JP2003008135A - 半導体発光装置、その製造方法及びその駆動方法 - Google Patents

半導体発光装置、その製造方法及びその駆動方法

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JP2003008135A JP2001333891A JP2001333891A JP2003008135A JP 2003008135 A JP2003008135 A JP 2003008135A JP 2001333891 A JP2001333891 A JP 2001333891A JP 2001333891 A JP2001333891 A JP 2001333891A JP 2003008135 A JP2003008135 A JP 2003008135A
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信之 大塚
Yoshiteru Hasegawa
義晃 長谷川
Takeshi Sugawara
岳 菅原
Yasutoshi Kawaguchi
靖利 川口
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低出力時においても相対雑音強度が小さい半
導体発光装置を実現できるようにする。 【解決手段】 半導体基板11上には、n型半導体部1
2と、活性層13と、p型半導体部14とからなるレー
ザ素子構造体が形成されている。p型半導体層14の最
上層に含まれるp型コンタクト層の上には、ストライプ
状のp側電極15が形成されている。p側電極15は、
活性層13における出射端面13a側を第1電極部15
aと、反射端面13b側を第1電極部15aよりも長手
方向の寸法が小さい第2電極部15bとから構成されて
いる。半導体基板11における活性層13が形成された
素子形成面と反対側の面上には、n側電極16が形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低出力時における
雑音特性が向上する半導体発光装置、その製造方法及び
その駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図14は倉又他:ジャパニーズ・ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス37(199
8)L1373 (A. Kuramata et al., Jpn. J. Appl.
Phys.37(1998) L1373)等に開示されている、従来の屈折
率導波型の半導体レーザ素子を示している。
【0003】図14に示すように、サファイアからなる
基板101上には、例えば、それぞれがIII-V族化合物
半導体からなり、n型コンタクト層を含むn型半導体部
102、活性層103、及びp型コンタクト層を含むp
型半導体部104が結晶成長により形成されている。
【0004】p型半導体部104におけるp型コンタク
ト層の上部はストライプ状にパターニングされたリッジ
部を有し、該リッジ部上の全面にp側電極105が形成
されている。ここで、活性層103におけるp側電極1
05の下側の領域がレーザ発振を起こす共振器となる。
【0005】n型半導体部102のn型コンタクト層
は、p側電極105の一方の側方領域が露出されてお
り、該露出面上にはn側電極106がほぼ全面に形成さ
れている。
【0006】p側電極105からn側電極106に向け
て順方向に駆動電流を流し、該駆動電流の値が所定の発
振閾電流値を超えると、活性層103の一方の端面から
レーザ光が出射される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図14に示したような
半導体レーザ素子を用いて、光ディスク装置、例えば高
密度デジタルバーサタイル(ビデオ)ディスク(HD−
DVD)装置に対して書き込み動作を行なう際に、紫色
レーザ光を用いる場合には30mW以上の出力値が必要
となる。逆に、読み出し動作時の紫色レーザ光の出力値
は1mW程度と小さくする必要がある。
【0008】ところが、読み出し動作時において、従来
の半導体レーザ素子は、駆動電流に高周波を重畳したと
しても、出力値を低下するに従って相対雑音強度が増大
してしまうという問題がある。これは、レーザ発振をそ
の発振閾値とほぼ同等の注入電流値で行なわせるため、
レーザ発振の緩和振動の影響によって相対雑音強度が増
大するためである。
【0009】また、レーザ発振の閾値電流と同程度の注
入電流値で発振させることから、単一モード性が低下し
てしまい、マルチモード成分が生ずることにより、相対
雑音強度が増大することにもなる。
【0010】相対雑音強度を低減するには、緩和振動周
波数を大きくする必要がある。その方法の1つに微分利
得を増大することが考えられる。レーザ発振の微分利得
を増大するには、光吸収領域を形成することにより、発
振閾値を大きくすれば良い。
【0011】また、他の方法として、スロープ効率(微
分効率)を低下させて、1mW程度のレーザ出力に必要
な電流値を増大させることにより、動作電流値を発振閾
値よりも大きく設定するようにすれば良い。
【0012】なお、半導体レーザ素子の雑音を低減する
には、共振器端面の反射率を増大することによっても実
現することができるが、この場合はレーザ光の出力(光
出力)値も低下してしまう。従って、前述したように、
HD−DVD装置が書き込み動作を行なう際には高出力
な発光光が必要となるため、光出力値が低下してしまう
ような端面反射率を増大させるという手段を採ることは
できない。
【0013】また、半導体レーザ素子に自励発振を生じ
させる場合には、活性層103又はその近傍に半導体か
らなる光吸収層を設ける必要がある。しかしながら、こ
のような光吸収層を半導体レーザ装置自体に設けると、
高出力値を得にくいという問題がある。
【0014】本発明は、前記従来の問題を解決し、低出
力時においても相対雑音強度が小さい半導体発光装置を
実現できるようにすることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、p側電極又はn側電極を分割して、低出
力動作を要求される読み出し時には、分割した電極の一
部にのみ駆動電流を印加する構成とする。
【0016】具体的に、本発明に係る半導体発光装置
は、基板上にほぼ一様な膜厚に形成された第1導電型の
第1の半導体層と、第1の半導体層の上にほぼ一様な膜
厚に形成された第2導電型の第2の半導体層と、第1の
半導体層と第2の半導体層との間にほぼ一様な膜厚に形
成され、発光光を生成する活性層と、第1の半導体層に
駆動電流を供給する第1の電極と、第2の半導体層に駆
動電流を供給する第2の電極とを備え、第1の電極又は
第2の電極は、互いに間隔をおいた複数の導電性部材か
らなる分割電極である。
【0017】本発明の半導体発光装置によると、活性層
を挟む第1の半導体層及び第2の半導体層と、第1の半
導体層に駆動電流を供給する第1の電極と、第2の半導
体層に駆動電流を供給する第2の電極とを備えており、
第1の電極又は第2の電極が、互いに間隔をおいた複数
の導電性部材からなる分割電極としている。このため、
高出力動作時には、分割電極の全部に対して駆動電流を
印加する。一方、低出力動作時には、分割電極のうちの
一部に対して駆動電流を印加して、活性層に対して駆動
電流を不均一に注入することにより、活性層に光吸収領
域を形成する。これにより、発振閾電流値が大きくなる
ため、レーザ発振の微分利得が増大して、低出力時の相
対雑音強度を小さくすることができる。
【0018】本発明の半導体発光装置において、分割電
極が、基板上における活性層が形成されている主面側に
設けられていることが好ましい。
【0019】本発明の半導体発光装置において、第2の
電極が活性層に共振器を形成するストライプパターンを
有しており、分割電極が共振器における出射端面側と反
射端面側とを分けるように分割されていることが好まし
い。
【0020】本発明の半導体発光装置において、第1の
電極及び第2の電極が、基板上における活性層が形成さ
れている主面側に設けられていることが好ましい。
【0021】本発明の半導体発光装置において、分割電
極が、活性層にホールを注入するp側電極であることが
好ましい。
【0022】この場合に、p側電極が第2の半導体層の
上に形成されたストライプパターンを有し、p側電極に
おける複数の導電性部材同士の間隔が約10μm以下で
あることが好ましい。
【0023】本発明の半導体発光装置において、分割電
極が活性層に電子を注入するn側電極であることが好ま
しい。
【0024】この場合に、n側電極が第1の半導体層に
おけるp側電極の一方の側方に露出した領域上に形成さ
れており、n側電極における複数の導電性部材同士の間
隔は約5μm以上であることが好ましい。
【0025】また、この場合に、第2の電極が第2の半
導体層の上に形成されたストライプパターンを持つp側
電極であり、n側電極が第1の半導体層におけるp側電
極の一方の側方に露出した領域上に形成された第1電極
部及び第2電極部からなり、、第1電極部及び第2電極
部との間に形成される分割領域は、前記p側電極が延び
る方向と基板面内で垂直な方向に対して0°よりも大き
く且つ90°よりも小さい傾斜角度を持つように設けら
れていることが好ましい。
【0026】また、この場合に、第2の電極が第2の半
導体層の上に形成されたストライプパターンを持つp側
電極であり、第1の半導体層がp側電極の両側方に露出
