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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024022291
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】半導体レーザ素子
(51)【国際特許分類】
H01S 5/12 20210101AFI20240208BHJP
H01S 5/022 20210101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
H01S5/12
H01S5/022
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022125761
(22)【出願日】2022-08-05
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100138863
【弁理士】
【氏名又は名称】言上 惠一
(72)【発明者】
【氏名】小川 尚史
(72)【発明者】
【氏名】大森 雅樹
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AA08
5F173AB13
5F173AH22
5F173AP33
5F173AR14
5F173AR32
5F173ME44
5F173MF13
5F173MF39
(57)【要約】
【課題】 発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】 基板と、活性層を含む導波路を備え、基板上に配置される半導体層部と、を備え、導波路は、回折格子を備える幅広部と、幅広部よりも導波路幅が狭く、活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、を含み、導波路は、幅狭部の端面を含む第１端面と、第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、幅広部は、幅狭部と連続して接続され、第１端面側から第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】 基板と、活性層を含む導波路を備え、基板上に配置される半導体層部と、を備え、導波路は、回折格子を備える幅広部と、幅広部よりも導波路幅が狭く、活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、を含み、導波路は、幅狭部の端面を含む第１端面と、第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、幅広部は、幅狭部と連続して接続され、第１端面側から第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
活性層を含む導波路を備え、前記基板上に配置される半導体層部と、
を備え、
前記導波路は、
回折格子を備える幅広部と、
前記幅広部よりも導波路幅が狭く、前記活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、
を含み、
前記導波路は、前記幅狭部の端面を含む第１端面と、前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、
前記幅広部は、
前記幅狭部と連続して接続され、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、
を備える、半導体レーザ素子。
活性層を含む導波路を備え、前記基板上に配置される半導体層部と、
を備え、
前記導波路は、
回折格子を備える幅広部と、
前記幅広部よりも導波路幅が狭く、前記活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、
を含み、
前記導波路は、前記幅狭部の端面を含む第１端面と、前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、
前記幅広部は、
前記幅狭部と連続して接続され、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、
を備える、半導体レーザ素子。
【請求項2】
前記導波路は、第２領域をさらに含み、
前記第２領域は前記第１領域と連続して接続され、
前記第２領域における導波路幅は一定であり、
前記第２領域は、前記回折格子を含む、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
前記第２領域は前記第１領域と連続して接続され、
前記第２領域における導波路幅は一定であり、
前記第２領域は、前記回折格子を含む、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項3】
前記半導体層部は、第１屈折率を有する第１半導体層と、前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２半導体層とを含み、
前記回折格子では、該回折格子における光伝播方向において、前記第１半導体層の表面に設けられた１以上の第１凸部と、前記第２半導体層の表面に設けられた１以上の第２凸部とが、周期的に配置されている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
前記回折格子では、該回折格子における光伝播方向において、前記第１半導体層の表面に設けられた１以上の第１凸部と、前記第２半導体層の表面に設けられた１以上の第２凸部とが、周期的に配置されている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項4】
前記第１半導体層は、前記活性層と前記第２半導体層との間に配置されている、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項5】
前記各第１凸部と前記各第２凸部はそれぞれ、前記第２端面に平行に配置されている、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項6】
前記各第１凸部と前記各第２凸部とはそれぞれ、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて凸状に湾曲して配置されている、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項7】
前記各第１凸部の内周の接線及び前記各第２凸部の内周の接線はそれぞれ、伝搬光の波面に対して平行である、請求項６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項8】
前記第２端面から発せられる光の合計出力のうち９０％以上の出力が、波長幅０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲に含まれる、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項9】
前記回折格子が設けられる部分の導波路幅は、前記幅狭部における導波路幅の２倍以上４倍以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項10】
前記幅狭部において、導波路幅は１５μｍ以上９０μｍ以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項11】
前記回折格子が設けられる部分の導波路幅は、３０μｍ以上３６０μｍ以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項12】
前記第１端面から前記回折格子までの距離は、整数ｍと、各横モードの実効屈折率ｎｅｆｆと、各横モードの真空中での波長λ0と、を用いて、
（ｍ＋１／４）×λ0／ｎｅｆｆ
と表される、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
（ｍ＋１／４）×λ0／ｎｅｆｆ
と表される、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項13】
前記第２端面から出射される光のＭ２因子は、５以上５０以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項14】
複数の光源部と、
合波用回折格子と、を備え、
前記複数の光源部のそれぞれは、
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射される光が入射する位置に設けられたコリメートレンズと、を備え、
前記合波用回折格子は、前記複数の光源部から出射される光を合波する、光源装置。
合波用回折格子と、を備え、
前記複数の光源部のそれぞれは、
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射される光が入射する位置に設けられたコリメートレンズと、を備え、
前記合波用回折格子は、前記複数の光源部から出射される光を合波する、光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体レーザ素子の使用目的が多岐にわたっていることに伴い、横シングルモード型半導体レーザ素子よりも高出力が得られやすい横マルチモード型半導体レーザ素子の需要が高まっている。例えば、特許文献１は、横マルチモード型半導体レーザ素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１－１５１２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１が開示する横マルチモード型半導体レーザ素子は、縦モードのばらつきが大きい、すなわち発振波長のばらつきが大きい。
【0005】
