JP2006049650A - 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】 比較的大きな強度のレーザ光を出射可能であって、サイド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。
【解決手段】 半導体レーザ素子３の活性層１５には、ｐ型クラッド層１７のリッジ部９ａによって屈折率型の主導波路４が生成される。主導波路４の側面４ｇ及び４ｈは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対し、該側面４ｇ及び４ｈにおける全反射臨界角θｃに基づく相対角度θを有する。主導波路４は、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して所定距離隔たっており、主導波路４の一端と光出射面１ａとの間、及び主導波路４の他端と光反射面１ｂとの間には、レーザ光Ｌ１が通過するための光路部分８ａ及び８ｂが設けられる。光路部分８ａ及び８ｂは利得型導波路となっており、光路部分８ａ及び８ｂを通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２、Ｌ３を外部へ放出する。
【選択図】 図５

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２３（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２３（ｂ）は、図２３（ａ）のVII−VII断面及びVIII−VIII断面における屈折率分布を示す図である。図２３（ｂ）に示すとおり、領域１０２ａ及び１０２ｂにおける屈折率ｎ２は、活性層１０１の他の領域における屈折率ｎ１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、サイドピークという）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２３（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イド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、集光用レンズにおいてサイドピーク光が散乱し、素子の劣化要因となる。
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、サイド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、第１導電型クラッド層と、第２導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、所定の軸方向に並んで設けられ、互いに対向する光出射面及び光反射面と、活性層において構成され、一対の側面を有し、光出射面と光反射面との間でレーザ光を共振させる屈折率型の主導波路と、光出射面と主導波路の一端との間、及び光反射面と主導波路の他端との間のうち少なくとも一方に設けられた光路部分とを備え、主導波路の一対の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが一対の側面における全反射臨界角θｃに基づいており、光路部分において所定の軸方向から逸れた光が、光出射面及び光反射面のうち少なくとも一方の面においてレーザ光の共振端面とは異なる領域から放出されるように、光路部分が構成されていることを特徴とする。
上記半導体レーザ素子では、主導波路の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、該側面における全反射臨界角θｃに基づいている。全反射臨界角θｃより小さな入射角で主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、主導波路内を共振する光の光路は、全反射臨界角θｃ以上の入射角で主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、主導波路の構造上、共振が起こるレーザ光の光路が限定されるので、主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は、光出射面と主導波路の一端との間、及び光反射面と主導波路の他端との間のうち少なくとも一方に設けられた光路部分を備える。この半導体レーザ素子では、レーザ発振に関わる光の光路が、主導波路の側面において全反射し、光出射面及び光反射面において略垂直に（所定の軸方向に沿って）反射するような光路に限定される。しかしながら、［発明が解決しようとする課題］において述べたように、実際にはこのような限定された光路から逸れたレーザ光（サイドピーク光）が観察される。本発明による半導体レーザ素子においては、このサイドピーク光が、光出射面及び光反射面のうち少なくとも一方の面においてレーザ光の共振端面とは異なる領域から放出されるように、光路部分が構成されている。これにより、サイドピーク光の共振を光路部分において抑制できるので、遠視野像におけるサイドピークを低減できる。
また、半導体レーザ素子は、光路部分が、光出射面と主導波路の一端との間に設けられていることを特徴としてもよい。これにより、サイドピーク光の共振を効果的に抑制することができる。
また、半導体レーザ素子は、光路部分の少なくとも一部が、活性層において構成された利得型導波路であることを特徴としてもよい。利得型導波路の側面では、屈折率型導波路である主導波路の側面よりも光の閉じ込めが緩やかなので、光路部分を通過する光のうち所定の軸方向から逸れたサイドピーク光は、光路部分（利得型導波路）の側面から、光出射面または光反射面における共振端面とは異なる領域を経て素子外部へ放出され易くなる。従って、この半導体レーザ素子によれば、光出射面及び光反射面のうち少なくとも一方の面においてレーザ光の共振端面とは異なる領域からサイドピーク光が放出されるように、光路部分を構成することができる。また、光路部分の少なくとも一部を利得型導波路とすることにより、光路部分を設けることによる発光効率の低下を抑えることができる。
また、半導体レーザ素子は、光路部分が、光出射面と主導波路の一端との間に設けられて屈折率型導波路を構成する一対の側面を有しており、主導波路の一対の側面のうち、光出射面までの延長線と光出射面とが主導波路の内側に鋭角をなす側の側面と、この側面と同じ側に位置する光路部分の側面とが、主導波路及び光路部分の外側に１８０°−θより小さな角度を成していることを特徴としてもよい。また、半導体レーザ素子は、光路部分が、光反射面と主導波路の他端との間に設けられて屈折率型導波路を構成する一対の側面を有しており、主導波路の一対の側面のうち、光反射面までの延長線と光反射面とが主導波路の内側に鋭角をなす側の側面と、この側面と同じ側に位置する光路部分の側面とが、主導波路及び光路部分の外側に１８０°−θより小さな角度を成していることを特徴としてもよい。これらの半導体レーザ素子では、光路部分を通過する光のうち所定の軸方向から逸れたサイドピーク光が光路部分における屈折率型導波路の側面へ入射せずに直接光出射面または光反射面に達するように、光路部分における屈折率型導波路の側面の角度が設定されている。そして、光出射面または光反射面に達したサイドピーク光の大部分は、光出射面または光入射面を透過して半導体レーザ素子の外部へ放出され、レーザ発振には寄与しない。従って、これらの半導体レーザ素子によれば、光路部分における屈折率型導波路の側面の角度が上記のように設定されることによって、光出射面及び光反射面のうち少なくとも一方の面においてレーザ光の共振端面とは異なる領域からサイドピーク光が放出されるように、光路部分を構成することができる。
また、半導体レーザ素子は、光出射面と光反射面との間で主導波路内を共振する光が主導波路の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、主導波路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、共振する光が主導波路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好適に入射／反射することができる。また、共振する光を主導波路の一対の側面において少なくとも１回ずつ全反射させることにより、主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の発生を抑制できる。従って、この半導体レーザ素子によれば、主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、主導波路の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°の範囲内であることを特徴としてもよい。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、主導波路の側面と光出射面及び光反射面との相対角度θが、主導波路の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できるとともに、遠視野像におけるサイドピークを低減できる。
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、サイド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の方向に並んで設けられて互いに対向する光出射面１ａ及び光反射面１ｂを有する。本実施形態では、光出射面１ａ及び光反射面１ｂは互いに略平行に設けられており、それぞれが所定の軸Ａと略垂直に交差している。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１４ａが水平方向に並んで配置されている。また、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２５ａを有する。凸部２５ａ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おり、半導体レーザ素子３には凸部２５ａに対応して屈折率型の導波路（後述）が形成される。レーザ光出射端１４ａは、この導波路においてレーザ光が共振する共振端面であり、レーザ光はこの端面から出射する。複数の半導体レーザ素子３は、凸部２５ａの長手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。
また、半導体レーザ素子アレイ１は、凸部２５ｂ及び２５ｃを更に有する。凸部２５ｂ及び２５ｃは、複数の半導体レーザ素子３にわたって、それぞれ光出射面１ａ及び光反射面１ｂに沿って形成されている。凸部２５ｂの一側面は、光出射面１ａとなっている。凸部２５ｃの一側面は、光反射面１ｂとなっている。凸部２５ｂは、凸部２５ａそれぞれの光出射面１ａ側の端部と繋がっており、凸部２５ａそれぞれと一体に形成されている。また、凸部２５ｃは、凸部２５ａそれぞれの光反射面１ｂ側の端部と繋がっており、凸部２５ａそれぞれと一体に形成されている。
