(57)【要約】【課題】高出力時での高次横モードの発生を抑制しキンクレベルを改善できるようにする。【解決手段】窒化物半導体レーザ装置は、ＧａＮ基板１の上に順次形成されたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層２、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層４及びリッジ構造を有するｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６とからなるレーザ構造体２０と、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６の平坦部の上に形成された平坦部電流ブロック層９と、リッジ構造の側面上に形成された側面部電流ブロック層８と、リッジ構造の頂面の上に形成されたｐ型ＧａＮコンタクト層７と、側面部電流ブロック層８、平坦部電流ブロック層９及びｐ型ＧａＮコンタクト層７を覆うように形成されたｐ電極１０と、ＧａＮ基板１におけるレーザ構造体２０と反対側の面上に形成されたｎ電極１１とを備えている。側面部電流ブロック層８の屈折率は、平坦部電流ブロック層９の屈折率よりも大きい。【選択図】図１
2010245378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成され、それぞれがIII族窒化物半導体からなり、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上に形成された活性層と、前記活性層の上に形成されリッジ構造を有するｐ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層のリッジ構造の頂面の上に形成されたｐ型コンタクト層とを有するレーザ構造体と、
前記ｐ型クラッド層におけるリッジ構造の両側方の平坦部の上に形成され、電流を狭窄する平坦部電流ブロック層と、
前記ｐ型クラッド層におけるリッジ構造の側面上に形成され、電流を狭窄する側面部電流ブロック層と、
前記平坦部電流ブロック層、側面部電流ブロック層及びｐ型コンタクト層を覆うように形成されたｐ電極と、
前記基板における前記レーザ構造体と反対側の面上に形成されたｎ電極とを備え、
前記側面部電流ブロック層の屈折率は、前記平坦部電流ブロック層の屈折率よりも大きいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記側面部電流ブロック層は、屈折率が２．０以上であり、
前記平坦部電流ブロック層は、屈折率が１．３以上且つ１．６以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記側面部電流ブロック層は、窒化シリコン、五酸化タンタル又は二酸化ジルコニウムからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記平坦部電流ブロック層は、二酸化シリコンからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記側面部電流ブロック層の膜厚は、前記平坦部電流ブロック層の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記側面部電流ブロック層の底辺の長さは、０．３μｍ以上且つ０．６μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記平坦部電流ブロック層は、前記側面部電流ブロック層の側面上にも形成されていることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ装置に関し、特にリッジ構造を有するクラッド層を備えた窒化物半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上波ディジタル放送の高精細度（High Definition：ＨＤ）映像をディジタル多用途ディスク（Digital Versatile Disc：ＤＶＤ）に長時間記録できるBlu-ray Disc（登録商標）に対応するＤＶＤ機器の普及が進んでいる。Blu-ray Disc（登録商標）に対応するＤＶＤの高速記録化及び低価格化のために光源に使用される波長４０５ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ装置の高出力化及び低コスト化が急務となっている。
【０００３】
図１０は従来の窒化物半導体レーザ装置の断面構造を示している。
【０００４】
