(57)【要約】【課題】従来よりも光取り出し効率の高い半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】  半導体レーザ装置１は、半導体基板１０と、半導体基板１０の第１面側の上層に形成された第１反射鏡１１と、第１反射鏡１１の上層に形成された発光部１３と、発光部１３の上層に形成された第２反射鏡１５と、第２反射鏡１５の上層に形成されたコンタクト層１７と、半導体基板１０の前記第１面と反対の第２面側の上層に形成された第１電極１９と、コンタクト層１７の上層に形成された第２電極２１を備える。第１反射鏡１１は、発光部１３の形成側と反対側の面において、外縁に位置する第１領域が半導体基板１０（１０ａ）に接触し、第１領域よりも内側に位置する第２領域が第１領域と接触する箇所の半導体基板１０（１０ａ）よりもキャリア濃度が低濃度である領域（１０ｂ）又は空隙に接触する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面側の上層に形成された第１反射鏡と、
前記第１反射鏡の上層に形成された発光部と、
前記発光部の上層に形成された第２反射鏡と、
前記第２反射鏡の上層に形成されたコンタクト層と、
前記半導体基板の前記第１面と反対の第２面側の上層に形成された第１電極と、
前記コンタクト層の上層に形成された第２電極を備え、
前記第１反射鏡は、前記発光部の形成側と反対側の面において、外縁に位置する第１領域が前記半導体基板に接触し、前記第１領域よりも内側に位置する第２領域が前記第１領域と接触する箇所の前記半導体基板よりもキャリア濃度が低濃度である領域又は空隙に接触することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体基板は、第１基板領域、及び前記第１基板領域よりもキャリア濃度が低濃度である第２基板領域を有し、
前記第１反射鏡は、前記発光部の形成側と反対側の面において、前記第１領域が前記第１基板領域と接触し、前記第２領域が前記第２基板領域と接触する構成であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体基板は、前記第１基板領域と前記第２基板領域の境界部分に、キャリア拡散防止用の絶縁層が埋め込まれていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記半導体基板は、前記第１基板領域と前記第２基板領域の境界部分に、基板面に直交する方向に貫通する第１溝部を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記半導体基板は、一部の箇所に、基板面に直交する方向に貫通する第２溝部を有し、
前記第１反射鏡は、前記発光部の形成側と反対側の面において、前記第１領域が前記第２溝部の外側に位置する前記半導体基板の面に接触し、前記第２領域が前記第２溝部の内側に位置する空隙に接触する構成であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記半導体基板は、一部の箇所に、基板面に直交する方向に貫通する第２溝部を有し、
前記第２溝部の底面に、前記半導体基板よりもキャリア濃度が低濃度の誘電体層が形成され、
前記第１反射鏡は、前記発光部の形成側と反対側の面において、前記第１領域が前記半導体基板の前記第２溝部の外側領域に接触し、前記第２領域が前記誘電体層に接触する構成であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第２溝部の内側面を覆うように、前記半導体基板の保護用の絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項５又は６に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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置として、近年、基板面に垂直な方向に光を取り出す構成の垂直外部共振器面発光レーザ（Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers：以下、「ＶＥＣＳＥＬ」と略記する。）の開発が進められている（例えば、下記特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、特許文献１や非特許文献１に開示された従来のＶＥＣＳＥＬ構造のレーザ装置の模式的断面図である。従来のレーザ装置９０は、半導体基板４０の上面に、ｎ側多層膜反射鏡１１、発光部１３、及びｐ側多層膜反射鏡１５を備え、発光部１３を一対の反射鏡１１及び１５が半導体基板４０の面に垂直な方向に挟み込む構成である。
【０００４】
また、ｐ側多層膜反射鏡１５の上層には、高濃度のコンタクト層１７を介してｐ側電極２１が形成されている。一方、発光部１３や一対の反射鏡１１及び１５が形成されていない側において、半導体基板４０の面上にはｎ側電極１９が形成されている。
【０００５】
