(57)【要約】【課題】端面上の金属反射膜を介する短絡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、前記レーザ構造体の前記第１領域及び前記第２領域の主面上に設けられた高比抵抗領域と、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、前記端面及び前記高比抵抗領域上に設けられた誘電体膜と、前記端面、前記高比抵抗領域及び前記誘電体膜上に設けられた金属反射膜と、を備え、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、前記レーザ構造体は、コア層を含む半導体メサ及び前記半導体メサを搭載する半導体基板を含み、前記高比抵抗領域は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在し前記第１領域と前記第２領域との境界に位置する段差を有する。【選択図】図１
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【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１領域及び前記第２領域の主面上に設けられた高比抵抗領域と、
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、
前記端面及び前記高比抵抗領域上に設けられた誘電体膜と、
前記端面、前記高比抵抗領域及び前記誘電体膜上に設けられた金属反射膜と、
を備え、
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、
前記レーザ構造体は、コア層を含む半導体メサ及び前記半導体メサを搭載する半導体基板を含み、
前記高比抵抗領域は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在し前記第１領域と前記第２領域との境界に位置する段差を有する、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、
前記高比抵抗領域は、前記レーザ構造体上に設けられた無機絶縁層を含み、
前記無機絶縁層は、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】
前記無機絶縁層は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の前記主面上に設けられ、
前記無機絶縁層は、前記第１軸の方向に配列された第１部分及び第２部分を含み、前記無機絶縁層の前記第１部分及び前記第２部分は、ぞれぞれ、前記第１領域及び前記第２領域の前記主面上に設けられ、
前記無機絶縁層の前記第１部分は、第１厚さを有し、
前記無機絶縁層の前記第２部分は、前記第１厚さと異なる第２厚さを有し、
前記第１部分及び前記第２部分は互いに隣接して、前記段差を提供する、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】
前記無機絶縁層は、前記第３領域の前記主面上に設けられた第３部分を更に含み、前記無機絶縁層の前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、前記第２軸の方向に延在し、
前記無機絶縁層の前記第３部分は、前記第２厚さと異なる第３厚さを有し、
前記第２領域及び前記第３領域は互いに隣接して、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は溝を形成する、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】
前記高比抵抗領域は、前記レーザ構造体上に設けられた高比抵抗半導体層を更に含み、前記無機絶縁層は、前記高比抵抗半導体層と前記レーザ構造体との間に設けられ、
前記無機絶縁層は、前記高比抵抗半導体層上において延在する縁を有し、
前記段差は、前記無機絶縁層の前記縁によって提供される、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【請求項６】
前記高比抵抗半導体層は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の前記主面上に設けられ、
前記高比抵抗半導体層は、前記ストライプ開口において前記金属層に接触を成す、請求項５に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【請求項７】
前記高比抵抗半導体層は、半絶縁性又はアンドープの半導体を備える、請求項５又は請求項６に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【請求項８】
前記無機絶縁層は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に接触を成す、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載された量子カスケード半導体レーザ。
【請求項９】
発光装置であって、
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された量子カスケード半導体レーザと、
前記量子カスケード半導体レーザを搭載する支持体と、
前記量子カスケード半導体レーザを前記支持体に固定する半田材と、
を備える発光装置。
【請求項１０】
半導体レーザを作製する方法であって、
素子区画の配列を有するレーザバーを準備する工程と、
前記レーザバーの第１端面に誘電体膜のための原料フラックスを供給する工程と、
前記誘電体膜を堆積した後に、金属反射膜のための原料フラックスを前記第１端面に供給する工程と、を備え、
前記レーザバーは、前記第１端面を含む第１領域、第２領域、第３領域及び段差を有するレーザ構造体と、前記第１領域上に設けられた高比抵抗領域とを含み、
前記素子区画の各々は、前記第３領域上に設けられた金属層を備え、
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ると共に、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在し、
前記段差は、前記第２領域と前記第３領域との境界上を前記第２軸の方向に延在する、半導体レーザを作製する方法。
【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、発光装置、及び半導体レーザを作製する方法に関する。
【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  SELECTEDTOPICS  IN  QUANTUM  ELECTRONICS，VOL.  5,   O. 3,   MAY/JUNE  2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
端面反射膜を有する量子カスケード半導体レーザでは、端面反射膜は、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端面上に設けられる。端面反射膜は、高い反射率を提供できる金属膜を含むことがよい。端面上に直接に設けられた金属膜は、この端面に現れ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成長して、複合端面膜を形成することができる。複合端面膜は、金属膜の下地に延在する誘電体膜を含み、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られる。複合端面膜は、レーザバーの端面に成長される。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観察される。発明者の検討によれば、リーク電流は、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を介する短絡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。本発明の別の側面は、量子カスケード半導体レーザを含む発光装置を提供することを目的とする。本発明の更なる別の側面は、端面上の金属反射膜を介する短絡を回避できる構造を有する半導体レーザを作製する方法を提供する。
【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１領域及び前記第２領域上に設けられた高比抵抗領域と、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、前記端面及び前記高比抵抗領域上に設けられた誘電体膜と、前記端面、前記高比抵抗領域及び前記誘電体膜上に設けられた金属反射膜と、を備え、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、前記レーザ構造体は、コア層を含む半導体メサ及び前記半導体メサを搭載する半導体基板を含み、前記高比抵抗領域は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在し前記第１領域と前記第２領域との境界に位置する段差を有する。
【０００７】
本発明の別の側面に係る発光装置は、量子カスケード半導体レーザと、前記量子カスケード半導体レーザを搭載する支持体と、前記量子カスケード半導体レーザを前記支持体に固定する半田材と、を備える。
【０００８】
本発明の更なる別の側面に係る半導体レーザを作製する方法は、素子区画の配列を有するレーザバーを準備する工程と、前記レーザバーの第１端面に誘電体膜のための原料フラックスを供給する工程と、前記誘電体膜を堆積した後に、金属反射膜のための原料フラックスを前記第１端面に供給する工程と、を備え、前記レーザバーは、前記第１端面を含む第１領域、第２領域、第３領域及び段差を有するレーザ構造体と、前記第１領域上に設けられた高比抵抗領域とを含み、前記素子区画の各々は、前記第３領域上に設けられた金属層を備え、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ると共に、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在し、前記段差は、前記第２領域と前記第３領域との境界上を前記第２軸の方向に延在する。
