(57)【要約】【課題】光出力が高い領域でのキンクが発生しにくく、吸収飽和の効率が良い半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子１０１は、半導体基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１と、その上側に順に形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層４、ＭＱＷ活性層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６とを備える。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６またはそれより上側の層に共振器長方向に沿って延在するリッジ部３１が形成されており、リッジ部３１は幅方向の導波に関してリッジ部３１の内外間に屈折率差が構造的に設定されており、リッジ部３１の上面に対して前記共振器長方向に延在する線状の電極接続領域３３を以って電気的に接続する上側電極としてのｐ側電極１１をさらに備える。リッジ部３１の幅と電極接続領域３３の幅との比率が、リッジ部３１のうち前記共振器長方向の中央部と端部とで異なる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上側に形成された第１導電型の第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上側に形成された活性層と、
前記活性層の上側に形成された第２導電型の第２クラッド層とを備え、
レーザ光を出射するための前側端面と、前記前側端面とは反対側の後ろ側端面とを有する半導体レーザ素子であり、
前記第２クラッド層または前記第２クラッド層より上側の層に前記前側端面と前記後ろ側端面とを結ぶ方向である共振器長方向に沿って延在するリッジ部が形成されており、
前記リッジ部は幅方向の導波に関して前記リッジ部の内外間に屈折率差が構造的に設定されており、
前記リッジ部の上面に対して前記共振器長方向に延在する線状の電極接続領域を以って電気的に接続する上側電極をさらに備え、
前記リッジ部の幅と前記電極接続領域の幅との比率が、前記リッジ部のうち前記共振器長方向の中央部と端部とで異なり、前記共振器長方向で半導体レーザ素子内部の光強度が強い領域の方がリッジ幅が広い、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記リッジ部の幅は、前記中央部に比べて前記前側端面では広くなっている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記リッジ部の幅は、前記中央部から前記前側端面に近づくにつれて徐々に広くなっている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記前側端面と前記後ろ側端面との間で反射率が異なり、これらのうち反射率が低い方の端面において、前記リッジ部の幅が広くなっており、反射率が高い方の端面では前記リッジ部の幅が広くなっていない、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記リッジ部の幅は一定であり、前記電極接続領域の幅が前記共振器長方向の中央部に比べて前記前側端面では狭くなっている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記電極接続領域には前記リッジ部と前記上側電極との間にキャップ層が介在しており、前記キャップ層は前記電極接続領域のみに配置されている、請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記リッジ部の両脇を挟むように前記上側電極が延在しており、前記電極接続領域以外においては、前記リッジ部と前記上側電極との間には誘電体膜が介在している、請求項１から６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記誘電体膜の厚みが前記リッジ部のうち前記共振器長方向の部位によって異なっており、前記電極接続領域の幅を前記リッジ部の幅で割った値が大きい第１部位と前記割った値が小さい第２部位とで比べると、前記第１部位では前記第２部位より前記誘電体膜が薄くなっている、請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１部位では前記誘電体膜の厚みが１００ｎｍ以下となっている、請求項８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、光ディスクなどに用いられる半導体レーザ素子、特に読み出し時の戻り光に強い低雑音の自励発振型半導体レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
戻り光によるノイズに強い半導体レーザ素子として、自励発振型半導体レーザ素子が実用化されている。自励発振型半導体レーザ素子においては、リッジ形状の部分（以下「リッジ部」という。）によって導波路が構成されている。このリッジ部に含まれるクラッド層を厚くすることによって、リッジ部の内外間の実効屈折率差Δｎを小さくし、水平方向の光分布を電流の水平方向の分布より相対的に広くすることで、リッジ部の外縁部近傍の活性層を可飽和吸収領域として利用することが試みられている。
【０００３】
従来の自励発振型半導体レーザ素子の例が、特開平１０−７５０１１号公報（特許文献１）、特開２０００−２２８５６４号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００４】
