JP2003163412A - 窒化物半導体レーザ装置及び半導体光学装置 - Google Patents
窒化物半導体レーザ装置及び半導体光学装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、窒化物半導体レーザ素子のＩ−Ｌ特
性におけるキンクを抑制するとともに、パルス電流で駆
動した場合のピーク出力が６０〜１００ｍＷの高出力ま
で基本横モードで発振する窒化物半導体レーザ装置を歩
留りよく提供することを目的とする。 【解決手段】パルス発生器１３からのパルス信号と直流
電流電源１４からの直流電流とがＴ回路１１で混合され
た駆動電流が、水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する
窒化物系半導体レーザ素子１０に注入される。このと
き、窒化物系半導体レーザ素子１０の水平方向光閉じ込
め係数は８５％以上９９％以下であり、又、駆動電流の
電流波形が、窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流を連
続して越える時間が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓ
ｅｃ］以下である
性におけるキンクを抑制するとともに、パルス電流で駆
動した場合のピーク出力が６０〜１００ｍＷの高出力ま
で基本横モードで発振する窒化物半導体レーザ装置を歩
留りよく提供することを目的とする。 【解決手段】パルス発生器１３からのパルス信号と直流
電流電源１４からの直流電流とがＴ回路１１で混合され
た駆動電流が、水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する
窒化物系半導体レーザ素子１０に注入される。このと
き、窒化物系半導体レーザ素子１０の水平方向光閉じ込
め係数は８５％以上９９％以下であり、又、駆動電流の
電流波形が、窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流を連
続して越える時間が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓ
ｅｃ］以下である
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色光を発光する
窒化物半導体を用いた窒化物半導体レーザ素子を備え、
この窒化物半導体レーザ素子を時間平均で２０〜３５
［ｍＷ］の高出力で駆動させる半導体レーザ装置と、こ
の半導体レーザ装置を搭載した光学式情報記録再生装置
などの半導体光学装置に関する。
窒化物半導体を用いた窒化物半導体レーザ素子を備え、
この窒化物半導体レーザ素子を時間平均で２０〜３５
［ｍＷ］の高出力で駆動させる半導体レーザ装置と、こ
の半導体レーザ装置を搭載した光学式情報記録再生装置
などの半導体光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＮ及びこれ
らの混晶半導体に代表される窒化物系半導体材料によ
り、青色から紫外領域で発光する窒化物半導体レーザ素
子が試作されており、このような窒化物半導体レーザ素
子を光源として用いた光学式情報記録再生装置が、次世
代高密度情報記録再生装置として注目されている。この
光学式情報記録再生装置における情報の記録方式として
は、結晶相変化を用いる方式や、磁気相転移を用いる方
式がある。
らの混晶半導体に代表される窒化物系半導体材料によ
り、青色から紫外領域で発光する窒化物半導体レーザ素
子が試作されており、このような窒化物半導体レーザ素
子を光源として用いた光学式情報記録再生装置が、次世
代高密度情報記録再生装置として注目されている。この
光学式情報記録再生装置における情報の記録方式として
は、結晶相変化を用いる方式や、磁気相転移を用いる方
式がある。
【０００３】これらいずれの方式においても、レーザ光
のエネルギーを書き込み時の熱源として用いるため、光
源に用いられる窒化物半導体レーザ素子には高出力動作
が要求される。又、記録密度を高めるには、レーザ光が
一点に小さく絞りうるとともに、小さく絞られたレーザ
スポットが書き込み中に位置ズレを起こさない必要があ
る。よって、レーザ光の光源となる窒化物半導体レーザ
素子には、高出力まで基本横モードで発振することが要
求される。
のエネルギーを書き込み時の熱源として用いるため、光
源に用いられる窒化物半導体レーザ素子には高出力動作
が要求される。又、記録密度を高めるには、レーザ光が
一点に小さく絞りうるとともに、小さく絞られたレーザ
スポットが書き込み中に位置ズレを起こさない必要があ
る。よって、レーザ光の光源となる窒化物半導体レーザ
素子には、高出力まで基本横モードで発振することが要
求される。
【０００４】例えば、第４７回応用物理学関係連合講演
会講演予稿集３１ｐ−ＹＱ−８や、ジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジクス３９号Ｌ６４７
−Ｌ６５０（Shin-ichi Nagahama et al：Jpn.J.Appl.P
hys.Vol.39(2000)pp.L647-L650）において、室温環境下
で出力３０〜４０［ｍＷ］まで基本横モードで連続発振
することが可能な窒化物半導体レーザ素子が報告されて
いる。
会講演予稿集３１ｐ−ＹＱ−８や、ジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジクス３９号Ｌ６４７
−Ｌ６５０（Shin-ichi Nagahama et al：Jpn.J.Appl.P
hys.Vol.39(2000)pp.L647-L650）において、室温環境下
で出力３０〜４０［ｍＷ］まで基本横モードで連続発振
することが可能な窒化物半導体レーザ素子が報告されて
いる。
【０００５】このような従来の窒化物半導体レーザ素子
の一例が、図１４のようになる。図１４は、波長４１０
［ｎｍ］で発振する窒化物半導体レーザ素子の構造を表
す模式的な要部断面図である。図１４の窒化物半導体レ
ーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板１７１（膜厚３０〜３００
［μｍ］）の表面上に、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバッフ
ァ層１７２、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１７３
（膜厚０．５［μｍ］）、ｎ型ＧａＮ光導波層１７４
（膜厚０．１［μｍ］）、活性層１７５（膜厚３６０
［Å］）、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１７６（膜厚２００
［Å］）、ｐ型ＧａＮ光導波層１７７（膜厚０．１［μ
ｍ］）、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１７８（膜
厚０．５［μｍ］）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７９
（膜厚０．２［μｍ］）が順次積層形成されている。
の一例が、図１４のようになる。図１４は、波長４１０
［ｎｍ］で発振する窒化物半導体レーザ素子の構造を表
す模式的な要部断面図である。図１４の窒化物半導体レ
ーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板１７１（膜厚３０〜３００
［μｍ］）の表面上に、ｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバッフ
ァ層１７２、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１７３
（膜厚０．５［μｍ］）、ｎ型ＧａＮ光導波層１７４
（膜厚０．１［μｍ］）、活性層１７５（膜厚３６０
［Å］）、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１７６（膜厚２００
［Å］）、ｐ型ＧａＮ光導波層１７７（膜厚０．１［μ
ｍ］）、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１７８（膜
厚０．５［μｍ］）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７９
（膜厚０．２［μｍ］）が順次積層形成されている。
【０００６】このとき、活性層１７５は、３周期の膜厚
４０［Å］のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ井戸層と膜厚８０［Å］
のｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とによって成る。更
に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７９の一部をマスキング
した後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１７８及びｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１７９をエッチングすることにより、幅
２μｍのリッジ形状のストライプが形成される。この窒
化物半導体レーザ素子では、活性層１７５及び光導波層
１７４，１７７がクラッド層１７３，１７８に挟まれた
導波構造を有しており、活性層１７４で発光した光は、
この導波構造内に閉じ込められて、レーザ発振動作を生
じる。
４０［Å］のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ井戸層と膜厚８０［Å］
のｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とによって成る。更
に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７９の一部をマスキング
した後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１７８及びｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１７９をエッチングすることにより、幅
２μｍのリッジ形状のストライプが形成される。この窒
化物半導体レーザ素子では、活性層１７５及び光導波層
１７４，１７７がクラッド層１７３，１７８に挟まれた
導波構造を有しており、活性層１７４で発光した光は、
この導波構造内に閉じ込められて、レーザ発振動作を生
じる。
【０００７】更に、エッチングされた領域の概略全面
に、絶縁膜１８０が形成される。そして、正電極１８１
は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７９の一部露出した面状
の全面を含む、絶縁膜１８０の概略全面に形成されると
ともに、負電極１８２は、ｎ型ＧａＮ基板１７１の裏面
の概略全面に形成される。又、ストライプの両端面はミ
ラーとして働き、光共振器を構成している。
に、絶縁膜１８０が形成される。そして、正電極１８１
は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７９の一部露出した面状
の全面を含む、絶縁膜１８０の概略全面に形成されると
ともに、負電極１８２は、ｎ型ＧａＮ基板１７１の裏面
の概略全面に形成される。又、ストライプの両端面はミ
ラーとして働き、光共振器を構成している。
【０００８】このような窒化物系半導体レーザ素子を光
ディスクへの情報記録や情報再生に必要な光源として使
用する場合、その駆動電流としてパルス電流を用いるこ
とが多い。即ち、再生時においては、光出力は数［ｍ
Ｗ］で良いが、戻り光雑音を小さくする必要がある。こ
のとき、レーザ光の利用効率を意図的に低下させること
により、戻り光量をある程度まで低減させて雑音を許容
内に抑えられる場合もあるが、一般的には戻り光雑音を
抑止するために窒化物半導体レーザ素子の可干渉性を低
減させて、戻り光とレーザ内部の光の結合が生じにくい
ようにする。このため、１００［ＭＨｚ］の高周波が重
畳されたパルス電流で駆動する方法が用いられる。
ディスクへの情報記録や情報再生に必要な光源として使
用する場合、その駆動電流としてパルス電流を用いるこ
とが多い。即ち、再生時においては、光出力は数［ｍ
Ｗ］で良いが、戻り光雑音を小さくする必要がある。こ
のとき、レーザ光の利用効率を意図的に低下させること
により、戻り光量をある程度まで低減させて雑音を許容
内に抑えられる場合もあるが、一般的には戻り光雑音を
抑止するために窒化物半導体レーザ素子の可干渉性を低
減させて、戻り光とレーザ内部の光の結合が生じにくい
ようにする。このため、１００［ＭＨｚ］の高周波が重
畳されたパルス電流で駆動する方法が用いられる。
【０００９】又、記録時においても、再生時以上の高出
力をピーク値とするパルス幅のパルス電流列に、信号に
相当する変調を加える場合が多い。このとき、直流電流
ではなくパルス電流を用いる理由は、直流電流に信号の
変調を加えた場合、長い信号のとき光ディスク上の温度
が信号の初期に比べ終わりの方で上昇するため、光ディ
スク上の記録が初期には細く、終わりの方では太くなっ
てしまう。よって、このように情報記録が成された光デ
ィスクを再生する際、読み取りを誤る可能性が高くなる
からである。
力をピーク値とするパルス幅のパルス電流列に、信号に
相当する変調を加える場合が多い。このとき、直流電流
ではなくパルス電流を用いる理由は、直流電流に信号の
変調を加えた場合、長い信号のとき光ディスク上の温度
が信号の初期に比べ終わりの方で上昇するため、光ディ
スク上の記録が初期には細く、終わりの方では太くなっ
てしまう。よって、このように情報記録が成された光デ
ィスクを再生する際、読み取りを誤る可能性が高くなる
からである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、光情
報記録再生装置に用いられる窒化物半導体レーザ素子
は、時間平均２０〜３５［ｍＷ］の高出力まで、基本横
モードでパルス発振させることが要求される。よって、
例えば、デューティ比（このデューティ比については後
述する）が３０％のパルス電流で駆動する場合は、パル
ス幅時間内のピーク出力が６０〜１００［ｍＷ］まで、
基本横モードでパルス発振することが必要となる。
報記録再生装置に用いられる窒化物半導体レーザ素子
は、時間平均２０〜３５［ｍＷ］の高出力まで、基本横
モードでパルス発振させることが要求される。よって、
例えば、デューティ比（このデューティ比については後
述する）が３０％のパルス電流で駆動する場合は、パル
ス幅時間内のピーク出力が６０〜１００［ｍＷ］まで、
基本横モードでパルス発振することが必要となる。
【００１１】しかしながら、本発明者らが従来の構成の
窒化物半導体レーザ素子を１００個作製し、デューティ
が３０％のパルス電流で駆動した際、パルス幅時間内の
ピーク出力が０［ｍＷ］から６０［ｍＷ］まで、基本横
モードで発振した窒化物半導体レーザ素子は１０個に満
たず、残りの素子は上記出力の範囲内で高次横モード発
振を生じていたことが確認された。これは、従来の構成
の窒化物半導体レーザ素子の歩留りが１０％以下である
ことを示している。
窒化物半導体レーザ素子を１００個作製し、デューティ
が３０％のパルス電流で駆動した際、パルス幅時間内の
ピーク出力が０［ｍＷ］から６０［ｍＷ］まで、基本横
モードで発振した窒化物半導体レーザ素子は１０個に満
たず、残りの素子は上記出力の範囲内で高次横モード発
振を生じていたことが確認された。これは、従来の構成
の窒化物半導体レーザ素子の歩留りが１０％以下である
ことを示している。
【００１２】図１２に、従来の半導体レーザ素子におけ
るパルス幅時間内におけるピーク電流−ピーク出力特性
（以下、単にＩ−Ｌ特性）の例を示す。図１２の細線
は、理想的な動作を行う窒化物半導体レーザ素子による
直線的なＩ−Ｌ特性の一例であり、デューティ３０％の
パルス電流で、一定電流パルス幅時間内のピーク出力が
９０ｍＷまで直線的なＩ−Ｌ特性を示している。パルス
電流のピーク値を上げていくと、その値が閾値Ｉｔｈを
越えた所で基本横モードでの発振が開始し、更にパルス
電流のピーク値を上げると、ピーク出力が９０［ｍＷ］
となるまで直線的に増加する。
るパルス幅時間内におけるピーク電流−ピーク出力特性
（以下、単にＩ−Ｌ特性）の例を示す。図１２の細線
は、理想的な動作を行う窒化物半導体レーザ素子による
直線的なＩ−Ｌ特性の一例であり、デューティ３０％の
パルス電流で、一定電流パルス幅時間内のピーク出力が
９０ｍＷまで直線的なＩ−Ｌ特性を示している。パルス
電流のピーク値を上げていくと、その値が閾値Ｉｔｈを
越えた所で基本横モードでの発振が開始し、更にパルス
電流のピーク値を上げると、ピーク出力が９０［ｍＷ］
となるまで直線的に増加する。
【００１３】これに対し、太線は、本発明者らが作製し
た上記９０個以上の窒化物半導体レーザ素子のＩ−Ｌ特
性の一例で、このＩ−Ｌ特性においては、直線的でない
箇所となるキンクを生ずる。即ち、パルス電流のピーク
値を上げていくと、その値が閾値Ｉｔｈを越えた所で基
本横モードでの発振が開始し、更にパルス電流のピーク
値を上げて、その値がキンク電流値Ｉｋを越えると、キ
ンクが生じる。
た上記９０個以上の窒化物半導体レーザ素子のＩ−Ｌ特
性の一例で、このＩ−Ｌ特性においては、直線的でない
