特許 6972367 半導体レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972367

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】半導体レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/16 20060101AFI20211111BHJP

   H01S 5/042 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/16

   H01S5/042 612

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2020-546594(P2020-546594)

(86)(22)【出願日】2018年9月12日

(86)【国際出願番号】JP2018033763

(87)【国際公開番号】WO2020053980

(87)【国際公開日】20200319

【審査請求日】2020年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】特許業務法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】蔵本 恭介

【審査官】 右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１８／１０５０１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０２２０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０８２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２９００４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６３２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７８１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６６４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０５８４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１２９７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４３５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１８／００３３３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０８７８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６８６２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００ − ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、前記半導体基板の表面側に第一のクラッド層を介して形成された活性層と、前記活性層の前記半導体基板と反対側である表面側に第二のクラッド層、コンタクト層を介して形成された表面側電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された裏面側電極と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザであって、
前記レーザ光が往復して共振する前端面及び後端面の側の端面領域に、前記端面領域より内側の前記活性層よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層を含む窓構造部を備え、
前記コンタクト層における前記前端面側の端をコンタクト層前端とし、前記コンタクト層における前記後端面側の端をコンタクト層後端とし、
前記レーザ光が出力される前記前端面側の前記コンタクト層前端と前記前端面との前記レーザ光が往復する光往復方向の長さは、前記前端面側の前記窓構造部の境界と前記前端面との前記光往復方向の長さである前端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前記前端面と前記コンタクト層後端との前記光往復方向の長さよりも短い長さであり、
前記裏面側電極における前記前端面側の端と前記前端面との前記光往復方向の長さは、前記半導体基板における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前記前端面と前記裏面側電極における前記後端面側の端との前記光往復方向の長さよりも短い長さである、半導体レーザ。

【請求項2】

半導体基板と、前記半導体基板の表面側に第一のクラッド層を介して形成された活性層と、前記活性層の前記半導体基板と反対側である表面側に第二のクラッド層、コンタクト層を介して形成された表面側電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された裏面側電極と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザであって、
前記レーザ光が往復して共振する前端面及び後端面の側の端面領域に、前記端面領域より内側の前記活性層よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層を含む窓構造部を備え、
前記コンタクト層における前記前端面側の端をコンタクト層前端とし、前記コンタクト層における前記後端面側の端をコンタクト層後端とし、
前記レーザ光が出力される前記前端面と反対側の前記コンタクト層後端と前記後端面との前記レーザ光が往復する光往復方向の長さは、前記後端面側の前記窓構造部の境界と前記後端面との前記光往復方向の長さである後端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前記後端面と前記コンタクト層前端との前記光往復方向の長さよりも短い長さであり、
前記裏面側電極における前記後端面側の端と前記後端面との前記光往復方向の長さは、前記半導体基板における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前記後端面と前記裏面側電極における前記前端面側の端との前記光往復方向の長さよりも短い長さである、半導体レーザ。

【請求項3】

前記コンタクト層後端と前記後端面との前記光往復方向の長さは、前記後端面側の前記窓構造部の境界と前記後端面との前記光往復方向の長さである後端面側窓構造部長以上の長さでかつ前記後端面と前記コンタクト層前端との前記光往復方向の長さよりも短い長さであり、
前記裏面側電極における前記後端面側の端と前記後端面との前記光往復方向の長さは、前記半導体基板における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前記後端面と前記裏面側電極における前記前端面側の端との前記光往復方向の長さよりも短い長さである、請求項１記載の半導体レーザ。

【請求項4】

前記コンタクト層後端と前記後端面との前記光往復方向の長さは、前記後端面側の前記窓構造部の境界と前記後端面との前記光往復方向の長さである前記後端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前記後端面と前記コンタクト層前端との前記光往復方向の長さよりも短い長さである、請求項３記載の半導体レーザ。

【請求項5】

前記前端面及び前記後端面に、前記窓構造部を被覆する被覆膜が形成されており、
前記前端面側の被覆膜は、前記後端面側の被覆膜よりも反射率が低い、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。

【請求項6】

前記窓構造部は、Ｚｎが含まれている、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。

【請求項7】

前記窓構造部は、Ｓｉが含まれている、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。

【請求項8】

前記第一のクラッド層、前記第二のクラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成された、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ。

【請求項9】

前記半導体基板、前記第一のクラッド層の導電型がｎ型であり、
前記第二のクラッド層、前記コンタクト層の導電型がｐ型である、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体レーザ。

【請求項10】

前記半導体基板、前記第一のクラッド層の導電型がｐ型であり、
前記第二のクラッド層、前記コンタクト層の導電型がｎ型である、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、半導体レーザに関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体レーザを用いた光源は、他の光源と比較して、小型、色再現性が良い、低消費電力、高輝度といったメリットを持っており、プロジェクタ、シネマなどの投射型ディスプレイ用の光源として使用されている。この半導体レーザの寿命は、主にＣＯＤ劣化（Catastrophic Optical Mirror Damage、端面光学損傷）と呼ばれる劣化と、Ｓｌｏｗ劣化（緩慢劣化）と呼ばれる劣化とによって決定される。このうち、ＣＯＤ劣化の発生要因は以下のようなものである。

【0003】

レーザ端面では、ダングリングボンドの存在などにより、本来のバンドギャップのエネルギー領域内に界面準位が存在する。界面付近における活性層のバンドギャップは、これに引きずられるような形で曲がるため、他の部分よりも小さくなっている。これは、レーザ光の吸収が大きくなることを意味しており、このレーザ光の吸収によってレーザ端面付近の温度が上昇する。レーザ端面付近の温度が上昇することにより、さらにバンドギャップが小さくなることで、さらにレーザ光の吸収が増大するといった正のフィードバックプロセスをたどることになり、最終的にレーザ端面が融解する。

【0004】

半導体レーザでは、このような問題を緩和するために、例えば特許文献１のように窓構造と呼ばれる構造が採用されることが多い。この窓構造は、レーザ端面付近のバンドギャップを拡大する方法の一つであり、レーザ端面の吸収を抑制することでＣＯＤ劣化を発生させにくくするものである。ここで、赤色半導体レーザの場合は、特許文献１のようにレーザ端面に亜鉛（Ｚｎ）などの不純物を拡散させることで、レーザの活性層付近の原子をミキシングし、バンドギャップを拡大する方法がよく知られている。

【0005】

ＣＯＤ劣化の発生にはレーザ端面での光吸収が大きく関わっている。しかし、窓構造が形成された窓構造部を備えた半導体レーザでは、Ｚｎの拡散などによる窓構造部の抵抗が小さくなるため、窓構造部に流れる電流による発熱によりレーザ端面の温度が上昇し、バンドギャップが小さくなる場合がある。特に、不純物拡散により窓構造部を形成する場合、窓構造部に１×１０^１８ｃｍ^−３以上程度の不純物が存在すること、不純物拡散により活性層のバンドギャップが小さくなることで、窓構造部の順方向電圧が他の部分よりも小さくなることなどにより、窓構造部に流れる電流が大きくなる。この電流によるジュール熱及び不純物準位を介した非発光再結合により、窓構造部における発熱が大きくなり、ＣＯＤ劣化が発生し易くなる。

【0006】

特許文献２には、ＣＯＤ劣化の原因となるレーザ端面近傍を流れる電流による発熱を抑制する方法として、半導体基板の表面側であって活性層よりも上層に形成された表面側電極であるｐ電極及びコンタクト層をレーザ端面よりも離して、電流非注入領域を形成することが提案されている。特許文献２の半導体レーザは、レーザ端面側の表面側電極及びコンタクト層が除去されたクラッド層の表面にＳｉＯ_２膜（絶縁膜）が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平５−２１８５９３号公報（図３）

