(57)【要約】【課題】単極性のキャリアの光学遷移を用いることを可能にする半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザは、基板の主面に交差する第１軸の方向に配列された複数の量子井戸構造を含むと共に上面及び側面を有する発光領域を備え、前記基板の前記主面上において導波路軸の方向に延在するメサ構造と、前記発光領域の前記上面上に設けられ第１導電性を有する上部半導体領域と、前記発光領域の前記側面上に設けられ前記第１軸の方向に延在する金属電極と、を備え、前記金属電極及び前記発光領域は、前記基板の前記主面上において前記導波路軸の方向に配列され、前記金属電極は、前記発光領域の前記側面に電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザであって、
基板の主面に交差する第１軸の方向に配列された複数の量子井戸構造を含むと共に上面及び側面を有する発光領域を備え、前記基板の前記主面上において導波路軸の方向に延在するメサ構造と、
前記発光領域の前記上面上に設けられ第１導電性を有する上部半導体領域と、
前記発光領域の前記側面上に設けられ前記第１軸の方向に延在する金属電極と、
を備え、
前記金属電極及び前記発光領域は、前記基板の前記主面上において前記導波路軸の方向に配列され、
前記金属電極は、前記発光領域の前記側面に電気的に接続されている、半導体レーザ。
【請求項２】
前記量子井戸構造は、第１井戸層、第２井戸層、第１障壁層、及び第２障壁層を含み、
前記第１障壁層は前記第１井戸層を前記第２井戸層から隔てており、
前記第１井戸層は前記第１障壁層を前記第２障壁層から隔てている、請求項１に記載された半導体レーザ。
【請求項３】
前記発光領域は、前記第１軸の方向に配列された複数の単位セルを含み、
前記単位セルは、前記第１井戸層、前記第２井戸層、前記第１障壁層、及び前記第２障壁層を含み、
前記第１障壁層の厚さは前記第２障壁層の厚さより小さい、請求項２に記載された半導体レーザ。
【請求項４】
前記量子井戸構造は、前記第１軸の方向に交差する平面に沿って延在する障壁層を含み、前記障壁層の一部又は全部に、ドーパントが添加されている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
【請求項５】
前記上部半導体領域に接触を成すエミッタ電極と、
前記発光領域の前記上面上に設けられ開口を有する高比抵抗層と、
を更に備え、
前記上部半導体領域は、前記高比抵抗層の前記開口を介して前記発光領域に接触を成し、
前記上部半導体領域は、前記高比抵抗層に到達する開口を有し、
前記金属電極は、前記上部半導体領域の側面上に設けられる、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
【請求項６】
前記基板の裏面上に設けられた裏面電極を更に備え、
前記基板は導電性を有し、
前記金属電極は、前記基板に電気的に接続される、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
【請求項７】
前記メサ構造の側面を覆う絶縁膜を更に備え、
前記絶縁膜は、前記メサ構造の側面上に設けられた開口を有し、
前記金属電極は前記絶縁膜の前記開口を介して前記発光領域の前記側面に接続される、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、量子カスケードレーザを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８―２７９６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
量子カスケードレーザの発光は、多段に配列された発光層を利用した光学カスケーディング（単極性キャリアの縦続的な光学遷移）を利用する。縦続的な光学遷移を可能にするために、縦続的に配列された発光層のエネルギー準位は、外部電圧の印加を利用して隣接した発光層間において合わされる。このような縦続的な光学遷移の利用は、光学利得を高めてサブバンド遷移の波長領域におけるレーザ発振を可能にしている一方で、大きな外部印加電圧を必要とする。量子カスケード半導体レーザにおける発光層の縦続接続は、その動作電電圧を低くすることに対する障害になっている。
【０００５】
本発明の一側面は、単極性のキャリアの光学遷移を用いることを可能にする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半導体レーザは、基板の主面に交差する第１軸の方向に配列された複数の量子井戸構造を含むと共に上面及び側面を有する発光領域を備え、前記基板の前記主面上において導波路軸の方向に延在するメサ構造と、前記発光領域の前記上面上に設けられ第１導電性を有する上部半導体領域と、前記発光領域の前記側面上に設けられ前記第１軸の方向に延在する金属電極と、を備え、前記金属電極及び前記発光領域は、前記基板の前記主面上において前記導波路軸の方向に配列され、前記金属電極は、前記発光領域の前記側面に電気的に接続されている。
【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、本発明の一側面によれば、単極性のキャリアの光学遷移を用いることを可能にする半導体レーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る半導体レーザを模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施形態に係る半導体レーザを模式的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施形態に係る半導体レーザのための発光領域の構造を示す図面である。
【図４】図４は、実施例１に係る量子井戸構造におけるエネルギーレベル及び層構造を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、実施例２に係る量子井戸構造におけるエネルギーレベル及び層構造を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施形態に係る半導体レーザのエミッタ領域から発光領域へのキャリアの供給を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施形態に係る半導体レーザのエミッタ領域から発光領域へのキャリアの供給を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図９】図９は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な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】
具体例を説明する。
【００１１】
具体例に係る半導体レーザは、（ａ）基板の主面に交差する第１軸の方向に配列された複数の量子井戸構造を含むと共に上面及び側面を有する発光領域を備え、前記基板の前記主面上において導波路軸の方向に延在するメサ構造と、（ｂ）前記発光領域の前記上面上に設けられ第１導電性を有する上部半導体領域と、（ｃ）前記発光領域の前記側面上に設けられ前記第１軸の方向に延在する金属電極と、を備え、前記金属電極及び前記発光領域は、前記基板の前記主面上において前記導波路軸の方向に配列され、前記金属電極は、前記発光領域の前記側面に電気的に接続されている。
【００１２】
半導体レーザによれば、上部半導体領域は、第１導電性を有しており、発光領域は電子・正孔の再結合による発光ではなく、電子及び正孔の一方である単極性キャリアのサブバンド遷移を利用して光を生成する。上部半導体領域は、発光領域の上面を介して発光領域にキャリアを提供する。発明者の知見によれば、発光領域の上面の利用によれば、上部半導体領域からのキャリアが第１軸の方向に配列された複数の量子井戸構造の積層にわたって広がることを可能にする。個々の量子井戸構造内のキャリアは、光学遷移により量子井戸構造内の移動中に光を生成できる。遷移したキャリアは、発光領域の側面を介して金属電極に流れ込む。
【００１３】
具体例に係る半導体レーザでは、前記量子井戸構造は、第１井戸層、第２井戸層、第１障壁層、及び第２障壁層を含み、前記第１障壁層は前記第１井戸層を前記第２井戸層から隔てており、前記第１井戸層は前記第１障壁層を前記第２障壁層から隔てている。
【００１４】
この半導体レーザによれば、この量子井戸構造は、上位のエネルギー準位、及び下位のエネルギー準位を単一極性のキャリアに提供することを容易にする。また、この量子井戸構造が、緩和のためのエネルギー準位を更に提供できるときには、緩和のためのエネルギー準位は、上位のエネルギー準位から下位のエネルギー準位に遷移した単極性キャリアが上位のエネルギー準位の緩和時間より小さい時間で緩和することを促進する。
