JP2018152373A - Semiconductor laser - Google Patents

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勝山 造
Tsukuru Katsuyama
造 勝山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser capable of using optical transition of unipolar carriers.SOLUTION: A semiconductor laser comprises: a mesa structure comprising a light-emitting region including a plurality of quantum well structures arranged in a first axis direction crossing a principal surface of a substrate and having an upper surface and a side surface and extending in a waveguide axis direction on the principal surface of the substrate; an upper semiconductor region being provided on the upper surface of the light-emitting region and having first conductivity, and a metal electrode being provided on the side surface of the light-emitting region and extending in the first axis direction. The metal electrode and the light-emitting region are arranged in the waveguide axis direction on the principal surface of the substrate. The metal electrode is electrically connected to the side surface of the light-emitting region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体レーザに関する。   The present invention relates to a semiconductor laser.

特許文献1は、量子カスケードレーザを開示する。   Patent Document 1 discloses a quantum cascade laser.

特開平8―279647号公報JP-A-8-279647

量子カスケードレーザの発光は、多段に配列された発光層を利用した光学カスケーディング(単極性キャリアの縦続的な光学遷移)を利用する。縦続的な光学遷移を可能にするために、縦続的に配列された発光層のエネルギー準位は、外部電圧の印加を利用して隣接した発光層間において合わされる。このような縦続的な光学遷移の利用は、光学利得を高めてサブバンド遷移の波長領域におけるレーザ発振を可能にしている一方で、大きな外部印加電圧を必要とする。量子カスケード半導体レーザにおける発光層の縦続接続は、その動作電電圧を低くすることに対する障害になっている。   The light emission of the quantum cascade laser uses optical cascading (cascading optical transition of unipolar carriers) using light emitting layers arranged in multiple stages. In order to enable cascading optical transitions, the energy levels of the cascading light emitting layers are matched between adjacent light emitting layers using the application of an external voltage. The use of such cascaded optical transitions increases the optical gain to enable laser oscillation in the subband transition wavelength region, while requiring a large externally applied voltage. The cascade connection of the light emitting layers in the quantum cascade laser is an obstacle to lowering the operating voltage.

本発明の一側面は、単極性のキャリアの光学遷移を用いることを可能にする半導体レーザを提供することを目的とする。   One aspect of the present invention aims to provide a semiconductor laser that makes it possible to use optical transitions of unipolar carriers.

本発明の一側面に係る半導体レーザは、基板の主面に交差する第1軸の方向に配列された複数の量子井戸構造を含むと共に上面及び側面を有する発光領域を備え、前記基板の前記主面上において導波路軸の方向に延在するメサ構造と、前記発光領域の前記上面上に設けられ第1導電性を有する上部半導体領域と、前記発光領域の前記側面上に設けられ前記第1軸の方向に延在する金属電極と、を備え、前記金属電極及び前記発光領域は、前記基板の前記主面上において前記導波路軸の方向に配列され、前記金属電極は、前記発光領域の前記側面に電気的に接続されている。   A semiconductor laser according to one aspect of the present invention includes a light emitting region including a plurality of quantum well structures arranged in a direction of a first axis intersecting a main surface of a substrate and having an upper surface and a side surface, A mesa structure extending in the direction of the waveguide axis on the surface; an upper semiconductor region having first conductivity provided on the upper surface of the light emitting region; and the first semiconductor layer provided on the side surface of the light emitting region. A metal electrode extending in a direction of an axis, wherein the metal electrode and the light emitting region are arranged in a direction of the waveguide axis on the main surface of the substrate, and the metal electrode is formed in the light emitting region. It is electrically connected to the side surface.

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。   The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.

以上説明したように、本発明の一側面によれば、単極性のキャリアの光学遷移を用いることを可能にする半導体レーザを提供できる。   As described above, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser that makes it possible to use optical transitions of unipolar carriers.

図1は、本実施形態に係る半導体レーザを模式的に示す図面である。FIG. 1 is a drawing schematically showing a semiconductor laser according to the present embodiment. 図2は、本実施形態に係る半導体レーザを模式的に示す図面である。FIG. 2 is a drawing schematically showing the semiconductor laser according to the present embodiment. 図3は、本実施形態に係る半導体レーザのための発光領域の構造を示す図面である。FIG. 3 is a view showing a structure of a light emitting region for the semiconductor laser according to the present embodiment. 図4は、実施例1に係る量子井戸構造におけるエネルギーレベル及び層構造を模式的に示す図面である。FIG. 4 is a drawing schematically showing an energy level and a layer structure in the quantum well structure according to the first embodiment. 図5は、実施例2に係る量子井戸構造におけるエネルギーレベル及び層構造を模式的に示す図面である。FIG. 5 is a drawing schematically showing an energy level and a layer structure in the quantum well structure according to the second embodiment. 図6は、本実施形態に係る半導体レーザのエミッタ領域から発光領域へのキャリアの供給を模式的に示す図面である。FIG. 6 is a drawing schematically showing the supply of carriers from the emitter region to the light emitting region of the semiconductor laser according to the present embodiment. 図7は、本実施形態に係る半導体レーザのエミッタ領域から発光領域へのキャリアの供給を模式的に示す図面である。FIG. 7 is a drawing schematically showing the supply of carriers from the emitter region to the light emitting region of the semiconductor laser according to the present embodiment. 図8は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 8 is a drawing schematically showing main steps in the method of manufacturing the semiconductor laser according to the present embodiment. 図9は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 9 is a drawing schematically showing main steps in the method of manufacturing the semiconductor laser according to the present embodiment. 図10は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 10 is a drawing schematically showing main steps in the method of manufacturing the semiconductor laser according to the present embodiment. 図11は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 11 is a drawing schematically showing main steps in the method of manufacturing the semiconductor laser according to the present embodiment. 図12は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 12 is a drawing schematically showing main steps in the method of manufacturing the semiconductor laser according to the present embodiment. 図13は、本実施形態に係る半導体レーザを製造する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。FIG. 13 is a drawing schematically showing main steps in the method of manufacturing the semiconductor laser according to the present embodiment.

具体例を説明する。   A specific example will be described.

具体例に係る半導体レーザは、(a)基板の主面に交差する第1軸の方向に配列された複数の量子井戸構造を含むと共に上面及び側面を有する発光領域を備え、前記基板の前記主面上において導波路軸の方向に延在するメサ構造と、(b)前記発光領域の前記上面上に設けられ第1導電性を有する上部半導体領域と、(c)前記発光領域の前記側面上に設けられ前記第1軸の方向に延在する金属電極と、を備え、前記金属電極及び前記発光領域は、前記基板の前記主面上において前記導波路軸の方向に配列され、前記金属電極は、前記発光領域の前記側面に電気的に接続されている。   A semiconductor laser according to a specific example includes: (a) a light emitting region including a plurality of quantum well structures arranged in a direction of a first axis intersecting a main surface of a substrate and having an upper surface and a side surface; A mesa structure extending in the direction of the waveguide axis on the surface; (b) an upper semiconductor region having first conductivity provided on the upper surface of the light emitting region; and (c) on the side surface of the light emitting region. A metal electrode extending in the direction of the first axis, wherein the metal electrode and the light emitting region are arranged in the direction of the waveguide axis on the main surface of the substrate, and the metal electrode Is electrically connected to the side surface of the light emitting region.

半導体レーザによれば、上部半導体領域は、第1導電性を有しており、発光領域は電子・正孔の再結合による発光ではなく、電子及び正孔の一方である単極性キャリアのサブバンド遷移を利用して光を生成する。上部半導体領域は、発光領域の上面を介して発光領域にキャリアを提供する。発明者の知見によれば、発光領域の上面の利用によれば、上部半導体領域からのキャリアが第1軸の方向に配列された複数の量子井戸構造の積層にわたって広がることを可能にする。個々の量子井戸構造内のキャリアは、光学遷移により量子井戸構造内の移動中に光を生成できる。遷移したキャリアは、発光領域の側面を介して金属電極に流れ込む。   According to the semiconductor laser, the upper semiconductor region has the first conductivity, and the light emitting region is not emitted by recombination of electrons and holes, but is a subband of a unipolar carrier that is one of electrons and holes. Light is generated using transitions. The upper semiconductor region provides carriers to the light emitting region through the upper surface of the light emitting region. According to the inventor's knowledge, the use of the upper surface of the light emitting region allows carriers from the upper semiconductor region to spread over a stack of a plurality of quantum well structures arranged in the direction of the first axis. Carriers in individual quantum well structures can generate light during movement in the quantum well structure by optical transitions. The transitioned carrier flows into the metal electrode through the side surface of the light emitting region.

具体例に係る半導体レーザでは、前記量子井戸構造は、第1井戸層、第2井戸層、第1障壁層、及び第2障壁層を含み、前記第1障壁層は前記第1井戸層を前記第2井戸層から隔てており、前記第1井戸層は前記第1障壁層を前記第2障壁層から隔てている。   In the semiconductor laser according to the specific example, the quantum well structure includes a first well layer, a second well layer, a first barrier layer, and a second barrier layer, and the first barrier layer includes the first well layer. The first well layer separates from the second well layer, and the first well layer separates the first barrier layer from the second barrier layer.

この半導体レーザによれば、この量子井戸構造は、上位のエネルギー準位、及び下位のエネルギー準位を単一極性のキャリアに提供することを容易にする。また、この量子井戸構造が、緩和のためのエネルギー準位を更に提供できるときには、緩和のためのエネルギー準位は、上位のエネルギー準位から下位のエネルギー準位に遷移した単極性キャリアが上位のエネルギー準位の緩和時間より小さい時間で緩和することを促進する。   According to this semiconductor laser, this quantum well structure facilitates providing a higher energy level and a lower energy level to carriers of a single polarity. In addition, when this quantum well structure can further provide an energy level for relaxation, the energy level for relaxation is higher for unipolar carriers that have transitioned from an upper energy level to a lower energy level. It promotes relaxation in a time shorter than the energy level relaxation time.

具体例に係る半導体レーザでは、前記発光領域は、前記第1軸の方向に配列された複数の単位セルを含み、前記単位セルは、前記第1井戸層、前記第2井戸層、前記第1障壁層、及び前記第2障壁層を含み、前記第1障壁層の厚さは前記第2障壁層の厚さより小さい。   In the semiconductor laser according to the specific example, the light emitting region includes a plurality of unit cells arranged in the direction of the first axis, and the unit cells include the first well layer, the second well layer, and the first well layer. The first barrier layer includes a barrier layer and the second barrier layer, and the thickness of the first barrier layer is smaller than the thickness of the second barrier layer.

この半導体レーザによれば、第1障壁層の厚さは第2障壁層の厚さより小さいので、単位セル内の第1井戸層及び第2井戸層が、当該単位セル内の第2障壁層により隔てられる他の井戸層に比べてより密に結合する。   According to this semiconductor laser, since the thickness of the first barrier layer is smaller than the thickness of the second barrier layer, the first well layer and the second well layer in the unit cell are separated by the second barrier layer in the unit cell. It is more tightly coupled than other well layers that are separated.

具体例に係る半導体レーザでは、前記量子井戸構造は、前記第1軸の方向に交差する平面に沿って延在する障壁層を含み、前記障壁層の一部又は全部に、ドーパントが添加されている。   In the semiconductor laser according to the specific example, the quantum well structure includes a barrier layer extending along a plane intersecting the direction of the first axis, and a dopant is added to a part or all of the barrier layer. Yes.

この半導体レーザによれば、ドープされた障壁層は、井戸層への注入のために有用である。   According to this semiconductor laser, the doped barrier layer is useful for implantation into the well layer.

具体例に係る半導体レーザは、前記上部半導体領域に接触を成すエミッタ電極と、前記発光領域の前記上面上に設けられ開口を有する高比抵抗層と、を更に備え、前記上部半導体領域は、前記高比抵抗層の前記開口を介して前記発光領域に接触を成し、前記上部半導体領域は、前記高比抵抗層に到達する開口を有し、前記金属電極は、前記上部半導体領域の側面上に設けられる。   The semiconductor laser according to a specific example further includes an emitter electrode that is in contact with the upper semiconductor region, and a high resistivity layer provided on the upper surface of the light emitting region and having an opening, and the upper semiconductor region includes the The light emitting region is contacted through the opening of the high resistivity layer, the upper semiconductor region has an opening reaching the high resistivity layer, and the metal electrode is on a side surface of the upper semiconductor region. Provided.

この半導体レーザによれば、金属電極は、発光領域の側面と上部半導体領域の側面との境界を越えて発光領域の側面から上部半導体領域の側面に延在でき、発光領域からキャリアを受け入れることができる。上部半導体領域の開口は、金属電極をエミッタ電極から絶縁することを可能にする。   According to this semiconductor laser, the metal electrode can extend from the side surface of the light emitting region to the side surface of the upper semiconductor region beyond the boundary between the side surface of the light emitting region and the side surface of the upper semiconductor region, and can accept carriers from the light emitting region. it can. The opening in the upper semiconductor region allows the metal electrode to be isolated from the emitter electrode.

具体例に係る半導体レーザは、前記基板の裏面上に設けられた裏面電極を更に備え、前記基板は導電性を有し、前記金属電極は、前記基板に電気的に接続される。   The semiconductor laser according to the specific example further includes a back electrode provided on the back surface of the substrate, the substrate has conductivity, and the metal electrode is electrically connected to the substrate.

この半導体レーザによれば、金属電極は、導電性の基板を介して裏面電極に接続される。   According to this semiconductor laser, the metal electrode is connected to the back electrode through the conductive substrate.

具体例に係る半導体レーザは、前記メサ構造の側面を覆う絶縁膜を更に備え、前記絶縁膜は、前記メサ構造の側面上に設けられた開口を有し、前記金属電極は前記絶縁膜の前記開口を介して前記発光領域の前記側面に接続される。   The semiconductor laser according to a specific example further includes an insulating film covering a side surface of the mesa structure, the insulating film has an opening provided on the side surface of the mesa structure, and the metal electrode It connects to the said side surface of the said light emission area | region through opening.

この半導体レーザによれば、メサ構造の側面を覆う絶縁膜は、発光領域の上面を介して発光領域に提供されたキャリアを導波路軸の方向に導くと共に、メサ構造を導波する光をガイドする。   According to this semiconductor laser, the insulating film covering the side surface of the mesa structure guides the carrier provided to the light emitting region through the upper surface of the light emitting region in the direction of the waveguide axis and guides the light guided through the mesa structure. To do.

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。   The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、本実施形態に係る半導体レーザ11a(11)を模式的に示す図面である。図1の(a)部は、半導体レーザ11a(11)を示す平面図であり、図1の(b)部は、図1の(a)部に示されたIb−Ib線に沿ってとられた断面を示す図面である。図1の(c)部は、図1の(a)部に示されたIc−Ic線に沿ってとられた断面を示す図面である。図2は、本実施形態に係る半導体レーザ11b(11)を模式的に示す図面である。図2の(a)部は、半導体レーザ11b(11)を示す平面図であり、図2の(b)部は、図2の(a)部に示されたIIb−IIb線に沿ってとられた断面を示す図面である。図2の(c)部は、図2の(a)部に示されたIIc−IIc線に沿ってとられた断面を示す図面である。図1及び図2には、理解を容易にするために、座標系Sが示される。図3は、本実施形態に係る半導体レーザのための発光領域の構造を示す図面である。半導体レーザは、例えばファブリペロ−型又は分布帰還型を有することができる。   FIG. 1 is a drawing schematically showing a semiconductor laser 11a (11) according to the present embodiment. 1 (a) is a plan view showing the semiconductor laser 11a (11), and FIG. 1 (b) is taken along the line Ib-Ib shown in FIG. 1 (a). It is drawing which shows the obtained cross section. (C) part of FIG. 1 is drawing which shows the cross section taken along the Ic-Ic line | wire shown by the (a) part of FIG. FIG. 2 is a drawing schematically showing the semiconductor laser 11b (11) according to the present embodiment. 2 (a) is a plan view showing the semiconductor laser 11b (11), and FIG. 2 (b) is taken along the line IIb-IIb shown in FIG. 2 (a). It is drawing which shows the obtained cross section. Part (c) of FIG. 2 is a drawing showing a cross section taken along line IIc-IIc shown in part (a) of FIG. A coordinate system S is shown in FIGS. 1 and 2 for easy understanding. FIG. 3 is a view showing a structure of a light emitting region for the semiconductor laser according to the present embodiment. The semiconductor laser can have, for example, a Fabry-Perot type or a distributed feedback type.

