(57)【要約】【課題】マルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子の信頼性を向上する。【解決手段】第１導電型半導体層４と一方向に延びるストライプ状のストライプ部１０を有した第２導電型半導体層５との間に活性層６を配し、ストライプ部１０上に設けた電極８からストライプ部１０を介して電流を注入される活性層６の端面１５ａからマルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子１において、活性層６の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部１２を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体層と一方向に延びるストライプ状のストライプ部を有した第２導電型半導体層との間に活性層を配し、前記ストライプ部上に設けた電極から前記ストライプ部を介して電流を注入される前記活性層の端面からマルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、前記活性層の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を設けたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記変調部が前記ストライプ部上の前記半導体積層膜を掘り込む溝部により形成され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】
前記溝部の深さが前記ストライプ部の高さよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記変調部が前記電極を貫通して前記ストライプ部に臨む貫通孔により形成され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５】
前記変調部が前記ストライプ部の両端面に対して離れて形成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか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、マルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式情報記録再生装置（光ディスク）用のピックアップ光源として、レーザ光を出射する半導体レーザ素子が広く利用されている。例えば、ＤＶＤ用にはＡｌＧａＩｎＰ系の波長６５０ｎｍの赤色レーザが使用され、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ｄｉｓｋ用には波長４０５ｎｍの青紫色レーザが使用される。このような用途の半導体レーザ素子は単一横モード（シングルモード）のレーザ光を出射することが求められる。
【０００３】
一方、半導体レーザ素子は光密度の高い光を出射できることや、純度の高い色を出射できることから、照明用や加工用の励起光源としての用途が注目されている。このような用途の半導体レーザ素子は一般に数ワットから数十ワットといった非常に大出力のレーザ光を出射することが求められる。このため、複数横モード（マルチモード）のレーザ光を出射するワイドストライプ型の半導体レーザ素子が使用されることが一般的である。
【０００４】
ワイドストライプ型のマルチモードの半導体レーザ素子はシングルモードの半導体レーザ素子と比較して光出射部の面積が数倍から数十倍大きいため、高い出力が得られる。例えば、半導体レーザ素子の出力のスペックは光ディスクの光源用途では数百ｍＷであるのに対し、励起光源用途ではその１０〜１００倍である。
【０００５】
この時、半導体レーザ素子の寿命のスペックは光ディスクの光源用途では数千時間〜１万時間程度であるのに対し、励起光源用途では数万時間〜１０万時間である。このため、励起光源用途の半導体レーザ素子はワイドストライプ型の構造によって長寿命化に有利であるが、発熱等による破壊を防止してより高い信頼性が求められる。
【０００６】
放熱性を改善した従来の半導体レーザ素子は特許文献１に開示される。図１５はこの半導体レーザ素子の概略斜視図を示している。半導体レーザ素子１０１は基板１０２上にレーザ発振に必要な窒化物系半導体から成る半導体積層膜１０３が形成されている。半導体積層膜１０３はｎ型半導体層１０４とｐ型半導体層１０５との間に配された活性層１０６を有している。
【０００７】
半導体積層膜１０３の上面にはｐ側電極１０８が形成される。ｎ型半導体層１０４の下部を側方に突出した突出部１０４ａ上にはｎ側電極１０９が形成される。ｐ側電極１０８にはワイヤ１１０が接続され、ｎ側電極１０９にはワイヤ１１１が接続される。
【０００８】
活性層１０６よりも上層の半導体積層膜１０３にはストライプ状（細長状）のストライプ部（不図示）が形成される。活性層１０６はｐ側電極１０８からストライプ部を介して電流が注入され、活性層１０６内にストライプ状の光導波路１１５（発振領域）が形成される。光導波路１１５の端面の出射部１１５ａからレーザ光が出射される。
【０００９】