箇所となるキンクを生ずる。即ち、パルス電流のピーク
値を上げていくと、その値が閾値Ｉｔｈを越えた所で基
本横モードでの発振が開始し、更にパルス電流のピーク
値を上げて、その値がキンク電流値Ｉｋを越えると、キ
ンクが生じる。
【００１４】上記９０個のキンクを生じた窒化物半導体
レーザ素子の全てにおいて、Ｉ−Ｌ特性でキンクを生じ
た位置の前後で水平方向のファーフィールドパターン
（以下、「ＦＦＰ」と呼ぶ）が変化することが確認され
た。よって、キンクが発生する原因は、水平横モードの
変化にあることが確認された。以下に、図１３を参照し
て、パルス電流のピーク値Ｉに対するＦＦＰの様子につ
いて説明する。尚、図１３では、窒化物半導体レーザ素
子からのレーザ光の出射方向に対する水平方向の角度に
おける、光強度分布を示すことで、水平方向のＦＦＰを
示す。
レーザ素子の全てにおいて、Ｉ−Ｌ特性でキンクを生じ
た位置の前後で水平方向のファーフィールドパターン
（以下、「ＦＦＰ」と呼ぶ）が変化することが確認され
た。よって、キンクが発生する原因は、水平横モードの
変化にあることが確認された。以下に、図１３を参照し
て、パルス電流のピーク値Ｉに対するＦＦＰの様子につ
いて説明する。尚、図１３では、窒化物半導体レーザ素
子からのレーザ光の出射方向に対する水平方向の角度に
おける、光強度分布を示すことで、水平方向のＦＦＰを
示す。
【００１５】図１３（ａ）は、ピーク値ＩがＩth＜Ｉ＜
Ｉkを満たすパルス電流を窒化物半導体レーザ素子に注
入した時に得られる水平方向のＦＦＰを示しており、単
峰的な光強度分布が得られている。図１３（ｂ）は、ピ
ーク値ＩがＩ＞Ｉkを満たすパルス電流が注入された時
の水平方向のＦＦＰを示した一例である。この例では、
注入電流がキンク電流値Ｉkを超えた所で水平方向ＦＦ
Ｐが双峰的な光強度分布に変化している。
Ｉkを満たすパルス電流を窒化物半導体レーザ素子に注
入した時に得られる水平方向のＦＦＰを示しており、単
峰的な光強度分布が得られている。図１３（ｂ）は、ピ
ーク値ＩがＩ＞Ｉkを満たすパルス電流が注入された時
の水平方向のＦＦＰを示した一例である。この例では、
注入電流がキンク電流値Ｉkを超えた所で水平方向ＦＦ
Ｐが双峰的な光強度分布に変化している。
【００１６】又、図１３（ｃ）は、ピーク値ＩがＩ＞Ｉ
kを満たすパルス電流が注入された時の水平方向のＦＦ
Ｐを示した別の例である。この例では、注入電流がキン
ク電流値Ｉkを超えた所で水平方向ファーフィールドパ
ターンの光強度分布におけるピークの位置が変化してい
る。このときのピークの位置が変化する量は、図１３
（ａ）におけるピークの位置から１〜５度程度である。
kを満たすパルス電流が注入された時の水平方向のＦＦ
Ｐを示した別の例である。この例では、注入電流がキン
ク電流値Ｉkを超えた所で水平方向ファーフィールドパ
ターンの光強度分布におけるピークの位置が変化してい
る。このときのピークの位置が変化する量は、図１３
（ａ）におけるピークの位置から１〜５度程度である。
【００１７】ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子におい
ては、ストライプ内部における水平方向キャリア分布及
び水平方向光強度分布が非対称形状となることにより、
不安定な状態となる。そこで、従来より単一横モードで
高出力まで発振させるためには、実屈折率導波型の光導
波路が採用されている。そして、高出力まで基本横モー
ドを保たせるためには、この光導波路の幅を狭くする事
が有効である。但し、狭くしすぎると、活性層の水平方
向閉じ込めが弱くなる。（これは、水平方向電界分布計
算より説明できる事実である。）このため、ストライプ
幅には最適値が存在する。
ては、ストライプ内部における水平方向キャリア分布及
び水平方向光強度分布が非対称形状となることにより、
不安定な状態となる。そこで、従来より単一横モードで
高出力まで発振させるためには、実屈折率導波型の光導
波路が採用されている。そして、高出力まで基本横モー
ドを保たせるためには、この光導波路の幅を狭くする事
が有効である。但し、狭くしすぎると、活性層の水平方
向閉じ込めが弱くなる。（これは、水平方向電界分布計
算より説明できる事実である。）このため、ストライプ
幅には最適値が存在する。
【００１８】窒化物半導体レーザ素子においては、この
最適ストライプ幅は、レーザ発振波長にほぼ比例し、窒
化物半導体レーザ素子においては、２．０［μｍ］前後
と比較的小さな値となる。更に、その最適ストライプ幅
からの誤差が窒化物半導体レーザ素子の特性に与える影
響は、最適ストライプ幅の設計値が狭くなるほど顕著と
なる。窒化物半導体レーザ素子において、その特性に与
える影響を十分小さくするためには、最適ストライプ幅
から±０．１［μｍ］以内に作製する必要があり、その
作製は極めて困難である。
最適ストライプ幅は、レーザ発振波長にほぼ比例し、窒
化物半導体レーザ素子においては、２．０［μｍ］前後
と比較的小さな値となる。更に、その最適ストライプ幅
からの誤差が窒化物半導体レーザ素子の特性に与える影
響は、最適ストライプ幅の設計値が狭くなるほど顕著と
なる。窒化物半導体レーザ素子において、その特性に与
える影響を十分小さくするためには、最適ストライプ幅
から±０．１［μｍ］以内に作製する必要があり、その
作製は極めて困難である。
【００１９】更に、窒化物半導体レーザ素子において、
レーザ光の出射端面を平坦に作製することが困難であ
る。通常、窒化物半導体レーザ素子に用いられる基板の
材料としては、サファイアが最も広く用いられている。
このサファイア基板上に窒化物半導体材料からなる多層
構造をエピタキシャル成長させた場合、サファイア基板
の劈開面と、窒化物半導体の劈開面が、ちょうど３０度
の角を成すように、成長する。このように、サファイア
基板と窒化物半導体材料から成る多層構造との劈開面が
平行でないため、平坦な劈開端面を作製することが非常
に困難となる。よって、端面反射率の水平方向不均一が
生じて、ストライプ内における光強度分布の水平方向非
対称が生じ易くなるため、不安定状況が生じ易くなる。
レーザ光の出射端面を平坦に作製することが困難であ
る。通常、窒化物半導体レーザ素子に用いられる基板の
材料としては、サファイアが最も広く用いられている。
このサファイア基板上に窒化物半導体材料からなる多層
構造をエピタキシャル成長させた場合、サファイア基板
の劈開面と、窒化物半導体の劈開面が、ちょうど３０度
の角を成すように、成長する。このように、サファイア
基板と窒化物半導体材料から成る多層構造との劈開面が
平行でないため、平坦な劈開端面を作製することが非常
に困難となる。よって、端面反射率の水平方向不均一が
生じて、ストライプ内における光強度分布の水平方向非
対称が生じ易くなるため、不安定状況が生じ易くなる。
【００２０】又、窒化物半導体レーザ素子において、活
性層材料に一般的に用いられているＩｎＧａＮが、相分
離を起こし易い性質を有している。活性層の下地にわず
かな欠陥が存在すると、これを核としてＩｎが偏析して
成層する性質を有している。このため、活性層を均一組
成で作製することが困難である。よって、ストライプ内
におけるキャリア分布・光強度分布の水平方向非対称が
生じ易くなるため、不安定状況が生じ易くなる。
性層材料に一般的に用いられているＩｎＧａＮが、相分
離を起こし易い性質を有している。活性層の下地にわず
かな欠陥が存在すると、これを核としてＩｎが偏析して
成層する性質を有している。このため、活性層を均一組
成で作製することが困難である。よって、ストライプ内
におけるキャリア分布・光強度分布の水平方向非対称が
生じ易くなるため、不安定状況が生じ易くなる。
【００２１】又、窒化物半導体レーザ素子において、活
性層内におけるキャリアの有効質量が、ＡｌＧａＡｓ系
など他材料からなるレーザ素子に比べ、大きい。このた
め、キャリアの拡散長は小さくなり、水平方向キャリア
分布の不均一が大きくなり易い。このことにより、上述
の場合と同様、ストライプ内におけるキャリア分布の水
平方向非対称が生じ易くなるため、不安定状況が生じ易
くなる。
性層内におけるキャリアの有効質量が、ＡｌＧａＡｓ系
など他材料からなるレーザ素子に比べ、大きい。このた
め、キャリアの拡散長は小さくなり、水平方向キャリア
分布の不均一が大きくなり易い。このことにより、上述
の場合と同様、ストライプ内におけるキャリア分布の水
平方向非対称が生じ易くなるため、不安定状況が生じ易
くなる。
【００２２】以上の理由により、窒化物半導体レーザ素
子は、ＡｌＧａＡｓ系レーザなど他材料の半導体レーザ
に比べて低い光出力で、図１２の太線で示したようなキ
ンクを生じ易い。よって、窒化物半導体レーザ素子が高
出力まで基本横モード発振させる方法として、ストライ
プ幅を最適値に設定するのみでは不十分である。
子は、ＡｌＧａＡｓ系レーザなど他材料の半導体レーザ
に比べて低い光出力で、図１２の太線で示したようなキ
ンクを生じ易い。よって、窒化物半導体レーザ素子が高
出力まで基本横モード発振させる方法として、ストライ
プ幅を最適値に設定するのみでは不十分である。
【００２３】このような問題を鑑みて、本発明は、窒化
物半導体レーザ素子のＩ−Ｌ特性におけるキンクを抑制
するとともに、パルス電流で駆動した場合のピーク出力
が６０〜１００［ｍＷ］の高出力まで基本横モードで発
振する窒化物半導体レーザ装置を歩留りよく提供するこ
とを目的とする。
物半導体レーザ素子のＩ−Ｌ特性におけるキンクを抑制
するとともに、パルス電流で駆動した場合のピーク出力
が６０〜１００［ｍＷ］の高出力まで基本横モードで発
振する窒化物半導体レーザ装置を歩留りよく提供するこ
とを目的とする。
【００２４】
【００２５】上記目的を達成するために、本発明の窒化
物半導体レーザ装置は、水平方向光閉じ込めリッジ構造
を有する窒化物半導体レーザ素子と、該窒化物半導体レ
ーザ素子に高周波の駆動電流を供給する電流電源部と、
を有し、前記窒化物半導体レーザ素子の水平方向光閉じ
込め係数は８５％以上９９％以下であり、前記電流電源
部が発生する電流波形が、前記窒化物半導体レーザ素子
の閾値電流を連続して越える時間が５［ｎｓｅｃ］以上
１０００［ｎｓｅｃ］以下であることを特徴とする。
物半導体レーザ装置は、水平方向光閉じ込めリッジ構造
を有する窒化物半導体レーザ素子と、該窒化物半導体レ
ーザ素子に高周波の駆動電流を供給する電流電源部と、
を有し、前記窒化物半導体レーザ素子の水平方向光閉じ
込め係数は８５％以上９９％以下であり、前記電流電源
部が発生する電流波形が、前記窒化物半導体レーザ素子
の閾値電流を連続して越える時間が５［ｎｓｅｃ］以上
１０００［ｎｓｅｃ］以下であることを特徴とする。
【００２６】このようにすることで、窒化物半導体レー
ザ装置のＩ−Ｌ特性におけるキンクを生じる電流値Ｉk
を高くすることができ、その光出力が高くなったときも
高次横モードの発振を抑制することができる。このと
き、水平方向光閉じ込め係数は８８％以上９２％以下と
することが更に望ましい。
ザ装置のＩ−Ｌ特性におけるキンクを生じる電流値Ｉk
を高くすることができ、その光出力が高くなったときも
高次横モードの発振を抑制することができる。このと
き、水平方向光閉じ込め係数は８８％以上９２％以下と
することが更に望ましい。
【００２７】又、本発明の窒化物半導体レーザ装置は、
水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する窒化物半導体レ
ーザ素子と、該窒化物半導体レーザ素子に高周波の駆動
電流を供給する電流電源部と、を有し、前記窒化物半導
体レーザ素子の水平方向ファーフィールドパターンにお
ける半値全角が５度以上１１度以下であり、前記電流電
源部が発生する電流波形が、前記窒化物半導体レーザ素
子の閾値電流を連続して越える時間が５［ｎｓｅｃ］以
上１０００［ｎｓｅｃ］以下であることを特徴とする。
水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する窒化物半導体レ
ーザ素子と、該窒化物半導体レーザ素子に高周波の駆動
電流を供給する電流電源部と、を有し、前記窒化物半導
体レーザ素子の水平方向ファーフィールドパターンにお
ける半値全角が５度以上１１度以下であり、前記電流電
源部が発生する電流波形が、前記窒化物半導体レーザ素
子の閾値電流を連続して越える時間が５［ｎｓｅｃ］以
上１０００［ｎｓｅｃ］以下であることを特徴とする。
【００２８】このようにすることで、水平方向光閉じ込
め係数を８５％以上９９％以下とした状態と同様の状態
にすることができるので、窒化物半導体レーザ装置のＩ
−Ｌ特性におけるキンクを生じる電流値Ｉkを高くする
ことができ、その光出力が高くなったときも高次横モー
ドの発振を抑制することができる。
め係数を８５％以上９９％以下とした状態と同様の状態
にすることができるので、窒化物半導体レーザ装置のＩ
−Ｌ特性におけるキンクを生じる電流値Ｉkを高くする
ことができ、その光出力が高くなったときも高次横モー
ドの発振を抑制することができる。
【００２９】又、本発明の窒化物半導体レーザ装置は、
水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する窒化物半導体レ
ーザ素子と、該窒化物半導体レーザ素子に高周波の駆動
電流を供給する電流電源部と、を有し、前記窒化物半導
体レーザ素子の水平方向閉じ込めリッジストライプ構造
の幅をＷ［μｍ］とするとともに、該水平方向光閉じ込
めリッジストライプ構造のリッジ形状底面から活性層ま
での距離をｄ［μｍ］としたとき、 -0.15783+Ｗ×0.11555+Ｗ2×(-0.00884423)≦ｄ≦0.040
665×exp(1.1403×Ｗ)且つ 0.5≦Ｗ≦4.0 且つ 0≦
ｄ≦0.5 を満たし、前記電流電源部が発生する電流波形が、前記
窒化物半導体レーザ素子の閾値電流を連続して越える時
間が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅｃ］以下であ
ることを特徴とする。
水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する窒化物半導体レ
ーザ素子と、該窒化物半導体レーザ素子に高周波の駆動
電流を供給する電流電源部と、を有し、前記窒化物半導
体レーザ素子の水平方向閉じ込めリッジストライプ構造
の幅をＷ［μｍ］とするとともに、該水平方向光閉じ込
めリッジストライプ構造のリッジ形状底面から活性層ま
での距離をｄ［μｍ］としたとき、 -0.15783+Ｗ×0.11555+Ｗ2×(-0.00884423)≦ｄ≦0.040
665×exp(1.1403×Ｗ)且つ 0.5≦Ｗ≦4.0 且つ 0≦
ｄ≦0.5 を満たし、前記電流電源部が発生する電流波形が、前記
窒化物半導体レーザ素子の閾値電流を連続して越える時
間が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅｃ］以下であ
ることを特徴とする。
【００３０】このようにすることで、水平方向光閉じ込
め係数を８５％以上９９％以下とした状態と同様の状態
にすることができるので、窒化物半導体レーザ装置のＩ
−Ｌ特性におけるキンクを生じる電流値Ｉkを高くする
ことができ、その光出力が高くなったときも高次横モー
ドの発振を抑制することができる。
め係数を８５％以上９９％以下とした状態と同様の状態
にすることができるので、窒化物半導体レーザ装置のＩ
−Ｌ特性におけるキンクを生じる電流値Ｉkを高くする
ことができ、その光出力が高くなったときも高次横モー
ドの発振を抑制することができる。
【００３１】このとき、水平方向閉じ込めリッジストラ
イプ構造の幅Ｗと、水平方向光閉じ込めリッジストライ
プ構造のリッジ形状底面から活性層までの距離ｄとの関
係が、 -0.087482+Ｗ×0.16383+Ｗ2×(-0.0068603)≦ｄ≦0.059
863+Ｗ×(-0.033606)+Ｗ2×0.076082 且つ 0.5≦Ｗ≦
4.0 且つ ０≦ｄ≦０．５ を満たすものとすることが、更に望ましい。
イプ構造の幅Ｗと、水平方向光閉じ込めリッジストライ
プ構造のリッジ形状底面から活性層までの距離ｄとの関
係が、 -0.087482+Ｗ×0.16383+Ｗ2×(-0.0068603)≦ｄ≦0.059
863+Ｗ×(-0.033606)+Ｗ2×0.076082 且つ 0.5≦Ｗ≦
4.0 且つ ０≦ｄ≦０．５ を満たすものとすることが、更に望ましい。
【００３２】上述のような窒化物半導体レーザ装置にお
いて、前記電流電源部が発生する電流波形において、電
流波形の周期に対する、前記窒化物系半導体レーザ素子
の閾値電流を連続して越える時間の割合を６０％以下と
する。このとき、前記電流波形の周期に対する、前記窒
化物系半導体レーザ素子の閾値電流を連続して越える時
間の割合を、３０％以上５０％以下とすることが更に望
ましい。
いて、前記電流電源部が発生する電流波形において、電
流波形の周期に対する、前記窒化物系半導体レーザ素子
の閾値電流を連続して越える時間の割合を６０％以下と
する。このとき、前記電流波形の周期に対する、前記窒
化物系半導体レーザ素子の閾値電流を連続して越える時
間の割合を、３０％以上５０％以下とすることが更に望
ましい。
【００３３】又、前記電流電源部が発生する電流波形に
おいて、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流を連
続して越える時間を除いた時間における電流値の平均値
を、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流の８０％
