(57)【要約】【課題】  リッジ幅を狭くすることなく、１次横モードをカットオフして、キンクレベルを向上させ、且つ信頼性の高い半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】ｎ型の半導体基板２の両劈開面間を第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２と分割するとき、第１の領域Ｓ１におけるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６上に形成されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０とからなる第１のリッジ１２と、第２の領域Ｓ２におけるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６上に形成されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層８上に形成されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０からなる第２のリッジ１３と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、８上に形成されたリッジ１２、１３を挟持する一対のＡｌＩｎＰ電流狭窄層１４とを備えている。【選択図】      図１
2008182177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の両劈開面間を第１領域と第２領域とに分割するとき、前記第１、第２領域の前記半導体基板上に順次積層された第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、活性層、第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、
前記第１領域における第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層とからなる第１のリッジと、
前記第２領域における第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、
前記第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された前記第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなる第２のリッジと、
前記第１、第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された前記第１、第２のリッジを挟持する第１導電型の一対のＡｌＩｎＰ電流狭窄層と、
前記第１、第２のリッジ及び前記一対の第１導電型のＡｌＩｎＰ電流狭窄層上に形成された第２導電型ＧａＡｓコンタクト層と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
第１導電型の半導体基板の両劈開面間を第１の領域乃至第３の領域に分割するとき、前記第１の領域至第３の領域の前記半導体基板上に順次積層された第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、活性層、第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、
前記第１の領域内にあって、前記第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層とからなる第１のリッジと、
前記第２の領域における前記第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、
前記第２の領域内にあって、前記第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された前記第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなり、前記第１のリッジに連結し、前記第１の領域から前記第３の領域に向かって、前記第１のリッジの幅を連続的に狭くして形成された第２のリッジと、
前記第３の領域内にあって、前記第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された前記第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなり、前記第２のリッジに連結し、前記第２のリッジと同じ幅の第３のリッジと、
前記第１、第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された前記第１乃至第３のリッジを挟持する第１導電型の一対のＡｌＩｎＰ電流狭窄層と、
前記第１乃至第３のリッジ及び前記一対の第１導電型のＡｌＩｎＰ電流狭窄層上に形成された第２導電型ＧａＡｓコンタクト層と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１の領域は、前記両劈開面のうちのいずれか一方から３０μｍ以上離れた長さ位置で前記半導体基板に直交する面と前記劈開面とで囲まれた領域であることを特徴とする請求項１又は２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、光情報処理や光計測等の光源に用いられる半導体レーザ素子に係り、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた半導体レーザ素子は、高密度ディスク装置、レーザプリンタ用光源、バーコードリーダ及び光計測等の光源として広く用いられている（特許文献１等）。
以下に、この従来の半導体レーザ素子について図５及び図６を用いて説明する。
図５は、従来の半導体レーザ素子の一例を示す斜視図、図６は、その断面図を示している。ここでは第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として説明する。
【０００３】
図５及び図６に示すように、従来の半導体レーザ素子は、第１導電型である例えばｎ型ＧａＡｓ（半導体）基板２を有しており、この基板２の一面にＡｕ系の第２の電極であるｎ型オーミック電極１が形成されている。そしてこの基板２の反対側面上に、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４と、ノンドープＭＱＷ（多重量子井戸層）よりなる活性層 ５（以下、単に「活性層」とも称す）と、５×１０17ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチングストップ層７と、が順次積層されている。
【０００４】
上記活性層５は、例えば、二重量子井戸構造でノンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐウェル層とノンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層とから構成されている。そして、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４と、活性層５と、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６とでダブルへテロ構造を形成している。
