(57)【要約】【課題】同一基板上に赤色レーザと赤外レーザが集積化された半導体レーザ素子において、高温特性及び偏光特性を改善をしながら、小型化を実現する。【解決手段】基板１０上に、赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化された半導体レーザ素子５０において、赤色レーザ１及び赤外レーザ２は、リッジ部１０１、２０１の両側方に第１の電極３２で覆われた赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂと、第２の電極３４で覆われた赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂを有している。赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂには、第１のダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂと、複数の第１のウイング溝１０２とが形成され、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂには、第２のダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂと、複数の第２のウイング溝２０２とが形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に集積化された赤色レーザと赤外レーザとを備え、
前記赤色レーザは、前記基板上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層を含み、一部が前記赤色レーザの光出射端面に対してほぼ垂直な方向に延伸する第１のリッジ部を構成する第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された第１の電極とを有し、
前記赤外レーザは、前記基板上に形成された第１導電型の第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に形成された第２導電型の第４のクラッド層を含み、一部が前記赤外レーザの光出射端面に対してほぼ垂直な方向に延伸する第２のリッジ部を構成する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に形成された第２の電極とを有し、
前記赤色レーザは、前記第１のリッジ部の両側方に、それぞれ第１のチャネル溝を間に挟んで設けられ、前記第１の半導体層の一部で構成された複数の第１のダミーリッジ部と、前記複数の第１のダミーリッジ部を区画すると共に、前記第１の電極によって埋め込まれた複数の第１のウイング溝とが形成され、前記第１の電極により覆われた赤色側ウイング領域とを有しており、
前記赤外レーザは、前記第２のリッジ部の両側方に、それぞれ第２のチャネル溝を間に挟んで設けられ、前記第２の半導体層の一部で構成された複数の第２のダミーリッジ部と、前記複数の第２のダミーリッジ部を区画すると共に、前記第２の電極によって埋め込まれた複数の第２のウイング溝とが形成され、前記第２の電極により覆われた赤外側ウイング領域とを有している半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
前記赤色側ウイング領域の平面面積をＳ１とし、前記赤色側ウイング領域内に形成された前記複数の第１のウイング溝の底面面積の合計をＡ１とし、前記赤外側ウイング領域の平面面積をＳ２とし、前記赤外側ウイング領域内に形成された前記複数の第２のウイング溝の底面面積の合計をＡ２とすると、（Ａ１／Ｓ１）＜（Ａ２／Ｓ２）の関係が成立することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ素子において、
Ａ２／Ｓ２の値が０．５以上且つ０．８以下である半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記基板と前記第２の電極の熱膨張係数の差に起因して前記第２の活性層及び前記第２のリッジ部に加わる残留応力は、前記基板と前記第１の電極の熱膨張係数の差に起因して前記第１の活性層及び前記第１のリッジ部に加わる残留応力に比べて大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記赤色側ウイング領域に形成された前記複数の第１のウイング溝の表面積の総和は、前記赤外側ウイング領域に形成された前記複数の第２のウイング溝の表面積の総和より大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記赤色側ウイング領域のうち、前記赤色レーザの光出射端面及び前記基板の上面に平行な方向において、前記第１のリッジ部の中心から両側２０μｍ以内の領域に形成された前記複数の第１のウイング溝の表面積の総和は、前記赤外側ウイング領域のうち、光出射端面及び前記基板の上面に平行な方向において、前記第２のリッジ部の中心から両側２０μｍ以内の領域に形成された前記複数の第２のウイング溝の表面積の総和より大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記複数の第１のウイング溝の各々は、前記赤色レーザの光出射端面から後端面に亘って連続的に形成されており、
前記複数の第２のウイング溝の各々は、前記赤外レーザの光出射端面から後端面に亘って連続的に形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項８】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記複数の第１のウイング溝の各々は、前記赤色レーザの光出射端面及び後端面から１０μｍ以内の領域には形成されず、
前記複数の第２のウイング溝の各々は、前記赤外レーザの光出射端面及び後端面から１０μｍ以内の領域には形成されないことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記複数の第１のウイング溝の各々の延伸方向と、前記赤色レーザの光出射端面の法線方向とが成す角度は４５°未満であり、
前記複数の第２のウイング溝の各々の延伸方向と、前記赤外レーザの光出射端面の法線方向とが成す角度は４５°未満であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記複数の第１のウイング溝の各々の延伸方向と、前記赤色レーザの光出射端面の法線方向とが成す角度は０．５°以下であり、
前記複数の第２のウイング溝の各々の延伸方向と、前記赤外レーザの光出射端面の法線方向とが成す角度は０．５°以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１１】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記複数の第１のウイング溝は、前記赤色レーザの光出射端面及び前記基板の上面に平行な方向に延びる第１の領域により分断され、
前記複数の第２のウイング溝は、前記赤外レーザの光出射端面及び前記基板の上面に平行な方向に延びる第２の領域により分断され、
前記複数の第１のダミーリッジ部は前記第１の領域で共通に接続されており、
前記複数の第２のダミーリッジ部は前記第２の領域で共通に接続されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１２】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記複数の第１のウイング溝は、前記赤色レーザの光出射端面及び前記基板の上面に平行な方向に延びる第１の領域により分断されており、
前記複数の第２のウイング溝は、前記赤外レーザの光出射端面及び前記基板の上面に平行な方向に延びる溝により分断されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記赤色レーザは、前記第１のリッジ部上に開口部を有し、少なくとも前記赤色側ウイング領域及び前記第１のチャネル溝内で、前記第１の半導体層と前記第１の電極とに挟まれた第１の絶縁膜をさらに有し、
前記赤外レーザは、前記第２のリッジ部上に開口部を有し、少なくとも前記赤外側ウイング領域及び前記第２のチャネル溝内で、前記第２の半導体層と前記第２の電極とに挟まれた第２の絶縁膜をさらに有していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体レーザ素子において、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、又はＴｉＯ２で構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１５】
請求項１〜１４のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記第１の電極上及び前記第２の電極上に接合されたサブマウントをさらに備えていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１６】
請求項１５に記載の半導体レーザ素子において、
前記サブマウントは、前記基板の構成材料よりも熱膨張係数が小さい材料で構成されることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の半導体レーザ素子において、
前記サブマウントは、ＡｌＮ、ＳｉＣ、又はＳｉで構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１８】
請求項１〜１７のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記第１のチャネル溝の深さと前記複数の第１のウイング溝の深さとはほぼ等しく、
前記第２のチャネル溝の深さと前記複数の第２のウイング溝の深さとはほぼ等しいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１９】
基板の赤色レーザ形成領域上に第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層を含む第１の半導体層とを形成するとともに、前記基板の赤外レーザ形成領域上に第１導電型の第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に形成された第２導電型の第４のクラッド層を含む第２の半導体層とを形成する工程（ａ）と、
前記第１の半導体層の一部と前記第２の半導体層の一部とを同時に除去することで、前記第１の半導体層の一部で構成されたストライプ状の第１のリッジ部と、前記第１のリッジ部の両側方に、前記第１の半導体層の一部で構成されたストライプ状の複数の第１のダミーリッジ部、及び前記複数の第１のダミーリッジ部を区画する複数の第１のウイング溝が形成された赤色側ウイング領域と、前記第１のリッジ部と前記赤色側ウイング領域との間にそれぞれ位置する第１のチャネル溝とを形成するとともに、前記第２の半導体層の一部で構成されたストライプ状の第２のリッジ部と、前記第２のリッジ部の両側方に、前記第２の半導体層の一部で構成されたストライプ状の複数の第２のダミーリッジ部、及び前記複数の第２のダミーリッジ部を区画する複数の第２のウイング溝が形成された赤外側ウイング領域と、前記第２のリッジ部と前記赤外側ウイング領域との間にそれぞれ位置する第２のチャネル溝とを形成する工程（ｂ）と、
前記第１のリッジ上からその両側方の前記赤色側ウイング領域上に亘って設けられ、一部が前記複数の第１のウイング溝及び前記第１のチャネル溝に埋め込まれた第１の電極と、前記第２のリッジ上からその両側方の前記赤外側ウイング領域上に亘って設けられ、一部が前記複数の第２のウイング溝及び前記第２のチャネル溝に埋め込まれた第２の電極とを形成することで、前記第１のクラッド層、前記第１の活性層、前記赤色側ウイング領域が形成された前記第１の半導体層、及び前記第１の電極を有する赤色レーザと、前記第２のクラッド層、前記第２の活性層、前記赤外側ウイング領域が形成された前記第２の半導体層、及び前記第２の電極を有する赤外レーザとを形成する工程（ｃ）とを備えている半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
前記工程（ｃ）の後、前記基板をチップ状に個片化することで、前記赤色レーザと前記赤外レーザとが各々に設けられた半導体レーザ素子を形成する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後、前記第１の電極及び前記第２の電極をサブマウント上に接合させる工程（ｅ）とをさらに備え、
前記工程（ｄ）では、前記赤色レーザ及び前記赤外レーザの光出射端面及び前記基板の上面に平行な方向について、前記半導体レーザ素子は前記第１の電極及び前記第２の電極が内側となるように反っていることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載された技術は、光ディスク装置のピックアップ用光源、その他の電子装置、情報処理装置などの光源として用いられる赤色及び赤外域の半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクは高密度記録が可能な情報媒体であり、大容量のデジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）及びその再生用のＤＶＤ装置が市販されてから、急速に需要が伸びている。近年では、波長４０５ｎｍのレーザ光で記録、再生が行われるブルーレイディスク（登録商標；以下「ＢＤ」と略記）の市場が拡大しつつある。
【０００３】
ＢＤ用の光ピックアップ装置としては、ＢＤ用レーザ素子の他に、ＤＶＤ用レーザ素子とＣＤ用レーザ素子の両方を搭載したハイブリッド型の光ピックアップ装置が主流となっている。現在、そのハイブリッド型光ピックアップ装置では、小型化を実現するため、ＤＶＤ用レーザ素子とＣＤ用レーザ素子とが一つの基板上に集積化されたモノリシック型２波長レーザ素子が用いられている。
【０００４】
図２１は、従来の２波長半導体レーザ素子を示す断面図である。ここで、同図における奥行き方向がいわゆる共振器方向であり、光出射方向に平行な（光出射端面に垂直な）方向である。また、図２１における左右方向は、光出射端面及び基板面に平行な端面方向である。図２１に示すように、従来の２波長半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板８１０上に、赤色レーザ８０１と赤外レーザ８０２とが集積化されることで構成されている。
【０００５】
