特許 6998774 半導体レーザ素子、チップオンサブマウント、および半導体レーザモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-23

(45)【発行日】2022-02-10

(54)【発明の名称】半導体レーザ素子、チップオンサブマウント、および半導体レーザモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/22 20060101AFI20220203BHJP

【ＦＩ】

H01S5/22

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2017561185

(86)(22)【出願日】2017-01-13

(86)【国際出願番号】 JP2017001023

(87)【国際公開番号】W WO2017122782

(87)【国際公開日】2017-07-20

【審査請求日】2019-09-24

(31)【優先権主張番号】62/278,234

(32)【優先日】2016-01-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鍛治 栄作

(72)【発明者】

【氏名】大木 泰

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０３１９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０７７４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－０５１７７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００３－１０１１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５１２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０２１９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２２７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６４３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２１５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５０２０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第９５／０１３６３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０１－２７３３７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子において、
出射方向前側の前記導波路の端面の水平方向の幅と出射方向後側の前記導波路の端面の水平方向の幅とが実質的に同じ第１の幅であり、
前記出射方向前側の前記導波路で幅が一定である領域の長さは、前記導波路の全長の８０％以下であって、前記出射方向前側を切断する際の加工精度以上であり、
前記出射方向後側の前記導波路で幅が一定である領域の長さは、５μｍ以上であって、前記出射方向後側を劈開する際の加工精度以上であり、
前記出射方向前側の端面における前記導波路の幅と、前記出射方向後側の端面における前記導波路の幅とが実質的に同じであり、
前記出射方向前側の端面と前記出射方向後側の端面との間の少なくとも一部で、前記導波路の幅が前記第１の幅よりも狭くなっている、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。

【請求項2】

前記出射方向前側の端面と前記出射方向後側の端面との間の導波路で最も狭い幅は、３０μｍ以上７５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項3】

前記導波路に電流を注入するための電流注入領域は、前記導波路より上面方向で前記導波路の幅方向の両端より内側に設けられ、出射方向前側の端面と出射方向後側の端面との間の少なくとも一部で、水平方向の幅が前記出射方向前側の端面における前記電流注入領域の水平方向の幅よりも狭くなっている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ素子。

【請求項4】

導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子において、
出射方向前側の端面と出射方向後側の端面との間の少なくとも一部で、前記導波路に電流を注入するための電流注入領域は、前記導波路より上面方向で前記導波路の幅方向の両端より内側に設けられ、水平方向の幅がその他領域における電流注入領域の水平方向の幅よりも狭くなっており、
前記出射方向前側の前記導波路で幅が一定である領域の長さは、前記導波路の全長の８０％以下であって、前記出射方向前側を切断する際の加工精度以上であり、
前記出射方向後側の前記導波路で幅が一定である領域の長さは、５μｍ以上であって、前記出射方向後側を劈開する際の加工精度以上であり、
前記出射方向前側の端面における前記導波路の幅と、前記出射方向後側の端面における前記導波路の幅とが実質的に同じである、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。

【請求項5】

前記出射方向前側の端面または前記出射方向後側の端面の近傍に、前記電流注入領域が形成されていない電流非注入領域が設けられていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体レーザ素子。

【請求項6】

導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子において、
前記導波路に電流を注入するための電流注入領域は、前記導波路より上面方向で前記導波路の幅方向の両端より内側に設けられ、
前記導波路の水平方向の幅から前記導波路に電流を注入するための電流注入領域の水平方向の幅を引いたものを２で除した値をカバレッジ幅としたときに、
出射方向前側の端面と出射方向後側の端面との間の少なくとも一部で、前記カバレッジ幅が５μｍより広い、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。

【請求項7】

前記カバレッジ幅が２３μｍ以下である、ことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素子。

【請求項8】

前記カバレッジ幅が１５μｍ以下である、ことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素子。

【請求項9】

前記カバレッジ幅が前記導波路の幅の１５．３％以下である、ことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素子。

【請求項10】

前記カバレッジ幅が前記導波路の幅の１０％以下である、ことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素子。

【請求項11】

請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子への電力の供給経路であり、かつ、前記半導体レーザ素子から発生する熱を放熱する、前記半導体レーザ素子を固定するためのマウントと、
を備えることを特徴とするチップオンサブマウント。

【請求項12】

請求項１１に記載のチップオンサブマウントに備えられた前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ファイバに結合させる光学系を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。

【請求項13】

前記半導体レーザ素子から前記光ファイバまでの光路の途中に、前記半導体レーザ素子の発振波長を固定するための回折格子を備えることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザ素子、チップオンサブマウント、および半導体レーザモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体レーザ素子は、光通信用途や産業加工用途などのレーザ光源として広く活用されている。光通信用途では、光ファイバを介してレーザ光を長距離（例えば数百キロメートル）伝搬させる必要があり、光信号の品質劣化を抑制するためにシングルモードのレーザ光が使用されることが一般的である。一方、産業加工用途では、光通信用途のレーザ光と比較すると高出力が必要とされるが、長距離を伝搬させる必要はないので、高出力に有利なマルチモードのレーザ光が使用されるのが一般的である。マルチモードのレーザ光を発振する端面発光型の半導体レーザ素子では、導波路の幅を広く構成し、導波路内で複数モードのレーザ光の発振を許容する構成が採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第８５３７８６９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、マルチモードのレーザ光を発振する端面発光型の半導体レーザ素子では、端面から出射されるレーザ光の放射角を小さく抑えるという課題が存在する。

【0005】

マルチモードの半導体レーザの出射方向前側端面における導波路幅を広げると、前側端面における光密度が下がるので、端面故障低減の観点から好ましい。しかし、導波路幅を広げ過ぎると、マルチモードファイバへの光結合効率が低下してしまう。光結合効率を一定にするためには、導波路幅と放射角の積を一定にすることが求められる。つまり、より広い導波路幅を実現するためには、より狭い放射角が必要となる。ちなみにシングルモードの半導体レーザでは、シングルモード性を維持する導波路幅の制限があるので、信頼性向上が顕著となるほど、導波路幅を大きく拡大することは難しい。

【0006】

マルチモードの半導体レーザの光は、一般的に、マルチモードファイバに結合して利用される。後述するように、マルチモードファイバに対しては、複数のマルチモードの半導体レーザからの出射光をまとめて結合させることができる。マルチモードの半導体レーザの放射角が小さいと、より多数のマルチモードの半導体レーザからの出射光を結合させることができる。つまり１つのマルチモードファイバからの光出力が向上するので好ましい。

【0007】

この課題につき、例えば、導波路ストライプの外側にａｎｔｉ－ｗａｖｅｇｕｉｄｉｎｇ ｌａｙｅｒを設けることによって、高次のモードを抑制し、放射角を小さくする方法などの試みが知られている（例えば特許文献１参照）。

【0008】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、導波モードがマルチモードの端面発光型の半導体レーザ素子において、端面から出射されるレーザ光の放射角を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子において、出射方向前側の前記導波路の端面の水平方向の幅と出射方向後側の前記導波路の端面の水平方向の幅とが実質的に同じ第１の幅であり、前記出射方向前側の端面と前記出射方向後側の端面との間の少なくとも一部で、前記導波路の幅が前記第１の幅よりも狭くなっている、ことを特徴とする。

【0010】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記出射方向前側における導波路領域の幅が一定である範囲の長さと前記出射方向前側の端面から前記出射方向後側の端面までの全長との比が、２０％以上５６％以下である、ことを特徴とする。

【0011】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記出射方向前側の端面と前記出射方向後側の端面との間の導波路で最も狭い幅は、３０μｍ以上７５μｍ以下であることを特徴とする。

【0012】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記導波路に電流を注入するための電流注入領域は、出射方向前側の端面と出射方向後側の端面との間の少なくとも一部で、水平方向の幅が前記出射方向前側の端面における前記電流注入領域の水平方向の幅よりも狭くなっている、ことを特徴とする。

【0013】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子において、出射方向前側の端面と出射方向後側の端面との間の少なくとも一部で、前記導波路に電流を注入するための電流注入領域の水平方向の幅がその他領域における電流注入領域の水平方向の幅よりも狭くなっている、ことを特徴とする。

