WO2021200670A1 - 量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置 - Google Patents

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electrode
cascade laser
semiconductor substrate
end surface
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厚志 杉山
公督 柴田
隆英 落合
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a quantum cascade laser device and a quantum cascade laser device.
  • a semiconductor substrate As a conventional quantum cascade laser element, a semiconductor substrate, a semiconductor laminate formed on the semiconductor substrate, a first electrode formed on the surface of the semiconductor laminate on the opposite side of the semiconductor substrate, and a semiconductor laminate on the semiconductor substrate.
  • the first electrode or the second electrode may be bonded to the electrode pad of the support portion by using a bonding member such as a solder member. be.
  • a bonding member such as a solder member.
  • the heat generated in the active layer tends to be trapped, and as a result, the optical output characteristics of the quantum cascade laser device may deteriorate.
  • An object of the present disclosure is to provide a quantum cascade laser device and a quantum cascade laser device capable of obtaining an efficient light output while suppressing deterioration of light output characteristics.
  • the quantum cascade laser element on one side of the present disclosure includes a semiconductor substrate and an active layer having a quantum cascade structure, has a first end face and a second end face facing each other in the optical waveguide direction, and is formed on the semiconductor substrate.
  • It comprises an insulating film and a metal film formed on the insulating film so as to cover at least the active layer when viewed from the optical waveguide direction, and the outer edge of the metal film is one when viewed from the optical waveguide direction. It has not reached the surface.
  • a metal film is provided on the second end surface of the first end surface and the second end surface of the semiconductor laminate via an insulating film.
  • the metal film functions as a reflective film and the first end surface functions as a light emitting surface, so that efficient light output can be obtained.
  • an insulating film is continuously formed from the second end surface of the semiconductor laminate to the region on the second end surface side of at least one of the surface of the first electrode and the surface of the second electrode.
  • the semiconductor laminate may have a ridge portion. According to this, it is possible to reduce the drive current of the quantum cascade laser element and reduce the power consumption of the quantum cascade laser element while ensuring efficient light output by the above-mentioned configuration of the insulating film and the metal film. can. At this time, the light density increases at each of the first end face and the second end face due to the narrowing of the active layer, but since the heat dissipation property is ensured by the above-described insulating film and metal film configuration, the quantum It is possible to suppress deterioration of the optical output characteristics of the cascade laser element.
  • the thickness of the portion of the metal film formed on the second end face may be larger than the thickness of the portion of the insulating film formed on the second end face. According to this, it is possible to improve the heat dissipation property at the second end surface on which the insulating film and the metal film are formed, as compared with the case where the relationship of thickness is reversed.
  • the insulating film is continuously formed from the second end surface to the region on the surface of the first electrode on the second end surface side, and the outer edge of the metal film is formed. It does not have to reach the surface of the first electrode when viewed from the optical waveguide direction. According to this, by joining the first electrode, which is an electrode around which the insulating film wraps, to the electrode pad of the support portion, the active layer is bonded to the support portion as compared with the case where the second electrode is bonded to the electrode pad of the support portion. Can be approached to. Therefore, the heat generated in the active layer can be efficiently released to the support portion side.
  • the thickness of the portion of the first electrode corresponding to the active layer in the thickness direction of the semiconductor substrate is larger than the thickness of the portion of the metal film formed on the second end surface. May also be large. According to this, when the first electrode, which is an electrode around which the insulating film wraps around, is joined to the electrode pad of the support portion, the heat generated in the active layer can be released to the support portion side more efficiently.
  • the insulating film may be an Al 2 O 3 film or a CeO 2 film. According to this, since the molten bonding member is less likely to get wet with the insulating film, it is possible to more reliably suppress the molten bonding member from reaching the metal film.
  • the quantum cascade laser device on one aspect of the present disclosure includes the quantum cascade laser element and a drive unit for driving the quantum cascade laser element.
  • this quantum cascade laser device it is possible to obtain an efficient light output while suppressing deterioration of the light output characteristics.
  • the quantum cascade laser apparatus includes a support portion that supports the quantum cascade laser element, an electrode pad that the support portion has, and a first unit in a state where the semiconductor laminate is located on the support portion side with respect to the semiconductor substrate.
  • a joining member for joining the electrodes is further provided, and the insulating film is continuously formed from the second end surface to the region on the surface of the first electrode on the second end surface side, and the outer edge of the metal film is formed. It is not necessary to reach the surface of the first electrode when viewed from the optical waveguide direction. According to this, the heat generated in the active layer can be efficiently released to the support portion side.
  • the thickness of the portion of the first electrode corresponding to the active layer in the thickness direction of the semiconductor substrate is arranged between the electrode pad and the first electrode of the bonding member. It may be larger than the thickness of the portion. According to this, when the quantum cascade laser element is mounted on the support portion, the outer edge of the metal film when viewed from the optical waveguide direction can be more reliably suppressed so that the molten bonding member can be more reliably suppressed from reaching the metal film. It is possible to secure a sufficient distance between the antenna and the surface of the first electrode.
  • the driving unit may drive the quantum cascade laser element so that the quantum cascade laser element continuously oscillates the laser beam.
  • the amount of heat generated in the active layer is larger than that when the quantum cascade laser element oscillates the laser beam in a pulsed manner. , Especially effective.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the quantum cascade laser device of one embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the quantum cascade laser device along the line II-II shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a method of manufacturing the quantum cascade laser device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a method of manufacturing the quantum cascade laser device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a method of manufacturing the quantum cascade laser device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a quantum cascade laser device including the quantum cascade laser device shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a modified quantum cascade laser device.
  • FIG. 8 is a diagram showing a method of manufacturing the quantum cascade laser device shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a modified quantum cascade laser device.
  • the quantum cascade laser element 1 includes a semiconductor substrate 2, a semiconductor laminate 3, an insulating film 4, a first electrode 5, a second electrode 6, and an insulating film 7. , And a metal film 8.
  • the semiconductor substrate 2 is, for example, a rectangular plate-shaped S-doped InP single crystal substrate.
  • the length of the semiconductor substrate 2 is about 2 mm
  • the width of the semiconductor substrate 2 is about 500 ⁇ m
  • the thickness of the semiconductor substrate 2 is about a hundred and several tens of ⁇ m.
  • the width direction of the semiconductor substrate 2 is referred to as the X-axis direction
  • the length direction of the semiconductor substrate 2 is referred to as the Y-axis direction
  • the thickness direction of the semiconductor substrate 2 is referred to as the Z-axis direction.
  • the semiconductor laminate 3 is formed on the surface 2a of the semiconductor substrate 2.
  • the semiconductor laminate 3 includes an active layer 31 having a quantum cascade structure.
  • the semiconductor laminate 3 is configured to oscillate a laser beam having a predetermined center wavelength (for example, a wavelength in the mid-infrared region and a center wavelength of any value of 4 to 11 ⁇ m).
  • the lower clad layer 32, the lower guide layer (not shown), the active layer 31, the upper guide layer (not shown), the upper clad layer 33 and the contact layer (not shown) are semiconductor substrates. It is configured by stacking from the two sides in this order.
  • the upper guide layer has a diffraction grating structure that functions as a distributed feedback (DFB) structure.
  • DFB distributed feedback
  • the active layer 31 is, for example, a layer having a multiple quantum well structure of InGaAs / InAlAs.
  • Each of the lower clad layer 32 and the upper clad layer 33 is, for example, a Si-doped InP layer.
  • Each of the lower guide layer and the upper guide layer is, for example, a Si-doped InGaAs layer.
  • the contact layer is, for example, a Si-doped InGaAs layer.
  • the semiconductor laminate 3 has a ridge portion 30 extending along the Y-axis direction.
  • the ridge portion 30 is composed of a portion of the lower clad layer 32 opposite to the semiconductor substrate 2, a lower guide layer, an active layer 31, an upper guide layer, an upper clad layer 33, and a contact layer.
  • the width of the ridge portion 30 in the X-axis direction is smaller than the width of the semiconductor substrate 2 in the X-axis direction.
  • the length of the ridge portion 30 in the Y-axis direction is equal to the length of the semiconductor substrate 2 in the Y-axis direction.
  • the length of the ridge portion 30 is about 2 mm
  • the width of the ridge portion 30 is about several ⁇ m to a dozen ⁇ m
  • the thickness of the ridge portion 30 is about several ⁇ m.
  • the ridge portion 30 is located at the center of the semiconductor substrate 2 in the X-axis direction.
  • the layers constituting the semiconductor laminate 3 do not exist on both sides of the ridge portion 30 in the X-axis direction.
  • the semiconductor laminate 3 has a first end surface 3a and a second end surface 3b facing each other in the optical waveguide direction A of the ridge portion 30.
  • the optical waveguide direction A is a direction parallel to the Y-axis direction, which is the extending direction of the ridge portion 30.
  • the first end face 3a and the second end face 3b function as light emitting end faces.
  • Each of the first end surface 3a and the second end surface 3b is located on the same plane as each of the side surfaces of the semiconductor substrate 2 facing each other in the Y-axis direction.
  • the insulating film 4 is formed on the side surface 30b of the ridge portion 30 and the surface 32a of the lower clad layer 32 so that the surface 30a of the ridge portion 30 opposite to the semiconductor substrate 2 is exposed.
  • the side surfaces 30b of the ridge portion 30 are both side surfaces of the ridge portion 30 facing each other in the X-axis direction.
  • the surface 32a of the lower clad layer 32 is a surface of the lower clad layer 32 that does not form the ridge portion 30 and is opposite to the semiconductor substrate 2.
