JP2014165268A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも光取り出し効率の高い半導体レーザ装置を実現する。
【解決手段】 半導体レーザ装置１は、半導体基板７と、半導体基板７の上層に形成されたレーザ部２と、レーザ部２の外側における半導体基板７の上層に形成された、半導体基板７よりキャリア濃度が高濃度の第１コンタクト層１１と、第１コンタクト層１１の上層に形成された光ポンピング部２０と、光ポンピング部２０の外側における第１コンタクト層１１の上層に形成された第１電極９と、光ポンピング部２０の上層に形成された、半導体基板７よりキャリア濃度が高濃度の第２コンタクト層１０と、第２コンタクト層１０の上層に形成された第２電極８を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体レーザ装置に関し、特に光ポンピングを利用した半導体レーザ装置に関する。

半導体レーザ装置として、近年、基板面に垂直な方向に光を取り出す構成の垂直外部共振器面発光レーザ（Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers：以下、「ＶＥＣＳＥＬ」と略記する。）の開発が進められている（例えば、下記特許文献１、非特許文献１参照）。

図７は、特許文献１や非特許文献１に開示された従来のＶＥＣＳＥＬ構造のレーザ装置の模式的断面図である。従来のレーザ装置９０は、半導体基板４０の上面にレーザ部２を備える。このレーザ部２は、ｎ側多層膜反射鏡６、レーザ用発光部４、及びｐ側多層膜反射鏡５を備え、レーザ用発光部４を、一対の反射鏡５及び６が半導体基板４０の面に垂直な方向に挟み込む構成である。

レーザ装置９０は、半導体基板４０のレーザ部２の形成側において、ｐ側多層膜反射鏡５の上層に、高濃度のｐ側コンタクト層５１を介してｐ側電極５２が形成されている。一方、レーザ部２が形成されていない側において、半導体基板４０の面上にｎ側電極５３が形成されている。

レーザ部２の外側には絶縁層２５が形成される。この絶縁層２５は、ｐ側電極５２とｎ側電極５３の間にバイアス電圧が印加された際、発光効率を高めるべく電流をレーザ部２の領域に集中させ、その外側の領域に電流を流さないようにするための電流狭窄層を構成する。そして、この絶縁層２５の周囲をパッシベーション層５５が覆っている。

半導体基板４０に対して、光取り出し方向ｄ１の向きに離間した位置には、外部出力ミラー１４が備えられている。

ｎ側電極５３とｐ側電極５２の間にバイアス電圧を印加することにより、レーザ用発光部４に電流が流れて当該領域が発光する。この光は、外部出力ミラー１４、ｎ側多層膜反射鏡６、及びｐ側多層膜反射鏡５によって形成される共振器で共振され、励起された光がレーザ光１５として外部出力ミラー１４から放出される。

なお、図７に示すレーザ装置９０は、ｎ側電極５３の形成側がレーザ光１５の取り出し面となっているため（取り出し方向ｄ１）、ｎ側電極５３は、光の通路を遮らないような形状となっている。図７のレーザ装置９０は、ｎ側電極５３がドーナツ形状を構成しており、その内側の位置において、半導体基板４０のｎ側電極５３が形成されている側の面上に誘電体層２９が形成されている。誘電体層２９は、共振中の光の損失を抑制するために設けられている。

ｐ側コンタクト層５１は、高濃度（例えば、1×10¹⁸/cm³以上）のキャリアがドープされており、ｐ側電極５２との間のコンタクト抵抗値を下げる役割を果たしている。ここで、同様にｎ側電極５３と半導体基板４０の間の抵抗値を下げるべく、例えば半導体基板４０を高濃度にドープする方法が考えられる。

しかし、一般的に高濃度にドープされた半導体層は、光を多く吸収することが知られている。図７の構成によれば、レーザ部２で生成された光は、半導体基板４０内を介して外部へと取り出される構成である。従って、半導体基板４０を高濃度でドープした場合、レーザ部２で生成された光が半導体基板４０内で吸収されてしまい、取り出し効率が低下するという問題がある。