図1及び図2を参照すると、本実施形態に係る半導体レーザ11(11a、11b)は、基板13と、発光領域15と、エミッタ領域17と、金属電極19とを備える。基板13は主面13aを有する。発光領域15は、基板13の主面13a上に設けられる。発光領域15は、図1及び図2に示されるように、複数の量子井戸構造21を含み、量子井戸構造21の各々は、基板13の主面13a上に設けられる。具体的には、量子井戸構造21は、図3に示されるように、量子井戸構造21のための単位セル15aを含む。発光領域15における複数の単位セル15aは、主面13aに交差する第1軸Ax1(本実施例では、座標系SのY軸)の方向に配列される。具体的には、量子井戸構造21は、井戸層及び障壁層といった複数の半導体層(21a、21b、21c、21d)を有する。これらの半導体層(21a〜21d)は、主面13aに交差する第1軸Ax1の方向に配列される。   Referring to FIGS. 1 and 2, the semiconductor laser 11 (11 a, 11 b) according to the present embodiment includes a substrate 13, a light emitting region 15, an emitter region 17, and a metal electrode 19. The substrate 13 has a main surface 13a. The light emitting region 15 is provided on the main surface 13 a of the substrate 13. As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting region 15 includes a plurality of quantum well structures 21, and each of the quantum well structures 21 is provided on the main surface 13 a of the substrate 13. Specifically, the quantum well structure 21 includes a unit cell 15a for the quantum well structure 21, as shown in FIG. The plurality of unit cells 15a in the light emitting region 15 are arranged in the direction of the first axis Ax1 (in this embodiment, the Y axis of the coordinate system S) intersecting the main surface 13a. Specifically, the quantum well structure 21 has a plurality of semiconductor layers (21a, 21b, 21c, 21d) such as a well layer and a barrier layer. These semiconductor layers (21a to 21d) are arranged in the direction of the first axis Ax1 intersecting the main surface 13a.

主面13aは、第1エリア13b、第2エリア13c及び一又は複数の第3エリア13dを含む。第1エリア13b及び第3エリア13dは、第1軸Ax1に交差する第2軸Ax2(座標系SのX軸)の方向に配列される。第2エリア13cは、第1エリア13b及び第3エリア13dに隣接して第2軸Ax2の方向に延在する。第1エリア13b及び第3エリア13dは、第1軸Ax1及び第2軸Ax2に交差する第3軸Ax3(座標系SのZ軸)の方向に第2エリア13cの一辺から延在する。本実施例では、主面13aの第1エリア13bは2つの第3エリア13d間に設けられ、これらの第3エリア13dは第1エリア13bに沿って延在する。   The main surface 13a includes a first area 13b, a second area 13c, and one or more third areas 13d. The first area 13b and the third area 13d are arranged in the direction of the second axis Ax2 (X axis of the coordinate system S) intersecting the first axis Ax1. The second area 13c extends in the direction of the second axis Ax2 adjacent to the first area 13b and the third area 13d. The first area 13b and the third area 13d extend from one side of the second area 13c in the direction of the third axis Ax3 (Z axis of the coordinate system S) intersecting the first axis Ax1 and the second axis Ax2. In the present embodiment, the first area 13b of the main surface 13a is provided between two third areas 13d, and these third areas 13d extend along the first area 13b.

発光領域15は、第1側面15b、第2側面15c、上面15d、下面15e、第3側面15f及び第4側面15gを有する。具体的には、発光領域15は、主面13a上において出射面及び反射面の一方から他方まで第3軸Ax3の方向に延在する。本実施例では、発光領域15の第1側面15bは、第1エリア13bと第2エリア13cとの境界から第1軸Ax1の方向に延在する。発光領域15の第3側面15f及び第4側面15gは、第1エリア13bと第3エリア13dとの境界から第1軸Ax1の方向に延在する。   The light emitting region 15 includes a first side surface 15b, a second side surface 15c, an upper surface 15d, a lower surface 15e, a third side surface 15f, and a fourth side surface 15g. Specifically, the light emitting region 15 extends in the direction of the third axis Ax3 from one of the emission surface and the reflection surface to the other on the main surface 13a. In this embodiment, the first side surface 15b of the light emitting region 15 extends in the direction of the first axis Ax1 from the boundary between the first area 13b and the second area 13c. The third side surface 15f and the fourth side surface 15g of the light emitting region 15 extend in the direction of the first axis Ax1 from the boundary between the first area 13b and the third area 13d.

エミッタ領域17は、上部半導体領域23を備え、上部半導体領域23は、発光領域15の上面15d上に設けられる。本実施例では、エミッタ領域17の上部半導体領域23は第1導電性を有する。発光領域15及びエミッタ領域17は、基板13の主面13a上において第1軸Ax1の方向に配列され、具体的には、発光領域15は、エミッタ領域17と基板13との間に設けられる。   The emitter region 17 includes an upper semiconductor region 23, and the upper semiconductor region 23 is provided on the upper surface 15 d of the light emitting region 15. In the present embodiment, the upper semiconductor region 23 of the emitter region 17 has the first conductivity. The light emitting region 15 and the emitter region 17 are arranged on the main surface 13 a of the substrate 13 in the direction of the first axis Ax1. Specifically, the light emitting region 15 is provided between the emitter region 17 and the substrate 13.

金属電極19は、発光領域15の第1側面15b上において第1軸Ax1の方向に延在する。金属電極19及び発光領域15は、基板13の主面13a上において導波路軸(第3軸Ax3)の方向に配列される。金属電極19は、発光領域15の第1側面15b上に設けられると共に、発光領域15の第1側面15bに電気的に接続される。本実施例では、金属電極19は、発光領域15の第1側面15bから第2エリア13c上の半導体領域上を延在すると共に、第2エリア13c上の半導体領域に接触を成すことができ、第2エリア13c上の半導体領域は導電性を有することができる。第1エリア13b上においてエミッタ領域17を発光領域15の上面15d上に設けることにより、第2エリア13c上の金属電極19をエミッタ領域17から離すことができる。   The metal electrode 19 extends in the direction of the first axis Ax1 on the first side surface 15b of the light emitting region 15. The metal electrode 19 and the light emitting region 15 are arranged on the main surface 13a of the substrate 13 in the direction of the waveguide axis (third axis Ax3). The metal electrode 19 is provided on the first side surface 15 b of the light emitting region 15 and is electrically connected to the first side surface 15 b of the light emitting region 15. In the present embodiment, the metal electrode 19 extends from the first side surface 15b of the light emitting region 15 over the semiconductor region on the second area 13c and can contact the semiconductor region on the second area 13c. The semiconductor region on the second area 13c can have conductivity. By providing the emitter region 17 on the upper surface 15d of the light emitting region 15 on the first area 13b, the metal electrode 19 on the second area 13c can be separated from the emitter region 17.

エミッタ領域17は、基板13の主面13a上において発光領域15の上面15d上に配置される。エミッタ領域17は、一又は複数の半導体を備えることができる。金属電極19は、第2エリア13c上において発光領域15の第1側面15b上に配置される。発光領域15によって金属電極19に提供されるキャリアの導電型は、エミッタ領域17の半導体によって発光領域15に提供されたキャリアの導電型と同じであって、半導体レーザ11(11a、11b)は、単極性キャリアを利用する。   The emitter region 17 is disposed on the upper surface 15 d of the light emitting region 15 on the main surface 13 a of the substrate 13. The emitter region 17 can comprise one or more semiconductors. The metal electrode 19 is disposed on the first side surface 15b of the light emitting region 15 on the second area 13c. The conductivity type of the carrier provided to the metal electrode 19 by the light emitting region 15 is the same as the conductivity type of the carrier provided to the light emitting region 15 by the semiconductor of the emitter region 17, and the semiconductor laser 11 (11a, 11b) Use a unipolar carrier.

半導体レーザ11(11a、11b)によれば、上部半導体領域23は、第1導電性を有しており、発光領域15は電子・正孔の再結合による発光ではなく、電子及び正孔の一方である単極性キャリアのサブバンド遷移を利用して光を生成する。上部半導体領域23は、発光領域15の上面15dを介して発光領域15にキャリアを提供する。発明者の知見によれば、発光領域15の上面15dの利用によれば、上部半導体領域23からのキャリアが、第1軸Ax1の方向に配列された複数の量子井戸構造21の積層にわたって広がることを可能にする。個々の量子井戸構造21内のキャリアは、量子井戸構造21内の移動中に、光学遷移により光を生成できる。遷移したキャリアは、第1軸Ax1の方向に延在する金属電極19に発光領域15の第1側面15bを介して流れ込む。   According to the semiconductor laser 11 (11a, 11b), the upper semiconductor region 23 has the first conductivity, and the light emitting region 15 is not emitted by recombination of electrons and holes, but one of electrons and holes. The light is generated using the subband transition of the unipolar carrier. The upper semiconductor region 23 provides carriers to the light emitting region 15 through the upper surface 15 d of the light emitting region 15. According to the inventor's knowledge, according to the use of the upper surface 15d of the light emitting region 15, carriers from the upper semiconductor region 23 spread over a stack of a plurality of quantum well structures 21 arranged in the direction of the first axis Ax1. Enable. Carriers in individual quantum well structures 21 can generate light by optical transitions during movement in quantum well structures 21. The transitioned carrier flows into the metal electrode 19 extending in the direction of the first axis Ax1 via the first side surface 15b of the light emitting region 15.

発光領域15及びエミッタ領域17は、基板13の主面13a上において第3軸Ax3の方向に延在し、金属電極19は、第2エリア13c上において発光領域15に沿って第2軸Ax2の方向に延在して、発光領域15の第1側面15bを覆う。エミッタ領域17の半導体の平均屈折率は、発光領域15の平均屈折率より小さく、発光領域15及びエミッタ領域17の配列は、導波路構造を形成する。具体的には、エミッタ領域17は、発光領域15の上面15dに接触を成して、第1導電型のキャリア(電子又は正孔のいずれか一方)を発光領域15に提供する。また、金属電極19は、発光領域15の第1側面15bに接触を成して、第1導電型のキャリア(上記のキャリア)を発光領域15から受ける。発光領域15及び金属電極19は導波路軸の方向に延在して、金属電極19は、発光領域15に係る導波路を伝搬する光を反射できる。この導波路を伝搬した光は、発光領域15の第2側面15cから出射される。   The light emitting region 15 and the emitter region 17 extend in the direction of the third axis Ax3 on the main surface 13a of the substrate 13, and the metal electrode 19 has the second axis Ax2 along the light emitting region 15 on the second area 13c. It extends in the direction and covers the first side surface 15 b of the light emitting region 15. The average refractive index of the semiconductor in the emitter region 17 is smaller than the average refractive index of the light emitting region 15, and the arrangement of the light emitting region 15 and the emitter region 17 forms a waveguide structure. Specifically, the emitter region 17 is in contact with the upper surface 15 d of the light emitting region 15, and provides a first conductivity type carrier (either one of electrons or holes) to the light emitting region 15. The metal electrode 19 is in contact with the first side surface 15 b of the light emitting region 15 and receives the first conductivity type carrier (the carrier) from the light emitting region 15. The light emitting region 15 and the metal electrode 19 extend in the direction of the waveguide axis, and the metal electrode 19 can reflect light propagating through the waveguide related to the light emitting region 15. The light propagating through the waveguide is emitted from the second side surface 15 c of the light emitting region 15.

半導体レーザ11(11a、11b)は、エミッタ領域17上に設けられた第1電極31aを備え、必要な場合には、基板13の裏面13e上に裏面電極31cを設けることができる。第1電極31a及び裏面電極31cは、それぞれ、エミッタ領域17及び金属電極19に電気的に接続されることができ、具体的には、第1電極31a及び裏面電極31cは、それぞれ、エミッタ領域17の第1導電型半導体、及び第1導電型半導体の基板13の裏面13eにオーミック接触を成す。本実施例では、エミッタ領域17は、メサ構造MSに含まれ、メサ構造MS内の発光領域15上を導波路軸の方向に延在する。エミッタ領域17は、コンタクト層28aを搭載すると共に、発光領域15に接触を成す。発光領域15上のエミッタ領域17は、比較的波長の長いレーザ光を伝搬させる発光領域15の上面15dからメサ構造MS上の第1電極31aを隔置できる。   The semiconductor laser 11 (11a, 11b) includes a first electrode 31a provided on the emitter region 17, and a back electrode 31c can be provided on the back surface 13e of the substrate 13 if necessary. The first electrode 31a and the back electrode 31c can be electrically connected to the emitter region 17 and the metal electrode 19, respectively. Specifically, the first electrode 31a and the back electrode 31c can be connected to the emitter region 17 respectively. The first conductive type semiconductor and the back surface 13e of the first conductive type semiconductor substrate 13 are in ohmic contact. In the present embodiment, the emitter region 17 is included in the mesa structure MS and extends on the light emitting region 15 in the mesa structure MS in the direction of the waveguide axis. The emitter region 17 carries the contact layer 28 a and makes contact with the light emitting region 15. The emitter region 17 on the light emitting region 15 can separate the first electrode 31a on the mesa structure MS from the upper surface 15d of the light emitting region 15 that propagates a laser beam having a relatively long wavelength.

金属電極19から第1電極31aを絶縁分離するために、半導体レーザ11(11a、11b)は分離構造25を備えることができ、分離構造25は発光領域15上に設けられる。分離構造25は、第1電極31aから金属電極19への電流経路を発光領域15に制限できる。また、分離構造25は、更に、第1エリア13b上に設けられた電流アパチャー25aを有している。分離構造25の電流アパチャー25aは、発光領域15の第1側面15bから離れた発光領域15の上面15dに、エミッタ領域17からキャリアを供給することを可能にする。   In order to insulate and isolate the first electrode 31 a from the metal electrode 19, the semiconductor laser 11 (11 a, 11 b) can include a separation structure 25, and the separation structure 25 is provided on the light emitting region 15. The separation structure 25 can limit the current path from the first electrode 31 a to the metal electrode 19 to the light emitting region 15. The isolation structure 25 further includes a current aperture 25a provided on the first area 13b. The current aperture 25a of the separation structure 25 makes it possible to supply carriers from the emitter region 17 to the upper surface 15d of the light emitting region 15 away from the first side surface 15b of the light emitting region 15.

