(57)【要約】  半導体レーザ素子（１００）は、第１導電型の第１半導体層（第１クラッド層（２））と、第１半導体層の上に形成された発光層（活性層（４））と、発光層の上に形成された第２導電型の第２半導体層（第２クラッド層（７））と、第２半導体層に形成されたリッジ部９の上に形成された電極（ｐ側電極（１１））と、を備え、この電極は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置で複数に分割されている。
2018043229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成された発光層と、
前記発光層の上に形成された第２導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層に形成されたリッジ部の上に形成された電極と、を備え、
前記電極は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置で複数に分割されている、
半導体レーザ素子。
【請求項２】
分割された前記電極は、前記リッジ部のストライプ方向に延在する複数の電極部によって構成されており、
前記複数の電極部の少なくとも一つについては、前記リッジ部のストライプ方向と直交する方向における中心が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在する、
請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記電極は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる全ての位置で複数に分割されている、
請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
分割された前記電極は、前記リッジ部のストライプ方向に延在する複数の電極部によって構成されており、
前記複数の電極部の全てについて、前記ストライプ方向と直交する方向における中心が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在する、
請求項３記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成された発光層と、
前記発光層の上に形成された第２導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層に形成されたリッジ部の上に形成された電極と、
前記発光層と前記電極との間に形成された電流ブロック層と、を備え、
前記電流ブロック層は、各々が前記リッジ部のストライプ方向に延在する複数の電流ブロック部に分割されており、
前記複数の電流ブロック部は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置に存在する、
半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記電流ブロック層は、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置で複数に分割されている、
請求項５記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記複数の電流ブロック部の全てが、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置に存在する、
請求項５または６記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記電流ブロック層は、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる全ての位置で分割されている、
請求項７記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に形成された発光層と、
前記発光層の上に形成された第２導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に形成された電極と、を備え、
前記電極から前記発光層に流れる電流は、高次横モード発振の光強度の積算値が極大となる位置で少なく、前記積算値が極小となる位置で多い、
半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体レーザ素子に関し、特に、レーザ加工に用いられる半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工は、レーザ光を極めて小さな領域に集めることで得られる高エネルギーを利用するものであり、レーザ光によって材料を加熱、溶融、蒸発させることで材料を切断したり溶接したりする。【０００３】
レーザ加工装置としては、これまでに、ＣＯ２レーザ等の１０μｍ帯のガスレーザ、ＹＡＧレーザ等の１μｍ帯の固体レーザ、又は、ファイバレーザを用いたものが実用化されている。近年、直接加工用半導体レーザ（ＤＤＬ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒ）を用いたレーザ加工装置が注目されている。【０００４】
ＹＡＧレーザ及びファイバレーザは、励起源として半導体レーザを用いるが、レーザ加工装置に用いられた場合、レーザ加工に用いられるレーザ光は、固体結晶材料（Ｎｄ：ＹＡＧ）又はファイバー増幅器から出射された光となる。一方、ＤＤＬを用いたレーザ加工装置では、半導体レーザ自体から出射するレーザ光をレーザ加工に用いる。【０００５】
ＤＤＬは、他の加工用レーザと比べて、光学系の煩雑さが少ないことなどにより小型化及び低コスト化が図れるのみならず、半導体レーザが紫外から赤外までの発振波長を有することから、各種レーザ加工に最適な波長を選択することができる。【０００６】
一般に材料の光吸収率は、短波長になるに従って高くなる。例えば、アルミニウムは、０．８μｍ帯に光吸収ピークを有しており、０．８μｍ帯の光吸収率が１μｍ帯の光吸収率に比べて２倍ほど大きい。また、銅及び金は、光吸収率が０．６μｍ付近から増加し、０．４μｍ帯になると１μｍ帯に比べて光吸収率が１０倍近くも大きくなる。これらは、短波長のレーザ光を用いることで、より少ないレーザエネルギーで加工できることを示しており、省エネルギーの観点から望ましい。このため、アルミニウム加工用のレーザ加工装置には、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系半導体レーザを用いたＤＤＬが注目されており、また、銅及び金を加工するためのレーザ加工装置には、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザを用いたＤＤＬが注目されている。【０００７】
一方、ＤＤＬでは、半導体レーザのレーザ光を直接加工に用いるため、そのレーザ光のビーム品質が加工品質を左右する。半導体レーザのビーム品質は、ＢＰＰ（Ｂｅａｍ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔ）で数値化される。ＢＰＰは、ビームウエストにおける拡がり角半値（半径）とビームスポット半径（ビームの発散角の半値半幅）の積で定義される。ＢＰＰは、値が小さいほどレーザ光のビーム品質が高くなる。したがって、ＢＰＰの値が小さい半導体レーザほど、レーザ加工で扱いやすい。【０００８】
また、半導体レーザのＢＰＰは、ガウスビームからの乖離度合いを示すパラメータＭ２を用いて、以下の（式１）で表される。（式１）において、λは、半導体レーザの発振波長である。【０００９】
