JP2006059870A - 半導体レーザ素子およびこれを用いた半導体レーザアレイ、並びに半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ光をストライプ領域に有効に閉じ込めることにより良好なＮＦＰプロファイルを得ることができ、かつ横方向の放射角を小さくすることのできる半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】 放射角緩和領域Ａにおける実効屈折率差ΔｎＡを、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢよりも小さくする。屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢを大きくして、活性層１４で発生した光をストライプ領域１４Ａに有効に閉じ込め、トップハット型の良好なＮＦＰプロファイルを形成する。主出射側端面１０Ｆ近傍では、放射角緩和領域Ａにおける活性層１４のストライプ領域１４Ａとそれ以外のストライプ外部１４Ｂとの間の実効屈折率差ΔｎＡを、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢよりも小さくし、急激な実効屈折率差の低下により横方向の放射角を小さくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に高出力を必要とする用途に好適な半導体レーザ素子およびこれを用いた半導体レーザアレイ、並びに半導体レーザ素子の製造方法に関する。

近年、ワットクラスの超高出力半導体レーザは溶接、加工等に利用され、特に固体レーザ励起用途においては横多モードレーザ光を発振するブロードストライプ型の高出力半導体レーザが期待されている。ブロードストライプ型の高出力半導体レーザは、直接のレーザ光を利用した物質の変質や加工等への応用が始められており、また、可視波長帯の超高出力半導体レーザにおいてはプロジェクタ等のディスプレイ光源にも使われはじめている。これらの分野では、良好な光閉じ込めが行われ、ストライプ領域（発光領域）内で光出力が均一な、いわゆるトップハット型のＮＦＰ（Near Field Pattern；近視野像）プロファイルが得られる半導体レーザが求められている。

更に、用途によっては、より高い光出力を得るために、半導体レーザ素子を複数並べたバー状の半導体レーザアレイも実用化されはじめている。これらは仕様によってはマイクロレンズで集光することが必要であり、その場合、光利用効率を高めるため、トップハット型のＮＦＰプロファイルを示すビーム品質の高い半導体レーザ素子が求められる。

高出力型のブロードストライプ半導体レーザでは、通常ナローストライプと言われるストライプ幅を約１μｍないし３μｍとして横モードをシングルモードに制御した半導体レーザとは異なり、ストライプ幅は約１０μｍないし３００μｍ、あるいはそれ以上に広い。そのため横モードは多モードで発振し、ストライプ領域内で光出力を均一化してトップハット型のＮＦＰプロファイルを得ることは困難であった。

図２８は、従来のブロードストライプ型半導体レーザ素子の断面構成を表したものである。この従来の半導体レーザ素子は、いわゆるイオンインプランテーション型の横多モードレーザ光を発振するものであり、例えば、基板１１１上に、ｎ型クラッド層１１３、活性層１１４、ｐ型クラッド層１１５が基板１１１側からこの順に積層されている。ｐ型クラッド層１１５の一部は、例えばホウ素イオン（Ｂ⁺ ）が注入されることにより電流非注入領域１３２となっており、電流非注入領域１３２，１３２の間の領域が、紙面に対して直交する方向に延びるストライプ状の電流注入領域１３１となっている。また、ｐ型クラッド層１１５上にはｐ側電極１４１が形成され、基板１１１の裏面にはｎ側電極１４２が形成されている。

しかしながら、このようなゲインガイド構造の半導体レーザでは、ストライプ状に形成された電流注入領域１３１と、その外側の電流非注入領域１３２とでは屈折率差が設けられていないため、電流注入領域１３１の直下のストライプ領域１１４Ａだけでなくその外側方向にも光が広がり、発光強度の変化が見られる。すなわち、ストライプ領域１１４Ａ内で均一な光出力を持つトップハット型のＮＦＰプロファイルを得ることは困難であった。

ストライプ領域１１４Ａ内で均一な光出力を持つＮＦＰプロファイルを得るため、例えば図２９に示したような埋め込みリッジ型のインデックスガイド構造を有するブロードストライプ型の半導体レーザ素子が開発されている。この半導体レーザ素子は、埋め込みリッジ型の横多モードレーザ光を発振するものであり、ｐ型クラッド層１１５の一部が、紙面に対して直交する方向に伸びる突条部１５１とされており、この突条部１５１の内部は電流注入領域１６１、突条部１５１の外部は電流非注入領域１６２となっている。なお、突条部１５１の外部には、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）よりなる電流阻止層１５２が埋め込まれている。

図２９に示した構造では、電流注入領域１６１と電流非注入領域１６２とにより電流狭窄がなされ、注入キャリアをストライプ領域１１４Ａに有効に閉じ込めることができる。同時に突条部１５１の内部と外部とで光吸収損失差によって屈折率差が生じることからインデックスガイド構造を有し、活性層１１４から発生した光はストライプ領域１１４Ａ内に効率よく閉じ込められる。よって、光出力の安定化を図りトップハット型ＮＦＰプロファイルを得ることができる。

このように高出力型のブロードストライプ半導体レーザでは、突条部１５１によるインデックスガイド機構を造りつけることによって電流狭窄と屈折率導波を同時に可能とし、活性層１１４から発生した光をストライプ領域１１４Ａ内に効率よく閉じ込め、光出力の安定化を図りトップハット型ＮＦＰプロファイルを得ることができる。この効果はインデックスガイド性が高いほど顕著に表れ、突条部１５１の内部と外部との屈折率差を大きくとるほど、ＮＦＰは安定したトップハット型プロファイルを示すことが分かっている。

すなわち、半導体レーザ素子のインデックスガイド機構の強さは、突条部１５１の内部がその外部よりも高い実効屈折率をもっており、突条部１５１の内部と外部との屈折率差が大きいかどうかでほぼ決まる。屈折率差が大きいほどインデックスガイド機構は強く、ＮＦＰは安定したトップハット型プロファイルを示す。
特開２００２−３６８３３５号公報

しかしながら、より安定したトップハット型ＮＦＰプロファイルを得ようとするとインデックスガイド機構を強く、つまり突条部１５１の内部と外部との屈折率差を大きくしなければならない。それはＮＦＰのトップハット化と同時に横方向への放射角が大きくなることを意味している。インデックスガイド機構を強めることによりトップハット型ＮＦＰが得られたとしても、横方向への放射角が大きくなってしまっては、集光の際にレンズ系によって光が蹴られ、光利用効率が悪くなってしまうといった問題が生じる。

更に、例えば半導体レーザ素子をアレイ状にする場合、各半導体レーザ素子ではトップハット型ＮＦＰプロファイルが得られたとしても、各素子の横方向の放射角が大きいと、それらを集光するマイクロレンズアレイの設計が厳しく、また実装も困難になってしまい、最終的に必要なレーザ出力が集光効率が悪いために低くなってしまうといった問題が生じる。

