(57)【要約】【課題】リッジ構造を有する半導体レーザ素子の発光効率を高める。【解決手段】半導体レーザ素子１は、ｎ型ＩｎＰ基板３と、ｎ型ＩｎＰ基板３の主面３ａ上に設けられた活性層１２を含む下部半導体積層部４と、下部半導体積層部４上に設けられ、所定方向に延びるリッジ形状を有するリッジ部５と、リッジ部５の側面上から下部半導体積層部４上のリッジ部５を除く領域上にわたって設けられた保護膜２５とを備える。リッジ部５は、所定方向の一端及び他端に各々位置する二つの端部領域５ａと、二つの端部領域５ａの間に位置する主領域５ｂとを含む。ｎ型ＩｎＰ基板３の主面３ａに垂直な方向における端部領域５ａの下端と活性層１２との距離は、同方向における主領域５ｂの下端と活性層１２との距離より大きい。【選択図】図１
2011003590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の主面上に設けられた活性層を含む下部半導体積層部と、
前記下部半導体積層部上に設けられ、所定方向に延びるリッジ形状を有するリッジ部と、
前記リッジ部の側面上から前記下部半導体積層部上の前記リッジ部を除く領域上にわたって設けられた保護膜と
を備え、
前記リッジ部は、前記所定方向の一端及び他端に各々位置する二つの端部領域と、前記二つの端部領域の間に位置する主領域とを含み、
前記半導体基板の前記主面に垂直な方向における前記端部領域の下端と前記活性層との距離が、前記半導体基板の主面に垂直な方向における前記主領域の下端と前記活性層との距離より大きいことを特徴とする、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記リッジ部の前記端部領域の下端と前記活性層との間に、前記下部半導体積層部に含まれる前記活性層とは別の半導体層が設けられており、前記リッジ部の前記主領域の下端が前記活性層と接していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記活性層上に設けられた上部クラッド層を更に備え、
前記上部クラッド層が、
前記リッジ部の前記端部領域に含まれる第１の部分と、
前記リッジ部の前記主領域に含まれ前記活性層と接する第２の部分と、
前記第１の部分と前記活性層との間に設けられ、前記下部半導体積層部に含まれる第３の部分と
を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記リッジ部の前記端部領域の高さが、前記リッジ部の前記主領域の高さより低いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、リッジ型のレーザダイオードが記載されている。このレーザダイオードは、ｎ型ＩｎＰ基板上に形成されたｎ型ＩｎＧａＡｓＰから成る回折格子層と、回折格子層上に設けられたＡｌＧａＩｎＡｓから成る多重量子井戸活性層と、この活性層上に設けられたｐ型ＩｎＰから成るリッジ状の上部クラッド層とを備えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】K.Takagi, et al., “120℃ 10-Gb/sUncooled Direct Modulated 1.3-μm AlGaInAs MQW DFB Laser Diodes”, IEEEPhotonics Technology Letters, VOL. 16, NO. 11, pp.2415-2417 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、リッジ構造を有する半導体レーザ素子においては、リッジ部の側面からリッジ部以外の素子の表面にわたって保護膜が設けられる。この保護膜は、多くの場合、ＳｉＯ２などの誘電体膜である。このような半導体レーザ素子を作製する際には、各種半導体層を積層したのちエッチングによりリッジ部を形成し、その後に保護膜を成膜することとなる。
【０００５】
しかしながら、例えばＩｎＰ系の半導体の熱膨張係数は、誘電体等の保護膜の熱膨張係数と比較して極めて大きい場合がある。したがって、保護膜を３００℃〜４００℃といった高温にて成膜したのち素子が常温に戻る際、保護膜に接する半導体層が収縮しようとし、保護膜との間に歪みが生じる。これにより、主にリッジ部の付け根付近に応力が生じ、リッジ部の付け根から内側へ向かう欠陥が生じることとなる。
【０００６】