【特許文献2】特開２００２−１６４６１７号公報（００１３段、００２４段、図１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献２の半導体レーザは、窓構造部を有しない構造ではあるが、レーザ端面の電流値を低減することでＣＯＤ劣化の発生抑制を図るものとなっている。ここで、不純物拡散を用いた窓構造部を備えた半導体レーザにおいて、表面側電極及びコンタクト層をレーザ端面よりも離し、レーザ端面側の表面側電極及びコンタクト層が除去されたクラッド層の表面に絶縁膜が形成されている場合を考える。ｐ電極がコンタクト層に接している領域で最もレーザ端面に近い点とレーザ端面との長さを表面側電極後退量と呼ぶことにし、レーザ端面側の表面側電極及びコンタクト層が除去されたクラッド層の表面に絶縁膜が形成された領域をコンタクト層非形成領域と呼ぶことにする。

【0009】

特許文献１の不純物拡散を用いた窓構造部を備えた半導体レーザにおいて、窓構造部のレーザ端面からの幅を表面側電極後退量よりも小さくすることで、レーザ端面近傍を流れる電流を抑制することが可能になる。一方で、レーザ端面近傍のうち、絶縁膜で覆っている領域全体の電流が抑制されることから、窓構造部ではないレーザ発振領域において、他のレーザ発振領域よりも電流密度が小さい部分が発生する。これは、活性層における電流密度が窓構造部及びコンタクト層が形成された領域で大きくなるものの、レーザ発振領域におけるコンタクト層非形成領域では電流注入量が減ることで活性層における電流密度が小さくなるためである。この電流密度が小さい部分の活性層媒質利得は、他の電流密度が高い部分よりも利得が小さくなるため、発振しきい値の増大又はしきい値キャリア密度増大によるキャリアオーバーフローに起因する温度特性の悪化などの問題が発生する。場合によっては、利得が０以下、すなわち光吸収領域となり、大幅な特性悪化、微分効率低下などを引き起こすことになる。

【0010】

本願明細書に開示される技術は、特性悪化を抑制しながら少なくとも一方のレーザ端面側にＣＯＤ耐性が向上した窓構造部を備えた半導体レーザを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願明細書に開示される一例の半導体レーザは、半導体基板と、半導体基板の表面側に第一のクラッド層を介して形成された活性層と、活性層の半導体基板と反対側である表面側に第二のクラッド層、コンタクト層を介して形成された表面側電極と、半導体基板の裏面側に形成された裏面側電極と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザである。半導体レーザは、レーザ光が往復して共振する前端面及び後端面の側の端面領域に、端面領域より内側の活性層よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層を含む窓構造部を備えており、コンタクト層における前端面側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層における後端面側の端をコンタクト層後端とし、レーザ光が出力される前端面側のコンタクト層前端と前端面とのレーザ光が往復する光往復方向の長さは、前端面側の窓構造部の境界と前端面との光往復方向の長さである前端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前端面とコンタクト層後端との光往復方向の長さよりも短い長さである。裏面側電極における前端面側の端と前端面との光往復方向の長さは、半導体基板における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前端面と裏面側電極における後端面側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。

【発明の効果】

【0012】

本願明細書に開示される一例の半導体レーザは、コンタクト層前端と前端面とのレーザ光が往復する光往復方向の長さが前端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さであり、裏面側電極における前端面側の端と前端面との光往復方向の長さが半導体基板の基板厚の１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながら前端面側の窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。

【図2】図１の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図である。

【図3】図１の半導体レーザの光出力を示す図である。

【図4】図１の半導体レーザの電流を示す図である。

【図5】図１の半導体レーザの電流密度を示す図である。

【図6】比較例１の半導体レーザの断面構造を示す図である。

【図7】図６の半導体レーザの電流密度を示す図である。

【図8】比較例２の半導体レーザの断面構造を示す図である。

【図9】図８の半導体レーザの電流密度を示す図である。

【図10】図８の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図である。

【図11】図８の半導体レーザの光出力を示す図である。

【図12】比較例３の半導体レーザの断面構造を示す図である。

【図13】図１２の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図である。

【図14】実施の形態２に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。

【図15】実施の形態３に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。

【図16】実施の形態４に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。図２は図１の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図であり、図３は図１の半導体レーザの光出力を示す図である。図４は図１の半導体レーザの電流を示す図であり、図５は図１の半導体レーザの電流密度を示す図である。実施の形態１の半導体レーザ５０は前端面１４及び後端面１５をレーザ光が往復して共振する共振器構造を備えている。図１では、実施の形態１の半導体レーザ５０のレーザ光が往復する方向である共振器方向（ｘ方向）及びこれに垂直な方向（ｚ方向）の断面構造を示した。半導体レーザ５０はｎ型のＧａＡｓの半導体基板１を有しており、この半導体基板１の表面には、ｎ型のＡｌＩｎＰからなる第一のクラッド層２が半導体基板１に直接接合するように形成されている。この第一のクラッド層２の表面（半導体基板１と反対側の面）には、アンドープのＡｌＩｎＰからなる第一の光ガイド層３が形成されており、第一の光ガイド層３の表面にはアンドープのＧａＩｎＰからなる活性層４が形成されている。活性層４の表面にはアンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる第二の光ガイド層５が形成されており、第二の光ガイド層５の表面にはｐ型のＡｌＩｎＰからなる第二のクラッド層６が形成されており、さらに第二のクラッド層６の表面にはｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層７が形成されている。第一のクラッド層２、第一の光ガイド層３、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層６は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されている。

【0015】

半導体基板１の厚さ（基板厚）は、例えば１００μｍである。第一のクラッド層２の厚さは１．０μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０×１０^１８ｃｍ^−３程度である。第一の光ガイド層３および第二の光ガイド層５の厚さは０．１μｍ程度であり、活性層４の厚さは８〜２０ｎｍ程度である。第二のクラッド層６の厚さは１．０μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０×１０^１８ｃｍ^−３程度である。コンタクト層７の厚さは０．０２μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０〜２．０×１０^１９ｃｍ^−３程度である。

【0016】

前端面１４から内側の領域および後端面１５から内側の領域には、Ｚｎの拡散によりバンドギャップが拡大された窓構造部８が形成されている。前端面１４から後端面１５の方向はｘ方向であり、半導体基板１から活性層４の方向はｚ方向であり、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向はｙ方向である。窓構造部８における光が往復する方向（ｘ方向）の長さである窓構造部長Ｌｗは１５μｍである。光が往復する方向は、適宜光往復方向とも呼ぶことにする。窓構造部８および第二のクラッド層６の窓構造部８側の表面に電流を非注入とするためのＳｉＮの絶縁膜９が形成され、絶縁膜９の表面及びコンタクト層７の表面に表面側電極１０が形成されている。半導体基板１の裏面に裏面側電極１１が形成されている。半導体レーザ５０のへき開端面である前端面１４、後端面１５のうち、レーザ光を取り出す（レーザ光が出力される）前端面１４の側には、誘電体の単層あるいは多層膜から形成される低反射の被覆膜１２が施されている。また、半導体レーザ５０の後端面１５の側には、誘電体の多層膜で形成される高反射の被覆膜１３が形成されている。なお、絶縁膜９は、光往復方向（ｘ方向）と垂直な方向である図１の紙面に垂直な方向（ｙ方向）において、メサストライプ等の発光ストライプの端部まで形成されている。

