JP2015041627A

JP2015041627A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2015041627A
Application number: JP2013170283A
Authority: JP
Inventors: 和典別所; Kazunori Bessho
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2015-03-02
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: JP6098820B2

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提供する。
【解決手段】半導体レーザ装置は、半導体基板上に、第１反射鏡、発光部及び第２反射鏡が順に積層されてなり、第１反射鏡の、発光部の形成側と反対側の面の外縁に位置する第１領域に接触するように形成された第１コンタクト層と、第１反射鏡の、発光部の形成側と反対側の面において、第１領域よりも内側に位置する第２領域に接触するように形成された、第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度の第１不純物拡散領域と、第１コンタクト層と第１不純物拡散領域の境界部分に形成された、絶縁層又は半導体層からなる不純物拡散防止層と、第１反射鏡の外側位置において、底面を第１コンタクト層の上面と接触して形成された第１電極と、第２反射鏡の上層に形成された第２コンタクト層と、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。
【選択図】図１

Description

本発明は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１０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、ｎ側多層膜反射鏡１１、発光部１３、及びｐ側多層膜反射鏡１５を備え、発光部１３を一対の反射鏡１１及び１５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。

また、ｐ側多層膜反射鏡１５の上層には、高濃度のｐ型コンタクト層１７を介してｐ側電極２１が形成されている。一方、発光部１３や一対の反射鏡１１及び１５が形成されていない側において、半導体基板４０の面上にはｎ側電極１９が形成されている。

ｎ側多層膜反射鏡１１、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びｐ型コンタクト層１７の多層構造体の外側には絶縁層２５が形成されている。この絶縁層２５は、ｐ側電極２１とｎ側電極１９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発光部１３を含む上記多層構造体の領域に電流を集中させ、その外側の領域に電流を流さないようにするための高抵抗層（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２７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３が備えられている。

ｐ側電極２１とｎ側電極１９の間にバイアス電圧を印加することにより、発光部１３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３、ｎ側多層膜反射鏡１１、及びｐ側多層膜反射鏡１５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５として外部出力ミラー３から放出される。

なお、図１０に示すレーザ装置９０は、ｎ側電極１９の形成側がレーザ光５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１９は、光の通路を遮らないような形状となっている。図１０のレーザ装置９０は、ｎ側電極１９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１９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型コンタクト層１７は、高濃度（例えば、１×１０^１８／ｃｍ^３以上）の不純物（キャリア）がドープされており、ｐ側電極２１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１９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１０の構成によれば、発光部１３で生成された光は、外部出力ミラー３との間で半導体基板４０内を通過しながら反射を繰り返した後、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、発光部１３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、不純物濃度の低いＧａＡｓ基板（例えば、５×１０^１６／ｃｍ^３以上、５×１０^１７／ｃｍ^３以下程度）を採用している。

特表２００６−５１１９６６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

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１９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２１とｎ側電極１９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５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１９と半導体基板４０の間の抵抗値を下げるべく、ｎ側電極１９と半導体基板４０の間に高濃度のｎ型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１９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５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。

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。

本発明は、半導体基板上に、第１反射鏡、発光部及び第２反射鏡が順に積層されてなる半導体レーザ装置であって、
前記第１反射鏡の、前記発光部の形成側と反対側の面の外縁に位置する第１領域に接触するように形成された第１コンタクト層と、
前記第１反射鏡の、前記発光部の形成側と反対側の面において、前記第１領域よりも内側に位置する第２領域に接触するように形成された、前記第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度の第１不純物拡散領域と、
前記第１コンタクト層と前記第１不純物拡散領域の境界部分に形成された、絶縁層又は半導体層からなる不純物拡散防止層と
前記第１反射鏡の外側位置において、底面を前記第１コンタクト層の上面と接触して形成された第１電極と、
前記第２反射鏡の上層に形成された第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、第１反射鏡は、発光部の形成側と反対側の面において、外縁に位置する第１領域が第１コンタクト層に接触し、第１領域よりも内側に位置する第２領域は、第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度である第１不純物拡散領域に接触している。つまり、発光部から放射された光は、第１反射鏡を介して外部に放射される際、第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度である第１不純物拡散領域を通過することができる。

