WO2020053980A1 - 半導体レーザ - Google Patents

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rear end
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semiconductor laser
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恭介 蔵本
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • This application relates to a semiconductor laser.
  • Light sources using semiconductor lasers have the advantages of smaller size, better color reproducibility, lower power consumption, and higher brightness than other light sources, and are used as light sources for projection displays such as projectors and cinemas. Have been.
  • the life of the semiconductor laser is mainly determined by deterioration called COD deterioration (Catastrophic optical mirror damage, optical damage on end face) and deterioration called slow deterioration (slow deterioration).
  • COD deterioration Catastrophic optical mirror damage, optical damage on end face
  • slow deterioration slow deterioration
  • a structure called a window structure as in Patent Document 1 is often adopted.
  • This window structure is one of the methods for expanding the band gap near the laser end face, and suppresses the absorption of the laser end face so that COD deterioration is hardly generated.
  • a method of diffusing an impurity such as zinc (Zn) into a laser end face as in Patent Document 1 to mix atoms near the active layer of the laser and expand the band gap well known.
  • the resistance of the window structure due to diffusion of Zn or the like is reduced, so that the temperature of the laser end face increases due to heat generated by current flowing through the window structure,
  • the band gap may be small.
  • the window structure when the window structure is formed by impurity diffusion, the window structure has an impurity of about 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more, and the band gap of the active layer is reduced by the impurity diffusion.
  • the current flowing through the window structure increases due to, for example, the forward voltage of the window structure becoming smaller than other portions. Due to Joule heat due to this current and non-radiative recombination via impurity levels, heat generation in the window structure increases, and COD deterioration is likely to occur.
  • Patent Document 2 discloses a method of suppressing heat generation due to a current flowing in the vicinity of a laser end face which causes COD degradation, as a p-electrode which is a surface-side electrode formed on a surface side of a semiconductor substrate and above an active layer. In addition, it has been proposed to form a current non-injection region by separating a contact layer from a laser end face.
  • an SiO 2 film insulating film is formed on the surface of the cladding layer from which the surface side electrode on the laser end face side and the contact layer have been removed.
  • JP-A-5-218593 (FIG. 3) JP-A-2002-164617 (0013-stage, 0024-stage, FIG. 1)
  • the semiconductor laser disclosed in Patent Document 2 has no window structure, the current value on the laser end face is reduced to suppress the occurrence of COD deterioration.
  • the surface side electrode and the contact layer are separated from the laser end face, and the surface side electrode and the contact layer on the laser end face side are removed from the surface of the clad layer.
  • the distance between the point closest to the laser facet and the laser facet in the region where the p-electrode is in contact with the contact layer is called the surface-side electrode recession, and the cladding from which the laser-side face-side electrode and contact layer are removed
  • a region where the insulating film is formed on the surface of the layer is referred to as a contact layer non-formation region.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor laser having a window structure using impurity diffusion, in which the width of the window structure from the laser end face is made smaller than the amount of recession of the surface-side electrode, thereby suppressing current flowing near the laser end face. It becomes possible. On the other hand, since the current in the entire area covered by the insulating film near the laser end face is suppressed, a portion where the current density is smaller than the other laser oscillation regions occurs in the laser oscillation region other than the window structure. I do. This is because the current density in the active layer increases in the region where the window structure and the contact layer are formed, but the current injection amount in the contact layer non-formation region in the laser oscillation region decreases, so that the current density in the active layer decreases. That's why.
  • the gain of the active layer medium in the portion where the current density is low is smaller than that in other portions where the current density is high, the temperature characteristic due to the carrier overflow due to the increase in the oscillation threshold or the threshold carrier density is increased. Problems such as deterioration occur. In some cases, the gain is equal to or less than 0, that is, a light absorption region, which causes a significant deterioration in characteristics and a decrease in differential efficiency.
  • the technique disclosed in the specification of the present application aims to obtain a semiconductor laser having a window structure with improved COD resistance on at least one of the laser end faces while suppressing deterioration in characteristics.
  • One example of a semiconductor laser disclosed in the specification of the present application is a semiconductor substrate, an active layer formed on a front side of the semiconductor substrate via a first cladding layer, and a front side of the active layer opposite to the semiconductor substrate. And a backside electrode formed on the backside of the semiconductor substrate, and outputs a laser beam.
  • the semiconductor laser includes a window structure including a low-resistance active layer formed in an end face region on the side of the front end face and the rear end face where laser light reciprocates and resonates, the active layer having a lower resistance than the active layer inside the end face area.
  • the end of the contact layer on the front end face side is the contact layer front end
  • the end of the contact layer on the rear end face side is the contact layer rear end
  • the length of the light reciprocating direction in which the laser light reciprocates is at least 10 ⁇ m longer than the length of the front end face side window structure portion, which is the length of the light reciprocating direction between the boundary of the window structure portion on the front end face side and the front end face, and The length is shorter than the length between the front end face and the rear end of the contact layer in the light reciprocating direction.
  • the length of the back electrode in the light reciprocating direction between the front end face end and the front end face is at least 1.2 times the substrate thickness of the semiconductor substrate, and the rear end face end of the front end face and the back electrode is Is shorter than the length in the light reciprocating direction.
  • the length in the light reciprocating direction in which the laser light reciprocates between the front end and the front end face of the contact layer is 10 ⁇ m or more longer than the length of the front end side window structure. Since the length of the side electrode in the light reciprocating direction between the end on the front end face side and the front end face is at least 1.2 times the substrate thickness of the semiconductor substrate, the COD of the window structure on the front end face side can be reduced while suppressing the characteristic deterioration. Resistance can be improved.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the semiconductor laser according to the first embodiment;
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a COD deterioration level of the semiconductor laser of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an optical output of the semiconductor laser of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a current of the semiconductor laser of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a current density of the semiconductor laser of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor laser of Comparative Example 1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a current density of the semiconductor laser of FIG. 6.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor laser of Comparative Example 2.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a current density of the semiconductor laser of FIG. 8.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a COD deterioration level of the semiconductor laser in FIG. 8.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an optical output of the semiconductor laser of FIG. 8.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor laser of Comparative Example 3.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a COD deterioration level of the semiconductor laser in FIG. 12.
  • FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to a third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a semiconductor laser according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a COD deterioration level of the semiconductor laser of FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagram showing an optical output of the semiconductor laser of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the current of the semiconductor laser of FIG. 1
  • FIG. 5 is a diagram showing the current density of the semiconductor laser of FIG.
  • the semiconductor laser 50 of the first embodiment has a resonator structure in which laser light reciprocates on the front end face 14 and the rear end face 15 and resonates.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a COD deterioration level of the semiconductor laser of FIG. 1
  • FIG. 3 is a diagram showing an optical output of the semiconductor laser of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the current of the semiconductor laser of FIG. 1
  • FIG. 5 is a
  • the semiconductor laser 50 has an n-type GaAs semiconductor substrate 1, and a first cladding layer 2 made of n-type AlInP is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 so as to be directly bonded to the semiconductor substrate 1. Have been.
  • a first light guide layer 3 made of undoped AlInP is formed on the surface of the first clad layer 2 (the surface opposite to the semiconductor substrate 1).
  • a second light guide layer 5 made of undoped AlGaInP is formed on the surface of the active layer 4, and a second clad layer 6 made of p-type AlInP is formed on the surface of the second light guide layer 5. Further, a contact layer 7 made of p-type GaAs is formed on the surface of the second clad layer 6.
  • the first clad layer 2, the first light guide layer 3, the second light guide layer 5, and the second clad layer 6 are made of an AlGaInP-based material.
  • the thickness (substrate thickness) of the semiconductor substrate 1 is, for example, 100 ⁇ m.
  • the thickness of the first cladding layer 2 is about 1.0 ⁇ m, and its carrier concentration is about 1.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the first light guide layer 3 and the second light guide layer 5 is about 0.1 ⁇ m, and the thickness of the active layer 4 is about 8 to 20 nm.
  • the thickness of the second cladding layer 6 is about 1.0 ⁇ m, and its carrier concentration is about 1.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the contact layer 7 is about 0.02 ⁇ m, and the carrier concentration is about 1.0 to 2.0 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the window structure 8 whose band gap is enlarged by the diffusion of Zn is formed.
  • the direction from the front end face 14 to the rear end face 15 is the x direction
  • the direction from the semiconductor substrate 1 to the active layer 4 is the z direction
  • the direction perpendicular to the x direction and the z direction is the y direction.
  • the window structure length Lw which is the length of the direction (x direction) in which light reciprocates in the window structure 8, is 15 ⁇ m.
  • the direction in which light reciprocates will be appropriately referred to as a light reciprocating direction.
  • An insulating film 9 made of SiN is formed on surfaces of the window structure portion 8 and the second cladding layer 6 on the side of the window structure portion 8 to prevent current from being injected, and a surface is formed on the surface of the insulating film 9 and the surface of the contact layer 7.
  • a side electrode 10 is formed.
  • a back surface side electrode 11 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1.
  • the front end face 14 and the rear end face 15 which are the cleaved end faces of the semiconductor laser 50, the front end face 14 on which the laser light is extracted (the laser light is output) is formed of a dielectric single layer or a multilayer film.
  • a low reflection coating film 12 is provided.
  • a high-reflection coating film 13 formed of a dielectric multilayer film is formed on the side of the rear end face 15 of the semiconductor laser 50.
  • the insulating film 9 is formed up to the end of a light emitting stripe such as a mesa stripe in a direction (y direction) perpendicular to the plane of FIG. 1 which is a direction perpendicular to the light reciprocating direction (x direction).
  • the first clad layer 2, the first light guide layer 3, the active layer 4, the second light guide layer 5, the second clad layer 6, and the contact layer 7 are sequentially laminated.
  • the steps of forming the first clad layer 2, the first light guide layer 3, the active layer 4, the second light guide layer 5, the second clad layer 6, and the contact layer 7 each include forming a first clad layer.
  • the window structure 8 is formed in a region on the front end face 14 side of the semiconductor laser 50 and a region on the rear end face 15 side of the semiconductor laser 50 by a window structure forming step described later.
  • the insulating film 9 is formed by the insulating film forming step.
  • the front side electrode 10 is formed by the front side electrode forming step
  • the back side electrode 11 is formed by the back side electrode step.
  • an end face covering step of individually separating the semiconductor lasers 50 and forming the covering films 12 and 13 on the front end face 14 and the rear end face 15 which are cleavage end faces is performed. You.
  • the length in the light reciprocating direction on the side of the light, that is, on the inward face side, is longer.
  • the length from the front end face 14 to the inner end face of the insulating film 9 and the length from the rear end face 15 to the inner end face of the insulating film 9 are both L1. In FIG. 1, L1 is described only on the front end face 14 side, but the length L1 from the rear end face 15 to the inner end face of the insulating film 9 on the rear end face 15 is omitted.
  • the length L1 is determined by the end of the semiconductor electrode 50 on the side in contact with the contact layer 7 of the front surface side electrode 10, that is, on the inward side, on the side of the laser end face (front end face 14 or rear end face 15), and the corresponding laser end face (front end face).
  • the length is equal to the surface 14 or the rear end surface 15).
  • the length L1 is a length in the light reciprocating direction in a region on the front end face 14 or the rear end face 15 side where the front-side electrode 10 does not contact the second clad layer 6 via the contact layer 7, and the front end face 14 or It is also the length receding inward from the rear end face 15 (retreat amount of the front-side electrode).
  • the length L1 is appropriately referred to as a front-side electrode retreat amount L1.
  • the laser beam between the front end face 14 and the front end face 14 has a length L1. It is also the length of the reciprocating light in the light reciprocating direction or the length of the contact layer between the rear end and the rear end face 15 in the light reciprocating direction.
  • FIG. 1 shows an example in which the retreat amount L1 of the front-side electrode is 25 ⁇ m or more and is longer than the window structure length Lw by 10 ⁇ m or more.
  • the window structure portion length Lw and the backside electrode retreat amount L2 described later are described only on the front end surface 14 side, but the window structure portion length Lw on the rear end surface 15 side and the backside electrode retreat amount L2 are omitted.
  • a first clad layer 2, a first light guide layer 3, an active layer 4, a second light guide layer 5, and a second clad layer 6 are sequentially formed with a Zn diffusion prevention film for preventing Zn diffusion. Formed on the entire surface of the wafer. The end region of the Zn diffusion prevention film where the window structure 8 is formed is removed by etching, and the contact layer 7 in the end region where the window structure 8 is formed is removed by etching using the Zn diffusion prevention film as a mask. .
  • an insulating film such as SiO 2 or SiN can be used.
  • the contact layer 7 in the end region where the window structure 8 is formed is removed because the diffusion rate of Zn in the contact layer 7 is very low. This is because the formation becomes difficult.
  • a ZnO film serving as a diffusion source of Zn is formed on the entire surface of the wafer.
  • at least Zn is diffused to the active layer 4 by thermal annealing to form a mixed crystal of the active layer 4 to form the window structure portion 8 including the window structure portion active layer 4a which is the mixed crystal active layer.
  • the window structure active layer 4a is a low-resistance active layer containing Zn and having a lower resistance than the active layer 4 inside the end face regions on the front end face 14 and the rear end face 15 side.
  • the thermal annealing conditions at this time are, for example, 620 ° C. and 30 minutes.
  • FIG. 1 shows an example in which the window structure 8 is also formed on the first cladding layer 2 and the semiconductor substrate 1.
  • the ZnO film and the Zn diffusion prevention film are all removed by etching, and the window structure forming step is completed.
  • the window structure portion forming step the above-described insulating film forming step, front side electrode forming step, back side electrode step, and end face covering step are performed.
  • the surface-side electrode 10 is formed on the surfaces of the contact layer 7 and the insulating film 9, and the contact layer 7 and the surface-side electrode 10 are joined through the opening of the insulating film 9 with low resistance.
  • the front-side electrode 10 is formed by laminating thin films such as Ti, Pt, and Au, and the total thickness of the front-side electrode 10 is 0.05 to 1.0 ⁇ m.
