(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記マルチモードのレーザ光を集光する単一のレンズと
を備え、
前記半導体レーザ素子は、
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上において前記主面に沿った第１の方向に並んで設けられ、シングルモードのレーザ光を出射する第１及び第２の半導体レーザ構造と
を有し、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の各々が、前記第１の方向と交差し前記主面に沿った第２の方向に延びる光導波路構造と、該第２の方向における前記光導波路構造の両端に形成された一対の共振端面と、前記光導波路構造に電流を供給する為の電極とを有しており、
前記第１の半導体レーザ構造の前記共振端面と、前記第２の半導体レーザ構造の前記共振端面との間の距離が１００μｍ以下であり、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の前記電極が互いに短絡されており、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の各々から出射される前記レーザ光が互いに重なって前記マルチモードのレーザ光となることを特徴とする、光モジュール。
【請求項２】
前記第１の半導体レーザ構造の前記光導波路構造と、前記第２の半導体レーザ構造の前記光導波路構造との間の距離が２μｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記第１の半導体レーザ構造の前記共振端面と、前記第２の半導体レーザ構造の前記共振端面との間の距離が５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の発振波長が３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記第１の半導体レーザ構造の閾値電流の値が、前記第２の半導体レーザ構造の閾値電流の値と比較して±１０％の範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記半導体基板、並びに前記第１及び第２の半導体レーザ構造を構成する各半導体層が窒化ガリウム系半導体から成ることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の発振波長が４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の発振波長が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項７に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記半導体基板の前記主面が、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸と直交する平面に対してｍ軸方向に傾斜していることを特徴とする、請求項６〜８の何れか一項に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記主面の前記ｍ軸方向への傾斜角度が６３°以上８０°未満であることを特徴とする、請求項９に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スペックルノイズを低減するための技術が記載されている。この文献に記載された装置は、コヒーレントな一本のレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、互いに並んで配置された複数個のレンズを有し、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を複数個の光束に分割するレンズアレイと、これら複数個の光束を、焦点位置でほぼ同一の被照射領域を照明するように集光する集光レンズとを備えている。
【０００３】
また、非特許文献１には、青紫色波長域のレーザ光を出力する半導体レーザ素子において、電流−光出力特性におけるキンクを低減するための構造が記載されている。この文献に記載された半導体レーザ素子では、クラッド層の厚さ及びリッジ構造の幅を最適化することによってキンクを低減することが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６８６０３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】石田昌宏他５名、「Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ用ＧａＮ系青紫色半導体レーザー」、パナソニックテクニカルジャーナル、第５４巻第３号、２００８年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、半導体レーザ素子として、シングルモードのレーザ発振を行うものとマルチモードのレーザ発振を行うものとが存在する。この相違は、主に光導波路の断面寸法によって決定される。シングルモードのレーザ発振を行う半導体レーザ素子では、コヒーレントな状態で光が発振することから、電流−光出力特性におけるキンクを抑えることができるが、拡散したレーザ光が互いに干渉し、スペックルノイズが生じ易いという問題がある。逆に、マルチモードのレーザ発振を行う半導体レーザ素子では、出射されるレーザ光がインコヒーレントであるため拡散光同士の干渉が生じにくくスペックルノイズが抑えられるが、電流−光出力特性においてキンクが生じ易いという問題がある。