以下とする。このとき、前記窒化物系半導体レーザ素子
の閾値電流を連続して越える時間を除いた時間における
電流値の平均値を、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾
値電流の５０％以上７０％以下とすることが更に望まし
い。
おいて、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流を連
続して越える時間を除いた時間における電流値の平均値
を、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流の８０％
以下とする。このとき、前記窒化物系半導体レーザ素子
の閾値電流を連続して越える時間を除いた時間における
電流値の平均値を、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾
値電流の５０％以上７０％以下とすることが更に望まし
い。
【００３４】上述のような窒化物半導体レーザ装置にお
いて、前記電流電源部が発生する電源波形が、矩形とし
ても構わないし、正弦波形としても構わない。
いて、前記電流電源部が発生する電源波形が、矩形とし
ても構わないし、正弦波形としても構わない。
【００３５】又、本発明の半導体光学装置は、上述のい
ずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子を光源とするこ
とを特徴とする。
ずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子を光源とするこ
とを特徴とする。
【００３６】このような半導体光学装置において、光デ
ィスクに集光したレーザ光を用いて、該光ディスクに情
報を記録する機能と、情報記録面を有する該光ディスク
に照射されたレーザ光の反射光を光変換することによ
り、該光ディスクに記録された記録情報を再生する機能
とを、少なくとも有する光学式情報記録再生装置であっ
て、上述のいずれかの窒化物半導体レーザ装置を光源と
して用いる光学式情報記録再生装置としても構わない。
ィスクに集光したレーザ光を用いて、該光ディスクに情
報を記録する機能と、情報記録面を有する該光ディスク
に照射されたレーザ光の反射光を光変換することによ
り、該光ディスクに記録された記録情報を再生する機能
とを、少なくとも有する光学式情報記録再生装置であっ
て、上述のいずれかの窒化物半導体レーザ装置を光源と
して用いる光学式情報記録再生装置としても構わない。
【００３７】
【発明の実施の形態】＜本明細書における各部の定義＞
本明細書において、「窒化物半導体レーザ素子」とは、
ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ，ｙ≦１）を少なくと
も含む窒化物半導体が、活性層材料として用いられた、
窒化物半導体レーザ素子を指すものとする。
本明細書において、「窒化物半導体レーザ素子」とは、
ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ，ｙ≦１）を少なくと
も含む窒化物半導体が、活性層材料として用いられた、
窒化物半導体レーザ素子を指すものとする。
【００３８】又、「窒化物半導体」とは、通常、Ａｌx
ＩｎyＧａ1-x-yＮからなる六方晶構造結晶を指すが、そ
のIII族元素の一部（２０％程度以下）を、Ｂ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｃ，Ｔｌ，Ｇｄ，Ｌａ
などの他の元素で置換した六方晶構造結晶や、そのＮ元
素の一部（２０％程度以下）を、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂなどの
他の元素で置換した六方晶構造結晶に置換しても良い。
又、六方晶構造結晶の多層構造中に、異なる結晶材料層
が混入したものとしても良い。更に、各半導体層中に、
Ｂ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｅ，Ｍｇ，
Ｃｄ，Ｚｎ，Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔ
ｅ，Ｈ，Ｓｃ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｙ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，ランタノイドなどが添加されていても良い。
ＩｎyＧａ1-x-yＮからなる六方晶構造結晶を指すが、そ
のIII族元素の一部（２０％程度以下）を、Ｂ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｃ，Ｔｌ，Ｇｄ，Ｌａ
などの他の元素で置換した六方晶構造結晶や、そのＮ元
素の一部（２０％程度以下）を、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂなどの
他の元素で置換した六方晶構造結晶に置換しても良い。
又、六方晶構造結晶の多層構造中に、異なる結晶材料層
が混入したものとしても良い。更に、各半導体層中に、
Ｂ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｅ，Ｍｇ，
Ｃｄ，Ｚｎ，Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔ
ｅ，Ｈ，Ｓｃ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｙ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，ランタノイドなどが添加されていても良い。
【００３９】又、「水平方向」とは、半導体レーザ素子
のストライプ長さ方向に対して垂直であり、且つ、半導
体レーザ素子の基板面に平行な方向を指すものとする。
のストライプ長さ方向に対して垂直であり、且つ、半導
体レーザ素子の基板面に平行な方向を指すものとする。
【００４０】又、「水平方向モード閉じ込め係数Γ」
は、レーザ発振モードの水平方向光強度分布をＩ(y)と
し、半導体レーザ素子のストライプ幅内を｜ｙ｜≦Ｗ／
２としたとき、次の（１）式で表される。
は、レーザ発振モードの水平方向光強度分布をＩ(y)と
し、半導体レーザ素子のストライプ幅内を｜ｙ｜≦Ｗ／
２としたとき、次の（１）式で表される。
【００４１】
【数１】
【００４２】又、レーザ発振モードの等価屈折率及び水
平方向の光強度分布は、スラブ導波路における通常の電
界分布計算及び等価屈折率法により求まるものとする。
これらの方法は、例えば、ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス８４号１１９６から１２０３ページ
（M.J.Bergmann and H.C.Casey,Jr.:J.Appl.Phys. vol.
84(1998) pp.1196-1203）を参照する。
平方向の光強度分布は、スラブ導波路における通常の電
界分布計算及び等価屈折率法により求まるものとする。
これらの方法は、例えば、ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス８４号１１９６から１２０３ページ
（M.J.Bergmann and H.C.Casey,Jr.:J.Appl.Phys. vol.
84(1998) pp.1196-1203）を参照する。
【００４３】又、電界分布計算におけるパラメータであ
る、発振波長λ［ｎｍ］における各材料の屈折率ｎは、
次のようにして求められる。発振波長λは３００〜８０
０［ｎｍ］の範囲とすることができる。
る、発振波長λ［ｎｍ］における各材料の屈折率ｎは、
次のようにして求められる。発振波長λは３００〜８０
０［ｎｍ］の範囲とすることができる。
【００４４】まず、各材料のエネルギーギャップEg［ｅ
Ｖ］が次式で与えられる。尚、Eg1［s］及びEg2［t］は
関数である。
Ｖ］が次式で与えられる。尚、Eg1［s］及びEg2［t］は
関数である。
【００４５】ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦１）に対して
は、 Eg=Eg1［s］=3.42（1-s）+2.65s-3.94s（1-s） ＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦１）に対しては、 Eg=Eg2［t］=3.42（1-t）+6.2t-1.057t（1-t） ＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０＜ｓ＜１，０＜t＜１）に対
しては、 Eg=｛s Eg1［s+t］ +t Eg2［s+t］｝/（s+t）
は、 Eg=Eg1［s］=3.42（1-s）+2.65s-3.94s（1-s） ＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦１）に対しては、 Eg=Eg2［t］=3.42（1-t）+6.2t-1.057t（1-t） ＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０＜ｓ＜１，０＜t＜１）に対
しては、 Eg=｛s Eg1［s+t］ +t Eg2［s+t］｝/（s+t）
【００４６】又、p［λ］=1/［1/λ-（Eg-3.42）/1239.
852］とすることによって、屈折率ｎは以下のようにな
る。p［λ］は、λによる関数である。
852］とすることによって、屈折率ｎは以下のようにな
る。p［λ］は、λによる関数である。
【００４７】p［λ］＞360.7 のとき、
ｎ（p［λ］）=［4.3663801+p2/（p2-295.92）］0.5
p［λ］≦360.7 のとき、
ｎ（p［λ］）=co+c1×q+c2×q2+c3×q3+c4×q4
q = p［λ］-360
c0= 2.718
c1= 9.976e-3
c2= 3.005e-4
c3= 4.584e-6
c4= 2.596e-8
【００４８】本明細書において、レーザ発振モードの水
平方向光強度分布は、ここに規定されたパラメータを用
い、ストライプ内の垂直構造から計算される等価屈折率
＋０．００２に相当する屈折率を有するとともにストラ
イプ幅に相当する層厚を有する層が、ストライプ外の垂
直構造から計算される等価屈折率の屈折率を有する層で
挟まれた３層構造内で、再度スラブ導波路における水平
方向電界分布計算を実施することにより計算されるもの
である。
平方向光強度分布は、ここに規定されたパラメータを用
い、ストライプ内の垂直構造から計算される等価屈折率
＋０．００２に相当する屈折率を有するとともにストラ
イプ幅に相当する層厚を有する層が、ストライプ外の垂
直構造から計算される等価屈折率の屈折率を有する層で
挟まれた３層構造内で、再度スラブ導波路における水平
方向電界分布計算を実施することにより計算されるもの
である。
【００４９】＜第１の実施形態＞本発明の第１の実施形
態について、図面を参照して以下に説明する。図１は、
本発明の窒化物半導体レーザ装置の構成の一例を示すブ
ロック図であり、又、図２は窒化物半導体レーザ素子へ
の注入電流の時間変化を示す図である。
態について、図面を参照して以下に説明する。図１は、
本発明の窒化物半導体レーザ装置の構成の一例を示すブ
ロック図であり、又、図２は窒化物半導体レーザ素子へ
の注入電流の時間変化を示す図である。
【００５０】図１の窒化物半導体レーザ装置は、カソー
ドが設置された窒化物半導体レーザ素子１０と、高周波
と直流電流とを混合するとともに窒化物半導体レーザ素
子１０のアノードに混合信号出力側が接続されたバイア
ス用Ｔ回路１１と、Ｔ回路１１の高周波入力側に出力側
が接続された高周波増幅器１２と、高周波増幅器１２の
入力側にパルス信号を出力するパルス発生器１３と、Ｔ
回路１１の直流電流入力側に接続されたバイアス用直流
電流電源１４とを有している。
ドが設置された窒化物半導体レーザ素子１０と、高周波
と直流電流とを混合するとともに窒化物半導体レーザ素
子１０のアノードに混合信号出力側が接続されたバイア
ス用Ｔ回路１１と、Ｔ回路１１の高周波入力側に出力側
が接続された高周波増幅器１２と、高周波増幅器１２の
入力側にパルス信号を出力するパルス発生器１３と、Ｔ
回路１１の直流電流入力側に接続されたバイアス用直流
電流電源１４とを有している。
【００５１】このように構成することで、直流電流電源
１４から供給するバイアス電流と、パルス発生器１３で
発生させ高周波増幅器１２で増幅したパルス信号とをＴ
回路１１で混合して窒化物半導体レーザ素子１０に与え
ることができる。このとき、図２に示すような時間変化
をする電流が窒化物半導体レーザ素子１０に与えられ
る。
１４から供給するバイアス電流と、パルス発生器１３で
発生させ高周波増幅器１２で増幅したパルス信号とをＴ
回路１１で混合して窒化物半導体レーザ素子１０に与え
ることができる。このとき、図２に示すような時間変化
をする電流が窒化物半導体レーザ素子１０に与えられ
る。
【００５２】ここで、パルス発生器１３は、図２のよう
に、窒化物半導体レーザ素子１０に与えられる電流が閾
値電流Ｉthを連続して越える時間（以下、「パルス幅」
と呼ぶ）が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅｃ］以
下となり、且つ、そのパルス波形の周期（以下、「パル
ス周期」と呼ぶ）に対する、パルス幅の時間の割合（以
下、「デューティ比」と呼ぶ）が１０％以上５０％以下
となるように、発生させるパルス信号を設定する。又、
バイアス用直流電流電源１４から与えられるバイアス電
流の電流値Ｉbは、窒化物系半導体レーザ素子の閾値電
流Ｉthの８０％以下に設定されている。
に、窒化物半導体レーザ素子１０に与えられる電流が閾
値電流Ｉthを連続して越える時間（以下、「パルス幅」
と呼ぶ）が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅｃ］以
下となり、且つ、そのパルス波形の周期（以下、「パル
ス周期」と呼ぶ）に対する、パルス幅の時間の割合（以
下、「デューティ比」と呼ぶ）が１０％以上５０％以下
となるように、発生させるパルス信号を設定する。又、
バイアス用直流電流電源１４から与えられるバイアス電
流の電流値Ｉbは、窒化物系半導体レーザ素子の閾値電
流Ｉthの８０％以下に設定されている。
【００５３】このような半導体レーザ装置における、窒
化物半導体レーザ素子１０の構造について説明する。図
３は、窒化物半導体レーザ素子の構造の一例を示す導波
路部分の共振器に垂直な断面図である。
化物半導体レーザ素子１０の構造について説明する。図
３は、窒化物半導体レーザ素子の構造の一例を示す導波
路部分の共振器に垂直な断面図である。
【００５４】図３の窒化物半導体レーザ素子１０は、ｎ
型ＧａＮからなる基板１０１（膜厚３０〜３００［μ
ｍ］）の表面に、ＧａＮからなる低温バッファ層１０２
（膜厚０〜１０［μｍ］）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．
０５≦ｘ≦０．２）からなるｎ型クラッド層１０３（膜
厚０．８［μｍ］以上）、ｎ型ＧａＮからなるｎ型光導
波層１０４（膜厚０〜０．１５［μｍ］）、ＩｎwＧａ
1-wＮ（ｖ＜ｗ≦０．２）井戸層とｎ型ＩｎvＧａ1-vＮ
（０≦ｖ＜ｗ）障壁層の交互積層構造による多重量子井
戸構造からなる活性層１０５（発振波長３７０〜４３０
ｎｍ、総膜厚５〜６０［ｎｍ］）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ
からなるｐ型キャリアブロック層１０６（膜厚０〜０．
０２［μｍ］）、ｐ型ＧａＮからなるｐ型光導波層１０
７（膜厚０．０５〜０．１５［μｍ］）、ｐ型ＡｌyＧ
ａ1-yＮ（０．０５≦ｙ≦０．２）からなるｐ型クラッ
ド層１０８（膜厚０．４［μｍ］以上）、ｐ型ＧａＮか
らなるｐ型コンタクト層１０９（膜厚０．０１〜１０
［μｍ］）の各窒化物半導体層が順に形成される。
型ＧａＮからなる基板１０１（膜厚３０〜３００［μ
ｍ］）の表面に、ＧａＮからなる低温バッファ層１０２
（膜厚０〜１０［μｍ］）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．
０５≦ｘ≦０．２）からなるｎ型クラッド層１０３（膜
厚０．８［μｍ］以上）、ｎ型ＧａＮからなるｎ型光導
波層１０４（膜厚０〜０．１５［μｍ］）、ＩｎwＧａ
1-wＮ（ｖ＜ｗ≦０．２）井戸層とｎ型ＩｎvＧａ1-vＮ
（０≦ｖ＜ｗ）障壁層の交互積層構造による多重量子井
戸構造からなる活性層１０５（発振波長３７０〜４３０
ｎｍ、総膜厚５〜６０［ｎｍ］）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ
からなるｐ型キャリアブロック層１０６（膜厚０〜０．
０２［μｍ］）、ｐ型ＧａＮからなるｐ型光導波層１０
７（膜厚０．０５〜０．１５［μｍ］）、ｐ型ＡｌyＧ
ａ1-yＮ（０．０５≦ｙ≦０．２）からなるｐ型クラッ
ド層１０８（膜厚０．４［μｍ］以上）、ｐ型ＧａＮか
らなるｐ型コンタクト層１０９（膜厚０．０１〜１０
［μｍ］）の各窒化物半導体層が順に形成される。
【００５５】そして、ｐ型コンタクト層１０９の一部を
マスキングした後、ｐ型クラッド層１０８及びｐ型コン
タクト層１０９をエッチングすることにより、リッジ形
状のストライプが形成される。更に、このエッチングさ
れた領域の概略全面に、絶縁膜１１０が形成される。正