この半導体レーザ11では、第1エリア13b上の発光領域15及びエミッタ領域17は、第1軸Ax1の方向に配列されると共に、第1エリア13b上の発光領域15並びに第2エリア13c上の金属電極19は、第1軸Ax1に交差する第2軸Ax2の方向に配列される。また、分離構造25の電流アパチャー25a(26a)は、発光領域15の上面15dにおいて第3軸Ax3の方向に延在する。発光領域15の量子井戸構造21にわたってエミッタ領域17から単極性キャリアが供給され、これらの単極性キャリアは、発光領域15の量子井戸構造21におけるサブバンドの上位のエネルギー準位から下位のエネルギー準位への光学遷移により発光に寄与する。発光領域15における光遷移により下位のエネルギー準位の単極性キャリアは金属電極19に流れ込む。この半導体レーザ11は、発光に際して、単極性キャリアの光学遷移を利用すると共に、エミッタ領域17、発光領域15及び金属電極19の配置は、単極キャリアのカスケーディング(縦続的な光学遷移)を発光に必要としない。半導体レーザ11は、単極性のキャリアの光学遷移を用いて量子カスケード半導体レーザに比べて動作電電圧を低減可能である。   In this semiconductor laser 11, the light emitting region 15 and the emitter region 17 on the first area 13b are arranged in the direction of the first axis Ax1, and the light emitting region 15 on the first area 13b and the metal on the second area 13c. The electrodes 19 are arranged in the direction of the second axis Ax2 that intersects the first axis Ax1. Further, the current aperture 25 a (26 a) of the separation structure 25 extends in the direction of the third axis Ax 3 on the upper surface 15 d of the light emitting region 15. Unipolar carriers are supplied from the emitter region 17 over the quantum well structure 21 of the light emitting region 15, and these unipolar carriers are transmitted from the upper energy level to the lower energy level of the subband in the quantum well structure 21 of the light emitting region 15. It contributes to light emission by optical transition to. Due to optical transition in the light emitting region 15, unipolar carriers at lower energy levels flow into the metal electrode 19. The semiconductor laser 11 utilizes optical transitions of unipolar carriers when emitting light, and the arrangement of the emitter region 17, the light emitting region 15, and the metal electrode 19 emits cascading of unipolar carriers (cascading optical transition). Not needed. The semiconductor laser 11 can reduce the operating voltage compared to the quantum cascade laser using the optical transition of unipolar carriers.

半導体レーザ11(11a、11b)は、基板13の主面13a上に設けられた下部光学クラッド層29を備えることができる。下部光学クラッド層29は、第1エリア13b、第2エリア13c及び第3エリア13d上に設けられ、また第1エリア13bにおいて、エミッタ領域17のための半導体積層及び発光領域15を含むメサ構造MSを搭載する。下部光学クラッド層29は、発光領域15の下面15eと基板13との間に位置しており、良好な導電性を有することができる。本実施例では、金属電極19は、第2エリア13cにおいて下部光学クラッド層29に接触を成す。下部光学クラッド層29は、金属電極19を介して発光領域15からのキャリアを受ける。下部光学クラッド層29が発光領域15の下面15eに接触を成すけれども、発光領域15からのキャリアは、金属電極19を介して下部光学クラッド層29に至る経路を流れる。下部光学クラッド層29は、本実施例では、上部半導体領域23と同じ導電型を有することができる。また、発光領域15からのキャリアは、金属電極19、下部光学クラッド層29、及び導電性の基板13を介して裏面電極31cに至る。   The semiconductor laser 11 (11a, 11b) can include a lower optical cladding layer 29 provided on the main surface 13a of the substrate 13. The lower optical cladding layer 29 is provided on the first area 13b, the second area 13c, and the third area 13d, and in the first area 13b, the mesa structure MS includes the semiconductor stack for the emitter region 17 and the light emitting region 15. Is installed. The lower optical cladding layer 29 is located between the lower surface 15e of the light emitting region 15 and the substrate 13, and can have good conductivity. In the present embodiment, the metal electrode 19 makes contact with the lower optical cladding layer 29 in the second area 13c. The lower optical cladding layer 29 receives carriers from the light emitting region 15 through the metal electrode 19. Although the lower optical cladding layer 29 is in contact with the lower surface 15 e of the light emitting region 15, the carriers from the light emitting region 15 flow along a path reaching the lower optical cladding layer 29 through the metal electrode 19. In this embodiment, the lower optical cladding layer 29 can have the same conductivity type as that of the upper semiconductor region 23. The carriers from the light emitting region 15 reach the back electrode 31 c through the metal electrode 19, the lower optical cladding layer 29, and the conductive substrate 13.

エミッタ領域17の屈折率(又は平均屈折率)及び下部光学クラッド層29の屈折率は、発光領域15の平均屈折率より小さい。発光領域15、エミッタ領域17、及び下部光学クラッド層29の配列は、導波路構造を形成する。発光領域15において生成された光は、縦方向には、エミッタ領域17及び下部光学クラッド層29によって光学的に閉じ込めされ、横方向には、発光領域15内に光学的に閉じ込めされる。   The refractive index (or average refractive index) of the emitter region 17 and the refractive index of the lower optical cladding layer 29 are smaller than the average refractive index of the light emitting region 15. The arrangement of the light emitting region 15, the emitter region 17, and the lower optical cladding layer 29 forms a waveguide structure. The light generated in the light emitting region 15 is optically confined by the emitter region 17 and the lower optical cladding layer 29 in the vertical direction and optically confined in the light emitting region 15 in the horizontal direction.

エミッタ領域17は、高比抵抗層(27、26)の開口を介して発光領域15の上面15d上に接続される。高比抵抗層(27、26)は、エミッタ領域17と発光領域15との間に設けられる。   The emitter region 17 is connected to the upper surface 15d of the light emitting region 15 through the opening of the high resistivity layer (27, 26). The high specific resistance layers (27, 26) are provided between the emitter region 17 and the light emitting region 15.

半導体レーザ11の具体的な構造を説明する。   A specific structure of the semiconductor laser 11 will be described.

(第1構造)
図1を参照しながら、半導体レーザ11aを説明する。基板13の主面13aの第1エリア13bは、下部光学クラッド層29、発光領域15及び分離構造25を順に搭載する。分離構造25は、上部光学クラッド層27、エミッタ領域17、分離溝25c、第1アイランド25e及び第2アイランド25fを含む。上部光学クラッド層27は、開口27aを有する。上部光学クラッド層27の開口27aは、発光領域15の上面15dから第1軸Ax1の方向に延在する。エミッタ領域17のための半導体層が上部光学クラッド層27上及び開口27a内に設けられる。分離溝25cは、コンタクト層28aの表面から第1軸Ax1の方向に延在して、上部光学クラッド層27内において終端する。この上部光学クラッド層27の半導体は、高比抵抗又は半絶縁性を有しており、エミッタ領域17及びコンタクト層28aのための半導体層は導電性を有する。上部光学クラッド層27に到達する分離溝25cは、メサ構造MSを横切るように第2軸Ax2の方向に延在して、メサ構造MSの発光領域15上の半導体領域(分離構造25)を第1アイランド25e及び第2アイランド25fに分ける。具体的には、第1アイランド25e、分離溝25c及び第2アイランド25fが順に第3軸Ax3の方向に配列される。金属電極19は、第1アイランド25eの側面に接触を成し、第1電極31aが第2アイランド25fの上面に接触を成す。分離溝25cは、第1アイランド25e及び第2アイランド25fの一方から他方を電気的に分離でき、コレクタ領域に含まれる金属電極19をエミッタ領域17から電気的に分離するために役立つ。第1アイランド25eは、第1側面15bの上縁上において終端し、第2アイランド25fは、第2側面15cの上縁上において終端する。
(First structure)
The semiconductor laser 11a will be described with reference to FIG. In the first area 13b of the main surface 13a of the substrate 13, the lower optical cladding layer 29, the light emitting region 15, and the separation structure 25 are mounted in this order. The isolation structure 25 includes an upper optical cladding layer 27, an emitter region 17, an isolation groove 25c, a first island 25e, and a second island 25f. The upper optical cladding layer 27 has an opening 27a. The opening 27a of the upper optical cladding layer 27 extends from the upper surface 15d of the light emitting region 15 in the direction of the first axis Ax1. A semiconductor layer for the emitter region 17 is provided on the upper optical cladding layer 27 and in the opening 27a. The separation groove 25c extends from the surface of the contact layer 28a in the direction of the first axis Ax1, and terminates in the upper optical cladding layer 27. The semiconductor of the upper optical cladding layer 27 has high specific resistance or semi-insulation, and the semiconductor layers for the emitter region 17 and the contact layer 28a have conductivity. The separation groove 25c reaching the upper optical cladding layer 27 extends in the direction of the second axis Ax2 so as to cross the mesa structure MS, and the semiconductor region (separation structure 25) on the light emitting region 15 of the mesa structure MS Divided into one island 25e and second island 25f. Specifically, the first island 25e, the separation groove 25c, and the second island 25f are sequentially arranged in the direction of the third axis Ax3. The metal electrode 19 makes contact with the side surface of the first island 25e, and the first electrode 31a makes contact with the upper surface of the second island 25f. The isolation trench 25c can electrically isolate the other from one of the first island 25e and the second island 25f, and serves to electrically isolate the metal electrode 19 included in the collector region from the emitter region 17. The first island 25e terminates on the upper edge of the first side surface 15b, and the second island 25f terminates on the upper edge of the second side surface 15c.

メサ構造MSの側面は、第1アイランド25eの側面(エミッタ領域17、コンタクト層28a、及び上部光学クラッド層27の側面)、及び発光領域15の第1側面15bを含み、第1アイランド25eの側面、及び発光領域15の第1側面15b上に金属電極19が設けられる。本実施例では、金属電極19は、メサ構造MSの側面に接して第1軸Ax1の方向に延在しており、また発光領域15の第1側面15bに加えて、エミッタ領域17(33a、33b)及びコンタクト層28aのための半導体層の側面(第1アイランド25eの側面)に接触を成す。この延在により、金属電極19が、発光領域15の第1側面15bの全体にわたって接触を成すことを可能にする。   The side surface of the mesa structure MS includes the side surface of the first island 25e (the side surface of the emitter region 17, the contact layer 28a, and the upper optical cladding layer 27), and the first side surface 15b of the light emitting region 15, and the side surface of the first island 25e. The metal electrode 19 is provided on the first side surface 15 b of the light emitting region 15. In this embodiment, the metal electrode 19 is in contact with the side surface of the mesa structure MS and extends in the direction of the first axis Ax1, and in addition to the first side surface 15b of the light emitting region 15, the emitter region 17 (33a, 33b) and the side surface of the semiconductor layer for the contact layer 28a (the side surface of the first island 25e). This extension allows the metal electrode 19 to make contact over the entire first side surface 15 b of the light emitting region 15.

絶縁性被覆膜37が、メサ構造MSの側面及び上面、並びに分離溝25cの側面及び底面を覆う一方、第1アイランド25eの側面及び発光領域15の第1側面15b上に第1開口37aを有する。この第1開口37aを通して金属電極19が発光領域15の第1側面15bに接触を成す。メサ構造MSの側面上の絶縁性被覆膜37は、発光領域15の側面、上部半導体領域23の側面及びコンタクト層28aの側面に沿って第3軸Ax3の方向に延在する。また、絶縁性被覆膜37が、第2アイランド25fの上面(発光領域15の上面15d上に第2開口37bを有する。この第2開口37bを通して第1電極31aがコンタクト層28aに接触を成す。   The insulating coating film 37 covers the side surface and top surface of the mesa structure MS and the side surface and bottom surface of the separation groove 25c, while the first opening 37a is formed on the side surface of the first island 25e and the first side surface 15b of the light emitting region 15. Have. The metal electrode 19 is in contact with the first side surface 15b of the light emitting region 15 through the first opening 37a. The insulating coating film 37 on the side surface of the mesa structure MS extends in the direction of the third axis Ax3 along the side surface of the light emitting region 15, the side surface of the upper semiconductor region 23, and the side surface of the contact layer 28a. The insulating coating film 37 has a second opening 37b on the upper surface of the second island 25f (on the upper surface 15d of the light emitting region 15. The first electrode 31a is in contact with the contact layer 28a through the second opening 37b. .

本実施例では、基板13は、導電性を有して、発光領域15からのキャリアに経路を提供する。キャリアは、導電性の基板13を介して裏面電極31cに到達する。   In the present embodiment, the substrate 13 has conductivity and provides a path for carriers from the light emitting region 15. The carrier reaches the back electrode 31 c through the conductive substrate 13.

(第2構造)
図2を参照しながら、半導体レーザ11bを説明する。基板13の主面13aの第1エリア13bは、下部光学クラッド層29、発光領域15及び分離構造25を順に搭載する。分離構造25は、コンタクト層28a、エミッタ領域17、分離溝25dを含み、更に、第1構造の上部光学クラッド層27に替えて酸化物狭窄構造26を含む。酸化物狭窄構造26は、アパーチャー半導体領域26a及び絶縁性酸化物領域26bを含む。発光領域15の上面15dは、アパーチャー半導体領域26a及び絶縁性酸化物領域26bに接触を成す。本実施例では、アパーチャー半導体領域26aは、第2側面15cの上縁から発光領域15の上面15dの内側に延在し、絶縁性酸化物領域26bが第1側面15bの上縁から発光領域15の上面15dの内側に延在する。アパーチャー半導体領域26a及び絶縁性酸化物領域26bが、第2側面15cから第1側面15bへの方向(第3軸Ax3の方向)に配列される。この配列は、金属電極19を搭載する発光領域15の第1側面15bから離れた発光領域15の内側にキャリアを注入することを可能にする。第1電極31aからのキャリアは、アパーチャー半導体領域26aを介して発光領域15に到達する。アパーチャー半導体領域26aは、製造工程における酸化を可能にする高Al組成の半導体からなり、この酸化工程により高Al組成の半導体が酸化されて、絶縁性酸化物領域26bが形成される。高Al組成の半導体は、発光領域15のバンドのレベルに対して高いバンドのレベルを提供でき、エミッタの観点において、高いレベルから発光領域15にキャリアを注入すること可能にする。
(Second structure)
The semiconductor laser 11b will be described with reference to FIG. In the first area 13b of the main surface 13a of the substrate 13, the lower optical cladding layer 29, the light emitting region 15, and the separation structure 25 are mounted in this order. The isolation structure 25 includes a contact layer 28a, an emitter region 17, and an isolation groove 25d, and further includes an oxide confinement structure 26 in place of the upper optical cladding layer 27 of the first structure. The oxide confinement structure 26 includes an aperture semiconductor region 26a and an insulating oxide region 26b. The upper surface 15d of the light emitting region 15 is in contact with the aperture semiconductor region 26a and the insulating oxide region 26b. In the present embodiment, the aperture semiconductor region 26a extends from the upper edge of the second side surface 15c to the inside of the upper surface 15d of the light emitting region 15, and the insulating oxide region 26b extends from the upper edge of the first side surface 15b. It extends inside the upper surface 15d. The aperture semiconductor region 26a and the insulating oxide region 26b are arranged in the direction from the second side surface 15c to the first side surface 15b (the direction of the third axis Ax3). This arrangement makes it possible to inject carriers inside the light emitting region 15 away from the first side surface 15b of the light emitting region 15 on which the metal electrode 19 is mounted. Carriers from the first electrode 31a reach the light emitting region 15 through the aperture semiconductor region 26a. The aperture semiconductor region 26a is made of a semiconductor having a high Al composition that enables oxidation in the manufacturing process. By this oxidation process, the semiconductor having a high Al composition is oxidized to form an insulating oxide region 26b. A semiconductor with a high Al composition can provide a high band level relative to the band level of the light emitting region 15, and allows carriers to be injected into the light emitting region 15 from a high level in terms of the emitter.

