WO2023042855A1 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

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WO2023042855A1
WO2023042855A1 PCT/JP2022/034416 JP2022034416W WO2023042855A1 WO 2023042855 A1 WO2023042855 A1 WO 2023042855A1 JP 2022034416 W JP2022034416 W JP 2022034416W WO 2023042855 A1 WO2023042855 A1 WO 2023042855A1
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WO
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layer
semiconductor laser
section
clad
clad layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/034416
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English (en)
French (fr)
Inventor
憲一 阿部
浩一 秋山
智志 西川
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device in which a spot size converter (hereinafter referred to as SSC) is integrated.
  • SSC spot size converter
  • Patent Document 1 the current injection portion is narrowed and a high refractive index layer is inserted in order to provide a device with high frequency operation and high output.
  • the frequency response is improved by confining light in a narrow region with the core layer structure.
  • a semiconductor laser device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-96310 includes a semiconductor laser portion including a quantum well layer, and a monolithically butt-connected end (output end) of the quantum well layer of the semiconductor laser portion. and an SSC including a waveguide layer. According to such a semiconductor laser device, as compared with the semiconductor laser device disclosed in Patent Document 1, an increase in the divergence angle of the laser light emitted from the semiconductor laser portion is suppressed, and the coupling efficiency is enhanced.
  • the step of forming the quantum well layer over the entire surface of the semiconductor substrate and then partially removing the quantum well layer in the region where the SSC is to be formed are performed.
  • the steps of forming the waveguide layer and then forming the waveguide layer in the region where the quantum well layer has been removed must be performed sequentially.
  • Such a manufacturing method requires a relatively large number of man-hours, resulting in a relatively high manufacturing cost.
  • a main object of the present disclosure is to provide a semiconductor laser device that includes an SSC and is manufactured at a reduced cost compared to a conventional semiconductor laser device that includes an SSC.
  • a semiconductor laser element includes a semiconductor laser section, a transition section adjacent to the semiconductor laser section in a first direction and into which light emitted from the semiconductor laser section is incident, and a transition section in the first direction. a spot size conversion portion adjacent to and into which the light emitted from the transition portion is incident.
  • Each of the semiconductor laser section, the transition section, and the spot size conversion section includes a semiconductor substrate having a first surface extending along a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and a third surface orthogonal to the first surface. It includes a first clad layer, an active layer, and a second clad layer, which are laminated on the first surface in order from the first surface side in the direction.
  • the second clad layer is in contact with the active layer.
  • the refractive index of the second clad layer is lower than that of the active layer.
  • Each of the transition section and the spot size conversion section further includes a waveguide layer in contact with a portion of the top surface of the second cladding layer and having a higher refractive index than the active layer and the second cladding layer.
  • a semiconductor laser device that includes an SSC and is manufactured at a reduced cost compared to a conventional semiconductor laser device that includes an SSC.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view seen from a line segment VV in FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIGS.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view seen from a line segment XX in FIG. 9;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view seen from a line segment XI-XI in FIG. 9;
  • 9 is a flow chart for explaining a first step of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device according to Embodiment 3;
  • FIG. 14 is a cross-sectional view seen from a line segment XIV-XIV in FIG. 13;
  • FIG. 14 is a cross-sectional view seen from a line segment XV-XV in FIG. 13;
  • FIG. 14 is a cross-sectional view seen from a line segment XVI-XVI in FIG. 13;
  • 10 is a flow chart for explaining a first step of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to Embodiment 3;
  • FIG. 1 to 6, 8 to 11, and 13 to 16 show an orthogonal coordinate system having mutually orthogonal X-direction (second direction), Y-direction (first direction), and Z-direction (third direction). ing.
  • a semiconductor laser device 100 includes a semiconductor laser section 1, a transition section 2, and a spot size conversion section (SSC) 3.
  • SSC spot size conversion section
  • a semiconductor laser device 100 is a device in which a semiconductor laser portion 1, a transition portion 2, and an SSC 3 are monolithically integrated.
  • the semiconductor laser section 1 includes multiple quantum well layers and is provided to emit light.
  • the transition section 2 is provided so that the light emitted from the semiconductor laser section 1 is incident thereon.
  • the transition section 2 is adjacent to the semiconductor laser section 1 in the Y direction. In other words, the transition section 2 is directly connected to the semiconductor laser section 1 in the Y direction.
  • the SSC 3 is provided so that the light emitted from the transition section 2 is incident thereon.
  • SSC3 is adjacent to transition section 2 in the Y direction. In other words, SSC3 is directly connected with transition section 2 in the Y direction.
  • the semiconductor laser section 1 includes a semiconductor substrate 5, a first clad layer 6, a diffraction grating layer 7, an active layer 11, a second clad layer 12, a fourth clad layer 15, and an insulating layer. It includes layer 16 , first electrode 17 , electrode pad 18 and second electrode 19 .
  • the semiconductor substrate 5 has a first surface 5A and a second surface 5B opposite to the first surface 5A. Each of the first surface 5A and the second surface 5B extends along the X direction and the Y direction.
  • the semiconductor substrate 5 is made of, for example, p-type InP.
  • the first clad layer 6, the active layer 11, and the second clad layer 12 are provided on the first surface 5A and stacked in order from the first surface 5A side in the Z direction.
  • the first clad layer 6, the active layer 11 and the second clad layer 12 form a pin junction.
  • the first clad layer 6 and the second clad layer 12 are provided so as to sandwich the active layer 11 in the Z direction.
  • Each of first clad layer 6 and second clad layer 12 is in contact with active layer 11 .
  • the active layer 11 includes multiple quantum well layers. In other words, the active layer 11 has a multiple quantum well structure in which multiple quantum well layers and multiple barrier layers are alternately stacked in the Z direction.
  • each of the multiple quantum well layers and barrier layers of the active layer 11 can be arbitrarily selected according to the emission wavelength.
  • the emission wavelength of the active layer 11 is 1.31 ⁇ m
  • each of the multiple quantum well layers and barrier layers of the active layer 11 is made of InGaAsP, for example.
  • the composition ratio of InGaAsP which is a quaternary mixed crystal, is generally represented by In 1-x Ga x As y P 1-y , and has two degrees of freedom of x and y. It is known that the refractive index of InGaAsP is changed by adjusting the values of x and y to adjust the composition ratio of In 1-x Ga x As y P 1-y .
  • the refractive index of InGaAsP is lower than that of InP when its composition ratio is close to that of GaP, and is higher than that of InP when its composition ratio is close to that of InAs.
  • the refractive index of the active layer 11 can be made higher than the refractive indices of the first clad layer 6 and the second clad layer 12 .
  • the material (composition ratio) forming each of the first clad layer 6 and the second clad layer 12 can be selected from materials (composition ratio) having a lower refractive index than the material forming the active layer 11 .
  • the first clad layer 6 is made of, for example, p-type InP.
  • the second clad layer 12 is, for example, n-type InP.
  • the material forming the active layer 11 may be a quaternary mixed crystal other than InGaAsP, such as AlInGaAs.
  • the refractive indices of the active layer 11, the first clad layer 6, and the second clad layer 12 can be set as described above.
  • the material forming the active layer 11 is AlInGaAs
  • the first clad layer 6 may be p-type AlAs
  • the second clad layer 12 may be n-type AlAs.
  • the active layer 11 of the semiconductor laser section 1 has a first end surface 11A located on the side opposite to the transition section 2 in the Y direction.
  • the first end surface 11A is a cleaved surface.
  • the first end surface 11A is covered with a reflective film (HR (High Reflection) coat film) not shown.
  • the reflectance of the reflective film is, for example, about 95%.
  • the diffraction grating layer 7 is embedded inside the first clad layer 6 .
  • the diffraction grating layer 7 is arranged closer to the active layer 11 than the semiconductor substrate 5 in the Z direction.
  • the diffraction grating layer 7 has a plurality of portions that are periodically spaced apart from each other in the X direction.
  • a first clad layer 6 is arranged between the plurality of portions of the diffraction grating layer 7 .
  • the diffraction grating layer 7 and the first clad layer 6 form a diffraction grating 10 .
  • the refractive index of the diffraction grating layer 7 is higher than that of the first clad layer 6 .
  • the average refractive index of diffraction grating 10 is higher than the refractive index of first clad layer 6 and lower than the refractive index of active layer 11 .
  • the diffraction grating layer 7 is made of, for example, p-type InGaAsP.
  • the fourth clad layer 15 is provided on part of the second clad layer 12 in the X direction.
  • the fourth clad layer 15 is provided so as to overlap the diffraction grating 10 in the Z direction.
  • the fourth cladding layer 15 is provided so that its width in the X direction gradually narrows as it approaches the second cladding layer 12 in the Z direction in a cross section along the X direction and the Z direction (hereinafter referred to as an XY cross section). ing.
  • the fourth clad layer 15 has an inverted mesa shape with respect to the second clad layer 12 in the XZ cross section.
  • the fourth clad layer 15 is connected to the upper surface of the second clad layer 12 and has side surfaces extending upward from the upper surface of the second clad layer 12 .
  • the angle formed by the side surface of the fourth clad layer 15 and the upper surface of the second clad layer 12 to the outside of the fourth clad layer 15 is an acute angle.
  • the width of the fourth cladding layer 15 in the X direction is constant in the Y direction, for example.
  • the refractive index of the fourth clad layer 15 is lower than that of the active layer 11 .
  • the fourth clad layer 15 is made of, for example, n-type InP.
  • the insulating layer 16 is provided so as to bury the periphery of the fourth clad layer 15 .
  • the insulating layer 16 has a lower surface in direct contact with the side surface of the fourth cladding layer 15, an upper surface that is flush with the upper surface of the fourth cladding layer 15 of the semiconductor laser section 1, and an upper surface that is flush with the upper surface of the fourth cladding layer 15. and a pair of opposed inner surfaces.
  • Each of the pair of inner side surfaces is in direct contact with the side surface of the fourth clad layer 15 .
  • the interior angle between each of the pair of inner side surfaces of insulating layer 16 and the lower surface of insulating layer 16 is an acute angle.
  • the insulating layer 16 has a mesa shape.
  • the insulating layer 16 is made of a material having relatively high heat resistance and relatively low hygroscopicity from the viewpoint of suppressing heat and moisture from entering from the outside to the inside of the semiconductor laser element 100 . is preferred.
  • the insulating layer 16 is made of, for example, benzocyclobutene (hereinafter referred to as BCB).
  • BCB benzocyclobutene
  • the insulating layer 16 is made of, for example, photosensitive BCB.
  • the semiconductor substrate 5, the first clad layer 6, the diffraction grating layer 7, the active layer 11, the second clad layer 12, the fourth clad layer 15, and the insulating layer 16 are symmetrical with respect to the center line of the semiconductor laser section 1 passing through the center in the X direction and extending in the Y direction.
  • the semiconductor substrate 5 As shown in FIGS. 2 and 3, in the YZ cross section, the semiconductor substrate 5, the first clad layer 6, the diffraction grating layer 7, the active layer 11, the second clad layer 12, the fourth clad layer 15, and the insulating layer 16 are symmetrical with respect to the center line of the semiconductor laser section 1 passing through the center in the X direction and extending in the Y direction.
  • each of the semiconductor substrate 5, the first clad layer 6, the diffraction grating layer 7, the active layer 11, the second clad layer 12, the fourth clad layer 15, and the insulating layer 16 The shape is line-symmetrical with respect to the center line of the semiconductor laser section 1 extending along the Z direction through the center in the X direction.
  • the first electrode 17 is provided on the fourth clad layer 15 and electrically connected to the fourth clad layer 15 .
  • the electrode pad 18 is provided on the insulating layer 16 and electrically connected to the first electrode 17 .
  • the second electrode 19 is provided on the second surface 5B of the semiconductor substrate 5 and electrically connected to the semiconductor substrate 5 .
  • the transition section 2 includes a semiconductor substrate 5, a first clad layer 6, an active layer 11, a second clad layer 22, a waveguide layer 23, and a third clad layer 25. , and insulating layer 16 .
  • the semiconductor substrate 5 , the first cladding layer 6 , the active layer 11 and the insulating layer 16 of the transition section 2 are respectively the semiconductor substrate 5 , the first cladding layer 6 , the active layer 11 and the insulating layer 16 of the semiconductor laser section 1 . It has a structure equivalent to each.
  • the semiconductor substrate 5, the first cladding layer 6, the active layer 11, and the insulating layer 16 of the transition section 2 are, for example, the semiconductor substrate 5, the first cladding layer 6, the active layer 11, and the insulating layer of the semiconductor laser section 1. 16 are provided as the same members. In other words, the semiconductor substrate 5 , the first clad layer 6 , the active layer 11 and the insulating layer 16 of the transition section 2 are each formed by the semiconductor substrate 5 and the first clad layer of the semiconductor laser section 1 in the manufacturing method of the semiconductor laser device 100 . Layer 6, active layer 11, and insulating layer 16 are each formed simultaneously.