【0014】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記出射方向前側の端面または前記出射方向後側の端面の近傍に、前記電流注入領域が形成されていない電流非注入領域が設けられていることを特徴とする。

【0015】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子において、前記導波路の水平方向の幅から前記導波路に電流を注入するための電流注入領域の水平方向の幅を引いたものを２で除した値をカバレッジ幅としたときに、出射方向前側の端面と出射方向後側の端面との間の少なくとも一部で、前記カバレッジ幅が５μｍより広い、ことを特徴とする。

【0016】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記カバレッジ幅が２３μｍ以下である、ことを特徴とする。

【0017】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記カバレッジ幅が１５μｍ以下である、ことを特徴とする。

【0018】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記カバレッジ幅が前記導波路の幅の１５．３％以下である、ことを特徴とする。

【0019】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、前記カバレッジ幅が前記導波路の幅の１０％以下である、ことを特徴とする。

【0020】

また、本発明の一態様に係るチップオンサブマウントは、上記記載の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子への電力の供給経路であり、かつ、前記半導体レーザ素子から発生する熱を放熱する、前記半導体レーザ素子を固定するためのマウントと、を備えることを特徴とする。

【0021】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、上記記載のチップオンサブマウントに備えられた前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ファイバに結合させる光学系を備えることを特徴とする。

【0022】

また、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子から前記光ファイバまでの光路の途中に、前記半導体レーザ素子の発振波長を固定するための回折格子を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係る半導体レーザ素子、チップオンサブマウント、および半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子の端面から出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、比較例に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。

【図2】図２は、比較例に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示したＢ線断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。

【図4】図４は、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す工程の一部を模式的に示した図である。

【図5】図５は、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す工程の一部の比較例を模式的に示した図である。

【図6】図６は、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す工程の一部のもう一つの比較例を模式的に示した図である。

【図7】図７は、第２実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。

【図9】図９は、第４実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。

【図10】図１０は、第５実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。

【図11】図１１は、第６実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。

【図12】図１２は、第７実施形態に係る半導体レーザモジュールの平面図である。

【図13】図１３は、第７実施形態に係る半導体レーザモジュールの一部切欠側面図である。

【図14】図１４は、長さＬに対する長さＬ_ｂ１の割合とＦＦＰｈとのグラフを示す図である。

【図15】図１５は、幅Ｗ_ｎとＦＦＰｈの変化とのグラフを示す図である。

【図16】図１６は、カバレッジ幅とＦＦＰｈの変化とのグラフを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子および半導体レーザモジュールを詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0026】

（比較例）
後に説明する本発明の実施形態の理解を容易ならしめるために、ここで比較例に係る半導体レーザ素子の構成を例示する。図１は、比較例に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図であり、図２は、比較例に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示したＢ線断面図である。図１および図２を参照しながら説明する半導体レーザ素子の一般的構成および用語の定義は、後に説明する本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子においても断りなく利用するものとする。

【0027】

図１に示すように、比較例に係る半導体レーザ素子１は、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとを共振器とする端面発光型の半導体レーザ素子である。ここで、出射方向前側とは、図中Ｚ軸の正方向であり、出射方向後側とは、図中Ｚ軸の負方向である。また、上面方向とは、半導体レーザ素子１における半導体層の積層方向であり、図中Ｙ軸方向であり、幅方向とは、出射方向に直交する水平方向であり、図中Ｘ軸方向をいう。

【0028】

図１に示すように、比較例に係る半導体レーザ素子１では、導波路領域Ｒ_１の上に電流注入領域Ｒ_２が形成されている。後に図２を参照しながら説明するように、電流注入領域Ｒ_２は、電極が取り付けられ、導波路領域Ｒ_１に電流を注入するための領域である。ここで導波路領域Ｒ_１とは、後に図２を参照しながら例示するような構造を有することにより、導波路層にレーザ光を閉じ込める作用を有する領域であり、機能的に定めることにする。なぜなら、図２に例示するようなリッジ構造の導波路では、導波路層自体には境界が存在していない一方、例えば埋め込み型の導波路では、導波路層自体に境界が存在するというように、導波路構造の種類を超えて、導波路領域Ｒ_１を画一的に規定することは困難であるからである。

【0029】

図２に示すように、比較例に係る半導体レーザ素子１は、リッジ構造を有する半導体レーザ素子を例示している。説明のために具体的構成を例示すれば、比較例に係る半導体レーザ素子１は、例えば、上部電極５と、下面に形成された下部電極６と、ｎ型のＧａＡｓからなる基板７と、基板７上に形成された半導体積層部２と、パッシベーション膜１５とを備えている。そして、半導体積層部２は、基板７上に順次形成された、ｎ型バッファ層８、ｎ型クラッド層９、ｎ型ガイド層１０、活性層１１、ｐ型ガイド層１２、ｐ型クラッド層１３、ｐ型コンタクト層１４を含むものとする。

【0030】

ｎ型バッファ層８は、ＧａＡｓからなり、基板７上に高品質のエピタキシャル層の積層構造を成長するための緩衝層である。ｎ型クラッド層９とｎ型ガイド層１０とは、積層方向に対する所望の光閉じ込め状態を実現するように、屈折率と厚さとが設定されたＡｌＧａＡｓからなる。なお、ｎ型ガイド層１０のＡｌ組成は、例えば１５％以上４０％未満である。また、ｎ型クラッド層９は、ｎ型ガイド層１０よりも屈折率が小さくなっている。また、ｎ型ガイド層１０の厚さは、５０ｎｍ以上、例えば１０００ｎｍ程度であることが好ましい。ｎ型クラッド層９の厚さは、１μｍ～３μｍ程度が好ましい。また、これらのｎ型半導体層は、ｎ型ドーパントとして例えば珪素（Ｓｉ）を含む。

【0031】

活性層１１は、下部バリア層、量子井戸層、上部バリア層を備え、単一の量子井戸（ＳＱＷ）構造を有する。下部バリア層および上部バリア層は、量子井戸層にキャリアを閉じ込める障壁の機能を有し、故意にドーピングをしない高純度のＡｌＧａＡｓからなる。量子井戸層は、故意にドーピングをしない高純度のＩｎＧａＡｓからなる。量子井戸層のＩｎ組成および膜厚、下部バリア層および上部バリア層の組成は、所望の発光中心波長（例えば９００ｎｍ～１０８０ｎｍ）に応じて設定される。なお、活性層１１の構造は、量子井戸層とその上下に形成されたバリア層の積層構造を所望の数だけ繰り返した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造でもよいし、単一量子井戸構造でもよい。また、上記では、故意にドーピングをしない高純度層での構成を説明したが、量子井戸層、下部バリア層および上部バリア層に故意にドナーやアクセプタが添加される場合もある。

【0032】

ｐ型ガイド層１２およびｐ型クラッド層１３は、上述のｎ型クラッド層９およびｎ型ガイド層１０と対になり、積層方向に対する所望の光閉じ込め状態を実現するように、屈折率と厚さとが設定されたＡｌＧａＡｓからなる。ｐ型ガイド層１２のＡｌ組成は、例えば１５％以上４０％未満である。ｐ型クラッド層１３は、ｐ型ガイド層１２よりも屈折率が小さくなっている。層中の光のフィールドをｎ型クラッド層９の方向にずらして導波路損失を小さくするために、ｐ型クラッド層１３のＡｌ組成はｎ型クラッド層９に比べて若干大きめに設定される。そして、ｐ型ガイド層１２のＡｌ組成は、ｐ型クラッド層１３のＡｌ組成に比べて小さく設定される。また、ｐ型ガイド層１２の厚さは、５０ｎｍ以上、例えば１０００ｎｍ程度であることが好ましい。ｐ型クラッド層１３の厚さは、１μｍ～３μｍ程度が好ましい。また、これらのｐ型半導体層は、ｐ型ドーパントとして炭素（Ｃ）を含む。ｐ型ガイド層１２のＣ濃度は、例えば０．１～１．０×１０^１７ｃｍ^－３に設定され、０．５～１．０×１０^１７ｃｍ^－３程度が好適である。ｐ型クラッド層１３のＣ濃度は、例えば１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上に設定される。また、ｐ型コンタクト層１４は、ＺｎまたはＣが高濃度にドーピングされたＧａＡｓからなる。半導体レーザ素子１の光は、積層方向であるＹ軸方向には主にｎ型ガイド層１０、活性層１１、ｐ型ガイド層１２の領域に存在する。よってこれらの層を合わせて導波路層とも呼ぶことができる。