【０００７】
シングルモードの半導体レーザ素子、及びマルチモードの半導体レーザ素子は、上記のような特性をそれぞれ有するため、種々の用途において使い分けられている。例えば、光ディスク読み取り用の半導体レーザ素子としては、電流−光出力特性におけるキンクを回避する為に、シングルモードのレーザ発振を行うものが用いられる。一方、例えばディスプレイ用途の半導体レーザ素子としては、画面上におけるスペックルノイズを抑える為に、マルチモードのレーザ光を出力するものが使用される。しかしながら、たとえディスプレイ用途であっても、電流−光出力特性におけるキンクは抑えられることが望まれる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、スペックルノイズ及び電流−光出力特性におけるキンクの双方を効果的に抑制することが可能な光モジュール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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明による光モジュールは、マルチモードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、マルチモードのレーザ光を集光する単一のレンズとを備え、半導体レーザ素子は、主面を有する半導体基板と、半導体基板の主面上において主面に沿った第１の方向に並んで設けられ、シングルモードのレーザ光を出射する第１及び第２の半導体レーザ構造とを有し、第１及び第２の半導体レーザ構造の各々が、第１の方向と交差し主面に沿った第２の方向に延びる光導波路構造と、該第２の方向における光導波路構造の両端に形成された一対の共振端面と、光導波路構造に電流を供給する為の電極とを有しており、第１の半導体レーザ構造の共振端面と、第２の半導体レーザ構造の共振端面との間の距離が１００μｍ以下であり、第１及び第２の半導体レーザ構造の電極が互いに短絡されており、第１及び第２の半導体レーザ構造の各々から出射されるレーザ光が互いに重なってマルチモードのレーザ光となることを特徴とする。
【００１０】
この光モジュールでは、共通の半導体基板上に、シングルモードのレーザ光を出射する第１及び第２の半導体レーザ構造が設けられている。これらの半導体レーザ構造ではコヒーレントな状態で光が発振することから、電流−光出力特性におけるキンクを抑えることができる。また、この光モジュールでは、第１及び第２の半導体レーザ構造の光導波路構造に電流を供給する為の電極が互いに短絡されているので、この電極を介して電流が供給されると、第１及び第２の半導体レーザ構造において同時にレーザ発振が生じ、共振端面から出射される。そして、第１及び第２の半導体レーザ構造から同時に出射されたレーザ光は互いに重なり合う。これらのレーザ光の位相は互いに異なっている場合が殆どであるため、重畳したレーザ光はインコヒーレントなマルチモード光として半導体レーザ素子の外部へ提供される。したがって、この出射光が拡散しても干渉は生じにくいので、スペックルノイズが抑えられる。以上のように、この光モジュールによれば、スペックルノイズ及び電流−光出力特性におけるキンクの双方を効果的に抑制することが可能となる。
【００１１】
また、光モジュールでは、第１の半導体レーザ構造の光導波路構造と、第２の半導体レーザ構造の光導波路構造との間の距離が２μｍ以上であることが好ましい。これにより、第１及び第２の半導体レーザ構造の各導波路における発振光が互いに干渉することを抑制できる。
【００１２】
また、光モジュールでは、第１の半導体レーザ構造の共振端面と、第２の半導体レーザ構造の共振端面との間の距離が５０μｍ以下であることを特徴としてもよい。これにより、第１及び第２の半導体レーザ構造それぞれから出射されるレーザ光を、単一のレンズを用いて容易に集光することができる。
【００１３】
また、光モジュールは、第１及び第２の半導体レーザ構造の発振波長が３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。このように、第１及び第２の半導体レーザ構造から出力されるレーザ光の波長が可視光の波長範囲に含まれることによって、例えばディスプレイといった視覚用途においてスペックルノイズ及び電流−光出力特性におけるキンクの双方を効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、光モジュールは、第１の半導体レーザ構造の閾値電流の値が、第２の半導体レーザ構造の閾値電流の値と比較して±１０％の範囲内にあることを特徴としてもよい。このように、第１及び第２の半導体レーザ構造の閾値電流の大きさが互いに近いことによって、双方の電流−光出力特性におけるキンクをより効果的に抑えることができる。
【００１５】
また、光モジュールは、半導体基板、並びに第１及び第２の半導体レーザ構造を構成する各半導体層が窒化ガリウム系半導体から成ることを特徴としてもよい。この場合、第１及び第２の半導体レーザ構造の発振波長は、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることが好ましく、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることが尚好ましい。これにより、スペックルノイズ及びキンクの双方が効果的に抑制された緑色のレーザ光を提供することができる。
【００１６】
