半導体レーザ素子の製造方法
【課題】 赤色半導体レーザにおいて出力向上，特性の安定化を図る。
【解決手段】 共振器の少なくとも一端にコーティング膜が設けられ、前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第１層と、該第１層上に形成される第２層とを有する半導体レーザ素子の製造方法において、前記第１層の光学厚さｄ１と前記第２層の光学厚さｄ２の和がレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さであり、前記第１層と前記第２層の光学膜厚比ｄ１／ｄ２は、０．５４≦ｄ１／ｄ２≦０．９５、または１．０５≦ｄ１／ｄ２≦１．８６の関係となる設計値で、前記第１層と前記第２層とを成膜する。
【解決手段】 共振器の少なくとも一端にコーティング膜が設けられ、前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第１層と、該第１層上に形成される第２層とを有する半導体レーザ素子の製造方法において、前記第１層の光学厚さｄ１と前記第２層の光学厚さｄ２の和がレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さであり、前記第１層と前記第２層の光学膜厚比ｄ１／ｄ２は、０．５４≦ｄ１／ｄ２≦０．９５、または１．０５≦ｄ１／ｄ２≦１．８６の関係となる設計値で、前記第１層と前記第２層とを成膜する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ素子に係わり、特に、波長（発振波長）が６２０〜７００ｎｍの赤色半導体レーザ素子の製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
０．６μｍ帯の赤色半導体レーザ（半導体レーザ素子）は各種情報処理装置の光源として期待されている。例えば、６５０ｎｍ帯の半導体レーザはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）用の発光源として使用され、６３０ｎｍ帯の半導体レーザは計測装置等の光源として使用されている。
光ディスクに用いる単一横モード発振する高出力半導体レーザとして、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸構造を活性領域としたダブルヘテロ構造を形成した半導体レーザが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
一方、共振器の端面に第１、第２の誘電体薄膜からなる反射防止膜を備えた光通信用の半導体レーザ装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０９５５３号公報（第２−３頁、図２）
【特許文献２】特開平１０−５１０７２号公報（第２−３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や、ＣＤ（コンパクトディスク），ＤＶＤ等の光ディスクを用いたＡＶ（音響・映像）機器の普及に伴い、情報端末機器向けの半導体レーザ素子の需要は急速に増大している。特に、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ（追記／書換え可能）やＣＤ−Ｒ／ＲＷ等の記録型光ディスク装置は、ＰＣへの標準搭載が一般的になっており、光ディスク装置の光源となる高出力半導体レーザ素子の需要拡大の主要因となっている。また、長時間の映像録画が可能な記録型ＤＶＤ装置では、光ディスク装置の特性を生かした高機能の録画機器に応用できるため、今後更なる需要増加が期待されている。このような市場要求に応えるため、特性のばらつきが小さく、優れた特性の半導体レーザ素子を安定して供給することが重要な課題となっている。
【０００５】
半導体レーザ素子の特性のばらつきが生じる原因の一つに、素子の端面（レーザ光を出射する出射面）に設けるコーティング膜（端面反射膜）の膜厚製造ばらつきに伴う反射率の変動が挙げられる。特に、素子の前方出射面（使用する出力の大きいレーザ光を出射する出射面）に反射率が小さいＡＲ（Anti-Reflection）膜をコーティングし、後方出射面（モニタ用等に使用する出力の小さいレーザ光を出射する出射面）に反射率が大きいＨＲ（High-Reflection ）膜をコーティングした高出力半導体レーザ素子では、前方出射面の反射率ばらつきが素子特性に与える影響が大きく、スロープ効率、動作電流、モニタ電流等が変動して素子の選別歩留りを低下させるばかりでなく、半導体レーザ素子を組み込む装置の制御回路にも調整が必要になる等の問題が生じることになる。
【０００６】
また、ＤＶＤ−ＲＷやＣＤ−ＲＷ等の書換え型光ディスク装置は、パーソナルコンピュータの内蔵型記憶装置として用いられることが多く、機器内の発熱により雰囲気温度が非常に高い状態で使用される。このような状態においても正常な動作を保証するためには、半導体レーザ素子の動作電流を低減し、素子自体の発熱による特性の低下をできる限り抑制できるように温度特性の優れた素子を提供する必要がある。
【０００７】
特許文献１に記載された光ディスクに使用される半導体レーザ素子（以下素子とも呼称する）では、電流ブロック層の一部にレーザ光に対して透明なＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ結晶を用いたＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子が使用されている。また、電流狭窄構造の幅、即ちストライプ構造の幅を２．５〜５μｍに設定することで、キンクレベルを向上させて半導体レーザ素子の高出力化を図っている。
【０００８】
しかし、このような半導体レーザ素子では、高出力化を図るための素子のシリーズ抵抗についての考慮がなされていない。即ち、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子を一般的な方法で作製し、上記のストライプ構造を形成すると、電流狭窄部（ストライプ構造）の上部の幅が非常に狭くなり、シリーズ抵抗が増大して素子の周波数応答が低下する、あるいは発熱の増加により高温域での光出力が低下するという問題が想定される。
【０００９】
また、半導体レーザ素子のキンクレベルは、電流狭窄構造と活性層の間隔やその他の構造に依存して変化するため、電流狭窄部の幅を規定するだけではキンクレベルを十分に高めることは困難である。
【００１０】
一方、半導体レーザ素子のレーザ光を出射する前方出射面及び後方出射面には、前述のようにそれぞれコーティング膜（端面反射膜）が設けられる。端面反射膜としては、半導体レーザ素子の波長（発振波長）λに対して、単一の誘電体薄膜をλ／４またはλ／２に相当する膜厚とすることが一般的である。比較的光出力が高い半導体レーザ素子ではλ／４の低反射膜（反射率５％程度）、低出力の半導体レーザ素子ではλ／２の端面反射膜が用いられることが多い。
【００１１】
単一の誘電体薄膜をλ／４（０．２５λ）またはλ／２（０．５λ）に相当する膜厚とすると、半導体レーザ素子の発振波長のばらつきや膜厚ばらつきに対する反射率の変動は小さくできるが、作製可能な反射率が端面反射膜形成に用いる材料の屈折率によって決まってしまう。また、このような値と異なる反射率を実現するために、λ／４の整数倍から外れた膜厚の端面反射膜を用いると、反射率の膜厚及び波長依存性が大きくなり、製造ばらつきによる素子特性の変動が生じてしまう。
【００１２】
所望の反射率を得るために、複数の層を重ね合わせる手法が採用されている。特許文献２には、屈折率が１．８２から２．００で光学膜厚が発振波長の０．１７倍から０．２３倍の第１層の窒化シリコンと、光学膜厚が発振波長の０．０３倍から０．１５倍の第２層の酸化シリコンとからなる２層構造の反射防止膜が形成された半導体レーザ素子が開示されている。即ち、反射防止膜（端面反射膜）の厚さは０．２λ〜０．３８λになっている。
【００１３】
他方、光ディスク等に用いる高出力半導体レーザ素子は、例えば、７０℃程度の高温域で使用される。本発明者は低温域（室温：２５℃）及び高温域における前方出射面に設ける端面反射膜の反射率Ｒf と動作電流Ｉopとの相関について検討した結果、例えば、７．５％前後（６〜９％）程度が高温域で最も動作電流Ｉopが低下することが判明した。
【００１４】
本発明の目的は、コーティング膜（端面反射膜）の製造ばらつきに起因する反射率の変動を改善するとともに、温度特性に優れかつ高い光出力を安定して得ることができるシングルモード発振する赤色半導体レーザ素子を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明の半導体レーザ素子は、
第１導電型の半導体基板上に第１導電型のクラッド層、単一または多重の量子井戸構造からなる活性層、第２導電型のクラッド層を順次重ねた構造であり、
前記第２導電型のクラッド層は加工され、前記活性層上に形成される平坦層と、該平坦層上にストライプ状に突出形成されるリッジストライプ部とからなり、
前記平坦層上には前記リッジストライプ部の側面を被う第１導電型の電流ブロック層を有し、
前記リッジストライプ部及び前記電流ブロック層の上面側には第２導電型のコンタクト層が設けられ、
前記半導体基板の下面には第１の電極が形成されるとともに、前記コンタクト層の上面には第２の電極が形成され、
前記リッジストライプ部の両端面には前記半導体基板，前記第１導電型のクラッド層，前記活性層，前記第２導電型のクラッド層及び前記コンタクト層を被うコーティング膜（端面反射膜）を有し、
前記リッジストライプ部に対応する前記活性層部分で形成される共振器の端面からレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
前記平坦層の厚さをｈとし、前記リッジストライプ部のリッジ底部の幅をＷｓとした場合、Ｗｓは１．０μｍ以上であり、ｈ≧０．１７（Ｗｓ−１）の関係にあり、０．１μｍ≦ｈ≦０．３５μｍの関係にあり、
前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第１層と、該第１層上に形成される第２層とで形成され、
前記第１層の厚さｄ1 と前記第２層の厚さｄ2 の和はレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さになり、
前記コーティング膜の反射率は６〜９％になり、
前記半導体基板はｎ型ＧａＡｓ、前記半導体基板の上面側に形成される各半導体層はＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰであり、波長が６２０〜７００ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。
【００１６】
上記した手段（１）によれば、（ａ）Ｗｓは１．０μｍ以上であり、ｈ≧０．１７（Ｗｓ−１）の関係にあり、０．１μｍ≦ｈ≦０．３５μｍの関係にあることからシングルモード発振し、キンクの原因となる高次の導波モードの発生を抑制できる為、直線性に優れた光出力−電流特性が得られ、高い光出力でも安定に動作するレーザ素子を提供することができる。
（ｂ）コーティング膜の厚さはレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さになり、かつコーティング膜の反射率は６〜９％と動作電流値を最も小さくできる状態で動作可能になり、消費電力の低減及び光出力向上が達成できる。
（ｃ）光出力が高く、かつ高温時の発光特性が良好なため、ＣＤ，ＤＶＤ，ＡＶ機器等の発光源に適した半導体レーザ素子となる。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）光出力の増大が可能になるシングルモード発振する赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
（２）赤色半導体レーザ素子において、コーティング膜（端面反射膜）の製造ばらつきに起因する反射率の変動を改善することができる。
（３）高温域でも安定して高出力のレーザ光を出射できる赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
（４）スロープ効率の向上や動作電流の低減を図ることができる赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図である。
【図２】前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の模式的断面図である。