【０００９】
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】
【００１０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、端面上の金属反射膜を介する短絡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。本発明の別の側面によれば、この量子カスケード半導体レーザを含む発光装置が提供される。本発明の更なる別の側面によれば、端面上の金属反射膜を介する短絡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作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を模式的に示す一部破断図である。
【図２】図２は、別の実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を模式的に示す一部破断図である。
【図３】図３は、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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４】図４は、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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５】図５は、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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６】図６は、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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７】図７は、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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８】図８は、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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、一実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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、別の実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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、別の実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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１４】図１４は、別の実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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１５】図１５は、別の実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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１６】図１６は、別の実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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１７】図１７は、別の実施形態に係る半導体レーザ及び発光装置を作製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】
【００１２】
いくつかの具体例を説明する。
【００１３】
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１領域及び前記第２領域の主面上に設けられた高比抵抗領域と、（ｃ）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、（ｄ）前記端面及び前記高比抵抗領域上に設けられた誘電体膜と、（ｅ）前記端面、前記高比抵抗領域及び前記誘電体膜上に設けられた金属反射膜と、を備え、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、前記レーザ構造体は、コア層を含む半導体メサ及び前記半導体メサを搭載する半導体基板を含み、前記高比抵抗領域は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在し前記第１領域と前記第２領域との境界に位置する段差を有する。
【００１４】
量子カスケード半導体レーザによれば、誘電体膜及び金属反射膜が、レーザ構造体の端面上に設けられる。誘電体膜及び金属反射膜の形成の順序から、金属反射膜の下地は誘電体膜になる。誘電体膜のための原料フラックスは、レーザ構造体の端面に堆積されることに加えて、レーザ構造体の上面及び下面に回り込んで第１領域上の高比抵抗領域上に堆積される。また、金属反射膜のための原料フラックスも、同様に、レーザ構造体の端面に堆積されることに加えて、レーザ構造体の上面及び下面に回り込んで第１領域上の高比抵抗領域及び誘電体膜の堆積物上に堆積される。発明者の観察によれば、誘電体膜のための堆積物は、第１領域の主面上において、レーザ構造体の端面上の誘電体膜の厚さに比べて薄く、また厚みのばらつきを示す。第１領域の主面上の誘電体膜及び金属反射膜は、高比抵抗領域上を延在する一方で、第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在する段差の上縁において終端する。高比抵抗領域は、レーザ構造体を金属反射膜から確実に隔置する。
【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、前記高比抵抗領域は、前記レーザ構造体上に設けられた無機絶縁層を含み、前記無機絶縁層は、前記レーザ構造体の前記第４領域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、金属層は、無機絶縁層のストライプ開口を介してレーザ構造体の第４領域に電気的に接続される。
【００１７】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記無機絶縁層は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の前記主面上に設けられ、前記無機絶縁層は、前記第１軸の方向に配列された第１部分及び第２部分を含み、前記無機絶縁層の前記第１部分及び前記第２部分は、ぞれぞれ、前記第１領域及び前記第２領域の前記主面上に設けられ、前記無機絶縁層の前記第１部分は、第１厚さを有し、前記無機絶縁層の前記第２部分は、前記第１厚さと異なる第２厚さを有し、前記第１部分及び前記第２部分は互いに隣接して、前記段差を提供する。
【００１８】
量子カスケード半導体レーザによれば、高比抵抗領域の段差は、無機絶縁層の第１厚さの第１部分と第２厚さの第２部分によって提供される。
【００１９】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記無機絶縁層は、前記第３領域の前記主面上に設けられた第３部分を更に含み、前記無機絶縁層の前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は、前記第２軸の方向に延在し、前記無機絶縁層の前記第３部分は、前記第２厚さと異なる第３厚さを有し、前記第２部分及び前記第３部分は互いに隣接して、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分は溝を形成する。
【００２０】
量子カスケード半導体レーザによれば、無機絶縁層の第１部分、第２部分及び第３部分は溝を形成するように配置されて、高比抵抗領域の段差を提供する。
【００２１】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記高比抵抗領域は、前記レーザ構造体上に設けられた高比抵抗半導体層を更に含み、前記無機絶縁層は、前記高比抵抗半導体層と前記レーザ構造体との間に設けられ、前記無機絶縁層は、前記高比抵抗半導体層上において延在する縁を有し、前記段差は、前記無機絶縁層の前記縁によって提供される。
【００２２】
量子カスケード半導体レーザによれば、高比抵抗領域は、無機絶縁膜及び高比抵抗半導体層を含み、高比抵抗領域の段差は、高比抵抗半導体層上において延在する無機絶縁層の縁によって提供される。
【００２３】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記高比抵抗半導体層は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域の前記主面上に設けられ、前記高比抵抗半導体層は、前記ストライプ開口において前記金属層に接触を成す。
【００２４】
量子カスケード半導体レーザによれば、高比抵抗半導体層は、第３領域のストライプ開口において金属層に接触を成す一方で、第１領域及び第２領域の主面上を延在して段差を形成する。
【００２５】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記高比抵抗半導体層は、半絶縁性又はアンドープの半導体を備える。
【００２６】
量子カスケード半導体レーザによれば、半絶縁性及びアンドープの半導体は、高比抵抗半導体層に高比抵抗を提供できる。
【００２７】
具体例に係る量子カスケード半導体レーザでは、前記無機絶縁層は、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に接触を成す。