電極１１１は、ｐ型コンタクト層１０９の一部露出した
面状の全面を含む、絶縁膜１１０の概略全面に形成され
るとともに、負電極１１２は、基板１０１の裏面の概略
全面に形成される。又、ストライプの両端面はミラーと
して働き、光共振器を構成している。
マスキングした後、ｐ型クラッド層１０８及びｐ型コン
タクト層１０９をエッチングすることにより、リッジ形
状のストライプが形成される。更に、このエッチングさ
れた領域の概略全面に、絶縁膜１１０が形成される。正
電極１１１は、ｐ型コンタクト層１０９の一部露出した
面状の全面を含む、絶縁膜１１０の概略全面に形成され
るとともに、負電極１１２は、基板１０１の裏面の概略
全面に形成される。又、ストライプの両端面はミラーと
して働き、光共振器を構成している。
【００５６】ストライプ内垂直構造領域１１３は、負電
極１１２から順に、基板１０１、低温バッファ層１０
２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光導波層１０４、活性
層１０５、ｐ型キャリアブロック層１０６、ｐ型光導波
層１０７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型コンタクト層１
０９、正電極１１１から構成されている。又、ストライ
プ外垂直構造領域１１４は、負電極１１２から順に、基
板１０１、低温バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０
３、ｎ型光導波層１０４、活性層１０５、ｐ型キャリア
ブロック層１０６、ｐ型光導波層１０７、ｐ型クラッド
層１０８、絶縁膜１１０、正電極１１１から構成されて
いる。
極１１２から順に、基板１０１、低温バッファ層１０
２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光導波層１０４、活性
層１０５、ｐ型キャリアブロック層１０６、ｐ型光導波
層１０７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型コンタクト層１
０９、正電極１１１から構成されている。又、ストライ
プ外垂直構造領域１１４は、負電極１１２から順に、基
板１０１、低温バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０
３、ｎ型光導波層１０４、活性層１０５、ｐ型キャリア
ブロック層１０６、ｐ型光導波層１０７、ｐ型クラッド
層１０８、絶縁膜１１０、正電極１１１から構成されて
いる。
【００５７】次に、このような窒化物半導体レーザ素子
１０の製造方法について述べる。初めに、（０００１）
Ｃ面を結晶成長用面とするｎ型ＧａＮからなる基板１０
１（膜厚１００〜５００［μｍ］）を洗浄する。洗浄し
たＧａＮ基板１０１をＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemi
cal Vapor Phase Deposition）装置内に導入し、水素
（Ｈ2）雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニ
ングを行う。
１０の製造方法について述べる。初めに、（０００１）
Ｃ面を結晶成長用面とするｎ型ＧａＮからなる基板１０
１（膜厚１００〜５００［μｍ］）を洗浄する。洗浄し
たＧａＮ基板１０１をＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemi
cal Vapor Phase Deposition）装置内に導入し、水素
（Ｈ2）雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニ
ングを行う。
【００５８】その後、降温して、キャリアガスとしてＨ
2を１０［ｌ／ｍｉｎ］流しながら、ＳｉＨ4を１０［ｎ
ｍｏｌ／ｍｉｎ］導入して、６００℃でＮＨ3とトリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５［ｌ／ｍｉｎ］、
２０［ｍｏｌ／ｍｉｎ］導入して、０〜１０［μｍ］以
下（例えば１００［ｎｍ］）の厚みのｎ型ＧａＮからな
る低温成長バッファ層１０２を成長させる。
2を１０［ｌ／ｍｉｎ］流しながら、ＳｉＨ4を１０［ｎ
ｍｏｌ／ｍｉｎ］導入して、６００℃でＮＨ3とトリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５［ｌ／ｍｉｎ］、
２０［ｍｏｌ／ｍｉｎ］導入して、０〜１０［μｍ］以
下（例えば１００［ｎｍ］）の厚みのｎ型ＧａＮからな
る低温成長バッファ層１０２を成長させる。
【００５９】尚、ここでは、ｎ型ＧａＮからなる低温成
長バッファ層１０２の製法について説明したが、ｎ型Ｇ
ａＮに限らず、ＳｉＨ4の導入量を０［ｍｏｌ／ｍｉ
ｎ］としたＧａＮでもよく、さらにＡｌやＩｎを含むＡ
ｌＧａＩｎＮを少なくとも含む膜を用いても構わない。
又、Ａｌを含むときは、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）を成膜時に適量導入し、Ｉｎを含む時は、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）を成膜時に適量導入すれば良
い。
長バッファ層１０２の製法について説明したが、ｎ型Ｇ
ａＮに限らず、ＳｉＨ4の導入量を０［ｍｏｌ／ｍｉ
ｎ］としたＧａＮでもよく、さらにＡｌやＩｎを含むＡ
ｌＧａＩｎＮを少なくとも含む膜を用いても構わない。
又、Ａｌを含むときは、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）を成膜時に適量導入し、Ｉｎを含む時は、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）を成膜時に適量導入すれば良
い。
【００６０】次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５［ｌ／ｍｉ
ｎ］流しながら、ＴＭＩ，ＴＭＧ，及びＳｉＨ4の供給
を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、ＴＭＧの流量
を５０［μｍｏｌ／ｍｉｎ］に調整し、ＴＭＡを一定量
導入して、ＳｉＨ4を１０［ｎｍｏｌ／ｍｉｎ］流しな
がら、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（例えばｘ＝０．１）からな
るｎ型クラッド層１０３を０．８［μｍ］以上（例えば
１［μｍ］）の厚さで成長させる。
ｎ］流しながら、ＴＭＩ，ＴＭＧ，及びＳｉＨ4の供給
を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、ＴＭＧの流量
を５０［μｍｏｌ／ｍｉｎ］に調整し、ＴＭＡを一定量
導入して、ＳｉＨ4を１０［ｎｍｏｌ／ｍｉｎ］流しな
がら、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（例えばｘ＝０．１）からな
るｎ型クラッド層１０３を０．８［μｍ］以上（例えば
１［μｍ］）の厚さで成長させる。
【００６１】ｎ型クラッド層１０３の成長が終了する
と、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００［μｍｏｌ
／ｍｉｎ］に調整して、ｎ型ＧａＮ光導波層１０４を０
〜０．１５［μｍ］（例えば０．１０［μｍ］）の厚さ
になるように成長させる。尚、ｎ型光導波層１０４は、
ノンドープ光導波層でも良い。
と、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００［μｍｏｌ
／ｍｉｎ］に調整して、ｎ型ＧａＮ光導波層１０４を０
〜０．１５［μｍ］（例えば０．１０［μｍ］）の厚さ
になるように成長させる。尚、ｎ型光導波層１０４は、
ノンドープ光導波層でも良い。
【００６２】その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリ
アガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温
し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）を一定量、ＴＭＧを１５［μｍｏｌ／ｍｉｎ］導入
し、ＩｎvＧａ1-vＮ（例えばｖ＝０．０２３）よりなる
障壁層を成長させる。その後、ＴＭＩの供給をある一定
量にまで増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（例えばｗ＝０．０７
０）よりなる井戸層を成長させる。このようにして、Ｉ
ｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを交互に成長させ
て、複数の障壁層と井戸層との交互多層構造（障壁層／
井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井
戸活性層１０５を成長させる。
アガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温
し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）を一定量、ＴＭＧを１５［μｍｏｌ／ｍｉｎ］導入
し、ＩｎvＧａ1-vＮ（例えばｖ＝０．０２３）よりなる
障壁層を成長させる。その後、ＴＭＩの供給をある一定
量にまで増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（例えばｗ＝０．０７
０）よりなる井戸層を成長させる。このようにして、Ｉ
ｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを交互に成長させ
て、複数の障壁層と井戸層との交互多層構造（障壁層／
井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井
戸活性層１０５を成長させる。
【００６３】障壁層及び井戸層を形成するＩｎＧａＮの
混晶比及び膜厚は、発光波長が３７０〜４３０［ｎｍ］
の範囲になるように設計し、成長時に導入するＴＭＩの
流量は、その設計値に等しいＩｎ組成の膜が得られるよ
うに調節する。活性層１０５において、井戸層の層数
は、２〜６層が望ましく、特に２又は３層が望ましい。
なお、井戸層及び障壁層の少なくとも一方が、ノンドー
プでもＳｉなどのドーパントを含むｎ型であっも良い。
混晶比及び膜厚は、発光波長が３７０〜４３０［ｎｍ］
の範囲になるように設計し、成長時に導入するＴＭＩの
流量は、その設計値に等しいＩｎ組成の膜が得られるよ
うに調節する。活性層１０５において、井戸層の層数
は、２〜６層が望ましく、特に２又は３層が望ましい。
なお、井戸層及び障壁層の少なくとも一方が、ノンドー
プでもＳｉなどのドーパントを含むｎ型であっも良い。
【００６４】活性層１０５の成長が終了すると、ＴＭＩ
及びＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温
し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを
５０［μｍｏｌ／ｍｉｎ］、ＴＭＡを適量、ｐ型ドーピ
ング原料であるビスシクロペンタジエニルマグメシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０［ｎｍｏｌ／ｍｉｎ］流し、０〜
２０［ｎｍ］厚のｐ−ＡｌzＧａ1-zＮ（例えばｚ＝０．
２）蒸発防止層であるｐ型キャリアブロック層１０６を
成長させる。尚、ｐ型キャリアブロック層１０６は、ノ
ンドープキャリアブロック層としても良い。
及びＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温
し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを
５０［μｍｏｌ／ｍｉｎ］、ＴＭＡを適量、ｐ型ドーピ
ング原料であるビスシクロペンタジエニルマグメシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０［ｎｍｏｌ／ｍｉｎ］流し、０〜
２０［ｎｍ］厚のｐ−ＡｌzＧａ1-zＮ（例えばｚ＝０．
２）蒸発防止層であるｐ型キャリアブロック層１０６を
成長させる。尚、ｐ型キャリアブロック層１０６は、ノ
ンドープキャリアブロック層としても良い。
【００６５】ｐ型キャリアブロック層１０６の成長が終
了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１
００［μｍｏｌ／ｍｉｎ］に調整して、ｐ型ＧａＮから
なるｐ型光導波層１０７を０．０５〜０．１５［μｍ］
（例えば０．１μｍ）の厚さで成長させる。尚、このｐ
型光導波層１０７は、ノンドープ光導波層としても良
い。
了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１
００［μｍｏｌ／ｍｉｎ］に調整して、ｐ型ＧａＮから
なるｐ型光導波層１０７を０．０５〜０．１５［μｍ］
（例えば０．１μｍ）の厚さで成長させる。尚、このｐ
型光導波層１０７は、ノンドープ光導波層としても良
い。
【００６６】その後、ＴＭＧの供給を５０［μｍ／ｍｉ
ｎ］に調整し、ＴＭＡを一定量導入し、ｐ型ＡｌyＧａ
1-yＮ（例えばｙ＝０．２０）からなるｐ型クラッド層
１０８を、０．４［μｍ］以上（例えば０．５［μ
ｍ］）成長させる。そして、最後に、ＴＭＧの供給を１
００［μｍｏｌ／ｍｉｎ］に調整して、ＴＭＡの供給を
停止し、０．０１〜１０［μｍ］（例えば０．１［μ
ｍ］）の厚さのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１
０９の成長を行い、発光素子構造の成長を終了する。こ
の成長を終了すると、ＴＭＧ及びＣｐ2Ｍｇの供給を停
止して降温して室温とすると、上述のように基板１０１
に窒化物半導体層が積層されたウェハをＭＯＣＶＤ装置
より取り出す。
ｎ］に調整し、ＴＭＡを一定量導入し、ｐ型ＡｌyＧａ
1-yＮ（例えばｙ＝０．２０）からなるｐ型クラッド層
１０８を、０．４［μｍ］以上（例えば０．５［μ
ｍ］）成長させる。そして、最後に、ＴＭＧの供給を１
００［μｍｏｌ／ｍｉｎ］に調整して、ＴＭＡの供給を
停止し、０．０１〜１０［μｍ］（例えば０．１［μ
ｍ］）の厚さのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１
０９の成長を行い、発光素子構造の成長を終了する。こ
の成長を終了すると、ＴＭＧ及びＣｐ2Ｍｇの供給を停
止して降温して室温とすると、上述のように基板１０１
に窒化物半導体層が積層されたウェハをＭＯＣＶＤ装置
より取り出す。
【００６７】その後、フォトリソグラフィー技術及び反
応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型コンタクト層１
０９を１〜４［μｍ］（例えば２［μｍ］）幅のストラ
イプ状に残して、ｐ型クラッド層１０８までエッチング
を行い、光導波路を構成するためのストライプを形成す
る。この時、エッチングされた領域における、ｐ型クラ
ッド層１０８の膜厚は、水平方向ＦＦＰの半値全角Θ＝
６〜１０度の範囲内（例えば８度）となるように、調節
する。尚、半値全角Θとは、光出力の水平方向ＦＦＰに
おいて、そのピーク値の半分となる値となる範囲に相当
する角度を示す。その後、フォトリソグラフィー技術を
用いて、ｐ型コンタクト層１０９が正電極１１１と接触
する部分を除いて絶縁膜１１０を形成する。
応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型コンタクト層１
０９を１〜４［μｍ］（例えば２［μｍ］）幅のストラ
イプ状に残して、ｐ型クラッド層１０８までエッチング
を行い、光導波路を構成するためのストライプを形成す
る。この時、エッチングされた領域における、ｐ型クラ
ッド層１０８の膜厚は、水平方向ＦＦＰの半値全角Θ＝
６〜１０度の範囲内（例えば８度）となるように、調節
する。尚、半値全角Θとは、光出力の水平方向ＦＦＰに
おいて、そのピーク値の半分となる値となる範囲に相当
する角度を示す。その後、フォトリソグラフィー技術を
用いて、ｐ型コンタクト層１０９が正電極１１１と接触
する部分を除いて絶縁膜１１０を形成する。
【００６８】そして、ｐ型コンタクト層１０９上の概略
全面に、正電極１１１を形成する。この電極材料として
は、例えばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良
い。又、基板１０１裏面の概略全面に、負電極１１２を
形成する。この電極材料としては、例えばＡｌ／Ｔｉあ
るいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。そして、このように基
板１０１に窒化物半導体層が積層されたウェハを劈開し
て、共振器ミラーとなる端面を作製し、図３に示す窒化
物半導体レーザ素子１０が完成する。
全面に、正電極１１１を形成する。この電極材料として
は、例えばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良
い。又、基板１０１裏面の概略全面に、負電極１１２を
形成する。この電極材料としては、例えばＡｌ／Ｔｉあ
るいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。そして、このように基