しており、n側電極が、第1の半導体層におけるp側電
極の一方の側方の領域上に形成された第1電極部と、第
1の半導体層におけるp側電極の他方の側方の領域上に
形成された第2電極部とからなり、第1電極部と第2電
極部とが、p側電極に対して各平面形状が非対称となる
ように形成されていることが好ましい。
【0027】本発明の半導体発光装置において、基板が
導電性を有しており、分割電極が、基板における活性層
が形成されている主面と反対側の面上に設けられた第1
電極部と、基板における活性層が形成されている主面側
に設けられた第2電極部とから構成されていることが好
ましい。
【0028】この場合に、分割電極がn側電極であっ
て、第1電極部が基板の主面と反対側の面上のほぼ全面
に設けられ、第2電極部がp側電極の側方の領域の一部
に設けられており、第2の電極が第2の半導体層の上に
形成されたストライプパターンを持つp側電極であるこ
とが好ましい。
【0029】本発明の半導体発光装置において、活性層
がその組成に窒素を含む化合物半導体からなることが好
ましい。
【0030】また、本発明の半導体発光装置において、
活性層がその組成にリンを含む化合物半導体からなるこ
とが好ましい。
【0031】本発明に係る第1の半導体発光装置の製造
方法は、基板上に、第1導電型の第1の半導体層、活性
層及び第2導電型の第2の半導体層を、それぞれがほぼ
一様な膜厚で順次成長する工程と、第1の半導体層の一
部を露出した後、露出した第1の半導体層の上に第1の
電極を形成する工程と、第2の半導体層の上に第2の電
極を形成する工程と、第1の電極又は第2の電極を複数
の電極に絶縁分離することにより分割電極を形成する工
程とを備えている。
【0032】第1の半導体発光装置の製造方法による
と、第1の半導体層に駆動電流を供給する第1の電極
と、第2の半導体層に駆動電流を供給する第2の電極と
を形成し、その後、第1の電極又は第2の電極を複数の
電極に絶縁分離することにより、分割電極を形成する。
このため、本発明の半導体発光装置を確実に得ることが
できる。
【0033】第1の半導体発光装置の製造方法におい
て、分割電極を形成する工程はエッチング法を用いるこ
とが好ましい。
【0034】また、第1の半導体発光装置の製造方法に
おいて、分割電極を形成する工程はリフトオフ法を用い
ることが好ましい。
【0035】本発明に係る第2の半導体発光装置の製造
方法は、基板上に、第1導電型の第1の半導体層、活性
層及び第2導電型の第2の半導体層を、それぞれがほぼ
一様な膜厚で順次成長する工程と、第1の半導体層の一
部を露出した後、露出した第1の半導体層の上に第1の
n側電極を形成する工程と、基板における活性層と反対
側の面上に第2のn側電極を形成する工程と、第2の半
導体層の上にp側電極を形成する工程とを備えている。
【0036】第2の半導体発光装置の製造方法による
と、n側電極を、第1の半導体層上の第1のn側電極
と、基板における活性層と反対側の面上に第2のn側電
極を形成するため、n側電極が分割電極となる。これに
より、本発明の半導体発光装置を確実に得ることができ
る。
【0037】第1又は第2の半導体発光装置の製造方法
において、活性層がその組成に窒素を含む化合物半導体
からなることが好ましい。
【0038】第1又は第2の半導体発光装置の製造方法
において、活性層がその組成にリンを含む化合物半導体
からなることが好ましい。
【0039】本発明に係る第1の半導体発光装置の駆動
方法は、基板上に形成された第1導電型の第1の半導体
層と、第1の半導体層の上に形成された第2導電型の第
2の半導体層と、第1の半導体層と第2の半導体層との
間に形成され、発光光を生成する活性層と、第1の半導
体層に駆動電流を供給する第1の電極と、第2の半導体
層に駆動電流を供給するストライプ形状を有する第2の
電極とを備え、第1の電極又は第2の電極を第2の電極
が延びる方向に分割された分割電極とする半導体発光装
置を対象とし、分割電極は、出射端面側に位置する第1
電極部と反射端面側に位置する第2電極部とからなり、
レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合には、
第1電極部及び第2電極部に対して第1駆動電流を印加
し、レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合に
は、第1電極部に対して第1駆動電流を印加すると共
に、第2電極部に対して第1駆動電流よりも値が小さい
第2駆動電流を印加するか若しくは該第2駆動電流を印
加せず、又は第2電極部に対して第1駆動電流を印加す
ると共に、第1電極部に対して第1駆動電流よりも値が
小さい第2駆動電流を印加するか若しくは該第2駆動電
流を印加しない。
【0040】第1の半導体発光装置の駆動方法による
と、レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合に
は、分割電極における第1電極部及び第2電極部に対し
て第1駆動電流を印加し、レーザ光の発振出力値を相対
的に小さくする場合には、第1電極部(又は第2の電極
部)に対して第1駆動電流を印加すると共に、第2電極
部(又は第1電極部)に対して第1駆動電流よりも値が
小さい第2駆動電流を印加するか若しくは該第2駆動電
流を印加しない。これにより、低出力動作時には、活性
層に対して不均一に電流を注入することができるため、
活性層に光吸収領域が形成される。その結果、発振閾値
電流の値が大きくなるので、レーザ発振の微分利得が増
大して、低出力時の相対雑音強度を小さくすることがで
きる。
【0041】本発明に係る第2の半導体発光装置の駆動
方法は、基板上に形成された第1導電型の第1の半導体
層と、第1の半導体層の上に形成された第2導電型の第
2の半導体層と、第1の半導体層と第2の半導体層との
間に形成され、発光光を生成する活性層と、第1の半導
体層に駆動電流を供給する第1の電極と、第2の半導体
層に駆動電流を供給するストライプ形状を有する第2の
電極とを備え、第1の電極又は第2の電極を基板の表裏
方向に分割された分割電極とする半導体発光装置の駆動
方法を対象とし、分割電極は、基板における活性層と反
対側の面のほぼ全面を覆うように設けられた第1電極部
と、第1の半導体層上における出射端面又は反射端面側
に設けられた第2電極部とからなり、レーザ光の発振出
力値を相対的に大きくする場合には、第1電極部に対し
て第1駆動電流を印加し、レーザ光の発振出力値を相対
的に小さくする場合には、第1電極部に対して第1駆動
電流よりも値が小さい第2駆動電流を印加するか又は該
第2駆動電流を印加せず、且つ、第2電極部に対して第
1駆動電流を印加する。
【0042】第2の半導体発光装置の制御方法による
と、レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合に
は、第1電極部に対して第1駆動電流よりも値が小さい
第2駆動電流を印加するか又は該第2駆動電流を印加せ
ず、且つ第2電極部に対して第1駆動電流を印加する。
このため、低出力動作時には、活性層に対して不均一に
電流を注入することができるため、活性層に光吸収領域
が形成される。その結果、発振閾値電流の値が大きくな
るので、レーザ発振の微分利得が増大して、低出力時の
相対雑音強度を小さくすることができる。
【0043】第1又は第2の半導体発光装置の駆動方法
において、第2駆動電流は第1駆動電流を抵抗可変手段
に通すことにより生成することが好ましい。
【0044】また、第1又は第2の半導体発光装置の駆
動方法において、第2駆動電流のピーク値が、第1駆動
電流のピーク値のほぼ2分の1以下であることが好まし
い。
【0045】本発明に係る第3の半導体発光装置の駆動
方法は、基板上に形成された第1導電型の第1の半導体
層と、第1の半導体層の上に形成された第2導電型の第
2の半導体層と、第1の半導体層と第2の半導体層との
間に形成され、発光光を生成する活性層と、第1の半導
体層に駆動電流を供給する第1の電極と、第2の半導体
層に駆動電流を供給するストライプ形状を有する第2の
電極とを備え、第1の電極又は第2の電極を第2の電極
が延びる方向に分割された分割電極とする半導体発光装
置を対象とし、分割電極は、出射端面側に位置する第1
電極部と反射端面側に位置する第2電極部とからなり、
第1電極部と第2電極部とに対して、互いに値が異なる
駆動電流を自励発振が生じるように印加する。
【0046】第3の半導体発光装置の駆動方法による
と、分割電極における第1電極部と第2電極部とに対し
て、互いに値が異なる駆動電流を自励発振が生じるよう
に印加するため、高周波信号を重畳しなくても相対雑音
強度が低下するので、レーザ素子における駆動回路を簡
略化することができる。
【0047】第3の半導体発光装置の駆動方法におい
て、自励発振時には、第1電極部及び第2電極部のうち
のいずれか一方に駆動電流を印加しないことが好まし
い。
【0048】本発明に係る第4の半導体発光装置の駆動
方法は、レーザ光を発振する共振器を持つ半導体発光装
置により出射されるレーザ光の反射光を用いて、記録媒
体に記録された記録情報を読み出す半導体発光装置の駆
動方法を対象とし、記録情報の読み出し時には、共振器
に対して不均一に駆動電流を注入する。
【0049】第4の半導体発光装置の駆動方法による
と、活性層に対して不均一に電流を注入するため、活性
層に光吸収領域が形成される。その結果、発振閾値電流
の値が大きくなるため、レーザ発振の微分利得が増大し