【図３】前記半導体レーザ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】前記半導体レーザ素子において、シングルモード発振するためのｐ型クラッド層の寸法条件を示すグラフであり、ｐ型クラッド層を構成する平坦層（ｐクラッド層膜厚ｈ）と、リッジストライプ部幅（ストライプ幅Ｗｓ）との相関を示すグラフである。
【図５】前記寸法条件を計算するために使用するｐ型クラッド層の各部に寸法記号を付した半導体レーザ素子の模式図である。
【図６】前記寸法条件を計算するための各部が現れるように示す半導体レーザ素子の各断面の模式図である。
【図７】前記半導体レーザ素子の前方出射面を被うコーティング膜の膜構成の違いによる反射率とコーティング膜の膜厚との相関を示すグラフである。
【図８】前記半導体レーザ素子の前方出射面を被うコーティング膜の膜構成の違いによる反射率とコーティング膜の膜厚ずれとの相関を示すグラフである。
【図９】前記半導体レーザ素子の高温時と低温時における光出力Ｉopと反射率Ｒf との相関を示すグラフである。
【図１０】本実施形態１の半導体レーザ素子（本発明素子）及び従来素子における前方出射面反射率Ｒf と波長λp との相関を示すグラフである。
【図１１】本実施形態１の半導体レーザ素子（本発明素子）及び従来素子における、光出力と電流との相関を示すグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図である。
【図１４】前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の一部の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
（実施形態１）
図１乃至図１１は本発明の一実施形態（実施形態１）である半導体レーザ素子に係わる図である。本実施形態１では第１導電型はｎ型、第２導電型はｐ型となり、波長（発振波長）が６２０〜７００ｎｍ帯になる赤色半導体レーザ素子に本発明を適用した例について説明する。
【００２０】
本実施形態１の半導体レーザ素子１は、図１及び図２に示す構造になっている。図１は半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図、図２は半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の模式的断面図である。
図１及び図２に示すように、半導体レーザ素子１は第１導電型（ｎ型）の半導体基板２、具体的にはｎ−ＧａＡｓ基板２を基にして製造されている。ｎ−ＧａＡｓ基板２の上面（主面）上には、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層３が形成されるとともに、このｎ−クラッド層３上には活性層４が形成され、さらに活性層４上には第２導電型（ｐ型）のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層５が形成されている。
【００２１】
ｐ−クラッド層５は、活性層４の上面に形成される厚さｈとなる薄い平坦部分（平坦層５ａ）と、この平坦層５ａ上にストライプ状に突出形成されるリッジストライプ部５ｂとからなっている。リッジストライプ部５ｂは、リッジストライプ部５ｂの厚さに形成したｐ−クラッド層を選択的にエッチングすることによって形成される。即ち、リッジストライプ部５ｂはｐ−クラッド層の中央を残して両側を所定厚さエッチングすることによって形成される。このエッチングにおいて、リッジストライプ部５ｂの幅は上面の幅Ｗ1 に比較してリッジ下部の幅Ｗｓが、例えば、０．２〜０．８μm程度広くなる。
【００２２】
ｎ−クラッド層３は、元素の混晶比がそれぞれ選択され、例えば、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなっている。また、厚さは１．８μｍ程度になっている。ｐ−クラッド層５は、例えば、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、厚さはリッジストライプ部５ｂの部分で１．６μｍ程度になっている。
【００２３】
活性層４は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造となり、井戸層と井戸層との間に障壁層が位置し、かつこの構成が繰り返し重ねられる構造になっている。井戸層はアンドープ（ｕ）−ＧａＩｎＰ層が選ばれ、障壁層はｕ−ＡｌＧａＩｎＰ層が選ばれている。また、活性層４は、井戸層が３周期となるとともに、材料の選択によって歪多重量子井戸構造になっている。
【００２４】
ｐ−クラッド層５の平坦層５ａ上にはリッジストライプ部５ｂの側面を被うｎ−ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層６が設けられている。このｎ−電流ブロック層６はｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、エッチングによって除去されたｐ−クラッド層部分を被う程度の厚さ、例えば０．５〜０．８μｍ程度の厚さに形成されている。
また、ｎ−電流ブロック層６及びリッジストライプ部５ｂの上面を被うように厚さ３μｍ程度のｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層７が設けられている。
【００２５】
ｎ−ＧａＡｓ基板２の下面には第１の電極としてｎ電極８が形成され、ｐ−コンタクト層７の上面には第２の電極としてｐ電極９が形成されている。電極はいずれも金を含む材料で形成されている。
【００２６】
このような半導体レーザ素子１においては、ｎ電極８とｐ電極９間に所定の電圧を印加することによって、リッジストライプ部５ｂに対応する活性層４の部分が共振器１０を構成し、図２に示すように、共振器１０の両端（出射面）からレーザ光１１を出射するようになる。一般に、高出力半導体レーザは、出射面の一方を出力大きくして使用に供し、他方の出射面から出射されるレーザ光を光出力を小さくして光強度をモニタすることが多い。前者の出射面を前方出射面と呼称し、モニタ側の後者の出射面を後方出射面と呼称している。図２では、左側の出射面が前方出射面１２となり、右側の出射面が後方出射面１３となる。
半導体レーザ素子１は、各層の元素の混晶比等の選択によって、発振波長を６２０〜７００ｎｍ程度の間で選択することができる。
【００２７】
つぎに、このような半導体レーザ素子１の製造方法について、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図３（ａ）に示すように、厚さ３５０〜４５０μｍ程度のｎ−ＧａＡｓ母基板（ウエハ）２ａを用意する。
【００２８】
つぎに、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）によって、前記ウエハ２ａの主面上にそれぞれ所定組成からなる半導体結晶を順次成長させ、ｎ−クラッド層３，活性層４，ｐ−クラッド層５，ｎ−ＧａＡｓキャップ層２２を順次重ねるように形成する。ウエハ２ａは数インチの直径のＧａＡｓ基板からなり、最終的なウエハの分断によって多数の半導体レーザ素子を製造することになる。図３では単一の半導体レーザ素子部分のみを示すことにする。
【００２９】
ウエハ２ａの主面上にはｎ−クラッド層３として、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐが１．８μｍ程度の厚さに形成される。ｎ−クラッド層３上には活性層４として、ｕ−ＧａＩｎＰを井戸層とし、ｕ−ＡｌＧａＩｎＰを障壁層とし、３周期の歪多重量子井戸構造が形成される。活性層４上にはｐ−クラッド層５として、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐが１．６μｍ程度の厚さに形成される。ｐ−クラッド層５上には厚さ０．５μｍ程度のｎ−ＧａＡｓキャップ層２２が形成される。
【００３０】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、リッジストライプ部を形成するため、前記ｎ−ＧａＡｓキャップ層２２の上面に選択的にストライプ状のマスク２３を形成する。マスク２３は、例えば、ｎ−ＧａＡｓキャップ層２２上にＳｉＯ２膜をスパッタ法によって形成した後、常用のホトレジスト技術とエッチング技術によって幅２μｍ程度のストライプ状のマスク２３を形成する。その後、このマスク２３をエッチング用マスクとして、常用のドライエッチングによってｐ−クラッド層５を深さ１．４μｍ程度までエッチングして、平坦層５ａ及びリッジストライプ部５ｂを形成する。この平坦層５ａの厚さ及びリッジストライプ部５ｂの寸法については後に詳細に説明する。
【００３１】
つぎに、塩素系のエッチャント（Ｈｃｌ水溶液）によってｐ−クラッド層５の表面をライトエッチングしてドライエッチングによりダメージを受けた表面層を除去し、ついで、ｐ−クラッド層５のエッチングで除去した部分にｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐを０．５〜０．８μｍ程度の厚さに形成してｎ−電流ブロック層６を形成する〔図３（ｃ）参照〕。
【００３２】
つぎに、マスク２３及びｎ−ＧａＡｓキャップ層２２を常用のエッチングによって除去した後、ｎ−電流ブロック層６及びリッジストライプ部５ｂの上面を被うように厚さ３μｍ程度のｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層７を形成する。
【００３３】
つぎに、ウエハを分断させてチップ化する際、チップ分離が容易になるように、図示はしないがウエハ２ａの主面側に縦横にアイソレーション溝を形成し、ついでウエハ２ａの主面側、即ちｐ−コンタクト層７上に選択的にｐ電極９を形成する〔図３（ｄ）参照〕。その後、ウエハ２ａの下面を所定厚さ研磨するとともに、研磨によって発生した結晶歪層を化学エッチングによって除去して１００μｍ程度の厚さのウエハ２ａとし、ついでウエハ２ａの下面にｎ電極８を形成する。
【００３４】
つぎに、図示はしないが、ウエハ２ａをリッジストライプ部５ｂのストライプに直交する方向に結晶の劈開を行って分断させ、幅が９００μｍ程度の細長い短冊体を形成する。この短冊体の両側面はレーザ光の出射面となることから、それぞれの出射面に保護膜となるとともに反射膜となるコーティング膜をスパッタリング法によって形成する。このコーティング膜の構成については、後にさらに詳述する。
【００３５】
つぎに、短冊体を所定寸法で切断することによって図３（ｄ）に示すような半導体レーザ素子１を多数製造する。これにより、共振器長さが９００μｍ、幅が２５０μｍで厚さが１００μｍ程度の半導体レーザ素子１を得ることができる。
【００３６】
本実施形態１では、レーザ光をシングルモード発振させるため、リッジストライプ部５ｂの上面の幅Ｗ１及び下部の幅Ｗｓ及び平坦層５ａの厚さｈを以下に示すように選択している。
【００３７】
リッジストライプ部５ｂの寸法条件は下記により決定される。図５は前記寸法条件を計算するために使用するｐ型クラッド層の各部に寸法記号を付した半導体レーザ素子１の模式断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）は寸法条件を計算するための各部が現れるように示す半導体レーザ素子１の各断面の模式図である。
【００３８】
図５は、リッジストライプ部５ｂの共振器１０の延在方向に垂直になる面を示す断面図である。説明の便宜上縦軸をｙ軸、横軸をｘ軸とする。図５においてストライプ部５ｂの下部の幅Ｗｓに対応する活性層４の部分が発光部となり、リッジストライプ部５ｂから外れた平坦層５ａに対応する活性層４が非発光部になる。リッジストライプ部５ｂの下部の幅をＷｓとし、平坦層５ａの厚さ（高さ）をｈとする。
【００３９】
図６（ａ）は、発光部となるリッジストライプ部５ｂを横切るｙ方向屈折率分布と屈折率との相関を示すグラフである。活性層４部分では屈折率はｎa と大きくなるが、活性層４の上下に位置するクラッド層は導電型が異なるが組成が同じになることから屈折率は共にｎc になる。実効屈折率ｎe （ｘ）はＮｅ１となる。
【００４０】
図６（ｂ）は、リッジストライプ部５ｂを外れた非発光部となる平坦層５ａ及びｎ−電流ブロック層６を横切るｙ方向屈折率分布と屈折率との相関を示すグラフである。活性層４部分では屈折率はｎa と大きくなり、活性層４の上下に位置するクラッド層部分は導電型が異なるが組成が同じになることから屈折率は共にｎc になり、ｎ−電流ブロック層６では屈折率はｎb とさらに小さくなる。実効屈折率ｎe （ｘ）はＮｅ２となる。
【００４１】
