(57)【要約】【課題】温度特性に優れ、キンクレベルが高く、動作電圧が小さく、さらに、ＦＦＰ形状の乱れも光軸変動も少ない２波長半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】赤色レーザ１と赤外レーザ２とを有し、赤色レーザ１のリッジ部４０は、長さＬＲ１で幅ＷＲ１の第一フロント側領域４１と長さＬＲ３で幅ＷＲ３第一リア側領域４５との間に、第一フロント側ストライプ幅変化領域４２、幅ＷＲ２の第一中間領域及び第一リア側ストライプ幅変化領域４４を備え、赤外レーザ２のリッジ部５０は、長さＬＳ１で幅ＷＳ１の第二フロント側領域５１と長さＬＳ３で幅ＷＳ３の第二リア側領域５５との間に、第二フロント側ストライプ幅変化領域５２、幅ＷＳ２の第二中間領域５３及び第二リア側ストライプ幅変化領域５４を備える。さらに、ＷＲ１＞ＷＲ２＞ＷＲ３、ＷＳ１＞ＷＳ２＞ＷＳ３、ＬＲ１＜ＬＳ１、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係を満たす。【選択図】図２
2012104766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端面から波長λ１の光を発する第一半導体レーザと、前記前端面から波長λ１よりも大きい波長λ２の光を発する第二半導体レーザとが、同一の基板上に集積化された半導体レーザ装置であって、
前記第一半導体レーザは、
前記基板の上に形成された第一導電型の第一クラッド層と、
前記第一クラッド層の上に形成された第一活性層と、
前記第一活性層の上に形成され、共振器方向に対してストライプ幅が変化する領域を有する第一リッジ部を有する第二導電型の第二クラッド層と、を備え、
前記第二半導体レーザは、
前記基板の上に形成された第一導電型の第三クラッド層と、
前記第三クラッド層の上に形成された第二活性層と、
前記第二活性層の上に形成され、前記共振器方向に対してストライプ幅が変化する領域を有する第二リッジ部を有する第二導電型の第四クラッド層と、を備え、
前記第一リッジ部は、
前記前端面からの長さがＬＲ１でストライプ幅が一定のＷＲ１である第一フロント側領域と、
前記前端面とは反対側の端面である後端面からの長さがＬＲ３でストライプ幅が一定のＷＲ３である第一リア側領域と、
前記第一フロント側領域と前記第一リア側領域との間に位置する領域であって、前記前端面側から前記後端面側に向かってストライプ幅が減少するように構成された、少なくとも２つ以上の複数の第一半導体レーザストライプ幅変化領域と、
前記複数の第一半導体レーザストライプ幅変化領域のうち前記前端面に最も近い領域である第一ストライプ幅変化領域に隣接し、ストライプ幅が一定のＷＲ２である第一中間領域と、を備え、
前記第二リッジ部は、
前記前端面からの長さがＬＳ１でストライプ幅が一定のＷＳ１である第二フロント側領域と、
前記後端面からの長さがＬＳ３でストライプ幅が一定のＷＳ３である第二リア側領域と、
前記第二フロント側領域と前記第二リア側領域との間に位置する領域であって、前記前端面側から前記後端面側に向かってストライプ幅が減少するように構成された、少なくとも２つ以上の複数の第二半導体レーザストライプ幅変化領域と、
前記複数の第二半導体レーザストライプ幅変化領域のうち前記前端面に最も近い領域である第二ストライプ幅変化領域に隣接し、ストライプ幅が一定のＷＳ２である第二中間領域と、を備え、
前記前端面の反射率をＲｆとし、前記後端面の反射率をＲｒとすると、
Ｒｆ＜Ｒｒ、ＷＲ１＞ＷＲ２＞ＷＲ３、ＷＳ１＞ＷＳ２＞ＷＳ３、ＬＲ１＜ＬＳ１、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係を満たす
半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記複数の第一半導体レーザストライプ幅変化領域及び前記複数の第二半導体レーザストライプ幅変化領域におけるストライプ幅は、前記前端面側から前記後端面側に向かって単調減少する
請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記複数の第一半導体レーザストライプ幅変化領域は、前記第一フロント側領域と前記第一リア側領域との間に２箇所のみ設けられており、
前記複数の第二半導体レーザストライプ幅変化領域は、前記第二フロント側領域と前記第二リア側領域との間に２箇所のみ設けられている
請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第一中間領域の共振器方向の長さをＬＲ２とし、前記第二中間領域の共振器方向の長さをＬＳ２とすると、
ＬＲ２＞ＬＳ２の関係を満たす
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記λ１が波長６６０ｎｍ帯であって、前記λ２が波長７８０ｎｍ帯である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第一リッジ部内外における実効屈折率差をΔＮ１とし、前記第二リッジ部内外における実効屈折率差をΔＮ２とすると、
ΔＮ１＞ΔＮ２の関係を満たす
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
さらに、ＷＲ１＜ＷＳ１の関係を満たす
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第一クラッド層、前記第二クラッド層、前記第三クラッド層及び前記第四クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成されており、それぞれのＡｌ組成を、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＸ４とすると、
Ｘ１＜Ｘ２、Ｘ３＜Ｘ４、Ｘ３＜Ｘ１の関係を満たす
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク装置のピックアップ用光源として、又は、その他の電子装置や情報処理装置などに必要な光源として用いられる半導体レーザ装置に関し、特に、発光波長が赤色域及び赤外域の多波長半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置（以下、「半導体レーザ」とも記載する）は、様々な分野で幅広く使用されている。例えば、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザは、波長７８０ｎｍ帯の赤外レーザ光を得ることができ、また、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザ光を得ることができるため、それぞれＣＤ及びＤＶＤに代表される光ディスクシステムの分野において光源として広く使用されている。
【０００３】
従来のＤＶＤ装置の光学ピックアップ用光源には、発光波長が６５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられているので、ＣＤの再生を行うことができなかった。
【０００４】
そこで、別々のパッケージにレーザチップを組み込んだ、発光波長が６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザと発光波長が７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとを搭載した光学ピックアップが採用されている。
【０００５】
しかしながら、このような光学ピックアップには、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザとＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとの二つのパッケージが搭載されているので、光学ピックアップのサイズが大きくなり、これに伴ってＤＶＤ装置のサイズも大きくなってしまうという問題が生じる。
【０００６】
そこで、この問題を解決するために、同一基板上に成長された半導体層により発光素子構造が形成され、互いに発光波長が異なる複数種類の半導体発光素子を有する集積型半導体発光装置が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
一方、現在、再生のみならず記録機能を有する記録１６倍速対応ＤＶＤ又は記録４８倍速対応のＣＤ−Ｒといった高速書き込み可能な光ディスクシステム用の光源が要望されている。この場合、光源として用いられる半導体レーザには少なくとも２００ｍＷ以上の高出力動作が求められる。
【０００８】
一般的に、半導体レーザを高出力動作させる場合、レーザ光を取り出す側の共振器端面（前端面）には、反射率１０％以下の低反射率を有する誘電体膜のコーティングを行い、前端面とは反対側の共振器端面（後端面）には、反射率８５％以上の高反射率を有する誘電体膜のコーティングを行う。このように、レーザ共振器端面に対して低反射率（ＡＲ；Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）及び高反射率（ＨＲ；Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を有する誘電体膜をコーティングすることにより、電流−光出力特性における外部微分量子効率（スロープ効率）の向上を図ることができる。これにより、少ない注入電流量で高い光出力を実現することができる。また、動作時における前端面のレーザ光のパワー密度を低減することができるので、レーザ光自身の光出力によって半導体レーザの端面が溶融破壊されてしまうというＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）の発生を防止することができる。
【０００９】
従って、高出力レーザを得るためには、半導体レーザの前端面における反射率を低減するとともに、後端面における反射率を高めるようにすることが、ＣＯＤレベルの向上及び光の取り出し効率の向上に有効である。
【００１０】
しかしながら、前端面の反射率を低くしすぎると、共振器内部でフィードバックされるレーザ光が低減してしまうので、発振しきい電流値の増大を招くことになる。また、半導体レーザを光ディスクへ応用する場合、前端面の反射率を低くしすぎると、光ディスクからの反射戻り光により雑音（戻り光誘起雑音）が発生しやすくなる。
【００１１】
そこで、通常高出力レーザにおいては、高い光の取り出し効率を得るとともに、戻り光誘起雑音を低減するために、前端面の反射率は５〜１０％程度となるようにコーティングされている。また、後端面の反射率はできるだけ高反射率となるようにコーティングされ、一般的には９５％から１００％程度の高反射率コートとなるように設定されている。
【００１２】
このように、高出力レーザにおいては、前端面と後端面との反射率の大きさが大きく異なることになる。この場合、活性層を伝搬する共振器方向の光分布強度は、共振器に対して前後対称ではなく、前端面側の光分布強度が後端面側の光強度分布よりも高い前後非対称な光分布強度となっている。この場合、光分布強度が高い前端面側では後端面側に比べてより強い誘導放出が生じるために、前端面側に対しては後端面側に比べてより多くの電子−正孔対を活性層に注入する必要がある。特に、高出力動作状態において、前端面側では活性層中の電子−正孔対が不足することになり、発光効率の飽和の一因となる。こういった発光効率の飽和は、２００〜３００ｍＷ以上の高出力レーザを得る場合、温度特性の劣化をもたらし重大な支障をきたすことになる。
【００１３】
そこで、赤色レーザ光及び赤外レーザ光の２波長のレーザ光を発振する２波長半導体レーザ装置において、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれもが温度特性に優れ、且つ、高い光出力を得ることができる発明が提案されている（特許文献２）。以下、特許文献２に開示された従来の２波長半導体レーザ装置について、図１９を用いて説明する。図１９は、特許文献２に開示された従来の２波長半導体レーザ装置の断面構造を模式的に示した図である。
【００１４】
図１９に示すように、従来の２波長半導体レーザ装置は、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓからなる基板１１０上に、赤色レーザ光を発する赤色レーザ１００と、赤外レーザ光を発する赤外レーザ２００とが集積化されたものである。
【００１５】
赤色レーザ１００は、基板１１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１１（０．５μｍ）と、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5１Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層１１２（２．０μｍ）と、歪量子井戸構造の活性層１１３（（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第一ガイド層１１３ｇ１＋［ＧａＩｎＰ（×３）からなるウェル層１１３ｗ１〜１１３ｗ３＋ＡｌＧａＩｎＰ（×２）からなるバリア層１１３ｂ１、１１３ｂ２］＋ＡｌＧａＩｎＰからなる第二ガイド層１１３ｇ２）と、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層１１４と、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型の保護層１１５（５００Å）と、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層（０．４μｍ）１１６とが、順次形成されて構成されている。
【００１６】
ｐ型クラッド層１１４には、リッジ部１４０が形成されており、リッジ部１４０の上部と活性層１１３までの距離を１．４μｍとし、リッジ部１４０の下端部と活性層１１３との距離ｄｐを０．２μｍ）している。リッジ部１４０は、断面形状が凸状で、後述するように、リッジ幅Ｗ１が前端面から後端面までの間にかけて変化するように形成されている。
【００１７】
また、リッジ部１４０の側面上には、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層（０．７μｍ）１１７が形成されている。この構造において、ｐ型コンタクト層１１６から注入された電流は、電流ブロック層１１７によりリッジ部１４０のみに狭窄され、リッジ部１４０の底部下方に位置する活性層１１３に集中して注入されるので、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡという少ない注入電流により実現される。この時、活性層１１３へ注入されたキャリアの再結合によって生じた光は、活性層１１３と垂直な方向に対しては、ｎ型クラッド層１１２及びｐ型クラッド層１１４によって垂直方向の光閉じ込めが行われ、また、活性層１１３と平行な方向に対しては、屈折率がｐ型クラッド層１１４よりも小さい電流ブロック層１２７によって水平方向の光閉じ込めが行われる。また、電流ブロック層１１７は、レーザ発振光に対して透明であるため光吸収がなく、低損失の導波路を実現することができる。また、導波路を伝搬する光分布は、電流ブロック層１１７に大きくしみ出すことができるため、高出力動作に適した１０-3のオーダーの実効屈折率差（ΔＮ）を容易に得ることができ、さらにΔＮは上記距離ｄｐによって、同じく１０-3のオーダーで精密に制御することができる。このため、光分布を精密に制御しつつ、低電流動作の高出力半導体レーザを得ることができる。
【００１８】
一方、赤外レーザ２００は、基板１１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１２１（０．５μｍ）と、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層１２２（２．０μｍ）と、量子井戸構造の活性層１２３（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第一ガイド層１２３ｇ１＋［ＧａＡｓ（×２）からなるウェル層１２３ｗ１、１２３ｗ２＋Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなるバリア層１２３ｂ１］＋Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第二ガイド層１２３ｇ２）と、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層１２４と、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型の保護層１２５（５００Å）と、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層（０．４μｍ）１２６とが、順次形成されて構成されている。
【００１９】
ｐ型クラッド層１２４には、リッジ部１５０が形成されており、リッジ部１５０の上部と活性層１２３までの距離を１．４μｍとし、リッジ部１５０の下端部と活性層１２３との距離ｄｐを０．２４μｍとしている。リッジ部１５０は、断面形状が凸状で、後述するように、リッジ幅Ｗ２が前端面から後端面までの間にかけて変化するように形成されている。
【００２０】