ｎ側多層膜反射鏡１１、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びコンタクト層１７の多層構造体の外側には絶縁層２５が形成されている。この絶縁層２５は、ｐ側電極２１とｎ側電極１９の間にバイアス電圧が印加された際、発光効率を高めるべく発光部１３を含む上記多層構造体の領域に電流を集中させ、その外側の領域に電流を流さないようにするための高抵抗層（電流狭窄層）を構成する。そして、この絶縁層２５の周囲をパッシベーション層２７が覆っている。
【０００６】
半導体基板４０に対して、光取り出し方向ｄ１の向きに離間した位置には、外部出力ミラー３が備えられている。
【０００７】
ｐ側電極２１とｎ側電極１９の間にバイアス電圧を印加することにより、発光部１３に電流が流れて当該領域が発光する。この光は、外部出力ミラー３、ｎ側多層膜反射鏡１１、及びｐ側多層膜反射鏡１５によって形成される共振器で共振され、励起された光がレーザ光５として外部出力ミラー３から放出される。
【０００８】
なお、図１１に示すレーザ装置９０は、ｎ側電極１９の形成側がレーザ光５の取り出し面となっているため（取り出し方向ｄ１）、ｎ側電極１９は、光の通路を遮らないような形状となっている。図１１のレーザ装置９０は、ｎ側電極１９がドーナツ形状を構成しており、その内側の位置において、半導体基板４０のｎ側電極１９が形成されている側の面上に誘電体層２９が形成されている。誘電体層２９は、共振中の光の損失を抑制するために設けられている。
【０００９】
コンタクト層１７は、高濃度（例えば、1×1018/cm3以上）のキャリアがドープされており、ｐ側電極２１との間のコンタクト抵抗値を下げる役割を果たしている。
【００１０】
ここで、同様に、ｎ側電極１９と半導体基板４０の間の抵抗値を下げるべく、例えば半導体基板４０を高濃度にドープする方法が考えられる。
【００１１】
しかし、一般的に高濃度にドープされた半導体層は、光を多く吸収することが知られている。図１１の構成によれば、発光部１３で生成された光は、外部出力ミラー３との間で半導体基板４０内を通過しながら反射を繰り返した後、外部へと取り出される構成である。従って、半導体基板４０を高濃度でドープした場合、発光部１３で生成された光が半導体基板４０内で吸収されてしまい、取り出し効率が低下するという問題がある。
【００１２】
このような点に鑑み、特許文献１や非特許文献１の構成では、半導体基板４０として、低濃度キャリア（例えば、5×1016/cm3以上、5×1017/cm3以下程度）のGaAs基板を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特表２００６−５１１９６６号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Gregory T. Niven, et.al. "Laser lighting revolution - Coming soon to a theater near you- ", December 2010, Optik & Photonik No.4, p34〜p37
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、半導体基板４０として、このような低濃度のGaAs基板を用いると、半導体基板４０とｎ側電極１９の間のコンタクト抵抗や、半導体基板４０内の抵抗が大きくなる。このため、駆動時にｐ側電極２１とｎ側電極１９の間にバイアス電圧を印加すると高いジュール熱が発生し、これに起因してレーザ装置９０が大きく昇温する。温度が上昇するとレーザ光５の波長が長波長側にシフトするため、所望の発光波長の光の取り出し効率は低下してしまう。
【００１６】
なお、ｎ側電極１９と半導体基板４０の間の抵抗値を下げるべく、ｎ側電極１９と半導体基板４０の間に高濃度のコンタクト層を形成する方法も考えられる。しかし、この方法を採用した場合、ｎ側電極１９と半導体基板４０の間のコンタクト抵抗値は低下させられるものの、低濃度の半導体基板４０内を電流が通過することには変わりがないため、素子全体の抵抗を低下させることはできない。よって、高いジュール熱が発生してレーザ光５の波長が長波長側にシフトする点において、上記従来構成と同様の課題を有している。
【００１７】
本発明は、上記の点に鑑み、従来よりも光取り出し効率の高い半導体レーザ装置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】
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面側の上層に形成された第１反射鏡と、
前記第１反射鏡の上層に形成された発光部と、
前記発光部の上層に形成された第２反射鏡と、
前記第２反射鏡の上層に形成されたコンタクト層と、
前記半導体基板の前記第１面と反対の第２面側の上層に形成された第１電極と、
前記コンタクト層の上層に形成された第２電極を備え、