赤色レーザ８０１では、ｎ型ＧａＡｓ基板８１０上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層８１１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８１２、活性層８１３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８１４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層８１５、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８１６が順次形成されている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８１４の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層８１５、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層８１６のうち二本の溝に挟まれた部分はリッジ部８４０を構成している。
【０００６】
また、赤色レーザ８０１には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８１６上及び溝の内面を覆い、リッジ部８４０上に開口が形成されたＳｉＮからなる電流ブロック層８１７が形成されており、リッジ部８４０のｐ型ＧａＡｓコンタクト層８１６上及び電流ブロック層８１７上には、電極８３１が形成されている。電流ブロック層８１７に形成された開口を通してリッジ部８４０に電流が注入される。
【０００７】
また、ｎ型ＧａＡｓ基板８１０の下には電極８３３が形成され、赤色レーザを駆動するための電流は電極８３１、８３３を通して流すことができる。
【０００８】
赤外レーザ８０２では、ｎ型ＧａＡｓ基板８１０上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層８２１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８２２、活性層８２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８２４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層８２５、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８２６が順次形成されている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８２４の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層８２５、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層８２６のうち二本の溝に挟まれた部分はリッジ部８４１を構成している。
【０００９】
また、赤外レーザ８０２には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８２６上及び溝の内面を覆い、リッジ部８４１上に開口が形成されたＳｉＮからなる電流ブロック層８２７が形成されており、リッジ部８４１のｐ型ＧａＡｓコンタクト層８２６上及び電流ブロック層８２７上には、電極８３２が形成されている。電流ブロック層８２７に形成された開口を通してリッジ部８４１に電流が注入される。赤外レーザ８０２を駆動するための電流は電極８３２、８３３を通して流すことができる。
【００１０】
図２１に示す２波長半導体レーザ素子は、活性層に近い方の電極８３１、８３２がサブマウント（図示せず）と接するように、半田を用いていわゆるジャンクションダウンで実装される。このようにすることで、ヒートシンクとなるサブマウントと活性層との間隔を数ミクロンの距離まで近づけることができるので、活性層で発生した熱を効率良くサブマウントを介して放熱することができる。
【００１１】
従来例の２波長半導体レーザ素子において、赤色レーザ８０１、赤外レーザ８０２では共に同一材料系であるＡｌＧａＩｎＰクラッド層を用いているために、活性層とｐ型クラッド層との界面での伝導帯のエネルギーの差（ΔＥｃ）については、赤外レーザ８０２のΔＥｃは赤色レーザ８０１のΔＥｃよりも大きくなる。このため、赤外レーザ８０２は、赤色レーザ８０１と比較して、高温動作においてもキャリアオーバーフローの発生を抑制でき、光出力の低下が生じにくくなる。ここで、キャリアオーバーフローとは、活性層に注入された電子や正孔が、駆動中の半導体レーザ素子の自己発熱により熱的に励起されて、クラッド層に漏れ出す現象のことである。
【００１２】
放熱性の高さは電極の幅に依存するため、２波長半導体レーザ素子全体の幅を一定とした場合、赤色レーザ８０１の電極の幅Ｗ１を赤外レーザ８０２の電極の幅Ｗ２よりも大きくすることで、赤色、赤外レーザ共に良好な温度特性を実現することができる。
【００１３】
また、高温で２波長半導体レーザ素子をサブマウント上に半田を用いて実装した後、室温へ降温すると、サブマウントと２波長半導体レーザ素子を構成する材料（ＧａＡｓ）の熱膨張係数の差により、レーザ素子には残留応力が発生する。これについて、特許文献１には、赤色レーザの電極幅Ｗ１を７０μｍ以上、９０μｍ以下とし、赤外レーザの電極幅Ｗ２を６０μｍ以上、８０μｍ以下の範囲に設定することによって、温度特性の低下と偏光特性の低下を抑制しながら、２波長半導体レーザ素子のチップ面積の縮小を図ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２７７９３４号公報
【特許文献２】特開２００４−３６３１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
近年、光ピックアップ装置のさらなる小型化のため、ＤＶＤ／ＣＤ用のモノリシック２波長半導体レーザ素子とＢＤ用の青色レーザ素子とが集積化された３波長レーザ素子の開発が進められている。３波長レーザ素子を用いる場合、同一の光ディスク装置内にＤＶＤ／ＣＤ用の光ピックアップ装置とＢＤ用光ピックアップ装置とを設ける必要がある。そのため、光ディスク装置に用いられる部品の小型化や部品点数の削減がこれまで以上に要望されている。従って、２波長半導体レーザ素子については、小型化を進めるとともに、放熱部品が削減された場合でも動作特性への影響が小さいように、温度特性を向上させる必要がある。
【００１６】
従来の２波長半導体レーザ素子において、共振器長を一定にする条件下では、チップ幅（ｎ型ＧａＡｓ基板８１０の幅）を縮小したり、赤色レーザ８０１のリッジ部８４０の中心位置と赤外レーザ８０２のリッジ部の中心位置との間隔（発光点間隔）を縮小したりすることが、２波長半導体レーザ素子の小型化に有効である。
【００１７】
しかしながら、電極幅Ｗ１、Ｗ２を上述の適正範囲を超えて単純に狭めた場合、電極８３１、８３２を介した放熱量が低下して温度特性が低下する。さらに、サブマウント上に搭載した後、電極８３１、８３２のそれぞれの端面方向（図２１での左右方向）の端部には大きな残留応力が加わるところ、電極幅Ｗ１、Ｗ２を狭めることで電極８３１、８３２の電極端とこれに対応するリッジ部８４０、８４１との距離が縮まり、リッジ部８４０、８４１及びその下方の活性層８１３、８２３に大きな応力が加わってしまう。
【００１８】
また、半導体レーザ素子をサブマウント上にジャンクションダウンで実装する際に生じる残留応力によって、２波長半導体レーザ素子とサブマウントとの間に反りが発生するおそれがある。これについて説明する。
【００１９】
図２２は、従来の半導体レーザ素子をサブマウント上に搭載する際に発生する反りについて説明する模式図である。ＧａＡｓなどからなる基板を有する半導体レーザ素子９０２をＡｌＮなどからなるサブマウント３０１上に高温でジャンクションダウン実装した後、室温に戻すと、サブマウント３０１と基板との熱膨張率の差による残留応力が発生する。この結果、図２２に示すように、共振器方向（図中の長手方向）において、半導体レーザ素子９０２はサブマウント３０１との実装面が上に凸な形状となるように湾曲する。
【００２０】
一般的に、半導体レーザ素子９０２のような弾性を有する固体材料が平板状（直方体状）であって、長手方向（図２２では共振器方向）に上に凸の方向に反るような応力が働いた場合、半導体レーザ素子９０２は短手方向（端面方向）に、下に凸の方向に反るような「鞍形」の形状に変形する。
【００２１】
このように変形するのは、弾性を有する固体材料の次のような性質によるものである。弾性を有する固体材料に、応力を加えて形状を変形させると、その固体材料は元々の体積が一定となるように変形する。ここで、図２２左図に示すような直方体ＡＢＣＤＥＦＧを考える。この直方体は、半導体レーザ素子の形状を模式的に示すものとする。同じく図４２２に示すレーザ素子においては、サブマウント３０１と基板との熱膨張係数の差により、半導体レーザ素子９０２の上面（直方体では面ＡＢＣＤ）の線分ＢＣ、ＡＤ方向には引張性の応力が加わり、線分ＢＣ、ＡＤの方向に半導体レーザ素子は伸びる。逆に、半導体レーザ素子９０２の下面（直方体では面ＥＦＧＨ）の線分ＦＧ、ＥＨの方向には、圧縮性の応力が加わり、線分ＦＧ、ＥＨの方向には半導体レーザ素子は縮むことになる。
【００２２】
この場合、半導体レーザ素子９０２の体積を変形前後で同一にするためには、直方体の上面の線分ＡＢ、ＤＣ方向には圧縮性の応力が生じ、線分ＡＢ、ＤＣ方向に半導体レーザ素子９０２は縮み、逆に、直方体の下面の線分ＥＦ、ＨＧ方向には引張性の応力が加わり、線分ＥＦ、ＨＧの方向には素子は伸びることになる。この結果、直方体は図２２に示すような「鞍形」を示すことになる。つまり、線分ＡＢ方向の端面方向の反りが大きいと、線分ＥＦ方向にも大きな応力が生じていることになる。半導体レーザ素子９０２をジャンクションダウンで実装すると、活性層は図２２に示す直方体において、線分ＥＦ近傍に位置するため、活性層の端面方向に大きな応力が生じることになる。
【００２３】
半導体レーザ素子９０２においては、素子の幅よりも共振器長の方が長い素子構造であるため、半導体レーザ素子９０２に生じる応力としては、共振器方向に生じる熱膨張係数差による応力の影響が支配的となる。この場合、図２２に示すように、前述の理由から、端面方向には共振器方向に生じる凸型の反りとは逆の凹型の反りを発生させるように応力が働く。このため、半導体レーザ素子９０２は図２２示すような鞍形となるのである。この実装によって生じる端面方向の残留応力は、レーザ端面に平行な面内のせん断応力を生じさせるため、半導体材料の屈折率異方性による複屈折が生じさせる。このため、従来の半導体レーザ素子９０２において、チップ幅を単に狭くすると温度特性が悪くなるだけでなく、反りの発生により偏光特性が低下するという課題が発生する。
【００２４】
上記課題に鑑み、本発明は、赤色レーザと赤外レーザとが同一基板上に集積化されてなる半導体レーザ素子において、小型化を実現した上で、赤色レーザ、赤外レーザの両方について良好な高温特性と良好な偏光特性とを両立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の実施形態の一例に係る半導体レーザ素子は、基板上に集積化された赤色レーザと赤外レーザとを備えている。前記赤色レーザは、前記基板上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層を含み、一部が前記赤色レーザの光出射端面に対してほぼ垂直な方向に延伸する第１のリッジ部を構成する第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成された第１の電極とを有し、前記赤外レーザは、前記基板上に形成された第１導電型の第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に形成された第２導電型の第４のクラッド層を含み、一部が前記赤外レーザの光出射端面に対してほぼ垂直な方向に延伸する第２のリッジ部を構成する第２の半導体層と、前記第２の半導体層上に形成された第２の電極とを有している。
【００２６】
また、前記赤色レーザは、前記第１のリッジ部の両側方に、それぞれ第１のチャネル溝を間に挟んで設けられ、前記第１の半導体層の一部で構成された複数の第１のダミーリッジ部と、前記複数の第１のダミーリッジ部を区画すると共に、前記第１の電極によって埋め込まれた複数の第１のウイング溝とが形成され、前記第１の電極により覆われた赤色側ウイング領域とを有しており、前記赤外レーザは、前記第２のリッジ部の両側方に、それぞれ第２のチャネル溝を間に挟んで設けられ、前記第２の半導体層の一部で構成された複数の第２のダミーリッジ部と、前記複数の第２のダミーリッジ部を区画すると共に、前記第２の電極によって埋め込まれた複数の第２のウイング溝とが形成され、前記第２の電極により覆われた赤外側ウイング領域とを有している。
【００２７】
以上の構成によれば、複数の第１のウイング溝が形成された赤色側ウイング領域を有していることにより、平面面積を増加させることなく第１の半導体層と第１の電極との接触面積を大きくできるので、赤色レーザの放熱性を向上させ、ひいては半導体レーザ素子全体としての放熱性を向上させることができる。また、第１のウイング溝と第２のウイング溝が第１の電極、第２の電極でそれぞれ埋め込まれているので、基板と電極材料との熱膨張係数の違いに起因して、実装前に第１の電極及び第２の電極が内側を向くように半導体レーザ素子は反る。この反りは実装後にサブマウントから受ける応力を低減する方向の反りであるので、サブマウント等に半導体レーザ素子を搭載した場合に、第１のリッジ部及び第１の活性層に加わる残留応力と、第２のリッジ部及び第２の活性層に加わる残留応力とを効果的に低減できる。そのため、サブマウント等に実装した後に生じる反りを低減し、赤色レーザ及び赤外レーザの偏向特性を改善することができる。
【００２８】
なお、第１のリッジ部が光出射端面に対して「ほぼ」垂直な方向に延伸するとは、第１のリッジ部を形成する際のフォトリソグラフィの精度等により、第１のリッジ部の延伸方向が光出射端面に対して完全に垂直とならない場合も含むことを意味している。これは、第２のリッジ部についても同様である。
【００２９】
また、前記第１のチャネル溝の深さと前記複数の第１のウイング溝の深さとはほぼ等しく、前記第２のチャネル溝の深さと前記複数の第２のウイング溝の深さとはほぼ等くてもよい。ここで、溝の深さが「ほぼ」等しいとは、エッチング等のばらつきにより各溝の深さが完全に等しくならない場合も含むことを意味している。
【００３０】