【0017】

第一のクラッド層２、第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層６、コンタクト層７は、順次積層される。第一のクラッド層２、第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層６、コンタクト層７を形成する工程は、それぞれ第一のクラッド層形成工程、第一の光ガイド層形成工程、活性層形成工程、第二の光ガイド層形成工程、第二のクラッド層形成工程、コンタクト層形成工程である。コンタクト層形成工程後に、後述する窓構造部形成工程により半導体レーザ５０の前端面１４側の領域及び半導体レーザ５０の後端面１５側の領域に窓構造部８が形成される。窓構造部形成工程の後に、絶縁膜形成工程により絶縁膜９を形成される。絶縁膜形成工程の後に、表面側電極形成工程により表面側電極１０が形成され、裏面側電極工程により裏面側電極１１が形成される。表面側電極形成工程及び裏面側電極工程の後に、半導体レーザ５０を個別に分離し、へき開端面である前端面１４及び後端面１５にそれぞれ被覆膜１２、１３を形成する端面被覆工程が実行される。

【0018】

表面側電極１０は、コンタクト層７に接している側と反対側すなわち外向面側（半導体レーザ５０の表面側）の光往復方向の長さ（ｘ方向の長さ）が、コンタクト層７に接している側すなわち内向面側の光往復方向の長さよりも長くなっている。絶縁膜９における前端面１４から内側の端面までの長さ及び絶縁膜９における後端面１５から内側の端面までの長さは、いずれもＬ１である。図１では、前端面１４側のみにＬ１を記載したが、後端面１５の絶縁膜９における後端面１５から内側の端面までの長さＬ１は省略した。この長さＬ１は、表面側電極１０におけるコンタクト層７に接している側すなわち内向面側で半導体レーザ５０のレーザ端面（前端面１４又は後端面１５）の側の端と、該当レーザ端面（前端面１４又は後端面１５）との長さに等しい。この長さＬ１は、表面側電極１０がコンタクト層７を介して第二のクラッド層６に接触しない前端面１４又は後端面１５側の領域における光往復方向の長さであり、前端面１４又は後端面１５から内側に後退した長さ（表面側電極後退量）でもある。適宜、長さＬ１は表面側電極後退量Ｌ１と呼ぶことにする。コンタクト層７における前端面１４側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層７における後端面１５側の端をコンタクト層後端とすると、長さＬ１はコンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ又はコンタクト層後端と後端面１５との光往復方向の長さでもある。図１では、表面側電極後退量Ｌ１は２５μｍ以上であり、窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長くなっている例を示した。なお、図１では、前端面１４側のみに窓構造部長Ｌｗ、後述する裏面側電極後退量Ｌ２を記載したが、後端面１５側の窓構造部長Ｌｗ、裏面側電極後退量Ｌ２は省略した。

【0019】

窓構造部８の形成する窓構造部形成工程を説明する。まずＺｎの拡散を防止するＺｎ拡散防止膜を、第一のクラッド層２、第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層６が順次形成されたウエハ全表面に形成する。このＺｎ拡散防止膜における窓構造部８を形成する端部領域をエッチングによって除去し、このＺｎ拡散防止膜をマスクとして、窓構造部８を形成する端部領域のコンタクト層７をエッチングにより除去する。Ｚｎ拡散防止膜は、ＳｉＯ_２又はＳｉＮなどの絶縁膜を用いることができる。ここで、窓構造部８を形成する端部領域のコンタクト層７を除去するのは、コンタクト層７内ではＺｎの拡散速度が非常に遅いため、コンタクト層７がある場合に窓構造部８の形成が困難となるためである。その後、ウエハ全表面にＺｎの拡散源となるＺｎＯ膜を形成する。その後、熱アニールにより、少なくともＺｎを活性層４まで拡散させて活性層４を混晶化して、混晶化された活性層である窓構造部活性層４ａを含む窓構造部８を形成する。窓構造部活性層４ａは、Ｚｎが含まれており、前端面１４及び後端面１５の側の端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層である。このときの熱アニール条件は、例えば、６２０°Ｃ、３０分である。図１では、窓構造部８が、第一のクラッド層２、半導体基板１にも形成されている例を示した。

【0020】

次に、ＺｎＯ膜およびＺｎ拡散防止膜をエッチングにより全て除去して、窓構造部形成工程が終了する。窓構造部形成工程の後に、前述した絶縁膜形成工程、表面側電極形成工程、裏面側電極工程、端面被覆工程が実行される。

【0021】

表面側電極形成工程にて、コンタクト層７および絶縁膜９の表面に表面側電極１０が形成され、絶縁膜９の開口を通してコンタクト層７と表面側電極１０とが低抵抗接合している。表面側電極１０はＴｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの薄膜を積層したものであり、表面側電極１０の全厚さは０．０５〜１．０μｍである。

【0022】

その後、裏面側電極工程にて、ＧａＡｓの半導体基板１の裏面を研磨によって所望の厚さにし、研磨された裏面に裏面側電極１１を接合する。その後、裏面側電極１１の端とレーザ端面間の長さである裏面側電極後退量Ｌ２が１２０μｍ以上になるように、イオンミリングなどを用いて裏面側電極１１をエッチングする。

【0023】

裏面側電極１１はＴｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの薄膜を積層したもので、裏面側電極１１の全厚さは０．０５〜１．０μｍである。端面被覆工程にて、裏面側電極工程が終了した分離前の各半導体レーザを、共振器長が１．５ｍｍとなるようにへき開し、前端面１４に反射率１０％の被覆膜１２を、後端面１５に反射率９０％の被覆膜１３を形成する。

【0024】

次に、実施の形態１の半導体レーザ５０の作用を説明する。図２に、実施の形態１の半導体レーザ５０のＣＯＤ劣化レベルを示した。横軸は裏面側電極後退量Ｌ２であり、縦軸はＣＯＤ劣化レベル［Ｗ］である。ＣＯＤ劣化レベルは、ＣＯＤ耐性を示す指標であり、長期の通電を実施する前の発光点幅７５μｍの半導体レーザに電流を徐々に流したときに、ＣＯＤ劣化が発生した時点の光出力で定義したものである。図２では、表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍ、２５μｍ、５０μｍの例を示した。表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍ、つまり、窓構造部８の窓構造部長Ｌｗと表面側電極後退量Ｌ１とが同じであった場合は、裏面側電極後退量Ｌ２を大きくしてもＣＯＤ劣化レベルはほとんど変化がない。すなわち、窓構造部８の窓構造部長Ｌｗと表面側電極後退量Ｌ１とが同じであった場合は、ＣＯＤ劣化レベルはほとんど改善しない。一方、表面側電極後退量Ｌ１を２５μｍあるいは５０μｍとした場合は、裏面側電極後退量Ｌ２を１２０μｍ以上にすることで、ＣＯＤ劣化レベル値が増大しており、大幅なＣＯＤ劣化レベルの改善が確認された。

【0025】

図２のＣＯＤ劣化レベル測定の際に４５°Ｃ、供給電流が１．５Ａにて動作させた場合の光出力を評価した結果を図３に示した。横軸は裏面側電極後退量Ｌ２であり、縦軸は半導体レーザ５０の光出力［Ｗ］である。表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍ、２５μｍ、５０μｍのいずれの場合も大きな光出力の低下は確認できず、良好な結果が得られた。