【００１５】
具体例に係る半導体レーザでは、前記発光領域は、前記第１軸の方向に配列された複数の単位セルを含み、前記単位セルは、前記第１井戸層、前記第２井戸層、前記第１障壁層、及び前記第２障壁層を含み、前記第１障壁層の厚さは前記第２障壁層の厚さより小さい。
【００１６】
この半導体レーザによれば、第１障壁層の厚さは第２障壁層の厚さより小さいので、単位セル内の第１井戸層及び第２井戸層が、当該単位セル内の第２障壁層により隔てられる他の井戸層に比べてより密に結合する。
【００１７】
具体例に係る半導体レーザでは、前記量子井戸構造は、前記第１軸の方向に交差する平面に沿って延在する障壁層を含み、前記障壁層の一部又は全部に、ドーパントが添加されている。
【００１８】
この半導体レーザによれば、ドープされた障壁層は、井戸層への注入のために有用である。
【００１９】
具体例に係る半導体レーザは、前記上部半導体領域に接触を成すエミッタ電極と、前記発光領域の前記上面上に設けられ開口を有する高比抵抗層と、を更に備え、前記上部半導体領域は、前記高比抵抗層の前記開口を介して前記発光領域に接触を成し、前記上部半導体領域は、前記高比抵抗層に到達する開口を有し、前記金属電極は、前記上部半導体領域の側面上に設けられる。
【００２０】
この半導体レーザによれば、金属電極は、発光領域の側面と上部半導体領域の側面との境界を越えて発光領域の側面から上部半導体領域の側面に延在でき、発光領域からキャリアを受け入れることができる。上部半導体領域の開口は、金属電極をエミッタ電極から絶縁することを可能にする。
【００２１】
具体例に係る半導体レーザは、前記基板の裏面上に設けられた裏面電極を更に備え、前記基板は導電性を有し、前記金属電極は、前記基板に電気的に接続される。
【００２２】
この半導体レーザによれば、金属電極は、導電性の基板を介して裏面電極に接続される。
【００２３】
具体例に係る半導体レーザは、前記メサ構造の側面を覆う絶縁膜を更に備え、前記絶縁膜は、前記メサ構造の側面上に設けられた開口を有し、前記金属電極は前記絶縁膜の前記開口を介して前記発光領域の前記側面に接続される。
【００２４】
この半導体レーザによれば、メサ構造の側面を覆う絶縁膜は、発光領域の上面を介して発光領域に提供されたキャリアを導波路軸の方向に導くと共に、メサ構造を導波する光をガイドする。
【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、本発明の半導体レーザに係る実施の形態を説明する。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１１ａ（１１）を模式的に示す図面である。図１の（ａ）部は、半導体レーザ１１ａ（１１）を示す平面図であり、図１の（ｂ）部は、図１の（ａ）部に示されたＩｂ−Ｉｂ線に沿ってとられた断面を示す図面である。図１の（ｃ）部は、図１の（ａ）部に示されたＩｃ−Ｉｃ線に沿ってとられた断面を示す図面である。図２は、本実施形態に係る半導体レーザ１１ｂ（１１）を模式的に示す図面である。図２の（ａ）部は、半導体レーザ１１ｂ（１１）を示す平面図であり、図２の（ｂ）部は、図２の（ａ）部に示されたＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す図面である。図２の（ｃ）部は、図２の（ａ）部に示されたＩＩｃ−ＩＩｃ線に沿ってとられた断面を示す図面である。図１及び図２には、理解を容易にするために、座標系Ｓが示される。図３は、本実施形態に係る半導体レーザのための発光領域の構造を示す図面である。半導体レーザは、例えばファブリペロ−型又は分布帰還型を有することができる。
【００２７】
図１及び図２を参照すると、本実施形態に係る半導体レーザ１１（１１ａ、１１ｂ）は、基板１３と、発光領域１５と、エミッタ領域１７と、金属電極１９とを備える。基板１３は主面１３ａを有する。発光領域１５は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。発光領域１５は、図１及び図２に示されるように、複数の量子井戸構造２１を含み、量子井戸構造２１の各々は、基板１３の主面１３ａ上に設けられる。具体的には、量子井戸構造２１は、図３に示されるように、量子井戸構造２１のための単位セル１５ａを含む。発光領域１５における複数の単位セル１５ａは、主面１３ａに交差する第１軸Ａｘ１（本実施例では、座標系ＳのＹ軸）の方向に配列される。具体的には、量子井戸構造２１は、井戸層及び障壁層といった複数の半導体層（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）を有する。これらの半導体層（２１ａ〜２１ｄ）は、主面１３ａに交差する第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００２８】
主面１３ａは、第１エリア１３ｂ、第２エリア１３ｃ及び一又は複数の第３エリア１３ｄを含む。第１エリア１３ｂ及び第３エリア１３ｄは、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２（座標系ＳのＸ軸）の方向に配列される。第２エリア１３ｃは、第１エリア１３ｂ及び第３エリア１３ｄに隣接して第２軸Ａｘ２の方向に延在する。第１エリア１３ｂ及び第３エリア１３ｄは、第１軸Ａｘ１及び第２軸Ａｘ２に交差する第３軸Ａｘ３（座標系ＳのＺ軸）の方向に第２エリア１３ｃの一辺から延在する。本実施例では、主面１３ａの第１エリア１３ｂは２つの第３エリア１３ｄ間に設けられ、これらの第３エリア１３ｄは第１エリア１３ｂに沿って延在する。
【００２９】
発光領域１５は、第１側面１５ｂ、第２側面１５ｃ、上面１５ｄ、下面１５ｅ、第３側面１５ｆ及び第４側面１５ｇを有する。具体的には、発光領域１５は、主面１３ａ上において出射面及び反射面の一方から他方まで第３軸Ａｘ３の方向に延在する。本実施例では、発光領域１５の第１側面１５ｂは、第１エリア１３ｂと第２エリア１３ｃとの境界から第１軸Ａｘ１の方向に延在する。発光領域１５の第３側面１５ｆ及び第４側面１５ｇは、第１エリア１３ｂと第３エリア１３ｄとの境界から第１軸Ａｘ１の方向に延在する。
【００３０】
エミッタ領域１７は、上部半導体領域２３を備え、上部半導体領域２３は、発光領域１５の上面１５ｄ上に設けられる。本実施例では、エミッタ領域１７の上部半導体領域２３は第１導電性を有する。発光領域１５及びエミッタ領域１７は、基板１３の主面１３ａ上において第１軸Ａｘ１の方向に配列され、具体的には、発光領域１５は、エミッタ領域１７と基板１３との間に設けられる。
【００３１】
金属電極１９は、発光領域１５の第１側面１５ｂ上において第１軸Ａｘ１の方向に延在する。金属電極１９及び発光領域１５は、基板１３の主面１３ａ上において導波路軸（第３軸Ａｘ３）の方向に配列される。金属電極１９は、発光領域１５の第１側面１５ｂ上に設けられると共に、発光領域１５の第１側面１５ｂに電気的に接続される。本実施例では、金属電極１９は、発光領域１５の第１側面１５ｂから第２エリア１３ｃ上の半導体領域上を延在すると共に、第２エリア１３ｃ上の半導体領域に接触を成すことができ、第２エリア１３ｃ上の半導体領域は導電性を有することができる。第１エリア１３ｂ上においてエミッタ領域１７を発光領域１５の上面１５ｄ上に設けることにより、第２エリア１３ｃ上の金属電極１９をエミッタ領域１７から離すことができる。
【００３２】
エミッタ領域１７は、基板１３の主面１３ａ上において発光領域１５の上面１５ｄ上に配置される。エミッタ領域１７は、一又は複数の半導体を備えることができる。金属電極１９は、第２エリア１３ｃ上において発光領域１５の第１側面１５ｂ上に配置される。発光領域１５によって金属電極１９に提供されるキャリアの導電型は、エミッタ領域１７の半導体によって発光領域１５に提供されたキャリアの導電型と同じであって、半導体レーザ１１（１１ａ、１１ｂ）は、単極性キャリアを利用する。
【００３３】
半導体レーザ１１（１１ａ、１１ｂ）によれば、上部半導体領域２３は、第１導電性を有しており、発光領域１５は電子・正孔の再結合による発光ではなく、電子及び正孔の一方である単極性キャリアのサブバンド遷移を利用して光を生成する。上部半導体領域２３は、発光領域１５の上面１５ｄを介して発光領域１５にキャリアを提供する。発明者の知見によれば、発光領域１５の上面１５ｄの利用によれば、上部半導体領域２３からのキャリアが、第１軸Ａｘ１の方向に配列された複数の量子井戸構造２１の積層にわたって広がることを可能にする。個々の量子井戸構造２１内のキャリアは、量子井戸構造２１内の移動中に、光学遷移により光を生成できる。遷移したキャリアは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する金属電極１９に発光領域１５の第１側面１５ｂを介して流れ込む。