本発明の実施形態の一例に係る半導体レーザ素子の製造方法は、基板の赤色レーザ形成領域上に第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層を含む第１の半導体層とを形成するとともに、前記基板の赤外レーザ形成領域上に第１導電型の第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に形成された第２導電型の第４のクラッド層を含む第２の半導体層とを形成する工程（ａ）と、前記第１の半導体層の一部と前記第２の半導体層の一部とを同時に除去することで、前記第１の半導体層の一部で構成されたストライプ状の第１のリッジ部と、前記第１のリッジ部の両側方に、前記第１の半導体層の一部で構成されたストライプ状の複数の第１のダミーリッジ部、及び前記複数の第１のダミーリッジ部を区画する複数の第１のウイング溝が形成された赤色側ウイング領域と、前記第１のリッジ部と前記赤色側ウイング領域との間にそれぞれ位置する第１のチャネル溝とを形成するとともに、前記第２の半導体層の一部で構成されたストライプ状の第２のリッジ部と、前記第２のリッジ部の両側方に、前記第２の半導体層の一部で構成されたストライプ状の複数の第２のダミーリッジ部、及び前記複数の第２のダミーリッジ部を区画する複数の第２のウイング溝が形成された赤外側ウイング領域と、前記第２のリッジ部と前記赤外側ウイング領域との間にそれぞれ位置する第２のチャネル溝とを形成する工程（ｂ）と、前記第１のリッジ上からその両側方の前記赤色側ウイング領域上に亘って設けられ、一部が前記複数の第１のウイング溝及び前記第１のチャネル溝に埋め込まれた第１の電極と、前記第２のリッジ上からその両側方の前記赤外側ウイング領域上に亘って設けられ、一部が前記複数の第２のウイング溝及び前記第２のチャネル溝に埋め込まれた第２の電極とを形成することで、前記第１のクラッド層、前記第１の活性層、前記赤色側ウイング領域が形成された前記第１の半導体層、及び前記第１の電極を有する赤色レーザと、前記第２のクラッド層、前記第２の活性層、前記赤外側ウイング領域が形成された前記第２の半導体層、及び前記第２の電極を有する赤外レーザとを形成する工程（ｃ）とを備えている。
【００３１】
この方法によれば、工程（ｂ）において、第１のリッジ部及び第２のリッジ部の形成と同時に、複数の第１のウイング溝が形成された赤色側ウイング領域と、複数の第２のウイング溝が形成された赤外側ウイング領域とを形成することができるので、高温特性及び偏向特性に優れた半導体レーザ素子を、従来の方法に比べて工程数を増加させることなく作成することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の実施形態の一例に係る半導体レーザ素子によれば、小型化を実現した上で、赤色レーザ、赤外レーザの両方について良好な高温特性と良好な偏光特性とを両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の、図１に示すII-II線における断面図である。
【図３】サブマウント上に実装された状態の実施形態に係る半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】サブマウント上に実装していない状態の半導体レーザ素子において、ウイング溝の占有率と、ｐ側電極の形成により発生する反り（曲率半径）との関係の計算結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子をサブマウント上に実装した場合の反りの状態を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子をサブマウント上に３５０℃にて実装した場合における、赤色レーザの活性層に生じる応力のＡ２／Ｓ２依存性についての計算結果を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態の第１の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。
【図１５】第１の変形例に係る半導体レーザ素子の、図１４に示すXV-XV線における断面図である。
【図１６】ＡｌＧａＩｎＰ系のクラッド層を有した一般的なレーザにおける、レーザ駆動時の発光点位置からの水平方向（基板面及び光出射端面に平行な方向）の距離と上昇温度との関係の計算結果を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態の第２の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。
【図１８】本発明の実施形態の第３の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。
【図１９】本発明の実施形態の第４の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。
【図２０】本発明の実施形態の第５の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。
【図２１】従来の２波長半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図２２】従来の半導体レーザ素子をサブマウント上に搭載する際に発生する反りについて説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（実施形態）
−半導体レーザ素子の構成−
以下に、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子について、図面を参照しながら説明する。  
【００３５】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図であり、図２は、本実施形態の半導体レーザ素子の、図１に示すII-II線における断面図である。理解を容易にするため、図２では図１の断面を拡大して示している。図１では、構造が理解しやすいようにｐ側電極３２、３４の下に位置するウイング溝等の構造を示している。ここで、図１における上下方向、及び図２における奥行き方向が共振器方向であり、光出射方向に平行な方向、言い換えれば光出射端面（共振器端面）に対して垂直な方向である。光出射端面は赤色レーザ１及び赤外レーザ２の図１における上側の端面であり、後端面は下側の面である。
【００３６】
図１、２に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ素子５０は、例えば（１００）面から[０１１]方向に１０°傾けた面を主面（結晶成長面）とするｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化されることで構成されている。赤色レーザ１と赤外レーザ２の共振器長Ｌは互いに等しくなっている。赤色レーザ１、赤外レーザ２の共振器長方向の端面（共振器長方向に対して垂直な面）からそれぞれ赤色光、赤外光が出射される。
【００３７】
赤色レーザ１では、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなり、膜厚が例えば０．５μｍのバッファ層１１と、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が例えば２．０μｍのｎ型クラッド層１２と、膜厚が３４ｎｍ程度の歪み量子井戸活性層１３と、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層１４と、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が例えば５０ｎｍである保護層１５と、ｐ型ＧａＡｓからなり、膜厚が例えば０．４μｍのコンタクト層１６とが順次形成されている。歪み量子井戸活性層１３は、膜厚が４ｎｍのＧａＩｎＰからなるウェル層（図示せず）と、膜厚が６ｎｍのＡｌＧａＩｎＰバリア層（図示せず）とで構成されている。
【００３８】
また、ｐ型クラッド層１４の上部、保護層１５、及びコンタクト層１６のうち、それぞれ共振器方向に延びる赤色側チャネル溝１０４ａと赤色側チャネル溝１０４ｂとに挟まれた部分は、光導波路として機能するリッジ部１０１を構成する。このリッジ部１０１は、赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂの底面を基準とした場合の凸状部分であり、共振器方向にストライプ状に延びている。本実施形態では、リッジ部１０１及び赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂが、赤色レーザ１の前端面から後端面に至るまで形成されている。
【００３９】
リッジ部１０１を構成するｐ型クラッド層１４の上端から歪み量子井戸活性層１３までの距離は例えば１．４μｍであり、リッジ部１０１の下端部から歪み量子井戸活性層１３までの距離（ｄｐ１）は、例えば０．２μｍである。
【００４０】
本実施形態の半導体レーザ素子５０では、従来の半導体レーザ素子と異なり、リッジ部１０１及び赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂを間に挟んだ両側に赤色側ウイング領域が形成されている。図２では、２つの赤色側ウイング領域のうち、赤外レーザ２に近い方が赤色側ウイング領域１０３ａ、赤外レーザ２から遠い方が赤色側ウイング領域１０３ｂとして示されている。後述するが、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂは、半導体レーザ素子５０のジャンクションダウン実装時に、リッジ部１０１に加わる応力を分散するため、及び赤色レーザ１の放熱性を向上させるために形成される領域である。
【００４１】
赤色側ウイング領域１０３ａには、リッジ部１０１から見て赤色レーザ１の端面及びｎ型ＧａＡｓ基板１０の主面に平行な方向（端面方向）に位置し、共振器方向に延伸する複数のダミーリッジ部１２０ａが設けられている。また、赤色側ウイング領域１０３ｂには、リッジ部１０１から見て、赤色レーザ１の端面方向に位置し、共振器方向に延伸する複数のダミーリッジ部１２０ｂが設けられている。なお、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂは、ウイング溝１０２の底面を基準とした場合の凸状部分であり、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂには半導体レーザ素子５０の動作時に実質的に電流は流れない。ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂはストライプ状に形成されているとも言える。
【００４２】
赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂでは、共振器方向に延びるウイング溝１０２がそれぞれ１本以上設けられている。図２に示す例では、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂにウイング溝１０２が複数本ずつ設けられている。上述のダミーリッジ部１２０ａは、ｐ型クラッド層１４の上部、保護層１５、及びコンタクト層１６が、ウイング溝１０２同士、又はウイング溝１０２と赤色側チャネル溝１０４ａとによって区画されることで形成される。ダミーリッジ部１２０ｂは、ｐ型クラッド層１４の上部、保護層１５、及びコンタクト層１６が、ウイング溝１０２同士、又はウイング溝１０２と赤色側チャネル溝１０４ｂによって区画されることで形成される。以上のように、ウイング溝１０２は、ｐ型クラッド層１４を含む半導体層に設けられている。
【００４３】
ウイング溝１０２はそれぞれ赤色レーザ１の光出射端面から後端面に達するまで設けられており、ウイング溝１０２に挟まれたダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂも共振器方向の前端部から後端部まで延びている。
【００４４】
なお、赤色レーザ１の作製プロセスにおいて、製造工程数の増大を抑え、製造コストの増加を抑えるために、リッジ部１０１の形成とダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの形成とを同時に行うことが好ましい。従って、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂを構成する各層の膜厚及び組成は、リッジ部１０１を構成する各層の膜厚及び組成と同一となっていることが好ましい。この場合、ウイング溝１０２の深さは赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂの深さとほぼ同じになっている。ただし、必要に応じてリッジ部１０１の高さとダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの高さを変えてもよい。
【００４５】
また、リッジ部１０１から見て赤色側ウイング領域１０３ａの外側には、赤色側素子分離溝１００ａが形成されており、赤色側ウイング領域１０３ｂの外側には、赤色側素子分離溝１００ｂが形成されている。赤色側素子分離溝１００ａ、１００ｂは、共にウイング溝１０２、及び赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂよりも深い。
【００４６】
また、赤色レーザ１は、リッジ部１０１の側面上、赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂの内面上、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの側面上及び上面上、ウイング溝１０２の底面上及び側面上、赤色側素子分離溝１００ａ、１００ｂの内面上を覆い、リッジ部１０１の上面上に開口が形成された絶縁膜１７と、絶縁膜１７を間に挟んでリッジ部１０１上から赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ上にまで設けられた下地電極３１と、下地電極３１上のｐ側電極３２とをさらに備えている。絶縁膜１７は、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂとｐ側電極３２との間で絶縁性を確保するために設けられているが、ここではリッジ部１０１の上面からのみ電流を注入するための電流ブロック層としても機能している。このように、絶縁膜１７を電流ブロック層としても機能させることにより、絶縁膜の形成工程と電流ブロック層の形成工程とを同一工程とすることができる。このため、半導体レーザ素子５０の製造工程数の増加を抑えることができ、製造コストの増加の抑制を図ることができる。本実施形態では、絶縁膜１７の構成材料としてＳｉＮを用いているが、その他に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5等を用いてもよい。
【００４７】
下地電極３１は、例えば合計膜厚が３００ｎｍ程度のＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層膜等で構成されており、赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂの内面及びウイング溝１０２の内面に沿って設けられている。ｐ側電極３２は、リッジ部１０１上から赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ上に亘って設けられるとともに、赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂ内、ウイング溝１０２内に埋め込まれている。ｐ側電極３２は、例えばメッキ法等により形成されたＡｕなど、放熱性の高い材料により構成される。
【００４８】
なお、図２に示すように、下地電極３１、ｐ側電極３２の端面方向の幅は、赤色側ウイング領域１０３ａと赤色側素子分離溝１００ａとの境界よりも赤色側ウイング領域１０３ａ側に電極形成プロセス上のマージンの分だけ狭めることが好ましく、且つ、赤色側ウイング領域１０３ｂと赤色側素子分離溝１００ｂとの境界よりも、赤色側ウイング領域１０３ｂ側に電極形成プロセス上のマージンの分だけ狭めることが好ましい。