図１０に示すように、従来の窒化物半導体レーザ装置は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板１０１の上にｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）クラッド層１０２、ｎ型ＡｌＧａＮガイド層１０３、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）活性層１０４、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１０５及びリッジ構造を有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６が順次形成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６のリッジ構造の頂面の上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７が形成され、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６の平坦部の上及びリッジ構造の側面上に電流狭窄を行う誘電体電流ブロック層１０８が形成されている。さらに、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７及び誘電体電流ブロック層１０８の上を覆うように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７にオーミック接合されたｐ電極１０９が形成され、ＧａＮ基板１０１の下面には、ｎ電極１１０が形成されている。
【０００５】
窒化物半導体レーザ装置は、一般に高出力状態になると注入電流に対して光出力の線形性が悪化するキンクが発生しやすくなり、安定した光出力特性を得ることが困難となる。キンクの原因としては、光出力の増大に伴いｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６での光吸収及びジュール発熱によってリッジ部において発熱が起こり、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６の屈折率が増大することによる光閉じ込め効果の増大が考えられる。
【０００６】
図１１（ａ）は低出力時における図１０の窒化物半導体レーザ装置の断面構造を実効屈折率近似法により１次元の屈折率分布に変換した図を示しており、図１１（ｂ）は高出力時における図１０の窒化物半導体レーザ装置の断面構造を実効屈折率近似法により１次元の屈折率分布に変換した図を示している。
【０００７】
図１１（ａ）に示すように、低出力時のリッジ部の実効屈折率と平坦部の実効屈折率（以下、単に平坦部実効屈折率と呼ぶ）との実効屈折率差ΔＮｌｏｗでは、図１０の窒化物半導体レーザ装置は基本横モードのみが存在できる単一横モード条件を満たす状態に設定されている。それに対して高出力時の実効屈折率差ΔＮｈｉｇｈでは、図１１（ｂ）の領域Ｃに示すように、リッジ部の屈折率が発熱等の影響により増大するため、光出力の上昇と共に単一横モード条件を満たさなくなり高次横モードが発生しやすくなる。そのため、窒化物半導体レーザ装置は高出力化に伴い、基本横モードと高次横モードとの干渉が発生し、レーザ光の不安定性が生じてキンクが発生しやすくなる。
【０００８】
上記のような基本横モードと高次横モードとの干渉を抑制し窒化物半導体レーザ装置の光出力特性の安定化を行って、キンクレベルを改善する方法が特許文献１及び特許文献２に提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３３００６５７号公報
【特許文献２】特許第３８４９７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１では、リッジ構造を有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の側面上にしか絶縁層がないため、半導体レーザ装置の光出力が増大するにつれてｐ型ＡｌＧａＮクラッド層と接する電極層により高次横モードの吸収が増大してキンクレベルが改善する構造を提案している。しかしながら、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のリッジ構造の側面上にしか絶縁層がないため、リッジ構造の外側に漏れ出した基本横モード光の吸収も増大するので閾値電流の増加及び半導体レーザ装置の注入電流に対する光出力の増分で定義されるスロープ効率（以下、単にスロープ効率と呼ぶ）の低下等の悪影響が発生しやすい構造である。また、半導体レーザ装置の基本横モードの吸収の増大は、損失が大きい導波路構造であることを意味し、発熱量の増大によって動作時間が長くなるにつれて閾値電流の増加及びスロープ効率の低下を招く結果となって、信頼性特性の低下を招くおそれがある。
【００１１】
特許文献２では、リッジ構造を有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の絶縁層をｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の平坦部とリッジ部の側面とにおいて、その厚さを一様に薄くすることによって、絶縁層の上部に形成されたアモルファスシリコン（Ｓｉ）層及び電極層により構成された光吸収層で高次横モードを吸収させ、キンクレベルを改善する構造を示している。特許文献２に示されている構造は、キンクレベルの大幅な改善のためにはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の平坦部及びリッジ部の側面の絶縁層の厚さを十分に薄くする必要がある。このため、特許文献１に示されている構造と同様に、高次横モードの吸収と共に基本横モードの吸収も大きくなるため、閾値電流の増大及びスロープ効率の低下等の悪影響も生じる。
