JP7384734B2 - semiconductor laser device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ素子に関し、たとえば、製品の加工等に用いて好適なものである。 The present invention relates to a semiconductor laser device, and is suitable for use, for example, in processing products.

近年、半導体レーザ素子が、様々な製品の加工に用いられている。このような半導体レーザ素子においては、加工品質を高めるために、半導体レーザ素子から出射される光が、高出力であること、および、高次モードがなるべくカットされて基本モードの割合が高められることが好ましい。 In recent years, semiconductor laser devices have been used to process various products. In order to improve the processing quality of such semiconductor laser devices, the light emitted from the semiconductor laser device must have high output, and the higher-order modes must be cut as much as possible to increase the proportion of the fundamental mode. is preferred.

以下の特許文献1には、導波方向中央においてストライプ状リッジ部の両側壁に設けられた粗面光導波機構と、導波方向両端部に設けられた平行滑面光導波機構と、を備えた半導体レーザ素子が記載されている。粗面光導波機構により、高次モードが損失を受け、基本モードの割合が高められる。 Patent Document 1 below includes a rough optical waveguide mechanism provided on both side walls of a striped ridge portion at the center in the waveguide direction, and a parallel smooth optical waveguide mechanism provided at both ends in the waveguide direction. A semiconductor laser device is described. The rough optical waveguide mechanism causes losses in higher-order modes and increases the proportion of fundamental modes.

特開平9-246664号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-246664

しかしながら、上記特許文献1に記載の構成では、垂直FFP(Far-Field Pattern)にリップル(乱れ)が生じる場合がある。この場合、出射光の形状が理想的なガウシアン形状から大きくずれるため、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の品質が低下するといった問題が生じる。 However, in the configuration described in Patent Document 1, ripples (disturbances) may occur in the vertical FFP (Far-Field Pattern). In this case, since the shape of the emitted light deviates significantly from the ideal Gaussian shape, a problem arises in that the quality of the laser light emitted from the semiconductor laser element is degraded.

かかる課題に鑑み、本発明は、垂直FFPにおけるリップルを抑制し、基本モードの割合を高めることが可能な半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 In view of such problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that can suppress ripples in vertical FFP and increase the ratio of fundamental mode.

本発明の主たる態様は、半導体レーザ素子に関する。本態様に係る半導体レーザ素子は、基板と、前記基板の上方に配置された第1半導体層と、前記第1半導体層の上方に配置された発光層と、前記発光層の上方に配置された第2半導体層と、前記第1半導体層より屈折率が低い低屈折率部と、を備える。前記第2半導体層は、前記発光層で生じたレーザ光を導くためのリッジ部を有し、前記リッジ部の幅は、前記リッジ部の導波方向の位置に応じて周期的に変化し、前記リッジ部の側面と前記導波方向とのなす角は、前記リッジ部の内側および前記リッジ部の外側の有効屈折率で既定される限界角度より大きく、前記低屈折率部は、前記発光層の活性層と前記基板との間で、且つ、少なくとも前記リッジ部の幅が小さくなった前記側面の外側に配置される。 A main aspect of the present invention relates to a semiconductor laser device. A semiconductor laser device according to this aspect includes a substrate, a first semiconductor layer disposed above the substrate, a light emitting layer disposed above the first semiconductor layer, and a light emitting layer disposed above the light emitting layer. The semiconductor device includes a second semiconductor layer and a low refractive index portion having a lower refractive index than the first semiconductor layer. The second semiconductor layer has a ridge portion for guiding the laser light generated in the light emitting layer, and the width of the ridge portion changes periodically depending on the position of the ridge portion in the waveguide direction, The angle between the side surface of the ridge portion and the waveguide direction is larger than a limit angle defined by the effective refractive index inside the ridge portion and outside the ridge portion, and the low refractive index portion is formed by the light emitting layer. between the active layer and the substrate, and at least on the outside of the side surface where the width of the ridge portion is reduced.

本態様に係る半導体レーザ素子によれば、リッジ部の側面と導波方向とのなす角が限界角度より大きく設定されることにより、高次モードのレーザ光がカットされ、基本モードのレーザ光の割合が高められる。また、低屈折率部が、発光層の活性層と基板との間で、且つ、少なくともリッジ部の幅が小さくなった側面の外側に配置される。これにより、リッジ部(導波路)を伝搬するレーザ光の分布位置が下方向に移動しにくくなるため、垂直FFPにおけるリップルが抑制される。よって、垂直FFPにおけるリップルを抑制しつつ、基本モードの割合を高めることができる。 According to the semiconductor laser device according to this embodiment, by setting the angle between the side surface of the ridge portion and the waveguide direction larger than the limit angle, the laser beam in the higher mode is cut, and the laser beam in the fundamental mode is cut. The percentage is increased. Further, the low refractive index portion is disposed between the active layer of the light emitting layer and the substrate, and at least on the outside of the side surface where the width of the ridge portion is reduced. This makes it difficult for the distribution position of the laser light propagating through the ridge portion (waveguide) to move downward, thereby suppressing ripples in the vertical FFP. Therefore, it is possible to increase the ratio of fundamental modes while suppressing ripples in vertical FFP.

以上のとおり、本発明によれば、垂直FFPにおけるリップルを抑制し、基本モードの割合を高めることが可能な半導体レーザ素子を提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser device that can suppress ripples in vertical FFP and increase the ratio of the fundamental mode.

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects and significance of the present invention will become clearer from the following description of the embodiments. However, the embodiment shown below is merely one example of implementing the present invention, and the present invention is not limited to what is described in the embodiment below.

図1は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。FIG. 1 is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to an embodiment. 図2は、実施形態に係る、半導体レーザ素子のA-A’断面をY軸正方向に見た場合の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the A-A' cross section of the semiconductor laser device according to the embodiment when viewed in the positive direction of the Y-axis. 図3(a)、(b)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment. 図4(a)、(b)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment. 図5(a)、(b)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment. 図6(a)、(b)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment. 図7(a)、(b)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment. 図8(a)、(b)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment. 図9(a)、(b)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment. 図10(a)、(b)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面図である。FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment. 図11は、実施形態に係る、半導体レーザ装置の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the embodiment. 図12は、実施形態に係る、リッジ部の側面の各サイズを模式的に示す上面図である。FIG. 12 is a top view schematically showing each size of the side surface of the ridge portion according to the embodiment. 図13(a)は、実施形態に係る、リッジ部の内外の屈折率差と限界角度との関係を示すグラフである。図13(b)は、実施形態に係る、Y軸方向における側面の所定の距離とX軸方向における側面の幅の極小値との関係を示すグラフである。FIG. 13A is a graph showing the relationship between the refractive index difference between the inside and outside of the ridge portion and the limit angle, according to the embodiment. FIG. 13(b) is a graph showing the relationship between a predetermined distance of the side surface in the Y-axis direction and the minimum value of the width of the side surface in the X-axis direction, according to the embodiment. 図14(a)は、比較例1に係る、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。図14(b)、(c)は、それぞれ、比較例1に係る、半導体レーザのA11-A12断面およびA21-A22断面をY軸正方向に見た場合の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 14A is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to Comparative Example 1. 14(b) and (c) are cross-sectional views schematically showing the configurations of the A11-A12 cross section and the A21-A22 cross section of the semiconductor laser according to Comparative Example 1, respectively, when viewed in the Y-axis positive direction. be. 図15は、比較例2に係る、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。FIG. 15 is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to Comparative Example 2. 図16は、比較例1、2に係る、半導体レーザ素子の各リッジ部の構造を変えた場合の垂直FFPの実験結果を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing experimental results of vertical FFP when the structure of each ridge portion of the semiconductor laser device was changed according to Comparative Examples 1 and 2. 図17(a)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。図17(b)、(c)は、それぞれ、実施形態に係る、半導体レーザのA31-A32断面およびA41-A42断面をY軸正方向に見た場合の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 17A is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to the embodiment. FIGS. 17(b) and 17(c) are cross-sectional views schematically showing the configuration of the A31-A32 cross section and the A41-A42 cross section of the semiconductor laser according to the embodiment, respectively, when viewed in the positive direction of the Y-axis. . 図18(a)は、変更例1に係る、半導体レーザ装置の構成を模式的に示す断面図である。図18(b)は、変更例2に係る、半導体レーザ装置の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 18A is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to Modification Example 1. FIG. 18(b) is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to modification example 2. 図19(a)は、変更例3に係る、半導体レーザ装置の構成を模式的に示す断面図である。図19(b)は、変更例4に係る、半導体レーザ装置の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 19A is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to Modification Example 3. FIG. 19(b) is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to modification example 4. 図20は、変更例5に係る、半導体レーザ装置の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to modification example 5. 図21は、変更例6に係る、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。FIG. 21 is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to modification example 6. 図22は、変更例7に係る、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。FIG. 22 is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to Modification Example 7.

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するX、Y、Z軸が付記されている。X軸方向は、リッジ部の幅方向であり、Y軸方向は、リッジ部における光の伝搬方向(共振器長方向)である。Z軸方向は、半導体レーザ素子を構成する各層の積層方向であり、Z軸正方向は、上方向である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For convenience, mutually orthogonal X, Y, and Z axes are shown in each figure. The X-axis direction is the width direction of the ridge portion, and the Y-axis direction is the propagation direction of light in the ridge portion (resonator length direction). The Z-axis direction is the lamination direction of each layer constituting the semiconductor laser element, and the positive Z-axis direction is the upward direction.

図1は、半導体レーザ素子1の構成を模式的に示す上面図である。 FIG. 1 is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device 1. As shown in FIG.

半導体レーザ素子1には、X軸方向の中央付近に、Y軸方向に直線状に延びたリッジ部40aが設けられている。リッジ部40aは、レーザ光を導波する導波路WGを形成する。リッジ部40aは、発光層30(図2参照)で生じ半導体レーザ素子1内で発振するレーザ光を、リッジ部40aに沿って伝搬させる。リッジ部40aのX軸正側およびX軸負側の端部には、それぞれ側面40bが設けられている。上面視において、側面40bがY-Z平面に対して角度θaまたは角度θbをなすことにより、リッジ部40aの幅が、リッジ部40aの導波方向(Y軸方向)に応じて周期的に変化している。 The semiconductor laser element 1 is provided with a ridge portion 40a extending linearly in the Y-axis direction near the center in the X-axis direction. The ridge portion 40a forms a waveguide WG that guides laser light. The ridge portion 40a allows laser light generated in the light emitting layer 30 (see FIG. 2) and oscillated within the semiconductor laser device 1 to propagate along the ridge portion 40a. Side surfaces 40b are provided at the ends of the ridge portion 40a on the X-axis positive side and the X-axis negative side, respectively. When viewed from above, the side surface 40b makes an angle θa or an angle θb with respect to the YZ plane, so that the width of the ridge portion 40a changes periodically according to the waveguide direction (Y-axis direction) of the ridge portion 40a. are doing.

リッジ部40aのX軸方向の幅が狭い部分の外側には、低屈折率部70が設けられている。低屈折率部70は、上面視において三角形形状を有し、低屈折率部70のX軸方向の幅は、Y軸方向の位置によって異なる。リッジ部40aのX軸方向の幅が小さくなるY軸方向の位置において、低屈折率部70のX軸方向の幅が大きくなる。低屈折率部70のZ軸方向における位置については、追って図2を参照して説明し、低屈折率部70による効果については、追って図17(a)~(c)を参照して説明する。 A low refractive index portion 70 is provided outside the narrow portion of the ridge portion 40a in the X-axis direction. The low refractive index section 70 has a triangular shape when viewed from above, and the width of the low refractive index section 70 in the X-axis direction varies depending on the position in the Y-axis direction. At a position in the Y-axis direction where the width of the ridge portion 40a in the X-axis direction becomes small, the width of the low refractive index portion 70 in the X-axis direction becomes large. The position of the low refractive index section 70 in the Z-axis direction will be explained later with reference to FIG. 2, and the effect of the low refractive index section 70 will be explained later with reference to FIGS. 17(a) to (c). .

