(57)【要約】【課題】Ａｌ含有半導体層を有する水平共振器・垂直出射型半導体レーザ素子において、Ａｌ含有半導体層の酸化に起因する光出力特性の劣化を抑制する。【解決手段】ＧａＡｓからなる基板１０１の主面上には、下層から順に下部クラッド層１０２、活性層１０３および上部クラッド層１０４が積層されている。上部クラッド層１０４は、高濃度のＡｌを含有するＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰで構成されている。上部クラッド層１０４の上部には、上部クラッド層１０４に含まれるＡｌの酸化を防止する機能を兼ね備えた出射面層１０５が形成されており、この出射面層１０５の上部には、電極コンタクト層１０６が形成されている。出射面層１０５は、ＩｎＧａＰで構成されており、電極コンタクト層１０６は、ＧａＡｓで構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面上に積層された下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を含む共振器が前記主面に平行な方向に沿って形成され、
前記下部クラッド層、前記活性層および前記上部クラッド層のうち、少なくとも前記上部クラッド層がＡｌ含有半導体層で構成され、
前記半導体基板の上面に対して鋭角に斜め４５度の傾斜を有する第１反射鏡面が前記共振器の一方の端部に形成され、
前記主面に平行な方向に沿って進行するレーザ光が前記第１反射鏡面で反射されることによって、前記半導体基板の上面側から出射される水平共振器・垂直出射型の半導体レーザ素子であって、
前記上部クラッド層の上部には、前記上部クラッド層よりもＡｌ含有量の低い半導体層からなる第２上部クラッド層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２上部クラッド層は、Ａｌを含有しない半導体層からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記上部クラッド層は、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰからなり、前記第２上部クラッド層は、ＩｎＧａＰからなることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第２上部クラッド層の上部には、電極コンタクト層が形成されており、前記第２上部クラッド層は、前記電極コンタクト層のバンドキャップと前記上部クラッド層のバンドギャップの間のバンドギャップを有する半導体材料、または前記電極コンタクト層と前記上部クラッド層とのキャリアに対するエネルギー障壁を緩和する半導体材料からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１反射鏡面の表面には、前記第１反射鏡面から露出する前記上部クラッド層の酸化を防止する保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記保護膜は、Ａｌ２Ｏ３膜またはＡｌ２Ｏ３膜を主成分とする絶縁膜で構成されていることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記レーザ光が出射される領域の前記第２上部クラッド層の表面には、第１反射率制御膜が形成されており、
前記第１反射率制御膜と前記保護膜とは、互いに接続していることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記共振器の他方の端部には、前記半導体基板の上面に対して鋭角に斜め４５度の傾斜を有する第２反射鏡面が形成され、
前記第２反射鏡面が形成された領域の前記第２上部クラッド層の表面には、前記第１反射率制御膜よりもレーザ光反射率の高い第２反射率制御膜が形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１反射鏡面の近傍の前記下部クラッド層、前記活性層および前記上部クラッド層には、前記レーザ光の再吸収を抑制するための不純物拡散層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記共振器の他方の端部には、前記半導体基板の上面に対して鈍角に斜め４５度の傾斜を有する第２反射鏡面が形成され、
