(57)【要約】【課題】半導体レーザにおいて、キンクレベルが高く、低動作電流、低動作電圧特性及び、ビーム放射パターンの形状が温度や動作光出力に対して安定な特性を得る。【解決手段】半導体レーザ装置は、第１のクラッド層と、活性層と、第２のクラッド層とを備える。第２のクラッド層の上部は、前端面と後端面とを結ぶ方向に延びるリッジ部３０と、リッジ部３０の両側方に配置されたウイング部３１とを構成している。前端面側領域４１におけるリッジ部３０の幅は、第１の領域４３におけるリッジ部３０の幅よりも大きく、前端面側領域４１におけるリッジ部３０とウイング部３１との間隔は、第１の領域４３におけるリッジ部３０とウイング部３１との最小間隔よりも大きくなっている。【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、光を生成する活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを備え、
前記第２のクラッド層の上部は、前端面と後端面とを結ぶ方向に延び、電流注入領域となるリッジ部と、前記リッジ部の側方に第１の溝を挟んで配置された第１のウイング部と、前記リッジ部の前記第１のウイング部とは逆の側方に第２の溝を挟んで配置された第２のウイング部とを構成しており、
前端面側領域における前記リッジ部の幅は、前記前端面側領域を除く領域のうち第１の領域における前記リッジ部の幅よりも大きく、
前記前端面側領域における前記リッジ部と前記第１のウイング部との間隔は、前記第１の領域における前記リッジ部と前記第１のウイング部との最小間隔よりも大きく、
前記前端面側領域における前記リッジ部と前記第２のウイング部との間隔は、前記第１の領域における前記リッジ部と前記第２のウイング部との最小間隔よりも大きい半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記前端面側領域では、前記リッジ部の幅は、前記光の横モ−ドが単一となるカットオフ幅よりも大きく、
前記第１の領域では、前記リッジ部の幅は、前記カットオフ幅よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体レーザ装置において、
前記前端面側領域における前記リッジ部の幅をＷＲ１、前記第１の領域における前記リッジ部の幅をＷＲ２、前記前端面側領域における前記リッジ部と前記第１のウイング部との間隔をＷ１、前記第１の領域における前記リッジ部と前記第１のウイング部との最小間隔をＷ３、前記前端面側領域における前記リッジ部と前記第２のウイング部との間隔をＷ２、前記第１の領域における前記リッジ部と前記第２のウイング部との最小間隔をＷ４とするとき、
Ｗ３＜１．４×ＷＲ１−ＷＲ２／２、且つＷ１＞１．４×ＷＲ１−ＷＲ１／２、及びＷ４＜１．４×ＷＲ１−ＷＲ２／２、且つＷ２＞１．４×ＷＲ１−ＷＲ１／２の条件を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。
【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装置において、
前記第１の領域は、後端面側領域であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体レーザ装置において、
前記前端面側領域と前記後端面側領域の間には第２の領域が設けられており、
前記第２の領域では、前記前端面側から前記後端面側に向かうにつれて前記リッジ部の幅が小さくなるように、前記リッジ部が平面視においてテーパー状に形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ装置において、
前記後端面側領域から前記第２の領域の一部に至る領域における前記第１のウイング部の幅は、前記前端面側領域における前記第１のウイング部の幅よりも大きく、
前記後端面側領域から前記第２の領域の一部に至る領域における前記第２のウイング部の幅は、前記前端面側領域における前記第２のウイング部の幅よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項４〜６のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置において、
前記後端面側領域では、前記第１のウイング部と前記リッジ部との間隔が繰り返し大小に変化し、且つ前記第２のウイング部と前記リッジ部との間隔が繰り返し大小に変化することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体レーザ装置において、
前記後端面側領域では、前記第１のウイング部の前記リッジ部に面した側面に第１の凹部と第１の凸部とが交互に繰り返し形成されており、前記第１の凸部における前記第１のウイング部と前記リッジ部との間隔と、前記第１の凹部における前記ウイング部と前記リッジ部との間隔との差は１μｍ以上であり、且つ、
前記第２のウイング部の前記リッジ部に面した側面に第２の凹部と第２の凸部とが交互に繰り返し形成されており、前記第２の凸部における前記第２のウイング部と前記リッジ部との間隔と、前記第２の凹部における前記ウイング部と前記リッジ部との間隔の差は１μｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の領域は、前記前端面側領域と後端面側領域との間に設けられた中間領域であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体レーザ装置において、
前記後端面側領域における前記リッジ部の幅は、前記中間領域における前記リッジ部の幅より大きく、
前記後端面側領域における前記リッジ部と前記第１のウイング部との間隔は、前記中間領域における前記リッジ部と前記第１のウイング部との最小間隔よりも大きく、
前記後端面側領域における前記リッジ部と前記第２のウイング部との間隔は、前記中間領域における前記リッジ部と前記第２のウイング部との最小間隔よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【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、情報処理装置などに必要な光源として用いられる赤色及び赤外域、青色域の半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置は、様々な分野で幅広く使用されている。ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置は、波長７８０ｎｍ帯の赤外レーザ光を得ることができ、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置は、波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザ光を得ることができ、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザ装置は、波長４０５ｎｍ帯の青色レーザ光を得ることができる。このため、これらの半導体レーザ装置は、それぞれＣＤ(Compact Disc)及びＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、ＢＤ(Bluray Disc;登録商標)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】
このような分野で使用される半導体レーザ装置は、高倍速記録を実現するために、高出力が要求されている。半導体レーザ装置の高出力化のためには、共振器面が溶融破壊されるＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）により制限される最大の光出力（CODレベル）が高いこと、電流―光出力特性に非線形性を生じる折れ曲がり（キンク）が発生する光出力が高いこと、及び高温動作時の動作電流が低いことが要求される。
