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WO2017122782A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2017122782A1
WO2017122782A1 PCT/JP2017/001023 JP2017001023W WO2017122782A1 WO 2017122782 A1 WO2017122782 A1 WO 2017122782A1 JP 2017001023 W JP2017001023 W JP 2017001023W WO 2017122782 A1 WO2017122782 A1 WO 2017122782A1
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WO
WIPO (PCT)
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semiconductor laser
width
waveguide
laser device
emission direction
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2017/001023
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
栄作 鍛治
大木　泰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP2017561185A priority Critical patent/JP6998774B2/ja
Publication of WO2017122782A1 publication Critical patent/WO2017122782A1/ja
Priority to US16/027,938 priority patent/US11152762B2/en
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    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser element, a chip-on-submount, and a semiconductor laser module.
  • Semiconductor laser elements are widely used as laser light sources for optical communication applications and industrial processing applications.
  • optical communication applications it is necessary to propagate laser light over a long distance (for example, several hundred kilometers) through an optical fiber, and single-mode laser light is generally used to suppress optical signal quality degradation. It is.
  • industrial processing applications high output is required compared with laser light for optical communication applications, but it is not necessary to propagate long distances, so multimode laser light that is advantageous for high output is used. Is common.
  • An edge-emitting semiconductor laser element that oscillates multimode laser light employs a configuration in which the width of the waveguide is wide and oscillation of a plurality of modes of laser light is allowed in the waveguide.
  • Increasing the waveguide width at the front end face in the emission direction of the multimode semiconductor laser is preferable from the viewpoint of reducing end face failure because the light density at the front end face decreases.
  • the waveguide width is excessively widened, the optical coupling efficiency to the multimode fiber is reduced.
  • it is required to make the product of the waveguide width and the radiation angle constant.
  • a narrower radiation angle is required.
  • the waveguide width that maintains single-mode characteristics. Therefore, it becomes difficult to greatly increase the waveguide width as the improvement in reliability becomes significant.
  • the light of a multimode semiconductor laser is generally used by being coupled to a multimode fiber. As will be described later, emitted light from a plurality of multimode semiconductor lasers can be combined together into a multimode fiber. When the emission angle of the multimode semiconductor laser is small, light emitted from a larger number of multimode semiconductor lasers can be combined. That is, it is preferable because the light output from one multimode fiber is improved.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to suppress the radiation angle of laser light emitted from an end face in an edge-emitting semiconductor laser element having a multimode waveguide mode. is there.
  • a semiconductor laser device is an edge-emitting semiconductor laser device in which a waveguide mode in a waveguide is a multimode.
  • the horizontal width of the end face of the waveguide and the horizontal width of the end face of the waveguide on the rear side in the emission direction are substantially the same first width, and the end face on the front side in the emission direction and the rear side in the emission direction are substantially the same.
  • the width of the waveguide is narrower than the first width at least partly between the end face on the side.
  • the length of the range in which the width of the waveguide region on the front side in the emission direction is constant and the total length from the end surface on the front side in the emission direction to the end surface on the rear side in the emission direction is 20% or more and 56% or less.
  • the semiconductor laser device is characterized in that the narrowest width in the waveguide between the end face on the front side in the emission direction and the end face on the rear side in the emission direction is 30 ⁇ m or more and 75 ⁇ m or less. To do.
  • the current injection region for injecting current into the waveguide is at least a part between the end face on the emission direction front side and the end face on the emission direction rear side,
  • the width in the horizontal direction is narrower than the width in the horizontal direction of the current injection region at the end face on the front side in the emission direction.
  • a semiconductor laser device is an edge-emitting semiconductor laser device in which a waveguide mode in a waveguide is a multimode, between an end surface on the front side in the emission direction and an end surface on the rear side in the emission direction. At least in part, the horizontal width of the current injection region for injecting current into the waveguide is narrower than the horizontal width of the current injection region in the other regions.
  • a current non-injection region in which the current injection region is not formed is provided in the vicinity of the end surface on the front side in the emission direction or the end surface on the rear side in the emission direction. It is characterized by that.
  • the semiconductor laser device is an edge-emitting semiconductor laser device in which a waveguide mode in a waveguide is a multimode, and a current is injected into the waveguide from a horizontal width of the waveguide.
  • a waveguide mode in a waveguide is a multimode
  • a current is injected into the waveguide from a horizontal width of the waveguide.
  • the semiconductor laser device according to one aspect of the present invention is characterized in that the coverage width is 23 ⁇ m or less.
  • the semiconductor laser device according to an aspect of the present invention is characterized in that the coverage width is 15 ⁇ m or less.
  • the semiconductor laser device is characterized in that the coverage width is 15.3% or less of the width of the waveguide.
  • the semiconductor laser device is characterized in that the coverage width is 10% or less of the width of the waveguide.
  • a chip-on-submount according to an aspect of the present invention is a semiconductor laser element described above and a power supply path to the semiconductor laser element, and dissipates heat generated from the semiconductor laser element. And a mount for fixing the semiconductor laser element.
  • a semiconductor laser module includes an optical system that couples laser light emitted from the semiconductor laser element provided in the chip-on-submount described above to an optical fiber. .
  • the semiconductor laser module includes a diffraction grating for fixing an oscillation wavelength of the semiconductor laser element in the middle of an optical path from the semiconductor laser element to the optical fiber. .
  • the semiconductor laser device, the chip-on-submount, and the semiconductor laser module according to the present invention have an effect that the emission angle of the laser beam emitted from the end face of the semiconductor laser device can be suppressed.
  • FIG. 1 is a top view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line B schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the comparative example.
  • FIG. 3 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a part of the process of cutting out each semiconductor laser element from the semiconductor wafer.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a comparative example of a part of the process of cutting out each semiconductor laser element from the semiconductor wafer.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing another comparative example of a part of the process of cutting out each semiconductor laser element from the semiconductor wafer.
  • FIG. 1 is a top view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line B schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the comparative
  • FIG. 7 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view of the semiconductor laser module according to the seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a partially cutaway side view of the semiconductor laser module according to the seventh embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a graph of the ratio of the length L b1 to the length L and FFPh.
  • FIG. 15 is a diagram showing a graph of the width W n and the change in FFPh.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a graph of coverage width and change in F
  • FIG. 1 is a top view schematically showing a configuration of a semiconductor laser device according to a comparative example
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line B schematically showing a configuration of the semiconductor laser device according to the comparative example.
  • the general configuration and term definitions of the semiconductor laser device described with reference to FIGS. 1 and 2 are also used without exception in the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention described later.
  • the semiconductor laser element 1 according to the comparative example is a semiconductor laser device of edge-emitting to resonator and the outgoing direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b.
  • the front side in the emission direction is the positive direction of the Z axis in the figure
  • the rear side in the emission direction is the negative direction of the Z axis in the figure.
  • the upper surface direction is the stacking direction of the semiconductor layers in the semiconductor laser element 1 and is the Y-axis direction in the drawing
  • the width direction is the horizontal direction orthogonal to the emission direction, which is the X-axis direction in the drawing. .
  • the semiconductor laser element 1 As shown in FIG. 1, the semiconductor laser element 1 according to the comparative example, the current injection region R 2 on the waveguide region R 1 is formed. As will be described in with reference to FIG. 2, the current injection region R 2, the electrodes are attached, is a region for injecting a current into the waveguide region R 1.
  • the waveguide region R 1 is a region having an action of confining the laser light in the waveguide layer by having a structure exemplified later with reference to FIG. 2, and is determined functionally. This is because, in the waveguide having the ridge structure illustrated in FIG. 2, there is no boundary in the waveguide layer itself, whereas in the buried type waveguide, for example, there is a boundary in the waveguide layer itself. beyond the type of waveguide structure, because it is difficult to define a waveguide region R 1 in uniformly.
  • the semiconductor laser device 1 according to the comparative example illustrates a semiconductor laser device having a ridge structure.
