(57)【要約】【課題】  フレア構造における導波路の反射端側の幅と出射端側の幅との差を緩和できる半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイを提供する。【解決手段】  導波路４は、導波光の空間横モードを制限するモード選択部４ａと、レーザ光出射端４ｅへ向けて幅が拡大されたフレア部４ｂとを有する。モード選択部４ａの側面４ｇ及び４ｈは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対し、該側面４ｇ及び４ｈにおける全反射臨界角θｃに基づく相対角度θ１を有する。これにより、モード選択部４ａ内を共振するレーザ光Ｌの光路は、側面４ｇ及び４ｈにおいて全反射される光路のみに限定されるので、レーザ光Ｌが空間横単一モードとなる。このため、モード選択部４ａの幅は制限されず、導波路４のレーザ光反射端４ｆ側の幅（モード選択部４ａの幅）とレーザ光出射端４ｅ側の幅（フレア部４ｂの最大幅）との差を緩和できる。【選択図】  図５
2006093614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型クラッド層と、
第２導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、
所定の軸方向に並んで設けられ、互いに対向する光出射面及び光反射面と、
前記活性層において構成され、前記光反射面及び前記光出射面に達する導波路と
を備え、
前記導波路が、モード選択部と、前記モード選択部に対して光出射面側に位置するフレア部とを有しており、
前記モード選択部における側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度θが、該側面における全反射臨界角θｃに基づいており、
前記フレア部における前記所定の軸方向と交差する方向の幅が、前記光出射面へ向けて拡大していることを特徴とする、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記フレア部における一対の側面が、前記光出射面に対して前記導波路の内側に略等角をなすことを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記光出射面と前記光反射面との間で前記導波路内を共振する光が前記モード選択部の一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数反射するように、前記モード選択部の長さ及び前記モード選択部の前記一対の側面同士の間隔が設定されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記モード選択部の前記側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度θが、θｃ≦θ≦θｃ＋１°の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記モード選択部の前記側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度θが、前記モード選択部の前記側面における全反射臨界角θｃと略一致していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子を複数備え、
前記複数の半導体レーザ素子が、前記所定の軸方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されていることを特徴とする、半導体レーザ素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体レーザ素子からのレーザ光の放射角を小さくするための構造として、従来より、空間横シングルモード型の構造が知られている。このシングルモード型の半導体レーザ素子では、導波路内における発振モードを単一のモード（空間横基本モード）のみに限定するために、導波路の幅が狭く設定される。しかし、導波路の幅が狭いと出射端の面積も小さくなる。また、出射端においてレーザ光密度が過大になると、半導体レーザ素子の信頼性等に影響する。従って、導波路の幅が狭いシングルモード型の半導体レーザ素子では、高出力とすることが難しい。
【０００２】
この問題点を解決するために、出射端へ向けて導波路幅が拡大された構造（以下、フレア構造という）の半導体レーザ素子が開発されている（例えば、特許文献１〜３参照）。一般的なフレア構造の半導体レーザ素子では、導波路内の発振モードが単一モードに限定されるように導波路の反射端側の幅が狭く形成される。そして、導波路の出射端側の幅は、高出力時においても出射端でのレーザ光密度が過大とならないよう広く形成される。導波路の反射端側において単一モードに限定されたレーザ光は、出射端へ向けて水平方向に拡がりながら導波路内を伝搬し、出射される。
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−０２３１３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２００９４０号公報
【特許文献３】米国特許第４８５６０１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フレア構造を有する従来の半導体レーザ素子では、導波路内における単一モード発振と、導波路の出射端におけるレーザ光密度の抑制とを同時に満足するために、導波路の反射端側の幅を出射端側の幅に比べて極端に狭くする必要がある。例えば、特許文献１の半導体レーザダイオードの導波路幅は、文献中に記載されているように、反射端側において４μｍ、出射端側において１００μｍとなっている。このように導波路の幅が両端で大きく異なると、導波路幅の寸法精度を確保するために、製造プロセスにおいて導波路の両端をそれぞれ別工程によって形成する必要が生じる。従って、製造工程が複雑化するとともに、製品の歩留まりが低下する。
【０００５】
本発明は、上述の点を鑑みてなされたものであり、フレア構造における導波路の反射端側の幅と出射端側の幅との差を緩和できる半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明による半導体レーザ素子は、第１導電型クラッド層と、第２導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、所定の軸方向に並んで設けられ、互いに対向する光出射面及び光反射面と、活性層において構成され、光反射面及び光出射面に達する導波路とを備え、導波路が、モード選択部と、モード選択部に対して光出射面側に位置するフレア部とを有しており、モード選択部における側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、該側面における全反射臨界角θｃに基づいており、フレア部における所定の軸方向と交差する方向の幅が、光出射面へ向けて拡大していることを特徴とする。
【０００７】
上記半導体レーザ素子では、導波路のモード選択部の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、該側面における全反射臨界角θｃに基づいている。これにより、全反射臨界角θｃより小さな入射角でモード選択部の側面に入射する光は、側面を透過して導波路外へ出てしまう。従って、導波路内を共振する光の光路は、全反射臨界角θｃ以上の入射角でモード選択部の側面に入射し、光出射面及び光反射面において略垂直に反射するような光路に限定される。このように、導波路の構造上、共振が起こるレーザ光の光路が限定されるので、導波路内でのレーザ発振に関わる光の角度成分が制限される。このため、導波光の位相が揃って、単一モードか或いは単一モードに近い発振が生じる。
【０００８】
この半導体レーザ素子によれば、上述のようにモード選択部の側面の角度を工夫することによって導波路における単一モード発振を実現しているので、モード選択部の幅は制限されない。従って、フレア構造における導波路の反射端側の幅（すなわちモード選択部の幅）と出射端側の幅（フレア部の出射端側の幅）との差を緩和することができ、製造プロセスを簡易にできる。
【０００９】
また、半導体レーザ素子は、フレア部における一対の側面が、光出射面に対して導波路の内側に略等角をなすことを特徴としてもよい。フレア部の一対の側面がこのような構成を有することにより、モード選択部からフレア部へ進んできたレーザ光が横方向に対称にフレア部内を進むので、モード選択部において選択された単一あるいは単一に近いモードをフレア部において好適に維持することができる。
【００１０】
また、半導体レーザ素子は、光出射面と光反射面との間で導波路内を共振する光がモード選択部の一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数反射するように、モード選択部の長さ及びモード選択部の一対の側面同士の間隔が設定されていることを特徴としてもよい。このように、共振する光がモード選択部の一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数反射（全反射）することによって、共振する光は光反射面及び光出射面の双方において所定の軸方向に沿って好適に入射／反射することができる。また、共振する光をモード選択部の一対の側面において少なくとも１回ずつ全反射させることにより、モード選択部内において光出射面と光反射面とを直線で結ぶような光路の発生を抑制できる。従って、この半導体レーザ素子によれば、導波路内のレーザ光の光路を好適に制限することができる。
【００１１】
また、半導体レーザ素子は、モード選択部の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、θｃ≦θ≦θｃ＋１°の範囲内であることを特徴としてもよい。これによって、共振するレーザ光の光路を好適に限定することができるので、より単一モードに近いレーザ発振を得ることができる。
【００１２】
また、半導体レーザ素子は、モード選択部の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、モード選択部の側面における全反射臨界角θｃと略一致していることを特徴としてもよい。これによって、レーザ発振のモードをほぼ単一とすることができる。
【００１３】