【０００４】
一般的に、ＣＯＤレベルの向上は、半導体レーザ装置の出射端面に光吸収のない端面窓構造を採用することにより実現できる。端面窓構造において、出射端面に亜鉛（Zn）等を熱拡散させることで、端面近傍の量子井戸構造を無秩序化し、バンドギャップを増大させることにより、端面近傍の光吸収を抑えることができる。このため、光吸収による温度上昇によって端面が破壊されるのを防ぐことができる。
【０００５】
さらに、前端面及び後端面にそれぞれＡＲ（Anti Reflection）/ＨＲ（High Reflection）コートを施すことにより、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）の向上を図り、少ない注入電流量で高い光出力を実現するとともに、動作時の前端面（光出射端面）のレーザ光のパワー密度の低減を行い、レーザ光自身の光出力によりＣＯＤが発生することを防いでいる。
【０００６】
また、キンクの抑制は、一般的に、導波路となるストライプの幅を狭くすることで実現できる。リッジ幅が広い場合、高次横モードがカットオフされにくくなるため、高次横モード発振が生じてキンクが発生する。また、リッジ幅が広い場合、光の分布がリッジ内部に閉じ込められることにより、空間的ホールバーニングと呼ばれる現象が発生し、キンクが発生しやすくなる。一方、リッジ幅は、素子の直列抵抗に影響し、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。このため、消費電力の低減につながり、発熱量が低下するために温度特性の向上につながる。また、レーザ駆動電圧の低減により、レーザの駆動回路の供給電圧のマージンが増大するため、回路設計的にも有利である。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、動作電圧の低減による温度特性の向上の観点から有利である。
【０００７】
そこで、温度特性に優れた高い光出力を得るために、特許文献１に示す従来の技術が開示されている。以下、特許文献１に示された従来技術について説明を行う。
【０００８】
図１１は、特許文献１に示す従来の半導体レーザ装置の断面構造模式図である。従来の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、赤色レーザと赤外レーザとが集積化されている。ここでは、赤外レーザの構造のみの説明を行う。
【０００９】
赤外レーザは、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１１と、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１１２と、歪量子井戸活性層１１３と、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１１４と、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ保護層１１６と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１７とを有している。ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１１４の上部、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ保護層１１６の一部、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１７の一部は、リッジ部を構成している。
【００１０】
また、リッジ部の側面上からリッジ部側方の溝の内面上、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１７のうちリッジ部側方に位置する部分上に亘ってＳｉＮからなる電流ブロック層１１５が形成されている。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１７のうちリッジ部を構成する部分上及び電流ブロック層１１５上には電極１３１が設けられている。ｎ型ＧａＡｓ基板１００の裏面上には電極１３３が設けられている。
【００１１】
この構造において、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１７から注入された電流は電流ブロック層１１５によりリッジ部のみに狭窄され、リッジ底部下方に位置する活性層１１３に集中して電流注入され、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡの少ない注入電流により実現される。この時、歪量子井戸活性層１１３へ注入されたキャリアの再結合により発光した光は、歪量子井戸活性層１１３と垂直な方向については、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１１２、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１１４により光閉じ込めが行われ、歪量子井戸活性層１１３と平行な方向については、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１１２、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１１４よりも屈折率が低い電流ブロック層１１５により光閉じ込めが生じる。また、電流ブロック層１１５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。
【００１２】
図１２は、従来の半導体レーザ装置をリッジ部上方から見た平面図である。図１１に示すように、リッジ部の幅は、低反射率となるように誘電体をコーティングされた前端面側のリッジの幅が、高反射率となるように誘電体がコーティングされた後端面側のリッジの幅よりも広くなるように形成されている。また、図１２に示すように、リッジ部１４１の幅は前端面から距離Ｌ１の間（前端面近傍領域）、及び、後端面から距離Ｌ３の間（後端面近傍領域）はそれぞれ、幅Ｗｆ、幅Ｗｒと一定としている。前端面から距離Ｌ１と後端面からの距離Ｌ３との間の部分のリッジ部１４１の幅は、図１２に示すように角度θ１の傾きを持ったテーパー形状としている。  また、リッジ部１４１の両側に溝１４２を挟んでウイング部１４０を形成することで、ジャンクションダウン実装時のリッジ部１４１への応力低減を図ると共に、リッジ−ウイング間隔は前端面側から後端面側に向けて徐々に広がるように形成する。前端面近傍領域の一方の溝の幅の最小値をＷ１、他方の溝の幅の最小値をＷ２、後端面側近傍の一方の溝の幅の最小値をＷ３、他方の溝の幅の最小値をＷ４とすると、Ｗｆ＞Ｗｒ、Ｗ１＜Ｗ３、Ｗ２＜Ｗ４の関係を成立させればよい。
【００１３】
導波路となるリッジ部１４１において、反射率の低い前端面側の光密度は、反射率の高い後端面側の光密度と比較して高くなっている。そのため、発振に必要なキャリアは前端面側において、より多く消費される。従って、前端面側のストライプ幅を広くしてやれば、前端面側への電流注入を後端面側と比較して、相対的に増大させることが可能となる。この結果、図１２に示すストライプ形状のリッジ部１４１において、電流の利用効率を向上させ電流−光出力特性において高いスロープ効率を得ることができる。
【００１４】
また、ストライプ幅の狭い領域では、高次横モード光は導波することができなくなる。このため、後端面側のストライプ幅の狭いストライプ領域において、ストライプ幅の広い領域で発生した高次横モード光を減衰させることが可能となる。この結果、動作電圧が低く、温度特性に優れ、キンクレベルの高い２波長半導体レーザを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００９−２９５６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