  • the configuration of the transition section 2 that is different from that of the semiconductor laser section 1 will be mainly described.
  • the first clad layer 6, the active layer 11, the second clad layer 22, the waveguide layer 23, and the third clad layer 25 are provided on the first surface 5A, and are arranged in order from the first surface 5A side in the Z direction. Laminated.
  • the first clad layer 6 and the second clad layer 22 are provided so as to sandwich the active layer 11 in the Z direction.
  • Each of first clad layer 6 and second clad layer 22 is in contact with active layer 11 .
  • the second clad layer 22 and the third clad layer 25 are provided so as to sandwich the waveguide layer 23 in the Z direction.
  • Each of the second clad layer 22 and the third clad layer 25 is in contact with the waveguide layer 23 .
  • the waveguide layer 23 is provided on part of the second clad layer 22 so as to overlap the active layer 11 of the transition section 2 in the Z direction.
  • the waveguide layer 23 has a lower surface in direct contact with a portion of the upper surface of the second cladding layer 22 of the transition section 2 and an upper surface in direct contact with the entire lower surface of the third cladding layer 25 .
  • the waveguide layer 23 is sandwiched between the insulating layers 16 in the X direction.
  • the waveguide layer 23 further has a pair of side surfaces in contact with a pair of inner side surfaces of the insulating layer 16 facing in the X direction.
  • the width (thickness) of the waveguide layer 23 in the Z direction is wider (thicker) than the width (thickness) of the active layer 11 in the Z direction.
  • the width of the waveguide layer 23 in the X direction is narrower than the width of the active layer 11 in the X direction.
  • the width of the waveguide layer 23 in the X direction gradually increases with increasing distance from the semiconductor laser section 1 in the Y direction. It is designed to be wide.
  • the waveguide layer 23 is provided so that the width in the X direction gradually narrows as it approaches the second cladding layer 22 in the Z direction.
  • the waveguide layer 23 has an inverted mesa shape with respect to the second clad layer 22 in the XZ cross section.
  • the angle formed by the side surface of the waveguide layer 23 and the upper surface of the second clad layer 12 to the outside of the waveguide layer 23 is an acute angle.
  • the X-direction width of the active layer 11 of the transition portion 2 is equal to the X-direction width of the active layer 11 of the semiconductor laser portion 1 .
  • the minimum width in the X direction of one end of the waveguide layer 23 connected to the semiconductor laser section 1 in the Y direction is equal to the minimum width in the X direction of the fourth cladding layer 15 .
  • the third clad layer 25 is provided on the waveguide layer 23 .
  • the third cladding layer 25 is arranged so that the lower surface in direct contact with the upper surface of the waveguide layer 23 and the upper surface of each of the fourth cladding layer 15 and the pair of insulating layers 16 of the semiconductor laser section 1 are flush with each other. and a contiguous upper surface.
  • the third clad layer 25 is sandwiched between the pair of insulating layers 16 in the X direction.
  • the third cladding layer 25 further has a pair of side surfaces in contact with each of the pair of insulating layers 16 .
  • the width of the third clad layer 25 in the X direction is narrower than the width of the active layer 11 in the X direction.
  • the third cladding layer 25 is provided such that the width in the X direction in the XY cross section gradually increases with increasing distance from the semiconductor laser section 1 in the Y direction.
  • the third clad layer 25 is provided so that the width in the X direction on the XZ plane gradually narrows as it approaches the waveguide layer 23 in the Z direction.
  • the waveguide layer 23 and the third clad layer 25 have an inverted mesa shape with respect to the second clad layer 22 in the XZ cross section.
  • the side surface of the third cladding layer 25 is continuous with the side surface of the waveguide layer 23, for example, so as to form the same plane.
  • the refractive index of the second clad layer 22 is higher than the refractive index (effective refractive index) of the active layer 11 .
  • the waveguide layer 23 has a higher refractive index than each of the second clad layer 22 and the third clad layer 25 .
  • the refractive index of the third clad layer 25 is higher than that of the fourth clad layer 15, for example.
  • the second cladding layer 22 and waveguide layer 23 are transparent to light generated in the active layer 11 .
  • transparent means that the transmittance of light generated by the active layer 11 is 90% or more.
  • Each of the second cladding layer 22, the third cladding layer 25, and the waveguide layer 23 is a quaternary mixed crystal whose composition ratio is appropriately adjusted so that the respective refractive indices have the above relationship.
  • the waveguide layer 23 is, for example, i-type InGaAsP.
  • the second clad layer 22 is, for example, n-type or i-type InGaAsP.
  • the third cladding layer 25 may be, for example, n-type or i-type InP.
  • the refractive index of the second clad layer 22 is equal to that of the active layer 11 . higher and lower than the refractive index of waveguide layer 23 .
  • the material forming the second clad layer 22 and the waveguide layer 23 may be a quaternary mixed crystal other than InGaAsP, such as AlInGaAs.
  • each member constituting the transition portion 2 is symmetrical about the center line of the transition portion 2 passing through the center in the X direction and extending in the Y direction. is the shape of As shown in FIG. 5, in the XZ cross section, the shape of each member constituting the transition portion 2 is a line symmetrical shape with respect to the center line of the transition portion 2 extending along the Z direction through the center in the X direction. be.
  • the SSC 3 includes a semiconductor substrate 5, a first clad layer 6, an active layer 11, a second clad layer 32, a waveguide layer 33, a third clad layer 35, a pair of fifth clad layers 36, and a pair of insulating layers 16. including.
  • the semiconductor substrate 5, first clad layer 6, and active layer 11 of the SSC 3 each have the same structure as the semiconductor substrate 5, first clad layer 6, and active layer 11 of the semiconductor laser section 1. .
  • the semiconductor substrate 5, the first cladding layer 6, the active layer 11, and the pair of insulating layers 16 of the SSC 3 are, for example, the semiconductor substrate 5, the first cladding layer 6, and the active layer of the semiconductor laser section 1 and the transition section 2.
  • the semiconductor substrate 5, the first cladding layer 6, the active layer 11, and the pair of insulating layers 16 of the SSC 3 are each the same as the semiconductor substrates of the semiconductor laser section 1 and the transition section 2 in the manufacturing method of the semiconductor laser device 100. 5, the first cladding layer 6, the active layer 11, and the pair of insulating layers 16 are formed at the same time.
  • each of the second cladding layer 32, the waveguide layer 33, and the third cladding layer 35 of the SSC 3 is equivalent to each of the second cladding layer 22, the waveguide layer 23, and the third cladding layer 25 of the transition section 2.
  • Each of the second cladding layer 32, the waveguide layer 33, and the third cladding layer 35 of the SSC 3 is, for example, the same as each of the second cladding layer 22, the waveguide layer 23, and the third cladding layer 25 of the transition section 2.
  • each of the second cladding layer 32, the waveguide layer 33, and the third cladding layer 35 of the SSC 3 is the second cladding layer 22, the waveguide layer 23, and the third clad layer 25 at the same time.
  • the SSC 3 will be mainly described with respect to the structure different from that of the semiconductor laser section 1 and the transition section 2.
  • FIG. 1 each of the second cladding layer 32, the waveguide layer 33, and the third cladding layer 35 of the SSC 3 is the second cladding layer 22, the waveguide layer 23, and the third clad layer 25 at the same time.
  • Each of the second cladding layer 32, the waveguide layer 33, the third cladding layer 35, and the fifth cladding layer 36 of the SSC 3 has a second end surface 3B located on the opposite side of the transition section 2 in the Y direction. there is The second end surface 3B is a cleaved surface. The second end surface 3B is an emission surface from which the semiconductor laser element 100 emits laser light. The second end face 3B is covered with an antireflection film (AR (AntiReflection) coating film) not shown. The second end face 3B is coupled to an external optical system such as an optical fiber.
  • AR AntiReflection
  • the SSC 3 includes a pair of fifth cladding layers 36.
  • a pair of fifth clad layers 36 are provided so as to sandwich the waveguide layer 33 in the X direction.
  • each of the pair of fifth cladding layers 36 is provided on the second cladding layer 32 .
  • the waveguide layer 33 is surrounded by the second clad layer 32, the third clad layer 35, and the pair of fifth clad layers .
  • a pair of fifth clad layers 36 are provided, for example, so as to sandwich each of the waveguide layer 33 and the third clad layer 35 in the X direction.
  • each of the pair of fifth cladding layers 36 has a triangular shape, for example.
  • the X-direction widths of the pair of fifth cladding layers 36 are, for example, equal to each other.
  • the width of the waveguide layer 33 in the X direction is provided so as to gradually narrow as the distance from the transition portion 2 increases in the Y direction.
  • the width of the waveguide layer 33 in the X direction is provided so as to gradually narrow toward the second end surface 3B in the Y direction.
  • the width of the waveguide layer 33 in the X direction is the narrowest at the second end surface 3B.
  • the minimum width of the waveguide layer 33 in the X direction is narrower than the minimum width of the waveguide layer 23 in the X direction.
  • the width of the third cladding layer 35 in the X direction is provided so as to gradually narrow with distance from the transition portion 2 in the Y direction.
  • the minimum width of the third cladding layer 35 in the X direction is narrower than the minimum width of the third cladding layer 25 in the X direction.
  • each of the pair of fifth cladding layers 36 has a lower surface in contact with a portion of the upper surface of the second cladding layer 32, a waveguide layer 33 and a third cladding layer. 35, the outer surface in direct contact with each side of one insulating layer 16, the third cladding layer 35 and each of the pair of insulating layers 16. It has a top surface and a top surface that is coplanar with the top surface.
  • the width of each of the pair of fifth clad layers 36 in the X direction is constant, for example, in the Z direction.
  • the X-direction widths of the pair of fifth cladding layers 36 are, for example, equal to each other.
  • the refractive index of the second clad layer 32 is higher than the refractive index (effective refractive index) of the active layer 11 .
  • the waveguide layer 33 has a higher refractive index than each of the second clad layer 32 and the third clad layer 35 .
  • the refractive index of the fifth clad layer 36 is lower than that of the waveguide layer 33 .
  • the composition ratio of the arbitrary quaternary mixed crystal is appropriately set so that the respective refractive indices have the above relationship. It is adjusted.
  • the waveguide layer 33 is, for example, i-type InGaAsP.
  • the second cladding layer 32 may be, for example, n-type InGaAsP or i-type InGaAsP.
  • the third cladding layer 35 may be, for example, n-type InP or i-type InP.
  • the fifth cladding layer 36 may be i-type InP, for example.
  • each member constituting the SSC 3 is a line-symmetrical shape with respect to the center line of the SSC 3 extending along the Y direction through the center in the X direction.
  • the shape of each member constituting the SSC 3 is a line-symmetrical shape with respect to the center line of the SSC 3 extending along the Z direction through the center in the X direction. .
  • the method of manufacturing the semiconductor laser device 100 includes, for example, a first step of forming device regions to be the plurality of semiconductor laser devices 100 on the first surface 5A of the semiconductor substrate 5, and forming each of the plurality of semiconductor laser devices 100 individually. and a second step of fragmenting.
  • the first step includes, for example, as shown in FIG.
  • steps (S1) to (S7) are performed in order.
  • the second step includes, for example, forming a cleaved surface in each of the second clad layer 32, the waveguide layer 33, the third clad layer 35, and the fifth clad layer 36 to form the second end surface 3B.
  • step (S1) after forming the first cladding layer 6 on the entire surface of the first surface 5A of the semiconductor substrate 5, the diffraction grating 10 is formed only in the region where the semiconductor laser section 1 is to be formed.
  • An active layer 11 is formed only in areas where layer 11 is to be formed.
  • Methods of forming each include, for example, vapor deposition processes, photolithography processes, and etching processes.
  • the materials forming the multiple quantum well layers and the barrier layers of the active layer 11 can be arbitrarily selected depending on the emission wavelength, and are, for example, quaternary mixed crystal semiconductor materials.
  • the second cladding layers 22, 32 and waveguide layers 23, 33 are formed only in regions where the transition portion 2 and the SSC 3 are to be formed.
  • Methods of forming these cladding layers and waveguide layers include, for example, vapor deposition processes, photolithography processes, and etching processes.
  • the second cladding layers 22 , 32 and the waveguide layers 22 , 32 are arranged such that the refractive index of the second cladding layers 22 , 32 is higher than the refractive index of the active layer 11 and lower than the refractive index of the waveguide layers 23 , 33 .
  • the material (composition ratio) forming each of the wave path layers 23 and 33 is appropriately adjusted.
  • the second clad layer 12 is formed only in the region where the semiconductor laser section 1 is to be formed.
  • Methods of forming these cladding layers include, for example, chemical vapor deposition, photolithography, and etching. As described above, the material (composition ratio) forming the second clad layer 12 is appropriately adjusted so that the refractive index of the second clad layer 12 is lower than the refractive index of the active layer 11 .