本発明による半導体レーザ素子アレイは、上記したいずれかの半導体レーザ素子を複数備え、複数の半導体レーザ素子が、所定の軸方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されていることを特徴とする。この半導体レーザ素子アレイによれば、上述したいずれかの半導体レーザ素子を複数備えることによって、大きな強度のレーザ光を出射できるとともに、フレア構造における導波路の反射端側の幅と出射端側の幅との差を緩和でき、製造プロセスを簡易にできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイによれば、フレア構造における導波路の反射端側の幅と出射端側の幅との差を緩和できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による半導体レーザ素子アレイの第１実施形態の構成を示す概略斜視図である。図１を参照すると、半導体レーザ素子アレイ１は、複数の半導体レーザ素子３が一体に形成されてなる。半導体レーザ素子アレイ１が備える半導体レーザ素子３の数は幾つでもよく、一つのみ備える場合はアレイではなく単体の半導体レーザ素子となる。半導体レーザ素子アレイ１は、所定の軸Ａの方向に並んで設けられて互いに対向する光出射面１ａ及び光反射面１ｂを有する。本実施形態では、光出射面１ａ及び光反射面１ｂは互いに略平行に設けられており、それぞれが所定の軸Ａと略垂直に交差している。光出射面１ａ上には、複数の半導体レーザ素子３それぞれのレーザ光出射端４ｅが水平方向に並んで配置されている。また、複数の半導体レーザ素子３のそれぞれは、リッジ状に成形された凸部２５ａを有する。凸部２５ａは、その長手方向が光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して斜めになるように設けられており、半導体レーザ素子３には凸部２５ａに対応して屈折率型の導波路（後述）が形成される。レーザ光出射端４ｅは、この導波路においてレーザ光が共振する共振端面であり、レーザ光はこの端面から出射する。複数の半導体レーザ素子３は、凸部２５ａの長手方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されている。
【００１７】
また、半導体レーザ素子アレイ１は、凸部２５ｂを更に有する。凸部２５ｂは、複数の半導体レーザ素子３にわたって、光出射面１ａに沿って形成されている。凸部２５ｂの一側面は、光出射面１ａとなっている。凸部２５ｂは、凸部２５ａそれぞれの光出射面１ａ側の端部と繋がっており、凸部２５ａそれぞれと一体に形成されている。
【００１８】
図２（ａ）は、図１に示した半導体レーザ素子アレイ１のＩ−Ｉ断面の一部を示す断面図である。また、図２（ｂ）は、図１に示した半導体レーザ素子アレイ１のII−II断面の一部を示す断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照すると、半導体レーザ素子アレイ１を構成する半導体レーザ素子３は、基板１１と、３層の半導体層が積層された積層体１２とを備えている。積層体１２は、ｎ型クラッド層（第２導電型クラッド層）１３、活性層１５、及びｐ型クラッド層（第１導電型クラッド層）１７の３つの半導体層が順に積層されて構成されている。ｐ型クラッド層１７には、凸部２５ａに対応するリッジ部９ａと、凸部２５ｂに対応する丘状部９ｂとが設けられている。リッジ部９ａ及び丘状部９ｂの外側の層には、ｐ型クラッド層１７と電気的に接続されるｐ型キャップ層１９が設けられている。そして、リッジ部９ａとｐ型キャップ層１９とで凸部２５ａを構成しており、丘状部９ｂとｐ型キャップ層１９とで凸部２５ｂを構成している。
【００１９】
更に外側の層には外部からの電流を注入するｐ側電極層２３が設けられている。また、ｐ型クラッド層１７及びｐ型キャップ層１９とｐ側電極層２３との間には、絶縁層２１が設けられている。絶縁層２１は、開口部２１ａを有している。開口部２１ａの一部は、凸部２５ａに対応する部分に形成されている。開口部２１ａの他の一部は、凸部２５ｂにおいて凸部２５ａの一端から光出射面１ａに達する領域に形成されている。また、積層体１２とは反対側の基板１１の面上にはｎ側電極層２９が形成されている。
【００２０】
ｐ側電極層２３は、開口部２１ａを介してｐ型キャップ層１９にのみ電気的に接触するようになっているので、外部からの電流注入は、ｐ型キャップ層１９の開口部２１ａに対応する領域にのみ限定してなされる。ｐ型キャップ層１９に電流が注入されると、開口部２１ａに対応する活性層１５の領域が活性領域となる。この活性領域におけるリッジ部９ａに対応する部分では、リッジ部９ａとその周辺部との屈折率差によって、活性層１５に実効的な屈折率差が生じる。従って、活性層１５には、リッジ部９ａの平面形状に応じた形状を有する屈折率型の導波路部分４ａが生成される。後述するように、この導波路部分４ａは導波路内部を共振するレーザ光の空間横モードを選択する作用を有するので、以下、この導波路部分４ａをモード選択部４ａと称する。
【００２１】
また、活性領域における丘状部９ｂに対応する部分では、絶縁層２１の開口部２１ａ直下への電流集中によって、丘状部９ｂにおける絶縁層２１の開口部２１ａの平面形状に応じた形状を有する利得型の導波路部分４ｂが生成される。後述するように、この導波路部分４ｂは光出射面１ａ（レーザ光出射端４ｅ）へ向けて拡大した平面形状を有するので、以下、この導波路部分４ｂをフレア部４ｂと称する。モード選択部４ａ及びフレア部４ｂは、導波路４を構成する。
【００２２】
半導体レーザ素子３を構成する各層の材料を例示すると、基板１１は、例えばｎ−ＧａＡｓからなる。ｎ型クラッド層１３は、例えばｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。活性層１５は、例えばＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓによる多重量子井戸からなる。ｐ型クラッド層１７は、例えばp−ＡｌＧａＡｓからなる。ｐ型キャップ層１９は、例えばｐ−ＧａＡｓからなる。ｐ側電極層２３は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる。ｎ側電極層２９は、例えばＡｕＧｅ／Ａｕからなる。絶縁層２１は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうち少なくとも一種類の材料からなる。
【００２３】
なお、半導体レーザ素子３は、活性層１５とｎ型クラッド層１３との間、及び活性層１５とｐ型クラッド層１７との間に、導波路４に光を閉じ込めるための光ガイド層を備えても良い。半導体レーザ素子３が光ガイド層を備える場合には、光ガイド層は、隣接するクラッド層と同じ導電型でもよく、或いは導電型を決定する不純物が添加されていなくてもよい。
【００２４】
ここで、図３及び図４を参照してｐ型クラッド層１７について説明する。図３はｐ型クラッド層１７を含む積層体１２の斜視図、図４（ａ）は積層体１２の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した積層体１２のIII−III断面を示す断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）に示した積層体１２のIV−IV断面を示す断面図である。上述のとおり、積層体１２は、ｎ型クラッド層１３、活性層１５、及びｐ型クラッド層１７の３つの半導体層が順に積層されて構成されている。
【００２５】
ｐ型クラッド層１７には、凸状のリッジ部９ａが形成されている。また、ｐ型クラッド層１７には、ｐ型クラッド層１７における他の領域（リッジ部９ａを除く）よりも厚い丘状部９ｂが形成されている。ｐ型クラッド層１７のリッジ部９ａ及び丘状部９ｂ以外の領域は、リッジ部９ａ及び丘状部９ｂよりも薄い薄厚部１０となっている。リッジ部９ａは、端面９ｆと、互いに略平行な一対の側面９ｇ及び９ｈとを有する。一対の側面９ｇ及び９ｈは、それぞれリッジ部９ａの領域を規定しており、リッジ部９ａと薄厚部１０との境界となっている。端面９ｆは、光反射面１ｂ上にある。側面９ｇは端面９ｆの一端から丘状部９ｂまで延び、側面９ｈは端面９ｆの他の一端から丘状部９ｂまで延びている。側面９ｇ及び９ｈは、厚さ方向から見た平面図において、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対し相対角度θ１を有するように設けられている。丘状部９ｂは、側面９ｕを有する。丘状部９ｂの側面９ｕと対向する側面は光出射面１ａであり、側面９ｕは光出射面１ａに沿って延びている。側面９ｕは、丘状部９ｂの領域を規定しており、丘状部９ｂと薄厚部１０との境界となっている。リッジ部９ａの側面９ｇ及び９ｈの一端は、丘状部９ｂの側面９ｕと繋がっている。
【００２６】
リッジ部９ａ上及び丘状部９ｂ上には、絶縁層２１の開口部２１ａが設けられている。なお、図３及び図４（ａ）では絶縁層２１が示されていないので、開口部２１ａを点線によって図示している。開口部２１ａの一部は、リッジ部９ａの側面９ｇ及び９ｈに挟まれた領域に沿って延びている。開口部２１ａの他の一部は、丘状部９ｂ上においてリッジ部９ａの一端から光出射面１ａに達する領域に、所定の軸Ａの方向と交差する方向の幅が光出射面１ａへ向けて拡大するように形成されている。なお、本実施形態では、丘状部９ｂ上における開口部２１ａの一対の側面が、光出射面１ａに対して開口部２１ａの内側に同じ角度θ２をなすように形成されている。
【００２７】
活性層１５には、リッジ部９ａの平面形状、及び丘状部９ｂにおける絶縁層２１の開口部２１ａの平面形状に対応した導波路４（モード選択部４ａ、フレア部４ｂ）が生成される。ここで、図５は、活性層１５内に生成される導波路４の平面図である。導波路４は、モード選択部４ａ及びフレア部４ｂを有する。モード選択部４ａには、リッジ部９ａの端面９ｆに対応してレーザ光反射端４ｆが生成される。また、モード選択部４ａには、リッジ部９ａの側面９ｇ、９ｈそれぞれに対応して一対の側面４ｇ、４ｈが生成される。レーザ光反射端４ｆは、活性層１５のへき開面の一部であり、レーザ光Ｌに対する一方の共振面として機能する。また、側面４ｇ及び４ｈは、モード選択部４ａ内外の屈折率差によって生じる面であり、屈折率が連続的に変化している場合にはそれぞれが或る一定の厚さを有してもよい。側面４ｇ及び４ｈは、導波路４内で発生したレーザ光Ｌを当該側面への入射角に応じて選択的に透過又は反射させる反射面として機能する。
【００２８】
