JP3549514B2 - 半導体発光装置の駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低出力時における雑音特性が向上する半導体発光装置、その製造方法及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は倉又他：ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス３７（１９９８）Ｌ１３７３ （Ａ． Ｋｕｒａｍａｔａ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．３７（１９９８） Ｌ１３７３）等に開示されている、従来の屈折率導波型の半導体レーザ素子を示している。
【０００３】
図１４に示すように、サファイアからなる基板１０１上には、例えば、それぞれがＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、ｎ型コンタクト層を含むｎ型半導体部１０２、活性層１０３、及びｐ型コンタクト層を含むｐ型半導体部１０４が結晶成長により形成されている。
【０００４】
ｐ型半導体部１０４におけるｐ型コンタクト層の上部はストライプ状にパターニングされたリッジ部を有し、該リッジ部上の全面にｐ側電極１０５が形成されている。ここで、活性層１０３におけるｐ側電極１０５の下側の領域がレーザ発振を起こす共振器となる。
【０００５】
ｎ型半導体部１０２のｎ型コンタクト層は、ｐ側電極１０５の一方の側方領域が露出されており、該露出面上にはｎ側電極１０６がほぼ全面に形成されている。
【０００６】
ｐ側電極１０５からｎ側電極１０６に向けて順方向に駆動電流を流し、該駆動電流の値が所定の発振閾電流値を超えると、活性層１０３の一方の端面からレーザ光が出射される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に示したような半導体レーザ素子を用いて、光ディスク装置、例えば高密度デジタルバーサタイル（ビデオ）ディスク（ＨＤ−ＤＶＤ）装置に対して書き込み動作を行なう際に、紫色レーザ光を用いる場合には３０ｍＷ以上の出力値が必要となる。逆に、読み出し動作時の紫色レーザ光の出力値は１ｍＷ程度と小さくする必要がある。
【０００８】
ところが、読み出し動作時において、従来の半導体レーザ素子は、駆動電流に高周波を重畳したとしても、出力値を低下するに従って相対雑音強度が増大してしまうという問題がある。これは、レーザ発振をその発振閾値とほぼ同等の注入電流値で行なわせるため、レーザ発振の緩和振動の影響によって相対雑音強度が増大するためである。
【０００９】
また、レーザ発振の閾値電流と同程度の注入電流値で発振させることから、単一モード性が低下してしまい、マルチモード成分が生ずることにより、相対雑音強度が増大することにもなる。
【００１０】
相対雑音強度を低減するには、緩和振動周波数を大きくする必要がある。その方法の１つに微分利得を増大することが考えられる。レーザ発振の微分利得を増大するには、光吸収領域を形成することにより、発振閾値を大きくすれば良い。
【００１１】
また、他の方法として、スロープ効率（微分効率）を低下させて、１ｍＷ程度のレーザ出力に必要な電流値を増大させることにより、動作電流値を発振閾値よりも大きく設定するようにすれば良い。
【００１２】
なお、半導体レーザ素子の雑音を低減するには、共振器端面の反射率を増大することによっても実現することができるが、この場合はレーザ光の出力（光出力）値も低下してしまう。従って、前述したように、ＨＤ−ＤＶＤ装置が書き込み動作を行なう際には高出力な発光光が必要となるため、光出力値が低下してしまうような端面反射率を増大させるという手段を採ることはできない。
【００１３】
また、半導体レーザ素子に自励発振を生じさせる場合には、活性層１０３又はその近傍に半導体からなる光吸収層を設ける必要がある。しかしながら、このような光吸収層を半導体レーザ装置自体に設けると、高出力値を得にくいという問題がある。
【００１４】
本発明は、前記従来の問題を解決し、低出力時においても相対雑音強度が小さい半導体発光装置を実現できるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、ｐ側電極又はｎ側電極を分割して、低出力動作を要求される読み出し時には、分割した電極の一部にのみ駆動電流を印加する構成とする。
【００１６】
具体的に、本発明に係る半導体発光装置は、基板上にほぼ一様な膜厚に形成された第１導電型の第１の半導体層と、第１の半導体層の上にほぼ一様な膜厚に形成された第２導電型の第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間にほぼ一様な膜厚に形成され、発光光を生成する活性層と、第１の半導体層に駆動電流を供給する第１の電極と、第２の半導体層に駆動電流を供給する第２の電極とを備え、第１の電極又は第２の電極は、互いに間隔をおいた複数の導電性部材からなる分割電極である。
【００１７】
本発明の半導体発光装置によると、活性層を挟む第１の半導体層及び第２の半導体層と、第１の半導体層に駆動電流を供給する第１の電極と、第２の半導体層に駆動電流を供給する第２の電極とを備えており、第１の電極又は第２の電極が、互いに間隔をおいた複数の導電性部材からなる分割電極としている。このため、高出力動作時には、分割電極の全部に対して駆動電流を印加する。一方、低出力動作時には、分割電極のうちの一部に対して駆動電流を印加して、活性層に対して駆動電流を不均一に注入することにより、活性層に光吸収領域を形成する。これにより、発振閾電流値が大きくなるため、レーザ発振の微分利得が増大して、低出力時の相対雑音強度を小さくすることができる。
【００１８】
本発明の半導体発光装置において、分割電極が、基板上における活性層が形成されている主面側に設けられていることが好ましい。
【００１９】
本発明の半導体発光装置において、第２の電極が活性層に共振器を形成するストライプパターンを有しており、分割電極が共振器における出射端面側と反射端面側とを分けるように分割されていることが好ましい。
【００２０】
本発明の半導体発光装置において、第１の電極及び第２の電極が、基板上における活性層が形成されている主面側に設けられていることが好ましい。
【００２１】
本発明の半導体発光装置において、分割電極が、活性層にホールを注入するｐ側電極であることが好ましい。
【００２２】
この場合に、ｐ側電極が第２の半導体層の上に形成されたストライプパターンを有し、ｐ側電極における複数の導電性部材同士の間隔が約１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
本発明の半導体発光装置において、分割電極が活性層に電子を注入するｎ側電極であることが好ましい。
【００２４】
この場合に、ｎ側電極が第１の半導体層におけるｐ側電極の一方の側方に露出した領域上に形成されており、ｎ側電極における複数の導電性部材同士の間隔は約５μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
また、この場合に、第２の電極が第２の半導体層の上に形成されたストライプパターンを持つｐ側電極であり、ｎ側電極が第１の半導体層におけるｐ側電極の一方の側方に露出した領域上に形成された第１電極部及び第２電極部からなり、、第１電極部及び第２電極部との間に形成される分割領域は、前記ｐ側電極が延びる方向と基板面内で垂直な方向に対して０°よりも大きく且つ９０°よりも小さい傾斜角度を持つように設けられていることが好ましい。
【００２６】
また、この場合に、第２の電極が第２の半導体層の上に形成されたストライプパターンを持つｐ側電極であり、第１の半導体層がｐ側電極の両側方に露出しており、ｎ側電極が、第１の半導体層におけるｐ側電極の一方の側方の領域上に形成された第１電極部と、第１の半導体層におけるｐ側電極の他方の側方の領域上に形成された第２電極部とからなり、第１電極部と第２電極部とが、ｐ側電極に対して各平面形状が非対称となるように形成されていることが好ましい。
【００２７】
本発明の半導体発光装置において、基板が導電性を有しており、分割電極が、基板における活性層が形成されている主面と反対側の面上に設けられた第１電極部と、基板における活性層が形成されている主面側に設けられた第２電極部とから構成されていることが好ましい。
【００２８】