【００２８】
量子カスケード半導体レーザによれば、無機絶縁層は、レーザ構造体の第１領域、第２領域及び第３領域に接触を成して、金属反射膜をレーザ構造体から隔置できる。
【００２９】
具体例に係る発光装置は、（ａ）量子カスケード半導体レーザと、（ｂ）前記量子カスケード半導体レーザを搭載する支持体と、（ｃ）前記量子カスケード半導体レーザを前記支持体に固定する半田材と、を備える。
【００３０】
この発光装置によれば、量子カスケード半導体レーザにおける誘電体膜及び金属膜が、レーザ構造体の端面上に設けられる。誘電体膜及び金属反射膜の形成の順序から、金属反射膜の下地は誘電体膜になる。発明者の知見によれば、誘電体膜のための堆積物は、レーザ構造体の端面に形成されることに加えて、成膜中にレーザ構造体の側面に回り込んで第１領域上の高比抵抗領域上に形成される。また、金属反射膜のための堆積物も、同様に、レーザ構造体の端面に形成されることに加えて、成膜中に第１領域に回り込んで第１領域上の高比抵抗領域上に形成される。発明者の観察によれば、誘電体膜のための堆積物は、第１領域上の高比抵抗領域上において、レーザ構造体の端面上の誘電体膜の厚さに比べて薄い。レーザ構造体上の高比抵抗領域は、誘電体膜上の金属反射膜がレーザ構造体の半導体から絶縁されることを確実にする。レーザ構造体の段差は、高比抵抗領域上の金属反射膜を金属層から離すことを可能にする。
【００３１】
具体例に係る半導体レーザを作製する方法は、（ａ）素子区画の配列を有するレーザバーを準備する工程と、（ｂ）前記レーザバーの第１端面に誘電体膜のための原料フラックスを供給する工程と、（ｃ）前記誘電体膜を堆積した後に、金属反射膜のための原料フラックスを前記第１端面に供給する工程と、を備え、前記レーザバーは、前記第１端面を含む第１領域、第２領域、第３領域及び段差を有するレーザ構造体と、前記第１領域上に設けられた高比抵抗領域とを含み、前記素子区画の各々は、前記第３領域上に設けられた金属層を備え、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ると共に、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在し、前記段差は、前記第２領域と前記第３領域との境界上を前記第２軸の方向に延在する。
【００３２】
この半導体レーザを作製する方法によれば、誘電体膜及び金属膜が、レーザバーの端面上に形成される。誘電体膜のための堆積物は、レーザバーの端面に形成されることに加えて、成膜中にレーザバーの側面に原料フラックスが回り込んで第１領域上の高比抵抗領域上に形成される。また、金属反射膜のための堆積物も、同様に、レーザバーの端面に形成されることに加えて、成膜中にレーザバーの側面に原料フラックスが回り込んで第１領域上の高比抵抗領域上に形成される。誘電体膜及び金属反射膜の形成の順序から、金属反射膜の下地は誘電体膜になる。発明者の観察によれば、誘電体膜のための堆積物は、第１領域上の高比抵抗領域及び段差の側面上において、レーザバーの端面上の誘電体膜の厚さに比べて薄い。しかしながら、レーザバー上の高比抵抗領域は、誘電体膜上の金属反射膜をレーザ構造体の半導体から隔置することを確実にする。レーザバーの段差は、高比抵抗領域上の金属反射膜が金属層から離れることを可能にする。
【００３３】
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、半導体レーザ、発光装置及び半導体レーザを作製する方法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。
【００３４】
図１は、本実施形態に係る半導体レーザを模式的に示す一部破断図である。図２は、本実施形態に係る半導体レーザを模式的に示す一部破断図である。図１及び図２を参照すると、半導体レーザの例証として、量子カスケード半導体レーザ１１（１１ａ、１１ｂ）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、高比抵抗領域１５、金属層１７、誘電体膜１９、及び金属反射膜２１を備える。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を有しており、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端面Ｅ１Ｆは第２端面Ｅ２Ｆの反対側にある。第１領域１３ａは第１端面Ｅ１Ｆを含む。高比抵抗領域１５は、レーザ構造体１３の第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂ上に設けられ、また第３領域１３ｃ上に設けられることができる。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。誘電体膜１９は、第１端面Ｅ１Ｆ及び高比抵抗領域１５上に設けられ、金属反射膜２１は、第１端面Ｅ１Ｆ、高比抵抗領域１５及び誘電体膜１９上に設けられる。レーザ構造体１３は、半導体基板２３及び半導体メサ２５を含み、半導体基板２３の主面２３ａが半導体メサ２５を搭載している。半導体メサ２５は、コア層２５ａを含み、具体的には、上部半導体層２５ｂ、下部半導体領域２５ｃ、及びコンタクト層２５ｄを更に含むことができる。半導体メサ２５は、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。本実施例では、レーザ構造体１３は埋込領域２７を更に含み、埋込領域２７は半導体メサ２５を埋め込む。具体的には、コア層２５ａ、上部半導体層２５ｂ、下部半導体領域２５ｃ、及びコンタクト層２５ｄの配列、並びに埋込領域２７が、半導体基板２３の主面２３ａ上に設けられている。
【００３５】
高比抵抗領域１５は第１面１５ａに反対側の第２面を有し、この第２面１５ｂは第１領域１３ａのエピ面に接合を成す。高比抵抗領域１５は、第１領域１３ａと第２領域１３ｂとの境界に位置する段差１５ｄを有する。高比抵抗領域１５の段差１５ｄは、レーザ構造体１３のエピ面上に設けられ、第１軸Ａｘ１の方向に交差する第２軸Ａｘ２の方向に延在する。段差１５ｄの長さは、金属層１７の幅より大きい。具体的には、段差１５ｄの終端は、金属層１７の側端より外側に位置しており、本実施例では、段差１５ｄは、量子カスケード半導体レーザ１１の側縁に到達する。
【００３６】
量子カスケード半導体レーザ１１によれば、誘電体膜１９及び金属反射膜２１が、レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆ上に設けられる。誘電体膜１９及び金属反射膜２１の形成の順序から、金属反射膜２１の下地は誘電体膜１９になる。発明者の知見によれば、誘電体膜１９のための堆積物は、レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆに形成されることに加えて、成膜中にレーザーバーの側面（レーザ構造体１３の上面及び下面）に回り込んでレーザ構造体の第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５上に形成される。同様に、金属反射膜２１のための堆積物も、レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆに形成されることに加えて、成膜中にレーザバーの側面（レーザ構造体１３の上面及び下面）に回り込んで第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５上に形成される。
【００３７】
レーザ構造体１３は、第４領域１３ｄを更に含み、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。第４領域１３ｄは第２端面Ｅ２Ｆを含む。
【００３８】
発明者の観察によれば、誘電体膜１９のための堆積物の厚さは、第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂのエピ面上の高比抵抗領域１５上において、レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆ上の誘電体膜１９に比べて薄く、金属反射膜２１のための堆積物の厚さは、高比抵抗領域１５上の誘電体膜１９上において、レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆ上の金属反射膜２１に比べて薄い。具体的には、第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５における誘電体膜１９の膜厚は、レーザ構造体１３のエピ面の第１端面Ｅ１Ｆ上の膜厚の０．２倍程度になる。第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５の第１面１５ａ上の誘電体膜１９の厚さＴ１９Ｈ２は、第１端面Ｅ１Ｆ上の誘電体膜１９の厚さＴ１９Ｈ１より小さく、第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５の第１面１５ａ上の金属反射膜２１の厚さＴ２１Ｈ２は、第１端面Ｅ１Ｆ上の金属反射膜２１の厚さＴ２１Ｈ１より小さい。第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５は、誘電体膜１９上の金属反射膜２１をレーザ構造体１３の半導体から確実に隔置できる。高比抵抗領域１５の段差１５ｄは、高比抵抗領域１５上の金属反射膜２１が金属層から離れることを可能にする。
【００３９】
量子カスケード半導体レーザ１１は、半導体メサ２５及び埋込領域２７上に設けられたパッシベーション膜３１を更に備えることができる。パッシベーション膜３１は、半導体メサ２５の上面において延在するストライプ開口３１ａを有する。金属層１７は、パッシベーション膜３１のストライプ開口３１ａを介して半導体メサ２５の上面に接触を成す。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４領域１３ｄに接触を成す。本実施例では、第４領域１３ｄは、第３領域１３ｃ上の高比抵抗領域１５から第２端面Ｅ２Ｆの上縁まで延在する。第４領域１３ｄ上において、厚膜電極３５（メッキ電極）が金属層１７に接触を成す。必要な場合には、本実施例のように、厚膜電極３５を第２端面Ｅ２Ｆの上縁から隔置することができる。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（エピ面の反対側の面、半導体基板２３の裏面２３ｂ）上に設けられた裏面金属層３７を更に備える。
