JPWO2020022235A1 - 半導体レーザ素子、検査方法及び検査装置 - Google Patents

半導体レーザ素子、検査方法及び検査装置 Download PDF

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Abstract

半導体レーザ素子（１４）は、半導体層（１００）を備え、半導体層（１００）は、半導体層（１００）の層内方向に形成された導波路（ＷＧ）と、導波路（ＷＧ）のフロント側の端面に形成された窓領域（８０）とを有し、半導体レーザ素子（１４）は、２５℃±３℃の動作温度で、第１の駆動電流値においてレーザ光出力が最大値となり、第１の駆動電流値より大きい第２の駆動電流値において、レーザ光出力が前記最大値の２０％以下となる電流−レーザ光出力特性を有し、第２の駆動電流値（Ｉ２）において破壊されない。

Description

本開示は、半導体レーザ素子、検査方法及び検査装置に関する。
従来、小型かつ高出力の光源として半導体レーザ素子が知られている。このような半導体レーザ素子の信頼性を確保するために、スクリーニングが行われる（例えば、特許文献１など参照）。特許文献１に開示された半導体レーザ素子のスクリーニング方法においては、半導体レーザ素子に流す電流値を、半導体レーザ素子の光出力が飽和する電流値より、さらに大きくすることで、スクリーニングに要する時間を短縮しようとしている。
特開平１０−３０３４９６号公報
特許文献１に開示された半導体レーザ素子のスクリーニング方法においては、スクリーニングにおける半導体レーザ素子の端面のＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）破壊を低減するために、常温より高い周囲温度で半導体レーザ素子のスクリーニングを行うことで、半導体レーザ素子のレーザ光出力を常温の場合より低下させている。しかしながら、レーザ駆動電流が低いことによって、スクリーニングに要する時間が増大する。このように、通常の使用時だけでなく、スクリーニングにおいても、半導体レーザ素子の端面破壊が問題となる。
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、端面破壊を抑制できる半導体レーザ素子等を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子は、半導体層を備え、前記半導体層は、前記半導体層の層内方向に形成された導波路と、前記導波路のフロント側の端面に形成された窓領域とを有し、前記半導体レーザ素子は、２５℃±３℃の動作温度で、第１の駆動電流値においてレーザ光出力が最大値となり、前記第１の駆動電流値より大きい第２の駆動電流値において、レーザ光出力が前記最大値の２０％以下となる電流−レーザ光出力特性を有し、前記第２の駆動電流値において破壊されない。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記第２の駆動電流値において、レーザ光出力は１００ｍＷ以下であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記第２の駆動電流値において、レーザ光出力は５０ｍＷ以下であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記第２の駆動電流値において、レーザ発振が停止してもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記第２の駆動電流値における駆動の後、前記第１の駆動電流値で２回目の駆動時のレーザ光出力が前記最大値の９５％以上であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記第２の駆動電流値における駆動の後、前記第１の駆動電流値で２回目の駆動時のレーザ光出力が絶対最大定格光出力の２倍以上であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記第１の駆動電流値及び前記第２の駆動電流値における駆動は、０．１μｓ以上１μｓ以下のパルス駆動であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記半導体レーザ素子の共振器長は、３００μｍ以下であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記半導体レーザ素子の発振波長は、７８０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記半導体層が積層され、ＧａＡｓを含む基板を備え、前記半導体層は、前記基板上に順次形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｎ型クラッド層と、ｎ側光ガイド層と、量子井戸構造を有する活性層と、ｐ側光ガイド層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｐ型クラッド層とを有し、前記量子井戸構造は、前記ｐ側光ガイド層及び前記ｎ側光ガイド層に挟まれ、複数の井戸層と、ＡｌＧａＡｓを含む複数の障壁層とで形成され、前記ｐ側光ガイド層及び前記ｎ側光ガイド層は、ＡｌｙＧａｚＩｎ（１−ｙ−ｚ）Ｐ（０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．９、０．３≦ｙ＋ｚ≦０．７）を含んでもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記複数の井戸層は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ又はＧａＡｓＰを含んでもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記窓領域は、窓領域形成用不純物を含み、前記ｎ側光ガイド層と前記活性層との境界である活性層下端から前記窓領域における前記窓領域形成用不純物の前記基板側の拡散端までの距離は、０．５μｍ以上であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記窓領域は、前記量子井戸構造の一部が無秩序化された領域を含み、前記無秩序化された領域におけるエネルギーバンドギャップと前記量子井戸構造の他部におけるエネルギーバンドギャップとの差が３０ｍｅＶ以上であってもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記窓領域からのフォトルミネッセンス法又はカソードルミネッセンス法により得られるスペクトルのピーク波長は、前記半導体レーザ素子の発振波長より３０ｎｍ以上短くてもよい。
また、本開示に係る半導体レーザ素子において、前記活性層のうち、前記窓領域に位置する部分の前記窓領域形成用不純物のピーク濃度は、７×１０１８／ｃｍ３以上１×１０１９／ｃｍ３以下であってもよい。
また、上記目的を達成するために、本開示に係る検査方法は、被検査半導体レーザ素子の良否を判定する検査方法であって、前記被検査半導体レーザ素子は、半導体層を備え、前記半導体層は、前記半導体層の層内方向に形成された導波路と、前記導波路のフロント側の端面に形成された窓領域とを有し、前記検査方法は、前記被検査半導体レーザ素子の特性を測定するステップと、前記測定するステップの後、前記被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力が最大値となる第１の駆動電流値より大きく、かつ、レーザ光出力が前記最大値の２０％以下になる第２の駆動電流値において前記被検査半導体レーザ素子に通電するステップと、前記通電するステップの後、前記被検査半導体レーザ素子の前記特性を再測定するステップと、前記測定するステップにおいて取得された前記被検査半導体レーザ素子の前記特性と、前記再測定するステップにおいて取得された前記被検査半導体レーザ素子の前記特性とを比較することで、前記被検査半導体レーザ素子の良否を判定するステップとを含む。
また、本開示に係る検査方法において、前記第２の駆動電流値は、前記被検査半導体レーザ素子毎に、前記測定するステップにおいて取得された前記特性に基いて決定されてもよい。
また、本開示に係る検査方法において、前記測定するステップにおいて、レーザ光出力が第１出力で前記被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が、第１の検査電流値Ｉａであり、前記再測定するステップにおいて、レーザ光出力が前記第１出力で前記被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が、第２の検査電流値Ｉｂであり、前記判定するステップにおいて、（Ｉｂ−Ｉａ）／Ｉｂ≦０．１が成り立つ場合に前記被検査半導体レーザ素子を良品と判定してもよい。
また、本開示に係る検査方法において、前記測定するステップにおいて、前記被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が第３の検査電流値の場合に、レーザ光出力が第２出力であり、前記再測定するステップにおいて、前記被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が前記第３の検査電流値の場合に、レーザ光出力が第３出力であり、前記判定するステップにおいて、前記第３出力は、前記第２出力の９３％以上である場合に前記被検査半導体レーザ素子を良品と判定してもよい。
また、本開示に係る検査方法において、前記通電するステップにおいて、０．１μｓ以上１μｓ以下のパルス幅、かつ、０．１％以上５０％以下のパルスデューティ比の電流で通電してもよい。
また、本開示に係る検査方法において、前記通電するステップにおいて、通電時間が２０秒を超えなくてもよい。
また、本開示に係る検査方法において、前記被検査半導体レーザ素子の発振波長は、７８０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下であってもよい。
また、本開示に係る検査方法において、前記被検査半導体レーザ素子は、ＧａＡｓを含む基板と、前記基板上に積層された半導体層とを備え、前記半導体層は、前記基板上に順次形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｎ型クラッド層と、ｎ側光ガイド層と、量子井戸構造を有する活性層と、ｐ側光ガイド層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｐ型クラッド層とを有し、前記量子井戸構造は、前記ｐ側光ガイド層と前記ｎ側光ガイド層とに挟まれ、複数の井戸層と、ＡｌＧａＡｓを含む複数の障壁層とを有し、前記ｎ側光ガイド層及び前記ｐ側光ガイド層は、ＡｌｙＧａｚＩｎ（１−ｙ−ｚ）Ｐ（０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．９、０．３≦ｙ＋ｚ≦０．７）を含んでもよい。