端面1aは、Y軸正側に位置するリッジ部40aの端面であり、半導体レーザ素子1の出射側の端面である。端面1bは、Y軸負側に位置するリッジ部40aの端面であり、半導体レーザ素子1の反射側の端面である。端面1a、1bには、端面コート膜が形成される。端面1b側から端面1aへと向かう光(前進波)が端面1aに到達すると、前進波の一部は出射光として端面1aからY軸正方向に出射され、前進波の一部は端面1aで反射されて、端面1a側から端面1bへと向かう光(後退波)となる。後退波は、リッジ部40aを通ってY軸負方向に進み、端面1bに到達すると、後退波の大部分は端面1bで反射し前進波となる。こうして、半導体レーザ素子1内で生じた光は、端面1aと端面1bとの間で増幅され、端面1aから出射される。 The end surface 1a is the end surface of the ridge portion 40a located on the positive side of the Y-axis, and is the end surface on the emission side of the semiconductor laser element 1. The end surface 1b is the end surface of the ridge portion 40a located on the negative side of the Y-axis, and is the end surface of the semiconductor laser element 1 on the reflection side. An end surface coating film is formed on the end surfaces 1a and 1b. When the light (forward wave) traveling from the end surface 1b side to the end surface 1a reaches the end surface 1a, a part of the forward wave is emitted from the end surface 1a in the positive direction of the Y axis as outgoing light, and a part of the forward wave is emitted at the end surface 1a. The light is reflected and becomes light (backward wave) traveling from the end surface 1a side to the end surface 1b. The backward wave passes through the ridge portion 40a in the Y-axis negative direction, and when it reaches the end face 1b, most of the backward wave is reflected by the end face 1b and becomes a forward wave. In this way, the light generated within the semiconductor laser element 1 is amplified between the end face 1a and the end face 1b, and is emitted from the end face 1a.

図2は、図1に示した半導体レーザ素子1のA-A’断面をY軸正方向に見た場合の構成を模式的に示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the A-A' cross section of the semiconductor laser device 1 shown in FIG. 1 when viewed in the positive direction of the Y-axis.

図2に示すように、半導体レーザ素子1は、基板10と、第1半導体層20と、発光層30と、第2半導体層40と、電極部材50と、誘電体層60と、低屈折率部70と、n側電極80と、を備える。 As shown in FIG. 2, the semiconductor laser device 1 includes a substrate 10, a first semiconductor layer 20, a light emitting layer 30, a second semiconductor layer 40, an electrode member 50, a dielectric layer 60, and a low refractive index 70 and an n-side electrode 80.

第1半導体層20は、基板10の上方に配置されている。第1半導体層20は、n側クラッド層である。第1半導体層20は、第1のn側半導体層20aおよび第2のn側半導体層20b(図5(b)参照)が積層されることにより形成される。 The first semiconductor layer 20 is placed above the substrate 10 . The first semiconductor layer 20 is an n-side cladding layer. The first semiconductor layer 20 is formed by stacking a first n-side semiconductor layer 20a and a second n-side semiconductor layer 20b (see FIG. 5(b)).

発光層30は、第1半導体層20の上方に配置されている。発光層30は、下から順に、n側光ガイド層31と、活性層32と、p側光ガイド層33とが積層された積層構造を有する。半導体レーザ素子1に電圧が印加されると、発光層30において光が発生および伝搬する。 The light emitting layer 30 is arranged above the first semiconductor layer 20. The light emitting layer 30 has a laminated structure in which an n-side light guide layer 31, an active layer 32, and a p-side light guide layer 33 are laminated in order from the bottom. When a voltage is applied to the semiconductor laser device 1, light is generated and propagated in the light emitting layer 30.

第2半導体層40は、発光層30の上方に配置されている。第2半導体層40は、下から順に、電子障壁層41と、p側クラッド層42と、p側コンタクト層43とが積層された積層構造を有する。 The second semiconductor layer 40 is arranged above the light emitting layer 30. The second semiconductor layer 40 has a stacked structure in which an electron barrier layer 41, a p-side cladding layer 42, and a p-side contact layer 43 are stacked in order from the bottom.

第2半導体層40の上部には、X軸方向の中央付近に、リッジ部40aが形成されている。リッジ部40aは、Z軸正方向に突出した形状を有し、Y軸方向に延びたリッジ形状(突条形状)を有する。リッジ部40aが形成されることにより、リッジ部40aのX軸方向の範囲に対応して導波路WGが形成される。また、リッジ部40aが形成されることにより、リッジ部40aのX軸正側の端部およびX軸負側の端部に、それぞれ側面40bが形成される。また、第2半導体層40の上部には、リッジ部40aの根元からX軸方向に広がる平坦部40cが形成されている。 A ridge portion 40a is formed in the upper part of the second semiconductor layer 40 near the center in the X-axis direction. The ridge portion 40a has a shape that protrudes in the positive direction of the Z-axis, and has a ridge shape (projection shape) that extends in the Y-axis direction. By forming the ridge portion 40a, a waveguide WG is formed corresponding to the range of the ridge portion 40a in the X-axis direction. Further, by forming the ridge portion 40a, side surfaces 40b are formed at the end portion on the positive side of the X-axis and the end portion on the negative side of the X-axis of the ridge portion 40a. Furthermore, a flat portion 40c is formed at the top of the second semiconductor layer 40, extending from the root of the ridge portion 40a in the X-axis direction.

電極部材50は、第2半導体層40の上方に配置されている。電極部材50は、電圧を印加するためのp側電極51と、p側電極51の上方に配置されたパッド電極52と、を備える。p側電極51は、リッジ部40aの上面に配置される。p側電極51は、p側コンタクト層43の上方において、p側コンタクト層43とオーミック接触するオーミック電極である。パッド電極52は、リッジ部40aよりもX軸方向に長い形状であり、p側電極51および誘電体層60と接触している。 The electrode member 50 is arranged above the second semiconductor layer 40. The electrode member 50 includes a p-side electrode 51 for applying a voltage, and a pad electrode 52 arranged above the p-side electrode 51. The p-side electrode 51 is arranged on the upper surface of the ridge portion 40a. The p-side electrode 51 is an ohmic electrode that makes ohmic contact with the p-side contact layer 43 above the p-side contact layer 43 . The pad electrode 52 has a shape longer in the X-axis direction than the ridge portion 40a, and is in contact with the p-side electrode 51 and the dielectric layer 60.

誘電体層60は、リッジ部40aに光を閉じ込めるために、リッジ部40aのX軸方向の外側においてp側クラッド層42の上方に配置されている。具体的には、誘電体層60は、側面40bから平坦部40cにわたって連続的に形成されている。誘電体層60は、リッジ部40aより屈折率が低い絶縁膜により構成される。 The dielectric layer 60 is disposed above the p-side cladding layer 42 on the outside of the ridge portion 40a in the X-axis direction in order to confine light in the ridge portion 40a. Specifically, the dielectric layer 60 is continuously formed from the side surface 40b to the flat portion 40c. The dielectric layer 60 is made of an insulating film having a lower refractive index than the ridge portion 40a.

低屈折率部70は、Z軸方向において第1半導体層20内に配置され、X軸方向においてリッジ部40aの外側に配置される。低屈折率部70は、第1半導体層20、発光層30、および第2半導体層40より屈折率が低い材料により構成される。本実施形態では、低屈折率部70は、シリコン酸化膜からなる誘電体材料により構成される。低屈折率部70によれば、図17(a)~(c)を参照して後述するように、垂直FFPにリップル(乱れ)が生じることを抑制できる。また、本実施形態では、低屈折率部70の断面は長方形形状であるため、低屈折率部70のX軸方向の内側端部および外側端部がZ軸方向に平行となる。これにより、内側端部の位置P1付近および外側端部の位置P2付近において、破線で示すように各層に界面が生じ、この界面により高次モードのレーザ光が散乱される。 The low refractive index section 70 is disposed within the first semiconductor layer 20 in the Z-axis direction, and is disposed outside the ridge section 40a in the X-axis direction. The low refractive index section 70 is made of a material having a lower refractive index than the first semiconductor layer 20, the light emitting layer 30, and the second semiconductor layer 40. In this embodiment, the low refractive index section 70 is made of a dielectric material made of a silicon oxide film. According to the low refractive index section 70, as will be described later with reference to FIGS. 17(a) to (c), it is possible to suppress ripples (disturbances) from occurring in the vertical FFP. Furthermore, in this embodiment, since the low refractive index section 70 has a rectangular cross section, the inner end and outer end of the low refractive index section 70 in the X-axis direction are parallel to the Z-axis direction. As a result, interfaces are formed in each layer near the position P1 of the inner end and near the position P2 of the outer end, as shown by broken lines, and the higher-order mode laser light is scattered by these interfaces.

n側電極80は、基板10の下方に配置されており、基板10とオーミック接触するオーミック電極である。 The n-side electrode 80 is an ohmic electrode that is placed below the substrate 10 and makes ohmic contact with the substrate 10 .

次に、図3(a)~図10(b)を参照して、半導体レーザ素子1の製造方法について説明する。図3(a)~図10(b)は、図2と同様の断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor laser device 1 will be described with reference to FIGS. 3(a) to 10(b). 3(a) to 10(b) are cross-sectional views similar to FIG. 2.

以下、各層の成長において、Ga、AlおよびInを含む有機金属原料には、それぞれ、たとえば、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアンモニウム(TMA)およびトリメチルインジウム(TMI)を用いる。また、窒素原料には、アンモニア(NH)を用いる。リソグラフィー法としては、短波長光源を利用したフォトリソグラフィー法や、電子線で直接描画する電子線リソグラフィー法、ナノインプリント法などを用いることができる。エッチング法としては、たとえば、CFなどのフッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)によるドライエッチング、または、1:10程度に希釈した弗化水素酸(HF)などを用いたウェットエッチングを用いることができる。 Hereinafter, in the growth of each layer, trimethylgallium (TMG), trimethylammonium (TMA), and trimethylindium (TMI) are used as organic metal raw materials containing Ga, Al, and In, respectively. Furthermore, ammonia (NH 3 ) is used as the nitrogen raw material. As the lithography method, a photolithography method using a short wavelength light source, an electron beam lithography method in which drawing is performed directly with an electron beam, a nanoimprint method, etc. can be used. Etching methods include, for example, dry etching using reactive ion etching (RIE) using a fluorine-based gas such as CF4 , or wet etching using hydrofluoric acid (HF) diluted approximately 1:10. can be used.

図3(a)に示すように、主面が(0001)面であるn型六方晶GaN基板である基板10上に、有機金属気層成長法(Metalorganic Chemical Vapor Deposition:MOCVD法)により、第1のn側半導体層20aを成膜する。具体的には、厚さ400μmの基板10上に、第1のn側半導体層20aとしてn型AlGaNからなるn側クラッド層を3μm成長させる。 As shown in FIG. 3(a), a film is deposited on a substrate 10, which is an n-type hexagonal GaN substrate whose main surface is a (0001) plane, by a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method. 1 n-side semiconductor layer 20a is formed. Specifically, on the substrate 10 having a thickness of 400 μm, an n-side cladding layer made of n-type AlGaN is grown to a thickness of 3 μm as the first n-side semiconductor layer 20a.

次に、図3(b)に示すように、第1のn側半導体層20a上に、低屈折率部70を成膜する。具体的には、第1のn側半導体層20aの上に、シラン(SiH)を用いたプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、低屈折率部70として、シリコン酸化膜(SiO)を100nm成膜する。なお、低屈折率部70の成膜方法は、プラズマCVD法に限るものではなく、たとえば、熱CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、またはパルスレーザー成膜法など、公知の成膜方法を用いることができる。続いて、低屈折率部70の上に、フォトレジストからなる第1保護膜91を成膜する。 Next, as shown in FIG. 3(b), a low refractive index portion 70 is formed on the first n-side semiconductor layer 20a. Specifically, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed as the low refractive index portion 70 on the first n-side semiconductor layer 20a by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method using silane (SiH 4 ) . A 100 nm film is formed. Note that the method for forming the low refractive index portion 70 is not limited to the plasma CVD method, but may be any known film forming method such as a thermal CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a pulsed laser film forming method. be able to. Subsequently, a first protective film 91 made of photoresist is formed on the low refractive index portion 70 .

次に、図4(a)に示すように、フォトリソグラフィー法を用いて、第1保護膜91が所望の場所のみに残るようにパターニングする。すなわち、第1保護膜91が所定形状に残るように、第1保護膜91を選択的に除去する。当該所定形状とは、図1に示す低屈折率部70の上面視における形状である。 Next, as shown in FIG. 4A, the first protective film 91 is patterned using a photolithography method so that it remains only at desired locations. That is, the first protective film 91 is selectively removed so that the first protective film 91 remains in a predetermined shape. The predetermined shape is the shape of the low refractive index section 70 shown in FIG. 1 when viewed from above.

次に、図4(b)に示すように、第1保護膜91をマスクとして、低屈折率部70をエッチングする。 Next, as shown in FIG. 4B, the low refractive index portion 70 is etched using the first protective film 91 as a mask.

次に、図5(a)に示すように、第1保護膜91を除去する。第1保護膜91の除去には、アセトンなどの有機溶剤を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 5(a), the first protective film 91 is removed. An organic solvent such as acetone can be used to remove the first protective film 91.