  • the insulating film 4 is, for example, a SiN film or a SiO 2 film.
  • the first electrode 5 is formed on the surface 3c of the semiconductor laminate 3 on the opposite side of the semiconductor substrate 2.
  • the surface 3c of the semiconductor laminate 3 is a surface composed of the surface 30a of the ridge portion 30, the side surface 30b of the ridge portion 30, and the surface 32a of the lower clad layer 32.
  • the outer edge of the first electrode 5 is located inside the outer edge of the semiconductor substrate 2 and the semiconductor laminate 3.
  • the first electrode 5 is in contact with the surface 30a of the ridge portion 30 on the surface 30a of the ridge portion 30, and is in contact with the insulating film 4 on the side surface 30b of the ridge portion 30 and on the surface 32a of the lower clad layer 32. doing.
  • the first electrode 5 is electrically connected to the upper clad layer 33 via the contact layer.
  • the first electrode 5 has a metal base layer 51 and a metal plating layer 52.
  • the metal base layer 51 is formed so as to extend along the surface 3c of the semiconductor laminate 3.
  • the metal base layer 51 is, for example, a Ti / Au layer.
  • the metal plating layer 52 is formed on the metal base layer 51 so that the ridge portion 30 is embedded in the metal plating layer 52.
  • the metal plating layer 52 is, for example, an Au plating layer.
  • the surface 52a of the metal plating layer 52 opposite to the semiconductor substrate 2 is a flat surface perpendicular to the Z-axis direction.
  • the surface 52a of the metal plating layer 52 is a polished surface flattened by chemical mechanical polishing, and polishing marks are formed on the surface 52a of the metal plating layer 52.
  • the fact that the ridge portion 30 is embedded in the metal plating layer 52 means that the thickness of the portion of the metal plating layer 52 located on both sides of the ridge portion 30 in the X-axis direction (thickness of the portion in the Z-axis direction). This means that the ridge portion 30 is covered with the metal plating layer 52 in a state of being larger than the thickness of the ridge portion 30 in the Z-axis direction.
  • the second electrode 6 is formed on the surface 2b of the semiconductor substrate 2 opposite to the semiconductor laminate 3.
  • the second electrode 6 is, for example, an AuGe / Au film, an AuGe / Ni / Au film, or an Au film.
  • the second electrode 6 is electrically connected to the lower clad layer 32 via the semiconductor substrate 2.
  • the insulating film 7 extends from the second end surface 3b of the semiconductor laminate 3 to the region 5r on the second end surface 3b side of the surface 5a of the first electrode 5 and the region 6r on the second end surface 3b side of the surface 6a of the second electrode 6. , Formed in a row.
  • the surface 5a is a surface of the first electrode 5 opposite to the semiconductor laminate 3 (in this embodiment, the surface 52a of the metal plating layer 52).
  • the surface 6a is the surface of the second electrode 6 on the opposite side of the semiconductor substrate 2.
  • the insulating film 7 is the second end surface 3b of the semiconductor laminate 3, the region 3r on the second end surface 3b side of the surface 3c of the semiconductor laminate 3, and the side surface 5b on the second end surface 3b side of the first electrode 5.
  • the surface 6a of the surface 6a is formed so as to extend along the region 6r on the side of the second end surface 3b.
  • the outer edge 80 of the metal film 8 does not reach the surface 5a of the first electrode 5 when viewed from the optical waveguide direction A.
  • the portion 80a on the outer edge 80 of the metal film 8 on the first electrode 5 side is located on the region 3r on the second end surface 3b side of the surface 3c of the semiconductor laminate 3, and is located on the outer edge of the metal film 8.
  • the portion 80b on the side of the second electrode 6 in 80 is located on the region 6r on the side of the second end surface 3b on the surface 6a of the second electrode 6.
  • the thickness of the portion of the metal film 8 formed on the second end surface 3b is larger than the thickness of the portion of the insulating film 7 formed on the second end surface 3b.
  • the thickness of the portion of the first electrode 5 corresponding to the active layer 31 in the Z-axis direction is larger than the thickness of the portion of the metal film 8 formed on the second end surface 3b.
  • the thickness of the portion of the insulating film 7 formed on the second end surface 3b is, for example, about 300 nm.
  • the thickness of the portion of the metal film 8 formed on the second end surface 3b is, for example, about 500 nm.
  • the thickness of the portion of the first electrode 5 corresponding to the active layer 31 in the Z-axis direction is, for example, 5 ⁇ m or more.
  • the thickness of a certain portion means an average value of the thickness of the portion when the thickness of the portion is not constant.
  • the insulating film 7 is an Al 2 O 3 film or a CeO 2 film
  • the metal film 8 is an Au film.
  • the semiconductor laminate 3 is configured to oscillate a laser beam having a center wavelength of any value of 4 to 7.5 ⁇ m
  • the insulating film 7 is light having a wavelength of 4 to 7.5 ⁇ m.
  • the Al 2 O 3 film has transparency with respect to the light.
  • the semiconductor laminate 3 is configured to oscillate a laser beam having a center wavelength of any value of 7.5 to 11 ⁇ m
  • the insulating film 7 is light having a wavelength of 7.5 to 11 ⁇ m.
  • the CeO 2 film has transparency with respect to the light.
  • the metal film 8 reflects light having a wavelength of 4 to 11 ⁇ m. It is preferable that the Au film functions effectively as a film.
  • a wafer 100 including a plurality of portions 110, each of which is a quantum cascade laser element 1 is formed.
  • a plurality of portions 110 are arranged in a matrix with the X-axis direction as the row direction and the Y-axis direction (that is, the optical waveguide direction A of the portion 110 that becomes the quantum cascade laser element 1) as the column direction. ..
  • the wafer 100 is manufactured by the following method.
  • the method for manufacturing the wafer 100 includes a step of forming a semiconductor layer including a plurality of portions, each of which is a semiconductor substrate 2, on the surface of a semiconductor wafer including a plurality of portions, each of which is a semiconductor substrate 2, and a semiconductor layer.
  • a semiconductor layer including a plurality of portions each of which is a semiconductor substrate 2
  • a semiconductor wafer including a plurality of portions each of which is a semiconductor substrate 2
  • a semiconductor layer In the step of removing a part of the semiconductor layer by etching so that the portion to be the semiconductor laminate 3 has the ridge portion 30, each becomes an insulating film 4 so that the surface 30a of each ridge portion 30 is exposed.
  • a plurality of metal plating layers each of which is a metal plating layer 52, on a metal base layer and embedding a ridge portion 30 in each metal plating layer, and by polishing the surface of each metal plating layer.
  • a method including a step of flattening and a step of polishing the back surface of the semiconductor wafer to thin the semiconductor wafer and forming an electrode layer including a plurality of portions each serving as a second electrode 6 on the back surface of the semiconductor wafer. be.
  • each laser bar 200 a plurality of portions 110 are arranged one-dimensionally along the X-axis direction.
  • Each laser bar 200 has a pair of end faces 200a and 200b facing each other in the Y-axis direction.
  • the end face 200a includes a plurality of first end faces 3a arranged one-dimensionally along the X-axis direction
  • the end face 200b includes a plurality of second end faces 3b arranged one-dimensionally along the X-axis direction.
  • an insulating layer 700 is formed on the surface of a portion 210 of the laser bar 200 including the end face 200b, and a metal layer 800 is formed on the insulating layer 700.
  • the insulating layer 700 is a layer including a plurality of portions, each of which is an insulating film 7
  • the metal layer 800 is a layer including a plurality of portions, each of which is a metal film 8.
  • the laser bar 200 is cleaved along the Y-axis direction to obtain a plurality of quantum cascade laser elements 1 as shown in FIG. 4B.
  • a plurality of laser bars 200 and a plurality of dummy bars 300 are prepared.
  • the length of the dummy bar 300 in the Y-axis direction is smaller than the length of the laser bar 200 in the Y-axis direction.
  • the length of the dummy bar 300 in the X-axis direction is equal to or longer than the length of the laser bar 200 in the X-axis direction.
  • each laser bar 200 is adjacent to each other in the Z-axis direction.
  • the dummy bars 300 are arranged alternately, and the plurality of laser bars 200 and the plurality of dummy bars 300 are held by holding members (not shown).
  • the portion 210 of each laser bar 200 projects with respect to the end face 300b (the other end face of each dummy bar 300 in the Y-axis direction) of the adjacent dummy bars 300.
  • a plurality of dummy bars 400 are prepared.
  • the length of the dummy bar 400 in the Y-axis direction is larger than the length of the dummy bar 300 in the Y-axis direction and smaller than the length of the laser bar 200 in the Y-axis direction.
  • the length of the dummy bar 400 in the X-axis direction is equal to or longer than the length of the laser bar 200 in the X-axis direction.
  • FIG. 5B the illustration of the insulating layer 700 formed on the surface of the portion 210 of each laser bar 200 is omitted.
  • each laser bar 200 and the end face 400a of each dummy bar 400 are adjacent to each other in the Z-axis direction.
  • the dummy bars 400 are arranged alternately, and the plurality of laser bars 200 and the plurality of dummy bars 400 are held by holding members (not shown).
  • a part of the portion 210 of each laser bar 200 including the end face 200b protrudes from the end face 400b of the adjacent dummy bars 400 (the other end face of each dummy bar 400 in the Y-axis direction).
  • the quantum cascade laser apparatus 10A including the quantum cascade laser element 1 described above will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the quantum cascade laser apparatus 10A includes a quantum cascade laser element 1, a support portion 11, a joining member 12, and a CW drive unit (drive unit) 13.
