JP2023131565A - 量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体積層体の端面からの絶縁膜の剥離を抑制することができる量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置を提供する。【解決手段】量子カスケードレーザ素子１Ａは、半導体基板２と、量子カスケード構造を有する活性層３１を含む半導体積層体３と、半導体積層体３における半導体基板２とは反対側の表面に形成された第１電極５と、半導体基板２における半導体積層体３とは反対側の表面に形成された第２電極６と、半導体積層体３の第２端面３ｂに形成された絶縁膜７と、を備える。第１電極５は、第１金属からなる電極層５３と、第１金属よりもイオン化傾向が高い第２金属からなる第１下地層５１と、を含む。電極層５３は、外部に露出した領域５３ａを有する。第１下地層５１は、領域５３ａに対して第２端面３ｂ側に位置する領域５１ａを有する。絶縁膜７は、第２端面３ｂから領域５１ａに至っている。【選択図】図３

Description

本発明は、量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置に関する。
従来の量子カスケードレーザ素子として、半導体基板と、半導体基板上に形成された半導体積層体と、半導体積層体における半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、半導体基板における半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、を備える量子カスケードレーザ素子であって、活性層を含む半導体積層体が有する一対の端面のうちの一方の端面に、絶縁膜を介して金属膜が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような量子カスケードレーザ素子では、金属膜が反射膜として機能しつつ一対の端面のうちの他方の端面が光出射面として機能するため、効率の良い光出力を得ることができる。
特開２０１９－００９２２５号公報
上述したような量子カスケードレーザ素子では、半導体積層体の端面からの絶縁膜の剥離が問題となる場合がある。
本発明は、半導体積層体の端面からの絶縁膜の剥離を抑制することができる量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置を提供することを目的とする。
本発明の量子カスケードレーザ素子は、半導体基板と、量子カスケード構造を有する活性層を含み、光導波方向において対向する第１端面及び第２端面を有し、半導体基板上に形成された半導体積層体と、半導体積層体における半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、半導体基板における半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、第１端面及び第２端面の少なくとも一方の端面に形成された絶縁膜と、を備え、第１電極は、第１金属からなる第１金属層と、第１金属よりもイオン化傾向が高い第２金属からなる第２金属層と、を含み、第１金属層は、外部に露出した第１領域を有し、第２金属層は、第１領域に対して一方の端面側に位置する第２領域を有し、絶縁膜は、一方の端面から第２領域に至っている。
この量子カスケードレーザ素子では、第１電極が、第１金属からなる第１金属層と、第１金属よりもイオン化傾向が高い第２金属からなる第２金属層と、を含んでおり、半導体積層体の一方の端面に形成された絶縁膜が、一方の端面から第２金属層の第２領域に至っている。これにより、外部に露出した第１領域において、第１金属層の酸化を抑制しつつ、第１領域に対して一方の端面側に位置する第２領域において、第２金属層と絶縁膜との密着性を十分に確保することができる。よって、この量子カスケードレーザ素子によれば、半導体積層体の端面からの絶縁膜の剥離を抑制することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子では、第１金属層は、第２金属層上に配置されおり、第２金属層における一方の端面側の縁部は、第１領域に対して一方の端面側に位置していてもよい。これによれば、第２金属層と絶縁膜との密着性を確保するための第２領域を、一方の端面側の近傍に確実に設けることができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子では、絶縁膜は、第１金属層の側面のうち、第２領域と交差する関係を有する領域に至っていてもよい。これによれば、第１電極において交差する関係を有する少なくとも一対の領域に絶縁膜の一部が接触することになるため、第１電極と絶縁膜との密着性をより十分に確保することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子では、第２金属層は、第１金属層上に配置されおり、第１領域に対して一方の端面側に位置していてもよい。これによれば、第２金属層と絶縁膜との密着性を確保するための第２領域を、一方の端面側の近傍に確実に設けることができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子では、絶縁膜は、第２金属層の側面のうち、第１領域と交差する関係を有する領域を介して、第１金属層に至っていてもよい。これによれば、第１電極において交差する関係を有する少なくとも一対の領域に絶縁膜の一部が接触することになるため、第１電極と絶縁膜との密着性をより十分に確保することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子は、光導波方向から見た場合に少なくとも活性層の一部と重なるように、絶縁膜上に形成された金属膜を更に備えてもよい。これによれば、一方の端面において金属膜を反射膜として機能させつつ、一方の端面とは反対側の端面を光出射面として機能させて、効率の良い光出力を得ることができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子では、半導体積層体は、リッジ部を有し、リッジ部上において金属膜が有する光導波方向の幅は、リッジ部の両側の部分上において金属膜が有する光導波方向の幅よりも小さくてもよい。これによれば、量子カスケードレーザ素子の駆動電流を低減して、量子カスケードレーザ素子の低消費電力化を図りつつ、金属膜に起因してリッジ部において短絡が発生するのを抑制することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子では、リッジ部上において金属膜が有する光導波方向の幅は、０であってもよい。これによれば、金属膜に起因してリッジ部において短絡が発生するのを確実に抑制することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子では、第１金属は、Ａｕであり、第２金属は、Ｔｉ又はＣｒであってもよい。これによれば、外部に露出した第１領域において、第１金属層の酸化を確実に抑制することができる。また、第２金属層と第１金属層との密着性を十分に確保することができると共に、第２金属層と絶縁膜との密着性を十分に確保することができる。