このように従来の高出力型のブロードストライプ半導体レーザでは、トップハット型ＮＦＰプロファイルを得ることと横方向への光広がり角とはトレードオフの関係にあり、それらを同時に実現することは困難であった。

なお、特許文献１には、共振器端面部に、光導波層の厚みを次第に薄くしたスポットサイズ変換領域を設けることにより、垂直放射角を狭めて真円に近い放射パターンを得るようにした構成が開示されている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、レーザ光をストライプ領域に有効に閉じ込めることにより良好なＮＦＰプロファイルを得ることができ、かつ横方向の放射角を小さくすることのできる半導体レーザ素子およびこれを用いた半導体レーザアレイ、並びに半導体レーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明による半導体レーザ素子は、基板上に活性層を含む半導体層を備え、半導体層の一部に活性層のストライプ領域を制限するための突条部を有すると共に半導体層の側面に突条部の延長方向に対向する主出射側端面および後方端面を備えたものであって、半導体層は、主出射側端面から突条部の延長方向における一部を含む第１領域と、第１領域以外の第２領域とを有し、第１領域における活性層のストライプ領域とストライプ領域以外のストライプ外部領域との間の実効屈折率差は、第２領域における実効屈折率差よりも小さいものである。

本発明による半導体レーザアレイは、上記本発明による複数の半導体レーザ素子を並列配置したものである。

本発明による半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に活性層を含む半導体層を形成する工程と、半導体層の一部に活性層のストライプ領域を制限するための突条部を形成する工程と、半導体層の側面に突条部の延長方向に対向する主出射側端面および後方端面を形成する工程とを含むものであって、半導体層を、主出射側端面から突条部の延長方向における一部を含む第１領域と、第１領域以外の第２領域とに分けて、第１領域における活性層のストライプ領域とストライプ領域以外のストライプ外部領域との間の実効屈折率差を、第２領域における実効屈折率差よりも小さくするようにしたものである。

本発明による半導体レーザ素子、または本発明による半導体レーザ素子の製造方法によれば、活性層を含む半導体層を、主出射側端面またはその形成予定位置から突条部の延長方向における一部を含む第１領域と、それ以外の第２領域とに分けて、第１領域における活性層のストライプ領域とストライプ外部領域との間の実効屈折率差を、第２領域における実効屈折率差よりも小さくするようにしたので、横方向の放射角を小さくすることができる。また、ＮＦＰプロファイルは第２領域における実効屈折率差でほぼ決定されるので、第２領域における実効屈折率差を大きくとることにより活性層で発生した光をストライプ領域に有効に閉じ込め、トップハット型の良好なＮＦＰプロファイルを得ることができる。よって、トップハット型のＮＦＰプロファイルを維持しながら横方向の放射角の広がりを緩和し、ストライプ領域内における光出力の均一性と光利用効率との両方を高めることができる。

本発明による半導体レーザアレイによれば、上記本発明による半導体レーザ素子を備えたので、各半導体レーザ素子のＮＦＰプロファイルをトップハット型にすると共に放射角の広がりを抑えることができる。よって、マイクロレンズ等による集光効率を高め、高出力化を可能とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ素子の全体構成を概略的に表したものであり、図２は図１に示した半導体レーザ素子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構造をそれぞれ表したものである。この半導体レーザ素子は、プロジェクター用光源などに用いられるブロードストライプ型の６００ｎｍ帯半導体レーザ素子であり、例えば、基板１１上に、バッファ層１２、ｎ型クラッド層１３、活性層１４、ｐ型第３クラッド層１５、第２エッチングストップ層１６、ｐ型第２クラッド層１７、第１エッチングストップ層１８、ｐ型第１クラッド層１９、中間層２０およびキャップ層２１が順に積層された構成を有している。これらの半導体層の一部は、活性層１４のストライプ領域１４Ａを制限するための突条部（リッジ）５１とされている。また、基板１１ないしキャップ層２１の側面には、突条部５１の延長方向に対向する主出射側（フロント側）端面１０Ｆおよび後方（リア側）端面１０Ｒが形成されている。なお、この半導体レーザ素子の幅は例えば３００μｍ、ストライプ領域１４Ａの幅は例えば６０μｍ、共振器長Ｌすなわち主出射側端面１０Ｆと後方端面１０Ｒとの間の距離は例えば７００μｍである。

基板１１は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。バッファ層１２は、例えば、厚みが３０ｎｍであり、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｎ型クラッド層１３は、例えば、厚みが２．０μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。

活性層１４は、少なくとも一つの量子井戸構造を有しており、不純物を添加しないＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure；分離閉じ込め型ヘテロ構造）超格子活性層であり、例えば、厚みが１２ｎｍのＧａＩｎＰよりなる歪み活性層を、厚みが１２０ｎｍのＡｌ_0.6 ＧａＩｎＰ混晶よりなる光ガイド層で挟み込んだ構成を有している。

ｐ型第３クラッド層１５は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。第２エッチングストップ層１６は、例えば、厚みが１５ｎｍであり、ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｐ型第２クラッド層１７は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。第１エッチングストップ層１８は、例えば、厚みが１５ｎｍであり、ＧａＩｎＰにより構成されている。ｐ型第１クラッド層１９は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。中間層２０は、例えば、厚みが３０ｎｍであり、ＧａＩｎＰにより構成されている。キャップ層２１は、例えば、厚みが０．２６μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。

ｐ型第１クラッド層１９、ｐ型第２クラッド層１７およびｐ型第３クラッド層１５は、各々の厚みが０．０１μｍ以上２μｍ以下であり、かつ合計厚みが３μｍ以下であることが好ましい。ここで、ｐ側およびｎ側それぞれのクラッド層の厚みをｄｎ、ｄｐとすると、本実施の形態では、ｄｎはｎ型クラッド層１３の厚みに相当し、ｄｎ＝２．０μｍである。また、ｄｐは第２エッチングストップ層１６および第１エッチングストップ層１８の厚みを無視すればｐ型第１クラッド層１９、ｐ型第２クラッド層１７およびｐ型第３クラッド層１５の合計厚みに相当し、ｄｐ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＝２．０μｍとなっている。なお、ｄ１はｐ型第１クラッド層１９の厚み（例えば１．５μｍ）、ｄ２はｐ型第２クラッド層１７の厚み（例えば０．２５μｍ）、ｄ３はｐ型第３クラッド層１５の厚み（例えば０．２５μｍ）を表している。

突条部５１は、主出射側端面１０Ｆから突条部５１の延長方向における一部を含む放射角緩和領域（第１領域）Ａではキャップ層２１、中間層２０およびｐ型第１クラッド層１９を含んでいるのに対して、放射角緩和領域Ａ以外の屈折率導波領域（第２領域）Ｂではキャップ層２１、中間層２０、ｐ型第１クラッド層１９、第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７を含んでいる。すなわち、突条部５１は、放射角緩和領域（第１領域）Ａにおける高さが、放射角緩和領域Ａ以外の屈折率導波領域（第２領域）Ｂにおける高さよりも小さくなっている。突条部５１の放射角緩和領域Ａと屈折率導波領域Ｂとにおける高さの差は、例えば０．０１μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。