図６（ｃ）は、ｘ方向屈折率分布と実効屈折率ｎe （ｘ）との相関を示すグラフであり、前記Ｎｅ１とＮｅ２を示してある。リッジストライプ部５ｂの下部の幅Ｗｓの部分の実効屈折率はＮｅ１になり、平坦層５ａの部分の実効屈折率はＮｅ２にと小さくなる。
【００４２】
ここで共振器（導波路）の解析方法について説明する。半導体レーザの構造及び屈折率の分布は図５及び図６（ａ）〜（ｃ）のようになる。これらの図では、活性層４の屈折率の上下のクラッド層の屈折率を等しくしているが、ｐ、ｎ双方のクラッド層の屈折率は異なってもよい。また、活性層４は、単一あるいは多重量子井戸構造で構成することが一般的であるが、量子井戸構造全体を単一の層として簡略化して記載した。量子井戸構造の場合においても、同様の手法により解析が可能である。
【００４３】
これらの図のような半導体レーザ素子１において、厳密な光強度分布を求めることは困難であるが、素子の設計においては、等価屈折率法を用いることによって容易に導波路構造の解析が可能である。
【００４４】
（１）先ず、発光部（電流注入部）及び非発光部（ブロック層下部）の縦方向に関し、図６（ａ），（ｂ）の屈折率分布を用いて下記波動方程式、数１を各々に対して解を求め、垂直方向（ｙ方向）の実効屈折率を求めた。等価屈折率法では、電磁界の分布関数を変数分離により表し、下記数２のように記述できると仮定する。数１，数２より、Ｘ及びＹに対して数３，数４が導けるため、ｙ方向及びｘ方向について順に式を解くことで解が求められる。ここで、ｎe （ｘ）は、位置ｘにおける垂直方向（ｙ方向）の実効屈折率である。
【００４５】
（２）上記（１）で求めた実効屈折率を、横方向の屈折率分布とし〔図６（ｃ）〕、横方向に再度等価屈折率法を適用して導波路全体の実効屈折率、導波モード等を解析した。
【００４６】
【数１】
（ＴＥモードの場合）
【数２】
【００４７】
【数３】
【００４８】
【数４】
【００４９】
図４は半導体レーザ素子１において、シングルモード発振するためのｐ−クラッド層の寸法条件を示すグラフであり、ｐ−クラッド層を構成する平坦層（ｐクラッド層膜厚ｈ）と、リッジストライプ部幅（ストライプ幅Ｗｓ）との相関を示すグラフである。図４ではｐ−クラッド層５のリッジストライプ部５ｂの幅Ｗｓの上限及び下限を規定するとともに、ｐ−クラッド層５の平坦層５ａの厚さｈの上限及び下限を設定して半導体レーザ素子１がシングルモード発振するようになっている。
【００５０】
ｐ−クラッド層５の平坦層５ａの膜厚ｈに対するリッジストライプ部５ｂの下部の幅Ｗｓの上限は、図４の解析結果となる。但し、活性層４の膜厚・組成によってはこの境界が若干変化するため、図４の境界線以下のリッジストライプ幅Ｗｓで範囲を規定した。
【００５１】
リッジストライプ部５ｂの下部の幅Ｗｓの下限は、素子抵抗の増大を防ぐため、即ち、シリーズ抵抗を１０Ω以下にするため１μｍ以上が必要である。換言するならば、前記リッジストライプ部（リッジ）の最も幅が狭い部分の幅は１．０μｍ以上にする必要がある。リッジストライプ部５ｂの形成時、リッジ側面を略垂直形成することも可能であり、この場合、リッジの厚さ方向のいずれの幅も同じ寸法になる。
【００５２】
発光部への光の閉じ込めは、図６（ｃ）に示すように、発光部と非発光部の屈折率差（Ｎｅ１とＮｅ２の差）により行い、導波路構造を形成している。半導体レーザ素子の駆動は活性層４へのキャリア注入によりレーザ発振を行わせるため、レーザ動作時に活性層４のキャリア濃度が増加すると屈折率が低下する。キャリア注入による屈折率変化はせいぜい、１０−３程度であり、このような状況においても、安定な光閉じ込めを実現するためには、１．５×１０−３以上が望ましく、２．０×１０−３以上の屈折率差を設けておく必要がある。これにより、平坦層５ａの膜厚ｈの上限としては、０．３５μｍ以下、望ましくは０．３μｍ以下となる。
【００５３】
また、半導体レーザ素子は、ｐｎ接合を用いて形成されており、逆方向電流に対してはある程度の耐圧がある。素子の実使用上は、逆方向耐圧は、数ボルト程度あれば問題なく使用できるが、膜厚ｈを薄くしていくと、ｎ−電流ブロック層６の部分がブレークダウンし易くなるため、逆方向耐圧が低下してしまう。実用上問題ないレベルを確保するためにはｈ≧０．１μｍが必要になる。
【００５４】
これらのことから、リッジストライプ部５ｂにおける下部の幅Ｗｓと平坦層５ａの膜厚ｈの範囲は、図４の斜線部とする必要がある。下部の幅Ｗｓの上限は、平坦層５ａの厚さをｈとし、前記リッジストライプ部のリッジ底部の幅をＷｓとした場合、ｈ＝０．１７（Ｗｓ−１）の関係になっている。境界線ｈ＝０．１７（Ｗｓ−１）は、図４に示すように、本発明者がシュミレーションによる解析結果によって得た曲線を直線と見なした数式（関数）である。
【００５５】
本実施形態１では、例えば、リッジストライプ部５ｂの幅は、上部の幅Ｗ１を１．３μｍ、下部の幅Ｗｓを２．４μｍとし、ｐ−クラッド層５の平坦層５ａの厚みｈ（活性層４とｎ−電流ブロック層６との間隔）を０．２７μｍとして、導波路構造がシングルモード発振するように設計した。
【００５６】
ところで、前述のように、光ディスク等に用いる高出力半導体レーザ素子は、７０℃程度の高温域で使用される。本発明者は低温域（室温：２５℃）及び高温域における前方出射面に設ける端面反射膜の反射率Ｒf と動作電流Ｉopとの相関について検討した結果、図９は半導体レーザ素子の高温時と低温時における光出力Ｉopと反射率Ｒf との相関を示すグラフである。同グラフから分かるように、７．５％前後（６〜９％）程度が高温域で最も動作電流Ｉopが低下する。即ち、動作電流Ｉopを低減することは、レーザ素子の発熱・温度上昇を抑制し、逆に高温域において光出力の増大を図ることになる。
【００５７】
本実施形態１の半導体レーザ素子１は、図２に示すように、前方出射面１２に設けるコーティング膜３１を共振器１０の端面に形成される第１層３１ａと、この第１層３１ａ上に形成される第２層３１ｂとで形成し、かつ第１層３１ａの厚さ（光学厚さ）ｄ1 と第２層３１ｂの厚さ（光学厚さ）ｄ2 の和はレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さにし、反射率を７．５％前後（６〜９％）程度としたものである。
【００５８】
本実施形態１では、例えば、第１層３１ａとして屈折率が１．９５のＳｉＮＸ膜を用い、第２層３１ｂとして屈折率が１．４５のＳｉＯ２膜を用いた。そして、ＳｉＮＸ膜の膜厚を０．２２λ、ＳｉＯ２膜の膜厚を０．２３λとして、コーティング膜３１の膜厚を０．４５λ（＝０．２２λ＋０．２３λ）とした。
【００５９】
また、後方出射面１３にもコーティング膜３３を設ける。このコーティング膜３３は、λ／４の厚さのＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜を１０層程度交互に形成して屈折率を９３％程度とした層である。
【００６０】
端面反射膜（コーティング膜）の形成においては、１バッチ処理における面内の膜厚ばらつきや製造レートのばらつきにより、各半導体レーザ素子の端面反射膜の膜厚にばらつきが生じる。ばらつきの大きさや、変動の仕方は個々の製造装置により異なるが、±１０％程度の膜厚ばらつきが生じた場合、本発明による２層膜構造では反射率のばらつき幅は１％程度に留まるのに対し、従来の方法では４％程度のばらつきが生じてしまう。
【００６１】
ここで、本実施形態１のような高出力半導体レーザにおいて、前方出射面での反射率Ｒf が７．５％程度必要である理由について説明する。
半導体レーザの閾値（閾値電流）Ｉｔｈは次式で与えられる。
【００６２】
【数５】
【００６３】
半導体レーザのスロープ効率ηｓは次式で与えられる。
【数６】
【００６４】
ここで、Ｊ０：利得発生に必要な電流、ｄ：活性層の膜厚、αｉ：内部損失、Ｌ：共振器長さ、Ｒｆ：前方出射面の反射率、Ｒｒ：後方出射面の反射率である。
高出力時の動作電流Ｉopは次式で与えられる。
【００６５】
【数７】
【００６６】
一般にはある反射率Ｒf において動作電流Ｉopが最小になり、反射率Ｒf には最適値が存在する。換言するならば、素子寿命を高める、低電流で使いやすい素子を提供する等の理由から、動作電流Ｉopを低減する必要がある。
【００６７】
反射率Ｒf が小の時、スロープ効率ηｓは大きくなるが、ｌｎ（１／ＲｆＲｒ）の項が増大して閾値電流Ｉｔｈ及び動作電流Ｉopが増加する。また、反射率Ｒf が大の時、スロープ効率ηｓが低下して動作電流Ｉopが増加する。
【００６８】
特に高温域においては、ηｉ及びβの低下、Ｊ０，αｉの増加により閾値Ｉｔｈの増大が顕著になるため、Ｉopを最小とするＲf の値が高反射率側にシフトする。半導体レーザ素子を構成する材料、構造等により異なるが、経験的に前方出射面の反射率は数％が最適となる。
【００６９】
本実施形態１のように、前方出射面の反射率を６〜９％程度とし、後方出射面の反射率を９３％とする非対称コーティングを施した半導体レーザ素子１では、Ｒｕｎ−ｔｏ−Ｒｕｎの反射率ばらつきは、±５％の範囲にあり、スロープ効率や閾値電流等の半導体レーザ素子の特性ばらつきも抑えられた。
【００７０】
図７は半導体レーザ素子の前方出射面を被うコーティング膜の膜構成の違いによる反射率とコーティング膜の膜厚との相関を示すグラフ、図８は半導体レーザ素子の前方出射面を被うコーティング膜の膜構成の違いによる反射率とコーティング膜の膜厚ずれとの相関を示すグラフである。
【００７１】
図７のグラフには、前方出射面における端面反射膜を、従来仕様であるＳｉＯ２膜単層（反射率７．５％）のものと、本発明仕様であるＳｉＮ膜とＳｉＯ２膜による２層コートの例を示してある。２層コートの場合では反射率が７．５％，１０％，２０％のものを示す。２層コートでは、全体の厚さを変えずに、各層の膜厚比を変えることで反射率が調整できる。ＳｉＯ２膜単層の場合、７．５％で設計するならば□印の膜厚になる。また、２層コートの場合は、各々の曲線における○印の箇所が設計値となる。図７では、単純に膜厚を変化させた場合に反射率がどのように変化するかを計算した例を表示したものである。
【００７２】
実際には、面内ばらつきが成膜レートの変動、素子の波長変化により膜厚がずれる等により、２層の膜厚が略比例してずれる。図８は製造ばらつきによる反射率の変動を示すもので、ＳｉＯ２膜単層７．５％と、２層コートにおける７．５％，１０％，３０％のものを示すグラフである。コーティング膜の膜厚ずれによる反射率の変動は小さくなる。即ち、±１０％の膜厚ばらつきが発生しても、図８から分かるように、本発明の場合には反射率のばらつきは１％に留まる。
【００７３】
コーティング膜３１の反射率を、例えば、６〜９％程度とした場合、第１層３１ａの膜厚（光学膜厚）ｄ1 と、第２層３１ｂの膜厚（光学膜厚）ｄ2 との比率、ｄ1 ／ｄ2 は、０．５４≦ｄ1 ／ｄ2 ≦０．９５、または１．０５≦ｄ1 ／ｄ2 ≦１．８６の関係にある。これにより、コーティング膜の反射率を所望の設計値に設定し、尚かつコーティング膜の膜厚の製造ばらつきによる反射率の変動を抑制した反射率の安定なコーティング膜が形成できる。膜厚比が高い第１層３１ａが厚くてもまたは薄くてもよい。膜厚比は第１層３１ａまたは第２層３１ｂを形成する材質の屈折率によって決まる。
【００７４】
例えば、第１層３１ａの屈折率が２．４となる誘電体膜であり、第２層３１ｂの屈折率が１．４３となる誘電体膜である場合、両膜の厚さ比率を選択することによって、コーティング膜３１の反射率を１〜３０％のうちのいずれかの数値の反射率にすることができる。これにより、設計可能な反射率の範囲を広げた反射率のばらつきの小さいコーティング膜を構成することができる。
【００７５】
また、第１層３１ａの屈折率が２．０となるＳｉＮＸ膜であり、第２層３１ｂの屈折率が１．４３となるＳｉＯ２膜である場合、両膜の厚さ比率を選択することによって、コーティング膜３１の反射率を５〜３０％のうちのいずれかの数値の反射率にすることができる。
【００７６】
コーティング膜３１ａおよび３１ｂには、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の酸化膜や、ＳｉＮＸ等の窒化膜等の誘電体膜を用い、第１層３１ａの屈折率ｎｄ1 を１．６≦ｎｄ1 ≦２．４、第２層３１ｂの屈折率ｎｄ2 を１．２≦ｎｄ2 ≦２．０の関係となるようにコーティング膜の材料を選択し、第１層３１ａの屈折率が第２層３１ｂの屈折率よりも大きく、即ち、ｎｄ1 ≧ｎｄ2 となるように材料を選択すれば良い。
【００７７】
図１０は本実施形態１の半導体レーザ素子（本発明素子）及び従来素子における前方出射面反射率Ｒf と波長λp との相関を示すグラフである。従来素子の場合は、波長が６００〜７００ｎｍの間で膜厚変化により反射率が大きく変動し、かつ高温域で反射率が低下するが、本発明素子の場合は波長が６００〜７００ｎｍの間で反射率は７．５〜８．８％程度の間の少しの変動である。
【００７８】