この場合に、分割電極がｎ側電極であって、第１電極部が基板の主面と反対側の面上のほぼ全面に設けられ、第２電極部がｐ側電極の側方の領域の一部に設けられており、第２の電極が第２の半導体層の上に形成されたストライプパターンを持つｐ側電極であることが好ましい。
【００２９】
本発明の半導体発光装置において、活性層がその組成に窒素を含む化合物半導体からなることが好ましい。
【００３０】
また、本発明の半導体発光装置において、活性層がその組成にリンを含む化合物半導体からなることが好ましい。
【００３１】
本発明に係る第１の半導体発光装置の製造方法は、基板上に、第１導電型の第１の半導体層、活性層及び第２導電型の第２の半導体層を、それぞれがほぼ一様な膜厚で順次成長する工程と、第１の半導体層の一部を露出した後、露出した第１の半導体層の上に第１の電極を形成する工程と、第２の半導体層の上に第２の電極を形成する工程と、第１の電極又は第２の電極を複数の電極に絶縁分離することにより分割電極を形成する工程とを備えている。
【００３２】
第１の半導体発光装置の製造方法によると、第１の半導体層に駆動電流を供給する第１の電極と、第２の半導体層に駆動電流を供給する第２の電極とを形成し、その後、第１の電極又は第２の電極を複数の電極に絶縁分離することにより、分割電極を形成する。このため、本発明の半導体発光装置を確実に得ることができる。
【００３３】
第１の半導体発光装置の製造方法において、分割電極を形成する工程はエッチング法を用いることが好ましい。
【００３４】
また、第１の半導体発光装置の製造方法において、分割電極を形成する工程はリフトオフ法を用いることが好ましい。
【００３５】
本発明に係る第２の半導体発光装置の製造方法は、基板上に、第１導電型の第１の半導体層、活性層及び第２導電型の第２の半導体層を、それぞれがほぼ一様な膜厚で順次成長する工程と、第１の半導体層の一部を露出した後、露出した第１の半導体層の上に第１のｎ側電極を形成する工程と、基板における活性層と反対側の面上に第２のｎ側電極を形成する工程と、第２の半導体層の上にｐ側電極を形成する工程とを備えている。
【００３６】
第２の半導体発光装置の製造方法によると、ｎ側電極を、第１の半導体層上の第１のｎ側電極と、基板における活性層と反対側の面上に第２のｎ側電極を形成するため、ｎ側電極が分割電極となる。これにより、本発明の半導体発光装置を確実に得ることができる。
【００３７】
第１又は第２の半導体発光装置の製造方法において、活性層がその組成に窒素を含む化合物半導体からなることが好ましい。
【００３８】
第１又は第２の半導体発光装置の製造方法において、活性層がその組成にリンを含む化合物半導体からなることが好ましい。
【００３９】
本発明に係る第１の半導体発光装置の駆動方法は、基板上に形成された第１導電型の第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成された第２導電型の第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成され、発光光を生成する活性層と、第１の半導体層に駆動電流を供給する第１の電極と、第２の半導体層に駆動電流を供給するストライプ形状を有する第２の電極とを備え、第１の電極又は第２の電極を第２の電極が延びる方向に分割された分割電極とする半導体発光装置を対象とし、分割電極は、出射端面側に位置する第１電極部と反射端面側に位置する第２電極部とからなり、レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合には、第１電極部及び第２電極部に対して第１駆動電流を印加し、レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、第１電極部に対して第１駆動電流を印加すると共に、第２電極部に対して第１駆動電流よりも値が小さい第２駆動電流を印加するか若しくは該第２駆動電流を印加せず、又は第２電極部に対して第１駆動電流を印加すると共に、第１電極部に対して第１駆動電流よりも値が小さい第２駆動電流を印加するか若しくは該第２駆動電流を印加しない。
【００４０】
第１の半導体発光装置の駆動方法によると、レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合には、分割電極における第１電極部及び第２電極部に対して第１駆動電流を印加し、レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、第１電極部（又は第２の電極部）に対して第１駆動電流を印加すると共に、第２電極部（又は第１電極部）に対して第１駆動電流よりも値が小さい第２駆動電流を印加するか若しくは該第２駆動電流を印加しない。これにより、低出力動作時には、活性層に対して不均一に電流を注入することができるため、活性層に光吸収領域が形成される。その結果、発振閾値電流の値が大きくなるので、レーザ発振の微分利得が増大して、低出力時の相対雑音強度を小さくすることができる。
【００４１】
本発明に係る第２の半導体発光装置の駆動方法は、基板上に形成された第１導電型の第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成された第２導電型の第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成され、発光光を生成する活性層と、第１の半導体層に駆動電流を供給する第１の電極と、第２の半導体層に駆動電流を供給するストライプ形状を有する第２の電極とを備え、第１の電極又は第２の電極を基板の表裏方向に分割された分割電極とする半導体発光装置の駆動方法を対象とし、分割電極は、基板における活性層と反対側の面のほぼ全面を覆うように設けられた第１電極部と、第１の半導体層上における出射端面又は反射端面側に設けられた第２電極部とからなり、レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合には、第１電極部に対して第１駆動電流を印加し、レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、第１電極部に対して第１駆動電流よりも値が小さい第２駆動電流を印加するか又は該第２駆動電流を印加せず、且つ、第２電極部に対して第１駆動電流を印加する。
【００４２】
第２の半導体発光装置の制御方法によると、レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、第１電極部に対して第１駆動電流よりも値が小さい第２駆動電流を印加するか又は該第２駆動電流を印加せず、且つ第２電極部に対して第１駆動電流を印加する。このため、低出力動作時には、活性層に対して不均一に電流を注入することができるため、活性層に光吸収領域が形成される。その結果、発振閾値電流の値が大きくなるので、レーザ発振の微分利得が増大して、低出力時の相対雑音強度を小さくすることができる。
【００４３】
第１又は第２の半導体発光装置の駆動方法において、第２駆動電流は第１駆動電流を抵抗可変手段に通すことにより生成することが好ましい。
【００４４】
また、第１又は第２の半導体発光装置の駆動方法において、第２駆動電流のピーク値が、第１駆動電流のピーク値のほぼ２分の１以下であることが好ましい。
【００４５】
本発明に係る第３の半導体発光装置の駆動方法は、基板上に形成された第１導電型の第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成された第２導電型の第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に形成され、発光光を生成する活性層と、第１の半導体層に駆動電流を供給する第１の電極と、第２の半導体層に駆動電流を供給するストライプ形状を有する第２の電極とを備え、第１の電極又は第２の電極を第２の電極が延びる方向に分割された分割電極とする半導体発光装置を対象とし、分割電極は、出射端面側に位置する第１電極部と反射端面側に位置する第２電極部とからなり、第１電極部と第２電極部とに対して、互いに値が異なる駆動電流を自励発振が生じるように印加する。
【００４６】
第３の半導体発光装置の駆動方法によると、分割電極における第１電極部と第２電極部とに対して、互いに値が異なる駆動電流を自励発振が生じるように印加するため、高周波信号を重畳しなくても相対雑音強度が低下するので、レーザ素子における駆動回路を簡略化することができる。
【００４７】
