(57)【要約】【課題】レーザ光の出射効率を高めることができる半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】レーザ素子１Ａは、半導体基板１０と、下部クラッド層１１と、活性層１２と、上部クラッド層１３と、コンタクト層１４と、電極２２，２３と、フォトニック結晶層１５と、電流狭窄層２１と、を備える。フォトニック結晶層１５は、基本層１５ａと、基本層１５ａとは屈折率が異なりフォトニック結晶層１５の厚さ方向に垂直な面内において周期的に配列された複数の異屈折率領域１５ｂとを有する。電極２３はレーザ光Ｌを通過させる開口２３ａを有する。電流狭窄層２１の開口２１ａの内径は開口２３ａの内径よりも小さく、半導体基板１０の主面１０ａの法線方向から見て開口２１ａは開口２３ａの内側に収まっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上に設けられた第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第２クラッド層と、
前記第２クラッド層上に設けられたコンタクト層と、
前記コンタクト層上に設けられた第１電極と、
前記半導体基板の裏面上に設けられた第２電極と、
前記第１クラッド層と前記活性層との間、若しくは前記活性層と前記第２クラッド層との間に設けられたフォトニック結晶層と、
前記第２クラッド層内に設けられ、電流を通過させる第１の開口を有する電流狭窄層と、
を備え、
前記フォトニック結晶層は、基本層と、前記基本層とは屈折率が異なり前記フォトニック結晶層の厚さ方向に垂直な面内において周期的に配列された複数の異屈折率領域とを有し、
前記第１電極はレーザ光を通過させる第２の開口を有し、
前記第１の開口の内径は前記第２の開口の内径よりも小さく、前記主面の法線方向から見て前記第１の開口は前記第２の開口の内側に収まっている、ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記活性層及び前記フォトニック結晶層と前記半導体基板との間に設けられた光反射層を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記光反射層がＤＢＲ層である、ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記光反射層が前記活性層及び前記フォトニック結晶層と前記第１クラッド層との間に設けられている、ことを特徴とする請求項２または３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第２クラッド層の厚さ方向における前記コンタクト層と前記電流狭窄層との距離が２μｍ以上である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記コンタクト層と前記活性層との間に存在する各層のバンドギャップが、前記活性層のバンドギャップよりも大きい、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第２電極の外径は前記第１の開口の内径よりも小さく、前記主面の法線方向から見て前記第２電極は前記第１の開口の内側に収まっている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２次元フォトニック結晶面発光レーザ素子およびその製造方法に関する技術が開示されている。このレーザ素子は、基板と、基板上に設けられた下部クラッド層と、下部クラッド層上に設けられキャリアの注入により発光する活性層と、活性層上に設けられた上部クラッド層と、を備える。２次元フォトニック結晶は、上部クラッド層から活性層を貫いて下部クラッド層に達する深さを有する空孔が活性層の主面方向に周期的に配列されてなる。
【０００３】
特許文献２には、面発光レーザ素子に関する技術が開示されている。この面発光レーザ素子は、面内方向に細孔が配列されたフォトニック結晶層を基板上に備える。基板と前記フォトニック結晶層との間には、細孔を通じて酸化された酸化領域と非酸化領域とを有するクラッド層が設けられる。酸化領域の屈折率は、フォトニック結晶層の屈折率よりも低い。フォトニック結晶層と、クラッド層の非酸化領域とは、Ａｌ、Ｇａ、及びＡｓを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９８３７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２３４７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、２次元フォトニック結晶を用いたフォトニック結晶レーザが研究されている。フォトニック結晶レーザは、活性層及びクラッド層の他に、基本層内に該基本層とは屈折率が異なる複数の異屈折率領域が２次元状に周期的に配列されたフォトニック結晶層を備える。活性層において発生した光は、フォトニック結晶層において２次元の定在波を形成し、面内方向に発振することでレーザ光となり、積層方向に出射する。
【０００６】
このように、フォトニック結晶レーザではレーザ光が積層方向に出射する。その際、電極によってレーザ光の出射が妨げられないように、レーザ光を通過させるための開口が電極に形成される。通常、開口を有する電極は半導体基板の裏面に設けられる。半導体基板は他の半導体層と比較して十分な厚さを有するので、この開口と重なる活性層の領域にも電流を十分に拡散させることができるからである。このように半導体基板の裏面からレーザ光を出射する構造は、裏面出射型と呼ばれる。
【０００７】
しかしながら、レーザ光の波長によっては、裏面出射型のフォトニック結晶レーザにおいて問題が生じることがある。すなわち、上述したように半導体基板は他の半導体層と比較して格段に厚いので、レーザ光の波長によっては半導体基板における光の吸収が顕著となる。従って、レーザ光の出射効率が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ光の出射効率を高めることができる半導体レーザ素子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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明による半導体レーザ素子は、主面を有する半導体基板と、半導体基板の主面上に設けられた第１クラッド層と、第１クラッド層上に設けられた活性層と、活性層上に設けられた第２クラッド層と、第２クラッド層上に設けられたコンタクト層と、コンタクト層上に設けられた第１電極と、半導体基板の裏面上に設けられた第２電極と、第１クラッド層と活性層との間、若しくは活性層と第２クラッド層との間に設けられたフォトニック結晶層と、第２クラッド層内に設けられ、電流を通過させる第１の開口を有する電流狭窄層と、を備える。フォトニック結晶層は、基本層と、基本層とは屈折率が異なりフォトニック結晶層の厚さ方向に垂直な面内において周期的に配列された複数の異屈折率領域とを有する。第１電極はレーザ光を通過させる第２の開口を有する。第１の開口の内径は第２の開口の内径よりも小さく、主面の法線方向から見て第１の開口は第２の開口の内側に収まっている。