【００４９】
フォトリソグラフィーの精度、エッチングの精度等に対応するためには、下地電極３１、ｐ側電極３２は、赤色側ウイング領域１０３ａと赤色側素子分離溝１００ａとの境界、及び赤色側ウイング領域１０３ｂと赤色側素子分離溝１００ｂとの境界よりも赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ側にそれぞれ少なくとも３μｍ以上のマージンを取ることが好ましい。ただし、本実施形態の半導体レーザ素子５０において、放熱性の改善及びレーザ素子に加わる残留応力の低減を図るためには、下地電極３１、ｐ側電極３２の平面面積を可能な限り大きくする必要があるため、赤色側ウイング領域１０３ａと赤色側素子分離溝１００ａの境界、及び赤色側ウイング領域１０３ｂと赤色側素子分離溝１００ｂとの境界から、それぞれ赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ側に３μｍ以上、７μｍ以下の範囲でマージンを設けることがより好ましい。
【００５０】
また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面に対向する面（裏面）上にはｎ側電極４０が形成される。ｎ側電極４０は、赤色レーザ１と赤外レーザ２とで共用されている。赤色レーザ１を駆動するための電流はｐ側電極３２及びｎ側電極４０を通して注入することができる。
【００５１】
以上の構造を有する赤色レーザ１において、コンタクト層１６から注入された電流は電流ブロック層として機能する絶縁膜１７によりリッジ部１０１のみに流れ、歪み量子井戸活性層１３のうちリッジ部１０１の直下方に位置する部分に集中して注入される。これにより、数十ｍＡ程度の少ない電流の注入で、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態を実現することができる。
【００５２】
歪み量子井戸活性層１３へ注入されたキャリアの再結合により発生した光は、歪み量子井戸活性層１３の主面に対して垂直な方向について、ｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４による光閉じ込めを受ける。また、絶縁膜１７の屈折率がｐ型クラッド層１４の屈折率よりも低いので、歪み量子井戸活性層１３で発生した光は、歪み量子井戸活性層１３の主面に対して平行な方向の光閉じ込めを受ける。また、絶縁膜１７はレーザ発振光に対して透明であるためほとんど光を吸収せず、低損失の導波路を実現することができる。また、ストライプ状のリッジ部１０１内外の実効屈折率差（Δn）は、上述のｄｐ１により１０-3のオーダで精密に制御することができる。このため、以上の構成によれば、光分布を精密に制御しつつ、低動作電流の高出力半導体レーザを得ることができる。
【００５３】
一方、赤外レーザ２では、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなり、膜厚が例えば０．５μｍのバッファ層２１と、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が例えば２．０μｍのｎ型クラッド層２２と、膜厚が例えば２０ｎｍ程度の量子井戸活性層２３と、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層２４と、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が例えば５０ｎｍである保護層２５と、ｐ型ＧａＡｓからなり、膜厚が例えば０．４μｍのコンタクト層２６とが順次形成されている。量子井戸活性層２３は、膜厚が例えば４ｎｍのＧａＡｓウェル層（図示せず）と、膜厚が例えば４ｎｍのＡｌＧａＡｓバリア層（図示せず）とで構成されている。
【００５４】
また、ｐ型クラッド層２４の上部、保護層２５、及びコンタクト層２６のうち、それぞれ共振器方向に延びる赤外側チャネル溝２０４ａと赤外側チャネル溝２０４ｂとに挟まれた部分は、光導波路として機能するリッジ部２０１を構成する。このリッジ部２０１は、赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂの底面を基準とした場合の凸状部分であり、共振器方向にストライプ状に延びている。本実施形態では、リッジ部２０１及び赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂは光出射端面から後端面に至るまで形成されている。
【００５５】
リッジ部２０１を構成するｐ型クラッド層２４の上端から量子井戸活性層２３までの距離は、例えば１．４４μｍであり、リッジ部２０１の下端部から量子井戸活性層２３までの距離（ｄｐ２）は、例えば０．２４μｍである。
【００５６】
本実施形態の半導体レーザ素子５０では、リッジ部２０１及び赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂを間に挟んだ両側に赤外側ウイング領域が形成されている。図２では、２つの赤外側ウイング領域のうち、赤色レーザ１から遠い方が赤外側ウイング領域２０３ａ、赤色レーザ１に近い方が赤外側ウイング領域２０３ｂとして示されている。赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂは、半導体レーザ素子５０のジャンクションダウン実装時に、リッジ部２０１に加わる応力を分散するために形成される領域である。
【００５７】
赤外側ウイング領域２０３ａには、リッジ部２０１から見て赤外レーザ２の端面及びｎ型ＧａＡｓ基板１０の主面に平行な方向（端面方向）に位置し、共振器方向に延伸する複数のダミーリッジ部１２２ａが設けられている。また、赤外側ウイング領域２０３ｂには、リッジ部２０１から見て、赤外レーザ２の端面方向に位置し、共振器方向に延伸する複数のダミーリッジ部１２２ｂが設けられている。なお、ダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂは、ウイング溝２０２の底面を基準とした場合の凸状部分であり、ダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂには半導体レーザ素子５０の動作時に実質的に電流は流れない。ダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂはストライプ状に形成されているとも言える。
【００５８】
赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂでは、共振器方向に延びるウイング溝２０２がそれぞれ１本以上設けられている。図２に示す例では、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにウイング溝２０２が複数本ずつ設けられている。上述のダミーリッジ部１２２ａは、ｐ型クラッド層２４の上部、保護層２５、及びコンタクト層２６が、ウイング溝２０２同士、又はウイング溝２０２と赤外側チャネル溝２０４ａとによって区画されることで形成される。ダミーリッジ部１２２ｂは、ｐ型クラッド層２４の上部、保護層２５、及びコンタクト層２６が、ウイング溝２０２同士、又はウイング溝２０２と赤外側チャネル溝２０４ｂによって区画されることで形成される。
【００５９】
ウイング溝２０２はそれぞれ赤外レーザ２の光出射端面から後端面に達するまで設けられており、ウイング溝２０２に挟まれたダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂも共振器方向の前端部から後端部まで延びている。以上のように、ウイング溝２０２は、ｐ型クラッド層２４を含む半導体層内に設けられている。
【００６０】
なお、赤外レーザ２の作製プロセスにおいて、製造工程数の増大を抑え、製造コストの増加を抑えるために、リッジ部２０１の形成とダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂの形成とを同時に行うことが好ましい。従って、ダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂを構成する各層の膜厚及び組成は、リッジ部２０１を構成する各層の膜厚及び組成と同一となっていることが好ましい。この場合、ウイング溝２０２の深さは赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂの深さとほぼ同じになっている。ただし、必要に応じてリッジ部１０１の高さとダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの高さを変えてもよい。
【００６１】
また、リッジ部１０１から見て赤外側ウイング領域２０３ａの外側には、赤外側素子分離溝１００ｃが形成されており、赤外側ウイング領域２０３ｂの外側には、赤外側素子分離溝１００ｄが形成されている。赤外側素子分離溝１００ｃ、１００ｄは、共にウイング溝２０２、及び赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂよりも深い。
【００６２】
また、赤外レーザ２は、リッジ部２０１の側面上、赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂの内面上、ダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂの側面上及び上面上、ウイング溝２０２の底面上及び側面上、赤外側素子分離溝１００ｃ、１００ｄの内面上を覆い、リッジ部２０１の上面上に開口が形成された絶縁膜２７と、絶縁膜２７を間に挟んでリッジ部２０１上から赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ上にまで設けられた下地電極３３と、下地電極３３上のｐ側電極３４とをさらに備えている。絶縁膜２７は、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂとｐ側電極３４との間で絶縁性を確保するために設けられているが、ここではリッジ部２０１の上面からのみ電流を注入するための電流ブロック層としても機能している。このように、絶縁膜２７を電流ブロック層としても機能させることにより、絶縁膜の形成工程と電流ブロック層の形成工程とを同一工程とすることができる。このため、半導体レーザ素子５０の製造工程数の増加を抑えることができ、製造コストの増加の抑制を図ることができる。本実施形態では、絶縁膜２７の構成材料としてＳｉＮを用いているが、その他に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5等を用いてもよい。
【００６３】
下地電極３３は、例えば全体の膜厚が３００ｎｍ程度のＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層膜等で構成されており、赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂの内面及びウイング溝２０２の内面に沿って設けられている。ｐ側電極３４は、リッジ部２０１上から赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ上に亘って設けられるとともに、赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂ内、ウイング溝２０２内に埋め込まれている。ｐ側電極３４は、例えばメッキ法等により形成されたＡｕなど、放熱性の高い材料により構成される。
【００６４】
なお、図２に示すように、下地電極３３、ｐ側電極３４の端面方向の幅は、赤外側ウイング領域２０３ａと赤色側素子分離溝１００ｃとの境界よりも赤外側ウイング領域２０３ａ側に電極形成プロセス上のマージンの分だけ狭めることが好ましく、且つ、赤外側ウイング領域２０３ｂと赤外側素子分離溝１００ｄとの境界よりも、赤外側ウイング領域２０３ｂ側に電極形成プロセス上のマージンの分だけ狭めることが好ましい。
【００６５】
フォトリソグラフィーの精度、エッチングの精度等に対応するためには、下地電極３３、ｐ側電極３４は、赤外側ウイング領域２０３ａと赤外側素子分離溝１００ｃとの境界、及び赤外側ウイング領域２０３ｂと赤外側素子分離溝１００ｄとの境界よりも赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ側にそれぞれ少なくとも３μｍ以上のマージンを取ることが好ましい。ただし、本実施形態の半導体レーザ素子５０において、放熱性の改善及びレーザ素子に加わる残留応力の低減を図るためには、下地電極３３、ｐ側電極３４の平面面積を可能な限り大きくする必要があるため、赤外側ウイング領域２０３ａと赤外側素子分離溝１００ｃの境界、及び赤外側ウイング領域２０３ｂと赤外側素子分離溝１００ｄとの境界から、それぞれ赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ側に３μｍ以上、７μｍ以下の範囲でマージンを設けることがより好ましい。
【００６６】
また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面に対向する面（裏面）上には、上述のようにｎ側電極４０が形成される。赤外レーザ２を駆動するための電流は、ｐ側電極３４及びｎ側電極４０を通して注入することができる。
【００６７】
以上の構造を有する赤外レーザ２において、コンタクト層２６から注入された電流は電流ブロック層として機能する絶縁膜２７によりリッジ部２０１のみに流れ、量子井戸活性層２３のうちリッジ部２０１の直下方に位置する部分に集中して注入される。これにより、数十ｍＡ程度の少ない電流の注入で、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態を実現することができる。
【００６８】
量子井戸活性層２３へ注入されたキャリアの再結合により発生した光は、量子井戸活性層２３の主面に対して垂直な方向について、ｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２４による光閉じ込めを受ける。また、絶縁膜２７の屈折率がｐ型クラッド層２４の屈折率よりも低いので、量子井戸活性層２３で発生した光は、量子井戸活性層２３の主面に対して平行な方向の光閉じ込めを受ける。また、絶縁膜２７はレーザ発振光に対して透明であるためほとんど光を吸収せず、低損失の導波路を実現することができる。また、ストライプ状のリッジ部２０１内外の実効屈折率差（Δn）は、上述のｄｐ２により１０-3のオーダで精密に制御することができる。このため、以上の構成によれば、光分布を精密に制御しつつ、低動作電流の高出力半導体レーザを得ることができる。
【００６９】
ここで、８０℃程度の高温で動作させる際の赤色レーザ１及び赤外レーザ２の放熱性を向上させるために、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の出力が共に３５０ｍＷ以上と高い場合には、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の共振器長を１５００μｍ以上とし、動作電流密度の低減を図っている。本実施形態では共振器長を１５００μｍとしている。
