(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層が積層され、該第２導電型クラッド層の一部にリッジ構造が設けられ、かつ該積層方向と垂直な面内に、活性領域と、該活性領域を両側から挟むクラッド領域と、該活性領域及び該クラッド領域から構成された、光軸に垂直な方向の幅が一定の光導波路と、該光導波路の端部を含み互いに平行に設けられた前端面と後端面とを含む光半導体素子であって、
該活性領域は、直線状の第１活性領域と、直線状の第２活性領域とが、所定の屈曲角で直接接続されており、かつ該活性領域を伝搬する光を該屈曲部で全反射する反射面を含み、
該光導波路の光軸が、該前端面において該前端面の法線に対して３°未満の傾斜角で傾くとともに、該後端面において該後端面に対して垂直となり、更に、該前端面が反射防止膜で覆われたことを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
上記傾斜角が、１．５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
上記反射面が、上記活性領域の一部を切り取るように形成された平面からなることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子に関し、特に、光通信の信号源、ファイバアンプの励起光源として用いられる半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２９は、全体が５００で表される、半導体レーザ５１０と光ファイバ５２０とを組み合わせた半導体レーザモジュールである。半導体レーザモジュール５００は、半導体レーザ５１０の前端面５１１から出射した光５３０を、半導体レーザ５１０の後端面５１２と、光ファイバ５２０に設けられた回折格子５２１との間で共振させる構造となっている。従って、半導体レーザ５１０から光が出射する際に、前端面５１１における反射をできるだけ低減する必要がある。
【０００３】
このような、端面での反射率を低減する構造が、例えば、特許第３０４０２７３号公報に記載されている。図３０は、全体が６００で表される、当該公報記載のスーパールミネッセンスダイオード（以下、「ＳＬＤ」という。）の斜視図である。ＳＬＤ６００は、ＧａＡｓ基板６０１を含む。ＧａＡｓ基板６０１上には、ＧａＡｓバッファ層６０２を介して、ＡｌＧａＡｓクラッド層６０３、ＡｌＧａＡｓ活性層６０４、ＡｌＧａＡｓガイド層６０５、６０６、ＡｌＧａＡｓクラッド層６０９、ＧａＡｓコンタクト層６１０が積層されている。また、電流ブロック層６０７、保護層６０８が、窓部６０７ａを挟むように設けられている。
【０００４】
また、図３１は、図３０のＳＬＤ６００を上面から見た場合の等価屈折率の分布である。図３１に示すように、クラッド領域６１４と、クラッド領域６１４より屈性率の高い活性領域６２０が、光導波路を形成する。活性領域６２０は屈曲部６２１で屈曲し、後端面６２２とは略垂直に交わり、一方、前端面６２３とは、前端面６２３の法線方向から傾斜角θだけ傾いて交わる。更に、傾斜角θを３°以上とすることにより、前端面６２３における実質的な反射率を小さくしてレーザ発振を抑圧する。また、かかる傾斜角θを１５°以下とすることにより、前端面６２３に対して全反射となることを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＬＤ６００では、活性領域（ストライプ）６２０の傾斜角θを３°以上、１５℃以下とするため、前端面６２３からの出射光は、前端面６２３の法線に対して略９°〜４５°程度傾くこととなる。このため、図２９の半導体レーザモジュール５００のように、出射光を光ファイバに入射させる場合に光ファイバとの光軸合わせが非常に困難であった。
また、傾斜角θが大きくなることにより、前端面６２３で反射されてＳＬＤ６００の内部に吸収される光も多くなり、損失が大きくなった。
更には、屈曲部６２１で、活性領域６２０の外に光が逃げて放射損失が発生していた。
【０００６】
そこで、本発明は、前端面での傾斜角θが小さく、かつ前端面での実効反射率を低減した光半導体素子の提供を目的とする。また、光導波路の屈曲部での放射損失を低減した半導体素子の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで発明者らは鋭意研究の結果、前端面における光導波路の傾斜と、前端面を覆う反射防止膜とを組み合わせることにより、傾斜角θをより小さくした条件でも、低い反射率を実現できることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明は、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層が積層され、該第２導電型クラッド層の一部にリッジ構造が設けられ、かつ該積層方向と垂直な面内に、活性領域と、該活性領域を両側から挟むクラッド領域と、該活性領域及び該クラッド領域から構成された、光軸に垂直な方向の幅が一定の光導波路と、該光導波路の端部を含み互いに平行に設けられた前端面と後端面とを含む光半導体素子であって、該活性領域は、直線状の第１活性領域と、直線状の第２活性領域とが、所定の屈曲角で直接接続されており、かつ該活性領域を伝搬する光を該屈曲部で全反射する反射面を含み、該光導波路の光軸が、該前端面において該前端面の法線に対して３°未満の傾斜角で傾くとともに、該後端面において該後端面に対して垂直となり、更に、該前端面が反射防止膜で覆われたことを特徴とする光半導体素子である。
このように、傾斜角θを有する光導波路と反射防止膜とを組み合わせることにより、傾斜角θが３°未満と小さいにも拘わらず、前端面において、１％以下、特に０．１％以下の実効反射率を得ることができる。この結果、光半導体素子と回折格子とを組み合わせて共振器を形成した場合に、良好な共振を得ることができる。
