JP2016066670A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】動作電圧を低減することの可能な半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザは、基板上に形成されると共に活性層を含む半導体層と、半導体層上に設けられて活性層に電荷キャリアを注入すると共に、透明導電膜を含むキャリア注入層と、キャリア注入層上の選択的な領域に設けられてレーザ光の光場を調整すると共に、絶縁性を有する光場調整層と、基板に電気的に接続された第１電極と、キャリア注入層に電気的に接続された第２電極とを備えたものである。【選択図】図１

Description

本開示は、各種電子デバイスに用いられる半導体レーザに関する。

近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた緑色領域から紫外光領域で発光可能な半導体レーザが盛んに研究されている。この緑色領域から紫外光領域で発光する半導体レーザは、記憶容量の増加や表示装置のフルカラー化を図る上で重要なデバイスである。

このような半導体レーザの消費電力を低減するために、主として直列抵抗成分を形成するｐ型半導体層（ｐ型クラッド層）の厚みを薄くする手法がある。ところが、単純にｐ型半導体層を薄くすると、活性層から漏れ出た光が、ｐ型半導体層の上に形成されたｐ側電極（金属）によって吸収され、閾値電流または動作電流などの動作特性が悪化する。

そこで、ｐ型半導体層の一部あるいは全てをＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電膜に置き換えることにより、ｐ型半導体層を薄くする技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

特開２００９−９４３６０号公報 特開２０１３−３８３９４号公報 特開２０１３−４２１０７号公報

しかしながら、上記のように透明導電膜を用いた場合であっても、例えばｐ側電極において光吸収が生じることから、動作特性の悪化を生じる。また、これを回避するためには、透明導電膜の厚みをある程度以上確保すればよいが、透明導電膜は厚みが増すと光吸収係数が増加することが知られている。つまり、透明導電膜の厚みにも上限がある。

また、ＩＴＯなどの透明導電膜は一般に他の半導体層に比べ低屈折率となることから、このような透明導電膜を用いると、レーザの光場の強度分布が活性層よりもｎ型半導体層の側にシフトしてしまう。また、その程度は、ｐ型半導体層を薄くするほど大きくなる。上記のことから、ｐ型半導体層を十分に薄くして直列抵抗成分を低減することは困難である。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、動作電圧を低減することの可能な半導体レーザを提供することにある。

本開示の半導体レーザは、基板上に形成されると共に活性層を含む半導体層と、半導体層上に設けられて活性層に電荷キャリアを注入すると共に、透明導電膜を含むキャリア注入層と、キャリア注入層上の選択的な領域に設けられてレーザ光の光場を調整すると共に、絶縁性を有する光場調整層と、基板に電気的に接続された第１電極と、キャリア注入層に電気的に接続された第１電極と、第１電極と共に半導体層に電圧を印加するための第２電極とを備えたものである。

本開示の半導体レーザでは、活性層を含む半導体層上に、透明導電膜を含むキャリア注入層を有し、このキャリア注入層上の選択的な領域に絶縁性を有する光場調整層が設けられている。これにより、第１電極および第２電極間に所定の電圧が印加されると、第１電極から供給された電荷キャリアが、キャリア注入層を介して例えば横方向から活性層へ注入される。

本開示の半導体レーザによれば、活性層を含む半導体層上に、透明導電膜を含むキャリア注入層が設けられ、このキャリア注入層上の選択的な領域に絶縁性を有する光場調整層が設けられている。これにより、第１電極から活性層へ、横方向からのキャリア注入を実現できる。活性層から漏れ出た光が第１電極によって吸収されにくい素子構造を実現すると共に、光場調整層により光場の調整が可能となる。この結果、活性層よりも上部の半導体層の薄膜化が可能となり、素子の直列抵抗成分を低減することができる。よって、動作電圧を低減することが可能となる。

尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

本開示の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 比較例１−１に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 比較例１−２に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 比較例２に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 比較例３に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 図１に示した半導体レーザの作用を説明するための断面模式図である。 変形例１に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 本開示の第２の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 変形例２に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 本開示の第３の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。