図１１は本実施形態１の半導体レーザ素子（本発明素子）及び従来素子における、光出力と電流との相関を示すグラフである。従来素子の場合では７０℃と高い温度下での使用では光出力が５０ｍＷ程度が最大であるのに対して、本発明素子の場合は７０℃と高い温度下での使用でも光出力は９０ｍＷ以上と極めて高い数値が得られる。本発明によれば、閾値電流が低下し、スロープ効率が向上し、動作電流を大きく低減することができる。また、動作電流の低減によって、特に高温域での半導体レーザ素子の発熱を抑えられるため、従来の半導体レーザ素子よりも高い温度で動作させることができるようになった。
【００７９】
また、ｐ−クラッド層５のリッジストライプ部５ｂの幅は、従来の半導体レーザ素子の場合における５μｍ程度に対して、本発明では２．４μｍと半分程度になっているにもかかわらず、両者の素子抵抗（シリーズ抵抗）はどちらも約５Ωであり、１ＧＨｚ以上の周波数帯域幅が得られた。
【００８０】
本実施形態１によれば以下の効果を有する。
（１）電流狭窄層（ｎ−電流ブロック層６）に禁制帯幅が大きく、レーザ光に対して透明な材料を用いることにより、レーザ内部の光の損失を低減できるリアルガイド構造となるため、従来のＧａＡｓ電流ブロック層に代表されるロスガイドの導波路構造の素子に比べて低閾値化、高効率化の特性改善が図れる。この結果、光出力の増大を図ることができる。
【００８１】
（２）本発明による半導体レーザ素子１ではキンクレベルが向上し、高い光出力が得られる。即ち、キンクレベルを向上させて高い光出力を得るためには、ｐ−クラッド層５におけるリッジストライプ部５ｂの幅Ｗｓ及び平坦層５ａの厚さｈを調整し、レーザ内で高次のモードが存在し得ないシングルモード導波路（共振器）となるように設計すればよい。ｈ＝０．１７（Ｗｓ−１）となる相関線よりＷｓが狭いか、またはｈを大きくすることにより、導波路構造がシングルモードとなり、この範囲に設計することによりキンクが発生せず、直線性の良い光出力−電流特性を持った半導体レーザ素子１を製造することができる。
【００８２】
（３）前方出射面に設けるコーティング膜（端面反射膜）３１は、２層の誘電体膜構造になっているとともに、コーティング膜３１の膜厚は〜λ／２となっていることから、反射率Ｒf は波長依存性のｄＲf ／ｄλが略零となる安定点に設定できる。即ち、前方出射面の反射率Ｒf は、２層の誘電体膜の膜厚比を調整することにより、１〜３０％の範囲で任意の値に調整が可能であり（ＳｉＮＸ膜の膜厚がＳｉＯ２の膜厚より大の場合は、ＳｉＮＸ膜を厚くすると共に反射率Ｒf は大きくなり、逆の場合はＳｉＮＸ膜を厚くすると共に反射率Ｒf が低下する。）、反射率の設計値によらず安定点に設定できるため、プロセスばらつきが生じても、反射率の設計値からのずれを略零に抑えることができる。
【００８３】
（４）本発明においては、高温域での発振波長に対して端面反射膜の膜厚が約λ／２に設定することにより、室温あるいは半導体レーザ素子１の動作温度範囲下限よりも高温域において端面反射膜の反射率が大きくなるように設計することができ、高温域での動作電流の増加を抑制でき、光出力の向上を図ることができる。即ち、一般的にレーザ素子特性は端面の反射率に依存して変動する。前方出射面の反射率が低下すると、効率は増加するものの閾値電流が増加し、特に高温域での閾値電流の増加が顕著になる。このため、半導体レーザ素子の高温特性が低下し、高温域でスロープ効率が低下し、動作電流が急増する可能性がある。しかし、本発明によりこのような問題点も解消できることになる。
【００８４】
（実施形態２）
図１２は本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子の製造方法を示す工程断面図である。本実施形態２では実施形態１の半導体レーザ素子１において、リッジストライプ部５ｂとｐ−コンタクト層７との間にｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０を設けて、ｐ−コンタクト層７とリッジストライプ部５ｂとの間の階段状のバンドギャップの差を小さくしてヘテロ接合界面のポテンシャル障壁を低減し、シリーズ抵抗を低減する構造に本発明を適用した例である。
【００８５】
本実施形態２の半導体レーザ素子１は、図１２（ｄ）に示すように、ｐ−クラッド層５のリッジストライプ部５ｂの両側に設けるｎ−電流ブロック層を、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層６ａと、この上に形成されるｎ−ＧａＡｓ層６ｂとで形成すること、リッジストライプ部５ｂの上面にｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０を形成すること、ｐ−コンタクト層７はｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０とｎ−ＧａＡｓ層６ｂの上面を被うことで実施形態１の半導体レーザ素子１と異なるが、他の各部の構造は実施形態１の半導体レーザ素子１と同じである。ｎ−電流ブロック層６を２層構造とすることによって、コンタクト層７の埋込成長を行なう際に結晶表面にＡｌを含む層が露出せず、結晶の酸化による結晶欠陥の発生を抑えるとともに、電流ブロック効果が安定する。
【００８６】
つぎに、本実施形態２の半導体レーザ素子１の製造について図１２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図１２（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１の半導体レーザ素子の製造方法を示す図３（ａ）〜（ｄ）に対応する図であり、符号の同じものは実施形態１の半導体レーザ素子の製造と同じ材料になっている。また、図１２においても単一の半導体レーザ素子部分のみを示すことにする。
【００８７】
実施形態１の場合と同様に、図１２（ａ）に示すように、厚さ３５０〜４５０μｍ程度のｎ−ＧａＡｓ母基板（ウエハ）２ａを用意する。
つぎに、ＭＯＣＶＤ法によって、前記ウエハ２ａの主面上にそれぞれ所定組成からなる半導体結晶を順次成長させ、ｎ−クラッド層３，活性層４，ｐ−クラッド層５，ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０及びｎ−ＧａＡｓキャップ層２２を順次重ねるように形成する。実施形態１の場合と異なる点はｐ−クラッド層５とｎ−ＧａＡｓキャップ層２２との間にｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０を設けることである。ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０は、厚さが０．５μｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなっている。
【００８８】
つぎに、図１２（ｂ）に示すように、実施形態１の場合と同様に、リッジストライプ部を形成するため、前記ｎ−ＧａＡｓキャップ層２２の上面に選択的にストライプ状のマスク２３を形成し、このマスク２３をエッチング用マスクとして使用して常用のドライエッチングによってｐ−クラッド層５を所定深さまでエッチングして、平坦層５ａ及びリッジストライプ部５ｂを形成する。
【００８９】
つぎに、塩素系のエッチャント（Ｈｃｌ水溶液）によってｐ−クラッド層５の表面をライトエッチングして表面層を除去し、ついで、図１２（ｃ）に示すように、ｐ−クラッド層５のエッチングで除去した部分にｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層６ａ及びｎ−ＧａＡｓ層６ｂを順次形成してｎ−電流ブロック層６を形成する。
【００９０】
つぎに、図１２（ｄ）に示すように、マスク２３及びｎ−ＧａＡｓキャップ層２２を常用のエッチングによって除去する。この際、リッジストライプ部５ｂの上面のｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０はそのまま残留している。つぎに、図１２（ｄ）に示すように、ｎ−電流ブロック層６及びリッジストライプ部５ｂの上面を被うように厚さ３μｍ程度のｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層７を形成する。
【００９１】
つぎに、実施形態１と同様にウエハ２ａの表裏面にｎ電極８及びｐ電極９を形成し、ついでウエハ２ａを短冊状に劈開させた後、劈開面にＡＲ膜やＨＲ膜を形成し、その後、短冊体を所定寸法で切断して図１２（ｄ）に示すような半導体レーザ素子１を多数製造する。
【００９２】
本実施形態２の半導体レーザ素子１は、ＡｌＧａＩｎＰからなるリッジストライプ部５ｂと、ＧａＡｓからなるｐ−コンタクト層７との間にバンドギャップがその中間になるＧａＩｎＰからなるｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０を介在させる結果、ヘテロ接合部分のポテンシャル障壁を分散されて大きなギャップが生じなくなる為、シリーズ抵抗を低減することができる。
【００９３】
（実施形態３）
図１３は本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図、図１４は半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の一部の模式的断面図である。
【００９４】
本実施形態３の半導体レーザ素子１は、リッジストライプ部５ｂの両側のｎ−電流ブロック層６をｎ−ＧａＡｓ層６ｄとした以外は、他の部分は実施形態１の半導体レーザ素子１と同じである。即ち、ｎ−電流ブロック層６をｎ−ＧａＡｓ層６ｄとし、前方出射面１２に実施形態１と同様に、第１層３１ａ（ＳｉＮＸ膜）及び第２層３１ｂ（ＳｉＯ２ 膜）からなるコーティング膜３１を形成した場合でも、従来素子に比べて、７０℃の動作電流は約１３ｍＡ低減でき、飽和光出力は約１０ｍＷ向上させることができた。また、本実施形態３の半導体レーザ素子１も、前方出射面に設けたコーティング膜３１の反射率ばらつきが、従来素子の±１０％から±５％に半減できる。この結果、閾値電流及びスロープ効率の特性ばらつきも略半減することができた。
【００９５】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９６】
１…半導体レーザ素子、２…ｎ−ＧａＡｓ基板、２ａ…ウエハ（ＧａＡｓ母基板）、３…クラッド層（ｎ−クラッド層）、４…活性層、５…クラッド層（ｐ−クラッド層）、５ａ…平坦層、５ｂ…リッジストライプ部、６…ｎ−電流ブロック層、６ａ…ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層、６ｂ…ｎ−ＧａＡｓ層、７…ｐ−コンタクト層、８…ｎ電極、９…ｐ電極、１０…共振器、１１…レーザ光、１２…前方出射面、１３…後方出射面、２２…ｎ−ＧａＡｓキャップ層、２３…マスク、３１…コーティング膜、３１ａ…第１層、３１ｂ…第２層、３３…コーティング膜、４０…ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ素子に係わり、特に、波長（発振波長）が６２０〜７００ｎｍの赤色半導体レーザ素子の製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
０．６μｍ帯の赤色半導体レーザ（半導体レーザ素子）は各種情報処理装置の光源として期待されている。例えば、６５０ｎｍ帯の半導体レーザはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）用の発光源として使用され、６３０ｎｍ帯の半導体レーザは計測装置等の光源として使用されている。
光ディスクに用いる単一横モード発振する高出力半導体レーザとして、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸構造を活性領域としたダブルヘテロ構造を形成した半導体レーザが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
一方、共振器の端面に第１、第２の誘電体薄膜からなる反射防止膜を備えた光通信用の半導体レーザ装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０９５５３号公報（第２−３頁、図２）