本発明の量子カスケードレーザ素子では、絶縁膜は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜であってもよい。絶縁膜がＡｌ２Ｏ３膜である場合には、７．５μｍ以下の中心波長を有するレーザ光に対して光透過性を確保することができる。絶縁膜がＣｅＯ２膜である場合には、７．５μｍ以上の中心波長を有するレーザ光に対して光透過性を確保することができる。
本発明の量子カスケードレーザ装置は、上記量子カスケードレーザ素子と、量子カスケードレーザ素子を駆動する駆動部と、を備える。
この量子カスケードレーザ装置によれば、量子カスケードレーザ素子において、半導体積層体の端面からの絶縁膜の剥離を抑制することができる。
本発明の量子カスケードレーザ装置は、量子カスケードレーザ素子を支持する支持部と、半導体積層体が半導体基板に対して支持部側に位置した状態で、支持部が有する電極パッドと第１電極とを接合する接合部材と、を更に備えてもよい。これによれば、活性層で発生した熱を効率良く支持部側に逃がすことができる。
本発明の量子カスケードレーザ装置では、駆動部は、量子カスケードレーザ素子がレーザ光を連続発振するように量子カスケードレーザ素子を駆動してもよい。量子カスケードレーザ素子がレーザ光を連続発振する場合には、量子カスケードレーザ素子がレーザ光をパルス発振する場合に比べ、活性層での発熱量が大きくなるため、上述した量子カスケードレーザ素子の構成は、特に有効である。
本発明によれば、半導体積層体の端面からの絶縁膜の剥離を抑制することができる量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置を提供することが可能となる。
第１実施形態の量子カスケードレーザ素子の断面図である。 図１に示されるII－II線に沿っての量子カスケードレーザ素子の断面図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の一部分の斜視図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図１に示される量子カスケードレーザ素子を備える量子カスケードレーザ装置の断面図である。 第２実施形態の量子カスケードレーザ素子の一部分の斜視図である。 図８に示される量子カスケードレーザ素子の一部分の断面図である。 変形例の量子カスケードレーザ装置の断面図である。 変形例の量子カスケードレーザ素子の一部分の断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
［量子カスケードレーザ素子の構成］
図１及び図２に示されるように、量子カスケードレーザ素子１Ａは、半導体基板２と、半導体積層体３と、絶縁膜４と、第１電極５と、第２電極６と、絶縁膜７と、金属膜８と、を備えている。半導体基板２は、例えば、長方形板状のＮ型ＩｎＰ単結晶基板である。一例として、半導体基板２の長さは２ｍｍ程度であり、半導体基板２の幅は５００μｍ程度であり、半導体基板２の厚さは百数十μｍ程度である。以下の説明では、半導体基板２の幅方向をＸ軸方向といい、半導体基板２の長さ方向をＹ軸方向といい、半導体基板２の厚さ方向をＺ軸方向という。
半導体積層体３は、半導体基板２の表面２ａに形成されている。つまり、半導体積層体３は、半導体基板２上に形成されている。半導体積層体３は、量子カスケード構造を有する活性層３１を含んでいる。半導体積層体３は、所定の中心波長（例えば、中赤外領域の波長であって、４～１１μｍのいずれかの値の中心波長）を有するレーザ光を発振するように構成されている。第１実施形態では、半導体積層体３は、下部クラッド層３２、下部ガイド層（図示省略）、活性層３１、上部ガイド層（図示省略）、上部クラッド層３３及びコンタクト層（図示省略）が半導体基板２側からこの順序で積層されることで構成されている。上部ガイド層は、分布帰還（ＤＦＢ：distributed feedback）構造として機能する回折格子構造を有していてもよい。
活性層３１は、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓの多重量子井戸構造を有する層である。下部クラッド層３２及び上部クラッド層３３のそれぞれは、例えば、ＳｉドープＩｎＰ層である。下部ガイド層及び上部ガイド層のそれぞれは、例えば、ＳｉドープＩｎＧａＡｓ層である。コンタクト層は、例えば、ＳｉドープＩｎＧａＡｓ層である。
半導体積層体３は、Ｙ軸方向に沿って延在するリッジ部３０を有している。リッジ部３０は、下部クラッド層３２における半導体基板２とは反対側の部分、並びに、下部ガイド層、活性層３１、上部ガイド層、上部クラッド層３３及びコンタクト層によって構成されている。Ｘ軸方向におけるリッジ部３０の幅は、Ｘ軸方向における半導体基板２の幅よりも小さい。Ｙ軸方向におけるリッジ部３０の長さは、Ｙ軸方向における半導体基板２の長さに等しい。一例として、リッジ部３０の長さは２ｍｍ程度であり、リッジ部３０の幅は数μｍ～十数μｍ程度であり、リッジ部３０の厚さは数μｍ程度である。リッジ部３０は、Ｘ軸方向において半導体基板２の中央に位置している。Ｘ軸方向におけるリッジ部３０の両側には、半導体積層体３を構成する各層が存在していない。
半導体積層体３は、リッジ部３０の光導波方向Ａにおいて対向する第１端面３ａ及び第２端面３ｂを有している。光導波方向Ａは、リッジ部３０の延在方向であるＹ軸方向に平行な方向である。第１端面３ａ及び第２端面３ｂは、光出射端面として機能する。第１端面３ａ及び第２端面３ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向において対向する半導体基板２の両側面のそれぞれと同一平面上に位置している。
絶縁膜４は、リッジ部３０における半導体基板２とは反対側の表面３０ａが露出するように、リッジ部３０の側面３０ｂ及び下部クラッド層３２の表面３２ａに形成されている。リッジ部３０の側面３０ｂは、Ｘ軸方向において対向するリッジ部３０の両側面のそれぞれである。下部クラッド層３２の表面３２ａは、下部クラッド層３２のうちリッジ部３０を構成していない部分における半導体基板２とは反対側の表面である。絶縁膜４は、例えば、ＳｉＮ膜又はＳｉＯ２膜である。
第１電極５は、半導体積層体３における半導体基板２とは反対側の表面３ｃに形成されている。半導体積層体３の表面３ｃは、リッジ部３０の表面３０ａ、リッジ部３０の側面３０ｂ及び下部クラッド層３２の表面３２ａによって構成された面である。第１電極５は、リッジ部３０の表面３０ａ上においてはリッジ部３０の表面３０ａに接触しており、リッジ部３０の側面３０ｂ上及び下部クラッド層３２の表面３２ａ上においては絶縁膜４に接触している。これにより、第１電極５は、コンタクト層を介して上部クラッド層３３に電気的に接続されている。
第２電極６は、半導体基板２における半導体積層体３とは反対側の表面２ｂに形成されている。第２電極６は、例えば、ＡｕＧｅ／Ａｕ膜、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜又はＡｕ膜である。第２電極６は、半導体基板２を介して下部クラッド層３２に電気的に接続されている。
図１、図２、及び図３の（ａ）に示されるように、第１電極５は、第１下地層（第２金属層）５１と、第２下地層５２と、電極層（第１金属層）５３と、を含んでいる。なお、図３の（ａ）では、絶縁膜７及び金属膜８の図示が省略されている。