また、リッジ部の側面上には、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層（０．７μｍ）１２７が形成されている。この構造において、ｐ型コンタクト層１２６から注入された電流は、電流ブロック層１２７によりリッジ部１５０のみに狭窄され、リッジ部１５０の底部下方に位置する活性層１２３に集中して注入されるので、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡという少ない注入電流により実現される。この時、活性層１２３へ注入されたキャリアの再結合によって生じた光は、活性層１２３と垂直な方向に対しては、ｎ型クラッド層１２２及びｐ型クラッド層１２４によって垂直方向の光閉じ込めが行われ、また、活性層１２３と平行な方向に対しては、屈折率がｐ型クラッド層１２４よりも小さい電流ブロック層１２７によって、水平方向の光閉じ込めが行われる。また、電流ブロック層１２７は、レーザ発振光に対して透明であるため光吸収がなく、低損失の導波路を実現することができる。また、導波路を伝搬する光分布は、電流ブロック層１２７に大きくしみ出すことができるため、赤色レーザ１００と同様に、高出力動作に適した１０-3のオーダーのΔＮを容易に得ることができ、さらにそのΔＮを上記距離ｄｐによって、同じく１０-3のオーダーで精密に制御することができる。このため、光分布を精密に制御しつつ、低電流動作の高出力半導体レーザを得ることができる。
【００２１】
なお、８０℃の高温動作時において放熱性を向上させるために、３５０ｍＷ以上の高出力レーザでは共振器長を１５００μｍ以上として動作電流密度を低減することが好ましく、図１９では、共振器長を１７５０μｍとしている。また、共振器の前端面には、赤色レーザ１００及び赤外レーザ２００に対してともに反射率が７％となるように誘電体膜のコーティングを行っており、また、共振器の後端面には、赤色レーザ１００及び赤外レーザ２００に対してともに反射率が９４％となるように誘電体膜のコーティングを行っている。
【００２２】
次に、図１９に示す従来の２波長半導体レーザ装置におけるリッジ部１４０及び１５０のストライプ構造について、図２０を用いて説明する。図２０は、図１９に示す従来の２波長半導体レーザ装置の上面図である。
【００２３】
図２０に示すように、リッジ部１４０及び１５０のストライプ構造は、リッジ幅（ストライプ幅）が、レーザ光を取り出す端面である前端面１１０ａから後端面１１０ｂに向けて除々に狭まった形状としている。
【００２４】
赤色レーザ１００のリッジ部１４０は、前端面１１０ａでのリッジ幅（幅３．５μｍ）から距離Ｌ１までの間はリッジ幅が一定の直線形状とし、さらにそこから距離Ｌ２までの間ではリッジ幅が徐々に狭まる形状とし、そこから後端面１１０ｂまでの距離ＬＲＥのリア領域１４１ではリッジ幅が一定幅（幅２．１μｍ）の形状となるようにしている。
【００２５】
また、赤外レーザ２００のリッジ部１５０は、前端面１１０ａでのリッジ幅（幅３．８μｍ）から距離Ｌ３までの間はリッジ幅が一定の直線形状とし、さらにそこから距離Ｌ４までの間ではリッジ幅が徐々に狭まる形状とし、そこから後端面１１０ｂまで距離ＬＳＥのリア領域１５１ではリッジ幅が一定幅（幅２．１μｍ）の形状となるようにしている。
【００２６】
なお、リッジ部１４０及び１５０のリッジ幅とは、図１９に示すように、リッジ部１４０及び１５０の下端部の幅Ｗ１、Ｗ２のことである。
【００２７】
従来の２波長半導体レーザ装置では、赤外レーザ２００のリッジ部１５０における距離Ｌ１の長さが、赤色レーザ１００のリッジ部１４０における距離Ｌ３の長さよりも長くなるように設定している。
【００２８】
また、リッジ部１４０及び１５０のリッジ幅及び共振器方向の長さは、赤色レーザ１００及び赤外レーザ２００のいずれも図２１に示すよう変化させるとよい。図２１は、従来の２波長半導体レーザ装置において１つのリッジ部のストライプ構造を示す図である。
【００２９】
図２１に示すように、リッジ部は、前端面１１０ａ側から後端面１１０ｂに向かって徐々にリッジ幅が狭まるように構成することが好ましい。一般的に、高出力レーザでは、通常前端面側の反射率（Ｒｆ）は１０％以下の低反射率、後端面側の反射率（Ｒｒ）は７５％以上の高反射率となるように誘電体膜をコーティングする。これは、前端面側の光取り出し効率を向上させ、且つ前端面内部での光密度を低減し、レーザの端面が溶融破壊（ＣＯＤ）する光出力レベルを向上させるためである。このとき、導波路の共振器方向の光密度は、前端面側の方が後端面側よりも高いので、レーザ発振のために消費される活性層のキャリア数は、前端面側の方がより多く必要となる。そのため、電流の注入としては、共振器内部の光密度が相対的に高い前端面側により多くの電流を注入したほうが、電流−光出力特性でのスロープ効率を向上させることができ、温度特性に優れた素子を得ることができる。
【００３０】
ここで、赤色レーザと赤外レーザのリッジ幅の差について説明を行う。活性層のバンドギャップエネルギーとクラッド層のバンドギャップエネルギーとの差は赤色レーザよりも赤外レーザの方が大きいので、赤外レーザの方が熱的に励起されたキャリアのオーバーフローが少ない。また、赤外レーザの活性層の材料であるＡｌＧａＡｓ系材料の方が、赤色レーザの活性層材料であるＩｎＧａＡｌＰ系材料よりも同じ注入キャリア密度に対する利得が大きいので、赤色レーザよりも赤外レーザの方が、高温及び高出力動作時における動作キャリア密度が低くなる。
【００３１】
活性層での動作キャリア密度の水平方向の分布は、最も光分布強度の高いリッジ部の中央部（リッジ幅の中央）では強い誘導放出が生じるために、図２２に示すように、リッジ幅の中央部おけるキャリア濃度は相対的にくぼんだ分布となり、キャリアの空間的ホールバーニングと呼ばれる現象が生じる。また、活性層の動作キャリア濃度が高いと、プラズマ効果により活性層の屈折率は低下する。
【００３２】
ここで、図２２において、このキャリア濃度のくぼみの大きさをΔＮｃとすると、ΔＮｃが大きいほど、リッジ部の中央部とその下方の活性層との屈折率差が大きくなる。この結果、リッジ部内外の実効屈折率差（ΔＮ）の増大につながり、高次横モード光がカットオフされにくくなり、高次横モード発振が生じ、電流‐光出力におけるキンクの発生につながる。
【００３３】
このような現象を抑制するためには動作キャリア密度は低い方がよい。従って、同じリッジ幅であれば、温度特性に優れた赤外レーザの方が赤色レーザよりも動作キャリア密度が低く、キンクが発生しにくくなる。
【００３４】
また、リッジ幅は広い方が、水平方向の光分布がリッジ部の内部に閉じ込められ、ΔＮｃは大きくなる。このため、リッジ幅を広くすると、キンクレベルが低下してしまう。一方、リッジ幅は素子の直列抵抗に影響し、電流注入領域が広い方が、つまり、リッジ幅が広い素子の方が、素子の直列抵抗が小さくなり、動作電圧も低くすることができる。このように動作電圧を低くすることにより、消費電力を低減することができるとともに、発熱量も低下するので温度特性を向上させることができる。また、半導体レーザの駆動電圧も低減できるため、回路設計上、有利となる。従って、リッジ幅はキンクレベルが低下しない範囲で、できるだけ広くなるように設定することが好ましい。
【００３５】
以上をまとめると、従来の２波長半導体レーザ装置において、（１）電流−光出力特性上、スロープ効率を向上させるには、前端面側から後端面側に向かってリッジ幅を徐々に狭めたほうがよい、（２）動作電圧を低減するためには、リッジ幅は広い方がよい、（３）キンク発生を抑制するためには、リッジ幅は狭めた方がよい、ということになる。このことから、動作電流値及び動作電圧を低くし、キンクレベルを高めるように、リッジ部のストライプの形状は、図２１に示すような形状とすることが好ましい。
【００３６】
すなわち、図２１に示すように、前端面から距離Ｌｆまでの前端面側領域においては、リッジ幅を広くするとともに徐々に狭めるように構成されている。これにより、光密度の高い前端面部に、より多くの電流を供給することができる。また、距離Ｌｆから距離Ｌｂまでの後端面側領域においては、リッジ幅がより狭くなるように、前端面側領域と比較してより急激にリッジ幅を狭めるように構成されている。
【００３７】
なお、フロント側領域のリッジ幅は一定でもよい。これは、リッジ幅が変化すると、リッジ部の側壁での導波光の散乱損失が大きくなり効率の低下につながるからである。従って、リッジ幅を変化させた場合の導波路損失の増大量を低減するためには、光密度の高い前端面側領域におけるリッジ幅の変化は小さい方が良い。
【００３８】
つまり、従来の２波長半導体レーザ装置において、リッジ部のストライプ構造は、前端面のリッジ幅をＷｆ、前端面から距離Ｌｆまでのリッジ幅をＷｍ、前端面から距離Ｌｆ＋距離Ｌｂまでのリッジ幅をＷｒとすると、Ｗｆ≧Ｗｍ、Ｗｍ＞Ｗｒ、（Ｗｆ―Ｗｍ）／（２Ｌｆ）＞（Ｗｍ―Ｗｒ）／（２Ｌｂ）の関係を満たすように構成することが好ましい。
【００３９】
なお、図２１に示すように、従来の２波長半導体レーザ装置においては、後端面から２０μｍまでの間においてリッジ幅が一定の領域であるリア領域１４１及び１５１が設けられている。これは、素子をへき開により分離する場合において、へき開の位置ずれによるリッジ幅の変動を抑えるためである。
【００４０】
また、温度特性上、赤外レーザの前端面におけるリッジ幅をＷｆ１、赤色レーザの前端面におけるリッジ幅をＷｆ２とすると、Ｗｆ１≧Ｗｆ２とすることが好ましい。これにより、キンクレベルが高く、低電流及び低電圧で駆動可能な２波長レーザを得ることができる。なお、図２１に示す従来の２波長半導体レーザ装置では、赤外レーザ２００の前端面１１０ａにおけるリッジ幅を３．８μｍとし、赤色レーザ１００の前端面１１０ａにおけるリッジ幅を３．５μｍとし、赤外レーザの方を０．３μｍ広く設定している。これにより、高出力動作時の動作電圧の増大を抑制している。
【００４１】
この様に、特許文献２に開示された発明によれば、動作電圧が低く、温度特性に優れ、キンクレベルの高い２波長半導体レーザ装置を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】特開平１１−１８６６５１号公報
【特許文献２】特開２００８−６６５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４３】
近年の光ディスクシステムの大容量化の進展によりＣＤやＤＶＤよりもさらに大容量の記録を可能にするＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）光ディスクシステムの市場が立ち上がり、波長４０５ｎｍ帯の青紫レーザ光を得ることが可能な窒化物材料系の半導体レーザが実用化されている。
【００４４】
この様な光ディスクシステムの市場動向において、光ディスクシステムは、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤに加えてＢＤ用の光ディスクの記録、再生可能な３波長対応の光ディスクシステムの需要が高まっている。
【００４５】
３波長対応の光ディスクシステムにおいては、光ピックアップの組み立て精度が最も必要なＢＤ用光ディスクシステムの光学系の設計を優先することが多く、赤色レーザや赤外レーザの光ディスクシステム光学系におけるレーザ光の利用効率は、従来の光ディスクシステムと比較して、低くなっている。
【００４６】
また、２波長対応の光ディスクシステムの大型化を招かないためには、光学系の部品配置の設計尤度も厳しくなり、３波長対応の光ディスクシステムに使用される赤色レーザ及び赤外レーザのレーザ光放射パターン（遠方放射パターン：ＦＦＰ（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ））の形状やビームの出射方向（光軸）は、低出力から高出力動作時のみならず、低温から高温動作時においても可能な限り一定となることが要望されている。この理由は、ＦＦＰ形状や光軸の変化が大きいと、光ディスクシステムの光学系において設置された光出力をモニターする受光素子への光の入射光強度の変動につながり、温度変動に対し安定した光出力動作を得ることが困難となるからである。
【００４７】
また、光ディスクシステムの小型化のためには、光出力モニター用受光素子の小型化や設置位置の制限がより厳しくなる。従って、３波長対応の光ディスクシステムに要望される赤色レーザや赤外レーザの光軸やＦＦＰ形状は、温度や光出力の変化に対して、より安定、且つ、形状の乱れがない単峰性に優れた特性が要望されている。
【００４８】
さらに、３波長対応の光ディスクシステムでは、前述のように、赤色レーザ、赤外レーザの光の利用効率が低くなるため、更なる高温高出力動作とキンク発生の抑制、そして、低電圧動作が要望されている。
【００４９】
このような中、図２０及び図２１に示す従来の２波長半導体レーザ装置においては、上述のとおり、リッジ部１４０及び１５０のストライプ形状を最適化している。すなわち、共振器長方向に対し、光密度が高い前端面部でのリッジ幅は一定又は徐々に狭め、さらに後端面側に向かってはより急峻にリッジ幅を狭めるようにしてリッジ部を構成している。さらに、前端面部のリッジ幅が一定又は徐々に狭まる領域の長さは、赤外レーザの方を赤色レーザよりも長くすることにより、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれについても、高いキンクレベル、低電流動作及び低電圧動作を実現している。
【００５０】
しかしながら、今後、８５℃以上の高温動作及び３５０ｍＷ以上の高出力動作という、さらなる高温高出力動作が要求されてくると、素子の発熱量が増大してΔＮが大きくなる結果、高次横モード光がカットオフされにくくなる。また、高次横モード光が発生すると基本横モード光と干渉し、光軸変動が生じたりＦＦＰ形状に乱れが生じたりするという問題がある。
【００５１】
この場合、特許文献２に開示される従来の半導体レーザ装置におけるリッジ部構造では、リッジ幅が変化する領域が１箇所であるので、リッジ幅が変化することによる基本横モード光の導波路損失の増大も抑制されてしまう。同様に、高次横モード光に対する導波路損失の増大も抑制されてしまうので、８５℃以上及び３５０ｍＷ以上の高温高出力動作時における高次横モード光の抑制効果が不十分となる。従って、従来の半導体レーザ装置では、高温高出力動作時における光軸の不安定化やＦＦＰ形状の乱れにつながるという問題がある。
【００５２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、８５℃以上３５０ｍＷ以上の高温高出力動作時においても、高いキンクレベル、低電流及び低電圧で動作可能であるのみならず、光軸が安定し、ＦＦＰ形状の乱れも少ない半導体レーザ装置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】
【００５３】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ装置は、前端面から波長λ１の光を発する第一半導体レーザと、前記前端面から波長λ１よりも大きい波長λ２の光を発する第二半導体レーザとが、同一の基板上に集積化された半導体レーザ装置であって、前記第一半導体レーザは、前記基板の上に形成された第一導電型の第一クラッド層と、前記第一クラッド層の上に形成された第一活性層と、前記第一活性層の上に形成され、共振器方向に対してストライプ幅が変化する領域を有する第一リッジ部を有する第二導電型の第二クラッド層と、を備え、前記第二半導体レーザは、前記基板の上に形成された第一導電型の第三クラッド層と、前記第三クラッド層の上に形成された第二活性層と、前記第二活性層の上に形成され、前記共振器方向に対してストライプ幅が変化する領域を有する第二リッジ部を有する第二導電型の第四クラッド層と、を備え、前記第一リッジ部は、前記前端面からの長さがＬＲ１でストライプ幅が一定のＷＲ１である第一フロント側領域と、前記前端面とは反対側の端面である後端面からの長さがＬＲ３でストライプ幅が一定のＷＲ３である第一リア側領域と、前記第一フロント側領域と前記第一リア側領域との間に位置する領域であって、前記前端面側から前記後端面側に向かってストライプ幅が減少するように構成された、少なくとも２つ以上の複数の第一半導体レーザストライプ幅変化領域と、前記複数の第一半導体レーザストライプ幅変化領域のうち前記前端面に最も近い領域である第一ストライプ幅変化領域に隣接し、ストライプ幅が一定のＷＲ２である第一中間領域と、を備え、前記第二リッジ部は、前記前端面からの長さがＬＳ１でストライプ幅が一定のＷＳ１である第二フロント側領域と、前記後端面からの長さがＬＳ３でストライプ幅が一定のＷＳ３である第二リア側領域と、前記第二フロント側領域と前記第二リア側領域との間に位置する領域であって、前記前端面側から前記後端面側に向かってストライプ幅が減少するように構成された、少なくとも２つ以上の複数の第二半導体レーザストライプ幅変化領域と、前記複数の第二半導体レーザストライプ幅変化領域のうち前記前端面に最も近い領域である第二ストライプ幅変化領域に隣接し、ストライプ幅が一定のＷＳ２である第二中間領域と、を備え、前記前端面の反射率をＲｆとし、前記後端面の反射率をＲｒとすると、Ｒｆ＜Ｒｒ、ＷＲ１＞ＷＲ２＞ＷＲ３、ＷＳ１＞ＷＳ２＞ＷＳ３、ＬＲ１＜ＬＳ１、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係を満たすものである。
【００５４】
この構成により、電流の利用効率が向上するので、動作電流値を低減することができるとともに、温度特性を向上することができる。
【００５５】
さらに、ストライプ幅が一定の第一中間領域及び第二中間領域を備えるので、共振器を伝搬する高次横モード光の伝搬を抑制することが可能となる。この結果、高次横モード光と基本横モード光との結合によるＦＦＰ形状の変形及び光軸の変動を抑制することができる。
【００５６】
さらに、発振波長の長い第二半導体レーザの方が、ストライプ幅が狭い領域における高次横モード光の伝搬損失が小さくなる。従って、同一共振器の状態では、ＬＲ１＜ＬＳ１、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係を満たすように構成することにより、波長の長い第二半導体レーザにおける電流注入面積を大きくしたとしても、高次横モード光の伝搬を抑制することができ、第一半導体レーザ及び第二半導体レーザ共に、キンク発生を抑制しつつＦＦＰ形状の乱れ及び光軸の変動を抑制することができるとともに、素子抵抗を低減することができる。