さらに、関連する技術が、特開２０００−１０１１９７号公報（特許文献３）、特開２０００−１７４３８５号公報（特許文献４）および特開２０００−２４４０５８号公報（特許文献５）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−７５０１１号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８５６４号公報
【特許文献３】特開２０００−１０１１９７号公報
【特許文献４】特開２０００−１７４３８５号公報
【特許文献５】特開２０００−２４４０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の自励発振型半導体レーザ素子では以下の問題がある。
従来の自励発振型半導体レーザ素子は、リッジ部の外縁部に近接した位置にある活性層を可飽和吸収領域として働かせるために、Δｎを小さくした構造設計がなされている。しかし、Δｎが小さいと水平方向の光分布の制御性が悪くなり、ホールバーニングの作用により光出力が高い領域でのキンク（電流−光特性の折れ曲がり）が発生しやすい。
【０００７】
また、可飽和吸収はレーザ光の吸収でキャリアが発生することで起こるので、光の強い領域に可飽和吸収領域を配置するほど、効率良く吸収飽和状態になり、自励発振が起こりやすい。従来の半導体レーザ素子では、共振器長方向に一様に可飽和吸収領域が設けられており、素子内での光強度に対する効率が考慮されていなかったため、吸収飽和の効率が悪くなっていた。そのため、たとえば高温での自励発振が停止するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、光出力が高い領域でのキンクが発生しにくく、吸収飽和の効率が良い半導体レーザ素子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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に基づく半導体レーザ素子は、半導体基板と、上記半導体基板の上側に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上側に形成された活性層と、上記活性層の上側に形成された第２導電型の第２クラッド層とを備え、レーザ光を出射するための前側端面と、上記前側端面とは反対側の後ろ側端面とを有する半導体レーザ素子であり、上記第２クラッド層または上記第２クラッド層より上側の層に上記前側端面と上記後ろ側端面とを結ぶ方向である共振器長方向に沿って延在するリッジ部が形成されており、上記リッジ部は幅方向の導波に関して上記リッジ部の内外間に屈折率差が構造的に設定されており、上記リッジ部の上面に対して上記共振器長方向に延在する線状の電極接続領域を以って電気的に接続する上側電極をさらに備え、上記リッジ部の幅と上記電極接続領域の幅との比率が、上記リッジ部のうち上記共振器長方向の中央部と端部とで異なる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Δｎを大きく設定しているので横方向の光分布が安定しており、光出力が高い領域でのキンクが発生しにくく、吸収飽和の効率が良い自励発振型半導体レーザ素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の平面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の外形およびリッジ部の平面的位置関係に関する説明図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の外形および電極接続領域の平面的位置関係に関する説明図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第１の説明図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第２の説明図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第３の説明図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第４の説明図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第５の説明図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子の製造方法の第６の説明図である。
【図１２】本発明に基づく実施の形態２における半導体レーザ素子の平面図である。
【図１３】図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図１４】図１２におけるＸＩＶ−ＸＩＶ線に関する矢視断面図である。
【図１５】本発明に基づく実施の形態２における半導体レーザ素子の外形およびリッジ部の平面的位置関係に関する説明図である。
【図１６】本発明に基づく実施の形態２における半導体レーザ素子の外形および電極接続領域の平面的位置関係に関する説明図である。
【図１７】本発明に基づく実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第１の説明図である。
【図１８】本発明に基づく実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第２の説明図である。
【図１９】本発明に基づく実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第３の説明図である。
【図２０】本発明に基づく実施の形態２における半導体レーザ素子の製造方法の第４の説明図である。
【図２１】本発明に基づく実施の形態３における半導体レーザ素子の平面図である。