図２（ａ）は、図１に示した半導体レーザ素子アレイ１のＩ−Ｉ断面の一部を示す断面図である。また、図２（ｂ）は、図１に示した半導体レーザ素子アレイ１のII−II断面及びIII−III断面の一部を示す断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）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と、３層の半導体層が積層された積層体１２とを備えている。積層体１２は、ｎ型クラッド層（第２導電型クラッド層）１３、活性層１５、及びｐ型クラッド層（第１導電型クラッド層）１７の３つの半導体層が順に積層されて構成されている。ｐ型クラッド層１７には、凸部２５ａに対応するリッジ部９ａと、凸部２５ｂ及び２５ｃに対応する丘状部９ｂ及び９ｃが設けられている。リッジ部９ａ及び丘状部９ｂ、９ｃの外側の層にはｐ型クラッド層１７と電気的に接続されるｐ型キャップ層１９が設けられている。そして、リッジ部９ａとｐ型キャップ層１９とで凸部２５ａを構成しており、丘状部９ｂ及び９ｃとｐ型キャップ層１９とで凸部２５ｂ及び２５ｃを構成している。
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２３が設けられている。また、ｐ型クラッド層１７及びｐ型キャップ層１９とｐ側電極層２３との間には、絶縁層２１が設けられている。絶縁層２１は、開口部２１ａを有している。開口部２１ａの一部は、凸部２５ａに対応する部分に形成されている。開口部２１ａの他の一部は、凸部２５ｂにおいて凸部２５ａの一端から所定の軸Ａの方向に沿って光出射面１ａに達する領域に形成されている。さらに、開口部２１ａの残りの部分は、凸部２５ｃにおいて凸部２５ａの他端から所定の軸Ａの方向に沿って光反射面１ｂに達する領域に形成されている。また、積層体１２とは反対側の基板１１の面上にはｎ側電極層２９が形成されている。
ｐ側電極層２３は、開口部２１ａを介してｐ型キャップ層１９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１９の開口部２１ａに対応する領域にのみ限定してなされる。ｐ型キャップ層１９に電流が注入されると、開口部２１ａに対応する活性層１５の領域が活性領域となる。このとき、リッジ部９ａとその周辺部との屈折率差によって、活性層１５には実効的な屈折率差が生じるため、活性層１５内にはリッジ部９ａの平面形状に応じた屈折率型の主導波路４が生成される。ここで、リッジ部９ａと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの間にはそれぞれ丘状部９ｂ及び９ｃが存在しているため（後に詳述）、主導波路４の一端と光出射面１ａとの間、及び主導波路４の他端と光反射面１ｂとの間は、それぞれ丘状部９ｂ及び９ｃの幅に相当する距離だけ隔たっている。従って、活性層１５内における主導波路４の一端と光出射面１ａとの間の部分には、主導波路４内部を共振するレーザ光が通過するための光路部分８ａが生じる。同様に、活性層１５内における主導波路４の他端と光反射面１ｂとの間の部分には、光路部分８ｂが生じる。また、本実施形態では、絶縁層２１の開口部２１ａが光路部分８ａ及び８ｂ上にも形成されている。従って、開口部２１ａ直下への電流集中によって、光路部分８ａ及び８ｂには利得型導波路が構成される。
半導体レーザ素子３を構成する各層の材料を例示すると、基板１１は、例えばｎ−ＧａＡｓからなる。ｎ型クラッド層１３は、例えばｎ−ＡｌＧａＡｓからなる。活性層１５は、例えばＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓによる多重量子井戸からなる。ｐ型クラッド層１７は、例えばp−ＡｌＧａＡｓからなる。ｐ型キャップ層１９は、例えばｐ−ＧａＡｓからなる。ｐ側電極層２３は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる。ｎ側電極層２９は、例えばＡｕＧｅ／Ａｕからなる。絶縁層２１は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうち少なくとも一種類の材料からなる。
なお、半導体レーザ素子３は、活性層１５とｎ型クラッド層１３との間、及び活性層１５とｐ型クラッド層１７との間に、主導波路４及び光路部分８ａ、８ｂに光を閉じ込めるための光ガイド層を備えても良い。半導体レーザ素子３が光ガイド層を備える場合には、光ガイド層は、隣接するクラッド層と同じ導電型でもよく、或いは導電型を決定する不純物が添加されていなくてもよい。
ここで、図３及び図４を参照してｐ型クラッド層１７について説明する。図３はｐ型クラッド層１７を含む積層体１２の斜視図、図４（ａ）は積層体１２の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した積層体１２のIV−IV断面を示す断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）に示した積層体１２のV−V断面及びVI−VI断面を示す断面図である。上述のとおり、積層体１２は、ｎ型クラッド層１３、活性層１５、及びｐ型クラッド層１７の３つの半導体層が順に積層されて構成されている。
ｐ型クラッド層１７には、凸状のリッジ部９ａが形成されている。また、ｐ型クラッド層１７には、ｐ型クラッド層１７における他の領域（リッジ部９ａを除く）よりも厚い丘状部９ｂ及び９ｃが形成されている。ｐ型クラッド層１７のリッジ部９ａ及び丘状部９ｂ、９ｃ以外の領域は、リッジ部９ａ及び丘状部９ｂ、９ｃよりも薄い薄厚部１０となっている。リッジ部９ａは、互いに対向する一対の側面９ｇ及び９ｈを有する。一対の側面９ｇ及び９ｈは、それぞれリッジ部９ａの領域を規定しており、リッジ部９ａと薄厚部１０との境界となっている。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。丘状部９ｂは、側面９ｕを有する。丘状部９ｂの側面９ｕと対向する側面は光出射面１ａであり、側面９ｕは光出射面１ａに沿って延びている。側面９ｕは、丘状部９ｂの領域を規定しており、丘状部９ｂと薄厚部１０との境界となっている。丘状部９ｃは、側面９ｖを有する。丘状部９ｃの側面９ｖと対向する側面は光反射面１ｂであり、側面９ｖは光反射面１ｂに沿って延びている。側面９ｖは、丘状部９ｃの領域を規定しており、丘状部９ｃと薄厚部１０との境界となっている。リッジ部９ａの側面９ｇ及び９ｈの一端は、丘状部９ｂの側面９ｕと繋がっている。リッジ部９ａの側面９ｇ及び９ｈの他端は、丘状部９ｃの側面９ｖと繋がっている。
また、リッジ部９ａ上及び丘状部９ｂ、９ｃ上には、絶縁層２１の開口部２１ａが設けられている。なお、開口部２１ａはｐ側電極層２３に覆われているため、図３及び図４（ａ）では開口部２１ａを点線によって図示している。開口部２１ａの一部は、リッジ部９ａの側面９ｇ及び９ｈに挟まれた領域に沿って延びている。開口部２１ａの他の一部は、丘状部９ｂ上においてリッジ部９ａの一端から所定の軸Ａの方向に沿って光出射面１ａに達する領域に形成されている。さらに、開口部２１ａの残りの部分は、丘状部９ｃ上においてリッジ部９ａの他端から所定の軸Ａの方向に沿って光反射面１ｂに達する領域に形成されている。
活性層１５には、リッジ部９ａの平面形状に対応した主導波路４が生成される。また、主導波路４と光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの間には、光出射面１ａと光反射面１ｂとの間を共振するレーザ光が通過する光路部分８ａ及び８ｂが生じる。ここで、図５は、活性層１５内に生成される主導波路４、及び光路部分８ａ、８ｂの平面図である。主導波路４には、リッジ部９ａ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。側面４ｇ、４ｈは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θをなす。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。光出射面１ａの一部は、主導波路４において共振するレーザ光Ｌ１の一方の共振端面であるレーザ光出射端１４ａとなる。また、光反射面１ｂの一部は、主導波路４において共振するレーザ光Ｌ１の他方の共振端面であるレーザ光反射端１４ｂとなる。レーザ光出射端１４ａは、主導波路４の一端を所定の軸Ａの方向から光出射面１ａに投影した位置に生じる。レーザ光反射端１４ｂは、主導波路４の他端を所定の軸Ａの方向から光反射面１ｂに投影した位置に生じる。
また、光路部分８ａには、絶縁層２１の開口部２１ａ（図３及び図４参照）からの電流集中によって、利得型導波路を構成する一対の側面８ｃ及び８ｄが生成される。側面８ｃ及び８ｄは、開口部２１ａの形状に対応して所定の軸Ａの方向に沿って延びている。そして、光路部分８ａの側面８ｃは、レーザ光出射端１４ａの一端に接しており、側面８ｄは、レーザ光出射端１４ａの他端に接している。また、光路部分８ｂには、絶縁層２１の開口部２１ａからの電流集中によって、利得型導波路を構成する一対の側面８ｅ及び８ｆが生成される。側面８ｅ及び８ｆは、開口部２１ａの形状に対応して所定の軸Ａの方向に沿って延びている。そして、光路部分８ｂの側面８ｅは、レーザ光反射端１４ｂの一端に接しており、側面８ｆは、レーザ光反射端１４ｂの他端に接している。なお、主導波路４の側面４ｇ及び４ｈは、主導波路４内外の実効的な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。また、主導波路４の側面４ｇ及び４ｈは、レーザ光Ｌ１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。
光路部分８ａの側面８ｃの一端はレーザ光出射端１４ａの一端に接しており、光路部分８ａの側面８ｄの一端はレーザ光出射端１４ａの他端に接している。側面８ｃの他端は主導波路４の側面４ｇの一端に繋がっており、側面８ｄの他端は主導波路４の側面４ｈの一端に繋がっている。主導波路４の側面４ｇの他端は光路部分８ｂの側面８ｅの一端に繋がっており、側面４ｈの他端は光路部分８ｂの側面８ｆの一端に繋がっている。光路部分８ｂの側面８ｅの他端はレーザ光反射端１４ｂの一端に接しており、側面８ｆの他端はレーザ光反射端１４ｂの他端に接している。
ここで、主導波路４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θ（すなわち、リッジ部９ａの側面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、主導波路４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。ここで、主導波路４の側面４ｇ、４ｈにおける全反射臨界角θｃは、屈折率型導波路である主導波路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。
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、主導波路４の一対の側面４ｇ及び４ｈ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Ｌ１を全反射させる。なお、本実施形態において、全反射臨界角θｃは、ｐ型クラッド層１７の薄厚部１０の厚さに依存する。従って、側面４ｇ及び４ｈにおける全反射臨界角θｃ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される。