【0033】

パッシベーション膜１５は、例えばＳｉＮ_ｘからなる絶縁膜であり、開口部Ａを有する。また、リッジ構造を有する比較例に係る半導体レーザ素子１では、開口部Ａの直下のｐ型クラッド層１３の少なくとも一部にＸ軸方向においてレーザ光を閉じ込めるためのリッジ構造が形成されている。

【0034】

ここで、リッジ構造を有するレーザ素子における導波路領域の水平方向の幅（図中では導波路幅と表記）とは、図２に示されるように、開口部Ａの直下に設けられたリッジ構造のＸ方向の幅であり、電流注入領域の水平方向の幅（図中では電流注入幅と表記）とは、開口部ＡのＸ方向の幅である。

【0035】

また、カバレッジ幅とは、導波路領域の水平方向の幅から電流注入領域の水平方向の幅を引いたものを２で除した値であり、計算式は以下の通りである。
カバレッジ幅＝（導波路幅－電流注入幅）／２
なお、導波路の左右におけるカバレッジ幅は、必ずしも同じ幅である必要はないが、素子から出射されるレーザ光の放射角などの対称性を考慮すると、左右が同じカバレッジ幅となることが好ましい。

【0036】

以下、各実施形態においても、導波路領域の水平方向の幅および電流注入領域の水平方向の幅を同様に定義するものとする。また、本発明の実施はリッジ構造を有するレーザ素子に限定されるものではないが、以下に説明する各実施形態のレーザ素子は、断面構造の説明を省略するが、図２に示した断面構造と同様の構造を有しているものとする。

【0037】

（第１実施形態）
図３は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。図３に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子である。また、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであり、一方で、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｎが幅Ｗ_ｂよりも狭くなっている。

【0038】

また、図３に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、電流注入領域Ｒ_２の両端に一定のマージンを設けるようにして、導波路領域Ｒ_１の上に電流注入領域Ｒ_２を形成しているので、結果的に、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ_２の幅が出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける電流注入領域Ｒ_２の幅よりも狭くなっている。

【0039】

ここで、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００の形状についてさらに詳しく例示する。出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の距離（つまり全長）Ｌは、いわゆる共振器長であり、例えば８００μｍ～６ｍｍであることが好ましく、３ｍｍ～５ｍｍであることがさらに好ましい。なお、半導体レーザ素子１００の幅Ｗは、幅Ｗ_ｂと比較して十分に広く設定されていれば特に限定されるものではない。

【0040】

図３に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００では、出射方向前側の導波路領域Ｒ_１に幅がＷ_ｂで一定（つまり平行）である部分が設けられている。この幅が一定である導波路領域Ｒ_１の長さＬ_ｂ１は、全長Ｌの８０％以下であることが好ましく、５０％以下であることが更に好ましい。また、長さＬ_ｂ１は、例えば５μｍ以上であることが好ましく、出射方向前側端面Ｓ_ｆを切断する際の加工精度以上とすることも可能である。長さＬ_ｂ１が長いほど、幅が狭くなっている導波路領域Ｒ_１が一部にとどまっているので、導波路領域Ｒ_１に電流を注入する際の電圧の上昇を抑えることができ好適である。一方、長さＬ_ｂ１が長すぎると、出射方向前側端面Ｓ_ｆから射出される際の放射角を抑制する効果が薄れてしまうからである。

【0041】

また、図３に示すように、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００では、出射方向後側の導波路領域Ｒ_１にも幅がＷ_ｂで一定（つまり平行）である部分が設けられている。この幅が一定である導波路領域Ｒ_１の長さＬ_ｂ２は、全長Ｌの１０％以下であることが好ましく、１％以下であることが更に好ましい。また、長さＬ_ｂ２は、例えば５μｍ以上であることが好ましく、出射方向後側端面Ｓ_ｂを劈開する際の加工精度以上とすることも可能である。なお、長さＬ_ｂ２は、長さＬ_ｂ１よりも短いことが好ましい。

【0042】

幅Ｗ_ｂは、例えば２０μｍ～４００μｍであることが好ましく、３０μｍ～２００μｍであることが更に好ましい。具体的な値を例示するならば、幅Ｗ_ｂは１００μｍとすることが好ましい。半導体レーザ素子１００の出射光を後段の光ファイバに結合させることを考慮すると、幅Ｗ_ｂを後段の光ファイバのコア径の±５０μｍ以内の値とすることが、光結合の観点から好適だからである。一般に、幅Ｗ_ｂを広げると、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける光密度が下がるので、端面故障の信頼性向上の観点から好ましい。しかし、幅Ｗ_ｂが広いと光結合効率が低下してしまう。光結合効率を一定にするためには、おおまかには幅Ｗ_ｂと放射角の積を一定にする必要がある。本発明によれば、放射角を小さくすることができるため、より信頼性が高い広いＷ_ｂを持った半導体レーザ素子でも同じ光結合効率が実現できる。

【0043】

既に述べたように、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部に導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｎが幅Ｗ_ｂよりも狭くなっている部分がある。特に、図３に図示の形状例では、当該部分に幅がＷ_ｎで一定（つまり平行）となっている。この幅がＷ_ｎである導波路領域Ｒ_１の長さＬ_ｎは、０以上で全長Ｌの４０％以下とすることが好ましい。長さＬ_ｎが長すぎると、電圧上昇が大きくなる一方、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部に導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｎが幅Ｗ_ｂよりも狭くなっている部分があれば、後述する理由により、出射方向前側端面Ｓ_ｆから射出される際の放射角を抑制する効果が得られるからである。

【0044】

幅Ｗ_ｎは、例えば幅Ｗ_ｂの５％～９５％とすることが好ましい。幅Ｗ_ｎが狭すぎると電圧が上昇してしまう一方、広すぎると、出射方向前側端面Ｓ_ｆから射出される際の放射角を抑制する効果が少なくなってしまうからである。なお、幅Ｗ_ｎは、導波路領域Ｒ_１を導波するレーザ光の導波モードがシングルモードとなるほど狭くする必要はない。

【0045】

幅がＷ_ｎである導波路領域Ｒ_１と幅がＷ_ｂである導波路領域Ｒ_１とをつなぐ導波路領域Ｒ_１では、幅を直線的に変化させても、曲線的に変化させても、階段状に変化させてもよい。また、幅の変化は、必ずしも単調増加または単調減少である必要はないが、単調増加または単調減少で連続的に変化させると、形状がシンプルとなるので製造が容易である。逆に言えば、幅Ｗ_ｂは必ずしも導波路領域Ｒ_１の最大幅ではなく、他の箇所で最大幅となる形状を許容する。一方、幅Ｗ_ｎは、導波路領域Ｒ_１の最小幅を採用すればよく、その最小幅が、出射方向前側端面Ｓ_ｆおよび出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅よりも狭くなっていればよい。

【0046】

出射方向後側端面Ｓ_ｂに近い側における、幅がＷ_ｎである導波路領域Ｒ_１と幅がＷ_ｂである導波路領域Ｒ_１とをつなぐ導波路領域Ｒ_１の長さＬ_ｔ２は、例えば、ゼロより大きく、全長Ｌの１０％以下とするのが好ましく、全長Ｌの３％以下とするのが更に好ましい。長さＬ_ｔ２が長すぎると、電圧上昇に加え、電流-光出力特性が劣化するからである。