【0026】

比較例と比較しながら実施の形態１の半導体レーザ５０の作用を説明する。図６は比較例１の半導体レーザの断面構造を示す図であり、図７は図６の半導体レーザの電流密度を示す図である。図８は比較例２の半導体レーザの断面構造を示す図であり、図９は図８の半導体レーザの電流密度を示す図である。図１０は図８の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図であり、図１１は図８の半導体レーザの光出力を示す図である。図１２は比較例３の半導体レーザの断面構造を示す図であり、図１３は図１２の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図である。図６、図８の半導体レーザ６０は、裏面側電極１１１が前端面１１４から後端面１１５まで形成された赤色半導体レーザの例である。図１２の半導体レーザ６０は、裏面側電極１１１が前端面１１４及び後端面１１５から裏面側電極後退量Ｌ４だけ短く形成された赤色半導体レーザの例である。図７は比較例１の半導体レーザ６０における活性層１０４の位置における電流密度を示しており、図９は比較例２の半導体レーザ６０における活性層１０４の位置における電流密度を示している。

【0027】

図６、図８、図１２では、各比較例の半導体レーザ６０における共振器方向（ｘ方向）及びこれに垂直な方向（ｚ方向）の断面構造を示した。図６に示した比較例１の半導体レーザ６０は、ｎ型のＧａＡｓの半導体基板１０１を有しており、半導体基板１０１表面に、ｎ型のＡｌＩｎＰの第一のクラッド層１０２、アンドープのＡｌＧａＩｎＰの第一の光ガイド層１０３、アンドープのＧａＩｎＰの活性層１０４、アンドープのＡｌＧａＩｎＰの第二の光ガイド層１０５、ｐ型のＡｌＩｎＰの第二のクラッド層１０６、ｐ型のＧａＡｓのコンタクト層１０７が順次積層されている。第一のクラッド層１０２、第一の光ガイド層１０３、第二の光ガイド層１０５、第二のクラッド層１０６は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されている。前端面１１４から内側の領域および後端面１１５から内側の領域には、Ｚｎの拡散によりバンドギャップが拡大された窓構造部１０８が形成されている。窓構造部１０８の表面には電流を非注入とするためのＳｉＮの絶縁膜１０９が形成され、絶縁膜１０９の表面及びコンタクト層１０７の表面に表面側電極１１０が形成されている。半導体基板１０１の裏面に裏面側電極１１１が形成されている。前端面１１４から後端面１１５の方向はｘ方向であり、半導体基板１０１から活性層１０４の方向はｚ方向であり、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向はｙ方向である。

【0028】

Ｚｎの拡散による窓構造部１０８の結晶表面については、Ｚｎの拡散が実施されることから結晶の荒れが発生し易くなっている。さらに、窓構造部１０８の活性層１０４ａが活性層１０４よりも低抵抗となっており、窓構造部１０８は窓構造部１０８よりも内側のレーザ発振領域よりも低抵抗となっている。この窓構造部１０８の表面にＳｉＮの絶縁膜１０９を形成することで、表面側電極１１０が窓構造部１０８に直接接触しないようにしている。なお、絶縁膜１０９は、光往復方向（ｘ方向）と垂直な方向である図６の紙面に垂直な方向（ｙ方向）において、メサストライプ等の発光ストライプの端部まで形成されている。

【0029】

半導体レーザ６０のへき開端面である前端面１１４、後端面１１５のうち、レーザ光を取り出す（レーザ光が出力される）前端面１１４の側には、誘電体の単層あるいは多層膜から形成される低反射の被覆膜１１２が施されている。また、半導体レーザ６０の後端面１１５の側には、誘電体の多層膜で形成される高反射の被覆膜１１３が形成されている。比較例１の半導体レーザ６０は、絶縁膜１０９における前端面１１４から内側の端面までのｘ方向の長さ及び絶縁膜１０９における後端面１１５から内側の端面までのｘ方向の長さである表面側電極後退量Ｌ３と窓構造部長Ｌｗとが等しい例である。ｘ方向位置ｘａは前端面１１４のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘｂは窓構造部１０８及び絶縁膜１０９の内側の端を示している。ｘ方向位置ｘｄは後端面１１５のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘｃは窓構造部１０８及び絶縁膜１０９の内側の端を示している。前端面１１４側の窓構造部１０８の窓構造部長Ｌｗは、ｘ方向位置ｘａからｘ方向位置ｘｂまで長さである。後端面１１５側の窓構造部１０８の窓構造部長Ｌｗは、ｘ方向位置ｘｃからｘ方向位置ｘｄまで長さである。なお、ｘ方向位置ｘｂ、ｘｃは窓構造部１０８と窓構造部１０８よりも内側のレーザ発振領域との境界でもある。図６では、前端面１１４側のみに表面側電極後退量Ｌ３及び窓構造部長Ｌｗを記載したが、後端面１１５側の表面側電極後退量Ｌ３及び窓構造部長Ｌｗは省略した。

【0030】

図７に示すように、ｘ方向位置ｘａからｘ方向位置ｘｂまでの前端面１１４側のｘ方向領域、及びｘ方向位置ｘｃからｘ方向位置ｘｄまでの後端面１１５側のｘ方向領域である窓構造部１０８は、ｘ方向位置ｘｂからｘ方向位置ｘｃまでの他の領域（他のレーザ発振領域）よりも電流密度特性３２の電流密度が高くなっている。図７において、横軸はｘ方向位置であり、縦軸は電流密度である。この図７からも分かるように、窓構造部１０８は窓構造部１０８以外の他の領域よりも電流が流れやすい構造になっている。なお、図６に示した電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは、各ｘ方向位置における電流である。窓構造部１０８において、表面側電極１１０から裏面側電極１１１へ流れる電流Ｉａは、他の電流Ｉｂ、Ｉｃよりも電流値が大きな電流なので、太い矢印で示した。

【0031】

比較例１の半導体レーザ６０は、低抵抗の活性層１０４ａを含み、内側のレーザ発振領域よりも低抵抗の窓構造部１０８に流れる電流による発熱により、レーザ端面の温度が上昇し、バンドギャップが小さくなる。背景技術で説明したように、活性層１０４におけるＺｎが拡散した活性層１０４ａ、すなわち窓構造部１０８の活性層１０４ａでは、窓構造部１０８以外の活性層１０４よりもバンドギャップが小さくなることで、窓構造部１０８の順方向電圧が他の部分よりも小さくなることなどにより、窓構造部１０８に流れる電流（電流Ｉａ）が大きくなる。この電流Ｉａによるジュール熱及び不純物準位を介した非発光再結合により、窓構造部１０８における発熱が大きくなり、ＣＯＤ劣化が発生し易くなる。

【0032】

このＣＯＤ劣化を抑制する方法の一例を適用した比較例２の半導体レーザ６０を図８に示した。図８に示した比較例２の半導体レーザ６０は、比較例１の半導体レーザ６０とは、窓構造部１０８のレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）からの幅、すなわち窓構造部長Ｌｗが絶縁膜１０９のｘ方向の長さである表面側電極後退量Ｌ３よりも短くなっている点で異なっている。ｘ方向位置ｘｅは絶縁膜１０９の前端面１１４から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘｆは絶縁膜１０９の後端面１１５から内側の端のｘ方向位置を示している。図９に示すように、比較例２の半導体レーザ６０の電流密度特性３３は、ｘ方向位置ｘａからｘ方向位置ｘｂまでの領域及びｘ方向位置ｘｃからｘ方向位置ｘｄまでの領域の窓構造部１０８における電流密度が、比較例１の半導体レーザ６０の電流密度特性３２よりも小さくなっている。このことから、比較例２の半導体レーザ６０は、比較例１の半導体レーザ６０よりも前端面１１４、後端面１１５のレーザ端面近くに流れる電流を抑制することができることが分かる。図９において、横軸はｘ方向位置であり、縦軸は電流密度である。なお、図８に示した電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｄ、Ｉｅ、Ｉｆは、各ｘ方向位置における電流である。窓構造部１０８において表面側電極１１０から裏面側電極１１１へ流れる電流Ｉａ及びコンタクト層１０７の端のｘ方向位置であるｘ方向位置ｘｅよりも内側で表面側電極１１０から裏面側電極１１１へ流れる電流Ｉｂは、他の電流Ｉｄ、Ｉｅ、Ｉｆよりも電流値が大きな電流なので、太い矢印で示した。また、窓構造部１０８の端のｘ方向位置であるｘ方向位置ｘｂからｘ方向位置ｘｅまでの領域に記載した電流Ｉｄ、Ｉｅ、Ｉｆは、電流値がＩｄ＜Ｉｅ＜Ｉｆになっており、矢印の太さを変えて記載した。