て、低出力時の相対雑音強度を小さくすることができ
る。
【0050】第4の半導体発光装置の駆動方法におい
て、半導体発光装置が自励発振することが好ましい。
【0051】また、第4の半導体発光装置の駆動方法に
おいて、駆動電流が高周波電流であることが好ましい。
【0052】この場合に、高周波電流の周波数が約10
0MHz以上であることが好ましい。
【0053】なお、従来の半導体発光装置には、例えば
ブラッグ反射器(DBR)レーザ素子等の集積レーザ素
子のように、電極が分割されたレーザ素子も存在する
が、分割された各電極に対応する素子は互いに異なる機
能を有しており、発光領域における結晶構造等が電極ご
とに異なっている。
【0054】また、電極が分離された従来のレーザ素子
に変調電流を印加する場合には、強度、周波数又は位相
等が異なる電流を印加している。さらに、p側電極の両
側にn側電極を設けるレーザ構造は公知であるが、n側
電極における共振器の共振方向の長さは同一となってい
る。
【0055】
【発明の実施の形態】(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ながら説明する。
【0056】図1は本発明の第1の実施形態に係る半導
体レーザ素子を示している。
【0057】図1に示すように、例えば窒化ガリウム
(GaN)からなり、導電性を有する半導体基板11の
主面上には、n型半導体部12、活性層(発光層)13
及びp型半導体部14が、有機金属気相成長(MOVP
E)法等のエピタキシャル成長法により形成されてい
る。
【0058】n型半導体部12は、半導体基板11側か
ら、n型窒化ガリウム(GaN)からなるn型コンタク
ト層、n型窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)か
らなるn型クラッド層、及びn型窒化ガリウム(Ga
N)からなるn型ガイド層を含んでいる。なお、n型半
導体部12の最下層に、窒化ガリウム(GaN)からな
るバッファ層を設けてもよい。
【0059】p型半導体部14は、活性層13側から、
p型窒化ガリウム(GaN)からなるp型ガイド層、p
型窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるp
型クラッド層、及びp型窒化ガリウム(GaN)からな
るp型コンタクト層を含んでいる。
【0060】活性層13は、例えば窒化インジウムガリ
ウム(InGaN)のように、エネルギーギャップがn
型ガイド層及びp型ガイド層よりも小さいIII −V族窒
化物半導体を用いる。なお、活性層13は多重量子井戸
構造を有していてもよい。
【0061】p型半導体部14の上には、例えばニッケ
ル(Ni)と金(Au)との積層体からなり、幅が約
1.8μm〜2.5μmのストライプ形状を持つp側電
極15が形成されている。p側電極15は、活性層13
における出射端面13a側を第1電極部15aとし、反
射端面13b側を第2電極部15bとする、例えばエッ
チングにより分割されてなる分割電極である。
【0062】p型半導体部14のp型コンタクト層にお
けるp側電極15の側方部分は、エッチングにより膜厚
を小さくして、活性層13に導波路(共振器)を形成し
ている。従って、p型コンタクト層における第1電極部
15aと第2電極部15bとの間の領域はエッチングさ
れていない。
【0063】p側電極15の第1電極部15aと第2電
極部15bとの間隔は約1μmとしている。また、レー
ザ光の閾値電流が高出力動作時の2倍〜3倍となるよう
に、例えば100mA程度となるように、第2電極部1
5bの長さを調整する。ここでは、導波路の長さを0.
5mm程度とする場合には、第2電極部15bの長さを
0.1mm程度とすれば良い。
【0064】半導体基板11における活性層13が形成
されている主面と反対側の面(裏面)上には、例えばチ
タン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層体からな
るn側電極16が形成されている。
【0065】活性層13は、導波路の全領域においてほ
ぼ均一な膜厚を有している。窒化物半導体は微分利得が
大きいため、活性層13の膜厚が不均一であると、p側
電極15及びn側電極16に電流を注入して高出力動作
を行なう場合に、得られる発光光が不均一となる。その
結果、所望の発光強度を得られなくなるので、活性層1
3の膜厚は均一とする必要がある。
【0066】また、n型半導体部12及びp型半導体部
14においても、これらに含まれる各半導体層の膜厚は
導波路が延びる方向(出射方向)において、ほぼ一様と
している。特に、窒化物半導体の場合には、p型半導体
の抵抗値が大きいため、p型半導体部14の膜厚が出射
方向において不均一であると、駆動電流の注入が不均一
となってしまう。その結果、p側電極15及びn側電極
16に電流を注入して高出力動作を行なう場合に、所望
の光出力を充分に得られなくなる。これを避けるため
に、n型半導体部12及びp型半導体部14を構成する
各半導体層の膜厚は、出射方向においてほぼ均一として
いる。
【0067】ところで、前述したように、p側電極15
の第1電極部15aと第2電極部15bとの間隔は1μ
m程度である。この間隔を10μm以上と大きくした場
合には、高出力時動作に、第1電極部15aと第2電極
部15bとに同時に駆動電流を注入したとしても、活性
層13に駆動電流が注入されない領域が形成されてしま
い、所望のレーザ発振特性を得ることができなくなる。
従って、第1電極部15aと第2電極部15bとの間隔
は、大電流を流さない範囲において小さい方が好まし
い。
【0068】前述したように、p型コンタクト層の第1
電極部15a及び第2電極部15bの間の領域を除去せ
ずに残している。これは、第1電極部15a及び第2電
極部15bの双方に駆動電流を注入する場合に、活性層
13における第1電極部15aと第2電極部15との間
の下側の領域に非発光領域を形成しないようにするため
である。
【0069】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ素子の動作について図面を参照しながら説明する。
【0070】(第1の駆動方法)まず、半導体レーザ素
子を、例えばHD−DVD装置におけるピックアップ部
に用いるような場合に、その書き込み動作に相当する高
出力動作の駆動方法を説明する。図2(a)に示すよう
に、高出力動作時には、p側電極15の第1電極部15
a及び第2電極部15bとn側電極16とに対してパル
ス状の駆動電流を印加する。これにより、活性層13に
は駆動電流がほぼ均一に注入される。
【0071】次に、HD−DVD装置における読み出し
動作に相当する低出力動作の駆動方法を説明する。図2
(b)に示すように、低出力動作時には、p側電極15
の第1電極部15aとn側電極16とに対して、高周波
信号を重畳したパルス状の駆動電流を信号源20により
印加する。すなわち、p側電極15の第2電極部15b
には駆動電流を印加しない。ここで、重畳する高周波信
号の周波数は100MHz以上が好ましく、これは他の
実施形態においても同様である。
【0072】このような活性層13に対する不均一な電
流注入によって、活性層13における第1電極部15a
の下側部分のみが発光する一方、活性層13における第
2電極部15bの下側部分は光吸収領域として機能す
る。この光吸収領域が形成されることにより、スーパー
ルミネッセンスダイオード素子のように、マルチモード
のスペクトル線幅が広くなり、その結果、発光光の干渉
性が低減して、低雑音化が可能となる。
【0073】なお、第1の実施形態においては、半導体
結晶に、発振波長が約400nmのIII −V族窒化物半
導体を用いたが、これに限られず、発振波長が670n
m程度の燐化インジウムガリウム(InGaP)のよう
な、III −V族燐化物半導体を用いても良い。
【0074】しかしながら、窒化物半導体を用いたレー
ザ素子の場合には、以下に示すような種々の好ましい特
徴を有している。
【0075】すなわち、窒化物半導体におけるp型結晶
はその抵抗率が大きいため、p型コンタクト層等のp型
半導体部14を絶縁分離しなくても、p側電極15を分
割するだけで、注入電流を活性層13に対してその基板
面に垂直な方向に不均一に注入することができる。
【0076】さらに、燐化物半導体又は砒化物半導体結
晶が閃亜鉛鉱型の結晶構造を採るのに対して、窒化物半
導体結晶は六方晶系の結晶構造を採るため、基板の主面
に対する平行な方向と垂直な方向とでは、互いの電気的
特性が異なる。例えば、キャリアの移動度は、基板の主
面に垂直な方向よりも平行な方向の方が小さくなる。そ
の結果、窒化物半導体結晶の場合は、分割電極である第
1電極部15aと第2電極部15bとの間で電流が流れ
にくくなるため、電極分割を行なう効果が大きい。
【0077】また、窒化ガリウム(GaN)系化合物半
導体は、燐化インジウム(InP)又は砒化ガリウム
(GaAs)を主成分とする化合物半導体と比べて、微
分利得が極めて大きい。これは、窒化ガリウムが六方晶
系に属しており、ホールが縮退していないことによる。
このように、窒化ガリウム系化合物半導体は、微分利得
が大きいことから、電流の分布にわずかな偏りがある
と、結晶が利得を有するか損失となるかが変化する。そ
の結果、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ素
子においては、活性層13に対して駆動電流をわずかで
も不均一に注入することにより、導波路における光密度
