ１１をサブマウント上に半田材を用いて実装すると、半田材は、裏面金属層３７を金属反射膜２１に繋ぐ。
【００５３】
本実施例では、分離領域１５、具体的には、被覆層１４がレーザ構造体１３のエピ面上に設けられる。被覆層１４は、パッシベーション膜として役立つ。
【００５４】
量子カスケード半導体レーザ１１の材料の例示。
コア層２５ａ：量子カスケードを発生可能に配列される超格子、ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ。
発振波長：４〜１０マイクロメートル。
上部クラッド層２５ｅ：ｎ型ＩｎＰ。
回折格子層２５ｆ：ｎ型ＩｎＧａＡｓ。
クラッド層（下部半導体領域２３ｃ）：ｎ型ＩｎＰ。
コンタクト層２５ｄ：ｎ型ＩｎＧａＡｓ。
半導体支持体２３：ｎ型ＩｎＰ。
埋込領域２７：ＦｅドープＩｎＰ。
分離領域１５。
被覆層１４／ベース層１６：ＳｉＮ／ＳｉＯＮ。
金属層１７：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ。
裏面金属層３７：ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ。
厚膜電極３５：Ａｕ膜。
誘電体膜１９：アルミナ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２。
金属反射膜２１：金。
しかしながら、反射構造物２０は、これら２層に限定されることはない。
【００５５】
図３の（ａ）部は、図１のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線に沿った断面図であり、図３の（ｂ）部は、図１のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿った断面図である。図４の（ａ）部は、図１のＩＶａ−ＩＶａ線に沿った断面図であり、図４の（ｂ）部は、図１のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った断面図である。分離領域１５の構造を説明する。
【００５６】
図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、分離領域１５は、半導体メサ２５及び埋込領域２７上に段差１５ｄを有する。段差１５ｄは、第１領域１３ａと第２領域１３ｂとの境界に位置する。本実施例では、段差１５ｄは、第３領域１３ｃから第２領域１３ｂを経由して第１領域１３ａへ延在して第１領域１３ａ上のベース層１６上に乗り上げる被覆層１４の上面によって規定される。図３の（ａ）部及び（ｂ）部から理解されるように、段差１５ｄは、レーザ構造体１３の一側面１３ｅ及び他側面１３ｆのうち一方から他方への方向に延在する。
【００５７】
本実施例では、厚膜電極３５は、一側面１３ｅ及び他側面１３ｆから離れていた側面を有する。段差１５ｄは、厚膜電極３５の側面より外側に位置する終端面を有することができる。本実施例では、分離領域１５の段差１５ｄは、レーザ構造体１３の一側面１３ｅ及び他側面１３ｆのうち一方から他方まで延在する。
【００５８】
図１、図２の（ａ）部、及び図３の（ａ）部に示されるように、段差１５ｄが、半導体メサ２５だけでなく埋込領域２７にも設けられる。
【００５９】
分離領域１５は、半導体メサ２５上に別段差１５ｃを有する。別段差１５ｃは、第２領域１３ｂと第３領域１３ｃとの境界に位置する。別段差１５ｃは、レーザ構造体１３の一対の側面の一側面１３ｅ及び他側面１３ｆのうち一方から他方への方向に、半導体メサ２５上において延在する。
【００６０】
被覆層１４は、半導体メサ２５の上面、具体的には上部クラッド層２５ｅ上を第１軸Ａｘ１の方向に延在する。本実施例では、別段差１５ｃは、第２領域１３ｂからを第３領域１３ｃへ延在して第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃ上のコンタクト層２５ｄに乗り上げる被覆層１４の上面によって規定される。
【００６１】
図２の（ａ）部、図３の（ｂ）部及び図４の（ａ）部に示されるように、被覆層１４は、第１軸Ａｘ１の方向においてベース層１６の終端及びコンタクト層２５ｄの終端に応じて、半導体メサ２５上では段差１５ｄと別段差１５ｃとの間に窪部１５ｈを形成する。
【００６２】
図１、図２の（ａ）部及び図３の（ｂ）部に示されるように、被覆層１４は、半導体メサ２５の上面２５ｈ、具体的には上部クラッド層２５ｅ上を第２軸Ａｘ２の方向に延在する。半導体メサ２５の両側面の位置で終端する埋込領域２７に乗り上げて埋込領域２７上を延在する。被覆層１４が半導体メサ２５の両側の埋込領域２７に乗り上げて、窪部１５ｈが形成される。図１、図２の（ｂ）部及び図３の（ｂ）部に示されるように、乗り上げにより、窪部１５ｈは消失して、埋込領域２７上には窪部１５ｈは形成されない。