したがって、積層方向における活性層の位置がリッジ部の付け根に近いと、上記欠陥によって活性層が劣化し、発光効率が低下してしまう。また、これを避けるため積層方向における活性層の位置をリッジ部の付け根から遠ざけると、リッジ部による電流閉じ込め作用が十分に得られず、活性層における発光領域が拡がって発光効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、リッジ構造を有する半導体レーザ素子の発光効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した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、半導体基板と、半導体基板の主面上に設けられた活性層を含む下部半導体積層部と、下部半導体積層部上に設けられ、所定方向に延びるリッジ形状を有するリッジ部と、リッジ部の側面上から下部半導体積層部上のリッジ部を除く領域上にわたって設けられた保護膜とを備え、リッジ部は、所定方向の一端及び他端に各々位置する二つの端部領域と、二つの端部領域の間に位置する主領域とを含み、半導体基板の主面に垂直な方向における端部領域の下端と活性層との距離が、半導体基板の主面に垂直な方向における主領域の下端と活性層との距離より大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明者は、半導体基板、活性層を含む下部半導体積層部、リッジ部及び保護膜を備える半導体レーザ素子を試作して実験を行った結果、以下の事実を突き止めた。すなわち、上述した応力は、所定方向に延びるリッジ部の両端部（特に、共振器端面付近）において顕著に生じており、該リッジ部によって画定される光導波路のうち該両端部の直下に位置する部分では、発光量が他の部分と比較して低下していた。
【００１０】
そこで、上記半導体レーザ素子においては、所定方向の一端及び他端に位置するリッジ部の端部領域の下端と活性層との距離を、該端部領域間に位置する主領域と活性層との距離より大きくすることとしている。上記実験結果より、リッジ部の端部領域の下端付近では応力が顕著に発生するが、該端部領域の下端と活性層との距離を大きくすることで、応力の影響を低減し、活性層の劣化を抑制できる。一方、応力が比較的小さいリッジ部の主領域では、その下端と活性層との距離を小さくすることで、リッジ部による電流閉じ込め作用を十分に発揮させ、活性層における発光領域を制限して発光効率を高めることができる。
【００１１】
このように、本発明によれば、リッジ構造を有する半導体レーザ素子において、活性層の劣化を抑制しつつ発光効率を高めることができる。
【００１２】
また、半導体レーザ素子は、リッジ部の端部領域の下端と活性層との間に、下部半導体積層部に含まれる活性層とは別の半導体層が設けられており、リッジ部の主領域の下端が活性層と接していることを特徴としてもよい。これにより、端部領域の下端と活性層との距離が主領域の下端と活性層との距離より大きい構成を好適に実現できる。
【００１３】
また、半導体レーザ素子は、活性層上に設けられた上部クラッド層を更に備え、上部クラッド層が、リッジ部の端部領域に含まれる第１の部分と、リッジ部の主領域に含まれ活性層と接する第２の部分と、第１の部分と活性層との間に設けられ、下部半導体積層部に含まれる第３の部分とを有することを特徴としてもよい。これにより、端部領域の下端と活性層との距離が主領域の下端と活性層との距離より大きい構成を好適に実現できる。
【００１４】
また、半導体レーザ素子は、リッジ部の端部領域の高さが、リッジ部の主領域の高さより低いことを特徴としてもよい。上記半導体レーザ素子では、端部領域の下端の高さ位置が主領域の下端の高さ位置より高くなるので、端部領域の下端から頂部までの高さが主領域の下端から頂部までの高さより低いことによって、リッジ部の頂部を平坦にできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、リッジ構造を有する半導体レーザ素子の発光効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子１の構成を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は図１のIIａ−IIａ線に沿った側断面図である。図２（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線に沿った側断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、半導体レーザ素子１の作製工程を順に示す図である。図３（ａ）は光導波方向と直交する方向から見た側面図を示しており、図３（ｂ）は光導波方向に垂直な断面を示している。