このような点に鑑み、特許文献１や非特許文献１の構成では、半導体基板４０として、低濃度キャリア（例えば、5×10¹⁶/cm³以上、5×10¹⁷/cm³以下程度）のGaAs基板を採用している。

しかし、半導体基板４０として、このような低濃度のGaAs基板を用いると、半導体基板４０とｎ側電極５３の間のコンタクト抵抗や、半導体基板４０内の抵抗が大きくなる。このため、駆動時にｐ側電極５２とｎ側電極５３の間にバイアス電圧を印加すると高いジュール熱が発生し、これに起因してレーザ装置９０が大きく昇温する。温度が上昇するとレーザ光１５の波長が長波長側にシフトするため、所望の発光波長の光の取り出し効率は低下してしまう。

なお、ｎ側電極５３と半導体基板４０の間の抵抗値を下げるべく、ｎ側電極５３と半導体基板４０の間に高濃度のコンタクト層を形成する方法も考えられる。しかし、この方法を採用した場合、ｎ側電極５３と半導体基板４０の間のコンタクト抵抗値は低下させられるものの、低濃度の半導体基板４０内を電流が通過することには変わりがないため、素子全体の抵抗を低下させることはできない。よって、高いジュール熱が発生してレーザ光１５の波長が長波長側にシフトする点において、上記従来構成と同様の課題を有している。

このような課題を解決する目的で、同一素子内において光励起を行う方法が知られている（例えば、下記特許文献２参照）。光励起を行う場合、レーザ部に対してバイアス電圧を印加するための電極が不要となるため、半導体基板との間のコンタクト抵抗を小さくする必要がない。また、レーザ部が形成された領域において、半導体基板を挟んで電圧を印加することがないため、レーザ部が形成された領域の半導体基板を低抵抗化する必要がない。これにより、低濃度の半導体基板を採用しても、高い光取り出し効率が実現できると考えられていた。

特表２００６−５１１９６６号公報 特表２００９−５２８６８３号公報

Gregory T. Niven, et.al. "Laser lighting revolution - Coming soon to a theater near you- ", December 2010, Optik & Photonik No.4, p34〜p37

特許文献２に開示された半導体レーザ装置は、光ポンピング用発光部で放射された光を、導波体でレーザ用発光部へ案内する。そして、この案内された光によるポンピングにて励起されることで、レーザ用発光部からレーザ光が放射され、このレーザ光が半導体基板を介して外部に取り出される。この構成では、確かに、レーザ部は光ポンピングによる励起がされているが、光ポンピング用発光部は基板を介してバイアス電圧を供給する電気ポンピングによる励起がされている。従って、特許文献２に開示された半導体レーザ装置においても、光ポンピング用発光部に対してバイアス電圧を印加するための電極が半導体基板に設けられている。

特許文献２の構成においても、レーザ用発光部からの光は、半導体基板を介して外部に取り出されるため、光学的損失を低くするためにキャリア濃度を低濃度にする必要がある。この結果、レーザ用発光部と光ポンピング用発光部は、同一の半導体基板上に形成されているため、光ポンピング用発光部に対する電気励起を行うための電極と半導体基板の間のコンタクト抵抗を十分に小さくすることができない。よって、高いジュール熱が発生し、特許文献１の議論と同様の理由により、高い光取り出し効率が実現できない。

また、特許文献２の構成では、光ポンピング用発光部とその導波路がレーザ用発光部の光取り出し方向に形成されているため、ポンピング部を備えたことで共振回路長が長くなる。この結果、共振時における光学的損失が大きくなってしまう。この点も、高い光取り出し効率が実現できない理由となる。