次に、図5(b)に示すように、第1のn側半導体層20aおよび低屈折率部70上に、第2のn側半導体層20bを成膜する。具体的には、第2のn側半導体層20bとして、n型AlGaNからなるn側クラッド層を0.2μm成長させる。これにより、第1半導体層20の形成が完了し、第1半導体層20内に、低屈折率部70が位置付けられる。 Next, as shown in FIG. 5B, a second n-side semiconductor layer 20b is formed on the first n-side semiconductor layer 20a and the low refractive index section 70. Specifically, as the second n-side semiconductor layer 20b, an n-side cladding layer made of n-type AlGaN is grown to a thickness of 0.2 μm. This completes the formation of the first semiconductor layer 20, and the low refractive index portion 70 is positioned within the first semiconductor layer 20.

ここで、第2のn側半導体層20bの成長条件によって、低屈折率部70上への結晶成長状態を制御できる。たとえば、成長温度を高温にすることで、原料の拡散が起こりやすくなり横方向(X軸方向)への結晶成長が促進され、低屈折率部70上にも、窒化物半導体層を比較的平坦に形成することができる。 Here, the state of crystal growth on the low refractive index portion 70 can be controlled by the growth conditions of the second n-side semiconductor layer 20b. For example, by setting the growth temperature to a high temperature, diffusion of the raw material becomes more likely to occur and crystal growth in the lateral direction (X-axis direction) is promoted. can be formed into

第2のn側半導体層20bが形成される際、低屈折率部70の左右(X軸方向)から成長してきた結晶同士が、低屈折率部70を覆うように成長し、低屈折率部70の上で接合する。この接合により、低屈折率部70の直上に位置する第2のn側半導体層20bで界面が生じ、この界面において欠陥が導入される。これにより、低屈折率部70の直上に配置される第2のn側半導体層20bの欠陥密度は、低屈折率部70の直上以外の第2のn側半導体層20bの欠陥密度よりも大きくなる。 When the second n-side semiconductor layer 20b is formed, crystals grown from the left and right sides (X-axis direction) of the low refractive index portion 70 grow to cover the low refractive index portion 70, and the low refractive index portion Join above 70. This bonding creates an interface in the second n-side semiconductor layer 20b located directly above the low refractive index portion 70, and defects are introduced at this interface. As a result, the defect density of the second n-side semiconductor layer 20b disposed directly above the low refractive index section 70 is larger than the defect density of the second n-side semiconductor layer 20b other than directly above the low refractive index section 70. Become.

上記のように、低屈折率部70の直上に位置する第2のn側半導体層20bの界面において欠陥が導入されると、同様に、第1半導体層20の上方に積層される各層においても、低屈折率部70の直上において界面が生じ、この界面において欠陥が導入される。これにより、第1半導体層20の上方の各層において、低屈折率部70の直上の欠陥密度が、低屈折率部70の直上以外の欠陥密度よりも大きくなる。特に、低屈折率部70の直上の発光層30において欠陥が導入されると、低屈折率部70の直上の発光層30付近に分布する不要な高次モードの光を弱めることができる。 As described above, when defects are introduced at the interface of the second n-side semiconductor layer 20b located directly above the low refractive index section 70, similarly, defects are introduced in each layer stacked above the first semiconductor layer 20. , an interface is generated directly above the low refractive index portion 70, and defects are introduced at this interface. As a result, in each layer above the first semiconductor layer 20 , the defect density directly above the low refractive index section 70 becomes larger than the defect density in areas other than directly above the low refractive index section 70 . In particular, when a defect is introduced in the light emitting layer 30 directly above the low refractive index section 70, unnecessary high-order mode light distributed near the light emitting layer 30 directly above the low refractive index section 70 can be weakened.

次に、図6(a)に示すように、第1半導体層20上に、発光層30および第2半導体層40を、有機金属気層成長法を用いて順次成膜する。具体的には、n型GaNからなるn側光ガイド層31を0.2μm成長させる。続いて、InGaNからなるバリア層とInGaN量子井戸層との2周期からなる活性層32を成長させる。続いて、p型GaNからなるp側光ガイド層33を0.1μm成長させる。続いて、AlGaNからなる電子障壁層41を10nm成長させる。続いて、膜厚1.5nmのp型AlGaN層と膜厚1.5nmのp型GaN層とを220周期繰り返して形成した厚さ0.66μmの歪超格子からなるp側クラッド層42を成長させる。続いて、p型GaNからなるp側コンタクト層43を0.05μm成長させる。 Next, as shown in FIG. 6A, a light emitting layer 30 and a second semiconductor layer 40 are sequentially formed on the first semiconductor layer 20 using a metal organic vapor layer epitaxy method. Specifically, the n-side optical guide layer 31 made of n-type GaN is grown to a thickness of 0.2 μm. Subsequently, an active layer 32 consisting of two periods of a barrier layer made of InGaN and an InGaN quantum well layer is grown. Subsequently, a p-side optical guide layer 33 made of p-type GaN is grown to a thickness of 0.1 μm. Subsequently, an electron barrier layer 41 made of AlGaN is grown to a thickness of 10 nm. Subsequently, a p-side cladding layer 42 consisting of a strained superlattice with a thickness of 0.66 μm formed by repeating 220 cycles of a p-type AlGaN layer with a thickness of 1.5 nm and a p-type GaN layer with a thickness of 1.5 nm is grown. let Subsequently, a p-side contact layer 43 made of p-type GaN is grown to a thickness of 0.05 μm.

次に、図6(b)に示すように、第2半導体層40上に、第2保護膜92を成膜する。具体的には、第2半導体層40上に、シラン(SiH)を用いたプラズマCVD法によって、第2保護膜92として、シリコン酸化膜(SiO)を300nm成膜する。第2保護膜92の成膜材料は、上記のものに限るものではなく、たとえば、誘電体や金属など、後述する第2半導体層40のエッチングに対して、選択性のある材料であればよい。 Next, as shown in FIG. 6B, a second protective film 92 is formed on the second semiconductor layer 40. Specifically, a silicon oxide film (SiO 2 ) with a thickness of 300 nm is formed as the second protective film 92 on the second semiconductor layer 40 by a plasma CVD method using silane (SiH 4 ). The material for forming the second protective film 92 is not limited to those mentioned above, and may be any material that is selective to the etching of the second semiconductor layer 40, which will be described later, such as a dielectric or a metal. .

次に、図7(a)に示すように、フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いて、第2保護膜92が所定形状に残るように、第2保護膜92を選択的に除去する。当該所定形状とは、図1に示すリッジ部40aの上面視における形状である。すなわち、当該所定形状は、上面視において、幅がY軸方向(共振器長方向)の位置に対して変化する帯状の形状である。 Next, as shown in FIG. 7A, the second protective film 92 is selectively removed using a photolithography method and an etching method so that the second protective film 92 remains in a predetermined shape. The predetermined shape is the shape of the ridge portion 40a shown in FIG. 1 when viewed from above. That is, the predetermined shape is a band-like shape whose width changes with respect to the position in the Y-axis direction (resonator length direction) when viewed from above.

次に、図7(b)に示すように、所定形状に形成された第2保護膜92をマスクとして、p側コンタクト層43およびp側クラッド層42をエッチングすることで、第2半導体層40にリッジ部40aおよび平坦部40cを形成する。 Next, as shown in FIG. 7B, the second semiconductor layer 40 is etched by etching the p-side contact layer 43 and the p-side cladding layer 42 using the second protective film 92 formed in a predetermined shape as a mask. A ridge portion 40a and a flat portion 40c are formed.

具体的には、X軸方向の中央に位置する第2保護膜92の下方に、リッジ部40aが形成される。リッジ部40aは、Z軸正方向に突出したp側クラッド層42の凸部と、この凸部上のp側コンタクト層43とにより構成される。また、第2保護膜92が形成されていない領域のp側コンタクト層43およびp側クラッド層42がエッチングされることで平坦部40cが形成される。p側コンタクト層43およびp側クラッド層42のエッチングとしては、Clなどの塩素系ガスを用いたRIE法によるドライエッチングを用いてもよい。 Specifically, the ridge portion 40a is formed below the second protective film 92 located at the center in the X-axis direction. The ridge portion 40a is composed of a convex portion of the p-side cladding layer 42 that protrudes in the positive direction of the Z-axis, and a p-side contact layer 43 on the convex portion. Further, the p-side contact layer 43 and the p-side cladding layer 42 in the region where the second protective film 92 is not formed are etched, thereby forming a flat portion 40c. The p-side contact layer 43 and the p-side cladding layer 42 may be etched by dry etching by RIE using a chlorine-based gas such as Cl 2 .

リッジ部40aのZ軸方向の高さは、特に限定されないが、一例として、100nm以上1μm以下である。半導体レーザ素子1を高い光出力(たとえばワットクラス)で動作させるには、リッジ部40aの高さを、300nm以上800nm以下にしてもよい。本実施形態では、リッジ部40aの高さは、650nmである。 The height of the ridge portion 40a in the Z-axis direction is not particularly limited, but is, for example, 100 nm or more and 1 μm or less. In order to operate the semiconductor laser device 1 at a high optical output (for example, watt class), the height of the ridge portion 40a may be set to 300 nm or more and 800 nm or less. In this embodiment, the height of the ridge portion 40a is 650 nm.

リッジ部40aは、所定形状に形成された第2保護膜92をマスクとして形成されるため、図1の上面図に示すように、リッジ部40aの側面40bは、X軸方向の幅がY軸方向(共振器長方向)の位置に対して変化する帯状の形状となる。 Since the ridge portion 40a is formed using the second protective film 92 formed in a predetermined shape as a mask, as shown in the top view of FIG. 1, the width of the side surface 40b of the ridge portion 40a in the It has a band-like shape that changes with the position in the direction (resonator length direction).

次に、図8(a)に示すように、第2保護膜92を、弗化水素酸などを用いたウェットエッチングによって除去する。 Next, as shown in FIG. 8A, the second protective film 92 is removed by wet etching using hydrofluoric acid or the like.

次に、図8(b)に示すように、p側コンタクト層43およびp側クラッド層42を覆うように、誘電体層60を成膜する。これにより、リッジ部40aおよび平坦部40cの上に誘電体層60が形成される。誘電体層60としては、たとえば、シラン(SiH)を用いたプラズマCVD法によって、シリコン酸化膜(SiO)を300nm成膜する。 Next, as shown in FIG. 8B, a dielectric layer 60 is formed to cover the p-side contact layer 43 and the p-side cladding layer 42. As a result, the dielectric layer 60 is formed on the ridge portion 40a and the flat portion 40c. As the dielectric layer 60, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed to a thickness of 300 nm by, for example, a plasma CVD method using silane (SiH 4 ).

次に、図8(b)に示した誘電体層60上に、フォトレジストからなる第3保護膜93を成膜する。続いて、第3保護膜93が平坦部40c上にのみ残るように、第3保護膜93を選択的に除去する。続いて、図9(a)に示すように、第3保護膜93をマスクとして、弗化水素酸を用いたウェットエッチングとにより、リッジ部40a上の誘電体層60のみを除去して、p側コンタクト層43の上面を露出させる。続いて、第3保護膜93を除去する。第3保護膜93の除去には、アセトンなどの有機溶剤を用いることができる。 Next, a third protective film 93 made of photoresist is formed on the dielectric layer 60 shown in FIG. 8(b). Subsequently, the third protective film 93 is selectively removed so that the third protective film 93 remains only on the flat portion 40c. Subsequently, as shown in FIG. 9A, only the dielectric layer 60 on the ridge portion 40a is removed by wet etching using hydrofluoric acid using the third protective film 93 as a mask. The upper surface of the side contact layer 43 is exposed. Subsequently, the third protective film 93 is removed. An organic solvent such as acetone can be used to remove the third protective film 93.

次に、図9(b)に示すように、真空蒸着法およびリフトオフ法を用いて、リッジ部40a上のみにPd/Ptからなるp側電極51を形成する。具体的には、誘電体層60から露出させたp側コンタクト層43の上にp側電極51を形成する。なお、p側電極51の成膜方法は、真空蒸着法に限るものではなく、スパッタ法またはパルスレーザー成膜法などであってもよい。また、p側電極51の電極材料は、Ni/Au系、Pt系など、第2半導体層40(p側コンタクト層43)とオーミック接触する材料であればよい。 Next, as shown in FIG. 9B, a p-side electrode 51 made of Pd/Pt is formed only on the ridge portion 40a using a vacuum evaporation method and a lift-off method. Specifically, the p-side electrode 51 is formed on the p-side contact layer 43 exposed from the dielectric layer 60. Note that the method for forming the p-side electrode 51 is not limited to the vacuum evaporation method, and may be a sputtering method, a pulse laser film-forming method, or the like. Further, the electrode material of the p-side electrode 51 may be any material that makes ohmic contact with the second semiconductor layer 40 (p-side contact layer 43), such as Ni/Au-based or Pt-based material.