  • a semiconductor laser device 1 according to a comparative example includes, for example, an upper electrode 5, a lower electrode 6 formed on the lower surface, a substrate 7 made of n-type GaAs, and a substrate. 7 is provided with a semiconductor laminated portion 2 formed on the substrate 7 and a passivation film 15. Then, the semiconductor stacked portion 2 is formed on the substrate 7 in order, the n-type buffer layer 8, the n-type cladding layer 9, the n-type guide layer 10, the active layer 11, the p-type guide layer 12, and the p-type cladding layer 13. The p-type contact layer 14 is included.
  • the n-type buffer layer 8 is made of GaAs and is a buffer layer for growing a laminated structure of high-quality epitaxial layers on the substrate 7.
  • the n-type cladding layer 9 and the n-type guide layer 10 are made of AlGaAs whose refractive index and thickness are set so as to realize a desired optical confinement state in the stacking direction.
  • the Al composition of the n-type guide layer 10 is, for example, 15% or more and less than 40%.
  • the n-type cladding layer 9 has a refractive index smaller than that of the n-type guide layer 10.
  • the thickness of the n-type guide layer 10 is preferably 50 nm or more, for example, about 1000 nm.
  • the thickness of the n-type cladding layer 9 is preferably about 1 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • these n-type semiconductor layers contain, for example, silicon (Si) as an n-type dopant.
  • the active layer 11 includes a lower barrier layer, a quantum well layer, and an upper barrier layer, and has a single quantum well (SQW) structure.
  • the lower barrier layer and the upper barrier layer are made of high-purity AlGaAs that has a barrier function of confining carriers in the quantum well layer and is not intentionally doped.
  • the quantum well layer is made of high-purity InGaAs that is not intentionally doped.
  • the In composition and film thickness of the quantum well layer and the composition of the lower barrier layer and the upper barrier layer are set according to a desired emission center wavelength (for example, 900 nm to 1080 nm).
  • the structure of the active layer 11 may be a multiple quantum well (MQW) structure in which a desired number of stacked layers of quantum well layers and barrier layers formed above and below them are repeated, or a single quantum well structure.
  • MQW multiple quantum well
  • the structure of the high-purity layer that is not intentionally doped has been described.
  • a donor or an acceptor may be intentionally added to the quantum well layer, the lower barrier layer, and the upper barrier layer.
  • the p-type guide layer 12 and the p-type cladding layer 13 are paired with the n-type cladding layer 9 and the n-type guide layer 10 described above, and have a refractive index and a thickness so as to realize a desired optical confinement state in the stacking direction. Is made of AlGaAs.
  • the Al composition of the p-type guide layer 12 is, for example, 15% or more and less than 40%.
  • the p-type cladding layer 13 has a refractive index smaller than that of the p-type guide layer 12.
  • the Al composition of the p-type cladding layer 13 is set slightly larger than that of the n-type cladding layer 9.
  • the Al composition of the p-type guide layer 12 is set smaller than the Al composition of the p-type cladding layer 13.
  • the thickness of the p-type guide layer 12 is preferably 50 nm or more, for example, about 1000 nm.
  • the thickness of the p-type cladding layer 13 is preferably about 1 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • these p-type semiconductor layers contain carbon (C) as a p-type dopant.
  • the C concentration of the p-type guide layer 12 is set to 0.1 to 1.0 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 , for example, and is preferably about 0.5 to 1.0 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the C concentration of the p-type cladding layer 13 is set to 1.0 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, for example.
  • the p-type contact layer 14 is made of GaAs doped with Zn or C at a high concentration.
  • the light of the semiconductor laser element 1 exists mainly in the regions of the n-type guide layer 10, the active layer 11, and the p-type guide layer 12 in the Y-axis direction that is the stacking direction. Therefore, these layers can be collectively referred to as a waveguide layer.
  • the passivation film 15 is an insulating film made of, for example, SiN x and has an opening A.
  • a ridge structure for confining the laser beam in the X-axis direction is formed in at least a part of the p-type cladding layer 13 immediately below the opening A.
  • the horizontal width of the waveguide region in the laser element having the ridge structure is the ridge structure provided immediately below the opening A as shown in FIG.
  • the horizontal width of the current injection region is the width of the opening A in the X direction.
  • the horizontal width of the waveguide region and the horizontal width of the current injection region are defined similarly.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the laser device having the ridge structure, but the laser device of each embodiment described below omits the description of the sectional structure, but the sectional structure shown in FIG. It shall have the same structure.
  • FIG. 3 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment is an edge-emitting semiconductor laser device in which the waveguide mode in the waveguide is a multimode.
  • the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment the width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction front end surface S width and the outgoing direction rear end surface of the waveguide region R 1 for f S b is substantially the same a width W b, on the one hand, at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, the width W n of the waveguide region R 1 is smaller than the width W b Yes.
  • the semiconductor laser device 100 has a current injection region R on the waveguide region R 1 so as to provide a certain margin at both ends of the current injection region R 2. since forming a 2, consequently, in at least a portion in the current injection region width of R 2 is the emission direction front end surface S f between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b It is smaller than the width of a current injection region R 2.
  • Distance (i.e. total length) L between the outgoing direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b is a so-called cavity length, for example, is preferably 800 [mu] m ⁇ 6 mm, to be 3 mm ⁇ 5 mm Further preferred.
  • the width W of the semiconductor laser device 100 is not limited in particular if it is set to be sufficiently wider than the width W b.
  • partial width to the exit direction front side of the waveguide region R 1 is constant at W b (i.e. parallel) is provided.
  • the length L b1 of the waveguide region R 1 having a constant width is preferably 80% or less of the total length L, and more preferably 50% or less.
  • the length L b1 is preferably, for example, 5 ⁇ m or more, and can be equal to or greater than the processing accuracy when cutting the front end surface S f in the emission direction.
  • the waveguide region R 1 whose width is narrower is limited to a part, so that it is possible to suppress an increase in voltage when current is injected into the waveguide region R 1. is there.
  • the length L b1 is too long, the effect of suppressing the radiation angle when emitted from the emission direction front side end face S f is reduced.
  • the waveguide region R 1 on the rear side in the emission direction is also provided with a portion whose width is constant at W b (that is, parallel).
  • the length L b2 of the waveguide region R 1 having a constant width is preferably 10% or less of the total length L, and more preferably 1% or less.
  • the length L b2 is preferably, for example, 5 ⁇ m or more, and can be equal to or greater than the processing accuracy when the rear end face S b in the emission direction is cleaved.
  • the length L b2 is preferably shorter than the length L b1 .
  • the width W b is preferably 20 ⁇ m to 400 ⁇ m, for example, and more preferably 30 ⁇ m to 200 ⁇ m. If a specific value is exemplified, the width W b is preferably 100 ⁇ m. Considering that the light emitted from the semiconductor laser device 100 is coupled to the subsequent optical fiber, it is preferable from the viewpoint of optical coupling that the width W b is a value within ⁇ 50 ⁇ m of the core diameter of the subsequent optical fiber. is there. In general, when increasing the width W b, the optical density is lowered in the outgoing direction front end surface S f, from the viewpoint of improving the reliability of the end surface faults. However, if the width Wb is wide, the optical coupling efficiency is lowered.
  • the optical coupling efficiency constant it is generally necessary to make the product of the width Wb and the radiation angle constant. According to the present invention, since the radiation angle can be reduced, the same optical coupling efficiency can be realized even in a semiconductor laser device having a wide W b with higher reliability.
  • the width W n of the waveguide region R 1 is at least partially between the emission direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b. there is a portion that is narrower than the width W b.
  • the width of the portion is constant at W n (that is, parallel).
  • the length L n of the waveguide region R 1 whose width is W n is preferably 0 or more and 40% or less of the total length L.
  • the waveguide region R 1 width W n is the width W between the outgoing direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b if the portion is smaller than b, for the reasons described below, because the effect of suppressing the radiation angle at the time of being emitted from the emission direction front end surface S f is obtained.
  • the width W n is preferably 5% to 95% of the width W b , for example. While the width W n resulting in too narrow a voltage rises and too wide, because the effect of suppressing the radiation angle at the time of being emitted from the emission direction front end surface S f becomes smaller. Note that the width W n does not need to be so narrow that the waveguide mode of the laser light guided through the waveguide region R 1 becomes a single mode.
