JP2019201186A

JP2019201186A - Laser device and laser diode

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Publication number: JP2019201186A
Application number: JP2018096556A
Authority: JP
Inventors: 恒輔佐藤; Kosuke Sato; 素顕岩谷; Motoaki Iwatani; 岩山　章; Akira Iwayama; 章岩山; 川瀬雄太; Yuta Kawase; 雄太川瀬; 隼也池田; Junya Ikeda
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Meijo University
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Meijo University
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: JP7117694B2

Abstract

To provide a laser device capable of reducing an optical output noise, and a laser diode.SOLUTION: A resonator end surface 10a provided in a laser device 1, includes a convexoconcave part 103 or the like containing an oblique surface part 103a, and an area ratio of a projection surface 103ap or the like projecting the oblique surface part 103a to a virtual surface BP, which is parallel to a side surface 11a of a substrate 11 on a light emission side, for a projection surface 10ap projecting the resonator end surface 10a to the virtual surface BP is larger than 0 and equal to or smaller than 1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体層を有するレーザ素子及びレーザダイオードに関する。 The present invention relates to a laser element and a laser diode having a semiconductor layer.

特許文献１には、結晶面を利用した劈開方法を用いて基板から半導体層まで水平垂直に切断した構造のレーザダイオードが開示されている。また、特許文献２及び３には、ドライエッチングとウェットエッチングを組み合わせたエッチング方法により水平垂直な共振器面を有する構造のレーザダイオードが開示されている。 Patent Document 1 discloses a laser diode having a structure in which a substrate to a semiconductor layer are cut horizontally and vertically using a cleavage method using a crystal plane. Patent Documents 2 and 3 disclose laser diodes having a structure having a horizontal and vertical resonator surface by an etching method combining dry etching and wet etching.

特開昭５１−９７３９０号公報JP-A-51-97390 特開平１０−４１５８５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-41585 特開２００８−１０８８４４号公報JP 2008-108844 A

特許文献１から３に開示されたレーザダイオードの構造では、パッケージ化した後にレーザダイオードの出力が瞬間的に高くなる光ノイズが発生する場合がある。 In the structure of the laser diode disclosed in Patent Documents 1 to 3, there may occur optical noise in which the output of the laser diode instantaneously increases after packaging.

本発明の目的は、光出力ノイズを低減させることができるレーザダイオードを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a laser diode capable of reducing light output noise.

上記目的を達成するために、本発明の一態様によるレーザ素子は、基板と、前記基板の上方に配置された発光層と、前記発光層を挟んで前記基板の上方に配置されたガイド層と、前記基板と前記ガイド層との間に形成された下部クラッド層と、前記ガイド層の上に形成された上部クラッド層と、前記発光層で発光した光が出射される光出射側の前記発光層の側面、前記ガイド層の側面、前記下部クラッド層の側面及び前記上部クラッド層の側面を有する共振器端面とを備え、前記共振器端面は、斜面部を含む凹凸部を有し、前記光出射側の前記基板の側面に平行な仮想面に前記共振器端面を投影した投影面に対する、前記仮想面に前記斜面部を投影した投影面の面積比は、０より大きく１以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser element according to an aspect of the present invention includes a substrate, a light emitting layer disposed above the substrate, and a guide layer disposed above the substrate with the light emitting layer interposed therebetween. The lower clad layer formed between the substrate and the guide layer, the upper clad layer formed on the guide layer, and the light emission side on which light emitted from the light emitting layer is emitted A resonator end surface having a side surface of the layer, a side surface of the guide layer, a side surface of the lower clad layer, and a side surface of the upper clad layer, the resonator end surface having an uneven portion including a slope portion, and the light The area ratio of the projection surface on which the inclined surface portion is projected on the virtual surface to the projection surface on which the resonator end surface is projected on a virtual surface parallel to the side surface of the substrate on the emission side is greater than 0 and 1 or less. Features.

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様によるレーザダイオードは、上記本発明のレーザ素子と、前記レーザ素子で発光した光を検出する光検出部と、前記レーザ素子及び前記光検出部を内包するパッケージとを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser diode according to an aspect of the present invention includes a laser element according to the present invention, a light detection unit that detects light emitted from the laser element, the laser element, and the light detection. And a package containing the part.

本発明の一態様によれば、光出力ノイズを低減させることができる。 According to one embodiment of the present invention, light output noise can be reduced.

本発明の一実施形態によるレーザ素子１の概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a laser device 1 according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるレーザ素子１の仮想面ＢＰを説明する図である。It is a figure explaining the virtual surface BP of the laser element 1 by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるレーザ素子１及びレーザダイオード１００の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the laser element 1 and laser diode 100 by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の変形例によるレーザ素子１の概略構成を示す要部側面図である。It is a principal part side view which shows schematic structure of the laser element 1 by the modification of one Embodiment of this invention.

本発明の一実施形態によるレーザ素子及びレーザダイオードについて図１から図４を用いて説明する。まず、本実施形態によるレーザ素子１の概略構成について図１を用いて説明する。図１では、レーザ素子１が模式的に図示されている。 A laser element and a laser diode according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the schematic configuration of the laser device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a laser element 1 is schematically shown.

図１に示すように、レーザ素子１は、基板１１と、基板１１の上方に配置された発光層１２と、発光層１２を挟んで基板１１の上方に配置されたガイド層１３と、基板１１とガイド層１３との間に形成された下部クラッド層１４と、ガイド層１３の上に形成された上部クラッド層１５とを備えている。 As shown in FIG. 1, the laser element 1 includes a substrate 11, a light emitting layer 12 disposed above the substrate 11, a guide layer 13 disposed above the substrate 11 with the light emitting layer 12 interposed therebetween, and a substrate 11. The lower clad layer 14 formed between the guide layer 13 and the upper clad layer 15 formed on the guide layer 13.

下部クラッド層１４、ガイド層１３及び上部クラッド層１５は、この順に基板１１上に積層されている。ガイド層１３は、上下方向から発光層１２を挟んで配置されている。発光層１２は、ガイド層１３の層厚方向のほぼ中央に配置されている。なお、発光層１２は、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５のいずれか一方の側に片寄って配置されていてもよい。下部クラッド層１４、ガイド層１３、発光層１２及び上部クラッド層１５によって積層体１０が構成されている。 The lower cladding layer 14, the guide layer 13, and the upper cladding layer 15 are stacked on the substrate 11 in this order. The guide layer 13 is arrange | positioned on both sides of the light emitting layer 12 from the up-down direction. The light emitting layer 12 is disposed substantially at the center of the guide layer 13 in the layer thickness direction. Note that the light emitting layer 12 may be disposed so as to be offset toward one of the lower cladding layer 14 and the upper cladding layer 15. The lower clad layer 14, the guide layer 13, the light emitting layer 12, and the upper clad layer 15 constitute a laminated body 10.

基板１１は、薄板の四角形状を有している。基板１１は、下部クラッド層１４、ガイド層１３及び上部クラッド層１５が積層される積層面１１ｂを有している。 The substrate 11 has a thin quadrangular shape. The substrate 11 has a laminated surface 11b on which the lower clad layer 14, the guide layer 13 and the upper clad layer 15 are laminated.

下部クラッド層１４は、ｎ型半導体で形成され、基板１１の積層面１１ｂ上に積層されている。下部クラッド層１４は、基板１１よりも一回り小さい大きさに形成されている。これにより、下部クラッド層１４の周囲には、積層面１１ｂが露出されている。下部クラッド層１４は、発光層１２で発光した光が出射される光出射側の側面１４ａを有している。下部クラッド層１４は、ガイド層１３が積層される第一領域１４１と、積層面１１ｂからの高さが第一領域１４１よりも低い第二領域１４２とを有している。下部クラッド層１４は、第一領域１４１及び第二領域１４２の境界に段差を有している。第二領域１４２上には、ｎ型電極１６１が形成されている。ｎ型電極１６１は、発光層１２に注入される電流の負極側の電極となる。下部クラッド層１４には、ｎ型電極１６１を介して電子が供給される。 The lower cladding layer 14 is formed of an n-type semiconductor and is stacked on the stacked surface 11 b of the substrate 11. The lower cladding layer 14 is formed to be slightly smaller than the substrate 11. As a result, the laminated surface 11 b is exposed around the lower cladding layer 14. The lower cladding layer 14 has a side surface 14 a on the light emission side from which light emitted from the light emitting layer 12 is emitted. The lower cladding layer 14 includes a first region 141 where the guide layer 13 is stacked, and a second region 142 whose height from the stacked surface 11b is lower than the first region 141. The lower cladding layer 14 has a step at the boundary between the first region 141 and the second region 142. An n-type electrode 161 is formed on the second region 142. The n-type electrode 161 is an electrode on the negative electrode side of the current injected into the light emitting layer 12. Electrons are supplied to the lower cladding layer 14 via the n-type electrode 161.

ガイド層１３は、下部クラッド層１４の第一領域１４１上に積層されている。ガイド層１３は、光の吸収を抑制するため、ドーパントを添加しないアンドープ層である。ガイド層１３は、発光層１２で発光した光が出射される光出射側の側面１３ａを有している。ガイド層１３の側面１３ａはハーフミラーを構成し、側面１３ａに対向するガイド層１３の対向側面１０ｂはミラーを構成する。ガイド層１３は、発光層１２で発光した光を閉じ込めて光増幅する共振器としての機能を発揮する。 The guide layer 13 is stacked on the first region 141 of the lower cladding layer 14. The guide layer 13 is an undoped layer to which no dopant is added in order to suppress light absorption. The guide layer 13 has a side surface 13a on the light emission side from which light emitted from the light emitting layer 12 is emitted. The side surface 13a of the guide layer 13 constitutes a half mirror, and the opposing side surface 10b of the guide layer 13 facing the side surface 13a constitutes a mirror. The guide layer 13 exhibits a function as a resonator that confines the light emitted from the light emitting layer 12 and amplifies the light.

上部クラッド層１５は、ｐ型半導体で形成され、ガイド層１３上に積層されている。上部クラッド層１５は、発光層１２で発光した光が出射される光出射側の側面１５ａを有している。上部クラッド層１５は、リッジ構造を有している。すなわち、上部クラッド層１５は、ガイド層１３に全体が接触する平板部１５１と、平板部１５１のほぼ中央で上に突出して形成された土手状の突起部１５２とを有している。突起部１５２は、平板部１５１の中央ではなくｎ型電極１６１が配置されている側に片寄らせて設けられてもよい。突起部１５２がｎ型電極１６１に近付くことによって、積層体１０中を流れる電流経路が短くなるので、積層体１０中に形成される電流経路の抵抗値を下げることができる。突起部１５２はできるだけｎ型電極に近づけることが好ましい。それによって，半導体中を流れる電流経路を短くし，抵抗を下げることができる。突起部１５２上には、ｐ型電極１６２が形成されている。ｐ型電極１６２は、発光層１２に注入される電流の正極側の電極となる。上部クラッド層１５には、ｐ型電極１６２を介して正孔が供給される。 The upper cladding layer 15 is formed of a p-type semiconductor and is stacked on the guide layer 13. The upper cladding layer 15 has a side surface 15 a on the light emission side from which light emitted from the light emitting layer 12 is emitted. The upper cladding layer 15 has a ridge structure. That is, the upper clad layer 15 has a flat plate portion 151 that is in contact with the guide layer 13 as a whole, and a bank-like protrusion 152 that is formed to protrude upward at substantially the center of the flat plate portion 151. The protrusion 152 may be provided so as to be offset toward the side where the n-type electrode 161 is disposed instead of the center of the flat plate portion 151. Since the protrusion 152 approaches the n-type electrode 161, the current path flowing through the stacked body 10 is shortened, so that the resistance value of the current path formed in the stacked body 10 can be reduced. The protrusion 152 is preferably as close to the n-type electrode as possible. Thereby, the current path flowing in the semiconductor can be shortened and the resistance can be lowered. A p-type electrode 162 is formed on the protrusion 152. The p-type electrode 162 is an electrode on the positive electrode side of the current injected into the light emitting layer 12. Holes are supplied to the upper cladding layer 15 via the p-type electrode 162.