  • the backside electrode step the backside of the GaAs semiconductor substrate 1 is polished to a desired thickness, and the backside electrode 11 is joined to the polished backside. Then, the back surface electrode 11 is etched using ion milling or the like so that the back surface electrode retreat amount L2, which is the length between the end of the back surface electrode 11 and the laser end surface, is 120 ⁇ m or more.
  • the backside electrode 11 is formed by laminating thin films of Ti, Pt, Au, etc., and the total thickness of the backside electrode 11 is 0.05 to 1.0 ⁇ m.
  • each of the semiconductor lasers before the separation after the back side electrode step is cleaved so that the cavity length becomes 1.5 mm, and the front end face 14 is covered with a coating film 12 having a reflectance of 10%.
  • a coating film 13 having a reflectance of 90% is formed on the rear end face 15.
  • FIG. 2 shows the COD deterioration level of the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the horizontal axis is the backside electrode retreat amount L2, and the vertical axis is the COD degradation level [W].
  • the COD deterioration level is an index indicating the COD resistance, and is defined as an optical output at the time when COD deterioration occurs when a current is gradually passed through a semiconductor laser having a light emitting point width of 75 ⁇ m before long-term energization is performed. Things.
  • FIG. 2 shows an example in which the retreat amount L1 of the front-side electrode is 15 ⁇ m, 25 ⁇ m, and 50 ⁇ m.
  • the COD degradation level is reduced. Has little change. That is, when the window structure length Lw of the window structure 8 is the same as the retreat amount L1 of the front-side electrode, the COD deterioration level hardly improves.
  • the COD deterioration level value is increased by setting the retreat amount L2 of the back electrode to 120 ⁇ m or more, and a significant improvement in the COD deterioration level is confirmed. Was done.
  • FIG. 3 shows the results of evaluating the optical output when the device was operated at 45 ° C. and a supply current of 1.5 A at the time of measuring the COD deterioration level in FIG.
  • the horizontal axis represents the amount of retreat L2 of the back side electrode
  • the vertical axis represents the optical output [W] of the semiconductor laser 50.
  • FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser of Comparative Example 1
  • FIG. 7 is a diagram showing a current density of the semiconductor laser of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser of Comparative Example 2
  • FIG. 9 is a diagram showing a current density of the semiconductor laser of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing the COD deterioration level of the semiconductor laser of FIG. 8
  • FIG. 11 is a diagram showing the optical output of the semiconductor laser of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser of Comparative Example 3, and FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing a COD deterioration level of the semiconductor laser of FIG.
  • the semiconductor laser 60 shown in FIGS. 6 and 8 is an example of a red semiconductor laser in which the back surface side electrode 111 is formed from the front end surface 114 to the rear end surface 115.
  • the semiconductor laser 60 of FIG. 12 is an example of a red semiconductor laser in which the back surface side electrode 111 is formed shorter than the front end surface 114 and the rear end surface 115 by the back surface side electrode retreat amount L4.
  • FIG. 7 shows the current density at the position of the active layer 104 in the semiconductor laser 60 of Comparative Example 1
  • FIG. 9 shows the current density at the position of the active layer 104 in the semiconductor laser 60 of Comparative Example 2.
  • FIGS. 6, 8 and 12 show cross-sectional structures of the semiconductor laser 60 of each comparative example in the resonator direction (x direction) and the direction perpendicular thereto (z direction).
  • the semiconductor laser 60 of Comparative Example 1 shown in FIG. 6 has an n-type GaAs semiconductor substrate 101, and an n-type AlInP first cladding layer 102 and an undoped AlGaInP A first optical guide layer 103, an undoped GaInP active layer 104, an undoped AlGaInP second optical guide layer 105, a p-type AlInP second cladding layer 106, and a p-type GaAs contact layer 107 are sequentially formed. It is laminated.
  • the first clad layer 102, the first light guide layer 103, the second light guide layer 105, and the second clad layer 106 are made of an AlGaInP-based material.
  • window structure portions 108 whose band gaps are widened by the diffusion of Zn are formed.
  • An insulating film 109 of SiN for preventing current from being injected is formed on the surface of the window structure 108, and a surface-side electrode 110 is formed on the surface of the insulating film 9 and the surface of the contact layer 107.
  • a back surface side electrode 111 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 101.
  • the direction from the front end surface 114 to the rear end surface 115 is the x direction
  • the direction from the semiconductor substrate 101 to the active layer 104 is the z direction
  • the direction perpendicular to the x direction and the z direction is the y direction.
  • the active layer 104 a of the window structure 108 has a lower resistance than the active layer 104, and the window structure 108 has a lower resistance than the laser oscillation region inside the window structure 108.
  • the insulating film 9 of SiN is formed on the surface of the window structure 108, the surface-side electrode 110 is prevented from directly contacting the window structure 108.
  • the insulating film 9 is formed up to the end of a light emitting stripe such as a mesa stripe in a direction (y direction) perpendicular to the plane of FIG. 6 which is a direction perpendicular to the light reciprocating direction (x direction).
  • the side of the front end face 114 and the rear end face 115 which are the cleaved end faces of the semiconductor laser 60
  • the side of the front end face 114 from which the laser light is extracted (the laser light is output) is formed of a dielectric single layer or a multilayer film.
  • a low reflection coating film 112 is provided on the side of the rear end face 115 of the semiconductor laser 60.
  • a high-reflection coating film 113 formed of a dielectric multilayer film is formed.
  • the semiconductor laser 60 of Comparative Example 1 has a front surface side that is the length in the x direction from the front end surface 114 to the inner end surface of the insulating film 109 and the length in the x direction from the rear end surface 115 to the inner end surface of the insulating film 109.
  • the x-direction position xa indicates the x-direction position of the front end surface 114
  • the x-direction position xb indicates the inner end of the window structure 108 and the insulating film 109.
  • the x-direction position xd indicates the x-direction position of the rear end face 115
  • the x-direction position xc indicates the inner end of the window structure 108 and the insulating film 109.
  • the window structure portion length Lw of the window structure portion 108 on the front end surface 114 side is a length from the x direction position xa to the x direction position xb.
  • the window structure portion length Lw of the window structure portion 108 on the rear end surface 115 side is a length from the x direction position xc to the x direction position xd.
  • the positions xb and xc in the x direction are also boundaries between the window structure 108 and the laser oscillation region inside the window structure 108.
  • the front-side electrode retreat amount L3 and the window structure length Lw are described only on the front end face 114 side, but the front-side electrode retreat amount L3 and the window structure length Lw on the rear end face 115 side are omitted.
  • a window is an x-direction area on the front end face 114 side from the x-direction position xa to the x-direction position xb, and an x-direction area on the rear end face 115 side from the x-direction position xc to the x-direction position xd.
  • the current density of the current density characteristic 32 is higher than that of another region (another laser oscillation region) from the position xb in the x direction to the position xc in the x direction.
  • the horizontal axis is the position in the x direction
  • the vertical axis is the current density.
  • the window structure 108 has a structure in which current flows more easily than other regions other than the window structure 108.
  • the currents Ia, Ib, and Ic shown in FIG. 6 are currents at respective x-direction positions.
  • the current Ia flowing from the front-side electrode 110 to the rear-side electrode 111 has a larger current value than the other currents Ib and Ic.
  • the semiconductor laser 60 of Comparative Example 1 includes the low-resistance active layer 104a, and the heat generated by the current flowing through the window structure 108 having a lower resistance than the inner laser oscillation region raises the temperature of the laser end face, thereby increasing the band gap. Become smaller.
  • the active layer 104a in which Zn is diffused in the active layer 104 that is, in the active layer 104a of the window structure 108, the active layer 104 other than the window structure 108 may have a smaller band gap.
  • the current (current Ia) flowing through the window structure 108 increases because the forward voltage of the window structure 108 becomes smaller than that of other portions. Due to the Joule heat due to the current Ia and the non-radiative recombination via the impurity level, heat generation in the window structure 108 increases, and COD deterioration easily occurs.
  • FIG. 8 shows a semiconductor laser 60 of Comparative Example 2 to which an example of the method for suppressing the COD deterioration is applied.
  • the semiconductor laser 60 of the comparative example 2 shown in FIG. 8 is different from the semiconductor laser 60 of the comparative example 1 in that the width from the laser end face (the front end face 114 and the rear end face 115) of the window structure part 108, that is, the window structure part length Lw.
  • the difference is that the length of the insulating film 109 in the x direction is shorter than the amount of retreat L3 of the front surface electrode.
  • the x-direction position xe indicates the x-direction position of the inner end from the front end surface 114 of the insulating film 109
  • the x-direction position xf indicates the x-direction position of the inner end from the rear end surface 115 of the insulating film 109.
  • the current density characteristics 33 of the semiconductor laser 60 of Comparative Example 2 include the window structure portions in the region from the x-direction position xa to the x-direction position xb and the region from the x-direction position xc to the x-direction position xd.
  • the current density at 108 is smaller than the current density characteristic 32 of the semiconductor laser 60 of Comparative Example 1.
  • the semiconductor laser 60 of Comparative Example 2 can suppress the current flowing near the laser end faces of the front end face 114 and the rear end face 115 more than the semiconductor laser 60 of Comparative Example 1.
  • the horizontal axis is the position in the x direction
  • the vertical axis is the current density.
  • the currents Ia, Ib, Id, Ie, If shown in FIG. 8 are currents at the respective positions in the x direction.
  • Ib is indicated by a thick arrow because it has a larger current value than the other currents Id, Ie, If. Further, the current values Id, Ie, If described in the region from the x-direction position xb, which is the x-direction position of the end of the window structure 108, to the x-direction position xe, have the current values Id ⁇ Ie ⁇ If, The thickness of the arrow is changed and described.
  • the current in the entire area covered with the insulating film 109 in the vicinity of the laser end face is suppressed, so that the x-direction position xb in the laser oscillation area other than the window structure section 108 is obtained.
  • a portion having a smaller current density than the laser oscillation region from the position xe in the direction x to the position xf in the x direction occurs.
  • the current density in the active layer 104 increases in the region where the window structure 108 and the contact layer 107 are formed, the region from the x direction position xb to the x direction position xe and the x direction position xf to the x direction position xc This is because the current density in the active layer 104 is reduced by reducing the amount of current injected from the contact layer 107 in the contact layer non-formation region of the laser oscillation region, which is the region up to the above. Since the gain of the active layer medium in the portion where the current density is low is smaller than that in other portions where the current density is high, the temperature characteristic due to the carrier overflow due to the increase in the oscillation threshold or the threshold carrier density is increased. Problems such as deterioration occur. In some cases, the gain is equal to or less than 0, that is, a light absorption region, which causes a significant deterioration in characteristics and a decrease in differential efficiency.
  • FIG. 10 shows the COD deterioration level of the semiconductor laser 60 of Comparative Example 2.
  • the horizontal axis represents the amount of retreat L3 of the front electrode, and the vertical axis represents the COD deterioration level [W].
  • FIG. 10 shows a case where the window structure portion length Lw is 15 ⁇ m.
  • FIG. 11 shows the result of evaluating the optical output of the semiconductor laser 60 of Comparative Example 2.
  • the evaluation conditions for the light output are the same as the evaluation conditions for the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the amount of retreat L3 of the front surface side electrode, and the vertical axis represents the light output [W] of the semiconductor laser 60.
  • Patent Document 2 describes that the retreat amount L3 of the front-side electrode is preferably 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • Patent Document 2 has a structure in which a current non-injection region corresponding to a contact layer non-formation region is formed, but has no window structure using a GaN material. It is different from the structure of FIG.
  • the semiconductor laser 60 of Comparative Example 2 was found to be different from the example of Patent Document 2 in that the COD degradation level did not increase, that is, did not improve unless the amount of retreat L3 of the surface-side electrode was 100 ⁇ m or more.
  • the semiconductor laser 60 of Comparative Example 2 is an example in which the current density near the laser end faces (the front end face 114 and the rear end face 115) of the semiconductor laser 60 of Comparative Example 1 is reduced, but a problem such as a decrease in optical output occurs. . Then, in order to avoid the problem of the comparative example 2, a method different from the comparative example 2 is considered.
  • a method different from the comparative example 2 is considered.
  • an end of an n-electrode corresponding to a back surface side electrode usually formed in a laser region and a waveguide region is connected to a laser.
  • the inventor of the present invention also reduces the current density near the laser end face by separating the back side electrode 111 from the laser end faces (front end face 114 and rear end face 115) in the semiconductor laser 60 of Comparative Example 1. Thought there was a possibility.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional structure of the semiconductor laser 60 of Comparative Example 3
  • FIG. 13 shows a COD deterioration level of the semiconductor laser 60 of Comparative Example 3.
  • the semiconductor laser 60 of the comparative example 1 is different from the semiconductor laser 60 of the comparative example 1 in that the semiconductor laser 60 of the comparative example 1 includes the back surface electrode 111 in which the end of the back surface electrode 111 is moved inward from the laser end surface (the front end surface 114 and the rear end surface 115). different.
  • the x-direction position xg indicates the x-direction position of the end on the front end surface 114 side of the back-side electrode 111
  • the x-direction position xh indicates the x-direction position of the end on the rear end surface 115 side of the back-side electrode 111.
  • the length between the end of the back surface electrode 111 and the laser end surface (the front end surface 114 and the rear end surface 115) is the back surface electrode retreat amount L4.
  • the front-side electrode retreat amount L3, the back-side electrode retreat amount L4, and the window structure length Lw are described only on the front end surface 114 side, but the front-side electrode retreat amount L3 on the rear end surface 115 side, the back-side electrode retreat amount L4 and the window structure length Lw are omitted.
  • the length from the x-direction position xa to the x-direction position xg is the backside electrode retreat amount L4, and the length from the x-direction position xh to the x-direction position xd is the backside electrode retreat amount L4.
  • FIG. 13 shows the relationship between the backside electrode recession amount L4 and the COD deterioration level when the front surface side electrode recession amount L3 is 15 ⁇ m and the window structure length Lw is 15 ⁇ m.
  • the horizontal axis represents the backside electrode retreat amount L4
  • the vertical axis represents the COD deterioration level [W].