【図２２】図２１におけるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図２３】図２１におけるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図２４】本発明に基づく実施の形態３における半導体レーザ素子の外形およびリッジ部の平面的位置関係に関する説明図である。
【図２５】本発明に基づく実施の形態３における半導体レーザ素子の外形および電極接続領域の平面的位置関係に関する説明図である。
【図２６】本発明に基づく実施の形態４における半導体レーザ素子の平面図である。
【図２７】図２６におけるＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図２８】図２６におけるＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図２９】本発明に基づく実施の形態４における半導体レーザ素子の外形およびリッジ部の平面的位置関係に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明による半導体レーザ素子は、自励発振型半導体レーザ素子の一種である。本発明による自励発振型半導体レーザ素子は、電流の横方向広がりを決める電極幅に対して、レーザ素子としてのいわゆる作り付けの導波路ストライプ幅をレーザ素子端面付近で、中央付近より広げた構造を備える。半導体レーザ素子の内部では、レーザ光の強度は一様ではない。半導体レーザ素子を共振器として見たときの両端の面を「前面」、「後面」とすると、たとえば、前面反射率が低く、後面反射率が高い非対称コートがなされた半導体素子の場合には、前面側でレーザ光が強い分布となる。本発明は、半導体レーザ素子の内部での光強度が強い端面近傍で効率良く可飽和吸収が生じることで、高温まで持続する自励発振を実現することができる。また、Δｎを下げるかわりに、可飽和吸収領域となる端面近傍の領域のみにおいて電極幅より導波路ストライプ幅を広くしておくことで、光分布を横方向へ広げている。したがって、従来よりΔｎを大きくした設計が可能であり、光出力が高い領域においてもキンクが発生しにくい。
【００１３】
以下に、本発明に基づく半導体レーザ素子のいくつかの実施の形態について説明する。ここでは、ＡｌＧａＩｎＰ結晶で構成された赤色半導体レーザ素子を例として説明する。他の材料系の素子、たとえばＡｌＧａＡｓ系赤外レーザ素子、ＧａＮ系青色レーザ素子に対しても、同様の適用が可能である。
【００１４】
（実施の形態１）
（構成）
図１〜図１１を参照して、本発明に基づく実施の形態１における半導体レーザ素子について説明する。
【００１５】
図１にこの半導体レーザ素子１０１の平面図を示す。最上面にはｐ側電極１１が全面に張られている。図１ではリッジ部３１の輪郭線を破線で示している。図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図を図２に示す。図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図を図３に示す。
【００１６】
図２、図３に示すように、半導体レーザ素子１０１においては、半導体基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１の上にいくつかの層が積層されており、リッジ部３１が内部に備わっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１のすぐ上側には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２が厚み０．５μｍで形成されている。その上側にはｎ型ＧａＩｎＰバッファ層３が厚み０．５μｍで形成されている。さらにその上側にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層４が厚み１．０μｍで形成されている。さらにその上側にはＭＱＷ活性層５が形成されている。ＭＱＷ活性層５は、ＭＱＷ（重量子井戸：Multiple Quantum Well）構造をたとえば厚み５０ｎｍのアンドープトのＡｌＧａＩｎＰガイド層で挟み込んだ構造の積層体である。ＭＱＷ構造としては、厚み９ｎｍのＧａＩｎＰ層が５つと厚み４ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ層が４つとを交互に積層したものであってよい。ＭＱＷ活性層５の上側にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６は中央でリッジ部３１の一部を構成しており、リッジ部３１においてはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６は厚み１．０μｍである。リッジ部３１以外においてはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６はより薄くなっている。リッジ部３１の内部に注目すると、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６の上側にｐ型ＧａＩｎＰ中間層７が厚み０．５μｍで形成されている。さらにその上側にｐ型ＧａＡｓキャップ層８が厚み０．１μｍで形成されている。リッジ部３１の両脇にはｎ型ＧａＡｓ層９が形成されている。ｎ型ＧａＡｓ層９の一部が線状に開口しており、その開口部３２からはｐ型ＧａＡｓキャップ層８の上面が見えるようになっている。この開口部３２およびｎ型ＧａＡｓ層９の上側を覆うようにｐ側電極１１が形成されている。ｐ側電極１１は、この開口部３２を通じてｐ型ＧａＡｓキャップ層８と電気的に接続されている。ｐ側電極１１がｐ型ＧａＡｓキャップ層８と電気的に接続されている領域を「電極接続領域」３３と呼ぶ。図１では電極接続領域３３は帯状の領域として破線で表示されている。
【００１７】
