JP6887482B2 - 発光素子 - Google Patents

発光素子 Download PDF

Info

Publication number
JP6887482B2
JP6887482B2 JP2019233294A JP2019233294A JP6887482B2 JP 6887482 B2 JP6887482 B2 JP 6887482B2 JP 2019233294 A JP2019233294 A JP 2019233294A JP 2019233294 A JP2019233294 A JP 2019233294A JP 6887482 B2 JP6887482 B2 JP 6887482B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
layer
light
emitting unit
insulating 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.)
Active
Application number
JP2019233294A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020113755A (ja
Inventor
佳美 谷本
佳美 谷本
谷　善彦
善彦 谷
ユーディン アレックス
ユーディン アレックス
ブスケ ヴァレリー
ブスケ ヴァレリー
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp 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 Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of JP2020113755A publication Critical patent/JP2020113755A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6887482B2 publication Critical patent/JP6887482B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2218—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties
    • H01S5/2219—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties absorbing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H01S5/3063—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping using Mg

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明は、レーザ光を放射する発光素子に関する。
レーザ光を放射する発光素子として、半導体レーザ素子が広く利用されている。中でも、単一の発光素子から波長の異なる複数のレーザ光を放射できる多重ストライプ型半導体レーザ素子が、様々な目的から用いられている。
例えば、特許文献１には、輝度および解像度を改善させるために多重ストライプ型半導体レーザ素子が用いられた、レーザ走査式投影機が開示されている。また、特許文献２には、投影機のサイズおよび部品点数を低減するために多重ストライプ型半導体レーザ素子が用いられた、投影システムが開示されている。
米国特許出願第２０１７／０２３７８８０号明細書 米国特許第９１００５９０号明細書
しかしながら、特許文献１には、複数の波長のレーザ光を放射するための、半導体レーザ素子の具体的な構造は開示されていない。また、特許文献２に開示される半導体レーザ素子は、活性層における半導体の濃度を変化させる等、製造および波長の調整が困難となる構造を有する。
本発明の一態様は、簡便な構造の多重ストライプ型半導体レーザ素子を実現することを目的とする。
本発明の一実施形態は、基板、半導体層、絶縁層および金属層の順に積層された積層構造を有する発光素子であって、前記積層構造の一部を有し、レーザ光を放射する発光部を複数備え、複数の前記発光部は、前記半導体層の一部、前記絶縁層の一部、および前記金属層の一部を含むリッジを有し、前記積層構造の一部に含まれる前記半導体層に、前記レーザ光を誘導放出するための活性領域が形成されており、複数の前記リッジは、前記金属層の表面と平行な方向で規定される切断視において、前記半導体層の一部の両側に前記絶縁層の一部が配置され、かつ、前記絶縁層の一部の両側に前記金属層の一部が配置され、複数の前記発光部のうち、少なくとも１つの前記発光部は、前記絶縁層の一部または全部の厚さが、他の前記発光部における前記絶縁層の厚さと異なっており、当該少なくとも１つの前記発光部内における、前記レーザ光の強度分布の半値幅内に含まれる前記レーザ光の発光領域と前記金属層とが重なる範囲が、他の前記発光部内における、前記発光領域と前記金属層とが重なる範囲と異なる。
本発明の一態様によれば、簡便な構造の多重ストライプ型の半導体レーザ素子を実現できる。
実施形態１に係る半導体レーザ素子の断面構造を模式的に示す断面図である。 実施形態１に係る半導体レーザ素子の活性領域の断面構造を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、閾値電流密度とレーザ光の波長との相関を示すグラフであって、（ｂ）は、実施形態１に係る半導体レーザ素子における絶縁層の厚さと、光吸収損失および閾値電流との相関を示すグラフである。 実施形態１に係る半導体レーザ素子において、（ａ）は一方の発光部の断面構造を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は他方の発光部の断面構造を模式的に示す断面図である。 実施形態１に係る半導体レーザ素子における、絶縁層の厚さを模式的に示す図である。 実施形態１に係る半導体レーザ素子の変形例における、絶縁層の厚さを模式的に示す図である。 実施形態２に係る半導体レーザ素子の断面構造を模式的に示す断面図である。 実施形態２に係る半導体レーザ素子において、（ａ）は一方の発光部の断面構造を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は他方の発光部の断面構造を模式的に示す断面図である。 実施形態２に係る半導体レーザ素子の変形例の断面構造を模式的に示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施形態３に係る半導体レーザ素子の断面構造を模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施形態３に係る半導体レーザ素子の断面構造を模式的に示す断面図である。
〔実施形態１〕
＜半導体レーザ素子の構造＞
