(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層の上に形成され、前記活性層に対してストライプ状に電流を注入する電極とを備え、
前記活性層におけるストライプ状の電流注入領域の側方には前記電流注入領域に平行に延びる溝部が形成され、
前記溝部には、前記活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収材が充填されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記自然放出光吸収材のエネルギーギャップは、前記活性層のエネルギーギャップよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記自然放出光吸収材は、シリコンからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記溝部は、前記電流注入領域に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記溝部は、前記電流注入領域の両側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
半導体レーザ装置と、
前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光をデータが記録された記録媒体上に集光する集光光学系装置と、
前記記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光検出器とを備え、
前記半導体レーザ装置は、
基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層の上に形成され、前記活性層に対してストライプ状に電流を注入する電極とを有し、
前記活性層におけるストライプ状の電流注入領域の側方には前記電流注入領域に平行に延びる溝部が形成され、
前記溝部には、前記活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収材が充填されていることを特徴とする光ディスク装置。
【請求項７】
半導体からなる基板上に設けられた半導体レーザ装置と、
前記基板上に形成され、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光の反射光を検出する光検出器とを備え、
前記半導体レーザ装置は、
基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層の上に形成され、前記活性層に対してストライプ状に電流を注入する電極とを有し、
前記活性層におけるストライプ状の電流注入領域の側方には前記電流注入領域に平行に延びる溝部が形成され、
前記溝部には、前記活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収材が充填されていることを特徴とする光集積化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等の光情報記録装置のレーザ光源に用いられる青色レーザ光を出力する半導体レーザ装置に関し、特に、自然放出光の外部への放出を防止する半導体レーザ装置、これを用いた光ディスク装置及び光集積化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III 族元素として、特にアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）又はインジウム（Ｉｎ）を含むIII 族窒化物半導体を材料とする窒化物半導体レーザ装置は、活性層にＩｎＧａＮからなる混晶を用いることにより、波長が４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の青色レーザ光を発振できる。この青色半導体レーザ装置が実用化されると、現在、波長が６５０ｎｍの赤色光を発振する赤色半導体レーザ装置を用いたＤＶＤの記録容量を３倍以上、すなわち、直径が１２ｃｍのディスクの片面で１５ギガバイト以上にまで高めることが可能となる。この１５ギガバイトの記録容量は、動画情報圧縮技術の国際標準であるＭＰＥＧ２方式を用いると、高品位（ＨＤ）ビデオ信号として２時間以上の再生を行なえるため、青色半導体レーザ装置の実現が強く期待されている。現在、発振に成功している窒化物半導体レーザ装置は、活性層としてＩｎＧａＮ混晶を用い、クラッド層としてＡｌＧａＮ混晶を用いており、その発振波長は約４００ｎｍ〜４５０ｎｍである。
【０００３】
通常、ＩｎＧａＮからなる活性層及びＡｌＧａＮからなるクラッド層は、これらの層を基板上に結晶成長させることにより形成される。従って、結晶欠陥がない成長膜を得るには、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮと同一の結晶構造を持ち、格子定数がほぼ同一のＧａＮからなる基板を用いるのが最適である。しかしながら、現在のところ、基板として利用できる、一辺が１０ｍｍ以上のサイズのＧａＮからなる基板が得られていない。そのため、一般にはサファイア（単結晶Ａｌ2Ｏ3）からなる基板が用いられている。サファイアは、ＧａＮに対して格子定数が約１４％も異なるものの、ＧａＮと同一の結晶構造を有し且つ１０００℃以上の高温下でも安定なため、窒化物半導体結晶の成長に適している。
【０００４】
窒化物半導体レーザ装置に限らず、半導体レーザ装置のｐ側電極及びｎ側電極に対して、しきい値電流を超える電流を注入すると、注入された電流から生じる電子及び正孔の再結合による放出光が活性層に強く閉じ込められることにより増幅され発振し、レーザ光として活性層の出射端面から出射される。
【０００５】
窒化物半導体レーザ装置の活性層には、前述したようにＩｎＧａＮ混晶を用い、Ｉｎ組成比が１５％の場合に発振波長が４１０ｎｍの青紫色のレーザ光を得られる。活性層の基板側及び基板と反対側には、該活性層とのエネルギーギャップが０．４ｅＶ以上であり、且つ、屈折率が活性層よりも小さいクラッド層が必要となる。このクラッド層には、Ａｌ組成比が７％のＡｌＧａＮ混晶が用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の窒化物半導体レーザ装置から出射される青色レーザ光は、原理的に赤色レーザ光よりも検出が難しく、光検出器等の受光素子のＳ／Ｎ比が小さくならざるを得ない。従って、短波長型の窒化物半導体レーザ装置は、赤色半導体レーザ装置と比べてレーザ装置が発する雑音を低減する必要性が極めて高くなる。
【０００７】
本発明は、短波長型の窒化物半導体レーザ装置において、該装置が発する雑音、特に光学的雑音を確実に低減できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、短波長レーザを実用化するにあたり、青色光レーザ装置からの雑音源を種々検討した結果、その一つとして以下のような光学的な原因を突き止めている。
【０００９】
すなわち、半導体レーザ装置に電流を印加し始めると、活性層の発光領域において自然放出光が発生し、印加電流が所定値を超えると共振器の長手方向の自然放出光が増幅されて発振し、位相が揃ったレーザ光が活性層の出射端面から出射する。この所定の電流値を発振しきい値電流と呼び、印加電流がしきい値電流に達してレーザ発振が起こるまでの間は自然放出光のみが増え続ける。
【００１０】
この自然放出光は、位相が揃ったレーザ光ではないため、レーザ光に混入すると種々の悪影響を及ぼす。例えば、レーザ装置を光ディスクの光ピックアップとして用いる場合には、自然放出光成分はレーザ光の雑音となり、情報読み取り動作時のＳＮ比を低下させる。また、レーザチップのレーザ出射端面以外から放出される自然放出光は、レーザチップが光検出器又は電子回路と集積されてなる光電子集積素子における光検出器に対するバイアス光となって検出動作に悪影響を及ぼすこととなる。