図２、図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１の下面の全体を覆うようにｎ側電極１０が形成されている。この半導体レーザ素子１０１においては、リッジ部３１の内外間の実効屈折率差Δｎの設定値は０．０１である。
【００１８】
この半導体レーザ素子１０１の外形およびリッジ部３１の寸法については、図４に示すとおりである。共振器長は４００μｍである。共振器長方向８１に沿って延在するリッジ部３１は、端部で幅が広くなって中央部で幅が狭くなっている。リッジ部３１は前側端面４１および後ろ側端面４２において幅が最大値となっており、幅５．０μｍである。中央部においてはリッジ部３１は幅３．５μｍとなっている。中央部から端部にかけてはテーパ状に、徐々に幅が広がっている。
【００１９】
電極接続領域３３の寸法については図５に示すとおりである。電極接続領域３３は共振器長４００μｍの全長にわたって一定の幅３．５μｍで延在している。この幅は中央部におけるリッジ部３１の幅と一致している。したがって、リッジ部３１の幅と電極接続領域３３の幅との比率は、リッジ部３１のうち共振器長方向８１の中央部と端部とで異なる結果となっている。
【００２０】
以上を整理すると、この半導体レーザ素子１０１は、図２、図３に示すように、半導体基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１と、前記半導体基板の上側に形成された第１導電型の第１クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層４と、前記第１クラッド層の上側に形成された活性層としてのＭＱＷ活性層５と、前記活性層の上側に形成された第２導電型の第２クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６とを備える。この半導体レーザ素子１０１は、図１に示すように、レーザ光を出射するための前側端面４１と、前側端面４１とは反対側の後ろ側端面４２とを有する半導体レーザ素子である。この半導体レーザ素子１０１においては、前記第２クラッド層または前記第２クラッド層より上側の層に前側端面４１と後ろ側端面４２とを結ぶ方向である共振器長方向８１に沿って延在するリッジ部３１が形成されている。リッジ部３１は幅方向の導波に関してリッジ部３１の内外間に屈折率差が構造的に設定されている。この半導体レーザ素子１０１は、リッジ部３１の上面に対して共振器長方向８１に延在する線状の電極接続領域３３を以って電気的に接続する上側電極としてのｐ側電極１１をさらに備える。この半導体レーザ素子１０１においては、リッジ部３１の幅と電極接続領域３３の幅との比率が、リッジ部３１のうち共振器長方向８１の中央部と端部とで異なる。
【００２１】
（製造方法）
本実施の形態における半導体レーザ素子１０１の製造方法について説明する。半導体レーザ素子１０１の製造方法には、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法による結晶成長の工程が含まれる。
【００２２】
まず、図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１を用意する。
ＭＯＣＶＤ法による各層の結晶成長を行なう。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、厚み０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層２、厚み０．５μｍのｎ型ＧａＩｎＰバッファ層３、厚み１．０μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層４を順次成長させる。さらにその上に、上述のＭＱＷ活性層５を構成する各層を順次成長させる。さらにその上に、厚み１．０μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６、厚み０．５μｍのｐ型ＧａＩｎＰ中間層７、厚み０．１μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層８を順次成長させる。こうして、図７に示すような構造を得る。なお、図６〜図１０では、図２と同じ断面に注目して表示する。
【００２３】
次に、フォトリソグラフィ工程として、図４に示したパターンでパターニングする。このフォトリソグラフィ工程においては、図８に示すようにｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６の途中までエッチングする。こうしてリッジ部３１が形成される。
【００２４】
その後、ＭＯＣＶＤ法により、リッジ部３１の上側を覆うようにｎ型ＧａＡｓ層９を成長させる。こうして、図９に示す構造が得られる。成長したｎ型ＧａＡｓ層９を、図５に示したパターンでパターニングする。すなわち、図１０に示すように、電極接続領域３３となる帯状の部分をエッチングにより除去する。こうして開口部３２が形成される。
【００２５】
こうして得られた構造体の下面に対して図１１の矢印４９で示すように研磨を行なうことによって構造体全体を厚み９０μｍにまで薄くする。この工程で行なう研磨のことを一般に「裏面研磨」と呼ぶ。その後、上面にｐ側電極１１としてＡｕ／Ｔｉ電極を形成し、下面にｎ側電極１０としてＡｕＧｅＮｉ電極を形成する。こうして、図２に示した断面構造が完成する。なお、「Ａｕ／Ｔｉ電極」とは、上側にＡｕ、下側にＴｉが配置された２層構造の電極を意味する。
【００２６】
この構造体を、共振器長に応じた長さのバーとして切り出す。共振器長はたとえば４００μｍである。切り出すことによって前側端面４１と後ろ側端面４２とが規定される。さらにその後、前側端面４１と後ろ側端面４２との両方に反射率３５％と設定した端面コート（図示せず）を形成する。
【００２７】
これらの工程を経た結果、電流が注入されるリッジ部３１上において電極接続領域３３の幅が、共振器長方向８１の中央部ではリッジ部３１の幅と同じで、端面付近ではリッジ部３１の幅より狭くなった構造が得られる。