  • the quantum cascade laser apparatus 10A includes a quantum cascade laser element 1, a support portion 11, a joining member 12, and a CW drive unit (drive unit) 13.
  • the support portion 11 has a main body portion 111 and an electrode pad 112.
  • the support portion 11 is, for example, a submanto whose main body portion 111 is formed of AlN.
  • the support portion 11 supports the quantum cascade laser element 1 in a state where the semiconductor laminate 3 is located on the support portion 11 side with respect to the semiconductor substrate 2 (that is, in an episide-down state).
  • the joining member 12 joins the electrode pad 112 of the support portion 11 and the first electrode 5 of the quantum cascade laser element 1 in an episide-down state.
  • the joining member 12 is, for example, a solder member such as an AuSn member.
  • the insulating film 7 wraps around the surface 5a of the first electrode 5 which is joined to the electrode pad 112 of the support portion 11 by the joining member 12. However, the outer edge 80 of the metal film 8 does not reach the surface 5a of the first electrode 5 when viewed from the optical waveguide direction A.
  • the thickness of the portion of the first electrode 5 corresponding to the active layer 31 in the Z-axis direction is larger than the thickness of the portion of the joining member 12 arranged between the electrode pad 112 and the first electrode 5.
  • the thickness of the portion of the first electrode 5 corresponding to the active layer 31 in the Z-axis direction is, for example, 5 ⁇ m or more.
  • the thickness of the portion of the joining member 12 arranged between the electrode pad 112 and the first electrode 5 is, for example, about 2 to 3 ⁇ m.
  • the CW drive unit 13 drives the quantum cascade laser element 1 so that the quantum cascade laser element 1 continuously oscillates the laser beam.
  • the CW drive unit 13 is electrically connected to each of the electrode pad 112 of the support unit 11 and the second electrode 6 of the quantum cascade laser element 1. In order to electrically connect the CW drive unit 13 to each of the electrode pad 112 and the second electrode 6, wire bonding is performed to each of the electrode pad 112 and the second electrode 6.
  • a metal film 8 is provided on the second end surface 3b of the first end surface 3a and the second end surface 3b of the semiconductor laminate 3 via an insulating film 7.
  • the metal film 8 functions as a reflective film and the first end surface 3a functions as a light emitting surface, so that efficient light output can be obtained.
  • the insulating film 7 is continuously formed from the second end surface 3b of the semiconductor laminate 3 to the region 5r on the surface 5a of the first electrode 5 on the second end surface 3b side, and is formed on the insulating film 7.
  • the outer edge 80 of the metal film 8 does not reach the surface 5a of the first electrode 5 when viewed from the optical waveguide direction A.
  • the active layer 31 can be formed as compared with the case where the second electrode 6 is joined to the electrode pad 112 of the support portion 11. It can be brought close to the support portion 11.
  • the molten bonding member 12 may spread rapidly on the metal film 8.
  • Sn contained in the bonding member 12 may diffuse into the metal film 8 and reduce the reliability of the quantum cascade laser element 1.
  • the metal film 8 may be peeled off from the insulating film 7 due to the shrinkage of the joining member 12 at the time of curing.
  • the insulating film 7 and the metal film 8 in the quantum cascade laser element 1 it is possible to prevent the first electrode 5 and the second electrode 6 from being short-circuited due to the molten bonding member 12 adhering to the metal film 8. Of course, it is also possible to prevent the above-mentioned situation from occurring.
  • the semiconductor laminate 3 has a ridge portion 30.
  • the drive current of the quantum cascade laser element 1 is reduced while ensuring efficient light output by the configuration of the insulating film 7 and the metal film 8 described above, and the power consumption of the quantum cascade laser element 1 is reduced. be able to.
  • the light density is increased in each of the first end surface 3a and the second end surface 3b by the amount that the active layer 31 is narrowed, but the heat dissipation property is ensured by the above-described configuration of the insulating film 7 and the metal film 8. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the optical output characteristics of the quantum cascade laser element 1. In addition, it is possible to prevent the insulating film 7 from being damaged by heat.
  • the thickness of the portion of the metal film 8 formed on the second end surface 3b is larger than the thickness of the portion of the insulating film 7 formed on the second end surface 3b. As a result, it is possible to improve the heat dissipation on the second end surface 3b on which the insulating film 7 and the metal film 8 are formed, as compared with the case where the thickness relationship is reversed.
  • the thickness of the portion of the first electrode 5 corresponding to the active layer 31 in the Z-axis direction is larger than the thickness of the portion of the metal film 8 formed on the second end surface 3b.
  • the insulating film 7 is an Al 2 O 3 film or a CeO 2 film.
  • the molten joining member 12 is less likely to get wet with the insulating film 7, so that the molten joining member 12 can be more reliably suppressed from reaching the metal film 8.
  • an efficient optical output can be obtained while suppressing deterioration of the optical output characteristics by the configuration of the quantum cascade laser element 1 described above.
  • the thickness of the portion of the first electrode 5 corresponding to the active layer 31 in the Z-axis direction is the portion of the joining member 12 arranged between the electrode pad 112 and the first electrode 5. Greater than the thickness of.
  • the CW drive unit 13 drives the quantum cascade laser element 1 so that the quantum cascade laser element 1 continuously oscillates the laser beam.
  • the amount of heat generated in the active layer 31 is larger than when the quantum cascade laser element 1 oscillates the laser beam in a pulsed manner.
  • the configuration of 1 is particularly effective.
  • a known quantum cascade structure can be applied to the active layer 31.
  • a known laminated structure can be applied to the semiconductor laminate 3.
  • the upper guide layer does not have to have a diffraction grating structure that functions as a distribution feedback structure.
  • the outer edge of the metal base layer 51 of the first electrode 5 may coincide with the outer edge of the semiconductor substrate 2 and the semiconductor laminate 3.
  • the outer edge of the metal base layer 51 of the first electrode 5 coincides with at least the first end surface 3a and the second end surface 3b, the first end surface 3a and the second end surface 3a and the second end surface 3a. It is possible to secure heat dissipation on the end face 3b.
  • the insulating film 7 extends from the second end surface 3b of the semiconductor laminate 3 to the region on the second end surface 3b side of at least one of the surface 5a of the first electrode 5 and the surface 6a of the second electrode 6. It suffices if it is formed in a continuous manner, and in that case, the outer edge 80 of the metal film 8 does not have to reach the one surface when viewed from the optical waveguide direction A. Further, the metal film 8 may be formed on the insulating film 7 so as to cover at least the active layer 31 when viewed from the optical waveguide direction A.
  • the outer edge 80 of the metal film 8 reaches both the surface 5a of the first electrode 5 and the surface 6a of the second electrode 6 when viewed from the optical waveguide direction A. It does not have to be.
  • the metal film 8 is insulated so as to extend along the second end surface 3b of the semiconductor laminate 3 and the side surface 2c on the second end surface 3b side of the semiconductor substrate 2. It is formed only on the film 7.
  • the manufacturing method of the quantum cascade laser element 1 shown in FIG. 7 is different from the manufacturing method of the quantum cascade laser element 1 shown in FIGS. 1 and 2 in the method of forming the insulating layer 700 and the metal layer 800 in the laser bar 200. ing.
  • the method for manufacturing the quantum cascade laser device 1 shown in FIG. 7 first, as shown in FIG. 8A, a plurality of laser bars 200 and a plurality of dummy bars 300 are prepared.
  • the length of the dummy bar 300 in the Y-axis direction is smaller than the length of the laser bar 200 in the Y-axis direction.
  • the length of the dummy bar 300 in the X-axis direction is equal to or longer than the length of the laser bar 200 in the X-axis direction.
  • the laser bars 200 and the dummy bars 300 are alternately arranged so as to be adjacent to each other in the Z-axis direction, and a plurality of laser bars are arranged.
  • the 200 and the plurality of dummy bars 300 are held by holding members (not shown).
  • the portion 210 of each laser bar 200 protrudes from the end face 300b of the adjacent dummy bar 300.
  • a plurality of dummy bars 500 are prepared.
  • the length of the dummy bar 500 in the Y-axis direction is larger than the length of the laser bar 200 in the Y-axis direction.
  • the length of the dummy bar 500 in the X-axis direction is equal to or longer than the length of the laser bar 200 in the X-axis direction.
  • FIG. 8B the illustration of the insulating layer 700 formed on the surface of the portion 210 of each laser bar 200 is omitted.
  • each laser bar 200 and the end face 500a of each dummy bar 500 are adjacent to each other in the Z-axis direction.
  • the dummy bars 500 are arranged alternately, and the plurality of laser bars 200 and the plurality of dummy bars 500 are held by holding members (not shown).
  • a part of the portion 210 of each laser bar 200 including the end face 200b is recessed with respect to the end face 500b of the adjacent dummy bars 500 (the other end face of each dummy bar 500 in the Y-axis direction).
  • the metal layer 800 is formed on the insulating layer 700.
  • the discharge polarity is reversed with respect to the sputtering discharge polarity for forming the metal layer 800, and the ionized inert gas atom for sputtering (is ionized.
  • the surface of the insulating layer 700 may be subjected to plasma activation treatment by so-called reverse sputtering in which Ar ions) collide with the surface of the insulating layer 700. As a result, the surface of the insulating layer 700 is cleaned, so that the adhesion of the metal layer 800 to the insulating layer 700 can be improved.
  • the insulating film 7 is not limited to the Al 2 O 3 film or the CeO 2 film
  • the metal film 8 is not limited to the Au film.
  • the metal film 8 may be configured by laminating a Ti film and an Au film in this order from the insulating film 7 side.