図５に示すように、レーザ光反射端１４ｂ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Ｌ１は、光路部分８ｂを通過し、主導波路４の側面４ｈに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４ｇに入射角θで入射し、全反射する。その後、レーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、光路部分８ａを通過してレーザ光出射端１４ａに達する。レーザ光出射端１４ａに達したレーザ光Ｌ１の一部は、レーザ光出射端１４ａを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌ１はレーザ光出射端１４ａ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及び４ｈで全反射してレーザ光反射端１４ｂに戻る。このようにして、レーザ光Ｌ１は、レーザ光出射端１４ａとレーザ光反射端１４ｂとの間を往復し、共振することとなる。
ここで、レーザ光Ｌ１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４ｇ（４ｈ）に様々な入射角θｉで入射する光Ｌａ〜Ｌｃについて説明するための図である。図６を参照すると、側面４ｇ（４ｈ）に相対角度θ（≧θｃ）と等しい入射角θｉで入射したレーザ光Ｌａは、側面４ｇ（４ｈ）において全反射し、レーザ光出射端１４ａ（レーザ光反射端１４ｂ）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Ｌａは、レーザ光出射端１４ａ（レーザ光反射端１４ｂ）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Ｌａは同一光路上を共振することとなる。
これに対し、側面４ｇ（４ｈ）に相対角度θよりも小さな入射角θｉ＝θ−Δθで入射したレーザ光Ｌｂは、θ−Δθが全反射臨界角θｃよりも小さいと、側面４ｇ（４ｈ）を透過することとなり、共振しない。また、側面４ｇ（４ｈ）に相対角度θよりも大きな入射角θｉ＝θ＋Δθで入射したレーザ光Ｌｃは、入射角θｉが全反射臨界角θｃよりも大きいために側面４ｇ（４ｈ）において全反射するが、レーザ光出射端１４ａ（レーザ光反射端１４ｂ）において反射した後、再度側面４ｇ（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Ｌｃも、結局側面４ｇ（４ｈ）を透過することとなり、共振しない。このように、主導波路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４ｇ及び４ｈに入射するレーザ光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Ｌ１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Ｌ１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及び４ｈへのレーザ光Ｌ１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及び４ｈ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Ｌ１がレーザ光出射端１４ａとレーザ光反射端１４ｂ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Ｌ１であれば、側面４ｇ及び４ｈ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、主導波路４内でのレーザ光Ｌ１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Ｌ１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。
このように、主導波路４内でのレーザ発振に関わる光の角度成分は、主導波路４の側面４ｇ、４ｈによって制限される。これにより、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、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。
なお、主導波路４の長さ及び側面４ｇ及び４ｈ同士の間隔（すなわち、リッジ部９ａの長さ及び一対の側面９ｇ及び９ｈ同士の間隔）は、レーザ光出射端１４ａ（光出射面１ａ）とレーザ光反射端１４ｂ（光反射面１ｂ）との間で共振するレーザ光Ｌ１が、主導波路４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ことが好ましい。
再び図３〜図５を参照する。前述したように、主導波路４は屈折率型導波路であり、主導波路４の側面４ｇ及び４ｈは、ｐ型クラッド層１７のリッジ部９ａとその外部との屈折率差によって生じる。他方、光路部分８ａ及び８ｂは利得型導波路であり、光路部分８ａ及び８ｂの側面８ｃ〜８ｆは、絶縁層２１の開口部２１ａ直下への電流集中のみによって生じる。従って、光路部分８ａ及び８ｂの側面８ｃ〜８ｆにおける光閉じ込め作用は、主導波路４の側面４ｇ、４ｈにおける光閉じ込め作用よりも緩やかとなる。すなわち、光路部分８ａ及び８ｂの側面８ｃ〜８ｆでは、主導波路４の側面４ｇ、４ｈと比較して光が透過し易くなっている。これにより、光路部分８ａ内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２は、光路部分８ａの側面８ｃまたは８ｄを通過し、光出射面１ａにおけるレーザ光出射端１４ａとは異なる領域から半導体レーザ素子３の外部へ放出される。同様に、光路部分８ｂ内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ３は、光路部分８ｂの側面８ｅまたは８ｆを通過し、光反射面１ｂにおけるレーザ光反射端１４ｂとは異なる領域から半導体レーザ素子３の外部へ放出される。従って、所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２、Ｌ３は、半導体レーザ素子３内部におけるレーザ発振に寄与しない。なお、このような光Ｌ２、Ｌ３は、光路部分８ａ及び８ｂが存在しない場合には、導波路内を共振してサイドピーク光となり得る。
このように、本実施形態の半導体レーザ素子３では、光路部分８ａ、８ｂにおいて所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２、Ｌ３が、光出射面１ａ及び光反射面１ｂにおいてレーザ光Ｌ１の共振端面（レーザ光出射端１４ａ、レーザ光反射端１４ｂ）とは異なる領域から放出されるように、光路部分８ａ、８ｂが構成されている。これにより、サイドピークを構成する光Ｌ２、Ｌ３の共振を光路部分８ａ及び８ｂにおいて抑制できるので、遠視野像におけるサイドピークを効果的に低減できる。また、光路部分８ａ、８ｂを利得型導波路とすることにより、光路部分８ａ、８ｂを設けることによる発光効率の低下を抑えることができる。
ここで、図８（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ素子３を試作し、その遠視野像を観察した結果を示すグラフである。この試作では、主導波路４の長さを１２００μｍ、主導波路４の幅を４０μｍ、主導波路４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θを８６°、光路部分８ａ及び８ｂの長さ（すなわち丘状部９ｂ、９ｃの幅）を４００μｍとした。また、図８（ｂ）は、比較のため、主導波路と光出射面との間及び主導波路と光反射面との間に光路部分を備えない半導体レーザ素子を同一基板を用いて試作し、その遠視野像を観察した結果を示すグラフである。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）においては、横軸に水平方向の放射角を示し、縦軸にレーザ光強度を示している。水平放射角においては、所定のレーザ光出射方向（すなわち所定の軸Ａの方向）を０°としている。図８（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子が光路部分を備えない場合には、所定のレーザ光出射方向に対して１０°〜２０°の付近に無視できないサイドピークが存在している。これに対し、図８（ａ）に示すように、本実施形態の半導体レーザ素子３では、１０°〜２０°付近のサイドピークが大幅に低減されていることがわかる。
また、本実施形態のように、半導体レーザ素子３では、光出射面１ａと主導波路４の一端との間に光路部分（光路部分８ａ）が設けられていることが好ましい。これにより、主導波路４内部におけるサイドピーク光の光路が正確に判明しない場合であっても、光出射面１ａの近傍においてサイドピーク光の共振を効果的に抑制することができる。なお、本実施形態では、光路部分８ａ及び８ｂが、光出射面１ａと主導波路４の一端との間、及び光反射面１ｂと主導波路４の他端との間の双方に設けられているが、光路部分は、光出射面と主導波路の一端との間、及び光反射面と主導波路の他端との間のうちいずれか一方に設けられていてもよい。
また、上述したように、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との間で主導波路４内を共振するレーザ光Ｌ１が、一対の側面４ｇ及び４ｈのそれぞれにおいて同じ回数反射するように、主導波路４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Ｌ１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Ｌ１が主導波路４の側面４ｇ、４ｈにおいて少なくとも１回ずつ全反射するので、主導波路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、主導波路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イド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、ｐ型クラッド層１７のリッジ部９ａによって、活性層１５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の主導波路４同士での光の結合や干渉が生じにくくなる。従って、主導波路４同士の間隔を比較的狭くすることが可能になるので、主導波路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１５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。
次に、半導体レーザ素子アレイ１の製造方法について図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、各製造工程における半導体レーザ素子アレイ１の拡大平面図を示している。また、図１０は、各製造工程における半導体レーザ素子アレイ１のＩ−Ｉ断面（図１参照）における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ＡｌＧａＡｓを２．０μｍ、ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓを０．３μｍ、ｐ型ＡｌＧａＡｓを２．０μｍ、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１３、量子井戸構造を有する活性層１５、ｐ型クラッド層１７、ｐ型キャップ層１９を形成する（図９（ａ）、図１０（ａ）参照）。
