JP2010267731A - 窒化物半導体レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】クラッド層において発生する応力を抑制して、スロープ効率及びキンクレベルを向上し、ＦＦＰに乱れがないようにする。
【解決手段】上部にリッジ構造を有するクラッド層１６を含むストライプ状のリッジ導波路と、少なくともリッジ導波路の側面上に形成され、光に対して透明な第１の電流ブロック層１８と、リッジ部の側面から間隙をおき、クラッド層１６の平坦部の上で且つリッジ部の両側に形成された光吸収性を有する第２の電流ブロック層１９と、第１の電流ブロック層１８及び第２の電流ブロック層１９の上に形成された第３の電流ブロック層２２とを備えている。第１の電流ブロック層１８、第２の電流ブロック層１９及び第３の電流ブロック層２２の熱膨張係数をそれぞれη１、η２及びη３とし、窒化ガリウムの熱膨張係数をηｇとすると、ηｇ＞η１、ηｇ＞η２及びηｇ＜η３とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ装置に関し、特にリッジ構造を有する窒化物半導体レーザ装置に関する。
青色半導体レーザ装置の光源は、ディスク記憶装置及びＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｋ（登録商標）等の高密度光ディスクシステムの記録再生光源として使用されている。青色半導体レーザ装置には、III-Ｖ族の窒化物を用いた半導体レーザ装置が用いられている。
光ディスクシステムの記録再生光源として青色半導体レーザ装置を用いる場合、４倍速以上の高速の記録に必要な３００ｍＷ以上の高出力においても、電流−光出力特性にキンクが生じることのない線形性に優れた特性が要望され、さらに、光ディスクに対して情報を高精度に記録又は再生するためにレンズによるレーザ光の集光性に適した遠視野像（Far Field Pattern：ＦＦＰ）が要望されている。光ディスク上へのレーザ光の集光性を向上させるには、導波路を伝播する光分布である近視野像（Near Field Pattern：ＮＦＰ）の発光径は小さい方が好ましい。ここで、活性層に平行である方向を水平方向とし、活性層に垂直である方向を垂直方向とすると、例えば、水平方向のＮＦＰの半値全幅が小さい場合、水平方向のＦＦＰの半値全幅は大きくなる。このため、水平方向のＦＦＰの半値全幅として８°以上の水平拡がり角が要望されている。
現在、青色半導体レーザ装置の構造として、共振器の長手方向に沿って延びるストライプ状のリッジ構造を備えたリッジ型の窒化物半導体レーザ装置が広く用いられている。この構造では、通常、リッジ部の側面に半導体又は誘電体を用いて電流ブロック層を形成し、リッジ部の外側領域の電流ブロック層と活性層との間の距離（ｄｐ）により、リッジ部の内部と外部との実効屈折率差（ΔＮ）を制御することが可能である。また、リッジ部の幅をパラメータとしても、導波路を伝播するレーザ光の半値全幅を制御することが可能である。このように、リッジ構造を用いると、リッジ部の幅及びｄｐにより光分布を制御できて、所望の光分布を得ることができるため、この構造が光ディスク用の半導体レーザ装置の構造として広く用いられている。
ＦＦＰの水平拡がり角を大きくするには、ΔＮを大きくし、リッジ部の内部への光分布の閉じ込めを強くする、又はリッジ部の幅を小さくし、光分布の幅を直接的に小さくすることが有効である。しかしながら、ΔＮを大きくすると水平高次横モードのレーザ発振が生じるようになり、電流−光出力特性にキンクが発生する。これを防ぐにはリッジ部の幅を小さくし、水平高次横モードをカットオフすることが有効であるが、半導体レーザ装置の駆動電流はリッジ部を通じて狭窄して活性層に注入されるため、素子抵抗の増大につながる。素子抵抗の増大は駆動電圧の増大にもつながるため、リッジ部の幅を小さくすることは、消費電力の増大による発熱及びレーザ駆動回路の供給電圧の制限が起こるため好ましくない。
リッジ部の幅を小さくすることなく、キンクレベルを上昇させる窒化物半導体レーザ装置が特許文献１等に提示されている。図２４はリッジ部の幅を小さくせずにキンクレベルを上昇させる第１の従来例としての窒化物半導体レーザ装置を示している。
図２４に示すように、第１の従来例に係る窒化物半導体レーザ装置は、下部クラッド層２００の上に活性層２０１が形成され、活性層２０１の上にリッジ構造を有する上部クラッド層２０２が形成され、さらに、上部クラッド層２０２のリッジ部の頂面にコンタクト層２０６が形成されている。上部クラッド層２０２及びコンタクト層２０６の側面及び上部クラッド層２０２の平坦部に、発振波長に対して実質的に透明な絶縁膜２０３が形成され、絶縁膜２０３の上に、レーザ光を吸収する吸収膜２０４、２０７が形成されている。絶縁膜２０３、吸収膜２０４、２０７及びコンタクト層２０６を覆うように電極膜２０５が形成されている。また、水平高次横モードの吸収係数が水平基本横モードの吸収係数よりも大きくなるように、絶縁膜２０３及び吸収膜２０４、２０７の膜厚が、それぞれ設定されている。
このような構造により、水平高次横モードの導波路損失の増大量を、水平基本横モードに対する導波路損失の増大量よりも大きくすることが可能となるため、水平高次横モード発振を抑制することができる。このため、電流−光出力特性におけるキンクの発生を、リッジ部の幅を小さくすることなく抑制することが可能となる。
しかしながら、図２４に示すような構成とすると、水平基本横モードに対する導波路損失も増大するため、電流−光出力特性におけるスロープ効率が低下し、動作電流が増大する。今後、より高速の記録動作を実現するために更なる高出力化を図る場合、従来の構造では、動作電流及び動作電圧の増大につながり、消費電力が大きくなる結果、素子の信頼性の低下につながってしまう。
そこで、水平基本横モードの道波路損失の増大を抑制する窒化物半導体レーザ装置が、特許文献２等に提示されている。図２５は水平基本横モードの道波路損失の増大を抑制する第２の従来例としての窒化物半導体レーザ装置を示している。
図２５に示すように、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板３１１の上に、ｎ型ＧａＮ層３１２、ｎ型クラック防止層３１３、ｎ型クラッド層３１４、ｎ型ガイド層３１５、活性層３１６、ｐ型バリア層３１７、ｐ型ガイド層３１８が順次形成されている。ｐ型ガイド層３１８の上には、リッジ構造を有するｐ型クラッド層３１９が形成され、ｐ型クラッド層３１９のリッジ部の頂面の上にコンタクト層３２０が形成されている。ｐ型クラッド層３１９の平坦部の上には、リッジ部の下端部の側面から０．３μｍ以上の距離を空け、光の共振方向に延びる光吸収層３２２が形成されている。ｐ型クラッド層３１９及びコンタクト層３２０からなるリッジ部の側面及び光吸収層３２２を覆うように、レーザ発振光に対してほぼ透明な誘電体からなり、レーザ発振光を閉じ込める電流ブロック層３２１が形成されている。コンタクト層３２０及び電流ブロック層３２１を覆うようにｐ型電極３２３が形成され、ＧａＮ基板３１１におけるｎ型ＧａＮ層３１２を形成した面と反対側の面にｎ型電極３１０が形成されている。
図２５に示す第２の従来例に係る窒化物半導体レーザ装置の構造を用いると、リッジ部の側面に光吸収層３２２が形成されていないため、水平基本横モードの導波路損失の増大を抑制することが可能となる。また、水平高次横モードの光分布は、水平基本横モードの光分布よりも水平方向にリッジ部の外側方向に対する拡がりが大きいため、水平高次横モードの導波路損失の増大を、水平基本横モードの導波路損失の増大と比較して相対的に大きくすることが可能となる。また、自然放出光の一部を光吸収層３２２によって吸収することが可能であり、自然放出光に起因する雑音及び制御の難しさ等の不具合を軽減することができる。
ここで、光吸収層３２２にアモルファスシリコン（Ｓｉ）を用いた場合、リッジ部の側面と光吸収層の距離を０．３μｍとすると、最も大きな水平高次横モード発振抑制効果を得ることができる。
特開２００２−３１４１９７号公報 特開２００３−１９８０６５号公報
しかしながら、図２５に示す第２の従来例に係る前記従来の窒化物半導体レーザ装置は、以下の問題を有している。
青色レーザ光に対する光吸収性の材料としては作製の容易さから、アモルファスＳｉを用いることが多い。アモルファスＳｉの熱膨張係数は０．６×１０−６／Ｋ以下であり、窒化物材料であるＧａＮの熱膨張係数は５．６×１０−６／Ｋである。このため、素子作製工程において光吸収層３２２の作製時の高温状態から室温に降温すると、光吸収層３２２とリッジ下部近傍の領域のｐ型クラッド層３１９を構成する窒化物材料とには、それぞれの熱膨張係数の差に起因する応力が発生する。
窒化物材料は、結晶構造がウルツ鉱（ＷＺ）型の結晶構造であるため、結晶に応力が生じて結晶構造が歪むと、III族原子及びＶ族原子の配列の対称性が失われる結果、ピエゾ効果によって結晶内部に大きな電界が生じる。この内部電界により原子配置がさらに変形し、結晶中の電子軌道が変化する結果、誘電率が大きく変化する。誘電率の変化は屈折率の変化につながり、窒化物材料における応力による結晶の歪みが屈折率の変化に与える影響は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）に代表される閃亜鉛鉱（ＺＢ）型の結晶構造を持つ半導体材料よりも大きくなる。
アモルファスＳｉを光吸収層３２２に用いた場合、電流ブロック層３２１におけるリッジ下部近傍の領域と活性層３１６との間に形成されたｐ型クラッド層３１９の屈折率は大きくなる。この結果、応力による屈折率の変化により光分布はリッジ部の外側の領域に拡がるように変形し、光吸収層３２２において起こる水平基本横モードの導波路損失は増大するため、スロープ効率の低下及び動作電流値の増大を招くことになる。
したがって、図２５に示す構成を用いて、水平高次横モードのレーザ発振を抑えるために、光吸収層３２２をリッジ部の側面に近づけると水平基本横モードの導波路損失の増大を招く。これにより、発振しきい電流値及び動作電流値の増大につながるため、素子の消費電力が増大する結果、信頼性の低下につながる。また、光分布がリッジ部の外側の領域に拡がるように変形することにより、ＦＦＰの水平拡がり角が小さくなる。この場合、所望のＦＦＰの水平拡がり角を得るには、前述のようにリッジ部の幅を小さくするか又はΔＮをより大きくするように構造パラメータを設定する必要があり、素子抵抗の増大及びキンクレベルの低下につながってしまう。
このように、第２の従来例に係る窒化物半導体レーザ装置によると、水平基本横モードの導波路損失の増大及び素子抵抗の増大を招くことなく、キンクレベルを向上させ、所望の８°以上の広いＦＦＰの水平拡がり角特性を得ることはできない。