また、半導体基板、並びに第１及び第２の半導体レーザ構造を構成する各半導体層が窒化ガリウム系半導体から成る場合、半導体基板の主面は、窒化ガリウム系半導体のｃ軸と直交する平面に対してｍ軸方向に傾斜しているとよい。これにより、第１及び第２の半導体レーザ構造における結晶構造の歪みによる圧電分極によって生じるピエゾ電界を抑制して、閾値電流を低減することができる。この場合、主面のｍ軸方向への傾斜角度は、６３°以上８０°未満であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による光モジュールによれば、スペックルノイズ及び電流−光出力特性におけるキンクの双方を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を示す正面図である。
【図２】図１に示された半導体レーザ素子のII−II線に沿った断面を示す図である。
【図３】図１に示された半導体レーザ素子の積層構造の一例を示す図である。
【図４】図１に示された半導体レーザ素子を備える光モジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子１Ａの構造を示す正面図である。また、図２は、図１に示された半導体レーザ素子のII−II線に沿った断面を示す図である。図１には、半導体レーザ素子１Ａの光導波方向（図中の紙面に垂直な方向Ａ２）に垂直な断面が示されている。また、図２には、半導体レーザ素子１Ａの光導波方向Ａ２に沿った断面が示されている。なお、図１及び図２には、方向Ａ２と直交する方向Ａ１が併せて示されている。
【００２１】
図１に示されるように、本実施形態の半導体レーザ素子１Ａは、半導体基板１０と、半導体基板１０上に設けられた第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂとを備えている。半導体基板１０は、例えば、ＧａＮ基板等の窒化ガリウム系半導体基板や、ＧａＡｓ基板等のガリウム砒素系半導体基板である。半導体基板１０は、互いに対向する主面１０ａと裏面１０ｂとを有している。半導体基板１０が窒化ガリウム系半導体基板である場合、半導体基板１０の主面１０ａは、例えば、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する平面から窒化ガリウム系半導体のｍ軸方向に傾斜した半極性主面である。主面１０ａのｍ軸方向への傾斜角度は、動作電圧の増加を抑制しつつ閾値電流を更に低減する観点から、６３°以上８０°未満が好ましく、７０°以上８０°未満がより好ましく、７１°以上７９°以下が更に好ましい。
【００２２】
半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂは、半導体基板１０の主面１０ａ上において、主面１０ａに沿った方向Ａ１に並んで設けられている。半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂは、シングルモードのレーザ光を互いに同一の方向Ａ２へ出射するための構造をそれぞれ有している。具体的には、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂそれぞれは、主面１０ａ上に設けられた活性層３１を含む半導体積層３０と、半導体積層３０に形成され方向Ａ２に延びる光導波路構造２１と、方向Ａ２における光導波路構造２１の両端に形成された一対の共振端面２２ａ，２２ｂ（図２を参照）と、光導波路構造２１に電流を供給する為の電極２３とを有している。なお、本実施形態の半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂは、光導波路構造としていわゆるリッジ構造を有している。光導波路構造はこれに限られるものではなく、埋込みメサ形状等の他の構造が採用されてもよい。
【００２３】
光導波路構造２１の光導波方向Ａ２と交差する断面における寸法は、該光導波路構造２１においてシングルモードのレーザ発振が行われるように設定される。すなわち、本実施形態において、レーザ発振がシングルモードか否かは、光導波路構造２１のリッジの幅、およびリッジの下端と活性層３１との距離Ｄ１によって決定される。シングルモードのレーザ発振を行うために、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂのリッジの幅Ｗは、１．８μｍ未満であることが好ましい。また、好適なレーザ発振を行うために、リッジの幅Ｗは１．０μｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
電極２３は、光導波路構造２１上に設けられており、例えばｐ型電極として光導波路構造２１の半導体層とオーミック接触を成す。半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各電極２３は共通の金属膜２４によって覆われており、これらの電極２３はこの金属膜２４を介して互いに電気的に短絡している。また、半導体基板１０の裏面１０ｂ上には、別の電極２５が設けられている。電極２５は、例えばｎ型電極として半導体基板１０とオーミック接触を成す。本実施形態では、金属膜２４と電極２５との間に駆動電圧が印加されると、この駆動電圧に応じた等しい大きさの電流が、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各電極２３を介して各光導波路構造２１へ供給される。
【００２５】
なお、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各光導波路構造２１の側面は、誘電体膜２６によって覆われている。誘電体膜２６は、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ、若しくはＳｉＯＮといった絶縁性シリコン化合物から成る。誘電体膜２６は、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各光導波路構造２１上に開口を有しており、上述した電極２３はこの開口を介して光導波路構造２１の半導体層と接触している。