【００６３】
量子カスケード半導体レーザ１１の構造の例示。
半導体メサ２５の幅Ｗ２５：１〜１０マイクロメートル。
ベース層１６の厚さＨ１６：１００〜５００ナノメートル。
ベース層１６の幅Ｗ１６：１０〜１００マイクロメートル。
ベース層１６上の被覆層１４の厚さ：１００〜５００ナノメートル。
コンタクト層２５ｄの厚さＨ２５ｄ：５０〜３００ナノメートル。
コンタクト層２５ｄの端と第１端面Ｅ１Ｆとの距離：２０〜１１０マイクロメートル、容易な作製のために２５〜７５マイクロメートル。
第１領域１３ａ上における被覆層１４の厚さＨ１４：１００〜５００ナノメートル。
段差１５ｄの高さ：１００〜５００ナノメートル。
第１端面Ｅ１Ｆ上の誘電体膜１９：厚さ１００〜３００ナノメートル。
誘電体膜１９：アルミナ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２。
第１端面Ｅ１Ｆ上の金属反射膜２１：厚さ１０〜１００ナノメートル。
金属反射膜２１：金。
第１部分１５ｅの厚さＨ１５ｅ：２００〜６００ナノメートル。
第２部分１５ｆの厚さＨ１５ｆ：１００〜５００ナノメートル。
第３部分１５ｇの厚さＨ１５ｇ：２００〜６００ナノメートル。
【００６４】
分離領域１５の構造の例示。
第１部分１５ｅの幅Ｗ１５ｅ：１０〜１００マイクロメートル。
第２部分１５ｆの幅Ｗ１５ｆ：５〜５０マイクロメートル。
第３部分１５ｇの幅Ｗ１５ｇ：１０〜１００マイクロメートル。
第１領域１３ａの長さ：１０〜１００マイクロメートル。
第２領域１３ｂの長さ：５〜５０マイクロメートル。
第１領域１３ａ上の分離領域１５の厚さ：２００〜６００ナノメートル。
第２領域１３ｂ上の分離領域１５の厚さ：１００〜５００ナノメートル。
【００６５】
図３の（ａ）部を参照すると、第１領域１３ａ上では、埋込領域２７は、半導体メサ２５の側面を覆い、埋込領域２７の高さは、コンタクト層２５ｄを含まない半導体メサ２５の上面２５ｈより高い。ベース層１６は、半導体メサ２５と埋込領域２７との境界における段差を乗り越えて第２軸Ａｘ２の方向に半導体メサ２５及び埋込領域２７上を延在する。被覆層１４がベース層１６上に設けられて、分離領域１５が盛り上がっている。この分離領域１５が、誘電体膜１９及び金属反射膜２１を搭載する。ベース層１６の追加は、コンタクト層２５ｄを含まない半導体メサ２５の高さをベース層１６の厚さ分だけ補償する。
【００６６】
図３の（ｂ）部を参照すると、第２領域１３ｂ上では、埋込領域２７の高さは、コンタクト層２５ｄを含まない半導体メサ２５の上面２５ｈより高い。第２領域１３ｂ上の分離領域１５は、ベース層１６を含まず、第１領域１３ａ上の分離領域１５より低い。第２領域１３ｂ上の分離領域１５と第１領域１３ａ上の分離領域１５との高さの違いは、ベース層１６の厚さによって与えられ、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃ上の誘電体膜１９及び金属反射膜２１のための堆積物が、第１領域１３ａの分離領域１５上の誘電体膜１９及び金属反射膜２１に繋がらない。第１領域１３ａ上の分離領域１５により、第１端面Ｅ１Ｆ上の誘電体膜１９及び金属反射膜２１は途切れる。
【００６７】
図４の（ａ）部を参照すると、第３領域１３ｃでは、半導体メサ２５は、下部半導体領域２３ｃ、コア層２５ａ、回折格子層２５ｆ、及び上部クラッド層２５ｅに加えて、コンタクト層２５ｄを含む。埋込領域２７の高さは、コンタクト層２５ｄを含まない半導体メサ２５の上面２５ｈより高い。半導体メサ２５は、第２領域１３ｂに比べて、コンタクト層２５ｄの厚さ分だけ高い。被覆層１４が、コンタクト層２５ｄの終端部分及び延在部分を覆って、誘電体膜１９及び金属反射膜２１のための堆積物から半導体メサ２５を絶縁する。必要な場合には、分離領域１５上には、オーミック電極のための金属層１７が設けられる。第３領域１３ｃは、第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂによって第１端面Ｅ１Ｆから隔置されて、誘電体膜１９及び金属反射膜２１に繋がらない。
【００６８】
図４の（ｂ）部を参照すると、第４領域１３ｄ上では、給電のために、金属層１７が半導体メサ２５に接続される。分離領域１５は、電気接続のためのストライプ開口１５ｉを有する。金属層１７は、ストライプ開口１５ｉを介して半導体メサ２５に接触を成す。被覆層１４が、埋込領域２７の上面２７ａから側面２７ｂに延在して半導体メサ２５の上面に接して終端する。この終端により、ストライプ開口１５ｉが規定される。半導体メサ２５及び埋込領域２７は、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向に配列される。