続いて、ｐ型キャップ層１９側にフォトワークによりリッジ部９ａ及び丘状部９ｂ、９ｃに対応する形状に保護マスク２４を形成し、ｐ型キャップ層１９及びｐ型クラッド層１７をエッチングする。エッチングは活性層１５に達しない深さで停止する（図９（ｂ）、図１０（ｂ）参照）。続いて、ＳｉＮ膜を結晶表面全体に堆積して絶縁層２１を形成し、フォトワークにより一部のＳｉＮ膜を除去して開口部２１ａを形成する（図９（ｃ）、図１０（ｃ）参照）。続いて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜でｐ側電極層２３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２９を形成する（図９（ｄ）、図１０（ｄ）参照）。最後に、光出射面１ａにＡＲ反射膜コーティングを、光反射面１ｂにＨＲ反射膜コーティングをそれぞれ行い、半導体レーザ素子３（半導体レーザ素子アレイ１）が完成する。
（第１の変形例）
次に、第１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３ａが有する主導波路４１及び光路部分８ａ、８ｂを示す平面図である。本変形例の半導体レーザ素子３ａと第１実施形態の半導体レーザ素子３との相違点は、主導波路４１の平面形状である。
本変形例の主導波路４１は、互いに対向する一対の側面４１ｇ及び４１ｈを有する。また、主導波路４１は、互いに対向する一対の側面４１ｉ及び４１ｊを有する。主導波路４１の側面４１ｇの一端は光路部分８ａの側面８ｃに繋がっており、側面４１ｇの他端は側面４１ｉの一端に繋がっている。主導波路４１の側面４１ｈの一端は光路部分８ａの側面８ｄに繋がっており、側面４１ｈの他端は側面４１ｊの一端に繋がっている。側面４１ｉの他端は光路部分８ｂの側面８ｅに繋がっている。側面４１ｊの他端は光路部分８ｂの側面８ｆに繋がっている。主導波路４１の側面４１ｇ〜４１ｊ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。また、側面４１ｇ及び４１ｈと側面４１ｉ及び４１ｊ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おり、側面４１ｇと側面４１ｉとが互いに角度２θを成して繋がっており、側面４１ｈと側面４１ｊとが互いに角度２θを成して繋がっている。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。このような主導波路４１の形状は、ｐ型クラッド層１７のリッジ部の平面形状を主導波路４１の平面形状と同様に形成することによって好適に実現される。
主導波路４１の側面４１ｇ〜４１ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θは、主導波路４１の側面４１ｇ〜４１ｊにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。これにより、主導波路４１の一対の側面４１ｇ及び４１ｈ、並びに一対の側面４１ｉ及び４１ｊ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Ｌ１を全反射させる。なお、本実施形態では側面４１ｇ及び４１ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度、及び側面４１ｉ及び４１ｊ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、側面４１ｇ及び４１ｈの全反射臨界角と、側面４１ｉ及び４１ｊの全反射臨界角とが互いに異なる。そして、側面４１ｇ〜４１ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は、側面４１ｇ〜４１ｊ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４１ｇ〜４１ｊにおける全反射臨界角は、例えばｐ型クラッド層１７の薄厚部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。
レーザ光反射端１４ｂ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Ｌ１は、光路部分８ｂを通過し、主導波路４１の側面４１ｊに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４１ｉに入射角θで入射し、全反射する。レーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、側面４１ｇに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４１ｈに入射角θで入射し、全反射する。こうして、側面４１ｇ〜４１ｊで全反射したレーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、光路部分８ａを通過してレーザ光出射端１４ａに達する。レーザ光出射端１４ａに達したレーザ光Ｌ１の一部は、レーザ光出射端１４ａを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌ１はレーザ光出射端１４ａ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４１ｇ〜４１ｊで全反射してレーザ光反射端１４ｂに戻る。このようにして、レーザ光Ｌ１は、レーザ光出射端１４ａとレーザ光反射端１４ｂとの間を往復し、共振することとなる。
また、光路部分８ａ内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２は、光路部分８ａの側面８ｃまたは側面８ｄを通過し、光出射面１ａにおけるレーザ光出射端１４ａとは異なる領域から半導体レーザ素子３ａの外部へ放出される。同様に、光路部分８ｂ内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ３は、光路部分８ｂの側面８ｅまたは側面８ｆを通過し、光反射面１ｂにおけるレーザ光反射端１４ｂとは異なる領域から半導体レーザ素子３ａの外部へ放出される。従って、所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２、Ｌ３は、半導体レーザ素子３ａ内部におけるレーザ発振に寄与しない。これにより、第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様に、サイドピークを構成する光の共振を光路部分８ａ及び８ｂにおいて抑制できるので、遠視野像におけるサイドピークを効果的に低減できる。
本発明による半導体レーザ素子の主導波路の平面形状は、第１実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例の主導波路４１では、側面４１ｇ及び４１ｈと側面４１ｉ及び４１ｊ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。主導波路４１をこのように構成することにより、制限された光路を共振するレーザ光Ｌ１以外の光路の発生をより効果的に防ぐことができるので、サイドピーク光を更に低減できる。
（第２の変形例）
次に、第１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３ｂが有する主導波路４２及び光路部分８ａ、８ｂを示す平面図である。本変形例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、主導波路４２の平面形状である。
本変形例の主導波路４２は、互いに対向する一対の側面４２ｇ及び４２ｈを有する。また、主導波路４２は、互いに対向する一対の側面４２ｉ及び４２ｊを有する。また、主導波路４２は、互いに対向する一対の側面４２ｋ及び４２ｌを有する。また、主導波路４２は、互いに対向する一対の側面４２ｍ及び４２ｎを有する。主導波路４２の側面４２ｇの一端は光路部分８ａの側面８ｃに繋がっており、側面４２ｇの他端は側面４２ｉの一端に繋がっている。主導波路４２の側面４２ｈの一端は光路部分８ａの側面８ｄに繋がっており、側面４２ｈの他端は側面４２ｊの一端に繋がっている。側面４２ｉの他端は側面４２ｋの一端に繋がっている。側面４２ｊの他端は側面４２ｌの一端に繋がっている。側面４２ｋの他端は側面４２ｍの一端に繋がっている。側面４２ｌの他端は側面４２ｎの一端に繋がっている。側面４２ｍの他端は光路部分８ｂの側面８ｅに繋がっており、側面４２ｎの他端は光路部分８ｂの側面８ｆに繋がっている。
主導波路４２の側面４２ｇ〜４２ｎ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。また、側面４２ｇ及び４２ｈ並びに側面４２ｋ及び４２ｌと、側面４２ｉ及び４２ｊ並びに側面４２ｍ及び４２ｎ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。側面４２ｇと側面４２ｉとは、互いに角度２θを成して繋がっている。側面４２ｈと側面４２ｊとは、互いに角度２θを成して繋がっている。側面４２ｉと側面４２ｋとは、互いに角度２θを成して繋がっている。側面４２ｊと側面４２ｌとは、互いに角度２θを成して繋がっている。側面４２ｋと側面４２ｍとは、互いに角度２θを成して繋がっている。側面４２ｌと側面４２ｎとは、互いに角度２θを成して繋がっている。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。このような主導波路４２の形状は、ｐ型クラッド層１７のリッジ部の平面形状を主導波路４２の平面形状と同様に形成することによって好適に実現される。
主導波路４２の側面４２ｇ〜４２ｎと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θは、主導波路４２の側面４２ｇ〜４２ｎにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。これにより、主導波路４２の一対の側面４２ｇ及び４２ｈ、４２ｉ及び４２ｊ、４２ｋ及び４２ｌ、並びに４２ｍ及び４２ｎのそれぞれが、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Ｌ１を全反射させる。なお、上記第１変形例と同様に、主導波路４２の各側面４２ｇ〜４２ｎと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は、互いに異なっても良い。