  • the fourth clad layer 15 is formed in the region where the semiconductor laser section 1 is to be formed, and the third clad layers 25 and 35 are formed in the regions where the transition section 2 and the SSC 3 are to be formed.
  • Methods of forming these cladding layers include, for example, chemical vapor deposition, photolithography, and etching.
  • the material (composition ratio) forming the fourth clad layer 15 is appropriately adjusted so that the refractive index of the fourth clad layer 15 is lower than the refractive index of the active layer 11 .
  • the material (composition ratio) forming the third clad layers 25 and 35 is appropriately adjusted so that the refractive index of the third clad layers 25 and 35 is lower than the refractive index of the waveguide layers 23 and 33 .
  • 32, the waveguide layers 23, 33, and the third cladding layers 25, 35 are removed to form a mesa structure.
  • Methods of forming this cladding layer include photolithography and etching.
  • the fifth clad layer 36 is formed on both sides of the waveguide layer 33 and the third clad layer 35 in the X direction on the second clad layer 32 of the SSC3.
  • Methods for forming this cladding layer include, for example, vapor phase epitaxy, photomechanical processing, and etching.
  • the material (composition ratio) forming the fifth clad layer 36 is appropriately adjusted so that the refractive index of the fifth clad layer 36 is lower than the refractive index of the waveguide layer 33 .
  • each of the insulating layer 16, the first electrode 17, the electrode pad 18, and the second electrode 19 is formed.
  • a method of forming each of the insulating layer 16, the first electrode 17, the electrode pad 18, and the second electrode 19 includes, for example, a film forming process, a photomechanical process, a resin coating process, and an etching process.
  • FIG. Region I in FIG. 4, region J in FIG. 5, region K in FIG. 6, and region L in FIG. 7 show the distribution of the light propagation mode on each XZ cross section.
  • An optical propagation mode is defined as a region in which the intensity is equal to or greater than a predetermined value with respect to its maximum value, based on the intensity distribution of light in each XZ cross section.
  • Region I in FIG. 4 shows the distribution of the light propagation mode in the semiconductor laser section 1 on the XZ cross section.
  • the light propagation mode has a small, substantially circular distribution centered on the active layer 11 in the XZ cross section.
  • the fourth clad layer 15 is connected only to part of the second clad layer 12 .
  • the connection region between the fourth clad layer 15 and the second clad layer 12 is narrower than the connection region between the active layer 11 and the second clad layer 12 .
  • the current injected into the active layer 11 from the fourth clad layer 15 through the second clad layer 12 is limited to that passing through the connection region between the fourth clad layer 15 and the second clad layer 12 .
  • the region where population inversion occurs in the active layer 11 is also limited to just below the connection region.
  • the refractive index of the active layer 11 is higher than that of each of the first clad layer 6 and the second clad layer 12 arranged therearound.
  • the light propagation mode (waveguide) has a relatively small, substantially circular distribution centered on the active layer 11 in the XZ cross section.
  • the cross-sectional shape of the fourth clad layer 15 in the XZ cross section is an inverted mesa shape, and the fourth clad layer 15 is connected only to part of the second clad layer 12 at the bottom of the inverted mesa shape.
  • the width in the X direction of the connection region between the fourth clad layer 15 and the second clad layer 12 is such that the cross-sectional shape of the fourth clad layer 15 in the XZ cross section has a shape other than an inverted mesa shape, for example, a forward mesa shape. narrower than in some cases.
  • the width in the X direction of the region where the current is injected from the fourth clad layer 15 through the second clad layer 12 into the active layer 11 is also narrowed, and the distribution of the optical propagation mode in the XZ cross section is narrowed.
  • Region J in FIG. 5 indicates the light propagation mode in transition section 2 .
  • the optical propagation mode in transition section 2 is distributed between active layer 11 and waveguide layer 23 .
  • the second cladding layer 22 and the waveguide layer 23 of the transition section 2 are transparent to the light generated in the active layer 11, the refractive index of the second cladding layer 22 is higher than that of the active layer 11, and the waveguide layer 23 is transparent.
  • the refractive index of the waveguide layer 23 is higher than that of the second clad layer 22 .
  • a region K in FIG. 6 indicates an optical propagation mode formed on the transition portion 2 side of the center in the Y direction in the SSC3.
  • a region L in FIG. 7 indicates an optical propagation mode formed on the second end surface 3B side of the center in the Y direction in the SSC3.
  • the optical propagation mode on the transition portion 2 side of SSC 3 is mainly distributed in waveguide layer 33 .
  • region L in FIG. and the fifth cladding layer 36 so as to leak and spread. This is because the width of the waveguide layer 33 of the SSC 3 in the X direction is gradually narrowed toward the second end face 3B of the waveguide layer 33 in the Y direction.
  • the spread angle of the light emitted from the second end surface 3B of the SSC 3 can be suppressed, so that the coupling efficiency between the semiconductor laser element 100 and the external optical system is increased. Therefore, the coupling efficiency between the semiconductor laser device 100 and the external optical system is enhanced compared to a semiconductor laser device without the SSC3.
  • each of the transition portion 2 and the SSC 3 includes a waveguide layer 33, the waveguide layer 33 is in contact with part of the upper surface of the second cladding layer 32, and the active layer 11 and Since it has a higher refractive index than the second cladding layer 32 , the light propagation mode in the transition section 2 transits from the active layer 11 to the waveguide layer 23 in the Z direction. Therefore, without removing a part of the active layer 11, a semiconductor layer to be the waveguide layers 23 and 33 is grown on the active layer 11 and further processed to form a conductive layer directly connected to the active layer 11. Wave layers 23, 33 may be formed. Therefore, although the semiconductor laser device 100 includes the SSC 3, the manufacturing cost can be reduced compared to the semiconductor laser device according to the comparative example.
  • the refractive indices of the active layer 11, the second clad layer 22, and the waveguide layer 23 stacked in the Z direction in the transition portion 2 are increased in this order. Therefore, in the transition section 2 , the optical propagation mode can transition stepwise in the order of the active layer 11 , the second clad layer 22 and the waveguide layer 23 .
  • transition portion 2 and SSC 3 are provided on waveguide layers 23 and 33, respectively, and third cladding layers 25 and 35 having a lower refractive index than waveguide layers 23 and 33 are provided. further includes The third cladding layers 25 and 35 restrict the light propagation mode from spreading above the waveguide layers 23 and 33 in each of the transition section 2 and SSC3.
  • the semiconductor laser section 1 is provided on the fourth cladding layer 15 provided on part of the second cladding layer 12, and on the fourth cladding layer 15. and a first electrode 17 electrically connected to the .
  • the fourth clad layer 15 is provided so that the width in the X direction gradually narrows as it approaches the second clad layer 12 in the Z direction.
  • the fourth clad layer 15 has an inverted mesa shape with respect to the second clad layer 12 in the XZ cross section. Therefore, in the semiconductor laser device 100, the distribution of the light propagation mode of the semiconductor laser section 1 is smaller than in a semiconductor laser device in which the fourth clad layer 15 does not have an inverted mesa shape with respect to the second clad layer 12. Therefore, the operating current can be reduced.
  • the minimum X-direction width of the waveguide layer 23 of the transition section 2 is equal to the minimum X-direction width of the fourth cladding layer 15 of the semiconductor laser section 1 .
  • the width of the waveguide layer 23 in the X direction gradually narrows as it approaches the second cladding layer 22 in the Z direction, and the width of the waveguide layer 23 in the X direction becomes larger than that of the semiconductor laser portion 1 in the Y direction. gradually widens with increasing distance from Therefore, the light incident on the transition section 2 from the semiconductor laser section 1 easily transitions from the active layer 11 to the waveguide layer 23 .
  • the width of the waveguide layer 33 in the X direction gradually narrows as the distance from the transition portion 2 increases in the Y direction at the SSC3. Therefore, the optical propagation mode on the side of the second end surface 3B of the SSC 3 is distributed so as to leak and spread to the second clad layer 32, the third clad layer 35, and the fifth clad layer 36 arranged to surround the waveguide layer 33. obtain.
  • the material forming the second clad layer 12 is InP
  • the material forming the second clad layers 22 and 32 is InGaAsP
  • the material forming the waveguide layers 23 and 33 is InGaAsP.
  • the refractive index of each of the waveguide layers 23, 33 can be made higher than that of each of the second clad layers 12, 22, 32.
  • the semiconductor laser device 101 according to the second embodiment has basically the same configuration as the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment, except that the semiconductor laser section 1 is diffractive. It differs from the semiconductor laser device 100 in that it includes a diffraction grating layer 8 embedded inside the fourth cladding layer 15 instead of the grating layer 7 . Differences of the semiconductor laser device 101 from the semiconductor laser device 100 will be mainly described below.
  • the diffraction grating layer 8 is provided on the second clad layer 12 .
  • the diffraction grating layer 8 has, for example, a lower surface in direct contact with the upper surface of the second cladding layer 12 .
  • the average refractive index of the diffraction grating 10 composed of the diffraction grating layer 8 and the fourth clad layer 15 is higher than the refractive index of the fourth clad layer 15 and lower than the refractive index of the active layer 11 .
  • the width T (thickness) of the diffraction grating layer 8 in the Z direction is equal to the width T (thickness) of the waveguide layer 23 in the Z direction.
  • the width of the diffraction grating layer 8 in the X direction is narrower than the width of the active layer 11 in the X direction.
  • the diffraction grating layer 8 is provided so that the width in the X direction gradually narrows as it approaches the second cladding layer 12 in the Z direction.
  • the material forming the diffraction grating layer 8 is the same as the material forming the waveguide layer 23 .
  • the refractive index of the diffraction grating layer 8 is higher than that of the fourth clad layer 15 .
  • the diffraction grating layer 8 is made of InGaAsP, for example.
  • the method of manufacturing the semiconductor laser device 101 includes basically the same steps as the method of manufacturing the semiconductor laser device 100, but the difference is that the diffraction grating layer 8 is formed in the same steps as the waveguide layers 23 and 33. It is different from the manufacturing method of the element 100 . Differences between the method of manufacturing the semiconductor laser device 101 and the method of manufacturing the semiconductor laser device 100 will be mainly described below.
  • the first step of the method for manufacturing the semiconductor laser device 101 is, for example, as shown in FIG. 12, a step of forming the first clad layer 6 and the active layer 11 on the first surface 5A of the semiconductor substrate 5 (S8); a step (S9) of forming second clad layers 22, 32 and waveguide layers 23, 33 on the active layer 11 of the transition section 2 and the SSC 3; a step of forming the waveguide layers 23 and 33 and the diffraction grating layer 8 (S11); the step of forming the third clad layers 25 and 35 (S12) in the second clad layer 12 and the fourth clad layer 15 in the peripheral portion other than the central portion of the semiconductor laser portion; A step (S13) of removing the second clad layers 22, 32, the waveguide layers 23, 33, and the third clad layers 25, 35 in the peripheral portion of the SSC3, and forming a fifth clad layer 36 in the peripheral portion of the SSC3 and a step of forming the insulating layer 16, the first electrode 17, the second
  • step (S8) after the first clad layer 6 is formed on the entire surface of the first surface 5A of the semiconductor substrate 5, the active layer 11 is formed only in the region where the active layer 11 is to be formed.
  • Methods for forming each of the first cladding layer 6 and the active layer 11 include, for example, vapor deposition, photomechanical processing, and etching.
  • the material forming the active layer 11 can be arbitrarily selected according to the emission wavelength, and is, for example, a quaternary mixed crystal semiconductor material.
  • the second cladding layers 22, 32 are formed only in the regions where the transition portion 2 and SSC3 are to be formed.
  • Methods for forming the second cladding layers 22 and 32 include, for example, vapor deposition, photolithography, and etching. As described above, each of the second cladding layers 22 and 32 has a refractive index higher than that of the active layer 11 and lower than that of the waveguide layers 23 and 33 . The material (composition ratio) constituting is adjusted as appropriate.
  • the second clad layer 12 is formed only in the region where the semiconductor laser section 1 is to be formed.
  • Methods of forming these cladding layers include, for example, chemical vapor deposition, photolithography, and etching. As described above, the material (composition ratio) forming the second clad layer 12 is appropriately adjusted so that the refractive index of the second clad layer 12 is lower than the refractive index of the active layer 11 .
  • step (S11) the diffraction grating layer 8 is simultaneously formed in the region where the semiconductor laser section 1 is to be formed, and the waveguide layers 23 and 33 are formed in the regions where the transition section 2 and SSC 3 are to be formed.
  • Methods of forming these layers include, for example, vapor deposition processes, photolithography processes, and etching processes.
  • the diffraction grating layer 8 and the waveguide layers 8 and the waveguide layers 23 and 33 have a higher refractive index than the second cladding layers 22 and 32 and the fourth cladding layer 15.