この時、複数のワイヤ１１０がストライプ状の光導波路１１５に沿ってｐ側電極１０９上に接続される。これにより、光導波路１１５で発生した熱を複数のワイヤ１１０を介して放熱することができる。従って、半導体レーザ素子１０１の熱に起因する破壊を防ぐことができ、信頼性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３６１８９８９号公報（第３頁〜第８頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の半導体レーザ素子１０１によると、励起光源用途のワイドストライプ型に作成した際に寿命のスペックを満たさない場合があり、信頼性を十分向上できない問題があった。
【００１２】
本発明は、信頼性を確実に向上できるマルチモードの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】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、第１導電型半導体層と一方向に延びるストライプ状のストライプ部を有した第２導電型半導体層との間に活性層を配し、前記ストライプ部上に設けた電極から前記ストライプ部を介して電流を注入される前記活性層の端面からマルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、前記活性層の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を設けたことを特徴としている。
【００１４】
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記変調部が前記ストライプ部上の前記半導体積層膜を掘り込む溝部により形成されることを特徴としている。
【００１５】
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記溝部の深さが前記ストライプ部の高さよりも小さいことを特徴としている。
【００１６】
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記溝部に誘電体を埋め込んだことを特徴としている。
【００１７】
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記変調部が前記ストライプ部の両端面に対して離れて形成されることを特徴としている。
【００１８】
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記変調部が前記電極を貫通して前記ストライプ部に臨む貫通孔により形成されることを特徴としている。
【００１９】
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記変調部が前記ストライプ部の幅方向を二分する中心線に対して対称に配置されることを特徴としている。
【００２０】
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記ストライプ部上で前記変調部により幅方向に分割される複数の領域を等間隔に形成したことを特徴としている。
【００２１】
また本発明は上記構成の半導体レーザ素子において、前記ストライプ部の長手方向において前記変調部が前記ストライプ部に対して５％以上の長さを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、活性層の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を設けたので、変調部により仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて低次モードが強調される。これにより、高次モードの重畳による出射面上での局所的な光強度の高い領域の形成が防止される。従って、ＣＯＤの発生を防止して半導体レーザ素子の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子を示す斜視図
【図２】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子を示す上面図
【図３】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子のエピタキシャル成長工程を示す正面図
【図４】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子のリッジ部形成工程のレジスト形成時の状態を示す正面図
【図５】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子のリッジ部形成工程のエッチング時の状態を示す正面図
【図６】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法の埋め込み層形成工程の成膜時の状態を示す正面図
【図７】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法の埋め込み層形成工程のエッチングマスク除去時の状態を示す正面図
