JP4545502B2 - 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ - Google Patents

Description

従来より、半導体レーザ素子の構造として空間横シングルモード型とマルチモード型とが知られている。このうち、シングルモード型の半導体レーザ素子では、導波路内における発振モードを単一のモードのみに限定するために、導波路の幅が狭く形成される。しかし、導波路の幅が狭いと出射端の面積も小さくなる。また、出射端においてレーザ光密度が過大になると、半導体レーザ素子の信頼性等に影響する。従って、シングルモード型の半導体レーザ素子は、比較的低出力のレーザ光を用いる用途に好適に用いられる。なお、このシングルモード型の半導体レーザ素子の例としては、特許文献１に開示された半導体レーザ装置がある。この半導体レーザ装置は、シングルモード型の半導体レーザにおいて導波路の幅を拡張し、レーザ光強度を高めることを目的としている。

他方、マルチモード型の半導体レーザ素子では、導波路内において複数のモードが混在してもよいため、導波路の幅を広く形成できる。従って、出射端の面積を大きくすることが可能となり、比較的大きな強度のレーザ光を出射することができる。このようなマルチモード型の半導体レーザ素子は、比較的高出力のレーザ光を必要とする用途に好適に用いられる。

しかし、マルチモード型の半導体レーザ素子には、次のような問題がある。すなわち、導波路内において複数のモードが混在するため、出射端から出射されるレーザ光の出射パターンが乱れ出射角が比較的大きくなってしまう。従って、このレーザ光を集光またはコリメートするためのレンズの形状が複雑となり、所望のレーザ光が得られなかったり、レンズが高価になるといった不利益を生じるおそれがある。

上記したマルチモード型半導体レーザ素子の問題点を解決するための技術として、例えば特許文献２に開示された共振器がある。図２６（ａ）は、この共振器の構成を示す平面図である。この共振器１００は、活性層１０１内に２つの領域１０２ａ及び１０２ｂを有している。図２６（ｂ）は、図２６（ａ）のX−X断面及びXI−XI断面における屈折率分布を示す図である。図２６（ｂ）に示すとおり、領域１０２ａ及び１０２ｂにおける屈折率ｎ_２は、活性層１０１の他の領域における屈折率ｎ_１よりも小さく形成されている。また、領域１０２ａ及び１０２ｂは、出射端１００ａ及び反射端１００ｂにおいて垂直に反射した光Ｌが該領域１０２ａ及び１０２ｂの側面にて全反射する角度で活性層１０１内に形成されている。特許文献２では、このような構成によって、活性層１０１内を共振する光Ｌの光路を限定し、導波路幅を制限することなく単一モード発振を実現しようとしている。

特開平１０−４１５８２号公報 国際公開第００／４８２７７号パンフレット

しかしながら、特許文献２に開示された共振器１００には、次の問題点がある。前述したように、この共振器１００の構成によれば、活性層１０１内を共振する光Ｌの光路を理論上限定することができる。しかし実際には、出射光の遠視野像において、出射方向から或る角度逸れた方向に無視できない大きさのピーク（以下、サブピークという）が出現することが知られている。このことから、特許文献２に開示された共振器１００における活性層１０１の内部には、図２６（ａ）に示された光路だけでなく、領域１０２ａ及び１０２ｂの側面に沿った光路や、或いは領域１０２ａ及び１０２ｂの側面のうちいずれか一方の側面のみにおいて反射するような光路が存在すると考えられる。このように、所定の出射方向から逸れた方向にサブピークが出現すると、活性層内を共振した光の一部が有効に利用されないために素子の発光効率が低下する。また、半導体レーザ素子を複数備える半導体レーザ素子アレイの場合には、或る素子から所定の出射方向に出射されたレーザ光と、他の素子から出射されサブピークを構成するレーザ光とが干渉するおそれがある。

本発明は、上述の点を鑑みてなされたものであり、比較的大きな強度のレーザ光を出射可能であって、サブピークを低減できる半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による半導体レーザ素子は、所定の軸方向に互いに対向する光出射面及び光反射面と、光反射面及び光出射面に達する導波路とを備え、導波路が、一対の側面をそれぞれ含む第１及び第２の部分、並びに第１の部分と第２の部分との間に位置し、第１及び第２の部分と連続する第３の部分を有しており、導波路の第１及び第２の部分における側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、側面における全反射臨界角θｃに基づきθｃ≦θ≦θｃ＋１°の範囲内であり、所定の軸方向に対する第１及び第２の部分の側面の傾斜方向が互いに逆であり、導波路の第３の部分の側面が所定の軸方向に沿っていることを特徴とする。

上記半導体レーザ素子では、導波路の側面と光出射面及び光反射面との相対角度が、該側面における全反射臨界角に基づいている。全反射臨界角より小さな入射角で導波路の側面に入射する光は側面を透過して導波路外へ出てしまうので、導波路内を共振する光の光路は、全反射臨界角以上の入射角で導波路の側面に入射し、光出射面及び光反射面において略垂直に反射するような光路に限定される。従って、上記半導体レーザ素子によれば、導波路の構造上、共振が起こるレーザ光の光路が限定されるので、導波路内でのレーザ発振に関わる光の角度成分が制限される。このため、導波光の位相が揃って、単一モードか或いは単一モードに近い発振が生じる。従って、上記半導体レーザ素子によれば、シングルモード型のように導波路の幅が制限されないので、導波路幅を拡張することによりレーザ光の水平方向の出射角をより狭くできるとともに、より高い強度のレーザ光を出射することが可能となる。

また、上記半導体レーザ素子では、所定の軸方向に対する第１及び第２の部分の側面の傾斜方向が互いに逆となっている。本発明者らは、このように側面の傾斜方向が互いに逆である第１及び第２の部分を導波路が含むことにより、半導体レーザ素子の遠視野像におけるサブピークが低減されることを見出した。また、上記半導体レーザ素子では、導波路が、第１の部分と第２の部分との間に位置する第３の部分を有し、導波路の第３の部分の側面が所定の軸方向に沿っている。これによって、導波路の第１及び第２の部分を通って光が共振する際に、第１の部分と第２の部分との境目における光の損失を低減することができる。また、上記半導体レーザ素子では、導波路の第１及び第２の部分における側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、θｃ≦θ≦θｃ＋１°の範囲内である。これによって、共振するレーザ光の光路を好適に限定することができるので、より単一モードに近いレーザ発振を得ることができる。

また、半導体レーザ素子は、光出射面と光反射面との間で導波路内を共振する光が一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数反射するように、第１及び第２の部分それぞれの長さ及び一対の側面同士の間隔が設定されていることを特徴としてもよい。このように、共振する光が導波路の各部分の一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数反射（全反射）することによって、共振する光は光反射面及び光出射面の双方において所定の軸方向に沿って入射／反射することができる。また、共振する光が各部分の一対の側面において少なくとも１回ずつ全反射するので、導波路内において光出射面と光反射面とを直線で結ぶような光路は存在しない。従って、この半導体レーザ素子によれば、導波路内のレーザ光の光路を好適に制限することができる。

また、半導体レーザ素子は、導波路の第３の部分が、所定の軸方向と交差する方向に並設された屈折率型の複数の導波領域を含んでおり、隣り合う導波領域内を共振する光の位相が互いに結合されることを特徴としてもよい。本発明者らは、導波路内を共振する光の位相差が小さいほど、遠視野像におけるサブピークをより低減できることを見出した。この半導体レーザ素子の構成によれば、複数の導波領域を導波する光の位相を結合することによって導波路内を共振する光の位相を揃えることができるので、サブピークを更に低減できる。

また、半導体レーザ素子は、導波路内を共振する光の波長を選択するための波長選択手段をさらに備えることを特徴としてもよい。導波路の側面における全反射臨界角は、該側面において反射する光の波長に依存する。この半導体レーザ素子によれば、導波路内を共振する光の波長を波長選択手段において選択することによって、導波路側面における全反射臨界角のばらつきを無くし、レーザ光の光路を効率よく制限することができる。

このような波長選択手段は、導波路の少なくとも一部に沿って設けられた周期的な回折格子によって好適に実現される。或いは、波長選択手段は、光出射面及び光反射面のうち少なくとも一方の面上に設けられた誘電体多層膜によって好適に実現される。或いは、波長選択手段は、光出射面及び光反射面のうち少なくとも一方の面に対向して配置された波長選択素子によって好適に実現される。或いは、波長選択手段は、回折格子、誘電体多層膜、及び波長選択素子のうちいずれか２つ以上の構成によって好適に実現される。

また、半導体レーザ素子は、導波路の第１及び第２の部分における側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、側面における全反射臨界角θｃと略一致していることを特徴としてもよい。これによって、レーザ発振のモードをほぼ単一とすることができる。

本発明による半導体レーザ素子アレイは、上記したいずれかの半導体レーザ素子を複数備え、複数の半導体レーザ素子が、所定の軸方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されていることを特徴とする。この半導体レーザ素子アレイによれば、上述したいずれかの半導体レーザ素子を複数備えることによって、大きな強度のレーザ光を出射可能であって、遠視野像におけるサブピークを低減できる半導体レーザ素子アレイを提供できる。

本発明の半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイによれば、比較的大きな強度のレーザ光を出射可能であって、サブピークを低減できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明による半導体レーザ素子アレイの第１実施形態の構成を示す概略斜視図である。図１を参照すると、半導体レーザ素子アレイ１は、複数の半導体レーザ素子３が一体に形成されてなる。半導体レーザ素子アレイ１が備える半導体レーザ素子３の数は幾つでもよく、一つのみ備える場合はアレイではなく単体の半導体レーザ素子となる。半導体レーザ素子アレイ１は、所定の軸Ａと交差する方向に並んで設けられ、互いに対向する光出射面１ａ及び光反射面１ｂを有している。光出射面１ａ上には、複数の半導体レーザ素子３それぞれのレーザ光出射端４ｅが水平方向に並んで配置されている。レーザ光出射端４ｅからは、所定の軸Ａの方向にレーザ光が出射される。

複数の半導体レーザ素子３のそれぞれは、リッジ状に成形された凸部２５を有している。凸部２５は、第１の部分２５ａ及び第２の部分２５ｂからなる。第１の部分２５ａの一端は光出射面１ａに達しており、第１の部分２５ａの他端は第２の部分２５ｂの一端と繋がっている。第２の部分２５ａの他端は、光反射面１ｂに達している。第１の部分２５ａ及び第２の部分２５ｂは、その長手方向が光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して斜めになるように設けられている。また、第１の部分２５ａ及び第２の部分２５ｂのそれぞれの長手方向は、所定の軸Ａの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。そして、第１の部分２５ａ及び第２の部分２５ｂは、互いの長手方向が交差するように繋がっている。半導体レーザ素子３には、凸部２５に対応して屈折率型の導波路が生成される。レーザ光出射端４ｅは、この導波路の光出射面１ａ側の端面である。複数の半導体レーザ素子３は、所定の軸Ａの方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されている。