分布の変化を効果的に誘発させることができる。
【0078】(第2の駆動方法)次に、本発明の第1の
実施形態に係る半導体レーザ素子の第2の駆動方法を説
明する。
【0079】図3に示すように、p側電極15の第2電
極部15bと信号源20との間に、可変抵抗器21を接
続し、信号源20から高周波信号を重畳したパルス状の
駆動電流を、p側電極15の第1電極部15a及び第2
電極15bとn側電極16に印加する。
【0080】高出力動作時には、可変抵抗器21の抵抗
値をほぼ0に設定し、低出力動作時には、可変抵抗器2
1の抵抗値を有限値に設定する。その結果、高出力動作
時には、活性層13に対して駆動電流が均一に注入さ
れ、低出力動作時には、活性層13に対して駆動電流が
不均一に注入される。このように、第2電極部15bに
印加する駆動電流量を可変抵抗器21の抵抗値を調整す
ることによって、活性層13における発光光の吸収量を
調節することができる。
【0081】すなわち、第2の電極部15bを適当な長
さに形成し、その後、可変抵抗器21の抵抗値を調整し
て、レーザ発振の閾値電流を変化させることにより、低
出力動作時の相対強度雑音を低下させることができる。
【0082】なお、低出力動作時における第2電極部1
5bに印加する駆動電流の値は、第1電極部15aに印
加する駆動電流の値の2分の1程度以下とすることが好
ましい。
【0083】また、第2電極部15bに駆動電流を印加
しない第1の駆動方法は、第2の駆動方法における可変
抵抗器21の抵抗値を無限大に設定したことに相当す
る。
【0084】また、第1の実施形態においては、可変抵
抗器21を信号源20と第2電極部15bとの間に接続
したが、これに代えて、信号源20と第1電極部15a
との間に接続してもよい。
【0085】また、p側電極15の第2電極部15bに
対する駆動電流量を低減する手段を可変抵抗器21とし
たが、これに限られず、可変抵抗器21と同等の機能を
有する素子又は回路構成であってもよい。
【0086】また、直流信号にバイアス電流を印加する
ことによっても、活性層13における発光光の吸収量を
調整することができる。
【0087】(第3の駆動方法)次に、本発明の第1の
実施形態に係る半導体レーザ素子の第3の駆動方法を説
明する。
【0088】図4に示すように、第3の駆動方法は、第
1電極部15aに駆動電流を印加する代わりに、第2電
極部15bに対して、高周波信号を重畳した駆動電流を
印加する。これにより、活性層13における出射端面1
3a側の発光光の出力強度が低下するため、出射端面1
3aの劣化を抑えることができる。
【0089】その上、反射端面13bにおいて発光光の
強度が大きくなるため、レーザの発振モードが安定す
る。
【0090】また、燐化インジウムガリウム系赤色半導
体レーザ素子と異なり、窒化ガリウム系青色半導体レー
ザ素子は、基板が透明であるため、基板からの散乱光が
出射光に混ざり、雑音が増大する傾向にある。第3の駆
動方法のように、出射端面13a側から離れた第2電極
部15bに駆動電流を印加して、出射端面13a側の注
入電流を減少することにより、基板からの散乱光を低下
させることができる。その結果、基板からの散乱光が出
射光に混入されにくくなるので、雑音を低減することが
できる。
【0091】(第4の駆動方法)次に、本発明の第1の
実施形態に係る半導体レーザ素子の第4の駆動方法を説
明する。
【0092】活性層13において光吸収層となる第2電
極部15bの下側部分の第1の抵抗値をRvとし、第1
電極部15aと第2電極部15bとの間の領域の第2の
抵抗値をRsとし、さらに素子容量をCとすると、レー
ザ素子の共振周波数fは以下の式(1)で表わされる。
【0093】 f=2π/{(Rv+Rs)C}1/2 …(1) 例えば、第1電極部15aと第2電極部15bとの間隔
を1μmとする場合には、第2の抵抗値Rsが15Ωと
なり、第2電極部15bの長さが0.1mmの場合に
は、素子容量Cが0.8fFとなるため、第1の抵抗値
Rvを20Ωとし、p側電極15の第2電極部15bと
n側電極16とに駆動電流を印加することにより、共振
周波数fが37MHzとなる自励発振現象が生じる。
【0094】自励発振現象を生じた場合には、駆動電流
に高周波信号を重畳しなくても、相対雑音強度が低下す
るため、レーザ素子の駆動回路を簡略化することができ
る。
【0095】この自励発振動作をさせることにより、光
出力を1mWとした場合の相対雑音強度が、−135d
B/Hz〜−110dB/Hz以下に低減することを確
認している。
【0096】なお、従来の自励発振を生じる半導体レー
ザ素子は、光が分布する領域に光を吸収する結晶層を有
しており、駆動電流は本実施形態のような不均一に注入
されていない。
【0097】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0098】図5(a)〜図5(c)は本発明の第2の
実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の
構成を示している。
【0099】まず、図5(a)の断面図に示すように、
サファイアからなる基板31上に、例えばMOVPE法
により、n型半導体部12、活性層13及びp型半導体
部14を順次成長する。ここでも、n型半導体部12
は、下層から順次成膜された、n型窒化ガリウム(Ga
N)からなるn型コンタクト層、n型窒化アルミニウム
ガリウム(AlGaN)からなるn型クラッド層、及び
n型窒化ガリウム(GaN)からなるn型ガイド層を含
んでいる。また、p型半導体部14は、下層から順次成
膜された、p型窒化ガリウム(GaN)からなるp型ガ
イド層、p型窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)
からなるp型クラッド層、及びp型窒化ガリウム(Ga
N)からなるp型コンタクト層を含んでいる。
【0100】活性層13は、例えば窒化インジウムガリ
ウム(InGaN)、又は各クラッド層よりもアルミニ
ウムの組成が小さい窒化アルミニウムガリウム(AlG
aN)を用いる。続いて、例えば蒸着法により、p型半
導体部14の全面に、ニッケル(Ni)と金(Au)と
の積層体からなり、膜厚が約100nm以下の第1の金
属膜を堆積する。
【0101】次に、図5(b)の導波路(共振器)形成
領域に対して平行な方向の断面図に示すように、フォト
リソグラフィ法により、堆積した第1の金属膜上に、幅
が1μm程度で且つ導波路形成領域に対してほぼ垂直な
方向に開口部40aを持つp側電極形成用のレジストパ
ターン40を形成する。その後、形成したレジストパタ
ーン40をマスクとして、第1の金属膜に対して塩素を
含むエッチングガスを用いたドライエッチングを行なう
ことにより、第1の金属膜から第1電極部15a及び第
2電極部15bよりなるp側電極15を形成する。
【0102】次に、図5(c)の平面図及び左側面図に
示すように、p型半導体部12に対して塩素を含むエッ
チングガスを用いたドライエッチングにより、p側電極
15の両側方の領域にp型ガイド層を露出することによ
り、ストライプ形状を持つ導波路を形成する。続いて、
塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングに
より、p側電極15の一側方の領域にn型半導体部14
のn型コンタクト層を露出する。続いて、蒸着法によ
り、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層体
からなる第2の金属膜を堆積し、堆積した第2の金属膜
にパターニングを行なって、第2の金属膜からn側電極
16を形成する。
【0103】このように、第2の実施形態においては、
分割電極であるp側電極15の第1電極部15a及び第
2電極部15bの間隔を約1μmと比較的小さくする必
要から、エッチングが容易となるように、p側電極15
の厚さを100nm以下としている。従って、第2の実
施形態に係る半導体レーザ素子をマウント部材に実装す
る場合において、はんだ材によるp側電極15の劣化を
抑えるために、p側電極15上に厚さが10μm程度の
金めっきを施して、p側電極15とはんだ材とが直接に
接触しないようにしている。
【0104】なお、第2の実施形態においては、基板に
絶縁性の基板31を用いたが、第1の実施形態のよう
に、導電性基板を用いる場合には、n側電極16を基板
の裏面上に設ければよい。
【0105】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0106】図6(a)及び図6(b)は本発明の第3
の実施形態に係る半導体レーザ素子及びその駆動方法を
模式的に表わしている。図6(a)及び図6(b)にお
いて、図1に示す構成部材と同一の構成部材には同一の
符号を付すことにより説明を省略する。
【0107】図6(a)に示すように、第3の実施形態
に係る半導体レーザ素子は、例えばサファイアからなる
絶縁性を有する基板31を用いている。該基板31の主
面上には、第1の実施形態と同様に、n型半導体部1
2、活性層(発光層)13及びp型半導体部14が、M
OVPE法により形成されている。
【0108】第3の実施形態においては、ストライプ形
状を有するp側電極15は分割されていない。代わり
に、n型半導体部12におけるp側電極15の一方の領
域をエッチングしてn型コンタクト層を露出し、その露
出領域にn側電極16を形成し、該n側電極16を分割
電極としている。
【0109】すなわち、n側電極16は、活性層13に