レーザ光反射端１４ｂ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Ｌ１は、光路部分８ｂを通過し、主導波路４２の側面４２ｎに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４２ｍに入射角θで入射し、全反射する。レーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、側面４２ｋに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４２ｌに入射角θで入射し、全反射する。レーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、側面４２ｊに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４２ｉに入射角θで入射し、全反射する。レーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、側面４２ｇに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４２ｈに入射角θで入射し、全反射する。こうして、側面４２ｇ〜４２ｎで全反射したレーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、光路部分８ａを通過してレーザ光出射端１４ａに達する。レーザ光出射端１４ａに達したレーザ光Ｌ１の一部は、レーザ光出射端１４ａを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌ１はレーザ光出射端１４ａ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４２ｇ〜４２ｎで全反射してレーザ光反射端１４ｂに戻る。このようにして、レーザ光Ｌ１は、レーザ光出射端１４ａとレーザ光反射端１４ｂとの間を往復し、共振することとなる。
また、光路部分８ａ内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２は、光路部分８ａの側面８ｃまたは側面８ｄを通過し、光出射面１ａにおけるレーザ光出射端１４ａとは異なる領域から半導体レーザ素子３ｂの外部へ放出される。同様に、光路部分８ｂ内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ３は、光路部分８ｂの側面８ｅまたは側面８ｆを通過し、光反射面１ｂにおけるレーザ光反射端１４ｂとは異なる領域から半導体レーザ素子３ｂの外部へ放出される。従って、所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２、Ｌ３は、半導体レーザ素子３ｂ内部におけるレーザ発振に寄与しない。これにより、第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様に、サイドピークを構成する光の共振を光路部分８ａ及び８ｂにおいて抑制できるので、遠視野像におけるサイドピークを効果的に低減できる。
本発明による半導体レーザ素子の主導波路の平面形状は、第１実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例の主導波路４２では、側面４２ｇ及び４２ｈ並びに側面４２ｋ及び４２ｌと、側面４２ｉ及び４２ｊ並びに側面４２ｍ及び４２ｎ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。これにより、サイドピーク光を更に低減できる。
（第３の変形例）
次に、第１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変形例について説明する。図１３は、本変形例による半導体レーザ素子３ｃが有する主導波路４３及び光路部分８ａ、８ｂを示す平面図である。本変形例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、主導波路４３の平面形状である。
本変形例の主導波路４３は、互いに対向する一対の側面４３ｇ及び４３ｈを有する。主導波路４３の側面４３ｇの一端は光路部分８ａの側面８ｃに繋がっており、側面４３ｇの他端は光路部分８ｂの側面８ｅに繋がっている。主導波路４３の側面４３ｈの一端は光路部分８ａの側面８ｄに繋がっており、側面４３ｈの他端は光路部分８ｂの側面８ｆに繋がっている。主導波路４３の側面４３ｇ及び４３ｈ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。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。このような主導波路４３の形状は、ｐ型クラッド層１７のリッジ部の平面形状を主導波路４３の平面形状と同様に形成することによって好適に実現される。
主導波路４３の側面４３ｇ及び４３ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θは、主導波路４３の側面４３ｇ及び４３ｈにおける全反射臨界角θｃに基づいて決定される。これにより、主導波路４３の一対の側面４３ｇ及び４３ｈ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Ｌ１を全反射させる。また、主導波路４３の長さ及び側面４３ｇと側面４３ｈとの間隔は、光出射面１ａと光反射面１ｂとの間で主導波路４３内を共振するレーザ光Ｌ１が主導波路４３の一対の側面４３ｇ及び４３ｈのそれぞれにおいて２回ずつ反射するように設定されている。
レーザ光反射端１４ｂ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Ｌ１は、光路部分８ｂを通過し、主導波路４３の側面４３ｈに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４３ｇに入射角θで入射し、全反射する。レーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、側面４３ｈに入射角θで再度入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４３ｇに入射角θで再度入射し、全反射する。こうして、側面４３ｇ及び４３ｈで全反射したレーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、光路部分８ａを通過してレーザ光出射端１４ａに達する。レーザ光出射端１４ａに達したレーザ光Ｌ１の一部は、レーザ光出射端１４ａを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌ１はレーザ光出射端１４ａ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４３ｇ及び４３ｈのそれぞれで二度全反射してレーザ光反射端１４ｂに戻る。このようにして、レーザ光Ｌ１は、レーザ光出射端１４ａとレーザ光反射端１４ｂとの間を往復し、共振することとなる。
また、光路部分８ａ内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２は、光路部分８ａの側面８ｃまたは側面８ｄを通過し、光出射面１ａにおけるレーザ光出射端１４ａとは異なる領域から半導体レーザ素子３ｃの外部へ放出される。同様に、光路部分８ｂ内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ３は、光路部分８ｂの側面８ｅまたは側面８ｆを通過し、光反射面１ｂにおけるレーザ光反射端１４ｂとは異なる領域から半導体レーザ素子３ｃの外部へ放出される。従って、所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２、Ｌ３は、半導体レーザ素子３ｃ内部におけるレーザ発振に寄与しない。これにより、第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様に、サイドピークを構成する光の共振を光路部分８ａ及び８ｂにおいて抑制できるので、遠視野像におけるサイドピークを効果的に低減できる。
本発明による半導体レーザ素子の主導波路の平面形状は、第１実施形態のような形状に限らず、本変形例のような形状でもよい。この場合でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例の主導波路４３では、側面４３ｇ及び４３ｈにおけるレーザ光Ｌ１の反射回数が第１実施形態の主導波路４よりも多いため、レーザ光Ｌ１の光路を更に厳しく制限することができる。
（第４の変形例）
次に、第１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４変形例について説明する。図１４は、本変形例による半導体レーザ素子３ｄのリッジ部９ａ、丘状部９ｂ、９ｃ、及び絶縁層２１の開口部２１ｂを示す平面図である。本変形例の半導体レーザ素子３ｄと第１実施形態の半導体レーザ素子３との相違点は、絶縁層２１の開口部２１ｂの形状である。
本変形例の開口部２１ｂの一部は、リッジ部９ａ上の領域Ｒ１上に形成されている。開口部２１ｂの他の一部は、丘状部９ｂ上においてリッジ部９ａの一端から所定の軸Ａの方向に延びており光出射面１ａと所定距離（例えば丘状部９ｂの幅の半分）だけ隔てられてた領域Ｒ２上に形成されている。また、開口部２１ｂの残りの部分は、丘状部９ｃ上においてリッジ部９ａの他端から所定の軸Ａの方向に延びており光反射面１ｂと所定距離（例えば丘状部９ｃの幅の半分）だけ隔てられてた領域Ｒ３上に形成されている。
半導体レーザ素子３ｄでは、外部からの電流注入は、ｐ型キャップ層１９（図２参照）の開口部２１ｂに対応する領域にのみ限定してなされる。本変形例の半導体レーザ素子３ｄでは、開口部２１ｂが上記のような構成となっているので、ｐ型キャップ層１９への電流注入は、リッジ部９ａ上の領域Ｒ１と、リッジ部９ａの一端から所定の軸Ａの方向に延びており光出射面１ａから所定距離隔てられた領域Ｒ２と、リッジ部９ａの他端から所定の軸Ａの方向に延びており光反射面１ｂから所定距離隔てられた領域Ｒ３とになされる。従って、本変形例の光路部分においては、その一部（領域Ｒ２及びＲ３に対応する部分）のみが利得型導波路となる。そして、光路部分における領域Ｒ２及びＲ３に対応する部分以外の部分は、実質的に電流が注入されないため、いわゆる導波路を構成しない。
本発明による半導体レーザ素子は、第１実施形態のように光路部分８ａ、８ｂの全体が利得型導波路であってもよく、本変形例のように、光路部分の一部のみが利得型導波路であってもよい。また、半導体レーザ素子は、光路部分に導波路が構成されない（すなわち、絶縁層の開口部による電流注入領域がリッジ部９ａ上にのみ形成される）ような構成でもよい。光路部分を利得型導波路が占める割合は、サイドピーク光の放出効率や、半導体レーザ素子に要求される発光効率に応じて決定するとよい。
（第５の変形例）
次に、第１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５変形例について説明する。図１５は、本変形例による半導体レーザ素子３ｅのリッジ部９ａ、並びに丘状部９ｄ及び９ｅを示す平面図である。本変形例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、丘状部９ｄ及び９ｅの形状である。
本変形例のｐ型クラッド層１８には、凸状のリッジ部９ａ及び丘状部９ｄ、９ｅが形成されている。リッジ部９ａの構成は、第１実施形態と同様である。丘状部９ｄは、側面９ｕ及び９ｐを有する。丘状部９ｄの側面９ｕと対向する側面は光出射面１ａであり、側面９ｕは光出射面１ａに沿って延びている。側面９ｕは、丘状部９ｄの領域を規定しており、丘状部９ｄと薄厚部１０との境界となっている。また、丘状部９ｄには光出射面１ａに沿って断続的に溝９ｒが形成されており、側面９ｐは溝９ｒの端面である。隣り合う溝９ｒそれぞれの側面９ｐは、丘状部９ｄにおける電流注入領域（すなわち絶縁層２１の開口部２１ａが形成された領域）を挟んで互いに対向するように形成されている。