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、レーザチップから漏れ出す自然放出光を防止できるように、自然放出光を吸収する自然放出光吸収層をチップの内部又はチップ表面に設ける構成とする。また、自然放出光を外部に漏らさないように、チップの上面又は側面に自然放出光に対する高反射率の自然放出光防止膜を設ける構成とする。また、自然放出光がレーザチップの自動出力制御用のモニタ光に混入しないように、自然放出光を遮光する遮光手段を、レーザチップとモニタ光検出器との間に設ける構成とする。
【００１２】
以下、具体的に、本発明の解決手段を列挙する。
【００１３】
本発明に係る第１の半導体レーザ装置は、基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層とを備え、基板と第１のクラッド層との間に、第１導電型の窒化物半導体からなり、活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収層が形成されている。
【００１４】
第１の半導体レーザ装置によると、基板と第１のクラッド層との間に、第１のクラッド層と同一の導電型の窒化物半導体からなり、活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収層が形成されているため、自然放出光吸収層が活性層から基板側へ放出される自然放出光を吸収する。
【００１５】
第１の半導体レーザ装置において、自然放出光吸収層がインジウムを含み、第１のクラッド層と接するように形成されていることが好ましい。このようにすると、自然放出光吸収層がインジウムを含むため、自然放出光吸収層のエネルギーギャップが、窒化物半導体から放出される自然放出光のエネルギーよりも小さくなるようにできるので、自然放出光を確実に吸収できる。
【００１６】
第１の半導体レーザ装置において、自然放出光吸収層がインジウムを含み、基板と接するように形成されていることが好ましい。このようにすると、自然放出光吸収層がインジウムを含むため、自然放出光吸収層のエネルギーギャップが、窒化物半導体から放出される自然放出光のエネルギーよりも小さくなるようにできるので、自然放出光を確実に吸収できる。さらに、基板の上面に該基板上に成長する窒化物半導体層の結晶性を高めるためのバッファ層を形成する場合に、自然放出光吸収層に該バッファ層を兼ねさせることができる。
【００１７】
本発明に係る第２の半導体レーザ装置は、基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層と、第２のクラッド層の上に形成された電極とを備え、第２のクラッド層と前記電極との間に、第２導電型の窒化物半導体からなり、活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収層が形成されている。
【００１８】
第２の半導体レーザ装置によると、第２のクラッド層と電極との間に、第２のクラッド層と同一の導電型の窒化物半導体からなり、活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収層が形成されているため、自然放出光吸収層が活性層から第２のクラッド層上に設けられた電極側へ放出される自然放出光を吸収する。
【００１９】
第２の半導体レーザ装置において、自然放出光吸収層がインジウムを含み、前記第２のクラッド層と接するように形成されていることが好ましい。
【００２０】
第２の半導体レーザ装置において、自然放出光吸収層がインジウムを含み、前記電極と接するように形成されていることが好ましい。このようにすると、第２のクラッド層の上方に電極とオーミック接触するコンタクト層を形成する場合に、自然放出光吸収層に該コンタクト層を兼ねさせることができる。
【００２１】
本発明に係る第３の半導体レーザ装置は、基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層とを備え、基板における活性層と反対側の面に、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止膜が形成されている。
【００２２】
第３の半導体レーザ装置によると、基板における活性層と反対側の面に、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止膜が形成されているため、自然放出光防止膜が活性層から基板側へ放出される自然放出光の外部への漏出を防止する。
【００２３】
本発明に係る第４の半導体レーザ装置は、基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層とを有するレーザ素子本体を備え、レーザ素子本体における活性層のレーザ光出射部を除く出射端面と該出射端面と反対側の反射端面とに、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止膜が形成されている。
【００２４】
第４の半導体レーザ装置によると、レーザ素子本体における活性層のレーザ光出射部を除く出射端面と該出射端面と反対側の反射端面とに、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止膜が形成されているため、自然放出光防止膜が活性層から第２のクラッド層の上に設けられた電極側へ放出される自然放出光の外部への漏出を防止する。なお、本明細書においてレーザ素子（チップ）本体とは、基板上に形成された共振器構造を含む複数の半導体層部分をいう。
【００２５】
本発明に係る第５の半導体レーザ装置は、基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層とを有するレーザ素子本体を備え、レーザ素子本体におけるレーザ光の出射方向と平行な側面に、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止膜が形成されている。
【００２６】
第５の半導体レーザ装置によると、レーザ素子本体におけるレーザ光の出射方向と平行な側面に、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止膜が形成されているため、自然放出光防止膜が活性層からレーザ素子本体の側面方向へ放出される自然放出光の外部への漏出を防止する。
【００２７】
第３〜第５の半導体レーザ装置において、自然放出光防止膜が、金を含む金属又はシリコンからなることが好ましい。このようにすると、シリコンのエネルギーギャップは、窒化物半導体から放出される自然放出光のエネルギーよりも小さいため、自然放出光を確実に吸収できる。また、金は材料的に安定であり且つ窒化物半導体から放出される自然放出光を高い反射率で反射する。さらに、金及びシリコンは半導体製造プロセスと極めてなじみやすい。
【００２８】
本発明に係る第６の半導体レーザ装置は、基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層と、第２のクラッド層の上に形成され、活性層に対してストライプ状に電流を注入する電極とを備え、活性層におけるストライプ状の電流注入領域の側方には、該電流注入領域に沿って溝部が形成され、溝部には、活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収材が充填されている。
【００２９】
第６の半導体レーザ装置によると、電流注入領域の側方に該電流注入領域に沿って設けられた溝部を有し、該溝部に活性層から放出される自然放出光を吸収する自然放出光吸収材が充填されているため、自然放出光吸収材が活性層からレーザ素子本体の側面方向へ放出される自然放出光の外部への漏出を防止する。
【００３０】
第６の半導体レーザ装置において、自然放出光吸収材が、シリコン又は金を含む金属からなることが好ましい。
