JP2013191895A - Semiconductor laser element, method for driving the same, and semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser element, method for driving the same, and semiconductor laser device Download PDF

Info

Publication number
JP2013191895A
JP2013191895A JP2013139507A JP2013139507A JP2013191895A JP 2013191895 A JP2013191895 A JP 2013191895A JP 2013139507 A JP2013139507 A JP 2013139507A JP 2013139507 A JP2013139507 A JP 2013139507A JP 2013191895 A JP2013191895 A JP 2013191895A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
compound semiconductor
semiconductor laser
electron barrier
semiconductor layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013139507A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaru Kuramoto
大 倉本
Tomoyuki Oki
智之 大木
Tomoya Sugawara
智也 菅原
Hiroyuki Yokoyama
弘之 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Sony Corp
Original Assignee
Tohoku University NUC
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Sony Corp filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2013139507A priority Critical patent/JP2013191895A/en
Publication of JP2013191895A publication Critical patent/JP2013191895A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element of ultra short pulse and ultra high output, capable of emitting a pulse laser beam having higher peak power notwithstanding its simple configuration and structure.SOLUTION: A semiconductor laser element comprises: (A) a laminated structure composed of a first compound semiconductor layer 30 containing an n-type impurity, an active layer 40 having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer 50 containing a p-type impurity; (B) a first electrode 61 electrically connected to the first compound semiconductor layer 30; and (C) a second electrode 62 electrically connected to the second compound semiconductor layer 50. The second compound semiconductor layer 50 is provided with an electron barrier layer 53 having a thickness of not less than 1.5×10m. The second electrode 62 is separated into a first portion 62A and a second portion 62B by an isolation groove 63. The semiconductor laser element is driven by a pulse voltage having a value twice or more of a threshold voltage.

Description

本発明は、半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser element, a driving method thereof, and a semiconductor laser device.

今日、パルス時間がアト秒台、フェムト秒台のレーザ光を利用した先端的科学領域の研究に、超短パルス・超高出力レーザが盛んに用いられている。超短パルス・超高出力レーザとして、例えば、チタン/サファイア・レーザが知られているが、係るチタン/サファイア・レーザは、高価で、大型の固体レーザ光源であり、この点が、技術の普及を阻害している主たる要因となっている。もしも超短パルス・超高出力レーザが半導体レーザによって実現できれば、大幅な小型化、低価格化、高安定性化がもたらされ、この分野の高度な科学技術を普及させる上でのブレイクスルーになることが期待されている。   Today, ultra-short pulse and ultra-high-power lasers are actively used for research in advanced scientific fields using laser beams with pulse times in the attosecond range and femtosecond range. For example, a titanium / sapphire laser is known as an ultra-short pulse / high-power laser, and the titanium / sapphire laser is an expensive and large-sized solid-state laser light source. It is the main factor that hinders If an ultra-short pulse / ultra-high power laser can be realized by a semiconductor laser, it will lead to significant downsizing, low cost, and high stability, which will be a breakthrough in spreading advanced science and technology in this field. Is expected to be.

一方、半導体レーザの短パルス化は、通信系の分野で、1960年台から活発に研究されてきた。半導体レーザにおいて短パルスを発生させる方法として、利得スイッチング法、損失スイッチング法(Qスイッチング法)、モード同期法が知られており、これらの方式にあっては、半導体レーザと半導体増幅器や非線形光学素子、光ファイバー等とを組み合わせて高出力化を目指している。   On the other hand, the shortening of the pulse length of the semiconductor laser has been actively studied since the 1960s in the field of communication systems. As a method for generating a short pulse in a semiconductor laser, a gain switching method, a loss switching method (Q switching method), and a mode locking method are known. In these methods, a semiconductor laser, a semiconductor amplifier, and a nonlinear optical element are used. It aims at high output by combining with optical fiber.

J. Ohya et al., Appl. Phys. Lett. 56 (1990) 56.J. Ohya et al., Appl. Phys. Lett. 56 (1990) 56. J. AuYeung et al., Appl. Phys. Lett. 38 (1981) 308.J. AuYeung et al., Appl. Phys. Lett. 38 (1981) 308. N. Yamada et al., Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 583.N. Yamada et al., Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 583. J.E. Ripper et al., Appl. Phys. Lett. 12 (1968) 365.J.E.Ripper et al., Appl.Phys.Lett. 12 (1968) 365. "Ultrafast diode lasers", P. Vasil'ev, Artech House Inc., 1995"Ultrafast diode lasers", P. Vasil'ev, Artech House Inc., 1995 Peter P. Vasil'EV IEEE Journal of Quantum Electronics Vol.24 No.12 p.2386 (1988)Peter P. Vasil'EV IEEE Journal of Quantum Electronics Vol.24 No.12 p.2386 (1988) "12W peak-power 10ps duration optical pulse generation by gain switching of a single-transverse-mode GaInN blue laser diode", S. Kono, et al., Applied Physicis Letters 93, 131113(2008)"12W peak-power 10ps duration optical pulse generation by gain switching of a single-transverse-mode GaInN blue laser diode", S. Kono, et al., Applied Physicis Letters 93, 131113 (2008)

このうち、一番簡単な方法である利得スイッチング法においては、半導体レーザを短パルス電流で駆動することにより、20ピコ秒〜100ピコ秒程度のパルス幅を有する光パルスを発生させることができる(例えば、非特許文献1として J. Ohya et al., Appl. Phys. Lett. 56 (1990) 56.、非特許文献2として J. AuYeung et al., Appl. Phys. Lett. 38 (1981) 308.、非特許文献3として N. Yamada et al., Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 583.、非特許文献4として J.E. Ripper et al., Appl. Phys. Lett. 12 (1968) 365.、非特許文献5として "Ultrafast diode lasers", P. Vasil'ev, Artech House Inc., 1995 を参照)。そして、この利得スイッチング法においては、市販の半導体レーザを短パルス電流で駆動するだけなので、極めて単純な装置構成でピコ秒クラスの短パルス光源を実現することが可能である。しかしながら、光パルスのピーク出力は、850nm帯のAlGaAs系半導体レーザでは0.1ワット〜1ワット程度、また、1.5μm帯のInGaAsP系半導体レーザでは10ミリワット〜100ミリワット程度である。それ故、例えば2光子吸収に用いられる高いピーク出力が必要とされる光源としては、光出力が不十分である。従って、ピーク出力を増加させるために、例えば、モード同期法と半導体増幅器あるいは光ファイバーアンプとを組み合わせた複雑で難しい構成が必要とされる。   Among these, in the gain switching method which is the simplest method, an optical pulse having a pulse width of about 20 picoseconds to 100 picoseconds can be generated by driving a semiconductor laser with a short pulse current ( For example, J. Ohya et al., Appl. Phys. Lett. 56 (1990) 56. as Non-Patent Document 1, and J. AuYeung et al., Appl. Phys. Lett. 38 (1981) 308 as Non-Patent Document 2. N. Yamada et al., Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 583. Non-patent document 4 as JE Ripper et al., Appl. Phys. Lett. 12 (1968) 365. Non-Patent Document 5, "Ultrafast diode lasers", P. Vasil'ev, Artech House Inc., 1995). In this gain switching method, since a commercially available semiconductor laser is only driven with a short pulse current, it is possible to realize a picosecond class short pulse light source with a very simple device configuration. However, the peak output of the optical pulse is about 0.1 watt to 1 watt for the 850 nm band AlGaAs semiconductor laser, and about 10 milliwatt to 100 milliwatt for the 1.5 μm band InGaAsP semiconductor laser. Therefore, for example, the light output is insufficient as a light source that requires a high peak output used for two-photon absorption. Therefore, in order to increase the peak output, for example, a complicated and difficult configuration combining a mode synchronization method and a semiconductor amplifier or an optical fiber amplifier is required.

これまで、AlGaAs系半導体レーザ素子では、3電極型によるパッシブQ−S法により、ピークパワー10ワット、光パルス幅5ピコ秒、1パルス当たりのエネルギー50ピコジュールの値が得られている(非特許文献6として、Peter P. Vasil'EV IEEE Journal of Quantum Electronics Vol.24 No.12 p.2386 (1988) 参照)。また、GaN系半導体レーザ素子では、強励起利得スイッチ法により、ピークパワー12ワット、光パルス幅10ピコ秒、1パルス当たりのエネルギー120ピコジュールの値が得られている(非特許文献7として、"12W peak-power 10ps duration optical pulse generation by gain switching of a single-transverse-mode GaInN blue laser diode", S. Kono, et al., Applied Physicis Letters 93, 131113(2008) 参照)。   Up to now, in an AlGaAs semiconductor laser element, a three-electrode passive QS method has been used to obtain a peak power of 10 watts, an optical pulse width of 5 picoseconds, and an energy of 50 picojoules per pulse (non-native). As Patent Document 6, see Peter P. Vasil'EV IEEE Journal of Quantum Electronics Vol.24 No.12 p.2386 (1988)). In the GaN-based semiconductor laser device, a peak power of 12 watts, an optical pulse width of 10 picoseconds, and an energy per pulse of 120 picojoules are obtained by the strong excitation gain switching method (Non-Patent Document 7) "12W peak-power 10ps duration optical pulse generation by gain switching of a single-transverse-mode GaInN blue laser diode", S. Kono, et al., Applied Physicis Letters 93, 131113 (2008)).

このように、究極的な小型化に必須の要件である「全半導体」に基づき高出力を目指した例、即ち、機械部品や光学部品を必要とせず、半導体レーザ、あるいは、半導体レーザと半導体デバイスとの組合せのみから構成された半導体レーザ装置は、特に、GaN系化合物半導体から構成された405nm帯の半導体レーザにおいては、殆ど報告例がない。然るに、405nm帯において、高いピーク出力を有する「全半導体」パルスレーザが実現できれば、ブルーレイ(Blu−ray)光ディスクシステムの次の世代の光ディスクシステムとして期待されている体積型光ディスクシステムの光源として用いることができるだけでなく、可視光域の全波長帯をカバーした手軽な超短パルス・超高出力光源を実現することが可能となり、医療分野やバイオイメージング分野等で要求される光源を提供することが可能となる。また、ナノ加工分野においても高精細な加工装置が期待できる。   In this way, an example aimed at high output based on “all semiconductors”, which is an essential requirement for the ultimate miniaturization, that is, a semiconductor laser or a semiconductor laser and a semiconductor device without requiring mechanical parts and optical parts. In particular, there is almost no report on a semiconductor laser device composed only of a combination of and a 405 nm band semiconductor laser composed of a GaN-based compound semiconductor. However, if an “all-semiconductor” pulse laser having a high peak output can be realized in the 405 nm band, it can be used as a light source for a volumetric optical disc system that is expected as the next generation optical disc system of the Blu-ray optical disc system. As well as being able to realize an easy ultrashort pulse / high output light source that covers the entire wavelength band of the visible light region, it is possible to provide a light source required in the medical field, bioimaging field, etc. It becomes possible. In addition, a high-definition processing apparatus can be expected in the nano-processing field.

また、上述した非特許文献6及び非特許文献7には、高いピークパワーを有する半導体レーザ素子が開示されている。しかしながら、更に一層高いピークパワーを有するパルスレーザ光を出射し得る半導体レーザ素子が強く求められている。   Non-Patent Document 6 and Non-Patent Document 7 described above disclose semiconductor laser elements having high peak power. However, there is a strong demand for a semiconductor laser element that can emit pulsed laser light having an even higher peak power.

従って、本発明の目的は、簡素な構成、構造であるにも拘わらず、一層高いピークパワーを有するパルスレーザ光を出射し得る超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、係る半導体レーザ素子を組み込んだ半導体レーザ装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultra-short pulse / ultra-high-power semiconductor laser element capable of emitting pulse laser light having a higher peak power despite its simple configuration and structure, and a driving method thereof, and An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device incorporating such a semiconductor laser element.

上記の目的を達成するための本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る半導体レーザ素子、あるいは又、上記の目的を達成するための本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法における半導体レーザ素子、あるいは又、上記の目的を達成するための本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子は、
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m(15nm)以上の電子障壁層が設けられている。尚、このような構成を有する半導体レーザ素子を、以下、『本発明の半導体レーザ素子等』と呼ぶ場合がある。電子障壁層の厚さの上限は、駆動電圧の上昇、第2化合物半導体層における歪みの発生状態等を鑑みながら、各種の試験を行い、適宜、決定すればよい。
The semiconductor laser device according to the first or second aspect of the present invention for achieving the above object, or the first or second aspect of the present invention for achieving the above object. The semiconductor laser element in the semiconductor laser element driving method, or the semiconductor laser element constituting the semiconductor laser device according to the first aspect or the second aspect of the present invention for achieving the above object,
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m (15 nm) or more. The semiconductor laser element having such a configuration may be hereinafter referred to as “the semiconductor laser element of the present invention”. The upper limit of the thickness of the electron barrier layer may be determined as appropriate by conducting various tests in view of the increase in driving voltage, the state of occurrence of strain in the second compound semiconductor layer, and the like.

そして、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ素子は、閾値電流の値Ithの10倍以上の値、好ましくは20倍以上の値、より好ましくは50倍以上の値を有するパルス電流で駆動され、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ素子は、閾値電圧の値Vthの2倍以上の値、好ましくは4倍以上の値、より好ましくは10倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される。 The semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention is 10 times more values of I th of the threshold current, preferably 20 or more times the value, more preferably the pulse current having a value more than 50 times The driven semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention has a pulse voltage having a value that is two times or more, preferably four times or more, more preferably ten times or more the threshold voltage value V th. It is driven by.

また、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、半導体レーザ素子は、上述のとおり、本発明の半導体レーザ素子等から構成されており、閾値電流の値Ithの10倍以上の値、好ましくは20倍以上の値、より好ましくは50倍以上の値を有するパルス電流で半導体レーザ素子を駆動し、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法にあっても、半導体レーザ素子は、上述のとおり、本発明の半導体レーザ素子等から構成されており、閾値電圧の値Vthの2倍以上の値、好ましくは4倍以上の値、より好ましくは10倍以上の値を有するパルス電圧で半導体レーザ素子を駆動する。 In the semiconductor laser device driving method according to the first aspect of the present invention, the semiconductor laser device is composed of the semiconductor laser device of the present invention as described above, and the threshold current value I th The semiconductor laser device is driven by a pulse current having a value of 10 times or more, preferably 20 times or more, more preferably 50 times or more of the above, and the method of driving a semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention However, as described above, the semiconductor laser element is composed of the semiconductor laser element of the present invention, and the value of the threshold voltage value V th is at least twice, preferably at least four times, more preferably Drives the semiconductor laser element with a pulse voltage having a value of 10 times or more.

更には、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置は、パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子は、上述のとおり、本発明の半導体レーザ素子等から構成されており、半導体レーザ素子は、閾値電流の値Ithの10倍以上の値、好ましくは20倍以上の値、より好ましくは50倍以上の値を有するパルス電流で駆動される。また、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置も、パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子は、上述のとおり、本発明の半導体レーザ素子等から構成されており、半導体レーザ素子は、閾値電圧の値Vthの2倍以上の値、好ましくは4倍以上の値、より好ましくは10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される。 Furthermore, the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention is a semiconductor laser device including a pulse generator and a semiconductor laser element driven by a driving pulse from the pulse generator, laser element, as described above, are composed of a semiconductor laser element or the like of the present invention, a semiconductor laser device, the value I 10 times or more of the values of th threshold current, preferably 20 or more times the value, and more preferably It is driven by a pulse current having a value of 50 times or more. The semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention is also a semiconductor laser device including a pulse generator and a semiconductor laser element driven by a driving pulse from the pulse generator, the semiconductor laser device As described above, the element is composed of the semiconductor laser element or the like of the present invention, and the semiconductor laser element has a value that is twice or more, preferably four times or more, more preferably 10 times the threshold voltage value V th. It is driven by a pulse current having a value more than double.