そこで、本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目的は、クラッド層において発生する応力を抑制して、スロープ効率及びキンクレベルを向上し、ＦＦＰに乱れがない窒化物半導体レーザ装置を得られるようにすることにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、窒化物半導体レーザ装置を、活性層から生じる光に対して透明な第１の電流ブロック層及び光吸収層である第２の電流ブロック層の上に、窒化ガリウムよりも熱膨張係数が大きい第３の電流ブロック層を備える構成とする。
具体的には、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、半導体基板の上に形成された窒化物からなる活性層と、活性層の上に形成された、上部にリッジ構造を有するクラッド層を含むストライプ状のリッジ導波路と、少なくともリッジ導波路の側面上に形成され、活性層から生じる光に対して透明な第１の電流ブロック層と、リッジ道波路の側面から間隙をおき、クラッド層の平坦部の上で且つリッジ道波路の両側に形成された光吸収性を有する第２の電流ブロック層と、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層の上に形成された第３の電流ブロック層とを備え、第１の電流ブロック層、第２の電流ブロック層及び第３の電流ブロック層の熱膨張係数をそれぞれη１、η２及びη３とし、窒化ガリウムの熱膨張係数をηｇとすると、ηｇ＞η１、ηｇ＞η２及びηｇ＜η３であることを特徴とする。
本発明の窒化物半導体レーザ装置によると、各熱膨張係数がηｇ＞η１、ηｇ＞η２及びηｇ＜η３となる関係を有する第３の電流ブロック層を第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層の上に備えているため、第１の電流ブロック層と活性層との間の窒化物材料からなるクラッド層において生じる応力を低減することが可能となる。この結果、リッジ部を含むクラッド層の屈折率の変化を抑制することが可能となる。このため、第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層の作製工程上のばらつきに起因するＦＦＰのばらつきを抑制することが可能となり、所望の光分布を精度良く実現することが可能となるのみならず、光分布が結晶構造の歪みの影響により、リッジ部の外側に大きく拡がることを防止できる。このとき、水平基本横モードの受ける導波路損失の増大が防止できるため、安定して高いスロープ効率を得ることが可能となる。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、第１の電流ブロック層は、リッジ導波路の側面の上部には形成されていないことが好ましい。
このようにすると、リッジ部の側面に形成される第１の電流ブロック層の基板法線方向の膜厚が薄くなるため、第１の電流ブロック層と導波路を構成する窒化物材料との熱膨張係数の差により発生するリッジ部の下端部におけるクラッド層にかかる応力を低減することができる。その結果、リッジ部の下端部のクラッド層にかかる応力による屈折率の変化を低減することが可能となり、第１の電流ブロック層の作製工程上のばらつきに起因するＦＦＰのばらつきをさらに抑制することが可能となる。この結果、所望の光分布を、さらに精度良く実現可能となるのみならず、光分布が結晶構造の歪みの影響によりリッジ部の外側に大きく拡がることを防止できる。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、共振器端面の前端面側の端面反射率及び後端面側の端面反射率をそれぞれＲｆ及びＲｒとし、前端面及び後端面におけるリッジ導波路の側面から第２のブロック層までの距離をそれぞれＡ１ｆ及びＡ１ｒとすると、Ｒｆ＜Ｒｒ及びＡ１ｆ＜Ａ１ｒであることが好ましい。
このようにすると、光密度が高い前端面側のリッジ導波路の側面と第２の電流ブロック層との距離は小さくなるため、水平高次横モードの導波路損失が増大する。さらに、導波路からの散乱光を前端面側における第２の電流ブロック層により吸収することが可能となる。その結果、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性においてキンクの発生を抑制することが可能となる。
この場合、共振器端面の前端面側及び後端面側のリッジ道波路の幅をそれぞれＷｆ及びＷｒとすると、Ｗｆ＞Ｗｒであることが好ましい。
このようにすると、光密度が高い前端面側により多くの電流を注入することができるため、電流を光に変換する効率が向上する。また、リッジ部の幅が小さい方が、光分布のリッジ部の外側への拡がりが大きくなる。このため、リッジ部の幅の小さい後端面側における第２の電流ブロック層とリッジ部の下端部との間の距離を前端面側における距離よりも大きくすることにより、水平基本横モードの第２の電流ブロック層による光吸収損失を低減しつつ、水平基本横モードと水平高次横モードとの導波路損失の差を増大させることが可能となる。このため、発光効率及びキンクレベルを向上させることが可能となる。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、第２の電流ブロック層は、第１の電流ブロック層の上に形成されていることが好ましい。
このようにすると、水平基本横モードが第２の電流ブロック層において受ける導波路損失を精密に制御することが可能となる。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、第２の電流ブロック層は、クラッド層の上に該クラッド層と接して形成されていることが好ましい。
このようにすると、第２の電流ブロック層による水平高次横モードの導波路損失を増大させることが可能となる。この結果、水平高次横モード発振を効率的に抑制することが可能となる。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、第２の電流ブロック層は、リッジ導波路の両端に形成された共振器端面の少なくとも一方の端部の上に形成されていることが好ましい。
このようにすると、水平基本横モードに対する導波路損失の増大を抑制しつつ、水平高次横モードに対する導波路損失を大きくすることが可能となる。このため、発振しきい電流値を低減させ、スロープ効率を向上させ、電流−光出力特性においてキンクレベルを向上させることが可能となる。また、レーザ光を取り出す前端面側の領域に光吸収領域を形成すれば、レーザ光の導波路からの散乱光及び自然放出光が前端面側において吸収され、除去されるため良好なＦＦＰ形状が得られる。また、リッジ部の幅を小さくしなくとも水平高次横モードのレーザ発振を抑制できるために、素子抵抗の増大を招くことなく電流−光出力特性におけるキンクの発生を防止することが可能となる。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置によると、水平基本横モードに対する導波路損失の増大を抑制しつつ、水平高次横モードに対する導波路損失を大きくすることができる。このため、発振しきい電流値が低減し、スロープ効率が向上するので、電流−光出力特性においてキンクレベルを向上させることが可能となり、良好なＦＦＰ形状を得ることができる。
第１の比較例であって、２層の電流ブロック層を有する窒化物半導体レーザ装置を示す断面図である。 （ａ）は図１に示すｄ１及びｄ２をパラメータとする水平基本横モードに対する導波路損失の計算結果を示すグラフである。（ｂ）は図１に示すｄ１及びｄ２をパラメータとする水平高次横モードに対する道波路損失の計算結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を示す断面図である。 第２の比較例であって、第３の電流ブロック層を備えていない窒化物半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置におけるｐ型クラッド層の応力の計算結果を示すグラフである。 第２の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置におけるｐ型クラッド層の応力の計算結果を示すグラフである。 （ａ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置（実線）及び第２の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置（破線）における水平基本横モードのＮＦＰの分布形状を示すグラフである。（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置（実線）及び第２の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置（破線）における水平高次横モードのＮＦＰの分布形状を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置におけるＦＦＰの水平拡がり角と第３の電流ブロック層の厚さとの関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置における水平基本横モード及び水平高次横モードに対する導波路損失とリッジ部の側面から第２の電流ブロック層までの距離との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第６の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第８の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第９の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の第１０の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置における水平基本横モード及び水平高次横モードに対する導波路損失とリッジ部の側面から第２の電流ブロック層までの距離との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態、本発明の第２の実施形態及び第１の比較例に係る各窒化物半導体レーザ装置の電流−光出力特性の測定結果を示すグラフである。 第１の従来例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す断面図である。 第２の従来例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す断面図である。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置について、図面を参照しながら説明を行う。
