(57)【要約】【課題】直列抵抗を低減することが可能な半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】第１半導体層２０に電流狭窄層２１を設ける。第２半導体層４０の上面のうち活性層３０の電流注入領域３０Ａに対応する領域に第３半導体層５０を形成し、それ以外の領域にｐ側電極６１を形成する。ｐ側電極６１と第２半導体層４０との接触面積が大きくなり、直列抵抗が小さくなる。第３半導体層５０には電流注入されず、光の閉じ込めのみが行われるので、第３半導体層５０の伝導型は、ｐ型、ｎ型またはノンドープのいずれであってもよい。【選択図】図１
2010171183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、第１半導体層，活性層，第２半導体層および第３半導体層が順に積層され、
前記第１半導体層は、前記活性層の電流注入領域を制限する電流狭窄層を含み、
前記第３半導体層は、前記第２半導体層の上面のうち前記活性層の電流注入領域に対応する領域に形成され、
前記第２半導体層の上面のうち前記第３半導体層以外の領域に、前記活性層に電流を注入するための電極が形成されている
半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記基板および前記第１半導体層の伝導型はｎ型、前記第２半導体層の伝導型はｐ型であり、前記第３半導体層の伝導型はｎ型である
請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第３半導体層はノンドープである
請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記基板および前記第１半導体層の伝導型はｎ型、前記第２半導体層の伝導型はｐ型であり、前記第３半導体層は、ｎ型層とノンドープ層とを前記第２半導体層の側から順に積層した構成を有する
請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第３半導体層は前記電流注入領域に対応した帯状に形成されており、
前記活性層で発生した光は、前記第１半導体層，前記活性層，前記第２半導体層および前記第３半導体層の積層方向に対して垂直な方向に出射する
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１半導体層はＤＢＲ層を含み、
前記第３半導体層は円柱状のＤＢＲ層であり、
前記活性層で発生した光は、前記第３半導体層の上面に対して垂直な方向に出射する
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
半導体レーザ素子および支持部材を備え
前記半導体レーザ素子は、
基板に、第１半導体層，活性層，第２半導体層および第３半導体層が順に積層され、
前記第１半導体層は、前記活性層の電流注入領域を制限する電流狭窄層を含み、
前記第３半導体層は、前記第２半導体層の上面のうち前記活性層の電流注入領域に対応する領域に形成され、
前記第２半導体層の上面のうち前記第３半導体層以外の領域に、前記活性層に電流を注入するための電極が形成され、
前記第３半導体層と前記支持部材とが、はんだ層を間にして接合されている
半導体レーザ装置
【請求項８】
前記半導体レーザ素子は、前記第３半導体層の上に、前記電極と同一材料よりなる金属膜を有する
請求項７記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記半導体レーザ素子は、前記第３半導体層の上に誘電体多層膜を有する
請求項７記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子およびこれを支持部材に実装した半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体レーザでは、ｐ型半導体層の上部に電流狭窄のための突条部（リッジ）を形成することにより活性層への電流の注入効率を上げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リッジ上部のみという限られた面積でｐ側電極とｐ型半導体層とが接触するので、直列抵抗の増大により動作電圧の上昇が引き起こされてしまうという問題があた。
【０００５】
なお、ちなみに、窒化物半導体レーザにおいては、ｎ型半導体層内に電流狭窄層を設けてリッジを不要とし、ｐ側電極とｐ型半導体層との接触面積を増やすことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、特許文献１に記載された構造では、フリーキャリアアブソープションのもととなるｐ型半導体層への光場の広がりという問題点があり、光吸収ロス低減のために更に改善の余地があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、直列抵抗を低減することが可能な半導体レーザ素子およびこれを備えた半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体レーザ素子は、基板に、第１半導体層，活性層，第２半導体層および第３半導体層が順に積層され、第１半導体層は、活性層の電流注入領域を制限する電流狭窄層を含み、第３半導体層は、第２半導体層の上面のうち活性層の電流注入領域に対応する領域に形成され、第２半導体層の上面のうち第３半導体層以外の領域に、活性層に電流を注入するための電極が形成されているものである。