以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（半導体層上にキャリア注入層（透明導電膜）を介して光場調整層を設け、キャリアの横方向注入と光場調整とを行う半導体レーザの例）
２．変形例１（上部電極を光場調整層上にも形成した例）
３．第２の実施の形態（電流狭窄構造としてリッジ部を有する半導体レーザの例）
４．変形例２（上部電極を光場調整層上にも形成した例）
５．第３の実施の形態（半導体層の一部にイオン注入による電流狭窄領域を有する半導体レーザの例）

＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る半導体レーザ（半導体レーザ１）の構成の一例を表したものである。なお、図１は、半導体レーザ１の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。半導体レーザ１は、例えばいわゆる端面発光型の半導体レーザであり、半導体層２０を共振器方向（Ｚ方向）において一対の共振器端面（図示せず）によって挟み込んだ構造を有する。一対の共振器端面は、例えばへき開によって形成されたへき開面である。一方の端面は、レーザ光を射出する面であり、この端面には、所定の反射率に設定された多層反射膜が形成されている。一例としては、半導体レーザ１が青紫レーザである場合には、反射率が１０％程度の低反射膜とされる。但し、この端面の反射率は、出射波長に応じて設定され、例えば青色レーザの場合には、２０％程度とされる。もう一方の端面には、反射率が９５％程度の高反射膜（多層反射膜）が形成されている。この半導体レーザ１は、特に限定されるものではないが、例えば窒化物系半導体レーザである。

半導体レーザ１は、例えば基板１０上に、半導体層２０を備えたものである。半導体層２０は、例えば、基板１０の側から順に、下部クラッド層１１、活性層１２および上部クラッド層１３を有する。なお、半導体層２０には、これらの層以外の層（例えば、バッファ層、ガイド層、電子障壁層など）が更に設けられていてもよい。この半導体層２０上には、一対の電流狭窄膜１４を介してキャリア注入層１５が設けられている。一対の電流狭窄膜１４は、互いに間隙１４ａを介して設けられ、それぞれが共振器方向（Ｚ方向）に沿ったストライプ状を成している。キャリア注入層１５は、この間隙１４ａにおいて半導体層２０と隣接する。キャリア注入層１５上の選択的な領域（間隙１４ａに対向する領域）に、光場調整層１７が形成され、キャリア注入層１５上のその他の領域（光場調整層１７から露出した領域）には、上部電極１６（第１電極）が設けられている。基板１０の裏面（半導体層２０の形成面と反対側の面）には、下部電極１８（第２電極）が形成されている。

基板１０は、例えばｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）基板である。

半導体層２０は、いわゆるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層を含んで構成されたものである。「ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体」は、短周期型周期率表における３Ｂ族元素群のうちの少なくとも１種と、短周期型周期率表における５Ｂ族元素のうちの少なくともＮとを含むものを指している。具体的には、Ｇａ（ガリウム）とＮ（窒素）とを含んだ窒化ガリウム系化合物であり、一例としては、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム・ガリウム），あるいはＡｌＧａＩｎＮ（窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム）などが挙げられる。ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体には、必要に応じてＳｉ（珪素），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｏ（酸素），Ｓｅ（セレン）などのＩＶ族およびＶＩ族元素からなるｎ型不純物、または、Ｍｇ（マグネシウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｃ（炭素）などのＩＩ族およびＩＶ族元素からなるｐ型不純物がドープされている。

下部クラッド層１１は、例えばｎ型のＡｌＧａＮにより構成されている。活性層１２は、例えば、組成比の互いに異なるＧａＩｎＮによりそれぞれ形成された井戸層およびバリア層を交互に積層してなる多重量子井戸構造となっている。上部クラッド層１３は、例えばｐ型のＡｌＧａＮにより構成されている。

電流狭窄膜１４は、半導体層２０の活性層１２へ注入される電流を狭窄するものである。電流狭窄膜１４の構成材料としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯ_XＮ_1-X）および酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）のうちの少なくとも１種が挙げられる。電流狭窄膜１４は、これらの絶縁膜材料のうちのいずれか１種の単層膜であってもよいし、２種以上を積層した多層膜であってもよい。この電流狭窄膜１４は、共振器方向（Ｚ方向）に沿って延在して形成され、間隙１４ａに対向する領域に発光領域１２Ａが形成される。