【００３４】
発光領域１５及びエミッタ領域１７は、基板１３の主面１３ａ上において第３軸Ａｘ３の方向に延在し、金属電極１９は、第２エリア１３ｃ上において発光領域１５に沿って第２軸Ａｘ２の方向に延在して、発光領域１５の第１側面１５ｂを覆う。エミッタ領域１７の半導体の平均屈折率は、発光領域１５の平均屈折率より小さく、発光領域１５及びエミッタ領域１７の配列は、導波路構造を形成する。具体的には、エミッタ領域１７は、発光領域１５の上面１５ｄに接触を成して、第１導電型のキャリア（電子又は正孔のいずれか一方）を発光領域１５に提供する。また、金属電極１９は、発光領域１５の第１側面１５ｂに接触を成して、第１導電型のキャリア（上記のキャリア）を発光領域１５から受ける。発光領域１５及び金属電極１９は導波路軸の方向に延在して、金属電極１９は、発光領域１５に係る導波路を伝搬する光を反射できる。この導波路を伝搬した光は、発光領域１５の第２側面１５ｃから出射される。
【００３５】
半導体レーザ１１（１１ａ、１１ｂ）は、エミッタ領域１７上に設けられた第１電極３１ａを備え、必要な場合には、基板１３の裏面１３ｅ上に裏面電極３１ｃを設けることができる。第１電極３１ａ及び裏面電極３１ｃは、それぞれ、エミッタ領域１７及び金属電極１９に電気的に接続されることができ、具体的には、第１電極３１ａ及び裏面電極３１ｃは、それぞれ、エミッタ領域１７の第１導電型半導体、及び第１導電型半導体の基板１３の裏面１３ｅにオーミック接触を成す。本実施例では、エミッタ領域１７は、メサ構造ＭＳに含まれ、メサ構造ＭＳ内の発光領域１５上を導波路軸の方向に延在する。エミッタ領域１７は、コンタクト層２８ａを搭載すると共に、発光領域１５に接触を成す。発光領域１５上のエミッタ領域１７は、比較的波長の長いレーザ光を伝搬させる発光領域１５の上面１５ｄからメサ構造ＭＳ上の第１電極３１ａを隔置できる。
【００３６】
金属電極１９から第１電極３１ａを絶縁分離するために、半導体レーザ１１（１１ａ、１１ｂ）は分離構造２５を備えることができ、分離構造２５は発光領域１５上に設けられる。分離構造２５は、第１電極３１ａから金属電極１９への電流経路を発光領域１５に制限できる。また、分離構造２５は、更に、第１エリア１３ｂ上に設けられた電流アパチャー２５ａを有している。分離構造２５の電流アパチャー２５ａは、発光領域１５の第１側面１５ｂから離れた発光領域１５の上面１５ｄに、エミッタ領域１７からキャリアを供給することを可能にする。
【００３７】
この半導体レーザ１１では、第１エリア１３ｂ上の発光領域１５及びエミッタ領域１７は、第１軸Ａｘ１の方向に配列されると共に、第１エリア１３ｂ上の発光領域１５並びに第２エリア１３ｃ上の金属電極１９は、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向に配列される。また、分離構造２５の電流アパチャー２５ａ（２６ａ）は、発光領域１５の上面１５ｄにおいて第３軸Ａｘ３の方向に延在する。発光領域１５の量子井戸構造２１にわたってエミッタ領域１７から単極性キャリアが供給され、これらの単極性キャリアは、発光領域１５の量子井戸構造２１におけるサブバンドの上位のエネルギー準位から下位のエネルギー準位への光学遷移により発光に寄与する。発光領域１５における光遷移により下位のエネルギー準位の単極性キャリアは金属電極１９に流れ込む。この半導体レーザ１１は、発光に際して、単極性キャリアの光学遷移を利用すると共に、エミッタ領域１７、発光領域１５及び金属電極１９の配置は、単極キャリアのカスケーディング（縦続的な光学遷移）を発光に必要としない。半導体レーザ１１は、単極性のキャリアの光学遷移を用いて量子カスケード半導体レーザに比べて動作電電圧を低減可能である。
【００３８】
半導体レーザ１１（１１ａ、１１ｂ）は、基板１３の主面１３ａ上に設けられた下部光学クラッド層２９を備えることができる。下部光学クラッド層２９は、第１エリア１３ｂ、第２エリア１３ｃ及び第３エリア１３ｄ上に設けられ、また第１エリア１３ｂにおいて、エミッタ領域１７のための半導体積層及び発光領域１５を含むメサ構造ＭＳを搭載する。下部光学クラッド層２９は、発光領域１５の下面１５ｅと基板１３との間に位置しており、良好な導電性を有することができる。本実施例では、金属電極１９は、第２エリア１３ｃにおいて下部光学クラッド層２９に接触を成す。下部光学クラッド層２９は、金属電極１９を介して発光領域１５からのキャリアを受ける。下部光学クラッド層２９が発光領域１５の下面１５ｅに接触を成すけれども、発光領域１５からのキャリアは、金属電極１９を介して下部光学クラッド層２９に至る経路を流れる。下部光学クラッド層２９は、本実施例では、上部半導体領域２３と同じ導電型を有することができる。また、発光領域１５からのキャリアは、金属電極１９、下部光学クラッド層２９、及び導電性の基板１３を介して裏面電極３１ｃに至る。
【００３９】
エミッタ領域１７の屈折率（又は平均屈折率）及び下部光学クラッド層２９の屈折率は、発光領域１５の平均屈折率より小さい。発光領域１５、エミッタ領域１７、及び下部光学クラッド層２９の配列は、導波路構造を形成する。発光領域１５において生成された光は、縦方向には、エミッタ領域１７及び下部光学クラッド層２９によって光学的に閉じ込めされ、横方向には、発光領域１５内に光学的に閉じ込めされる。
【００４０】
エミッタ領域１７は、高比抵抗層（２７、２６）の開口を介して発光領域１５の上面１５ｄ上に接続される。高比抵抗層（２７、２６）は、エミッタ領域１７と発光領域１５との間に設けられる。
【００４１】
半導体レーザ１１の具体的な構造を説明する。
【００４２】
（第１構造）
図１を参照しながら、半導体レーザ１１ａを説明する。基板１３の主面１３ａの第１エリア１３ｂは、下部光学クラッド層２９、発光領域１５及び分離構造２５を順に搭載する。分離構造２５は、上部光学クラッド層２７、エミッタ領域１７、分離溝２５ｃ、第１アイランド２５ｅ及び第２アイランド２５ｆを含む。上部光学クラッド層２７は、開口２７ａを有する。上部光学クラッド層２７の開口２７ａは、発光領域１５の上面１５ｄから第１軸Ａｘ１の方向に延在する。エミッタ領域１７のための半導体層が上部光学クラッド層２７上及び開口２７ａ内に設けられる。分離溝２５ｃは、コンタクト層２８ａの表面から第１軸Ａｘ１の方向に延在して、上部光学クラッド層２７内において終端する。この上部光学クラッド層２７の半導体は、高比抵抗又は半絶縁性を有しており、エミッタ領域１７及びコンタクト層２８ａのための半導体層は導電性を有する。上部光学クラッド層２７に到達する分離溝２５ｃは、メサ構造ＭＳを横切るように第２軸Ａｘ２の方向に延在して、メサ構造ＭＳの発光領域１５上の半導体領域（分離構造２５）を第１アイランド２５ｅ及び第２アイランド２５ｆに分ける。具体的には、第１アイランド２５ｅ、分離溝２５ｃ及び第２アイランド２５ｆが順に第３軸Ａｘ３の方向に配列される。金属電極１９は、第１アイランド２５ｅの側面に接触を成し、第１電極３１ａが第２アイランド２５ｆの上面に接触を成す。分離溝２５ｃは、第１アイランド２５ｅ及び第２アイランド２５ｆの一方から他方を電気的に分離でき、コレクタ領域に含まれる金属電極１９をエミッタ領域１７から電気的に分離するために役立つ。第１アイランド２５ｅは、第１側面１５ｂの上縁上において終端し、第２アイランド２５ｆは、第２側面１５ｃの上縁上において終端する。
【００４３】
メサ構造ＭＳの側面は、第１アイランド２５ｅの側面（エミッタ領域１７、コンタクト層２８ａ、及び上部光学クラッド層２７の側面）、及び発光領域１５の第１側面１５ｂを含み、第１アイランド２５ｅの側面、及び発光領域１５の第１側面１５ｂ上に金属電極１９が設けられる。本実施例では、金属電極１９は、メサ構造ＭＳの側面に接して第１軸Ａｘ１の方向に延在しており、また発光領域１５の第１側面１５ｂに加えて、エミッタ領域１７（３３ａ、３３ｂ）及びコンタクト層２８ａのための半導体層の側面（第１アイランド２５ｅの側面）に接触を成す。この延在により、金属電極１９が、発光領域１５の第１側面１５ｂの全体にわたって接触を成すことを可能にする。
【００４４】
絶縁性被覆膜３７が、メサ構造ＭＳの側面及び上面、並びに分離溝２５ｃの側面及び底面を覆う一方、第１アイランド２５ｅの側面及び発光領域１５の第１側面１５ｂ上に第１開口３７ａを有する。この第１開口３７ａを通して金属電極１９が発光領域１５の第１側面１５ｂに接触を成す。メサ構造ＭＳの側面上の絶縁性被覆膜３７は、発光領域１５の側面、上部半導体領域２３の側面及びコンタクト層２８ａの側面に沿って第３軸Ａｘ３の方向に延在する。また、絶縁性被覆膜３７が、第２アイランド２５ｆの上面（発光領域１５の上面１５ｄ上に第２開口３７ｂを有する。この第２開口３７ｂを通して第１電極３１ａがコンタクト層２８ａに接触を成す。