おける出射端面13a側を第1電極部16aとし、反射
端面13b側を第2電極部16bとする分割電極であ
る。
【0110】n型半導体部12の方がp型半導体層部1
4よりも抵抗値が小さいため、p側電極15を分割する
代わりにn側電極16を分割すると、第1電極部16a
と第2電極部16bとの間隔を10μm程度に広げて
も、活性層13に対して駆動電流を均一に注入すること
ができる。従って、第1の実施形態に係るp側電極15
の第1電極部15a及び第2電極部15bのように、両
電極部15a、15bの間隔寸法を1μmという極めて
小さい値に設定する必要がない。これにより、レーザ素
子における光学的且つ電気的な特性の劣化が生じにくく
なると共に、分割電極の加工が容易となる。
【0111】ここで、n型半導体層12におけるn型コ
ンタクト層の抵抗率を0.015Ωcmとし、第1電極
部16aと第2電極部16bとの間隔をd(μm)と
し、第1電極部16aと第2電極部16bのうちの一方
の電極部への注入電流をI(A)としたときの両電極部
16a、16b間の電圧降下Vは以下の式(2)で表わ
される。
【0112】V=0.6I・d …(2) これは、n型半導体部12の厚さが2μm程度と小さい
ため、電極部16a、16b間で適当な電圧降下を生じ
ることによる。従って、例えば、注入電流値が100m
Aで且つ電極部16a、16b同士の間隔が1μmの場
合は、電圧降下Vの値が0.06Vとなり、この程度の
値では低出力動作させるには充分な電圧降下量とはなら
ない。
【0113】そこで、n側電極の第1電極部16a及び
第2電極部16bの間隔を5μmとすると、電圧降下V
の値が0.3Vとなり、電極部16a、16b同士の間
の領域を流れる電流を制限できる。その結果、駆動電流
を活性層13に対してその基板面に垂直な方向に不均一
に注入することができる。
【0114】さらに、第1電極部16a及び第2電極部
16bの間隔を10μm以上に設定して、電圧降下Vの
値を0.6V以上とすることが好ましい。また、第1電
極部16a及び第2電極部16bのうちの一方に電流を
注入しない場合には、両電極部16a、16b間の間隔
を20μm以上として、電圧降下Vの値を1.2V以上
に確保する必要がある。
【0115】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ素子の動作について図面を参照しながら説明する。
【0116】まず、半導体レーザ素子の高出力動作時の
駆動方法を説明する。図6(a)に示すように、高出力
動作時には、p側電極15とn側電極16の第1電極部
16a及び第2電極部16bとに対してパルス状の駆動
電流を印加する。これにより、活性層に対して駆動電流
がほぼ均一に注入される。
【0117】一方、図6(b)に示すように、低出力動
作時には、n側電極16の第2電極部16bと信号源2
0との間に、可変抵抗器21を接続し、信号源20から
高周波信号を重畳したパルス状の駆動電流を、p側電極
15とn側電極16の第1電極部16a及び第2電極1
6bとに印加する。このとき、可変抵抗器21の抵抗値
を有限値とし、第2電極部16bに対して、第1の電極
部16aに印加する第1駆動電流よりも振幅が小さい第
2駆動電流が印加される。但し、レーザ光の出力強度に
応じて、第2駆動電流の電流量をほぼ0としてもよい。
【0118】なお、図6(a)に示す構成は、図6
(b)において可変抵抗器21の抵抗値を0とした場合
に相当する。
【0119】この構成により、第1の実施形態と同様
に、低出力動作時における相対雑音強度を低下すること
ができる。
【0120】なお、第3の実施形態においても、可変抵
抗器21を信号源20と第1電極部16aとの間に接続
してもよい。
【0121】また、n側電極16の第2電極部16bと
信号源20との間に可変抵抗器21を設けたが、可変抵
抗器21と同等の機能を有する素子又は回路構成であっ
てもよい。また、駆動電流を交流信号とする代わりに、
直流信号にバイアス電流を印加することによっても、活
性層13における発光光の吸収量を調整することができ
る。
【0122】また、低出力動作時に、第1電極部16a
の代わりに第2電極部16bに駆動電流を印加する、第
1の実施形態に示した第3の駆動方法を用いてもよい。
【0123】さらには、第1の実施形態に示した第4の
駆動方法を用いて、自励発振動作を行なってもよい。
【0124】(製造方法)以下、前記のように構成され
た半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しな
がら説明する。
【0125】図7(a)〜図7(e)は本発明の第3の
実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の
構成を示している。
【0126】まず、図7(a)の断面図に示すように、
サファイアからなる基板31上に、例えばMOVPE法
により、n型半導体部12、活性層13及びp型半導体
部14を順次成長する。ここでも、n型半導体部12
は、下層から順次成膜された、n型窒化ガリウム(Ga
N)からなるn型コンタクト層、n型窒化アルミニウム
ガリウム(AlGaN)からなるn型クラッド層、及び
n型窒化ガリウム(GaN)からなるn型ガイド層を含
んでいる。また、p型半導体部14は、下層から順次成
膜された、p型窒化ガリウム(GaN)からなるp型ガ
イド層、p型窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)
からなるp型クラッド層、及びp型窒化ガリウム(Ga
N)からなるp型コンタクト層を含んでいる。
【0127】活性層13は、例えば窒化インジウムガリ
ウム(InGaN)、又は各クラッド層よりもアルミニ
ウムの組成が小さい窒化アルミニウムガリウム(AlG
aN)を用いる。
【0128】次に、図7(b)の平面図に示すように、
塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングに
より、n型半導体部12のn型コンタクト層を導波路形
成領域に沿って露出する。
【0129】次に、図7(c)の平面図及び左側面図に
示すように、例えば蒸着法及びエッチング法を用いて、
p型半導体部14上の導波路形成領域に、ニッケル(N
i)と金(Au)との積層体からなり、幅が約1.8μ
m〜2.5μmのp側電極15を形成する。なお、ここ
では、n型コンタクト層を露出するエッチング工程の後
に、p側電極形成用の第1の金属膜を蒸着したが、これ
に代えて、p側電極形成用の第1の金属膜を蒸着した
後、p側電極15のパターニングとn型コンタクト層を
露出するエッチングとを順次行なってもよい。
【0130】次に、図7(d)の平面図に示すように、
フォトリソグラフィ法により、n型半導体部12の露出
領域上であって、反射端面13a側に第1の開口部41
aを持ち、出射端面13b側に第2の開口部41bを持
つn側電極形成用のレジストパターン41を形成する。
【0131】次に、図7(e)の平面図に示すように、
レジストパターン41の上に、例えば蒸着法により、チ
タン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層体からな
る第2の金属膜を堆積し、レジストパターン41をリフ
トオフすることにより、堆積した第2の金属膜から、所
定の間隔をおいて分割された第1電極部16a及び第2
電極部16bよりなるn側電極16を形成する。
【0132】このように、第3の実施形態に係る半導体
レーザ素子においては、分割電極の各電極部16a、1
6b同士の間隔が10μm程度と比較的大きいため、製
造が容易なリフトオフ法を用いている。
【0133】(第3の実施形態の一変形例)以下、第3
の実施形態の一変形例に係るn側電極16の平面形状を
図面に基づいて説明する。
【0134】図8(a)は第3の実施形態の一変形例に
係る半導体レーザ素子の平面構成を示している。図8
(a)に示すように、n側電極16の第1電極部16a
と第2電極部16bとの間に位置する分割領域16c
が、p側電極15の長手方向(ストライプ方向)に対し
て基板面内で直交する方向、すなわちA−A線方向に対
して所定の傾斜角度θ(但し、0<θ<90°)を有す
るように形成されている。
【0135】第3の実施形態に係る半導体レーザ素子
は、n側電極16が導波路(共振器)の側方に設けられ
ているため、図6(a)のように、n側電極16の両電
極部16a、16b同士の間の分割領域16cを、p側
電極15が延びる方向に対して直交するように設ける
と、高出力動作時において、n側電極16の第1電極部
16a及び第2電極部16bの両電極部に駆動電流を印
加する際に、活性層13(n型コンタクト層)に対して
駆動電流が注入されない領域が生じる虞がある。
【0136】そこで、本変形例においては、n側電極1
6の第1及び第2電極部16a、16b同士の間の分割
領域16cを、p側電極15の長手方向と基板面内で垂
直な方向に対して0°よりも大きく且つ90°よりも小
さい傾斜角度θを持つように設ける。これにより、分割
領域16cにおいて、第1電極部16aと第2電極部1
6bとが、A−A線方向に沿って少なくとも1回ずつ現
われるため、活性層13に駆動電流が注入されない領域
が生じなくなる。
【0137】なお、分割領域16cの形状は、図8
(b)に示すように、例えば傾斜角度θ1〜θ4を持つ
ようなジグザグ状であってもよい。従って、図8(a)
の場合をも含めると、分割領域16cの形状を折れ線状
に設ける場合には、複数の傾斜角度θのうちの1つが0