【図４】図４（ａ）ないし図４（ｃ）は、半導体レーザ素子１の作製工程を示す図である。図４（ａ）は光導波方向と直交する方向から見た側面図を示しており、図４（ｂ）は図４（ａ）のIVｂ−IVｂ線に沿った断面を示しており、図４（ｃ）は図４（ａ）のIVｃ−IVｃ線に沿った断面を示している。
【図５】図５（ａ）ないし図５（ｃ）は、半導体レーザ素子１の作製工程を示す図である。図５（ａ）は光導波方向と直交する方向から見た側面図を示しており、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面を示しており、図５（ｃ）は図５（ａ）のＶｃ−Ｖｃ線に沿った断面を示している。
【図６】図６（ａ）ないし図６（ｃ）は、半導体レーザ素子１の作製工程を示す図である。図６（ａ）は光導波方向と直交する方向から見た側面図を示しており、図６（ｂ）は図６（ａ）のVIｂ−VIｂ線に沿った断面を示しており、図６（ｃ）は図６（ａ）のVIｃ−VIｃ線に沿った断面を示している。
【図７】図７は、従来のリッジ型半導体レーザ素子１００の解析モデルを示す図である。
【図８】図８（ａ）は、図７に示した半導体レーザ素子１００の内部応力分布を示す図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部を拡大した図である。
【図９】図９は、試作した従来の半導体レーザ素子１１０の外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１及び図２に示される、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子１は、主面３ａを有するｎ型ＩｎＰ基板３を備えている。ｎ型ＩｎＰ基板３は、本実施形態における半導体基板であり、後述するｎ型バッファ層１１と共に、半導体レーザ素子１内部を導波する光に対して下部クラッドとして機能する。なお、光導波方向におけるｎ型ＩｎＰ基板３の長さは、例えば２００［μｍ］〜２５０［μｍ］である。
【００１９】
また、半導体レーザ素子１は、ｎ型ＩｎＰ基板３上に設けられた下部半導体積層部４と、下部半導体積層部４上に設けられたリッジ部５とを備えている。下部半導体積層部４は、ｎ型バッファ層１１と、活性層１２と、ｐ型クラッド層１８の一部とを含んでいる。
【００２０】
ｎ型バッファ層１１はｎ型ＩｎＰ基板３の主面３ａ上に設けられており、ＩｎＰ系の化合物半導体、例えばＳｉドープｎ型ＩｎＰからなる。ｎ型バッファ層１１の層厚は例えば１００［ｎｍ］である。活性層１２は、ｎ型バッファ層１１上に設けられており、所望の発光波長に応じた組成の半導体からなる。一実施例としては、活性層１２は多重量子井戸構造を有しており、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓからなる障壁層（バリア層）および井戸層が交互に積層されて成る。なお、ｐ型クラッド層１８については後述する。
【００２１】
リッジ部５は、下部半導体積層部４上において所定方向（光導波方向）に延びる所定領域（光導波領域）上に設けられ、ｎ型ＩｎＰ基板３の主面３ａに垂直な方向に突き出たリッジ形状を呈している。リッジ部５は、上記所定方向の一端及び他端に各々位置する二つの端部領域５ａと、これら二つの端部領域５ａの間に位置する主領域５ｂとを含んでいる。下部半導体積層部４の上面からの主領域５ｂの高さは例えば２．０［μｍ］である。また、下部半導体積層部４の上面からの端部領域５ａの高さは主領域５ｂより低く、例えば１．５［μｍ］である。なお、ｎ型ＩｎＰ基板３の主面３ａを基準とした、端部領域５ａ及び主領域５ｂの各頂部の高さ位置は互いに等しい。半導体レーザ素子１においては、このリッジ部５への電流注入により生じる活性層１２内部での実効的な屈折率分布によって、屈折率型導波路が形成される。光導波方向と直交する方向におけるリッジ部５の幅は例えば１．５［μｍ］である。
【００２２】
リッジ部５は、ｐ型クラッド層１８の一部と、ｐ型コンタクト層１９とを含んでいる。ｐ型クラッド層１８は、本実施形態における上部クラッド層であり、半導体レーザ素子１内部を導波する光に対して上部クラッドとして機能する。ｐ型クラッド層１８は、活性層１２上に設けられており、ＩｎＰ系の化合物半導体、例えばＺｎドープｐ型ＩｎＰからなる。また、ｐ型コンタクト層１９は、ｐ型クラッド層１８上に設けられており、例えばｐ型ＩｎＧａＡｓからなる。ｐ型コンタクト層１９の層厚は例えば３００［ｎｍ］である。