第１下地層５１は、半導体積層体３の表面３ｃに沿って延在するように、絶縁膜４及び表面３０ａ上に形成されている。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において対向する第１下地層５１の両側面のそれぞれは、Ｘ軸方向において対向する半導体基板２の両側面のそれぞれの内側に位置している。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向において対向する第１下地層５１の両側面のそれぞれは、Ｙ軸方向において対向する半導体基板２の両側面のそれぞれに一致している。つまり、Ｙ軸方向において対向する第１下地層５１の両側面のそれぞれは、第１端面３ａ及び第２端面３ｂのそれぞれと同一平面上に位置している。第１下地層５１は、Ｔｉ（第２金属）からなる層である。第１下地層５１は、例えば、Ｔｉのスパッタリングによって形成される。第１下地層５１の厚さは、例えば、５０ｎｍ程度である。
第２下地層５２は、半導体積層体３の表面３ｃに沿って延在するように、第１下地層５１上に形成されている。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において対向する第２下地層５２の両側面のそれぞれは、Ｘ軸方向において対向する第１下地層５１の両側面のそれぞれに一致している。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向において対向する第２下地層５２の両側面のそれぞれは、Ｙ軸方向において対向する第１下地層５１の両側面のそれぞれの内側に位置している。第２下地層５２は、Ａｕからなる層である。第２下地層５２は、例えば、Ａｕのスパッタリングによって形成される。第２下地層５２の厚さは、例えば、１５０ｎｍ程度である。
電極層５３は、リッジ部３０が電極層５３に埋め込まれるように、第２下地層５２上に形成されている。つまり、電極層５３は、第２下地層５２を介して、第１下地層５１上に配置されている。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において対向する電極層５３の両側面のそれぞれは、Ｘ軸方向において対向する第２下地層５２の両側面のそれぞれに一致している。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向において対向する電極層５３の両側面のそれぞれは、Ｙ軸方向において対向する第２下地層５２の両側面のそれぞれに一致している。電極層５３は、Ａｕ（第１金属）からなる層である。電極層５３は、例えば、Ａｕのメッキによって形成される。なお、リッジ部３０が電極層５３に埋め込まれるとは、電極層５３のうちＸ軸方向においてリッジ部３０の両側に位置する部分の厚さ（Ｚ軸方向における当該部分の厚さ）がＺ軸方向におけるリッジ部３０の厚さよりも大きい状態で、リッジ部３０が電極層５３に覆われることを意味する。
電極層５３における半導体基板２とは反対側の表面は、外部に露出した領域（第１領域）５３ａを含んでいる。つまり、電極層５３は、外部に露出した領域５３ａを有している。一例として、電極層５３における半導体基板２とは反対側の表面は、化学機械研磨によって平坦化された研磨面（Ｚ軸方向に垂直な平坦面）であり、領域５３ａには、研磨痕が形成されている。
以上のように構成された第１電極５では、図３の（ａ）に示されるように、第１下地層５１が、領域（第２領域）５１ａを有している。領域５１ａは、第１下地層５１における半導体基板２とは反対側の表面の一部であり、Ｙ軸方向において、電極層５３の領域５３ａに対して第２端面３ｂ側に位置している。第１下地層５１における第２端面３ｂ側の縁部５１ｂは、Ｙ軸方向において、電極層５３の領域５３ａに対して第２端面３ｂ側に位置している。第１実施形態では、第１下地層５１の領域５１ａにおける第２端面３ｂ側の縁部は、第１下地層５１の縁部５１ｂに対応しており、第２端面３ｂを含む平面上に位置している。第１下地層５１の領域５１ａは、電極層５３の側面における第２端面３ｂ側の領域５３ｂと交差する関係を有している。なお、一方の領域が他方の領域と交差する関係とは、一方の領域が他方の領域と交わっている状態、一方の領域が他方の領域を含む面と交わっている状態、一方の領域を含む面が他方の領域と交わっている状態、及び一方の領域を含む面が他方の領域を含む面と交わっている状態を含む。
上述したように、第１下地層５１は、Ｔｉ（第２金属）からなる層であり、電極層５３は、Ａｕ（第１金属）からなる層である。Ｔｉは、Ａｕよりもイオン化傾向が高い金属である。第１下地層５１は、電極層５３に比べて、酸化物との密着力が高くなる性質を有する。電極層５３は、第１下地層５１に比べて、酸化し難い性質を有する。なお、「第２金属が、第１金属よりもイオン化傾向が高い金属である」とは、「第２金属が、第１金属よりも電子を放出しやすい金属である」こと意味し、「第２金属が、第１金属よりも酸化しやすい金属である」ことと同義である。大気中での金属の酸化は、金属の表面に酸素が吸着することで生じる。具体的には、電気陰性度が高い酸素が金属の表面から電子を奪うことで、金属の表面に酸化物の層が形成される。そのため、電子を放出しやすい金属は、酸化しやすい金属であるといえる。つまり、イオン化傾向が高い金属は、酸素との親和性が高い金属であるといえる。以上により、酸化しやすい金属（すなわち、イオン化傾向が高い金属）は、酸化しにくい金属（すなわち、イオン化傾向が低い金属）よりも、酸化物との親和性が高くなり、酸化物との密着力が高くなる。
図２、及び図３の（ｂ）に示されるように、絶縁膜７は、第２端面３ｂに形成されている。第１実施形態では、絶縁膜７は、第２端面３ｂから第１下地層５１の領域５１ａ及び電極層５３の領域５３ｂを介して第１電極５の領域５ｒに至っており、第２端面３ｂから半導体基板２における第２端面３ｂ側の側面２ｃを介して第２電極６の領域６ｒに至っている。第１電極５の領域５ｒは、電極層５３における半導体基板２とは反対側の表面のうち第２端面３ｂ側の領域である。第２電極６の領域６ｒは、第２電極６における半導体基板２とは反対側の表面のうち第２端面３ｂ側の領域である。以上のように、絶縁膜７は、第２端面３ｂから第１下地層５１の領域５１ａを介して電極層５３に至っており、第１下地層５１の領域５１ａ及び電極層５３の領域５３ｂに接触している。第１実施形態では、絶縁膜７は、第１下地層５１の領域５１ａの全体を覆っている。なお、図３の（ｂ）では、金属膜８の図示が省略されている。
図２、及び図３の（ｃ）に示されるように、金属膜８は、光導波方向Ａから見た場合に少なくとも活性層３１の一部と重なるように、絶縁膜７上に形成されている。第１実施形態では、金属膜８は、光導波方向Ａから見た場合に活性層３１の全体を含んでおり、半導体積層体３の第２端面３ｂ、半導体基板２の側面２ｃ及び第１下地層５１の領域５１ａに沿って延在するように、絶縁膜７上のみに形成されている。リッジ部３０上（すなわち、リッジ部３０の表面３０ａ上（図１参照））において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅は、リッジ部３０の両側の部分上（すなわち、下部クラッド層３２の表面３２ａ上（図１参照））において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅よりも小さい。第１実施形態では、リッジ部３０上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅は、０である。