【００２６】
半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂは、同一の材料および構造によって構成されることが好ましく、これらのフォトルミネッセンス波長、発振波長、及びレーザ発振の為の閾値電圧はそれぞれ互いに等しいか、出来るだけ近いことが好ましい。特に、閾値電圧は、例えば半導体レーザ構造２０Ｂの閾値電流の値が、半導体レーザ構造２０Ａの閾値電流の値と比較して±１０％の範囲内にあるとよい。
【００２７】
半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの発振波長は、例えば３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下といった可視光の波長域に含まれる。より好ましくは、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの発振波長は例えば４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下といった緑色波長域に含まれ、一例では５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下といった波長域に含まれる。或いは、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの発振波長は、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下といった青色波長域に含まれてもよく、５９５ｎｍ以上８００ｎｍ以下といった赤色波長域（特に、６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下）に含まれてもよい。
【００２８】
本実施形態の半導体レーザ素子１Ａでは、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂから出射される２本のシングルモードのレーザ光が互いに重ね合わされることによって、マルチモードのレーザ光が生成される。このため、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各々から出射されるレーザ光が互いに重なるように、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの共振端面２２ａ同士（若しくは２２ｂ同士）の間隔が設定されている必要がある。具体的には、半導体レーザ構造２０Ａの共振端面２２ａ（若しくは２２ｂ）と、半導体レーザ構造２０Ｂの共振端面２２ａ（若しくは２２ｂ）との間の距離Ｄ２は、１００μｍ以下であることが好ましく、更に好適には５０μｍ以下であるとよい。なお、ここでいう距離Ｄ２とは、半導体レーザ構造２０Ａの共振端面２２ａ（若しくは２２ｂ）付近におけるリッジの側面のうち、半導体レーザ構造２０Ｂに最も近い部分（典型的には、リッジの最も半導体基板１０に近い根元部分の半導体レーザ構造２０Ｂ側の側端）と、半導体レーザ構造２０Ｂの共振端面２２ａ（若しくは２２ｂ）付近におけるリッジの側面のうち、半導体レーザ構造２０Ａに最も近い部分（典型的には、リッジの最も半導体基板１０に近い根元部分の半導体レーザ構造２０Ａ側の側端）との間の距離をいう。
【００２９】
また、本実施形態の半導体レーザ素子１Ａでは、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂがそれぞれ独立したシングルモードのレーザ光を出射する必要がある。このため、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各々において独立したレーザ発振が行われるように、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの光導波路構造２１同士の間隔が設定されている必要がある。具体的には、半導体レーザ構造２０Ａの光導波路構造２１と、半導体レーザ構造２０Ｂの光導波路構造２１との間の距離Ｄ３は、２μｍ以上であることが好ましく、更に好適には１０μｍ以上であるとよい。なお、ここでいう距離Ｄ３とは、半導体レーザ構造２０Ａのリッジの側面のうち、半導体レーザ構造２０Ｂに最も近い部分（典型的には、リッジの最も半導体基板１０に近い根元部分の半導体レーザ構造２０Ｂ側の側端）と、半導体レーザ構造２０Ｂのリッジの側面のうち、半導体レーザ構造２０Ａに最も近い部分（典型的には、リッジの最も半導体基板１０に近い根元部分の半導体レーザ構造２０Ａ側の側端）との間の距離をいう。
【００３０】
なお、本実施形態では、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂは互いに同一の方向Ａ２に延びており、互いに略平行であるため、上述した距離Ｄ２及びＤ３は互いに等しい。したがって、距離Ｄ２の下限値は２μｍ以上となり、距離Ｄ３の上限値は１００μｍ以下となる。
【００３１】
ここで、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂを構成する半導体積層３０の構成の一例について、図３を参照しながら説明する。なお、半導体基板１０が窒化ガリウム系半導体からなる場合、半導体積層３０もまた、窒化ガリウム系半導体からなる。また、半導体基板１０がガリウム砒素系半導体からなる場合、半導体積層３０もまた、ガリウム砒素系半導体からなる。以下の例では、半導体積層３０の各半導体層が窒化ガリウム系半導体からなる場合について説明する。