そこで、本開示は、発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一実施形態に係る半導体レーザ素子は、基板と、活性層を含む導波路を備え、基板上に配置される半導体層部と、を備え、導波路は、回折格子を備える幅広部と、幅広部よりも導波路幅が狭く、活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、を含み、導波路は、幅狭部の端面を含む第１端面と、第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、幅広部は、幅狭部と連続して接続され、第１端面側から第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示の一実施形態に係る半導体レーザ素子は、発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の実施形態１に係る半導体レーザ素子の概略上面図である。
【図5A】実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
【図5B】実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
【図5C】実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
【図5D】実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
【図5E】実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略上面図である。
【図5F】実施形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。
【図6】本開示の実施形態２に係る半導体レーザ素子の概略上面図である。
【図7】本開示の実施形態３に係る半導体レーザ素子の概略上面図である。
【図8】本開示の実施形態４に係る光源装置の概略上面図である。
【図9A】シミュレーションにおける導波路幅と横モード毎の実効屈折率との関係を表すグラフである。
【図9B】シミュレーションにおける回折格子を設ける位置での導波路幅とブラッグ波長との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら、本開示に係る発明を実施するための実施形態、変形例、及び実施例を説明する。なお、以下に説明する、本開示に係る半導体レーザ素子は、本開示に係る発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示に係る発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態、変形例、若しくは実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態、変形例、及び実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態、変形例、及び実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態、変形例、及び実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。なお、本明細書において、「直交」または「平行」とは、それぞれ±０．１度のずれも含む。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態、変形例、若しくは実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態、変形例、及び実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態、変形例、及び実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態、変形例、及び実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。なお、本明細書において、「直交」または「平行」とは、それぞれ±０．１度のずれも含む。
【0010】
実施形態
１．実施形態１
本開示に係る半導体レーザ素子は、基板と、活性層を含む導波路を備え、前記基板上に配置される半導体層部と、を備え、前記導波路は、回折格子を備える幅広部と、前記幅広部よりも導波路幅が狭く、前記活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、を含み、前記導波路は、前記幅狭部の端面を含む第１端面と、前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、前記幅広部は、前記幅狭部と連続して接続され、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、を備える。
１．実施形態１
本開示に係る半導体レーザ素子は、基板と、活性層を含む導波路を備え、前記基板上に配置される半導体層部と、を備え、前記導波路は、回折格子を備える幅広部と、前記幅広部よりも導波路幅が狭く、前記活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、を含み、前記導波路は、前記幅狭部の端面を含む第１端面と、前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、前記幅広部は、前記幅狭部と連続して接続され、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、を備える。
【0011】
以下、実施形態１の半導体レーザ素子及びその製造方法について、図１から図５Fを参照して説明する。図２に示すように、実施形態１に係る半導体レーザ素子１は、基板２と、半導体層部３と、を備える。
半導体層部３は、基板２上に配置される。半導体層部３は、活性層３０を含む導波路５０を備える。本明細書において、第１方向Ｘはレーザ光が発振する方向（すなわち、共振する方向）を意味する。第２方向Ｙは導波路５０の幅方向を意味する。第３方向Ｚは、半導体層部３の積層方向（すなわち、基板２から半導体層部３に向かう方向）を意味する。なお、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、および第３方向Ｚは、互いに直交している。導波路５０は、第１方向Ｘに沿って延びる。
図１に示すように、導波路５０は、幅広部５４と、幅狭部５３と、を含む。
導波路５０はさらに、第１端面５１と、第１端面５１の反対側に位置する第２端面５２と、を含む。第１端面５１は、幅狭部５３の端面５３ａを含む。
幅広部５４は、回折格子６０を備える。幅広部５４は、幅狭部５３と連続して接続される。幅広部５４は、第１端面５１側から第２端面５２側に向けて導波路幅が広がる第１領域５５を備える。
幅狭部５３は、幅広部５４よりも導波路幅が狭い。幅狭部５３は、活性層３０で生じる光が横マルチモードで伝播する。
半導体層部３は、基板２上に配置される。半導体層部３は、活性層３０を含む導波路５０を備える。本明細書において、第１方向Ｘはレーザ光が発振する方向（すなわち、共振する方向）を意味する。第２方向Ｙは導波路５０の幅方向を意味する。第３方向Ｚは、半導体層部３の積層方向（すなわち、基板２から半導体層部３に向かう方向）を意味する。なお、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、および第３方向Ｚは、互いに直交している。導波路５０は、第１方向Ｘに沿って延びる。
図１に示すように、導波路５０は、幅広部５４と、幅狭部５３と、を含む。
導波路５０はさらに、第１端面５１と、第１端面５１の反対側に位置する第２端面５２と、を含む。第１端面５１は、幅狭部５３の端面５３ａを含む。
幅広部５４は、回折格子６０を備える。幅広部５４は、幅狭部５３と連続して接続される。幅広部５４は、第１端面５１側から第２端面５２側に向けて導波路幅が広がる第１領域５５を備える。
幅狭部５３は、幅広部５４よりも導波路幅が狭い。幅狭部５３は、活性層３０で生じる光が横マルチモードで伝播する。
【0012】
（基板）
本発明の半導体レーザ素子１に用いる基板２は、例えば半導体基板である。基板２は、例えばＧａＮ基板等の窒化物半導体基板である。窒化物半導体基板は、ｎ型不純物を含んでよい。ｎ型不純物となる元素は、例えば、O、Ｓｉ、またはＧｅであってよい。基板２は、窒化物半導体基板を用いて、その上面を＋ｃ面（すなわち、（０００１）面）とすることができる。本実施形態において、ｃ面は、厳密に（０００１）面と一致する面に限らず、±１度以下、好ましくは±０．０３度以下のオフ角を有する面も含む。半導体レーザ素子１は基板２を有していなくてもよい。基板の上面としては、非極性面（Ｍ面やＡ面）や、半極性面（Ｒ面）を用いてもよい。
本発明の半導体レーザ素子１に用いる基板２は、例えば半導体基板である。基板２は、例えばＧａＮ基板等の窒化物半導体基板である。窒化物半導体基板は、ｎ型不純物を含んでよい。ｎ型不純物となる元素は、例えば、O、Ｓｉ、またはＧｅであってよい。基板２は、窒化物半導体基板を用いて、その上面を＋ｃ面（すなわち、（０００１）面）とすることができる。本実施形態において、ｃ面は、厳密に（０００１）面と一致する面に限らず、±１度以下、好ましくは±０．０３度以下のオフ角を有する面も含む。半導体レーザ素子１は基板２を有していなくてもよい。基板の上面としては、非極性面（Ｍ面やＡ面）や、半極性面（Ｒ面）を用いてもよい。
【0013】
（半導体層部）
半導体層部３は、図２から図４に示すように、基板２側から順に、第１層１０と、活性層３０と、第２層２０とを含む。
半導体レーザ素子１において、第１層１０及び第２層２０としては、ＩＩＩ－Ｖ族半導体層であってよい。ＩＩＩ－Ｖ族半導体層としては、例えば、ＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮ、（０≦α、０≦β、α＋β≦１）の組成で形成される窒化物半導体層が挙げられる。
半導体層部３は、図２から図４に示すように、基板２側から順に、第１層１０と、活性層３０と、第２層２０とを含む。
半導体レーザ素子１において、第１層１０及び第２層２０としては、ＩＩＩ－Ｖ族半導体層であってよい。ＩＩＩ－Ｖ族半導体層としては、例えば、ＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮ、（０≦α、０≦β、α＋β≦１）の組成で形成される窒化物半導体層が挙げられる。
【0014】
窒化物半導体層に用いるｎ型不純物となる元素は、例えばＳｉまたはＧｅが挙げられる。また、ｐ型不純物となる元素としては、例えばＭｇが挙げられる。これにより、各導電型の窒化物半導体層を形成することができる。
【0015】
（第１層）