本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照して以下に説明する。図１は、本実施形態に係る半導体レーザ素子（発光素子）１の断面構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、半導体レーザ素子１は、基板２１、半導体層２２〜２７、絶縁層２８、および金属層２９の順に積層された積層構造を有する。
半導体レーザ素子１は、前記積層構造の一部を有し、レーザ光を放射する２つの発光部１１ａおよび発光部１１ｂを備える。なお、本明細書において、発光部１１ａおよび発光部１１ｂをまとめて発光部１１と総称することがある。また、半導体レーザ素子１における、発光部１１ａと発光部１１ｂとの間の部分については、例えば後述する溝３４０が設けられているなど（図１０を参照）複数のバリエーションが考えられるため、この部分の詳細は実施形態３にて説明する。よって、図１では、説明の混乱を避けるために発光部１１ａと発光部１１ｂとの間の部分を二重波線にて省略している。この二重波線による省略については、図７および図９についても同様である。
発光部１１ａおよび発光部１１ｂはそれぞれ、半導体層２２〜２７、絶縁層２８、および金属層２９のそれぞれ一部を含むリッジ導波路（リッジ）１２ａおよびリッジ導波路１２ｂを有する。なお、本明細書において、リッジ導波路１２ａおよびリッジ導波路１２ｂをまとめてリッジ導波路１２と総称することがある。
リッジ導波路１２は、金属層２９の表面と平行な方向で規定される切断視において、半導体層２２〜２７の一部の両側に絶縁層２８の一部が配置され、かつ、絶縁層２８の一部の両側に金属層２９の一部が配置されている。また、リッジ導波路１２の表面にも金属層２９が配置されている。半導体レーザ素子１において、リッジ導波路１２を有する発光部１１は２つ以上であればいくつ備えられてもよい。また、リッジ導波路１２は発光部１１ごとに形成される。すなわち、半導体レーザ素子１は、多重ストライプ型半導体レーザ素子である。
発光部１１内で誘導放出されたレーザ光は、リッジ導波路１２の長手方向と垂直な方向にへき開された２つのへき開面の間に閉じ込められ、レーザ光がへき開面の間を往復することで増幅される。なお、リッジ導波路１２の短手方向の幅は、０．８μｍ以上２．５μｍ以下であることが好ましい。このような幅であれば、本発明にかかる発光部１１ａと１１ｂとの間のレーザ光発振波長の差分と、レーザ光の発光効率とのトレードオフが最良となるので望ましい。
このような発光部１１における、２つのへき開面に挟まれた部分は、半導体レーザ素子１におけるレーザ共振器となる。また、前記へき開面には、前記レーザ光の反射率を調節するために、酸窒化アルミ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を形成するこができる。
（基板および金属層）
基板２１および金属層２９には、図１において図示しない電極が接続される。また、基板２１および金属層２９は、導電性の材料により構成される。基板２１は、例えば、ＧａＮ、ＳｉまたはＳｉＣ等を用いることができる。また、金属層２９は、例えば、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＭｏまたはＮｉ等からなる金属を用いることができ、金属層２９は単層もしくは複数の金属層からなる多層膜であってもよい。たとえば、Ｔｉの金属層の上にさらにＡｕの金属層を形成して金属層２９としてもよい。
（半導体層）
半導体層２２〜２７はＩＩＩ−Ｖ族の半導体からなり、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｉｎ、およびＧａからなる群のうち少なくとも一つ以上の元素を、Ｖ族元素としてＮ、Ａｓ、およびＰからなる群のうち少なくとも一つ以上の元素を用いることができる。より具体的には、半導体層２２〜２７は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、またはＧａＩｎＰ等からなるＩＩＩ−Ｖ族の半導体である。
また、半導体層２２〜２７はドーパントの材料として、ＳｉまたはＭｇ等を含むこともできるし、これらを意図的に含まないこともできる。半導体層２２〜２７におけるそれぞれの層は、前記ＩＩＩ−Ｖ族の元素および組成比の組み合わせ、並びに、ドーパント材料の選択および当該ドーピング量の組み合わせを、その機能に応じて種々決定することができる。
なお、本発明にかかる半導体層は、図１に示す半導体層２２〜２７に限定されるものではなく、半導体層２２〜２７に加えてさらに複数の半導体層を設けることもできるし、逆に減らすこともできる。
半導体層２２〜２７は、例えば、ｎ型半導体層２２、２３、活性領域２４、およびｐ型半導体層２５〜２７に分けることができ、各層がこの順により積層される。ｎ型半導体層２２、２３は、さらにｎ型クラッド層２２およびｎ型ガイド層２３に分けることができる。
ｎ型クラッド層２２には、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌＧａＮ層、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ層、またはこれらの層を組み合わせた超格子構造を用いることができる。ｎ型クラッド層２２は、屈折率が発光部１１内の光の実効屈折率よりも小さくなるように設計される。
ｎ型ガイド層２３は、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型ＩｎＧａＮ層やノンドープのＩｎＧａＮ層を用いることができ、ｎ型ガイド層２３の屈折率が、発光部１１内の光の実効屈折率よりも大きくなるように設計される。ｎ型ガイド層２３にドーパントを添加しない場合、自由キャリアによる光の吸収が抑制されてレーザの効率が向上するので好ましい。
ｐ型半導体層２５〜２７は、ｐ型ガイド層２５、ｐ型クラッド層２６、およびｐ型コンタクト層２７に分けることができる。
ｐ型ガイド層２５は、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型ＩｎＧａＮ層またはノンドープのＩｎＧａＮ層を用いることができ、ｐ型ガイド層２５の屈折率が発光部１１内の光の実効屈折率よりも大きくなるように設計される。ｐ型ガイド層２５にドーパントを添加しない場合、自由キャリアによる光の吸収が抑制されてレーザの効率が向上するので好ましい。
ｐ型クラッド層２６は、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＮ層、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層、またはこれらの層を組み合わせた超格子構造を用いることができる。ｐ型クラッド層２６は、屈折率が発光部１１内の光の実効屈折率よりも小さくなるように設計される。
ここで、一般的な窒化物系半導体レーザの場合、ｐ型ガイド層２５とｐ型クラッド層２６との間に接してｐ型ＡｌＧａＮからなるキャリアブロック層を設けることが多い。前記キャリアブロック層のＡｌ組成比は、当該キャリアブロック層のバンドギャップエネルギーがｐ型ガイド層２５およびｐ型クラッド層２６のそれらよりも大きくなるように設計される。