ここで、閾値電流の値Ithとは、レーザ発振が開始されるときの半導体レーザ素子に流れる電流を指し、閾値電圧の値Vthは、そのときに半導体レーザ素子に印加されている電圧を指し、半導体レーザ素子の内部抵抗をR(Ω)としたとき、
th=R×Ith+V0
の関係がある。尚、V0は、p−n接合のビルドインポテンシャルである。
Here, the threshold current value I th refers to the current flowing through the semiconductor laser element when laser oscillation starts, and the threshold voltage value V th refers to the voltage applied to the semiconductor laser element at that time. When the internal resistance of the semiconductor laser element is R (Ω),
V th = R × I th + V 0
There is a relationship. V 0 is a build-in potential of a pn junction.

本発明の第1の態様若しくは第2の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第1の態様若しくは第2の態様に係る半導体レーザ装置において、第2化合物半導体層には厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられている。そして、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置にあっては、半導体レーザ素子を閾値電流の値Ithの10倍以上の値を有するパルス電流で駆動し、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置にあっては、半導体レーザ素子を閾値電圧Vthの値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動する。その結果、70ワット以上のピークパワーを有するレーザ光を出射する、超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子を得ることができた。そして、市販の電気駆動系エレクトロニクスとの簡単な組合せで、容易にワット級あるいはそれ以上のピーク光強度を有する半導体レーザ装置(半導体レーザ光源)を得ることができる。 In the semiconductor laser device according to the first aspect or the second aspect of the present invention or a driving method thereof, the semiconductor laser device according to the first aspect or the second aspect of the present invention, the second compound semiconductor layer has a thickness. An electron barrier layer of 1.5 × 10 −8 m or more is provided. The semiconductor laser element or driving method thereof according to the first aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to a first aspect of the present invention, more than 10 times the value I th in the threshold current of the semiconductor laser element In the semiconductor laser device or the driving method thereof according to the second aspect of the present invention and the semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention, the semiconductor laser element is driven with a pulse current having a value of It is driven by a pulse voltage having a value more than twice the value of V th . As a result, it was possible to obtain an ultrashort pulse / ultra high output semiconductor laser element that emits laser light having a peak power of 70 watts or more. A semiconductor laser device (semiconductor laser light source) having a peak light intensity of a watt class or higher can be easily obtained by a simple combination with commercially available electric drive system electronics.

図1の(A)及び(B)は、実施例1の半導体レーザ装置の回路図であり、図1の(C)及び(D)は、半導体レーザ素子に印加される矩形状のパルス電圧を模式的に示す図である。FIGS. 1A and 1B are circuit diagrams of the semiconductor laser device of Example 1. FIGS. 1C and 1D show rectangular pulse voltages applied to the semiconductor laser element. It is a figure shown typically. 図2は、共振器の延びる方向と直交する仮想平面で切断したときの実施例1の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device of Example 1 when cut along a virtual plane orthogonal to the extending direction of the resonator. 図3は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例1の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device of Example 1 when cut along a virtual plane including the extending direction of the resonator. 図4は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例1の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device of Example 1 when cut along a virtual plane including the direction in which the resonator extends. 図5は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例2の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device of Example 2 when cut along a virtual plane including the extending direction of the resonator. 図6は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例2の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device of Example 2 when cut along a virtual plane including the direction in which the resonator extends. 図7は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例2の半導体レーザ素子の別の変形例の模式的な断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of another modification of the semiconductor laser device of Example 2 when cut along a virtual plane including the direction in which the resonator extends. 図8は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの図5に示した実施例2の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device of Example 2 shown in FIG. 5 when cut along a virtual plane including the extending direction of the resonator. 図9は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの図6に示した実施例2の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device of Example 2 shown in FIG. 6 when cut along a virtual plane including the extending direction of the resonator. 図10は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの図7に示した実施例2の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device of Example 2 shown in FIG. 7 when cut along a virtual plane including the extending direction of the resonator. 図11は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例3の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device of Example 3 when cut along a virtual plane including the extending direction of the resonator. 図12は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例3の半導体レーザ素子の変形例の模式的な断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a modification of the semiconductor laser device of Example 3 when cut along a virtual plane including the extending direction of the resonator. 図13は、共振器の延びる方向を含む仮想平面で切断したときの実施例3の半導体レーザ素子の別の変形例の模式的な断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of another modification of the semiconductor laser device of Example 3 when cut along a virtual plane including the extending direction of the resonator. 図14は、実施例1の半導体レーザ素子のピークパワーの測定結果を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the measurement results of the peak power of the semiconductor laser device of Example 1. 図15は、実施例1の半導体レーザ素子において、パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅(1.5ナノ秒、2.0ナノ秒及び2.5ナノ秒)とレーザ発振の状態との関係を調べた結果を示すグラフである。FIG. 15 shows the relationship between the pulse width of pulse current or pulse voltage (1.5 nanoseconds, 2.0 nanoseconds, and 2.5 nanoseconds) and the state of laser oscillation in the semiconductor laser device of Example 1. It is a graph which shows the result. 図16は、実施例1の半導体レーザ素子において、パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅(3.0ナノ秒、3.5ナノ秒及び4.0ナノ秒)とレーザ発振の状態との関係を調べた結果を示すグラフである。FIG. 16 shows the relationship between the pulse width of pulse current or pulse voltage (3.0 nanoseconds, 3.5 nanoseconds, and 4.0 nanoseconds) and the laser oscillation state in the semiconductor laser device of Example 1. It is a graph which shows the result. 図17は、実施例1の半導体レーザ素子において、パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅(4.5ナノ秒)とレーザ発振の状態との関係を調べた結果を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the results of investigating the relationship between the pulse width of pulse current or pulse voltage (4.5 nanoseconds) and the state of laser oscillation in the semiconductor laser device of Example 1. 図18の(A)及び(B)は、実施例3の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。18A and 18B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining the method of manufacturing the semiconductor laser element of Example 3. FIG. 図19の(A)及び(B)は、図18の(B)に引き続き、実施例3の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。FIGS. 19A and 19B are schematic partial cross-sectional views of a substrate and the like for explaining the method of manufacturing the semiconductor laser device of Example 3, following FIG. 18B. 図20は、図19の(B)に引き続き、実施例3の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。FIG. 20 is a schematic partial end view of a substrate and the like for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser element of Example 3 following FIG.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本発明の半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置、全般に関する説明
2.実施例1(半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置)
3.実施例2(実施例1の変形)
4.実施例3(実施例1の別の変形、その他)
Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples, and various numerical values and materials in the examples are examples. The description will be given in the following order.
1. 1. Description of the semiconductor laser device of the present invention, its driving method, and semiconductor laser device in general Example 1 (semiconductor laser element, driving method thereof, and semiconductor laser device)
3. Example 2 (Modification of Example 1)
4). Example 3 (another modification of Example 1 and others)

[本発明の半導体レーザ素子及びその駆動方法、並びに、半導体レーザ装置、全般に関する説明]
本発明の半導体レーザ素子等において、電子障壁層から活性層までの距離(d)は8×10-8m(80nm)以下である形態とすることができる。ここで、『電子障壁層から活性層までの距離(d)』とは、活性層に面する電子障壁層の部分(境界面)と、電子障壁層に面する活性層の部分(境界面)との間の距離を意味する。電子障壁層から活性層までの距離(d)を「0」とすることもできる。即ち、電子障壁層が活性層と接して設けられている形態とすることもできる。電子障壁層は、キャップ層あるいは蒸発防止層とも呼ばれ、n型不純物を含有する第1化合物半導体層からの電子を反射し、電子が第2化合物半導体層を突き抜けること、即ち、電子のオーバーフローを防止するために設けられた層である。電子障壁層から活性層までの距離(d)を8×10-8m(80nm)以下とすることで、高電流注入時のエネルギーバンドの曲がりにより電子障壁が低くなることを抑制し、電子障壁層における実効的な障壁高さを高くすることができる。
[Description of Semiconductor Laser Device, Driving Method, and Semiconductor Laser Device of the Present Invention]
In the semiconductor laser device or the like of the present invention, the distance (d) from the electron barrier layer to the active layer may be 8 × 10 −8 m (80 nm) or less. Here, the “distance from the electron barrier layer to the active layer (d)” means the part of the electron barrier layer facing the active layer (boundary surface) and the part of the active layer facing the electron barrier layer (boundary surface) Means the distance between. The distance (d) from the electron barrier layer to the active layer may be set to “0”. In other words, the electron barrier layer may be provided in contact with the active layer. The electron barrier layer is also referred to as a cap layer or an evaporation preventing layer, reflects electrons from the first compound semiconductor layer containing n-type impurities, and the electrons penetrate through the second compound semiconductor layer, ie, overflow of electrons. It is a layer provided to prevent. By setting the distance (d) from the electron barrier layer to the active layer to 8 × 10 −8 m (80 nm) or less, it is possible to suppress the electron barrier from being lowered due to the bending of the energy band at the time of high current injection. The effective barrier height in the layer can be increased.

上記の好ましい形態を含む本発明の半導体レーザ素子等において、活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第1の構成の半導体レーザ素子』と呼ぶ。第1の構成の半導体レーザ素子は、共振器の延びる方向(以下、『共振器方向』と呼ぶ場合がある)にキャリア注入領域(発光領域、利得領域)とキャリア非注入領域(可飽和吸収領域)とが並置されたマルチセクション(多領域)型半導体レーザ素子の一種に分類することができる。キャリア注入領域とキャリア非注入領域の配置状態として、
(1)N個のキャリア注入領域と(N−1)個のキャリア非注入領域とが設けられ、キャリア注入領域がキャリア非注入領域を挟んで配置されている状態
(2)N個のキャリア非注入領域と(N−1)個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている状態
を挙げることができる。キャリア非注入領域の上方に位置する第2化合物半導体層の部分に、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)等のイオンをイオン注入することで、高抵抗化を図ってもよい。尚、以下の説明において、共振器方向をX方向とし、積層構造体の厚さ方向をZ方向とする。
In the semiconductor laser device or the like of the present invention including the above-described preferred embodiment, the active layer can be configured to include a carrier injection region and a carrier non-injection region. Such a configuration is referred to as a “first configuration semiconductor laser element” for convenience. The semiconductor laser device of the first configuration has a carrier injection region (light emitting region, gain region) and a carrier non-injection region (saturable absorption region) in the direction in which the resonator extends (hereinafter sometimes referred to as “resonator direction”). ) Are juxtaposed, and can be classified as a kind of multi-section (multi-region) type semiconductor laser element. As the arrangement state of the carrier injection region and the carrier non-injection region,
(1) N carrier injection regions and (N-1) carrier non-injection regions are provided, and the carrier injection region is arranged with the carrier non-injection region in between. (2) N carrier non-injection regions An example is a state in which an injection region and (N-1) carrier injection regions are provided, and a carrier non-injection region is disposed with the carrier injection region interposed therebetween. For example, ions of boron (B), aluminum (Al), silicon (Si), etc. are ion-implanted into the second compound semiconductor layer located above the carrier non-injection region to increase resistance. Also good. In the following description, the resonator direction is the X direction, and the thickness direction of the multilayer structure is the Z direction.

あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の半導体レーザ素子等において、第2電極の長さは活性層の長さよりも短い構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第2の構成の半導体レーザ素子』と呼ぶ。第2電極は、1つであってもよいし、複数に分割されていてもよい。第2の構成の半導体レーザ素子も、共振器方向に発光領域(第2電極の直下に位置する活性層の部分)と可飽和吸収領域(活性層のそれ以外の部分)とが並置されたマルチセクション型半導体レーザ素子の一種に分類することができる。発光領域と可飽和吸収領域の配置状態として、
(1)N個の発光領域と(N−1)個の可飽和吸収領域とが設けられ、発光領域が可飽和吸収領域を挟んで配置されている状態
(2)N個の可飽和吸収領域と(N−1)個の発光領域とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている状態
を挙げることができる。尚、(2)の構造を採用することで、半導体レーザ素子の光出射端面における損傷が発生し難くなる。可飽和吸収領域の上方に位置する第2化合物半導体層の部分に、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)等のイオンをイオン注入することで、高抵抗化を図ってもよい。
Alternatively, in the semiconductor laser device or the like of the present invention including the above-described preferred form, the length of the second electrode can be shorter than the length of the active layer. Such a configuration is referred to as a “second configuration semiconductor laser element” for convenience. There may be one second electrode or a plurality of second electrodes. The semiconductor laser device having the second configuration also includes a multi-layer in which a light emitting region (a portion of an active layer positioned immediately below the second electrode) and a saturable absorption region (a portion other than the active layer) are juxtaposed in the cavity direction. It can be classified as a kind of section type semiconductor laser device. As an arrangement state of the light emitting region and the saturable absorption region,
(1) N light-emitting regions and (N-1) saturable absorption regions are provided, and the light-emitting regions are arranged across the saturable absorption region. (2) N saturable absorption regions. And (N-1) light emitting regions are provided, and a saturable absorption region is disposed with the light emitting region interposed therebetween. By adopting the structure (2), damage to the light emitting end face of the semiconductor laser element is difficult to occur. For example, ions of boron (B), aluminum (Al), silicon (Si), etc. are ion-implanted into the second compound semiconductor layer located above the saturable absorption region to increase resistance. Also good.

あるいは又、上記の好ましい形態を含む本発明の半導体レーザ素子等において、第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第3の構成の半導体レーザ素子』と呼ぶ。第2電極の第1部分にパルス電流あるいはパルス電圧を印加することで、レーザ発振を生じさせる。分離溝の幅は、1μm以上、共振器長の50%以下、好ましくは10μm以上、共振器長の10%以下であることが望ましいが、これに限定するものではない。   Alternatively, in the semiconductor laser element or the like of the present invention including the above-described preferable form, the second electrode can be separated into a first portion and a second portion by a separation groove. Such a configuration is referred to as a “third configuration semiconductor laser element” for convenience. Laser oscillation is generated by applying a pulse current or pulse voltage to the first portion of the second electrode. The width of the separation groove is 1 μm or more and 50% or less of the resonator length, preferably 10 μm or more and 10% or less of the resonator length, but is not limited thereto.

第3の構成の半導体レーザ素子も、共振器方向に発光領域(第2電極の第1部分の直下に位置する活性層の部分)と可飽和吸収領域(第2電極の第2部分の直下に位置する活性層の部分)とが並置されたマルチセクション型半導体レーザ素子の一種に分類することができる。ここで、第2電極の第1部分と第2部分との間の電気抵抗値は、1×102Ω以上、好ましくは1×103Ω以上、より好ましくは1×104Ω以上であることが望ましい。あるいは又、第2電極の第1部分と第2部分との間の電気抵抗値は、第2電極と第1電極との間の電気抵抗値の1×10倍以上、好ましくは1×102倍以上、より好ましくは1×103倍以上であることが望ましい。そして、第2電極の第2部分には、第2電極の第1部分に印加するパルス電流あるいはパルス電圧と同期したパルス電流あるいはパルス電圧を印加してもよいし、直流バイアスを印加してもよい。尚、第2電極の第2部分への印加電圧は順バイアスであってもよいし、逆バイアスであってもよい。ここで、第2電極の第1部分に印加する電圧は、第2電極の第2部分に印加する電圧よりも高いことが望ましい。第2電極の第1部分と第2部分の配置状態として、
(1)N個の第2電極の第1部分と(N−1)個の第2電極の第2部分とが設けられ、第2電極の第1部分が第2電極の第2部分を挟んで配置されている状態
(2)N個の第2電極の第2部分と(N−1)個の第2電極の第1部分とが設けられ、第2電極の第2部分が第2電極の第1部分を挟んで配置されている状態
を挙げることができる。
The semiconductor laser device having the third configuration also has a light emitting region (a portion of the active layer located immediately below the first portion of the second electrode) and a saturable absorption region (just below the second portion of the second electrode) in the cavity direction. Can be classified as a kind of multi-section type semiconductor laser device in which the active layer portion is located side by side. Here, the electrical resistance value between the first portion and the second portion of the second electrode is 1 × 10 2 Ω or more, preferably 1 × 10 3 Ω or more, more preferably 1 × 10 4 Ω or more. It is desirable. Alternatively, the electrical resistance value between the first part and the second part of the second electrode is 1 × 10 times or more, preferably 1 × 10 2 times the electrical resistance value between the second electrode and the first electrode. It is desirable that the ratio is at least twice, more preferably at least 1 × 10 3 times. A pulse current or pulse voltage synchronized with the pulse current or pulse voltage applied to the first part of the second electrode may be applied to the second part of the second electrode, or a DC bias may be applied. Good. The applied voltage to the second portion of the second electrode may be forward bias or reverse bias. Here, the voltage applied to the first portion of the second electrode is preferably higher than the voltage applied to the second portion of the second electrode. As the arrangement state of the first part and the second part of the second electrode,
(1) A first portion of N second electrodes and a second portion of (N-1) second electrodes are provided, and the first portion of the second electrode sandwiches the second portion of the second electrode. (2) The second part of the N second electrodes and the first part of the (N-1) second electrodes are provided, and the second part of the second electrode is the second electrode. The state which is arrange | positioned on both sides of the 1st part of this can be mentioned.