【図８】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法の溝部形成工程のエッチングマスク形成時の状態を示す正面断面図
【図９】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法の溝部形成工程のエッチング時の状態を示す正面断面図
【図１０】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法の電極形成工程を示す正面断面図
【図１１】本発明の第２実施形態の半導体レーザ素子を示す正面断面図
【図１２】本発明の第２実施形態の半導体レーザ素子を示す上面図
【図１３】本発明の第３実施形態の半導体レーザ素子を示す正面断面図
【図１４】本発明の第４実施形態の半導体レーザ素子を示す上面図
【図１５】従来の半導体レーザ素子を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
本発明の実施形態の説明に際し、前述の図１５に示す従来の半導体レーザ素子１０１の不良解析の結果について説明する。ワイドストライプ型に作成したマルチモードの半導体レーザ素子１０１の信頼性試験を行った結果、約千時間で破壊される半導体レーザ素子１０１が含まれていた。
【００２５】
破壊された半導体レーザ素子１０１を解析すると、出射部１１５ａにＣＯＤ（catastrophic optical damage：光学損傷）が発生していた。また、ＣＯＤは光導波路１１５の幅方向の全体ではなく一部の領域で発生しており、各半導体レーザ素子１０１によって異なる位置に発生していた。ＣＯＤは出射部１１５ａでの光強度がきわめて強い場合に発生する。
【００２６】
一方、シングルモードの半導体レーザ素子を同様に作成して信頼性試験を行った結果、千時間程度では破壊が発生しなかった。
【００２７】
このため、出射部１１５ａの光強度が光導波路１１５の幅内で一定であると仮定して光密度を計算し、シングルモードとマルチモードの半導体レーザ素子の光密度を比較した。その結果、マルチモードの半導体レーザ素子１０１はシングルモードの半導体レーザ素子に比して光密度が小さいことが解った。
【００２８】
従って、マルチモードの半導体レーザ素子１０１の出射部１１５ａ上に光強度が部分的に高い領域が存在し、その部分で破壊が発生していると考えられる。また、ＣＯＤの発生位置が一定でないため、光強度の高い領域が熱のバランスや光導波路内の状況（光散乱やゲインのばらつき）等の種々条件により変化すると考えられる。
【００２９】
上記の解析結果に基づいて至った本発明の実施形態を以下に図面を参照して説明する。図１、図２は第１実施形態の半導体レーザ素子の斜視図及び上面図を示している。半導体レーザ素子１は例えば、１００μｍの厚みのｎ型ＧａＮ等の半導体から成る基板２の上面２ａにエピタキシャル成長した窒化物系の半導体積層膜３を有している。
【００３０】
基板２を他の材料により形成してもよく、ＧａＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮの二以上から成る混晶半導体により形成してもよい。また、基板２をサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、窒化物以外のＩＩＩ−Ｖ族化合物（例えばＧａＡｓ、ＧａＰ等）等により形成してもよい。
【００３１】
半導体積層膜３はｎ型半導体層４（第１導電型半導体層）とｐ型半導体層５（第２導電型半導体層）との間に活性層６を配して形成される。ｎ型半導体層４は基板２の（００１）面上に下部コンタクト層４ａ、下部クラッド層４ｂ、下部ガイド層４ｃを順に積層して形成される。
【００３２】
基板２上に設けられる下部コンタクト層４ａは約０．１μｍ〜約１０μｍ（例えば、約４μｍ）の厚みを有するｎ型ＧａＮにより形成される。下部コンタクト層４ａ上に設けられる下部クラッド層４ｂは約０．５μｍ〜約３．０μｍ（例えば、約２μｍ）の厚みを有するｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎにより形成される。下部クラッド層４ｂ上に設けられる下部ガイド層４ｃは約０．２μｍ以下（例えば、約０．１μｍ）の厚みを有するｎ型ＧａＮにより形成される。
【００３３】
活性層６は下部ガイド層４ｃ上に設けられ、例えば、３つの量子井戸層（不図示）と４つの障壁層（不図示）とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。量子井戸層は例えば約６ｎｍの厚みを有するＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎにより形成される。障壁層は、例えば約８ｎｍの厚みを有するＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎ（但し、ｘ１＞ｘ２）により形成される。ｘ１、ｘ２の例としてｘ１＝０．０５〜０．１５、ｘ２＝０〜０．１とすることができる。
【００３４】