【００３１】
本発明に係る第７の半導体レーザ装置は、基板上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の窒化物半導体からなる第２のクラッド層とを有するレーザ素子本体と、基板における活性層と反対側の面及びレーザ素子本体の側面のうちの少なくとも一方と間隔をおいて形成され、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止部材とを備えている。
【００３２】
第７の半導体レーザ装置によると、基板における活性層と反対側の面及びレーザ素子本体の側面のうちの少なくとも一方と間隔をおいて形成され、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止部材とを備えているため、自然放出光防止部材が、活性層から基板側又はレーザ素子本体の側面方向へ放出される自然放出光の外部への漏出を防止する。
【００３３】
第７の半導体レーザ装置において、基板が、サファイア、炭化ケイ素又は窒化ガリウムからなることが好ましい。
【００３４】
本発明に係る第８の半導体レーザ装置は、半導体レーザチップと、半導体レーザチップから出射されるレーザ光を受光して半導体レーザチップの光出力値を検出する光電変換素子と、半導体レーザチップにおけるレーザ光の出射部及び光電変換素子の受光部の間に設けられ半導体レーザチップから放出される自然放出光の少なくとも一部を遮光する遮光手段とを備えている。
【００３５】
第８の半導体レーザ装置によると、半導体レーザチップにおけるレーザ光の出射部及び光電変換素子の受光部の間に設けられ半導体レーザチップから放出される自然放出光の少なくとも一部を遮光する遮光手段とを備えているため、半導体レーザチップの光出力値をモニタする光電変換素子に混入する自然放出光の光量が減るので、自動出力制御を確実に行なえるようになる。
【００３６】
第８の半導体レーザ装置において、遮光手段は、自然放出光が遮光手段を通過する際の自然放出光の減衰量が、レーザ光が遮光手段を通過する際のレーザ光の減衰量よりも多くなるように設けられていることが好ましい。
【００３７】
第８の半導体レーザ装置において、遮光手段が、レーザ光の光軸上に開口部を有する遮光板であることが好ましい。
【００３８】
第８の半導体レーザ装置において、半導体レーザチップがレーザ光を透過する材料からなる基板を有していることが好ましい。
【００３９】
この場合に、半導体レーザチップが、窒化物系半導体からなり、基板が、サファイア、炭化ケイ素又は窒化ガリウムからなることが好ましい。
【００４０】
本発明に係る光ディスク装置は、本発明の第１〜第８の半導体レーザ装置のうちのいずれか１つと、半導体レーザ装置から出射されたレーザ光をデータが記録された記録媒体上に集光する集光光学系装置と、記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光検出器とを備えている。
【００４１】
本発明に係る光集積化装置は、半導体からなる基体上に、本発明の第１〜第８の半導体レーザ装置のうちのいずれか１つと、半導体レーザ装置から出射されたレーザ光の反射光を検出する光検出器とが設けられている。
【００４２】
【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。
【００４３】
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成を示している。図１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１Ａは、その素子形成面が絶縁性を有する炭化シリコン（ＳｉＣ）又はダイヤモンドからなるサブマウント２の主面と対向するように実装されている。ここで、窒化物半導体レーザ装置とは、レーザを構成する半導体の組成がＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（但し、ｘ、ｙ及びｚは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である）の半導体レーザ装置をいう。
【００４４】
窒化物半導体レーザ装置１Ａにおいて、サファイアからなる基板１１のサブマウント２側の主面（素子形成面）には、サファイアとＧａＮ系結晶との格子定数の不整合を緩和して結晶欠陥が少ない半導体層を得るためのＧａＮ又はＡｌＮからなるバッファ層１２と、Ｓｉをドーパントとするｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１３とが順次形成されている。ｎ型コンタクト層１３の下面には、ダブルヘテロ（ＤＨ）のｐｎ接合からなるレーザ構造を形成する素子形成領域とｎ側電極を形成するｎ側電極形成領域とを有し、該ｎ側電極形成領域には、例えば、Ｔｉ／Ａｌ又はＭｏ／Ｐｔ／Ａｕの積層体からなるｎ側電極１４が形成されている。
【００４５】
ｎ型コンタクト層１３の下面における素子形成領域には、後述する活性層から放出される自然放出光を吸収するエネルギーギャップを持つｎ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（但し、ｘは０＜ｘ＜１である。）からなる自然放出光吸収層１５Ａと、活性層において生成される生成光を活性層に閉じ込めると共に電子を活性層に閉じ込めるためのｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１６と、閉じ込められた電子及び正孔を再結合させて再結合光を生成するＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（但し、ｙは０＜ｙ＜１である。）からなる活性層１７と、活性層１７において生成される生成光を活性層１７に閉じ込めると共に正孔を活性層１７に閉じ込めるためのｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１８と、後述するｐ側電極とオーミック接触するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１９と、ストライプ状の開口部を有するシリコン酸化膜からなる絶縁膜２０とが順次形成されている。ここで、自然放出光吸収層１５Ａと活性層１７とにおけるＩｎの組成ｘ及びｙの関係はｘ≧ｙとする。
【００４６】
活性層１７における井戸層のＩｎの混晶比ｙを１５％とすると、発振するレーザ光の波長は４１０ｎｍとなる。従って、自然放出光吸収層１５ＡのＩｎ混晶比ｘを１５％以上とすれば、該自然放出光吸収層１５Ａは活性層１７から放出される自然放出光に対して透明でなくなるので、レーザ発振に寄与しない自然放出光を確実に吸収できる。ここでは、井戸層の厚さを約５ｎｍ以下としている。
【００４７】
絶縁膜２０の下面には該絶縁膜２０の開口部を充填するように、例えば、Ｎｉ／Ａｕ又はＮｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層体からなるｐ側電極２１が形成されている。
【００４８】
サブマウント２の主面上には、ｐ側電極２１と対向する領域にｐ側端子電極２３が形成され、ｎ側電極１４と対向する領域にｎ側端子電極２５が形成されている。ｐ側電極２１とｐ側端子電極２３、及びｎ側電極１４とｎ側端子電極２５とは、鉛（Ｐｂ）とスズ（Ｓｎ）又は金（Ａｕ）とを含む半田材２２、２４を介してそれぞれ電気的に接続されている。
【００４９】
前述したように、窒化物半導体レーザ装置１Ａのｐ側電極２１及びｎ側電極１４に対して電流を注入すると、活性層１７からは、しきい値電流を超える電流が注入されている場合であっても、レーザ発振に寄与しない自然放出光が周囲に放出され続ける。さらに、発振波長が４１０ｎｍ程度の放出光は、サファイアからなる基板１１、ＡｌＧａＮからなるｎ型及びｐ型クラッド層１６，１８並びにＧａＮからなるｎ型及びｐ型コンタクト層１３，１９に対していずれも透明であるため、活性層１７の周囲のすべての方向にわたって放出される。