上部クラッド層１５がリッジ構造を有すると、レーザ発振に必要な反転分布を形成するための閾値電流を下げることができる。レーザダイオード１におけるリッジ構造は、図１に示すように上部クラッド層１５の一部を突出させた突起部とこの突起部の上に配置された電極とで構成されてもよい。また、レーザダイオード１におけるリッジ構造は、発光層１２の上層の領域のガイド層１３上の一部に図１に示す突起部１５２のような土手状の上部クラッド層と、この上部クラッド層の上に配置された電極とで構成されてもよい。レーザダイオード１は、このようなリッジ構造を有することにより、上部クラッド層１５における電流の経路を電極直下の領域に制限できる。これにより、上部クラッド層１５中での水平方向の電流拡散が抑制されるので、発光層１２内に流れる電流を上部クラッド層１５の突起部分（本実施形態では突起部１５２）直下に集中させることができる。その結果、この突起部分の領域において効率よく反転分布状態を形成することができ、レーザ発振の閾値を低く保つことが可能になる。 When the upper cladding layer 15 has a ridge structure, the threshold current for forming an inversion distribution necessary for laser oscillation can be lowered. As shown in FIG. 1, the ridge structure in the laser diode 1 may be constituted by a protruding portion in which a part of the upper cladding layer 15 protrudes and an electrode disposed on the protruding portion. Further, the ridge structure in the laser diode 1 has a bank-like upper cladding layer such as the protrusion 152 shown in FIG. 1 on a part of the guide layer 13 in the upper region of the light emitting layer 12 and the upper cladding layer. And an electrode disposed on the substrate. Since the laser diode 1 has such a ridge structure, the current path in the upper cladding layer 15 can be limited to a region immediately below the electrode. As a result, horizontal current diffusion in the upper cladding layer 15 is suppressed, so that the current flowing in the light emitting layer 12 is concentrated directly below the protruding portion of the upper cladding layer 15 (the protruding portion 152 in this embodiment). Can do. As a result, an inversion distribution state can be efficiently formed in the region of the protruding portion, and the laser oscillation threshold value can be kept low.

発光層１２に反転分布状態の領域が形成された後に、上部クラッド層１５に注入されたホールと下部クラッド層１４に注入された電子が発光層１２で再結合することにより、発光層１２で光が生じる。ガイド層１３より上部クラッド層１５及び下部クラッド層１４の屈折率が大きい。このため、発光層１２で発光した光は、ガイド層１３と接する上部クラッド層１５及び下部クラッド層１４の表面で反射されるので、ガイド層１３に閉じこめられる。ガイド層１３の側面１３ａと側面１３ａに対向する対向側面１０ｂがミラー（反射鏡）としての機能を発揮するので、発光層１２で発光した光は、ガイド層１３内で増幅されながら往復して誘導放出を生じてレーザ発振が生じる。ガイド層１３内で増幅された光がガイド層１３内での内部ロスより大きくなると、外部に光が出射される。 After the inverted distribution region is formed in the light emitting layer 12, the holes injected into the upper cladding layer 15 and the electrons injected into the lower cladding layer 14 are recombined in the light emitting layer 12, whereby light is emitted from the light emitting layer 12. Occurs. The upper cladding layer 15 and the lower cladding layer 14 have a higher refractive index than the guide layer 13. For this reason, the light emitted from the light emitting layer 12 is reflected by the surfaces of the upper clad layer 15 and the lower clad layer 14 in contact with the guide layer 13, so that the light is confined in the guide layer 13. Since the side surface 13a of the guide layer 13 and the opposite side surface 10b facing the side surface 13a function as a mirror (reflecting mirror), the light emitted from the light emitting layer 12 is guided back and forth while being amplified in the guide layer 13. Laser emission occurs due to emission. When the light amplified in the guide layer 13 becomes larger than the internal loss in the guide layer 13, the light is emitted to the outside.

次に、レーザ素子１の光出射側の側面の構成について図１を参照しつつ図２を用いて説明する。図２中の上方には、レーザ素子１に備えられた上部クラッド層１５の側面１５ａ、ガイド層１３の側面１３ａ及び下部クラッド層１４の側面１４ａが模式的に図示されている。図２では、理解を容易にするため、側面１３ａ，１４ａ，１５ａは、基板１１（図２では不図示）の積層面１１ｂに直交する方向に見た状態であり、かつ互いにずらして図示されている。また、図２中の下方には、仮想面ＢＰが図示されている。 Next, the configuration of the side surface on the light emitting side of the laser element 1 will be described with reference to FIG. 1 and FIG. In the upper part of FIG. 2, a side surface 15 a of the upper cladding layer 15, a side surface 13 a of the guide layer 13, and a side surface 14 a of the lower cladding layer 14 provided in the laser element 1 are schematically illustrated. In FIG. 2, for easy understanding, the side surfaces 13 a, 14 a, and 15 a are viewed in a direction perpendicular to the laminated surface 11 b of the substrate 11 (not shown in FIG. 2), and are shifted from each other. Yes. In addition, a virtual plane BP is illustrated below in FIG.

図１に示すように、レーザ素子１は、発光層１２で発光した光が出射される光出射側の発光層１２の側面１２ａ、ガイド層１３の側面１３ａ、下部クラッド層１４の側面１４ａ及び上部クラッド層１５の側面１５ａを有する共振器端面１０ａを備えている。共振器端面１０ａは、斜面部１０３ａを含む凹凸部１０３と、斜面部１０４ａ（図２参照）を含む凹凸部１０４と、斜面部１０５ａ（図２参照）を含む凹凸部１０５とを有している。 As shown in FIG. 1, the laser element 1 includes a side surface 12a of the light emitting layer 12 on the light emitting side from which light emitted from the light emitting layer 12 is emitted, a side surface 13a of the guide layer 13, a side surface 14a of the lower cladding layer 14, and an upper portion. A resonator end surface 10 a having a side surface 15 a of the cladding layer 15 is provided. The resonator end surface 10a has a concavo-convex portion 103 including a slope portion 103a, a concavo-convex portion 104 including a slope portion 104a (see FIG. 2), and a concavo-convex portion 105 including a slope portion 105a (see FIG. 2). .

図２に示すように、ガイド層１３の凹凸部１０３は、斜面部１０３ａの他に平坦部１０３ｂ及び平坦部１０３ｃを有している。平坦部１０３ｂは、凹凸部１０３の凸部分の平坦部である。平坦部１０３ｃは、凹凸部１０３の凹部分の平坦部である。斜面部１０３ａは、平坦部１０３ｂ及び平坦部１０３ｃの間に配置され、平坦部１０３ｂ及び平坦部１０３ｃを繋ぐ平面である。ガイド層１３の側面１３ａは、斜面部１０３ａ、平坦部１０３ｂ及び平坦部１０３ｃによって構成される。本実施形態では、ガイド層１３の凹凸部１０３は、２つの斜面部１０３ａを含む１つの凸部分を有している。しかしながら、凹凸部１０３は、２つの斜面部１０３ａを含む凸部分を複数個、有していてもよい。また、凹凸部１０３は、後述する下部クラッド層１４の凹凸部１０４のように、１つの斜面部１０３ａを含む凸部分を有していてもよい。 As shown in FIG. 2, the uneven portion 103 of the guide layer 13 has a flat portion 103b and a flat portion 103c in addition to the slope portion 103a. The flat part 103 b is a flat part of the convex part of the concavo-convex part 103. The flat portion 103 c is a flat portion corresponding to the concave portion of the concavo-convex portion 103. The slope portion 103a is a plane that is disposed between the flat portion 103b and the flat portion 103c and connects the flat portion 103b and the flat portion 103c. The side surface 13a of the guide layer 13 includes a slope portion 103a, a flat portion 103b, and a flat portion 103c. In the present embodiment, the uneven portion 103 of the guide layer 13 has one convex portion including two slope portions 103a. However, the concavo-convex portion 103 may have a plurality of convex portions including the two slope portions 103a. Further, the concavo-convex portion 103 may have a convex portion including one slope portion 103a, as in the concavo-convex portion 104 of the lower cladding layer 14 described later.

下部クラッド層１４の凹凸部１０４は、斜面部１０４ａの他に平坦部１０４ｂ及び平坦部１０４ｃを有している。平坦部１０４ｂは、凹凸部１０４の凸部分の平坦部である。平坦部１０４ｃは、凹凸部１０４の凹部分の平坦部である。斜面部１０４ａは、平坦部１０４ｂ及び平坦部１０４ｃの間に配置され、平坦部１０４ｂ及び平坦部１０４ｃを繋ぐ平面である。下部クラッド層１４の側面１４ａは、斜面部１０４ａ、平坦部１０４ｂ及び平坦部１０４ｃによって構成される。本実施形態では、下部クラッド層１４の凹凸部１０４は、１つの斜面部１０４ａを含む凸部分を有している。しかしながら、凹凸部１０４は、ガイド層１３の凹凸部１０３や後述する上部クラッド層１５の凹凸部１０５のように、２つの斜面部１０４ａを含む凸部分を１個又は複数個、有していてもよい。 The uneven portion 104 of the lower clad layer 14 has a flat portion 104b and a flat portion 104c in addition to the slope portion 104a. The flat part 104 b is a flat part of the convex part of the concavo-convex part 104. The flat portion 104 c is a flat portion corresponding to the concave portion of the concavo-convex portion 104. The slope portion 104a is a plane that is disposed between the flat portion 104b and the flat portion 104c and connects the flat portion 104b and the flat portion 104c. A side surface 14a of the lower cladding layer 14 is constituted by a slope portion 104a, a flat portion 104b, and a flat portion 104c. In the present embodiment, the concavo-convex portion 104 of the lower cladding layer 14 has a convex portion including one slope portion 104a. However, the concavo-convex portion 104 may have one or a plurality of convex portions including two slope portions 104a, such as the concavo-convex portion 103 of the guide layer 13 and the concavo-convex portion 105 of the upper cladding layer 15 described later. Good.