第１実施形態では、絶縁膜７は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜であり、金属膜８は、Ａｕ膜である。４～７．５μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、絶縁膜７は、４～７．５μｍの波長を有する光に対して透過性を有するＡｌ２Ｏ３膜であることが好ましい。７．５～１１μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、絶縁膜７は、７．５～１１μｍの波長を有する光に対して透過性を有するＣｅＯ２膜であることが好ましい。４～１１μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、金属膜８は、４～１１μｍの波長を有する光に対して反射膜として有効に機能するＡｕ膜であることが好ましい。
以上のように構成された量子カスケードレーザ素子１Ａでは、第１電極５及び第２電極６を介して活性層３１にバイアス電圧が印加されると、活性層３１から光が発せられ、当該光のうち所定の中心波長を有する光が分布帰還構造において共振させられる。このとき、第２端面３ｂに形成された金属膜８が反射膜として機能する。これにより、第１端面３ａが光出射面として機能し、所定の中心波長を有するレーザ光が第１端面３ａから出射される。
［量子カスケードレーザ素子の製造方法］
まず、図４の（ａ）に示されるように、ウェハ１００が用意される。ウェハ１００は、それぞれが一組の半導体基板２、半導体積層体３、絶縁膜４，第１電極５及び第２電極６となる複数の部分１１０を含んでいる。ウェハ１００において、複数の部分１１０は、Ｘ軸方向を行方向とし且つＹ軸方向（すなわち、各部分１１０における光導波方向Ａに平行な方向）を列方向としてマトリックス状に並んでいる。一例として、ウェハ１００は、次のような方法によって製造される。
まず、それぞれが半導体基板２となる複数の部分を含む半導体ウェハの表面に、それぞれが半導体積層体３となる複数の部分を含む半導体層が形成される。続いて、半導体層において半導体積層体３となる複数の部分のそれぞれがリッジ部３０を有するように、半導体層の一部がエッチングによって除去される。続いて、各リッジ部３０の表面３０ａが露出するように、それぞれが絶縁膜４となる複数の部分を含む絶縁層が半導体層上に形成される。続いて、各リッジ部３０の表面３０ａを覆うと共に絶縁層を覆うように、それぞれが第１下地層５１となる複数の部分を含む一続きの第１下地層が形成される。続いて、それぞれが第２下地層５２となる複数の部分を含む一続きの第２下地層が一続きの第１下地層上に形成される。続いて、それぞれが電極層５３となる複数の電極層が一続きの第２下地層上に形成され、各電極層にリッジ部３０が埋め込まれる。続いて、各電極層の表面が研磨によって平坦化され、複数の電極層５３が形成される。続いて、一続きの第２下地層のうち隣り合う電極層５３の間に露出している部分がエッチングによって除去され、複数の第２下地層５２が形成される。続いて、一続きの第１下地層のうちＸ軸方向において隣り合う電極層５３の間に露出している部分がエッチングによって除去される。このとき、一続きの第１下地層のうちＹ軸方向において隣り合う電極層５３の間に露出している部分は残される。続いて、半導体ウェハの裏面が研磨されて半導体ウェハが薄化され、それぞれが第２電極６となる複数の部分を含む電極層が半導体ウェハの裏面に形成される。
以上のようにしてウェハ１００が用意されると、Ｘ軸方向に沿ってウェハ１００が劈開させられることで、図４の（ｂ）に示されるように、複数のレーザバー２００が得られる。各レーザバー２００は、複数の部分１１０を含んでいる。各レーザバー２００において、複数の部分１１０は、Ｘ軸方向（すなわち、各部分１１０における光導波方向Ａに垂直な方向）に一次元に並んでいる。各レーザバー２００は、Ｙ軸方向において対向する一対の端面２００ａ，２００ｂを有している。端面２００ａは、Ｘ軸方向に沿って一次元に並んだ複数の第１端面３ａを含んでおり、端面２００ｂは、Ｘ軸方向に沿って一次元に並んだ複数の第２端面３ｂを含んでいる。
続いて、図５の（ａ）に示されるように、レーザバー２００のうち端面２００ｂを含む部分２１０の表面に絶縁層７００が形成され、絶縁層７００上に金属層８００が形成される。絶縁層７００は、それぞれが絶縁膜７となる複数の部分を含んでいる。金属層８００は、それぞれが金属膜８となる複数の部分を含んできる。続いて、Ｙ軸方向に沿ってレーザバー２００が劈開させられることで、図５の（ｂ）に示されるように、複数の部分１１０のそれぞれごとにレーザバー２００、絶縁層７００及び金属層８００が分割され、複数の量子カスケードレーザ素子１Ａが得られる。
レーザバー２００に対する絶縁層７００及び金属層８００の形成について、より詳細に説明する。まず、図６の（ａ）に示されるように、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー３００が用意される。Ｙ軸方向におけるダミーバー３００の長さは、Ｙ軸方向におけるレーザバー２００の長さよりも短い。Ｘ軸方向におけるダミーバー３００の長さは、Ｘ軸方向におけるレーザバー２００の長さ以上である。
続いて、各レーザバー２００の端面２００ａ及び各ダミーバー３００の端面３００ａ（Ｙ軸方向における各ダミーバー３００の一方の端面）が同一平面上に配置された状態で、Ｚ軸方向において隣り合うようにレーザバー２００とダミーバー３００とが交互に並べられ、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー３００が保持部材（図示省略）によって保持される。これにより、各レーザバー２００の部分２１０が、隣り合うダミーバー３００の端面３００ｂ（Ｙ軸方向における各ダミーバー３００の他方の端面）に対して突出することになる。この状態でＡｌ２Ｏ３又はＣｅＯ２のスパッタリングが実施されることで、各レーザバー２００の部分２１０の表面に絶縁層７００が形成される。
続いて、図６の（ｂ）に示されるように、複数のダミーバー５００が用意される。Ｙ軸方向におけるダミーバー５００の長さは、Ｙ軸方向におけるレーザバー２００の長さと同等である。Ｘ軸方向におけるダミーバー５００の長さは、Ｘ軸方向におけるレーザバー２００の長さ以上である。なお、図６の（ｂ）では、各レーザバー２００の部分２１０の表面に形成された絶縁層７００の図示が省略されている。