また、本開示に係る検査方法において、前記複数の井戸層は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ又はＧａＡｓＰを含んでもよい。
また、上記目的を達成するために、本開示に係る検査装置は、検査方法を行うための検査装置であって、温度制御され、かつ、前記被検査半導体レーザ素子を固定する検査ステージと、前記被検査半導体レーザ素子に電流を供給する検査プローブと、前記被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力を測定する受光素子とを備える。
本開示によれば、端面破壊を抑制できる半導体レーザ素子等を提供できる。
図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の外観を模式的に示す斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す第１の断面図である。 図３は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す第２の断面図である。 図４は、図３の一部拡大図である。 図５は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の電流−レーザ光出力特性の一例を示すグラフである。 図６は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の半導体層形成工程の概要を示す基板の模式的な断面図である。 図７Ａは、実施の形態１に係る基板及び半導体層の模式的な断面図である。 図７Ｂは、実施の形態１に係る窓領域の第１の形成方法を示す基板及び半導体層の模式的な断面図である。 図７Ｃは、実施の形態１に係る窓領域の第２の形成方法を示す基板及び半導体層の模式的な断面図である。 図８は、実施の形態１に係る窓領域の活性層からのＺｎ拡散端までの距離と、窓領域からのフォトルミネッセンス波長との関係を示すグラフである。 図９は、実施の形態１に係る窓領域を示す走査型電子顕微鏡写真である。 図１０は、実施の形態１に係る窓領域における活性層下端からＺｎ拡散端までの距離が約０．８μｍの場合の半導体レーザ素子の加速試験結果を示すグラフである。 図１１は、実施の形態１に係る窓領域における活性層下端からＺｎ拡散端までの距離が約０．４μｍの場合の半導体レーザ素子の加速試験結果を示すグラフである。 図１２は、実施の形態１に係る導波路形成工程の概要を示す基板の模式的な断面図である。 図１３は、実施の形態１に係る第１の保護膜形成工程の概要を示す基板の模式的な断面図である。 図１４は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の構成を示す斜視図である。 図１５は、実施の形態１に係る検査装置の概略構成を示す模式的な上面図である。 図１６は、実施の形態１に係る検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。 図１７は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の検査方法を示すフローチャートである。 図１８は、実施の形態１に係るステップＳ１０における第１の検査電流値の測定結果の一例を示すグラフである。 図１９は、実施の形態１に係る被検査半導体レーザ素子にＣＷ電流を供給する場合の電流−レーザ光出力特性を示すグラフである。 図２０は、実施の形態１に係るステップＳ３０における第２の検査電流値Ｉｂの第１の測定結果例を示すグラフである。 図２１は、実施の形態１に係るステップＳ３０における第２の検査電流値Ｉｂの第２の測定結果例を示すグラフである。 図２２Ａは、実施の形態１に係る被検査半導体レーザ素子の電流−レーザ光出力特性を示すグラフである。 図２２Ｂは、図２２Ａのグラフの一部拡大図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
（実施の形態１）
実施の形態１に係る半導体レーザ素子、検査方法及び検査装置について説明する。
［１−１．半導体レーザ素子］
まず、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について図１〜図４を用いて説明する。
図１は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４の構成を模式的に示す第１の断面図である。図２には、図１のＩＩ−ＩＩ断面の導波路ＷＧ付近の拡大図が示される。図３は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４の構成を模式的に示す第２の断面図である。図３には、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面が示される。図４は、図３の一部拡大図である。図４には、図３の破線枠ＩＶ部分の拡大図が示される。
図２に示されるように、半導体レーザ素子１４は、チップ状基板２４と、チップ状基板２４の第１の面Ｐ１上に配置された、活性層４０を含む半導体層１００とを備える素子である。チップ状基板２４は、半導体レーザ素子１４の半導体層１００が積層される基板である。本実施の形態では、チップ状基板２４は、ＧａＡｓを含む基板であり、より詳しくは、面方位が（１００）面から（０１１）面方向に向かって１０度傾斜しているｎ−ＧａＡｓ基板である。第１の面Ｐ１の面方位は、（０１１）面方向に向かって１０度傾斜した１０度オフされた（１００）面である。半導体層１００は、チップ状基板２４側から順に積層された第１導電型層を含む第１半導体層３０、活性層４０、及び、第２導電型層を含む第２半導体層５０を有する。
図３に示されるように、半導体レーザ素子１４は、半導体層１００上に配置されたｐ側下部電極１５１及びｐ側上部電極１５２と、チップ状基板２４の半導体層１００が配置されていない側の面に配置されたｎ側電極１６０とを有する。
また、半導体レーザ素子１４の半導体層１００は、半導体層１００の層内方向に形成された導波路ＷＧを有する。言い換えると、導波路ＷＧは、半導体層１００の主面に平行な方向に沿って形成される。本実施の形態では、半導体層１００には、リッジ構造を用いた導波路ＷＧが形成されている。導波路ＷＧは、図１に示されるように、第１の方向に延びる。
また、図３に示されるように、半導体レーザ素子１４の第１の方向の両端面は、劈開端面１２１である。二つの劈開端面１２１は、半導体レーザ素子１４の共振器面として機能し、反射率制御膜として機能する第２の保護膜１３２Ｆ及び１３２Ｒが形成されている。第２の保護膜１３２Ｆ及び１３２Ｒは、それぞれ共振器のフロント側（レーザ光が主として出射する端面側）及びリア側の反射率制御膜として機能するだけでなく、劈開端面１２１を保護する機能も有する。
また、図３及び図４に示されるように、半導体層１００は、導波路ＷＧの両端に形成された窓領域８０を有する。本実施の形態では、共振器面として機能する二つの劈開端面１２１の各々の近傍に、活性層４０における光吸収が抑制される窓領域８０が形成されている。
以下、半導体レーザ素子１４の各構成要素について説明する。
チップ状基板２４は、チップ状に分断された基板であり、半導体層１００が積層される。チップ状基板２４の構成は、特に限定されない。本実施の形態では、上述のとおりチップ状基板２４は、ｎ−ＧａＡｓ基板である。
第１半導体層３０は、第１導電型層を含む半導体層である。第１半導体層３０の構成は、特に限定されない。本実施の形態では、図２に示されるように、第１半導体層３０は、ｎ型バッファ層３１と、ｎ型クラッド層３２と、ｎ側光ガイド層３３とを含む。ｎ型バッファ層３１は、膜厚０．４μｍのｎ−ＧａＡｓ層である。ｎ型クラッド層３２は、膜厚４．７μｍのｎ−（Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｎ側光ガイド層３３は、膜厚０．０９μｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。
活性層４０は、半導体レーザ素子１４の発光部を形成する層である。活性層４０の構成は、特に限定されない。本実施の形態では、活性層４０は、量子井戸構造を有する。量子井戸構造は、後述するｐ側光ガイド層５１とｎ側光ガイド層３３とに挟まれ、複数の井戸層と、ＡｌＧａＡｓを含む複数の障壁層とで形成される。活性層４０は、例えば、ｎ側光ガイド層３３側より、膜厚０．０３μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層と、膜厚０．００６５μｍのＧａＡｓ井戸層と、膜厚０．００４μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層と、膜厚０．００６５μｍのＧａＡｓ井戸層と、膜厚０．０２１μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層とを含む多重量子井戸活性層である。なお、活性層４０は、ＧａＡｓ井戸層以外の井戸層を含んでもよく、ＩｎＧａＡｓ井戸層又はＧａＡｓＰ井戸層を含んでもよい。
このような活性層４０によれば、半導体レーザ素子１４の発振波長は、７８０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下である。このような、半導体レーザ素子１４では、例えば、１．３μｍ帯の発振波長を有する半導体レーザ素子より、レーザ光のエネルギーが高いため、端面破壊が発生しやすい。しかしながら、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４では、後述する窓領域８０、共振器長、各光ガイド層などの特徴的な構成により、端面破壊を抑制できる。
第２半導体層５０は、第１導電型層と異なる導電型の第２導電型層を含む半導体層である。第２半導体層５０の構成は、特に限定されない。本実施の形態では、図２に示されるように、第２半導体層５０は、ｐ側光ガイド層５１と、ｐ型第１クラッド層５２と、ｐ型第２クラッド層５３と、ｐ型第３クラッド層５４と、ｐ型中間層５５と、ｐ型コンタクト層５６とを含む。
ｐ側光ガイド層５１は、膜厚０．０７μｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。