【００１２】
このように、上記従来の窒化物半導体レーザ装置は、キンクレベルの低下の原因となる高次横モードの吸収を増大させてキンクレベルを改善できるものの、基本横モードの吸収も増大するため、閾値電流及びスロープ効率等の窒化物半導体レーザ装置の基本特性を犠牲にする結果となる。また、上記従来の窒化物半導体レーザ装置は、閾値電流の増加及びスロープ効率の低下が起こっても信頼性特性への影響が比較的に少ない、最大光出力が数十ｍＷ程度までの窒化物半導体レーザ装置のキンクレベルの改善には効果がある。しかしながら、より高出力化された、最大光出力が数百ｍＷレベルの窒化物半導体レーザ装置のキンクレベルの改善には基本特性の悪化を伴うため、良好な信頼性特性を有する窒化物半導体レーザ装置の実現が困難である。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目的は、窒化物半導体レーザ装置のキンクレベルを向上させると共に、基本横モードの吸収による閾値電流及びスロープ効率等の窒化物半導体レーザ装置の基本特性を維持できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明は、窒化物半導体レーザ装置をリッジ構造を有するクラッド層の平坦部とリッジ構造の側面とにそれぞれ屈折率が異なる電流ブロック層を設ける構成とする。
【００１５】
具体的に、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、基板の上に形成され、それぞれがIII族窒化物半導体からなり、ｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成されリッジ構造を有するｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層のリッジ構造の頂面の上に形成されたｐ型コンタクト層とを有するレーザ構造体と、ｐ型クラッド層におけるリッジ構造の両側方の平坦部の上に形成され、電流を狭窄する平坦部電流ブロック層と、ｐ型クラッド層におけるリッジ構造の側面上に形成され、電流を狭窄する側面部電流ブロック層と、平坦部電流ブロック層、側面部電流ブロック層及びｐ型コンタクト層を覆うように形成されたｐ電極と、基板におけるレーザ構造体と反対側の面上に形成されたｎ電極とを備え、側面部電流ブロック層の屈折率は、平坦部電流ブロック層の屈折率よりも大きいことを特徴とする。
【００１６】
本発明の窒化物半導体レーザ装置によると、側面部電流ブロック層の屈折率が平坦部電流ブロック層の屈折率よりも大きいため、基本横モードの吸収を抑制すると共に高次横モードの吸収のみを増大させることができる。このため、キンクレベルの改善及び閾値電流及びスロープ効率等の窒化物半導体レーザ装置の基本特性を維持することができると共に、レーザ光遠視野像（Far Field Pattern：ＦＦＰ）の波形歪みを改善できる。
【００１７】
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、側面部電流ブロック層は、屈折率が２．０以上であり、平坦部電流ブロック層は、屈折率が１．３以上且つ１．６以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、側面部電流ブロック層は、窒化シリコン、五酸化タンタル又は二酸化ジルコニウムからなることが好ましい。
【００１９】
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、平坦部電流ブロック層は、二酸化シリコンからなることが好ましい。
【００２０】
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、側面部電流ブロック層の膜厚は、平坦部電流ブロック層の膜厚よりも厚いことが好ましい。
【００２１】
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、側面部電流ブロック層の底辺の長さは、０．３μｍ以上且つ０．６μｍ以下に設定されていることが好ましい。
【００２２】