第2電極をエッチングすることで第2電極に分離溝を形成することができるが、この場合、第2電極のエッチングレートをER0、積層構造体のエッチングレートをER1としたとき、ER0/ER1≧1×10、好ましくは、ER0/ER1≧1×102を満足することが望ましい。ER0/ER1がこのような関係を満足することで、積層構造体をエッチングすること無く(あるいは、エッチングされても僅かである)、第2電極を確実にエッチングすることができる。そして、この場合、第2電極を、パラジウム(Pd)単層、ニッケル(Ni)単層、白金(Pt)単層、又は、下層金属層が第2化合物半導体層に接する下層金属層と上層金属層の積層構造(但し、下層金属層は、パラジウム、ニッケル及び白金から成る群から選択された1種類の金属から構成され、上層金属層は、第2電極をエッチングするときのエッチングレートが、下層金属層のエッチングレートと同じ、あるいは同程度、あるいは、下層金属層のエッチングレートよりも高い金属から構成されている)から成る構成とすることが好ましい。尚、下層金属層をパラジウムから構成し、上層金属層をニッケルから構成する場合、上層金属層の厚さを、0.1μm以上、好ましくは0.2μm以上とすることが望ましい。あるいは又、第2電極を、パラジウム(Pd)単層から成る構成とすることが好ましく、この場合、厚さを、20nm以上、好ましくは50nm以上とすることが望ましい。また、第2電極をエッチングするときのエッチング液を、王水、硝酸、硫酸、塩酸、又は、これらの酸の内の少なくとも2種類の混合液(具体的には、硝酸と硫酸の混合液、硫酸と塩酸の混合液)とすることが望ましい。 The separation groove can be formed in the second electrode by etching the second electrode. In this case, when the etching rate of the second electrode is ER 0 and the etching rate of the laminated structure is ER 1 , ER 0 / ER 1 ≧ 1 × 10, preferably ER 0 / ER 1 ≧ 1 × 10 2 is satisfied. When ER 0 / ER 1 satisfies such a relationship, the second electrode can be reliably etched without etching the laminated structure (or even if it is etched slightly). In this case, the second electrode may be a palladium (Pd) single layer, a nickel (Ni) single layer, a platinum (Pt) single layer, or a lower metal layer and an upper metal layer in which the lower metal layer is in contact with the second compound semiconductor layer. Layered structure (however, the lower metal layer is made of one kind of metal selected from the group consisting of palladium, nickel and platinum, and the upper metal layer has an etching rate when the second electrode is etched, The metal layer is preferably made of a metal that is the same as or similar to the etching rate of the metal layer, or higher than the etching rate of the lower metal layer. When the lower metal layer is made of palladium and the upper metal layer is made of nickel, the thickness of the upper metal layer is desirably 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more. Alternatively, the second electrode is preferably composed of a single layer of palladium (Pd). In this case, the thickness is preferably 20 nm or more, and preferably 50 nm or more. Further, the etching solution for etching the second electrode is aqua regia, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or a mixed solution of at least two of these acids (specifically, a mixed solution of nitric acid and sulfuric acid, It is desirable to use a mixture of sulfuric acid and hydrochloric acid.

以上に説明した好ましい形態、第1の構成の半導体レーザ素子〜第3の構成の半導体レーザ素子を含む本発明の半導体レーザ素子等において、半導体レーザ素子は、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造(SCH構造、Separate Confinement Heterostructure)を有し、リッジ部の両側面よりも外側に位置する第2化合物半導体層の部分の頂面から活性層までの距離(D)は1.0×10-7m(0.1μm)以上である構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第4の構成の半導体レーザ素子』と呼ぶ。距離(D)をこのように規定することによって、活性層の両脇(Y方向)に可飽和吸収領域を確実に形成することができる。距離(D)の上限は、閾値電流の上昇、温度特性、長期駆動時の電流上昇率の劣化等に基づき決定すればよい。リッジ部は、第2化合物半導体層を、厚さ方向に一部分、例えば、RIE法にて除去することで、形成することができる。リッジストライプ構造におけるリッジ部の幅として2μm以下を例示することができる。また、リッジ部の両側面には、SiO2/Si積層構造から成る積層絶縁膜が形成されており、リッジ部の有効屈折率と積層絶縁膜の有効屈折率との差は、5×10-3乃至1×10-2である構成とすることができる。このような積層絶縁膜を用いることで、70ワットを超える高出力動作であっても、単一基本横モードを維持することができる。リッジ部の幅の下限値として、限定するものではないが、例えば、0.8μmを挙げることができる。 In the semiconductor laser device of the present invention including the semiconductor laser device having the preferred configuration described above, the semiconductor laser device having the first configuration to the semiconductor laser device having the third configuration, the semiconductor laser device has a ridge stripe type separated confinement heterostructure (SCH). The distance (D) from the top surface of the portion of the second compound semiconductor layer located outside the both side surfaces of the ridge portion to the active layer has a structure (Separate Confinement Heterostructure) of 1.0 × 10 −7 m ( 0.1 μm) or more. Such a configuration is referred to as a “fourth configuration semiconductor laser element” for convenience. By defining the distance (D) in this way, a saturable absorption region can be reliably formed on both sides (Y direction) of the active layer. The upper limit of the distance (D) may be determined based on an increase in threshold current, temperature characteristics, deterioration in current increase rate during long-term driving, and the like. The ridge portion can be formed by removing a part of the second compound semiconductor layer in the thickness direction, for example, by the RIE method. An example of the width of the ridge portion in the ridge stripe structure is 2 μm or less. In addition, a laminated insulating film having a SiO 2 / Si laminated structure is formed on both side surfaces of the ridge portion, and the difference between the effective refractive index of the ridge portion and the effective refractive index of the laminated insulating film is 5 × 10 −. The configuration may be 3 to 1 × 10 −2 . By using such a laminated insulating film, a single fundamental transverse mode can be maintained even at a high output operation exceeding 70 watts. The lower limit value of the width of the ridge portion is not limited, but can be 0.8 μm, for example.

以上に説明した好ましい形態、構成、第1の構成の半導体レーザ素子〜第3の構成の半導体レーザ素子を含む本発明の半導体レーザ素子等において、積層構造体はAlGaInN系化合物半導体から成る構成とすることができる。即ち、半導体レーザ素子はGaN系半導体レーザ素子である構成とすることができる。より具体的には、例えば、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高い構成とすることができる。尚、電子障壁層におけるAlの組成割合として、具体的には、電子障壁層の組成をAlxGa1-xNと表したとき、0.05≦x≦0.5、好ましくは0.15≦x≦0.25、より好ましくは0.18≦x≦0.20を例示することができる。
In the semiconductor laser device and the like of the present invention including the semiconductor laser device having the preferred configuration, the first configuration, and the semiconductor laser device having the first configuration to the third configuration described above, the stacked structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor. be able to. That is, the semiconductor laser element can be a GaN semiconductor laser element. More specifically, for example,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer can be higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer. In addition, as a composition ratio of Al in the electron barrier layer, specifically, when the composition of the electron barrier layer is expressed as Al x Ga 1-x N, 0.05 ≦ x ≦ 0.5, preferably 0.15 ≦ x ≦ 0.25, more preferably 0.18 ≦ x ≦ 0.20.

AlGaInN系化合物半導体として、具体的には、GaN、AlGaN、GaInN、AlGaInNを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素(B)原子やタリウム(Tl)原子、ヒ素(As)原子、リン(P)原子、アンチモン(Sb)原子が含まれていてもよい。また、量子井戸構造を有する活性層は、井戸層及び障壁層が、少なくとも1層、積層された構造を有するが、(井戸層を構成する化合物半導体,障壁層を構成する化合物半導体)の組合せとして、(InyGa(1-y)N,GaN)、(InyGa(1-y)N,InzGa(1-z)N)[但し、y>z]、(InyGa(1-y)N,AlGaN)を例示することができる。半導体レーザ素子の積層構造体を構成するAlGaInN系化合物半導体を、以下、『GaN系化合物半導体』と呼ぶ場合があるし、AlGaInN系化合物半導体層を、以下、『GaN系化合物半導体層』と呼ぶ場合がある。 Specific examples of the AlGaInN compound semiconductor include GaN, AlGaN, GaInN, and AlGaInN. Furthermore, these compound semiconductors may contain boron (B) atoms, thallium (Tl) atoms, arsenic (As) atoms, phosphorus (P) atoms, and antimony (Sb) atoms as desired. . An active layer having a quantum well structure has a structure in which at least one well layer and a barrier layer are stacked, but as a combination of (a compound semiconductor constituting a well layer, a compound semiconductor constituting a barrier layer) , (In y Ga (1-y) N, GaN), (In y Ga (1-y) N, In z Ga (1-z) N) [where y> z], (In y Ga (1 -y) N, AlGaN). An AlGaInN-based compound semiconductor constituting a stacked structure of a semiconductor laser element may be referred to as a “GaN-based compound semiconductor” hereinafter, and an AlGaInN-based compound semiconductor layer may be referred to as a “GaN-based compound semiconductor layer” hereinafter. There is.

電子障壁層と第2電極との間に位置する第2化合物半導体層の部分は、上述したとおり、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有するクラッド層とすることができるが、クラッド層の厚さを0.7μm以下とすることが好ましい。このような超格子構造の構造を採用することで、クラッド層として必要な高屈折率を維持しながら、半導体レーザ素子の直列抵抗成分を下げることができ、半導体レーザ素子の低動作電圧化につながる。超格子構造の厚さの下限値として、限定するものではないが、例えば、0.3μmを挙げることができるし、超格子構造を構成するp型GaN層の厚さとして1nm乃至5nmを例示することができるし、超格子構造を構成するp型AlGaN層の厚さとして1nm乃至5nmを例示することができるし、p型GaN層及びp型AlGaN層の層数合計として、60層乃至300層を例示することができる。また、第2電極は第2化合物半導体層上に設けられており、活性層から第2電極までの距離は1μm以下、好ましくは、0.6μm以下である構成とすることができる。このように活性層から第2電極までの距離を規定することで、抵抗の高いp型の第2化合物半導体層の厚さを薄くし、半導体レーザ素子の動作電圧の低減を達成することができる。活性層から第2電極までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、0.3μmを挙げることができる。また、第2化合物半導体層には、Mgが、1×1019cm-3以上、ドーピングされており、活性層からの波長405nmの光に対する第2化合物半導体層の吸収係数は、少なくとも50cm-1である構成とすることができる。このMgの原子濃度は、2×1019cm-3の値で最大の正孔濃度を示すという材料物性に由来しており、最大の正孔濃度、即ち、この第2化合物半導体層の比抵抗が最小になるように設計された結果である。第2化合物半導体層の吸収係数は、半導体レーザ素子の抵抗を出来るだけ下げるという観点で規定されているものであり、その結果、活性層の光の吸収係数が、50cm-1となるのが一般的である。しかし、この吸収係数を上げるために、Mgドープ量を故意に2×1019cm-3以上の濃度に設定することも可能である。この場合には、実用的な正孔濃度が得られる上での上限のMgドープ量は、例えば8×1019cm-3である。 As described above, the portion of the second compound semiconductor layer located between the electron barrier layer and the second electrode is a clad layer having a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked. However, the thickness of the cladding layer is preferably 0.7 μm or less. By adopting such a superlattice structure, the series resistance component of the semiconductor laser element can be lowered while maintaining the high refractive index necessary for the cladding layer, leading to a lower operating voltage of the semiconductor laser element. . Although the lower limit of the thickness of the superlattice structure is not limited, for example, 0.3 μm can be exemplified, and the thickness of the p-type GaN layer constituting the superlattice structure is exemplified by 1 nm to 5 nm. The thickness of the p-type AlGaN layer constituting the superlattice structure can be 1 nm to 5 nm, and the total number of p-type GaN layers and p-type AlGaN layers is 60 to 300 layers. Can be illustrated. The second electrode is provided on the second compound semiconductor layer, and the distance from the active layer to the second electrode is 1 μm or less, preferably 0.6 μm or less. By defining the distance from the active layer to the second electrode in this way, it is possible to reduce the thickness of the p-type second compound semiconductor layer having a high resistance and to reduce the operating voltage of the semiconductor laser device. . Although it does not limit as a lower limit of the distance from an active layer to a 2nd electrode, 0.3 micrometer can be mentioned, for example. The second compound semiconductor layer is doped with Mg of 1 × 10 19 cm −3 or more, and the absorption coefficient of the second compound semiconductor layer with respect to light having a wavelength of 405 nm from the active layer is at least 50 cm −1. It can be set as the structure which is. The atomic concentration of Mg is derived from the material physical property of showing the maximum hole concentration at a value of 2 × 10 19 cm −3 , and the maximum hole concentration, that is, the specific resistance of the second compound semiconductor layer. This is a result designed to minimize. The absorption coefficient of the second compound semiconductor layer is defined from the viewpoint of reducing the resistance of the semiconductor laser device as much as possible. As a result, the light absorption coefficient of the active layer is generally 50 cm −1. Is. However, in order to increase the absorption coefficient, the Mg doping amount can be intentionally set to a concentration of 2 × 10 19 cm −3 or more. In this case, the upper limit Mg doping amount for obtaining a practical hole concentration is, for example, 8 × 10 19 cm −3 .

第2化合物半導体層において、活性層と電子障壁層との間には、下層クラッド層としてのノンドープ化合物半導体層(例えば、ノンドープGaInN層、あるいは、ノンドープAlGaN層)を形成してもよい。更には、活性層と下層クラッド層との間に、光ガイド層としてのノンドープGaInN層を形成してもよい。第2化合物半導体層の最上層を、MgドープGaN層(p側コンタクト層)が占めている構造とすることもできる。また、半導体レーザ素子の端面から出射されるレーザ光の垂直方向のビーム放射半値角θ⊥は25度以下、好ましくは21度以下である構成とすることができる。ビーム放射半値角θ⊥の下限値として、限定するものではないが、例えば、17度を挙げることができる。共振長として0.3mm乃至2mmを例示することができる。活性層における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは2.4eV以上であることが望ましい。また、活性層から出射されるレーザ光の波長は、360nm乃至500nm、好ましくは400nm乃至410nmであることが望ましい。ここで、以上に説明した各種の構成を、適宜、組み合わせることができることは云うまでもない。   In the second compound semiconductor layer, a non-doped compound semiconductor layer (for example, a non-doped GaInN layer or a non-doped AlGaN layer) as a lower cladding layer may be formed between the active layer and the electron barrier layer. Further, a non-doped GaInN layer as a light guide layer may be formed between the active layer and the lower cladding layer. The uppermost layer of the second compound semiconductor layer may be structured to be occupied by the Mg-doped GaN layer (p-side contact layer). The vertical beam emission half-value angle θ⊥ of the laser light emitted from the end face of the semiconductor laser element can be 25 degrees or less, preferably 21 degrees or less. The lower limit value of the beam radiation half-value angle θ⊥ is not limited, but can be 17 degrees, for example. Examples of the resonance length include 0.3 mm to 2 mm. The band gap of the compound semiconductor constituting the well layer in the active layer is desirably 2.4 eV or more. The wavelength of the laser light emitted from the active layer is desirably 360 nm to 500 nm, preferably 400 nm to 410 nm. Here, it goes without saying that the various configurations described above can be appropriately combined.