（第１の比較例）
まず、本発明の第１の比較例を説明をする。
図１に示すように、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体基板１１の上に、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなり膜厚が２．５μｍであるｎ型クラッド層１２、ＡｌＧａＮからなり膜厚が８６ｎｍであるｎ型ガイド層１３、ＩｎＧａＮ系の材料からなる量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＮからなり膜厚が１０ｎｍであるｐ型電子ブロック層１５が順次形成されている。ｐ型電子ブロック層１５の上には、リッジ構造を有し、ＡｌＧａＮからなりリッジ部の膜厚が０．５μｍであるｐ型クラッド層１６が形成され、ｐ型クラッド層１６のリッジ部の頂面には、ＧａＮからなり膜厚が０．１μｍであるｐ型コンタクト層１７が形成されている。ｐ型クラッド層１６のリッジ部の側面及び平坦部の上には、量子井戸活性層１４において発生する光に対して透明な第１の電流ブロック層１８が形成され、第１の電流ブロック層１８の上には、光吸収性を有する第２の電流ブロック層１９が形成されている。ｐ型コンタクト層１７、第１の電流ブロック層１８及び第２の電流ブロック層１９を覆うようにｐ型電極２０が形成され、半導体基板１１におけるｎ型クラッド層１２が形成された面と反対側の面にｎ型電極２１が形成されている。ここで、リッジ部の幅（Ｗ）は１．４μｍであり、第１の電流ブロック層１８及び第２の電流ブロック層１９の膜厚をそれぞれｄ１及びｄ２とする。また、ｐ型クラッド層１６の平坦部の膜厚をｄｐとする。
ここで、図２に示すように、ｄ１を大きくすると水平基本横モードの導波路損失（α０）及び水平高次横モードの導波路損失（α１）は、共に小さくなる。これは、ｄ１を大きくするに従い、図１に示す光吸収性を有する第２の電流ブロック層１９に染み出す光の割合が小さくなって、光吸収損失が小さくなるためである。また、ｄ２の膜厚を大きくしても導波路損失が増大する。但し、その膜厚が０．０５μｍ以上の場合、導波路損失α０及びα１は共にｄ１の大きさに依存し、ｄ２の大きさにほぼ依存しない。これは、レーザ光の第２の電流ブロック層１９に染み出す光分布は、厚さが０．０５μｍ以内の領域であり、それ以上の領域には光が光吸収のために減衰し、ほぼ存在しなくなるためである。
ｄ１を大きくすると前述のように導波路損失が低減できるが、電流−光出力特性におけるキンクレベルを向上するには、水平高次横モード発振を抑制する必要がある。このためには、α１を大きくすれば水平高次横モードの導波路損失が増大し、高次横モード発振を抑制できる。しかしながら、α１を大きくするために単純にｄ１を小さくするとα０も増大し、基本横モード発振をしても、発振しきい電流値が増大し、電流−光出力特性におけるスロープ効率が低下する。この結果、動作電流値が増大し、信頼性が低下してしまう。従って、スロープ効率の低下を招かずにキンクレベルを向上するには、α０を可能な限り低減しつつ、α１を増大する必要がある。
高出力の窒化物半導体レーザ装置の共振器長は、７００μｍ以上の範囲において設定され、共振器の前端面及び後端面に、高いスロープ効率が得られるようにそれぞれ１０％以下及び９０％以下の反射率となるように誘電体膜をコーティングする。半導体レーザ装置のミラー損失αｍは、次式により表される。
αｍ＝（１／２Ｌ）Ｌｏｇｅ（１／ＲｆＲｒ）・・・（式１）
ここで、Ｒｆ、Ｒｒ及びＬはそれぞれ前面反射率、後面反射率及び共振器長を表す。このとき、半導体レーザ装置のスロープ効率Ｓｅは、次式により表される。
Ｓｅ＝ηｄηｉ｛αｍ／（αｉ＋αｍ）｝・・・（式２）
ここで、ηｄ、ηｉ及びαｉはそれぞれ、前端面からの光の取り出し効率、内部量子効率及び導波路損失である。導波路損失αｉは、水平基本横モードの場合はα０、水平高次横モードの場合はα１により与えられる。（式１）より、共振器長Ｌを７００μｍとすると、前端面は１０％、後端面は９０％の反射率となるように誘電体膜をコーティングした半導体レーザ装置のミラー損失αｍは１７．２ｃｍ−１となる。共振器長Ｌを大きくするとミラー損失αｍは小さくなり、共振器長Ｌが８００μｍの場合は１５ｃｍ−１となり、共振器長Ｌが１０００μｍの場合は１２ｃｍ−１となり、共振器長Ｌが１５００μｍの場合は８ｃｍ−１となる。
（式２）より、スロープ効率Ｓｅは、ミラー損失αｍと、共振器の全損失（＝αｉ＋αｍ）との比に比例することが分かる。従って、導波路損失αｉをミラー損失αｍと比べて小さくなるように素子を作製しないとスロープ効率Ｓｅが低下する。前記のように、高出力窒化物系青色レーザ装置のミラー損失αｍは、共振器長Ｌが７００μｍから１５００μｍまでの範囲においては、１７．２ｃｍ−１から８ｃｍ−１まで程度の値となる。特に、共振器長Ｌが８００μｍから１０００μｍまでの範囲は、３００ｍＷから４００ｍＷまで程度の高出力の窒化物半導体レーザ装置の共振器長Ｌとして設定され、この共振器長Ｌの範囲におけるミラー損失αｍは１５ｃｍ−１から１２ｃｍ−１まで程度の値となる。従って、水平基本横モードの導波路損失α０を１５ｃｍ−１以下としないと、導波路損失の増大の影響が大きくなり、スロープ効率Ｓｅの低下量が大きくなる。この場合、図２（ａ）に示すようにｄ１を０．０８１μｍ以上とすれば良い。このとき、前述のようにｄ２を０．０５μｍ以上とすると、α１の値は２０ｃｍ−１以下となり、α１とα０との値の差（Δα＝α１−α０）は、図２（ａ）、（ｂ）の計算結果から５ｃｍ−１程度の値しか得ることができないことが分かる。
半導体レーザ装置を高出力動作させると、光密度が高い近視野像（ＮＦＰ）の中央部分における活性層部において、強い誘導放出のため、注入キャリアが発光再結合により失われる。このため、光分布の中央に相当する活性層部の動作キャリア密度が、相対的にその両側の領域の動作キャリア密度よりも低くなり、水平方向に対してくぼんだ形状となる、キャリアの空間的ホールバーニングが発生する。キャリアの空間的なホールバーニングが発生すると、その活性層キャリア分布の形状と高次横モードに対応する光分布との重なりが大きくなり、水平高次横モードのモード利得が増大する。また、素子を高温且つ高出力動作させると、素子の温度が上昇し、リッジ部の屈折率が増大するため、ΔＮが増大し、水平高次横モードがカットオフされにくくなる。このため、Δαが小さいと、高温且つ高出力動作させることにより、水平高次横モード発振が生じ、キンクが発生する。従って、図１に示すような構成において、Δαを可能な限り大きくし且つα０が１５ｃｍ−１となるような構造とすると、水平高次横モードの導波路損失を十分に大きくすることができない。このため、８５℃の高温動作時において、十分に大きなキンクの発生抑制効果が得られず、３００ｍＷ以上の高出力動作時にキンクが発生してしまう。高温且つ高出力動作時において、水平高次横モード発振を防止するには、α１をα０に対して少なくとも１０ｃｍ−１以上、好ましくは２０ｃｍ−１以上大きくする必要がある。
また、水平高次横モードの導波路損失を大きくし、水平高次横モード発振を抑制するためにｄ１を小さくしてα１を大きくすると、α０も増大するため、スロープ効率が低下してしまう。
このため、図１に示すような２層構成の電流ブロック層では、水平基本横モードに対して低損失の導波路となり、水平高次横モードに対して高温且つ高出力動作時においても安定して水平高次横モード発振を抑制できるような導波路を実現することは困難である。さらに、第１の電流ブロック層１８及び第２の電流ブロック層１９の材料に熱膨張係数が０．６×１０−６／Ｋであるアモルファスシリコン（Ｓｉ）及び熱膨張係数が０．６×１０−６／Ｋ〜０．９×１０−６／Ｋである二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等のＳｉ系材料を用いると、熱膨張係数が５．６×１０−６／ＫであるＧａＮと比べて、熱膨張係数が小さくなるため、第１の電流ブロック層１８とｐ型クラッド層１６のリッジ部との間に熱膨張係数の差に起因する応力が発生する。このため、ｐ型クラッド層１６には、リッジ部の下端部の近傍領域における活性層に平行な面内において、圧縮性の応力が発生し、結晶構造に歪みが生じる。結晶構造が歪むと、その部分の屈折率が変化するため、ｐ型クラッド層１６におけるリッジ部の下端部の近傍領域の屈折率は、圧縮性の応力によりその大きさが増大するように変化する。この結果、導波路を伝播する光分布も所望の形状とならず、水平方向に対して広がってしまう。このため、Ｓｉ系材料を窒化物半導体レーザ装置の電流ブロック層に用いるとＮＦＰが水平方向に広がりやすく、その結果、水平方向の遠視野像（ＦＦＰ）は所望の値よりも小さい値となってしまう。このため、ＦＦＰにおいて８°以上の所望の水平拡がり角を得るには、Ｗを小さくするか又はｄｐを小さくしてΔＮを大きくしなければならない。しかしながら、Ｗを小さくすると、素子の直列抵抗が増大して動作電圧が増大する。また、ｄｐを小さくすると、熱膨張係数の差に起因する応力の影響が活性層にも及ぶため、格子欠陥の発生の要因となり信頼性の低下につながる。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、ＧａＮからなる半導体基板１１の上に、ＡｌＧａＮからなり膜厚が２．５μｍであるｎ型クラッド層１２、ＡｌＧａＮからなり膜厚が８６ｎｍであるｎ型ガイド層１３、ＩｎＧａＮ系の材料からなる量子井戸活性層１４、ＡｌＧａＮからなり膜厚が１０ｎｍであるｐ型電子ブロック層１５が順次形成されている。ｐ型電子ブロック層１５の上には、リッジ構造を有し、ＡｌＧａＮからなりリッジ部の膜厚が０．５μｍであるｐ型クラッド層１６が形成され、ｐ型クラッド層１６のリッジ部の頂面には、ＧａＮからなり膜厚が０．１μｍであるｐ型コンタクト層１７が形成されている。ｐ型クラッド層１６のリッジ部の側面及び平坦部の上には、量子井戸活性層１４において発生する光に対して透明なＳｉＯ２からなる第１の電流ブロック層１８が形成され、第１の電流ブロック層１８の平坦部の上には、ｐ型クラッド層１６のリッジ部の下端部の側面から距離Ａ１の位置に、アモルファスＳｉからなる光吸収性を有する第２の電流ブロック層１９が形成されている。第１の電流ブロック層１８及び第２の電流ブロック層１９の上には、熱膨張係数が８．０×１０−６／Ｋ〜１１．５×１０−６／Ｋである二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる第３の電流ブロック層２２が形成されている。ｐ型コンタクト層１７、第１の電流ブロック層１８及び第３の電流ブロック層２２を覆うようにｐ型電極２０が形成され、半導体基板１１におけるｎ型クラッド層１２が形成された面と反対側の面にｎ型電極２１が形成されている。