【０００８】
本発明による半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子および支持部材を備え、半導体レーザ素子は、上記本発明の半導体レーザ素子により構成されているものである。
【０００９】
本発明の半導体レーザ素子、または本発明の半導体レーザ装置では、第１半導体層に電流狭窄層が設けられているので、一対の電極間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層によって電流狭窄され、活性層の電流注入領域に電流が注入され、電子と正孔の再結合による発光が生じる。第２半導体層の上面のうち活性層の電流注入領域に対応する領域には第３半導体層が形成され、それ以外の領域に電極が形成されているので、電極と第２半導体層との接触面積が大きくなり、直列抵抗が低減される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体レーザ素子、または本発明の半導体レーザ装置によれば、第１半導体層に電流狭窄層を設けると共に、第２半導体層の上面のうち活性層の電流注入領域に対応する領域に第３半導体層を形成し、それ以外の領域に電極を形成するようにしたので、電極と第２半導体層との接触面積を大きくして、直列抵抗の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ素子を備えた半導体レーザアレイの構成を表す斜視図である。
【図３】図２に示した半導体レーザアレイを備えた半導体レーザ装置の構成を表す斜視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図１に示した半導体レーザ素子の製造方法を工程順に説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程について説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程について説明するための断面図である。
【図８】図７に続く工程について説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成を表す断面図である。
【図１３】本発明の適用例であるレーザディスプレイ装置の構成を表す図である。
【図１４】本発明の適用例であるレーザ照射装置の構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（第３半導体層を直接サブマウントに接合する例）
２．第２の実施の形態（第３半導体層の上に金属膜を形成する例）
３．第３の実施の形態（第３半導体層を、ｎ型層とノンドープ層との積層構造とする例）
４．第４の実施の形態（第３半導体層の上に誘電体多層膜を形成する例）
５．第５の実施の形態（面発光レーザ）
６．適用例
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
＜半導体レーザ素子＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１は、例えば、レーザディスプレイやレーザ加工などのレーザ照射装置に用いられるものであり、ｎ型ＧａＡｓよりなる基板１０上に、第１半導体層２０，活性層３０，第２半導体層４０および第３半導体層５０を有している。
【００１４】
第１半導体層２０は、例えば、基板１０の側から順に、電流狭窄層２１と、ｎ型クラッド層２２と、ｎ側ガイド層２３とを有している。
【００１５】
電流狭窄層２１は、活性層３０の電流注入領域３０Ａを制限するためのものであり、例えば、厚みが０．１μｍ程度であり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物が添加されたｐ型ＧａＡｓにより構成されている。電流狭窄層２１は、電流注入領域３０Ａに対応して開口部２１Ａを有しており、電流はこの開口部２１Ａを通過して電流注入領域３０Ａに注入されるようになっている。なお、この半導体レーザ素子１は、開口部２１Ａの幅が例えば１０μｍ以上、典型的には２０μｍ以上４００μｍ以下のいわゆるブロードエリア型半導体レーザである。
【００１６】
ｎ型クラッド層２２は、例えば、厚みが１μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物が添加されたｎ型ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。ｎ側ガイド層２３は、例えば、厚みが０．１μｍであり、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。
【００１７】
活性層３０は、例えば、厚みが１０ｎｍであり、ノンドープのＧａＩｎＰ混晶により構成されている。この活性層３０において、電流狭窄層２１の開口部２１Ａとの対向領域が電流注入領域（発光領域）３０Ａとなる。
【００１８】