【００２３】
本実施形態のｐ型クラッド層１８は、３つの部分１８ａ〜１８ｃによって構成されている。第１の部分１８ａは、リッジ部５の二つの端部領域５ａのそれぞれに含まれている。第１の部分１８ａの厚さは、例えば１．１［μｍ］である。第２の部分１８ｂは、リッジ部５の主領域５ｂに含まれており、活性層１２と接している。第２の部分１８ｂの厚さは、例えば１．６［μｍ］である。これらの部分１８ａ及び１８ｂは、光導波方向と直交する方向の横幅が活性層１２より狭くなっている。
【００２４】
第３の部分１８ｃは、第１の部分１８ａと活性層１２との間に設けられており、活性層１２と接している。第３の部分１８ｃは、下部半導体積層部４に含まれる。光導波方向と直交する方向における第３の部分１８ｃの横幅は、活性層１２と同じである。第３の部分１８ｃの厚さは、例えば０．５［μｍ］である。
【００２５】
本実施形態において、ｎ型ＩｎＰ基板３の主面３ａに垂直な方向における端部領域５ａの下端と活性層１２との距離（図２（ａ）に示す距離Ｚ１）は、同方向における主領域５ｂの下端と活性層１２との距離（図２（ｂ）に示す距離Ｚ２、本実施形態ではゼロ）より大きくなっている。なお、ここでいう端部領域５ａの下端とは、端部領域５ａの両側面と下部半導体積層部４との境界線を意味しており、本実施形態ではｐ型クラッド層１８の第１の部分１８ａと第２の部分１８ｂとの境界面の高さ位置に等しい。また、主領域５ｂの下端とは、主領域５ｂの両側面と下部半導体積層部４との境界線を意味しており、本実施形態ではｐ型クラッド層１８の第２の部分１８ｂと活性層１２との界面の高さ位置に等しい。
【００２６】
本実施形態では、前述したように、リッジ部５の端部領域５ａの下端と活性層１２との間に、下部半導体積層部４に含まれる活性層１２とは別の半導体層（すなわちｐ型クラッド層１８の第３の部分１８ｃ）が設けられており、またリッジ部５の主領域５ｂの下端が活性層１２と接していることにより、上述した距離Ｚ１及びＺ２の関係が実現されている。
【００２７】
なお、光導波方向における端部領域５ａの長さＸ１（すなわち、同方向におけるｐ型クラッド層１８の第１の部分１８ａ及び第３の部分１８ｃの幅）は、例えば１０［μｍ］である。この長さＸ１は、可飽和吸収作用が生じない範囲で決定されることが好ましい。
【００２８】
リッジ部５の両側面には、絶縁性の保護膜２５が設けられている。本実施形態の保護膜２５は、リッジ部５の両側面のほか、リッジ部５から露出する下部半導体積層部４の表面、すなわちリッジ部５が設けられた下部半導体積層部４上の所定領域を除く領域上にわたって設けられている。本実施形態では、リッジ部５の端部領域５ａの近傍では、下部半導体積層部４の最上層がｐ型クラッド層１８の第３の部分１８ｃであるため、保護膜２５は第３の部分１８ｃと接している。また、リッジ部５の主領域５ｂの近傍では、下部半導体積層部４の最上層が活性層１２であるため、保護膜２５は活性層１２と接している。保護膜２５を構成可能な材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＢＣＢ、ポリイミドといった誘電体や、絶縁体、ポリマー等が挙げられる。保護膜２５の厚さは、例えば３００［ｎｍ］である。
【００２９】
ｐ型コンタクト層１９上にはアノード電極２０が設けられており、このアノード電極２０とｐ型コンタクト層１９とがオーミック接触を成している。また、ｎ型ＩｎＰ基板３の主面３ａとは反対側の裏面にはカソード電極２１が設けられており、このカソード電極２１とｎ型ＩｎＰ基板３とがオーミック接触を成している。
【００３０】
続いて、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の作製方法について、図３〜図６を参照しながら説明する。まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３の主面３ａ上に、ｎ型バッファ層１１、活性層１２、Ｚｎドープｐ型ＩｎＰ層３１、Ｚｎドープｐ型ＩｎＧａＡｓ層３２を形成する。ｐ型ＩｎＰ層３１は、ｐ型クラッド層１８の第１及び第２の部分１８ａ，１８ｂとなる層である。ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３２は、ｐ型コンタクト層１９となる層である。なお、これらの半導体層の成長は、例えば有機金属気相成長炉を用いて行われる。