【００３２】
図３に示されるように、半導体積層３０は、半導体領域３２、活性層３１及び半導体領域３３を、半導体基板１０の主面１０ａ上に、主面１０ａの法線方向にエピタキシャル成長させて形成される。なお、半導体基板１０の主面１０ａ上にエピタキシャル成長する半導体領域（半導体領域３２、活性層３１、半導体領域３３）の各半導体層の成長面は、主面１０ａの結晶方位を引き継ぐ傾向がある。
【００３３】
半導体領域３２は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層から構成されている。半導体領域３２は、例えば、バッファ層３２ａ、下部クラッド層３２ｂ、下部光ガイド層３２ｃ及び下部光ガイド層３２ｄを有している。バッファ層３２ａは、半導体基板１０の主面１０ａ上に配置されており、例えば、Ｓｉ等をｎ型ドーパントとして含有するｎ型窒化ガリウム系半導体層（ＧａＮ層等）である。バッファ層３２ａのｎ型ドーパント濃度は、例えば３×１０１８／ｃｍ３である。バッファ層３２ａの膜厚は、例えば１．１μｍである。下部クラッド層３２ｂは、バッファ層３２ａ上に配置されており、例えば、Ｓｉ等をｎ型ドーパントとして含有するｎ型窒化ガリウム系半導体層（Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層等）である。下部クラッド層３２ｂのｎ型ドーパント濃度は、例えば１×１０１８〜５×１０１８／ｃｍ３である。下部クラッド層３２ｂの膜厚は、例えば１．２μｍである。
【００３４】
下部光ガイド層３２ｃは、下部クラッド層３２ｂ上に配置されており、例えば、Ｓｉ等をｎ型ドーパントとして含有するｎ型窒化ガリウム系半導体層（ＧａＮ層等）である。下部光ガイド層３２ｃのｎ型ドーパント濃度は、例えば１×１０１８〜３×１０１８／ｃｍ３である。下部光ガイド層３２ｃの膜厚は、例えば０．２５０μｍである。下部光ガイド層３２ｄは、バッファ層３２ａ、下部クラッド層３２ｂ及び下部光ガイド層３２ｃを介して半導体基板１０上に配置されている。下部光ガイド層３２ｄは、Ｓｉ等をｎ型ドーパントとして含有するｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＮ半導体層（Ｉｎ０．０２５Ｇａ０．９７５Ｎ半導体層等）である。下部光ガイド層３２ｄの膜厚は、例えば０．１１５μｍである。下部光ガイド層３２ｄのｎ型ドーパント濃度は、１×１０１７〜３×１０１８／ｃｍ３が好ましく、２×１０１７〜１×１０１８／ｃｍ３がより好ましい。
【００３５】
活性層３１は、下部光ガイド層３２ｄ上に配置されている。活性層３１は、例えば単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）や多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有している。活性層３１は、例えば４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下といった緑色光、一例では５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下といった緑色光を発生可能な量子井戸構造を有している。或いは、活性層３１は、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下といった青色光を発生可能な量子井戸構造を有してもよい。活性層３１における井戸層の数は、例えば３以下であり、２以下であってもよい。本実施形態では、活性層３１は、単一の井戸層から構成されている。活性層３１は、例えばＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ等の窒化ガリウム系半導体層であり、例えばノンドープである。活性層３１を構成する井戸層の膜厚は、例えば３ｎｍである。
【００３６】
半導体領域３３は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層から構成されている。半導体領域３３は、例えば、上部光ガイド層３３ａ、電子ブロック層３３ｂ、上部光ガイド層３３ｃ、上部光ガイド層３３ｄ、上部クラッド層３３ｅ及びコンタクト層３３ｆを有している。上部光ガイド層３３ａは、活性層３１上に配置されている。上部光ガイド層３３ａは、例えばノンドープのＩｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ半導体層（Ｉｎ０．０２５Ｇａ０．９７５Ｎ半導体層等）である。上部光ガイド層３３ａの膜厚は、例えば０．０７５μｍである。
【００３７】
電子ブロック層３３ｂは、上部光ガイド層３３ａ上に配置されており、例えば、Ｍｇ等をｐ型ドーパントとして含有するｐ型窒化ガリウム系半導体層（ＧａＮ層等）である。電子ブロック層３３ｂのｐ型ドーパント濃度は、例えば１×１０１９／ｃｍ３である。電子ブロック層３３ｂの膜厚は、例えば２０ｎｍである。上部光ガイド層３３ｃは、電子ブロック層３３ｂ上に配置されている。上部光ガイド層３３ｃは、例えば、Ｍｇ等をｐ型ドーパントとして含有するｐ型Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｙ２Ｎ半導体層（Ｉｎ０．０２５Ｇａ０．９７５Ｎ半導体層等）である。上部光ガイド層３３ｃの膜厚は、例えば０．０５０μｍである。上部光ガイド層３３ｃのｐ型ドーパント濃度は、１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３が好ましく、２×１０１８〜７×１０１８／ｃｍ３がより好ましい。上部光ガイド層３３ｄは、上部光ガイド層３３ｃ上に配置されており、例えば、Ｍｇ等をｐ型ドーパントとして含有するｐ型窒化ガリウム系半導体層（ＧａＮ層等）である。上部光ガイド層３３ｄのｐ型ドーパント濃度は、例えば２×１０１８〜２×１０１９／ｃｍ３である。上部光ガイド層３３ｄの膜厚は、例えば０．２５０μｍである。