ＢＰＰ＝Ｍ２×λ／π・・・（式１）【００１０】
半導体レーザでは、横モードが基本モードの場合、Ｍ２は最小値（およそ１）を取り、横モードが高次モードの場合、Ｍ２は大きな値（５〜１０程度）を取る。したがって、ＢＰＰを向上させる（ＢＰＰを小さくさせる）ためには、半導体レーザは、基本横モードで発振することが望ましい。【００１１】
一般に半導体レーザの横モードは、エピタキシャル層に垂直なｆａｓｔ軸の成分とエピタキシャル層に平行なｓｌｏｗ軸の成分とに分解できる。ＢＰＰは、ｆａｓｔ軸方向のＢＰＰ成分とｓｌｏｗ軸方向のＢＰＰ成分との自乗和の平方根で求められる。【００１２】
ほとんど全ての半導体レーザは、所謂、ダブルへテロ構造を用いて、電子／正孔と光を活性層に集中させて誘導放出を行わせることで光利得を得ている。その活性層の厚さは、高次モードカットオフ厚以下となるため、ｆａｓｔ軸方向は基本横モード発振となり、Ｍ２はほぼ１である。一方、ｓｌｏｗ軸方向はリッジ導波路等の構造を作りこむことで光閉じ込めを行う。【００１３】
ここで、光ディスク用の半導体レーザは、光出力が比較的小さく（例えば１Ｗ未満）、また、シングルスポットが要求されるため、基本横モード発振が不可欠である。このため、光ディスク用の半導体レーザでは、リッジストライプのリッジ幅は数μｍ程度である。【００１４】
例えば、特許文献１には、リッジストライプ構造を有する光ディスク用の半導体レーザ装置が開示されている。特許文献１に開示された半導体レーザ装置では、リッジストライプのリッジ幅が変化する変化領域を形成することで、安定した基本横モード発振を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００９−０３３００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、レーザ加工用の半導体レーザは、光出力がワット級（例えば１Ｗ以上）と高いため、レーザ光の出射端面に端面破壊（ＣＯＤ：Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）が発生するおそれがある。【００１７】
このため、レーザ加工用等の高出力の半導体レーザでは、ＣＯＤの発生を防ぐために、リッジストライプのリッジ幅（エミッタ幅）を例えば１０μｍ以上に大きくしたワイドストライプ構造となっている。【００１８】
ワイドストライプ構造の半導体レーザでは、ｓｌｏｗ軸の横モードが基本モードだけではなく高次モードでも発振するため、ｓｌｏｗ軸のＭ２が大きくなってＢＰＰが悪化するという課題がある。【００１９】
本開示は、ワイドストライプ構造であっても高いＢＰＰで基本横モード発振させることができ、高ビーム品質かつ高出力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】
【００２０】
上記目的を達成するために、本開示に係る第１の半導体レーザ素子の一態様は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成された第２導電型の第２半導体層と、前記第２半導体層に形成されたリッジ部の上に形成された電極と、を備え、前記電極は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置で複数に分割されている。【００２１】
この構成により、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を減らし、高次モード発振が積算された光強度の弱い部分に流れる電流の割合を増やすことができる。これにより、基本モードの利得を高次モードの利得よりも相対的に大きくできるので、基本モード発振が得られる。したがって、ワイドストライプ構造であっても高いＢＰＰで基本横モード発振させることができ、高ビーム品質かつ高出力の半導体レーザ素子を実現できる。【００２２】
また、本開示に係る第１の半導体レーザ素子の一態様において、分割された前記電極は、前記リッジ部のストライプ方向に延在する複数の電極部によって構成されており、前記複数の電極部の少なくとも一つについては、前記リッジ部のストライプ方向と直交する方向における中心が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在するとよい。【００２３】
この構成により、高次モード発振が積算された光強度の最も弱い部分に流れる電流の割合を効果的に増やすことができ、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を効果的に減少させることができる。これにより、高次モードの利得を効果的に減少させることができるので、安定して基本横モード発振させることができる。【００２４】
また、本開示に係る第１の半導体レーザ素子の一態様において、前記電極は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる全ての位置で複数に分割されているとよい。【００２５】
この構成により、高次モードが大きな利得を得るために必要な電流を、高次モード発振の光強度が極大となる全ての領域で０にすることができる。これにより、高次モードの利得を効果的に減少させて、高次モードにおける基本モードとの利得差を最も大きくとることができる。したがって、基本横モードがより選択されやすくなるので、容易に基本横モード発振させることができる。【００２６】
また、本開示に係る第１の半導体レーザ素子の一態様において、分割された前記電極は、前記リッジ部のストライプ方向に延在する複数の電極部によって構成されており、前記複数の電極部の全てについて、前記ストライプ方向と直交する方向における中心が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在するとよい。【００２７】
この構成により、高次モード発振が積算された光強度の最も弱い部分に流れる電流の割合を最も効果的に増やすことができ、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を最も減させることができる。これにより、高次モードの利得を最も効果的に減少させることができるので、より安定して基本横モード発振させることができる。【００２８】
また、本開示に係る第２の半導体レーザ素子の一態様は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成された第２導電型の第２半導体層と、前記第２半導体層に形成されたリッジ部の上に形成された電極と、前記発光層と前記電極との間に形成された電流ブロック層と、を備え、前記電流ブロック層は、各々が前記リッジ部のストライプ方向に延在する複数の電流ブロック部に分割されており、前記複数の電流ブロック部は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置に存在する。【００２９】
この構成により、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を減らし、高次モード発振が積算された光強度の弱い部分に流れる電流の割合を増やすことができる。これにより、基本モードの利得を高次モードの利得よりも相対的に大きくできるので、基本モード発振が得られる。したがって、ワイドストライプ構造であっても高いＢＰＰで基本横モード発振させることができ、高ビーム品質かつ高出力の半導体レーザ素子を実現できる。【００３０】