【００６９】
図５〜図１４を参照しながら、半導体レーザを作製する方法における工程を説明する。引き続く説明において、可能な場合には、理解を容易にするために、図１〜図４を参照する記述において用いられた参照符号を用いる。
【００７０】
図５の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、埋込領域及びストライプメサを含む半導体生産物を準備する工程を説明する。図５の（ａ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザを作製する方法における工程を模式的に示す平面図である。図５の（ｂ）部は、図５の（ａ）部に示されたＶｂ−Ｖｂ線に沿ってとられた断面を示す。図５の（ｃ）部は、図５の（ｂ）部に示されたＶｃ−Ｖｃ線に沿ってとられた断面を示す。図５の（ａ）部及び（ｂ）部は、隣接する２つの素子区画を示す。描かれた２つの素子区画は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００７１】
工程Ｓ１０１では、半導体生産物ＳＰ１を作製する。半導体生産物ＳＰ１の作製は、以下のように行われる。半導体メサ２５を形成するための半導体膜を半導体基板５３上に成長して、エピタキシャル基板を形成する。エピタキシャル基板上に、半導体メサ２５を規定する絶縁膜マスクを形成すると共に、絶縁膜マスクを用いてエピタキシャル基板をエッチングしてストライプメサ５５を形成する。ストライプメサ５５を形成した後に、絶縁膜マスクを用いて、ストライプメサ５５を埋め込む埋込領域５７を選択成長により成長する。ストライプメサ５５は、コア層２５ａ、回折格子層２５ｆ、上部クラッド層２５ｅ及びコンタクト層２５ｄのための複数の半導体膜（以下の記述において、理解を容易にするために、これらの半導体膜を、コア層５５ａ、回折格子層５５ｆ、クラッド層５５ｅ及びコンタクト層のための半導体層５５ｇとして参照する）と、半導体基板５３のリッジ部５３ｃとを含む。選択成長の後に、絶縁膜マスクを除去する。半導体生産物ＳＰ１は、半導体基板５３と、半導体基板５３上に設けられるストライプメサ５５と、ストライプメサ５５を埋め込む埋込領域５７とを備える。本実施例では、ストライプメサ５５の上面はＩｎＧａＡｓ層からなり、埋込領域５７はＩｎＰからなる。
【００７２】
具体的には、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層、ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ超格子構造のコア層、及びＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成長すると共に、フォトリソグラフィとエッチングとで回折格子構造をＩｎＧａＡｓ層に形成する。ＩｎＧａＡｓ回折格子層上に、ｎ型ＩｎＰ上部クラッド層、ｎ型ＩｎＧａＡｓ上部層をエピタキシャル成長して、エピタキシャル基板を形成する。エピタキシャル基板上に、気相成長及びフォトリソグラフィによりＳｉＮマスクを形成する。ＳｉＮマスクを用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｓ上部層、ｎ型ＩｎＰ上部クラッド層、ＩｎＧａＡｓ回折格子層、コア層、及びｎ型ＩｎＰ基板をエッチングして、ストライプメサを形成する。ストライプメサを埋め込むために、ＳｉＮマスクを用いてＦｅ−ＩｎＰ埋込層をＩｎＰ基板上に成長する。Ｆｅ−ＩｎＰ埋込層が、ＳｉＮマスクの上面の高さに成長される。この成長の後に、ＳｉＮマスクを除去する。
【００７３】
図６の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、部分的にコンタクト層を除去する工程を説明する。図６の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図５の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１０２では、コンタクト層５５ｄのための半導体層の一部をエッチングにより除去する。このエッチングのための第１マスクＭ１を半導体生産物ＳＰ１上に形成する。第１マスクＭ１は、隣接する素子区画の境界を含むエリアに開口Ｍ１ＯＰと、この開口Ｍ１ＯＰを規定するパターンとを有する。開口Ｍ１ＯＰは、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向に延在する。本実施例では、第１マスクＭ１の開口Ｍ１ＯＰは、素子区画の境界ＢＤＹ上に約３５〜２１５マイクロメートル幅のストライプ形状を有する。第１マスクＭ１は、ＳｉＮ膜といった無機絶縁膜を含む。この第１マスクＭ１を用いて、コンタクト層２５ｄのためのＩｎＧａＡｓ上部層をエッチングにより選択的に除去して、コンタクト層５５ｄを形成する。ウエットエッチングのエッチャントは、例えばＢＨＦである。エッチングの後に、第１マスクＭ１を除去して、基板生産物ＳＰ２を形成する。コンタクト層５５ｄは、素子区画の境界上を第２軸Ａｘ２の方向に延在する開口を有しており、この開口には、ｎ型ＩｎＰ上部クラッド層が現れる。隣合う素子区画におけるコンタクト層５５ｄの端の間隔Ｗ５５ｄは、４０〜２２０マイクロメートル幅である。