【００４５】
本実施例では、基板１３は、導電性を有して、発光領域１５からのキャリアに経路を提供する。キャリアは、導電性の基板１３を介して裏面電極３１ｃに到達する。
【００４６】
（第２構造）
図２を参照しながら、半導体レーザ１１ｂを説明する。基板１３の主面１３ａの第１エリア１３ｂは、下部光学クラッド層２９、発光領域１５及び分離構造２５を順に搭載する。分離構造２５は、コンタクト層２８ａ、エミッタ領域１７、分離溝２５ｄを含み、更に、第１構造の上部光学クラッド層２７に替えて酸化物狭窄構造２６を含む。酸化物狭窄構造２６は、アパーチャー半導体領域２６ａ及び絶縁性酸化物領域２６ｂを含む。発光領域１５の上面１５ｄは、アパーチャー半導体領域２６ａ及び絶縁性酸化物領域２６ｂに接触を成す。本実施例では、アパーチャー半導体領域２６ａは、第２側面１５ｃの上縁から発光領域１５の上面１５ｄの内側に延在し、絶縁性酸化物領域２６ｂが第１側面１５ｂの上縁から発光領域１５の上面１５ｄの内側に延在する。アパーチャー半導体領域２６ａ及び絶縁性酸化物領域２６ｂが、第２側面１５ｃから第１側面１５ｂへの方向（第３軸Ａｘ３の方向）に配列される。この配列は、金属電極１９を搭載する発光領域１５の第１側面１５ｂから離れた発光領域１５の内側にキャリアを注入することを可能にする。第１電極３１ａからのキャリアは、アパーチャー半導体領域２６ａを介して発光領域１５に到達する。アパーチャー半導体領域２６ａは、製造工程における酸化を可能にする高Ａｌ組成の半導体からなり、この酸化工程により高Ａｌ組成の半導体が酸化されて、絶縁性酸化物領域２６ｂが形成される。高Ａｌ組成の半導体は、発光領域１５のバンドのレベルに対して高いバンドのレベルを提供でき、エミッタの観点において、高いレベルから発光領域１５にキャリアを注入すること可能にする。
【００４７】
分離溝２５ｄは、コンタクト層２８ａの表面から第１軸Ａｘ１の方向に延在して、絶縁性酸化物領域２６ｂに到達する。この絶縁性酸化物領域２６ｂは、高い絶縁性を有する一方で、エミッタ領域１７及びコンタクト層２８ａのための半導体層は導電性を有する。絶縁性酸化物領域２６ｂに到達する分離溝２５ｄは、メサ構造ＭＳを横切るように第２軸Ａｘ２の方向に延在して、メサ構造ＭＳの発光領域１５上の半導体領域（分離構造２５）を第１アイランド２５ｅ及び第２アイランド２５ｆに分ける。具体的には、第１アイランド２５ｅ、分離溝２５ｄ及び第２アイランド２５ｆが順に第３軸Ａｘ３の方向に配列される。金属電極１９は、第１アイランド２５ｅの側面に接触を成し、第１電極３１ａが第２アイランド２５ｆの上面に接触を成す。分離溝２５ｄは、第１アイランド２５ｅ及び第２アイランド２５ｆの一方から他方を電気的に分離でき、コレクタ領域に含まれる金属電極１９をエミッタ領域１７から電気的に分離するために役立つ。第１アイランド２５ｅ（アパーチャー半導体領域２６ａ）は、第１側面１５ｂの上縁上において終端し、第２アイランド２５ｆ（絶縁性酸化物領域２６ｂ）は、第２側面１５ｃの上縁上において終端する。
【００４８】
メサ構造ＭＳの側面は、第１アイランド２５ｅの側面（エミッタ領域１７、コンタクト層２８ａ、及び絶縁性酸化物領域２６ｂの側面）、及び発光領域１５の第１側面１５ｂを含み、第１アイランド２５ｅの側面、及び発光領域１５の第１側面１５ｂ上に金属電極１９が設けられる。本実施例では、金属電極１９は、メサ構造ＭＳの側面に接して第１軸Ａｘ１の方向に延在しており、また発光領域１５の第１側面１５ｂに加えて、エミッタ領域１７（２６ａ、３５ｂ）及びコンタクト層２８ａのための半導体層の側面（第１アイランド２５ｅの側面）に接触を成す。この延在により、金属電極１９が、発光領域１５の第１側面１５ｂの全体にわたって接触を成すことを可能にする。
【００４９】
絶縁性被覆膜３７が、メサ構造ＭＳの側面及び上面、並びに分離溝２５ｄの側面及び底面を覆う一方、第１アイランド２５ｅの側面及び発光領域１５の第１側面１５ｂ上に第１開口３７ａを有する。この第１開口３７ａを通して金属電極１９が発光領域１５の第１側面１５ｂ（端面）に接触を成す。メサ構造ＭＳの両側面上の絶縁性被覆膜３７は、発光領域１５の両側面、上部半導体領域２３の両側面及びコンタクト層２８ａの両側面に沿って第３軸Ａｘ３の方向に延在する。また、絶縁性被覆膜３７が、第２アイランド２５ｆの上面（発光領域１５の上面１５ｄ上に第２開口３７ｂを有する。この第２開口３７ｂを通して第１電極３１ａがコンタクト層２８ａに接触を成す。
【００５０】
本実施例では、基板１３は、導電性を有して、発光領域１５からのキャリアに経路を提供する。キャリアは、導電性の基板１３を介して裏面電極３１ｃに到達する。
【００５１】
（第３構造）
必要な場合には、第１構造は、第１エリア１３ｂ上のエミッタ領域１７は、発光領域１５の上面１５ｄに接触を成す第１半導体層３３ａと、第１半導体層３３ａ上に設けられた第２半導体層３３ｂを備えることができる。第１半導体層３３ａは、図２に示されるように、上位エネルギー準位Ｅ３に等しい又は高い（キャリア極性に応じた電位の向きに高い）伝導バンドエネルギーを有する半導体を含む。第２半導体層３３ｂは、発光領域１５の等価的な屈折率よりも小さい屈折率を有する半導体を備える。第１半導体層３３ａの伝導バンドエネルギーレベルは、大きな外部印加電圧を必要とせずに、エミッタ領域１７から発光領域１５の上位エネルギー準位Ｅ３へのキャリア注入を可能にする。
【００５２】
半導体レーザ１１の構造。
発光領域１５：アンドープＡｌｌｎＡｓ／アンドープＩｎＧａＡｓ／アンドープＡｌｌｎＡｓ／アンドープＩｎＧａＡｓの４層を単位ユニットとした５０周期の超格子構造。
エミッタ領域１７：ＳｉドープＩｎＰ／アンドープＡｌＩｎＡｓ、あるいは、ＳｉドープＩｎＰ／ＳｉドープＡｌＧａＩｎＡｓ／アンドープＡｌＩｎＡｓ、あるいは、ＳｉドープＩｎＰ／アンドープＡｌＧａＰＳｂの積層構造。
金属電極１９：  Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（チタン／白金／金）。
エミッタ領域１７の幅：５マイクロメートル。
エミッタ領域１７の厚さ：２マイクロメートル。
メサ構造ＭＳの幅：５マイクロメートル。
メサ構造ＭＳの高さ：３マイクロメートル。
発光領域１５のコア層の厚さ：０．８マイクロメートル。
上部光学クラッド層２７（電流ブロック層）：０．２マイクロメートル、ＦｅドープＩｎＰ。
第１側面１５ｂ及び第２側面１５ｃと開口２７ａとの距離：２０マイクロメートル。
コンタクト層２８ａ：０．１マイクロメートル。
下部光学クラッド層２９：１マイクロメートル。
共振器長（第１側面１５ｎと第２側面１５ｃとの間隔）：５００マイクロメートル。
分離溝（２５ｄ）の幅：１０マイクロメートル。
アパーチャー半導体領域２６ａ：ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成９５％）、厚さ０．０１マイクロメートル。
絶縁性酸化物領域２６ｂ：ＩＩＩ族酸化物（例えば、アルミニウム酸化物）、厚さ０．０１マイクロメートル、長さ２０マイクロメートル。
【００５３】
図３は、本実施形態に係る半導体レーザのための量子井戸構造及びエネルギー準位を模式的に示す図面である。縦方向の座標軸（縦軸）は、キャリアのエネルギーレベルを示し、残り２つの座標軸（横軸）は、空間座標のためのＸ軸及びＺ軸並びにＹ軸を示す。図３を参照した説明は、電子のキャリアについて行われるけれども、この説明は、半導体物理に係る知見に基づき正孔に読み替えできる。
【００５４】
図１〜図３に示されるように、発光領域１５の量子井戸構造２１は、単位セル１５ａを含み、単位セル１５ａは、例えば、第１井戸層２１ａ、第２井戸層２１ｂ、第１障壁層２１ｃ、及び第２障壁層２１ｄを含むことができる。第２障壁層２１ｄは第１井戸層２１ａを第２井戸層２１ｂから隔てている。第１井戸層２１ａは第１障壁層２１ｃを第２障壁層２１ｄから隔てている。単位セル１５ａは、複数のエネルギー準位を提供できるような井戸の深さ（障壁層と井戸層との間のバンドエッジエネルギー差）及び井戸の幅（井戸層の厚さ）を有する井戸構造を備える。
【００５５】
第１井戸層２１ａ、第２井戸層２１ｂ、第１障壁層２１ｃ、及び第２障壁層２１ｄの配列によれば、量子井戸構造２１の単位セル１５ａが、電子のための上位エネルギー準位Ｅ３及び下位エネルギー準位Ｅ２を提供でき、また上位エネルギー準位Ｅ３及び下位エネルギー準位Ｅ２に加えて、電子の緩和を可能にする緩和エネルギー準位Ｅ１を生成できる。
【００５６】