  • the COD degradation level hardly improved even if the backside electrode retreat amount L4 was increased. This is because, since the end of the contact layer 107 is close to the window structure 108, a large amount of current flows through the window structure 108 even if the end of the back side electrode 111 is separated from the laser end surface.
  • the semiconductor laser 50 of the first embodiment differs from the semiconductor lasers 60 of Comparative Examples 1 to 3 in that the COD deterioration level can be improved without deteriorating the characteristics of the semiconductor laser. it can.
  • the semiconductor laser 60 of Comparative Example 2 only the position closest to the laser end face (referred to as the front-side current injection position) in the portion where the front-side electrode 110 and the contact layer 107 are in contact is separated from the laser end face.
  • the front-side electrode retreat amount L3 is increased until the COD deterioration level is improved, the side effect that the light output is reduced occurs.
  • the semiconductor laser 50 according to the first embodiment when the backside electrode retreat amount L2 is larger than 120 ⁇ m, when the front side electrode retreat amount L1 is larger than 15 ⁇ m as shown in FIGS. It is possible to maintain good characteristics of a semiconductor laser in which the COD deterioration level is improved and the optical output is not significantly reduced.
  • the semiconductor laser 60 of Comparative Example 3 did not show a COD improvement effect as shown in FIG. 13 even when only the back surface electrode 111 was separated from the laser end face.
  • the semiconductor laser 50 of the first embodiment separates the back side electrode 11 from the laser end face and separates the front side electrode 10 from the laser end face, that is, separates the front side current injection position from the laser end face.
  • the COD improvement effect can be obtained while maintaining good semiconductor laser characteristics without a significant decrease in optical output.
  • FIG. 4 shows the current distribution near the front end face in the semiconductor laser 50 of the first embodiment
  • FIG. 5 shows the current density at the position of the active layer 4 in the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the position in the x direction
  • the vertical axis represents the current density.
  • the x-direction position x0 indicates the x-direction position of the front end surface 14
  • the x-direction position x1 indicates the x-direction position of the inner end from the front end surface 14 of the window structure 8
  • the x-direction position x2 indicates the insulating film.
  • 9 indicates the x-direction position of the inner end from the front end face 14, and the x-direction position x3 indicates the x-direction position of the end of the back electrode 11 on the front end face 14 side.
  • the x-direction position x7 indicates the x-direction position of the rear end face 15
  • the x-direction position x6 indicates the x-direction position of the inner end from the rear end face 15 of the window structure 8
  • the x-direction position x5 is the insulating film.
  • 9 indicates the x-direction position of the inner end from the rear end face 15
  • the x-direction position x4 indicates the x-direction position of the end on the rear end face 15 side of the back surface side electrode 11.
  • the currents I1, I2, I3, and I4 flowing from the portion where the front-side electrode 10 and the contact layer 7 are in contact flow toward the back-side electrode 11, and approach the center of the resonator as approaching the back-side electrode 11. (The center direction between the x direction position x3 and the x direction position x4). For this reason, the current I1 flowing through the window structure 8 is smaller than that in the case where the back surface side electrode 11 extends to the laser end face (see Comparative Example 2). In addition, since the surface-side current injection position (x-direction position x2, x5) is far from the window structure 8, the current flowing through the window structure 8 can be further reduced.
  • the currents I1, I2, I3, and I4 have the current values of I2 ⁇ I1 ⁇ I3 ⁇ I4, and the arrows of the current I2 having the smallest current value are described by thinning the arrows.
  • the front-side electrode retreat amount L1 at which the COD deterioration level starts to be improved can be significantly reduced.
  • the surface-side electrode retreat amount L3 at which the COD degradation level starts to improve is 100 ⁇ m
  • the front-side electrode retreat amount L1 exceeds 15 ⁇ m. From 25 to 25 ⁇ m, the COD degradation level begins to improve.
  • the current density characteristic 31 of the semiconductor laser 50 of the first embodiment is based on the width of the region where the current density is small, that is, the position in the x direction, of the active layer region other than the window structure 8.
  • the width of the region from x1 to the x-direction position x2 and the width of the region from the x-direction position x5 to the x-direction position x6 can be reduced.
  • the semiconductor laser 50 of the first embodiment since the width of the region where the current density is small in the active layer region other than the window structure portion 8 is small, unlike the semiconductor laser 60 of the comparative example 2, the adverse effect of the decrease in optical output is reduced. Can be reduced.
  • the amount of retreat L1 of the front surface side electrode can be made smaller than that of the second comparative example, and the end of the back surface side electrode 11 is separated from the laser end surface. , Current concentration near the surface side current injection position is reduced. Thereby, in the semiconductor laser 50 of the first embodiment, the heat generated at the extreme portion of the window structure active layer 4a is greatly reduced, and the internal deterioration due to the extreme heat is less likely to occur.
  • the backside electrode retreat amount L2 is several tens ⁇ m from the laser end face, for example, in order to avoid a problem such as separation of the backside electrode at the time of cleaving due to the backside electrode hanging at the cleavage position. Although there is a case where they are separated from each other, it can be seen from the results of FIG. 2 that the COD improvement effect cannot be obtained.
  • FIG. 1 shows an example in which the window structure portion length Lw is 15 ⁇ m and the front-side electrode recession amount L1 is longer than the window structure portion length Lw by 10 ⁇ m or more.
  • L1 is shown.
  • the front side current injection position is separated from the end of the window structure 8 (position x1, x6 in the x direction) by 10 ⁇ m or more.
  • the retreat amount L1 of the front surface side electrode is preferably longer than the window structure length Lw by 10 ⁇ m or more. Therefore, when the window structure portion length Lw is 25 ⁇ m, the front side current injection position is preferably 35 ⁇ m or more from the end face, that is, the front side electrode retreat amount L1 is preferably 35 ⁇ m or more.
  • the backside electrode retreat amount L2 that determines the end position of the backside electrode 11 is preferably 120 ⁇ m or more.
  • the backside electrode recession L2 that determines the end position of the backside electrode 11 is determined by the ratio A of the backside electrode recession L2 to the substrate thickness. It is preferable that the length be the same ratio or more. Assuming that the substrate thickness is T, the ratio A is L2 / T.
  • the substrate thickness of the semiconductor substrate 1 is preferably 100 ⁇ m and the backside electrode retreat amount L2 is preferably 120 ⁇ m or more, the ratio A is 1.2, that is, the backside electrode retreat amount.
  • L2 is preferably at least 1.2 times the substrate thickness T.
  • the backside electrode retreat amount L2 is 144 ⁇ m, and the end (position x2 in the x direction) of the backside electrode 11 is at least 144 ⁇ m away from the laser end surface (position x0 in the x direction). It can be said that it is preferable.
  • the front side current injection position (position x2, x5 in the x direction) is farther from the laser end face than the end (position x1, x6 in the x direction) of the window structure 8.
  • An example of the semiconductor laser is shown. In a normal semiconductor laser, light is extracted only from the front end face 14 side. Therefore, the front end face 14 side is coated with a low-reflection coating film 12 and the rear end face 15 side is coated with a high-reflection coating film 13. In general, light may be extracted from both end faces of the front end face 14 and the rear end face 15.
  • the front end face 14 from which the laser light of the semiconductor laser is output or the rear end face 15 that mainly reflects the laser light has the surface-side current injection position (x direction).
  • the position x2 or x5) may be configured to be farther from the laser end face than the end of the window structure 8 (position x1 or x6 in the x direction).
  • On the front end face 14 side of the laser end face when the front side current injection position (position x2 in the x direction) is farther from the laser end face than the end of the window structure 8 (position x1 in the x direction), deterioration of characteristics is suppressed.
  • the COD resistance of the front end face 14 of the laser end face can be improved.
  • the front side current injection position position x5 in the x direction
  • the front side current injection position position x6 in the x direction
  • the COD resistance of the rear end face 15 of the laser end face can be improved while suppressing the above.
  • the front side current injection position x direction position x2 or x5
  • the front side current injection position is farther from the laser end face than the end of the window structure 8 (x direction position x1 or x6).
  • the epitaxial layer on the laser facet is etched and then buried with an InP material to eliminate the waveguide (active layer) on the laser facet.
  • an InP material there is one having a structure (hereinafter, a semiconductor laser X).
  • a semiconductor laser X Such an end face structure may be referred to as a window structure.
  • the resistance of the InP buried portion is higher than that of the other portions. That is, the current value of the InP buried portion is smaller than that of the other portions.
  • An example of a semiconductor laser disclosed in the specification of the present application is a method for solving a problem that occurs when a window structure portion of a laser end face has a lower resistance than other portions, and shows such a feature.
  • a structure such as the semiconductor laser X having no front-side electrode 10 and the back-side electrode 11, which are determined by the front-side electrode retreat amount L1 and the back-side electrode retreat amount L2 the structure is disclosed in the present specification. It is not possible to enjoy the effect of one example of a semiconductor laser.
  • the semiconductor laser 50 according to the first embodiment includes the semiconductor substrate 1, the active layer 4 formed on the front side of the semiconductor substrate 1 via the first cladding layer 2, and the semiconductor substrate of the active layer 4.
  • a front side electrode formed on the front side opposite to the first side via a second cladding layer and a contact layer, and a back side electrode formed on a back side of the semiconductor substrate; It is a semiconductor laser that outputs laser light.
  • the semiconductor laser 50 according to the first embodiment has a low resistance in which the resistance is formed lower in the end face region on the side of the front end face 14 and the rear end face 15 where the laser light reciprocates and resonates than the active layer 4 inside the end face area.
  • a window structure portion 8 including an active layer (window structure portion active layer 4a) is provided.
  • An end of the contact layer 7 on the front end surface 14 side is a contact layer front end, and an end of the contact layer 7 on the rear end surface 15 side is a contact layer.
  • the length in the light reciprocating direction (the front-side electrode retreat amount L1) in which the laser light reciprocates between the front end and the front end surface 14 of the contact layer on the front end surface 14 side where the laser light is output is the rear end.
  • the length of the front end face side window structure portion (window structure length Lw) is 10 ⁇ m or more longer than the length of the front end face side window structure portion (window structure length Lw), which is the length in the light reciprocating direction between the boundary of the window structure portion 8 and the front end face 14. Length shorter than the length of It is.
  • the length of the back-side electrode 11 between the end on the front end face 14 side and the front end face 14 in the light reciprocating direction (back-side electrode retreat amount L2) is at least 1.2 times the substrate thickness of the semiconductor substrate 1 and The length is shorter than the length in the light reciprocating direction between the front end face 14 and the end on the rear end face 15 side of the back electrode 11.
  • the semiconductor laser 50 of the first embodiment has a front end face side window structure in which the length in the light reciprocation direction (retreat amount L1 of the front side electrode) in which the laser light reciprocates between the front end face of the contact layer and the front end face 14 reciprocates.
  • the length is 10 ⁇ m or more longer than the unit length (window structure unit length Lw), and the length of the back-side electrode 11 between the end on the front end face 14 side and the front end face 14 in the light reciprocating direction (back-side electrode retreat amount L2) is semiconductor. Since the thickness is at least 1.2 times the substrate thickness of the substrate 1, it is possible to improve the COD resistance of the window structure on the front end face side while suppressing the deterioration of the characteristics.
  • the semiconductor laser 50 according to the first embodiment includes a semiconductor substrate 1, an active layer 4 formed on the front side of the semiconductor substrate 1 via a first cladding layer 2, and an active layer 4 opposite to the semiconductor substrate 1.
  • a front-side electrode 10 formed on the back side of the semiconductor substrate 1 via a second clad layer 6 and a contact layer 7, and a back-side electrode 11 formed on the back side of the semiconductor substrate 1. It is a semiconductor laser to output.
  • the semiconductor laser 50 according to the first embodiment has a low resistance in which the resistance is formed lower in the end face region on the side of the front end face 14 and the rear end face 15 where the laser light reciprocates and resonates than the active layer 4 inside the end face area.
  • a window structure portion 8 including an active layer (window structure portion active layer 4a) is provided.
  • An end of the contact layer 7 on the front end surface 14 side is a contact layer front end
  • an end of the contact layer 7 on the rear end surface 15 side is a contact layer.
  • the length in the light reciprocating direction in which the laser light reciprocates between the rear end of the contact layer opposite to the front end surface 14 from which the laser light is output and the rear end surface 15 (the amount of retreat L1 on the front side electrode) is the rear end.
  • the length of the rear end side window structure portion (window structure length Lw), which is the length in the light reciprocating direction between the boundary of the window structure portion 8 on the end surface 15 side and the rear end surface 15, is at least 10 ⁇ m longer and is in contact with the rear end surface 15. From the length in the light reciprocating direction with the front end of the layer Short in length.
  • the length of the back-side electrode 11 between the end on the rear end face 15 side and the rear end face 15 in the light reciprocating direction (back-side electrode retreat amount L2) is at least 1.2 times the substrate thickness of the semiconductor substrate 1 and The length is shorter than the length in the light reciprocating direction between the rear end surface 15 and the end of the back electrode 11 on the front end surface 14 side.
  • the length of the laser beam in the light reciprocating direction (the amount of retreat L1 of the front surface electrode) in which the laser light reciprocates between the rear end of the contact layer and the rear end surface 15 has such a configuration.
  • the length is 10 ⁇ m or more longer than the length of the structure portion (window structure portion length Lw), and the length in the light reciprocating direction between the end of the back surface side electrode 11 on the rear end surface 15 side and the rear end surface 15 (back surface side electrode retreat amount L2). Since the thickness is 1.2 times or more the thickness of the semiconductor substrate 1, it is possible to improve the COD resistance of the window structure on the rear end face side while suppressing the deterioration of characteristics.
  • Embodiment 2 FIG.
  • the front side current injection position (position x2, x5 in the x direction) is higher than the end of the window structure 8 (position x1, x6 in the x direction).
  • position x2, x5 in the x direction is higher than the end of the window structure 8 (position x1, x6 in the x direction).