図１に示す第１の比較例と異なり、第２の電流ブロック層１９をリッジ部の下端部の側面から距離Ａ１を空けて形成させる構造としているため、第２の電流ブロック層１９における水平基本横モードの光吸収損失が低減でき、導波路損失を小さくすることが可能となる。また、ＺｒＯ２の熱膨張係数はＧａＮよりも大きいため、第１の電流ブロック層１８及び第２の電流ブロック層１９とＧａＮとの熱膨張係数の差に起因して、リッジ部の下端部の近傍のｐ型クラッド層１６に発生する応力を、第３の電流ブロック層２２を設けることにより小さくすることができる。
図４は本発明の第２の比較例であって、第３の電流ブロック層２２を備えていない窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図４において、図３に示す本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置と同一の部材については、同一の符号を付けてその説明を省略する。
図４に示すように、図３と異なり、第３の電流ブロック層２２は形成されず、ｐ型コンタクト層１７、第１の電流ブロック層１８及び第２の電流ブロック層１９を覆うようにｐ型電極２０が形成されている。
図５及び図６は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及び図４に示す第２の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置において、Ａ１を０．８μｍから２．３μｍまで０．５μｍ毎に変化させた場合の圧縮性応力分布の計算結果をそれぞれ示している。図５及び図６には、リッジ部の幅は共に１．４μｍとするため、リッジ部の中心から第２の電流ブロック層１９までの距離が１．５μｍ、２．０μｍ、２．５μｍ及び３．０μｍの４点について示している。また、図５及び図６は、ｐ型クラッド層１６の平坦部の膜厚をｄｐとすると、ｐ型電子ブロック層１５から距離ｄｐ離れた部分のｐ型クラッド層１６において、活性層に平行な方向の応力の計算結果を示している。ここで、圧縮応力を＋方向としている。
図６に示すように、第２の比較例においては、第２の電流ブロック層１９と、第２の電流ブロック層１９とリッジ部との離間領域との境界において、圧縮性の応力が急激に増大する。これは、アモルファスＳｉからなる第２の電流ブロック層１９とＧａＮからなるｐ型クラッド層１６との熱膨張係数の差により、第２の電流ブロック層１９と、第２の電流ブロック層１９とリッジ部との離間領域との境界に大きな応力が生じるためであると考えられる。ｐ型クラッド層１６に圧縮性の応力が生じると、その領域の屈折率は増大するため、ｐ型クラッド層１６のリッジ部の下端部の近傍からリッジ部の外側に向かう領域では、屈折率が増大する。さらに、この圧縮性の応力は、図４に示すＡ１を小さくすれば増大することが分かる。ｐ型クラッド層１６のリッジ部の下端部の近傍からリッジ部の外側に向かう領域の屈折率が増大すると、リッジ部の内外の実効屈折率差（ΔＮ）が減少してしまう。
ΔＮが減少する結果、水平基本横モードのＮＦＰは水平方向に広がるように変化し、光吸収性を有する第２の電流ブロック層１９の光吸収損失の影響を受けてα０が増加し、スロープ効率が低下する。さらに、ＮＦＰが水平方向に広がると、ＦＦＰにおける水平拡がり角の半値全幅が小さくなるように変化するため、屈折率の変化がない場合に対して２°程度小さくなる結果、所望のＦＦＰを得ることができなくなる。このため、図４に示す第２の比較例では、所望の８°以上のＦＦＰの水平拡がり角を得るには、リッジ部の幅を小さくするか、又はΔＮを大きく設定する必要が生じる。しかしながら、リッジ部の幅を小さくすると、素子の直列抵抗が増大するため、消費電力が増大してしまう。また、ΔＮを増大すると、水平高次横モードがカットオフされにくくなるため、キンクレベルの低下をもたらす。このように、図４に示す第２の比較例では、素子の直列抵抗の増大を招くことなく、高いスロープ効率、８°以上の大きな水平拡がり角及び高いキンクレベルを全て満足する特性を得ることが困難である。
これに対して、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、第３の電流ブロック層２２が形成されることにより、図５に示すように、図６において見られた第２の電流ブロック層１９と、第２の電流ブロック層１９と離間領域との境界付近において生じる応力の急激な増大が抑制されていることが分かる。特に、第２の電流ブロック層１９の下のｐ型クラッド層１６の屈折率の変化を低減できる。このため、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置によると、ＮＦＰが水平方向に広がるような変形を防止することが可能となり、水平基本横モードに対する第２の電流ブロック層１９による導波路損失を低減することが可能となる。さらに、必要以上にリッジ部の幅を小さくしたり、ΔＮを大きくすることなく所望の８°以上の広いＦＦＰの水平拡がり角を得ることも可能となる。
図７（ａ）は、Ａ１が０．８μｍの場合における、第１の実施形態及び第２の比較例の水平基本横モードのＮＦＰの計算結果を示し、図７（ｂ）は、Ａ１が０．８μｍの場合における、第１の実施形態及び第２の比較例の水平高次横モードのＮＦＰの計算結果を示している。ここで、実線は第１の実施形態であり、破線は第２の比較例である。また、第１の電流ブロック層１８、第２の電流ブロック層１９及び第３の電流ブロック層２２の膜厚はそれぞれ０．０５μｍ、０．０８μｍ及び０．０５μｍとする。
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３の電流ブロック層２２を形成することにより、水平基本横モード及び水平高次横モードのＮＦＰの水平方向への拡がりを低減できる。すなわち、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の構造を用いることにより、水平基本横モードが第２の電流ブロック層１９による導波路損失を低減でき、さらに、広い水平拡がり角のＦＦＰを実現することが容易となる。
図８は、第１の電流ブロック層１８、第２の電流ブロック層１９及び第３の電流ブロック層２２の熱膨張係数と導波路を形成する窒化物系材料からなる部材の熱膨張係数との差に起因する応力による屈折率の変化を考慮し、ＺｒＯ２からなる第３の電流ブロック層２２の膜厚ｄ３を変化させた場合のＦＦＰの水平拡がり角の計算結果を示している。ここで、計算に用いた構造は、第３の電流ブロック層２２の膜厚ｄ３を除き、前記の図７に示す計算結果に用いた構造と同一であり、第３の電流ブロック層２２の膜厚ｄ３を変化させている。
図８に示すように、第３の電流ブロック層２２の膜厚ｄ３を増大させるに従って、ＦＦＰの水平拡がり角は徐々に大きくなる。これは、第３の電流ブロック層２２の膜厚ｄ３を増大させると、第３の電流ブロック層２２による熱膨張係数の差の補償効果により、リッジ部の下端部の近傍のｐ型クラッド層１６に生じる圧縮性の応力が小さくなるため、この領域の屈折率の変化が小さくなり、ＦＦＰの水平拡がり角が増大するためである。図８に示す計算結果より、第３の電流ブロック層２２の膜厚ｄ３を０．０３μｍ以上とすると、ＦＦＰの水平拡がり角の変化は小さくなり、さらに０．０５μｍ以上とすると、水平拡がり角はほぼ一定となることが分かる。そこで、本実施形態においては、第３の電流ブロック層２２の膜厚ｄ３は０．０５μｍとしている。
図９は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここでは、第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。
図９に示すように、第２の電流ブロック層１９とリッジ部の下端部との離間距離Ａ１は素子の前端面側（Ａ１ｆ）と後端面側（Ａ１ｒ）とが同一の距離となるように第２の電流ブロック層１９が形成されている。また、前端面側のリッジ部の幅（Ｗｆ）と後端面側のリッジ部の幅（Ｗｒ）とは、同一である。ここで、第２の電流ブロック層１９の膜厚（ｄ２）は、道波路損失がほぼ一定となるように０．０５μｍ以上において設定すれば良いが、過剰に厚くすると、第２の電流ブロック層１９と窒化物材料からなる導波路との熱膨張係数の差に起因する応力が増大するため、ｄ２は０．１μｍ以下において設定する必要がある。本実施形態においては、ｄ２は０．０５μｍとしている。
図１０（ａ）〜（ｄ）は、前記の構造において、第１の電流ブロック層１８の膜厚ｄ１及びＡ１をパラメータとしたα０及びα１の計算結果を示している。図１０（ａ）はｄ１が０．０６μｍの場合を示し、図１０（ｂ）はｄ１が０．０５μｍの場合を示し、図１０（ｃ）はｄ１が０．０４μｍの場合を示し、図１０（ｄ）はｄ１が０．０２μｍの場合を示している。
前記のように、高いスロープ効率を得るにはα０を１５ｃｍ−１以下とする必要があり、キンクの発生を防止するにはΔαを１０ｃｍ−１以上とする必要がある。Ａ１が大きいと、第２の電流ブロック層１９による光吸収の影響を光分布が受けなくなるため、導波路損失α０及びα１は共に小さくなり、第２の電流ブロック層１９を形成することによる効果を失う。また、Ａ１が小さいと、α０が増大するため、スロープ効率が低下する。従って、α０が１５ｃｍ−１以下で且つΔαが１０ｃｍ−１以上であることを満足するようにＡ１の値を設定する必要がある。
図１０（ａ）に示すように、ｄ１が０．０６μｍの場合、第２の電流ブロック層１９に染み出す光の量が小さくなってしまい、α０が１５ｃｍ−１以下で且つΔαが１０ｃｍ−１以上であることを満足するのは、Ａ１が０．５μｍ近傍の場合のみとなる。
図１０（ｂ）に示すように、ｄ１が０．０５μｍの場合、α０が１５ｃｍ−１以下で且つΔαが１０ｃｍ−１以上であることを満足するのは、Ａ１が１．０μｍ以上且つ１．３μｍ以下の範囲となる。
図１０（ｃ）に示すように、ｄ１が０．０４μｍの場合、α０が１５ｃｍ−１以下で且つΔαが１０ｃｍ−１以上であることを満足するのは、Ａ１が１．９μｍ以上且つ２．３μｍ以下の範囲となる。