また、フレア部４ｂは、モード選択部４ａに対して光出射面１ａ側に生成される。フレア部４ｂには、開口部２１ａの光出射面１ａ側の端部に対応してレーザ光出射端４ｅが生成される。また、フレア部４ｂには、開口部２１ａの一対の側面それぞれに対応して一対の側面４ｐ、４ｑが生成される。レーザ光出射端４ｅは、活性層１５のへき開面の一部であり、レーザ光Ｌに対する他方の共振面として機能する。また、側面４ｐ及び４ｑは、絶縁層２１の開口部２１ａの側面形状に応じて、レーザ光出射端４ｅへ向けてフレア部４ｂが拡大するように生成される。本実施形態では、側面４ｐ及び４ｑとレーザ光出射端４ｅ（光出射面１ａ）とがフレア部４ｂの内側に同じ角度θ２をなすように、側面４ｐ及び４ｑが生成される。
【００２９】
ここで、モード選択部４ａの側面４ｇ及び４ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１（すなわち、リッジ部９ａの側面９ｇ及び９ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１）は、モード選択部４ａの側面４ｇ、４ｈにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。ここで、モード選択部４ａの側面４ｇ、４ｈにおける全反射臨界角θｃは、屈折率型導波路であるモード選択部４ａ内外の実効的な屈折率差によって規定される全反射臨界角である。
【００３０】
相対角度θ１が全反射臨界角θｃに基づいて決定されることにより、モード選択部４ａの一対の側面４ｇ及び４ｈが、光出射面１ａ側または光反射面１ｂ側から所定の軸Ａの方向に沿って入射するレーザ光Ｌを全反射させる。なお、本実施形態において、全反射臨界角θｃは、ｐ型クラッド層１７の薄厚部１０の厚さに依存する。従って、側面４ｇ及び４ｈにおける全反射臨界角θｃは、例えば薄厚部１０の厚さを調整するなどの方法によって任意の値に設定される。
【００３１】
図５に示すように、レーザ光反射端４ｆにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Ｌは、モード選択部４ａの側面４ｈに入射角θ１で入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４ｇに入射角θ１で入射し、全反射する。その後、レーザ光Ｌは所定の軸Ａの方向に沿って進み、フレア部４ｂを通ってレーザ光出射端４ｅに達する。このとき、フレア部４ｂの幅がレーザ光出射端４ｅへ向けて拡大しているので、フレア部４ｂでは、レーザ光Ｌは増幅作用を受けて水平方向に拡がりながら伝搬する。レーザ光出射端４ｅに達したレーザ光Ｌの一部は、レーザ光出射端４ｅを透過して外部へ出射される。また、残りのレーザ光Ｌ１はレーザ光出射端４ｅにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射し、再び側面４ｇ及び４ｈで全反射してレーザ光反射端４ｆに戻る。このようにして、レーザ光Ｌは、レーザ光出射端４ｅとレーザ光反射端４ｆとの間を往復し、共振することとなる。
【００３２】
なお、図５に示すように、導波路４のレーザ光出射端４ｅ及びレーザ光反射端４ｆには、それぞれＡＲコート１６及びＨＲコート１８が設けられていることが好ましい。また、導波路４の寸法の一例としては、モード選択部４ａの幅を４０μｍとし、モード選択部４ａの長さを１２００μｍとし、側面４ｇ及び４ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１を８６°とすることができる。また、フレア部４ｂの長さを４３０μｍとし、レーザ光出射端４ｅの幅を１００μｍとすることができる。
【００３３】
ここで、レーザ光Ｌが前述した光路に限定されるしくみについて説明する。図６は、側面４ｇ（４ｈ）に様々な入射角θｉで入射する光Ｌ１〜Ｌ３について説明するための図である。図６を参照すると、側面４ｇ（４ｈ）に相対角度θ１（≧θｃ）と等しい入射角θｉで入射したレーザ光Ｌ１は、側面４ｇ（４ｈ）において全反射し、レーザ光出射端４ｅ（レーザ光反射端４ｆ）に対し所定の軸Ａの方向に沿って垂直に入射する。そして、レーザ光Ｌ１は、レーザ光出射端４ｅ（レーザ光反射端４ｆ）において反射したのち、同一の光路を辿って戻る。従って、レーザ光Ｌ１は同一光路上を共振することとなる。
【００３４】
これに対し、側面４ｇ（４ｈ）に相対角度θ１よりも小さな入射角θｉ＝θ１−Δθで入射したレーザ光Ｌ２は、θ１−Δθが全反射臨界角θｃよりも小さいと、側面４ｇ（４ｈ）を透過することとなり、共振しない。また、側面４ｇ（４ｈ）に相対角度θ１よりも大きな入射角θｉ＝θ１＋Δθで入射したレーザ光Ｌ３は、入射角θｉが全反射臨界角θｃよりも大きいために側面４ｇ（４ｈ）において全反射するが、レーザ光出射端４ｅ（レーザ光反射端４ｆ）において反射した後、再度側面４ｇ（４ｈ）に入射する際に入射角θｉがθｉ＝θ１−Δθとなる。θ１−Δθの値が全反射臨界角θｃよりも小さいと、レーザ光Ｌ３も、結局側面４ｇ（４ｈ）を透過することとなり、共振しない。このように、導波路４のモード選択部４ａにおいては、Δθがθ１−Δθ≧θｃを満たす場合に、入射角θｉ（θ１＋Δθ≧θｉ≧θ１−Δθ）で側面４ｇ及び４ｈに入射するレーザ光のみが選択的に共振することとなる。
【００３５】
相対角度θ１が全反射臨界角θｃとほぼ一致していれば、上述したΔθをほぼゼロにできるのでレーザ光Ｌの角度成分を極めて狭い範囲に制限できる。しかし、実際には素子の温度変化による全反射臨界角θｃの変化などを考慮する必要がある。相対角度θ１が全反射臨界角θｃより大きい範囲で全反射臨界角θｃに近ければ、レーザ光Ｌの角度成分を或る程度制限することができる。ここで、図７は、相対角度θ１の大きさが許容される範囲を説明するためのグラフである。図７において、横軸は相対角度θ１の大きさであり、縦軸は側面４ｇ及び４ｈへのレーザ光Ｌの入射角θｉと相対角度θ１との差θｉ−θ１である。なお、ここでは、側面４ｇ及び４ｈにおける全反射臨界角θｃを８６°と仮定して説明する。
【００３６】
図７を参照すると、座標（θ１，θｉ−θ１）＝（８６，０）、（９０，０）、（９０，４）で囲まれる領域Ｂが図示されている。この領域Ｂは、レーザ光Ｌがレーザ光出射端４ｅとレーザ光反射端４ｆとの間で共振することができる範囲を示している。例えば、相対角度θ１が８９°のとき、０°≦θｉ−θ１≦３°、すなわち入射角θｉが８６°以上８９°以下のレーザ光Ｌであれば、側面４ｇ及び４ｈにおいて全反射臨界角θｃ（＝８６°）を超えることなく共振することができる。しかしながら、相対角度θ１が全反射臨界角θｃよりも過大であると、モード選択部４ａ内でのレーザ光Ｌの空間モード数が増大してしまう。従って、例えば相対角度θ１を８６°≦θ１≦８７°（すなわち、θｃ≦θ１≦θｃ＋１°）とすることにより、０°≦θｉ−θ１≦１°、つまり入射角θｉを８６°以上８７°以下に制限することができ、レーザ光Ｌの角度成分を実用上有効な程度に制限することができる。
【００３７】
このように、導波路４内でのレーザ発振に関わる光の角度成分は、モード選択部４ａの側面４ｇ、４ｈによって制限される。このため、導波光の位相が揃って、単一モードか或いは単一モードに近い発振が生じる。なお、モード選択部４ａの長さ及び側面４ｇ及び４ｈ同士の間隔（すなわち、リッジ部９ａの長さ及び一対の側面９ｇ及び９ｈ同士の間隔）は、レーザ光出射端４ｅ（光出射面１ａ）とレーザ光反射端４ｆ（光反射面１ｂ）との間で共振するレーザ光Ｌが、モード選択部４ａの一対の側面４ｇ及び４ｈのそれぞれにおいて同じ回数反射するように設けられることが好ましい。
【００３８】
本実施形態の半導体レーザ素子３では、上述のようにモード選択部４ａの側面４ｇ、４ｈの角度を工夫することによって導波路４における単一モード発振を実現しているので、モード選択部４ａの幅は制限されない。従って、従来のフレア構造の半導体レーザ素子においては導波路の反射端側（モード選択部分のリッジ導波路）の幅が数μｍといった小さな幅に制限されるのに対し、本実施形態の半導体レーザ素子３においては導波路４のレーザ光反射端４ｆ側の幅（すなわちモード選択部４ａの幅）を数十μｍ以上とすることも可能である。このように、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、導波路４のレーザ光反射端４ｆ側の幅と、レーザ光出射端４ｅ側の幅（すなわちフレア部４ｂの最大幅）との差を緩和することができ、製造プロセスを簡易にできる。
【００３９】
また、本実施形態の半導体レーザ素子３では、フレア部４ｂによってレーザ光出射端４ｅの幅が広くなっているので、導波路がモード選択部のみからなる場合と比較して、レーザ光Ｌの水平方向の出射角をより狭くできるとともに、より大きい強度のレーザ光を出射することが可能となる。ここで、図８は、本実施形態の半導体レーザ素子３を試作し、その遠視野像を観察した結果を示すグラフである。なお、図８においては、横軸に水平方向の放射角を示し、縦軸にレーザ光強度を示している。この試作では、モード選択部４ａの長さを１２００μｍ、モード選択部４ａの幅を４０μｍ、モード選択部４ａの側面４ｇ及び４ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１を側面４ｇ及び４ｈにおける全反射臨界角θｃと同程度とした。また、フレア部４ｂの長さを１０００μｍ、フレア部４ｂの側面４ｐ及び４ｑと光出射面１ａとの相対角度θ２を８５°〜８７°とした。図８に示すように、試作した半導体レーザ素子３の半値全幅は１．１°程度に抑えられている。この値は、導波路がモード選択部のみからなる場合の半分程度である。このように、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、レーザ光Ｌの水平方向の出射角をより狭くできる。
【００４０】
また、導波路がモード選択部のみからなる場合、レーザ光出射端の幅を大きくするためには、導波路の長さ（共振器長）もレーザ光出射端の幅に応じて長くする必要がある。これに対し、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、導波路４がフレア部４ｂを有することにより、レーザ光出射端４ｅの幅を大きくすると同時に、導波路４の長さ（共振器長）を短く抑えることができる。従って、半導体レーザ素子アレイ１（半導体レーザ素子３）を小型化できる。また、導波路内部における光損失を低減することができるので、発光効率を向上できるとともに、閾値電流を下げることができる。
【００４１】