また、放射角緩和領域Ａにおける突条部５１の外側での第１エッチングストップ層１８の上面から活性層１４までの距離ｄｐＡは、屈折率導波領域Ｂにおける距離ｄｐＢよりも大きくなっている。すなわち、この半導体レーザ素子は、活性層１４内に図４に示したような実効屈折率の分布が形成されており、放射角緩和領域Ａにおける活性層１４のストライプ領域１４Ａとそれ以外のストライプ外部領域１４Ｂとの間の実効屈折率差ΔｎＡが、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢよりも小さくなっている。これにより、この半導体レーザ素子では、横方向の放射角を小さくすると共に、活性層１４で発生した光をストライプ領域１４Ａに有効に閉じ込めてトップハット型の良好なＮＦＰプロファイルを得ることができるようになっている。

すなわち、突条部５１による屈折率導波型の半導体レーザ素子では、ストライプ領域１４Ａとストライプ外部領域１４Ｂとの実効屈折率差は、ストライプ外部領域１４Ｂの実効屈折率に依存する。それは突条部５１をエッチングにより形成した際にストップした表面から活性層３０までの距離ｄｐによって決定され、この距離ｄｐは、ｐ型第１クラッド層１９の厚みｄ１、ｐ型第２クラッド層１７の厚みｄ２およびｐ型第３クラッド層１５の厚みｄ３の設計によって制御することができる。したがって、放射角緩和領域Ａでは距離ｄｐＡを大きくすることにより実効屈折率差ΔｎＡを小さくし、ビームの横方向の放射角を小さくすることができる。一方、ＮＦＰプロファイルは屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢでほぼ決定されることから、屈折率導波領域ではｄｐＢを小さくすることにより実効屈折率差ΔｎＢを大きくし、トップハット型の良好なＮＦＰプロファイルを得ることができる。放射角緩和領域Ａにおける距離ｄｐＡと屈折率導波領域Ｂにおける距離ｄｐＢとの差は、例えば０．０１μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。

例えば、本実施の形態では、ストライプ領域１４Ａの実効屈折率ｎ１＝３．２４２４５１６、放射角緩和領域Ａにおけるストライプ外部領域１４Ｂの実効屈折率ｎ２＝３．２４２４０１７、屈折率導波領域Ｂにおけるストライプ外部領域１４Ｂの実効屈折率ｎ３＝３．２４１４１１０となり、放射角緩和領域Ａにおける実効屈折率差ΔｎＡ＝ｎ１−ｎ２＝０．００００５、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢ＝ｎ１−ｎ３＝０．００１となる。このような構造を採用することにより屈折率導波領域Ｂでは大きな実効屈折率差ΔｎＢをつけることで強いインデックスガイド機構を造りつけることができ、放射角緩和領域Ａでは屈折率差ΔｎＡを小さくしてインデックスガイド効果を弱くすることができる。

更に、放射角緩和領域Ａにおける実効屈折率差ΔｎＡと屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢとは、数１を満たすことが好ましい。ΔｎＢは、例えば、最大値０．０１、最小値０．００００１と見積もることができ、ΔｎＡに関してはΔｎＢと少しでも差があればよいので、ほぼΔｎＢ−ΔｎＡ≒０と考えることができるからである。

（数１）
０．００００１≦ΔｎＢ−ΔｎＡ≦０．０１
ΔｎＡ＝ｎ１−ｎ２
ΔｎＢ＝ｎ１−ｎ３
（数１において、ｎ１はストライプ領域１４Ａの実効屈折率、ｎ２は放射角緩和領域Ａにおけるストライプ外部領域１４Ｂの実効屈折率、ｎ３は屈折率導波領域Ｂにおけるストライプ外部領域１４Ｂの実効屈折率をそれぞれ表す）

放射角緩和領域Ａの主出射側端面１０Ｆからの突条部５０の延長方向における寸法ＬＡは、層構造及びリッジ構造により決定される各領域の実効屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３および実効屈折率差ΔｎＡ、ΔｎＢに加えて、飛点距離も考慮して最適な値をとることが好ましく、例えば３μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。放射角緩和領域Ａの寸法ＬＡが５００μｍより大きいと横方向の放射角を小さくすることはできるがトップハット型のＮＦＰプロファイルが崩れてしまうおそれがあり、また、３μｍより小さいとトップハット型のＮＦＰプロファイルは変形させずに保つことができるが、横方向の放射角を小さくすることができないからである。例えば、放射角緩和領域Ａの寸法ＬＡを飛点距離よりも短くして放射角緩和領域Ａを飛点距離よりも主出射側端面１０Ｆ側に形成した場合、放射角は緩和されずに横方向の放射角が大きいまま発振してしまう。本実施の形態では、例えば放射角緩和領域Ａの寸法ＬＡは２０μｍ、屈折率導波領域Ｂの寸法ＬＢは６８０μｍとされている。

また、この半導体レーザ素子では、キャップ層２１上にｐ側電極４１が設けられ、基板１１の裏側にｐ側電極４２が設けられている。ｐ側電極４１は、突条部５１の上面および側面並びに突条部５１の外側の第１エッチングストップ層１８の上面を直接被覆している。突条部５１の側面下方および外側では、不純物濃度が極端に低くなっており、また、後述する突条部５１の形成工程においてｐ型第２クラッド層１７ないしキャップ層２１が大気中または水中に暴露されることにより表面に酸化層（図示せず）が形成されているため、ショットキー接合となっている。ｐ側電極４１は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕにより構成されている。また、ｎ側電極４２は、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕにより構成されている。

この半導体レーザ素子は、例えば、以下のようにして製造することができる。

図５ないし図１４は、この半導体レーザ素子の製造方法を工程順に表したものである。まず、図５に示したように、上述した厚みおよび材料よりなる基板１１上に、例えばＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy ；有機金属気相エピタキシー）法またはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、それぞれ上述した厚みおよび材料よりなるバッファ層１２、ｎ型クラッド層１３、活性層１４、ｐ型第３クラッド層１５、第２エッチングストップ層１６、ｐ型第２クラッド層１７、第１エッチングストップ層１８、ｐ型第１クラッド層１９、中間層２０およびキャップ層２１を順に積層する。このとき、ｎ型不純物としては例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）、ｐ型不純物としては例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）を用いる。これにより、基板１１上に、図１に示した半導体レーザ素子の縦構造を有する半導体層の積層体が形成される。

次いで、図６に示したように、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法等により、キャップ層２１上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）膜７１を形成する。

続いて、図７に示したように、例えば写真触刻により、ＳｉＯ₂ 膜７１上に、紙面に対して直交する方向に延びるストライプ状のレジストマスク７２を形成する。

そののち、図８に示したように、レジストマスク７２を用いたエッチングにより、ＳｉＯ₂ 膜７１を選択的に除去し、ＳｉＯ₂ マスク７３を形成する。ＳｉＯ₂ マスク７３を形成したのち、同じく図８に示したように、レジストマスク７２を除去する。