第３の半導体発光装置の駆動方法において、自励発振時には、第１電極部及び第２電極部のうちのいずれか一方に駆動電流を印加しないことが好ましい。
【００４８】
本発明に係る第４の半導体発光装置の駆動方法は、レーザ光を発振する共振器を持つ半導体発光装置により出射されるレーザ光の反射光を用いて、記録媒体に記録された記録情報を読み出す半導体発光装置の駆動方法を対象とし、記録情報の読み出し時には、共振器に対して不均一に駆動電流を注入する。
【００４９】
第４の半導体発光装置の駆動方法によると、活性層に対して不均一に電流を注入するため、活性層に光吸収領域が形成される。その結果、発振閾値電流の値が大きくなるため、レーザ発振の微分利得が増大して、低出力時の相対雑音強度を小さくすることができる。
【００５０】
第４の半導体発光装置の駆動方法において、半導体発光装置が自励発振することが好ましい。
【００５１】
また、第４の半導体発光装置の駆動方法において、駆動電流が高周波電流であることが好ましい。
【００５２】
この場合に、高周波電流の周波数が約１００ＭＨｚ以上であることが好ましい。
【００５３】
なお、従来の半導体発光装置には、例えばブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ素子等の集積レーザ素子のように、電極が分割されたレーザ素子も存在するが、分割された各電極に対応する素子は互いに異なる機能を有しており、発光領域における結晶構造等が電極ごとに異なっている。
【００５４】
また、電極が分離された従来のレーザ素子に変調電流を印加する場合には、強度、周波数又は位相等が異なる電流を印加している。さらに、ｐ側電極の両側にｎ側電極を設けるレーザ構造は公知であるが、ｎ側電極における共振器の共振方向の長さは同一となっている。
【００５５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５６】
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子を示している。
【００５７】
図１に示すように、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、導電性を有する半導体基板１１の主面上には、ｎ型半導体部１２、活性層（発光層）１３及びｐ型半導体部１４が、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法等のエピタキシャル成長法により形成されている。
【００５８】
ｎ型半導体部１２は、半導体基板１１側から、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型コンタクト層、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型クラッド層、及びｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型ガイド層を含んでいる。なお、ｎ型半導体部１２の最下層に、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるバッファ層を設けてもよい。
【００５９】
ｐ型半導体部１４は、活性層１３側から、ｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐ型ガイド層、ｐ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｐ型クラッド層、及びｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐ型コンタクト層を含んでいる。
【００６０】
活性層１３は、例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）のように、エネルギーギャップがｎ型ガイド層及びｐ型ガイド層よりも小さいＩＩＩ −Ｖ族窒化物半導体を用いる。なお、活性層１３は多重量子井戸構造を有していてもよい。
【００６１】
ｐ型半導体部１４の上には、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層体からなり、幅が約１．８μｍ〜２．５μｍのストライプ形状を持つｐ側電極１５が形成されている。ｐ側電極１５は、活性層１３における出射端面１３ａ側を第１電極部１５ａとし、反射端面１３ｂ側を第２電極部１５ｂとする、例えばエッチングにより分割されてなる分割電極である。
【００６２】
ｐ型半導体部１４のｐ型コンタクト層におけるｐ側電極１５の側方部分は、エッチングにより膜厚を小さくして、活性層１３に導波路（共振器）を形成している。従って、ｐ型コンタクト層における第１電極部１５ａと第２電極部１５ｂとの間の領域はエッチングされていない。
【００６３】
ｐ側電極１５の第１電極部１５ａと第２電極部１５ｂとの間隔は約１μｍとしている。また、レーザ光の閾値電流が高出力動作時の２倍〜３倍となるように、例えば１００ｍＡ程度となるように、第２電極部１５ｂの長さを調整する。ここでは、導波路の長さを０．５ｍｍ程度とする場合には、第２電極部１５ｂの長さを０．１ｍｍ程度とすれば良い。
【００６４】
半導体基板１１における活性層１３が形成されている主面と反対側の面（裏面）上には、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層体からなるｎ側電極１６が形成されている。
【００６５】
活性層１３は、導波路の全領域においてほぼ均一な膜厚を有している。窒化物半導体は微分利得が大きいため、活性層１３の膜厚が不均一であると、ｐ側電極１５及びｎ側電極１６に電流を注入して高出力動作を行なう場合に、得られる発光光が不均一となる。その結果、所望の発光強度を得られなくなるので、活性層１３の膜厚は均一とする必要がある。
【００６６】
また、ｎ型半導体部１２及びｐ型半導体部１４においても、これらに含まれる各半導体層の膜厚は導波路が延びる方向（出射方向）において、ほぼ一様としている。特に、窒化物半導体の場合には、ｐ型半導体の抵抗値が大きいため、ｐ型半導体部１４の膜厚が出射方向において不均一であると、駆動電流の注入が不均一となってしまう。その結果、ｐ側電極１５及びｎ側電極１６に電流を注入して高出力動作を行なう場合に、所望の光出力を充分に得られなくなる。これを避けるために、ｎ型半導体部１２及びｐ型半導体部１４を構成する各半導体層の膜厚は、出射方向においてほぼ均一としている。
【００６７】
ところで、前述したように、ｐ側電極１５の第１電極部１５ａと第２電極部１５ｂとの間隔は１μｍ程度である。この間隔を１０μｍ以上と大きくした場合には、高出力時動作に、第１電極部１５ａと第２電極部１５ｂとに同時に駆動電流を注入したとしても、活性層１３に駆動電流が注入されない領域が形成されてしまい、所望のレーザ発振特性を得ることができなくなる。従って、第１電極部１５ａと第２電極部１５ｂとの間隔は、大電流を流さない範囲において小さい方が好ましい。
【００６８】
前述したように、ｐ型コンタクト層の第１電極部１５ａ及び第２電極部１５ｂの間の領域を除去せずに残している。これは、第１電極部１５ａ及び第２電極部１５ｂの双方に駆動電流を注入する場合に、活性層１３における第１電極部１５ａと第２電極部１５との間の下側の領域に非発光領域を形成しないようにするためである。
【００６９】
以下、前記のように構成された半導体レーザ素子の動作について図面を参照しながら説明する。
【００７０】
（第１の駆動方法）
まず、半導体レーザ素子を、例えばＨＤ−ＤＶＤ装置におけるピックアップ部に用いるような場合に、その書き込み動作に相当する高出力動作の駆動方法を説明する。図２（ａ）に示すように、高出力動作時には、ｐ側電極１５の第１電極部１５ａ及び第２電極部１５ｂとｎ側電極１６とに対してパルス状の駆動電流を印加する。これにより、活性層１３には駆動電流がほぼ均一に注入される。
【００７１】
次に、ＨＤ−ＤＶＤ装置における読み出し動作に相当する低出力動作の駆動方法を説明する。図２（ｂ）に示すように、低出力動作時には、ｐ側電極１５の第１電極部１５ａとｎ側電極１６とに対して、高周波信号を重畳したパルス状の駆動電流を信号源２０により印加する。すなわち、ｐ側電極１５の第２電極部１５ｂには駆動電流を印加しない。ここで、重畳する高周波信号の周波数は１００ＭＨｚ以上が好ましく、これは他の実施形態においても同様である。
【００７２】