【００５０】
しかしながら、本実施形態によると、ｎ型クラッド層１６とｎ型コンタクト層１３との間に、活性層１７よりもＩｎの混晶比が大きい、すなわち、活性層１７よりもエネルギーギャップが小さい自然放出光吸収層１５Ａを設けているため、この自然放出光吸収層１５Ａは活性層１７からの自然放出光に対して透明でなくなり、その結果、この自然放出光は自然放出光吸収層１５Ａに吸収されることになる。
【００５１】
このように、本実施形態によると、窒化物半導体レーザ装置１Ａがサブマウント２に実装された状態では、活性層１７の基板１１側に放出される自然放出光の漏出を防止できるため、基板１１側に配置される光素子に対する光学的ノイズを除去できる。
【００５２】
また、自然放出光吸収層１５Ａはｎ型クラッド層１６と隣接して設けられていることにより、光源である活性層１７の最も近い位置にあり、自然放出光の吸収効率が高くなる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、自然放出光吸収層１５Ａに活性層１７と比べてエネルギーギャップが小さいＩｎＧａＮを用いたが、これに限らず、ＧａＮ系半導体結晶が成長可能な半導体材料であればよい。
【００５４】
以下、前記のように構成された窒化物半導体レーザ装置１Ａの製造方法について説明する。
【００５５】
ここでは、窒化物半導体の成長法として、高温の反応炉に、III 族源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属化合物原料を導入すると共に、窒素源にアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを導入して、反応炉内で各有機金属化合物原料及びＮＨ3 を熱分解することにより基板上に窒化物半導体を成長させる有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法を用いる。
【００５６】
まず、基板温度を６００℃程度に設定した後、反応炉内に保持された基板１１の主面上にＴＭＧとＮＨ3 とを導入しながら、基板１１の主面にＧａＮからなるバッファ層１２を成長させる。このように、ＧａＮ系半導体と格子定数が異なるサファイア上に成長させる、いわゆる低温バッファ層を設けることにより、クラック等の欠陥が生じにくくできることが知られている。なお、基板１１上にＡｌＮからなるバッファ層１２を成長させる場合には、ＴＭＧの替わりにＴＭＡを用いる。
【００５７】
次に、基板温度を１０００℃程度にまで昇温した後、ＴＭＧとＮＨ3 とを導入しながら、バッファ層１２の上面にｎ型不純物としてＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１３を成長させる。
【００５８】
次に、基板温度を８００℃程度にまで降温した後、III 族源にＴＭＩを追加して、ｎ型コンタクト層１３の上面にｎ型Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎからなる自然放出光吸収層１５Ａを成長させる。
【００５９】
次に、基板温度を１０００℃程度にまで昇温した後、III 族源としてＴＭＧ及びＴＭＡを基板１１上に導入して、自然放出光吸収層１５Ａの上面にｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１６を成長させる。
【００６０】
次に、基板温度を８００℃程度に降温した後、III 族源としてＴＭＡの導入を止め替わりにＴＭＩを追加して、ｎ型クラッド層１６の上面にＩｎy Ｇａ1-y Ｎからなる活性層１７を成長させる。ここで、活性層１７として、例えば、膜厚がそれぞれ５ｎｍ以下で、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＧａＮからなる障壁層とを交互に積層してなる多重量子井戸構造とすることにより、レーザ発振のしきい値電流を小さくすることができる。
【００６１】
次に、基板温度を１０００℃程度にまで昇温した後、III 族源としてＴＭＧ及びＴＭＡを基板１１上に導入することにより、活性層１７の上面に、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１８と、ＴＭＡの導入を止めてｐ型クラッド層１８の上面にｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１９とを順次成長させる。
【００６２】
次に、各窒化物半導体層が形成された基板（エピタキシャル基板）を反応炉から取り出し、ｐ型コンタクト層１９の上面にシリコン酸化膜等の絶縁膜２０を形成する。続いて、絶縁膜２０に対して選択的にエッチングを行なって絶縁膜２０にストライプ状の開口部を形成する。
【００６３】
次に、蒸着法等を用いて、開口部を含む絶縁膜２０の全面にわたって、Ｎｉ／Ａｕ等の積層膜からなるｐ側電極２１を形成する。
【００６４】
次に、ｐ側電極２１の素子形成領域をマスクし、エピタキシャル層に対してエッチングを行なうことにより、ｎ型コンタクト層１３を露出してｎ側電極形成領域を形成する。このｎ側電極形成領域の上に、例えば蒸着法を用いてＴｉ／Ａｌの積層膜からなるｎ側電極１４を形成する。
【００６５】
次に、エピタキシャル基板に対して共振器が得られるように該エピタキシャル基板を劈開する。続いて、共振器端面に所定の端面コートを施し、窒化物半導体レーザ装置１Ａにおける基板１１の素子形成面側をサブマウント２の主面と対向させ、ｐ側電極２１及びｎ側電極１４とそれぞれ接続されるｐ側端子電極２３及びｎ側端子電極２５との位置合わせを行なった後、それぞれの電極同士を半田材２２、２４により固着することにより、図１に示す窒化物半導体レーザ装置１Ａを得る。
【００６６】
なお、活性層１７の基板１１側及び基板１１と反対側には該活性層１７と接するように形成され、活性層１７への光閉じ込め率を向上させるｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層及びｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層を設けると、活性層１７への光閉じ込め効果が向上して、しきい値電流をさらに低減できる。
【００６７】
（第１の実施形態の第１変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第１変形例について図面を参照しながら説明する。
【００６８】
図２は本実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図２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。図２に示すように、本変形例に係る窒化物半導体レーザ装置１Ｂは、活性層１７と比べてエネルギーギャップが小さいｎ型ＩｎＧａＮからなる自然放出光吸収層１５Ｂが、バッファ層１２とｎ型コンタクト層１３との間に形成されていることを特徴とする。
【００６９】
このようにすると、自然放出光吸収層１５Ｂは基板１１の主面の全面を覆うことができるため、基板１１側に放出される自然放出光の漏出を一層防止できる。
【００７０】
さらに、自然放出光吸収層１５Ｂを低温で成長させることにより、バッファ層１２として用いれば、製造工程の負担とならない。
【００７１】
（第１の実施形態の第２変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第２変形例について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