  • width waveguide region R 1 and the width is the W n connecting the waveguide region R 1 is W b, be linearly changing the width, even curve changing Alternatively, it may be changed stepwise. Further, the change in the width does not necessarily need to be monotonously increased or monotonously decreased, but if it is continuously changed by monotonically increasing or monotonically decreasing, the shape becomes simple and the manufacture is easy. Conversely, the width W b is not necessarily the maximum width of the waveguide region R 1, to allow the shape which is widest elsewhere.
  • the width W n may be the minimum width of the waveguide region R 1 , and the minimum width is larger than the width of the waveguide region R 1 at the output direction front end surface S f and the output direction rear end surface S b . It only has to be narrow.
  • the length L t2 of the waveguide region R 1 having a width waveguide region R 1 and the width is the W n connecting the waveguide region R 1 is W b,
  • it is preferably greater than zero and 10% or less of the total length L, and more preferably 3% or less of the total length L. This is because if the length L t2 is too long, current-light output characteristics deteriorate in addition to voltage increase.
  • the length L t1 of the waveguide region R 1 where width is the waveguide region R 1 and the width is W n connecting the waveguide region R 1 is W b, e.g. , Greater than zero and preferably longer than length L t2 . This is because if the length L t1 is too long, the voltage rise increases, and if it is too short, the loss of the waveguide increases.
  • the length L t1 may be set as the total length L minus the sum of the other lengths L b1 , L n , L t2 , L b2 .
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a part of the process of cutting out each semiconductor laser element from the semiconductor wafer.
  • barization in the middle of cutting out each semiconductor laser element from the semiconductor wafer.
  • Barring means that the semiconductor wafer is cleaved into a bar shape in which a plurality of semiconductor laser elements are arranged.
  • the semiconductor laser device 100 n, i, ⁇ ⁇ ⁇ , and a bar of 100 n, m took number n
  • the semiconductor laser device 100 n + 1, i, ⁇ is 100 n + 1, m
  • each semiconductor laser element 100 n, i ,..., 100 n, m , 100 n + 1, i ,..., 100 n + 1, m is the same as the semiconductor laser element 100 according to the first embodiment. assumed to be of the configuration, for ease of description, it shows only the shape of the waveguide region R 1.
  • the semiconductor in the laser element 100, the emission direction front end surface S the width of the waveguide region R 1 for f and the width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction the rear end surface S b is substantially the same width W because it is b, even if there is an error in the cleavage position is less fear of affecting the shape of the waveguide region R 1 of the semiconductor laser element 100 manufactured. Described above were above machining accuracy in cleaving the emission direction rear end surface S b of the lower limit of the length L b2 and are those aimed at such effect.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a comparative example of a part of the process of cutting out each semiconductor laser element from the semiconductor wafer.
  • the semiconductor laser device 101 n, i, ⁇ ⁇ ⁇ , 101 n, and a bar of m is aligned number n
  • the semiconductor laser device 101 n + 1, i, ⁇ is 101 n + 1, m
  • each semiconductor laser element 101 n, i ,..., 101 n, m , 101 n + 1, i ,..., 101 n + 1, m is the configuration of the semiconductor laser element 100 according to the first embodiment. It assumed a modification in which the length L b2 and L t2 to zero from, shows only the shape of the waveguide region R 1.
  • the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment is more preferable because it can be easily manufactured even in consideration of manufacturing variations.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing another comparative example of a part of the process of cutting out each semiconductor laser element from the semiconductor wafer.
  • the semiconductor laser device 101 n, i-2, ⁇ , 101 n, and a bar of m is aligned number n
  • the semiconductor laser device 101 n + 1, i, ⁇ , 101 n + 1 This shows a situation where a bar of number n + 1 in which m is arranged is cleaved to form a bar.
  • each semiconductor laser element 101 n, i-2 ,..., 101 n, m , 101 n + 1, i ,..., 101 n + 1, m is the semiconductor laser element 100 according to the first embodiment.
  • the outgoing direction front end surface S f of the bar and the number n + 1 of bar numbers n are arranged so as to face, by the error bars of positions, unintended discontinuous shape will be formed You can avoid that.
  • the arrangement order of the numbers of the semiconductor laser elements is reversed between the number n bar and the number n + 1 bar, and the traceability of the semiconductor laser elements is reduced. It is not preferable from the viewpoint of management.
  • the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment is preferable from the viewpoint of traceability and management as compared with the comparative example shown in FIG.
  • the semiconductor laser device 100 of the above construction since the waveguide mode in the waveguide region R 1 is a semiconductor laser element of the edge-emitting a multimode laser beam of the plurality of waveguide mode oscillates. However, since the width of the waveguide region R 1 is narrowed to W n at least partly between the emission direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b , the number of higher-order waveguide modes Is appropriately suppressed. Result, since the direction of the laser beam of the higher order mode tends to be large radiation angle, in the semiconductor laser device 100 of this configuration, it possible to suppress the radiation angle of the laser light emitted from the emission direction front end surface S f There will be an effect of being able to.
  • the semiconductor laser device 100 of the present configuration at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, although the width of the waveguide region R 1 is narrowed, the width since the narrow waveguide region R 1 is remained a part, it is possible to suppress an increase in voltage due to injection of current into the waveguide region R 1.
  • the emission direction front end surface S f waveguide region of R 1 width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction the rear end surface S b width and substantially the same width in the W b Therefore, tolerance to manufacturing errors, traceability, and manageability are excellent when each semiconductor laser element is cut out from the semiconductor wafer.
  • FIG. 7 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • the semiconductor laser device 200 according to the second embodiment is an edge-emitting semiconductor laser device in which the waveguide mode in the waveguide is a multimode.
  • the semiconductor laser device 200 according to the second embodiment the width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction front end surface S width and the outgoing direction rear end surface of the waveguide region R 1 for f S b is substantially the same a width W b, on the one hand, at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, the width W n of the waveguide region R 1 is smaller than the width W b Yes.
  • the semiconductor laser device 200 according to the second embodiment has a length L i1 range from the emission direction front end surface S f and a length L i2 range from the emission direction rear end surface S b.
  • current injection region R 2 is not provided.
  • a current injection region length R 2 is not provided L i1 or length range a current non-injection region of L i2.
  • the semiconductor laser device 200 according to the second embodiment illustrated in FIG. 7 has both a range from the front end surface S f in the emission direction to the length L i1 and a range from the rear end surface S b in the emission direction to the length L i2.
  • the current non-injection region is provided, it may be configured to be provided in either one.
  • the provision of the current non-injection region in the vicinity of the exit direction front end surface S f or the emission direction rear end surface S b since the current injection emission direction front end surface S f or the emission direction rear end surface laser beam in S b can be suppressed, The possibility that the emission direction front end surface Sf or the emission direction rear end surface Sb is damaged by the energy of the laser beam is reduced. As a result, an effect that the reliability of the semiconductor laser element 200 is improved can be obtained.
  • the waveguide region R 1 is formed in the semiconductor laser device 200 according to the second embodiment illustrated in FIG. 7, but no current is injected from the current injection region.
  • the length L i1 from the emission direction front side end face S f in which the current non-injection region is provided is preferably, for example, not less than 5 ⁇ m and not more than 300 ⁇ m, and more preferably not less than 5 ⁇ m and not more than 150 ⁇ m.
  • the length of the range in which the emission direction of the rear end surface S b providing a current non-injection region L i2 is, for example, preferably set to 5 ⁇ m or 300 ⁇ m or less and more preferably be 5 ⁇ m or 100 ⁇ m or less.
  • the length L i1 is preferably equal to or longer than the length L i2 .
  • the length L t2 and the length L b2 are too long, the current-light output characteristics of the semiconductor laser element 200 may be deteriorated. Therefore, if the length L i2 is made longer than the sum of the length L t2 and the length L b2 , no current is injected into the range of the length L t2 + L b2 from the rear end face S b in the emission direction. Degradation of the current-light output characteristic of 200 is suppressed, which is even more preferable.