ＳｉＯ₂ マスク７３を形成したのち、図９に示したように、ＳｉＯ₂ マスク７３を用いたエッチングにより、キャップ層２１を選択的に除去して突条形状とする。エッチングする際にはこれを選択的に除去できるエッチャント、例えばりん酸系エッチャントを用いることが好ましい。また、このとき、中間層２０が設けられていることでエッチングを停止させることができると共に、ｐ型第１クラッド層１９が大気中に暴露されないので酸化されることはない。

キャップ層２１をエッチングしたのち、図１０に示したように、中間層２０およびｐ型第１クラッド層１９のエッチングを行い、突条部５１を形成する。エッチングは第１エッチングストップ層１８があるため、これが表出した時点で停止する。エッチャントには例えば酢酸：塩酸系エッチャントを用いて行うことが好ましい。また、この際、あまり長い時間エッチングを行うと第１エッチングストップ層１８をも貫通してしまうので、任意の時間の制御が必要となる。エッチャントの組成としては、例えば、体積比で、酢酸（９９％）：過酸化水素水（３２％）：塩酸（９６％）＝１００：１：１０とし、１０℃で３分間エッチングを行うことが好ましい。

中間層２０およびｐ型第１クラッド層１９のエッチングを行ったのち、図１１に示したように、放射角緩和領域Ａの形成予定領域のみに、ＳｉＯ₂ マスク７３上に、例えばレジストよりなるエッチング保護マスク７４を形成する。一方、屈折率導波領域Ｂにおいては、図１０と同様にＳｉＯ₂ マスク７３のみを残し、エッチング保護マスク７４は形成しない。このとき、エッチング保護マスク７４の突条部５１の延長方向における寸法を制御することにより、放射角緩和領域Ａの主出射側端面１０Ｆからの突条部５１の延長方向における寸法ＬＡが３μｍ以上５００μｍ以下となるようにすることが好ましい。

放射角緩和領域Ａにエッチング保護マスク７４を形成したのち、図１２に示したように、屈折率導波領域Ｂにおいてのみ、第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７のエッチングを行う。このとき、放射角緩和領域Ａではエッチング保護マスク７４が設けられているためエッチングされない。よって、放射角緩和領域Ａにおける突条部５１の外側での第１エッチングストップ層１８の上面から活性層１４までの距離ｄｐＡを、屈折率導波領域Ｂにおける距離ｄｐＢよりも大きくして、放射角緩和領域Ａにおける実効屈折率差ΔｎＡを、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢよりも小さくすることができる。

第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７のエッチングは、中間層２０およびｐ型第１クラッド層１９のエッチングと同様にして行うことができる。すなわち、エッチングは第２エッチングストップ層１６があるため、これが表出した時点で停止する。エッチャントも同様に、例えば酢酸：塩酸系エッチャントを用いて行うことが好ましい。また、この際、あまり長い時間エッチングを行うと第２エッチングストップ層１６をも貫通してしまうので、任意の時間の制御が必要となる。この場合のエッチャントの組成としては、例えば、体積比で、酢酸（９９％）：過酸化水素水（３２％）：塩酸（９６％）＝１００：１：１０とし、１０℃で２０秒間エッチングを行う。

屈折率導波領域Ｂにおいて第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７のエッチングを行ったのち、図１３に示したように、ＳｉＯ₂ マスク７３および放射角緩和領域Ａのエッチング保護マスク７４を除去する。

ＳｉＯ₂ マスク７３および放射角緩和領域Ａのエッチング保護マスク７４を除去したのち、図１４に示したように、ｐ側電極４１により、突条部５１の上面および側面並びに突条部５１の外側の第１エッチングストップ層１８の上面を直接被覆する。また、基板１１の裏側にｎ側電極４２を形成する。そののち、例えばヘキ開により基板１１を所定の大きさに整え、主出射側端面１０Ｆおよび後方端面１０Ｒを形成する。以上により、図１に示した半導体レーザ素子が完成する。

この半導体レーザ素子では、キャップ層２１に注入された電流は、突条部５１で狭窄され、活性層１４のストライプ領域１４Ａに至り電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、活性層１４内部を共振器方向（突条部５１の延長方向）に導波されてレーザ発振を生じ、レーザビームとして主出射側端面１０Ｆから外部に射出される。ここでは、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢが大きいので、活性層１４で発生した光がストライプ領域１４Ａに有効に閉じ込められ、トップハット型の良好なＮＦＰプロファイルが形成される。また、主出射側端面１０Ｆ近傍では、放射角緩和領域Ａにおける活性層１４のストライプ領域１４Ａとそれ以外のストライプ外部領域１４Ｂとの間の実効屈折率差ΔｎＡが、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢよりも小さくされているので、急激な実効屈折率差の低下により横方向の放射角が小さくなる。

このように本実施の形態では、放射角緩和領域Ａにおける活性層１４のストライプ領域１４Ａとストライプ外部領域１４Ｂとの間の実効屈折率差ΔｎＡを、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢよりも小さくするようにしたので、横方向の放射角を小さくすることができる。また、ＮＦＰプロファイルは屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢでほぼ決定されるので、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢを大きくとることにより活性層１４で発生した光をストライプ領域１４Ａに有効に閉じ込め、トップハット型の良好なＮＦＰプロファイルを得ることができる。よって、トップハット型のＮＦＰプロファイルを維持しながら横方向の放射角の広がりを緩和し、ストライプ領域１４Ａ内における光出力の均一性と光利用効率との両方を高めることができる。

〔第２の実施の形態〕
図１５および図１６は、この半導体レーザ素子の放射角緩和領域Ａおよび屈折率導波領域Ｂの断面構造をそれぞれ表したものである。この半導体レーザ素子は、プロジェクター用固体励起レーザ光源などに用いられるブロードストライプ型の８００ｎｍ帯半導体レーザ素子であり、各層の材料が異なること、中間層２０が設けられていないこと、および、突条部５１の両側に埋め込み層５２が形成されていることを除いては、第１の実施の形態で説明した半導体レーザ素子と同一の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。

この半導体レーザ素子の幅は例えば３００μｍ、ストライプ領域１４Ａの幅は例えば１００μｍ、共振器長Ｌすなわち主出射側端面１０Ｆと後方端面１０Ｒとの間の距離は例えば７００μｍである。また、放射角緩和領域Ａの寸法ＬＡは例えば５０μｍ、屈折率導波領域Ｂの寸法ＬＢは例えば６５０μｍとされている。

基板１１は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。バッファ層１２は、例えば、厚みが０．５μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。ｎ型クラッド層１３は、例えば、厚みが２．０μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ_0.47ＧａＡｓ混晶により構成されている。