第２半導体層４０は、例えば、基板１０の側から順に、ｐ側ガイド層４１と、ｐ型クラッド層４２と、ｐ側コンタクト層４３とを有している。
【００１９】
ｐ側ガイド層４１は、例えば、厚みが０．１μｍであり、ノンドープのＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｐ型クラッド層４２は、例えば、厚みが０．３μｍであり、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物が添加されたｐ型ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層４３は、例えば、厚みが０．１μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物が高濃度に添加されたｐ型ＧａＡｓにより構成されている。なお、ｐ型クラッド層４２とｐ側コンタクト層４３との間には、エッチングストップ層（図示せず）および中間層（図示せず）が設けられていてもよい。エッチングストップ層は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物が添加されたＧａＩｎＰ混晶により構成されている。中間層は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物が添加されたｐ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。
【００２０】
第３半導体層５０は、第２半導体層４０の上面のうち活性層３０の電流注入領域３０Ａに対応する領域に帯状に形成されている。第２半導体層４０の上面のうち第３半導体層５０以外の領域には、活性層３０に電流を注入するためのｐ側電極６１が形成されている。これにより、この半導体レーザ素子１では、直列抵抗を低減することが可能となっている。
【００２１】
第３半導体層５０は、例えば、厚みが０．７μｍであり、ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。なお、上述したｐ側コンタクト層４３は、ｐ型クラッド層４２の上面のうち第３半導体層５０以外の領域に形成されている。
【００２２】
第３半導体層５０の伝導型は、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物が添加されることによりｐ型であってもよいし、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物が添加されることによりｎ型であってもよく、またはノンドープであってもよい。第３半導体層５０には電流注入されず、光の閉じ込めのみが行われるからである。特に、第３半導体層５０の伝導型は、ノンドープであることが好ましい。ｐ型クラッド層のキャリアによるフリーキャリアアブソープションを低減し、光のロスを小さくすることにより、レーザのエネルギー変換効率の改善が可能となり、特に高出力レーザの出力を上げる際に極めて有効だからである。
【００２３】
ｐ側電極６１は、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を第２半導体層４０側からこの順に積層したものであり、ｐ側コンタクト層４３と電気的に接続されている。
【００２４】
一方、基板１０の裏面には、活性層３０に電流を注入するためのｎ側電極６２が形成されている。ｎ側電極６２は、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側からこの順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。
【００２５】
更に、この半導体レーザ素子１では、例えば第３半導体層５０の長さ方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面に図示しない一対の反射鏡膜がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜の反射率は低くなるように、他方の反射鏡膜の反射率は高くなるようにそれぞれ調整されている。これにより、活性層３０において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。すなわち、この半導体レーザ素子１は、活性層３０で発生した光が、第１半導体層２０，活性層３０，第２半導体層４０および第３半導体層５０の積層方向に対して垂直な方向に出射する端面発光型レーザである。
【００２６】
＜半導体レーザ装置＞
図２は、この半導体レーザ素子１を備えた半導体レーザアレイの概略構成を表したものである。この半導体レーザアレイ２は、複数の半導体レーザ素子１を共通の基板１０上にモノリシックに形成することにより、ワットクラスの光出力を得られるようにしたものである。
【００２７】
半導体レーザアレイ２では、隣接するエミッタ（一つの半導体レーザ素子１に相当。）間で熱相互作用が生じ易いので、エミッタ間隔を４００μｍ程度とすることが好ましい。従って、一つのエミッタからの光出力が大きくなるとエミッタ数を減らすことができ、半導体レーザアレイ２と光学結合する光学素子の小型化や数量削減が可能となる。
【００２８】