キャリア注入層１５は、透明導電膜を含んで構成され、活性層１２へキャリア（電荷キャリア，電荷担体）を注入するための経路（パス）を構成するものである。このキャリア注入層１５では、後述するように、横方向（Ｘ方向）からのキャリア注入が可能となっている。このキャリア注入層１５は、透明導電膜として、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、グラフェン、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、銀ナノワイヤ、導電性高分子（ＰＥＤＯＴ）、ＣＩＧＳ系化合物、またはＩＧＺＯ系化合物を含んでいる。ＣＩＧＳ系化合物とは、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ）およびセレン（Ｓｅ）を主原料とする化合物である。ＩＧＺＯ系化合物とは、インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），亜鉛（Ｚｎ）および酸素（Ｏ）を主原料とする化合物である。

上部電極１６は、例えばｐ側電極であり、金属から構成されている。上部電極１６の一例としては、例えばチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をキャリア注入層１５の側から順に積層した多層膜（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）が挙げられる。この上部電極１６は、キャリア注入層１５に電気的に接続されていればよく、キャリア注入層１５の上面のうち、光場調整層１７から露出する領域の全体に形成されていてもよいし、一部にのみ形成されていてもよい。また、後述するように、光場調整層１７の上面に形成されていてもよい。ここでは、上部電極１６は、キャリア注入層１５上の光場調整層１７から露出した全体にわたって形成されると共に、光場調整層１７の側面に隣接している。

光場調整層１７は、活性層１２において発生したレーザ光の光場を調整するものである。具体的には、光場調整層１７の屈折率および厚みを適切に設定することにより、光場の強度分布のピークを、任意の位置（例えば活性層１２付近の位置）に形成することができる。ここで、例えば上部クラッド層１３（ｐ型半導体層）の厚みを薄くした場合には、強度のピークが活性層１２から下部クラッド層１１（ｎ型半導体層）の側（下方）へシフトするが、そのような光場のシフトを、上記屈折率等の設定により、抑制することができる。但し、強度ピークは必ずしも、活性層１２付近に形成される必要はなく、活性層１２から若干シフトして形成されてもよい。例えば、横方向の屈折率差を変更する、あるいはＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage：光端面損傷）レベルを向上させる、などの設計指針により、故意に、強度ピークを活性層付近から若干シフトした位置に形成しても構わない。

この光場調整層１７は、絶縁性を有する。材料としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯ_XＮ_1-X）および酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）のうちの少なくとも１種が挙げられる。光場調整層１７は、これらの絶縁膜材料のうちのいずれか１種の単層膜であってもよいし、２種以上を積層した多層膜であってもよい。光場調整層１７が絶縁性を有することで、後述するように、キャリア注入層１５を用いた横方向からのキャリア注入が可能となる。キャリア注入を目的としない場合には、光場調整層１７を、例えば半導体により構成してもよい。

本実施の形態では、この光場調整層１７の上に上部電極１６が配置されないことから、光場調整層１７の材料選択および膜厚設計の自由度が高い。光場調整層１７の膜厚が、上部電極１６での光吸収の有無に影響しにくいためである。また、これにより、上部クラッド層１３の薄膜化を実現し易くなり、直列抵抗成分の抑制につながる。

下部電極１８は、金属から構成され、例えばチタン、白金および金を基板１０の側から順に積層した多層膜（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）である。この下部電極１８は、基板１０と電気的に接続されていればよく、基板１０の裏面に形成されていなくても構わない。

［製造方法］
半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。即ちまず、基板１０の上面（結晶成長面）に、半導体層２０として、下部クラッド層１１、活性層１２、上部クラッド層１３をこの順に成長させる。上記の構成で例示した化合物半導体を用いる場合には、半導体層２０を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、化合物半導体の原料としては、例えば、アンモニア（ＮＨ₃）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などを用いる。ドナー不純物の原料としては、例えばモノシラン（ＳｉＨ₄）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）や、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。

この後、上述した材料よりなる電流狭窄膜１４を、例えば蒸着法などにより成膜した後、所定のストライプ状となるようにパターニングする。

続いて、上述した透明導電膜を含むキャリア注入層１５を、例えばスパッタ法等により成膜したのち、例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングによりパターニングする。これにより、キャリア注入層１５が、間隙１４ａにおいて半導体層２０と接触するように、電流狭窄膜１４上に形成される。