【００２８】
（作用・効果）
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６の比抵抗は比較的大きいので、第２クラッド層での横方向への電流の広がりは小さく、結果的に、リッジ部３１上面での電極接続領域３３の幅がほぼ電流注入幅に相当する。このため、本実施の形態における半導体レーザ素子１０１の端面近傍では、電流注入幅よりも光の横方向分布の方が広くなる。したがって、光の横方向分布の外縁部の近傍に位置するＭＱＷ活性層５が可飽和吸収領域として作用する。この半導体レーザ素子１０１の端面近傍は、半導体レーザ素子１０１の共振器長方向８１の中央部と比べて素子内部での光強度が強く、効果的に飽和吸収が生じることで、安定した自励発振が実現できる。
【００２９】
一方、本実施の形態における半導体レーザ素子１０１の実効屈折率差Δｎの設定値は、０．０１である。すなわち、リッジ部３１の内外間で十分な屈折率差がある。したがって、半導体レーザ素子１０１においては横方向の光分布が安定しており、読取り用途に十分な７ｍＷまで、キンクのない電流−光特性が得られる。
【００３０】
こうして、本実施の形態によれば、光出力が高い領域でのキンクが発生しにくく、吸収飽和の効率が良い半導体レーザ素子を実現することができる。
【００３１】
本実施の形態で示したように、リッジ部の幅と電極接続領域の幅との比率が、リッジ部のうち共振器長方向８１の中央部と端部とで異なっていること自体が好ましい。なぜなら可飽和吸収領域となる端面近傍の領域においてのみ電極接続領域の幅より導波路ストライプ幅を広くすることで、光分布を横方向に広げており、効率良く吸収飽和が起こるからである。
【００３２】
（実施の形態２）
（構成）
図１２〜図２０を参照して、本発明に基づく実施の形態２における半導体レーザ素子について説明する。
【００３３】
図１２にこの半導体レーザ素子１０２の平面図を示す。最上面にはｐ側電極１１が全面に張られている。図１２ではリッジ部３４の輪郭線を破線で示している。図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に関する矢視断面図を図１３に示す。図１２におけるＸＩＶ−ＸＩＶ線に関する矢視断面図を図１４に示す。
【００３４】
図１３、図１４に示すように、半導体レーザ素子１０２においては、半導体基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１の上にいくつかの層が積層されており、リッジ部３４が内部に備わっている。基本的には実施の形態１で説明した半導体レーザ素子１０１と同様であるが、ＭＱＷ活性層５より上側の構造が実施の形態１と異なる。
【００３５】
半導体レーザ素子１０２においては、ＭＱＷ活性層５の上側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６ｒが厚み０．２μｍで形成されている。さらにその上側にはｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１２が形成されている。さらにその上側には、共振器長方向８１に沿って中央に線状に延在するリッジ部３４と、その幅方向両側に離隔して平行に延在する２本の翼部との合計３本の凸部が設けられている。これらの凸部の各内部においては、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１２のすぐ上側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１３が厚み０．８μｍで形成され、その上側にｐ型ＧａＩｎＰ中間層７が厚み０．５μｍで形成され、さらにその上側にｐ型ＧａＡｓキャップ層８が厚み０．１μｍで形成されている。図１３に示すように、リッジ部３４においては、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８の幅はｐ型ＧａＩｎＰ中間層７より小さくなっている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層８の幅は共振器長方向８１に沿って一定となっている。リッジ部３４および左右の翼部の上面はリッジ部３４におけるｐ型ＧａＡｓキャップ層８の上面を除いて誘電体膜としてＳｉＯ2膜１４によって覆われている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層８の上面は全てｐ側電極１１との電気的接続に利用されている。したがって、図１２に示すように電極接続領域３３の幅は共振器長方向８１に沿って一定となっている。
【００３６】
この半導体レーザ素子１０２の外形およびリッジ部３４の寸法については、図１５に示すとおりである。共振器長は４００μｍである。共振器長方向８１に沿って延在するリッジ部３４は、前側端面４１で幅が広くなっており、後ろ側半分では狭くなっている。後ろ側半分では一定幅２．５μｍとなっている。リッジ部３４は前側端面４１において幅が最大値となっており、幅４．０μｍである。前側半分においては中間部位４３から前側端面４１に向かってテーパ状に、幅が徐々に広がっている。
【００３７】
電極接続領域３３の寸法については図１６に示すとおりである。電極接続領域３３は共振器長４００μｍの全長にわたって一定の幅２．５μｍで延在している。この幅は後ろ半分におけるリッジ部３４の幅と一致している。したがって、リッジ部３４の幅と電極接続領域３３の幅との比率は、リッジ部３４のうち共振器長方向８１の中央部と端部とで異なる結果となっている。
【００３８】
（製造方法）
本実施の形態における半導体レーザ素子１０２の製造方法について説明する。半導体レーザ素子１０２の製造方法には、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法による結晶成長の工程が含まれる。