ｐ型半導体層５は活性層６上に設けられ、基板２側から順に蒸発防止層５ａ、上部ガイド層５ｂ、上部クラッド層５ｃ、上部コンタクト層５ｄを積層して形成される。活性層６上に設けられる蒸発防止層５ａは約０．０２μｍ以下（例えば、約０．０１μｍ）の厚みを有するｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎにより形成される。蒸発防止層５ａ上に設けられる上部ガイド層５ｂは約０．２μｍ以下（例えば、０．０１μｍ）のｐ型ＧａＮにより形成される。
【００３５】
上部ガイド層５ｂ上に設けられる上部クラッド層５ｃはｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎにより形成される。上部コンタクト層５ｄは後述するリッジ部１０を形成する上部クラッド層５ｃの凸部上に設けられ、約０．０１μｍ〜１μｍ（例えば、０．０５μｍ）の厚みを有するｐ型ＧａＮにより形成される。
【００３６】
ｐ型半導体層５の上部には出射面１ａに垂直な方向に延びるストライプ状（細長状）のリッジ部１０（ストライプ部）が設けられる。リッジ部１０は上部クラッド層５ｃの厚み方向の中間位置まで掘り込まれて形成される。活性層６のリッジ部１０に面したストライプ状の領域によって共振器から成る光導波路１５が形成され、光導波路１５の出射面１ａ上に露出した出射部１５ａからレーザ光が出射される。
【００３７】
半導体レーザ素子１はリッジ部１０の幅Ｗ、レーザ光の波長、光導波路１５の屈折率により、水平横モードについてシングルモードまたはマルチモードのいずれで駆動するかが決められる。例えば、波長４０５ｎｍの窒化物系の半導体レーザ素子１ではリッジ部１０の幅Ｗが約２μｍ以下の場合にシングルモードで駆動され、約２μｍを超えるとマルチモードで駆動される。本実施形態の半導体レーザ素子１はリッジ部１０の幅Ｗが底部において５〜２００μｍ（例えば、１５μｍ）のワイドストライプ型に形成され、マルチモードのレーザ光を出射する。
【００３８】
リッジ部１０の上面にはリッジ部１０の長手方向に延びる溝部１２が凹設される。溝部１２によりリッジ部１０が幅方向に分割される。溝部１２をリッジ部１０の幅方向に複数設けているが１個でもよく、リッジ部１０の長手方向に複数分割して設けてもよい。また、溝部１２内に誘電体膜を埋め込んでもよい。
【００３９】
リッジ部１０の上面を除く半導体積層膜３上には埋め込み層７が設けられる。埋め込み層７は例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2等の絶縁性材料により形成される。埋め込み層７によりリッジ部１０の両側面が覆われ、水平横モード及び垂直横モードの光閉じ込めを行うことができる。
【００４０】
上部コンタクト層５ｄ及び埋め込み層７上にはリッジ部１０の上面からキャリアを注入するためのｐ側電極８が形成されている。ｐ側電極８は上部コンタクト層５ｄに対してオーム性接触している。ｐ側電極８の形成材料として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属や、これらの金属を含む積層体を使用することができる。
【００４１】
基板２の下面２ｂにはキャリアを注入するためのｎ側電極９が形成されている。ｎ側電極９は基板２に対してオーム性接触されている。ｎ側電極９の形成材料として、Ｈｆ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗ等の金属や、これらの金属を含む積層体を使用することができる。
【００４２】
次に、半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。半導体レーザ素子１はエピタキシャル成長工程、リッジ部形成工程、埋め込み層形成工程、溝部形成工程、電極形成工程、端面コート膜形成工程、切断工程を順に行って形成される。
【００４３】
図３はエピタキシャル形成工程を示す正面図である。エピタキシャル成長工程ではｎ型ＧａＮから成るウェハ状の基板２上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）等により半導体積層膜３をエピタキシャル成長させる。
【００４４】
即ち、基板２の上面２ａに、下部コンタクト層４ａ、下部クラッド層４ｂ、下部ガイド層４ｃを順次成長させる。そして、下部ガイド層４ｃの上に４つの障壁層（不図示）と３つの量子井戸層（不図示）とを交互に成長させて活性層６を得る。続いて、活性層６の上に蒸発防止層５ａ、上部ガイド層５ｂ、上部クラッド層５ｃ、上部コンタクト層５ｄを順次成長させる。
【００４５】
次に、例えば低速電子線照射（ＬＥＥＢＩ：Low-Energy Electron Beam Irradiation）処理や熱処理によって、ｐ型半導体層５（蒸発防止層５ａ、上部ガイド層５ｂ、上部クラッド層５ｃ、上部コンタクト層５ｄ）のＨ濃度を調整し、抵抗率を下げる。
【００４６】
図４、図５はリッジ部形成工程を示す正面図である。リッジ部形成工程では図４に示すように例えばフォトリソグラフィ技術を用いて、上部コンタクト層５ｄ上にレジスト２１を形成する。レジスト２１は出射面１ａ（図１参照）に垂直な方向（図４の紙面に垂直な方向）に延びるストライプ状に形成される。
【００４７】
次に、図５に示すように、例えば反応性エッチング法を用いてレジスト２１をマスクとして上部クラッド層５ｃの途中の深さまでエッチングを行う。これにより、上部クラッド層５ｃの凸部と上部コンタクト層５ｄとによって構成されるリッジ部１０が得られる。リッジ部１０の形成により、リッジ部１０下方にストライプ状の光導波路１５（図１参照）が得られる。