分離溝25dは、コンタクト層28aの表面から第1軸Ax1の方向に延在して、絶縁性酸化物領域26bに到達する。この絶縁性酸化物領域26bは、高い絶縁性を有する一方で、エミッタ領域17及びコンタクト層28aのための半導体層は導電性を有する。絶縁性酸化物領域26bに到達する分離溝25dは、メサ構造MSを横切るように第2軸Ax2の方向に延在して、メサ構造MSの発光領域15上の半導体領域(分離構造25)を第1アイランド25e及び第2アイランド25fに分ける。具体的には、第1アイランド25e、分離溝25d及び第2アイランド25fが順に第3軸Ax3の方向に配列される。金属電極19は、第1アイランド25eの側面に接触を成し、第1電極31aが第2アイランド25fの上面に接触を成す。分離溝25dは、第1アイランド25e及び第2アイランド25fの一方から他方を電気的に分離でき、コレクタ領域に含まれる金属電極19をエミッタ領域17から電気的に分離するために役立つ。第1アイランド25e(アパーチャー半導体領域26a)は、第1側面15bの上縁上において終端し、第2アイランド25f(絶縁性酸化物領域26b)は、第2側面15cの上縁上において終端する。   The isolation groove 25d extends from the surface of the contact layer 28a in the direction of the first axis Ax1 and reaches the insulating oxide region 26b. The insulating oxide region 26b has high insulation, while the semiconductor layer for the emitter region 17 and the contact layer 28a has conductivity. The isolation groove 25d that reaches the insulating oxide region 26b extends in the direction of the second axis Ax2 so as to cross the mesa structure MS, and serves as a semiconductor region (isolation structure 25) on the light emitting region 15 of the mesa structure MS. It is divided into a first island 25e and a second island 25f. Specifically, the first island 25e, the separation groove 25d, and the second island 25f are sequentially arranged in the direction of the third axis Ax3. The metal electrode 19 makes contact with the side surface of the first island 25e, and the first electrode 31a makes contact with the upper surface of the second island 25f. The isolation trench 25d can electrically isolate the other from one of the first island 25e and the second island 25f, and serves to electrically isolate the metal electrode 19 included in the collector region from the emitter region 17. The first island 25e (aperture semiconductor region 26a) terminates on the upper edge of the first side surface 15b, and the second island 25f (insulating oxide region 26b) terminates on the upper edge of the second side surface 15c.

メサ構造MSの側面は、第1アイランド25eの側面(エミッタ領域17、コンタクト層28a、及び絶縁性酸化物領域26bの側面)、及び発光領域15の第1側面15bを含み、第1アイランド25eの側面、及び発光領域15の第1側面15b上に金属電極19が設けられる。本実施例では、金属電極19は、メサ構造MSの側面に接して第1軸Ax1の方向に延在しており、また発光領域15の第1側面15bに加えて、エミッタ領域17(26a、35b)及びコンタクト層28aのための半導体層の側面(第1アイランド25eの側面)に接触を成す。この延在により、金属電極19が、発光領域15の第1側面15bの全体にわたって接触を成すことを可能にする。   The side surface of the mesa structure MS includes the side surface of the first island 25e (the side surface of the emitter region 17, the contact layer 28a, and the insulating oxide region 26b) and the first side surface 15b of the light emitting region 15. The metal electrode 19 is provided on the side surface and the first side surface 15 b of the light emitting region 15. In this embodiment, the metal electrode 19 is in contact with the side surface of the mesa structure MS and extends in the direction of the first axis Ax1, and in addition to the first side surface 15b of the light emitting region 15, the emitter region 17 (26a, 35b) and the side surface of the semiconductor layer for the contact layer 28a (side surface of the first island 25e). This extension allows the metal electrode 19 to make contact over the entire first side surface 15 b of the light emitting region 15.

絶縁性被覆膜37が、メサ構造MSの側面及び上面、並びに分離溝25dの側面及び底面を覆う一方、第1アイランド25eの側面及び発光領域15の第1側面15b上に第1開口37aを有する。この第1開口37aを通して金属電極19が発光領域15の第1側面15b(端面)に接触を成す。メサ構造MSの両側面上の絶縁性被覆膜37は、発光領域15の両側面、上部半導体領域23の両側面及びコンタクト層28aの両側面に沿って第3軸Ax3の方向に延在する。また、絶縁性被覆膜37が、第2アイランド25fの上面(発光領域15の上面15d上に第2開口37bを有する。この第2開口37bを通して第1電極31aがコンタクト層28aに接触を成す。   The insulating coating film 37 covers the side surface and top surface of the mesa structure MS and the side surface and bottom surface of the separation groove 25d, while the first opening 37a is formed on the side surface of the first island 25e and the first side surface 15b of the light emitting region 15. Have. The metal electrode 19 contacts the first side surface 15b (end surface) of the light emitting region 15 through the first opening 37a. The insulating coating films 37 on both side surfaces of the mesa structure MS extend in the direction of the third axis Ax3 along both side surfaces of the light emitting region 15, both side surfaces of the upper semiconductor region 23, and both side surfaces of the contact layer 28a. . The insulating coating film 37 has a second opening 37b on the upper surface of the second island 25f (on the upper surface 15d of the light emitting region 15. The first electrode 31a is in contact with the contact layer 28a through the second opening 37b. .

本実施例では、基板13は、導電性を有して、発光領域15からのキャリアに経路を提供する。キャリアは、導電性の基板13を介して裏面電極31cに到達する。   In the present embodiment, the substrate 13 has conductivity and provides a path for carriers from the light emitting region 15. The carrier reaches the back electrode 31 c through the conductive substrate 13.

(第3構造)
必要な場合には、第1構造は、第1エリア13b上のエミッタ領域17は、発光領域15の上面15dに接触を成す第1半導体層33aと、第1半導体層33a上に設けられた第2半導体層33bを備えることができる。第1半導体層33aは、図2に示されるように、上位エネルギー準位E3に等しい又は高い(キャリア極性に応じた電位の向きに高い)伝導バンドエネルギーを有する半導体を含む。第2半導体層33bは、発光領域15の等価的な屈折率よりも小さい屈折率を有する半導体を備える。第1半導体層33aの伝導バンドエネルギーレベルは、大きな外部印加電圧を必要とせずに、エミッタ領域17から発光領域15の上位エネルギー準位E3へのキャリア注入を可能にする。
(Third structure)
If necessary, the first structure is such that the emitter region 17 on the first area 13b is in contact with the upper surface 15d of the light emitting region 15, and the first semiconductor layer 33a is provided on the first semiconductor layer 33a. Two semiconductor layers 33b can be provided. As shown in FIG. 2, the first semiconductor layer 33a includes a semiconductor having a conduction band energy equal to or higher than the upper energy level E3 (high in the direction of the potential according to the carrier polarity). The second semiconductor layer 33 b includes a semiconductor having a refractive index smaller than the equivalent refractive index of the light emitting region 15. The conduction band energy level of the first semiconductor layer 33a enables carrier injection from the emitter region 17 to the upper energy level E3 of the light emitting region 15 without requiring a large externally applied voltage.

半導体レーザ11の構造。
発光領域15:アンドープAllnAs/アンドープInGaAs/アンドープAllnAs/アンドープInGaAsの4層を単位ユニットとした50周期の超格子構造。
エミッタ領域17:SiドープInP/アンドープAlInAs、あるいは、SiドープInP/SiドープAlGaInAs/アンドープAlInAs、あるいは、SiドープInP/アンドープAlGaPSbの積層構造。
金属電極19: Ti/Pt/Au(チタン/白金/金)。
エミッタ領域17の幅:5マイクロメートル。
エミッタ領域17の厚さ:2マイクロメートル。
メサ構造MSの幅:5マイクロメートル。
メサ構造MSの高さ:3マイクロメートル。
発光領域15のコア層の厚さ:0.8マイクロメートル。
上部光学クラッド層27(電流ブロック層):0.2マイクロメートル、FeドープInP。
第1側面15b及び第2側面15cと開口27aとの距離:20マイクロメートル。
コンタクト層28a:0.1マイクロメートル。
下部光学クラッド層29:1マイクロメートル。
共振器長(第1側面15nと第2側面15cとの間隔):500マイクロメートル。
分離溝(25d)の幅:10マイクロメートル。
アパーチャー半導体領域26a:AlGaAs(Al組成95%)、厚さ0.01マイクロメートル。
絶縁性酸化物領域26b:III族酸化物(例えば、アルミニウム酸化物)、厚さ0.01マイクロメートル、長さ20マイクロメートル。
The structure of the semiconductor laser 11.
Light emitting region 15: 50-period superlattice structure with four layers of undoped AllnAs / undoped InGaAs / undoped AllnAs / undoped InGaAs as unit units.
Emitter region 17: laminated structure of Si-doped InP / undoped AlInAs, or Si-doped InP / Si-doped AlGaInAs / undoped AlInAs, or Si-doped InP / undoped AlGaPSb.
Metal electrode 19: Ti / Pt / Au (titanium / platinum / gold).
Emitter region 17 width: 5 micrometers.
Emitter region 17 thickness: 2 micrometers.
Width of mesa structure MS: 5 micrometers.
Mesa structure MS height: 3 micrometers.
The thickness of the core layer of the light emitting region 15 is 0.8 micrometers.
Upper optical cladding layer 27 (current blocking layer): 0.2 micrometer, Fe-doped InP.
Distance between first side surface 15b and second side surface 15c and opening 27a: 20 micrometers.
Contact layer 28a: 0.1 micrometer.
Lower optical cladding layer 29: 1 micrometer.
Resonator length (distance between first side surface 15n and second side surface 15c): 500 micrometers.
Separation groove (25d) width: 10 micrometers.
Aperture semiconductor region 26a: AlGaAs (Al composition 95%), thickness 0.01 μm.
Insulating oxide region 26b: Group III oxide (for example, aluminum oxide), thickness 0.01 μm, length 20 μm.

図3は、本実施形態に係る半導体レーザのための量子井戸構造及びエネルギー準位を模式的に示す図面である。縦方向の座標軸(縦軸)は、キャリアのエネルギーレベルを示し、残り2つの座標軸(横軸)は、空間座標のためのX軸及びZ軸並びにY軸を示す。図3を参照した説明は、電子のキャリアについて行われるけれども、この説明は、半導体物理に係る知見に基づき正孔に読み替えできる。   FIG. 3 is a drawing schematically showing a quantum well structure and energy levels for the semiconductor laser according to the present embodiment. The vertical coordinate axis (vertical axis) indicates the energy level of the carrier, and the remaining two coordinate axes (horizontal axis) indicate the X, Z, and Y axes for spatial coordinates. Although the description with reference to FIG. 3 is performed with respect to electron carriers, this description can be read as holes based on knowledge of semiconductor physics.

図1〜図3に示されるように、発光領域15の量子井戸構造21は、単位セル15aを含み、単位セル15aは、例えば、第1井戸層21a、第2井戸層21b、第1障壁層21c、及び第2障壁層21dを含むことができる。第2障壁層21dは第1井戸層21aを第2井戸層21bから隔てている。第1井戸層21aは第1障壁層21cを第2障壁層21dから隔てている。単位セル15aは、複数のエネルギー準位を提供できるような井戸の深さ(障壁層と井戸層との間のバンドエッジエネルギー差)及び井戸の幅(井戸層の厚さ)を有する井戸構造を備える。   1 to 3, the quantum well structure 21 of the light emitting region 15 includes a unit cell 15a, and the unit cell 15a includes, for example, a first well layer 21a, a second well layer 21b, and a first barrier layer. 21c and a second barrier layer 21d. The second barrier layer 21d separates the first well layer 21a from the second well layer 21b. The first well layer 21a separates the first barrier layer 21c from the second barrier layer 21d. The unit cell 15a has a well structure having a well depth (a band edge energy difference between the barrier layer and the well layer) and a well width (well layer thickness) that can provide a plurality of energy levels. Prepare.

第1井戸層21a、第2井戸層21b、第1障壁層21c、及び第2障壁層21dの配列によれば、量子井戸構造21の単位セル15aが、電子のための上位エネルギー準位E3及び下位エネルギー準位E2を提供でき、また上位エネルギー準位E3及び下位エネルギー準位E2に加えて、電子の緩和を可能にする緩和エネルギー準位E1を生成できる。   According to the arrangement of the first well layer 21a, the second well layer 21b, the first barrier layer 21c, and the second barrier layer 21d, the unit cell 15a of the quantum well structure 21 has an upper energy level E3 for electrons and The lower energy level E2 can be provided, and in addition to the upper energy level E3 and the lower energy level E2, a relaxation energy level E1 that enables relaxation of electrons can be generated.

この半導体レーザ11によれば、図3に示されるように、この量子井戸構造21が、上位エネルギー準位E3、及び下位エネルギー準位E2を単一極性のキャリアに提供することを容易にする。また、緩和エネルギー準位E1を更に提供できる量子井戸構造21では、緩和エネルギー準位E1は、上位エネルギー準位E3から下位エネルギー準位E2に遷移した単極性キャリアが、上位エネルギー準位E3の緩和時間より小さい時間で緩和することを促進する。   According to the semiconductor laser 11, as shown in FIG. 3, the quantum well structure 21 facilitates providing the upper energy level E3 and the lower energy level E2 to a carrier having a single polarity. Further, in the quantum well structure 21 that can further provide the relaxation energy level E1, the relaxation energy level E1 is a relaxation of the upper energy level E3 by unipolar carriers that have transitioned from the upper energy level E3 to the lower energy level E2. Promotes relaxation in less than an hour.

キャリア(電子)は、発光領域15内の単位セル15aの積層方向にエミッタ領域17から発光領域15に注入される。エミッタ領域17の伝導帯レベルE17から注入された電子は、上位エネルギー準位E3から下位エネルギー準位E2に発光遷移する。この遷移のエネルギーが、レーザ発振波長に相当する。下位エネルギー準位E2に遷移した電子は、緩和エネルギー準位E1に高速に緩和し、緩和エネルギー準位E1からコレクタ領域の金属電極19に引き抜かれる。このようなエネルギー準位を実現する量子井戸構造21は、キャリアの反転分布の発生を容易にする。   Carriers (electrons) are injected from the emitter region 17 into the light emitting region 15 in the stacking direction of the unit cells 15 a in the light emitting region 15. Electrons injected from the conduction band level E17 of the emitter region 17 undergo a light emission transition from the upper energy level E3 to the lower energy level E2. The energy of this transition corresponds to the laser oscillation wavelength. The electrons that have transitioned to the lower energy level E2 are quickly relaxed to the relaxation energy level E1, and are extracted from the relaxation energy level E1 to the metal electrode 19 in the collector region. The quantum well structure 21 that realizes such energy levels facilitates generation of carrier inversion distribution.

単位セル15aでは、第1井戸層21a、第2井戸層21b、第1障壁層21c及び第2障壁層21dはY軸の方向に配列される。量子井戸ポテンシャル内のキャリアのエネルギーレベルについては、単位セル15aのバンド構造は、Y軸の方向に関するエネルギーレベルが量子化されて離散的なエネルギー準位を形成する。これに対して、X軸及びZ軸の方向に関するエネルギー準位は量子化されることなく、X軸及びZ軸の面内の方向に係るキャリア伝導が二次元の自由電子のモデルに近似できる伝導機構として理解される。半導体レーザ11では、量子井戸構造のための半導体積層方向(Y軸)の面内方向(X軸及びZ軸による面)にキャリアを流して、発光に寄与する量子化準位(E3、E2)に係る電気伝導を実現する。これに対して、半導体レーザ11と異なる量子カスケード半導体レーザのデバイス構造では、キャリアは、エネルギー準位が量子化された方向、つまり量子井戸構造のための半導体の積層方向に流れる。   In the unit cell 15a, the first well layer 21a, the second well layer 21b, the first barrier layer 21c, and the second barrier layer 21d are arranged in the Y-axis direction. Regarding the energy level of carriers in the quantum well potential, the energy level in the Y-axis direction is quantized in the band structure of the unit cell 15a to form discrete energy levels. In contrast, the energy levels in the X-axis and Z-axis directions are not quantized, and the carrier conduction in the in-plane directions of the X-axis and Z-axis can be approximated to a two-dimensional free electron model. Understood as a mechanism. In the semiconductor laser 11, the quantization level (E 3, E 2) that contributes to light emission by flowing carriers in the in-plane direction (plane by the X axis and Z axis) of the semiconductor stacking direction (Y axis) for the quantum well structure. To achieve electrical conduction. On the other hand, in the device structure of the quantum cascade laser different from the semiconductor laser 11, carriers flow in the direction in which the energy level is quantized, that is, in the stacking direction of the semiconductor for the quantum well structure.