°よりも大きく且つ90°よりも小さければ良い。さら
には、分割領域16cの形状は曲線状であってもよく、
図8(a)及び図8(b)に限られない。
【0138】一般に、窒化ガリウム系化合物半導体を用
いたレーザ素子は、半導体の結晶構造が六方晶系である
ため、導波路に一軸性歪が導入された場合に、利得が増
大して発振特性が向上する。
【0139】従って、第3の実施形態のように、導波路
の側方に電極を設けることにより、一軸性歪を効果的に
導入することができるため、レーザ素子の光学的特性を
向上することができる。
【0140】また、第3の実施形態のように、絶縁性を
持つ基板31を用いてレーザ構造を形成する場合には、
n型半導体部12の厚さは2μm程度となる。その結
果、導電性基板を用いた場合と比べてn型半導体部12
における注入電流の拡散を抑制することができる。この
ため、n側電極16を分割することによって、活性層1
3に対してその基板面に垂直な方向に不均一に注入する
ことができる。
【0141】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0142】図9(a)、図9(b)及び図10は本発
明の第4の実施形態に係る半導体レーザ素子及びその駆
動方法を模式的に表わしている。図9(a)、図9
(b)及び図10において、図6(a)に示す構成部材
と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【0143】前述した第3の実施形態においては、n側
電極16の第1電極部16aと第2電極部16bとをp
側電極15の一方の側方の領域に形成している。
【0144】第4の実施形態は、n側半導体部12にお
けるp側電極15の両側方の領域が露出されており、一
方の露出領域にはそのほぼ全面に第1電極部16aが形
成され、他方の露出領域にはその一部の領域、例えば反
射端面13b側に第2電極部16bが形成されている。
すなわち、第1電極部16aと第2電極部16bとが、
p側電極15に対してその各平面形状が非対称となるよ
うに形成されている。
【0145】この構成は、基板にサファイア等からなる
絶縁性の基板を用いており、p側電極15及びn側電極
16が共に基板の同一面上に形成されることから可能と
なる。
【0146】さらに、第3の実施形態のように、1つの
露出領域上に成膜された導電膜から、第1電極部16a
と第2電極部16bとからなるn側電極16を形成する
ための、分割領域16cの幅寸法及び形状を決定するパ
ターニングを行なう必要がない。
【0147】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ素子の動作について図面を参照しながら説明する。
【0148】(第1の駆動方法)まず、本発明の第4の
実施形態に係る半導体レーザ素子の第1の駆動方法を説
明する。図9(a)に示すように、高出力動作時には、
p側電極15とn側電極16の第1電極部16aとに対
してパルス状の駆動電流を印加する。これにより、活性
層に対して駆動電流が均一に注入される。
【0149】一方、図9(b)に示すように、低出力動
作時には、p側電極15とn側電極16の第2電極部1
6bとに対して、高周波信号を重畳したパルス状の駆動
電流を信号源20により印加する。その結果、活性層に
対して駆動電流が不均一に注入される。
【0150】(第2の駆動方法)次に、本発明の第4の
実施形態に係る半導体レーザ素子の第2の駆動方法を説
明する。
【0151】図10に示すように、信号源20とn側電
極16の第1電極部16aとの間に、第1の可変抵抗器
21を接続し、且つ信号源20とn側電極16の第2電
極部16bとの間に、第2の可変抵抗器22を接続す
る。
【0152】高出力動作時には、第1の可変抵抗器21
の抵抗値をほぼ0に設定し、第2の可変抵抗器22の抵
抗値を第2の電極部16bに電流が流れない程度に設定
して、信号源20から高周波信号を重畳したパルス状の
駆動電流を流す。その結果、高出力動作時には、活性層
13に対して駆動電流が均一に注入される。
【0153】一方、低出力動作時には、第1の可変抵抗
器21の抵抗値を第1の電極部16aに電流が流れない
程度に設定し、第2の可変抵抗器22の抵抗値をほぼ0
に設定して、信号源20から高周波信号を重畳したパル
ス状の駆動電流を流す。その結果、低出力動作時には、
活性層13に対して駆動電流が不均一に注入される。
【0154】このように、第1電極部16aに印加する
駆動電流量は第1の可変抵抗器21により調整し、第2
電極部16bに印加する駆動電流量は第2の可変抵抗器
22により調整することによって、活性層13における
発光光の吸収量を調節することができる。これにより、
低出力動作時の相対強度雑音を低下させることができ
る。
【0155】なお、第1の駆動方法において、高出力動
作は第2の可変抵抗器22の抵抗値を無限大とし、低出
力動作は第1の可変抵抗器21の抵抗値を無限大に設定
したことに相当する。ここで、第1及び第2の可変抵抗
器21、22に代えて、それぞれにスイッチ素子を設け
てもよい。
【0156】また、駆動電流量を低減する手段に可変抵
抗器を用いたが、可変抵抗器と同等の機能を有する素子
又は回路構成であってもよい。また、駆動電流にパルス
状の交流信号を用いる代わりに、直流信号にバイアス電
流を印加することによっても、活性層における発光光の
吸収量を調整することができる。
【0157】また、第1の実施形態に示した第4の駆動
方法を用いて、自励発振動作を行なってもよい。
【0158】(第4の実施形態の一変形例)以下、本発
明の第4の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
【0159】図11は本発明の第4の実施形態の一変形
例に係る半導体レーザ素子及びその駆動方法を模式的に
表わしている。図11において、図10に示す構成部材
と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【0160】本変形例は、n側電極16の第1電極部1
6aを、p側電極15を挟んで第2電極部16bと対向
する部分には設けない構成としている。
【0161】これにより、第2電極部16bと信号源2
0との間には、第2の可変抵抗器22を設ける必要がな
くなる。
【0162】本変形例に係る半導体レーザ素子の駆動方
法は、高出力動作時には可変抵抗器21の抵抗値をほぼ
0とし、低出力動作時には可変抵抗器21の抵抗値を有
限値とし、信号源20から高周波信号を重畳したパルス
状の駆動電流をp側電極15とn側電極16の第1電極
部16a及び第2電極16bとに印加する。
【0163】本変形例においても、n側電極16の第1
電極部16aと第2電極部16bとは、p側電極15に
対してその各平面形状が非対称となるように形成されて
いる。
【0164】その上、第1電極部16aと第2電極部1
6bとは、p側電極15に対して面内で垂直な方向にお
いてその隣接する端部同士が重なる重なり部16dを持
つように形成されている。これにより、高出力動作時
に、第1電極部16aと第2電極部16bとに同時に駆
動電流を印加する場合であっても、活性層に対して駆動
電流が注入されない領域を生じないようにすることがで
きる。これにより、高出力動作時におけるレーザ光の均
一性を確保することができる。
【0165】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0166】図12は本発明の第5の実施形態に係る半
導体レーザ素子を表わしている。図12において、図1
に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付し
ている。
【0167】第5の実施形態は、基板に、窒化ガリウム
(GaN)のように導電性を有する半導体基板11を用
いている。半導体基板11が導電性を有することから、
活性層13に対して均一な電流を注入するn側電極16
の第1電極部16aを、半導体基板11の裏面のほぼ全
面に形成している。これにより、第5の実施形態におい
ては、分割電極が、半導体基板11の主面側に設けられ
た第2電極部16bと、半導体基板11の裏面上に設け
られた第1電極部16aとに分割されている。
【0168】これにより、半導体基板11の主面側に形
成される電極はp側電極15とn側電極16の第2電極
部16bとの1つずつとなるため、図14に示した従来
の半導体レーザ素子の構成とほぼ同等となる。その結
果、従来のサブマウントを用いて、p側電極15をサブ
マウントの上面に搭載する、いわゆるpサイドダウン
(ジャンクションダウン)方式により、半導体レーザ素
子を実装することができる。従って、第5の実施形態に
係る半導体レーザ素子を、pサイドダウン方式でサブマ
ウント上に実装した後、半導体基板11の裏面上のn側
電極16の第1電極部16aにも配線を施して、n側電
極16が分割されてなる電極分割型構造を実現すること
ができる。
【0169】(製造方法)以下、前記のように構成され
た半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しな
がら説明する。
【0170】図13(a)〜図13(d)は本発明の第
5の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程
順の構成を示している。
【0171】まず、図13(a)の平面図及び左側面図
に示すように、第3の実施形態と同様に、n型半導体部