【００１０】
この半導体レーザ素子では、コンタクト層上に設けられた第１電極に開口（第２の開口）が形成されている。すなわち、この半導体レーザ素子は、半導体基板の裏面とは反対側（コンタクト層側）からレーザ光を出射する、表面出射型の構成を備えている。従って、半導体基板における光吸収による損失を低減し、レーザ光の出射効率を高めることができる。
【００１１】
表面出射型の場合、電極の開口と重なる活性層の領域に電流を十分に拡散させることが課題となる。そこで、上記の半導体レーザ素子では、第２クラッド層内に電流狭窄層が設けられている。電流狭窄層は、電流を通過させる開口（第１の開口）を有し、第１の開口の内径は第２の開口の内径よりも小さく、主面の法線方向から見て第１の開口は第２の開口の内側に収まっている。このような構成によれば、電極の開口と重なる活性層の領域にも電流を十分に拡散させることができる。
【００１２】
また、上記の半導体レーザ素子は、活性層及びフォトニック結晶層と半導体基板との間に設けられた光反射層を更に備えてもよい。これにより、半導体基板における光吸収による損失を回避し、レーザ光の出射効率をより高めることができる。この場合、光反射層はＤＢＲ層であってもよい。これにより、他の半導体層と同じプロセス内において光反射層を容易に形成することができる。また、この場合、光反射層は活性層及びフォトニック結晶層と第１クラッド層との間に設けられてもよい。これにより、第１クラッド層における光吸収による損失をも回避し、レーザ光の出射効率を更に高めることができる。
【００１３】
また、上記の半導体レーザ素子において、第２クラッド層の厚さ方向におけるコンタクト層と電流狭窄層との距離は２μｍ以上であってもよい。このように、コンタクト層と電流狭窄層との間に十分に長い距離が確保されることにより、電流狭窄層の開口の中心付近にまで電流が拡散し易くなるので、電極の開口と重なる活性層の領域において電流を十分に拡散させることができる。
【００１４】
また、上記の半導体レーザ素子において、コンタクト層と活性層との間に存在する各層のバンドギャップは、活性層のバンドギャップよりも大きくてもよい。これにより、コンタクト層と活性層との間における光の吸収を低減し、レーザ光の出射効率を更に高めることができる。
【００１５】
また、上記の半導体レーザ素子において、第２電極の外径は第１の開口の内径よりも小さく、主面の法線方向から見て第２電極は第１の開口の内側に収まっていてもよい。なお、第２電極は半導体基板裏面の全面に形成されても良い 。また、いずれの場合も素子の組立時のハンダの回り込みを抑制するために、半導体基板裏面上で素子の周囲に溝を設けても良い。この場合、例えば溝は幅５μｍ〜５０μｍ程度、深さ５μｍ〜５０μｍ程度とすることができ、好適には幅３０μｍ、深さ１０μｍ程度となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による半導体レーザ素子によれば、レーザ光の出射効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図２】フォトニック結晶層が下部クラッド層と活性層との間に設けられる場合を示す図である。
【図３】フォトニック結晶層の平面図である。
【図４】ＸＹ面内における異屈折率領域の形状のうち、鏡像対称な形状の例を示す。
【図５】ＸＹ面内における異屈折率領域の形状のうち、１８０°の回転対称性を有さない形状の例を示す。
【図６】異屈折率領域の形状の例を示す図である。
【図７】異屈折率領域の形状の例を示す図である。
【図８】レーザ素子を第１電極側（表面側）から見た平面図である。
【図９】第２電極に関する変形例を示す図である。
【図１０】半導体基板の形状に関する変形例を示す図である。
【図１１】半導体基板の形状に関する変形例を示す図である。
【図１２】レーザ素子の製造方法（電流狭窄層を酸化により形成する場合）を説明する図である。
【図１３】レーザ素子の製造方法（電流狭窄層を酸化により形成する場合）を説明する図である。
【図１４】レーザ素子の製造方法（電流狭窄層をプロトン注入により形成する場合）を説明する図である。
【図１５】レーザ素子の製造方法（電流狭窄層をプロトン注入により形成する場合）を説明する図である。
【図１６】レーザ素子の製造方法（電流狭窄層を逆ｐｎ接合構造により形成する場合（第１の製造方法））を説明する図である。
【図１７】レーザ素子の製造方法（電流狭窄層を逆ｐｎ接合構造により形成する場合（第１の製造方法））を説明する図である。
【図１８】レーザ素子の製造方法（電流狭窄層を逆ｐｎ接合構造により形成する場合（第２の製造方法））を説明する図である。
【図１９】レーザ素子の製造方法（電流狭窄層を逆ｐｎ接合構造により形成する場合（第２の製造方法））を説明する図である。
【図２０】第１実施例に係るレーザ素子の具体的な層構造を示す図表である。
【図２１】第２実施例に係るレーザ素子の具体的な層構造を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子として、レーザ素子１Ａの構成を示す図である。なお、レーザ素子１Ａの厚さ方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を定義する。このレーザ素子１Ａは、ＸＹ面内方向において定在波を形成し、レーザ光Ｌを半導体基板１０の主面１０ａに垂直な方向（Ｚ方向）に出力する。ただし、本実施形態のレーザ素子１Ａは、半導体基板１０を透過したレーザ光Ｌを裏面１０ｂから出力するのではなく、上部クラッド層１３側の表面からレーザ光Ｌを出力する。
【００２０】