つまり、第１反射鏡は、外縁部分のみが高濃度の第１コンタクト層と接触し、その内側の領域は低濃度の第１不純物拡散領域と接触する構成となる。よって、例えば外縁部分の厚みを内側に比べてなるべく薄くしておくことで、第１反射鏡から放射される光は、そのほとんどが低濃度の第１不純物拡散領域を通過して外部へと放射される構成にできる。従って、高濃度領域内を通過する光量は、従来構成と比べて大幅に削減されるため、光が吸収される量も大きく抑制される。

そして、第１反射鏡の外縁部分は高濃度の第１コンタクト層と接触しているため、底面が前記第１コンタクト層の上面と接触するように第１電極を形成することで、第１電極と第１コンタクト層の間のコンタクト抵抗は低い値が実現される。また、第１電極と第２電極の間にバイアス電圧を印加した際、第２電極、第２コンタクト層、第２反射鏡、発光部、第１反射鏡、第１コンタクト層、及び第１電極からなる電流経路が形成されるが、この間に低濃度領域を介さない構成とすることができるので、素子全体の抵抗が大きくなることもない。この結果、高いジュール熱が発生して発光波長がシフトすることにより所望の発光波長の光の取り出し効率が低下するという問題も解消する。

つまり、上記の構成によれば、素子の低抵抗化と光の取り出し効率の向上という両者を同時に実現することができる。

なお、上記構成においては、第１コンタクト層及び第１反射鏡をｎ型半導体層とし、第２コンタクト層及び第２反射鏡をｐ型半導体層としても構わないし、逆に、第１コンタクト層及び第１反射鏡をｐ型半導体層とし、第２コンタクト層及び第２反射鏡をｎ型半導体層としても構わない。

具体的な構成例として、前記第１不純物拡散領域を、前記第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度の前記半導体基板の一部で構成し、
前記不純物拡散防止層を、前記第１コンタクト層と前記半導体基板の境界部分に形成することができる。

別の具体的な構成例として、前記半導体基板を前記第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度で形成し、
前記不純物拡散防止層を、前記第１コンタクト層と前記第１不純物拡散領域の境界部分及び前記第１コンタクト層と前記半導体基板の境界部分に形成することができる。

なお、上記構成に加えて、前記発光部及び前記第２反射鏡の外側面に側面を接触して形成された高抵抗層を有し、前記高抵抗層の底面が前記第１反射鏡の上面に接触する構成としても構わない。

この高抵抗層を設けることで、発光に寄与する箇所にのみ電流を供給することができるため、発光効率を高めることができる。更に、上記のように高抵抗層を形成することで、前記第１反射鏡が発光部の径よりも大きく形成されるため、電流経路断面積が増加して電気抵抗が低減する。これにより、更に素子の低抵抗化が実現される。

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、光の通過経路上に高濃度領域をほとんど又は完全に有さない構成と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実施形態の半導体レーザ装置の模式的断面図である。第１実施形態の半導体レーザ装置が搭載された半導体基板と接触するｎ側多層膜反射鏡の面を模式的に図示したものである。第１実施形態の半導体レーザ装置の別の模式的断面図である。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別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。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。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。第３実施形態のレーザ装置の別の模式的断面図である。第３実施形態のレーザ装置の工程断面図の一部である。従来の半導体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る。なお、図１０と同一の要素に対しては、同一の符号を付している。

〈構造〉
第１実施形態のレーザ装置１は、半導体基板１０、ｎ側多層膜反射鏡１１（「第１反射鏡」に対応）、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５（「第２反射鏡」に対応）、ｎ型コンタクト層９（「第１コンタクト層」に対応）、ｐ型コンタクト層１７（「第２コンタクト層」に対応）、ｎ側電極１９（「第１電極」に対応）、ｐ側電極２１（「第２電極」に対応）を有する。

半導体基板１０の面のうち、発光部１３が形成されている側の面（以下「第１面」という。）の上層の一部箇所にはｎ側多層膜反射鏡１１が形成されており、ｎ側多層膜反射鏡１１の上層に発光部１３が形成され、発光部１３の上層にｐ側多層膜反射鏡１５が形成される。ｐ側多層膜反射鏡１５の上層にｐ型コンタクト層１７が形成され、ｐ型コンタクト層１７の上層にｐ側電極２１が形成される。