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。
【００１７】
このような市場動向において、ＣＤ、ＤＶＤに加えてＢＤ用の光ディスクの記録、再生が可能な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。
【００１８】
３波長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高いレベルで要求される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。さらに、２波長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精度も厳しくなり、３波長光ディスクシステムに使用される赤色レーザ、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）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まで、及び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。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波長光ディスクシステムにおいて、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、形状乱れのない単峰性に優れた特性を示すことが要望されている。
【００１９】
さらに、３波長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、低電圧動作が要望されている。
【００２０】
また、ハードディスクドライブ（以下ＨＤＤ）分野においても、更なる記録密度の向上のため、熱アシストを用いた記録方式により、記録密度を飛躍的に向上することができることが見出されており、この熱源として、小型で且つ高い光出力と信頼性を有する赤外レーザが求められている。このような分野においては、レーザで記録ディスクを加熱する際に８０ｍＷ強の光出力が必要である。さらに、データを読み書きするスライダー内にレーザ素子を実装する必要がある。このため共振器長３００μｍ程度の短共振器長のレーザ素子において、８０ｍＷ以上の高い光出力が必要となる。従って、ＨＤＤ用レーザには光ディスクシステム用途のレーザよりも、短い共振器長において高温高出力動作とキンク発生の抑制、低電圧動作が求められている。
【００２１】
これに対し、特許文献１に開示される従来のテーパーストライプ構造では、ストライプ幅が変化することで、高次横モードの抑制を行っている。この場合、ストライプ幅が変化する領域と、高次横モードを抑制する幅の狭い領域を長くする必要がある。その結果、高温高出力動作時における高次横モード発振の抑制効果を得るためには、ストライプ面積が縮小してしまう。つまり、高温高出力動作時における光軸の不安定化やＦＦＰ形状の乱れを抑えると、動作電圧が上昇してしまう。逆に低動作電圧を実現しようとすると、高温高出力動作時における光軸の不安定化やＦＦＰ形状の乱れが発生してしまう。
【００２２】
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、高温高出力動作時においても、キンクの発生を抑え、共振器長が比較的短い場合であっても低動作電流、低動作電圧を実現でき、光軸が安定し、ＦＦＰ形状の乱れの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】
【００２３】
本発明の実施形態の一例に係る半導体レーザ装置は、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、光を生成する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを備えている。さらに、前記第２のクラッド層の上部は、前端面と後端面とを結ぶ方向に延び、電流注入領域となるリッジ部と、前記リッジ部の側方に第１の溝を挟んで配置された第１のウイング部と、前記リッジ部の前記第１のウイング部とは逆の側方に第２の溝を挟んで配置された第２のウイング部とを構成している。前端面側領域における前記リッジ部の幅は、前記前端面側領域を除く領域のうち第１の領域における前記リッジ部の幅よりも大きく、前記前端面側領域における前記リッジ部と前記第１のウイング部との間隔は、前記第１の領域における前記リッジ部と前記第１のウイング部との最小間隔よりも大きく、前記前端面側領域における前記リッジ部と前記第２のウイング部との間隔は、前記第１の領域における前記リッジ部と前記第２のウイング部との最小間隔よりも大きい。
【００２４】
この構成においては、前端面側領域におけるリッジ部の幅が第１の領域におけるリッジ部の幅より大きくなっているので、光密度が高くなる前端面側領域内のリッジ部の光密度を低減できる。そのため、動作電圧を低減でき、光が出射する前端面部分の溶融破壊を起こりにくくすることができる。さらに、第１の領域内でリッジ部の幅を小さくするとともに、リッジ部とウイング部との間隔（すなわち溝幅）を前端面側領域におけるリッジ部とウイング部との間隔より小さくすることで、高次横モード光を効果的に減衰させることができる。また、光軸の不安定化やＦＦＰ形状の乱れも低減することができる。
【００２５】
従って、上述の構成によれば、高温高出力動作時においても、キンクの発生を抑え、共振器長が比較的短い場合であっても低動作電流、低動作電圧を実現でき、光軸が安定し、ＦＦＰ形状の乱れの少ない半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２６】
前端面側領域で発振したレーザ光の基本横モード光及び高次横モード光は、リッジ幅が広いので、リッジ部と溝領域との屈折率差（Δｎ）によりリッジ部内に閉じ込められる。また、発振した高次横モード光はリッジ部外にも存在しうる。リッジ部外に存在している高次横モード光は、ウイング部に入射すると、反射して再びリッジ部に入射する成分と、屈折してウイング部内を導波する成分とに分かれる。ウイング部で反射した高次横モード光がリッジ部で基本モード光と結合すると、ＦＦＰ形状の変形や光軸の変動が生じてしまう。これに対し、上述の構成では、前端面側領域でリッジ部とウイング部との間隔を広くとっているので、ＦＦＰ形状の変形や光軸の変動を低減することができる。
【００２７】
一方、第１の領域ではリッジ幅が小さくなっていることで、高次横モード光がリッジ部内を導波しにくく、高次横モード光は、リッジ部外へのしみ出し量を増大させながら伝播する。また、前端面側領域同様、リッジ外にしみ出した高次横モード光は、ウイング部と溝領域との境界で反射する成分と、当該境界で屈折し、ウイング部内に伝播する成分とに分けられる。ここで、第１の領域では高次横モード光は導波しにくくなっているため、ウイング部で反射し、再びリッジ部に入射しても基本モード光に影響を及ぼさない。従って、第１の領域において、ウイング部とリッジ部との間隔を小さくし、ウイング部内へ伝播する高次横モード光の量を増大させることで、第１の領域内のリッジ部で効率的に高次横モード光のみを減衰させることができる。
【００２８】
また、上述の構成によれば、ウイング部を利用して高次横モード光を減衰させるので、リッジ部のうち、高次横モード光を抑制するために設けている第１の領域内に設けられた部分の長さを短くすることができ、高温高出力動作時のキンク発生を抑制しつつＦＦＰ形状の乱れや光軸変動を抑制し、素子抵抗の低減を併せて実現することが可能となる。
【００２９】