  • the materials (composition ratios) forming each of 23 and 33 are appropriately adjusted.
  • the fourth clad layer 15 is formed in the region where the semiconductor laser section 1 is to be formed, and the third clad layers 25 and 35 are simultaneously formed in the regions where the transition section 2 and the SSC 3 are to be formed.
  • Methods of forming these cladding layers include, for example, chemical vapor deposition, photolithography, and etching.
  • the material (composition ratio) forming the third clad layers 25 and 35 is appropriately adjusted so that the refractive index of the third clad layers 25 and 35 is lower than the refractive index of the waveguide layers 23 and 33 .
  • Steps (S13) to (S15) are performed in the same manner as steps (S5) to (S7), respectively.
  • the semiconductor laser device 101 can be manufactured.
  • the semiconductor laser device 101 can operate similarly to the semiconductor laser device 100 .
  • the refractive index of the diffraction grating layer 8 is higher than that of the fourth clad layer 15, but the average refractive index of the diffraction grating 10 composed of the diffraction grating layer 8 and the fourth clad layer 15 is higher than that of the active layer 11. low.
  • the diffraction grating layer 8 is embedded in the bottom of the fourth clad layer 15 having an inverted mesa shape. Therefore, the light propagation mode in the semiconductor laser section 1 does not spread to the diffraction grating 10 and has a distribution substantially equal to that of the semiconductor laser element 100 .
  • the optical propagation modes in each of the transition section 2 and SSC3 are substantially the same as those of the semiconductor laser device 100. Equivalent distribution.
  • the diffraction grating layer 8 can be formed in the same process as the waveguide layers 23 and 33, so the number of man-hours can be reduced compared to the method for manufacturing the semiconductor laser device 100. As a result, the manufacturing cost of the semiconductor laser device 101 can be further reduced compared to the manufacturing cost of the semiconductor laser device 100 .
  • the refractive index of each of the second clad layers 22 and 32 may be equal to the refractive index of the active layer 11 as long as it is lower than the refractive index of each of the waveguide layers 23 and 33. .
  • the semiconductor laser device 102 according to the third embodiment has basically the same configuration as the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment, except that the semiconductor laser section 1 has the The second cladding layer 12 and the second cladding layers 22 and 32 in the transition section 2 and SSC 3 are arranged at the bottom of the inverted mesa structure narrower than the active layer 11, and the refractive index of the second cladding layer 12 in the semiconductor laser section 1 is is higher than the average refractive index of the active layer 11, unlike the semiconductor laser device 100.
  • FIG. Differences of the semiconductor laser device 102 from the semiconductor laser device 100 will be mainly described below.
  • the fourth clad layer 15 and the second clad layer 12 are provided on part of the active layer 11 in the X direction.
  • the fourth clad layer 15 is provided so as to overlap the entire second clad layer 12 in the Z direction.
  • the fourth clad layer 15 and the second clad layer 12 are provided so as to overlap the diffraction grating 10 in the Z direction.
  • the fourth cladding layer 15 and the second cladding layer 12, in cross sections along the X direction and the Z direction (hereinafter referred to as XZ cross sections), gradually increase in width in the X direction as they approach the active layer 11 in the Z direction. It is designed to be narrow. In other words, in the XZ cross section, the fourth clad layer 15 and the second clad layer 12 have an inverted mesa shape.
  • the fourth clad layer 15 is made of, for example, n-type InP.
  • the refractive index of the second clad layer 12 is higher than the average refractive index of the active layer 11.
  • the ratio of the refractive index of the second cladding layer 12 to the average refractive index of the active layer 11 is higher than 100% and 103% or less.
  • the refractive index of the second clad layer 12 is, for example, equal to the refractive indices of the second clad layers 22 and 32 .
  • the material forming the second clad layer 12 is the same as the material forming the second clad layers 22 and 32, for example.
  • the second clad layer 12 is made of, for example, n-type InGaAsP.
  • Region I in FIG. 14 shows the distribution of the light propagation mode in the semiconductor laser section 1 on the XZ cross section.
  • the light propagation mode has a small, substantially circular distribution centered on the active layer 11 in the XZ cross section.
  • the second cladding layer 12 is connected only to part of the active layer 11 . That is, the width of the second cladding layer 12 in the X direction is narrower than that of the active layer 11 in the XZ cross section.
  • the refractive index of the active layer 11 is slightly lower than the refractive index of the second clad layer 12 in contact with the active layer 11 as described above, but the active layer 11 and the second clad layer Most of the light propagation modes (waveguides) can be distributed within a relatively small substantially circular shape centered on the active layer 11 , as in the semiconductor laser device 100 , without greatly reducing the coupling efficiency with 12 .
  • the second cladding layer 22 is provided so that the width in the X direction gradually narrows as it approaches the active layer 11 in the Z direction.
  • the third clad layer 25, the waveguide layer 23, and the second clad layer 22 have an inverted mesa shape.
  • the second cladding layer 32 is provided so that the width in the X direction gradually narrows as it approaches the active layer 11 in the Z direction.
  • the third clad layer 35, waveguide layer 33, and second clad layer 32 have an inverted mesa shape.
  • the method of manufacturing the semiconductor laser device 102 includes basically the same steps as the method of manufacturing the semiconductor laser device 100, except that the second clad layer 12 of the semiconductor laser section 1 is replaced by the transition section 2 and the second clad layer 22 of the SSC3. 32 is different from the manufacturing method of the semiconductor laser device 100 in that it is formed in the same process. Differences between the method of manufacturing the semiconductor laser device 102 and the method of manufacturing the semiconductor laser device 100 will be mainly described below.
  • the first step of the method for manufacturing the semiconductor laser device 101 is, for example, as shown in FIG. a step of forming cladding layers 12, 22 and 32 (S16); a step of forming waveguide layers 23 and 33 on active layers 11 of transition section 2 and SSC 3 (S17); a step of forming the fourth clad layer 15 and forming third clad layers 25 and 35 in the transition portion 2 and the SSC 3 (S18); a step of removing the cladding layer 15, the second cladding layers 22, 32, the waveguide layers 23, 33, and the third cladding layers 25, 35 in the peripheral portions other than the central portion of the transition portion 2 and the SSC 3 (S19); , the step of forming the fifth clad layer 36 in the peripheral portion of the SSC3 (S20), and the step of forming the insulating layer 16, the first electrode 17 and the second electrode 19 (S21).