本発明は、上記の点に鑑み、従来よりも光取り出し効率の高い半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体レーザ装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板の上層に形成されたレーザ部と、
前記レーザ部の外側における前記半導体基板の上層に形成された、前記半導体基板よりキャリア濃度が高濃度の第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上層に形成された光ポンピング部と、
前記光ポンピング部の外側における前記第１コンタクト層の上層に形成された第１電極と、
前記光ポンピング部の上層に形成された、前記半導体基板よりキャリア濃度が高濃度の第２コンタクト層と、
前記第２コンタクト層の上層に形成された第２電極を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、光ポンピング部に対してバイアス電圧を印加するための第１電極と第２電極が、共に半導体基板の同一面側に形成される。つまり、半導体基板を挟んでバイアス電圧を印加する構成ではない。そして、光ポンピング部と両電極の間には、それぞれ高濃度のコンタクト層が形成される。このため、半導体基板のキャリア濃度を低濃度又はアンドープとしても、電極とのコンタクト抵抗及び電圧を印加する箇所における素子全体の抵抗を小さくすることができる。

そして、半導体基板を低濃度ドープ又はアンドープにて実現できるため、レーザ部で生成された光が半導体基板を介して外部に取り出される際、当該半導体基板内での光吸収を最小限に抑えることができる。

また、光ポンピング部はレーザ部の外側に配置されるため、レーザ部が構成する共振器内に光ポンピング部が存在することがない。このため、特許文献２のように共振回路長が長くなることで光学的損失が生じるという課題も解消する。

なお、半導体基板のキャリア濃度を、1×10¹⁸/cm³未満、より好ましくは5×10¹⁷/cm³以下とし、第１コンタクト層及び第２コンタクト層のキャリア濃度を1×10¹⁸/cm³以上とするのが好ましい。

上記構成において、前記半導体基板の面に垂直な方向に関し、前記レーザ部に備えられるレーザ用発光部の少なくとも一部の高さ位置を、前記光ポンピング部に備えられる光ポンピング用発光部の高さ位置に一致させるものとしても構わない。

この構成によれば、光ポンピング用発光部で発光した光を、半導体基板の面に平行な方向（ほぼ水平方向）に案内することでレーザ用発光部に導けるので、高効率でレーザ用発光部に導くことができる。

また、上記構成において、前記光ポンピング部が、光ポンピング用発光部と、当該光ポンピング用発光部を前記半導体基板の面に垂直な方向に挟む導波体を有する構成としても構わない。

これにより、光ポンピング用発光部で発光した光が、半導体基板の面に垂直な方向に相互反射するため、半導体基板の面に垂直な方向に放射された光の損失がほとんどなく、高効率でレーザ用発光部に導くことができる。

更に、前記光ポンピング部が、前記光ポンピング用発光部を前記半導体基板の面に平行な方向に挟む一対の光ポンピング用反射鏡を備え、前記光ポンピング用反射鏡に挟まれた領域内で励起された光を前記レーザ用発光部に導く構成としても構わない。

この構成において、光ポンピング部では、前記光ポンピング用発光部で発光した光が、前記半導体基板の面に平行な方向に関して一対の反射鏡内で相互反射することで励起される。この結果、光ポンピング部はポンピング用レーザ部を構成するため、光ポンピング部より前記レーザ部（光ポンピング用レーザ部ではない主レーザ部）に導かれる光の波長範囲を狭くすることができる。これにより、主レーザ部からの所望の波長光の取り出し効率を更に高めることができる。

本発明の半導体レーザ装置によれば、コンタクト抵抗及び素子抵抗を低抵抗にしながらも、光通路を構成する半導体基板のキャリア濃度を低濃度で実現することができるので、従来よりも高い光取り出し効率が実現できる。

第１実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。 レーザ装置の模式的平面図である。 第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 第１実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 第２実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。 第２実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 第２実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。 別実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。 従来のレーザ装置の模式的断面図である。

本発明の半導体レーザ装置（以下、適宜「レーザ装置」と略記する。）につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のレーザ装置の模式的断面図であり、図２は、レーザ装置の模式的平面図である。なお、図７と同一の要素に対しては、同一の符号を付している。また、図２では、説明の都合上、一部の要素の図示を省略している。