12における導波路形成領域の一側方の領域にn型コン
タクト層を露出すると共に、p型半導体部12の上にp
側電極15を、ストライプ状にパターニングする。
【0172】次に、図13(b)の平面図に示すよう
に、フォトリソグラフィ法により、n型半導体部12の
露出領域上の反射端面13b側に開口部42aを持つn
側電極形成用のレジストパターン42を形成する。
【0173】次に、図13(c)の平面図に示すよう
に、レジストパターン42の上に、例えば蒸着法によ
り、TiとAlとの積層体からなる金属膜を堆積し、レ
ジストパターン42をリフトオフすることにより、堆積
した金属膜からn側電極16の第2電極部16bを形成
する。
【0174】次に、図13(d)の平面図に示すよう
に、半導体発光素子11の裏面を厚さが約100μmに
なるまで研磨し、その後、蒸着法等により、裏面上の全
面にわたって、TiとAlとの積層体を堆積して、n側
電極16の第1電極部16aを形成する。
【0175】なお、第1〜第5の実施形態においては、
半導体レーザ素子を光ディスク装置のピックアップ部に
用いる場合についてその動作を説明したが、これに限ら
れない。すなわち、半導体レーザ素子に対して、発光光
の出力強度が大きい高出力動作と、出力強度が小さい低
出力動作とが必要とされるような用途に用いるとよい。
【0176】
【発明の効果】本発明に係る半導体発光装置及びその駆
動方法によると、p側電極又はn側電極を分割してなる
分割電極を有しているため、該分割電極のうちの一部に
対して駆動電流を印加して、活性層に対して駆動電流を
不均一に注入することにより、発振閾値が大きくなるた
め、低出力時の相対雑音強度を小さくすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ素
子を示す斜視図である。
【図2】(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に
係る半導体レーザ素子における第1の駆動方法を示し、
(a)は高出力動作時の模式的な斜視図であり、(b)
は低出力動作時の模式的な斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ素
子における第2の駆動方法を示す模式的な斜視図であ
る。
【図4】本発明の第1の実施形態に係る半導体レーザ素
子における第3の駆動方法を示す模式的な斜視図であ
る。
【図5】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係
る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示し、
(a)及び(b)は断面図であり、(c)は平面図及び
左側面図である。
【図6】(a)及び(b)は本発明の第3の実施形態に
係る半導体レーザ素子とその駆動方法を示す模式的な斜
視図である。
【図7】(a)〜(e)は本発明の第3の実施形態に係
る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示し、
(a)は断面図であり、(b)は平面図であり、(c)
は平面図及び左側面図であり、(d)及び(e)は平面
図である。
【図8】本発明の第3の実施形態の一変形例に係る半導
体レーザ素子を示す平面図である。
【図9】(a)及び(b)は本発明の第4の実施形態に
係る半導体レーザ素子とその第1の駆動方法を示し、
(a)は高出力動作時の模式的な平面図であり、(b)
は低出力動作時の模式的な平面図である。
【図10】本発明の第4の実施形態に係る半導体レーザ
素子とその第2の駆動方法を示す模式的な平面図であ
る。
【図11】本発明の第4の実施形態の一変形例に係る半
導体レーザ素子とその駆動方法を示す模式的な平面図で
ある。
【図12】本発明の第5の実施形態に係る半導体レーザ
素子を示す斜視図である。
【図13】(a)〜(d)は本発明の第5の実施形態に
係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示
し、(a)は平面図及び左側面図であり、(b)及び
(c)は平面図であり、(d)は左側面図である。
【図14】従来の半導体レーザ素子を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
11 半導体基板 12 n型半導体部(第1の半導体層) 13 活性層(発光層) 13a 出射端面 13b 反射端面 14 p型半導体部(第2の半導体層) 15 p側電極 15a 第1電極部(分割電極) 15b 第2電極部(分割電極) 16 n側電極 16a 第1電極部(分割電極) 16b 第2電極部(分割電極) 16c 分割領域 16d 重なり部 20 信号源 21 (第1の)可変抵抗器(抵抗可変手段) 22 第2の可変抵抗器(抵抗可変手段) 31 基板 40 レジストパターン 40a 開口部 41 レジストパターン 41a 第1の開口部 42 レジストパターン 42a 開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 岳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川口 靖利 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA61 AA89 BA06 CA07 DA05 DA25 DA30 EA12 EA27

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にほぼ一様な膜厚に形成された第
    1導電型の第1の半導体層と、 前記第1の半導体層の上にほぼ一様な膜厚に形成された
    第2導電型の第2の半導体層と、 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間にほぼ
    一様な膜厚に形成され、発光光を生成する活性層と、 前記第1の半導体層に駆動電流を供給する第1の電極
    と、 前記第2の半導体層に駆動電流を供給する第2の電極と
    を備え、 前記第1の電極又は前記第2の電極は、互いに間隔をお
    いた複数の導電性部材からなる分割電極であることを特
    徴とする半導体発光装置。
  2. 【請求項2】 前記分割電極は、前記基板上における前
    記活性層が形成されている主面側に設けられていること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の電極は、前記活性層に共振器
    を形成するストライプパターンを有しており、 前記分割電極は、前記共振器における出射端面側と反射
    端面側とを分けるように分割されていることを特徴とす
    る請求項1又は2に記載の半導体発光装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の電極及び第2の電極は、前記
    基板上における前記活性層が形成されている主面側に設
    けられていることを特徴とする請求項1〜3のうちのい
    ずれか1項に記載の半導体発光装置。
  5. 【請求項5】 前記分割電極は、前記活性層にホールを
    注入するp側電極であることを特徴とする請求項1〜4
    のうちのいずれか1項に記載の半導体発光装置。
  6. 【請求項6】 前記p側電極は、前記第2の半導体層の
    上に形成されたストライプパターンを有し、 前記p側電極における前記複数の導電性部材同士の間隔
    は約10μm以下であることを特徴とする請求項5に記
    載の半導体発光装置。
  7. 【請求項7】 前記分割電極は、前記活性層に電子を注
    入するn側電極であることを特徴とする請求項1〜4の
    うちのいずれか1項に記載の半導体発光装置。
  8. 【請求項8】 前記n側電極は、前記第1の半導体層に
    おける前記p側電極の一方の側方に露出した領域上に形
    成されており、 前記n側電極における前記複数の導電性部材同士の間隔
    は約5μm以上であることを特徴とする請求項7項に記
    載の半導体発光装置。
  9. 【請求項9】 前記第2の電極は、前記第2の半導体層
    の上に形成されたストライプパターンを持つp側電極で
    あり、 前記n側電極は、前記第1の半導体層における前記p側
    電極の一方の側方に露出した領域上に形成された第1電
    極部及び第2電極部からなり、 前記第1電極部と前記第2電極部との間に位置する分割
    領域は、前記p側電極が延びる方向と基板面内で垂直な
    方向に対して0°よりも大きく且つ90°よりも小さい
    傾斜角度を持つように設けられていることを特徴とする
    請求項7又は8に記載の半導体発光装置。
  10. 【請求項10】 前記第2の電極は、前記第2の半導体
    層の上に形成されたストライプパターンを持つp側電極
    であり、 前記第1の半導体層は、前記p側電極の両側方に露出し
    ており、 前記n側電極は、前記第1の半導体層における前記p側
    電極の一方の側方の領域上に形成された第1電極部と、
    前記第1の半導体層における前記p側電極の他方の側方
    の領域上に形成された第2電極部とからなり、 前記第1電極部と前記第2電極部とは、前記p側電極に
    対して各平面形状が非対称となるように形成されている
    ことを特徴とする請求項7に記載の半導体発光装置。
  11. 【請求項11】 前記基板は導電性を有しており、 前記分割電極は、前記基板における前記活性層が形成さ