  • An example is shown in which the distance from the laser end surface is large. In a normal semiconductor laser, light is extracted only from the front end face 14 side. Therefore, the front end face 14 side is coated with a low-reflection coating film 12 and the rear end face 15 side is coated with a high-reflection coating film 13. Is common.
  • the insulation formed so that the front side current injection position is farther from the laser end face than the end of the window structure 8 (position x1 in the x direction).
  • the film 9 may be applied only to the front end face 14 side.
  • FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser according to the second embodiment.
  • the front-side electrode-side retreat amount L1f on the front end face 14 side is longer than the window structure length Lw
  • the front-side electrode retreat amount L1b on the rear end face 15 side is the same as the window structure length Lw. This is different from the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the front-side electrode retreat amount L1f is a length from the front end face 14 of the laser end face to the inner end of the insulating film 9
  • the front-side electrode retreat amount L1b is from the rear end face 15 of the laser end face to the inner end of the insulating film 9.
  • the retreat amount L1f of the front surface side electrode is preferably longer than the window structure portion length Lw by 10 ⁇ m or more.
  • the amount of retreat L2 of the back surface side electrode is 1.2 times the substrate thickness T of the semiconductor substrate 1.
  • the front-side electrode-side retreat amount L1f on the front end face 14 side is longer than the window structure portion length Lw by 10 ⁇ m or more, and at least the rear-side electrode retreat amount L2 on the front end face 14 side is the substrate of the semiconductor substrate 1. Since the thickness T is 1.2 times or more, the COD resistance can be improved while suppressing the deterioration of the characteristics.
  • the semiconductor laser 50 of the second embodiment has the same structure as the semiconductor laser 50 of the first embodiment because the structure from the center to the front end surface 14 side is the same as that of the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the semiconductor laser 50 according to the second embodiment includes the semiconductor substrate 1, the active layer 4 formed on the front side of the semiconductor substrate 1 via the first cladding layer 2, and the semiconductor substrate of the active layer 4.
  • a front side electrode formed on the front side opposite to the first side via a second cladding layer and a contact layer, and a back side electrode formed on a back side of the semiconductor substrate; It is a semiconductor laser that outputs laser light.
  • the semiconductor laser 50 according to the second embodiment has a low resistance in which the resistance is formed lower in the end face region on the side of the front end face 14 and the rear end face 15 where the laser light reciprocates and resonates than the active layer 4 inside the end face area.
  • a window structure portion 8 including an active layer (window structure portion active layer 4a) is provided.
  • An end of the contact layer 7 on the front end surface 14 side is a contact layer front end, and an end of the contact layer 7 on the rear end surface 15 side is a contact layer.
  • the length in the light reciprocating direction (the front-side electrode retreat amount L1) in which the laser light reciprocates between the front end and the front end surface 14 of the contact layer on the front end surface 14 side where the laser light is output is the rear end.
  • the length of the front end face side window structure portion (window structure length Lw) is 10 ⁇ m or more longer than the length of the front end face side window structure portion (window structure length Lw), which is the length in the light reciprocating direction between the boundary of the window structure portion 8 and the front end face 14.
  • Length shorter than the length of The length of the light reciprocating direction between the rear end of the contact layer and the rear end face 15 is the distance between the boundary of the window structure 8 on the rear end face 15 side and the light reciprocating direction between the rear end face 15.
  • the length is equal to or longer than the length of the rear end-side window structure portion (window structure length Lw), and is shorter than the length of the rear end surface 15 and the front end of the contact layer in the light reciprocating direction.
  • the length of the back-side electrode 11 between the end on the front end face 14 side and the front end face 14 in the light reciprocating direction (back-side electrode retreat amount L2) is at least 1.2 times the substrate thickness of the semiconductor substrate 1 and The length is shorter than the length in the light reciprocating direction between the front end face 14 and the end on the rear end face 15 side of the back electrode 11.
  • the semiconductor laser 50 according to the second embodiment has a front end face side window structure in which the length in the light reciprocation direction (retreat amount L1 of the front side electrode) in which the laser light reciprocates between the front end of the contact layer and the front end face 14 reciprocates.
  • the length of the back-and-forth direction of the contact layer between the rear end face and the rear end face 15 is longer than the section length (window structure length Lw).
  • the length in the light reciprocating direction between the end of the back surface side electrode 11 on the front end surface 14 side and the front end surface 14 is equal to or longer than the structural portion length Lw). Since it is 1.2 times or more, it is possible to improve COD resistance while suppressing deterioration of characteristics.
  • the semiconductor substrate 1 is an n-type semiconductor substrate and is opposite to the semiconductor substrate 1 with the undoped first light guide layer 3, active layer 4, and second light guide layer 5 interposed therebetween.
  • the semiconductor substrate 1 is a p-type semiconductor substrate, and a semiconductor on the opposite side of the semiconductor substrate 1 with the undoped first light guide layer 3, active layer 4 and second light guide layer 5 interposed therebetween.
  • the layer may be an n-type semiconductor layer. Also in this case, it is possible to improve the COD resistance of the window structure on at least one of the laser end faces while suppressing the deterioration of the characteristics.
  • FIG. 15 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser according to the third embodiment.
  • the semiconductor laser 50 of the third embodiment is different from the semiconductor laser of the third embodiment in that the conductivity type of the semiconductor material sandwiching the undoped first light guide layer 3, active layer 4, and second light guide layer 5 is reversed. This is different from the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the semiconductor laser 50 according to the third embodiment has a p-type GaAs semiconductor substrate 41, and a first cladding layer 42 made of p-type AlInP is directly formed on the semiconductor substrate 41 on the surface of the semiconductor substrate 41. It is formed so as to be joined.
  • a first light guide layer 3 made of undoped AlInP is formed on the surface of the first clad layer 42 (the surface opposite to the semiconductor substrate 41).
  • a second light guide layer 5 made of undoped AlGaInP is formed on the surface of the active layer 4.
  • a second clad layer 46 made of n-type AlInP is formed on the surface of the second optical guide layer 5, and a contact layer 47 made of n-type GaAs is formed on the surface of the second clad layer 46. Is formed.
  • the first clad layer 42, the first light guide layer 3, the second light guide layer 5, and the second clad layer 46 are made of an AlGaInP-based material.
  • the thickness (substrate thickness) of the semiconductor substrate 41 is, for example, 100 ⁇ m.
  • the thickness of the first cladding layer 42 is about 1.0 ⁇ m, and its carrier concentration is about 1.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the first light guide layer 3 and the second light guide layer 5 is about 0.1 ⁇ m, and the thickness of the active layer 4 is about 8 to 20 nm.
  • the thickness of the second cladding layer 46 is about 1.0 ⁇ m, and its carrier concentration is about 1.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the contact layer 47 is about 0.02 ⁇ m, and the carrier concentration thereof is about 1.0 to 2.0 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • Other configurations are the same as those of the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the semiconductor laser 50 according to the third embodiment has the same structure as the semiconductor laser 50 according to the first embodiment except that the conductivity type of the semiconductor material is different.