複数の単位セル15aは、第1軸Ax1の方向に縦続的に配列されて、発光領域15を構成する。エミッタ領域17は、第1軸Ax1の方向に、個々の単位セル15aに並列にキャリアを供給する。個々の単位セル15aは、上位のエネルギー準位(E3)へのキャリアの供給と下位のエネルギー準位(E2)への遷移とに応答して並列に発光する。下位のエネルギー準位(E2)のキャリアは、速やかに緩和してエネルギー準位(E1)に遷移する。エネルギー準位(E1)のキャリアは、コレクタ領域の金属電極19に流れ込む。   The plurality of unit cells 15a are arranged in cascade in the direction of the first axis Ax1 to form the light emitting region 15. The emitter region 17 supplies carriers in parallel to the individual unit cells 15a in the direction of the first axis Ax1. The individual unit cells 15a emit light in parallel in response to the supply of carriers to the upper energy level (E3) and the transition to the lower energy level (E2). The lower energy level (E2) carriers are quickly relaxed and transition to the energy level (E1). The energy level (E1) carriers flow into the metal electrode 19 in the collector region.

積層される単位セル15aにおいては、第2障壁層21dの厚さTB1は第1障壁層21cの厚さTB2より小さいので、単位セル15a内の第1井戸層21a及び第2井戸層21bが、第2障壁層21dにより隣の単位セル15aの井戸層から隔てられると共に、第1井戸層21a及び第2井戸層21bが、隣の単位セル15a内の井戸層に比べて、より密に互いに結合する。上位のエネルギー準位は、単位セル15a毎に生成される。   In the stacked unit cell 15a, since the thickness TB1 of the second barrier layer 21d is smaller than the thickness TB2 of the first barrier layer 21c, the first well layer 21a and the second well layer 21b in the unit cell 15a are The first barrier layer 21d is separated from the well layer of the adjacent unit cell 15a by the second barrier layer 21d, and the first well layer 21a and the second well layer 21b are more closely coupled to each other than the well layer in the adjacent unit cell 15a. To do. The upper energy level is generated for each unit cell 15a.

必要な場合には、エミッタ領域のInPとAlInAsの間にInPの材料とAlInAsの材料の間のバンドギャップの中間的なバンドギャップを有する半導体を成長して、例えばInP/AlGaInAs/AlInAsの積層を形成することができる。この追加の半導体層は、ヘテロ障壁を低減でき、より低電圧での駆動を実現する。   If necessary, a semiconductor having an intermediate bandgap between the InP material and the AlInAs material between InP and AlInAs in the emitter region is grown, for example, an InP / AlGaInAs / AlInAs stack is formed. Can be formed. This additional semiconductor layer can reduce the hetero-barrier and realize driving at a lower voltage.

(実施例1)
図4を参照しながら、量子井戸構造の構造を説明する。引き続く説明では、電子をキャリアとして利用するが、同様に、電子に替えて正孔をキャリアとして利用できる。上位エネルギー準位E3から下位エネルギー準位E2への遷移確率を高めるために、キャリアの引き抜きにより下位エネルギー準位E2上のキャリア密度を下げることが好適である。量子井戸構造21の一例は、複数(例えば2つ)の井戸層(21a、21b)と、これらの井戸層を隔てる一又は複数の障壁層(21d)とを備えることが良い。障壁層(21d)は、障壁層(21c)に比べて薄くして、井戸層(21a、21b)内の電子の波動関数がそれぞれ障壁層(21d)を介して井戸層(21b、21a)に浸みだして互いに結合する。この構造を「結合量子井戸」として参照する。結合量子井戸は、障壁層(21d)の中心線(厚み方向の中心)を基準にして左右に対称な井戸構造を有する。このような構造では、下位エネルギー準位E2よりLOフォノンエネルギーと同程度に低い緩和エネルギー準位E1を形成することができ、上位エネルギー準位E3から下位エネルギー準位E2に発光遷移した電子を速やかにフォノン散乱(共鳴散乱)によって緩和エネルギー準位E1に遷移させることができる。また、結合量子井戸は、上位エネルギー準位E3の波動関数と下位エネルギー準位E2の波動関数との重なりを大きくして、発光遷移確率を増加させ、これによりレーザ利得を増大できる。
結合量子井戸の具体例。
井戸層/障壁層:アンドープInGaAs/アンドープAllnAs。
井戸層(21a)厚:4nm。
内側の障壁層(21d)厚:2nm。
井戸層(21b)厚:4nm。
外側の障壁層(21c)厚:10nm。
発振に係るエネルギー差(上位エネルギー準位E3と下位エネルギー準位E2との差):270meV(発振波長:4.6マイクロメートル)。
光学利得:96cm−1/period。
Epop(下位エネルギー準位E2と緩和エネルギー準位E1との差):35.6meV。
基板13:InP基板。
また、発光領域15が、量子カスケード半導体レーザにおける注入層を必要としない。これ故に、量子井戸構造の設計の自由度が大きい。また、例えば外側の障壁層のAlInAsの厚さも含めた4層の設計において、障壁層には引っ張りの応力を導入しまた井戸層には圧縮の応力を導入する格子の不整合を利用すると共に、引っ張りと圧縮の応力を量子井戸構造の全体として実質的に相殺することによって、良好な結晶性を保ちながら、大きな伝導帯バンドギャップ差(深い量子井戸の形成)を形成できる。これによって、キャリヤの漏洩を抑制することによる温度特性の改善、及び発振波長範囲の拡大を提供できる。
Example 1
The structure of the quantum well structure will be described with reference to FIG. In the following description, electrons are used as carriers. Similarly, holes can be used as carriers instead of electrons. In order to increase the transition probability from the upper energy level E3 to the lower energy level E2, it is preferable to lower the carrier density on the lower energy level E2 by extracting carriers. An example of the quantum well structure 21 may include a plurality of (for example, two) well layers (21a, 21b) and one or a plurality of barrier layers (21d) separating the well layers. The barrier layer (21d) is thinner than the barrier layer (21c), and the wave functions of electrons in the well layers (21a, 21b) are transferred to the well layers (21b, 21a) via the barrier layers (21d), respectively. Soak up and bond together. This structure is referred to as a “coupled quantum well”. The coupled quantum well has a well structure that is symmetrical to the left and right with respect to the center line (center in the thickness direction) of the barrier layer (21d). In such a structure, a relaxation energy level E1 that is as low as the LO phonon energy from the lower energy level E2 can be formed, and electrons that have undergone a light-emission transition from the upper energy level E3 to the lower energy level E2 can be quickly generated. To the relaxation energy level E1 by phonon scattering (resonance scattering). In addition, the coupled quantum well can increase the emission transition probability by increasing the overlap between the wave function of the upper energy level E3 and the wave function of the lower energy level E2, thereby increasing the laser gain.
Specific examples of coupled quantum wells.
Well layer / barrier layer: undoped InGaAs / undoped AllnAs.
Well layer (21a) thickness: 4 nm.
Inner barrier layer (21d) thickness: 2 nm.
Well layer (21b) thickness: 4 nm.
Outer barrier layer (21c) thickness: 10 nm.
Energy difference related to oscillation (difference between upper energy level E3 and lower energy level E2): 270 meV (oscillation wavelength: 4.6 micrometers).
Optical gain: 96 cm −1 / period.
Epop (difference between lower energy level E2 and relaxation energy level E1): 35.6 meV.
Substrate 13: InP substrate.
Moreover, the light emitting region 15 does not require an injection layer in the quantum cascade laser. Therefore, the degree of freedom in designing the quantum well structure is great. For example, in a four-layer design including the AlInAs thickness of the outer barrier layer, a lattice mismatch is introduced that introduces tensile stress in the barrier layer and compressive stress in the well layer, and By substantially canceling the tensile and compressive stress as a whole of the quantum well structure, a large conduction band gap difference (formation of a deep quantum well) can be formed while maintaining good crystallinity. As a result, it is possible to provide improvement in temperature characteristics and expansion of the oscillation wavelength range by suppressing carrier leakage.

(実施例2)
図5に示されるように、量子井戸構造の障壁層の少なくとも一部に、キャリアの極性と同じ極性のドーパントを添加することができる。この添加により、両井戸層への注入効率を改善できる。例えば、10nm厚のAlInAs障壁層において、井戸層に接する薄層領域21ca、21ccをアンドープにすると共に、これらの間にドーパント添加の薄層領域21cbを設けることができる。ドーピング濃度は自由キャリア吸収による損失を避けるために1017cm−3程度又はそれ以下であることが良い。このドーパント添加の薄層領域は、発光領域の半導体積層における面内方向の導電性を高めることができ、エミッタ領域から面内の方向に離れた位置において井戸層にキャリアを提供できる。
(Example 2)
As shown in FIG. 5, a dopant having the same polarity as the polarity of carriers can be added to at least a part of the barrier layer of the quantum well structure. By this addition, the injection efficiency into both well layers can be improved. For example, in a 10 nm thick AlInAs barrier layer, the thin layer regions 21 ca and 21 cc in contact with the well layer can be undoped, and a dopant-added thin layer region 21 cb can be provided therebetween. The doping concentration is preferably about 10 17 cm −3 or less in order to avoid loss due to free carrier absorption. This dopant-added thin layer region can enhance the in-plane conductivity in the semiconductor stack of the light emitting region, and can provide carriers to the well layer at a position away from the emitter region in the in-plane direction.

(実施例3)
本実施形態に係る半導体レーザ11は、発光領域15内の複数の量子井戸構造21にエミッタ領域17から第1軸Ax1の方向にキャリアを注入して、各量子井戸構造21内にキャリアを提供する。量子井戸構造21内のキャリアが量子井戸層の面内方向と平行な方向に輸送される。
このような構造のデバイスに電子を注入した場合、発光領域内の電子分布をシミュレーションにより見積もる。
面内方向のキャリア輸送を見積もるために、シミュレーションによる数値実験を行うデバイスモデルを以下に示す。
共振器長L1:500マイクロメートル。
エミッタ領域の開口幅W:10マイクロメートル。
メサ構造内の発光領域上のエミッタ領域の開口の中心からメサ上面の上縁の一方までのメサ片幅:10マイクロメートル。
メサ構造内の発光領域上のエミッタ領域の開口の中心からメサ上面の上縁の他方までのメサ片幅が10、20、50及び100マイクロメートル。
電子は、エミッタ領域の開口から電界によりドリフトし発光領域に注入される。
発光領域:AlInAs/GaInAs多重量子井戸構造。
モデル名、 縦方向の電気伝導率、 横方向の電気伝導率、 縦/横電気伝導率比。
第1モデル、 4.3E−5、 1.7E−2、 2.53E−3。
第2モデル、 1.5E−5、 1.7E−2、 8.74E−4。
第3モデル、 1.7E−6、 1.7E−2、 9.84E−5。
記法「2.53E−3」は、2.53×10−3を示す。
縦/横電気伝導率比は、縦方向の電気伝導率を横方向の電気伝導率で割った値である。
横方向の電流密度について。
100マイクロメートルのメサ幅を有するモデルの計算結果によれば、横方向の電子流密度分布は、量子井戸の縦方向と横方向の電気伝導率比が大きいほど大きくなる。また、20マイクロメートルのメサ幅を有するモデルの計算結果によれば、3桁程度の電気伝導率比では、コレクタ電極での電子流密度は、深さ方向に大きな違いはない。
縦方向の電流密度について。
100マイクロメートルのメサ幅を有するモデルの計算結果によれば、縦方向の電子流密度分布は、エミッタ電極直下辺りに分布している。また、20マイクロメートルのメサ幅を有するモデルの計算結果によれば、量子井戸の縦方向と横方向の電気伝導率比が大きいほど下方への分布が少なくなるが、3ケタ程度の電気伝導率比でも十分に下方まで電子は分布する。
(Example 3)
The semiconductor laser 11 according to the present embodiment injects carriers into the plurality of quantum well structures 21 in the light emitting region 15 from the emitter region 17 in the direction of the first axis Ax1, and provides carriers in each quantum well structure 21. . Carriers in the quantum well structure 21 are transported in a direction parallel to the in-plane direction of the quantum well layer.
When electrons are injected into a device having such a structure, the electron distribution in the light emitting region is estimated by simulation.
In order to estimate the carrier transport in the in-plane direction, a device model that performs numerical experiments by simulation is shown below.
Cavity length L1: 500 micrometers.
Opening width W of the emitter region: 10 micrometers.
Mesa piece width from the center of the opening of the emitter region on the light emitting region in the mesa structure to one of the upper edges of the upper surface of the mesa: 10 micrometers.
The mesa piece width from the center of the opening of the emitter region on the light emitting region in the mesa structure to the other of the upper edge of the upper surface of the mesa is 10, 20, 50 and 100 micrometers.
Electrons drift from the opening of the emitter region by an electric field and are injected into the light emitting region.
Light emitting region: AlInAs / GaInAs multiple quantum well structure.
Model name, vertical conductivity, horizontal conductivity, vertical / horizontal conductivity ratio.
1st model, 4.3E-5, 1.7E-2, 2.53E-3.
Second model, 1.5E-5, 1.7E-2, 8.74E-4.
3rd model, 1.7E-6, 1.7E-2, 9.84E-5.
The notation “2.53E-3” indicates 2.53 × 10 −3 .
The longitudinal / lateral electrical conductivity ratio is a value obtained by dividing the electrical conductivity in the vertical direction by the electrical conductivity in the horizontal direction.
About the current density in the horizontal direction.
According to the calculation result of the model having a mesa width of 100 micrometers, the electron flow density distribution in the lateral direction becomes larger as the electrical conductivity ratio in the longitudinal direction and the lateral direction of the quantum well increases. Further, according to the calculation result of the model having a mesa width of 20 micrometers, the electron current density at the collector electrode is not significantly different in the depth direction at an electrical conductivity ratio of about 3 digits.
About the current density in the vertical direction.
According to the calculation result of the model having a mesa width of 100 micrometers, the electron current density distribution in the vertical direction is distributed just below the emitter electrode. According to the calculation result of the model having a mesa width of 20 micrometers, the downward distribution decreases as the electrical conductivity ratio of the quantum well in the vertical direction and the horizontal direction increases, but the electrical conductivity of about 3 digits. Even in the ratio, electrons are distributed sufficiently downward.