【００３１】
次に、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３２上にＳｉＯ２を５００［ｎｍ］の厚さに成膜し、ドライエッチングによりリッジ形成用ストライプマスクを形成する。このマスクを用いて、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３２及びｐ型ＩｎＰ層３１にメタン水素系のドライエッチングを施し、図３（ｂ）に示すようにｐ型ＩｎＰ層３３及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層１９（すなわちｐ型コンタクト層）からなるリッジ部３６を形成する。このとき、活性層１２が露出した時点でエッチングを停止する。
【００３２】
続いて、図４（ａ）ないし図４（ｃ）に示すように、完成後の主領域５ｂに相当するリッジ部３６の領域に隣接する活性層１２上の領域に、マスク３５を形成する。また、リッジ部３６上に、マスク３７を形成する。そして、図５（ａ）ないし図５（ｃ）に示すように、活性層１２上においてマスク３５が形成されていない領域（すなわち、完成後の端部領域５ａに相当する領域に隣接する活性層１２上の領域）に、Ｚｎドープｐ型ＩｎＰ層３４を選択的に成長させる。このｐ型ＩｎＰ層３４と、既に形成されているｐ型ＩｎＰ層３３の一部とによって、図１及び図２に示されたｐ型クラッド層１８の第３の部分１８ｃが構成される。また、ｐ型ＩｎＰ層３３の残りの部分によって、ｐ型クラッド層１８の第１及び第２の部分１８ａ，１８ｂが構成される。そして、この工程により、活性層１２及び第３の部分１８ｃを含む下部半導体積層部４と、第１の部分１８ａ及びｐ型コンタクト層１９を含む端部領域５ａ、並びに第２の部分１８ｂ及びｐ型コンタクト層１９を含む主領域５ｂを含むリッジ部５とが完成する。この工程の後、マスク３５及び３７を除去する。
【００３３】
続いて、図６（ａ）ないし図６（ｃ）に示すように、リッジ部５の表面（上面及び両側面）と、リッジ部５から露出した活性層１２の表面とを覆うように、保護膜２５を形成する。このとき、例えばＳｉＯ２からなる保護膜２５を、プラズマＣＶＤ法により成膜する。成膜原料としては例えばＳｉＨ４及びＯ２を用い、成膜温度を例えば４００℃とする。
【００３４】
そして、リッジ部５の上方に位置する保護膜２５の一部をドライエッチングにより除去し、開口を形成する。その後、該開口を介してｐ型コンタクト層１９と接するアノード電極２０を蒸着し、更にカソード電極２１をｎ型ＩｎＰ基板３の裏面に蒸着する。最後に、共振器となる両端面に反射防止膜（ＡＲ膜）及び高反射膜（ＨＲ膜）をコーティングすることにより、本実施形態に係る半導体レーザ素子１が完成する。
【００３５】
以上に説明した半導体レーザ素子１が奏する作用効果について説明する前に、従来のリッジ型半導体レーザ素子について発明者が行った応力解析及び実験の結果について説明する。図７は、従来のリッジ型半導体レーザ素子１００の解析モデルを示す図である。この解析モデルは、半導体レーザ素子１００の光導波方向に垂直な断面において２５［μｍ］四方の領域をモデル化したものである。半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＩｎＰ層１０１と、ｎ型ＩｎＰ層１０１上に設けられたＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０２（厚さ３５０［ｎｍ］）と、活性層１０２上に設けられたｐ型ＩｎＰクラッド層１０３（厚さ１６００［ｎｍ］）及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４（厚さ３００［ｎｍ］）とを備えており、ｐ型クラッド層１０３及びｐ型コンタクト層１０４はリッジ部１０５を構成している。リッジ部１０５の両側面から活性層１０２の表面上にわたってＳｉＯ２保護膜１０６（厚さ３００［ｎｍ］）が設けられており、その上に設けられたＢＣＢ樹脂層１０７によってリッジ部１０５の両側面が埋め込まれている。リッジ部１０５の頂部から樹脂層１０７の表面にわたってアノード電極１０８が設けられており、ｎ型ＩｎＰ層１０１の裏面側には図示しないカソード電極が設けられている。アノード電極１０８は、保護膜１０６の開口を介してリッジ部１０５のコンタクト層１０４とオーミック接触しており、Ｔｉ層１０８ａ（厚さ５０［ｎｍ］）、Ｐｔ層１０８ｂ（厚さ８０［ｎｍ］）、及びＡｕ層１０８ｃ（厚さ２３０［ｎｍ］）が順に積層されて成る。また、リッジ部１０５はいわゆる逆メサ形状を有しており、活性層１０２の表面とリッジ部１０５の両側面との成す角θは１０°である。
