JP4220436B2 - 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VIII−VIII断面及びIX−IX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。

なお、本発明に関連する公知技術としては、上記の他に、特許文献３に示された半導体レーザーがある。
特開平１０−４１５８２号公報 国際公開第００／４８２７７号パンフレット 特許第２５３１７１９号公報

しかしながら、特許文献２に開示された共振器には、以下の問題点がある。すなわち、領域１０２ａ及び１０２ｂを活性層１０１内に形成する際には、領域１０２ａ及び１０２ｂの角度が誤差を含むことを考慮しなければならない。理論上は、領域１０２ａ及び１０２ｂの角度を光Ｌの全反射臨界角と一致させることによって厳密に単一モード光を実現することが可能であるが、領域１０２ａ及び１０２ｂの角度が製造誤差を含むことによって領域１０２ａ及び１０２ｂの角度が光Ｌの全反射臨界角を超えた場合には、光Ｌは領域１０２ａ及び１０２ｂを透過してしまい、レーザ発振が困難となる。また、領域１０２ａ及び１０２ｂにおける全反射臨界角は、素子の温度によって変動する。従って、実際には、光Ｌの全反射臨界角に対し、領域１０２ａ及び１０２ｂの角度を或る程度の余裕をもって設定しなければならない。このため、光Ｌの出射角の狭小化が制限されることとなる。

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、レーザ光の出射角をより狭小化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、本発明による第１の半導体レーザ素子は、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、第１の半導体部と第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、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の部分を有しており、第１の部分の一対の側面における全反射臨界角θｃａ、及び第２の部分の一対の側面における全反射臨界角θｃｂが互いに異なり、第１の部分の一対の側面と光出射面及び光反射面との相対角度をθ _１ （＞θｃａ）とし、第２の部分の一対の側面と光出射面及び光反射面との相対角度をθ _２ （＞θｃｂ）としたときに、θｃａから（２θ _１ −θｃａ）までの角度範囲の一部と、θｃｂから（２θ _２ −θｃｂ）までの角度範囲の一部とを合成して２（θ _１ −θｃａ）及び２（θ _２ −θｃｂ）より小さい角度範囲のフィルタ特性が得られるようにθ _１ 及びθ _２ が規定されており、光反射面及び光出射面において当該面と垂直に反射した光が、第１及び第２の部分のそれぞれにおいて、一対の側面の双方において同じ回数だけ全反射するように、第１及び第２の部分それぞれの長さ、一対の側面同士の間隔、並びにθ _１ 及びθ _２ が設定されていることを特徴とする。また、本発明による第２の半導体レーザ素子は、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、第１の半導体部と第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、光反射面及び光出射面に達する導波路とを備え、導波路の少なくとも一部において、導波路の一対の側面のうち一方の側面における全反射臨界角θｃａと他方の側面における全反射臨界角θｃｂとが互いに異なり、一方の側面と光出射面及び光反射面との相対角度をθ _１ （＞θｃａ）とし、他方の側面と光出射面及び光反射面との相対角度をθ _２ （＞θｃｂ）としたときに、θｃａから（２θ _１ −θｃａ）までの角度範囲の一部と、θｃｂから（２θ _２ −θｃｂ）までの角度範囲の一部とを合成して２（θ _１ −θｃａ）及び２（θ _２ −θｃｂ）より小さい角度範囲のフィルタ特性が得られるようにθ _１ 及びθ _２ が規定されており、光反射面及び光出射面において当該面と垂直に反射した光が一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数だけ全反射するように、一対の側面同士の間隔、並びにθ _１ 及びθ _２ が設定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、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、導波路側面と光出射面及び光反射面との相対角度や全反射臨界角は製造精度や温度変化等によって変化するので、導波路側面と光出射面及び光反射面との相対角度は設計上の全反射臨界角に対し余裕をもって設定されることが好ましい。この場合、レーザ発振に関わる光の角度成分が、或る角度範囲をもって制限されることとなる。上記半導体レーザ素子では、導波路の側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なることによって、導波路側面の各部分において互いにずれた角度範囲で光の角度成分が制限される。導波路内を共振する光は導波路側面の各部分において反射するので、導波路内を共振する光の角度成分は、側面の全ての部分において反射可能なより狭い角度範囲に制限されることとなる。従って、上記半導体レーザ素子によれば、レーザ光の出射角をより狭小化できる。

また、上記半導体レーザ素子では、光反射面及び光出射面において当該面と垂直に反射した光が、第１及び第２の部分のそれぞれにおいて、一対の側面の双方において同じ回数だけ全反射するように、第１及び第２の部分それぞれの長さ、一対の側面同士の間隔、並びにθ _１ 及びθ _２ が設定されている。或いは、光反射面及び光出射面において当該面と垂直に反射した光が一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数だけ全反射するように、一対の側面同士の間隔、並びにθ _１ 及びθ _２ が設定されている。このように、共振する光が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入射／反射することができる。また、共振する光が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、導波路が第１及び第２の部分を有する場合に、第１の部分の一対の側面と、第２の部分の一対の側面との相対角度が（θ _１ ＋θ _２ ）であり、導波路が、第１及び第２の部分の間に位置し一対の側面を含む別の部分を有し、別の部分の一端は第１の部分と繋がっており、別の部分の他端は第２の部分と繋がっており、導波路の別の部分の一対の側面が光出射面及び光反射面に対して垂直に延びていることを特徴としてもよい。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、側面の角度が互いに異なる第１及び第２の部分の境目における光の損失を低減することができる。

また、半導体レーザ素子は、第１の半導体部が、活性層内に屈折率型の導波路を生成するためのリッジ部とリッジ部に隣接する薄厚部とを有し、導波路の側面における全反射臨界角が、薄厚部の厚さによって制御されていることを特徴としてもよい。

この半導体レーザ素子では、第１の半導体部のリッジ部に電流が注入されることにより、リッジ部に対応する活性層の領域が活性領域となる。このとき、活性領域の両側には実効的な屈折率差が生じるため、リッジ部の平面視形状（リッジ部を第１の半導体部の厚み方向から見た形状）に沿った形状の屈折率型の導波路が生成される。このとき、導波路側面の或る部分における全反射臨界角は、導波路側面の該部分に対応する薄厚部の厚さを調整することによって任意に設定される。従って、上記半導体レーザ素子によれば、側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なる導波路を容易に実現できる。

また、半導体レーザ素子は、第１の半導体部が、活性層内に屈折率型の導波路を生成するためのリッジ部を有し、リッジ部に電流を流すための電流ブロック部が、リッジ部の側面に沿って設けられており、導波路の側面における全反射臨界角が、電流ブロック部の材料組成によって制御されていることを特徴としてもよい。