【００７０】
また、赤色レーザ１及び赤外レーザ２のそれぞれでは、光出射端面側の反射率が５％〜１０％、後端面側の反射率が９０％以上となるように、誘電体ミラーが形成されている。
【００７１】
図３は、サブマウント上に実装された状態の本実施形態の半導体レーザ素子を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の半導体レーザ素子５０は、歪み量子井戸活性層１３に近いｐ側電極３２、量子井戸活性層２３に近いｐ側電極３４がサブマウント３９に向かうように、いわゆるジャンクションダウンでサブマウント３９上に搭載される。この際には、半田層（接続部材）３５、３６を介して電極３７、３８とｐ側電極３２、３４にそれぞれ接するように半導体レーザ素子５０の実装を行う。実装に用いる半田層３５、３６の材料には、例えばＡｕＳｎ半田を用いる。ジャンクションダウンで半導体レーザ素子５０をサブマウント３９上に実装した場合、ヒートシンクとなるサブマウント３９と赤色レーザ１及び赤外レーザ２の活性層との間隔を数ミクロンの距離まで近づけることができるので、活性層で発生した熱を効果的にサブマウント３９へと伝達し、放散させることができる。なお、各活性層での発熱はリッジ部１０１、２０１近傍の光分布領域で生じ、ｐ側電極３２、３４を通じてサブマウント３９に放熱される。本実施形態に係る半導体レーザ素子５０では、サブマウント３９がＡｌＮで構成されているが、ＳｉやＳｉＣ等の他の材料で構成されていてもよい。
【００７２】
−半導体レーザ素子の製造方法−
次に、以上のような構造を有する半導体レーザ素子の製造方法について説明する。図４〜図１０は、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【００７３】
まず、図４に示すように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の結晶成長技術により、ウエハ状のｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなり、膜厚が０．５μｍのバッファ層２１と、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が２．０μｍのｎ型クラッド層２２、ＧａＡｓからなるウェル層とＡｌＧａＡｓからなるバリア層とで構成された量子井戸活性層２３、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が１．４４μｍのｐ型クラッド層２４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が５０ｎｍの保護層２５、ｐ型ＧａＡｓからなり、膜厚が０．４μｍのコンタクト層２６を順次形成する。
【００７４】
次に、図５に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上、より具体的にはコンタクト層２６上に膜厚が例えば０．３μｍのＳｉＯ２膜を形成した後、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチングを用いて当該ＳｉＯ２膜を加工することで、所望のパターンを有するＳｉＯ２マスク４１を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク４１が赤外レーザを形成するための領域を覆い、赤色レーザを形成するための領域を覆わないようにする。次いで、バッファ層２１、ｎ型クラッド層２２、量子井戸活性層２３、ｐ型クラッド層２４、及びコンタクト層２６のうち、赤色レーザを形成するための領域に形成された部分を例えばウェットエッチングにより除去する。
【００７５】
次に、図６に示すように、ＳｉＯ２マスク４１をフッ酸系のエッチング液を用いて除去した後、例えばＭＯＣＶＤ法により、バッファ層２１、ｎ型クラッド層２２、量子井戸活性層２３、ｐ型クラッド層２４、及びコンタクト層２６が設けられたｎ型ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面上に、ｎ型ＧａＡｓからなり、膜厚が０.５μｍのバッファ層１１、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が２.０μｍのｎ型クラッド層１２、ＧａＩｎＰからなるウェル層とＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層とで構成された歪み量子井戸活性層１３、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が１．４μｍのｐ型クラッド層１４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、膜厚が５０ｎｍの保護層１５、ｐ型ＧａＡｓからなり、膜厚が０．４μｍのコンタクト層１６を順次形成する。
【００７６】
次に、図７に示すように、上記の複数の半導体層が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、膜厚が例えば０．３μｍのＳｉＯ２膜を形成した後、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチングを用いて当該ＳｉＯ２膜をを加工することで、所望のパターンを有するＳｉＯ２マスク４２を形成する。ここでは、ＳｉＯ２マスク４２が赤色レーザを形成するための領域を覆い、赤外レーザを形成するための領域を覆わないようにする。次いで、ウェットエッチングによりバッファ層１１、ｎ型クラッド層１２、歪み量子井戸活性層１３、ｐ型クラッド層１４、保護層１５、及びコンタクト層１６のうち赤外レーザを形成するための領域上に形成された部分を除去する。これと同時に、赤外レーザと赤色レーザとの間を電気的に分離する素子分離溝１００を形成する。素子分離溝１００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面にまで達する。
【００７７】
次いで、ＳｉＯ２マスク４２をフッ酸系のエッチング液を用いて除去した後、赤色レーザのリッジ部１０１、及び赤外レーザのリッジ部２０１を形成する工程に移る。この工程では、赤色側ウイング領域内のウイング溝と、赤外側ウイング領域内のウイング溝とをリッジ部１０１、２０１と同時に形成する。
【００７８】
具体的には、図８に示すように、ウエハ状のｎ型ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面の上方に膜厚が例えば０．５μｍ程度のＳｉＯ２膜を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチングを用いてＳｉＯ２膜に所望のパターンを形成することで、ＳｉＯ２マスク４３を形成する。このＳｉＯ２マスク４３は、赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂ、赤外側チャネル溝２０４、及びウイング溝１０２、２０２が形成される領域を露出させ、リッジ部１０１、２０１上、及びダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂ、１２２ａ、１２２ｂ上、及び素子分離溝１００の内面を覆っている。
【００７９】
次いで、ＳｉＯ２マスク４３を用いたドライエッチングによって、ｐ型クラッド層１４、２４、保護層１５、２５、及びコンタクト層１６、２６（すなわち、半導体層）のそれぞれ一部を除去し、赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂ、赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂ、及びウイング溝１０２、２０２を形成する。これにより、赤色側チャネル溝１０４により区画されたリッジ部１０１、赤外側チャネル溝２０４により区画されたリッジ部２０１、２本のウイング溝１０２又はウイング溝１０２と赤色側チャネル溝１０４とにより区画されたダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂ、２本のウイング溝２０２又はウイング溝２０２と赤外側チャネル溝２０４とにより区画されたダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂがそれぞれ形成される。ここで、赤色側チャネル溝１０４は、リッジ部１０１を挟んで端面方向の両側に位置する赤色側チャネル溝１０４ａ、１０４ｂの両方を指し、赤外側チャネル溝２０４は、リッジ部２０１を挟んで端面方向の両側に位置する赤外側チャネル溝２０４ａ、２０４ｂの両方を指す。
【００８０】
また、ダミーリッジ部１２０ａとこれを挟むウイング溝１０２とが設けられた領域を赤色側ウイング領域１０３ａ、ダミーリッジ部１２０ｂとこれを挟むウイング溝１０２とが設けられた領域を赤色側ウイング領域１０３ｂと称する。ダミーリッジ部１２２ａとこれを挟むウイング溝２０２とが設けられた領域を赤外側ウイング領域２０３ａ、ダミーリッジ部１２２ｂとこれを挟むウイング溝２０２とが設けられた領域を赤外側ウイング領域２０３ｂと称する。
【００８１】
本工程では、リッジ部１０１の下端部から歪み量子井戸活性層１３までの距離（ｄｐ１）が例えば０．２４μｍ、リッジ部２０１の下端部から量子井戸活性層２３までの距離（ｄｐ２）が例えば０．２４μｍとなる位置までｐ型クラッド層１４、２４をエッチングする。
【００８２】
なお、本実施形態の説明においては、ドライエッチング技術を用いてリッジ部１０１、２０１及びウイング溝１０２、２０２等を形成しているが、ドライエッチング技術とウェットエッチング技術を併用してリッジ部１０１、２０１を形成してもよい。ここで、赤外レーザと赤色レーザにおけるｐ型クラッド層１４、２４の組成及び膜厚、コンタクト層１６、２６の組成及び膜厚を互いに等しくした場合、赤色レーザのリッジ部１０１と赤外レーザのリッジ部２０１とを同一のドライエッチング条件にて同時に形成することが可能である。さらに、赤色側チャネル溝１０４、赤外側チャネル溝２０４、ウイング溝１０２、２０２をそれぞれ同時に形成することができるので、製造プロセスを簡素化して製造工程数の増加を抑えることができ、結果として素子作製コストの増加を抑えることができる。
【００８３】
次に、図９に示すように、ＳｉＯ２マスク４３をフッ酸系のエッチング液を用いて除去した後、ウエハ状のｎ型ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面の上方全体に、電流ブロック層として機能する絶縁膜（例えばＳｉＮ膜）を形成する。この絶縁膜のうち赤色レーザを形成するための領域上に形成される部分を絶縁膜１７とし、赤外レーザを形成するための領域上に形成される部分を絶縁膜２７とする。
【００８４】
次いで、フォトリソグラフィーと、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチング技術とを用いて絶縁膜１７のうちリッジ部１０１の上面上に形成された部分、及び絶縁膜２７のうちリッジ部２０１の上面上に形成された部分を除去する。ここで、上述のように、電流ブロック層を形成する工程において、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにも電流ブロック層を形成することによって、製造工程数の増加を抑えながら、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ、及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂでの絶縁性を確立することができる。
【００８５】
次に、図１０に示すように、フォトリソグラフィー技術とリフトオフ技術とを用いて、リッジ部１０１の上部を構成するコンタクト層１６上から赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂにかけて下地電極３１及びＡｕからなるｐ側電極３２を順次形成する。これと同時に、リッジ部２０１の上部を構成するコンタクト層２６上から赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにかけて下地電極３３及びＡｕからなるｐ側電極３４を順次形成する。
【００８６】
本実施形態では、電子ビーム蒸着法により、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層膜を下地電極として形成した後に、電解メッキ法によって、リッジ部１０１、２０１の上にｐ側電極３２、３４を形成すると同時に、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ内のウイング溝１０２と、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ内のウイング溝２０２に電極材料を埋め込むことで、ｐ側電極３２、３４を形成する。その後、オーミック電極であるｎ側電極４０をｎ型ＧａＡｓ基板１０の裏面（結晶成長面に対向する面）上に形成する。これにより、ウエハ上に、赤色レーザ１と赤外レーザ２とを素子分離溝１００を挟んで交互に設けることができる。なお、図１０では、素子分離溝１００のうち赤色レーザ１を形成するための領域上に形成された部分を赤色側素子分離溝１００ａ、１００ｂとし、素子分離溝１００のうち赤外レーザ２を形成するための領域上に形成された部分を赤外側素子分離溝１００ｃ、１００ｄとして示している。
【００８７】
次に、半導体レーザ素子が形成されたウエハを、所定の共振器長間隔で劈開することにより、複数の半導体レーザ素子が端面方向に連結されてなるレーザバー（laser bar）を形成し、レーザバーの光共振器端面に端面コートを形成する（図示せず）。次に、レーザバーを劈開によってチップ状態に加工した後、各半導体レーザ素子５０をサブマウント上に実装する。
【００８８】
以上で説明したように、本実施形態に係る半導体レーザ素子５０の製造工程において、ウイング溝１０２、２０２、及びダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂ、１２２ａ、１２２ｂをリッジ部１０１、２０１と同時に形成することができ、電流ブロック層として機能する絶縁膜１７、２７を赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ内に形成する際にも追加の工程を必要としない。従って、従来と比べて製造工程を追加することなく本実施形態の半導体レーザ素子５０を製造することが可能となる。すなわち、上述の方法によれば、素子作製コストの増大を抑えつつ、後述のように温度特性と偏光特性とを向上させた半導体レーザ素子を実現することが可能である。
【００８９】
−半導体レーザ素子の効果−