【００４８】
図６、図７は埋め込み層形成工程を示す正面図である。埋め込み層形成工程では図６に示すように、リッジ部１０上にレジスト２１を残した状態でＳｉＯ2等の埋め込み層７をスパッタ等により形成する。埋め込み層７は例えば約０．１μｍ〜約０．３μｍ（例えば、約０．１５μｍ）の厚みに形成される。
【００４９】
次に、図７に示すように、レジスト２１を除去し、上部コンタクト層５ｄの上面（リッジ部１０の上面）を露出させる。これより、リッジ部１０が埋め込み層７によって埋め込まれる。
【００５０】
図８、図９は溝部形成工程を示す正面断面図である。溝部形成工程では図８に示すように、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて、リッジ部１０及び埋め込み層７上にレジスト２２を形成する。レジスト２２は溝部１２（図１参照）の形状に応じた開口部２２ａをリッジ部１０の上面に有する。この時、開口部２２ａの側壁をテーパ状に加工するなどの工夫を行ってもよい。
【００５１】
次に、図９に示すようにエッチングを行って開口部２２ａの下方の半導体積層膜３が掘り込まれて溝部１２を形成した後、レジスト２２が除去される。尚、レジスト２２上に誘電体膜を成膜した後にレジスト２２を除去して、溝部１２内に誘電体膜を埋め込んでもよい。これにより、後述する電極形成工程においてｐ側電極８（図１０参照）の溝部１２内への進入が防止される。従って、溝部１２の側壁を介した上部クラッド層５ｃ及び上部コンタクト層５ｄに対する電流の同時注入を防止することができる。
【００５２】
図１０は電極形成工程を示す正面断面図である。電極形成工程ではフォトリソグラフィ技術及び蒸着法の組み合わせ等によって、リッジ部１０及び埋め込み層７の上面にパターン化されたｐ側電極８を形成する。
【００５３】
次に、基板２の下面２ｂに例えば蒸着法等によってｎ側電極９が作成される。ｎ側電極９の形成前に基板２の下面２ｂの研磨等によって基板２の厚みを適宜調整してもよい。即ち、基板２を約８０μｍ〜約１５０μｍ（例えば、１００μｍ）の厚みに形成することにより、半導体レーザ素子１を個片化する際に分割を容易に行うことができる。
【００５４】
端面コート膜形成工程では出射面１ａ及び出射面１ａに対向する対向面１ｂ（図２参照）上に端面コート膜（不図示）が形成される。端面コート膜によって半導体レーザ素子１の端面を保護するとともに端面の反射率を調整する。
【００５５】
切断工程ではウェハ状の基板２を切断して半導体レーザ素子１が個片化され、前述の図１に示すチップ形状の半導体レーザ素子１が得られる。
【００５６】
半導体レーザ素子１は例えばリードフレームやステム等にマウントしてワイヤ形成を行った後に金属ケースに封止される。これにより、ＣＡＮパッケージタイプの半導体レーザ装置が得られる。
【００５７】
上記構成の半導体レーザ素子１において、ｐ側電極８とｎ側電極９との間に電圧が印加されると、ｐ側電極８からリッジ部１０を介して活性層６に電流が注入される。これにより、活性層６にはリッジ部１０に沿ったストライプ状の光導波路１５が形成され、光導波路１５の端面の出射部１５ａからレーザ光を出射する。リッジ部１０はワイドストライプ型に形成されるため、出射部１５ａからマルチモードのレーザ光が出射される。
【００５８】
この時、溝部１２は活性層６に電流注入を行わないため、活性層６に注入される電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を構成する。リッジ部１０は溝部１２により幅方向に分割される。リッジ部１０の溝部１２により仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて弱められ、低次モードが強調される。
【００５９】
これにより、強制的にモードが選択されて高次モードの重畳による出射面１ａ上の局所的な光強度の高い領域の形成が防止される。従って、半導体レーザ素子１のリッジ部１０の内部において熱やゲインのばらつきがあったとしても、ＣＯＤを防止することができる。
【００６０】
溝部１２はリッジ部１０の長手方向においてリッジ部１０の長さに対して５％以上の長さを有すると、高次モードを確実に弱めることができるためより望ましい。溝部１２が長手方向に分割される場合は溝部１２の長さの合計がリッジ部１０に対して５％以上あればよい。
【００６１】
溝部１２はリッジ部１０上を幅方向に複数の領域に分割し、幅方向を二分する中心線Ｃ（図２参照）に対して対称に配置される。この時、各領域が等間隔になるように溝部１２が配置される。これにより、溝部１２により分割される各領域の活性層６に対する電流注入量を均一化することができる。
【００６２】
溝部１２は共振器端面を形成する出射面１ａ及び対向面１ｂに対して接していてもよいが、本実施形態のように所定距離離れて設けられるとより望ましい。これにより、リッジ部１０内部で導波されるレーザ光を完全に分離するのではなく、弱く結合させながらモード制御が行われる。従って、リッジ部１０内で同次元のモードが独立に存在することを防止し、干渉縞の発生等を回避することができる。