本発明の窒化物半導体レーザ装置において、平坦部電流ブロック層は、側面部電流ブロック層の側面上にも形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置によると、キンクレベルの改善及び閾値電流及びスロープ効率等の窒化物半導体レーザ装置の基本特性を維持することができる。また、レーザ光遠視野像（ＦＦＰ）の波形歪みを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構造を実効屈折率近似法により変換した１次元の実効屈折率分布並びに基本横モード及び高次横モードの光分布を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の側面部電流ブロック層の膜厚の変化に対する基本横モード及び高次横モードの吸収係数を計算した結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の平坦部電流ブロック層の膜厚の変化に対する基本横モード及び高次横モードの吸収係数を計算した結果を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及び従来の窒化物半導体レーザ装置の光出力特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の平坦部電流ブロック層の膜厚の変化に対する基本横モード及び高次横モードの吸収係数を計算した結果を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構造を実効屈折率近似法により変換した１次元の実効屈折率分布を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及び従来の窒化物半導体レーザ装置の光出力特性を示すグラフである。
【図１０】従来の窒化物半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は低出力時における、従来の窒化物半導体レーザ装置の断面構造を実効屈折率近似法により変換した１次元の実効屈折率分布及び基本横モードの光分布を示す図である。（ｂ）は高出力時における、従来の窒化物半導体レーザ装置の断面構造を実効屈折率近似法により変換した１次元の実効屈折率分布並びに基本横モード及び高次横モードの光分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置について図１〜図５を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構造を示している。以下、ｘをアルミニウム（Ａｌ）組成とし、ｙをインジウム（Ｉｎ）組成とする。
【００２７】
図１に示すように、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板１の上には、ｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）クラッド層２、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮガイド層３、ウェル層とバリア層とにより構成された量子井戸を有する窒化インジウムガリウム（ＩｎｙＧａ１−ｙＮ）活性層４、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層４からの電子のオーバフローを抑制するｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ電子ブロック層５及びリッジ構造を有するｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６が順次形成され、レーザ構造体２０が形成されている。ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６におけるリッジ構造の頂面の上にｐ型ＧａＮコンタクト層７が形成され、リッジ構造の側面上には側面部電流ブロック層８が形成され、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６の平坦部の上には平坦部電流ブロック層９が形成されている。ｐ型ＧａＮコンタクト層７、側面部電流ブロック層８及び平坦部電流ブロック層９の上を覆うようにｐ電極１０が形成されている。ＧａＮ基板１におけるレーザ構造体２０と反対側の面上にはｎ電極１１が形成されている。
【００２８】
ＧａＮ基板１の上のｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層２からｐ型ＧａＮコンタクト層７までは有機金属気相成長法を用いて結晶成長される。また、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６は反応性イオンエッチング等のドライエッチング技術を用いてＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層４への電流注入及び光閉じ込めを行うメサ形のリッジ構造が形成される。
【００２９】
側面部電流ブロック層８は、屈折率が２．０以上の窒化シリコン（ＳｉＮ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）又は二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等を用いて、また、平坦部電流ブロック層９は、屈折率が１．３以上且つ１．６以下の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を用いて、平坦部とリッジ部の側面とにそれぞれリフトオフ法等のフォトリソグラフィ法を用いて形成される。