【００５７】
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置において、前記複数の第一半導体レーザストライプ幅変化領域及び前記複数の第二半導体レーザストライプ幅変化領域におけるストライプ幅は、前記前端面側から前記後端面側に向かって単調減少することが好ましい。
【００５８】
これにより、さらに導波路損失を低減することができる。
【００５９】
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置において、前記複数の第一半導体レーザストライプ幅変化領域は、前記第一フロント側領域と前記第一リア側領域との間に２箇所のみ設けられており、前記複数の第二半導体レーザストライプ幅変化領域は、前記第二フロント側領域と前記第二リア側領域との間に２箇所のみ設けられていることが好ましい。
【００６０】
この構成により、ストライプ幅が減少する領域を３箇所以上設けた構造に対して、高次横モード光と基本横モード光との導波路損失の差を大きくすることができる。この結果、高次横モード光の伝搬を抑制する効果をより高めることが可能となる。このため、ＦＦＰ形状の乱れ及び光軸の変動を一層抑制することができる。
【００６１】
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置において、前記第一中間領域の共振器方向の長さをＬＲ２とし、前記第二中間領域の共振器方向の長さをＬＳ２とすると、ＬＲ２＞ＬＳ２の関係を満たすことが好ましい。
【００６２】
この構成により、波長の短い第一半導体レーザにおけるリッジ部の方が第二半導体レーザよりも、ストライプ幅変化領域間の距離が長くなる。この場合、高次横モード光の伝搬を抑制しにくい短波長側の第一半導体レーザにおいては、２つのストライプ幅変化領域で散乱された高次横モード光の分離をより効果的に行うことができる。また、高次横モード光の伝搬を抑制しやすい長波長側の第二半導体レーザにおいては、第二中間領域の長さを短くするとともに、前端面側のストライプ幅を大きくして第二フロント側領域の面積を大きくすることができる。これにより、長波長側の第二半導体レーザのストライプ面積を大きくすることができるので、素子抵抗を小さくすることが可能となる。
【００６３】
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置において、前記λ１が波長６６０ｎｍ帯であって、前記λ２が波長７８０ｎｍ帯であることが好ましい。
【００６４】
この構成により、２波長光ディスクシステムに適した、赤外レーザ及び赤色レーザを備える光源を実現することができる。
【００６５】
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置において、前記第一リッジ部内外における実効屈折率差をΔＮ１とし、前記第二リッジ部内外における実効屈折率差をΔＮ２とすると、ΔＮ１＞ΔＮ２の関係を満たすことが好ましい。
【００６６】
この構成により、長波長側の第二半導体レーザにおいて高次横モード光の伝搬をさらに抑制することが可能となる。
【００６７】
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置において、ＷＲ１＜ＷＳ１の関係を満たすことが好ましい。
【００６８】
この構成により、短波長側の第一半導体レーザの高次横モード光の伝搬を抑制することができるので、短波長側の第一半導体レーザ及び長波長側の第二半導体レーザ共に、ＦＦＰ形状の乱れと光軸変動のない２波長半導体レーザを実現することができる。
【００６９】
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置において、前記第一クラッド層、前記第二クラッド層、前記第三クラッド層及び前記第四クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成されており、それぞれのＡｌ組成を、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＸ４とすると、Ｘ１＜Ｘ２、Ｘ３＜Ｘ４、Ｘ３＜Ｘ１の関係を満たすことが好ましい。
【００７０】
この構成により、短波長側の第一半導体レーザ及び長波長側の第二半導体レーザ共に、電流注入のためのストライプから光分布を基板側寄りに形成することが可能となる。この場合、光分布は、リッジ部形状の共振器方向の変化に起因する散乱の影響を受けにくくなるため、導波路損失を低減することが可能となる。この結果、動作電流値が小さくなり素子の発熱が抑制されるため、低消費電力化を実現することが可能となる。さらに、素子の発熱を抑制することが可能となる結果、ΔＮの増大の抑制も可能となり、高次横モード光の伝搬を防ぐことができるため、短波長側及び長波長側の半導体レーザ共にキンクレベルが高く、ＦＦＰ形状の乱れ及び光軸変動のない２波長半導体レーザを実現することができる。
【発明の効果】
【００７１】
本発明によれば、複数の半導体レーザが同一基板上にモノリシックに集積化された半導体レーザ装置において、電流の利用効率が向上し、動作電流値の低減と温度特性の向上を図ることができる。また、高次横モード光と基本横モード光の結合によるＦＦＰ形状の変形を防止することができる。また、キンク発生を抑制しつつＦＦＰ波形乱れと光軸変動の抑制と素子抵抗の低減を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構造を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。
【図３】図３（ａ）は、赤色レーザのリッジ部におけるテーパ角と単位長さ当りの伝搬損失増加との関係を示す図であり、図３（ｂ）は、赤外レーザのリッジ部におけるテーパ角と単位長さ当りの伝搬損失増加との関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、リッジ部に第二中間領域を備えた本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤外レーザのリッジ部のストライプ構造を示す図であり、図４（ｂ）は、リッジ部に第二中間領域を備えていない比較例に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、図４（ａ）に示す本発明に係る半導体レーザ装置におけるストライプ構造において光が共振器を一周するときの様子を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す本発明に係る半導体レーザ装置のストライプ構造において光が共振器を一周するときにおけるビームの伝搬の計算に用いたストライプ構造を示す図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図４（ａ）に示す本発明に係る半導体レーザ装置及び図４（ｂ）に示す比較例に係る半導体レーザ装置において、前端面から伝搬した光が後端面で反射して再び前端面側へ伝搬するときにおける高次横モード光のビーム伝搬の計算結果を示す図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける伝搬前後の高次横モード光の光分布を示す図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける伝搬前後の基本横モード光の光分布を示す図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本発明に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける伝搬前後の高次横モード光の光分布を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本発明に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける伝搬前後の基本横モード光の光分布を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置において、赤外レーザにおける高次横モード光、赤外レーザにおける基本横モード光、赤色レーザにおける高次横モード光、及び、赤色レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける室温連続発振状態でのＦＦＰの光出力依存性及を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける室温連続発振状態でのＦＦＰの光出力依存性及を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置において、赤色レーザ及び赤外レーザにおける電流−光出力特性を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置において、赤外レーザにおける高次横モード光、赤外レーザにおける基本横モード光、赤色レーザにおける高次横モード光、及び、赤色レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）〜図１６（ｄ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置において、赤外レーザにおける高次横モード光、赤外レーザにおける基本横モード光、赤色レーザにおける高次横モード光、及び、赤色レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。
【図１９】図１９は、従来の２波長半導体レーザ装置の断面構造を模式的に示した図である。
【図２０】図２０は、従来の２波長半導体レーザ装置の上面図である。
【図２１】図２１は、従来の２波長半導体レーザ装置において１つのリッジ部のストライプ構造を示す図である。
【図２２】図２２は、半導体レーザ装置における活性層の動作キャリアのホールバーニングを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
以下、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００７４】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構造を示す模式図である。なお、図１は、当該半導体レーザ装置を前端面側から見た図である。
【００７５】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置は、複数波長（ここでは２波長）にて発光可能な半導体レーザ装置であり、（１００）面から［０１１］方向に１０度傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓからなる基板１０上に、異なる波長をもって発光する二つの発光部として、赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化されて構成されている。尚、基板１０の裏面（赤色レーザ１が形成されている面とは反対側の面）には、第三電極であるｎ側電極３３が形成されている。以下、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の各構造について、詳細に説明する。
【００７６】
まず、本実施形態に係る赤色レーザ１の構造について説明する。赤色レーザ１は、６６０ｎｍ帯の波長である波長λ１の光を発する第一半導体レーザであって、基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１（膜厚０．５μｍ）と、第一導電型の第一クラッド層であるｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２（膜厚２．０μｍ）と、第一活性層である歪量子井戸構造を有する活性層１３と、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１４と、ｐ型ＧａＩｎＰからなるｐ型の保護層１５（膜厚５０ｎｍ）と、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１６（膜厚０．４μｍ）とが、下からこの順に積層された構造を有する。
【００７７】
ここで、ｐ型クラッド層１４には、二つの溝部１４ａが形成されており、その間の部分がリッジ部４０（リッジストライプ部）となっている。赤色レーザ１におけるリッジ部４０は、半導体レーザ装置における第一リッジ部であって、後述するように、共振器方向に対してストライプ幅（リッジ幅）が変化する領域を有する。
【００７８】
また、ｐ型の保護層１５及びｐ型コンタクト層１６は、ｐ型クラッド層１４のうち溝部１４ａ以外の部分（リッジ部４０上を含む）の上に積層されて形成されている。また、ｐ型コンタクト層１６上及び溝部１４ａ内を覆うように、ＳｉＮからなる電流ブロック膜１７が形成されている。電流ブロック膜１７は、リッジ部４０の側面が露出しないようにリッジ部４０の側面を覆うように形成され、また、電流注入を行うためにリッジ部４０の上方が開口するように形成されている。
【００７９】
更に、電流ブロック膜１７上（リッジ部４０上の開口上を含む）には、第一電極であるｐ側電極３１が形成されている。赤色レーザ１を駆動するための電流は、ｐ側電極３１と、基板１０の裏面に形成されたｎ側電極３３とを通して流すことができる。
【００８０】
尚、ｐ型クラッド層１４において、リッジ部４０の上端から活性層１３に達するまでの距離を１．４μｍとし、リッジ部４０の下端から活性層１３に達するまでの距離ｄｐ１を０．１５μｍとする。また、ｐ側電極３１の幅（赤色レーザ１の共振器長方向に対して垂直且つ基板１０の上面に平行な方向の幅）をＷ１とする。
【００８１】
また、活性層１３は、歪量子井戸活性層であり、図１に示す構造を有する。つまり、ＧａＩｎＰからなる３層のウェル層１３ｗ１、１３ｗ２及び１３ｗ３と、その間に各々挟まれるＡｌＧａＩｎＰからなる２層のバリア層１３ｂ１及び１３ｂ２（膜厚はそれぞれ５ｎｍ）と、これらの計５層を挟むように上下に位置し且ついずれもＡｌＧａＩｎＰからなる第一ガイド層１３ｇ１及び第二ガイド層１３ｇ２（膜厚５０ｎｍ）とが積層された構造を有している。
【００８２】
このように構成された赤色レーザ１において、ｐ型コンタクト層１６から注入された電流は、電流ブロック膜１７によりリッジ部４０の部分のみに狭窄され、リッジ部４０の下方に位置する部分の活性層１３に集中して電流注入されることになる。この結果、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡ程度の小さい注入電流によって実現される。
【００８３】
このように活性層１３に注入されたキャリアの再結合により発光した光に対し、活性層１３に対して垂直な方向については、ｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４によって光閉じ込めが行われる。これと共に、活性層１３に対して水平な方向についての光閉じ込めは、電流ブロック膜１７がｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４よりも低い屈折率を有することによって行われる。
【００８４】
また、電流ブロック膜１７は、レーザ発振光に対して透明であるため光吸収が無く、低損失の導波路を実現することができる。更に、リッジ部内外の実効屈折率差ΔＮについて、ｄｐ１の大きさを制御することによって１０-3のオーダーをもって精密に制御することができる。
【００８５】
このようなことから、赤色レーザ１は、光分布を精密に制御することが可能であると共に低作電流動作である高出力半導体レーザとなっている。
【００８６】
次に、本実施形態に係る赤外レーザ２の構造について説明する。赤外レーザ２は、波長λ１よりも大きい波長である７８０ｎｍ帯の波長λ２の光を発する第二半導体レーザであって、活性層の構造を除いて赤色レーザ１と同様の構成を有し、また、発光する波長を除いて同様に動作する。詳しくは以下に説明する。
【００８７】
赤外レーザ２は、赤色レーザ１と同じ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２１（膜厚０．５μｍ）と、第一導電型の第三クラッド層であるｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２２（膜厚２．０μｍ）と、量子井戸構造を有する活性層２３と、第二導電型の第四クラッド層であるｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層２４と、ｐ型ＧａＩｎＰからなるｐ型の保護層２５（膜厚５０ｎｍ）と、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層２６（膜厚０．４μｍ）とが、下からこの順に積層された構造を有する。
【００８８】
ここで、ｐ型クラッド層２４においても二つの溝部２４ａが形成されており、その間の部分がリッジ部５０（リッジストライプ部）となっている。赤外レーザ２におけるリッジ部５０は、半導体レーザ装置における第二リッジ部であって、後述するように、共振器方向に対してストライプ幅（リッジ幅）が変化する領域を有する。
【００８９】
また、ｐ型の保護層２５及びｐ型コンタクト層２６は、ｐ型クラッド層２４のうち溝部２４ａ以外の部分の上に積層されて形成されている。また、ｐ型コンタクト層２６上及び溝部２４ａ内を覆うように、ＳｉＮからなる電流ブロック膜２７が形成されている。電流ブロック膜２７は、リッジ部５０の側面が露出しないようにリッジ部５０の側面を覆うように形成されて、また、電流注入を行うためにリッジ部５０の上が開口するように構成されている。
【００９０】