図３は本実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図３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。図３に示すように、本変形例に係る窒化物半導体レーザ装置１Ｃは、活性層１７と比べてエネルギーギャップが小さいｐ型ＩｎＧａＮからなる自然放出光吸収層１５Ｃが、ｐ型クラッド層１８とｐ型コンタクト層１９との間に形成されていることを特徴とする。ここでは、自然放出光吸収層１５Ｃをｐ型とする必要があり、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用いている。
【００７３】
このようにすると、自然放出光吸収層１５Ｃは、活性層１７からｐ側電極２１側に放出される自然放出光の漏出を防止できる。
【００７４】
（第１の実施形態の第３変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第３変形例について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図４は本実施形態の第３変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図４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。図４に示すように、本変形例に係る窒化物半導体レーザ装置１Ｄは、活性層１７と比べてエネルギーギャップが小さいｐ型ＩｎＧａＮからなる自然放出光吸収層１５Ｄが、ｐ型コンタクト層１９とｐ側電極２１との間に形成されていることを特徴とする。
【００７６】
このようにすると、自然放出光吸収層１５Ｄは、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１９よりもエネルギーギャップが小さいため、ｐ型コンタクト層１９と比べてコンタクト抵抗が小さくなるので、しきい値電圧を低減できる。
【００７７】
以上説明したように、第１の実施形態及びその各変形例においては、レーザ構造を形成するエピタキシャル層中に、自然放出光吸収層１５Ａ〜１５Ｄのいずれかを設けたが、自然放出光吸収層が活性層１７に近い程、該自然放出光吸収層がレーザ光の一部を吸収してしまい、レーザ発振時の損失が増える。このため、逆に、発振しきい値電流が増大するので、レーザ光の光分布を十分に考慮して設計する必要がある。
【００７８】
（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。
【００７９】
図５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断面構成を示している。図５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。本実施形態においては、第１の実施形態のように自然放出光吸収層をエピタキシャル層中に設けるのではなく、レーザチップ本体の外面上に自然放出光防止膜を設ける構成とする。
【００８０】
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１Ｅは、サファイアからなる基板１１の素子形成面と反対側の面（裏面）に、活性層１７からの自然放出光を吸収するか又は反射する自然放出光防止膜３１Ａが形成されている。
【００８１】
ここで、ＩｎＧａＮからなる活性層１７から放出される自然放出光を吸収する材料として、自然放出光のエネルギーよりも小さいエネルギーギャップを有する結晶シリコン又はアモルファスシリコンを用いる。このシリコン（Ｓｉ）膜は、例えばスパッタ法等を用いて形成する。なお、Ｓｉに限らず、エネルギーギャップが自然放出光のエネルギーよりも小さく且つプロセスになじみやすい材料であればよい。
【００８２】
また、活性層１７から放出される自然放出光を高度に反射する材料として、例えば、Ａｕ膜、又はＡｕと他の金属とを積層した、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる積層膜が好ましい。これらの金属膜又は積層膜は電子ビーム蒸着法又は抵抗加熱蒸着法等を用いる。
【００８３】
また、自然放出光防止膜３１Ａの材料として、Ａｕ、Ｔｉ及びＰｔ以外にも、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｇ又はＩｎ等の金属、又はこれらの積層膜、合金（例えば、ＡｕとＳｎ等）を用いる。
【００８４】
さらに、吸収膜と高反射膜とを組み合わせても良く、例えば、Ｓｉからなる吸収膜の上にＡｕからなる高反射膜を積層すると一層効果的である。
【００８５】
このように、本実施形態によると、窒化物半導体レーザ装置１Ｅがサブマウント２に実装された状態では、活性層１７の基板１１側に放出される自然放出光の漏出を防止できるため、窒化物半導体レーザ装置１Ｅにおける基板１１側の周辺部に配置される光素子に対する光学的ノイズを除去できる。
【００８６】
（第２の実施形態の第１変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の第１変形例について図面を参照しながら説明する。
【００８７】
図６は本実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の外観を示している。図６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。図６に示すように、本変形例に係る窒化物半導体レーザ装置１Ｆは、レーザチップ本体における活性層のレーザ光出射部を除く出射端面上と該出射端面と反対側の反射端面上とに、活性層から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止膜３１Ｂが形成されている。
【００８８】
レーザ光出射部のスポットサイズは５μｍ角程度である。また、反射端面から例えばモニター用のレーザ光を取り出さないような場合には反射端面の全面に自然放出光防止膜３１Ｂを形成することが好ましい。このようにすると、発振しきい値をより低減できる。
【００８９】
吸収膜としては、第２の実施形態と同様にＳｉ膜が好ましい。また、高反射膜としては、前述の金属膜でよいが、ただし、金属等の導電性膜を設ける場合には、各半導体層の電気的な短絡を防ぐため、あらかじめＳｉＯ2 等からなる絶縁膜を下地層として形成しておく必要がある。
【００９０】
ここで、本変形例に係る自然放出光防止膜３１Ｂは、レーザチップ本体におけるレーザ光の共振方向と垂直な方向の端面に設けられているため、吸収膜とするよりは、反射膜とするほうが好ましい。このようにすると、自然放出光防止膜３１Ｂで反射される自然放出光がレーザ発振に寄与できるからである。
【００９１】
また、高反射膜は、例えば、ＳｉＯ2 ／ＴｉＯ2 のように共に誘電体からなる積層膜を用いてもよい。この場合は、自然放出光の波長の１／４に相当する膜厚を有するＳｉＯ2 膜とＴｉＯ2 膜とを交互に積層することにより、例えば、６層構造とすると９４％までの反射率を得ることができる。
【００９２】
このように、本変形例によると、活性層１７から共振器に対してほぼ平行な方向に放出される自然放出光の漏出を防止できるため、窒化物半導体レーザ装置１Ｆにおけるレーザ光の出射方向又は該出射方向と反対方向の周辺部に配置される光素子に対する光学的ノイズを除去できる。
【００９３】
（第２の実施形態の第２変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の第２変形例について図面を参照しながら説明する。
【００９４】
図７は本実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図７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。図７に示すように、本変形例に係る窒化物半導体レーザ装置１Ｇは、レーザチップ本体におけるレーザ光の出射方向と平行な側面上に、活性層１７から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止膜３１Ｃが形成されている。