活性層１４は、少なくとも一つの量子井戸構造を有しており、不純物を添加しないＳＣＨ超格子活性層であり、例えば、厚みが１０ｎｍのＡｌ_0.1 ＧａＡｓ混晶よりなる歪み活性層を、厚みが５０ｎｍのＡｌ_0.3 ＧａＡｓ混晶よりなる光ガイド層で挟み込んだ構成を有している。

ｐ型第３クラッド層１５は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ_0.47ＧａＡｓ混晶により構成されている。第２エッチングストップ層１６は、例えば、厚みが１０ｎｍであり、Ａｌ_0.6 ＧａＡｓ混晶により構成されている。ｐ型第２クラッド層１７は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ_0.47ＧａＡｓ混晶により構成されている。第１エッチングストップ層１８は、例えば、厚みが１０ｎｍであり、Ａｌ_0.6 ＧａＡｓ混晶により構成されている。ｐ型第１クラッド層１９は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ_0.47ＧａＡｓ混晶により構成されている。キャップ層２１は、例えば、厚みが０．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。

ｐ型第１クラッド層１９、ｐ型第２クラッド層１７およびｐ型第３クラッド層１５は、第１の実施の形態と同様に、各々の厚みが０．０１μｍ以上２μｍ以下であり、かつ合計厚みが３μｍ以下であることが好ましい。ここで、ｐ側およびｎ側それぞれのクラッド層の厚みをｄｎ、ｄｐとすると、本実施の形態では、ｄｎはｎ型クラッド層１３の厚みに相当し、ｄｎ＝２．０μｍである。また、ｄｐは第２エッチングストップ層１６および第１エッチングストップ層１８の厚みを無視すればｐ型第１クラッド層１９、ｐ型第２クラッド層１７およびｐ型第３クラッド層１５の合計厚みに相当し、ｄｐ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＝２．０μｍとなっている。なお、ｄ１はｐ型第１クラッド層１９の厚み（例えば１．５μｍ）、ｄ２はｐ型第２クラッド層１７の厚み（例えば０．２５μｍ）、ｄ３はｐ型第３クラッド層１５の厚み（例えば０．２５μｍ）を表している。

突条部５１は、放射角緩和領域Ａではキャップ層２１およびｐ型第１クラッド層１９を含んでいるのに対して、屈折率導波領域Ｂではキャップ層２１、ｐ型第１クラッド層１９、第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７を含んでいる。

電流阻止層５２は、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成され、放射角緩和領域Ａおよび屈折率導波領域Ｂの両方にわたって、突条部５１の側面および突条部５１の外側の第１エッチングストップ層１８または第２エッチングストップ層１６の上面に形成されている。また、キャップ層２１および電流阻止層５２上にはｐ側電極４１が設けられ、基板１１の裏側にはｐ側電極４２が設けられている。なお、電流阻止層５２は、絶縁性材料により構成されていてもよい。

また、この半導体レーザ素子は、第１の実施の形態と同様に、活性層１４内に図４に示したような実効屈折率の分布が形成されており、放射角緩和領域Ａにおける活性層１４のストライプ領域１４Ａとそれ以外のストライプ外部領域１４Ｂとの間の実効屈折率差ΔｎＡが、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢよりも小さくなっている。これにより、この半導体レーザ素子では、横方向の放射角を小さくすると共に、活性層１４で発生した光をストライプ領域１４Ａに有効に閉じ込めてトップハット型の良好なＮＦＰプロファイルを得ることができるようになっている。

例えば、本実施の形態では、ストライプ領域１４Ａの実効屈折率ｎ１＝３．３２５６８６８、放射角緩和領域Ａにおけるストライプ外部領域１４Ｂの実効屈折率ｎ２＝３．３２４６６３７、屈折率導波領域Ｂにおけるストライプ外部領域１４Ｂの実効屈折率ｎ３＝３．３１８９１５５となり、放射角緩和領域Ａにおける実効屈折率差ΔｎＡ＝ｎ１−ｎ２＝０．００１０２３１、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢ＝ｎ１−ｎ３＝０．００６７７１３となる。このような構造を採用することにより屈折率導波領域Ｂでは大きな実効屈折率差ΔｎＢをつけることで強いインデックスガイド機構を造りつけることができ、放射角緩和領域Ａでは屈折率差ΔｎＡを小さくしてインデックスガイド効果を弱くすることができる。

この半導体レーザ素子は、例えば、以下のようにして製造することができる。

図１７ないし図２５は、この半導体レーザ素子の製造方法を工程順に表したものである。まず、図１７に示したように、上述した厚みおよび材料よりなる基板１１上に、例えばＭＯＶＰＥ法またはＭＯＣＶＤ法により、それぞれ上述した厚みおよび材料よりなるバッファ層１２、ｎ型クラッド層１３、活性層１４、ｐ型第３クラッド層１５、第２エッチングストップ層１６、ｐ型第２クラッド層１７、第１エッチングストップ層１８、ｐ型第１クラッド層１９およびキャップ層２１を順に積層する。このとき、ｎ型不純物としては例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）、ｐ型不純物としては例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）を用いる。これにより、基板１１上に、図１５および図１６に示した半導体レーザ素子の縦構造を有する半導体層の積層体が形成される。

次いで、図１８に示したように、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法等により、キャップ層２１上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）膜７１を形成する。

続いて、図１９に示したように、例えば写真触刻により、ＳｉＯ₂ 膜７１上に、紙面に対して直交する方向に延びるストライプ状のレジストマスク７２を形成する。

そののち、図２０に示したように、レジストマスク７２を用いたエッチングにより、ＳｉＯ₂ 膜７１を選択的に除去し、ＳｉＯ₂ マスク７３を形成する。ＳｉＯ₂ マスク７３を形成したのち、同じく図２０に示したように、レジストマスク７２を除去する。

ＳｉＯ₂ マスク７３を形成したのち、図２１に示したように、ＳｉＯ₂ マスク７３を用いたエッチングにより、キャップ層２１およびｐ型第１クラッド層１９を選択的に除去し、突条部５１を形成する。エッチングは、第１エッチングストップ層１８があるため、これが表出した時点で停止する。エッチャントとしては、例えばＡｌ_0.6 ＧａＡｓ混晶とＡｌ_0.47ＧａＡｓ混晶とのアルミニウム組成の相違によりエッチング選択性を取れる有機酸系エッチャントを用いることが好ましい。

キャップ層２１およびｐ型第１クラッド層１９をエッチングしたのち、図２２に示したように、放射角緩和領域Ａの形成予定領域のみに、ＳｉＯ₂ マスク７３上に、例えばレジストよりなるエッチング保護マスク７４を形成する。一方、屈折率導波領域Ｂにおいては、図２１と同様にＳｉＯ₂ マスク７３のみを残し、エッチング保護マスク７４は形成しない。このとき、エッチング保護マスク７４の突条部５１の延長方向における寸法を制御することにより、放射角緩和領域Ａの主出射側端面１０Ｆからの突条部５１の延長方向における寸法ＬＡが３μｍ以上５００μｍ以下となるようにすることが好ましい。