【００３９】
ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、厚み０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層２、厚み０．５μｍのｎ型ＧａＩｎＰバッファ層３、厚み１．０μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層４を順次成長させる。さらにその上に、上述のＭＱＷ活性層５を構成する各層を順次成長させる。さらにその上に、厚み０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層６ｒ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１２、厚み０．８μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１３、厚み０．５μｍのｐ型ＧａＩｎＰ中間層７、厚み０．１μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層８を順次成長させる。こうして、図１７に示すような構造を得る。
【００４０】
次に、フォトリソグラフィ工程として、図１５に示したパターンでパターニングする。このフォトリソグラフィ工程においては、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１３の不要部分を除去し、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１２が露出するまでエッチングする。同じくフォトリソグラフィ工程で、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８を図１６に示したパターンでパターニングする。こうして図１８に示す構造が得られる。ｐ型ＧａＡｓキャップ層８はリッジ部３４の中心線に沿うように一定幅で残っている。次にプラズマＣＶＤ法で、誘電体膜としてのＳｉＯ2膜１４を厚み２００ｎｍとなるよう形成する。こうして図１９に示す構造が得られる。
【００４１】
リッジ部３４上部に形成されたＳｉＯ2膜１４に対して、図１６に示したパターンでパターニングする。リッジ部３４上でｐ型ＧａＡｓキャップ層８が残っている領域においてのみＳｉＯ2膜１４をエッチング除去する。こうして図２０に示す構造を得る。さらに実施の形態１と同様に裏面研磨を行なうことによって全体を厚み９０μｍにまで薄くした後、上面にｐ側電極１１としてＡｕ／Ｔｉ電極を形成し、下面にｎ側電極１０としてＡｕＧｅＮｉ電極を形成する。こうして、図１３に示した断面構造が完成する。
【００４２】
この構造体を、共振器長４００μｍのバーとして切り出した後、前側端面４１での反射率が１５％、後ろ側端面４２での反射率が８０％となるように設定した端面コート（図示せず）を両端面にそれぞれ形成する。
【００４３】
これらの工程を経た結果、電流が注入されるリッジ部３４上において電極接続領域３３の幅が、共振器長方向８１の中央部から後ろ側端面４２まではリッジ部３４の幅と同じで、前側端面４１付近ではリッジ部３４の幅より狭くなった構造が得られる。
【００４４】
（作用・効果）
本実施の形態で示したように、リッジ部の幅は、共振器長方向８１の中央部に比べて前側端面４１では広くなっていることが好ましい。
【００４５】
本実施の形態では、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８の余分な部分を除去することで、比較的比抵抗が小さいｐ型ＧａＡｓキャップ層８内での横方向への電流広がりを抑えることができる。このため、本実施の形態における半導体レーザ素子１０２の前側端面４１付近では、電流注入幅よりも光の横方向分布の方が広くなる。光の横方向分布の外縁部の近傍に位置するＭＱＷ活性層５が可飽和吸収領域としてより効果的に作用する。この半導体レーザ素子１０２の前側端面４１付近は、半導体レーザ素子１０２の中央部から後ろ側端面４２にかけての区間と比べて素子内部での光強度が強く、効果的に飽和吸収が生じることで、安定した自励発振が実現できる。
【００４６】
従来技術による自励発振型半導体レーザ素子においては、高温ではレーザクラッド層の比抵抗が小さくなることで横方向への電流広がりが大きくなるため、可飽和吸収領域が縮小し、自励発振がたとえば７０℃では停止してしまう場合があった。これに対して、本実施の形態では、キャップ層を除去することで横方向への電流広がりを抑えることができる。なおかつ、光強度分布の強い前側端面付近に可飽和吸収領域があることで、効率良く吸収飽和が起こり、たとえば８０℃までの自励発振を実現できる。
【００４７】
こうして、本実施の形態によっても、光出力が高い領域でのキンクが発生しにくく、吸収飽和の効率が良い半導体レーザ素子を実現することができる。
【００４８】
なお、リッジ部の幅の大小関係に関していえば、本実施の形態で示したように、リッジ部の幅は、共振器長方向８１の中央部から前側端面４１に近づくにつれて徐々に広くなっていることが特に好ましい。このように徐々に広くなっていれば、リッジ部の幅がステップ状に突然変わる場合に懸念される光の散乱による光損失を抑えることができ、閾値電流の増加または効率の低下を抑えることができるからである。
【００４９】
本実施の形態で示したように、前側端面４１と後ろ側端面４２との間で反射率が異なり、これらのうち反射率が低い方の端面において、リッジ部の幅が広くなっており、反射率が高い方の端面ではリッジ部の幅が広くなっていないことが好ましい。本実施の形態では、前側端面４１の方が反射率が低くなっており、かつ、前側端面４１においてリッジ部の幅が広くなっている。反射率が高い方の端面である後ろ側端面においてはリッジ部の幅が広くなっていない。このような構成が好ましいのは、後ろ側端面においては半導体レーザ素子内部の光強度が弱く、この領域でリッジ部の幅を広くしても効率良く吸収飽和を起こすことができず、逆に閾値電流が増加するといった逆効果となるからである。