【００９５】
ここで、吸収膜としては、第２の実施形態と同様にＳｉ膜が好ましい。また、高反射膜としては、前述のＡｕ等の金属膜でよいが、但し、金属等の導電性膜を設ける場合には、各半導体層の電気的な短絡を防ぐため、あらかじめＳｉＯ2 等からなる絶縁膜を下地層として形成しておく必要がある。
【００９６】
また、吸収膜と高反射膜とを組み合わせて用いてもよく、例えば、Ｓｉからなる吸収膜の上にＡｕからなる高反射膜を積層してなる積層体を用いてもよい。
【００９７】
このように、本変形例によると、活性層１７から共振器に対してほぼ垂直な方向に放出される自然放出光の漏出を防止できるため、共振器と垂直な方向の周辺部に配置される光素子に対する光学的ノイズを除去できる
以上、第１の実施形態及びその変形例並びに第２の実施形態及びその変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例をそれぞれ組み合わせると、レーザチップ本体から漏出する自然放出光をほぼ完全に防止できる。
【００９８】
なお、製造プロセスが複雑化することをも考慮すると、例えば、図１に示す第１の実施形態に係る自然放出光吸収層１５Ａ又は図２に示す第１の実施形態の第１変形例に係る自然放出光吸収層１５Ｂ、及び図５に示す第２の実施形態に係る自然放出光防止膜３１Ａからなる吸収層及び防止膜を一の半導体レーザ装置に設けることが好ましい。
【００９９】
図８は本発明に係る自然放出光吸収層１５Ａ及び自然放出光防止膜３１Ａを設けた場合の窒化物半導体レーザ装置と従来の窒化物半導体レーザ装置の各注入電流に対するそれぞれの光出力特性を表わしている。図８において、横軸はレーザ装置に注入する電流値（単位ｍＡ）を表わし、縦軸はレーザ光の出力値（単位ｍＷ）を表わし、曲線３は本発明に係るレーザ装置を表わし、曲線４は従来のレーザ装置を表わしている。図８に示すように、曲線４に示す従来の半導体レーザ装置においては、発振しきい値に達するまで自然放出光の漏出が見られるのに対し、曲線３に示す本発明に係る半導体レーザ装置においては、発振しきい値の近傍における自然放出光の出力がほとんどなく、レーザ光のみが出射していることが分かる。
【０１００】
（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。
【０１０１】
図９は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図９において、図５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。図９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１Ｈは、レーザチップ本体におけるｐ側電極２１から電流が注入される電流注入領域（いわゆるストライプ領域）の側方の領域であって、ｐ型コンタクト層１９からｎ型コンタクト層１３にまで達することにより活性層１７を共振器の長手方向に分断すると共に、電流注入領域とほぼ平行に延びる溝部２６がエッチングにより形成されていることを特徴とする。
【０１０２】
また、基板１１の素子形成面と反対側の面上には、例えばシリコンからなる自然放出光防止膜３１Ａが形成されている。
【０１０３】
溝部２６の壁面上には、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜２７が形成されており、溝部２６は、絶縁膜２７上に、例えば金（Ａｕ）のように自然放出光を吸収可能な自然放出光吸収材２８が蒸着等により充填されている。
【０１０４】
ＭＯＶＰＥ法によって積層されたレーザチップ本体は、総膜厚が約５μｍと小さいものの、積層体からなるため、各半導体層から基板面の面内方向に放出される自然放出光も無視できない。
【０１０５】
本実施形態によると、レーザチップ本体における電流注入領域の側方の領域に、自然放出光吸収材２８が充填された溝部２６により活性層１７を分断する自然放出光吸収領域が形成されているため、基板１１の面内方向に放出される自然放出光を吸収させることができる。
【０１０６】
なお、自然放出光吸収材２８としてＡｕを用いたが、これに限らず、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｐｔ若しくはＩｎ等の金属、又はこれらのうちの複数の金属（例えば、Ｔｉ／Ａｕ等）を含む積層膜や合金を用いてもよい。また、単結晶シリコン又はアモルファスシリコン等のエネルギーギャップが比較的小さい半導体を用いてもよい。
【０１０７】
また、本実施形態においては、レーザチップ本体における電流注入領域に対してｎ側電極１４と反対側の領域にのみ自然放出光吸収材２８を設けたが、電流注入領域に対してｎ側電極１４側の領域に設けてもよい。
【０１０８】
なお、図９に示すように、電流注入領域に対してｎ側電極側の領域に溝部２６を設けない場合でも、ｎ側電極１４とｎ側端子電極２５との間に介在させた半田材２４によって、自然放出光は吸収され得る。また、Ｐｂ及びＳｎ等を含む半田材２２の代わりに、自然放出光を吸収可能な材料、例えば、導電性接着材又は銀ペースト材を用いてもよい。
【０１０９】
また、この溝部２６は、活性層１７から導波路以外に放出される自然放出光を抑制すればよく、必ずしも電流注入領域に平行に設けられる必要はない。
【０１１０】
本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置における注入電流に対する光出力特性は、図８に示す曲線３とほぼ同等の特性を示すことを観察している。
【０１１１】
このように、本実施形態によると、レーザチップ本体の内部に設けられた自然放出光吸収材２８、及び基板１１の素子形成面と反対側の面上に設けられた自然放出光防止膜３１Ａにより、レーザチップから放出される自然放出光が低減されるため、コヒーレントなレーザ光を確実に得ることができる。また、光出力モニタ用のフォトダイオードに対する自然放出光の影響を小さくできるため、レーザ光の光出力の制御性を向上させることができる。
【０１１２】
（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。
【０１１３】
図１０は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１０において、図５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。図１０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１Ｉは、サブマウント２上にｐ側端子電極２３又はｎ側端子電極２５を介すると共に、レーザチップ本体におけるレーザ光の出射方向と平行な側面と間隔をおいて設けられ、活性層１７から放出される自然放出光を吸収又は反射する自然放出光防止壁３２が形成されていることを特徴とする。
【０１１４】
さらに、基板１１の素子形成面と反対側の面上には、第２の実施形態において説明した、例えば、Ａｕ又はＳｉ等からなる自然放出光防止膜３１Ａが形成されている。
【０１１５】
自然放出光防止壁３２は、自然放出光防止膜３１Ａと同等の材料でよく、レーザチップから放出される自然放出光を吸収する材料が好ましい。
【０１１６】
この自然放出光防止壁３２の形成方法は、前述した金属からなるバルク状若しくは焼結体状のブロック材、又はＳｉＣからなるブロック材として形成し、サブマウント２のｐ側端子電極２３及びｎ側端子電極２５上にレーザチップの側面と間隔をおいて半田材等によりそれぞれ固着する。ここで、ｐ側端子電極２３又はｎ側端子電極２５と自然放出光防止壁３２との間に絶縁膜を介在させてもよい。
【０１１７】
また、他の形成方法として、ガラスからなるブロック材の表面に蒸着により前述の金属からなる薄膜を形成し、これを接着材等を用いて各端子電極２３、２５上に固着してもよい。
【０１１８】