このような活性層１３に対する不均一な電流注入によって、活性層１３における第１電極部１５ａの下側部分のみが発光する一方、活性層１３における第２電極部１５ｂの下側部分は光吸収領域として機能する。この光吸収領域が形成されることにより、スーパールミネッセンスダイオード素子のように、マルチモードのスペクトル線幅が広くなり、その結果、発光光の干渉性が低減して、低雑音化が可能となる。
【００７３】
なお、第１の実施形態においては、半導体結晶に、発振波長が約４００ｎｍのＩＩＩ −Ｖ族窒化物半導体を用いたが、これに限られず、発振波長が６７０ｎｍ程度の燐化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰ）のような、ＩＩＩ −Ｖ族燐化物半導体を用いても良い。
【００７４】
しかしながら、窒化物半導体を用いたレーザ素子の場合には、以下に示すような種々の好ましい特徴を有している。
【００７５】
すなわち、窒化物半導体におけるｐ型結晶はその抵抗率が大きいため、ｐ型コンタクト層等のｐ型半導体部１４を絶縁分離しなくても、ｐ側電極１５を分割するだけで、注入電流を活性層１３に対してその基板面に垂直な方向に不均一に注入することができる。
【００７６】
さらに、燐化物半導体又は砒化物半導体結晶が閃亜鉛鉱型の結晶構造を採るのに対して、窒化物半導体結晶は六方晶系の結晶構造を採るため、基板の主面に対する平行な方向と垂直な方向とでは、互いの電気的特性が異なる。例えば、キャリアの移動度は、基板の主面に垂直な方向よりも平行な方向の方が小さくなる。その結果、窒化物半導体結晶の場合は、分割電極である第１電極部１５ａと第２電極部１５ｂとの間で電流が流れにくくなるため、電極分割を行なう効果が大きい。
【００７７】
また、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体は、燐化インジウム（ＩｎＰ）又は砒化ガリウム（ＧａＡｓ）を主成分とする化合物半導体と比べて、微分利得が極めて大きい。これは、窒化ガリウムが六方晶系に属しており、ホールが縮退していないことによる。このように、窒化ガリウム系化合物半導体は、微分利得が大きいことから、電流の分布にわずかな偏りがあると、結晶が利得を有するか損失となるかが変化する。その結果、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ素子においては、活性層１３に対して駆動電流をわずかでも不均一に注入することにより、導波路における光密度分布の変化を効果的に誘発させることができる。
【００７８】
（第２の駆動方法）
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の第２の駆動方法を説明する。
【００７９】
図３に示すように、ｐ側電極１５の第２電極部１５ｂと信号源２０との間に、可変抵抗器２１を接続し、信号源２０から高周波信号を重畳したパルス状の駆動電流を、ｐ側電極１５の第１電極部１５ａ及び第２電極１５ｂとｎ側電極１６に印加する。
【００８０】
高出力動作時には、可変抵抗器２１の抵抗値をほぼ０に設定し、低出力動作時には、可変抵抗器２１の抵抗値を有限値に設定する。その結果、高出力動作時には、活性層１３に対して駆動電流が均一に注入され、低出力動作時には、活性層１３に対して駆動電流が不均一に注入される。このように、第２電極部１５ｂに印加する駆動電流量を可変抵抗器２１の抵抗値を調整することによって、活性層１３における発光光の吸収量を調節することができる。
【００８１】
すなわち、第２の電極部１５ｂを適当な長さに形成し、その後、可変抵抗器２１の抵抗値を調整して、レーザ発振の閾値電流を変化させることにより、低出力動作時の相対強度雑音を低下させることができる。
【００８２】
なお、低出力動作時における第２電極部１５ｂに印加する駆動電流の値は、第１電極部１５ａに印加する駆動電流の値の２分の１程度以下とすることが好ましい。
【００８３】
また、第２電極部１５ｂに駆動電流を印加しない第１の駆動方法は、第２の駆動方法における可変抵抗器２１の抵抗値を無限大に設定したことに相当する。
【００８４】
また、第１の実施形態においては、可変抵抗器２１を信号源２０と第２電極部１５ｂとの間に接続したが、これに代えて、信号源２０と第１電極部１５ａとの間に接続してもよい。
【００８５】
また、ｐ側電極１５の第２電極部１５ｂに対する駆動電流量を低減する手段を可変抵抗器２１としたが、これに限られず、可変抵抗器２１と同等の機能を有する素子又は回路構成であってもよい。
【００８６】
また、直流信号にバイアス電流を印加することによっても、活性層１３における発光光の吸収量を調整することができる。
【００８７】
（第３の駆動方法）
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の第３の駆動方法を説明する。
【００８８】
図４に示すように、第３の駆動方法は、第１電極部１５ａに駆動電流を印加する代わりに、第２電極部１５ｂに対して、高周波信号を重畳した駆動電流を印加する。これにより、活性層１３における出射端面１３ａ側の発光光の出力強度が低下するため、出射端面１３ａの劣化を抑えることができる。
【００８９】
その上、反射端面１３ｂにおいて発光光の強度が大きくなるため、レーザの発振モードが安定する。
【００９０】
また、燐化インジウムガリウム系赤色半導体レーザ素子と異なり、窒化ガリウム系青色半導体レーザ素子は、基板が透明であるため、基板からの散乱光が出射光に混ざり、雑音が増大する傾向にある。第３の駆動方法のように、出射端面１３ａ側から離れた第２電極部１５ｂに駆動電流を印加して、出射端面１３ａ側の注入電流を減少することにより、基板からの散乱光を低下させることができる。その結果、基板からの散乱光が出射光に混入されにくくなるので、雑音を低減することができる。
【００９１】
（第４の駆動方法）
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の第４の駆動方法を説明する。
【００９２】
活性層１３において光吸収層となる第２電極部１５ｂの下側部分の第１の抵抗値をＲｖとし、第１電極部１５ａと第２電極部１５ｂとの間の領域の第２の抵抗値をＲｓとし、さらに素子容量をＣとすると、レーザ素子の共振周波数ｆは以下の式（１）で表わされる。
【００９３】
ｆ＝２π／｛（Ｒｖ＋Ｒｓ）Ｃ｝^１／２ …（１）
例えば、第１電極部１５ａと第２電極部１５ｂとの間隔を１μｍとする場合には、第２の抵抗値Ｒｓが１５Ωとなり、第２電極部１５ｂの長さが０．１ｍｍの場合には、素子容量Ｃが０．８ｆＦとなるため、第１の抵抗値Ｒｖを２０Ωとし、ｐ側電極１５の第２電極部１５ｂとｎ側電極１６とに駆動電流を印加することにより、共振周波数ｆが３７ＭＨｚとなる自励発振現象が生じる。
【００９４】
自励発振現象を生じた場合には、駆動電流に高周波信号を重畳しなくても、相対雑音強度が低下するため、レーザ素子の駆動回路を簡略化することができる。
【００９５】
この自励発振動作をさせることにより、光出力を１ｍＷとした場合の相対雑音強度が、−１３５ｄＢ／Ｈｚ〜−１１０ｄＢ／Ｈｚ以下に低減することを確認している。
【００９６】
なお、従来の自励発振を生じる半導体レーザ素子は、光が分布する領域に光を吸収する結晶層を有しており、駆動電流は本実施形態のような不均一に注入されていない。
【００９７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９８】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示している。
【００９９】
まず、図５（ａ）の断面図に示すように、サファイアからなる基板３１上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、ｎ型半導体部１２、活性層１３及びｐ型半導体部１４を順次成長する。ここでも、ｎ型半導体部１２は、下層から順次成膜された、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型コンタクト層、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型クラッド層、及びｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型ガイド層を含んでいる。また、ｐ型半導体部１４は、下層から順次成膜された、ｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐ型ガイド層、ｐ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｐ型クラッド層、及びｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐ型コンタクト層を含んでいる。