この半導体レーザ１１によれば、図３に示されるように、この量子井戸構造２１が、上位エネルギー準位Ｅ３、及び下位エネルギー準位Ｅ２を単一極性のキャリアに提供することを容易にする。また、緩和エネルギー準位Ｅ１を更に提供できる量子井戸構造２１では、緩和エネルギー準位Ｅ１は、上位エネルギー準位Ｅ３から下位エネルギー準位Ｅ２に遷移した単極性キャリアが、上位エネルギー準位Ｅ３の緩和時間より小さい時間で緩和することを促進する。
【００５７】
キャリア（電子）は、発光領域１５内の単位セル１５ａの積層方向にエミッタ領域１７から発光領域１５に注入される。エミッタ領域１７の伝導帯レベルＥ１７から注入された電子は、上位エネルギー準位Ｅ３から下位エネルギー準位Ｅ２に発光遷移する。この遷移のエネルギーが、レーザ発振波長に相当する。下位エネルギー準位Ｅ２に遷移した電子は、緩和エネルギー準位Ｅ１に高速に緩和し、緩和エネルギー準位Ｅ１からコレクタ領域の金属電極１９に引き抜かれる。このようなエネルギー準位を実現する量子井戸構造２１は、キャリアの反転分布の発生を容易にする。
【００５８】
単位セル１５ａでは、第１井戸層２１ａ、第２井戸層２１ｂ、第１障壁層２１ｃ及び第２障壁層２１ｄはＹ軸の方向に配列される。量子井戸ポテンシャル内のキャリアのエネルギーレベルについては、単位セル１５ａのバンド構造は、Ｙ軸の方向に関するエネルギーレベルが量子化されて離散的なエネルギー準位を形成する。これに対して、Ｘ軸及びＺ軸の方向に関するエネルギー準位は量子化されることなく、Ｘ軸及びＺ軸の面内の方向に係るキャリア伝導が二次元の自由電子のモデルに近似できる伝導機構として理解される。半導体レーザ１１では、量子井戸構造のための半導体積層方向（Ｙ軸）の面内方向（Ｘ軸及びＺ軸による面）にキャリアを流して、発光に寄与する量子化準位（Ｅ３、Ｅ２）に係る電気伝導を実現する。これに対して、半導体レーザ１１と異なる量子カスケード半導体レーザのデバイス構造では、キャリアは、エネルギー準位が量子化された方向、つまり量子井戸構造のための半導体の積層方向に流れる。
【００５９】
複数の単位セル１５ａは、第１軸Ａｘ１の方向に縦続的に配列されて、発光領域１５を構成する。エミッタ領域１７は、第１軸Ａｘ１の方向に、個々の単位セル１５ａに並列にキャリアを供給する。個々の単位セル１５ａは、上位のエネルギー準位（Ｅ３）へのキャリアの供給と下位のエネルギー準位（Ｅ２）への遷移とに応答して並列に発光する。下位のエネルギー準位（Ｅ２）のキャリアは、速やかに緩和してエネルギー準位（Ｅ１）に遷移する。エネルギー準位（Ｅ１）のキャリアは、コレクタ領域の金属電極１９に流れ込む。
【００６０】
積層される単位セル１５ａにおいては、第２障壁層２１ｄの厚さＴＢ１は第１障壁層２１ｃの厚さＴＢ２より小さいので、単位セル１５ａ内の第１井戸層２１ａ及び第２井戸層２１ｂが、第２障壁層２１ｄにより隣の単位セル１５ａの井戸層から隔てられると共に、第１井戸層２１ａ及び第２井戸層２１ｂが、隣の単位セル１５ａ内の井戸層に比べて、より密に互いに結合する。上位のエネルギー準位は、単位セル１５ａ毎に生成される。
【００６１】
必要な場合には、エミッタ領域のＩｎＰとＡｌＩｎＡｓの間にＩｎＰの材料とＡｌＩｎＡｓの材料の間のバンドギャップの中間的なバンドギャップを有する半導体を成長して、例えばＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓの積層を形成することができる。この追加の半導体層は、ヘテロ障壁を低減でき、より低電圧での駆動を実現する。
【００６２】
（実施例１）
図４を参照しながら、量子井戸構造の構造を説明する。引き続く説明では、電子をキャリアとして利用するが、同様に、電子に替えて正孔をキャリアとして利用できる。上位エネルギー準位Ｅ３から下位エネルギー準位Ｅ２への遷移確率を高めるために、キャリアの引き抜きにより下位エネルギー準位Ｅ２上のキャリア密度を下げることが好適である。量子井戸構造２１の一例は、複数（例えば２つ）の井戸層（２１ａ、２１ｂ）と、これらの井戸層を隔てる一又は複数の障壁層（２１ｄ）とを備えることが良い。障壁層（２１ｄ）は、障壁層（２１ｃ）に比べて薄くして、井戸層（２１ａ、２１ｂ）内の電子の波動関数がそれぞれ障壁層（２１ｄ）を介して井戸層（２１ｂ、２１ａ）に浸みだして互いに結合する。この構造を「結合量子井戸」として参照する。結合量子井戸は、障壁層（２１ｄ）の中心線（厚み方向の中心）を基準にして左右に対称な井戸構造を有する。このような構造では、下位エネルギー準位Ｅ２よりＬＯフォノンエネルギーと同程度に低い緩和エネルギー準位Ｅ１を形成することができ、上位エネルギー準位Ｅ３から下位エネルギー準位Ｅ２に発光遷移した電子を速やかにフォノン散乱（共鳴散乱）によって緩和エネルギー準位Ｅ１に遷移させることができる。また、結合量子井戸は、上位エネルギー準位Ｅ３の波動関数と下位エネルギー準位Ｅ２の波動関数との重なりを大きくして、発光遷移確率を増加させ、これによりレーザ利得を増大できる。
結合量子井戸の具体例。
井戸層／障壁層：アンドープＩｎＧａＡｓ／アンドープＡｌｌｎＡｓ。
井戸層（２１ａ）厚：４ｎｍ。
内側の障壁層（２１ｄ）厚：２ｎｍ。
井戸層（２１ｂ）厚：４ｎｍ。
外側の障壁層（２１ｃ）厚：１０ｎｍ。
発振に係るエネルギー差（上位エネルギー準位Ｅ３と下位エネルギー準位Ｅ２との差）：２７０ｍｅＶ（発振波長：４．６マイクロメートル）。
光学利得：９６ｃｍ−１／ｐｅｒｉｏｄ。
Ｅｐｏｐ（下位エネルギー準位Ｅ２と緩和エネルギー準位Ｅ１との差）：３５．６ｍｅＶ。
基板１３：ＩｎＰ基板。
また、発光領域１５が、量子カスケード半導体レーザにおける注入層を必要としない。これ故に、量子井戸構造の設計の自由度が大きい。また、例えば外側の障壁層のＡｌＩｎＡｓの厚さも含めた４層の設計において、障壁層には引っ張りの応力を導入しまた井戸層には圧縮の応力を導入する格子の不整合を利用すると共に、引っ張りと圧縮の応力を量子井戸構造の全体として実質的に相殺することによって、良好な結晶性を保ちながら、大きな伝導帯バンドギャップ差（深い量子井戸の形成）を形成できる。これによって、キャリヤの漏洩を抑制することによる温度特性の改善、及び発振波長範囲の拡大を提供できる。
【００６３】
（実施例２）
図５に示されるように、量子井戸構造の障壁層の少なくとも一部に、キャリアの極性と同じ極性のドーパントを添加することができる。この添加により、両井戸層への注入効率を改善できる。例えば、１０ｎｍ厚のＡｌＩｎＡｓ障壁層において、井戸層に接する薄層領域２１ｃａ、２１ｃｃをアンドープにすると共に、これらの間にドーパント添加の薄層領域２１ｃｂを設けることができる。ドーピング濃度は自由キャリア吸収による損失を避けるために１０１７ｃｍ−３程度又はそれ以下であることが良い。このドーパント添加の薄層領域は、発光領域の半導体積層における面内方向の導電性を高めることができ、エミッタ領域から面内の方向に離れた位置において井戸層にキャリアを提供できる。
【００６４】
（実施例３）
本実施形態に係る半導体レーザ１１は、発光領域１５内の複数の量子井戸構造２１にエミッタ領域１７から第１軸Ａｘ１の方向にキャリアを注入して、各量子井戸構造２１内にキャリアを提供する。量子井戸構造２１内のキャリアが量子井戸層の面内方向と平行な方向に輸送される。
このような構造のデバイスに電子を注入した場合、発光領域内の電子分布をシミュレーションにより見積もる。
面内方向のキャリア輸送を見積もるために、シミュレーションによる数値実験を行うデバイスモデルを以下に示す。
共振器長Ｌ１：５００マイクロメートル。
エミッタ領域の開口幅Ｗ：１０マイクロメートル。
メサ構造内の発光領域上のエミッタ領域の開口の中心からメサ上面の上縁の一方までのメサ片幅：１０マイクロメートル。
メサ構造内の発光領域上のエミッタ領域の開口の中心からメサ上面の上縁の他方までのメサ片幅が１０、２０、５０及び１００マイクロメートル。
電子は、エミッタ領域の開口から電界によりドリフトし発光領域に注入される。
発光領域：ＡｌＩｎＡｓ／ＧａＩｎＡｓ多重量子井戸構造。
モデル名、  縦方向の電気伝導率、  横方向の電気伝導率、  縦／横電気伝導率比。
第１モデル、  ４．３Ｅ−５、      １．７Ｅ−２、        ２．５３Ｅ−３。
第２モデル、  １．５Ｅ−５、      １．７Ｅ−２、        ８．７４Ｅ−４。
第３モデル、  １．７Ｅ−６、      １．７Ｅ−２、        ９．８４Ｅ−５。
記法「２．５３Ｅ−３」は、２．５３×１０−３を示す。
縦／横電気伝導率比は、縦方向の電気伝導率を横方向の電気伝導率で割った値である。
横方向の電流密度について。
１００マイクロメートルのメサ幅を有するモデルの計算結果によれば、横方向の電子流密度分布は、量子井戸の縦方向と横方向の電気伝導率比が大きいほど大きくなる。また、２０マイクロメートルのメサ幅を有するモデルの計算結果によれば、３桁程度の電気伝導率比では、コレクタ電極での電子流密度は、深さ方向に大きな違いはない。