前記下部クラッド層と前記半導体基板との間には、前記レーザ光を反射する反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記反射鏡は、高屈折率半導体層と低屈折率半導体層の多周期構造で構成される分布反射型反射鏡からなることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
半導体基板の主面上に積層された下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を含む共振器が前記主面に平行な方向に沿って形成され、
前記下部クラッド層、前記活性層および前記上部クラッド層のうち、少なくとも前記上部クラッド層がＡｌ含有半導体層で構成され、
前記半導体基板の上面に対して鋭角に斜め４５度の傾斜を有する第１反射鏡面が前記共振器の一方の端部に形成され、
前記主面に平行な方向に沿って進行するレーザ光が前記共振器の他方の端部から出射される水平共振器・水平出射型の半導体レーザ素子であって、
前記上部クラッド層の上部には、前記上部クラッド層よりもＡｌ含有量の低い半導体層からなる第２上部クラッド層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記共振器の長さが１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１２記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記録や高速光通信、あるいはレーザ加工やレーザプリンタ等に使用される半導体レーザ素子に関し、特に、水平共振器・垂直出射型半導体レーザ素子に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報化社会の発展に伴って音声、映像等の情報のデジタル化、高質化が進み、インターネットのデータ通信量が著しく増加している。その結果、サーバ等に蓄積される電子データ量が増加し、情報記録システムやインターネット通信網の高速化・大容量化が求められている。
【０００３】
このようなニーズに対し、光部品の高機能化が果たす役割は大きく、とりわけその中心をなす光源用デバイスの半導体レーザ素子（以下、単にレーザ素子という）は、高速化、高出力化の面で大きく発展してきた。
【０００４】
一般に、レーザ素子は、その内部に光を発生する活性層と光導波路とを備えている。通常、活性層は光導波路の内部にあり、光導波路の両端を反射鏡で挟んでレーザ発振に必要な共振器が形成される。この共振器を作るための反射鏡は、通常、劈開やエッチングで面を作ることにより作製される。
【０００５】
この種のレーザ素子は、半導体層（結晶）の積層方向に対する共振器の方向により、大別して、水平共振器型と垂直共振器型とに分類され、半導体層の積層面に平行な方向に共振器を形成するものを水平共振器型レーザ素子、半導体層の積層面を貫く方向に共振器を形成するものを垂直共振器型レーザ素子と呼んでいる。
【０００６】
また、この種のレーザ素子は、半導体層の積層方向に対する光出射面の位置から、水平出射型（端面発光型）と垂直出射型（表面発光型）とに分類される。レーザ素子は、共振器の両端に設けられた反射鏡に到達する光のうち、反射されずに透過する光をレーザ光として取り出すので、通常、水平共振器型レーザ素子は水平出射型となり、垂直共振器型レーザ素子は垂直出射型となる。
【０００７】
水平共振器型で水平出射型のレーザ素子は、半導体層の積層面、すなわち半導体基板（以下、単に基板という）の主面に対して平行に比較的長い共振器を形成するので、利得を生む活性層の体積を大きく取ることができ、高出力が得易いという特徴がある。その反面、劈開によって端面を形成するので、多数のチップを集積することは難しい。
【０００８】
一方、垂直共振器型で垂直出射型のレーザ素子は、基板の主面に対して垂直に光導波路を形成するので、基板の上面（表面）または下面（裏面）からレーザ光が出射される。従って、劈開によって共振器を形成する必要がないので、多数のチップを集積化し易い、実装し易いといった特徴がある。その反面、共振器が短く、十分な利得が得られないので、大出力は得られ難い。
【０００９】
さらに、上述した２種類のレーザ素子（水平共振器型・水平出射型レーザ素子および垂直共振器型・垂直出射型レーザ素子）の他に、水平共振器型で垂直出射型のレーザ素子も存在する。これは、基板の主面に対して平行な共振器長方向に進行するレーザ光を基板の主面に対して垂直な方向に導いて出射させる構造である。この構造は、上述した水平共振器型の高出力特性と垂直出射型の高集積特性とを併せ持つ利点がある。しかし、レーザ光の進行方向を９０度回転させる必要があることから、前述した２種類のレーザ素子に比較して作製が難しく、未だレーザ市場で主流にはなっていない。