【０００５】
更に、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７上には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層８と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層９と、が順次積層されてなるリッジ２０が形成されている。このリッジ２０の断面形状は、上辺の長さが下辺の長さよりも短い台形形状である。
【０００６】
更にまた、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７上に形成されたリッジ２０を、その両側より挟持するようにして１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流狭窄層１４が形成されている。このリッジ２０上及び一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流狭窄層１４上には２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１５が積層されている。
【０００７】
そして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１５上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１６が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２には、前述したようにＡｕ系のｎ型オーミック電極１が形成されている。
ここで、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７は、エッチングを停止して、一定形状のリッジ２０を得るために設けられたものである。このｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７は、レーザ光に対する吸収損失を抑えるために極力薄くする必要があり、この膜厚は、３ｎｍ程度である。
【０００８】
このような内部構造をもつ半導体ウエハをリッジ２０と垂直な方向に所定の長さで劈開し、その両端面をミラーとして実屈折率型の半導体レーザ素子が作製される。すなわち上記両端面は共振器面となる。ここで、リッジ２０の幅、すなわちリッジ幅Ｈ１は、その長手方向に沿って同一の寸法となっている。
この半導体レーザ素子は、ｐ型オーミック電極１６側からｎ型オーミック電極１側に向かって順方向に電流を注入し、この電流が発振しきい値以上になったとき、リッジ２０の下部に対応した活性層５からレーザ発振させて、レーザ光を出射させるものである。
【特許文献１】特開平５−２９９７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した従来の実屈折率型の半導体レーザ素子においては０次横モードと１次横モードの導波損失差が小さいため、キンクレベル（１次モードが発振するレベル）が小さくなり、動作電流に対して光出力の直線的な増加が維持できなくなるという問題がある。
この場合、このキンクレベルを向上させる一般的な方法として、０次横モードのみが伝搬するようにリッジ幅Ｈ１を狭くすることが考えられるが、この方法を実屈折率型の半導体レーザ素子に適応すると、リッジ幅が極端に狭くなり、リッジ部分の抵抗の上昇による発熱で素子の信頼性が著しく劣化するといった問題があり、この方法は、適応できない。
【００１０】
また、その課題を解決する別の手段として、例えば図７に示すように、リッジ２０の上面側の電流の流れる部分２１の幅Ｌ１をリッジ幅Ｈ１よりも狭めることによりキンクレベルを向上させることが行われている（特許文献１参照）。しかし、上記効果を十分引き出すために電流の流れる部分２１を狭くすると、リッジ２０での電流密度が増大し、この場合にも発熱による信頼性の劣化が生じるため十分な効果が期待できないといった問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するものであり、電流の流れるリッジ幅を狭くすることなく、１次横モードをカットオフして、キンクレベルを向上させ、且つ信頼性の高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】
【００１２】
本発明は、第１導電型の半導体基板の両劈開面間を第１の領域と第２の領域とに分割するとき、前記第１、第２の領域の前記半導体基板上に順次積層された第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、活性層、第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、前記第１の領域における第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層とからなる第１のリッジと、前記第２の領域における第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、前記第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された前記第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなる第２のリッジと、前記第１、第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された前記第１、第２のリッジを挟持する一対の第１導電型のＡｌＩｎＰ電流狭窄層と、前記第１、第２のリッジ及び前記一対の第１導電型のＡｌＩｎＰ電流狭窄層上に形成された第２導電型ＧａＡｓコンタクト層と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。