また、かかる反射面を設けて、活性領域を伝搬する光を略全反射させることにより、活性領域の屈曲部における放射損失を低減することが可能となる。
【０００９】
上記傾斜角は、略１．５°以下であることが好ましい。
このように、傾斜角を小さくすると、前端面に略垂直方向に出射光が出射されるため、光半導体素子と光ファイバとの接続を容易に行える。
【００１０】
上記反射面は、上記活性領域の一部を切り取るように形成された平面からなることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１にかかる、全体が２００で表される半導体レーザであり、（ａ）に断面図、（ｂ）に上面図を示す。（ａ）は、（ｂ）のＩ−Ｉ方向に見た場合の断面図である。
図１（ａ）に示すように、半導体レーザ２００は、ｎ−ＧａＡｓ基板１を含む。ｎ−ＧａＡｓ基板１上には、超格子バッファを含むバッファ層２を有する。バッファ層２上には、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３、７、ｎ−ＡｌＧａＡｓグレーティングガイド層４、６に上下から挟まれたＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１５が設けられている。ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層７は、リッジ部７ａを有する。ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層７の上には、Ｓｉ３Ｎ４絶縁膜９が設けられるとともに、リッジ部７ａの上には、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０が設けられる。更に、底面には、例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなるｐ側電極１１が、上面には、例えばＧｅ−Ａｕ−Ｎｉからなるｎ側電極１２が、それぞれ形成されている。
【００１２】
図１（ｂ）に示すように、半導体レーザ２００は、前端面１１０、後端面１２０を有し、前端面１１０上には反射防止膜２０、後端面１２０上には反射膜２１がそれぞれ設けられている。また、リッジ部７ａは屈曲部７ｂを有する２つの直線部７ｃ、７ｄから形成されている。前端面１１０の法線方向に対して、リッジ部７ｃは傾斜角θだけ傾いている。傾斜角θは、３°未満、好ましくは、１．５°より小さい角度となる。一方、後端面１２０とリッジ部７ａとは、略垂直に交わる。
【００１３】
図２は、図１（ａ）に示す半導体レーザ２００を上面から見た場合の、等価屈折率の分布である。図１（ｂ）に示すように、クラッド領域５と、クラッド領域５より屈折率の高い活性領域３０により、光導波路が形成される（以下の半導体レーザにおいても同じ。）。また、図１（ｂ）のような屈曲したリッジ部７ａを形成することにより、活性領域（ストライプ）３０は、屈曲部３３で屈曲して接続された２つの直線部分３１、３２から形成される。
前端面１１０において、光導波路の光軸４０（活性領域）は、前端面１１０の法線方向から傾斜角θだけ傾いている。傾斜角θは、略３°未満であり、好適には１．５°以下である。一方、後端面１２０において、光導波路の光軸４０は、後端面１１０に対して略垂直となっている。
【００１４】
また、前端面１１０上には、反射防止膜２０が形成されている。反射防止膜２０は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）をλ／（４ｎ）の厚さで（ｎはアルミナの屈折率）堆積させた無反射コーティング膜が用いられる。
一方、後端面１２０上に、例えばＳｉＯ２／ａ−Ｓｉ／ＳｉＯ２のような多層膜からなる反射膜２１が形成されている。
なお、以下の実施の形態においても、反射防止膜２０、反射膜２１にはかかる構造の膜を用いることとする。
【００１５】
図３は、端面にコーティングを施さない場合、即ち、劈開面を端面に用いた場合の端面反射率の傾斜角依存性である。傾斜依存性を求めるにあたっては、Marcuseの方法（D. Marcuse, “Reflection loss of laser mode from tilted end mirror,” IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 7, No. 2, pp. 336-339, 1989 参照）を用いた。図３において、横軸は端面の法線方向からの、光導波路の光軸の傾斜角θであり、縦軸は端面における反射率である。ここで、光の波長（λ）、真空中の波数（ｋ０）、半導体レーザの等価屈折率（ｎｅｆｆ）、活性領域３０の屈折率（ｎａ）、クラッド領域５の屈折率（ｎｃ）、ストライプ（活性領域）の幅（２Ｔ）は、それぞれ、０．９８μｍ、２π／λ、３．３７２３２、３．３７２３２、３．３６９５０、及び３．５μｍとした。
図３からわかるように、傾斜角θを大きくすると、反射率が単調に減少する。例えば、傾斜角θを１°及び１．５°とした場合の反射率は、傾けない場合（傾斜角θが０の場合）に比べて、１／２．５４及び１／７．２１倍となり、それぞれ、約１２％、約４％となる。しかしながら、反射率を、１％以下の低反射率にするためには、傾斜角θを２°以上にする必要がある。これは、端面が劈開面であるため、半導体結晶と空気の境界で決まるフレネル反射率（約３０％）が端面に存在するからである。
【００１６】
これに対して、本実施の形態にかかる半導体レーザ２００では、前端面１１０に、例えば、膜厚λ／（４ｎ）（ここで、ｎはアルミナの屈折率）のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる反射防止膜２０を形成することにより、傾斜角θを小さくしながら、前端面１１０における実効反射率を低減している。
【００１７】
図４に、劈開端面における、実効反射率の傾斜角依存性を示す。（ａ）は反射防止膜を形成しない場合であり、（ｂ）は反射防止膜を形成した場合である。傾斜角θを０とすると、反射防止膜を形成しない場合（図４（ａ））の実効反射率はフレネル反射率の値である約３０％となるが、反射防止膜を形成した場合（図４（ａ））の実効反射率は、２．４％まで低減できる。