【0047】

出射方向前側端面Ｓ_ｆに近い側における、幅がＷ_ｎである導波路領域Ｒ_１と幅がＷ_ｂである導波路領域Ｒ_１とをつなぐ導波路領域Ｒ_１の長さＬ_ｔ１は、例えば、ゼロより大きく、長さＬ_ｔ２よりも長いことが好ましい。長さＬ_ｔ１が長過ぎると電圧上昇が大きくなり、短すぎると、導波路のロスが増えるからである。長さＬ_ｔ１は、全長Ｌからその他の長さＬ_ｂ１，Ｌ_ｎ，Ｌ_ｔ２，Ｌ_ｂ２の和を引いたものとして設定すればよい。

【0048】

ここで、以上の構成の半導体レーザ素子１００における製造工程上のメリットの説明を説明する。

【0049】

図４は、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す工程の一部を模式的に示した図である。図４に示すように、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す途中にはバー化と呼ばれる工程が存在する。バー化とは、半導体レーザ素子が複数並んだバー状に半導体ウエハを劈開することをいう。図４に示される例では、半導体レーザ素子１００_ｎ，ｉ，・・・，１００_ｎ，ｍが並んだ番号ｎのバーと、半導体レーザ素子１００_{ｎ＋１，ｉ}，・・・，１００_{ｎ＋１，ｍ}が並んだ番号ｎ＋１のバーとが劈開され、バー化される状況を示している。なお、ここで、各半導体レーザ素子１００_ｎ，ｉ，・・・，１００_ｎ，ｍ，１００_{ｎ＋１，ｉ}，・・・，１００_{ｎ＋１，ｍ}は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００と同一の構成であるものとし、記載を容易にするために、導波路領域Ｒ_１の形状のみを図示している。

【0050】

図４に示すように、番号ｎのバーと番号ｎ＋１のバーとをバー化する際に、狙いのバー化位置で劈開することができずに、ずれたバー化位置１やずれたバー化位置２で劈開されてしまうことも起こり得る。このような場合でも、半導体レーザ素子１００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであるので、劈開位置に誤差があっても、製造される半導体レーザ素子１００における導波路領域Ｒ_１の形状に影響を与える心配が少ない。上記説明した長さＬ_ｂ２の下限としての出射方向後側端面Ｓ_ｂを劈開する際の加工精度以上とは、このような効果を狙ったものである。

【0051】

図５は、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す工程の一部の比較例を模式的に示した図である。図５に示される例では、半導体レーザ素子１０１_ｎ，ｉ，・・・，１０１_ｎ，ｍが並んだ番号ｎのバーと、半導体レーザ素子１０１_{ｎ＋１，ｉ}，・・・，１０１_{ｎ＋１，ｍ}が並んだ番号ｎ＋１のバーとが劈開され、バー化される状況を示している。なお、ここで、各半導体レーザ素子１０１_ｎ，ｉ，・・・，１０１_ｎ，ｍ，１０１_{ｎ＋１，ｉ}，・・・，１０１_{ｎ＋１，ｍ}は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００の構成から長さＬ_ｂ２とＬ_ｔ２をゼロにした変形例であるものとし、導波路領域Ｒ_１の形状のみを図示している。

【0052】

ここでも、番号ｎのバーと番号ｎ＋１のバーとをバー化する際に、狙いのバー化位置で劈開することができずに、ずれたバー化位置１やずれたバー化位置２で劈開されてしまう状況を考える。すると、比較例に係る半導体レーザ素子の場合、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが異なっているので、バー化位置の誤差によって、意図しない不連続な形状が形成されてしまうことがある。この点につき、図５に示される比較例と比較すると、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、製造ばらつきを考慮しても簡便に製造できるのでより好適である。

【0053】

図６は、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す工程の一部のもう一つの比較例を模式的に示した図である。図６に示される例では、半導体レーザ素子１０１_{ｎ，ｉ－２}，・・・，１０１_ｎ，ｍが並んだ番号ｎのバーと、半導体レーザ素子１０１_{ｎ＋１，ｉ}，・・・，１０１_{ｎ＋１，ｍ}が並んだ番号ｎ＋１のバーとが劈開され、バー化される状況を示している。なお、ここで、各半導体レーザ素子１０１_{ｎ，ｉ－２}，・・・，１０１_ｎ，ｍ，１０１_{ｎ＋１，ｉ}，・・・，１０１_{ｎ＋１，ｍ}は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００の構成から長さＬ_ｂ２とＬ_ｔ２をゼロにした変形例であるものとし、導波路領域Ｒ_１の形状のみを図示している。

【0054】

図６に示すように、番号ｎのバーと番号ｎ＋１のバーとの出射方向前側端面Ｓ_ｆが相対するように配置すると、バー化位置の誤差によって、意図しない不連続な形状が形成されてしまうことを回避することができる。なお、図６には省略しているが、番号ｎ－１のバーと番号ｎのバーとの出射方向後側端面Ｓ_ｂなども相対するように配置され、順次互い違いに配置されているものとする。しかし、このように互い違いに配置した場合、図６に示すように、番号ｎのバーと番号ｎ＋１のバーとで、半導体レーザ素子の番号の並び順が反転してしまい、半導体レーザ素子のトレーサビリティや管理の観点からは好ましくない。この点につき、図５に示される比較例と比較すると、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、トレーサビリティや管理の観点からも好適である。

【0055】

以上の構成の半導体レーザ素子１００は、導波路領域Ｒ_１における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子であるので、複数の導波モードのレーザ光が発振している。しかしながら、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅がＷ_ｎに狭くなっているので、高次の導波モードの数が適切に抑制される。結果、高次モードのレーザ光の方が放射角は大きくなる傾向があるので、本構成の半導体レーザ素子１００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏することになる。

【0056】

また、本構成の半導体レーザ素子１００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅が狭くなっているものの、幅が狭くなっている導波路領域Ｒ_１が一部にとどまっているので、導波路領域Ｒ_１に電流を注入する際の電圧の上昇を抑えることができる。

【0057】

さらに、本構成の半導体レーザ素子１００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであるので、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す際の、製造誤差に対する許容性およびトレーサビリティや管理性も優れている。

【0058】

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。図７に示すように、第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子である。また、第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００は、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであり、一方で、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｎが幅Ｗ_ｂよりも狭くなっている。

【0059】

さらに、図７に示すように、第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００は、出射方向前側端面Ｓ_ｆから長さＬ_ｉ１の範囲および出射方向後側端面Ｓ_ｂから長さＬ_ｉ２の範囲に電流注入領域Ｒ_２が設けられていない。電流注入領域Ｒ_２が設けられていない長さＬ_ｉ１または長さＬ_ｉ２の範囲を電流非注入領域ともいう。なお、図７に例示される第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００は出射方向前側端面Ｓ_ｆから長さＬ_ｉ１の範囲および出射方向後側端面Ｓ_ｂから長さＬ_ｉ２の範囲の両方に電流非注入領域を設けているが、いずれか一方に設ける構成としても構わない。出射方向前側端面Ｓ_ｆまたは出射方向後側端面Ｓ_ｂの近傍に電流非注入領域を設けると、出射方向前側端面Ｓ_ｆまたは出射方向後側端面Ｓ_ｂにおけるレーザ光の電流注入を抑制できるので、出射方向前側端面Ｓ_ｆまたは出射方向後側端面Ｓ_ｂがレーザ光のエネルギーによって損傷する可能性が低下する。その結果、半導体レーザ素子２００の信頼性が向上するという効果が得られる。なお、図７に例示される第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００では、電流非注入領域からは電流が注入されないが、導波路領域Ｒ_１は形成されている。

【0060】

電流注入領域Ｒ_２の実体は、すでに図２を参照しながら説明したように、例えばＳｉＮ_ｘからなるパッシベーション膜１５に形成された開口部である。したがって、出射方向前側端面Ｓ_ｆから長さＬ_ｉ１の範囲および出射方向後側端面Ｓ_ｂから長さＬ_ｉ２の範囲に電流非注入領域を設ける方法は、当該電流非注入領域においてパッシベーション膜１５の除去を行わないことにすればよい。

【0061】

電流非注入領域を設ける範囲である出射方向前側端面Ｓ_ｆからの長さＬ_ｉ１は、例えば５μｍ以上３００μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以上１５０μｍ以下とすることが更に好ましい。一方、電流非注入領域を設ける範囲である出射方向後側端面Ｓ_ｂからの長さＬ_ｉ２は、例えば５μｍ以上３００μｍ以下とすることが好ましく、５μｍ以上１００μｍ以下とすることが更に好ましい。長さＬ_ｉ１と長さＬ_ｉ２の関係としては、長さＬ_ｉ１は長さＬ_ｉ２以上とすることが好ましい。