板１０１に窒化物半導体層が積層されたウェハを劈開し
て、共振器ミラーとなる端面を作製し、図３に示す窒化
物半導体レーザ素子１０が完成する。
【００６９】図４は、窒化物半導体レーザ素子１０に与
える駆動電流のパルス幅と、Ｉ−Ｌ特性においてキンク
を生じるキンク電流値Ｉkとの関係を示す図であり、曲
線２０〜２３は、水平方向モード閉じ込め係数Γが異な
る窒化物半導体レーザ素子についての特性を示してい
る。曲線２０，２１，２２，２３は、水平方向モード閉
じ込め係数Γがそれぞれ０．８５，０．９０，０．９
５，０．９９の場合を示している。図４より、全ての曲
線２０〜２３において、パルス幅が減少していくと、キ
ンク電流値Ｉkが増加していくのが確認される。
える駆動電流のパルス幅と、Ｉ−Ｌ特性においてキンク
を生じるキンク電流値Ｉkとの関係を示す図であり、曲
線２０〜２３は、水平方向モード閉じ込め係数Γが異な
る窒化物半導体レーザ素子についての特性を示してい
る。曲線２０，２１，２２，２３は、水平方向モード閉
じ込め係数Γがそれぞれ０．８５，０．９０，０．９
５，０．９９の場合を示している。図４より、全ての曲
線２０〜２３において、パルス幅が減少していくと、キ
ンク電流値Ｉkが増加していくのが確認される。
【００７０】通常、電流注入により基本横モードが変化
する原因について、ストライプ内部における水平方向キ
ャリア分布の不安定状況が挙げられる。この場合、キャ
リア分布の移動に必要な、数［ｎｓｅｃ］以下のパルス
でレーザを駆動すればこのようなモードの変化が抑制さ
れると考えられている。しかしながら、本実施形態にお
ける構成においては、これとはオーダの異なる１０００
［ｎｓｅｃ］以下のパルス幅でモードの変化が抑制され
ている。よって、ストライプ内部における水平方向キャ
リア分布の不安定状況により生じているものではないと
考えられる。
する原因について、ストライプ内部における水平方向キ
ャリア分布の不安定状況が挙げられる。この場合、キャ
リア分布の移動に必要な、数［ｎｓｅｃ］以下のパルス
でレーザを駆動すればこのようなモードの変化が抑制さ
れると考えられている。しかしながら、本実施形態にお
ける構成においては、これとはオーダの異なる１０００
［ｎｓｅｃ］以下のパルス幅でモードの変化が抑制され
ている。よって、ストライプ内部における水平方向キャ
リア分布の不安定状況により生じているものではないと
考えられる。
【００７１】即ち、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子及
び従来の窒化物半導体レーザ素子においては、ストライ
プ外に比べてストライプ内の方が、光子密度が高い。元
々ストライプ外に比べて、ストライプ内におけるキャリ
ア密度は高くなっているが、ストライプ内外の光子密度
差が大きくなってくると、ストライプ内における誘導放
出によるキャリア密度の減少量は、ストライプ外におけ
るキャリア密度の減少量に比べて多くなる。
び従来の窒化物半導体レーザ素子においては、ストライ
プ外に比べてストライプ内の方が、光子密度が高い。元
々ストライプ外に比べて、ストライプ内におけるキャリ
ア密度は高くなっているが、ストライプ内外の光子密度
差が大きくなってくると、ストライプ内における誘導放
出によるキャリア密度の減少量は、ストライプ外におけ
るキャリア密度の減少量に比べて多くなる。
【００７２】このキャリア密度と屈折率は逆比例の関係
にあるため、ストライプ内における屈折率の減少量は、
ストライプ外における屈折率の減少量に比べて小さくな
る。よって、従来は、半導体レーザ素子の光出力が大き
くなると、ストライプ内外の屈折率差が小さくなる状況
に移行する。これにより、本来の実屈折率導波が機能せ
ず、水平方向の横モードが不安定となる現象を生じてい
た。
にあるため、ストライプ内における屈折率の減少量は、
ストライプ外における屈折率の減少量に比べて小さくな
る。よって、従来は、半導体レーザ素子の光出力が大き
くなると、ストライプ内外の屈折率差が小さくなる状況
に移行する。これにより、本来の実屈折率導波が機能せ
ず、水平方向の横モードが不安定となる現象を生じてい
た。
【００７３】それに対し、本発明の窒化物半導体レーザ
装置においては、窒化物半導体レーザ素子１０の活性層
１０５内において、ストライプ外に比べストライプ内の
方が、注入電流密度が高い為、ストライプ外に比べてス
トライプ内の方が、温度が高くなっている。この活性層
１０５内におけるストライプ内外の温度隔差は、パルス
幅が減少すると、より大きく顕著となる。温度が高いほ
ど、窒化物半導体材料の屈折率は大きくなる。
装置においては、窒化物半導体レーザ素子１０の活性層
１０５内において、ストライプ外に比べストライプ内の
方が、注入電流密度が高い為、ストライプ外に比べてス
トライプ内の方が、温度が高くなっている。この活性層
１０５内におけるストライプ内外の温度隔差は、パルス
幅が減少すると、より大きく顕著となる。温度が高いほ
ど、窒化物半導体材料の屈折率は大きくなる。
【００７４】よって、ストライプ内の温度上昇による屈
折率の増加量が、ストライプ外に比べより大きくなるた
め、キャリア密度が高いほど屈折率が低くなるという効
果をキャンセルする方向に移行する。即ち、パルス幅を
減少することで、活性層１０５のストライプ内外におけ
る屈折率差を本来の値に戻す作用が生じる。このため、
高い電流値で光強度が高くなっても不安定状況が生じに
くくなり、キンク電流値Ｉkが上昇するのである。
折率の増加量が、ストライプ外に比べより大きくなるた
め、キャリア密度が高いほど屈折率が低くなるという効
果をキャンセルする方向に移行する。即ち、パルス幅を
減少することで、活性層１０５のストライプ内外におけ
る屈折率差を本来の値に戻す作用が生じる。このため、
高い電流値で光強度が高くなっても不安定状況が生じに
くくなり、キンク電流値Ｉkが上昇するのである。
【００７５】更に、パルス幅を減少して、活性層１０５
のストライプ内外における屈折率差を本来の値に戻す作
用が生じることで、ストライプ内部における注入電流密
度の不均一・非対称による、ストライプ内部における屈
折率の不均一・非対称を、均一化・対称化する方向にも
働いていると考えられる。
のストライプ内外における屈折率差を本来の値に戻す作
用が生じることで、ストライプ内部における注入電流密
度の不均一・非対称による、ストライプ内部における屈
折率の不均一・非対称を、均一化・対称化する方向にも
働いていると考えられる。
【００７６】尚、窒化物半導体レーザ素子１０において
は、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子など、他材料から
なるレーザ素子に比べ、活性層１０５の欠陥が多いと言
われている。この結果、電流が活性層１０５に注入され
た際、非発光再結合する割合が他材料からなる半導体レ
ーザ素子に比べて高いため、キャリア注入による温度の
発生が顕著となる。即ち、本発明の効果は、他材料から
なる半導体レーザ素子に比べ、より顕著に見られる効果
であると考えられる。
は、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子など、他材料から
なるレーザ素子に比べ、活性層１０５の欠陥が多いと言
われている。この結果、電流が活性層１０５に注入され
た際、非発光再結合する割合が他材料からなる半導体レ
ーザ素子に比べて高いため、キャリア注入による温度の
発生が顕著となる。即ち、本発明の効果は、他材料から
なる半導体レーザ素子に比べ、より顕著に見られる効果
であると考えられる。
【００７７】又、直流電流電源１４が供給するバイアス
電流を、窒化物半導体レーザ素子１０の閾値電流値Ｉth
以下とするのは、実用上、窒化物半導体レーザ素子１０
の温度上昇による閾値電流値Ｉthの上昇を防ぐ為であ
る。
電流を、窒化物半導体レーザ素子１０の閾値電流値Ｉth
以下とするのは、実用上、窒化物半導体レーザ素子１０
の温度上昇による閾値電流値Ｉthの上昇を防ぐ為であ
る。
【００７８】又、図４より、キンク電流値Ｉkが増加す
る現象は、パルス幅が１０００［ｎｓｅｃ］以下で顕著
となり、パルス幅が短いほど顕著となることがわかる。
しかし、パルス幅が短すぎると、窒化物半導体レーザ素
子１０を光ディスクへの記録用の光源として使用した場
合、記録に必要なパワーが得られない為、少なくとも５
［ｎｓｅｃ］以上のパルス幅が必要である。従って、本
発明の効果を得る為には、５［ｎｓｅｃ］以上１０００
［ｎｓｅｃ］以下のパルス幅である必要があり、望まし
くは１０［ｎｓｅｃ］以上１００［ｎｓｅｃ］以下が良
い。
る現象は、パルス幅が１０００［ｎｓｅｃ］以下で顕著
となり、パルス幅が短いほど顕著となることがわかる。
しかし、パルス幅が短すぎると、窒化物半導体レーザ素
子１０を光ディスクへの記録用の光源として使用した場
合、記録に必要なパワーが得られない為、少なくとも５
［ｎｓｅｃ］以上のパルス幅が必要である。従って、本
発明の効果を得る為には、５［ｎｓｅｃ］以上１０００
［ｎｓｅｃ］以下のパルス幅である必要があり、望まし
くは１０［ｎｓｅｃ］以上１００［ｎｓｅｃ］以下が良
い。
【００７９】更に、窒化物半導体レーザ素子１０の水平
方向モード閉じ込め係数Γが０．９９より大きくなる
と、パルス幅が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅ
ｃ］以下の範囲内でパルス幅が減少した時、キンク電流
値Ｉkが増加する上記現象は顕著でなくなる。これは、
水平方向モード閉じ込め係数Γが０．９９より大きくな
ると、水平方向の高次横モードが生じ易くなり、キンク
電流値Ｉkの増加が抑制されてしまうためである。この
ため、水平方向モード閉じ込め係数Γは０．９９以下で
ある必要がある。
方向モード閉じ込め係数Γが０．９９より大きくなる
と、パルス幅が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅ
ｃ］以下の範囲内でパルス幅が減少した時、キンク電流
値Ｉkが増加する上記現象は顕著でなくなる。これは、
水平方向モード閉じ込め係数Γが０．９９より大きくな
ると、水平方向の高次横モードが生じ易くなり、キンク
電流値Ｉkの増加が抑制されてしまうためである。この
ため、水平方向モード閉じ込め係数Γは０．９９以下で
ある必要がある。
【００８０】又、水平方向モード閉じ込め係数Γが０．
８５より小さくなると、レーザ発振に必要な電流量の増
加が顕著となり、即ち閾値Ｉthの増加が顕著となるた
め、必要動作電力が増加してしまう。又、水平方向モー
ド閉じ込め係数Γが小さすぎると、ストライプ内に光が
閉じ込められにくくなり、光がストライプ外に漏れ易く
なるため、その効果が弱くなる。
８５より小さくなると、レーザ発振に必要な電流量の増
加が顕著となり、即ち閾値Ｉthの増加が顕著となるた
め、必要動作電力が増加してしまう。又、水平方向モー
ド閉じ込め係数Γが小さすぎると、ストライプ内に光が
閉じ込められにくくなり、光がストライプ外に漏れ易く
なるため、その効果が弱くなる。
【００８１】従って、本発明の効果を得るためには、窒
化物半導体レーザ素子１０の水平方向モード閉じ込め係
数Γを、０．８５以上０．９９以下とする必要があり、
望ましくは０．８５以上０．９５以下が良く、特に望ま
しくは０．８８以上０．９２以下が良い。
化物半導体レーザ素子１０の水平方向モード閉じ込め係
数Γを、０．８５以上０．９９以下とする必要があり、
望ましくは０．８５以上０．９５以下が良く、特に望ま
しくは０．８８以上０．９２以下が良い。
【００８２】又、図５は、窒化物半導体レーザ素子１０
における基本横モードの水平方向モード閉じ込め係数Γ
と水平方向ＦＦＰの半値全角Θとの関係を示したグラフ
である。図５に示すように、水平方向モード閉じ込め係
数Γと水平方向ＦＦＰの半値全角Θは１対１に対応する
関係にある。このとき、実屈折率導波型の窒化物半導体
レーザ素子においては、各構造パラメータや発振波長を
変化させても、上記関係はほとんど同じであった。
における基本横モードの水平方向モード閉じ込め係数Γ
と水平方向ＦＦＰの半値全角Θとの関係を示したグラフ
である。図５に示すように、水平方向モード閉じ込め係
数Γと水平方向ＦＦＰの半値全角Θは１対１に対応する
関係にある。このとき、実屈折率導波型の窒化物半導体
レーザ素子においては、各構造パラメータや発振波長を
変化させても、上記関係はほとんど同じであった。
【００８３】そして、水平方向ＦＦＰの半値全角Θが５
度以上１１度以下の範囲内にあれば、水平方向モード閉
じ込め係数Γは０．８５以上０．９９以下となる。即
ち、本発明の効果を得るためには、水平方向ＦＦＰの半
値全角Θが上記範囲内とすることが必要である。
度以上１１度以下の範囲内にあれば、水平方向モード閉
じ込め係数Γは０．８５以上０．９９以下となる。即
ち、本発明の効果を得るためには、水平方向ＦＦＰの半
値全角Θが上記範囲内とすることが必要である。
【００８４】又、図６は、本実施形態の窒化物半導体レ
ーザ素子１０において、基本横モードの水平方向モード
閉じ込め係数Γが一定値をとるための、ストライプ幅Ｗ
［μｍ］及びクラッド層１０８のリッジ底面と活性層１
０５との距離ｄ［μｍ］の関係を示したグラフである。
そして、曲線５１，５２，５３，５４，５５，５６はそ
れぞれ、水平方向モード閉じ込め係数Γ＝０．８５，
０．８８，０．９２，０．９５，０．９８，０．９９の
値をとる場合を示している。
ーザ素子１０において、基本横モードの水平方向モード
閉じ込め係数Γが一定値をとるための、ストライプ幅Ｗ
［μｍ］及びクラッド層１０８のリッジ底面と活性層１
０５との距離ｄ［μｍ］の関係を示したグラフである。
そして、曲線５１，５２，５３，５４，５５，５６はそ
れぞれ、水平方向モード閉じ込め係数Γ＝０．８５，
０．８８，０．９２，０．９５，０．９８，０．９９の
値をとる場合を示している。
【００８５】水平方向モード閉じ込め係数Γが０．８５
以上０．９９に相当する領域は、図６において領域５７
に相当する。このため、本実施形態の窒化物半導体レー
ザ素子１０において、本発明の効果を得る為には、領域
５７の範囲内にｄ及びＷを設定することが必要となる。
更に、水平方向モード閉じ込め係数Γが０．８８以上
０．９２以下に相当する、図６における領域５８に相当
する範囲内にｄ及びＷを設定することが好ましい。
以上０．９９に相当する領域は、図６において領域５７
に相当する。このため、本実施形態の窒化物半導体レー
ザ素子１０において、本発明の効果を得る為には、領域
５７の範囲内にｄ及びＷを設定することが必要となる。
更に、水平方向モード閉じ込め係数Γが０．８８以上
０．９２以下に相当する、図６における領域５８に相当
する範囲内にｄ及びＷを設定することが好ましい。
【００８６】即ち、図６において、曲線５１は０．５≦
Ｗ≦４．０，０≦ｄ≦０．５の範囲内で次の（２）式
で、曲線５２は０．５≦Ｗ≦４．０の範囲内で次の
（３）式で、曲線５３は０．５≦Ｗ≦４．０の範囲内で
次の（４）式で、曲線５４は０．５≦Ｗ≦４．０の範囲
内で次の（５）式で、曲線５５は０．５≦Ｗ≦４．０の
範囲内で次の（６）式で、曲線５６は０．５≦Ｗ≦４．
０の範囲内で次の（７）式で、それぞれ近似できる。
Ｗ≦４．０，０≦ｄ≦０．５の範囲内で次の（２）式
で、曲線５２は０．５≦Ｗ≦４．０の範囲内で次の
（３）式で、曲線５３は０．５≦Ｗ≦４．０の範囲内で
次の（４）式で、曲線５４は０．５≦Ｗ≦４．０の範囲
内で次の（５）式で、曲線５５は０．５≦Ｗ≦４．０の
範囲内で次の（６）式で、曲線５６は０．５≦Ｗ≦４．
０の範囲内で次の（７）式で、それぞれ近似できる。
【００８７】
ｄ=0.040665×exp(1.1403×Ｗ) …（２）
ｄ=0.059863+Ｗ×(-0.033606)+Ｗ2×0.076082 …（３）
ｄ=-0.087482+Ｗ×0.16383+Ｗ2×(-0.0068603) …（４）
ｄ=-0.097173+Ｗ×0.12998+Ｗ2×(-0.00047994) …（５）
ｄ=-0.11845+Ｗ×0.11236+Ｗ2×(-0.0058114) …（６）
ｄ=-0.15783+Ｗ×0.11555+Ｗ2×(-0.0084423) …（７）
【００８８】従って、領域５７，５８はそれぞれ、次の
（８）式、（９）式を満たす領域となる。
（８）式、（９）式を満たす領域となる。
【００８９】
-0.15783+Ｗ×0.11555+Ｗ2×(-0.0084423)≦ｄ≦0.040665×exp(1.1403×Ｗ)
且つ 0.5≦Ｗ≦4.0 且つ ０≦ｄ≦０．５ …（８）
-0.087482+Ｗ×0.16383+Ｗ2×(-0.0068603)≦ｄ≦0.059863+Ｗ×(-0.033606)+
Ｗ2×0.076082 且つ 0.5≦Ｗ≦4.0 且つ ０≦ｄ≦０．５ …（９）
【００９０】よって、本実施形態の窒化物半導体レーザ
素子１０が本発明の効果を得るためには、ストライプ幅
Ｗ［μｍ］及びクラッド層１０８のリッジ底面と活性層
１０５との距離ｄ［μｍ］の関係（８）式を満たす事が
必要である。更に、Ｗとｄの関係が（９）式を満たす方
が好ましい。
素子１０が本発明の効果を得るためには、ストライプ幅
Ｗ［μｍ］及びクラッド層１０８のリッジ底面と活性層
１０５との距離ｄ［μｍ］の関係（８）式を満たす事が
必要である。更に、Ｗとｄの関係が（９）式を満たす方
が好ましい。
【００９１】又、図７は、窒化物半導体レーザ素子１０
に与えるパルス波形のデューティ比と、Ｉ−Ｌ特性にお
いてキンク電流値Ｉkとの関係を示すグラフであり、パ
ルス幅は３０［ｎｓｅｃ］と固定し、パルス周期を変化