なお、上記の構成において、前記前端面側領域では、前記リッジ部の幅を、前記光の横モ−ドが単一となるカットオフ幅よりも大きくし、前記第１の領域では、前記リッジ部の幅を、前記カットオフ幅よりも小さくすることにより、リッジ部のうち第１の領域内に設けられた部分内で高次横モード光が伝搬できなくなるので、より確実に高次横モード光を減衰させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の一例によれば、高温高出力動作時においても、キンクの発生を抑え、共振器長が比較的短い場合であっても低動作電流、低動作電圧を実現でき、光軸が安定し、ＦＦＰ形状の乱れの少ない半導体レーザ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ部及びウイング部の構造を示す平面図である。
【図３】図３は、リッジ部内外の実効屈折率差Δｎを変化させた場合の、１次モード光の強度比と後端面側溝幅との関係を示す図である。
【図４】図４は、リッジ部の中心を基準とした時の、共振器の光軸に対して垂直な方向の高次横モード光の拡がりを示す図である。
【図５】図５は、前端面側領域での溝幅を変化させたときの、１次モード光の強度比と後端面側領域での溝幅との関係を示している。
【図６】図６は、前端面側領域での溝幅を固定し、前端面側領域でのリッジ幅を変化させた場合の１次モード／基本モード強度比と後端面側領域での溝幅との関係を示す図である。
【図７】図７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装置を示す平面図である。
【図８】図８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装置を示す平面図である。
【図９】図９は、後端面側領域での溝幅の最大値と最小値の差と、基本モード光を基準とした高次横モード光の強度比との関係をシミュレーションで計算した結果を示す図である。
【図１０】図１０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装置を示す平面図である。
【図１１】図１１は、従来の半導体レーザ装置の断面構造模式図である。
【図１２】図１２は、従来の半導体レーザ装置をリッジ部上方から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（実施形態）
以下、本発明の実施形態の一例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。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。同図は、半導体レーザ装置において、光出射端面に平行な断面を示している。
【００３４】
半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０と、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上面上に順に形成された、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２、量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１４、ｐ型ＧａＩｎＰからなる保護層１５、及びｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１６を備えている。
【００３５】
ｎ型バッファ層１１の膜厚は例えば０．５μｍであり、ｎ型クラッド層１２の膜厚は例えば２．０μｍであり、保護層１５の膜厚は例えば５０ｎｍであり、ｐ型コンタクト層１６の膜厚は例えば０．４μｍである。ｐ型クラッド層１４のうち後述のリッジ部３０を構成する部分の膜厚は例えば１．２μｍで、溝３２が形成された部分の膜厚は例えば０．２μｍである。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の裏面上にはＡｕなどからなるｎ側電極２１が形成されている。
【００３６】
ここで、ｐ型コンタクト層１６、保護層１５、及びｐ型クラッド層１４の上部はストライプ状に延び、電流注入領域となるリッジ部３０を構成している。リッジ部３０は、半導体レーザ装置の前端面と後端面とを結ぶ方向（共振器方向）に延びている。リッジ部の両側方には、それぞれ溝３２を挟んでｐ型コンタクト層１６、保護層１５、及びｐ型クラッド層１４の上部で構成されたウイング部３１が形成されている。溝３２は、ｐ型コンタクト層１６からｐ型クラッド層１４の内部にまで形成されている。
【００３７】
リッジ部３０の側面を含む溝３２の内面上、及びウイング部３１内のｐ型コンタクト層１６上には例えばＳｉＮからなる電流ブロック層１７が形成されている。該電流ブロック層１７には、リッジ部３０の上面上の位置に、電流注入のための開口が形成されている。
【００３８】
また、ｐ型コンタクト層１６上及び電流ブロック層１７上にはＡｕなどからなるｐ側電極２０が形成されている。ｐ側電極２０は、電流ブロック層１７の開口内でｐ型コンタクト層１６に接している。この構造により、レーザを駆動するための電流は、ｐ側電極２０と、ｎ側電極２１とを通して流すことができる。
【００３９】
なお、ｐ型クラッド層１４において、リッジ部３０を構成する部分の上端から活性層１３に達するまでの距離は例えば１．２μｍであり、リッジ部３０の下端から活性層１３に達するまでの距離ｄｐ１は０．２μｍである。
【００４０】
また、図１に示すように、活性層１３は、下から順に設けられたガイド層１３ｇ１、バリア層１３ｂ１、ウェル層１３Ｗ１、バリア層１３ｂ２、ウェル層１３Ｗ２、バリア層１３ｂ３、ガイド層１３ｇ２を有している。ウェル層１３Ｗ１、１３Ｗ２はＧａＡｓからなり、バリア層１３ｂ１、１３ｂ２、１３ｂ３はＡｌＧａＡｓからなり、ガイド層１３ｇ１、１３ｇ２はＡｌＧａＡｓからなっている。すなわち、活性層１３は、ウェル層の上下をバリア層が挟み、複数のウェル層及びバリア層全体の上下をガイド層が挟むように形成されている。
【００４１】
以上の構造において、ｐ型コンタクト層１６から注入された電流は、電流ブロック層１７によりリッジ部３０のみに狭窄されて流れ、活性層１３のうちリッジ部３０下方に位置する部分に集中して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。
【００４２】
活性層１３に注入されたキャリアの再結合によって生成された光は、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によって閉じ込められる。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、ｐ型クラッド層１４と、ｐ型クラッド層１４よりも低い屈折率を有する電流ブロック層１７とによって行なわれる。
【００４３】
また、電流ブロック層１７は、レーザ発振光に対して透明であるので光吸収がほとんど無く、低損失の導波路を実現することができる。さらに、ストライプ状のリッジ部３０内外の実効屈折率差Δｎについては、ｄｐ１（リッジ部３０の下端から活性層１３に達するまでの距離）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。このように、本実施形態の半導体レーザ装置は、光分布を精密に制御することが可能であると共に、低動作電流である高出力半導体レーザとなっている。
【００４４】
ここで、図２は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ部３０及びウイング部３１の構造を示す平面図である。同図では、リッジ部３０及びウイング部３１の構造を理解しやすいように、ｐ側電極２０及び電流ブロック層１７は示されていない。図２において、上方が共振器の前端面方向（光の出射方向）であり、下方が共振器の後端面方向である。
【００４５】
本実施形態の半導体レーザ装置においては、前端面と後端面には、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率をＲｒとするとＲｆ＜Ｒｒとなるように誘電体膜（図示せず）がコーティングされている。
【００４６】