【特許文献２】特開平１０−５１０７２号公報（第２−３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や、ＣＤ（コンパクトディスク），ＤＶＤ等の光ディスクを用いたＡＶ（音響・映像）機器の普及に伴い、情報端末機器向けの半導体レーザ素子の需要は急速に増大している。特に、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ（追記／書換え可能）やＣＤ−Ｒ／ＲＷ等の記録型光ディスク装置は、ＰＣへの標準搭載が一般的になっており、光ディスク装置の光源となる高出力半導体レーザ素子の需要拡大の主要因となっている。また、長時間の映像録画が可能な記録型ＤＶＤ装置では、光ディスク装置の特性を生かした高機能の録画機器に応用できるため、今後更なる需要増加が期待されている。このような市場要求に応えるため、特性のばらつきが小さく、優れた特性の半導体レーザ素子を安定して供給することが重要な課題となっている。
【０００５】
半導体レーザ素子の特性のばらつきが生じる原因の一つに、素子の端面（レーザ光を出射する出射面）に設けるコーティング膜（端面反射膜）の膜厚製造ばらつきに伴う反射率の変動が挙げられる。特に、素子の前方出射面（使用する出力の大きいレーザ光を出射する出射面）に反射率が小さいＡＲ（Anti-Reflection）膜をコーティングし、後方出射面（モニタ用等に使用する出力の小さいレーザ光を出射する出射面）に反射率が大きいＨＲ（High-Reflection ）膜をコーティングした高出力半導体レーザ素子では、前方出射面の反射率ばらつきが素子特性に与える影響が大きく、スロープ効率、動作電流、モニタ電流等が変動して素子の選別歩留りを低下させるばかりでなく、半導体レーザ素子を組み込む装置の制御回路にも調整が必要になる等の問題が生じることになる。
【０００６】
また、ＤＶＤ−ＲＷやＣＤ−ＲＷ等の書換え型光ディスク装置は、パーソナルコンピュータの内蔵型記憶装置として用いられることが多く、機器内の発熱により雰囲気温度が非常に高い状態で使用される。このような状態においても正常な動作を保証するためには、半導体レーザ素子の動作電流を低減し、素子自体の発熱による特性の低下をできる限り抑制できるように温度特性の優れた素子を提供する必要がある。
【０００７】
特許文献１に記載された光ディスクに使用される半導体レーザ素子（以下素子とも呼称する）では、電流ブロック層の一部にレーザ光に対して透明なＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ結晶を用いたＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子が使用されている。また、電流狭窄構造の幅、即ちストライプ構造の幅を２．５〜５μｍに設定することで、キンクレベルを向上させて半導体レーザ素子の高出力化を図っている。
【０００８】
しかし、このような半導体レーザ素子では、高出力化を図るための素子のシリーズ抵抗についての考慮がなされていない。即ち、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子を一般的な方法で作製し、上記のストライプ構造を形成すると、電流狭窄部（ストライプ構造）の上部の幅が非常に狭くなり、シリーズ抵抗が増大して素子の周波数応答が低下する、あるいは発熱の増加により高温域での光出力が低下するという問題が想定される。
【０００９】
また、半導体レーザ素子のキンクレベルは、電流狭窄構造と活性層の間隔やその他の構造に依存して変化するため、電流狭窄部の幅を規定するだけではキンクレベルを十分に高めることは困難である。
【００１０】
一方、半導体レーザ素子のレーザ光を出射する前方出射面及び後方出射面には、前述のようにそれぞれコーティング膜（端面反射膜）が設けられる。端面反射膜としては、半導体レーザ素子の波長（発振波長）λに対して、単一の誘電体薄膜をλ／４またはλ／２に相当する膜厚とすることが一般的である。比較的光出力が高い半導体レーザ素子ではλ／４の低反射膜（反射率５％程度）、低出力の半導体レーザ素子ではλ／２の端面反射膜が用いられることが多い。
【００１１】
単一の誘電体薄膜をλ／４（０．２５λ）またはλ／２（０．５λ）に相当する膜厚とすると、半導体レーザ素子の発振波長のばらつきや膜厚ばらつきに対する反射率の変動は小さくできるが、作製可能な反射率が端面反射膜形成に用いる材料の屈折率によって決まってしまう。また、このような値と異なる反射率を実現するために、λ／４の整数倍から外れた膜厚の端面反射膜を用いると、反射率の膜厚及び波長依存性が大きくなり、製造ばらつきによる素子特性の変動が生じてしまう。
【００１２】
所望の反射率を得るために、複数の層を重ね合わせる手法が採用されている。特許文献２には、屈折率が１．８２から２．００で光学膜厚が発振波長の０．１７倍から０．２３倍の第１層の窒化シリコンと、光学膜厚が発振波長の０．０３倍から０．１５倍の第２層の酸化シリコンとからなる２層構造の反射防止膜が形成された半導体レーザ素子が開示されている。即ち、反射防止膜（端面反射膜）の厚さは０．２λ〜０．３８λになっている。
【００１３】
他方、光ディスク等に用いる高出力半導体レーザ素子は、例えば、７０℃程度の高温域で使用される。本発明者は低温域（室温：２５℃）及び高温域における前方出射面に設ける端面反射膜の反射率Ｒf と動作電流Ｉopとの相関について検討した結果、例えば、７．５％前後（６〜９％）程度が高温域で最も動作電流Ｉopが低下することが判明した。
【００１４】
本発明の目的は、コーティング膜（端面反射膜）の製造ばらつきに起因する反射率の変動を改善するとともに、温度特性に優れかつ高い光出力を安定して得ることができるシングルモード発振する赤色半導体レーザ素子を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明の半導体レーザ素子は、
第１導電型の半導体基板上に第１導電型のクラッド層、単一または多重の量子井戸構造からなる活性層、第２導電型のクラッド層を順次重ねた構造であり、
前記第２導電型のクラッド層は加工され、前記活性層上に形成される平坦層と、該平坦層上にストライプ状に突出形成されるリッジストライプ部とからなり、
前記平坦層上には前記リッジストライプ部の側面を被う第１導電型の電流ブロック層を有し、
前記リッジストライプ部及び前記電流ブロック層の上面側には第２導電型のコンタクト層が設けられ、
前記半導体基板の下面には第１の電極が形成されるとともに、前記コンタクト層の上面には第２の電極が形成され、
前記リッジストライプ部の両端面には前記半導体基板，前記第１導電型のクラッド層，前記活性層，前記第２導電型のクラッド層及び前記コンタクト層を被うコーティング膜（端面反射膜）を有し、
前記リッジストライプ部に対応する前記活性層部分で形成される共振器の端面からレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
前記平坦層の厚さをｈとし、前記リッジストライプ部のリッジ底部の幅をＷｓとした場合、Ｗｓは１．０μｍ以上であり、ｈ≧０．１７（Ｗｓ−１）の関係にあり、０．１μｍ≦ｈ≦０．３５μｍの関係にあり、
前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第１層と、該第１層上に形成される第２層とで形成され、
前記第１層の厚さｄ1 と前記第２層の厚さｄ2 の和はレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さになり、
前記コーティング膜の反射率は６〜９％になり、
前記半導体基板はｎ型ＧａＡｓ、前記半導体基板の上面側に形成される各半導体層はＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰであり、波長が６２０〜７００ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。
【００１６】
上記した手段（１）によれば、（ａ）Ｗｓは１．０μｍ以上であり、ｈ≧０．１７（Ｗｓ−１）の関係にあり、０．１μｍ≦ｈ≦０．３５μｍの関係にあることからシングルモード発振し、キンクの原因となる高次の導波モードの発生を抑制できる為、直線性に優れた光出力−電流特性が得られ、高い光出力でも安定に動作するレーザ素子を提供することができる。
（ｂ）コーティング膜の厚さはレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さになり、かつコーティング膜の反射率は６〜９％と動作電流値を最も小さくできる状態で動作可能になり、消費電力の低減及び光出力向上が達成できる。
（ｃ）光出力が高く、かつ高温時の発光特性が良好なため、ＣＤ，ＤＶＤ，ＡＶ機器等の発光源に適した半導体レーザ素子となる。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）光出力の増大が可能になるシングルモード発振する赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
（２）赤色半導体レーザ素子において、コーティング膜（端面反射膜）の製造ばらつきに起因する反射率の変動を改善することができる。
（３）高温域でも安定して高出力のレーザ光を出射できる赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
（４）スロープ効率の向上や動作電流の低減を図ることができる赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図である。
【図２】前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の模式的断面図である。
【図３】前記半導体レーザ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】前記半導体レーザ素子において、シングルモード発振するためのｐ型クラッド層の寸法条件を示すグラフであり、ｐ型クラッド層を構成する平坦層（ｐクラッド層膜厚ｈ）と、リッジストライプ部幅（ストライプ幅Ｗｓ）との相関を示すグラフである。
【図５】前記寸法条件を計算するために使用するｐ型クラッド層の各部に寸法記号を付した半導体レーザ素子の模式図である。
【図６】前記寸法条件を計算するための各部が現れるように示す半導体レーザ素子の各断面の模式図である。
【図７】前記半導体レーザ素子の前方出射面を被うコーティング膜の膜構成の違いによる反射率とコーティング膜の膜厚との相関を示すグラフである。
【図８】前記半導体レーザ素子の前方出射面を被うコーティング膜の膜構成の違いによる反射率とコーティング膜の膜厚ずれとの相関を示すグラフである。
【図９】前記半導体レーザ素子の高温時と低温時における光出力Ｉopと反射率Ｒf との相関を示すグラフである。
【図１０】本実施形態１の半導体レーザ素子（本発明素子）及び従来素子における前方出射面反射率Ｒf と波長λp との相関を示すグラフである。
【図１１】本実施形態１の半導体レーザ素子（本発明素子）及び従来素子における、光出力と電流との相関を示すグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図である。
【図１４】前記半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の一部の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
（実施形態１）
図１乃至図１１は本発明の一実施形態（実施形態１）である半導体レーザ素子に係わる図である。本実施形態１では第１導電型はｎ型、第２導電型はｐ型となり、波長（発振波長）が６２０〜７００ｎｍ帯になる赤色半導体レーザ素子に本発明を適用した例について説明する。
【００２０】
本実施形態１の半導体レーザ素子１は、図１及び図２に示す構造になっている。図１は半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図、図２は半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の模式的断面図である。
図１及び図２に示すように、半導体レーザ素子１は第１導電型（ｎ型）の半導体基板２、具体的にはｎ−ＧａＡｓ基板２を基にして製造されている。ｎ−ＧａＡｓ基板２の上面（主面）上には、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層３が形成されるとともに、このｎ−クラッド層３上には活性層４が形成され、さらに活性層４上には第２導電型（ｐ型）のＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層５が形成されている。
【００２１】