【００４０】
本実施例では、高比抵抗領域１５は、パッシベーション膜３１を含む。具体的には、高比抵抗領域１５は、レーザ構造体１３のエピ面上に設けられた無機絶縁層を含む。この無機絶縁層は、本実施例では、パッシベーション膜３１として用いられる。パッシベーション膜３１の無機絶縁層は、レーザ構造体１３の第４領域１３ｄにおいて半導体メサ２５上に位置するストライプ開口３１ａを有する。無機絶縁層のストライプ開口３１ａを介して、金属層１７が第４領域１３ｄに接触を成す。このような無機絶縁層は、例えばシリコン系無機絶縁体を備えることができ、シリコン系無機絶縁体は、無機絶縁層に所望の絶縁性を提供できる。無機絶縁層は、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃに接触を成して、第１端面Ｅ１Ｆの近傍のエピ表面に絶縁性の障壁を提供できる。
【００４１】
本実施例では、高比抵抗領域１５の段差１５ｄは、レーザ構造体１３の一対の側面（１３ｅ、１３ｆ）のうち一側面１３ｅから他側面１３ｆへの方向に、一側面１３ｅの上縁から他側面１３ｆの上縁まで延在する。また、段差１５ｄは、誘電体膜１９及び金属反射膜２１の堆積物が堆積する第１面１５ａを基準にして窪部１５ｈを形成し、窪部１５ｈは第２領域１３ｂ上に位置する。窪部１５ｈにおいて、高比抵抗領域１５は、半導体メサ２５上において第１端面Ｅ１Ｆの上縁から第１軸Ａｘ１の方向に延在して、第３領域１３ｃと第４領域１３ｄとの境界で終端する。高比抵抗領域１５は、第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂのエピ面を覆い、第３領域１３ｃのエピ面を更に覆うことができる。
【００４２】
高比抵抗領域１５は、半導体メサ２５内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。高比抵抗領域１５は、第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ及び第３部分１５ｇを含む。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、第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ及び第３部分１５ｇは、それぞれ、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃのエピ面上に設けられる。高比抵抗領域１５は、半導体基板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。高比抵抗領域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、本実施例では、ＳｉＯＮ膜を含む。
【００４３】
（第１構造）
図１を参照しながら、量子カスケード半導体レーザ１１ａを説明する。高比抵抗領域１５は、少なくとも一つの無機絶縁層を備え、この無機絶縁層は、レーザ構造体１３のエピ面に接触を成すことができる。本実施例では、無機絶縁層は、ＳｉＯＮといったシリコン系無機絶縁膜を含む。高比抵抗領域１５は、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃにおいて、レーザ構造体１３の一側面１３ｅの上縁から他側面１３ｆの上縁まで延在する。
【００４４】
高比抵抗領域１５の第１部分１５ｅ及び第２部分１５ｆは、それぞれ、第１厚Ｄ１及び第２厚Ｄ２を有する。第２厚Ｄ２は、第１厚Ｄ１と異なり、本実施例では第１厚Ｄ１より小さい。第１部分１５ｅ及び第２部分１５ｆは、互いに隣接して、段差１５ｄを提供できる。高比抵抗領域１５の段差１５ｄは、第１厚Ｄ１の第１部分１５ｅと第２厚Ｄ２の第２部分１５ｆによって提供される。更には、第３部分１５ｇは、第３厚Ｄ３を有し、第３厚Ｄ３は、第２厚Ｄ２と異なり、本実施例では第２厚Ｄ２より大きい。第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ及び第３部分１５ｇは第２軸Ａｘ２の方向に延在して、第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ及び第３部分１５ｇの配列は、第２軸Ａｘ２の方向に延在する窪部１５ｈ（溝）を形成する。窪部１５ｈによれば、金属層１７を金属反射膜２１から隔置できる。
【００４５】
（第２構造）
図２を参照しながら、量子カスケード半導体レーザ１１ｂを説明する。高比抵抗領域１５は、一又は複数の高比抵抗半導体層３９ａと一又は複数の無機絶縁層３９ｂとを備えることができる。無機絶縁層３９ｂは、シリコン系無機絶縁膜を含むことができ、高比抵抗半導体層３９ａは、半絶縁性又はアンドープの半導体を備えることができる。半絶縁性及びアンドープの半導体は、高比抵抗半導体層３９ａに高比抵抗を提供でき、具体的には、高比抵抗半導体層３９ａは、例えばＦｅドープＩｎＰ及び／又はアンドープＩｎＰを含むことができる。無機絶縁層３９ｂは、パッシベーション膜３１を含むことができる。高比抵抗半導体層３９ａは、無機絶縁層３９ｂとレーザ構造体１３のエピ面との間に設けられる。高比抵抗半導体層３９ａは、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃのエピ面上に接触を成し、無機絶縁層３９ｂは、第１領域１３ａにおいて高比抵抗半導体層３９ａに接触を成す。無機絶縁層３９ｂは、高比抵抗半導体層３９ａ上において第２軸Ａｘ２の方向に延在する縁を有し、この縁が段差１５ｄを提供する。第３領域１３ｃにおいて、高比抵抗半導体層３９ａは、パッシベーション膜３１のストライプ開口において金属層１７に接触を成す。量子カスケード半導体レーザ１１ｂによれば、高比抵抗半導体層３９ａは、ストライプ開口３１ａにおいて金属層１７に接触を成すように第４領域１３ｄの半導体メサ２５上に設けられることなく、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ及び第３領域１３ｃの主面上を延在して、金属反射膜２１を金属層１７から隔置する。
【００４６】
高比抵抗領域１５の第１部分１５ｅ及び第２部分１５ｆは、それぞれ、第１厚Ｄ１及び第２厚Ｄ２を有する。第２厚Ｄ２は、第１厚Ｄ１と異なり、本実施例では第１厚Ｄ１より小さい。第１部分１５ｅ及び第２部分１５ｆは、互いに隣接して、段差１５ｄを提供できる。高比抵抗領域１５の段差１５ｄは、第１厚Ｄ１の第１部分１５ｅと第２厚Ｄ２の第２部分１５ｆによって提供される。
更には、第３部分１５ｇは、第３厚Ｄ３を有し、本実施例では、第３厚Ｄ３は、第２厚Ｄ２と実質的に同じである。第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ及び第３部分１５ｇは第２軸Ａｘ２の方向に延在して、第１部分１５ｅ、第２部分１５ｆ及び第３部分１５ｇの配列は、第２軸Ａｘ２の方向に延在する窪部１５ｈを形成する。窪部１５ｈによれば、金属層１７を金属反射膜２１から隔置できる。
【００４７】
量子カスケード半導体レーザ１１の例示。
レーザ構造体１３は半導体からなる。
第１領域１３ａの長さ（第１軸Ａｘ１の方向の長さ）：５〜１００マイクロメートル。
第２領域１３ｂの長さ（第１軸Ａｘ１の方向の長さ）：５〜５０マイクロメートル。
段差１５ｄの深さ：５０〜１５０ナノメートル。
第１領域１３ａ上における高比抵抗領域１５の厚さ２００〜４００ナノメートル。
第２領域１３ｂ上における高比抵抗領域１５の厚さ５０〜３５０ナノメートル。
誘電体膜１９：アルミナ、窒化アルミニウム、厚さ１００〜３００ナノメートル。
金属反射膜２１：金、厚さ５０〜３００ナノメートル。
本実施例では、誘電体膜１９及び金属反射膜２１が端面反射膜２０を形成する。しかしながら、端面反射膜２０は、これら２層に限定されることはない。
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、ＡｌＩｎＡｓ／ＧａＩｎＡｓ。
上部半導体層２５ｂ：ｎ型ＩｎＰ（クラッド層２５ｅ）及びｎ型ＩｎＧａＡｓ（回折格子層２５ｆ）。
下部半導体領域２５ｃ：ｎ型ＩｎＰ（クラッド層）。
コンタクト層２５ｄ：ｎ型ＩｎＧａＡｓ。
半導体基板２３：ｎ型ＩｎＰ。
埋込領域２７：アンドープ及び／又は半絶縁性ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体、例えばＦｅドープＩｎＰ。
共振器長：１〜３ｍｍ。
金属層１７：オーミック電極として働くＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ。
裏面金属層３７：ＡｕＧｅＮｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ。
パッシベーション膜３１：ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２。
厚膜電極３５：メッキＡｕ。
【００４８】
図１及び図２を参照すると、発光装置４１が描かれている。発光装置４１は、量子カスケード半導体レーザ１１、支持体４３、及び半田材４５を含む。量子カスケード半導体レーザ１１は、支持体４３の絶縁性ベース４３ａ上の電極層４３ｂに半田材４５を介して固定されている。半田材４５は、量子カスケード半導体レーザ１１の裏面金属層３７に接合を成す。金属反射膜２１は、絶縁性ベース４３ａ上の電極層４３ｂに半田材４５を介して接続されることがある。段差１５ｄによって区切られた第１領域１３ａ及び第２領域１３ｂは、第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５上の断片ＤＰ１を第２領域１３ｂの半導体から離すことを可能にする。本実施例では、半田材４５は、例えばＡｕＳｎを含む。
【００４９】