  • steps (S16) to (S21) are performed in order.
  • the first clad layer 6 is formed on the entire surface of the first surface 5A of the semiconductor substrate 5.
  • the active layer 11 is formed only in the region where the active layer 11 is to be formed.
  • the second clad layers 12, 22, 32 are formed only in the regions where the second clad layers 12, 22, 32 are to be formed.
  • Methods of forming each include, for example, vapor deposition processes, photolithography processes, and etching processes.
  • the material forming the active layer 11 can be arbitrarily selected according to the emission wavelength, and is, for example, a quaternary mixed crystal semiconductor material.
  • Each of the second cladding layers 12, 22, 32 is arranged such that the refractive index of the second cladding layers 12, 22, 32 is higher than that of the active layer 11 and lower than that of the waveguide layers 23, 33.
  • the constituent materials (composition ratio) are appropriately adjusted.
  • waveguide layers 23 and 33 are formed only in regions where the transition portion 2 and SSC3 are to be formed.
  • Methods of forming these waveguide layers include, for example, vapor deposition processes, photolithography processes, and etching processes.
  • the material (composition ratio) constituting each of the waveguide layers 23 and 33 is appropriately selected so that the refractive index of the waveguide layers 23 and 33 is higher than that of the second clad layers 22 and 32. adjusted.
  • the fourth clad layer 15 is formed in the region where the semiconductor laser section 1 is to be formed, and the third clad layers 25 and 35 are formed in the regions where the transition section 2 and SSC3 are to be formed.
  • Methods of forming these cladding layers include, for example, chemical vapor deposition, photolithography, and etching.
  • the material (composition ratio) forming the fourth clad layer 15 is appropriately adjusted so that the refractive index of the fourth clad layer 15 is lower than the refractive index of the active layer 11 .
  • the material (composition ratio) forming the third clad layers 25 and 35 is appropriately adjusted so that the refractive index of the third clad layers 25 and 35 is lower than the refractive index of the waveguide layers 23 and 33 .
  • Steps (S19) to (S21) are performed in the same manner as steps (S5) to (S7), respectively.
  • the semiconductor laser device 102 can be manufactured.

Abstract

半導体レーザ素子（１００）は、半導体レーザ部（１）と、第１方向（Ｙ）において半導体レーザ部に隣接しており、かつ半導体レーザ部から出射された光が入射する遷移部（２）と、第１方向（Ｙ）において遷移部に隣接しており、かつ遷移部から出射された光が入射するスポットサイズ変換部（３）とを備える。半導体レーザ部、遷移部、およびスポットサイズ変換部の各々は、第１方向（Ｙ）および第２方向（Ｘ）に沿って延びる第１面（５Ａ）を有する半導体基板（５）と、第１面と直交する第３方向（Ｚ）において第１面側から順に第１面上に積層されている第１クラッド層（６）、活性層（１１）、および第２クラッド層（１２，２２，３２）とを含む。遷移部およびスポットサイズ変換部の各々は、第２クラッド層の上面の一部と接しており、かつ活性層および第２クラッド層よりも高い屈折率を有している導波路層（２３，３３）をさらに含む。

Description

半導体レーザ素子
　本開示は、半導体レーザ素子に関し、特にスポットサイズ変換部（Ｓｐｏｔ　Ｓｉｚｅ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、以下ＳＳＣと称す）を集積した半導体レーザ素子に関する。
　近年、光通信では、通信量が継続的に増大しており、通信容量の増大が求められている。そのため、光通信用光源に用いられる半導体レーザ素子には、高周波数動作かつ高出力である素子を安価に提供することが求められている。
　特開２０２１－２７３１０号公報（特許文献１）に記載の半導体レーザ素子では、高周波数動作かつ高出力である素子を提供するために、電流注入部を狭窄し、かつ高屈折率層の挿入をしたコア層構造による狭い領域への光閉じ込めを行うことで周波数応答を向上させている。
　特開２０１６－９６３１０号公報（特許文献２）に記載の半導体レーザ素子は、量子井戸層を含む半導体レーザ部と、該半導体レーザ部の量子井戸層の一端（出射端）にモノリシックにバット接続された導波路層を含むＳＳＣとを備えている。このような半導体レーザ素子によれば、特許文献１に記載の半導体レーザ素子と比べて、半導体レーザ部から出射されるレーザ光の広がり角の増大が抑制されており、結合効率が高められる。
特開２０２１－２７３１０号公報 特開２０１６－９６３１０号公報
　しかしながら、特許文献２に記載の半導体レーザ素子の製造方法では、量子井戸層を半導体基板の全面上に形成する工程と、その後ＳＳＣが形成されるべき領域内の量子井戸層を部分的に除去する工程と、その後量子井戸層が除去された領域に導波路層を形成する工程とが順次行われる必要がある。このような製造方法では、工数が比較的多く、製造コストが比較的高くなる。
　本開示の主たる目的は、ＳＳＣを備えながらも、ＳＳＣを備える従来の半導体レーザ素子と比べて製造コストが低減された半導体レーザ素子を提供することにある。
　本開示に係る半導体レーザ素子は、半導体レーザ部と、第１方向において半導体レーザ部に隣接しており、かつ半導体レーザ部から出射された光が入射する遷移部と、第１方向において遷移部に隣接しており、かつ遷移部から出射された光が入射するスポットサイズ変換部とを備える。半導体レーザ部、遷移部、およびスポットサイズ変換部の各々は、第１方向および第１方向と直交する第２方向に沿って延びる第１面を有する半導体基板と、第１面と直交する第３方向において第１面側から順に第１面上に積層されている第１クラッド層、活性層、および第２クラッド層とを含む。半導体レーザ部において、第２クラッド層は活性層に接している。第２クラッド層の屈折率は、活性層の屈折率よりも低い。遷移部およびスポットサイズ変換部の各々は、第２クラッド層の上面の一部と接しており、かつ活性層および第２クラッド層よりも高い屈折率を有している導波路層をさらに含む。
　本開示によれば、ＳＳＣを備えながらも、ＳＳＣを備える従来の半導体レーザ素子と比べて製造コストが低減された半導体レーザ素子を提供できる。
実施の形態１に係る半導体レーザ素子の断面図である。 図１中の線分ＩＩ－ＩＩから視た断面図である。 図１中の線分ＩＩＩ－ＩＩＩから視た断面図である。 図２および図３中の線分ＩＶ－ＩＶから視た断面図である。 図２および図３中の線分Ｖ－Ｖから視た断面図である。 図２および図３中の線分ＶＩ－ＶＩから視た断面図である。 図２および図３中の線分ＶＩＩ－ＶＩＩから視た断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る半導体レーザ素子の断面図である。 図９中の線分Ｘ－Ｘから視た断面図である。 図９中の線分ＸＩ－ＸＩから視た断面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３に係る半導体レーザ素子の断面図である。 図１３中の線分ＸＩＶ－ＸＩＶから視た断面図である。 図１３中の線分ＸＶ－ＸＶから視た断面図である。 図１３中の線分ＸＶＩ－ＸＶＩから視た断面図である。 実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を説明するためのフローチャートである。
　以下、図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。図１～６，８～１１，１３～１６には、互いに直交するＸ方向（第２方向）、Ｙ方向（第１方向）、およびＺ方向（第３方向）を有する直交座標系が示されている。
　本実施の形態において幾何学的な文言および位置・方向・大小関係を表す文言、例えば「直交」、「沿って」、「等しい」、「一定」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差に基づく変動を許容する。
　実施の形態１．
　＜半導体レーザ素子１００の構成＞
　図１に示されるように、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００は、半導体レーザ部１、遷移部２、およびスポットサイズ変換部（ＳＳＣ）３を備える。半導体レーザ素子１００は、半導体レーザ部１、遷移部２、およびＳＳＣ３がモノリシックに集積された素子である。
　半導体レーザ部１は、多重量子井戸層を含み、光を出射するように設けられている。遷移部２は、半導体レーザ部１から出射された光が入射するように設けられている。遷移部２は、Ｙ方向において半導体レーザ部１に隣接している。言い換えると、遷移部２は、Ｙ方向において半導体レーザ部１と直接接続されている。ＳＳＣ３は、遷移部２から出射された光が入射するように設けられている。ＳＳＣ３は、Ｙ方向において遷移部２に隣接している。言い換えると、ＳＳＣ３は、Ｙ方向において遷移部２と直接接続されている。
＜半導体レーザ部１の構成＞
　図１～図４に示されるように、半導体レーザ部１は、半導体基板５、第１クラッド層６、回折格子層７、活性層１１、第２クラッド層１２、第４クラッド層１５、および絶縁層１６と、第１電極１７、電極パッド１８、および第２電極１９を含む。
　半導体基板５は、第１面５Ａと、第１面５Ａとは反対側に位置する第２面５Ｂとを有している。第１面５Ａおよび第２面５Ｂの各々は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って延びている。半導体基板５は、例えばｐ型のＩｎＰからなる。
　第１クラッド層６、活性層１１、および第２クラッド層１２は、第１面５Ａ上に設けられており、Ｚ方向において第１面５Ａ側から順に積層されている。第１クラッド層６、活性層１１、および第２クラッド層１２は、ｐ－ｉ－ｎ接合を形成している。第１クラッド層６および第２クラッド層１２は、Ｚ方向において活性層１１を挟むように設けられている。第１クラッド層６および第２クラッド層１２の各々は活性層１１に接している。活性層１１は、多重量子井戸層を含む。言い換えると、活性層１１は、複数の量子井戸層と、複数の障壁層とがＺ方向に交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有している。
　活性層１１の多重量子井戸層および障壁層を構成する材料は、発光波長に応じて任意に選択され得る。例えば、活性層１１の発光波長が１．３１μｍである場合、活性層１１の多重量子井戸層および障壁層の各々は、例えばＩｎＧａＡｓＰからなる。
　４元混晶であるＩｎＧａＡｓＰの組成比は、一般にＩｎ１－ｘＧａｘＡｓｙＰ１－ｙで表され、ｘとｙの２自由度を有している。ＩｎＧａＡｓＰの屈折率は、ｘ、ｙの値を調整してＩｎ１－ｘＧａｘＡｓｙＰ１－ｙの組成比を調整することで、変化することが知られている。ＩｎＧａＡｓＰの屈折率には、その組成比がＧａＰに近い場合にはＩｎＰの屈折率よりも低く、その組成比がＩｎＡｓに近い場合にＩｎＰの屈折率よりも高くなるという特徴がある。
　上記特徴を利用して活性層１１の屈折率は、第１クラッド層６および第２クラッド層１２の各々の屈折率よりも高くすることができる。第１クラッド層６および第２クラッド層１２の各々を構成する材料（組成比）は、活性層１１を構成する材料よりも屈折率が低くなる材料（組成比）から選択され得る。第１クラッド層６は、例えばｐ型のＩｎＰからなる。第２クラッド層１２は、例えばｎ型のＩｎＰである。なお、活性層１１を構成する材料は、ＩｎＧａＡｓＰ以外の他の４元混晶であってもよく、例えばＡｌＩｎＧａＡｓなどであってもよい。このようにしても、４元混晶の組成比を適宜調整することにより、活性層１１、第１クラッド層６、および第２クラッド層１２の各々の屈折率を上記のように設定できる。なお、活性層１１を構成する材料がＡｌＩｎＧａＡｓである場合、第１クラッド層６はｐ型のＡｌＡｓであってもよく、第２クラッド層１２はｎ型のＡｌＡｓであってもよい。
　半導体レーザ部１の活性層１１は、Ｙ方向において遷移部２とは反対側に位置する第１端面１１Ａを有している。第１端面１１Ａは、劈開面である。第１端面１１Ａは、図示しない反射膜（ＨＲ（Ｈｉｇｈ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート膜）で覆われている。反射膜の反射率は、例えば９５％程度である。