次に、図10(a)に示すように、p側電極51および誘電体層60を覆うようにパッド電極52を形成する。具体的には、フォトリソグラフィー法などによって、形成したい部分以外にネガ型レジストをパターニングし、基板10の上方の全面に真空蒸着法などによってTi/Pt/Auからなるパッド電極52を形成し、リフトオフ法を用いて不要な部分の電極を除去する。これにより、p側電極51および誘電体層60の上に所定形状のパッド電極52を形成できる。こうして、p側電極51およびパッド電極52からなる電極部材50が形成される。続いて、基板10の下面をダイヤモンドスラリーにより研磨して、基板10の厚さが100μm程度になるまで薄膜化する。 Next, as shown in FIG. 10A, a pad electrode 52 is formed to cover the p-side electrode 51 and the dielectric layer 60. Specifically, a negative resist is patterned using a photolithography method or the like in areas other than the desired area, and a pad electrode 52 made of Ti/Pt/Au is formed on the entire surface above the substrate 10 by a vacuum evaporation method or the like, and then lift-off is performed. Remove unnecessary portions of the electrode using a method. Thereby, the pad electrode 52 having a predetermined shape can be formed on the p-side electrode 51 and the dielectric layer 60. In this way, the electrode member 50 consisting of the p-side electrode 51 and the pad electrode 52 is formed. Subsequently, the lower surface of the substrate 10 is polished with diamond slurry to reduce the thickness of the substrate 10 to about 100 μm.

次に、図10(b)に示すように、基板10の下面(第1半導体層20などが配置された主面の裏側の主面)にn側電極80を形成する。具体的には、基板10の下面に真空蒸着法などによってTi/Pt/Auからなるn側電極80を形成し、フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いてパターニングすることで、所定形状のn側電極80を形成する。 Next, as shown in FIG. 10B, an n-side electrode 80 is formed on the lower surface of the substrate 10 (the main surface on the back side of the main surface on which the first semiconductor layer 20 and the like are arranged). Specifically, the n-side electrode 80 made of Ti/Pt/Au is formed on the lower surface of the substrate 10 by vacuum evaporation or the like, and patterned using photolithography and etching to form the n-side electrode in a predetermined shape. form 80.

次に、図10(b)までの製造工程を終えた半導体レーザ素子を、m軸方向の長さがたとえば2000μmとなるようにm面に沿って劈開(1次劈開)する。続いて、たとえば電子サイクロトロン共鳴(ECR)スパッタ法を用いて、レーザ光を出射する劈開面に対してフロントコート膜を形成して端面1aを形成し、反対側の劈開面に対してリアコート膜を形成して端面1bを形成する。端面1a、1bの反射率は、コート膜の材料、構成、膜厚などの調整により設定される。ここでは、高効率なレーザ特性を得るために、フロント側の端面1aの反射率を5%とし、リア側の端面1bの反射率を95%とした。なお、端面1aの反射率は0.1%~18%程度に設定され、端面1bの反射率は90%以上に設定されるのが好ましい。 Next, the semiconductor laser device that has undergone the manufacturing steps up to FIG. 10(b) is cleaved along the m-plane (primary cleavage) so that the length in the m-axis direction is, for example, 2000 μm. Next, using, for example, electron cyclotron resonance (ECR) sputtering, a front coat film is formed on the cleavage plane from which the laser beam is emitted to form the end face 1a, and a rear coat film is formed on the opposite cleavage plane. to form the end surface 1b. The reflectance of the end surfaces 1a and 1b is set by adjusting the material, structure, film thickness, etc. of the coating film. Here, in order to obtain highly efficient laser characteristics, the reflectance of the front end surface 1a was set to 5%, and the reflectance of the rear end surface 1b was set to 95%. Note that it is preferable that the reflectance of the end surface 1a is set to about 0.1% to 18%, and the reflectance of the end surface 1b is set to 90% or more.

続いて、1次劈開された半導体発光素子を、たとえばY軸方向の長さが400μmピッチとなるように劈開(2次劈開)する。こうして、図1、2に示した半導体レーザ素子1が完成する。 Subsequently, the semiconductor light emitting device that has been subjected to the primary cleavage is cleaved (secondary cleavage) so that the length in the Y-axis direction is, for example, pitched at 400 μm. In this way, the semiconductor laser device 1 shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

図11は、半導体レーザ素子1が実装された半導体レーザ装置2の構成を模式的に示す断面図である。図11では、図2の半導体レーザ素子1が上下反転された状態(Z軸正方向が下方向とされた状態)が図示されている。 FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device 2 in which a semiconductor laser element 1 is mounted. In FIG. 11, the semiconductor laser element 1 of FIG. 2 is shown upside down (with the positive Z-axis direction facing downward).

半導体レーザ装置2は、半導体レーザ素子1とサブマウント100を備え、たとえば、製品の加工に用いられる。サブマウント100は、基台101と、第1電極102aと、第2電極102bと、第1接着層103aと、第2接着層103bと、を有する。 The semiconductor laser device 2 includes a semiconductor laser element 1 and a submount 100, and is used, for example, to process products. The submount 100 includes a base 101, a first electrode 102a, a second electrode 102b, a first adhesive layer 103a, and a second adhesive layer 103b.

基台101は、半導体レーザ素子1の基板10のZ軸正側に配置されており、ヒートシンクとして機能する。基台101の材料は、特に限定されるものではないが、アルミナイトライド(AlN)、シリコンカーバイト(SiC)などのセラミック、CVDで成膜されたダイヤモンド(C)、Cu、Alなどの金属単体、または、CuWなどの合金など、半導体レーザ素子1と比べて熱伝導率が同等かそれ以上の材料で構成されてもよい。 The base 101 is placed on the positive side of the Z-axis of the substrate 10 of the semiconductor laser device 1, and functions as a heat sink. The material of the base 101 is not particularly limited, but may include ceramics such as aluminum nitride (AlN) and silicon carbide (SiC), diamond (C) deposited by CVD, metals such as Cu, and Al. It may be made of a single material or a material having a thermal conductivity equal to or higher than that of the semiconductor laser element 1, such as an alloy such as CuW.

第1電極102aは、基台101のZ軸負側の面に配置され、第2電極102bは、基台101のZ軸正側の面に配置される。第1電極102aおよび第2電極102bは、たとえば、膜厚0.1μmのTi、膜厚0.2μmのPt、および膜厚0.2μmのAuの、3つの金属膜からなる積層膜である。 The first electrode 102a is arranged on the Z-axis negative side surface of the base 101, and the second electrode 102b is arranged on the Z-axis positive side surface of the base 101. The first electrode 102a and the second electrode 102b are, for example, a laminated film made of three metal films: Ti with a thickness of 0.1 μm, Pt with a thickness of 0.2 μm, and Au with a thickness of 0.2 μm.

第1接着層103aは、第1電極102aのZ軸負側の面に配置され、第2接着層103bは、第2電極102bのZ軸正側の面に配置される。第1接着層103aおよび第2接着層103bは、たとえば、AuおよびSnがそれぞれ70%および30%の含有率で含まれる金スズ合金からなる共晶半田である。 The first adhesive layer 103a is arranged on the Z-axis negative side surface of the first electrode 102a, and the second adhesive layer 103b is arranged on the Z-axis positive side surface of the second electrode 102b. The first adhesive layer 103a and the second adhesive layer 103b are, for example, eutectic solder made of a gold-tin alloy containing Au and Sn at a content of 70% and 30%, respectively.

半導体レーザ素子1は、半導体レーザ素子1のp側(電極部材50側)がサブマウント100に接続されるよう、サブマウント100に実装される。すなわち、図11の実装形態は、ジャンクションダウン実装であり、半導体レーザ素子1のパッド電極52がサブマウント100の第1接着層103aに接続される。 The semiconductor laser device 1 is mounted on the submount 100 such that the p side (electrode member 50 side) of the semiconductor laser device 1 is connected to the submount 100. That is, the mounting form shown in FIG. 11 is a junction-down mounting, in which the pad electrode 52 of the semiconductor laser element 1 is connected to the first adhesive layer 103a of the submount 100.

また、半導体レーザ素子1のn側電極80およびサブマウント100の第1電極102aには、それぞれ、ワイヤボンディングによってワイヤ110が接続される。これにより、ワイヤ110を介して半導体レーザ素子1に電圧を印加できる。 Further, a wire 110 is connected to the n-side electrode 80 of the semiconductor laser element 1 and the first electrode 102a of the submount 100, respectively, by wire bonding. Thereby, voltage can be applied to the semiconductor laser element 1 via the wire 110.

なお、図11に示す半導体レーザ装置2は、半導体レーザ素子1のp側(電極部材50側)がサブマウント100に接続される形態(ジャンクションダウン実装)であるが、これに限らず、半導体レーザ素子1のn側電極80がサブマウント100に接続される形態(ジャンクションアップ実装)であってもよい。また、半導体レーザ装置2は、電極部材50とn側電極80の両方に別々のサブマウントが接続される形態でもよい。 Note that the semiconductor laser device 2 shown in FIG. 11 has a configuration in which the p side (electrode member 50 side) of the semiconductor laser element 1 is connected to the submount 100 (junction down mounting), but the semiconductor laser device 2 is not limited to this. The n-side electrode 80 of the element 1 may be connected to the submount 100 (junction-up mounting). Further, the semiconductor laser device 2 may have a configuration in which separate submounts are connected to both the electrode member 50 and the n-side electrode 80.

次に、図12~図13(b)を参照して、リッジ部40aの側面40bの形状について説明する。 Next, the shape of the side surface 40b of the ridge portion 40a will be described with reference to FIGS. 12 to 13(b).

図12は、リッジ部40aの側面40bの各サイズを示す模式図である。図12は、図1と同様、半導体レーザ素子1の構成を模式的に示す上面図である。 FIG. 12 is a schematic diagram showing each size of the side surface 40b of the ridge portion 40a. Similar to FIG. 1, FIG. 12 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device 1.

リッジ部40aのX軸方向の幅(以下、単に「幅」という)は、Y軸方向(導波方向)に位置に応じて連続的かつ周期的に変化しており、幅の広い部分と幅の狭い部分とが、Y軸方向において交互に配置される。 The width of the ridge portion 40a in the X-axis direction (hereinafter simply referred to as "width") changes continuously and periodically depending on the position in the Y-axis direction (waveguide direction), and the width of the ridge portion 40a changes continuously and periodically depending on the position. The narrow portions are arranged alternately in the Y-axis direction.

ここで、リッジ部40aの幅の極大値をWaとし、リッジ部40aの幅の極小値をWbとする。リッジ部40aの幅が極大値Waとなる位置から、リッジ部40aの幅が極小値Wbとなる位置のうちY軸正側に隣り合う位置までのY軸方向の距離をLaとする。リッジ部40aの幅が極大値Waとなる位置から、リッジ部40aの幅が極小値Wbとなる位置のうちY軸負側に隣り合う位置までのY軸方向の距離をLbとする。リッジ部40aの幅が極大値Waとなる位置から、リッジ部40aの幅が極小値Wbとなる位置まで延びる側面40bは、上面視において直線形状である。リッジ部40aの幅が極大値Waとなる位置からY軸正側に向かって延びる側面40bと、Y軸方向とのなす角をθaとする。リッジ部40aの幅が極大値Waとなる位置からY軸負側に向かって延びる側面40bと、Y軸方向とのなす角をθbとする。 Here, the maximum value of the width of the ridge portion 40a is represented by Wa, and the minimum value of the width of the ridge portion 40a is represented by Wb. Let La be the distance in the Y-axis direction from the position where the width of the ridge part 40a is the maximum value Wa to the position adjacent to the Y-axis positive side among the positions where the width of the ridge part 40a is the minimum value Wb. Let Lb be the distance in the Y-axis direction from the position where the width of the ridge portion 40a is the maximum value Wa to the position adjacent to the Y-axis negative side among the positions where the width of the ridge portion 40a is the minimum value Wb. The side surface 40b, which extends from the position where the width of the ridge part 40a is the maximum value Wa to the position where the width of the ridge part 40a is the minimum value Wb, has a linear shape when viewed from above. Let θa be the angle formed by the Y-axis direction and the side surface 40b extending toward the positive side of the Y-axis from the position where the width of the ridge portion 40a is the maximum value Wa. The angle formed by the side surface 40b extending toward the negative side of the Y-axis from the position where the width of the ridge portion 40a reaches the maximum value Wa and the Y-axis direction is θb.

θa、θb、Wa、Wb、La、Lbの関係は、以下の式(1)、(2)により表される。 The relationships among θa, θb, Wa, Wb, La, and Lb are expressed by the following equations (1) and (2).