続いて、各レーザバー２００の端面２００ａ及び各ダミーバー５００の端面５００ａ（Ｙ軸方向における各ダミーバー５００の一方の端面）が同一平面上に配置された状態で、Ｚ軸方向において隣り合うようにレーザバー２００とダミーバー５００とが交互に並べられ、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー５００が保持部材（図示省略）によって保持される。これにより、各レーザバー２００の部分２１０の表面に形成された絶縁層７００の表面が、隣り合うダミーバー５００の端面５００ｂ（Ｙ軸方向における各ダミーバー５００の他方の端面）を含む平面上に位置することになる。この状態で、斜めからのＡｕのスパッタリングが実施されることで、絶縁層７００上に金属層８００が形成される。第１実施形態では、各レーザバー２００に対して、絶縁層７００の表面に近付くほど、第２電極６となる部分から離れて、第１電極５となる部分に近付くように、Ａｕのスパッタリングが実施される。これにより、製造された量子カスケードレーザ素子１Ａでは、リッジ部３０上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅が、リッジ部３０の両側の部分上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅よりも小さくなる。
［量子カスケードレーザ装置の構成］
図７に示されるように、量子カスケードレーザ装置１０Ａは、量子カスケードレーザ素子１Ａと、支持部１１と、接合部材１２と、駆動部１３と、を備えている。支持部１１は、半導体積層体３が半導体基板２に対して支持部１１側に位置した状態（すなわち、エピサイドダウンの状態）で、量子カスケードレーザ素子１Ａを支持している。
支持部１１は、本体部１１１と、本体部１１１の主面に形成された電極パッド１１２と、を含んでいる。本体部１１１は、例えば、ＡｌＮによって矩形板状に形成されている。電極パッド１１２は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜又はＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ膜であり、矩形膜状に形成されている。支持部１１は、サブマントであり、ヒートシンク（図示省略）に熱的に接続される。
接合部材１２は、エピサイドダウンの状態で、支持部１１の電極パッド１１２と量子カスケードレーザ素子１の第１電極５とを接合している。接合部材１２は、例えば、ＡｕＳｎ部材等の半田部材である。
駆動部１３は、量子カスケードレーザ素子１Ａがレーザ光を連続発振するように量子カスケードレーザ素子１Ａを駆動する。駆動部１３は、支持部１１の電極パッド１１２及び量子カスケードレーザ素子１の第２電極６のそれぞれに電気的に接続されている。駆動部１３を電極パッド１１２及び第２電極６のそれぞれに電気的に接続するために、電極パッド１１２及び第２電極６のそれぞれに対してワイヤボンディングが実施される。
［作用及び効果］
量子カスケードレーザ素子１Ａでは、第１電極５が、Ａｕからなる電極層５３と、Ａｕよりもイオン化傾向が高いＴｉからなる第１下地層５１と、を含んでおり、半導体積層体３の第２端面３ｂに形成された絶縁膜７が、第２端面３ｂから第１下地層５１の領域５１ａに至っている。これにより、外部に露出した領域５３ａにおいて、電極層５３の酸化を抑制しつつ、領域５３ａに対して第２端面３ｂ側に位置する領域５１ａにおいて、第１下地層５１と絶縁膜７との密着性を十分に確保することができる。よって、量子カスケードレーザ素子１Ａによれば、半導体積層体３の第２端面３ｂからの絶縁膜７の剥離を抑制することができる。
特に、量子カスケードレーザ素子１Ａでは、絶縁膜７が、第１下地層５１の領域５１ａの全体を覆った状態で電極層５３に至っているため、第１下地層５１の酸化を確実に抑制することができる。
量子カスケードレーザ素子１Ａでは、電極層５３が第１下地層５１上に配置されおり、第１下地層５１の縁部５１ｂが、電極層５３の領域５３ａに対して第２端面３ｂ側に位置している。これにより、第１下地層５１と絶縁膜７との密着性を確保するための領域５１ａを、第２端面３ｂ側の近傍に確実に設けることができる。
量子カスケードレーザ素子１Ａでは、絶縁膜７が、電極層５３の側面のうち、第１下地層５１の領域５１ａと交差する関係を有する領域５３ｂに至っている。これにより、第１電極５において交差する関係を有する少なくとも一対の領域に絶縁膜７の一部が接触することになるため、第１電極５と絶縁膜７との密着性をより十分に確保することができる。
量子カスケードレーザ素子１Ａでは、光導波方向Ａから見た場合に少なくとも活性層３１の一部と重なるように、絶縁膜７上に金属膜８が形成されている。これにより、第２端面３ｂにおいて金属膜８を反射膜として機能させつつ、第２端面３ｂとは反対側の第１端面３ａを光出射面として機能させて、効率の良い光出力を得ることができる。
量子カスケードレーザ素子１Ａでは、半導体積層体３がリッジ部３０を有している。これにより、量子カスケードレーザ素子１Ａの駆動電流を低減して、量子カスケードレーザ素子１Ａの低消費電力化を図ることができる。
量子カスケードレーザ素子１Ａでは、リッジ部３０上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅は０である。これにより、金属膜８に起因してリッジ部３０において短絡が発生するのを確実に抑制することができる。なお、リッジ部３０上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅が、リッジ部３０の両側の部分上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅よりも小さければ、金属膜８に起因してリッジ部３０において短絡が発生するのを抑制することができる。
量子カスケードレーザ素子１Ａでは、絶縁膜７がＡｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜である。絶縁膜７がＡｌ２Ｏ３膜である場合には、７．５μｍ以下の中心波長を有するレーザ光に対して光透過性を確保することができる。絶縁膜７がＣｅＯ２膜である場合には、７．５μｍ以上の中心波長を有するレーザ光に対して光透過性を確保することができる。
量子カスケードレーザ装置１０Ａによれば、量子カスケードレーザ素子１Ａにおいて、半導体積層体３の端面からの絶縁膜７の剥離を抑制することができる。
量子カスケードレーザ装置１０Ａでは、エピサイドダウンの状態で、量子カスケードレーザ素子１Ａが支持部１１によって支持されており、支持部１１の電極パッド１１２と量子カスケードレーザ素子１Ａの第１電極５とが接合部材１２によって接合されている。これにより、活性層３１で発生した熱を効率良く支持部１１側に逃がすことができる。
量子カスケードレーザ装置１０Ａでは、駆動部１３が、量子カスケードレーザ素子１Ａがレーザ光を連続発振するように量子カスケードレーザ素子１Ａを駆動する。量子カスケードレーザ素子１Ａがレーザ光を連続発振する場合には、量子カスケードレーザ素子１Ａがレーザ光をパルス発振する場合に比べ、活性層３１での発熱量が大きくなるため、上述した量子カスケードレーザ素子１Ａの構成は、特に有効である。
［第２実施形態］
図８の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、量子カスケードレーザ素子１Ｂは、第１電極５の構成において、上述した量子カスケードレーザ素子１Ａと主に相違している。以下、量子カスケードレーザ素子１Ｂの構成のうち量子カスケードレーザ素子１Ａの構成と相違する構成について説明する。なお、量子カスケードレーザ素子１Ｂにおける半導体基板２、半導体積層体３、絶縁膜４及び第２電極６の構成は、量子カスケードレーザ素子１Ａにおける半導体基板２、半導体積層体３、絶縁膜４及び第２電極６の構成と同一であるため、以下の説明では、図１及び図２を適宜参照する。