　回折格子層７は、第１クラッド層６の内部に埋め込まれている。回折格子層７は、Ｚ方向において、半導体基板５よりも活性層１１の近くに配置されている。回折格子層７は、Ｘ方向に互いに間隔を空けて周期的に配置されている複数の部分を有している。回折格子層７の上記複数の部分間には、第１クラッド層６が配置されている。回折格子層７と第１クラッド層６とは回折格子１０をなしている。回折格子層７の屈折率は、第１クラッド層６の屈折率よりも高い。回折格子１０の平均屈折率は、第１クラッド層６の屈折率よりも高く、活性層１１の屈折率よりも低い。回折格子層７は、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓＰからなる。
　図４に示されるように、第４クラッド層１５は、Ｘ方向において第２クラッド層１２の一部上に設けられている。第４クラッド層１５は、Ｚ方向において回折格子１０と重なるように設けられている。第４クラッド層１５は、Ｘ方向およびＺ方向に沿った断面（以下、ＸＹ断面とよぶ）において、Ｘ方向の幅がＺ方向において第２クラッド層１２に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている。言い換えると、ＸＺ断面において、第４クラッド層１５は、第２クラッド層１２に対して逆メサ形状を有している。上記ＸＺ断面において、第４クラッド層１５は、第２クラッド層１２の上面と接続されており、かつ第２クラッド層１２の上面よりも上方に延びている側面を有している。第４クラッド層１５の側面と第２クラッド層１２の上面とが第４クラッド層１５の外部に成す角度は鋭角である。第４クラッド層１５のＸ方向の幅は、例えばＹ方向において一定である。第４クラッド層１５の屈折率は、活性層１１の屈折率よりも低い。第４クラッド層１５は、例えばｎ型のＩｎＰからなる。
　絶縁層１６は、第４クラッド層１５の周囲を埋め込むように設けられている。絶縁層１６は、第４クラッド層１５の側面と直接接触している下面と、半導体レーザ部１の第４クラッド層１５の上面と同一面を成すように連なっている上面と、Ｘ方向に互いに対向する１対の内側面とを有している。１対の内側面の各々は、第４クラッド層１５の上記側面と直接接触している。絶縁層１６の１対の内側面の各々と絶縁層１６の下面との内角は鋭角である。ＸＺ断面において、絶縁層１６は、メサ形状を有している。絶縁層１６は、半導体レーザ素子１００の外部から内部への熱および水分の侵入を抑制する観点で、比較的高い耐熱性を有しながらも比較的低い吸湿性を有する材料により構成されているのが好ましい。絶縁層１６は、例えばベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ、以下ＢＣＢと称す）からなる。絶縁層１６は、例えば感光性を有するＢＣＢからなる。
　図２および図３に示されるように、ＹＺ断面において、半導体基板５、第１クラッド層６、回折格子層７、活性層１１、第２クラッド層１２、第４クラッド層１５、および絶縁層１６の各々の形状は、Ｘ方向の中心を通りＹ方向に沿って延びる半導体レーザ部１の中心線に対して線対称の形状である。図４に示されるように、ＸＺ断面において、半導体基板５、第１クラッド層６、回折格子層７、活性層１１、第２クラッド層１２、第４クラッド層１５、および絶縁層１６の各々の形状は、Ｘ方向の中心を通りＺ方向に沿って延びる半導体レーザ部１の中心線に対して線対称の形状である。
　第１電極１７は、第４クラッド１５層上に設けられており、第４クラッド層１５と電気的に接続されている。電極パッド１８は、絶縁層１６上に設けられており、第１電極１７と電気的に接続されている。第２電極１９は、半導体基板５の第２面５Ｂ上に設けられており、半導体基板５と電気的に接続されている。
　＜遷移部２の構成＞
　図１～図３、および図５に示されるように、遷移部２は、半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、第２クラッド層２２、導波路層２３、第３クラッド層２５、および絶縁層１６を含む。遷移部２の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および絶縁層１６の各々は、半導体レーザ部１の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および絶縁層１６の各々と同等の構造を有している。遷移部２の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および絶縁層１６の各々は、例えば、半導体レーザ部１の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および絶縁層１６の各々と同一の部材として設けられている。言い換えると、遷移部２の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および絶縁層１６の各々は、半導体レーザ素子１００の製造方法において、半導体レーザ部１の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および絶縁層１６の各々と同時に形成される。以下、遷移部２について半導体レーザ部１と異なる構成を主に説明する。
　第１クラッド層６、活性層１１、第２クラッド層２２、導波路層２３、および第３クラッド層２５は、第１面５Ａ上に設けられており、Ｚ方向において第１面５Ａ側から順に積層されている。第１クラッド層６および第２クラッド層２２は、Ｚ方向において活性層１１を挟むように設けられている。第１クラッド層６および第２クラッド層２２の各々は活性層１１に接している。第２クラッド層２２および第３クラッド層２５は、Ｚ方向において導波路層２３を挟むように設けられている。第２クラッド層２２および第３クラッド層２５の各々は、導波路層２３に接している。
　導波路層２３は、Ｚ方向において遷移部２の活性層１１と重なるように第２クラッド層２２の一部上に設けられている。導波路層２３は、遷移部２の第２クラッド層２２の上面の一部分と直接接触している下面と、第３クラッド層２５の下面の全体と直接接触している上面とを有している。導波路層２３は、Ｘ方向において絶縁層１６に挟まれている。導波路層２３は、絶縁層１６のＸ方向に対向する１対の内側面と接触している１対の側面をさらに有している。
　図２に示されるように、導波路層２３のＺ方向の幅（厚み）は、活性層１１のＺ方向の幅（厚み）よりも広い（厚い）。図２および図５に示されるように、導波路層２３のＸ方向の幅は、活性層１１のＸ方向の幅よりも狭い。図２に示されるように、Ｘ方向およびＹ方向に沿った断面（以下、ＸＹ断面とよぶ）において、導波路層２３は、Ｘ方向の幅がＹ方向において半導体レーザ部１から離れるにつれて徐々に広くなるように設けられている。
　図５に示されるように、ＸＺ断面において、導波路層２３は、Ｘ方向の幅がＺ方向において第２クラッド層２２に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている。言い換えると、ＸＺ断面において、導波路層２３は、第２クラッド層２２に対して逆メサ形状を有している。ＸＺ断面において、導波路層２３の上記側面と第２クラッド層１２の上記上面とが導波路層２３の外部に成す角度は鋭角である。なお、遷移部２の活性層１１のＸ方向の幅は、半導体レーザ部１の活性層１１のＸ方向の幅と等しい。
　Ｙ方向において半導体レーザ部１に接続されている導波路層２３の一端のＸ方向の最小幅は、第４クラッド層１５のＸ方向の最小幅と等しい。
　第３クラッド層２５は、導波路層２３上に設けられている。第３クラッド層２５は、導波路層２３の上面と直接接触している下面と、半導体レーザ部１の第４クラッド層１５および１対の絶縁層１６の各々の上面と同一面を成すように連なっている上面とを有している。第３クラッド層２５は、Ｘ方向において１対の絶縁層１６に挟まれている。第３クラッド層２５は、１対の絶縁層１６の各々と接触している１対の側面をさらに有している。
　図３および図５に示されるように、第３クラッド層２５のＸ方向の幅は、活性層１１のＸ方向の幅よりも狭い。図３に示されるように、第３クラッド層２５は、ＸＹ断面において、Ｘ方向の幅がＹ方向において半導体レーザ部１から離れるにつれて徐々に広くなるように設けられている。図５に示されるように、第３クラッド層２５は、ＸＺ面において、Ｘ方向の幅がＺ方向において導波路層２３に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている。言い換えると、ＸＺ断面において、導波路層２３および第３クラッド層２５は、第２クラッド層２２に対して逆メサ形状を有している。ＸＺ断面において、第３クラッド層２５の上記側面は、例えば導波路層２３の上記側面と同一面を成すように連なっている。
　第２クラッド層２２の屈折率は、活性層１１の屈折率（有効屈折率）よりも高い。導波路層２３の屈折率は、第２クラッド層２２および第３クラッド層２５の各々の屈折率よりも高い。第３クラッド層２５の屈折率は、例えば第４クラッド層１５の屈折率よりも高い。第２クラッド層２２および導波路層２３は、活性層１１にて生じた光に対して透明である。ここで、透明とは、活性層１１が発生させる光の透過率が９０％以上であることを意味する。
　第２クラッド層２２、第３クラッド層２５、及び導波路層２３の各々は、各々の屈折率が上記関係を有するように任意の４元混晶の上記組成比が適宜調整されたものである。導波路層２３は、例えばｉ型のＩｎＧａＡｓＰである。第２クラッド層２２は例えばｎ型、またはｉ型のＩｎＧａＡｓＰである。第３クラッド層２５は、例えばｎ型またはｉ型のＩｎＰであってもよい。活性層１１、第２クラッド層２２、第３クラッド層２５、及び導波路層２３の各々の上記組成比を適宜調整することにより、第２クラッド層２２の屈折率は、活性層１１の屈折率より高く、かつ導波路層２３の屈折率よりも低くなる。なお、第２クラッド層２２及び導波路層２３を構成する材料は、ＩｎＧａＡｓＰ以外の他の４元混晶であってもよく、例えばＡｌＩｎＧａＡｓなどであってもよい。
　図２および図３に示されるように、ＹＺ断面において、遷移部２を構成する各部材の形状は、Ｘ方向の中心を通りＹ方向に沿って延びる遷移部２の中心線に対して線対称の形状である。図５に示されるように、ＸＺ断面において、遷移部２を構成する各部材の形状は、Ｘ方向の中心を通りＺ方向に沿って延びる遷移部２の中心線に対して線対称の形状である。
　＜ＳＳＣ３の構成＞
　ＳＳＣ３は、半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、第２クラッド層３２、導波路層３３、第３クラッド層３５、１対の第５クラッド層３６、および１対の絶縁層１６を含む。ＳＳＣ３の半導体基板５、第１クラッド層６、および活性層１１の各々は、半導体レーザ部１の半導体基板５、第１クラッド層６、および活性層１１の各々と同等の構造を有している。ＳＳＣ３の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および１対の絶縁層１６の各々は、例えば、半導体レーザ部１および遷移部２の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および１対の絶縁層１６の各々と同一の部材として設けられている。言い換えると、ＳＳＣ３の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および１対の絶縁層１６の各々は、半導体レーザ素子１００の製造方法において、半導体レーザ部１および遷移部２の半導体基板５、第１クラッド層６、活性層１１、および１対の絶縁層１６の各々と同時に形成される。
　さらに、ＳＳＣ３の第２クラッド層３２、導波路層３３、および第３クラッド層３５の各々は、遷移部２の第２クラッド層２２、導波路層２３、および第３クラッド層２５の各々と同等の構造を有している。ＳＳＣ３の第２クラッド層３２、導波路層３３、および第３クラッド層３５の各々は、例えば、遷移部２の第２クラッド層２２、導波路層２３、および第３クラッド層２５の各々と同一の部材として設けられている。言い換えると、ＳＳＣ３の第２クラッド層３２、導波路層３３、および第３クラッド層３５の各々は、半導体レーザ素子１００の製造方法において、遷移部２の第２クラッド層２２、導波路層２３、および第３クラッド層２５の各々と同時に形成されている。以下、ＳＳＣ３について半導体レーザ部１および遷移部２と異なる構成を主に説明する。
　ＳＳＣ３の第２クラッド層３２、導波路層３３、第３クラッド層３５、および第５クラッド層３６の各々は、Ｙ方向において遷移部２とは反対側に位置する第２端面３Ｂを有している。第２端面３Ｂは、劈開面である。第２端面３Ｂは、半導体レーザ素子１００がレーザ光を出射する出射面である。第２端面３Ｂは、図示しない反射防止膜（ＡＲ（ＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コート膜）で覆われている。第２端面３Ｂは、光ファイバ等の外部光学系に結合される。
　上述のように、ＳＳＣ３は、１対の第５クラッド層３６を含む。図２、図３、図６、および図７に示されるように、１対の第５クラッド層３６は、Ｘ方向において導波路層３３を挟むように設けられている。図６および図７に示されるように、１対の第５クラッド層３６の各々は、第２クラッド層３２上に設けられている。ＸＺ断面において、導波路層３３は、第２クラッド層３２、第３クラッド層３５、および１対の第５クラッド層３６によって囲まれている。１対の第５クラッド層３６は、例えば、Ｘ方向において導波路層３３および第３クラッド層３５の各々を挟むように設けられている。
　図２および図３に示されるように、ＹＺ断面において、１対の第５クラッド層３６の各々のＸ方向の幅は、Ｙ方向において遷移部２から離れるにつれて徐々に広くなるように設けられている。ＹＺ断面において、１対の第５クラッド層３６の各々の形状は、例えば三角形状である。ＹＺ断面において、１対の第５クラッド層３６の各々のＸ方向の幅は、例えば互いに等しい。
　図２に示されるように、ＹＺ断面において、導波路層３３のＸ方向の幅は、Ｙ方向において遷移部２から離れるにつれて徐々に狭くなるように設けられている。言い換えるとＹＺ断面において、導波路層３３のＸ方向の幅は、Ｙ方向において第２端面３Ｂに向かうにつれて徐々に狭くなるように設けられている。導波路層３３のＸ方向の幅は、第２端面３Ｂにおいて最も狭くなる。導波路層３３のＸ方向の最小幅は、導波路層２３のＸ方向の最小幅よりも狭い。
　図３に示されるように、ＹＺ断面において、第３クラッド層３５のＸ方向の幅は、Ｙ方向において遷移部２から離れるにつれて徐々に狭くなるように設けられている。第３クラッド層３５のＸ方向の最小幅は、第３クラッド層２５のＸ方向の最小幅よりも狭い。
　図６および図７に示されるように、１対の第５クラッド層３６の各々は、第２クラッド層３２の上面の一部と接触している下面と、導波路層３３および第３クラッド層３５の各々の側面と直接接触している内側面と、１ついの絶縁層１６の各々の側面と直接接触している外側面と、第３クラッド層３５および１対の絶縁層１６の各々の上面と同一面を成すように連なっている上面とを有している。
　図６および図７に示されるように、ＸＺ断面において、１対の第５クラッド層３６の各々のＸ方向の幅は、例えばＺ方向において一定である。ＸＺ断面において、１対の第５クラッド層３６の各々のＸ方向の幅は、例えば互いに等しい。
　第２クラッド層３２の屈折率は、活性層１１の屈折率（有効屈折率）よりも高い。導波路層３３の屈折率は、第２クラッド層３２および第３クラッド層３５の各々の屈折率よりも高い。第５クラッド層３６の屈折率は、導波路層３３の屈折率よりも低い。
　第２クラッド層３２、第３クラッド層３５、第５クラッド層３６、及び導波路層３３の各々は、各々の屈折率が上記関係を有するように任意の４元混晶の上記組成比が適宜調整されたものである。導波路層３３は、例えばｉ型のＩｎＧａＡｓＰである。第２クラッド層３２は例えばｎ型のＩｎＧａＡｓＰであるか、またはｉ型のＩｎＧａＡｓＰであってもよい。第３クラッド層３５は、例えばｎ型のＩｎＰであるか、ｉ型のＩｎＰであってもよい。第５クラッド層３６は、例えばｉ型のＩｎＰであってもよい。
　図２および図３に示されるように、ＹＺ断面において、ＳＳＣ３を構成する各部材の形状は、Ｘ方向の中心を通りＹ方向に沿って延びるＳＳＣ３の中心線に対して線対称の形状である。図６および図７に示されるように、ＸＺ断面において、ＳＳＣ３を構成する各部材の形状は、Ｘ方向の中心を通りＺ方向に沿って延びるＳＳＣ３の中心線に対して線対称の形状である。