具体的には、共振器の前端面における光の反射率が７％、後端面における光の反射率が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。一般的に、高出力レーザでは、通常前端面の反射率（Rf）は１０％以下の低反射率、後端面の反射率(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、前端面側で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、レーザ光の出射端面が溶融破壊（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く、レーザ発振のために消費される活性層のキャリア数は、前端面側で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）、ΔＰ／ΔＩを意味する。
【００４７】
このため、図２に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置では、前端面側のリッジ部３０の幅（ストライプ幅）が大きく、後端面側のリッジ部３０の幅が前端面側の幅よりも小さくなっている。これにより、リッジ部３０の前端面側には後端面側よりも多くの電流を注入することが可能となっている。
【００４８】
具体的には、ストライプ状のリッジ部３０は、前端面側領域４１内に設けられ、長さがＬ１で幅がＷＲ１の部分３０ａと、後端面側領域４３内に設けられ、長さがＬ３で幅がＷＲ２の部分３０ｃと、前端面側領域４１と後端面側領域４３との間の領域４２内に設けられ、長さがＬ２の部分３０ｂとを有している。部分３０ｂでは、前端面側から後端面側に向かって幅が徐々に減少している。ウイング部３１の幅は、前端面側領域４１から領域４２にかけて一定で、後端面側領域４３では前端面側領域４１及び領域４２におけるよりも大きくなっている。
【００４９】
この構成において、ＷＲ１＞ＷＲ２とすることにより、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。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を抑制できる。そのため、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、動作電流値は低減され、高い熱飽和レベルが得られ、温度特性が向上する。
【００５０】
さらに、ＷＲ１は横モードが単一となるカットオフ幅（高次横モード光がカットオフされる幅）よりも大きくなっているが、ＷＲ２は当該カットオフ幅よりも小さくなっている。このため、後端面側領域４３内のリッジ部３０（部分３０ｃ）では、高次横モード光がリッジ部３０の外部に漏れ出し、高次横モード光を減衰しやすくなっている。
【００５１】
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。
【００５２】
キンクの発生を抑制するためには、高次横モード発振を抑制する必要がある。このためには、リッジの幅を狭くし、高次横モードをカットオフすればよい。しかしながら、リッジの幅を狭くしすぎると、電流注入面積が小さくなるため、素子の微分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がもたらされる。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好ましい。
【００５３】
そこで、高次横モードをカットオフしつつ、活性層１３への電流注入面積を広くするためには、高次横モードをカットするために形成するリッジ幅の狭い領域で、効率良く高次横モードをカットすることが有効であるといえる。
【００５４】
ここで、本実施形態の半導体レーザ装置において、リッジ幅の狭い領域ではどのようにして高次横モード光を減衰させているかを考察する。
【００５５】
一般的に、光の導波路としては、屈折率の高い材料を屈折率の低い材料で挟んで構成されたスラブ導波路が用いられる。このスラブ導波路をモデルとして考えた時、リッジ幅を狭く、つまり屈折率が高い部分の幅を狭くすることで、導波路を伝播する光は基本モードを除く高次モードが存在できなくなる。このことを利用して、リッジ幅の広い領域とリッジ幅の狭い領域を結合させ、リッジ幅の広い領域で発振した高次横モード光をリッジ幅の狭い領域に通すことで、存在できなくなった高次横モード光をリッジ外に漏らし、高次横モード光を抑制している。
【００５６】
本実施形態の半導体レーザ装置においても、上述のように後端面側領域４３内の部分３０ｃの幅を小さくしているので、高次横モード光をリッジ部３０の外部に漏らし、高次横モード光の低減が図られている。
【００５７】
さらに、本実施形態の半導体レーザ装置においては、図２に示すように、前端面側領域４１でのリッジ部３０とウイング部３１との距離（すなわち溝３２の幅）を後端面側領域４３でのリッジ部３０とウイング部３１との距離（すなわち溝３２の幅）よりも大きくしている。
【００５８】
具体的には、前端面側領域４１近傍における第１の溝部の幅の最小値をＷ１、第２の溝部の幅の最小値をＷ２、後端面側領域４３近傍における第１の溝部の幅の最小値をＷ３、第２の溝部の幅の最小値をＷ４としたとき、Ｗ３＜Ａ×ＷＲ１−ＷＲ２／２及びＷ４＜Ａ×ＷＲ１−ＷＲ２／２とする。ここで、Ａは、リッジ幅ＷＲ１で生じる高次横モード光の共振器長方向と垂直な方向に拡がる距離のリッジ幅ＷＲ１に対する比（すなわち、高次横モード光の垂直方向の拡がり距離）／ＷＲ１）である。なお、溝幅Ｗ１は、言い換えれば、前端面側領域４１におけるリッジ部３０と一方のウイング部（第１のウイング部）３１との距離であり、溝幅Ｗ３は、後端面側領域４３におけるリッジ部３０と一方のウイング部３１との距離である。溝幅Ｗ２は、前端面側領域４１におけるリッジ部３０と他方のウイング部（第２のウイング部）３１との距離であり、溝幅Ｗ４は、後端面側領域４３におけるリッジ部３０と他方のウイング部３１との距離である。
【００５９】
この構成によれば、リッジ幅の狭い後端面側領域４３でウイング部３１とリッジ部３０との間隔が小さくなっているので、リッジ部３０からしみ出た高次横モード光の多くは、ウイング部３１を含む活性層１３に対して垂直な領域と、溝３２を含む活性層１３に対して垂直な領域でウイング部３１側に屈折する。このため、リッジ部３０からしみ出た高次横モード光の多くは、リッジ部３０から離れる方向に伝播する。また、活性層１３に垂直な領域と、溝３２を含む活性層１３に垂直な領域とで反射した高次横モード光はリッジ部３０方向に戻るものの、リッジ部３０内を伝搬できないので、結果としてリッジ部３０内の高次横モード光は効果的に減衰される。
【００６０】
また、リッジ幅が広い前端面側領域４１では、リッジ部３０とウイング部３１との距離は長くとられているので、高次横モード光がウイング部３１で反射してリッジ部３０（導波領域）に戻ってくるのを防いでいる。この結果、本実施形態の半導体レーザ装置においては、高温動作時においても高いキンク光出力を得ることができる。このため、本実施形態の半導体レーザ装置を、例えば光ディスクシステムの光源として用いた場合に安定な記録再生動作を得ることができるようになる。
【００６１】
ここで、図３、図４、及び図５は、種々のＷ１、Ｗ２及びＷ３、Ｗ４の大きさに対し導波路を伝播する高次横モード光と基本モード光が共振器を一往復した後における、基本モード光を基準とした高次横モード光の強度比の関係をシミュレーションで計算した結果を示す図である。高次横モード光の基本モード光に対する強度比（すなわち、（高次横モード光の強度）／（基本モード光の強度））が高いことは、高次横モード光成分が多く存在することを意味し、この場合、半導体レーザ装置のキンクレベルが低くなると考えられる。従って、高次横モード光の強度比が小さい方が高次横モード光が減衰していると言え、好ましい。なお、シミュレーションは波長λ＝７８０ｎｍで発振する赤外レーザにおいて、共振器長Ｌ＝３５０μｍ、前端面側領域４１内の部分３０ａのリッジ幅４．０μｍ、後端面側領域４３内の部分３０ｃリッジ幅１．９μｍの条件で行っている。
【００６２】
まず、高次横モード光がリッジに対してどのように分布しているかを考察する。