図２は、図１に示した半導体レーザ素子アレイ１のＩ−Ｉ断面を示す拡大断面図である。図２を参照すると、半導体レーザ素子アレイ１を構成する半導体レーザ素子３は、基板１１を備える。また、半導体レーザ素子３は、第２導電型半導体層であるｎ型クラッド層１２、第２光ガイド層１３、量子井戸構造を有する活性層１４、第１光ガイド層１５、並びに第１導電型半導体層であるｐ型クラッド層１６を備える。ｎ型クラッド層１２、第２光ガイド層１３、活性層１４、第１光ガイド層１５、及びｐ型クラッド層１６は、基板１１上に順に積層されている。このうち、ｐ型クラッド層１６及び第１光ガイド層１５は第１の半導体部３１を構成しており、基板１１、ｎ型クラッド層１２、及び第２光ガイド層１３は第２の半導体部３２を構成している。

第１の半導体部３１には、リッジ部９が設けられている。リッジ部９の外側の層には、ｐ型クラッド層１６と電気的に接続されるｐ型キャップ層１７が設けられている。リッジ部９は、基板１１の光出射面１ａ側の面上に設けられた第１の部分９ａと、基板１１の光反射面１ｂ側の面上に設けられた第２の部分９ｂとを有している。凸部２５の第１の部分２５ａは、リッジ部９の第１の部分９ａとｐ型キャップ層１７とにより構成される。凸部２５の第２の部分２５ｂは、リッジ部９の第２の部分９ｂとｐ型キャップ層１７とにより構成される。リッジ部９の両側には、リッジ部９の両側面に隣接して薄厚部１０が形成されている。薄厚部１０は、第１の半導体部３１がエッチングされることにより形成された比較的薄い部分である。

ｐ型キャップ層１７よりも更に外側の層には外部からの電流を注入するｐ側電極層１９が設けられている。ｐ型キャップ層１７とｐ側電極層１９との間には絶縁層１８が設けられており、絶縁層１８は凸部２５上の部分に開口部１８ａを有している。ｐ側電極層１９は開口部１８ａにおいてｐ型キャップ層１７にのみ電気的に接触するようになっているので、外部からの電流注入はｐ型キャップ層１７にのみ限定してなされる。また、基板１１の各半導体層と反対側の面上にはｎ側電極層２０が形成されている。なお、基板１１の半導体材料としては、例えばｎ型ＧａＡｓが用いられる。また、基板１１上に積層される各層の材料としては、例えば表１に示す組み合わせ１〜３が好適である。

基板１１上に積層される各層の具体的な材料組成としては、例えば表２に示す組成を挙げることができる。また、各層の好適な厚さを表２にあわせて示す。

また、ｐ型キャップ層１７は、例えばｐ−ＧａＡｓからなる。ｐ側電極層１９は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる。ｎ側電極層２０は、例えばＡｕＧｅ／Ａｕからなる。絶縁層１８は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一種類の材料からなる。

ｐ型キャップ層１７に電流が注入されると、凸部２５の第１の部分２５ａ及び第２の部分２５ｂに対応する活性層１４の領域（換言すれば、リッジ部９に対応する領域）が活性領域となる。このとき、活性層１４には実効的な屈折率差が生じるため、リッジ部９の第１の部分９ａに対応する活性層１４内に屈折率型の導波路４（４ａ）が生成され、リッジ部９の第２の部分９ｂに対応する活性層１４内に屈折率型の導波路４（４ｂ）が生成される。

ここで、図３及び図４を参照して第１の半導体部３１について説明する。図３は第１の半導体部３１を含む積層体８の斜視図、図４（ａ）は積層体８の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した積層体８のII−II断面及びIII−III断面を示す断面図である。積層体８は、ｎ型クラッド層１２、第２光ガイド層１３、活性層１４、第１光ガイド層１５、並びにｐ型クラッド層１６からなる。

第１の半導体部３１には、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに達する凸状のリッジ部９が設けられている。リッジ部９は第１の部分９ａ及び第２の部分９ｂからなる。リッジ部９の第１の部分９ａの一端は光出射面１ａに達しており、第１の部分９ａの他端は第２の部分９ｂの一端と繋がっている。第２の部分９ｂの他端は、光反射面１ｂに達している。また、第１の半導体部３１は、リッジ部９に沿った薄厚部１０を有する。先に述べたように、薄厚部１０は第１の半導体部３１がエッチングされることにより形成される。

リッジ部９の第１の部分９ａは、端面９ｅと、互いに対向する一対の側面９ｇ及び９ｈとを有している。一対の側面９ｇ及び９ｈは、それぞれリッジ部９の第１の部分９ａの領域を規定しており、第１の部分９ａと薄厚部１０との境界となっている。端面９ｅは、光出射面１ａ上にある。側面９ｇは端面９ｅの一端からリッジ部９の第２の部分９ｂまで延び、側面９ｈは端面９ｅの他の一端からリッジ部９の第２の部分９ｂまで延びている。側面９ｇ及び９ｈは、厚さ方向から見た平面図において、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対し相対角度θを有するように設けられている。

リッジ部９の第２の部分９ｂは、端面９ｆと、互いに対向する一対の側面９ｉ及び９ｊとを有している。一対の側面９ｉ及び９ｊは、それぞれリッジ部９の第２の部分９ｂの領域を規定しており、第２の部分９ｂと薄厚部１０との境界となっている。端面９ｆは、光反射面１ｂ上にある。側面９ｉは端面９ｆの一端から第１の部分９ａの側面９ｇまで延び、側面９ｊは端面９ｆの他の一端から第１の部分９ａの側面９ｈまで延びている。側面９ｉ及び９ｊは、厚さ方向から見た平面図において、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対し相対角度θを有するように設けられている。また、側面９ｉ及び９ｊは、厚さ方向から見た平面図において、所定の軸Ａの方向に対して側面９ｇ及び９ｈとは逆の方向に傾斜している。具体的には、リッジ部９をｐ型キャップ層１７側（図２参照）から見た場合に、光出射面１ａに対する側面９ｇ及び９ｈの相対角度が時計方向にθであるのに対し、光出射面１ａに対する側面９ｉ及び９ｊの相対角度は反時計方向にθとなっている。

活性層１４にはリッジ部９の形状に対応した導波路４が生成される。ここで、図５は、活性層１４内に生成される導波路４の平面図である。導波路４は、リッジ部９への電流注入により生じる活性層１４内部での実効的な屈折率分布によって形成される屈折率型導波路である。本実施形態では、活性層１４にはリッジ部９の第１の部分９ａ及び第２の部分９ｂにそれぞれ対応して導波路４の第１の部分４ａ及び第２の部分４ｂが生成される。導波路４の第１の部分４ａには、リッジ部９の端面９ｅに対応してレーザ光出射端４ｅが生成される。また、導波路４の第１の部分４ａには、リッジ部９の側面９ｇ、９ｈそれぞれに対応して一対の側面４ｇ、４ｈが生成される。導波路４の第２の部分４ｂには、リッジ部９の端面９ｆに対応してレーザ光反射端４ｆが生成される。また、導波路４の第２の部分４ｂには、リッジ部９の側面９ｉ、９ｊそれぞれに対応して一対の側面４ｉ、４ｊが生成される。レーザ光出射端４ｅ及びレーザ光反射端４ｆは、活性層１４のへき開面の一部であり、レーザ光Ｌに対する共振面として機能する。また、側面４ｇ〜４ｊは、導波路４内外の屈折率差によって生じる面であり、屈折率が連続的に変化している場合にはそれぞれが或る一定の厚さを有してもよい。側面４ｇ〜４ｊは、導波路４内で発生したレーザ光Ｌを当該側面への入射角に応じて選択的に透過又は反射させる反射面として機能する。

側面４ｉの一端はレーザ光反射端４ｆの一端に接しており、側面４ｊの一端はレーザ光反射端４ｆの他端に接している。側面４ｉの他端は側面４ｇの一端に繋がっており、側面４ｊの他端は側面４ｈの一端に繋がっている。側面４ｇの他端はレーザ光出射端４ｅの一端に接しており、側面４ｈの他端はレーザ光出射端４ｅの他端に接している。側面４ｇ〜４ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとは、互いに相対角度θをなしている。換言すれば、側面４ｇ〜４ｊは、それぞれ所定の軸方向Ａと角度約π−θで交差している。側面４ｇと側面４ｉとは互いに角度２（π−θ）をなして繋がっており、側面４ｈと側面４ｊとは互いに角度２（π−θ）をなして繋がっている。

導波路４の第１の部分４ａにおける側面４ｇ及び４ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ（すなわち、リッジ部９の第１の部分９ａにおける側面９ｇ及び９ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ）は、導波路４の第１の部分４ａの側面４ｇ、４ｈにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。同様に、導波路４の第２の部分４ｂにおける側面４ｉ及び４ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ（すなわち、リッジ部９の第２の部分９ｂにおける側面９ｉ及び９ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ）は、導波路４の第２の部分４ｂの側面４ｉ、４ｊにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。ここで、導波路４の側面における全反射臨界角θｃは、屈折率型導波路である導波路４の内外の実効的な屈折率差によって規定される全反射臨界角である。全反射臨界角θｃは、第１の半導体部３１の薄厚部１０の厚さに依存する。

また、第１の部分４ａにおける側面４ｇ及び４ｈと第２の部分４ｂにおける側面４ｉ及び４ｊとは、所定の軸Ａの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。このため、厚さ方向から見た平面図において、導波路４はＶ字形状を呈している。具体的には、導波路４を第１の半導体部３１側から見た場合に、前述したリッジ部９の平面形状に対応して、光出射面１ａに対する側面４ｇ及び４ｈの相対角度は時計方向にθとなっており、光出射面１ａに対する側面４ｉ及び４ｊの相対角度は反時計方向にθとなっている。