【００３８】
上部クラッド層３３ｅは、上部光ガイド層３３ｄ上に配置されており、例えば、Ｍｇ等をｐ型ドーパントとして含有するｐ型窒化ガリウム系半導体層（Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層等）である。上部クラッド層３３ｅのｐ型ドーパント濃度は、例えば５×１０１８〜３×１０１９／ｃｍ３である。上部クラッド層３３ｅの膜厚は、例えば０．４０μｍである。コンタクト層３３ｆは、上部クラッド層３３ｅ上に配置されており、例えば、Ｍｇ等をｐ型ドーパントとして含有するｐ＋型窒化ガリウム系半導体層（ＧａＮ層等）である。コンタクト層３３ｆのｐ型ドーパント濃度は、例えば３×１０１９／ｃｍ３である。コンタクト層３３ｆの膜厚は、例えば０．０５０μｍである。
【００３９】
以上の構成を備える半導体レーザ素子１Ａによって得られる効果について説明する。本実施形態の半導体レーザ素子１Ａでは、共通の半導体基板１０上に、シングルモードのレーザ光を出射する半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂが設けられている。これらの半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂではコヒーレントな状態でレーザ光が発振することから、電流−光出力特性におけるキンクを抑えることができる。また、この半導体レーザ素子１Ａでは、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの光導波路構造２１に電流を供給する為の電極２３が互いに短絡されているので、この電極２３を介して電流が供給されると、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂにおいて同時にレーザ発振が生じ、レーザ光が共振端面２２ａ（若しくは２２ｂ）から出射される。そして、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂから同時に出射されたレーザ光は互いに重なり合う。これらのレーザ光の位相は互いに異なっている場合が殆どであるため、重畳したレーザ光はインコヒーレントなマルチモード光として半導体レーザ素子１Ａの外部へ提供される。したがって、この出射光が拡散しても干渉は生じにくいので、スペックルノイズが抑えられる。以上のように、本実施形態の半導体レーザ素子１Ａによれば、スペックルノイズ及び電流−光出力特性におけるキンクの双方を効果的に抑制することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態の半導体レーザ素子１Ａによれば、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂから出射されるレーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が互いに重なるので、一般的なマルチモードのレーザ光と比較してレンズによる集光が容易になる。更に、一般的なマルチモードの半導体レーザ素子と比較して、光導波路の幅を狭くすることができるので、レーザ発振の閾値を低くすることができる。したがって、消費電力を小さくすることができ、発熱を少なくすることができる。
【００４１】
また、本実施形態のように、半導体レーザ素子１Ａでは、半導体レーザ構造２０Ａの光導波路構造２１と、半導体レーザ構造２０Ｂの光導波路構造２１との間の距離Ｄ３は２μｍ以上であることが好ましい。これにより、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各光導波路構造２１における発振光が互いに干渉することを抑制できるので、双方においてシングルモードのレーザ発振を好適に実現できる。
【００４２】
また、本実施形態のように、半導体レーザ素子１Ａでは、半導体レーザ構造２０Ａの共振端面２２ａ（若しくは２２ｂ）と、半導体レーザ構造２０Ｂの共振端面２２ａ（若しくは２２ｂ）との間の距離Ｄ２は１００μｍ以下であることが好ましい。これにより、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂそれぞれから出射されるレーザ光を、単一のレンズを用いて容易に集光することができる。なお、半導体基板１０の主面１０ａが半極性面である場合、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各光導波路構造２１の距離が大きいと、共振端面２２ａ（２２ｂ）のずれ角の差が大きくなり、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの閾値電流の大きさが大きく異なってしまうおそれがある。このような観点から、上述した距離Ｄ２は５０μｍ以下であることがより好ましい。
【００４３】