第２の発明は、第１導電型の半導体基板の両劈開面間を第１の領域乃至第３の領域に分割するとき、前記第１の領域至第３の領域の前記半導体基板上に順次積層された第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、活性層、第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、前記第１の領域内にあって、前記第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層とからなる第１のリッジと、前記第２の領域における前記第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、前記第２の領域内にあって、前記第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された前記第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなり、前記第１のリッジに連結し、前記第１の領域から前記第３の領域に向かって、前記第１のリッジの幅を連続的に狭くして形成された第２のリッジと、前記第３の領域内にあって、前記第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に前記両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された前記第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなり、前記第２のリッジに連結し、前記第２のリッジと同じ幅の第３のリッジと、前記第１、第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された前記第１乃至第３のリッジを挟持する第１導電型の一対のＡｌＩｎＰ電流狭窄層と、前記第１乃至第３のリッジ及び前記一対の第１導電型のＡｌＩｎＰ電流狭窄層上に形成された第２導電型ＧａＡｓコンタクト層と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。
第３の発明は、前記第１の領域は、前記両劈開面のうちのいずれか一方から３０μｍ以上離れた長さ位置で前記半導体基板に直交する面と前記劈開面とで囲まれた領域であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ素子を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１の領域における第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層とからなる第１のリッジと、第２の領域における第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなる第２のリッジと、第１、第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された第１、第２のリッジを挟持する一対のＡｌＩｎＰ電流狭窄層と、を備えているので、電流の流れるリッジ幅を狭くすることなく、１次横モードをカットオフして、キンクレベルを向上させ、且つ信頼性の高い半導体レーザ素子を提供できる。
また、第１の領域内にあって、第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層とからなる第１のリッジと、第２の領域における第１の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に形成された第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、第２の領域内にあって、第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなり、第１のリッジに連結し、第１の領域から前記第３の領域に向かって、第１のリッジの幅を連続的に狭くして形成された第２のリッジと、第３の領域内にあって、第２の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層上に両劈開面方向に沿って、ストライプ状に形成された第３の第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなり、第２のリッジに連結し、第２のリッジと同じ幅の第３のリッジとを備えている場合も同様な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子の一例について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図、図２は図１中の半導体レーザ素子を示す断面図であり、図２（Ａ）は図１中のＡ−Ａ線矢視断面図、図２（Ｂ）は図１中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。尚、図５〜図７に示す従来素子と同一構成には同一符号を付してその説明をする。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子ＬＡは、一対の劈開面２Ａ、２Ｂを有するｎ型ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板２上にＡｕ（金）系の第２の電極であるｎ型オーミック電極１を有する。そして、このｎ型ＧａＡｓ基板２の反対側に、１×１０18ｃｍ-3のＳｉ（シリコン）をドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（アルミニウムガリウムインジウムリン）クラッド層４と、ノンドープＭＱＷ（多重量子井戸層）よりなる活性層５（以下、単に「活性層」とも称す）と、５×１０17ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎ（亜鉛）をドーピングした第１のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ガリウムインジウムリン）エッチングストップ層７と、が順次積層されている。
【００１６】
上記活性層５は、例えば、二重量子井戸構造でノンドープＧａ0.5Ｉｎ 0.5Ｐウェル層とノンドープ（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層とから構成されている。そして、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４と、活性層５と、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６とでダブルへテロ構造を形成している。
【００１７】
更に、ｎ型ＧａＡｓ基板２の一対の劈開面２Ａ、２Ｂを結ぶ方向に沿い、かつ劈開面２Ａから所定の長さの位置（辺２Ｃ）でｎ型ＧａＡｓ基板２に直交する面と劈開面２Ａとで囲まれた第１領域Ｓ１における第１のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７上には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層８と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎ（亜鉛）をドーピングした第２のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層９と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎ（亜鉛）をドーピングした第３のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層１１とが順次積層されてなるリッジ１２が一対の劈開面２Ａ、２Ｂを結ぶ方向にストライプ状に形成されている（図２（Ａ））。
【００１８】