本実施形態に係る半導体レーザ11は、量子井戸構造21内のキャリアが量子井戸層の面内方向と平行な方向に輸送される点で量子カスケード半導体レーザとは異なっており、量子カスケード半導体レーザに内在するヘテロ障壁を備えない。ヘテロ障壁がないことにより、本実施形態に係る半導体レーザは、低電圧で駆動可能であって、量子井戸構造21を積層することに起因して動作電圧が上昇することなく、量子井戸構造21を並列に多重化することによって大きなレーザ利得ることができる。また、本実施形態に係る半導体レーザは、量子カスケード半導体レーザにおけるトンネル輸送による損失の発生が無く、これ故に、量子カスケード半導体レーザに比して大幅な消費電力の低減が期待される。   The semiconductor laser 11 according to the present embodiment is different from the quantum cascade laser in that carriers in the quantum well structure 21 are transported in a direction parallel to the in-plane direction of the quantum well layer. Does not have an inherent hetero barrier. Due to the absence of the hetero-barrier, the semiconductor laser according to the present embodiment can be driven at a low voltage, and the operating voltage does not increase due to the stacking of the quantum well structures 21, so that the quantum well structure 21 can be driven. A large laser gain can be achieved by multiplexing in parallel. Further, the semiconductor laser according to the present embodiment does not generate a loss due to tunnel transport in the quantum cascade laser, and therefore, a significant reduction in power consumption is expected as compared with the quantum cascade laser.

本実施形態の構造は、多段の量子井戸間にカスケードのための注入層を備える量子カスケード半導体レーザと異なって、注入層を備えないので、電流注入側(エミッタ)と引き抜き側(コレクタ電極)の2つの電極間での電圧降下は、発振波長のエネルギーに係る電圧降下と当該素子の直列抵抗による電圧降下との和になる。光学利得を高めるために、発光領域内の量子井戸構造の単位セルは多重に積層する構造を採用するけれども、この積層の数と共に増大する電圧上昇は、本実施形態の構造における動作機構上発生せず、素子の動作電圧が大幅に低減される。   Unlike the quantum cascade laser including the injection layer for the cascade between the multi-stage quantum wells, the structure of the present embodiment does not include the injection layer, so the current injection side (emitter) and the extraction side (collector electrode) The voltage drop between the two electrodes is the sum of the voltage drop related to the energy of the oscillation wavelength and the voltage drop due to the series resistance of the element. In order to increase the optical gain, the unit cell of the quantum well structure in the light emitting region adopts a structure in which multiple layers are stacked. However, the voltage increase that increases with the number of stacked layers is not generated in the operating mechanism in the structure of this embodiment. Therefore, the operating voltage of the element is greatly reduced.

量子カスケード半導体レーザは、発光のための単位セルの縦続的な積層とこの積層方向への縦続的なキャリア注入とを用いるので、量子カスケード半導体レーザにおけるキャリア注入層におけるキャリア損失が生じる。一方、本実施形態に係る素子構造はキャリア注入層を必要とせずに、キャリア注入層におけるキャリア損失が生じない。本実施形態に係る素子構造では、発光層の積層構造に係る設計自由度が大きくなって、デバイスの特性の改善、具体的には閾値電流、動作電圧及び消費電力の低減が可能となると共に、大きな段差のないプレーナデバイスとしてウエハ上面から電極を構成できる。この構造は、本実施形態に係る半導体レーザを他のデバイスと集積すること、本実施形態に係る半導体レーザをアレ状に配列することといった集積素子を可能になる。さらに、本実施形態に係る半導体レーザは。キャリア注入層を含まないと、発光層のエピ層厚を低減できると共に、エピ成長後にフォトルミネッセンスといった非破壊の光学特性をインラインで評価可能になって、製造時間の短縮、コストの低減に寄与する。   Since the quantum cascade laser uses a cascade stack of unit cells for light emission and cascade carrier injection in the stack direction, carrier loss occurs in the carrier injection layer in the quantum cascade laser. On the other hand, the element structure according to the present embodiment does not require a carrier injection layer and does not cause carrier loss in the carrier injection layer. In the element structure according to the present embodiment, the degree of freedom in design related to the stacked structure of the light emitting layer is increased, and the device characteristics can be improved, specifically, the threshold current, the operating voltage, and the power consumption can be reduced. An electrode can be constructed from the upper surface of the wafer as a planar device without a large step. This structure enables an integrated element in which the semiconductor laser according to the present embodiment is integrated with other devices and the semiconductor lasers according to the present embodiment are arranged in an array. Furthermore, the semiconductor laser according to this embodiment. If the carrier injection layer is not included, the epi layer thickness of the light emitting layer can be reduced, and non-destructive optical characteristics such as photoluminescence can be evaluated in-line after epi growth, contributing to reduction in manufacturing time and cost. .

図6を参照しながら、エミッタ領域から発光領域へのキャリアの供給を説明する。図6の(a)部は、エミッタ領域17及び発光領域15における無バイアス下のバンド構造を模式的に示す図面である。図6の(b)部は、エミッタ領域17及び発光領域15における順方向の外部バイアスVb(エミッタに高電位を印加するバイアス)下のバンド構造を模式的に示す図面である。図6の(a)部及び(b)部では、発光領域15が超格子構造を有することを示すために、単位セル15aの配列が描かれている。単位セル15aは、図6の(c)部に示される。図6の(a)部及び(b)部において、「Ef1」はフェルミ準位又は偽フェルミ準位を示し、「Ec1」は伝導帯を示す。第1半導体層33aの伝導帯のレベルは、第2半導体層33bの伝導帯のレベルより高い。
エミッタ領域の構造。
第1半導体層33a:アンドープAlGaPSb、厚さ20nm。
第2半導体層33b:SiドープInP、厚さ200nm。
The supply of carriers from the emitter region to the light emitting region will be described with reference to FIG. Part (a) of FIG. 6 is a drawing schematically showing a non-biased band structure in the emitter region 17 and the light emitting region 15. 6B is a drawing schematically showing a band structure under the forward external bias Vb (bias for applying a high potential to the emitter) in the emitter region 17 and the light emitting region 15. FIG. 6 (a) and 6 (b), an array of unit cells 15a is drawn in order to show that the light emitting region 15 has a superlattice structure. The unit cell 15a is shown in part (c) of FIG. In FIG. 6A and FIG. 6B, “Ef1” indicates a Fermi level or a pseudo Fermi level, and “Ec1” indicates a conduction band. The level of the conduction band of the first semiconductor layer 33a is higher than the level of the conduction band of the second semiconductor layer 33b.
Emitter region structure.
First semiconductor layer 33a: undoped AlGaPSb, thickness 20 nm.
Second semiconductor layer 33b: Si-doped InP, thickness 200 nm.

図6の(b)部に示されるように、外部バイアスを半導体レーザに印加して、第1半導体層33aと第2半導体層33bとの間のヘテロ障壁を小さくする。ヘテロ障壁の低下に応答して、高いエネルギーのキャリアC(電子)が熱キャリア放出によってヘテロ障壁を越えてエミッタ領域17から発光領域15の超格子構造に注入される。注入されたキャリアは、個々のキャリアのエネルギーに応じた伝導帯内のレベルにおいて、発光領域15をドリフト又は拡散しながらエネルギーを失って、様々な単位セル15a内に落ち込む。発光領域15の外側に向けて単位セル15a内をドリフトしながら高いエネルギー準位(E3)から低いエネルギー準位(E2)への光学遷移により光を生成する。エネルギー準位(E2)のキャリアは、更に低いエネルギー準位(E1)に速やかに緩和する。   As shown in FIG. 6B, an external bias is applied to the semiconductor laser to reduce the heterobarrier between the first semiconductor layer 33a and the second semiconductor layer 33b. In response to the lowering of the heterobarrier, high energy carriers C (electrons) are injected from the emitter region 17 into the superlattice structure of the light emitting region 15 through the heterobarrier by thermal carrier emission. The injected carriers lose energy while drifting or diffusing in the light emitting region 15 at a level in the conduction band corresponding to the energy of each carrier, and fall into various unit cells 15a. Light is generated by optical transition from a high energy level (E3) to a low energy level (E2) while drifting inside the unit cell 15a toward the outside of the light emitting region 15. Carriers of energy level (E2) quickly relax to a lower energy level (E1).

図7を参照しながら、エミッタ領域から発光領域へのキャリアの供給を説明する。図7の(a)部は、エミッタ領域17及び発光領域15における無バイアス下のバンド構造を模式的に示す図面である。図7の(b)部は、エミッタ領域22及び発光領域15における順方向の外部バイアスVb下のバンド構造を模式的に示す図面である。図7では、発光領域15が単位セル15aの配列からなる超格子構造を有することを示すために、単位セル15aの配列が描かれている。図7の(c)部は、単位セル15a及び発光領域15における準位E4のレベルを示す。図7の(a)部及び(b)部において、「Ef1」はフェルミ準位又は偽フェルミ準位を示し、「Ec1」は伝導帯を示す。エミッタ領域22は、発光領域15の上面に接したトンネリング構造32を含む第1半導体層32aを備える。
エミッタ領域18の構造。
第1半導体層32a:アンドープAlGaPSb/GaInAs。
第2半導体層32b:SiドープInP、厚さ200nm。
トンネリング構造32は、例えば以下の構造を有する。
AlGaPSb(厚さ5nm)/GaInAs(厚さ2nm)/AlGaPSb(厚さ5nm)。
The supply of carriers from the emitter region to the light emitting region will be described with reference to FIG. Part (a) of FIG. 7 is a drawing schematically showing a band structure under no bias in the emitter region 17 and the light emitting region 15. Part (b) of FIG. 7 is a drawing schematically showing a band structure under the forward external bias Vb in the emitter region 22 and the light emitting region 15. In FIG. 7, in order to show that the light emitting region 15 has a superlattice structure composed of the array of unit cells 15a, the array of unit cells 15a is drawn. Part (c) of FIG. 7 shows the level of the level E4 in the unit cell 15a and the light emitting region 15. In FIGS. 7A and 7B, “Ef1” indicates a Fermi level or a pseudo-Fermi level, and “Ec1” indicates a conduction band. The emitter region 22 includes a first semiconductor layer 32 a including a tunneling structure 32 in contact with the upper surface of the light emitting region 15.
Structure of the emitter region 18.
First semiconductor layer 32a: undoped AlGaPSb / GaInAs.
Second semiconductor layer 32b: Si-doped InP, thickness 200 nm.
The tunneling structure 32 has the following structure, for example.
AlGaPSb (thickness 5 nm) / GaInAs (thickness 2 nm) / AlGaPSb (thickness 5 nm).

図7の(b)部に示されるように、外部バイアスVbを半導体レーザに印加して、第1半導体層32aと第2半導体層32bとの間のヘテロ障壁を小さくする。第2半導体層32bの伝導帯のレベルが、発光領域15における離散的なエネルギー準位(E4)付近になると、トンネリング構造32を通して第2半導体層32bの伝導帯から発光領域15の超格子構造のエネルギー準位(E4)にキャリアCがトンネリングTにより注入される。注入されたキャリアは、個々のキャリアのエネルギーに応じた伝導帯内のレベル(例えば、準位E4)において、発光領域15をドリフト又は拡散しながらエネルギーを失って、様々な単位セル15a内に落ち込む。単位セル15a内をコレクタ領域の金属電極19にドリフトしながら高いエネルギー準位(E3)から低いエネルギー準位(E2)への光学遷移により光を生成する。エネルギー準位(E2)のキャリアは、更に低いエネルギー準位(E1)に速やかに緩和する。   As shown in part (b) of FIG. 7, an external bias Vb is applied to the semiconductor laser to reduce the heterobarrier between the first semiconductor layer 32a and the second semiconductor layer 32b. When the level of the conduction band of the second semiconductor layer 32 b is in the vicinity of the discrete energy level (E4) in the light emitting region 15, the conduction band of the second semiconductor layer 32 b through the tunneling structure 32 leads to the superlattice structure of the light emitting region 15. Carriers C are injected into the energy level (E4) by tunneling T. The injected carriers lose energy while drifting or diffusing in the light emitting region 15 at a level (for example, level E4) in the conduction band according to the energy of each carrier, and fall into various unit cells 15a. . Light is generated by optical transition from the high energy level (E3) to the low energy level (E2) while drifting in the unit cell 15a to the metal electrode 19 in the collector region. Carriers of energy level (E2) quickly relax to a lower energy level (E1).

図8から図11を参照しながら、製造方法の概要を説明する。工程S101では、エピタキシャル基板を形成する。図8の(a)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図8の(b)部は、図8の(a)部に示されたVIIIb−VIIIb線に沿って取られた断面を示す。図8の(a)部は、図8の(b)部に示されたVIIIa−VIIIa線に沿って取られた断面を示す。図8の(a)部及び(b)部に示されるように、FeドープInP基板61を準備する。結晶成長は、例えばMBE法もしくはMOCVD法によって行われることができる。InP基板61の主面61a上に、下部光学クラッド層のためにInP層63を成長する。InP層63は、例えばSiドープInPであることができる。InP層63上に、例えば上記の4層構造を備える単位セルの積層を有する発光領域のための超格子構造65を成長する。超格子構造65上に、電流ブロック及び上部光学クラッド層のためのInP層67を成長する。InP層67は、鉄ドープInP膜及び/又はZnドープInPを含む。これらの工程により、上部半導体積層69が形成される。   The outline of the manufacturing method will be described with reference to FIGS. In step S101, an epitaxial substrate is formed. 8A shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and FIG. 8B shows the section VIIIb-VIIIb shown in FIG. 8A. A cross section taken is shown. Part (a) of FIG. 8 shows a cross section taken along the line VIIIa-VIIIa shown in part (b) of FIG. As shown in FIGS. 8A and 8B, an Fe-doped InP substrate 61 is prepared. Crystal growth can be performed, for example, by MBE or MOCVD. On the main surface 61a of the InP substrate 61, an InP layer 63 is grown for the lower optical cladding layer. The InP layer 63 can be, for example, Si-doped InP. On the InP layer 63, for example, a superlattice structure 65 for a light emitting region having a stack of unit cells having the above four-layer structure is grown. An InP layer 67 is grown on the superlattice structure 65 for the current block and the upper optical cladding layer. The InP layer 67 includes an iron-doped InP film and / or a Zn-doped InP. Through these steps, the upper semiconductor stack 69 is formed.

工程S102では、エミッタのための開口を形成する。図8の(c)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図8の(d)部は、図8の(c)部に示されたVIIId−VIIId線に沿って取られた断面を示す。図8の(c)部は、図8の(d)部に示されたVIIIc−VIIIc線に沿って取られた断面を示す。図8の(c)部及び(d)部に示されるように、エミッタのための開口を規定する第1SiNマスク71を上部半導体積層69の主面69a上に形成する。第1SiNマスク71を用いて、電流ブロック及び上部光学クラッド層のためのInP層67をエッチングして、電流ブロック層67aをInP層67から形成する。電流ブロック層67aは、エミッタのための開口67cを有し、開口67cには、超格子構造65の上面が現れている。エッチングの後に、第1SiNマスク71を除去する。   In step S102, an opening for the emitter is formed. Part (c) of FIG. 8 shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and part (d) of FIG. 8 follows the line VIIId-VIIId shown in part (c) of FIG. A cross section taken is shown. (C) part of FIG. 8 shows the cross section taken along the VIIIc-VIIIc line | wire shown by the (d) part of FIG. As shown in FIGS. 8C and 8D, a first SiN mask 71 that defines an opening for the emitter is formed on the main surface 69 a of the upper semiconductor stack 69. Using the first SiN mask 71, the InP layer 67 for the current block and the upper optical cladding layer is etched to form the current block layer 67a from the InP layer 67. The current blocking layer 67a has an opening 67c for the emitter, and the upper surface of the superlattice structure 65 appears in the opening 67c. After the etching, the first SiN mask 71 is removed.