また、本開示に係る第２の半導体レーザ素子の一態様において、前記電流ブロック層は、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置で複数に分割されているとよい。【００３１】
この構成により、高次モード発振が積算された光強度の最も弱い部分に流れる電流の割合を効果的に増やすことができ、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を効果的に減少させることができる。これにより、高次モードの利得を効果的に減少させることができるので、安定して基本横モード発振させることができる。【００３２】
また、本開示に係る第２の半導体レーザ素子の一態様において、前記複数の電流ブロック部の全てが、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置に存在するとよい。【００３３】
この構成により、高次モードが大きな利得を得るために必要な電流を、高次モード発振の光強度が極大となる全ての領域で０にすることができる。これにより、高次モードの利得を効果的に減少させて、高次モードにおける基本モードとの利得差を最も大きくとることができる。したがって、基本横モードがより選択されやすくなるので、容易に基本横モード発振させることができる。【００３４】
また、本開示に係る第２の半導体レーザ素子の一態様において、前記電流ブロック層は、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる全ての位置で分割されているとよい。【００３５】
この構成により、高次モード発振が積算された光強度の最も弱い部分に流れる電流の割合を最も効果的に増やすことができ、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を最も減させることができる。これにより、高次モードの利得を最も効果的に減少させることができるので、より安定して基本横モード発振させることができる。【００３６】
また、本開示に係る第３の半導体レーザ素子の一態様は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成された第２導電型の第２半導体層と、前記第２半導体層の上に形成された電極と、を備え、前記電極から前記発光層に流れる電流は、高次横モード発振の光強度の積算値が極大となる位置で少なく、前記積算値が極小となる位置で多い。【００３７】
この構成により、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を減らし、高次モード発振が積算された光強度の弱い部分に流れる電流の割合を増やすことができる。これにより、基本モードの利得を高次モードの利得よりも相対的に大きくできるので、基本モード発振が得られる。したがって、ワイドストライプ構造であっても高いＢＰＰで基本横モード発振させることができ、高ビーム品質かつ高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【発明の効果】
【００３８】
ワイドストライプ構造であっても高いＢＰＰで基本横モード発振させることができ、高ビーム品質かつ高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子における、リッジ部とその周辺における基本モード及び高次（１次〜１１次）モードの光強度分布の計算結果を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置における、リッジ部とその周辺における基本モードの光強度分布及び高次（１次〜１１次）モードの光強度を積算した光強度分布の計算結果、並びに、同半導体レーザ素子における注入電流密度を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子における利得差のモード次数依存性を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるレジストパターン形成工程を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における絶縁膜エッチング工程を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における金属積層膜形成工程を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるレジストパターン除去工程を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるアンドープ絶縁層形成工程までを示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるアンドープ絶縁層分割工程を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるクラッド層形成工程及びコンタクト層形成工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態、並びに、工程（ステップ）及び工程の順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００４１】
また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００４２】
（実施の形態１）
（半導体レーザ素子の構成）
まず、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の断面図である。
【００４３】
図１に示すように、半導体レーザ素子１００は、ＧａＮ基板からなる基板１の上に、ｎ−ＡｌＧａＮからなる第１導電型の第１クラッド層２（第１の半導体層）、アンドープＧａＮからなる第１ガイド層（ｎ側ガイド層）３、アンドープＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造の活性層４（発光層）、アンドープＧａＮからなる第２ガイド層５（ｐ側ガイド層）、ｐ−ＡｌＧａＮからなる第２導電型の電子オーバーフロー抑制層６、ｐ−ＡｌＧａＮからなる第２導電型の第２クラッド層７（第２の半導体層）、及び、ｐ−ＧａＮからなる第２導電型のコンタクト層８が順次形成された積層構造の半導体層１１０を有する。なお、本実施の形態において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。
【００４４】
半導体レーザ素子１００の中央部には、レーザ共振器長方向に延在する突条のリッジ部（リッジストライプ）９が形成されている。つまり、リッジ部９のストライプ方向（長手方向）は、レーザ共振器長方向である。リッジ部９は、第２クラッド層７に形成されており、半導体層１１０の主たる光導波路を構成する。リッジ部９の幅（リッジ幅）は、例えば１５μｍであるが、これに限るものではない。コンタクト層８は、第２クラッド層７のリッジ部９の上面に形成されている。
【００４５】
また、半導体レーザ素子１００は、リッジ部９上に形成されたｐ側電極１１（第１電極）を有する。本実施の形態において、ｐ側電極１１は、リッジ部９上に形成されたコンタクト層８の上面に形成されている。
【００４６】
ｐ側電極１１は、複数に分割されている。このように分割されたｐ側電極１１は、リッジ部９のストライプ方向に延在する複数の電極部１１ａによって構成されている。本実施の形態において、ｐ側電極１１は、１１分割されており、１１個の電極部１１ａによって構成されている。
【００４７】