【０１００】
活性層１３は、例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、又は各クラッド層よりもアルミニウムの組成が小さい窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いる。続いて、例えば蒸着法により、ｐ型半導体部１４の全面に、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層体からなり、膜厚が約１００ｎｍ以下の第１の金属膜を堆積する。
【０１０１】
次に、図５（ｂ）の導波路（共振器）形成領域に対して平行な方向の断面図に示すように、フォトリソグラフィ法により、堆積した第１の金属膜上に、幅が１μｍ程度で且つ導波路形成領域に対してほぼ垂直な方向に開口部４０ａを持つｐ側電極形成用のレジストパターン４０を形成する。その後、形成したレジストパターン４０をマスクとして、第１の金属膜に対して塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングを行なうことにより、第１の金属膜から第１電極部１５ａ及び第２電極部１５ｂよりなるｐ側電極１５を形成する。
【０１０２】
次に、図５（ｃ）の平面図及び左側面図に示すように、ｐ型半導体部１２に対して塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより、ｐ側電極１５の両側方の領域にｐ型ガイド層を露出することにより、ストライプ形状を持つ導波路を形成する。続いて、塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより、ｐ側電極１５の一側方の領域にｎ型半導体部１４のｎ型コンタクト層を露出する。続いて、蒸着法により、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層体からなる第２の金属膜を堆積し、堆積した第２の金属膜にパターニングを行なって、第２の金属膜からｎ側電極１６を形成する。
【０１０３】
このように、第２の実施形態においては、分割電極であるｐ側電極１５の第１電極部１５ａ及び第２電極部１５ｂの間隔を約１μｍと比較的小さくする必要から、エッチングが容易となるように、ｐ側電極１５の厚さを１００ｎｍ以下としている。従って、第２の実施形態に係る半導体レーザ素子をマウント部材に実装する場合において、はんだ材によるｐ側電極１５の劣化を抑えるために、ｐ側電極１５上に厚さが１０μｍ程度の金めっきを施して、ｐ側電極１５とはんだ材とが直接に接触しないようにしている。
【０１０４】
なお、第２の実施形態においては、基板に絶縁性の基板３１を用いたが、第１の実施形態のように、導電性基板を用いる場合には、ｎ側電極１６を基板の裏面上に設ければよい。
【０１０５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０６】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子及びその駆動方法を模式的に表わしている。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１０７】
図６（ａ）に示すように、第３の実施形態に係る半導体レーザ素子は、例えばサファイアからなる絶縁性を有する基板３１を用いている。該基板３１の主面上には、第１の実施形態と同様に、ｎ型半導体部１２、活性層（発光層）１３及びｐ型半導体部１４が、ＭＯＶＰＥ法により形成されている。
【０１０８】
第３の実施形態においては、ストライプ形状を有するｐ側電極１５は分割されていない。代わりに、ｎ型半導体部１２におけるｐ側電極１５の一方の領域をエッチングしてｎ型コンタクト層を露出し、その露出領域にｎ側電極１６を形成し、該ｎ側電極１６を分割電極としている。
【０１０９】
すなわち、ｎ側電極１６は、活性層１３における出射端面１３ａ側を第１電極部１６ａとし、反射端面１３ｂ側を第２電極部１６ｂとする分割電極である。
【０１１０】
ｎ型半導体部１２の方がｐ型半導体層部１４よりも抵抗値が小さいため、ｐ側電極１５を分割する代わりにｎ側電極１６を分割すると、第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとの間隔を１０μｍ程度に広げても、活性層１３に対して駆動電流を均一に注入することができる。従って、第１の実施形態に係るｐ側電極１５の第１電極部１５ａ及び第２電極部１５ｂのように、両電極部１５ａ、１５ｂの間隔寸法を１μｍという極めて小さい値に設定する必要がない。これにより、レーザ素子における光学的且つ電気的な特性の劣化が生じにくくなると共に、分割電極の加工が容易となる。
【０１１１】
ここで、ｎ型半導体層１２におけるｎ型コンタクト層の抵抗率を０．０１５Ωｃｍとし、第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとの間隔をｄ（μｍ）とし、第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂのうちの一方の電極部への注入電流をＩ（Ａ）としたときの両電極部１６ａ、１６ｂ間の電圧降下Ｖは以下の式（２）で表わされる。
【０１１２】
Ｖ＝０．６Ｉ・ｄ …（２）
これは、ｎ型半導体部１２の厚さが２μｍ程度と小さいため、電極部１６ａ、１６ｂ間で適当な電圧降下を生じることによる。従って、例えば、注入電流値が１００ｍＡで且つ電極部１６ａ、１６ｂ同士の間隔が１μｍの場合は、電圧降下Ｖの値が０．０６Ｖとなり、この程度の値では低出力動作させるには充分な電圧降下量とはならない。
【０１１３】
そこで、ｎ側電極の第１電極部１６ａ及び第２電極部１６ｂの間隔を５μｍとすると、電圧降下Ｖの値が０．３Ｖとなり、電極部１６ａ、１６ｂ同士の間の領域を流れる電流を制限できる。その結果、駆動電流を活性層１３に対してその基板面に垂直な方向に不均一に注入することができる。
【０１１４】
さらに、第１電極部１６ａ及び第２電極部１６ｂの間隔を１０μｍ以上に設定して、電圧降下Ｖの値を０．６Ｖ以上とすることが好ましい。また、第１電極部１６ａ及び第２電極部１６ｂのうちの一方に電流を注入しない場合には、両電極部１６ａ、１６ｂ間の間隔を２０μｍ以上として、電圧降下Ｖの値を１．２Ｖ以上に確保する必要がある。
【０１１５】
以下、前記のように構成された半導体レーザ素子の動作について図面を参照しながら説明する。
【０１１６】
まず、半導体レーザ素子の高出力動作時の駆動方法を説明する。図６（ａ）に示すように、高出力動作時には、ｐ側電極１５とｎ側電極１６の第１電極部１６ａ及び第２電極部１６ｂとに対してパルス状の駆動電流を印加する。これにより、活性層に対して駆動電流がほぼ均一に注入される。
【０１１７】
一方、図６（ｂ）に示すように、低出力動作時には、ｎ側電極１６の第２電極部１６ｂと信号源２０との間に、可変抵抗器２１を接続し、信号源２０から高周波信号を重畳したパルス状の駆動電流を、ｐ側電極１５とｎ側電極１６の第１電極部１６ａ及び第２電極１６ｂとに印加する。このとき、可変抵抗器２１の抵抗値を有限値とし、第２電極部１６ｂに対して、第１の電極部１６ａに印加する第１駆動電流よりも振幅が小さい第２駆動電流が印加される。但し、レーザ光の出力強度に応じて、第２駆動電流の電流量をほぼ０としてもよい。
【０１１８】
なお、図６（ａ）に示す構成は、図６（ｂ）において可変抵抗器２１の抵抗値を０とした場合に相当する。
【０１１９】
この構成により、第１の実施形態と同様に、低出力動作時における相対雑音強度を低下することができる。
【０１２０】
なお、第３の実施形態においても、可変抵抗器２１を信号源２０と第１電極部１６ａとの間に接続してもよい。
【０１２１】
また、ｎ側電極１６の第２電極部１６ｂと信号源２０との間に可変抵抗器２１を設けたが、可変抵抗器２１と同等の機能を有する素子又は回路構成であってもよい。また、駆動電流を交流信号とする代わりに、直流信号にバイアス電流を印加することによっても、活性層１３における発光光の吸収量を調整することができる。