放射角緩和領域Ａにエッチング保護マスク７４を形成したのち、図２３に示したように、屈折率導波領域Ｂにおいてのみ、第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７のエッチングを行う。このとき、放射角緩和領域Ａではエッチング保護マスク７４が設けられているためエッチングされない。よって、放射角緩和領域Ａにおける突条部５１の外側での第１エッチングストップ層１８の上面から活性層１４までの距離ｄｐＡを、屈折率導波領域Ｂにおける距離ｄｐＢよりも大きくして、放射角緩和領域Ａにおける実効屈折率差ΔｎＡを、屈折率導波領域Ｂにおける実効屈折率差ΔｎＢよりも小さくすることができる。

このエッチング工程では、まず、第１エッチングストップ層１８を硫酸系エッチャントで除去したのち、ｐ型第２クラッド層１７のエッチングを行う。エッチングは第２エッチングストップ層１６があるため、これが表出した時点で停止する。エッチャントとしては、キャップ層２１およびｐ型第１クラッド層１９の場合と同様に、例えばＡｌ_0.6 ＧａＡｓ混晶とＡｌ_0.47ＧａＡｓ混晶とのアルミニウム組成の相違によりエッチング選択性を取れる有機酸系エッチャントを用いることが好ましい。

屈折率導波領域Ｂにおいて第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７のエッチングを行ったのち、図２４に示したように、放射角緩和領域Ａのエッチング保護マスク７４を除去し、ＳｉＯ₂ マスク７３を用いたエピタキシャル成長により、上述した材料よりなる電流阻止層５２を形成する。このとき、電流阻止層５２は、突条部５１の側面および突条部５１の外側の第１エッチングストップ層１８または第２エッチングストップ層１６の上面に形成され、ＳｉＯ₂ マスク７３上には形成されない。

電流阻止層５２を形成したのち、図２５に示したように、ＳｉＯ₂ マスク７３を除去し、キャップ層２１および電流阻止層５２上にｐ側電極４１を形成する。また、基板１１の裏側にｎ側電極４２を形成する。そののち、例えばヘキ開により基板１１を所定の大きさに整え、主出射側端面１０Ｆおよび後方端面１０Ｒを形成する。以上により、図１５および図１６に示した半導体レーザ素子が完成する。

この半導体レーザ素子の作用は第１の実施の形態と同様であり、また、第１の実施の形態と同様の優れた効果が得られる。

〔変形例〕
図２６は、本発明の変形例に係る半導体レーザ素子の構成を表すものである。この半導体レーザ素子は、キャップ層２１が主出射側端面１０Ｆから突条部５１の延長方向における一部を回避して形成されることにより、放射角緩和領域Ａが電流非注入構造Ｃとされていることを除いては、第１の実施の形態の半導体レーザ素子と同一の構成を有するものである。このような本変形例の半導体レーザ素子では、電流非注入構造Ｃには電流を注入させないようにして光を発生させず、屈折率導波領域Ｂからの光が導波するだけとすることができる。よって、主出射側端面１０Ｆにおける端面光密度を下げて、本発明の効果をより高めることができる。

更に、キャップ層２１だけでなくｐ側電極４２も電流非注入構造Ｃを回避して形成されていれば、より好ましい。電流非注入構造Ｃにおける電流注入を確実に阻止することができ、更に高い効果を得ることができるからである。

本変形例の半導体レーザ素子は、キャップ層２１のうち主出射側端面１０Ｆから突条部５１の延長方向における一部をエッチングにより除去して放射角緩和領域Ａを電流非注入構造Ｃとすることを除いては、第１の実施の形態の半導体レーザ素子と同様にして製造することができる。

なお、電流非注入構造Ｃは、上述したように放射角緩和領域Ａのみに形成されていてもよいし、あるいは、放射角緩和領域Ａのみでなく屈折率導波領域Ｂの一部まで延在していてもよい。

また、電流非注入構造Ｃは、上述したようにキャップ層２１のみを除去することにより形成してもよいし、ｐ型第１クラッド層１９に至るエッチングにより形成するようにしてもよい。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、本発明を半導体レーザ素子に適用した場合について説明したが、本発明は、例えば図２７に示したような、複数の半導体レーザ素子を並列配置したバー状の半導体レーザアレイにも適用可能である。半導体レーザアレイを製造する場合には、基板１１を所定の大きさに整える際に任意の長さになるようにへき開してレーザバーとすればよい。

また、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、ｐ型第１クラッド層１９の厚みｄ１、ｐ型第２クラッド層１７の厚みｄ２、ｐ型第３クラッド層１５の厚みｄ３は、求められる実効屈折率差ΔｎＡ、ΔｎＢに応じて自由に設計することが可能である。その際、得られるＮＦＰプロファイルと放射角の関係を考慮して、放射角緩和領域の寸法ＬＡを最適な値とすることが望ましい。

更に、例えば、半導体レーザ素子の構成材料は、上記実施の形態で説明した例に限られない。例えば、上記実施の形態で説明したＡｌＩｎＰ混晶のかわりにＡｌＧａＩｎＰ混晶を用い、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＩｎＰ混晶層を組み合わせた積層構造としてもよい。例えば、基板１１はＧａＡｓ、ｎ型クラッド層１３、ｐ型第１クラッド層１９、ｐ型第２クラッド層１７およびｐ型第３クラッド層１５はＡｌＧａＩｎＰ、第１エッチングストップ層１８および第２エッチングストップ層１６はＧａＩｎＰ、キャップ層２１はＧａＡｓにより構成されていてもよい。

加えて、例えば、第２の実施の形態において、ｎ型クラッド層１３、ｐ型第１クラッド層１９、ｐ型第２クラッド層１７、ｐ型第３クラッド層１５、第１エッチングストップ層１８および第２エッチングストップ層１６は、５Ｂ族元素としてヒ素（Ａｓ）と、リン（Ｐ）および窒素（Ｎ）の少なくとも一方とを含んでいてもよい。

更にまた、上記実施の形態においては、ｎ型の基板１１上に、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を順に積層した構成を有する半導体レーザ素子について説明したが、ｐ型の基板を用い、ｐ型の基板上に、ｐ型半導体層、活性層およびｎ型半導体層を積層した逆導電型の構造としてもよい。

加えてまた、例えば、上記実施の形態では、バッファ層１２ないしキャップ層２１をＭＯＶＰＥ法またはＭＯＣＶＤ法等の有機金属気相成長法により形成する場合について説明したが、これに制限されることなく、例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法等で行ってもよい。

更にまた、上記実施の形態では、突条部５１をウェットエッチングにより形成する場合について説明したが、違うエッチャントを用いてもよい。また、これに限らずドライエッチング法等で行ってもよい。

加えてまた、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ素子の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また他の層を更に備えていてもよい。