上記半導体レーザ素子では、電流ブロック部によって狭窄された電流が第１の半導体部のリッジ部に注入されることにより、リッジ部に対応する活性層の領域が活性領域となる。このとき、活性領域の境界部分には実効的な屈折率差が生じるため、リッジ部の平面視形状に沿った形状の屈折率型の導波路が生成される。このとき、導波路側面の或る部分における全反射臨界角は、導波路側面の該部分に対応する電流ブロック部の材料組成を調整することによって任意に設定される。従って、上記半導体レーザ素子によれば、側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なる導波路を容易に実現できる。

また、半導体レーザ素子は、第２の半導体部が、活性層内に導波路を生成するためのリッジ部を有し、活性層及び第１の半導体部が、リッジ部上を含む第２の半導体部上に積層されており、活性層におけるリッジ部上の領域に電流を流すための電流集中手段が活性層上に設けられており、導波路の側面における全反射臨界角が、リッジ部の側面の高さによって制御されていることを特徴としてもよい。

上記半導体レーザ素子では、電流集中手段によって活性層におけるリッジ部上の領域に電流が注入されることにより、この領域が活性領域となる。このとき、活性層におけるリッジ部上の領域の両側には屈折率差が生じるため、リッジ部の平面視形状に沿った形状の導波路が生成される。このとき、導波路側面の或る部分における全反射臨界角は、導波路側面の該部分に対応するリッジ部側面の高さを調整することによって任意に設定される。従って、上記半導体レーザ素子によれば、側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なる導波路を容易に実現できる。

また、半導体レーザ素子は、活性層が、導波路の側面を規定する側面を有しており、活性層に電流を流すための電流ブロック部が、活性層の側面に沿って設けられており、導波路の側面における全反射臨界角が、活性層の側面における活性層と電流ブロック部との屈折率差によって制御されていることを特徴としてもよい。

上記半導体レーザ素子では、電流ブロック部によって狭窄された電流が活性層に注入されることにより、活性層の全域が活性領域となる。このとき、活性領域の両側すなわち活性層の側面では電流ブロック部との間に屈折率差が存在するため、活性層の平面視形状に沿った形状の導波路が形成される。このとき、導波路側面の或る部分における全反射臨界角は、導波路側面の該部分に対応する活性層の側面における活性層と電流ブロック部との屈折率差を調整することによって任意に設定される。従って、上記半導体レーザ素子によれば、側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なる導波路を容易に実現できる。

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、上記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、レーザ光の水平方向の出射角をより狭小化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、レーザ光の出射角をより狭小化できる。

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、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２５ｂ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同士も、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（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示した半導体レーザ素子アレイ１のＩ−Ｉ断面及びII−II断面をそれぞれ示す拡大断面図である。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を備えている。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を備えている。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の第１の部分９ａの両側には、第１の部分９ａの両側面に隣接して薄厚部１０ａが形成されている。薄厚部１０ａ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り、基板１１の光出射面１ａ側の面上に設けられる。同様に、リッジ部９の第２の部分９ｂの両側には、第２の部分９ｂの両側面に隣接して薄厚部１０ｂが形成されている。薄厚部１０ｂ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り、基板１１の光反射面１ｂ側の面上に設けられる。本実施形態では、薄厚部１０ｂの厚さｔ_ｂは薄厚部１０ａの厚さｔ_ａよりも厚く形成されている。

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III−III断面を示す断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）に示した積層体８のIV−IV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の第１の部分９ａに沿った薄厚部１０ａと、リッジ部９の第２の部分９ｂに沿った薄厚部１０ｂとを有する。先に述べたように、薄厚部１０ａ及び１０ｂ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。そして、エッチング時間が調整されることにより、薄厚部１０ｂの厚さｔ_ｂが薄厚部１０ａの厚さｔ_ａよりも厚く形成される。

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１０ａ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_１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１０ｂ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２の部分９ｂ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_２（≠θ_１）を有するように設けられている。

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導波路４の側面の一部となる一対の側面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導波路４の側面の他の一部となる一対の側面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度によって選択的に透過又は反射させる反射面として機能する。

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_１（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_１）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θｃａ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とは、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。また、全反射臨界角θｃａは、第１の半導体部３１の薄厚部１０ａの厚さｔ_ａに依存する。相対角度θ_１が全反射臨界角θｃａに基づいて決定されることにより、導波路４の第１の部分４ａの一対の側面４ｇ、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Ｌを全反射させる。

また、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_２（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_２）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θｃｂに基づいて決定される。ここで、全反射臨界角θｃｂは第１の半導体部３１の薄厚部１０ｂの厚さｔ_ｂに依存するが、薄厚部１０ａの厚さｔ_ａと薄厚部１０ｂの厚さｔ_ｂとが互いに異なることにより、側面４ｉ、４ｊにおける全反射臨界角θｃｂは側面４ｇ、４ｈにおける全反射臨界角θｃａとは異なる値となる。相対角度θ_２が全反射臨界角θｃｂに基づいて決定されることにより、導波路４の第２の部分４ｂの一対の側面４ｉ、４ｊは、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。

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に角度θ_２で入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４ｉに角度θ_２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に角度θ_１で入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４ｈに角度θ_１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が上記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で入射するレーザ光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、角度θ_１を角度θ_２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_１（＞θｃａ）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_１よりも小さな入射角θｉ＝θ_１−Δθで入射したレーザ光Ｌ２は、θ_１−Δθが全反射臨界角θｃａ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ｈに角度θ_１よりも大きな入射角θｉ＝θ_１＋Δθで入射したレーザ光Ｌ３は、入射角θｉが全反射臨界角θｃａ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_１−Δθとなる。θ_１−Δθの値が全反射臨界角θｃａ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、側面４ｈ（または側面４ｇ）においては、Δθがθ_１−Δθ≧θｃａを満たす場合に入射角θｉ（θ_１＋Δθ≧θｉ≧θ_１−Δθ）で側面４ｈ（４ｇ）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。また、同様に、側面４ｉ、４ｊにおいては、Δθがθ_２−Δθ≧θｃｂを満たす場合に入射角θｉ（θ_２＋Δθ≧θｉ≧θ_２−Δθ）で側面４ｉ、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。

ここで、図７（ａ）は、レーザ光Ｌの角度成分と第１の部分４ａの側面４ｇ及び４ｈにおける反射率との相関を示すグラフである。なお、図７（ａ）において、θｃａ_１は先に述べたθｉの下限であり、θｃａと一致する。また、θｃａ_２はθｉの上限であり、θ_１＋（θ_１−θｃａ）と一致する。また、図７（ａ）に基づく以下の作用は、第２の部分４ｂにおいても同様である。