従って、傾斜角θを１．０°とすると反射率は約０．８％となり、また、傾斜角θを１．５°とすると反射率は約０．３％となる。更には、傾斜角θを３．０°に近づけることにより、約０．１％以下の反射率を実現することができる。
【００１８】
このように、本実施の形態１にかかる半導体レーザ２００では、光導波路の光軸４０を、前端面１１０の法線方向から所定の傾斜角θだけ傾斜させるとともに、前端面１１０上に反射防止膜２０を形成することにより、３°未満、更には１．５°以下の小さな傾斜角θで、０．４％以下、特に０．１％以下の低反射率を実現することができる。
【００１９】
なお、後端面１２０上には、例えばＳｉＯ２／ａ−Ｓｉ／ＳｉＯ２のような多層膜からなる高反射率の反射膜２１が形成される。この結果、後端面１２０での反射率が、フレネル反射率（約３０％）を大きく超える９８％程度となり、高反射率を実現することができる。このため、高出力の半導体レーザが実現できる。
【００２０】
次に、半導体レーザ２００の製造方法について、簡単に説明する。半導体レーザ２００は、通常の半導体レーザと同様の製造工程を用いて、ＧａＡｓ基板１上にバッファ層２からＡｌＧａＡｓクラッド層７まで形成する。
続いて、ＡｌＧａＡｓクラッド層７をエッチングしてリッジ部７ａを形成する。かかる工程では、リッジ部７ａが、図１（ｂ）ような形状になるように、ＡｌＧａＡｓクラッド層７をエッチングする。エッチングには、ドライエッチング法を用いることが好ましい。
続いて、従来と同様の工程で、Ｓｉ３Ｎ４膜９、電極１１、１２等を形成して半導体レーザ２００が完成する。
【００２１】
本実施の形態にかかる半導体レーザ２００では、前端面の法線方向からの傾斜角θを３°未満に抑えつつ、前端面における実質的な反射率を小さくすることができる。このため、半導体レーザ２００と回折格子とを組み合わせて共振器を形成した場合に、良好な共振を得ることができる。例えば、ファイバグレーティングを用いた共振器を作製した場合、波長の安定が図れ、かつ高出力の半導体レーザを提供できる。
【００２２】
また、光導波路の傾斜角θが３°未満であるため、前端面の法線と、前端面からの出射光のなす角度も１０°以下、好ましくは５°以下となる。従って、半導体レーザ２００と光ファイバとの接続（光軸合わせ）が容易となる。
【００２３】
また、前端面で反射して活性領域以外に吸収される光の割合が減り、かかる前端面での損失を低減できる。このため、しきい値電流が低く、高効率の半導体レーザを提供できる。
【００２４】
実施の形態２．
図５は、全体が２１０で表される、本実施の形態にかかる半導体レーザの等価屈折率の分布である。図５は、図２と同方向に見た場合の等価屈折率の分布であり、図５中、図２と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。なお、以下に示す半導体レーザの等価屈折率の分布は、全て、図２と同方向に見た場合の分布である。
半導体レーザ２１０では、上述の半導体レーザ２００と同様に、屈曲した活性領域３０が、クラッド領域５の中に設けられている。但し、光導波路の光軸が、前端面１１０の法線方向から傾く傾斜角θは、３°以上であってもかまわない。
活性領域３０は、略直線状の第１活性領域３１と第２活性領域３２とが、所定の屈曲角で屈曲して接続された屈曲部３３とを含み、屈曲角が１８０°より小さい側のクラッド領域５に、クラッド領域５より屈折率の高い局所導波領域５０が屈曲部３３に隣接して設けられている。なお、屈曲角は、第１活性領域３１と第２活性領域３２との間の角度をいう。
【００２５】
屈曲部３３を有する活性領域３０では、屈曲部３３の外側（屈曲角が１８０°より大きい側）に向かって光分布が偏り、光の放射が生じる。このため、屈曲部３３を有する活性領域３０を半導体レーザに適用すると、かかる光の放射に起因する放射損失が発生する。この結果、半導体レーザのしきい値電流の上昇や、発光効率の低下の原因となっていた。
【００２６】
これに対して、本実施の形態２にかかる半導体レーザ２１０では、屈曲角が１８０°より小さい側のクラッド領域５に、クラッド領域５より屈折率の高い局所導波領域５０を隣接して設けることにより、活性領域３０を通る光を、局所導波領域５０側に引き寄せることとした。この結果、屈曲部３３において、活性領域３０から外部に放射される光が低減され、屈曲部３３における放射損失を小さくできる。
【００２７】
図１に示すように、活性領域３０は、その上方にリッジ部７ａを設けることにより、クラッド領域５中に形成することができるが、局所導波領域５０となる領域の上方にもリッジ部７ａを設けることにより、活性領域３０に隣接した局所導波領域５０がクラッド領域５中に形成できる。局所導波領域５０の形状は、上方に形成されるリッジ部７ａの形状を変えることにより制御できる。
【００２８】
次に、本発明の効果を明らかにするために、BPM（Beam Propagation Method, M.D. Feit and J. A. Fleck,Jr., “ Computation of mode properties in optical fiber waveguides by a propagating beam method,” Appl. Opt., vol. 19, no. 7, pp. 1154-1164, 1980 参照）を用いたシミュレーションを行う。
【００２９】
図６は、ＢＰＭ法による解析に用いた半導体レーザ２１１の等価屈折率の分布であり、図５とほぼ同一の構造である。
半導体レーザ２１１の共振器長Ｌは、１５００μｍである。活性領域３０は、略直線状の第１活性領域３１と第２活性領域３２とからなり、略中央部に屈曲部３３を有する。また、屈曲部３３に隣接して、略三角形の局所導波領域５０が設けられている。局所導波領域５０の長さは、屈曲部３３から両方向にＬｚずつであり、活性領域（ストライプ）３０の幅２Ｔは、３．５μｍである。また、傾斜角はθ、活性領域３０の屈折率を３．３７２３２、その両側のクラッド領域５の屈折率を３．３６９５０、活性領域３０を通る光の波長λを０．９８μｍとする。また、局所導波領域５０の屈折率は、活性領域３０の屈折率と同じとする。