また、ｎ型ＧａＡｓ基板２の一対の劈開面２Ａ、２Ｂを結ぶ方向に沿い、かつ劈開面２Ａから所定の長さを有する辺２Ｃと劈開面２Ｂとで囲まれた第２領域Ｓ２における第１のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７上には、第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層８と、第２のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層９とが順次積層されている。
そして、この第２のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層９上には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎ（亜鉛）をドーピングした第３のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層１１とが順次積層されてなるリッジ１３が劈開面２Ａ、２Ｂを結ぶ方向にストライプ状に形成されている（図２（Ｂ））。このリッジ１２、１３の断面形状は、上辺の長さが下辺の長さよりも短い台形形状をしている。
【００１９】
更にまた、第１のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７及び第２のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層９上にそれぞれ形成されたリッジ１２、１３を挟持する１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（アルミニウムインジウムリン）電流狭窄層１４が形成されている。このリッジ１２、１３上及び一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流狭窄層１４上には２×１０19ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１５が積層されている。
【００２０】
そして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１５上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１６が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２には、前述したようにＡｕ系のｎ型オーミック電極１が形成され、全体として共振器構造１７を形成している。
ここでは、劈開面２Ａがレーザ光を出射する出射端面側である。また、第１、第２のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７、９は、エッチングを停止して、一定形状のリッジ１２、１３を得るために設けられたものである。このｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７、９は、レーザ光に対する吸収損失を抑えるために極力薄くする必要があり、この膜厚は、３ｎｍ程度である。
【００２１】
次に、リッジ１２、１３の幅を狭くすることなく、１次横モードをカットオフできることを等価屈折率法の考え方に基づいて説明する。
ここで、リッジ部１２及びｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流狭窄層１４の下部に積層されている第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６と第１のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７とで形成される断面領域をそれぞれ第１、第２断面領域とし、リッジ１３及びｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流狭窄層１４の下部に積層されている第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６から第２のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5ＰＰエッチングストップ層９までに至る断面領域をそれぞれ第３、第４断面領域とする。更に、第１、第３断面領域における等価屈折率をｎ１とし、第２断面領域における等価屈折率をｎ２とし、第４断面領域における等価屈折率をｎ３とするとき、等価屈折率ｎ１〜ｎ３の間には、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２の関係がある。
【００２２】
この関係は以下のように説明できる。
ｎ１＞ｎ３となるのは、第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層８及び第３のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０は、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流領域１４よりも屈折率が大きいため、リッジ１３は、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流領域１４よりも屈折率が大きくなるからである。
【００２３】
また、リッジ１３の下部に形成されているｐ型クラッド層は、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６と、第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層８とからなる一方、リッジ１２の下部に形成されているｐ型クラッド層は、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６からなるので、リッジ１３の下部に形成されているｐ型クラッド層は、第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層８だけ厚く形成されていている。
更に、リッジ１３の屈折率は、第３のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０だけで決定されるのに対して、リッジ１３の下部に形成されているｐ型クラッド層の屈折率は、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６と第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層８との合計であるので、リッジ１３の下部に形成されているｐ型クラッド層の屈折率の方がリッジ１３の屈折率よりも大きく、支配的となるため、ｎ３＞ｎ２となる。
【００２４】
このような関係を有するため、リッジ１３が形成されている第２領域Ｓ２における第３断面領域の屈折率ｎ１と第４断面領域の屈折率ｎ３との屈折率差は、リッジ１２が形成されている第１領域Ｓ１における第１断面領域の屈折率ｎ１と第２断面領域の屈折率ｎ２との屈折率差よりも小さくなるので、リッジ１３の幅を狭くしないでも１次横モードをカットオフすることができる。そのため、リッジ１３が形成されている第２領域Ｓ２では、１次横モードが伝搬しなくなるため、１次横モードの導波損失が大きくなって１次横モードの発振が抑制されることになる。この結果、０次横モードと１次横モードとの間の導波損失差を大きくすることができ、１次横モードが発振するレベルであるキンクレベルを向上させることができる。