【００３０】
その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上にオーミック接合させたチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の金属層からなるｐ電極１０が形成される。ここで、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、水平方向のレーザ光遠視野像（ＦＦＰ）（以下、単に水平ＦＦＰと呼ぶ）を７°以上且つ１０°以下の範囲に、また、垂直方向のＦＦＰ（以下、単に垂直ＦＦＰと呼ぶ）を１６°以上且つ２０°以下の範囲になるように、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層２、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層４及びｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６のＡｌ組成、Ｉｎ組成及び膜厚を適切な値に調整している。
【００３１】
［表１］は本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を構成する各層のＡｌ組成、Ｉｎ組成及び膜厚を示している。
【００３２】
【表１】
2010245378.tif 000003
【００３３】
図１に示すリッジ幅Ｗは、発振閾値付近の低出力状態において単一横モード条件を満たす幅に設定されている。側面部電流ブロック層８の底辺Ｌは、基本横モードの光分布をリッジ構造内の領域Ａに閉じ込めて、高次横モードの光分布が側面部電流ブロック層８からリッジ構造の外部の領域Ｂへ染み出す長さに設定されている。側面部電流ブロック層８と平坦部電流ブロック層９との膜厚は、基本横モードのみを閉じ込めて高次横モードをｐ電極１０により十分に吸収されるように、側面部電流ブロック層８の膜厚を平坦部電流ブロック層９の膜厚よりも厚く設定する。
【００３４】
本実施形態において、水平ＦＦＰが８．５°且つ垂直ＦＦＰが１８°の窒化物半導体レーザ装置を得るために、各層のＡｌ組成、Ｉｎ組成及び膜厚を［表１］の値に設定し、リッジ幅Ｗを１．４μｍと設定する。また、［表１］の構造の窒化物半導体レーザ装置の基本横モードのパワー振幅がピークパワーに対して十分に減衰する距離がリッジ中心から１．２μｍ程度であるため、側面部電流ブロック層８と平坦部電流ブロック層９との境界がリッジ中心から１．２μｍ程度となるように、側面部電流ブロック層８の底辺Ｌを０．４５μｍと設定し、基本モードの吸収を抑制する構造としている。
【００３５】
側面部電流ブロック層８は、窒化物半導体レーザ装置の発振波長域４０５ｎｍにおける屈折率が約２．２であるＴａ２Ｏ５からなり、その膜厚を０．３μｍに設定し、平坦部電流ブロック層９は、窒化物半導体レーザ装置の発振波長域４０５ｎｍにおける屈折率が１．５であるＳｉＯ２からなり、その膜厚を０．０３μｍに設定する。側面部電流ブロック層８及び平坦部電流ブロック層９の屈折率及び膜厚をこのように設定して、リッジ部の側面の光閉じ込め効果を弱くしている。すなわち、基本横モードは側面部電流ブロック層８の膜厚が厚いため、領域Ａに十分に閉じ込められる。一方、高次横モードは基本横モードよりも光閉じ込め効果が弱いため、高次横モードの光分布のみの裾部分が領域Ｂに染み出す。また、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属層であるｐ電極１０の窒化物半導体レーザ装置の発振波長域４０５ｎｍにおける吸収係数は一般に非常に大きく、分光エリプソメトリ法による測定において約８０００００ｃｍ−１になるように設定している。また、ｐ電極１０の幅は領域Ｂに染み出した高次横モードの光分布を十分に吸収するように設定し、その値はリッジ部の中心から左右に１０μｍに設定している。
【００３６】
次に、本実施形態において高次横モードのみを効率的に吸収させてキンクレベルを改善する窒化物半導体レーザ装置の動作について説明する。
【００３７】
窒化物半導体レーザ装置は、発振閾値電流付近の光出力においては基本横モードで発振するが、光出力の増大によりｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６における光吸収等の影響によってリッジ部の温度が上昇すると単一横モード条件を満たさなくなり、高次横モードが発生しやすい導波路構造に変化する。
【００３８】
図２は本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の高出力状態おける実効屈折率分布並びに基本横モード及び高次横モードの光分布を示している。
【００３９】
図２に示すように、高出力時は、領域Ｃの屈折率が発熱等の影響により増大するため、光出力の上昇と共に単一横モード条件を満たさなくなり高次横モードが発生しやすくなる。
【００４０】