次に、キャリア注入層１５上に、光場調整層１７を形成する。具体的には、キャリア注入層１５上に、上述した絶縁材料を、例えば蒸着法などにより成膜したのち、例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングによりパターニングする。この際、光場調整層１７の材料（屈折率）および厚みを適切に設定することで、レーザ光の光場調整を行うことができる。

続いて、キャリア注入層１５上の光場調整層１７から露出した領域に、上部電極１６を形成する。具体的には、上述した金属材料を例えば、蒸着法またはスパッタ法などにより成膜したのち、例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより所望の形状にパターニングする。

この後、必要に応じてラッピングを行い、基板１０の厚みを調節したのち、基板１０の裏面に下部電極１８を形成する。次に、へき開により、一対の共振器端面を形成したのち、ダイシングする。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１を完成する。

［作用，効果］
本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極１６と下部電極１８との間に、所定の閾値電圧以上の電圧が印加されると、半導体層２０の活性層１２の電流注入領域（発光領域１２Ａ）に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の共振器端面間において繰り返し反射されたのち、一方の端面から所定の波長のレーザ光として出射する。このようにして、レーザ発振がなされる。

この半導体レーザ１では、主に上部クラッド層１３（ｐ型半導体層）が、素子の直列抵抗成分を形成する。このため、直列抵抗成分を低減して動作電圧を低減するためには、上部クラッド層１３を薄膜化することが理想的である。

ここで、図２に、本実施の形態の比較例（比較例１−１）に係る半導体レーザ（半導体レーザ１００Ａ）の構成を示す。また、図３には、本実施の形態の比較例（比較例１−２）に係る半導体レーザ（半導体レーザ１００Ｂ）の構成を示す。比較例１−１では、図２に示したように、基板１０２上に、ｎ型半導体層１０３（ＧａＮ層１０３ａ，クラッド層１０３ｂ，ガイド層１０３ｃ）と、活性層１０４と、ｐ型半導体層１０５（電子ブロック層１０５ａ、ガイド・コンタクト層１０５ｂ）とが積層されている。ｐ型半導体層１０５の上に、ＺｎＯからなる透明電極１０６が形成されている。基板１０２の裏面には、ｎ側電極１０７が形成されている。比較例１−２では、図３に示したように、比較例１−１と同様、基板１０２上に、ｎ型半導体層１０３と、活性層１０４と、ｐ型半導体層１０５とが積層され、基板１０２の裏面にｎ側電極１０７が形成されている。但し、比較例１−２では、ｐ型半導体層１０５の上に、電流狭窄膜としての絶縁膜１０８を介して透明電極１０７が形成されている。

更に、図４には、本実施の形態の比較例（比較例２）に係る半導体レーザ（半導体レーザ２００）の構成を示す。また、図５には、本実施の形態の比較例（比較例３）に係る半導体レーザ（半導体レーザ３００）の構成を示す。比較例２では、図４に示したように、基板２０１上に、ｎ型半導体層２０２（クラッド層２０２ａ，ガイド層２０２ｂ）と、活性層２０３と、ｐ型半導体層２０４（ガイド層）とが積層されている。このｐ型半導体層２０４の上に、絶縁膜２０５を介して透明電極２０６（２０６ａ，２０６ｂ）が形成されている。透明電極２０６の上には、金属からなるｐ側電極２０７が配置されている。比較例３では、図５に示したように、基板３０１上に、ｎ型半導体層３０２（クラッド層３０２ａ，ガイド層３０２ｂ）と、活性層３０３と、ｐ型半導体層３０４（電子ブロック層３０４ａ，ガイド・コンタクト層３０４ｂ）とが積層されている。このｐ型半導体層３０４の上に、絶縁膜３０５を介して透明電極３０６（３０６ａ，３０６ｂ）が形成されている。

これらの比較例１−１，１−２，２，３のように、ｐ型半導体層の一部または全部を透明電極により置き換えることで、透明電極を用いない場合に比べ、直列抵抗成分の低減を図ることができる。しかしながら、いずれの構造においても、例えば以下の理由により、抵抗低減効果は不十分であり、改善の余地がある。即ち、上記比較例１−１，１−２，２，３の構造において、ｐ型半導体層（１０５，２０４，３０４）を薄膜化した場合、活性層（１０４，２０３，３０３）から漏れ出た光が、透明電極（１０６，２０６，３０６）あるいはｐ側電極（２０７）によって吸収され易くなる。この光吸収により、閾値電流あるいは動作電流などの動作特性が悪化してしまう。