図７（ａ）を参照すると、θ_１−Δθ≧θｃａ_１の範囲、及びθ_１＋Δθ≦θｃａ_２の範囲では、側面４ｇ及び４ｈにおいて反射率が１すなわちレーザ光Ｌが全反射していることがわかる。そして、この範囲以外では、反射率が急激に減少しておりレーザ光Ｌが側面４ｇ及び４ｈを透過していることがわかる。すなわち、レーザ光Ｌの角度θがθ＜θｃａ_１またはθ＞θｃａ_２である場合には、導波路４の第１の部分４ａにおいて除去されることとなる。なお、このように、第１の部分４ａにおいてはレーザ光Ｌの角度成分のうち所定範囲以外の成分が除去されることから、図７（ａ）を、レーザ光Ｌの角度成分に対する第１の部分４ａのフィルタ特性ということもできる。

図７（ｂ）は、θ_１をθｃａにより近づけた場合の、レーザ光Ｌの角度成分と第１の部分４ａの側面４ｇ及び４ｈにおける反射率との相関を示すグラフである。図７（ｂ）に示すように、θ_１をθｃａに近づけると、側面４ｇ及び４ｈにおいて全反射されるレーザ光Ｌの角度範囲（＝２Δθ）がより狭くなる。しかし、側面４ｇ及び４ｈにおける全反射臨界角θｃａや相対角度θ_１は、注入キャリア密度の増大や温度上昇に伴う実効屈折率の変化、或いは製造誤差等によって設計値に対しずれが生じる場合が多い。特にＧａＡｓ系半導体では、活性層における屈折率の温度変化率は導波路内外の屈折率差に対して約一桁小さいだけなので、例えば電流注入に伴う素子の温度変化が１０℃以上あれば（通常は１０℃〜３０℃）、導波路内外の屈折率差に無視できない影響を及ぼし、全反射臨界角が変化する。また、キャリア密度が変化すると、プラズマ効果によって実効屈折率が変化する。従って、図７（ａ）に示したように、θ_１とθｃａとの差θ_１−θｃａを余裕をもって設定することが望ましい。

図８（ａ）〜図８（ｃ）は、本実施形態の半導体レーザ素子３における、レーザ光Ｌの角度成分に対する導波路４のフィルタ特性を説明するためのグラフである。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞれレーザ光Ｌの角度成分に対する第１の部分４ａ及び第２の部分４ｂのフィルタ特性を示すグラフである。また、図８（ｃ）は、レーザ光Ｌの角度成分に対する導波路４全体でのフィルタ特性を示すグラフである。先に述べたように、導波路４の第１の部分４ａでは、θ_１とθｃａとの差θ_１−θｃａが余裕をもって設定されるので、レーザ光Ｌの角度範囲が或る一定の幅２Δθ_１を有する（図８（ａ））。導波路４の第２の部分４ｂもまた、θ_２とθｃｂとの差θ_２−θｃｂが余裕をもって設定されるので、レーザ光Ｌの角度範囲が或る一定の幅Δθ_２を有する（図８（ｂ））。そして、先に述べたように第１の部分４ａにおける全反射臨界角θｃａと第２の部分４ｂにおける全反射臨界角θｃｂとは互いに異なるため、差θ_１−θｃａと差θ_２−θｃｂとを略同じ値に設定すると、全反射臨界角θｃａと全反射臨界角θｃｂとの相違分だけ角度範囲が互いにずれることとなる。導波路４内を共振するレーザ光Ｌは第１の部分４ａ及び第２の部分４ｂの双方においてフィルタリングされるため、導波路４全体でのフィルタ特性は、図８（ｃ）に示すグラフのように、第１の部分４ａのフィルタ特性（図８（ａ）のグラフＧ１）と第２の部分４ｂのフィルタ特性（図８（ｂ）のグラフＧ２）とを合成した特性となる。従って、導波路４内を共振するレーザ光Ｌの角度範囲の幅は、２Δθ_１及び２Δθ_２よりも狭い幅２Δθ_３となる。

このように、本実施形態の半導体レーザ素子３及び半導体レーザ素子アレイ１によれば、レーザ光Ｌの角度範囲をより狭く制限することができるので、空間横モードがほぼ単一であるレーザ発振（空間横シングルモード）が得られ、レーザ光出射端４ｅから出射されるレーザ光Ｌの強度分布は所定の軸Ａの方向と平行な方向付近に偏り、その出射パターンは単峰性となる。また、シングルモード型のように導波路幅が制限されないので、導波路４の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、より強い強度のレーザ光Ｌを出射することが可能となる。

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９（ａ）〜図９（ｄ）を参照しながら説明する。図９（ａ）〜図９（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１光ガイド層１３、活性層１４、第２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９（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１０ａ（１０ｂ）を形成する。また、このとき、薄厚部１０ａ及び薄厚部１０ｂの厚さを、例えばエッチング時間によって制御する。具体的には、薄厚部１０ａ及び薄厚部１０ｂのうち厚い方の厚さにあわせて、第１の半導体部３１をエッチングする。そして、厚い方の薄厚部の表面をフォトレジストで被覆し、よりエッチングレートの遅いエッチャントを用いて第１の半導体部３１を更にエッチングすることにより、他方（薄い方）の薄厚部を形成する（図９（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９（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９（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。

続いて、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によれば、レーザ光Ｌの角度範囲をより狭く制限することができるので、出射パターンを単峰性とすることができる。また、導波路４の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、より強い強度のレーザ光Ｌ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、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ている。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３では、導波路４の側面の各部分である側面４ｇ〜４ｊにおける全反射臨界角θｃａ及びθｃｂを、側面４ｇ〜４ｊに対応するリッジ部９の側面９ｇ〜９ｊのそれぞれに沿った薄厚部１０ａ及び１０ｂの厚さｔ_ａ及びｔ_ｂを調整することによって任意に設定できる。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の側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なる構成を容易に実現できる。また、半導体レーザ素子３のようなリッジ構造は、構造が比較的単純であり、上記製造方法で示したように半導体の再成長プロセスを必要としない。従って、信頼性が高い半導体レーザ素子３を提供できる。なお、図１０に示す半導体レーザ素子３ａのように、ｐ側電極層１９ａが第１の半導体部３１のリッジ部９上のみに設けられることによって、導波路４の複数の側面４ｇ〜４ｊにおける全反射臨界角θｃａ及びθｃｂをさらに容易に制御することができる。

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、レーザ光Ｌの水平方向の出射角を小さくすることができる。