　＜半導体レーザ素子１００の製造方法＞
　次に、半導体レーザ素子１００の製造方法の一例を説明する。半導体レーザ素子１００の製造方法は、例えば、半導体基板５の第１面５Ａ上に複数の半導体レーザ素子１００となるべき素子領域を形成する第１工程と、複数の半導体レーザ素子１００の各々を個片化する第２工程とを備える。第１工程は、例えば図８に示されるように、半導体基板５の第１面５Ａ上に第１クラッド層６、回折格子１０、活性層１１を形成する工程（Ｓ１）と、遷移部２、ＳＳＣ３の活性層１１上に第２クラッド層２２、３２と導波路層２３、３３を形成する工程（Ｓ２）と、半導体レーザ部１の活性層１１上に第２クラッド層１２を形成する工程（Ｓ３）と、半導体レーザ部１に第４クラッド層１５を形成するとともに遷移部２及びＳＳＣ３に第３クラッド層２５、３５を形成する工程（Ｓ４）と、半導体レーザ部の中央部以外の周辺部の第２クラッド層１２及び第４クラッド層１５と、遷移部２及びＳＳＣ３の中央部以外の周辺部の第２クラッド層２２、３２、導波路層２３、３３、及び第３クラッド層２５、３５とを除去する工程（Ｓ５）と、ＳＳＣ３の上記周辺部に第５クラッド層３６を形成する工程（Ｓ６）と、絶縁層１６、第１電極１７、および第２電極１９等を形成する工程（Ｓ７）とを備える。第１工程では、工程（Ｓ１）～工程（Ｓ７）が順に実施される。第２工程は、例えば第２クラッド層３２、導波路層３３、第３クラッド層３５、および第５クラッド層３６の各々に劈開面を形成し、第２端面３Ｂを形成する工程を備える。
　工程（Ｓ１）では、第１クラッド層６を半導体基板５の第１面５Ａの全面上に形成した後、半導体レーザ部１が形成されるべき領域にのみ回折格子１０を形成し、次に活性層１１が形成されるべき領域にのみ活性層１１を形成する。各々を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、活性層１１の多重量子井戸層および障壁層を構成する材料は、発光波長に応じて任意に選択され得るが、例えば４元混晶の半導体材料である。
　工程（Ｓ２）では、遷移部２及びＳＳＣ３が形成されるべき領域にのみ第２クラッド層２２、３２と導波路層２３、３３とを形成する。これらのクラッド層及び導波路層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、第２クラッド層２２，３２の屈折率が活性層１１の屈折率より高く、導波路層２３，３３の屈折率よりも低くなるように、第２クラッド層２２，３２及び導波路層２３、３３の各々を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ３）では、半導体レーザ部１が形成されるべき領域にのみ第２クラッド層１２を形成する。これらのクラッド層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、第２クラッド層１２の屈折率が活性層１１の屈折率より低くなるように、第２クラッド層１２を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ４）では、半導体レーザ部１が形成されるべき領域に第４クラッド層１５を、遷移部２とＳＳＣ３が形成されるべき領域に第３クラッド層２５、３５を形成する。これらのクラッド層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、第４クラッド層１５の屈折率が活性層１１の屈折率よりも低くなるように、第４クラッド層１５を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。第３クラッド層２５、３５の屈折率が導波路層２３，３３の屈折率よりも低くなるように、第３クラッド層２５、３５を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ５）では、半導体レーザ部１の中央部以外の周辺部の第２クラッド層１２、及び第４クラッド層１５と、遷移部２及びＳＳＣ３の中央部以外の周辺部の第２クラッド層２２、３２、導波路層２３、３３、及び第３クラッド層２５、３５とを、除去し、メサ構造を形成する。これのクラッド層を形成する方法は、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。
　工程（Ｓ６）では、ＳＳＣ３の第２クラッド層３２上において、導波路層３３及び第３クラッド層３５のＸ方向の両脇に、第５クラッド層３６を形成する。このクラッド層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、第５クラッド層３６の屈折率が導波路層３３の屈折率よりも低くなるように、第５クラッド層３６を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ７）では、絶縁層１６、第１電極１７、電極パッド１８、および第２電極１９の各々を形成する。絶縁層１６、第１電極１７、電極パッド１８、および第２電極１９の各々を形成する方法は、例えば成膜処理、写真製版処理、樹脂コーティング処理およびエッチング処理を含む。
　＜半導体レーザ素子１００の動作＞
　次に、半導体レーザ素子１００の動作について説明する。第１電極１７と第２電極１９との間に駆動電流が流れ、半導体レーザ部１の活性層１１にキャリアが注入されると、活性層１１において反転増幅が生じて誘導放出光が発生する。さらに、活性層１１下に埋め込まれた回折格子１０の効果により、半導体レーザ部１をキャビティとしたレーザ発振が起きる。その結果、半導体レーザ素子１００は、ＡＲ／ＨＲコートの分布帰還形レーザとして機能する。
　以下、図４～図７を参照して、半導体レーザ素子１００内での光伝搬モード（導波路）の遷移について具体的に説明する。図４中の領域Ｉ、図５中の領域Ｊ、図６中の領域Ｋ、および図７中の領域Ｌは、各ＸＺ断面での光伝搬モードのＸＺ断面上での分布を示す。光伝搬モードは、各ＸＺ断面での光の強度分布に基づいて、強度がその最大値に対して予め定められた値以上となる領域として定義される。
　図４中の領域Ｉは、半導体レーザ部１における光伝搬モードのＸＺ断面上での分布を示す。領域Ｉに示されるように、半導体レーザ部１では、ＸＺ断面において光伝搬モードは活性層１１を中心とした小さい略円形状の分布となる。第４クラッド層１５は、第２クラッド層１２の一部にのみ接続されている。言い換えると、第４クラッド層１５と第２クラッド層１２との接続領域は、活性層１１と第２クラッド層１２との接続領域と比べて狭い。第４クラッド層１５から第２クラッド層１２を経て活性層１１に注入される電流は、第４クラッド層１５と第２クラッド層１２との上記接続領域を通過するものに限られる。そのため、活性層１１のうち反転分布の起きる領域も上記接続領域の直下のみに制限される。また、半導体レーザ部１においては、活性層１１の屈折率はその周囲に配置された第１クラッド層６および第２クラッド層１２の各々の屈折率よりも高い。これらの結果、半導体レーザ部１では、ＸＺ断面において光伝搬モード（導波路）は活性層１１を中心とした比較的小さい略円形状の分布となる。
　さらに、ＸＺ断面において第４クラッド層１５の断面形状が逆メサ形状であり、第４クラッド層１５は逆メサ形状の底部において第２クラッド層１２の一部にのみ接続されている。この場合、第４クラッド層１５と第２クラッド層１２との接続領域のＸ方向の幅は、ＸＺ断面において第４クラッド層１５の断面形状が逆メサ形状以外の形状、例えば順メサ形状、である場合と比べて、狭くなる。そのため、第４クラッド層１５から第２クラッド層１２を経て活性層１１に電流が注入される領域のＸ方向の幅も狭くなり、ＸＺ断面において光伝搬モードの分布はより狭くなる。
　半導体レーザ部１の活性層１１にて生じた光は、遷移部２の活性層１１に入力される。図５中の領域Ｊは、遷移部２における光伝搬モードを示す。図５の領域Ｊとして示されるように、遷移部２における光伝搬モードは活性層１１と導波路層２３との間に分布する。遷移部２の第２クラッド層２２および導波路層２３は活性層１１にて生じた光に対して透明であり、第２クラッド層２２の屈折率は活性層１１の屈折率よりも高く、導波路層２３の屈折率は第２クラッド層２２の屈折率よりも高い。その結果、図５の領域Ｊとして示されるように、遷移部２において、光伝搬モードは活性層１１から導波路層２３に徐々に遷移する。光伝搬モードは、ＳＳＣ３に至るまでに導波路層２３に遷移する。
　図６中の領域Ｋは、ＳＳＣ３においてＹ方向の中央よりも遷移部２側に形成される光伝搬モードを示す。図７中の領域Ｌは、ＳＳＣ３においてＹ方向の中央よりも第２端面３Ｂ側に形成される光伝搬モードを示す。図６の領域Ｋとして示されるように、ＳＳＣ３の遷移部２側における光伝搬モードは、主に導波路層３３に分布する。他方、および図７の領域Ｌとして示されるように、ＳＳＣ３の第２端面３Ｂ側における光伝搬モードは、導波路層３３を囲むように配置された第２クラッド層３２、第３クラッド層３５、および第５クラッド層３６に漏れ広がるように分布する。これは、ＳＳＣ３の導波路層３３のＸ方向の幅が、Ｙ方向において導波路層３３の第２端面３Ｂに向かうにつれて徐々に狭められているためである。その結果、ＳＳＣ３の第２端面３Ｂから出射される光の広がり角が抑制され得るため、半導体レーザ素子１００と外部光学系と結合効率は高くなる。よって、半導体レーザ素子１００と外部光学系との結合効率は、ＳＳＣ３を備えない半導体レーザ素子と比べて高められている。
　＜半導体レーザ素子１００の効果＞
　次に、半導体レーザ素子１００の効果を比較例との対比に基づいて説明する。特許文献１に記載の半導体レーザ素子のように、半導体レーザ部のレーザ部の活性層とＳＳＣの導波路層とがＹ方向にバット接続されている比較例に係る半導体レーザ素子の製造方法では、ＳＳＣの領域内に成膜された活性層を除去した後、当該領域に導波路層となるべき半導体層を成長させさらにこれを加工して、活性層とバット接続された導波路層を形成する必要がある。
　これに対し、半導体レーザ素子１００では、遷移部２およびＳＳＣ３の各々が導波路層３３を含み、導波路層３３は第２クラッド層３２の上面の一部と接しており、かつ活性層１１および第２クラッド層３２よりも高い屈折率を有しているため、遷移部２において光伝搬モードが活性層１１から導波路層２３にＺ方向に遷移する。そのため、活性層１１の一部を除去することなく、活性層１１上に導波路層２３、３３となるべき半導体層を成長させさらにこれを加工することにより、活性層１１と直接接続された導波路層２３、３３が形成され得る。そのため、半導体レーザ素子１００は、ＳＳＣ３を備えながらも、上記比較例に係る半導体レーザ素子と比べて製造コストが低減され得る。
　半導体レーザ素子１００では、遷移部２においてＺ方向に積層された活性層１１、第２クラッド層２２、および導波路層２３の各々の屈折率がこの記載順に高められている。そのため、遷移部２において、光伝搬モードは活性層１１、第２クラッド層２２、および導波路層２３の順に段階的に遷移し得る。
　半導体レーザ素子１００では、遷移部２およびＳＳＣ３の各々が導波路層２３，３３上に設けられており、導波路層２３，３３よりも低い屈折率を有している第３クラッド層２５，３５をさらに含む。第３クラッド層２５，３５は、遷移部２およびＳＳＣ３の各々において、光伝搬モードが導波路層２３，３３よりも上方に広がることを制限している。
　半導体レーザ素子１００では、半導体レーザ部１が、第２クラッド層１２の一部上に設けられている第４クラッド層１５と、第４クラッド層１５上に設けられており、第４クラッド層１５と電気的に接続されている第１電極１７とをさらに含む。第４クラッド層１５は、Ｘ方向の幅がＺ方向において第２クラッド層１２に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている。言い換えると、ＸＺ断面において、第４クラッド層１５は、第２クラッド層１２に対して逆メサ形状を有している。そのため、半導体レーザ素子１００では、第４クラッド層１５が第２クラッド層１２に対して逆メサ形状を有していない半導体レーザ素子と比べて、半導体レーザ部１の光伝搬モードの分布が小さくなるため、動作電流を低減し得る。
　半導体レーザ素子１００では、遷移部２の導波路層２３のＸ方向の幅の最小値が半導体レーザ部１の第４クラッド層１５のＸ方向の幅の最小値と等しい。さらに、遷移部２において、導波路層２３のＸ方向の幅がＺ方向において第２クラッド層２２に近づくにつれて徐々に狭く、かつ導波路層２３のＸ方向の幅がＹ方向において半導体レーザ部１から離れるにつれて徐々に広くなっている。そのため、半導体レーザ部１から遷移部２に入射した光は活性層１１から導波路層２３に遷移しやすい。
　半導体レーザ素子１００では、ＳＳＣ３において、導波路層３３のＸ方向の幅がＹ方向において遷移部２から離れるにつれて徐々に狭くなっている。そのため、ＳＳＣ３の第２端面３Ｂ側における光伝搬モードが導波路層３３を囲むように配置された第２クラッド層３２、第３クラッド層３５、および第５クラッド層３６に漏れ広がるように分布し得る。
　半導体レーザ素子１００では、第２クラッド層１２を構成する材料がＩｎＰであり、第２クラッド層２２，３２を構成する材料がＩｎＧａＡｓＰであり、導波路層２３，３３を構成する材料がＩｎＧａＡｓＰである。各々のＩｎＧａＡｓＰの組成を適切に設定することで導波路層２３，３３の各々の屈折率が第２クラッド層１２，２２，３２の各々の屈折率より高くすることができる。
　実施の形態２．
　図９～図１１に示されるように、実施の形態２に係る半導体レーザ素子１０１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００と基本的に同様の構成を備えるが、半導体レーザ部１が回折格子層７に代えて第４クラッド層１５の内部に埋め込まれている回折格子層８を含む点で、半導体レーザ素子１００とは異なる。以下、半導体レーザ素子１０１が半導体レーザ素子１００と異なる点を主に説明する。
　回折格子層８は、第２クラッド層１２上に設けられている。回折格子層８は、例えば第２クラッド層１２の上面と直接接触している下面を有している。
　回折格子層８と第４クラッド層１５とからなる回折格子１０の平均屈折率は、第４クラッド層１５の屈折率よりも高く、活性層１１の屈折率よりも低い。
　図１０および図１１に示されるように、回折格子層８のＺ方向の幅Ｔ（厚み）は、導波路層２３のＺ方向の幅Ｔ（厚み）と等しい。回折格子層８のＸ方向の幅は、活性層１１のＸ方向の幅よりも狭い。回折格子層８は、Ｘ方向の幅がＺ方向において第２クラッド層１２に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている。回折格子層８を構成する材料は、導波路層２３を構成する材料と同じである。回折格子層８の屈折率は、第４クラッド層１５の屈折率よりも高い。回折格子層８は、例えばＩｎＧａＡｓＰからなる。
　半導体レーザ素子１０１の製造方法は、半導体レーザ素子１００の製造方法と基本的に同様の工程を備えるが、回折格子層８が導波路層２３，３３と同じ工程で形成される点で、半導体レーザ素子１００の製造方法とは異なる。以下、半導体レーザ素子１０１の製造方法が半導体レーザ素子１００の製造方法と異なる点を主に説明する。
　半導体レーザ素子１０１の製造方法の第１工程は、例えば図１２に示されるように、半導体基板５の第１面５Ａ上に第１クラッド層６、活性層１１を形成する工程（Ｓ８）と、遷移部２、ＳＳＣ３の活性層１１上に第２クラッド層２２、３２と導波路層２３、３３を形成する工程（Ｓ９）と、半導体レーザ部１の活性層１１上に第２クラッド層１２を形成する工程（Ｓ１０）と、導波路層２３，３３を形成するとともに回折格子層８を形成する工程（Ｓ１１）と、半導体レーザ部１に第４クラッド層１５を形成するとともに遷移部２、ＳＳＣ３に第３クラッド層２５、３５を形成する工程（Ｓ１２）と、半導体レーザ部の中央部以外の周辺部の第２クラッド層１２及び第４クラッド層１５と、遷移部２とＳＳＣ３の中央部以外の周辺部の第２クラッド層２２、３２、導波路層２３、３３、及び第３クラッド層２５、３５とを除去する工程（Ｓ１３）と、ＳＳＣ３の上記周辺部に第５クラッド層３６を形成する工程（Ｓ１４）と、絶縁層１６、第１電極１７、および第２電極１９等を形成する工程（Ｓ１５）とを備える。第１工程では、工程（Ｓ８）～工程（Ｓ１５）が順に実施される。