させることでデューティ比を変化させている。
に与えるパルス波形のデューティ比と、Ｉ−Ｌ特性にお
いてキンク電流値Ｉkとの関係を示すグラフであり、パ
ルス幅は３０［ｎｓｅｃ］と固定し、パルス周期を変化
させることでデューティ比を変化させている。
【００９２】図７の曲線を見ると、デューティ比が６０
％を越えると、キンク電流値Ｉkが次第に減少し、デュ
ーティ比が１００％に近づくと、図２におけるパルス幅
が１０００［ｎｓｅｃ］以上の時におけるキンク電流値
Ｉkに近づく。この関係は、パルス幅を５［ｎｓｅｃ］
以上１０００［ｎｓｅｃ］以下の範囲内で変化させて
も、同様であった。これは、デューティ比が１００％に
近づくと、ストライプ内外の活性層１０５の温度差が小
さくなるためと推測される。
％を越えると、キンク電流値Ｉkが次第に減少し、デュ
ーティ比が１００％に近づくと、図２におけるパルス幅
が１０００［ｎｓｅｃ］以上の時におけるキンク電流値
Ｉkに近づく。この関係は、パルス幅を５［ｎｓｅｃ］
以上１０００［ｎｓｅｃ］以下の範囲内で変化させて
も、同様であった。これは、デューティ比が１００％に
近づくと、ストライプ内外の活性層１０５の温度差が小
さくなるためと推測される。
【００９３】従って、本発明の効果が十分に発揮される
ためには、デューティ比は６０％以下とすることが望ま
しい。更に、デューティ比が小さすぎると、窒化物半導
体レーザ素子１０を光ディスクへの記録用の光源として
使用した場合、記録に必要な光出力が得られないため、
デューティ比を１０％以上とすることが望ましい。又、
このデューティ比を、３０％以上５０％以下とすること
が更に望ましい。
ためには、デューティ比は６０％以下とすることが望ま
しい。更に、デューティ比が小さすぎると、窒化物半導
体レーザ素子１０を光ディスクへの記録用の光源として
使用した場合、記録に必要な光出力が得られないため、
デューティ比を１０％以上とすることが望ましい。又、
このデューティ比を、３０％以上５０％以下とすること
が更に望ましい。
【００９４】又、バイアス用直流電流電源１４のバイア
ス電流値Ｉbは、窒化物半導体レーザ素子１０の閾値Ｉt
hの８０％以下とすることが望ましい。バイアス電流値
Ｉbが閾値Ｉthの８０％より大きくなると、電流注入に
より、窒化物半導体レーザ素子１０における、ストライ
プ内垂直構造領域１１３に含まれる活性層１０５の温度
と、ストライプ外垂直構造領域１１４に含まれる活性層
１０５の温度との差が小さくなるため、本発明の効果が
弱くなる。よって、キンク電流値Ｉkが減少する。従っ
て、バイアス電流値Ｉbは小さい方が望ましいが、パル
ス幅内のピーク電流とバイアス電流値Ｉbとの差が大き
くなると、パルス発生器１３の回路設計上、望ましくな
い。このため、バイアス電流値Ｉbは、閾値Ｉthの５０
％以上７０％以下程度とすることがより望ましい。
ス電流値Ｉbは、窒化物半導体レーザ素子１０の閾値Ｉt
hの８０％以下とすることが望ましい。バイアス電流値
Ｉbが閾値Ｉthの８０％より大きくなると、電流注入に
より、窒化物半導体レーザ素子１０における、ストライ
プ内垂直構造領域１１３に含まれる活性層１０５の温度
と、ストライプ外垂直構造領域１１４に含まれる活性層
１０５の温度との差が小さくなるため、本発明の効果が
弱くなる。よって、キンク電流値Ｉkが減少する。従っ
て、バイアス電流値Ｉbは小さい方が望ましいが、パル
ス幅内のピーク電流とバイアス電流値Ｉbとの差が大き
くなると、パルス発生器１３の回路設計上、望ましくな
い。このため、バイアス電流値Ｉbは、閾値Ｉthの５０
％以上７０％以下程度とすることがより望ましい。
【００９５】本実施形態における窒化物半導体レーザ装
置は、閾値電流密度が１．２［ｋＡ／ｃｍ2］でレーザ
発振を生じ、水平方向のＦＦＰ半値全角は、Θ＝８．２
度であった。又、窒化物半導体レーザ素子１０のＩ−Ｌ
特性は図１２の細線と同様の傾向を示し、パルス幅内の
ピーク出力が０［ｍＷ］から１００［ｍＷ］に達するま
で基本横モードを維持した素子は、１００個中９０個程
度得られ、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べ、歩留
りが大幅に向上した。
置は、閾値電流密度が１．２［ｋＡ／ｃｍ2］でレーザ
発振を生じ、水平方向のＦＦＰ半値全角は、Θ＝８．２
度であった。又、窒化物半導体レーザ素子１０のＩ−Ｌ
特性は図１２の細線と同様の傾向を示し、パルス幅内の
ピーク出力が０［ｍＷ］から１００［ｍＷ］に達するま
で基本横モードを維持した素子は、１００個中９０個程
度得られ、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べ、歩留
りが大幅に向上した。
【００９６】＜第２の実施形態＞本発明の第２の実施形
態について、図面を参照して以下に説明する。尚、本実
施形態において、第１の実施形態と同様、図１に示す構
成の窒化物半導体レーザ装置が用いられる。又、図８
は、本実施形態の窒化物半導体レーザ装置に設けられた
窒化物半導体レーザ素子の構成の別例を示す導波路部分
の共振器に垂直な断面図である。この図８の窒化物半導
体レーザ素子において、図３の窒化物半導体レーザ素子
と同一の構造部分については、同一の符号を付してその
詳細な説明を省略する。
態について、図面を参照して以下に説明する。尚、本実
施形態において、第１の実施形態と同様、図１に示す構
成の窒化物半導体レーザ装置が用いられる。又、図８
は、本実施形態の窒化物半導体レーザ装置に設けられた
窒化物半導体レーザ素子の構成の別例を示す導波路部分
の共振器に垂直な断面図である。この図８の窒化物半導
体レーザ素子において、図３の窒化物半導体レーザ素子
と同一の構造部分については、同一の符号を付してその
詳細な説明を省略する。
【００９７】図８の窒化物半導体レーザ素子１０ａは、
第１の実施形態の窒化物半導体レーザ素子１０（図３）
と同様、ｎ型ＧａＮからなる基板１０１の表面上に、低
温バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光導
波層１０４、活性層１０５、ｐ型キャリアブロック層１
０６、ｐ型光導波層１０７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ
型コンタクト層１０９の順に各窒化物半導体層が形成さ
れる。
第１の実施形態の窒化物半導体レーザ素子１０（図３）
と同様、ｎ型ＧａＮからなる基板１０１の表面上に、低
温バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光導
波層１０４、活性層１０５、ｐ型キャリアブロック層１
０６、ｐ型光導波層１０７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ
型コンタクト層１０９の順に各窒化物半導体層が形成さ
れる。
【００９８】そして、ｐ型コンタクト層１０９の一部を
マスキングした後、ｐ型クラッド層１０８及びｐ型コン
タクト層１０９をエッチングすることにより、導波路部
分となるリッジ形状のストライプが形成される。更に、
このエッチングされた領域の概略全面に、ｎ型Ａｌy1Ｇ
ａ1-y1Ｎ（ｙ≦ｙ1≦１）からなる埋込層２０１が形成
される。正電極１１１は、ｐ型コンタクト層１０９の一
部露出した面状の全面を含む、埋込層２０１の概略全面
に形成されるとともに、負電極１１２は、基板１０１の
裏面の概略全面に形成される。又、ストライプの両端面
はミラーとして働き、光共振器を構成している。
マスキングした後、ｐ型クラッド層１０８及びｐ型コン
タクト層１０９をエッチングすることにより、導波路部
分となるリッジ形状のストライプが形成される。更に、
このエッチングされた領域の概略全面に、ｎ型Ａｌy1Ｇ
ａ1-y1Ｎ（ｙ≦ｙ1≦１）からなる埋込層２０１が形成
される。正電極１１１は、ｐ型コンタクト層１０９の一
部露出した面状の全面を含む、埋込層２０１の概略全面
に形成されるとともに、負電極１１２は、基板１０１の
裏面の概略全面に形成される。又、ストライプの両端面
はミラーとして働き、光共振器を構成している。
【００９９】ストライプ内垂直構造１１３は、負電極１
１２から順に、基板１０１、低温バッファ層１０２、ｎ
型クラッド層１０３、ｎ型光導波層１０４、活性層１０
５、ｐ型キャリアブロック層１０６、ｐ型光導波層１０
７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型コンタクト層１０９、
正電極１１１から構成されている。又、ストライプ外垂
直構造１１４は、負電極から順に、基板１０１、低温バ
ッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光導波層
１０４、活性層１０５、ｐ型キャリアブロック層１０
６、ｐ型光導波層１０７、ｐ型クラッド層１０８、埋込
層２０１、正電極１１２から構成されている。
１２から順に、基板１０１、低温バッファ層１０２、ｎ
型クラッド層１０３、ｎ型光導波層１０４、活性層１０
５、ｐ型キャリアブロック層１０６、ｐ型光導波層１０
７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型コンタクト層１０９、
正電極１１１から構成されている。又、ストライプ外垂
直構造１１４は、負電極から順に、基板１０１、低温バ
ッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光導波層
１０４、活性層１０５、ｐ型キャリアブロック層１０
６、ｐ型光導波層１０７、ｐ型クラッド層１０８、埋込
層２０１、正電極１１２から構成されている。
【０１００】このような窒化物半導体レーザ素子１０ａ
の製造方法は、埋込層２０１を形成する工程を除いたｐ
型コンタクト層１０９の形成までの工程は、第１の実施
形態における窒化物半導体レーザ素子１０の製造方法と
同じである。よって、その詳細な説明については、第１
の実施形態を参照として、省略する。
の製造方法は、埋込層２０１を形成する工程を除いたｐ
型コンタクト層１０９の形成までの工程は、第１の実施
形態における窒化物半導体レーザ素子１０の製造方法と
同じである。よって、その詳細な説明については、第１
の実施形態を参照として、省略する。
【０１０１】ｐ型コンタクト層１０９を形成した後、フ
ォトリソグラフィー技術及びウェットエッチング技術を
用いて、光導波路を構成する為のストライプ形状のマス
クを、ｐ型コンタクト層１０９上に形成する。そして、
反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型コンタクト層
１０９を１〜４［μｍ］（例えば２［μｍ］）幅のスト
ライプ状に残して、ｐ型クラッド層１０８までエッチン
グを行い、光導波路を構成するためのストライプを形成
する。
ォトリソグラフィー技術及びウェットエッチング技術を
用いて、光導波路を構成する為のストライプ形状のマス
クを、ｐ型コンタクト層１０９上に形成する。そして、
反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型コンタクト層
１０９を１〜４［μｍ］（例えば２［μｍ］）幅のスト
ライプ状に残して、ｐ型クラッド層１０８までエッチン
グを行い、光導波路を構成するためのストライプを形成
する。
【０１０２】次いで、マスクを除去せず、ウェハを再度
ＭＯＣＶＤ装置内に導入した後、約７５０度まで昇温
し、キャリアガスＨ2を流しながら、ＴＭＧ供給量を５
０［μｍｏｌ／ｍｉｎ］に調節する。このとき、ＴＭＡ
を一定量導入して、ＳｉＨ4を１０［ｎｍｏｌ／ｍｉ
ｎ］流しながら、ｎ型ＡｌＧａＮ（例えばｙ＝０．３）
からなる埋込層２０１を、エッチングされた領域の全面
に形成する。そして、供給ガスを全て停止した後、降温
し、室温にてウェハをＭＯＣＶＤ装置より取出す。
ＭＯＣＶＤ装置内に導入した後、約７５０度まで昇温
し、キャリアガスＨ2を流しながら、ＴＭＧ供給量を５
０［μｍｏｌ／ｍｉｎ］に調節する。このとき、ＴＭＡ
を一定量導入して、ＳｉＨ4を１０［ｎｍｏｌ／ｍｉ
ｎ］流しながら、ｎ型ＡｌＧａＮ（例えばｙ＝０．３）
からなる埋込層２０１を、エッチングされた領域の全面
に形成する。そして、供給ガスを全て停止した後、降温
し、室温にてウェハをＭＯＣＶＤ装置より取出す。
【０１０３】その後、ウェットエッチングにより、マス
クを除去し、ｐ型コンタクト層１０９上の概略全面と、
埋込み層２０１上の概略全面に、正電極１１２を形成す
る。この電極材料としては、例えばＡｕ／Ｎｉ又はＡｕ
／Ｐｄを用いれば良い。又、基板１０１の裏面の概略全
面に、負電極１１１を形成する。この電極材料として
は、例えばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良
い。次に、本ウェハを劈開して、共振器ミラーとなる端
面を作製し、図８に示す窒化物半導体レーザ素子１０ａ
が完成する。
クを除去し、ｐ型コンタクト層１０９上の概略全面と、
埋込み層２０１上の概略全面に、正電極１１２を形成す
る。この電極材料としては、例えばＡｕ／Ｎｉ又はＡｕ
／Ｐｄを用いれば良い。又、基板１０１の裏面の概略全
面に、負電極１１１を形成する。この電極材料として
は、例えばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良
い。次に、本ウェハを劈開して、共振器ミラーとなる端
面を作製し、図８に示す窒化物半導体レーザ素子１０ａ
が完成する。
【０１０４】このような窒化物半導体レーザ素子１０ａ
が設けられた半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同
様、図１のような構成となり、窒化物半導体レーザ素子
１０ａに対して、第１の実施形態と同様の駆動電流が与
えられる。即ち、パルス幅が５［ｎｓｅｃ］以上１００
０［ｎｓｅｃ］以下（好ましくは、１０［ｎｓｅｃ］以
上１００［ｎｓｅｃ］以下）で、デューティ比が１０％
以上６０％以下（好ましくは３０％以上５０％以下）
で、バイアス電流値Ｉbが閾値Ｉthの８０％以下（好ま
しくは閾値Ｉthの５０％以上７０％以下）とすることが
望ましい。
が設けられた半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同
様、図１のような構成となり、窒化物半導体レーザ素子
１０ａに対して、第１の実施形態と同様の駆動電流が与
えられる。即ち、パルス幅が５［ｎｓｅｃ］以上１００
０［ｎｓｅｃ］以下（好ましくは、１０［ｎｓｅｃ］以
上１００［ｎｓｅｃ］以下）で、デューティ比が１０％
以上６０％以下（好ましくは３０％以上５０％以下）
で、バイアス電流値Ｉbが閾値Ｉthの８０％以下（好ま
しくは閾値Ｉthの５０％以上７０％以下）とすることが
望ましい。
【０１０５】又、本実施形態においても、窒化物半導体
レーザ素子の構造が実屈折率導波型になっており、水平
方向モード閉じ込め係数Γが０．８５以上０．９９以下
（好ましくは０．８８以上０．９２以下）であるか、又
は、水平方向ＦＦＰの半値全角Θが５度以上１１度以下
であるか、又は、ストライプ幅Ｗ［μｍ］及びクラッド
層１０８のリッジ底面と活性層１０５との距離ｄ［μ
ｍ］の関係が（８）式の関係（好ましくは、（９）式の
関係）となることを満たしていれば、本発明の効果が得
られる。
レーザ素子の構造が実屈折率導波型になっており、水平
方向モード閉じ込め係数Γが０．８５以上０．９９以下
（好ましくは０．８８以上０．９２以下）であるか、又
は、水平方向ＦＦＰの半値全角Θが５度以上１１度以下
であるか、又は、ストライプ幅Ｗ［μｍ］及びクラッド
層１０８のリッジ底面と活性層１０５との距離ｄ［μ
ｍ］の関係が（８）式の関係（好ましくは、（９）式の
関係）となることを満たしていれば、本発明の効果が得
られる。
【０１０６】更に、本実施形態以外にも、種々の実屈折
率導波型の構造は存在するが、いずれの構造において
も、水平方向モード閉じ込め係数Γが０．８５以上０．
９９以下（好ましくは０．８８以上０．９２以下）であ
るか、又は水平方向ＦＦＰの半値全角Θが５度以上１１
度以下であるか、又は、ストライプ幅Ｗ［μｍ］及びク
ラッド層１０８のリッジ底面と活性層１０５との距離ｄ
［μｍ］の関係が（８）式の関係（好ましくは、（９）
式の関係）となることを満たしていれば、本発明の効果
が得られる。
率導波型の構造は存在するが、いずれの構造において
も、水平方向モード閉じ込め係数Γが０．８５以上０．
９９以下（好ましくは０．８８以上０．９２以下）であ
るか、又は水平方向ＦＦＰの半値全角Θが５度以上１１
度以下であるか、又は、ストライプ幅Ｗ［μｍ］及びク
ラッド層１０８のリッジ底面と活性層１０５との距離ｄ
［μｍ］の関係が（８）式の関係（好ましくは、（９）
式の関係）となることを満たしていれば、本発明の効果
が得られる。
【０１０７】本実施形態における窒化物半導体レーザ装
置は、閾値電流密度が１．２［ｋＡ／ｃｍ2］でレーザ
発振を生じ、水平方向のＦＦＰ半値全角Θが７．０度で
あった。又、Ｉ−Ｌ特性は図１２の細線と同様の傾向を
示し、パルス幅内のピーク出力が０［ｍＷ］から１００
［ｍＷ］に達するまで水平横モードが基本横モードを維
持した窒化物半導体レーザ装置は、１００個中９０個程
度得られ、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べ、歩留
りが大幅に向上した。
置は、閾値電流密度が１．２［ｋＡ／ｃｍ2］でレーザ
発振を生じ、水平方向のＦＦＰ半値全角Θが７．０度で
あった。又、Ｉ−Ｌ特性は図１２の細線と同様の傾向を