【００３０】
局所導波領域５０を設けた効果は、後端面１２０から活性領域３０に入射した基本モード光が、屈曲部３３を通過して前端面１１０に到達した時点で、傾斜導波領域５０の基本モードとどの程度結合するかの結合効率で評価する。
【００３１】
図７は、局所導波領域５０の長さＬｚと、結合効率との関係であり、傾斜角θ（前端面の法線方向からの、光導波路の光軸の傾き）は、０．５°、１．０°、１．５°とする。局所導波領域５０の長さＬｚを長くすると、局所導波領域５０がないとき（Ｌｚ＝０）に比べ、結合効率が高くなることが分かる。これは、局所導波領域５０の存在により、放射損失が低減しているためである。
図７より、局所導波領域５０の長さＬｚを略２００μｍ以上とすることにより、傾斜角θが０．５°、１．０°、１．５°において良好な結合効率が得られることがわかる。
【００３２】
図８は、全体が２１２で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２１２は、上述の半導体レーザ２１１の前端面１１０、後端面１２０を覆うように、反射防止膜２０、反射膜２１を形成したものである。
【００３３】
このように、反射防止膜２０、反射膜２１をそれぞれの端面に形成することにより、光導波路の光軸の傾斜角θを３°より小さくした場合でも、前端面１１０での反射率を低減することができる。また、局所導波領域５０を有することにより、活性領域３０が屈曲部３３を有することに起因する放射損失を低減できる。
【００３４】
実施の形態３．
図９は、全体が２１３で表される、本実施の形態にかかる半導体レーザの等価屈折率の分布であり、図９中、図２と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
半導体レーザ２１３では、上述の半導体レーザ２００と同じように屈曲した活性領域３０が、クラッド領域５の中に設けられている。但し、光導波路の光軸（即ち、活性領域３０の形成方向）が、前端面１１０の法線方向から傾く傾斜角θは、３°以上であってもかまわない。
更に、活性領域３０の屈曲部３３での屈曲角が１８０°より大きくなった側に、活性領域３０に沿って、局所反射強調領域６０が設けられている。局所反射強調領域６０の屈折率は、周囲のクラッド領域５より低くなっている。
【００３５】
かかる局所反射強調領域６０は、活性層１５の上方のクラッド層７等をエッチングで除去することにより、除去部下方の等価屈折率を低下させて形成する。即ち、リッジ部７ａの屈曲部において、リッジ部７ａに隣接する領域をエッチングで除去することにより、局所反射強調領域６０が形成される。
【００３６】
上述のように、活性領域３０が屈曲部３３を有する場合、かかる屈曲部３３で活性領域３０の外部に光が放出され、放射損失が発生する。
これに対して、本実施の形態にかかる半導体レーザ２１３では、周囲のクラッド領域５より屈折率の低い局所反射強調領域６０を、活性領域３０に沿って設けることにより、活性領域３０とその周囲との屈折率の差を大きくしている。この結果、屈曲部３３で、活性領域３０から局所反射強調領域６０に放射される光の量が抑制され、放射損失を低減できる。これにより、しきい値電流が低く、発光効率の高い半導体レーザ２１３の実現が可能となる。
【００３７】
図１０は、全体が２１４で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２１４は、上述の半導体レーザ２１３の前端面１１０、後端面１２０を覆うように、反射防止膜２０、反射膜２１を形成したものである。
【００３８】
このように、反射防止膜２０、反射膜２１をそれぞれの端面に形成することにより、光導波路の光軸の傾斜角θを３°より小さくした場合でも、前端面１１０での反射率を低減することができる。また、局所反射強調領域６０を有することにより、活性領域３０が屈曲部３３を有することに起因する放射損失を低減できる。
【００３９】
図１１は、全体が２１５で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２１５は、上述の半導体レーザ２１３が、更に、局所導波領域５０を備える構造となっている。即ち、活性領域３０の屈曲部３３に隣接して、屈曲角が１８０°より小さい側に局所導波領域５０、屈曲角が１８０°より大きい側に局所反射強調領域６０がそれぞれ設けられている。
【００４０】
このように、半導体レーザ２１５では、前端面１１０の法線方向から傾斜角θの活性領域３０を有することにより、前端面１１０から出射する光の反射率を低減できるとともに、活性領域３０の屈曲部３３に、局所導波領域５０、局所反射強調領域６０を有することにより、活性領域３０が屈曲部３３を有することに起因する放射損失を低減できる。
【００４１】
図１２は、全体が２１６で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２１６は、上述の半導体レーザ２１５が、更に、前端面１１０、後端面１２０を覆う反射防止膜２０、反射膜２１を備える構造となっている。
即ち、活性領域３０の屈曲部３３に隣接して、局所導波領域５０、局所反射強調領域６０がそれぞれ設けられるとともに、端面１１０、１２０を覆うように、反射膜２０、反射防止膜２１が設けられている。
【００４２】
このように、半導体レーザ２１６が、前端面１１０の法線方向から傾斜角θの活性領域３０を有することにより、前端面１１０から出射する光の反射率を低減できるとともに、活性領域３０の屈曲部３３に、局所導波領域５０、局所反射強調領域６０を有することにより、活性領域３０が屈曲部３３を有することに起因する放射損失を低減できる。
特に、反射防止膜２０を備えることにより、傾斜角θが３°より小さい場合でも、前端面１１０において低い反射率を得ることができる。