  • suitable ranges of the total length L, width W, and lengths L b1 , L n , L t1 , L t2 , and L b2 of the semiconductor laser element 200 are set in the same manner as the semiconductor laser element 100 according to the first embodiment. be able to.
  • the semiconductor laser device 200 of the above construction since the waveguide mode in the waveguide region R 1 is a semiconductor laser element of the edge-emitting a multimode laser beam of the plurality of waveguide mode oscillates. However, since the width of the waveguide region R 1 is narrowed to W n at least partly between the emission direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b , the number of higher-order waveguide modes Is appropriately suppressed. Result, since the direction of the laser beam of the higher order mode tends to be large radiation angle, in the semiconductor laser device 200 of this configuration, it possible to suppress the radiation angle of the laser light emitted from the emission direction front end surface S f There will be an effect of being able to.
  • the semiconductor laser device 200 of the present configuration at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, although the width of the waveguide region R 1 is narrowed, the width since the narrow waveguide region R 1 is remained a part, it is possible to suppress an increase in voltage due to injection of current into the waveguide region R 1.
  • the emission direction front end surface S f waveguide region of R 1 width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction the rear end surface S b width and substantially the same width in the W b Therefore, tolerance to manufacturing errors, traceability, and manageability are excellent when each semiconductor laser element is cut out from the semiconductor wafer.
  • the semiconductor laser device 200 of the present configuration since the current injection region in the vicinity of the exit direction front end surface S f or the emission direction rear end surface S b are provided, the reliability of the semiconductor laser element 200 can be improved The effect is obtained.
  • FIG. 8 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • the semiconductor laser device 300 according to the third embodiment is an edge-emitting semiconductor laser device in which the waveguide mode in the waveguide is a multimode.
  • the width of the waveguide region R 1 between the outgoing direction front end surface S emission direction rear end surface from f S b is substantially the same width W b, the emission direction at least a portion between the front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, is smaller than the width of the current injection region R 2 width of the current injection region R 2 is in the outgoing direction the front end face S f.
  • W b is the width of the waveguide region R 1 between the outgoing direction front end surface S emission direction rear end surface from f S b is, for example, 100 [mu] m.
  • Width of the current injection region R 2 is wide portion, the width of the current injection region R 2 in the range of up to a length L b1 from the emission direction front end surface S f is 10 ⁇ m narrow design, for example, from the width of the waveguide region R 1 It is preferable. That is, for example, if the width W b of the waveguide region R 1 is 100 ⁇ m, the width of the current injection region R 2 is 90 ⁇ m.
  • the width of the current injection region R 2 is narrow portion, the width of the current injection region R 2 in the range of the center of the length L n is preferably, for example, 70 ⁇ m narrower design the width of the waveguide region R 1. That is, for example, if the width W b of the waveguide region R 1 is 100 ⁇ m, the width of the current injection region R 2 is 30 ⁇ m.
  • the length L b2 of the range where the width of the current injection region R 2 is wide from the rear end face S b in the emission direction is preferably, for example, zero or more and 10% or less of the total length L. Even if the length L b2 becomes zero, the width of the waveguide region R 1 is W b . Therefore, the problem of the error in the barization position described with reference to FIGS. It does not occur even in the semiconductor laser device 300 according to the embodiment.
  • suitable ranges of the total length L, width W, and lengths L b1 , L n , L t1 , L t2 , and L b2 of the semiconductor laser element 300 are set in the same manner as the semiconductor laser element 100 according to the first embodiment. be able to.
  • the semiconductor laser device 300 of the above construction since the waveguide mode in the waveguide region R 1 is a semiconductor laser element of the edge-emitting a multimode laser beam of the plurality of waveguide mode oscillates. However, at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, the width of the current injection region R 2 is narrowed, the number of higher order waveguide mode is properly It is suppressed. Result, since the direction of the laser beam of the higher order mode tends to be large radiation angle, in the semiconductor laser device 300 of this configuration, it possible to suppress the radiation angle of the laser light emitted from the emission direction front end surface S f There will be an effect of being able to.
  • the semiconductor laser device 300 of the present configuration at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, although the width of the current injection region R 2 is narrowed, the width Since the current injection region R 2 that is narrowed is only part of the current injection region R 2 , it is possible to suppress an increase in voltage when current is injected into the current injection region R 2 .
  • the emission direction front end surface S f waveguide region of R 1 width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction the rear end surface S b width and substantially the same width in the W b Therefore, tolerance to manufacturing errors, traceability, and manageability are excellent when each semiconductor laser element is cut out from the semiconductor wafer.
  • FIG. 9 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment.
  • the semiconductor laser device 400 according to the fourth embodiment is an edge-emitting semiconductor laser device in which the waveguide mode in the waveguide is multimode, and the emission direction front end surface Sf and the emission direction rear side. at least a portion between the side end surface S b, is smaller than the width of the current injection region R 2 in the current injection region R 2 of the width of the emission direction rear end surface S b.
  • the semiconductor laser device 300 according to the third embodiment is the width of the current injection region R 2 in the emission direction front end surface S f has been a maximum
  • the semiconductor laser device 400 according to the fourth embodiment the emission direction front side width of the current injection region R 2 at the end face S f is smaller than the width of the current injection region R 2 in other areas.
  • W b is the width of the waveguide region R 1 between the outgoing direction front end surface S emission direction rear end surface from f S b is, for example, 100 [mu] m.
  • Width of the current injection region R 2 is wide portion, the width of the current injection region R 2 in the range of up to a length L b2 from the emission direction rear end surface S b, for example 10 ⁇ m narrower design the width of the waveguide region R 1 It is preferable to do. That is, for example, if the width W b of the waveguide region R 1 is 100 ⁇ m, the width of the current injection region R 2 is 90 ⁇ m.
  • the current width of the injection region R 2 is narrow portion, the width of the current injection region R 2 in the range of the length L n from the emission direction front end surface S f is, for example 70 ⁇ m narrower design the width of the waveguide region R 1 It is preferable to do. That is, for example, if the width W b of the waveguide region R 1 is 100 ⁇ m, the width of the current injection region R 2 is 30 ⁇ m.
  • suitable ranges of the total length L, width W, and lengths L n , L t2 , and L b2 of the semiconductor laser element 400 can be set similarly to the semiconductor laser element 100 according to the first embodiment.
  • the semiconductor laser device 400 of the above construction since the waveguide mode in the waveguide region R 1 is a semiconductor laser element of the edge-emitting a multimode laser beam of the plurality of waveguide mode oscillates. However, at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, the width of the current injection region R 2 is narrowed, the number of higher order waveguide mode is properly It is suppressed. Result, since the direction of the laser beam of the higher order mode tends to be large radiation angle, in the semiconductor laser device 400 of this configuration, it possible to suppress the radiation angle of the laser light emitted from the emission direction front end surface S f There will be an effect of being able to.
  • the semiconductor laser device 400 of the present configuration at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, although the width of the current injection region R 2 is narrowed, the width Since the current injection region R 2 that is narrowed is only part of the current injection region R 2 , it is possible to suppress an increase in voltage when current is injected into the current injection region R 2 .
  • the emission direction front end surface S f waveguide region of R 1 width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction the rear end surface S b width and substantially the same width in the W b Therefore, tolerance to manufacturing errors, traceability, and manageability are excellent when each semiconductor laser element is cut out from the semiconductor wafer.
  • FIG. 10 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the fifth embodiment.
  • the semiconductor laser device 500 according to the fifth embodiment is an edge-emitting semiconductor laser device in which the waveguide mode in the waveguide is a multimode, and the coverage width W c defined above is the conventional one. It is wider than a semiconductor laser element.
  • the horizontal width of the waveguide region R 1 and the current injection region R 2 are designed to be as close as possible to It was. Further, if the width of the waveguide region R 1 is the same, reducing the width of the current injection region R 2 will become possible to reduce the area of the current injection region R 2, the voltage applied rises It will be. As a result, the conventional semiconductor laser device is oriented in the direction of narrowing the coverage width, and from the viewpoint of alignment accuracy in the manufacturing process, the coverage width is larger than 0 ⁇ m and 5 ⁇ m or less.