また、前記キャリアブロック層は、ｐ型ガイド層２５からｐ型クラッド層２６への電子の移動を優先的に阻害するが、ｐ型クラッド層２６からｐ型ガイド層２５への正孔の移動には特に影響を及ぼさない。このようなキャリアブロック層を設けることにより、より効率的に活性領域２４へのキャリアの閉じ込めが行われる。本実施形態に係る半導体レーザ素子１にも、前記キャリアブロック層が設けられていてもよい。
このように、活性領域２４を挟むようにｎ型クラッド層２２およびｎ型ガイド層２３、並びに、ｐ型ガイド層２５およびｐ型クラッド層２６が形成されるダブルヘテロ構造によれば、活性領域２４にキャリアおよび光を効率的に閉じ込めることができる。そのため、活性領域２４から誘導放出光を効率的に発生させることができる。また、ｎ型ガイド層２３およびｐ型ガイド層２５は、発光部１１内の光の実効屈折率よりも大きい屈折率を有するため、前記誘導放出光を活性領域２４と垂直な方向に効率的に閉じ込めることができる。
ｐ型コンタクト層２７は、Ｍｇ等のドーパント濃度がｐ型クラッド層２６よりも大きい。このようなｐ型コンタクト層２７を、金属層２９との接触部分に設けることで、ｐ型コンタクト層２７と金属層２９との間のコンタクト抵抗を低下させ、効率的に発光部１１に電流を流入させることができる。また、図示されていないが、リッジ導波路１２上部のｐ型コンタクト層２７と金属層２９との間に接して、ＰｄまたはＮｉからなる層を挿入してもよい。このような層を設けることで前記コンタクト抵抗をより一層下げることができる。
（活性領域）
活性領域２４は、発光部１１においてレーザ光を誘導放出するための層である。活性領域２４は、電圧が印加されることでキャリアである正孔と電子とが再結合し、これにより誘導放出光が発生する。
図２は、活性領域２４の断面構造を模式的に示す断面図である。図２に示すように、活性領域２４は、２層の量子井戸層Ｑ１・Ｑ２と、３層のバリア層Ｂ１・Ｂ２・Ｂ３とから構成される。量子井戸層Ｑ１はバリア層Ｂ１およびバリア層Ｂ２により挟まれ、量子井戸層Ｑ２はバリア層Ｂ２およびバリア層Ｂ３により挟まれるように積層されている。
このように、活性領域２４は、量子井戸層が複数備えられる多重量子井戸構造を形成する。このような構成によれば、複数の量子井戸層によって発光効率が向上できる。なお、活性領域２４において量子井戸層は２層以上形成されることが好ましいが、量子井戸層は１層のみであってもよい。
量子井戸層Ｑ１・Ｑ２は、例えば、Ｉｎｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ等により形成される。量子井戸層Ｑ１・Ｑ２それぞれの厚さおよび組成は、同じでもよく、異なっていてもよい。また、バリア層Ｂ１・Ｂ２・Ｂ３は、例えば、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ等により形成されるが、Ｉｎは含まれない、すなわちＸ２＝０であることが好ましい。これにより、バリア層Ｂ１・Ｂ２・Ｂ３の結晶品質が向上し、層の表面が平滑となるため、以降の積層を均一に行うことが容易となる。
活性領域２４における１つ以上の層には、ドーパントが含まれていてもよく、全く含まれていなくてもよい。活性領域２４にドーパントが含まれていると、キャリアの注入効率が上がり、閾値電流密度をさげることができる。前記ドーパントとしてはＳｉ、Ｇｅ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｂｅ、Ｃｄ、またはＭｇを用いることができる。
一方、活性領域２４にドーパントを含まない場合は、活性領域の結晶品質が良くなり、デバイスの電流に対する光出力の効率がよくなるので好ましい。
（絶縁層）
絶縁層２８は、金属層２９から半導体層２２〜２７に流入する電流の経路を所定の経路に制限するための層である。絶縁層２８は、光透過性の絶縁性材料により形成される。このような材料として、例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。絶縁層２８は、リッジ導波路１２の側面には形成されるが、ｐ型コンタクト層２７が積層されているリッジ導波路１２の表面の少なくとも一部分には形成されない。そのため、金属層２９から半導体層２２〜２７に流入する電流の経路は、ｐ型コンタクト層２７と金属層２９とが接触する部分に制限される。このような構成によれば、発光部１１ａおよび発光部１１ｂを電気的に分離できる。
なお、絶縁層２８は、光透過性の指標である光の吸収係数が、金属層２９に対して１００分の１以下であることが好ましい。このような構成によれば、絶縁層２８が発光部１１における光吸収損失に有意な影響を与えることがない。
＜発光部間の光のクロストークについて＞
発光部１１ａと発光部１１ｂとから放射されるレーザ光の出力のゆらぎを低減するためには、それぞれの発光部間における光のクロストークを低減させることが好ましい。そのために、互いに隣り合う２つのリッジ導波路１２ａおよびリッジ導波路１２ｂのｐ型半導体層２６における、互いに対向する２つの側面の間の距離Ｗ０は、一定以上の長さであることが好ましい。これにより、一方の発光部（例えば、発光部１１ａ）のレーザ光は、他方の発光部（例えば、発光部１１ｂ）まで伝播する前に、発光部１１間に存在する半導体層によって十分に吸収されることができる。距離Ｗ０は、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
本実施形態において、発光部１１ａの絶縁層２８の厚さＤ１と、発光部１１ｂの絶縁層２８の厚さＤ２とは、厚さが異なる。また、発光部１１ａの金属層２９の厚さＴ１と、発光部１１ｂの金属層２９の厚さＴ２とについて、厚さが異なっていてもよく、同じでもよい。
これにより、発光部１１ａおよび発光部１１ｂのうち、少なくとも１つの発光部（例えば、発光部１１ａ）における、活性領域２４の特定の箇所から金属層２９の内面の一部または全部までの距離が、他の発光部（例えば、発光部１１ｂ）における、前記特定の箇所から金属層２９の内面までの距離と異なる。なお、前記特定の箇所とは、活性領域２４においてキャリアが注入され光が発生する箇所である。
このような構成によれば、発光部１１ａから放射されるレーザ光と、発光部１１ｂから放射されるレーザ光とは、互いに異なる波長を有するレーザ光とすることができる。以下、このように異なる波長のレーザ光が放射される原理について説明する。
＜異なる波長のレーザ光が照射される原理＞
図３の（ａ）は、閾値電流密度とレーザ光の波長との相関を示すグラフである。図３の（ａ）に示すように、レーザ光の発光部から放射されるレーザ光の波長は、当該発光部における閾値電流密度と相関する。
ここで、前記発光部における閾値電流密度は、前記発光部内での光吸収損失に依存する。図４の（ａ）は発光部１１ａの断面構造を模式的に示す断面図であり、図４の（ｂ）は発光部１１ｂの断面構造を模式的に示す断面図である。図４の（ａ）および（ｂ）において、点線で囲われた領域は、発光部１１内におけるレーザ光の強度分布における半値幅内に含まれるレーザ光の範囲Ａを模式的に示す。当該半値幅は、例えば、半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）または１／ｅ２幅等であってもよい。