ｐ型第１クラッド層５２は、膜厚０．１７μｍのｐ−（Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型第２クラッド層５３は、膜厚０．４μｍのｐ−（Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型第３クラッド層５４は、膜厚０．６μｍのｐ−（Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。なお、ｐ型第１クラッド層５２、ｐ型第２クラッド層５３及びｐ型第３クラッド層５４は、それぞれ本実施の形態に係るｐ型クラッド層の一例である。
ｐ型中間層５５は、膜厚０．１０６μｍのｐ−（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型中間層５５のＡｌ組成は、ｐ型第３クラッド層５４よりも低い。ｐ型コンタクト層５６は、膜厚０．２３μｍのｐ−ＧａＡｓ層である。
第１の保護膜１３１は、図２に示されるように導波路ＷＧを形成するリッジの上部の一部及び側面、溝ＴＲ、両脇の平坦部とに形成される。リッジの上部において、第１の保護膜１３１はリッジ上部を露出する開口部を有しており、図４に示されるように、窓領域８０を含む劈開端面１２１付近は第１の保護膜１３１に覆われている。第１の保護膜１３１は、誘電膜であれば、特に限定されず、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などを用いることができる。本実施の形態では、第１の保護膜１３１は、膜厚約１８０ｎｍのＳｉＮ膜である。
図２〜図４に示されるｐ側下部電極１５１は、パターニングされた金属膜であり、本実施の形態では、半導体層１００側から順に積層された膜厚約５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚約１５０ｎｍのＰｔ膜、及び、膜厚約５０ｎｍのＡｕ膜を含む。ｐ側下部電極１５１は、第１の保護膜１３１の開口部内でｐ型コンタクト層５６と接続する。
図３に示されるｐ側上部電極１５２は、本実施の形態では、２．０μｍ以上５．０μｍ以下の膜厚のＡｕ膜である。
図３に示されるｎ側電極１６０は、本実施の形態では、チップ状基板２４側から順に積層された膜厚９０ｎｍのＡｕＧｅ膜、膜厚２０ｎｍのＮｉ膜、膜厚５０ｎｍのＡｕ膜、膜厚１００ｎｍのＴｉ膜、膜厚５０ｎｍのＰｔ膜、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚１００ｎｍのＰｔ膜、及び、膜厚５００ｎｍのＡｕ膜を含む。
第２の保護膜１３２Ｆ及び１３２Ｒの構成及び形成方法は、特に限定されない。本実施の形態では、フロント側に用いられる第２の保護膜１３２Ｆは、劈開端面１２１側から、膜厚５０ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜及び膜厚５５ｎｍのＴａ２Ｏ５膜の組み合わせを１回又は複数回積層した誘電体多層膜である。また、リア側に用いられる第２の保護膜１３２Ｒは、劈開端面１２１側から、膜厚λ／８ｎＡのＡｌ２Ｏ３膜、膜厚λ／８ｎＳのＳｉＯ２膜、膜厚λ／４ｎＴのＴａ２Ｏ５膜を順次積層した後、さらに、膜厚λ／４ｎＳのＳｉＯ２膜と膜厚λ／４ｎＴのＴａ２Ｏ５膜との組み合わせを複数回積層した誘電体多層膜である。なお、λは、半導体レーザ素子１４の発振波長を示し、ｎＡ、ｎＴ、ｎＳはそれぞれ、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｔａ２Ｏ５膜、ＳｉＯ２膜の波長λの光に対する屈折率を示す。本実施の形態では、λは、約８６０ｎｍであり、劈開端面１２１側から膜厚６５ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜、膜厚７４ｎｍのＳｉＯ２膜、膜厚１０２ｎｍのＴａ２Ｏ５膜を順次積層した後、さらに、膜厚１４７ｎｍのＳｉＯ２膜と膜厚１０２ｎｍのＴａ２Ｏ５膜との組み合わせを複数回積層している。
窓領域８０は、Ｚｎなどの窓領域形成用不純物の拡散によって形成される。窓領域８０は、窓領域形成用不純物を半導体レーザ素子１４の共振器面近傍に拡散させることにより、活性層４０のエネルギーバンドギャップを拡大させた領域である。窓領域８０は、活性層４０の量子井戸構造が無秩序化されたことにより形成されている。つまり、量子井戸構造のうち、共振器面近傍の一部は無秩序化された領域である。本実施の形態では、共振器のフロント側及びリア側で、窓領域長（窓領域８０の第１の方向における長さ）が異なる。例えば、フロント側の窓領域長は１０μｍ程度であり、リア側の窓領域長は７μｍ程度である。このように、光密度の高いフロント側の方が窓領域長が大きい。これにより、半導体レーザ素子１４の端面破壊を低減できる。
図４に示されるように、窓領域８０は、ｎ型クラッド層３２の中で終端するように形成される。本実施例において、ｎ側光ガイド層３３と活性層４０との境界である活性層下端４０ａからＺｎ拡散端８０ａまでの距離Ｄｚは、０．８μｍである。なお、ここで、活性層４０とｐ側光ガイド層５１との境界を活性層上端４０ｂとする。
活性層４０のうち、窓領域８０に位置する部分の窓領域形成用不純物濃度は、例えば、５×１０１９／ｃｍ３以下であってもよく、７×１０１８／ｃｍ３以上１×１０１９／ｃｍ３以下であってもよい。また、ｐ型第１クラッド層５２、ｐ型第２クラッド層５３及びｐ型第３クラッド層５４のうち、窓領域８０に位置する部分の平均窓領域形成用不純物濃度は、好ましくは、窓領域以外の部分における平均窓領域形成用不純物濃度の６倍以下であり、さらに好ましくは、３倍以下であってもよい。
以上のように、本実施の形態では、半導体レーザ素子１４は、半導体層１００が積層され、ＧａＡｓを含む基板を備える。また、半導体層１００は、チップ状基板２４上に順次形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｎ型クラッド層３２と、ｎ側光ガイド層３３と、量子井戸構造を有する活性層４０と、ｐ側光ガイド層５１と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｐ型クラッド層とを有する。窓領域８０は、量子井戸構造の一部が無秩序化された領域を含む。
また、後述するように、本実施の形態では、半導体レーザ素子１４において短共振器化することにより、飽和光出力を低減する。しかしながら、このように、短共振器化することで、半導体レーザ素子１４の動作電圧が増大し得る。動作電圧を低下させるために、ｐ型クラッド層（ｐ型第１クラッド層５２、ｐ型第２クラッド層５３、ｐ型第３クラッド層５４）及びｎ型クラッド層のＡｌ組成を低下させることで、動作電圧を低下させる方法が考えられる。しかしながら、各クラッド層のＡｌ組成を低下させる場合、各クラッド層の光閉じ込め効果が低下し、ｐ型クラッド層側への光染み出し量が増加するため、光損失が増加する。また、各クラッド層のＡｌ組成を低下させることで、Ｚｎの拡散速度が低下するため、所望のエネルギーバンドギャップを有する窓領域８０を形成するために要する時間が増大する。これに伴い、活性層４０へ拡散するＺｎの濃度が増加し、活性層４０における光損失が増大する。
そこで、本実施の形態では、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ側光ガイド層５１及びｎ側光ガイド層３３をそれぞれ活性層４０とｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層との間に挿入する。これにより、光閉じ込め効果を得られるため、活性層４０の障壁層の膜厚を増加させることなく、光損失を抑制できる。なお、各光ガイド層による光閉じ込め効果を確実に得るために、各光ガイド層のＡｌ組成を各クラッド層のＡｌ組成より低くしてもよい。また、ＡｌＧａＡｓより、Ｚｎの拡散速度が大きいＡｌＧａＩｎＰを各光ガイド層に用いることで、活性層４０に拡散するＺｎの濃度を抑制できるため、窓領域８０での光損失を低減できる。
より詳細には、ｐ側光ガイド層５１及びｎ側光ガイド層３３は、ＡｌｙＧａｚＩｎ（１−ｙ−ｚ）Ｐ（０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．９、０．３≦ｙ＋ｚ≦０．７）を含む。
半導体レーザ素子１４では、このようにｐ側光ガイド層５１及びｎ側光ガイド層３３を用いることで、上述のとおり窓領域８０における光損失の低減を実現できる。
なお、本実施の形態では、共振器のフロント側とリア側との両方に窓領域を形成したが、フロント側のみに窓領域を形成し、リア側に窓領域を形成しなくても良い。この場合にはリア側に窓領域を形成しないため、共振器長を短くしたときに、導波路ＷＧの窓領域８０の形成されていない領域の長さを確保しやすくなる。
このような構造を備えた半導体レーザ素子１４の電流−レーザ光出力特性をについて図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４の電流−レーザ光出力特性の一例を示すグラフである。
図５には、ステージ温度が２５℃±３℃に制御されたステージ上に保持された半導体レーザ素子１４に、パルス幅０．８μｓ、パルスデューティ比２４％の電流を供給した場合の電流−レーザ光出力特性が示されている。図５の横軸は、半導体レーザ素子１４に供給される電流値［ｍＡ］を示し、縦軸は、半導体レーザ素子１４のレーザ光出力［ｍＷ］を示す。半導体レーザ素子１４は、供給される電流値が４００ｍＡ程度のときに、レーザ光出力の最大値Ｐｍａｘは４００ｍＷ程度となり、その後供給される電流値を上げるに伴い、レーザ光出力は徐々に低下し、電流値５５０ｍＡ程度のときに、０ｍＷ程度にまで低下する。
半導体レーザ素子１４は、２５℃±３℃の動作温度で、レーザ光出力が最大値Ｐｍａｘとなる第１の駆動電流値Ｉ１より大きい第２の駆動電流値Ｉ２において、レーザ光出力が最大値Ｐｍａｘの２０％以下となる電流−レーザ光出力特性を有しており、第２の駆動電流値Ｉ２において破壊されない半導体レーザ素子１４とすることができる。
また、半導体レーザ素子１４の動作温度を２５℃±３℃と設定することで、高温で通電する場合より、大きなレーザ通電電流でも破壊されない半導体レーザ素子１４とすることができる。
また、本実施の形態では、素子内部に欠陥がなく劣化が生じない半導体レーザ素子を実現できる。これにより、半導体レーザ素子１４のレーザ光出力の最大値Ｐｍａｘが、２００ｍＷ以上となる高出力の半導体レーザ素子を実現できる。また、半導体レーザ素子１４のレーザ光出力の最大値Ｐｍａｘが、３００ｍＷ以上となる高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