θa=arctan{(Wa-Wb)/(2×La)} …(1)
θb=arctan{(Wa-Wb)/(2×Lb)} …(2)
θa=arctan{(Wa-Wb)/(2×La)}...(1)
θb=arctan{(Wa-Wb)/(2×Lb)}...(2)

本実施形態では、角度θa、θbは、いずれも限界角度θcより大きくなるように設定される。限界角度θcは、レーザ光がリッジ部40aの側面40bにおいて全反射する角度の最大値である。すなわち、角度θa、θbは、以下の式(3)を満たすように設定される。 In this embodiment, angles θa and θb are both set to be larger than the limit angle θc. The limit angle θc is the maximum value of the angle at which the laser beam is totally reflected on the side surface 40b of the ridge portion 40a. That is, the angles θa and θb are set so as to satisfy the following equation (3).

θa>θc、かつ、θb>θc …(3) θa>θc, and θb>θc…(3)

角度θa、θbが限界角度θcより大きくなるように設定されると、図14(a)を参照して後述するように、高次モードの光を低減させ基本モードの光の割合を高めることができる。 When the angles θa and θb are set to be larger than the limit angle θc, as will be described later with reference to FIG. can.

次に、Wa、Wb、La、Lb、θa、θbの設定例について説明する。 Next, an example of setting Wa, Wb, La, Lb, θa, and θb will be explained.

たとえば、リッジ部40aの幅は1μm以上100μm以下である。半導体レーザ素子1を高い光出力(たとえばワットクラス)で動作させるために、リッジ部40aの幅の極大値Waを10μm以上50μm以下に設定してもよい。リッジ部40aの幅の極小値Wbが小さいほど高次モード成分を低減できるが、小さくなり過ぎると、基本モード成分(基本横モード成分)も損失を受けて低減されてしまう。一方、リッジ部40aの幅の極小値Wbを大きくすると、高次モード成分の低減効果が小さくなる。基本モードの強度を維持しつつ高次モード成分を効率よく抑制するために、リッジ部40aの幅の極小値Wbは、幅の極大値Waのおよそ1/4以上、3/4以下に設定してもよい。 For example, the width of the ridge portion 40a is 1 μm or more and 100 μm or less. In order to operate the semiconductor laser device 1 at a high optical output (for example, watt class), the maximum value Wa of the width of the ridge portion 40a may be set to 10 μm or more and 50 μm or less. The smaller the minimum value Wb of the width of the ridge portion 40a, the higher mode components can be reduced, but if it becomes too small, the fundamental mode component (fundamental transverse mode component) will also be reduced due to loss. On the other hand, when the minimum value Wb of the width of the ridge portion 40a is increased, the effect of reducing higher-order mode components becomes smaller. In order to efficiently suppress higher-order mode components while maintaining the intensity of the fundamental mode, the minimum width Wb of the ridge portion 40a is set to approximately 1/4 or more and 3/4 or less of the maximum width Wa. You can.

また、距離La、Lbを小さくすると、角度θa、θbが大きくなるため、上記式(3)が満たされやすくなる。一方、距離La、Lbを大きくし過ぎると、半導体レーザ素子1のY軸方向における長さの範囲内で、リッジ部40aの幅が狭くなる部分の数が減るため、高次モードの抑制効果が小さくなる。本実施形態では、Wa=16μm、Wb=10μm、La=Lb=30μmである。このとき、θa=θb=5.7°となる。 Furthermore, when the distances La and Lb are reduced, the angles θa and θb become larger, so that the above formula (3) is more likely to be satisfied. On the other hand, if the distances La and Lb are made too large, the number of portions where the width of the ridge portion 40a is narrow decreases within the length range of the semiconductor laser element 1 in the Y-axis direction, so that the effect of suppressing higher-order modes is reduced. becomes smaller. In this embodiment, Wa=16 μm, Wb=10 μm, and La=Lb=30 μm. At this time, θa=θb=5.7°.

また、上記式(1)、(2)の条件を満たせば、La≠Lbであってもよい。La≠Lbとすると、光が共振器内をY軸方向に往復する中で、往路と復路とで高次モードへの損失を異ならせることができる。たとえば、La>Lbとすると、光が端面1bから端面1aへ進行する際の高次モードへの損失を高めることができる。 Further, as long as the conditions of the above formulas (1) and (2) are satisfied, La≠Lb may be satisfied. When La≠Lb, the loss to higher-order modes can be made different between the outgoing path and the returning path while the light reciprocates in the Y-axis direction within the resonator. For example, when La>Lb, the loss to higher-order modes when light travels from the end surface 1b to the end surface 1a can be increased.

また、上述のとおり、リッジ部40aの側面40bの外側には、シリコン酸化膜からなる低屈折率部70が配置されている。ここで、リッジ部40aと低屈折率部70とが、リッジ部40aの幅方向(X軸方向)に一定の距離Ddだけ離れているとすると、低屈折率部70がリッジ部40aの外側を伝搬する光に効果を与えるには、以下の式(4)を満たす必要がある。 Further, as described above, the low refractive index section 70 made of a silicon oxide film is arranged on the outside of the side surface 40b of the ridge section 40a. Here, assuming that the ridge portion 40a and the low refractive index portion 70 are separated by a certain distance Dd in the width direction (X-axis direction) of the ridge portion 40a, the low refractive index portion 70 extends outside the ridge portion 40a. In order to give an effect to the propagating light, it is necessary to satisfy the following equation (4).

Wb+2×Dd<Wa …(4) Wb+2×Dd<Wa…(4)

ここで、距離Ddが小さすぎると、基本モード成分のうち低屈折率部70の影響を受ける割合が多くなり、基本モードの損失が増加する。したがって、距離Ddはある程度大きくする必要がある。発明者らの検討の結果、距離Ddが1μm以上で基本モード成分の損失を抑制できる。また、X軸方向において、低屈折率部70のリッジ部40aと反対側の端部は、幅が極大値Waとなるリッジ部40aの側面40bの位置と同じか、それよりも外側であってもよい。本実施形態では、Dd=2μmとし、X軸方向において、低屈折率部70のリッジ部40aと反対側の端部は、幅が極大値Waとなるリッジ部40aの側面40bの位置と同じである。 Here, if the distance Dd is too small, the proportion of the fundamental mode component that is affected by the low refractive index portion 70 increases, and the loss of the fundamental mode increases. Therefore, the distance Dd needs to be increased to some extent. As a result of the inventors' studies, loss of the fundamental mode component can be suppressed when the distance Dd is 1 μm or more. Further, in the X-axis direction, the end of the low refractive index portion 70 on the opposite side to the ridge portion 40a is at the same position as the side surface 40b of the ridge portion 40a where the width reaches the maximum value Wa, or is located outside of the side surface 40b. Good too. In this embodiment, Dd=2 μm, and in the X-axis direction, the end of the low refractive index portion 70 on the opposite side from the ridge portion 40a is the same as the position of the side surface 40b of the ridge portion 40a where the width is the maximum value Wa. be.

次に、限界角度θcの求め方について説明する。 Next, a method for determining the limit angle θc will be explained.

以下の手法では、等価屈折率法を用いて、3次元のリッジ部40aの構造が2次元スラブ導波路構造で近似される。リッジ部40aのX軸方向の中央位置において、各層の厚みと屈折率を用いて、この位置における等価屈折率niが算出される。同様に、低屈折率部70のX軸方向の中央位置において、各層の厚みと屈折率を用いて、この位置における等価屈折率noが算出される。等価屈折率niは、リッジ部40aの内側の有効屈折率であり、等価屈折率noは、リッジ部40aの外側の有効屈折率である。なお、本実施形態では、リッジ部40aの形成により、常にni>noが満たされる。 In the following method, the structure of the three-dimensional ridge portion 40a is approximated by a two-dimensional slab waveguide structure using the equivalent refractive index method. At the center position of the ridge portion 40a in the X-axis direction, the equivalent refractive index ni at this position is calculated using the thickness and refractive index of each layer. Similarly, at the center position of the low refractive index section 70 in the X-axis direction, the equivalent refractive index no at this position is calculated using the thickness and refractive index of each layer. The equivalent refractive index ni is the effective refractive index inside the ridge portion 40a, and the equivalent refractive index no is the effective refractive index outside the ridge portion 40a. Note that in this embodiment, ni>no is always satisfied due to the formation of the ridge portion 40a.

次に、スネルの法則を用いて、全反射条件を満たすときの角度の最大値、すなわち限界角度θcが算出される。限界角度θcは、以下の式(4)により算出される。 Next, using Snell's law, the maximum value of the angle when the total reflection condition is satisfied, that is, the limit angle θc is calculated. The limit angle θc is calculated by the following equation (4).

θc=90°-arcsin(no/ni) …(5) θc=90°−arcsin(no/ni)…(5)

たとえば、ni=2.535、no=2.527とすると、上記式(5)に基づいて、θc=4.6°が算出される。このようにして算出されるθcを用いて、上記式(1)~(3)が満たされるよう、Wa、Wb、La、Lbが設定される。 For example, if ni=2.535 and no=2.527, θc=4.6° is calculated based on the above equation (5). Using θc calculated in this way, Wa, Wb, La, and Lb are set so that the above equations (1) to (3) are satisfied.

次に、各設定値を実際に決定する手順例について説明する。 Next, an example of a procedure for actually determining each set value will be described.

図13(a)は、リッジ部40aの内外の屈折率差(ni-no)と、限界角度θcとの関係を示すグラフである。図13(a)において、横軸は、屈折率差(ni-no)を示し、縦軸は、限界角度θcを示す。図13(a)のグラフは、上記式(5)に基づいて作成される。 FIG. 13(a) is a graph showing the relationship between the refractive index difference (ni-no) between the inside and outside of the ridge portion 40a and the limit angle θc. In FIG. 13(a), the horizontal axis shows the refractive index difference (ni-no), and the vertical axis shows the limit angle θc. The graph in FIG. 13(a) is created based on the above equation (5).

上記のように、各層の厚みと屈折率を用いて等価屈折率ni、noが算出されると、上記式(5)または図13(a)のグラフに基づいて、限界角度θcを算出できる。 As described above, when the equivalent refractive indexes ni and no are calculated using the thickness and refractive index of each layer, the limit angle θc can be calculated based on the above equation (5) or the graph of FIG. 13(a).

図13(b)は、極大値Waを16μmに固定し、限界角度θcが2.6°、3.6°、4.6°、5.6°、6.6°である場合に、上記式(3)を満たす距離Laと極小値Wbとの関係を示すグラフである。図13(b)において、横軸は、距離Laを示し、縦軸は、極小値Wbを示す。 FIG. 13(b) shows the above when the local maximum value Wa is fixed at 16 μm and the limit angles θc are 2.6°, 3.6°, 4.6°, 5.6°, and 6.6°. It is a graph which shows the relationship between distance La and local minimum value Wb which satisfy Formula (3). In FIG. 13(b), the horizontal axis indicates the distance La, and the vertical axis indicates the minimum value Wb.

図13(b)中の各直線よりも下の領域で、上記式(3)の条件が満たされる。したがって、限界角度θcに対応する直線よりも下の領域に含まれるよう極小値Wbおよび距離Laを設定することにより、角度θaを限界角度θcより大きく設定できる。また、距離Lbについても同様に、限界角度θcに対応する直線よりも下の領域に含まれるように極小値Wbおよび距離Lbを設定することにより、角度θbを限界角度θcより大きく設定できる。 The condition of formula (3) above is satisfied in the region below each straight line in FIG. 13(b). Therefore, by setting the minimum value Wb and the distance La to be included in the area below the straight line corresponding to the limit angle θc, the angle θa can be set to be larger than the limit angle θc. Similarly, regarding the distance Lb, the angle θb can be set larger than the limit angle θc by setting the minimum value Wb and the distance Lb to be included in the area below the straight line corresponding to the limit angle θc.

このように、リッジ部40aの内外の等価屈折率ni、noに基づいて限界角度θcを算出し、算出したθcに基づいて、極大値Wa、極小値Wb、距離La、Lbを設定できる。これにより、上記式(3)が満たされるため、高次モードの光を低減させることができる。 In this way, the limit angle θc is calculated based on the equivalent refractive indexes ni and no inside and outside the ridge portion 40a, and the maximum value Wa, the minimum value Wb, and the distances La and Lb can be set based on the calculated θc. As a result, the above formula (3) is satisfied, so that higher-order mode light can be reduced.

次に、図14(a)~(c)に示す比較例1と、図15に示す比較例2とを参照して、比較例1、2のメリットおよびデメリットについて説明する。 Next, the merits and demerits of Comparative Examples 1 and 2 will be described with reference to Comparative Example 1 shown in FIGS. 14(a) to 14(c) and Comparative Example 2 shown in FIG. 15.