更にまた、例えば、上記実施の形態では、活性層１４の構成を具体的に挙げて説明したが、活性層１４は、光閉じ込め係数を考慮し、放射角等の仕様上自由に設計してもよい。その場合、光閉じ込め係数に応じて、ｎ側およびｐ側のそれぞれのクラッド層の厚みｄｎ、ｄｐは損失係数αを考慮し、最適な値とすることが望ましい。

加えてまた、上記第１の実施の形態では、ｐ側電極４１により、突条部５１の上面および側面並びに突条部５１の外部の第１エッチングストップ層１８等の上面を直接被覆する場合について説明したが、突条部５１の側面および突条部５１の外部をｎ型半導体層または絶縁膜で埋め込んだ構造としてもよい。あるいは、上記第２の実施の形態では、キャップ層２１および電流阻止層５２上にｐ側電極４１を形成した場合について説明したが、ｐ側電極４１により、突条部５１の上面および側面並びに突条部５１の外部の第１エッチングストップ層１８等の上面を直接被覆するようにしてもよい。

更にまた、上記第１の実施の形態では、突条部５１が、放射角緩和領域Ａではキャップ層２１、中間層２０およびｐ型第１クラッド層１９を含み、屈折率導波領域Ｂではキャップ層２１、中間層２０、ｐ型第１クラッド層１９、第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７を含む場合について説明したが、突条部５１の層構成はこれに限定されない。例えば、突条部５１は、放射角緩和領域Ａではキャップ層２１、中間層２０、ｐ型第１クラッド層１９および第１エッチングストップ層１８を含み、屈折率導波領域Ｂではキャップ層２１、中間層２０、ｐ型第１クラッド層１９、第１エッチングストップ層１８、ｐ型第２クラッド層１７および第２エッチングストップ層１６を含んでいてもよい。

加えてまた、上記第２の実施の形態では、突条部５１が、放射角緩和領域Ａではキャップ層２１およびｐ型第１クラッド層１９を含み、屈折率導波領域Ｂではキャップ層２１、ｐ型第１クラッド層１９、第１エッチングストップ層１８およびｐ型第２クラッド層１７を含む場合について説明したが、突条部５１の層構成はこれに限定されない。例えば、突条部５１は、放射角緩和領域Ａではキャップ層２１、ｐ型第１クラッド層１９および第１エッチングストップ層１８を含み、屈折率導波領域Ｂではキャップ層２１、ｐ型第１クラッド層１９、第１エッチングストップ層１８、ｐ型第２クラッド層１７および第２エッチングストップ層１６を含んでいてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ素子の全体構成を表す斜視図である。 図１に示した半導体レーザ素子のＩＩ−ＩＩ線に沿った構造（放射角緩和領域）を表す断面図である。 図１に示した半導体レーザ素子のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った構造（屈折率導波領域）を表す断面図である。 図１に示した半導体レーザ素子における活性層の実効屈折率の分布を表す平面図である。 図１に示した半導体レーザ素子の製造方法を工程順に表す断面図である。 図５に続く工程を表す断面図である。 図６に続く工程を表す断面図である。 図７に続く工程を表す断面図である。 図８に続く工程を表す断面図である。 図９に続く工程を表す断面図である。 図１０に続く工程を表す断面図である。 図１１に続く工程を表す断面図である。 図１２に続く工程を表す断面図である。 図１３に続く工程を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ素子の放射角緩和領域の構造を表す断面図である。 図１５に示した半導体レーザ素子の屈折率導波領域の構造を表す断面図である。 図１５および図１６に示した半導体レーザ素子の製造方法を工程順に表す断面図である。 図１７に続く工程を表す断面図である。 図１８に続く工程を表す断面図である。 図１９に続く工程を表す断面図である。 図２０に続く工程を表す断面図である。 図２１に続く工程を表す断面図である。 図２２に続く工程を表す断面図である。 図２３に続く工程を表す断面図である。 図２４に続く工程を表す断面図である。 本発明の変形例に係る半導体レーザ素子の構成を表す斜視図である。 本発明に係る半導体レーザアレイの一例を表す斜視図である。 従来の半導体レーザ素子の一構成例を表す断面図である。 従来の半導体レーザ素子の他の構成例を表す断面図である。

符号の説明

１１…基板、１２…バッファ層、１３…ｎ型クラッド層、１４…活性層、１５…ｐ型第３クラッド層、１６…第２エッチングストップ層、１７…ｐ型第２クラッド層、１８…第１エッチングストップ層、１９…ｐ型第１クラッド層、２０…中間層、２１…キャップ層、３１…ｐ側電極、３２…ｎ側電極、５１…突条部、６１…電流注入領域、６２…電流非注入領域、７１…ＳｉＯ₂ 膜、７２…レジストマスク、７３…ＳｉＯ₂ マスク、７４…エッチング保護マスク、Ａ…放射角緩和領域、Ｂ…屈折率導波領域、Ｃ…電流非注入構造

Claims (25)