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。

ここで、実施例として、具体的な数値の一例を示す。半導体レーザ素子３が表２に示したような材料組成からなる場合、導波路４内部の屈折率ｎ_１は約３．３３２となる。そして、薄厚部１０ａ及び１０ｂの厚さｔ_ａ、ｔ_ｂを制御することによって、第１の部分４ａの外部における屈折率ｎ_２を３．３２４とし、第２の部分４ｂの外部における屈折率ｎ_３を３．３２１７とする。このとき、第１の部分４ａの側面４ｇ、４ｈにおける全反射臨界角θｃａは、θｃａ＝ｓｉｎ^−１（ｎ_２／ｎ_１）＝８６°となる。また、第２の部分４ｂの側面４ｉ、４ｊにおける全反射臨界角θｃｂは、θｃｂ＝ｓｉｎ^−１（ｎ_３／ｎ_１）＝８５．５°となる。ここで、差Δθ_１＝θ_１−θｃａ及び差Δθ_２＝θ_２−θｃｂの双方を１°と設定すると、θ_１＝８７°、θ_２＝８６．５°となる。このとき、レーザ光Ｌの角度範囲幅２Δθ_１及び２Δθ_２はそれぞれ２°となるが、θｃａとθｃｂとが互いに０．５°離れているため、第１の部分４ａにおける角度範囲と第２の部分４ｂにおける角度範囲とを合成した角度範囲の幅２Δθ_３は１．５°となる。
（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１１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〜第４の部分４１ａ〜４１ｄを有する。第１の部分４１ａは、導波路４１の側面の一部分として、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、導波路４１の側面の他の一部分として、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３の部分４１ｃの一端と繋がっている。第３の部分４１ｃは、導波路４１の側面の他の一部分として、互いに対向する一対の側面４１ｋ及び４１ｌを有する。第３の部分４１ｃの他端は、第４の部分４１ｄの一端と繋がっている。第４の部分４１ｄは、導波路４１の側面の他の一部分として、互いに対向する一対の側面４１ｍ及び４１ｎを有する。第４の部分４１ｄの他端は、レーザ光反射端４１ｆとなっている。

第１の部分４１ａの側面４１ｇ及び４１ｈは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ_１を有する。第２の部分４１ｂの側面４１ｉ及び４１ｊは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ_２を有し、側面４１ｇ及び４１ｈと角θ_１＋θ_２を成して繋がっている。第３の部分４１ｃの側面４１ｋ及び４１ｌは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ_３を有し、側面４１ｉ及び４１ｊと角θ_２＋θ_３を成して繋がっている。第４の部分４１ｄの側面４１ｍ及び４１ｎは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ_４を有し、側面４１ｋ及び４１ｌと角θ_３＋θ_４を成して繋がっている。角θ_１〜θ_４は、互いに異なる角度に設定される。第１の部分４１ａの側面４１ｇ及び４１ｈにおける全反射臨界角θｃａ、第２の部分４１ｂの側面４１ｉ及び４１ｊにおける全反射臨界角θｃｂ、第３の部分４１ｃの側面４１ｋ及び４１ｌにおける全反射臨界角θｃｃ、及び第４の部分４１ｄの側面４１ｍ及び４１ｎにおける全反射臨界角θｃｄは、θ_１〜θ_４それぞれがθｃａ〜θｃｄそれぞれに対して所定角度大きくなるように、薄厚部の厚さ等によって制御される。なお、図１１において、補助線Ｂは光出射面１ａ及び光反射面１ｂと平行な補助線である。

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、相対角度及び全反射臨界角が互いに異なる部分を導波路側面が幾つ含んでも良い。導波路側面がこのような部分を多く含むほど、レーザ光Ｌの角度成分に対するフィルタ効果を高めることができる。

（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１２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４２ｂを有する。第１の部分４２ａは、導波路４２の側面の一部分として、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２の部分４２ｂの一端と繋がっている。第２の部分４２ｂは、導波路４２の側面の他の一部分として、互いに対向する一対の側面４２ｉ及び４２ｊを有する。第２の部分４２ｂの他端は、レーザ光反射端４２ｆとなっている。

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_１を有する。第２の部分４２ｂの側面４２ｉ及び４２ｊは、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ_２を有し、側面４２ｇ及び４２ｈと角θ_１＋（π［ｒａｄ］−θ_２）を成して繋がっている。角θ_１及びθ_２は、互いに異なる角度に設定される。第１の部分４２ａの側面４２ｇ及び４２ｈにおける全反射臨界角θｃａ、及び第２の部分４２ｂの側面４２ｉ及び４２ｊにおける全反射臨界角θｃｂのそれぞれは、θ_１及びθ_２それぞれがθｃａ及びθｃｂそれぞれに対して所定角度大きくなるように、薄厚部の厚さ等によって制御される。

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、側面
４２ｊ、４２ｉ、４２ｈ、４２ｇ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４２ｅに入射することとなる。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の側面の各部分が光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して互いに同じ方向に傾いていてもよい。このような構成によっても、上記実施形態による半導体レーザ素子と同様の効果を得ることができる。

（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１３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と、第３の部分４３ｃと、第１の部分４３ａ及び第３の部分４３ｃの間に位置する第２の部分４３ｂとを有する。第１の部分４３ａは、導波路４３の側面の一部として、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２の部分４３ｂの一端と繋がっている。第２の部分４３ｂは、導波路４３の側面の他の一部として、互いに対向する一対の側面４３ｉ及び４３ｊを有する。第２の部分４３ｂの他端は、第３の部分４３ｃの一端と繋がっている。第３の部分４３ｃは、導波路４３の側面の他の一部として、互いに対向する一対の側面４３ｋ及び４３ｌを有する。第３の部分４３ｃの他端は、レーザ光反射端４３ｆとなっている。

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_１を有する。第２の部分４３ｂの側面４３ｉ及び４３ｊは、所定の軸Ａの方向に沿って延びており、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して略垂直に延びている。第３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_２を有し、側面４３ｇ及び４３ｈに対して相対角度θ_１＋θ_２を有する。角θ_１及びθ_２は、互いに異なる角度に設定される。第１の部分４３ａの側面４３ｇ及び４３ｈにおける全反射臨界角θｃａ、及び第３の部分４３ｂの側面４３ｋ及び４３ｌにおける全反射臨界角θｃｃのそれぞれは、θ_１及びθ_２それぞれがθｃａ及びθｃｃそれぞれに対して所定角度大きくなるように、薄厚部の厚さ等によって制御される。