次に、赤色レーザ１の赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂに形成されたウイング溝１０２、及び赤外レーザ２の赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂに形成されたウイング溝２０２の効果について説明を行う。
【００９０】
赤色レーザ１の平面面積を縮小すると、レーザ内で生じた熱の放熱部として機能するｐ側電極３２の面積が減少するため、熱抵抗が増加し、高温特性の劣化を招いてしまう。
【００９１】
しかし、本明細書で開示された技術によれば、赤色レーザ１において、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂにそれぞれ少なくとも１本のウイング溝１０２を形成することで、ウイング溝１０２を形成しない場合に比べて絶縁膜１７及び下地電極３１を挟んで半導体層（ここではｐ型クラッド層１４、保護層１５、及びコンタクト層１６）と放熱性に優れるｐ側電極３２との接触面積を、ウイング溝１０２の側壁面積の大きさ分、拡大させることができる。そのため、赤色レーザ１の平面面積を縮小した場合でも、赤色レーザ１における熱抵抗を低減することが可能となる。また、ウイング溝１０２を形成することによって、ｐ側電極３２のうち赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ内に形成された部分と発熱源であるリッジ部１０１及びその直下の歪み量子井戸活性層１３との距離が縮まるため、より効果的に放熱を図ることが可能となる。
【００９２】
ここで、赤色レーザ１において、歪み量子井戸活性層１３とｐ型クラッド層１４とのバンドギャップエネルギーの差は、赤外レーザ２における量子井戸活性層２３とｐ型クラッド層２４とのバンドギャップエネルギーの差よりも小さい。そのため、歪み量子井戸活性層１３に注入された電子は、高温動作時において熱的に励起されて、ｐ型クラッド層１４へ漏れやすくなっている。すなわち、キャリアオーバーフローが発生しやすくなっている。このため、赤色レーザ１は、赤外レーザ２と比べて放熱性を向上して高温特性を改善することがより強く望まれる。
【００９３】
従って、本実施形態の半導体レーザ素子５０において、少なくとも赤色レーザ１が、リッジ部１０１を間に挟み、それぞれウイング溝１０２が形成された赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂを有していることで、半導体レーザ素子５０全体としての高温特性を大きく改善することができる。
【００９４】
本実施形態の半導体レーザ素子５０では、赤外レーザ２の赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにもそれぞれ少なくとも１本のウイング溝２０２を形成することで、ウイング溝２０２を形成しない場合に比べて絶縁膜２７及び下地電極３３を挟んで半導体層（ここではｐ型クラッド層２４、保護層２５、及びコンタクト層２６）と放熱性に優れるｐ側電極３４との接触面積を、ウイング溝２０２の側壁面積の大きさ分、拡大させることができる。そのため、赤外レーザ２の平面面積を縮小した場合でも、赤外レーザ２における熱抵抗をより低減することが可能となる。また、ウイング溝２０２を形成することによって、ｐ側電極３４のうち赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ内に形成された部分と発熱源であるリッジ部２０１及びその直下の量子井戸活性層２３との距離が縮まるため、より効果的に放熱を図ることが可能となる。
【００９５】
図２に示す本実施形態の半導体レーザ素子５０では、ウイング溝（ここではウイング溝１０２）の溝幅Ｗｂ１が狭く、且つダミーリッジ部（ここではダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂ）の幅Ｗｔ１を狭くしている。このため、半導体層とｐ側電極３２との接触面積を拡大することができ、効果的に赤色レーザ１の放熱性が向上している。なお、Ｗｔ１は、便宜上ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂのいずれかの幅と、これらの側壁上に形成された絶縁膜１７及び下地電極３１の２倍の厚さとを足したものである。
【００９６】
ここで、赤色レーザ１、赤外レーザ２のレーザ発振動作に伴う温度上昇は、リッジ部１０１、２０１からの距離がそれぞれ左右３０μｍ以下の領域、特に左右２０μｍ以下の領域で顕著に見られることが筆者らの熱解析により明らかになった。このため、リッジ部の左右３０μｍ以下の領域に溝領域を形成し、その溝幅とダミーリッジ幅を小さくすれば、放熱性の向上により効果的である。
【００９７】
次に、ウイング溝１０２の溝幅Ｗｂ１とダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの幅の最小値について考える。ウイング溝１０２の溝幅Ｗｂ１やダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの幅Ｗｔ１が狭くなり過ぎると、溝領域内への下地電極３１やＡｕメッキ層（ｐ側電極３２）の形成が困難となるため、Ｗｂ１やＷｔ１を過剰に狭くすることはできない。そこで、ウイング溝１０２の形状は、製造プロセスの安定性（例えば、溝形状の寸法制御性、劈開等によるチップ加工性）を考慮に入れると、ウイング溝１０２の溝幅Ｗｂ１は１μｍ以上、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの幅は１μｍ以上であることが好ましい。
【００９８】
本実施形態の赤色レーザ１では、上記範囲において最も半導体層とｐ側電極３２との接触面積が大きくなるように溝幅Ｗｂ１を１μｍ、ダミーリッジ幅Ｗｔ１を１μｍとしている。さらに、Ａｕメッキで構成されたｐ側電極３２とウイング溝１０２との接触面積を最大限に確保するためには、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの側壁がｎ型ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面に対してほぼ垂直であることが望ましい。ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂが逆メサの形状になってしまうと、下地電極３１の被覆性が低下したり、ｐ側電極３２を構成するＡｕメッキ層中にボイドが発生する等の課題が発生するおそれがあるため、製造プロセスの安定性と放熱性を高いレベルで両立させるために、前記ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの側壁とｎ型ＧａＡｓ基板１０の結晶成長面との角度θ１、θ２は９０°±５°とするのが好ましい。
【００９９】
本明細書に記載の技術においては、ウエハ製造工程において、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにそれぞれウイング溝１０２、２０２を形成した後に、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層膜で構成された下地電極３１、３３を形成する。次いで、ウイング溝１０２、２０２の内部にＡｕを充填し、ｐ側電極３２、３４を形成する。
【０１００】
この場合、ｐ側電極３２、３４を形成する際には、メッキ液の粘性を低減してＡｕメッキ層中でのボイド発生を抑制しつつ、Ａｕメッキ層表面の粗さを制御するために６０℃程度の高温条件でメッキプロセスを行う。従って、ｐ側電極３２、３４の形成後、ウエハを室温雰囲気に戻すと、ウエハにはｐ側電極３２、３４とｎ型ＧａＡｓ基板１０との熱膨張係数の差のために応力が発生する。その後、ウエハを劈開し、個々の半導体レーザ素子に分離すると、端面方向について凹型の反りが発生する。
【０１０１】
この凹型の反りの曲率半径は、ウイング溝の占有率によって制御することができる。ウイング溝の占有率とは、ｐ側電極で覆われたウイング領域の平面面積に対してウイング溝底面の平面面積が占める割合のことである。
【０１０２】
具体的には、図１において、ｐ側電極３２で覆われた赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂの平面面積をＳ１（つまり(ａ＋ｂ)×Ｌ）とし、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂにおけるウイング溝１０２底部の平面面積の総和をＡ１とし、ｐ側電極３４で覆われた赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂの平面面積をＳ２（つまり(ｃ＋ｄ)×Ｌ）とし、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにおけるウイング溝２０２底部の平面面積の総和をＡ２としたとき、赤色レーザ１のウイング溝の占有率をＡ１／Ｓ１、赤外レーザ２のウイング溝の占有率をＡ２／Ｓ２と定義する。
【０１０３】
共振器方向に延びるウイング溝の占有率を大きくしていくと、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂの等価的な熱膨張係数はＧａＡｓからＡｕの値に近づいていくために、ｎ型ＧａＡｓ基板１０をｐ側電極３２、３４の下方とする方向に半導体レーザ素子５０を見た場合、端面方向において凹型に反った半導体レーザ素子５０の曲率半径は小さくなり、当該レーザ素子の端面方向における凹型の反りが大きくなる。凹型の反りは、言い換えれば半導体レーザ素子５０の実装面となるｐ側電極３２、３４が内側になるように反ることを意味している。なお、半導体レーザ素子５０が端面方向に反るのは、ウイング溝１０２、２０２が共振器方向に延伸しているためである。
【０１０４】
図１１は、サブマウント上に実装していない状態の半導体レーザ素子において、ウイング溝の占有率と、Ａｕメッキ層で構成されたｐ側電極の形成により発生する反り（曲率半径）との関係の計算結果を示す図である。同図に示す計算結果から、ウイング溝占有率を大きくすると、半導体レーザ素子５０の曲率半径は小さくなる傾向にあり、半導体レーザ素子５０において端面方向に凹型（半導体レーザ素子の実装面が内側になる向き）の反りが大きくなるという関係があることが分かる。
【０１０５】
また、本実施形態の半導体レーザ素子５０をジャンクションダウンにして、ｎ型ＧａＡｓ基板１０よりも熱膨張係数の小さいサブマウント材料、例えばＡｌＮからなるサブマウント上に実装する場合、実装時に半田を溶融させるための高温状態から室温に降温させると、半導体レーザ素子５０には端面方向に凸型（半導体レーザ素子の実装面が外側になる向き）の反りが発生する。そこで、サブマウント上に半導体レーザ素子５０を実装する前に、端面方向に対して凹型（半導体レーザ素子の実装面が内側になる向き）の反りが大きくなるように、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ、及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにウイング溝１０２又はウイング溝２０２を形成しておくと、ｐ側電極３２、３４により生じる応力及び反りとサブマウントへの実装により生じる応力及び反りが端面方向において逆向きであるため、互いの反りを打ち消すことができる。このため、本実施形態の半導体レーザ素子５０によれば、サブマウント上に実装後のレーザ素子の反りを小さくすることができる。
【０１０６】
ここで、サブマウントの材料としては、基板材料であるＧａＡｓよりも熱膨張係数が小さい材料が好ましく用いられる。ＧａＡｓ、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ａｕの熱膨張係数は、それぞれ６．０×１０-6／Ｋ、４．５×１０-6／Ｋ、２．４×１０-6／Ｋ、４．２×１０-6／Ｋ、１４．２×１０-6／Ｋであることから、サブマウントの材料として例えばＡｌＮ、Ｓｉ、又はＳｉＣを用いれば、サブマウント上に半導体レーザ素子を実装することで、ＡｕとＧａＡｓの熱膨張係数の差により生じた応力を打ち消すことが可能となる。
【０１０７】
なお、本実施形態では、熱膨張係数が大きく、熱伝導率の高い性質を有すること、被覆性が良好かつ高成膜レートで電極形成できること等の生産面の利点を持ったＡｕメッキ層をｐ型電極として使用しているが、基板材料（ここではＧａＡｓ）よりも熱膨張係数の大きい材料でサブマウントに接合させる方の電極（ここではｐ側電極）を構成すれば、前述のサブマウント実装後の半導体レーザ素子の端面方向の反りを低減する効果を得ることができる。従って、本実施形態に係る半導体レーザ素子において、電極材料はＡｕメッキ層に限定されない。
【０１０８】
次に、本実施形態の半導体レーザ素子において、ウイング溝のウイング領域に対する占有率の特に好ましい範囲について検討する。
【０１０９】
図１２は、本実施形態の半導体レーザ素子をサブマウント上に実装した場合の反りの状態を示す模式図である。
【０１１０】
上述の図２２に示すように、ウイング溝が形成されていない従来の半導体レーザ素子９０２では、サブマウント３０１への実装前での端面方向の反りが小さい。そのため、サブマウント実装後に端面方向において、半導体レーザ素子９０２がサブマウント３０１から受ける応力を打ち消すことができず、半導体レーザ素子９０２がサブマウント３０１から見て内側になるような方向に反ってしまう。
【０１１１】
これに対して、本実施形態の半導体レーザ素子３０３は、サブマウント３０１の実装前に端面方向において反っている。この半導体レーザ素子３０３の反りは、実装後にサブマウント３０１から受ける応力を打ち消す方向の反りであるので、図１２に示すように、本実施形態の半導体レーザ素子３０３のサブマウント３０１への実装後の端面方向の反りは従来の半導体レーザ素子９０２に比べて大きく低減される。このため、サブマウント３０１への実装後にリッジ部１０１、２０１（図２参照）近傍に残留する応力を低減でき、歪み量子井戸活性層１３近傍及び量子井戸活性層２３近傍に加わる応力を従来に比べて小さくすることができる。そのため、赤色レーザ１及び赤外レーザ２のそれぞれで、導波路を形成する半導体層の屈折率に複屈折率性を生じるのを抑制できる。従って、本実施形態に係る半導体レーザ素子３０３は従来の半導体レーザ素子９０２に比べて偏光特性を改善することが可能となる。
【０１１２】
ここで、赤色レーザ１については、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂの幅を最小寸法とした場合、（赤色側）ウイング溝の占有率を０．２５以下と小さくし過ぎると、ウイング溝の占有率が０．５の時に比べて、ウイング溝の数が減るためにＡｕメッキ層で構成されたｐ側電極とウイング溝（半導体層）との接触面積増大効果が減少してしまう。そのため、放熱性を向上させる効果が得られにくくなる。
【０１１３】
一方、ウイング溝の占有率を０．７５以上と大きくし過ぎる場合には、ウイング溝の幅が大きくなるがウイング溝の数が減ることとなるので、ウイング溝の占有率が０．５の時に比べてｐ側電極とウイング溝との接触面積増大効果が減少してしまう。従って、サブマウント３０１への半導体レーザ素子３０３の実装後の端面方向の反りを小さくしつつ、Ａｕメッキ層からなる電極とウイング溝との接触面積を大きくして放熱性を向上させるためには、ウイング溝のウイング領域における占有率を０．５±０．２５の範囲内にするのが特に好ましい。