この発光装置４１によれば、量子カスケード半導体レーザ１１における誘電体膜１９及び金属反射膜２１が、レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆ上に設けられる。誘電体膜１９及び金属反射膜２１の形成の順序から、金属反射膜２１の下地は誘電体膜１９になる。発明者の知見によれば、誘電体膜１９のための堆積物は、レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆに形成されることに加えて、レーザ構造体１３を提供するレーザバーの上面及び下面に原料が成膜中に回り込んで第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５のための高比抵抗領域上に形成される。また、金属反射膜２１のための堆積物も、同様に、レーザ構造体の端面に形成されることに加えて、レーザバーの上面及び下面に原料が成膜中に回り込んで高比抵抗領域１５上に形成される。発明者の観察によれば、誘電体膜１９のための堆積物は、しかしながら、高比抵抗領域上において、レーザバーの端面（レーザ構造体１３の第１端面Ｅ１Ｆ）上の誘電体膜１９の厚さに比べて薄い。レーザ構造体１３上の高比抵抗領域１５は、誘電体膜１９上の金属反射膜２１をレーザ構造体１３の半導体から隔置する。高比抵抗領域１５の段差１５ｄは、高比抵抗領域１５上の金属反射膜２１を金属層１７から離すことを可能にする。
【００５０】
図３〜図１１を参照しながら、半導体レーザを作製する方法における主要な工程を説明する。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及び図２を参照する記述において用いられた参照符号を用いる。
【００５１】
図３の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ１０１を説明する。図３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の平面図を示す。図３の（ｂ）部は、図３の（ａ）部に示されたＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。図３の（ｃ）部は、図３の（ｂ）部に示されたＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線に沿ってとられた断面を示す。工程Ｓ１０１では、半導体生産物ＳＰ１を準備する。半導体生産物ＳＰ１は、半導体基板２３と、半導体基板２３上に設けられる半導体メサ２５と、半導体メサ２５を埋め込む埋込領域２７を備える。半導体メサ２５は、半導体基板２３の一部分（２５ｃ）、コア層２５ａ、回折格子層２５ｆ、クラッド層２５ｅ及びコンタクト層２５ｄのための半導体領域を含むエピタキシャル基板を、無機絶縁膜（例えばＳｉＮ）の第１マスクＭ１を用いてエッチングすることによって形成される。埋込領域２７は、半導体メサ２５を形成した後に、第１マスクＭ１を用いて高抵抗半導体を選択成長することによって形成される。選択成長の後に、第１マスクＭ１を除去する。
【００５２】
具体的には、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ｎ型下部クラッド層（ｎ−ＩｎＰ）、コア層（ＱＣＬ活性層）、回折格子層（ＩｎＧａＡｓ）をエピタキシャル成長する。フォトリソグラフィとエッチングで回折格子構造を回折格子層に形成し、回折格子構造を形成した後に、ｎ型上部クラッド層（ｎ−ＩｎＰ）、ｎ型コンタクト層（ｎ−ＩｎＧａＡｓ）をエピタキシャル成長する。次に、コンタクト層上にＣＶＤとフォトリソグラフィによりストライプ状ＳｉＮマスクを形成する。ＳｉＮマスクを用いてＩｎＰ基板までドライエッチングしメサを形成する。メサ形成のために形成したＳｉＮマスクを用いて、半導体埋め込み層（Ｆｅ−ＩｎＰ）をＩｎＰ基板上にエピタキシャルに成長する。Ｆｅ−ＩｎＰの上面がメサ上のＳｉＮマスクの上面と同程度になるようにＦｅ−ＩｎＰを成長する。この成長の後に、ＳｉＮマスクを除去する。
【００５３】
図４の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ１０２を説明する。図４の（ａ）部は、本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主要な工程の平面図を示す。図４の（ｂ）部は、図４の（ａ）部に示されたＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿ってとられた断面を示す。図４の（ｃ）部は、図４の（ｂ）部に示されたＩＶｃ−ＩＶｃ線に沿ってとられた断面を示す。工程Ｓ１０２では、パッシベーション膜３１を形成する。本実施例では、パッシベーション膜３１のための絶縁膜（厚さ、２００〜４００ｎｍ）を成長する。フォトリソグラフィ及びエッチングにより第２マスクＭ２を形成する。第２マスクＭ２は、ストライプ形状の開口Ｍ２ＯＰを有しており、開口Ｍ２ＯＰは半導体メサ２５上を延在する。この第２マスクＭ２を用いたエッチングにより絶縁膜に開口を形成して、絶縁膜からパッシベーション膜３１を形成する。パッシベーション膜３１のストライプ開口３１ａには、半導体メサ２５の上面（コンタクト層２５ｄ）が現れている。
【００５４】
具体的には、埋込成長の後に、半導体メサ２５及び埋込領域２７上にＣＶＤ法でＳｉＯＮ膜（厚さ、３００ｎｍ）を形成する。フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりＳｉＯＮ膜にストライプ状の開口を形成する。この開口には、コンタクト層の上面が現れる。隣接する素子区画の開口間の距離は、半導体メサ上において約２００マイクロメートルであって、引き続く工程を実行した生産物は、隣接する素子区画の開口間のほぼ中心においてへき開される。へき開により、ＳｉＯＮ膜のストライプ状の開口の縁は、レーザバーの端面から約１００マイクロメートルの位置にある。
【００５５】
図５の（ａ）部及び（ｂ）部を参照しながら、工程Ｓ１０３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主要な工程の平面図を示す。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。パッシベーション膜３１を加工して、パッシベーション膜３１に高比抵抗領域１５のための構造を形成する。本実施例では、パッシベーション膜３１のための絶縁膜を利用して、高比抵抗領域１５を形成する。工程Ｓ１０３では、パッシベーション膜３１に溝を形成する。パッシベーション膜３１上に、溝を規定する第３マスクＭ３を形成する。第３マスクＭ３は、半導体メサ２５上に開口Ｍ３ＯＰを有し、開口Ｍ３ＯＰは、半導体メサ２５が延在する方向に交差する方向に、複数の素子区画を横切って延在する。開口Ｍ３ＯＰは、本製造工程による生産物を分離すべき分離線ＤＶの近傍に設けられる。第３マスクＭ３は、例えばレジストを備える。第３マスクＭ３を用いてパッシベーション膜３１をエッチングして、窪部１５ｈ（本実施例では、溝）を形成する。窪部１５ｈの底は、パッシベーション膜３１内にあり、また高比抵抗領域１５の第２面１５ｂから離れている。エッチングの後に第３マスクＭ３を除去する。
【００５６】
具体的には、パッシベーションＳｉＯＮ膜を形成した後に、ＳｉＯＮ膜及びコンタクト層上に、フォトリソグラフィによりレジストマスクを形成する。レジストマスクの開口は、へき開面を形成すべきへき開ラインから僅かに離れてへき開ラインの近傍において素子区画を横切って延在する。レジストマスクを用いてＳｉＯＮ膜をドライエッチングして、ＳｉＯＮ膜に１５０ｎｍの深さの溝を形成する。エッチングの後に、レジストマスクを除去する。
【００５７】
図６の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ１０４を説明する。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主要な工程の平面図を示す。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。工程Ｓ１０４では、金属層１７（オーミック電極）を形成する。パッシベーション膜３１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、半導体メサ２５上に開口Ｍ４ＯＰを有する。第４マスクＭ４を形成した後に、金属層１７のための金属膜の堆積を行う。この堆積では、第４マスクＭ４の開口Ｍ４ＯＰ内及び第４マスクＭ４上に金属膜の堆積物が形成される。堆積の後に、第４マスクＭ４を除去すると、金属層１７が残される。
【００５８】
具体的には、ウエハ上に、フォトリソグラフィによりレジストのリフトオフマスクを形成する。リフトオフマスクを形成した後に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着膜を形成すると共に、リフトオフによりリフトオフマスク及びリフトオフマスク上の堆積物を除去して、オーミック電極を形成する。オーミック電極は、後の工程により形成されるメッキ電極の下地を提供する。オーミック電極のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕはコンタクト層と電気的に接合する。オーミック電極のＴｉ／Ｐｔ／ＡｕはＳｉＯＮ膜と接触する。リフトオフマスクは、引き続くメッキに必要な場合には、給電用金属を残すためのパターンを有することができ、このマスクを用いて形成された金属層はオーミック電極及び給電ラインを含む。
【００５９】
図７の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ１０５を説明する。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主要な工程の平面図を示す。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。工程Ｓ１０５では、メッキ法により厚膜電極３５を形成する。パッシベーション膜３１及び金属層１７上に、リフトオフのための第５マスクＭ５を形成する。第５マスクＭ５は、金属層１７上に開口Ｍ５ＯＰを有すると共に窪部１５ｈ（具体的には、溝）を覆う。開口Ｍ５ＯＰは、金属層１７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する。このメッキでは、第５マスクＭ５の開口Ｍ５ＯＰ内の金属層１７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のための金属厚膜が残される。
【００６０】
具体的には、ウエハ上に、フォトリソグラフィによりメッキのためのレジストマスクを形成する。レジストマスクは、例えば金属層１７上に開口を有する。レジストマスクを用いて金（Ａｕ）メッキを行う。メッキのために通電の後に、メッキマスクを除去する。メッキ電極の形成により、基板生産物ＳＰ２を得る。