また、本実施形態の半導体レーザ素子３における発光効率の向上及び閾値電流の低減は、次に説明する作用によって更に顕著となる。この作用を、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照しながら説明する。図９（ａ）は、本実施形態の導波路４の形状の一例を示す平面図である。図９（ｂ）は、比較のため、従来のフレア型半導体レーザ素子の導波路形状の一例を示す平面図である。図９（ａ）に示すように、本実施形態では、導波路４のレーザ光反射端４ｆ側の幅（すなわちモード選択部４ａの幅）を、例えば４０μｍといった大きな値に設定することが可能である。他方、図９（ｂ）に示すように、従来のフレア型半導体レーザ素子では、導波路１０４のレーザ光反射端１０４ｆ側の幅（すなわちシングルモード型導波路部分１０４ａの幅）を、例えば２．５μｍといった小さな値にしか設定できない。なお、これらの例では、レーザ光出射端側の導波路幅を、本実施形態の導波路４、従来例の導波路１０４共に１００μｍとしている。
【００４２】
導波路４及び１０４においては、いずれもレーザ光出射端４ｅ及び１０４ｅでの反射を利用してレーザ発振を得ているため、レーザ光出射端４ｅ及び１０４ｅから導波路４及び１０４内部への戻り光Ｌａ及びＬｂが存在する。この戻り光Ｌａ及びＬｂのうちの一部は、それぞれモード選択部４ａ及びシングルモード型導波路部分１０４ａへ戻り、レーザ発振に寄与する。また、戻り光Ｌａ及びＬｂのうち残りは、それぞれフレア部４ｂ及び１０４ｂの側面から導波路外へ出てしまい、レーザ発振には寄与しない。本実施形態のモード選択部４ａの幅は従来のシングルモード型導波路部分１０４ａの幅よりも広く（この例では、４０μｍ／２．５μｍ＝１６倍）できるため、本実施形態の導波路４の構成によれば、より多くの戻り光Ｌａをレーザ発振に寄与させることができる。従って、導波路４におけるレーザ発振の利得が高まるので、発光効率を更に向上し、閾値電流を更に低減できる。
【００４３】
また、従来のフレア型導波路１０４においては、フレア部１０４ｂの側面からの戻り光Ｌｂの散乱によって空間横モードが乱れ、遠視野像において空間横サイドモード（リップル）が発生するという問題があった。また、これを解決するために、例えば特許文献１のようにフレア部外に光吸収領域（放射モード抑制領域）を設けるなど、空間横サイドモードを抑制するための構成を付加する必要があった。これに対し、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、フレア部４ｂの側面４ｐ、４ｑを従来のフレア部１０４ｂの側面よりも極端に狭くできるので、導波路４の構成のみによって空間横サイドモードを抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態の半導体レーザ素子３では、上述のように導波路４のレーザ光反射端４ｆ側の幅を従来のフレア型半導体レーザ素子よりも大きくできる。従って、レーザ光反射端４ｆの幅が広くなり、レーザ光反射端４ｆにおけるレーザ光密度を低減できる。これにより、半導体レーザ素子の劣化の主原因である光学損傷（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）をレーザ光反射端４ｆにおいても抑制することができるので、素子の信頼性を高めるとともに、より強いレーザ光を発光することが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態の半導体レーザ素子３では、フレア部４ｂにおける一対の側面４ｐ、４ｑが、光出射面１ａに対して導波路４の内側に略等角（角度θ２）をなすことが好ましい。フレア部４ｂの一対の側面４ｐ、４ｑがこのような構成を有することにより、モード選択部４ａからフレア部４ｂへ進んできたレーザ光Ｌが、横方向に対称にフレア部４ｂ内を進む。従って、モード選択部４ａにおいて選択された単一あるいは単一に近いモードをフレア部４ｂにおいて好適に維持することができる。
【００４６】
また、本実施形態の半導体レーザ素子３では、光出射面１ａと光反射面１ｂとの間で導波路４内を共振するレーザ光Ｌが、モード選択部４ａの一対の側面４ｇ及び４ｈのそれぞれにおいて同じ回数反射するように、モード選択部４ａの長さ及び側面間隔が設定されることが好ましい。これにより、レーザ光Ｌは光出射面１ａ及び光反射面１ｂの双方において所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に入射／反射することができる。また、レーザ光Ｌがモード選択部４ａの側面４ｇ、４ｈにおいて少なくとも１回ずつ全反射するので、モード選択部４ａ内において光出射面１ａと光反射面１ｂとを直線で結ぶような光路は存在しない。従って、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、導波路４内のレーザ光Ｌの光路を好適に制限することができる。
【００４７】
また、本実施形態による半導体レーザ素子アレイ１によれば、上記効果を有する半導体レーザ素子３を複数備えることによって、大きな強度のレーザ光を出射することができるとともに、導波路４のレーザ光反射端４ｆ側の幅と、レーザ光出射端４ｅ側の幅（すなわちフレア部４ｂの最大幅）との差を緩和することができ、製造プロセスを簡易にできる。
【００４８】
さらに、本実施形態による半導体レーザ素子アレイ１は、次の効果を有する。すなわち、半導体レーザ素子アレイ１では、ｐ型クラッド層１７のリッジ部９ａによって、活性層１５に対して電流が部分的に集中して注入される。これにより、隣り合う半導体レーザ素子３の導波路４同士での光の結合や干渉が生じにくくなる。従って、導波路４同士の間隔を比較的狭くすることが可能になるので、導波路４をより多く設けることができ、大出力で安定したレーザ光を出射することができる。さらに、活性層１５に対して電流が部分的に集中して注入されることにより、電気・光変換効率が高まり、無効電流を低減できるので、半導体レーザ素子３の熱発生を低減できる。従って、半導体レーザ素子アレイ１の信頼性が高まり、長寿命化を実現できる。
【００４９】
次に、半導体レーザ素子アレイ１の製造方法について図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、各製造工程における半導体レーザ素子アレイ１の拡大平面図を示している。また、図１１は、各製造工程における半導体レーザ素子アレイ１のＩ−Ｉ断面（図１参照）における拡大断面図を示している。まず、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１１を準備し、基板１１上に順に、ｎ型ＡｌＧａＡｓを２．０μｍ、ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓを０．３μｍ、ｐ型ＡｌＧａＡｓを２．０μｍ、ｐ型ＧａＡｓを０．１μｍエピタキシャル成長させ、それぞれｎ型クラッド層１３、量子井戸構造を有する活性層１５、ｐ型クラッド層１７、ｐ型キャップ層１９を形成する（図１０（ａ）、図１１（ａ）参照）。
【００５０】
続いて、ｐ型キャップ層１９側にフォトワークによりリッジ部９ａ及び丘状部９ｂに対応する形状に保護マスク２４を形成し、ｐ型キャップ層１９及びｐ型クラッド層１７をエッチングする。エッチングは活性層１５に達しない深さで停止する（図１０（ｂ）、図１１（ｂ）参照）。続いて、ＳｉＮ膜を結晶表面全体に堆積して絶縁層２１を形成し、フォトワークにより一部のＳｉＮ膜を除去して開口部２１ａを形成する（図１０（ｃ）、図１１（ｃ）参照）。続いて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜でｐ側電極層２３を結晶表面全体に形成する。また、基板１１側の表面の研磨、化学処理を行い、ＡｕＧｅ／Ａｕによりｎ側電極層２９を形成する（図１０（ｄ）、図１１（ｄ）参照）。最後に、光出射面１ａにＡＲコーティングを、光反射面１ｂにＨＲコーティングをそれぞれ行い、半導体レーザ素子３（半導体レーザ素子アレイ１）が完成する。
【００５１】
（第１の変形例）
次に、第１実施形態による半導体レーザ素子アレイ１（半導体レーザ素子３）の第１変形例について説明する。図１２は、本変形例による半導体レーザ素子３ａが有する導波路４１を示す平面図である。本変形例の半導体レーザ素子３ａと第１実施形態の半導体レーザ素子３との相違点は、モード選択部４１ａの平面形状である。
【００５２】
本変形例の導波路４１は、モード選択部４１ａ及びフレア部４１ｂを有する。このうち、フレア部４１ｂの平面形状は、上述した第１実施形態のフレア部４ｂの平面形状と同様である。モード選択部４１ａは、互いに略平行な一対の側面４１ｇ及び４１ｈと、互いに略平行な一対の側面４１ｉ及び４１ｊとを有する。モード選択部４１ａの一端はレーザ光反射端４１ｆとなっており、他端はフレア部４１ｂと繋がっている。
【００５３】
モード選択部４１ａの側面４１ｉの一端はレーザ光反射端４１ｆの一端に接しており、側面４１ｊの一端はレーザ光反射端４１ｆの他端に接している。側面４１ｉの他端は側面４１ｇの一端に繋がっており、側面４１ｊの他端は側面４１ｈの一端に繋がっている。側面４１ｇの他端はフレア部４１ｂの側面４１ｐに繋がっており、側面４１ｈの他端はフレア部４１ｂの側面４１ｑに繋がっている。モード選択部４１ａの側面４１ｇ〜４１ｊは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ１を有する。また、側面４１ｇ及び４１ｈと側面４１ｉ及び４１ｊとは、所定の軸Ａの方向に対して互いに異なる方向に傾斜している。すなわち、側面４１ｇと側面４１ｉとは互いに角度π−２θ１をなして繋がっており、側面４１ｈと側面４１ｊとは互いに角度π−２θ１をなして繋がっている。なお、図中の補助線Ｃは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂと平行な補助線である。このようなモード選択部４１ａの形状は、ｐ型クラッド層１７のリッジ部９ａの平面形状をモード選択部４１ａの平面形状と同様に形成することによって好適に実現される。
【００５４】