第１層１０は、ｎ型不純物を含有する半導体層を１以上有する。第１層１０は、不純物を意図的にドープしないアンドープの層を有していてもよい。第１層１０は、基板２側から順に、屈折率が第２屈折率ｎ２である第２ｎ側半導体層１２、屈折率が第１屈折率ｎ１である第１ｎ側半導体層１１を含む。第１層１０は、これら以外の層を含んでいてもよい。
第１屈折率ｎ１、第２屈折率ｎ２は、活性層３０の屈折率ｎ５よりも小さい。第１屈折率ｎ１、及び第２屈折率ｎ２は互いに異なる。例えば、第１屈折率ｎ１は第２屈折率ｎ２より大きい。
第１層１０は、ｎ型不純物を含有する半導体層を１以上有する。第１層１０は、不純物を意図的にドープしないアンドープの層を有していてもよい。第１層１０は、基板２側から順に、屈折率が第２屈折率ｎ２である第２ｎ側半導体層１２、屈折率が第１屈折率ｎ１である第１ｎ側半導体層１１を含む。第１層１０は、これら以外の層を含んでいてもよい。
第１屈折率ｎ１、第２屈折率ｎ２は、活性層３０の屈折率ｎ５よりも小さい。第１屈折率ｎ１、及び第２屈折率ｎ２は互いに異なる。例えば、第１屈折率ｎ１は第２屈折率ｎ２より大きい。
【0016】
第２ｎ側半導体層１２は、活性層３０と基板２との間に配置されている。第２ｎ側半導体層１２は、例えば、窒化物半導体層であってよい。窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮまたはＧａＮが挙げられる。第２ｎ側半導体層１２の膜厚は、０．４５μｍ以上３．０μｍ以下であってよい。ｎ型不純物の含有量は、１×１０17ｃｍ－3以上５×１０18ｃｍ－3以下であってよい。実施形態１において、第２ｎ側半導体層１２は、例えば、ｎ側クラッド層として機能させることができる。
【0017】
第１ｎ側半導体層１１は、活性層３０と第２ｎ側半導体層１２との間に配置されている。第１ｎ側半導体層１１は、例えば、窒化物半導体層であってよい。窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、またはＩｎＧａＮが挙げられる。第１ｎ側半導体層１１の膜厚は、例えば０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であってよい。ｎ型不純物の含有量は、１×１０17ｃｍ－3以上５×１０18ｃｍ－3以下であってよい。実施形態１において、第１ｎ側半導体層１１は、例えば、ｎ側光ガイド層として機能させることができる。
【0018】
（活性層）
第１ｎ側半導体層１１上には活性層３０が形成されている。活性層３０は、例えば、波長が３６０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の光を発する。活性層３０は、１以上の井戸層と複数の障壁層とにより構成される量子井戸構造をとってよい。井戸層および障壁層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮである。井戸層は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮであり、障壁層よりバンドギャップの小さい窒化物半導体である。活性層３０は、多重量子井戸構造または単一量子井戸構造であってよい。なお、井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物を含有させてもよい。
第１ｎ側半導体層１１上には活性層３０が形成されている。活性層３０は、例えば、波長が３６０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の光を発する。活性層３０は、１以上の井戸層と複数の障壁層とにより構成される量子井戸構造をとってよい。井戸層および障壁層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮである。井戸層は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮであり、障壁層よりバンドギャップの小さい窒化物半導体である。活性層３０は、多重量子井戸構造または単一量子井戸構造であってよい。なお、井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物を含有させてもよい。
【0019】
（第２層）
活性層３０上には、ｐ型不純物を含む半導体層（以下、ｐ側半導体層とも呼ぶ）を１以上有する第２層２０が形成されている。第２層２０は、不純物を意図的にドープしないアンドープの層を有していてもよい。第２層２０は、ｐ側光ガイド層とｐ側クラッド層とを有してもよく、これら以外の層を有してもよい。具体的には、第２層２０は、基板２側から（すなわち活性層３０側から）順に、屈折率が第３屈折率ｎ３である第１ｐ側半導体層２１、屈折率が第４屈折率ｎ４である第２ｐ側半導体層２２を含む。第２層２０は、これら以外の層を含んでいてもよい。
第３屈折率ｎ３、第４屈折率ｎ４は、活性層３０の屈折率ｎ５よりも小さい。第３屈折率ｎ３、第４屈折率ｎ４は互いに異なる。例えば、第３屈折率ｎ３は第４屈折率ｎ４より大きい。
活性層３０上には、ｐ型不純物を含む半導体層（以下、ｐ側半導体層とも呼ぶ）を１以上有する第２層２０が形成されている。第２層２０は、不純物を意図的にドープしないアンドープの層を有していてもよい。第２層２０は、ｐ側光ガイド層とｐ側クラッド層とを有してもよく、これら以外の層を有してもよい。具体的には、第２層２０は、基板２側から（すなわち活性層３０側から）順に、屈折率が第３屈折率ｎ３である第１ｐ側半導体層２１、屈折率が第４屈折率ｎ４である第２ｐ側半導体層２２を含む。第２層２０は、これら以外の層を含んでいてもよい。
第３屈折率ｎ３、第４屈折率ｎ４は、活性層３０の屈折率ｎ５よりも小さい。第３屈折率ｎ３、第４屈折率ｎ４は互いに異なる。例えば、第３屈折率ｎ３は第４屈折率ｎ４より大きい。
【0020】
第１ｐ側半導体層２１は、例えば、窒化物半導体層であってよい。窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮまたはＧａＮが挙げられる。第１ｐ側半導体層２１の膜厚は、０．０５μｍ以上０．２５μｍ以下であってよい。また、第１ｐ側半導体層２１はアンドープの層であってよく、１×１０16ｃｍ－3以上１×１０18ｃｍ－3以下の範囲でｐ型不純物が含有されていてもよい。実施形態１において、第１ｐ側半導体層２１は、例えば、ｐ側光ガイド層として機能させることができる。
【0021】
第２ｐ側半導体層２２は、例えば、窒化物半導体層であってよい。窒化物半導体は、例えば、ＡｌＧａＮまたはＧａＮが挙げられる。単層構造であってもよく、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層構造であってもよい。ｐ型不純物の含有量は、１×１０17ｃｍ－3以上１×１０20ｃｍ－3以下であってよい。実施形態１において、第２ｐ側半導体層２２は、例えば、ｐ側クラッド層として機能させることができる。
【0022】
（リッジ）
図２から図４に示すように、半導体層部３の第２層２０の上面には、リッジ７０が設けられる。図２は、図１のＩＩーＩＩ線断面であり、幅狭部５３の断面図である。図３は、図１のＩＩＩーＩＩＩ線断面であり、幅広部５４の断面である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線断面である。リッジ７０は、例えば、第２ｐ側半導体層２２の上面の一部に設けられる。リッジ７０は、図４に示すように、第１方向Ｘにおいて、半導体レーザ素子１の第１面１ａと第２面１ｂとの間に延びる。なお、図４では、図面の理解を容易するために、第２ｐ側半導体層２２のうちリッジ７０に相当する部分を点線で区分けしている。
図２から図４に示すように、半導体層部３の第２層２０の上面には、リッジ７０が設けられる。図２は、図１のＩＩーＩＩ線断面であり、幅狭部５３の断面図である。図３は、図１のＩＩＩーＩＩＩ線断面であり、幅広部５４の断面である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線断面である。リッジ７０は、例えば、第２ｐ側半導体層２２の上面の一部に設けられる。リッジ７０は、図４に示すように、第１方向Ｘにおいて、半導体レーザ素子１の第１面１ａと第２面１ｂとの間に延びる。なお、図４では、図面の理解を容易するために、第２ｐ側半導体層２２のうちリッジ７０に相当する部分を点線で区分けしている。
【0023】
リッジ７０の下方には、活性層３０を含む導波路５０が形成される。導波路５０は、コアとクラッドを含む。コアは活性層３０を含み、活性層３０から発光された光が主に伝播する部分である。コアは、活性層３０及びその周辺に位置する半導体層部３の少なくとも一部を含んでいてよい。
【0024】
リッジ７０の第２方向Ｙにおける断面視形状は、図２及び図３に示すように、例えば、基板２から離れるに従って第２方向Ｙにおける幅が狭くなる台形形状である。また、リッジ７０の第２方向Ｙにおける断面視形状は、第２方向Ｙにおける幅が第３方向Ｚに沿って一定である矩形形状であってもよい。
リッジ７０の上面視における形状、特に第２方向Ｙの幅は、後述する導波路５０の形状が得られるように適宜決定される。
リッジ７０の上面視における形状、特に第２方向Ｙの幅は、後述する導波路５０の形状が得られるように適宜決定される。
【0025】
なお、本実施形態では、リッジ型導波路を用いて説明しているが、利得型導波路であってもよい。
【0026】
（導波路）
以下、図１から図３を参照して、導波路５０の詳細な形状について説明する。
図１は、半導体レーザ素子１の概略上面図であり、導波路５０及び回折格子６０を破線により透視して描いている。図２及び図３に示す破線は、導波路５０が含まれる範囲の一例を示す。
以下、図１から図３を参照して、導波路５０の詳細な形状について説明する。
図１は、半導体レーザ素子１の概略上面図であり、導波路５０及び回折格子６０を破線により透視して描いている。図２及び図３に示す破線は、導波路５０が含まれる範囲の一例を示す。
【0027】
図１に示すように、導波路５０は、第１方向Ｘに延びる。導波路５０は、第１方向Ｘにおいて、第１端面５１と、第１端面５１と反対側に位置する第２端面５２とを含む。導波路５０は、幅狭部５３と、幅狭部５３より幅が広い幅広部５４とを含む。
【0028】
幅狭部５３の一端面５３ａは、第１端面５１に含まれる。実施形態１では、幅狭部５３の一端面５３ａは、第１端面５１と一致する。幅狭部５３では、活性層３０で生じる光が横マルチモードで伝播する。幅狭部５３の幅および導波路のコアとクラッドの屈折率差によって、半導体レーザ素子１の横モード数が決定される。つまり、幅狭部５３では、横マルチモードの導波路となるように、規格化周波数Ｖが以下の式１を満たす。