レーザ素子１Ａは、半導体基板１０をを備える。加えて、レーザ素子１Ａは、下部クラッド層１１（第１クラッド層）、活性層１２、上部クラッド層１３（第２クラッド層）、コンタクト層１４、フォトニック結晶層１５、及び電流狭窄層２１を備える。必要に応じて、レーザ素子１Ａは、光反射層２０を更に備えてもよい。下部クラッド層１１は、半導体基板１０上に設けられている。活性層１２は、下部クラッド層１１上に設けられている。上部クラッド層１３は、活性層１２上に設けられている。コンタクト層１４は、上部クラッド層１３上に設けられている。フォトニック結晶層１５は、活性層１２と上部クラッド層１３との間に設けられている。光反射層２０は、活性層１２及びフォトニック結晶層１５と下部クラッド層１１との間に設けられている。電流狭窄層２１は、上部クラッド層１３内に設けられている。これらの半導体基板１０及び各層１１〜１５Ａ及び２０は、例えばＧａＡｓ系半導体、ＩｎＰ系半導体、もしくは窒化物系半導体といった化合物半導体によって構成される。
【００２１】
下部クラッド層１１のエネルギーバンドギャップは、活性層１２のエネルギーバンドギャップよりも大きい。また、コンタクト層１４と活性層１２との間に存在する各層（具体的には、上部クラッド層１３、フォトニック結晶層１５及び電流狭窄層２１）のバンドギャップは、活性層１２のバンドギャップよりも大きい。これにより、コンタクト層１４と活性層１２との間におけるレーザ光Ｌの吸収を低減し、レーザ光Ｌの出射効率を高めることができる。
【００２２】
必要に応じて、活性層１２と上部クラッド層１３との間、及び活性層１２と下部クラッド層１１との間のうち少なくとも一方に、光ガイド層が設けられてもよい。光ガイド層が活性層１２と上部クラッド層１３との間に設けられる場合、フォトニック結晶層１５は、上部クラッド層１３と光ガイド層との間に設けられる。
【００２３】
また、本実施形態において、フォトニック結晶層１５は活性層１２と上部クラッド層１３との間に設けられているが、図２に示されるように、フォトニック結晶層１５は、下部クラッド層１１と活性層１２との間に設けられてもよい。さらに、光ガイド層が活性層１２と下部クラッド層１１との間に設けられる場合、フォトニック結晶層１５は、下部クラッド層１１と光ガイド層との間に設けられる。
【００２４】
フォトニック結晶層（回折格子層）１５は、第１屈折率媒質からなる基本層１５ａと、第１屈折率媒質とは屈折率の異なる第２屈折率媒質からなり、基本層１５ａ内に存在する複数の異屈折率領域１５ｂとを含んで構成されている。複数の異屈折率領域１５ｂは、フォトニック結晶層１５の厚さ方向に垂直な面内（ＸＹ面内）において周期的に配列されている。フォトニック結晶層１５の実効屈折率をｎとした場合、フォトニック結晶層１５が選択する波長λ０（＝ａ×ｎ、ａは格子間隔）は、活性層１２の発光波長範囲内に含まれている。フォトニック結晶層１５は、活性層１２の発光波長のうちの波長λ０を選択して、外部に出力することができる。
【００２５】
図３は、フォトニック結晶層１５の平面図である。ここで、フォトニック結晶層１５に、ＸＹ面内における仮想的な正方格子を設定する。正方格子の一辺はＸ軸と平行であり、他辺はＹ軸と平行であるものとする。このとき、正方格子の格子点Ｏを中心とする正方形状の単位構成領域Ｒが、Ｘ軸に沿った複数列及びＹ軸に沿った複数行にわたって二次元状に設定され得る。複数の異屈折率領域１５ｂは、各単位構成領域Ｒ内に１つまたは２つ以上の決まった数ずつ設けられる。異屈折率領域１５ｂの平面形状は、例えば円形状である。各単位構成領域Ｒ内において、異屈折率領域１５ｂの重心Ｇは、各格子点Ｏと重なって（一致して）いる。なお、複数の異屈折率領域１５ｂの周期構造はこれに限られず、例えば正方格子に代えて三角格子を設定してもよい。
【００２６】
また、図３にはＸＹ平面内における異屈折率領域１５ｂの形状が円形である例が示されているが、異屈折率領域１５ｂは円形以外の形状を有してもよい。例えば、ＸＹ平面内における異屈折率領域１５ｂの形状は、鏡像対称性（線対称性）を有してもよい。ここで、鏡像対称性（線対称性）とは、ＸＹ平面に沿った或る直線を挟んで、該直線の一方側に位置する異屈折率領域１５ｂの平面形状と、該直線の他方側に位置する異屈折率領域１５ｂの平面形状とが、互いに鏡像対称（線対称）となり得ることをいう。鏡像対称性（線対称性）を有する形状としては、例えば図４に示すように、（ａ）真円、（ｂ）正方形、（ｃ）正六角形、（ｄ）正八角形、（ｅ）正１６角形、（ｆ）長方形、（ｇ）楕円、などが挙げられる。
【００２７】
また、ＸＹ平面内における異屈折率領域１５ｂの形状は、１８０°の回転対称性を有さない形状であってもよい。このような形状としては、例えば図５に示すように、（ａ）正三角形、（ｂ）直角二等辺三角形、（ｃ）２つの円又は楕円の一部分が重なる形状、（ｄ）楕円の長軸に沿った一方の端部近傍の短軸方向の寸法が他方の端部近傍の短軸方向の寸法よりも小さくなるように変形した形状（卵形）、（ｅ）楕円の長軸に沿った一方の端部を長軸方向に沿って突き出る尖った端部に変形した形状（涙形）、（ｆ）二等辺三角形、（ｇ）矩形の一辺が三角形状に凹みその対向する一辺が三角形状に尖った形状（矢印形）、（ｈ）台形、（ｉ）５角形、（ｊ）２つの矩形の一部分同士が重なる形状、（ｋ）２つの矩形の一部分同士が重なり且つ鏡像対称性を有さない形状、等が挙げられる。このように、ＸＹ平面内における異屈折率領域１５ｂの形状が１８０°の回転対称性を有さないことにより、より高い光出力を得ることができる。
【００２８】
また、異屈折率領域１５ｂは、図６に示すように、各単位構成領域Ｒ毎に複数個ずつ設けられてもよい。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、一つの単位構成領域Ｒに含まれる２つの異屈折率領域１５ｂが互いに同じ形状の図形を有し、互いの重心が離間した形態を示す。図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、２つの異屈折率領域１５ｂが互いに同じ形状の図形を有し、互いの重心が離間し、互いの一部分同士が重なる形態を示す。図６（ｅ）は、２つの異屈折率領域１５ｂが互いに同じ形状の図形を有し、互いの重心が離間し、各格子点毎に異屈折率領域１５ｂの相対角度が任意に設定された（任意の角度だけ回転した）形態を示す。図６（ｆ）は、２つの異屈折率領域１５ｂが互いに異なる形状の図形を有し、互いの重心が離間した形態を示す。図６（ｇ）は、２つの異屈折率領域１５ｂが互いに異なる形状の図形を有し、互いの重心が離間し、各単位構成領域Ｒ毎に異屈折率領域１５ｂの相対角度が任意に設定された（任意の角度だけ回転した）形態を示す。これらのうち、図６（ｅ）及び図６（ｇ）では、２つの異屈折率領域１５ｂが互いに重ならないように回転している。