【００１０】
上記水平共振器・垂直出射型レーザ素子には、光出射面の違いにより主に２種類がある。１つは基板の上面（表面）を光出射面とするものであり、もう１つは基板の下面（裏面）を光出射面とするものである。以下では基板の上面側から出射するものを上面出射型と呼び、基板の下面側から出射するものを下面出射型と呼ぶことにする。
【００１１】
上記水平共振器・垂直出射型レーザ素子については、例えば特許文献１（特許第３７６１１３０号）、特許文献２（特開平０２−０９４６８５号公報）、特許文献３（特許第３７６１１３０号）、特許文献４（特開平１１−２８９１３２号公報）などに記載がある。
【００１２】
水平共振器・垂直出射型レーザ素子の多くは、基板の主面に対して平行な方向に進行するレーザ光を垂直方向に回転させる手段として、例えば特許文献１に開示されているように、共振器端部の反射鏡面を利用している。例えば共振器に対して４５度の角度を持った反射鏡面を共振器の一端に設置すると、レーザ素子内部の水平方向にある光導波路のレーザ光が反射鏡面で反射されて共振器長方向から９０度回転し、基板の上面方向または下面方向に向けられる。
【００１３】
上記反射鏡面は、基板にモノリシックに集積されることが多く、共振器の外側に集積されることもあるが、ファブリ・ペロー共振器内に設置されて端部が折れ曲がった共振器を形成することもある。共振器端部に傾斜した反射鏡面を形成する場合には、半導体層の積層構造をエッチング加工する技術が用いられる。
【００１４】
水平共振器・垂直出射型レーザ素子において、共振器端部の傾斜した反射鏡面で反射されたレーザ光は、基板上に積層された複数の半導体層を貫くように通過する。しかし、レーザ光が通過するためには、これらの半導体層がレーザ光の波長に対して透明である必要があるが、使用する半導体材料のバンドギャップとレーザ光の発振波長との関係で、半導体層が透明にならないこともある。
【００１５】
例えばＧａＡｓを基板として用いるレーザ素子においては、６００〜１１００ｎｍ程度の波長の光が得られる。ＧａＡｓ基板は、そのバンドギャップよりも長波長の約８７０ｎｍ以上では透明であるが、８７０ｎｍ以下では不透明になる。従って、ＧａＡｓ基板を用いた、波長がおよそ８７０ｎｍ以下のレーザ素子では、下面出射型の水平共振器・垂直出射型レーザ素子を作製することはできない。すなわち、短波長の水平共振器・垂直出射型レーザ素子は、上面出射型となる。
【００１６】
また、８５０ｎｍ以下の短波長のレーザ素子は、通常、高濃度のＡｌを含む材料を用いてバンドギャップを調整した活性層およびクラッド層を備えている。高濃度のＡｌを含有する半導体層は、大気に露出すると酸化され易いが、Ａｌの酸化物は、レーザ素子の光出力特性および寿命に悪影響を与える。
【００１７】
すなわち、高濃度のＡｌ含有半導体層中にＡｌの酸化物が生じると、不純物や結晶欠陥に起因して、発光中にレーザ光を吸収する不純物順位が形成され、レーザ光の吸収によってその部位の温度が上昇するようになる。そして、この温度の上昇によってバンドギャップが狭まり、周辺部の光吸収も促進されて、さらなる光吸収が起こる結果、温度がさらに上昇し、その部位が破壊されることになる。この現象は、一般にＣＯＤ(Catastrophic Optical Damage)として知られている。
【００１８】
上述したことは、劈開で形成される端面だけでなく、光出射面となる表面および傾斜した反射鏡面にも当てはまると想定される。従って、通常、ＣＯＤを防止するためには、Ａｌを含有する部位を露出させないようにするか、Ａｌを含有する部位を露出させる場合でも、露出部を薄膜でコーティングすることが有効である。例えば特許文献５（特開２００１−１５６３８３号公報）および特許文献６（特開２００５−１７５１１１号公報）には、Ａｌ含有部位の露出によるＣＯＤを防止するために、露出部をＡｌ２Ｏ３系の薄膜でコーティングする技術が開示されている。
【特許文献１】特許第３７６１１３０号
【特許文献２】特開平０２−０９４６８５号公報
【特許文献３】特許第３７６１１３０号
【特許文献４】特開平１１−２８９１３２号公報
【特許文献５】特開２００１−１５６３８３号公報
【特許文献６】特開２００５−１７５１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