縦方向の電流密度について。
１００マイクロメートルのメサ幅を有するモデルの計算結果によれば、縦方向の電子流密度分布は、エミッタ電極直下辺りに分布している。また、２０マイクロメートルのメサ幅を有するモデルの計算結果によれば、量子井戸の縦方向と横方向の電気伝導率比が大きいほど下方への分布が少なくなるが、３ケタ程度の電気伝導率比でも十分に下方まで電子は分布する。
【００６５】
本実施形態に係る半導体レーザ１１は、量子井戸構造２１内のキャリアが量子井戸層の面内方向と平行な方向に輸送される点で量子カスケード半導体レーザとは異なっており、量子カスケード半導体レーザに内在するヘテロ障壁を備えない。ヘテロ障壁がないことにより、本実施形態に係る半導体レーザは、低電圧で駆動可能であって、量子井戸構造２１を積層することに起因して動作電圧が上昇することなく、量子井戸構造２１を並列に多重化することによって大きなレーザ利得ることができる。また、本実施形態に係る半導体レーザは、量子カスケード半導体レーザにおけるトンネル輸送による損失の発生が無く、これ故に、量子カスケード半導体レーザに比して大幅な消費電力の低減が期待される。
【００６６】
本実施形態の構造は、多段の量子井戸間にカスケードのための注入層を備える量子カスケード半導体レーザと異なって、注入層を備えないので、電流注入側（エミッタ）と引き抜き側（コレクタ電極）の２つの電極間での電圧降下は、発振波長のエネルギーに係る電圧降下と当該素子の直列抵抗による電圧降下との和になる。光学利得を高めるために、発光領域内の量子井戸構造の単位セルは多重に積層する構造を採用するけれども、この積層の数と共に増大する電圧上昇は、本実施形態の構造における動作機構上発生せず、素子の動作電圧が大幅に低減される。
【００６７】
量子カスケード半導体レーザは、発光のための単位セルの縦続的な積層とこの積層方向への縦続的なキャリア注入とを用いるので、量子カスケード半導体レーザにおけるキャリア注入層におけるキャリア損失が生じる。一方、本実施形態に係る素子構造はキャリア注入層を必要とせずに、キャリア注入層におけるキャリア損失が生じない。本実施形態に係る素子構造では、発光層の積層構造に係る設計自由度が大きくなって、デバイスの特性の改善、具体的には閾値電流、動作電圧及び消費電力の低減が可能となると共に、大きな段差のないプレーナデバイスとしてウエハ上面から電極を構成できる。この構造は、本実施形態に係る半導体レーザを他のデバイスと集積すること、本実施形態に係る半導体レーザをアレ状に配列することといった集積素子を可能になる。さらに、本実施形態に係る半導体レーザは。キャリア注入層を含まないと、発光層のエピ層厚を低減できると共に、エピ成長後にフォトルミネッセンスといった非破壊の光学特性をインラインで評価可能になって、製造時間の短縮、コストの低減に寄与する。
【００６８】
図６を参照しながら、エミッタ領域から発光領域へのキャリアの供給を説明する。図６の（ａ）部は、エミッタ領域１７及び発光領域１５における無バイアス下のバンド構造を模式的に示す図面である。図６の（ｂ）部は、エミッタ領域１７及び発光領域１５における順方向の外部バイアスＶｂ（エミッタに高電位を印加するバイアス）下のバンド構造を模式的に示す図面である。図６の（ａ）部及び（ｂ）部では、発光領域１５が超格子構造を有することを示すために、単位セル１５ａの配列が描かれている。単位セル１５ａは、図６の（ｃ）部に示される。図６の（ａ）部及び（ｂ）部において、「Ｅｆ１」はフェルミ準位又は偽フェルミ準位を示し、「Ｅｃ１」は伝導帯を示す。第１半導体層３３ａの伝導帯のレベルは、第２半導体層３３ｂの伝導帯のレベルより高い。
エミッタ領域の構造。
第１半導体層３３ａ：アンドープＡｌＧａＰＳｂ、厚さ２０ｎｍ。
第２半導体層３３ｂ：ＳｉドープＩｎＰ、厚さ２００ｎｍ。
【００６９】
図６の（ｂ）部に示されるように、外部バイアスを半導体レーザに印加して、第１半導体層３３ａと第２半導体層３３ｂとの間のヘテロ障壁を小さくする。ヘテロ障壁の低下に応答して、高いエネルギーのキャリアＣ（電子）が熱キャリア放出によってヘテロ障壁を越えてエミッタ領域１７から発光領域１５の超格子構造に注入される。注入されたキャリアは、個々のキャリアのエネルギーに応じた伝導帯内のレベルにおいて、発光領域１５をドリフト又は拡散しながらエネルギーを失って、様々な単位セル１５ａ内に落ち込む。発光領域１５の外側に向けて単位セル１５ａ内をドリフトしながら高いエネルギー準位（Ｅ３）から低いエネルギー準位（Ｅ２）への光学遷移により光を生成する。エネルギー準位（Ｅ２）のキャリアは、更に低いエネルギー準位（Ｅ１）に速やかに緩和する。
【００７０】
図７を参照しながら、エミッタ領域から発光領域へのキャリアの供給を説明する。図７の（ａ）部は、エミッタ領域１７及び発光領域１５における無バイアス下のバンド構造を模式的に示す図面である。図７の（ｂ）部は、エミッタ領域２２及び発光領域１５における順方向の外部バイアスＶｂ下のバンド構造を模式的に示す図面である。図７では、発光領域１５が単位セル１５ａの配列からなる超格子構造を有することを示すために、単位セル１５ａの配列が描かれている。図７の（ｃ）部は、単位セル１５ａ及び発光領域１５における準位Ｅ４のレベルを示す。図７の（ａ）部及び（ｂ）部において、「Ｅｆ１」はフェルミ準位又は偽フェルミ準位を示し、「Ｅｃ１」は伝導帯を示す。エミッタ領域２２は、発光領域１５の上面に接したトンネリング構造３２を含む第１半導体層３２ａを備える。
エミッタ領域１８の構造。
第１半導体層３２ａ：アンドープＡｌＧａＰＳｂ／ＧａＩｎＡｓ。
第２半導体層３２ｂ：ＳｉドープＩｎＰ、厚さ２００ｎｍ。
トンネリング構造３２は、例えば以下の構造を有する。
ＡｌＧａＰＳｂ（厚さ５ｎｍ）／ＧａＩｎＡｓ（厚さ２ｎｍ）／ＡｌＧａＰＳｂ（厚さ５ｎｍ）。
【００７１】
図７の（ｂ）部に示されるように、外部バイアスＶｂを半導体レーザに印加して、第１半導体層３２ａと第２半導体層３２ｂとの間のヘテロ障壁を小さくする。第２半導体層３２ｂの伝導帯のレベルが、発光領域１５における離散的なエネルギー準位（Ｅ４）付近になると、トンネリング構造３２を通して第２半導体層３２ｂの伝導帯から発光領域１５の超格子構造のエネルギー準位（Ｅ４）にキャリアＣがトンネリングＴにより注入される。注入されたキャリアは、個々のキャリアのエネルギーに応じた伝導帯内のレベル（例えば、準位Ｅ４）において、発光領域１５をドリフト又は拡散しながらエネルギーを失って、様々な単位セル１５ａ内に落ち込む。単位セル１５ａ内をコレクタ領域の金属電極１９にドリフトしながら高いエネルギー準位（Ｅ３）から低いエネルギー準位（Ｅ２）への光学遷移により光を生成する。エネルギー準位（Ｅ２）のキャリアは、更に低いエネルギー準位（Ｅ１）に速やかに緩和する。
【００７２】
図８から図１１を参照しながら、製造方法の概要を説明する。工程Ｓ１０１では、エピタキシャル基板を形成する。図８の（ａ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図８の（ｂ）部は、図８の（ａ）部に示されたＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線に沿って取られた断面を示す。図８の（ａ）部は、図８の（ｂ）部に示されたＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ線に沿って取られた断面を示す。図８の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、ＦｅドープＩｎＰ基板６１を準備する。結晶成長は、例えばＭＢＥ法もしくはＭＯＣＶＤ法によって行われることができる。ＩｎＰ基板６１の主面６１ａ上に、下部光学クラッド層のためにＩｎＰ層６３を成長する。ＩｎＰ層６３は、例えばＳｉドープＩｎＰであることができる。ＩｎＰ層６３上に、例えば上記の４層構造を備える単位セルの積層を有する発光領域のための超格子構造６５を成長する。超格子構造６５上に、電流ブロック及び上部光学クラッド層のためのＩｎＰ層６７を成長する。ＩｎＰ層６７は、鉄ドープＩｎＰ膜及び／又はＺｎドープＩｎＰを含む。これらの工程により、上部半導体積層６９が形成される。
【００７３】
工程Ｓ１０２では、エミッタのための開口を形成する。図８の（ｃ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図８の（ｄ）部は、図８の（ｃ）部に示されたＶＩＩＩｄ−ＶＩＩＩｄ線に沿って取られた断面を示す。図８の（ｃ）部は、図８の（ｄ）部に示されたＶＩＩＩｃ−ＶＩＩＩｃ線に沿って取られた断面を示す。図８の（ｃ）部及び（ｄ）部に示されるように、エミッタのための開口を規定する第１ＳｉＮマスク７１を上部半導体積層６９の主面６９ａ上に形成する。第１ＳｉＮマスク７１を用いて、電流ブロック及び上部光学クラッド層のためのＩｎＰ層６７をエッチングして、電流ブロック層６７ａをＩｎＰ層６７から形成する。電流ブロック層６７ａは、エミッタのための開口６７ｃを有し、開口６７ｃには、超格子構造６５の上面が現れている。エッチングの後に、第１ＳｉＮマスク７１を除去する。