工程S103では、エミッタ及びコンタクトのための再成長を行う。図9の(a)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図9の(b)部は、図9の(a)部に示されたIXb−IXb線に沿って取られた断面を示す。図9の(a)部は、図9の(b)部に示されたIXa−IXa線に沿って取られた断面を示す。図9の(a)部及び(b)部に示されるように、エッチングにより開口67cを形成した後に、エミッタ領域のために、電流ブロック層67aの上面及び側面、開口67c、及び超格子構造65の上面上にSiドープAlInAs層79a及びSiドープInP層79bを順に成長すると共に、SiドープInP層79b上にコンタクト層のためのSiドープInGaAs層81を成長して、エミッタ領域及びコンタクト層のための半導体積層を含む第2半導体積層73を形成する。SiドープAlInAs層79aの厚さは、電子がトンネル伝導しない程度の厚さ、例えば10nmより大きい厚さであることが良い。SiドープInP層79bは、電流ブロック層67aの開口67cを埋め込むように成長されて、SiドープInP層79bの上面は、実質的に平坦である。この再成長により、開口67cは埋め込まれて、実質的に平坦な表面を有する第2半導体積層73を含む半導体生産物が形成される。   In step S103, regrowth is performed for the emitter and contact. 9A shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and FIG. 9B shows the section IXb-IXb shown in FIG. 9A. A cross section taken is shown. Part (a) of FIG. 9 shows a cross section taken along the line IXa-IXa shown in part (b) of FIG. 9. As shown in FIGS. 9A and 9B, after the opening 67c is formed by etching, the upper and side surfaces of the current blocking layer 67a, the opening 67c, and the superlattice structure 65 are formed for the emitter region. A Si-doped AlInAs layer 79a and a Si-doped InP layer 79b are sequentially grown on the upper surface of the Si-doped InP layer 79b. A second semiconductor stack 73 including the semiconductor stack is formed. The thickness of the Si-doped AlInAs layer 79a is preferably thick enough to prevent electrons from tunneling, for example, greater than 10 nm. The Si-doped InP layer 79b is grown so as to fill the opening 67c of the current blocking layer 67a, and the upper surface of the Si-doped InP layer 79b is substantially flat. By this regrowth, the opening 67c is embedded to form a semiconductor product including the second semiconductor stack 73 having a substantially flat surface.

工程S104では、レーザ導波路のための半導体メサを形成する。図9の(c)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図9の(d)部は、図9の(c)部に示されたIXd−IXd線に沿って取られた断面を示す。図9の(c)部は、図9の(d)部に示されたIXc−IXc線に沿って取られた断面を示す。図9の(c)部及び(d)部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、第2半導体積層73の主面73a上に半導体メサを形成するための第2SiNマスク77を形成する。第2SiNマスク77を用いて第2半導体積層73をエッチングして、Z軸の方向に延在するストライプメサ75を形成する。ストライプメサ75は、下部光学クラッド層63b、超格子構造65b、電流ブロック層67b、SiドープAlInAs層79c、SiドープInP層79d及びSiドープInGaAs層81bを含む。ストライプメサ75の形成により、超格子構造65bには、第1側面65cが与えられる。また、超格子構造65bは、第1側面65cに加えて、上面65d及び下面65eを備える。第1側面65cの反対側の第2側面は、メタライズ工程の後に行われるへき開により形成される。ストライプメサ75は、主面61aの第1エリア61b上に形成される。主面61aの第2エリア61c及び第3エリア61d上の第2半導体積層73は、エッチングされる。第1エリア61b及び第2エリア61cは、導波路軸WG1(座標系SのZ軸)の方向に配列され、第1エリア61b及び第3エリア61dは、導波路軸WG1に交差する交差軸WG2(座標系SのX軸)の方向に配列される。第1エリア61b及び第3エリア61dは、第2エリア61cの一辺から導波路軸WG1の方向に延在し、第1エリア61b及び第3エリア61dは互いに隣接する。ストライプメサ75は、上面75a、導波路軸に交差する第1側面75b、並びに導波路軸の方向に延在する第2側面75c及び第3側面75dを備える。ストライプメサ75を形成した後に、第2SiNマスク77を除去する。   In step S104, a semiconductor mesa for the laser waveguide is formed. 9C shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and FIG. 9D shows the section IXd-IXd shown in FIG. 9C. A cross section taken is shown. (C) part of FIG. 9 shows the cross section taken along the IXc-IXc line | wire shown by the (d) part of FIG. As shown in FIGS. 9C and 9D, a second SiN mask 77 for forming a semiconductor mesa is formed on the main surface 73a of the second semiconductor stack 73 using photolithography and etching. To do. The second semiconductor stack 73 is etched using the second SiN mask 77 to form a stripe mesa 75 extending in the Z-axis direction. The stripe mesa 75 includes a lower optical cladding layer 63b, a superlattice structure 65b, a current blocking layer 67b, a Si-doped AlInAs layer 79c, a Si-doped InP layer 79d, and a Si-doped InGaAs layer 81b. The formation of the stripe mesa 75 gives the first side surface 65c to the superlattice structure 65b. The superlattice structure 65b includes an upper surface 65d and a lower surface 65e in addition to the first side surface 65c. The second side surface opposite to the first side surface 65c is formed by cleavage performed after the metallization step. The stripe mesa 75 is formed on the first area 61b of the main surface 61a. The second semiconductor stack 73 on the second area 61c and the third area 61d of the main surface 61a is etched. The first area 61b and the second area 61c are arranged in the direction of the waveguide axis WG1 (Z-axis of the coordinate system S), and the first area 61b and the third area 61d intersect the waveguide axis WG1. They are arranged in the direction of (X axis of coordinate system S). The first area 61b and the third area 61d extend from one side of the second area 61c in the direction of the waveguide axis WG1, and the first area 61b and the third area 61d are adjacent to each other. The stripe mesa 75 includes an upper surface 75a, a first side surface 75b that intersects the waveguide axis, and a second side surface 75c and a third side surface 75d that extend in the direction of the waveguide axis. After the stripe mesa 75 is formed, the second SiN mask 77 is removed.

工程S105では、コレクタ及びエミッタの分離構造を形成する。図10の(a)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図10の(b)部は、図10の(a)部に示されたXb−Xb線に沿って取られた断面を示す。図10の(a)部は、図10の(b)部に示されたXa−Xa線に沿って取られた断面を示す。図10の(a)部及び(b)部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、ストライプメサ75の主面上に分離溝を形成するための第3SiNマスク83を形成する。第3SiNマスク83は、分離溝を規定する開口83aを有する。第3SiNマスク83を用いてストライプメサ75をエッチングして、分離溝85a、第1アイランド85b及び第2アイランド85cを形成する。分離溝85aは、SiドープAlInAs層79c、SiドープInP層79d及びSiドープInGaAs層81cを貫通して電流ブロック層67bに到達し、電流ブロック層67b内で終端する。分離溝85aを形成した後に、第3SiNマスク83を除去する。   In step S105, a collector / emitter separation structure is formed. 10A shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and FIG. 10B shows the Xb-Xb line shown in FIG. 10A. A cross section taken is shown. Part (a) of FIG. 10 shows a cross section taken along the line Xa-Xa shown in part (b) of FIG. As shown in FIGS. 10A and 10B, a third SiN mask 83 for forming an isolation groove is formed on the main surface of the stripe mesa 75 using photolithography and etching. The third SiN mask 83 has an opening 83a that defines a separation groove. The stripe mesas 75 are etched using the third SiN mask 83 to form the isolation grooves 85a, the first islands 85b, and the second islands 85c. The isolation groove 85a passes through the Si-doped AlInAs layer 79c, the Si-doped InP layer 79d, and the Si-doped InGaAs layer 81c, reaches the current block layer 67b, and terminates in the current block layer 67b. After forming the isolation trench 85a, the third SiN mask 83 is removed.

工程S106では、パッシベーション膜を形成する。図10の(c)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図10の(d)部は、図10の(c)部に示されたXd−Xd線に沿って取られた断面を示す。図10の(c)部は、図10の(d)部に示されたXc−Xc線に沿って取られた断面を示す。図10の(c)部及び(d)部に示されるように、分離溝85aを形成した後に、シリコン酸化膜といった無機絶縁保護膜87を形成する。無機絶縁保護膜87は、例えば酸化シリコンを備える。無機絶縁保護膜87は、上面75a上に位置する第1開口87a、第1側面75b上に位置する第2開口87bを備える。第1開口87aには、SiドープInGaAs層81bが現れており、第2開口87bには、ストライプメサ75の第1側面75bの全て、及び第2エリア61cの表面が現れている。具体的には、無機絶縁保護膜87のための酸化シリコン膜を化学的気相成長法で成長する。酸化シリコン膜上に、第1開口87a及び第2開口87bを規定する開口(89a、89b)を有するレジストマスク89を形成すると共に、このレジストマスク89を用いたエッチングにより第1開口87a及び第2開口87bを酸化シリコン膜に形成する。第1開口87aには、SiドープInGaAs層81cが現れており、第2開口87bには、ストライプメサ75の第1側面75bの全て、及び第2エリア61cの表面が現れている。エッチングの後に、レジストマスク89を除去する。   In step S106, a passivation film is formed. Part (c) of FIG. 10 shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and part (d) of FIG. 10 follows the Xd-Xd line shown in part (c) of FIG. A cross section taken is shown. (C) part of FIG. 10 shows the cross section taken along the Xc-Xc line | wire shown by the (d) part of FIG. As shown in FIGS. 10C and 10D, after forming the isolation groove 85a, an inorganic insulating protective film 87 such as a silicon oxide film is formed. The inorganic insulating protective film 87 includes, for example, silicon oxide. The inorganic insulating protective film 87 includes a first opening 87a located on the upper surface 75a and a second opening 87b located on the first side surface 75b. The Si-doped InGaAs layer 81b appears in the first opening 87a, and the entire first side surface 75b of the stripe mesa 75 and the surface of the second area 61c appear in the second opening 87b. Specifically, a silicon oxide film for the inorganic insulating protective film 87 is grown by chemical vapor deposition. A resist mask 89 having openings (89a, 89b) defining the first opening 87a and the second opening 87b is formed on the silicon oxide film, and the first opening 87a and the second opening are etched by using the resist mask 89. Openings 87b are formed in the silicon oxide film. The Si-doped InGaAs layer 81c appears in the first opening 87a, and the entire first side surface 75b of the stripe mesa 75 and the surface of the second area 61c appear in the second opening 87b. After the etching, the resist mask 89 is removed.

工程S107では、エミッタ及びコレクタのための金属膜を形成する。図11の(a)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図11の(b)部は、図11の(a)部に示されたXIb−XIb線に沿って取られた断面を示す。図11の(a)部は、図11の(b)部に示されたXIa−XIa線に沿って取られた断面を示す。図11の(a)部及び(b)部に示されるように、第1開口87a及び第2開口87bにそれぞれ第1電極91a及び金属電極91bを形成する。具体的には、リフトオフ法を用いて、第1電極91a及び金属電極91bを形成する。リフトオフマスク93は、第1開口87a及び第2開口87bに位置合わせされたそれぞれの開口(93a、93b)を有する。リフトオフマスク93を形成した後に、第1電極91a及び金属電極91bのための金属膜91を堆積すると共に、リフトオフマスク93とリフトオフマスク93上の金属堆積物91dとを除去して、第1電極91a及び金属電極91bを形成する。   In step S107, metal films for the emitter and collector are formed. Part (a) of FIG. 11 shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and part (b) of FIG. 11 follows the line XIb-XIb shown in part (a) of FIG. A cross section taken is shown. (A) part of FIG. 11 shows the cross section taken along the XIa-XIa line | wire shown by the (b) part of FIG. As shown in FIGS. 11A and 11B, a first electrode 91a and a metal electrode 91b are formed in the first opening 87a and the second opening 87b, respectively. Specifically, the first electrode 91a and the metal electrode 91b are formed using a lift-off method. The lift-off mask 93 has respective openings (93a, 93b) aligned with the first opening 87a and the second opening 87b. After the lift-off mask 93 is formed, a metal film 91 for the first electrode 91a and the metal electrode 91b is deposited, and the lift-off mask 93 and the metal deposit 91d on the lift-off mask 93 are removed to form the first electrode 91a. And the metal electrode 91b is formed.

工程S108では、InP基板61の裏面上に金属体を形成する。図11の(c)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図11の(d)部は、図11の(c)部に示されたXId−XId線に沿って取られた断面を示す。図11の(c)部は、図11の(d)部に示されたXIc−XIc線に沿って取られた断面を示す。図11の(c)部及び(d)部に示されるように、第1電極91a及び金属電極91bを形成した後に、InP基板61の裏面上に、裏面電極91cを形成する。必要な場合には、InP基板61の裏面を研磨した後に裏面電極91cを形成するようにしてもよい。このように作製された基板生産物から、劈開によりレーザバーを形成する。   In step S108, a metal body is formed on the back surface of the InP substrate 61. Part (c) of FIG. 11 shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and part (d) of FIG. 11 follows the line XId-XId shown in part (c) of FIG. A cross section taken is shown. (C) part of FIG. 11 shows the cross section taken along the XIc-XIc line | wire shown by the (d) part of FIG. As shown in FIGS. 11C and 11D, after the first electrode 91a and the metal electrode 91b are formed, the back electrode 91c is formed on the back surface of the InP substrate 61. If necessary, the back electrode 91c may be formed after the back surface of the InP substrate 61 is polished. A laser bar is formed by cleavage from the substrate product thus produced.

図12及び図13を参照しながら、別の製造方法の概要を説明する。工程S201では、エピタキシャル基板を準備する。図12の(a)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図12の(b)部は、図12の(a)部に示されたXIIb−XIIb線に沿って取られた断面を示す。図12の(a)部は、図12の(b)部に示されたXIIa−XIIa線に沿って取られた断面を示す。図12の(a)部及び(b)部に示されるように、SiドープInP基板61を準備する。InP基板61の主面61a上に、下部光学クラッド層のためにInP層63を成長する。InP層63は、例えばSiドープInPであることができる。InP層63上に、例えば上記の4層構造を備える単位セルの積層を有する発光領域のための超格子構造65を成長する。超格子構造65上に、絶縁分離のための高Al組成の化合物半導体を成長する。この化合物半導体は、例えばAlGaAs及び/又はAlInAsを備えることができ、これらのAl組成は0,9より大きい。本実施例では、超格子構造65上に、エミッタ領域のためのSiドープAlInAs層79aを成長する。このSiドープAlInAs層79a上にSiドープInP層79bを成長すると共に、SiドープInP層79b上にコンタクト層のためのSiドープInGaAs層81を成長して、下地の半導体積層に加えてエミッタ領域及びコンタクト層を含む半導体積層82を形成する。これらの結晶成長は、例えばMBE法もしくはMOCVD法によって行われることができる。   The outline of another manufacturing method will be described with reference to FIGS. In step S201, an epitaxial substrate is prepared. 12 (a) shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and FIG. 12 (b) shows the XIIb-XIIb line shown in FIG. 12 (a). A cross section taken is shown. The (a) part of FIG. 12 shows the cross section taken along the XIIa-XIIa line | wire shown by the (b) part of FIG. As shown in FIGS. 12A and 12B, a Si-doped InP substrate 61 is prepared. On the main surface 61a of the InP substrate 61, an InP layer 63 is grown for the lower optical cladding layer. The InP layer 63 can be, for example, Si-doped InP. On the InP layer 63, for example, a superlattice structure 65 for a light emitting region having a stack of unit cells having the above four-layer structure is grown. A compound semiconductor having a high Al composition for insulation isolation is grown on the superlattice structure 65. The compound semiconductor can comprise, for example, AlGaAs and / or AlInAs, whose Al composition is greater than 0.9. In this embodiment, a Si-doped AlInAs layer 79a for the emitter region is grown on the superlattice structure 65. A Si-doped InP layer 79b is grown on the Si-doped AlInAs layer 79a, and a Si-doped InGaAs layer 81 for a contact layer is grown on the Si-doped InP layer 79b. In addition to the underlying semiconductor stack, an emitter region and A semiconductor stack 82 including a contact layer is formed. These crystal growths can be performed by, for example, the MBE method or the MOCVD method.