  • the thickness of the Ti film is, for example, about 30 nm
  • the thickness of the Au film is, for example, about 500 nm.
  • the quantum cascade laser element 1 is placed on the support portion 11 in a state where the semiconductor substrate 2 is located on the support portion 11 side with respect to the semiconductor laminate 3 (that is, in an episide-up state). It may be implemented.
  • the insulating film 7 wraps around the surface 6a of the second electrode 6 bonded to the electrode pad 112 of the support portion 11 by the bonding member 12.
  • the outer edge 80 of the metal film 8 does not reach the surface 6a of the second electrode 6 when viewed from the optical waveguide direction A.
  • a bonding member 12 is used, and a second electrode 6 around which the insulating film 7 wraps is attached to the support portion 11.
  • the molten joining member 12 is less likely to reach the metal film 8.
  • the heat generated in the active layer 31 is less likely to be trapped. From these facts, the deterioration of the optical output characteristic of the quantum cascade laser element 1 is suppressed.
  • the quantum cascade laser device 10B shown in FIG. 9 includes a quantum cascade laser element 1, a support portion 11, a joining member 12, and a pulse drive unit (drive unit) 14.
  • the support portion 11 has a main body portion 111 and an electrode pad 112.
  • the support portion 11 is, for example, a submanto whose main body portion 111 is formed of AlN.
  • the support portion 11 supports the quantum cascade laser element 1 in an episide-up state.
  • the joining member 12 joins the electrode pad 112 of the support portion 11 and the second electrode 6 of the quantum cascade laser element 1 in an episide-up state.
  • the joining member 12 is, for example, a solder member such as an AuSn member.
  • the thickness of the portion of the joining member 12 arranged between the electrode pad 112 and the second electrode 6 is, for example, about several ⁇ m.
  • the pulse drive unit 14 drives the quantum cascade laser element 1 so that the quantum cascade laser element 1 pulsates the laser beam.
  • the pulse width of the laser light is, for example, 50 to 500 ns, and the repetition frequency of the laser light is, for example, 1 to 500 kHz.
  • the pulse drive unit 14 is electrically connected to each of the electrode pad 112 of the support unit 11 and the first electrode 5 of the quantum cascade laser element 1. In order to electrically connect the pulse driving unit 14 to each of the electrode pad 112 and the first electrode 5, wire bonding is performed on each of the electrode pad 112 and the first electrode 5.
  • a heat sink (not shown) is provided on the support portion 11 side. Therefore, in the configuration in which the quantum cascade laser element 1 is mounted on the support portion 11 in the episide-down state (the episide-down configuration shown in FIG. 6), the quantum cascade laser element 1 is supported in the episide-up state. Compared with the configuration mounted on the portion 11 (the episide-up configuration shown in FIG. 9), it is easier to secure the heat dissipation of the semiconductor laminate 3. Therefore, when the quantum cascade laser element 1 is driven so as to continuously oscillate the laser beam, the episide-down configuration is effective.
  • the semiconductor laminate 3 is configured to oscillate a laser beam having a relatively short center wavelength in the mid-infrared region (for example, a center wavelength of any value of 4 to 6 ⁇ m out of 4 to 11 ⁇ m).
  • the quantum cascade laser element 1 is driven so as to continuously oscillate the laser beam, the episide-down configuration is effective.
  • the quantum cascade laser element 1 is not limited to being driven so as to continuously oscillate the laser beam in the episide-down configuration, and the quantum cascade laser element 1 is not limited to being driven so as to continuously oscillate the laser beam in the episide-up configuration. It is not limited to being driven so as to oscillate a laser beam in a pulsed manner.
  • each configuration in the above-described embodiment without being limited to the above-mentioned materials and shapes.
  • each configuration in one embodiment or modification described above can be arbitrarily applied to each configuration in another embodiment or modification.
  • Quantum cascade laser element 2 ... Semiconductor substrate, 2b ... Surface, 3 ... Semiconductor laminate, 3a ... First end surface, 3b ... Second end surface, 3c ... Surface, 5 ... First electrode, 5a ... Surface, 5r ... Region, 6 ... 2nd electrode, 6a ... Surface, 6r ... Region, 7 ... Insulating film, 8 ... Metal film, 10A, 10B ... Quantum cascade laser device, 11 ... Support part, 12 ... Bonding member, 13 ... CW drive part (Drive unit), 14 ... Pulse drive unit (drive unit), 30 ... Ridge unit, 31 ... Active layer, 80 ... Outer edge, 112 ... Electrode pad, A ... Optical waveguide direction.

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Abstract