前記第１反射鏡は、前記発光部の形成側と反対側の面において、外縁に位置する第１領域が前記半導体基板に接触し、前記第１領域よりも内側に位置する第２領域が前記第１領域と接触する箇所の前記半導体基板よりもキャリア濃度が低濃度である領域又は空隙に接触することを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１反射鏡は、発光部の形成側と反対側の面において、外縁に位置する第１領域が半導体基板に接触し、第１領域よりも内側に位置する第２領域は、第１領域と接触する箇所の半導体基板よりもキャリア濃度が低濃度である領域又は空隙に接触している。つまり、発光部から放射された光は、第１反射鏡を介して外部に放射される際、第１領域と接触する箇所の半導体基板よりもキャリア濃度が低濃度である領域又は空隙内を通過することができる。なお、「第１領域と接触する箇所の半導体基板よりもキャリア濃度が低濃度である領域」には、アンドープの領域も含まれる。
【００２０】
つまり、半導体基板のキャリア濃度を高濃度とした場合、第１反射鏡は、外縁部分のみがこの高濃度領域と接触し、その内側の領域は低濃度領域又は空隙と接触する構成となる。よって、例えば外縁部分の厚みを内側に比べてなるべく薄くしておくことで、第１反射鏡から放射される光は、そのほとんどが低濃度領域又は空隙を通過して外部へと放射される構成とすることができる。従って、高濃度領域内を通過する光量は、従来構成と比べて大幅に削減されるため、光が吸収される量も大きく抑制される。
【００２１】
そして、第１反射鏡の外縁部分は半導体基板と接触しているため、半導体基板のキャリア濃度を高濃度にしておくことで、第１電極と半導体基板の間のコンタクト抵抗は低い値が実現される。また、第１電極と第２電極の間にバイアス電圧を印加した際、第２電極、コンタクト層、第２反射鏡、発光部、第１反射鏡、半導体基板、及び第１電極からなる電流経路が形成されるが、この間に低濃度領域を介さない構成とすることができるので、素子全体の抵抗が大きくなることもない。この結果、高いジュール熱が発生して発光波長がシフトすることにより所望の発光波長の光の取り出し効率が低下するという問題も解消する。
【００２２】
つまり、上記の構成によれば、素子の低抵抗化と光の取り出し効率の向上という両者を同時に実現することができる。
【００２３】
より具体的な第１の構成として、前記半導体基板は、第１基板領域、及び前記第１基板領域よりもキャリア濃度が低濃度である第２基板領域を有し、
前記第１反射鏡は、前記発光部の形成側と反対側の面において、前記第１領域が前記第１基板領域と接触し、前記第２領域が前記第２基板領域と接触する構成とすることができる。
【００２４】
この構成では、半導体基板を２つのキャリア濃度領域に分けて、高濃度領域を構成する第１基板領域を第１反射鏡の外縁部分に接触させ、低濃度領域を第１反射鏡の内側部分に接触させている。これにより、上記効果が実現される。
【００２５】
更にこのとき、前記第１基板領域と前記第２基板領域の境界部分に、キャリア拡散防止用の絶縁層を埋め込む構成としても構わない。
【００２６】
また、前記第１基板領域と前記第２基板領域の境界部分に、基板面に直交する方向に貫通する第１溝部を有する構成としても構わない。
【００２７】
これらの構成によれば、高濃度の第１基板領域から低濃度の第２基板領域に向かってキャリアが拡散することが防止される。よって、光の通過経路に位置する第１反射鏡の接触箇所を低濃度状態に維持することができ、安定して高い光の取り出し効率が実現される。
【００２８】
また、より具体的な第２の構成として、前記半導体基板は、一部の箇所に、基板面に直交する方向に貫通する第２溝部を有し、
前記第１反射鏡は、前記発光部の形成側と反対側の面において、前記第１領域が前記第２溝部の外側に位置する前記半導体基板の面に接触し、前記第２領域が前記第２溝部の内側に位置する空隙に接触する構成とすることができる。
【００２９】
この構成では、半導体基板の一部に基板面に直交する方向に貫通する第２溝部を設けている。そして、半導体基板を第１反射鏡の外縁部分に接触させ、第２溝部の内側すなわち空隙を第１反射鏡の内側部分に接触させている。これにより、上記効果が実現される。
【００３０】
上記構成の変形例として、前記第２溝部の底面に、前記半導体基板よりもキャリア濃度が低濃度の誘電体層を形成し、この誘電体層を第１反射鏡の内側部分に接触させるものとしても構わない。この誘電体層はアンドープ層で実現しても構わない。
【００３１】
なお、第２の構成において、第２溝部の内側面を覆うように、前記半導体基板の保護用の絶縁層を形成しても構わない。
【００３２】
これにより、半導体基板を第２溝部の内側に露出させることなく、素子の低抵抗化と光の取り出し効率の向上という両者を同時に実現することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の半導体レーザ装置によれば、コンタクト抵抗及び素子抵抗を低抵抗にしながらも、光の通過経路上に高濃度領域をほとんど又は完全に有さない構成とすることができるので、従来よりも高い光取り出し効率が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。
【図２】第１実施形態のレーザ装置が搭載された半導体基板を光取り出し方向側から見たときの模式的平面図である。
【図３】第１実施形態のレーザ装置が搭載された半導体基板と接触するｎ側多層膜反射鏡の面を模式的に図示したものである。