特に、比較例２では、透明電極２０６上にさらに金属のｐ側電極２０７が配置されることから、このｐ側電極２０７において、光吸収が生じ易い。この場合、透明電極２０６を厚膜化することで、ｐ側電極２０７での光吸収を抑えることもできるが、逆に透明電極２０６での光吸収係数が増加することとなり望ましくない。

加えて、ＩＴＯなどの透明導電膜は一般に他の半導体層に比べ低屈折率であることから、このような透明導電膜を用いると、レーザの光場の強度分布が活性層（１０４，２０３，３０３）よりもｎ型半導体層（１０３，２０２，３０２）の側に（下方に）シフトしてしまう。この光場のシフトは、ｐ型半導体層（１０５，２０４，３０４）を薄くするほど大きなものとなる。

なお、比較例３では、透明電極３０６を所定の２層構造とすることにより、光場の強度分布の調整範囲を拡げることができる。しかしながら、この比較例３の構成では、２層構造によって単層の場合よりも抵抗成分が増加するため、動作電圧を十分に低減することができない。

上記のことから、透明電極（透明導電膜）を用いた半導体レーザにおいて、ｐ型半導体層を十分に薄くして直列抵抗成分を低減することは困難である。

これに対し、本実施の形態では、半導体層２０の上部クラッド層１３上に、透明導電膜を含むキャリア注入層１５が設けられ、このキャリア注入層１５上の選択的な領域に、絶縁性を有する光場調整層１７が設けられている。これにより、上部電極１６から供給された電荷キャリアは、キャリア注入層１５を介して、例えば横方向（共振器方向に直交するＸ方向）から活性層１２へ注入される（図６の矢印Ａ１）。詳細には、半導体層２０上に、電流狭窄膜１４を介してキャリア注入層１５が設けられ、このキャリア注入層１５上の間隙１４ａに対向する領域に光場調整層１７が設けられることにより、横方向からのキャリア注入が実現される。

このように、キャリア注入層１５上の選択的な領域に光場調整層１７が設けられ、望ましくは更に電流狭窄膜１４を有することにより、上部電極１６から活性層１２へ、横方向からのキャリア注入を実現可能となる。これにより、活性層１２から漏れ出た光が上部電極１６によって吸収されにくい素子構造を実現できる。具体的には、上部電極１６を活性層１２の発光領域１２Ａの直上からシフトした位置に配置することができる。また、光場調整層１７が設けられることで、レーザ光の光場の調整が可能となる。

また、上部電極１６の光吸収が十分に低減できることから、透明導電膜よりなるキャリア注入層１５を厚膜化する必要がない（薄膜化が可能である）。キャリア注入層１５の薄膜化により、キャリア注入層１５における光吸収係数の増加を抑えることができる。

更に、上述のように上部クラッド層１３を薄膜化すると光場がシフトする可能性があるが、本実施の形態では、光場調整層１７により、そのような光場のシフトを考慮して素子設計を行うことができる。したがって、上部クラッド層１３の薄膜化に伴う光場のシフトを抑制することができる。光場のシフトを抑制しつつ、上部クラッド層１３を十分に薄膜化することができ、素子の直列抵抗成分を低減することが可能である。

加えて、光場調整層１７が絶縁性を有すると共に、活性層１２への横方向からのキャリア注入が可能であることにより、光場調整層１７の厚みに起因する直列抵抗変化を抑制することができる。

また、キャリア注入層１５および光場調整層１７は、半導体層２０に比べ、低温成膜が可能であることから、活性層１２に与えられる熱的なダメージを抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、半導体層２０上に、透明導電膜を含むキャリア注入層１５が設けられ、このキャリア注入層１５上の選択的な領域に、絶縁性を有する光場調整層１７が設けられる。これにより、キャリア注入層１５を介して、上部電極１６から活性層１２へ、横方向からのキャリア注入が可能となる。上部電極１６による光吸収が低減されると共に、レーザ光の光場調整が可能となり、この結果、上部クラッド層１３の薄膜化が可能となる。したがって、素子の直列抵抗成分を低減することができ、動作電圧を低減することが可能となる。

