(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ側電極とｎ側電極の間に、ストライプ状の光導波路が設けられた半導体素子構造を有し、前記ｐ側電極及びｎ側電極の少なくとも一方が前記光導波路の長手方向に分離された複数の小片電極からなる半導体レーザ素子の駆動方法であって、
発振閾値以上の順方向電圧を印加する前記小片電極を周期的に切り替えるとともに、前記順方向電圧を印加する小片電極以外の前記小片電極の少なくとも１つに、該半導体レーザ素子が自励発振可能な逆方向電圧を印加する半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項２】
ｐ側電極とｎ側電極の間に、ストライプ状の光導波路が設けられた半導体素子構造を有し、前記ｐ側電極及びｎ側電極の少なくとも一方が前記光導波路の長手方向に分離された複数の小片電極からなる半導体レーザ素子の駆動方法であって、
発振閾値以上の順方向電圧を印加する前記小片電極の数を周期的に変える半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項３】
前記順方向電圧を印加する小片電極以外の前記小片電極の少なくとも１つに、該半導体レーザ素子が自励発振可能な逆方向電圧を印加する請求項２に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項４】
前記逆方向電圧を前記小片電極に断続的に印加する請求項１又は３に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項５】
前記小片電極のうちの第１の小片電極に印加する電圧は、発振閾値を跨いで振動し、少なくとも一時的に、前記第１の小片電極に印加する電圧が上昇中である時に、第２の小片電極に印加する電圧が降下中である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項６】
前記小片電極を切り替える又は前記小片電極の数を変える周波数は、６０Ｈｚ以上１ＧＨｚ以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項７】
ｐ側電極とｎ側電極の間に、ストライプ状の光導波路が設けられた半導体素子構造を有し、前記ｐ側電極及びｎ側電極の少なくとも一方が前記光導波路の長手方向に分離された複数の小片電極からなる半導体レーザ素子と、
発振閾値以上の順方向電圧を印加する前記小片電極を周期的に切り替えるとともに、前記順方向電圧を印加する小片電極以外の前記小片電極の少なくとも１つに、該半導体レーザ素子が自励発振可能な逆方向電圧を印加する駆動装置と、を備える半導体レーザ装置。
【請求項８】
ｐ側電極とｎ側電極の間に、ストライプ状の光導波路が設けられた半導体素子構造を有し、前記ｐ側電極及びｎ側電極の少なくとも一方が前記光導波路の長手方向に分離された複数の小片電極からなる半導体レーザ素子と、
発振閾値以上の順方向電圧を印加する前記小片電極の数を周期的に変える駆動装置と、を備える半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置に関し、より詳細にはスペックルノイズを低減する半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子を光源に用いたレーザディスプレイ装置は、高輝度・高精細に加え、小型・軽量で且つ低消費電力といった特長があり、近年、レーザリアプロジェクションテレビや携帯電話等に搭載可能な小型レーザプロジェクタ等が製品化され、注目を集めている。このようなレーザディスプレイ装置において、現在、スペックルノイズが映像画質を劣化させる大きな要因となっている。このスペックルノイズは、レーザ光の可干渉性（コヒーレンス）が高いために、レーザ照射面において散乱光が干渉し合って生じる現象であり、レーザ光の可干渉性を低下させることで低減することが可能である。
【０００３】
例えば特許文献１には、レーザ光の射出方向（軸方向）に延在する単一帯状の発光領域をなすレーザ構造と、この発光領域に対応した領域に軸方向に垂直な方向に分離されて設けられた帯状の複数の電極と、を有する半導体レーザ素子と、各電極にパルス電流を独立に供給する駆動回路と、を備えた半導体レーザ装置が提案されており、このような半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子の出射側の端面の各電極に対応した領域からレーザ光が外部に出射され、発光パターンがパルス電流の印加状況に応じて時々刻々変化するので、時間コヒーレンスを低下させてスペックルノイズを低減できると記載されている。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、半導体レーザ素子のｐ電極又はｎ電極の一方がストライプ方向に電気的に２領域以上に分離され、この分離された電極の少なくとも１つに逆バイアス電圧を印加して、半導体レーザ素子を自励発振させることにより、可干渉性を下げ、光ディスクシステムの戻り光雑音を低減することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０３５９４０号公報
【特許文献２】特開２００４−１８６６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された半導体レーザ装置では、帯状の発光領域の幅が広いため、横モードが高次化して動作が不安定になりやすく、また分離された各電極に対応した発光領域における発振波長等の発振条件が近似しているため、レーザ光の可干渉性を十分に低下させることができず、スペックルノイズの低減効果が小さいという問題がある。また、スペックルノイズを低減するためには、光ディスクシステムの戻り光雑音を低減するのに比べて、レーザ光の可干渉性を大きく低下させる必要があり、特許文献２に記載された半導体レーザ素子の駆動方法においても、スペックルノイズを低減できない虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、スペックルノイズを低減することが可能な半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザ素子の駆動方法は、ｐ側電極とｎ側電極の間に、ストライプ状の光導波路が設けられた半導体素子構造を有し、前記ｐ側電極及びｎ側電極の少なくとも一方が前記光導波路の長手方向に分離された複数の小片電極からなる半導体レーザ素子の駆動方法であって、発振閾値以上の順方向電圧を印加する前記小片電極を周期的に切り替えるとともに、前記順方向電圧を印加する小片電極以外の前記小片電極の少なくとも１つに、該半導体レーザ素子が自励発振可能な逆方向電圧を印加する、又は発振閾値以上の