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、側面４３ｌ、４３ｋの順に全反射されることによって、所定の軸Ａの方向に沿って導波路４３の第２の部分４３ｂに達する。レーザ光Ｌは、第２の部分４３ｂの側面４３ｉ及び４３ｊに沿って第２の部分４３ｂを通過する。レーザ光Ｌは、第１の部分４３ａにおいて側面４３ｇ、４３ｈ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４３ｅに入射することとなる。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、第１の部分４３ａと第３の部分４３ｃとの間に位置し、所定の軸Ａの方向に沿った側面４３ｉ及び４３ｊを有する第２の部分４３ｂを有することが好ましい。これにより、レーザ光Ｌが導波路４３内を共振する際の各部分の境目での角度変化を緩和することができるので、各部分の境目におけるレーザ光Ｌの損失を低減することができる。また、レーザ光出射端４３ｅ及びレーザ光反射端４３ｆにおいて所定の軸Ａの方向と異なる方向へ出射されるレーザ光Ｌ（サイドモード光）を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、本発明による半導体レーザ素子アレイの第２実施形態の構成を示す断面図である。図１４（ａ）は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同様の断面における断面図である。また、図１４（ｂ）は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの、図１に示したII−II断面と同様の断面における断面図である。

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との相違点の一つは、薄厚部１０の厚さである。本実施形態の半導体レーザ素子３ｂでは、薄厚部１０はリッジ部９のどの部分に沿っているかに拘わらず、均一な厚さを有する。また、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との相違点の他の一つは、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３ｂは、第１実施形態の絶縁層１８に代えて電流ブロック部２１ａ〜２１ｄを備えている。なお、半導体レーザ素子３ｂ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〜２１ｄ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〜２１ｄ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〜２１ｄ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及び２１ｂは、それぞれリッジ部９の第１の部分９ａの側面９ｇ及び９ｈに沿って薄厚部１０上に設けられる（図１４（ａ））。電流ブロック部２１ｃ及び２１ｄは、リッジ部９の第２の部分９ｂの側面９ｉ及び９ｊに沿って薄厚部１０上に設けられる（図１４（ｂ））。ｐ側電極層２２は、リッジ部９上及び電流ブロック部２１ａ〜２１ｄ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。この導波路５の側面５ｇ〜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の第１の部分５ａにおける側面５ｇ、５ｈ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、５ｈにおける全反射臨界角θｃａ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θｃａ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、５ｈ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θｃａが変化することとなる。

また、導波路５の第２の部分５ｂにおける側面５ｉ、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５ｉ、５ｊにおける全反射臨界角θｃｂに基づいて決定される。全反射臨界角θｃｂは、電流ブロック部２１ｃ及び２１ｄの材料組成に依存する。従って、電流ブロック部２１ａ、２１ｂの材料組成と電流ブロック部２１ｃ、２１ｄの材料組成とを個別に制御することにより、第２の部分５ｂの側面５ｉ、５ｊにおける全反射臨界角θｃｂと第１の部分５ａの側面５ｇ、５ｈにおける全反射臨界角θｃａとを互いに異なる任意の値とすることができる。

このように、本実施形態の半導体レーザ素子３ｂによれば、導波路５の側面５ｇ〜５ｊにおける全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）を、各側面５ｇ〜５ｊに対応するリッジ部９の側面９ｇ〜９ｊのそれぞれに沿った電流ブロック部２１ａ〜２１ｄ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。従って、本実施形態の半導体レーザ素子３ｂによれば、導波路５の側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なる構成を容易に実現できる。特に、本実施形態の半導体レーザ素子３ｂでは、全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）を電流ブロック部２１ａ〜２１ｄの材料組成によって調整できるため、上記第１実施形態のようにエッチング深さによって調整する方法と比較して、より精度よく全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）を制御することができる。

なお、本実施形態では薄厚部１０の厚さを均一としたが、電流ブロック部の材料組成を均一とし、薄厚部の厚さによって導波路側面の全反射臨界角を制御してもよい。或いは、電流ブロック部の材料組成と薄厚部の厚さとの双方によって導波路側面の全反射臨界角を制御してもよい。

（第３の実施の形態）
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、本発明による半導体レーザ素子アレイの第３実施形態の構成を示す断面図である。図１５（ａ）は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同様の断面における拡大断面図である。また、図１５（ｂ）は、本実施形態による半導体レーザ素子アレイの、図１に示したII−II断面と同様の断面における拡大断面図である。本実施形態の半導体レーザ素子アレイは、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３ｃによって構成されている。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を参照すると、本実施形態の半導体レーザ素子３ｃ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３ｃ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、図１５（ａ）に示す第１の部分７ａ及び図１５（ｂ）に示す第２の部分７ｂを有する。第１の部分７ａは、一対の側面７ｇ及び７ｈを有する。側面７ｇ及び７ｈは、積層体７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_１を有する。第２の部分７ｂは、一対の側面７ｉ及び７ｊを有する。側面７ｉ及び７ｊは、積層体７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_２（≠θ_１）を有する。活性層３５の側面３５ｇ〜３５ｊは、それぞれ積層体７の側面７ｇ〜７ｊに含まれる。

また、半導体レーザ素子３ｃは、電流ブロック部２９ａ〜２９ｄ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〜２９ｄ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〜２９ｄ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及び２９ｂは、それぞれ積層体７の側面７ｇ及び７ｈに沿って（すなわち活性層３５の側面３５ｇ及び３５ｈに沿って）、基板１１上に設けられる（図１５（ａ））。また、電流ブロック部２９ｃ及び２９ｄは、それぞれ積層体７の側面７ｉ及び７ｊに沿って（すなわち活性層３５の側面３５ｉ及び３５ｊに沿って）、基板１１上に設けられる（図１５（ｂ））。ｐ側電極層３０は、積層体７上及び電流ブロック部２９ａ〜２９ｄ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、導波路２の側面の一部分として、活性層３５の側面３５ｇ及び３５ｈによって規定される側面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_１を有する。また、導波路２の第２の部分２ｂは、導波路２の側面の他の一部分として、活性層３５の側面３５ｉ及び３５ｊによって規定される側面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_２（≠θ_１）を有する。

導波路２の第１の部分２ａにおける側面２ｇ、２ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ_１は、側面２ｇ、２ｈにおける全反射臨界角θｃａ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θｃａ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。

また、導波路２の第２の部分２ｂにおける側面２ｉ、２ｊと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度は、側面２ｉ、２ｊにおける全反射臨界角θｃｂに基づいて決定される。全反射臨界角θｃｂは、電流ブロック部２９ｃ及び２９ｄ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２９ｃ及び２９ｄ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。従って、電流ブロック部２９ａ、２９ｂと活性層３５との屈折率差、及び電流ブロック部２９ｃ、２９ｄと活性層３５との屈折率差をそれぞれ制御することにより、導波路２の第１の部分２ａの側面２ｇ、２ｈにおける全反射臨界角θｃａと第２の部分２ｂの側面２ｉ、２ｊにおける全反射臨界角θｃｂとを異なる値とすることができる。