後述するように、ｐ側電極１１は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置で複数に分割されている。したがって、複数の電極部１１ａの少なくとも一つについては、リッジ部９のストライプ方向と直交する方向における中心が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在している。
【００４８】
本実施の形態では、ｐ側電極１１は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる全ての位置で複数に分割されている。つまり、複数の電極部１１ａの全てについて、リッジ部９のストライプ方向と直交する方向における中心が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在している。
【００４９】
例えば、ｐ側電極１１を構成する各電極部１１ａの幅は０．７μｍで、隣り合う２つの電極部１１ａ間の幅は０．５μｍである。また、各電極部１１ａは、リッジ部９のストライプ方向において、一方の端部から他方の端部にわたって同一の幅で延在している。
【００５０】
ｐ側電極１１を除く半導体層１１０の上面は、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１０で被覆されている。具体的には、絶縁膜１０は、コンタクト層８の上面のうちｐ側電極１１の電極部１１ａが形成されていない部分を覆うように形成されている。したがって、ｐ側電極１１（電極部１１ａ）は、絶縁膜１０から露出するように形成されている。本実施の形態において、ｐ側電極１１と絶縁膜１０とは、面一であって同一の厚さであるが、これに限るものではない。なお、絶縁膜１０は、第２クラッド層７のリッジ部９以外の部分（平坦部）を覆うようにも形成されている。
【００５１】
ｐ側電極１１及び絶縁膜１０上には、パッド電極１２が形成されている。パッド電極１２は、ｐ側電極１１と接触している。また、基板１の裏面にはｎ側電極１３（第２電極）が形成されている。
【００５２】
半導体レーザ素子１００の前端面（光出射面）には、端面コート膜が形成されている。前端面側の端面コート膜は、屈折率１．４７のＳｉＯ２を光学長λ／４（＝４０５ｎｍ／４／１．４７＝６８．９ｎｍ）で形成することにより構成されており、その反射率は約０．６％である。つまり、前端面側の端面コート膜は低反射膜である。これにより、前端面は低反射率となり、高出力のレーザ光が得られる。
【００５３】
一方、半導体レーザ素子１００の後端面（光反射面）にも、端面コート膜が形成されている。後端面側の端面コート膜は、屈折率１．４７のＳｉＯ２を光学長λ／４（＝４０５ｎｍ／４／１．４７＝６８．９ｎｍ）で形成した後、周期的にＺｒＯ２層→ＳｉＯ２層→ＺｒＯ２層→・・・→ＳｉＯ２層→ＺｒＯ２層のようにＺｒＯ２層及びＳｉＯ２層が交互に７層積層することで構成されている。この７層の各層の光学長はλ／４である。例えば、ＺｒＯ２の屈折率は２．２７であるので、ＺｒＯ２層の厚みは４０５ｎｍ／４／２．２７＝４４．６ｎｍとなる。これにより、後端面側の反射率を約９５．３％にすることができる。
【００５４】
このように構成される半導体レーザ素子１００のレーザ光の発振波長は、例えば４０５ｎｍである。また、半導体レーザ素子１００を導波する光が感受する有効屈折率は、各層の厚み及び材料組成などによって決まる。本実施の形態において、リッジ部９内の有効屈折率はで２．５３で、リッジ部９外の有効屈折率は２．５２５である。なお、半導体レーザ素子１００の共振器長は例えば１０００μｍである。
【００５５】
次に、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の作用効果について、本開示に至った経緯を含めて説明する。
【００５６】
レーザ加工用等の高出力の半導体レーザ素子では、ＣＯＤの発生を防ぐためにリッジ幅が広いワイドストライプ構造が採用される。ワイドストライプ構造の半導体レーザ素子では、ｓｌｏｗ軸の横モードが基本モード（０次モード）だけではなく１次モード以上の高次モードでも発振するため、ＢＰＰの悪化によりビーム品質が低下する。そこで、ｓｌｏｗ軸を基本横モードで発振させる構造を半導体にレーザ素子に作り込むことが重要となる。
【００５７】
リッジ幅が広いワイドストライプ構造の半導体レーザ素子において、ｓｌｏｗ軸を基本横モードで発振させるには、高次の各モードに対して基本モードとの閾値利得差を付与すればよい。
【００５８】
ここで、横モードの次数をｍ次と定義すると、ｍ次モードの利得ｇｍは、ｍ次モードの光強度Ｐｍ（ｘ）と半導体レーザ素子への電流注入密度Ｊ（ｘ）の積を積分して、以下の（式２）で表される。
【００５９】
ｇｍ＝∫Ｐｍ（ｘ）×Ｊ（ｘ）・ｄｘ・・・（式２）
【００６０】
（式２）において、ｘは、ｓｌｏｗ軸方向（＝半導体層の積層方向及びリッジ部のストライプ方向の両方と直交する方向）における位置を示している。
【００６１】
一般に、半導体レーザ素子への電流注入は、リッジ部上に電極を設けることで行う。したがって、リッジ部上の電極をｘ軸方向に分割して、Ｊ（ｘ）＝０となる領域を設けると、（式２）に従ってｇｍを減少させることが可能となるが、リッジ部内に存在する横モードの光分布は、どの次数のモードでもひとつとして同じ形状のものは存在しない。つまり、Ｊ（ｘ）＝０となる領域を設けても、ｇｍの減少は各モード次数によって様々に異なる。
【００６２】
このことから、高次モードにおける基本モードとの閾値利得差を付与するために、基本モードの利得ｇ０をそれほど減少させずに高次モードの利得ｇｍ（ｍ＞１）を大きく減少させるように電極を配置することができれば、即ち常にｇ０＞ｇｍ（ｍ＞１）となるように電極を配置することができれば、ワイドストライプ構造の半導体レーザ素子であっても基本横モード発振させ、レーザ加工に好適なガウシアン形状の出射ビームを得ることができる。
【００６３】
そこで、従来、横モード特性を向上させるために、リッジ部上に、主電極に隣接して主電極とは独立駆動される制御電極を設け、発光領域の端部における駆動電流の広がりに起因する光出力分布の乱れを抑制し、ビーム形状をトップハット形状（矩形）へと変化させた半導体レーザ素子が提案されている（例えば、特開２００４−２２１３８５号公報）。
【００６４】
しかしながら、このような方法では、ビーム形状がトップハット形状になってしまい、レーザ加工に好ましいガウシアン形状からは乖離してしまう。そのために、Ｍ２値が大きくなり、ＢＰＰが低下して加工品質が悪くなってしまう。
【００６５】
本開示の技術は、このような知見に基づいてなされたものであり、本願発明者らは、ビーム形状をガウシアン形状から乖離させることなく、高いＢＰＰで良好な基本横モード発振できる半導体レーザ素子について鋭意検討した。以下、その検討について、詳細に説明する。
【００６６】
半導体レーザ素子のリッジ部内を導波することが可能な横モード数Ｎｍは、マクスウェル方程式に発振波長とリッジ部内外の有効屈折率とを導入して半導体層の構造から決まる境界条件を適用することで、非特許文献（オーム社  応用物理学シリーズ  半導体レーザ  伊賀健一  著）に記述された式（１．３３）に従って計算することができる。
【００６７】
この式に従うと、本実施の形態における半導体レーザ素子１００の半導体層１１０の構造では、基本モード（０次モード）を含めて１２個の横モードが許容される。具体的には、０次モードである基本モード（基本横モード）と、１次〜１１次モードである１０個の高次モード（高次横モード）とが見られる。
【００６８】
さらに、各モードの光強度分布は、上記非特許文献に記述された式（１．１０）〜式（１．２６）に従って計算することができる。