（構成）
第１実施形態のレーザ装置１は、半導体基板７、レーザ部２、第１コンタクト層１１、光ポンピング部２０、第１電極９、第２コンタクト層１０及び第２電極８を有する。なお、図１では、光取り出し方向ｄ１は半導体基板７のレーザ部２が形成されている側と反対側であり、半導体基板７とこの方向ｄ１に離間した位置には外部出力ミラー１４が形成される。また、レーザ部２の上面には保護用のパッシベーション層１３ａが、光ポンピング部２０の外側面には保護用のパッシベーション層１３ｂがそれぞれ覆われている。これらのパッシベーション層１３ａ及び１３ｂは、一体のパッシベーション層として形成されていても構わない。なお、以下では、適宜これらのパッシベーション層をまとめて「パッシベーション層１３」と呼ぶことがある。

なお、図２は、半導体基板７上にレーザ装置１が複数配列されている状態を示しており、レーザ装置１からの光取り出し方向は紙面と反対側である。なお、図２では、レーザ装置１が円筒形状で構成されている場合を示しているが、これは一例であって、形状は円筒に限定されるものではない。

半導体基板７は、例えばGaAs基板で構成される。このキャリア濃度は、1×10¹⁸/cm³未満であり、より好ましくは5×10¹⁷/cm³以下である。なお、本実施形態において、半導体基板７をアンドープの基板としても構わない。

レーザ部２は、ｎ側多層膜反射鏡６、レーザ用発光部４、及びｐ側多層膜反射鏡５を備える。図１では、半導体基板７の上面にｎ側多層膜反射鏡６が形成され、その上層にレーザ用発光部４が形成され、その上層にｐ側多層膜反射鏡５が形成される。

レーザ用発光部４は、取り出すレーザ光１５の波長に応じた材料で構成される。例えば、発光波長が0.8μm〜1μmの場合はGaInAs又はAlGaAsなどが用いられる。

ｎ側多層膜反射鏡６及びｐ側多層膜反射鏡５は、所望の波長に対して吸収が少なく、且つ屈折率の異なる２種類の材料が積層されたもの、例えば、GaAs/AlGaAs又はGaAs/AlAsなどが用いられる。また、各反射鏡５，６を構成する各層の厚さは、材料及び波長に応じた厚さとされる。なお、ｐ側多層膜反射鏡５の反射率を99％以上、ｎ側多層膜反射鏡６の反射率を20%以上90%以下の範囲とするのが好ましい。ｎ側多層膜反射鏡６の反射率をｐ側多層膜反射鏡５よりも低くしているのは、レーザ用発光部４からの光が、ｎ側多層膜反射鏡６とｐ側多層膜反射鏡５の間で反射を繰り返すことで励起された後、ｎ側多層膜反射鏡６を通過して外部へと取り出す必要があるためである。

第１コンタクト層１１は、半導体基板７の上層に形成される。なお、第１コンタクト層１１はｎ側のコンタクト層を構成する。ここで、第１コンタクト層１１は、半導体基板７上のレーザ部２の形成領域の外側に形成される。例えば、レーザ部２を筒型として構成した場合、第１コンタクト層１１はその外周領域を上面視で円形状、矩形状などの形状で半導体基板７上に形成される。なお、第１コンタクト層１１は、例えばGaAsで構成され、コンタクト抵抗を小さくするためにSiなどのｎ型不純物が1×10¹⁸/cm³以上の高濃度でドープされている。

光ポンピング部２０は、光ポンピング用発光部３と、これを半導体基板７の面に垂直な方向に挟む一対の導波体１２ａ，１２ｂを有する。なお、以下では、この一対の導波体を「導波体１２」と総称することがある。光ポンピング用発光部３は、ポンピングのためにレーザ用発光部４での光エネルギーより高エネルギーの光を生成すべく、レーザ用発光部４の発光波長よりも発光波長が短くなるような材料、例えば、レーザ用発光部４よりもIn濃度の低いGaInAsで構成される。