【００６３】
図３は、Ｗ１、Ｗ２を７μｍと一定にした時に、リッジ部３０内外の実効屈折率差Δｎを２．０〜７．０×１０-3とした場合の、１次モード光の強度比（すなわち、（１次モード光の強度）／（基本モード（０次モード）光の強度））と後端面側溝幅Ｗ３（またはＷ４）との関係を示している。
【００６４】
この図より、実効屈折率差Δｎを大きくすると１次モード／基本モード強度比の変化が少なく、Δｎを小さくすると１次モード／基本モード強度比の変化が大きくなることが分かる。これは、Δｎが小さいと閉じ込めが弱くなるため、リッジ部外に光が漏れ出し、漏れ出した高次横モード光がウイング部側に伝播する結果、１次モードの減衰量が増加したものと考えられる。ここで、種々のＷＲ１の幅に対し発振した高次横モード光がΔｎの値により、水平横方向（活性層に対して水平で且つ共振器方向に垂直な方向）にどの程度まで拡がるかをシミュレーションした結果を図４に示す。ここでは、Δｎ＝２．０×１０-3、ＷＲ１＝４．０μｍ、発振波長７８０ｎｍで計算を行っている。
【００６５】
図４には、リッジ部の中心を基準とした時の、共振器の光軸に対して垂直な方向の高次横モード光の拡がりを示している。ここで、一般的に電界強度が１／ｅ以下になる部分は考慮しなくても問題はないとされている。すなわち、光出力は電界の二乗となるため図４の縦軸においては１／ｅ2（＝０．１３５）以下を考慮しなくてもよい。これより、電界強度が１／ｅ2（＝０．１３５）以下になる距離を高次横モード光の拡がりの幅とすると、当該拡がり幅は約５．５μｍとなり、リッジ幅が４．０μｍの場合にはリッジ幅の約１．４倍に相当する。従って、幅がＷＲ１の部分３０ａで発振した高次横モード光はリッジ部両側の１．４×ＷＲ１の範囲で拡がりながら前端面側領域４１を伝播し、領域４２に進入する。領域４２内の部分３０ｂではリッジ部が平面図においてテーパー形状となっているため、高次横モード光は散乱し、リッジ部外に漏れ出す。
【００６６】
さらに、後端面側領域４３では高次横モード光はカットオフされるため、伝播できなくなった高次横モード光はリッジ部外に漏れ出してくる。すなわち、共振器方向に伝播する高次横モード光を効率良く減衰させ、基本横モード光との不要な結合を防ぐためには、後端面側領域４３で溝３２の幅の最小値Ｗ３、Ｗ４は１．４×ＷＲ１−ＷＲ２／２より狭くすることが好ましい。
【００６７】
また、前端面側から出射される光は安定した形状の光を得る必要があるため、前端面側領域４１に存在する高次横モード光はウイング部３１に達しないようにすることが望ましい。すなわち、溝３２の最小値Ｗ１及びＷ２は、Ｗ１（又はＷ２）＞Ａ（本実施形態では１．４）×ＷＲ１−ＷＲ１／２の関係を満たすことが望ましい。
【００６８】
ここで、Δｎを大きくしていくと高次横モード光はリッジ部内に閉じ込められるため、高次横モード光の拡がり幅は狭くなる。そこで、最も高次横モード光が拡がる、Δｎ＝２．０×１０-3の場合における、リッジ幅との比１．４倍をもって高次横モード光の拡がり範囲とする。
【００６９】
次に、前端面側領域４１での溝３２の幅Ｗ１、Ｗ２の依存性について考察する。
【００７０】
図５は、前端面側領域４１での溝３２の幅Ｗ１、Ｗ２を５μｍ、７μｍ、９μｍとしたときの、１次モード／基本モード強度比（図中に示す「１次モード強度比」）と後端面側領域４３での溝３２の幅Ｗ３、Ｗ４との関係を示している。ここで、Δｎは２．５×１０-3としている。なお、ＷＲ１、ＷＲ２の値は固定している。
【００７１】
図５から、Ｗ３及びＷ４をある一定の溝幅より狭くすると、Ｗ１、Ｗ２の値によらず１次モード／基本モード強度比が急激に下がり、高次横モード光がカットオフされることが分かる。この結果より、前端面側領域４１においてリッジ幅を変化させた場合、１次モード／基本モード強度比はＷ３及びＷ４の値に依存して急激に変化し、ＷＲ１の値には依存いないことが分かる。
【００７２】
すなわち、前端面側領域４１での溝３２の幅を変化させた場合においても、高次横モード光のカットオフ効果はΔｎで決定される光分布に依存し、少なくともＷ３（またはＷ４）＜１．４×ＷＲ１−ＷＲ１／２且つ、Ｗ１（またはＷ２）−Ｗ３（またはＷ４）＞ＷＲ２／２の関係式を満たすことで、高次横モード光の減衰効果を得られることが分かる。
【００７３】
次に、Ｗ１及びＷ２を固定した場合の、高次横モード／基本モード強度比の前端面側領域４１におけるリッジ幅依存性について考察する。
【００７４】
図６は、Ｗ１及びＷ２を共に７μｍに固定し、ＷＲ１をそれぞれ３．５μｍ、４．０μｍ、４．５μｍ、５．０μｍに変化させたときの、１次モード／基本モード強度比とＷ３及びＷ４との関係を示す図である。本シミュレーションでは、ＷＲ２も固定値としている。
【００７５】
ここで、Δｎとの関係より算出した関係式に従って、Ｗ３（またはＷ４）を１．４×ＷＲ１−ＷＲ２／２より狭くし、Ｗ１（またはＷ２）を、Ｗ３（またはＷ４）＋ＷＲ２／２より大きくすることにより、高次横モード光を効率良く減衰させることができる。例えば、ＷＲ１が５．０μｍ、ＷＲ２が１．９μｍの場合、Ｗ３、Ｗ４を６μｍ以下にすると高次横モード光を効率良く減衰させることができる。同様に、ＷＲ１を４．５μｍ、４．０μｍ、３．５μｍとし、ＷＲ２を１．９μｍとした場合、Ｗ３、Ｗ４をそれぞれ、５．３５μｍ、４．６５μｍ、３．９５μｍとすれば高次横モード光を効率良く減衰させることができる。これは、図６で示した結果において、１次モード／基本モード強度比が急峻に減少する変曲点とよく一致していることが分かる。
【００７６】
すなわち、前端面側領域４１での溝幅を変化させた場合においても、高次横モード光のカットオフ効果はΔｎで決定される光分布に依存し、少なくともＷ３（またはＷ４）＜１．４×ＷＲ１−ＷＲ２／２且つ、Ｗ１（またはＷ２）−Ｗ３（またはＷ４）＞ＷＲ２／２の関係式を満たすことで、高次横モード光の減衰効果を得ることができる。
【００７７】
これらの結果から、本実施形態に示すような構造を有する半導体レーザ装置では、従来の半導体レーザ装置と比較して、基本横モード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。このように、本実施形態に係る半導体レーザ装置では、リッジ幅が狭い領域で溝幅を狭くする構造を用いることにより、従来のテーパーストライプ構造と比較して、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ことが分かる。
【００７８】
従って、本実施形態の半導体レーザ装置は、高い温度特性を有し、キンクレベルが高く、動作電圧が低くなっているだけでなく、ＦＦＰ形状の乱れ及び光軸変動の発生が抑えられる。また、本実施形態の半導体レーザ装置では、ウイング部３１を利用して高次横モード光を減衰させているので、リッジ幅が小さくなっている後端面側領域４３の長さを短くしてもＦＦＰ形状の乱れや光軸変動を低減することができ、素子抵抗の低減を図ることができる。
【００７９】
なお、図１ではｎ型ＧａＡｓ基板１０上に設けた赤外レーザ素子のみについて説明したが、同じｎ型ＧａＡｓ基板１０上に赤色レーザ素子又は青色レーザ素子を設けてもよい。
【００８０】
また、図２では、リッジ部３０のうち、幅が広い部分３０ａと幅が狭い部分３０ｃとの間に平面視においてテーパー形状の部分３０ｂを設ける例を示しているが、部分３０ｂを設けずに部分３０ａと部分３０ｃとが直接接続されていても、同様の効果を得ることができる。ただし、高次横モードを含む光が存在できる領域（部分３０ａ）と、高次横モード光が存在できない領域（部分３０ｃ）とをテーパー形状を有する領域（部分３０ｂ）で連結することで、伝播ロスを最小限にしながら、高次横モードをカットすることが可能となる。従って、基本モード（０次モード）光の損失を低減する観点から、テーパー形状を有する領域を設けることがより好ましい。
【００８１】
−実施形態の第１の変形例−
次に、本発明の実施形態に係る第１の変形例として、前端面側領域と後端面側領域でのリッジ幅が同一で、前端面側、後端面側のリッジ幅より狭いリッジ幅を持つ領域が前端面側領域と後端面側領域とに挟まれた構造について説明する。第１の変形例に係る半導体レーザ装置の断面構造は図１に示す半導体レーザ装置と同様である。