上部クラッド層１５の凹凸部１０５は、斜面部１０５ａの他に平坦部１０５ｂ及び平坦部１０５ｃを有している。平坦部１０５ｂは、凹凸部１０５の凸部分の平坦部である。平坦部１０５ｃは、凹凸部１０５の凹部分の平坦部である。斜面部１０５ａは、平坦部１０５ｂ及び平坦部１０５ｃの間に配置され、平坦部１０５ｂ及び平坦部１０５ｃを繋ぐ平面である。上部クラッド層１５の側面１５ａは、斜面部１０５ａ、平坦部１０５ｂ及び平坦部１０５ｃによって構成される。本実施形態では、上部クラッド層１５の凹凸部１０５は、２つの斜面部１０５ａを含む２つの凸部分を有している。しかしながら、凹凸部１０５は、２つの斜面部１０５ａを含む凸部分を１個又は３個以上、有していてもよい。また、凹凸部１０５は、下部クラッド層１４の凹凸部１０４のように、１つの斜面部１０５ａを含む凸部分を有していてもよい。 The uneven portion 105 of the upper clad layer 15 has a flat portion 105b and a flat portion 105c in addition to the slope portion 105a. The flat part 105 b is a flat part of the convex part of the concavo-convex part 105. The flat portion 105 c is a flat portion corresponding to the concave portion of the concavo-convex portion 105. The slope portion 105a is a plane that is disposed between the flat portion 105b and the flat portion 105c and connects the flat portion 105b and the flat portion 105c. The side surface 15a of the upper cladding layer 15 is constituted by a slope portion 105a, a flat portion 105b, and a flat portion 105c. In the present embodiment, the concavo-convex portion 105 of the upper clad layer 15 has two convex portions including two slope portions 105a. However, the concavo-convex portion 105 may have one or three or more convex portions including the two slope portions 105a. Further, the concavo-convex portion 105 may have a convex portion including one slope portion 105 a like the concavo-convex portion 104 of the lower cladding layer 14.

図１に示すように、光出射側の基板１１の側面１１ａに平行な仮想面ＢＰに共振器端面１０ａを投影した投影面１０ａｐに対する、仮想面ＢＰに斜面部１０３ａ、斜面部１０４ａ及び斜面部１０５ａ（図２参照）を投影した投影面１０３ａｐ（図１では、ガイド層１３の側面１３ａの投影面のみが図示されている）の面積比は、０より大きく１以下である。 As shown in FIG. 1, the inclined surface 103a, the inclined surface portion 104a, and the inclined surface portion 105a on the virtual surface BP with respect to the projection surface 10ap obtained by projecting the resonator end surface 10a onto the virtual surface BP parallel to the side surface 11a of the substrate 11 on the light emitting side. The area ratio of the projection surface 103ap (see FIG. 1, in which only the projection surface of the side surface 13a of the guide layer 13 is illustrated) onto which (see FIG. 2) is projected is greater than 0 and equal to or less than 1.

より具体的に、図２に示すように、仮想面ＢＰで囲まれた内側領域の全体が、共振器端面１０ａが投影された投影面１０ａｐとなる。投影面１０ａｐは、ガイド層１３の側面１３ａに設けられた凹凸部１０３を仮想面ＢＰに投影した投影面１０３ｐと、下部クラッド層１４の側面１４ａに設けられた凹凸部１０４を仮想面ＢＰに投影した投影面１０４ｐと、上部クラッド層１５の側面１５ａに設けられた凹凸部１０５を仮想面ＢＰに投影した投影面１０５ｐとを有している。本実施形態では、下部クラッド層１４の第二領域１４２及び上部クラッド層１５の突起部１５２を除いた領域の共振器端面１０ａが投影される面を仮想面ＢＰとしている。しかしながら、第二領域１４２及び突起部１５２含む共振器端面１０ａが投影される面を仮想面としてもよい。 More specifically, as shown in FIG. 2, the entire inner region surrounded by the virtual plane BP becomes a projection surface 10ap on which the resonator end surface 10a is projected. The projection surface 10ap projects a projection surface 103p obtained by projecting the concavo-convex portion 103 provided on the side surface 13a of the guide layer 13 onto the virtual surface BP, and a projection / recess portion 104 provided on the side surface 14a of the lower cladding layer 14 onto the virtual surface BP. And the projection surface 105p obtained by projecting the concavo-convex portion 105 provided on the side surface 15a of the upper cladding layer 15 onto the virtual plane BP. In the present embodiment, the surface on which the resonator end surface 10a in the region excluding the second region 142 of the lower cladding layer 14 and the protrusion 152 of the upper cladding layer 15 is projected is defined as a virtual surface BP. However, the surface on which the resonator end surface 10a including the second region 142 and the protrusion 152 is projected may be a virtual surface.

投影面１０３ｐは、凹凸部１０３の斜面部１０３ａを仮想面ＢＰに投影した投影面１０３ａｐと、凹凸部１０３の平坦部１０３ｂを仮想面ＢＰに投影した投影面１０３ｂｐと、凹凸部１０３の平坦部１０３ｃを仮想面ＢＰに投影した投影面１０３ｃｐとを有している。発光層１２は、ガイド層１３と比較して膜厚が極めて薄い。このため、発光層１２の側面１２ａに設けられた凹凸部を仮想面ＢＰに投影した投影面の面積と投影面１０３ａｐの面積とを合算した面積は、投影面１０３ａｐの面積とほぼ同じである。したがって、本実施形態では、側面１２ａの凹凸部の投影面は、投影面１０３ａｐの一部と看做す。 The projection surface 103p includes a projection surface 103ap obtained by projecting the slope portion 103a of the concavo-convex portion 103 onto the virtual surface BP, a projection surface 103bp obtained by projecting the flat portion 103b of the concavo-convex portion 103 onto the virtual surface BP, and a flat portion 103c of the concavo-convex portion 103. Is projected onto the virtual plane BP. The light emitting layer 12 is extremely thin compared to the guide layer 13. For this reason, the sum of the area of the projection surface obtained by projecting the concavo-convex portion provided on the side surface 12a of the light emitting layer 12 onto the virtual plane BP and the area of the projection surface 103ap is substantially the same as the area of the projection surface 103ap. Therefore, in the present embodiment, the projection surface of the uneven portion of the side surface 12a is regarded as a part of the projection surface 103ap.

投影面１０４ｐは、凹凸部１０４の斜面部１０４ａを仮想面ＢＰに投影した投影面１０４ａｐと、凹凸部１０４の平坦部１０４ｂを仮想面ＢＰに投影した投影面１０４ｂｐと、凹凸部１０４の平坦部１０４ｃを仮想面ＢＰに投影した投影面１０４ｃｐとを有している。投影面１０５ｐは、凹凸部１０５の斜面部１０５ａを仮想面ＢＰに投影した投影面１０５ａｐと、凹凸部１０５の平坦部１０５ｂを仮想面ＢＰに投影した投影面１０５ｂｐと、凹凸部１０５の平坦部１０５ｃを仮想面ＢＰに投影した投影面１０５ｃｐとを有している。 The projection surface 104p includes a projection surface 104ap obtained by projecting the slope portion 104a of the concavo-convex portion 104 onto the virtual surface BP, a projection surface 104bp obtained by projecting the flat portion 104b of the concavo-convex portion 104 onto the virtual surface BP, and a flat portion 104c of the concavo-convex portion 104. Is projected on the virtual plane BP. The projection surface 105p includes a projection surface 105ap obtained by projecting the slope 105a of the uneven portion 105 onto the virtual surface BP, a projection surface 105bp obtained by projecting the flat portion 105b of the uneven portion 105 onto the virtual surface BP, and a flat portion 105c of the uneven portion 105. Is projected on the virtual plane BP.

このように、仮想面ＢＰに共振器端面１０ａを投影した投影面１０ａｐは、ガイド層１３の側面１３ａに設けられた凹凸部１０３の斜面部１０３ａ及び平坦部１０３ｂ，１０３ｃと、下部クラッド層１４の側面１４ａに設けられた凹凸部１０４の斜面部１０４ａ及び平坦部１０４ｂ，１０４ｃと、上部クラッド層１５の側面１５ａに設けられた凹凸部１０５の斜面部１０５ａ及び平坦部１０５ｂ，１０５ｃのそれぞれの投影面１０３ａｐ，１０３ｂｐ，１０３ｃｐ，１０４ａｐ，１０４ｂｐ，１０４ｃｐ，１０５ａｐ，１０５ｂｐ，１０５ｃｐで構成される。 As described above, the projection surface 10ap obtained by projecting the resonator end surface 10a onto the virtual surface BP includes the slope portion 103a and the flat portions 103b and 103c of the uneven portion 103 provided on the side surface 13a of the guide layer 13, and the lower clad layer 14. Projection planes of the inclined surface portion 104a and the flat portions 104b and 104c of the uneven portion 104 provided on the side surface 14a, and the inclined surface portion 105a and the flat portions 105b and 105c of the uneven portion 105 provided on the side surface 15a of the upper cladding layer 15, respectively. 103ap, 103bp, 103cp, 104ap, 104bp, 104cp, 105ap, 105bp, 105cp.

ここで、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａの投影面１０３ａｐ，１０４ａｐ，１０５ａｐの面積を合計した総面積をＳｓとする。また、平坦部１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０５ｂ，１０５ｃの投影面１０３ｂｐ，１０３ｃｐ，１０４ｂｐ，１０４ｃｐ，１０５ｂｐ，１０５ｃｐの面積を合計した総面積をＳｆとする。レーザ素子１では、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａの投影面１０３ａｐ，１０４ａｐ，１０５ａｐと、平坦部１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０５ｂ，１０５ｃの投影面１０３ｂｐ，１０３ｃｐ，１０４ｂｐ，１０４ｃｐ，１０５ｂｐ，１０５ｃｐとの間には、以下の式（１）に示す関係が成り立つ。
０＜Ｓｓ／（Ｓｓ＋Ｓｆ）≦１・・・（１）
ここで、「Ｓｓ＋Ｓｆ」は、共振器端面１０ａを仮想面ＢＰに投影した投影面１０ａｐの面積に相当する。 Here, Ss is a total area obtained by summing up the areas of the projection surfaces 103ap, 104ap, and 105ap of the slope portions 103a, 104a, and 105a. Further, the total area of the areas of the projection surfaces 103bp, 103cp, 104bp, 104cp, 105bp, and 105cp of the flat portions 103b, 103c, 104b, 104c, 105b, and 105c is defined as Sf. In the laser element 1, the projection surfaces 103ap, 104ap, and 105ap of the slope portions 103a, 104a, and 105a, and the projection surfaces 103bp, 103cp, 104bp, 104cp, 105bp, and 105cp of the flat portions 103b, 103c, 104b, 104c, 105b, and 105c, and The relationship shown in the following formula (1) is established.
0 <Ss / (Ss + Sf) ≦ 1 (1)
Here, “Ss + Sf” corresponds to the area of the projection surface 10ap obtained by projecting the resonator end surface 10a onto the virtual surface BP.