相対角度θが全反射臨界角θｃに基づいて決定されることにより、導波路４の一対の側面４ｇ及び４ｈ、並びに一対の側面４ｉ及び４ｊが、光出射面１ａ側または光反射面１ｂ側から所定の軸Ａの方向に沿って入射するレーザ光Ｌを全反射させる。なお、本実施形態では第１の部分４ａの側面４ｇ及び４ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度、及び第２の部分４ｂの側面４ｉ及び４ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度を同じ角度θとしているが、相対角度は互いに異なっても良い。その場合、第１の部分４ａの側面４ｇ及び４ｈの全反射臨界角と、第２の部分４ｂの側面４ｉ及び４ｊの全反射臨界角とが互いに異なる。そして、側面４ｇ〜４ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は、側面４ｇ〜４ｊにおける全反射臨界角に基づいて個別に決定される。なお、側面４ｇ〜４ｊにおける全反射臨界角は、例えば薄厚部１０の厚さを調整するなどの方法によって任意の値に設定することができる。

図５に示すように、レーザ光反射端４ｆにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射したレーザ光Ｌは、第２の部分４ｂの側面４ｊに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４ｉに入射角θで入射し、全反射する。側面４ｉにおいて反射したレーザ光Ｌは第１の部分４ａの側面４ｇに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４ｈに入射角θで入射し、全反射する。こうして、側面４ｇ〜４ｊで全反射したレーザ光Ｌは所定の軸Ａの方向に沿って進み、レーザ光出射端４ｅに達する。レーザ光出射端４ｅに達したレーザ光Ｌの一部は、レーザ光出射端４ｅを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌはレーザ光出射端４ｅにおいて所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に反射し、再び側面４ｇ〜４ｊで全反射してレーザ光反射端４ｆに戻る。このようにして、導波路４内のレーザ光Ｌは、レーザ光出射端４ｅとレーザ光反射端４ｆとの間を往復し、共振することとなる。

なお、導波路４の第１の部分４ａの長さ及び側面４ｇ及び４ｈ同士の間隔は、レーザ光出射端４ｅとレーザ光反射端４ｆとの間で共振するレーザ光Ｌが、第１の部分４ａの一対の側面４ｇ及び４ｈのそれぞれにおいて同じ回数反射するように設けられる。同様に、導波路４の第２の部分４ｂの長さ及び側面４ｉ及び４ｊ同士の間隔は、レーザ光出射端４ｅとレーザ光反射端４ｆとの間で共振するレーザ光Ｌが、第２の部分４ｂの一対の側面４ｉ及び４ｊのそれぞれにおいて同じ回数反射するように設けられる。

ここで、レーザ光Ｌが前述した光路に限定されるしくみについて説明する。図６は、側面４ｈに様々な入射角θｉで入射する光Ｌ１〜Ｌ３について説明するための図である。なお、図６において、側面４ｈを側面４ｇに置き換えても同様の作用が得られる。また、側面４ｈを側面４ｉまたは４ｊに、レーザ光出射端４ｅをレーザ光反射端４ｆにそれぞれ置き換えても、同様の作用が得られる。

図６を参照すると、側面４ｈに角度θ（≧θｃ）と等しい入射角θｉで入射したレーザ光Ｌ１は、側面４ｈにおいて全反射し、レーザ光出射端４ｅに対し所定の軸Ａの方向に沿って垂直に入射する。そして、レーザ光Ｌ１は、レーザ光出射端４ｅにおいて反射したのち、同一の光路を辿って戻る。従って、レーザ光Ｌ１は同一光路上を共振することとなる。

これに対し、側面４ｈに角度θよりも小さな入射角θｉ＝θ−Δθで入射したレーザ光Ｌ２は、θ−Δθが全反射臨界角θｃよりも小さいと、側面４ｈを透過することとなり、共振しない。また、側面４ｈに角度θよりも大きな入射角θｉ＝θ＋Δθで入射したレーザ光Ｌ３は、入射角θｉが全反射臨界角θｃよりも大きいために側面４ｈにおいて全反射するが、レーザ光出射端４ｅにおいて反射した後、再度側面４ｈに入射する際に入射角θｉがθｉ＝θ−Δθとなる。θ−Δθの値が全反射臨界角θｃよりも小さいと、レーザ光Ｌ３も、結局側面４ｈを透過することとなり、共振しない。このように、導波路４においては、Δθがθ−Δθ≧θｃを満たす場合に、入射角θｉ（θ＋Δθ≧θｉ≧θ−Δθ）で側面４ｈ〜４ｊに入射するレーザ光Ｌのみが選択的に共振することとなる。

相対角度θが全反射臨界角θｃとほぼ一致していれば、上述したΔθをほぼゼロにできるのでレーザ光Ｌの角度成分を極めて狭い範囲に制限できる。しかし、実際には素子の温度変化による全反射臨界角θｃの変化などを考慮する必要がある。相対角度θが全反射臨界角θｃより大きい範囲で全反射臨界角θｃに近ければ、レーザ光Ｌの角度成分を或る程度制限することができる。ここで、図７は、相対角度θの大きさが許容される範囲を説明するためのグラフである。図７において、横軸は相対角度θの大きさであり、縦軸は側面４ｇ〜４ｊへのレーザ光Ｌの入射角θｉと相対角度θとの差θｉ−θである。なお、ここでは、側面４ｇ〜４ｊにおける全反射臨界角θｃを８６°と仮定して説明する。

図７を参照すると、座標（θ，θｉ−θ）＝（８６，０）、（９０，０）、（９０，４）で囲まれる領域Ｂが図示されている。この領域Ｂは、レーザ光Ｌがレーザ光出射端４ｅとレーザ光反射端４ｆとの間で共振することができる範囲を示している。例えば、相対角度θが８９°のとき、０°≦θｉ−θ≦３°、すなわち入射角θｉが８６°以上８９°以下のレーザ光Ｌであれば、側面４ｇ〜４ｊにおいて全反射臨界角θｃ（＝８６°）を超えることなく共振することができる。しかしながら、相対角度θが全反射臨界角θｃよりも過大であると、導波路４内でのレーザ光Ｌの空間モード数が増大してしまう。従って、例えば相対角度θを８６°≦θ≦８７°（すなわち、θｃ≦θ≦θｃ＋１°）とすることにより、０°≦θｉ−θ≦１°、つまり入射角θｉを８６°以上８７°以下に制限することができ、レーザ光Ｌの角度成分を実用上有効な程度に制限することができる。

ここで、半導体レーザ素子アレイ１の製造方法について図８（ａ）〜図８（ｄ）を参照しながら説明する。図８（ａ）〜図８（ｄ）は、各製造工程における半導体レーザ素子アレイ１の拡大断面図を示している。まず、ｎ型ＧａＡｓの基板１１を準備し、基板１１上に順に、ｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓを１．２μｍ、ノンドープＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓを０．４μｍ、Ｉｎ_０．２ＧａＡｓ量子井戸構造を８０Å、ノンドープＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓを０．４μｍ、ｐ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓを１．２μｍ、ｐ型ＧａＡｓを０．１μｍエピタキシャル成長させ、それぞれｎ型クラッド層１２、第２光ガイド層１３、活性層１４、第１光ガイド層１５、ｐ型クラッド層１６、及びｐ型キャップ層１７を形成する（図８（ａ）参照）。

続いて、ｐ型キャップ層１７側にフォトワークによりリッジ部９に対応する形状に保護マスク３７を形成し、ｐ型キャップ層１７、ｐ型クラッド層１６、及び第１光ガイド層１５をエッチングすることにより、リッジ部９を含む第１の半導体部３１を形成する。このとき、エッチングを活性層１４に達しない深さで停止することにより、薄厚部１０を形成する（図８（ｂ）参照）。

続いて、ＳｉＮ膜といった絶縁材料を結晶表面全体に堆積し、フォトワークによりリッジ部９に対応する位置のＳｉＮ膜を除去し、絶縁層１８を形成する（図８（ｃ）参照）。続いて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜でｐ側電極層１９を結晶表面全体に形成する。また、基板１１側の表面の研磨、化学処理を行い、ＡｕＧｅ／Ａｕによりｎ側電極層２０を形成する（図８（ｄ）参照）。こうして、半導体レーザ素子アレイ１（半導体レーザ素子３）が完成する。

本実施形態の半導体レーザ素子３による効果を説明する。先に述べたように、半導体レーザ素子３においては、導波路４の側面４ｇ〜４ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θが、側面４ｇ〜４ｊにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定されている。これにより、導波路４内でのレーザ発振に関わる光の角度成分が制限されるので、導波光の位相が揃って、単一モードか或いは単一モードに近い発振が生じる。従って、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、シングルモード型のように導波路の幅が制限されないので、導波路幅を拡張することによりレーザ光Ｌの水平方向の出射角をより狭くできるとともに、より高い強度のレーザ光を出射することが可能となる。

また、本実施形態による半導体レーザ素子３では、所定の軸Ａの方向に対する導波路４の第１の部分４ａの側面４ｇ、４ｈの傾斜方向と、所定の軸Ａの方向に対する第２の部分４ｂの側面４ｉ、４ｊの傾斜方向とが、互いに逆となっている。本発明者らは、このように所定の軸Ａの方向に対する側面４ｇ、４ｈの傾斜方向と側面４ｉ、４ｊの傾斜方向とが互いに逆であることにより、半導体レーザ素子３の遠視野像におけるサブピークが低減されることを見出した。

図９（ａ）は、本実施形態による半導体レーザ素子３の一実施例における遠視野像（レーザ光強度プロファイル）を示すグラフである。なお、図９（ａ）では、半導体レーザ素子アレイ１のレーザ光強度が３０Ｗ、５０Ｗ、及び８０Ｗである場合について、半導体レーザ素子３の遠視野像を示している。また、図９（ａ）の縦軸はレーザ光強度を規格化した値を示し、横軸は所定の軸Ａの方向を０°とする放射角を示している。本実施例においては、導波路４の側面４ｇ〜４ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θを８６°とし、導波路４の幅を３０μｍとし、光出射面１ａと光反射面１ｂとの間隔（共振器長）を１８００μｍとした。

また、図９（ｂ）は、比較のため、所定の軸方向に対して導波路が一方向にのみ傾斜している場合の半導体レーザ素子の遠視野像を示すグラフである。なお、図９（ｂ）では、半導体レーザ素子アレイの駆動電流が２０Ａ、４０Ａ、及び６０Ａである場合について、半導体レーザ素子の遠視野像を示している。また、図９（ｂ）の縦軸はレーザ光強度を規格化した値を示し、横軸は所定の軸方向を０°とする放射角を示している。この半導体レーザ素子においては、導波路の側面と光出射面及び光反射面との相対角度を８６°とし、導波路幅を４０μｍとし、光出射面と光反射面との間隔（共振器長）を１２００μｍとした。