順方向電圧を印加する前記小片電極の数を周期的に変えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る半導体レーザ装置は、ｐ側電極とｎ側電極の間に、ストライプ状の光導波路が設けられた半導体素子構造を有し、前記ｐ側電極及びｎ側電極の少なくとも一方が前記光導波路の長手方向に分離された複数の小片電極からなる半導体レーザ素子と、発振閾値以上の順方向電圧を印加する前記小片電極を周期的に切り替えるとともに、前記順方向電圧を印加する小片電極以外の前記小片電極の少なくとも１つに、該半導体レーザ素子が自励発振可能な逆方向電圧を印加する、又は発振閾値以上の順方向電圧を印加する前記小片電極の数を周期的に変える駆動装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ｐ側電極及びｎ側電極の少なくとも一方がストライプ状の光導波路の長手方向に分離された複数の小片電極からなる半導体レーザ素子を、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極を周期的に切り替えて又はその小片電極の数を周期的に変えて駆動することにより、各小片電極への電圧の印加状態に応じて発振効率が変化し、発振波長範囲を広げることが可能であるため、出射レーザ光の可干渉性を低下させ、スペックルノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の概略上面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ｂ）と、そのＢ−Ｂ断面における概略断面図（ｃ）である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の駆動方法を説明する概略断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の駆動条件の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の発振波長の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の概略上面図（ａ）と、そのＣ−Ｃ断面における概略断面図（ｂ）と、そのＤ−Ｄ断面における概略断面図（ｃ）である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の駆動条件の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子及びその駆動条件の一例を各々示す概略上面図（ａ）とグラフ（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに限定しない。特に、以下に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
【００１３】
本発明に係る半導体レーザ素子は、ｐ側電極とｎ側電極の間に、ストライプ状の光導波路が設けられた半導体素子構造を有し、ｐ側電極及びｎ側電極の少なくとも一方は、光導波路の長手方向（延在する方向）に分離された複数の小片電極からなっている。なお、半導体レーザ素子の光導波路の長手方向において、主として利用されるレーザ光が出射される側つまり出射側を「前方」とし、その反対側つまり反射側を「後方」とする。また、半導体レーザ素子の各構成の長さの表現については、光導波路の長手方向に平行な方向の長さを単に「長さ」とし、光導波路の長手方向及び厚さ方向に垂直な方向つまり短手方向の長さを「幅」として記載する。また、各小片電極に投入する電力を電圧により定義しているが、電流により定義することもできる。さらに、電圧・電流のバイアスは、「順方向」を＋（＞０）、「逆方向」を−（＜０）として記載する。
【００１４】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の概略図であって、図１（ａ）はその概略上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を拡大して示す概略断面図である。なお、図１（ｂ）では、半導体レーザ素子１００と、この半導体レーザ素子を駆動する駆動装置５００と、を備える半導体レーザ装置として記載している。
【００１５】
図１に示す例の半導体レーザ素子１００は、基板１０上に、ｎ型半導体層２１、活性層２２、ｐ型半導体層２３がこの順に積層された半導体積層構造を成し、ｐ型半導体層に設けられた、素子の前方から後方に延在するストライプ状のリッジによって活性層２２内に光導波路２４が形成され、半導体素子構造２０を構成している。このリッジの両側面及び該リッジの両側のｐ型半導体層の上面には絶縁性の埋込膜２５が設けられ、その上にｐ側電極が設けられている。基板１０はｎ型の導電性を有し、この基板１０の下面に単一のｎ側電極４０が設けられている。また、半導体積層構造の側面には、保護膜として絶縁膜２６が設けられている。なお、図示はしていないが、この半導体レーザ素子１００において、共振器を構成する一対の反射鏡は、該半導体レーザ素子の前方及び後方の両端面に設けられている。
【００１６】
また、半導体レーザ素子１００において、ｐ側電極は、光導波路２４の長手方向に間隔ｄで互いに分離された２つの小片電極３０１，３０２からなっており、各小片電極の長さＬ１，Ｌ２は、互いに略同じである。また、この小片電極３０１，３０２は各々、リッジの上面を被覆するストライプ状のオーミック電極３１と、更にそれを被覆するパッド電極３２と、により構成されている。
【００１７】
この半導体レーザ素子１００は、ｎ側電極４０が任意でサブマウント等を介してステムに接続され、各小片電極３０１，３０２がステムの端子とワイヤー４５により各々接続される。さらに、このように半導体レーザ素子１００が実装されたステムが駆動装置５００の配線基板に実装され、半導体レーザ装置を構成する。以上のような構成により、各小片電極３０１，３０２へ印加する電圧を独立に制御して、半導体レーザ素子１００を駆動することができる。なお以下、本実施の形態１で示す半導体レーザ素子の駆動方法は、ｎ側電極を複数の小片電極で構成する場合にも適用可能である。
【００１８】
ここで、一般に、スペックルノイズ量は、平均光量とスペックルノイズのコントラストとの比ｃで表される。また、スペックルノイズと波長との関係は、以下の関係式で表現される。
【数１】
0005633289.tif 000002
Δλ，λは各々、半導体レーザ素子の発振波長幅、中心波長であり、θｈはレーザ照射面の表面粗さである。このように、スペックルノイズは、半導体レーザ素子の発振波長幅に依存しており、発振波長幅を広げることにより低減することができる。また、発振波長を時間的に変化させて半導体レーザ素子を発振させること等により発振波長範囲が広がり、発振波長幅を広げるのと同様にスペックルノイズを低減することができる。