【００３６】
なお、上記したリッジ型半導体レーザ素子１００の解析に際しては、有限要素法を用い、二次元メッシュを１メッシュ分だけ押し出した疑似三次元解析を行った（使用ソフトウェア：ＭＳＣソフトウェア製MSC.Nastran Ver.2005r5）。線膨張率差によって発生する応力は、ＩｎＰを基準（線膨張率をゼロ）として各材料の線膨張率を定め、仮想温度１℃を与えることにより行った。また、ＩｎＧａＡｓ及びＡｌＩｎＧａＡｓについては、ＩｎＰの物性を使用した。解析に使用した各材料の物性値は表１のとおりである。
【表１】
2011003590.tif 000003
【００３７】
図８（ａ）は、図７に示した半導体レーザ素子１００の内部応力分布を示す図であり、応力の数値に応じたグレースケールでもって応力分布を示している。なお、グレースケールに対応する応力の数値（単位はＭＰａ）も併せて示されており、正の数値は引張応力を、負の数値は圧縮応力を示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部（リッジ部１０５の付け根付近）を拡大して示している。
【００３８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、リッジ部１０５の付け根付近（図８（ｂ）の領域Ａ）の活性層１０２には、大きな圧縮応力が付与されていることがわかる。この圧縮応力は、主にリッジ部１０５の形状、並びに保護膜１０６及びアノード電極１０８の熱膨張係数と各半導体層１０１〜１０４の熱膨張係数との差から生じるものであると考えられる。
【００３９】
また、発明者は、実際に従来構造のリッジ型半導体レーザ素子を試作して、通電試験にて信頼性を確認した。図９は、試作に係る従来の半導体レーザ素子１１０の外観を示す斜視図である。この半導体レーザ素子１１０は、ｎ型ＩｎＰ基板１１１と、ｎ型ＩｎＰ基板１１１上に設けられたＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１１２と、活性層１１２上に設けられたｐ型ＩｎＰクラッド層１１３及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１４とを備えており、ｐ型クラッド層１１３及びｐ型コンタクト層１１４は、所定の光導波方向に延びるリッジ部１１５を構成している。リッジ部１１５の両側面から活性層１１２の表面上にわたってＳｉＯ２保護膜１１６が設けられており、その上に設けられたＢＣＢ樹脂層１１７によってリッジ部１１５の両側面が埋め込まれている。リッジ部１１５の頂部から樹脂層１１７の表面にわたってアノード電極１１８が設けられており、ｎ型ＩｎＰ基板１１１の裏面側にはカソード電極１１９が設けられている。アノード電極１１８は、保護膜１１６の開口を介してコンタクト層１１４とオーミック接触しており、ＢＣＢ樹脂層１１７上に設けられた電極パッド１１８ａを含んでいる。
【００４０】
この半導体レーザ素子１１０の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察したところ、活性層１１２は、リッジ部１１５の延伸方向における両端部（特に、共振器端面付近）の直下において顕著に劣化していることが判明した。また、この半導体レーザ素子１１０の温度を８５℃とし、アノード電極１１８とカソード電極１１９との間に１２０［ｍＡ］の電流を供給したところ、リッジ部１１５によって画定される光導波路の両端部において、格段に発光量が低下していることが判明した。すなわち、これらの現象は、リッジ部１１５の延伸方向における両端部の直下に位置する活性層１１２に圧縮応力が生じていることを示唆している。
【００４１】
そこで、本実施形態の半導体レーザ素子１においては、所定方向に延在するリッジ部５の一端及び他端に位置する端部領域５ａの下端と活性層１２との距離Ｚ１（図２（ａ）参照）を、該端部領域５ａ間に位置する主領域５ｂと活性層１２との距離Ｚ２（図２（ｂ）参照）より大きくすることとしている。上記実験結果のとおり、リッジ部５の端部領域５ａの下端付近では圧縮応力が顕著に発生するが、端部領域５ａの下端と活性層１２との距離Ｚ１を大きくすることで、活性層１２への圧縮応力の影響を低減し、活性層１２の劣化を抑制できる。一方、圧縮応力が比較的小さいと考えられるリッジ部５の主領域５ｂでは、その下端と活性層１２との距離Ｚ２を小さくすることで、リッジ部５による電流閉じ込め作用を十分に発揮させ、活性層１２における発光領域を制限して発光効率を高めることができる。