【図４】第１実施形態のレーザ装置の別の模式的断面図である。
【図５Ａ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図５Ｂ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図５Ｃ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図５Ｄ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図５Ｅ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図５Ｆ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図５Ｇ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図５Ｈ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図５Ｉ】第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図６】第２実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。
【図７】第２実施形態のレーザ装置が搭載された半導体基板を光取り出し方向側から見たときの模式的平面図である。
【図８】第２実施形態のレーザ装置が搭載された半導体基板と接触するｎ側多層膜反射鏡の面を模式的に図示したものである。
【図９】第２実施形態のレーザ装置の別の模式的断面図である。
【図１０Ａ】第２実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図１０Ｂ】第２実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図１０Ｃ】第２実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。
【図１１】従来のレーザ装置の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の半導体レーザ装置（以下、適宜「レーザ装置」と略記する。）につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
【００３６】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。なお、図１１と同一の要素に対しては、同一の符号を付している。
【００３７】
（構成）
第１実施形態のレーザ装置１は、半導体基板１０、ｎ側多層膜反射鏡１１（「第１反射鏡」に対応）、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５（「第２反射鏡」に対応）、コンタクト層１７、ｎ側電極１９（「第１電極」に対応）、ｐ側電極２１（「第２電極」に対応）を有する。
【００３８】
半導体基板１０の一方の面（「第１面」に対応）の上層にはｎ側多層膜反射鏡１１が形成されており、ｎ側多層膜反射鏡１１の上層に発光部１３が形成され、発光部１３の上層にｐ側多層膜反射鏡１５が形成される。ｐ側多層膜反射鏡１５の上層にコンタクト層１７が形成され、コンタクト層１７の上層にｐ側電極２１が形成される。
【００３９】
また、半導体基板１０の他方の面（「第２面」に対応）には、ｎ側電極１９が形成されている。
【００４０】
図１では、光取り出し方向ｄ１は半導体基板１０の発光部１３及び一対の反射鏡１１，１５が形成されている側と反対側であり、半導体基板１０とこの方向ｄ１に離間した位置には外部出力ミラー３が形成される。なお、図１１に示すレーザ装置９０と同様に、図１に示すレーザ装置１も電流狭窄用の絶縁層２５、パッシベーション層２７、誘電体層２９を備えている。
【００４１】
半導体基板１０は、例えばGaAs基板で構成される。ここで、本実施形態においては、半導体基板１０が高濃度領域１０ａ（「第１基板領域」に対応）と低濃度領域１０ｂ（「第２基板領域」に対応）の２つの濃度領域を有している。高濃度領域１０ａは、キャリア濃度が1×1018/cm3以上の高濃度でドープされている。一方、低濃度領域１０ｂは、キャリア濃度が1×1018/cm3未満、より好ましくは5×1017/cm3以下の低濃度でドープされている。なお、本実施形態において、低濃度領域１０ｂをアンドープで構成しても構わない。
【００４２】
そして、半導体基板１０には、これら２つの領域の境界部分に絶縁層２３が埋め込まれている。この絶縁層２３は、高濃度領域１０ａから低濃度領域１０ｂに向かってキャリアが拡散するのを防止する目的で形成されており、例えばSiNなどの絶縁層が用いられる。
【００４３】
発光部１３は、取り出すレーザ光５の波長に応じた材料で構成される。例えば、発光波長が0.8μm〜1μmの場合はGaInAs又はAlGaAsなどが用いられる。
【００４４】