一対の導波体１２は、光ポンピング用発光部３からの光を、半導体基板７の面に垂直な方向に相互に反射させる目的で設けられており、光ポンピング用発光部３よりも屈折率の小さい材料で構成される。例えば、導波体１２をAlGaAsで構成し、このうちのAl組成比を調整することで、所望の屈折率を実現することができる。このような構成とすることで、光ポンピング用発光部３からの光を半導体基板７の面に平行な方向に高効率でレーザ用発光部４へと導くことができる。

第２コンタクト層１０は、光ポンピング部２０の上層に形成される。より詳細には、第２コンタクト層１０は、一対の導波体１２のうち、ｐ層側の導波体１２ｂの上面に接触して形成される。第２コンタクト層１０はｐ側のコンタクト層を構成する。第２コンタクト層１０も、第１コンタクト層１１と同様に、例えばGaAsで構成され、コンタクト抵抗を小さくするためにCなどのｐ型不純物が1×10¹⁸/cm³以上の高濃度でドープされている。

第１電極９は、第１コンタクト層１１の上層に形成され、より詳細には、光ポンピング部２０の外側における第１コンタクト層１１の上層に形成される。この第１電極９は、ｎ側の電極を構成する。第１電極９の材料としては、例えば、Ni/Ge/Au/Ni/AuやAu/Ge/Ni/Auなどが利用可能である。

第２電極８は、第２コンタクト層１０の上層に形成され、ｐ側の電極を構成する。第２電極８は第１電極９と同一の材料で形成して構わない。

上記のような構成の下、第１電極９と第２電極８の間にバイアス電圧を印加して、ポンピング用発光部３に電流を流し、発光させる。この光は、上述したように、一対の導波体１２で半導体基板７の面に垂直な方向に相互に反射しながら、レーザ用発光部４へと導かれる。レーザ用発光部４に流入したこの光は、ｐ側多層膜反射鏡５、ｎ側多層膜反射鏡６、及び外部出力ミラー１４にて構成される共振器内を共振しながら励起し、レーザ光１５として外部に取り出される。

ここで、ポンピング用発光部３を励起するための第１電極９と第２電極８は、いずれも半導体基板７の一方の面側に形成されている。このため、第１電極９と第２電極８の間に電圧を印加したとき、第２電極８、第２コンタクト層１０、光ポンピング部２０、第１コンタクト層１１、及び第１電極９をこの順に流れる電流経路が形成される。つまり、バイアス用の電流経路上に半導体基板７が存在しないので、上述したように、この半導体基板７のキャリア濃度を低濃度で実現しても、コンタクト抵抗や素子全体の抵抗が上昇するということがない。よって、高いジュール熱が発生しないので、温度上昇により所望波長の光の取り出し効率が低下するという問題が解消する。

また、レーザ部２からの光は、半導体基板７を通過し、外部出力ミラー１４を介して外部に取り出されるが（レーザ光１５）、上述のように半導体基板７のキャリア濃度を低濃度で実現できるので、この半導体基板７内での光吸収を最小限に抑えることができる。これにより、高い光の取り出し効率が実現される。

なお、図１に示すように、半導体基板７の面に垂直な方向に関し、少なくとも一部のレーザ用発光部４の高さ位置と光ポンピング用発光部３の高さ位置を一致させるのが好ましい。これにより、光ポンピング用発光部３からの光を、ほぼ半導体基板７の面に平行な方向に伝搬させることでレーザ用発光部４に導くことができるので、高い効率でレーザ用発光部４へと光を導ける。レーザ用発光部４と光ポンピング用発光部３の、半導体基板７の面に垂直な方向に関する幅をほぼ同じくし、両者の高さ位置をほぼ完全に一致させるのがより好ましい。これにより、ほとんど損失なく光ポンピング用発光部３からの光をレーザ用発光部４に導くことができる。

なお、図１に示すレーザ装置１は、光ポンピング部２０からの光を用いた光励起による構成であるため、図７に示すレーザ装置９０が備える電流狭窄層としての絶縁層２５は不要となる。

また、上記実施形態では、光ポンピング部２０に対し、第２コンタクト層１０及び第２電極８をｐ側、第１コンタクト層１１及び第１基板９をｎ側として説明したが、ｐ側とｎ側の位置を反転させても構わない。以下の実施形態でも同様である。