【0029】
（式１）
（Nは１以上の整数）
【0030】
式１において、Ｎは横モードのモード次数である。
【0031】
本実施形態の半導体レーザ素子は、式１に示すように、規格化周波数Ｖはπ／２以上である。幅狭部５３の規格化周波数Ｖは、好ましくは、９π／２以上１００π／２以下、より好ましくは９π／２以上５０π／２以下である。これにより、所望な数の横モード数を得ることができる。
【0032】
幅狭部５３の幅は、例えば、１５μｍ以上９０μｍ以下である。これにより、所望の横モード数を有する半導体レーザ素子が得られる。なお、幅狭部５３の幅は、一定である。一定とは、０％以上１０％以下の範囲で幅が変化していることを含む。
【0033】
幅狭部５３において、横マルチモードをとる導波路とすることで、例えば以下のような利点がある。１つ目の利点は、光出射面での頓死の低減である。これは、出力されるビームのニアフィールドパターンが、横シングルモードの場合と比べて、光密度の局所的な集中を低減できるためである。２つ目の利点は、出力の揺らぎの低減である。これは、横モード毎に縦モードが存在し、半導体レーザ素子全体として縦マルチモードで発振する場合、これらの合計出力の揺らぎは小さいためである。縦シングルモードをとる半導体レーザの場合、自由スペクトル間隔で隣り合うモードとの競合が生じると、発振する縦モードにより出力が揺らぎ得る。
【0034】
幅広部５４は、幅狭部５３に連続して接続する。幅広部５４は、幅狭部５３の第２端面５２側に位置する。幅広部５４の一端面５４ａは、第２端面５２に含まれる。実施形態１では、幅広部５４の一端面５４ａは、第２端面５２と一致する。幅広部５４は、第１端面５１から第２端面５２に向かう第１方向Ｘに沿って幅が広がる第１領域５５を含む。本実施形態において、幅広部５４と第１領域５５とは同一範囲である。したがって、第１領域５５の一端面が第２端面５２である。
【0035】
幅広部５４の幅、すなわち第１領域５５の幅は、幅狭部５３で決定される横マルチモードのモード数が伝搬にともなって増減しにくいように変化する（広がる）。第１領域５５の幅は、例えば、１５μｍより大きく３６０μｍ以下の範囲で変化する。第１領域５５の幅は、例えば、第１端面５１から第２端面５２に向かう第１方向Ｘに沿って一定の割合で広がる。すなわち、図１に破線で示すように、上面視において第１領域５５の輪郭線形状は、直線であってよい。また、横モードのモード数が増減しにくいような形状であれば、上面視において第１領域５５の輪郭線形状は、曲線であってもよい。
【0036】
第１領域５５の幅の変化（広がり程度）は、例えば、第１領域５５の第２端面５２側の端部の幅ｙ２が、第１領域５５の第１端面５１側の端部の幅ｙ１の２倍以上４倍以下である。これにより、電流が印可されたことにより生じる熱が第２端面５２側に偏りにくくなり、半導体レーザ素子１が受ける熱損傷を低減することができる。
【0037】
上述したように、リッジ７０は、上面視において、導波路５０と重なる形状を有する。実施形態１におけるリッジ７０は、上記の形状を有する導波路５０が得られる形状に形成される。
【0038】
（回折格子）
回折格子６０は、図１に示すように、上面視において、幅広部５４に設けられている。実施形態１の半導体レーザ素子では、幅広部５４にのみ回折格子が設けられている。横モード毎の実効屈折率の差が小さい領域、すなわち、横モード毎の実効屈折率のばらつきが小さい領域で波長選択をすることが可能となる。したがって、発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子が得られる。この点に関して、シミュレーションの結果を用いて説明する。
回折格子６０は、図１に示すように、上面視において、幅広部５４に設けられている。実施形態１の半導体レーザ素子では、幅広部５４にのみ回折格子が設けられている。横モード毎の実効屈折率の差が小さい領域、すなわち、横モード毎の実効屈折率のばらつきが小さい領域で波長選択をすることが可能となる。したがって、発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子が得られる。この点に関して、シミュレーションの結果を用いて説明する。
【0039】
まず、シミュレーションの条件を説明する。シミュレーションでは、簡単のため、対称３層平板導波路を仮定して、固有値方程式を解いた。シミュレーションの条件は、コアの屈折率ｎコア＝２．５０３５、また、クラッドの屈折率ｎクラッド＝２．４９７４とした。なお、パラメータの有効数字を５桁まで設定しているが、これはシミュレーションの精度を高めるためであり、実際の製造でも同様な精度を求めるものではない。
【0040】
図９Ａは、導波路幅と横モード毎の実効屈折率との関係を表している。図９Ａは、導波路幅が１５μｍのときに発振が可能な横モードのみを示している。つまり、本実施形態の半導体レーザ素子に関して、幅狭部５３の導波路幅が１５μｍの場合に発振が可能な横モードを示している。今回のシミュレーションでは、基本モード（０次のモード）から１２次の高次モードまでがプロットされている。図９Ａにおいて、基本モードの実効屈折率は最も左側の実線で表され、１２次の高次モードの実効屈折率は最も右側の実線で表されている。なお、実効屈折率は、各導波路幅に対して固有値方程式を解いて得られる規格化周波数および規格化伝搬定数を用いて得られる値である。
【0041】
次に、図９Ａの結果に基づいて、導波路に回折格子６０を設ける場合のブラッグ波長をシミュレーションした。図９Ｂは、回折格子６０を設ける位置での導波路幅とブラッグ波長との関係を表している。図９Ｂにおいて、基本モードのブラッグ波長は最も左側の実線で表され、１２次の高次モードのブラッグ波長は最も右側の実線で表されている。ブラッグ波長は、ブラッグ波長（λＢ）＝実効屈折率（ｎeｆｆ）×回折格子のピッチ（または周期、P）×２の式から求めた。ただし、回折格子６０の周期は、８０．８８６ｎｍとした。これは、導波路幅が十分広い時、基本モードが４０５ｎｍに収束すると仮定したときの値である。
【0042】
導波路幅が１５μｍ、３０μｍ、および６０μｍの位置でシミュレーションの結果を比較する。図９Ａおよび図９Ｂでは、これらの位置が参照しやすくなるように破線で示した。まず図９Ａにおいて、これらの破線の位置での実効屈折率に注目すると、導波路幅が大きくなるにつれて、横モード毎の実効屈折率の差が小さくなることがわかる。これは、横モード毎にクラッドへの染み出し量が異なるが、導波路幅が大きくなるにつれてクラッドへの染み出し量が少なくなるためである。次に、図９Ｂにおいて、図９Ａと同様に、これらの破線の位置におけるブラッグ波長に注目すると、導波路幅が大きくなるにつれて、横モード毎のブラッグ波長の差が小さくなることがわかる。これは、導波路幅が大きくなるにつれて実効屈折率の差、つまり実効屈折率のばらつきが小さくなるためである。たとえば、導波路幅が１５μｍ、３０μｍ、および６０μｍの位置において、基本モードのブラッグ波長と１２次の高次モードのブラッグ波長との差、すなわち各ブラッグ波長のうち最も長い波長と最も短い波長との差は、それぞれ０．８７４ｎｍ、０．２３５ｎｍ、および０．０６３ｎｍであった。
【0043】
このシミュレーションは、前述のように、幅狭部５３の導波路幅として１５μｍを仮定したものである。したがって、図９Ａおよび図９Ｂにおいて、導波路幅が１５μｍの結果は、導波路幅を広げていない状態が表されている、といえる。また、導波路幅が１５μｍよりも大きい場合、例えば３０μｍおよび６０μｍの結果は、導波路幅を広げた状態が表されている、すなわち、幅広部５４に対応する状態が示されている、といえる。したがって、シミュレーションの結果から、実施形態１に係る半導体レーザ素子は、幅狭部５３よりも導波路幅が大きな幅広部５４に回折格子６０を設けることで、幅狭部５３よりも実効屈折率のばらつきが小さい領域で波長選択が可能となり、ブラッグ波長、すなわち発振波長のばらつきが小さい横マルチモード型半導体レーザ素子１が得られる。
【0044】
回折格子６０は、例えば、幅広部５４において、横モード毎の発振波長が、波長幅０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、好ましくは０．０１ｎｍ以上０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．０１ｎｍ以上０．１ｎｍ以下の範囲内に収まる部分に設けられる。
【0045】
回折格子６０は、例えば、異なる屈折率を有し、隣り合う２つの半導体層の間に設けられる。回折格子６０は、例えば、一方の半導体層の表面に設けられた１以上の第１凸部と、他方の半導体層の表面に設けられた１以上の第２凸部と、を含む。第１凸部と第２凸部とはそれぞれ、例えば、複数設けられる。第１凸部と第２凸部とは、光伝播方向において周期的に配置される。第１凸部と第２凸部とは、例えば、互いが交互に配置される。
【0046】
本実施形態の回折格子６０は、例えば、図４に示すように、第１ｎ側半導体層１１と第２ｎ側半導体層１２との間に設けられる。回折格子６０は、第１ｎ側半導体層１１の表面に設けられた１以上の第２凸部６２と、第２ｎ側半導体層１２の表面に設けられた１以上の第１凸部６１と、を含む。第２凸部６２は、第１ｎ側半導体層１１の第２ｎ側半導体層１２側の表面に設けられる。すなわち、第２凸部６２は、第１ｎ側半導体層１１の下層側の表面に設けられる。第１凸部６１は、第２ｎ側半導体層１２の第１ｎ側半導体層１１側の表面に設けられる。すなわち、第１凸部６１は、第２ｎ側半導体層１２の上層側の表面に設けられる。第１凸部６１は、例えば、第２ｎ側半導体層１２の上層側の表面に設けられた第１凹部６３と交互に、かつ周期的に形成される。
あるいは、第１ｎ側半導体層１１の下層部分に第２凹部６４と第２凸部６２とが交互に、かつ周期的に形成され、第２ｎ側半導体層１２の上層部分に第１凸部６１が形成されているとみなしてもよい。
あるいは、第１ｎ側半導体層１１の下層部分に第２凹部６４と第２凸部６２とが交互に、かつ周期的に形成され、第２ｎ側半導体層１２の上層部分に第１凸部６１が形成されているとみなしてもよい。
【0047】
図１及び図４に示すように、第１凸部６１と第２凸部６２とは、第１方向Ｘにおいて、周期的に配置されている。第１凸部６１と第２凸部６２とはそれぞれ、第２端面５２に平行に配置されている。言い換えると、図１に示すように、各第１凸部６１が延在する方向、及び各第２凸部６２が延在する方向はそれぞれ、第２方向Ｙに平行である。