ｎ側多層膜反射鏡１１及びｐ側多層膜反射鏡１５は、所望の波長に対して吸収が少なく、且つ屈折率の異なる２種類の材料が積層されたもの、例えば、GaAs/AlGaAs又はGaAs/AlAsなどが用いられる。また、各反射鏡１１，１５を構成する各層の厚さは、材料及び波長に応じた厚さとされる。なお、ｐ側多層膜反射鏡１５の反射率を99％以上、ｎ側多層膜反射鏡１１の反射率を20％以上90％以下の範囲とするのが好ましい。ｎ側多層膜反射鏡１１の反射率をｐ側多層膜反射鏡１５よりも低くしているのは、発光部１３からの光が、ｎ側多層膜反射鏡１１とｐ側多層膜反射鏡１５の間で反射を繰り返すことで励起された後、ｎ側多層膜反射鏡１１を通過して外部へと取り出す必要があるためである。
【００４５】
ｎ側多層膜反射鏡１１は、半導体基板１０と接触して形成されているが、このうち外縁に位置する部分が高濃度領域１０ａに接触し、その内側の部分が低濃度領域１０ｂに接触するような構成である。この点については詳細に後述される。
【００４６】
コンタクト層１７は、ｐ側多層膜反射鏡１５の上層に形成される。コンタクト層１７は、例えばGaAsで構成され、コンタクト抵抗を小さくするためにCなどのｐ型不純物が1×1018/cm3以上の高濃度でドープされている。
【００４７】
上述したように、ｎ側電極１９は、半導体基板１０の発光部１３及び一対の反射鏡１１，１５が形成されている側と反対側の面、すなわち光取り出し方向ｄ１側の面に接触して形成されている。より詳細には、ｎ側電極１９は、半導体基板１０の高濃度領域１０ａに接触している。ｎ側電極１９の材料としては、例えばNi/Ge/Au/Ni/AuやAu/Ge/Ni/Auなどが利用可能である。
【００４８】
ｐ側電極２１は、コンタクト層１７の上層に形成される。ｐ側電極２１はｎ側電極１９と同一の材料で形成して構わない。
【００４９】
図２は、半導体基板１０を、光取り出し方向側すなわちｎ側電極１９側から見たときの模式的平面図である。説明の都合上、ｎ側電極１９、誘電体層２９の図示を省略し、半導体基板１０の発光部１３側の面に形成されているｎ側多層膜反射鏡１１の底面を破線で示している。なお、図２では、半導体基板１０上にレーザ装置１が複数配列されている状態を示しており、レーザ装置１からの光取り出し方向は紙面の手前側である。
【００５０】
上述したように、半導体基板１０は、高濃度領域１０ａと低濃度領域１０ｂを有する構成である。図２の例では、高濃度領域１０ａ内の一部分に円形状の低濃度領域１０ｂが形成されている。そして、高濃度領域１０ａと低濃度領域１０ｂが、絶縁層２３で分離されている。
【００５１】
ｎ側多層膜反射鏡１１は、底面形状が円形であり、その外縁部分（「第１領域」に対応）が高濃度領域１０ａと接触し、内側部分（「第２領域」に対応）が低濃度領域１０ｂと接触するように形成されている。つまり、ｎ側多層膜反射鏡１１の中央部分は低濃度領域１０ｂと接触する構成である。
【００５２】
図３は、半導体基板１０と接触するｎ側多層膜反射鏡１１の面を模式的に図示したものである。外縁部分（第１領域）１１ａが高濃度領域１０ａに接触し、内側部分（第２領域）１１ｂが低濃度領域１０ｂに接触している（図２も併せて参照）。図３の外縁部分１１ａと図２の高濃度領域１０ａを同一のハッチングで示し、図３の内側部分１１ｂと図２の低濃度領域１０ｂを同一のハッチングで示すことで、図面にて上記内容を表現している。
【００５３】
このような構成の下、ｐ側電極２１とｎ側電極１９の間にバイアス電圧を印加すると、ｐ側電極２１、コンタクト層１７、ｐ側多層膜反射鏡１５、発光部１３、ｎ側多層膜反射鏡１１、半導体基板１０の高濃度領域１０ａ、及びｎ側電極１９からなる電流経路が形成される。これにより、発光部１３に電流が流れ、当該領域が光を発する。この光は、ｐ側多層膜反射鏡１５、ｎ側多層膜反射鏡１１、及び外部出力ミラー３にて構成される共振器内を共振しながら励起し、レーザ光５として外部に取り出される。
【００５４】
そして、上記電流経路上には低濃度領域が存在しないので、素子全体の抵抗が大きくなることがない。また、ｐ側電極２１は高濃度のコンタクト層１７と接触しており、ｎ側電極１９は半導体基板１０の高濃度領域１０ａと接触しているので、いずれもコンタクト抵抗は低く抑えられる。これにより、高いジュール熱が発生して、発光波長がシフトすることで、所望の発光波長の光の取り出し効率が低下するという問題は解消する。
【００５５】
また、発光部１３からの光は、ｎ側多層膜反射鏡１１を介して外部に取り出されるが、ｎ側多層膜反射鏡１１の中央部分は半導体基板１０の低濃度領域１０ｂと接触している。このため、光の大部分がこの低濃度領域１０ｂ内を通過する。これにより、従来構成と比べて半導体基板１０内にて光が吸収される量が大きく抑制される。
【００５６】
なお、ｎ側多層膜反射鏡１１が半導体基板１０の高濃度領域１０ａと接触する外縁部分の領域１１ａの面積を、半導体基板１０の低濃度領域１０ｂと接触する内側部分の領域１１ｂの面積よりも十分小さくしておくことで、ほぼ全ての光が低濃度領域１０ｂ内を通過できる。これにより、半導体基板１０内で光が吸収される量を最大限抑制することができる。
【００５７】
また、本実施形態の構成では、半導体基板１０の高濃度領域１０ａと低濃度領域１０ｂの境界にキャリア拡散防止用の絶縁層２３が埋め込まれている。これにより高濃度領域１０ａから低濃度領域１０ｂに向かうキャリアの拡散が防止できるので、低濃度領域１０ａは低濃度状態が維持され、安定して高い光の取り出し効率が実現される。