  • the coverage width W c of the semiconductor laser device 500 according to the fifth embodiment is wider than that of the conventional semiconductor laser device, for example, larger than 5 [mu] m.
  • the reason why the coverage width W c is thus configured wider than that of the conventional semiconductor laser device is as follows.
  • the width of the waveguide region R 1 over the emission direction front end surface S f in the emission direction rear end surface S b is constant (so-called straight waveguide), and constant
  • the coverage width is widened at least partly between the front end face S f in the emission direction and the rear end face S b in the emission direction, higher-order waveguide mode oscillations can be obtained. It has an action to be suppressed, so that an effect that it is possible to suppress the radiation angle of the laser light emitted from the emission direction front end surface S f.
  • the coverage width W c is preferably 23 ⁇ m or less, and more preferably 15 ⁇ m or less. Given a relative measure of the width of the waveguide region R 1, the coverage width W c is preferably not more than 15.3% of the width of the waveguide region R 1, more not more than 10% preferable.
  • FIG. 11 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor laser device according to the sixth embodiment.
  • the semiconductor laser device 600 according to the sixth embodiment is an edge-emitting semiconductor laser device in which the waveguide mode in the waveguide is a multimode.
  • the width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction front end surface S width and the outgoing direction rear end surface of the waveguide region R 1 for f S b is substantially the same a width W b, on the one hand, at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, the width W n of the waveguide region R 1 is smaller than the width W b Yes.
  • the region having the waveguide region R 1 having the width W b and the region having the width W n are connected non-monotonically.
  • the waveguide region R 1 in the vicinity of the emission direction front end face S f has a width W b and the waveguide region R 1 in the vicinity of the center has a width W n . between the region, the waveguide region R 1 of the recess shape H portion is narrowed is disposed.
  • part of the waveguide region R 1 is arranged a recess shape H narrowed, at least a part in the waveguide region between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b Even if the width of R 1 is reduced, the number of higher-order guided modes can be appropriately suppressed. Moreover, the semiconductor laser element 600, since the semiconductor laser element of the multi-mode, even if the depression part of the waveguide region R 1 form H is disposed, the current - is not the optical output characteristic is degraded significantly.
  • a length ranging waveguide region R 1 in the vicinity of the outgoing direction front end surface S f is the width W b and L b1, after emission direction
  • the length of the range in which the waveguide region R 1 in the vicinity of the side end face S b is the width W b is L b2
  • Suitable ranges of the lengths L b1 , L n , L t1 , and L b2 can be set similarly to the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.
  • the length L b1 is preferably longer than the length L b2 .
  • the depth W d may be the same value in all the hollow shapes H, and the depth W d gradually increases toward the emission direction front end face S f. May be reduced.
  • the width of the recess shape H may be the same value in all the recesses form H, it may be gradually narrower toward the exit direction front end surface S f.
  • Arrangement interval of the recesses form H may be as equally may gradually narrow the spacing toward the emitting direction rear end surface S b.
  • the arrangement of the hollow shape H may be a target with respect to the central axis in the emission direction of the semiconductor laser element 600, and the left and right arrangements may be staggered.
  • the semiconductor laser device 600 of the above construction since the waveguide mode in the waveguide region R 1 is a semiconductor laser element of the edge-emitting a multimode laser beam of the plurality of waveguide mode oscillates. However, since the width of the waveguide region R 1 is narrowed to W n at least partly between the emission direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b , the number of higher-order waveguide modes Is appropriately suppressed. Result, since the direction of the laser beam of the higher order mode tends to be large radiation angle, in the semiconductor laser device 600 of this configuration, it possible to suppress the radiation angle of the laser light emitted from the emission direction front end surface S f There will be an effect of being able to.
  • the semiconductor laser device 600 of the present configuration at least a portion between the exit direction front end surface S f and the emission direction rear end surface S b, although the width of the waveguide region R 1 is narrowed, the width since the narrow waveguide region R 1 is remained a part, it is possible to suppress an increase in voltage due to injection of current into the waveguide region R 1.
  • the emission direction front end surface S f waveguide region of R 1 width of the waveguide region R 1 in the outgoing direction the rear end surface S b width and substantially the same width in the W b Therefore, tolerance to manufacturing errors, traceability, and manageability are excellent when each semiconductor laser element is cut out from the semiconductor wafer.
  • FIG. 12 is a plan view of the semiconductor laser module according to the seventh embodiment
  • FIG. 13 is a partially cutaway side view of the semiconductor laser module according to the seventh embodiment.
  • the semiconductor laser module 700 includes a housing 701 made of metal having a lid 701a and a bottom plate portion 701b, and an LD height adjustment that is a base made of metal and having a staircase shape mounted in order on the bottom plate portion 701b.
  • a plate 702, six submounts 703 having a rectangular parallelepiped shape, and six semiconductor laser elements 704 which are semiconductor elements having a substantially rectangular parallelepiped shape are provided.
  • the illustration of the lid 701a is omitted for explanation.
  • the housing 701 and the LD height adjusting plate 702 are made of copper (Cu) and function as a heat radiating plate that radiates heat generated from the semiconductor laser element 704.
  • the linear expansion coefficient of Cu is 17 ⁇ 10 ⁇ 6 (1 / K).
  • the casing 701 and the LD height adjustment plate 702 may be made of iron (Fe).
  • the linear expansion coefficient of Fe is 12 ⁇ 10 ⁇ 6 (1 / K).
  • the thickness of the bottom plate portion 701b is, for example, about 1 to 5 mm
  • the thickness of the LD height adjusting plate 702 is, for example, about 1 to 10 mm, but is not particularly limited.
  • the semiconductor laser module 700 is electrically connected to each semiconductor laser element 704 via a submount 703 and a bonding wire (not shown), and has two lead pins 705 for supplying power to each semiconductor laser element 704.
  • the semiconductor laser module 700 includes six first lenses 706, six second lenses 707, six mirrors 708, a diffraction grating 710, a third lens 709, and a fourth lens 711.
  • the diffraction grating 710 is for fixing the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 704, and for example, VBG (Volume Bragg Grafting) or VHG (Volume Holographic Gratting) can be used.
  • Each first lens 706, each second lens 707, each mirror 708, diffraction grating 710, third lens 709, and fourth lens 711 are on the optical path of the laser light output from each semiconductor laser element 704 along the optical path.
  • the semiconductor laser module 700 includes an optical fiber 712 disposed to face the fourth lens 711.
  • One end of the optical fiber 712 on the side where the laser light is incident is housed inside the housing 701 and supported by a support member 713.
  • the optical fiber 712 is a multimode optical fiber having a plurality of propagation modes.
  • Each semiconductor laser element 704 has the same structure as the semiconductor laser elements according to the first to sixth embodiments described above.
  • gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide (InP) is the main material. It is configured as.
  • the linear expansion coefficient of GaAs is 5.9 ⁇ 10 ⁇ 6 (1 / K), and the linear expansion coefficient of InP is 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 (1 / K).
  • the thickness of each semiconductor laser element 704 is, for example, about 0.1 mm. As shown in FIG. 13, each semiconductor laser element 704 is fixed to each submount 703, and each submount 703 is fixed to the LD height adjusting plate 702 so that the heights thereof are different from each other.
  • each first lens 706, each second lens 707, and each mirror 708 are disposed at a height corresponding to the corresponding semiconductor laser element 704.
  • a component including the submount 703 and the semiconductor laser element 704 fixed to the submount 703 is referred to as a chip-on submount 716 as a semiconductor element mounting submount.
  • a loose tube 715 is provided at an insertion portion of the optical fiber 712 into the housing 701, and a boot 714 is externally fitted to a part of the housing 701 so as to cover a part of the loose tube 715 and the insertion portion. ing.
  • Each semiconductor laser element 704 is supplied with electric power through the lead pin 705 using the submount 703 as a supply path, and outputs laser light.
  • Each laser beam output from each semiconductor laser element 704 is made into substantially collimated light by each corresponding first lens 706 and each second lens 707 and reflected by each corresponding mirror 708 toward the third lens 709. The Further, each laser beam is condensed by the third lens 709 and the fourth lens 711, enters the end face of the optical fiber 712, and propagates through the optical fiber 712.