量子カスケードレーザ素子は、半導体基板と、量子カスケード構造を有する活性層を含み、光導波方向において対向する第１端面及び第２端面を有し、半導体基板上に形成された半導体積層体と、半導体積層体における半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、半導体基板における半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、第２端面から、第１電極における半導体積層体とは反対側の表面及び第２電極における半導体基板とは反対側の表面のうちの少なくとも一方の表面における第２端面側の領域に、一続きで形成された絶縁膜と、光導波方向から見た場合に少なくとも活性層を覆うように、絶縁膜上に形成された金属膜と、を備える。金属膜の外縁は、光導波方向から見た場合に一方の表面に至っていない。

Description

量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置
　本開示は、量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置に関する。
　従来の量子カスケードレーザ素子として、半導体基板と、半導体基板上に形成された半導体積層体と、半導体積層体における半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、半導体基板における半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、を備える量子カスケードレーザ素子であって、活性層を含む半導体積層体が有する一対の端面のうちの一方の端面に、絶縁膜を介して金属膜が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような量子カスケードレーザ素子では、金属膜が反射膜として機能しつつ一対の端面のうちの他方の端面が光出射面として機能するため、効率の良い光出力を得ることができる。
特開２０１９－９３４６号公報
　上述したような量子カスケードレーザ素子をサブマウント等の支持部に実装する際には、半田部材等の接合部材を用いて、支持部の電極パッドに第１電極又は第２電極を接合する場合がある。その場合に、接合部材が金属膜に付着すると、量子カスケードレーザ素子の光出力特性が劣化するおそれがある。その対策として、接合部材が金属膜に付着しないように金属膜を絶縁部材で覆うことも考えられる。しかし、そのような構成では、活性層で発生した熱がこもり易くなり、結果として、量子カスケードレーザ素子の光出力特性が劣化するおそれがある。
　本開示は、光出力特性の劣化を抑制しつつ効率の良い光出力を得ることができる量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置を提供することを目的とする。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ素子は、半導体基板と、量子カスケード構造を有する活性層を含み、光導波方向において対向する第１端面及び第２端面を有し、半導体基板上に形成された半導体積層体と、半導体積層体における半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、半導体基板における半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、第２端面から、第１電極における半導体積層体とは反対側の表面及び第２電極における半導体基板とは反対側の表面のうちの少なくとも一方の表面における第２端面側の領域に、一続きで形成された絶縁膜と、光導波方向から見た場合に少なくとも活性層を覆うように、絶縁膜上に形成された金属膜と、を備え、金属膜の外縁は、光導波方向から見た場合に一方の表面に至っていない。
　この量子カスケードレーザ素子では、半導体積層体が有する第１端面及び第２端面のうちの第２端面に、絶縁膜を介して金属膜が設けられている。これにより、金属膜が反射膜として機能しつつ第１端面が光出射面として機能するため、効率の良い光出力が得られる。更に、絶縁膜が、半導体積層体の第２端面から、第１電極の表面及び第２電極の表面のうちの少なくとも一方の表面における第２端面側の領域に、一続きで形成されており、絶縁膜上に形成された金属膜の外縁が、光導波方向から見た場合に当該一方の表面（すなわち、絶縁膜が形成された領域を含む電極（以下、「絶縁膜が回り込んだ電極」という）の表面）に至っていない。これにより、量子カスケードレーザ素子を支持部に実装するために、接合部材を用いて、絶縁膜が回り込んだ電極を支持部の電極パッドに接合する場合に、溶融した接合部材が金属膜に至り難くなる。しかも、例えば金属膜を絶縁部材で覆うような構成に比べ、活性層で発生した熱がこもり難くなる。これらのことから、量子カスケードレーザ素子の光出力特性の劣化が抑制される。以上により、この量子カスケードレーザ素子によれば、光出力特性の劣化を抑制しつつ効率の良い光出力を得ることができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ素子では、半導体積層体は、リッジ部を有してもよい。これによれば、上述した絶縁膜及び金属膜の構成によって効率の良い光出力を確保しつつ、量子カスケードレーザ素子の駆動電流を低減して、量子カスケードレーザ素子の低消費電力化を図ることができる。このとき、活性層が狭小化された分だけ、第１端面及び第２端面のそれぞれにおいて光密度が高くなるが、上述した絶縁膜及び金属膜の構成によって放熱性が確保されているため、量子カスケードレーザ素子の光出力特性が劣化するのを抑制することができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ素子では、金属膜のうち第２端面に形成された部分の厚さは、絶縁膜のうち第２端面に形成された部分の厚さよりも大きくてもよい。これによれば、厚さの関係が逆である場合に比べ、絶縁膜及び金属膜が形成された第２端面での放熱性を向上させることができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ素子では、絶縁膜は、第２端面から、少なくとも第１電極の表面における第２端面側の領域に、一続きで形成されており、金属膜の外縁は、光導波方向から見た場合に第１電極の表面に至っていなくてもよい。これによれば、絶縁膜が回り込んだ電極である第１電極を支持部の電極パッドに接合することで、第２電極を支持部の電極パッドに接合する場合に比べ、活性層を支持部に近付けることができる。したがって、活性層で発生した熱を効率良く支持部側に逃がすことができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ素子では、第１電極のうち半導体基板の厚さ方向において活性層に対応する部分の厚さは、金属膜のうち第２端面に形成された部分の厚さよりも大きくてもよい。これによれば、絶縁膜が回り込んだ電極である第１電極を支持部の電極パッドに接合した場合に、活性層で発生した熱をより効率良く支持部側に逃がすことができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ素子では、絶縁膜は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜であってもよい。これによれば、溶融した接合部材が絶縁膜に対して濡れ難くなるため、溶融した接合部材が金属膜に至るのをより確実に抑制することができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ装置は、上記量子カスケードレーザ素子と、量子カスケードレーザ素子を駆動する駆動部と、を備える。
　この量子カスケードレーザ装置によれば、光出力特性の劣化を抑制しつつ効率の良い光出力を得ることができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ装置は、量子カスケードレーザ素子を支持する支持部と、半導体積層体が半導体基板に対して支持部側に位置した状態で、支持部が有する電極パッドと第１電極とを接合する接合部材と、を更に備え、絶縁膜は、第２端面から、少なくとも第１電極の表面における第２端面側の領域に、一続きで形成されており、金属膜の外縁は、光導波方向から見た場合に第１電極の表面に至っていなくてもよい。これによれば、活性層で発生した熱を効率良く支持部側に逃がすことができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ装置では、第１電極のうち半導体基板の厚さ方向において活性層に対応する部分の厚さは、接合部材のうち電極パッドと第１電極との間に配置された部分の厚さよりも大きくてもよい。これによれば、量子カスケードレーザ素子を支持部に実装する際に、溶融した接合部材が金属膜に至るのをより確実に抑制し得るように、光導波方向から見た場合における金属膜の外縁と第１電極の表面との距離を十分に確保することができる。
　本開示の一側面の量子カスケードレーザ装置では、駆動部は、量子カスケードレーザ素子がレーザ光を連続発振するように量子カスケードレーザ素子を駆動してもよい。量子カスケードレーザ素子がレーザ光を連続発振する場合には、量子カスケードレーザ素子がレーザ光をパルス発振する場合に比べ、活性層での発熱量が大きくなるため、上述した量子カスケードレーザ素子の構成は、特に有効である。
　本開示によれば、光出力特性の劣化を抑制しつつ効率の良い光出力を得ることができる量子カスケードレーザ素子及び量子カスケードレーザ装置を提供することが可能となる。
図１は、一実施形態の量子カスケードレーザ素子の断面図である。 図２は、図１に示されるII－II線に沿っての量子カスケードレーザ素子の断面図である。 図３は、図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図４は、図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図５は、図１に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図６は、図１に示される量子カスケードレーザ素子を備える量子カスケードレーザ装置の断面図である。 図７は、変形例の量子カスケードレーザ素子の断面図である。 図８は、図７に示される量子カスケードレーザ素子の製造方法を示す図である。 図９は、変形例の量子カスケードレーザ装置の断面図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［量子カスケードレーザ素子の構成］
　図１及び図２に示されるように、量子カスケードレーザ素子１は、半導体基板２と、半導体積層体３と、絶縁膜４と、第１電極５と、第２電極６と、絶縁膜７と、金属膜８と、を備えている。半導体基板２は、例えば、長方形板状のＳドープＩｎＰ単結晶基板である。一例として、半導体基板２の長さは２ｍｍ程度であり、半導体基板２の幅は５００μｍ程度であり、半導体基板２の厚さは百数十μｍ程度である。以下の説明では、半導体基板２の幅方向をＸ軸方向といい、半導体基板２の長さ方向をＹ軸方向といい、半導体基板２の厚さ方向をＺ軸方向という。
　半導体積層体３は、半導体基板２の表面２ａに形成されている。半導体積層体３は、量子カスケード構造を有する活性層３１を含んでいる。半導体積層体３は、所定の中心波長（例えば、中赤外領域の波長であって、４～１１μｍのいずれかの値の中心波長）を有するレーザ光を発振するように構成されている。本実施形態では、半導体積層体３は、下部クラッド層３２、下部ガイド層（図示省略）、活性層３１、上部ガイド層（図示省略）、上部クラッド層３３及びコンタクト層（図示省略）が半導体基板２側からこの順序で積層されることで構成されている。上部ガイド層は、分布帰還（ＤＦＢ：distributed　feedback）構造として機能する回折格子構造を有している。