なお、図４以降、半導体レーザ素子１が備える半導体層２２〜２７について、簡略化のため、ｐ型半導体層、活性領域、およびｎ型半導体層のみ示している。これはｐ型半導体層およびｎ型半導体層が単一の半導体層により形成されることを示しているわけではなく、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層がそれぞれガイド層、クラッド層、およびコンタクト層のいずれか２つ以上に分けられるものであってもよい。
金属層２９は通常、光透過性が低い、すなわち光吸収性が高い材料により形成される。そのため、光の範囲Ａと金属層２９とが重なる範囲が大きいほど、発光部１１内における光吸収損失は大きくなる。本実施形態において、光の範囲Ａと金属層２９とが重なる範囲は、絶縁層２８の厚さによって変化する。活性領域２４における前記特定の箇所から金属層２９の内面までの距離が、絶縁層２８の厚さによって変化するからである。
図３の（ｂ）は、単一のリッジ導波路を備える半導体レーザ素子において、絶縁層がＳｉＯ２により形成されている場合の、絶縁層の厚さと、光吸収損失αおよび閾値電流Ｉｔｈとの相関を示すグラフである。なお、閾値電流Ｉｔｈは、発光部における電流が注入される領域の面積が同じであれば、閾値電流密度と比例する。図３の（ｂ）に示すように、絶縁層の厚さが大きくなるに従って、光吸収損失αが小さくなる。これに伴って閾値電流Ｉｔｈも小さくなっている。
本実施形態において、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、発光部１１ａと発光部１１ｂとは絶縁層２８の厚さがそれぞれ異なることから、光吸収損失もそれぞれ異なる。したがって、発光部１１ａおよび発光部１１ｂはそれぞれ異なる閾値電流密度となるため、図３（ａ）に示す関係により、発光部１１ａおよび発光部１１ｂは、それぞれ異なる波長を有するレーザ光を放射することができる。
このような半導体レーザ素子１によれば、半導体レーザ素子１が備える発光部１１の数に応じて、異なる波長を有する複数のレーザ光を一つの半導体レーザ素子１から放射できる。このように、半導体レーザ素子１から異なる波長を有する複数のレーザ光が放射されることで、例えば、半導体レーザ素子１をレーザ走査型プロジェクタに用いた場合に、レーザ光を投影面に投影した際に発生するスペックルノイズを低減できる。なお、半導体レーザ素子１により放射される異なる波長を有する複数のレーザ光は、プリズム等の分散的な光学素子によって融合することができる。このような光学素子によれば、波長が異なるレーザ光を個別に操作することができるからである。
＜半導体レーザ素子１の製造方法＞
半導体レーザ素子１が備える積層構造を形成する方法について、以下に説明する。まず、ＧａＮ基板２１上に、ｎ型半導体層２２・２３、活性領域２４、ｐ型半導体層２５〜２７が、この順で積層される。このような半導体層の積層は、エピタキシャル成長法、有機金属液相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）等により行われる。
半導体層２２〜２７が積層された後、リッジ導波路１２の一部となる突起が形成される。当該突起は、例えば、リソグラフィおよびエッチング工程により、所望の形状となるようにｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７を加工して形成される。このとき、リッジ導波路１２の表面にのみｐ型コンタクト層２７が残される。
次に、絶縁層２８が、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法または蒸着法により積層される。次に、発光部１１ａと発光部１１ｂとで絶縁層２８の厚さが異なるように、発光部１１ａおよび発光部１１ｂの少なくともいずれかにおいて、絶縁層２８が薄膜化される。また、ｐ型コンタクト層２７の表面から、絶縁層２８が除去される。当該薄膜化および除去は、例えば、通常のリソグラフィまたはエッチング工程により行われる。最後に、金属層２９が積層される。
また、図示されていないが、リッジ導波路１２上部のｐ型コンタクト層２７と金属層２９との間に接して、ＰｄまたはＮｉからなる層を挿入してもよい。このような層を設けることでコンタクト抵抗を下げることができる。
このような方法によれば、異なる波長の複数のレーザ光を放射できる複数の発光部が、単一の素子に備えられた半導体レーザ素子１を、通常用いられる積層方法および加工方法により、安価かつ容易に製造できる。また、半導体レーザ素子１から放射されるそれぞれのレーザ光の波長を調整することが容易である。
＜変形例＞
図５は、半導体レーザ素子１を金属層２９側から俯瞰した場合における、絶縁層２８の厚さを模式的に示す図である。図６は、半導体レーザ素子１の変形例を金属層２９側から俯瞰した場合における、絶縁層２８の厚さを模式的に示す図である。図５および図６において、境界線Ｔ１はリッジ導波路１２の側面における絶縁層２８と金属層２９との境界線を示し、境界線Ｔ２はリッジ導波路１２の側面における半導体層２６・２７と絶縁層２８との境界線を示す。
図５に示すように、本変形例に係る半導体レーザ素子１は、発光部１１ａの長手方向における絶縁層２８の厚さＤ１と、発光部１１ｂの長手方向における絶縁層２８の厚さＤ２は異なるが、厚さＤ２は発光部１１ｂの長手方向において一定である。一方、図６に示すように、半導体レーザ素子１の変形例として、厚さＤ１と、発光部１１ｂの長手方向における絶縁層２８の一部の厚さＤ４は異なるが、発光部１１ｂの長手方向における絶縁層２８の前記一部以外の部分の厚さＤ３は、厚さＤ１と同じである。
すなわち、発光部１１ｂの長手方向における絶縁層２８の厚さは一定ではなく、その一部のみが厚さＤ１と異なっていてもよい。言い換えれば、半導体レーザ素子１は、複数の発光部１１のうち、少なくとも１つの発光部（例えば、発光部１１ａ）における絶縁層２８の一部の厚さが他の発光部（例えば、発光部１１ｂ）における絶縁層２８の厚さと異なっていてもよく、絶縁層２８の全部の厚さが他の発光部（例えば、発光部１１ｂ）における絶縁層２８の厚さと異なっていてもよい。
このように、絶縁層２８の一部の厚さのみが、発光部１１ａおよび発光部１１ｂの間で異なっている場合、発光部１１ａおよび発光部１１ｂの間で光吸収損失は異なる。そのため、発光部１１ａおよび発光部１１ｂの閾値電流密度もそれぞれ異なる。したがって、発光部１１ａおよび発光部１１ｂはそれぞれ異なる波長を有するレーザ光を放射することができる。このような構成によれば、発光部１１が放射するレーザ光の波長を、より細かく調整することができる。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図７〜図９を参照して以下に説明する。図７は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１０１の断面構造を模式的に示す断面図である。図７に示すように、半導体レーザ素子１０１は、発光部１１１ａおよび発光部１１１ｂにおける絶縁層１２８の厚さは互いに同じである。しかし半導体レーザ素子１０１は、発光部１１１ａのリッジ導波路１１２ａにおけるｐ型半導体層１２６の幅Ｗ１が、発光部１１１ｂのリッジ導波路１１２ｂにおけるｐ型半導体層１２６の幅Ｗ２と異なる点において、実施形態１に係る半導体レーザ素子１と異なる。