【００６３】
また、溝部１２の深さＤ（図９参照）はリッジ部１０の高さＨ（図９参照）よりも小さく形成される。これにより、上記と同様に、リッジ部１０内で同次元のモードが独立に存在することを防止することができる。
【００６４】
尚、溝部１２の大きさによっては、溝部１２の深さＤをリッジ部１０の高さＨに対して同じまたは大きく形成してもよい。溝部１２の深さＤとリッジ部１０の高さＨとを同じに形成する場合は、図４、図５に示すリッジ部形成工程で溝部１２に対応する開口部をレジスト２１に形成してもよい。これにより、リッジ部１０と溝部１２とを同時に形成することができ、溝部形成工程を省いて工数を削減することができる。
【００６５】
本実施形態によると、活性層６の電流注入量を周囲よりも減少させる溝部１２（変調部）を設けたので、溝部１２により仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて弱められ、低次モードが強調される。これにより、高次モードの重畳による出射面１ａ上での局所的な光強度の高い領域の形成が防止される。従って、ＣＯＤの発生を防止して半導体レーザ素子１の信頼性を向上することができる。
【００６６】
また、リッジ部１０（ストライプ部）上の半導体積層膜３を掘り込む溝部１２により、活性層６の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を容易に実現することができる。
【００６７】
また、溝部１２の深さＤがリッジ部１０の高さＨよりも小さいので、リッジ部１０内で同次元のモードが独立に存在することを防止し、干渉縞の発生等を回避することができる。
【００６８】
また、溝部１２に誘電体を埋め込むと、ｐ側電極８の溝部１２内への進入が防止される。従って、溝部１２の側壁を介した上部クラッド層５ｃ及び上部コンタクト層５ｄに対する電流の同時注入を防止することができる。
【００６９】
また、溝部１２がリッジ部１０の両端面に対して離れて形成されるので、リッジ部１０内で同次元のモードが独立に存在することを更に防止することができる。
【００７０】
また、溝部１２がリッジ部１０の幅方向を二分する中心線Ｃに対して対称に配置されるので、溝部１２により分割される各領域の活性層６に対する電流注入量を均一化することができる。
【００７１】
また、リッジ部１０上で溝部１２により幅方向に分割される複数の領域を等間隔に形成したので、各領域の活性層６に対する電流注入量をより均一化することができる。
【００７２】
また、リッジ部１０の長手方向において溝部１２がリッジ部１０に対して５％以上の長さを有するので、導波領域内で水平横モードの高次モードを確実に弱めることができる。
【００７３】
＜第２実施形態＞
次に、図１１、図１２は第２実施形態の半導体レーザ素子１の正面断面図及び上面図を示している。説明の便宜上、前述の図１〜図１０に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第１実施形態に対してリッジ部１０上の溝部１２（図１参照）が省かれ、ｐ側電極８に貫通孔８ａが設けられる。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００７４】
貫通孔８ａはｐ側電極８のパターン形成によってｐ側電極８を貫通してリッジ部１０の上面に臨むように形成され、リッジ部１０の長手方向に延びる。貫通孔８ａは活性層６に電流注入を行わないため、活性層６に注入される電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を構成する。
【００７５】
リッジ部１０の上面は貫通孔８ａにより幅方向に分割され、リッジ部１０の貫通孔８ａにより仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて弱められ、低次モードが強調される。従って、第１実施形態と同様に、出射面１ａ上の局所的な光強度の高い領域の形成を防止してＣＯＤを防止することができる。
【００７６】
貫通孔８ａをリッジ部１０の幅方向に複数設けているが１個でもよく、リッジ部１０の長手方向に複数分割して設けてもよい。また、貫通孔８ａがリッジ部１０の長手方向においてリッジ部１０の長さに対して５％以上の長さを有するとより望ましい。貫通孔８ａが長手方向に分割される場合は貫通孔８ａの長さの合計がリッジ部１０に対して５％以上あればよい。
【００７７】
また、貫通孔８ａはリッジ部１０の幅方向を二分する中心線Ｃに対して対称に配置される。この時、貫通孔８ａにより分割される各領域が等間隔になるように貫通孔８ａが配置される。また、貫通孔８ａは共振器端面を形成する出射面１ａ及び対向面１ｂに対して接していてもよいが、本実施形態のように所定距離離れて設けられるとより望ましい。
【００７８】
本実施形態によると、第１実施形態と同様に、活性層６の電流注入量を周囲よりも減少させる貫通孔８ａ（変調部）を設けたので、貫通孔８ａにより仕切られた導波領域内で水平横モードの高次モードが制限されて低次モードが強調される。これにより、高次モードの重畳による出射面１ａ上での局所的な光強度の高い領域の形成が防止される。従って、ＣＯＤの発生を防止して半導体レーザ素子１の信頼性を向上することができる。
【００７９】