【0062】

また、長さＬ_ｔ２および長さＬ_ｂ２が長すぎると、半導体レーザ素子２００の電流－光出力の特性が劣化することがある。そこで、長さＬ_ｉ２を長さＬ_ｔ２および長さＬ_ｂ２の和よりも長くすると、出射方向後側端面Ｓ_ｂから長さＬ_ｔ２＋Ｌ_ｂ２の範囲には電流が注入されないので、半導体レーザ素子２００の電流－光出力の特性劣化が抑制され、より一層好適である。

【0063】

その他、半導体レーザ素子２００の全長Ｌおよび幅Ｗや長さＬ_ｂ１，Ｌ_ｎ，Ｌ_ｔ１，Ｌ_ｔ２，Ｌ_ｂ２の好適な範囲は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００と同様に設定することができる。

【0064】

以上の構成の半導体レーザ素子２００は、導波路領域Ｒ_１における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子であるので、複数の導波モードのレーザ光が発振している。しかしながら、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅がＷ_ｎに狭くなっているので、高次の導波モードの数が適切に抑制される。結果、高次モードのレーザ光の方が放射角は大きくなる傾向があるので、本構成の半導体レーザ素子２００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏することになる。

【0065】

また、本構成の半導体レーザ素子２００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅が狭くなっているものの、幅が狭くなっている導波路領域Ｒ_１が一部にとどまっているので、導波路領域Ｒ_１に電流を注入する際の電圧の上昇を抑えることができる。

【0066】

さらに、本構成の半導体レーザ素子２００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであるので、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す際の、製造誤差に対する許容性およびトレーサビリティや管理性も優れている。

【0067】

加えて、本構成の半導体レーザ素子２００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆまたは出射方向後側端面Ｓ_ｂの近傍に電流非注入領域が設けられているので、半導体レーザ素子２００の信頼性が向上するという効果が得られる。

【0068】

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。図８に示すように、第３実施形態に係る半導体レーザ素子３００は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子である。第３実施形態に係る半導体レーザ素子３００は、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射方向後側端面Ｓ_ｂの間の導波路領域Ｒ_１の幅が実質的に同じ幅Ｗ_ｂであるが、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ_２の幅が出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける電流注入領域Ｒ_２の幅よりも狭くなっている。

【0069】

上記のような構成の半導体レーザ素子３００であっても、電流注入領域Ｒ_２の幅が狭くなっている部分が、より高次の導波モードのレーザ光の導波を抑制することによって、高次の導波モードの数を適切に抑制することができる。

【0070】

図８に示される半導体レーザ素子３００の例では、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射方向後側端面Ｓ_ｂの間の導波路領域Ｒ_１の幅であるＷ_ｂは、例えば１００μｍである。電流注入領域Ｒ_２の幅が広い部分となる、出射方向前側端面Ｓ_ｆから長さＬ_ｂ１までの範囲における電流注入領域Ｒ_２の幅は、例えば導波路領域Ｒ_１の幅から１０μｍ狭く設計することが好ましい。つまり、例えば導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｂが１００μｍであれば、電流注入領域Ｒ_２の幅は、９０μｍとなる。一方、電流注入領域Ｒ_２の幅が狭い部分となる、中央の長さＬ_ｎの範囲における電流注入領域Ｒ_２の幅は、例えば導波路領域Ｒ_１の幅から７０μｍ狭く設計することが好ましい。つまり、例えば導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｂが１００μｍであれば、電流注入領域Ｒ_２の幅は、３０μｍとなる。

【0071】

また、出射方向後側端面Ｓ_ｂから電流注入領域Ｒ_２の幅が広い部分となる範囲の長さＬ_ｂ２は、例えばゼロ以上であり全長Ｌの１０％以下にすることが好ましい。なお、長さＬ_ｂ２がゼロになったとしても、導波路領域Ｒ_１の幅はＷ_ｂであるので、図４～図６を参照しながら説明したバー化位置の誤差の問題は、本実施形態に係る半導体レーザ素子３００でも発生することはない。

【0072】

その他、半導体レーザ素子３００の全長Ｌおよび幅Ｗや長さＬ_ｂ１，Ｌ_ｎ，Ｌ_ｔ１，Ｌ_ｔ２，Ｌ_ｂ２の好適な範囲は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００と同様に設定することができる。

【0073】

また、本実施形態に係る半導体レーザ素子３００でも、第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００と同様に、出射方向前側端面Ｓ_ｆまたは出射方向後側端面Ｓ_ｂの近傍に電流非注入領域を設けてもよい。

【0074】

以上の構成の半導体レーザ素子３００は、導波路領域Ｒ_１における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子であるので、複数の導波モードのレーザ光が発振している。しかしながら、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ_２の幅が狭くなっているので、高次の導波モードの数が適切に抑制される。結果、高次モードのレーザ光の方が放射角は大きくなる傾向があるので、本構成の半導体レーザ素子３００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏することになる。

【0075】

また、本構成の半導体レーザ素子３００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ_２の幅が狭くなっているものの、幅が狭くなっている電流注入領域Ｒ_２が一部にとどまっているので、電流注入領域Ｒ_２に電流を注入する際の電圧の上昇を抑えることができる。

【0076】

さらに、本構成の半導体レーザ素子３００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであるので、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す際の、製造誤差に対する許容性およびトレーサビリティや管理性も優れている。

【0077】

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。図９に示すように、第４実施形態に係る半導体レーザ素子４００は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子であり、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ_２の幅が出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける電流注入領域Ｒ_２の幅よりも狭くなっている。つまり、第３実施形態に係る半導体レーザ素子３００は出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける電流注入領域Ｒ_２の幅が最大となっていたが、第４実施形態に係る半導体レーザ素子４００は、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける電流注入領域Ｒ_２の幅が、その他領域における電流注入領域Ｒ_２の幅よりも狭くなっている。

【0078】

上記のような構成の半導体レーザ素子４００であっても、電流注入領域Ｒ_２の幅が狭くなっている部分が、より高次の導波モードのレーザ光の導波を抑制することによって、高次の導波モードの数を適切に抑制することができる。また、出射方向前側端面Ｓ_ｆの近傍で電流注入領域Ｒ_２の幅が狭くなっていると、出射方向前側端面Ｓ_ｆの近傍における光エネルギーの強度が高いことによっておこるホールバーニングの抑制にも効果がある。

【0079】

図９に示される半導体レーザ素子４００の例では、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射方向後側端面Ｓ_ｂの間の導波路領域Ｒ_１の幅であるＷ_ｂは、例えば１００μｍである。電流注入領域Ｒ_２の幅が広い部分となる、出射方向後側端面Ｓ_ｂから長さＬ_ｂ２までの範囲における電流注入領域Ｒ_２の幅は、例えば導波路領域Ｒ_１の幅から１０μｍ狭く設計することが好ましい。つまり、例えば導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｂが１００μｍであれば、電流注入領域Ｒ_２の幅は、９０μｍとなる。一方、電流注入領域Ｒ_２の幅が狭い部分となる、出射方向前側端面Ｓ_ｆから長さＬ_ｎの範囲における電流注入領域Ｒ_２の幅は、例えば導波路領域Ｒ_１の幅から７０μｍ狭く設計することが好ましい。つまり、例えば導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｂが１００μｍであれば、電流注入領域Ｒ_２の幅は、３０μｍとなる。

【0080】

なお、長さＬ_ｂ２がゼロになったとしても、導波路領域Ｒ_１の幅はＷ_ｂであるので、図４～図６を参照しながら説明したバー化位置の誤差の問題は、本実施形態に係る半導体レーザ素子４００でも発生することはない。

【0081】

その他、半導体レーザ素子４００の全長Ｌおよび幅Ｗや長さＬ_ｎ，Ｌ_ｔ２，Ｌ_ｂ２の好適な範囲は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００と同様に設定することができる。