　活性層３１は、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓの多重量子井戸構造を有する層である。下部クラッド層３２及び上部クラッド層３３のそれぞれは、例えば、ＳｉドープＩｎＰ層である。下部ガイド層及び上部ガイド層のそれぞれは、例えば、ＳｉドープＩｎＧａＡｓ層である。コンタクト層は、例えば、ＳｉドープＩｎＧａＡｓ層である。
　半導体積層体３は、Ｙ軸方向に沿って延在するリッジ部３０を有している。リッジ部３０は、下部クラッド層３２における半導体基板２とは反対側の部分、並びに、下部ガイド層、活性層３１、上部ガイド層、上部クラッド層３３及びコンタクト層によって構成されている。Ｘ軸方向におけるリッジ部３０の幅は、Ｘ軸方向における半導体基板２の幅よりも小さい。Ｙ軸方向におけるリッジ部３０の長さは、Ｙ軸方向における半導体基板２の長さに等しい。一例として、リッジ部３０の長さは２ｍｍ程度であり、リッジ部３０の幅は数μｍ～十数μｍ程度であり、リッジ部３０の厚さは数μｍ程度である。リッジ部３０は、Ｘ軸方向において半導体基板２の中央に位置している。Ｘ軸方向におけるリッジ部３０の両側には、半導体積層体３を構成する各層が存在していない。
　半導体積層体３は、リッジ部３０の光導波方向Ａにおいて対向する第１端面３ａ及び第２端面３ｂを有している。光導波方向Ａは、リッジ部３０の延在方向であるＹ軸方向に平行な方向である。第１端面３ａ及び第２端面３ｂは、光出射端面として機能する。第１端面３ａ及び第２端面３ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向において対向する半導体基板２の両側面のそれぞれと同一平面上に位置している。
　絶縁膜４は、リッジ部３０における半導体基板２とは反対側の表面３０ａが露出するように、リッジ部３０の側面３０ｂ及び下部クラッド層３２の表面３２ａに形成されている。リッジ部３０の側面３０ｂは、Ｘ軸方向において対向するリッジ部３０の両側面のそれぞれである。下部クラッド層３２の表面３２ａは、下部クラッド層３２のうちリッジ部３０を構成していない部分における半導体基板２とは反対側の表面である。絶縁膜４は、例えば、ＳｉＮ膜又はＳｉＯ２膜である。
　第１電極５は、半導体積層体３における半導体基板２とは反対側の表面３ｃに形成されている。半導体積層体３の表面３ｃは、リッジ部３０の表面３０ａ、リッジ部３０の側面３０ｂ及び下部クラッド層３２の表面３２ａによって構成された面である。Ｚ軸方向から見た場合に、第１電極５の外縁は、半導体基板２及び半導体積層体３の外縁の内側に位置している。第１電極５は、リッジ部３０の表面３０ａ上においてはリッジ部３０の表面３０ａに接触しており、リッジ部３０の側面３０ｂ上及び下部クラッド層３２の表面３２ａ上においては絶縁膜４に接触している。これにより、第１電極５は、コンタクト層を介して上部クラッド層３３に電気的に接続されている。
　第１電極５は、金属下地層５１と、金属メッキ層５２と、を有している。金属下地層５１は、半導体積層体３の表面３ｃに沿って延在するように形成されている。金属下地層５１は、例えば、Ｔｉ／Ａｕ層である。金属メッキ層５２は、リッジ部３０が金属メッキ層５２に埋め込まれるように金属下地層５１上に形成されている。金属メッキ層５２は、例えば、Ａｕメッキ層である。金属メッキ層５２における半導体基板２とは反対側の表面５２ａは、Ｚ軸方向に垂直な平坦面である。一例として、金属メッキ層５２の表面５２ａは、化学機械研磨によって平坦化された研磨面であり、金属メッキ層５２の表面５２ａには、研磨痕が形成されている。なお、リッジ部３０が金属メッキ層５２に埋め込まれるとは、金属メッキ層５２のうちＸ軸方向においてリッジ部３０の両側に位置する部分の厚さ（Ｚ軸方向における当該部分の厚さ）がＺ軸方向におけるリッジ部３０の厚さよりも大きい状態で、リッジ部３０が金属メッキ層５２に覆われることを意味する。
　第２電極６は、半導体基板２における半導体積層体３とは反対側の表面２ｂに形成されている。第２電極６は、例えば、ＡｕＧｅ／Ａｕ膜、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ膜又はＡｕ膜である。第２電極６は、半導体基板２を介して下部クラッド層３２に電気的に接続されている。
　絶縁膜７は、半導体積層体３の第２端面３ｂから、第１電極５の表面５ａにおける第２端面３ｂ側の領域５ｒ及び第２電極６の表面６ａにおける第２端面３ｂ側の領域６ｒに、一続きで形成されている。表面５ａは、第１電極５における半導体積層体３とは反対側の表面（本実施形態では、金属メッキ層５２の表面５２ａ）ある。表面６ａは、第２電極６における半導体基板２とは反対側の表面である。本実施形態では、絶縁膜７は、半導体積層体３の第２端面３ｂ、半導体積層体３の表面３ｃにおける第２端面３ｂ側の領域３ｒ、第１電極５における第２端面３ｂ側の側面５ｂ、第１電極５の表面５ａにおける第２端面３ｂ側の領域５ｒ、半導体基板２における第２端面３ｂ側の側面２ｃ、第２電極６における第２端面３ｂ側の側面６ｂ、及び第２電極６の表面６ａにおける第２端面３ｂ側の領域６ｒに沿って延在するように、形成されている。
　金属膜８は、光導波方向Ａから見た場合に活性層３１を覆うように（つまり、光導波方向Ａから見た場合に活性層３１を含むように）、絶縁膜７上に形成されている。本実施形態では、金属膜８は、半導体積層体３の第２端面３ｂ、半導体積層体３の表面３ｃにおける第２端面３ｂ側の領域３ｒ、半導体基板２における第２端面３ｂ側の側面２ｃ、第２電極６における第２端面３ｂ側の側面６ｂ、及び第２電極６の表面６ａにおける第２端面３ｂ側の領域６ｒに沿って延在するように、絶縁膜７上のみに形成されている。金属膜８の外縁８０は、光導波方向Ａから見た場合に第１電極５の表面５ａに至っていない。本実施形態では、金属膜８の外縁８０における第１電極５側の部分８０ａは、半導体積層体３の表面３ｃにおける第２端面３ｂ側の領域３ｒ上に位置しており、金属膜８の外縁８０における第２電極６側の部分８０ｂは、第２電極６の表面６ａにおける第２端面３ｂ側の領域６ｒ上に位置している。
　金属膜８のうち第２端面３ｂに形成された部分の厚さは、絶縁膜７のうち第２端面３ｂに形成された部分の厚さよりも大きい。第１電極５のうちＺ軸方向において活性層３１に対応する部分の厚さは、金属膜８のうち第２端面３ｂに形成された部分の厚さよりも大きい。絶縁膜７のうち第２端面３ｂに形成された部分の厚さは、例えば、３００ｎｍ程度である。金属膜８のうち第２端面３ｂに形成された部分の厚さは、例えば、５００ｎｍ程度である。第１電極５のうちＺ軸方向において活性層３１に対応する部分の厚さは、例えば、５μｍ以上である。なお、或る部分の厚さとは、当該部分の厚さが一定でない場合には、当該部分の厚さの平均値を意味する。
　本実施形態では、絶縁膜７は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜であり、金属膜８は、Ａｕ膜である。４～７．５μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、絶縁膜７は、４～７．５μｍの波長を有する光に対して透過性を有するＡｌ２Ｏ３膜であることが好ましい。７．５～１１μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、絶縁膜７は、７．５～１１μｍの波長を有する光に対して透過性を有するＣｅＯ２膜であることが好ましい。４～１１μｍのいずれかの値の中心波長を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されている場合には、金属膜８は、４～１１μｍの波長を有する光に対して反射膜として有効に機能するＡｕ膜であることが好ましい。
　以上のように構成された量子カスケードレーザ素子１では、第１電極５及び第２電極６を介して活性層３１にバイアス電圧が印加されると、活性層３１から光が発せられ、当該光のうち所定の中心波長を有する光が分布帰還構造において共振させられる。このとき、第２端面３ｂに形成された金属膜８が反射膜として機能する。これにより、第１端面３ａが光出射面として機能し、所定の中心波長を有するレーザ光が第１端面３ａから出射される。
［量子カスケードレーザ素子の製造方法］
　上述した量子カスケードレーザ素子１の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。まず、図３の（ａ）に示されるように、それぞれが量子カスケードレーザ素子１となる複数の部分１１０を含むウェハ１００を形成する。ウェハ１００では、Ｘ軸方向を行方向とし且つＹ軸方向（すなわち、量子カスケードレーザ素子１となる部分１１０の光導波方向Ａ）を列方向として、複数の部分１１０がマトリックス状に配列されている。一例として、ウェハ１００は、次のような方法によって製造される。
　すなわち、ウェハ１００の製造方法は、それぞれが半導体基板２となる複数の部分を含む半導体ウェハの表面に、それぞれが半導体積層体３となる複数の部分を含む半導体層を形成する工程と、半導体層において半導体積層体３となる部分がリッジ部３０を有するように、半導体層の一部をエッチングによって除去する工程と、各リッジ部３０の表面３０ａが露出するように、それぞれが絶縁膜４となる複数の部分を含む絶縁層を半導体層上に形成する工程と、各リッジ部３０の表面３０ａを覆うと共に絶縁層を覆うように、それぞれが金属下地層５１となる複数の部分を含む金属下地層を形成する工程と、それぞれが金属メッキ層５２となる複数の金属メッキ層を金属下地層上に形成し、各金属メッキ層にリッジ部３０を埋め込む工程と、各金属メッキ層の表面を研磨によって平坦化する工程と、半導体ウェハの裏面を研磨して半導体ウェハを薄化し、それぞれが第２電極６となる複数の部分を含む電極層を半導体ウェハの裏面に形成する工程と、を備える方法である。
　続いて、Ｘ軸方向に沿ってウェハ１００を劈開させることで、図３の（ｂ）に示されるように、複数のレーザバー２００を得る。各レーザバー２００では、複数の部分１１０がＸ軸方向に沿って１次元に配列されている。各レーザバー２００は、Ｙ軸方向において対向する一対の端面２００ａ，２００ｂを有している。端面２００ａは、Ｘ軸方向に沿って１次元に配列された複数の第１端面３ａを含んでおり、端面２００ｂは、Ｘ軸方向に沿って１次元に配列された複数の第２端面３ｂを含んでいる。
　続いて、図４の（ａ）に示されるように、レーザバー２００のうち端面２００ｂを含む部分２１０の表面に絶縁層７００を形成し、絶縁層７００上に金属層８００を形成する。絶縁層７００は、それぞれが絶縁膜７となる複数の部分を含む層であり、金属層８００は、それぞれが金属膜８となる複数の部分を含む層である。続いて、Ｙ軸方向に沿ってレーザバー２００を劈開させることで、図４の（ｂ）に示されるように、複数の量子カスケードレーザ素子１を得る。
　レーザバー２００における絶縁層７００及び金属層８００の形成について、図５を参照して説明する。まず、図５の（ａ）に示されるように、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー３００を用意する。Ｙ軸方向におけるダミーバー３００の長さは、Ｙ軸方向におけるレーザバー２００の長さよりも小さい。Ｘ軸方向におけるダミーバー３００の長さは、Ｘ軸方向におけるレーザバー２００の長さ以上である。