【００６１】
図８の（ａ）部、（ｂ）部、及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ１０７を説明する。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主要な工程を示す平面図である。図７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。工程Ｓ１０６では、裏面電極のための裏面金属層３７を形成する。半導体基板２３の裏面上に、リフトオフのための第６マスクＭ６を形成する。第６マスクＭ６は、裏面金属層３７上に開口Ｍ６ＯＰを有する。第６マスクＭ６を形成した後に、ＡｕＧｅＮｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／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３７を形成する。裏面金属層３７のＡｕＧｅＮｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＴｉＡｕは半導体基板２３と電気的に接合する。裏面金属の形成により、生産物ＳＰ３が形成される。
【００６２】
具体的には、ウエハの裏面に、フォトリソグラフィによりレジストからなる裏面マスクを形成する。裏面マスクは、素子区画の境界から離れるように半導体基板２３の裏面に開口を有する。裏面マスクを用いた蒸着とリフトオフにより、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ／ＴｉＡｕから裏面電極を形成する。
【００６３】
図９の（ａ）部、（ｂ）部、及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ１０７を説明する。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主要な工程を示す平面図である。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８の（ｃ）部は、レーザバーを示す平面図である。工程Ｓ１０７では、レーザバーＬＤＢを準備する。レーザバーＬＤＢは、生産物ＳＰ３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、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を有するレーザバーＬＤＢが形成される。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。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に示されるように、レーザ構造体１３、パッシベーション膜３１（高比抵抗領域１５）、及び金属層１７を備え、更に厚膜電極３５及び裏面金属層３７を備えることができる。レーザ構造体１３及びパッシベーション膜３１は、素子区画ＳＥＣＴにわたって連続して延在する。レーザ構造体１３は、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ、第３領域１３ｃ及び第４領域１３ｄを有しており、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。第１領域１３ａは第１端面Ｅ１Ｆを含み、第４領域１３ｄは第２端面Ｅ２Ｆを含む。高比抵抗領域１５は、第１領域１３ａと第２領域１３ｂとの境界に位置する段差１５ｄを有する。段差１５ｄ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。高比抵抗領域１５は、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上に設けられる。金属層１７は、レーザ構造体１３の第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４領域１３ｄのエピ面に接触を成す。レーザ構造体１３は、半導体基板２３及び半導体メサ２５を含み、半導体基板２３が主面２３ａ上に半導体メサ２５を搭載している。半導体メサ２５は、コア層２５ａを含み、具体的には、上部半導体層２５ｂ、下部半導体領域２５ｃ、及びコンタクト層２５ｄを更に含むことができる。半導体メサ２５は、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。本実施例では、レーザ構造体１３は、半導体メサ２５を埋め込む埋込領域２７を更に含む。
【００６４】
図１０の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部を参照しながら、工程Ｓ１０９を説明する。図１０の（ａ）部及び（ｂ）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模式的に示す図面である。図１０の（ｃ）部及び（ｄ）部は、本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主要な工程を模式的に示す図面である。工程Ｓ１０９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１９及び金属反射膜２１を順に形成する。図１０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１９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１９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を供給する。原料フラックスＦ１はレーザバーＬＤＢの上面及び下面に回り込んで、誘電体膜１９の堆積物が、上面上のパッシベーション膜３１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１９に繋がる堆積物は、高比抵抗領域１５の段差１５ｄ及び窪部１５ｈ（溝）の縁で終端する。この後に、図１０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の誘電体膜１９上に金属反射膜２１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２１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を供給する。原料フラックスＦ２はレーザバーＬＤＢの上面及び下面に回り込んで、金属反射膜２１の堆積物が、エピ面上のパッシベーション膜３１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２１に繋がる堆積物は、高比抵抗領域１５の段差１５ｄ及び窪部１５ｈの縁で終端する。
【００６５】
レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上に誘電体膜１９及び金属反射膜２１を順に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。
【００６６】
図１１の（ａ）部及び（ｂ）部を参照しながら、ダイボンド工程を説明する。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ダイボンド工程を模式的に示す図面である。図１を参照しながら既に説明したように、本実施形態に係る量子カスケード半導体レーザ１１ａは、第１端面Ｅ１Ｆに形成された誘電体膜１９及び金属反射膜２１は、ダイボンド工程において、半田材４５に触れるが、半導体メサ２５の導電性半導体、金属層１７、及び厚膜電極３５には接触しない。厚膜電極３５は、ボンディングワイヤＢＷに接続される。
【００６７】
図１１の（ｂ）部は、実施例に係る量子カスケード半導体レーザと異なる端面反射膜の構造を有する量子カスケード半導体レーザをダイボンドする工程を模式的に示す図面である。図１１の（ｂ）部に示される量子カスケード半導体レーザＣ１１は、レーザ構造体Ｃ１３の端面上に設けられた誘電体膜Ｃ１９及び金属反射膜Ｃ２１を備える。誘電体膜Ｃ１９及び金属反射膜Ｃ２１が半導体基板Ｃ２３及びレーザ構造体Ｃ１３のおもて面に回り込んで、おもて面の金属層Ｃ１７及び裏面の裏面金属層３７の近くにまで及んでいる。量子カスケード半導体レーザＣ１１をダイボンドすると、半導体基板Ｃ２３の裏面に回り込んだ誘電体膜Ｃ１９及び金属反射膜Ｃ２１が半田材に触れる。誘電体膜Ｃ１９及び金属反射膜Ｃ２１は、レーザ構造体Ｃ１３の上面に回り込んでオーミック電極Ｃ３３上に堆積する。レーザ構造体Ｃ１３の上面及び下面上の薄い誘電体膜Ｃ１９及び金属反射膜Ｃ２１が、短絡の原因になっている。
【００６８】
この量子カスケード半導体レーザ１１ａを作製する方法によれば、誘電体膜１９及び金属反射膜２１が、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上に提供される。誘電体膜１９のための堆積物は、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆに形成されることに加えて、レーザバーＬＤＢの上面及び下面に成膜中に回り込んで第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５（パッシベーション膜３１）上に形成される。また、金属反射膜２１のための堆積物も、同様に、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆに形成されることに加えて、第１領域１３ａに成膜中に回り込んで第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５（パッシベーション膜３１）上に形成される。誘電体膜１９及び金属反射膜２１の形成の順序から、金属反射膜２１の下地は誘電体膜１９になる。発明者の観察によれば、誘電体膜１９及び金属反射膜２１のための堆積物は、それぞれ、第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５上において、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上の誘電体膜１９の厚さ及び金属反射膜２１の厚さに比べて薄く、レーザバーＬＤＢ上の高比抵抗領域１５は、誘電体膜１９上の金属反射膜２１をレーザバーＬＤＢの半導体から隔てる。レーザバーＬＤＢの段差１５ｄは、高比抵抗領域１５上の金属反射膜２１の堆積物を金属層１７から離すことを可能にする。