前記特許文献１の実施例には、クラッド層とコンタクト層との間にエッチングストップ層を設けることが開示されているが、このエッチングストップ層には、Ａｌ濃度の高いＡｌＡｓが使用されている。また、この特許文献１には、傾斜した反射鏡面に露出したクラッド層の酸化による劣化を考慮し、キャリアブロック層を導入してクラッド層のＡｌ含有量を減少させることが開示されているが、このような構造では、Ａｌ含有層の酸化による劣化を本質的に解決できるとはいえない。
【００２０】
前記特許文献２に開示された水平共振器・垂直出射型レーザ素子は、傾斜面を反射鏡にしてレーザ光を導く素子であり、かつ下面出射型である。ＧａＡｓ基板を含む複数の半導体層上に、積層面に対して鈍角の反射鏡面となる傾斜面を形成し、電極が光出射口を避けるように配置されている。このレーザ素子は、ＧａＡｓ基板を光出射面に用いているので、光出射面でのＡｌの露出はない。しかし、このような基板側から出射する構造は、ＧａＡｓが透明となる比較的長波長帯のレーザ素子に限定される。
【００２１】
前記特許文献３には、上面出射型の水平共振器・垂直出射型レーザ素子が開示されている。一般的に、この特許文献３に記載されたような上面出射型の水平共振器・垂直出射型レーザ素子の場合は、キャリアや光の閉じ込め機能を維持するために、活性層およびクラッド層のＡｌ含有量を下げられないので、Ａｌの酸化防止は避けて通れないという課題がある。
【００２２】
前記特許文献４では、クラッド層の酸化によるレーザの劣化を抑制するアプローチとして、活性層とクラッド層との間にキャリアブロック層を挿入し、クラッド層のＡｌ含有量を低下させている。しかし、Ａｌ含有量の低下によって半導体材料のバンドギャップが小さくなり、発振光に対して透明であるという条件を満たすことが困難になる。また、クラッド層の屈折率が増加し、活性層の光閉じ込め量が変化するため、光出力特性に悪影響を与える。このように、Ａｌの組成は、レーザ素子そのものの特性を左右する重要なパラメータであることから、安易に変化させることは難しい。
【００２３】
本発明の目的は、Ａｌ含有半導体層を含む共振器を有する水平共振器・垂直出射型半導体レーザ素子において、Ａｌ含有半導体層の酸化に起因する光出力特性の劣化を確実に抑制することのできる技術を提供することにある。
【００２４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明者らは、上面出射型構造を有する水平共振器・垂直出射型レーザ素子において、共振器を構成するＡｌ含有半導体層の酸化を防止する対策として、このＡｌ含有半導体層を多層化し、光出射面に近い側のＡｌ含有半導体層のＡｌ含有量を低下させるようにした。より具体的には、上面出射型構造を有する水平共振器・垂直出射型レーザ素子において、活性層、活性層を挟む上部および下部クラッド層のうち、少なくとも上部クラッド層がＡｌ含有半導体層で構成されている場合、上部クラッド層を多層化し、クラッド層の主機能である光学的機能と酸化防止機能とを異なる層に持たせるようにした。すなわち、レーザ光の閉じ込めを制御する高Ａｌ含有上部クラッド層を活性層側に配置し、Ａｌ酸化防止機能を有する低Ａｌ含有層を光出射面側に配置するようにした。
【００２６】
この場合、高Ａｌ含有クラッド層の厚さが不足すると、光フィールドに影響を与え、光学的な機能を十分に果たし得なくなる。従って、高Ａｌ含有クラッド層は、従来のクラッド層と同じ程度の十分な厚さで形成し、酸化防止機能を有する低Ａｌ含有クラッド層は、活性層から十分に離して形成することが望ましい。ただし、低Ａｌ含有クラッド層を厚くするとクラッド層全体が厚くなってしまうため、作製上困らない程度に十分薄くしてよい。
【００２７】
また、高Ａｌ含有クラッド層の酸化を抑制する観点からは、低Ａｌ含有クラッド層のＡｌ濃度が低いほど好ましく、究極的には、Ａｌを全く含まないＡｌフリー層であることが好ましい。換言すると、上部クラッド層とその上部の半導体層（電極コンタクト層）との間に低Ａｌ含有半導体層あるいはＡｌフリー半導体層からなる酸化防止層を配置するともいえる。ただし、この低Ａｌ含有半導体層ないしＡｌフリー半導体層は、レーザ光を通過させる必要があるので、レーザ光の発振波長に対して透明でなければならない。
【００２８】
また、低Ａｌ含有クラッド層は、電極コンタクト層と高Ａｌ含有クラッド層とに挟まれているため、これら両層に対してエネルギーバンド的に障壁が生じないように接続されていることが必要である。すなわち、低Ａｌ含有クラッド層は、電極コンタクト層のバンドキャップと上部クラッド層のバンドギャップの間のバンドギャップを有する半導体材料、または電極コンタクト層と上部クラッド層とのキャリアに対するエネルギー障壁を緩和する半導体材料で構成されている必要がある。さもないと、レーザ素子に電流を注入したときに抵抗が生じて電圧が増加するため、特性が劣化するからである。