【0048】
回折格子６０は、導波路５０だけでなく、図１に示すように、上面視において、半導体層部３の第２方向Ｙ全体にわたって設けられてもよい。具体的には、半導体レーザ素子１においては、回折格子６０は、第２方向Ｙにおいて導波路５０の両側に位置する第１ｎ側半導体層１１及び第２ｎ側半導体層１２に設けられてもよい。幅広部５４と重なる回折格子６０の幅ｙ３は、例えば、第２方向Ｙにおいて回折格子６０の幅の０．１倍以上０．９以下である。幅広部と重ならない領域の幅ｙ４は、例えば、第２方向Ｙにおいて回折格子６０の幅の０．１倍以上０．９倍以下である。なお、幅ｙ４は、第２方向Ｙにおいて、導波路５０の一方の側に位置する半導体層部３の幅と、第２方向Ｙにおいて、導波路５０の他方の側に位置する半導体層部３の幅と、の合計である。
【0049】
回折格子６０は、幅広部５４のうち幅が所定の値以上の部分に配置される。回折格子６０は、例えば、幅広部５４のうち、幅狭部５３における導波路幅の２倍以上４倍以下の導波路幅を有する部分に設けられる。これにより、横モード毎の発振波長のばらつきをさらに小さくすることができる。また、複数存在する横モードの１つに着目するとき、回折格子により波長選択される発振波長の範囲が狭くなる。例えば、１つの横モードに対応する縦モードは１つであることが好ましい。回折格子６０は、例えば、幅広部５４のうち、導波路幅が３０μｍ以上３６０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上６０μｍ以下の部分に設けられる。これにより、幅広部５４の導波路幅が幅狭部５３の導波路幅と比べて十分広くなり、横モード毎の発振波長のばらつきを小さくすることができる。
【0050】
また、通常、導波路の全長にわったって均一な回折格子が設けられた横シングルモードの分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ素子は、λ／４位相シフト領域を設けることで、回折格子の反射帯域の中心、すなわちブラッグ波長で発振することができる。実施形態１の半導体レーザ素子１において、図４に示すように、回折格子６０と反射コート４０が形成されている第１端面５１との間が距離Ｌだけ離れていることにより、λ／４位相シフトと同様な効果を有するとみなせる。これにより、発振波長が制御しやすくなり、半導体レーザ素子１のレーザ光の発振波長のばらつきを小さくすることができる。
【0051】
従って、実施形態１の半導体レーザ素子１において、第１端面５１と回折格子６０とは、例えば、以下の式２を満たす距離Ｌだけ離れている。すなわち、回折格子６０は、第１端面５１から距離Ｌだけ離れた位置から第２端面５２に側に設けられる。
【0052】
（式２）
Ｌ＝（ｍ＋１／４）×λ０／ｎｅｆｆ
Ｌ＝（ｍ＋１／４）×λ０／ｎｅｆｆ
【0053】
式２において、ｎｅｆｆは各横モードの実効屈折率であり、ｍ（ｍ≧０）は実効屈折率毎に決まる整数であり、λ０は各横モードの真空中の発振波長である。式２において、ｍを含む第１項で生じる位相差は、波長の整数倍となるので無視できる。したがって、式２において生じる正味の位相差は１／４×λ０／ｎｅｆｆとなり、単純なλ／４位相シフトと同様の効果を有する。本実施形態において、ｍは例えば数千程度の値をとり得る。ただし、この長さＬが正確に測定することができない場合は、測定誤差を考慮したときに見積もられるｍの範囲に整数が含まれていれば式２を満たしていると考えてよい。
【0054】
なお、距離Ｌは、回折格子６０の第１凸部６１の、第１方向Ｘにおける幅ｘ１（又は第２凸部６２の、第１方向Ｘにおける幅ｘ２）程度のずれを許容誤差として含んでいてもよい。第１凸部６１の幅ｘ１（又は第２凸部６２の幅ｘ２）は、例えば、第１凸部６１の第３方向Ｚにおける高さｚ１（又は第２凸部６２の第３方向における高さｚ２）、第１凸部６１から活性層３０までの第３方向Ｚにおける距離ｄ１（又は第２凸部６２から活性層３０までの第３方向における距離ｄ２）等に依拠する。
【0055】
第１凸部６１、第２凸部６２、及び第１凹部６３（または第２凹部６４）の形状は特に限定されない。例えば、第２方向Ｙに直交する断面が鋸歯形状、正弦波形状、矩形形状、台形形状、逆台形状等としてよく、矩形形状、台形形状、逆台形形状等とすることが好ましい。
【0056】
回折格子６０のピッチＰは、例えば、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは、３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、より好ましくは４０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下である。なお、第１方向Ｘにおいて、第１凸部の幅ｘ１と第２凸部６２の幅ｘ２は、それぞれ同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。
【0057】
第３方向Ｚにおいて、第１凸部６１の高さｚ１及び第２凸部６２の高さｚ２はそれぞれ、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。なお、第１凸部６１の高さｚ１及び第２凸部６２の高さｚ２は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。
このような大きさ及び深さにすることにより、所望の結合係数が得られ、横モード毎の波長選択性が向上する。
このような大きさ及び深さにすることにより、所望の結合係数が得られ、横モード毎の波長選択性が向上する。
【0058】
（半導体レーザ素子）
以上の構成を有する実施形態１に係る半導体レーザ素子１は、ＤＦＢレーザ素子として機能する。
図１に示すように、半導体レーザ素子１は、第１面１ａと、第１方向Ｘにおいて第１面１ａと反対側に位置する第２面１ｂとを有する。第１面１ａ及び第２面１ｂは、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚに延在する平面上に広がる。第１面１ａは、反射コート（ＨＲコート）４０が形成されている。第２面１ｂは、無反射コート（ＡＲコート）４１が形成されている。半導体レーザ素子１は、回折格子６０を導波路５０の幅広部５４に備え、第１方向Ｘを共振方向（光の導波方向）とする光共振器を形成する。第２面１ｂは主として光を半導体レーザ素子１の外部に出射する機能を有する光出射面である。
以上の構成を有する実施形態１に係る半導体レーザ素子１は、ＤＦＢレーザ素子として機能する。
図１に示すように、半導体レーザ素子１は、第１面１ａと、第１方向Ｘにおいて第１面１ａと反対側に位置する第２面１ｂとを有する。第１面１ａ及び第２面１ｂは、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚに延在する平面上に広がる。第１面１ａは、反射コート（ＨＲコート）４０が形成されている。第２面１ｂは、無反射コート（ＡＲコート）４１が形成されている。半導体レーザ素子１は、回折格子６０を導波路５０の幅広部５４に備え、第１方向Ｘを共振方向（光の導波方向）とする光共振器を形成する。第２面１ｂは主として光を半導体レーザ素子１の外部に出射する機能を有する光出射面である。
【0059】
【0060】
第１電極５は、負電極である。第１電極５は、第２ｎ側半導体層１２とオーミックを確保して電気的に接続されて設けられる。第１電極５は、例えば、第２ｎ側半導体層１２に接して設けられる。また、第１電極５は、例えば、基板２が導電性を有し、オーミックコンタクト性を確保できる場合、基板２の下面に配置されてもよい。第１電極５は、例えば、金属層の多層構造である。第１電極５の材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ等の金属又は合金、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎから選択される少なくとも１種を含む導電性酸化物等の単層膜又は多層膜が挙げられる。導電性酸化物としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等が挙げられる。等である。第１電極５は、例えば、ＴｉとＡｕとの多層構造である。
【0061】
第２電極６は、正電極である。第２電極６は、リッジ７０の上面に接して設けられる。第２電極６は、例えば、金属層の多層構造である。第２電極６の材料としては、第１電極５の材料と同一のもののうちから選択できる。第２電極６は、例えば、ＮｉとＡｕとの多層構造である。
第２電極６は、リッジ７０の上面より広い範囲に設けられてもよい。ただし、この場合、図２及び図３に示すように、第２層２０の上面のうち、リッジ７０の上面を除く部分と、第２電極６との間に絶縁部材４を設ける。
第２電極６は、リッジ７０の上面より広い範囲に設けられてもよい。ただし、この場合、図２及び図３に示すように、第２層２０の上面のうち、リッジ７０の上面を除く部分と、第２電極６との間に絶縁部材４を設ける。
【0062】
上記のように構成された半導体レーザ素子１において、第２端面５２から発せられる光の合計出力のうち９０％以上の出力が、例えば、波長幅０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲に含まれる。すなわち、該光のうち、複数の発振波長は、例えば、０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲に収まる。これは、回折格子６０によって波長選択される、横モード毎のレーザ光の発振波長のばらつきが小さいことを意味する。これは、出力される光のパワーとその波長分散を分析することでわかる。
【0063】
また、上記のように構成された半導体レーザ素子１は、第２端面５２から出射される光のＭ２因子は、例えば、５以上５０以下である。これにより、所望の横モード数を得ることができる。例えば、１０以上１００以下、好ましくは１０以上５０以下の横モード数を得ることができる。
Ｍ２因子とは、実際のビーム形状と理想的なガウシアンビームの形状を比較したものである。Ｍ２因子は、半導体レーザ素子１のビームウエストω0と、半導体レーザ素子１の発散角θと、半導体レーザ素子１の発振波長λと、を用いて、以下の式３によって定義される。