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の半導体レーザ素子を用いた本発明の第1の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法においては、パルス電流の立上がりの後、立下がり以前において、レーザ発振する形態とすることができるし、あるいは又、パルス電流の立下がりと同時、若しくは、立下がり後においてレーザ発振する形態とすることができ、これによって、所謂ジッタの発生を確実に抑制することができる。尚、パルス電流のパルス幅は、自然放出光が再結合するのに要する時間であるキャリアライフタイム(例えば、1ナノ秒乃至2ナノ秒)以上であることが好ましい。   In the method of driving the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention using the semiconductor laser device of the present invention including the various preferred modes and configurations described above, after the rise of the pulse current, before the fall Laser oscillation can be used, or laser oscillation can be performed simultaneously with or after the fall of the pulse current, thereby reliably suppressing the occurrence of so-called jitter. can do. Note that the pulse width of the pulse current is preferably not less than the carrier lifetime (for example, 1 nanosecond to 2 nanoseconds) which is the time required for the spontaneous emission light to recombine.

一方、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の半導体レーザ素子を用いた本発明の第2の態様に係る半導体レーザ素子の駆動方法においては、パルス電圧の立上がりの後、立下がり以前において、レーザ発振する形態とすることができるし、あるいは又、パルス電圧の立下がりと同時、若しくは、立下がり後においてレーザ発振する形態とすることができ、これによって、所謂ジッタの発生を確実に抑制することができる。尚、電気パルス幅を減らす要請がある場合は、印加電圧を上げればよい。また、パルス電圧のパルス幅は、キャリアライフタイム(例えば、1ナノ秒乃至2ナノ秒)以上であることが好ましい。   On the other hand, in the method for driving a semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention using the semiconductor laser device of the present invention including the various preferred modes and configurations described above, the pulse voltage rises and then falls. The laser can be oscillated before, or the laser can be oscillated simultaneously with the falling edge of the pulse voltage, or after the falling edge. Can be suppressed. When there is a request to reduce the electric pulse width, the applied voltage may be increased. The pulse width of the pulse voltage is preferably not less than the carrier lifetime (for example, 1 nanosecond to 2 nanoseconds).

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第1の態様に係る半導体レーザ装置(以下、これらを総称して、『本発明の第1の態様』と呼ぶ場合がある)において、パルス電流の値は、0.4アンペア以上、好ましくは0.8アンペア以上である形態とすることができる。あるいは又、パルス電流の値は、活性層1cm2当たり(接合領域面積1cm2当たり)に換算したとき、即ち、電流密度(動作電流密度であり、単位はアンペア/cm2)にて換算したとき、3.5×104アンペア/cm2以上、好ましくは7×104アンペア/cm2以上である形態とすることができる。 The semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention including the various preferred modes and configurations described above or the driving method thereof, the semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention (hereinafter collectively referred to as In “sometimes referred to as“ first aspect of the present invention ”), the value of the pulse current may be 0.4 ampere or more, preferably 0.8 ampere or more. Alternatively, the value of the pulse current, when converted into the active layer 1 cm 2 per (joining region area 1 cm 2 per), i.e., (a operating current density, unit ampere / cm 2) current density when converted by 3.5 × 10 4 amperes / cm 2 or more, preferably 7 × 10 4 amperes / cm 2 or more.

また、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第2の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ装置(以下、これらを総称して、『本発明の第2の態様』と呼ぶ場合がある)において、パルス電圧の値は、8ボルト以上、好ましくは16ボルト以上である形態とすることができる。   In addition, the semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention including the various preferable modes and configurations described above or the driving method thereof, and the semiconductor laser device according to the second aspect of the present invention (hereinafter collectively referred to as these). In the “second aspect of the present invention”, the value of the pulse voltage may be 8 volts or more, preferably 16 volts or more.

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様若しくは第2の態様に係る半導体レーザ素子あるいはその駆動方法、本発明の第1の態様若しくは第2の態様に係る半導体レーザ装置(以下、これらを総称して、単に『本発明』と呼ぶ場合がある)において、半導体レーザ素子を構成する各種のGaN系化合物半導体層を基板に、順次、形成するが、基板として、GaN基板、サファイア基板、GaAs基板、SiC基板、アルミナ基板、ZnS基板、ZnO基板、AlN基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl24基板、InP基板、Si基板、これらの基板の表面(主面)に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。また、半導体レーザ素子を構成する各種のGaN系化合物半導体層の形成方法として、有機金属化学的気相成長法(MOCVD法,MOVPE法)や分子線エピタキシー法(MBE法)、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。 The semiconductor laser device according to the first aspect or the second aspect of the present invention including the various preferable modes and configurations described above or the driving method thereof, and the semiconductor laser according to the first aspect or the second aspect of the present invention In an apparatus (hereinafter, these may be collectively referred to simply as “the present invention”), various GaN-based compound semiconductor layers constituting a semiconductor laser element are sequentially formed on a substrate. Substrate, sapphire substrate, GaAs substrate, SiC substrate, alumina substrate, ZnS substrate, ZnO substrate, AlN substrate, LiMgO substrate, LiGaO 2 substrate, MgAl 2 O 4 substrate, InP substrate, Si substrate, surface of these substrates (main surface) ) May have a base layer or a buffer layer formed thereon. In addition, as a method for forming various GaN-based compound semiconductor layers constituting the semiconductor laser device, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD method, MOVPE method), molecular beam epitaxy method (MBE method), halogen transport or reaction. Hydride vapor phase growth method that contributes to the above.

MOCVD法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム(TMG)ガスやトリエチルガリウム(TEG)ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、n型の導電型を有するGaN系化合物半導体層の形成においては、例えば、n型不純物(n型ドーパント)としてケイ素(Si)を添加すればよいし、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層の形成においては、例えば、p型不純物(p型ドーパント)としてマグネシウム(Mg)を添加すればよい。また、GaN系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム(Al)あるいはインジウム(In)が含まれる場合、Al源としてトリメチルアルミニウム(TMA)ガスを用いればよいし、In源としてトリメチルインジウム(TMI)ガスを用いればよい。更には、Si源としてモノシランガス(SiH4ガス)を用いればよいし、Mg源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いればよい。尚、n型不純物(n型ドーパント)として、Si以外に、Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd、Poを挙げることができるし、p型不純物(p型ドーパント)として、Mg以外に、Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg、Srを挙げることができる。 Examples of the organic gallium source gas in the MOCVD method include trimethyl gallium (TMG) gas and triethyl gallium (TEG) gas, and examples of the nitrogen source gas include ammonia gas and hydrazine gas. In forming a GaN-based compound semiconductor layer having an n-type conductivity, for example, silicon (Si) may be added as an n-type impurity (n-type dopant), or a GaN-based compound having a p-type conductivity. In forming the compound semiconductor layer, for example, magnesium (Mg) may be added as a p-type impurity (p-type dopant). Further, when aluminum (Al) or indium (In) is included as a constituent atom of the GaN-based compound semiconductor layer, trimethylaluminum (TMA) gas may be used as the Al source, and trimethylindium (TMI) gas is used as the In source. Use it. Furthermore, monosilane gas (SiH 4 gas) may be used as the Si source, and cyclopentadienyl magnesium gas, methylcyclopentadienyl magnesium, or biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) may be used as the Mg source. . In addition to Si, examples of n-type impurities (n-type dopants) include Ge, Se, Sn, C, Te, S, O, Pd, and Po. As p-type impurities (p-type dopants), In addition to Mg, Zn, Cd, Be, Ca, Ba, C, Hg, and Sr can be mentioned.

p型の導電型を有する第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極(あるいは、コンタクト層上に形成された第2電極)は、一般に、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、金(Au)及び銀(Ag)から成る群から選択された少なくとも1種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有していることが好ましく、あるいは又、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料を用いることもできる。一方、n型の導電型を有する第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極は、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、タングステン(W)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、錫(Sn)及びインジウム(In)から成る群から選択された少なくとも1種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Auを例示することができる。第1電極や第2電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のPVD法にて形成(成膜)することができる。第1電極は第1化合物半導体層に電気的に接続されているが、第1電極が第1化合物半導体層上に形成された形態、第1電極が導電材料層や導電性の基板を介して第1化合物半導体層に接続された形態が包含される。第2電極は第2化合物半導体層上に形成されているが、場合によっては、第2電極は導電材料層を介して第2化合物半導体層に接続されていてもよい。   In general, the second electrode (or the second electrode formed on the contact layer) electrically connected to the second compound semiconductor layer having the p-type conductivity generally includes palladium (Pd), platinum (Pt), It has a single layer configuration or a multilayer configuration including at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), Al (aluminum), Ti (titanium), gold (Au), and silver (Ag) Preferably, a transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide) can also be used. On the other hand, the first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer having n-type conductivity is gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), Al (aluminum), Ti (titanium). Having a single layer configuration or a multilayer configuration including at least one metal selected from the group consisting of tungsten (W), Cu (copper), Zn (zinc), tin (Sn) and indium (In) Desirably, for example, Ti / Au, Ti / Al, Ti / Pt / Au can be exemplified. The first electrode and the second electrode can be formed (film formation) by, for example, a PVD method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method. The first electrode is electrically connected to the first compound semiconductor layer. The first electrode is formed on the first compound semiconductor layer, and the first electrode is interposed through a conductive material layer or a conductive substrate. A form connected to the first compound semiconductor layer is included. Although the second electrode is formed on the second compound semiconductor layer, in some cases, the second electrode may be connected to the second compound semiconductor layer through a conductive material layer.

第1電極や第2電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ti(チタン)、アルミニウム(Al)、Pt(白金)、Au(金)、Ni(ニッケル)から成る群から選択された少なくとも1種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ti/Pt/Auの多層構成、Ti/Auの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。   A pad electrode may be provided on the first electrode or the second electrode for electrical connection with an external electrode or circuit. The pad electrode has a single-layer configuration or a multi-layer configuration including at least one metal selected from the group consisting of Ti (titanium), aluminum (Al), Pt (platinum), Au (gold), and Ni (nickel). It is desirable to have. Alternatively, the pad electrode may have a multilayer configuration exemplified by a multilayer configuration of Ti / Pt / Au and a multilayer configuration of Ti / Au.

本発明を、例えば、光ディスクシステム、通信分野、光情報分野、光電子集積回路、非線形光学現象を応用した分野、光スイッチ、レーザ計測分野や種々の分析分野、超高速分光分野、多光子励起分光分野、質量分析分野、多光子吸収を利用した顕微分光の分野、化学反応の量子制御、ナノ3次元加工分野、多光子吸収を応用した種々の加工分野、医療分野、バイオイメージング分野といった分野に適用することができる。   The present invention is applied to, for example, an optical disc system, a communication field, an optical information field, an optoelectronic integrated circuit, a field applying a nonlinear optical phenomenon, an optical switch, a laser measurement field, various analysis fields, an ultrafast spectroscopy field, a multiphoton excitation spectroscopy field. , Mass spectrometric field, field of microspectroscopy using multiphoton absorption, quantum control of chemical reaction, nano 3D processing field, various processing fields applying multiphoton absorption, medical field, bio-imaging field be able to.

実施例1は、本発明の第1の態様、本発明の第2の態様に係る半導体レーザ素子及びその駆動方法並びに半導体レーザ装置に関し、更には、第1の構成、第2の構成及び第4の構成の半導体レーザ素子に関する。実施例1の半導体レーザ装置の概念図を図1の(A)あるいは(B)に示し、半導体レーザ素子に印加される矩形状のパルス電圧を模式的に図1の(C)あるいは(D)に示す。また、実施例1の半導体レーザ素子の共振器方向(X方向)と直交する仮想垂直平面(YZ平面)で半導体レーザ素子を切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を図2に示し、半導体レーザ素子の共振器方向を含む仮想垂直平面(XZ平面)で半導体レーザ素子を切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を図3に示す。   Example 1 relates to a semiconductor laser device, a driving method thereof, and a semiconductor laser device according to the first aspect of the present invention, the second aspect of the present invention, and further, the first structure, the second structure, and the fourth structure. The present invention relates to a semiconductor laser element having the structure A conceptual diagram of the semiconductor laser device of Example 1 is shown in FIG. 1A or FIG. 1B, and a rectangular pulse voltage applied to the semiconductor laser element is schematically shown in FIG. 1C or FIG. Shown in FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device when the semiconductor laser device is cut along a virtual vertical plane (YZ plane) orthogonal to the resonator direction (X direction) of the semiconductor laser device of Example 1. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device when the semiconductor laser device is cut along a virtual vertical plane (XZ plane) including the cavity direction of the semiconductor laser device.

実施例1の超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置は、図1の(A)に示すように、パルス発生器10、及び、このパルス発生器10からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子20から構成されている。具体的には、半導体レーザ装置は、発光波長405nm帯のGaN系半導体レーザ素子20と、このGaN系半導体レーザ素子20を利得スイッチング動作させる高出力のパルス発生器10から構成されている。尚、直流定電流電源11を備えているが、図1の(B)に示すように、直流定電流電源11を備えていなくともよい。ここで、直流定電流電源11は周知の回路構成であり、パルス発生器10としては、低電圧のパルス発生器と高出力電圧増幅器を組み合わせた構成とすることができる。   As shown in FIG. 1A, a semiconductor laser device including an ultrashort pulse / ultra-high output semiconductor laser element according to the first embodiment includes a pulse generator 10 and a drive pulse from the pulse generator 10. It is comprised from the semiconductor laser element 20 driven by. Specifically, the semiconductor laser device includes a GaN-based semiconductor laser element 20 having a light emission wavelength of 405 nm band, and a high-power pulse generator 10 that causes the GaN-based semiconductor laser element 20 to perform a gain switching operation. Although the DC constant current power source 11 is provided, the DC constant current power source 11 may not be provided as shown in FIG. Here, the DC constant current power supply 11 has a well-known circuit configuration, and the pulse generator 10 can be configured by combining a low voltage pulse generator and a high output voltage amplifier.

半導体レーザ素子20に印加される電圧(駆動パルス)は、図1の(C)に示すように、時間幅(パルス幅)tpの矩形状のパルス電圧V2である。尚、直流定電流電源11を備えているので、直流電圧V1に時間幅tpの矩形状のパルス電圧V2を加えたものとなる。ここで、直流電圧V1は、直流定電流電源11から供給される電流(値:I1)と半導体レーザ素子20の内部抵抗Rとp−n接合のビルドインポテンシャルV0から、
1=R×I1+V0≒V0=3ボルト
で与えられる。但し、配線抵抗、配線と半導体レーザ素子20との接触抵抗等は無視している。図1の(B)に示した回路構成にあっては、図1の(D)に示すように、半導体レーザ素子20に印加される電圧は、時間幅tpの矩形状のパルス電圧V2である。
The voltage (drive pulse) applied to the semiconductor laser element 20 is a rectangular pulse voltage V 2 having a time width (pulse width) t p as shown in FIG. Since the DC constant current power supply 11 is provided, a rectangular pulse voltage V 2 having a time width t p is added to the DC voltage V 1 . Here, the DC voltage V 1 is derived from the current (value: I 1 ) supplied from the DC constant current power supply 11, the internal resistance R of the semiconductor laser element 20, and the build-in potential V 0 of the pn junction.
V 1 = R × I 1 + V 0 ≈V 0 = 3 volts. However, the wiring resistance, the contact resistance between the wiring and the semiconductor laser element 20, etc. are ignored. In the circuit configuration shown in FIG. 1 (B), as shown in FIG. 1 (D), the voltage applied to the semiconductor laser element 20 is rectangular pulse voltage V 2 of the time width t p It is.