モード選択部４１ａの側面４１ｇ〜４１ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１は、モード選択部４１ａの側面４１ｇ〜４１ｊにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。これにより、モード選択部４１ａの一対の側面４１ｇ及び４１ｈ、並びに一対の側面４１ｉ及び４１ｊが、光出射面１ａ側または光反射面１ｂ側から所定の軸Ａの方向に沿って入射するレーザ光Ｌを全反射させる。なお、本変形例では側面４１ｇ及び４１ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度、及び側面４１ｉ及び４１ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度を同じ角度θ１としているが、相対角度は互いに異なっても良い。その場合、側面４１ｇ及び４１ｈの全反射臨界角と、側面４１ｉ及び４１ｊの全反射臨界角とが互いに異なる。そして、側面４１ｇ〜４１ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は、側面４１ｇ〜４１ｊにおける全反射臨界角に基づいて個別に決定される。なお、側面４１ｇ〜４１ｊにおける全反射臨界角は、例えばｐ型クラッド層１７の薄厚部１０の厚さを調整するなどの方法によって任意の値に設定することができる。
【００５５】
レーザ光反射端４１ｆにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Ｌは、モード選択部４１ａの側面４１ｉに入射角θ１で入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４１ｊに入射角θ１で入射し、全反射する。レーザ光Ｌは所定の軸Ａの方向に沿って進み、側面４１ｈに入射角θ１で入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４１ｇに入射角θ１で入射し、全反射する。こうして、側面４１ｇ〜４１ｊで全反射したレーザ光Ｌは所定の軸Ａの方向に沿って進み、フレア部４１ｂにおいて増幅され、レーザ光出射端４１ｅに達する。レーザ光出射端４１ｅに達したレーザ光Ｌの一部は、レーザ光出射端４１ｅを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌはレーザ光出射端４１ｅにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射する。レーザ光出射端４１ｅにおいて反射したレーザ光Ｌの一部はフレア部４１ｂの側面４１ｐ、４１ｑから導波路４１の外部へ出てしまうが、残りはモード選択部４１ａの側面４１ｇ〜４１ｊで再び全反射してレーザ光反射端４１ｆに戻る。このようにして、レーザ光Ｌは、レーザ光出射端４１ｅとレーザ光反射端４１ｆとの間を往復し、共振することとなる。
【００５６】
本発明による半導体レーザ素子のモード選択部の平面形状は、第１実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例のモード選択部４１ａでは、側面４１ｇ及び４１ｈと側面４１ｉ及び４１ｊとは、所定の軸Ａの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。モード選択部４１ａをこのように構成することにより、制限された光路を共振するレーザ光Ｌ以外の光路の発生を効果的に防ぐことができるので、空間横サイドモードを更に抑制することができる。
【００５７】
（第２の変形例）
次に、第１実施形態による半導体レーザ素子アレイ１（半導体レーザ素子３）の第２変形例について説明する。図１３は、本変形例による半導体レーザ素子３ｂが有する導波路４２を示す平面図である。本変形例の半導体レーザ素子３ｂと第１実施形態の半導体レーザ素子３との相違点は、モード選択部４２ａの平面形状である。
【００５８】
本変形例の導波路４２は、モード選択部４２ａ及びフレア部４２ｂを有する。このうち、フレア部４２ｂの平面形状は、上述した第１実施形態のフレア部４ｂの平面形状と同様である。モード選択部４２ａは、互いに略平行な一対の側面４２ｇ及び４２ｈと、互いに略平行な一対の側面４２ｉ及び４２ｊと、互いに略平行な一対の側面４２ｋ及び４２ｌと、互いに略平行な一対の側面４２ｍ及び４２ｎとを有する。モード選択部４２ａの一端はレーザ光反射端４２ｆとなっており、他端はフレア部４２ｂと繋がっている。
【００５９】
モード選択部４２ａの側面４２ｍの一端はレーザ光反射端４２ｆの一端に接しており、側面４２ｎの一端はレーザ光反射端４２ｆの他端に接している。側面４２ｍの他端は側面４２ｋの一端に繋がっており、側面４２ｎの他端は側面４２ｌの一端に繋がっている。側面４２ｋの他端は側面４２ｉの一端に繋がっており、側面４２ｌの他端は側面４２ｊの一端に繋がっている。側面４２ｉの他端は側面４２ｇの一端に繋がっており、側面４２ｊの他端は側面４２ｈの一端に繋がっている。側面４２ｇの他端はフレア部４２ｂの側面４２ｐに繋がっており、側面４２ｈの他端はフレア部４２ｂの側面４２ｑに繋がっている。
【００６０】
モード選択部４２ａの側面４２ｇ〜４２ｎは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ１を有する。また、側面４２ｇ及び４２ｈ並びに側面４２ｋ及び４２ｌと、側面４２ｉ及び４２ｊ並びに側面４２ｍ及び４２ｎとは、所定の軸Ａの方向に対して互いに異なる方向に傾斜している。このようなモード選択部４２ａの形状は、ｐ型クラッド層１７のリッジ部９ａの平面形状をモード選択部４２ａの平面形状と同様に形成することによって好適に実現される。
【００６１】
モード選択部４２ａの側面４２ｇ〜４２ｎと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１は、モード選択部４２ａの側面４２ｇ〜４２ｎにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。これにより、モード選択部４２ａの一対の側面４２ｇ及び４２ｈ、４２ｉ及び４２ｊ、４２ｋ及び４２ｌ、並びに４２ｍ及び４２ｎが、光出射面１ａ側または光反射面１ｂ側から所定の軸Ａの方向に沿って入射するレーザ光Ｌを全反射させる。なお、本変形例においても、側面４２ｇ〜４２ｎと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は各側面で互いに異なっても良い。
【００６２】
レーザ光反射端４２ｆにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Ｌは、モード選択部４２ａの側面４２ｍに入射角θ１で入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４２ｎに入射角θ１で入射し、全反射する。同様にして、レーザ光Ｌは側面４２ｌ、４２ｋ、４２ｉ、４２ｊ、４２ｈ、及び４２ｇにおいてそれぞれ入射角θ１で入射し、全反射する。こうして、側面４２ｇ〜４２ｎで全反射したレーザ光Ｌは所定の軸Ａの方向に沿って進み、フレア部４２ｂにおいて増幅され、レーザ光出射端４２ｅに達する。レーザ光出射端４２ｅに達したレーザ光Ｌの一部は、レーザ光出射端４２ｅを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌはレーザ光出射端４２ｅにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射する。レーザ光出射端４２ｅにおいて反射したレーザ光Ｌの一部はフレア部４２ｂの側面４２ｐ、４２ｑから導波路４２の外部へ出てしまうが、残りはモード選択部４２ａの側面４２ｇ〜４２ｎで再び全反射してレーザ光反射端４２ｆに戻る。このようにして、レーザ光Ｌは、レーザ光出射端４２ｅとレーザ光反射端４２ｆとの間を往復し、共振することとなる。
【００６３】
本発明による半導体レーザ素子のモード選択部の平面形状は、第１実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例のモード選択部４２ａでは、側面４２ｇ及び４２ｈと側面４２ｉ及び４２ｊとは、所定の軸Ａの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。モード選択部４２ａをこのように構成することにより、制限された光路を共振するレーザ光Ｌ以外の光路の発生を効果的に防ぐことができるので、空間横サイドモードを更に抑制することができる。
【００６４】
本発明による半導体レーザ素子のモード選択部の平面形状は、第１実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例の導波路４２では、側面４２ｇ及び４２ｈ並びに側面４２ｋ及び４２ｌと、側面４２ｉ及び４２ｊ並びに側面４２ｍ及び４２ｎとは、所定の軸Ａの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。これにより、空間横サイドモードを更に抑制できる。
【００６５】
（第３の変形例）
次に、第１実施形態による半導体レーザ素子アレイ１（半導体レーザ素子３）の第３変形例について説明する。図１４は、本変形例による半導体レーザ素子３ｃが有する導波路４３を示す平面図である。本変形例の半導体レーザ素子３ｃと第１実施形態の半導体レーザ素子３との相違点は、モード選択部４３ａの平面形状である。
【００６６】
本変形例の導波路４３は、モード選択部４３ａ及びフレア部４３ｂを有する。このうち、フレア部４３ｂの平面形状は、上述した第１実施形態のフレア部４ｂの平面形状と同様である。モード選択部４３ａは、互いに略平行な一対の側面４３ｇ及び４３ｈを有する。モード選択部４３ａの一端はレーザ光反射端４３ｆとなっており、他端はフレア部４３ｂと繋がっている。
【００６７】
モード選択部４３ａの側面４３ｇの一端はレーザ光反射端４３ｆの一端に接しており、側面４３ｈの一端はレーザ光反射端４３ｆの他端に接している。側面４３ｇの他端はフレア部４３ｂの側面４３ｐに繋がっており、側面４３ｈの他端はフレア部４３ｂの側面４３ｑに繋がっている。側面４３ｇ及び４３ｈは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ１を有する。この相対角度θ１は、側面４３ｇ及び４３ｈにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。これにより、モード選択部４３ａの一対の側面４３ｇ及び４３ｈが、光出射面１ａ側または光反射面１ｂ側から所定の軸Ａの方向に沿って入射するレーザ光Ｌを全反射させる。また、導波路４３の長さ及び側面４３ｇと側面４３ｈとの間隔は、光出射面１ａと光反射面１ｂとの間で導波路４３内を共振するレーザ光Ｌが導波路４３の一対の側面４３ｇ及び４３ｈのそれぞれにおいて２回ずつ反射するように設定されている。
【００６８】