丘状部９ｅは、側面９ｖ及び９ｑを有する。丘状部９ｅの側面９ｖと対向する側面は光反射面１ｂであり、側面９ｖは光反射面１ｂに沿って延びている。側面９ｖは、丘状部９ｅの領域を規定しており、丘状部９ｅと薄厚部１０との境界となっている。また、丘状部９ｅには光反射面１ｂに沿って断続的に溝９ｓが形成されており、側面９ｑは溝９ｓの端面である。隣り合う溝９ｓそれぞれの側面９ｑは、丘状部９ｅにおける電流注入領域（すなわち絶縁層２１の開口部２１ａが形成された領域）を挟んで互いに対向するように形成されている。
本変形例における光路部分の一部には、丘状部９ｄの側面９ｐ及び丘状部９ｅの側面９ｑによって、屈折率型導波路が構成される。本発明の半導体レーザ素子はこのような構成であってもよく、他の光路部分は利得型導波路となっているため所定の軸Ａの方向を逸れた光を好適に放出し、サイドピーク光の共振を抑えることができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る半導体レーザ素子及び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１６は、本実施形態の半導体レーザ素子アレイが備える半導体レーザ素子３ｆの導波路構成を示す平面図である。なお、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆは、例えば第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様のリッジ型の素子構成（例えば図２（ａ）参照）によって好適に実現される。
図１６を参照すると、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆは、主導波路４４及び光路部分８１を備える。主導波路４４は、ｐ型クラッド層に設けられたリッジ部によって活性層内部に生成される屈折率型の導波路である。主導波路４４は、一対の側面４４ｇ及び４４ｈを有する。側面４４ｇ及び４４ｈ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。側面４４ｇ及び４４ｈの一端は光反射面１ｂまで達している。光反射面１ｂにおいて側面４４ｇ及び４４ｈに挟まれた領域は、レーザ光Ｌ１の一方の共振端面であるレーザ光反射端１４ｂとなる。また、本実施形態では、光出射面１ａにおける他方の共振端面であるレーザ光出射端１４ａは、主導波路４４の光出射面１ａ側の一端を光出射面１ａに投影した領域に生じる。
また、本実施形態においては、主導波路４４の側面４４ｇは、側面４４ｇから光出射面１ａまでの延長線Ｅｇと光出射面１ａとが主導波路４４の内側に鋭角をなすように所定の軸Ａに対して傾斜している。また、主導波路４４の側面４４ｈは、側面４４ｈから光出射面１ａまでの延長線Ｅｈと光出射面１ａとが主導波路４４の外側に鋭角をなすように所定の軸Ａに対して傾斜している。
光路部分８１は、ｐ型クラッド層に設けられたリッジ部によって活性層内部に生成される屈折率型の導波路である。光路部分８１は、主導波路４４における光反射面１ｂとは反対側の一端と光出射面１ａとの間に設けられており、一対の側面８１ｃ及び８１ｄを有する。側面８１ｃの一端は主導波路４４の側面４４ｇの他端と繋がっており、側面８１ｃの他端は光出射面１ａまで延びている。主導波路４４の側面４４ｇと光路部分８１の側面８１ｃとは、主導波路４４及び光路部分８１の外側に角度θａ（＜１８０°−θ）を成している。換言すれば、光路部分８１の側面８１ｃは、光出射面１ａの法線に対して角度２（９０°−θ）よりも大きな相対角度を有しており、レーザ光Ｌ１の出射方向へ向けて光路部分８１を拡大している。また、側面８１ｄの一端は主導波路４４の側面４４ｈの他端と繋がっており、側面８１ｄの他端は光出射面１ａまで延びている。主導波路４４の側面４４ｈと光路部分８１の側面８１ｄとは、主導波路４４及び光路部分８１の外側に角度θｂ（＜１８０°−θ）を成している。換言すれば、光路部分８１の側面８１ｄは、光出射面１ａの法線に対して、光路部分８１が光出射面１ａへ向けて拡大する方向に傾斜している。
本実施形態による半導体レーザ素子３ｆの作用は、次のとおりである。レーザ光反射端１４ｂ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Ｌ１は、主導波路４４の側面４４ｈに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４４ｇに入射角θで入射し、全反射する。その後、レーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、光路部分８１を通過してレーザ光出射端１４ａに達する。レーザ光出射端１４ａに達したレーザ光Ｌ１の一部は、レーザ光出射端１４ａを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌ１はレーザ光出射端１４ａ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４４ｇ及び４４ｈで全反射してレーザ光反射端１４ｂに戻る。このようにして、レーザ光Ｌ１は、レーザ光出射端１４ａとレーザ光反射端１４ｂとの間を往復し、共振することとなる。
また、光路部分８１の側面８１ｃは主導波路４４の側面４４ｇと角度θａ（＜１８０°−θ）を成しているため、光路部分８１内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２は、光路部分８１の側面８１ｃに入射することなく、光出射面１ａにおけるレーザ光出射端１４ａとは異なる領域に達する。そして、光Ｌ２の大部分は、光出射面１ａを通過して半導体レーザ素子３ｆの外部へ放出され、半導体レーザ素子３ｆ内部におけるレーザ発振に寄与しない。また、光出射面１ａにおいて反射した光Ｌ２も、光路部分８１の側面８１ｃに高入射角で入射し、側面８１ｃを透過するので、半導体レーザ素子３ｆ内部におけるレーザ発振に寄与しない。
このように、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆでは、光路部分８１において所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ２が、光出射面１ａにおいてレーザ光Ｌ１の共振端面（レーザ光出射端１４ａ）とは異なる領域から放出されるように、光路部分８１の側面８１ｃが構成されている。これにより、サイドピークを構成する光Ｌ２の共振を光路部分８１において抑制できるので、遠視野像におけるサイドピークを効果的に低減できる。また、光路部分８１を屈折率型導波路とすることにより、光路部分８１を設けることによる発光効率の低下を抑えることができる。なお、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆでは光路部分８１の側面８１ｃが光出射面１ａへ向けて光路部分８１が拡大する方向に延びているが、側面８１ｃは光出射面１ａに沿って（すなわちθａ≒９０°）延びていてもよい。或いは、側面８１ｃは、主導波路４４の側面４４ｇと鋭角をなして（すなわちθａ＜９０°）繋がっていてもよい。
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る半導体レーザ素子及び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１７は、本実施形態の半導体レーザ素子アレイが備える半導体レーザ素子３ｇの導波路構成を示す平面図である。なお、本実施形態の半導体レーザ素子３ｇは、例えば第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様のリッジ型の素子構成（図２（ａ）参照）によって好適に実現される。
図１７を参照すると、本実施形態の半導体レーザ素子３ｇは、主導波路４５及び光路部分８２を備える。主導波路４５は、ｐ型クラッド層に設けられたリッジ部によって活性層内部に生成される屈折率型の導波路である。主導波路４５は、一対の側面４５ｇ及び４５ｈを有する。側面４５ｇ及び４５ｈ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。側面４５ｇ及び４５ｈの一端は光出射面１ａまで達している。光出射面１ａにおいて側面４５ｇ及び４５ｈに挟まれた領域は、レーザ光Ｌ１の一方の共振端面であるレーザ光出射端１４ａとなる。また、本実施形態では、光反射面１ｂにおける他方の共振端面であるレーザ光反射端１４ｂは、主導波路４５の光反射面１ｂ側の一端を光反射面１ｂに投影した領域に生じる。
また、本実施形態においては、主導波路４５の側面４５ｇは、側面４５ｇから光反射面１ｂまでの延長線Ｆｇと光反射面１ｂとが主導波路４５の外側に鋭角をなすように所定の軸Ａに対して傾斜している。また、主導波路４５の側面４５ｈは、側面４５ｈから光反射面１ｂまでの延長線Ｆｈと光反射面１ｂとが主導波路４５の内側に鋭角をなすように所定の軸Ａに対して傾斜している。
光路部分８２は、ｐ型クラッド層に設けられたリッジ部によって活性層内部に生成される屈折率型の導波路である。光路部分８２は、主導波路４５における光出射面１ａとは反対側の一端と光反射面１ｂとの間に設けられており、一対の側面８２ｃ及び８２ｄを有する。側面８２ｃの一端は主導波路４５の側面４５ｇの他端と繋がっており、側面８２ｃの他端は光反射面１ｂまで延びている。主導波路４５の側面４５ｇと光路部分８２の側面８２ｃとは、主導波路４５及び光路部分８２の外側に角度θｄ（＜１８０°−θ）を成している。換言すれば、光路部分８２の側面８２ｃは、光反射面１ｂの法線に対して、光路部分８２が光反射面１ｂへ向けて拡大する方向に傾斜している。また、側面８２ｄの一端は主導波路４５の側面４５ｈの他端と繋がっており、側面８２ｄの他端は光反射面１ｂまで延びている。主導波路４５の側面４５ｈと光路部分８２の側面８２ｄとは、主導波路４５及び光路部分８２の外側に角度θｅ（＜１８０°−θ）を成している。換言すれば、光路部分８２の側面８２ｄは、光反射面１ｂの法線に対して角度２（９０°−θ）よりも大きな相対角度を有しており、光反射面１ｂへ向けて光路部分８２を拡大している。
本実施形態による半導体レーザ素子３ｇの作用は、次のとおりである。レーザ光反射端１４ｂ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Ｌ１は、光路部分８２を通過して主導波路４５の側面４５ｈに入射角θで入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌ１は側面４５ｇに入射角θで入射し、全反射する。その後、レーザ光Ｌ１は所定の軸Ａの方向に沿って進み、レーザ光出射端１４ａに達する。レーザ光出射端１４ａに達したレーザ光Ｌ１の一部は、レーザ光出射端１４ａを透過して外部へ出射される。また、他のレーザ光Ｌ１はレーザ光出射端１４ａ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４５ｇ及び４５ｈで全反射してレーザ光反射端１４ｂに戻る。このようにして、レーザ光Ｌ１は、レーザ光出射端１４ａとレーザ光反射端１４ｂとの間を往復し、共振することとなる。
また、光路部分８２の側面８２ｄは主導波路４５の側面４５ｈと角度θｅ（＜１８０°−θ）を成しているため、光路部分８２内部を通過する光のうち所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ３は、光路部分８２の側面８２ｄに入射することなく、光反射面１ｂにおけるレーザ光反射端１４ｂとは異なる領域に達する。そして、光Ｌ３の大部分は、光反射面１ｂを通過して半導体レーザ素子３ｇの外部へ放出され、半導体レーザ素子３ｇ内部におけるレーザ発振に寄与しない。また、光反射面１ｂにおいて反射した光Ｌ３も、光路部分８２の側面８２ｄに低入射角で入射し、側面８２ｄを透過するので、半導体レーザ素子３ｇ内部におけるレーザ発振に寄与しない。