更に、電流ブロック膜２７上（リッジ部５０上の開口上を含む）には、第二電極であるｐ側電極３２が形成されている。赤外レーザ２を駆動するための電流は、ｐ側電極３２と、基板１０の裏面に形成されたｎ側電極３３とを通して流すことができる。
【００９１】
尚、ｐ型クラッド層２４において、リッジ部５０の上端から活性層２３に達するまでの距離を１．４μｍとし、リッジ部５０の下端から活性層２３に達するまでの距離ｄｐ２を０．２μｍとする。また、ｐ側電極３２の幅（赤外レーザ２の共振器長方向に対して垂直且つ基板１０の上面に平行な方向の幅）をＷ２とする。
【００９２】
また、活性層２３は、量子井戸活性層であり、図１に示す構造を有する。つまり、ＧａＡｓからなる２層のウェル層２３ｗ１及び２３ｗ２と、その間に挟まれＡｌＧａＡｓからなる１層のバリア層２３ｂ１と、これらの計３層を挟むように上下に位置し且ついずれもＡｌＧａＡｓからなる第一ガイド層２３ｇ１及び第二ガイド層２３ｇ２とが積層された構造を有している。
【００９３】
このように構成された赤外レーザ２においても、赤色レーザ１の場合と同様に、ｐ型コンタクト層２６から注入された電流は、電流ブロック膜２７によりリッジ部５０の部分のみに狭窄される。このため、リッジ部５０の下方に位置する部分の活性層２３に集中して電流注入されることになり、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡ程度の小さい注入電流によって実現される。
【００９４】
また、活性層２３に注入されたキャリアの再結合により発生した光の閉じ込めについても、赤色レーザ１と同様に行われる。つまり、活性層２３に対して垂直な方向については、ｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２４により光閉じ込めが行われる。これと共に、活性層２３に対して平行な方向については、電流ブロック膜２７がｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２４よりも低い屈折率を有することにより光閉じ込めが行われる。
【００９５】
また、電流ブロック膜２７は、やはりレーザ発振光に対して透明であるため光吸収が無く、低損失の導波路を実現することができる。また、赤色レーザ１と同様に、更に、リッジ部内外の実効屈折率差ΔＮについて、ｄｐ２の大きさを制御することによって１０-3のオーダーをもって精密に制御することできる。
【００９６】
このようなことから、赤外レーザ２は、光分布を精密に制御すると共に低電流動作である高出力半導体レーザとなっている。
【００９７】
また、例えば８５℃の高温動作時において、高い放熱性を得るために、３５０ｍＷ以上の高出力レーザの場合には、共振器長を１５００μｍ以上とすることが好ましい。共振器長を１５００μｍ以上とすることによって動作電流密度を低減することができるので、放熱性を向上させることができる。具体的には、本実施形態に係る半導体レーザ装置において、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の共振器長は共に１７００μｍとしている。
【００９８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部４０及び５０
のストライプ構造について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。
【００９９】
本実施形態に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部４０及び５０のストライプ構造によれば、温度特性に優れ、キンクレベルが高く、動作電圧が小さいのみならず、ＦＦＰ形状の乱れと光軸変動のない２波長半導体レーザを実現することができる。以下、本実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ部のストライプ構造について詳細に説明する。
【０１００】
図２に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置は、前端面１０ａ（フロント端面）と後端面１０ｂ（リア端面）とを両端として光導波路が構成されている。前端面１０ａは、赤色レーザ１及び赤外レーザ２のレーザ光を取り出す側の共振器端面であり、前端面１０ａからは赤色レーザ１及び赤外レーザ２のレーザ光が出射する。一方、後端面１０ｂは、共振器方向において前端面１０ａとは反対側の共振器端面であり、前端面１０ａと対向する。
【０１０１】
本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置においては、前端面１０ａと後端面１０ｂとには、所定の反射率を有する誘電体膜がコーティングされている。本実施形態において、前端面１０ａの反射率をＲｆとし、後端面１０ｂの反射率をＲｒとすると、Ｒｆ＜Ｒｒとなるように誘電体膜がコーティングされている。
【０１０２】
具体的には、赤色レーザ１及び赤外レーザ２のいずれにおいても、それぞれ赤色レーザ光及び赤外レーザ光に対し、共振器の前端面１０ａにおける反射率が７％、後端面１０ｂにおける反射率が９４％となるように、誘電体膜によるコーティングが行なわれている。
【０１０３】
一般的に、高出力レーザでは、通常前端面側の反射率（Ｒｆ）は１０％以下の低反射率、後端面側の反射率（Ｒｒ）は７５％以上の高反射率となるように、誘電体膜がコーティングされている。これは、前端面側の光取り出し効率を向上させ、且つ前端面内部での光密度を低減し、レーザ端面の溶融破壊（ＣＯＤ）が発生する光出力レベルを向上させるためである。このとき、導波路の共振器方向の光密度は、前端面側の方が後端面側よりも高くなり、レーザ発振のために消費される活性層のキャリア数は、前端面側の方が後端面側よりもより多く必要となる。そのため、電流の注入としては、共振器内部の光密度が相対的に高い前端面側により多くの電流を注入したほうが、電流−光出力特性でのスロープ効率を向上させ、温度特性に優れた素子を得ることができる。ここで、スロープ効率とは、単位電流注入量（ΔＩ）当たりの光出力の増大量（ΔＰ）であるΔＰ／ΔＩを意味する。
【０１０４】
そこで、本実施形態に係る半導体レーザ装置では、図２に示すように、前端面側により多くの電流を注入するために、赤色レーザ１におけるリッジ部４０及び赤外レーザ２におけるリッジ部５０は、いずれも、リッジ幅が前端面１０ａから後端面１０ｂに向けて除々に狭まるようなストライプ形状としている。
【０１０５】
図２に示すように、赤色レーザ１におけるリッジ部４０（第一リッジ部）は、前端面１０ａからのストライプ方向長さ（共振器方向長さ）がＬＲ１で、ストライプ幅が一定のＷＲ１である第一フロント側領域４１と、後端面１０ｂからのストライプ方向長さがＬＲ３で、ストライプ幅が一定のＷＲ３である第一リア側領域４５とを備える。
【０１０６】
さらに、赤色レーザ１におけるリッジ部４０は、第一フロント側領域４１と第一リア側領域４５との間に位置する領域であって、前端面１０ａ側から後端面１０ｂ側に向かってストライプ幅が単調減少するように構成された、少なくとも２つ以上の複数の赤色レーザストライプ幅変化領域を備える。本実施形態において、複数の赤色レーザストライプ幅変化領域は、２箇所設けられており、図２に示すように、前端面１０ａ側の第一フロント側ストライプ幅変化領域４２と、後端面１０ｂ側の第一リア側ストライプ幅変化領域４４とからなる。
【０１０７】
さらに、赤色レーザ１におけるリッジ部４０は、複数の赤色レーザストライプ幅変化領域のうち前端面１０ａに最も近い領域である第一フロント側ストライプ幅変化領域４２に隣接し、ストライプ方向長さがＬＲ２で、ストライプ幅が一定のＷＲ２である第一中間領域４３を備える。本実施形態において、第一中間領域４３は、第一フロント側ストライプ幅変化領域４２に加えて、第一リア側ストライプ幅変化領域４４にも隣接している。
【０１０８】
このように本実施形態において、赤色レーザ１におけるリッジ部４０は、図２に示すように、前端面１０ａから後端面１０ｂに向かって、第一フロント側領域４１と、第一フロント側ストライプ幅変化領域４２と、第一中間領域４３と、第一リア側ストライプ幅変化領域４４と、第一リア側領域４５とで構成されている。そして、第一フロント側ストライプ幅変化領域４２は、前端面１０ａ側が第一フロント側領域４１に隣接するとともに、後端面１０ｂ側が第一中間領域４３に隣接している。また、第一リア側ストライプ幅変化領域４４は、前端面１０ａ側が第一中間領域４３に隣接するとともに、後端面１０ｂ側が第一リア側領域４５に隣接している。
【０１０９】
一方、赤外レーザ２におけるリッジ部５０（第二リッジ部）は、前端面１０ａからのストライプ方向長さ（共振器方向長さ）がＬＳ１で、ストライプ幅が一定のＷＳ１である第二フロント側領域５１と、後端面１０ｂからのストライプ方向長さがＬＳ３で、ストライプ幅が一定のＷＳ３である第二リア側領域５５とを備える。
【０１１０】
さらに、赤外レーザ２におけるリッジ部５０は、第二フロント側領域５１と第二リア側領域５５との間に位置する領域であって、前端面１０ａ側から後端面１０ｂ側に向かってストライプ幅が単調減少するように構成された、少なくとも２つ以上の複数の赤外レーザストライプ幅変化領域を備える。本実施形態において、複数の赤外レーザストライプ幅変化領域は、２箇所設けられており、図２に示すように、前端面１０ａ側の第二フロント側ストライプ幅変化領域５２と、後端面１０ｂ側の第二リア側ストライプ幅変化領域５４とからなる。
【０１１１】
さらに、赤外レーザ２におけるリッジ部５０は、複数の赤外レーザストライプ幅変化領域のうち前端面１０ａに最も近い領域である第二フロント側ストライプ幅変化領域５２に隣接し、ストライプ方向長さがＬＳ２で、ストライプ幅が一定のＷＳ２である第二中間領域５３を備える。本実施形態において、第二中間領域５３は、第二フロント側ストライプ幅変化領域５２に加えて、第二リア側ストライプ幅変化領域５４にも隣接している。
【０１１２】
このように本実施形態において、赤外レーザ２におけるリッジ部５０は、図２に示すように、前端面１０ａから後端面１０ｂに向かって、第二フロント側領域５１と、第二フロント側ストライプ幅変化領域５２と、第二中間領域５３と、第二リア側ストライプ幅変化領域５４と、第二リア側領域５５とで構成されている。そして、第二フロント側ストライプ幅変化領域５２は、前端面１０ａ側が第二フロント側領域５１に隣接するとともに、後端面１０ｂ側が第二中間領域５３に隣接している。また、第二リア側ストライプ幅変化領域５４は、前端面１０ａ側が第二中間領域５３に隣接するとともに、後端面１０ｂ側が第二リア側領域５５に隣接している。
【０１１３】
そして、本実施形態では、リッジ部４０及び５０のストライプ構造において、ストライプ幅（リッジ幅）は、ＷＲ１＞ＷＲ２＞ＷＲ３、ＷＳ１＞ＷＳ２＞ＷＳ３の関係を満たすように構成されている。これにより、光密度の高い前端面側への電流注入量を増大させることができるので、電流利用効率が向上し、動作電流値の低減を図ることができる。
【０１１４】
そして、動作電流値が小さくなると、活性層の動作キャリア密度が小さくなるため、熱的に励起されたキャリアが活性層からクラッド層へ漏れることにより生じるキャリアのオーバーフローも抑制できるため、高温動作時において熱飽和する最大光出力（熱飽和レベル）も増大する。この結果、動作電流値が低減され、高い熱飽和レベルが得られ、温度特性が向上する。
【０１１５】
また、電流−光出力特性における非線形な折れ曲がり（キンク）が生じると、一定の光出力でレーザを動作させるＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）駆動が困難になり、光ディスクシステムの光源として安定な記録再生動作を得ることが困難になる。このため、光ディスク用の光源に使用される半導体レーザには高温動作時においても高いキンクレベルが要望される。
【０１１６】
キンクの発生を抑制するためには、高次横モード光を抑制する必要がある。このためには、リッジ幅を狭くし、高次横モード光をカットオフすれば良い。しかしながら、リッジ幅を狭くしすぎると、電流注入面積が小さくなるため、素子抵抗が増大し動作電圧の増大につながる。動作電圧が増大すると、レーザ素子の発熱も大きくなり熱飽和レベルの低下をもたらす。さらに、レーザの駆動回路の最大駆動電圧にも制限があり、動作電圧は低い方が良い。
【０１１７】
従って、本実施形態においては、赤色レーザ１及び赤外レーザ２のいずれについても、後端面側には、リッジ幅が狭く且つリッジ幅が一定の領域である第一リア側領域４５及び第二リア側領域５５が設けられており、これにより、高次横モード光を減衰させてキンクの発生を抑制している。
【０１１８】
ここで、発振波長の短い赤色レーザ１の方が、発振波長の長い赤外レーザ２よりも導波路内波長当たりの等価的なストライプ幅が広いために、同じストライプ幅であれば、波長の短い赤色レーザ１の方が高次横モード光はカットオフされにくい。
【０１１９】
さらに、ＣＤ−Ｒ用の光ピックアップに用いられる対物レンズの開口数（ＮＡ）は０．４５程度であり、ＤＶＤ用光ピックアップの光源に用いられる対物レンズのＮＡは０．６程度である。従って、ＣＤ−Ｒ用光ピックアップの光源となる赤外レーザにはＮＡの小さなレンズに効率的にレーザ光を照射する必要がある。このためには、赤外レーザのＦＦＰの水平方向の半値全幅を狭くすることが有効である。
【０１２０】
このように、光ピックアップ光学系に用いられるＮＡの違いから、光ディスク用の光源として用いられる赤外レーザの水平方向ＦＦＰの半値全幅は、赤色レーザの水平方向ＦＦＰの半値全幅よりも狭い方が好ましい。一般的に、赤色レーザの水平方向ＦＦＰの半値全幅は８°から１０°となるように、また、赤外レーザの水平方向ＦＦＰの半値全幅は６°から８°となるようにして、キンクレベルの低下を防止しつつ所望のビームスポット径となるＦＦＰを実現している。このためには、導波路のリッジ部内外の実効屈折率差（ΔＮ）は赤色レーザ１の実効屈折率差ΔＮ１の方が、赤外レーザ２の実効屈折率差ΔＮ２よりも大きくし、赤色レーザ１の方がリッジ部内へより強く閉じ込められるようにすることが好ましい。
【０１２１】
本実施形態では、赤色レーザ１のｄｐ１（リッジ部の下端から活性層に達するまでの距離）を０．１５μｍとし、赤外レーザ２のｄｐ２を０．２μｍとして、赤色レーザ１のΔＮ１を５．４×１０-3、赤外レーザ２のΔＮ２を３．５×１０-3として、ΔＮ１＞ΔＮ２の関係を満たすように構成している。
【０１２２】
また、ΔＮが大きいと、高次横モード光はカットオフされにくくなるため、ストライプ幅の狭い第一リア側領域４５のストライプ方向長さＬＲ３を、第二リア側領域５５のストライプ方向長さＬＳ３よりも長くして、高次横モード光の減衰率を高めることが好ましい。なお、第一リア側領域４５及び第二リア側領域５５の長さが長くなりすぎると素子の直列抵抗の増大につながるために、あまりに長くすることは好ましくない。
【０１２３】
従って、高次横モード光の減衰率を高めつつ、素子の直列抵抗の増大を防止するためには、第一リア側領域４５のストライプ方向長さＬＲ３（共振器方向長さ）を共振器全体の長さ（共振器長）の３５％から５５％の範囲とし、第二リア側領域５５のストライプ方向長さＬＳ３を共振器長の２５％から４５％の範囲として、ＬＲ３＞ＬＳ３とすることが好ましい。さらに好ましくは、ＬＲ３の長さを共振器長の４０％から５０％の範囲とし、ＬＳ３の長さを共振器長の３０％から４０％の範囲として、ＬＲ３＞ＬＳ３とすればよい。
【０１２４】
また、本実施形態において、第一リア側領域４５のストライプ幅ＷＲ３及び第二リア側領域５５のストライプ幅ＷＳ３は、高次横モード光をカットオフさせるために、いずれも１．９μｍとし、また、第一リア側領域４５のストライプ方向長さＬＲ３は７３５μｍとし、第二リア側領域５５のストライプ方向長さＬＳ３は５８０μｍとして、ＬＲ３及びＬＳ３の共振器長に占める割合がそれぞれ、４３％及び３４％として、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係を成立させている。
【０１２５】
次に、リッジ部４０及び５０のリッジの幅が徐々に狭くなるように構成された赤色レーザストライプ幅変化領域及び赤外レーザストライプ幅変化領域におけるストライプ幅の変化の大きさについて、図２を用いて説明する。
【０１２６】
図２に示すように、赤色レーザストライプ幅変化領域及び赤外レーザストライプ幅変化領において、第一フロント側ストライプ幅変化領域４２、第一リア側ストライプ幅変化領域４４、第二フロント側ストライプ幅変化領域５２、第二リア側ストライプ幅変化領域５４のリッジ部のテーパ角をそれぞれ、θｒ１、θｒ２、θｓ１、θｓ２とする。リッジ部のテーパ角が大きいとテーパ領域における基本横モード光の放射損失が大きくなり、素子のスロープ効率低下につながる。逆に、テーパ角が小さいと基本横モード光に加えて、高次横モード光の放射損失も小さくなり、高次横モード光が伝搬しやすくなる。高次横モード光が伝搬するとキンクの発生につながるのみならず、高次横モード光と基本横モード光とが同時に導波し、導波路を伝搬する光分布が変形してしまう。この結果、ＦＦＰ波形の変形や、動作温度や動作光出力変化に対する光軸の変動につながる。従って、テーパ角は、基本横モード光の放射損失の大きな増大を招かない範囲で、高次横モード光の放射損失を増大させるように設定することが効果的である。
【０１２７】
また、赤色レーザ１の前端面１０ａにおけるストライプ幅ＷＲ１及び赤外レーザ２の前端面１０ａにおけるストライプ幅ＷＳ１は、ＷＲ１＜ＲＳ１の関係を満たすように構成されており、本実施形態では、それぞれ３．２５μｍ、４μｍとしている。これは、好適な水平方向ＦＦＰの半値全幅は赤色レーザ１よりも赤外レーザ２の方が狭いことに加え、電流注入面積を可能な限り大きくして赤外レーザ２の直列抵抗を低減するためである。
【０１２８】