【００６９】
これらの式に従って、本実施の形態における半導体レーザ素子１００の半導体層１１０の構造について各モードの光強度分布を計算すると、図２に示される計算結果が得られる。図２において、太線が基本モード（０次モード）発振の光強度分布を示しており、１１本の細線が高次モード（１次モード〜１１次モード）発振の光強度分布を示している。
【００７０】
このうち基本モード発振を除いた１１個の高次モード発振の光強度分布を全て積算すると、図３に示す結果となる。図３において、１１個の高次モード発振の光強度の全てを積算した光強度分布を「高次モードの光強度（積算）」として示す。また、図３には、「高次モードの光強度（積算）」と重ねるようにして、図２に示す基本モードの光強度分布を「基本モードの光分布」として再掲している。
【００７１】
図３に示すように、高次モード発振を積算した光強度分布は、うねり、即ち極大値と極小値を持っている。ここで、高次モードに与える利得を総じて減少させ、高次モードにおける基本モードとの利得差を持たせるためには、光強度が極大となる位置に電流を流さず、極小となる位置に電流を流せばよい。リッジ部を有する半導体レーザ素子への電流注入はリッジ部上に形成された電極によって行われる。
【００７２】
そこで、光強度が極小となる位置には電極を配置し、逆に、光強度が極大となる位置には電極を配置しないようにすることで、光強度が極小となる位置に電流を流し、光強度が極大となる位置に電流を流さないようにできる。
【００７３】
ここで、本実施の形態における半導体レーザ素子１００において、上記非特許文献に基づいて計算すると、光強度が極小となる位置は、リッジ部９の中央を原点（ｘ＝０）として、以下の（式３）で表すことができる。また、光強度が極大となる位置は、各極小点の中間の位置となる。
【００７４】
ｘ＝±１．２７２×Ｎ（Ｎ＝０，１，２，３，４，５）［μｍ］
・・・（式３）
【００７５】
（式３）から分かるように、本実施の形態における半導体レーザ素子１００の構造では、極小点が１１個存在することになる。
【００７６】
そこで、本実施の形態では、リッジ部９上のｐ側電極１１を、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置（極大点）で１１分割している。つまり、ｐ側電極１１は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる全ての位置で存在しないように、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる全ての位置で複数に分割されている。
【００７７】
また、分割されたｐ側電極１１は、１１個の電極部１１ａによって構成されており、その全ての電極部１１ａについて、リッジ部９の幅方向の中心が高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置（極小点）に存在している。つまり、電極部１１ａは、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置では存在せず、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在している。具体的には、１１個の電極部１１ａの各々の幅を０．７μｍとし、隣り合う電極部１１ａの間隔を０．５μｍとし、さらに各電極部１１ａの中心を上記（式３）で表される位置にしている。
【００７８】
これにより、高次横モード発振の光強度の積算値が極大となる位置においては電流が注入されず、高次横モード発振の光強度の積算値が極小となる位置においては電流が注入される。このときの電流密度分布を、図３の「電流密度」として示している。
【００７９】
さらに、０次（基本）〜１１次までの全モードの利得を（式２）に従って計算して求め、０次モードの利得から差し引くことによって、０次モードからの利得の減少量として算出した。その計算結果を図４に示す。なお、この計算にあたっては、本実施の形態における半導体レーザ素子１００の材料利得を１８００ｃｍ−１とし、垂直光閉じ込め係数を４％とし、内部損失を７ｃｍ−１とした。また、注入電流密度は、０次モードの発振閾値電流密度に相当する１．５ｋＡ／ｃｍ２とした。なお、９次〜１２次の高次モードについては、利得の減少が大きく、０次モードとの利得差が０．５ｃｍ−１よりも大きくなったため、図４には図示していない。
【００８０】
図４から分かるように、高次モードの利得は全て０次（基本）モードよりも減少している。そして、半導体レーザ素子では、電流注入とともに利得が増加するが、利得が最も大きい０次モードから発振が始まる。その後は、さらに注入された電流が直ちにレーザ光へと変換されるので、電流密度は増加しない。このため、１次以降の高次モードの利得は増加せず、高次モードは発振しない。このようにして、高次モードが光学的に許容されるワイドストライプ構造の半導体レーザ素子であっても、単一横モード発振させることができ、材料加工に好適なガウシアン形状のビームを得ることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態においては、高次モード発振の光強度の積算における全ての光強度の積算値が極小となる位置で電流が注入され、高次モード発振の光強度の積算における全ての光強度の積算値が極大となる位置で電流が注入されないようにｐ側電極１１を１１個に分割したが、基本モードと高次モードとの利得差を得ることができれば、ｐ側電極１１の分割数はこれよりも少なくてもよく、例えば５分割や３分割などでもよい。また、リッジ部９のストライプ幅や有効屈折率などが異なる場合も、上述した手法に従って順次計算することで、同様の効果を実現することができる。
【００８２】
（半導体レーザ素子の製造方法）
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の製造方法について、図１を参照しながら、図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｄは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の製造方法を説明するための図であり、特に、分割されたｐ側電極１１を形成するときの工程断面図を示している。
【００８３】
まず、図１に示すように、基板１（半導体基板）上に、例えば有機金属気層成長法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）を用いて、第１クラッド層２、第１ガイド層３、活性層４、第２ガイド層５、電子オーバーフロー抑制層６、第２クラッド層７、及び、コンタクト層８の各エピタキシャル層を順次成長させて半導体層１１０を形成する。
【００８４】
具体的には、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板からなる基板１の上に、ｎ型Ａｌ０．０３ＧａＮからなる第１クラッド層２を２μｍ成長させる。その上に、ｉ−ＧａＮからなる第１ガイド層３を０．１μｍ成長させる。その上に、Ｉｎ０．０２ＧａＮからなるバリア層とＩｎ０．０７ＧａＮからなる量子井戸層の２周期とからなる量子井戸構造の活性層４を成長させる。なお、バリア層の膜厚は例えば２０ｎｍで、量子井戸層の膜厚は例えば７ｎｍである。また、バリア層は、量子井戸層の間に形成されるが、量子井戸層の間だけでなく、量子井戸層の上下にも形成するとよい。
【００８５】