【0033】

一方で、比較例２の半導体レーザ６０は、レーザ端面近傍のうち、絶縁膜１０９で覆っている領域全体の電流が抑制されることから、窓構造部１０８ではないレーザ発振領域におけるｘ方向位置ｘｂからｘ方向位置ｘｅまでの領域及びｘ方向位置ｘｆからｘ方向位置ｘｃまでの領域において、ｘ方向位置ｘｅからｘ方向位置ｘｆまでのレーザ発振領域よりも電流密度が小さい部分が発生する。これは、活性層１０４における電流密度が窓構造部１０８及びコンタクト層１０７が形成された領域で大きくなるものの、ｘ方向位置ｘｂからｘ方向位置ｘｅまでの領域及びｘ方向位置ｘｆからｘ方向位置ｘｃまでの領域であるレーザ発振領域のコンタクト層非形成領域ではコンタクト層１０７からの電流注入量が減ることで活性層１０４における電流密度が小さくなるためである。この電流密度が小さい部分の活性層媒質利得は、他の電流密度が高い部分よりも利得が小さくなるため、発振しきい値の増大又はしきい値キャリア密度増大によるキャリアオーバーフローに起因する温度特性の悪化などの問題が発生する。場合によっては、利得が０以下、すなわち光吸収領域となり、大幅な特性悪化、微分効率低下などを引き起こすことになる。

【0034】

図１０に、比較例２の半導体レーザ６０のＣＯＤ劣化レベルを示した。横軸は表面側電極後退量Ｌ３であり、縦軸はＣＯＤ劣化レベル［Ｗ］である。図１０では、窓構造部長Ｌｗが１５μｍの場合を示した。図１１には、比較例２の半導体レーザ６０の光出力を評価した結果を示した。光出力の評価条件は、実施の形態１の半導体レーザ５０の評価条件と同じである。横軸は表面側電極後退量Ｌ３であり、縦軸は半導体レーザ６０の光出力［Ｗ］である。特許文献２には、表面側電極後退量Ｌ３は５μｍから５０μｍが好ましいと記載されている。しかし、特許文献２の実施例は、コンタクト層非形成領域に該当する電流非注入領域が形成されているものの、ＧａＮ材料を用いて窓構造部を有しない構造であり、比較例２の半導体レーザ６０の構造と異なっている。比較例２の半導体レーザ６０は、特許文献２の実施例と異なり、表面側電極後退量Ｌ３が１００μｍ以上でないと、ＣＯＤ劣化レベルが増大しない、すなわち改善しないことが分かった。

【0035】

表面側電極後退量Ｌ３が１００μｍ以上でＣＯＤ劣化レベルの改善効果が見られる理由は、図９のように窓構造部１０８を含むレーザ端面付近の電流密度が低くなった結果、発熱が抑制されたためと考えられる。しかしながら、図１１のように、表面側電極後退量Ｌ３が大きくなるほど、光出力が低下することが分かる。これは前述の通り、窓構造部１０８以外のコンタクト層非形成領域（レーザ発振領域のコンタクト層非形成領域）において電流密度が小さくなったためと考えられる。さらに、比較例２の半導体レーザ６０は、コンタクト層非形成領域の部分を流れる電流が、ほぼ全てコンタクト層１０７の端部から供給されることになるため、コンタクト層１０７の端部で電流が集中し、コンタクト層１０７の端部での劣化が発生し易くなるという問題点もある。

【0036】

図１０、図１１に示すように、比較例２の半導体レーザ６０では、ＣＯＤ劣化レベルの向上効果と光出力の低下防止効果とが完全なトレードオフの関係であることが分かる。Ｚｎの拡散などにより形成された窓構造部１０８の抵抗が小さくなるような構造では、窓構造部１０８に電流が流れやすいので、表面側電極後退量Ｌ３を比較的大きくしないとＣＯＤ劣化レベルの改善効果を得ることができず、比較的大きな表面側電極後退量Ｌ３により光出力低下の問題が発生し易いものと考えられる。

【0037】

比較例２の半導体レーザ６０は、比較例１の半導体レーザ６０におけるレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）近傍の電流密度を低減する一例であったが、光出力低下の問題等が発生する。そこで、比較例２の問題点を避けるために、比較例２と異なる方法を考える。例えば、特許６２１０１８６号の実施の形態１では、半導体レーザ及び光導波路が集積された光半導体素子において、レーザ領域及び導波領域に通常形成される裏面側電極に該当するｎ電極の端を、レーザ領域及び導波領域の接合部からレーザ領域側に移動させてｎ電極の領域を縮小することで、レーザ領域の接合部付近における電流密度が低減することが示されている。発明者は、特許６２１０１８６号と同じように、比較例１の半導体レーザ６０においても裏面側電極１１１をレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）から離すことにより、レーザ端面近傍の電流密度を低減する可能性があると考えた。

【0038】

図１２に比較例３の半導体レーザ６０の断面構造を示し、図１３に比較例３の半導体レーザ６０のＣＯＤ劣化レベルを示した。比較例３の半導体レーザ６０は、裏面側電極１１１の端をレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）から内側に移動した裏面側電極１１１を備える点で、比較例１の半導体レーザ６０とは異なる。ｘ方向位置ｘｇは裏面側電極１１１の前端面１１４側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘｈは裏面側電極１１１の後端面１１５側の端のｘ方向位置を示している。裏面側電極１１１の端とレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）との間の長さが裏面側電極後退量Ｌ４である。図１２では、前端面１１４側のみに表面側電極後退量Ｌ３、裏面側電極後退量Ｌ４、窓構造部長Ｌｗを記載したが、後端面１１５側の表面側電極後退量Ｌ３、裏面側電極後退量Ｌ４、窓構造部長Ｌｗは省略した。ｘ方向位置ｘａからｘ方向位置ｘｇまでの長さが裏面側電極後退量Ｌ４であり、ｘ方向位置ｘｈからｘ方向位置ｘｄまでの長さが裏面側電極後退量Ｌ４である。

【0039】

図１３は、表面側電極後退量Ｌ３が１５μｍであり、窓構造部長Ｌｗが１５μｍである場合において、裏面側電極後退量Ｌ４とＣＯＤ劣化レベルとの関係を示したものである。図１３において、横軸は裏面側電極後退量Ｌ４であり、縦軸はＣＯＤ劣化レベル［Ｗ］である。図１３に示すように、裏面側電極後退量Ｌ４を大きくしても、ＣＯＤ劣化レベルはほとんど改善しないことが分かった。これは、コンタクト層１０７の端が窓構造部１０８に近いことから、たとえ裏面側電極１１１の端をレーザ端面から離したとしても、電流が窓構造部１０８に多く流れることが理由である。