  • each first lens 706, each second lens 707, each mirror 708, the third lens 709, and the fourth lens 711 is an optical system that couples the laser light emitted from the semiconductor laser element 704 to an optical fiber.
  • the semiconductor laser module 700 includes the optical system.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a graph of the ratio of the length L b1 to the length L and FFPh.
  • the experimental data shown in the graph of FIG. 14 is obtained using the semiconductor laser device 200 according to the second embodiment, and the parameters of the semiconductor laser device 200 are as follows.
  • Current injection region R 2 width waveguide region R 1 width ⁇ 10 ⁇ m (Equally narrowed by 5 ⁇ m on each side from both ends of the waveguide region)
  • Length ratio Ln / L 0.22%
  • Length ratio L t2 /L 0.89%
  • Length ratio L b2 /L 0.22%
  • Oscillation wavelength 900 ⁇ 1080nm
  • Reflectance of the front end face 0.1-7%
  • Rear end face reflectance 95%
  • Light output from the front end face 8W or more
  • L b1 / L on the horizontal axis of the graph is a ratio between the total length L of the semiconductor laser element 200 and the length L b1 in the range where the width W b of the waveguide region R 1 on the front side in the emission direction is constant.
  • the length L t1 is defined as the total length L minus each length L n , L t2 , L b1 , L b2 .
  • L b1 / L 100% means a straight waveguide whose width W b is constant over the entire length L. In this case, the lengths L n , L t2 , and L b2 are considered to be zero.
  • FFPh on the vertical axis of the graph means the far field pattern in the horizontal direction, which means the horizontal spread angle of the laser light emitted from the emission end face, and is 1 / when driving at a current value of 14A. It measures the full width of the position of e 2.
  • L b1 is 56% or less of the total length L of the semiconductor laser element 200
  • the effect of reducing FFPh can be obtained.
  • the length L b1 is too large, the similar shape as the straight waveguide, the effect of reducing FFPh becomes smaller. If the length L b1 is smaller than 20% of the total length L, the FFPh reduction effect is saturated. If L b1 is too small, the electrical resistance will increase. Accordingly, L b1 is preferably 20% to 56% of the total length L.
  • the relationship between L b1 / L and FFPh has the same tendency even in four experimental samples having different widths W b .
  • the width W n is common to the four experimental samples, it has the same tendency even though the angle when the width W n changes to the width W b is different. That is.
  • FIG. 15 is a diagram showing a graph of the width W n and the change in FFPh.
  • the experimental data shown in the graph of FIG. 15 was obtained using the semiconductor laser device 200 according to the second embodiment as in the experiment of FIG. 14.
  • the width W b was fixed to 100 ⁇ m.
  • the current value is 6A.
  • the width W n is in the range of 30 ⁇ m or more, there is little influence of the resistance increase, and a suitable effect of reducing FFPh can be obtained. From the graph shown in FIG. 15, an effect of -0.5 degrees is recognized when the width W n is in the range of 30 to 75 ⁇ m, and a particularly preferable reduction of FFPh is recognized.
  • the lower limit value of the width W n at which the influence of heat starts to become significant differs.
  • the final importance is the area of the current injection region R 2.
  • the width W n is preferably 90 ⁇ m or less. If the width W n exceeds 90 [mu] m, because becomes the same shape as substantially straight waveguide, it becomes difficult to obtain advantages in comparison to the straight waveguide.
  • FIG. 16 is a diagram showing a graph of coverage width and change in FFPh.
  • the experimental data shown in the graph of FIG. 16 is obtained using the semiconductor laser device 500 according to the fifth embodiment, and the parameters of the semiconductor laser device 500 are as follows.
  • Waveguide width W b 150 ⁇ m (constant over the entire length)
  • Oscillation wavelength 900 ⁇ 1080nm
  • Reflectance of the front end face 0.1-7%
  • Rear end face reflectance 95%
  • Light output from the front end face 8W or more
  • the coverage width on the horizontal axis of the graph is a value obtained by dividing the horizontal width of the waveguide region described above by subtracting the horizontal width of the current injection region by 2.
  • FFPh on the vertical axis of the graph means the far field pattern in the horizontal direction, which means the horizontal spread angle of the laser beam emitted from the emission end face, and measures the full width at the 1 / e 2 position. Yes.
  • the change of FFPh means a difference based on the case where the coverage width is 5 ⁇ m.
  • the coverage width is larger than 0 ⁇ m and 5 ⁇ m or less (in the range of the arrow in the figure), but here, the case where the coverage width is 5 ⁇ m is adopted as a reference.
  • the dotted line in the graph is a fitting of experimental data with a quadratic curve.
  • the FFPh is reduced by increasing the coverage width at each current value.
  • the coverage width becomes too wide, the voltage to be applied becomes high, and it can be seen that FFPh tends to increase due to heat generation. Further, as the drive current is increased, heat is also generated by the drive current, so that FFPh starts to increase even when the coverage width is relatively narrow.
  • the drive current 14A is a drive current sufficient to obtain an optical output of about 13W.
  • the coverage width is 23 ⁇ m or less, and the FFPh is equal to or less than the conventional FFPh (the value on the vertical axis is 0 or less in the graph).
  • the coverage width is 15 ⁇ m or less, and the FFPh is less than or equal to the conventional FFPh (in the graph, the value on the vertical axis is 0 or less).
  • the coverage width is preferably 23 ⁇ m or less, and more preferably 15 ⁇ m or less. Further, in view of a relative standard with respect to the width of the waveguide region, the coverage width W c is preferably 15.3% or less, more preferably 10% or less of the width of the waveguide region R 1. preferable.
  • the waveguide of the semiconductor laser device according to the above embodiment employs a ridge structure, but is not limited thereto, and a waveguide such as a SAS structure (Self-Aligned Structure) or a BH structure (Buried-Hetero structure). It is also possible to adopt a structure. Further, a technique for forming a waveguide by mixing a quantum well may be employed.
  • the above embodiment is an example of a refractive index waveguide type semiconductor laser element. However, the present invention is not limited to the refractive index waveguide type and can be applied to a gain waveguide type semiconductor laser. . In the case of a waveguide having a ridge structure, the function as a waveguide does not change even if there is a semiconductor layer portion approximately the same height as the ridge structure outside the ridge structure.
  • the semiconductor laser device, chip-on-submount, and semiconductor laser module according to the present invention are useful for high-power semiconductor laser devices, and are particularly suitable for industrial semiconductor laser devices.