また、第１の駆動電流値Ｉ１においてレーザ光出力が最大値Ｐｍａｘとなり、第２の駆動電流値Ｉ２における駆動の後、第１の駆動電流値Ｉ１で２回目の駆動時のレーザ光出力が最大値Ｐｍａｘの９５％以上となる半導体レーザ素子を実現できる。
また、第１の駆動電流値Ｉ１で２回目の駆動時のレーザ光出力が絶対最大定格光出力の２倍以上となる半導体レーザ素子を実現できる。ここで、絶対最大定格光出力とは、各半導体レーザ素子の通常の使用で許容される最大の光出力を意味する。
［１−２．半導体レーザ素子の製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について説明する。本実施の形態では、半導体レーザ素子の一例として上述した半導体レーザ素子の製造方法の各工程について説明する。
［１−２−１．半導体層形成工程］
本実施の形態に係る半導体層形成工程について図面を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子の半導体層形成工程の概要を示す基板２０の模式的な断面図である。
図６に示されるように、まず、第１の面Ｐ１及び第２の面Ｐ２を有する基板２０を用意し、基板２０の第１の面Ｐ１に、活性層４０を含む半導体層１００を形成する。半導体層１００を構成する各層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって積層される。本実施の形態では、半導体層１００として、基板２０側から順に、第１導電型層を含む第１半導体層３０、活性層４０、及び、第２導電型層を含む第２半導体層５０が形成される。
続いて、本実施の形態では、半導体レーザ素子の共振器面近傍の領域にいわゆる窓領域を形成する。以下、窓領域の形成方法について、図７Ａ〜図７Ｃを用いて説明する。図７Ａは、本実施の形態に係る基板２０及び半導体層１００の模式的な断面図である。図７Ｂ及び図７Ｃは、本実施の形態に係る窓領域８０の形成方法を示す基板２０及び半導体層１００の模式的な断面図である。図７Ａ〜図７Ｃには、基板２０及び半導体層１００の第１の方向に沿った断面が示されている。
例えば、図７Ｂに示されるように、第２半導体層５０に含まれるｐ型コンタクト層上にＺｎを熱拡散させることによって窓領域８０を形成してもよい。具体的には、ｐ型コンタクト層の上方に、拡散源となるＺｎＯ膜、及びＺｎが蒸発するのを抑制するＳｉＮ膜やＳｉＯ膜を順次形成し、熱処理によりＺｎを半導体レーザ素子の共振器面近傍に拡散させることにより、活性層４０のエネルギーバンドギャップを拡大させる。これにより、活性層４０における光吸収が抑制される窓領域８０を形成できる。このような窓領域形成方法によれば、活性層４０のうち窓領域８０に位置する部分のＺｎのピーク濃度は、５×１０１９／ｃｍ３以下程度である。
また、図７Ｃに示されるように、ｐ型コンタクト層の直上にｐ型ＧａＩｎＰやｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる層５０ｄを介してＺｎを熱拡散させることによって窓領域８０を形成してもよい。この場合、形成された層５０ｄは、窓領域８０形成後に除去される。このような窓領域形成方法によれば、活性層４０のうち窓領域８０に位置する部分のＺｎのピーク濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以下程度である。
このような窓領域８０を形成することで、半導体レーザ素子１４の共振器面近傍における劣化を抑制できる。ここで、窓領域８０のより効果的な構成について、図８〜図１１を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る窓領域８０の活性層下端４０ａからのＺｎ拡散端８０ａまでの距離Ｄｚと、窓領域８０からのフォトルミネッセンス（ＰＬ）波長との関係を示すグラフである。図９は、本実施の形態に係る窓領域８０を示す走査型電子顕微鏡写真である。図１０及び図１１は、それぞれ本実施の形態に係る窓領域８０における活性層下端４０ａからＺｎ拡散端までの距離が約０．８μｍ及び約０．４μｍの場合の半導体レーザ素子の加速試験結果を示すグラフである。図１０及び図１１に示されるグラフは、横軸が加速試験継続時間を示し、縦軸が半導体レーザ素子に流れる電流の変化率を示す。図１０及び図１１に示される加速試験は、共振器長２８０μｍの複数の半導体レーザ素子において、温度１１０℃、入力パワー７０ｍＷの条件で行った。なお、半導体レーザ素子に入力する電流はＣＷ（連続波）とした。
図８に示されるように、活性層下端４０ａからＺｎ拡散端８０ａまでの距離Ｄｚと、ＰＬ波長との間には相関がある。なお、距離Ｄｚは、例えば図９に示されるように、走査型顕微鏡写真などを用いて測定できる。図９の活性層４０の下側の白っぽい領域がＺｎ拡散領域を示す。
図８に示されるように、距離Ｄｚが小さい場合には、ＰＬ波長は長くなる、窓領域８０における光吸収が増大し、窓領域８０による共振器端面の劣化抑制効果が低減する。例えば、図１０に示される例では、半導体レーザ素子の発振波長８３０ｎｍと比較して、窓領域８０のＰＬ波長が７４０ｎｍ程度と十分短いため、窓領域８０による共振器端面の劣化抑制効果が得られている。一方、図１１に示される例では、半導体レーザ素子の発振波長８３０ｎｍと比較して、窓領域８０のＰＬ波長が８０５ｎｍ程度と充分に短くないため、加速試験において、電流量の変化が見られ、劣化が発生している。つまり、図１１に示される例では、窓領域８０による共振器端面の劣化抑制効果が得られていない。
このような試験結果から、窓領域８０からのフォトルミネッセンス法により得られるスペクトルのピーク波長は、半導体レーザ素子の発振波長より、３０ｎｍ以上短いと十分な劣化抑制効果が得られることが分かった。
なお、以上では、窓領域８０におけるスペクトルのピーク波長をフォトルミネッセンス法によって得たが、他の方法で得てもよい。例えば、スペクトルのピーク波長をカソードルミネッセンス法によって得てもよい。
また、窓領域８０は量子井戸構造の一部が無秩序化された領域を含んでおり、この無秩序化された領域のエネルギーバンドギャップと無秩序化されていない量子井戸構造の他部におけるエネルギーバンドギャップとの差が３０ｍｅＶ以上であってもよい。これにより、十分な劣化抑制効果が得られることが分かった。
また、活性層下端４０ａから窓領域８０における窓領域形成用不純物Ｚｎのチップ状基板２４側の拡散端８０ａまでの距離Ｄｚは、０．５μｍ以上であってもよい。これにより、窓領域８０におけるＰＬ波長を十分に短くできるため、共振器端面の劣化を抑制できる。
［１−２−２．導波路形成工程］
次に、導波路形成工程について図面を用いて説明する。図１２は、本実施の形態に係る導波路形成工程の概要を示す基板２０の模式的な断面図である。
図１２に示されるように、基板２０に形成された第２半導体層５０に複数対の溝ＴＲを図１２の紙面に垂直な方向に形成することにより、一対の溝ＴＲの間に形成されたリッジを用いた導波路ＷＧを形成する。このように、半導体層１００には、第１の方向に延びる複数の導波路ＷＧが形成される。導波路ＷＧの幅は、例えば、３μｍ程度である。
導波路ＷＧの形成方法は、特に限定されない。本実施の形態では、リッジを形成するために、フォトリソグラフィー技術を用いてＳｉＯ２などでマスクを形成する。続いて、ドライエッチングなどの非選択的エッチングにより溝ＴＲの形成、つまり、リッジの形成を行う。このとき、ドライエッチングは、ｐ型コンタクト層、ｐ型中間層、ｐ型第３クラッド層、ｐ型第２クラッド層に対して行い、ｐ型第２クラッド層は完全に除去せずに途中まで除去する。
次に、ＳｉＯ２などの保護膜をリッジが形成された半導体層１００の上面全体に形成する。
次に、ドライエッチングにより、溝ＴＲの底部のみＳｉＯ２保護膜を除去する。このとき、リッジ側壁とリッジ上部は保護膜によって覆われている。
続いて、ウェットエッチングなどの選択的エッチングにより、ｐ型第２クラッド層を完全に除去する。これにより、溝ＴＲの底部にはｐ型第１クラッド層が露出することになる。以上のように、半導体層１００に導波路ＷＧを形成することができる。
ここで、本実施の形態で採用し得る上記ドライエッチング技術は、異方性のプラズマエッチングであればよい。ドライエッチングとして、例えば、誘導結合型プラズマ（以下ＩＣＰ）又はエレクトロン・サイクロトロン・レソナンス（以下ＥＣＲ）プラズマを用いた方法などが挙げられる。
また、エッチングガスとしては、ＳｉＣｌ４とＡｒとの混合ガスなどが用いられるが、ＳｉＣｌ４の代わりに、塩素ガス、三塩化ホウ素ガスなどを用いてもよい。
本実施の形態では、ドライエッチング技術はＩＣＰ法で、エッチングガスとしてＳｉＣｌ４とＡｒとの混合ガスを用いている。エッチング条件として、混合ガス中のＳｉＣｌ４の体積含有率は５〜１２％、半導体基板を設置する下部電極の温度は１５０℃〜２００℃、チャンバー内圧力は０．１Ｐａ〜１Ｐａ、下部電極のバイアスパワーは５０Ｗ〜１５０Ｗ、ＩＣＰパワーは２００Ｗ〜３００Ｗとすることができるが、これに限るものではなく、適宜選定すればよい。
［１−２−３．第１の保護膜形成工程］
次に、第１の保護膜形成工程について図１３を用いて説明する。
図１３は、本実施の形態に係る第１の保護膜形成工程の概要を示す基板２０の模式的な断面図である。図１３は、図１２に示される破線枠ＸＩＩＩの内部における第１の保護膜形成工程を示す拡大図である。図１３に示されるように、第１の保護膜１３１は、リッジの上部の一部以外の半導体層１００に形成される。第１の保護膜１３１が形成されないリッジの上部の一部は後に形成されるｐ側下部電極と接続される領域となる。
第１の保護膜１３１の形成方法は、特に限定されない。本実施の形態では、リッジの上部の一部及び側面、溝ＴＲ、両脇の平坦部に、ＳｉＮからなる第１の保護膜１３１を約１８０ｎｍ成膜する。
［１−２−４．電極形成工程］
次に、電極形成工程について説明する。本工程で形成される電極は、本実施の形態に係る製造方法によって製造される半導体レーザ素子に電力を供給するためのｐ側電極、ｎ側電極などである。
ｐ側下部電極１５１は、リッジの上部、および溝ＴＲを含む半導体層１００の上部に形成される。また、ｐ側下部電極１５１の上にｐ側上部電極１５２が形成される。ｐ側下部電極１５１は、リッジ上に設けられた第１の保護膜１３１の開口部を介して第２半導体層５０と接続される。
ｐ側下部電極１５１及びｐ側上部電極１５２の構成及び形成方法は、特に限定されない。本実施の形態では、フォトリソグラフィーによりレジストでマスクし、ウェットエッチングによる前処理の後、蒸着法にて膜厚約５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚約１５０ｎｍのＰｔ膜、及び、膜厚約５０ｎｍのＡｕ膜を順次成膜する。