高次横モードは、基本横モードよりも光閉じ込め効果が弱く、窒化物半導体レーザ装置のリッジ部の外側である領域Ｂへ光が多く染み出す性質を持つ。この性質は、例えば、リッジ幅Ｗが拡がる等により導波路構造が変化しても基本的に変わらない。したがって、領域Ｂに染み出した高次横モードの光分布を吸収させることにより高次横モードの発生を抑制し、キンクレベルを向上させることができる。
【００４１】
本実施形態では側面部電流ブロック層８の屈折率を平坦部電流ブロック層９の屈折率よりも高く設定することにより、側面部電流ブロック層８の底辺Ｌ領域の実効屈折率Ｎｅｑ３を領域Ｂの実効屈折率Ｎｅｑ２よりも高くすることができる。実効屈折率Ｎｅｑ３の値は側面部電流ブロック層８の屈折率の変化により変化し、側面部電流ブロック層８の屈折率が大きくなると低下し、側面部電流ブロック層８の屈折率が小さくなると増大する。光分布は実効屈折率が大きいほど光閉じ込め効果が大きくなる性質を持つため、側面部電流ブロック層８の屈折率を平坦部電流ブロック層９の屈折率よりも高くすることによりＮｅｑ３を低下させて、基本横モード及び高次横モードの光閉じ込め効果を弱くすることができる。そのため、本実施形態の窒化物半導体レーザ装置は、平坦部電流ブロック層９と同様に、屈折率が１．５のＳｉＯ２により側面部電流ブロック層８を形成する場合よりも高次横モードの閉じ込めを減少させることができる。
【００４２】
このとき、基本横モードは、側面部電流ブロック層８の膜厚を０．３μｍと十分に厚くしているため、リッジ部の内側の領域Ａに光はほぼ閉じ込められる。これに対し、高次横モードは、基本横モードよりも光閉じ込め効果が弱い性質を持つため、領域Ａにおいて十分に減衰されずに領域Ｂへの染み出しが大きくなる。また、平坦部電流ブロック層９の膜厚を薄くすることにより、領域Ａから漏れ出した高次横モードの光分布及び水平ＦＦＰの波形リップルの原因となる反射光及び干渉光をｐ電極１０によって吸収させることができる。このとき、基本横モードの光分布は、側面部電流ブロック層８の膜厚は基本横モードが十分に閉じ込められる値に設定され、側面部電流ブロック層８の底辺Ｌは基本横モードの裾部分が領域Ｂへ染み出さないように設定されているため、ｐ電極１０による吸収を抑制することができる。
【００４３】
図３は平坦部電流ブロック層９の膜厚を０．０５μｍとする場合の側面部電流ブロック層８の膜厚に対する基本横モード及び高次横モードの吸収係数を計算した結果を表している。
【００４４】
図３に示すように、側面部電流ブロック層８が薄くなるに従って吸収係数が増大し、側面部電流ブロック層８の膜厚が０．２μｍ以下になると吸収係数が急激に増大する。また、側面部電流ブロック層８の膜厚が０．２μｍ以上では高次横モードの吸収係数は１９ｃｍ−１であり、基本横モードの１４ｃｍ−１の約１．４倍の値であることから、吸収層であるｐ電極１０への光分布の染み出しが基本横モードよりも高次横モードのほうが大きいことが確かめられる。
【００４５】
図４は側面部電流ブロック層８の膜厚が０．３μｍと一定であり、平坦部電流ブロック層９の膜厚を変化させた場合の吸収係数を計算した結果を表している。
【００４６】
図４に示すように、平坦部電流ブロック層９の膜厚が薄くなるに従って高次横モードの吸収係数が増大し、平坦部電流ブロック層９の膜厚が０．０４μｍ以下になると吸収係数が急激に増大することが確認できる。また、このときの基本横モードの吸収係数は、側面部電流ブロック層８の膜厚を０．３μｍと厚く設定することによりｐ電極１０への光分布の染み出しが抑制されるため、高次横モードのような急激な増大は確認できない。
【００４７】
このように、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、側面部電流ブロック層８の屈折率及び膜厚を平坦部電流ブロック層９の屈折率及び膜厚よりも大きく形成している。これにより、従来のように、同一材料の電流ブロック層を平坦部及びリッジ部の側面に一様に形成し、その膜厚を薄くして電流ブロック層の上部の光吸収層により高次横モードを吸収させる構造と比べて、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置は、基本横モードの吸収係数の増大を抑制させることが可能となる。また、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６の上部には平坦部電流ブロック層９が薄く形成されているため、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６の上部に直接に光吸収層を形成する構造よりも基本横モードの吸収係数の増大を抑制させることが可能である。
【００４８】
図５は本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の試作デバイスの光出力特性を示している。
【００４９】
図５に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置のキンクレベルは５５０ｍＷであり、一方、図１０に示す従来構造の窒化物半導体レーザ装置のキンクレベルは４００ｍＷである。従って、キンクレベルを１５０ｍＷ改善できることが確認できる。また、このとき、閾値電流の増加及びスロープ効率の低下等の悪影響は確認できず、基本横モードの吸収を抑制して高次横モードの吸収のみが増大することを確認している。また、このときのＦＦＰ特性は水平ＦＦＰが８．５°、垂直ＦＦＰが１９．０°であり、ＦＦＰ波形にも異常なリップル等は発生していないことが確認でき、光ピックアップ用の光源として望ましい特性を得られている。