次に、上記第１の実施の形態の他の実施の形態に係る半導体レーザについて説明する。以下では、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

＜第２の実施の形態＞
図７は、本開示の第２の実施の形態に係る半導体レーザ（半導体レーザ２）の構成の一例を表したものである。なお、図７は、半導体レーザ２の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。半導体レーザ２は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、端面発光型の半導体レーザであり、所定の共振器構造を有している。

半導体レーザ２は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、基板１０上に、半導体層２０を備えたものであり、この半導体層２０上に、電流狭窄膜１４を介してキャリア注入層１５が設けられている。また、キャリア注入層１５上の選択的な領域には、光場調整層１７が形成されている。キャリア注入層１５上の他の領域には、上部電極（上部電極２１）が設けられ、基板１０の裏面には、下部電極１８が形成されている。

但し、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と異なり、上部電極２１が、キャリア注入層１５上だけでなく、光場調整層１７上にも形成されている。上部電極２１は、キャリア注入層１５とその上に形成された光場調整層１７とを覆うように、形成されている。この上部電極２１は、上記第１の実施の形態の上部電極１６と同様の材料から構成することができる。

本実施の形態のように、上部電極２１がキャリア注入層１５上と光場調整層１７上とに形成されていてもよい。この場合にも、半導体層２０上にキャリア注入層１５が設けられ、このキャリア注入層１５上の選択的な領域に光場調整層１７が設けられることで、上部電極２１から活性層１２へ、横方向からのキャリア注入が可能となる。上部電極２１において光が吸収されにくい素子構造を実現することができる。具体的には、半導体層２０と上部電極２１との間に光場調整層１７が介在することで、上部電極２１を発光領域１２Ａの直上からシフトして配置することができる。よって、上部電極２１での光吸収を抑制すると共に光場調整が可能となり、上部クラッド層１３の薄膜化が可能となる。したがって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

＜第３の実施の形態＞
図８は、本開示の第３の実施の形態に係る半導体レーザ（半導体レーザ３）の構成を表したものである。なお、図８は、半導体レーザ３の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。半導体レーザ３は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、端面発光型の半導体レーザであり、所定の共振器構造を有している。

半導体レーザ３は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、基板１０上に、下部クラッド層１１、活性層１２および上部クラッド層（上部クラッド層３１）を含む半導体層（半導体層２０Ａ）を備えたものであり、この半導体層２０Ａ上に、電流狭窄膜（電流狭窄膜３２）を介してキャリア注入層（キャリア注入層３３）が設けられている。また、キャリア注入層３３上の選択的な領域には、光場調整層１７が形成され、キャリア注入層３３上の他の領域には、上部電極１６が設けられている。基板１０の裏面には、下部電極１８が形成されている。半導体層２０Ａは、上記第１の実施の形態の半導体層２０と同様、例えば上述したような窒化物半導体により構成されている。

但し、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と異なり、上部クラッド層３１がストライプ状のリッジ部３１ａを有している。リッジ部３１ａは、光導波路として機能するものであり、例えば共振器方向（Ｚ方向）に沿って延在している。この側面を覆うように、電流狭窄膜３２が形成されている。この電流狭窄膜３２は、例えば上部クラッド層３１のリッジ部３１ａの側面近傍に埋め込み形成することができる。この電流狭窄膜３２の構成材料としては、上記第１の実施の形態の電流狭窄膜１４と同様のものが挙げられる。キャリア注入層３３は、上記第１の実施の形態のキャリア注入層１５と同様の透明導電膜を含んで構成されている。なお、光場調整層１７は、上部クラッド層３１のリッジ部３１ａに対向する領域に設けられている。また、発光領域１２Ａは、リッジ部３１ａに対向する選択的な領域に形成される。このリッジ部３１ａは、ここでは、１つだけ設けているが、複数形成されていてもよい。