【００２９】
例えば上部クラッド層をＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰで構成し、電極コンタクト層をＧａＡｓで構成するレーザ素子の場合には、低Ａｌ含有クラッド層をＩｎＧａＰで構成することが望ましい。ＩｎＧａＰは、Ａｌフリーであり、かつ上部クラッド層（ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰ）と電極コンタクト層（ＧａＡｓ）との間のバンドギャップを有するので、エネルギーバンド的に連続的に接続されるからである。また、レーザ光の波長帯により、ＩｎＧａＰ層自体をクラッド層として用いることができれば、クラッド層と酸化防止層とを分けて考える必要がないので、好都合である。
【００３０】
また、本発明のレーザ素子では、Ａｌ酸化防止機能を有する低Ａｌ含有クラッド層が光出射面となるので、作製時には電極コンタクト層の一部をエッチングで除去して低Ａｌ含有クラッド層を表面に露出させる。従って、低Ａｌ含有クラッド層には、電極コンタクト層に対してエッチングストップ層として機能するような材料を選定する必要がある。
【００３１】
また、低Ａｌ含有クラッド層の表面には、発光特性を向上させるために、端面発光型レーザ素子と同様の反射率制御膜を形成する。このように、低Ａｌ含有クラッド層の表面を反射率制御膜で保護することにより、低Ａｌ含有クラッド層の露出による酸化を防ぐことができるので、発光特性と信頼性をさらに向上させることができる。
【００３２】
また、本発明のレーザ素子の場合、反射鏡面となる傾斜面は、基板の上面に対して正確に４５度となるように形成する必要がある。基板の上面が共振器の前端面となるため、上面は反射面であり、かつ光出射面である。反射鏡の角度がずれると、反射鏡面で反射するレーザ光の方向が垂直方向からずれるため、共振器の前端面である基板上面に入射するレーザ光の方向が上面に対して９０度にならない。このことは、透過するレーザ光と反射するレーザ光の方向が垂直方向からずれることになるので、特性上好ましくない。また、反射鏡面は、レーザ光の乱反射や散乱が起こらないよう、平滑である必要がある。さもないと、レーザ光の再吸収が起こってＣＯＤの原因となることから、反射鏡面の平滑性は重要なパラメータとなる。
【００３３】
以上の点を考慮すると、平滑性、角度制御性の観点から、反射鏡面をエッチング法で形成する際にはドライエッチング法を用いることが望ましい。ウェットエッチング法では、各半導体層でエッチングレートが異なるため、反射鏡面に段差が生じてしまうからである。また、ＧａＡｓ基板上に成長させた半導体層（結晶）の表面は、通常（１００）面である。従って、４５度の傾斜面は、結晶学上の面ではないので、ウェットエッチング法を用いて結晶面を形成する方法では作製が困難である。
【００３４】
また、傾斜反射鏡面を形成するためには、エッチング方向を正確に制御できることが必要であることから、ドライエッチング法のなかでも、反応性イオンビームエッチング法が適している。しかし、ドライエッチングプロセスでは、通常プラズマ化した気体を用いるため、エッチング面に不純物イオンが打ち込まれて薄いダメージ層が形成される。そのため、このダメージ層が不純物準位を形成し、ＣＯＤを引き起こすことが懸念される。従って、ドライエッチングで反射鏡面を形成した後に、弱いウェットエッチングでダメージ層を除去するプロセスを付加するとよい。
【００３５】
また、傾斜反射鏡面にはＡｌ含有層が露出するので、上記ダメージ層を除去した後に反射鏡面を保護することが望ましい。本発明では、反射鏡面を保護膜で覆い、Ａｌ含有層の酸化を防止するようにした。この保護膜は、反射鏡面でのレーザ光の反射に影響を与えないこと、かつレーザ光の吸収が起こらないことが必要である。従って、レーザ光に対して低屈折率で、かつ透明な絶縁性誘電体膜が望ましい。また、鋭角の斜面に被膜する必要があることから、成膜法としては、カバレッジがよく、厚膜化が可能な化学気層成長法（ＣＶＤ）法が最も適している。
【００３６】