次に、活性層４の上に、ｉ−ＧａＮからなる第２ガイド層５を０．１μｍ成長させる。その上に、Ａｌ０．３５ＧａＮからなるキャリアオーバーフロー抑制層（ＯＦＳ層）６を５ｎｍ成長させる。その上に、ｐ−Ａｌ０．０６ＧａＮ層（１．５ｎｍ）とＧａＮ層（１．５ｎｍ）とを１６０周期繰り返して形成した膜厚０．４８μｍの歪超格子からなる第２クラッド層７を形成する。その上に、ｐ−ＧａＮからなるコンタクト層８を０．０５μｍ成長させる。
【００８６】
次に、半導体層１１０にリッジ部９を形成することでリッジストライプ構造に加工する。この場合、図示しないが、まず、例えば熱ＣＶＤ法により、コンタクト層８の上に、膜厚が０．３μｍのＳｉＯ２からなる絶縁膜を成膜する。さらに、フォトリソグラフィ法及びフッ化水素酸を用いるエッチング法により、絶縁膜を幅１５μｍのストライプ状に残して他の領域をエッチングする。このとき、六方晶窒化物半導体の自然へき開面（ｍ面）を利用してレーザの端面を形成することを考慮して、ストライプの向きは六方晶ＧａＮのｍ軸方向に平行とする。次に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法により、絶縁膜をマスクとして用いて半導体層１１０の上部を０．４μｍの深さにエッチングしてコンタクト層８と第２クラッド層７の上部とを加工することで、図１に示すようなリッジ部９を形成する。その後、フッ化水素酸を用いて絶縁膜を除去する。そして、熱ＣＶＤ法により、露出した第２クラッド層７上にリッジ部９を含む全面にわたって、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ２からなる絶縁膜１０を再度形成する。
【００８７】
次に、リッジ部９上に、分割されたｐ側電極１１を形成する。このｐ側電極１１を形成する方法について図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明する。
【００８８】
まず、図５Ａに示すように、リソグラフィ法により、絶縁膜１０におけるリッジ部９の上面に、リッジ部９のストライプ方向に沿って延在する幅が０．７μｍの１１本の開口部を有するレジストパターン１４を形成する。開口部は、例えば０．５μｍ間隔で形成する。このとき、レジストパターン１４の開口部の中心を、上記（式３）で示される位置とし、隣接する２つの開口部を隔てるレジストパターン１４の中心を上述した高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置とする。なお、レジストパターン１４の開口部は、ｐ側電極１１の電極部１１ａに対応し、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に形成されている。
【００８９】
続いて、図５Ｂに示すように、例えば三フッ化メタン（ＣＨＦ３）ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）により、レジストパターン１４をマスクとして絶縁膜１０をエッチングすることにより、リッジ部９の上面からコンタクト層８を露出させる。
【００９０】
続いて、図５Ｃに示すように、例えば電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ：ＥＢ）蒸着法により、少なくともリッジ部９の上面から露出したコンタクト層８の上に、例えば厚さが４０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）との２層構造からなる金属積層膜１１Ａを形成する。
【００９１】
その後、図５Ｄに示すように、レジストパターン１４を除去するリフトオフ法により、リッジ部９の上部以外の領域の金属積層膜１１Ａを除去することで、１１個の電極部１１ａからなるｐ側電極１１を形成する。
【００９２】
このようにして、リッジ部９上に、１１分割されたｐ側電極１１を形成することができる。
【００９３】
なお、その後は、リソグラフィ法及びリフトオフ法により、図１に示すように、絶縁膜１０及びｐ側電極１１を覆うようにパッド電極１２を形成する。パッド電極１２は、例えばリッジ部９のストライプ方向に平行な方向の平面寸法が９００μｍで且つリッジ部９のストライプ方向に垂直な方向の平面寸法が１５０μｍである。パッド電極１２は、厚さが１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）と厚さが１５００ｎｍの金（Ａｕ）との金属積層膜である。
【００９４】
次に、パッド電極１２まで形成されたウェハ状態の半導体発光素子について、基板１の裏面をダイヤモンドスラリにより研磨することで、基板１の厚さが１００μｍ程度になるまで薄膜化する。
【００９５】
その後、例えばＥＢ蒸着法により、基板１の裏面（半導体層１１０が形成された面と反対側の面）に、厚さが５ｎｍのＴｉと厚さが１０ｎｍの白金と厚さが１０００ｎｍのＡｕとからなる金属積層膜からなるｎ側電極１３を形成する。
【００９６】
次に、ウェハ状態の半導体発光素子を、ｍ軸方向の長さが例えば１０００μｍとなるようにｍ面に沿って劈開（１次劈開）する。続いて、例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタ法を用いて、レーザ光が出射する劈開面（前端面）に端面コート膜としてフロントコート膜を形成し、反対側の劈開面（後端面）に端面コート膜としてリアコート膜を形成する。
【００９７】
その後、１次劈開された半導体発光素子を、例えばｘ軸方向の長さが２００μｍピッチとなるように劈開（２次劈開）することで、レーザチップとして半導体レーザ素子１００を完成させることができる。
【００９８】
（まとめ）
以上、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００によれば、第１導電型の第１クラッド層２（第１半導体層）と、第１クラッド層２の上に形成された活性層４（発光層）と、活性層４の上に形成された第２導電型の第２クラッド層７（第２半導体層）と、第２クラッド層７に形成されたリッジ部９の上に形成されたｐ側電極１１とを備える。そして、ｐ側電極１１は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置で複数に分割されている。つまり、ｐ側電極１１は、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置には存在してない。
【００９９】
このように構成することで、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合が減少する。すなわち、全電流が一定の場合、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を減らし、高次モード発振が積算された光強度の弱い部分に流れる電流の割合を増やすことができる。これにより、上記（式２）に従って高次モードの利得を効果的に減少させることができる。
【０１００】
また、このような構成のｐ側電極１１では、電流が流れない部分（ｐ側電極１１が存在しない部分）が生じることから基本モードの利得も減少するが、高次モード発振が積算された光強度の強い部分が選択的に減少するようにｐ側電極１１が配置され、基本モードの利得の減少が高次モードの利得よりも小さいため、基本モードの利得が高次モードの利得よりも相対的に大きくなり、基本モード発振が得られる。
【０１０１】
したがって、ワイドストライプ構造であっても高いＢＰＰで基本横モード発振させることができ、高ビーム品質かつ高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【０１０２】