工程S202では、半導体メサを形成する。図12の(c)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図12の(d)部は、図12の(c)部に示されたXIId−XIId線に沿って取られた断面を示す。図12の(c)部は、図12の(d)部に示されたXIIc−XIIc線に沿って取られた断面を示す。図12の(c)部及び(d)部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、半導体積層82の主面82a上に半導体メサを形成するための第2SiNマスク77を形成する。第2SiNマスク77を用いて半導体積層82をエッチングして、Z軸の方向に延在するストライプメサ76を形成する。ストライプメサ76は、下部光学クラッド層63b、超格子構造65b、SiドープAlInAs層79c、SiドープInP層79d及びSiドープInGaAs層81bを含む。超格子構造65bには、上面65d及び下面65eに加えて、ストライプメサ76の形成により第1側面65cが与えられる。超格子構造65bは、を備える。第1側面65cの反対側の第2側面は、メタライズ工程の後のへき開により形成される。ストライプメサ76は、主面61aの第1エリア61b上に形成される。具体的には、主面61aの第2エリア61c及び第3エリア61d上の第2半導体積層73は、エッチングされる。第1エリア61b及び第2エリア61c、並びに第3エリア61d及び第2エリア61cは、導波路軸WG1(座標系SのZ軸)の方向に配列され、第1エリア61b及び第3エリア61dは、導波路軸WG1に交差する交差軸WG2(座標系SのX軸)の方向に配列される。第1エリア61b及び第3エリア61dは、第2エリア61cの一辺から導波路軸WG1の方向に延在し、第1エリア61b及び第3エリア61dは互いに隣接する。ストライプメサ75は、上面76a、導波路軸に交差する第1側面76b、並びに導波路軸の方向に延在する第2側面76c及び第3側面76dを備える。ストライプメサ75を形成した後に、第2SiNマスク77を除去する。   In step S202, a semiconductor mesa is formed. 12C shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and FIG. 12D shows the XIId-XIId line shown in FIG. 12C. A cross section taken is shown. (C) part of FIG. 12 shows the cross section taken along the XIIc-XIIc line | wire shown by the (d) part of FIG. As shown in FIGS. 12C and 12D, a second SiN mask 77 for forming a semiconductor mesa is formed on the main surface 82a of the semiconductor stack 82 using photolithography and etching. The semiconductor stack 82 is etched using the second SiN mask 77 to form a stripe mesa 76 extending in the Z-axis direction. The stripe mesa 76 includes a lower optical cladding layer 63b, a superlattice structure 65b, a Si-doped AlInAs layer 79c, a Si-doped InP layer 79d, and a Si-doped InGaAs layer 81b. In addition to the upper surface 65d and the lower surface 65e, the superlattice structure 65b is provided with the first side surface 65c by the formation of the stripe mesa 76. The superlattice structure 65b includes: The second side surface opposite to the first side surface 65c is formed by cleavage after the metallization step. The stripe mesa 76 is formed on the first area 61b of the main surface 61a. Specifically, the second semiconductor stack 73 on the second area 61c and the third area 61d of the main surface 61a is etched. The first area 61b and the second area 61c, and the third area 61d and the second area 61c are arranged in the direction of the waveguide axis WG1 (Z axis of the coordinate system S), and the first area 61b and the third area 61d are Are arranged in the direction of a cross axis WG2 (X axis of the coordinate system S) intersecting the waveguide axis WG1. The first area 61b and the third area 61d extend from one side of the second area 61c in the direction of the waveguide axis WG1, and the first area 61b and the third area 61d are adjacent to each other. The stripe mesa 75 includes an upper surface 76a, a first side surface 76b intersecting the waveguide axis, and a second side surface 76c and a third side surface 76d extending in the direction of the waveguide axis. After the stripe mesa 75 is formed, the second SiN mask 77 is removed.

工程S203では、ストライプメサ76内に酸化狭窄構造を形成する。図13の(a)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図13の(b)部は、図13の(a)部に示されたXIIIb−XIIIb線に沿って取られた断面を示す。図13の(a)部は、図13の(b)部に示されたXIIIa−XIIIa線に沿って取られた断面を示す。図13の(a)部及び(b)部に示されるように、ストライプメサ76内に酸化狭窄構造70を形成する。この酸化に先立って、ストライプメサ76の第2側面76c及び第3側面76dを覆う無機絶縁物の保護マスク78を形成する。保護マスク78の形成のために、窒化シリコンといった無機絶縁膜を堆積すると共に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより無機絶縁膜から保護マスク78を形成する。保護マスク78を形成した後に、ストライプメサ76の第1側面76bを酸化雰囲気(例えば、高温水蒸気)に曝して、ストライプメサ76内の高Al組成化合物半導体、例えばSiドープAlInAs層79cをストライプメサ76の第1側面76bから酸化する。この酸化により、SiドープAlInAs層79cから酸化狭窄構造70を形成する。酸化狭窄構造70は、SiドープAlInAsの半導体アパ−チャー領域70a及びIII族酸化物の酸化物領域70bを含む。III族酸化物の酸化物領域70bは、ストライプメサ76の第1側面76bから導波路軸の方向に延在しており、酸化狭窄構造70の酸化物領域70bの長さは、ストライプメサ76の第1側面76bから、例えば20マイクロメートルである。半導体アパ−チャー領域70aは、超格子構造65aのバンドレベルに比べて高いバンドレベルを有しており、このバンドレベルの差は、半導体アパ−チャー領域70aから超格子構造65aへのキャリア注入を良好にする。酸化の後に、保護マスク78を除去する。   In step S <b> 203, an oxidized constriction structure is formed in the stripe mesa 76. Part (a) of FIG. 13 shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and part (b) of FIG. 13 follows the line XIIIb-XIIIb shown in part (a) of FIG. A cross section taken is shown. Part (a) of FIG. 13 shows a cross section taken along line XIIIa-XIIIa shown in part (b) of FIG. As shown in FIGS. 13A and 13B, an oxidized constriction structure 70 is formed in the stripe mesa 76. Prior to this oxidation, an inorganic insulating protective mask 78 is formed to cover the second side surface 76c and the third side surface 76d of the stripe mesa 76. In order to form the protective mask 78, an inorganic insulating film such as silicon nitride is deposited, and the protective mask 78 is formed from the inorganic insulating film by photolithography and etching. After forming the protective mask 78, the first side surface 76b of the stripe mesa 76 is exposed to an oxidizing atmosphere (for example, high-temperature steam), and the high Al composition compound semiconductor, for example, the Si-doped AlInAs layer 79c in the stripe mesa 76 is striped. The first side surface 76b is oxidized. By this oxidation, an oxidized constriction structure 70 is formed from the Si-doped AlInAs layer 79c. The oxide confinement structure 70 includes a semiconductor aperture region 70a of Si-doped AlInAs and an oxide region 70b of a group III oxide. The oxide region 70b of the group III oxide extends from the first side surface 76b of the stripe mesa 76 in the direction of the waveguide axis. The length of the oxide region 70b of the oxide confinement structure 70 is the length of the stripe mesa 76. From the 1st side surface 76b, it is 20 micrometers, for example. The semiconductor aperture region 70a has a higher band level than the band level of the superlattice structure 65a, and this difference in band level causes carrier injection from the semiconductor aperture region 70a to the superlattice structure 65a. Make good. After the oxidation, the protective mask 78 is removed.

工程S204では、コレクタ及びエミッタの分離構造を形成する。図13の(c)部は、導波路軸WG1に沿って取られた断面を示し、図13の(d)部は、図13の(c)部に示されたXIIId−XIIId線に沿って取られた断面を示す。図13の(c)部は、図13の(d)部に示されたXIIIc−XIIIc線に沿って取られた断面を示す。図13の(c)部及び(d)部に示されるように、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、ストライプメサ76の上面76a上に分離溝を形成するための第3SiNマスク83をInP基板61の主面61a上に形成する。第3SiNマスク83は、分離溝を規定する開口83aを有する。第3SiNマスク83を用いてストライプメサ76をエッチングして、分離溝86a、第1アイランド86b及び第2アイランド86cを形成する。分離溝86aは、コンタクト層81b及びSiドープInP層79d貫通して酸化狭窄構造70の酸化物領域70bに到達し、酸化物領域70bの上面で終端する。分離溝86aを形成した後に、第3SiNマスク83を除去する。   In step S204, a collector / emitter separation structure is formed. Part (c) of FIG. 13 shows a cross section taken along the waveguide axis WG1, and part (d) of FIG. 13 follows the line XIIId-XIIId shown in part (c) of FIG. A cross section taken is shown. (C) part of FIG. 13 shows the cross section taken along the XIIIc-XIIIc line | wire shown by the (d) part of FIG. As shown in FIGS. 13C and 13D, a third SiN mask 83 for forming an isolation groove on the upper surface 76a of the stripe mesa 76 is formed on the InP substrate 61 by using photolithography and etching. It is formed on the main surface 61a. The third SiN mask 83 has an opening 83a that defines a separation groove. The stripe mesas 76 are etched using the third SiN mask 83 to form isolation grooves 86a, first islands 86b, and second islands 86c. The isolation groove 86a penetrates the contact layer 81b and the Si-doped InP layer 79d, reaches the oxide region 70b of the oxide confinement structure 70, and terminates at the upper surface of the oxide region 70b. After forming the isolation groove 86a, the third SiN mask 83 is removed.

第3SiNマスク83を除去した後に、工程S106から工程S108を順に行って、無機絶縁保護膜87、第1電極91a及び金属電極91bを形成すると共に、InP基板61の裏面上に、裏面電極91cを形成する。このように作製された基板生産物から、劈開によりレーザバーを形成する。   After removing the third SiN mask 83, Steps S106 to S108 are sequentially performed to form the inorganic insulating protective film 87, the first electrode 91a, and the metal electrode 91b, and the back electrode 91c is formed on the back surface of the InP substrate 61. Form. A laser bar is formed by cleavage from the substrate product thus produced.

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。   While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.

以上説明したように、本実施形態によれば、単極性のキャリアの光学遷移を用いることを可能にする半導体レーザを提供できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor laser that makes it possible to use optical transitions of unipolar carriers.

11、11a、11b…半導体レーザ、13…基板、13b…第1エリア、13c…第2エリア、13d…第3エリア、15…発光領域、15a…単位セル、17…エミッタ領域、19…金属電極、21…量子井戸構造、23…上部半導体領域、25…分離構造。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 11a, 11b ... Semiconductor laser, 13 ... Board | substrate, 13b ... 1st area, 13c ... 2nd area, 13d ... 3rd area, 15 ... Light emission area | region, 15a ... Unit cell, 17 ... Emitter area | region, 19 ... Metal electrode , 21 ... quantum well structure, 23 ... upper semiconductor region, 25 ... isolation structure.

Claims (7)

半導体レーザであって、
基板の主面に交差する第1軸の方向に配列された複数の量子井戸構造を含むと共に上面及び側面を有する発光領域を備え、前記基板の前記主面上において導波路軸の方向に延在するメサ構造と、
前記発光領域の前記上面上に設けられ第1導電性を有する上部半導体領域と、
前記発光領域の前記側面上に設けられ前記第1軸の方向に延在する金属電極と、
を備え、
前記金属電極及び前記発光領域は、前記基板の前記主面上において前記導波路軸の方向に配列され、
前記金属電極は、前記発光領域の前記側面に電気的に接続されている、半導体レーザ。
A semiconductor laser,
A light emitting region including a plurality of quantum well structures arranged in a direction of a first axis intersecting a main surface of the substrate and having an upper surface and a side surface, and extending in a direction of a waveguide axis on the main surface of the substrate; A mesa structure to
An upper semiconductor region provided on the upper surface of the light emitting region and having first conductivity;
A metal electrode provided on the side surface of the light emitting region and extending in the direction of the first axis;
With
The metal electrode and the light emitting region are arranged in the direction of the waveguide axis on the main surface of the substrate,
The semiconductor laser, wherein the metal electrode is electrically connected to the side surface of the light emitting region.
前記量子井戸構造は、第1井戸層、第2井戸層、第1障壁層、及び第2障壁層を含み、
前記第1障壁層は前記第1井戸層を前記第2井戸層から隔てており、
前記第1井戸層は前記第1障壁層を前記第2障壁層から隔てている、請求項1に記載された半導体レーザ。
The quantum well structure includes a first well layer, a second well layer, a first barrier layer, and a second barrier layer,
The first barrier layer separates the first well layer from the second well layer;
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the first well layer separates the first barrier layer from the second barrier layer.
前記発光領域は、前記第1軸の方向に配列された複数の単位セルを含み、
前記単位セルは、前記第1井戸層、前記第2井戸層、前記第1障壁層、及び前記第2障壁層を含み、
前記第1障壁層の厚さは前記第2障壁層の厚さより小さい、請求項2に記載された半導体レーザ。
The light emitting region includes a plurality of unit cells arranged in the direction of the first axis,
The unit cell includes the first well layer, the second well layer, the first barrier layer, and the second barrier layer,
The semiconductor laser according to claim 2, wherein a thickness of the first barrier layer is smaller than a thickness of the second barrier layer.
前記量子井戸構造は、前記第1軸の方向に交差する平面に沿って延在する障壁層を含み、前記障壁層の一部又は全部に、ドーパントが添加されている、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された半導体レーザ。   The quantum well structure includes a barrier layer extending along a plane intersecting the direction of the first axis, and a dopant is added to a part or all of the barrier layer. 4. The semiconductor laser as described in any one of 3 above. 前記上部半導体領域に接触を成すエミッタ電極と、
前記発光領域の前記上面上に設けられ開口を有する高比抵抗層と、
を更に備え、
前記上部半導体領域は、前記高比抵抗層の前記開口を介して前記発光領域に接触を成し、
前記上部半導体領域は、前記高比抵抗層に到達する開口を有し、
前記金属電極は、前記上部半導体領域の側面上に設けられる、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
An emitter electrode in contact with the upper semiconductor region;
A high resistivity layer provided on the upper surface of the light emitting region and having an opening;
Further comprising
The upper semiconductor region is in contact with the light emitting region through the opening of the high resistivity layer,
The upper semiconductor region has an opening reaching the high resistivity layer;
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the metal electrode is provided on a side surface of the upper semiconductor region.
前記基板の裏面上に設けられた裏面電極を更に備え、
前記基板は導電性を有し、
前記金属電極は、前記基板に電気的に接続される、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
Further comprising a back electrode provided on the back surface of the substrate,
The substrate has electrical conductivity;
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the metal electrode is electrically connected to the substrate.
前記メサ構造の側面を覆う絶縁膜を更に備え、
前記絶縁膜は、前記メサ構造の側面上に設けられた開口を有し、
前記金属電極は前記絶縁膜の前記開口を介して前記発光領域の前記側面に接続される、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
Further comprising an insulating film covering a side surface of the mesa structure;
The insulating film has an opening provided on a side surface of the mesa structure;
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the metal electrode is connected to the side surface of the light emitting region through the opening of the insulating film.
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