半導体基板１０の第１面の上層の別の一部箇所には、絶縁層又は半導体層からなる不純物拡散防止層７が形成され、この不純物拡散防止層７の上層にｎ型コンタクト層９が形成されている。

ｎ型コンタクト層９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１×１０^１８／ｃｍ^３以上の高濃度でドープされる。

不純物拡散防止層７は、半導体層で形成される場合にはアンドープ層又は極めて低濃度の不純物拡散層で形成される。具体的には、アンドープのＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰなどによって形成することができる。不純物拡散防止層７は、高濃度で構成されるｎ型コンタクト層９内の不純物（キャリア）が、ｎ型コンタクト層９よりも低濃度で構成される半導体基板１０側に拡散するのを防止する目的で設けられている。

更に、図１に示すレーザ装置１においては、半導体基板１０の面のうち、発光部１３が形成されている側の面と反対側の面（以下「第２面」という。）には、光束が拡散するのを抑制するための光束拡散防止部材１６が形成されている。この光束拡散防止部材１６としては、絶縁層又は金属層で形成される。光束拡散防止部材１６を金属層で形成する場合には、この金属層にハンダ付けを行うことで、レーザ装置１を別の装置面上に固着する用途としても利用可能である。

図１では、光取り出し方向ｄ１は半導体基板１０の発光部１３及び一対の反射鏡１１，１５が形成されている側と反対側（すなわち、第２面側）であり、半導体基板１０とこの方向ｄ１に離間した位置には外部出力ミラー３が形成される。なお、図１０に示すレーザ装置９０と同様に、図１に示すレーザ装置１も電流狭窄用の絶縁層２５、パッシベーション層２７、及び誘電体層２９を備えている。

半導体基板１０は、例えばＧａＡｓ基板で構成される。ここで、本実施形態においては、半導体基板１０は、不純物濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３未満、より好ましくは５×１０^１７／ｃｍ^３以下の低濃度でドープされている。

発光部１３は、取り出すレーザ光５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１１及びｐ側多層膜反射鏡１５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１１，１５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１５の反射率を９９％以上、ｎ側多層膜反射鏡１１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１１の反射率をｐ側多層膜反射鏡１５よりも低くしているのは、発光部１３からの光が、ｎ側多層膜反射鏡１１とｐ側多層膜反射鏡１５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１１を通過して外部へと取り出す必要があるためである。

また、図１に示すように、ｎ側多層膜反射鏡１１は、その底面のうち外縁部分がｎ型コンタクト層９と接触し、内側部分が半導体基板１０と接触するように形成されている。この点については詳細に後述される。

ｐ型コンタクト層１７は、ｐ側多層膜反射鏡１５の上層に形成される。コンタクト層１７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Ｃなどのｐ型不純物が１×１０^１８／ｃｍ^３以上の高濃度でドープされている。

図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１においては、ｎ側電極１９が、ｐ側電極２１と同様に、半導体基板１０の第１面側に形成されている。ｎ側電極１９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。

ｐ側電極２１は、ｐ型コンタクト層１７の上層に形成される。ｐ側電極２１は例えば、Ａｕ／Ｚｎ／ＡｕやＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで構成することができる。また、ｎ側電極１９と同一の材料で形成しても構わない。

図２は、半導体基板１０と接触するｎ側多層膜反射鏡１１の面（底面）を模式的に図示したものである。外縁部分（「第１領域」に対応）１１ａが、半導体基板１０よりも高濃度のｎ型コンタクト層９に接触し、内側部分（「第２領域」に対応）１１ｂがｎ型コンタクト層９よりも低濃度である半導体基板１０に接触している。

図２では、ｎ側多層膜反射鏡１１の底面のハッチングを、当該箇所が接触している層のハッチング（図１参照）と同一のハッチングとしている。すなわち、第１領域１１ａをｎ型コンタクト層９と同一のハッチングとし、第２領域１１ｂを半導体基板１０と同一のハッチングとしている。なお、ｎ側多層膜反射鏡１１の底面のうち、第１領域１１ａと第２領域１１ｂの境界箇所においては、不純物拡散防止層７と接触しているため、かかる箇所は不純物拡散防止層７と同様に、ハッチングを施していない。