【０１２２】
また、低出力動作時に、第１電極部１６ａの代わりに第２電極部１６ｂに駆動電流を印加する、第１の実施形態に示した第３の駆動方法を用いてもよい。
【０１２３】
さらには、第１の実施形態に示した第４の駆動方法を用いて、自励発振動作を行なってもよい。
【０１２４】
（製造方法）
以下、前記のように構成された半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１２５】
図７（ａ）〜図７（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示している。
【０１２６】
まず、図７（ａ）の断面図に示すように、サファイアからなる基板３１上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、ｎ型半導体部１２、活性層１３及びｐ型半導体部１４を順次成長する。ここでも、ｎ型半導体部１２は、下層から順次成膜された、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型コンタクト層、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型クラッド層、及びｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型ガイド層を含んでいる。また、ｐ型半導体部１４は、下層から順次成膜された、ｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐ型ガイド層、ｐ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｐ型クラッド層、及びｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐ型コンタクト層を含んでいる。
【０１２７】
活性層１３は、例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、又は各クラッド層よりもアルミニウムの組成が小さい窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いる。
【０１２８】
次に、図７（ｂ）の平面図に示すように、塩素を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより、ｎ型半導体部１２のｎ型コンタクト層を導波路形成領域に沿って露出する。
【０１２９】
次に、図７（ｃ）の平面図及び左側面図に示すように、例えば蒸着法及びエッチング法を用いて、ｐ型半導体部１４上の導波路形成領域に、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層体からなり、幅が約１．８μｍ〜２．５μｍのｐ側電極１５を形成する。なお、ここでは、ｎ型コンタクト層を露出するエッチング工程の後に、ｐ側電極形成用の第１の金属膜を蒸着したが、これに代えて、ｐ側電極形成用の第１の金属膜を蒸着した後、ｐ側電極１５のパターニングとｎ型コンタクト層を露出するエッチングとを順次行なってもよい。
【０１３０】
次に、図７（ｄ）の平面図に示すように、フォトリソグラフィ法により、ｎ型半導体部１２の露出領域上であって、反射端面１３ａ側に第１の開口部４１ａを持ち、出射端面１３ｂ側に第２の開口部４１ｂを持つｎ側電極形成用のレジストパターン４１を形成する。
【０１３１】
次に、図７（ｅ）の平面図に示すように、レジストパターン４１の上に、例えば蒸着法により、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層体からなる第２の金属膜を堆積し、レジストパターン４１をリフトオフすることにより、堆積した第２の金属膜から、所定の間隔をおいて分割された第１電極部１６ａ及び第２電極部１６ｂよりなるｎ側電極１６を形成する。
【０１３２】
このように、第３の実施形態に係る半導体レーザ素子においては、分割電極の各電極部１６ａ、１６ｂ同士の間隔が１０μｍ程度と比較的大きいため、製造が容易なリフトオフ法を用いている。
【０１３３】
（第３の実施形態の一変形例）
以下、第３の実施形態の一変形例に係るｎ側電極１６の平面形状を図面に基づいて説明する。
【０１３４】
図８（ａ）は第３の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ素子の平面構成を示している。図８（ａ）に示すように、ｎ側電極１６の第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとの間に位置する分割領域１６ｃが、ｐ側電極１５の長手方向（ストライプ方向）に対して基板面内で直交する方向、すなわちＡ−Ａ線方向に対して所定の傾斜角度θ（但し、０＜θ＜９０°）を有するように形成されている。
【０１３５】
第３の実施形態に係る半導体レーザ素子は、ｎ側電極１６が導波路（共振器）の側方に設けられているため、図６（ａ）のように、ｎ側電極１６の両電極部１６ａ、１６ｂ同士の間の分割領域１６ｃを、ｐ側電極１５が延びる方向に対して直交するように設けると、高出力動作時において、ｎ側電極１６の第１電極部１６ａ及び第２電極部１６ｂの両電極部に駆動電流を印加する際に、活性層１３（ｎ型コンタクト層）に対して駆動電流が注入されない領域が生じる虞がある。
【０１３６】
そこで、本変形例においては、ｎ側電極１６の第１及び第２電極部１６ａ、１６ｂ同士の間の分割領域１６ｃを、ｐ側電極１５の長手方向と基板面内で垂直な方向に対して０°よりも大きく且つ９０°よりも小さい傾斜角度θを持つように設ける。これにより、分割領域１６ｃにおいて、第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとが、Ａ−Ａ線方向に沿って少なくとも１回ずつ現われるため、活性層１３に駆動電流が注入されない領域が生じなくなる。
【０１３７】
なお、分割領域１６ｃの形状は、図８（ｂ）に示すように、例えば傾斜角度θ１〜θ４を持つようなジグザグ状であってもよい。従って、図８（ａ）の場合をも含めると、分割領域１６ｃの形状を折れ線状に設ける場合には、複数の傾斜角度θのうちの１つが０°よりも大きく且つ９０°よりも小さければ良い。さらには、分割領域１６ｃの形状は曲線状であってもよく、図８（ａ）及び図８（ｂ）に限られない。
【０１３８】
一般に、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ素子は、半導体の結晶構造が六方晶系であるため、導波路に一軸性歪が導入された場合に、利得が増大して発振特性が向上する。
【０１３９】
従って、第３の実施形態のように、導波路の側方に電極を設けることにより、一軸性歪を効果的に導入することができるため、レーザ素子の光学的特性を向上することができる。
【０１４０】
また、第３の実施形態のように、絶縁性を持つ基板３１を用いてレーザ構造を形成する場合には、ｎ型半導体部１２の厚さは２μｍ程度となる。その結果、導電性基板を用いた場合と比べてｎ型半導体部１２における注入電流の拡散を抑制することができる。このため、ｎ側電極１６を分割することによって、活性層１３に対してその基板面に垂直な方向に不均一に注入することができる。
【０１４１】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１４２】
図９（ａ）、図９（ｂ）及び図１０は本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子及びその駆動方法を模式的に表わしている。図９（ａ）、図９（ｂ）及び図１０において、図６（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【０１４３】
前述した第３の実施形態においては、ｎ側電極１６の第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとをｐ側電極１５の一方の側方の領域に形成している。
【０１４４】
第４の実施形態は、ｎ側半導体部１２におけるｐ側電極１５の両側方の領域が露出されており、一方の露出領域にはそのほぼ全面に第１電極部１６ａが形成され、他方の露出領域にはその一部の領域、例えば反射端面１３ｂ側に第２電極部１６ｂが形成されている。すなわち、第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとが、ｐ側電極１５に対してその各平面形状が非対称となるように形成されている。