しかし、屈折率差が小さくなると、０次横モードも横に広がるので、端面から出射するレーザ光のファーフィールドパターンは狭くなり過ぎてしまう弊害が生じる。
【００２５】
これを防止するために、レーザ光が出射する端面近傍の第１領域Ｓ１では、屈折率差を大きくするために、第２の断面領域のｐクラッド層を第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６だけにしている。
また、第１領域Ｓ１の長さ２Ｃは、所定形状のファーフィールドパターンを得るために、３０μｍ以上が必要である。この長さは、第１領域Ｓ１を伝搬したレーザ光の第２領域Ｓ２での高次横モード成分が十分減衰し、出射端面から出射されたレーザ光が良好なファーフィールドパターンを生じるために設けられたものである。
この構造では、リッジ１２、１３の幅を狭くすることがないので、この部分における発熱を抑制することができ、半導体レーザ素子の信頼性も向上させることができる。
【００２６】
ここで、本発明に係る半導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子の動作電流−光出力特性を実際に測定して評価を行ったので、その評価結果について説明する。図３は、本発明に係る半導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子の動作電流−光出力特性を示すグラフである。図３に示すように、従来の半導体レーザ素子にあっては、動作電流と光出力とが直線的に変化しておらずに、比較的低い光出力でキンクが発生している。
これに対して、本発明の半導体レーザ素子では、動作電流と光出力とは直線的に変化しており、キンクが発生していないことを確認することができた。
【００２７】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、第１領域Ｓ１におけるリッジ１２の下部に形成されるｐクラッド層をｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６により構成し、第２領域Ｓ２におけるリッジ１３の下部に形成されるｐクラッド層を第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６と第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層８とから構成して、実効屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３との間にｎ１＞ｎ３＞ｎ２の関係を有するようにしているので、１次横モードをカットオフでき、キンクレベルを向上させることができる。また、電流の流れるリッジ１２、１３の幅を狭くすることがないので、電流による発熱を防止できるため信頼性の高い半導体レーザ素子を提供できる。
【００２８】
次に、本発明の他の実施の形態について図４を用いて説明する。
実施の形態と同じ構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図４に示すように、他の実施の形態の半導体レーザ素子は、実施の形態の半導体レーザ素子ＬＡにおける第２領域Ｓ２を一対の劈開面２Ａ、２Ｂを結ぶ方向に沿って、２つの領域Ｓ３、Ｓ４に分割し、このうちの一方の領域Ｓ３内にあって、第１領域Ｓ１から他方の領域Ｓ４側に向って、リッジ１２に連結し、かつリッジ１２の幅を連続的に狭くしたリッジ１８と、他方の領域Ｓ４内にあって、リッジ１８と同じ幅で連結したリッジ１９とを備えていることが異なり、それ以外は実施の形態の半導体レーザ素子ＬＡと同様である。
【００２９】
具体的には、領域Ｓ３のリッジ１８の幅は４μｍから３．５μｍまで連続的に変化し、領域Ｓ４のリッジ１９の幅は、３．５μｍである。
領域Ｓ３の長さＭは、３０μｍ程度あればよい。
以上のように、他の実施の形態においても実施の形態の半導体レーザ素子ＬＡと同様な効果が得られる。
【００３０】
なお、領域Ｓ３の断面構造は、第１領域Ｓ１及び領域Ｓ４と同じでも良い。
第１領域Ｓ１は、共振器構造１７のどちらの端面側に形成されても良い。
更に、各層の導電型を逆に設定しても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図２】図１中の半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子の動作電流−光出力特性を示すグラフである。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の一例を示す斜視図である。
【図６】従来の半導体レーザ素子の一例を示す断面図である。
【図７】従来の半導体レーザ素子の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…ｎ型オーミック電極（第２の電極）、２…ｎ型ＧａＡｓ基板（第１導電型の半導体基板）、２Ａ、２Ｂ…劈開面、３…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、４…ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（第１導電型のクラッド層）、５…活性層、６…第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（第１の第２導電型のクラッド層）、７…ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層（第２導電型のエッチングストップ層）、８…第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（第２導電型のクラッド層）、９…第２のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層、１０…第３のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、１１…ｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層、１２、１３、１８、１９…リッジ、１４…ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流狭窄層、１５…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１６…ｐ型オーミック電極、１７…共振器構造、ＬＡ…半導体レーザ素子、Ｓ１…第１の領域、Ｓ２…第２の領域、Ｓ３、Ｓ４…領域。
【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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