図９（ｂ）を参照すると、所定の軸方向に対して導波路が一方向にのみ傾斜している半導体レーザ素子では、所定の軸方向（０°）に対して−２０°〜−３０°逸れた放射角付近に無視できないサブピークが発生していることがわかる。このサブピークの発生によって、半導体レーザ素子において発生したレーザ光の利用効率が低下してしまう。また、このサブピークに含まれるレーザ光成分が、半導体レーザ素子アレイにおける他の半導体レーザ素子からのレーザ光と干渉してしまう。このようなサブピークは、導波路の長手方向に沿った発振モード（すなわち、導波路側面において全く反射しないか、或いは片側の側面でのみ反射するような発振モード）が存在するためと考えられる。

これに対し、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、図９（ａ）に示すように遠視野像におけるサブピークが効果的に抑えられている。これは、所定の軸Ａの方向に対する側面４ｇ、４ｈの傾斜方向と側面４ｉ、４ｊの傾斜方向とが互いに逆であることによって、導波路側面において全く反射しないか、或いは片側の側面でのみ反射するような発振モードが抑制されたためと考えられる。このように、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、遠視野像におけるサブピークを低減することができる。

また、本実施形態による半導体レーザ素子３では、光出射面１ａと光反射面１ｂとの間で導波路４内を共振するレーザ光Ｌ１が、一対の側面４ｇ及び４ｈ（或いは４ｉ及び４ｊ）のそれぞれにおいて同じ回数反射するように、第１の部分４ａ及び第２の部分４ｂそれぞれの長さ及び側面間隔が設定されることが好ましい。これにより、レーザ光Ｌは光出射面１ａ及び光反射面１ｂの双方において所定の軸Ａの方向に沿って略垂直に入射／反射することができる。また、レーザ光Ｌが導波路４の側面４ｇ〜４ｊにおいて少なくとも１回ずつ全反射するので、導波路４内において光出射面１ａと光反射面１ｂとを直線で結ぶような光路は存在しない。従って、本実施形態の半導体レーザ素子３によれば、導波路４内のレーザ光Ｌの光路を好適に制限することができる。

また、本実施形態による半導体レーザ素子アレイ１によれば、上記効果を有する半導体レーザ素子３を複数備えることによって、大きな強度のレーザ光を出射することができるとともに、各半導体レーザ素子３の遠視野像におけるサブピークを低減することができる。

さらに、本実施形態による半導体レーザ素子アレイ１は、次の効果を有する。すなわち、半導体レーザ素子アレイ１では、第１の半導体部３１のリッジ部９によって、活性層１４に対して電流が部分的に集中して注入される。これにより、隣り合う半導体レーザ素子３の導波路４同士での光の結合や干渉が生じにくくなる。従って、導波路４同士の間隔を比較的狭くすることが可能になるので、導波路４をより多く設けることができ、大出力で安定したレーザ光を出射することができる。さらに、活性層１４に対して電流が部分的に集中して注入されることにより、電気・光変換効率が高まり、無効電流を低減できるので、半導体レーザ素子３の熱発生を低減できる。従って、半導体レーザ素子アレイ１の信頼性が高まり、長寿命化を実現できる。

（第１の変形例）
次に、上記実施形態による半導体レーザ素子アレイ１（半導体レーザ素子３）の第１の変形例について説明する。図１０は、本変形例による半導体レーザ素子が有する導波路４１を示す平面図である。導波路４１は、第１の部分４１ａ及び４１ｃと、第２の部分４１ｂ及び４１ｄとを有する。第１の部分４１ａは、互いに対向する一対の側面４１ｇ及び４１ｈを有する。第１の部分４１ａの一端はレーザ光出射端４１ｅとなっており、他端は第２の部分４１ｂの一端と繋がっている。第２の部分４１ｂは、互いに対向する一対の側面４１ｉ及び４１ｊを有する。第２の部分４１ｂの他端は第１の部分４１ｃの一端と繋がっている。第１の部分４１ｃは、互いに対向する一対の側面４１ｋ及び４１ｌを有する。第１の部分４１ｃの他端は、第２の部分４１ｄの一端と繋がっている。第２の部分４１ｄは、互いに対向する一対の側面４１ｍ及び４１ｎを有する。第２の部分４１ｄの他端は、レーザ光反射端４１ｆとなっている。

側面４１ｍの一端はレーザ光反射端４１ｆの一端に接しており、側面４１ｎの一端はレーザ光反射端４１ｆの他端に接している。側面４１ｍの他端は側面４１ｋの一端に繋がっており、側面４１ｎの他端は側面４１ｌの一端に繋がっている。側面４１ｋの他端は側面４１ｉの一端に繋がっており、側面４１ｌの他端は側面４１ｊの一端に繋がっている。側面４１ｉの他端は側面４１ｇの一端に繋がっており、側面４１ｊの他端は側面４１ｈの一端に繋がっている。側面４１ｇの他端はレーザ光出射端４１ｅの一端に接しており、側面４１ｈの他端はレーザ光出射端４１ｅの他端に接している。側面４１ｇ〜４１ｎは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θを有する。換言すれば、側面４１ｇ〜４１ｎは、それぞれ所定の軸方向Ａと角度約π−θで交差している。側面４１ｍと側面４１ｋとは互いに角度２（π−θ）をなして繋がっており、側面４１ｎと側面４１ｌとは互いに角度２（π−θ）をなして繋がっている。側面４１ｋと側面４１ｉとは互いに角度２（π−θ）をなして繋がっており、側面４１ｌと側面４１ｊとは互いに角度２（π−θ）をなして繋がっている。側面４１ｉと側面４１ｇとは互いに角度２（π−θ）をなして繋がっており、側面４１ｊと側面４１ｈとは互いに角度２（π−θ）をなして繋がっている。なお、図中の補助線Ｃは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂと平行な補助線である。

所定の軸Ａの方向に対する第１の部分４１ａ及び４１ｃの側面４１ｇ、４１ｈ、４１ｋ、及び４１ｌの傾斜方向と、所定の軸Ａの方向に対する第２の部分４１ｂ及び４１ｄの側面４１ｉ、４１ｊ、４１ｍ、及び４１ｎの傾斜方向とは、互いに逆となっている。換言すれば、導波路４１を第１の半導体部３１（図２参照）側から見た場合に、光出射面１ａに対する側面４１ｇ、４１ｈ、４１ｋ、及び４１ｌの相対角度は時計方向にθとなっており、光出射面１ａに対する側面４１ｉ、４１ｊ、４１ｍ、及び４１ｎの相対角度は反時計方向にθとなっている。相対角度θは、側面４１ｇ〜４１ｎにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。なお、側面４１ｇ〜４１ｎのうち、全反射臨界角θｃが他の側面とは異なる側面があってもよい。その場合においても、側面４１ｇ〜４１ｎのそれぞれと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は、各側面４１ｇ〜４１ｎのそれぞれにおける全反射臨界角θｃに基づいて個別に決定される。

本変形例の導波路４１において、レーザ光反射端４１ｆを所定の軸Ａの方向に沿って反射したレーザ光Ｌは、側面４１ｎ、４１ｍ、４１ｋ、４１ｌ、４１ｊ、４１ｉ、４１ｇ、４１ｈの順に全反射されることによって、所定の軸Ａの方向に沿ってレーザ光出射端４１ｅに入射することとなる。レーザ光出射端４１ｅに達したレーザ光Ｌの一部はレーザ光出射端４１ｅにおいて反射し、上記と同様の光路を逆に辿ってレーザ光反射端４１ｆに達する。このようにして、レーザ光Ｌは、レーザ光出射端４１ｅとレーザ光反射端４１ｆとの間を共振する。

本発明による半導体レーザ素子では、本変形例のように、所定の軸方向に対する側面の傾斜方向が互いに異なる第１及び第２の部分を導波路が幾つ含んでも良い。導波路がこのような第１及び第２の部分を多く含むほど、遠視野像におけるサブピークをより低減することができる。

（第２の変形例）
次に、上記実施形態による半導体レーザ素子アレイ１（半導体レーザ素子３）の第２の変形例について説明する。図１１は、本変形例による半導体レーザ素子が有する導波路４２を示す平面図である。導波路４２は、第１の部分４２ａ及び第２の部分４２ｃを有する。更に、導波路４２は、第１の部分４２ａと第２の部分４２ｃとの間に第３の部分４２ｂを有する。第１の部分４２ａは、互いに対向する一対の側面４２ｇ及び４２ｈを有する。第１の部分４２ａの一端はレーザ光出射端４２ｅとなっており、他端は第３の部分４２ｂの一端と繋がっている。第２の部分４２ｃは、互いに対向する一対の側面４２ｋ及び４２ｌを有する。第２の部分４２ｃの一端はレーザ光反射端４２ｆとなっており、他端は第３の部分４２ｂの他端と繋がっている。第３の部分４２ｂは、互いに対向する一対の側面４２ｉ及び４２ｊを有する。

第１の部分４２ａの側面４２ｇ及び４２ｈは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θを有する。第２の部分４２ｃの側面４２ｋ及び４２ｌは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θを有する。第３の部分４２ｂの側面４２ｉ及び４２ｊは、所定の軸Ａの方向に沿って延びている。また、所定の軸Ａの方向に対する第１の部分４２ａの側面４２ｇ及び４２ｈの傾斜方向と、所定の軸Ａの方向に対する第２の部分４２ｃの側面４２ｋ及び４２ｌの傾斜方向とは、互いに逆となっている。相対角度θは、側面４２ｇ、４２ｈ、４２ｋ、及び４２ｌにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。なお、側面４２ｇ、４２ｈ、４２ｋ、及び４２ｌのうち、全反射臨界角θｃが他の側面とは異なる側面があってもよい。その場合においても、側面４２ｇ、４２ｈ、４２ｋ、及び４２ｌのそれぞれと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は、各側面４２ｇ、４２ｈ、４２ｋ、及び４２ｌのそれぞれにおける全反射臨界角θｃに基づいて個別に決定される。