【００６９】
図１２〜図１７を参照しながら、半導体レーザを作製する方法における主要な工程を説明する。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及び図２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１２の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ２０１を説明する。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主要な工程の平面図を示す。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。工程Ｓ２０１では、半導体生産物ＳＰ４を準備する。半導体生産物ＳＰ４は、半導体基板２３と、半導体基板２３上に設けられる半導体メサ２５と、半導体メサ２５及びキャップ層２５ｇを埋め込む埋込領域２７を備える。半導体メサ２５は、半導体基板２３、コア層２５ａ、回折格子層２５ｆ、クラッド層２５ｅ、コンタクト層２５ｄ及びキャップ層２５ｇのための半導体領域を含むエピタキシャル基板を、無機絶縁膜（例えばＳｉＮ）の第１マスクＭ１を用いてエッチングすることによって形成される。半導体メサ２５を形成した後に、埋込領域２７は、第１マスクＭ１を用いて高抵抗半導体を選択成長することによって形成される。選択成長の後に、第１マスクＭ１を除去する。
【００７１】
具体的には、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ｎ型下部クラッド層（ｎ−ＩｎＰ）、コア層（ＱＣＬ活性層）、回折格子層（ＩｎＧａＡｓ）のための半導体膜をエピタキシャルに成長する。回折格子層（ＩｎＧａＡｓ）のための半導体膜に、回折格子を含む回折格子構造をフォトリソグラフィ及びエッチングにより形成すると共に、この回折格子層上にｎ型上部クラッド層（ｎ−ＩｎＰ）、ｎ型コンタクト層（ｎ−ＩｎＧａＡｓ）のための導電性の半導体膜及びキャップ層（ｉ−ＩｎＰ又はＦｅ−ＩｎＰ）のための半絶縁性の半導体膜をエピタキシャルに成長する。次に、キャップ層上に、ＣＶＤとフォトリソグラフィによりストライプ状ＳｉＮマスクを形成する。ＳｉＮマスクを用いて半導体膜及びＩｎＰ基板をドライエッチングして、半導体メサを形成する。ドライエッチングの後に、メサ形成のために形成したＳｉＮマスクを用いて、半導体埋め込み層（Ｆｅ−ＩｎＰ）をＩｎＰ基板上にエピタキシャルに埋込成長する。Ｆｅ−ＩｎＰの埋込成長は、Ｆｅ−ＩｎＰの上面がメサ上のＳｉＮマスクの上面と同程度になるように行われる。この成長の後に、ＳｉＮマスクを除去する。
【００７２】
図１３の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ２０２を説明する。図１３の（ａ）部は、本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主要な工程の平面図を示す。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（ｂ）部に示されたＸＩＩＩｃ−ＸＩＩＩｃ線に沿ってとられた断面を示す。工程Ｓ２０２では、パッシベーション膜３１を形成する。本実施例では、パッシベーション膜３１のための絶縁膜を成長する。この絶縁膜をフォトリソグラフィ及びエッチングをより加工して、第７マスクＭ７を形成する。第７マスクＭ７は、例えばレジストを備えることができる。第７マスクＭ７のパターンは、半導体メサ２５及びキャップ層２５ｇ上に延在するストライプ形状の第１開口Ｍ７ＳＴＲと、第１開口Ｍ７ＳＴＲを突き当てる第２開口Ｍ７ＩＮＴとを有する。第７マスクＭ７を用いて、絶縁膜をエッチングして、パッシベーション膜３１を形成する。パッシベーション膜３１は、半導体メサ２５及びキャップ層２５ｇに沿って半導体メサ２５上に延在するストライプ開口３１ａと、半導体メサ２５を横切る交差ストライプ開口３１ｂを有する。ストライプ開口３１ａ及び交差ストライプ開口３１ｂには、キャップ層２５ｇのための半絶縁性半導体膜が現れている。ストライプ開口３１ａは、交差ストライプ開口３１ｂに到達して終端する。交差ストライプ開口３１ｂは、高比抵抗領域１５の段差１５ｄを提供し、パッシベーション膜３１に形成された溝の形状を有する。この溝の底は、キャップ層２５ｇによって提供される。絶縁膜のエッチングの後に、第７マスクＭ７を除去する。
【００７３】
具体的には、埋込成長の後に、半導体メサ２５、キャップ層２５ｇ及び埋込領域２７上に化学的気相成長法によりＳｉＯＮ膜（厚さ、３００ｎｍ）を形成する。ストライプ開口３１ａ及び交差ストライプ開口３１ｂのためのパターンを有するレジストマスクをフォトリソグラフィにより形成し、このレジストマスクを用いたエッチングによりＳｉＯＮ膜を加工する。ストライプ開口３１ａには、キャップ層のための半絶縁性半導体膜の上面が現れる。隣接する素子区画のそれぞれに設けられた交差ストライプ開口３１ｂの間隔は、約１００マイクロメートルである。交差ストライプ開口３１ｂが、素子区画を横切って延在することができる。また、ストライプ開口３１ａは、隣接する素子区画のそれぞれに設けられた交差ストライプ開口３１ｂの一方から他方まで延在する。引き続く工程を施した生産物は、隣接する素子区画の境界においてへき開される。へき開により、ＳｉＯＮ膜のストライプ状の開口の縁は、レーザバーの端面から約５０マイクロメートルの位置にある。
【００７４】
図１４の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部を参照しながら、工程Ｓ２０３を説明する。図１４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の平面図を示す。図１４の（ｂ）部は、図１４の（ａ）部に示されたＸＩＶｂ−ＸＩＶｂ線に沿ってとられた断面を示す。図１４の（ｃ）部は、図１４の（ｂ）部に示されたＸＩＶｃ−ＸＩＶｃ線に沿ってとられた断面を示す。図１４の（ｄ）部は、図１４の（ｂ）部に示されたＸＩＶｄ−ＸＩＶｄ線に沿ってとられた断面を示す。パッシベーション膜３１のストライプ開口３１ａに露出されたキャップ層２５ｇのための半絶縁性半導体膜を除去して、コンタクト層２５ｄに到達するコンタクト開口２５ＣＯＮを形成する。半絶縁性半導体膜を加工すると、キャップ層２５ｇが形成される。本実施例では、コンタクト開口を形成するための第８マスクＭ８をパッシベーション膜３１及び半絶縁性半導体膜上に形成する。第８マスクＭ８は、交差ストライプ開口３１ｂを露出させることなく覆うと共に、半導体素子の第４領域内のコンタクト層２５ｄ上に開口を有する。この開口の縁は、交差ストライプ開口３１ｂから離れている。パッシベーション膜３１のパターン及び第８マスクＭ８をマスクとして用いて、半絶縁性半導体膜（例えばＩｎＰ）を除去する。
【００７５】
具体的には、パッシベーションＳｉＯＮ膜を形成した後に、ＳｉＯＮ膜及びコンタクト層上に、フォトリソグラフィによりレジストマスクを形成する。レジストマスクは、半導体素子の第４領域になるべきエリア上に開口を有すると共に、半導体素子の第１領域から第３領域となるべき素子領域を覆う。レジストマスクを用いて半絶縁性半導体膜をエッチングして、コンタクト開口２５ＣＯＮを有するキャップ層２５ｇを形成する。エッチングの後に、レジストマスクを除去する。
【００７６】
図１５の（ａ）部。（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ２０４を説明する。図１５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の平面図を示す。図１５の（ｂ）部は、図１５の（ａ）部に示されたＸＶｂ−ＸＶｂ線に沿ってとられた断面を示す。図１５の（ｃ）部は、図１５の（ａ）部に示されたＸＶｃ−ＸＶｃ線に沿ってとられた断面を示す。工程Ｓ２０４では、金属層１７（オーミック電極）を形成する。図６の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部と同様に、パッシベーション膜３１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、半導体メサ２５上に開口Ｍ４ＯＰを有する。本実施例では、開口Ｍ４ＯＰは、半導体素子の第３領域及び第４領域になるべきエリア上に位置する。第４マスクＭ４を形成した後に、金属層１７のための金属膜の堆積を行う。この堆積では、第４マスクＭ４の開口Ｍ４ＯＰ内及び第４マスクＭ４上に金属膜の堆積物が形成される。堆積の後に、第４マスクＭ４を除去すると、隣接する素子区画に跨がった金属層１７のための金属層が残される。
【００７７】
具体的には、ウエハ上に、フォトリソグラフィによりレジストのリフトオフマスクを形成する。リフトオフマスクを形成した後に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着膜を形成すると共に、リフトオフによりリフトオフマスク及びリフトオフマスク上の堆積物を除去して、オーミック電極を形成する。オーミック電極のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕはコンタクト層と電気的に接合する。オーミック電極のＴｉ／Ｐｔ／ＡｕはＳｉＯＮ膜と接触する。リフトオフマスクは、引き続くメッキに必要な場合には、給電用の金属パターンを有することができ、このマスクを用いて形成された金属電極はオーミック電極及び給電ラインを含む。
【００７８】
工程Ｓ２０５では、図７の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら説明した工程Ｓ１０５と同様に、メッキ法により厚膜電極３５を形成する。また、工程Ｓ２０６では、図８の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照しながら説明した工程Ｓ１０６と同様に、半導体基板２３の裏面上に、裏面電極のための裏面金属層３７を形成する。これらの工程によって、基板生産物を形成する。