図１０（ｄ）に示すように、ｄ１が０．０２μｍの場合、α０が１５ｃｍ−１以下で且つΔαが１０ｃｍ−１以上であることを満足するのは、Ａ１が２．３μｍ以上且つ２．８μｍ以下の範囲となる。
第１の実施形態において、前記範囲にＡ１を設定すると、高いスロープ効率、水平高次横モードの発振抑制による高いキンクレベル及びＦＦＰの８°以上の広い水平拡がり角を実現することができる。本実施形態では、ｄ１を０．０５μｍとし、Ａ１を１μｍとすることにより、α０は１５ｃｍ−１、Δαは１１ｃｍ−１の値を得ている。
第１の実施形態では、第１の電流ブロック層１８にＳｉＯ２、第２の電流ブロック層１９にアモルファスＳｉ、第３の電流ブロック層２２にＺｒＯ２を用いたが、これらの誘電体材料に限られることなく、窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等を用いてもよい。また、第１の電流ブロック層１８、第２の電流ブロック層１９及び第３の電流ブロック層２２の熱膨張係数をそれぞれη１、η２及びη３とし、窒化ガリウムの熱膨張係数をηｇとすると、ηｇ＞η１、ηｇ＞η２及びηｇ＜η３の関係を満足し、第２の電流ブロック層１９がレーザ光に対して吸収性を有する電流ブロック層であればよい。また、第１の電流ブロック層１８はｐ型クラッド層１６の側面の上部に形成しなくてもよい。このようにすると、リッジ部の側面に形成される第１の電流ブロック層の基板法線方向の膜厚が薄くなるため、第１の電流ブロック層と導波路を構成する窒化物材料との熱膨張係数の差により発生するリッジ部の下端部におけるクラッド層にかかる応力をより低減することができる。
（第１の実施形態の第１の変形例）
図１１は本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１１は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１１に示すように、第１の実施形態の第１の変形例は、第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離を後端面側から前端面側に向かって一定の傾きをもって小さくすることにより、前端面側の第２の電流ブロック層１９の、リッジ部の下端部からの離間距離Ａ１ｆを後端面側のリッジ部の下端部からの離間距離Ａ１ｒよりも小さくしている。また、前端面側の反射率をＲｆとし、後端面側の反射率をＲｒとすると、Ｒｆ＜Ｒｒとしている。リッジ部の幅は一定であり、前端面側のリッジ部の幅（Ｗｆ）及び後端面側のリッジ部の幅（Ｗｒ）は同一である。
窒化物半導体レーザ装置は、導波路を構成するｐ型クラッド層１６及び半導体基板１１といった構成層のバンドギャップエネルギーは、ＩｎＧａＮからなる活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きい。このため、リッジ部の側面の微小な凹凸等の影響により導波路から散乱されるレーザ光は活性層以外の層ではほとんど吸収されず、導波路及び電極により反射され、前端面から放射される。散乱光の影響により、ＦＦＰの形状に乱れが生じて、所望の単峰性のＦＦＰパターンが得られない場合がある。これを防止するには、ＦＦＰの乱れの原因となる散乱光をレーザ光の出射側である前端面の第２の電流ブロック層１９により吸収して除去することにより単峰性のＦＦＰを得ることが可能となる。
本変形例において、Ａ１ｆを０．５μｍから２μｍまでの範囲に設定することにより、前端面近傍の第２の電流ブロック層１９において、ＦＦＰの乱れの原因となる導波路からの散乱光成分を除去することが可能となる。
第１の実施形態の第１の変形例によると、端面光密度が高い前端面側のリッジ部と第２の電流ブロック層１９との間の距離を小さくすることにより、水平高次横モードの導波路損失を増大させ、さらに、導波路からの散乱光を前端面の第２の電流ブロック層１９により吸収させることが可能となる。その結果、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性において高いスロープ効率が得られ、キンクの発生を抑制することが可能となる。
（第１の実施形態の第２の変形例）
図１２は本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１２は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１２に示すように、第１の実施形態の第２の変形例は、前端面から共振器の長手方向に距離Ｌｆまでの領域のみにおいて、Ａ１ｆをＡ１ｒよりも小さくしている。また、ＲｆはＲｒよりも小さくしている。リッジ部の幅は一定であり、Ｗｆ及びＷｒは同一である。
本変形例において、Ａ１ｆを０．５μｍから２μｍまでの範囲に設定することにより、前端面近傍の第２の電流ブロック層１９において、ＦＦＰの乱れの原因となる導波路からの散乱光成分を除去することが可能となる。また、Ｌｆは、長い方が散乱光を除去する効果が増大するが、過剰に長いと水平基本横モードの導波路損失が増大する。このため、Ｌｆは５μｍ以上且つ５０μｍ以下とし、共振器長の１０％以下の長さとすることにより、水平基本横モードに対する余分な導波路損失の増大を防止すると、スロープ効率の低下を抑制することが可能となる。
第１の実施形態の第２の変形例によると、端面光密度が高い前端面側のリッジ導波路側面と光吸収膜との距離が小さいため、水平高次横モードの導波路損失を増大させ、さらに、導波路からの散乱光を前端面の第２の電流ブロック層１９により吸収することが可能となる。その結果、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性において高いスロープ効率が得られ、キンクの発生を抑制することが可能となる。
（第１の実施形態の第３の変形例）
図１３は本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１３は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１３に示すように、第１の実施形態の第３の変形例は、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化する領域を有し、ＷｆはＷｒよりも大きい構造となっている。前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３までの領域はリッジ部の幅は一定となっている。その間の距離Ｌ２の領域では、リッジ部の幅は一定の角度θ１をもって変化している。Ｌ２の領域において、リッジ部の幅の変化に伴い、第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離も変化し、Ａ１ｆはＡ１ｒよりも小さくなっている。また、ＲｆはＲｒよりも小さくしている。
本変形例において、Ａ１ｆを０．５μｍから２μｍまでの範囲に設定することにより前端面近傍の第２の電流ブロック層１９において、ＦＦＰの乱れの原因となる導波路からの散乱光成分を除去している。
本変形例において、ＷｆはＷｒよりも大きいため、光密度が高い前端面側により多くの電流を注入することができるので、電流を光に変換する効率が向上する。また、Ａ１ｒをＡ１ｆよりも大きくすることにより、水平基本横モードの第２の電流ブロック層１９による光吸収損失を低減しつつ、水平基本横モードと水平高次横モードとの導波路損失の差を増大させることが可能となる。また、Ａ１ｆを小さくすることによって、導波路からの散乱光を端面光密度が高い前端面側の第２の電流ブロック層１９により吸収することが可能となる。
このようなストライプ形状を有するレーザ装置では、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化すると導波光が散乱しやすくなる。散乱光を除去するにはＡ１ｆを０．５μｍよりも小さくするとよいが、過剰に小さくすると水平基本横モードの導波路損失が増大してしまう。そこで、リッジ部の幅の変化の角度θ１を２°以内の小さな角度とすると、リッジ部の側面から放射散乱されるレーザ光の発生と、ＦＦＰ形状の乱れを抑制することができる。本変形例においては、θ１を０．３°とし、リッジ部の側面からの散乱光の発生を抑制している。
第１の実施形態の第３の変形例によると、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性において高いスロープ効率が得られ、キンクの発生を抑制することが可能となる。
（第１の実施形態の第４の変形例）
図１４は本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１４は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１４に示すように、第１の実施形態の第４の変形例は、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化する領域を有し、ＷｆはＷｒよりも大きい構造となっている。前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３までの領域はリッジ部の幅は一定となっている。その間の距離Ｌ２の領域では、リッジ部の幅は一定の角度θ１をもって変化している。さらに、前端面から共振器の長手方向に距離Ｌｆまでの領域において、第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離を小さくしている。その結果、Ａ１ｆは、Ａ１ｒよりも小さくなっている。また、ＲｆはＲｒよりも小さくしている。
本変形例において、Ａ１ｆを０．５μｍから２μｍまでの範囲に設定することによって、前端面近傍の第２の電流ブロック層１９によりＦＦＰの乱れの原因となる導波路からの散乱光成分を除去している。Ｌｆは、長い方が散乱光を除去する効果が増大するが、過剰に長いと水平基本横モードの導波路損失が増大してしまう。このため、Ｌｆは５μｍ以上且つ５０μｍ以下とし、共振器長の１０％以下の長さとして、水平基本横モードに対する余分な導波路損失の増大を防止することにより、スロープ効率の低下を抑制することが可能となる。
本変形例において、ＷｆはＷｒよりも大きく、光密度が高い前端面側により多くの電流を注入することができるため、電流を光に変換する効率が向上する。また、リッジ部の幅が小さい方が、光分布のリッジ部の外側への拡がりが大きくなる。このため、Ａ１ｒを、Ａ１ｆよりも大きくすることにより、水平基本横モードに対する第２の電流ブロック層１９による光吸収損失を低減しつつ、水平基本横モードと水平高次横モードとの導波路損失の差を増大させることが可能となる。また、Ａ１ｆを小さくすることによって、導波路からの散乱光を端面光密度が高い前端面側の第２の電流ブロック層１９により吸収することが可能となる。