図１、図２、及び図８の（ａ）に示されるように、量子カスケードレーザ素子１Ｂの第１電極５は、下地層５４と、電極層（第１金属層）５５と、付加層（第２金属層）５６と、を含んでいる。なお、図８の（ａ）では、絶縁膜７及び金属膜８の図示が省略されている。
下地層５４は、半導体積層体３の表面３ｃに沿って延在するように、絶縁膜４及び表面３０ａ上に形成されている。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において対向する下地層５４の両側面のそれぞれは、Ｘ軸方向において対向する半導体基板２の両側面のそれぞれの内側に位置している。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向において対向する下地層５４の両側面のそれぞれは、Ｙ軸方向において対向する半導体基板２の両側面のそれぞれに一致している。つまり、Ｙ軸方向において対向する下地層５４の両側面のそれぞれは、第１端面３ａ及び第２端面３ｂのそれぞれと同一平面上に位置している。下地層５４は、Ｔｉからなる層である。下地層５４は、例えば、Ｔｉのスパッタリングによって形成される。下地層５４の厚さは、例えば、５０ｎｍ程度である。
電極層５５は、半導体積層体３の表面３ｃに沿って延在するように、下地層５４上に形成されている。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において対向する電極層５５の両側面のそれぞれは、Ｘ軸方向において対向する下地層５４の両側面のそれぞれに一致している。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向において対向する電極層５５の両側面のそれぞれは、Ｙ軸方向において対向する下地層５４の両側面のそれぞれに一致している。つまり、Ｙ軸方向において対向する電極層５５の両側面のそれぞれは、第１端面３ａ及び第２端面３ｂのそれぞれと同一平面上に位置している。電極層５５における半導体基板２とは反対側の表面は、外部に露出した領域（第１領域）５５ａを含んでいる。つまり、電極層５５は、外部に露出した領域５５ａを有している。電極層５５は、Ａｕ（第１金属）からなる層である。電極層５５は、例えば、Ａｕのスパッタリングによって形成される。電極層５５の厚さは、例えば、１５０ｎｍ程度である。
付加層５６は、Ｚ軸方向から見た場合に第２端面３ｂに沿って延在するように、電極層５５上に形成されている。つまり、付加層５６は、電極層５５上に配置されており、電極層５５の領域５５ａに対して第２端面３ｂ側に位置している。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において対向する付加層５６の両側面のそれぞれは、Ｘ軸方向において対向する電極層５５の両側面のそれぞれに一致している。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向において第２端面３ｂ側に位置する付加層５６の側面は、第２端面３ｂに一致している。付加層５６は、Ｔｉ（第２金属）からなる層である。付加層５６は、例えば、Ｔｉのスパッタリングによって形成される。付加層５６の厚さは、例えば、５０ｎｍ程度である。
以上のように構成された第１電極５では、図８の（ａ）及び図９に示されるように、付加層５６が、領域（第２領域）５６ａを有している。領域５６ａは、付加層５６における半導体基板２とは反対側の表面であり、Ｙ軸方向において、電極層５５の領域５５ａに対して第２端面３ｂ側に位置している。付加層５６における第２端面３ｂ側の縁部５６ｂは、Ｙ軸方向において、電極層５５の領域５５ａに対して第２端面３ｂ側に位置している。第２実施形態では、付加層５６の領域５６ａにおける第２端面３ｂ側の縁部は、付加層５６の縁部５６ｂに対応しており、第２端面３ｂを含む平面上に位置している。電極層５５の領域５５ａは、付加層５６の側面における第２端面３ｂとは反対側の領域５６ｃと交差する関係を有している。なお、図９は、リッジ部３０に対してＸ軸方向における一方の側の部分での量子カスケードレーザ素子１Ｂの断面図である。
上述したように、電極層５５は、Ａｕ（第１金属）からなる層であり、付加層５６は、Ｔｉ（第２金属）からなる層である。Ｔｉは、Ａｕよりもイオン化傾向が高い金属である。付加層５６は、電極層５５に比べて、酸化物との密着力が高くなる性質を有する。電極層５５は、付加層５６に比べて、酸化し難い性質を有する。
図２、図８の（ｂ）及び図９に示されるように、絶縁膜７は、第２端面３ｂに形成されている。第２実施形態では、絶縁膜７は、第２端面３ｂから付加層５６の領域５６ａ及び領域５６ｃを介して第１電極５の領域５ｒに至っており、第２端面３ｂから半導体基板２の側面２ｃを介して第２電極６の領域６ｒに至っている。このように、絶縁膜７は、第２端面３ｂから付加層５６の領域５６ａ及び領域５６ｃを介して電極層５５に至っており、付加層５６の領域５６ａ、付加層５６の領域５６ｃ及び電極層５５の領域５５ａに接触している。第２実施形態では、絶縁膜７は、付加層５６の領域５６ａの全体を覆っている。なお、図８の（ｂ）では、金属膜８の図示が省略されている。
図２、及び図８の（ｃ）及び図９に示されるように、金属膜８は、光導波方向Ａから見た場合に少なくとも活性層３１の一部と重なるように、絶縁膜７上に形成されている。第２実施形態では、金属膜８は、光導波方向Ａから見た場合に活性層３１の全体を含んでおり、半導体積層体３の第２端面３ｂ、半導体基板２の側面２ｃ及び付加層５６の領域５６ａに沿って延在するように、絶縁膜７上のみに形成されている。リッジ部３０上（すなわち、リッジ部３０の表面３０ａ上（図１参照））において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅は、リッジ部３０の両側の部分上（すなわち、下部クラッド層３２の表面３２ａ上（図１参照））において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅よりも小さい。第２実施形態では、リッジ部３０上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅は、０である。
なお、Ｙ軸方向から見た場合に、金属膜８における第２電極６側の縁部は、絶縁膜７における第２電極６側の縁部に至っていない。このような金属膜８は、図６の（ｂ）に示される斜めからのＡｕのスパッタリングにおいて、各レーザバー２００の部分２１０の表面に形成された絶縁層７００の表面が、隣り合うダミーバー５００の端面５００ｂを含む平面に対して凹んだ状態で、当該斜めからのＡｕのスパッタリングが実施されることで、形成される。
第２実施形態では、絶縁膜７は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜であり、金属膜８は、Ａｕ膜である。４～７．５μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、絶縁膜７は、４～７．５μｍの波長を有する光に対して透過性を有するＡｌ２Ｏ３膜であることが好ましい。７．５～１１μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、絶縁膜７は、７．５～１１μｍの波長を有する光に対して透過性を有するＣｅＯ２膜であることが好ましい。４～１１μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、金属膜８は、４～１１μｍの波長を有する光に対して反射膜として有効に機能するＡｕ膜であることが好ましい。