【００７９】
図１６の（ａ）部、（ｂ）部、及び（ｃ）部を参照しながら、工程Ｓ２０７を説明する。図１６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１６の（ｂ）部は、図１６の（ａ）部に示されたＸＶＩｂ−ＸＩＶｂ線に沿ってとられた断面を示す。図１６の（ｃ）部は、レーザバーを示す平面図である。工程Ｓ２０７では、レーザバーＬＤＢを準備する。レーザバーＬＤＢは、基板生産物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、量子カスケード半導体レーザ１１ｂにおける第１端面Ｅ１Ｆ及び第２端面Ｅ２Ｆを有するレーザバーＬＤＢが形成される。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。レーザバーＬＤＢは、量子カスケード半導体レーザ１１ｂ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２に示されるように、レーザ構造体１３、パッシベーション膜３１（高比抵抗領域１５）、及び金属層１７を備え、更に厚膜電極３５及び裏面金属層３７を含むことができる。レーザ構造体１３及びパッシベーション膜３１は、素子区画ＳＥＣＴにわたって連続して延在する。レーザ構造体１３は、第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ、第３領域１３ｃ及び第４領域１３ｄを有しており、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。第１領域１３ａは第１端面Ｅ１Ｆを含み、第４領域１３ｄは第２端面Ｅ２Ｆを含む。高比抵抗領域１５は、第２領域１３ｂと第３領域１３ｃとの境界に位置する段差１５ｄを有する。段差１５ｄ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。高比抵抗領域１５は、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上に設けられる。金属層１７は、レーザ構造体１３の第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４領域１３ｄのエピ面に接触を成す。レーザ構造体１３は、半導体基板２３、半導体メサ２５及びキャップ層２５ｇを含み、半導体基板２３の主面２３ａが半導体メサ２５を搭載し、半導体メサ２５はキャップ層２５ｇを搭載する。半導体メサ２５は、コア層２５ａを含み、具体的には、上部半導体層２５ｂ、下部半導体領域２５ｃ、及びコンタクト層２５ｄを更に含むことができる。半導体メサ２５は、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。本実施例では、レーザ構造体１３は、半導体メサ２５及びキャップ層２５ｇを埋め込む埋込領域２７を更に含む。
【００８０】
図１７の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部及び（ｄ）部を参照しながら、工程Ｓ２０８を説明する。図１７の（ａ）部及び（ｂ）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模式的に示す図面である。図１７の（ｃ）部及び（ｄ）部は、本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主要な工程を模式的に示す図面である。工程Ｓ２０８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１９及び金属反射膜２１を順に形成する。図１７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１９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１９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を供給する。原料フラックスＦ１はレーザバーＬＤＢの上面及び下面に回り込んで、誘電体膜１９の堆積物が、上面上のパッシベーション膜３１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に到達するように形成される。誘電体膜１９の堆積物は、高比抵抗領域１５の段差１５ｄ及び窪部１５ｈの縁で終端する。この後に、図１０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の誘電体膜１９上に金属反射膜２１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２１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を供給する。原料フラックスＦ１はレーザバーＬＤＢの上面及び下面に回り込んで、金属反射膜２１の堆積物が、エピ面上のパッシベーション膜３１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。金属反射膜２１の堆積物は、高比抵抗領域１５の段差１５ｄ及び窪部１５ｈの縁で終端する。
【００８１】
レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上に誘電体膜１９及び金属反射膜２１を順に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１１ｂ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１１ｂが完成する。
【００８２】
量子カスケード半導体レーザ１１ｂは、図１１の（ａ）部に示されるように、ダイボンドされる。図２を参照しながら既に説明したように、本実施形態に係る量子カスケード半導体レーザ１１ｂは、ダイボンド工程において、第１端面Ｅ１Ｆに形成された誘電体膜１９及び金属反射膜２１は、半田材４５に触れるが、半導体メサ２５の導電性半導体、金属層１７、及び厚膜電極３５には接触しない。
【００８３】
この量子カスケード半導体レーザ１１ｂを作製する方法によれば、誘電体膜１９及び金属反射膜２１が、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上に提供される。誘電体膜１９のための堆積物は、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆに形成されることに加えて、レーザバーＬＤＢの上面及び下面に成膜中に回り込んで第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５（パッシベーション膜３１）上に形成される。また、金属反射膜２１のための堆積物も、同様に、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆに形成されることに加えて、第１領域１３ａに成膜中に回り込んで第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５（パッシベーション膜３１）上に形成される。誘電体膜１９及び金属反射膜２１の形成の順序から、金属反射膜２１の下地は誘電体膜１９になる。発明者の観察によれば、誘電体膜１９のための堆積物は、第１領域１３ａ上の高比抵抗領域１５上において、レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆ上の誘電体膜１９の厚さに比べて薄い。レーザバーＬＤＢ上の高比抵抗領域１５は、誘電体膜１９上の金属反射膜２１をレーザバーＬＤＢの半導体から隔置でき、またレーザバーＬＤＢの段差１５ｄは、高比抵抗領域１５上の金属反射膜２１を金属層１７から離すことを可能にする。
【００８４】
いずれの半導体レーザを作製する方法における主要な工程は、以下のものである：素子区画ＳＥＣＴの配列を有するレーザバーＬＤＢを準備すること；レーザバーＬＤＢの第１端面Ｅ１Ｆに誘電体膜１９のための原料フラックスＦ１を供給すること、及び；誘電体膜１９を堆積した後に、金属反射膜２１のための原料フラックスＦ２を第１端面Ｅ１Ｆに供給すること。レーザバーＬＤＢは、第１端面Ｅ１Ｆを含む第１領域１３ａ、第２領域１３ｂ、第３領域１３ｃ及び段差１５ｄを有するレーザ構造体１３と、第１領域１３ａ上に設けられた高比抵抗領域１５とを含む。素子区画ＳＥＣＴの各々は、レーザ構造体１３の第３領域１３ｃ上に設けられた金属層１７ｑを備える。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と共に、第１軸Ａｘ１の方向に交差する第２軸Ａｘ２の方向に延在する。段差１５ｄは、第２軸Ａｘ２の方向に延在しており第１領域１３ａと第２領域１３ｂとの境界に位置する。高比抵抗領域１５は、第２軸Ａｘ２の方向に延在する。
【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、端面上の金属反射膜を介する短絡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。本発明の別の側面によれば、この量子カスケード半導体レーザを含む発光装置が提供される。本発明の更なる別の側面によれば、端面上の金属反射膜を介する短絡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作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【００８７】
１１、１１ａ、１１ｂ…量子カスケード半導体レーザ、１３…レーザ構造体、１５…高比抵抗領域、１７…金属層、１９…誘電体膜、２１…金属反射膜、１３ａ…第１領域、１３ｂ…第２領域、１３ｃ…第３領域、Ｅ１Ｆ…第１端面、Ｅ２Ｆ…第２端面、２３…半導体基板、２５…半導体メサ、２５ａ…コア層、２５ｂ…上部半導体層、２５ｃ…下部半導体領域、２５ｄ…コンタクト層、２５ｅ…クラッド層、２５ｆ…回折格子層、２５ｇ…キャップ層、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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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