図３は、この半導体レーザアレイ２を備えた半導体レーザ装置の概略構成を表したものである。この半導体レーザ装置３は、レーザディスプレイ，レーザ加工または医療応用などに用いられるものである。半導体レーザアレイ２は、例えば、ＳｉＣなどの高熱伝導率を有するサブマウント７０に、はんだ層７１により接合されている。サブマウント７０は、金属製のヒートシンク８０に、はんだ層７２（図３には図示せず、図４参照。）により接合されている。半導体レーザアレイ２は、サブマウント７０を設けずに、はんだ層７１によりヒートシンク８０に直接接合されていてもよい。ここで、サブマウント７０またはヒートシンク８０が、本発明における「支持部材」の一具体例に対応する。
【００２９】
半導体レーザアレイ２の光射出側とは反対側には、ｎ側電極６２とワイヤ８５を介して電気的に接続された電極部材８１が設けられている。この電極部材８１は、ヒートシンク８０と絶縁分離する絶縁板８３上にネジ８２によって固定されている。電極部材８１の上には、ワイヤ８５を外部から保護する保護部材８４がネジ８２によって固定されている。
【００３０】
半導体レーザアレイ２は、例えば図４に示したように、ジャンクションダウンでサブマウント７０に接合されている。各半導体レーザ素子１の第３半導体層５０とサブマウント７０とが、はんだ層７１を間にして直接接合されている。これにより、ｐ型クラッド層４２および第３半導体層５０からの排熱を良好にすることができ、熱に起因するエネルギー変換効率の低下の抑制が可能となる。
【００３１】
この半導体レーザ素子１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００３２】
まず、図５に示したように、上述した材料よりなる基板１０を用意し、この基板１０の上面に、例えば亜鉛（Ｚｎ）拡散またはイオンインプランテーションにより、電流狭窄層２１を形成する。特に、イオンインプランテーションは電流狭窄層２１を簡単に形成することができるので好ましい。
【００３３】
次いで、図６に示したように、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、上述した厚みおよび材料よりなるｎ型クラッド層２２およびｎ側ガイド層２３、活性層３０、ｐ側ガイド層４１、ｐ型クラッド層４２および第３半導体層５０をこの順に積層する。このとき、化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧa ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、フォスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、ドナー不純物の原料としては、例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）や、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。
【００３４】
続いて、図７に示したように、例えばエッチングにより、第３半導体層５０を、第２半導体層４０の上面のうち活性層３０の電流注入領域３０Ａに対応する領域に帯状に形成する。そののち、同じく図７に示したように、第３半導体層５０の上面および側面に、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＯ2 よりなる選択成長マスク９１を形成し、上述した厚みおよび材料よりなるｐ側コンタクト層４３を形成する。
【００３５】
ｐ側コンタクト層４３を形成したのち、図８に示したように、選択成長マスク９１をエッチオフし、例えば蒸着により、第２半導体層４０の上面のうち第３半導体層５０以外の領域に、上述した材料よりなるｐ側電極６１を形成する。
【００３６】
また、基板１０の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングして基板１０の厚みを例えば１００μｍ程度としたのち、基板１０の裏面にｎ側電極６２を形成する。そののち、基板１０を所定の大きさに整え、対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。以上により、図１に示した半導体レーザ素子１が完成する。
【００３７】
この半導体レーザ素子１では、ｎ側電極６２とｐ側電極６１との間に所定の電圧が印加されると、活性層３０に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、第１半導体層２０に電流狭窄層２１が設けられているので、この電流狭窄層２１によって電流狭窄が行われ、活性層３０の電流注入領域３０Ａに電流が注入される。また、第２半導体層４０の上面のうち活性層３０の電流注入領域３０Ａに対応する領域には第３半導体層５０が形成され、それ以外の領域にｐ側電極６１が形成されているので、ｐ側電極６１と第２半導体層４０との接触面積が大きくなり、直列抵抗が小さくなる。
【００３８】
このように本実施の形態では、第１半導体層２０に電流狭窄層２１を設けると共に、第２半導体層４０の上面のうち活性層３０の電流注入領域３０Ａに対応する領域に第３半導体層５０を形成し、それ以外の領域にｐ側電極６１を形成するようにしたので、直列抵抗を下げて動作電圧の上昇を抑えることが可能となる。また、レーザのエネルギー変換効率を改善することが可能となり、信頼性を高めたり、動作温度に余裕をもたせることができ、高温動作が可能となる。