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Abstract

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、ことを特徴とする半導体レーザ素子。

Description

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
　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。
　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。
米国特許第８５３７８６９号明細書
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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は、長さＬに対する長さＬｂ１の割合とＦＦＰｈとのグラフを示す図である。 図１５は、幅ＷｎとＦＦＰｈの変化とのグラフを示す図である。 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。
　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。
（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。
　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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂ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。
　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Ｒ１の上に電流注入領域Ｒ２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Ｒ２は、電極が取り付けられ、導波路領域Ｒ１に電流を注入するための領域である。ここで導波路領域Ｒ１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Ｒ１を画一的に規定することは困難であるからである。
　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。
　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。
　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。
　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０．１～１．０×１０１７ｃｍ－３に設定され、０．５～１．０×１０１７ｃｍ－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１．０×１０１７ｃｍ－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。
　パッシベーション膜１５は、例えばＳｉＮｘ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。
　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。
　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。
　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。
（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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂであり、一方で、出射方向前側端面Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１の幅Ｗｎが幅Ｗｂよりも狭くなっている。
　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Ｒ２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Ｒ１の上に電流注入領域Ｒ２を形成しているので、結果的に、出射方向前側端面Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ２の幅が出射方向前側端面Ｓｆにおける電流注入領域Ｒ２の幅よりも狭くなっている。
　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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂ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Ｗｂ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。
　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Ｒ１に幅がＷｂ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Ｒ１の長さＬｂ１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Ｌｂ１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Ｓｆ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Ｌｂ１が長いほど、幅が狭くなっている導波路領域Ｒ１が一部にとどまっているので、導波路領域Ｒ１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Ｌｂ１が長すぎると、出射方向前側端面Ｓｆ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。
　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Ｒ１にも幅がＷｂ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Ｒ１の長さＬｂ２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Ｌｂ２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Ｓｂ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Ｌｂ２は、長さＬｂ１よりも短いことが好ましい。
　幅Ｗｂ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Ｗｂ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Ｗｂ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Ｗｂを広げると、出射方向前側端面Ｓｆ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Ｗｂ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Ｗｂ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Ｗｂ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。
　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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部に導波路領域Ｒ１の幅Ｗｎが幅Ｗｂ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Ｗｎで一定（つまり平行）となっている。この幅がＷｎである導波路領域Ｒ１の長さＬｎは、０以上で全長Ｌの４０％以下とすることが好ましい。長さＬｎ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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部に導波路領域Ｒ１の幅Ｗｎが幅Ｗｂ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Ｓｆ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。
　幅Ｗｎは、例えば幅Ｗｂの５％～９５％とすることが好ましい。幅Ｗｎ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Ｓｆ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Ｗｎは、導波路領域Ｒ１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。
　幅がＷｎである導波路領域Ｒ１と幅がＷｂである導波路領域Ｒ１とをつなぐ導波路領域Ｒ１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Ｗｂは必ずしも導波路領域Ｒ１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Ｗｎは、導波路領域Ｒ１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Ｓｆおよび出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅よりも狭くなっていればよい。
　出射方向後側端面Ｓｂに近い側における、幅がＷｎである導波路領域Ｒ１と幅がＷｂである導波路領域Ｒ１とをつなぐ導波路領域Ｒ１の長さＬｔ２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Ｌｔ２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。
　出射方向前側端面Ｓｆに近い側における、幅がＷｎである導波路領域Ｒ１と幅がＷｂである導波路領域Ｒ１とをつなぐ導波路領域Ｒ１の長さＬｔ１は、例えば、ゼロより大きく、長さＬｔ２よりも長いことが好ましい。長さＬｔ１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Ｌｔ１は、全長Ｌからその他の長さＬｂ１，Ｌｎ，Ｌｔ２，Ｌｂ２の和を引いたものとして設定すればよい。
　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。
　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１００ｎ，ｉ，・・・，１００ｎ，ｍが並んだ番号ｎのバーと、半導体レーザ素子１００ｎ＋１，ｉ，・・・，１００ｎ＋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１００ｎ，ｉ，・・・，１００ｎ，ｍ，１００ｎ＋１，ｉ，・・・，１００ｎ＋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Ｒ１の形状のみを図示している。
　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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂ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Ｒ１の形状に影響を与える心配が少ない。上記説明した長さＬｂ２の下限としての出射方向後側端面Ｓｂ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。
　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１０１ｎ，ｉ，・・・，１０１ｎ，ｍが並んだ番号ｎのバーと、半導体レーザ素子１０１ｎ＋１，ｉ，・・・，１０１ｎ＋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１０１ｎ，ｉ，・・・，１０１ｎ，ｍ，１０１ｎ＋１，ｉ，・・・，１０１ｎ＋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Ｌｂ２とＬｔ２をゼロにした変形例であるものとし、導波路領域Ｒ１の形状のみを図示している。
　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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１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。
　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１０１ｎ，ｉ－２，・・・，１０１ｎ，ｍが並んだ番号ｎのバーと、半導体レーザ素子１０１ｎ＋１，ｉ，・・・，１０１ｎ＋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１０１ｎ，ｉ－２，・・・，１０１ｎ，ｍ，１０１ｎ＋１，ｉ，・・・，１０１ｎ＋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Ｌｂ２とＬｔ２をゼロにした変形例であるものとし、導波路領域Ｒ１の形状のみを図示している。
　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Ｓｆ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Ｓｂ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。
　以上の構成の半導体レーザ素子１００は、導波路領域Ｒ１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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１の幅がＷｎ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Ｓｆ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。
　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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１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Ｒ１が一部にとどまっているので、導波路領域Ｒ１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。
　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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂ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。
（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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂであり、一方で、出射方向前側端面Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１の幅Ｗｎが幅Ｗｂよりも狭くなっている。
　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Ｓｆから長さＬｉ１の範囲および出射方向後側端面Ｓｂから長さＬｉ２の範囲に電流注入領域Ｒ２が設けられていない。電流注入領域Ｒ２が設けられていない長さＬｉ１または長さＬｉ２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Ｓｆから長さＬｉ１の範囲および出射方向後側端面Ｓｂから長さＬｉ２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Ｓｆまたは出射方向後側端面Ｓｂの近傍に電流非注入領域を設けると、出射方向前側端面Ｓｆまたは出射方向後側端面Ｓｂ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Ｓｆまたは出射方向後側端面Ｓｂ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Ｒ１は形成されている。
　電流注入領域Ｒ２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ＳｉＮｘ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Ｓｆから長さＬｉ１の範囲および出射方向後側端面Ｓｂから長さＬｉ２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。
　電流非注入領域を設ける範囲である出射方向前側端面Ｓｆからの長さＬｉ１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Ｓｂからの長さＬｉ２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Ｌｉ１と長さＬｉ２の関係としては、長さＬｉ１は長さＬｉ２以上とすることが好ましい。
　また、長さＬｔ２および長さＬｂ２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Ｌｉ２を長さＬｔ２および長さＬｂ２の和よりも長くすると、出射方向後側端面Ｓｂから長さＬｔ２＋Ｌｂ２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。
　その他、半導体レーザ素子２００の全長Ｌおよび幅Ｗや長さＬｂ１，Ｌｎ，Ｌｔ１，Ｌｔ２，Ｌｂ２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。
　以上の構成の半導体レーザ素子２００は、導波路領域Ｒ１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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１の幅がＷｎ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Ｓｆ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。
　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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１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Ｒ１が一部にとどまっているので、導波路領域Ｒ１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。
　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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂ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。
　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Ｓｆまたは出射方向後側端面Ｓｂ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。
（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Ｓｆから出射方向後側端面Ｓｂの間の導波路領域Ｒ１の幅が実質的に同じ幅Ｗｂであるが、出射方向前側端面Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ２の幅が出射方向前側端面Ｓｆにおける電流注入領域Ｒ２の幅よりも狭くなっている。
　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Ｒ２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。
　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Ｓｆから出射方向後側端面Ｓｂの間の導波路領域Ｒ１の幅であるＷｂは、例えば１００μｍである。電流注入領域Ｒ２の幅が広い部分となる、出射方向前側端面Ｓｆから長さＬｂ１までの範囲における電流注入領域Ｒ２の幅は、例えば導波路領域Ｒ１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Ｒ１の幅Ｗｂが１００μｍであれば、電流注入領域Ｒ２の幅は、９０μｍとなる。一方、電流注入領域Ｒ２の幅が狭い部分となる、中央の長さＬｎの範囲における電流注入領域Ｒ２の幅は、例えば導波路領域Ｒ１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Ｒ１の幅Ｗｂが１００μｍであれば、電流注入領域Ｒ２の幅は、３０μｍとなる。