【００２９】
また、図６（ｈ）〜図６（ｋ）は、一つの単位構成領域に３つの異屈折率領域１５ｂが含まれる場合を示す。図６（ｈ）は、３つの領域１５ｂが互いに同じ形状の図形を有する形態を示す。図６（ｉ）は、３つの異屈折率領域１５ｂのうち２つの図形が他と異なっている形態を示す。図６（ｊ）は、２つの異屈折率領域１５ｂを結ぶ直線のＸ軸に対する角度と、他の１つの異屈折率領域１５ｂのＸ軸に対する角度とが各単位構成領域Ｒ毎に任意に設定された形態を示す。図６（ｋ）は、３つの異屈折率領域１５ｂが互いに同じ相対角度を維持したまま、２つの異屈折率領域１５ｂを結ぶ直線のＸ軸に対する角度が各単位構成領域Ｒ毎に任意に設定された形態を示す。なお、これらのうち、図６（ｊ）及び図６（ｋ）では、３つの異屈折率領域１５ｂが互いに重ならないように回転してもよい。
【００３０】
異屈折率領域のＸＹ平面内の形状は、各格子点間で互いに同一であってもよい。すなわち、異屈折率領域が全ての格子点において同一図形を有しており、並進操作、又は並進操作及び回転操作により、格子点間で互いに重ね合わせることが可能であってもよい。その場合、フォトニックバンド構造の揺らぎが少なくなり、線幅の狭いスペクトルを得ることができる。或いは、異屈折率領域のＸＹ平面内の形状は各格子点間で必ずしも同一でなくとも良く、例えば図７に示すように、隣り合う格子点間で形状が互いに異なっていても良い。
【００３１】
また、上述の構造では、異屈折率領域１５ｂが空孔となっているが、異屈折率領域１５ｂは、基本層１５ａとは屈折率が異なる半導体が空孔内に埋め込まれて形成されてもよい。その場合、例えば基本層１５ａの空孔をエッチングにより形成し、有機金属気相成長法、スパッタ法又はエピタキシャル法を用いて半導体を空孔内に埋め込んでもよい。また、基本層１５ａの空孔内に半導体を埋め込んで異屈折率領域１５ｂを形成した後、更に、その上に異屈折率領域１５ｂと同一の半導体を堆積してもよい。なお、異屈折率領域１５ｂが空孔である場合、該空孔にアルゴン、窒素、水素といった不活性ガス又は空気が封入されてもよい。
【００３２】
再び図１を参照する。レーザ素子１Ａは、コンタクト層１４上に設けられた電極２３（第１電極）と、半導体基板１０の裏面１０ｂ上に設けられた電極２２（第２電極）とを更に備える。電極２３はコンタクト層１４とオーミック接触を成しており、電極２２は半導体基板１０とオーミック接触を成している。図８は、レーザ素子１Ａを電極２３側（表面側）から見た平面図である。図８に示されるように、電極２３は枠状（環状）といった平面形状を呈しており、開口２３ａ（第２の開口）を有する。なお、図８には正方形の枠状の電極２３が例示されているが、電極２３の平面形状は例えば円環状など様々な形状であることができる。また、図８に隠れ線によって示される電極２２の形状は、電極２３の開口２３ａの形状と相似しており、例えば正方形もしくは円形である。電極２３の開口２３ａの内径（開口２３ａの形状が正方形である場合は１辺の長さ）Ｌａは、例えば２０μｍ〜５０μｍである。
【００３３】
本実施形態のコンタクト層１４は、電極２３と同様の平面形状を有する。すなわち、コンタクト層１４の中央部は、エッチングにより除去されて開口１４ａとなっており、コンタクト層１４は枠状（環状）といった平面形状を呈している。レーザ素子１Ａから出射されるレーザ光Ｌは、コンタクト層１４の開口１４ａ、及び電極２３の開口２３ａを通過する。コンタクト層１４の開口１４ａをレーザ光Ｌが通過することにより、コンタクト層１４における光吸収を回避し、光出射効率を高めることができる。但し、コンタクト層１４における光吸収を許容できる場合には、コンタクト層１４は開口１４ａを有さずに上部クラッド層１３上の全面を覆っていてもよい。電極２３の開口２３ａをレーザ光Ｌが通過することにより、電極２３に遮られることなくレーザ光Ｌをレーザ素子１Ａの表面側から好適に出射することができる。
【００３４】
コンタクト層１４の開口１４ａから露出した上部クラッド層１３の表面（若しくは、開口１４ａが設けられない場合にはコンタクト層１４の表面）は、反射防止膜２５によって覆われている。なお、コンタクト層１４の外側にも反射防止膜２５が設けられてもよい。また、半導体基板１０の裏面１０ｂ上における電極２２以外の部分は、保護膜２４によって覆われている。
【００３５】
なお、図９に示されるように、電極２２は裏面１０ｂの全面に設けられてもよい。その場合、保護膜２４は不要となる。また、図１０に示されるように、レーザ素子１Ａを実装する際のハンダの回り込みを抑制するために、半導体基板１０の裏面１０ｂの周縁部に段差１０ｃを設けてもよい。この場合、段差１０ｃの幅は例えば５μｍ〜５０μｍ、深さは例えば５μｍ〜５０μｍとされ、好適には幅３０μｍ程度、深さ１０μｍ程度とされる。段差１０ｃ上には保護膜２４が設けられる。電極２２が裏面１０ｂの全面に設けられる場合には、図１１に示されるように、電極２２は裏面１０ｂと段差１０ｃとの境界まで設けられる。
【００３６】
反射防止膜２５は、例えば、シリコン窒化物（例えばＳｉＮ）、シリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）などの誘電体単層膜、或いは誘電体多層膜からなる。誘電体多層膜としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、一酸化シリコン（ＳｉＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などの誘電体層群から選択される２種類以上の誘電体層を積層した膜を用いることができる。例えば、波長λの光に対する光学膜厚で、λ／４の厚さの膜を積層する。また、保護膜２４は、例えばシリコン窒化物（例えばＳｉＮ）、シリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）などの絶縁膜である。
【００３７】
光反射層２０は、活性層１２において発生した光を、レーザ素子１Ａの表面側に向けて反射する。光反射層２０は、例えば、互いに屈折率が異なる複数の層が交互に積層されたＤＢＲ（Disrtibuted Bragg Reflector）層によって構成される。なお、本実施形態の光反射層２０は活性層１２及びフォトニック結晶層１５と下部クラッド層１１との間に設けられているが、光反射層２０は活性層１２及びフォトニック結晶層１５と半導体基板１０との間であれば何処に設けられてもよく、例えば下部クラッド層１１と半導体基板１０との間に設けられてもよい。
【００３８】