【００７４】
図７の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、ベース層１６のための絶縁体構造物を形成する工程を説明する。図７の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図６の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１０３では、絶縁体構造物４６を基板生産物ＳＰ２上に形成する。本実施例では、ベース層１６のための絶縁膜（破線で示された絶縁膜４４）を成長する。この絶縁膜４４は、例えばＳｉＮ膜といったシリコン系無機絶縁体を含み、また１００〜５００ｎｍの厚さを有する。第２マスクＭ２を絶縁膜４４上にフォトリソグラフィによって形成する。第２マスクＭ２は、例えば第２軸Ａｘ２の方向に延在するストライプ形状のパターンを有する。第２マスクＭ２は、例えばレジスト膜を含む。第２マスクＭ２を用いて絶縁膜４４をエッチングして、分離領域１５のベース層１６のための絶縁体構造物４６を形成する。素子区画の境界ＢＤＹ上に絶縁体構造物４６が延在する。具体的には、絶縁体構造物４６は、コンタクト層５５ｄの端から離れており、またベース層１６の２倍の幅を有する。絶縁体構造物４６とコンタクト層５５ｄとの間隔は、例えば３０〜１００マイクロメートルであり、絶縁体構造物４６の幅は、例えば２０〜２００マイクロメートルである。エッチングの後に、第２マスクＭ２を除去して、基板生産物ＳＰ３を形成する。
【００７５】
図８の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、絶縁体構造物４６、コンタクト層５５ｄ及び埋込領域５７を覆うように被覆層１４のための絶縁膜４２を基板生産物ＳＰ３上に堆積する工程を説明する。図８の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図７の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１０４では、絶縁体構造物４６上に絶縁膜４２を堆積する。本実施例では、絶縁膜４２は、埋込領域５７の上面及び側面、コンタクト層５５ｄの上面及び端部、上部クラッド層の上面、並びに絶縁体構造物４６の上面及び側面を覆い、これら下地表面の形状に合わせた形状に成膜される。絶縁膜４２は、例えばＳｉＯＮ膜といったシリコン系無機絶縁体を含み、また１００〜５００ｎｍの厚さを有する。絶縁膜４２の成膜により、基板生産物ＳＰ４を形成する。
【００７６】
図９の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、絶縁膜４２にパターン形成を行う工程を説明する。図９の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図８の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１０５では、絶縁膜４２上に第３マスクＭ３を形成する。本実施例では、第３マスクＭ３は、コンタクト開口を規定する開口Ｍ３ＯＰと、この開口Ｍ３ＯＰを規定するパターンとを有する。開口Ｍ３ＯＰは、ストライプメサ５５のコンタクト層５５ｄ上に位置しており、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第３マスクＭ３は、例えばレジスト膜を含む。第３マスクＭ３を用いて絶縁膜４２をエッチングして、絶縁体被覆膜４１を形成する。エッチャントは、例えばＢＨＦである。エッチングの後に、第３マスクＭ３を除去して、分離領域１５のために分離構造４５を含む基板生産物ＳＰ５を形成する。
【００７７】