【００３９】
＜第２の実施の形態＞
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１Ａは、第３半導体層５０の上に金属膜５１を形成したことを除いては、上記第１の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、同様にして製造することができる。
【００４０】
金属膜５１は、ｐ側電極６１と同一材料により構成され、ｐ側電極６１と同一工程で形成することができる。第３半導体層５０の上に金属膜５１を形成することにより、はんだ層７１との接合性を高め、排熱に寄与することができる。
【００４１】
この場合、第３半導体層５０の伝導型は、ｎ型またはノンドープであることが好ましい。ｐ側電極と第３半導体層５０との間のショットキー障壁を大きくし、第３半導体層５０に電流が流れ込まないようにすることができるからである。特に、第３半導体層５０の伝導型は、ノンドープであることが好ましい。ｐ型クラッド層のキャリアによるフリーキャリアアブソープションを低減し、光のロスを小さくすることにより、レーザのエネルギー変換効率の改善が可能となり、特に高出力レーザの出力を上げる際に極めて有効だからである。
【００４２】
＜第３の実施の形態＞
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１Ｂは、第３半導体層５０を、ｎ型層５２Ａとノンドープ層５２Ｂとの積層構造としたことを除いては、上記第１の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、同様にして製造することができる。
【００４３】
ｎ型層５２Ａは、ｐ型クラッド層４２との間にｐｎ接合を形成し、キャリアがノンドープ層５２Ｂに拡散するのを抑えるものであり、例えば、厚みが０．１μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物が添加されたＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。ノンドープ層５２Ｂは、例えば、厚みが０．６μｍであり、ノンドープのＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。このように第３半導体層５０をｎ型層５２Ａとノンドープ層５２Ｂとの積層構造とすることにより、ノンドープ層５２Ｂにおけるフリーキャリアアブソープションを確実に抑えることができる。
【００４４】
＜第４の実施の形態＞
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１Ｃは、第３半導体層５０の上に誘電体多層膜５３を形成することにより、はんだ層７１での光吸収を低減するようにしたことを除いては、上記第１の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、同様にして製造することができる。
【００４５】
＜第５の実施の形態＞
図１２は、本発明の第５の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１Ｄは、ｎ型ＧａＡｓよりなる基板１１０上に、第１半導体層１２０，活性層１３０，第２半導体層１４０および第３半導体層１５０を順に備えた面発光レーザである。
【００４６】
第１半導体層１２０は、ｎ側ＤＢＲ層１２１と、電流狭窄層１２２と、ｎ側ガイド層１２３とを有している。ｎ側ＤＢＲ層１２１は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ混晶よりなる多層構造を有している。電流狭窄層１２２は、例えば、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）よりなる低抵抗領域１２２Ａの周囲に、ヒ化アルミニウムを酸化させた高抵抗領域１２２Ｂを有し、電流は低抵抗領域１２２Ａのみに狭窄されるようになっている。ｎ側ガイド層１２３は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ混晶により構成されている。
【００４７】
活性層１３０は、例えば不純物を添加しないＧａＡｓにより構成され、低抵抗領域１２２Ａに対応する活性層１３０の領域が発光領域１３０Ａとなっている。
【００４８】
第２半導体層１４０は、ｐ側ガイド層１４１を有している。ｐ側ガイド層１４１は、例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ混晶により構成されている。
【００４９】
第３半導体層１５０は、例えばＡｌＧａＡｓ混晶よりなる多層構造を有するＤＢＲ層である。第３半導体層１５０は、第２半導体層１４０の上面のうち活性層１３０の電流注入領域１３０Ａに対応する領域に円柱状に形成されており、活性層１３０で発生した光は、第３半導体層１５０の上面に対して垂直な方向に出射するようになっている。第２半導体層１４０の上面のうち第３半導体層１５０以外の領域には、活性層１３０に電流を注入するためのｐ側電極１６１が形成されている。これにより、この半導体レーザ素子１Ｄでは、直列抵抗を低減することが可能となっている。