　続いて、各レーザバー２００の端面２００ａ及び各ダミーバー３００の端面３００ａ（Ｙ軸方向における各ダミーバー３００の一方の端面）を同一平面上に位置させた状態で、Ｚ軸方向において隣り合うようにレーザバー２００とダミーバー３００とを交互に配置し、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー３００を保持部材（図示省略）で保持する。これにより、各レーザバー２００の部分２１０が、隣り合うダミーバー３００の端面３００ｂ（Ｙ軸方向における各ダミーバー３００の他方の端面）に対して突出することになる。この状態でＡｌ２Ｏ３又はＣｅＯ２のスパッタを実施することで、各レーザバー２００の部分２１０の表面に絶縁層７００を形成する。
　続いて、図５の（ｂ）に示されるように、複数のダミーバー４００を用意する。Ｙ軸方向におけるダミーバー４００の長さは、Ｙ軸方向におけるダミーバー３００の長さよりも大きく、Ｙ軸方向におけるレーザバー２００の長さよりも小さい。Ｘ軸方向におけるダミーバー４００の長さは、Ｘ軸方向におけるレーザバー２００の長さ以上である。なお、図５の（ｂ）では、各レーザバー２００の部分２１０の表面に形成された絶縁層７００の図示が省略されている。
　続いて、各レーザバー２００の端面２００ａ及び各ダミーバー４００の端面４００ａ（Ｙ軸方向における各ダミーバー４００の一方の端面）を同一平面上に位置させた状態で、Ｚ軸方向において隣り合うようにレーザバー２００とダミーバー４００とを交互に配置し、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー４００を保持部材（図示省略）で保持する。これにより、各レーザバー２００の部分２１０のうち端面２００ｂを含む一部分が、隣り合うダミーバー４００の端面４００ｂ（Ｙ軸方向における各ダミーバー４００の他方の端面）に対して突出することになる。この状態でＡｕのスパッタを実施することで、絶縁層７００上に金属層８００を形成する。なお、レーザバー２００とダミーバー４００とを交互に配置した後、スパッタによって絶縁層７００上に金属層８００を形成する前に、金属層８００を形成するためのスパッタの放電の極性に対して放電の極性を反転させて、イオン化したスパッタ用の不活性ガス原子（例えば、Ａｒイオン）を絶縁層７００の表面に衝突させる、いわゆる逆スパッタによって、絶縁層７００の表面にプラズマ活性化処理を施してもよい。これにより、絶縁層７００の表面のクリーニングが成されるため、絶縁層７００に対する金属層８００の密着性を高めることができる。
［量子カスケードレーザ装置の構成］
　上述した量子カスケードレーザ素子１を備える量子カスケードレーザ装置１０Ａについて、図６を参照して説明する。図６に示されるように、量子カスケードレーザ装置１０Ａは、量子カスケードレーザ素子１と、支持部１１と、接合部材１２と、ＣＷ駆動部（駆動部）１３と、を備えている。
　支持部１１は、本体部１１１と、電極パッド１１２と、を有している。支持部１１は、例えば、本体部１１１がＡｌＮによって形成されたサブマントである。支持部１１は、半導体積層体３が半導体基板２に対して支持部１１側に位置した状態（すなわち、エピサイドダウンの状態）で、量子カスケードレーザ素子１を支持している。
　接合部材１２は、エピサイドダウンの状態で、支持部１１の電極パッド１１２と量子カスケードレーザ素子１の第１電極５とを接合している。接合部材１２は、例えば、ＡｕＳｎ部材等の半田部材である。
　量子カスケードレーザ装置１０Ａでは、接合部材１２によって支持部１１の電極パッド１１２と接合された第１電極５の表面５ａに絶縁膜７が回り込んでいる。ただし、金属膜８の外縁８０は、光導波方向Ａから見た場合に第１電極５の表面５ａに至っていない。
　第１電極５のうちＺ軸方向において活性層３１に対応する部分の厚さは、接合部材１２のうち電極パッド１１２と第１電極５との間に配置された部分の厚さよりも大きい。第１電極５のうちＺ軸方向において活性層３１に対応する部分の厚さは、例えば、５μｍ以上である。接合部材１２のうち電極パッド１１２と第１電極５との間に配置された部分の厚さは、例えば、２～３μｍ程度である。
　ＣＷ駆動部１３は、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように量子カスケードレーザ素子１を駆動する。ＣＷ駆動部１３は、支持部１１の電極パッド１１２及び量子カスケードレーザ素子１の第２電極６のそれぞれに電気的に接続されている。ＣＷ駆動部１３を電極パッド１１２及び第２電極６のそれぞれに電気的に接続するために、電極パッド１１２及び第２電極６のそれぞれに対してワイヤボンディングが実施される。
［作用及び効果］
　量子カスケードレーザ素子１では、半導体積層体３が有する第１端面３ａ及び第２端面３ｂのうちの第２端面３ｂに、絶縁膜７を介して金属膜８が設けられている。これにより、金属膜８が反射膜として機能しつつ第１端面３ａが光出射面として機能するため、効率の良い光出力が得られる。更に、絶縁膜７が、半導体積層体３の第２端面３ｂから、第１電極５の表面５ａにおける第２端面３ｂ側の領域５ｒに、一続きで形成されており、絶縁膜７上に形成された金属膜８の外縁８０が、光導波方向Ａから見た場合に第１電極５の表面５ａに至っていない。これにより、量子カスケードレーザ素子１を支持部１１に実装するために、接合部材１２を用いて、絶縁膜７が回り込んだ第１電極５を支持部１１の電極パッド１１２に接合する場合に、溶融した接合部材１２が金属膜８に至り難くなる。しかも、例えば金属膜８を絶縁部材で覆うような構成に比べ、活性層３１で発生した熱がこもり難くなる。また、絶縁膜７が回り込んだ第１電極５を支持部１１の電極パッド１１２に接合することで、第２電極６を支持部１１の電極パッド１１２に接合する場合に比べ、活性層３１を支持部１１に近付けることができる。したがって、活性層３１で発生した熱を効率良く支持部１１側に逃がすことができる。これらのことから、量子カスケードレーザ素子１の光出力特性の劣化が抑制される。以上により、量子カスケードレーザ素子１によれば、光出力特性の劣化を抑制しつつ効率の良い光出力を得ることができる。
　なお、量子カスケードレーザ素子１を支持部１１に実装する際に、溶融した接合部材１２が金属膜８に至ると、溶融した接合部材１２が金属膜８において急激に広がるおそれがある。溶融した接合部材１２が金属膜８において広がると、例えば、接合部材１２に含まれていたＳｎが金属膜８中に拡散し、量子カスケードレーザ素子１の信頼性を低下させるおそれがある。また、溶融した接合部材１２が金属膜８に付着すると、硬化時における接合部材１２の収縮によって金属膜８が絶縁膜７から剥がれるおそれがある。量子カスケードレーザ素子１における絶縁膜７及び金属膜８の構成によれば、溶融した接合部材１２が金属膜８に付着することで第１電極５と第２電極６とが短絡することが防止されることは勿論、上述したような事態が発生することも防止される。
　量子カスケードレーザ素子１では、半導体積層体３がリッジ部３０を有している。これにより、上述した絶縁膜７及び金属膜８の構成によって効率の良い光出力を確保しつつ、量子カスケードレーザ素子１の駆動電流を低減して、量子カスケードレーザ素子１の低消費電力化を図ることができる。このとき、活性層３１が狭小化された分だけ、第１端面３ａ及び第２端面３ｂのそれぞれにおいて光密度が高くなるが、上述した絶縁膜７及び金属膜８の構成によって放熱性が確保されているため、量子カスケードレーザ素子１の光出力特性が劣化するのを抑制することができる。また、絶縁膜７が熱によって損傷するのを抑制することができる。
　量子カスケードレーザ素子１では、金属膜８のうち第２端面３ｂに形成された部分の厚さが、絶縁膜７のうち第２端面３ｂに形成された部分の厚さよりも大きい。これにより、厚さの関係が逆である場合に比べ、絶縁膜７及び金属膜８が形成された第２端面３ｂでの放熱性を向上させることができる。
　量子カスケードレーザ素子１では、第１電極５のうちＺ軸方向において活性層３１に対応する部分の厚さは、金属膜８のうち第２端面３ｂに形成された部分の厚さよりも大きい。これにより、絶縁膜７が回り込んだ第１電極５を支持部１１の電極パッド１１２に接合した場合に、活性層３１で発生した熱をより効率良く支持部１１側に逃がすことができる。
　量子カスケードレーザ素子１では、絶縁膜７がＡｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜である。これにより、溶融した接合部材１２が絶縁膜７に対して濡れ難くなるため、溶融した接合部材１２が金属膜８に至るのをより確実に抑制することができる。
　量子カスケードレーザ装置１０Ａによれば、上述した量子カスケードレーザ素子１の構成によって、光出力特性の劣化を抑制しつつ効率の良い光出力を得ることができる。
　量子カスケードレーザ装置１０Ａでは、第１電極５のうちＺ軸方向において活性層３１に対応する部分の厚さが、接合部材１２のうち電極パッド１１２と第１電極５との間に配置された部分の厚さよりも大きい。これにより、量子カスケードレーザ素子１を支持部１１に実装する際に、溶融した接合部材１２が金属膜８に至るのをより確実に抑制し得るように、光導波方向Ａから見た場合における金属膜８の外縁８０と第１電極５の表面５ａとの距離を十分に確保することができる。
　量子カスケードレーザ装置１０Ａでは、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように、ＣＷ駆動部１３が量子カスケードレーザ素子１を駆動する。量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振する場合には、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光をパルス発振する場合に比べ、活性層３１での発熱量が大きくなるため、上述した量子カスケードレーザ素子１の構成は、特に有効である。
［変形例］
　本開示は、上述した実施形態に限定されない。例えば、活性層３１には、公知の量子カスケード構造を適用することができる。また、半導体積層体３には、公知の積層構造を適用することができる。一例として、半導体積層体３において、上部ガイド層は、分布帰還構造として機能する回折格子構造を有していなくてもよい。
　また、Ｚ軸方向から見た場合に、第１電極５のうちの金属下地層５１の外縁は、半導体基板２及び半導体積層体３の外縁に一致していてもよい。なお、Ｚ軸方向から見た場合に、第１電極５のうちの金属下地層５１の外縁が、少なくとも第１端面３ａ及び第２端面３ｂに一致していると、第１端面３ａ及び第２端面３ｂでの放熱性を確保することができる。
　また、絶縁膜７は、半導体積層体３の第２端面３ｂから、第１電極５の表面５ａ及び第２電極６の表面６ａのうちの少なくとも一方の表面における第２端面３ｂ側の領域に、一続きで形成されていればよく、その場合に、金属膜８の外縁８０は、光導波方向Ａから見た場合に当該一方の表面に至っていなければよい。また、金属膜８は、光導波方向Ａから見た場合に少なくとも活性層３１を覆うように、絶縁膜７上に形成されていればよい。
　変形例として、図７に示されるように、金属膜８の外縁８０は、光導波方向Ａから見た場合に第１電極５の表面５ａ及び第２電極６の表面６ａのいずれにも至っていなくてもよい。図７に示される量子カスケードレーザ素子１では、金属膜８は、半導体積層体３の第２端面３ｂ、及び半導体基板２における第２端面３ｂ側の側面２ｃに沿って延在するように、絶縁膜７上のみに形成されている。