示し、パルス幅内のピーク出力が０［ｍＷ］から１００
［ｍＷ］に達するまで水平横モードが基本横モードを維
持した窒化物半導体レーザ装置は、１００個中９０個程
度得られ、従来の窒化物半導体レーザ装置に比べ、歩留
りが大幅に向上した。
【０１０８】＜第３の実施形態＞本発明の第３の実施形
態について、図面を参照して以下に説明する。図９は、
本発明の窒化物半導体レーザ装置の構成の一例を示すブ
ロック図であり、又、図１０は窒化物半導体レーザ素子
への注入電流の時間変化を示す図である。尚、図９の窒
化物半導体レーザ装置において、図１の窒化物半導体レ
ーザ素子と同一の部分については、同一の符号を付して
その詳細な説明を省略する。
態について、図面を参照して以下に説明する。図９は、
本発明の窒化物半導体レーザ装置の構成の一例を示すブ
ロック図であり、又、図１０は窒化物半導体レーザ素子
への注入電流の時間変化を示す図である。尚、図９の窒
化物半導体レーザ装置において、図１の窒化物半導体レ
ーザ素子と同一の部分については、同一の符号を付して
その詳細な説明を省略する。
【０１０９】本実施形態での窒化物半導体レーザ装置
は、パルス発生器１３（図１）の代わりに高周波発生器
７１を用いている点を除いて、第１の実施形態の窒化物
半導体レーザ装置の構成と同様である。即ち、直流電流
電源１４から供給するバイアス電流と、高周波発生器７
１で発生させ高周波増幅器１２で増幅した正弦波信号と
をＴ回路１１で混合して窒化物半導体レーザ素子１０に
与える。
は、パルス発生器１３（図１）の代わりに高周波発生器
７１を用いている点を除いて、第１の実施形態の窒化物
半導体レーザ装置の構成と同様である。即ち、直流電流
電源１４から供給するバイアス電流と、高周波発生器７
１で発生させ高周波増幅器１２で増幅した正弦波信号と
をＴ回路１１で混合して窒化物半導体レーザ素子１０に
与える。
【０１１０】このとき、図１０に示すような時間変化を
する電流が窒化物半導体レーザ素子１０に与えられる。
尚、窒化物半導体レーザ素子１０へ注入される駆動電流
が窒化物系半導体レーザ素子１０の閾値Ｉthを連続して
越えている時間ＴLD（以下、「超過時間ＴLD」とする）
は、周波数から換算したものである。
する電流が窒化物半導体レーザ素子１０に与えられる。
尚、窒化物半導体レーザ素子１０へ注入される駆動電流
が窒化物系半導体レーザ素子１０の閾値Ｉthを連続して
越えている時間ＴLD（以下、「超過時間ＴLD」とする）
は、周波数から換算したものである。
【０１１１】窒化物半導体レーザ素子１０の構造は、実
屈折率導波型になっており、水平方向モード閉じ込め係
数Γが０．８５以上０．９９以下（好ましくは０．８８
以上０．９２以下）であるか、又は、水平方向ＦＦＰの
半値全角Θが５度以上１１度以下であるか、又は、スト
ライプ幅Ｗ［μｍ］とクラッド層残し膜厚ｄ［μｍ］の
関係が（８）式の関係（好ましくは、（９）式の関係）
となることを満たしていれば、第１の実施形態（図３）
又は第２の実施形態（図８）に示した構造、いずれでも
よく、又、他の構造としてもよい。
屈折率導波型になっており、水平方向モード閉じ込め係
数Γが０．８５以上０．９９以下（好ましくは０．８８
以上０．９２以下）であるか、又は、水平方向ＦＦＰの
半値全角Θが５度以上１１度以下であるか、又は、スト
ライプ幅Ｗ［μｍ］とクラッド層残し膜厚ｄ［μｍ］の
関係が（８）式の関係（好ましくは、（９）式の関係）
となることを満たしていれば、第１の実施形態（図３）
又は第２の実施形態（図８）に示した構造、いずれでも
よく、又、他の構造としてもよい。
【０１１２】このような構成の窒化物半導体装置におい
て、図１０のように、窒化物半導体素子１０に与えられ
る駆動電流の超過時間ＴLDを５［ｎｓｅｃ］以上［１０
００ｎｓｅｃ］以下とするとともに、高周波の周期に対
する超過時間ＴLDの割合（以下、高周波デューティ比）
を６０％以下とすると、０［ｍＷ］〜１００［ｍＷ］に
おいて、Ｉ−Ｌ特性にキンクを生じず、且つ、基本横モ
ードが変化しない窒化物半導体装置が１００個中９０個
程度であった。
て、図１０のように、窒化物半導体素子１０に与えられ
る駆動電流の超過時間ＴLDを５［ｎｓｅｃ］以上［１０
００ｎｓｅｃ］以下とするとともに、高周波の周期に対
する超過時間ＴLDの割合（以下、高周波デューティ比）
を６０％以下とすると、０［ｍＷ］〜１００［ｍＷ］に
おいて、Ｉ−Ｌ特性にキンクを生じず、且つ、基本横モ
ードが変化しない窒化物半導体装置が１００個中９０個
程度であった。
【０１１３】このように、第１の実施形態と同様に、本
実施形態の窒化物半導体レーザ装置を用いることによ
り、高出力まで安定な基本横モードが得られた。尚、本
実施形態においても、超過時間ＴLDは１０［ｎｓｅｃ］
以上１００［ｎｓｅｃ］以下が望ましく、又、高周波デ
ューティ比は１０％以上６０％以下、より望ましくは３
０％以上５０％以下となるのが望ましい。更に、駆動電
流が閾値Ｉthを連続して越えている超過時間を除いた時
間における電流値の平均値は、閾値Ｉthの８０％以下が
望ましく、より望ましくは５０％以上７０％以下が良
い。
実施形態の窒化物半導体レーザ装置を用いることによ
り、高出力まで安定な基本横モードが得られた。尚、本
実施形態においても、超過時間ＴLDは１０［ｎｓｅｃ］
以上１００［ｎｓｅｃ］以下が望ましく、又、高周波デ
ューティ比は１０％以上６０％以下、より望ましくは３
０％以上５０％以下となるのが望ましい。更に、駆動電
流が閾値Ｉthを連続して越えている超過時間を除いた時
間における電流値の平均値は、閾値Ｉthの８０％以下が
望ましく、より望ましくは５０％以上７０％以下が良
い。
【０１１４】尚、第１〜第３の実施形態において、基板
はｎ型ＧａＮからなる基板を用いたが、他の基板でも良
く、例えばサファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル（ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＺｎＯＭｇＧａ
2Ｏ4，ＬｉＧａＯ2，ＬｉＡｌＯ 2，ルビー等の単結晶よ
りなる基板でも良い。
はｎ型ＧａＮからなる基板を用いたが、他の基板でも良
く、例えばサファイア（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル（ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓｉ、ＺｎＯＭｇＧａ
2Ｏ4，ＬｉＧａＯ2，ＬｉＡｌＯ 2，ルビー等の単結晶よ
りなる基板でも良い。
【０１１５】又、各実施形態においては、ｎ型ＧａＮか
らなる低温成長バッファ層を設けたが、ｎ型ＧａＮに限
らず、ＳｉＨ4の導入量を０ｍｏｌとしたＧａＮでもよ
く、更にＡｌやＩｎを含むＡｌＧａＩｎＮを少なくとも
含む膜を用いても何ら問題はない。さらに、低温バッフ
ァ層は本発明の必要構成要素ではなく、無くても良い。
らなる低温成長バッファ層を設けたが、ｎ型ＧａＮに限
らず、ＳｉＨ4の導入量を０ｍｏｌとしたＧａＮでもよ
く、更にＡｌやＩｎを含むＡｌＧａＩｎＮを少なくとも
含む膜を用いても何ら問題はない。さらに、低温バッフ
ァ層は本発明の必要構成要素ではなく、無くても良い。
【０１１６】又、各実施形態において、ｎ型ＧａＮから
なる低温成長バッファ層、ｎ型光導波層、ｐ型キャリア
ブロック層、ｐ型光導波層、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層を設けたが、他の窒化物半導体や他の材料よ
りなる層に置き換えても良く、あるいは本発明の必要構
成要素ではない為、いずれかが省かれた構造でも良い。
なる低温成長バッファ層、ｎ型光導波層、ｐ型キャリア
ブロック層、ｐ型光導波層、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層を設けたが、他の窒化物半導体や他の材料よ
りなる層に置き換えても良く、あるいは本発明の必要構
成要素ではない為、いずれかが省かれた構造でも良い。
【０１１７】更に、本発明が適用される窒化物半導体レ
ーザ素子の光導波路構造は、上述の例に限られるもので
はない。実屈折率導波型構造であり、Γが０．８５以上
０．９９以下（好ましくは０．８８以上０．９２以下）
であるか、又はΘが５度以上１１度以下であるか、又
は、ストライプ幅Ｗ［μｍ］及びクラッド層１０８のリ
ッジ底面と活性層１０５との距離ｄ［μｍ］の関係が
（８）式の関係（好ましくは、（９）式の関係）となる
ことを満たしていればよく、第１の実施形態のようなセ
ルフ・アラインド・ストラクチャ（ＳＡＳ）構造、第２
の実施形態のようなリッジ構造を始めとして、電極スト
ライプ構造、埋込ヘテロ（ＢＨ）構造、チャネルド・サ
ブストレイト・プレイナ（ＣＳＰ）構造等の他のものと
しても、上述と同様の効果が得られる。
ーザ素子の光導波路構造は、上述の例に限られるもので
はない。実屈折率導波型構造であり、Γが０．８５以上
０．９９以下（好ましくは０．８８以上０．９２以下）
であるか、又はΘが５度以上１１度以下であるか、又
は、ストライプ幅Ｗ［μｍ］及びクラッド層１０８のリ
ッジ底面と活性層１０５との距離ｄ［μｍ］の関係が
（８）式の関係（好ましくは、（９）式の関係）となる
ことを満たしていればよく、第１の実施形態のようなセ
ルフ・アラインド・ストラクチャ（ＳＡＳ）構造、第２
の実施形態のようなリッジ構造を始めとして、電極スト
ライプ構造、埋込ヘテロ（ＢＨ）構造、チャネルド・サ
ブストレイト・プレイナ（ＣＳＰ）構造等の他のものと
しても、上述と同様の効果が得られる。
【０１１８】＜半導体光学装置への適用例＞上述した本
発明における窒化物半導体レーザ素子を光ピックアップ
システム等の半導体光学装置に適用した場合について、
図面を参照して以下に説明する。図１１は、本例におけ
る半導体光学装置の内部構成を示すブロック図である。
尚、本例では、窒化物半導体レーザ素子を光学式情報記
録再生装置に利用するものとして説明する。尚、図１１
は簡単のため、本発明の効果を説明するのに不要な部分
は省略している。
発明における窒化物半導体レーザ素子を光ピックアップ
システム等の半導体光学装置に適用した場合について、
図面を参照して以下に説明する。図１１は、本例におけ
る半導体光学装置の内部構成を示すブロック図である。
尚、本例では、窒化物半導体レーザ素子を光学式情報記
録再生装置に利用するものとして説明する。尚、図１１
は簡単のため、本発明の効果を説明するのに不要な部分
は省略している。
【０１１９】図１１に示す光学式情報記録再生装置は、
光ディスク７０１を円周方向に回転させるためのスピン
ドルモータ７０２と、光ディスク７０１にレーザ光を照
射して情報を読み出す光ピックアップ７０３と、装置全
体を制御する制御回路７０４とを有する。尚、光ピック
アップ７０３は、制御回路７０４によって駆動される不
図示のアクチュエータによって、光ディスク７０１の径
方向に移動する。
光ディスク７０１を円周方向に回転させるためのスピン
ドルモータ７０２と、光ディスク７０１にレーザ光を照
射して情報を読み出す光ピックアップ７０３と、装置全
体を制御する制御回路７０４とを有する。尚、光ピック
アップ７０３は、制御回路７０４によって駆動される不
図示のアクチュエータによって、光ディスク７０１の径
方向に移動する。
【０１２０】このような光ディスク装置において、光ピ
ックアップ７０３は、レーザ光を出力する第１の〜第３
の実施形態のいずれかに示す窒化物半導体レーザ装置７
０５と、窒化物半導体レーザー装置７０５からのレーザ
光を平行な光とするコリメータレンズ７０６と、窒化物
半導体レーザ装置７０５からのレーザ光を透過するとと
もに追従鏡７０９からのレーザ光を光検出器７０８へ導
出するビームスプリッタ７０７と、ビームスプリッタ７
０７からのレーザ光を検出して検出信号を制御回路７０
４に与える光検出器７０８と、窒化物半導体レーザ装置
７０５からのレーザ光を光ディスク７０１へ導くととも
に光ディスク７０１を反射したレーザ光をビームスプリ
ッタ７０７に導く追従鏡７０９と、追従鏡７０９からの
レーザ光を光ディスク７０１上で集光させる対物レンズ
７１０とから構成される。
ックアップ７０３は、レーザ光を出力する第１の〜第３
の実施形態のいずれかに示す窒化物半導体レーザ装置７
０５と、窒化物半導体レーザー装置７０５からのレーザ
光を平行な光とするコリメータレンズ７０６と、窒化物
半導体レーザ装置７０５からのレーザ光を透過するとと
もに追従鏡７０９からのレーザ光を光検出器７０８へ導
出するビームスプリッタ７０７と、ビームスプリッタ７
０７からのレーザ光を検出して検出信号を制御回路７０
４に与える光検出器７０８と、窒化物半導体レーザ装置
７０５からのレーザ光を光ディスク７０１へ導くととも
に光ディスク７０１を反射したレーザ光をビームスプリ
ッタ７０７に導く追従鏡７０９と、追従鏡７０９からの
レーザ光を光ディスク７０１上で集光させる対物レンズ
７１０とから構成される。
【０１２１】そして、窒化物半導体レーザ装置７０５
は、水平方向閉じ込め係数Γが８５％以上９８％以下の
窒化物半導体レーザ素子１０と、この窒化物半導体レー
ザ素子１０に注入する駆動電流が閾値Ｉthを連続して越
える超過時間が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅ
ｃ］以下である電流波形を発生するパルス発生器１３又
は高周波発生器７１とを有している。
は、水平方向閉じ込め係数Γが８５％以上９８％以下の
窒化物半導体レーザ素子１０と、この窒化物半導体レー
ザ素子１０に注入する駆動電流が閾値Ｉthを連続して越
える超過時間が５［ｎｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅ
ｃ］以下である電流波形を発生するパルス発生器１３又
は高周波発生器７１とを有している。
【０１２２】このような構成の光学式情報記録再生装置
において、記録動作時及び消去動作時は、窒化物半導体
レーザ装置７０５から出力されるレーザ光が、制御回路
７０４からの入力情報に応じて変調され、コリメータレ
ンズ７０６で平行光もしくは平行に近い光に変換され、
ビームスプリッタ７０７を経てた後、追従鏡７０９で反
射され、対物レンズ７１０によって光ディスク７０３の
情報記録面に集光される。光ディスク７０３の情報記録
面には、磁気変調もしくは屈折率変調によりビット情報
が書き込まれる。
において、記録動作時及び消去動作時は、窒化物半導体
レーザ装置７０５から出力されるレーザ光が、制御回路
７０４からの入力情報に応じて変調され、コリメータレ
ンズ７０６で平行光もしくは平行に近い光に変換され、
ビームスプリッタ７０７を経てた後、追従鏡７０９で反
射され、対物レンズ７１０によって光ディスク７０３の
情報記録面に集光される。光ディスク７０３の情報記録
面には、磁気変調もしくは屈折率変調によりビット情報
が書き込まれる。
【０１２３】又、再生動作時は、記録時及び消去時と同
様の過程を経て窒化物半導体レーザ装置７０５から出射
したレーザ光が、凹凸もしくは磁気変調もしくは屈折率
変調により記録されている光ディスク７０３の情報記録
面に集光される。そして、光ディスク７０３の情報記面
に集光されたレーザ光は、そこで反射され、対物レンズ
７１０を通して追従鏡７０９で反射された後、ビームス
プリッタ７０７を透過し、光検出器７０８に入射して、
光学的に検出された信号を電気的信号に変換して記録情
報の読み取りが行われる。
様の過程を経て窒化物半導体レーザ装置７０５から出射
したレーザ光が、凹凸もしくは磁気変調もしくは屈折率
変調により記録されている光ディスク７０３の情報記録
面に集光される。そして、光ディスク７０３の情報記面
に集光されたレーザ光は、そこで反射され、対物レンズ
７１０を通して追従鏡７０９で反射された後、ビームス
プリッタ７０７を透過し、光検出器７０８に入射して、
光学的に検出された信号を電気的信号に変換して記録情
報の読み取りが行われる。
【０１２４】本例の光学式情報記録再生装置において
は、記録動作時は、１０-6以下の欠陥発生率が達成され
た。又、再生動作時においては、ビット読み取りエラー
率１０ -6で、書き込まれた情報を読み出すことが出来
た。これに対し、本発明に該当しない窒化物半導体レー
ザ装置を備えた光学式情報記録再生装置においては、記
録動作時の欠陥発生率、及び再生動作時のビット誤り率
が、共に１０-3オーダーであった。この相違は、本発明
の光学式情報記録再生装置を用いたことにより、高出力
まで基本横モード発振を維持し、高出力までキンクのな
いＩ−Ｌ特性を有する窒化物半導体レーザ装置を用いた
ことで、光ディスク上に集光されたレーザ光のパワーが
安定し、欠陥発生率及びビット読み取りエラーが減少し
たことによるものである。
は、記録動作時は、１０-6以下の欠陥発生率が達成され
た。又、再生動作時においては、ビット読み取りエラー
率１０ -6で、書き込まれた情報を読み出すことが出来
た。これに対し、本発明に該当しない窒化物半導体レー
ザ装置を備えた光学式情報記録再生装置においては、記
録動作時の欠陥発生率、及び再生動作時のビット誤り率
が、共に１０-3オーダーであった。この相違は、本発明
の光学式情報記録再生装置を用いたことにより、高出力
まで基本横モード発振を維持し、高出力までキンクのな
いＩ−Ｌ特性を有する窒化物半導体レーザ装置を用いた
ことで、光ディスク上に集光されたレーザ光のパワーが
安定し、欠陥発生率及びビット読み取りエラーが減少し
たことによるものである。
【０１２５】尚、第１〜第３の実施形態に係る窒化物半
導体レーザ素子は、本例のような光ピックアップシステ