【００４３】
実施の形態４．
図１３は、全体が２２０で表される、本実施の形態にかかる半導体レーザの等価屈折率の分布である。図１３中、図２と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
半導体レーザ２２０では、上述の半導体レーザ２００と同様に、屈曲した活性領域３０が、クラッド領域５の中に設けられている。光導波路の光軸が、前端面１１０の法線方向から傾く傾斜角θは、３°以上であってもかまわない。
活性領域３０は、略直線状の第１活性領域３１と第２活性領域３２とが、所定の屈曲角で屈曲して接続された屈曲部３３とを含む。更に、屈曲角が１８０°より大きい側の活性領域３０が、角度φ（φは、光導波路３０の高軸と切取り面７０との間の角度）で切り取られ、切取り面７０となっている。即ち、屈曲部３３において、活性領域３０が、光軸方向から角度φだけ傾いた切取り角度で切り取られ、切取り面７０となった構造となっている。
【００４４】
半導体レーザ２２０では、活性領域３０が前端面１１０の法線方向から傾斜角θだけ傾いているとともに、後端面１２０に対して略垂直となっている。また、活性領域３０は、屈曲部３３で屈曲した構造となっている。かかる構造では、前端面１１０では低反射率、後端面１２０は高反射率とすることができるが、一方で、屈曲部３３において光の放射損失を生じる。
半導体レーザ２２０では、かかる放射損失を低減するために、活性領域３０の屈曲部３３に切取り面７０が設けられている。
【００４５】
半導体レーザ２２０では、図１３に示すように、直線状の活性領域３０（第１活性領域３１、第２活性領域３２）では、導波モードは伝搬定数βで後端面１２０から前端面１１０に向かって進む。
この場合、活性領域３０が切り取られる角度φが、
【００４６】
（β／ｋ０）・ｓｉｎ（（π／２）−φ）＝ｎｃｌ              （１）
但し、ｋ０（＝２π／λ、λは波長）：真空中の波数
ｎｃｌ：活性領域周囲のクラッド領域の屈折率
【００４７】
で表される式（１）を満たすと、屈曲部３３の切取り面７０で進行波は全反射となり、活性領域３００の外側へ放射されなくなる。
このように、切取り角度φの切取り面７０を設けることにより、活性領域３０の屈曲部３３における放射損失が大幅に低減できる。
【００４８】
例えば、活性領域（ストライプ）３０の幅２Ｔを３．５μｍ、活性領域３０の屈折率を３．３７２３２、活性領域３０の周囲のクラッド領域５の屈折率を３．３６９５０、波長λを０．９８μｍとした場合、基本モードのβ／ｋ０は、３．３７１３１となり、活性領域３０を通る光が屈曲部３３で全反射するために必要な切取り角φは、１．８８°となる。
【００４９】
このような、所定の切取り角φで切り取られた切取り面７０を有する活性領域３０は、クラッド領域５の上方に形成されるリッジ部７ａを、切取り角φで切り取った形状とすることにより作製できる。
【００５０】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ２２０では、活性領域３０の屈曲部３３において、光軸方向から所定の角度φだけ傾いた切取り角度で活性領域３０が切り取られ、切取り面７０が形成されることにより、活性領域３０を通る光を切取り面７０で全反射させることができる。
この結果、活性領域３０の屈曲部３３における光の放射損失を低減し、しきい値電流の低い半導体レーザを提供することができる。
【００５１】
図１４は、全体が２２１で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２２１は、上述の半導体レーザ２２０が、更に、前端面１１０、後端面１２０を覆う反射防止膜２０、反射膜２１を備える構造となっている。
このように、半導体レーザ２２１が、切取り面７０を有することにより、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失を低減できる。更に、反射防止膜２０を前端面１１０に備えることにより、前端面１１０での反射率を低減できる。特に、傾斜角θが３°より小さい場合でも、低反射率を実現できる。また、反射膜２１を有することにより、高出力の半導体レーザ２２１を実現できる。
【００５２】
図１５は、全体が２２２で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２２２は、上述の半導体レーザ２２０が、更に、局所導波領域５０を有する構造になっている。
半導体レーザ２２２では、活性領域３０が所定の角度φで切り取られた切取り面７０を有するため、切取り面７０で光が全反射する。例えば、活性領域（ストライプ）３０の幅２Ｔを３．５μｍ、活性領域３０の屈折率を３．３７２３２、活性領域３０周囲のクラッド領域５の屈折率を３．３６９５０、波長λを１．３μｍとすると、上述の式（１）において、基本モードのβ／ｋ０は３．３７０９７となり、切取り角φは１．６９°となる。
【００５３】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ２２２では、活性領域３０の屈曲部３３において切取り面７０が形成されることにより、活性領域３０を通る光を切取り面７０で全反射させることができる。また、局所導波領域５０を有することによっても、外部への光の放射を抑えることができる。この結果、活性領域３０の屈曲部３３における光の放射損失を低減し、しきい値電流が低く、高効率の半導体レーザを提供することができる。
【００５４】
図１６は、全体が２２３で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２２３は、上述の半導体レーザ２２２が、更に、反射防止膜２０、反射膜２１を有する構造になっている。
【００５５】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ２２３では、活性領域３０の屈曲部３３において切取り面７０、及び局所導波領域５０を有することにより、活性領域３０の屈曲部３３における光の放射損失を低減し、しきい値電流の低い半導体レーザを提供することができる。