  • Has the effect of FIG. 15 shows an example of the same structure as the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the conductivity type of the semiconductor material may be reversed.
  • FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor laser according to the fourth embodiment.
  • the semiconductor laser 50 according to the fourth embodiment is different from the semiconductor laser according to the first embodiment in that the window structure includes a window structure 48 having a lower resistance than a region other than the window structure by using Si implantation or the like. Different from 50.
  • Si ions or the like are ion-implanted from the contact layer 7 side.
  • an ion-implantation is performed after forming an insulating film such as SiO 2 or SiN in which a region to be implanted is opened. It is not necessary to remove the contact layer 7 in the region where the window structure 48 is formed when performing ion implantation. However, before forming the front-side electrode 10, the contact layer 7 in the region where the window structure 48 is formed is removed. Have been.
  • the window structure active layer 4a of the window structure 48 includes Si, and has a lower resistance active layer formed with a lower resistance than the active layer 4 inside the end face regions on the front end face 14 and the rear end face 15 side. It is.
  • the semiconductor laser 50 according to the fourth embodiment has the same structure as the semiconductor laser 50 according to the first embodiment except for the impurity in the low-resistance window structure 48 except for the impurity. It has the same effect as.
  • FIG. 16 illustrates an example of the same structure as the semiconductor laser 50 of the first embodiment.
  • the low-resistance window structure 48 can be applied to the structure of the semiconductor lasers 50 of the second and third embodiments.
  • the semiconductor lasers 50 of the first to fourth embodiments may use the semiconductor materials shown in the comparative examples.
  • the semiconductor laser 50 of the third embodiment using the semiconductor material shown in the comparative example is one in which the conductivity type of the semiconductor material sandwiching the undoped GaInP active layer is inverted.
  • at least one of the front end face 14 and the rear end face 15 is such that the front-side electrode retreat amount L1 is 10 ⁇ m or more larger than the window structure length Lw. Since the length L2 of the back side electrode is 1.2 times or more the substrate thickness T of the semiconductor substrate 1, it is possible to improve the COD resistance of the window structure on at least one of the laser end faces while suppressing the deterioration of characteristics. it can.
  • the example has been described in which the window structure length Lw on the front end face 14 is equal to the window structure length Lw on the rear end face 15.
  • the window structure length Lw on the front end face 14 and the rear end face 15 are different.
  • the side window structure part length Lw may be different length.
  • the backside electrode retreat amount L2 on the front end surface 14 side is equal to the backside electrode retreat amount L2 on the rear end surface 15 side
  • the electrode retreat amount L2 may have a different length.
  • the example has been described in which the surface-side electrode retreat amount L1 on the front end surface 14 side is equal to the front-side electrode retreat amount L1 on the rear end surface 15 side.
  • the electrode retreat amount L1 and the front-side electrode retreat amount L1 on the rear end face 15 side may have different lengths.
  • SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 2 ... First clad layer, 4 ... Active layer, 4a ... Window structure part active layer (low resistance active layer), 6 ... Second clad layer, 7 ... Contact layer, 8 ... Window structure part Reference numeral 10: Front side electrode, 11: Back side electrode, 12: Coating film, 13: Coating film, 14: Front end face, 15: Rear end face, 50: Semiconductor laser, L1, L1f, L1b: Treatment of front side electrode Amount, L2: Backside electrode retreat amount, Lw: Window structure section length

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Abstract

半導体レーザ（５０）は、前端面（１４）及び後端面（１５）の側の端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層（４ａ）を含む窓構造部（８）を備えており、コンタクト層（７）における前端面（１４）側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層（７）における後端面（１５）側の端をコンタクト層後端とし、コンタクト層前端と前端面（１４）とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（Ｌ１）が前端面側窓構造部長（Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前端面（１４）とコンタクト層後端との光往復方向の長さよりも短い長さであり、裏面側電極（１１）における前端面（１４）側の端と前端面（１４）との光往復方向の長さ（Ｌ２）が半導体基板（１）の基板厚の１．２倍以上でかつ前端面（１４）と裏面側電極（１１）における後端面（１５）側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。

Description

半導体レーザ
　本願は、半導体レーザに関するものである。
　半導体レーザを用いた光源は、他の光源と比較して、小型、色再現性が良い、低消費電力、高輝度といったメリットを持っており、プロジェクタ、シネマなどの投射型ディスプレイ用の光源として使用されている。この半導体レーザの寿命は、主にＣＯＤ劣化（Catastrophic Optical Mirror Damage、端面光学損傷）と呼ばれる劣化と、Ｓｌｏｗ劣化（緩慢劣化）と呼ばれる劣化とによって決定される。このうち、ＣＯＤ劣化の発生要因は以下のようなものである。
　レーザ端面では、ダングリングボンドの存在などにより、本来のバンドギャップのエネルギー領域内に界面準位が存在する。界面付近における活性層のバンドギャップは、これに引きずられるような形で曲がるため、他の部分よりも小さくなっている。これは、レーザ光の吸収が大きくなることを意味しており、このレーザ光の吸収によってレーザ端面付近の温度が上昇する。レーザ端面付近の温度が上昇することにより、さらにバンドギャップが小さくなることで、さらにレーザ光の吸収が増大するといった正のフィードバックプロセスをたどることになり、最終的にレーザ端面が融解する。
　半導体レーザでは、このような問題を緩和するために、例えば特許文献１のように窓構造と呼ばれる構造が採用されることが多い。この窓構造は、レーザ端面付近のバンドギャップを拡大する方法の一つであり、レーザ端面の吸収を抑制することでＣＯＤ劣化を発生させにくくするものである。ここで、赤色半導体レーザの場合は、特許文献１のようにレーザ端面に亜鉛（Ｚｎ）などの不純物を拡散させることで、レーザの活性層付近の原子をミキシングし、バンドギャップを拡大する方法がよく知られている。
　ＣＯＤ劣化の発生にはレーザ端面での光吸収が大きく関わっている。しかし、窓構造が形成された窓構造部を備えた半導体レーザでは、Ｚｎの拡散などによる窓構造部の抵抗が小さくなるため、窓構造部に流れる電流による発熱によりレーザ端面の温度が上昇し、バンドギャップが小さくなる場合がある。特に、不純物拡散により窓構造部を形成する場合、窓構造部に１×１０１８ｃｍ－３以上程度の不純物が存在すること、不純物拡散により活性層のバンドギャップが小さくなることで、窓構造部の順方向電圧が他の部分よりも小さくなることなどにより、窓構造部に流れる電流が大きくなる。この電流によるジュール熱及び不純物準位を介した非発光再結合により、窓構造部における発熱が大きくなり、ＣＯＤ劣化が発生し易くなる。
　特許文献２には、ＣＯＤ劣化の原因となるレーザ端面近傍を流れる電流による発熱を抑制する方法として、半導体基板の表面側であって活性層よりも上層に形成された表面側電極であるｐ電極及びコンタクト層をレーザ端面よりも離して、電流非注入領域を形成することが提案されている。特許文献２の半導体レーザは、レーザ端面側の表面側電極及びコンタクト層が除去されたクラッド層の表面にＳｉＯ２膜（絶縁膜）が形成されている。
特開平５－２１８５９３号公報（図３） 特開２００２－１６４６１７号公報（００１３段、００２４段、図１）
　特許文献２の半導体レーザは、窓構造部を有しない構造ではあるが、レーザ端面の電流値を低減することでＣＯＤ劣化の発生抑制を図るものとなっている。ここで、不純物拡散を用いた窓構造部を備えた半導体レーザにおいて、表面側電極及びコンタクト層をレーザ端面よりも離し、レーザ端面側の表面側電極及びコンタクト層が除去されたクラッド層の表面に絶縁膜が形成されている場合を考える。ｐ電極がコンタクト層に接している領域で最もレーザ端面に近い点とレーザ端面との長さを表面側電極後退量と呼ぶことにし、レーザ端面側の表面側電極及びコンタクト層が除去されたクラッド層の表面に絶縁膜が形成された領域をコンタクト層非形成領域と呼ぶことにする。
　特許文献１の不純物拡散を用いた窓構造部を備えた半導体レーザにおいて、窓構造部のレーザ端面からの幅を表面側電極後退量よりも小さくすることで、レーザ端面近傍を流れる電流を抑制することが可能になる。一方で、レーザ端面近傍のうち、絶縁膜で覆っている領域全体の電流が抑制されることから、窓構造部ではないレーザ発振領域において、他のレーザ発振領域よりも電流密度が小さい部分が発生する。これは、活性層における電流密度が窓構造部及びコンタクト層が形成された領域で大きくなるものの、レーザ発振領域におけるコンタクト層非形成領域では電流注入量が減ることで活性層における電流密度が小さくなるためである。この電流密度が小さい部分の活性層媒質利得は、他の電流密度が高い部分よりも利得が小さくなるため、発振しきい値の増大又はしきい値キャリア密度増大によるキャリアオーバーフローに起因する温度特性の悪化などの問題が発生する。場合によっては、利得が０以下、すなわち光吸収領域となり、大幅な特性悪化、微分効率低下などを引き起こすことになる。
　本願明細書に開示される技術は、特性悪化を抑制しながら少なくとも一方のレーザ端面側にＣＯＤ耐性が向上した窓構造部を備えた半導体レーザを得ることを目的とする。
　本願明細書に開示される一例の半導体レーザは、半導体基板と、半導体基板の表面側に第一のクラッド層を介して形成された活性層と、活性層の半導体基板と反対側である表面側に第二のクラッド層、コンタクト層を介して形成された表面側電極と、半導体基板の裏面側に形成された裏面側電極と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザである。半導体レーザは、レーザ光が往復して共振する前端面及び後端面の側の端面領域に、端面領域より内側の活性層よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層を含む窓構造部を備えており、コンタクト層における前端面側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層における後端面側の端をコンタクト層後端とし、レーザ光が出力される前端面側のコンタクト層前端と前端面とのレーザ光が往復する光往復方向の長さは、前端面側の窓構造部の境界と前端面との光往復方向の長さである前端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前端面とコンタクト層後端との光往復方向の長さよりも短い長さである。裏面側電極における前端面側の端と前端面との光往復方向の長さは、半導体基板における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前端面と裏面側電極における後端面側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。
　本願明細書に開示される一例の半導体レーザは、コンタクト層前端と前端面とのレーザ光が往復する光往復方向の長さが前端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さであり、裏面側電極における前端面側の端と前端面との光往復方向の長さが半導体基板の基板厚の１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながら前端面側の窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。
実施の形態１に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。 図１の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図である。 図１の半導体レーザの光出力を示す図である。 図１の半導体レーザの電流を示す図である。 図１の半導体レーザの電流密度を示す図である。 比較例１の半導体レーザの断面構造を示す図である。 図６の半導体レーザの電流密度を示す図である。 比較例２の半導体レーザの断面構造を示す図である。 図８の半導体レーザの電流密度を示す図である。 図８の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図である。 図８の半導体レーザの光出力を示す図である。 比較例３の半導体レーザの断面構造を示す図である。 図１２の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図である。 実施の形態２に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。 実施の形態３に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。 実施の形態４に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。図２は図１の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図であり、図３は図１の半導体レーザの光出力を示す図である。図４は図１の半導体レーザの電流を示す図であり、図５は図１の半導体レーザの電流密度を示す図である。実施の形態１の半導体レーザ５０は前端面１４及び後端面１５をレーザ光が往復して共振する共振器構造を備えている。図１では、実施の形態１の半導体レーザ５０のレーザ光が往復する方向である共振器方向（ｘ方向）及びこれに垂直な方向（ｚ方向）の断面構造を示した。半導体レーザ５０はｎ型のＧａＡｓの半導体基板１を有しており、この半導体基板１の表面には、ｎ型のＡｌＩｎＰからなる第一のクラッド層２が半導体基板１に直接接合するように形成されている。この第一のクラッド層２の表面（半導体基板１と反対側の面）には、アンドープのＡｌＩｎＰからなる第一の光ガイド層３が形成されており、第一の光ガイド層３の表面にはアンドープのＧａＩｎＰからなる活性層４が形成されている。活性層４の表面にはアンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる第二の光ガイド層５が形成されており、第二の光ガイド層５の表面にはｐ型のＡｌＩｎＰからなる第二のクラッド層６が形成されており、さらに第二のクラッド層６の表面にはｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層７が形成されている。第一のクラッド層２、第一の光ガイド層３、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層６は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されている。