【００５０】
なお、本実施の形態で示したように、電極接続領域にはリッジ部と上側電極との間にキャップ層が介在しており、キャップ層は電極接続領域のみに配置されていることが好ましい。なぜなら、この構成であればキャップ層内で電流が横方向に広がるので、電極接続領域の幅よりも広く電流が広がり、吸収飽和を起こす領域が狭くなるからである。
【００５１】
なお、本実施の形態で示したように、リッジ部の両脇を挟むように上側電極が延在しており、電極接続領域以外においては、リッジ部と上側電極との間には誘電体膜が介在していることが好ましい。なぜなら、リッジ部の頂部の電極接続領域以外からの電流注入を防ぐことができるからである。
【００５２】
（実施の形態３）
図２１〜図２５を参照して、本発明に基づく実施の形態３における半導体レーザ素子について説明する。
【００５３】
図２１にこの半導体レーザ素子１０３の平面図を示す。最上面にはｐ側電極１１が全面に張られている。図２１ではリッジ部３５の輪郭線を破線で示している。図２１におけるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に関する矢視断面図を図２２に示す。図２１におけるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に関する矢視断面図を図２３に示す。
【００５４】
図２２、図２３に示すように、半導体レーザ素子１０３においては、半導体基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１の上にいくつかの層が積層されている。半導体レーザ素子１０３では、積層される各層の種類、厚み、順序は実施の形態２で説明した半導体レーザ素子１０２と同様であるが、リッジ部の形状が異なっている。本実施の形態における半導体レーザ素子１０３では、実施の形態２におけるリッジ部３４に代えてリッジ部３５を内部に備えている。リッジ部３５の上面には、ｐ側電極１１との電気的接続に利用されている領域、すなわち電極接続領域３３ｅが設けられている。
【００５５】
この半導体レーザ素子１０３の外形およびリッジ部３５の寸法については、図２４に示すとおりである。共振器長は４００μｍである。共振器長方向８１に沿って延在するリッジ部３５は、前側端面４１から後ろ側端面４２まで一定幅４．０μｍとなっている。
【００５６】
電極接続領域３３ｅの寸法については図２５に示すとおりである。電極接続領域３３ｅは、後ろ側半分では一定幅４．０μｍとなっている。前側半分では中間部位４３から前側に向かうにつれて幅が徐々に狭くなっており、前側端面４１では幅が最も狭く、２．５μｍとなっている。したがって、リッジ部３４の幅と電極接続領域３３の幅との比率は、リッジ部３４のうち共振器長方向８１の中央部と端部とで異なる結果となっている。
【００５７】
（製造方法）
本実施の形態における半導体レーザ素子１０３の製造方法は、基本的には実施の形態２で説明したとおりである。半導体レーザ素子１０３を得るためには、実施の形態２における半導体レーザ素子１０２の製造方法のうちｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１３のパターニングを行なう際に、図１５に示したパターンの代わりに図２４に示したパターンを用いればよい。さらに、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８をパターニングする際、および、ＳｉＯ2膜１４の不要部分をエッチング除去する際には、図１６に示したパターンの代わりに図２５に示したパターンを用いればよい。
【００５８】
最終的に、共振器長４００μｍのバーとして切り出した後、前側端面４１での反射率が１５％、後ろ側端面４２での反射率が８０％となるように設定した端面コート（図示せず）を両端面にそれぞれ形成する点は実施の形態２と同じである。
【００５９】
（作用・効果）
本実施の形態における半導体レーザ素子１０３では、電流が注入されるリッジ部３５の電極接続領域３３ｅの幅が、共振器長方向８１の中央部位から後ろ側端面４２まではリッジ部３５の幅と同じであり、レーザ光を出射する端面である前側端面４１付近ではリッジ部３５の幅より狭くなった構造となっている。すなわち、本実施の形態では、リッジ部の幅は一定であり、電極接続領域３３ｅの幅が共振器長方向８１の中央部に比べて前側端面４１では狭くなっている。このような構成となっていることは好ましい。
【００６０】
実施の形態２のようにリッジ部の幅を共振器長方向の部位によって変えた場合、散乱損失による効率の低下が生じると考えられるが、本実施の形態では、リッジ部自体の外形幅が一定であるので、散乱損失による効率の低下を減らすことができる。
【００６１】
こうして、本実施の形態によっても、光出力が高い領域でのキンクが発生しにくく、吸収飽和の効率が良い半導体レーザ素子を実現することができる。
【００６２】
（実施の形態４）
（構成）
図２６〜図２９を参照して、本発明に基づく実施の形態４における半導体レーザ素子について説明する。
【００６３】
図２６にこの半導体レーザ素子１０４の平面図を示す。最上面にはｐ側電極１１が全面に張られている。図２６ではリッジ部３６の輪郭線を破線で示している。図２６におけるＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線に関する矢視断面図を図２７に示す。図２６におけるＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に関する矢視断面図を図２８に示す。
【００６４】