【００５８】
なお、図４に示すように、絶縁層２３を埋め込む代わりに、半導体基板１０の高濃度領域１０ａと低濃度領域１０ｂの境界に、基板面に直交する方向に貫通する溝部３１（「第１溝部」に対応）を形成しても構わない。この構成でも、高濃度領域１０ａから低濃度領域１０ｂに向かうキャリアの拡散が防止できる。
【００５９】
図４に示すレーザ装置１は誘電体層２９を備えない構成としているが、図１の構成と同様に、誘電体層２９を備えていても構わない。このとき、溝部３１内に誘電体層２９が埋め込まれる構成としてもよい。この場合、誘電体層２９が、高濃度領域１０ａから低濃度領域１０ｂへのキャリア拡散防止機能を兼ねる。なお、図１の構成において、誘電体層２９を備えない構成としても構わない。
【００６０】
なお、上記実施形態では、半導体基板１０の光取り出し方向ｄ１側をｎ側、反対側をｐ側として説明したが、ｐ側とｎ側の位置を反転させても構わない。以下の実施形態でも同様である。
【００６１】
（製造方法）
以下、図１に示すレーザ装置１の製造方法の一例につき、図５Ａ〜図５Ｉの各工程断面図を参照して説明する。
【００６２】
（ステップＳ１）
図５Ａに示すように、半導体基板１０上に、ｎ側多層膜反射鏡１１、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びコンタクト層１７を下からこの順に結晶成長させる。
【００６３】
ここで、半導体基板１０としては、例えばキャリア濃度が5×1017/cm3以下の低濃度のGaAs基板が採用される。なお、アンドープの基板を採用しても構わない。
【００６４】
ｎ側多層膜反射鏡１１としては、GaAs/AlGaAs又はGaAs/AlAsなどが用いられ、反射率が20％以上90％以下となるように積層数が設定される。発光部１３としては、GaInAs又はAlGaAsなどが用いられ、発光波長に応じて採用される材料や組成比が設定される。ｐ側多層膜反射鏡１５としては、GaAs/AlGaAs又はGaAs/AlAsなどが用いられ、反射率が99％以上となるように積層数が設定される。なお、積層される膜厚の例としては、ｎ側多層膜反射鏡１１が100nm〜2000nm程度、発光部１３が50nm〜2000nm程度、ｐ側多層膜反射鏡１５が1000nm〜5000nm程度である。
【００６５】
また、コンタクト層１７としては、例えばCなどのｐ型不純物が1×1018/cm3以上の高濃度でドープされたGaAsが膜厚10nm〜1000nm程度成膜される。
【００６６】
（ステップＳ２）
ステップＳ１で成膜された多層構造体を、ウェットエッチング法又はドライエッチング法によりメサ形状に加工する（図５Ｂ参照）。
【００６７】
（ステップＳ３）
多層構造体のうち、例えば中央付近の領域をマスクしてイオン注入を行うことにより、電流狭窄層としての絶縁層２５（高抵抗層）を形成する（図５Ｃ参照）。なお、当該箇所を酸化することで絶縁層２５を形成してもよい。
【００６８】
（ステップＳ４）
図５Ｄに示すように、スパッタ法又はＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理気相成長）法にて、例えばSiNやSiO2などの絶縁材料を膜厚10nm〜2000nm程度成膜し、パッシベーション層２７を形成する。
【００６９】
（ステップＳ５）
例えば、コンタクト層１７の上方に係る位置以外をマスクして、ウェットエッチング法又はドライエッチング法により非マスク領域に形成されたパッシベーション層２７を除去する。その後、当該領域にスパッタ法又は真空蒸着法によって例えばAu/Zn/AuやTi/Pt/Auなどの電極材料を膜厚100nm〜3000nm程度成膜して、ｐ側電極２１を形成する（図５Ｅ参照）。
【００７０】
（ステップＳ６）
半導体基板１０の発光層１３が形成されている側と反対側の面に対し、ウェットエッチング法又はドライエッチング法により、基板面に直交する方向に貫通する第１溝部３１を形成する（図５Ｆ参照）。第１溝部３１は、半導体基板１０の発光層１３が形成されている側と反対側の面から見て環状（円環状や矩形環状など）を示し、その底面にはｎ側多層膜反射鏡１１が露出する。
【００７１】
（ステップＳ７）
スパッタ法又はＰＶＤ法にて、半導体基板１０の発光層１３が形成されている側と反対側の方向から、例えばSiNやSiO2などの絶縁材料を膜厚10nm〜2000nm程度成膜し、第１溝部３１内を充填する。これにより、キャリア拡散防止用の絶縁層２３が形成される（図５Ｇ参照）。
【００７２】
（ステップＳ８）
図５Ｈに示すように、絶縁層２３及びその内側領域をマスク３５で覆った状態で、半導体基板１０の発光層１３が形成されている側と反対側の方向から、ドーパント４３を注入する。これにより、絶縁層２３の外側領域の半導体基板１０は、キャリア濃度が1×1018/cm3以上の高濃度領域１０ａとなる。また、その内側領域の半導体基板１０は、依然として低濃度（又はアンドープ）領域のままである。よって、本ステップにより、半導体基板１０に高濃度領域１０ａと低濃度領域１０ｂが形成され、その境界は絶縁層２３で分離された状態となる。