レーザ光反射端４３ｆにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Ｌは、モード選択部４３ａの側面４３ｈに入射角θ１で入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４３ｇに入射角θ１で入射し、全反射する。レーザ光Ｌは、所定の軸Ａの方向に沿って進み、側面４３ｈに入射角θ１で再び入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４３ｇに入射角θ１で再び入射し、全反射する。こうして、側面４３ｇ及び４３ｈのそれぞれにおいて２回ずつ全反射したレーザ光Ｌは所定の軸Ａの方向に沿って進み、フレア部４３ｂにおいて増幅され、レーザ光出射端４３ｅに達する。レーザ光出射端４３ｅに達したレーザ光Ｌの一部は、レーザ光出射端４３ｅを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌはレーザ光出射端４３ｅにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射する。レーザ光出射端４３ｅにおいて反射したレーザ光Ｌの一部はフレア部４３ｂの側面４３ｐ、４３ｑから導波路４３の外部へ出てしまうが、残りはモード選択部４３ａの側面４３ｇ及び４３ｈのそれぞれにおいて再び２回ずつ全反射してレーザ光反射端４３ｆに戻る。このようにして、レーザ光Ｌは、レーザ光出射端４３ｅとレーザ光反射端４３ｆとの間を往復し、共振することとなる。
【００６９】
本発明による半導体レーザ素子の導波路の平面形状は、第１実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例のモード選択部４３ａでは、側面４３ｇ及び４３ｈにおけるレーザ光Ｌの反射回数が第１実施形態のモード選択部４ａよりも多いため、レーザ光Ｌの光路を更に厳しく制限することができる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子アレイ及び半導体レーザ素子の第２実施形態について説明する。図１５は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイ１ｄの構成を示す概略斜視図である。半導体レーザ素子アレイ１ｄは、複数の半導体レーザ素子３ｄが一体に形成されてなる。半導体レーザ素子アレイ１ｄは、第１実施形態の半導体レーザ素子アレイ１と同様に、光出射面１ａ及び光反射面１ｂを有する。光出射面１ａ上には、複数の半導体レーザ素子３ｄそれぞれのレーザ光出射端４４ｅが水平方向に並んで配置されている。また、複数の半導体レーザ素子３のそれぞれは、リッジ状に成形された凸部２６を有する。凸部２６の光反射面１ｂ側の一部は、その長手方向が光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して斜めになるように設けられている。また、凸部２６の光出射面１ａ側の一部は、光出射面１ａに向けてその幅が拡大するように設けられている。半導体レーザ素子３ｄには、凸部２６に対応して屈折率型の導波路（後述）が形成される。レーザ光出射端４４ｅは、この導波路においてレーザ光が共振する共振端面であり、レーザ光はこの端面から出射する。複数の半導体レーザ素子３ｄは、凸部２６の長手方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されている。
【００７１】
図１６は、図１に示した半導体レーザ素子アレイ１のV−V断面の一部を示す断面図である。図１６を参照すると、半導体レーザ素子アレイ１ｄを構成する半導体レーザ素子３ｄは、基板１１と、３層の半導体層が積層された積層体１４とを備えている。積層体１４は、ｎ型クラッド層（第２導電型クラッド層）１３、活性層１５、及びｐ型クラッド層（第１導電型クラッド層）２０の３つの半導体層が順に積層されて構成されている。ｐ型クラッド層２０には、凸部２６の光反射面１ｂ側の部分に対応するリッジ部２８ａと、凸部２６の光出射面１ａ側の部分に対応するリッジ部２８ｂとが設けられている。リッジ部２８ａ及び２８ｂの外側の層には、ｐ型クラッド層２０と電気的に接続されるｐ型キャップ層２２が設けられている。そして、リッジ部２８ａとｐ型キャップ層２２とで凸部２６の一部を構成しており、リッジ部２８ｂとｐ型キャップ層２２とで凸部２６の他の一部を構成している。
【００７２】
更に外側の層には外部からの電流を注入するｐ側電極層２３が設けられている。また、ｐ型クラッド層２０及びｐ型キャップ層２２とｐ側電極層２３との間には、絶縁層４５が設けられている。絶縁層４５は、開口部４５ａを有している。開口部４５ａの一部は、リッジ部２８ａ上に形成されている。開口部４５ａの他の一部は、リッジ部２８ｂ上に形成されている。また、積層体１４とは反対側の基板１１の面上にはｎ側電極層２９が形成されている。
【００７３】
ｐ側電極層２３は、開口部４５ａを介してｐ型キャップ層２２にのみ電気的に接触するようになっているので、外部からの電流注入は、ｐ型キャップ層２２の開口部４５ａに対応する領域にのみ限定してなされる。ｐ型キャップ層２２に電流が注入されると、開口部４５ａに対応する活性層１５の領域が活性領域となる。この活性領域におけるリッジ部２８ａに対応する部分では、リッジ部２８ａとその周辺部との屈折率差によって、活性層１５に実効的な屈折率差が生じる。従って、活性層１５には、リッジ部２８ａの平面形状に応じた形状を有する屈折率型の導波路部分（モード選択部４４ａ）が生成される。このモード選択部４４ａは、第１実施形態のモード選択部４ａと同様に、レーザ光の空間横モードを選択する作用を有する。
【００７４】
また、活性領域におけるリッジ部２８ｂに対応する部分では、リッジ部２８ｂとその周辺部との屈折率差によって、活性層１５に実効的な屈折率差が生じる。従って、活性層１５には、リッジ部２８ｂの平面形状に応じた形状を有する屈折率型の導波路部分（フレア部４４ｂ）が生成される。このフレア部４４ｂは、第１実施形態のフレア部４ｂと同様に、光出射面１ａ（レーザ光出射端４４ｅ）へ向けて拡大した平面形状を有する。モード選択部４４ａ及びフレア部４４ｂは、導波路４４を構成する。
【００７５】
半導体レーザ素子３ｄを構成する各層の材料は、第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様の材料を用いることができる。また、半導体レーザ素子３ｄは、活性層１５とｎ型クラッド層１３との間、及び活性層１５とｐ型クラッド層２０との間に、導波路４４に光を閉じ込めるための光ガイド層を備えても良い。
【００７６】
ここで、図１７及び図１８を参照してｐ型クラッド層２０について説明する。図１７はｐ型クラッド層２０を含む積層体１４の斜視図、図１８（ａ）は積層体１４の平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）に示した積層体１４のVI−VI断面を示す断面図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）に示した積層体１４のVII−VII断面を示す断面図である。上述のとおり、積層体１４は、ｎ型クラッド層１３、活性層１５、及びｐ型クラッド層２０の３つの半導体層が順に積層されて構成されている。
【００７７】
ｐ型クラッド層２０には、凸状のリッジ部２８ａ及び２８ｂが形成されている。ｐ型クラッド層２０のリッジ部２８ａ及び２８ｂ以外の領域は、リッジ部２８ａ及び２８ｂよりも薄い薄厚部４６となっている。リッジ部２８ａは、端面２８ｆと、互いに略平行な一対の側面２８ｇ及び２８ｈとを有する。一対の側面２８ｇ及び２８ｈは、それぞれリッジ部２８ａの領域を規定しており、リッジ部２８ａと薄厚部４６との境界となっている。端面２８ｆは、光反射面１ｂ上にある。側面２８ｇは端面２８ｆの一端からリッジ部２８ｂまで延び、側面２８ｈは端面２８ｆの他の一端からリッジ部２８ｂまで延びている。側面２８ｇ及び２８ｈは、厚さ方向から見た平面図において、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対し相対角度θ１を有するように設けられている。
【００７８】
リッジ部２８ｂは、端面２８ｅと、一対の側面２８ｐ及び２８ｑとを有する。一対の側面２８ｐ及び２８ｑは、それぞれリッジ部２８ｂの領域を規定しており、リッジ部２８ｂと薄厚部４６との境界となっている。端面２８ｅは、光出射面１ａ上にある。側面２８ｐは端面２８ｅの一端からリッジ部２８ａの側面２８ｇまで延び、側面２８ｑは端面２８ｅの他の一端からリッジ部２８ａの側面２８ｈまで延びている。側面２８ｐ及び２８ｑは、光出射面１ａへ向けてその横幅が拡がる角度で設けられている。具体的には、側面２８ｐ及び２８ｑは、厚さ方向から見た平面図において、光出射面１ａに対しリッジ部２８ｂの内側に相対角度θ２を有するように設けられている。
【００７９】
リッジ部２８ａ上及び２８ｂ上には、絶縁層４５の開口部４５ａが設けられている。開口部４５ａの一部は、リッジ部２８ａの側面２８ｇ及び２８ｈに挟まれた領域に沿って延びている。開口部４５ａの他の一部は、リッジ部２８ｂの側面２８ｇ及び２８ｈに挟まれた領域に沿って延びており、光出射面１ａへ向けてその幅が拡大するように設けられている。
【００８０】
活性層１５には、リッジ部２８ａ及び２８ｂの平面形状に対応した導波路４４（モード選択部４４ａ、フレア部４４ｂ）が生成される。ここで、図１９は、活性層１５内に生成される導波路４４の平面図である。導波路４４は、モード選択部４４ａ及びフレア部４４ｂを有する。モード選択部４４ａには、リッジ部２８ａの端面２８ｆに対応してレーザ光反射端４４ｆが生成される。また、モード選択部４４ａには、リッジ部２８ａの側面２８ｇ、２８ｈそれぞれに対応して一対の側面４４ｇ、４４ｈが生成される。レーザ光反射端４４ｆは、活性層１５のへき開面の一部であり、レーザ光Ｌに対する一方の共振面として機能する。また、側面４４ｇ及び４４ｈは、モード選択部４４ａ内外の屈折率差によって生じる面であり、屈折率が連続的に変化している場合にはそれぞれが或る一定の厚さを有してもよい。側面４４ｇ及び４４ｈは、導波路４４内で発生したレーザ光Ｌを当該側面への入射角に応じて選択的に透過又は反射させる反射面として機能する。
【００８１】
また、フレア部４４ｂは、モード選択部４４ａに対して光出射面１ａ側に生成される。フレア部４４ｂには、リッジ部２８ｂの端面２８ｅに対応してレーザ光出射端４４ｅが生成される。また、フレア部４４ｂには、リッジ部２８ｂの側面２８ｐ及び２８ｑそれぞれに対応して一対の側面４４ｐ、４４ｑが生成される。レーザ光出射端４４ｅは、活性層１５のへき開面の一部であり、レーザ光Ｌに対する他方の共振面として機能する。また、側面４４ｐ及び４４ｑは、リッジ部２８ｂの側面２８ｐ及び２８ｑの平面形状に応じて、レーザ光出射端４４ｅへ向けてフレア部４４ｂが拡大するように生成される。本実施形態では、側面４４ｐ及び４４ｑとレーザ光出射端４４ｅ（光出射面１ａ）とがフレア部４４ｂの内側に同じ角度θ２をなすように、側面４４ｐ及び４４ｑが生成される。