なお、本実施形態では、ｎ型多層膜反射鏡１１の底面と接触する位置における半導体基板１０の領域が「第１不純物拡散領域」に対応する。

このような構成の下、ｐ側電極２１とｎ側電極１９の間にバイアス電圧を印加すると、ｐ側電極２１、ｐ型コンタクト層１７、ｐ側多層膜反射鏡１５、発光部１３、ｎ側多層膜反射鏡１１、ｎ型コンタクト層９、及びｎ側電極１９からなる電流経路が形成される。これにより、発光部１３に電流が流れ、当該領域が光を発する。この光は、ｐ側多層膜反射鏡１５、ｎ側多層膜反射鏡１１、及び外部出力ミラー３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５として外部に取り出される。

ｎ側電極１９は高い不純物濃度のｎ型コンタクト層９に接触しているためコンタクト抵抗率は小さくなるので、コンタクト抵抗を小さくできる。また、不純物濃度の高いｎ側コンタクト層９を電流が通過するので電圧降下も小さくできる。さらに、ｐ側電極２１は高濃度のｐ型コンタクト層１７と接触しているので、コンタクト抵抗は低く抑えられる。これらにより素子全体の抵抗は低く抑えられる。これにより、高いジュール熱が発生して、発光波長がシフトし、所望の発光波長の光の取り出し効率が低下するという問題は解消する。

また、発光部１３からの光は、ｎ側多層膜反射鏡１１を介して外部に取り出されるが、ｎ側多層膜反射鏡１１の中央部分は不純物濃度の低い半導体基板１０（第１不純物拡散領域）と接触している。このため、光の大部分がこの低濃度の半導体基板１０内を通過する。これにより、従来構成と比べて半導体基板１０内にて光が吸収される量が大きく抑制される。

なお、ｎ側多層膜反射鏡１１が高濃度のｎ型コンタクト層１９と接触する外縁部分の領域（第１領域）１１ａの面積を、半導体基板１０と接触する内側部分の領域（第２領域）１１ｂの面積よりも十分小さくしておくことで、ほぼ全ての光が低濃度領域、すなわち半導体基板１０内を通過できる。これにより、半導体基板１０内で光が吸収される量を最大限抑制することができる。

また、本実施形態の構成では、低濃度の半導体基板１０と高濃度のｎ型コンタクト層９の境界に不純物拡散防止層７が埋め込まれている。これによりｎ型コンタクト層９から低濃度の半導体基板１０に向かう不純物の拡散が防止できるので、半導体基板１０、より詳細にはｎ側多層膜反射鏡１１の底面の直下に位置する第１不純物拡散領域は低濃度状態が維持され、安定して高い光の取り出し効率が実現される。

なお、図１の構成において、誘電体層２９を備えない構成としても構わない（図３参照）。

また、上記実施形態では、半導体基板１０の光取り出し方向ｄ１側をｎ側、反対側をｐ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４Ａ〜図４Ｊの各工程断面図を参照して説明する。

（ステップＳ１）
図４Ａに示すように、半導体基板１０を準備する。半導体基板１０としては、上述したように、不純物濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３未満、より好ましくは５×１０^１７／ｃｍ^３以下のＧａＡｓ基板を採用することができる。

（ステップＳ２）
図４Ｂに示すように、半導体基板１０の第１面側のうち、レーザ光が通過する経路となる箇所の外周部分に位置する箇所を、ウェットエッチング法又はドライエッチング法によりエッチングして、溝部３１を形成する。

（ステップＳ３）
図４Ｃに示すように、溝部３１が形成された箇所に、ＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰなどで形成される不純物拡散防止層７を、例えば１０００ｎｍ〜１００００ｎｍ程度の膜厚で結晶成長させる。

（ステップＳ４）
図４Ｄに示すように、ステップＳ３で形成した不純物拡散防止層７の一部を、ウェットエッチング法又はドライエッチング法によりエッチングして、溝部３２を形成する。