上記保護膜の材料としては、各種考えられるが、一般的に最もよくレーザ素子に用いられる絶縁膜は、ＳｉＯ２とＳｉＮｘである。これらは、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などで容易に形成でき、鋭角の傾斜面でも厚く堆積することができる。また、これらの材料は、レーザ素子のパッシベーション膜としても用いられるため、これらの材料を選択することで、反射鏡面の保護膜とパッシベーション膜を同時に形成することができる。
【００３７】
前述したように、特許文献５および特許文献６には、Ａｌ含有部位の露出によるＣＯＤを防止するために、Ａｌ２Ｏ３系の薄膜を堆積することが有効であると記載されている。これらの文献に記載されたレーザ素子の場合、端面のＡｌ２Ｏ３系薄膜は、反射率を制御する膜も兼ねているため、厳しい膜厚の制御が必要である。膜厚を制御するためには、通常、スパッタリング法が適しているが、スパッタリング法は、一般に、膜の成長レートが遅く、回り込みも小さいため、鋭角に傾斜した傾斜面にある程度の厚さをもって堆積することは容易ではない。
【００３８】
これに対し、本発明のレーザ素子の場合、傾斜反射鏡面は、レーザ光を全反射させる面であるため、厳しい膜厚の制御を必要としない。従って、この４５度の鋭角に傾斜した反射鏡面にＣＶＤ法を用いてＡｌ２Ｏ３系の保護膜を堆積することで、ＣＯＤを防止することができる。例えば、熱ＣＶＤ法で堆積した場合は、傾斜面にも数十分という短時間で数百ナノメートルの厚さの膜を堆積できるので、Ａｌを含む傾斜反射鏡面を十分な厚さのＡｌ２Ｏ３膜で被覆し、レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００３９】
また、傾斜反射鏡面の保護膜を前記の酸化防止層兼出射面層の反射率制御膜と接続するように形成することで、Ａｌ含有層の露出を無くし、高信頼のレーザ素子を実現することができる。
【００４０】
また、レーザ光の再吸収を抑制するために、光反射面に近接して金属不純物を拡散するなどした、いわゆる窓構造を形成することが信頼性の面で有効であると考えられる。この窓構造は、レーザ光の再吸収を抑制することから、ＣＯＤを抑制するだけでなく、過飽和吸収の抑制にもつながるため、発光特性上も好都合である。
【００４１】
また、基板上面の反射率制御膜と共振器の他方の端面の反射率制御膜は、基板上面の反射率制御膜のレーザ光反射率を相対的に低く、つまり相対的に透過率を高く、端面の反射率制御膜のレーザ光反射率を相対的に高くすることで、基板上面から出る光出力を大きくすることができる。これは、通常の端面発光型レーザ素子の前端面の反射率を相対的に低く、後端面の反射率を相対的に高く設定することによって、前後端面における光出力の比を変え、より多くのレーザ光を前端面から取り出しているのと同じ原理である。
【００４２】
また、これとは逆に、端面のレーザ光反射率を相対的に低く、基板上面のレーザ光反射率を相対的に高く設定した場合には、端面から多くのレーザ光が出射する。このようなレーザ素子は、端面発光型レーザ素子の一種と言えるが、通常の端面発光型レーザでは得られない利点がある。
【００４３】
すなわち、通常の水平出射（端面発光）型レーザ素子の前端面および後端面は、劈開によって形成される。水平出射型レーザ素子では、前端面と後端面との距離が共振器長になる。通常の半導体レーザ素子の厚さは１００〜１５０μｍ程度であり、劈開によって形成できる共振器の長さは、割るという劈開の作業でのアスペクト比を考えると、精巧な劈開システムであっても、せいぜい素子の厚さと同じ１５０μｍである。４５度の傾斜反射鏡面を用いて共振器を折り曲げ、一端面を上面にすれば、劈開で形成する端面は１つであり、１つの劈開面を形成する精度だけで決まるため、１５０μｍ以下の短共振器の作製が容易になる。
【００４４】
このようにして作製される水平共振器・水平出射型レーザ素子においても、水平共振器・垂直出射型レーザ素子と課題は同じであり、上記した本発明の構成を適用することにより、Ａｌ含有半導体層の酸化による劣化を確実に抑制し、高信頼の水平共振器・水平出射型レーザ素子を実現することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００４６】
Ａｌ含有半導体層を含む共振器を有する水平共振器・垂直出射型半導体レーザ素子において、Ａｌ含有半導体層の酸化を抑制することができるので、この酸化に起因する光出力特性の劣化を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、以下の実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００４８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の水平共振器・垂直出射型レーザ素子を示す斜視図、図２は、図１に示した水平共振器・垂直出射型レーザ素子の共振器長方向に沿った断面図である。