　半導体基板１の厚さ（基板厚）は、例えば１００μｍである。第一のクラッド層２の厚さは１．０μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０×１０１８ｃｍ－３程度である。第一の光ガイド層３および第二の光ガイド層５の厚さは０．１μｍ程度であり、活性層４の厚さは８～２０ｎｍ程度である。第二のクラッド層６の厚さは１．０μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０×１０１８ｃｍ－３程度である。コンタクト層７の厚さは０．０２μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０～２．０×１０１９ｃｍ－３程度である。
　前端面１４から内側の領域および後端面１５から内側の領域には、Ｚｎの拡散によりバンドギャップが拡大された窓構造部８が形成されている。前端面１４から後端面１５の方向はｘ方向であり、半導体基板１から活性層４の方向はｚ方向であり、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向はｙ方向である。窓構造部８における光が往復する方向（ｘ方向）の長さである窓構造部長Ｌｗは１５μｍである。光が往復する方向は、適宜光往復方向とも呼ぶことにする。窓構造部８および第二のクラッド層６の窓構造部８側の表面に電流を非注入とするためのＳｉＮの絶縁膜９が形成され、絶縁膜９の表面及びコンタクト層７の表面に表面側電極１０が形成されている。半導体基板１の裏面に裏面側電極１１が形成されている。半導体レーザ５０のへき開端面である前端面１４、後端面１５のうち、レーザ光を取り出す（レーザ光が出力される）前端面１４の側には、誘電体の単層あるいは多層膜から形成される低反射の被覆膜１２が施されている。また、半導体レーザ５０の後端面１５の側には、誘電体の多層膜で形成される高反射の被覆膜１３が形成されている。なお、絶縁膜９は、光往復方向（ｘ方向）と垂直な方向である図１の紙面に垂直な方向（ｙ方向）において、メサストライプ等の発光ストライプの端部まで形成されている。
　第一のクラッド層２、第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層６、コンタクト層７は、順次積層される。第一のクラッド層２、第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層６、コンタクト層７を形成する工程は、それぞれ第一のクラッド層形成工程、第一の光ガイド層形成工程、活性層形成工程、第二の光ガイド層形成工程、第二のクラッド層形成工程、コンタクト層形成工程である。コンタクト層形成工程後に、後述する窓構造部形成工程により半導体レーザ５０の前端面１４側の領域及び半導体レーザ５０の後端面１５側の領域に窓構造部８が形成される。窓構造部形成工程の後に、絶縁膜形成工程により絶縁膜９を形成される。絶縁膜形成工程の後に、表面側電極形成工程により表面側電極１０が形成され、裏面側電極工程により裏面側電極１１が形成される。表面側電極形成工程及び裏面側電極工程の後に、半導体レーザ５０を個別に分離し、へき開端面である前端面１４及び後端面１５にそれぞれ被覆膜１２、１３を形成する端面被覆工程が実行される。
　表面側電極１０は、コンタクト層７に接している側と反対側すなわち外向面側（半導体レーザ５０の表面側）の光往復方向の長さ（ｘ方向の長さ）が、コンタクト層７に接している側すなわち内向面側の光往復方向の長さよりも長くなっている。絶縁膜９における前端面１４から内側の端面までの長さ及び絶縁膜９における後端面１５から内側の端面までの長さは、いずれもＬ１である。図１では、前端面１４側のみにＬ１を記載したが、後端面１５の絶縁膜９における後端面１５から内側の端面までの長さＬ１は省略した。この長さＬ１は、表面側電極１０におけるコンタクト層７に接している側すなわち内向面側で半導体レーザ５０のレーザ端面（前端面１４又は後端面１５）の側の端と、該当レーザ端面（前端面１４又は後端面１５）との長さに等しい。この長さＬ１は、表面側電極１０がコンタクト層７を介して第二のクラッド層６に接触しない前端面１４又は後端面１５側の領域における光往復方向の長さであり、前端面１４又は後端面１５から内側に後退した長さ（表面側電極後退量）でもある。適宜、長さＬ１は表面側電極後退量Ｌ１と呼ぶことにする。コンタクト層７における前端面１４側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層７における後端面１５側の端をコンタクト層後端とすると、長さＬ１はコンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ又はコンタクト層後端と後端面１５との光往復方向の長さでもある。図１では、表面側電極後退量Ｌ１は２５μｍ以上であり、窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長くなっている例を示した。なお、図１では、前端面１４側のみに窓構造部長Ｌｗ、後述する裏面側電極後退量Ｌ２を記載したが、後端面１５側の窓構造部長Ｌｗ、裏面側電極後退量Ｌ２は省略した。
　窓構造部８の形成する窓構造部形成工程を説明する。まずＺｎの拡散を防止するＺｎ拡散防止膜を、第一のクラッド層２、第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層６が順次形成されたウエハ全表面に形成する。このＺｎ拡散防止膜における窓構造部８を形成する端部領域をエッチングによって除去し、このＺｎ拡散防止膜をマスクとして、窓構造部８を形成する端部領域のコンタクト層７をエッチングにより除去する。Ｚｎ拡散防止膜は、ＳｉＯ２又はＳｉＮなどの絶縁膜を用いることができる。ここで、窓構造部８を形成する端部領域のコンタクト層７を除去するのは、コンタクト層７内ではＺｎの拡散速度が非常に遅いため、コンタクト層７がある場合に窓構造部８の形成が困難となるためである。その後、ウエハ全表面にＺｎの拡散源となるＺｎＯ膜を形成する。その後、熱アニールにより、少なくともＺｎを活性層４まで拡散させて活性層４を混晶化して、混晶化された活性層である窓構造部活性層４ａを含む窓構造部８を形成する。窓構造部活性層４ａは、Ｚｎが含まれており、前端面１４及び後端面１５の側の端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層である。このときの熱アニール条件は、例えば、６２０°Ｃ、３０分である。図１では、窓構造部８が、第一のクラッド層２、半導体基板１にも形成されている例を示した。
　次に、ＺｎＯ膜およびＺｎ拡散防止膜をエッチングにより全て除去して、窓構造部形成工程が終了する。窓構造部形成工程の後に、前述した絶縁膜形成工程、表面側電極形成工程、裏面側電極工程、端面被覆工程が実行される。
　表面側電極形成工程にて、コンタクト層７および絶縁膜９の表面に表面側電極１０が形成され、絶縁膜９の開口を通してコンタクト層７と表面側電極１０とが低抵抗接合している。表面側電極１０はＴｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの薄膜を積層したものであり、表面側電極１０の全厚さは０．０５～１．０μｍである。
　その後、裏面側電極工程にて、ＧａＡｓの半導体基板１の裏面を研磨によって所望の厚さにし、研磨された裏面に裏面側電極１１を接合する。その後、裏面側電極１１の端とレーザ端面間の長さである裏面側電極後退量Ｌ２が１２０μｍ以上になるように、イオンミリングなどを用いて裏面側電極１１をエッチングする。
　裏面側電極１１はＴｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの薄膜を積層したもので、裏面側電極１１の全厚さは０．０５～１．０μｍである。端面被覆工程にて、裏面側電極工程が終了した分離前の各半導体レーザを、共振器長が１．５ｍｍとなるようにへき開し、前端面１４に反射率１０％の被覆膜１２を、後端面１５に反射率９０％の被覆膜１３を形成する。
　次に、実施の形態１の半導体レーザ５０の作用を説明する。図２に、実施の形態１の半導体レーザ５０のＣＯＤ劣化レベルを示した。横軸は裏面側電極後退量Ｌ２であり、縦軸はＣＯＤ劣化レベル［Ｗ］である。ＣＯＤ劣化レベルは、ＣＯＤ耐性を示す指標であり、長期の通電を実施する前の発光点幅７５μｍの半導体レーザに電流を徐々に流したときに、ＣＯＤ劣化が発生した時点の光出力で定義したものである。図２では、表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍ、２５μｍ、５０μｍの例を示した。表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍ、つまり、窓構造部８の窓構造部長Ｌｗと表面側電極後退量Ｌ１とが同じであった場合は、裏面側電極後退量Ｌ２を大きくしてもＣＯＤ劣化レベルはほとんど変化がない。すなわち、窓構造部８の窓構造部長Ｌｗと表面側電極後退量Ｌ１とが同じであった場合は、ＣＯＤ劣化レベルはほとんど改善しない。一方、表面側電極後退量Ｌ１を２５μｍあるいは５０μｍとした場合は、裏面側電極後退量Ｌ２を１２０μｍ以上にすることで、ＣＯＤ劣化レベル値が増大しており、大幅なＣＯＤ劣化レベルの改善が確認された。
　図２のＣＯＤ劣化レベル測定の際に４５°Ｃ、供給電流が１．５Ａにて動作させた場合の光出力を評価した結果を図３に示した。横軸は裏面側電極後退量Ｌ２であり、縦軸は半導体レーザ５０の光出力［Ｗ］である。表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍ、２５μｍ、５０μｍのいずれの場合も大きな光出力の低下は確認できず、良好な結果が得られた。
　比較例と比較しながら実施の形態１の半導体レーザ５０の作用を説明する。図６は比較例１の半導体レーザの断面構造を示す図であり、図７は図６の半導体レーザの電流密度を示す図である。図８は比較例２の半導体レーザの断面構造を示す図であり、図９は図８の半導体レーザの電流密度を示す図である。図１０は図８の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図であり、図１１は図８の半導体レーザの光出力を示す図である。図１２は比較例３の半導体レーザの断面構造を示す図であり、図１３は図１２の半導体レーザのＣＯＤ劣化レベルを示す図である。図６、図８の半導体レーザ６０は、裏面側電極１１１が前端面１１４から後端面１１５まで形成された赤色半導体レーザの例である。図１２の半導体レーザ６０は、裏面側電極１１１が前端面１１４及び後端面１１５から裏面側電極後退量Ｌ４だけ短く形成された赤色半導体レーザの例である。図７は比較例１の半導体レーザ６０における活性層１０４の位置における電流密度を示しており、図９は比較例２の半導体レーザ６０における活性層１０４の位置における電流密度を示している。
　図６、図８、図１２では、各比較例の半導体レーザ６０における共振器方向（ｘ方向）及びこれに垂直な方向（ｚ方向）の断面構造を示した。図６に示した比較例１の半導体レーザ６０は、ｎ型のＧａＡｓの半導体基板１０１を有しており、半導体基板１０１表面に、ｎ型のＡｌＩｎＰの第一のクラッド層１０２、アンドープのＡｌＧａＩｎＰの第一の光ガイド層１０３、アンドープのＧａＩｎＰの活性層１０４、アンドープのＡｌＧａＩｎＰの第二の光ガイド層１０５、ｐ型のＡｌＩｎＰの第二のクラッド層１０６、ｐ型のＧａＡｓのコンタクト層１０７が順次積層されている。第一のクラッド層１０２、第一の光ガイド層１０３、第二の光ガイド層１０５、第二のクラッド層１０６は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されている。前端面１１４から内側の領域および後端面１１５から内側の領域には、Ｚｎの拡散によりバンドギャップが拡大された窓構造部１０８が形成されている。窓構造部１０８の表面には電流を非注入とするためのＳｉＮの絶縁膜１０９が形成され、絶縁膜９の表面及びコンタクト層１０７の表面に表面側電極１１０が形成されている。半導体基板１０１の裏面に裏面側電極１１１が形成されている。前端面１１４から後端面１１５の方向はｘ方向であり、半導体基板１０１から活性層１０４の方向はｚ方向であり、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向はｙ方向である。
　Ｚｎの拡散による窓構造部１０８の結晶表面については、Ｚｎの拡散が実施されることから結晶の荒れが発生し易くなっている。さらに、窓構造部１０８の活性層１０４ａが活性層１０４よりも低抵抗となっており、窓構造部１０８は窓構造部１０８よりも内側のレーザ発振領域よりも低抵抗となっている。この窓構造部１０８の表面にＳｉＮの絶縁膜９を形成することで、表面側電極１１０が窓構造部１０８に直接接触しないようにしている。なお、絶縁膜９は、光往復方向（ｘ方向）と垂直な方向である図６の紙面に垂直な方向（ｙ方向）において、メサストライプ等の発光ストライプの端部まで形成されている。
　半導体レーザ６０のへき開端面である前端面１１４、後端面１１５のうち、レーザ光を取り出す（レーザ光が出力される）前端面１１４の側には、誘電体の単層あるいは多層膜から形成される低反射の被覆膜１１２が施されている。また、半導体レーザ６０の後端面１１５の側には、誘電体の多層膜で形成される高反射の被覆膜１１３が形成されている。比較例１の半導体レーザ６０は、絶縁膜１０９における前端面１１４から内側の端面までのｘ方向の長さ及び絶縁膜１０９における後端面１１５から内側の端面までのｘ方向の長さである表面側電極後退量Ｌ３と窓構造部長Ｌｗとが等しい例である。ｘ方向位置ｘａは前端面１１４のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘｂは窓構造部１０８及び絶縁膜１０９の内側の端を示している。ｘ方向位置ｘｄは後端面１１５のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘｃは窓構造部１０８及び絶縁膜１０９の内側の端を示している。前端面１１４側の窓構造部１０８の窓構造部長Ｌｗは、ｘ方向位置ｘａからｘ方向位置ｘｂまで長さである。後端面１１５側の窓構造部１０８の窓構造部長Ｌｗは、ｘ方向位置ｘｃからｘ方向位置ｘｄまで長さである。なお、ｘ方向位置ｘｂ、ｘｃは窓構造部１０８と窓構造部１０８よりも内側のレーザ発振領域との境界でもある。図６では、前端面１１４側のみに表面側電極後退量Ｌ３及び窓構造部長Ｌｗを記載したが、後端面１１５側の表面側電極後退量Ｌ３及び窓構造部長Ｌｗは省略した。
　図７に示すように、ｘ方向位置ｘａからｘ方向位置ｘｂまでの前端面１１４側のｘ方向領域、及びｘ方向位置ｘｃからｘ方向位置ｘｄまでの後端面１１５側のｘ方向領域である窓構造部１０８は、ｘ方向位置ｘｂからｘ方向位置ｘｃまでの他の領域（他のレーザ発振領域）よりも電流密度特性３２の電流密度が高くなっている。図７において、横軸はｘ方向位置であり、縦軸は電流密度である。この図７からも分かるように、窓構造部１０８は窓構造部１０８以外の他の領域よりも電流が流れやすい構造になっている。なお、図６に示した電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは、各ｘ方向位置における電流である。窓構造部１０８において、表面側電極１１０から裏面側電極１１１へ流れる電流Ｉａは、他の電流Ｉｂ、Ｉｃよりも電流値が大きな電流なので、太い矢印で示した。
　比較例１の半導体レーザ６０は、低抵抗の活性層１０４ａを含み、内側のレーザ発振領域よりも低抵抗の窓構造部１０８に流れる電流による発熱により、レーザ端面の温度が上昇し、バンドギャップが小さくなる。背景技術で説明したように、活性層１０４におけるＺｎが拡散した活性層１０４ａ、すなわち窓構造部１０８の活性層１０４ａでは、窓構造部１０８以外の活性層１０４よいもバンドギャップが小さくなることで、窓構造部１０８の順方向電圧が他の部分よりも小さくなることなどにより、窓構造部１０８に流れる電流（電流Ｉａ）が大きくなる。この電流Ｉａによるジュール熱及び不純物準位を介した非発光再結合により、窓構造部１０８における発熱が大きくなり、ＣＯＤ劣化が発生し易くなる。
　このＣＯＤ劣化を抑制する方法の一例を適用した比較例２の半導体レーザ６０を図８に示した。図８に示した比較例２の半導体レーザ６０は、比較例１の半導体レーザ６０とは、窓構造部１０８のレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）からの幅、すなわち窓構造部長Ｌｗが絶縁膜１０９のｘ方向の長さである表面側電極後退量Ｌ３よりも短くなっている点で異なっている。ｘ方向位置ｘｅは絶縁膜１０９の前端面１１４から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘｆは絶縁膜１０９の後端面１１５から内側の端のｘ方向位置を示している。図９に示すように、比較例２の半導体レーザ６０の電流密度特性３３は、ｘ方向位置ｘａからｘ方向位置ｘｂまでの領域及びｘ方向位置ｘｃからｘ方向位置ｘｄまでの領域の窓構造部１０８における電流密度が、比較例１の半導体レーザ６０の電流密度特性３２よりも小さくなっている。このことから、比較例２の半導体レーザ６０は、比較例１の半導体レーザ６０よりも前端面１１４、後端面１１５のレーザ端面近くに流れる電流を抑制することができることが分かる。図９において、横軸はｘ方向位置であり、縦軸は電流密度である。なお、図８に示した電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｄ、Ｉｅ、Ｉｆは、各ｘ方向位置における電流である。窓構造部１０８において表面側電極１１０から裏面側電極１１１へ流れる電流Ｉａ及びコンタクト層１０７の端のｘ方向位置であるｘ方向位置ｘｅよりも内側で表面側電極１１０から裏面側電極１１１へ流れる電流Ｉｂは、他の電流Ｉｄ、Ｉｅ、Ｉｆよりも電流値が大きな電流なので、太い矢印で示した。また、窓構造部１０８の端のｘ方向位置であるｘ方向位置ｘｂからｘ方向位置ｘｅまでの領域に記載した電流Ｉｄ、Ｉｅ、Ｉｆは、電流値がＩｄ＜Ｉｅ＜Ｉｆになっており、矢印の太さを変えて記載した。
　一方で、比較例２の半導体レーザ６０は、レーザ端面近傍のうち、絶縁膜１０９で覆っている領域全体の電流が抑制されることから、窓構造部１０８ではないレーザ発振領域におけるｘ方向位置ｘｂからｘ方向位置ｘｅまでの領域及びｘ方向位置ｘｆからｘ方向位置ｘｃまでの領域において、ｘ方向位置ｘｅからｘ方向位置ｘｆまでのレーザ発振領域よりも電流密度が小さい部分が発生する。これは、活性層１０４における電流密度が窓構造部１０８及びコンタクト層１０７が形成された領域で大きくなるものの、ｘ方向位置ｘｂからｘ方向位置ｘｅまでの領域及びｘ方向位置ｘｆからｘ方向位置ｘｃまでの領域であるレーザ発振領域のコンタクト層非形成領域ではコンタクト層１０７からの電流注入量が減ることで活性層１０４における電流密度が小さくなるためである。この電流密度が小さい部分の活性層媒質利得は、他の電流密度が高い部分よりも利得が小さくなるため、発振しきい値の増大又はしきい値キャリア密度増大によるキャリアオーバーフローに起因する温度特性の悪化などの問題が発生する。場合によっては、利得が０以下、すなわち光吸収領域となり、大幅な特性悪化、微分効率低下などを引き起こすことになる。