以上説明したように、量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、第１電極５が、Ａｕからなる電極層５５と、Ａｕよりもイオン化傾向が高いＴｉからなる付加層５６と、を含んでおり、半導体積層体３の第２端面３ｂに形成された絶縁膜７が、第２端面３ｂから付加層５６の領域５６ａに至っている。これにより、外部に露出した領域５５ａにおいて、電極層５５の酸化を抑制しつつ、領域５５ａに対して第２端面３ｂ側に位置する領域５６ａにおいて、付加層５６と絶縁膜７との密着性を十分に確保することができる。よって、量子カスケードレーザ素子１Ｂによれば、半導体積層体３の第２端面３ｂからの絶縁膜７の剥離を抑制することができる。
特に、量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、絶縁膜７が、付加層５６の領域５６ａの全体を覆った状態で電極層５５に至っているため、付加層５６の酸化を確実に抑制することができる。
量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、付加層５６が電極層５５上に配置されおり、付加層５６が電極層５５の領域５５ａに対して第２端面３ｂ側に位置している。これにより、付加層５６と絶縁膜７との密着性を確保するための領域５６ａを、第２端面３ｂ側の近傍に確実に設けることができる。
量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、絶縁膜７が、付加層５６の側面のうち、電極層５５の領域５５ａと交差する関係を有する領域５６ｃを介して、電極層５５に至っている。これにより、第１電極５において交差する関係を有する少なくとも一対の領域に絶縁膜７の一部が接触することになるため、第１電極５と絶縁膜７との密着性をより十分に確保することができる。
量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、光導波方向Ａから見た場合に少なくとも活性層３１の一部と重なるように、絶縁膜７上に金属膜８が形成されている。これにより、第２端面３ｂにおいて金属膜８を反射膜として機能させつつ、第２端面３ｂとは反対側の第１端面３ａを光出射面として機能させて、効率の良い光出力を得ることができる。
量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、半導体積層体３がリッジ部３０を有している。これにより、量子カスケードレーザ素子１Ｂの駆動電流を低減して、量子カスケードレーザ素子１Ｂの低消費電力化を図ることができる。
量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、リッジ部３０上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅は０である。これにより、金属膜８に起因してリッジ部３０において短絡が発生するのを確実に抑制することができる。なお、リッジ部３０上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅が、リッジ部３０の両側の部分上において金属膜８が有する光導波方向Ａの幅よりも小さければ、金属膜８に起因してリッジ部３０において短絡が発生するのを抑制することができる。
量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、絶縁膜７がＡｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜である。絶縁膜７がＡｌ２Ｏ３膜である場合には、７．５μｍ以下の中心波長を有するレーザ光に対して光透過性を確保することができる。絶縁膜７がＣｅＯ２膜である場合には、７．５μｍ以上の中心波長を有するレーザ光に対して光透過性を確保することができる。
［変形例］
本発明は、上述した第１実施形態及び第２実施形態に限定されない。例えば、活性層３１には、公知の量子カスケード構造を適用することができる。また、半導体積層体３には、公知の積層構造を適用することができる。一例として、半導体積層体３において、上部ガイド層は、分布帰還構造として機能する回折格子構造を有していなくてもよい。また、半導体積層体３には、リッジ部３０が形成されていなくてもよい。
また、第１実施形態では、第１下地層５１がＴｉ（第２金属）からなる層であり、電極層５３がＡｕ（第１金属）からなる層であったが、第１金属はＡｕに限定されず、第２金属はＴｉに限定されない。第１実施形態では、電極層５３が第１金属からなる層であり、第１下地層５１が第１金属よりもイオン化傾向が高い第２金属からなる層であればよい。第１下地層５１は、例えば、Ｃｒ（第２金属）からなる層であってもよい。電極層５３は、例えば、Ｐｔ（第１金属）からなる層であってもよい。
また、第２実施形態では、電極層５５がＡｕ（第１金属）からなる層であり、付加層５６がＴｉ（第２金属）からなる層であったが、第１金属はＡｕに限定されず、第２金属はＴｉに限定されない。第２実施形態では、電極層５５が第１金属からなる層であり、付加層５６が第１金属よりもイオン化傾向が高い第２金属からなる層であればよい。電極層５５は、例えば、Ｐｔ（第１金属）からなる層であってもよい。付加層５６は、例えば、Ｃｒ（第２金属）からなる層であってもよい。
また、第１実施形態では、第１下地層５１上に電極層５３が直接的に（すなわち、別の層を介さずに）形成されていてもよいし、第１下地層５１上に電極層５３が間接的に（すなわち、別の層を介して）形成されていてもよい。また、第２実施形態では、電極層５５上に付加層５６が直接的に形成されていてもよいし、電極層５５上に付加層５６が間接的に形成されていてもよい。例えば、Ｔｉからなる層とＡｕからなる層とが積層される場合、Ｔｉからなる層とＡｕからなる層とが直接的に積層されてもよいし、Ｔｉからなる層とＡｕからなる層とがＰｔからなる層を介して間接的に積層されてもよい。なお、外部に露出した第１領域を有する第１金属層がＡｕからなり、第１領域に対して一方の端面側に位置する第２領域を有する第２金属層がＴｉ又はＣｒからなる場合には、外部に露出した第１領域において、第１金属層の酸化を確実に抑制することができる。また、第２金属層と第１金属層との密着性を十分に確保することができると共に、第２金属層と絶縁膜との密着性を十分に確保することができる。
また、第１実施形態では、第１下地層５１の領域５１ａにおける第２端面３ｂ側の縁部、及び第１下地層５１の縁部５１ｂが、第２端面３ｂを含む平面に対して内側に位置していてもよい。また、第２実施形態では、付加層５６の領域５６ａにおける第２端面３ｂ側の縁部、及び付加層５６の縁部５６ｂが、第２端面３ｂを含む平面に対して内側に位置していてもよい。