実施例1の半導体レーザ素子20は、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造(SCH構造)を有する半導体レーザ素子である。具体的には、この半導体レーザ素子20は、ブルーレイ光ディスクシステム用に開発されたインデックスガイド型のAlGaInNから成るGaN系半導体レーザ素子であり、リッジストライプ構造を有する。そして、その仕様は、絶対最大定格の光出力が、連続動作で120ミリワット、パルス駆動時(7.5ナノ秒、デューティ比50%)で250ミリワットである。発光波長の標準値は405nm、閾値電流の値Ith(発振開始電流の標準値)は40ミリアンペア、半導体レーザ素子20の端面から出射されるレーザ光の活性層に平行な放射角(水平方向のビーム放射半値角θ//)及び垂直な放射角(垂直方向のビーム放射半値角θ⊥)の標準値は、それぞれ、8度及び21度であり、後述する化合物半導体層の積層方向(縦方向)に光閉じ込めを弱くした高出力仕様の半導体レーザ素子である。また、共振長は0.8mmである。 The semiconductor laser device 20 according to the first embodiment is a semiconductor laser device having a ridge stripe type separated confinement heterostructure (SCH structure). Specifically, the semiconductor laser element 20 is a GaN-based semiconductor laser element made of an index guide type AlGaInN developed for a Blu-ray optical disc system, and has a ridge stripe structure. The specification is that the absolute maximum rated light output is 120 milliwatts for continuous operation and 250 milliwatts for pulse drive (7.5 nanoseconds, duty ratio 50%). The standard value of the emission wavelength is 405 nm, the threshold current value I th (standard value of the oscillation start current) is 40 milliamperes, and the radiation angle (horizontal direction) of the laser light emitted from the end face of the semiconductor laser element 20 is parallel to the active layer. The standard values of the beam radiation half-value angle θ //) and the vertical radiation angle (vertical beam radiation half-value angle θ⊥) are 8 degrees and 21 degrees, respectively. ) Is a high-power semiconductor laser device with reduced optical confinement. The resonance length is 0.8 mm.

模式的な断面図を図2に示すように、実施例1の半導体レーザ素子20は、n型GaN基板21の(0001)面上に設けられており、
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層30、量子井戸構造を有する活性層40、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層50から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層30に電気的に接続された第1電極61、並びに、
(C)第2化合物半導体層50に電気的に接続された第2電極62、
を備えている。第1化合物半導体層30、活性層40、及び、第2化合物半導体層50は、GaN系化合物半導体、具体的には、AlGaInN系化合物半導体から成る。
As shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 2, the semiconductor laser device 20 of Example 1 is provided on the (0001) plane of the n-type GaN substrate 21.
(A) a stacked structure including a first compound semiconductor layer 30 containing an n-type impurity, an active layer 40 having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer 50 containing a p-type impurity,
(B) a first electrode 61 electrically connected to the first compound semiconductor layer 30, and
(C) a second electrode 62 electrically connected to the second compound semiconductor layer 50;
It has. The first compound semiconductor layer 30, the active layer 40, and the second compound semiconductor layer 50 are made of a GaN-based compound semiconductor, specifically, an AlGaInN-based compound semiconductor.

そして、第2化合物半導体層50には、厚さ1.5×10-8m(15nm)以上の電子障壁層53、具体的には、厚さ15nmあるいは厚さ30nmのp型AlGaN電子障壁層53が設けられている。また、電子障壁層53から活性層40までの距離(d)は、8×10-8m(80nm)以下、具体的には、40nmである。 The second compound semiconductor layer 50 includes an electron barrier layer 53 having a thickness of 1.5 × 10 −8 m (15 nm) or more, specifically, a p-type AlGaN electron barrier layer having a thickness of 15 nm or 30 nm. 53 is provided. The distance (d) from the electron barrier layer 53 to the active layer 40 is 8 × 10 −8 m (80 nm) or less, specifically, 40 nm.

半導体レーザ素子20は、より具体的には、以下の表1に示す層構成を有する。ここで、表1において、下方に記載した化合物半導体層ほど、n型GaN基板21に近い層である。尚、活性層40における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは3.06eVである。電子障壁層53におけるAlの組成割合は、クラッド層54におけるAlの平均組成割合よりも高い。具体的には、電子障壁層53におけるAlの組成割合は0.18(Al0.18Ga0.82N)であり、クラッド層54におけるAlの平均組成割合は0.03である。 More specifically, the semiconductor laser element 20 has a layer configuration shown in Table 1 below. Here, in Table 1, the compound semiconductor layer described below is a layer closer to the n-type GaN substrate 21. The band gap of the compound semiconductor constituting the well layer in the active layer 40 is 3.06 eV. The composition ratio of Al in the electron barrier layer 53 is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer 54. Specifically, the composition ratio of Al in the electron barrier layer 53 is 0.18 (Al 0.18 Ga 0.82 N), and the average composition ratio of Al in the cladding layer 54 is 0.03.

[表1]
第2化合物半導体層50
p型GaNコンタクト層(Mgドープ)55
p型GaN(Mgドープ)/AlGaN超格子クラッド層54
p型Al0.18Ga0.82N電子障壁層(Mgドープ)53
ノンドープAlGaN下層クラッド層52
ノンドープGaInN光ガイド層51
活性層40
GaInN量子井戸活性層
(井戸層:Ga0.92In0.08N/障壁層:Ga0.98In0.02N)
第1化合物半導体層30
n型GaNクラッド層32
n型AlGaNクラッド層31
[Table 1]
Second compound semiconductor layer 50
p-type GaN contact layer (Mg doped) 55
p-type GaN (Mg doped) / AlGaN superlattice cladding layer 54
p-type Al 0.18 Ga 0.82 N electron barrier layer (Mg doped) 53
Non-doped AlGaN lower cladding layer 52
Non-doped GaInN optical guide layer 51
Active layer 40
GaInN quantum well active layer (well layer: Ga 0.92 In 0.08 N / barrier layer: Ga 0.98 In 0.02 N)
First compound semiconductor layer 30
n-type GaN cladding layer 32
n-type AlGaN cladding layer 31

また、p型GaNコンタクト層55及びp型GaN/AlGaN超格子クラッド層54の一部は、RIE法にて除去されており、幅1.4μmのリッジ部56が形成されている。リッジ部56の両側にはSiO2/Siから成る積層絶縁膜57が形成されている。尚、SiO2層が下層であり、Si層が上層である。ここで、リッジ部56の両側面よりも外側に位置する第2化合物半導体層50の部分の頂面から活性層40までの距離(D)は1.0×10-7m以上、具体的には120nmである。また、リッジ部56の有効屈折率と積層絶縁膜57の有効屈折率との差は、5×10-3乃至1×10-2、具体的には、7×10-3である。そして、リッジ部56の頂面に相当するp型GaNコンタクト層55上には、Pd/Pt/Auから成る第2電極(p型オーミック電極、p側電極)62が形成されている。一方、n型GaN基板21の裏面には、Ti/Pt/Auから成る第1電極(n型オーミック電極、n側電極)61が形成されている。 The p-type GaN contact layer 55 and the p-type GaN / AlGaN superlattice clad layer 54 are partially removed by the RIE method to form a ridge portion 56 having a width of 1.4 μm. A laminated insulating film 57 made of SiO 2 / Si is formed on both sides of the ridge portion 56. The SiO 2 layer is the lower layer and the Si layer is the upper layer. Here, the distance (D) from the top surface of the portion of the second compound semiconductor layer 50 located outside the both side surfaces of the ridge portion 56 to the active layer 40 is 1.0 × 10 −7 m or more, specifically Is 120 nm. Further, the difference between the effective refractive index of the ridge 56 and the effective refractive index of the laminated insulating film 57 is 5 × 10 −3 to 1 × 10 −2 , specifically 7 × 10 −3 . A second electrode (p-type ohmic electrode, p-side electrode) 62 made of Pd / Pt / Au is formed on the p-type GaN contact layer 55 corresponding to the top surface of the ridge portion 56. On the other hand, a first electrode (n-type ohmic electrode, n-side electrode) 61 made of Ti / Pt / Au is formed on the back surface of the n-type GaN substrate 21.

尚、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有するp型GaN/AlGaN超格子クラッド層54の厚さは0.7μm以下、具体的には、0.4μmであり、超格子構造を構成するp型GaN層の厚さは2.5nmであり、超格子構造を構成するp型AlGaN層の厚さは2.5nmであり、p型GaN層及びp型AlGaN層の層数合計は160層である。また、活性層40から第2電極62までの距離は1μm以下、具体的には0.6μmである。更には、第2化合物半導体層50を構成するp型AlGaN電子障壁層53、p型GaN/AlGaN超格子クラッド層54、p型GaNコンタクト層55には、Mgが、1×1019cm-3以上(具体的には、2×1019cm-3)、ドーピングされている。また、第2化合物半導体層50は、活性層40と電子障壁層53との間には、活性層側から、ノンドープ化合物半導体層(ノンドープGaInN光ガイド層51及びノンドープAlGaN下層クラッド層52)が設けられている。 The p-type GaN / AlGaN superlattice cladding layer 54 having a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked has a thickness of 0.7 μm or less, specifically 0.4 μm. And the thickness of the p-type GaN layer constituting the superlattice structure is 2.5 nm, the thickness of the p-type AlGaN layer constituting the superlattice structure is 2.5 nm, and the p-type GaN layer and the p-type AlGaN The total number of layers is 160 layers. The distance from the active layer 40 to the second electrode 62 is 1 μm or less, specifically 0.6 μm. Further, the p-type AlGaN electron barrier layer 53, the p-type GaN / AlGaN superlattice cladding layer 54, and the p-type GaN contact layer 55 constituting the second compound semiconductor layer 50 have a Mg content of 1 × 10 19 cm −3. More than this (specifically, 2 × 10 19 cm −3 ) is doped. Further, in the second compound semiconductor layer 50, non-doped compound semiconductor layers (non-doped GaInN light guide layer 51 and non-doped AlGaN lower cladding layer 52) are provided between the active layer 40 and the electron barrier layer 53 from the active layer side. It has been.

実施例1の半導体レーザ素子は、第1の構成の半導体レーザ素子であり、活性層40は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されている。即ち、実施例1の半導体レーザ素子は、共振器方向にキャリア注入領域(発光領域,利得領域40A)とキャリア非注入領域(可飽和吸収領域40B)とが並置されたマルチセクション型半導体レーザ素子の一種である。ここで、キャリア注入領域とキャリア非注入領域の配置状態は、具体的には、図3に示すように、N個(但し、実施例1にあっては、N=2)のキャリア非注入領域と(N−1)個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている。キャリア非注入領域は共振器の端部に位置し、長さは5μmである。   The semiconductor laser device of Example 1 is the semiconductor laser device having the first configuration, and the active layer 40 is composed of a carrier injection region and a carrier non-injection region. That is, the semiconductor laser device of Example 1 is a multi-section type semiconductor laser device in which a carrier injection region (light emitting region, gain region 40A) and a carrier non-injection region (saturable absorption region 40B) are juxtaposed in the cavity direction. It is a kind. Here, the arrangement state of the carrier injection region and the carrier non-injection region is specifically N (where N = 2 in the first embodiment) as shown in FIG. And (N-1) carrier injection regions, and a carrier non-injection region is arranged with the carrier injection region interposed therebetween. The carrier non-injection region is located at the end of the resonator and has a length of 5 μm.

あるいは又、実施例1の半導体レーザ素子は、第2の構成の半導体レーザ素子であり、第2電極62の長さは活性層40の長さよりも短い。即ち、共振器方向に発光領域40A(第2電極62の直下に位置する活性層40の部分)と可飽和吸収領域40B(活性層40のそれ以外の部分)とが並置されたマルチセクション型半導体レーザ素子の一種である。ここで、N個(但し、実施例1にあっては、N=2)の可飽和吸収領域40Bと(N−1)個の発光領域40Aとが設けられ、可飽和吸収領域40Bが発光領域40Aを挟んで配置されている。尚、このような構造を採用することで、半導体レーザ素子の光出射端面における損傷が発生し難くなる。   Alternatively, the semiconductor laser element of Example 1 is a semiconductor laser element having the second configuration, and the length of the second electrode 62 is shorter than the length of the active layer 40. That is, the multi-section type semiconductor in which the light emitting region 40A (the portion of the active layer 40 positioned immediately below the second electrode 62) and the saturable absorption region 40B (the other portion of the active layer 40) are juxtaposed in the resonator direction. It is a kind of laser element. Here, N (however, in Example 1, N = 2) saturable absorption regions 40B and (N-1) light emitting regions 40A are provided, and the saturable absorption regions 40B are light emitting regions. 40A is disposed between them. By adopting such a structure, the light emitting end face of the semiconductor laser element is hardly damaged.

実施例1の半導体レーザ素子あるいはその駆動方法にあっては、閾値電流の値Ithの10倍以上の値、好ましくは20倍以上の値、より好ましくは50倍以上の値を有するパルス電流で半導体レーザ素子を駆動する。この電流値は、定格光出力を得るのに必要な電流値(定格電流)を遥かに超えた値である。あるいは又、実施例1の半導体レーザ素子の駆動方法にあっては、閾値電圧の値Vthの2倍以上の値、好ましくは4倍以上の値、より好ましくは10倍以上の値を有するパルス電圧で半導体レーザ素子を駆動する。また、実施例1の半導体レーザ素子20、あるいは、実施例1の半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子20は、閾値電流の値Ithの10倍以上の値、好ましくは20倍以上の値、より好ましくは50倍以上の値を有するパルス電流で駆動され、また、定格電流を遙かに超えるパルス電流で駆動される。あるいは又、実施例1の半導体レーザ素子20、あるいは、実施例1の半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子20は、閾値電圧の値Vthの2倍以上の値、好ましくは4倍以上の値、より好ましくは10倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される。 In the semiconductor laser element or driving method of Example 1, 10 times more values of I th of the threshold current, preferably 20 or more times the value, more preferably the pulse current having a value more than 50 times The semiconductor laser element is driven. This current value is a value far exceeding the current value (rated current) necessary for obtaining the rated light output. Alternatively, in the method of driving the semiconductor laser device according to the first embodiment, a pulse having a value that is two times or more, preferably four times or more, more preferably ten times or more the threshold voltage value Vth. The semiconductor laser element is driven with a voltage. Further, the semiconductor laser device 20 of the first embodiment or the semiconductor laser device 20 constituting the semiconductor laser device of the first embodiment has a value that is 10 times or more, preferably 20 times or more the threshold current value I th . More preferably, it is driven by a pulse current having a value of 50 times or more, and is driven by a pulse current far exceeding the rated current. Alternatively, the semiconductor laser element 20 of the first embodiment or the semiconductor laser element 20 constituting the semiconductor laser device of the first embodiment has a value that is twice or more, preferably four times or more the threshold voltage value V th. More preferably, it is driven by a pulse voltage having a value of 10 times or more.

実施例1の半導体レーザ素子にあっては、電子障壁層53の厚さが規定されている。また、電子障壁層53と活性層40との間の距離(d)が規定されており、更には、リッジ部56の両側面よりも外側に位置する第2化合物半導体層50の部分の頂面から活性層40までの距離(D)が規定されている。即ち、発光領域40Aは可飽和吸収領域40Bに取り囲まれている。より具体的には、発光領域40A(キャリア注入領域が相当する)は、X方向にあっても、Y方向にあっても、可飽和吸収領域40B(キャリア非注入領域が相当する)に取り囲まれている。そして、このように発光領域40Aが可飽和吸収領域40Bによって取り囲まれているが故に、高電流注入時に可飽和吸収領域40Bのキャリアが発光領域40Aに流れ込むことが可能となり、Qスイッチ効果が大幅に増大し、ピークパワーがより一層増加したと考えられる。   In the semiconductor laser device of Example 1, the thickness of the electron barrier layer 53 is defined. Further, the distance (d) between the electron barrier layer 53 and the active layer 40 is defined, and further, the top surface of the portion of the second compound semiconductor layer 50 located outside the both side surfaces of the ridge portion 56. A distance (D) from the active layer 40 to the active layer 40 is defined. That is, the light emitting region 40A is surrounded by the saturable absorption region 40B. More specifically, the light emitting region 40A (corresponding to the carrier injection region) is surrounded by the saturable absorption region 40B (corresponding to the carrier non-injection region) regardless of whether it is in the X direction or the Y direction. ing. Since the light emitting region 40A is surrounded by the saturable absorption region 40B in this way, carriers in the saturable absorption region 40B can flow into the light emitting region 40A during high current injection, and the Q switch effect is greatly improved. It is considered that the peak power has further increased.

