(57)【要約】【課題】発光効率および信頼性が高められ、高出力化が容易な半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体レーザ装置は、サブバンド間光学遷移によりレーザ光を放出可能な活性層を有し、リッジ導波路が設けられ、化合物半導体からなる積層体であって、前記レーザ光を前記リッジ導波路が延在する方向に出射可能な積層体と、前記リッジ導波路と交差する断面において、前記活性層の側面を両側から挟む絶縁体層と、前記積層体の上面に設けられた第１の電極と、前記絶縁体層の側面を覆う第２の電極と、を備え、前記第２の電極と前記積層体の下面との間の電圧を制御可能である。【選択図】図１
2017168593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブバンド間光学遷移によりレーザ光を放出可能な活性層を有し、リッジ導波路が設けられ、化合物半導体からなる積層体であって、前記レーザ光を前記リッジ導波路が延在する方向に出射可能な積層体と、
前記リッジ導波路と交差する断面において、前記活性層の側面を両側から挟む絶縁体層と、
前記積層体の上面に設けられた第１の電極と、
前記絶縁体層の側面を覆う第２の電極と、
を備え、
前記第２の電極と前記積層体の下面との間の電圧を制御可能である、半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記電圧により、前記活性層から前記絶縁体層へ向かうに従ってキャリアに対するエネルギー障壁を高くできる請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記積層体はｎ形層を含み、前記キャリアは電子であり、
前記電圧は負とされる請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記積層体はｐ形層を含み、前記キャリアはホールであり、
前記電圧は正とされる請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記絶縁体層は、窒化珪素または酸化珪素を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記絶縁体層の厚さは、５０ナノメートル以上、かつ５００ナノメートル以下である請求項１〜５のいずれか１つ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】
本発明の実施形態は、半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子井戸構造がカスケード接続されたユニポーラ型レーザの活性層において、サブバンド間光学遷移を生じさせ、赤外線レーザ光を得ることができる。
【０００３】
カスケード接続数が多くなると活性層の厚さが増加し、活性層の側面積が増加する。もし、活性層内部を通過せずに活性層の側面に沿って流れる電流の割合が増加すると、発光に寄与する有効電流が低下する。このため、発光効率が低下し、かつ側面近傍の温度が上昇し素子が劣化することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−３３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発光効率および信頼性が高められ、高出力化が容易な半導体レーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体レーザ装置は、サブバンド間光学遷移によりレーザ光を放出可能な活性層を有し、リッジ導波路が設けられ、化合物半導体からなる積層体であって、前記レーザ光を前記リッジ導波路が延在する方向に出射可能な積層体と、前記リッジ導波路と交差する断面において、前記活性層の側面を両側から挟む絶縁体層と、前記積層体の上面に設けられた第１の電極と、前記絶縁体層の側面を覆う第２の電極と、を備え、前記第２の電極と前記積層体の下面との間の電圧を制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
【図２】図２（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の模式斜視図、図２（ｂ）は積層体と絶縁体層との界面近傍のバンド図、である。
【図３】電界シミュレーションを行うＱＣＬの構造を説明する模式断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、絶縁体層厚が０．２μｍかつ第２の電圧Ｖ２がマイナス３Ｖのときのシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図４（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図４（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図４（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図４（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、絶縁体層厚が０．２μｍかつ第２の電圧Ｖ２がマイナス５Ｖのときのシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図５（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図５（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図５（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図５（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