【００１９】
そして、本発明では、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極を周期的に切り替えて、又は発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極の数を周期的に変えて、半導体レーザ素子を駆動する。このように半導体レーザ素子を駆動することで、半導体レーザ素子の活性層において利得領域の位置や大きさが、各小片電極への電圧の印加状態に応じて変化する。これにより、活性層における利得領域の位置、大きさに依存して発振効率が変化し、その発振効率の変化に伴って発振波長が変わるため、発振波長範囲を広げることができる。したがって、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の可干渉性を低下させ、スペックルノイズを低減することができる。なお、発振閾値は、電圧を印加する小片電極又はその数によって変化するが、ここでいう「発振閾値」とは、電圧を印加する小片電極又はその数に関わらず、全ての小片電極への印加電圧を総合して、半導体レーザ素子のレーザ発振が開始する閾値として定義されるものとする。
【００２０】
図２（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の半導体レーザ素子１００の駆動方法を説明する概略断面図である。まず、図２（ａ）は、前方の小片電極３０１と後方の小片電極３０２の両方に発振閾値以上の順方向電圧Ｖ１，Ｖ２を印加する場合を示すものである。この場合には、活性層２２の前方及び後方の小片電極下の両領域が利得領域２８となる。すなわち、活性層２２の略全域が利得領域となり、発振効率が最も高く、温度上昇が比較的抑えられるため、発振波長は最も短くなる。このときの中心波長をλ１［ｎｍ］とする。なお、利得領域２８は、その領域内で利得を生じ誘導放出による光増幅が可能な領域である。
【００２１】
次に、図２（ｂ）は、前方の小片電極３０１に印加する電圧Ｖ１を発振閾値以上の順方向電圧とし、後方の小片電極３０２に印加する電圧Ｖ２を発振閾値未満の電圧とする場合を示すものである。この場合には、活性層２２の前方の小片電極下の領域が利得領域２８となり、他方活性層２２の後方の小片電極下の領域は光吸収領域２９となる。すなわち、活性層２２内でレーザ発振に寄与する領域は、主として前方の利得領域２８のみとなる。ここで、光吸収領域２９は、光を吸収し光損失を生じる領域であって、吸収した光エネルギーの多くを熱エネルギーとして放出する。このため、光吸収領域２９が活性層２２内に設けられると、投入電力のうちレーザ発振に寄与する割合つまり発振効率は、活性層２２の略全域を利得領域２８とする場合に比べ低下する。したがって、図２（ａ）に示す場合に比べ、活性層２２における発熱が増大し温度上昇が大きく、バンドギャップエネルギーが小さくなり、このときの中心波長λ２［ｎｍ］はλ１より長波長側にシフトする。なお、小片電極に発振閾値未満の電圧を印加するとは、小片電極への印加電圧を約０Ｖ、または無バイアスとすることを含むものとする。
【００２２】
さらに、図２（ｃ）は、後方の小片電極３０２に印加する電圧Ｖ２を発振閾値以上の順方向電圧とし、前方の小片電極３０１に印加する電圧Ｖ１を発振閾値未満の電圧とする場合を示すものである。この場合には、活性層２２の後方の小片電極下の領域が利得領域２８となり、他方活性層２２の前方の小片電極下の領域は光吸収領域２９となる。すなわち、活性層２２内でレーザ発振に寄与する領域は、主として後方の利得領域２８のみとなる。したがって、この場合も、図２（ａ）に示す場合に比べ、活性層２２における発熱が増大し温度上昇が大きく、バンドギャップエネルギーが小さくなり、このときの中心波長λ３［ｎｍ］はλ１より長波長側にシフトする。
【００２３】
以上のように、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極の数を変えることによって、発振効率を変化させ、発振波長を変えることができる。したがって、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極の数を周期的に変えて半導体レーザ素子を駆動することにより、発振波長範囲を拡大させ、出射レーザ光の可干渉性を低下させることができる。なお、全ての小片電極への印加電圧が一時的に発振閾値未満となる期間、言い換えれば、発振閾値以上の順方向電圧が印加される小片電極の数が一時的に零になる期間を含んでもよい。
【００２４】
また、図２（ｂ）に示す電圧の印加状態と、図２（ｃ）に示す電圧の印加状態と、においても発振効率は異なり、中心波長λ２とλ３は相違する。これは、半導体レーザ素子の共振器を構成する一対の反射鏡の反射率は、通常、前方よりも後方のほうが高くなっており、それにより活性層の前方側と後方側では利得と損失の生じ方が異なるためであると考えられる。特に、図２（ｂ）に示す活性層の前方側を利得領域とし後方側を光吸収領域とする場合のほうが、図２（ｃ）に示す活性層の後方側を利得領域とし前方側を光吸収領域とする場合より、発振効率が低く、発振波長が長くなりやすい。
【００２５】
したがって、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極を切り替えることによって、発振効率を変化させ、発振波長を変えることができる。すなわち、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極を周期的に切り替えて半導体レーザ素子を駆動することにより、発振波長範囲を拡大させ、出射レーザ光の可干渉性を低下させることができる。
【００２６】
なお、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極以外の小片電極、例えば図２（ｂ）に示す例では後方の小片電極３０２、また図２（ｃ）に示す例では前方の小片電極３０１に、逆方向電圧を印加してもよい。小片電極に逆方向電圧を印加すると、活性層のその小片電極下の領域を可飽和吸収領域とすることができ、半導体レーザ素子を自励発振させることができる。この自励発振は、パルセーションとも呼ばれる自己パルス発振であり、通常の連続発振に比べて発振波長範囲が拡大するため、出射レーザ光の可干渉性を低下させることができる。このように、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極以外の小片電極の少なくとも１つに、該半導体レーザ素子が自励発振可能な逆方向電圧を印加することは非常に好ましい。なお、後述するように、この自励発振時の中心波長は、λ２及びλ３より更に長波長側にシフトする傾向がある。
【００２７】