ｐ−クラッド層５は、活性層４の上面に形成される厚さｈとなる薄い平坦部分（平坦層５ａ）と、この平坦層５ａ上にストライプ状に突出形成されるリッジストライプ部５ｂとからなっている。リッジストライプ部５ｂは、リッジストライプ部５ｂの厚さに形成したｐ−クラッド層を選択的にエッチングすることによって形成される。即ち、リッジストライプ部５ｂはｐ−クラッド層の中央を残して両側を所定厚さエッチングすることによって形成される。このエッチングにおいて、リッジストライプ部５ｂの幅は上面の幅Ｗ1 に比較してリッジ下部の幅Ｗｓが、例えば、０．２〜０．８μm程度広くなる。
【００２２】
ｎ−クラッド層３は、元素の混晶比がそれぞれ選択され、例えば、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなっている。また、厚さは１．８μｍ程度になっている。ｐ−クラッド層５は、例えば、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、厚さはリッジストライプ部５ｂの部分で１．６μｍ程度になっている。
【００２３】
活性層４は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造となり、井戸層と井戸層との間に障壁層が位置し、かつこの構成が繰り返し重ねられる構造になっている。井戸層はアンドープ（ｕ）−ＧａＩｎＰ層が選ばれ、障壁層はｕ−ＡｌＧａＩｎＰ層が選ばれている。また、活性層４は、井戸層が３周期となるとともに、材料の選択によって歪多重量子井戸構造になっている。
【００２４】
ｐ−クラッド層５の平坦層５ａ上にはリッジストライプ部５ｂの側面を被うｎ−ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層６が設けられている。このｎ−電流ブロック層６はｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、エッチングによって除去されたｐ−クラッド層部分を被う程度の厚さ、例えば０．５〜０．８μｍ程度の厚さに形成されている。
また、ｎ−電流ブロック層６及びリッジストライプ部５ｂの上面を被うように厚さ３μｍ程度のｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層７が設けられている。
【００２５】
ｎ−ＧａＡｓ基板２の下面には第１の電極としてｎ電極８が形成され、ｐ−コンタクト層７の上面には第２の電極としてｐ電極９が形成されている。電極はいずれも金を含む材料で形成されている。
【００２６】
このような半導体レーザ素子１においては、ｎ電極８とｐ電極９間に所定の電圧を印加することによって、リッジストライプ部５ｂに対応する活性層４の部分が共振器１０を構成し、図２に示すように、共振器１０の両端（出射面）からレーザ光１１を出射するようになる。一般に、高出力半導体レーザは、出射面の一方を出力大きくして使用に供し、他方の出射面から出射されるレーザ光を光出力を小さくして光強度をモニタすることが多い。前者の出射面を前方出射面と呼称し、モニタ側の後者の出射面を後方出射面と呼称している。図２では、左側の出射面が前方出射面１２となり、右側の出射面が後方出射面１３となる。
半導体レーザ素子１は、各層の元素の混晶比等の選択によって、発振波長を６２０〜７００ｎｍ程度の間で選択することができる。
【００２７】
つぎに、このような半導体レーザ素子１の製造方法について、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図３（ａ）に示すように、厚さ３５０〜４５０μｍ程度のｎ−ＧａＡｓ母基板（ウエハ）２ａを用意する。
【００２８】
つぎに、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）によって、前記ウエハ２ａの主面上にそれぞれ所定組成からなる半導体結晶を順次成長させ、ｎ−クラッド層３，活性層４，ｐ−クラッド層５，ｎ−ＧａＡｓキャップ層２２を順次重ねるように形成する。ウエハ２ａは数インチの直径のＧａＡｓ基板からなり、最終的なウエハの分断によって多数の半導体レーザ素子を製造することになる。図３では単一の半導体レーザ素子部分のみを示すことにする。
【００２９】
ウエハ２ａの主面上にはｎ−クラッド層３として、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐが１．８μｍ程度の厚さに形成される。ｎ−クラッド層３上には活性層４として、ｕ−ＧａＩｎＰを井戸層とし、ｕ−ＡｌＧａＩｎＰを障壁層とし、３周期の歪多重量子井戸構造が形成される。活性層４上にはｐ−クラッド層５として、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐが１．６μｍ程度の厚さに形成される。ｐ−クラッド層５上には厚さ０．５μｍ程度のｎ−ＧａＡｓキャップ層２２が形成される。
【００３０】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、リッジストライプ部を形成するため、前記ｎ−ＧａＡｓキャップ層２２の上面に選択的にストライプ状のマスク２３を形成する。マスク２３は、例えば、ｎ−ＧａＡｓキャップ層２２上にＳｉＯ２膜をスパッタ法によって形成した後、常用のホトレジスト技術とエッチング技術によって幅２μｍ程度のストライプ状のマスク２３を形成する。その後、このマスク２３をエッチング用マスクとして、常用のドライエッチングによってｐ−クラッド層５を深さ１．４μｍ程度までエッチングして、平坦層５ａ及びリッジストライプ部５ｂを形成する。この平坦層５ａの厚さ及びリッジストライプ部５ｂの寸法については後に詳細に説明する。
【００３１】
つぎに、塩素系のエッチャント（Ｈｃｌ水溶液）によってｐ−クラッド層５の表面をライトエッチングしてドライエッチングによりダメージを受けた表面層を除去し、ついで、ｐ−クラッド層５のエッチングで除去した部分にｎ−Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐを０．５〜０．８μｍ程度の厚さに形成してｎ−電流ブロック層６を形成する〔図３（ｃ）参照〕。
【００３２】
つぎに、マスク２３及びｎ−ＧａＡｓキャップ層２２を常用のエッチングによって除去した後、ｎ−電流ブロック層６及びリッジストライプ部５ｂの上面を被うように厚さ３μｍ程度のｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層７を形成する。
【００３３】
つぎに、ウエハを分断させてチップ化する際、チップ分離が容易になるように、図示はしないがウエハ２ａの主面側に縦横にアイソレーション溝を形成し、ついでウエハ２ａの主面側、即ちｐ−コンタクト層７上に選択的にｐ電極９を形成する〔図３（ｄ）参照〕。その後、ウエハ２ａの下面を所定厚さ研磨するとともに、研磨によって発生した結晶歪層を化学エッチングによって除去して１００μｍ程度の厚さのウエハ２ａとし、ついでウエハ２ａの下面にｎ電極８を形成する。
【００３４】
つぎに、図示はしないが、ウエハ２ａをリッジストライプ部５ｂのストライプに直交する方向に結晶の劈開を行って分断させ、幅が９００μｍ程度の細長い短冊体を形成する。この短冊体の両側面はレーザ光の出射面となることから、それぞれの出射面に保護膜となるとともに反射膜となるコーティング膜をスパッタリング法によって形成する。このコーティング膜の構成については、後にさらに詳述する。
【００３５】
つぎに、短冊体を所定寸法で切断することによって図３（ｄ）に示すような半導体レーザ素子１を多数製造する。これにより、共振器長さが９００μｍ、幅が２５０μｍで厚さが１００μｍ程度の半導体レーザ素子１を得ることができる。
【００３６】
本実施形態１では、レーザ光をシングルモード発振させるため、リッジストライプ部５ｂの上面の幅Ｗ１及び下部の幅Ｗｓ及び平坦層５ａの厚さｈを以下に示すように選択している。
【００３７】
リッジストライプ部５ｂの寸法条件は下記により決定される。図５は前記寸法条件を計算するために使用するｐ型クラッド層の各部に寸法記号を付した半導体レーザ素子１の模式断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）は寸法条件を計算するための各部が現れるように示す半導体レーザ素子１の各断面の模式図である。
【００３８】
図５は、リッジストライプ部５ｂの共振器１０の延在方向に垂直になる面を示す断面図である。説明の便宜上縦軸をｙ軸、横軸をｘ軸とする。図５においてストライプ部５ｂの下部の幅Ｗｓに対応する活性層４の部分が発光部となり、リッジストライプ部５ｂから外れた平坦層５ａに対応する活性層４が非発光部になる。リッジストライプ部５ｂの下部の幅をＷｓとし、平坦層５ａの厚さ（高さ）をｈとする。
【００３９】
図６（ａ）は、発光部となるリッジストライプ部５ｂを横切るｙ方向屈折率分布と屈折率との相関を示すグラフである。活性層４部分では屈折率はｎa と大きくなるが、活性層４の上下に位置するクラッド層は導電型が異なるが組成が同じになることから屈折率は共にｎc になる。実効屈折率ｎe （ｘ）はＮｅ１となる。
【００４０】
図６（ｂ）は、リッジストライプ部５ｂを外れた非発光部となる平坦層５ａ及びｎ−電流ブロック層６を横切るｙ方向屈折率分布と屈折率との相関を示すグラフである。活性層４部分では屈折率はｎa と大きくなり、活性層４の上下に位置するクラッド層部分は導電型が異なるが組成が同じになることから屈折率は共にｎc になり、ｎ−電流ブロック層６では屈折率はｎb とさらに小さくなる。実効屈折率ｎe （ｘ）はＮｅ２となる。
【００４１】
図６（ｃ）は、ｘ方向屈折率分布と実効屈折率ｎe （ｘ）との相関を示すグラフであり、前記Ｎｅ１とＮｅ２を示してある。リッジストライプ部５ｂの下部の幅Ｗｓの部分の実効屈折率はＮｅ１になり、平坦層５ａの部分の実効屈折率はＮｅ２にと小さくなる。
【００４２】
ここで共振器（導波路）の解析方法について説明する。半導体レーザの構造及び屈折率の分布は図５及び図６（ａ）〜（ｃ）のようになる。これらの図では、活性層４の屈折率の上下のクラッド層の屈折率を等しくしているが、ｐ、ｎ双方のクラッド層の屈折率は異なってもよい。また、活性層４は、単一あるいは多重量子井戸構造で構成することが一般的であるが、量子井戸構造全体を単一の層として簡略化して記載した。量子井戸構造の場合においても、同様の手法により解析が可能である。
【００４３】
これらの図のような半導体レーザ素子１において、厳密な光強度分布を求めることは困難であるが、素子の設計においては、等価屈折率法を用いることによって容易に導波路構造の解析が可能である。
【００４４】
（１）先ず、発光部（電流注入部）及び非発光部（ブロック層下部）の縦方向に関し、図６（ａ），（ｂ）の屈折率分布を用いて下記波動方程式、数１を各々に対して解を求め、垂直方向（ｙ方向）の実効屈折率を求めた。等価屈折率法では、電磁界の分布関数を変数分離により表し、下記数２のように記述できると仮定する。数１，数２より、Ｘ及びＹに対して数３，数４が導けるため、ｙ方向及びｘ方向について順に式を解くことで解が求められる。ここで、ｎe （ｘ）は、位置ｘにおける垂直方向（ｙ方向）の実効屈折率である。
【００４５】
（２）上記（１）で求めた実効屈折率を、横方向の屈折率分布とし〔図６（ｃ）〕、横方向に再度等価屈折率法を適用して導波路全体の実効屈折率、導波モード等を解析した。
【００４６】
【数１】
（ＴＥモードの場合）
【数２】
【００４７】
【数３】
【００４８】
【数４】
【００４９】
図４は半導体レーザ素子１において、シングルモード発振するためのｐ−クラッド層の寸法条件を示すグラフであり、ｐ−クラッド層を構成する平坦層（ｐクラッド層膜厚ｈ）と、リッジストライプ部幅（ストライプ幅Ｗｓ）との相関を示すグラフである。図４ではｐ−クラッド層５のリッジストライプ部５ｂの幅Ｗｓの上限及び下限を規定するとともに、ｐ−クラッド層５の平坦層５ａの厚さｈの上限及び下限を設定して半導体レーザ素子１がシングルモード発振するようになっている。
【００５０】
ｐ−クラッド層５の平坦層５ａの膜厚ｈに対するリッジストライプ部５ｂの下部の幅Ｗｓの上限は、図４の解析結果となる。但し、活性層４の膜厚・組成によってはこの境界が若干変化するため、図４の境界線以下のリッジストライプ幅Ｗｓで範囲を規定した。
【００５１】
リッジストライプ部５ｂの下部の幅Ｗｓの下限は、素子抵抗の増大を防ぐため、即ち、シリーズ抵抗を１０Ω以下にするため１μｍ以上が必要である。換言するならば、前記リッジストライプ部（リッジ）の最も幅が狭い部分の幅は１．０μｍ以上にする必要がある。リッジストライプ部５ｂの形成時、リッジ側面を略垂直形成することも可能であり、この場合、リッジの厚さ方向のいずれの幅も同じ寸法になる。
【００５２】