【図６】図６（ａ）〜（ｄ）は、絶縁体層厚が０．２μｍかつ第２の電圧Ｖ２がマイナス８Ｖのときのシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図６（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図６（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図６（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図６（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、絶縁体層厚が０．２μｍかつ第２の電圧Ｖ２がマイナス１０Ｖのときのシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図７（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図７（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図７（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図７（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
【図８】第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の第２の電圧Ｖ２に対する積層体側面の電子電流密度依存性を表すグラフ図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態の半導体レーザ装置のシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図９（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図９（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図９（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図９（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
【図１０】図１０（ａ）は第１比較例の模式断面図、図１０（ｂ）はそのバンド図、図１０（ｃ）は第１の電極とチップ側面との間の領域の垂直断面電流分布図、図１０（ｄ）は水平方向位置に対する電子電流密度を表すグラフ図、である。
【図１１】図１１（ａ）は第２比較例にかかる半導体レーザ装置の電子電流分布の垂直断面図、図１１（ｂ）はそのＸ軸に沿って電子電流密度分布、である。
【図１２】図１２（ａ）は第３比較例にかかる半導体レーザ装置の電子電流分布の垂直断面図、図１２（ｂ）はそのＸ軸に沿って電子電流密度分布、である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
半導体レーザ装置は、積層体２０と、絶縁体層４０と、第１の電極５０と、第２の電極５２と、を有する。
【０００９】
積層体２０は、サブバンド間光学遷移によりレーザ光を放出可能な活性層２２を有し、リッジ導波路７０が設けられ、化合物半導体からなる。また、積層体２０は、レーザ光をリッジ導波路７０が延在する方向に出射可能である。
【００１０】
絶縁体層４０は、リッジ導波路７０の延在方向と直交する断面（図１（ｂ））において、積層体２０の側面のうち少なくとも活性層２２の側面２０ａを両側から挟みかつ積層体２０の上面２０ｕが露出する開口部４０ａが設けられる。活性層２２を構成するいずれの層の屈折率よりも低い屈折率を有するようにすると、レーザ光はリッジ導波路７０の断面（図１（ｂ））の横方向に閉じ込め可能である。活性層２２を構成するＩｎＧａＡｓ（井戸層）およびＩｎＡｌＡｓ（障壁層）の屈折率は、たとえば、３．２〜３．４３である。また、窒化珪素の屈折率は略１．９８、酸化珪素の屈折率は略１．４である。
【００１１】
第１の電極５０は、積層体２０の上面２０ｕに設けられる。また、第２の電極５２は、絶縁体層４０の側面４０ｓを覆う。第１の電極５０には、サブバンド間光学遷移を生じる第１の電圧Ｖ１が供給される。
【００１２】
活性層２２から絶縁体層４０へ向かうに従ってキャリアに対するエネルギー障壁が高くなるように、第２の電極５２と積層体２０の下面２０ｍとの間には第２の電圧Ｖ２が供給される。第１の電極５０と第２の電極５２とはチップ内では接続されていず、第１および第２の電圧Ｖ１、Ｖ２が独立に制御される。
【００１３】
図１（ｂ）に表すように、積層体２０は、たとえば、単結晶半導体からなる基板３０の上に設けることができる。本図において、積層体２０は、基板３０の側から、第１の層２３と、活性層２２と、第２の層２５と、を有する。第１の層２３は、活性層２２の側から、たとえば、第１光ガイド層２３ａ、第１クラッド層２３ｂ、クラッド層２３ｃ、を有する。また、第２の層２５は、活性層２２の側から、たとえば、第２光ガイド層２５ａ、第２クラッド層２５ｂ、コンタクト層２５ｃ、を有する。第１の層２３と、第２の層２５と、をｎ形層とすると、キャリアを電子とすることができる。