【００７３】
（ステップＳ９）
マスク３５を除去した後、半導体基板１０の高濃度領域１０ａの面に、発光層１３が形成されている側と反対側の方向から、スパッタ法又は真空蒸着法によって例えばNi/Ge/Au/Ni/AuやAu/Ge/Ni/Auなどの電極材料を膜厚100nm〜3000nm程度成膜して、ｎ側電極１９を形成する（図５Ｉ参照）。
【００７４】
（ステップＳ１０）
その後、所定の領域をマスクして、SiO2, Ta2O5, SiNOなどで構成される光学薄膜を、露出されている半導体基板１０の面に発光層１３が形成されている側と反対側の方向から、スパッタ法又は真空蒸着法によって膜厚10nm〜1000nm程度成膜し、誘電体層２９を形成する（図１参照）。
【００７５】
なお、図４に示すレーザ装置１を製造するに際しては、ステップＳ６の後、ステップＳ７を行わずにステップＳ８及びＳ９を実行するものすればよい。
【００７６】
上記ステップＳ１〜Ｓ１０を経てレーザ装置１を製造する方法は、あくまで一例であり、この方法に限定されるものではない。また、成膜する膜厚の条件や用いられる材料も一例であり、上述した内容に限定されるものではない。
【００７７】
［第２実施形態］
レーザ装置の第２実施形態につき、第１実施形態と異なる箇所のみを説明する。
【００７８】
（構成）
図６は、第２実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。第２実施形態のレーザ装置１ａにおいては、半導体基板１０の一部の箇所に、基板面に直交する方向に貫通する第２溝部３７が形成されている。この第２溝部３７の底面には誘電体層２９が形成され、内側面にはパッシベーション層３３が形成されている。パッシベーション層３３は、第２溝部３７の内側において半導体基板１０が露出するのを防ぐ保護層としての機能を果たしている。
【００７９】
なお、本実施形態では、半導体基板１０は第１実施形態における高濃度領域１０ａと同等のキャリア濃度、すなわち1×1018/cm3以上のキャリア濃度を有している。
【００８０】
図７は、図２にならって、本実施形態のレーザ装置１ａが搭載された半導体基板１０を光取り出し方向側すなわちｎ側電極１９側から見たときの模式的平面図である。半導体基板１０は、第２溝部３７が形成されていない領域において高濃度領域１０ａを形成する。また、図６の構成では、第２溝部３７の底面に誘電体層２９が形成されているため、図７においても誘電体層２９が表示されている。
【００８１】
ｎ側多層膜反射鏡１１は、底面形状が円形であり、その外縁部分（「第１領域」に対応）が半導体基板１０（高濃度領域１０ａを形成）と接触し、内側部分（「第２領域」に対応）が誘電体層２９と接触するように形成されている。この誘電体層２９は、キャリア濃度が極めて低いかアンドープ層を構成する。
【００８２】
図８は、図３にならって、本実施形態のレーザ装置１ａが搭載された半導体基板１０と接触するｎ側多層膜反射鏡１１の面を模式的に図示したものである。外縁部分（第１領域）１１ａが半導体基板１０（高濃度領域１０ａを形成）に接触し、内側部分（第２領域）１１ｂが誘電体層２９に接触している（図７も併せて参照）。図８の外縁部分１１ａと図７の高濃度領域１０ａを同一のハッチングで示し、図８の内側部分１１ｂと図７の誘電体層２９をハッチング無しで示すことで、図面にて上記内容を表現している。
【００８３】
このような構成においても、第１実施形態と同様、ｐ側電極２１とｎ側電極１９の間にバイアス電圧を印加したときの電流経路上には低濃度領域が存在しないので、素子全体の抵抗が大きくなることがない。また、ｐ側電極２１は高濃度のコンタクト層１７と接触しており、ｎ側電極１９は半導体基板１０の高濃度領域１０ａと接触しているので、いずれもコンタクト抵抗は低く抑えられる。これにより、高いジュール熱が発生して、発光波長がシフトすることで、所望の発光波長の光の取り出し効率が低下するという問題は解消する。
【００８４】
そして、発光部１３からの光は、ｎ側多層膜反射鏡１１を介して外部に取り出されるが、ｎ側多層膜反射鏡１１の中央部分は誘電体層２９と接触している。このため、光の大部分がこの誘電体層２９内を通過する。これにより、従来構成と比べて半導体基板１０内にて光が吸収される量が大きく抑制される。
【００８５】
なお、第１実施形態と同様、ｎ側多層膜反射鏡１１が半導体基板１０と接触する外縁部分の領域１１ａの面積を、誘電体層２９と接触する内側部分の領域１１ｂの面積よりも十分小さくしておくことで、ほぼ全ての光が誘電体層２９を通過できる。これにより、半導体基板１０内で光が吸収される量を最大限抑制することができる。
【００８６】
また、第２溝部３７の底面に形成される誘電体層２９と内側面に形成されるパッシベーション層３３を備えない構成としても構わない（図９参照）。この場合、ｎ側多層膜反射鏡１１の面の外縁部分（第１領域）１１ａが半導体基板１０（高濃度領域１０ａを形成）に接触し、内側部分（第２領域）１１ｂは、第２溝部３７の内側の空隙に接触する。この構成においても、光が高濃度領域内を通過することで吸収されるという問題は大幅に解消する。
【００８７】
（製造方法）