ここで、赤色レーザ１のリッジ部４０及び赤外レーザ２のリッジ部５０におけるテーパ角に対する単位長さ当たりの導波路損失増大量の計算結果について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）は、赤色レーザのリッジ部におけるテーパ角と単位長さ当りの伝搬損失増加との関係を示す図であり、図３（ｂ）は、赤外レーザのリッジ部におけるテーパ角と単位長さ当りの伝搬損失増加との関係を示す図である。なお、図３（ａ）では、ストライプ幅ＷＲ１は３．２５μｍとし、図３（ｂ）では、ストライプ幅ＷＳ１は４μｍとした。
【０１２９】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、導波路損失の増大量はΔＮが小さい方が大きくなる。これはΔＮが小さい方が、光分布がリッジ部の外へ広がり、共振器方向に対するストライプ幅の変化による散乱の影響を受けやすくなるからである。
【０１３０】
ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）の計算結果より、テーパ角の大きさは、赤色レーザ１においては０．６°以下とし、赤外レーザ２においては０．４５°以下とすることにより、ΔＮ１が５×１０-3以上の赤色レーザ１と、ΔＮ２が３×１０-3以上の赤外レーザ２とにおいて、単位長さ当たりの導波路損失の増大量が０．００１ｃｍ-1以下とすることができる。
【０１３１】
この場合、第一フロント側ストライプ幅変化領域４２、第一リア側ストライプ幅変化領域４４、第二フロント側ストライプ幅変化領域５２及び第二リア側ストライプ幅変化領域５４のそれぞれの長さを１５０μｍ以下とすることにより、導波路損失の増大は２つのストライプ幅変化領域合計で０．３ｃｍ-1以下とすることができる。すなわち、導波路損失の増大は、第一フロント側ストライプ幅変化領域４２及び第一リア側ストライプ幅変化領域４４の合計で０．３ｃｍ-1以下、また、第二フロント側ストライプ幅変化領域５２及び第二リア側ストライプ幅変化領域５４の合計で０．３ｃｍ-1以下とすることができる。これにより、共振器全体の導波路損失は、フリーキャリア吸収損失、散乱損失、ミラー損失を合わせて１０ｃｍ-1程度となるので、リッジ部におけるテーパ構造による導波路放射損失の増大分を０．３ｃｍ-1以下に抑えることができれば、共振器全体の導波路損失の増大を３％程度の小さな範囲に抑えることが可能となる。
【０１３２】
本実施形態では、赤色レーザ１における第一フロント側ストライプ幅変化領域４２のストライプ方向長さＬＲＦ１及び第一リア側ストライプ幅変化領域４４のストライプ方向長さＬＲＦ２は、いずれも５０μｍとし、また、赤外レーザ２における第二フロント側ストライプ幅変化領域５２のストライプ方向長さＬＳＦ１及び第二リア側ストライプ幅変化領域５４のストライプ方向長さＬＳＦ２は、いずれも１００μｍとしている。このとき、赤色レーザ１におけるテーパ角θｒ１及びθｒ２は、いずれも０．３９°となり、また、赤外レーザ２におけるテーパ角θｓ１及びθｓ２は、いずれも０．３°となり、ストライプ幅変化領域における放射損の増大は、赤色レーザ１及び赤外レーザ２のいずれも０．１ｃｍ-1以下の大きさに抑えることができる。
【０１３３】
ここで、赤色レーザ１におけるテーパ角θｒ１及びθｒ２を、赤外レーザ２におけるテーパ角θｓ１及びθｓ２よりも大きくすることにより、ΔＮが相対的に大きく高次横モード光が伝搬しやすい赤色レーザ１におけるストライプ幅変化領域の高次横モード光の放射損増大効果を、赤外レーザ２におけるストライプ幅変化領域の高次横モード光の放射損増大効果よりも大きくすることができる。
【０１３４】
なお、テーパ角θｒ１とテーパ角θｒ２とは、あるいは、テーパ角θｓ１とテーパ角θｓ２とは、それぞれ互いに同じ大きさである必要はない。ここで、テーパ角θｒ１とテーパ角θｒ２との平均値をθｒａｖｅとし、テーパ角θｓ１とテーパθｓ２との平均値をθｓａｖｅとした場合、テーパ角θｒ１、θｒ２、θｓ１及びθｓ２と、θｒａｖｅ及びθｓａｖｅは、θｒ１≦０．６°、θｒ２≦０．６°、θｓ１≦０．４５°、θｓ２≦０．４５°、θｒａｖｅ＞θｓａｖｅの関係を満たすようにして、第一フロント側ストライプ幅変化領域４２、第一リア側ストライプ幅変化領域４４、第二フロント側ストライプ幅変化領域５２及び第二リア側ストライプ幅変化領域５４のそれぞれの長さを１５０μｍ以下とすればよい。これにより、基本横モード光の導波路損失の大きな増大を招くことなく、ΔＮが相対的に大きく高次横モード光が伝搬しやすい赤色レーザ１でのストライプ幅変化領域の高次横モード光の放射損増大効果を、赤外レーザよりも大きくすることが可能となる。この結果、素子の温度特性の低下を招くことなく、キンクの発生を抑制することが可能となる。
【０１３５】
次に、赤外レーザ２のリッジ部５０のストライプ構造を例にとって、同一の共振器長の場合において、リッジ幅が一定の中間領域を設けた場合の本発明に係る半導体レーザ装置と、当該中間領域を設けない場合の比較例に係る半導体レーザ装置との違いについて、図４〜図８を用いて説明する。
【０１３６】
まず、上記本発明に係る半導体レーザ装置と上記比較例に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、リッジ部に第二中間領域５３を備えた本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤外レーザ２のリッジ部５０のストライプ構造を示す図である。一方、図４（ｂ）は、リッジ部に第二中間領域を備えていない比較例に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造を示す図である。
【０１３７】
図４（ｂ）に示すように、比較例に係る半導体レーザ装置のリッジ部は、テーパストライプ構造であり、ストライプ幅変化領域が１箇所のみで構成されている。この場合、徐々にストライプ幅が変化する領域が１箇所であるため、基本横モード光のテーパ領域における放射損の発生も小さくなるが、高次横モード光のテーパ領域における放射損の発生も同時に小さくなる。
【０１３８】
そこで、図５（ａ）に示すように、高次横モード光において共振器を一周した場合に再びもとの位置に帰還する高次横モード光の割合（ＦＢ）を考える。ここで、図５（ａ）は、図４（ａ）に示す本発明に係る半導体レーザ装置におけるストライプ構造において光が共振器を一周するときの様子を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す本発明に係る半導体レーザ装置のストライプ構造において光が共振器を一周するときにおけるビームの伝搬の計算に用いたストライプ構造を示す図である。図５（ｂ）において、光路１とは、前端面１０ａから後端面１０ｂへのビームの伝搬を示し、光路２とは、後端面１０ｂから前端面１０ａへのビームの伝搬を示している。なお、図４（ｂ）に示す比較例に係る半導体レーザ装置についても同様に考えることができる。
【０１３９】
そして、図６に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示される本発明及び比較例に係る半導体レーザ装置におけるビーム伝搬の計算結果を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、それぞれ、図４（ａ）に示す本発明に係る半導体レーザ装置及び図４（ｂ）に示す比較例に係る半導体レーザ装置において、前端面から伝搬した光が後端面で反射して再び前端面側へ伝搬するときにおける高次横モード光のビーム伝搬の計算結果を示す図である。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、図５（ｂ）と同様に、光路１とは、前端面１０ａから後端面１０ｂへのビームの伝搬を示し、光路２とは、後端面１０ｂから前端面１０ａへのビームの伝搬を示している。
【０１４０】
また、図６（ａ）及び図６（ｂ）における計算では、後端面１０ｂの端面反射率は１００％として計算を行っている。さらに、図６（ａ）における計算では、本発明に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造において、ＷＳ１を４．０μｍ、ＷＳ２を２．９５μｍ、ＷＳ３を１．９μｍ、ＬＳ１を５７０μｍ、ＬＳＦ１を１００μｍ、ＬＳ２を３５０μｍ、ＬＳＦ２を１００μｍ、ＬＳ３を５８０μｍとしている。また、図６（ｂ）における計算では、図４（ｂ）に示す比較例に係る半導体レーザ装置において、前端面側の直線領域長（ＬＳ１）を５７０μｍ、後端面側の直線領域長（ＬＳ３）を５８０μｍとし、その間の領域を直線状にストライプ幅を変化させている。また、前端面のストライプ幅ＷＳ１を４．０μｍ、後端面のストライプ幅ＷＳ３を１．９μｍとしている。
【０１４１】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）に示される本発明に係る半導体レーザ装置（本発明）と、図６（ｂ）に示される比較例に係る半導体レーザ装置（比較例）とを比べると、本発明に係る半導体レーザ装置の方が、光路２の領域において、リッジ部（リッジストライプ部）近傍の高次横モード光の光分布強度が小さくなり、共振器を１周期伝搬後には、高次横モード光の光分布が、よりリッジ部の外側に放射されていることが分かる。
【０１４２】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）の計算で用いた本発明に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置におけるストライプ構造において、共振器１往復（光路１と光路２）の伝搬前後における高次横モード光の光分布の変化を計算し、その計算結果を図７（ａ）及び図７（ｂ）にそれぞれ示す。図７（ａ）は、本発明に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける伝搬前後の高次横モード光の光分布を示す図である。また、図７（ｂ）は、比較例に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける伝搬前後の高次横モード光の光分布を示す図である。
【０１４３】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、高次横モード光は、共振器１往復分の伝搬前後において、その分布形状は大きく変化し、図７（ａ）に示すように、本発明に係る半導体レーザ装置では、伝搬後において、伝搬前の光分布の９４％の強度がリッジ部の外に放射されていることが分かる。一方、図７（ｂ）に示すように、比較例に係る半導体レーザ装置では、伝搬後において、伝搬前の光分布の８０％の強度がリッジ部の外に放射されていることが分かる。
【０１４４】
この結果から、ストライプ幅一定の中間領域が存在せずストライプ幅変化領域が１箇所のみのリッジ部構造である比較例に係る半導体レーザ装置では、高次横モード光は共振器１往復後に８０％の放射損失を受けたが、ストライプ幅一定の中間領域を有するとともにストライプ幅変化領域が２箇所有するリッジ部構造である本発明に係る半導体レーザ装置では、共振器１往復後における高次横モード光はさらに大きな９４％の放射損が生じていることが分かる。
【０１４５】
すなわち、本発明に係る半導体レーザ装置は、比較例に係る半導体レーザ装置では１箇所であったテーパ領域を２箇所に分割したリッジ部を有しているので、比較例に係る半導体レーザ装置と比較して、共振器を一周した場合に再びもとの位置に帰還する高次横モード光の割合（ＦＢ）を小さくすることができるということが分かる。
【０１４６】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）の計算で用いた本発明に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおけるストライプ構造において、共振器１往復（光路１と光路２）の伝搬前後における基本横モード光の光分布の変化を計算し、その計算結果を図８（ａ）及び図８（ｂ）にそれぞれ示す。図８（ａ）は、本発明に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける伝搬前後の基本横モード光の光分布を示す図である。また、図８（ｂ）は、比較例に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける伝搬前後の基本横モード光の光分布を示す図である。
【０１４７】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、基本横モード光は、共振器１往復分の伝搬前後において、その分布形状はほとんど変化しないことが分かる。図８（ａ）に示すように、本発明に係る半導体レーザ装置でも、図８（ｂ）に示すように、比較例に係る半導体レーザ装置でも、伝搬後において、伝搬前の光分布の１％程度のみの強度がリッジ部の外へ放射されていることが分かる。
【０１４８】
以上、図４〜図８の結果より、赤外レーザにおけるリッジ部のストライプ構造として、図４（ａ）に示すような本発明に係る半導体レーザ装置のストライプ構造を用いることにより、図４（ｂ）に示すようなテーパストライプ構造のリッジ部である比較例に係る半導体レーザ装置と比較して、基本横モード光の放射損失を大きく増大させることなく、高次横モード光の放射損失をより大きくすることができるということが分かる。
【０１４９】
次に、赤色レーザについても同様に、リッジ幅が一定の中間領域を設けた場合の本発明に係る半導体レーザ装置と、当該中間領域を設けない場合の比較例に係る半導体レーザ装置との違いについて、図９及び図１０を用いて説明する。
【０１５０】
赤色レーザにおいても、図４〜図６に示した計算と同様の高次横モード光のビーム伝搬の計算を行い、共振器１往復（光路１と光路２）の伝搬前後における高次横モード光の光分布の変化を計算し、その計算結果を図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す。図９（ａ）は、本発明に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける伝搬前後における高次横モード光の光分布を示す図である。また、図９（ｂ）は、比較例に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける伝搬前後における高次横モード光の光分布を示す図である。
【０１５１】
なお、赤色レーザに関する本発明に係る半導体レーザ装置と比較例に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部とのストライプ構造については、図４と同様である。すなわち、赤色レーザにおいても、本発明に係る半導体レーザ装置は、ストライプ幅一定の中間領域を有し、ストライプ幅変化領域を２箇所有するリッジ部を備える。また、比較例に係る半導体レーザ装置は、ストライプ幅一定の中間領域が存在せず、ストライプ幅変化領域が１箇所のみのリッジ部を備える。また、以下の計算は、図５（ａ）及び図５（ｂ）と同様にして行う。
【０１５２】
また、図９（ａ）における計算では、本発明に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造において、ＬＲ１を４００μｍ、ＬＲＦ１を５０μｍ、ＬＲ２を３６５μｍ、ＬＲＦ２を５０μｍ、ＬＲ３を７３５μｍとし、ＷＲ１を３．２５μｍ、ＷＲ２を２．５７５μｍ、ＷＲ３を１．９μｍとしている。また、図９（ｂ）における計算では、比較例に係る半導体レーザ装置において、前端面側の直線領域長（ＬＲ１）を４００μｍ、後端面側の直線領域長（ＬＲ３）を７３５μｍとし、その間の領域を直線状にストライプ幅を変化させている。また、前端面のストライプ幅ＷＲ１を３．２５μｍ、後端面のストライプ幅ＷＲ３を１．９μｍとしている。
【０１５３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、高次横モード光は、共振器１往復分の伝搬前後において、その分布形状は大きく変化し、図９（ａ）に示すように、本発明に係る半導体レーザ装置では、伝搬後において、伝搬前の光分布の６０％の強度がリッジ部の外で放射されていることが分かる。一方、図９（ｂ）に示すように、比較例に係る半導体レーザ装置では、伝搬後において、伝搬前の光分布の４８％の強度がリッジ部の外で放射されていることが分かる。
【０１５４】
この結果から、比較例に係る半導体レーザ装置では、高次横モード光は共振器１往復後に４８％の放射損失を受けたが、本発明に係る半導体レーザ装置では、共振器１往復後における高次横モード光はさらに大きな６０％の放射損が生じていることが分かる。
【０１５５】
すなわち、赤色レーザについても、本発明に係る半導体レーザ装置は、比較例に係る半導体レーザ装置と比較して、共振器を一周した場合に再びもとの位置に帰還する高次横モード光の割合（ＦＢ）を小さくすることができる。
【０１５６】
次に、図９（ａ）及び図９（ｂ）の計算で用いた本発明に係る半導体レーザ装置及び比較例に係る半導体レーザ装置におけるストライプ構造において、共振器１往復（光路１と光路２）の伝搬前後における基本横モード光の光分布の変化を計算し、その計算結果を図１０（ａ）及び図１０（ｂ）にそれぞれ示す。図１０（ａ）は、本発明に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける伝搬前後の基本横モード光の光分布を示す図である。また、図１０（ｂ）は、比較例に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける伝搬前後の基本横モード光の分布を示す図である。
【０１５７】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、基本横モード光は、共振器１往復分の伝搬前後において、その分布形状はほとんど変化しないことが分かる。図１０（ａ）に示すように、本発明に係る半導体レーザ装置でも、図１０（ｂ）に示すように、比較例に係る半導体レーザ装置でも、伝搬後において、伝搬前の光分布の２％程度のみの強度がリッジ部の外へ放射されていることが分かる。