【００８２】
図７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装置を示す平面図である。同図に示すように、本変形例においてリッジ部３０は、前端面側領域５１内に設けられ、幅がＷＲ１で長さがＬ１の部分３０ａと、領域５２内に設けられ、幅がＷＲ１からＷＲ２まで後端面に向かう方向に徐々に小さくなり、長さがＬ２の部分３０ｂと、領域５３内に設けられ、幅がＷＲ１より小さいＷＲ２で長さがＬ３の部分３０ｃと、領域５４内に設けられ、幅がＷＲ２からＷＲ１まで後端面に向かう方向に徐々に大きくなり、長さがＬ４の部分３０ｄと、後端面側領域５５内に設けられ、幅がＷＲ１で長さがＬ５の部分３０ｅとを有している。すなわち、本変形例のリッジ部３０は、前端面側領域及び後端面側領域での幅よりも中間領域での幅が小さいストライプ形状をしている。なお、ＷＲ１は横モードが単一となるカットオフ幅よりも大きくなっているが、ＷＲ２は当該カットオフ幅よりも小さくなっている。
【００８３】
また、前端面と後端面には、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率を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。
【００８４】
この構成によれば、ＷＲ１＞ＷＲ２であることにより、リッジ幅ＷＲ１の領域で生じた高次横モード光を、リッジ幅ＷＲ２の領域でカットオフし、前端面側と後端面側のリッジ幅をＷＲ１と同一にすることで、レーザ装置の製造プロセスの簡便化を図っている。つまり、前端面側及び後端面側で共に一定の長さで同一幅のリッジ部３０を設けることにより、ウエハからバーに分割する際に、分割時の位置ずれに対するマージンを確保することができる。
【００８５】
また、図７に示すように、リッジ部３０とウイング部３１との間の溝３２の幅Ｗ１、Ｗ２は、前端面側領域５１内と後端面側領域５５内で同一とし、中間領域である領域５３内では、溝３２の幅Ｗ３、Ｗ４は（図７中のＷ４及びＷ４）はＷ１、Ｗ２よりも小さくなっている。従って、ウイング部３１の領域５３内での幅は、ウイング部３１の前端面側領域５１内及び後端面側領域５５内での幅よりも大きくなっている。
【００８６】
具体的には、前端面側領域５１及び後端面側領域５５においてリッジ部３０側方の溝３２のうち一方の溝幅の最小値をＷ１、他方の溝幅の最小値をＷ２とし、リッジ幅が狭い中間領域（領域５３）において、溝３２の一方の幅の最小値をＷ３、他方の幅の最小値をＷ４としている。
【００８７】
この構成において、Ｗ３＜１．４×ＷＲ１−ＷＲ２／２、且つＷ１＞１．４×ＷＲ１−ＷＲ１／２（＝０．９ＷＲ１）、及びＷ４＜１．４×ＷＲ１−ＷＲ２／２、且つＷ２＞１．４×ＷＲ１−ＷＲ１／２（＝０．９ＷＲ１）とすることで、図２に示す実施形態に係る半導体レーザ装置と同様の高次横モード光の減衰効果が得られ、高温動作時における高いキンク光出力を実現できる。さらに、電流注入面積の増加による低動作電圧駆動、製造プロセスの簡略化による低コスト化が実現できる。
【００８８】
また、本変形例の半導体レーザ装置においても、前端面側領域５１内のリッジ部３０の幅は広くなっているので、光密度が相対的に高い前端面側に多くの電流を注入することが可能となっており、優れた温度特性を発揮できる。
【００８９】
なお、図７ではリッジ幅が上述のカットオフ幅よりも大きくなっている部分３０ａ、３０ｅと、リッジ幅がカットオフ幅よりも小さくなっている部分３０ｃとの間に平面視においてテーパー状にリッジ幅が変化する部分３０ｂ、３０ｄをそれぞれ設けているが、部分３０ｂ、３０ｄを設けずに、部分３０ａと部分３０ｃ、部分３０ｅと部分３０ｃとを連続的に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００９０】
−実施形態の第２の変形例−
本発明の実施形態に係る第２の変形例として、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置において、高次横モード光を減衰するために設けられたリッジ幅の狭い領域で、溝幅が最小となる部分とそれより溝幅が広い部分とが交互に繰り返し形成された溝が設けられている変形例について説明する。第２の変形例に係る半導体レーザ装置の断面構造は図１に示す半導体レーザ装置と同様である。
【００９１】
図８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装置を示す平面図である。本変形例に係る半導体レーザ装置において、前端面と後端面には、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率を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。
【００９２】
図８に示すように、本変形例の半導体レーザ装置においては、リッジ部３０の形状は図２に示す実施形態に係る半導体レーザ装置と同様である。すなわち、ストライプ状のリッジ部３０は、前端面側領域４１内に設けられ、長さがＬ１で幅がＷＲ１の部分３０ａと、後端面側領域４３内に設けられ、長さがＬ３で幅がＷＲ２の部分３０ｃと、前端面側領域４１と後端面側領域４３との間の領域４２内に設けられ、長さがＬ２の部分３０ｂとを有している。部分３０ｂでは、前端面側から後端面側に向かって幅が徐々に減少している。
【００９３】
また、リッジ部３０とウイング部３１との間の溝３２の前端面側領域４１内での幅の最小値Ｗ１、Ｗ２は、後端面側領域４３内での幅の最小値Ｗ３、Ｗ４よりも大きくなっている。
【００９４】
さらに、後端面側領域４３では、図２に示す実施形態と異なり、ウイング部３１の境界部の形状は平面視において凹凸形状となっている。すなわち、後端面側領域４３内の溝３２では、溝幅が最大値Ｗ５、Ｗ６となる部分と最小値Ｗ３、Ｗ４となる部分とが交互に複数回繰り返されている。
【００９５】
この構成において、Ｗ５−Ｗ３≧１μｍ、且つＷ６−Ｗ４≧１μｍとすることで、高次横モード光の減衰効果が高められる。この効果について以下に説明する。まず、第２の変形例に係るウイング構造と、図２に示す実施形態に係るウイング構造とを比較しながら説明する。
【００９６】
高次横モード光は、後端面側領域４３内のリッジ幅が狭い部分３０ｃではカットオフされるため、部分３０ｃ内を伝播することができず、部分３０ｃの両側に漏れ出てくる。
【００９７】
図２に示す実施形態に係る半導体レーザ装置においては、ウイング部３１を利用して漏れ出た高次横モード光を、リッジ部３０の外側（すなわちウイング部３１側）に伝播させることで減衰させている。しかし、後端面側領域４３では、ウイング部３１の側面がリッジ部３０の側面とほぼ平行になっているため、高次横モード光が、ウイング部３１を含む活性層１３に対して垂直な領域と、溝３２を含む活性層１３に対して垂直な領域で反射して再びリッジ部３０内の光と結合し、ＦＦＰ形状が乱れてしまう可能性がある。
【００９８】
これに対して、本変形例に係る半導体レーザ装置においては、後端面側領域４３内で、リッジ部３０に向かうウイング部３１の側面は、リッジ部３０との距離が最小値Ｗ３及びＷ４をとる領域と、リッジ部３０との距離が最大値Ｗ５及びＷ６となる領域とを交互に有した凹凸形状をしている。つまり、ウイング部３１の側面は、リッジ部３０の側面に対して平行な箇所と、リッジ部３０の側面に対して垂直な箇所とで構成される。このため、リッジ部３０から漏れ出た高次横モード光は、リッジ部３０の側面に対して垂直なウイング部３１の側面においてリッジ部３０の外側方向に反射され、リッジ部３０には戻らない。
【００９９】