　図１０に、比較例２の半導体レーザ６０のＣＯＤ劣化レベルを示した。横軸は表面側電極後退量Ｌ３であり、縦軸はＣＯＤ劣化レベル［Ｗ］である。図１０では、窓構造部長Ｌｗが１５μｍの場合を示した。図１１には、比較例２の半導体レーザ６０の光出力を評価した結果を示した。光出力の評価条件は、実施の形態１の半導体レーザ５０の評価条件と同じである。横軸は表面側電極後退量Ｌ３であり、縦軸は半導体レーザ６０の光出力［Ｗ］である。特許文献２には、表面側電極後退量Ｌ３は５μｍから５０μｍが好ましいと記載されている。しかし、特許文献２の実施例は、コンタクト層非形成領域に該当する電流非注入領域が形成されているものの、ＧａＮ材料を用いて窓構造部を有しない構造であり、比較例２の半導体レーザ６０の構造と異なっている。比較例２の半導体レーザ６０は、特許文献２の実施例と異なり、表面側電極後退量Ｌ３が１００μｍ以上でないと、ＣＯＤ劣化レベルが増大しない、すなわち改善しないことが分かった。
　表面側電極後退量Ｌ３が１００μｍ以上でＣＯＤ劣化レベルの改善効果が見られる理由は、図９のように窓構造部１０８を含むレーザ端面付近の電流密度が低くなった結果、発熱が抑制されたためと考えられる。しかしながら、図１１のように、表面側電極後退量Ｌ３が大きくなるほど、光出力が低下することが分かる。これは前述の通り、窓構造部１０８以外のコンタクト層非形成領域（レーザ発振領域のコンタクト層非形成領域）において電流密度が小さくなったためと考えられる。さらに、比較例２の半導体レーザ６０は、コンタクト層非形成領域の部分を流れる電流が、ほぼ全てコンタクト層１０７の端部から供給されることになるため、コンタクト層１０７の端部で電流が集中し、コンタクト層１０７の端部での劣化が発生し易くなるという問題点もある。
　図１０、図１１に示すように、比較例２の半導体レーザ６０では、ＣＯＤ劣化レベルの向上効果と光出力の低下防止効果とが完全なトレードオフの関係であることが分かる。Ｚｎの拡散などにより形成された窓構造部１０８の抵抗が小さくなるような構造では、窓構造部１０８に電流が流れやすいので、表面側電極後退量Ｌ３を比較的大きくしないとＣＯＤ劣化レベルの改善効果を得ることができず、比較的大きな表面側電極後退量Ｌ３により光出力低下の問題が発生し易いものと考えられる。
　比較例２の半導体レーザ６０は、比較例１の半導体レーザ６０におけるレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）近傍の電流密度を低減する一例であったが、光出力低下の問題等が発生する。そこで、比較例２の問題点を避けるために、比較例２と異なる方法を考える。例えば、特許６２１０１８６号の実施の形態１では、半導体レーザ及び光導波路が集積された光半導体素子において、レーザ領域及び導波領域に通常形成される裏面側電極に該当するｎ電極の端を、レーザ領域及び導波領域の接合部からレーザ領域側に移動させてｎ電極の領域を縮小することで、レーザ領域の接合部付近における電流密度が低減することが示されている。発明者は、特許６２１０１８６号と同じように、比較例１の半導体レーザ６０においても裏面側電極１１１をレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）から離すことにより、レーザ端面近傍の電流密度を低減する可能性があると考えた。
　図１２に比較例３の半導体レーザ６０の断面構造を示し、図１３に比較例３の半導体レーザ６０のＣＯＤ劣化レベルを示した。比較例３の半導体レーザ６０は、裏面側電極１１１の端をレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）から内側に移動した裏面側電極１１１を備える点で、比較例１の半導体レーザ６０とは異なる。ｘ方向位置ｘｇは裏面側電極１１１の前端面１１４側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘｈは裏面側電極１１１の後端面１１５側の端のｘ方向位置を示している。裏面側電極１１１の端とレーザ端面（前端面１１４、後端面１１５）との間の長さが裏面側電極後退量Ｌ４である。図１２では、前端面１１４側のみに表面側電極後退量Ｌ３、裏面側電極後退量Ｌ４、窓構造部長Ｌｗを記載したが、後端面１１５側の表面側電極後退量Ｌ３、裏面側電極後退量Ｌ４、窓構造部長Ｌｗは省略した。ｘ方向位置ｘａからｘ方向位置ｘｇまでの長さが裏面側電極後退量Ｌ４であり、ｘ方向位置ｘｈからｘ方向位置ｘｄまでの長さが裏面側電極後退量Ｌ４である。
　図１３は、表面側電極後退量Ｌ３が１５μｍであり、窓構造部長Ｌｗが１５μｍである場合において、裏面側電極後退量Ｌ４とＣＯＤ劣化レベルとの関係を示したものである。図１３において、横軸は裏面側電極後退量Ｌ４であり、縦軸はＣＯＤ劣化レベル［Ｗ］である。図１３に示すように、裏面側電極後退量Ｌ４を大きくしても、ＣＯＤ劣化レベルはほとんど改善しないことが分かった。これは、コンタクト層１０７の端が窓構造部１０８に近いことから、たとえ裏面側電極１１１の端をレーザ端面から離したとしても、電流が窓構造部１０８に多く流れることが理由である。
　このように、窓構造部１０８の抵抗が低い場合は、比較例２の半導体レーザ６０で示した表面側電極１１０をレーザ端面から離す方法及び比較例３の半導体レーザ６０で示した裏面側電極１１１をレーザ端面から離す方法のいずれにおいても、半導体レーザの特性を悪化させることなくＣＯＤ劣化レベルを向上させることは困難であることが確認された。
　実施の形態１の半導体レーザ５０は、図２、図３に示したように、比較例１～３の半導体レーザ６０と異なり、半導体レーザの特性を悪化させることなくＣＯＤ劣化レベルを向上させることができる。比較例２の半導体レーザ６０では、表面側電極１１０とコンタクト層１０７が接触している部分で最もレーザ端面に近い位置（表面側電流注入位置と呼ぶ）のみをレーザ端面から離した場合は、図１０、図１１のようにＣＯＤ劣化レベルが改善するまで表面側電極後退量Ｌ３を大きくすると光出力が低下するという副作用が発生していた。これに対して、実施の形態１の半導体レーザ５０は、裏面側電極後退量Ｌ２を１２０μｍよりも大きくすると、図２、図３のように表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍより大きい場合には、ＣＯＤ劣化レベルが改善しておりかつ光出力の大幅な低下のない良好な半導体レーザの特性を維持できる。
　比較例３の半導体レーザ６０は、裏面側電極１１１のみをレーザ端面から離したとしても、図１３のようにＣＯＤ改善効果は見られなかった。これに対して、実施の形態１の半導体レーザ５０は、裏面側電極１１をレーザ端面から離すと共に、表面側電極１０をレーザ端面から離すことすなわち表面側電流注入位置をレーザ端面から離すことで、光出力の大幅な低下のない良好な半導体レーザの特性を維持しながらＣＯＤ改善効果を得ることができる。
　実施の形態１の半導体レーザ５０が図２、図３の結果を得られる理由を、図４、図５を用いて考察する。図４は実施の形態１の半導体レーザ５０における前端面付近の電流分布を示しており、図５は実施の形態１の半導体レーザ５０における活性層４の位置における電流密度を示している。図５において、横軸はｘ方向位置であり、縦軸は電流密度である。ｘ方向位置ｘ０は前端面１４のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ１は窓構造部８の前端面１４から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ２は絶縁膜９の前端面１４から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ３は裏面側電極１１の前端面１４側の端のｘ方向位置を示している。ｘ方向位置ｘ７は後端面１５のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ６は窓構造部８の後端面１５から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ５は絶縁膜９の後端面１５から内側の端のｘ方向位置を示しており、ｘ方向位置ｘ４は裏面側電極１１の後端面１５側の端のｘ方向位置を示している。
　表面側電極１０とコンタクト層７とが接触している部分から流れる電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、裏面側電極１１に向かって流れており、裏面側電極１１に近づくに従って共振器の中心方向（ｘ方向位置ｘ３とｘ方向位置ｘ４との中心方向）に流れようとする。このため、窓構造部８に流れる電流Ｉ１は、裏面側電極１１がレーザ端面まである場合（比較例２参照）に比べると少なくなる。これに加えて、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２、ｘ５）が窓構造部８から離れていることで、さらに窓構造部８に流れる電流を低減することができる。図４に示した電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、各ｘ方向位置における電流である。電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、電流値がＩ２＜Ｉ１＜Ｉ３＜Ｉ４になっており、最も電流値の小さい電流Ｉ２の矢印を細くして記載した。
　実施の形態１の半導体レーザ５０は、表面側電流注入位置および裏面側電極１１の端が同時にレーザ端面から離れていることで、比較例２のように表面側電流注入位置のみがレーザ端面から離れている場合に比べて、ＣＯＤ劣化レベルが改善し始める表面側電極後退量Ｌ１を大幅に小さくすることが可能になる。具体的には、比較例２ではＣＯＤ劣化レベルが改善し始める表面側電極後退量Ｌ３が１００μｍであるのに対して、実施の形態１の半導体レーザ５０では、表面側電極後退量Ｌ１が１５μｍ超から２５μｍの間でＣＯＤ劣化レベルが改善し始める。その結果、図５に示すように、実施の形態１の半導体レーザ５０における電流密度特性３１は、窓構造部８以外の活性層領域のうち、電流密度が小さくなる領域の幅、すなわちｘ方向位置ｘ１からｘ方向位置ｘ２までの領域の幅及びｘ方向位置ｘ５からｘ方向位置ｘ６までの領域の幅を小さくすることができる。実施の形態１の半導体レーザ５０は、窓構造部８以外の活性層領域のうち、電流密度が小さくなる領域の幅が小さいので、比較例２の半導体レーザ６０と異なり、光出力低下の悪影響を低減することができる。
　また、実施の形態１の半導体レーザ５０は、表面側電極後退量Ｌ１を比較例２よりも小さくできること、および裏面側電極１１の端がレーザ端面から離れていることで電流が共振器の中心方向に流れることにより、表面側電流注入位置付近の電流集中は緩和される。これにより、実施の形態１の半導体レーザ５０は、窓構造部活性層４ａの極部発熱が大きく緩和され、極部発熱による内部劣化が発生しにくくなる。
　ここで、裏面側電極後退量Ｌ２については、例えばへき開位置に裏面側電極が掛かることで、へき開の際における裏面側電極の剥離等の問題が出ることを避けるために、レーザ端面から数十μｍ離す場合があるが、これではＣＯＤ改善効果が得られないことが図２の結果から分かる。
　実施の形態１の半導体レーザ５０では、図１において窓構造部長Ｌｗを１５μｍ、表面側電極後退量Ｌ１を窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長くした例を示しているが、好ましい表面側電極後退量Ｌ１を示す。これまでの実験結果および説明から分かるように、窓構造部８を流れる電流を抑制するためには、表面側電流注入位置を窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１、ｘ６）から１０μｍ以上離すことが好ましい。すなわち、表面側電極後退量Ｌ１は窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長いことが好ましい。したがって、窓構造部長Ｌｗが２５μｍである場合は、表面側電流注入位置は端面から３５μｍ以上とすることが好ましい、すなわち表面側電極後退量Ｌ１は３５μｍ以上とすることが好ましい。
　また、実施の形態１の半導体レーザ５０における、裏面側電極１１の端位置を決定する裏面側電極後退量Ｌ２は、１２０μｍ以上が好ましいことを示した。しかし、ｎ型のＧａＡｓの半導体基板１の基板厚が厚い場合は、半導体基板１内の横方向抵抗（ｘ方向抵抗）が小さくなる。そのため、ｎ型のＧａＡｓの半導体基板１の基板厚が厚い場合は、裏面側電極１１の端位置を決定する裏面側電極後退量Ｌ２を、裏面側電極後退量Ｌ２と基板厚との比率Ａと同じ比率の長さ以上にすることが好ましい。基板厚をＴとすると、比率ＡはＬ２／Ｔである。実施の形態１の半導体レーザ５０では、半導体基板１の基板厚が１００μｍであり、裏面側電極後退量Ｌ２が１２０μｍ以上であることが好ましいので、比率Ａが１．２、すなわち裏面側電極後退量Ｌ２が基板厚Ｔの１．２倍以上であることが好ましい。例えば、基板厚Ｔを１２０μｍとする場合は、裏面側電極後退量Ｌ２が１４４μｍであり、裏面側電極１１の端（ｘ方向位置ｘ２）はレーザ端面（ｘ方向位置ｘ０）より１４４μｍ以上離れていることが好ましいと言える。
　なお、レーザ端面の前端面１４および後端面１５の側において、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２、ｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１、ｘ６）よりもレーザ端面から離れている半導体レーザの例を示した。通常の半導体レーザにおいては、前端面１４側からのみ光を取り出すため、前端面１４側を低反射の被覆膜１２でコーティングし、後端面１５側を高反射の被覆膜１３でコーティングすることが一般的であり、これ以外に前端面１４および後端面１５の両端面から光を取り出す場合もある。そこで、半導体レーザのレーザ光の出力値等によっては、半導体レーザのレーザ光が出力される前端面１４又は主にレーザ光を反射させる後端面１５の一方のみにおいて、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２又はｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１又はｘ６）よりもレーザ端面から離れている構成にしても構わない。レーザ端面の前端面１４の側において、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１）よりもレーザ端面から離れている場合には、特性悪化を抑制しながらレーザ端面の前端面１４のＣＯＤ耐性を向上させることができる。また、レーザ端面の後端面１５の側において、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ６）よりもレーザ端面から離れている場合には、特性悪化を抑制しながらレーザ端面の後端面１５のＣＯＤ耐性を向上させることができる。前端面１４の側又は後端面１５の側の一方のみにおいて、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２又はｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１又はｘ６）よりもレーザ端面から離れている構成でも、図２、図３に示した評価結果と同様の結果が得られる。
　なお、通信用レーザに用いられるＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いた半導体レーザでは、レーザ端面部のエピタキシャル層をエッチングした後に、ＩｎＰ材料などで埋め込むことで、レーザ端面部の導波路（活性層）を無くしてしまう構造を持つものがある（以降、半導体レーザＸ）。このような端面構造を窓構造と呼ぶことがあるが、このような構造の場合、ＩｎＰ埋め込み部の抵抗は、それ以外の部分よりも大きい。つまりＩｎＰ埋め込み部の電流値は、それ以外の部分よりも小さくなる。本願明細書に開示される一例の半導体レーザは、レーザ端面の窓構造部分が他の部分よりも低抵抗である場合に発生する問題を解決する方法を示したものであり、そのような特徴を持たない半導体レーザＸのような構造においては、表面側電極後退量Ｌ１、裏面側電極後退量Ｌ２で決定される表面側電極１０、裏面側電極１１を採用したとしても、本願明細書に開示される一例の半導体レーザの効果を享受できるものではない。
　以上のように、実施の形態１の半導体レーザ５０は、半導体基板１と、半導体基板１の表面側に第一のクラッド層２を介して形成された活性層４と、活性層４の半導体基板１と反対側である表面側に第二のクラッド層６、コンタクト層７を介して形成された表面側電極１０と、半導体基板１の裏面側に形成された裏面側電極１１と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザである。実施の形態１の半導体レーザ５０は、レーザ光が往復して共振する前端面１４及び後端面１５の側の端面領域に、端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層（窓構造部活性層４ａ）を含む窓構造部８を備えており、コンタクト層７における前端面１４側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層７における後端面１５側の端をコンタクト層後端とし、レーザ光が出力される前端面１４側のコンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）は、前端面１４側の窓構造部８の境界と前端面１４との光往復方向の長さである前端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前端面１４とコンタクト層後端との光往復方向の長さよりも短い長さである。裏面側電極１１における前端面１４側の端と前端面１４との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）は、半導体基板１における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前端面１４と裏面側電極１１における後端面１５側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。実施の形態１の半導体レーザ５０は、このような構成により、コンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）が前端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さであり、裏面側電極１１における前端面１４側の端と前端面１４との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）が半導体基板１の基板厚の１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながら前端面側の窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。