【００８２】
モード選択部４４ａの側面４４ｇ及び４４ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１（すなわち、リッジ部２８ａの側面２８ｇ及び２８ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１）は、モード選択部４４ａの側面４４ｇ、４４ｈにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。これによって、第１実施形態のモード選択部４ａと同様の作用が生じるので、レーザ光Ｌの光路が限定される。また、フレア部４４ｂでは第１実施形態のフレア部４ｂと同様の作用が生じるので、レーザ光Ｌは、増幅作用を受けて水平方向に拡がりながらフレア部４ｂ内部を伝搬する。
【００８３】
なお、本実施形態においても、導波路４４のレーザ光出射端４４ｅ及びレーザ光反射端４４ｆに、それぞれＡＲコート１６及びＨＲコート１８が設けられていることが好ましい。また、導波路４４の寸法の一例としては、モード選択部４４ａの幅を４０μｍとし、モード選択部４４ａの長さを１２００μｍとし、側面４４ｇ及び４４ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ１を８６°とすることができる。また、フレア部４４ｂの長さを１０００μｍとし、側面４４ｐ及び４４ｑと光出射面１ａとの相対角度θ２を８５°〜８７°とすることができる。
【００８４】
本発明による半導体レーザ素子のフレア部は、第１実施形態のフレア部４ｂのように利得型導波路によって構成される以外にも、本実施形態のフレア部４４ｂのように屈折率型導波路によって構成されてもよい。これによって、第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様に、レーザ光Ｌの水平方向の出射角をより狭くできるとともに、より大きい強度のレーザ光を出射することが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態の半導体レーザ素子３ｄによれば、第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様に、モード選択部４４ａの幅が制限されない。従って、導波路４４のレーザ光反射端４４ｆ側の幅と、レーザ光出射端４４ｅ側の幅（すなわちフレア部４４ｂの最大幅）との差を緩和することができ、製造プロセスを簡易にできる。さらに、レーザ光出射端４４ｅの幅を大きくすると同時に、導波路４４の長さ（共振器長）を短く抑えることができるので、半導体レーザ素子（半導体レーザ素子アレイ）を小型化できる。また、これにより、導波路内部における光損失を低減することができるので、発光効率を向上できるとともに、閾値電流を下げることができる。
【００８６】
また、本実施形態の半導体レーザ素子３ｄによれば、フレア部４４ｂの側面４４ｐ、４４ｑを従来のフレア部の側面よりも極端に狭くできるので、導波路４４の構成のみによって空間横サイドモードを抑制することができる。また、レーザ光反射端４４ｆの幅を広くできるので、レーザ光反射端４４ｆにおけるレーザ光密度を低減できる。これにより、ＣＯＤをレーザ光反射端４４ｆにおいても抑制することができるので、素子の信頼性を高めるとともに、より強いレーザ光を発光することが可能となる。
【００８７】
（第３の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子（半導体レーザ素子アレイ）の第３実施形態について説明する。図２０は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。なお、図２０に示す断面は、第１実施形態の半導体レーザ素子アレイ１におけるＩ−Ｉ断面（図１参照）に相当する断面であり、導波路の断面を示している。
【００８８】
本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、複数の半導体レーザ素子３ｅを備える。半導体レーザ素子３ｅは、ｎ型半導体からなる基板１１、ｎ型クラッド層（第２導電型クラッド層）３１、光ガイド層３２、多重量子井戸構造の活性層３３、光ガイド層３４、ｐ型クラッド層（第１導電型クラッド層）３５、及びｐ型キャップ層３６が順に積層されて構成されている。光ガイド層３２及び３４は、活性層３３内部及びその近傍に光を閉じ込めるための層である。光ガイド層３４及びｐ型クラッド層３５は、凸状のリッジ部３９を構成している。リッジ部３９の平面形状は、第１実施形態のリッジ部９ａと同様である。光ガイド層３４のリッジ部３９以外の領域は、リッジ部３９よりも薄い薄厚部３４ａとなっている。また、ｐ型キャップ層３６は、リッジ部３９上に設けられており、ｐ型クラッド層３５と電気的に接続される。
【００８９】
また、半導体レーザ素子３ｅは、電流ブロック部３７ａ及び３７ｂ、ｐ側電極層３８、及びｎ側電極層２９を更に備える。このうち、ｎ側電極層２９の構成は上記第１実施形態と同様である。電流ブロック部３７ａ及び３７ｂは、リッジ部３９に電流を集中的に流すための部分である。電流ブロック部３７ａ及び３７ｂは、例えばｐ型クラッド層３５とは反対導電型の半導体や、或いは絶縁性材料によって構成される。電流ブロック部３７ａ及び３７ｂは、それぞれリッジ部３９の側面３９ｇ及び３９ｈに沿って薄厚部３４ａ上に設けられる。ｐ側電極層３８は、リッジ部３９上及び電流ブロック部３７ａ、３７ｂ上にわたって設けられており、リッジ部３９上においてｐ型キャップ層３６と接触している。
【００９０】
活性層３３には、リッジ部３９による実効的な屈折率差が生じることにより、リッジ部３９の形状に対応したモード選択部３０となる屈折率型の導波路が生成される。モード選択部３０の側面３０ｇ及び３０ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂ（図１参照）との相対角度は、側面３０ｇ及び３０ｈにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。本実施形態において、全反射臨界角θｃは、電流ブロック部３７ａ及び３７ｂの材料組成に依存する。すなわち、電流ブロック部３７ａ及び３７ｂの材料組成を変化させると、電流ブロック部３７ａ及び３７ｂの屈折率が変化する。従って、側面３０ｇ及び３０ｈにおける実効的な屈折率差が変化するので、全反射臨界角θｃが変化することとなる。なお、モード選択部３０の側面３０ｇ及び３０ｈは、モード選択部３０内外の屈折率差によって生じる面であり、屈折率が連続的に変化している場合には或る一定の厚さを有してもよい。
【００９１】
本発明におけるモード選択部は、第１実施形態のようなリッジ型の構成に限らず、本実施形態の半導体レーザ素子３ｅのような構成でも好適に実現することができる。また、本発明におけるフレア部にも屈折率型導波路を構成する場合には、図２０に示したような断面構成をフレア部の周辺構造にも適用するとよい。
【００９２】
（第４の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子（半導体レーザ素子アレイ）の第４実施形態について説明する。図２１は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、いわゆる埋め込みヘテロ構造を有する複数の半導体レーザ素子３ｆによって構成されている。
【００９３】
図２１を参照すると、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆは、ｎ型半導体からなる基板１１を備える。また、半導体レーザ素子３ｆは、ｎ型クラッド層７１、光ガイド層７２、活性層７３、光ガイド層７４、ｐ型クラッド層７５、及びｐ型キャップ層７６を備える。これらの層は、順に基板１１上に積層されており、積層体７９を構成している。積層体７９は、第１実施形態のリッジ部９ａの平面形状と同様の平面形状を有する。積層体７９は、一対の側面７９ｇ及び７９ｈを有する。活性層７３は、積層体７９の側面７９ｇ及び７９ｈにそれぞれ含まれる側面７３ｇ及び７３ｈを有する。
【００９４】
また、半導体レーザ素子３ｆは、電流ブロック部７７ａ及び７７ｂと、ｐ側電極層７８と、ｎ側電極層２９とを備える。このうち、ｎ側電極層２９の構成は上記第１実施形態と同様である。電流ブロック部７７ａ及び７７ｂは、活性層７３へ電流を狭窄して流すための部分である。電流ブロック部７７ａ及び７７ｂは、例えばアンドープの半導体材料、或いは絶縁性材料によって構成される。電流ブロック部７７ａは、積層体７９の側面７９ｇに沿って（すなわち活性層７３の側面７３ｇに沿って）、基板１１上に設けられる。また、電流ブロック部７７ｂは、積層体７９の側面７９ｈに沿って（すなわち活性層７３の側面７３ｈに沿って）、基板１１上に設けられる。ｐ側電極層７８は、積層体７９上、電流ブロック部７７ａ上、及び電流ブロック部７７ｂ上にわたって設けられており、積層体７９上においてｐ型キャップ層７６と接触している。
【００９５】
活性層７３には、側面７３ｇ及び７３ｈにおいて活性層内外に屈折率差が生じることにより、モード選択部７０となる屈折率型の導波路が形成される。モード選択部７０は、活性層７３の側面７３ｇ及び７３ｈのそれぞれによって規定される一対の側面７０ｇ及び７０ｈを有する。モード選択部７０の側面７０ｇ及び７０ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度（すなわち活性層７３の側面７３ｇ及び７３ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度）は、側面７０ｇ及び７０ｈにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。本実施形態において、全反射臨界角θｃは、電流ブロック部７７ａ及び７７ｂと活性層７３との屈折率差に依存する。この屈折率差は、例えば電流ブロック部７７ａ及び７７ｂの材料組成を調整することによって任意に設定することができる。
【００９６】