【０１５８】
以上、図９及び図１０の結果より、リッジ部のストライプ構造として、本発明に係る半導体レーザ装置におけるストライプ構造を用いることにより、赤色レーザにおいても、比較例に係る半導体レーザ装置と比較して、基本横モード光の放射損失を大きく増大することなく、高次横モード光の放射損失をより大きくすることができることが分かる。
【０１５９】
この様に、図２に示される本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置は、赤色レーザ１のリッジ部４０も赤外レーザ２のリッジ部５０も、一定幅の中間領域と２箇所のストライプ幅変化領域を有するストライプ構造を備えるので、テーパストライプ構造の比較例に係る半導体レーザ装置と比較して、基本横モード光の放射損失をほぼ一定に保ちつつ、高次横モード光の放射損失を大きくし、高次横モード光の伝搬をより抑制することが可能である。
【０１６０】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ部のストライプ構造において、リッジ幅が一定の領域のうちリッジ幅が最も広い領域である第一フロント側領域４１及び第二フロント側領域５１におけるストライプ方向長さＬＲ１及びＬＳ１について説明する。
【０１６１】
ＬＲ１及びＬＳ１を長くすると、電流注入のストライプ面積が大きくなるため、素子の直列抵抗が小さくなり、動作電圧を低減することができる。動作電圧が低くなると、素子の低消費電力化に有効であり、高温動作時においても素子の発熱を抑制することができる。この結果、温度特性に優れた半導体レーザを得ることができる。但し、上記のＬＲ１及びＬＳ１が長くなりすぎると、高次横モード光の放射損が小さくなり、基本横モード光と結合する結果、ＦＦＰ形状の乱れや光軸変動につながる。
【０１６２】
従って、高次横モード光の減衰効果を高めつつ、素子の直列抵抗を低減するためには、上記のＬＲ１及びＬＳ１の長さは、ＦＦＰ形状の乱れや光軸変動が生じない程度に、可能な限り長くすることが好ましい。この場合、第一リア側領域４５及び第二リア側領域５５におけるストライプ方向長さＬＲ３及びＬＳ３も影響すると考えられる。
【０１６３】
そこで、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造の共振器長が１７００μｍの場合について、種々のＬＳ３やＬＲ３の値に対し、ＬＳ１やＬＲ１を変化させた場合の高次横モード光と、基本横モード光の放射損の見積もりを行い、ＬＳ１とＬＲ１に対し、必要な長さの見積もりを行った。その計算結果を図１１（ａ）〜図１１（ｄ）に示す。図１１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける高次横モード光の放射損の計算結果を示す図であり、図１１（ｂ）は、同半導体レーザ装置の赤外レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。また、図１１（ｃ）は、同半導体レーザ装置の赤色レーザにおける高次横モード光の放射損の計算結果を示す図であり、図１１（ｄ）は、同半導体レーザ装置の赤色レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。
【０１６４】
まず、高次横モード光に対する計算結果について、図１１（ａ）及び図１１（ｃ）を用いて説明する。なお、図１１（ａ）及び図１１（ｃ）において、破線で示す線は、前述のように、図４（ｂ）に示すようなテーパストライプ構造を有する比較例に係る半導体レーザ装置における高次横モード光の放射損の計算結果を示している。
【０１６５】
図１１（ａ）及び図１１（ｃ）に示すように、ＬＳ３及びＬＲ３を長くすると、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれにおいても、高次横モード光の放射損が増大することが分かる。これは、ストライプ幅の狭い第一リア側領域４５及び第二リア側領域５５では、高次横モード光がリッジ部のストライプ外へ放射されやすくなり、放射損が大きくなるためである。
【０１６６】
また、図１１（ａ）に示す赤外レーザと図１１（ｂ）に示す赤色レーザとを比べると、赤色レーザの方が赤外レーザよりも、高次横モード光の放射損が小さいことが分かる。これは、赤色レーザの方が赤外レーザよりもリッジ部内外の実効屈折率差（ΔＮ）が大きく、ストライプ幅の狭い領域において高次横モード光が伝搬しやすくなり、放射損が相対的に小さくなるためである。
【０１６７】
また、図１１（ａ）及び図１１（ｃ）に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と、ストライプ幅が変化する領域が一箇所のみからなる比較例に係る半導体レーザ装置とについて、同じＬＳ１、同じＬＳ３、同じＬＲ１又は同じＬＲ３で比べると、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の方が、比較例に係る半導体レーザ装置よりも、高次横モード光の放射損を大きくできることが分かる。
【０１６８】
次に、基本横モード光に対する計算結果について、図１１（ｂ）及び図１１（ｄ）を用いて説明する。図１１（ｂ）に示すように、赤外レーザにおける基本横モード光については、ＬＳ１を２００μｍから６００μｍまで、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍまで変化させても、放射損は３％程度以内の小さな値に抑制することが可能であることが分かる。また、図１１（ｄ）に示すように、赤色レーザにおける基本横モード光については、ＬＲ１を２００μｍから６００μｍまで、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍまで変化させても、放射損は４％程度以内の小さな値に抑制することが可能であることが分かる。
【０１６９】
ここで、リッジ部におけるストライプ幅が最も広い領域である第一フロント側領域４１と第二フロント側領域５１におけるストライプ方向長さＬＲ１及びＬＳ１について考える。
【０１７０】
ＬＲ１及びＬＳ１を長くすると、リッジ部のストライプの面積が大きくなるため、素子の直列抵抗を小さくすることができ、動作電圧を低減することができる。しかしながら、ＬＲ１及びＬＳ１を長くすることにより、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、基本横モード光及び高次横モード光の放射損失も小さくなる。高次横モード光の放射損が小さくなると、導波路を伝搬する高次横モード光と基本横モード光とが結合し、ＦＦＰの変形及び光軸の変動につながる。従って、あまりにＬＲ１及びＬＳ１を長くすることは好ましくない。
【０１７１】
逆に、ＬＲ１及びＬＳ１を短くすると、リッジ部のストライプの面積が小さくなるため、素子の直列抵抗が大きくなり、動作電圧の増大や高温動作時の動作電流値の増大、熱飽和レベルの低下といった高温特性の劣化につながる。
【０１７２】
従って、ＬＲ１とＬＳ１とは、高次横モード光の放射損をできるだけ大きくしつつ、素子の直列抵抗の増大による高温特性の劣化を招かない範囲に設定する必要がある。
【０１７３】
ここで、共振器長が１７００μｍの場合の赤外レーザにおいては、ＬＳ３が３８０μｍから７８０μｍの範囲で、ＬＳ１を２００μｍから６００μｍまで変化させた場合、図１１（ａ）に示すように、高次横モード光の放射損は９０％以上の大きな値となり、また、図１１（ｂ）に示すように、基本横モード光の放射損は３％以下の小さな値を得ることが可能となる。従って、赤外レーザについては、ＬＳ１を共振器長の１２％から３５％の範囲では、高次横モード光に対しては９０％以上の放射損、また、基本横モード光に対しては３％以下の小さな放射損を有する導波路を得ることができる。
【０１７４】
一方、赤色レーザでは、赤外レーザと比較して高次横モード光の放射損が小さくなるために、ＬＲ１の長さを短くする必要がある。高次横モード光の放射損は、大きくしたほうが高次横モード光の伝搬を抑制することができ、ＦＦＰの乱れや光軸の変動を抑制することが可能となる。
【０１７５】
前述のように、高次横モード光の減衰率を高めつつ、素子の直列抵抗の増大を防止するためには、ＬＲ３の長さを共振器長の３５％から５５％の範囲、つまり、共振器長が１７００μｍの場合においては、５９５μｍ以上、９３５μｍ以下にする必要がある。
【０１７６】
ここで、ＬＲ３が５９５μｍにおいて高次横モード光の放射損を４０％以上とするためには、ＬＲ１を３５０μｍ以下、つまり、ＬＲ１を共振器長の２１％以下とする必要がある。また、ＬＲ１を最大６００μｍまで大きくしても、高次横モード光の放射損を４０％以上とするためには、ＬＲ３の大きさは６５０μｍ以上、つまり、ＬＲ３を共振器長の大きさの３８％以上とする必要がある。
【０１７７】
さらに、赤外レーザの高次横モード光の放射損は、ＬＳ１が６００μｍ以下（つまり共振器長の３５％以下）の長さでは、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍの範囲（つまりＬＳ３が共振器長の２２％以上４６％以下の範囲）では、放射損の大きさは９０％以上となる。
【０１７８】
そこで、ＬＲ１＜ＬＳ１≦６００μｍの関係が成立するように、ＬＲ１及びＬＳ１を決めることにより、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれにおいても、リッジ部のストライプ面積を、可能な限り大きくすることができる。この結果、赤色レーザ及び赤外レーザ共に、可能な限り素子抵抗が低減され、動作電圧が小さくなるために、高い熱飽和レベル及び低い高温動作電流値を実現することができる。さらに、上記関係を満たすように、ＬＲ１及びＬＳ１を決めることにより、赤色レーザ及び赤外レーザ共に、高次横モード光の放射損失を可能な限り大きくできるため、ＦＦＰ乱れ及び光軸変動を低減することができ、また、高いキンクレベルを得ることが可能となる。
【０１７９】
具体的に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤外レーザの構造では、図１１（ａ）の白丸で表示する値、すなわち、ＬＳ１は５７０μｍとし、ＬＳ３は５８０μｍとしている。また、その他の領域については、ＬＳＦ１は１００μｍ、ＬＳ２は３５０μｍ、ＬＳＦ２は１００μｍとしている。また、ＷＳ１は４．０μｍ、ＷＳ２は２．９５μｍ、ＷＳ３は１．９μｍとした。
【０１８０】
赤外レーザにおけるリッジ部の構造をこのように構成することにより、高次横モード光の放射損失は９４％となり、高い放射損失の値を得ることができるとともに、基本横モード光の放射損失は１．５％となり、低い放射損失の値を得ることができる。
【０１８１】
また、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤色レーザの構造では、図１１（ｃ）の白丸で表示する値、すなわち、ＬＲ１は４００μｍとし、ＬＲ３は７３５μｍとしている。また、その他の領域については、ＬＲＦ１は５０μｍ、ＬＲ２は３６５μｍ、ＬＲＦ２は５０μｍとし、さらに、ＷＲ１は３．２５μｍ、ＷＲ２は２．５７５μｍ、ＷＲ３は１．９μｍとしている。
【０１８２】
赤色レーザにおけるリッジ部の構造をこのように構成することにより、高次横モード光の放射損失は６０％となり、高い放射損失の値を得ることができるとともに、基本横モード光の放射損失は３％となり、低い放射損失の値を得ることができる。
【０１８３】
なお、このように構成される本実施形態に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造においては、ＬＲ１＜ＬＳ１、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係が成立している。
【０１８４】
次に、上記の本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置において、室温連続発振状態でのＦＦＰの光出力依存性及について、図１２及び図１３を用いて説明する。
【０１８５】
まず、赤色レーザにおけるＦＦＰの光出力依存性及について、図１２を用いて説明する。図１２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける室温連続発振状態でのＦＦＰの光出力依存性及を示す図である。また、図１２（ｂ）は、図４（ｂ）に示す構造のリッジ部を備える比較例に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける室温連続発振状態でのＦＦＰの光出力依存性及を示す図である。なお、図１２（ｂ）では、図４（ｂ）に示す赤外レーザを赤色レーザとして用いたときに、同図に示すＬＳ１をＬＲ１として４００μｍとし、ＬＳ３をＬＲ３として７３５μｍとし、ＬＲ１とＬＲ３との間の領域は直線状にストライプ幅を変化させたものを用いた。また、前端面におけるストライプ幅は３．２５μｍ、後端面におけるストライプ幅は１．９μｍとしている。
【０１８６】
図１２（ａ）に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤色レーザでは、ＦＦＰの形状が光出力の変化に対して対称性が良く乱れの少ない特性となっていることがわかる。一方、図１２（ｂ）に示すように、比較例に係る半導体レーザ装置の赤色レーザでは、ＦＦＰの形状は、光出力が１００ｍＷ程度になると非対称性が生じ、光軸が若干変動していることが分かる。
【０１８７】
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤色レーザでは、リッジ部の構成を上記のストライプ構造とすることにより、ＦＦＰの対象性を向上させることができる。これは、高次横モード光の減衰を大きくすることができ、高次横モード光と基本横モード光との結合が抑制されたからであると考えられる。
【０１８８】
次に、赤外レーザにおけるＦＦＰの光出力依存性及について、図１３を用いて説明する。図１３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける室温連続発振状態でのＦＦＰの光出力依存性及を示す図である。また、図１３（ｂ）は、図４（ｂ）に示す構造のリッジ部を備える比較例に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける室温連続発振状態でのＦＦＰの光出力依存性及を示す図である。なお、図１３（ｂ）では、図４（ｂ）に示すＬＳ１を５７０μｍとし、ＬＳ３を５８０μｍとし、ＬＳ１とＬＳ３との間の領域は直線状にストライプ幅を変化させたものを用いた。また、前端面におけるストライプ幅ＷＳ１は４．０μｍ、後端面におけるストライプ幅ＷＳ３は１．９μｍとしている。
【０１８９】
図１３（ａ）に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤外レーザでは、ＦＦＰの形状が光出力の変化に対して対称性が良く乱れの少ない特性となっていることがわかる。一方、図１３（ｂ）に示すように、比較例に係る半導体レーザ装置の赤外レーザでは、ＦＦＰの形状は、光出力が１７５ｍＷ程度になると非対称性が生じ、光軸が若干変動していることが分かる。
【０１９０】
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤外レーザでは、リッジ部の構成を上記のストライプ構造とすることにより、赤色レーザと同様に、ＦＦＰの対象性を向上させることができる。これは、高次横モード光の減衰を大きくすることができ、高次横モード光と基本横モード光との結合が抑制されたとからであると考えられる。
【０１９１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における電流−光出力特性について、図１４を用いて説明する。図１４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤色レーザにおける電流−光出力特性を示す図であり、図１４（ｂ）は、同半導体レーザ装置の赤外レーザにおける電流−光出力特性を示す図である。なお、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）では、８５℃、５０ｎｓ、パルスデューティ比４０％動作時における電流−光出力特性を示している。
【０１９２】
図１４（ａ）に示すように、本実施形態に係る赤色レーザは、光出力４００ｍＷまでキンクが発生しないことが分かる。また、本実施形態に係る赤外レーザは、電流−光出力特性の線形がきわめて良好であり、５００ｍＷ以上のキンクレベルであることが分かる。
【０１９３】
なお、本実施形態において、赤色レーザ１のリッジ部４０における第一中間領域４３の共振器方向の長さＬＲ２と、赤外レーザ２のリッジ部５０における第二中間領域５３の共振器方向の長さＬＳ２とは、ＬＲ２＞ＬＳ２の関係を満たすように構成することが好ましい。
【０１９４】
これにより、波長の短い赤色レーザ１におけるリッジ部４０の方が赤外レーザ２よりも、ストライプ幅が一定の中間領域の長さ、すなわち、ストライプ幅変化領域間の距離が長くなる。具体的には、赤色レーザ１のリッジ部４０における第一フロント側ストライプ幅変化領域４２と第一リア側ストライプ幅変化領域４４との間の距離が、赤外レーザ２のリッジ部５０における第二フロント側ストライプ幅変化領域５２と第二リア側ストライプ幅変化領域５４との間の距離よりも長くなる。この場合、高次横モード光の伝搬を抑制しにくい短波長側の赤色レーザ１においては、２つのストライプ幅変化領域（第一フロント側ストライプ幅変化領域４２と第一リア側ストライプ幅変化領域４４）の間で散乱された高次横モード光の分離をより効果的に行うことができる。
【０１９５】