また、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極を切り替える又はその数を変える周波数（以下、「発振切り替え周波数」と呼称する場合がある）は、レーザディスプレイ装置であれば光変調周波数又は垂直同期周波数（リフレッシュレート）よりも十分に高く、レーザ露光装置であれば露光時間の逆数よりも十分に高く、することが好ましい。より具体的には、上記光変調周波数や垂直同期周波数、又は露光時間の逆数に対し２倍以上、好ましくは５倍以上高く設定することでスペックルノイズを実質的に低減することができる。例えば、発振切り替え周波数は、６０Ｈｚ以上１ＧＨｚ以下であることが好ましい。より具体的には、レーザディスプレイ装置において、上記垂直同期周波数よりも発振切り替え周波数を高くするのであれば６０Ｈｚ以上１ＧＨｚ以下、より好ましくは１２０Ｈｚ以上８００ＭＨｚ以下とし、上記光変調周波数よりも発振切り替え周波数を高くするのであれば１ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下、より好ましくは１００ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下に設定するのがよい。
【００２８】
図３は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の駆動条件の一例を示すグラフである。図３に示すように、実施の形態１では、前方の小片電極３０１と、後方の小片電極３０２と、に発振閾値を跨いで一定の周期Ｔ１で振動する略矩形波状の電圧を各々印加して、半導体レーザ素子１００を駆動する。なお、上述の発振切り替え周波数は、このような印加電圧の周期の逆数に相当するものとする。
【００２９】
まず、図３に示す区間（ｐ）では、前方の小片電極３０１に発振閾値以上の順方向電圧が印加され、後方の小片電極３０２に該半導体レーザ素子１００が自励発振可能な逆方向電圧が印加されている。したがって、この区間（ｐ）では、活性層２２の前方の小片電極３０１下の領域が利得領域となり、後方の小片電極３０２下の領域が可飽和吸収領域となって、半導体レーザ素子１００は自励発振する。一方、図３に示す区間（ｑ）では、後方の小片電極３０２に発振閾値以上の順方向電圧が印加され、前方の小片電極３０１には発振閾値未満の電圧が印加されている。したがって、この区間（ｑ）では、活性層２２の後方の小片電極下の領域が利得領域となり、前方の小片電極３０１下の領域が光吸収領域となって、半導体レーザ素子１００は連続発振する。なお、ここでは、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極以外の小片電極（ここでは前方の小片電極３０１）に印加する電圧を約０Ｖとしているが、これに限定されず、可飽和吸収が抑制され連続発振が可能な程度の順方向又は逆方向電圧としてもよい。以上のように、発振閾値以上の順方向電圧が印加される小片電極は、区間（ｐ）と（ｑ）で、前方の小片電極３０１から後方の小片電極３０２に切り替わっており、このような区間（ｐ）と（ｑ）が周期的に繰り返されるようになっている。このように、半導体レーザ素子が連続発振と自励発振の両方を断続的に含んで発振するように、更には連続発振と自励発振を交互に繰り返すように、逆方向電圧を小片電極に断続的に印加することが好ましい。後述のように、自励発振時の中心波長は、連続発振時より長波長側にシフトする傾向があるため、連続発振時と自励発振時の両発振波長を含むことで、発振波長範囲を拡大させやすい。
【００３０】
図４は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の発振波長の一例を示すグラフである。なお、これは、光スペクトラムアナライザの実観測波形を示すものであり、発振切り替え周波数がサンプリング周波数より高いため、複数回の発振切り替えを含んでいる。図４に示すように、本発明の半導体レーザ素子の駆動方法によれば、発振波長に複数の波長帯（ピーク）を有するレーザ発振を生じさせることができる。より詳細には、図４に示す第１の発振波長帯（Ｐ）は図３に示す区間（ｐ）に対応し、また図４に示す第２の発振波長帯（Ｑ）は図３に示す区間（ｑ）に対応している。このように、区間（ｐ）の電圧印加状態に対応する自励発振時の中心波長は、区間（ｑ）の電圧印加状態に対応する連続発振時の中心波長に比べて長波長側にシフトする。
【００３１】
また、図４に示す発振波長帯（Ｐ）と（Ｑ）の間には、もう１つ別の発振波長帯（Ｒ）が存在している。この第３の発振波長帯（Ｒ）は、図３に示す区間（ｐ）と（ｑ）の間の区間に対応している。この区間では、前方の小片電極３０１に印加する電圧が上昇中である時に後方の小片電極３０２に印加する電圧が降下中となっている、或いは逆に前方の小片電極３０１に印加する電圧が降下中である時に後方の小片電極３０２に印加する電圧が上昇中となっている。このように、小片電極のうちの第１の小片電極に印加する電圧は、発振閾値を跨いで振動し、少なくとも一時的に、第１の小片電極に印加する電圧が上昇中である時に、第２の小片電極に印加する電圧が降下中であることが好ましい。このような第３の発振波長帯を更に発現させることにより、出射レーザ光の可干渉性をより低下させることができる。このように印加電圧が急激に上昇・降下する区間は、キャリアと光の相互関係が過渡的に変化する期間であり、このような区間で生じる緩和振動を有効に利用することで、発振波長を更に多重できる。なお、緩和振動を有効に利用するためには、電圧の立ち上がり速度が、例えば１ｎｓ（ナノ秒）以上５０ｎｓ以下、好ましくは１０ｎｓ以上１５ｎｓ以下であることが好ましい。スペックルノイズは、発振波長範囲を広げることで効果的に低減できるが、範囲を広げるだけではなくその範囲内で発振する波長を多くすることでも低減することが可能である。簡潔に説明するならば、発振波長範囲を広げることで、スペックルノイズでの強め合う光の位置が変化し、その範囲内で発振波長を多くすることでスペックルノイズの強め合う光の数が前述の変化した光の位置の範囲で増えるためより効果的な低減が可能となる。
【００３２】
＜実施の形態２＞
本発明では、半導体レーザ素子の活性層を各小片電極に対応して複数の領域に区分し、その各領域における利得と損失を独立に制御することによって、発振効率を変化させる。このとき、発振効率は活性層の各領域の位置や大きさに依存して変化するため、小片電極の数や長さを調整することによって、発振波長を制御することが可能である。
【００３３】