【0040】

このように、窓構造部１０８の抵抗が低い場合は、比較例２の半導体レーザ６０で示した表面側電極１１０をレーザ端面から離す方法及び比較例３の半導体レーザ６０で示した裏面側電極１１１をレーザ端面から離す方法のいずれにおいても、半導体レーザの特性を悪化させることなくＣＯＤ劣化レベルを向上させることは困難であることが確認された。

【0041】

実施の形態１の半導体レーザ５０は、図２、図３に示したように、比較例１〜３の半導体レーザ６０と異なり、半導体レーザの特性を悪化させることなくＣＯＤ劣化レベルを向上させることができる。比較例２の半導体レーザ６０では、表面側電極１１０とコンタクト層１０７が接触している部分で最もレーザ端面に近い位置（表面側電流注入位置と呼ぶ）のみをレーザ端面から離した場合は、図１０、図１１のようにＣＯＤ劣化レベルが改善するまで表面側電極後退量Ｌ３を大きくすると光出力が低下するという副作用が発生していた。これに対して、実施の形態１の半導体レーザ５０は、裏面側電極後退量Ｌ２を１２０μｍよりも大きくすると、図２、図３のように表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍより大きい場合には、ＣＯＤ劣化レベルが改善しておりかつ光出力の大幅な低下のない良好な半導体レーザの特性を維持できる。

【0042】

比較例３の半導体レーザ６０は、裏面側電極１１１のみをレーザ端面から離したとしても、図１３のようにＣＯＤ改善効果は見られなかった。これに対して、実施の形態１の半導体レーザ５０は、裏面側電極１１をレーザ端面から離すと共に、表面側電極１０をレーザ端面から離すことすなわち表面側電流注入位置をレーザ端面から離すことで、光出力の大幅な低下のない良好な半導体レーザの特性を維持しながらＣＯＤ改善効果を得ることができる。

【0043】

実施の形態１の半導体レーザ５０が図２、図３の結果を得られる理由を、図４、図５を用いて考察する。図４は実施の形態１の半導体レーザ５０における前端面付近の電流分布を示しており、図５は実施の形態１の半導体レーザ５０における活性層４の位置における電流密度を示している。図５において、横軸はｘ方向位置であり、縦軸は電流密度である。ｘ方向位置ｘ０は前端面１４のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ１は窓構造部８の前端面１４から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ２は絶縁膜９の前端面１４から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ３は裏面側電極１１の前端面１４側の端のｘ方向位置を示している。ｘ方向位置ｘ７は後端面１５のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ６は窓構造部８の後端面１５から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ５は絶縁膜９の後端面１５から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ４は裏面側電極１１の後端面１５側の端のｘ方向位置を示している。

【0044】

表面側電極１０とコンタクト層７とが接触している部分から流れる電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、裏面側電極１１に向かって流れており、裏面側電極１１に近づくに従って共振器の中心方向（ｘ方向位置ｘ３とｘ方向位置ｘ４との中心方向）に流れようとする。このため、窓構造部８に流れる電流Ｉ１は、裏面側電極１１がレーザ端面まである場合（比較例２参照）に比べると少なくなる。これに加えて、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２、ｘ５）が窓構造部８から離れていることで、さらに窓構造部８に流れる電流を低減することができる。図４に示した電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、各ｘ方向位置における電流である。電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、電流値がＩ２＜Ｉ１＜Ｉ３＜Ｉ４になっており、最も電流値の小さい電流Ｉ２の矢印を細くして記載した。

【0045】

実施の形態１の半導体レーザ５０は、表面側電流注入位置および裏面側電極１１の端が同時にレーザ端面から離れていることで、比較例２のように表面側電流注入位置のみがレーザ端面から離れている場合に比べて、ＣＯＤ劣化レベルが改善し始める表面側電極後退量Ｌ１を大幅に小さくすることが可能になる。具体的には、比較例２ではＣＯＤ劣化レベルが改善し始める表面側電極後退量Ｌ３が１００μｍであるのに対して、実施の形態１の半導体レーザ５０では、表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍ超から２５μｍの間でＣＯＤ劣化レベルが改善し始める。その結果、図５に示すように、実施の形態１の半導体レーザ５０における電流密度特性３１は、窓構造部８以外の活性層領域のうち、電流密度が小さくなる領域の幅、すなわちｘ方向位置ｘ１からｘ方向位置ｘ２までの領域の幅及びｘ方向位置ｘ５からｘ方向位置ｘ６までの領域の幅を小さくすることができる。実施の形態１の半導体レーザ５０は、窓構造部８以外の活性層領域のうち、電流密度が小さくなる領域の幅が小さいので、比較例２の半導体レーザ６０と異なり、光出力低下の悪影響を低減することができる。

【0046】

また、実施の形態１の半導体レーザ５０は、表面側電極後退量Ｌ１を比較例２よりも小さくできること、および裏面側電極１１の端がレーザ端面から離れていることで電流が共振器の中心方向に流れることにより、表面側電流注入位置付近の電流集中は緩和される。これにより、実施の形態１の半導体レーザ５０は、窓構造部活性層４ａの局部発熱が大きく緩和され、局部発熱による内部劣化が発生しにくくなる

【0047】

ここで、裏面側電極後退量Ｌ２については、例えばへき開位置に裏面側電極が掛かることで、へき開の際における裏面側電極の剥離等の問題が出ることを避けるために、レーザ端面から数十μｍ離す場合があるが、これではＣＯＤ改善効果が得られないことが図２の結果から分かる。

【0048】

実施の形態１の半導体レーザ５０では、図１において窓構造部長Ｌｗを１５μｍ、表面側電極後退量Ｌ１を窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長くした例を示しているが、好ましい表面側電極後退量Ｌ１を示す。これまでの実験結果および説明から分かるように、窓構造部８を流れる電流を抑制するためには、表面側電流注入位置を窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１、ｘ６）から１０μｍ以上離すことが好ましい。すなわち、表面側電極後退量Ｌ１は窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長いことが好ましい。したがって、窓構造部長Ｌｗが２５μｍである場合は、表面側電流注入位置は端面から３５μｍ以上とすることが好ましい、すなわち表面側電極後退量Ｌ１は３５μｍ以上とすることが好ましい。

【0049】

また、実施の形態１の半導体レーザ５０における、裏面側電極１１の端位置を決定する裏面側電極後退量Ｌ２は、１２０μｍ以上が好ましいことを示した。しかし、ｎ型のＧａＡｓの半導体基板１の基板厚が厚い場合は、半導体基板１内の横方向抵抗（ｘ方向抵抗）が小さくなる。そのため、ｎ型のＧａＡｓの半導体基板１の基板厚が厚い場合は、裏面側電極１１の端位置を決定する裏面側電極後退量Ｌ２を、裏面側電極後退量Ｌ２と基板厚との比率Ａと同じ比率の長さ以上にすることが好ましい。基板厚をＴとすると、比率ＡはＬ２／Ｔである。実施の形態１の半導体レーザ５０では、半導体基板１の基板厚が１００μｍであり、裏面側電極後退量Ｌ２が１２０μｍ以上であることが好ましいので、比率Ａが１．２、すなわち裏面側電極後退量Ｌ２が基板厚Ｔの１．２倍以上であることが好ましい。例えば、基板厚Ｔを１２０μｍとする場合は、裏面側電極後退量Ｌ２が１４４μｍであり、裏面側電極１１の端（ｘ方向位置ｘ３）はレーザ端面（ｘ方向位置ｘ０）より１４４μｍ以上離れていることが好ましいと言える。