実施例1において、電子障壁層53の厚さを、7.5nm、10nm,12.5nm、15nm、30nmとし、電子障壁層53と活性層40との間の距離(d)を40nmとした半導体レーザ素子を作製した。そして、第2電極62への印加電圧を48ボルト、第1電極61を接地した状態とし、パルス電流及びパルス電圧のパルス幅を6ナノ秒とし、半導体レーザ素子のピークパワーを室温にて測定した。尚、パルス電流の値を2.5アンペア、活性層1cm2当たり(接合領域面積1cm2当たり)に換算したとき、即ち、電流密度(動作電流密度であり、単位はアンペア/cm2)にて換算したとき、約2.2×105アンペア/cm2とした。その結果を、図14に、白抜きの菱形印で示す。電子障壁層53の厚さを30nmとすることで、ピークパワー120ワットを達成することができた。尚、パルスレーザ光の波長は405±5nmであった。パルス電流及びパルス電圧のパルス幅を4ナノ秒としたときでも、電子障壁層53の厚さを30nmとすることで、ピークパワー90ワットを達成することができた(白抜きの円印参照)。尚、電子障壁層53の厚さが12.5nmまではピークパワーの値は4ワット程度と低い。然るに、電子障壁層53の厚さを15nmにすると、ピークパワーは70ワットへと急激に増加した。また、電子障壁層53と活性層40との間の距離(d)を82nmとした場合には、電子障壁層53の厚さが20nmでも、高いピークパワーを得ることは出来なかった。 In Example 1, the thickness of the electron barrier layer 53 is 7.5 nm, 10 nm, 12.5 nm, 15 nm, and 30 nm, and the distance (d) between the electron barrier layer 53 and the active layer 40 is 40 nm. A laser element was produced. The applied voltage to the second electrode 62 was 48 volts, the first electrode 61 was grounded, the pulse width of the pulse current and pulse voltage was 6 nanoseconds, and the peak power of the semiconductor laser device was measured at room temperature. . The value of 2.5 amps pulsed current, when converted into the active layer 1 cm 2 per (joining region area 1 cm 2 per), i.e., (a operating current density, unit ampere / cm 2) current density at When converted, it was about 2.2 × 10 5 amperes / cm 2 . The results are shown in FIG. 14 with white diamonds. A peak power of 120 watts could be achieved by setting the thickness of the electron barrier layer 53 to 30 nm. The wavelength of the pulsed laser beam was 405 ± 5 nm. Even when the pulse width of the pulse current and pulse voltage was set to 4 nanoseconds, the peak power of 90 watts could be achieved by setting the thickness of the electron barrier layer 53 to 30 nm (see white circles). . The peak power value is as low as about 4 watts until the thickness of the electron barrier layer 53 is 12.5 nm. However, when the thickness of the electron barrier layer 53 was 15 nm, the peak power increased rapidly to 70 watts. In addition, when the distance (d) between the electron barrier layer 53 and the active layer 40 was 82 nm, high peak power could not be obtained even when the thickness of the electron barrier layer 53 was 20 nm.

このような構成の実施例1の半導体レーザ素子にあっては、第2化合物半導体層50に厚さ1.5×10-8m(15nm)以上の電子障壁層53を設け、半導体レーザ素子を閾値電流の値Ithの10倍以上の値を有するパルス電流で駆動し、あるいは又、半導体レーザ素子を閾値電圧Vthの値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動することで、70ワット以上のピークパワーを有するレーザ光を出射する、超短パルス・超高出力の半導体レーザ素子を得ることができた。 In the semiconductor laser device of Example 1 having such a configuration, the second compound semiconductor layer 50 is provided with the electron barrier layer 53 having a thickness of 1.5 × 10 −8 m (15 nm) or more, and the semiconductor laser device is formed. By driving with a pulse current having a value 10 times or more of the threshold current value I th , or by driving the semiconductor laser element with a pulse voltage having a value more than twice the value of the threshold voltage V th , 70 An ultrashort pulse / high output semiconductor laser element that emits laser light having a peak power of watts or more was obtained.

パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅とレーザ発振の状態との関係を調べた結果を、図15図、図16及び図17に示す。これらの図面から明らかなように、パルス幅が1.5ナノ秒から3.5ナノ秒においては、パルス電流あるいはパルス電圧の立下がりと同時に、あるいは又、立下がり後において、レーザ発振が生じている。また、パルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅が長くなるほど、レーザ光のピークパワーは増加している。また、光パルス幅は、1ピコ秒〜30ピコ秒である。一方、パルス幅が4.0ナノ秒及び4.5ナノ秒においては、パルス電流あるいはパルス電圧の立上がりの後、立下がり以前において、レーザ発振が生じている。レーザ光のピークパワーの増加は顕著ではない。また、複数のピークが生じている。これらの結果から、半導体レーザ素子において、このような試験を行うことで、所望とするピークパワーを得るための最適なパルス電流あるいはパルス電圧のパルス幅を求めることができる。   The results of investigating the relationship between the pulse width of the pulse current or pulse voltage and the laser oscillation state are shown in FIGS. As is apparent from these drawings, when the pulse width is 1.5 to 3.5 nanoseconds, laser oscillation occurs simultaneously with or after the fall of the pulse current or pulse voltage. Yes. Further, the peak power of the laser beam increases as the pulse width of the pulse current or pulse voltage increases. The optical pulse width is 1 picosecond to 30 picoseconds. On the other hand, when the pulse width is 4.0 nanoseconds and 4.5 nanoseconds, laser oscillation occurs after the rise of the pulse current or pulse voltage but before the fall. The increase in the peak power of the laser beam is not significant. In addition, a plurality of peaks are generated. From these results, it is possible to obtain the optimum pulse current or pulse width of the pulse voltage for obtaining a desired peak power by performing such a test in the semiconductor laser device.

尚、実施例1の半導体レーザ素子の変形例として、図4に共振器方向を含む仮想垂直平面(XZ平面)で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を示すように、キャリア非注入領域の上方に位置する第2化合物半導体層50の部分に、あるいは又、可飽和吸収領域40Bの上方に位置する第2化合物半導体層50の部分に、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)等のイオンをイオン注入することで高抵抗領域50Aを形成し、これによって、可飽和吸収領域40Bへ流れ込む電流を一層確実に制限(抑制)する構造を採用してもよい。   As a modification of the semiconductor laser device of Example 1, as shown in FIG. 4, a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device when cut along a virtual vertical plane (XZ plane) including the resonator direction is used. For example, boron (B), aluminum (Al) may be applied to a portion of the second compound semiconductor layer 50 located above the implantation region or to a portion of the second compound semiconductor layer 50 located above the saturable absorption region 40B. ), A high resistance region 50A is formed by ion implantation of ions such as silicon (Si), and thereby a structure that more reliably restricts (suppresses) the current flowing into the saturable absorption region 40B may be employed. .

実施例2は、実施例1の変形である。実施例2にあっては、図5に共振器方向を含む仮想垂直平面(XZ平面)で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を示すように、N個(但し、実施例2にあっては、N=2)のキャリア注入領域と(N−1)個のキャリア非注入領域とが設けられ、キャリア注入領域がキャリア非注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、N個の発光領域(利得領域)40Aと(N−1)個の可飽和吸収領域40Bとが設けられ、発光領域40Aが可飽和吸収領域40Bを挟んで配置されている。   The second embodiment is a modification of the first embodiment. In the second embodiment, as shown in a schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device when cut along a virtual vertical plane (XZ plane) including the resonator direction in FIG. In this case, N = 2) carrier injection regions and (N-1) carrier non-injection regions are provided, and the carrier injection regions are arranged with the carrier non-injection region interposed therebetween. Alternatively, N light emitting regions (gain regions) 40A and (N-1) saturable absorbing regions 40B are provided, and the light emitting regions 40A are arranged with the saturable absorbing regions 40B interposed therebetween.

あるいは又、実施例2の半導体レーザ素子にあっては、第2電極62は、2つのに分離溝63によって分離されている。分離溝63の幅は、具体的には20μmである。   Alternatively, in the semiconductor laser device of the second embodiment, the second electrode 62 is separated into two by the separation groove 63. Specifically, the width of the separation groove 63 is 20 μm.

実施例2の半導体レーザ素子の構成、構造は、第2電極62の構造が異なる点を除き、実施例1の半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。また、実施例2の半導体レーザ素子の駆動方法、半導体レーザ装置も、実施例1の半導体レーザ素子の駆動方法、半導体レーザ装置と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。   The configuration and structure of the semiconductor laser device of the second embodiment can be the same as the configuration and structure of the semiconductor laser device of the first embodiment except that the structure of the second electrode 62 is different. To do. The semiconductor laser element driving method and the semiconductor laser device of the second embodiment can be the same as the semiconductor laser element driving method and the semiconductor laser device of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

共振器方向を含む仮想垂直平面(XZ平面)で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図である図6〜図10を参照して、実施例2の半導体レーザ素子の変形例を、以下、説明する。   With reference to FIGS. 6 to 10, which are schematic cross-sectional views of the semiconductor laser device when cut along a virtual vertical plane (XZ plane) including the resonator direction, a modification of the semiconductor laser device of Example 2 is as follows. This will be described below.

図6に示す半導体レーザ素子は、図5に示した半導体レーザ素子の変形である。この半導体レーザ素子にあっては、N個(但し、この場合にあっては、N=3)のキャリア非注入領域と(N−1)個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、N個(=3)の可飽和吸収領域と(N−1)個の発光領域とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている。   The semiconductor laser element shown in FIG. 6 is a modification of the semiconductor laser element shown in FIG. In this semiconductor laser element, N (however, in this case, N = 3) carrier non-injection regions and (N−1) carrier injection regions are provided. Are arranged across the carrier injection region. Alternatively, N (= 3) saturable absorption regions and (N−1) light emitting regions are provided, and the saturable absorption regions are arranged with the light emitting region interposed therebetween.

図7に示す半導体レーザ素子も、図5に示した半導体レーザ素子の変形である。この半導体レーザ素子にあっては、N個(但し、この場合にあっては、N=4)のキャリア非注入領域と(N−1)個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、N個(=4)の可飽和吸収領域と(N−1)個の発光領域とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている。   The semiconductor laser element shown in FIG. 7 is also a modification of the semiconductor laser element shown in FIG. In this semiconductor laser element, N (in this case, N = 4) carrier non-injection regions and (N−1) carrier injection regions are provided. Are arranged across the carrier injection region. Alternatively, N (= 4) saturable absorption regions and (N−1) light emitting regions are provided, and the saturable absorption regions are arranged with the light emitting region interposed therebetween.

図8、図9及び図10に示す半導体レーザ素子は、図5、図6及び図7に示した半導体レーザ素子の変形である。これらの半導体レーザ素子にあっては、キャリア非注入領域の上方に位置する第2化合物半導体層50の部分に、あるいは又、可飽和吸収領域40Bの上方に位置する第2化合物半導体層50の部分に、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)等のイオンをイオン注入することで高抵抗領域50Aが形成されている。そして、これによって、可飽和吸収領域40Bへ流れ込む電流を一層確実に制限(抑制)することができる。   The semiconductor laser device shown in FIGS. 8, 9 and 10 is a modification of the semiconductor laser device shown in FIGS. In these semiconductor laser elements, a portion of the second compound semiconductor layer 50 located above the carrier non-injection region or a portion of the second compound semiconductor layer 50 located above the saturable absorption region 40B. Further, for example, ions of boron (B), aluminum (Al), silicon (Si), etc. are ion-implanted to form the high resistance region 50A. As a result, the current flowing into the saturable absorption region 40B can be more reliably limited (suppressed).

実施例3も実施例1の変形であるが、更には、第3の構成の半導体レーザ素子に関する。実施例3にあっては、図11に共振器方向を含む仮想垂直平面(XZ平面)で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図を示すように、第2電極は、第1部分62Aと第2部分62Bとに分離溝63によって分離されている。分離溝の幅は20μmである。図11に示した例では、第2電極の2つの第1部分62Aが1つの第2部分62Bを挟んでいる。   Example 3 is also a modification of Example 1, and further relates to a semiconductor laser device having a third configuration. In Example 3, as shown in the schematic cross-sectional view of the semiconductor laser device when cut along a virtual vertical plane (XZ plane) including the resonator direction in FIG. 11, the second electrode includes the first portion. 62A and the second portion 62B are separated by a separation groove 63. The width of the separation groove is 20 μm. In the example shown in FIG. 11, two first portions 62A of the second electrode sandwich one second portion 62B.

尚、実施例3にあっても、N個(但し、実施例3にあっては、N=2)のキャリア注入領域と(N−1)個のキャリア非注入領域とが設けられ、キャリア注入領域がキャリア非注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、N個の発光領域(利得領域)40Aと(N−1)個の可飽和吸収領域40Bとが設けられ、発光領域40Aが可飽和吸収領域40Bを挟んで配置されている。あるいは又、第2電極の長さ全体は、活性層の長さよりも短い。   Even in the third embodiment, N (however, in the third embodiment, N = 2) carrier injection regions and (N−1) carrier non-injection regions are provided. The region is arranged with the carrier non-injection region interposed therebetween. Alternatively, N light emitting regions (gain regions) 40A and (N-1) saturable absorbing regions 40B are provided, and the light emitting regions 40A are arranged with the saturable absorbing regions 40B interposed therebetween. Alternatively, the entire length of the second electrode is shorter than the length of the active layer.

第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値(『分離抵抗値』と呼ぶ場合がある)は、第2電極62と第1電極61との間の電気抵抗値の1×10倍以上、具体的には1.5×103倍である。また、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値(分離抵抗値)は、1×102Ω以上、具体的には、1.5×104Ωである。 The electrical resistance value between the first part 62A and the second part 62B of the second electrode 62 (sometimes referred to as “separation resistance value”) is the electrical resistance between the second electrode 62 and the first electrode 61. It is 1 × 10 times or more of the value, specifically 1.5 × 10 3 times. The electrical resistance value (separation resistance value) between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 is 1 × 10 2 Ω or more, specifically, 1.5 × 10 4 Ω. is there.

そして、実施例3の半導体レーザ素子にあっては、第2電極の第1部分62Aにパルス電流あるいはパルス電圧を加える一方、第2電極の第2部分62Bに電流を流し、あるいは、第2電極の第2部分62Bに電圧を印加することで、可飽和吸収領域40Bに電界を加える。第2電極の第2部分62Bには、第2電極の第1部分62Aに印加するパルス電流あるいはパルス電圧と同期したパルス電流あるいはパルス電圧を印加してもよいし、直流バイアスを印加してもよい。第2電極の第2部分62Bへの印加電圧は順バイアスであってもよいし、逆バイアスであってもよい。第2電極の第1部分62Aに印加する電圧は、第2電極の第2部分62Bに印加する電圧よりも高い。そして、このように第2電極の第2部分62Bの適切な制御によって、高電流注入時に可飽和吸収領域40Bのキャリアが発光領域40Aに流れ込むことが可能となり、Qスイッチ効果が大幅に増大し、ピークパワーをより一層増加させることができる。   In the semiconductor laser device of Example 3, a pulse current or pulse voltage is applied to the first portion 62A of the second electrode, while a current is passed through the second portion 62B of the second electrode, or the second electrode By applying a voltage to the second portion 62B, an electric field is applied to the saturable absorption region 40B. A pulse current or pulse voltage synchronized with the pulse current or pulse voltage applied to the first portion 62A of the second electrode may be applied to the second portion 62B of the second electrode, or a DC bias may be applied. Good. The applied voltage to the second portion 62B of the second electrode may be forward bias or reverse bias. The voltage applied to the first portion 62A of the second electrode is higher than the voltage applied to the second portion 62B of the second electrode. And, by appropriately controlling the second portion 62B of the second electrode in this way, carriers in the saturable absorption region 40B can flow into the light emitting region 40A at the time of high current injection, and the Q switch effect is greatly increased. Peak power can be further increased.