また、ｐ側電極８を貫通してリッジ部１０に臨む貫通孔８ａにより、活性層６の電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を容易に実現することができる。
【００８０】
＜第３実施形態＞
次に、図１３は第３実施形態の半導体レーザ素子１の正面断面図を示している。説明の便宜上、前述の図１〜図１２に示す第１、第２実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第１実施形態と同様の半導体レーザ素子１に対して第２実施形態のｐ側電極８の貫通孔８ａが設けられる。
【００８１】
貫通孔８ａは溝部１２と重なるように形成され、貫通孔８ａ及び溝部１２は活性層６に注入される電流注入量を周囲よりも減少させる変調部を構成する。従って、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
＜第４実施形態＞
次に、図１４は第４実施形態の半導体レーザ素子１の上面図を示している。説明の便宜上、前述の図１〜図１０に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第１実施形態に対して溝部１２の形状が異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００８３】
溝部１２はリッジ部１０の幅方向に複数並設されるとともに、長手方向に分割して複数設けられる。また、溝部１２は出射面１ａ及び対向面１ｂに接するように形成される。
【００８４】
このような構成においても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、溝部１２は出射面１ａ及び対向面１ｂに接するが、長手方向に分割することによってレーザ光を弱く結合させながらモード制御が行われる。従って、リッジ部１０内で同次元のモードが独立に存在することを防止することができる。
【００８５】
第１〜第４実施形態において、溝部１２及び貫通孔８ａにより形成される変調部は活性層６に電流を注入しないが、電流注入量を周囲よりも減少させて弱い電流を注入する変調部であってもよい。
【００８６】
また、半導体レーザ素子１がストライプ状のリッジ部１０を有するリッジ型に形成されるが、活性層６に電流を注入するストライプ状のストライプ部を有する構造であれば他の構造の半導体レーザ素子１であってもよい。例えば、ＢＨ（Buried Heterostructure：埋め込みへテロ構造）型の半導体レーザ素子等であってもよい。
【００８７】
また、ｎ型半導体層４、活性層６、ｐ型半導体層５の順に積層してリッジ部１０をｐ型半導体層５に形成しているが、ｐ型半導体層、活性層６、ｎ型半導体層の順に積層してリッジ部１０をｎ型半導体層に形成してもよい。
【００８８】
また、半導体積層膜３を他の材料系に応用することも可能である。一例として赤外領域のレーザ光を放出する半導体レーザ素子の場合、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ系半導体が有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子線結晶成長（ＭＢＥ）法により順にエピタキシャル成長される。
【００８９】
この時、半導体積層膜３は基板側から順に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＡｓから成るｎ側光ガイド層、ＡｌＧａＡｓ正孔障壁層、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓから成るｐ側光ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰエッチストップ層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層により構成される。各層の順序や組成は、それぞれのレーザの設計に最適な内容に適宜変更可能である。
【００９０】
そして、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層をストライプ状に加工してリッジ部１０を得ることができる。リッジ部１０及び変調部の形成は上記と同様にエッチング等により行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明によると、照明用や加工用の励起光源に利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１、１０１  半導体レーザ素子
１ａ  出射面
２、１０２  基板
３、１０３  半導体積層膜
４    ｎ型半導体層
５    ｐ型半導体層
６    活性層
７    埋め込み層
８、１０８  ｐ側電極
８ａ  貫通孔
９、１０９  ｎ側電極
１０    リッジ部
１２    溝部
１５    光導波路
１５ａ  出射部
２１、２２  レジスト
【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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