図14(a)は、比較例1に係る、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。図14(a)の下側には、X軸方向における基本モードおよび高次モードの光分布の一例を模式的に示すグラフが付記されている。 FIG. 14A is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to Comparative Example 1. A graph schematically showing an example of the light distribution of the fundamental mode and higher-order mode in the X-axis direction is attached to the lower side of FIG. 14(a).

比較例1では、上記実施形態と比較して、低屈折率部70が省略されている。比較例1の半導体レーザ素子においては、レーザ発振時において光がリッジ部40a内をY軸方向へと伝搬する。このとき、リッジ部40a内外で全反射条件が満たされないため(上記式(3)が満たされるため)、リッジ部40aの幅が狭い部分が存在しても、光は概ねY軸方向へと伝搬する。図14(a)では、光の伝搬の様子が破線矢印で示されている。リッジ部40aの幅が狭くなる部分では、光はリッジ部40a内外の屈折率差の影響でわずかに内側に進行するが、全反射条件を満たさないので、大部分の光はリッジ部40aの外を通りながらY軸方向へと進行する。 In Comparative Example 1, the low refractive index section 70 is omitted compared to the above embodiment. In the semiconductor laser device of Comparative Example 1, light propagates in the Y-axis direction within the ridge portion 40a during laser oscillation. At this time, since the total reflection condition is not satisfied inside and outside the ridge portion 40a (because the above formula (3) is satisfied), even if there is a narrow portion of the ridge portion 40a, the light generally propagates in the Y-axis direction. do. In FIG. 14(a), the state of light propagation is shown by dashed arrows. In the part where the width of the ridge part 40a becomes narrow, the light travels slightly inward due to the difference in refractive index between the inside and outside of the ridge part 40a, but since the total reflection condition is not satisfied, most of the light travels outside the ridge part 40a. It moves in the Y-axis direction while passing through.

ここで、リッジ部40aを伝搬する光は、図14(a)の下側のグラフに示す基本モードおよび高次モードの光を含む。比較例1のように、上記式(3)が満たされる場合、リッジ部40aの側面40bによって、高次モードの光成分が損失を受け、基本モードの割合を高めることができる。 Here, the light propagating through the ridge portion 40a includes fundamental mode light and higher-order mode light shown in the lower graph of FIG. 14(a). When the above formula (3) is satisfied as in Comparative Example 1, the light components of higher-order modes are lost by the side surface 40b of the ridge portion 40a, and the ratio of the fundamental mode can be increased.

図14(b)、(c)は、それぞれ、図14(a)に示した比較例1の半導体レーザのA11-A12断面およびA21-A22断面をY軸正方向に見た場合の構成を模式的に示す断面図である。図14(b)、(c)には、便宜上、基板10、第1半導体層20、活性層32、および第2半導体層40のみが示されている。 14(b) and (c) schematically show the configurations of the A11-A12 cross section and the A21-A22 cross section of the semiconductor laser of Comparative Example 1 shown in FIG. 14(a), respectively, when viewed in the Y-axis positive direction. FIG. For convenience, only the substrate 10, the first semiconductor layer 20, the active layer 32, and the second semiconductor layer 40 are shown in FIGS. 14(b) and 14(c).

図14(b)に示すように、リッジ部40aの幅が広い位置において、基本モードの光分布DL1に示すように、リッジ部40a内を伝搬する光が活性層32近傍に閉じ込められるよう、半導体レーザ素子が構成されている。この場合、リッジ部40a内を伝搬する光は、基板10にかかりにくくなる。 As shown in FIG. 14(b), at a position where the width of the ridge portion 40a is wide, the semiconductor A laser element is configured. In this case, the light propagating within the ridge portion 40a is less likely to reach the substrate 10.

しかしながら、図14(c)に示すように、リッジ部40aの幅が狭い位置では、基本モードの光分布DL2に示すように、リッジ部40aの外側を伝搬する光は、リッジ部40aの外側のp側クラッド層42の厚さが薄いため、基板10側へと押し下げられる。このため、活性層32から第1半導体層20までの間、および、第1半導体層20から基板10までの間で、基板モードと呼ばれる垂直方向の高次モードが励振される。この基板モードが生じると、垂直FFPにリップルが生じる。このようなリップルは、特に、リッジ部40aの外側に光強度のピークをもつ高次モードによって増加する。 However, as shown in FIG. 14(c), at a position where the width of the ridge portion 40a is narrow, the light propagating outside the ridge portion 40a is Since the p-side cladding layer 42 is thin, it is pushed down toward the substrate 10 side. Therefore, a vertical higher-order mode called a substrate mode is excited between the active layer 32 and the first semiconductor layer 20 and between the first semiconductor layer 20 and the substrate 10. When this substrate mode occurs, ripples occur in the vertical FFP. Such ripples are particularly increased by higher-order modes having a peak of light intensity outside the ridge portion 40a.

図15は、比較例2に係る、半導体レーザ素子の構成を模式的に示す上面図である。図15には、X軸方向における基本モードおよび高次モードの光分布の一例を模式的に示すグラフが付記されている。 FIG. 15 is a top view schematically showing the configuration of a semiconductor laser device according to Comparative Example 2. A graph schematically illustrating an example of the fundamental mode and higher-order mode light distribution in the X-axis direction is attached to FIG. 15 .

比較例2では、上記実施形態と比較して、低屈折率部70が省略され、第2半導体層40の上部にリッジ部40aに代えてリッジ部200が形成されている。また、比較例2では、リッジ部200の内外で全反射条件が満たされる。すなわち、比較例2では、上記式(3)に代えて、θa<θcおよびθb<θcが満たされる。 In Comparative Example 2, the low refractive index portion 70 is omitted and a ridge portion 200 is formed above the second semiconductor layer 40 in place of the ridge portion 40a, as compared to the above embodiment. Furthermore, in Comparative Example 2, the total reflection condition is satisfied inside and outside the ridge portion 200. That is, in Comparative Example 2, instead of the above equation (3), θa<θc and θb<θc are satisfied.

比較例2では、上記式(3)が満たされないため、比較例1のような形態で高次モードの光を低減させることができない。しかしながら、比較例2では、比較例1の場合に生じた垂直FFPにおけるリップルを抑制できる。 In Comparative Example 2, since the above formula (3) is not satisfied, it is not possible to reduce high-order mode light in the form as in Comparative Example 1. However, in Comparative Example 2, the ripples in the vertical FFP that occurred in Comparative Example 1 can be suppressed.

比較例2の半導体レーザ素子では、リッジ部200内外の屈折率差が全反射条件を満たすため、図15の破線矢印で示したように、リッジ部200内の光は、リッジ部200の一方の側面201で反射され、反射された光は、リッジ部200の他方の側面201を透過してリッジ部200外へと放射される。すなわち、レーザ光として半導体レーザ素子の外部に出射される光はリッジ部200の外側を伝搬しないため、比較例1で生じた基板モードは、比較例2のリッジ部200の構造では抑制される。よって、比較例2の半導体レーザ素子によれば、垂直FFPにおけるリップルを抑制できる。 In the semiconductor laser device of Comparative Example 2, the difference in refractive index between the inside and outside of the ridge portion 200 satisfies the total reflection condition, so the light inside the ridge portion 200 is directed to one side of the ridge portion 200, as indicated by the broken line arrow in FIG. The light reflected by the side surface 201 is transmitted through the other side surface 201 of the ridge section 200 and radiated out of the ridge section 200. That is, since the light emitted to the outside of the semiconductor laser device as a laser beam does not propagate outside the ridge portion 200, the substrate mode that occurs in Comparative Example 1 is suppressed in the structure of the ridge portion 200 of Comparative Example 2. Therefore, according to the semiconductor laser device of Comparative Example 2, ripples in the vertical FFP can be suppressed.

図16は、比較例1、2に係る、半導体レーザ素子の各リッジ部の構造を変えた場合の垂直FFPの実験結果を示すグラフである。 FIG. 16 is a graph showing experimental results of vertical FFP when the structure of each ridge portion of the semiconductor laser device was changed according to Comparative Examples 1 and 2.

各部のサイズを示す図12を参照して、本実験では、La=Lb、Wa=16μmで固定し、距離Laを15μmから90μmまでの範囲で、15μm間隔で変化させた。また、幅の極小値Wbを4μmから10μmまでの範囲で、2μm間隔で変化させた。また、本実験では、比較例1、2と同様、低屈折率部70は設けなかった。 Referring to FIG. 12 showing the size of each part, in this experiment, La=Lb and Wa=16 μm were fixed, and the distance La was varied at 15 μm intervals in the range from 15 μm to 90 μm. Further, the minimum width Wb was varied in a range of 4 μm to 10 μm at intervals of 2 μm. Further, in this experiment, similarly to Comparative Examples 1 and 2, the low refractive index section 70 was not provided.

図16には、これらの各構造を有する半導体レーザ素子における、光出力が1Wのときの垂直FFPが示されている。図16の各グラフにおいて、縦軸は最大値で規格化された光強度を示しており、横軸は規格化された角度を示している。また、図16には、上記式(3)の関係を満たす比較例1の半導体レーザ素子に基づく垂直FFPのグラフと、上記式(3)の関係を満たさない比較例2の半導体レーザ素子に基づく垂直FFPのグラフとが、破線で分画されている。 FIG. 16 shows the vertical FFP when the optical output is 1 W in a semiconductor laser device having each of these structures. In each graph in FIG. 16, the vertical axis shows the light intensity normalized by the maximum value, and the horizontal axis shows the normalized angle. In addition, FIG. 16 shows a vertical FFP graph based on the semiconductor laser device of Comparative Example 1 that satisfies the relationship of equation (3) above, and a graph of vertical FFP based on the semiconductor laser device of Comparative Example 2 that does not satisfy the relationship of equation (3) above. The vertical FFP graph is divided by broken lines.

破線の左側のグラフに示すように、θa>θcおよびθb>θcを満たす半導体レーザ素子(比較例1)では、垂直FFPにリップル(乱れ)が生じていることが分かる。一方、破線の右側のグラフに示すように、θa<θcおよびθb<θcを満たす半導体レーザ素子(比較例2)では、垂直FFPにリップルが生じていないことが分かる。また、リップルの強度は、幅の極小値Wbが小さいほど、大きくなることが分かる。これは、幅の極小値Wbが小さい程、リッジ部の外側を通過する光の割合が大きくなるためである。また、破線の左側のグラフにおいて、θa<θcおよびθb<θcの関係を満たす構造に近くなるほど、リップルが小さくなることが分かる。これは、θa<θcおよびθb<θcの条件、すなわち全反射条件を満たす光の割合が増えていくためである。 As shown in the graph to the left of the broken line, it can be seen that ripples (disturbances) occur in the vertical FFP in the semiconductor laser device (Comparative Example 1) that satisfies θa>θc and θb>θc. On the other hand, as shown in the graph on the right side of the broken line, it can be seen that in the semiconductor laser device (Comparative Example 2) that satisfies θa<θc and θb<θc, no ripple occurs in the vertical FFP. It can also be seen that the smaller the minimum width value Wb, the greater the ripple intensity. This is because the smaller the minimum width value Wb, the greater the proportion of light that passes through the outside of the ridge. Further, in the graph to the left of the broken line, it can be seen that the closer the structure is to satisfy the relationships θa<θc and θb<θc, the smaller the ripple becomes. This is because the proportion of light that satisfies the conditions of θa<θc and θb<θc, that is, the total internal reflection condition, increases.

以上のように、上記式(3)の関係を満たす比較例1の半導体レーザ素子では、垂直FFPにリップルが生じる。一方、上記式(3)の関係を満たさない比較例2の半導体レーザ素子では、垂直FFPにリップルが生じにくいものの、図15を参照して説明したように、高次モードの光を低減させることが困難である。これに対し、本実施形態に係る半導体レーザ素子1は、上記式(3)の関係を満たしつつ、且つ、垂直FFPにおけるリップルを抑制するために低屈折率部70を備える。 As described above, in the semiconductor laser device of Comparative Example 1 that satisfies the relationship of equation (3) above, ripples occur in the vertical FFP. On the other hand, in the semiconductor laser device of Comparative Example 2, which does not satisfy the relationship of formula (3) above, ripples are less likely to occur in the vertical FFP, but as explained with reference to FIG. is difficult. On the other hand, the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment includes the low refractive index portion 70 in order to satisfy the relationship of equation (3) above and to suppress ripples in the vertical FFP.

図17(a)~(c)を参照して、本実施形態に係る半導体レーザ素子1の低屈折率部70の作用効果について説明する。 The effects of the low refractive index portion 70 of the semiconductor laser device 1 according to this embodiment will be explained with reference to FIGS. 17(a) to 17(c).