図５は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子１１０の概略図であって、図５（ａ）はその概略上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＣ−Ｃ断面を示す概略断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＤ−Ｄ断面を拡大して示す概略断面図である。なお、図５（ｂ）では、半導体レーザ素子１１０と、この半導体レーザ素子を駆動する駆動装置５００と、を備える半導体レーザ装置として記載している。
【００３４】
図５に示す例の半導体レーザ素子１１０において、ｐ側及びｎ側電極を除く他の構成については実施の形態１と実質上同様であるので、同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。半導体レーザ素子１１０において、ｎ側電極は、光導波路２４の長手方向に間隔ｄで互いに分離された２つの小片電極４０１，４０２からなっており、ｐ側電極３０は単一の電極からなっている。そして、この半導体レーザ素子１１０は、ｐ側電極３０がサブマウント４６を介してステムに接続され、各小片電極４０１，４０２がステムの端子とワイヤー４５により各々接続される。さらに、このように半導体レーザ素子１１０が実装されたステムが駆動装置５００の配線基板に実装され、半導体レーザ装置を構成する。このように、ｎ側電極を複数の小片電極で構成する場合においても、各小片電極４０１，４０２へ印加する電圧を独立に制御して、半導体レーザ素子１１０を駆動することができる。なお以下、本実施の形態２で示す半導体レーザ素子の駆動方法は、ｐ側電極を複数の小片電極で構成する場合にも適用可能である。
【００３５】
また、半導体レーザ素子１１０では、前方の小片電極４０１と後方の小片電極４０２各々の長さＬ１，Ｌ２は互いに異なっている。このように、互いに長さの異なる小片電極が設けられる場合、長い小片電極であるほど、活性層内の広範な領域における利得と損失を制御可能であり、その小片電極への電圧印加状態が発振効率に大きく影響することになる。なお、小片電極を２つとする場合、後方の小片電極に対する前方の小片電極の長さの比（Ｌ１／Ｌ２）は、発振閾値の上昇を考慮して、例えば０．２５以上４以下、好ましくは０．５以上２以下の範囲とする。特に本例のように、後方側の小片電極が前方側の小片電極より長いことによって、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極を切り替えた時、各電圧印加状態における発振波長の差が大きくなり、発振波長範囲を拡大しやすい。
【００３６】
図６は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の駆動条件の一例を示すグラフである。実施の形態２では、前方の小片電極４０１には発振閾値以上の電圧値で振動する順方向電圧を印加し、後方の小片電極４０２には発振閾値を跨いで振動する電圧を各々印加して、半導体レーザ素子１１０を駆動する。特に本例では、各小片電極４０１，４０２に印加する電圧は各々、一定の周期Ｔ２を有する略矩形波状であって、互いに略逆位相となっている。
【００３７】
まず、図６に示す区間（ｇ）では、前方の小片電極４０１及び後方の小片電極４０２の両方に、発振閾値以上の順方向電圧が印加されている。このとき、活性層の略全域が利得領域となって、半導体レーザ素子１１０は連続発振する。他方、図６に示す区間（ｈ）では、前方の小片電極４０１に発振閾値以上の順方向電圧が印加され、後方の小片電極４０２への印加電圧は約０Ｖとなっている。このとき、活性層の前方の小片電極４０１下に形成される利得領域によって、半導体レーザ素子１１０は連続発振する。以上のように、発振閾値以上の順方向電圧が印加される小片電極の数は、区間（ｇ）と（ｈ）で、両小片電極４０１，４０２の２つから前方の小片電極４０１のみの１つに変わっており、このような区間（ｇ）と（ｈ）が周期的に繰り返されるようになっている。このように、小片電極への印加電圧は、逆方向電圧を利用せず、無バイアス又は順方向電圧としてもよい。また、各小片電極への印加電圧の電圧値は、各小片電極への電圧印加状態の変化に伴う光出力の変化が最小となるように調整されることが好ましい。
【００３８】
さらに、前方の小片電極４０１への印加電圧には、高周波信号が重畳されている。このように、小片電極に印加される電圧は、発振閾値以上の順方向電圧を印加する小片電極を切り替える又はその数を変える周波数より高い周波数の高周波信号が重畳されていてもよい。小片電極への印加電圧に発振切り替え周波数よりも高い周波数の信号を重畳することで、発振波長を更に多重できるので、出射レーザ光の可干渉性をいっそう低下させることができる。ここで、重畳する高周波信号の周波数は、発振切り替え周波数の２倍以上、好ましくは５倍以上の周波数に設定する。例えば、小片電極に振幅−１．０Ｖ〜６．０Ｖ、周波数１ＭＨｚ以上１００ＭＨ以下、好ましくは５ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下で振動する印加電圧の場合には、振幅±０．１〜±０．３Ｖ、周波数１００ＭＨｚ以上２ＧＨｚ以下の高周波信号を重畳すると良い。このような駆動方法においても、発振波長に少なくとも２つの波長帯を有して半導体レーザ素子を発振させることが可能である。
【００３９】
＜変形例＞
図７（ａ）は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の変形例を示す概略上面図であり、図７（ｂ）は、その駆動条件の一例を示すグラフである。図７（ａ）に示す例の半導体レーザ素子１２０では、ｐ側電極が３つの小片電極３０３，３０４，３０５により構成されており、その長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は略同じである。このように、ｐ側電極又はｎ側電極を３つ以上の領域に分離された小片電極としてもよい。なお以下、この各小片電極３０３，３０４，３０５を前方側から順に第１、第２、第３の小片電極と各々呼称する。
【００４０】
このような３つの小片電極３０３，３０４，３０５を有する半導体レーザ素子１２０の場合、例えば図７（ｂ）に示すような印加電圧により駆動することができる。まず、図７（ｂ）に示す区間（ｗ）では、第１及び第３の小片電極３０３，３０５への印加電圧は約０Ｖであり、第２の小片電極３０４に発振閾値以上の順方向電圧が印加されている。この区間（ｗ）では、第２の小片電極下の活性層中央部に形成される利得領域によって、半導体レーザ素子１２０は連続発振する。次に、図７（ｂ）に示す区間（ｘ）では、第１及び第２の小片電極３０３，３０４に発振閾値以上の順方向電圧が印加され、第３の小片電極３０５には逆方向電圧が印加されている。この区間（ｘ）では、第１及び第２の小片電極下の活性層前方部及び中央部に形成される利得領域と、第３の小片電極下の活性層後方部に形成される可飽和吸収領域と、によって、半導体レーザ素子１２０は自励発振する。更に、図７（ｂ）に示す区間（ｙ）では、全ての小片電極３０３，３０４，３０５に発振閾値以上の順方向電圧が印加されている。この区間（ｙ）では、活性層の略全域に形成される利得領域によって、半導体レーザ素子１２０は連続発振する。最後に、図７（ｂ）に示す区間（ｚ）では、第１及び第３の小片電極３０３，３０５に発振閾値以上の順方向電圧が印加され、第２の小片電極３０４への印加電圧は約０Ｖとなっている。この区間（ｚ）では、第１及び第３の小片電極下の活性層前方部及び後方部に形成される利得領域によって、半導体レーザ素子１２０は連続発振する。そして、このような区間（ｗ）〜（ｚ）が周期的に（周期Ｔ３）繰り返されるようになっている。