或る例では、半導体基板１０はＧａＡｓ基板であり、下部クラッド層１１、活性層１２、フォトニック結晶層１５、上部クラッド層１３、コンタクト層１４、及び光反射層２０は、それぞれIII族元素のＧａ，Ａｌ，ＩｎおよびＶ族元素のＡｓからなる群に含まれる元素により構成される化合物半導体層である。一実施例では、下部クラッド層１１はＡｌＧａＡｓ層であり、活性層１２は多重量子井戸構造（障壁層：ＡｌＧａＡｓ／井戸層：ＩｎＧａＡｓ）を有し、フォトニック結晶層１５の基本層１５ａはＧａＡｓであり、異屈折率領域１５ｂは空孔であり、上部クラッド層１３はＡｌＧａＡｓ層であり、コンタクト層１４はＧａＡｓ層であり、光反射層２０はＡｌＧａＡｓ層である。
【００３９】
また、別の例では、半導体基板１０はＧａＡｓ基板であり、下部クラッド層１１、活性層１２、フォトニック結晶層１５、上部クラッド層１３、コンタクト層１４、及び光反射層２０は、それぞれIII族元素のＧａ，Ａｌ，ＩｎおよびＶ族元素のＡｓからなる群に含まれる元素のみでは構成されない化合物半導体層である。一実施例では、下部クラッド層１１はＡｌＧａＩｎＰ層であり、活性層１２は多重量子井戸構造（障壁層：ＡｌＧａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰ／井戸層：ＧａＩｎＰ）を有し、フォトニック結晶層１５の基本層１５ａはＡｌＧａＩｎＰもしくはＧａＩｎＰであり、異屈折率領域１５ｂは空孔であり、上部クラッド層１３はＡｌＧａＩｎＰ層であり、コンタクト層１４はＧａＡｓ層であり、光反射層２０はＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層である。
【００４０】
また、更に別の例では、半導体基板１０はＩｎＰ基板であり、下部クラッド層１１、活性層１２、フォトニック結晶層１５、上部クラッド層１３、及びコンタクト層１４、及び光反射層２０は、III族元素のＧａ，Ａｌ，ＩｎおよびＶ族元素のＡｓからなる群に含まれる元素のみでは構成されない化合物半導体、例えばＩｎＰ系化合物半導体からなってもよい。一実施例では、下部クラッド層１１はＩｎＰ層であり、活性層１２は多重量子井戸構造（障壁層：ＧａＩｎＡｓＰ／井戸層：ＧａＩｎＡｓＰ）を有し、フォトニック結晶層１５の基本層１５ａはＧａＩｎＡｓＰであり、異屈折率領域１５ｂは空孔であり、上部クラッド層１３はＩｎＰ層であり、コンタクト層１４はＧａＩｎＡｓＰ層である。
【００４１】
また、更に別の例では、半導体基板１０はＧａＮ基板であり、下部クラッド層１１、活性層１２、フォトニック結晶層１５、上部クラッド層１３、及びコンタクト層１４、及び光反射層２０は、III族元素のＧａ，Ａｌ，ＩｎおよびＶ族元素のＡｓからなる群に含まれる元素のみでは構成されない化合物半導体層であり、例えば窒化物系化合物半導体からなってもよい。一実施例では、下部クラッド層１１はＡｌＧａＮ層であり、活性層１２は多重量子井戸構造（障壁層：ＩｎＧａＮ／井戸層：ＩｎＧａＮ）を有し、フォトニック結晶層１５の基本層１５ａはＧａＮであり、異屈折率領域１５ｂは空孔であり、上部クラッド層１３はＡｌＧａＮ層であり、コンタクト層１４はＧａＮ層である。
【００４２】
下部クラッド層１１及び光反射層２０には半導体基板１０と同じ導電型が付与され、上部クラッド層１３及びコンタクト層１４には半導体基板１０とは逆の導電型が付与される。一例では、半導体基板１０、下部クラッド層１１及び光反射層２０はｎ型であり、上部クラッド層１３及びコンタクト層１４はｐ型である。フォトニック結晶層１５は、活性層１２と下部クラッド層１１との間に設けられる場合には半導体基板１０と同じ導電型を有し、活性層１２と上部クラッド層１３との間に設けられる場合には半導体基板１０とは逆の導電型を有する。なお、不純物濃度は例えば１×１０１７〜１×１０２１／ｃｍ３である。
【００４３】
電流狭窄層２１は、電流を通過させにくい（あるいは通過させない）構造を有し、中央部に開口２１ａ（第１の開口）を有する。図１１に示されるように、開口２１ａの平面形状は、電極２３の開口２３ａの形状と相似しており、例えば正方形もしくは円形である。電流狭窄層２１は、例えばＡｌを高い濃度で含む層が酸化されてなるＡｌ酸化層である。或いは、電流狭窄層２１は、上部クラッド層１３内にプロトン（Ｈ＋）が注入されることにより形成された層であってもよい。或いは、電流狭窄層２１は、半導体基板１０とは逆の導電型の半導体層と半導体基板１０と同じ導電型の半導体層とが順に積層されてなる逆ｐｎ接合構造を有してもよい。
【００４４】
電流狭窄層２１の開口２１ａの内径（開口２１ａの形状が正方形である場合は１辺の長さ）Ｌｃは、電極２３の開口２３ａの内径（開口２３ａの形状が正方形である場合は１辺の長さ）Ｌａよりも小さい。そして、主面１０ａの法線方向（Ｚ方向）から見て、電流狭窄層２１の開口２１ａは電極２３の開口２３ａの内部に収まっている。
【００４５】
本実施形態のレーザ素子１Ａの寸法例を説明する。電極２３の開口２３ａの内径（開口２３ａの形状が正方形である場合は１辺の長さ）Ｌａは、５μｍ〜１００μｍの範囲内であり、例えば５０μｍである。また、フォトニック結晶層１５の厚さｔａは例えば１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であり、例えば２００ｎｍである。電流狭窄層２１とコンタクト層１４との間隔ｔｂは、２μｍ〜５０μｍの範囲内である。言い換えると、間隔ｔｂは、０．０２Ｌａ〜１０Ｌａの範囲内（例えば０．１Ｌａ）であり、５．０ｔａ〜５００ｔａの範囲内（例えば２５ｔａ）である。また、上部クラッド層１３の厚さｔｃは、間隔ｔｂよりも大きく、２μｍ〜５０μｍの範囲内である。言い換えると、厚さｔｃは、０．０２Ｌａ〜１０Ｌａの範囲内（例えば０．１Ｌａ）であり、５．０ｔａ〜５００ｔａの範囲内（例えば２５ｔａ）である。下部クラッド層１１の厚さｔｄは、１．０μｍ〜３．０μｍの範囲内（例えば２．０μｍ）である。
【００４６】
電極２２と電極２３との間に駆動電流が供給されると、駆動電流は活性層１２に達する。このとき、電極２３と活性層１２との間を流れる電流は、厚い上部クラッド層１３において十分に拡散するとともに、電流狭窄層２１の開口２１ａを通過することにより、活性層１２における中央部付近に均一に拡散することができる。そして、活性層１２内において電子と正孔の再結合が生じ、活性層１２が発光する。この発光に寄与する電子及び正孔、並びに発生した光は、下部クラッド層１１及び上部クラッド層１３の間に効率的に閉じ込められる。活性層１２から出射された光は、フォトニック結晶層１５の内部に入射し、フォトニック結晶層１５の内部の格子構造に応じた所定のモードを形成する。フォトニック結晶層１５内から出射したレーザ光Ｌは、光反射層２０において反射し、上部クラッド層１３から開口１４ａ及び開口２３ａを通って外部へ出射される。このとき、レーザ光Ｌは、主面１０ａに垂直な方向へ出射される。