次に、フォトリソグラフィーによりｐ側上部電極１５２用のパターンをレジストマスクで形成し、電界めっき法により２．０μｍ以上５．０μｍ以下の膜厚のＡｕ膜を成膜する。次にリフトオフ法によりレジストを除去することによって、パターニングされたｐ側上部電極１５２を形成する。
次に、基板２０の第２の面Ｐ２からｐ側上部電極１５２までの厚みが約１００μｍになるまで基板２０を研磨する（研磨工程は不図示）。続いて、フォトリソグラフィーにより第２の面Ｐ２にレジストマスクを形成し、ウェットエッチングによる前処理の後、蒸着法にて、ＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、及び、Ａｕ膜を順次成膜する。続いてリフトオフ法によりレジストを除去することによってパターニングされたｎ側電極１６０を形成する。
以上の工程により、半導体層１００が積層された基板２０が形成される。
［１−２−５．劈開工程］
次に、劈開工程について図面を用いて説明する。本工程では、上述した工程によって形成された半導体層１００が積層された基板２０を、半導体レーザ素子の共振器面に相当する面で劈開する。つまり、図３に示されるように、窓領域８０が共振器端面に配置されるように、基板２０を劈開する。本実施の形態では、半導体レーザ素子１４の共振器長が３００μｍ以下となるように劈開する。これにより、半導体層１００が形成されたバー状の基板を形成できる。
ここで、半導体レーザ素子１４の共振器長を３００μｍ以下とすることで、導波路ＷＧの窓領域８０以外の領域の割合を低減できるため、飽和光出力を低減できる。したがって、半導体レーザ素子１４における端面破壊を抑制できる。本実施の形態では、共振器長は、２８０μｍである。
［１−２−６．第２の保護膜形成工程］
次に、第２の保護膜形成工程について説明する。本工程では、上記劈開工程において形成した劈開端面１２１に、ＥＣＲ化学気相蒸着法などで、第２の保護膜を形成する。なお第２の保護膜１３２Ｆ及び１３２Ｒの構成及び形成方法は、特に限定されない。
第２の保護膜における光の反射率は、フロント側の第２の保護膜１３２Ｆで３０％程度、リア側の第２の保護膜で９０％以上である。さらに、上記工程で形成されたバー状の基板をチップ状に分割することで、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４を形成できる。
［１−３．半導体レーザ素子の検査方法］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４の検査方法について説明する。
［１−３−１．検査装置］
まず、半導体レーザ素子１４の検査における状態について図１４を用いて説明する。図１４は、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１０６の構成を示す斜視図である。図１４に示されるように、半導体レーザ装置１０６は、半導体レーザ素子１４と、サブマウント１０４とを備える。半導体レーザ装置１０６において、半導体レーザ素子１４はサブマウント実装されている。このように、半導体レーザ素子１４は、サブマウント１０４に実装された状態で、半導体レーザ装置１０６として検査される。
サブマウント１０４を形成する材料は、放熱性のよい材料であれば特に限定されず、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＣｕＷなどを用いることができる。本実施の形態では、Ｓｉである。半導体レーザ素子１４は、例えば、ＡｕＳｎ半田でサブマウント１０４にジャンクションアップで実装される。
続いて、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４の検査方法において用いる検査装置について図１５及び図１６を用いて説明する。図１５及び図１６は、それぞれ本実施の形態に係る検査装置２００の概略構成を示す模式的な上面図及び正面図である。なお、図１５及び図１６においては、検査装置２００と合わせて、半導体レーザ素子１４を含む半導体レーザ装置１０６が併せて示されている。半導体レーザ素子１４は、本実施の形態に係る検査方法の被検査半導体レーザ素子の一例である。また、図１６においては、検査装置２００のうち受光素子１２０の図示が省略されている。
図１５及び図１６に示されるように、本実施の形態に係る検査装置２００は、検査ステージ１１１と、被検査半導体レーザ素子に電流を供給する検査プローブ１０７と、受光素子１２０とを備える。
本実施の形態に係る検査装置２００は、被検査半導体素子として、例えば、半導体レーザ素子１４単体を用いてもよいし、サブマウント１０４上に実装された状態の半導体レーザ素子１４を用いてもよい。以下では、被検査半導体素子として、サブマウント１０４上に実装された状態の半導体レーザ素子１４（つまり、半導体レーザ装置１０６）を用いる例について説明する。
検査ステージ１１１は、温度制御され、かつ、被検査半導体レーザ素子を固定するステージである。図１６に示されるように、検査ステージ１１１は、金属ステージ１０８と、温度測定素子１０９と、温度制御素子１１０とを備える。
金属ステージ１０８は、熱伝導率が高い材料で形成されたステージである。金属ステージ１０８を形成する材料として例えば、Ｃｕなどを用いることができる。また、金属ステージ１０８は、被検査半導体レーザ素子を固定する機能を有する。被検査半導体レーザ素子を固定する構成は特に限定されない。金属ステージ１０８は、例えば、被検査半導体レーザ素子を載置する面に貫通孔を有し、当該貫通孔を真空引きすることによって、被検査半導体レーザ素子を吸着してもよい。
温度測定素子１０９は、検査ステージ１１１の温度を測定する素子である。温度測定素子１０９の構成は、特に限定されない。本実施の形態では、温度測定素子１０９は、Ｐｔなどを用いた測温抵抗体で構成される。これにより、高精度に検査ステージ１１１の温度を測定できる。また、本実施の形態では、温度測定素子１０９は、金属ステージ１０８に形成された穴に挿入される。
温度制御素子１１０は、検査ステージ１１１の温度を制御する素子である。温度制御素子１１０は、温度測定素子１０９による温度測定結果が所定の範囲内に維持されるようにフィードバック制御される。温度制御素子１１０の構成は、特に限定されない。本実施の形態では、温度制御素子１１０としてペルチェ素子を用いる。これにより、検査ステージ１１１の冷却及び加熱を迅速に行うことができるため、高精度に温度制御を行うことができる。本実施の形態では、検査ステージ１１１の温度を２５℃±１℃（つまり、２４℃以上２６℃以下の範囲）に維持できる。
検査プローブ１０７は、被検査半導体レーザ素子に電流を供給するプローブである。検査プローブ１０７は、高電位側及び低電位側の二つのプローブからなり、検査プローブ１０７に接続された電源から電流が供給される。検査プローブ１０７に流れる電流量は、当該電源を制御することによって調整できる。本実施の形態では、高電位側のプローブは、被検査半導体レーザ素子である半導体レーザ素子１４のｐ側上部電極１５２に当接される。低電位側のプローブは、サブマウント１０４上の電極１０５に当接される。サブマウント１０４の電極１０５は、半導体レーザ素子１４のｎ側電極１６０と接続されている。このような検査プローブ１０７により、被検査半導体レーザ素子に所望の電流を供給できる。
図１５に示される受光素子１２０は、被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力を測定する素子である。受光素子１２０は、被検査半導体レーザ素子である半導体レーザ素子１４のレーザ光出射部に相当する発光部１０２と対向する位置に配置され、半導体レーザ素子１４のレーザ光出力を測定する。受光素子１２０の構成は、特に限定されない。受光素子１２０として、例えば、サーマルセンサ、フォトダイオードなどを用いることができる。
本実施の形態に係る検査装置は、以上のような構成を有することにより、検査ステージ１１１の温度、すなわち、被検査半導体レーザ素子の温度を高精度に制御しながら、供給する電流と、レーザ光出力との関係を測定できる。これにより、被検査半導体レーザ素子の良否を高精度に判定できる。
［１−３−２．検査工程］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４の検査方法における各工程について、図１７を用いて説明する。図１７は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１４の検査方法を示すフローチャートである。
図１７に示されるように、まず、被検査半導体レーザ素子の特性を測定する（Ｓ１０）。具体的には、レーザ光出力が第１出力Ｐｗ１となるときの被検査半導体レーザ素子に供給される第１の検査電流値Ｉａを測定する。ここで、第１出力Ｐｗ１は、被検査半導体レーザ素子が出力できるレーザ光出力であれば特に限定されないが、例えば、定格レーザ光出力としてもよい。本実施の形態では、第１出力Ｐｗ１は５０ｍＷである。本実施の形態に係る検査装置２００を用いて、被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力を受光素子１２０を用いて測定しながら、レーザ光出力が５０ｍＷとなるときに、検査プローブ１０７に流れる電流を測定する。
ここで、本検査工程における測定結果例について、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施の形態に係るステップＳ１０における第１の検査電流値Ｉａの測定結果の一例を示すグラフである。図１８の横軸は、被検査半導体レーザ素子に供給される電流値［ｍＡ］を示し、縦軸は、被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力［ｍＷ］を示す。また、図１８に示される例では、被検査半導体レーザ素子には、パルス幅３μｓ、パルスデューティ比２０％の電流が供給される。つまり、断続的に電流が供給される。被検査半導体レーザ素子の動作温度は、２５℃±１℃である。つまり、検査装置２００の検査ステージ１１１の温度が２５℃±１℃に制御される。図１８に示される例では、第１の検査電流値Ｉａは、約５６ｍＡである。
また、本工程において、被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力が最大値Ｐｍａｘとなる第１の駆動電流値Ｉ１より大きく、かつ、レーザ光出力が最大値Ｐｍａｘの２０％以下になる第２の駆動電流値Ｉ２を測定する。第２の駆動電流値Ｉ２の測定における被検査半導体レーザ素子の動作温度は、２５℃±３℃である。本実施の形態では、第２の駆動電流値Ｉ２の測定における被検査半導体レーザ素子の動作温度は、２５℃±１℃である。