（ステップＳ５）
図４Ｅに示すように、溝部３２が形成された箇所に、ＧａＡｓなどで形成されるｎ型コンタクト層９を例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の膜厚で結晶成長させる。ｎ型コンタクト層９は、例えば、Ｓｉなどのｎ型不純物が１×１０^１８／ｃｍ^３以上の高濃度でドープされる。

（ステップＳ６）
一部の上面に不純物拡散防止層７及びｎ型コンタクト層９が形成された半導体基板１０の上層に、ｎ側多層膜反射鏡１１、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びｐ型コンタクト層１７を下からこの順に結晶成長させる。

ｎ側多層膜反射鏡１１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。発光部１３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１５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１１が１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度、発光部１３が５０ｎｍ〜２０００ｎｍ程度、ｐ側多層膜反射鏡１５が１０００ｎｍ〜５０００ｎｍ程度である。

また、ｐ型コンタクト層１７としては、例えばＣなどのｐ型不純物が１×１０^１８／ｃｍ^３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。

（ステップＳ７）
ステップＳ６によって形成された、ｎ側多層膜反射鏡１１、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びｐ型コンタクト層１７からなる多層構造体のうち、例えば中央付近の領域をマスクしてイオン注入を行うことにより、電流狭窄層としての絶縁層２５（高抵抗層）を形成する（図４Ｇ参照）。なお、当該箇所を酸化することで絶縁層２５を形成してもよい。

（ステップＳ８）
ステップＳ７で形成された電流狭窄層としての絶縁層２５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４Ｈ参照）。本ステップＳ８によって、ｎ型コンタクト層９の一部上面が露出される。

（ステップＳ９）
図４Ｉ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ＳｉＯ_２などの絶縁材料を膜厚１０ｎｍ〜２０００ｎｍ程度成膜し、パッシベーション層２７を形成する。

（ステップＳ１０）
次に、例えばｐ型コンタクト層１７の上方に係る位置以外をマスクして、ウェットエッチング法又はドライエッチング法により非マスク領域に形成されたパッシベーション層２７を除去する。その後、当該領域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、ｐ側電極２１を形成する。更に、ｎ側コンタクト層９の露出面に、発光部１３が形成されている側と同じ方向から、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程度成膜して、ｎ側電極１９を形成する（図４Ｊ参照）。

（ステップＳ１１）
半導体基板１０の第２面（発光部２が形成されていない側の面）上に、ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、又はＳｉＮＯなどで構成される光学薄膜を、第２面側から、スパッタ法又は真空蒸着法によって膜厚１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度成膜し、誘電体層２９を形成する。その後、レーザ光路に係る位置以外をマスクして、ウェットエッチング法又はドライエッチング法により非マスク領域に形成された誘電体層２９を除去する。

（ステップＳ１２）
スパッタ法又はＰＶＤ法にて、例えばＳｉＮやＳｉＯ_２などの絶縁材料を膜厚１０ｎｍ〜２０００ｎｍ程度成膜し、光束拡散防止部材１６を形成する（図１参照）。なお、本ステップＳ１２では、絶縁材料に代えて、Ａｕなどの接合用金属を蒸着法にて膜厚１００ｎｍ〜５０００ｎｍ程度成膜することで光束拡散防止部材１６を形成しても構わない。

上記ステップＳ１〜Ｓ１２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。以下の実施形態においても同様である。

［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。

〈構造〉
図５は、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１においては、レーザ光路上における半導体基板１０の第１面側の上面に、ｎ型コンタクト層９より不純物濃度の低い不純物拡散領域８が形成されている点が異なる。本実施形態では、この不純物拡散領域８が「第１不純物拡散領域」に対応する。

この構成においても、第１実施形態のレーザ装置１と同様、ｐ側電極２１とｎ側電極１９の間にバイアス電圧を印加すると、ｐ側電極２１、ｐ型コンタクト層１７、ｐ側多層膜反射鏡１５、発光部１３、ｎ側多層膜反射鏡１１、ｎ型コンタクト層９、及びｎ側電極１９からなる電流経路が形成される。これにより、発光部１３に電流が流れ、当該領域が光を発する。この光は、ｐ側多層膜反射鏡１５、ｎ側多層膜反射鏡１１、及び外部出力ミラー３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５として外部に取り出される。