【００４７】
図１２〜図１９は、本実施形態のレーザ素子１Ａの製造方法を説明する図である。図１２及び図１３は電流狭窄層２１を酸化により形成する場合の製造方法を示しており、図１４及び図１５は電流狭窄層２１をプロトン注入により形成する場合の製造方法を示しており、図１６及び図１７は電流狭窄層２１を逆ｐｎ接合構造により形成する場合の第１の製造方法を示しており、図１８及び図１９は電流狭窄層２１を逆ｐｎ接合構造により形成する場合の第２の製造方法を示している。
【００４８】
＜電流狭窄層を酸化により形成する場合＞
まず、図１２（ａ）に示されるように、半導体基板１０上に、第１積層部４１をエピタキシャル成長させる（第１の成長工程）。第１積層部４１は、下部クラッド層１１、光反射層２０、活性層１２、及びフォトニック結晶層１５の基本層１５ａを含む。すなわち、この工程では、下部クラッド層１１、光反射層２０、活性層１２、及びフォトニック結晶層１５の基本層１５ａを連続して成長させる。第１積層部４１を成長する方法としては、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）がある。なお、基本層１５ａ上に、酸化防止用の薄い層（半導体基板１０がＧａＡｓ基板である場合、例えばアンドープＧａＩｎＰ層）を形成してもよい。次に、第１積層部４１の最上層であるフォトニック結晶層１５の基本層１５ａの上に電子線描画法などの微細加工技術を用いてエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクの開口を介して基本層１５ａをエッチングすることにより、図１２（ｂ）に示される複数の異屈折率領域１５ｂを形成する（異屈折率領域形成工程）。こうして、基本層１５ａの内部に複数の異屈折率領域１５ｂを有するフォトニック結晶層１５が形成される。
【００４９】
続いて、図１２（ｃ）に示されるように、フォトニック結晶層１５上に半導体層４２、４３及び第２積層部４４を連続してエピタキシャル成長させる（第２の成長工程）。半導体層４２、４３及び第２積層部４４を成長する方法としては、例えばＭＯＣＶＤがある。半導体層４２は、上部クラッド層１３の一部となる層であって、上部クラッド層１３と同じ組成を有する。半導体層４３は、電流狭窄層２１を形成する為の層であり、例えばＡｌ組成の高いＡｌ含有層である。半導体基板１０がＧａＡｓ基板である場合、半導体層４３は例えばＡｌ組成比が９５％以上のＡｌＧａＡｓ層、若しくはＡｌＡｓ層である。また、半導体層４３の厚さは例えば５ｎｍ〜５０ｎｍ（典型的には２０ｎｍ程度以下）である。第２積層部４４は、上部クラッド層１３の残部と、コンタクト層１４とを含む。なお、半導体層４２、４３には上部クラッド層１３と同じ導電型のドーピングをしてもよく、これにより駆動電圧の増大を抑制することができる。
【００５０】
続いて、図１３（ａ）に示されるように、半導体層４２、４３及び第２積層部４４に対してエッチングを行うことにより、半導体層４２、４３及び第２積層部４４をメサ状に加工する。続いて、図１３（ｂ）に示されるように、半導体層４３の周囲から水蒸気酸化を行うことにより、半導体層４３の中央部を除く周縁部を酸化する。これにより、絶縁性のＡｌＯを主に含む電流狭窄層２１が形成される。なお、酸化されない半導体層４３の中央部は、電流狭窄層２１の開口部分となり、上部クラッド層１３の一部を構成する。その後、第２積層部４４のコンタクト層１４の一部をエッチングすることによりコンタクト層１４の開口１４ａを形成し、コンタクト層１４上に電極２３を形成し、半導体基板１０の裏面上に電極２２を形成する。以上の工程を経て、レーザ素子１Ａが作製される。
【００５１】
上記のように電流狭窄層２１を酸化により形成する場合、電流狭窄層２１をプロトン注入により形成する場合と比較して、上部クラッド層１３が厚い場合であっても、レーザ素子１Ａの厚さ方向（Ｚ方向）における電流狭窄層２１の位置を高精度に制御することが可能となる。更に、上部クラッド層１３及びコンタクト層１４にダメージを与えることなく電流狭窄層２１を形成することができる。また、電流狭窄層２１を逆ｐｎ接合構造により形成する場合と比較して、上部クラッド層１３へのドーパントの拡散による損失の増大及びドーピング濃度の変化を抑えることができる。
【００５２】
＜電流狭窄層をプロトン注入により形成する場合＞
上述した＜電流狭窄層を酸化により形成する場合＞と同様にして、図１４（ａ）に示されるように、複数の異屈折率領域１５ｂを含む第１積層部４１を半導体基板１０上に形成する（第１の成長工程及び異屈折率領域形成工程）。その後、第１積層部４１上に第２積層部４４をエピタキシャル成長させる（第２の成長工程）。続いて、図１４（ｂ）に示されるように、第２積層部４４上にレジストマスクＭ１を形成する。レジストマスクＭ１は、電流狭窄層２１の開口２１ａの輪郭に沿った外縁を有する。そして、レジストマスクＭ１から露出した第２積層部４４の部分に対し、プロトン（Ｈ＋）を注入する。これにより、高濃度プロトンを含む高抵抗の領域である電流狭窄層２１が形成される。このとき、プロトン注入の加速電圧を調整することで、高抵抗の領域の深さ方向の位置を制御することができる。レジストマスクＭ１を除去した後、図１５に示されるように、第２積層部４４のコンタクト層１４の一部をエッチングすることによりコンタクト層１４の開口１４ａを形成し、コンタクト層１４上に電極２３を形成し、半導体基板１０の裏面上に電極２２を形成する。以上の工程を経て、レーザ素子１Ａが作製される。
【００５３】
上記のように電流狭窄層２１をプロトン注入により形成する場合、酸化により形成する場合と比較して、開口２１ａの内径を精度良く制御することができる。また、電流狭窄層２１を逆ｐｎ接合構造により形成する場合と比較して、上部クラッド層１３へのドーパントの拡散による損失の増大及びドーピング濃度の変化を抑えることができる。
【００５４】
＜電流狭窄層を逆ｐｎ接合構造により形成する場合（第１の製造方法）＞