このようなストライプ形状を有するレーザ装置では、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化すると導波光が散乱しやすくなる。散乱光を除去するにはＡ１ｆを０．５μｍよりも小さくするとよいが、過剰に小さくすると水平基本横モードの導波路損失が増大してしまう。そこで、リッジ部の幅の変化の角度θ１を２°以内の小さな角度とすると、リッジ部の側面から放射散乱されるレーザ光の発生と、ＦＦＰ形状の乱れを抑制することができる。本変形例においては、θ１を０．３°とし、リッジ部の側面からの散乱光の発生を抑制している。
第１の実施形態の第４の変形例によると、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性において高いスロープ効率が得られ、キンクの発生を抑制することが可能となる。
（第１の実施形態の第５の変形例）
図１５は本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１５は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１５に示すように、第１の実施形態の第５の変形例は、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化する領域を有し、ＷｆはＷｒよりも大きい構造となっている。前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３までの領域はリッジ部の幅は一定となっている。その間の距離Ｌ２の領域では、リッジ部の幅は一定の角度θ１をもって変化している。本変形例においては、第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離は変化せずに一定である。すなわち、Ａ１ｆとＡ１ｒとは同一である。また、ＲｆはＲｒよりも小さくしている。
本変形例において、Ａ１ｆを０．５μｍから２μｍまでの範囲に設定することによって、前端面近傍の第２の電流ブロック層１９によりＦＦＰの乱れの原因となる導波路からの散乱光成分を除去している。
本変形例において、ＷｆはＷｒよりも大きく、光密度が高い前端面側により多くの電流を注入することができるため、電流を光に変換する効率が向上する。
このようなストライプ形状を有するレーザ装置では、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化すると導波光が散乱しやすくなる。そこで、Ａ１ｒとＡ１ｆとを同一の距離に設定することにより、前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３の領域の近傍において発生する散乱光を、第２の電流ブロック層１９により吸収して除去できる。また、散乱光を除去するにはＡ１ｆを０．５μｍよりも小さくするとよいが、過剰に小さくすると水平基本横モードの導波路損失が増大してしまう。そこで、リッジ部の幅の変化の角度θ１を２°以内の小さな角度とすると、リッジ部の側面から放射散乱されるレーザ光の発生と、ＦＦＰ形状の乱れを抑制することができる。本変形例においては、θ１を０．３°とし、リッジ部の側面からの散乱光の発生を抑制している。
第１の実施形態の第５の変形例によると、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性において高いスロープ効率が得られ、キンクの発生を抑制することが可能となる。
（第１の実施形態の第６の変形例）
図１６は本発明の第１の実施形態の第６の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１６は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１６に示すように、第１の実施形態の第６の変形例は、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化する領域を有し、ＷｆはＷｒよりも大きい構造となっている。前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３までの領域はリッジ部の幅は一定となっている。その間の距離Ｌ２の領域では、リッジ部の幅は一定の角度θ１をもって変化している。本変形例においては、前端面から共振器の長手方向に距離Ｌｆまでの領域を除いて、第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離は変化せずに一定である。また、前端面から共振器の長手方向に距離Ｌｆまでの領域においては、第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離を小さくしている。その結果、前端面側における第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離Ａ１ｆは、後端面側における第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離Ａ１ｒよりも小さくなっている。また、前端面の反射率Ｒｆは後端面の反射率Ｒｒよりも小さくしている。
本変形例において、Ａ１ｆを０．５μｍから２μｍまでの範囲に設定することによって、前端面近傍の第２の電流ブロック層１９によりＦＦＰの乱れの原因となる導波路からの散乱光成分を除去している。
本変形例において、ＷｆがＷｒよりも大きく、光密度が高い前端面側により多くの電流を注入することができるため、電流を光に変換する効率が向上する。
本変形例において、Ｌｆは、長い方が散乱光を除去する効果が増大するが、過剰に長いと水平基本横モードの導波路損失が増大する。このため、Ｌｆは５μｍ以上且つ５０μｍ以下とし、共振器長の１０％以下の長さとすることにより、水平基本横モードに対する余分な導波路損失の増大を防止すると、スロープ効率の低下を抑制することが可能となる。
このようなストライプ形状を有するレーザ装置では、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化すると導波光が散乱しやすくなる。そこで、Ａ１ｒとＡ１ｆとを同一の距離に設定することにより、前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３の領域の近傍において発生する散乱光を、第２の電流ブロック層１９により吸収して除去できる。また、散乱光を除去するにはＡ１ｆを０．５μｍよりも小さくするとよいが、過剰に小さくすると水平基本横モードの導波路損失が増大してしまう。そこで、リッジ部の幅の変化の角度θ１を２°以内の小さな角度とすると、リッジ部の側面から放射散乱されるレーザ光の発生と、ＦＦＰ形状の乱れを抑制することができる。本変形例においては、θ１を０．３°とし、リッジ部の側面からの散乱光の発生を抑制している。
第１の実施形態の第６の変形例によると、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性において高いスロープ効率が得られ、キンクの発生を抑制することが可能となる。
（第１の実施形態の第７の変形例）
図１７は本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１７は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１７に示すように、第１の実施形態の第７の変形例は、前端面側にのみ第２の電流ブロック層１９が形成されている。第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離はＡ１ｆで一定であり、リッジ部の幅もＷｆで一定である。また、ＲｆはＲｒよりも小さくしている。
本変形例において、Ａ１ｆを０．５μｍから２μｍまでの範囲に設定することによって、前端面近傍の第２の電流ブロック層１９によりＦＦＰの乱れの原因となる導波路からの散乱光成分を除去している。また、光密度の高い前端面側の領域にのみ第２の電流ブロック層１９を形成することにより、水平基本横モードに対して必要以上の導波路損失の増大を招くことなく、水平高次横モードの導波路損失のみを増大することが可能となる。
本変形例において、前端面から共振器の長手方向に距離Ｌｆの領域のＡｆ１をさらに小さくしてもよい。この場合、散乱光を除去する効果をさらに増大できる。Ｌｆは、長い方が散乱光を除去する効果が増大するが、過剰に長いと水平基本横モードの導波路損失が増大する。このため、Ｌｆは５μｍ以上且つ５０μｍ以下とし、共振器長の１０％以下の長さとすることにより、水平基本横モードに対する余分な導波路損失の増大を防止すると、スロープ効率の低下を抑制することが可能となる。
第１の実施形態の第７の変形例によると、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性において高いスロープ効率が得られ、キンクの発生を抑制することが可能となる。
（第１の実施形態の第８の変形例）
図１８は本発明の第１の実施形態の第８の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１８は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１８に示すように、第１の実施形態の第８の変形例は、前端面側にのみ第２の電流ブロック層１９が形成されている。また、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化する領域を有し、ＷｆはＷｒよりも大きい構造となっている。前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３までの領域はリッジ部の幅は一定となっている。その間の距離Ｌ２の領域では、リッジ部の幅は一定の角度θ１をもって変化している。Ｌ２の領域において、リッジ部の幅の変化に伴い、第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離も変化し、Ａ１ｆはＡ１ｒよりも小さくなっている。また、ＲｆはＲｒよりも小さくしている。
本変形例において、Ａ１ｆを０．５μｍから２μｍまでの範囲に設定することにより前端面近傍の第２の電流ブロック層１９において、ＦＦＰの乱れの原因となる導波路からの散乱光成分を除去している。前端面近傍の領域のＡ１ｆをＡ１ｒよりも小さくすることにより散乱光を除去する効果を増大させることができる。また、光密度の高い前端面側領域にのみ第２の電流ブロック層１９を形成することにより、水平基本横モードに対して必要以上の導波路損失の増大を招くことなく、水平高次横モードの導波路損失のみを増大することが可能となる。