さらに、この場合、高次横モード光の伝搬を抑制しやすい長波長側の赤外レーザ２においては、第二中間領域５３の長さを短くするとともに、前端面１０ａ側のストライプ幅を大きくして第二フロント側領域５１の面積を大きくすることができる。これにより、長波長側の赤外レーザ２のストライプ面積を大きくすることができるので、素子抵抗を小さくすることが可能となる。
【０１９６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置について説明する。
【０１９７】
本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置は、基本的には、上述の本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様の構成であり、第１の実施形態の構造に対して共振器長を短くし、共振器長を１５００μｍとしたものである。従って、本実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構造は、図１に示す構造と同様であり、また、リッジ部のストライプ構造は図２に示す構造と同様であるので、本実施形態では、図１及び図２に示す符号を用いて説明を行う。なお、本実施形態でも、ストライプ幅が変化する領域を２箇所設けている。
【０１９８】
本実施形態に係る共振器長が１５００μｍのストライプ構造を有する半導体レーザ装置において、第１の実施形態と同様に、種々のＬＳ３やＬＲ３の値に対し、ＬＳ１やＬＲ１を変化させた場合の高次横モード光と、基本横モード光の放射損の見積もりを行い、ＬＳ１とＬＲ１に対し、必要な長さの見積もりを行った。その計算結果を図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に示す。図１５（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける高次横モード光の放射損の計算結果を示す図であり、図１５（ｂ）は、同半導体レーザ装置の赤外レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。また、図１５（ｃ）は、同半導体レーザ装置の赤色レーザにおける高次横モード光の放射損の計算結果を示す図であり、図１５（ｄ）は、同半導体レーザ装置の赤色レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。
【０１９９】
まず、高次横モード光に対する計算結果について、図１５（ａ）及び図１５（ｃ）を用いて説明する。なお、図１５（ａ）及び図１５（ｃ）において、破線で示す線は、前述と同様に、図４（ｂ）に示すようなテーパストライプ構造を有する比較例に係る半導体レーザ装置における高次横モード光の放射損の計算結果を示している。
【０２００】
図１５（ａ）及び図１５（ｃ）に示すように、ＬＳ３及びＬＲ３を長くすると、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれにおいても、高次横モード光の放射損が増大することが分かる。これは、ストライプ幅の狭い第一リア側領域４５及び第二リア側領域５５では、高次横モード光がリッジ部のストライプ外へ放射されやすくなり、放射損が大きくなるためである。
【０２０１】
また、図１５（ａ）に示す赤外レーザと図１５（ｂ）に示す赤色レーザとを比べると、赤色レーザの方が赤外レーザよりも、高次横モード光の放射損が小さいことが分かる。これは、赤色レーザの方が赤外レーザよりもリッジ部内外の実効屈折率差（ΔＮ）が大きく、ストライプ幅の狭い領域において高次横モード光が伝搬しやすくなり、放射損が相対的に小さくなるためである。
【０２０２】
また、図１５（ａ）及び図１５（ｃ）に示すように、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置と、ストライプ幅が変化する領域が一箇所のみからなる比較例に係る半導体レーザ装置とについて、同じＬＳ１、同じＬＳ３、同じＬＲ１又は同じＬＲ３で比べると、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の方が、比較例に係る半導体レーザ装置よりも、高次横モード光の放射損を大きくできることが分かる。
【０２０３】
次に、基本横モード光に対する計算結果について、図１５（ｂ）及び図１５（ｄ）を用いて説明する。図１５（ｂ）に示すように、赤外レーザにおける基本横モード光については、ＬＳ１を２００μｍから６００μｍまで、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍまで変化させても、放射損は３％程度以内の小さな値に抑制することが可能であることが分かる。また、図１５（ｄ）に示すように、赤色レーザにおける基本横モード光については、ＬＲ１を２００μｍから６００μｍまで、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍまで変化させても、放射損は４％程度以内の小さな値に抑制することが可能であることが分かる。
【０２０４】
ここで、リッジ部におけるストライプ幅が最も広い領域である第一フロント側領域４１と第二フロント側領域５１におけるストライプ方向長さＬＲ１及びＬＳ１について考える。
【０２０５】
ＬＲ１及びＬＳ１を長くすると、リッジ部のストライプの面積が大きくなるため、素子の直列抵抗を小さくすることができ、動作電圧を低減することができる。しかしながら、ＬＲ１及びＬＳ１を長くすることにより、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように、基本横モード光及び高次横モード光の放射損失も小さくなる。高次横モード光の放射損が小さくなると、導波路を伝搬する高次横モード光と基本横モード光とが結合し、ＦＦＰの変形及び光軸の変動につながる。従って、あまりにＬＲ１及びＬＳ１を長くすることは好ましくない。
【０２０６】
逆に、ＬＲ１及びＬＳ１を短くすると、リッジ部のストライプの面積が小さくなるため、素子の直列抵抗が大きくなり、動作電圧の増大や高温動作時の動作電流値の増大、熱飽和レベルの低下いった高温特性の劣化につながる。
【０２０７】
従って、ＬＲ１とＬＳ１とは、高次横モード光の放射損をできるだけ大きくしつつ、素子の直列抵抗の増大による高温特性の劣化を招かない範囲に設定する必要がある。
【０２０８】
ここで、共振器長が１５００μｍの場合の赤外レーザにおいては、ＬＳ３が３８０μｍから７８０μｍの範囲で、ＬＳ１を２００μｍから６００μｍまで変化させた場合、図１５（ａ）に示すように、高次横モード光の放射損は８５％以上の大きな値となり、また、図１５（ｂ）に示すように、基本横モード光の放射損は３％以下の小さな値を得ることが可能となる。従って、赤外レーザについては、ＬＳ１を共振器長の１３％から４０％の範囲では、高次横モード光に対しては８５％以上の放射損、また、基本横モード光に対しては３％以下の小さな放射損を有する導波路を得ることができる。
【０２０９】
一方、赤色レーザでは、赤外レーザと比較して高次横モード光の放射損が小さくなるために、ＬＲ１の長さを短くする必要がある。高次横モード光の放射損は、大きくしたほうが高次横モード光の伝搬を抑制することができ、ＦＦＰの乱れや光軸の変動を抑制することが可能となる。
【０２１０】
前述のように、高次横モード光の減衰率を高めつつ、素子の直列抵抗の増大を防止するためには、ＬＲ３の長さを共振器長の３５％から５５％の範囲、つまり、共振器長が１５００μｍの場合においては、５２５μｍ以上、８２５μｍ以下にする必要がある。
【０２１１】
ここで、ＬＲ３が５２５μｍにおいて高次横モード光の放射損を４０％以上とするためには、ＬＲ１を１５０μｍ以下、つまり、ＬＲ１を共振器長の１０％以下とする必要がある。また、ＬＲ１を最大６００μｍまで大きくしても、高次横モード光の放射損を４０％以上とするためにはＬＲ３の大きさは５５０μｍ以上、つまり、ＬＲ３を共振器長の大きさの３７％以上とする必要がある。
【０２１２】
さらに、赤外レーザの高次横モード光の放射損は、ＬＳ１が６００μｍ以下（つまり共振器長の４０％以下）の長さでは、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍの範囲（つまりＬＳ３が共振器長の２５％以上５２％以下の範囲）では、放射損の大きさは８５％以上となる。
【０２１３】
そこで、ＬＲ１＜ＬＳ１≦６００μｍの関係が成立するように、ＬＲ１及びＬＳ１を決めることにより、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれにおいても、リッジ部のストライプ面積を、可能な限り大きくすることができる。この結果、赤色レーザ及び赤外レーザ共に、可能な限り素子抵抗が低減され、動作電圧が小さくなるために、高い熱飽和レベル及び低い高温動作電流値を実現することができる。さらに、上記関係を満たすように、ＬＲ１及びＬＳ１を決めることにより、赤色レーザ及び赤外レーザ共に、高次横モード光の放射損失を可能な限り大きくできるため、ＦＦＰ乱れ及び光軸変動を低減することができ、また、高いキンクレベルを得ることが可能となる。
【０２１４】
具体的に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤外レーザの構造では、図１５（ａ）の白丸で表示する値、すなわち、ＬＳ１は５７０μｍとし、ＬＳ３は５８０μｍとしている。また、その他の領域については、ＬＳＦ１は１００μｍ、ＬＳ２は１５０μｍ、ＬＳＦ２は１００μｍとしている。また、ＷＳ１は４．０μｍ、ＷＳ２は２．９５μｍ、ＷＳ３は１．９μｍとした。
【０２１５】
赤外レーザにおけるリッジ部の構造をこのように構成することにより、高次横モード光の放射損失は８９％となり、高い放射損失の値を得ることができるとともに、基本横モード光の放射損失は１．５％となり、低い放射損失の値を得ることができる。
【０２１６】
また、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤色レーザの構造では、図１５（ｃ）の白丸で表示する値、すなわち、ＬＲ１は４００μｍとし、ＬＲ３は７３５μｍとしている。また、その他の領域については、ＬＲＦ１は５０μｍ、ＬＲ２は１６５μｍ、ＬＲＦ２は５０μｍとし、さらに、ＷＲ１は３．２５μｍ、ＷＲ２は２．５７５μｍ、ＷＲ３は１．９μｍとしている。
【０２１７】
赤色レーザにおけるリッジ部の構造をこのように構成することにより、高次横モード光の放射損失は５５％となり、高い放射損失の値を得ることができるとともに、基本横モード光の放射損失は３％となり、低い放射損失の値を得ることができる。
【０２１８】
なお、このように構成される本実施形態に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造においては、ＬＲ１＜ＬＳ１、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係が成立している。
【０２１９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置について説明する。
【０２２０】
本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置は、基本的には、上述の本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様の構成であり、第１の実施形態の構造に対して共振器長を長くし、共振器長を２２００μｍとしたものである。従って、本実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構造は、図１に示す構造と同様であり、また、リッジ部のストライプ構造は図２に示す構造と同様であるので、本実施形態では、図１及び図２に示す符号を用いて説明を行う。なお、本実施形態でも、ストライプ幅が変化する領域を２箇所設けている。
【０２２１】
本実施形態に係る共振器長が２２００μｍのストライプ構造を有する半導体レーザ装置において、第１の実施形態と同様に、種々のＬＳ３やＬＲ３の値に対し、ＬＳ１やＬＲ１を変化させた場合の高次横モード光と、基本横モード光の放射損の見積もりを行い、ＬＳ１とＬＲ１に対し、必要な長さの見積もりを行った。その計算結果を図１６（ａ）〜図１６（ｄ）に示す。図１６（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤外レーザにおける高次横モード光の放射損の計算結果を示す図であり、図１６（ｂ）は、同半導体レーザ装置の赤外レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。また、図１６（ｃ）は、同半導体レーザ装置の赤色レーザにおける高次横モード光の放射損の計算結果を示す図であり、図１６（ｄ）は、同半導体レーザ装置の赤色レーザにおける基本横モード光の放射損の計算結果を示す図である。
【０２２２】
まず、高次横モード光に対する計算結果について、図１６（ａ）及び図１６（ｃ）を用いて説明する。なお、図１６（ａ）及び図１６（ｃ）において、破線で示す線は、前述と同様に、図４（ｂ）に示すようなテーパストライプ構造を有する比較例に係る半導体レーザ装置における高次横モード光の放射損の計算結果を示している。
【０２２３】
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、ＬＳ３及びＬＲ３を長くすると、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれにおいても、高次横モード光の放射損が増大することが分かる。これは、ストライプ幅の狭い第一リア側領域４５及び第二リア側領域５５では、高次横モード光がリッジ部のストライプ外へ放射されやすくなり、放射損が大きくなるためである。
【０２２４】
また、図１６（ａ）に示す赤外レーザと図１６（ｂ）に示す赤色レーザとを比べると、赤色レーザの方が赤外レーザよりも、高次横モード光の放射損が小さいことが分かる。これは、赤色レーザの方が赤外レーザよりもリッジ部内外の実効屈折率差（ΔＮ）が大きく、ストライプ幅の狭い領域において高次横モード光が伝搬しやすくなり、放射損が相対的に小さくなるためである。
【０２２５】
また、図１６（ａ）及び図１６（ｃ）に示すように、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置と、ストライプ幅が変化する領域が一箇所のみからなる比較例に係る半導体レーザ装置とについて、同じＬＳ１、同じＬＳ３、同じＬＲ１又は同じＬＲ３で比べると、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の方が、比較例に係る半導体レーザ装置よりも、高次横モード光の放射損を大きくできることが分かる。
【０２２６】
次に、基本横モード光に対する計算結果について、図１６（ｂ）及び図１６（ｄ）を用いて説明する。図１６（ｂ）に示すように、赤外レーザにおける基本横モード光については、ＬＳ１を２００μｍから６００μｍまで、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍまで変化させても、放射損は４％程度以内の小さな値に抑制することが可能であることが分かる。また、図１６（ｄ）に示すように、赤色レーザにおける基本横モード光については、ＬＲ１を２００μｍから６００μｍまで、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍまで変化させても、放射損は４％程度以内の小さな値に抑制することが可能であることが分かる。
【０２２７】
ここで、リッジ部におけるストライプ幅が最も広い領域である第一フロント側領域４１と第二フロント側領域５１におけるストライプ方向長さＬＲ１及びＬＳ１について考える。
【０２２８】
ＬＲ１及びＬＳ１を長くすると、リッジ部のストライプの面積が大きくなるため、素子の直列抵抗を小さくすることができ、動作電圧を低減することができる。しかしながら、ＬＲ１及びＬＳ１を長くすることにより、図１６（ａ）〜（ｄ）に示すように、基本横モード光及び高次横モード光の放射損失も小さくなる。高次横モード光の放射損が小さくなると、導波路を伝搬する高次横モード光と基本横モード光とが結合し、ＦＦＰの変形及び光軸の変動につながる。従って、あまりにＬＲ１及びＬＳ１を長くすることは好ましくない。
【０２２９】
逆に、ＬＲ１及びＬＳ１を短くすると、リッジ部のストライプの面積が小さくなるため、素子の直列抵抗が大きくなり、動作電圧の増大や高温動作時の動作電流値の増大、熱飽和レベルの低下いった高温特性の劣化につながる。
【０２３０】
従って、ＬＲ１とＬＳ１とは、高次横モード光の放射損をできるだけ大きくしつつ、素子の直列抵抗の増大による高温特性の劣化を招かない範囲に設定する必要がある。
【０２３１】
ここで、共振器長が２２００μｍの場合の赤外レーザにおいては、ＬＳ３が３８０μｍから７８０μｍの範囲で、ＬＳ１を２００μｍから６００μｍまで変化させた場合、図１６（ａ）に示すように、高次横モード光の放射損は９２％以上の大きな値となり、また、図１６（ｂ）に示すように、基本横モード光の放射損は４％以下の小さな値を得ることが可能となる。従って、赤外レーザについては、ＬＳ１を共振器長の９％から２７％の範囲では、高次横モード光に対しては９２％以上の放射損、また、基本横モード光に対しては４％以下の小さな放射損を有する導波路を得ることができる。
【０２３２】
一方、赤色レーザでは、赤外レーザと比較して高次横モード光の放射損が小さくなるために、ＬＲ１の長さを短くする必要がある。高次横モード光の放射損は、大きくしたほうが高次横モード光の伝搬を抑制することができ、ＦＦＰの乱れや光軸の変動を抑制することが可能となる。
【０２３３】
前述のように、高次横モード光の減衰率を高めつつ、素子の直列抵抗の増大を防止するためには、ＬＲ３の長さを共振器長の３５％から５５％の範囲、つまり、共振器長が２２００μｍの場合においては、７７０μｍ以上、１２１０μｍ以下にする必要がある。