【００５０】
本実施形態においては、各層のＡｌ組成、Ｉｎ組成及び膜厚を［表１］に示すように設定したが、窒化物半導体レーザ装置のＦＦＰ設計を変更する場合等において、その値を変更することも可能である。
【００５１】
側面部電流ブロック層８の底辺Ｌは、基本横モードのリッジ部の外側である領域Ｂへの染み出しを抑制し且つ高次横モードの領域Ｂへの染み出しを促進するために０．３μｍ以上且つ０．６μｍ以下に設定することが望ましい。
【００５２】
側面部電流ブロック層８の膜厚は、基本横モードの吸収を抑制し、高次横モードのみをｐ電極１０により吸収させるために０．２μｍ以上且つ０．４μｍ以下にするのが望ましい。側面部電流ブロック層８の膜厚が０．２μｍ以下になると、図３に示すように基本横モードの吸収係数が増大して、閾値電流の増加及びスロープ効率の低下による動作電流の増加及び吸収係数の増大によって、窒化物半導体レーザ装置の発熱量が増大する。これにより、端面破壊出力レベルの低下及び長期信頼性への悪影響を与えるため、側面部電流ブロック層８の膜厚を０．２μｍ以下とするのは望ましくない。また、側面部電流ブロック層８の膜厚が０．４μｍ以上になると、側面部電流ブロック層８の底辺Ｌが設定値よりも大きくなる可能性があり、高次横モードのｐ電極１０における吸収係数が小さくなりキンクレベルの改善効果が低下する。
【００５３】
平坦部電流ブロック層９の膜厚は、基本横モードの吸収係数の増大を抑制し、高次横モードのみの吸収係数を増加させるために０．０２μｍ以上且つ０．０４μｍ以下に設定するのが望ましい。平坦部電流ブロック層９の膜厚が０．０２μｍ以下の場合は、図４に示すように基本横モードの吸収係数が増大し閾値電流の増加及びスロープ効率の低下等の窒化物半導体レーザ装置の特性悪化が発生する。また、平坦部電流ブロック層９が０．０４μｍ以上になると高次横モードの吸収係数が低下し、キンクレベルの改善効果が低下するため望ましくない。
【００５４】
ｐ電極１０の構造はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造に限定されず一般的な吸収係数が大きい金属電極であっても、本実施形態の窒化物半導体レーザ装置を構成できる。また、ｐ電極１０の幅はリッジ中心から左右１０μｍ以上且つ３０μｍ以下に設定するのが望ましい。これは、ｐ電極１０の幅は高次横モードの吸収を十分に行う値に設定する必要があり、幅が狭すぎると高次横モードを十分に吸収することができなくなるからであり、また、幅を拡げすぎると窒化物半導体レーザ装置の寄生容量が増大して、応答特性等に悪影響を及ぼすからである。
【００５５】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置によると、側面部電流ブロック層８の屈折率及び膜厚を平坦部電流ブロック層９の屈折率及び膜厚よりも高く設定することにより、閾値電流及びスロープ効率に悪影響を与えない範囲で、基本横モードの吸収係数を増大させることなく、高次横モードの吸収係数を増大させることができる。これにより、本実施形態は、従来構造よりもキンクレベルを１５０ｍＷ改善できる。また、閾値電流の増加及びスロープ効率の低下等の基本特性に影響を与えない構造であるため、窒化物半導体レーザ装置の信頼性を損なわずにキンクレベルの改善ができる。また、ＦＦＰ波形においても不要なリップル等が発生しないため、光ピックアップの光源として望ましい窒化物半導体レーザ装置を得ることが可能である。
【００５６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置について、図６〜図９を参照しながら説明する。
【００５７】
図６は本発明の第２の実施形態の窒化物半導体レーザ装置の断面構造を示している。図６において、図１に示す本発明の第１の実施形態の窒化物半導体レーザ装置と同一の部材には同一の符号を付けて説明を省略し、その差異のみを説明する。
【００５８】
図６に示すように、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置において、平坦部電流ブロック層１２は、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層６の平坦部の上だけでなく、側面部電流ブロック層８の側面上にも形成されている。これにより、第１の実施形態と同様に、基本横モードの吸収係数を増大させることなく、高次横モードの吸収係数のみを増大させることが可能となる。
【００５９】
図７は本発明の第２の実施形態の窒化物半導体レーザ装置において、側面部電流ブロック層８の膜厚が０．３μｍと一定であり、平坦部電流ブロック層１２の膜厚を変化させた場合の吸収係数を計算した結果を表している。
【００６０】