Ｍ２因子とは、実際のビーム形状と理想的なガウシアンビームの形状を比較したものである。Ｍ２因子は、半導体レーザ素子１のビームウエストω0と、半導体レーザ素子１の発散角θと、半導体レーザ素子１の発振波長λと、を用いて、以下の式３によって定義される。
【0064】
（式３）
【0065】
以上、上記のように構成された半導体レーザ素子１では、導波路５０が、幅狭部５３よりも幅が広い幅広部５４を含み、該幅広部５４に回折格子６０が設けられている。これにより、幅狭部５３を伝播する横マルチモードの光が、幅狭部５３より各横モードの実効屈折率のばらつきが小さい幅広部で回折格子６０により波長選択される。したがって、各横モードの発振波長を所定の波長幅内に収めることができ、半導体レーザ素子において、横モード毎の発振波長のばらつきを小さくすることができる。
【0066】
以上、実施形態１において、第１ｎ側半導体層１１をｎ側光ガイド層とし、また、第２ｎ側半導体層１２をｎ側クラッド層として説明をしたが、本開示はこれに限られない。例えば、第２ｎ側半導体層１２と基板２の間に他の半導体層をｎ側クラッド層として設けてもよい。このとき、第１ｎ側半導体層１１と第２ｎ側半導体層１２はともにｎ側光ガイド層であってもよい。また、活性層３０と第１ｎ側半導体層１１との間に半導体層をｎ側光ガイド層として設けてもよい。このとき、第１ｎ側半導体層１１と第２ｎ側半導体層１２はともにｎ側クラッド層であってもよい。もしくは、第１ｎ側半導体層１１がｎ側光ガイド層であり、第２ｎ側半導体層１２がｎ側クラッド層としてもよい。したがって、回折格子６０は、ｎ側光ガイド層とｎ側光ガイド層との間、ｎ側光ガイド層とｎ側クラッド層との間、またはｎ側クラッド層とｎ側クラッド層との間のいずれの位置に設けられていてもよい。
また、回折格子６０は、ｐ側半導体層側に設けてもよい。例えば、活性層３０と第１ｐ側半導体層２１との間、及び／または第２ｐ側半導体層２２と第２電極６との間に他の半導体層を設けてもよい。したがって、回折格子６０は、ｐ側光ガイド層とｐ側光ガイド層との間、ｐ側光ガイド層とｐ側クラッド層との間、またはｐ側クラッド層とｐ側クラッド層との間のいずれの位置に設けられていてもよい。
また、回折格子６０は、ｐ側半導体層側に設けてもよい。例えば、活性層３０と第１ｐ側半導体層２１との間、及び／または第２ｐ側半導体層２２と第２電極６との間に他の半導体層を設けてもよい。したがって、回折格子６０は、ｐ側光ガイド層とｐ側光ガイド層との間、ｐ側光ガイド層とｐ側クラッド層との間、またはｐ側クラッド層とｐ側クラッド層との間のいずれの位置に設けられていてもよい。
【0067】
２．製造方法
本実施形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法は、
（ｉ）基板を準備する工程と、
（ｉｉ）半導体層部及び回折格子を形成する工程と、
（ｉｉｉ）リッジを形成する工程と、
（ｉｖ）電極を形成する工程と、
を含む。半導体層部の各半導体層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線気相成長）法、またはスパッタリング法等、当該分野で公知のいずれの方法によって形成することができる。
本実施形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法は、
（ｉ）基板を準備する工程と、
（ｉｉ）半導体層部及び回折格子を形成する工程と、
（ｉｉｉ）リッジを形成する工程と、
（ｉｖ）電極を形成する工程と、
を含む。半導体層部の各半導体層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線気相成長）法、またはスパッタリング法等、当該分野で公知のいずれの方法によって形成することができる。
【0068】
（ｉ）基板を準備する工程
まず、例えばＧａＮからなる基板２を準備する。
まず、例えばＧａＮからなる基板２を準備する。
【0069】
（ｉｉ）半導体層部及び回折格子を形成する工程
次に、図５Ａに示すように、基板２上に、第２ｎ側半導体層１２を形成する。基板２上に下地層を設けてから第２ｎ側半導体層１２を形成してもよい。
次に、図５Ａに示すように、基板２上に、第２ｎ側半導体層１２を形成する。基板２上に下地層を設けてから第２ｎ側半導体層１２を形成してもよい。
【0070】
回折格子６０を形成する方法としては、まず、第２ｎ側半導体層１２を形成した後、図５Ｂに示すように、マスクパターン８０を形成する。マスクパターン８０を形成する方法としては、例えば、二重レジスト法、密着マスク露光法、電子線描画法、位相シフト法等の当該分野で公知の方法を利用した、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程等がある。次に、該マスクパターン８０をマスクとしてエッチングして第１凹部６３と第１凸部６１とを形成する。その後、図５Ｃに示すように、マスクパターン８０を除去し、第２ｎ側半導体層１２の第１凹部６３を、第１ｎ側半導体層１１の第２凸部６２で埋め込むことにより形成することができる。
【0071】
この際のマスクパターン８０は、種々のレジスト、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＡｌＮ、ＳｉＮ等の酸化物や窒化物、ニッケル、クロム等の金属の単層膜又は多層膜を用いて形成することができる。これらの膜厚は、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下で形成することが好ましい。これにより、第１凸部６１及び第２凸部６２の高さを所望の高さに形成することが可能となる。
【0072】
特に、マスクパターン８０として、低屈折率の部材、例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ、ＡｌＮ等を用いてパターニングする場合、マスクパターン８０を除去しないまま、第１ｎ側半導体層１１を成長させてもよい。これにより、第１凸部６１上面に、窒化物半導体よりも低屈折率の部材が配置されることになるが、この低屈折率の部材により、回折格子６０の効果をより向上させることができる。
【0073】
また、マスクパターン８０を用いて半導体層をエッチングして第１凸部６１と第１凹部６３とを形成する場合のエッチングは、例えば、ドライエッチングにより行う。例えば、ドライエッチングを利用する場合には、０．０５Ｐａ～１０Ｐａの範囲内の圧力（一定圧力又は適宜変更した圧力）でエッチングすることが好ましい。これにより、所望の深さのエッチングを効率的に行うことができる。
【0074】
第１ｎ側半導体層１１を形成した後、図５Ｄに示すように、第１ｎ側半導体層１１の上に、活性層３０、第２層２０を順に形成し、半導体層部３を準備する。第２層２０は、基板２側から順に、第１ｐ側半導体層２１、第２ｐ側半導体層２２を形成してもよい。
活性層３０が多重量子井戸構造である場合、基板２側から順に障壁層と井戸層とを所望の層数だけ交互に形成し、活性層３０を形成する。なお、この場合、活性層３０を形成する工程は、障壁層を形成する工程で終了される。
活性層３０が多重量子井戸構造である場合、基板２側から順に障壁層と井戸層とを所望の層数だけ交互に形成し、活性層３０を形成する。なお、この場合、活性層３０を形成する工程は、障壁層を形成する工程で終了される。
【0075】
（ｉｉｉ）リッジを形成する工程
リッジ７０は、図５Ｅに示すように、半導体層部３を形成した後、半導体層部３の表面に形成する。リッジ７０は、幅狭部と、幅狭部よりも導波路幅広い幅広部を形成するように設けられる。
例えば、第２ｐ側半導体層２２（ｐ側クラッド層）のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ2）よりなる保護膜を形成し、その後、保護膜の上に所定の形状のマスクを形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置等を利用し、フォトリソグラフィ技術により、ストライプ状およびテーパー状の保護膜８１を形成する。保護膜８１のうち、テーパー状の部分の幅はストライプ状の部分の幅よりも大きくする。この保護膜８１をマスクとして用いて、例えば、第２ｐ側半導体層２２をエッチングすることにより、リッジ７０を形成することができる。リッジ７０は、通常、第２ｐ側半導体層２２からエッチングされ、活性層３０よりも第２層２０側に形成することが好ましい。例えば、リッジ７０は、第２ｐ側半導体層２２の途中までエッチングして形成されてもよいし、第２ｐ側半導体層２２から第１ｐ側半導体層２１の途中に至るまでエッチングして形成されてもよい。
リッジ７０は、図５Ｅに示すように、半導体層部３を形成した後、半導体層部３の表面に形成する。リッジ７０は、幅狭部と、幅狭部よりも導波路幅広い幅広部を形成するように設けられる。
例えば、第２ｐ側半導体層２２（ｐ側クラッド層）のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ2）よりなる保護膜を形成し、その後、保護膜の上に所定の形状のマスクを形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置等を利用し、フォトリソグラフィ技術により、ストライプ状およびテーパー状の保護膜８１を形成する。保護膜８１のうち、テーパー状の部分の幅はストライプ状の部分の幅よりも大きくする。この保護膜８１をマスクとして用いて、例えば、第２ｐ側半導体層２２をエッチングすることにより、リッジ７０を形成することができる。リッジ７０は、通常、第２ｐ側半導体層２２からエッチングされ、活性層３０よりも第２層２０側に形成することが好ましい。例えば、リッジ７０は、第２ｐ側半導体層２２の途中までエッチングして形成されてもよいし、第２ｐ側半導体層２２から第１ｐ側半導体層２１の途中に至るまでエッチングして形成されてもよい。
【0076】
（ｉｖ）電極を形成する工程
図５Ｆに示すように、リッジ７０の上面に第２電極６を形成し、基板２の下面に第１電極５を形成する。
第２電極６は、リッジ７０の上面に接し、かつリッジ７０の上面を被覆して形成される。第２電極６がリッジ７０の上面以外と接触して形成されることを防止するために、半導体層部３の上面うち、リッジ７０の上面にマスクをして、半導体層部３の上面に絶縁部材４を配置する。絶縁部材４は、例えば、スパッタリング等で配置される。その後、マスクとマスク上に配置された絶縁部材４を、例えば、エッチングで除去する。これにより露出したリッジ７０の上面に、例えばスパッタリングで第２電極６を形成する。
図５Ｆに示すように、リッジ７０の上面に第２電極６を形成し、基板２の下面に第１電極５を形成する。