【００１４】
活性層２２は、たとえば、レーザ光を放出可能なサブバンド間遷移領域と、サブバンド間遷移領域から注入されたキャリア（たとえば電子）のエネルギーを緩和可能な注入／緩和領域と、が交互に積層されたカスケード構造を有する。積層される段数は、たとえば、２０〜１００などとすることができる。注入／緩和領域、第１クラッド層２３ｂ、第２クラッド層２５ｂなどをｎ形層とすると、電子がサブバンド間光学遷移を生じレーザ光が放出される。
【００１５】
すなわち、本実施形態の半導体レーザ装置は、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ：Quantum  Cascade  Laser)として動作する。段数を増加すると、キャリアが遷移する回数が増えるので出力が増大する。レーザ光の波長は、半導体のバンドギャップエネルギーに依存せずに決定できる。たとえば、ＭＱＷ（Multi  Quantum  Well）構造を適正に設定することにより、赤外線からテラヘルツ波の間の波長のレーザ光を得ることができる。
【００１６】
図２（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の模式斜視図、図２（ｂ）は
積層体と絶縁体層との界面近傍のバンド図、である。
活性層２２から放出されたレーザ光８０は、第１および第２のクラッド層により垂直方向に閉じ込められる。また、レーザ光８０は、積層体２０の２つの側面２０ａに設けられた絶縁体層４０により光軸８１の方向に導波され放出される。リッジ導波路７０の延在する方向は、光軸８１と平行とする。
【００１７】
第１の電極５０は、絶縁体層４０の上部に設けられた開口部４０ａを介して第１の層２５のコンタクト層２５ｃに接続される。
【００１８】
絶縁体層４０は、酸化珪素（ＳｉＯ２など）や窒化珪素（ＳｉｘＮｙなど）とされる。なお、絶縁体層はこれらに限定されない。
【００１９】
活性層２２は、ＩｎＧａＡｓ（井戸層）／ＩｎＡｌＡｓ（障壁層）からなるＭＱＷまたはＧａＡｓ（井戸層）／ＡｌＧａＡｓ（障壁層）からなるＭＱＷなどがカスケード接続された構造とすることができる。伝導帯の持ち上がりは、電子にとって障壁として作用する。このため、電子は絶縁体層４０と活性層２２との界面を流れず、活性層２２の内部を活性層２２の面に対して略垂直方向に通過しサブバンド間光学遷移に寄与できる。
【００２０】
図２（ｂ）の積層体２０と絶縁体層４０との界面近傍において、伝導帯のエネルギー準位は、絶縁体層４０に向かうに従って高くなる。すなわち、電子にとって高い障壁を形成する。また、第２の電圧Ｖ２の絶対値を高くして行くに従って障壁が高くなるので、電子は積層体２０の側面２０ａまで到達しなくなる。他方、小数キャリアであるホールＨは、界面近傍に蓄積される。
【００２１】
第１の実施形態によれば、第２の電圧Ｖ２を制御することにより、活性層２２を含む積層体２０の側面における不要な電流が低減される。このため、発光効率が高められるとともに、側面における素子の劣化が抑制される。
【００２２】
図３は、電界シミュレーションを行うＱＣＬの構造を説明する模式断面図である。
基板３０は、ＩｎＰからなるものとする。積層体２０は、活性層２２と、活性層２２に電子を注入するためのｎ形層と、を含むものとする。活性層２２は、たとえば、ＧａＡｓ（井戸層）／ＡｌＧａＡｓ（障壁層）を含むものとする。絶縁体層４０は、窒化珪素からなるものとする。第１の電極５０の外縁と、積層体２０の外縁との間隔Ｄは５μｍなどとする。第１の電極５０に供給される第１の電圧Ｖ１はマイナス１０Ｖとする。第２の電極５２に供給される第２の電圧Ｖ２は、マイナス１５Ｖ〜０の間で選択される。
【００２３】
Ｘ軸は、第１の電極５０と、積層体２０の表面と、の界面に沿って設定される。Ｙ軸は、Ｘ軸に直交して設定される。Ｘ軸とＹ軸との交点である原点Ｏは、図３の模式断面図において、第１の電極５０と積層体２０の表面との界面の中間点となる。すなわち、積層体２０の座標はマイナスの値となる。リッジ導波路７０の積層体２０の幅を２００μｍとすると、Ｘの最大値は１００μｍとなる。また、積層体２０の厚さを約１１．４μｍとすると、Ｙ座標は、０〜マイナス１１．４μｍとなる。
【００２４】
電界シミュレーションを行うと、電子電流の分布、電子濃度分布、ホール濃度分布、電子電流密度などを求めることができる。なお、ＱＣＬにおいて、キャリアは電子であるものとし、電流は電子電流であるものとした。以下において、絶縁体層４０の厚さＴ４０と、第２の電極５２へ印加する電圧Ｖ２と、を変数として、電界シミュレーションを行う。図４〜図７に、本実施形態にかかる半導体レーザ装置の特性について説明する。
【００２５】
図４（ａ）〜（ｄ）は、絶縁体層の厚さが０．２μｍかつ第２の電圧がマイナス３Ｖのときのシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図４（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図４（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図４（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図４（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
図４（ａ）において、電子電流密度はモノトーン色の濃淡で表される。すなわち、電子電流密度が高いほど濃く、低いほど淡く表示される。なお、図４（ａ）には、絶縁体層を省略してある。