レーザ素子１は、平坦部１０３ｂ，１０３ｃを有する凹凸部１０３と、平坦部１０４ｂ，１０４ｃを有する凹凸部１０４と、平坦部１０５ｂ，１０５ｃを有する凹凸部１０５とを備えている。しかしながら、レーザ素子１は、平坦部１０３ｂ，１０３ｃを有さない凹凸部１０３と、平坦部１０４ｂ，１０４ｃを有さない凹凸部１０４と、平坦部１０５ｂ，１０５ｃを有さない凹凸部１０５とを備えていてもよい。この場合、ガイド層１３の側面１３ａは、斜面部１０３ａが連続する鋸歯状の凹凸部１０３を有する。同様に、下部クラッド層１４の側面１４ａは、斜面部１０４ａが連続する鋸歯状の凹凸部１０４を有し、上部クラッド層１５の側面１５ａは、斜面部１０５ａが連続する鋸歯状の凹凸部１０５を有する。凹凸部１０３，１０４，１０５が斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａのみで形成されていると、投影面１０ａｐは、投影面１０３ａｐ，１０４ａｐ，１０５ａｐのみで構成される。この場合、投影面１０ａｐには、平坦部を仮想面ＢＰに投影した投影面が含まれないため、総面積Ｓｆは０になるので、式（１）は、Ｓｓ／（Ｓｓ＋Ｓｆ）＝１となる。 The laser element 1 includes an uneven portion 103 having flat portions 103b and 103c, an uneven portion 104 having flat portions 104b and 104c, and an uneven portion 105 having flat portions 105b and 105c. However, the laser element 1 includes the uneven portion 103 that does not have the flat portions 103b and 103c, the uneven portion 104 that does not have the flat portions 104b and 104c, and the uneven portion 105 that does not have the flat portions 105b and 105c. It may be. In this case, the side surface 13a of the guide layer 13 has a serrated uneven portion 103 in which the slope portion 103a is continuous. Similarly, the side surface 14a of the lower clad layer 14 has a serrated uneven portion 104 having a continuous slope portion 104a, and the side surface 15a of the upper clad layer 15 has a serrated uneven portion 105 having a continuous slope portion 105a. Have. When the concavo-convex portions 103, 104, and 105 are formed only by the slope portions 103a, 104a, and 105a, the projection surface 10ap is configured only by the projection surfaces 103ap, 104ap, and 105ap. In this case, since the projection surface 10ap does not include the projection surface obtained by projecting the flat portion onto the virtual surface BP, the total area Sf is 0, and thus the equation (1) is Ss / (Ss + Sf) = 1. .

本実施形態では、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａは、１平面で形成されているが、多面、曲面及び多面と曲面が混在した面のいずれかで形成されている場合があってもよい。斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａがどのような形状の面で形成されていても、仮想面ＢＰに投影された投影面１０３ａｐ，１０４ａｐ，１０５ａｐは、いずれも１平面の四角形状となる。 In the present embodiment, the slope portions 103a, 104a, and 105a are formed by one plane, but may be formed by any one of a multi-face, a curved face, and a face in which a multi-face and a curved face are mixed. Regardless of the shape of the inclined surfaces 103a, 104a, and 105a, the projection surfaces 103ap, 104ap, and 105ap projected on the virtual surface BP are all in the form of a single plane.

次に、本実施形態によるレーザ素子１及びレーザダイオード１００の効果について図３を用いて説明する。
図３に示すように、本実施形態によるレーザダイオード１００は、レーザ素子１と、レーザ素子１で発光した光を検出する光検出部３と、レーザ素子１及び光検出部３を内包するパッケージ５とを備えている。図３では、パッケージ５の一部が模式的に示されている。パッケージ５は、金や鉛が母体となる支持体が主構造となり、レーザ素子１の発光層１２から出射される放射光Ｌｅが入射する領域にガラスで形成された窓５１を有している。 Next, the effects of the laser device 1 and the laser diode 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the laser diode 100 according to the present embodiment includes a laser element 1, a light detection unit 3 that detects light emitted from the laser element 1, and a package 5 that includes the laser element 1 and the light detection unit 3. And. In FIG. 3, a part of the package 5 is schematically shown. The package 5 has a main structure having a support made of gold or lead as a base, and has a window 51 made of glass in a region where the emitted light Le emitted from the light emitting layer 12 of the laser element 1 is incident.

レーザ素子１の積層体１０は、ガイド層１３、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５のそれぞれの屈折率の差によって発光層１２で発光した光を閉じ込める光閉じ込め構造を有している。積層体１０は、発光層１２で発光した光をガイド層１３で導光し、共振器端面１０ａ（主にガイド層１３の側面１３ａ）と、共振器端面１０ａに対向する積層体１０の対向端面（主にガイド層１３の対向側面１０ｂ）とで繰り返し反射する。このように、レーザ素子１は、発光層１２で発光した光を共振器端面１０ａ及び対向端面で繰り返し反射して共振させる構造を有している。さらに、レーザ素子１は、ガイド層１３で共振した光を共振器端面１０ａ側から出射する際に凹凸部１０３，１０４，１０５で散乱させる構造を有している。レーザダイオード１００は、レーザ素子１の凹凸部１０３で散乱された光を光検出部３で拾う（すなわち検出する）構造を有している。 The laminated body 10 of the laser element 1 has a light confinement structure that confines light emitted from the light emitting layer 12 due to the difference in refractive index between the guide layer 13, the lower cladding layer 14, and the upper cladding layer 15. The laminated body 10 guides the light emitted from the light emitting layer 12 through the guide layer 13, and the resonator end face 10a (mainly the side face 13a of the guide layer 13) and the opposite end face of the laminated body 10 facing the resonator end face 10a. Reflected repeatedly (mainly on the opposite side surface 10b of the guide layer 13). As described above, the laser element 1 has a structure in which light emitted from the light emitting layer 12 is repeatedly reflected at the resonator end face 10a and the opposed end face to resonate. Further, the laser element 1 has a structure in which the light resonated by the guide layer 13 is scattered by the concave and convex portions 103, 104, and 105 when emitted from the resonator end face 10 a side. The laser diode 100 has a structure in which light scattered by the uneven portion 103 of the laser element 1 is picked up (that is, detected) by the light detection unit 3.

より具体的には、図３に示すように、レーザダイオード１００は、レーザ素子１から出射された光のうち凹凸部１０３，１０４，１０５で散乱されずに直進する照射光Ｌｅをパッケージ５に設けられた窓５１から外部に出射する。また、レーザダイオード１００は、レーザ素子１から出射された光のうち凹凸部１０３，１０４，１０５で散乱した散乱光Ｌｓを窓５１以外のパッケージ５の内側面で反射し、反射光Ｌｒを光検出部３で検出する。照射光Ｌｅは、ガイド層１３の側面１３ａに形成された凹凸部１０３の平坦部１０３ｂに配置された発光層１２の側面１２ａから出射される光である。散乱光Ｌｓは、凹凸部１０３の斜面部１０３ａに配置された発光層１２の側面１２ａから出射される光である。また、散乱光Ｌｓには、凹凸部１０３の平坦部１０３ｃ、下部クラッド層１４の側面１４ａに形成された凹凸部１０４及び上部クラッド層１５の側面１５ａに形成された凹凸部１０５から出射される漏れ光も含まれる。光検出部３は、例えばｐｎ接合を利用した光起電力型のフォトダイオードである。光検出部３は、レーザ素子１とは個別に形成され、レーザ素子１とともにパッケージ５内に配置される。光検出部３は、レーザ素子１が紫外レーザを出射するように構成されている場合には、例えば紫外レーザ光が出射されているか否かを判定するための素子として用いられる。また、光検出部３は、レーザ素子１が紫外レーザあるいは可視光レーザを出射するように構成されている場合には、例えばレーザ素子１の出力強度を制御するために用いられる。 More specifically, as shown in FIG. 3, the laser diode 100 provides the package 5 with irradiation light Le that travels straight without being scattered by the uneven portions 103, 104, and 105 of the light emitted from the laser element 1. The light is emitted to the outside from the provided window 51. In addition, the laser diode 100 reflects the scattered light Ls scattered by the concavo-convex portions 103, 104, and 105 of the light emitted from the laser element 1 on the inner surface of the package 5 other than the window 51, and detects the reflected light Lr. This is detected by part 3. The irradiation light Le is light emitted from the side surface 12 a of the light emitting layer 12 disposed on the flat portion 103 b of the uneven portion 103 formed on the side surface 13 a of the guide layer 13. The scattered light Ls is light emitted from the side surface 12 a of the light emitting layer 12 disposed on the slope portion 103 a of the uneven portion 103. Further, the scattered light Ls leaks from the flat portion 103 c of the concavo-convex portion 103, the concavo-convex portion 104 formed on the side surface 14 a of the lower clad layer 14, and the concavo-convex portion 105 formed on the side surface 15 a of the upper clad layer 15. Light is also included. The light detection unit 3 is a photovoltaic photodiode using a pn junction, for example. The light detection unit 3 is formed separately from the laser element 1 and is disposed in the package 5 together with the laser element 1. When the laser element 1 is configured to emit an ultraviolet laser, the light detection unit 3 is used as an element for determining whether, for example, ultraviolet laser light is emitted. The light detection unit 3 is used, for example, to control the output intensity of the laser element 1 when the laser element 1 is configured to emit an ultraviolet laser or a visible light laser.

共振器端面１０ａの投影面１０ａｐの総面積（Ｓｓ＋Ｓｆ）に対する、凹凸部１０３，１０４，１０５の斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａの投影面１０３ａｐ，１０４ａｐ，１０５ａｐの総面積Ｓｓの面積比Ｓｒ（＝Ｓｓ／（Ｓｓ＋Ｓｆ））は、式（１）に示すように、０より大きく１以下の範囲内であれば任意の値を取り得る。例えば、面積比Ｓｒは、０より大きく０．５よりも小さく（０＜Ｓｒ＜０．５）てもよい。また例えば、面積比Ｓｒは、０より大きく０．２よりも小さく（０＜Ｓｒ＜０．２）てもよい。さらに例えば、面積比Ｓｒは、０より大きく０．０５よりも小さく（０＜Ｓｒ＜０．０５）てもよい。面積比Ｓｒが０．５より小さいと、凹凸部の斜面部の総面積が平坦部の総面積より小さくなる。これにより、レーザダイオード１００は、共振器端面１０ａから光を出射する際に凹凸部で散乱される光が少なくなり、共振器端面１０ａの凹凸部１０３，１０４，１０５でのロスが小さくなるので、高出力のレーザとなる。さらに、面積比Ｓｒが０．２、さらに０．０５より小さいと、凹凸部１０３，１０４，１０５で散乱させるレーザ光が少なくすむので、レーザダイオード１００は、パッケージ５内部の部材へのダメージを小さくできる。共振器端面１０ａの凹凸部１０３，１０４，１０５でのロスが小さくなって散乱光Ｌｓの光強度が弱くなっても、光検出部３で検出可能な光強度が維持されていればよい。 The area ratio Sr (= Ss) of the total area Ss of the projection surfaces 103ap, 104ap, and 105ap of the slope portions 103a, 104a, and 105a of the uneven portions 103, 104, and 105 to the total area (Ss + Sf) of the projection surface 10ap of the resonator end surface 10a. / (Ss + Sf)) can take any value as long as it is within the range of greater than 0 and less than or equal to 1, as shown in equation (1). For example, the area ratio Sr may be larger than 0 and smaller than 0.5 (0 <Sr <0.5). For example, the area ratio Sr may be larger than 0 and smaller than 0.2 (0 <Sr <0.2). Further, for example, the area ratio Sr may be larger than 0 and smaller than 0.05 (0 <Sr <0.05). When the area ratio Sr is smaller than 0.5, the total area of the slopes of the concavo-convex part is smaller than the total area of the flat part. Thereby, in the laser diode 100, when light is emitted from the resonator end surface 10a, the light scattered by the uneven portions is reduced, and the loss at the uneven portions 103, 104, 105 of the resonator end surface 10a is reduced. High output laser. Further, when the area ratio Sr is 0.2 or smaller than 0.05, the laser light scattered by the concavo-convex portions 103, 104, and 105 is reduced, so that the laser diode 100 reduces damage to members inside the package 5. it can. Even if the loss at the concavo-convex portions 103, 104, and 105 of the resonator end surface 10a is reduced and the light intensity of the scattered light Ls is weakened, the light intensity that can be detected by the light detector 3 is maintained.