このように、本実施形態の半導体レーザ素子３ｇでは、光路部分８２において所定の軸Ａの方向から逸れた光Ｌ３が、光反射面１ｂにおいてレーザ光Ｌ１の共振端面（レーザ光反射端１４ｂ）とは異なる領域から放出されるように、光路部分８２の側面８２ｄが構成されている。これにより、サイドピークを構成する光Ｌ３の共振を光路部分８２において抑制できるので、遠視野像におけるサイドピークを効果的に低減できる。なお、第２実施形態の光路部分８１、及び本実施形態の光路部分８２は、いずれか一方のみ設けられてもよく、双方共に設けられてもよい。
（第４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４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アレイ１ｃの導波路構成を示す平面図である。半導体レーザ素子アレイ１ｃは、複数の半導体レーザ素子３ｈを備える。なお、本実施形態の半導体レーザ素子３ｈは、例えば第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様のリッジ型の素子構成（図２（ａ）参照）によって好適に実現される。
図１８を参照すると、本実施形態の半導体レーザ素子３ｈは、主導波路４６及び光路部分８３を備える。主導波路４６は、ｐ型クラッド層に設けられたリッジ部によって活性層内部に生成される屈折率型の導波路である。主導波路４６は、一対の側面４６ｇ及び４６ｈを有する。側面４６ｇ及び４６ｈ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。側面４６ｇ及び４６ｈの一端は光反射面１ｂまで達している。光反射面１ｂにおいて側面４６ｇ及び４６ｈに挟まれた領域は、レーザ光Ｌ１の一方の共振端面であるレーザ光反射端１４ｂとなる。また、本実施形態では、光出射面１ａにおける他方の共振端面であるレーザ光出射端１４ａは、主導波路４６の光出射面１ａ側の一端を光出射面１ａに投影した領域に生じる。
光路部分８３は、主導波路４６における光反射面１ｂとは反対側の一端と光出射面１ａとの間にわたって設けられており、一対の側面８３ｃ及び８３ｄによってその一部が屈折率型導波路を構成している。側面８３ｃの一端は、主導波路４６の側面４６ｇの他端と繋がっている。側面８３ｃの他端は、光反射面１ｂに向けて延びており、光反射面１ｂとは所定距離隔たっている。なお、本実施形態では、光出射面１ａに対する光路部分８３の側面８３ｃの相対角度は、主導波路４６の側面４６ｇと同じ相対角度θとなっている。また、光路部分８３の側面８３ｄの一端は主導波路４６の側面４６ｈの他端と繋がっている。側面８３ｄの他端は、光反射面１ｂに向けて延びており、光反射面１ｂとは所定距離隔たっている。本実施形態では、側面８３ｄは、光路部分８３が光出射面１ａへ向けて拡がる方向に延びており、その他端は、隣りの光路部分８３の側面８３ｃの他端と繋がっている。従って、複数の半導体レーザ素子３ｈのうち、隣り合う半導体レーザ素子３ｈの光路部分８３同士が、光出射面１ａ付近で互いに繋がり一体となっている。
本発明による半導体レーザ素子アレイ及び半導体レーザ素子は、本実施形態の半導体レーザ素子アレイ１ｃ及び半導体レーザ素子３ｈのような構成によっても、好適に実現される。すなわち、光路部分８３において所定の軸Ａの方向から逸れた光は、光路部分８３同士が繋がっている部分（すなわち導波路側面が存在しない部分）からレーザ光出射端１４ａとは異なる領域を通って外部へ放出され、共振しない。本発明による半導体レーザ素子アレイ及び半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子３ｈのように光路部分８３の一部が導波路構造となっていなくても、必要な長さの主導波路４６を備えていればよい。なお、主導波路４６に必要な長さｙは、主導波路４６の幅をＷとしてｙ≧Ｗ／ｔａｎ（９０°−θ）と表すことができる。
（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１９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。なお、図１９に示す断面は、第１実施形態の半導体レーザ素子アレイ１におけるＩ−Ｉ断面（図１参照）に相当する断面であり、主導波路の断面を示している。
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３ｉを備える。半導体レーザ素子３ｉは、ｎ型半導体からなる基板１１、ｎ型クラッド層（第２導電型クラッド層）３１、光ガイド層３２、多重量子井戸構造の活性層３３、光ガイド層３４、ｐ型クラッド層（第１導電型クラッド層）３５、及びｐ型キャップ層３６が順に積層されて構成されている。光ガイド層３２及び３４は、活性層３３内部及びその近傍に光を閉じ込めるための層である。光ガイド層３４及びｐ型クラッド層３５は、凸状のリッジ部３９を構成している。リッジ部３９の平面形状は、第１実施形態のリッジ部９ａと同様である。光ガイド層３４のリッジ部３９以外の領域は、リッジ部３９よりも薄い薄厚部３４ａとなっている。また、ｐ型キャップ層３６は、リッジ部３９上に設けられており、ｐ型クラッド層３５と電気的に接続される。
また、半導体レーザ素子３ｉは、電流ブロック部３７ａ及び３７ｂ、ｐ側電極層３８、及びｎ側電極層２９を更に備える。このうち、ｎ側電極層２９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３７ａ及び３７ｂは、リッジ部３９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３７ａ及び３７ｂは、例えばｐ型クラッド層３５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。電流ブロック部３７ａ及び３７ｂは、それぞれリッジ部３９の側面３９ｇ及び３９ｈに沿って薄厚部３４ａ上に設けられる。ｐ側電極層３８は、リッジ部３９上及び電流ブロック部３７ａ、３７ｂ上にわたって設けられており、リッジ部３９上においてｐ型キャップ層３６と接触している。
活性層３３には、リッジ部３９による実効的な屈折率差が生じることにより、リッジ部３９の形状に対応した屈折率型の主導波路３０が生成される。主導波路３０の側面３０ｇ及び３０ｈ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３０ｇ及び３０ｈ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３７ａ及び３７ｂの材料組成に依存する。すなわち、電流ブロック部３７ａ及び３７ｂの材料組成を変化させると、電流ブロック部３７ａ及び３７ｂの屈折率が変化する。従って、側面３０ｇ及び３０ｈ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。なお、主導波路３０の側面３０ｇ及び３０ｈは、主導波路３０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。
本発明に係る屈折率型の主導波路は、第１実施形態のようなリッジ型の構成に限らず、本実施形態の半導体レーザ素子３ｉのような構成でも好適に実現することができる。また、本発明に係る光路部分にも屈折率型導波路を構成する場合には、図１９に示したような断面構成を光路部分の周辺構造にも適用するとよい。
（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２０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３ｊによって構成されている。
図２０を参照すると、本実施形態の半導体レーザ素子３ｊは、ｎ型半導体からなる基板１１を備える。また、半導体レーザ素子３ｊは、ｎ型クラッド層７１、光ガイド層７２、活性層７３、光ガイド層７４、ｐ型クラッド層７５、及びｐ型キャップ層７６を備える。これらの層は、順に基板１１上に積層されており、積層体７９を構成している。積層体７９は、第１実施形態のリッジ部９ａの平面形状と同様の平面形状を有する。積層体７９は、一対の側面７９ｇ及び７９ｈを有する。活性層７３は、積層体７９の側面７９ｇ及び７９ｈにそれぞれ含まれる側面７３ｇ及び７３ｈを有する。
また、半導体レーザ素子３ｊは、電流ブロック部７７ａ及び７７ｂと、ｐ側電極層７８と、ｎ側電極層２９とを備える。このうち、ｎ側電極層２９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７７ａ及び７７ｂは、活性層７３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７７ａ及び７７ｂは、例えばア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７７ａは、積層体７９の側面７９ｇに沿って（すなわち活性層７３の側面７３ｇに沿って）、基板１１上に設けられる。また、電流ブロック部７７ｂは、積層体７９の側面７９ｈに沿って（すなわち活性層７３の側面７３ｈに沿って）、基板１１上に設けられる。ｐ側電極層７８は、積層体７９上、電流ブロック部７７ａ上、及び電流ブロック部７７ｂ上にわたって設けられており、積層体７９上においてｐ型キャップ層７６と接触している。
活性層７３には、側面７３ｇ及び７３ｈにおいて活性層内外に屈折率差が生じることにより、主導波路７０が形成される。主導波路７０は、活性層７３の側面７３ｇ及び７３ｈのそれぞれによって規定される一対の側面７０ｇ及び７０ｈを有する。主導波路７０の側面７０ｇ及び７０ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ（すなわち活性層７３の側面７３ｇ及び７３ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ）は、側面７０ｇ及び７０ｈ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７７ａ及び７７ｂと活性層７３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７７ａ及び７７ｂ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。
本発明に係る屈折率型の主導波路は、本実施形態の半導体レーザ素子３ｊのような埋め込み型の構成でも好適に実現することができる。また、本発明に係る光路部分にも屈折率型導波路を構成する場合には、図２０に示したような断面構成を光路部分の周辺構造にも適用するとよい。
（第７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７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３ｋを備える。半導体レーザ素子３ｋは、第２の半導体部６１を備える。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、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を有する。リッジ部６１ａは、第１実施形態のリッジ部９ａ（図３参照）と同様の平面形状を有する。リッジ部６１ａ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。