本変形例の導波路４２において、レーザ光反射端４２ｆを所定の軸Ａの方向に沿って反射したレーザ光Ｌは、第２の部分４２ｃの側面４２ｌ及び４２ｋにおいて全反射されることによって、第３の部分４２ｂに所定の軸Ａの方向に沿って入射する。第３の部分４２ｂの側面４２ｉ及び４２ｊは所定の軸Ａの方向に沿って延びているため、レーザ光Ｌは側面４２ｉ及び４２ｊに沿って進み、第１の部分４２ａに入射する。レーザ光Ｌは、第１の部分４２ａの側面４２ｇ及び４２ｈにおいて全反射され、レーザ光出射端４２ｅに入射する。レーザ光出射端４２ｅに達したレーザ光Ｌの一部はレーザ光出射端４２ｅにおいて反射し、上記と同様の光路を逆に辿ってレーザ光反射端４２ｆに達する。このようにして、レーザ光Ｌは、レーザ光出射端４２ｅとレーザ光反射端４２ｆとの間を共振する。

本発明による半導体レーザ素子では、本変形例のように、導波路４２が、第１の部分４２ａと第２の部分４２ｃとの間に位置する第３の部分４２ｂを有し、第３の部分４２ｂの側面４２ｉ、４２ｊが所定の軸Ａの方向に沿っていてもよい。本発明者らの知見によれば、導波路側面が途中で曲折しているような場合には、その折れ曲がり角に応じて、導波路内を共振するレーザ光に損失が発生してしまう。本変形例によれば、第１の部分４２ａと第２の部分４２ｃとの間に第３の部分４２ｂを設けることにより、第１の部分４２ａと第２の部分４２ｃとの境目における導波路側面の折れ曲がり角を緩和し、レーザ光の損失を低減することができる。

（第３の変形例）
次に、上記実施形態による半導体レーザ素子アレイ１（半導体レーザ素子３）の第３の変形例について説明する。図１２は、本変形例による半導体レーザ素子が有する導波路４３を示す平面図である。導波路４３は、第１の部分４３ａ及び第２の部分４３ｃを有する。更に、導波路４３は、第１の部分４３ａと第２の部分４３ｃとの間に第４の部分４３ｂを有する。第１の部分４３ａは、互いに対向する一対の側面４３ｇ及び４３ｈを有する。第１の部分４３ａの一端はレーザ光出射端４３ｅとなっており、他端は第４の部分４３ｂの一端と繋がっている。第２の部分４３ｃは、互いに対向する一対の側面４３ｋ及び４３ｌを有する。第２の部分４３ｃの一端はレーザ光反射端４３ｆとなっており、他端は第４の部分４３ｂの他端と繋がっている。第４の部分４３ｂは、互いに対向する一対の側面４３ｉ及び４３ｊを有する。

第１の部分４３ａの側面４３ｇ及び４３ｈは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θを有する。第２の部分４３ｃの側面４３ｋ及び４３ｌは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θを有する。第４の部分４３ｂの側面４３ｉ及び４３ｊは、その平面形状が湾曲している。本実施形態では、側面４３ｉ及び４３ｊの平面形状は略一定の曲率を有している。そして、側面４３ｉ及び４３ｊの一端における接面が第１の部分４３ａの側面４３ｇ及び４３ｈと一致しており、側面４３ｉ及び４３ｊの他端における接面が第２の部分４３ｃの側面４３ｋ及び４３ｌと一致している。

また、所定の軸Ａの方向に対する第１の部分４３ａの側面４３ｇ及び４３ｈの傾斜方向と、所定の軸Ａの方向に対する第２の部分４３ｃの側面４３ｋ及び４３ｌの傾斜方向とは、互いに逆となっている。相対角度θは、側面４３ｇ、４３ｈ、４３ｋ、及び４３ｌにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。なお、側面４３ｇ、４３ｈ、４３ｋ、及び４３ｌのうち、全反射臨界角θｃが他の側面とは異なる側面があってもよい。その場合においても、側面４３ｇ、４３ｈ、４３ｋ、及び４３ｌのそれぞれと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は、各側面４３ｇ、４３ｈ、４３ｋ、及び４３ｌのそれぞれにおける全反射臨界角θｃに基づいて個別に決定される。

本変形例の導波路４３において、レーザ光反射端４３ｆを所定の軸Ａの方向に沿って反射したレーザ光Ｌは、第２の部分４３ｃの側面４３ｌ及び４３ｋにおいて全反射され、所定の軸Ａの方向に沿って第４の部分４３ｂを通過し、第１の部分４３ａに入射する。レーザ光Ｌは、第１の部分４３ａの側面４３ｇ及び４３ｈにおいて全反射され、レーザ光出射端４３ｅに入射する。レーザ光出射端４３ｅに達したレーザ光Ｌの一部はレーザ光出射端４３ｅにおいて反射し、上記と同様の光路を逆に辿ってレーザ光反射端４３ｆに達する。このようにして、レーザ光Ｌは、レーザ光出射端４３ｅとレーザ光反射端４３ｆとの間を共振する。

本発明による半導体レーザ素子では、本変形例のように、導波路４３が、第１の部分４３ａと第２の部分４３ｃとの間に位置する第４の部分４３ｂを有し、第４の部分４３ｂの側面４３ｉ、４３ｊが、その平面形状において湾曲していてもよい。前述したように、導波路側面が途中で曲折しているような場合には、その折れ曲がり角に応じて、導波路内を共振するレーザ光に損失が発生する。本変形例によれば、第１の部分４３ａと第２の部分４３ｃとの間に第４の部分４３ｂを設けることにより、第１の部分４３ａと第２の部分４３ｃとの境目における導波路側面の折れ曲がり角を緩和し、レーザ光の損失を低減することができる。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子アレイ（半導体レーザ素子アレイ）の第２実施形態について説明する。図１３は、本実施形態の半導体レーザ素子３ａにおける導波路４２付近の構成を示す平面図である。本実施形態の半導体レーザ素子３ａは、前述した第１実施形態の第２変形例における導波路と同様の構成を有する導波路４２を備える。また、本実施形態の半導体レーザ素子３ａは、更に、周期的な回折格子（グレーティング）７１ａ及び７１ｂを備える。回折格子７１ａ及び７１ｂは、導波路４２内部を共振するレーザ光Ｌの波長を選択するための波長選択手段であり、導波路４２の少なくとも一部（本実施形態では、第３の部分４２ｂ）に沿って設けられている。

図１４は、図１３に示した半導体レーザ素子３ａのIV−IV断面の一部を示す断面図である。図１４を参照すると、回折格子７１ａは、導波路４２の第３の部分４２ｂに沿った第１光ガイド層１５とｐ型クラッド層１６との境界面に形成されている。この回折格子７１ａのピッチｐは、モード次数をＭ、導波路４２（４２ｂ）の屈折率をｎ、発振波長をλとしてｐ＝Ｍ×λ／２ｎによって決定される。例えば、発振波長λ＝９４０ｎｍ、屈折率ｎ＝３．４とすると、１次モードではピッチｐ＝１３８ｎｍ、２次モードではピッチｐ＝２７６ｎｍとなる。

図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、回折格子７１ａの形成工程の一例を示す図である。まず、図１５（ａ）に示すように、基板１１上にｎ型クラッド層１２、第２光ガイド層１３、活性層１４、及び第１光ガイド層１５を順次成長させた後、第１光ガイド層１５上に周期的な開口７３ａを有するレジスト膜７３を形成する。このとき、レジスト膜７３の開口７３ａの形成方法としては、マッハツェンダー干渉系などによるレーザ光の干渉縞を用いる光束干渉露光法や、電子ビームをレジスト膜７３に当てることにより開口７３ａを形成する電子ビーム直描法などを用いることができる。そして、レジスト膜７３を介して第１光ガイド層１５をエッチングすることにより、図１５（ｂ）に示すように、第１光ガイド層１５の表面に回折格子７１ａが形成される。続いて、図１５（ｃ）に示すように、第１光ガイド層１５上にｐ型クラッド層１６及びｐ型キャップ層１７を成長させる。こうして、第１光ガイド層１５とｐ型クラッド層１６との境界面に回折格子７１ａが形成される。なお、この例では回折格子７１ａを第１光ガイド層１５とｐ型クラッド層１６との境界面に形成しているが、活性層１４と第１光ガイド層１５との境界面や、第１光ガイド層１５の内部に回折格子を形成してもよい。

図１６（ａ）は、図１３に示した半導体レーザ素子３ａのV−V断面を示す断面図である。また、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示した半導体レーザ素子３ａのVI−VI断面の一部を示す断面図である。なお、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）においては、絶縁層１８、ｐ側電極層１９、及びｎ側電極層２０の図示を省略している。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）を参照すると、回折格子７１ｂは、導波路４２の第３の部分４２ｂに沿った第１の半導体部３１の薄厚部１０の表面に形成されている。なお、回折格子７１ｂの形成方法の一例としては、第１の半導体部３１をエッチングして薄厚部１０を形成（図８（ｂ）参照）した後に、薄厚部１０の表面を、周期的な開口を有するレジスト膜を介してエッチングするといった方法がある。なお、回折格子７１ｂは、回折格子７１ａのピッチｐと同じピッチで形成される。

本実施形態の半導体レーザ素子３ａのように、半導体レーザ素子は、導波路４２内を共振するレーザ光Ｌの波長を選択するための波長選択手段（回折格子７１ａ及び７１ｂ）を更に備えることが好ましい。導波路４２の側面４２ｇ、４２ｈ、４２ｋ、及び４２ｌにおける全反射臨界角θｃは、側面４２ｇ、４２ｈ、４２ｋ、及び４２ｌにおいて反射するレーザ光Ｌの波長に依存する。本実施形態の半導体レーザ素子３ａによれば、導波路４２内を共振するレーザ光Ｌの波長を回折格子７１ａ及び７１ｂによって選択することにより、導波路４２の側面４２ｇ、４２ｈ、４２ｋ、及び４２ｌにおける全反射臨界角θｃのばらつきを無くし、レーザ光Ｌの光路を効率よく制限することができる。

図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、本実施形態による半導体レーザ素子３ａの変形例を示す平面図である。図１７（ａ）を参照すると、導波路４２の第３の部分４２ｂに沿った波長選択手段として回折格子７１ａのみが設けられている。また、図１７（ｂ）を参照すると、導波路４２の第３の部分４２ｂに沿った波長選択手段として回折格子７１ｂのみが設けられている。これらのように、回折格子７１ａ及び７１ｂは、それぞれ単独で設けられてもよく、導波路４２内を共振するレーザ光Ｌの波長を好適に選択できる。

（第３の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子（半導体レーザ素子アレイ）の第３実施形態について説明する。図１８は、本実施形態による半導体レーザ素子３ｂの導波路４付近の構成を示す平面図である。本実施形態の半導体レーザ素子３ｂと第１実施形態の半導体レーザ素子３との相違点は、誘電体多層膜７７の有無である。誘電体多層膜７７は、導波路４内部を共振するレーザ光Ｌの波長を選択するための波長選択手段である。