ｎ側電極１９は高い不純物濃度のｎ型コンタクト層９に接触し、ｐ側電極２１は高濃度のｐ型コンタクト層２１と接触しているので、ｎ側電極１９及びｐ側電極２１共に、コンタクト抵抗は低く抑えられる。これらにより素子全体の抵抗は低く抑えられる。これにより、高いジュール熱が発生して、発光波長がシフトし、所望の発光波長の光の取り出し効率が低下するという問題は解消する。

また、発光部１３からの光は、ｎ側多層膜反射鏡１１を介して外部に取り出されるが、ｎ側多層膜反射鏡１１の中央部分は不純物濃度の低い不純物拡散領域８（第１不純物拡散領域）と接触している。このため、光の大部分がこの低濃度の不純物拡散領域８及び半導体基板１０内を通過する。これにより、従来構成と比べて半導体基板１０内にて光が吸収される量が大きく抑制される。

なお、図６に示すように、不純物拡散領域８の一部が、更に不純物拡散防止層７の底面に接触する位置にも形成されていても構わない。

〈製造方法〉
以下、図５に示すレーザ装置１の製造方法につき、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、半導体基板１０を準備する（ステップＳ１）。

（ステップＳ２Ａ）
半導体基板１０上のうち、レーザ光路となる位置には、不純物濃度の低い不純物拡散領域８を、その外周位置には不純物拡散防止層７を、それぞれ例えば１０００ｎｍ〜１００００ｎｍ程度の膜厚で結晶成長させる。なお、不純物拡散領域８は、不純物濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３未満、より好ましくは５×１０^１７／ｃｍ^３以下のＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰで形成し、不純物拡散防止層７は、アンドープのＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰで形成することができる（図７Ａ参照）。

以下は、第１実施形態のステップＳ４と同様に、不純物拡散防止層７の一部を、ウェットエッチング法又はドライエッチング法によりエッチングして、溝部３２を形成する（図７Ｂ参照）。そして、第１実施形態のステップＳ５と同様に、溝部３２が形成された箇所に、ＧａＡｓなどで形成されるｎ型コンタクト層９を例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の膜厚で結晶成長させる（図７Ｃ参照）。

これ以後は、第１実施形態のステップＳ６〜Ｓ１２と同様の工程を経て、図５に示すレーザ装置１が形成される。

次に、図６に示すレーザ装置１の製造方法につき、第１実施形態と異なる箇所のみを説明する。

（ステップＳ２Ｂ）
半導体基板１０上に不純物濃度の低い不純物拡散領域８を結晶成長させる。このとき、レーザ光路となる位置の成長膜厚をその外周の位置よりも厚膜とする（図７Ｄ参照）。

（ステップＳ３Ｂ）
ステップＳ２Ｂにおいて薄膜で形成された不純物拡散領域８の上面に、不純物拡散防止層７を例えば１０００ｎｍ〜１００００ｎｍ程度の膜厚で結晶成長させる。

以下は、第１実施形態のステップＳ４と同様に、不純物拡散防止層７の一部を、ウェットエッチング法又はドライエッチング法によりエッチングして、溝部３２を形成する（図７Ｅ参照）。そして、第１実施形態のステップＳ５と同様に、溝部３２が形成された箇所に、ＧａＡｓなどで形成されるｎ型コンタクト層９を例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の膜厚で結晶成長させる（図７Ｆ参照）。

これ以後は、第１実施形態のステップＳ６〜Ｓ１２と同様の工程を経て、図６に示すレーザ装置１が形成される。

［第３実施形態］
レーザ装置の第３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。

〈構造〉
図８は、第３実施形態のレーザ装置の模式的断面図である。第３実施形態のレーザ装置１においては、ｎ側多層膜反射鏡１１を、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びｐ型コンタクト層１７よりも形成面積を拡げている。そして、ｎ側多層膜反射鏡１１の上面は電流狭窄層としての絶縁層２５（「高抵抗層」に対応）と接触し、底面の一部がｎ型コンタクト層９と接触している。すなわち、電流狭窄層としての絶縁層２５は、発光部１３及びｐ型多層膜反射鏡１５の外側位置に形成されている。そして、絶縁層２５の側面が発光部１３及びｐ型多層膜反射鏡１５の外側面と接触し、絶縁層２５の底面がｎ側多層膜反射鏡１１の上面と接触している。