ところで、第2化合物半導体層50上に、1×102Ω以上の分離抵抗値を有する2電極62を形成することが好ましいが、GaN系半導体レーザ素子の場合、従来のGaAs系半導体レーザ素子とは異なり、p型導電型を有する化合物半導体における移動度が小さいために、p型導電型を有する第2化合物半導体層50をイオン注入等によって高抵抗化することなく、その上に形成される第2電極62を分離溝63で分離することで、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値を第2電極62と第1電極61との間の電気抵抗値の10倍以上とし、あるいは又、第2電極62の第1部分62Aと第2部分62Bとの間の電気抵抗値を1×102Ω以上とすることが可能となる。 Incidentally, it is preferable to form the two electrodes 62 having a separation resistance value of 1 × 10 2 Ω or more on the second compound semiconductor layer 50. However, in the case of a GaN-based semiconductor laser device, In contrast, since the mobility in the compound semiconductor having the p-type conductivity is small, the second compound semiconductor layer 50 having the p-type conductivity is formed on the second compound semiconductor layer 50 without being increased in resistance by ion implantation or the like. By separating the two electrodes 62 by the separation groove 63, the electric resistance value between the first portion 62 </ b> A and the second portion 62 </ b> B of the second electrode 62 is changed to the electric resistance between the second electrode 62 and the first electrode 61. The electric resistance value between the first portion 62A and the second portion 62B of the second electrode 62 can be 1 × 10 2 Ω or more.

ここで、第2電極62は、以下の特性を有することが望ましい。即ち、
(1)第2化合物半導体層50をエッチングするときのエッチング用マスクとしての機能を有すること。
(2)第2化合物半導体層50の光学的、電気的特性に劣化を生じさせることなく、第2電極62はウエットエッチング可能であること。
(3)第2化合物半導体層50上に成膜したとき、10-2Ω・cm2以下のコンタクト比抵抗値を示すこと。
(4)積層構造とする場合、下層金属層を構成する材料は、仕事関数が大きく、第2化合物半導体層50に対して低いコンタクト比抵抗値を示し、しかも、ウエットエッチング可能であること。
(5)積層構造とする場合、上層金属層を構成する材料は、リッジ構造を形成する際のエッチングに対して(例えば、RIE法において使用されるCl2ガス)に対して耐性があり、しかも、ウエットエッチング可能であること。
Here, the second electrode 62 desirably has the following characteristics. That is,
(1) It has a function as an etching mask when the second compound semiconductor layer 50 is etched.
(2) The second electrode 62 can be wet-etched without causing deterioration in the optical and electrical characteristics of the second compound semiconductor layer 50.
(3) When a film is formed on the second compound semiconductor layer 50, the contact specific resistance value is 10 −2 Ω · cm 2 or less.
(4) In the case of a laminated structure, the material constituting the lower metal layer has a large work function, exhibits a low contact specific resistance value with respect to the second compound semiconductor layer 50, and can be wet etched.
(5) In the case of a laminated structure, the material constituting the upper metal layer is resistant to etching (for example, Cl 2 gas used in the RIE method) when forming the ridge structure, and Can be wet etched.

実施例3にあっては、第2電極62を厚さ0.1μmのPd単層から構成した。   In Example 3, the second electrode 62 was composed of a Pd single layer having a thickness of 0.1 μm.

実施例3の半導体レーザ素子の基本的な構成、構造は、第2電極62の構造が異なる点を除き、実施例1の半導体レーザ素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。また、実施例3の半導体レーザ素子の駆動方法、半導体レーザ装置も、実施例1の半導体レーザ素子の駆動方法、半導体レーザ装置と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。   The basic configuration and structure of the semiconductor laser device of Example 3 can be the same as the configuration and structure of the semiconductor laser device of Example 1 except that the structure of the second electrode 62 is different. Description is omitted. The semiconductor laser element driving method and semiconductor laser device of the third embodiment can be the same as the semiconductor laser element driving method and semiconductor laser device of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

共振器方向を含む仮想垂直平面(XZ平面)で切断したときの半導体レーザ素子の模式的な断面図である図12及び図13を参照して、実施例3の半導体レーザ素子の変形例を、以下、説明する。   With reference to FIG. 12 and FIG. 13 which are schematic cross-sectional views of the semiconductor laser element when cut along a virtual vertical plane (XZ plane) including the resonator direction, a modification of the semiconductor laser element of Example 3 is This will be described below.

図12に示す半導体レーザ素子にあっては、第2電極の2つの第2部分62Bが1つの第1部分62Aを挟んでいる。図13に示す半導体レーザ素子にあっては、第2電極の4つの第2部分62Bと3つの第1部分62Aが設けられており、第2部分62Bが第1部分62Aを挟んでいる。尚、これらの場合にあっても、N個のキャリア非注入領域と(N−1)個のキャリア注入領域とが設けられ、キャリア非注入領域がキャリア注入領域を挟んで配置されている。あるいは又、N個の可飽和吸収領域と(N−1)個の発光領域とが設けられ、可飽和吸収領域が発光領域を挟んで配置されている。あるいは又、あるいは又、第2電極の長さ全体は、活性層の長さよりも短い。   In the semiconductor laser element shown in FIG. 12, two second portions 62B of the second electrode sandwich one first portion 62A. In the semiconductor laser element shown in FIG. 13, four second portions 62B and three first portions 62A of the second electrode are provided, and the second portion 62B sandwiches the first portion 62A. Even in these cases, N carrier non-injection regions and (N-1) carrier injection regions are provided, and the carrier non-injection regions are arranged with the carrier injection region interposed therebetween. Alternatively, N saturable absorption regions and (N−1) light emitting regions are provided, and the saturable absorption regions are arranged with the light emitting region interposed therebetween. Alternatively or alternatively, the entire length of the second electrode is shorter than the length of the active layer.

以下、図18の(A)、(B)、図19の(A)、(B)、図20を参照して、実施例3の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。尚、図18の(A)、(B)、図19の(A)、(B)は、基板等をYZ平面にて切断したときの模式的な一部断面図であり、図20は、基板等をXZ平面にて切断したときの模式的な一部端面図である。   Hereinafter, with reference to FIGS. 18A and 18B, FIGS. 19A and 19B, and FIG. 20, a manufacturing method of the semiconductor laser device of Example 3 will be described. 18A, 18B, and 19A, 19B are schematic partial cross-sectional views when the substrate or the like is cut along the YZ plane, and FIG. It is a typical partial end view when a board | substrate etc. are cut | disconnected by XZ plane.

[工程−300]
先ず、n型GaN基板21の(0001)面上に、周知のMOCVD法に基づき、第1導電型(n型導電型)を有し、GaN系化合物半導体から成る第1化合物半導体層30、GaN系化合物半導体から成る発光領域(利得領域)40A及び可飽和吸収領域40Bを構成する活性層40、並びに、第1導電型と異なる第2導電型(p型導電型)を有し、GaN系化合物半導体から成る第2化合物半導体層50が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する(図18の(A)参照)。
[Step-300]
First, on the (0001) plane of the n-type GaN substrate 21, a first compound semiconductor layer 30 having a first conductivity type (n-type conductivity type) and made of a GaN-based compound semiconductor, based on a well-known MOCVD method, GaN A GaN-based compound having a light-emitting region (gain region) 40A and a saturable absorption region 40B made of a compound semiconductor and a second conductivity type (p-type conductivity type) different from the first conductivity type A second compound semiconductor layer 50 made of a semiconductor is sequentially stacked to form a stacked structure (see FIG. 18A).

[工程−310]
その後、第2化合物半導体層50上に帯状の第2電極62を形成する。具体的には、真空蒸着法に基づきPd層62Cを全面に成膜した後(図18の(B)参照)、Pd層62C上に、フォトリソグラフィ技術に基づき帯状のエッチング用レジスト層を形成する。そして、王水を用いて、エッチング用レジスト層に覆われていないPd層62Cを除去した後、エッチング用レジスト層を除去する。こうして、図19の(A)に示す構造を得ることができる。尚、リフトオフ法に基づき、第2化合物半導体層50上に帯状の第2電極62を形成してもよい。
[Step-310]
Thereafter, a strip-shaped second electrode 62 is formed on the second compound semiconductor layer 50. Specifically, after forming a Pd layer 62C on the entire surface based on a vacuum deposition method (see FIG. 18B), a strip-shaped etching resist layer is formed on the Pd layer 62C based on a photolithography technique. . Then, after removing the Pd layer 62C not covered with the etching resist layer using aqua regia, the etching resist layer is removed. In this way, the structure shown in FIG. 19A can be obtained. Note that the strip-shaped second electrode 62 may be formed on the second compound semiconductor layer 50 based on a lift-off method.

[工程−320]
次いで、第2電極62をエッチング用マスクとして第2化合物半導体層50の一部分をエッチングして、リッジ構造を形成する。具体的には、Cl2ガスを用いたRIE法に基づき、第2電極62をエッチング用マスクとして用いて、第2化合物半導体層50の一部分をエッチングする。こうして、図19の(B)に示す構造を得ることができる。このように、帯状にパターニングされた第2電極62をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジ構造を形成するので、第2電極62とリッジ構造との間に合わせずれが生じることがない。
[Step-320]
Next, a part of the second compound semiconductor layer 50 is etched using the second electrode 62 as an etching mask to form a ridge structure. Specifically, based on the RIE method using Cl 2 gas, a part of the second compound semiconductor layer 50 is etched using the second electrode 62 as an etching mask. Thus, the structure shown in FIG. 19B can be obtained. As described above, since the ridge structure is formed by the self-alignment method using the second electrode 62 patterned in a band shape as an etching mask, there is no misalignment between the second electrode 62 and the ridge structure.

[工程−330]
その後、分離溝63を第2電極62に形成するためのレジスト層64を形成する(図20参照)。尚、参照番号65は、分離溝63を形成するために、レジスト層64に設けられた開口部である。次いで、レジスト層64をウエットエッチング用マスクとして、第2電極62に分離溝63をウエットエッチング法にて形成し、以て、第2電極62を第1部分62Aと第2部分62Bとに分離溝63によって分離する。具体的には、王水をエッチング液として用い、王水に約10秒、全体を浸漬することで、第2電極62に分離溝63を形成する。そして、その後、レジスト層64を除去する。こうして、図11に示す構造を得ることができる。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第2化合物半導体層50の光学的、電気的特性に劣化が生じることがない。それ故、半導体レーザ素子の発光特性に劣化が生じることがない。尚、ドライエッチング法を採用した場合、第2化合物半導体層50の内部損失αiが増加し、閾値電圧が上昇したり、光出力の低下を招く虞がある。ここで、第2電極62のエッチングレートをER0、積層構造体のエッチングレートをER1としたとき、
ER0/ER1≒1×102
である。このように、第2電極62と第2化合物半導体層50との間に高いエッチング選択比が存在するが故に、積層構造体をエッチングすること無く(あるいは、エッチングされても僅かである)、第2電極62を確実にエッチングすることができる。
[Step-330]
Thereafter, a resist layer 64 for forming the separation groove 63 in the second electrode 62 is formed (see FIG. 20). Reference numeral 65 is an opening provided in the resist layer 64 in order to form the separation groove 63. Next, using the resist layer 64 as a wet etching mask, a separation groove 63 is formed in the second electrode 62 by a wet etching method, whereby the second electrode 62 is separated into the first portion 62A and the second portion 62B. 63 to separate. More specifically, the separation groove 63 is formed in the second electrode 62 by using aqua regia as an etchant and immersing the whole in aqua regia for about 10 seconds. Thereafter, the resist layer 64 is removed. In this way, the structure shown in FIG. 11 can be obtained. As described above, unlike the dry etching method, the wet etching method is employed, so that the optical and electrical characteristics of the second compound semiconductor layer 50 are not deteriorated. Therefore, the light emission characteristics of the semiconductor laser element do not deteriorate. When the dry etching method is employed, the internal loss α i of the second compound semiconductor layer 50 increases, which may increase the threshold voltage or decrease the light output. Here, when the etching rate of the second electrode 62 is ER 0 and the etching rate of the laminated structure is ER 1 ,
ER 0 / ER 1 ≒ 1 × 10 2
It is. As described above, since a high etching selection ratio exists between the second electrode 62 and the second compound semiconductor layer 50, the stacked structure is not etched (or slightly etched). The two electrodes 62 can be reliably etched.

[工程−340]
その後、n側電極の形成、基板の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、半導体レーザ素子を作製することができる。
[Step-340]
Thereafter, an n-side electrode is formed, the substrate is cleaved, and further packaged, whereby a semiconductor laser element can be manufactured.

このように実施例3の半導体レーザ素子の製造方法にあっては、帯状の第2電極をエッチング用マスクとして第2化合物半導体層の一部分をエッチングして、リッジ構造を形成する。このように、パターニングされた第2電極をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジ構造を形成するので、第2電極とリッジ構造との間に合わせずれが生じることがない。また、第2電極に分離溝をウエットエッチング法にて形成する。このように、ドライエッチング法と異なり、ウエットエッチング法を採用することで、第2化合物半導体層に光学的、電気的特性の劣化が生じることを抑制することができる。それ故、半導体レーザ素子の発光特性に劣化が生じることを、確実に防止することができる。   As described above, in the method of manufacturing the semiconductor laser device of Example 3, a part of the second compound semiconductor layer is etched using the band-shaped second electrode as an etching mask to form a ridge structure. As described above, since the ridge structure is formed by the self-alignment method using the patterned second electrode as an etching mask, misalignment does not occur between the second electrode and the ridge structure. Further, a separation groove is formed in the second electrode by a wet etching method. As described above, unlike the dry etching method, by adopting the wet etching method, it is possible to suppress the deterioration of the optical and electrical characteristics in the second compound semiconductor layer. Therefore, it is possible to reliably prevent the light emission characteristics of the semiconductor laser element from being deteriorated.

また、実施例3の半導体レーザ素子にあっては、第2電極の第1部分と第2部分との間の電気抵抗値は、第2電極と第1電極との間の電気抵抗値の10倍以上であり、あるいは又、1×102Ω以上である。従って、第2電極の第1部分から第2部分への漏れ電流の流れを確実に抑制することができる。即ち、発光領域(利得領域)に注入する電流を大きくできると同時に、可飽和吸収領域へ印加する例えば逆バイアス電圧を高くすることができるため、よりピークパワーの強いパルスレーザ光を出射することができる。そして、第2電極の第1部分と第2部分との間のこのような高い電気抵抗値を、第2電極を第1部分と第2部分とに分離溝によって分離するだけで達成することができる。 In the semiconductor laser device of Example 3, the electrical resistance value between the first portion and the second portion of the second electrode is 10 times the electrical resistance value between the second electrode and the first electrode. More than twice, or more than 1 × 10 2 Ω. Therefore, the leakage current flow from the first part to the second part of the second electrode can be reliably suppressed. That is, the current injected into the light emitting region (gain region) can be increased, and at the same time, for example, the reverse bias voltage applied to the saturable absorption region can be increased, so that a pulsed laser beam with stronger peak power can be emitted. it can. And, such a high electrical resistance value between the first part and the second part of the second electrode can be achieved simply by separating the second electrode into the first part and the second part by the separation groove. it can.