【０１４５】
この構成は、基板にサファイア等からなる絶縁性の基板を用いており、ｐ側電極１５及びｎ側電極１６が共に基板の同一面上に形成されることから可能となる。
【０１４６】
さらに、第３の実施形態のように、１つの露出領域上に成膜された導電膜から、第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとからなるｎ側電極１６を形成するための、分割領域１６ｃの幅寸法及び形状を決定するパターニングを行なう必要がない。
【０１４７】
以下、前記のように構成された半導体レーザ素子の動作について図面を参照しながら説明する。
【０１４８】
（第１の駆動方法）
まず、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子の第１の駆動方法を説明する。図９（ａ）に示すように、高出力動作時には、ｐ側電極１５とｎ側電極１６の第１電極部１６ａとに対してパルス状の駆動電流を印加する。これにより、活性層に対して駆動電流が均一に注入される。
【０１４９】
一方、図９（ｂ）に示すように、低出力動作時には、ｐ側電極１５とｎ側電極１６の第２電極部１６ｂとに対して、高周波信号を重畳したパルス状の駆動電流を信号源２０により印加する。その結果、活性層に対して駆動電流が不均一に注入される。
【０１５０】
（第２の駆動方法）
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子の第２の駆動方法を説明する。
【０１５１】
図１０に示すように、信号源２０とｎ側電極１６の第１電極部１６ａとの間に、第１の可変抵抗器２１を接続し、且つ信号源２０とｎ側電極１６の第２電極部１６ｂとの間に、第２の可変抵抗器２２を接続する。
【０１５２】
高出力動作時には、第１の可変抵抗器２１の抵抗値をほぼ０に設定し、第２の可変抵抗器２２の抵抗値を第２の電極部１６ｂに電流が流れない程度に設定して、信号源２０から高周波信号を重畳したパルス状の駆動電流を流す。その結果、高出力動作時には、活性層１３に対して駆動電流が均一に注入される。
【０１５３】
一方、低出力動作時には、第１の可変抵抗器２１の抵抗値を第１の電極部１６ａに電流が流れない程度に設定し、第２の可変抵抗器２２の抵抗値をほぼ０に設定して、信号源２０から高周波信号を重畳したパルス状の駆動電流を流す。その結果、低出力動作時には、活性層１３に対して駆動電流が不均一に注入される。
【０１５４】
このように、第１電極部１６ａに印加する駆動電流量は第１の可変抵抗器２１により調整し、第２電極部１６ｂに印加する駆動電流量は第２の可変抵抗器２２により調整することによって、活性層１３における発光光の吸収量を調節することができる。これにより、低出力動作時の相対強度雑音を低下させることができる。
【０１５５】
なお、第１の駆動方法において、高出力動作は第２の可変抵抗器２２の抵抗値を無限大とし、低出力動作は第１の可変抵抗器２１の抵抗値を無限大に設定したことに相当する。ここで、第１及び第２の可変抵抗器２１、２２に代えて、それぞれにスイッチ素子を設けてもよい。
【０１５６】
また、駆動電流量を低減する手段に可変抵抗器を用いたが、可変抵抗器と同等の機能を有する素子又は回路構成であってもよい。また、駆動電流にパルス状の交流信号を用いる代わりに、直流信号にバイアス電流を印加することによっても、活性層における発光光の吸収量を調整することができる。
【０１５７】
また、第１の実施形態に示した第４の駆動方法を用いて、自励発振動作を行なってもよい。
【０１５８】
（第４の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第４の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説明する。
【０１５９】
図１１は本発明の第４の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ素子及びその駆動方法を模式的に表わしている。図１１において、図１０に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【０１６０】
本変形例は、ｎ側電極１６の第１電極部１６ａを、ｐ側電極１５を挟んで第２電極部１６ｂと対向する部分には設けない構成としている。
【０１６１】
これにより、第２電極部１６ｂと信号源２０との間には、第２の可変抵抗器２２を設ける必要がなくなる。
【０１６２】
本変形例に係る半導体レーザ素子の駆動方法は、高出力動作時には可変抵抗器２１の抵抗値をほぼ０とし、低出力動作時には可変抵抗器２１の抵抗値を有限値とし、信号源２０から高周波信号を重畳したパルス状の駆動電流をｐ側電極１５とｎ側電極１６の第１電極部１６ａ及び第２電極１６ｂとに印加する。
【０１６３】
本変形例においても、ｎ側電極１６の第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとは、ｐ側電極１５に対してその各平面形状が非対称となるように形成されている。
【０１６４】
その上、第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとは、ｐ側電極１５に対して面内で垂直な方向においてその隣接する端部同士が重なる重なり部１６ｄを持つように形成されている。これにより、高出力動作時に、第１電極部１６ａと第２電極部１６ｂとに同時に駆動電流を印加する場合であっても、活性層に対して駆動電流が注入されない領域を生じないようにすることができる。これにより、高出力動作時におけるレーザ光の均一性を確保することができる。
【０１６５】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１６６】
図１２は本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ素子を表わしている。図１２において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【０１６７】
第５の実施形態は、基板に、窒化ガリウム（ＧａＮ）のように導電性を有する半導体基板１１を用いている。半導体基板１１が導電性を有することから、活性層１３に対して均一な電流を注入するｎ側電極１６の第１電極部１６ａを、半導体基板１１の裏面のほぼ全面に形成している。これにより、第５の実施形態においては、分割電極が、半導体基板１１の主面側に設けられた第２電極部１６ｂと、半導体基板１１の裏面上に設けられた第１電極部１６ａとに分割されている。
【０１６８】
これにより、半導体基板１１の主面側に形成される電極はｐ側電極１５とｎ側電極１６の第２電極部１６ｂとの１つずつとなるため、図１４に示した従来の半導体レーザ素子の構成とほぼ同等となる。その結果、従来のサブマウントを用いて、ｐ側電極１５をサブマウントの上面に搭載する、いわゆるｐサイドダウン（ジャンクションダウン）方式により、半導体レーザ素子を実装することができる。従って、第５の実施形態に係る半導体レーザ素子を、ｐサイドダウン方式でサブマウント上に実装した後、半導体基板１１の裏面上のｎ側電極１６の第１電極部１６ａにも配線を施して、ｎ側電極１６が分割されてなる電極分割型構造を実現することができる。
【０１６９】
（製造方法）
以下、前記のように構成された半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１７０】
図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示している。
【０１７１】
まず、図１３（ａ）の平面図及び左側面図に示すように、第３の実施形態と同様に、ｎ型半導体部１２における導波路形成領域の一側方の領域にｎ型コンタクト層を露出すると共に、ｐ型半導体部１２の上にｐ側電極１５を、ストライプ状にパターニングする。
【０１７２】
次に、図１３（ｂ）の平面図に示すように、フォトリソグラフィ法により、ｎ型半導体部１２の露出領域上の反射端面１３ｂ側に開口部４２ａを持つｎ側電極形成用のレジストパターン４２を形成する。
【０１７３】
次に、図１３（ｃ）の平面図に示すように、レジストパターン４２の上に、例えば蒸着法により、ＴｉとＡｌとの積層体からなる金属膜を堆積し、レジストパターン４２をリフトオフすることにより、堆積した金属膜からｎ側電極１６の第２電極部１６ｂを形成する。