このように、本実施形態の半導体レーザ素子３ｃによれば、導波路２の側面２ｇ〜２ｊにおける全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）を、該側面２ｇ〜２ｊそれぞれに対応する電流ブロック部２９ａ〜２９ｄと活性層３５との屈折率差を調整することによって任意に設定することができる。従って、導波路２の側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なる構成を容易に実現できる。

（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１６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１７（ａ）は、図１６に示すV−V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。図１７（ｂ）は、図１６に示すVI−VI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３ｄを備える。半導体レーザ素子３ｄは、第２の半導体部６１を備える。図１６、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）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、光出射面１ａ側に配置された第１の面６１ｃと、光反射面１ｂ側に配置された第２の面６１ｄとを有する。第１の面６１ｃは、第２の面６１ｄよりも低く（すなわち、基板５１の裏面からの距離が短く）形成されている。

また、第２の半導体部６１は、リッジ部６１ａ及び６１ｂを有する。リッジ部６１ａは、第１の面６１ｃを分割する位置に形成されており、第１の面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。側面６１ｇ及び６１ｈ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_１を有する。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。また、リッジ部６１ｂは、第２の面６１ｄを分割する位置に形成されており、第２の面６１ｄ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６１ｉ及び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_２を有する。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。第１の面６１ｃが第２の面６１ｄよりも低く形成されているため、第１の面６１ｃを基準とするリッジ部６１ａの側面６１ｇ、６１ｈの高さｈａは、第２の面６１ｄを基準とするリッジ部６１ｂの側面６１ｉ、６１ｊの高さｈｂよりも高くなっている。

第２の半導体部６１のリッジ部６１ａ及び６１ｂは、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る。このとき、第１の面６１ｃに対応する基板５１の領域と第２の面６１ｄに対応する基板５１の領域とで異なるエッチング時間を適用することにより、第１の面６１ｃを第２の面６１ｄよりも低く形成できる。

また、半導体レーザ素子３ｄ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３ｄ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に対応する領域に第１の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、第２の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、第１の面６１ｃ及び第２の面６１ｄ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の第１の部分６ａ及び第２の部分６ｂが生成される。この導波路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の第１の部分６ａにおける側面６ｇ及び６ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂ（図１参照）との相対角度θ_１は、側面６ｇ及び６ｈにおける全反射臨界角θｃａに基づいて決定される。本実施形態において、側面６ｇ及び６ｈのそれぞれにおける全反射臨界角θｃａは、側面６ｇ及び６ｈ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、導波路６の第２の部分６ｂにおける側面６ｉ及び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_２は、導波路６の第２の部分６ｂの側面６ｉ、６ｊにおける全反射臨界角θｃｂに基づいて決定される。側面６ｉ及び６ｊのそれぞれにおける全反射臨界角θｃｂは、側面６ｉ及び６ｊに対応するリッジ部６１ｂの側面６１ｉ及び６１ｊそれぞれの高さｈｂに依存する。従って、リッジ部６１ａの側面６１ｇ、６１ｈの高さｈａとリッジ部６１ｂの側面６１ｉ、６１ｊの高さｈｂとを個別に制御することにより、第１の部分６ａの側面６ｇ、６ｈにおける全反射臨界角θｃａと、第２の部分６ｂの側面６ｉ、６ｊにおける全反射臨界角θｃｂとを、互いに異なる任意の値とすることができる。

このように、本実施形態の半導体レーザ素子３ｄによれば、導波路６の側面６ｇ〜６ｊにおける全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）を、側面６ｇ〜６ｊに対応するリッジ部６１ａ（６１ｂ）の側面６１ｇ〜６１ｊの高さを調整することによって任意に設定することができる。従って、半導体レーザ素子３ｄによれば、導波路６の側面のうち少なくとも一部分における全反射臨界角が他の部分における全反射臨界角と異なる構成を容易に実現できる。特に、本実施形態の半導体レーザ素子３ｄは、構造が比較的単純であり、半導体の再成長プロセスを必要としない。従って、信頼性が高い半導体レーザ素子３ｄを提供できる。

側面６ｇ及び６ｈ（または側面６ｉ及び６ｊ）における全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）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の材料組成をリッジ部６１ａ上及びリッジ部６１ｂ上のそれぞれにおいて個別に制御することにより、第１の部分６ａの側面６ｇ、６ｈにおける全反射臨界角θｃａと第２の部分６ｂの側面６ｉ、６ｊにおける全反射臨界角θｃｂとを互いに異なる任意の値とすることができる。

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１８（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ素子３ｄの変形例として、半導体レーザ素子３ｅの構成を示す断面図である。図１８（ａ）は、図１６に示すV−V断面における半導体レーザ素子３ｅの断面図である。図１８（ｂ）は、図１６に示すVI−VI断面における半導体レーザ素子３ｅの断面図である。

本変形例の半導体レーザ素子３ｅが上記実施形態の半導体レーザ素子３ｄ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３ｅ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３ｅ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３ｅでは、電流集中手段である高抵抗領域６３がリッジ部６１ａ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３ｅでは、上記実施形態の半導体レーザ素子３ｄと同様に、リッジ部６１ａ（６１ｂ）の側面６１ｇ〜６１ｊの高さを調整することによって全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）を任意に設定することができる。或いは、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、全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）を任意に設定することができる。

また、側面６ｇ及び６ｈ（または側面６ｉ及び６ｊ）における全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）は、高抵抗領域６３と活性層５４との間隔にも依存する。従って、高抵抗領域６３と活性層５４との間隔を、リッジ部６１ａに沿った部分とリッジ部６１ｂに沿った部分とのそれぞれにおいて個別に調整することによって、全反射臨界角θｃａ（θｃｂ）を任意に設定することもできる。なお、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。

（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アレイの第５実施形態の構成を説明する。図１９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の構成を示す断面図である。本実施形態の半導体レーザ素子３ｆが第１実施形態の半導体レーザ素子３と異なる点は、第１の半導体部７１の構成である。半導体レーザ素子３ｆの第１の半導体部７１以外の構成については、第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様なので詳細な説明を省略する。

ここで、図２０及び図２１を参照して第１の半導体部７１について説明する。図２０は第１の半導体部７１を含む積層体８０の斜視図、図２１（ａ）は積層体８０の平面図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）に示した積層体８０のVII−VII断面を示す断面図である。積層体８０は、ｎ型クラッド層１２、第２光ガイド層１３、活性層１４、及び第１の半導体部７１からなる。第１の半導体部７１は、活性層１４上に設けられており、第１光ガイド層１５及びｐ型クラッド層１６を含んで構成されている。