　図７に示される量子カスケードレーザ素子１の製造方法は、レーザバー２００における絶縁層７００及び金属層８００の形成の仕方において、図１及び図２に示される量子カスケードレーザ素子１の製造方法と相違している。図７に示される量子カスケードレーザ素子１の製造方法では、まず、図８の（ａ）に示されるように、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー３００を用意する。Ｙ軸方向におけるダミーバー３００の長さは、Ｙ軸方向におけるレーザバー２００の長さよりも小さい。Ｘ軸方向におけるダミーバー３００の長さは、Ｘ軸方向におけるレーザバー２００の長さ以上である。
　続いて、各レーザバー２００の端面２００ａ及び各ダミーバー３００の端面３００ａを同一平面上に位置させた状態で、Ｚ軸方向において隣り合うようにレーザバー２００とダミーバー３００とを交互に配置し、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー３００を保持部材（図示省略）で保持する。これにより、各レーザバー２００の部分２１０が、隣り合うダミーバー３００の端面３００ｂに対して突出することになる。この状態でＡｌ２Ｏ３又はＣｅＯ２のスパッタを実施することで、各レーザバー２００の部分２１０の表面に絶縁層７００を形成する。
　続いて、図８の（ｂ）に示されるように、複数のダミーバー５００を用意する。Ｙ軸方向におけるダミーバー５００の長さは、Ｙ軸方向におけるレーザバー２００の長さよりも大きい。Ｘ軸方向におけるダミーバー５００の長さは、Ｘ軸方向におけるレーザバー２００の長さ以上である。なお、図８の（ｂ）では、各レーザバー２００の部分２１０の表面に形成された絶縁層７００の図示が省略されている。
　続いて、各レーザバー２００の端面２００ａ及び各ダミーバー５００の端面５００ａ（Ｙ軸方向における各ダミーバー５００の一方の端面）を同一平面上に位置させた状態で、Ｚ軸方向において隣り合うようにレーザバー２００とダミーバー５００とを交互に配置し、複数のレーザバー２００及び複数のダミーバー５００を保持部材（図示省略）で保持する。これにより、各レーザバー２００の部分２１０のうち端面２００ｂを含む一部分が、隣り合うダミーバー５００の端面５００ｂ（Ｙ軸方向における各ダミーバー５００の他方の端面）に対して凹むことになる。この状態でＡｕのスパッタを斜めから実施することで、絶縁層７００上に金属層８００を形成する。なお、レーザバー２００とダミーバー５００とを交互に配置する前に、金属層８００を形成するためのスパッタの放電の極性に対して放電の極性を反転させて、イオン化したスパッタ用の不活性ガス原子（例えば、Ａｒイオン）を絶縁層７００の表面に衝突させる、いわゆる逆スパッタによって、絶縁層７００の表面にプラズマ活性化処理を施してもよい。これにより、絶縁層７００の表面のクリーニングが成されるため、絶縁層７００に対する金属層８００の密着性を高めることができる。
　また、絶縁膜７は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜に限定されず、金属膜８は、Ａｕ膜に限定されない。例えば、金属膜８は、Ｔｉ膜及びＡｕ膜が絶縁膜７側からこの順序で積層されることで構成されていてもよい。その場合、Ｔｉ膜の厚さは、例えば、３０ｎｍ程度であり、Ａｕ膜の厚さは、例えば、５００ｎｍ程度である。
　また、図９に示されるように、量子カスケードレーザ素子１は、半導体基板２が半導体積層体３に対して支持部１１側に位置した状態（すなわち、エピサイドアップの状態）で支持部１１に実装されてもよい。図９に示される量子カスケードレーザ素子１では、接合部材１２によって支持部１１の電極パッド１１２と接合された第２電極６の表面６ａに絶縁膜７が回り込んでいる。ただし、金属膜８の外縁８０は、光導波方向Ａから見た場合に第２電極６の表面６ａに至っていない。
　図９に示される量子カスケードレーザ素子１では、量子カスケードレーザ素子１を支持部１１に実装するために、接合部材１２を用いて、絶縁膜７が回り込んだ第２電極６を支持部１１の電極パッド１１２に接合する場合に、溶融した接合部材１２が金属膜８に至り難くなる。しかも、例えば金属膜８を絶縁部材で覆うような構成に比べ、活性層３１で発生した熱がこもり難くなる。これらのことから、量子カスケードレーザ素子１の光出力特性の劣化が抑制される。
　以下、図９に示される量子カスケードレーザ装置１０Ｂについて説明する。図９に示されるように、量子カスケードレーザ装置１０Ｂは、量子カスケードレーザ素子１と、支持部１１と、接合部材１２と、パルス駆動部（駆動部）１４と、を備えている。
　支持部１１は、本体部１１１と、電極パッド１１２と、を有している。支持部１１は、例えば、本体部１１１がＡｌＮによって形成されたサブマントである。支持部１１は、エピサイドアップの状態で、量子カスケードレーザ素子１を支持している。
　接合部材１２は、エピサイドアップの状態で、支持部１１の電極パッド１１２と量子カスケードレーザ素子１の第２電極６とを接合している。接合部材１２は、例えば、ＡｕＳｎ部材等の半田部材である。接合部材１２のうち電極パッド１１２と第２電極６との間に配置された部分の厚さは、例えば、数μｍ程度である。
　パルス駆動部１４は、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光をパルス発振するように量子カスケードレーザ素子１を駆動する。レーザ光のパルス幅は、例えば、５０～５００ｎｓであり、レーザ光の繰り返し周波数は、例えば、１～５００ｋＨｚである。パルス駆動部１４は、支持部１１の電極パッド１１２及び量子カスケードレーザ素子１の第１電極５のそれぞれに電気的に接続されている。パルス駆動部１４を電極パッド１１２及び第１電極５のそれぞれに電気的に接続するために、電極パッド１１２及び第１電極５のそれぞれに対してワイヤボンディングが実施される。
　なお、図６に示される量子カスケードレーザ装置１０Ａ、及び図９に示される量子カスケードレーザ装置１０Ｂでは、支持部１１側にヒートシンク（図示省略）が設けられている。そのため、量子カスケードレーザ素子１がエピサイドダウンの状態で支持部１１に実装されている構成（図６に示されるエピサイドダウンの構成）は、量子カスケードレーザ素子１がエピサイドアップの状態で支持部１１に実装されている構成（図９に示されるエピサイドアップの構成）に比べ、半導体積層体３の放熱性を確保し易い。したがって、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように駆動される場合には、エピサイドダウンの構成が有効である。特に、中赤外領域における比較的短波長の中心波長（例えば、４～１１μｍのうちの４～６μｍのいずれかの値の中心波長）を有するレーザ光を発振するように半導体積層体３が構成されており、且つ量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように駆動される場合には、エピサイドダウンの構成が有効である。ただし、条件等によっては、エピサイドダウンの構成において、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光を連続発振するように駆動されることに限定されず、エピサイドアップの構成において、量子カスケードレーザ素子１がレーザ光をパルス発振するように駆動されることに限定されない。
　上述した実施形態における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。また、上述した一の実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。
　１…量子カスケードレーザ素子、２…半導体基板、２ｂ…表面、３…半導体積層体、３ａ…第１端面、３ｂ…第２端面、３ｃ…表面、５…第１電極、５ａ…表面、５ｒ…領域、６…第２電極、６ａ…表面、６ｒ…領域、７…絶縁膜、８…金属膜、１０Ａ，１０Ｂ…量子カスケードレーザ装置、１１…支持部、１２…接合部材、１３…ＣＷ駆動部（駆動部）、１４…パルス駆動部（駆動部）、３０…リッジ部、３１…活性層、８０…外縁、１１２…電極パッド、Ａ…光導波方向。

Claims (10)

  1. 　半導体基板と、
    　量子カスケード構造を有する活性層を含み、光導波方向において対向する第１端面及び第２端面を有し、前記半導体基板上に形成された半導体積層体と、
    　前記半導体積層体における前記半導体基板とは反対側の表面に形成された第１電極と、
    　前記半導体基板における前記半導体積層体とは反対側の表面に形成された第２電極と、
    　前記第２端面から、前記第１電極における前記半導体積層体とは反対側の表面及び前記第２電極における前記半導体基板とは反対側の表面のうちの少なくとも一方の表面における前記第２端面側の領域に、一続きで形成された絶縁膜と、
    　前記光導波方向から見た場合に少なくとも前記活性層を覆うように、前記絶縁膜上に形成された金属膜と、を備え、
    　前記金属膜の外縁は、前記光導波方向から見た場合に前記一方の表面に至っていない、量子カスケードレーザ素子。
  2. 　前記半導体積層体は、リッジ部を有する、請求項１に記載の量子カスケードレーザ素子。
  3. 　前記金属膜のうち前記第２端面に形成された部分の厚さは、前記絶縁膜のうち前記第２端面に形成された部分の厚さよりも大きい、請求項１又は２に記載の量子カスケードレーザ素子。
  4. 　前記絶縁膜は、前記第２端面から、少なくとも前記第１電極の前記表面における前記第２端面側の領域に、一続きで形成されており、
    　前記金属膜の前記外縁は、前記光導波方向から見た場合に前記第１電極の前記表面に至っていない、請求項１～３のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子。
  5. 　前記第１電極のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記活性層に対応する部分の厚さは、前記金属膜のうち前記第２端面に形成された部分の厚さよりも大きい、請求項４に記載の量子カスケードレーザ素子。
  6. 　前記絶縁膜は、Ａｌ２Ｏ３膜又はＣｅＯ２膜である、請求項１～５のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ素子と、
    　前記量子カスケードレーザ素子を駆動する駆動部と、を備える、量子カスケードレーザ装置。
  8. 　前記量子カスケードレーザ素子を支持する支持部と、
    　前記半導体積層体が前記半導体基板に対して前記支持部側に位置した状態で、前記支持部が有する電極パッドと前記第１電極とを接合する接合部材と、を更に備え、
    　前記絶縁膜は、前記第２端面から、少なくとも前記第１電極の前記表面における前記第２端面側の領域に、一続きで形成されており、
    　前記金属膜の前記外縁は、前記光導波方向から見た場合に前記第１電極の前記表面に至っていない、請求項７に記載の量子カスケードレーザ装置。
  9. 　前記第１電極のうち前記半導体基板の厚さ方向において前記活性層に対応する部分の厚さは、前記接合部材のうち前記電極パッドと前記第１電極との間に配置された部分の厚さよりも大きい、請求項８に記載の量子カスケードレーザ装置。
  10. 　前記駆動部は、前記量子カスケードレーザ素子がレーザ光を連続発振するように前記量子カスケードレーザ素子を駆動する、請求項７～９のいずれか一項に記載の量子カスケードレーザ装置。
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