【0082】

また、本実施形態に係る半導体レーザ素子４００でも、第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００と同様に、出射方向前側端面Ｓ_ｆまたは出射方向後側端面Ｓ_ｂの近傍に電流非注入領域を設けてもよい。

【0083】

以上の構成の半導体レーザ素子４００は、導波路領域Ｒ_１における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子であるので、複数の導波モードのレーザ光が発振している。しかしながら、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ_２の幅が狭くなっているので、高次の導波モードの数が適切に抑制される。結果、高次モードのレーザ光の方が放射角は大きくなる傾向があるので、本構成の半導体レーザ素子４００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏することになる。

【0084】

また、本構成の半導体レーザ素子４００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ_２の幅が狭くなっているものの、幅が狭くなっている電流注入領域Ｒ_２が一部にとどまっているので、電流注入領域Ｒ_２に電流を注入する際の電圧の上昇を抑えることができる。

【0085】

さらに、本構成の半導体レーザ素子４００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであるので、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す際の、製造誤差に対する許容性およびトレーサビリティや管理性も優れている。

【0086】

（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。図１０に示すように、第５実施形態に係る半導体レーザ素子５００は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子であり、先述定義したカバレッジ幅Ｗ_ｃが従来の半導体レーザ素子よりも広い。

【0087】

従来、導波路領域Ｒ_１と電流注入領域Ｒ_２とのミスマッチをなるべく少なくするという観点から、導波路領域Ｒ_１と電流注入領域Ｒ_２との水平方向の幅は、なるべく近くなるよう設計されていた。また、導波路領域Ｒ_１の幅が同じであれば、電流注入領域Ｒ_２の幅を狭くすることは、電流注入領域Ｒ_２の面積を小さくすることになり、印加する電圧が上昇してしまうことになる。結果、従来の半導体レーザ素子では、カバレッジ幅を狭くする方向に志向されており、製造プロセスにおけるアライメント精度の観点から、カバレッジ幅が０μｍより広く５μｍ以下となっていた。

【0088】

一方、第５実施形態に係る半導体レーザ素子５００のカバレッジ幅Ｗ_ｃは、従来の半導体レーザ素子よりも広く、例えば５μｍより広い。第５実施形態に係る半導体レーザ素子５００では、このようにカバレッジ幅Ｗ_ｃが従来の半導体レーザ素子よりも広く構成されている理由は、以下のようなものである。

【0089】

カバレッジ領域は、導波路領域Ｒ_１の外側に位置しているので、カバレッジ幅を広げると、高次の導波モードほど発振が抑制されることになる。高次モードのレーザ光の方が放射角は大きくなる傾向があるので、結果、本構成の半導体レーザ素子５００でも、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏することになる。

【0090】

なお、図１０に示される半導体レーザ素子５００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射方向後側端面Ｓ_ｂに亘り導波路領域Ｒ_１の幅が一定（いわゆるストレート導波路）であり、かつ、一定のカバレッジ幅を有する構成であるが、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部でカバレッジ幅を広げる構成とすれば、高次の導波モードの発振が抑制される作用を有し、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏することになる。

【0091】

また、カバレッジ幅を広げると出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を得られる一方で、印加する電圧が上昇してしまうことになる。したがって、カバレッジ幅Ｗ_ｃは、２３μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましい。導波路領域Ｒ_１の幅との相対的な基準で考えれば、カバレッジ幅Ｗ_ｃは、導波路領域Ｒ_１の幅の１５．３％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。

【0092】

（第６実施形態）
図１１は、第６実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を概略的に示した上面図である。図１１に示すように、第６実施形態に係る半導体レーザ素子６００は、導波路における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子である。また、第６実施形態に係る半導体レーザ素子６００は、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであり、一方で、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｎが幅Ｗ_ｂよりも狭くなっている。

【0093】

一方、第６実施形態に係る半導体レーザ素子６００では、導波路領域Ｒ_１が幅Ｗ_ｂである領域と幅Ｗ_ｎである領域とを非単調に接続している。図１１に示される半導体レーザ素子６００の例では、出射方向前側端面Ｓ_ｆの近傍における導波路領域Ｒ_１が幅Ｗ_ｂである領域と、中央付近における導波路領域Ｒ_１が幅Ｗ_ｎである領域との間に、導波路領域Ｒ_１の一部が狭くなった窪み形状Ｈが配置されている。このように、導波路領域Ｒ_１の一部が狭くなった窪み形状Ｈを配置することによって、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で導波路領域Ｒ_１の幅を狭くしても、高次の導波モードの数を適切に抑制することができる。しかも、半導体レーザ素子６００は、マルチモードの半導体レーザ素子であるので、導波路領域Ｒ_１の一部に窪み形状Ｈが配置されても、電流－光出力特性が大きく劣化することはない。

【0094】

図１１に示される半導体レーザ素子６００の例において、出射方向後側端面Ｓ_ｂに最も近い窪み形状Ｈの幅をＬ_ｎとし、当該窪み形状Ｈから出射方向前側端面Ｓ_ｆの方向に窪み形状Ｈが配列されている導波路領域Ｒ_１の長さをＬ_ｔ１とし、出射方向前側端面Ｓ_ｆの近傍の導波路領域Ｒ_１が幅Ｗ_ｂである範囲の長さをＬ_ｂ１とし、出射方向後側端面Ｓ_ｂの近傍の導波路領域Ｒ_１が幅Ｗ_ｂである範囲の長さをＬ_ｂ２とすると、図１１に示される他のパラメータを含め、半導体レーザ素子６００の全長Ｌおよび幅Ｗや長さＬ_ｂ１，Ｌ_ｎ，Ｌ_ｔ１，Ｌ_ｂ２の好適な範囲は、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１００と同様に設定することができる。なお、長さＬ_ｂ１と長さＬ_ｂ２の関係としては、長さＬ_ｂ２よりも長さＬ_ｂ１の方が長い方が好ましい。

【0095】

図１１に示される窪み形状Ｈの深さをＷ_ｄとすると、深さＷ_ｄはすべての窪み形状Ｈにおいて同じ値としてもよいし、出射方向前側端面Ｓ_ｆに向かうにつれて徐々に深さＷ_ｄを小さくしてもよい。窪み形状Ｈの幅に関しても、すべての窪み形状Ｈにおいて同じ値としてもよいし、出射方向前側端面Ｓ_ｆに向かうにつれて徐々に狭くしてもよい。窪み形状Ｈの配置間隔は、均等としてもよいし、出射方向後側端面Ｓ_ｂに向かうにつれて徐々に間隔を狭くしてもよい。また、窪み形状Ｈの配置は、半導体レーザ素子６００の出射方向の中心軸に関して対象としてもよいし、左右の配置が互い違いとなってもよい。

【0096】

また、本実施形態に係る半導体レーザ素子６００でも、第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００と同様に、出射方向前側端面Ｓ_ｆまたは出射方向後側端面Ｓ_ｂの近傍に電流非注入領域を設けてもよい。

【0097】

以上の構成の半導体レーザ素子６００は、導波路領域Ｒ_１における導波モードがマルチモードである端面発光型の半導体レーザ素子であるので、複数の導波モードのレーザ光が発振している。しかしながら、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅がＷ_ｎに狭くなっているので、高次の導波モードの数が適切に抑制される。結果、高次モードのレーザ光の方が放射角は大きくなる傾向があるので、本構成の半導体レーザ素子６００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏することになる。

【0098】

また、本構成の半導体レーザ素子６００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆと出射方向後側端面Ｓ_ｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ_１の幅が狭くなっているものの、幅が狭くなっている導波路領域Ｒ_１が一部にとどまっているので、導波路領域Ｒ_１に電流を注入する際の電圧の上昇を抑えることができる。

【0099】

さらに、本構成の半導体レーザ素子６００では、出射方向前側端面Ｓ_ｆにおける導波路領域Ｒ_１の幅と出射方向後側端面Ｓ_ｂにおける導波路領域Ｒ_１の幅とが実質的に同じ幅Ｗ_ｂであるので、半導体ウエハから各半導体レーザ素子を切り出す際の、製造誤差に対する許容性およびトレーサビリティや管理性も優れている。