本実施の形態のように、上部クラッド層３１がリッジ部３１ａを有していてもよい。この場合にも、半導体層２０Ａ上にキャリア注入層３３が設けられ、このキャリア注入層３３上の選択的な領域に光場調整層１７が設けられることで、上部電極１６から活性層１２へ向けて、キャリア注入層３３およびリッジ部３１ａを介して横方向からのキャリア注入が可能となる。よって、上部電極１６において光が吸収されにくい素子構造を実現すると共に光場を調整することが可能となり、上部クラッド層１３の薄膜化が可能となる。したがって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

＜第４の実施の形態＞
図９は、本開示の第４の実施の形態に係る半導体レーザ（半導体レーザ４）の構成を表したものである。なお、図９は、半導体レーザ４の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。半導体レーザ４は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、端面発光型の半導体レーザであり、所定の共振器構造を有している。

半導体レーザ４は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、基板１０上に、下部クラッド層１１、活性層１２および上部クラッド層３１を含む半導体層２０Ａを備えたものであり、この半導体層２０Ａ上に、電流狭窄膜３２を介してキャリア注入層３３が設けられている。また、キャリア注入層３３上の選択的な領域には、光場調整層１７が形成されている。キャリア注入層３３に電気的に接続されて上部電極２１が設けられ、基板１０の裏面には、下部電極１８が形成されている。また、上記第３の実施の形態の半導体レーザ３と同様、上部クラッド層３１がリッジ部３１ａを有し、このリッジ部３１ａの側面を覆うように、電流狭窄膜３２が形成されている。

更に、本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様、上部電極２１が、キャリア注入層３３上だけでなく、光場調整層１７上にも形成されている。上部電極２１は、キャリア注入層３３とその上に形成された光場調整層１７とを覆うように、形成されている。

本実施の形態においても、半導体層２０Ａ上にキャリア注入層３３が設けられ、このキャリア注入層３３上の選択的な領域に光場調整層１７が設けられることで、上部電極２１から活性層１２へ、横方向からのキャリア注入が可能となる。よって、上部電極２１において光が吸収されにくい素子構造を実現すると共に光場を調整することが可能となり、上部クラッド層１３の薄膜化が可能となる。したがって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

＜第５の実施の形態＞
図１０は、本開示の第５の実施の形態に係る半導体レーザ（半導体レーザ５）の構成を表したものである。なお、図１０は、半導体レーザ５の構成を模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。半導体レーザ５は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、端面発光型の半導体レーザであり、所定の共振器構造を有している。

半導体レーザ５は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、基板１０上に、下部クラッド層１１、活性層１２および上部クラッド層（上部クラッド層４１）を含む半導体層（半導体層２０Ｂ）を備えたものであり、この半導体層２０Ｂ上に、キャリア注入層（キャリア注入層４２）が設けられている。また、キャリア注入層４２上の選択的な領域には、光場調整層１７が形成され、キャリア注入層４２上の他の領域には、上部電極１６が設けられている。基板１０の裏面には、下部電極１８が形成されている。半導体層２０Ｂは、上記第１の実施の形態の半導体層２０と同様、例えば上述したような窒化物半導体により構成されている。

但し、本実施の形態では、上部クラッド層４１の一部に、イオン注入により形成された一対の電流狭窄領域４１ａを有している。これらの電流狭窄領域４１ａは、間隙４１ｂを挟んで形成され、それぞれが共振器方向（Ｚ方向）に沿って延在したストライプ状を成している。なお、光場調整層１７は、間隙４１ｂに対向する領域に形成されている。また、発光領域１２Ａは、間隙４１ｂに対向して形成される。

本実施の形態においても、半導体層２０Ｂ上にキャリア注入層４２が設けられ、このキャリア注入層４２上の選択的な領域に光場調整層１７が設けられることで、上部電極１６から活性層１２へ、横方向からのキャリア注入が可能となる。よって、上部電極１６において光が吸収されにくい素子構造を実現すると共に光場を調整することが可能となり、上部クラッド層１３の薄膜化が可能となる。したがって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、基板１０の一例としてＧａＮ基板を挙げたが、サファイア基板などの絶縁性基板であってもよい。ただし、この場合には、基板１０ではなく、下部クラッド層１１に電気的に接続されるように下部電極１８を形成するとよい。

また、上記実施の形態では、窒化ガリウム系の半導体レーザを例に挙げたが、他の化合物半導体レーザ、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系などの赤色半導体レーザ、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザにも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。