言い換えれば、半導体レーザ素子１０１は、複数のリッジ導波路１１２のうち、少なくとも１つのリッジ導波路（例えば、リッジ導波路１１２ａ）におけるｐ型半導体層１２６の幅が、他のリッジ導波路（例えば、リッジ導波路１１２ｂ）におけるｐ型半導体層１２６の幅と異なる。
なお、本明細書において、発光部１１１ａおよび発光部１１１ｂをまとめて発光部１１１と総称することがある。また、リッジ導波路１１２ａおよびリッジ導波路１１２ｂをまとめてリッジ導波路１１２と総称することがある。
本実施形態において、絶縁層１２８の厚さは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。このような厚さの範囲内であれば、本実施形態に係る発光部１１１ａと１１１ｂとの間の発振波長の差分と、レーザ光の発光効率とのトレードオフが最良となるので好適である。
＜異なる波長のレーザ光が照射される原理＞
図８の（ａ）は、発光部１１１ａの断面構造を模式的に示す断面図であり、図８の（ｂ）は、発光部１１１ｂの断面構造を模式的に示す断面図である。図８の（ａ）および（ｂ）に示すように、幅Ｗ１が幅Ｗ２と異なることから、発光部１１１ａおよび発光部１１１ｂのうち、少なくとも１つの発光部（例えば、発光部１１１ａ）における、活性領域１２４の特定の箇所から金属層１２９の内面の一部または全部までの距離が、他の発光部（例えば、発光部１１１ｂ）における、前記特定の箇所から金属層１２９の内面までの距離と異なる。なお、前記特定の箇所とは、活性領域１２４においてキャリアが注入されて光が発生する箇所である。また、幅Ｗ１と幅Ｗ２が異なることで、発光部１１１ｂにおける光の閉じ込め効率は、発光部１１１ａと異なる。
ここで、光の閉じ込め効率は、光吸収損失と同様に閾値電流密度に影響する。これにより、発光部１１１ａと発光部１１１ｂとの間で、光吸収損失および光の閉じ込め効率が異なるため、発光部１１１ａおよび発光部１１１ｂはそれぞれ異なる閾値電流密度となる。したがって、発光部１１１ａおよび発光部１１１ｂは、それぞれ異なる波長を有するレーザ光を放射することができる。
＜発光部間の光のクロストークについて＞
発光部１１１ａと発光部１１１ｂとから放射されるレーザ光の出力のゆらぎを低減するためには、それぞれの発光部間における光のクロストークを低減させることが好ましい。そのために、互いに隣り合う２つのリッジ導波路１１２ａおよびリッジ導波路１１２ｂのｐ型半導体層１２６における、互いに対向する２つの側面の間の距離Ｗ０は、一定以上の長さであることが好ましい。これにより、一方の発光部（例えば、発光部１１１ａ）のレーザ光は、他方の発光部（例えば、発光部１１１ｂ）まで伝播する前に、発光部１１１間に存在する半導体層によって十分に吸収されることができる。距離Ｗ０は、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
＜半導体レーザ素子１０１の製造方法＞
半導体レーザ素子１０１の製造方法は、基板１２１上にｎ型半導体層１２２、活性領域１２４、およびｐ型半導体層１２６の各半導体層が積層された後、リッジ導波路１１２となる突起が形成されまでは、実施形態１と同様である。次に、リッジ導波路１１２ａおよびリッジ導波路１１２ｂは、通常のリソグラフィ工程によって、短手方向の幅Ｗ１・Ｗ２がそれぞれ異なる幅となるように調整される。
次に、絶縁層１２８が、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法または蒸着法により積層される。その後、絶縁層１２８が積層され、リッジ導波路１１２の上面から、リソグラフィまたはエッチング工程等により絶縁層１２８が除去された後、さらに金属層１２９が積層される。また、図示されていないが、リッジ導波路１１２上部のｐ型コンタクト層（不図示）と金属層１２９との間に接して、ＰｄまたはＮｉからなる層を挿入してもよい。このような層を設けることでコンタクト抵抗を下げることができる。
このような方法によれば、異なる波長の複数のレーザ光を放射できる複数の発光部が単一の素子に備えられた半導体レーザ素子１０１を、通常用いられる積層方法および加工方法により、安価かつ容易に製造できる。また、半導体レーザ素子１０１から放射されるそれぞれのレーザ光の波長を調整することが容易である。
＜変形例＞
図９は、半導体レーザ素子１０１の変形例である半導体レーザ素子２０１の断面構造を模式的に示す断面図である。図９に示すように、半導体レーザ素子２０１は、発光部２１１ａと発光部２１１ｂとの間で、絶縁層２２８の厚さＤ１・Ｄ２が異なっていてもよい。すなわち、半導体レーザ素子２０１は、リッジ導波路２１２ａおよびリッジ導波路２１２ｂにおけるｐ型半導体層２２６の幅Ｗ１・Ｗ２の違いと、絶縁層２２８の厚さＤ１・Ｄ２の違いとの両方によって、波長が異なるレーザ光を発光部２１１ａおよび発光部２１１ｂからそれぞれ放射できる構造であってもよい。
厚さＤ１が厚さＤ２よりも大きい場合、厚さＤ１は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。また、幅Ｗ１が幅Ｗ２よりも小さい場合、幅Ｗ１は０．８μｍ以上２．５μｍ以下であることが好ましい。このような構造によれば、本実施形態に係る発光部２１１ａと２１１ｂとの間の発振波長の差分と、レーザ光の発光効率とのトレードオフが最良となるので好適である。
このような構成によれば、半導体レーザ素子２０１から放射される複数のレーザ光の波長の差を、より大きく出来る。また、前記複数のレーザ光の波長を細かく調整することが容易である。
なお、半導体レーザ素子１・１０１・２０１は、複数の発光部１１・１１１・２１１において、それぞれ少なくとも１つの発光部から放射されるレーザ光の波長と、他の発光部から放射されるレーザ光の波長との差分が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１０を参照して以下に説明する。図１０の（ａ）および（ｂ）、並びに図１１の（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る半導体レーザ素子３０１の断面構造の一例を模式的に示す断面図である。図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子３０１は、発光部３１１ａと発光部３１１ｂとの間に、溝（光伝播回避領域）３４０が形成されている点において、実施形態１に係る半導体レーザ素子１と異なる。
なお、図１０では便宜上、絶縁層の厚さＤおよびリッジ導波路３１２におけるｐ型半導体層３２６の幅Ｗを、発光部３１１ａおよび発光部３１１ｂの間で変わらないものとして表している。しかしながら本実施形態において、発光部３１１ａおよび発光部３１１ｂの間で、厚さＤおよび／または幅Ｗは異なる。言い換えれば、半導体レーザ素子３０１は、半導体レーザ素子１・１０１・２０１のいずれかに、さらに溝３４０が形成されることで構成される。