ここで、第２の駆動電流値Ｉ２の測定結果例について、上述の図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係るステップＳ１０における第２の駆動電流値Ｉ２の測定結果の一例を示すグラフでもある。図５の横軸は、被検査半導体レーザ素子に供給される電流値［ｍＡ］を示し、縦軸は、被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力［ｍＷ］を示す。
図５に示される例では、被検査半導体レーザ素子には、パルス幅０．８μｓ、パルスデューティ比２４％の電流が供給される。図５に示される例では、最大値Ｐｍａｘは４００ｍＷ程度、第１の駆動電流値Ｉ１は４００ｍＡ程度であるため、第２の駆動電流値Ｉ２としては、レーザ光出力が８０ｍＷ以下程度となる、５５０ｍＡ以上と定めることができる。また、本実施の形態では、第２の駆動電流値Ｉ２は、被検査半導体レーザ素子毎に、本工程において取得された特性に基いて決定される。これにより、被検査半導体レーザ素子毎に、当該素子に適した電流値の電流を供給することができる。
このようなパルス電流を用いることによる効果について図５及び図１９を用いて説明する。図１９は、本実施の形態に係る被検査半導体レーザ素子にＣＷ電流を供給する場合の電流−レーザ光出力特性を示すグラフである。図５に示される被検査半導体レーザ素子にパルス電流を供給した場合のグラフと、図１９に示される被検査半導体レーザ素子にＣＷ電流を供給した場合のグラフとを比較する。図５及び図１９に示されるように、ＣＷ電流を供給した場合の方が、レーザ光出力が低くなり、供給する電流値も小さくなる。これは、ＣＷ電流を供給した場合の方が、被検査半導体レーザ素子における発熱量が多くなり、被検査半導体レーザ素子が発熱の影響を受けたためであると考えられる。このように、被検査半導体レーザ素子にパルス電流を供給した場合の方が、第２の駆動電流値Ｉ２として、より高い電流値に決定することができるので、より高いレーザ光出力及び電流値で検査することができる。
なお、２５℃±３℃で、ステップＳ１０における第２の駆動電流値Ｉ２を測定する工程において、より高温で第２の駆動電流値Ｉ２を測定すると、レーザ光出力が低くなり、供給する電流値も小さくなり、第２の駆動電流Ｉ２が小さく決定される。このように、被検査半導体レーザ素子に２５℃±３℃でパルス電流を供給した場合の方が、第２の駆動電流値Ｉ２として、より高い電流値に決定することができるので、より高いレーザ光出力及び電流値で検査することができる。
なお、本実施形態では、第２の駆動電流値Ｉ２の測定は、被検査半導体レーザ素子毎に、本検査工程で行ったが、第２の駆動電流値Ｉ２の測定は、本検査工程に含まれなくてもよい。例えば、標準試料の被検査半導体レーザ素子を用いて第２の駆動電流値Ｉ２を測定することで、本検査工程の前に第２の駆動電流値Ｉ２を予め決定しておいてもよい。
また、レーザ光出力が最大値Ｐｍａｘの２０％以下の条件に加えて、第２の駆動電流値Ｉ２として、被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力が、１００ｍＷ以下となる電流値に決定してもよい。これにより、第２の駆動電流値Ｉ２をより大きくできるため、より破壊を抑制できる半導体レーザ素子を選別できる。さらに前述の条件に加えて、第２の駆動電流値Ｉ２として、被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力が、５０ｍＷ以下となる電流値に決定してもよく、レーザ発振が停止する電流値に決定してもよい。これにより、一層破壊を抑制できる半導体レーザ素子を選別できる。
上述した、ステップＳ１０の後、図１７に示されるように、上述した第２の駆動電流値Ｉ２において被検査半導体レーザ素子に通電する（Ｓ２０）。本工程において、被検査半導体レーザ素子の動作温度は、２５℃±３℃に設定される。本実施の形態では、０．１μｓ以上１μｓ以下のパルス幅、かつ、０．１％以上５０％以下のパルスデューティ比の電流で通電する。ここで、ステップＳ１０において、２５℃±３℃でパルス電流を供給して、第２の駆動電流値Ｉ２を決定したので、ステップＳ２０における被検査半導体レーザ素子のレーザ通電電流を大きくすることができるため、検査に要する時間を短縮できる。
本実施の形態では、パルス幅０．８μｓ、パルスデューティ比２４％の電流が、動作温度２５℃±１℃の被検査半導体レーザ素子に通電時間８秒で供給される。なお、通電時間は、例えば、２０秒を超えないことが好ましい。ここで、通電時間には、被検査半導体レーザ素子に実際にパルス状の電流が流れる期間だけでなく、パルスとパルスとの間の電流供給休止期間（つまり、被検査半導体レーザ素子に電流が流れていない期間）も含まれる。なお、通電工程は、より高い動作温度で行われてもよい。例えば、通電工程は、１００℃程度の動作温度で行われてもよい。これにより、通電時の被検査半導体レーザ素子のジャンクション温度を増加させ高負荷を加えることで、通電時間をより短縮できる。さらに、通電時間は、５秒以上２０秒未満が好ましい。通電時間を５秒以上とすることで、より破壊を抑制できる半導体レーザ素子を選別できる。
上述したステップＳ２０の後、上記ステップＳ１０と同様に、被検査半導体レーザ素子の特性を再測定する（Ｓ３０）。ここでは、レーザ光出力が上述した第１出力Ｐｗ１となるときの被検査半導体レーザ素子に供給される第２の検査電流値Ｉｂを測定する。
次に、ステップＳ１０において取得された被検査半導体レーザ素子の特性と、ステップＳ３０において取得された被検査半導体レーザ素子の特性とを比較することで、被検査半導体レーザ素子の良否を判定する（Ｓ４０）。
ここで、本工程における判定例について、図２０及び図２１を用いて説明する。図２０及び図２１は、本実施の形態に係るステップＳ３０における第２の検査電流値Ｉｂの測定結果例を示すグラフである。図２０及び図２１の横軸は、被検査半導体レーザ素子に供給される電流値［ｍＡ］を示し、縦軸は、被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力［ｍＷ］を示す。また、図２０及び図２１に示される例では、図１８に示される例と同様に被検査半導体レーザ素子には、パルス幅３μｓ、パルスデューティ比２０％の電流が供給される。被検査半導体レーザ素子の動作温度は２５℃±１℃である。
図２０に示される例では、第１出力Ｐｗ１（５０ｍＷ）となるときの被検査半導体レーザ素子に供給される第２の検査電流値Ｉｂは、第１の検査電流値Ｉａと同様に約５６ｍＡである。このように、ステップＳ２０の通電を行っても、特性に変化が生じていない被検査半導体レーザ素子を良品と判定する。
一方、図２１に示される例では、第２の検査電流値Ｉｂは、８０ｍＡより大きい。つまり、ステップＳ２０の通電を行うことで、被検査半導体レーザ素子が破壊され、被検査半導体レーザ素子の特性に変化が生じたと推測される。このように、ステップＳ２０の通電を行うことで特性に変化が生じた被検査半導体レーザ素子は不良品と判定される。
本実施の形態では、第１の検査電流値Ｉａと第２の検査電流値Ｉｂとの間に、（Ｉｂ−Ｉａ）／Ｉｂ≦０．１が成り立つ場合に被検査半導体レーザ素子を良品と判定し、その他の場合に被検査半導体レーザ素子を不良品と判定する。
以上のような検査方法により、２５℃±３℃の動作温度で、第１の駆動電流値Ｉ１においてレーザ光出力が最大値Ｐｍａｘとなり、第１の駆動電流値Ｉ１より大きい第２の駆動電流値Ｉ２において、レーザ光出力が最大値Ｐｍａｘの２０％以下となる電流−レーザ光出力特性を有し、第２の駆動電流値Ｉ２において破壊されない半導体レーザ素子を選別することができる。ここで、第２の駆動電流値Ｉ２での通電における半導体レーザ素子の破壊は、主にレーザ素子内部に存在する欠陥起因で発生すると考えられる。したがって、本実施の形態に係る検査方法によって、レーザ素子内部に欠陥がなく劣化が生じない半導体レーザ素子を選別できる。半導体レーザ素子のレーザ光出力の最大値Ｐｍａｘは、２００ｍＷ以上であってもよい。これにより、高出力の半導体レーザ素子を実現できる。また、半導体レーザ素子のレーザ光出力の最大値Ｐｍａｘは、３００ｍＷ以上であってもよい。これにより、さらに高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
なお、本実施の形態に係る検査方法は、上述した構成に限定されない。例えば、ステップＳ１０及びＳ３０において、第１出力Ｐｗ１となるときの被検査半導体レーザ素子に供給される第１の検査電流値Ｉａ及び第２の検査電流値Ｉｂを測定する代わりに、レーザ光出力の最大値Ｐｍａｘを測定してもよい。このような測定例について、図２２Ａは、本実施の形態に係る被検査半導体レーザ素子の電流−レーザ光出力特性を示すグラフである。図２２Ｂは、図２２Ａのグラフの一部拡大図である。図２２Ｂは、図２２Ａの破線枠内の拡大図である。図２２Ａ及び図２２Ｂの実線が１回目の測定結果を示し、破線が２回目の測定結果を示す。
図２２Ａ及び図２２Ｂに示されるように、ステップＳ１０において、１回目の電流−レーザ光出力特性の測定を行い、ステップＳ２０の通電の後、ステップＳ３０において、２回目の電流−レーザ光出力特性の測定を行ってもよい。１回目の測定で第１の駆動電流値Ｉ１においてレーザ光出力が最大値Ｐｍａｘとなり、ステップＳ２０の第２の駆動電流値Ｉ２における駆動の後、第１の駆動電流値Ｉ１で２回目の駆動時のレーザ光出力が最大値Ｐｍａｘの９５％以上である場合に、被検査半導体レーザ素子が良品であると判定してもよい。
また、第１の駆動電流値Ｉ１で２回目の駆動時のレーザ光出力が絶対最大定格光出力の２倍以上である場合に、被検査半導体レーザ素子が良品であると判定してもよい。なお、ここで、絶対最大定格光出力とは、各半導体レーザ素子の通常の使用で許容される最大の光出力を意味する。
これらの検査方法によっても、内部劣化が生じない半導体レーザ素子を選別できる。
またステップＳ１０及びステップＳ３０において、第１出力Ｐｗ１となるときの被検査半導体レーザ素子に供給される第１の検査電流値Ｉａ及び第２の検査電流値Ｉｂを測定する代わりに、被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が第３の検査電流値Ｉ３の場合のレーザ光出力を測定してもよい。具体的には、ステップＳ１０において、被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が第３の検査電流値Ｉ３の場合に、レーザ光出力が第２出力Ｐｗ２であるとする。また、ステップＳ３０において、被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が、第３の検査電流値Ｉ３の場合にレーザ光出力が第３出力Ｐ３であるとする。ここで、ステップＳ４０において、第３出力Ｐ３が、第２出力Ｐｗ２の９３％以上である場合に被検査半導体レーザ素子を良品と判定してもよい。