また、上記実施の形態では、インデックスガイド構造の半導体レーザを例に挙げて、本開示について説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、他の構造、例えば、ゲインガイド構造の半導体レーザに対しても適用可能である。

また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、本開示の効果は、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

なお、本開示は以下のような構成であってもよい。
（１）
基板上に形成されると共に活性層を含む半導体層と、
前記半導体層上に設けられて前記活性層に電荷キャリアを注入すると共に、透明導電膜を含むキャリア注入層と、
前記キャリア注入層上の選択的な領域に設けられてレーザ光の光場を調整すると共に、絶縁性を有する光場調整層と、
前記キャリア注入層に電気的に接続された第１電極と、
前記第１電極と共に前記半導体層に電圧を印加するための第２電極と
を備えた
半導体レーザ。
（２）
前記第１電極は、前記キャリア注入層上の前記光場調整層から露出した領域に形成されている
上記（１）に記載の半導体レーザ。
（３）
前記第１電極は、前記キャリア注入層上と前記光場調整層上とに形成されている
上記（１）または（２）に記載の半導体レーザ。
（４）
前記半導体層と前記キャリア注入層との間に設けられると共に、前記活性層に注入される電流を狭窄する電流狭窄膜を更に備えた
上記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体レーザ。
（５）
前記半導体層の一部にストライプ状のリッジ部が形成され、
前記リッジ部の側面に、前記活性層に注入される電流を狭窄する電流狭窄膜を更に備えた
上記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体レーザ。
（６）
前記半導体層の一部に、前記活性層に注入される電流を狭窄するためのイオン注入領域を有する
上記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体レーザ。
（７）
前記キャリア注入層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、グラフェン、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、銀ナノワイヤ、導電性高分子（ＰＥＤＯＴ）、ＣＩＧＳ系化合物、またはＩＧＺＯ系化合物を含む
上記（１）〜（６）のいずれかに記載の半導体レーザ。
（８）
前記光場調整層は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯ_XＮ_1-X）、または酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を含む
上記（１）〜（６）のいずれかに記載の半導体レーザ。

１〜５…半導体レーザ、１０…基板、１１…下部クラッド層、１２…活性層、１２Ａ…発光領域、１３，３１…上部クラッド層、１４，３２…電流狭窄膜、１４ａ…間隙、１５，３３，４２…キャリア注入層、１６，２１…上部電極、１７…光場調整層、２０，２０Ａ，２０Ｂ…半導体層、３１ａ…リッジ部、４１ａ…電流狭窄領域、４１ｂ…間隙。

Claims (8)

1. 基板上に形成されると共に活性層を含む半導体層と、
   前記半導体層上に設けられて前記活性層に電荷キャリアを注入すると共に、透明導電膜を含むキャリア注入層と、
   前記キャリア注入層上の選択的な領域に設けられてレーザ光の光場を調整すると共に、絶縁性を有する光場調整層と、
   前記キャリア注入層に電気的に接続された第１電極と、
   前記第１電極と共に前記半導体層に電圧を印加するための第２電極と
   を備えた
   半導体レーザ。
2. 前記第１電極は、前記キャリア注入層上の前記光場調整層から露出した領域に形成されている
   請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 前記第１電極は、前記キャリア注入層上と前記光場調整層上とに形成されている
   請求項１に記載の半導体レーザ。
4. 前記半導体層と前記キャリア注入層との間に設けられると共に、前記活性層に注入される電流を狭窄する電流狭窄膜を更に備えた
   請求項１に記載の半導体レーザ。
5. 前記半導体層の一部にストライプ状のリッジ部が形成され、
   前記リッジ部の側面に、前記活性層に注入される電流を狭窄する電流狭窄膜を更に備えた
   請求項１に記載の半導体レーザ。
6. 前記半導体層の一部に、前記活性層に注入される電流を狭窄するためのイオン注入領域を有する
   請求項１に記載の半導体レーザ。
7. 前記キャリア注入層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、グラフェン、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、銀ナノワイヤ、導電性高分子（ＰＥＤＯＴ）、ＣＩＧＳ系化合物、またはＩＧＺＯ系化合物を含む
   請求項１に記載の半導体レーザ。
8. 前記光場調整層は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯ_XＮ_1-X）、または酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を含む
   請求項１に記載の半導体レーザ。
   

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