共振器端面１０ａの凹凸の確認方法は、共振器端面１０ａ側からのレーザ素子１の像を撮像し、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａの像と、平坦部１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０５ｂ，１０５ｃの像とを比較しながら斜面部及び平坦部のそれぞれの面積を画像上で計算することにより面積比Ｓｒを算出できる。ここで、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａの像が斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａを仮想面ＢＰに投影した投影面１０３ａｐ，１０４ａｐ，１０５ａｐ（図２参照）に相当し、平坦部１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０５ｂ，１０５ｃの像が平坦部１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０５ｂ，１０５ｃを仮想面ＢＰに投影した投影面１０３ｂｐ，１０３ｃｐ，１０４ｂｐ，１０４ｃｐ，１０５ｂｐ，１０５ｃｐ（図２参照）に相当する。凹凸の観察はまず，半導体の積層方向軸に対して端面が観察できる方向に４５°傾けた軸方向から２５０００倍の倍率で端面をＳＥＭ観察（傾斜ＳＥＭ観察）した際に凹凸構造に相当する段差コントラスト差が確認されない箇所を平坦であると推定する。そして，ＳＥＭで平坦であると推定した箇所について上部クラッド層１５の突起部１５２（図１参照）が延在する方向と平行な方向に積層体１０を切断した断面を断面ＳＥＭで確認する。この時、共振器端面１０ａにおいて２０ｎｍ以下の高低差であれば、傾斜ＳＥＭで平坦であると推定した面は平坦であると定義する。なお，断面ＳＥＭで２０ｎｍより大きい凹凸があれば凹凸部と定義する。 The method for confirming the unevenness of the resonator end surface 10a is to take an image of the laser element 1 from the resonator end surface 10a side, image of the slope portions 103a, 104a, 105a, and flat portions 103b, 103c, 104b, 104c, 105b, The area ratio Sr can be calculated by calculating the area of each of the slope portion and the flat portion on the image while comparing with the image of 105c. Here, the images of the slope portions 103a, 104a, and 105a correspond to the projection surfaces 103ap, 104ap, and 105ap (see FIG. 2) obtained by projecting the slope portions 103a, 104a, and 105a onto the virtual plane BP, and the flat portions 103b, 103c, and 104b. , 104c, 105b, 105c correspond to projection planes 103bp, 103cp, 104bp, 104cp, 105bp, 105cp (see FIG. 2) obtained by projecting the flat portions 103b, 103c, 104b, 104c, 105b, 105c onto the virtual plane BP. . First, the unevenness is observed when the end surface is observed by SEM observation (inclined SEM observation) at a magnification of 25000 times from the axial direction inclined by 45 ° in the direction in which the end surface can be observed with respect to the semiconductor stacking direction axis. A portion where no contrast difference is confirmed is estimated to be flat. And the cross section which cut | disconnected the laminated body 10 in the direction parallel to the direction where the projection part 152 (refer FIG. 1) of the upper clad layer 15 extends about the location estimated to be flat by SEM is confirmed by cross section SEM. At this time, if the height difference is 20 nm or less in the resonator end surface 10a, the surface estimated to be flat by the inclined SEM is defined as flat. In addition, if there exists an unevenness | corrugation larger than 20 nm in cross section SEM, it defines as an uneven | corrugated | grooved part.

つまり、突起部１５２が延在する方向と平行な方向に積層体１０を切断した断面において、ガイド層１３の側面１３ａに形成された凹凸部１０３の平坦部１０３ｂと平坦部１０３ｃとの間の距離が２０ｎｍ以下の場合には、当該平坦部１０３ｂ及び当該平坦部１０３ｃによって形成される凹凸は、本実施形態においては凹凸部１０３と看做さず、当該平坦部１０３ｂ及び当該平坦部１０３ｃによって連続する平坦部と看做す。同様に、下部クラッド層１４の当該断面において、平坦部１０４ｂと平坦部１０４ｃとの間の距離が２０ｎｍ以下の場合には、当該平坦部１０４ｂ及び当該平坦部１０４ｃによって形成される凹凸は、本実施形態においては凹凸部１０４と看做さず、当該平坦部１０４ｂ及び当該平坦部１０４ｃによって連続する平坦部と看做す。同様に、上部クラッド層１５の当該断面において、平坦部１０５ｂと平坦部１０５ｃとの間の距離が２０ｎｍ以下の場合には、当該平坦部１０５ｂ及び当該平坦部１０５ｃによって形成される凹凸は、本実施形態においては凹凸部１０５と看做さず、当該平坦部１０５ｂ及び当該平坦部１０５ｃによって連続する平坦部と看做す。 That is, the distance between the flat portion 103b and the flat portion 103c of the concavo-convex portion 103 formed on the side surface 13a of the guide layer 13 in a cross section obtained by cutting the stacked body 10 in a direction parallel to the direction in which the protruding portion 152 extends. Is 20 nm or less, the unevenness formed by the flat portion 103b and the flat portion 103c is not regarded as the uneven portion 103 in this embodiment, and is continuous by the flat portion 103b and the flat portion 103c. Consider it a flat part. Similarly, in the cross section of the lower cladding layer 14, when the distance between the flat portion 104b and the flat portion 104c is 20 nm or less, the unevenness formed by the flat portion 104b and the flat portion 104c In the form, it is not regarded as the uneven portion 104, but is regarded as a flat portion continuous by the flat portion 104b and the flat portion 104c. Similarly, in the cross section of the upper cladding layer 15, when the distance between the flat portion 105b and the flat portion 105c is 20 nm or less, the unevenness formed by the flat portion 105b and the flat portion 105c In the form, it is not regarded as the concavo-convex portion 105 but is regarded as a flat portion continuous by the flat portion 105b and the flat portion 105c.

ガイド層１３の側面１３ａが連続する斜面部１０３ａで構成された鋸歯状の凹凸部１０３を有する場合に、突起部１５２が延在する方向と平行な方向に積層体１０を切断した断面において、凹凸部１０３の凸部の先端と凹部の先端との間の距離が２０ｎｍより長いと、当該凹凸は、本実施形態においては凹凸部１０３と看做す。一方、ガイド層１３の側面１３ａが連続する斜面部１０３ａで構成された鋸歯状の凹凸部１０３を有する場合に、当該断面において凹凸部１０３の凸部の先端と凹部の先端との間の距離が２０ｎｍ以下であると、当該凹凸は、本実施形態においては凹凸部１０３と看做さずに平坦部と看做す。下部クラッド層１４の側面１４ａが連続する斜面部１０４ａで構成された鋸歯状の凹凸部１０４を有する場合、及び、上部クラッド層１５の側面１５ａが連続する斜面部１０５ａで構成された鋸歯状の凹凸部１０５を有する場合も、凹凸部と看做すか否かが同様の方法にて判断される。 In the case where the side surface 13a of the guide layer 13 has the sawtooth-shaped uneven portion 103 constituted by the continuous inclined surface portion 103a, the unevenness in the cross section obtained by cutting the laminated body 10 in the direction parallel to the direction in which the protruding portion 152 extends is shown. When the distance between the tip of the convex portion of the portion 103 and the tip of the concave portion is longer than 20 nm, the unevenness is regarded as the uneven portion 103 in the present embodiment. On the other hand, when the side surface 13a of the guide layer 13 has the sawtooth-like uneven portion 103 formed by the continuous inclined surface portion 103a, the distance between the tip of the protrusion of the uneven portion 103 and the tip of the recess is the cross section. When the thickness is 20 nm or less, the unevenness is regarded as a flat portion without being regarded as the unevenness portion 103 in the present embodiment. When the side surface 14a of the lower clad layer 14 has a sawtooth-shaped uneven portion 104 constituted by a continuous slope portion 104a, and the sawtooth-like unevenness constituted by a slope portion 105a where the side surface 15a of the upper clad layer 15 is continuous. Also in the case of having the portion 105, whether or not to consider it as an uneven portion is determined by the same method.

レーザ素子１では、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａは、ｍ面及びａ面のいずれか一方の面で構成されていてもよい。この場合、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａの全てがｍ面及びａ面のいずれか一方の面で構成されている必要はなく、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａのうちのいずれかの斜面部はｍ面及びａ面の一方で構成され、斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａのうちの残余の斜面部はｍ面及びａ面の他方で構成されていてもよい。また、ガイド層１３の側面１３ａに複数の斜面部１０３ａが設けられている場合、複数の斜面部１０３ａのうちの一部がｍ面及びａ面の一方で構成され、残部がｍ面及びａ面の他方で構成されていてもよい。同様に、下部クラッド層１４の側面１４ａに複数の斜面部１０４ａが設けられている場合、複数の斜面部１０４ａのうちの一部がｍ面及びａ面の一方で構成され、残部がｍ面及びａ面の他方で構成されていてもよい。同様に、上部クラッド層１５の側面１５ａに複数の斜面部１０５ａが設けられている場合、複数の斜面部１０５ａのうちの一部がｍ面及びａ面の一方で構成され、残部がｍ面及びａ面の他方で構成されていてもよい。 In the laser element 1, the slope portions 103a, 104a, and 105a may be configured by either one of the m-plane and the a-plane. In this case, it is not necessary for all of the slope portions 103a, 104a, and 105a to be configured by either one of the m-plane and the a-plane, and any of the slope portions 103a, 104a, and 105a is m. The remaining slope portion of the slope portions 103a, 104a, 105a may be constituted by the other of the m-plane and the a-plane. When a plurality of slope portions 103a are provided on the side surface 13a of the guide layer 13, a part of the plurality of slope portions 103a is configured by one of the m plane and the a plane, and the remaining portion is the m plane and the a plane. It may be comprised by the other of these. Similarly, when a plurality of inclined surface portions 104a are provided on the side surface 14a of the lower cladding layer 14, a part of the plurality of inclined surface portions 104a is configured by one of the m-plane and the a-plane, and the remaining portion is the m-plane and You may be comprised by the other of a surface. Similarly, when a plurality of slope portions 105a are provided on the side surface 15a of the upper clad layer 15, a part of the plurality of slope portions 105a is constituted by one of the m-plane and the a-plane, and the remaining portion is the m-plane and You may be comprised by the other of a surface.

斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａがｍ面及びａ面の一方で構成されて平面であることで、共振器端面１０ａから出射される光の散乱方向が決まるので、光検出部３の搭載位置を正確に決められる。斜面部１０３ａ，１０４ａ，１０５ａがｍ面及びａ面で構成されているか否かは、Ｘ線回折により六回対称の面を確認することで特定できる。 Since the slopes 103a, 104a, 105a are formed of one of the m-plane and the a-plane and are flat, the scattering direction of the light emitted from the resonator end face 10a is determined. Decided. Whether or not the slope portions 103a, 104a, and 105a are composed of an m-plane and an a-plane can be specified by confirming a six-fold symmetry plane by X-ray diffraction.

レーザ素子１では、ガイド層１３、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５の少なくとも１つは、ＡｌＧａＮ混晶を含んでいてもよい。つまり、積層体１０は、ＡｌＧａＮ混晶を含んでいてもよい。ＡｌＧａＮは、エッチング（特にウエットエッチング）でｍ面やａ面を出しやすい。このため、レーザ光の出射方向や光検出の精度が高いレーザ素子１を形成できる。 In the laser element 1, at least one of the guide layer 13, the lower cladding layer 14, and the upper cladding layer 15 may contain an AlGaN mixed crystal. That is, the laminated body 10 may contain an AlGaN mixed crystal. AlGaN tends to give m-plane or a-plane by etching (particularly wet etching). Therefore, it is possible to form the laser element 1 with high laser beam emission direction and high light detection accuracy.

レーザ素子１では、ガイド層１３の側面１３ａにおける面積比Ｓｒは、ガイド層１３以外の積層体１０の側面における面積比Ｓｒ（すなわち下部クラッド層１４における面積比Ｓｒ及び上部クラッド層１５における面積比Ｓｒ）より小さくてもよい。より具体的に、凹凸部１０３の斜面部１０３ａ及び平坦部１０３ｂ，１０３ｃの投影面１０３ａｐ，１０３ｂｐ，１０３ｃｐに対する斜面部１０３ａの投影面１０３ａｐの面積比１３Ｓｒ（ガイド層１３における面積比Ｓｒ）は、凹凸部１０４の斜面部１０４ａ及び平坦部１０４ｂ，１０４ｃの投影面１０４ａｐ，１０４ｂｐ，１０４ｃｐに対する斜面部１０４ａの投影面１０４ａｐの面積比１４Ｓｒ（下部クラッド層１４における面積比Ｓｒ）よりも小さくてよい。さらに、面積比１３Ｓｒは、凹凸部１０５の斜面部１０５ａ及び平坦部１０５ｂ，１０５ｃの投影面１０５ａｐ，１０５ｂｐ，１０５ｃｐに対する斜面部１０５ａの投影面１０５ａｐの面積比１５Ｓｒ（上部クラッド層１５における面積比Ｓｒ）よりも小さくてもよい。面積比１３Ｓｒは、面積比１４Ｓｒ及び面積比１５Ｓｒのいずれよりも小さくてもよいし、面積比１４Ｓｒ及び面積比１５Ｓｒのいずれか一方より小さくてもよい。 In the laser element 1, the area ratio Sr on the side surface 13 a of the guide layer 13 is equal to the area ratio Sr on the side surface of the stacked body 10 other than the guide layer 13 (that is, the area ratio Sr in the lower cladding layer 14 and the area ratio Sr in the upper cladding layer 15). ) May be smaller. More specifically, the area ratio 13Sr (area ratio Sr in the guide layer 13) of the projection surface 103ap of the inclined surface portion 103a to the projection surfaces 103ap, 103bp, and 103cp of the inclined surface portion 103a and the flat portions 103b and 103c of the uneven portion 103 is as follows. The area ratio 14Sr of the projection surface 104ap of the inclined surface portion 104a to the projection surfaces 104ap, 104bp, and 104cp of the inclined surface portion 104a of the portion 104 and the flat portions 104b and 104c (area ratio Sr in the lower cladding layer 14) may be smaller. Furthermore, the area ratio 13Sr is an area ratio 15Sr of the projection surface 105ap of the inclined surface portion 105a to the projection surfaces 105ap, 105bp, and 105cp of the inclined portion 105a of the uneven portion 105 and the flat portions 105b and 105c (area ratio Sr in the upper cladding layer 15). May be smaller. The area ratio 13Sr may be smaller than either the area ratio 14Sr or the area ratio 15Sr, or may be smaller than either the area ratio 14Sr or the area ratio 15Sr.

共振器端面１０ａのうちのレーザに最も重要なガイド層１３における面積比１３Ｓｒを下部クラッド層１４の面積比１４Ｓｒ及び上部クラッド層１５における面積比１５Ｓｒよりも小さくすることにより、レーザダイオード１００の透過光Ｌｔの高出力化を図るとともに、「漏れ光」のみを散乱させて光検出部３でセンシングすることができる。 By making the area ratio 13Sr in the guide layer 13 most important to the laser in the cavity facet 10a smaller than the area ratio 14Sr in the lower cladding layer 14 and the area ratio 15Sr in the upper cladding layer 15, the transmitted light of the laser diode 100 is transmitted. In addition to increasing the output of Lt, only the “leakage light” can be scattered and sensed by the light detector 3.

レーザダイオード１００は、窒化物半導体チップである積層体１０が搭載されたパッケージ品であり、パッケージ内部に積層体１０の発光を検出する光検出部３が搭載された状態でも使用できる。レーザダイオード１００は、例えば積層体１０から光が出射する際に生じる散乱光を光検出部３で検出し出力モニター可能な素子を形成できる。 The laser diode 100 is a package product in which the stacked body 10 that is a nitride semiconductor chip is mounted, and can be used even in a state in which the light detection unit 3 that detects light emission of the stacked body 10 is mounted inside the package. The laser diode 100 can form, for example, an element capable of detecting the scattered light generated when light is emitted from the stacked body 10 by the light detection unit 3 and monitoring the output.

本発明は様々な発光波長のレーザで使用できる。可視光発振でも紫外光発振でもよい。特に、目視で発振が観察できない紫外レーザはセンサでの出力モニターへの要請が高い。このため、光検出部３を備えたレーザダイオード１００は、紫外レーザに好適である。 The present invention can be used with lasers of various emission wavelengths. Visible light oscillation or ultraviolet light oscillation may be used. In particular, there is a high demand for an output monitor with a sensor for an ultraviolet laser whose oscillation cannot be observed visually. For this reason, the laser diode 100 provided with the light detection unit 3 is suitable for an ultraviolet laser.

次に、本実施形態の変形例によるレーザ素子１について図４を用いて説明する。
図４に示すように、本変形例によるレーザ素子１は、発光層１２がＡｌ_ｘ１Ｇａ_ｙ１Ｎで形成されており、上部クラッド層１５は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂと、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂの上層にＡｌ_ｘ３Ｇａ_ｙ３Ｎ層１５ｃとを含んでいる。発光層１２、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂ及びＡｌ_ｘ３Ｇａ_ｙ３Ｎ層１５ｃの組成は、ｘ１＋ｙ１＝１、ｘ２＋ｙ２＝１、ｘ３＋ｙ３＝１、ｘ２＜ｘ１及びｘ２＜ｘ３の関係を満たしていてもよい。これにより、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂがサイドエッチングストップ層となり、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂより下部領域の上部クラッド層１５以下の層が、積層体１０の形成時のウェットエッチングにおいてサイドエッチングされることを抑制することが可能である。サイドエッチングが抑制されるのは、ウェットエッチングは、上部クラッド層１５の側面からだけではなく、上部クラッド層１５の上面からも進行するが、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_ｙ３Ｎ層１５ｃよりもエッチングレートの遅いＡｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂが上部クラッド層１５の上面からのエッチングを抑制するためである。上部クラッド層１５の積層構造は、断面ＴＥＭとＥＤＸを取ることで薄膜構造を特定可能である。Ａｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂの厚さは、０ｎｍより大きく２００ｎｍより小さくてもよい。 Next, a laser element 1 according to a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, in the laser element 1 according to this modification, the light emitting layer 12 is formed of Al _x1 Ga _y1 N, and the upper cladding layer 15 includes an Al _x2 Ga _y2 N layer 15 b and an Al _x2 Ga _y2. An Al _x3 Ga _y3 N layer 15c is included in the upper layer of the N layer 15b. The composition of the light emitting layer 12, the Al _x2 Ga _y2 N layer 15b, and the Al _x3 Ga _y3 N layer 15c may satisfy the relationship of x1 + y1 = 1, x2 + y2 = 1, x3 + y3 = 1, x2 <x1 and x2 <x3. . As a result, the Al _x2 Ga _y2 N layer 15b serves as a side etching stop layer, and the layers below the upper cladding layer 15 in the lower region than the Al _x2 Ga _y2 N layer 15b are side-etched in the wet etching when the stacked body 10 is formed. It is possible to suppress this. The side etching is suppressed because wet etching proceeds not only from the side surface of the upper cladding layer 15 but also from the upper surface of the upper cladding layer 15, but the etching rate is lower than that of the Al _x3 Ga _y3 N layer 15 c. _{This is because the x2} Ga _y2 N layer 15 b suppresses etching from the upper surface of the upper cladding layer 15. The laminated structure of the upper cladding layer 15 can specify a thin film structure by taking a cross section TEM and EDX. The thickness of the Al _x2 Ga _y2 N layer 15b may be greater than 0 nm and less than 200 nm.

図４に示すように、本変形例によるレーザ素子１は、上部クラッド層１５の上方の一部又は全部に絶縁保護膜１８を備えていてもよい。絶縁保護膜１８の少なくとも一部は、上部クラッド層１５よりも基板１１の側面１１ａ側に飛び出ていてもよい。レーザ素子１が絶縁保護膜１８を備える構造は、断面のＳＥＭとＥＤＸを行うことで特定が可能である。レーザ素子１が絶縁保護膜１８を備えることで、共振器端面１０ａに誘電体多層膜（不図示）やＡｌＧａＮＯ膜（不図示）を積層する際の「引っかかり」となる。つまり、絶縁保護膜１８は、誘電体多層膜やＡｌＧａＮＯ膜を積層する際にアンカー効果を奏する。これにより、誘電体多層膜とガイド層１３の側面１３ａとの密着性、ＡｌＧａＮＯ膜と下部クラッド層１４の側面１４ａとの密着性及びＡｌＧａＮＯ膜と上部クラッド層１５との側面１５ａとの密着性をそれぞれ向上させることができる。絶縁保護膜１８は、ＳｉＯ_２で形成されていてよく、その他にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ、ＨｆＯ_２等で形成されていてもよい。 As shown in FIG. 4, the laser element 1 according to this modification may include an insulating protective film 18 on a part or all of the upper part of the upper cladding layer 15. At least a part of the insulating protective film 18 may protrude from the upper clad layer 15 toward the side surface 11 a of the substrate 11. The structure in which the laser element 1 includes the insulating protective film 18 can be specified by performing cross-sectional SEM and EDX. Since the laser element 1 includes the insulating protective film 18, the laser element 1 becomes “hooked” when a dielectric multilayer film (not shown) or an AlGaNO film (not shown) is stacked on the resonator end face 10 a. That is, the insulating protective film 18 exhibits an anchor effect when a dielectric multilayer film or an AlGaNO film is laminated. Thereby, the adhesion between the dielectric multilayer film and the side surface 13a of the guide layer 13, the adhesion between the AlGaNO film and the side surface 14a of the lower cladding layer 14, and the adhesion between the AlGaNO film and the side surface 15a of the upper cladding layer 15 are improved. Each can be improved. The insulating protective film 18 may be formed of SiO ₂ and may be formed of Al ₂ O ₃ , SiN, SnO ₂ , ZrO, HfO ₂ or the like.