【００４２】
このように、本実施形態の半導体レーザ素子１によれば、活性層１２の劣化を抑制しつつ発光効率を高めることができる。なお、図８に示した解析結果より、リッジ部５の下端と活性層１２との距離Ｚ１は０．５［μｍ］以上であることが好ましく、圧縮応力の影響を効果的に低減できる。
【００４３】
また、端部領域５ａの下端と活性層１２との距離Ｚ１を大きくすることで、端部領域５ａの直下に位置する活性層１２でのリッジ部５による電流閉じ込め作用が弱まるため、発光領域が拡大する。これにより、活性層１２の当該領域における光密度が低下するので、光吸収による当該領域の劣化をも抑制することができる。
【００４４】
更に、リッジ部５の下端と活性層１２との距離を大きくする領域を端部領域５ａに限定することにより、導波光の横モードが不安定になることを回避できる。
【００４５】
また、本実施形態のように、リッジ部５の端部領域５ａの下端と活性層１２との間には、下部半導体積層部４に含まれる活性層１２とは別の半導体層（ｐ型クラッド層１８の第３の部分１８ｃ）が設けられており、リッジ部５の主領域５ｂの下端が活性層１２と接していることが好ましい。これにより、端部領域５ａの下端と活性層１２との距離Ｚ１が主領域５ｂの下端と活性層１２との距離Ｚ２より大きい構成を好適に実現できる。
【００４６】
また、本実施形態のように、上部クラッド層であるｐ型クラッド層１８は、端部領域５ａに含まれる第１の部分１８ａと、主領域５ｂに含まれる第２の部分１８ｂと、第１の部分１８ａと活性層１２との間に設けられ、下部半導体積層部４に含まれる第３の部分１８ｃとを有しており、第２の部分１８ｂが活性層１２と接していることが好ましい。これにより、端部領域５ａの下端と活性層１２との距離Ｚ１が主領域５ｂの下端と活性層１２との距離Ｚ２より大きい構成を好適に実現できる。
【００４７】
また、本実施形態のように、端部領域５ａの高さは、主領域５ｂの高さより低いことが好ましい。半導体レーザ素子１では、端部領域５ａの下端の高さ位置が主領域５ｂの下端の高さ位置より高くなるので、端部領域５ａの下端から頂部までの高さが主領域５ｂの下端から頂部までの高さより低いことによって、リッジ部５の頂部を平坦にできる。
【００４８】
本発明による半導体レーザ素子は、上記した実施形態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、上記実施形態では各半導体層の構成材料としてＩｎＰ系のものを例示したが、他の系統の半導体によって構成されてもよい。また、上記実施形態ではリッジ部の端部領域と活性層との間に介在する半導体層としてｐ型クラッド層の第３の部分を例示したが、端部領域と活性層との間にはクラッド層以外の他の層が介在してもよい。また、上記実施形態ではリッジ部の主領域が活性層に接しており活性層の直上にリッジ部の主領域が設けられる場合を例示したが、本発明においてはリッジ部の主領域と活性層との間に何らかの半導体層が介在してもよく、端部領域の下端と活性層との距離が主領域の下端と活性層との距離より大きければ、本発明の効果を好適に奏することができる。また、上記実施形態では保護膜が露出した構造を例示したが、例えばＢＣＢ樹脂層といった、リッジ部を埋め込む層が保護膜上に設けられても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１…半導体レーザ素子、３…ｎ型ＩｎＰ基板、４…下部半導体積層部、５…リッジ部、５ａ…端部領域、５ｂ…主領域、１１…ｎ型バッファ層、１２…活性層、１８…ｐ型クラッド層、１８ａ…第１の部分、１８ｂ…第２の部分、１８ｃ…第３の部分、１９…ｐ型コンタクト層、２０…アノード電極、２１…カソード電極、２５…保護膜。
【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９】
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【図８】
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