さらに、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００では、分割されたｐ側電極１１が、リッジ部９のストライプ方向に延在する複数の電極部１１ａによって構成されている。そして、複数の電極部１１ａの少なくとも一つについては、リッジ部９のストライプ方向と直交する方向における中心が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在している。
【０１０３】
このように構成することで、高次モード発振が積算された光強度の最も弱い部分に流れる電流の割合を効果的に増やすことができる。すなわち、全電流が一定の場合、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を効果的に減少させることができる。これにより、高次モードの利得を効果的に減少させることができるので、安定して基本横モード発振させることができる。
【０１０４】
また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００では、ｐ側電極１１が、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる全ての位置で複数に分割されている。
【０１０５】
このように構成することで、高次モードが大きな利得を得るために必要な電流を、高次モード発振の光強度が極大となる全ての領域で０にすることができる。これにより、高次モードの利得を効果的に減少させて、高次モードにおける基本モードとの利得差を最も大きくとることができる。したがって、基本横モードがより選択されやすくなるので、容易に基本横モード発振させることができる。
【０１０６】
さらに、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００では、複数の電極部１１ａの全てについて、リッジ部９のストライプ方向と直交する方向における中心が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置に存在している。
【０１０７】
このように構成することで、高次モード発振が積算された光強度の最も弱い部分に流れる電流の割合を最も効果的に増やすことができる。すなわち、全電流が一定の場合、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合が最も減少する。これにより、高次モードの利得を最も効果的に減少させることができるので、より安定して基本横モード発振させることができる。
【０１０８】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る半導体レーザ素子２００について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子２００の断面図である。
【０１０９】
図１に示す実施の形態１における半導体レーザ素子１００では、ｐ側電極１１を分割することで高次モードと基本モードとの利得差を持たせたが、本実施の形態における半導体レーザ素子２００では、半導体層内部に形成した電流ブロック層を分割することで高次モードと基本モードとの利得差を持たせている。
【０１１０】
具体的には、図６に示すように、本実施の形態における半導体レーザ素子２００は、半導体層１１０内に埋め込まれた電流ブロック層２１を備える。電流ブロック層２１は、活性層４とｐ側電極２２との間に形成されている。
【０１１１】
電流ブロック層２１は、各々がリッジ部９のストライプ方向に延在する複数の電流ブロック部２１ａに分割されている。電流ブロック層２１は、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置で複数に分割されている。本実施の形態において、電流ブロック層２１は、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる全ての位置で分割されている。具体的には、電流ブロック層２１は、１１分割されており、１１個の電流ブロック部２１ａによって構成されている。
【０１１２】
複数の電流ブロック部２１ａは、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置に存在している。本実施の形態では、複数の電流ブロック部２１ａの全てが、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置に存在している。
【０１１３】
電流ブロック層２１は、第２クラッド層７と同じ組成であるが、絶縁性を有しており、電気抵抗が高い。この結果、電流ブロック層２１は、光学的には第２クラッド層７と変わらないため光分布には影響することなく、かつ、電気伝導的には、電流ブロック層２１（電流ブロック部２１ａ）が存在しない領域にのみ電流が流れるという特徴を有する。
【０１１４】
本実施の形態における半導体レーザ素子２００では、電流ブロック層２１において、この電流が流れた領域にのみ利得が生成するため、上記実施の形態１のようにｐ側電極１１を分割した場合と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
また、本実施の形態において、ｐ側電極２２は、分割されることなく単一膜として一様に形成されている。これにより、実施の形態１と比べて、コンタクト層８とｐ側電極２２との接触面積を大きくできるので、コンタクト抵抗を下げることができる。
【０１１６】
次に、本実施の形態における半導体レーザ素子２００の製造方法について、図７Ａ〜図７Ｃを用いて説明する。図７Ａ〜図７Ｃは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子２００の製造方法を説明するための図である。
【０１１７】
まず、図７Ａに示すように、基板１（半導体基板）上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、第１クラッド層２、第１ガイド層３、活性層４、第２ガイド層５、電子オーバーフロー抑制層６、及び、電流ブロック層２１の各エピタキシャル層を順次成長させる。
【０１１８】
具体的には、ＧａＮ基板からなる基板１の上に、ｎ型Ａｌ０．０３ＧａＮからなる第１クラッド層２を２μｍ成長させる。その上に、ｉ−ＧａＮからなる第１ガイド層３を０．１μｍ成長させる。その上に、Ｉｎ０．０２ＧａＮからなるバリア層とＩｎ０．０７ＧａＮからなる量子井戸層の２周期とからなる量子井戸構造の活性層４を成長させる。なお、バリア層の膜厚は例えば２０ｎｍで、量子井戸層の膜厚は例えば７ｎｍである。また、バリア層は、量子井戸層の間に形成されるが、量子井戸層の間だけでなく量子井戸層の上下にも形成するとよい。
【０１１９】
次に、活性層４の上に、ｉ−ＧａＮからなる第２ガイド層５を０．１μｍ成長させる。その上に、Ａｌ０．３５ＧａＮからなるキャリアオーバーフロー抑制層（ＯＦＳ層）６を５ｎｍ成長させる。その上に、ｐ−ＡｌＧａＮ層（１．５ｎｍ）とＧａＮ層（１．５ｎｍ）を１６０周期繰り返して形成した膜厚０．１μｍの歪超格子からなるアンドープ絶縁層２１Ａを形成する。このとき、アンドープ絶縁層２１Ａの絶縁性を高めるため、Ｆｅ、Ａｒ、Ｎ、Ｆ、Ｂ等のイオンを注入してもよい。
【０１２０】
続いて、図７Ｂに示すように、アンドープ絶縁層２１Ａを加工することで、分割された電流ブロック層２１を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、アンドープ絶縁層２１Ａを部分的に除去することで、複数の電流ブロック部２１ａからなる電流ブロック層２１を形成する。