図１０の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら。オーミック電極のための金属層４７を形成する工程を説明する。図１０の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図９の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１０６では、金属層４７を基板生産物ＳＰ５上に形成する。基板生産物ＳＰ５上にリフトオフのための第４マスクＭ４を形成する。第４マスクＭ４は、ストライプメサ５５に沿った開口Ｍ４ＯＰと、開口Ｍ４ＯＰを規定するパターンとを有する。このパターンは、窪部４５ｈを覆う。第４マスクＭ４のパターン上及び開口に、金属層４７のための金属膜を堆積する。金属膜は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着膜を含む。堆積の後に、第４マスクＭ４を除去すると堆積物ＲＤＬが消失して、金属層４７が残された基板生産物ＳＰ６を得る。金属層４７はコンタクト層５５ｄと接合すると共に、絶縁体被覆膜４１に接触する。引き続くメッキに必要な場合には、金属層４７はオーミック電極及び給電ラインを含むことができる。
【００７８】
図１１の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、厚膜電極３５を形成する工程を説明する。図１１の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図１０の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１０７では、メッキ法により金属厚膜６５を形成する。分離構造４５及び金属層４７上に、第５マスクＭ５を形成する。第５マスクＭ５は、金属層４７上の開口Ｍ５ＯＰを規定すると共に窪部４５ｈを覆うパターンを有する。開口Ｍ５ＯＰは、金属層４７上に設けられる。第５マスクＭ５を形成した後に、厚膜電極３５のための金属をメッキ法により堆積する。このメッキ法では、第５マスクＭ５の開口Ｍ５ＯＰ内の金属層４７上のメッキ析出物が形成される。メッキのための通電の後に、第５マスクＭ５を除去すると、厚膜電極３５のための金属厚膜６５を含む基板生産物ＳＰ７を形成する。
【００７９】
図１２の（ａ）部、（ｂ）部、及び（ｃ）部を参照しながら、裏面電極を形成する工程を説明する。図１２の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、図１１の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１０８では、裏面電極のための裏面金属層６７を形成する。半導体基板５３の裏面５３ｂ上に、リフトオフのための第６マスクＭ６、例えばレジストマスクを形成する。第６マスクＭ６は、半導体基板５３の裏面５３ｂ上に開口Ｍ６ＯＰを有する。第６マスクＭ６を形成した後に、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕからなる蒸着膜を形成すると共に、リフトオフにより第６マスクＭ６及び第６マスクＭ６上の堆積物を除去して、裏面金属層６７を形成して、基板生産物ＳＰ８を作製する。裏面金属層６７のＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕは半導体基板５３の裏面５３ｂに接合する。
【００８０】
図１３の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部を参照しながら、レーザバーを作製する工程を説明する。図１３の（ａ）部及び（ｂ）部は、図１２の（ａ）部及び（ｂ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１０９では、レーザバーＬＤＢを形成する。レーザバーＬＤＢは、基板生産物ＳＰ７をへき開線に沿って分離することによって作製される。この分離により、レーザバーＬＤＢが形成される。レーザバーＬＤＢは、量子カスケード半導体レーザ１１における第１端面Ｅ１Ｆ及び第２端面Ｅ２Ｆを有する。本実施例では、第１端面Ｅ１Ｆ及び第２端面Ｅ２Ｆの各々は、へき開面を備える。
【００８１】
レーザバーＬＤＢは、量子カスケード半導体レーザ１１ａのための素子区画ＳＥＣＴの配列を備える。素子区画ＳＥＣＴは、第２軸Ａｘ２の方向に配列される。各素子区画ＳＥＣＴは、図１に示される量子カスケードレーザ１から理解されるように、レーザ構造体４３、分離構造４５、金属層４７、厚膜電極３５、及び裏面金属層３７を備える。レーザ構造体４３及び分離構造４５は、アレイ状の素子区画ＳＥＣＴにわたって延在する。レーザ構造体４３は、第１領域４３ａ、第２領域４３ｂ、第３領域４３ｃ及び第４領域４３ｄを有しており、第１領域４３ａ、第２領域４３ｂ、第３領域４３ｃ及び第４領域４３ｄは、第１軸Ａｘ１の方向に順に配置される。第１領域４３ａは第１端面Ｅ１Ｆを含み、第４領域４３ｄは第２端面Ｅ２Ｆを含む。分離構造４５は、第１領域４３ａと第２領域４３ｂとの境界に位置する段差４５ｄを有する。