【０１１４】
次に、赤色レーザ１の赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ（符号は図２参照）に形成されたウイング溝１０２と、赤外レーザ２の赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂに形成されたウイング溝２０２との関係について説明する。
【０１１５】
前述したように、赤色レーザ１については、放熱性を高めて高温特性を改善する必要があるため、ウイング溝１０２の表面積の総和（ウイング溝１０２の側壁面積と底面面積の総和）を拡大し、ｐ側電極３２とウイング溝１０２との接触面積を大きくすることが好ましい。
【０１１６】
しかし、放熱性を重視した構造とする場合、ウイング溝１０２の占有率が制限されてしまい、残留応力低減の効果が制限されるおそれがある。一方、赤外レーザ２では、ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層を用いているので、量子井戸活性層２３とｐ型クラッド層２４との界面での伝導帯端エネルギーの差（ΔＥｃ）は赤色レーザ１におけるΔＥｃよりも数百ｍｅＶ大きくなっている。そのため、赤外レーザ２は、赤色レーザ１と比較して、高温動作においてもキャリアオーバーフローの発生を抑制でき、光出力の低下が生じにくい。従って、赤外レーザ２に関しては、前述した赤色レーザのようにウイング溝の表面積を大きくする構造は必ずしも必要ではない。よって、赤外レーザ２においては、ウイング溝２０２の構造を、放熱性よりも実装後の残留応力を緩和させる効果を優先して高めるような構造とすることで、温度特性の低下や偏光特性の低下を抑制することが可能である。
【０１１７】
すなわち、２波長レーザである本実施形態の半導体レーザ素子では、赤色レーザ１と赤外レーザ２が同一基板上に集積化される特徴を生かして、赤外レーザ２の赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにおけるウイング溝２０２の占有率を、赤色レーザ１のウイング溝１０２の占有率に対して相対的に大きくすることで、サブマウント上に実装した後に赤外レーザ２に生じる残留応力を十分に緩和し、少なくとも赤色レーザ１に生じる残留応力よりも小さくすることができる。
【０１１８】
具体例としては、赤外レーザ２の赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂに形成されたウイング溝２０２について、幅Ｗｂ２を広くし、ダミーリッジ幅Ｗｔ２を狭くし、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにおけるウイング溝占有率を高くすることで、赤色レーザ１を含む半導体レーザ素子全体の応力緩和効果を増大する効果が得られ、赤外レーザ２の量子井戸活性層２３だけでなく赤色レーザ１の歪み量子井戸活性層１３に加わる応力をも緩和させる効果が得られる。
【０１１９】
次に、本実施形態の半導体レーザ素子における、前述の赤色レーザ１に加わる応力を緩和する効果について、以下に説明する。
【０１２０】
図１３は、本実施形態に係る半導体レーザ素子をサブマウント上に３５０℃にて実装した場合における、赤色レーザの活性層に生じる応力のＡ２／Ｓ２依存性についての計算結果を示す図である。ここで、本実施形態の赤色レーザについては、前述したとおり放熱性を向上させるためにウイング溝１０２の溝幅Ｗｂ１を１μｍ、ダミーリッジ幅Ｗｔ１を１μｍとし、Ａ１／Ｓ１を０．５としている。図１３における横軸（Ａｉｒ／Ｓｉｒ）は上述のＡ２／Ｓ２を意味している。
【０１２１】
この結果から、少なくともウイング溝２０２が形成された赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂを設けることで、サブマウント上に実装後に赤外レーザ２のダブルヘテロ構造多層膜（特に量子井戸活性層２３及びリッジ部２０１）に加わる残留応力だけでなく赤色レーザ１のダブルヘテロ構造多層膜（特に歪み量子井戸活性層１３及びリッジ部１０１）に加わる残留応力も低減することができる。さらに、（Ａ１／Ｓ１）＜（Ａ２／Ｓ２）の関係を満たすことによって、すなわちｐ側電極３４とｎ型ＧａＡｓ基板１０との熱膨張係数差に起因して赤外レーザ２のダブルヘテロ構造多層膜に加わる残留応力を、ｐ側電極３２とｎ型ＧａＡｓ基板１０との熱膨張係数差に起因して赤色レーザ１のダブルヘテロ構造多層膜に加わる残留応力より大きくすることができ、サブマウントの構成材料をＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣのいずれにした場合でも、サブマウント上に実装した後の赤色レーザ１の歪み量子井戸活性層１３に加わる応力をさらに効果的に低減できることが分かる。
【０１２２】
なお、赤色レーザ１の赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂにおける赤色側ウイング溝の占有率は０．５に限定されるものではなく、前述したように赤色側ウイング溝の占有率が０．５±０．２５の範囲であれば十分に放熱性の改善を図ることができる。
【０１２３】
また、Ａ２／Ｓ２が０の場合でも従来の半導体レーザ素子に比べて歪み量子井戸活性層１３に加わる応力はいずれのサブマウント材料を用いた場合でも低減されているが、これは赤色レーザ１にウイング溝１０２が形成された赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂを設けたことによる効果であると考えられる。
【０１２４】
以上のように、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂに形成されたウイング溝１０２の表面積の総和（ウイング溝１０２の側壁面積と底面面積の総和）を、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂに形成されたウイング溝２０２の表面積の総和（ウイング溝２０２の側壁面積と底面面積の総和）よりも大きくすること、及び（Ａ１／Ｓ１）＜（Ａ２／Ｓ２）となるようなウイング溝１０２、２０２を形成することによって、赤色レーザ１の放熱性を向上させつつ、サブマウント実装後の赤色レーザ１の歪み量子井戸活性層１３近傍に生じる応力を低減することが可能となる。従って、これらの要件が満たされた場合には、赤色レーザの放熱性の改善と偏光特性の改善とを高いレベルで両立させることが可能となる。
【０１２５】
また、赤外レーザ２の特性への影響を考えた場合、原則としてウイング溝２０２の赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにおける占有率を可能な限り大きくすれば、サブマウント上に実装した後の端面方向の反りを小さくすることができるので、好ましい。
【０１２６】
ただし、ウイング溝２０２の占有率を１としてしまうことは、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ及びダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂを有さないことを意味するので、この場合にはジャンクションダウン実装時にリッジ部２０１へ応力が集中してしまうことになる。従って、ウイング溝２０２の占有率は１未満である必要がある。これは赤色レーザ１についても同様である。
【０１２７】
また、ウイング溝２０２の占有率を１に近づけ過ぎると、すなわちウイング溝２０２の溝幅Ｗｂ２を広くし過ぎると、メッキ法によりｐ側電極３４を形成した場合に電極表面（サブマウントへの実装面）の平坦性を確保するのが困難となる。具体的には、赤外レーザ２におけるウイング溝占有率を０．８よりも大きくすると、ｐ側電極３４の表面に１μｍ以上の段差が生じてしまい、平坦性が悪くなる。ｐ側電極３４表面の段差が大きくなり過ぎると、サブマウント上に半導体レーザ素子を実装する際に半田とｐ側電極３４との密着性が低下するため、放熱性が低下してしまうおそれがある。そこで、本実施形態の半導体レーザ素子では、Ａ２／Ｓ２を０．５以上、０．８以下とし、さらに（Ａ１／Ｓ１）＜（Ａ２／Ｓ２）とし、サブマウントへの実装後に赤外レーザ２の量子井戸活性層２３に加わる残留応力の増大を抑制している。この結果、本実施形態に係る半導体レーザ素子において、赤外レーザ２の偏光特性を高いレベルで安定化させることができる。
【０１２８】
以上で説明したように、本実施形態の半導体レーザ素子では、赤色レーザ１について、ｐ側電極３２とウイング溝１０２との接触面積が大きくなるようにウイング溝１０２を形成することで、サブマウント実装後の残留応力の影響を抑制しつつ、放熱性を優先して高めて温度特性の改善が図られている。一方、構造上優れた温度特性を有している赤外レーザ２については、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂでのウイング溝占有率を高めて赤色レーザ１を含む半導体レーザ素子全体の残留応力を低減させることで、赤色レーザ１の偏向特性を改善させつつ、赤外レーザ２の偏向特性の改善も図っている。
【０１２９】
（本発明の実施形態の第１の変形例に係る半導体レーザ素子）
図１４は、本発明の実施形態の第１の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図であり、図１５は、第１の変形例に係る半導体レーザ素子の、図１４に示すXV-XV線における断面図である。
【０１３０】
半導体レーザ素子５１は、図１４、１５に示すように、図１、図２に示す半導体レーザ素子５０とは以下に述べる点を除いて同様の構造を有する。
【０１３１】
つまり、本変形例に係る半導体レーザ素子５１も、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化された半導体レーザ素子である。また、本変形例に係る赤外レーザ２は、図１、図２に示す半導体レーザ素子５０の赤外レーザ２と同じ構造を有する。
【０１３２】
図１、図２に示す実施形態に係る赤色レーザ１は、放熱性の向上を優先して赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ内のウイング溝占有率を例えば０．５としている。これに対し、図１５に示す本変形例に係る赤色レーザ１では、リッジ部１０１の端面方向における中心位置から左右２０μｍ以下の領域内での赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂでのウイング溝占有率を、図１、図２に示す赤色レーザ１と同様の０．５としているが、その外側の赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂでは、ウイング溝の占有率を０．５よりも大きくしている。例えば、本変形例では、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂのうちリッジ部１０１の端面方向における中心位置から２０μｍを越える領域において、ウイング溝１０２の幅をリッジ部１０１近傍のウイング溝１０２の幅よりも大きくすることで、ウイング溝の占有率を０．８としている。これにより、サブマウント上に実装後の半導体レーザ素子５１の反りがより低減される。
【０１３３】
図１６は、ＡｌＧａＩｎＰ系のクラッド層を有した一般的なレーザにおける、レーザ駆動時の発光点位置からの水平方向（基板面及び光出射端面に平行な方向）の距離と上昇温度との関係の計算結果を示す図である。同図に示す結果は、赤色レーザ、赤外レーザ共に適用される。
【０１３４】
図１６に示すように、レーザ発振動作中に半導体レーザ内で生じる熱は、リッジ部の中心からの水平距離が２０μｍ以内の領域に蓄積されやすい。
【０１３５】
このことから、本変形例に係る赤色レーザ１では、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂのうち、リッジ部１０１の中心からの水平距離が２０μｍ以内の領域に形成されたウイング溝の占有率を０．５とし、ウイング溝の表面積の総和を大きくしている。これにより、動作時に温度の上昇が大きくなる領域で、ｐ側電極３２とウイング溝との接触面積がを大きくなり、ウイング領域を形成しない場合に比べて放熱性能を大幅に高めることが可能となっている。
【０１３６】
さらに、本変形例に係る赤色レーザ１では、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂのうち、リッジ部１０１の中心からの水平距離が２０μｍを越える領域で、ウイング溝の占有率を０．８と大きくしているので、サブマウント上に実装する前の半導体レーザ素子５１において、端面方向にｐ側電極３２、３４が内側を向く方向の反りを大きくすることができる。この結果、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＳｉといったＧａＡｓよりも熱膨張係数の小さいサブマウントにジャンクションダウンで実装した後の半導体レーザ素子における、端面方向の反りをさらに小さくすることができる。このため、赤色レーザ１、赤外レーザ２共により高い偏光特性を実現することができる。
【０１３７】
なお、図１、図２に示す赤色レーザ１と同様に、本変形例に係る赤色レーザ１の赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂにおいて、リッジ部１０１中心からの距離が２０μｍ以内の領域でのウイング溝の占有率は０．５に限定されるものではなく、ウイング溝の占有率が０．５±０．２５の範囲であれば十分に放熱性の改善を図ることが可能である。
【０１３８】
これに加え、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂに形成されたウイング溝１０２の表面積の総和が、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂに形成されたウイング溝の表面積の総和よりも大きく、且つ（Ａ１／Ｓ１）＜（Ａ２／Ｓ２）となるウイング溝１０２、２０２が形成されていれば、本変形例に係る半導体レーザ素子５１において、赤色レーザ１、赤外レーザ２共により高い偏光特性を実現することができる。特に、リッジ部１０１の中心からの距離が２０μｍ以内の領域において、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂに形成されたウイング溝１０２の表面積の総和が、リッジ部２０１の中心からの距離が２０μｍ以内の領域において、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂに形成されたウイング溝２０２の表面積の総和より大きければ、より好ましい。
【０１３９】
なお、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂにおいて、リッジ部１０１の中心からの距離が２０μｍ以上離れた領域でのダミーリッジ１２０ａ、１２０ｂの幅をリッジ部１０１の中心から２０μｍ以内の領域よりも小さくすることでウイング溝の占有率を大きくしてもよい。