図２７、図２８に示すように、半導体レーザ素子１０４においては、半導体基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１の上にいくつかの層が積層されている。半導体レーザ素子１０４では、積層される各層の種類、厚み、順序は実施の形態２で説明した半導体レーザ素子１０２と同様である。本実施の形態における半導体レーザ素子１０４では、実施の形態２におけるリッジ部３４に代えてリッジ部３６を内部に備えている。リッジ部３６の上面には、ｐ側電極１１との電気的接続に利用されている領域、すなわち電極接続領域３３が設けられている。
【００６５】
この半導体レーザ素子１０４の外形およびリッジ部３６の寸法については、図２９に示すとおりである。共振器長は４００μｍである。共振器長方向８１に沿って延在するリッジ部３６は、前側端面４１で幅が広くなっており、後ろ側半分では狭くなっている。後ろ側半分では一定幅２．５μｍとなっている。リッジ部３６は前側端面４１において幅が最大値となっており、幅４．０μｍである。前側半分においては中間部位４３から前側端面４１に向かってテーパ状に、幅が徐々に広がっている。リッジ部３６は実施の形態２で説明したリッジ部３４に比べて基本的な形状は同じであるが、ＳｉＯ2膜１４の厚みが異なっている。
【００６６】
（製造方法）
本実施の形態における半導体レーザ素子１０４の製造方法は、基本的には実施の形態２で説明したものと同様である。したがって、リッジ部３６上でｐ型ＧａＡｓキャップ層８が残っている領域においてのみＳｉＯ2膜１４をエッチング除去する工程がある。本実施の形態では、この工程の後に、ＳｉＯ2膜１４を部分的に薄くする工程を行なう。後ろ半分の区間、すなわち、中間部位４３から後ろ側端面４２にかけての区間においてのみＳｉＯ2膜１４の厚みを１００ｎｍ以下に薄くする。その後の工程は実施の形態２で説明したものと同じである。
【００６７】
これらの工程を経た結果、電流が注入されるリッジ部３６上において電極接続領域３３の幅が、共振器長方向８１の中央部から後ろ側端面４２まではリッジ部３６の幅と同じで、前側端面４１付近ではリッジ部３６の幅より狭くなった構造が得られる。
【００６８】
（作用・効果）
本実施の形態で示したように、誘電体膜の厚みがリッジ部のうち共振器長方向の部位によって異なっており、電極接続領域の幅をリッジ部の幅で割った値が大きい第１部位と前記割った値が小さい第２部位とで比べると、第１部位では第２部位より誘電体膜が薄くなっていることが好ましい。実施の形態４において示した半導体レーザ素子１０４では、図２６における右半分、すなわち半導体レーザ素子としての後ろ半分が第１部位に相当し、図２６における左半分、すなわち半導体レーザ素子としての前半分が第２部位に相当する。
【００６９】
本実施の形態では、中間部位４３から後ろ側端面４２にかけての区間において誘電体膜としてのＳｉＯ2膜１４が薄くなっている。光出力が強くなると、ホールバーニングにより、高次の横モードの光分布や、横方向に偏った光分布に変化しやすい状態となる。その状態でも、本実施の形態では、ＳｉＯ2膜１４が薄くなった区間においてＳｉＯ2膜１４を介してリッジ部３６に隣接するｐ側電極１１を構成する金属部材が光出力のロスをもたらす方向に働くので、通常の基本モードの光分布よりもレーザ発振のしきい値が高くなる。したがって、上述の光分布への変化が抑えられ、安定した基本モードが維持される。この結果、可飽和吸収領域となる前側端面でも安定な基本モードが維持され、安定な自励発振が高い出力まで維持される。
【００７０】
こうして、本実施の形態によっても、光出力が高い領域でのキンクが発生しにくく、吸収飽和の効率が良い半導体レーザ素子を実現することができる。
【００７１】
特に、本実施の形態で示したように、前記第１部位では誘電体膜の厚みが１００ｎｍ以下となっていることが好ましい。なぜなら、誘電体膜の厚みが１００μｍ以下であると、誘電体膜内で光が完全には減衰せず、誘電体膜外での電極金属における光損失の影響が現れ、上述の作用が現れるからである。
【００７２】
なお、上記各実施の形態では、共振器長が４００μｍである例を示したが、共振器長は他の値であってもよい。
【００７３】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００７４】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板、２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層、３  ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層、４  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、５  ＭＱＷ活性層、６，６ｒ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層、７  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、８  ｐ型ＧａＡｓキャップ層、９  ｎ型ＧａＡｓ層、１０  ｎ側電極、１１  ｐ側電極、１２  ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層、１３  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層、１４  ＳｉＯ2膜、３１，３４，３５，３６  リッジ部、３２  開口部、３３  電極接続領域、４１  前側端面、４２  後ろ側端面、４３  中間部位、４９  矢印、８１  共振器長方向、１０１，１０２  半導体レーザ素子。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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