段差４５ｄは、第２軸Ａｘ２の方向に素子区画ＳＥＣＴにわたって連続して延在する。分離構造４５は、レーザ構造体４３の第１領域４３ａ、第２領域４３ｂ及び第３領域４３ｃ上に設けられる。金属層４７は、レーザ構造体４３の第３領域４３ｃ及び第４領域４３ｄ上に設けられ、レーザ構造体４３の第４領域４３ｄのエピ面に接触を成す。レーザ構造体４３は、半導体基板５３及びストライプメサ５５を含み、ストライプ状の半導体基板５３の主面５３ａ上に、第１軸Ａｘ１の方向に延在する半導体メサ２５を搭載している。半導体メサ２５は、コア層２５ａ及びコンタクト層２５ｄを含み、具体的には、上部半導体層２５ｂ、及びリッジ部５３ｃを含む。本実施例では、レーザ構造体４３は、半導体メサ２５を埋め込む埋込領域５７を更に含む。
【００８２】
図１４の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部を参照しながら、レーザバーの端面に反射構造物を作製する工程を説明する。図１４の（ａ）部は、図１３の（ａ）部における工程の進捗を示し、図１４の（ｂ）部は、図１３の（ｂ）部における工程の進捗を示す。工程Ｓ１１０では、準備されたレーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上に誘電体膜４９及び金属反射膜５１を順に形成する。
【００８３】
図１４の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上に誘電体膜４９の成膜を行う。本実施例では、堆積装置Ｄ１ＥＰを用いて、誘電体膜４９を堆積する。堆積装置Ｄ１ＥＰは、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆに原料フラックスＦ１を供給して、第１端面Ｅ１Ｆ上に誘電体膜４９のための膜が堆積される。第１端面Ｅ１Ｆを外れた原料フラックスＦ１は、レーザバーＬＤＢの上面及び下面に沿って飛んで、原料フラックスＦ１に係る堆積物が、レーザ構造体４３の上面上の分離構造４５及び金属層１７上に堆積されると共に下面の裏面金属層３７上に形成される。第１端面Ｅ１Ｆ上の誘電体膜４９から延在する堆積物は、分離構造４５の段差４５ｄの縁で終端する。
【００８４】
誘電体膜４９の後に、図１４の（ｃ）部及び（ｄ）部に示されるように、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上に金属反射膜５１の成膜を行う。本実施例では、堆積装置Ｄ２ＥＰを用いて、金属反射膜５１を堆積する。堆積装置Ｄ２ＥＰは、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆに原料フラックスＦ２を供給して、第１端面Ｅ１Ｆ上に金属反射膜５１のための膜が堆積される。第１端面Ｅ１Ｆを外れた原料フラックスＦ２は、レーザバーＬＤＢの上面及び下面に沿って飛んで、原料フラックスＦ２に係る堆積物が、レーザ構造体４３の上面上の分離構造４５及び金属層４７上に堆積されると共に下面の裏面金属層７７に到達するように形成される。第１端面Ｅ１Ｆ上の金属反射膜５１に延在する堆積物は、分離構造４５の段差４５ｄの縁で終端する。
【００８５】
レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上に誘電体膜４９及び金属反射膜５１を形成した後の工程において、レーザバーＬＤＢの分離により、チップ状の量子カスケード半導体レーザ１１を形成する。これらの工程により、量子カスケード半導体レーザ１１が完成する。
【００８６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上説明したように、本実施形態によれば、端面上の金属反射膜が短絡を引き起こすことを回避できる構造を有する量子カスケード半導体レーザが提供される。
【符号の説明】
【００８８】
１１…量子カスケード半導体レーザ、１３…レーザ構造体、１５…分離領域、１７…金属層、１９…誘電体膜、２０…反射構造物、２１…金属反射膜、１３ａ…第１領域、１３ｂ…第２領域、１３ｃ…第３領域、１３ｄ…第４領域、１４ａ…上面、１４ｃ…外側面、１６ａ…上面、１６ｂ…内側面、１６ｃ…外側面、１６ｄ…底面、１５ｅ…第１部分、１５ｆ…第２部分、１５ｇ…第３部分、１６…ベース層、１７ａ…縁、２５ｇ…縁、Ｅ１Ｆ…第１端面、Ｅ２Ｆ…第２端面、２３…半導体支持体、２５…半導体メサ、２５ａ…コア層、２５ｄ…コンタクト層、２７…埋込領域、Ａｘ１…第１軸、Ａｘ２…第２軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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