【００２６】
図４（ｂ）〜（ｃ）は、活性層２２の厚さ方向（Ｙ）の中心位置（Ｙがマイナス５．７μｍ近傍）においてＸ軸に沿った諸量の変化を表す。窒化珪素からなる絶縁体層４０の厚さＴ４０が０．２μｍ、かつ第２の電圧Ｖ２がマイナス３Ｖのとき、積層体２０の側面（Ｘが約１００μｍ）における電子電流は、積層体２０の水平方向の中心（Ｘ＝０）における電子電流の略４２％に低減される（図４（ｄ））。
【００２７】
図５（ａ）〜（ｄ）は、絶縁体層厚が０．２μｍかつ第２の電圧がマイナス５Ｖのときのシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図５（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図５（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図５（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図５（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
【００２８】
図５（ｂ）〜（ｃ）は、活性層２２の厚さ方向（Ｙ）の中心位置（Ｙがマイナス５．７２μｍ近傍）においてＸ軸に沿った諸量の変化を表す。窒化珪素からなる絶縁体層４０の厚さＴ４０が０．２μｍ、かつ第２の電圧Ｖ２がマイナス５Ｖのとき、積層体２０の側面（Ｘが約１００μｍ）における電子電流は、積層体２０の水平方向の中心（Ｘ＝０）における電子電流の略３０％に低減される（図５（ｄ））。
【００２９】
図６（ａ）〜（ｄ）は、絶縁体層厚が０．２μｍかつ第２の電圧がマイナス８Ｖのときのシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図６（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図６（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図６（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図６（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
【００３０】
図６（ｂ）〜（ｃ）は、活性層２２の厚さ方向（Ｙ）の中心位置（Ｙがマイナス５．７４μｍ近傍）においてＸ軸に沿った諸量の変化を表す。窒化珪素からなる絶縁体層４０の厚さＴ４０が０．２μｍ、かつ第２の電圧Ｖ２がマイナス５Ｖのとき、積層体２０の側面（Ｘが約１００μｍ）における電子電流は、積層体２０の水平方向の中心（Ｘ＝０）における電子電流のほぼゼロに低減される（図６（ｄ））。また、絶縁体層４０の近傍には電子はほとんど存在しない。
【００３１】
図７（ａ）〜（ｄ）は、絶縁体層厚が０．２μｍかつ第２の電圧がマイナス１０Ｖのときのシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図７（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図７（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図７（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図７（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
【００３２】
窒化珪素層の厚さＴ４０が０．２μｍ、かつ第２の電圧Ｖ２がマイナス１０Ｖのとき、積層体２０の側面（Ｘが約１００μｍ）における電子電流は、積層体２０の水平方向の中心（Ｘ＝０）における電子電流を略ゼロにできる。すなわち、第２の電圧Ｖ２にマイナス１０Ｖが印加されると、電子に対するエネルギー障壁の高さを大きくできるので側面における電子電流を抑制できる（図７（ｄ））。また、絶縁体層４０の近傍では、図７（ｂ）に表すように電子濃度がほとんどゼロとなり、図７（ｃ）に表すようにホールが蓄積される。
【００３３】
図８は、第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の第２の電圧Ｖ２に対する積層体側面の電子電流密度依存性を表すグラフ図である。
縦軸は規格化した積層体側面の電子電流の電流密度であり、第２の電圧Ｖ２が印加された時の積層体２０と絶縁体層４０との界面（Ｘ＝１００μｍ）における電子電流密度を表す。横軸は、第２の電圧Ｖ２を表す。なお、第２の電極５２から十分離間し第１の電極５０の中央部下方における積層体２０の電子電流密度は、規格化値で、略１．１となる。窒化珪素の厚さが０．２μｍのとき、第２の電圧Ｖ２をマイナス８Ｖ以上とすると、チップ側面での不要な電流をほぼゼロとすることができる。
【００３４】
図９（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態にかかる半導体レーザ装置のシミュレーション結果を表すグラフ図である。すなわち、図９（ａ）は電子電流密度の垂直断面分布図、図９（ｂ）はＸ軸に沿った電子濃度の変化を表すグラフ図、図９（ｃ）はＸ軸に沿ったホール濃度の変化を表すグラフ図、図９（ｄ）はＸ軸に沿った電子電流密度の変化を表すグラフ図、である。
第２の実施形態は、絶縁体層厚さが０．５μｍであるものとする。また、図９（ａ）〜（ｄ）は、第２の電圧Ｖ２がマイナス１０Ｖのときの特性を表す。
【００３５】