更に、反射防止膜２０を前端面１１０に備えることにより、前端面１１０での反射率を低減できる。特に、傾斜角θが３°より小さい場合でも、低反射率を実現できる。また、反射膜２１を後端面１２０に備えることにより、半導体レーザの高出力化が可能となる。
【００５６】
実施の形態５．
図１７は、全体が２３０で表される、本実施の形態にかかる半導体レーザの等価屈折率の分布である。図１７中、図２と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
半導体レーザ２３０では、上述の半導体レーザ２００と同様に、屈曲した活性領域３０が、クラッド領域５の中に設けられている。但し、光導波路の光軸が、前端面１１０の法線方向から傾く傾斜角θは、３°以上であってもかまわない。
活性領域３０は、略直線状の第１活性領域３１と第２活性領域３２とが、所定の屈曲角で屈曲して接続された屈曲部３３とを含む。更に、クラッド領域５よりも屈折率の高い高屈折率領域８０が、前端面１１０に、活性領域３０に沿って設けられている。高屈折率領域８０は、前端面１１０と、活性領域３０の光軸との間の角度が、９０°より大きい側のクラッド領域５中に設けられている。
なお、高屈折率領域８０の屈折率は、活性領域３０の屈折率と同じであることが好ましい。
【００５７】
一般に、光は屈折率の高い領域に引き寄せられる。従って、図１７に示すように、前端面１１０近傍において、前端面１１０と活性領域３０の光軸との交差角度が９０°より大きい側に、クラッド領域５より屈折率の大きい高屈折率領域８０を設けると、活性領域３０を通る光は、高屈折率領域８０側に引き寄せられる。このため、前端面１１０で反射された光が、活性領域（ストライプ）３０に結合し難くなり、前端面１１０の実質的な反射率が低減できる。
【００５８】
このような、高屈折率領域８０は、活性層１５の上方に形成されるリッジ部７ａを、高屈折率領域８０の上方にも形成することにより作製できる。
【００５９】
図１８は、全体が２３１で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３１は、上述の半導体レーザ２３０が、更に、反射防止膜２０、反射膜２１を有する構造になっている。
【００６０】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ２３１では、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０の反射率が低減できる。更に、反射防止膜２０を前端面１１０に備えることによっても、前端面１１０での反射率を低減できる。特に、傾斜角θが３°より小さい場合でも、低反射率を実現できる。
【００６１】
図１９は、全体が２３２で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３２は、上述の半導体レーザ２３０が、更に、局所導波領域５０を備える構造となっている。
【００６２】
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ２３２では、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０での反射率が低減できる。また、局所導波領域５０を有することによって、外部への光の放射を抑えることができる。この結果、活性領域３０の屈曲部３３における光の放射損失を低減し、しきい値電流が低く、高効率の半導体レーザを提供することができる。
【００６３】
図２０は、全体が２３３で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３３は、上述の半導体レーザ２３２が、更に、端面１１０、１２０上に反射防止膜２０、反射膜２１を備える構造となっている。
【００６４】
かかる半導体レーザ２３３では、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０の反射率が低減できる。また、局所導波領域５０を有することによっても、外部への光の放射を抑えることができる。
更に、反射防止膜２０を有することにより、前端面１１０での反射率を低減できる。特に、傾斜角θが３°より小さい場合でも、低反射率を実現できる。また、反射膜２１を有することにより、半導体レーザの出力を高くできる。
【００６５】
図２１は、全体が２３４で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３４は、上述の半導体レーザ２３０が、更に、局所反射強調領域６０を備える構造となっている。
【００６６】
かかる半導体レーザ２３４では、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０の反射率が低減できる。また、局所反射強調領域６０を有することによっても、外部への光の放射を抑えることができる。
従って、前端面１１０での反射率が低く、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失が低減された半導体レーザの提供が可能となる。
【００６７】
図２２は、全体が２３５で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３５は、上述の半導体レーザ２３４が、更に、端面１１０、１２０に、反射防止膜２０、反射膜２１を備える構造となっている。
【００６８】
かかる半導体レーザ２３５では、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０の反射率が低減できる。また、局所反射強調領域６０を有することによっても、外部への光の放射を抑えることができる。更に、反射防止膜２０を有することにより、前端面１１０での反射率をより低減できる。また、反射膜２１を有することにより、半導体レーザの出力を高くできる。