図７に示すように、平坦部電流ブロック層１２の膜厚が０．０３μｍの場合の基本横モードの吸収係数は１４ｃｍ−１であり、図４に示す本発明の第１の実施形態の場合の１５ｃｍ−１と比較して約１ｃｍ−１小さい。また、このときの第２の実施形態の高次横モードの吸収係数は３２ｃｍ−１となり、第１の実施形態の場合の３１ｃｍ−１と比較して約１ｃｍ−１大きくなる。
【００６１】
図８は本発明の第２の実施形態の窒化物半導体レーザ装置の高出力状態における実効屈折率分布を示している。
【００６２】
図８に示すように、高出力時は、領域Ｃの屈折率が発熱等の影響により増大するため、光出力の上昇と共に単一横モード条件を満たさなくなり高次横モードが発生しやすくなる。
【００６３】
第２の実施形態の基本横モードの吸収係数が第１の実施形態の基本横モードの吸収係数よりも低減できる理由は、平坦部電流ブロック層１２が側面部電流ブロック層８の側面に形成されていることにより、基本横モードの側面部電流ブロック層８からの放射損失を低減できるためである。また、第２の実施形態の高次横モードの吸収係数が第１の実施形態よりも増大できる理由としては、図８に示すように、屈折率が１．５である平坦部電流ブロック層１２を側面部電流ブロック層８の側面上に形成することにより、側面部電流ブロック層８の底辺Ｌの実効屈折率Ｎｅｑ４が第１の実施形態の実効屈折率Ｎｅｑ３よりも小さくなり、その結果、領域Ａへの高次横モードの光閉じ込め効果を弱くすることができるからである。
【００６４】
図９は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の試作デバイスの光出力特性を表している。
【００６５】
図９に示すように、第２の実施形態の窒化物半導体レーザ装置のキンクレベルは５６０ｍＷであり、一方、従来構造の窒化物半導体レーザ装置のキンクレベルは４００ｍＷである。従って、キンクレベルを１６０ｍＷ改善することが確認できる。また、このときのＦＦＰ特性は水平ＦＦＰが８．５°、垂直ＦＦＰが１９．０°であり、ＦＦＰ波形において異常なリップル等は発生していないことが確認でき、光ピックアップ用の光源として望ましい特性を得ることができる。
【００６６】
第２の実施形態において、側面部電流ブロック層８の底辺Ｌ、側面部電流ブロック層８及び平坦部電流ブロック層１２の膜厚並びにｐ電極１０の幅は、本発明の第１の実施形態で説明したことと同様の理由から第１の実施形態と同じ値の範囲で設定することが望ましい。
【００６７】
第２の実施形態において、平坦部電流ブロック層１２が側面部電流ブロック層８の側面上に形成されることにより側面部電流ブロック層８がリッジ部の側面から剥がれにくくなり、窒化物半導体レーザ装置の基本特性の安定化及び製造過程での加工損失を低減でき、製造歩留りの向上を行うことが可能となる。また、側面部電流ブロック層８がリッジ部の側面から剥がれにくくなることから、側面部電流ブロック層８に、ＳｉＮｘ、Ｔａ２Ｏ５及びＺｒＯ２の他にも、屈折率がより高い材料であって且つリッジ部の側面への密着性に劣る材料であっても使用することができる。このため、側面部電流ブロック層８の材料の選択範囲を広げることが可能となる。
【００６８】
以上のように、本発明の第２の実施形態の窒化物半導体レーザ装置によると、第１の実施形態と同様に、高次横モードの吸収係数を増大させることにより、発振閾値電流及びスロープ効率を悪化させることなく、従来構造よりもキンクレベルを１６０ｍＷ改善することが可能である。また、ＦＦＰ波形において不要なリップル等が発生しないことから、光ピックアップの光源として望ましい窒化物半導体レーザ装置を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、キンクレベルの改善及び閾値電流及びスロープ効率等の窒化物半導体レーザ装置の基本特性を維持することができ、また、レーザ光遠視野像（ＦＦＰ）の波形歪みを改善でき、リッジ構造を有するクラッド層を備えた窒化物半導体レーザ装置等に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１  ＧａＮ基板
２  ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層
３  ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮガイド層
４  ＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層
５  ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ電子ブロック層
６  ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層
７  ｐ型ＧａＮコンタクト層
８  側面部電流ブロック層
９  平坦部電流ブロック層
１０  ｐ電極
１１  ｎ電極
１２  平坦部電流ブロック層
２０  レーザ構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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