図17(a)は、実施形態に係る、半導体レーザ素子1の構成を模式的に示す上面図である。図17(a)の下側には、X軸方向における基本モードおよび高次モードの光分布の一例を模式的に示すグラフが付記されている。 FIG. 17A is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device 1 according to the embodiment. A graph schematically showing an example of the light distribution of the fundamental mode and higher-order mode in the X-axis direction is attached to the lower side of FIG. 17(a).

実施形態では、上記比較例1と同様、破線矢印で示すように、光は概ねY軸方向へと伝搬する。このとき、リッジ部40aを伝搬する光は、図17(a)の下側のグラフに示す基本モードおよび高次モードの光を含む。実施形態では、比較例1と同様、上記式(3)が満たされるため、リッジ部40aの側面40bによって、高次モードの光成分が損失を受け、基本モードの割合を高めることができる。 In the embodiment, as in Comparative Example 1, the light propagates generally in the Y-axis direction, as indicated by the dashed arrow. At this time, the light propagating through the ridge portion 40a includes fundamental mode and higher-order mode light shown in the lower graph of FIG. 17(a). In the embodiment, as in Comparative Example 1, since the above formula (3) is satisfied, the light components of the higher-order modes are lost by the side surface 40b of the ridge portion 40a, and the ratio of the fundamental mode can be increased.

図17(b)、(c)は、それぞれ、図17(a)に示した実施形態の半導体レーザ素子1のA31-A32断面およびA41-A42断面をY軸正方向に見た場合の構成を模式的に示す断面図である。図17(b)、(c)には、便宜上、基板10、第1半導体層20、活性層32、および第2半導体層40のみが示されている。 17(b) and (c) respectively show the configurations of the A31-A32 cross section and the A41-A42 cross section of the semiconductor laser device 1 of the embodiment shown in FIG. 17(a) when viewed in the Y-axis positive direction. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view. For convenience, only the substrate 10, the first semiconductor layer 20, the active layer 32, and the second semiconductor layer 40 are shown in FIGS. 17(b) and 17(c).

図17(b)に示すように、リッジ部40aの幅が広い位置において、比較例1と同様、基本モードの光分布DL3に示すように、リッジ部40a内を伝搬する光は、基板10にかかりにくくなる。 As shown in FIG. 17(b), at a position where the width of the ridge portion 40a is wide, the light propagating within the ridge portion 40a is transmitted to the substrate 10, as shown in the light distribution DL3 of the fundamental mode, as in Comparative Example 1. It becomes less likely to occur.

また、図17(c)に示すように、リッジ部40aの幅が狭い位置では、リッジ部40aの外側に低屈折率部70が形成されており、リッジ部40aの外側を通過する光は低屈折率部70の直上を通過する。 Further, as shown in FIG. 17(c), at a position where the width of the ridge portion 40a is narrow, a low refractive index portion 70 is formed outside the ridge portion 40a, and the light passing outside the ridge portion 40a has a low refractive index. It passes directly above the refractive index section 70.

ここで、低屈折率部70は、上述したようにシリコン酸化膜で形成されているため、第1半導体層20と比べて屈折率が低い。このように、屈折率が低い低屈折率部70が光通過領域の下方(活性層32に対して第1半導体層20側に)に形成されると、光の下方への移動が規制される。すなわち、リッジ部40aの外側を伝搬し低屈折率部70の直上に到達した光の下方への移動が抑制される。このため、図17(c)に示すように、本実施形態に係るレーザ光の基本モードの光分布DL4は、低屈折率部70を備えない場合(比較例1)のレーザ光の基本モードの光分布DL2と比較して、上方に位置することになる。これにより、基板10へ移動する光を低減できるため、基板モードを低減できる。よって、本実施形態に係る半導体レーザ素子1によれば、垂直FFPにおけるリップルを抑制できる。 Here, since the low refractive index portion 70 is formed of a silicon oxide film as described above, its refractive index is lower than that of the first semiconductor layer 20. In this way, when the low refractive index section 70 having a low refractive index is formed below the light passing region (on the first semiconductor layer 20 side with respect to the active layer 32), the downward movement of light is restricted. . That is, the downward movement of light that has propagated outside the ridge portion 40a and reached directly above the low refractive index portion 70 is suppressed. Therefore, as shown in FIG. 17(c), the light distribution DL4 of the fundamental mode of the laser light according to this embodiment is the same as that of the fundamental mode of the laser light when the low refractive index section 70 is not provided (comparative example 1). It is located higher than the light distribution DL2. This makes it possible to reduce the amount of light traveling to the substrate 10, thereby reducing the substrate mode. Therefore, according to the semiconductor laser device 1 according to this embodiment, ripples in the vertical FFP can be suppressed.

<実施形態の効果>
実施形態によれば、以下の効果が奏される。
<Effects of embodiment>
According to the embodiment, the following effects are achieved.

リッジ部40aの側面40bと導波方向(Y軸方向)とのなす角θa、θbが、限界角度θcより大きく設定されることにより、高次モードのレーザ光がカットされ、基本モードのレーザ光の割合が高められる。また、低屈折率部70が、発光層30の活性層32と基板10との間で、且つ、少なくともリッジ部40aの幅が小さくなった側面40bの外側に配置される。これにより、図17(c)を参照して説明したように、リッジ部40a(導波路WG)を伝搬するレーザ光の分布位置が下方向に移動しにくくなるため、垂直FFPにおけるリップルが抑制される。よって、垂直FFPにおけるリップルを抑制しつつ、基本モードの割合を高めることができる。 By setting the angles θa and θb between the side surface 40b of the ridge portion 40a and the waveguide direction (Y-axis direction) to be larger than the limit angle θc, higher-order mode laser light is cut, and the fundamental mode laser light is The proportion of Further, the low refractive index section 70 is arranged between the active layer 32 of the light emitting layer 30 and the substrate 10, and at least on the outside of the side surface 40b where the width of the ridge section 40a is reduced. As explained with reference to FIG. 17(c), this makes it difficult for the distribution position of the laser light propagating through the ridge portion 40a (waveguide WG) to move downward, so that ripples in the vertical FFP are suppressed. Ru. Therefore, it is possible to increase the ratio of fundamental modes while suppressing ripples in vertical FFP.

低屈折率部70は、第1半導体層20中に形成される。これにより、リッジ部40a(導波路WG)を伝搬するレーザ光の分布位置を発光層30に留めつつ、レーザ光の分布位置が下方向に移動することを効果的に抑制できる。 The low refractive index section 70 is formed in the first semiconductor layer 20. Thereby, the distribution position of the laser light propagating through the ridge portion 40a (waveguide WG) can be kept within the light emitting layer 30, while the distribution position of the laser light can be effectively suppressed from moving downward.

低屈折率部70は、上面視において、リッジ部40aの側面40bの外側に側面40bに沿って配置される。具体的には、低屈折率部70は、側面40bに対して、幅方向に距離Dd(図12参照)だけ離れて平行に配置されている。これにより、最小限の低屈折率部70の配置によって、リッジ部40a(導波路WG)を伝搬するレーザ光の分布位置が下方向に移動することを、効果的に抑制できる。 The low refractive index section 70 is disposed on the outside of the side surface 40b of the ridge section 40a along the side surface 40b when viewed from above. Specifically, the low refractive index portion 70 is arranged parallel to the side surface 40b at a distance Dd (see FIG. 12) in the width direction. Thereby, by arranging the low refractive index portion 70 to a minimum, it is possible to effectively suppress downward movement of the distribution position of the laser light propagating through the ridge portion 40a (waveguide WG).

低屈折率部70の直上に配置される発光層30の欠陥密度は、低屈折率部70の直上以外の発光層30の欠陥密度よりも大きい。この場合、低屈折率部70の直上の発光層30において形成される界面により、低屈折率部70の直上の発光層30付近に分布する不要な高次モードのレーザ光を吸収し、高次モードの成分を低減できる。 The defect density of the light emitting layer 30 disposed directly above the low refractive index section 70 is greater than the defect density of the light emitting layer 30 other than directly above the low refractive index section 70. In this case, the interface formed in the light emitting layer 30 directly above the low refractive index section 70 absorbs unnecessary high-order mode laser light distributed near the light emitting layer 30 directly above the low refractive index section 70, and Mode components can be reduced.

図2に示したように、低屈折率部70の断面は長方形形状であるため、低屈折率部70のX軸方向の内側端部および外側端部がZ軸方向に平行となる。これにより、内側端部の位置P1付近および外側端部の位置P2付近において、各層に界面が生じる。位置P1、P2において各層に界面が生じることにより、高次モードのレーザ光を散乱できるため、高次モードの成分を低減できる。 As shown in FIG. 2, since the low refractive index section 70 has a rectangular cross section, the inner end and outer end of the low refractive index section 70 in the X-axis direction are parallel to the Z-axis direction. As a result, interfaces are created in each layer near the position P1 of the inner end and near the position P2 of the outer end. By creating interfaces between the layers at positions P1 and P2, higher-order mode laser light can be scattered, and therefore higher-order mode components can be reduced.

リッジ部40aの側面40bと導波方向(Y軸方向)とのなす角θa、θbが、限界角度θcより大きく設定される。この場合、限界角度θcは、レーザ光が側面40bにおいて全反射する角度の最大値である。こうすると、リッジ部40aの側面40bによって、リッジ部40aを伝搬する高次モードの成分を低減でき、基本モードの割合を高めることができる。 Angles θa and θb between the side surface 40b of the ridge portion 40a and the waveguide direction (Y-axis direction) are set to be larger than the limit angle θc. In this case, the limit angle θc is the maximum value of the angle at which the laser beam is totally reflected at the side surface 40b. In this way, the side surface 40b of the ridge portion 40a can reduce the components of higher-order modes propagating through the ridge portion 40a, and increase the proportion of the fundamental mode.

<変更例>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。
<Example of change>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various other changes are possible.

たとえば、上記実施形態では、A-A’断面において、低屈折率部70の形状は長方形形状とされたが、これに限らず、円形状や楕円形状など他の形状でもよい。たとえば、低屈折率部70の形状は、図18(a)、(b)の変更例1、2に示す形状であってもよく、低屈折率部70は、図19(a)、(b)の変更例3、4に示すように複数に分割されてもよい。 For example, in the above embodiment, the shape of the low refractive index portion 70 is rectangular in the A-A' cross section, but the shape is not limited to this, and may be other shapes such as a circular shape or an elliptical shape. For example, the shape of the low refractive index section 70 may be the shape shown in modification examples 1 and 2 of FIGS. ) may be divided into a plurality of parts as shown in modification examples 3 and 4.

図18(a)に示す変更例1および図18(b)に示す変更例2では、低屈折率部70は、上方に向かうにつれてX軸方向の幅が小さくなるよう構成されている。具体的には、図18(a)の変更例1では、A-A’断面における低屈折率部70の形状は、台形形状である。図18(b)の変更例2では、A-A’断面における低屈折率部70の形状は、曲線形状である。このように、低屈折率部70の幅が上方に向かうにつれて小さくなると、図2に示した長方形の形状に比べて、低屈折率部70を容易に形成できる。 In modification example 1 shown in FIG. 18(a) and modification example 2 shown in FIG. 18(b), the low refractive index portion 70 is configured such that the width in the X-axis direction becomes smaller as it goes upward. Specifically, in modification example 1 of FIG. 18(a), the shape of the low refractive index portion 70 in the A-A' cross section is trapezoidal. In modification example 2 of FIG. 18(b), the shape of the low refractive index portion 70 in the A-A' cross section is a curved shape. In this way, when the width of the low refractive index section 70 becomes smaller toward the top, the low refractive index section 70 can be formed more easily than in the rectangular shape shown in FIG.

図19(a)に示す変更例3では、上記実施形態と比較して、1つの低屈折率部70に代えて、上下方向(Z軸方向)に並んだ2つの低屈折率部71が形成される。図19(b)に示す変更例4では、上記実施形態と比較して、1つの低屈折率部70に代えて、幅方向(X軸方向)に並んだ4つの低屈折率部72が形成される。図19(b)に示すように、リッジ部40aの外側において複数の低屈折率部72が幅方向に並んで配置されると、成膜工程において、第1のn側半導体層20a(図5(b)参照)が上方に露出した部分が多くなるため、第2のn側半導体層20b(図5(b)参照)の結晶成長により、低屈折率部70の埋め込みが容易になる。また、図19(b)の場合、複数の低屈折率部72の直上において複数の界面が形成されるため、これらの界面によって高次モードの光をさらに低減させることができる。 In modification example 3 shown in FIG. 19(a), compared to the above embodiment, two low refractive index parts 71 arranged in the vertical direction (Z-axis direction) are formed instead of one low refractive index part 70. be done. In modification example 4 shown in FIG. 19(b), compared to the above embodiment, four low refractive index parts 72 arranged in the width direction (X-axis direction) are formed instead of one low refractive index part 70. be done. As shown in FIG. 19B, when a plurality of low refractive index portions 72 are arranged in the width direction outside the ridge portion 40a, the first n-side semiconductor layer 20a (FIG. 5(b)) is exposed upward, the low refractive index portion 70 can be easily embedded through crystal growth of the second n-side semiconductor layer 20b (see FIG. 5(b)). Furthermore, in the case of FIG. 19(b), since a plurality of interfaces are formed directly above the plurality of low refractive index portions 72, it is possible to further reduce light in higher-order modes by these interfaces.