第２電極６は、リッジ７０の上面に接し、かつリッジ７０の上面を被覆して形成される。第２電極６がリッジ７０の上面以外と接触して形成されることを防止するために、半導体層部３の上面うち、リッジ７０の上面にマスクをして、半導体層部３の上面に絶縁部材４を配置する。絶縁部材４は、例えば、スパッタリング等で配置される。その後、マスクとマスク上に配置された絶縁部材４を、例えば、エッチングで除去する。これにより露出したリッジ７０の上面に、例えばスパッタリングで第２電極６を形成する。
【0077】
第１電極５は、第２ｐ側半導体層２２と電気的に接続するように配置される。基板２が導電性を有する場合、第１電極５は、基板２の下面に形成することができる。第１電極５は、例えば、スパッタリングで形成される。
第１電極５及び第２電極６は、スパッタリング以外に、公知の方法を適宜用いて形成することができる。第１電極５及び第２電極６は、例えば、レジストを用いたリフトオフプロセスやエッチングプロセスにより形成することができる。
なお、第１電極５と基板２との間に透光性電極を形成してもよい。また、第１電極は、第１ｎ側半導体層１１又は第２ｎ側半導体層１２に直接形成してもよい。
第１電極５及び第２電極６は、スパッタリング以外に、公知の方法を適宜用いて形成することができる。第１電極５及び第２電極６は、例えば、レジストを用いたリフトオフプロセスやエッチングプロセスにより形成することができる。
なお、第１電極５と基板２との間に透光性電極を形成してもよい。また、第１電極は、第１ｎ側半導体層１１又は第２ｎ側半導体層１２に直接形成してもよい。
【0078】
電極を形成する工程の後、第１面１ａに反射コートを形成し、第２面１ｂに無反射コートを形成してもよい。反射コート及び無反射コートは、蒸着、スパッタ等で形成することができる。反射コート及び無反射コートは、半導体層部及び回折格子を形成する工程であればいずれのタイミングで形成してもよい。
【0079】
３．実施形態２
実施形態２に係る半導体レーザ素子１０１は、図６に示すように、幅広部が、幅が一定である第２領域５６を有する点で実施形態１に係る半導体レーザ素子１と異なる。ここで、一定とは、例えば、０％以上１０％以下の範囲で幅が変化することを含む。
第２領域５６は、第１領域５５に連続して接続する。第２領域５６は、例えば、第１領域５５と第２端面５２との間に位置する。第２領域５６の一端面５６ａは、例えば、第２端面５２に含まれる。回折格子６０は、例えば、第２領域５６に設けられる。回折格子６０は、第１領域５５と第２領域５６とにまたがって設けられてもよい。
実施形態２に係る半導体レーザ素子１０１は、図６に示すように、幅広部が、幅が一定である第２領域５６を有する点で実施形態１に係る半導体レーザ素子１と異なる。ここで、一定とは、例えば、０％以上１０％以下の範囲で幅が変化することを含む。
第２領域５６は、第１領域５５に連続して接続する。第２領域５６は、例えば、第１領域５５と第２端面５２との間に位置する。第２領域５６の一端面５６ａは、例えば、第２端面５２に含まれる。回折格子６０は、例えば、第２領域５６に設けられる。回折格子６０は、第１領域５５と第２領域５６とにまたがって設けられてもよい。
【0080】
このように第２領域５６に回折格子６０を設けることで、回折格子６０における光の伝播方向Ｄ１が回折格子６０に直交する。具体的には、回折格子６０における光の伝播方向Ｄ１が、各第１凸部６１が延びる方向及び各第２凸部６２が延びる方向、すなわち第２方向Ｙに直交する。これにより、回折格子６０を伝播する光の波面と回折格子６０とが平行になり、伝播する光の損失を低減できる。また、半導体レーザ素子１の発振波長のばらつきを小さくできる。
【0081】
４．実施形態３
実施形態３に係る半導体レーザ素子２０１は、図７に示すように、上面視において、回折格子２６０が第１端面５１から第２端面５２に向けて凸状に湾曲して配置されている点で実施形態１に係る半導体レーザ素子１と異なる。
各第１凸部２６１及び各第２凸部２６２はそれぞれ、上面視において、第１端面５１から第２端面５２に向けて凸状に湾曲して配置されている。各第１凸部２６１の内周の接線Ｌ１及び各第２凸部２６２の内周の接線Ｌ２はそれぞれ、例えば、伝播する光の波面に対して平行である。
実施形態３に係る半導体レーザ素子２０１は、図７に示すように、上面視において、回折格子２６０が第１端面５１から第２端面５２に向けて凸状に湾曲して配置されている点で実施形態１に係る半導体レーザ素子１と異なる。
各第１凸部２６１及び各第２凸部２６２はそれぞれ、上面視において、第１端面５１から第２端面５２に向けて凸状に湾曲して配置されている。各第１凸部２６１の内周の接線Ｌ１及び各第２凸部２６２の内周の接線Ｌ２はそれぞれ、例えば、伝播する光の波面に対して平行である。
【0082】
このように回折格子２６０が第１端面５１から第２端面５２に向けて凸状に湾曲して配置されていることで、回折格子２６０における光の伝播方向Ｄ２を回折格子２６０に直交させることができる。これにより、回折格子２６０を伝播する光の波面と回折格子２６０とが平行になり、伝播する光の損失を低減できる。また、半導体レーザ素子１の発振波長のばらつきを小さくできる。
【0083】
なお、上記のように湾曲した回折格子２６０は、実施形態２に係る半導体レーザ素子１０１において、回折格子が第１領域５５に設けられる場合にも適用可能である。
【0084】
５．実施形態４
図８に示すように、実施形態４は、上記の実施形態１から実施形態３に係る半導体レーザ素子１、１０１、２０１のいずれかを含む、光源装置４００に関する。光源装置４００は、波長ビーム結合ＷＢＣ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｂｅａｍ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）に用いることができる。これにより、光源装置の出力を向上させることができる。
図８に示すように、実施形態４は、上記の実施形態１から実施形態３に係る半導体レーザ素子１、１０１、２０１のいずれかを含む、光源装置４００に関する。光源装置４００は、波長ビーム結合ＷＢＣ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｂｅａｍ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）に用いることができる。これにより、光源装置の出力を向上させることができる。
【0085】
光源装置４００は、複数の光源部９１と、合波用回折格子９３と、を備える。複数の光源部９１はそれぞれ、実施形態１から実施形態３のいずれかに係る半導体レーザ素子１（又は１０１、又は２０１）と、コリメートレンズ９２と、を備える。各光源部９１の半導体レーザ素子１の発振波長λ１、λ２、・・・、λｑは、それぞれ異なる。ｑは複数の光源部９１を区別するための整数である。なお、半導体レーザ素子１は縦マルチモード型の半導体レーザであり、各光源部９１から出力される発振波長λｑには複数の発振波長が含まれる。ただし、すべての発振波長λｑにおいて、縦モード数は一致しなくてもよい。コリメートレンズ９２は、半導体レーザ素子１（又は１０１、又は２０１）から出射される光が入射する位置に配置される。なお、光源部９１は、１つの半導体レーザ素子１（又は１０１、２０１）と、１つのコリメートレンズ９２の組のみからなる必要はなく、これらを複数組備えていてもよい。これにより、光源部９１の発振波長λｑ毎の出力を高めることができる。
【0086】
合波用回折格子９３は、複数の光源部９１から出射される光を合波する。合波用回折格子９３は、例えば、周期的に配列された溝と突起とを含む。各光源部９１は、コリメートレンズ９２から出射された光が合波用回折格子９３に入射する入射角度αと、合波用回折格子９３によって回折された光の回折角度βと、の関係が以下の式４を満たすように、配置される。
【0087】
（式４）
【0088】
式４において、Ｇは合波用回折格子９３の回折格子の溝本数（ｇ／ｍｍ）、ｌは次数、λは半導体レーザ素子１の発振波長（ｎｍ）である。
【0089】
各光源部９１から出力される発振波長λｑは複数の発振波長を含み、各発振波長と対応する回折角度βは異なる。しかし、光源部９１に含まれる半導体レーザ素子１は幅広部に回折格子が設けられており、発振波長のばらつきが小さい。例えば、横モード毎の発振波長は、波長幅０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲に含まれる。これにより、横モード毎の発振波長と対応する回折角度βのずれが小さくなる。したがって、各光源部９１から出射された光を合波用回折格子９３によってほぼ同じ回折角度として合波することができる。これにより、光源装置４００から出射される光は、高い光出力を有する。
上記のように構成された光源装置４００から出射される光は、例えば、マルチモードファイバに導入される。マルチモードファイバのコア径は、各半導体レーザ素子１の第２端面（光出射面）５２の幅よりも大きい。マルチモードファイバのコア径は、例えば、９０μｍ以上４００μｍ以下である。
上記のように構成された光源装置４００から出射される光は、例えば、マルチモードファイバに導入される。マルチモードファイバのコア径は、各半導体レーザ素子１の第２端面（光出射面）５２の幅よりも大きい。マルチモードファイバのコア径は、例えば、９０μｍ以上４００μｍ以下である。
【0090】
６．変形例
実施形態１から実施形態４に係る半導体レーザ素子１、１０１、２０１は、ＤＦＢ型の半導体レーザ素子であったが、分布反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザの半導体レーザ素子であってもよい。ＤＢＲ型の半導体レーザ素子の場合、回折格子６０が設けられる位置の直上または直下には、電極は含まれない。例えば、幅狭部は活性層を含み、また幅広部は活性層を含まない。
実施形態１から実施形態４に係る半導体レーザ素子１、１０１、２０１は、ＤＦＢ型の半導体レーザ素子であったが、分布反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザの半導体レーザ素子であってもよい。ＤＢＲ型の半導体レーザ素子の場合、回折格子６０が設けられる位置の直上または直下には、電極は含まれない。例えば、幅狭部は活性層を含み、また幅広部は活性層を含まない。
【0091】
７．他の構成
また、例えば、本開示は、以下のような構成をとることができる。
（項１）
基板と、