第１の半導体部７１は、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに達する凸状のリッジ部７３を有する。リッジ部７３の一方の端面７３ｅは、光出射面１ａ上にある。リッジ部７３の他方の端面７３ｆは、光反射面１ｂ上にある。また、第１の半導体部７１は、リッジ部７３の一方の側面７３ｇに沿った薄厚部７４ａと、リッジ部７３の他方の側面７３ｈに沿った薄厚部７４ｂとを有する。薄厚部７４ａ及び７４ｂは、第１の半導体部７１がエッチングされることにより形成される。そして、このエッチング時間が調整されることにより、薄厚部７４ｂの厚さｔ_ｂが薄厚部７４ａの厚さｔ_ａよりも厚く形成される。

リッジ部７３の側面７３ｇ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_１を有するように設けられている。また、側面７３ｈ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_２（≠θ_１）を有するように設けられている。

活性層１４には、リッジ部７３の形状に対応した屈折率型の導波路４４が形成される。ここで、図２２は、活性層１４内に形成される導波路４４の平面図である。導波路４４は、リッジ部７３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、導波路４４にはリッジ部７３の端面７３ｅに対応してレーザ光出射端４４ｅが形成され、リッジ部７３の端面７３ｆに対応してレーザ光反射端４４ｆが形成される。また、導波路４４にはリッジ部７３の側面７３ｇ、７３ｈそれぞれに対応して、一対の側面４４ｇ、４４ｈが形成される。側面４４ｇ及び４４ｈのそれぞれは、本実施形態において導波路４４の側面の一部分及び他の一部分を構成する。レーザ光出射端４４ｅ及びレーザ光反射端４４ｆ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４４ｇ及び４４ｈは、導波路４４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４４ｇ及び４４ｈは、導波路４４内で発生したレーザ光Ｌを当該側面への入射角度によって選択的に透過又は反射させる反射面として機能する。

導波路４４の側面４４ｇと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ_１（すなわち、リッジ部７３の側面７３ｇと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ_１）は、導波路４４の側面４４ｇにおける全反射臨界角θｃａに基づいて決定される。全反射臨界角θｃａは、第１の半導体部７１の薄厚部７４ａの厚さｔ_ａに依存する。相対角度θ_１が全反射臨界角θｃａに基づいて決定されることにより、導波路４４の側面４４ｇが、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。

また、導波路４４の側面４４ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ_２（すなわち、リッジ部７３の側面７３ｈと光出射面１ａ及び光反射面１ｂとの相対角度θ_２）は、導波路４４の側面４４ｈにおける全反射臨界角θｃｂに基づいて決定される。ここで、全反射臨界角θｃｂは第１の半導体部７１の薄厚部７４ｂの厚さｔ_ｂに依存するが、薄厚部７４ａの厚さｔ_ａと薄厚部７４ｂの厚さｔ_ｂとが互いに異なることにより、側面４４ｈにおける全反射臨界角θｃｂは側面４４ｇにおける全反射臨界角θｃａとは異なる値となる。相対角度θ_２が全反射臨界角θｃｂに基づいて決定されることにより、導波路４４の側面４４ｈが、光出射面１ａ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、温度変化等による全反射臨界角θｃａ及びθｃｂの変動分を吸収するために、θ_１とθｃａとの差θ_１−θｃａ（＝Δθ_１）、及びθ_２とθｃｂとの差θ_２−θｃｂ（＝Δθ_２）は、所定の大きさをもって設定される。

図２２に示すように、レーザ光反射端４４ｆ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、側面４４ｇに角度θ_１で入射し、全反射する。そして、レーザ光Ｌは側面４４ｈに角度θ_２で入射し、全反射する。こうして、側面４４ｇ及び４４ｈ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４４ｅに達する。レーザ光出射端４４ｅに達したレーザ光Ｌの一部は、レーザ光出射端４４ｅ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４４ｅ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４４ｆに戻る。このようにして、導波路４４内のレーザ光Ｌは、レーザ光出射端４４ｅとレーザ光反射端４４ｆとの間を往復し、共振することとなる。

導波路４４では、θ_１とθｃａとの差θ_１−θｃａが所定の大きさをもって設定されるので、側面４４ｇにおいて反射可能なレーザ光Ｌの角度範囲が或る一定の幅２Δθ_１を有する（図８（ａ）参照）。また、θ_２とθｃｂとの差θ_２−θｃｂが所定の大きさをもって設定されるので、側面４４ｈにおいて反射可能なレーザ光Ｌの角度範囲が或る一定の幅２Δθ_２を有する（図８（ｂ）参照）。そして、先に述べたように側面４４ｇにおける全反射臨界角θｃａと側面４４ｈにおける全反射臨界角θｃｂとは互いに異なるため、差θ_１−θｃａと差θ_２−θｃｂとを略同じ値に設定すると、全反射臨界角θｃａと全反射臨界角θｃｂとの相違分だけ角度範囲が互いにずれることとなる。導波路４４内を共振するレーザ光Ｌは側面４４ｇ及び４４ｈの双方においてフィルタリングされるため、導波路４４全体でのフィルタ特性は、側面４４ｇのフィルタ特性と側面４４ｈのフィルタ特性とを合成した特性となる。従って、導波路４４内を共振するレーザ光Ｌの角度範囲の幅は、２Δθ_１及び２Δθ_２よりも狭い幅２Δθ_３となる（図８（ｃ）参照）。

このように、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆによれば、第１実施形態の半導体レーザ素子３と同様に、レーザ光Ｌの角度範囲をより狭く制限することができる。従って、空間横モードがほぼ単一であるレーザ発振（空間横シングルモード）が得られ、レーザ光出射端４４ｅから出射されるレーザ光Ｌの強度分布は所定の軸Ａの方向と平行な方向付近に偏り、その出射パターンは単峰性となる。また、導波路４４の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、より強い強度のレーザ光Ｌを出射することが可能となる。

なお、本実施形態では、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して相対角度θ_１、θ_２を有する側面４４ｇ、４４ｈが導波路４４の全域にわたって延びているが、光出射面１ａ及び光反射面１ｂに対して全反射臨界角に基づく相対角度を有する部分は、導波路４４の一部分であってもよい。このような構成であっても、レーザ光Ｌの角度範囲を狭く制限することができる。

また、先に示した特許文献３に開示された半導体レーザーは、斜光出射用の半導体レーザーであり、レーザー活性領域（すなわち導波路）の両側の屈折率を非対称とすることにより、共振面（光出射面及び光反射面）に垂直なレーザー活性領域から斜め方向にレーザ光を出射するものである。従って、少なくとも導波路側面の相対角度と全反射臨界角との間に相関がない点において、本実施形態の半導体レーザ素子３ｆとは全く異なるものである。