まず、図１６（ａ）に示されるように、半導体基板１０上に、第１積層部４１、半導体層４５、及び半導体層４６を連続してエピタキシャル成長させる（第１の成長工程）。半導体層４５は、半導体基板１０とは反対の導電型（例えばｐ型）の層であり、半導体基板１０がｎ型ＧａＡｓ基板である場合、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層である。また、半導体層４６は、半導体基板１０と同じ導電型（例えばｎ型）の層であり、半導体基板１０がｎ型ＧａＡｓ基板である場合、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層である。半導体層４５，４６の厚さは、例えばそれぞれ１００ｎｍである。
【００５５】
次に、半導体層４６上に通常のフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクの開口を介して半導体層４５，４６を第１積層部４１が露出するまでエッチングする。これにより、逆ｐｎ接合構造を有し開口２１ａを有する電流狭窄層２１が形成される。続いて、開口２１ａから露出した第１積層部４１の基本層１５ａの上に電子線描画法などの微細加工技術を用いてエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクの開口を介して基本層１５ａをエッチングすることにより、図１６（ｃ）に示される複数の異屈折率領域１５ｂを形成する。
【００５６】
続いて、図１７（ａ）に示されるように、電流狭窄層２１上及び電流狭窄層２１の開口２１ａから露出した第１積層部４１上に、第２積層部４４をエピタキシャル成長させる（第２の成長工程）。その後、図１７（ｂ）に示されるように、第２積層部４４のコンタクト層１４の一部をエッチングすることによりコンタクト層１４の開口１４ａを形成し、コンタクト層１４上に電極２３を形成し、半導体基板１０の裏面上に電極２２を形成する。以上の工程を経て、レーザ素子１Ａが作製される。
【００５７】
上記のように電流狭窄層２１を逆ｐｎ接合構造により形成する場合、酸化により形成する場合と比較して、開口２１ａの内径を精度良く制御することができる。また、電流狭窄層２１をプロトン注入により形成する場合と比較して、上部クラッド層１３が厚い場合であっても、レーザ素子１Ａの厚さ方向（Ｚ方向）における電流狭窄層２１の位置を高精度に制御することが可能となる。また、上部クラッド層１３及びコンタクト層１４にダメージを与えることなく電流狭窄層２１を形成することができる。更に、半導体の成長及びエッチングといった通常の半導体プロセスのみによって電流狭窄層２１を形成できるので、酸化やプロトン注入により電流狭窄層２１を形成する場合と比較して、電流狭窄層２１を容易に形成できる。
【００５８】
＜電流狭窄層を逆ｐｎ接合構造により形成する場合（第２の製造方法）＞
上述した＜電流狭窄層を酸化により形成する場合＞と同様にして、図１８（ａ）に示されるように、複数の異屈折率領域１５ｂを含む第１積層部４１を半導体基板１０上に形成する（第１の成長工程及び異屈折率領域形成工程）。次に、図１８（ｂ）に示されるように、第１積層部４１上に、半導体層４５，４６を連続してエピタキシャル成長させる（第２の成長工程）。半導体層４５，４６の構成（材料及び厚さ）は、上述した第１の製造方法と同様である。続いて、半導体層４６上に通常のフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングマスクを形成し、該エッチングマスクの開口を介して半導体層４５，４６を第１積層部４１が露出するまでエッチングする。これにより、図１８（ｃ）に示されるように、逆ｐｎ接合構造を有し開口２１ａを有する電流狭窄層２１が形成される。
【００５９】
続いて、図１９（ａ）に示されるように、電流狭窄層２１上及び電流狭窄層２１の開口２１ａから露出した第１積層部４１上に、第２積層部４４をエピタキシャル成長させる（第３の成長工程）。その後、図１９（ｂ）に示されるように、第２積層部４４のコンタクト層１４の一部をエッチングすることによりコンタクト層１４の開口１４ａを形成し、コンタクト層１４上に電極２３を形成し、半導体基板１０の裏面上に電極２２を形成する。以上の工程を経て、レーザ素子１Ａが作製される。なお、この第２の製造方法による利点は、上述した第１の製造方法と同様である。
【００６０】
以上に説明した本実施形態によるレーザ素子１Ａによって得られる効果について説明する。このレーザ素子１Ａでは、コンタクト層１４上に設けられた電極２３に開口２３ａが形成されている。すなわち、このレーザ素子１Ａは、半導体基板１０の裏面１０ｂとは反対側（コンタクト層１４側）からレーザ光Ｌを出射する、表面出射型の構成を備えている。従って、半導体基板１０における光吸収による損失を低減し、レーザ光Ｌの出射効率を高めることができる。このような構成は、半導体基板１０にＧａＡｓを用いた構成において、特に可視光領域〜近赤外領域（例えば波長６００ｎｍ〜９２０ｎｍ）の光像を出力する場合に有効である。
【００６１】
表面出射型の場合、電極２３の開口２３ａと重なる活性層１２の領域（典型的にはＸＹ面内における活性層１２の中央部付近）に電流を十分に拡散させることが課題となる。そこで、上記のレーザ素子１Ａでは、上部クラッド層１３内に電流狭窄層２１が設けられている。電流狭窄層２１は、電流を通過させる開口２１ａを有する。図１１に示したように、開口２１ａの内径Ｌｃは開口２３ａの内径Ｌａよりも小さく、主面１０ａの法線方向から見て開口２１ａは開口２３ａの内側に収まっている。このような構成によれば、電極２３の開口２３ａと重なる活性層１２の領域（特に活性層１２の中央部付近）にも電流を十分に拡散させることができる。
【００６２】
また、本実施形態のように、上記のレーザ素子１Ａは、活性層１２及びフォトニック結晶層１５と半導体基板１０との間に設けられた光反射層２０を備えてもよい。これにより、半導体基板１０における光吸収による損失を回避し、レーザ光Ｌの出射効率をより高めることができる。この場合、光反射層２０はＤＢＲ層であってもよい。これにより、他の半導体層と同じプロセス内において光反射層２０を容易に形成することができる。また、この場合、光反射層２０は活性層１２及びフォトニック結晶層１５と下部クラッド層１１との間に設けられてもよい。これにより、下部クラッド層１１における光吸収による損失をも回避し、レーザ光Ｌの出射効率を更に高めることができる。
【００６３】
また、本実施形態のように、上部クラッド層１３の厚さ方向におけるコンタクト層１４と電流狭窄層２１との距離は２μｍ以上であってもよい。このように、コンタクト層１４と電流狭窄層２１との間に十分に長い距離が確保されることにより、電流狭窄層２１の開口２１ａの中心付近にまで電流が拡散し易くなるので、電極２３の開口２３ａと重なる活性層１２の領域において電流を十分に拡散させることができる。なお、電流の拡散の観点からは、コンタクト層１４と電流狭窄層２１との距離は長いほどよく、例えば３μｍ以上、５μｍ以上、或いは１０μｍ以上であってもよい。