本発明におけるモード選択部は、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆのような埋め込み型の構成でも好適に実現することができる。また、本発明におけるフレア部にも屈折率型導波路を構成する場合には、図２１に示したような断面構成をフレア部の周辺構造にも適用するとよい。
【００９７】
（第５の実施の形態）
次に、本発明による半導体レーザ素子アレイの第５実施形態について説明する。図２２は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、複数の半導体レーザ素子３ｇを備える。半導体レーザ素子３ｇは、第２の半導体部６１を備える。第２の半導体部６１は、ｎ型半導体からなる基板５１と、基板５１上に積層されたｎ型クラッド層５２と、ｎ型クラッド層５２上に積層された光ガイド層５３とを含んで構成されている。また、第２の半導体部６１は、光ガイド層５３の表面に主面６１ｃを有する。
【００９８】
また、第２の半導体部６１は、凸状のリッジ部６１ａを有する。リッジ部６１ａは、第１実施形態のリッジ部９ａ（図３参照）と同様の平面形状を有する。リッジ部６１ａは、主面６１ｃを分割する位置に形成されている。リッジ部６１ａは、主面６１ｃとリッジ部６１ａとの境界となる一対の側面６１ｇ及び６１ｈを有する。
【００９９】
また、半導体レーザ素子３ｇは、第１の半導体部６０と、第１の半導体部６０及び第２の半導体部６１の間に位置する活性層５４と、ｐ型キャップ層５７とを備える。第１の半導体部６０は、光ガイド層５５及びｐ型クラッド層５６を含んで構成される。活性層５４、光ガイド層５５、ｐ型クラッド層５６、及びｐ型キャップ層５７は、リッジ部６１ａ上を含む第２の半導体部６１上に順に積層される。
【０１００】
また、半導体レーザ素子３ｇは、絶縁膜５８、ｐ側電極層５９、及びｎ側電極層６４を備える。ｐ側電極層５９はｐ型キャップ層５７上に設けられており、絶縁膜５８はｐ側電極層５９とｐ型キャップ層５７との間に設けられている。絶縁膜５８には、第２の半導体部６１のリッジ部６１ａに対応する領域に開口部５８ａが形成されており、開口部５８ａを介してｐ側電極層５９とｐ型キャップ層５７とが互いに接触している。また、絶縁膜５８の開口部５８ａに対応するｐ型クラッド層５６の領域は、Ｚｎが拡散されて低抵抗領域５６ａとなっている。開口部５８ａ及び低抵抗領域５６ａは、活性層５４におけるリッジ部６１ａ上の領域に電流を集中させるための手段である。ｎ側電極層６４は、主面６１ｃとは反対側の基板５１の面上に設けられている。
【０１０１】
活性層５４には、絶縁膜５８の開口部５８ａに対応する領域（すなわち、リッジ部６１ａに対応する領域）に集中的に電流が流れることにより、リッジ部６１ａの形状に対応したモード選択部５０となる屈折率型の導波路が生成される。モード選択部５０は、一対の側面５０ｇ及び５０ｈを有する。モード選択部５０の側面５０ｇ及び５０ｈは、活性層５４を覆う光ガイド層５５及びｐ型クラッド層５６と活性層５４との屈折率差によって生じる面であり、その平面形状がリッジ部６１ａの側面６１ｇ及び６１ｈにより規定される。なお、光ガイド層５５及びｐ型クラッド層５６の屈折率が連続的に変化している場合には、モード選択部５０の側面５０ｇ及び５０ｈは或る一定の厚さを有してもよい。
【０１０２】
モード選択部５０の側面５０ｇ及び５０ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂ（図１参照）との相対角度は、側面５０ｇ及び５０ｈにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。本実施形態において、側面５０ｇ及び５０ｈにおける全反射臨界角θｃは、側面５０ｇ及び５０ｈに対応するリッジ部６１ａの側面６１ｇ及び６１ｈそれぞれの高さｈａに依存する。また、モード選択部５０の側面５０ｇ及び５０ｈにおける全反射臨界角θｃは、リッジ部６１ａ上の光ガイド層５５及びｎ型クラッド層５６の材料組成にも依存する。従って、リッジ部６１ａの側面６１ｇ及び６１ｈそれぞれの高さｈａ、または光ガイド層５５及びｎ型クラッド層５６の材料組成を調整することにより、側面５０ｇ及び５０ｈにおける全反射臨界角θｃを調整することができる。
【０１０３】
本発明におけるモード選択部は、本実施形態の半導体レーザ素子３ｇのような構成でも好適に実現することができる。また、本発明におけるフレア部にも屈折率型導波路を構成する場合には、図２２に示したような断面構成をフレア部の周辺構造にも適用するとよい。
【０１０４】
図２３は、半導体レーザ素子３ｇの変形例として、半導体レーザ素子３ｈの構成を示す断面図である。本変形例の半導体レーザ素子３ｈが上記実施形態の半導体レーザ素子３ｇと異なる点は、電流集中手段の構成である。本変形例の半導体レーザ素子３ｈは、上記実施形態の絶縁膜５８を備えておらず、ｐ型クラッド層５６に低抵抗領域５６ａも形成されていない。本変形例の半導体レーザ素子３ｈでは、これらの電流集中手段に代えて、高抵抗領域６３が形成されている。高抵抗領域６３は、第１の半導体部６０のうち、リッジ部６１ａ上を除く領域のｐ型キャップ層５７側に形成されている。高抵抗領域６３は、例えば第１の半導体部６０にプロトンを注入することにより形成される。本変形例の半導体レーザ素子３ｈでは、電流集中手段である高抵抗領域６３がリッジ部６１ａ上の活性層５４の領域に電流を集中させることによって、モード選択部５０となる屈折率型導波路が活性層５４に生成される。
【０１０５】
本変形例の半導体レーザ素子３ｈでは、上記実施形態の半導体レーザ素子３ｇと同様に、モード選択部５０の側面５０ｇ及び５０ｈの全反射臨界角θｃは、リッジ部６１ａの側面６１ｇ及び６１ｈの高さｈａに依存する。また、モード選択部５０の側面５０ｇ及び５０ｈの全反射臨界角θｃは、光ガイド層５５及びｎ型クラッド層５６の材料組成にも依存する。
【０１０６】
また、本実施形態においては、モード選択部５０の側面５０ｇ及び５０ｈの全反射臨界角θｃは、高抵抗領域６３と活性層５４との間隔にも依存する。高抵抗領域６３と活性層５４との間隔は、例えば第１の半導体部６０に対するプロトンの打ち込み深さを制御することによって調整することができる。
【０１０７】
本発明による半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイは、上記各実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態においてリッジ型や埋め込みヘテロ型などの半導体レーザ素子構造を示したが、本発明はこれらの構造に限られるものではなく、他の様々な構造の半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイに適用できる。また、上記各実施形態ではＧａＡｓ系半導体レーザ素子を例示したが、本発明の構成は、ＧａＮ系やＩｎＰ系など、他の材料系の半導体レーザ素子にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明による半導体レーザ素子アレイの第１実施形態の構成を示す概略斜視図である。
【図２】（ａ）図１に示した半導体レーザ素子アレイのＩ−Ｉ断面の一部を示す断面図である。（ｂ）図１に示した半導体レーザ素子アレイのII−II断面の一部を示す断面図である。
【図３】ｐ型クラッド層を含む積層体の斜視図である。
【図４】（ａ）積層体の平面図である。（ｂ）図４（ａ）に示した積層体のIII−III断面を示す断面図である。（ｃ）図４（ａ）に示した積層体のIV−IV断面を示す断面図である。
【図５】活性層内に生成される導波路の平面図である。
【図６】モード選択部の側面に様々な入射角で入射する光について説明するための図である。
【図７】相対角度θ１の大きさが許容される範囲を説明するためのグラフである。
【図８】第１実施形態の半導体レーザ素子を試作し、その遠視野像を観察した結果を示すグラフである。
【図９】（ａ）第１実施形態の導波路の形状の一例を示す平面図である。（ｂ）比較のため、従来のフレア型半導体レーザ素子の導波路形状の一例を示す平面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）各製造工程における半導体レーザ素子アレイの拡大平面図を示している。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）各製造工程における半導体レーザ素子アレイの拡大断面図を示している。
【図１２】第１変形例による半導体レーザ素子が有する導波路を示す平面図である。
【図１３】第２変形例による半導体レーザ素子が有する導波路を示す平面図である。
【図１４】第３変形例による半導体レーザ素子が有する導波路を示す平面図である。
【図１５】第２実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成を示す概略斜視図である。
【図１６】図１５に示した半導体レーザ素子アレイのV−V断面の一部を示す断面図である。
【図１７】ｐ型クラッド層を含む積層体の斜視図である。
【図１８】（ａ）積層体の平面図である。（ｂ）図１８（ａ）に示した積層体のVI−VI断面を示す断面図である。（ｃ）図１８（ａ）に示した積層体のVII−VII断面を示す断面図である。
【図１９】活性層内に生成される導波路の平面図である。
【図２０】第３実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。
【図２１】第４実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。
【図２２】第５実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。
【図２３】第５実施形態による半導体レーザ素子の変形例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ａ…光出射面、１ｂ…光反射面、１…半導体レーザ素子アレイ、３、３ａ〜３ｇ…半導体レーザ素子、４…導波路、４ａ…モード選択部、４ｂ…フレア部、４ｅ…レーザ光出射端、４ｆ…レーザ光反射端、４ｇ、４ｈ、４ｐ、４ｑ…側面、９ａ…リッジ部、９ｂ…丘状部、９ｇ、９ｈ、９ｕ…側面、１０…薄厚部、１１…基板、１２…積層体、１３…ｎ型クラッド層、１５…活性層、１７…ｐ型クラッド層、１９…ｐ型キャップ層、２１…絶縁層、２１ａ…開口部、２３…ｐ側電極層、２５ａ、２５ｂ…凸部、２９…ｎ側電極層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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