　また、出射方向後側端面Ｓｂから電流注入領域Ｒ２の幅が広い部分となる範囲の長さＬｂ２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Ｌｂ２がゼロになったとしても、導波路領域Ｒ１の幅はＷｂ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。
　その他、半導体レーザ素子３００の全長Ｌおよび幅Ｗや長さＬｂ１，Ｌｎ，Ｌｔ１，Ｌｔ２，Ｌｂ２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。
　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Ｓｆまたは出射方向後側端面Ｓｂの近傍に電流非注入領域を設けてもよい。
　以上の構成の半導体レーザ素子３００は、導波路領域Ｒ１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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ２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Ｓｆ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。
　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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ２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Ｒ２が一部にとどまっているので、電流注入領域Ｒ２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。
　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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂ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。
（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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ２の幅が出射方向後側端面Ｓｂにおける電流注入領域Ｒ２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Ｓｆにおける電流注入領域Ｒ２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Ｓｆにおける電流注入領域Ｒ２の幅が、その他領域における電流注入領域Ｒ２の幅よりも狭くなっている。
　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Ｒ２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Ｓｆの近傍で電流注入領域Ｒ２の幅が狭くなっていると、出射方向前側端面Ｓｆ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。
　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Ｓｆから出射方向後側端面Ｓｂの間の導波路領域Ｒ１の幅であるＷｂは、例えば１００μｍである。電流注入領域Ｒ２の幅が広い部分となる、出射方向後側端面Ｓｂから長さＬｂ２までの範囲における電流注入領域Ｒ２の幅は、例えば導波路領域Ｒ１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Ｒ１の幅Ｗｂが１００μｍであれば、電流注入領域Ｒ２の幅は、９０μｍとなる。一方、電流注入領域Ｒ２の幅が狭い部分となる、出射方向前側端面Ｓｆから長さＬｎの範囲における電流注入領域Ｒ２の幅は、例えば導波路領域Ｒ１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Ｒ１の幅Ｗｂが１００μｍであれば、電流注入領域Ｒ２の幅は、３０μｍとなる。
　なお、長さＬｂ２がゼロになったとしても、導波路領域Ｒ１の幅はＷｂ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。
　その他、半導体レーザ素子４００の全長Ｌおよび幅Ｗや長さＬｎ，Ｌｔ２，Ｌｂ２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。
　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Ｓｆまたは出射方向後側端面Ｓｂの近傍に電流非注入領域を設けてもよい。
　以上の構成の半導体レーザ素子４００は、導波路領域Ｒ１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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ２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Ｓｆ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。
　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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、電流注入領域Ｒ２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Ｒ２が一部にとどまっているので、電流注入領域Ｒ２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。
　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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂ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。
（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Ｗｃが従来の半導体レーザ素子よりも広い。
　従来、導波路領域Ｒ１と電流注入領域Ｒ２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Ｒ１と電流注入領域Ｒ２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Ｒ１の幅が同じであれば、電流注入領域Ｒ２の幅を狭くすることは、電流注入領域Ｒ２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。
　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Ｗｃ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Ｗｃ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。
　カバレッジ領域は、導波路領域Ｒ１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Ｓｆ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。
　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Ｓｆから出射方向後側端面Ｓｂに亘り導波路領域Ｒ１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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂ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Ｓｆ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。
　また、カバレッジ幅を広げると出射方向前側端面Ｓｆ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Ｗｃ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Ｒ１の幅との相対的な基準で考えれば、カバレッジ幅Ｗｃは、導波路領域Ｒ１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。
（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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂであり、一方で、出射方向前側端面Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１の幅Ｗｎが幅Ｗｂよりも狭くなっている。
　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Ｒ１が幅Ｗｂである領域と幅Ｗｎ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Ｓｆの近傍における導波路領域Ｒ１が幅Ｗｂである領域と、中央付近における導波路領域Ｒ１が幅Ｗｎである領域との間に、導波路領域Ｒ１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Ｒ１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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で導波路領域Ｒ１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Ｒ１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。
　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Ｓｂに最も近い窪み形状Ｈの幅をＬｎとし、当該窪み形状Ｈから出射方向前側端面Ｓｆの方向に窪み形状Ｈが配列されている導波路領域Ｒ１の長さをＬｔ１とし、出射方向前側端面Ｓｆの近傍の導波路領域Ｒ１が幅Ｗｂである範囲の長さをＬｂ１とし、出射方向後側端面Ｓｂの近傍の導波路領域Ｒ１が幅Ｗｂである範囲の長さをＬｂ２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Ｌｂ１，Ｌｎ，Ｌｔ１，Ｌｂ２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Ｌｂ１と長さＬｂ２の関係としては、長さＬｂ２よりも長さＬｂ１の方が長い方が好ましい。
　図１１に示される窪み形状Ｈの深さをＷｄとすると、深さＷｄ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Ｓｆに向かうにつれて徐々に深さＷｄ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Ｓｆ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Ｓｂ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。
　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Ｓｆまたは出射方向後側端面Ｓｂの近傍に電流非注入領域を設けてもよい。
　以上の構成の半導体レーザ素子６００は、導波路領域Ｒ１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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１の幅がＷｎ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Ｓｆ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。
　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Ｓｆと出射方向後側端面Ｓｂとの間の少なくとも一部で、導波路領域Ｒ１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Ｒ１が一部にとどまっているので、導波路領域Ｒ１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。
　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Ｓｆにおける導波路領域Ｒ１の幅と出射方向後側端面Ｓｂにおける導波路領域Ｒ１の幅とが実質的に同じ幅Ｗｂ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。
（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
（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Ｓｆ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。
　図１４は、長さＬに対する長さＬｂ１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。
　幅Ｗｂ＝１００，１３０，１５０，１９０μｍ（４つの実験サンプル）
　幅Ｗｎ＝５０μｍ（以下、４つの実験サンプルで共通）
　電流注入領域Ｒ２の幅＝導波路領域Ｒ１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Ｌｎ／Ｌ＝０．２２％
　長さの比Ｌｔ２／Ｌ＝０．８９％
　長さの比Ｌｂ２／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
　グラフ横軸のＬｂ１／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Ｒ１の幅Ｗｂが一定である範囲の長さＬｂ１との比である。なお、長さＬｔ１は、全長Ｌから各長さＬｎ，Ｌｔ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２を引いたものとして定義する。Ｌｂ１／Ｌ＝１００％とは、全長Ｌに亘って幅Ｗｂ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Ｌｎ，Ｌｔ２，Ｌｂ２は０と考える。
　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／ｅ２の位置の全幅を測定している。
　図１４に示されるグラフから読み取れるように、長さＬｂ１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Ｌｂ１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Ｌｂ１が全長Ｌの２０％より小さいとＦＦＰｈ低減効果が飽和している。Ｌｂ１が小さすぎると、電気抵抗が上昇してしまう。以上より、Ｌｂ１は全長Ｌの２０％以上５６％以下が好ましい。
　また、図１４に示されるグラフから読み取れるように、幅Ｗｂが異なる４つの実験サンプルであっても、Ｌｂ１／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Ｗｎは４つの実験サンプルで共通しているのであるから、幅Ｗｎが幅Ｗｂ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Ｒ１の形状は、ＦＦＰｈに大きな影響を与えず、導波路領域Ｒ１の幅がＷｎ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Ｒ１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。
　図１５は、幅Ｗｎ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Ｗｂを１００μｍに固定し、幅Ｗｎ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（Ｗｎ＝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。
　図１５に示されるグラフから読み取れるように、幅Ｗｎが３０μｍより小さい範囲では、幅Ｗｎが小さいほどＦＦＰｈが増加する傾向がある。これは、幅Ｗｎ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。
　一方、幅Ｗｎ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Ｗｎ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Ｗｂの値によって、熱の影響が顕著となり始める幅Ｗｎの下限値は異なる。最終的に重要なのは、電流注入領域Ｒ２の面積である。
　なお、好適なＦＦＰｈの低減の効果を得るためには、幅Ｗｎを９０μｍ以下とすることが好ましい。幅Ｗｎ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。
　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。
　導波路の幅Ｗｂ＝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）
　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。
　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／ｅ２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。
　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。
　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。
　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）。
　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Ｗｃは、導波路領域Ｒ１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。
　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。
　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。
　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

Claims (14)

  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。
  2. 　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、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. 　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または請求項２に記載の半導体レーザ素子。
  4. 　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、
    　ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の半導体レーザ素子。
  5. 　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、
    　ことを特徴とする半導体レーザ素子。
  6. 　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４または請求項５に記載の半導体レーザ素子。
  7. 　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、
    　ことを特徴とする半導体レーザ素子。
  8. 　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７に記載の半導体レーザ素子。
  9. 　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７に記載の半導体レーザ素子。
  10. 　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７に記載の半導体レーザ素子。
  11. 　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７に記載の半導体レーザ素子。
  12. 　請求項１から請求項１１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。
  13. 　請求項１２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。
  14. 　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１３に記載の半導体レーザモジュール。
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