【0050】

なお、レーザ端面の前端面１４および後端面１５の側において、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２、ｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１、ｘ６）よりもレーザ端面から離れている半導体レーザの例を示した。通常の半導体レーザにおいては、前端面１４側からのみ光を取り出すため、前端面１４側を低反射の被覆膜１２でコーティングし、後端面１５側を高反射の被覆膜１３でコーティングすることが一般的であり、これ以外に前端面１４および後端面１５の両端面から光を取り出す場合もある。そこで、半導体レーザのレーザ光の出力値等によっては、半導体レーザのレーザ光が出力される前端面１４又は主にレーザ光を反射させる後端面１５の一方のみにおいて、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２又はｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１又はｘ６）よりもレーザ端面から離れている構成にしても構わない。レーザ端面の前端面１４の側において、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１）よりもレーザ端面から離れている場合には、特性悪化を抑制しながらレーザ端面の前端面１４のＣＯＤ耐性を向上させることができる。また、レーザ端面の後端面１５の側において、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ６）よりもレーザ端面から離れている場合には、特性悪化を抑制しながらレーザ端面の後端面１５のＣＯＤ耐性を向上させることができる。前端面１４の側又は後端面１５の側の一方のみにおいて、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２又はｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１又はｘ６）よりもレーザ端面から離れている構成でも、図２、図３に示した評価結果と同様の結果が得られる。

【0051】

なお、通信用レーザに用いられるＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いた半導体レーザでは、レーザ端面部のエピタキシャル層をエッチングした後に、ＩｎＰ材料などで埋め込むことで、レーザ端面部の導波路（活性層）を無くしてしまう構造を持つものがある（以降、半導体レーザＸ）。このような端面構造を窓構造と呼ぶことがあるが、このような構造の場合、ＩｎＰ埋め込み部の抵抗は、それ以外の部分よりも大きい。つまりＩｎＰ埋め込み部の電流値は、それ以外の部分よりも小さくなる。本願明細書に開示される一例の半導体レーザは、レーザ端面の窓構造部分が他の部分よりも低抵抗である場合に発生する問題を解決する方法を示したものであり、そのような特徴を持たない半導体レーザＸのような構造においては、表面側電極後退量Ｌ１、裏面側電極後退量Ｌ２で決定される表面側電極１０、裏面側電極１１を採用したとしても、本願明細書に開示される一例の半導体レーザの効果を享受できるものではない。

【0052】

以上のように、実施の形態１の半導体レーザ５０は、半導体基板１と、半導体基板１の表面側に第一のクラッド層２を介して形成された活性層４と、活性層４の半導体基板１と反対側である表面側に第二のクラッド層６、コンタクト層７を介して形成された表面側電極１０と、半導体基板１の裏面側に形成された裏面側電極１１と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザである。実施の形態１の半導体レーザ５０は、レーザ光が往復して共振する前端面１４及び後端面１５の側の端面領域に、端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層（窓構造部活性層４ａ）を含む窓構造部８を備えており、コンタクト層７における前端面１４側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層７における後端面１５側の端をコンタクト層後端とし、レーザ光が出力される前端面１４側のコンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）は、前端面１４側の窓構造部８の境界と前端面１４との光往復方向の長さである前端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前端面１４とコンタクト層後端との光往復方向の長さよりも短い長さである。裏面側電極１１における前端面１４側の端と前端面１４との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）は、半導体基板１における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前端面１４と裏面側電極１１における後端面１５側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。実施の形態１の半導体レーザ５０は、このような構成により、コンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）が前端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さであり、裏面側電極１１における前端面１４側の端と前端面１４との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）が半導体基板１の基板厚の１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながら前端面側の窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。

【0053】

また、実施の形態１の半導体レーザ５０は、半導体基板１と、半導体基板１の表面側に第一のクラッド層２を介して形成された活性層４と、活性層４の半導体基板１と反対側である表面側に第二のクラッド層６、コンタクト層７を介して形成された表面側電極１０と、半導体基板１の裏面側に形成された裏面側電極１１と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザである。実施の形態１の半導体レーザ５０は、レーザ光が往復して共振する前端面１４及び後端面１５の側の端面領域に、端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層（窓構造部活性層４ａ）を含む窓構造部８を備えており、コンタクト層７における前端面１４側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層７における後端面１５側の端をコンタクト層後端とし、レーザ光が出力される前端面１４側と反対側のコンタクト層後端と後端面１５とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）は、後端面１５側の窓構造部８の境界と後端面１５との光往復方向の長さである後端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さでかつ後端面１５とコンタクト層前端との光往復方向の長さよりも短い長さである。裏面側電極１１における後端面１５側の端と後端面１５との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）は、半導体基板１における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ後端面１５と裏面側電極１１における前端面１４側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。実施の形態１の半導体レーザ５０は、このような構成により、コンタクト層後端と後端面１５とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）が後端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さであり、裏面側電極１１における後端面１５側の端と後端面１５との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）が半導体基板１の基板厚の１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながら後端面側の窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。

【0054】

実施の形態２．
実施の形態１では、レーザ端面の前端面１４および後端面１５の側において、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２、ｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１、ｘ６）よりもレーザ端面から離れている例を示した。通常の半導体レーザにおいては、前端面１４側からのみ光を取り出すため、前端面１４側を低反射の被覆膜１２でコーティングし、後端面１５側を高反射の被覆膜１３でコーティングすることが一般的である。この場合、ＣＯＤ劣化が先に発生するのは前端面１４側となるので、表面側電流注入位置を窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１）よりもレーザ端面から離すように形成された絶縁膜９を前端面１４側のみに適用してもよい。

【0055】

図１４は、実施の形態２に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。実施の形態２の半導体レーザ５０は、前端面１４側の表面側電極後退量Ｌ１ｆが窓構造部長Ｌｗよりも長く、後端面１５側の表面側電極後退量Ｌ１ｂが窓構造部長Ｌｗと同じである点で、実施の形態１の半導体レーザ５０と異なる。表面側電極後退量Ｌ１ｆはレーザ端面の前端面１４から絶縁膜９の内側の端までの長さであり、表面側電極後退量Ｌ１ｂはレーザ端面の後端面１５から絶縁膜９の内側の端までの長さである。表面側電極後退量Ｌ１ｆは、実施の形態１で説明したように、窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長いことが好ましい。裏面側電極後退量Ｌ２は、実施の形態１で説明したように、半導体基板１の基板厚Ｔの１．２倍であることが好ましい。実施の形態２の半導体レーザ５０は、前端面１４側の表面側電極後退量Ｌ１ｆが窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長く、少なくとも前端面１４側の裏面側電極後退量Ｌ２が半導体基板１の基板厚Ｔの１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながらＣＯＤ耐性を向上させることができる。実施の形態２の半導体レーザ５０は、中央部から前端面１４側の構造が実施の形態１の半導体レーザ５０と同じなので、実施の形態１の半導体レーザ５０と同様の効果を奏する。