【００４９】
ＧａＡｓからなる基板１０１の主面上には、下層から順に下部クラッド層１０２、活性層１０３および上部クラッド層１０４が積層されている。下部クラッド層１０２、活性層１０３および上部クラッド層１０４は、Ａｌ含有半導体層で構成されているが、上部クラッド層１０４は、高濃度のＡｌを含有するＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰで構成されている。
【００５０】
上部クラッド層１０４の上部には、上部クラッド層１０４に含まれるＡｌの酸化を防止する機能を兼ね備えた出射面層１０５が形成されており、この出射面層１０５の上部には、電極コンタクト層１０６が形成されている。出射面層１０５は、ＡｌフリーのＩｎＧａＰで構成されており、電極コンタクト層１０６は、ＧａＡｓで構成されている。
【００５１】
電極コンタクト層１０６の上部には、ＳｉＯ２またはＳｉＮｘからなるパッシベーション膜１２４が形成されており、このパッシベーション膜１２４の上部には、電極１４１が形成されている。また、パッシベーション膜１２４の一部には、コンタクト貫通穴１１４が設けられており、上記電極１４１は、このコンタクト貫通穴１１４を通じて下層の電極コンタクト層１０６と電気的に接続されている。一方、基板１０１の下面には、上記電極１４１と対になる電極１４２が形成されている。
【００５２】
上記出射面層１０５の光出射面１１２となる領域は、その上部の電極１４１およびパッシベーション膜１２４が除去されており、出射面層１０５が半導体層の最表面層を構成している。そして、この領域の出射面層１０５の上部には、出射光１５１が透過するための反射率制御膜１２２が形成されている。
【００５３】
上記光出射面１１２の下方の下部クラッド層１０２、活性層１０３および上部クラッド層１０４には、基板１０１の上面に対して鋭角に斜め４５度の傾斜反射鏡面１１１が形成されており、この傾斜反射鏡面１１１の表面は、傾斜反射鏡面保護膜１２１で被覆されている。また、この傾斜反射鏡面１１１の近傍の下部クラッド層１０２、活性層１０３および上部クラッド層１０４には、窓構造となる不純物拡散領域１３１が形成されている。
【００５４】
一方、上記傾斜反射鏡面１１１の反対側に位置する端面１１３には、反射率制御膜１２３が形成されている。この反射率制御膜１２３のレーザ光反射率は、光出射面１１２の最表面層を構成する反射率制御膜１２２のレーザ光反射率よりも高く、レーザ光の多くが光出射面１１２から出射される構成になっている。
【００５５】
（実施の形態２）
図３は、本実施の形態の短共振器型構造を有する水平共振器・水平出射型レーザ素子を示す斜視図、図４は、図３に示した水平共振器・水平出射型レーザ素子の共振器長方向に沿った断面図である。
【００５６】
前記実施の形態１のレーザ素子は、反射率制御膜１２３のレーザ光反射率が反射率制御膜１２２のレーザ光反射率よりも高い。これに対し、本実施の形態のレーザ素子は、反射率制御膜１２２のレーザ光反射率を反射率制御膜１２３のレーザ光反射率より相対的に高くすることで、レーザ光の多くを反射率制御膜１２３の形成された端面から出射する構成になっている。その他の構成については、前記実施の形態１のレーザ素子と同じであるため、その説明は省略する。
【００５７】
（実施の形態３）
図５は、本実施の形態の水平共振器・垂直出射型レーザ素子の共振器長方向に沿った断面図である。
【００５８】
前記実施の形態１のレーザ素子は、共振器長方向の一端に傾斜反射鏡面１１１が形成されているのに対し、本実施の形態のレーザ素子は、共振器長方向の両端に傾斜反射鏡面１１１、１１１が形成されている。そして、それぞれの傾斜反射鏡面１１１の表面は、傾斜反射鏡面保護膜１２１で被覆されている。
【００５９】
光出射面１１２となる領域は、出射面層１０５の上部の電極１４１およびパッシベーション膜１２４が除去されており、出射面層１０５が半導体層の最表面層を構成している。そして、この領域の出射面層１０５の上部には、出射光１５１が透過する反射率制御膜１２２が形成されている。
【００６０】
一方、光反射面１１５となる領域は、出射面層１０５の上部の電極１４１およびパッシベーション膜１２４が除去されており、出射面層１０５が半導体層の最表面層を構成している。そして、この領域の出射面層１０５の上部には、上記反射率制御膜１２２よりもレーザ光反射率の高い反射率制御膜１２５が形成されている。