【０１４０】
（第２の変形例に係る半導体レーザ素子）
図１７は、本発明の実施形態の第２の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。同図では、ｐ側電極３２、３４の図示を省略している。本変形例に係る半導体レーザ素子は、図１７に示すように、図１、図２に示す半導体レーザ素子５０と以下に述べる点を除いて同様の構造を有する。
【０１４１】
つまり、本変形例に係る半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化された半導体レーザ素子である。
【０１４２】
図１、図２に示す実施形態に係る半導体レーザ素子５０では、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ内のウイング溝１０２、及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ内のウイング溝２０２は、それぞれのレーザの光出射端面から後端面まで連続的に形成されている。
【０１４３】
これに対し、図１７に示す本変形例の半導体レーザ素子は、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の両方において、光出射端面及び後端面から１０μｍ以内の領域６０には、ウイング溝１０２、２０２が形成されない。これは、半導体レーザ素子が複数作り込まれたウエハを劈開し、バー状態に加工して光共振器端面を形成する工程での歩留低下を抑制するためである。劈開する領域において、凹凸が複数存在すると、劈開時の応力が凹凸の角となる部分に集中し、応力が集中した部分の割れや欠けが発生する可能性が高くなる。この割れや欠けによって発生した欠片が光共振器端面と接触すると、端面損傷を引き起こす可能性がある。
【０１４４】
そこで、本変形例に係る半導体レーザ素子では、劈開によって光共振器端面を形成する領域の近傍にはウイング溝１０２、２０２を形成しない構造とすることで、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂ、１２２ａ、１２２ｂの割れや欠け等による不良の発生を抑制することができる。また、ウイング溝がレーザ素子の端面近傍に設けられていなくても上述のウイング溝の効果には大きく影響しないので、赤色レーザ１、赤外レーザ２共に高い温度特性と偏光特性とを実現することができる。
【０１４５】
（第３の変形例に係る半導体レーザ素子）
図１８は、本発明の実施形態の第３の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。同図では、ｐ側電極３２、３４の図示を省略している。図１８に示す本変形例の半導体レーザ素子は、図１、図２に示す半導体レーザ素子５０とは以下に述べる点を除いて同様の構造を有する。つまり、本変形例に係る半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化された半導体レーザ素子である。
【０１４６】
図１、図２に示す実施形態に係る半導体レーザ素子５０では、共振器端面の法線方向にそれぞれ延びるウイング溝１０２、２０２が形成されている。
【０１４７】
これに対し、図１８に示す本変形例の半導体レーザ素子は、ウイング溝１０２が赤色レーザ１の共振器端面の法線方向に対して傾いており、ウイング溝２０２も赤外レーザ２の共振器端面の法線方向に対して傾いた構造を有している。
【０１４８】
ここで、赤色レーザ１の共振器端面の法線方向とウイング溝１０２が延びる方向とが成す角度をθｒとし、赤外レーザ２の共振器端面の法線方向とウイング溝２０２が延びる方向とが成す角度をθｉとする。このとき、少なくとも−４５°＜θｒ＜４５°、−４５°＜θｉ＜４５°の範囲となっていれば、ウイング溝を形成することによって生じる応力の端面方向成分の大きさが、共振器方向の応力成分より大きくなる関係が保たれるので、サブマウント上に実装する際の反りを低減することが可能となる。
【０１４９】
サブマウント上に実装する前に半導体レーザ素子を端面方向に反らせるための応力を効果的に発生させるためには、ウイング溝１０２、２０２が各レーザの共振器端面の法線方向と平行に延伸されていることが最も好ましい。しかしながら、上記内容を踏まえて、−０．５°≦θｒ≦０．５°、−０．５°≦θｉ≦０．５°の範囲であれば、端面方向に反らせるための応力が共振器方向に分散する影響は無視できる程度に小さく、ウイング溝１０２、２０２が各共振器端面の法線方向に延伸する場合と同等の、高い温度特性と良好な偏光特性とを実現することができる。
【０１５０】
（第４の変形例に係る半導体レーザ素子）
図１９は、本発明の実施形態の第４の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。同図では、ｐ側電極３２、３４の図示を省略している。本変形例に係る半導体レーザ素子は、図１９に示すように、図１、図２に示す半導体レーザ素子５０と以下に述べる点を除いて同様の構造を有する。つまり、本変形例に係る半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化された半導体レーザ素子である。
【０１５１】
図１、図２に示す実施形態に係る半導体レーザ素子５０では、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ内のウイング溝１０２、及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ内のウイング溝２０２は、それぞれのレーザの光出射端面から後端面まで連続的に形成されている。
【０１５２】
これに対し、図１９に示す本変形例の半導体レーザ素子は、共振器方向に延びるウイング溝１０２が領域７１を挟んで光出射端面側と後端面側とで不連続になっている。また、ウイング溝２０２が領域７２を挟んで光出射端面側と後端面側とで不連続になっている。領域７１では、複数のダミーリッジ部１２０ａ同士、及び複数のダミーリッジ部１２０ｂ同士が共通に接続された状態になっており、領域７２では、複数のダミーリッジ部１２２ａ同士、及び複数のダミーリッジ部１２２ｂ同士が共通に接続された状態になっている。
【０１５３】
領域７１、７２の共振器方向の長さＹ１、Ｙ２が長い程、ｐ側電極とｎ型ＧａＡｓ基板との熱膨張係数の差により生じる応力の端面方向成分は小さくなる。しかし、本変形例の半導体レーザ素子においては、ウイング溝１０２を分断する領域７１の共振器方向の長さＹ１と、ウイング溝２０２を分断する領域７２の共振器方向の長さＹ２とが、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の共振器長Ｌの５％以下であれば、領域７１、７２を有することによる影響はほとんど無い。すなわち、ウイング溝１０２、２０２が共振器長の５％以下の長さのダミーリッジ部によって分断された場合でも、赤色レーザ１及び赤外レーザ２は、図１、図２に示す半導体レーザ素子５０と同様に高い温度特性と良好な偏向特性を実現できる。
【０１５４】
また、領域７１、７２は赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ内及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ内にそれぞれ２つ以上設けられていてもよいが、この場合、領域７１の長さの合計、及び領域７２の長さの合計が共振器長の５％以下であれば好ましい。
【０１５５】
（第５の変形例に係る半導体レーザ素子）
図２０は、本発明の実施形態の第５の変形例に係る半導体レーザ素子の構造を模式的に示す平面図である。同図では、ｐ側電極３２、３４の図示を省略している。本変形例に係る半導体レーザ素子は、図２０に示すように、図１、図２に示す半導体レーザ素子５０と以下に述べる点を除いて同様の構造を有する。つまり、本変形例に係る半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化された半導体レーザ素子である。
【０１５６】
図１、図２に示す実施形態に係る半導体レーザ素子５０では、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ内のウイング溝１０２、及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ内のウイング溝２０２は、それぞれのレーザの光出射端面から後端面まで連続的に形成されている。
【０１５７】
これに対し、図２０に示す本変形例の半導体レーザ素子は、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂにおいて、共振器方向に延びるウイング溝１０２と、ウイング溝１０２を分断し、端面方向に延びる溝が形成された領域７３とが形成されている。また、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂにおいて、共振器方向に延びるウイング溝２０２と、ウイング溝２０２を分断し、端面方向に延びる溝が形成された領域７４とが形成されている。また、本変形例の半導体レーザ素子では、第４の変形例に係る半導体レーザ素子と異なり、ダミーリッジ部１２０ａ、１２０ｂが領域７３により分断されており、ダミーリッジ部１２２ａ、１２２ｂも領域７４により分断されている。
【０１５８】
領域７３、７４の共振器方向の長さＹ３、Ｙ４が長い程、ｐ側電極とｎ型ＧａＡｓ基板との熱膨張係数の差により生じる応力の端面方向成分は小さくなる。しかし、本変形例の半導体レーザ素子においては、ウイング溝１０２を分断する領域７３の共振器方向の長さＹ３と、ウイング溝２０２を分断する領域７４の共振器方向の長さＹ４とが、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の共振器長Ｌの５％以下であれば、領域７３、７４を有することによる影響はほとんど無い。すなわち、本変形例に係る半導体レーザ素子においても、図１、図２に示す半導体レーザ素子５０と同様に高い温度特性と良好な偏向特性を実現できる。
【０１５９】
また、領域７３、７４は赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂ内及び赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂ内にそれぞれ２つ以上設けられていてもよいが、この場合、領域７３の長さの合計、及び領域７４の長さの合計が共振器長の５％以下であれば好ましい。
【０１６０】
なお、以上で説明した半導体レーザ素子の構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、各ウイング領域の端面方向の長さやウイング溝の間隔及び本数、リッジ部及びダミーリッジ部の幅等は適宜変更可能である。例えば、赤色側ウイング領域１０３ａと赤色側ウイング領域１０３ｂの端面方向の長さは互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。赤色側ウイング領域１０３ａに形成されるウイング溝１０２の本数と赤色側ウイング領域１０３ｂに形成されるウイング溝１０２の本数とが異なっていてもよい。また、赤外側ウイング領域２０３ａに形成されるウイング溝２０２の本数と赤外側ウイング領域２０３ｂに形成されるウイング溝２０２の本数とが異なっていてもよい。
【０１６１】
図１、図２に示す実施形態及びその変形例に係る半導体レーザ素子において、リッジ部１０１、２０１の延伸方向は、それぞれ赤色レーザ１の光出射端面及び赤外レーザ２の光出射端面に対して垂直になっているが、フォトリソグラフィーの精度等の要因により、各光出射端面の垂線に対して０．１°以内の範囲で傾く場合がある。
【０１６２】
また、以上で説明した実施形態及びその変形例では、赤色レーザ１のリッジ部１０１の端面方向の両側にウイング溝１０２が形成された赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂが形成されているが、赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂのいずれか一方のみを形成した場合でも従来の半導体レーザ素子に比べて放熱性能を向上させ、端面方向に所望の応力を加えることはできる。これは、赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂのいずれか一方のみを形成した場合でも同様である。
【０１６３】
また、赤色レーザ１には赤色側ウイング領域１０３ａ、１０３ｂを設け、赤外レーザ２には赤外側ウイング領域２０３ａ、２０３ｂを形成しない場合でも、赤外レーザ２は構造的に赤色レーザより優れた高温特性を有しているので、従来の半導体レーザ素子に比べて半導体レーザ素子全体としての高温特性を向上させることができる。また、図１３に示すように、赤外レーザ２に赤外側ウイング領域を形成しない場合（Ａｉｒ／Ｓｉｒが０の場合）であっても、赤色レーザ１の歪み量子井戸活性層１３に加わる応力を従来に比べて低減することができる。
【０１６４】
また、以上で説明した各変形例に係る半導体レーザ素子の各構成要素は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明の実施形態及びその変形例に係る半導体レーザ素子は、光ディスク装置のピックアップ用光源、その他電子装置、情報処理装置などの光源として有用である。
【符号の説明】
【０１６６】
１    赤色レーザ
２    赤外レーザ
１０  ｎ型ＧａＡｓ基板
１１、２１      バッファ層
１２、２２      ｎ型クラッド層
１３      歪み量子井戸活性層
１４、２４      ｐ型クラッド層
１５、２５      保護層
１６、２６      コンタクト層
１７、２７      絶縁膜
２３      量子井戸活性層
３１、３３      下地電極
３２、３４      ｐ側電極
３５、３６      半田層
３７、３８      電極
３９、３０１      サブマウント
４０      ｎ側電極
４１、４２、４３      マスク
５０、５１、３０３      半導体レーザ素子
６０、７１、７２、７３、７４      領域
１００      素子分離溝
１００ａ、１００ｂ      赤色側素子分離溝
１００ｃ、１００ｄ      赤外側素子分離溝
１０１、２０１      リッジ部
１０２、２０２    ウイング溝
１０３ａ、１０３ｂ      赤色側ウイング領域
１０４、１０４ａ、１０４ｂ      赤色側チャネル溝
１２０ａ、１２０ｂ、１２２ａ、１２２ｂ      ダミーリッジ部
２０３ａ、２０３ｂ      赤外側ウイング領域
２０４、２０４ａ、２０４ｂ      赤外側チャネル溝
Ｗｂ１、Ｗｂ２  溝幅
Ｗｔ１、Ｗｔ２  ダミーリッジ幅
Ｌ  共振器長
【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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