活性層を含む導波路を備え、前記基板上に配置される半導体層部と、
を備え、
前記導波路は、
回折格子を備える幅広部と、
前記幅広部よりも導波路幅が狭く、前記活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、
を含み、
前記導波路は、前記幅狭部の端面を含む第１端面と、前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、
前記幅広部は、
前記幅狭部と連続して接続され、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、
を備える、半導体レーザ素子。
（項２）
前記導波路は、第２領域をさらに含み、
前記第２領域は前記第１領域と連続して接続され、
前記第２領域における導波路幅は一定であり、
前記第２領域は、前記回折格子を含む、項１に記載の半導体レーザ素子。
（項３）
前記半導体層部は、第１屈折率を有する第１半導体層と、前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２半導体層とを含み、
前記回折格子では、該回折格子における光伝播方向において、前記第１半導体層の表面に設けられた１以上の第１凸部と、前記第２半導体層の表面に設けられた１以上の第２凸部とが、周期的に配置されている、項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
（項４）
前記第１半導体層は、前記活性層と前記第２半導体層との間に配置されている、項３に記載の半導体レーザ素子。
（項５）
前記各第１凸部と前記各第２凸部はそれぞれ、前記第２端面に平行に配置されている、項３または４に記載の半導体レーザ素子。
（項６）
前記各第１凸部と前記各第２凸部とはそれぞれ、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて凸状に湾曲して配置されている、項３または４に記載の半導体レーザ素子。
（項７）
前記各第１凸部の内周の接線及び前記各第２凸部の内周の接線はそれぞれ、伝搬光の波面に対して平行である、項６に記載の半導体レーザ素子。
（項８）
前記第２端面から発せられる光の合計出力のうち９０％以上の出力が、波長幅０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲に含まれる、項１から７のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項９）
前記回折格子が設けられる部分の導波路幅は、前記幅狭部における導波路幅の２倍以上４倍以下である、項１から８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１０）
前記幅狭部において、導波路幅は１５μｍ以上９０μｍ以下である、項１から９のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１１）
前記回折格子が設けられる部分の導波路幅は、３０μｍ以上３６０μｍ以下である、項１から１０のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１２）
前記第１端面から前記回折格子までの距離は、整数ｍと、各横モードの実効屈折率ｎｅｆｆと、各横モードの真空中での波長λ0と、を用いて、
（ｍ＋１／４）×λ0／ｎｅｆｆ
と表される、項１から１１のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１３）
前記第２端面から出射される光のＭ２因子は、５以上５０以下である、項１から１２のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１４）
複数の光源部と、
合波用回折格子と、を備え、
前記複数の光源部のそれぞれは、
項１から１３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射される光が入射する位置に設けられたコリメートレンズと、を備え、
前記合波用回折格子は、前記複数の光源部から出射される光を合波する、光源装置。
また、例えば、本開示は、以下のような構成をとることができる。
（項１）
基板と、
活性層を含む導波路を備え、前記基板上に配置される半導体層部と、
を備え、
前記導波路は、
回折格子を備える幅広部と、
前記幅広部よりも導波路幅が狭く、前記活性層で生じる光が横マルチモードで伝播する幅狭部と、
を含み、
前記導波路は、前記幅狭部の端面を含む第１端面と、前記第１端面の反対側に位置する第２端面と、を備え、
前記幅広部は、
前記幅狭部と連続して接続され、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて導波路幅が広がる第１領域と、
を備える、半導体レーザ素子。
（項２）
前記導波路は、第２領域をさらに含み、
前記第２領域は前記第１領域と連続して接続され、
前記第２領域における導波路幅は一定であり、
前記第２領域は、前記回折格子を含む、項１に記載の半導体レーザ素子。
（項３）
前記半導体層部は、第１屈折率を有する第１半導体層と、前記第１屈折率とは異なる第２屈折率を有する第２半導体層とを含み、
前記回折格子では、該回折格子における光伝播方向において、前記第１半導体層の表面に設けられた１以上の第１凸部と、前記第２半導体層の表面に設けられた１以上の第２凸部とが、周期的に配置されている、項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
（項４）
前記第１半導体層は、前記活性層と前記第２半導体層との間に配置されている、項３に記載の半導体レーザ素子。
（項５）
前記各第１凸部と前記各第２凸部はそれぞれ、前記第２端面に平行に配置されている、項３または４に記載の半導体レーザ素子。
（項６）
前記各第１凸部と前記各第２凸部とはそれぞれ、前記第１端面側から前記第２端面側に向けて凸状に湾曲して配置されている、項３または４に記載の半導体レーザ素子。
（項７）
前記各第１凸部の内周の接線及び前記各第２凸部の内周の接線はそれぞれ、伝搬光の波面に対して平行である、項６に記載の半導体レーザ素子。
（項８）
前記第２端面から発せられる光の合計出力のうち９０％以上の出力が、波長幅０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下の範囲に含まれる、項１から７のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項９）
前記回折格子が設けられる部分の導波路幅は、前記幅狭部における導波路幅の２倍以上４倍以下である、項１から８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１０）
前記幅狭部において、導波路幅は１５μｍ以上９０μｍ以下である、項１から９のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１１）
前記回折格子が設けられる部分の導波路幅は、３０μｍ以上３６０μｍ以下である、項１から１０のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１２）
前記第１端面から前記回折格子までの距離は、整数ｍと、各横モードの実効屈折率ｎｅｆｆと、各横モードの真空中での波長λ0と、を用いて、
（ｍ＋１／４）×λ0／ｎｅｆｆ
と表される、項１から１１のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１３）
前記第２端面から出射される光のＭ２因子は、５以上５０以下である、項１から１２のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
（項１４）
複数の光源部と、
合波用回折格子と、を備え、
前記複数の光源部のそれぞれは、
項１から１３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射される光が入射する位置に設けられたコリメートレンズと、を備え、
前記合波用回折格子は、前記複数の光源部から出射される光を合波する、光源装置。
【0092】
以上、本開示の実施形態及び変形例を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施形態及び変形例における要素の組合せや順序の変化等は請求された本開示の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【符号の説明】
【0093】
１、１０１、２０１ 半導体レーザ素子
１ａ 第１面
１ｂ 第２面
２ 基板
３ 半導体層部
４ 絶縁部材
５ 第１電極
６ 第２電極
１０ 第１層
１１ 第１ｎ側半導体層
１２ 第２ｎ側半導体層
２０ 第２層
２１ 第１ｐ側半導体層
２２ 第２ｐ側半導体層
３０ 活性層
５０、１５０ 導波路
５１ 第１端面
５２ 第２端面
５３ 幅狭部
５４、１５４ 幅広部
５５ 第１領域
５６ 第２領域
６０、２６０、５６０ 回折格子
６１、２６１ 第１凸部
６２、２６２ 第２凸部
６３ 第１凹部
７０ リッジ
８０ マスクパターン
８１ 保護膜
９１ 光源部
９２ コリメートレンズ
９３ 合波用回折格子
４００ 光源装置
ｄ１、ｄ２ 距離
ｚ１、ｚ２ 高さ
ｙ１～ｙ４ 幅
ｘ１、ｘ２ 幅
Ｄ 光の伝播方向
Ｌ１、Ｌ２ 接線
Ｐ ピッチ
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向
１ａ 第１面
１ｂ 第２面
２ 基板
３ 半導体層部
４ 絶縁部材
５ 第１電極
６ 第２電極
１０ 第１層
１１ 第１ｎ側半導体層
１２ 第２ｎ側半導体層
２０ 第２層
２１ 第１ｐ側半導体層
２２ 第２ｐ側半導体層
３０ 活性層
５０、１５０ 導波路
５１ 第１端面
５２ 第２端面
５３ 幅狭部
５４、１５４ 幅広部
５５ 第１領域
５６ 第２領域
６０、２６０、５６０ 回折格子
６１、２６１ 第１凸部
６２、２６２ 第２凸部
６３ 第１凹部
７０ リッジ
８０ マスクパターン
８１ 保護膜
９１ 光源部
９２ コリメートレンズ
９３ 合波用回折格子
４００ 光源装置
ｄ１、ｄ２ 距離
ｚ１、ｚ２ 高さ
ｙ１～ｙ４ 幅
ｘ１、ｘ２ 幅
Ｄ 光の伝播方向
Ｌ１、Ｌ２ 接線
Ｐ ピッチ
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】