【００４１】
以上のように、区間（ｗ）〜（ｚ）において、発振閾値以上の順方向電圧が印加される小片電極の切り替え及びその数の変更の両方を含み、また各区間（ｗ）〜（ｚ）における発振効率は各々異なっており、それにより発振波長も異なるため、発振波長範囲が拡大し、出射レーザ光の可干渉性を低下させることができる。このように、小片電極の数を増やし活性層内の各小片電極に対応する領域を増やすことによって、各小片電極に印加する電圧の組み合わせが増え、発振効率を細かく制御することができ、発振波長範囲をより拡大させることが可能である。なお、小片電極の数は、例えば２以上１０以下程度とし、素子の実装、特にワイヤーボンディングのしやすさ等を考慮して、好ましくは２以上５以下とする。また、３つ以上の領域に分離された小片電極とする場合、隣り合う２つ以上の小片電極に周波数及び位相が略同じ電圧又は略同じ信号の電圧を印加することで、それらの小片電極に各々対応する活性層内の領域を擬似的に統合し単一の領域として制御することもできる。
【００４２】
なお、小片電極に印加する電圧の波形は、矩形波状であることが好ましい。この「矩形波状」とは、立ち上がりが略垂直で且つデューティ比５０％の略完全な矩形波のみではなく、２つの定常値を有し、その定常値間を推移する波形を全て含むものとする。小片電極への印加電圧値が一定（定常値）となる区間があることにより、活性層内のキャリアと光の相互関係が安定する定常状態が形成されやすく、レーザ発振が安定しやすい。また、矩形波状であれば、電圧立ち上がり時の緩和振動を利用しやすく、第３の発振波長帯を発現させやすい。このほか、小片電極に印加する電圧の波形は、三角波状や正弦波状の波形であってもよい。
【００４３】
また、小片電極に印加する電圧は、発振閾値を跨いで振動し且つ振幅変調（ＡＭ変調）されていてもよい。印加電圧を振幅変調することにより、順方向及び逆方向電圧の振幅が変化し、それにより自励発振の発振波長が変化するため、スペックルノイズを低減することができる。さらに、小片電極に印加する電圧は、発振閾値を跨いで振動し且つ周波数変調（ＦＭ変調）されていてもよい。印加電圧を周波数変調することにより、順方向電圧の立ち上がり速度が変わって緩和振動が変化するため、発振波長が変化してスペックルノイズを低減することができる。但し、このとき、各小片電極に印加される電圧の振幅は、過電圧又は緩和振動により半導体レーザ素子の端面劣化又は端面破壊を生じない程度に制御されていることが好ましい。また、このときの発振切り替え周波数は、１ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下であることが好ましく、１００ＭＨｚ以上８００ＭＨｚ以下であることがより好ましい。さらに、変調信号の周波数は、発振切り替え周波数の５分の１以下であることが好ましく、１０分の１以下であることがより好ましい。
【００４４】
以下、本発明の半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置の各構成要素について詳述する。
【００４５】
（半導体レーザ素子）
半導体レーザ素子は、種々の半導体材料で形成されたものを用いることができる。半導体材料としては、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，ｘ＋ｙ＜１）で表される窒化物半導体を用いることができる。これに加えて、III族元素として一部がＢに置換されたものでもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部がＰ、Ａｓに置換されたものでもよい。また、ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等、ｐ型不純物としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等の不純物を適宜ドープできる。これら不純物の濃度は、例えば５×１０１６／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下程度が好ましい。このほか、ガリウム砒素系半導体、ガリウム燐系半導体、セレン化亜鉛系半導体のレーザ素子でもよい。半導体の結晶成長方法は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）等の方法を用いることができる。
【００４６】
なお、スペックルノイズは、発振波長が長いほど大きくなる傾向があるため、例えば赤緑青（ＲＧＢ）の各波長で発振する半導体レーザ素子を用いたレーザディスプレイ装置の場合には、半導体レーザ素子毎に駆動条件を適宜変更することが好ましい。具体的には、発振波長の短い半導体レーザ素子、例えば窒化物半導体レーザ素子に比べ、発振波長の長い半導体レーザ素子、例えばガリウム砒素系半導体レーザ素子が発振波長範囲をより拡大するように、小片電極の配置や印加電圧の波形等を調整すればよい。
【００４７】
（基板）
基板１０は、絶縁性基板であってもよいし、導電性基板であってもよい。その厚さは、例えば５０μｍ以上２ｍｍ以下程度が挙げられる。窒化物半導体レーザ素子では、サファイア、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板でもよいし、炭化珪素、シリコン、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板でもよいが、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）であることが好ましい。ガリウム砒素系、ガリウム燐系半導体のレーザ素子では、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板等が好ましい。基板は、上記半導体の成長方法のほか、例えば超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法などで作製できる。
【００４８】
（半導体積層構造）