（製造方法）
以下、図１に示すレーザ装置１の製造方法の一例につき、図３Ａ〜図３Ｇの各工程断面図を参照して説明する。

（ステップＳ１）
図３Ａに示すように、半導体基板７上に、ｎ側多層膜反射鏡６、レーザ用発光部４、及びｐ側多層膜反射鏡５を下からこの順に結晶成長させる。半導体基板７としては、例えばキャリア濃度が5×10¹⁷/cm³以下のGaAs基板が採用される。

ここで、ｎ側多層膜反射鏡６としては、GaAs/AlGaAs又はGaAs/AlAsなどが用いられ、反射率が20%以上90%以下となるように積層数が設定される。レーザ用発光部４としては、GaInAs又はAlGaAsなどが用いられ、発光波長に応じて採用される材料や組成比が設定される。ｐ側多層膜反射鏡５としては、GaAs/AlGaAs又はGaAs/AlAsなどが用いられ、反射率が99％以上となるように積層数が設定される。なお、積層される膜厚の例としては、ｎ側多層膜反射鏡６が100nm〜2000nm程度、レーザ用発光部４が50nm〜2000nm程度、ｐ側多層膜反射鏡５が1000nm〜5000nm程度である。

（ステップＳ２）
次に、ステップＳ１で成膜された多層構造体を、ウェットエッチング法又はドライエッチング法によりメサ形状に加工する（図３Ｂ参照）。これにより、半導体基板７上にレーザ部２が形成される。

（ステップＳ３）
次に、図３Ｃに示すように、半導体基板７上のレーザ部２の外側領域に、第１コンタクト層１１、ｎ側の導波体１２ａ、光ポンピング用発光部３、ｐ側の導波体１２ｂ、及び第２コンタクト層１０を下からこの順に結晶成長させる。

ここで、第１コンタクト層１１としては、例えばSiなどのｎ型不純物が1×10¹⁸/cm³以上の高濃度でドープされたGaAsが膜厚10nm〜1000nm程度成膜される。また、一対の導波体１２（ｎ側の導波体１２ａ及びｐ側の導波体１２ｂ）としては、例えばAlGaAsが膜厚50nm〜2000nm程度成膜される。光ポンピング用発光部３としては、例えばレーザ用発光部４よりもIn濃度を低くしたGaInAsが膜厚10nm〜2000nm程度成膜される。第２コンタクト層１０としては、例えばCなどのｐ型不純物が1×10¹⁸/cm³以上の高濃度でドープされたGaAsが膜厚10nm〜1000nm程度成膜される。

なお、一対の導波体１２は、光ポンピング用発光部３を構成するGaInAsよりも屈折率が小さくなるように、AlGaAsのAl組成比が決定される。

（ステップＳ４）
次に、図３Ｄに示すように、スパッタ法又はＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理気相成長）法にて、例えばSiNやSiO₂などの絶縁膜を膜厚10nm〜2000nm程度成膜し、パッシベーション層１３ａを形成する。

（ステップＳ５）
次に、レーザ部２の上層に形成されたパッシベーション層１３ａを残して、他の箇所のパッシベーション層１３ａをウェットエッチング又はドライエッチングによりエッチングする。その後、第２コンタクト層１０の上層に、スパッタ法又は真空蒸着法によって例えばAu/Zn/AuやTi/Pt/Auなどの電極材料を膜厚100nm〜3000nm程度成膜して第２電極８を形成する（図３Ｅ参照）。

（ステップＳ６）
次に、ステップＳ５で成膜された多層構造体を、ウェットエッチング法又はドライエッチング法によりメサ形状に加工し、第１コンタクト層１１の上面を露出させる（図３Ｆ参照）。このステップＳ６によって、光ポンピング部２０が形成される。