誘電体多層膜７７は、半導体レーザ素子３ｂの光出射面１ａ上に設けられている。なお、誘電体多層膜７７は、光反射面１ｂ上に設けられてもよく、光出射面１ａ及び光反射面１ｂの双方の上に設けられてもよい。誘電体多層膜７７は、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、α−Ｓｉ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_３などの誘電体材料が交互に積層されてなる。誘電体多層膜７７は、例えばスパッタリングや電子ビーム蒸着などの方法によって光出射面１ａ上に形成される。誘電体多層膜７７の各層の層厚ｔは、各材料の屈折率をｎ、選択波長をλとしてｔ＝λ／４ｎに設定される。

半導体レーザ素子が備える波長選択手段は、本実施形態のような誘電体多層膜７７を含んでもよい。半導体レーザ素子３ｂが誘電体多層膜７７を備えることによって、導波路４内を共振するレーザ光Ｌの波長が選択されるので、導波路４の側面４ｇ〜４ｊにおける全反射臨界角θｃのばらつきを無くし、レーザ光Ｌの光路を効率よく制限することができる。

（第４の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子（半導体レーザ素子アレイ）の第４実施形態について説明する。図１９は、本実施形態による半導体レーザ素子３ｃの導波路４付近の構成を示す平面図である。本実施形態の半導体レーザ素子３ｃと第１実施形態の半導体レーザ素子３との相違点は、波長選択素子７９の有無である。波長選択素子７９は、導波路４内部を共振するレーザ光Ｌの波長を選択するための波長選択手段である。

波長選択素子７９としては、エタロンや部分反射ミラー（例えば反射率３０％）などが好適に用いられる。波長選択素子７９は、半導体レーザ素子３ｃの光出射面１ａと対向する位置に設けられる。なお、波長選択素子７９は、半導体レーザ素子３ｃに固定されていてもよいし、光学系において半導体レーザ素子３ｃと並んで固定されていてもよい。また、波長選択素子は、光反射面１ｂと対向する位置に設けられてもよく、光出射面１ａと対向する位置及び光反射面１ｂと対向する位置のそれぞれに設けられてもよい。波長選択素子７９と対向する半導体レーザ素子３ｃの面（本実施形態では光出射面１ａ）の面上には、反射防止膜（ＡＲコート）８１が設けられることが好ましい。

半導体レーザ素子が備える波長選択手段は、本実施形態のような波長選択素子を含んでもよい。半導体レーザ素子３ｃが波長選択素子７９を備えることによって、導波路４内を共振するレーザ光Ｌの波長が選択されるので、導波路４の側面４ｇ〜４ｊにおける全反射臨界角θｃのばらつきを無くし、レーザ光Ｌの光路を効率よく制限することができる。なお、波長選択素子としては、例示したエタロンや部分反射ミラー以外にも、同様の機能をもつ様々な素子を用いることができる。

また、波長選択手段としては、上述した第２実施形態の回折格子７１ａや７１ｂ、第３実施形態の誘電体多層膜７７、及び第４実施形態の波長選択素子のうち、２つ以上の構成を用いても良い。また、波長選択手段としては、これら以外にも同様の機能をもつ様々な手段を用いることができる。

（第５の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子（半導体レーザ素子アレイ）の第５実施形態について説明する。図２０（ａ）は、本実施形態による半導体レーザ素子３ｄの導波路４２付近の構成を示す平面図である。また、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示した半導体レーザ素子３ｄのVII−VII断面を示す断面図である。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）を参照すると、半導体レーザ素子３ｄの導波路４２は、第１の部分４２ａ、第２の部分４２ｃ、及び第１の部分４２ａと第２の部分４２ｃとの間に設けられた第３の部分４２ｄを備える。第１の部分４２ａ及び第２の部分４２ｃの構成は、第１実施形態の第２変形例（図１１参照）で説明した構成と同様である。導波路４２の第３の部分４２ｄは、所定の軸Ａの方向に沿った一対の側面４２ｉ及び４２ｊを有する。側面４２ｉ及び４２ｊの一端は第１の部分４２ａの側面４２ｇ及び４２ｈとそれぞれ繋がっており、側面４２ｉ及び４２ｊの他端は第２の部分４２ｃの側面４２ｋ及び４２ｌとそれぞれ繋がっている。

また、導波路４２の第３の部分４２ｄは、複数の導波領域４２ｐ〜４２ｒを含んでいる。導波領域４２ｐ〜４２ｒは、それぞれ所定の軸Ａの方向を長手方向としており、所定の軸Ａの方向と交差する方向に並んで設けられている。導波領域４２ｐ〜４２ｒのうち隣り合う導波領域を導波するレーザ光Ｌ同士の位相は、互いに結合される。このような導波領域４２ｐ〜４２ｒは、以下に説明する構成によって実現される。

本実施形態の半導体レーザ素子３ｄは、基板１１、第２の半導体部３２、活性層１４、第１の半導体部３１ａ、ｐ型キャップ層１７ｐ〜１７ｒ、及び電流ブロック部７５を備える。第２の半導体部３２は、ｎ型クラッド層１２及び第２光ガイド層１３によって構成される。第１の半導体部３１ａは、活性層１４上に設けられており、第１光ガイド層１５、及び第１光ガイド層１５上に形成されたｐ型クラッド層１６ｐ〜１６ｒによって構成される。

第１の半導体部３１ａには、所定の軸Ａの方向に沿って延びる凸状のリッジ部９ｐ〜９ｒが設けられている。リッジ部９ｐ〜９ｒは、導波路４２の第３の部分４２ｄが生成されるべき位置に、所定の軸Ａと交差する方向に並んで設けられる。ｐ型クラッド層１６ｐ〜１６ｒは、リッジ部９ｐ〜９ｒにそれぞれ含まれている。リッジ部９ｐ〜９ｒの外側の層には、ｐ型クラッド層１６ｐ〜１６ｒと電気的に接続されるｐ型キャップ層１７ｐ〜１７ｒが設けられている。

また、半導体レーザ素子３ｄは、リッジ部９ｐ〜９ｒのそれぞれを挟む位置に電流ブロック部７５を備える。電流ブロック部７５は、リッジ部９ｐ〜９ｒに電流を集中させるための部分であり、例えば第１の半導体部３１ａとは反対導電型の半導体や、或いは絶縁性材料によって構成される。ｐ側電極層１９は、リッジ部９ｐ〜９ｒ上及び電流ブロック部７５上にわたって設けられており、リッジ部９ｐ〜９ｒ上においてｐ型キャップ層１７ｐ〜１７ｒと接触している。また、基板１１の裏面上には、ｎ側電極層２０が設けられる。

活性層１４には、リッジ部９ｐ〜９ｒの形状に対応した導波領域４２ｐ〜４２ｒが生成される。すなわち、導波領域４２ｐ〜４２ｒは、リッジ部９ｐ〜９ｒへの電流注入により生じる活性層１４内部での実効的な屈折率分布によって生成される、屈折率型の導波領域である。半導体レーザ素子３ｄにおいては、隣り合う導波領域を導波するレーザ光Ｌ同士の位相が互いに結合する程度に導波領域４２ｐ〜４２ｒが近接するように、リッジ部９ｐ〜９ｒ同士の間隔が設定される。或いは、半導体レーザ素子３ｄにおいては、隣り合う導波領域を導波するレーザ光Ｌ同士が互いにエバネッセント結合される程度に導波領域４２ｐ〜４２ｒが近接するように、リッジ部９ｐ〜９ｒ同士の間隔が設定される。

本実施形態による半導体レーザ素子３ｄでは、導波路４２の第３の部分４２ｄが、所定の軸Ａの方向と交差する方向に並設された屈折率型の複数の導波領域４２ｐ〜４２ｒを含んでおり、隣り合う導波領域内を共振するレーザ光Ｌの位相が互いに結合される。本発明者らは、導波路４２内部を共振するレーザ光Ｌの位相差が小さいほど（すなわち位相が揃っているほど）、遠視野像におけるサブピークをより低減できることを見出した。この半導体レーザ素子３ｄの構成によれば、複数の導波領域４２ｐ〜４２ｒを導波するレーザ光Ｌの位相を結合することによって、導波路４２内部を共振するレーザ光Ｌの位相を揃えることができるので、遠視野像におけるサブピークを更に低減できる。なお、本実施形態においては導波路４２の第３の部分４２ｄが３つの導波領域４２ｐ〜４２ｒを含んでいるが、導波路の第３の部分は、導波領域を２つ以上であれば幾つ含んでもよい。また、隣り合う導波領域を導波するレーザ光同士の位相が結合するような構成であれば、本実施形態の構成に限らず、例えば第１実施形態のようなリッジ型の構成でもよい。

（第６の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子（半導体レーザ素子アレイ）の第６実施形態について説明する。図２１は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、複数の半導体レーザ素子３ｅを備える。本実施形態の半導体レーザ素子３ｅと第１実施形態の半導体レーザ素子３との相違点は、電流ブロック部の有無である。本実施形態の半導体レーザ素子３ｅは、第１実施形態の絶縁層１８に代えて電流ブロック部２１ａ及び２１ｂを備えている。なお、半導体レーザ素子３ｅの他の構成については、第１実施形態の半導体レーザ素子３の構成と同様なので、詳細な説明を省略する。

電流ブロック部２１ａ及び２１ｂは、リッジ部９に電流を集中的に流すための部分である。電流ブロック部２１ａ及び２１ｂは、例えば第１の半導体部３１とは反対導電型の半導体や、或いは絶縁性材料によって構成される。本実施形態では、電流ブロック部２１ａ及び２１ｂは例えばｎ−ＧａＡｓ或いはｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜０．３）からなる。電流ブロック部２１ａは、リッジ部９の第１の部分９ａの側面９ｇ、及びリッジ部９の第２の部分９ｂの側面９ｉに沿って薄厚部１０上に設けられる。電流ブロック部２１ｂは、リッジ部９の第１の部分９ａの側面９ｈ、及びリッジ部９の第２の部分９ｂの側面９ｊに沿って薄厚部１０上に設けられる。ｐ側電極層２２は、リッジ部９上及び電流ブロック部２１ａ、２１ｂ上にわたって設けられており、リッジ部９上においてｐ型キャップ層１７と接触している。