【０２３４】
ここで、ＬＲ３が７７０μｍにおいては、ＬＲ１が７００μｍの長さであっても高次横モード光の放射損は６０％以上の大きな値を得ることができる。つまり、ＬＲ３が共振器長の３５％以上あれば、ＬＲ１は共振器長の３１％程度あっても高次横モード光の放射損は６０％以上の大きな値を得ることができる。
【０２３５】
また、ＬＲ１を最大７００μｍまで大きくしても、高次横モード光の放射損を４０％以上とするためには、ＬＲ３の大きさは６００μｍ以上、つまり、共振器長の大きさの２７％以上とする必要がある。
【０２３６】
さらに、赤外レーザの高次横モード光の放射損は、ＬＳ１が７００μｍ以下（つまり共振器長の３２％以下）の長さでは、ＬＳ３を３８０μｍから７８０μｍの範囲（つまりＬＳ３が共振器長の１７％以上３５％以下の範囲）では、放射損の大きさは９５％以上となる。
【０２３７】
そこで、ＬＲ１＜ＬＳ１≦７００μｍの関係が成立するように、ＬＲ１及びＬＳ１を決めることにより、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれにおいても、リッジ部のストライプ面積を、可能な限り大きくすることができる。この結果、赤色レーザ及び赤外レーザ共に、可能な限り素子抵抗が低減され、動作電圧が小さくなるために、高い熱飽和レベル及び低い高温動作電流値を実現することができる。さらに、上記関係を満たすように、ＬＥ１及びＬＳ１を決めることにより、赤色レーザ及び赤外レーザ共に、高次横モード光の放射損失を可能な限り大きくできるため、ＦＦＰ乱れ及び光軸変動を低減することができ、また、高いキンクレベルを得ることが可能となる。
【０２３８】
具体的に、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤外レーザの構造では、図１６（ａ）の白丸で表示する値、すなわち、ＬＳ１は７４０μｍとし、ＬＲ３は５８０μｍとしている。また、その他の領域については、ＬＳＦ１は１００μｍ、ＬＳ２は１５０μｍ、ＬＳＦ２は１００μｍとしている。また、ＷＳ１は４．０μｍ、ＷＳ２は２．９５μｍ、ＷＳ３は１．９μｍとした。
【０２３９】
赤外レーザにおけるリッジ部の構造をこのように構成することにより、高次横モード光の放射損失は９５％となり、高い放射損失の値を得ることができるとともに、基本横モード光の放射損失は１％となり、低い放射損失の値を得ることができる。
【０２４０】
また、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤色レーザの構造では、図１６（ｃ）の白丸で表示する値、すなわち、ＬＲ１は５２０μｍとし、ＬＲ３は７３５μｍとしている。また、その他の領域については、ＬＲＦ１は５０μｍ、ＬＲ２は１６５μｍ、ＬＲＦ２は５０μｍとし、さらに、ＷＲ１は３．２５μｍ、ＷＲ２は２．５７５μｍ、ＷＲ３は１．９μｍとしている。
【０２４１】
赤色レーザにおけるリッジ部の構造をこのように構成することにより、高次横モード光の放射損失は７０％となり、高い放射損失の値を得ることができるとともに、基本横モード光の放射損失は２％となり、低い放射損失の値を得ることができる。
【０２４２】
なお、このように構成される本実施形態に係る半導体レーザ装置におけるリッジ部のストライプ構造においては、ＬＲ１＜ＬＳ１、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係が成立している。
【０２４３】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置について、図１７を用いて説明する。図１７は、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。
【０２４４】
上述の本発明の第１〜第３の実施形態に係る半導体レーザ装置では、リッジ部のストライプ構造が、ストライプ幅の変化する領域が２箇所のみの構造であったが、本実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ部では、図１７に示すように、ストライプ幅の変化する領域を３箇所にしている。なお、本実施形態に係る半導体レーザ装置の構成要素は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成要素と基本的には同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付している。
【０２４５】
図１７に示すように、第１〜第３の実施形態と同様に、本実施形態に係る半導体レーザ装置でも、リッジ部のストライプ構造は、ＬＲ１＜ＬＳ１、ＬＲ３＞ＬＳ３の関係を有している。そして、本実施形態に係る半導体レーザ装置では、共振器の前端面１０ａから後端面１０ｂに向かって、前端面１０ａのストライプ幅ＷＲ１及びＷＳ１から後端面１０ｂのストライプ幅ＷＲ３及びＷＳ３へ変化する間において、ストライプ幅が一定である中間領域が２箇所存在する。
【０２４６】
すなわち、本実施形態では、赤色レーザ１Ａにおけるリッジ部４０Ａは、ストライプ幅が一定の領域であって第一フロント側領域４１側の領域である第一フロント側第一中間領域４３ａと、ストライプ幅が第一フロント側第一中間領域４３ａよりも小さく且つ幅が一定である領域であって第一リア側領域４５側の領域である第一リア側第一中間領域４３ｂとを備える。さらに、赤色レーザ１のリッジ部４０Ａは、第一フロント側第一中間領域４３ａと第一リア側第一中間領域４３ｂとの間に、新たなストライプ幅変化領域として、テーパ角がθｒｍである第一中間ストライプ幅変化領域４６を備える。
【０２４７】
また、赤外レーザ２Ａにおけるリッジ部５０Ａは、ストライプ幅が一定の領域であって第二フロント側領域５１側の領域である第二フロント側第二中間領域５３ａと、ストライプ幅が第二フロント側第二中間領域５３ａよりも小さく且つ幅が一定である領域であって第二リア側領域５５側の領域である第二リア側第二中間領域５３ｂとを備える。さらに、赤外レーザ２のリッジ部５０Ａは、第二フロント側第二中間領域５３ａと第二リア側第二中間領域５３ｂとの間に、新たなストライプ幅変化領域として、テーパ角がθｓｍである第二中間ストライプ幅変化領域５６を備える。
【０２４８】
ここで、赤色レーザ１Ａのリッジ部４０Ａにおけるテーパ角θｒｍと赤外レーザ２Ａのリッジ部５０Ａにおけるテーパ角θｓｍとは、前述のように、θｒｍについては０．６°以下、θｓｍについては０．４５°以下とすることにより、ストライプ幅が最も広いフロント側領域からストライプ幅が最も狭いリア側領域にかけてのストライプ幅の変化のしかたが、ストライプ幅が変化する領域が一箇所のみであるテーパストライプ構造の比較例に係る半導体レーザ装置におけるストライプ幅の変化のしかたに近づいていく。このため、ストライプ幅が変化するストライプ幅変化領域における基本横モード光に生じる導波路損失を低減することが可能である。この結果、第１〜第３の実施形態と比べて、さらに、温度特性を向上させることが可能となる。
【０２４９】
なお、本実施形態では、赤色レーザ及び赤外レーザの各リッジ部に３箇所のストライプ幅変化領域を設けたが、赤色レーザ及び赤外レーザのどちらか一方においてストライプ幅変化領域を３箇所設けても構わないし、また、ストライプ幅変化領域は４箇所以上設けても構わない。
【０２５０】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置について、図１８を用いて説明する。図１８は、本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。
【０２５１】
通常、半導体レーザ装置の共振器は、端面をへき開して素子分離することにより形成する。この場合、へき開位置は、素子作成工程のばらつき、又は、へき開位置の精度等により変動が生じる。ここで、半導体レーザ装置における前端面のストライプ幅は、その大きさにより水平方向ＦＦＰの半値全幅に影響を及ぼすことから、前端面側のストライプ幅一定領域のストライプ方向長さは、へき開位置のばらつき等の大きさを考慮して決定することが好ましい。例えば、へき開位置のばらつきは、最低２０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上考慮することが好ましい。
【０２５２】
一方、第１〜第４の実施形態において説明したとおり、本発明は、共振器方向におけるストライプ幅の変化を考えた場合、前端面側の第一フロント側領域及び第二フロント側領域のストライプ幅が、それぞれ後端面側の第一リア側領域及び第二リア側領域のストライプ幅よりも広くなるように構成されている。
【０２５３】
従って、上述のように、へき開分離して素子形成をする場合、本実施形態に係る半導体レーザ装置のように、リッジ部のストライプ構造が、図１８に示すような構造となる場合がある。すなわち、本実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ部は、後端面１０ｂ側近傍の領域においてストライプ幅が前端面１０ａ側のストライプ幅と同一となるように構成されるものであり、ストライプ幅の大きさが不連続に増加する部分を有する。
【０２５４】
具体的には、図１８に示すように、赤色レーザ１Ｂのリッジ部４０Ｂは、第一リア側領域４５と後端面１０ｂとの間に、ストライプ幅がＷＲ１で一定で、ストライプ方向長さがＬＲＥの領域である第一不連続領域４７を備える。また、赤外レーザ２Ｂのリッジ部５０Ｂは、第二リア側領域５５と後端面１０ｂとの間に、ストライプ幅がＷＳ１で一定で、ストライプ方向長さがＬＳＥの領域である第二不連続領域５７を備える。この場合、第一リア側領域４５と第一不連続領域４７との間で、また、第二リア側領域５５と第二不連続領域５７との間で、ストライプ幅が不連続に変化するので、この不連続部分において導波路損失が発生する。なお、本実施形態では、第一不連続領域４７のストライプ方向長さＬＲＥと、第二不連続領域５７のストライプ方向長さＬＳＥとは、３０μｍ以下とした。
【０２５５】
このように、本実施形態では、不連続部分において導波路損失が発生する。しかしながら、第一不連続領域４７及び第二不連続領域５７のストライプ方向長さが３０μｍ以下であるので、導波光が、前端面１０ａ側から後端面１０ｂに向かって入射し、後端面１０ｂで反射し、再び第一リア側領域４５又は第二リア側領域５５に入射しても、その光路長は６０μｍ以下と短い。このため、導波光の形状はストライプ幅に応じて対して大きく変形することはなく、後端面１０ｂで反射した導波光が第一リア側領域４５又は第二リア側領域５５に入射する際に受ける導波路損失は小さくなる。
【０２５６】
従って、図１８に示すように、後端面１０ｂ側に、ストライプ幅がストライプ方向（共振器方向）に対して不連続に変化するように、ストライプ幅が前端面１０ａのストライプ幅と同一でストライプ方向長さが３０μｍ以下の領域を設けても構わない。
【０２５７】
これにより、２波長レーザのストライプ構造を有する半導体レーザ装置を形成する場合において、へき開位置の共振器方向のばらつきによるストライプ幅の変化を無くすために、ストライプを各素子ごとに共振器方向に対して左右にずらすといった工程が不要となるので、素子作製工程を簡略化することが可能となる。また、素子の幅もストライプを左右ずらす距離の分だけ狭くすることが可能となり、一枚のウェハから作製可能な素子の数を大きくすることができ、素子作製コストを低減することができる。
【０２５８】
以上、本発明に係る半導体レーザ装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、又は異なる実施形態おける構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０２５９】
例えば、上記の実施形態では、共振器長が、１５００μｍ、１７００μｍ、２２００μｍの半導体レーザ装置を用いて、赤色レーザ及び赤外レーザ共に、可能な限り素子抵抗と動作電圧が小さく、高い熱飽和レベル、低い高温動作電流値を実現でき、さらに、高次横モード光の放射損失を可能な限り大きくし、ＦＦＰ乱れ及び光軸変動を低減し、高いキンクレベルを得ることが可能なストライプ構造について説明を行ってきた。そして、それぞれの実施形態において共振器長でのストライプ形状におけるＬＳ１、ＬＲ１、ＬＳ３及びＬＲ３の共振器長に対する長さの割合の関係又はその大小関係について説明した。しかしながら、これらの実施形態に限定されるものではなく、ＬＳ１、ＬＲ１、ＬＳ３及びＬＲ３の関係は、それぞれの共振器長に対して±５０μｍの範囲内の近い共振器長を有する半導体レーザ装置に対しても適用することができる。つまり、本発明の第１の実施形態におけるＬＳ１、ＬＲ１、ＬＳ３及びＬＲ３の共振器長に対する長さの割合の関係又はその大小関係は、共振器長が１６５０μｍから１７５０μｍまでの範囲の半導体レーザ装置に対して適用可能である。また、本発明の第２の実施形態におけるＬＳ１、ＬＲ１、ＬＳ３及びＬＲ３の共振器長に対する長さの割合の関係又はその大小関係は、共振器長が、１４５０μｍから１５５０μｍまでの範囲の半導体レーザ装置に対して適用可能である。さらに、本発明の第３の実施形態におけるＬＳ１、ＬＲ１、ＬＳ３及びＬＲ３の共振器長に対する長さの割合の関係又はその大小関係は、共振器長が２１５０μｍから２２５０μｍまでの範囲の半導体レーザ装置に対して適用可能である。
【０２６０】
また、上記の本実施形態に係る２波長レーザの半導体レーザ装置において、赤色レーザ１のｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２、赤色レーザ１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１４、赤外レーザ２のｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２２、及び、赤外レーザ２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層２４におけるＡｌ組成比を、それぞれ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４とすると、Ｘ１＜Ｘ２、Ｘ３＜Ｘ４、Ｘ３＜Ｘ１とすることが好ましい。ここで、Ａｌ組成比Ｘとは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料の原子組成を（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰと表した場合のＸのことである。ただし、Ｘ、Ｙは０以上、１以下の実数である。具体的には、Ｘ１を０．６９とし、Ｘ２を０．７とし、Ｘ３を０．６７とし、Ｘ４を０．７とすればよい。
【０２６１】
Ａｌ組成の関係をこのように設定することにより、赤色レーザ及び赤外レーザ共に、電流注入のためのストライプから光分布を基板１０側寄りに形成することが可能となる。この場合、光分布は、リッジ部形状の共振器方向の変化に起因する散乱の影響を受けにくくなるため、共振器方向にテーパ状のストライプ構造を設けたとしても効果的に導波路損失を低減することが可能となる。さらにｎ型クラッド層のフリーキャリア損失はｐ型クラッド層のフリーキャリア損失よりも小さいため、さらに導波路損失を小さくすることができる。このため、ストライプ幅の変化する領域が共振器方向に複数箇所形成されていても、基本横モード光の導波路損失の低減効果が大きくなり、導波路損失を小さくすることが可能となる。この結果、スロープ効率が増大し、高温動作時においても低電流動作の２波長レーザを得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０２６２】
本発明は、光ディスク装置のピックアップ用光源として、又は、その他の電子装置や情報処理装置などに必要な光源として広く利用することができる。
【符号の説明】
【０２６３】
１、１Ａ、１Ｂ、１００  赤色レーザ
２、２Ａ、２Ｂ、２００  赤外レーザ
１０、１１０  基板
１０ａ、１１０ａ  前端面
１０ｂ、１１０ｂ  後端面
１１、２１、１１１、１２１  ｎ型バッファ層
１２、２２、１１２、１２２  ｎ型クラッド層
１３、２３、１１３、１２３  活性層
１３ｇ１、２３ｇ１、１１３ｇ１、１２３ｇ１  第一ガイド層
１３ｗ１、１３ｗ２、１３ｗ３、２３ｗ１、２３ｗ２、１１３ｗ１、１１３ｗ２、１１３ｗ３、１２３ｗ１、１２３ｗ２  ウェル層
１３ｂ１、１３ｂ２、２３ｂ１、１１３ｂ１、１１３ｂ２、１２３ｂ１  バリア層
１３ｇ２、２３ｇ２、１１３ｇ２、１２３ｇ２  第二ガイド層
１４、２４、１１４、１２４  ｐ型クラッド層
１４ａ、２４ａ  溝部
１５、２５、１１５、１２５  ｐ型の保護層
１６、２６、１１６、１２６  ｐ型コンタクト層
１７、２７  電流ブロック膜
３１、３２  ｐ側電極
３３  ｎ側電極
４０、４０Ａ、４０Ｂ、５０、５０Ａ、５０Ｂ、１４０、１５０  リッジ部
４１  第一フロント側領域
４２  第一フロント側ストライプ幅変化領域
４３  第一中間領域
４３ａ  第一フロント側第一中間領域
４３ｂ  第一リア側第一中間領域
４４  第一リア側ストライプ幅変化領域
４５  第一リア側領域
４６  第一中間ストライプ幅変化領域
４７  第一不連続領域
５１  第二フロント側領域
５２  第二フロント側ストライプ幅変化領域
５３  第二中間領域
５３ａ  第二フロント側第二中間領域
５３ｂ  第二リア側第二中間領域
５４  第二リア側ストライプ幅変化領域
５５  第二リア側領域
５６  第二中間ストライプ幅変化領域
５７  第二不連続領域
１１７、１２７  電流ブロック層
１４１、１５１  リア領域
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図６】
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