従って、前端面１１０での反射率が低く、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失が低減された高出力の半導体レーザの提供が可能となる。
【００６９】
図２３は、全体が２３６で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３６は、上述の半導体レーザ２３０が、局所導波領域５０と局所反射強調領域６０の双方を有する構造となっている。
【００７０】
かかる半導体レーザ２３６では、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０の反射率が低減できる。また、局所導波領域５０と局所反射強調領域６０の双方を有することにより、屈曲部３３での放射損失を大幅に低減することができる。
従って、前端面１１０での反射率が低く、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失が低減された半導体レーザの提供が可能となる。
【００７１】
図２４は、全体が２３７で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３７は、上述の半導体レーザ２３６が、更に、端面１１０、１２０に、反射防止膜２０、反射膜２１を有する構造となっている。
【００７２】
かかる半導体レーザ２３７では、高屈折率領域８０を有するとともに、反射防止膜２０を有することにより、前端面１１０の反射率が更に低減できる。また、局所導波領域５０と局所反射強調領域６０の双方を有することにより、屈曲部３３での放射損失を大幅に低減することができる。更に、後端面１２０に反射膜２１を有することにより、半導体レーザの高出力化が可能となる。
従って、前端面１１０での反射率が低く、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失が低減された、高出力の半導体レーザの提供が可能となる。
【００７３】
図２５は、全体が２３８で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３８は、上述の半導体レーザ２３０が、切取り面７０を有する構造となっている。
【００７４】
かかる半導体レーザ２３８では、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０の反射率が低減できる。また、切取り面７０を有することにより、屈曲部３３での放射損失を低減することができる。
従って、前端面１１０での反射率が低く、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失が低減された半導体レーザの提供が可能となる。
【００７５】
図２６は、全体が２３９で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２３９は、上述の半導体レーザ２３８が、更に、端面１１０、１２０に、反射防止膜２０、反射膜２１を有する構造となっている。
【００７６】
かかる半導体レーザ２３９では、高屈折率領域８０と反射防止膜２０とを有することにより、前端面１１０の反射率が大幅に低減できる。また、切取り面７０を有することにより、屈曲部３３での放射損失を低減することができる。更に、後端面１２０に反射膜２１を有することにより、半導体レーザの高出力化が可能となる。
従って、前端面１１０での反射率が低く、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失が低減された、高出力の半導体レーザの提供が可能となる。
【００７７】
図２７は、全体が２４０で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２４０は、上述の半導体レーザ２３０が、更に、屈曲部３３において、局所導波領域５０と切取り面７０を有する構造となっている。
【００７８】
かかる半導体レーザ２４０では、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０の反射率が低減できる。また、局所導波領域５０と切取り面７０とを屈曲部３３に有することにより、屈曲部３３での放射損失を大幅に低減することができる。
従って、前端面１１０での反射率が低く、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失が低減された導体レーザの提供が可能となる。
【００７９】
図２８は、全体が２４１で表される、本実施の形態にかかる他の半導体レーザの等価屈折率の分布である。半導体レーザ２４１は、上述の半導体レーザ２４０が、更に、端面１１０、１２０に、反射防止膜２０、反射膜２１を有する構造となっている。
【００８０】
かかる半導体レーザ２４１では、反射防止膜２０、高屈折率領域８０を有することにより、前端面１１０の反射率が大幅に低減できる。また、局所導波領域５０と切取り面７０とを屈曲部３３に有することにより、屈曲部３３での放射損失を大幅に低減することができる。更に、反射膜２１を後端面１２０に有することにより、半導体レーザの高出力化が可能となる。
従って、前端面１１０での反射率が低く、活性領域３０の屈曲部３３での放射損失が低減された高出力の半導体レーザの提供が可能となる。
【００８１】
なお、上記実施の形態１〜５では、ＩｎＧａＡｓ層を活性層１５に用いた場合について説明したが、ＧａＡｓ層を活性層に用いることも可能である。
【００８２】
また、基板等に他の半導体材料を用いてもかまわない。例えば、ＩｎＰ基板を用いたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の半導体レーザとしても構わない。
【００８３】
また、上記実施の形態では、リッジ型半導体レーザについて説明したが、埋め込み型半導体レーザのような他の屈折率導波型の半導体レーザにも適用可能である。かかる埋め込み型半導体レーザでは、活性層１５の両側（図１のｙ軸方向側）に埋め込み層が形成され、埋め込み層中に、局所導波領域５０、局所反射強調領域６０、高屈折率領域８０が形成される。