窒化珪素層の厚さＴ４０が０．５μｍ、かつ第２の電圧Ｖ２がマイナス１０Ｖのとき、積層体２０の側面（Ｘが約１００μｍ）における電子電流は、積層体２０の水平方向の中心（Ｘ＝０）における電子電流の略４０％が流れる。図５に表したように、Ｔ４０＝０．２μｍかつＶ２＝−１０Ｖのとき電子電流はほとんどゼロまで低減できた。これらのことから、本実施形態において、絶縁体層４０の厚さＴ４０は、０．５μｍ以下とすることが好ましい。なお、絶縁体層４０が、酸化珪素であってもその厚さＴ４０は、０．５μｍ以下とすることが好ましい。
【００３６】
図１０（ａ）は第１比較例の模式断面図、図１０（ｂ）はそのバンド図、図１０（ｃ）は第１の電極とチップ側面との間の領域の垂直断面電流分布図、図１０（ｄ）は水平方向位置に対する電子電流密度を表すグラフ図、である。
図１０（ａ）において、第１の電極１５０の外縁と、積層体１２０の外縁と、の距離をＤ１とする。図１０（ｃ）において、Ｄ１は、８０μｍとする。
【００３７】
ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＡｌＡｓを含む化合物半導体は、積層体１２０の側面近傍において伝導帯のエネルギー準位が平坦となる。側面に酸化珪素や窒化珪素が設けられても界面近傍のエネルギー準位の変化は小さい。このため、積層体１２０の内部から界面に向かって、電子に対するエネルギー障壁は平坦である。このため、積層体１２０の内部を縦方向に流れる電子電流Ｊ１は、積層体１２０の側面にも流れる。図１０（ｄ）に表すように、第１の電極１５０の端部から２０μｍ離間したＸ＝４０μｍの位置でも、Ｘ＝２０μｍ（第１の電極１５０の端部）の位置の電子電流密度の略４５％の電子電流密度となる。
【００３８】
図１１（ａ）は第２比較例にかかる半導体レーザ装置の電子電流分布の垂直断面図、図１１（ｂ）はそのＸ軸に沿って電子電流密度分布、である。
第２比較例では、窒化珪素からなる絶縁体層の厚さＴ４０＝１μｍ、第２の電圧Ｖ２＝−１０Ｖとする。図１１（ｂ）に表すように、積層体２０の側面においても、活性層の中央部（Ｘ＝０、Ｙ＝−５．５８μｍ）の電子電流密度の略８０％の電子電流となる。
【００３９】
図１２（ａ）は第３比較例にかかる半導体レーザ装置の電子電流分布の垂直断面図、図１２（ｂ）はそのＸ軸に沿って電子電流密度分布、である。
第３比較例では、絶縁体層４０の厚さＴ４０＝１μｍ、第２の電圧Ｖ２はゼロとする。図１２（ｂ）に表すように、積層体２０の側面においても、活性層の中央部（Ｘ＝０、Ｙ＝−５．５８μｍ）の電子電流密度の略９０％の電子電流密度となる。
【００４０】
第１および第２の比較例のように、絶縁体層の厚さが０．５μｍよりも大きいと、電子に対するエネルギー障壁の高さが不十分となる。このため、積層体の側面に中央部の８０％以上の電流が流れる。また、絶縁体層の厚さが５０ｎｍよりも小さいと、ピンホールを生じるなど膜質が低下する。このため、絶縁体層の厚さは、５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４１】
次に、積層体の側面に不要電流が流れると生じる問題について説明する。酸化珪素層や窒化珪素層などを側面に設けても伝導帯のエネルギー準位は平坦であり（図１０（ｂ））、界面に沿って電流が流れやすい。この電流Ｊ１はサブバンド間光学遷移に寄与しない無効電流となり、発光効率を低下させる。また、バンドギャップの中央近傍に界面準位があると、電子の寿命が短く発光遷移が減少し、発光効率が低下することがある。さらに、界面近傍の狭い領域に過大な電流が流れると温度上昇を生じる。温度上昇により、界面近傍の高密度の結晶欠陥や界面準位などが増殖し素子が劣化しやすくなる。
【００４２】
これに対して、第１、２の実施形態では、活性層２２を含む積層体２０と絶縁体層４０との界面を流れる電流は電子に対する障壁が高くなることにより低減される。このため、図１（ａ）に表すように、サブバンド間遷移領域を流れる電流Ｉｏに対して、側面を流れる電流Ｉｓが十分に低減される。このため、発光効率の低下が抑制され、かつ界面近傍において素子の劣化が抑制される。その結果として、半導体レーザ装置１０の高出力化および高信頼性化が可能となる。
【００４３】
本実施形態によれば、発光効率および信頼性が高められ、高出力化が容易なユニポーラ型半導体レーザ装置が提供される。半導体レーザ装置は、赤外線からテラヘルツ波の波長を有するレーザ光を放出する。これらの半導体レーザ装置は、環境測定、呼気測定、レーザ加工などに広く応用される。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  半導体レーザ装置、２０  積層体、２０ｕ  上面、２０ｍ  下面、２２  活性層、４０  絶縁体層、４０ｓ  側面、５０  第１の電極、５２  第２の電極、７０  リッジ導波路、８０  レーザ光、Ｖ２  第２の電圧、Ｔ４０  絶縁体層の厚さ
【図１】
2017168593.tif 000003
【図２】
2017168593.tif 000004
【図３】
2017168593.tif 000005
【図４】
2017168593.tif 000006
【図５】
2017168593.tif 000007
【図６】
2017168593.tif 000008
【図７】
2017168593.tif 000009
【図８】
2017168593.tif 000010
【図９】
2017168593.tif 000011
【図１０】
2017168593.tif 000012
【図１１】
2017168593.tif 000013
【図１２】
2017168593.tif 000014