また、本実施形態のように、半導体レーザ素子１Ａでは、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの発振波長が３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であることができる。このように、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂから出力されるレーザ光の波長が可視光の波長範囲に含まれることによって、例えばディスプレイといった視覚用途においてスペックルノイズ及び電流−光出力特性におけるキンクの双方を効果的に抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態のように、半導体レーザ素子１Ａでは、半導体レーザ構造２０Ａの閾値電流の値が、半導体レーザ構造２０Ｂの閾値電流の値と比較して±１０％の範囲内にあることが好ましい。このように、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの閾値電流の大きさが互いに近いことによって、双方の電流−光出力特性におけるキンクをより効果的に抑えることができる。
【００４５】
また、本実施形態のように、半導体レーザ素子１Ａでは、半導体基板１０、並びに半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂを構成する各半導体層が窒化ガリウム系半導体から成ることができる。この場合、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの発振波長は、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることが好ましく、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることが尚好ましい。これにより、スペックルノイズ及びキンクの双方が効果的に抑制された緑色のレーザ光を提供することができる。
【００４６】
また、本実施形態のように、半導体基板１０、並びに半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを構成する各半導体層が窒化ガリウム系半導体から成る場合、半導体基板１０の主面１０ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸と直交する平面に対してｍ軸方向に傾斜しているとよい。これにより、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂにおける結晶構造の歪みによる圧電分極によって生じるピエゾ電界を抑制して、閾値電流を低減することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態として、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１Ａを備える光モジュール１Ｂの構成を示す断面図である。図４に示されるように、この光モジュール１Ｂは、半導体レーザ素子１Ａに加えて、円板状のステム４０と、ステム４０を貫通する複数のリードピン４１と、フォトダイオード等の受光素子４２と、レンズ付きキャップ４３とを備えている。
【００４８】
半導体レーザ素子１Ａは、ステム４０の主面４０ａ上に配置されている。本実施形態では、ステム４０の主面４０ａの中央付近にポール４４が隆起しており、そのポール４４の側面にサブマウント４５が取り付けられている。そして、半導体レーザ素子１Ａは、このサブマウント４５上に実装されており、主面４０ａの法線方向にレーザ光Ｌ１を出射する。なお、このレーザ光Ｌ１は、第１実施形態において説明した第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂのそれぞれから出射されたシングルモードのレーザ光が重なり合って生成されたマルチモードのレーザ光である。
【００４９】
受光素子４２は、ステム４０の主面４０ａ上に配置されている。本実施形態では、主面４０ａ上にサブマウント４６が配置されており、受光素子４２は、このサブマウント４６上に実装されている。受光素子４２は、半導体レーザ素子１Ａに対して主面４０ａの法線方向の反対側に位置しており、半導体レーザ素子１Ａから出射される背面光Ｌ２を受光する。
【００５０】
レンズ付きキャップ４３は、円筒状の側壁４３ａと、該円筒の一端を塞ぐ天板４３ｂとを有する。天板４３ｂの中央部分には開口が形成されており、該開口にはレンズ４７が嵌め込まれている。レンズ付きキャップ４３は、ステム４０の主面４０ａ上に配置され、半導体レーザ素子１Ａ及び受光素子４２を覆う。半導体レーザ素子１Ａから出射されるレーザ光Ｌ１は、レンズ４７を通って光モジュール１Ｂの外部へ出力される。
【００５１】
本実施形態の光モジュール１Ｂによれば、第１実施形態に係る半導体レーザ素子１Ａを備えることにより、スペックルノイズ及び電流−光出力特性におけるキンクの双方を効果的に抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ…半導体レーザ素子、１Ｂ…光モジュール、１０…半導体基板、１０ａ…主面、１０ｂ…裏面、２０Ａ，２０Ｂ…半導体レーザ構造、２１…光導波路構造、２２ａ，２２ｂ…共振端面、２３，２５…電極、２４…金属膜、２６…誘電体膜、３０…半導体積層、３１…活性層、３２，３３…半導体領域、３２ａ…バッファ層、３２ｂ…下部クラッド層、３２ｃ，３２ｄ…下部光ガイド層、３３ａ，３３ｃ，３３ｄ…上部光ガイド層、３３ｂ…電子ブロック層、３３ｅ…上部クラッド層、３３ｆ…コンタクト層、Ａ１…第１の方向、Ａ２…第２の方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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