当該誘電体多層膜は、発光層１２を含んで共振器端面１０ａ上に形成された場合には、ハーフミラー及び絶縁保護層としての機能を発揮する。これにより、レーザ素子１の使用中に共振器端面１０ａが腐食することが抑制される。また、当該ＡｌＧａＮＯ膜は、共振器端面１０ａ上に形成された場合には、絶縁保護層としての機能を発揮する。これにより、レーザ素子１の使用中に共振器端面１０ａが腐食することが抑制される。 When the dielectric multilayer film is formed on the resonator end surface 10 a including the light emitting layer 12, it functions as a half mirror and an insulating protective layer. Thereby, corrosion of the resonator end surface 10a during use of the laser element 1 is suppressed. Further, when the AlGaNO film is formed on the resonator end face 10a, it functions as an insulating protective layer. Thereby, corrosion of the resonator end surface 10a during use of the laser element 1 is suppressed.

（製法）
次に、本実施形態によるレーザ素子１及びレーザダイオード１００の製造方法について説明する。レーザ素子１を形成するために、例えば厚さが５０μｍより長く１００００μｍより短い範囲内の所定厚さのウェハを準備する。レーザ素子１は、このウェハ上に、最終的に下部クラッド層１４となる半導体層、最終的に発光層１２よりも下方の領域のガイド層１３となる半導体層、最終的に発光層１２となる半導体層、最終的に発光層１２よりも上方の領域のガイド層１３となる半導体層、及び最終的に上部クラッド層１５となる半導体層を積層した半導体積層物を形成する。その後、この半導体積層物の一部を所定形状にドライエッチング及びウェットエッチングすることにより、ウェハ上に複数の積層体１０を形成する。詳細は後述するが、本実施形態では、積層体１０、すなわちガイド層１３、上部クラッド層１５及び下部クラッド層１４を形成する際にポジレジストが用いられる。その後、ウェハを所定位置で切断して積層体１０を個片化し、基板１１上に積層体１０が形成されたレーザ素子１を形成する。レーザ素子１とは別に、個片化された光検出部３を形成する。レーザ素子１及び光検出部３をパッケージ５で覆って固定することによりパッケージ化されたレーザダイオード１００が完成する。 (Manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the laser element 1 and the laser diode 100 according to the present embodiment will be described. In order to form the laser element 1, for example, a wafer having a predetermined thickness in a range longer than 50 μm and shorter than 10000 μm is prepared. The laser element 1 becomes a semiconductor layer that finally becomes the lower cladding layer 14, a semiconductor layer that finally becomes the guide layer 13 in a region below the light emitting layer 12, and finally the light emitting layer 12 on this wafer. A semiconductor laminate is formed by laminating a semiconductor layer, a semiconductor layer that finally becomes the guide layer 13 in a region above the light emitting layer 12, and a semiconductor layer that finally becomes the upper cladding layer 15. Thereafter, a part of the semiconductor laminate is dry-etched and wet-etched into a predetermined shape, thereby forming a plurality of laminates 10 on the wafer. Although details will be described later, in this embodiment, a positive resist is used when forming the stacked body 10, that is, the guide layer 13, the upper cladding layer 15, and the lower cladding layer 14. Thereafter, the wafer is cut at a predetermined position to divide the laminate 10 into individual pieces, and the laser element 1 having the laminate 10 formed on the substrate 11 is formed. Separately from the laser element 1, an individual photodetecting unit 3 is formed. Covering and fixing the laser element 1 and the light detection unit 3 with the package 5, the packaged laser diode 100 is completed.

共振器端面１０ａ（図１参照）の形成方法について説明する。
パターン端が凹凸になるように設計・作製したフォトマスクを用いてレジストを露光、現像処理することで凹凸のあるレジストマスクを形成する。その後、上部クラッド層１５の厚さ（あるいは上部クラッド層１５の厚さ以下）だけドライエッチング（例えば、Ｃｌ_２やＢＣｌ_３等のガスを使用）することで凹凸のある共振器端面１０ａが形成される。 A method for forming the resonator end face 10a (see FIG. 1) will be described.
The resist is exposed and developed using a photomask designed and manufactured so that the pattern ends are uneven, thereby forming an uneven resist mask. After that, dry etching (for example, using a gas such as Cl ₂ or BCl ₃ ) is performed by the thickness of the upper clad layer 15 (or less than the thickness of the upper clad layer 15), thereby forming the resonator end face 10a having irregularities. The

Ａｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂ及びＡｌ_ｘ３Ｇａ_ｙ３Ｎ層１５ｃを有する上部クラッド層１５を備えるレーザ素子１の共振器端面１０ａの形成方法について説明する。
発光層１２をＡｌ_ｘ１Ｇａ_ｙ１Ｎで形成し、発光層１２の上層にＡｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層を積層し、さらにＡｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層の上層にＡｌ_ｘ３Ｇａ_ｙ３Ｎ層を積層する。その後、上述の方法で半導体積層物をドライエッチングすることにより、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層１５ｂ及びＡｌ_ｘ３Ｇａ_ｙ３Ｎ層１５ｃを有する上部クラッド層１５を備えるレーザ素子１の共振器端面１０ａが形成される。 A method for forming the resonator end face 10a of the laser device 1 including the upper clad layer 15 having the Al _x2 Ga _y2 N layer 15b and the Al _x3 Ga _y3 N layer 15c will be described.
The light emitting layer 12 is formed of Al _x1 Ga _y1 N, an Al _x2 Ga _y2 N layer is stacked on the light emitting layer 12, and an Al _x3 Ga _y3 N layer is stacked on the Al _x2 Ga _y2 N layer. Thereafter, the semiconductor stacked body is dry-etched by the above-described method, thereby forming the cavity facet 10a of the laser device 1 including the upper cladding layer 15 having the Al _x2 Ga _y2 N layer 15b and the Al _x3 Ga _y3 N layer 15c. The

絶縁保護膜１８（図４参照）の形成方法について説明する。
最終的に積層体１０となる半導体積層物上に絶縁層を形成し、共振器端面１０ａを形成する方法でドライエッチングした後に、アルカリ薬液（例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液）でウェットエッチングによって上部クラッド層１５の一部をサイドエッチングすることにより、上部クラッド層１５よりも基板１１の側面１１ａ側に飛び出した絶縁保護膜１８が形成される。なお、絶縁保護膜１８は、ｐ型電極１６２の少なくとも一部を露出するように形成される。 A method for forming the insulating protective film 18 (see FIG. 4) will be described.
After an insulating layer is finally formed on the semiconductor laminate to be the laminate 10 and dry etching is performed by a method of forming the resonator end face 10a, an alkaline chemical solution (for example, potassium hydroxide (KOH) aqueous solution or tetramethyl hydroxide is used). A part of the upper cladding layer 15 is side-etched by wet etching with ammonium (TMAH) solution, thereby forming the insulating protective film 18 protruding from the upper cladding layer 15 to the side surface 11a side of the substrate 11. The insulating protective film 18 is formed so as to expose at least a part of the p-type electrode 162.

ｍ面又はａ面の斜面部の形成方法について説明する。
共振器端面１０ａに凹凸を形成する際に、斜面部をｍ面又はａ面に揃えてパターニングし、ドライエッチングの後にアルカリ薬液（例えば、ＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ溶液）でウェットエッチングによって積層体１０をサイドエッチングすることにより、ｍ面又はａ面で構成された斜面部を有する共振器端面１０ａが形成される。 A method for forming the m-plane or a-plane slope portion will be described.
When forming irregularities on the resonator end face 10a, patterning is performed with the inclined surface aligned to the m-plane or a-plane, and after dry etching, the laminated body 10 is side etched by an alkaline chemical solution (for example, KOH aqueous solution or TMAH solution). By etching, the resonator end face 10a having a slope portion constituted by an m-plane or a-plane is formed.

ＡｌＧａＮ混晶を含む積層体１０の形成方法について説明する。
ガイド層１３、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５のうち、ＡｌＧａＮ混晶を含める層を形成するための半導体層にＡｌＧａＮ混晶を用いることにより、ガイド層１３、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５のうちの所望の層にＡｌＧａＮ混晶を含む積層体１０を形成することができる。 A method for forming the stacked body 10 including the AlGaN mixed crystal will be described.
Of the guide layer 13, the lower cladding layer 14, and the upper cladding layer 15, the guide layer 13, the lower cladding layer 14, and the upper cladding layer are formed by using an AlGaN mixed crystal as a semiconductor layer for forming a layer including an AlGaN mixed crystal. The laminated body 10 including the AlGaN mixed crystal in a desired layer among 15 can be formed.

凹凸部の投影面に対する斜面部の投影面の面積比の制御方法について説明する。
凹凸のあるフォトマスクを用いてレジストを露光、現像処理することで凹凸のあるレジストマスクを形成する。その後、このレジストマスクをマスクとして、最終的に積層体１０となる半導体積層物の１つの側面を上部クラッド層１５の厚さ（あるいは上部クラッド層１５の厚さ以下）だけドライエッチングし、当該側面の上部に凹凸を形成して上部クラッド層１５の側面１５ａの凹凸部１０５を形成する。次に、このレジストマスクを除去した後に、再度別の凹凸形状を有するフォトマスクを形成する。このフォトマスクを用いて、半導体積層物の凹凸部１０５が形成された側面を再度ドライエッチングすることにより、上部クラッド層１５の下層にガイド層１３の側面１３ａの凹凸部１０３を形成する。次に、このレジストマスクを除去した後に、再度別の凹凸形状を有するフォトマスクを形成する。このフォトマスクを用いて、半導体積層物の凹凸部１０３，１０５が形成された側面を再度ドライエッチングすることにより、ガイド層１３の下層に下部クラッド層１４の側面１４ａの凹凸部１０４を形成する。 A method for controlling the area ratio of the projection surface of the inclined surface portion to the projection surface of the uneven portion will be described.
The resist is exposed and developed using a photomask with unevenness to form a resist mask with unevenness. Thereafter, using this resist mask as a mask, one side surface of the semiconductor stacked body that finally becomes the stacked body 10 is dry-etched by the thickness of the upper cladding layer 15 (or less than the thickness of the upper cladding layer 15). Concavities and convexities are formed on the upper surface of the upper clad layer 15 to form the concave and convex portions 105 on the side surface 15 a of the upper clad layer 15. Next, after removing the resist mask, a photomask having another uneven shape is formed again. Using this photomask, the side surface of the semiconductor laminate on which the concavo-convex portion 105 is formed is dry-etched again, thereby forming the concavo-convex portion 103 on the side surface 13a of the guide layer 13 in the lower layer of the upper clad layer 15. Next, after removing the resist mask, a photomask having another uneven shape is formed again. Using this photomask, dry etching is performed again on the side surface on which the concavo-convex portions 103 and 105 of the semiconductor laminate are formed, thereby forming the concavo-convex portion 104 on the side surface 14 a of the lower cladding layer 14 in the lower layer of the guide layer 13.