（ステップＳ７）
次に、所定の箇所にマスクを形成した状態で、スパッタ法又はＰＶＤ法にて、例えばSiNやSiO₂などの絶縁膜を膜厚10nm〜2000nm程度成膜する。これにより、図３Ｇに示すように、光ポンピング部２０の外側面を覆うパッシベーション層１３ｂが形成される。

（ステップＳ８）
次に、図１に示すように、パッシベーション層１３ｂの外側の第１コンタクト層１１の上面に、第１電極９を形成する。具体的には、所定の箇所にマスクを形成した状態で、スパッタ法又は真空蒸着法によって例えばNi/Ge/Au/Ni/AuやAu/Ge/Ni/Auなどの電極材料を膜厚100nm〜3000nm程度成膜する。

なお、上記ステップＳ１〜Ｓ８を経てレーザ装置１を製造する方法は、あくまで一例であり、この方法に限定されるものではない。また、成膜する膜厚の条件や用いられる材料も一例であり、上述した内容に限定されるものではない。

［第２実施形態］
レーザ装置の第２実施形態につき、第１実施形態と異なる箇所のみを説明する。図４は、本実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。なお、模式的平面図は図２と同様である。

（構成）
図４に示すレーザ装置１ａは、第１実施形態のレーザ装置１と比較して、光ポンピング用反射鏡１６及び１７を追加的に備える点が異なる。光ポンピング用反射鏡１６及び１７は、光ポンピング用発光部３を半導体基板７の面に平行な方向に挟むように形成される。この一対の反射鏡１６及び１７は、相互に向かい合う構成とすることで、共振器を形成している。

なお、一対の反射鏡のうち、パッシベーション層１３側に形成された光ポンピング用反射鏡１７の反射率を90％以上、レーザ部２側に形成された光ポンピング用反射鏡１６の反射率を20％以上50％以下の範囲とするのが好ましい。光ポンピング用反射鏡１６の反射率を光ポンピング用反射鏡１７よりも低くしているのは、光ポンピング用発光部３からの光が、一対の反射鏡１６及び１７の間で反射を繰り返すことで励起された後、光ポンピング用反射鏡１６を通過してレーザ部２側へと取り出す必要があるためである。

本実施形態のような構成としたことで、光ポンピング部２０がポンピング用の半導体レーザとして形成される。このため、光ポンピング部２０からレーザ部２に、より詳細には、光ポンピング用発光部３からレーザ用発光部４に導かれる光は、第１実施形態よりも波長範囲が狭く強度の高いレーザ光となる。これにより、レーザ部２から取り出されるレーザ光１５の波長条件に対応した光が、光ポンピング部２０からレーザ部２に導かれるように設計しておくことで、所望波長の光の取り出し効率を更に高めることができる。

（製造方法）
以下、図４に示すレーザ装置１ａの製造方法の一例につき、第１実施形態と異なる箇所のみを説明する。

第１実施形態と同様に、ステップＳ１，Ｓ２を順次実行し、半導体基板７上にレーザ部２を形成する。

（ステップＳ２Ａ）
次に、図５Ａに示すように、レーザ部２の外側面を覆うように光ポンピング用反射鏡１６を形成する。より具体的には、GaAs/AlGaAs、GaAs/AlAs、ZrO₂/SiO₂、又はMgO/SiO₂などをスパッタ法又はＰＶＤ法によって、膜厚100nm〜2000nm程度成膜する。なお、光ポンピング用反射鏡１６の反射率が20％以上50％以下となるように成膜される積層数が設定される。

その後、第１実施形態と同様に、ステップＳ３〜Ｓ６を順次実行し、光ポンピング部２０を形成する。

（ステップＳ６Ａ）
次に、図５Ｂに示すように、光ポンピング部２０の外側面を覆うように光ポンピング用反射鏡１７を形成する。より具体的には、GaAs/AlGaAs、GaAs/AlAs、ZrO₂/SiO₂、又はMgO/SiO₂などをスパッタ法又はＰＶＤ法によって、膜厚1000nm〜5000nm程度成膜する。なお、光ポンピング用反射鏡１７の反射率が90％以上となるように成膜される積層数が設定される。