【0100】

（第７実施形態）
ここで、上記説明した第１実施形態から第６実施形態に係る半導体レーザ素子を利用した半導体レーザモジュールの実施形態について説明する。図１２は、第７実施形態に係る半導体レーザモジュールの平面図であり、図１３は、第７実施形態に係る半導体レーザモジュールの一部切欠側面図である。

【0101】

半導体レーザモジュール７００は、蓋７０１ａと底板部７０１ｂとを有する、金属からなる筐体７０１と、底板部７０１ｂ上に順に実装された、金属からなり、階段形状を有する基台であるＬＤ高さ調整板７０２と、直方体形状を有する６つのサブマウント７０３と、略直方体形状を有する半導体素子である６つの半導体レーザ素子７０４とを備える。なお、図１２では、説明のために蓋７０１ａの図示を省略している。

【0102】

筐体７０１やＬＤ高さ調整板７０２は銅（Ｃｕ）からなり、半導体レーザ素子７０４から発生する熱を放熱する放熱板としても機能する。Ｃｕの線膨張係数は１７×１０^－６（１／Ｋ）である。なお、筐体７０１やＬＤ高さ調整板７０２は鉄（Ｆｅ）からなるものでもよい。Ｆｅの線膨張係数は１２×１０^－６（１／Ｋ）である。また、底板部７０１ｂの厚さは例えば１～５ｍｍ程度、ＬＤ高さ調整板７０２の厚さは例えば１～１０ｍｍ程度であるが、特に限定はされない。

【0103】

また、半導体レーザモジュール７００は、各半導体レーザ素子７０４に、サブマウント７０３及び不図示のボンディングワイヤを介して電気的に接続され、各半導体レーザ素子７０４に電力を供給するための２つのリードピン７０５を備える。さらに、半導体レーザモジュール７００は、６つの第１レンズ７０６と、６つの第２レンズ７０７と、６つのミラー７０８と、回折格子７１０と、第３レンズ７０９と、第４レンズ７１１とを備える。ここで、回折格子７１０は、半導体レーザ素子７０４の発振波長を固定するためのものであり、例えばＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）または、ＶＨＧ（Ｖｏｌｕｍｅ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いることができる。

【0104】

各第１レンズ７０６、各第２レンズ７０７、各ミラー７０８、回折格子７１０、第３レンズ７０９、および第４レンズ７１１は、各半導体レーザ素子７０４が出力するレーザ光の光路上に、光路に沿って順に配置されている。さらに、半導体レーザモジュール７００は、第４レンズ７１１と対向して配置された光ファイバ７１２を備える。光ファイバ７１２のレーザ光が入射される側の一端は、筐体７０１の内部に収容され、支持部材７１３により支持されている。なお、光ファイバ７１２は、伝搬モードが複数であるマルチモード光ファイバが用いられている。

【0105】

各半導体レーザ素子７０４は、上記説明した第１実施形態から第６実施形態に係る半導体レーザ素子と同様の構造のものであり、例えばヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又はリン化インジウム（ＩｎＰ）を主材料として構成されている。なお、ＧａＡｓの線膨張係数は５．９×１０^－６（１／Ｋ）であり、ＩｎＰの線膨張係数は４．５×１０^－６（１／Ｋ）である。各半導体レーザ素子７０４の厚さは例えば０．１ｍｍ程度である。各半導体レーザ素子７０４は、図１３に示すように、各サブマウント７０３に固定され、かつ各サブマウント７０３は、ＬＤ高さ調整板７０２に、互いに高さが異なるように固定されている。さらに、各第１レンズ７０６、各第２レンズ７０７、各ミラー７０８は、それぞれ対応する半導体レーザ素子７０４に対応する高さに配置されている。ここで、サブマウント７０３とサブマウント７０３に固定された半導体レーザ素子７０４とを備える構成物を、半導体素子搭載サブマウントとしてのチップオンサブマウント７１６と呼ぶこととする。

【0106】

また、光ファイバ７１２の筐体７０１への挿入部には、ルースチューブ７１５が設けられ、ルースチューブ７１５の一部と挿入部を覆うように、筐体７０１の一部にブーツ７１４が外嵌されている。

【0107】

この半導体レーザモジュール７００の動作について説明する。各半導体レーザ素子７０４は、リードピン７０５を介し、サブマウント７０３を供給経路として電力を供給され、レーザ光を出力する。各半導体レーザ素子７０４から出力された各レーザ光は、対応する各第１レンズ７０６、各第２レンズ７０７により略コリメート光とされて、対応する各ミラー７０８により第３レンズ７０９に向けて反射される。さらに各レーザ光は、第３レンズ７０９、第４レンズ７１１により集光され、光ファイバ７１２の端面に入射され、光ファイバ７１２中を伝搬する。すなわち、各第１レンズ７０６、各第２レンズ７０７、各ミラー７０８、第３レンズ７０９、および第４レンズ７１１は、半導体レーザ素子７０４から出射されたレーザ光を光ファイバに結合させる光学系であり、半導体レーザモジュール７００は、当該光学系を備えていることになる。

【0108】

（効果の検証）
ここで、上記説明した実施形態に係る半導体レーザ素子における出射方向前側端面Ｓ_ｆから出射されるレーザ光の放射角を抑制する効果について検証する。

【0109】

図１４は、長さＬに対する長さＬ_ｂ１の割合とＦＦＰｈとのグラフを示す図である。図１４のグラフに示される実験データは、第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００を用いて取得されたものであり、その半導体レーザ素子２００のパラメータは以下の通りである。

【0110】

幅Ｗ_ｂ＝１００，１３０，１５０，１９０μｍ（４つの実験サンプル）
幅Ｗ_ｎ＝５０μｍ（以下、４つの実験サンプルで共通）
電流注入領域Ｒ_２の幅＝導波路領域Ｒ_１の幅―１０μｍ
（導波路領域の両端から片側５μｍずつ均等に狭くしている）
長さの比Ｌ_ｎ／Ｌ＝０．２２％
長さの比Ｌ_ｔ２／Ｌ＝０．８９％
長さの比Ｌ_ｂ２／Ｌ＝０．２２％
発振波長＝９００～１０８０ｎｍ
出射前端面の反射率＝０．１～７％
後端面の反射率＝９５％
出射前端面からの光出力＝８Ｗ以上
半導体基板の材料：ＧａＡｓ
量子井戸層の材料：ＩｎＧａＡｓ

【0111】

グラフ横軸のＬ_ｂ１／Ｌとは、半導体レーザ素子２００の全長Ｌと出射方向前側における導波路領域Ｒ_１の幅Ｗ_ｂが一定である範囲の長さＬ_ｂ１との比である。なお、長さＬ_ｔ１は、全長Ｌから各長さＬ_ｎ，Ｌ_ｔ２，Ｌ_ｂ１，Ｌ_ｂ２を引いたものとして定義する。Ｌ_ｂ１／Ｌ＝１００％とは、全長Ｌに亘って幅Ｗ_ｂが一定であるストレート導波路のことを意味し、この場合の長さＬ_ｎ，Ｌ_ｔ２，Ｌ_ｂ２は０と考える。

【0112】

また、グラフ縦軸のＦＦＰｈとは、水平方向のＦａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎのことであり、出射端面から射出されるレーザ光の水平方向の広がり角を意味し、電流値１４Ａで駆動した際の、１／ｅ^２の位置の全幅を測定している。

【0113】

図１４に示されるグラフから読み取れるように、長さＬ_ｂ１が半導体レーザ素子２００の全長Ｌの５６％以下である場合、ＦＦＰｈの低減効果を得ることができる。逆に言えば、長さＬ_ｂ１が大きすぎると、ストレート導波路と同じような形状になり、ＦＦＰｈの低減効果が少なくなってしまう。また長さＬ_ｂ１が全長Ｌの２０％より小さいとＦＦＰｈ低減効果が飽和している。Ｌ_ｂ１が小さすぎると、電気抵抗が上昇してしまう。以上より、Ｌ_ｂ１は全長Ｌの２０％以上５６％以下が好ましい。