ムを有する光学式情報記録再生装置の他に、例えば、レ
ーザプリンタ、バーコードリーダ、光の三原色（青色、
緑色、赤色）レーザによるプロジェクタ等にも利用可能
である。
導体レーザ素子は、本例のような光ピックアップシステ
ムを有する光学式情報記録再生装置の他に、例えば、レ
ーザプリンタ、バーコードリーダ、光の三原色（青色、
緑色、赤色）レーザによるプロジェクタ等にも利用可能
である。
【０１２６】
【発明の効果】本発明によると、窒化物半導体レーザ素
子が、高出力まで横モードが変化せず、不安定状況が生
じない。よって、窒化物半導体レーザ素装置のＩ−Ｌ特
性においてキンクを生ずる電流値を高くすることができ
るため、高出力まで直線的なＩ−Ｌ特性を有する窒化物
半導体レーザ装置を歩留り良く製造できる。このような
窒化物半導体レーザ装置を半導体光学装置が備えること
によって、高い光出力としても安定なレーザ光を発生す
る光源を備えることができる。
子が、高出力まで横モードが変化せず、不安定状況が生
じない。よって、窒化物半導体レーザ素装置のＩ−Ｌ特
性においてキンクを生ずる電流値を高くすることができ
るため、高出力まで直線的なＩ−Ｌ特性を有する窒化物
半導体レーザ装置を歩留り良く製造できる。このような
窒化物半導体レーザ装置を半導体光学装置が備えること
によって、高い光出力としても安定なレーザ光を発生す
る光源を備えることができる。
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ装置の内部構成の
一例を示すブロック図。
一例を示すブロック図。
【図２】図１の窒化物半導体レーザ装置内に設けられた
窒化物半導体レーザ素子に供給される駆動電流の時間変
化を示す図。
窒化物半導体レーザ素子に供給される駆動電流の時間変
化を示す図。
【図３】窒化物半導体レーザ素子の構成の一例を示す断
面図。
面図。
【図４】窒化物半導体レーザ素子に与えるパルス電流の
パルス幅と、Ｉ−Ｌ特性においてキンクを生ずる電流値
Ｉｋとの関係を示す図である。
パルス幅と、Ｉ−Ｌ特性においてキンクを生ずる電流値
Ｉｋとの関係を示す図である。
【図５】窒化物半導体レーザ素子における基本横モード
の水平方向モード閉じ込め係数Γと、窒化物半導体レー
ザ素子における水平方向ＦＦＰの半値全角Θの関係を示
した図である。
の水平方向モード閉じ込め係数Γと、窒化物半導体レー
ザ素子における水平方向ＦＦＰの半値全角Θの関係を示
した図である。
【図６】窒化物半導体レーザ素子において、基本横モー
ドの水平方向モード閉じ込め係数Γが一定値をとるため
の、ストライプ幅Ｗ［μｍ］とクラッド層残し膜厚ｄ
［μｍ］との関係を示したものである。
ドの水平方向モード閉じ込め係数Γが一定値をとるため
の、ストライプ幅Ｗ［μｍ］とクラッド層残し膜厚ｄ
［μｍ］との関係を示したものである。
【図７】窒化物半導体レーザ素子に与えるパルス波形の
デューティ比と、Ｉ−Ｌ特性においてキンクを生ずる電
流値Ｉｋとの関係を示す図である。
デューティ比と、Ｉ−Ｌ特性においてキンクを生ずる電
流値Ｉｋとの関係を示す図である。
【図８】窒化物半導体レーザ素子の構成の一例を示す断
面図。
面図。
【図９】本発明の窒化物半導体レーザ装置の内部構成の
一例を示すブロック図。
一例を示すブロック図。
【図１０】図９の窒化物半導体レーザ装置内に設けられ
た窒化物半導体レーザ素子に供給される駆動電流の時間
変化を示す図。
た窒化物半導体レーザ素子に供給される駆動電流の時間
変化を示す図。
【図１１】光学式情報記録再生装置の内部構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図１２】従来の窒化物半導体レーザ素子におけるＩ−
Ｌ特性を示す図である。
Ｌ特性を示す図である。
【図１３】水平方向のファーフィールドパターンが変化
する様子を説明するための図である。
する様子を説明するための図である。
【図１４】従来の窒化物半導体レーザ素子の構成の一例
を示す断面図。
を示す断面図。
１０ 窒化物半導体レーザ素子
１１ Ｔ回路
１２ 高周波増幅器
１３ パルス発生器
１４ 直流電流電源
１０１ 基板
１０２ 低温バッファ層
１０３ ｎ型クラッド層
１０４ ｎ型光導波層
１０５ 活性層
１０６ ｐ型キャリアブロック層
１０７ ｐ型光導波層
１０８ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ型コンタクト層
１１０ 絶縁膜
１１１ 正電極
１１２ 負電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F073 AA02 AA55 AA74 BA05 CA07
CB02 DA05 DA21 DA32 EA16
EA18 EA23 EA26 FA02 FA30
GA04
Claims (10)
- 【請求項１】 水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する
窒化物半導体レーザ素子と、 該窒化物半導体レーザ素子に高周波の駆動電流を供給す
る電流電源部と、 を有し、 前記窒化物半導体レーザ素子の水平方向光閉じ込め係数
は８５％以上９９％以下であり、 前記電流電源部が発生する電流波形が、前記窒化物半導
体レーザ素子の閾値電流を連続して越える時間が５［ｎ
ｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅｃ］以下であることを特
徴とする窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する
窒化物半導体レーザ素子と、 該窒化物半導体レーザ素子に高周波の駆動電流を供給す
る電流電源部と、 を有し、 前記窒化物半導体レーザ素子の水平方向ファーフィール
ドパターンにおける半値全角が５度以上１１度以下であ
り、 前記電流電源部が発生する電流波形が、前記窒化物半導
体レーザ素子の閾値電流を連続して越える時間が５［ｎ
ｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅｃ］以下であることを特
徴とする窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 水平方向光閉じ込めリッジ構造を有する
窒化物半導体レーザ素子と、 該窒化物半導体レーザ素子に高周波の駆動電流を供給す
る電流電源部と、 を有し、 前記窒化物半導体レーザ素子の水平方向閉じ込めリッジ
ストライプ構造の幅をＷ［μｍ］とするとともに、該水
平方向光閉じ込めリッジストライプ構造のリッジ形状底
面から活性層までの距離をｄ［μｍ］としたとき、 -0.15783+Ｗ×0.11555+Ｗ2×(-0.00884423)≦ｄ≦0.040
665×exp(1.1403×Ｗ)且つ 0.5≦Ｗ≦4.0 且つ 0≦
ｄ≦0.5を満たし、 前記電流電源部が発生する電流波形が、前記窒化物半導
体レーザ素子の閾値電流を連続して越える時間が５［ｎ
ｓｅｃ］以上１０００［ｎｓｅｃ］以下であることを特
徴とする窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記電流電源部が発生する電流波形にお
いて、電流波形の周期に対する、前記窒化物系半導体レ
ーザ素子の閾値電流を連続して越える時間の割合が６０
％以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項３の
いずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記電流波形の周期に対する、前記窒化
物系半導体レーザ素子の閾値電流を連続して越える時間
の割合が、３０％以上５０％以下であることを特徴とす
る請求項４に記載の窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 前記電流電源部が発生する電流波形にお
いて、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流を連続
して越える時間を除いた時間における電流値の平均値
が、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流の８０％
以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいず
れかに記載の窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項７】 前記窒化物系半導体レーザ素子の閾値電
流を連続して越える時間を除いた時間における電流値の
平均値が、前記窒化物系半導体レーザ素子の閾値電流の
５０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項６
に記載の窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項８】 前記電流電源部が発生する電源波形が、
矩形であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいず
れかに記載の窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項９】 前記電流電源部が発生する電源波形が、
正弦波形であることを特徴とする請求項１〜請求項７の
いずれかに記載の窒化物半導体レーザ装置。 - 【請求項１０】 請求項１〜請求項９のいずれかに記載
の窒化物半導体レーザ素子を光源とすることを特徴とす
る半導体光学装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001362863A JP2003163412A (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 窒化物半導体レーザ装置及び半導体光学装置 |
| US10/497,018 US7356059B2 (en) | 2001-11-28 | 2002-11-25 | Nitride semiconductor laser device and semiconductor optical device |
| PCT/JP2002/012286 WO2003047056A1 (fr) | 2001-11-28 | 2002-11-25 | Dispositif laser a semi-conducteur de type nitrure et dispositif optique a semi-conducteur |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001362863A JP2003163412A (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 窒化物半導体レーザ装置及び半導体光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003163412A true JP2003163412A (ja) | 2003-06-06 |
| JP2003163412A5 JP2003163412A5 (ja) | 2005-05-19 |
Family
ID=19173298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001362863A Pending JP2003163412A (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 窒化物半導体レーザ装置及び半導体光学装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7356059B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003163412A (ja) |
| WO (1) | WO2003047056A1 (ja) |
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| JP2009004422A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Anritsu Corp | 半導体レーザの良否選別方法およびその良否選別装置 |
| US7773646B2 (en) | 2006-05-31 | 2010-08-10 | Panasonic Corporation | Semiconductor light source and light-emitting device drive circuit |
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| JP5307466B2 (ja) * | 2008-07-29 | 2013-10-02 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置 |
| JP2010205810A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Sony Corp | 半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置 |
| WO2014105653A2 (en) | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Nlight Photonics Corporation | Pulsed bias current for gain switched semiconductor lasers for amplified spontaneous emission reduction |
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| JP3283684B2 (ja) | 1994-03-03 | 2002-05-20 | 株式会社日立製作所 | 光送信器およびその駆動方法 |
| DE69517614T2 (de) | 1994-03-22 | 2001-02-15 | Uniphase Opto Holdings Inc., San Jose | Halbleiterdiodenlaser und dessen Herstellungsverfahren |
| EP0674373B1 (en) * | 1994-03-22 | 2000-06-28 | Uniphase Opto Holdings, Inc. | Semiconductor diode laser and method of manufacturing same |
| US5777350A (en) * | 1994-12-02 | 1998-07-07 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting device |
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| JP4118025B2 (ja) | 1996-02-21 | 2008-07-16 | シャープ株式会社 | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子 |
| JPH09265650A (ja) | 1996-03-27 | 1997-10-07 | Sharp Corp | 半導体レーザ駆動回路 |
| US6031858A (en) * | 1996-09-09 | 2000-02-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method of fabricating same |
| JP3742203B2 (ja) | 1996-09-09 | 2006-02-01 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ |
| JPH10242579A (ja) * | 1997-02-27 | 1998-09-11 | Sharp Corp | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置 |
| JP4116133B2 (ja) | 1997-07-31 | 2008-07-09 | 株式会社東芝 | 温度依存型定電流発生回路およびこれを用いた光半導体素子の駆動回路 |
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-
2001
- 2001-11-28 JP JP2001362863A patent/JP2003163412A/ja active Pending
-
2002
- 2002-11-25 US US10/497,018 patent/US7356059B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-11-25 WO PCT/JP2002/012286 patent/WO2003047056A1/ja active Application Filing
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| US20050117616A1 (en) | 2005-06-02 |
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