本変形例において、前端面から共振器の長手方向に距離Ｌｆの領域のＡｆ１をさらに小さくしてもよい。この場合、散乱光を除去する効果をさらに増大できる。Ｌｆは、長い方が散乱光を除去する効果が増大するが、過剰に長いと水平基本横モードの導波路損失が増大する。このため、Ｌｆは５μｍ以上且つ５０μｍ以下とし、共振器長の１０％以下の長さとすることにより、水平基本横モードに対する余分な導波路損失の増大を防止すると、スロープ効率の低下を抑制することが可能となる。
このようなストライプ形状を有するレーザ装置では、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化すると導波光が散乱しやすくなる。そこで、Ａ１ｒとＡ１ｆとを同一の距離に設定することにより、前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３の領域の近傍において発生する散乱光を、第２の電流ブロック層１９により吸収して除去できる。また、散乱光を除去するにはＡ１ｆを０．５μｍよりも小さくするとよいが、過剰に小さくすると水平基本横モードの導波路損失が増大してしまう。そこで、リッジ部の幅の変化の角度θ１を２°以内の小さな角度とすると、リッジ部の側面から放射散乱されるレーザ光の発生と、ＦＦＰ形状の乱れを抑制することができる。本変形例においては、θ１を０．３°とし、リッジ部の側面からの散乱光の発生を抑制している。
第１の実施形態の第８の変形例によると、良好な単峰性のＦＦＰを得られ、また、電流−光出力特性において高いスロープ効率が得られ、キンクの発生を抑制することが可能となる。
（第１の実施形態の第９の変形例）
図１９は本発明の第１の実施形態の第９の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図１９は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図１９に示すように、第１の実施形態の第９の変形例は、前端面側及び後端面側の近傍領域にのみ第２の電流ブロック層１９が形成されている。第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離は一定であるため、Ａｆ１とＡｒ１とは同一である。また、リッジ部の幅も一定であるため、ＷｆとＷｒとは同一である。また、ＲｆはＲｒよりも小さくしている。
第１の実施形態の第９の変形例によると、第７の変形例において示した効果に加えて、以下の効果がある。後端面において反射され、共振器内へフィードバックされる散乱光を後端面近傍の第２の電流ブロック層１９により吸収して除去できる。このため、導波路からの散乱光が後端面において反射し、活性層に吸収されることにより生じるレーザ光強度の雑音の発生を防止することが可能となる。また、第２の電流ブロック層１９は、前端面側の他に、後端面側近傍の領域にのみ付加されるため、スロープ効率の低下を抑制することが可能である。
（第１の実施形態の第１０の変形例）
図２０は本発明の第１の実施形態の第１０の変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の平面構成を示している。ここで、図２０は第１の電流ブロック層１８、ｐ型電極２０及び第３の電流ブロック層２２を省略している。また、第１の実施形態と同一の構造については説明を省略する。
図２０に示すように、第１の実施形態の第１０の変形例は、前端面側及び後端面側の近傍領域にのみ第２の電流ブロック層１９が形成されている。また、リッジ部の幅が共振器の長手方向に沿って変化する領域を有し、ＷｆはＷｒよりも大きい構造となっている。前端面から距離Ｌ１の領域及び後端面から距離Ｌ３までの領域はリッジ部の幅は一定となっている。その間の距離Ｌ２の領域では、リッジ部の幅は一定の角度θ１をもって変化している。Ｌ２の領域において、リッジ部の幅の変化に伴い、第２の電流ブロック層１９からリッジ部までの距離も変化し、Ａ１ｆはＡ１ｒよりも小さくなっている。また、ＲｆはＲｒよりも小さくしている。
第１の実施形態の第１０の変形例によると、第８の変形例において示した効果に加えて、以下の効果がある。後端面において反射され、共振器内へフィードバックされる散乱光を後端面近傍の第２の電流ブロック層１９により吸収して除去できる。このため、導波路からの散乱光が後端面において反射し、活性層に吸収されることにより生じるレーザ光強度の雑音の発生を防止することが可能となる。また、第２の電流ブロック層１９は、前端面側の他に、後端面側近傍の領域にのみ付加されるため、スロープ効率の低下を抑制することが可能である。
（第２の実施形態）
図２１は、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図２１において、半導体基板１１からｐ型コンタクト層１７までの構造及びｎ型電極２１の構造は本発明の第１の実施形態に係る半導体基板１１からｐ型コンタクト層１７までの構造及びｎ型電極２１の構造と同一であるため、同一の符号を付け、その説明を省略する。
図２１に示すように、ｐ型クラッド層１６のリッジ部の側面及びリッジ部から距離Ａ１までの平坦部の上に第１の電流ブロック層１８が形成され、リッジ部から距離Ａ１の位置において第１の電流ブロック層１８と接して、ｐ型クラッド層１６の平坦部の上に第２の電流ブロック層１９が形成されている。第１の電流ブロック層１８及び第２の電流ブロック層１９の上には、第３の電流ブロック層２２が形成され、ｐ型コンタクト層１７、第１の電流ブロック層１８及び第３の電流ブロック層２２を覆うように、ｐ型電極２０が形成されている。
図２２は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置において、図２１に示すＡ１を変化させた場合のα０及びα１の計算結果を示している。ここで、図９に示す第１の実施形態の平面構成と同様に、前端面側と後端面側とのリッジ部の幅及びリッジ部から第２の電流ブロック層１９までの距離は同一とする。また、第１の実施形態と同様の理由により、第１の電流ブロック層１８、第２の電流ブロック層１９及び第３の電流ブロック層２２の膜厚は、いずれも０．０５μｍとしている。
第２の実施形態においては、第２の電流ブロック層１９をｐ型クラッド層１６の直上に形成していることにより、図２２に示すように、Ａ１が小さい範囲においてα０及びα１は共に大きくなり、図１０に示す第１の実施形態におけるグラフとそれぞれ同一のＡ１において比較すると、第２の実施形態の方がよりΔαを増大できることが分かる。特に、α０を１５ｃｍ−１以下とすると共にΔαを１０ｃｍ−１以上とするには、Ａ１を２．５μｍ以上且つ３．５μｍ以下に設定すれば良いことが分かる。本実施形態では、Ａ１を２．５μｍとし、α０は１５ｃｍ−１、Δαは１８ｃｍ−１の値を得ている。
本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置によると、Δαを増大させることが可能となり、さらにキンクレベルを向上させることが可能となる。
図２３は、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及び図１に示す第１の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置の電流−光出力特性を示している。ここで、第１の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置は、ｄ１を０．０８１μｍとし、ｄ２を０．０５μｍとし、α０は１５ｃｍ−１、Δαは４ｃｍ−１の値を得ているとする。
図２３に示すように、光出力が１００ｍＷ以下の範囲では、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及び第１の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置のいずれも、ほぼ同等の発光効率を示している。高光出力の場合、キンクレベルにおいて、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は第１の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置と比較して２００ｍＷ程度増大し、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置では、７００ｍＷの高出力動作においてもキンクが発生しない。これは、第１の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置では、水平基本横モードの導波路損失が１５ｃｍ−１以上となる増大を避けるにはΔαが４ｃｍ−１と小さい値しか得られなかったが、第１の実施形態ではΔαを１２ｃｍ−１、第２の実施形態ではΔαを１８ｃｍ−１と、その値を大きくすることができるためである。このように、α０を小さくし、Δαを大きくすることにより、高いスロープ効率を維持しつつ、高いキンクレベルが得られる。
第１の比較例に係る窒化物半導体レーザ装置は、第１の電流ブロック層１８、第２の電流ブロック層１９及び窒化物系材料の熱膨張係数の差を補償できる第３の電流ブロック層２２を備えていない。このため、９．５°のＦＦＰの水平拡がり角を得るには、リッジ部の幅を１．４μｍから１μｍに小さくする、又は、ΔＮを５×１０−３から熱膨張係数の差に起因する応力による屈折率の変化を考慮しない場合である８×１０−３に約１．５倍の増大をする必要がある。このため、第１の比較例では、高出力動作をさせると、リッジ部の幅の減少により直列抵抗が増大し、消費電力が大きくなる結果、素子の自己発熱のために発光効率の低下が生じる。さらに、ΔＮの増大により水平高次横モードがカットオフされにくくなりキンクレベルが低下する問題が生じる。それに対して、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及び第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は共に、水平方向において９．５°、垂直方向において１９°のＦＦＰの半値全幅が得られている（図示せず）。