【０１７４】
次に、図１３（ｄ）の平面図に示すように、半導体発光素子１１の裏面を厚さが約１００μｍになるまで研磨し、その後、蒸着法等により、裏面上の全面にわたって、ＴｉとＡｌとの積層体を堆積して、ｎ側電極１６の第１電極部１６ａを形成する。
【０１７５】
なお、第１〜第５の実施形態においては、半導体レーザ素子を光ディスク装置のピックアップ部に用いる場合についてその動作を説明したが、これに限られない。すなわち、半導体レーザ素子に対して、発光光の出力強度が大きい高出力動作と、出力強度が小さい低出力動作とが必要とされるような用途に用いるとよい。
【０１７６】
【発明の効果】
本発明に係る半導体発光装置及びその駆動方法によると、ｐ側電極又はｎ側電極を分割してなる分割電極を有しているため、該分割電極のうちの一部に対して駆動電流を印加して、活性層に対して駆動電流を不均一に注入することにより、発振閾値が大きくなるため、低出力時の相対雑音強度を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子における第１の駆動方法を示し、（ａ）は高出力動作時の模式的な斜視図であり、（ｂ）は低出力動作時の模式的な斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子における第２の駆動方法を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子における第３の駆動方法を示す模式的な斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示し、（ａ）及び（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は平面図及び左側面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子とその駆動方法を示す模式的な斜視図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は平面図及び左側面図であり、（ｄ）及び（ｅ）は平面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ素子を示す平面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子とその第１の駆動方法を示し、（ａ）は高出力動作時の模式的な平面図であり、（ｂ）は低出力動作時の模式的な平面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子とその第２の駆動方法を示す模式的な平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ素子とその駆動方法を示す模式的な平面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の構成を示し、（ａ）は平面図及び左側面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は平面図であり、（ｄ）は左側面図である。
【図１４】従来の半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１ 半導体基板
１２ ｎ型半導体部（第１の半導体層）
１３ 活性層（発光層）
１３ａ 出射端面
１３ｂ 反射端面
１４ ｐ型半導体部（第２の半導体層）
１５ ｐ側電極
１５ａ 第１電極部（分割電極）
１５ｂ 第２電極部（分割電極）
１６ ｎ側電極
１６ａ 第１電極部（分割電極）
１６ｂ 第２電極部（分割電極）
１６ｃ 分割領域
１６ｄ 重なり部
２０ 信号源
２１ （第１の）可変抵抗器（抵抗可変手段）
２２ 第２の可変抵抗器（抵抗可変手段）
３１ 基板
４０ レジストパターン
４０ａ 開口部
４１ レジストパターン
４１ａ 第１の開口部
４２ レジストパターン
４２ａ 開口部

Claims (9)

1. 基板上に形成された第１導電型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に形成された第２導電型の第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に形成され、側面を構成する出射端面から出射する発光光を生成する活性層と、前記第１の半導体層に駆動電流を供給する第１の電極と、前記第２の半導体層に駆動電流を供給するストライプ形状を有する第２の電極とを備え、前記第１の電極又は第２の電極を前記第２の電極が延びる方向に分割された分割電極とする半導体発光装置の駆動方法であって、
   前記分割電極は、出射端面側に位置する第１電極部と反射端面側に位置する第２電極部とからなり、
   レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合には、前記第１電極部及び第２電極部に対してパルス状の信号からなる第１駆動電流を印加し、
   レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、前記第１電極部に対して高周波信号を重畳したパルス状の信号からなる駆動電流を印加すると共に、前記第２電極部に対して前記第１駆動電流よりも値が小さい第２駆動電流を印加するか若しくは該第２駆動電流を印加せず、又は前記第２電極部に対して高周波信号を重畳したパルス状の信号からなる駆動電流を印加すると共に、前記第１電極部に対して前記第１駆動電流よりも値が小さい第２駆動電流を印加するか若しくは該第２駆動電流を印加しないことを特徴とする半導体発光装置の駆動方法。
2. 基板上に形成された第１導電型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に形成された第２導電型の第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に形成され、側面を構成する出射端面から出射する発光光を生成する活性層と、前記第１の半導体層に駆動電流を供給する第１の電極と、前記第２の半導体層に駆動電流を供給するストライプ形状を有する第２の電極とを備え、前記第１の電極又は第２の電極を前記基板の表裏方向に分割された分割電極とする半導体発光装置の駆動方法であって、
   前記分割電極は、前記基板における前記活性層と反対側の面のほぼ全面を覆うように設けられた第１電極部と、前記第１の半導体層上における出射端面又は反射端面側に設けられた第２電極部とからなり、
   レーザ光の発振出力値を相対的に大きくする場合には、前記第１電極部に対してパルス状の信号からなる第１駆動電流を印加し、
   レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、前記第１電極部に対して前記第１駆動電流よりも値が小さい第２駆動電流を印加するか又は該第２駆動電流を印加せず、且つ、前記第２電極部に対して高周波信号を重畳したパルス状の信号からなる駆動電流を印加することを特徴とする半導体発光装置の駆動方法。
3. 前記第２駆動電流は、前記第１駆動電流を抵抗可変手段に通すことにより生成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置の駆動方法。
4. 前記第２駆動電流のピーク値は、前記第１駆動電流のピーク値のほぼ２分の１以下であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の半導体発光装置の駆動方法。
5. 前記活性層に前記第１駆動電流がほぼ均一に注入される、請求項１に記載の半導体発光装置の駆動方法。
6. 前記活性層に前記第２駆動電流が不均一に注入される、請求項１に記載の半導体発光装置の駆動方法。
7. レーザ光の発振出力値を相対的に小さくする場合には、前記第２電極部の下側部分の活性層は光吸収領域となる、請求項６に記載の半導体発光装置の駆動方法。
8. 前記第１の半導体層、前記活性層、および前記第２の半導体層が、窒化物半導体から構成されている、請求項１に記載の半導体発光装置の駆動方法。
9. 前記第１の半導体層、前記活性層、および前記第２の半導体層が、窒化物半導体から構成されている、請求項２に記載の半導体発光装置の駆動方法。

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