このように、本実施形態によると、レーザチップ本体におけるレーザ光の出射方向と平行な方向の側面に間隔をおいて設けられた自然放出光防止壁３２、及び基板１１の素子形成面と反対側の面上に設けられた自然放出光防止膜３１Ａにより、レーザチップから放出される自然放出光が低減されるため、コヒーレントなレーザ光を確実に得ることができる。
【０１１９】
また、本実施形態における自然放出光防止膜３１Ａ及び自然放出光防止壁３２はいずれも、レーザチップの各エピタキシャル層にダメージを与えるおそれがない。
【０１２０】
なお、自然放出光防止壁３２は、レーザチップ本体におけるレーザ光の出射方向と平行な側面のうちのいずれか一方でもよい。
【０１２１】
また、基板１１に絶縁性のサファイアではなく、例えばｎ型ＧａＮのように導電性基板を用いる場合には、自然放出光防止膜３１Ａをｎ側電極１４としてもよい。
【０１２２】
（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。
【０１２３】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は本発明の第４の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体レーザ装置であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は外観を示している。図１１（ａ）及び（ｂ）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。図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例に係る窒化物半導体レーザ装置１Ｊは、サブマウント２上に、Ａｕ、Ｔｉ又はＰｔを含む金属等からなり、レーザチップ本体を覆うように設けられた蓋（ふた）状の遮光ケース３３を有していることを特徴とする。この遮光ケース３３は、底面が基板１１の素子形成面と反対側の面と間隔をおくと共に、内壁面はレーザチップ本体の各側面と間隔をおき、且つ、ｐ側端子電極２３及びｎ側端子電極２５との間にそれぞれ絶縁膜３４を介在させて固着されている。
【０１２４】
また、図１１（ｂ）に示すように、遮光ケース３３は、レーザチップにおけるレーザ光出射部と対向する部分にはレーザ光を外部に出力するための開口部３３ａが設けられている。活性層１７の電流注入領域の幅が約５μｍとしているため、レーザ光の出射端面におけるスポットサイズは５μｍ角程度である。従って、開口部３３ａの開口径は５μｍか又は５μｍをやや越える程度とすればよい。
【０１２５】
また、レーザ光の出力をモニタする必要がある場合には、遮光ケース３３の側面における開口部３３ａと対向する部分に該開口部３３ａと同形状の他の開口部（図示せず）を設けてもよい。
【０１２６】
また、窒化物半導体レーザ装置１Ｊの用途によっては、必ずしもレーザチップ本体の４つの側面を覆う必要はない。例えば、遮光ケース３３における光軸方向と交差する側の側板はいずれか一方でもよく、また、これら両方の側板がなくてもよい。
【０１２７】
本実施形態及びその変形例に係る窒化物半導体レーザ装置においても、注入電流に対する光出力特性が、図８に示す曲線３とほぼ同等の特性であることを観察している。
【０１２８】
以上説明した窒化物半導体レーザ装置１Ａ〜１Ｊは、ｐ型コンタクト層１９をストライプ状の開口部を持つ絶縁膜２０で覆うことにより、活性層１７にストライプ状の電流注入領域を形成したが、さらにレーザ光の横モードの制御性を高めるために、ｐ型コンタクト層１９とｐ型クラッド層１８をリッジ状に形成してもよい。
【０１２９】
なお、ＩｎＧａＮからなる活性層１７を有する窒化物半導体レーザ装置に限らず、活性層１７のエネルギーギャップよりも大きいエネルギーギャップを持つ基板１１を用いる窒化物系半導体レーザ装置にも適用できる。
【０１３０】
また、各実施形態においては、窒化物半導体結晶をＭＯＶＰＥ法によって形成したが、これに限らず、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法やハライドＶＰＥ（Ｈ−ＶＰＥ）等用いて形成してもよい。
【０１３１】
（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。
【０１３２】
図１２は本発明の第５の実施形態に係る光ディスク装置の構成を模式的に表わしている。本実施形態に係る光ディスク装置は、本発明の窒化物半導体レーザ装置を光ディスク装置の発光部に用いている。図１２に示すように、光ディスク装置には、半導体レーザ装置４１の出射端面と、所望のデータが記録された記録媒体である光ディスク５０のデータ保持面とが互いに対向するように設けられ、半導体レーザ装置４１と光ディスク５０との間には、集光光学系装置としての集光光学部４０が設けられている。
【０１３３】
集光光学部４０は、半導体レーザ装置４１側から順に設けられた、半導体レーザ装置４１から出射される出射光５１を平行光とするコリメータレンズ４２と、平行光を３本のビーム（図示せず）に分割する回折格子４３と、出射光５１を透過し且つ光ディスク５０からの反射光５２の光路を変更するハーフプリズム４４と、３本のビームを光ディスク５０上に集光させる集光レンズ４５とを有している。ここでは、発光光５１として波長が約４１０ｎｍのレーザ光を用いている。
【０１３４】
光ディスク５０上に集光された３本のビームは径がそれぞれ０．４μｍ程度のスポット形状となる。この３つのスポットの位置によって検出される光ディスク５０の半径方向の位置ずれを、集光レンズ４５を適当に移動させることにより修正する駆動系回路４６が設けられている。
【０１３５】
ハーフプリズム４４からの反射光５２の光路上には反射光５２を絞る受光レンズ４７と、焦点の位置ずれを検出するシリンドリカルレンズ４８と、集光された反射光５２を電気信号に変換する光検出器としてのフォトダイオード素子４９とが設けられている。
【０１３６】
このように、半導体レーザ装置４１からの発光光５１を光ディスク５０に導く集光光学部４０、及び光ディスク５０により反射した反射光５２を受光するフォトダイオード素子４９とを備えた光ディスク装置の発光部として、自然放出光の漏出を抑制又は防止する半導体レーザ装置４１を用いるため、光ディスク５０がデータの記録密度が高い高密度光ディスクであっても、該光ディスク５０からのデータの読み出し（再生）時のＳ／Ｎ比が向上するので、低歪みの読み出し（再生）動作を実現できる。
【０１３７】
光ディスク５０に対してデータの記録を行なうには、記録時にレーザ光の出力として、５ｍＷ程度の低出力から３０ｍＷ程度の高出力に至るまで出力値を正確に制御する必要がある。それは、出力が３０ｍＷで書き込む前に低出力でアドレスを探す必要があるからである。
【０１３８】
本実施形態に係る光ディスク装置によると、半導体レーザ装置４１から雑音源である自然放出光の漏出が抑えられるため、半導体レーザ装置４１の光出力を検出（モニタ）するフォトダイオード（図示せず）は、出力中のレーザ光をより正確に電流に変換することができるようになる。具体的には、半導体レーザ装置４１は光出力を変更させた時に線形的にモニタ電流が変化するため、該半導体レーザ装置４１の出力動作を確実にコントロールできる。その結果、光ディスク装置の再生時又は記録時の動作が向上する。
【０１３９】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１４０】
図１３は本発明の第６の実施形態に係る光集積化装置の構成を模式的に表わしている。図１３に示すように、本実施形態に係る光集積化装置は、Ｓｉからなる１つの基体６１上に形成されている。基体６１の主面上には凹部６１ａが設けられ、該凹部６１ａの底面上には本発明の半導体レーザ装置６２が半田材等により固着されている。凹部６１ａにおける半導体レーザ装置６２の出射端面側の側壁には、基体６１の主面に対して４５°の角度をなすマイクロミラー６３が設けられている。これにより、レーザチップ６２から出射される発光光５１は、マイクロミラー６３により反射されて基体６１の主面に対してほぼ垂直に進行する。ここで、マイクロミラー６３はＳｉの面方位の（１１１）面を用いることが好ましい。