以上説明したように、本実施形態によるレーザ素子１は、基板１１と、基板１１の上方に配置された発光層１２と、発光層１２を挟んで基板１１の上方に配置されたガイド層１３と、基板１１とガイド層１３との間に形成された下部クラッド層１４と、ガイド層１３の上に形成された上部クラッド層１５と、発光層１２で発光した光が出射される光出射側の発光層１２の側面１２ａ、ガイド層１３の側面１３ａ、下部クラッド層１４の側面１４ａ及び上部クラッド層１５の側面１５ａを有する共振器端面１０ａとを備えている。共振器端面１０ａは、斜面部１０３ａ，１０３ａ，１０３ａを含む凹凸部１０３，１０４，１０５を有し、光出射側の基板１１の側面１１ａに平行な仮想面ＢＰに共振器端面１０ａを投影した投影面１０ａｐに対する、仮想面ＢＰに斜面部１０３ａ，１０３ａ，１０３ａを投影した投影面１０３ａｐ，１０３ａｐ，１０３ａｐの面積比は、０より大きく１以下である。 As described above, the laser device 1 according to the present embodiment includes the substrate 11, the light emitting layer 12 disposed above the substrate 11, and the guide layer 13 disposed above the substrate 11 with the light emitting layer 12 interposed therebetween. The lower clad layer 14 formed between the substrate 11 and the guide layer 13, the upper clad layer 15 formed on the guide layer 13, and the light emitting side from which the light emitted from the light emitting layer 12 is emitted. A resonator end surface 10 a having a side surface 12 a of the light emitting layer 12, a side surface 13 a of the guide layer 13, a side surface 14 a of the lower cladding layer 14, and a side surface 15 a of the upper cladding layer 15 is provided. The resonator end surface 10a has projections and depressions 103, 104, 105 including slope portions 103a, 103a, 103a, and is a projection obtained by projecting the resonator end surface 10a onto a virtual plane BP parallel to the side surface 11a of the substrate 11 on the light emitting side. The area ratio of the projection surfaces 103ap, 103ap, and 103ap obtained by projecting the slope portions 103a, 103a, and 103a onto the virtual surface BP with respect to the surface 10ap is greater than 0 and equal to or less than 1.

当該構成を備えたレーザ素子１によれば、共振器端面１０ａから照射した照射光Ｌｅを外部利用光としてパッケージ５の窓５１を介してパッケージ５の外部に出射することができる。また、レーザ素子１は、共振器端面１０ａで散乱した散乱光Ｌｓがパッケージ５の内側面で反射しても反射光Ｌｒが発光層１２に再入射しないように構成されている。つまり、レーザ素子１は、反射光Ｌｒが発光層１２に再入射しないように照射光を散乱することができる凹凸部１０３，１０４，１０５を共振器端面１０ａに有している。これにより、レーザ素子１は、発光層１２の光励起を抑制することができ、出力ノイズを低減することができる。 According to the laser element 1 having the above configuration, the irradiation light Le emitted from the resonator end face 10a can be emitted to the outside of the package 5 through the window 51 of the package 5 as external utilization light. Further, the laser element 1 is configured so that the reflected light Lr does not re-enter the light emitting layer 12 even if the scattered light Ls scattered by the resonator end face 10 a is reflected by the inner surface of the package 5. That is, the laser element 1 has the concave and convex portions 103, 104, and 105 on the resonator end surface 10 a that can scatter the irradiation light so that the reflected light Lr does not re-enter the light emitting layer 12. Thereby, the laser element 1 can suppress the optical excitation of the light emitting layer 12, and can reduce output noise.

また、本実施形態によるレーザダイオード１００は、レーザ素子１と、レーザ素子１で発光した光を検出する光検出部３と、レーザ素子１及び光検出部３を内包するパッケージ５とを備えている。 The laser diode 100 according to the present embodiment includes a laser element 1, a light detection unit 3 that detects light emitted from the laser element 1, and a package 5 that includes the laser element 1 and the light detection unit 3. .

当該構成を備えたレーザダイオード１００によれば、パッケージ５の内側面で反射した反射光Ｌｒを光検出部３で検出し、光検出部３で検出した光をレーザ光が出力されているか否かの判断などに利用することができる。このように、レーザダイオード１００は、レーザ素子１の共振器端面１０ａで散乱した散乱光Ｌｓを内部利用光として利用することができる。 According to the laser diode 100 having this configuration, the reflected light Lr reflected from the inner surface of the package 5 is detected by the light detection unit 3, and whether the laser light is output from the light detected by the light detection unit 3 or not. It can be used for judgments. As described above, the laser diode 100 can use the scattered light Ls scattered by the resonator end face 10a of the laser element 1 as the internal use light.

本発明は、上記実施形態に限られず、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、ガイド層１３は、アンドープ層であるが、本発明はこれに限られない。ガイド層１３は、例えばドーパントが添加されて、発光層１２よりも下層の領域がｎ型半導体で形成され、発光層１２よりも上層の領域がｐ型半導体で形成されていてもよい。この場合、積層体１０は、発光層１２よりも上層がｐ型半導体で形成され、発光層１２よりの下層がｎ型半導体で形成される。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
In the above embodiment, the guide layer 13 is an undoped layer, but the present invention is not limited to this. For example, a dopant may be added to the guide layer 13 so that a region below the light emitting layer 12 is formed of an n-type semiconductor, and a region above the light emitting layer 12 may be formed of a p-type semiconductor. In this case, the stacked body 10 is formed of a p-type semiconductor in an upper layer than the light emitting layer 12 and is formed of an n-type semiconductor in a lower layer than the light emitting layer 12.

上記実施形態では、突起部１５２及びｐ型電極１６２の端面は、側面１５ａ及び側面１５ａに対向する対向側面（対向側面１０ｂ側の側面）と面一に形成されているが、本発明はこれに限られない。突起部１５２は、側面１５ａ及び対向側面よりも内側（例えば５μｍから１０μｍ）の位置に両端面を有していてもよい。また、ｐ型電極１６２は、突起部１５２の端面よりも内側（例えば２μｍから１０μｍ）の位置に端面を有していてもよい。 In the above embodiment, the end surfaces of the protrusion 152 and the p-type electrode 162 are formed flush with the side surface 15a and the opposite side surface (side surface on the opposite side surface 10b side) facing the side surface 15a. Not limited. The protrusion 152 may have both end faces at positions on the inner side (for example, 5 μm to 10 μm) than the side face 15a and the opposite side face. Further, the p-type electrode 162 may have an end surface at a position inside (for example, 2 μm to 10 μm) from the end surface of the protrusion 152.

１レーザ素子
３光検出部
５パッケージ
１０積層体
１０ａ共振器端面
１０ａｐ，１０３ｐ，１０３ａｐ，１０３ｂｐ，１０３ｃｐ，１０４ｐ，１０４ａｐ，１０４ｂｐ，１０４ｃｐ，１０５ｐ，１０５ａｐ，１０５ｂｐ，１０５ｃｐ投影面
１０ｂ対向側面
１１基板
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ側面
１１ｂ積層面
１２発光層
１３ガイド層
１４下部クラッド層
１５上部クラッド層
１５ｂＡｌ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ｎ層
１５ｃＡｌ_ｘ３Ｇａ_ｙ３Ｎ層
１８絶縁保護膜
５１窓
１００レーザダイオード
１０３，１０４，１０５凹凸部
１０３ａ，１０４ａ，１０５ａ斜面部
１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０５ｂ，１０５ｃ平坦部
１４１第一領域
１４２第二領域
１５１平板部
１５２突起部
１６１ｎ型電極
１６２ｐ型電極
ＢＰ仮想面
Ｌｅ照射光
Ｌｒ反射光
Ｌｓ散乱光
Ｌｔ透過光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser element 3 Photodetection part 5 Package 10 Laminated body 10a Cavity surface 10ap, 103p, 103ap, 103bp, 103cp, 104p, 104ap, 104bp, 104cp, 105p, 105ap, 105bp, 105cp Projection surface 10b Opposite side surface 11 Substrate 11a, 12a, 13a, 14a, 15a side 11b laminated surface 12 emitting layer 13 guide layer 14 lower clad layer 15 upper cladding layer 15b _Al x2 _{Ga y2} N layer 15c _Al x3 _{Ga y3} N layer 18 insulating protective film 51 window 100 laser diode 103, 104, 105 Uneven portion 103a, 104a, 105a Slope portion 103b, 103c, 104b, 104c, 105b, 105c Flat portion 141 First region 142 Second region 151 Flat plate portion 152 Projection portion 161 n-type electrode 162 p-type Pole BP virtual plane Le irradiation light Lr reflected light Ls scattered light Lt transmitted light

Claims

A substrate,
A light emitting layer disposed above the substrate;
A guide layer disposed above the substrate across the light emitting layer;
A lower cladding layer formed between the substrate and the guide layer;
An upper cladding layer formed on the guide layer;
A resonator end surface having a side surface of the light emitting layer on the light emitting side from which light emitted from the light emitting layer is emitted, a side surface of the guide layer, a side surface of the lower cladding layer, and a side surface of the upper cladding layer;
The resonator end surface has a concavo-convex portion including a slope portion,
The area ratio of the projection surface in which the inclined surface portion is projected on the virtual surface to the projection surface in which the resonator end surface is projected on a virtual surface parallel to the side surface of the substrate on the light emission side is greater than 0 and 1 or less. Laser element.

The light emitting layer is made of Al _x1 Ga _y1 N,
The upper cladding layer includes an Al _x2 Ga _y2 N layer and an Al _x3 Ga _y3 N layer provided on the Al _x2 Ga _y2 N layer,
The composition of the light emitting layer, the Al _x2 Ga _y2 N layer, and the Al _x3 Ga _y3 N layer satisfies a relationship of x1 + y1 = 1, x2 + y2 = 1, x3 + y3 = 1, x2 <x1 and x2 <x3. The laser element described.

An insulating protective film is provided on a part or all of the upper cladding layer.
The laser device according to claim 1, wherein at least a part of the insulating protective film protrudes toward the side surface of the substrate from the upper cladding layer.

The laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein the slope portion is configured by any one of an m-plane and an a-plane.

5. The laser device according to claim 1, wherein at least one of the guide layer, the lower clad layer, and the upper clad layer contains an AlGaN mixed crystal. 6.

The laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein the area ratio in the guide layer is smaller than the area ratio in the lower cladding layer and the area ratio in the upper cladding layer.

A laser element according to any one of claims 1 to 6,
A light detection unit for detecting light emitted by the laser element;
A laser diode comprising: a package including the laser element and the light detection unit.