【０１２１】
次に、図７Ｃに示すように、電流ブロック層２１とともにキャリアオーバーフロー抑制層を覆うように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ−ＡｌＧａＮ層（１．５ｎｍ）とＧａＮ層（１．５ｎｍ）とを１６０周期繰り返して形成した膜厚０．３８μｍの歪超格子からなる第２クラッド層７を形成する。その上に、ｐ−ＧａＮからなるコンタクト層８を０．０５μｍ成長させる。この工程により、電流ブロック層２１は半導体層１１０の内部に埋め込まれる。
【０１２２】
なお、図示しないが、この後、実施の形態１と同様にして、リッジ部９を形成し、次いで、ｐ側電極２２及びパッド電極１２を形成し、さらに基板１を薄膜化してｎ側電極１３を形成し、その後、１次劈開及び２次劈開を行うことで、レーザチップとして半導体レーザ素子２００を完成させることができる。なお、ｐ側電極２２を分割するための工程は行われない。
【０１２３】
以上、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００によれば、第１導電型の第１クラッド層２（第１半導体層）と、第１クラッド層２の上に形成された活性層４（発光層）と、活性層４の上に形成された第２導電型の第２クラッド層７（第２半導体層）と、第２クラッド層７に形成されたリッジ部９の上に形成されたｐ側電極２２と、活性層４とｐ側電極２２との間に形成された電流ブロック層２１とを備える。そして、電流ブロック層２１は、各々がリッジ部９のストライプ方向に延在する複数の電流ブロック部２１ａに分割されており、複数の電流ブロック部２１ａは、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置に存在している。
【０１２４】
このように構成することで、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合が減少する。すなわち、全電流が一定の場合、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を減らし、高次モード発振が積算された光強度の弱い部分に流れる電流の割合を増やすことができる。これにより、上記（式２）に従って高次モードの利得を効果的に減少させることができる。
【０１２５】
また、このような構成の電流ブロック層２１では、電流が流れない部分（電流ブロック層が存在する部分）が生じることから基本モードの利得も減少するが、高次モード発振が積算された光強度の強い部分が選択的に減少するように電流ブロック層２１が配置され、基本モードの利得の減少が高次モードの利得よりも小さいため、基本モードの利得が高次モードの利得よりも相対的に大きくなり、基本モード発振が得られる。
【０１２６】
したがって、本実施の形態でも、ワイドストライプ構造であっても高いＢＰＰで基本横モード発振させることができ、高ビーム品質かつ高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【０１２７】
さらに、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００では、電流ブロック層２１が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる位置で複数に分割されている。
【０１２８】
このように構成することで、高次モード発振が積算された光強度の最も弱い部分に流れる電流の割合を効果的に増やすことができる。すなわち、全電流が一定の場合、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合を効果的に減少させることができる。これにより、高次モードの利得を効果的に減少させることができるので、安定して基本横モード発振させることができる。
【０１２９】
また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００では、複数の電流ブロック部２１ａの全てが、高次モード発振の光強度の積算値が極大となる位置に存在している。
【０１３０】
このように構成することで、高次モードが大きな利得を得るために必要な電流を、高次モード発振の光強度が極大となる全ての領域で０にすることができる。これにより、高次モードの利得を効果的に減少させて、高次モードにおける基本モードとの利得差を最も大きくとることができる。したがって、基本横モードが選択されやすくなるので、容易に基本横モード発振させることができる。
【０１３１】
さらに、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００では、電流ブロック層２１が、高次モード発振の光強度の積算値が極小となる全ての位置で分割されている。
【０１３２】
このように構成することで、高次モード発振が積算された光強度の最も弱い部分に流れる電流の割合を最も効果的に増やすことができる。すなわち、全電流が一定の場合、高次モード発振が積算された光強度の強い部分に流れる電流の割合が最も減少する。これにより、高次モードの利得を最も効果的に減少させることができるので、より安定して基本横モード発振させることができる。
【０１３３】
なお、本実施の形態においては、高次モード発振の光強度の積算における全ての光強度の積算値が極小となる位置で電流が注入され、高次モード発振の光強度の積算における全ての光強度の積算値が極大となる位置で電流が注入されないように電流ブロック層２１を１１個に分割したが、基本モードと高次モードとの利得差を得ることができれば、ｐ側電極１１の分割数はこれよりも少なくてもよく、例えば５分割や３分割などでもよい。
【０１３４】
（変形例）
以上、本開示に係る半導体レーザ素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１３５】
例えば、上記実施の形態では、ＧａＮを材料に用いる波長４０５ｎｍ帯のＧａＮ系半導体レーザ素子について説明したが、これに限るものではない。本開示は、他の波長帯域の半導体レーザ素子に適用してもよいし、ＧａＡｓ又はＩｎＰ等の他のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなるＩＩＩ−Ｖ系半導体レーザ素子に適用してもよいし、ＺｅＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族半導体材料からなるＩＩ−ＶＩ系半導体レーザ素子等に適用してもよい。
【０１３６】
その他に、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本開示に係る半導体レーザ素子は、高ビーム品質と高出力とを両立させることができるので、ＤＤＬ用のレーザ加工装置に光源等として有用である。
【符号の説明】
【０１３８】
１  基板
２  第１クラッド層
３  第１ガイド層
４  活性層
５  第２ガイド層
６  電子オーバーフロー抑制層
７  第２クラッド層
８  コンタクト層
９  リッジ部
１０  絶縁膜
１１、２２  ｐ側電極
１１ａ  電極部
１１Ａ  金属積層膜
１２  パッド電極
１３  ｎ側電極
１４  レジストパターン
２１  電流ブロック層
２１ａ  電流ブロック部
２１Ａ  アンドープ絶縁層
１００、２００  半導体レーザ素子
１１０  半導体層
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【国際調査報告】
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