【0056】

以上のように、実施の形態２の半導体レーザ５０は、半導体基板１と、半導体基板１の表面側に第一のクラッド層２を介して形成された活性層４と、活性層４の半導体基板１と反対側である表面側に第二のクラッド層６、コンタクト層７を介して形成された表面側電極１０と、半導体基板１の裏面側に形成された裏面側電極１１と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザである。実施の形態２の半導体レーザ５０は、レーザ光が往復して共振する前端面１４及び後端面１５の側の端面領域に、端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層（窓構造部活性層４ａ）を含む窓構造部８を備えており、コンタクト層７における前端面１４側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層７における後端面１５側の端をコンタクト層後端とし、レーザ光が出力される前端面１４側のコンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）は、前端面１４側の窓構造部８の境界と前端面１４との光往復方向の長さである前端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前端面１４とコンタクト層後端との光往復方向の長さよりも短い長さであり、コンタクト層後端と後端面１５との光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）は、後端面１５側の窓構造部８の境界と後端面１５との光往復方向の長さである後端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）以上の長さでかつ後端面１５とコンタクト層前端との光往復方向の長さよりも短い長さである。裏面側電極１１における前端面１４側の端と前端面１４との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）は、半導体基板１における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前端面１４と裏面側電極１１における後端面１５側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。実施の形態２の半導体レーザ５０は、このような構成により、コンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）が前端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さであり、コンタクト層後端と後端面１５との光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）が後端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）以上の長さであり、裏面側電極１１における前端面１４側の端と前端面１４との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）が半導体基板１の基板厚の１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながらＣＯＤ耐性を向上させることができる。

【0057】

実施の形態３．
実施の形態１及び２は、半導体基板１がｎ型の半導体基板で、アンドープの第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５を挟んだ半導体基板１と逆側の半導体層がｐ型の半導体層である構造の例を示した。しかし、これとは逆に半導体基板１がｐ型の半導体基板で、アンドープの第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５を挟んだ半導体基板１と逆側の半導体層がｎ型の半導体層であってもよい。この場合も、特性悪化を抑制しながら少なくとも一方のレーザ端面側における窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。

【0058】

図１５は、実施の形態３に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。実施の形態３の半導体レーザ５０は、アンドープの第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５を挟んでいる半導体材料の導電型が反転している点で、実施の形態１の半導体レーザ５０と異なる。実施の形態３の半導体レーザ５０はｐ型のＧａＡｓの半導体基板４１を有しており、この半導体基板４１の表面には、ｐ型のＡｌＩｎＰからなる第一のクラッド層４２が半導体基板４１に直接接合するように形成されている。この第一のクラッド層４２の表面（半導体基板４１と反対側の面）には、アンドープのＡｌＩｎＰからなる第一の光ガイド層３が形成されており、第一の光ガイド層３の表面にはアンドープのＧａＩｎＰからなる活性層４が形成されている。活性層４の表面にはアンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる第二の光ガイド層５が形成されている。第二の光ガイド層５の表面にはｎ型のＡｌＩｎＰからなる第二のクラッド層４６が形成されており、さらに第二のクラッド層４６の表面にはｎ型のＧａＡｓからなるコンタクト層４７が形成されている。第一のクラッド層４２、第一の光ガイド層３、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層４６は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されている。

【0059】

半導体基板４１の厚さ（基板厚）は、例えば１００μｍである。第一のクラッド層４２の厚さは１．０μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０×１０^１８ｃｍ^−３程度である。第一の光ガイド層３および第二の光ガイド層５の厚さは０．１μｍ程度であり、活性層４の厚さは８〜２０ｎｍ程度である。第二のクラッド層４６の厚さは１．０μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０×１０^１８ｃｍ^−３程度である。コンタクト層４７の厚さは０．０２μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０〜２．０×１０^１９ｃｍ^−３程度である。この他の構成は、実施の形態１の半導体レーザ５０と同じである。

【0060】

実施の形態３の半導体レーザ５０は、半導体材料の導電型が異なっているが、その他は実施の形態１の半導体レーザ５０と同じ構造を備えているので、実施の形態１の半導体レーザ５０と同様の効果を奏する。なお、図１５では、実施の形態１の半導体レーザ５０と同じ構造の例を示した。しかし、図１４に示した実施の形態２の半導体レーザ５０の構造において、半導体材料の導電型を反転させてもよい。

【0061】

実施の形態４．
実施の形態１〜３では、Ｚｎの拡散を用いた窓構造部８の例を示した。Ｚｎの拡散を用いた窓構造部８は窓構造部８より内側の部分よりも低抵抗なので、窓構造部８はＺｎの拡散を用いた窓構造に限らず、低抵抗であればよい。図１６は、実施の形態４に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。実施の形態４の半導体レーザ５０は、窓構造部がＳｉ注入を用いるなどにより窓構造部以外の領域よりも低抵抗である窓構造部４８を備えている点で、実施の形態１の半導体レーザ５０と異なる。窓構造部４８を形成する窓構造部形成工程において、コンタクト層７側からＳｉイオン等をイオン注入する。イオン注入によりＳｉイオン等をイオン注入する場合は、注入する領域が開口されたＳｉＯ_２又はＳｉＮなどの絶縁膜を形成した後にイオン注入を行う。イオン注入を行う際に窓構造部４８を形成する領域のコンタクト層７を除去する必要はないが、表面側電極１０を形成する前には窓構造部４８を形成する領域のコンタクト層７は除去されている。窓構造部４８の窓構造部活性層４ａは、Ｓｉが含まれており、前端面１４及び後端面１５の側の端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層である。

【0062】

実施の形態４の半導体レーザ５０は、低抵抗の窓構造部４８における不純物が異なるが、その他は実施の形態１の半導体レーザ５０と同じ構造を備えているので、実施の形態１の半導体レーザ５０と同様の効果を奏する。なお、図１６では、実施の形態１の半導体レーザ５０と同じ構造の例を示した。しかし、低抵抗の窓構造部４８は、実施の形態２及び３の半導体レーザ５０の構造にも適用できる。

【0063】

なお、実施の形態１〜４の半導体レーザ５０は、比較例に示した半導体材料を用いてもよい。比較例に示した半導体材料を用いた実施の形態３の半導体レーザ５０は、アンドープのＧａＩｎＰの活性層を挟んでいる半導体材料の導電型が反転したものである。比較例に示した半導体材料を用いた実施の形態１〜４の半導体レーザ５０は、少なくとも前端面１４側、後端面１５の一方において、表面側電極後退量Ｌ１が窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長く、裏面側電極後退量Ｌ２が半導体基板１の基板厚Ｔの１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながら少なくとも一方のレーザ端面側における窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。

【0064】

なお、実施の形態１〜４では、前端面１４側の窓構造部長Ｌｗが後端面１５側の窓構造部長Ｌｗに等しい例で説明したが、前端面１４側の窓構造部長Ｌｗと後端面１５側の窓構造部長Ｌｗとが異なる長さであってよい。前端面１４側の裏面側電極後退量Ｌ２が後端面１５側の裏面側電極後退量Ｌ２に等しい例で説明したが、前端面１４側の裏面側電極後退量Ｌ２と後端面１５側の裏面側電極後退量Ｌ２とが異なる長さであってよい。また、実施の形態１、３、４では、前端面１４側の表面側電極後退量Ｌ１が後端面１５側の表面側電極後退量Ｌ１に等しい例で説明したが、前端面１４側の表面側電極後退量Ｌ１と後端面１５側の表面側電極後退量Ｌ１とが異なる長さであってよい。

【0065】

なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0066】

１…半導体基板、２…第一のクラッド層、４…活性層、４ａ…窓構造部活性層（低抵抗活性層）、６…第二のクラッド層、７…コンタクト層、８…窓構造部、１０…表面側電極、１１…裏面側電極、１２…被覆膜、１３…被覆膜、１４…前端面、１５…後端面、５０…半導体レーザ、Ｌ１、Ｌ１ｆ、Ｌ１ｂ…表面側電極後退量、Ｌ２…裏面側電極後退量、Ｌｗ…窓構造部長

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】