ここで、図９は、後端面側領域４３での溝幅の最大値と最小値の差（＝Ｗ５−Ｗ３＝Ｗ６−Ｗ４）と、基本モード光を基準とした高次横モード光の強度比との関係をシミュレーションで計算した結果を示す図である。同図では、Ｗ３とＷ５の差を種々に変えた場合の、高次横モード光と基本モード光が共振器を一往復した後における、基本モード光を基準とした１次モード光の強度比を、高次横モード光の強度比として示している。リッジ幅が広くなるにつれ、高次横モード光の存在確率が増えていくが、この場合、１次モード光の強度比が大きいと、それ以上の高次横モード光の基本モード光に対する強度比も大きくなる。そして、高次横モード光の強度比が大きい場合、キンクレベルが低くなると考えられる。
【０１００】
従って、高次横モード光を減衰させるためには、１次モード光の強度比は小さい方が良い。図９には、Ｗ５とＷ３との差を０μｍから２．５μｍまで変化させた場合の１次モード光の強度比を示している。
【０１０１】
この結果から、Ｗ５とＷ３との差、及びＷ６とＷ４との差を１μｍ以上にすることで高次横モード光を効率良く減衰させることができることが分かる。すなわち、ウイング部３１の側面を凹凸形状とし、当該側面のうちリッジ部３０の側面に対してほぼ垂直になっている領域の幅を１μｍ以上にすることによって、ウイング部３１の側面で反射した高次横モード光がリッジ部内に戻るのを効果的に防ぐことができることが分かる。
【０１０２】
また、ウイング部３１をリッジ部３０の近傍に設けると、リッジ部３０に不要な応力が生じ、偏光特性の悪化や信頼性の悪化を招く可能性がある。これに対し、リッジ部３０とウイング部３１との間に所定幅の溝３２を設けるとともに、ウイング部３１の側面を凹凸形状とすることで、リッジ部３０に加わる応力を低減させることが可能となる。この結果、高温動作時において高いキンク光出力と高い偏光特性及び高い信頼性を持った半導体レーザ装置を得ることができる。
【０１０３】
また、本変形例の半導体レーザ装置では、後端面側領域４３内でウイング部３１の側面を櫛形の凹凸形状としたが、ウイング部３１側面が平面視において三角型の形状、鋸歯状、放物線型の形状、指数関数型の形状等、ウイング部３１とリッジ部３０との間隔を繰り返し変化させるような形状であれば、ウイング部３１の側面とリッジ部３０の側面とが平行な場合に比べて、ウイング部３１と溝領域（電流ブロック層１７）との境界領域でリッジ部３０側へ反射する光成分を小さくすることができ、上述したのと同様の効果が得られる。
【０１０４】
なお、図７に示す半導体レーザ装置において、領域５３内のウイング部３１の側面を凹凸形状にしても高次横モード光を効率良く減衰させることができる。
【０１０５】
−実施形態の第３の変形例−
本発明の実施形態に係る第３の変形例として、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置において、ウイング部３１の幅が変わる段差部分が、リッジ部３０の幅が平面視においてテーパー状に変化する領域４２内に設けられた構造について説明する。第３の変形例に係る半導体レーザ装置の断面構造は図１に示す半導体レーザ装置と同様である。また、本変形例に係る半導体レーザ装置のリッジ部３０の形状は図２に示す半導体レーザ装置と同じであるので、以下ではウイング部３１の構造を中心に説明する。なお、前端面と後端面には、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率を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。
【０１０６】
図１０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装置を示す平面図である。同図に示すように、本変形例に係る半導体レーザ装置では、前端面側領域４１内でのウイング部３１の幅が、後端面側領域４３内でのウイング部３１の幅よりも小さくなっている。そして、ウイング部３１の幅が変わる段差部分が、リッジ部３０の幅が平面視において変化する領域４２内に設けられている。そのため、領域４２での溝３２の幅は、前端面から後端面に向かってＷ２から連続的に拡がり、ウイング部３１の段差部分で一旦狭まった後、Ｗ４まで拡がる。
【０１０７】
なお、図１０においても図２と同様に、前端面側領域４１において、リッジ部３０側方の溝３２のうち一方の溝幅の最小値をＷ１、他方の溝幅の最小値をＷ２とし、後端面側領域４３において、リッジ部３０側方の溝３２のうち一方の溝幅の最小値をＷ３、他方の溝幅の最小値をＷ４としている。前端面からウイング部３１の段差部分までの長さをＸとしている。
【０１０８】
このような構成をとることによる効果を以下に説明する。
【０１０９】
高次横モード光は前端面側領域４１内のリッジ部３０を伝播した後、リッジ部３０のうち領域４２内に設けられた、リッジ幅が徐々に狭まる部分を伝播する際に徐々にしみ出てくる。このしみ出た高次横モード光は、ウイング部３１に到達した後、ウイング部３１と溝３２内の電流ブロック層１７（図２参照）との境界領域で反射してリッジ部３０に戻るか、又は当該境界領域で屈折してウイング部３１内を伝播していく。
【０１１０】
ここで、ウイング部３１の幅が大きくなっている部分で反射した高次横モード光は、再びリッジ部３０に入射して基本横モード光と結合するが、後端面側領域４３内のリッジ部３０では高次横モード光はカットオフされる。このため、溝３２の幅を狭くすることによって、高次横モード光をウイング部３１に伝播させる効果が高くなる。このように、領域４２内に溝３２の幅が変化するウイング部３１の段差部を配置することで、結果として高次横モード光を効率良く除去することが可能となる。この結果、高温動作時においても高いキンク光出力を備えた半導体レーザ装置を得ることができる。
【０１１１】
以上の実施形態及びその変形例では、発振波長が７８０ｎｍの赤外レーザを例にとって説明したが、これらの実施形態と同様のリッジ部、ウイング部、及び溝の構成を適用することで、青色レーザや赤色レーザ等の他の波長の光を出力するレーザにおいても同様の効果が得られる。
【０１１２】
なお、上述の実施形態及びその変形例に係る半導体レーザ装置の構成は、実施形態及び変形例の一例であって、各層の構成や形状、サイズ等は本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変形可能である。
【０１１３】
また、以上で説明した実施形態及び変形例に係る半導体レーザ装置の構成同士を適宜組み合わせることも可能である。例えば、図７に示す領域５３内において、ウイング部３１のリッジ部３０に面した部分に図８に示すような凹凸を設けてもよいし、ウイング部３１の幅が大きい領域が領域５２内の一部から領域５４内の一部に亘っていてもよい。図８に示すウイング部３１のうち、凹凸を有する部分が領域４２の一部内にまで設けられていても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明の半導体レーザ装置は、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、情報処理装置などに必要な光源、及びＨＤＤの熱アシスト記録用の熱源として用いられる。
【符号の説明】
【０１１５】
１０      ｎ型ＧａＡｓ基板
１１      ｎ型バッファ層
１２      ｎ型クラッド層
１３      活性層
１３Ｗ    ウェル層
１３ｂ    バリア層
１３ｇ    ガイド層
１４      ｐ型クラッド層
１５      保護層
１６      ｐ型コンタクト層
１７      電流ブロック層
２０      ｐ側電極
２１      ｎ側電極
３０      リッジ部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ    リッジ部の部分
３１      ウイング部
３２      溝
４１      前端面側領域
４２、５２、５３、５４      領域
４３      後端面側領域
５１      前端面側領域
５５      後端面側領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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