（ステップＳ７）
次に、第１実施形態のステップＳ７と同様に、所定の箇所にマスクを形成した状態で、スパッタ法又はＰＶＤ法にて、例えばSiN又はSiO₂などの絶縁膜を膜厚10nm〜2000nm程度成膜する。これにより、光ポンピング部２０の外側の光ポンピング用反射鏡１７の外側面を覆うパッシベーション層１３ｂが形成される。

その後、第１実施形態と同様に、ステップＳ８を実行し、図４に示すレーザ装置１ａが形成される。

なお、本実施形態においては、光ポンピング用反射鏡１７にパッシベーション層１３ｂの機能を兼ねさせるものとしても構わない。この場合、ステップＳ７は不要となる。

［別実施形態］
図６に示すレーザ装置１ｂのように、図１に示すレーザ装置１に対して、光ポンピング用反射鏡１７を備える構成としても構わない。図４に示すレーザ装置１ａでは、光ポンピング部２０が、光ポンピング用発光部３と、これを進行方向に挟み込む一対の光ポンピング用反射鏡１６，１７を備える構成であったため一種のレーザ装置を形成していた。これに対し、図６の構成では、単にパッシベーション層１３ｂ側に光ポンピング用反射鏡１７を備える構成であるため、レーザ装置としては機能しない。つまり、この反射鏡１７は、光ポンピング用発光部３からパッシベーション層１３ｂに向かって進行した光を反射させて、レーザ用発光部４へと光の向きを変えることを意図して設けられたものである。

レーザ装置１ｂによれば、図１のレーザ装置１よりも強度の高い光を光ポンピング部２０からレーザ部２へと導くことができる。

１，１ａ，１ｂ ： 半導体レーザ装置
２ ： レーザ部
３ ： 光ポンピング用発光部
４ ： レーザ用発光部
５ ： ｐ側多層膜反射鏡
６ ： ｎ側多層膜反射鏡
７ ： 半導体基板
８ ： 第２電極
９ ： 第１電極
１０ ： 第２コンタクト層
１１ ： 第１コンタクト層
１２（１２ａ，１２ｂ） ： 導波体
１３（１３ａ，１３ｂ） ： パッシベーション層
１４ ： 外部出力ミラー
１５ ： レーザ光
１６，１７ ： 光ポンピング用反射鏡
２０ ： 光ポンピング部
２５ ： 電流狭窄用の絶縁層
２９ ： 誘電体層
４０ ： 半導体基板
５１ ： ｐ側コンタクト層
５２ ： ｐ側電極
５３ ： ｎ側電極
５４ ： 開口部
５５ ： パッシベーション層
９０ ： 従来のＶＥＣＳＥＬ構造のレーザ装置
ｄ１ ： レーザ光の取り出し方向

Claims (4)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の上層に形成されたレーザ部と、
   前記レーザ部の外側における前記半導体基板の上層に形成された、前記半導体基板よりキャリア濃度が高濃度の第１コンタクト層と、
   前記第１コンタクト層の上層に形成された光ポンピング部と、
   前記光ポンピング部の外側における前記第１コンタクト層の上層に形成された第１電極と、
   前記光ポンピング部の上層に形成された、前記半導体基板よりキャリア濃度が高濃度の第２コンタクト層と、
   前記第２コンタクト層の上層に形成された第２電極を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記レーザ部はレーザ用発光部を備え、
   前記光ポンピング部は光ポンピング用発光部を備え、
   前記半導体基板の面に垂直な方向に関し、少なくとも一部の前記レーザ用発光部の高さ位置と前記光ポンピング用発光部の高さ位置が一致していることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記光ポンピング部は、光ポンピング用発光部と、当該光ポンピング用発光部を前記半導体基板の面に垂直な方向に挟む導波体を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記光ポンピング部は、前記光ポンピング用発光部を前記半導体基板の面に平行な方向に挟む一対の光ポンピング用反射鏡を備え、前記光ポンピング用反射鏡に挟まれた領域内で励起された光を前記レーザ用発光部に導く構成であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。

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