実施形態１において記載したように、溝３４０が無い場合、発光部１１ａと発光部１１ｂとから放射されるレーザ光の出力ゆらぎを低減するためには、２つのリッジ導波路の互いに対向する２つの側面の間の距離Ｗ０は、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましかった。しかしながら、距離Ｗ０が大きくなると、半導体レーザ素子３０１のサイズを一定以下にすることが難しい。また、半導体レーザ素子１をレーザ走査型プロジェクタに用いた場合、各発光部から放射される投影スポットの空間的分離が大きく、投影される画像の解像度が低減してしまうという新たな問題が危惧された。そこで、本実施形態に係る半導体レーザ素子３０１においては、発光部３１１ａと発光部３１１ｂとの間に、溝３４０を新たに形成した。
＜溝３４０の深さ＞
溝３４０は、前記クロストークを抑制するために、発光部３１１ａおよび発光部３１１ｂの間に形成される。なお、溝３４０は、発光部３１１ａおよび発光部３１１ｂの間の前記クロストークを効果的に抑制するために、活性領域３２４を貫通する深さにより形成されることが好ましい。
言い換えれば、半導体レーザ素子３０１において、レーザ光は、発光部３１１における、積層構造の一部に含まれる半導体層の部位に形成された活性領域３２４において放射され、複数の発光部において互いに隣り合う２つの発光部３１１を一組とした場合、少なくとも一組の発光部３１１における、当該２つの発光部３１１の間の領域には、一方の発光部（例えば、３１１ａ）の活性領域３２４から他方の発光部（例えば、３１１ｂ）の活性領域３２４にレーザ光が伝播することを回避するための溝３４０が形成され、溝３４０は、金属層３２９の表面から前記半導体層の少なくとも一部までを貫通するように形成されている。
＜溝３４０の形成方法＞
図１１の（ａ）〜（ｄ）に示すように、溝３４０は絶縁層３２８と同じ材料により覆われることが好ましい。言い換えれば、半導体レーザ素子３０１において、溝３４０は、絶縁層３２８および金属層３２９を形成するそれぞれの材料のうち、少なくとも絶縁層３２８を形成する材料により形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、前記クロストークをより効果的に抑制することができる。また、半導体レーザ素子３０１を製造するときに、絶縁層３２８を積層する前に溝３４０をエッチング工程等により形成し、その後に絶縁層３２８および金属層３２９を積層することで、溝３４０を絶縁層３２８と同じ材料により容易に満たすことができる。
溝３４０を形成することで、前記クロストークを効果的に抑制できるため、距離Ｗ０は８μｍ以上５０μｍ以下であればよい。言い換えれば、半導体レーザ素子３０１は、複数のリッジ導波路３１２において互いに隣り合う２つのリッジ導波路３１２を一組とした場合、少なくとも一組のリッジ導波路３１２のｐ型半導体層３２６における、互いに対向する２つの側面の間の距離が、８μｍ以上５０μｍ以下であればよい。
これにより、半導体レーザ素子３０１の大きさ等の制約により距離Ｗ０を短くしなければならない場合でも、前記クロストークが十分に低減された半導体レーザ素子３０１を製造できる。
〔実施例〕
＜条件＞
本発明の実施例１〜３について以下に説明する。表１〜表３はそれぞれ、実施例１〜３に係る半導体レーザ素子における各パラメータを示す。各パラメータとは、絶縁層の厚さＤ（単位：ｎｍ）、リッジ導波路における半導体層の幅Ｗ（単位：μｍ）、各発光部における閾値電流Ｉｔｈ（単位：ｍＡ）、各発光部におけるフロント側およびリア側のへき開面の反射率（単位：％）、および各発光部の共振器長Ｌ（単位：μｍ）である。なお、ここでいうフロント側とは、半導体レーザ素子からレーザ光が放射されるへき開面側を示し、リア側とはフロント側と逆側を示す。
実施例１〜３に係る半導体レーザ素子はいずれも、２つの発光部（発光部Ａおよび発光部Ｂ）を備える。表１〜表３におけるΔ（デルタ）は、前記各パラメータにおける２つの発光部間の差異を示す。また、実施例３は、本発明の実施形態１における変形例と同様に、発光部Ｂの長手方向における一部のみ、絶縁層の厚さが発光部Ａとの間で異なる。これに伴い、表３にのみ、発光部Ｂの長手方向における前記一部の長さＬ１（単位：μｍ）を示している。
また、実施例１〜３に係る半導体レーザ素子はいずれも、半導体層は（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、Ａｓ、Ｐ）材料系により、絶縁層はＳｉＯ２により、金属層はＡｕ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、およびＮｉを含む材料により形成されている。また、実施例１〜３に係る半導体レーザ素子の各発光部からはいずれも、２５℃の条件下で３０ｍＷの光パワーによりレーザ光を放射した。
Figure 0006887482
Figure 0006887482
Figure 0006887482
＜結果＞
表１〜表３に示すように、発光部Ａと発光部Ｂとの間で、実施例１においては絶縁層の厚さを変更することにより、実施例２においてはリッジ導波路における半導体層の幅を変更することにより、そして実施例３においては絶縁層の厚さを発光部の長手方向における一部のみ変更することにより、それぞれの発光部の閾値電流Ｉｔｈが変化した。これに伴い、実施例１〜３のいずれにおいても、発光部Ａおよび発光部Ｂから放射されるレーザ光の波長λは１ｎｍ以上異なっていた。
以上より、本発明に係る半導体レーザ素子は、複数の発光部間で異なる波長の複数のレーザ光を放射できることが示された。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発光素子（半導体レーザ素子１）は、基板（２１）、半導体層（２２〜２７）、絶縁層（２８）および金属層（２９）の順に積層された積層構造を有する発光素子（半導体レーザ素子１）であって、前記積層構造の一部を有し、レーザ光を放射する発光部（１１）を複数備え、複数の前記発光部（１１）は、前記半導体層（２２〜２７）、前記絶縁層（２８）、および前記金属層（２９）のそれぞれ一部を含むリッジ（リッジ導波路１２）を有し、複数の前記リッジ（リッジ導波路１２）は、前記金属層（２９）の表面と平行な方向で規定される切断視において、前記半導体層（２２〜２７）の一部の両側に前記絶縁層（２８）の一部が配置され、かつ、前記絶縁層（２８）の一部の両側に前記金属層（２９）の一部が配置され、複数の前記発光部（１１）のうち、少なくとも１つの前記発光部（１１）における、活性領域（２４）の特定の箇所から前記金属層（２９）の内面の一部または全部までの距離が、他の前記発光部（１１）における、前記特定の箇所から前記金属層（２９）の内面までの距離と異なる。
前記の構成によれば、複数の発光部における閾値電流密度がそれぞれ異なるため、単一の発光素子によって、異なる波長を有する複数のレーザ光を放射できる。発光素子から異なる波長を有する複数のレーザ光が放射されることで、例えば、発光素子をレーザ走査型プロジェクタに用いた場合に、レーザ光を投影面に投影した際に発生するスペックルノイズを低減できる。