活性層１４には、リッジ部９に対応する部分に集中的に電流が流れることにより、リッジ部９の形状に対応した屈折率型の導波路５が形成される。導波路５は、リッジ部９の第１の部分９ａの平面形状と同様の平面形状を有する第１の部分５ａと、リッジ部９の第２の部分９ｂの平面形状と同様の平面形状を有する第２の部分５ｂとを含む。導波路５の第１の部分５ａの側面５ｇ及び５ｈ、並びに第２の部分５ｂの側面５ｉ及び５ｊは、導波路５内外の屈折率差によって生じる面であり、屈折率が連続的に変化している場合には或る一定の厚さを有してもよい。

導波路５の側面５ｇ〜５ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂ（図１参照）との相対角度は、側面５ｇ〜５ｊにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。本実施形態において、全反射臨界角θｃは、電流ブロック部２１ａ及び２１ｂの材料組成に依存する。すなわち、電流ブロック部２１ａ及び２１ｂの材料組成（例えば、ｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓの組成比ｘ）を変化させると、電流ブロック部２１ａ及び２１ｂの屈折率が変化する。従って、側面５ｇ〜５ｊにおける実効的な屈折率差が変化するので、全反射臨界角θｃが変化することとなる。また、導波路５の第１の部分５ａの側面５ｇ及び５ｈと、第２の部分５ｂの側面５ｉ及び５ｊとは、所定の軸Ａ（図１参照）の方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。

本発明による半導体レーザ素子は、第１実施形態のようなリッジ型の半導体レーザ素子３に限らず、本実施形態の半導体レーザ素子３ｅのような構成でも好適に実施することができる。なお、本実施形態においても、導波路５の第１の部分５ａの側面５ｇ及び５ｈと第２の部分５ｂの側面５ｉ及び５ｊとは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対する相対角度θが互いに異なっていてもよい。この場合、導波路５の側面５ｇ〜５ｊにおける全反射臨界角θｃは、電流ブロック部２１ａ及び２１ｂの材料組成が調整されることによって個別に設定される。

（第７の実施の形態）
続いて、本発明による半導体レーザ素子（半導体レーザ素子アレイ）の第７実施形態について説明する。図２２は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、いわゆる埋め込みヘテロ構造を有する複数の半導体レーザ素子３ｆによって構成されている。

図２２を参照すると、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆは、第１の半導体部３３と、第２の半導体部３４と、第１の半導体部３３及び第２の半導体部３４の間に設けられた活性層３５とを備えている。第１の半導体部３３は、ｐ型クラッド層２７及び第１光ガイド層２６を含んでいる。第２の半導体部３４は、ｎ型半導体からなる基板１１、ｎ型クラッド層２３、及び第２光ガイド層２４を含んでいる。また、半導体レーザ素子３ｆは、ｐ型キャップ層２８を備えている。ｎ型クラッド層２３、第２光ガイド層２４、活性層３５、第１光ガイド層２６、ｐ型クラッド層２７、及びｐ型キャップ層２８は、順に基板１１上に積層されており、積層体７を構成している。積層体７は、第１実施形態のリッジ部９の平面形状と同様の平面形状を有する。すなわち、積層体７は、第１実施形態のリッジ部９の第１の部分９ａに相当する第１の部分７ａと、第２の部分９ｂに相当する第２の部分７ｂとを有する。積層体７の第１の部分７ａは、一対の側面７ｇ及び７ｈを有する。積層体７の第２の部分７ｂは、一対の側面７ｉ及び７ｊを有する。活性層３５は、積層体７の側面７ｇ〜７ｊに含まれる側面３５ｇ〜３５ｊを有する。

また、半導体レーザ素子３ｆは、電流ブロック部２９ａ及び２９ｂと、ｐ側電極層３０と、ｎ側電極層２０とを備えている。このうち、ｎ側電極層２０の構成は上記第１実施形態と同様である。

電流ブロック部２９ａ及び２９ｂは、活性層３５へ電流を狭窄して流すための部分である。電流ブロック部２９ａ及び２９ｂは、例えばｉ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜０．３）といったノンドープの半導体材料、或いは絶縁性材料によって構成される。電流ブロック部２９ａは、積層体７の側面７ｇ及び７ｉに沿って（すなわち活性層３５の側面３５ｇ及び３５ｉに沿って）、基板１１上に設けられる。また、電流ブロック部２９ｂは、積層体７の側面７ｈ及び７ｊに沿って（すなわち活性層３５の側面３５ｈ及び３５ｊに沿って）、基板１１上に設けられる。ｐ側電極層３０は、積層体７上、電流ブロック部２９ａ上、及び電流ブロック部２９ｂ上にわたって設けられており、積層体７上においてｐ型キャップ層２８と接触している。

活性層３５には、側面３５ｇ〜３５ｊにおいて活性層内外に屈折率差が生じることにより、導波路２が形成される。この導波路２は、積層体７の第１の部分７ａに形成される第１の部分２ａと、積層体７の第２の部分７ｂに形成される第２の部分２ｂとを有する。導波路２の第１の部分２ａは、活性層３５の側面３５ｇ及び３５ｈによって規定される一対の側面２ｇ及び２ｈを有する。側面２ｇ及び２ｈは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂ（図１参照）に対し相対角度θを有する。また、導波路２の第２の部分２ｂは、活性層３５の側面３５ｉ及び３５ｊによって規定される一対の側面２ｉ及び２ｊを有する。側面２ｉ及び２ｊは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対し相対角度θを有する。また、導波路２の第１の部分２ａの側面２ｇ及び２ｈと、第２の部分２ｂの側面２ｉ及び２ｊとは、所定の軸Ａ（図１参照）の方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。

導波路２の側面２ｇ〜２ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θは、側面２ｇ〜２ｊにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。本実施形態において、全反射臨界角θｃは、電流ブロック部２９ａ及び２９ｂと活性層３５との屈折率差に依存する。この屈折率差は、例えば電流ブロック部２９ａ及び２９ｂの材料組成を調整することによって任意に設定することができる。

本発明による半導体レーザ素子は、本実施形態のような埋め込み型の半導体レーザ素子３ｆでも好適に実施することができる。なお、本実施形態においても、導波路２の第１の部分２ａの側面２ｇ及び２ｈと第２の部分２ｂの側面２ｉ及び２ｊとは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対する相対角度θが互いに異なっていてもよい。この場合、導波路２の側面２ｇ〜２ｊにおける全反射臨界角θｃは、活性層３５と電流ブロック部２９ａ及び２９ｂとの屈折率差が調整されることによって個別に設定される。

（第８の実施の形態）
次に、本発明による半導体レーザ素子アレイの第８実施形態について説明する。図２３は、本実施形態の半導体レーザ素子アレイが備える第２の半導体部の一部を示す斜視図である。図２４は、図２３に示すVIII−VIII断面及びIX−IX断面における半導体レーザ素子アレイの拡大断面図である。

本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、複数の半導体レーザ素子３ｇを備える。半導体レーザ素子３ｇは、第２の半導体部６１を備える。図２３及び図２４を参照すると、第２の半導体部６１は、ｎ型半導体からなる基板５１と、基板５１上に積層されたｎ型クラッド層５２と、ｎ型クラッド層５２上に積層された第２光ガイド層５３とを含んで構成されている。また、第２の半導体部６１は、第２光ガイド層５３の表面に主面６１ｃを有する。

また、第２の半導体部６１は、凸状のリッジ部６１ａ及び６１ｂを有する。リッジ部６１ａ及び６１ｂは、第１実施形態のリッジ部９の第１の部分９ａ及び第２の部分９ｂ（図３参照）と同様の平面形状を有する。リッジ部６１ａ及び６１ｂは、主面６１ｃを分割する位置に形成されている。リッジ部６１ａは、主面６１ｃとリッジ部６１ａとの境界となる一対の側面６１ｇ及び６１ｈを有する。リッジ部６１ｂは、主面６１ｃとリッジ部６１ｂとの境界となる一対の側面６１ｉ及び６１ｊを有する。側面６１ｇ〜６１ｊは、第２の半導体部６１の厚み方向からみて光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対し相対角度θを有する。また、リッジ部６１ａの側面６１ｇ及び６１ｈと、リッジ部６１ｂの側面６１ｉ及び６１ｊとは、所定の軸Ａの方向に対する傾斜方向が互いに逆となっている。リッジ部６１ａの一端は光出射面１ａまで延びて端面６１ｅとなっており、リッジ部６１ａの他端はリッジ部６１ｂの一端と繋がっている。リッジ部６１ｂの他端は、光反射面１ｂまで延びて端面６１ｆとなっている。

また、半導体レーザ素子３ｇは、第１の半導体部６０と、第１の半導体部６０及び第２の半導体部６１の間に位置する活性層５４と、ｐ型キャップ層５７とを備える。第１の半導体部６０は、第１光ガイド層５５及びｐ型クラッド層５６を含んで構成される。活性層５４、第１光ガイド層５５、ｐ型クラッド層５６、及びｐ型キャップ層５７は、リッジ部６１ａ及び６１ｂ上を含む第２の半導体部６１上に順に積層される。

また、半導体レーザ素子３ｇは、絶縁膜５８、ｐ側電極層５９、及びｎ側電極層６４を備える。ｐ側電極層５９はｐ型キャップ層５７上に設けられており、絶縁膜５８はｐ側電極層５９とｐ型キャップ層５７との間に設けられている。絶縁膜５８には、第２の半導体部６１のリッジ部６１ａ及び６１ｂに対応する領域に電流集中手段として開口部５８ａが形成されており、開口部５８ａを介してｐ側電極層５９とｐ型キャップ層５７とが互いに接触している。また、絶縁膜５８の開口部５８ａに対応するｐ型クラッド層５６の領域は、電流集中手段としてＺｎが拡散されて低抵抗領域５６ａとなっている。開口部５８ａ及び低抵抗領域５６ａは、活性層５４におけるリッジ部６１ａ及び６１ｂ上の領域に電流を流すための手段である。ｎ側電極層６４は、主面６１ｃとは反対側の基板５１の面上に設けられている。

活性層５４には、絶縁膜５８の開口部５８ａに対応する領域（すなわち、リッジ部６１ａ及び６１ｂに対応する領域）に集中的に電流が流れることにより、リッジ部６１ａ及び６１ｂの形状に対応した導波路６が生成される。導波路６は、リッジ部６１ａに対応する第１の部分６ａ、及びリッジ部６１ｂに対応する第２の部分６ｂを有する。導波路６の第１の部分６ａは、一対の側面６ｇ及び６ｈを有する。導波路６の第２の部分６ｂは、一対の側面６ｉ及び６ｊを有する。導波路６の側面６ｇ〜６ｊは、活性層５４を覆う第１光ガイド層５５及びｐ型クラッド層５６と活性層５４との屈折率差によって生じる面であり、その平面形状がリッジ部６１ａ及び６１ｂの側面６１ｇ〜６１ｊにより規定される。なお、第１光ガイド層５５及びｐ型クラッド層５６の屈折率が連続的に変化している場合には、導波路６の側面６ｇ〜６ｊは或る一定の厚さを有してもよい。