　工程（Ｓ８）では、第１クラッド層６を半導体基板５の第１面５Ａの全面上に形成した後、次に活性層１１が形成されるべき領域にのみ活性層１１を形成する。第１クラッド層６及び活性層１１の各々を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、活性層１１を構成する材料は、発光波長に応じて任意に選択され得るが、例えば４元混晶の半導体材料である。
　工程（Ｓ９）では、遷移部２及びＳＳＣ３が形成されるべき領域にのみ第２クラッド層２２、３２を形成する。第２クラッド層２２，３２を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、第２クラッド層２２，３２の屈折率が活性層１１の屈折率より高く、導波路層２３，３３の屈折率よりも低くなるように、第２クラッド層２２，３２の各々を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ１０）では、半導体レーザ部１が形成されるべき領域にのみ第２クラッド層１２を形成する。これらのクラッド層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、第２クラッド層１２の屈折率が活性層１１の屈折率より低くなるように、第２クラッド層１２を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ１１）では、半導体レーザ部１が形成されるべき領域に回折格子層８を、遷移部２及びＳＳＣ３が形成されるべき領域に導波路層２３、３３を、同時に形成する。これらの層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。回折格子層８及び導波路層２３，３３の各々の屈折率が第２クラッド層２２，３２及び第４クラッド層１５の各々の屈折率よりも高くなるように、回折格子層８及び導波路層２３，３３の各々を構成する材料（組成比）は適宜調整される。
　工程（Ｓ１２）では、半導体レーザ部１の形成されるべき領域に第４クラッド層１５を、遷移部２とＳＳＣ３の形成されるべき領域に第３クラッド層２５、３５を、同時に形成する。これらのクラッド層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。第３クラッド層２５，３５の屈折率が導波路層２３，３３の屈折率よりも低くなるように、第３クラッド層２５，３５を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ１３）～（Ｓ１５）では、それぞれ上記工程（Ｓ５）～（Ｓ７）と同様に実施される。このようにして、半導体レーザ素子１０１は製造され得る。
　半導体レーザ素子１０１は、半導体レーザ素子１００と同様に動作し得る。回折格子層８の屈折率は第４クラッド層１５の屈折率よりも高いが、回折格子層８と第４クラッド層１５とからなる回折格子１０の平均屈折率は活性層１１の屈折率よりも低い。また、回折格子層８は逆メサ形状を有する第４クラッド層１５の底部に埋め込まれている。そのため、半導体レーザ部１における光伝搬モードは、回折格子１０にまで広がらず、半導体レーザ素子１００のそれとほぼ同等の分布となる。
　半導体レーザ素子１０１の遷移部２およびＳＳＣ３は、半導体レーザ素子１００のそれらと同等の構成を有しているため、遷移部２およびＳＳＣ３の各々における光伝搬モードは、半導体レーザ素子１００のそれらとほぼ同等の分布となる。
　半導体レーザ素子１０１の製造方法では、回折格子層８が導波路層２３，３３と同じ工程にて形成され得るため、半導体レーザ素子１００の製造方法よりも工数が削減され得る。その結果、半導体レーザ素子１０１の製造コストは、半導体レーザ素子１００の製造コストと比べてさらに低減され得る。
　＜変形例＞
　半導体レーザ素子１００，１０１において、第２クラッド層２２，３２の各々の屈折率は、導波路層２３，３３の各々の屈折率よりも低い限りにおいて、活性層１１の屈折率と等しくてもよい。
　実施の形態３．
　図１３～図１５に示されるように、実施の形態３に係る半導体レーザ素子１０２は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００と基本的に同様の構成を備えるが、半導体レーザ部１における第２クラッド層１２と遷移部２及びＳＳＣ３における第２クラッド層２２，３２とが活性層１１より狭い逆メサ構造の最下部に配置されており、半導体レーザ部１における第２クラッド層１２の屈折率が活性層１１の平均屈折率よりも高い点で、半導体レーザ素子１００とは異なる。以下、半導体レーザ素子１０２が半導体レーザ素子１００と異なる点を主に説明する。
　図１４に示されるように、第４クラッド層１５と第２クラッド層１２とは、Ｘ方向において活性層１１の一部上に設けられている。第４クラッド層１５は、Ｚ方向において第２クラッド層１２の全体と重なるように設けられている。第４クラッド層１５と第２クラッド層１２とは、Ｚ方向において回折格子１０と重なるように設けられている。第４クラッド層１５と第２クラッド層１２とは、Ｘ方向およびＺ方向に沿った断面（以下、ＸＺ断面とよぶ）において、そのＸ方向の幅がＺ方向において活性層１１に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている。言い換えると、ＸＺ断面において、第４クラッド層１５と第２クラッド層１２は逆メサ形状を有している。第４クラッド層１５は、例えばｎ型のＩｎＰからなる。
　第２クラッド層１２の屈折率は、活性層１１の平均屈折率よりも高い。好ましくは、活性層１１の平均屈折率に対する第２クラッド層１２の屈折率の比率は、１００％よりも高く１０３％以下である。第２クラッド層１２の屈折率は、例えば第２クラッド層２２，３２の屈折率と等しい。第２クラッド層１２を構成する材料は、例えば第２クラッド層２２，３２を構成する材料と同じである。第２クラッド層１２は例えばｎ型のＩｎＧａＡｓＰからなる。
　図１４中の領域Ｉは、半導体レーザ部１における光伝搬モードのＸＺ断面上での分布を示す。領域Ｉに示されるように、半導体レーザ部１では、ＸＺ断面において光伝搬モードは活性層１１を中心とした小さい略円形状の分布となる。第２クラッド層１２は、活性層１１の一部にのみ接続されている。つまり、ＸＺ断面において第２クラッド層１２のＸ方向の幅が活性層１１のそれよりも狭い。そのため、半導体レーザ素子１０２では、上述のように活性層１１の屈折率は当該活性層１１と接する第２クラッド層１２の屈折率よりわずかに低くなっているが、活性層１１と第２クラッド層１２との結合効率を大きく落とすことなく、光伝搬モード（導波路）の大部分が、半導体レーザ素子１００と同様に、活性層１１を中心とした比較的小さい略円形状内に分布し得る。
　図１５に示されるように、遷移部２のＸＺ断面において、第２クラッド層２２は、そのＸ方向の幅がＺ方向において活性層１１に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている。言い換えると、ＸＺ断面において、第３クラッド層２５、導波路層２３、及び第２クラッド層２２は逆メサ形状を有している。
　図１６に示されるように、ＳＳＣ３のＸＺ断面において、第２クラッド層３２は、そのＸ方向の幅がＺ方向において活性層１１に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている。言い換えると、ＸＺ断面において、第３クラッド層３５、導波路層３３、及び第２クラッド層３２は逆メサ形状を有している。
　半導体レーザ素子１０２の製造方法は、半導体レーザ素子１００の製造方法と基本的に同様の工程を備えるが、半導体レーザ部１の第２クラッド層１２が遷移部２及びＳＳＣ３の第２クラッド層２２，３２と同じ工程で形成される点で、半導体レーザ素子１００の製造方法とは異なる。以下、半導体レーザ素子１０２の製造方法が半導体レーザ素子１００の製造方法と異なる点を主に説明する。
　半導体レーザ素子１０１の製造方法の第１工程は、例えば図１７に示されるように、半導体基板５の第１面５Ａ上に第１クラッド層６、回折格子層７、活性層１１、及び第２クラッド層１２，２２，３２を形成する工程（Ｓ１６）と、遷移部２及びＳＳＣ３の各々の活性層１１上に導波路層２３，３３を形成する工程（Ｓ１７）と、半導体レーザ部１に第４クラッド層１５を形成するとともに遷移部２及びＳＳＣ３に第３クラッド層２５，３５を形成する工程（Ｓ１８）と、半導体レーザ部１の中央部以外の周辺部の第２クラッド層１２及び第４クラッド層１５、並びに遷移部２及びＳＳＣ３の中央部以外の周辺部の第２クラッド層２２，３２、導波路層２３，３３、及び第３クラッド層２５，３５とを除去する工程（Ｓ１９）と、ＳＳＣ３の上記周辺部に第５クラッド層３６を形成する工程（Ｓ２０）と、絶縁層１６、第１電極１７、および第２電極１９を形成する工程（Ｓ２１）とを備える。第１工程では、工程（Ｓ１６）～工程（Ｓ２１）が順に実施される。
　工程（Ｓ１６）では、第１クラッド層６を半導体基板５の第１面５Ａの全面上に形成する。次に、活性層１１が形成されるべき領域にのみ活性層１１を形成する。次に、第２クラッド層１２，２２，３２が形成されるべき領域にのみ第２クラッド層１２，２２，３２を形成する。各々を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、活性層１１を構成する材料は、発光波長に応じて任意に選択され得るが、例えば４元混晶の半導体材料である。第２クラッド層１２，２２，３２の屈折率が活性層１１の屈折率より高く、導波路層２３，３３の屈折率よりも低くなるように、第２クラッド層１２，２２，３２の各々を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ１７）では、遷移部２及びＳＳＣ３が形成されるべき領域にのみ導波路層２３，３３を形成する。これらの導波路層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、導波路層２３，３３の屈折率が第２クラッド層２２，３２の屈折率より高くなるように、導波路層２３、３３の各々を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ１８）では、半導体レーザ部１が形成されるべき領域に第４クラッド層１５を形成するとともに、遷移部２及びＳＳＣ３が形成されるべき領域に第３クラッド層２５，３５を形成する。これらのクラッド層を形成する方法は、例えば気相成長処理、写真製版処理、およびエッチング処理を含む。上述のように、第４クラッド層１５の屈折率が活性層１１の屈折率よりも低くなるように、第４クラッド層１５を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。第３クラッド層２５、３５の屈折率が導波路層２３，３３の屈折率よりも低くなるように、第３クラッド層２５、３５を構成する材料（組成比）は、適宜調整される。
　工程（Ｓ１９）～（Ｓ２１）では、それぞれ上記工程（Ｓ５）～（Ｓ７）と同様に実施される。このようにして、半導体レーザ素子１０２は製造され得る。
　以上のように本開示の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本開示の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本開示の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
　１　半導体レーザ部、２　遷移部、３Ｂ　第２端面、５　半導体基板、５Ａ　第１面、５Ｂ　第２面、６　第１クラッド層、７，８　回折格子層、１０　回折格子、１１　活性層、１１Ａ　第１端面、１２，２２，３２　第２クラッド層、１５　第４クラッド層、１６　絶縁層、１７　第１電極、１８　電極パッド、１９　第２電極、２３，３３　導波路層、２５，３５　第３クラッド層、３６　第５クラッド層、１００，１０１，１０２　半導体レーザ素子。

Claims (9)

  1. 　半導体レーザ部と、
    　第１方向において前記半導体レーザ部に隣接しており、かつ前記半導体レーザ部から出射された光が入射する遷移部と、
    　前記第１方向において前記遷移部に隣接しており、かつ前記遷移部から出射された前記光が入射するスポットサイズ変換部とを備え、
    　前記半導体レーザ部、前記遷移部、および前記スポットサイズ変換部の各々は、
    　　前記第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びる第１面を有する半導体基板と、
    　　前記第１面と直交する第３方向において前記第１面側から順に前記第１面上に積層されている第１クラッド層、活性層、および第２クラッド層とを含み、
    　前記第２クラッド層は前記活性層に接しており、
    　前記遷移部及び前記スポットサイズ変換部において、前記第２クラッド層の屈折率は、前記活性層の屈折率よりも高く、
    　前記遷移部および前記スポットサイズ変換部の各々は、前記第２クラッド層の上面の一部と接しており、かつ前記活性層および前記第２クラッド層よりも高い屈折率を有している導波路層をさらに含む、半導体レーザ素子。
  2. 　前記半導体レーザ部において、前記第２クラッド層の屈折率は、前記活性層の屈折率よりも低い、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. 　前記半導体レーザ部は、
    　　前記第２クラッド層の一部上に設けられている第４クラッド層と、
    　　前記第４クラッド層上に設けられており、前記第４クラッド層と電気的に接続されている電極とをさらに含み、
    　前記第４クラッド層は、前記第２方向の幅が前記第３方向において前記第２クラッド層に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられている、請求項２に記載の半導体レーザ素子。
  4. 　前記半導体レーザ部は、前記第４クラッド層の内部に埋め込まれている回折格子層をさらに含み、
    　前記回折格子層と前記第４クラッド層とからなる回折格子の平均屈折率は、前記第４クラッド層の屈折率よりも高く、前記活性層の屈折率よりも低い、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
  5. 　前記回折格子層を構成する材料は、前記導波路層を構成する材料と同じであり、
    　前記回折格子層の前記第３方向の厚みは、前記導波路層の前記第３方向の厚みと等しい、請求項４に記載の半導体レーザ素子。
  6. 　前記半導体レーザ部において、前記第２クラッド層は、前記活性層の一部上に設けられており、
    　前記半導体レーザ部は、
    　　前記第２クラッド層上に設けられている第４クラッド層と、
    　　前記第４クラッド層上に設けられており、前記第４クラッド層と電気的に接続されている電極とをさらに含み、
    　前記第４クラッド層及び前記第２クラッド層は、前記第２方向の幅が前記第３方向において前記活性層に近づくにつれて徐々に狭くなるように設けられており、
    　前記半導体レーザ部において、前記第２クラッド層の屈折率が前記活性層の屈折率よりも高い、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  7. 　前記遷移部において、前記導波路層の前記第２方向の幅は、前記活性層の前記第２方向の幅よりも狭く、
    　前記遷移部および前記スポットサイズ変換部の各々において、前記導波路層の前記第２方向の幅が前記第３方向において前記第２クラッド層に近づくにつれて徐々に狭く、かつ前記導波路層の前記第２方向の幅が前記第１方向において前記半導体レーザ部から離れるにつれて徐々に広くなっており、
    　前記遷移部の前記導波路層の前記第２方向の幅の最小値が前記半導体レーザ部の前記第４クラッド層の前記第２方向の幅の最小値と等しい、請求項３～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  8. 　前記導波路層を構成する材料は、ＩｎＧａＡｓＰである、請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  9. 　前記導波路層を構成する材料は、ＡｌＩｎＧａＡｓである、請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
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