    れている主面と反対側の面上に設けられた第1電極部
    と、前記基板における前記活性層が形成されている主面
    側に設けられた第2電極部とから構成されていることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
  12. 【請求項12】 前記分割電極はn側電極であって、前
    記第1電極部は前記基板の主面と反対側の面上のほぼ全
    面に設けられ、前記第2電極部は、前記p側電極の側方
    の領域の一部に設けられており、 前記第2の電極は、前記第2の半導体層の上に形成され
    たストライプパターンを持つp側電極であることを特徴
    とする請求項11に記載の半導体発光装置。
  13. 【請求項13】 前記活性層は、その組成に窒素を含む
    化合物半導体からなることを特徴とする請求項1〜12
    のうちのいずれか1項に記載の半導体発光装置。
  14. 【請求項14】 前記活性層は、その組成にリンを含む
    化合物半導体からなることを特徴とする請求項1〜12
    のうちのいずれか1項に記載の半導体発光装置。
  15. 【請求項15】 基板上に、第1導電型の第1の半導体
    層、活性層及び第2導電型の第2の半導体層を、それぞ
    れがほぼ一様な膜厚で順次成長する工程と、 前記第1の半導体層の一部を露出した後、露出した第1
    の半導体層の上に第1の電極を形成する工程と、 前記第2の半導体層の上に第2の電極を形成する工程
    と、 前記第1の電極又は第2の電極を複数の電極に絶縁分離
    することにより、分割電極を形成する工程とを備えてい
    ることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記分割電極を形成する工程は、エッ
    チング法を用いることを特徴とする請求項15に記載の
    半導体発光装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記分割電極を形成する工程は、リフ
    トオフ法を用いることを特徴とする請求項15に記載の
    半導体発光装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 基板上に、第1導電型の第1の半導体
    層、活性層及び第2導電型の第2の半導体層を、それぞ
    れがほぼ一様な膜厚で順次成長する工程と、 前記第1の半導体層の一部を露出した後、露出した第1
    の半導体層の上に第1のn側電極を形成する工程と、 前記基板における前記活性層と反対側の面上に第2のn
    側電極を形成する工程と、 前記第2の半導体層の上にp側電極を形成する工程とを
    備えていることを特徴とする半導体発光装置の製造方
    法。
  19. 【請求項19】 前記活性層は、その組成に窒素を含む
    化合物半導体からなることを特徴とする請求項15〜1
    8のうちのいずれか1項に記載の半導体発光装置の製造
    方法。
  20. 【請求項20】 前記活性層は、その組成にリンを含む
    化合物半導体からなることを特徴とする請求項15〜1
    8のうちのいずれか1項に記載の半導体発光装置の製造
    方法。
  21. 【請求項21】 基板上に形成された第1導電型の第1
    の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第
    2導電型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層と前
    記第2の半導体層との間に形成され、発光光を生成する
    活性層と、前記第1の半導体層に駆動電流を供給する第
    1の電極と、前記第2の半導体層に駆動電流を供給する
    ストライプ形状を有する第2の電極とを備え、前記第1
    の電極又は第2の電極を前記第2の電極が延びる方向に
    分割された分割電極とする半導体発光装置の駆動方法で
    あって、 前記分割電極は、出射端面側に位置する第1電極部と反
    射端面側に位置する第2電極部とからなり、 レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合には、
    前記第1電極部及び第2電極部に対して第1駆動電流を
    印加し、 レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、
    前記第1電極部に対して前記第1駆動電流を印加すると
    共に、前記第2電極部に対して前記第1駆動電流よりも
    値が小さい第2駆動電流を印加するか若しくは該第2駆
    動電流を印加せず、又は前記第2電極部に対して前記第
    1駆動電流を印加すると共に、前記第1電極部に対して
    前記第1駆動電流よりも値が小さい第2駆動電流を印加
    するか若しくは該第2駆動電流を印加しないことを特徴
    とする半導体発光装置の駆動方法。
  22. 【請求項22】 基板上に形成された第1導電型の第1
    の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第
    2導電型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層と前
    記第2の半導体層との間に形成され、発光光を生成する
    活性層と、前記第1の半導体層に駆動電流を供給する第
    1の電極と、前記第2の半導体層に駆動電流を供給する
    ストライプ形状を有する第2の電極とを備え、前記第1
    の電極又は第2の電極を前記基板の表裏方向に分割され
    た分割電極とする半導体発光装置の駆動方法であって、 前記分割電極は、前記基板における前記活性層と反対側
    の面のほぼ全面を覆うように設けられた第1電極部と、
    前記第1の半導体層上における出射端面又は反射端面側
    に設けられた第2電極部とからなり、 レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合には、
    前記第1電極部に対して第1駆動電流を印加し、 レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、
    前記第1電極部に対して前記第1駆動電流よりも値が小
    さい第2駆動電流を印加するか又は該第2駆動電流を印
    加せず、且つ、前記第2電極部に対して前記第1駆動電
    流を印加することを特徴とする半導体発光装置の駆動方
    法。
  23. 【請求項23】 前記第2駆動電流は、前記第1駆動電
    流を抵抗可変手段に通すことにより生成することを特徴
    とする請求項21又は22に記載の半導体発光装置の駆
    動方法。
  24. 【請求項24】 前記第2駆動電流のピーク値は、前記
    第1駆動電流のピーク値のほぼ2分の1以下であること
    を特徴とする請求項21〜23のうちのいずれか1項に
    記載の半導体発光装置の駆動方法。
  25. 【請求項25】 基板上に形成された第1導電型の第1
    の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第
    2導電型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層と前
    記第2の半導体層との間に形成され、発光光を生成する
    活性層と、前記第1の半導体層に駆動電流を供給する第
    1の電極と、前記第2の半導体層に駆動電流を供給する
    ストライプ形状を有する第2の電極とを備え、前記第1
    の電極又は第2の電極を前記第2の電極が延びる方向に
    分割された分割電極とする半導体発光装置の駆動方法で
    あって、 前記分割電極は、出射端面側に位置する第1電極部と反
    射端面側に位置する第2電極部とからなり、 前記第1電極部と前記第2電極部とに対して、互いに値
    が異なる駆動電流を自励発振が生じるように印加するこ
    とを特徴とする半導体発光装置の駆動方法。
  26. 【請求項26】 自励発振時には、前記第1電極部及び
    第2電極部のうちのいずれか一方に駆動電流を印加しな
    いことを特徴とする請求項25に記載の半導体発光装置
    の駆動方法。
  27. 【請求項27】 レーザ光を発振する共振器を持つ半導
    体発光装置により出射されるレーザ光の反射光を用い
    て、記録媒体に記録された記録情報を読み出す半導体発
    光装置の駆動方法であって、 記録情報の読み出し時には、前記共振器に対して不均一
    に駆動電流を注入することを特徴とする半導体発光装置
    の駆動方法。
  28. 【請求項28】 前記半導体発光装置は自励発振するこ
    とを特徴とする請求項27に記載の半導体発光装置の駆
    動方法。
  29. 【請求項29】 前記駆動電流は高周波電流であること
    を特徴とする請求項27に記載の半導体発光装置の駆動
    方法。
  30. 【請求項30】 前記高周波電流の周波数は約100M
    Hz以上であることを特徴とする請求項29に記載の半
    導体発光装置の駆動方法。
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