発光部への光の閉じ込めは、図６（ｃ）に示すように、発光部と非発光部の屈折率差（Ｎｅ１とＮｅ２の差）により行い、導波路構造を形成している。半導体レーザ素子の駆動は活性層４へのキャリア注入によりレーザ発振を行わせるため、レーザ動作時に活性層４のキャリア濃度が増加すると屈折率が低下する。キャリア注入による屈折率変化はせいぜい、１０−３程度であり、このような状況においても、安定な光閉じ込めを実現するためには、１．５×１０−３以上が望ましく、２．０×１０−３以上の屈折率差を設けておく必要がある。これにより、平坦層５ａの膜厚ｈの上限としては、０．３５μｍ以下、望ましくは０．３μｍ以下となる。
【００５３】
また、半導体レーザ素子は、ｐｎ接合を用いて形成されており、逆方向電流に対してはある程度の耐圧がある。素子の実使用上は、逆方向耐圧は、数ボルト程度あれば問題なく使用できるが、膜厚ｈを薄くしていくと、ｎ−電流ブロック層６の部分がブレークダウンし易くなるため、逆方向耐圧が低下してしまう。実用上問題ないレベルを確保するためにはｈ≧０．１μｍが必要になる。
【００５４】
これらのことから、リッジストライプ部５ｂにおける下部の幅Ｗｓと平坦層５ａの膜厚ｈの範囲は、図４の斜線部とする必要がある。下部の幅Ｗｓの上限は、平坦層５ａの厚さをｈとし、前記リッジストライプ部のリッジ底部の幅をＷｓとした場合、ｈ＝０．１７（Ｗｓ−１）の関係になっている。境界線ｈ＝０．１７（Ｗｓ−１）は、図４に示すように、本発明者がシュミレーションによる解析結果によって得た曲線を直線と見なした数式（関数）である。
【００５５】
本実施形態１では、例えば、リッジストライプ部５ｂの幅は、上部の幅Ｗ１を１．３μｍ、下部の幅Ｗｓを２．４μｍとし、ｐ−クラッド層５の平坦層５ａの厚みｈ（活性層４とｎ−電流ブロック層６との間隔）を０．２７μｍとして、導波路構造がシングルモード発振するように設計した。
【００５６】
ところで、前述のように、光ディスク等に用いる高出力半導体レーザ素子は、７０℃程度の高温域で使用される。本発明者は低温域（室温：２５℃）及び高温域における前方出射面に設ける端面反射膜の反射率Ｒf と動作電流Ｉopとの相関について検討した結果、図９は半導体レーザ素子の高温時と低温時における光出力Ｉopと反射率Ｒf との相関を示すグラフである。同グラフから分かるように、７．５％前後（６〜９％）程度が高温域で最も動作電流Ｉopが低下する。即ち、動作電流Ｉopを低減することは、レーザ素子の発熱・温度上昇を抑制し、逆に高温域において光出力の増大を図ることになる。
【００５７】
本実施形態１の半導体レーザ素子１は、図２に示すように、前方出射面１２に設けるコーティング膜３１を共振器１０の端面に形成される第１層３１ａと、この第１層３１ａ上に形成される第２層３１ｂとで形成し、かつ第１層３１ａの厚さ（光学厚さ）ｄ1 と第２層３１ｂの厚さ（光学厚さ）ｄ2 の和はレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さにし、反射率を７．５％前後（６〜９％）程度としたものである。
【００５８】
本実施形態１では、例えば、第１層３１ａとして屈折率が１．９５のＳｉＮＸ膜を用い、第２層３１ｂとして屈折率が１．４５のＳｉＯ２膜を用いた。そして、ＳｉＮＸ膜の膜厚を０．２２λ、ＳｉＯ２膜の膜厚を０．２３λとして、コーティング膜３１の膜厚を０．４５λ（＝０．２２λ＋０．２３λ）とした。
【００５９】
また、後方出射面１３にもコーティング膜３３を設ける。このコーティング膜３３は、λ／４の厚さのＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜を１０層程度交互に形成して屈折率を９３％程度とした層である。
【００６０】
端面反射膜（コーティング膜）の形成においては、１バッチ処理における面内の膜厚ばらつきや製造レートのばらつきにより、各半導体レーザ素子の端面反射膜の膜厚にばらつきが生じる。ばらつきの大きさや、変動の仕方は個々の製造装置により異なるが、±１０％程度の膜厚ばらつきが生じた場合、本発明による２層膜構造では反射率のばらつき幅は１％程度に留まるのに対し、従来の方法では４％程度のばらつきが生じてしまう。
【００６１】
ここで、本実施形態１のような高出力半導体レーザにおいて、前方出射面での反射率Ｒf が７．５％程度必要である理由について説明する。
半導体レーザの閾値（閾値電流）Ｉｔｈは次式で与えられる。
【００６２】
【数５】
【００６３】
半導体レーザのスロープ効率ηｓは次式で与えられる。
【数６】
【００６４】
ここで、Ｊ０：利得発生に必要な電流、ｄ：活性層の膜厚、αｉ：内部損失、Ｌ：共振器長さ、Ｒｆ：前方出射面の反射率、Ｒｒ：後方出射面の反射率である。
高出力時の動作電流Ｉopは次式で与えられる。
【００６５】
【数７】
【００６６】
一般にはある反射率Ｒf において動作電流Ｉopが最小になり、反射率Ｒf には最適値が存在する。換言するならば、素子寿命を高める、低電流で使いやすい素子を提供する等の理由から、動作電流Ｉopを低減する必要がある。
【００６７】
反射率Ｒf が小の時、スロープ効率ηｓは大きくなるが、ｌｎ（１／ＲｆＲｒ）の項が増大して閾値電流Ｉｔｈ及び動作電流Ｉopが増加する。また、反射率Ｒf が大の時、スロープ効率ηｓが低下して動作電流Ｉopが増加する。
【００６８】
特に高温域においては、ηｉ及びβの低下、Ｊ０，αｉの増加により閾値Ｉｔｈの増大が顕著になるため、Ｉopを最小とするＲf の値が高反射率側にシフトする。半導体レーザ素子を構成する材料、構造等により異なるが、経験的に前方出射面の反射率は数％が最適となる。
【００６９】
本実施形態１のように、前方出射面の反射率を６〜９％程度とし、後方出射面の反射率を９３％とする非対称コーティングを施した半導体レーザ素子１では、Ｒｕｎ−ｔｏ−Ｒｕｎの反射率ばらつきは、±５％の範囲にあり、スロープ効率や閾値電流等の半導体レーザ素子の特性ばらつきも抑えられた。
【００７０】
図７は半導体レーザ素子の前方出射面を被うコーティング膜の膜構成の違いによる反射率とコーティング膜の膜厚との相関を示すグラフ、図８は半導体レーザ素子の前方出射面を被うコーティング膜の膜構成の違いによる反射率とコーティング膜の膜厚ずれとの相関を示すグラフである。
【００７１】
図７のグラフには、前方出射面における端面反射膜を、従来仕様であるＳｉＯ２膜単層（反射率７．５％）のものと、本発明仕様であるＳｉＮ膜とＳｉＯ２膜による２層コートの例を示してある。２層コートの場合では反射率が７．５％，１０％，２０％のものを示す。２層コートでは、全体の厚さを変えずに、各層の膜厚比を変えることで反射率が調整できる。ＳｉＯ２膜単層の場合、７．５％で設計するならば□印の膜厚になる。また、２層コートの場合は、各々の曲線における○印の箇所が設計値となる。図７では、単純に膜厚を変化させた場合に反射率がどのように変化するかを計算した例を表示したものである。
【００７２】
実際には、面内ばらつきが成膜レートの変動、素子の波長変化により膜厚がずれる等により、２層の膜厚が略比例してずれる。図８は製造ばらつきによる反射率の変動を示すもので、ＳｉＯ２膜単層７．５％と、２層コートにおける７．５％，１０％，３０％のものを示すグラフである。コーティング膜の膜厚ずれによる反射率の変動は小さくなる。即ち、±１０％の膜厚ばらつきが発生しても、図８から分かるように、本発明の場合には反射率のばらつきは１％に留まる。
【００７３】
コーティング膜３１の反射率を、例えば、６〜９％程度とした場合、第１層３１ａの膜厚（光学膜厚）ｄ1 と、第２層３１ｂの膜厚（光学膜厚）ｄ2 との比率、ｄ1 ／ｄ2 は、０．５４≦ｄ1 ／ｄ2 ≦０．９５、または１．０５≦ｄ1 ／ｄ2 ≦１．８６の関係にある。これにより、コーティング膜の反射率を所望の設計値に設定し、尚かつコーティング膜の膜厚の製造ばらつきによる反射率の変動を抑制した反射率の安定なコーティング膜が形成できる。膜厚比が高い第１層３１ａが厚くてもまたは薄くてもよい。膜厚比は第１層３１ａまたは第２層３１ｂを形成する材質の屈折率によって決まる。
【００７４】
例えば、第１層３１ａの屈折率が２．４となる誘電体膜であり、第２層３１ｂの屈折率が１．４３となる誘電体膜である場合、両膜の厚さ比率を選択することによって、コーティング膜３１の反射率を１〜３０％のうちのいずれかの数値の反射率にすることができる。これにより、設計可能な反射率の範囲を広げた反射率のばらつきの小さいコーティング膜を構成することができる。
【００７５】
また、第１層３１ａの屈折率が２．０となるＳｉＮＸ膜であり、第２層３１ｂの屈折率が１．４３となるＳｉＯ２膜である場合、両膜の厚さ比率を選択することによって、コーティング膜３１の反射率を５〜３０％のうちのいずれかの数値の反射率にすることができる。
【００７６】
コーティング膜３１ａおよび３１ｂには、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の酸化膜や、ＳｉＮＸ等の窒化膜等の誘電体膜を用い、第１層３１ａの屈折率ｎｄ1 を１．６≦ｎｄ1 ≦２．４、第２層３１ｂの屈折率ｎｄ2 を１．２≦ｎｄ2 ≦２．０の関係となるようにコーティング膜の材料を選択し、第１層３１ａの屈折率が第２層３１ｂの屈折率よりも大きく、即ち、ｎｄ1 ≧ｎｄ2 となるように材料を選択すれば良い。
【００７７】
図１０は本実施形態１の半導体レーザ素子（本発明素子）及び従来素子における前方出射面反射率Ｒf と波長λp との相関を示すグラフである。従来素子の場合は、波長が６００〜７００ｎｍの間で膜厚変化により反射率が大きく変動し、かつ高温域で反射率が低下するが、本発明素子の場合は波長が６００〜７００ｎｍの間で反射率は７．５〜８．８％程度の間の少しの変動である。
【００７８】
図１１は本実施形態１の半導体レーザ素子（本発明素子）及び従来素子における、光出力と電流との相関を示すグラフである。従来素子の場合では７０℃と高い温度下での使用では光出力が５０ｍＷ程度が最大であるのに対して、本発明素子の場合は７０℃と高い温度下での使用でも光出力は９０ｍＷ以上と極めて高い数値が得られる。本発明によれば、閾値電流が低下し、スロープ効率が向上し、動作電流を大きく低減することができる。また、動作電流の低減によって、特に高温域での半導体レーザ素子の発熱を抑えられるため、従来の半導体レーザ素子よりも高い温度で動作させることができるようになった。
【００７９】
また、ｐ−クラッド層５のリッジストライプ部５ｂの幅は、従来の半導体レーザ素子の場合における５μｍ程度に対して、本発明では２．４μｍと半分程度になっているにもかかわらず、両者の素子抵抗（シリーズ抵抗）はどちらも約５Ωであり、１ＧＨｚ以上の周波数帯域幅が得られた。
【００８０】
本実施形態１によれば以下の効果を有する。
（１）電流狭窄層（ｎ−電流ブロック層６）に禁制帯幅が大きく、レーザ光に対して透明な材料を用いることにより、レーザ内部の光の損失を低減できるリアルガイド構造となるため、従来のＧａＡｓ電流ブロック層に代表されるロスガイドの導波路構造の素子に比べて低閾値化、高効率化の特性改善が図れる。この結果、光出力の増大を図ることができる。
【００８１】
（２）本発明による半導体レーザ素子１ではキンクレベルが向上し、高い光出力が得られる。即ち、キンクレベルを向上させて高い光出力を得るためには、ｐ−クラッド層５におけるリッジストライプ部５ｂの幅Ｗｓ及び平坦層５ａの厚さｈを調整し、レーザ内で高次のモードが存在し得ないシングルモード導波路（共振器）となるように設計すればよい。ｈ＝０．１７（Ｗｓ−１）となる相関線よりＷｓが狭いか、またはｈを大きくすることにより、導波路構造がシングルモードとなり、この範囲に設計することによりキンクが発生せず、直線性の良い光出力−電流特性を持った半導体レーザ素子１を製造することができる。
【００８２】
（３）前方出射面に設けるコーティング膜（端面反射膜）３１は、２層の誘電体膜構造になっているとともに、コーティング膜３１の膜厚は〜λ／２となっていることから、反射率Ｒf は波長依存性のｄＲf ／ｄλが略零となる安定点に設定できる。即ち、前方出射面の反射率Ｒf は、２層の誘電体膜の膜厚比を調整することにより、１〜３０％の範囲で任意の値に調整が可能であり（ＳｉＮＸ膜の膜厚がＳｉＯ２の膜厚より大の場合は、ＳｉＮＸ膜を厚くすると共に反射率Ｒf は大きくなり、逆の場合はＳｉＮＸ膜を厚くすると共に反射率Ｒf が低下する。）、反射率の設計値によらず安定点に設定できるため、プロセスばらつきが生じても、反射率の設計値からのずれを略零に抑えることができる。
【００８３】
（４）本発明においては、高温域での発振波長に対して端面反射膜の膜厚が約λ／２に設定することにより、室温あるいは半導体レーザ素子１の動作温度範囲下限よりも高温域において端面反射膜の反射率が大きくなるように設計することができ、高温域での動作電流の増加を抑制でき、光出力の向上を図ることができる。即ち、一般的にレーザ素子特性は端面の反射率に依存して変動する。前方出射面の反射率が低下すると、効率は増加するものの閾値電流が増加し、特に高温域での閾値電流の増加が顕著になる。このため、半導体レーザ素子の高温特性が低下し、高温域でスロープ効率が低下し、動作電流が急増する可能性がある。しかし、本発明によりこのような問題点も解消できることになる。