半導体積層構造は、第１導電型（ｎ型）半導体層２１と第２導電型（ｐ型）半導体層２３との間に活性層２２を有する構造が好ましい。更には、活性層が光ガイド層により挟まれた分離光閉じ込め型構造（ＳＣＨ：Separate Confinement Hetero-structure）とすることが好ましい。また、分布屈折率 (ＧＲＩＮ：Graded Index)構造を採用してもよい。ｐ型及びｎ型半導体層は各々、単層、多層又は超格子構造のクラッド層、光ガイド層、キャップ層、コンタクト層、クラック防止層等の各機能を有する層で構成することができる。ｐ型及びｎ型半導体層の積層順序は、半導体材料により変更可能であり、上述の実施形態の逆であってもよい。活性層は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のいずれかの量子井戸構造で形成されることにより、発光効率を向上させることができる。
【００４９】
（光導波路）
光導波路２４は、半導体積層構造内で光を閉じ込めながら伝搬させる領域であり、例えばｐ型半導体層にストライプ状のリッジが設けられることにより形成できる。その幅は、０．５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、単一横モードを得るためには１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることがより好ましい。リッジの高さ（エッチングの深さ）は、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下程度である。リッジの側面は略垂直であってもよいし、テーパー状（傾斜角度４５〜９０°程度）であってもよい。光導波路は、上述のような埋め込みリッジ構造等の屈折率導波型（インデックスガイド型）のほか、埋め込みヘテロ構造等の利得導波型（ゲインガイド型）の構造により形成されてもよく、その場合の幅や高さ（厚さ）の好ましい態様も上記と同様でよい。また、光導波路は、１つの半導体レーザ素子内で連続していることが好ましいが、複数の領域に分離されていてもよく、例えば小片電極に合わせて分離されていてもよい。
【００５０】
（埋込膜、絶縁膜）
埋込膜２５は、リッジの側面を被覆する絶縁性の保護膜であり、半導体層より屈折率の小さい材料によって形成できる。具体的には、埋込膜は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の単層又は多層膜で形成できる。また埋込膜は、単結晶でもよいし、多結晶又はアモルファスでもよい。絶縁膜２６は、少なくとも半導体積層構造の側面を被覆し、各半導体層の短絡や損傷を抑制する絶縁性の保護膜であり、埋込膜と同様の材料により形成することができる。埋込膜及び絶縁膜、並びに後述の電極、誘電体膜は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などにより形成できる。
【００５１】
（電極）
ｐ側電極３０及びｎ側電極４０は、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｙから成る群より選ばれる少なくとも１つの金属又はこれらの合金、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の導電性酸化物、の単層膜又は多層膜より形成することができる。ｐ側電極としては、Ｎｉ−Ａｕ系、Ｎｉ−Ｐｄ系の電極材料が好ましく、例えばＮｉ／Ａｕ／Ｐｔのオーミック電極と、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕのパッド電極の積層構造とする。ｎ側電極としては、Ｔｉ−Ａｌ系、Ｔｉ−Ｐｔ系、Ｖ−Ｐｔ系、Ｎｂ−Ｐｔ系、Ｗ−Ａｌ系の電極材料が好ましく、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造とする。なお、ｎ側電極上にもメタライズ電極（パッド電極）を別途設けてもよい。電極の膜厚は、使用する材料により適宜調整することができ、例えば５ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５２】
また、ｐ側電極及びｎ側電極は、上述のように、半導体素子構造を挟んで設けられる構造、言い換えれば半導体素子構造の上面側と下面側とに各々設けられている構造（対向電極構造）が好ましいが、例えば絶縁性基板を使用する場合等は、半導体素子構造の同一面側に両導電型の電極が設けられる構造でもよい。なお、対向電極構造の半導体レーザ素子の場合、実装形態については、実施の形態１のフェイスアップ実装、及び実施の形態２のフェイスダウン実装のいずれでもよい。さらに、素子実装時の上面側（露出面側）の電極を複数の小片電極により構成して該小片電極にワイヤーボンディングすることが生産性の観点で好ましいが、サブマウントやステムに同様に分離された電極や配線を設けることで、実装面側の電極を複数の小片電極により構成することもできる。
【００５３】
さらに、上述のように、小片電極は、ｐ側電極とｎ側電極のいずれか一方に設けられればよいが、両導電型の電極を複数の小片電極により構成してもよく、その場合にはｐ側の小片電極とそれに対応するｎ側の小片電極の長さが略同じであることが好ましい。また、活性層に近い方つまり薄い半導体層側の電極を複数の小片電極により構成することで、活性層内のその小片電極下の領域に流れる電流を制御しやすいので好ましい。窒化物半導体レーザ素子では通常、ｐ型半導体層がｎ型半導体層に比べて薄いため、ｐ側電極を複数の小片電極により構成すると良い。なお、分離間隔ｄは、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。また、小片電極による活性層内の各領域の制御性を高めるために、小片電極間の分離領域に絶縁膜を形成してもよいし、離間領域の半導体層や基板の少なくとも一部に溝又は凹部を形成してもよい。
【００５４】
（共振器、反射鏡）
上述の半導体レーザ装置では、共振器を構成する一対の反射鏡が半導体レーザ素子の前方端面及び後方端面に各々設けられているが、これに限らず、共振器を構成する一対の反射鏡の少なくとも一方が半導体レーザ素子の端面から離間して設けられた外部共振器型の半導体レーザ装置であってもよい。また、半導体レーザ素子の前方端面及び／又は後方端面に共振器面を形成する場合、これら端面に誘電体膜を形成することが好ましい。誘電体膜は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＡｌＮ等の単層膜又は多層膜により形成することができる。なお、半導体レーザ素子の大きさは、例えば長さを２００μｍ以上１ｍｍ以下程度、幅を１００μｍ以上５００μｍ以下程度とすることができ、素子の前方及び後方の端面に共振器面を形成する場合、その長さが共振器長に略等しくなる。
【００５５】
（駆動装置）