【００７４】
工程Ｓ１０３では、エミッタ及びコンタクトのための再成長を行う。図９の（ａ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図９の（ｂ）部は、図９の（ａ）部に示されたＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿って取られた断面を示す。図９の（ａ）部は、図９の（ｂ）部に示されたＩＸａ−ＩＸａ線に沿って取られた断面を示す。図９の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、エッチングにより開口６７ｃを形成した後に、エミッタ領域のために、電流ブロック層６７ａの上面及び側面、開口６７ｃ、及び超格子構造６５の上面上にＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ａ及びＳｉドープＩｎＰ層７９ｂを順に成長すると共に、ＳｉドープＩｎＰ層７９ｂ上にコンタクト層のためのＳｉドープＩｎＧａＡｓ層８１を成長して、エミッタ領域及びコンタクト層のための半導体積層を含む第２半導体積層７３を形成する。ＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ａの厚さは、電子がトンネル伝導しない程度の厚さ、例えば１０ｎｍより大きい厚さであることが良い。ＳｉドープＩｎＰ層７９ｂは、電流ブロック層６７ａの開口６７ｃを埋め込むように成長されて、ＳｉドープＩｎＰ層７９ｂの上面は、実質的に平坦である。この再成長により、開口６７ｃは埋め込まれて、実質的に平坦な表面を有する第２半導体積層７３を含む半導体生産物が形成される。
【００７５】
工程Ｓ１０４では、レーザ導波路のための半導体メサを形成する。図９の（ｃ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図９の（ｄ）部は、図９の（ｃ）部に示されたＩＸｄ−ＩＸｄ線に沿って取られた断面を示す。図９の（ｃ）部は、図９の（ｄ）部に示されたＩＸｃ−ＩＸｃ線に沿って取られた断面を示す。図９の（ｃ）部及び（ｄ）部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、第２半導体積層７３の主面７３ａ上に半導体メサを形成するための第２ＳｉＮマスク７７を形成する。第２ＳｉＮマスク７７を用いて第２半導体積層７３をエッチングして、Ｚ軸の方向に延在するストライプメサ７５を形成する。ストライプメサ７５は、下部光学クラッド層６３ｂ、超格子構造６５ｂ、電流ブロック層６７ｂ、ＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ｃ、ＳｉドープＩｎＰ層７９ｄ及びＳｉドープＩｎＧａＡｓ層８１ｂを含む。ストライプメサ７５の形成により、超格子構造６５ｂには、第１側面６５ｃが与えられる。また、超格子構造６５ｂは、第１側面６５ｃに加えて、上面６５ｄ及び下面６５ｅを備える。第１側面６５ｃの反対側の第２側面は、メタライズ工程の後に行われるへき開により形成される。ストライプメサ７５は、主面６１ａの第１エリア６１ｂ上に形成される。主面６１ａの第２エリア６１ｃ及び第３エリア６１ｄ上の第２半導体積層７３は、エッチングされる。第１エリア６１ｂ及び第２エリア６１ｃは、導波路軸ＷＧ１（座標系ＳのＺ軸）の方向に配列され、第１エリア６１ｂ及び第３エリア６１ｄは、導波路軸ＷＧ１に交差する交差軸ＷＧ２（座標系ＳのＸ軸）の方向に配列される。第１エリア６１ｂ及び第３エリア６１ｄは、第２エリア６１ｃの一辺から導波路軸ＷＧ１の方向に延在し、第１エリア６１ｂ及び第３エリア６１ｄは互いに隣接する。ストライプメサ７５は、上面７５ａ、導波路軸に交差する第１側面７５ｂ、並びに導波路軸の方向に延在する第２側面７５ｃ及び第３側面７５ｄを備える。ストライプメサ７５を形成した後に、第２ＳｉＮマスク７７を除去する。
【００７６】
工程Ｓ１０５では、コレクタ及びエミッタの分離構造を形成する。図１０の（ａ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図１０の（ｂ）部は、図１０の（ａ）部に示されたＸｂ−Ｘｂ線に沿って取られた断面を示す。図１０の（ａ）部は、図１０の（ｂ）部に示されたＸａ−Ｘａ線に沿って取られた断面を示す。図１０の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、ストライプメサ７５の主面上に分離溝を形成するための第３ＳｉＮマスク８３を形成する。第３ＳｉＮマスク８３は、分離溝を規定する開口８３ａを有する。第３ＳｉＮマスク８３を用いてストライプメサ７５をエッチングして、分離溝８５ａ、第１アイランド８５ｂ及び第２アイランド８５ｃを形成する。分離溝８５ａは、ＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ｃ、ＳｉドープＩｎＰ層７９ｄ及びＳｉドープＩｎＧａＡｓ層８１ｃを貫通して電流ブロック層６７ｂに到達し、電流ブロック層６７ｂ内で終端する。分離溝８５ａを形成した後に、第３ＳｉＮマスク８３を除去する。
【００７７】
工程Ｓ１０６では、パッシベーション膜を形成する。図１０の（ｃ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図１０の（ｄ）部は、図１０の（ｃ）部に示されたＸｄ−Ｘｄ線に沿って取られた断面を示す。図１０の（ｃ）部は、図１０の（ｄ）部に示されたＸｃ−Ｘｃ線に沿って取られた断面を示す。図１０の（ｃ）部及び（ｄ）部に示されるように、分離溝８５ａを形成した後に、シリコン酸化膜といった無機絶縁保護膜８７を形成する。無機絶縁保護膜８７は、例えば酸化シリコンを備える。無機絶縁保護膜８７は、上面７５ａ上に位置する第１開口８７ａ、第１側面７５ｂ上に位置する第２開口８７ｂを備える。第１開口８７ａには、ＳｉドープＩｎＧａＡｓ層８１ｂが現れており、第２開口８７ｂには、ストライプメサ７５の第１側面７５ｂの全て、及び第２エリア６１ｃの表面が現れている。具体的には、無機絶縁保護膜８７のための酸化シリコン膜を化学的気相成長法で成長する。酸化シリコン膜上に、第１開口８７ａ及び第２開口８７ｂを規定する開口（８９ａ、８９ｂ）を有するレジストマスク８９を形成すると共に、このレジストマスク８９を用いたエッチングにより第１開口８７ａ及び第２開口８７ｂを酸化シリコン膜に形成する。第１開口８７ａには、ＳｉドープＩｎＧａＡｓ層８１ｃが現れており、第２開口８７ｂには、ストライプメサ７５の第１側面７５ｂの全て、及び第２エリア６１ｃの表面が現れている。エッチングの後に、レジストマスク８９を除去する。
【００７８】
工程Ｓ１０７では、エミッタ及びコレクタのための金属膜を形成する。図１１の（ａ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図１１の（ｂ）部は、図１１の（ａ）部に示されたＸＩｂ−ＸＩｂ線に沿って取られた断面を示す。図１１の（ａ）部は、図１１の（ｂ）部に示されたＸＩａ−ＸＩａ線に沿って取られた断面を示す。図１１の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第１開口８７ａ及び第２開口８７ｂにそれぞれ第１電極９１ａ及び金属電極９１ｂを形成する。具体的には、リフトオフ法を用いて、第１電極９１ａ及び金属電極９１ｂを形成する。リフトオフマスク９３は、第１開口８７ａ及び第２開口８７ｂに位置合わせされたそれぞれの開口（９３ａ、９３ｂ）を有する。リフトオフマスク９３を形成した後に、第１電極９１ａ及び金属電極９１ｂのための金属膜９１を堆積すると共に、リフトオフマスク９３とリフトオフマスク９３上の金属堆積物９１ｄとを除去して、第１電極９１ａ及び金属電極９１ｂを形成する。
【００７９】
工程Ｓ１０８では、ＩｎＰ基板６１の裏面上に金属体を形成する。図１１の（ｃ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図１１の（ｄ）部は、図１１の（ｃ）部に示されたＸＩｄ−ＸＩｄ線に沿って取られた断面を示す。図１１の（ｃ）部は、図１１の（ｄ）部に示されたＸＩｃ−ＸＩｃ線に沿って取られた断面を示す。図１１の（ｃ）部及び（ｄ）部に示されるように、第１電極９１ａ及び金属電極９１ｂを形成した後に、ＩｎＰ基板６１の裏面上に、裏面電極９１ｃを形成する。必要な場合には、ＩｎＰ基板６１の裏面を研磨した後に裏面電極９１ｃを形成するようにしてもよい。このように作製された基板生産物から、劈開によりレーザバーを形成する。