このような検査方法によっても、内部劣化が生じない半導体レーザ素子を選別できる。
（実施の形態２）
実施の形態２に係る半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、主に活性層４０の構成において、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１４と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１４との相違点を中心に説明する。
本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、活性層４０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．０１≦ｘ≦０．１）を含む井戸層を有する。このような井戸層を用いて、８３０ｎｍの発振波長を実現するためには、井戸層の膜厚を比較的厚くする必要がある。つまり、窓領域形成用不純物Ｚｎの拡散速度が遅いＧａＡｓ系材料の膜厚が増加する。このため、所望のエネルギーバンドギャップを有する窓領域８０を形成するために要する時間が増大する。これに伴い、活性層４０へ拡散するＺｎの濃度が増加し、活性層４０における光損失が増大する。このため、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、Ｚｎの拡散速度が大きいＡｌＧａＩｎＰを各光ガイド層に用いることによる効果が大きい。
以下、本実施の形態に係る半導体層１００の各層の構成例について説明する。
本実施の形態では、図２に示されるように、第１半導体層３０は、ｎ型バッファ層３１と、ｎ型クラッド層３２と、ｎ側光ガイド層３３とを含む。ｎ型バッファ層３１は、膜厚０．４μｍのｎ−ＧａＡｓ層である。ｎ型クラッド層３２は、膜厚４．７μｍのｎ−（Ａｌ０．１７Ｇａ０．８３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｎ側光ガイド層３３は、膜厚０．０９μｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐである。
活性層４０は、ｎ側光ガイド層３３側より、膜厚０．０２４μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層と、膜厚０．００５５μｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓ井戸層と、膜厚０．００４μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層と、膜厚０．００５５μｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓ井戸層と、膜厚０．０２１μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層とを含む多重量子井戸活性層である。
第２半導体層５０は、ｐ側光ガイド層５１と、ｐ型第１クラッド層５２と、ｐ型第２クラッド層５３と、ｐ型第３クラッド層５４と、ｐ型中間層５５と、ｐ型コンタクト層５６とを含む。ｐ側光ガイド層５１は、膜厚０．０７μｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型第１クラッド層５２は、膜厚０．１８μｍのｐ−（Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型第２クラッド層５３は、膜厚０．４μｍのｐ−（Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型第３クラッド層５４は、膜厚０．６μｍのｐ−（Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型中間層５５は、膜厚０．１０６μｍのｐ−（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型中間層５５のＡｌ組成は、ｐ型第３クラッド層５４よりも低い。ｐ型コンタクト層５６は、膜厚０．２３μｍのｐ−ＧａＡｓ層である。
以上のような構成を有する半導体レーザ素子においても、上記実施の形態１に係る半導体レーザ素子１４と同様の効果を得ることができる。
（実施の形態３）
実施の形態３に係る半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、主に活性層４０の構成において、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１４と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１４との相違点を中心に説明する。
上記実施の形態１及び実施の形態２に係る各半導体レーザ素子においては、発振モードはＴＥモードであったが、本実施の形態に係る半導体レーザ素子においては、発振モードはＴＭモードである。このため、活性層４０における井戸層の膜厚を厚くする必要がある。これに伴い、窓領域形成用不純物Ｚｎの拡散速度が遅いＧａＡｓ系材料の膜厚が増加する。したがって、所望のエネルギーバンドギャップを有する窓領域８０を形成するために要する時間が増大する。これに伴い、活性層４０へ拡散するＺｎの濃度が増加し、活性層４０における光損失が増大する。このため、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、Ｚｎの拡散速度が大きいＡｌＧａＩｎＰを各光ガイド層に用いることによる効果が大きい。
以下、本実施の形態に係る半導体層１００の各層の構成例について説明する。
本実施の形態では、図２に示されるように、第１半導体層３０は、ｎ型バッファ層３１と、ｎ型クラッド層３２と、ｎ側光ガイド層３３とを含む。ｎ型バッファ層３１は、膜厚０．４μｍのｎ−ＧａＡｓ層である。ｎ型クラッド層３２は、膜厚４．７μｍのｎ−（Ａｌ０．１９Ｇａ０．８１）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｎ側光ガイド層３３は、膜厚０．０９μｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐである。
活性層４０は、引っ張り歪を有するＧａＡｓＰ井戸層を含み、ｎ側光ガイド層３３側より、膜厚０．０４μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層と、膜厚０．００６５μｍのＧａＡｓ０．８４Ｐ０．１６井戸層と、膜厚０．００８μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層と、膜厚０．００６５μｍのＧａＡｓ０．８４Ｐ０．１６井戸層と、膜厚０．００８μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層と、膜厚０．００６５μｍのＧａＡｓ０．８４Ｐ０．１６井戸層と、膜厚０．０２１μｍのＡｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓ障壁層とを含む多重量子井戸活性層である。このように活性層４０に引っ張り歪を加えることにより、ＴＭモード発振する半導体レーザ素子を作成することができる。
第２半導体層５０は、ｐ側光ガイド層５１と、ｐ型第１クラッド層５２と、ｐ型第２クラッド層５３と、ｐ型第３クラッド層５４と、ｐ型中間層５５と、ｐ型コンタクト層５６とを含む。ｐ側光ガイド層５１は、膜厚０．０７μｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型第１クラッド層５２は、膜厚０．１６μｍのｐ−（Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型第２クラッド層５３は、膜厚０．４μｍのｐ−（Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型第３クラッド層５４は、膜厚０．６μｍのｐ−（Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型中間層５５は、膜厚０．１０６μｍのｐ−（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型中間層５５のＡｌ組成は、ｐ型第３クラッド層５４よりも低い。ｐ型コンタクト層５６は、膜厚０．２３μｍのｐ−ＧａＡｓ層である。
以上のような構成を有する半導体レーザ素子においても、上記実施の形態１に係る半導体レーザ素子１４と同様の効果を得ることができる。
（変形例など）
以上、本開示に係る半導体レーザ素子等について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
例えば、上記実施の形態に係る検査方法は、任意の実装状態の被検査半導体レーザ素子に適用可能である。例えば、被検査半導体レーザ素子が、図１４に示されるような状態、サブマウント１０４に実装されていない単体の状態などである場合には、検査装置２００を用いて上記検査方法を実施できる。また、被検査半導体レーザ素子が、それら以外の状態、例えば、サブマウント１０４をステムに実装したＣＡＮパッケージの状態、フレームパッケージに実装された状態などである場合には、それらの状態に合わせた検査装置を構成することで、上記検査方法を適用できる。
また、上記各実施の形態及びその変形例に係る半導体レーザ素子においては、リッジ構造を用いて導波路を形成したが、導波路を形成するための手段は、これに限定されず、埋め込み型構造などを使用してもよい。
本開示に係る半導体レーザ素子等は、信頼性が要求される光源などにおいて特に利用可能である。
１４ 半導体レーザ素子
２０ 基板
２４ チップ状基板
３０ 第１半導体層
３１ ｎ型バッファ層
３２ ｎ型クラッド層
３３ ｎ側光ガイド層
４０ 活性層
４０ａ 活性層下端
４０ｂ 活性層上端
５０ 第２半導体層
５１ ｐ側光ガイド層
５２ ｐ型第１クラッド層
５３ ｐ型第２クラッド層
５４ ｐ型第３クラッド層
５５ ｐ型中間層
５６ ｐ型コンタクト層
８０ 窓領域
８０ａ Ｚｎ拡散端
１００ 半導体層
１０２ 発光部
１０４ サブマウント
１０５ 電極
１０６ 半導体レーザ装置
１０７ 検査プローブ
１０８ 金属ステージ
１０９ 温度測定素子
１１０ 温度制御素子
１１１ 検査ステージ
１２０ 受光素子
１２１ 劈開端面