また、上記実施形態では、上下方向に積層する各層はX-Y平面に平行に形成されたが、図20の変更例5に示すように、低屈折率部70の直上に配置される各層が、低屈折率部70の直上以外の各層よりも上方に変位するよう形成されてもよい。この場合、図20に示すように、低屈折率部70の形状が反映されたまま、低屈折率部70の上方の各層が形成され、低屈折率部70の上方の各層には、低屈折率部70の内側端部の位置P1付近および外側端部の位置P2付近において段差が生じる。これにより、低屈折率部70の幅方向(X軸方向)において、低屈折率部70の直上の領域と、低屈折率部70の直上以外の領域との間(位置P1、P2付近)に界面が生じる。よって、この界面により、高次モードのレーザ光を散乱できるため、高次モードの成分を低減できる。 Further, in the above embodiment, each layer laminated in the vertical direction is formed parallel to the XY plane, but as shown in modification example 5 of FIG. , may be formed so as to be displaced above each layer other than directly above the low refractive index section 70. In this case, as shown in FIG. 20, each layer above the low refractive index section 70 is formed while reflecting the shape of the low refractive index section 70, and each layer above the low refractive index section 70 has a low refractive index. A level difference occurs near the position P1 of the inner end of the index portion 70 and near the position P2 of the outer end. As a result, in the width direction (X-axis direction) of the low refractive index section 70, there is a gap between the area directly above the low refractive index section 70 and the area other than directly above the low refractive index section 70 (near positions P1 and P2). An interface occurs. Therefore, this interface can scatter higher-order mode laser light, so that higher-order mode components can be reduced.

また、上記実施形態では、図1に示したように、低屈折率部70は、リッジ部40aの幅が極小値となった側面40bの外側に配置され、リッジ部40aの幅が極大値となった側面40bの外側には配置されなかった。しかしながら、これに限らず、図21の変更例6に示すように、低屈折率部70は、リッジ部40aの側面40bの外側全体にわたって配置されてもよい。 Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 1, the low refractive index portion 70 is disposed outside the side surface 40b where the width of the ridge portion 40a is the minimum value, and the low refractive index portion 70 is disposed outside the side surface 40b where the width of the ridge portion 40a is the maximum value. It was not placed outside the side surface 40b. However, the present invention is not limited thereto, and as shown in Modification Example 6 of FIG. 21, the low refractive index portion 70 may be arranged over the entire outside of the side surface 40b of the ridge portion 40a.

図21に示す変更例6では、低屈折率部70が、側面40bの外側に、側面40bと一定の間隔を開けて配置されている。低屈折率部70の内側端部は、側面40bの幅方向の周期的な変化に対応して側面40bと平行である。低屈折率部70の外側端部は、Y軸方向に平行である。なお、図21に示す変更例6において、低屈折率部70の外側端部も、側面40bの幅方向の周期的な変化に対応して側面40bと平行であってもよい。 In modification example 6 shown in FIG. 21, the low refractive index section 70 is arranged on the outside of the side surface 40b at a constant distance from the side surface 40b. The inner end portion of the low refractive index portion 70 is parallel to the side surface 40b in accordance with the periodic change in the width direction of the side surface 40b. The outer end of the low refractive index section 70 is parallel to the Y-axis direction. In addition, in modification example 6 shown in FIG. 21, the outer end portion of the low refractive index portion 70 may also be parallel to the side surface 40b in response to periodic changes in the width direction of the side surface 40b.

また、上記実施形態では、図1に示したように、側面40bは、上面視において、Y軸方向に対して角度θa、θbをなす方向に傾いていたが、図1に示すように斜め方向に延びることに限らない。たとえば、図22の変更例7に示すように、側面40bは、Y軸方向に平行な部分と、X軸方向に平行な部分とにより構成されてもよい。 Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 1, the side surface 40b is inclined in the direction forming angles θa and θb with respect to the Y-axis direction when viewed from above, but as shown in FIG. It is not limited to extending to. For example, as shown in Modification Example 7 of FIG. 22, the side surface 40b may include a portion parallel to the Y-axis direction and a portion parallel to the X-axis direction.

図22に示す変更例7では、リッジ部40aの幅が極小値である側面40bの部分と、リッジ部40aの幅が極大値である側面40bの部分とが、それぞれY軸方向に延び、幅が極小値の側面40bの部分と、幅が極大値の側面40bの部分とが、X軸方向に平行な側面40bの部分により接続されている。この場合も、リッジ部40aの幅は、リッジ部40aの導波方向(Y軸方向)の位置に応じて周期的に変化する。また、リッジ部40aの側面40bと導波方向(Y軸方向)とのなす角、すなわち、X軸方向に平行な側面40bの部分と導波方向(Y軸方向)とのなす角は、限界角度θcより大きい。また、低屈折率部70は、上面視において長方形形状であり、リッジ部40aの幅が極小値である側面40bの部分の外側に配置される。したがって、変更例7においても、垂直FFPにおけるリップルを抑制しつつ、基本モードの割合を高めることができる。 In modification example 7 shown in FIG. 22, a portion of the side surface 40b where the width of the ridge portion 40a is the minimum value and a portion of the side surface 40b where the width of the ridge portion 40a is the maximum value each extend in the Y-axis direction, and the width of the ridge portion 40a is the maximum value. A portion of the side surface 40b where the width is the minimum value and a portion of the side surface 40b where the width is the maximum value are connected by a portion of the side surface 40b parallel to the X-axis direction. Also in this case, the width of the ridge portion 40a changes periodically depending on the position of the ridge portion 40a in the waveguide direction (Y-axis direction). Furthermore, the angle between the side surface 40b of the ridge portion 40a and the waveguide direction (Y-axis direction), that is, the angle between the side surface 40b parallel to the X-axis direction and the waveguide direction (Y-axis direction) is limited. It is larger than the angle θc. Furthermore, the low refractive index section 70 has a rectangular shape when viewed from above, and is arranged outside the side surface 40b where the width of the ridge section 40a is the minimum value. Therefore, in Modification Example 7 as well, it is possible to increase the ratio of the basic mode while suppressing ripples in the vertical FFP.

また、上記実施形態では、リッジ部40aの側面40bは、上面視において直線状の形状とされたが、上記式(3)の条件が満たされれば、側面40bは、上面視において曲線状であってもよい。 Further, in the above embodiment, the side surface 40b of the ridge portion 40a has a linear shape when viewed from above, but if the condition of the above formula (3) is satisfied, the side surface 40b has a curved shape when viewed from above. You can.

また、上記実施形態では、低屈折率部70は、第1半導体層20中に形成されたが、これに限らず、n側光ガイド層31中に形成されてもよく、n側光ガイド層31と第1半導体層20に跨がるように形成されてもよい。 Further, in the above embodiments, the low refractive index section 70 is formed in the first semiconductor layer 20, but is not limited to this, and may be formed in the n-side optical guide layer 31, or may be formed in the n-side optical guide layer 31. 31 and the first semiconductor layer 20 .

また、上記実施形態では、低屈折率部70は、シリコン酸化膜(SiO)により構成されたが、これに限らず、第1半導体層20よりも屈折率が低い材料であればよい。この場合も、上記実施形態と同様、垂直FFPにリップルが生じることを抑制できる。低屈折率部70の材料としては、たとえば、SiN(屈折率:2.07)、Al(屈折率:1.79)、AlN(屈折率:2.19)、ITO(屈折率:2.12)などが挙げられる。低屈折率部70がITOにより構成される場合、高次モードの光をより抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the low refractive index section 70 is made of silicon oxide film (SiO 2 ), but is not limited to this, and may be made of any material having a refractive index lower than that of the first semiconductor layer 20 . In this case, as in the above embodiment, it is possible to suppress ripples from occurring in the vertical FFP. Examples of the material of the low refractive index portion 70 include SiN (refractive index: 2.07), Al 2 O 3 (refractive index: 1.79), AlN (refractive index: 2.19), and ITO (refractive index: 2.12), etc. When the low refractive index section 70 is made of ITO, higher-order mode light can be further suppressed.

また、上記実施形態において、半導体レーザ素子1および半導体レーザ装置2は、製品の加工に限らず、他の用途に用いられてもよい。 Furthermore, in the embodiments described above, the semiconductor laser element 1 and the semiconductor laser device 2 may be used not only for processing products but also for other purposes.

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 In addition, the embodiments of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims.

1 半導体レーザ素子
10 基板
20 第1半導体層
30 発光層
32 活性層
40 第2半導体層
40a リッジ部
40b 側面
70、71、72 低屈折率部
1 Semiconductor laser element 10 Substrate 20 First semiconductor layer 30 Light emitting layer 32 Active layer 40 Second semiconductor layer 40a Ridge portion 40b Side surface 70, 71, 72 Low refractive index portion

Claims (8)

基板と、
前記基板の上方に配置された第1半導体層と、
前記第1半導体層の上方に配置された発光層と、
前記発光層の上方に配置された第2半導体層と、
前記第1半導体層より屈折率が低い低屈折率部と、を備え、
前記第2半導体層は、前記発光層で生じたレーザ光を導くためのリッジ部を有し、
前記リッジ部の幅は、前記リッジ部の導波方向の位置に応じて周期的に変化し、
前記リッジ部の側面と前記導波方向とのなす角は、前記リッジ部の内側および前記リッジ部の外側の有効屈折率で既定される限界角度より大きく、
前記低屈折率部は、前記発光層の活性層と前記基板との間で、且つ、少なくとも前記リッジ部の幅が小さくなった前記側面の外側に配置される、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
A substrate and
a first semiconductor layer disposed above the substrate;
a light emitting layer disposed above the first semiconductor layer;
a second semiconductor layer disposed above the light emitting layer;
a low refractive index portion having a lower refractive index than the first semiconductor layer;
The second semiconductor layer has a ridge portion for guiding laser light generated in the light emitting layer,
The width of the ridge portion changes periodically depending on the position of the ridge portion in the waveguide direction,
The angle between the side surface of the ridge portion and the waveguide direction is larger than a limit angle defined by the effective refractive index inside the ridge portion and outside the ridge portion,
The low refractive index portion is disposed between the active layer of the light emitting layer and the substrate and at least outside the side surface where the width of the ridge portion is reduced.
A semiconductor laser device characterized by:
請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
前記低屈折率部は、前記第1半導体層中に形成される、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 1,
The low refractive index portion is formed in the first semiconductor layer,
A semiconductor laser device characterized by:
請求項1または2に記載の半導体レーザ素子において、
前記低屈折率部は、上面視において、前記リッジ部の前記側面の外側に前記側面に沿って配置される、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to claim 1 or 2,
The low refractive index portion is disposed outside the side surface of the ridge portion along the side surface when viewed from above.
A semiconductor laser device characterized by:
請求項1ないし3の何れか一項に記載の半導体レーザ素子において、
前記低屈折率部の直上に配置される前記発光層の欠陥密度は、前記低屈折率部の直上以外の前記発光層の欠陥密度よりも大きい、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 3,
The defect density of the light emitting layer disposed directly above the low refractive index portion is greater than the defect density of the light emitting layer other than directly above the low refractive index portion.
A semiconductor laser device characterized by:
請求項1ないし4の何れか一項に記載の半導体レーザ素子において、
前記低屈折率部は、上方に向かうにつれて幅が小さくなるよう構成される、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4,
The low refractive index portion is configured such that the width becomes smaller toward the top.
A semiconductor laser device characterized by:
請求項1ないし5の何れか一項に記載の半導体レーザ素子において、
前記低屈折率部の直上に配置される前記発光層は、前記低屈折率部の直上以外の前記発光層よりも上方に変位するよう形成される、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 5,
The light emitting layer disposed directly above the low refractive index section is formed to be displaced upwardly from the light emitting layer other than directly above the low refractive index section.
A semiconductor laser device characterized by:
請求項1ないし6の何れか一項に記載の半導体レーザ素子において、
前記低屈折率部は、シリコン酸化膜により構成される、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6,
The low refractive index portion is composed of a silicon oxide film,
A semiconductor laser device characterized by:
請求項1ないし7の何れか一項に記載の半導体レーザ素子において、
前記限界角度は、前記レーザ光が前記側面において全反射する角度の最大値である、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 7,
The limit angle is the maximum value of the angle at which the laser beam is totally reflected at the side surface.
A semiconductor laser device characterized by:
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