【００８０】
図１２及び図１３を参照しながら、別の製造方法の概要を説明する。工程Ｓ２０１では、エピタキシャル基板を準備する。図１２の（ａ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図１２の（ｂ）部は、図１２の（ａ）部に示されたＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線に沿って取られた断面を示す。図１２の（ａ）部は、図１２の（ｂ）部に示されたＸＩＩａ−ＸＩＩａ線に沿って取られた断面を示す。図１２の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、ＳｉドープＩｎＰ基板６１を準備する。ＩｎＰ基板６１の主面６１ａ上に、下部光学クラッド層のためにＩｎＰ層６３を成長する。ＩｎＰ層６３は、例えばＳｉドープＩｎＰであることができる。ＩｎＰ層６３上に、例えば上記の４層構造を備える単位セルの積層を有する発光領域のための超格子構造６５を成長する。超格子構造６５上に、絶縁分離のための高Ａｌ組成の化合物半導体を成長する。この化合物半導体は、例えばＡｌＧａＡｓ及び／又はＡｌＩｎＡｓを備えることができ、これらのＡｌ組成は０，９より大きい。本実施例では、超格子構造６５上に、エミッタ領域のためのＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ａを成長する。このＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ａ上にＳｉドープＩｎＰ層７９ｂを成長すると共に、ＳｉドープＩｎＰ層７９ｂ上にコンタクト層のためのＳｉドープＩｎＧａＡｓ層８１を成長して、下地の半導体積層に加えてエミッタ領域及びコンタクト層を含む半導体積層８２を形成する。これらの結晶成長は、例えばＭＢＥ法もしくはＭＯＣＶＤ法によって行われることができる。
【００８１】
工程Ｓ２０２では、半導体メサを形成する。図１２の（ｃ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図１２の（ｄ）部は、図１２の（ｃ）部に示されたＸＩＩｄ−ＸＩＩｄ線に沿って取られた断面を示す。図１２の（ｃ）部は、図１２の（ｄ）部に示されたＸＩＩｃ−ＸＩＩｃ線に沿って取られた断面を示す。図１２の（ｃ）部及び（ｄ）部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、半導体積層８２の主面８２ａ上に半導体メサを形成するための第２ＳｉＮマスク７７を形成する。第２ＳｉＮマスク７７を用いて半導体積層８２をエッチングして、Ｚ軸の方向に延在するストライプメサ７６を形成する。ストライプメサ７６は、下部光学クラッド層６３ｂ、超格子構造６５ｂ、ＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ｃ、ＳｉドープＩｎＰ層７９ｄ及びＳｉドープＩｎＧａＡｓ層８１ｂを含む。超格子構造６５ｂには、上面６５ｄ及び下面６５ｅに加えて、ストライプメサ７６の形成により第１側面６５ｃが与えられる。超格子構造６５ｂは、を備える。第１側面６５ｃの反対側の第２側面は、メタライズ工程の後のへき開により形成される。ストライプメサ７６は、主面６１ａの第１エリア６１ｂ上に形成される。具体的には、主面６１ａの第２エリア６１ｃ及び第３エリア６１ｄ上の第２半導体積層７３は、エッチングされる。第１エリア６１ｂ及び第２エリア６１ｃ、並びに第３エリア６１ｄ及び第２エリア６１ｃは、導波路軸ＷＧ１（座標系ＳのＺ軸）の方向に配列され、第１エリア６１ｂ及び第３エリア６１ｄは、導波路軸ＷＧ１に交差する交差軸ＷＧ２（座標系ＳのＸ軸）の方向に配列される。第１エリア６１ｂ及び第３エリア６１ｄは、第２エリア６１ｃの一辺から導波路軸ＷＧ１の方向に延在し、第１エリア６１ｂ及び第３エリア６１ｄは互いに隣接する。ストライプメサ７５は、上面７６ａ、導波路軸に交差する第１側面７６ｂ、並びに導波路軸の方向に延在する第２側面７６ｃ及び第３側面７６ｄを備える。ストライプメサ７５を形成した後に、第２ＳｉＮマスク７７を除去する。
【００８２】
工程Ｓ２０３では、ストライプメサ７６内に酸化狭窄構造を形成する。図１３の（ａ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図１３の（ｂ）部は、図１３の（ａ）部に示されたＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線に沿って取られた断面を示す。図１３の（ａ）部は、図１３の（ｂ）部に示されたＸＩＩＩａ−ＸＩＩＩａ線に沿って取られた断面を示す。図１３の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、ストライプメサ７６内に酸化狭窄構造７０を形成する。この酸化に先立って、ストライプメサ７６の第２側面７６ｃ及び第３側面７６ｄを覆う無機絶縁物の保護マスク７８を形成する。保護マスク７８の形成のために、窒化シリコンといった無機絶縁膜を堆積すると共に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより無機絶縁膜から保護マスク７８を形成する。保護マスク７８を形成した後に、ストライプメサ７６の第１側面７６ｂを酸化雰囲気（例えば、高温水蒸気）に曝して、ストライプメサ７６内の高Ａｌ組成化合物半導体、例えばＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ｃをストライプメサ７６の第１側面７６ｂから酸化する。この酸化により、ＳｉドープＡｌＩｎＡｓ層７９ｃから酸化狭窄構造７０を形成する。酸化狭窄構造７０は、ＳｉドープＡｌＩｎＡｓの半導体アパ−チャー領域７０ａ及びＩＩＩ族酸化物の酸化物領域７０ｂを含む。ＩＩＩ族酸化物の酸化物領域７０ｂは、ストライプメサ７６の第１側面７６ｂから導波路軸の方向に延在しており、酸化狭窄構造７０の酸化物領域７０ｂの長さは、ストライプメサ７６の第１側面７６ｂから、例えば２０マイクロメートルである。半導体アパ−チャー領域７０ａは、超格子構造６５ａのバンドレベルに比べて高いバンドレベルを有しており、このバンドレベルの差は、半導体アパ−チャー領域７０ａから超格子構造６５ａへのキャリア注入を良好にする。酸化の後に、保護マスク７８を除去する。
【００８３】
工程Ｓ２０４では、コレクタ及びエミッタの分離構造を形成する。図１３の（ｃ）部は、導波路軸ＷＧ１に沿って取られた断面を示し、図１３の（ｄ）部は、図１３の（ｃ）部に示されたＸＩＩＩｄ−ＸＩＩＩｄ線に沿って取られた断面を示す。図１３の（ｃ）部は、図１３の（ｄ）部に示されたＸＩＩＩｃ−ＸＩＩＩｃ線に沿って取られた断面を示す。図１３の（ｃ）部及び（ｄ）部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、ストライプメサ７６の上面７６ａ上に分離溝を形成するための第３ＳｉＮマスク８３をＩｎＰ基板６１の主面６１ａ上に形成する。第３ＳｉＮマスク８３は、分離溝を規定する開口８３ａを有する。第３ＳｉＮマスク８３を用いてストライプメサ７６をエッチングして、分離溝８６ａ、第１アイランド８６ｂ及び第２アイランド８６ｃを形成する。分離溝８６ａは、コンタクト層８１ｂ及びＳｉドープＩｎＰ層７９ｄ貫通して酸化狭窄構造７０の酸化物領域７０ｂに到達し、酸化物領域７０ｂの上面で終端する。分離溝８６ａを形成した後に、第３ＳｉＮマスク８３を除去する。
【００８４】
第３ＳｉＮマスク８３を除去した後に、工程Ｓ１０６から工程Ｓ１０８を順に行って、無機絶縁保護膜８７、第１電極９１ａ及び金属電極９１ｂを形成すると共に、ＩｎＰ基板６１の裏面上に、裏面電極９１ｃを形成する。このように作製された基板生産物から、劈開によりレーザバーを形成する。
【００８５】
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】
【００８６】
以上説明したように、本実施形態によれば、単極性のキャリアの光学遷移を用いることを可能にする半導体レーザを提供できる。
【符号の説明】
【００８７】
１１、１１ａ、１１ｂ…半導体レーザ、１３…基板、１３ｂ…第１エリア、１３ｃ…第２エリア、１３ｄ…第３エリア、１５…発光領域、１５ａ…単位セル、１７…エミッタ領域、１９…金属電極、２１…量子井戸構造、２３…上部半導体領域、２５…分離構造。
【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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