１３１ 第１の保護膜
１３２Ｆ、１３２Ｒ 第２の保護膜
１５１ ｐ側下部電極
１５２ ｐ側上部電極
１６０ ｎ側電極
２００ 検査装置
Ｄｚ 距離
Ｐ１ 第１の面
Ｐ２ 第２の面
ＴＲ 溝
ＷＧ 導波路

Claims (25)

  1. 半導体レーザ素子であって、
    半導体層を備え、
    前記半導体層は、
    前記半導体層の層内方向に形成された導波路と、
    前記導波路のフロント側の端面に形成された窓領域とを有し、
    前記半導体レーザ素子は、
    ２５℃±３℃の動作温度で、第１の駆動電流値においてレーザ光出力が最大値となり、前記第１の駆動電流値より大きい第２の駆動電流値において、レーザ光出力が前記最大値の２０％以下となる電流−レーザ光出力特性を有し、
    前記第２の駆動電流値において破壊されない
    半導体レーザ素子。
  2. 前記第２の駆動電流値において、レーザ光出力は１００ｍＷ以下である
    請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. 前記第２の駆動電流値において、レーザ光出力は５０ｍＷ以下である
    請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  4. 前記第２の駆動電流値において、レーザ発振が停止する
    請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  5. 前記第２の駆動電流値における駆動の後、前記第１の駆動電流値で２回目の駆動時のレーザ光出力が前記最大値の９５％以上である
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  6. 前記第２の駆動電流値における駆動の後、前記第１の駆動電流値で２回目の駆動時のレーザ光出力が絶対最大定格光出力の２倍以上である
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  7. 前記第１の駆動電流値及び前記第２の駆動電流値における駆動は、０．１μｓ以上１μｓ以下のパルス駆動である
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  8. 前記半導体レーザ素子の共振器長は、３００μｍ以下である
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  9. 前記半導体レーザ素子の発振波長は、７８０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下である
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  10. 前記半導体層が積層され、ＧａＡｓを含む基板を備え、
    前記半導体層は、前記基板上に順次形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｎ型クラッド層と、ｎ側光ガイド層と、量子井戸構造を有する活性層と、ｐ側光ガイド層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｐ型クラッド層とを有し、
    前記量子井戸構造は、前記ｐ側光ガイド層及び前記ｎ側光ガイド層に挟まれ、複数の井戸層と、ＡｌＧａＡｓを含む複数の障壁層とで形成され、
    前記ｐ側光ガイド層及び前記ｎ側光ガイド層は、ＡｌｙＧａｚＩｎ（１−ｙ−ｚ）Ｐ（０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．９、０．３≦ｙ＋ｚ≦０．７）を含む
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  11. 前記複数の井戸層は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ又はＧａＡｓＰを含む
    請求項１０に記載の半導体レーザ素子。
  12. 前記窓領域は、窓領域形成用不純物を含み、
    前記ｎ側光ガイド層と前記活性層との境界である活性層下端から前記窓領域における前記窓領域形成用不純物の前記基板側の拡散端までの距離は、０．５μｍ以上である
    請求項１０又は１１に記載の半導体レーザ素子。
  13. 前記窓領域は、前記量子井戸構造の一部が無秩序化された領域を含み、
    前記無秩序化された領域におけるエネルギーバンドギャップと前記量子井戸構造の他部におけるエネルギーバンドギャップとの差が３０ｍｅＶ以上である
    請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  14. 前記窓領域からのフォトルミネッセンス法又はカソードルミネッセンス法により得られるスペクトルのピーク波長は、前記半導体レーザ素子の発振波長より３０ｎｍ以上短い
    請求項９〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  15. 前記活性層のうち、前記窓領域に位置する部分の前記窓領域形成用不純物のピーク濃度は、７×１０１８／ｃｍ３以上１×１０１９／ｃｍ３以下である
    請求項１２に記載の半導体レーザ素子。
  16. 被検査半導体レーザ素子の良否を判定する検査方法であって、
    前記被検査半導体レーザ素子は、半導体層を備え、
    前記半導体層は、前記半導体層の層内方向に形成された導波路と、前記導波路のフロント側の端面に形成された窓領域とを有し、
    前記検査方法は、
    前記被検査半導体レーザ素子の特性を測定するステップと、
    前記測定するステップの後、前記被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力が最大値となる第１の駆動電流値より大きく、かつ、レーザ光出力が前記最大値の２０％以下になる第２の駆動電流値において前記被検査半導体レーザ素子に通電するステップと、
    前記通電するステップの後、前記被検査半導体レーザ素子の前記特性を再測定するステップと、
    前記測定するステップにおいて取得された前記被検査半導体レーザ素子の前記特性と、前記再測定するステップにおいて取得された前記被検査半導体レーザ素子の前記特性とを比較することで、前記被検査半導体レーザ素子の良否を判定するステップとを含む
    検査方法。
  17. 前記第２の駆動電流値は、前記被検査半導体レーザ素子毎に、前記測定するステップにおいて取得された前記特性に基いて決定される
    請求項１６に記載の検査方法。
  18. 前記測定するステップにおいて、レーザ光出力が第１出力で前記被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が、第１の検査電流値Ｉａであり、
    前記再測定するステップにおいて、レーザ光出力が前記第１出力で前記被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が、第２の検査電流値Ｉｂであり、
    前記判定するステップにおいて、（Ｉｂ−Ｉａ）／Ｉｂ≦０．１が成り立つ場合に前記被検査半導体レーザ素子を良品と判定する
    請求項１６又は１７に記載の検査方法。
  19. 前記測定するステップにおいて、前記被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が第３の検査電流値の場合に、レーザ光出力が第２出力であり、
    前記再測定するステップにおいて、前記被検査半導体レーザ素子に供給される電流値が前記第３の検査電流値の場合に、レーザ光出力が第３出力であり、
    前記判定するステップにおいて、前記第３出力は、前記第２出力の９３％以上である場合に前記被検査半導体レーザ素子を良品と判定する
    請求項１６又は１７に記載の検査方法。
  20. 前記通電するステップにおいて、０．１μｓ以上１μｓ以下のパルス幅、かつ、０．１％以上５０％以下のパルスデューティ比の電流で通電する
    請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の検査方法。
  21. 前記通電するステップにおいて、通電時間が２０秒を超えない
    請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の検査方法。
  22. 前記被検査半導体レーザ素子の発振波長は、７８０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下である
    請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の検査方法。
  23. 前記被検査半導体レーザ素子は、ＧａＡｓを含む基板と、前記基板上に積層された半導体層とを備え、
    前記半導体層は、前記基板上に順次形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｎ型クラッド層と、ｎ側光ガイド層と、量子井戸構造を有する活性層と、ｐ側光ガイド層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含むｐ型クラッド層とを有し、
    前記量子井戸構造は、前記ｐ側光ガイド層と前記ｎ側光ガイド層とに挟まれ、複数の井戸層と、ＡｌＧａＡｓを含む複数の障壁層とを有し、
    前記ｎ側光ガイド層及び前記ｐ側光ガイド層は、ＡｌｙＧａｚＩｎ（１−ｙ−ｚ）Ｐ（０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．９、０．３≦ｙ＋ｚ≦０．７）を含む
    請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の検査方法。
  24. 前記複数の井戸層は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ又はＧａＡｓＰを含む
    請求項２３に記載の検査方法。
  25. 請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の検査方法を行うための検査装置であって、
    温度制御され、かつ、前記被検査半導体レーザ素子を固定する検査ステージと、
    前記被検査半導体レーザ素子に電流を供給する検査プローブと、
    前記被検査半導体レーザ素子のレーザ光出力を測定する受光素子とを備える
    検査装置。
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