1. 基板上に活性層を含む半導体層を備え、前記半導体層の一部に前記活性層のストライプ領域を制限するための突条部を有すると共に前記半導体層の側面に前記突条部の延長方向に対向する主出射側端面および後方端面を備えた半導体レーザ素子であって、
   前記半導体層は、前記主出射側端面から前記突条部の延長方向における一部を含む第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とを有し、前記第１領域における前記活性層のストライプ領域と前記ストライプ領域以外のストライプ外部領域との間の実効屈折率差は、前記第２領域における実効屈折率差よりも小さい
   ことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記第１領域の前記主出射側端面からの前記突条部の延長方向における寸法は、３μｍ以上５００μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
3. 前記第１領域における前記突条部の高さは、前記第２領域における前記突条部の高さよりも小さい
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
4. 前記第１領域における前記突条部の外側での前記半導体層の上面から前記活性層までの距離は、前記第２領域よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
5. 前記ストライプ領域の実効屈折率は、前記第１領域と前記第２領域とで同じである
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
6. 前記第１領域における実効屈折率差ΔｎＡと前記第２領域における実効屈折率差ΔｎＢとは、数１を満たす
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
   （数１）
   ０．００００１≦ΔｎＢ−ΔｎＡ≦０．０１
   ΔｎＡ＝ｎ１−ｎ２
   ΔｎＢ＝ｎ１−ｎ３
   （数１において、ｎ１は前記ストライプ領域の実効屈折率、ｎ２は前記第１領域におけるストライプ外部領域の実効屈折率、ｎ３は前記第２領域におけるストライプ外部領域の実効屈折率をそれぞれ表す）
7. 前記半導体層は、前記基板側から順に、前記基板と同導電型を有する第１導電型クラッド層、前記活性層、前記基板と逆導電型を有する第２導電型第３クラッド層、第２エッチングストップ層、第２導電型第２クラッド層、第１エッチングストップ層、第２導電型第１クラッド層およびキャップ層を含み、
   前記突条部は、前記第１領域においては前記キャップ層および前記第２導電型第１クラッド層を含み、前記第２領域においては前記キャップ層、前記第２導電型第１クラッド層、前記第１エッチングストップ層および前記第２導電型第２クラッド層を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
8. 前記第２導電型第１クラッド層、前記第２導電型第２クラッド層および前記第２導電型第３クラッド層は、各々の厚みが０．０１μｍ以上２μｍ以下であり、かつ合計厚みが３μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
9. 前記突条部は、前記第１領域においては前記キャップ層、前記第２導電型第１クラッド層および前記第１エッチングストップ層を含み、前記第２領域においては前記キャップ層、前記第２導電型第１クラッド層、前記第１エッチングストップ層、前記第２導電型第２クラッド層および第２エッチングストップ層を含む
   ことを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
10. 前記基板はＧａＡｓ、前記第１導電型クラッド層、前記第２導電型第１クラッド層、前記第２導電型第２クラッド層および前記第２導電型第３クラッド層はＡｌＩｎＰ、前記第１エッチングストップ層および前記第２エッチングストップ層はＧａＩｎＰ、前記キャップ層はＧａＡｓにより構成されている
    ことを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
11. 前記基板はＧａＡｓ、前記第１導電型クラッド層、前記第２導電型第１クラッド層、前記第２導電型第２クラッド層および前記第２導電型第３クラッド層はＡｌＧａＩｎＰ、前記第１エッチングストップ層および前記第２エッチングストップ層はＧａＩｎＰ、前記キャップ層はＧａＡｓにより構成されている
    ことを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
12. 前記基板はＧａＡｓ、前記第１導電型クラッド層、前記第２導電型第１クラッド層、前記第２導電型第２クラッド層および前記第２導電型第３クラッド層はＡｌＧａＡｓ、前記第１エッチングストップ層および前記第２エッチングストップ層はＡｌＧａＡｓ、前記キャップ層はＧａＡｓにより構成されている
    ことを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
13. 前記第１導電型クラッド層、前記第２導電型第１クラッド層、前記第２導電型第２クラッド層、前記第２導電型第３クラッド層、前記第１エッチングストップ層および前記第２エッチングストップ層は、５Ｂ族元素としてヒ素（Ａｓ）と、リン（Ｐ）および窒素（Ｎ）の少なくとも一方とを含む
    ことを特徴とする請求項１２記載の半導体レーザ素子。
14. 前記半導体層の上面に電極を有し、前記電極は、前記突条部の上面および側面並びに前記突条部の外側の前記半導体層の上面を直接被覆している
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
15. 前記突条部の側面および前記突条部の外側の前記半導体層の上面に、前記基板と同導電型の半導体材料または絶縁性材料よりなる埋め込み層が設けられている
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
16. 前記キャップ層が前記主出射側端面から前記突条部の延長方向における一部を回避して形成されることにより、前記第１領域および前記第２領域のうち少なくとも前記第１領域が電流非注入構造とされている。
    ことを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
17. 複数の半導体レーザ素子を並列配置した半導体レーザアレイであって、
    前記半導体レーザ素子は、
    基板上に活性層を含む半導体層を備え、前記半導体層の一部に前記活性層のストライプ領域を制限するための突条部を有すると共に前記半導体層の側面に前記突条部の延長方向に対向する主出射側端面および後方端面を備えており、
    前記半導体層は、前記主出射側端面から前記突条部の延長方向における一部を含む第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とを有し、前記第１領域における前記活性層のストライプ領域と前記ストライプ領域以外のストライプ外部領域との間の実効屈折率差は、前記第２領域における実効屈折率差よりも小さい
    ことを特徴とする半導体レーザアレイ。
18. 基板上に活性層を含む半導体層を形成する工程と、前記半導体層の一部に前記活性層のストライプ領域を制限するための突条部を形成する工程と、前記半導体層の側面に前記突条部の延長方向に対向する主出射側端面および後方端面を形成する工程とを含む半導体レーザ素子の製造方法であって、
    前記半導体層を、前記主出射側端面から前記突条部の延長方向における一部を含む第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とに分けて、前記第１領域における前記活性層のストライプ領域と前記ストライプ領域以外のストライプ外部領域との間の実効屈折率差を、前記第２領域における実効屈折率差よりも小さくする
    ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
19. 前記第１領域の前記主出射側端面からの前記突条部の延長方向における寸法を、３μｍ以上５００μｍ以下とする
    ことを特徴とする請求項１８記載の半導体レーザ素子の製造方法。
20. 前記半導体層を形成する工程において、少なくとも、前記基板側から順に、前記基板と同導電型を有する第１導電型クラッド層、前記活性層、前記基板と逆導電型を有する第２導電型第３クラッド層、第２エッチングストップ層、第２導電型第２クラッド層、第１エッチングストップ層、第２導電型第１クラッド層およびキャップ層を形成し、
    前記突条部を形成する工程において、前記第１領域においては前記キャップ層および前記第２導電型第１クラッド層を選択的に除去し、前記第２領域においては前記キャップ層、前記第２導電型第１クラッド層、前記第１エッチングストップ層および前記第２導電型第２クラッド層を選択的に除去する
    ことを特徴とする請求項１８記載の半導体レーザ素子の製造方法。
21. 前記突条部を形成する工程において、前記第１領域においては前記キャップ層、前記第２導電型第１クラッド層および前記第１エッチングストップ層を選択的に除去し、前記第２領域においては前記キャップ層、前記第２導電型第１クラッド層、前記第１エッチングストップ層、前記第２導電型第２クラッド層および第２エッチングストップ層を選択的に除去する
    ことを特徴とする請求項２０記載の半導体レーザ素子の製造方法。
22. 前記突条部を形成する工程は、
    前記第１エッチングストップ層を用いて前記キャップ層および前記第２導電型第１クラッド層を選択的に除去する工程と、
    前記第１領域の形成予定領域にエッチング保護マスクを形成する工程と、
    前記エッチング保護マスクおよび前記第２エッチングストップ層を用いて、前記第２領域の形成予定領域の前記第１エッチングストップ層および前記第２導電型第２クラッド層を選択的に除去する工程と
    を含むことを特徴とする請求項２０記載の半導体レーザ素子の製造方法。
23. 前記キャップ層のうち前記主出射側端面から前記突条部の延長方向における一部を除去することにより、前記第１領域および前記第２領域のうち少なくとも前記第１領域を電流非注入構造とする。
    ことを特徴とする請求項２０記載の半導体レーザ素子の製造方法。
24. 前記半導体層の上面に電極を形成すると共に、前記電極により、前記突条部の上面および側面並びに前記突条部の外側の前記半導体層の上面を直接被覆する
    ことを特徴とする請求項１８記載の半導体レーザ素子の製造方法。
25. 前記突条部の側面および前記突条部の外側の前記半導体層の上面に、前記基板と同導電型の半導体材料または絶縁性材料よりなる埋め込み層を設ける
    ことを特徴とする請求項１８記載の半導体レーザ素子の製造方法。
    

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