【００６１】
その他の構成については、前記実施の形態１のレーザ素子と同じであるため、その説明は省略する。
【００６２】
上記した構成によれば、光出射面１１２から出射するレーザ光の量は、光反射面１１５から出射されるレーザ光の量よりも多くなる。そこで、反射率制御膜１２５のレーザ光反射率を１００％またはそれに近い数値に設定することにより、光出射面１１２からレーザ光が出射する水平共振器・垂直出射型レーザ素子を実現することができる。
【００６３】
（実施の形態４）
図６は、本実施の形態の水平共振器・垂直出射型レーザ素子の共振器長方向に沿った断面図である。
【００６４】
本実施の形態のレーザ素子は、共振器長方向の両端に傾斜反射鏡面１１１、１１６が形成されている。そして、それぞれの傾斜反射鏡面１１１、１１６の表面は、傾斜反射鏡面保護膜１２１で被覆されている。
【００６５】
上記した２つの傾斜反射鏡面１１１、１１６のうち、光出射面１１２側の傾斜反射鏡面１１１は、前記実施の形態１〜３のそれと同じく、基板１０１の上面に対して鋭角に斜め４５度の傾斜となっている。これに対し、もう一方の傾斜反射鏡面１１６は、基板１０１の上面に対して鈍角に斜め４５度の傾斜となっている。また、下部クラッド層１０２と基板１０１との間には、高反射率の反射鏡１０７が設けられている。この反射鏡１０７は、例えば高屈折率半導体層と低屈折率半導体層の多周期構造で構成される分布反射型（ＤＢＲ：Distributed Bragg Refractor）反射鏡からなる。
【００６６】
その他の構成については、前記実施の形態１のレーザ素子と同じであるため、その説明は省略する。
【００６７】
上記した構成によれば、活性層１０３で発生し、傾斜反射鏡面１１６側に向かうレーザ光は、分布反射型反射鏡１０７の表面で反射するので、光出射面１１２のみからレーザ光が出射する水平共振器・垂直出射型レーザ素子を実現することができる。
【００６８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６９】
前記実施の形態では、上部クラッド層の上部にＡｌの酸化を防止する機能を兼ね備えたＡｌフリーの出射面層を形成したが、上部クラッド層を多層化し、光出射面に近い側の上部クラッド層のＡｌ含有量を、活性層に近い側の上部クラッド層のＡｌ含有量よりも次第に低下させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
光情報記録や高速光通信、あるいはレーザ加工やレーザプリンタ等に使用される半導体レーザ素子に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１の水平共振器・垂直出射型レーザ素子を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１の水平共振器・垂直出射型レーザ素子を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２の水平共振器・水平出射型レーザ素子を示す斜視図である。
【図４】実施の形態２の水平共振器・水平出射型レーザ素子を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３の水平共振器・垂直出射型レーザ素子を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４の水平共振器・垂直出射型レーザ素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０１  半導体基板
１０２  下部クラッド層
１０３  活性層
１０４  上部クラッド層
１０５  出射面層
１０６  電極コンタクト層
１０７  反射鏡
１１１  傾斜反射鏡面
１１２  光出射面
１１３  端面
１１４  コンタクト貫通穴
１１５  光反射面
１１６  傾斜反射鏡面
１２１  傾斜反射鏡面保護膜
１２２、１２３  反射率制御膜
１２４  パッシベーション膜
１２５  反射率制御膜
１３１  不純物拡散領域
１４１、１４２  電極
１５１  出射光
【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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