また、第１実施形態において、第１電極５が電極層５３を含んでおらず、第２下地層５２が、外部に露出した第１領域を有する第１金属層として機能してもよい。換言すれば、第２実施形態において、第１電極５が付加層５６を含んでおらず、Ｚ軸方向から見た場合に電極層５５における第２端面３ｂ側の縁部が第２端面３ｂから離れるように電極層５５が形成されることで、下地層５４が、電極層５５の領域５５ａに対して第２端面３ｂ側に位置する第２領域を有する第２金属層として機能してもよい。
また、第１実施形態では、絶縁膜７が第１下地層５１の領域５１ａの一部を覆っていなくてもよい。また、第２実施形態では、絶縁膜７が付加層５６の領域５６ａの一部を覆っていなくてもよい。また、絶縁膜７は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜に限定されない。第１実施形態では、絶縁膜７が酸化物からなる膜であれば、第１下地層５１と絶縁膜７との密着性を十分に確保することができる。第２実施形態では、絶縁膜７が酸化物からなる膜であれば、付加層５６と絶縁膜７との密着性を十分に確保することができる。金属膜８は、Ａｕ膜に限定されない。例えば、金属膜８は、Ｔｉ膜及びＡｕ膜が絶縁膜７側からこの順序で積層されることで構成されていてもよい。
また、第１実施形態及び第２実施形態では、絶縁膜７上に金属膜８が形成されていなくてもよい。その場合、絶縁膜７は、保護膜の少なくとも一部として機能したり、反射防止膜の少なくとも一部として機能したりしてもよい。また、第１実施形態及び第２実施形態では、絶縁膜７が半導体積層体３の第２端面３ｂに形成されていたが、絶縁膜７は、半導体積層体３の第１端面３ａ及び第２端面３ｂの少なくとも一方の端面に形成されていればよい。
また、図１０に示されるように、量子カスケードレーザ素子１Ａは、半導体基板２が半導体積層体３に対して支持部１１側に位置した状態（すなわち、エピサイドアップの状態）で支持部１１によって支持されていてもよい。図１０に示される量子カスケードレーザ装置１０Ｂでは、接合部材１２は、エピサイドアップの状態で、支持部１１の電極パッド１１２と量子カスケードレーザ素子１Ａの第２電極６とを接合している。なお、量子カスケードレーザ素子１Ｂも、エピサイドダウンの状態で支持部１１によって支持されていてもよいし、エピサイドアップの状態で支持部１１によって支持されていてもよい。また、駆動部１３は、各量子カスケードレーザ素子１Ａ，１Ｂがレーザ光をパルス発振するように各量子カスケードレーザ素子１Ａ，１Ｂを駆動してもよい。
また、量子カスケードレーザ素子１Ｂでは、図１１に示されるように、絶縁膜７は、第２端面３ｂから付加層５６の領域５６ａに至っており、第１電極５の領域５ｒに至っていなくてもよい。つまり、絶縁膜７は、付加層５６に至っていれば、電極層５５に至っていなくてもよい。この場合、絶縁膜７の縁部が付加層５６上に位置することになるため、絶縁膜７の縁部が電極層５５上に位置する場合に比べ、絶縁膜７の縁部の剥離をより確実に抑制することができる。
１Ａ，１Ｂ…量子カスケードレーザ素子、２…半導体基板、２ｂ…表面、３…半導体積層体、３ａ…第１端面、３ｂ…第２端面、３ｃ…表面、５…第１電極、６…第２電極、７…絶縁膜、８…金属膜、１０Ａ，１０Ｂ…量子カスケードレーザ装置、１１…支持部、１２…接合部材、１３…駆動部、３０…リッジ部、３１…活性層、５１…第１下地層（第２金属層）、５１ａ…領域（第２領域）、５１ｂ…縁部、５３…電極層（第１金属層）、５３ａ…領域（第１領域）、５３ｂ…領域、５５…電極層（第１金属層）、５５ａ…領域（第１領域）、５６…付加層（第２金属層）、５６ａ…領域（第２領域）、５６ｂ…縁部、５６ｃ…領域、１１２…電極パッド、Ａ…光導波方向。

Claims (13)

  1. 半導体基板と、
    量子カスケード構造を有する活性層を含み、光導波方向において対向する第１端面及び第２端面を有し、前記半導体基板上に形成された半導体積層体と、
    前記半導体積層体における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、
    前記半導体基板における前記半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、
    前記第１端面及び前記第２端面の少なくとも一方の端面に形成された絶縁膜と、を備え、
    前記第１電極は、第１金属からなる第１金属層と、前記第１金属よりもイオン化傾向が高い第２金属からなる第２金属層と、を含み、
    前記第１金属層は、外部に露出した第１領域を有し、
    前記第２金属層は、前記第１領域に対して前記一方の端面側に位置する第２領域を有し、
    前記絶縁膜は、前記一方の端面から前記第２領域に至っている、量子カスケードレーザ素子。
  2. 前記第１金属層は、前記第２金属層上に配置されおり、
    前記第２金属層における前記一方の端面側の縁部は、前記第１領域に対して前記一方の端面側に位置している、請求項１に記載の量子カスケードレーザ素子。
  3. 前記絶縁膜は、前記第１金属層の側面のうち、前記第２領域と交差する関係を有する領域に至っている、請求項２に記載の量子カスケードレーザ素子。
  4. 前記第２金属層は、前記第１金属層上に配置されおり、前記第１領域に対して前記一方の端面側に位置している、請求項１に記載の量子カスケードレーザ素子。
  5. 前記絶縁膜は、前記第２金属層の側面のうち、前記第１領域と交差する関係を有する領域を介して、前記第１金属層に至っている、請求項４に記載の量子カスケードレーザ素子。
  6. 前記光導波方向から見た場合に少なくとも前記活性層の一部と重なるように、前記絶縁膜上に形成された金属膜を更に備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子。
  7. 前記半導体積層体は、リッジ部を有し、
    前記リッジ部上において前記金属膜が有する前記光導波方向の幅は、前記リッジ部の両側の部分上において前記金属膜が有する前記光導波方向の幅よりも小さい、請求項６に記載の量子カスケードレーザ素子。
  8. 前記リッジ部上において前記金属膜が有する前記光導波方向の前記幅は、０である、請求項７に記載の量子カスケードレーザ素子。
  9. 前記第１金属は、Ａｕであり、
    前記第２金属は、Ｔｉ又はＣｒである、請求項１～８のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子。
  10. 前記絶縁膜は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜である、請求項１～９のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子と、
    前記量子カスケードレーザ素子を駆動する駆動部と、を備える、量子カスケードレーザ装置。
  12. 前記量子カスケードレーザ素子を支持する支持部と、
    前記半導体積層体が前記半導体基板に対して前記支持部側に位置した状態で、前記支持部が有する電極パッドと前記第１電極とを接合する接合部材と、を更に備える、請求項１１に記載の量子カスケードレーザ装置。
  13. 前記駆動部は、前記量子カスケードレーザ素子がレーザ光を連続発振するように前記量子カスケードレーザ素子を駆動する、請求項１１又は１２に記載の量子カスケードレーザ装置。
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