第２の実施形態では、第１の電流ブロック層１８にＳｉＯ２、第２の電流ブロック層１９にアモルファスＳｉ、第３の電流ブロック層２２にＺｒＯ２を用いたが、これらの誘電体材料に限られることなく、窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等を用いてもよい。また、第１の電流ブロック層１８、第２の電流ブロック層１９及び第３の電流ブロック層２２の各熱膨張係数をそれぞれη１、η２及びη３とし、窒化ガリウムの熱膨張係数をηｇとすると、ηｇ＞η１、ηｇ＞η２及びηｇ＜η３の関係を満足し、第２の電流ブロック層１９がレーザ光に対して吸収性を有する電流ブロック層であればよい。また、第１の電流ブロック層１８はｐ型クラッド層１６の側面の上部に形成しなくてもよい。このようにすると、リッジ部の側面に形成される第１の電流ブロック層の基板法線方向の膜厚が薄くなるため、第１の電流ブロック層と導波路を構成する窒化物材料との熱膨張係数の差により発生するリッジ部の下端部におけるクラッド層にかかる応力をより低減することができる。
なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の各変形例に対しても適応することができる。
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、発振しきい電流値を低減し、スロープ効率を向上させ、電流−光出力特性においてキンクレベルを向上させ、乱れのないＦＦＰを得ることが可能であるため、特にリッジ構造を有する窒化物半導体レーザ装置等に有用である。
１１ 半導体基板
１２ ｎ型クラッド層
１３ ｎ型ガイド層
１４ 量子井戸活性層
１５ ｐ型電子ブロック層
１６ ｐ型クラッド層
１７ ｐ型コンタクト層
１８ 第１の電流ブロック層
１９ 第２の電流ブロック層
２０ ｐ型電極
２１ ｎ型電極
２２ 第３の電流ブロック層

Claims (7)

  1. 半導体基板の上に形成された窒化物からなる活性層と、
    前記活性層の上に形成された、上部にリッジ構造を有するクラッド層を含むストライプ状のリッジ導波路と、
    少なくとも前記リッジ導波路の側面上に形成され、前記活性層から生じる光に対して透明な第１の電流ブロック層と、
    前記リッジ道波路の側面から間隙をおき、前記クラッド層の平坦部の上で且つ前記リッジ道波路の両側に形成された光吸収性を有する第２の電流ブロック層と、
    前記第１の電流ブロック層及び第２の電流ブロック層の上に形成された第３の電流ブロック層とを備え、
    前記第１の電流ブロック層、第２の電流ブロック層及び第３の電流ブロック層の熱膨張係数をそれぞれη１、η２及びη３とし、窒化ガリウムの熱膨張係数をηｇとすると、ηｇ＞η１、ηｇ＞η２及びηｇ＜η３であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
  2. 前記第１の電流ブロック層は、前記リッジ導波路の側面の上部には形成されていないことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  3. 前記共振器端面の前端面側の端面反射率及び後端面側の端面反射率をそれぞれＲｆ及びＲｒとし、前端面及び後端面における前記リッジ導波路の側面から前記第２のブロック層までの距離をそれぞれＡ１ｆ及びＡ１ｒとすると、Ｒｆ＜Ｒｒ及びＡ１ｆ＜Ａ１ｒであることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  4. 前記共振器端面の前端面側及び後端面側の前記リッジ道波路の幅をそれぞれＷｆ及びＷｒとすると、Ｗｆ＞Ｗｒであることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  5. 前記第２の電流ブロック層は、前記第１の電流ブロック層の上に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  6. 前記第２の電流ブロック層は、前記クラッド層の上に該クラッド層と接して形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
  7. 前記第２の電流ブロック層は、前記リッジ導波路の両端に形成された共振器端面の少なくとも一方の端部の上に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012172777A1 (ja) * 2011-06-13 2012-12-20 三洋電機株式会社 半導体レーザー装置およびその製造方法、光ピックアップ装置
WO2015092992A1 (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体発光素子
JP2017228772A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ 端面発光型半導体レーザおよび端面発光型半導体レーザの動作方法
JP2021019033A (ja) * 2019-07-18 2021-02-15 パナソニック株式会社 半導体レーザ素子
JP2021019040A (ja) * 2019-07-18 2021-02-15 パナソニック株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP7453650B2 (ja) 2020-03-27 2024-03-21 株式会社デンソー 半導体発光素子

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5636773B2 (ja) * 2010-07-06 2014-12-10 ソニー株式会社 半導体レーザ
DE102010040767B4 (de) * 2010-09-14 2014-01-30 Forschungsverbund Berlin E.V. Laserdiode mit hoher Effizienz und hoher Augensicherheit
JP5948776B2 (ja) * 2011-09-27 2016-07-06 ソニー株式会社 発光素子及びその製造方法
JP5966381B2 (ja) * 2012-01-25 2016-08-10 ソニー株式会社 半導体レーザおよびその製造方法
WO2018003335A1 (ja) * 2016-06-30 2018-01-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール及び溶接用レーザ光源システム
DE102019103909A1 (de) * 2019-02-15 2020-08-20 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Kantenemittierende Laserdiode und Verfahren für deren Herrstellung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3849758B2 (ja) * 2001-04-12 2006-11-22 ソニー株式会社 半導体レーザ素子
WO2003030317A1 (fr) * 2001-09-21 2003-04-10 Sharp Kabushiki Kaisha Dispositif laser a semi-conducteur a base de gan
TWI303909B (en) * 2002-11-25 2008-12-01 Nichia Corp Ridge waveguide semiconductor laser diode
US7440482B2 (en) * 2005-11-01 2008-10-21 Nichia Corporation Nitride semiconductor laser element and method for manufacturing the same
JP4197030B2 (ja) * 2006-11-09 2008-12-17 ソニー株式会社 半導体レーザ、半導体レーザの製造方法、光ピックアップおよび光ディスク装置
US7773650B2 (en) * 2006-12-28 2010-08-10 Nichia Corporation Nitride semiconductor laser element

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012172777A1 (ja) * 2011-06-13 2012-12-20 三洋電機株式会社 半導体レーザー装置およびその製造方法、光ピックアップ装置
WO2015092992A1 (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体発光素子
JP2017228772A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ 端面発光型半導体レーザおよび端面発光型半導体レーザの動作方法
US10177533B2 (en) 2016-06-20 2019-01-08 Osram Opto Semiconductors Gmbh Edge-emitting semiconductor laser and method for operating a semiconductor laser
US10931084B2 (en) 2016-06-20 2021-02-23 Osram Oled Gmbh Edge-emitting semiconductor laser and method for operating a semiconductor laser
JP2021019033A (ja) * 2019-07-18 2021-02-15 パナソニック株式会社 半導体レーザ素子
JP2021019040A (ja) * 2019-07-18 2021-02-15 パナソニック株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP7306905B2 (ja) 2019-07-18 2023-07-11 パナソニックホールディングス株式会社 半導体レーザ素子
JP7340974B2 (ja) 2019-07-18 2023-09-08 パナソニックホールディングス株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP7453650B2 (ja) 2020-03-27 2024-03-21 株式会社デンソー 半導体発光素子

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