【００５０】
第３半導体層１５０の伝導型は、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物が添加されることによりｐ型であってもよいし、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物が添加されることによりｎ型であってもよく、またはノンドープであってもよい。第３半導体層１５０には電流注入されず、光の反射のみが行われるからである。特に、第３半導体層１５０の伝導型は、ノンドープであることが好ましい。ｐ型ＤＢＲ層のキャリアによるフリーキャリアアブソープションを低減し、光のロスを小さくすることにより、レーザのエネルギー変換効率の改善が可能となり、特に高出力レーザの出力を上げる際に極めて有効だからである。
【００５１】
ｐ側電極１６１は、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を第２半導体層４０側からこの順に積層したものであり、ｐ側ガイド層１４１と電気的に接続されている。
【００５２】
基板１１０の裏面には、活性層１３０に電流を注入するためのｎ側電極１６２が形成されている。一対の電極である。ｎ側電極１６２は、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１１０側からこの順に積層した構造を有しており、基板１１０と電気的に接続されている。
【００５３】
この半導体レーザ素子１Ｄは、例えば次のようにして製造することができる。
【００５４】
まず、上述した材料よりなる基板１１０に、例えば結晶成長によりｎ側ＤＢＲ層１２１，電流狭窄層１２２となるヒ化アルミニウム層１２２Ｃ，ｎ側ガイド層１２３，活性層１３０，ｐ側ガイド層１４１，第３半導体層１５０を順次成長させる。
【００５５】
次いで、例えばエッチングにより、第３半導体層１５０を、第２半導体層１４０の上面のうち活性層１３０の電流注入領域１３０Ａに対応する領域に円柱状に形成する。
【００５６】
続いて、例えばエッチングにより、ｐ側ガイド層１４１，活性層１３０，ｎ側ガイド層１２３，ヒ化アルミニウム層１２２Ｃおよびｎ側ＤＢＲ層１２１を選択的に除去し、メサ部（図示せず）を形成する。
【００５７】
そののち、例えば水蒸気中で加熱することにより、メサ部（図示せず）の側面に露出したヒ化アルミニウム層１２２Ｃを酸化させる。酸化は、ヒ化アルミニウム層１２２Ｃの周囲から中心へ向かって環状に進行していくので、適切な時期に酸化を停止させることにより環状の高抵抗領域１２２Ｂが形成され、中央の酸化されなかった部分が低抵抗領域１２２Ａとなる。これにより、低抵抗領域１２２Ａおよび高抵抗領域１２２Ｂを有する電流狭窄層１２２が形成される。
【００５８】
電流狭窄層１２２を形成したのち、第２半導体層１４０の上面のうち第３半導体層１５０以外の領域にｐ側電極１６１を形成し、基板１１０の裏側にｎ側電極１６２を形成する。これにより、図１２に示した半導体レーザ素子１Ｄが完成する。
【００５９】
この半導体レーザ素子１Ｄでは、ｎ側電極１６２とｐ側電極１６１との間に所定の電圧が印加されると、ｐ側電極１６１から供給される駆動電流は電流狭窄層１２２により電流狭窄されたのち活性層１３０に注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、ｎ側ＤＢＲ層１２１および第３半導体層１５０により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして第３半導体層１５０の上面から外部に射出される。  
【００６０】
従来の面発光レーザでは、ｐ型ＤＢＲ層は高抵抗領域となり、デバイスの高速動作を行う上で非常に大きな問題となっていた。これに対して、本実施の形態では、第２半導体層１４０の上面のうち活性層１３０の電流注入領域１３０Ａに対応する領域には第３半導体層１５０が形成され、それ以外の領域にｐ側電極１６１が形成されているので、第３半導体層１５０に関しては電流は流れず、光の反射のみが行われる。よって、半導体レーザ素子１Ｄは非常に低い直列抵抗成分のみを有することとなり、高速動作が可能となる。
【００６１】
このように本実施の形態では、第２半導体層１４０の上面のうち活性層１３０の電流注入領域１３０Ａに対応する領域には第３半導体層１５０を形成し、それ以外の領域にｐ側電極１６１を形成するようにしたので、第３半導体層１５０に電流を流す必要をなくして直列抵抗を低減し、高速動作を可能とすることができる。
【００６２】
＜適用例＞
図２ないし図４に示した半導体レーザアレイ２および半導体レーザ装置３は、必要に応じて窒素雰囲気のモジュール（図示せず）に組み込まれ、レーザディスプレイまたはレーザ照射装置の光源として適用される。例えばレーザディスプレイでは、モジュールから出射されるレーザ光は、レンズなどでコリメートされ、光学素子で２次元画像情報に対応して空間的に変調されてスクリーンに照射される。これらの光学素子としては、例えば、液晶や、ＤＬＰ（Digital Light Processing）やＧＬＶ（Grating Light Valve ）などの光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems））が用いられる。