導波路６の側面６ｇ〜６ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂ（図１参照）との相対角度θは、側面６ｇ〜６ｊにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。本実施形態において、側面６ｇ〜６ｊにおける全反射臨界角θｃは、側面６ｇ〜６ｊに対応するリッジ部６１ａ、６１ｂの側面６１ｇ〜６１ｊそれぞれの高さｈａに依存する。

本発明による半導体レーザ素子は、本実施形態の半導体レーザ素子３ｇのような構成でも好適に実施することができる。なお、本実施形態においても、導波路６の第１の部分６ａの側面２ｇ及び２ｈと第２の部分６ｂの側面２ｉ及び２ｊとは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対する相対角度θが互いに異なっていてもよい。この場合、導波路６の側面６ｇ〜６ｊにおける全反射臨界角θｃは、側面６ｇ〜６ｊに対応するリッジ部６１ａ、６１ｂの側面６１ｇ〜６１ｊそれぞれの高さｈａが調整されることによって個別に設定される。

なお、導波路６の側面６ｇ〜６ｈにおける全反射臨界角θｃは、リッジ部６１ａ、６１ｂ上の第１光ガイド層５５及びｎ型クラッド層５６の材料組成にも依存する。従って、第１光ガイド層５５及びｎ型クラッド層５６の材料組成を調整することにより、側面６ｇ〜６ｊにおける全反射臨界角θｃを調整することができる。

また、本実施形態では第２の半導体部６１のリッジ部６１ａ及び６１ｂが、基板５１のリッジ部６１ａ及び６１ｂに対応する部分以外をエッチングすることによって形成されている。リッジ部６１ａ及び６１ｂは、これ以外にも、例えば平坦な基板上に積層されたｎ型クラッド層または第２光ガイド層をエッチングすることによっても形成可能である。

図２５は、半導体レーザ素子３ｇの変形例として、半導体レーザ素子３ｈの構成を示す断面図である。本変形例の半導体レーザ素子３ｈが上記実施形態の半導体レーザ素子３ｇと異なる点は、電流集中手段の構成である。本変形例の半導体レーザ素子３ｈは、上記実施形態の絶縁膜５８を備えておらず、ｐ型クラッド層５６に低抵抗領域５６ａも形成されていない。本変形例の半導体レーザ素子３ｈでは、これらの電流集中手段に代えて、高抵抗領域６３が形成されている。高抵抗領域６３は、第１の半導体部６０のうち、リッジ部６１ａ上及び６１ｂ上を除く領域のｐ型キャップ層５７側に形成されている。高抵抗領域６３は、例えば第１の半導体部６０にプロトンを注入することにより形成される。本変形例の半導体レーザ素子３ｈでは、電流集中手段である高抵抗領域６３がリッジ部６１ａ上及び６１ｂ上の活性層５４の領域に電流を集中させることによって、活性層５４に導波路６が生成される。

本変形例の半導体レーザ素子３ｈでは、上記実施形態の半導体レーザ素子３ｇと同様に、導波路６の側面６ｇ〜６ｊの全反射臨界角θｃは、リッジ部６１ａ、６１ｂの側面６１ｇ〜６１ｊの高さｈａに依存する。また、導波路６の側面６ｇ〜６ｊの全反射臨界角θｃは、第１光ガイド層５５及びｎ型クラッド層５６の材料組成にも依存する。

また、本実施形態においては、導波路６の側面６ｇ〜６ｊの全反射臨界角θｃは、高抵抗領域６３と活性層５４との間隔にも依存する。高抵抗領域６３と活性層５４との間隔は、例えば第１の半導体部６０に対するプロトンの打ち込み深さを制御することによって調整することができる。

本発明による半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイは、上記各実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態においてリッジ型や埋め込みヘテロ型などの半導体レーザ素子構造を示したが、本発明はこれらの構造に限られるものではなく、導波路を有する半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイであれば適用できる。また、上記各実施形態ではＧａＡｓ系半導体レーザ素子を例示したが、本発明の構成は、ＧａＮ系やＩｎＰ系など、他の材料系の半導体レーザ素子にも適用できる。

また、本発明による半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイは、導波路の第１の部分と第２の部分との間に導波路が存在しないような構成も含む。例えば、第１実施形態の第２変形例（図１１参照）では、導波路４２が、第１の部分４２ａと第２の部分４２ｃとの間に所定の軸Ａに沿った第３の部分４２ｂを含んでいるが、この第３の部分４２ｂの側面４２ｉ及び４２ｊが屈折率差を有さず、実質的に第３の部分４２ｂが存在しないような構成であっても、本発明の効果を好適に得ることができる。

本発明による半導体レーザ素子アレイの第１実施形態の構成を示す概略斜視図である。 図１に示した半導体レーザ素子アレイのＩ−Ｉ断面を示す拡大断面図である。 第１の半導体部を含む積層体の斜視図である。 （ａ）積層体の平面図である。（ｂ）（ａ）に示した積層体のII−II断面及びIII−III断面を示す断面図である。 活性層内に生成される導波路の平面図である。 導波路側面に様々な入射角θｉで入射する光について説明するための図である。 相対角度θの大きさが許容される範囲を説明するためのグラフである。 （ａ）〜（ｄ）半導体レーザ素子アレイの製造方法を説明するための拡大断面図である。 （ａ）半導体レーザ素子の一実施例における遠視野像（レーザ光強度プロファイル）を示すグラフである。（ｂ）比較のため、所定の軸方向に対して導波路が一方向にのみ傾斜している場合の半導体レーザ素子の遠視野像を示すグラフである。 第１変形例による半導体レーザ素子が有する導波路を示す平面図である。 第２変形例による半導体レーザ素子が有する導波路を示す平面図である。 第３変形例による半導体レーザ素子が有する導波路を示す平面図である。 第２実施形態の半導体レーザ素子における導波路付近の構成を示す平面図である。 図１３に示した半導体レーザ素子のIV−IV断面の一部を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）回折格子の形成工程の一例を示す図である。 （ａ）は、図１３に示した半導体レーザ素子のV−V断面を示す断面図である。（ｂ）（ａ）に示した半導体レーザ素子のVI−VI断面の一部を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）第２実施形態による半導体レーザ素子の変形例を示す平面図である。 第３実施形態による半導体レーザ素子の導波路付近の構成を示す平面図である。 第４実施形態による半導体レーザ素子の導波路付近の構成を示す平面図である。 （ａ）第５実施形態による半導体レーザ素子の導波路付近の構成を示す平面図である。（ｂ）（ａ）に示した半導体レーザ素子のVII−VII断面を示す断面図である。 第６実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。 第７実施形態による半導体レーザ素子アレイの構成の一部を示す断面図である。 第８実施形態の半導体レーザ素子アレイが備える第２の半導体部の一部を示す斜視図である。 図２３に示すVIII−VIII断面及びIX−IX断面における半導体レーザ素子アレイの拡大断面図である。 第８実施形態による半導体レーザ素子の変形例の構成を示す断面図である。 （ａ）従来の共振器の構成を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のX−X断面及びXI−XI断面における屈折率分布を示す図である。

符号の説明

１…半導体レーザ素子アレイ、１ａ…光出射面、１ｂ…光反射面、３…半導体レーザ素子、３ａ〜３ｈ…半導体レーザ素子、４…導波路、４ａ…第１の部分、４ｂ…第２の部分、４ｅ…レーザ光出射端、４ｆ…レーザ光反射端、４ｇ〜４ｊ…側面、１０…薄厚部、１１…基板、１２…ｎ型クラッド層、１３…第２光ガイド層、１４…活性層、１５…第１光ガイド層、１６…ｐ型クラッド層、１７…ｐ型キャップ層、１８…絶縁層、１８ａ…開口部、１９…ｐ側電極層、２０…ｎ側電極層、Ａ…所定の軸。

Claims (9)

1. 第１導電型半導体層を含む第１の半導体部と、
   第２導電型半導体層を含む第２の半導体部と、
   前記第１の半導体部と前記第２の半導体部との間に設けられた活性層と、
   所定の軸方向に互いに対向する光出射面及び光反射面と、
   前記活性層内に形成され、前記光反射面及び前記光出射面に達する導波路と
   を備え、
   前記導波路が、一対の側面をそれぞれ含む第１及び第２の部分、並びに前記第１の部分と前記第２の部分との間に位置し、前記第１及び第２の部分と連続する第３の部分を有しており、
   前記導波路の前記第１及び第２の部分における前記側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度θが、前記側面における全反射臨界角θｃに基づきθｃ≦θ≦θｃ＋１°の範囲内であり、
   前記所定の軸方向に対する前記第１及び第２の部分の前記側面の傾斜方向が互いに逆であり、
   前記導波路の前記第３の部分の側面が前記所定の軸方向に沿っていることを特徴とする、半導体レーザ素子。
2. 前記光出射面と前記光反射面との間で前記導波路内を共振する光が前記一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数反射するように、前記第１及び第２の部分それぞれの長さ及び前記一対の側面同士の間隔が設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記導波路の前記第３の部分が、前記所定の軸方向と交差する方向に並設された屈折率型の複数の導波領域を含んでおり、
   隣り合う前記導波領域内を共振する光の位相が互いに結合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記導波路内を共振する光の波長を選択するための波長選択手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
5. 前記波長選択手段が、前記導波路の少なくとも一部に沿って設けられた周期的な回折格子を含むことを特徴とする、請求項４に記載の半導体レーザ素子。
6. 前記波長選択手段が、前記光出射面及び前記光反射面のうち少なくとも一方の面上に設けられた誘電体多層膜を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載の半導体レーザ素子。
7. 前記波長選択手段が、前記光出射面及び前記光反射面のうち少なくとも一方の面に対向して配置された波長選択素子を含むことを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
8. 前記導波路の前記第１及び第２の部分における前記側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度θが、前記側面における全反射臨界角θｃと略一致していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子を複数備え、
   前記複数の半導体レーザ素子が、前記所定の軸方向と交差する方向に並んで配置されて一体に形成されていることを特徴とする、半導体レーザ素子アレイ。
   

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