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。

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断面を示す拡大断面図である。（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III−III断面を示す断面図である。（ｃ）（ａ）に示した積層体のIV−IV断面を示す断面図である。 活性層内に形成される導波路の平面図である。 側面に様々な入射角で入射するレーザ光について説明するための図である。 （ａ）レーザ光の角度成分と第１の部分の側面における反射率との相関を示すグラフである。（ｂ）θ _１ をθｃａにより近づけた場合の、レーザ光の角度成分と第１の部分の側面における反射率との相関を示すグラフである。 （ａ）レーザ光の角度成分に対する第１の部分のフィルタ特性を示すグラフである。（ｂ）レーザ光の角度成分に対する第２の部分のフィルタ特性を示すグラフである。（ｃ）レーザ光の角度成分に対する導波路全体でのフィルタ特性を示すグラフである。 （ａ）〜（ｄ）半導体レーザ素子アレイの各製造工程における拡大断面図である。 ｐ側電極層が第１の半導体部のリッジ部上のみに設けられた半導体レーザ素子を示す断面図である。 第１の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の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の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。 （ａ）第２実施形態による半導体レーザ素子アレイの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同様の断面における断面図である。（ｂ）第２実施形態による半導体レーザ素子アレイの、図１に示したII−II断面と同様の断面における断面図である。 （ａ）第３実施形態による半導体レーザ素子アレイの、図１に示したＩ−Ｉ断面と同様の断面における拡大断面図である。（ｂ）第３実施形態による半導体レーザ素子アレイの、図１に示したII−II断面と同様の断面における拡大断面図である。 第４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。 （ａ）図１６に示すV−V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。（ｂ）図１６に示すVI−VI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。 （ａ）（ｂ）第４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。 第５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構成を示す断面図である。 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VII−VII断面を示す断面図である。 活性層内に形成される導波路の平面図である。 （ａ）従来の共振器の構成を示す平面図である。（ｂ）（ａ）のVIII−VIII断面及びIX−IX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、４…導波路、３，３ａ〜３ｆ…半導体レーザ素子、４ｅ…レーザ光出射端、４ｆ…レーザ光反射端、４ａ…第１の部分、４ｂ…第２の部分、４ｇ〜４ｊ…側面、８…積層体、９…リッジ部、９ａ…第１の部分、９ｂ…第２の部分、９ｇ〜９ｊ…側面、９ｅ，９ｆ…端面、１０ａ，１０ｂ…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、２５…凸部、２５ａ…第１の部分、２５ｂ…第２の部分、３１…第１の半導体部、３２…第２の半導体部。

Claims (8)

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、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の部分を有しており、
   前記第１の部分の前記一対の側面における全反射臨界角θｃａ、及び前記第２の部分の前記一対の側面における全反射臨界角θｃｂが互いに異なり、
   前記第１の部分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をθ _１ （＞θｃａ）とし、前記第２の部分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をθ _２ （＞θｃｂ）としたときに、θｃａから（２θ _１ −θｃａ）までの角度範囲の一部と、θｃｂから（２θ _２ −θｃｂ）までの角度範囲の一部とを合成して２（θ _１ −θｃａ）及び２（θ _２ −θｃｂ）より小さい角度範囲のフィルタ特性が得られるようにθ _１ 及びθ _２ が規定されており、
   前記光反射面及び前記光出射面において当該面と垂直に反射した光が、前記第１及び第２の部分のそれぞれにおいて、前記一対の側面の双方において同じ回数だけ全反射するように、前記第１及び第２の部分それぞれの長さ、前記一対の側面同士の間隔、並びにθ _１ 及びθ _２ が設定されていることを特徴とする、半導体レーザ素子。
2. 前記第１の部分の前記一対の側面と、前記第２の部分の前記一対の側面との相対角度が（θ _１ ＋θ _２ ）であり、
   前記導波路が、前記第１及び第２の部分の間に位置し一対の側面を含む別の部分を有し、
   前記別の部分の一端は前記第１の部分と繋がっており、前記別の部分の他端は前記第２の部分と繋がっており、
   前記導波路の前記別の部分の前記一対の側面が前記光出射面及び前記光反射面に対して垂直に延び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. 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、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、
   前記導波路の少なくとも一部において、前記導波路の一対の側面のうち一方の側面における全反射臨界角θｃａと他方の側面における全反射臨界角θｃｂとが互いに異なり、
   前記一方の側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度をθ _１ （＞θｃａ）とし、前記他方の側面と前記光出射面及び前記光反射面との相対角度をθ _２ （＞θｃｂ）としたときに、θｃａから（２θ _１ −θｃａ）までの角度範囲の一部と、θｃｂから（２θ _２ −θｃｂ）までの角度範囲の一部とを合成して２（θ _１ −θｃａ）及び２（θ _２ −θｃｂ）より小さい角度範囲のフィルタ特性が得られるようにθ _１ 及びθ _２ が規定されており、
   前記光反射面及び前記光出射面において当該面と垂直に反射した光が前記一対の側面のそれぞれにおいて同じ回数だけ全反射するように、前記一対の側面同士の間隔、並びにθ _１ 及びθ _２ が設定されていることを特徴とする、半導体レーザ素子。
4. 前記第１の半導体部が、前記活性層内に屈折率型の前記導波路を生成するためのリッジ部と前記リッジ部に隣接する薄厚部とを有し、
   前記導波路の前記側面における全反射臨界角が、前記薄厚部の厚さによって制御されてい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. 前記第１の半導体部が、前記活性層内に屈折率型の前記導波路を生成するためのリッジ部を有し、
   前記リッジ部に電流を流すための電流ブロック部が、前記リッジ部の側面に沿って設けられており、
   前記導波路の前記側面における全反射臨界角が、前記電流ブロック部の材料組成によって制御されてい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。
6. 前記第２の半導体部が、前記活性層内に前記導波路を生成するためのリッジ部を有し、
   前記活性層及び前記第１の半導体部が、前記リッジ部上を含む前記第２の半導体部上に積層されており、
   前記活性層における前記リッジ部上の領域に電流を流すための電流集中手段が前記活性層上に設けられており、
   前記導波路の前記側面における全反射臨界角が、前記リッジ部の側面の高さによって制御されてい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。
7. 前記活性層が、前記導波路の前記側面を規定する側面を有しており、
   前記活性層に電流を流すための電流ブロック部が、前記活性層の前記側面に沿って設けられており、
   前記導波路の前記側面における全反射臨界角が、前記活性層の前記側面における前記活性層と前記電流ブロック部との屈折率差によって制御されてい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。
8. 請求項１〜７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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