本発明の態様２に係る発光素子（半導体レーザ素子１）は、前記態様１において、以下の（ｉ）および（ｉｉ）の少なくとも一方であってもよい；（ｉ）複数の前記発光部（１１）のうち、少なくとも１つの前記発光部（１１）における前記絶縁層（２８）の一部または全部の厚さが、他の前記発光部（１１）における前記絶縁層（２８）の厚さと異なる、（ｉｉ）複数の前記リッジ（リッジ導波路１２）のうち、少なくとも１つの前記リッジ（リッジ導波路１２）における前記半導体層（２２〜２７）の幅が、他の前記リッジ（リッジ導波路１２）における前記半導体層（２２〜２７）の幅と異なる。
前記の構成によれば、複数の発光部における閾値電流密度がそれぞれ異なるため、単一の発光素子によって、異なる波長を有する複数のレーザ光を放射できる。発光素子から異なる波長を有する複数のレーザ光が放射されることで、例えば、発光素子をレーザ走査型プロジェクタに用いた場合に、レーザ光を投影面に投影した際に発生するスペックルノイズを低減できる。
本発明の態様３に係る発光素子（半導体レーザ素子１）は、前記態様１または２において、前記絶縁層（２８）は、光の吸収係数が前記金属層（２９）に対して１００分の１以下であってもよい。前記の構成によれば、絶縁層が発光部における光吸収損失に有意な影響を与えることがない。
本発明の態様４に係る発光素子（半導体レーザ素子１）は、前記態様１から３において、複数の前記発光部（１１）のうち、少なくとも１つの前記発光部（１１）から放射される前記レーザ光の波長と、他の前記発光部（１１）から放射される前記レーザ光の波長との差分が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であってもよい。前記の構成によれば、発光素子は、異なる波長を有する複数のレーザ光を放射できる。
本発明の態様５に係る発光素子（半導体レーザ素子１）は、前記態様１から４において、複数の前記リッジ（リッジ導波路１２）において互いに隣り合う２つの前記リッジ（リッジ導波路１２）を一組とした場合、少なくとも一組の前記リッジ（リッジ導波路１２）の前記半導体層（２２〜２７）における、互いに対向する２つの側面の間の距離が、８μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。
前記の構成によれば、一方の発光部のレーザ光は、他方の発光部まで伝播する前に、発光部間に存在する半導体層によって十分に吸収されることができる。したがって、複数の発光部から放射されるレーザ光の出力のゆらぎを低減できる。
本発明の態様６に係る発光素子（半導体レーザ素子３０１）は、前記態様１から５において、前記レーザ光は、前記発光部（３１１）における、前記積層構造の一部に含まれる前記半導体層の部位に形成された活性領域（３２４）において誘導放出され、複数の前記発光部（３１１）において互いに隣り合う２つの前記発光部（３１１）を一組とした場合、少なくとも一組の前記発光部（３１１）における、当該２つの前記発光部（３１１）の間の領域には、一方の前記発光部（３１１）の前記活性領域（３２４）から他方の前記発光部（３１１）の前記活性領域（３２４）に前記レーザ光が伝播することを回避するための光伝播回避領域（溝３４０）が形成され、前記光伝播回避領域（溝３４０）は、前記金属層（３２９）の表面から前記半導体層の少なくとも一部までを貫通するように形成されていてもよい。
前記の構成によれば、光伝播回避領域によって、一方の発光部のレーザ光は、他方の発光部まで伝播する前に、光伝播回避領域によって十分に吸収されることができる。したがって、複数の発光部間の距離を短くできる。
本発明の態様７に係る発光素子（半導体レーザ素子３０１）は、前記態様６において、前記光伝播回避領域（溝３４０）は、前記絶縁層（３２８）および前記金属層（３２９）を形成するそれぞれの材料の、少なくとも一方により形成されていてもよい。
前記の構成によれば、光の伝播をより効果的に抑制できる光伝播回避領域を、簡便な方法により形成できる。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
１、１０１、２０１、３０１ 半導体レーザ素子（発光素子）
１１、１１１、２１１、３１１ 発光部
１２、１１２、２１２、３１２ リッジ導波路（リッジ）
２１ 基板
２２ ｎ型クラッド層（半導体層）
２３ ｎ型ガイド層（半導体層）
２４、１２４、３２４ 活性領域（半導体層）
２５ ｐ型ガイド層（半導体層）
２６ ｐ型クラッド層（半導体層）
２７ ｐ型コンタクト層（半導体層）
２８、１２８、２２８、３２８ 絶縁層
２９、１２９、３２９ 金属層
３４０ 溝（光伝播回避領域）
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ バリア層
Ｑ１、Ｑ２ 量子井戸層

Claims (7)

  1. 基板、半導体層、絶縁層および金属層の順に積層された積層構造を有する発光素子であって、
    前記積層構造の一部を有し、レーザ光を放射する発光部を複数備え、
    複数の前記発光部は、
    前記半導体層の一部、前記絶縁層の一部、および前記金属層の一部を含むリッジを有し、
    前記積層構造の一部に含まれる前記半導体層に、前記レーザ光を誘導放出するための活性領域が形成されており、
    複数の前記リッジは、前記金属層の表面と平行な方向で規定される切断視において、前記半導体層の一部の両側に前記絶縁層の一部が配置され、かつ、前記絶縁層の一部の両側に前記金属層の一部が配置され、
    複数の前記発光部のうち、少なくとも１つの前記発光部は、
    前記絶縁層の一部または全部の厚さが、他の前記発光部における前記絶縁層の厚さと異なっており、
    当該少なくとも１つの前記発光部内における、前記レーザ光の強度分布の半値幅内に含まれる前記レーザ光の発光領域と前記金属層とが重なる範囲が、他の前記発光部内における、前記発光領域と前記金属層とが重なる範囲と異なる、発光素子。
  2. 複数の前記リッジのうち、少なくとも１つの前記リッジにおける前記半導体層の幅が、他の前記リッジにおける前記半導体層の幅と異なる、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記絶縁層は、光の吸収係数が前記金属層に対して１００分の１以下である、請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 複数の前記発光部のうち、少なくとも１つの前記発光部から放射される前記レーザ光の波長と、他の前記発光部から放射される前記レーザ光の波長との差分が、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１から３の何れか１項に記載の発光素子。
  5. 複数の前記リッジにおいて互いに隣り合う２つの前記リッジを一組とした場合、少なくとも一組の前記リッジの前記半導体層における、互いに対向する２つの側面の間の距離が、８μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１から４の何れか１項に記載の発光素子。
  6. 前記レーザ光は、前記発光部における、前記積層構造の一部に含まれる前記半導体層の部位に形成された活性領域において誘導放出され、