【００６４】
また、本実施形態のように、コンタクト層１４と活性層１２との間に存在する各層のバンドギャップは、活性層１２のバンドギャップよりも大きくてもよい。これにより、コンタクト層１４と活性層１２との間における光の吸収を低減し、レーザ光Ｌの出射効率を更に高めることができる。
【００６５】
また、本実施形態のように、電極２３の外径は開口２１ａの内径よりも小さく、主面１０ａの法線方向から見て電極２３は開口２１ａの内側に収まっていてもよい。これにより、作製上のエラーによって電流狭窄層２１に欠陥や孔を介したリークを生じた場合であっても、電極２３が開口２１ａの内側に形成されているため、リーク部から電極２３に流れる電流経路は高抵抗となり、電流のリークを抑制できる。これによって、開口２１ａ直下の活性層１２への電流注入において、レーザ素子１Ａの信頼性を高めることができる。なお、レーザ素子１Ａの作製時に十分な精度が得られる場合には、半導体基板１０の裏面１０ｂの全面に電極２３を形成してもよい。
【００６６】
（第１実施例）
ここで、上記実施形態に係るレーザ素子１Ａの実施例について説明する。図２０は、第１実施例に係るレーザ素子１Ａの具体的な層構造を示す図表である。図２０に示されるように、本実施例では、半導体基板１０としてｎ型ＧａＡｓを用い、半導体基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型（Ａｌ０．６Ｇａ０．４）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる下部クラッド層１１を設ける。その上に、アンドープの（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（例えばｘは０．０３程度）からなる障壁層と、アンドープのＧａＩｎＰからなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する活性層１２を設ける。井戸層の層数は３であり、障壁層の層数は４である。この活性層１２によれば、波長６９０ｎｍの光を発生することができる。その上に、アンドープの（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるキャリアブロック層、アンドープの（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（例えばｘは０．０３程度）からなる基本層１５ａのみによって構成されるフォトニック結晶層１５の下層部分、アンドープの（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（例えばｘは０．０３程度）からなる基本層１５ａと空隙からなる異屈折率領域１５ｂとによって構成されるフォトニック結晶層１５の上層部分を設ける。その上に、ｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる上部クラッド層１３、及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１４を設ける。なお、これらの各層の屈折率、厚さ、ドーパント及びドーピング濃度、並びに光閉じ込め係数Γの値は図２０のとおりである。また、フォトニック結晶層１５のフィリングファクタは１５％である。また、表中のｘは、Ａｌの組成比を表す。
【００６７】
（第２実施例）
図２１は、第２実施例に係るレーザ素子１Ａの具体的な層構造を示す図表である。図２１に示されるように、本実施例では、半導体基板１０としてｎ型ＧａＡｓを用い、半導体基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型Ａｌ０．８ＧａＡｓからなる下部クラッド層１１を設ける。その上に、アンドープのＡｌ０．３ＧａＡｓからなる障壁層と、アンドープのＧａＡｓからなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する活性層１２を設ける。井戸層の層数は３であり、障壁層の層数は４である。この活性層１２によれば、波長８５０ｎｍの光を発生することができる。その上に、アンドープのＡｌ０．８ＧａＡｓからなるキャリアブロック層、アンドープのＡｌ０．３ＧａＡｓからなる基本層１５ａのみによって構成されるフォトニック結晶層１５の下層部分、アンドープのＡｌ０．３ＧａＡｓからなる基本層１５ａと空隙からなる異屈折率領域１５ｂとによって構成されるフォトニック結晶層１５の上層部分を設ける。その上に、ｐ型のＡｌ０．６ＧａＡｓからなる上部クラッド層１３、及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１４を設ける。なお、これらの各層の屈折率、厚さ、ドーパント及びドーピング濃度、並びに光閉じ込め係数Γの値は図２１のとおりである。また、フォトニック結晶層１５のフィリングファクタは１７．５％である。
【００６８】
本発明による半導体レーザ素子は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び実施例ではＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、及び窒化物系（特にＧａＮ系）の化合物半導体からなるレーザ素子を例示したが、本発明は、これら以外の様々な半導体材料からなるレーザ素子に適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１Ａ…レーザ素子、１０…半導体基板、１０ａ…主面、１０ｂ…裏面、１１…下部クラッド層、１２…活性層、１３…上部クラッド層、１４…コンタクト層、１４ａ…開口、１５…フォトニック結晶層、１５ａ…基本層、１５ｂ…異屈折率領域、２０…光反射層、２１…電流狭窄層、２１ａ…開口、２２，２３…電極、２３ａ…開口、２４…保護膜、２５…反射防止膜、Ｇ…重心、Ｌ…レーザ光、Ｍ１…レジストマスク、Ｏ…格子点、Ｒ…単位構成領域。
【図１】
2019016750.tif 000003
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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