【0114】

また、図１４に示されるグラフから読み取れるように、幅Ｗ_ｂが異なる４つの実験サンプルであっても、Ｌ_ｂ１／ＬとＦＦＰｈの関係は同じ傾向を有する。ここで、留意すべきは、幅Ｗ_ｎは４つの実験サンプルで共通しているのであるから、幅Ｗ_ｎが幅Ｗ_ｂへ変化する際の角度が異なるにもかかわらず、同じ傾向を有するということである。このことは、導波路領域Ｒ_１の形状は、ＦＦＰｈに大きな影響を与えず、導波路領域Ｒ_１の幅がＷ_ｎとなっている部分が存在していることがＦＦＰｈの低減効果に大きく寄与していることを意味する。すなわち、既に説明したように、実施形態に係る半導体レーザ素子は、導波路領域Ｒ_１の幅が狭くなっているので、高次の導波モードの数が適切に抑制され、その結果、出射方向前側端面から出射されるレーザ光の放射角を抑制することができるという効果を奏するという作用原理が実験によっても確認されたことになる。

【0115】

図１５は、幅Ｗ_ｎとＦＦＰｈの変化とのグラフを示す図である。図１５のグラフに示される実験データは、図１４の実験と同様に第２実施形態に係る半導体レーザ素子２００を用いて取得されたものであるが、この実験では幅Ｗ_ｂを１００μｍに固定し、幅Ｗ_ｎを変化させた場合におけるＦＦＰｈの変化を調べたものである。ＦＦＰｈの変化とは、ストレート導波路（Ｗ_ｎ＝１００μｍに相当）との差分を意味している。なお、電流値は６Ａとしている。

【0116】

図１５に示されるグラフから読み取れるように、幅Ｗ_ｎが３０μｍより小さい範囲では、幅Ｗ_ｎが小さいほどＦＦＰｈが増加する傾向がある。これは、幅Ｗ_ｎが狭いと電流注入領域の面積が狭くなり、半導体レーザの電気抵抗が上昇し、その結果、半導体レーザ素子における発熱が大きくなるからである。発熱が大きくなると、導波路領域の屈折率が上昇し、ＦＦＰｈが増加してしまうことになる。本実施形態に係る半導体レーザ素子のようなマルチモードの半導体レーザ素子は、溶接などの加工にも用いられることを想定しており、本実験でも６Ａという非常に大きな値を使っている。そのため、電気抵抗が少しでも余計に大きくなると、大きな発熱の原因となってしまい、ＦＦＰｈの低減の効果を阻害することになってしまう。

【0117】

一方、幅Ｗ_ｎが３０μｍ以上の範囲では、抵抗上昇の影響が少なく、好適なＦＦＰｈの低減の効果を得られる。図１５に示されるグラフからは、幅Ｗ_ｎが３０～７５μｍの範囲で、－０．５度の効果が認められており、特に好適なＦＦＰｈの低減が認められる。幅Ｗ_ｂの値によって、熱の影響が顕著となり始める幅Ｗ_ｎの下限値は異なる。最終的に重要なのは、電流注入領域Ｒ_２の面積である。

【0118】

なお、好適なＦＦＰｈの低減の効果を得るためには、幅Ｗ_ｎを９０μｍ以下とすることが好ましい。幅Ｗ_ｎが９０μｍを超えると、実質的にストレート導波路と同じ形状となってしまい、ストレート導波路との比較において優位性を得難くなってしまうからである。

【0119】

図１６は、カバレッジ幅とＦＦＰｈの変化とのグラフを示す図である。図１６のグラフに示される実験データは、第５実施形態に係る半導体レーザ素子５００を用いて取得されたものであり、その半導体レーザ素子５００のパラメータは以下の通りである。

【0120】

導波路の幅Ｗ_ｂ＝１５０μｍ（全長に亘り一定）
発振波長＝９００～１０８０ｎｍ
出射前端面の反射率＝０．１～７％
後端面の反射率＝９５％
出射前端面からの光出力＝８Ｗ以上
半導体基板の材料：ＧａＡｓ
量子井戸層の材料：ＩｎＧａＡｓ
駆動電流＝１２、１４、１８Ａ（３パターン）

【0121】

グラフ横軸のカバレッジ幅とは、先述した導波路領域の水平方向の幅から電流注入領域の水平方向の幅を引いたものを２で除した値である。

【0122】

また、グラフ縦軸のＦＦＰｈとは、水平方向のＦａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎのことであり、出射端面から射出されるレーザ光の水平方向の広がり角を意味し１／ｅ^２の位置の全幅を測定している。ＦＦＰｈの変化とは、カバレッジ幅が５μｍである場合を基準とした差を意味している。先述したように、従来の半導体レーザ素子では、カバレッジ幅が０μｍより広く５μｍ以下となっていたが（図中矢印の範囲）、ここでは、カバレッジ幅が５μｍである場合を基準として採用した。

【0123】

なお、グラフ中の点線は、実験データを２次曲線でフィッティングしたものである。

【0124】

図１６に示されるグラフから読み取れるように、各電流値で、カバレッジ幅を広くするとＦＦＰｈが低減される。一方、カバレッジ幅が広くなり過ぎると、印加すべき電圧が高くなり、発熱によってＦＦＰｈが逆に大きくなるという傾向が見える。また、駆動電流を大きくしていくと、駆動電流による発熱も加わるため、比較的カバレッジ幅が狭い段階でもＦＦＰｈが大きくなり始める。

【0125】

駆動電流１４Ａは、約１３Ｗの光出力を得るのに十分な駆動電流である。この駆動電流１４Ａでは、カバレッジ幅が２３μｍ以下で、従来例のＦＦＰｈ以下のＦＦＰｈとなっている（グラフ中では縦軸の値が０以下）。高出力が必要な場合に相当する駆動電流１８Ａでは、カバレッジ幅が１５μｍ以下で、従来例のＦＦＰｈ以下のＦＦＰｈとなっている（グラフ中では縦軸の値が０以下）。

【0126】

この結果から、カバレッジ幅は、２３μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましいことが導かれる。また、導波路領域の幅との相対的な基準で考えれば、カバレッジ幅Ｗ_ｃは、導波路領域Ｒ_１の幅の１５．３％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。

【0127】

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。例えば、上記実施形態に係る半導体レーザ素子の導波路はリッジ構造を採用しているが、これに限定されず、ＳＡＳ構造（Ｓｅｌｆ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）やＢＨ構造（Ｂｕｒｉｅｄ－Ｈｅｔｅｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）などの導波路構造を採用することも可能である。また、量子井戸を混晶化することによって、導波路を形成する技術を採用してもよい。上記実施形態は、屈折率導波路型の半導体レーザ素子の例であるが、屈折率導波路型に限らず、利得導波路型の半導体レーザに対しても本発明を実施することが可能である。また、リッジ構造の導波路の場合、リッジ構造の外側に当該リッジ構造とほぼ同じ高さの半導体層の部分があっても、導波路としての機能は変わらない。

【産業上の利用可能性】

【0128】

以上のように、本発明に係る半導体レーザ素子、チップオンサブマウント、および半導体レーザモジュールは、高出力の半導体レーザ機器に有用であり、特に、産業用の半導体レーザ機器に適している。

【符号の説明】

【0129】

１，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７０４ 半導体レーザ素子
２ 半導体積層部
５ 上部電極
６ 下部電極
７ 基板
８ ｎ型バッファ層
９ ｎ型クラッド層
１０ ｎ型ガイド層
１１ 活性層
１２ ｐ型ガイド層
１３ ｐ型クラッド層
１４ ｐ型コンタクト層
１５ パッシベーション膜
７００ 半導体レーザモジュール
７０１ 筐体
７０１ａ 蓋
７０１ｂ 底板部
７０２ ＬＤ高さ調整板
７０３ サブマウント
７０５ リードピン
７０６ 第１レンズ
７０７ 第２レンズ
７０８ ミラー
７０９ 第３レンズ
７１０ 回折格子
７１１ 第４レンズ
７１２ 光ファイバ
７１３ 支持部材
７１４ ブーツ
７１５ ルースチューブ
７１６ チップオンサブマウント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】