駆動装置は、半導体レーザ素子の各小片電極を選択し印加する電圧又は電流を独立に制御する制御回路と、該制御回路を介して半導体レーザ素子に電圧又は電流を供給する電源と、を少なくとも備えるものであればよい。制御回路は、光出力を一定に保つ定出力制御回路（ＡＰＣ：Auto Power Control）や、高周波信号等の変調信号を発生・重畳させる変調回路などを適宜組み込んで、所望の信号波形を有する印加電圧又は電流を生成するように設計できる。
【実施例】
【００５６】
＜実施例１＞
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００５７】
実施例１の半導体レーザ素子は、図１に示す例の構造を有する、幅１２０μｍ×長さ６００μｍの略矩形状の窒化物半導体レーザ素子であって、ｎ型ＧａＮ基板１０のＣ面（０００１）上に、以下の窒化物半導体の積層構造を有する半導体素子構造２０が形成されている。ｎ型半導体層２１は、ＳｉドープＡｌＧａＮのｎ型クラッド層と、アンドープＧａＮのｎ側光ガイド層と、が順に積層されている。活性層２２は、ＳｉドープＩｎＧａＮの障壁層及びアンドープＩｎＧａＮの井戸層が２回交互に積層され、更にその上にアンドープＩｎＧａＮの障壁層が積層された多重量子井戸構造を有する。ｐ型半導体層２３は、ＭｇドープＡｌＧａＮのｐ型キャップ層、アンドープＧａＮのｐ側光ガイド層、アンドープＡｌＧａＮとＭｇドープＧａＮの超格子構造のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層、が順に積層されている。ｐ型半導体層２３には、前方端面から後方端面まで延在する幅１．５μｍのストライプ状のリッジが形成され、リッジの側面とその横に露出されるｐ側光ガイド層の上面には、ＺｒＯ２の埋込膜２５が形成されている。ｐ側オーミック電極３１は、リッジの上面と埋込膜２５の一部を覆って、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔが順に積層されてなり、間隔（ｄ）約１０μｍで互いに分離された２つのストライプ状（幅８μｍ×長さ２９０μｍ）に形成されている。また、ＳｉＯ２の絶縁膜２６が埋込膜２５の端部から半導体積層構造の側面にわたって形成されている。そして、更に２つのｐ側オーミック電極３１上には、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕが順に積層されてなり、幅８０μｍ×長さ２７０μｍの略矩形状のｐ側パッド電極３２が各々形成されている。以上のように、ｐ型半導体層２３上には、ｐ側電極として、オーミック電極３１及びパッド電極３２により各々構成される小片電極３０１，３０２が形成されている。また、前後の小片電極３０１，３０２の間には、中央のリッジを残して、分割補助溝として設けられたｎ型半導体層２１（ｎ型クラッド層）の露出領域が形成されている。一方、ｎ側電極４０は、ＧａＮ基板１０の下面に、Ｔｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕが順に積層されてなり、１つの略矩形状に形成されている。なお、この半導体レーザ素子１００の前方及び後方端面は、窒化物半導体の劈開面であって、共振器の一対の反射鏡を構成する、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２からなる誘電体膜が各々形成されている。
【００５８】
次に、実施例１の半導体レーザ素子１００の駆動方法について説明する。本実施例１において、図３に示すように、可飽和吸収を利用して半導体レーザ素子１００を自励発振させる場合、前方の小片電極３０１に６．５Ｖ以上７．５Ｖ以下の順方向電圧を印加し、後方の小片電極３０２に−１．０Ｖ以上−０．５Ｖ以下の逆方向電圧を印加する。他方、可飽和吸収を抑制して半導体レーザ素子１００を連続発振させる場合、前方の小片電極３０１に−１．０Ｖ以上０Ｖ以下の範囲で且つ上記自励発振時の後方の小片電極３０２に印加する逆方向電圧より絶対値が小さい電圧を印加し、後方の小片電極３０２に５．５Ｖ以上６．５Ｖ以下の範囲で且つ上記自励発振時の前方の小片電極３０１に印加する順方向電圧より絶対値が小さい電圧を印加する。このような各小片電極への印加電圧の組み合わせにより、１０〜１５ｍＷ程度の光出力が得られる。
【００５９】
より詳細には、前方の小片電極３０１には、振幅０Ｖ〜７．３Ｖ、周波数５ＭＨｚ、デューティ比８５％、立ち上がり速度１２ｎｓの略矩形波状の電圧を印加する。後方の小片電極３０２には、振幅−０．９〜６．２Ｖ、周波数５ＭＨｚ、デューティ比１５％、立ち上がり速度１４ｎｓ、ディレイ８５％の略矩形波状の電圧を印加する。このような電圧を小片電極３０１，３０２に各々印加して、半導体レーザ素子１００を駆動すると、図４に示すように、４０８．５〜４０９．７ｎｍ（Ｑ）、４０９．８〜４１０．５ｎｍ（Ｒ）、４１０．７〜４１３ｎｍ（Ｐ）の３つの波長帯を含む発振波長で発振させることができる。
【００６０】
また、本発明の半導体レーザ素子の駆動方法によるスペックルノイズの低減効果について検証する。本実施例では、レーザ照射面における輝度分布のコントラスト比によって、スペックルノイズを評価する。
【００６１】
（比較例）
前後の小片電極３０１，３０２に４４ｍＡの定電流を各々印加して、半導体レーザ素子１００を連続発振させる駆動方法を比較例１とする。また、前方の小片電極３０１に−０．５Ｖの逆方向の定電圧を印加し、後方の小片電極３０２に１２５ｍＡの定電流を印加して、半導体レーザ素子１００を自励発振させる駆動方法を比較例２とする。
【００６２】
実施例１の駆動方法では、スペックルノイズを、比較例１に比して４６％、比較例２に比しては２７％低減することができる。このように、実施例１の半導体レーザ素子の駆動方法によれば、比較例１，２に比べスペックルノイズを大幅に低減できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置は、レーザディスプレイ装置やレーザ露光装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…基板
２０…半導体素子構造（２１…ｎ型半導体層、２２…活性層、２３…ｐ型半導体層、２４…光導波路）
２５…埋込膜
２６…絶縁膜
２８…利得領域
２９…光吸収領域
３０…ｐ側電極（３１…オーミック電極、３２…パッド電極、３０１，３０２，３０３，３０４，３０５…小片電極）
４０…ｎ側電極（４０１，４０２…小片電極）
４５…ワイヤー
４６…サブマウント
１００，１１０，１２０…半導体レーザ素子
５００…駆動装置
【図１】
0005633289.tif 000003
【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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