また、半導体レーザ素子３ｋ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、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、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３ｋ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に対応する領域に開口部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、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上の領域に電流を集中させるための手段である。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の形状に対応した屈折率型の主導波路５０が生成される。主導波路５０は、一対の側面５０ｇ及び５０ｈを有する。主導波路５０の側面５０ｇ及び５０ｈは、活性層５４を覆う光ガイド層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の側面６１ｇ及び６１ｈにより規定される。なお、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、主導波路５０の側面５０ｇ及び５０ｈは或る一定の厚さを有してもよい。
主導波路５０の側面５０ｇ及び５０ｈ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５０ｇ及び５０ｈ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５０ｇ及び５０ｈにおける全反射臨界角θｃは、側面５０ｇ及び５０ｈに対応するリッジ部６１ａの側面６１ｇ及び６１ｈそれぞれの高さｈａに依存する。また、主導波路５０の側面５０ｇ及び５０ｈにおける全反射臨界角θｃは、リッジ部６１ａ上の光ガイド層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、リッジ部６１ａの側面６１ｇ及び６１ｈそれぞれの高さｈａ、または光ガイド層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５０ｇ及び５０ｈにおける全反射臨界角θｃを調整することができる。
本発明に係る屈折率型の主導波路は、本実施形態の半導体レーザ素子３ｋのような構成でも好適に実現することができる。また、本発明に係る光路部分にも屈折率型導波路を構成する場合には、図２１に示したような断面構成を光路部分の周辺構造にも適用するとよい。
図２２は、半導体レーザ素子３ｋの変形例として、半導体レーザ素子３ｌ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３ｌが上記実施形態の半導体レーザ素子３ｋ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３ｌ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３ｌ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３ｌでは、電流集中手段である高抵抗領域６３がリッジ部６１ａ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に主導波路５０が生成される。
本変形例の半導体レーザ素子３ｌでは、上記実施形態の半導体レーザ素子３ｋと同様に、主導波路５０の側面５０ｇ及び５０ｈの全反射臨界角θｃは、リッジ部６１ａの側面６１ｇ及び６１ｈの高さｈａに依存する。また、主導波路５０の側面５０ｇ及び５０ｈの全反射臨界角θｃは、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、主導波路５０の側面５０ｇ及び５０ｈ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、屈折率型の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。
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。 （ａ）図１に示した半導体レーザ素子アレイのＩ−Ｉ断面の一部を示す断面図である。（ｂ）図１に示した半導体レーザ素子アレイのII−II断面及びIII−III断面の一部を示す断面図である。 ｐ型クラッド層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IV−IV断面を示す断面図である。（ｃ）（ａ）に示した積層体のV−V断面及びVI−VI断面を示す断面図である。 活性層内に生成される主導波路及び光路部分の平面図である。 主導波路の側面に様々な入射角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）第１実施形態の半導体レーザ素子を試作し、その遠視野像を観察した結果を示すグラフである。（ｂ）比較のため、主導波路と光出射面との間及び主導波路と光反射面との間に光路部分を備えない半導体レーザ素子を同一基板を用いて試作し、その遠視野像を観察した結果を示すグラフである。 各製造工程における半導体レーザ素子アレイの拡大平面図を示している。 各製造工程における半導体レーザ素子アレイの拡大断面図を示している。 第１変形例による半導体レーザ素子が有する主導波路及び光路部分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主導波路及び光路部分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主導波路及び光路部分を示す平面図である。 第４変形例による半導体レーザ素子のリッジ部、丘状部、及び絶縁層の開口部を示す平面図である。 第５変形例による半導体レーザ素子のリッジ部及び丘状部を示す平面図である。 第２実施形態の半導体レーザ素子アレイが備える半導体レーザ素子の導波路構成を示す平面図である。 第３実施形態の半導体レーザ素子アレイが備える半導体レーザ素子の導波路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アレイの導波路構成を示す平面図である。 第５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７実施形態の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VII−VII断面及びVIII−VIII断面における屈折率分布を示す図である。
符号の説明
１ａ…光出射面、１ｂ…光反射面、１、１ｃ…半導体レーザ素子アレイ、３、３ａ〜３ｌ…半導体レーザ素子、４…主導波路、４ｇ、４ｈ…側面、８ａ、８ｂ…光路部分、８ｃ〜８ｆ…側面、９ａ…リッジ部、９ｂ〜９ｅ…丘状部、９ｇ、９ｈ、９ｕ、９ｖ…側面、１０…薄厚部、１１…基板、１２…積層体、１３…ｎ型クラッド層、１４ａ…レーザ光出射端、１４ｂ…レーザ光反射端、１５…活性層、１７…ｐ型クラッド層、１９…ｐ型キャップ層、２１…絶縁層、２１ａ…開口部、２３…ｐ側電極層、２５ａ〜２５ｃ…凸部、２９…ｎ側電極層。

Claims (9)

  1. 第１導電型クラッド層と、
    第２導電型クラッド層と、
    前記第１導電型クラッド層と前記第２導電型クラッド層との間に設けられた活性層と、
    所定の軸方向に並んで設けられ、互いに対向する光出射面及び光反射面と、
    前記活性層において構成され、一対の側面を有し、前記光出射面と前記光反射面との間でレーザ光を共振させる屈折率型の主導波路と、
    前記光出射面と前記主導波路の一端との間、及び前記光反射面と前記主導波路の他端との間のうち少なくとも一方に設けられた光路部分と
    を備え、
    前記主導波路の前記一対の側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度θが前記一対の側面における全反射臨界角θｃに基づいており、
    前記光路部分において前記所定の軸方向から逸れた光が、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おいて前記レーザ光の共振端面とは異なる領域から放出されるように、前記光路部分が構成されていることを特徴とする、半導体レーザ素子。
  2. 前記光路部分が、前記光出射面と前記主導波路の一端との間に設けら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. 前記光路部分の少なくとも一部が、前記活性層において構成された利得型導波路であ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. 前記光路部分が、前記光出射面と前記主導波路の一端との間に設けられて屈折率型導波路を構成する一対の側面を有しており、
    前記主導波路の前記一対の側面のうち、前記光出射面までの延長線と前記光出射面とが前記主導波路の内側に鋭角をなす側の前記側面と、この側面と同じ側に位置する前記光路部分の前記側面とが、前記主導波路及び前記光路部分の外側に１８０°−θより小さな角度を成してい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。
  5. 前記光路部分が、前記光反射面と前記主導波路の他端との間に設けられて屈折率型導波路を構成する一対の側面を有しており、
    前記主導波路の前記一対の側面のうち、前記光反射面までの延長線と前記光反射面とが前記主導波路の内側に鋭角をなす側の前記側面と、この側面と同じ側に位置する前記光路部分の前記側面とが、前記主導波路及び前記光路部分の外側に１８０°−θより小さな角度を成していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  6. 前記光出射面と前記光反射面との間で前記主導波路内を共振する光が前記主導波路の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、前記主導波路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１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  7. 前記主導波路の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、θｃ≦θ≦θｃ＋１°の範囲内であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  8. 前記主導波路の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、前記主導波路の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１〜６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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