【００８４】
（実施形態２）
図１２は本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子の製造方法を示す工程断面図である。本実施形態２では実施形態１の半導体レーザ素子１において、リッジストライプ部５ｂとｐ−コンタクト層７との間にｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０を設けて、ｐ−コンタクト層７とリッジストライプ部５ｂとの間の階段状のバンドギャップの差を小さくしてヘテロ接合界面のポテンシャル障壁を低減し、シリーズ抵抗を低減する構造に本発明を適用した例である。
【００８５】
本実施形態２の半導体レーザ素子１は、図１２（ｄ）に示すように、ｐ−クラッド層５のリッジストライプ部５ｂの両側に設けるｎ−電流ブロック層を、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層６ａと、この上に形成されるｎ−ＧａＡｓ層６ｂとで形成すること、リッジストライプ部５ｂの上面にｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０を形成すること、ｐ−コンタクト層７はｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０とｎ−ＧａＡｓ層６ｂの上面を被うことで実施形態１の半導体レーザ素子１と異なるが、他の各部の構造は実施形態１の半導体レーザ素子１と同じである。ｎ−電流ブロック層６を２層構造とすることによって、コンタクト層７の埋込成長を行なう際に結晶表面にＡｌを含む層が露出せず、結晶の酸化による結晶欠陥の発生を抑えるとともに、電流ブロック効果が安定する。
【００８６】
つぎに、本実施形態２の半導体レーザ素子１の製造について図１２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図１２（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１の半導体レーザ素子の製造方法を示す図３（ａ）〜（ｄ）に対応する図であり、符号の同じものは実施形態１の半導体レーザ素子の製造と同じ材料になっている。また、図１２においても単一の半導体レーザ素子部分のみを示すことにする。
【００８７】
実施形態１の場合と同様に、図１２（ａ）に示すように、厚さ３５０〜４５０μｍ程度のｎ−ＧａＡｓ母基板（ウエハ）２ａを用意する。
つぎに、ＭＯＣＶＤ法によって、前記ウエハ２ａの主面上にそれぞれ所定組成からなる半導体結晶を順次成長させ、ｎ−クラッド層３，活性層４，ｐ−クラッド層５，ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０及びｎ−ＧａＡｓキャップ層２２を順次重ねるように形成する。実施形態１の場合と異なる点はｐ−クラッド層５とｎ−ＧａＡｓキャップ層２２との間にｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０を設けることである。ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０は、厚さが０．５μｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなっている。
【００８８】
つぎに、図１２（ｂ）に示すように、実施形態１の場合と同様に、リッジストライプ部を形成するため、前記ｎ−ＧａＡｓキャップ層２２の上面に選択的にストライプ状のマスク２３を形成し、このマスク２３をエッチング用マスクとして使用して常用のドライエッチングによってｐ−クラッド層５を所定深さまでエッチングして、平坦層５ａ及びリッジストライプ部５ｂを形成する。
【００８９】
つぎに、塩素系のエッチャント（Ｈｃｌ水溶液）によってｐ−クラッド層５の表面をライトエッチングして表面層を除去し、ついで、図１２（ｃ）に示すように、ｐ−クラッド層５のエッチングで除去した部分にｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層６ａ及びｎ−ＧａＡｓ層６ｂを順次形成してｎ−電流ブロック層６を形成する。
【００９０】
つぎに、図１２（ｄ）に示すように、マスク２３及びｎ−ＧａＡｓキャップ層２２を常用のエッチングによって除去する。この際、リッジストライプ部５ｂの上面のｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０はそのまま残留している。つぎに、図１２（ｄ）に示すように、ｎ−電流ブロック層６及びリッジストライプ部５ｂの上面を被うように厚さ３μｍ程度のｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層７を形成する。
【００９１】
つぎに、実施形態１と同様にウエハ２ａの表裏面にｎ電極８及びｐ電極９を形成し、ついでウエハ２ａを短冊状に劈開させた後、劈開面にＡＲ膜やＨＲ膜を形成し、その後、短冊体を所定寸法で切断して図１２（ｄ）に示すような半導体レーザ素子１を多数製造する。
【００９２】
本実施形態２の半導体レーザ素子１は、ＡｌＧａＩｎＰからなるリッジストライプ部５ｂと、ＧａＡｓからなるｐ−コンタクト層７との間にバンドギャップがその中間になるＧａＩｎＰからなるｐ−ＧａＩｎＰバッファ層４０を介在させる結果、ヘテロ接合部分のポテンシャル障壁を分散されて大きなギャップが生じなくなる為、シリーズ抵抗を低減することができる。
【００９３】
（実施形態３）
図１３は本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体レーザ素子の共振器に直交する面の模式的断面図、図１４は半導体レーザ素子の共振器方向に沿う面の一部の模式的断面図である。
【００９４】
本実施形態３の半導体レーザ素子１は、リッジストライプ部５ｂの両側のｎ−電流ブロック層６をｎ−ＧａＡｓ層６ｄとした以外は、他の部分は実施形態１の半導体レーザ素子１と同じである。即ち、ｎ−電流ブロック層６をｎ−ＧａＡｓ層６ｄとし、前方出射面１２に実施形態１と同様に、第１層３１ａ（ＳｉＮＸ膜）及び第２層３１ｂ（ＳｉＯ２ 膜）からなるコーティング膜３１を形成した場合でも、従来素子に比べて、７０℃の動作電流は約１３ｍＡ低減でき、飽和光出力は約１０ｍＷ向上させることができた。また、本実施形態３の半導体レーザ素子１も、前方出射面に設けたコーティング膜３１の反射率ばらつきが、従来素子の±１０％から±５％に半減できる。この結果、閾値電流及びスロープ効率の特性ばらつきも略半減することができた。
【００９５】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９６】
１…半導体レーザ素子、２…ｎ−ＧａＡｓ基板、２ａ…ウエハ（ＧａＡｓ母基板）、３…クラッド層（ｎ−クラッド層）、４…活性層、５…クラッド層（ｐ−クラッド層）、５ａ…平坦層、５ｂ…リッジストライプ部、６…ｎ−電流ブロック層、６ａ…ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層、６ｂ…ｎ−ＧａＡｓ層、７…ｐ−コンタクト層、８…ｎ電極、９…ｐ電極、１０…共振器、１１…レーザ光、１２…前方出射面、１３…後方出射面、２２…ｎ−ＧａＡｓキャップ層、２３…マスク、３１…コーティング膜、３１ａ…第１層、３１ｂ…第２層、３３…コーティング膜、４０…ｐ−ＧａＩｎＰバッファ層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器の少なくとも一端にコーティング膜が設けられ、
前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第１層と、該第１層上に形成される第２層とを有する半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第１層の光学厚さｄ１と前記第２層の光学厚さｄ２の和がレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さであり、
前記第１層と前記第２層の光学膜厚比ｄ１／ｄ２は、０．５４≦ｄ１／ｄ２≦０．９５、または１．０５≦ｄ１／ｄ２≦１．８６の関係となる設計値で、前記第１層と前記第２層とを成膜することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１層の屈折率ｎｄ１は前記第２層の屈折率ｎｄ２よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１層は屈折率が１．６≦ｎｄ１≦２．４となる誘電体膜であり、
前記第２層は屈折率が１．２≦ｎｄ２≦２．０となる誘電体膜であり、
前記両膜の厚さ比率が選択され、前記コーティング膜の反射率が１〜３０％のうちのいずれかの数値の反射率になっていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記コーティング膜の反射率が６〜９％になっていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対する、前記コーティング膜の反射率が、７．５〜８．８％になっていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１層は、ＳｉＮｘ膜であり、
前記第２層は、ＳｉＯ２膜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の製造方法。
【請求項１】
共振器の少なくとも一端にコーティング膜が設けられ、
前記コーティング膜は、前記共振器端面に形成される第１層と、該第１層上に形成される第２層とを有する半導体レーザ素子の製造方法において、
前記第１層の光学厚さｄ１と前記第２層の光学厚さｄ２の和がレーザ光の波長の０．４５倍から０．５５倍の厚さであり、
前記第１層と前記第２層の光学膜厚比ｄ１／ｄ２は、０．５４≦ｄ１／ｄ２≦０．９５、または１．０５≦ｄ１／ｄ２≦１．８６の関係となる設計値で、前記第１層と前記第２層とを成膜することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１層の屈折率ｎｄ１は前記第２層の屈折率ｎｄ２よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１層は屈折率が１．６≦ｎｄ１≦２．４となる誘電体膜であり、
前記第２層は屈折率が１．２≦ｎｄ２≦２．０となる誘電体膜であり、
前記両膜の厚さ比率が選択され、前記コーティング膜の反射率が１〜３０％のうちのいずれかの数値の反射率になっていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記コーティング膜の反射率が６〜９％になっていることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対する、前記コーティング膜の反射率が、７．５〜８．８％になっていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１層は、ＳｉＮｘ膜であり、
前記第２層は、ＳｉＯ２膜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の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１３９１１０（Ｐ２０１１−１３９１１０Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９０８８３（Ｐ２０１１−９０８８３）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【分割の表示】特願２００２−３７９７７１（Ｐ２００２−３７９７７１）の分割
【原出願日】平成１４年１２月２７日（２００２．１２．２７）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【分割の表示】特願２００２−３７９７７１（Ｐ２００２−３７９７７１）の分割
【原出願日】平成１４年１２月２７日（２００２．１２．２７）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
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