かかる構成とした場合であっても、第１実施形態のレーザ装置１と同様の理由により、素子抵抗の低減化と光取り出し効率の向上の両立を図ることができる。なお、図８に示すような構成としたことで、ｎ側多層膜反射鏡１１が発光部１３の径よりも大きく形成されるため、第１実施形態のレーザ装置１と比べて電流経路の断面積が増加し、電気抵抗が低減する。これにより、更に素子の低抵抗化が実現される。

なお、第２実施形態で上述した図５又は図６に示すレーザ装置１に対して、ｎ側多層膜反射鏡１１を、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びｐ型コンタクト層１７よりも形成面積を拡げた構成としても構わない。

〈製造方法〉
以下、図８に示すレーザ装置１の製造方法につき、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〜Ｓ６を順次実行する。

（ステップＳ７Ａ）
ステップＳ７と同様に、ステップＳ６によって形成された、ｎ側多層膜反射鏡１１、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びｐ型コンタクト層１７からなる多層構造体のうち、例えば中央付近の領域をマスクしてイオン注入を行うことにより、電流狭窄層としての絶縁層２５（高抵抗層）を形成する。このとき、イオン注入エネルギーを調整することで、ｎ側多層膜反射鏡１１の形成箇所にはイオン注入を行わず、発光部１３、ｐ側多層膜反射鏡１５及びｐ型コンタクト層１７の形成箇所にのみイオン注入を行う（図９参照）。なお、当該箇所を酸化することで絶縁層２５を形成してもよい。

これ以後は、第１実施形態のステップＳ８〜Ｓ１２と同様の工程を経て、図８に示すレーザ装置１が形成される。

１：半導体レーザ装置
３：外部出力ミラー
５：レーザ光
７：不純物拡散防止層
９：ｎ型コンタクト層（第１コンタクト層）
１０：半導体基板
１１：ｎ側多層膜反射鏡（第１反射鏡）
１１ａ：ｎ側多層膜反射鏡の外縁部分（第１領域）
１１ｂ：ｎ側多層膜反射鏡の内側部分（第２領域）
１３：発光部
１５：ｐ側多層膜反射鏡（第２反射鏡）
１６：光束拡散防止部材
１７：ｐ型コンタクト層（第２コンタクト層）
１９：ｎ側電極（第１電極）
２１：ｐ側電極（第２電極）
２５：電流狭窄層としての絶縁層
２７：パッシベーション層
２９：誘電体層
３１：溝部
３２：溝部
４０：半導体基板
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

半導体基板上に、第１反射鏡、発光部及び第２反射鏡が順に積層されてなる半導体レーザ装置であって、
前記第１反射鏡の、前記発光部の形成側と反対側の面の外縁に位置する第１領域に接触するように形成された第１コンタクト層と、
前記第１反射鏡の、前記発光部の形成側と反対側の面において、前記第１領域よりも内側に位置する第２領域に接触するように形成された、前記第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度の第１不純物拡散領域と、
前記第１コンタクト層と前記第１不純物拡散領域の境界部分に形成された、絶縁層又は半導体層からなる不純物拡散防止層と
前記第１反射鏡の外側位置において、底面を前記第１コンタクト層の上面と接触して形成された第１電極と、
前記第２反射鏡の上層に形成された第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。
前記第１不純物拡散領域は、前記第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度の前記半導体基板の一部で構成され、
前記不純物拡散防止層は、前記第１コンタクト層と前記半導体基板の境界部分に形成され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。
前記半導体基板は、前記第１コンタクト層よりも不純物濃度が低濃度であり、
前記不純物拡散防止層は、前記第１コンタクト層と前記第１不純物拡散領域の境界部分及び前記第１コンタクト層と前記半導体基板の境界部分に形成され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。
前記発光部及び前記第２反射鏡の外側面に側面を接触して形成された高抵抗層を有し、前記高抵抗層の底面が前記第１反射鏡の上面に接触する構成であ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。