【００８４】
更には、半導体レーザだけでなく、スーパールミネッセンスダイオード等の他の光半導体素子に適用することも可能である。
【００８５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる光半導体素子では、前端面における実質的な反射率を小さくすることができる。
【００８６】
特に、前端面の法線方向からの、光導波路の光軸の傾斜角θを３°未満に抑えつつ、前端面における反射率を１％以下、更には、０．１％以下にできる。
【００８７】
また、本発明にかかる光半導体素子では、光導波路を構成する活性領域（ストライプ）の屈曲部における放射損失の軽減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１にかかる光半導体素子の断面図、及び上面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図３】  光導波路の傾斜角θと前端面における反射率との関係である。
【図４】  光導波路の傾斜角θと前端面における反射率との関係である。
【図５】  本発明の実施の形態２にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図６】  本発明の実施の形態２にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図７】  局所導波領域長と結合効率との関係である。
【図８】  本発明の実施の形態２にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図９】  本発明の実施の形態３にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１０】  本発明の実施の形態３にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１１】  本発明の実施の形態３にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１２】  本発明の実施の形態３にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１３】  本発明の実施の形態４にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１４】  本発明の実施の形態４にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１５】  本発明の実施の形態４にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１６】  本発明の実施の形態４にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１７】  本発明の実施の形態５にかかる光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１８】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図１９】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２０】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２１】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２２】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２３】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２４】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２５】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２６】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２７】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２８】  本発明の実施の形態５にかかる他の光半導体素子の等価屈折率の分布である。
【図２９】  従来の半導体レーザモジュールである。
【図３０】  従来のスーパールミネッセンスダイオードの斜視図である。
【図３１】  従来のスーパールミネッセンスダイオードの等価屈折率の分布である。
【符号の説明】
５  クラッド領域、２０  反射防止膜、２１  反射膜、３０  活性領域（ストライプ）、３１  第１活性領域、３２  第２活性領域、３３  屈曲部、４０  光軸、１１０  前端面、１２０  後端面、２００  半導体レーザ。
【図１】
0004106210.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004106210.tif 000006
【図６】
0004106210.tif 000007
【図７】
0004106210.tif 000008
【図８】
0004106210.tif 000009
【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】
0004106210.tif 000014
【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２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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