　また、実施の形態１の半導体レーザ５０は、半導体基板１と、半導体基板１の表面側に第一のクラッド層２を介して形成された活性層４と、活性層４の半導体基板１と反対側である表面側に第二のクラッド層６、コンタクト層７を介して形成された表面側電極１０と、半導体基板１の裏面側に形成された裏面側電極１１と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザである。実施の形態１の半導体レーザ５０は、レーザ光が往復して共振する前端面１４及び後端面１５の側の端面領域に、端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層（窓構造部活性層４ａ）を含む窓構造部８を備えており、コンタクト層７における前端面１４側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層７における後端面１５側の端をコンタクト層後端とし、レーザ光が出力される前端面１４側と反対側のコンタクト層後端と後端面１５とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）は、後端面１５側の窓構造部８の境界と後端面１５との光往復方向の長さである後端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さでかつ後端面１５とコンタクト層前端との光往復方向の長さよりも短い長さである。裏面側電極１１における後端面１５側の端と後端面１５との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）は、半導体基板１における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ後端面１５と裏面側電極１１における前端面１４側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。実施の形態１の半導体レーザ５０は、このような構成により、コンタクト層後端と後端面１５とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）が後端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さであり、裏面側電極１１における後端面１５側の端と後端面１５との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）が半導体基板１の基板厚の１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながら後端面側の窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、レーザ端面の前端面１４および後端面１５の側において、表面側電流注入位置（ｘ方向位置ｘ２、ｘ５）が窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１、ｘ６）よりもレーザ端面から離れている例を示した。通常の半導体レーザにおいては、前端面１４側からのみ光を取り出すため、前端面１４側を低反射の被覆膜１２でコーティングし、後端面１５側を高反射の被覆膜１３でコーティングすることが一般的である。この場合、ＣＯＤ劣化が先に発生するのは前端面１４側となるので、表面側電流注入位置を窓構造部８の端（ｘ方向位置ｘ１）よりもレーザ端面から離すように形成された絶縁膜９を前端面１４側のみに適用してもよい。
　図１４は、実施の形態２に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。実施の形態２の半導体レーザ５０は、前端面１４側の表面側電極後退量Ｌ１ｆが窓構造部長Ｌｗよりも長く、後端面１５側の表面側電極後退量Ｌ１ｂが窓構造部長Ｌｗと同じである点で、実施の形態１の半導体レーザ５０と異なる。表面側電極後退量Ｌ１ｆはレーザ端面の前端面１４から絶縁膜９の内側の端までの長さであり、表面側電極後退量Ｌ１ｂはレーザ端面の後端面１５から絶縁膜９の内側の端までの長さである。表面側電極後退量Ｌ１ｆは、実施の形態１で説明したように、窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長いことが好ましい。裏面側電極後退量Ｌ２は、実施の形態１で説明したように、半導体基板１の基板厚Ｔの１．２倍であることが好ましい。実施の形態２の半導体レーザ５０は、前端面１４側の表面側電極後退量Ｌ１ｆが窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長く、少なくとも前端面１４側の裏面側電極後退量Ｌ２が半導体基板１の基板厚Ｔの１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながらＣＯＤ耐性を向上させることができる。実施の形態２の半導体レーザ５０は、中央部から前端面１４側の構造が実施の形態１の半導体レーザ５０と同じなので、実施の形態１の半導体レーザ５０と同様の効果を奏する。
　以上のように、実施の形態２の半導体レーザ５０は、半導体基板１と、半導体基板１の表面側に第一のクラッド層２を介して形成された活性層４と、活性層４の半導体基板１と反対側である表面側に第二のクラッド層６、コンタクト層７を介して形成された表面側電極１０と、半導体基板１の裏面側に形成された裏面側電極１１と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザである。実施の形態２の半導体レーザ５０は、レーザ光が往復して共振する前端面１４及び後端面１５の側の端面領域に、端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層（窓構造部活性層４ａ）を含む窓構造部８を備えており、コンタクト層７における前端面１４側の端をコンタクト層前端とし、コンタクト層７における後端面１５側の端をコンタクト層後端とし、レーザ光が出力される前端面１４側のコンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）は、前端面１４側の窓構造部８の境界と前端面１４との光往復方向の長さである前端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前端面１４とコンタクト層後端との光往復方向の長さよりも短い長さであり、コンタクト層後端と後端面１５との光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）は、後端面１５側の窓構造部８の境界と後端面１５との光往復方向の長さである後端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）以上の長さでかつ後端面１５とコンタクト層前端との光往復方向の長さよりも短い長さである。裏面側電極１１における前端面１４側の端と前端面１４との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）は、半導体基板１における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前端面１４と裏面側電極１１における後端面１５側の端との光往復方向の長さよりも短い長さである。実施の形態２の半導体レーザ５０は、このような構成により、コンタクト層前端と前端面１４とのレーザ光が往復する光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）が前端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）よりも１０μｍ以上長い長さであり、コンタクト層後端と後端面１５との光往復方向の長さ（表面側電極後退量Ｌ１）が後端面側窓構造部長（窓構造部長Ｌｗ）以上の長さであり、裏面側電極１１における前端面１４側の端と前端面１４との光往復方向の長さ（裏面側電極後退量Ｌ２）が半導体基板１の基板厚の１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながらＣＯＤ耐性を向上させることができる。
実施の形態３．
　実施の形態１及び２は、半導体基板１がｎ型の半導体基板で、アンドープの第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５を挟んだ半導体基板１と逆側の半導体層がｐ型の半導体層である構造の例を示した。しかし、これとは逆に半導体基板１がｐ型の半導体基板で、アンドープの第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５を挟んだ半導体基板１と逆側の半導体層がｎ型の半導体層であってもよい。この場合も、特性悪化を抑制しながら少なくとも一方のレーザ端面側における窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。
　図１５は、実施の形態３に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。実施の形態３の半導体レーザ５０は、アンドープの第一の光ガイド層３、活性層４、第二の光ガイド層５を挟んでいる半導体材料の導電型が反転している点で、実施の形態１の半導体レーザ５０と異なる。実施の形態３の半導体レーザ５０はｐ型のＧａＡｓの半導体基板４１を有しており、この半導体基板４１の表面には、ｐ型のＡｌＩｎＰからなる第一のクラッド層４２が半導体基板４１に直接接合するように形成されている。この第一のクラッド層４２の表面（半導体基板４１と反対側の面）には、アンドープのＡｌＩｎＰからなる第一の光ガイド層３が形成されており、第一の光ガイド層３の表面にはアンドープのＧａＩｎＰからなる活性層４が形成されている。活性層４の表面にはアンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる第二の光ガイド層５が形成されている。第二の光ガイド層５の表面にはｎ型のＡｌＩｎＰからなる第二のクラッド層４６が形成されており、さらに第二のクラッド層４６の表面にはｎ型のＧａＡｓからなるコンタクト層４７が形成されている。第一のクラッド層４２、第一の光ガイド層３、第二の光ガイド層５、第二のクラッド層４６は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成されている。
　半導体基板４１の厚さ（基板厚）は、例えば１００μｍである。第一のクラッド層４２の厚さは１．０μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０×１０１８ｃｍ－３程度である。第一の光ガイド層３および第二の光ガイド層５の厚さは０．１μｍ程度であり、活性層４の厚さは８～２０ｎｍ程度である。第二のクラッド層４６の厚さは１．０μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０×１０１８ｃｍ－３程度である。コンタクト層４７の厚さは０．０２μｍ程度であり、そのキャリア濃度は１．０～２．０×１０１９ｃｍ－３程度である。この他の構成は、実施の形態１の半導体レーザ５０と同じである。
　実施の形態３の半導体レーザ５０は、半導体材料の導電型が異なっているが、その他は実施の形態１の半導体レーザ５０と同じ構造を備えているので、実施の形態１の半導体レーザ５０と同様の効果を奏する。なお、図１５では、実施の形態１の半導体レーザ５０と同じ構造の例を示した。しかし、図１４に示した実施の形態２の半導体レーザ５０の構造において、半導体材料の導電型を反転させてもよい。
実施の形態４．
　実施の形態１～３では、Ｚｎの拡散を用いた窓構造部８の例を示した。Ｚｎの拡散を用いた窓構造部８は窓構造部８より内側の部分よりも低抵抗なので、窓構造部８はＺｎの拡散を用いた窓構造に限らず、低抵抗であればよい。図１６は、実施の形態４に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。実施の形態４の半導体レーザ５０は、窓構造部がＳｉ注入を用いるなどにより窓構造部以外の領域よりも低抵抗である窓構造部４８を備えている点で、実施の形態１の半導体レーザ５０と異なる。窓構造部４８を形成する窓構造部形成工程において、コンタクト層７側からＳｉイオン等をイオン注入する。イオン注入によりＳｉイオン等をイオン注入する場合は、注入する領域が開口されたＳｉＯ２又はＳｉＮなどの絶縁膜を形成した後にイオン注入を行う。イオン注入を行う際に窓構造部４８を形成する領域のコンタクト層７を除去する必要はないが、表面側電極１０を形成する前には窓構造部４８を形成する領域のコンタクト層７は除去されている。窓構造部４８の窓構造部活性層４ａは、Ｓｉが含まれており、前端面１４及び後端面１５の側の端面領域より内側の活性層４よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層である。
　実施の形態４の半導体レーザ５０は、低抵抗の窓構造部４８における不純物が異なるが、その他は実施の形態１の半導体レーザ５０と同じ構造を備えているので、実施の形態１の半導体レーザ５０と同様の効果を奏する。なお、図１６では、実施の形態１の半導体レーザ５０と同じ構造の例を示した。しかし、低抵抗の窓構造部４８は、実施の形態２及び３の半導体レーザ５０の構造にも適用できる。
　なお、実施の形態１～４の半導体レーザ５０は、比較例に示した半導体材料を用いてもよい。比較例に示した半導体材料を用いた実施の形態３の半導体レーザ５０は、アンドープのＧａＩｎＰの活性層を挟んでいる半導体材料の導電型が反転したものである。比較例に示した半導体材料を用いた実施の形態１～４の半導体レーザ５０は、少なくとも前端面１４側、後端面１５の一方において、表面側電極後退量Ｌ１が窓構造部長Ｌｗよりも１０μｍ以上長く、裏面側電極後退量Ｌ２が半導体基板１の基板厚Ｔの１．２倍以上であるので、特性悪化を抑制しながら少なくとも一方のレーザ端面側における窓構造部のＣＯＤ耐性を向上させることができる。
　なお、実施の形態１～４では、前端面１４側の窓構造部長Ｌｗが後端面１５側の窓構造部長Ｌｗに等しい例で説明したが、前端面１４側の窓構造部長Ｌｗと後端面１５側の窓構造部長Ｌｗとが異なる長さであってよい。前端面１４側の裏面側電極後退量Ｌ２が後端面１５側の裏面側電極後退量Ｌ２に等しい例で説明したが、前端面１４側の裏面側電極後退量Ｌ２と後端面１５側の裏面側電極後退量Ｌ２とが異なる長さであってよい。また、実施の形態１、３、４では、前端面１４側の表面側電極後退量Ｌ１が後端面１５側の表面側電極後退量Ｌ１に等しい例で説明したが、前端面１４側の表面側電極後退量Ｌ１と後端面１５側の表面側電極後退量Ｌ１とが異なる長さであってよい。
　なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１…半導体基板、２…第一のクラッド層、４…活性層、４ａ…窓構造部活性層（低抵抗活性層）、６…第二のクラッド層、７…コンタクト層、８…窓構造部、１０…表面側電極、１１…裏面側電極、１２…被覆膜、１３…被覆膜、１４…前端面、１５…後端面、５０…半導体レーザ、Ｌ１、Ｌ１ｆ、Ｌ１ｂ…表面側電極後退量、Ｌ２…裏面側電極後退量、Ｌｗ…窓構造部長

Claims (10)

  1. 　半導体基板と、前記半導体基板の表面側に第一のクラッド層を介して形成された活性層と、前記活性層の前記半導体基板と反対側である表面側に第二のクラッド層、コンタクト層を介して形成された表面側電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された裏面側電極と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザであって、
    前記レーザ光が往復して共振する前端面及び後端面の側の端面領域に、前記端面領域より内側の前記活性層よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層を含む窓構造部を備え、
    前記コンタクト層における前記前端面側の端をコンタクト層前端とし、前記コンタクト層における前記後端面側の端をコンタクト層後端とし、
    前記レーザ光が出力される前記前端面側の前記コンタクト層前端と前記前端面との前記レーザ光が往復する光往復方向の長さは、前記前端面側の前記窓構造部の境界と前記前端面との前記光往復方向の長さである前端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前記前端面と前記コンタクト層後端との前記光往復方向の長さよりも短い長さであり、
    前記裏面側電極における前記前端面側の端と前記前端面との前記光往復方向の長さは、前記半導体基板における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前記前端面と前記裏面側電極における前記後端面側の端との前記光往復方向の長さよりも短い長さである、半導体レーザ。
  2. 　半導体基板と、前記半導体基板の表面側に第一のクラッド層を介して形成された活性層と、前記活性層の前記半導体基板と反対側である表面側に第二のクラッド層、コンタクト層を介して形成された表面側電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された裏面側電極と、を備え、レーザ光を出力する半導体レーザであって、
    前記レーザ光が往復して共振する前端面及び後端面の側の端面領域に、前記端面領域より内側の前記活性層よりも抵抗が低く形成された低抵抗活性層を含む窓構造部を備え、
    前記コンタクト層における前記前端面側の端をコンタクト層前端とし、前記コンタクト層における前記後端面側の端をコンタクト層後端とし、
    前記レーザ光が出力される前記前端面と反対側の前記コンタクト層後端と前記後端面との前記レーザ光が往復する光往復方向の長さは、前記後端面側の前記窓構造部の境界と前記後端面との前記光往復方向の長さである後端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前記後端面と前記コンタクト層前端との前記光往復方向の長さよりも短い長さであり、
    前記裏面側電極における前記後端面側の端と前記後端面との前記光往復方向の長さは、前記半導体基板における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前記後端面と前記裏面側電極における前記前端面側の端との前記光往復方向の長さよりも短い長さである、半導体レーザ。
  3. 　前記コンタクト層後端と前記後端面との前記光往復方向の長さは、前記後端面側の前記窓構造部の境界と前記後端面との前記光往復方向の長さである後端面側窓構造部長以上の長さでかつ前記後端面と前記コンタクト層前端との前記光往復方向の長さよりも短い長さであり、
    前記裏面側電極における前記後端面側の端と前記後端面との前記光往復方向の長さは、前記半導体基板における基板厚の１．２倍以上の長さでかつ前記後端面と前記裏面側電極における前記前端面側の端との前記光往復方向の長さよりも短い長さである、請求項１記載の半導体レーザ。
  4. 　前記コンタクト層後端と前記後端面との前記光往復方向の長さは、前記後端面側の前記窓構造部の境界と前記後端面との前記光往復方向の長さである前記後端面側窓構造部長よりも１０μｍ以上長い長さでかつ前記後端面と前記コンタクト層前端との前記光往復方向の長さよりも短い長さである、請求項３記載の半導体レーザ。
  5. 　前記前端面及び前記後端面に、前記窓構造部を被覆する被覆膜が形成されており、
    前記前端面側の被覆膜は、前記後端面側の被覆膜よりも反射率が低い、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
  6. 　前記窓構造部は、Ｚｎが含まれている、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
  7. 　前記窓構造部は、Ｓｉが含まれている、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
  8. 　前記第一のクラッド層、前記第二のクラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成された、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
  9. 　前記半導体基板、前記第一のクラッド層の導電型がｎ型であり、
    前記第二のクラッド層、前記コンタクト層の導電型がｐ型である、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
  10. 　前記半導体基板、前記第一のクラッド層の導電型がｐ型であり、
    前記第二のクラッド層、前記コンタクト層の導電型がｎ型である、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
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