【００６３】
（レーザディスプレイ）
図１３は、本実施の形態のブロードエリア型半導体レーザアレイ３をレーザディスプレイに適用した適用例を表したものである。このレーザディスプレイ装置２００は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色の光を出射する光源２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃを備えており、赤色の光を出射する光源２０１ａとして上記本実施の形態の半導体レーザ装置３が配置されている。このレーザディスプレイ装置２００は、更に、各光源２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃに対応して設けられたビーム成形光学系２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃおよび液晶パネル２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ、クロスプリズム２０４、プロジェクション２０５および投射スクリーン２０６を備えている。
【００６４】
このレーザディスプレイ装置２００では、ＲＧＢ各色の光源２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃから出射された光が、それぞれビーム成形光学系２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを経由したのち、液晶パネル２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃに入射されＲＧＢの画像情報に空間変調される。そののちクロスプリズム２０４で合波され、プロジェクション２０５を経由して投射スクリーン２０６に投射される。
【００６５】
（レーザ照射装置）
図１４は、レーザ照射装置の一例として、レーザ加工装置の光源に本実施の形態の半導体レーザ装置３を適用した適用例を表したものである。このレーザ照射装置３００では、光源３０１から出射されたレーザ光３０４は、光学系３０２を経由して、加工対象物３０３の表面に結合され、加工が行われる。リッジ部２０の幅の広いブロードエリア型半導体レーザのＮＦＰは長方形であるため、加工対象物３０３表面に結合されたビームパターンも長方形になる。従って、矩形やライン形状の加工の場合には、ビーム利用効率が高くなる。なお、このレーザ照射装置３００は、レーザ加工だけでなく、表面改質や検査などにも適用可能である。
【００６６】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
【００６７】
また、上記実施の形態では、半導体レーザ素子１，半導体レーザアレイ２および半導体レーザ装置３の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態等では、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ系などの赤外半導体レーザ、ＧａＩｎＮ系およびＡｌＧａＩｎＮ系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ、ＢｅＺｎＭｇＣｄＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザにも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。特に、第３半導体層５０の伝導型をｎ型またはノンドープとすることができるので、ｐ型を得ることが難しい材料系（例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体）に本発明を適用すれば、第３半導体層５０を、電流注入に関係ない光導波構造として用いることができ、例えば緑色レーザの技術として利用可能である。
【００６９】
また、上記実施の形態等では、インデックスガイド構造の半導体レーザを例に挙げて、本発明について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構造、例えば、ゲインガイド構造の半導体レーザに対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１…半導体レーザ素子、２…半導体レーザアレイ、３…半導体レーザ装置、１０…基板、２０…第２半導体層、２１…電流狭窄層、２２…ｎ型クラッド層、２３…ｎ側ガイド層、３０…活性層、３０Ａ…電流注入領域、４０…第２半導体層、４１…ｐ側ガイド層、４２…ｐ型クラッド層、４３…ｐ側コンタクト層、５０…第３半導体層、６１…ｐ側電極、６２…ｎ側電極、７０…サブマウント、７１，７２…はんだ層、８０…ヒートシンク、８１…電極部材、８２…ネジ、８３…絶縁板、８４…保護部材、８５…ワイヤ
【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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