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した半導体レーザ素子の構成、構造、半導体レーザ装置の構成は例示であり、適宜、変更することができる。また、実施例においては、種々の値を示したが、これらも例示であり、例えば、使用する半導体レーザ素子の仕様が変われば、変わることは当然である。例えば、実施例3において、第2電極を、厚さ20nmのパラジウム(Pd)から成る下層金属層と、厚さ200nmのニッケル(Ni)から成る上層金属層の積層構造としてもよい。尚、王水によるウエットエッチングにあっては、ニッケルのエッチングレートは、パラジウムのエッチングレートの約1.25倍である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The configuration and structure of the semiconductor laser element and the configuration of the semiconductor laser device described in the embodiments are examples, and can be appropriately changed. In the examples, various values are shown, but these are also exemplifications. For example, if the specifications of the semiconductor laser element to be used are changed, it is natural that the values change. For example, in Example 3, the second electrode may have a stacked structure of a lower metal layer made of palladium (Pd) having a thickness of 20 nm and an upper metal layer made of nickel (Ni) having a thickness of 200 nm. In wet etching with aqua regia, the nickel etching rate is about 1.25 times the palladium etching rate.

10・・・パルス発生器、11・・・直流定電流電源、20・・・半導体レーザ素子、21・・・n型GaN基板、30・・・第1化合物半導体層、31・・・n型AlGaNクラッド層、32・・・n型GaNクラッド層、40・・・活性層、40A・・・発光領域(キャリア注入領域)、40B・・・可飽和吸収領域(キャリア非注入領域)、50・・・第2化合物半導体層、51・・・ノンドープGaInN光ガイド層、52・・・ノンドープAlGaN下層クラッド層、53・・・p型AlGaN電子障壁層(Mgドープ)、54・・・p型GaN(Mgドープ)/AlGaN超格子クラッド層、55・・・p型GaNコンタクト層(Mgドープ)、56・・・リッジ部、57・・・積層絶縁膜、61・・・第1電極、62・・・第2電極、62A・・・第2電極の第1部分、62B・・・第2電極の第2部分、62C・・・Pd層、64・・・レジスト層、65・・・開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Pulse generator, 11 ... DC constant current power supply, 20 ... Semiconductor laser element, 21 ... n-type GaN substrate, 30 ... 1st compound semiconductor layer, 31 ... n-type AlGaN cladding layer, 32... N-type GaN cladding layer, 40... Active layer, 40 A... Light emitting region (carrier injection region), 40 B. ..Second compound semiconductor layer, 51... Non-doped GaInN light guide layer, 52... Non-doped AlGaN lower cladding layer, 53... P-type AlGaN electron barrier layer (Mg doped), 54. (Mg-doped) / AlGaN superlattice cladding layer, 55... P-type GaN contact layer (Mg-doped), 56... Ridge portion, 57. ..No. Electrodes, a first portion of 62A ... second electrode, a second portion of the 62B ... second electrode, 62C ... Pd layer, 64 ... resist layer, 65 ... opening

Claims (20)

(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ素子。
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
A semiconductor laser element driven by a pulse current having a value of 10 times or more of a threshold current value.
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高く、
閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ素子。
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer,
A semiconductor laser element driven by a pulse current having a value of 10 times or more of a threshold current value.
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されており、又は、第2電極の長さは活性層の長さよりも短く、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高く、
電子障壁層の組成をAlxGa1-xNと表したとき、0.15≦x≦0.25であり、
閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ素子。
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The active layer is composed of a carrier injection region and a carrier non-injection region, or the length of the second electrode is shorter than the length of the active layer,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer,
When the composition of the electron barrier layer is expressed as Al x Ga 1-x N, 0.15 ≦ x ≦ 0.25,
A semiconductor laser element driven by a pulse current having a value of 10 times or more of a threshold current value.
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される半導体レーザ素子。
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
A semiconductor laser device that is driven by a pulse voltage having a value that is twice or more the threshold voltage value.
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高く、
閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される半導体レーザ素子。
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer,
A semiconductor laser device that is driven by a pulse voltage having a value that is twice or more the threshold voltage value.
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されており、又は、第2電極の長さは活性層の長さよりも短く、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高く、
電子障壁層の組成をAlxGa1-xNと表したとき、0.15≦x≦0.25であり、
閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動される半導体レーザ素子。
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The active layer is composed of a carrier injection region and a carrier non-injection region, or the length of the second electrode is shorter than the length of the active layer,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer,
When the composition of the electron barrier layer is expressed as Al x Ga 1-x N, 0.15 ≦ x ≦ 0.25,
A semiconductor laser device that is driven by a pulse voltage having a value that is twice or more the threshold voltage value.
パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、
半導体レーザ素子は、
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
半導体レーザ素子は、閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device comprising a pulse generator and a semiconductor laser element driven by a driving pulse from the pulse generator,
The semiconductor laser element is
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
The semiconductor laser device is a semiconductor laser device that is driven by a pulse current having a value of 10 times or more the threshold current value.
パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、
半導体レーザ素子は、
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高く、
半導体レーザ素子は、閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device comprising a pulse generator and a semiconductor laser element driven by a driving pulse from the pulse generator,
The semiconductor laser element is
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer,
The semiconductor laser device is a semiconductor laser device that is driven by a pulse current having a value of 10 times or more the threshold current value.
パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、
半導体レーザ素子は、
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されており、又は、第2電極の長さは活性層の長さよりも短く、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高く、
電子障壁層の組成をAlxGa1-xNと表したとき、0.15≦x≦0.25であり、
半導体レーザ素子は、閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device comprising a pulse generator and a semiconductor laser element driven by a driving pulse from the pulse generator,
The semiconductor laser element is
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The active layer is composed of a carrier injection region and a carrier non-injection region, or the length of the second electrode is shorter than the length of the active layer,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer,
When the composition of the electron barrier layer is expressed as Al x Ga 1-x N, 0.15 ≦ x ≦ 0.25,
The semiconductor laser device is a semiconductor laser device that is driven by a pulse current having a value of 10 times or more the threshold current value.
パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、
半導体レーザ素子は、
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
半導体レーザ素子は、閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device comprising a pulse generator and a semiconductor laser element driven by a driving pulse from the pulse generator,
The semiconductor laser element is
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
The semiconductor laser device is a semiconductor laser device that is driven by a pulse current having a value that is at least twice the value of the threshold voltage.
パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、
半導体レーザ素子は、
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高く、
半導体レーザ素子は、閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device comprising a pulse generator and a semiconductor laser element driven by a driving pulse from the pulse generator,
The semiconductor laser element is
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer,
The semiconductor laser device is a semiconductor laser device that is driven by a pulse current having a value that is at least twice the value of the threshold voltage.
パルス発生器、及び、該パルス発生器からの駆動パルスによって駆動される半導体レーザ素子から構成された半導体レーザ装置であって、
半導体レーザ素子は、
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられており、
活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されており、又は、第2電極の長さは活性層の長さよりも短く、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高く、
電子障壁層の組成をAlxGa1-xNと表したとき、0.15≦x≦0.25であり、
半導体レーザ素子は、閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電流で駆動される半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device comprising a pulse generator and a semiconductor laser element driven by a driving pulse from the pulse generator,
The semiconductor laser element is
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
The second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
The active layer is composed of a carrier injection region and a carrier non-injection region, or the length of the second electrode is shorter than the length of the active layer,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
The composition ratio of Al in the electron barrier layer is higher than the average composition ratio of Al in the cladding layer,
When the composition of the electron barrier layer is expressed as Al x Ga 1-x N, 0.15 ≦ x ≦ 0.25,
The semiconductor laser device is a semiconductor laser device that is driven by a pulse current having a value that is at least twice the value of the threshold voltage.
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられている半導体レーザ素子の駆動方法であって、
閾値電流の値の10倍以上の値を有するパルス電流で駆動する半導体レーザ素子の駆動方法。
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
A method of driving a semiconductor laser device, wherein the second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
A method for driving a semiconductor laser device, which is driven by a pulse current having a value of 10 times or more of a threshold current value.
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されている請求項13に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。   14. The method of driving a semiconductor laser device according to claim 13, wherein the second electrode is separated into a first portion and a second portion by a separation groove. 第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高い請求項13に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
14. The method of driving a semiconductor laser device according to claim 13, wherein the Al composition ratio in the electron barrier layer is higher than the average Al composition ratio in the cladding layer.
活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されており、又は、第2電極の長さは活性層の長さよりも短く、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層の組成をAlxGa1-xNと表したとき、0.15≦x≦0.25であり、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高い請求項13に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
The active layer is composed of a carrier injection region and a carrier non-injection region, or the length of the second electrode is shorter than the length of the active layer,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
When the composition of the electron barrier layer is expressed as Al x Ga 1-x N, 0.15 ≦ x ≦ 0.25,
14. The method of driving a semiconductor laser device according to claim 13, wherein the Al composition ratio in the electron barrier layer is higher than the average Al composition ratio in the cladding layer.
(A)n型不純物を含有する第1化合物半導体層、量子井戸構造を有する活性層、及び、p型不純物を含有する第2化合物半導体層から成る積層構造体、
(B)第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
(C)第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えており、
第2化合物半導体層には、厚さ1.5×10-8m以上の電子障壁層が設けられている半導体レーザ素子の駆動方法であって、
閾値電圧の値の2倍以上の値を有するパルス電圧で駆動する半導体レーザ素子の駆動方法。
(A) a laminated structure including a first compound semiconductor layer containing an n-type impurity, an active layer having a quantum well structure, and a second compound semiconductor layer containing a p-type impurity,
(B) a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer, and
(C) a second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer;
With
A method of driving a semiconductor laser device, wherein the second compound semiconductor layer is provided with an electron barrier layer having a thickness of 1.5 × 10 −8 m or more,
A method for driving a semiconductor laser device, wherein the semiconductor laser device is driven by a pulse voltage having a value that is twice or more of a threshold voltage value.
第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されている請求項17に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。   The method of driving a semiconductor laser device according to claim 17, wherein the second electrode is separated into a first portion and a second portion by a separation groove. 第2電極は、第1部分と第2部分とに分離溝によって分離されており、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高い請求項17に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
The second electrode is separated into a first part and a second part by a separation groove,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
18. The method of driving a semiconductor laser device according to claim 17, wherein the Al composition ratio in the electron barrier layer is higher than the average Al composition ratio in the cladding layer.
活性層は、キャリア注入領域及びキャリア非注入領域から構成されており、又は、第2電極の長さは活性層の長さよりも短く、
積層構造体は、AlGaInN系化合物半導体から成り、
第2化合物半導体層は、活性層側から、少なくとも、電子障壁層及びクラッド層の積層構造から成り、
クラッド層は、p型GaN層及びp型AlGaN層が交互に積層された超格子構造を有し、
電子障壁層は、p型AlGaN層から成り、
電子障壁層の組成をAlxGa1-xNと表したとき、0.15≦x≦0.25であり、
電子障壁層におけるAlの組成割合は、クラッド層におけるAlの平均組成割合よりも高い請求項17に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
The active layer is composed of a carrier injection region and a carrier non-injection region, or the length of the second electrode is shorter than the length of the active layer,
The laminated structure is made of an AlGaInN-based compound semiconductor,
The second compound semiconductor layer has at least a laminated structure of an electron barrier layer and a clad layer from the active layer side,
The cladding layer has a superlattice structure in which p-type GaN layers and p-type AlGaN layers are alternately stacked,
The electron barrier layer is composed of a p-type AlGaN layer,
When the composition of the electron barrier layer is expressed as Al x Ga 1-x N, 0.15 ≦ x ≦ 0.25,
18. The method of driving a semiconductor laser device according to claim 17, wherein the Al composition ratio in the electron barrier layer is higher than the average Al composition ratio in the cladding layer.
JP2013139507A 2013-07-03 2013-07-03 Semiconductor laser element, method for driving the same, and semiconductor laser device Pending JP2013191895A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013139507A JP2013191895A (en) 2013-07-03 2013-07-03 Semiconductor laser element, method for driving the same, and semiconductor laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013139507A JP2013191895A (en) 2013-07-03 2013-07-03 Semiconductor laser element, method for driving the same, and semiconductor laser device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009162617A Division JP2011018784A (en) 2009-07-09 2009-07-09 Semiconductor laser element, driving method thereof, and semiconductor laser device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013191895A true JP2013191895A (en) 2013-09-26

Family

ID=49391779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013139507A Pending JP2013191895A (en) 2013-07-03 2013-07-03 Semiconductor laser element, method for driving the same, and semiconductor laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013191895A (en)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57145388A (en) * 1981-03-03 1982-09-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Control method for laser light generation
JPH01281782A (en) * 1988-05-07 1989-11-13 Hamamatsu Photonics Kk Light source driver
JPH05304335A (en) * 1992-04-28 1993-11-16 Shimadzu Corp Fabrication of semiconductor laser
JPH06169124A (en) * 1992-11-30 1994-06-14 Ando Electric Co Ltd Short optical pulse generating device
JPH0897505A (en) * 1994-09-28 1996-04-12 Fuji Xerox Co Ltd Semiconductor laser, manufacture thereof and drive thereof
JPH08162709A (en) * 1994-12-08 1996-06-21 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor pulse laser device, and its oscillating method
JPH1168226A (en) * 1997-08-20 1999-03-09 Sharp Corp Semiconductor laser element and manufacture thereof
JPH11340580A (en) * 1997-07-30 1999-12-10 Fujitsu Ltd Semiconductor laser, semiconductor light-emitting element and its manufacture
JP2003060290A (en) * 2001-08-09 2003-02-28 Sharp Corp Nitride semiconductor laser element and drive method thereof
JP2003086887A (en) * 2001-07-06 2003-03-20 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and optical fiber amplifier using the same
JP2003086903A (en) * 2001-09-07 2003-03-20 Sony Corp Semiconductor light emitting device and its manufacturing method
JP2003264343A (en) * 1999-06-10 2003-09-19 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57145388A (en) * 1981-03-03 1982-09-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Control method for laser light generation
JPH01281782A (en) * 1988-05-07 1989-11-13 Hamamatsu Photonics Kk Light source driver
JPH05304335A (en) * 1992-04-28 1993-11-16 Shimadzu Corp Fabrication of semiconductor laser
JPH06169124A (en) * 1992-11-30 1994-06-14 Ando Electric Co Ltd Short optical pulse generating device
JPH0897505A (en) * 1994-09-28 1996-04-12 Fuji Xerox Co Ltd Semiconductor laser, manufacture thereof and drive thereof
JPH08162709A (en) * 1994-12-08 1996-06-21 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor pulse laser device, and its oscillating method
JPH11340580A (en) * 1997-07-30 1999-12-10 Fujitsu Ltd Semiconductor laser, semiconductor light-emitting element and its manufacture
JPH1168226A (en) * 1997-08-20 1999-03-09 Sharp Corp Semiconductor laser element and manufacture thereof
JP2003264343A (en) * 1999-06-10 2003-09-19 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element
JP2003086887A (en) * 2001-07-06 2003-03-20 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and optical fiber amplifier using the same
JP2003060290A (en) * 2001-08-09 2003-02-28 Sharp Corp Nitride semiconductor laser element and drive method thereof
JP2003086903A (en) * 2001-09-07 2003-03-20 Sony Corp Semiconductor light emitting device and its manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1328050B1 (en) Semiconductor laser structure
JP5307466B2 (en) Semiconductor laser, driving method thereof, and semiconductor laser device
US8329483B2 (en) Bi-section semiconductor laser device, method for manufacturing the same, and method for driving the same
US20120201259A1 (en) Submount, submount assembly, and submount assembling method
US8442079B2 (en) Mode-locked semiconductor laser device and driving method thereof
JP2007066981A (en) Semiconductor device
JP5138023B2 (en) Semiconductor laser element
US8831055B2 (en) Self-oscillating semiconductor laser device and driving method thereof
US8989228B2 (en) Laser diode device, method of driving the same, and laser diode apparatus
JP2010205810A (en) Method of driving semiconductor laser element, and semiconductor laser device
JP2011205148A (en) Semiconductor device
JP5536132B2 (en) Semiconductor laser element
US10686291B2 (en) Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting element assembly
JP2013191895A (en) Semiconductor laser element, method for driving the same, and semiconductor laser device
JP2014007434A (en) Mode-locked semiconductor laser element and semiconductor laser device assembly
JP2014078753A (en) Mode-lock semiconductor laser element and semiconductor laser device assembly
JP2010187034A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130703

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130716

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140617

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140813

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150120

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150316

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150901

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151130

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20151207

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20160108