以下、図６に示すレーザ装置１ａの製造方法につき、第１実施形態と異なる箇所のみを説明する。
【００８８】
第１実施形態と同様に、ステップＳ１〜Ｓ５を順次実行する（図５Ａ〜図５Ｅ参照）。
【００８９】
（ステップＳ６Ａ）
発光層１３が形成されている側と反対側の方向から、半導体基板１０の上面にスパッタ法又は真空蒸着法によって例えばNi/Ge/Au/Ni/AuやAu/Ge/Ni/Auなどの電極材料を膜厚100nm〜3000nm程度成膜して、ｎ側電極１９を形成する（図１０Ａ参照）。
【００９０】
（ステップＳ６Ｂ）
次に、ｎ側電極１９として残存させる箇所をマスクした状態で、半導体基板１０の発光層１３が形成されている側と反対側の面に対し、ウェットエッチング法又はドライエッチング法により、基板面に直交する方向に貫通する第２溝部３７を形成する（図１０Ｂ参照）。第２溝部３７は、半導体基板１０の発光層１３が形成されている側と反対側の面から見て環状（円環状や矩形環状など）を示し、その底面にはｎ側多層膜反射鏡１１が露出する。なお、第２溝部３７を、底面（ｎ側多層膜反射鏡１１）側に向かうほど面積が小さくなるようなテーパー形状を有する円錐台形状としても構わない。
【００９１】
（ステップＳ６Ｃ）
SiO2, Ta2O5, SiNOなどで構成される光学薄膜を、露出されている第２溝部３７の底面に発光層１３が形成されている側と反対側の方向から、スパッタ法又は真空蒸着法によって膜厚10nm〜1000nm程度成膜し、誘電体層２９を形成する（図１０Ｃ参照）。
【００９２】
（ステップＳ６Ｄ）
その後、スパッタ法又はＰＶＤ法にて、第２溝部３７の内側面に、発光層１３が形成されている側と反対側の方向から、例えばSiNやSiO2などの絶縁材料を膜厚10nm〜2000nm程度成膜し、パッシベーション層３３を形成する（図６参照）。
【００９３】
なお、図９に示すレーザ装置１ａを製造するに際しては、ステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ６Ａ及びＳ６Ｂをこの順に実行し、ステップＳ６Ｃ及びＳ６Ｄを行わないものとすればよい。
【００９４】
上記ステップＳ１〜Ｓ５、及びＳ６Ａ〜Ｓ６Ｄを経てレーザ装置１ａを製造する方法は、あくまで一例であり、この方法に限定されるものではない。また、成膜する膜厚の条件や用いられる材料も一例であり、上述した内容に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９５】
１      ：    半導体レーザ装置
３      ：    外部出力ミラー
５      ：    レーザ光
１０      ：    半導体基板
１０ａ    ：    高濃度基板領域（第１基板領域）
１０ｂ    ：    低濃度基板領域（第２基板領域）
１１      ：    ｎ側多層膜反射鏡（第１反射鏡）
１１ａ    ：    ｎ側多層膜反射鏡の外縁部分（第１領域）
１１ｂ    ：    ｎ側多層膜反射鏡の内側部分（第２領域）
１３      ：    発光部
１５      ：    ｐ側多層膜反射鏡（第２反射鏡）
１７      ：    コンタクト層
１９      ：    ｎ側電極（第１電極）
２１      ：    ｐ側電極（第２電極）
２３      ：    キャリア拡散防止用の絶縁層
２５      ：    電流狭窄層としての絶縁層
２７      ：    パッシベーション層
２９      ：    誘電体層
３１      ：    溝部（第１溝部）
３３      ：    パッシベーション層
３５      ：    マスク
３７      ：    溝部（第２溝部）
４０      ：    半導体基板
４３      ：    ドーパント
９０      ：    従来のＶＥＣＳＥＬ構造のレーザ装置
ｄ１      ：    レーザ光の取り出し方向
【図１】
2014170813.tif 000003
【図２】
2014170813.tif 000004
【図３】
2014170813.tif 000005
【図４】
2014170813.tif 000006
【図５Ａ】
2014170813.tif 000007
【図５Ｂ】
2014170813.tif 000008
【図５Ｃ】
2014170813.tif 000009
【図５Ｄ】
2014170813.tif 000010
【図５Ｅ】
2014170813.tif 000011
【図５Ｆ】
2014170813.tif 000012
【図５Ｇ】
2014170813.tif 000013
【図５Ｈ】
2014170813.tif 000014
【図５Ｉ】
2014170813.tif 000015
【図６】
2014170813.tif 000016
【図７】
2014170813.tif 000017
【図８】
2014170813.tif 000018
【図９】
2014170813.tif 000019
【図１０Ａ】
2014170813.tif 000020
【図１０Ｂ】
2014170813.tif 000021
【図１０Ｃ】
2014170813.tif 000022
【図１１】
2014170813.tif 000023