    複数の前記発光部において互いに隣り合う２つの前記発光部を一組とした場合、少なくとも一組の前記発光部における、当該２つの前記発光部の間の領域には、一方の前記発光部の前記活性領域から他方の前記発光部の前記活性領域に前記レーザ光が伝播することを回避するための光伝播回避領域が形成され、
    前記光伝播回避領域は、前記金属層の表面から前記半導体層の少なくとも一部までを貫通するように形成されている、請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子。
  7. 前記光伝播回避領域は、前記絶縁層および前記金属層を形成するそれぞれの材料のうち、少なくとも前記絶縁層を形成する材料により形成されている、請求項６に記載の発光素子。
JP2019233294A 2019-01-14 2019-12-24 発光素子 Active JP6887482B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962792148P 2019-01-14 2019-01-14
US62/792,148 2019-01-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020113755A JP2020113755A (ja) 2020-07-27
JP6887482B2 true JP6887482B2 (ja) 2021-06-16

Family

ID=71517833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019233294A Active JP6887482B2 (ja) 2019-01-14 2019-12-24 発光素子

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11509117B2 (ja)
JP (1) JP6887482B2 (ja)
CN (1) CN111435782B (ja)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08107254A (ja) 1994-09-14 1996-04-23 Xerox Corp マルチ波長レーザダイオードアレイ
JP4326297B2 (ja) 2003-09-30 2009-09-02 シャープ株式会社 モノリシック多波長レーザ素子およびその製造方法
JP2010166022A (ja) * 2008-09-26 2010-07-29 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ装置および表示装置
JP5439953B2 (ja) * 2008-10-30 2014-03-12 ソニー株式会社 半導体レーザおよびその製造方法
US8427590B2 (en) 2009-05-29 2013-04-23 Soraa, Inc. Laser based display method and system
US8451876B1 (en) * 2010-05-17 2013-05-28 Soraa, Inc. Method and system for providing bidirectional light sources with broad spectrum
JP5234130B2 (ja) * 2011-03-29 2013-07-10 住友電気工業株式会社 光半導体素子
US10070016B2 (en) 2016-02-16 2018-09-04 Microvision, Inc. Multi-stripes lasers for laser based projector displays

Also Published As

Publication number Publication date
US20200227892A1 (en) 2020-07-16
CN111435782B (zh) 2023-03-21
CN111435782A (zh) 2020-07-21
JP2020113755A (ja) 2020-07-27
US11509117B2 (en) 2022-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7869483B2 (en) Surface emitting laser
US20120287958A1 (en) Laser Diode Assembly and Method for Producing a Laser Diode Assembly
JP2007036298A (ja) 半導体発光素子
JP2009065048A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
WO2018168430A1 (ja) 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール及び溶接用レーザ光源システム
JP2010232488A (ja) 窒化物半導体レーザ
JP2019012744A (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
JP2010267871A (ja) 半導体レーザおよびその製造方法
JP2007095758A (ja) 半導体レーザ
US6403983B1 (en) Quantum well type light-emitting diode
JP2024020656A (ja) 垂直共振器型発光素子
JP6923295B2 (ja) 垂直共振器型発光素子及び垂直共振器型発光素子の製造方法
JP3299056B2 (ja) 表面放射型のＩｎＧａＡｌＮ系半導体レーザ
CN114946092A (zh) 垂直谐振器型发光元件
JP2011124521A (ja) 半導体レーザおよびその製造方法
JP2008172188A (ja) 多波長量子ドットレーザ素子
WO2023042675A1 (ja) 垂直共振器型発光素子
JP6887482B2 (ja) 発光素子
WO2016098273A1 (ja) 活性層構造、半導体発光素子および表示装置
JP2010034267A (ja) ブロードエリア型半導体レーザ素子、ブロードエリア型半導体レーザアレイ、レーザディスプレイおよびレーザ照射装置
JP4771142B2 (ja) 垂直共振器型発光ダイオード
JP5556922B2 (ja) 半導体レーザの製造方法
JP2012104764A (ja) 半導体発光素子
JP2004165435A (ja) 半導体レーザ装置
WO2021039479A1 (ja) 半導体レーザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210518

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6887482

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350