【０１４１】
基体６１の凹部６１ａの壁面のうち、マイクロミラー６３と対向する壁面には、半導体レーザ装置６２の反射端面から若干出射されるレーザ光からレーザチップの出力値をモニタする出力モニタ用フォトダイオード素子６４が形成されている。マイクロミラー６３の表面はシリコンのままでもよく、Ａｕ、Ａｇ又はＡｌ等の金属薄膜を蒸着してもよい。
【０１４２】
基体６１の上部におけるマイクロミラー６３の反射面と平行な方向であって該マイクロミラー６３を互いに挟む領域には、発光光５１の光ディスク（図示せず）による反射光５２を受光する光検出器としての第１のフォトダイオード素子６５Ａ及び第２のフォトダイオード素子６５Ｂが、基体６１に直接形成されている。
【０１４３】
このように、１つの基体上に発光部と受光部とが設けられ、小型化及び薄型化を図る光集積化装置の発光部に、自然放出光の放出が低レベルに抑制された半導体レーザ装置６２を用いているため、受光部のＳ／Ｎ比を確実に向上させることができる。
【０１４４】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態について説明する。
【０１４５】
本実施形態は、半導体レーザ装置における自動出力制御（ＡＰＣ）を確実に実行できる構成を説明する。
【０１４６】
一般に、半導体レーザ装置の光出力値はレーザチップに流す電流値によって変化するため、半導体レーザ装置を光ディスクや光通信等の光情報処理装置に用いる場合には、半導体レーザ装置に流す電流値を調節することにより所定の光出力を得ている。以下、この様子をグラフで説明する。
【０１４７】
図１６（ａ）は半導体レーザ装置の動作電流値と光出力値との関係（以下、Ｉ−Ｌ特性曲線と呼ぶ。）を表わし、図１６（ｂ）はＩ−Ｌ特性曲線の温度変化を表わしている。図１６（ａ）に示す動作電流の変化分（ΔＩ）に対する光出力の変化分（ΔＬ）は一般にスロープ効率と呼ばれている。
【０１４８】
図１６（ｂ）は、第１の温度Ｔ1 のときに第１の動作電流値Ｉ1 で所定の光出力値Ｌ0 を得られたとすると、この光出力値Ｌ0 を維持するには、第１の温度Ｔ1 よりも高い第２の温度Ｔ2 、さらに第２の温度Ｔ2 よりも高い第３の温度Ｔ3 においては、それぞれ第１の動作電流値Ｉ1 よりも大きい第２の動作電流値Ｉ2 、及び該第２の動作電流値Ｉ2 よりも大きい第３の動作電流値Ｉ3 を与える必要があることを示している。
【０１４９】
スロープ効率はレーザ素子の個体差が大きいため、温度によって敏感に変化する。具体的には、図１６（ｂ）に示すように、温度が高くなるに連れてしきい値電流が増大し且つスロープ効率が低下する傾向にある。従って、前述したように、温度が高くなるに連れて、所定の光出力値を得るための動作電流を増やす必要がある。
【０１５０】
このような温度依存性を持つ半導体レーザ装置を製品に応用する際には、所定の光出力値Ｌ0 を維持するために、レーザ素子の温度に対して動作電流値を調節するか、又はレーザ素子の温度を所定値に保つような温度制御が必要となる。
【０１５１】
温度に依らず光出力値を維持する方法として、一般には、レーザ光の一部を光電変換素子で検出して光出力をモニタし、半導体レーザ装置の動作電流値を調節する自動出力制御方法が採用されている。自動出力制御に必要な光出力値のモニタを行なうには、半導体レーザ装置からの出射光をフォトダイオード等の光電変換素子により受光する必要がある。半導体レーザ装置は、通常、共振器ミラーの両端面からレーザ光が出射するため、一方の出射光（以下、前方光と呼ぶ。）を素子のパッケージから外部に取り出し、他方の出射光（以下、後方光と呼ぶ。）をパッケージ内でフォトダイオードにより受光する構成を採る。
【０１５２】
このとき、レーザ光の発振しきい値に達する前に、半導体レーザ装置の活性領域からは、無指向性の自然放出光がレーザ装置の周囲に放出される。このうち、半導体レーザ装置の共振器ミラー方向に放出される成分は、図１６（ａ）に示すＩ−Ｌ特性曲線上に、印加電流がしきい電流値に達する前の光出力として表われる。
【０１５３】
以下、半導体レーザ装置の材料、すなわち発振波長の相違によるＩ−Ｌ特性を比較する。
【０１５４】
図１７は発振波長が異なる半導体レーザ装置のＩ−Ｌ特性曲線であって、曲線５はＧａＡｓからなる基板上に形成され発振波長が約６５０ｎｍのＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置のＩ−Ｌ特性を示し、曲線６はサファイアからなる基板上に形成され発振波長が約４００ｎｍのＩｎＧａＡｌＮ系半導体レーザ装置のＩ−Ｌ特性を示している。図１７から分かるように、曲線５に示すＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置と比べて、曲線６に示すＩｎＧａＡｌＮ系半導体レーザ装置はしきい値における自然放出光量が５倍以上も多い。これは、ＧａＡｓ基板は波長が８７０ｎｍ以下の光を吸収するため、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置の波長が６５０ｎｍの自然放出光は吸収されるのに対し、サファイア基板はＩｎＧａＡｌＮ系半導体レーザ装置の波長が４００ｎｍの自然放出光を吸収できないからである。
【０１５５】
このように、発振しきい値に達する前の自然放出光が多いと、モニタ用のフォトダイオードにバイアス光として入力されてしまうため、自動出力制御による正確な光出力制御が困難となる。
【０１５６】
以下、本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザパッケージについて図面を参照しながら説明する。
【０１５７】
図１４は本実施形態に係る半導体レーザパッケージ７０の一部を切り欠いた斜視図である。図１４に示すように、本実施形態に係る半導体レーザパッケージ７０は、放熱性に優れた金属等からなる円板状のベース７１と、放熱性に優れた金属等からなる四角錐台形状を有し、上底面がベース７１の軸方向と平行となるようにその側面がベース７１の上面と固着されたマウント７２と、マウント７２の上底面の上にサブマウント７３を介在させ且つベース７１の軸線方向とレーザ光の光軸とがほぼ一致するように固着された半導体レーザチップ７４とを備えている。
【０１５８】
ベース７１上には、半導体レーザチップ７４におけるベース７１と対向する領域に半導体レーザチップ７４からの後方光Ｌb を検出する光電変換素子としてのフォトダイオード素子７５が固着されている。
【０１５９】
マウント７２の上底面上の半導体レーザチップ７４とフォトダイオード素子７５との間に設けられ、後方光Ｌb の光軸上に開口部７６ａを有する遮光手段としての遮光板７６を有している。遮光板７６は、レーザ光が透過しない材料であればよく、金属材、プラスチック材又はガラス材等を用いる。また、遮光板７６の半導体レーザチップ７４と対向する対向面は、後方光Ｌb の反射光が前方光Ｌf に混入しないように、少なくとも対向面をマット状（つや消し状）とすることが好ましい。さらには、遮光板７６がレーザ光を吸収する材料、又は少なくとも対向面にレーザ光を吸収する塗料等が塗布されていることが好ましい。
【０１６０】
ベース７１の上面には、マウント７２及び遮光板７６を覆うキャップが気密に固着されている。キャップ７７における前方光Ｌf の光軸上には、該前方光Ｌf を透過する窓部が設けられ該窓部の内側にはウィンドガラス７８が気密に設けられている。また、ベースの下面には、半導体レーザチップ７４及びフォトダイオード７５と外部とを電気的に接続する外部リード７９が設けられている。
【０１６１】
レーザ光は強い指向性を有し、ある程度の広がり角を持ちながら光軸に沿って出射される。それに対して自然放出光は半導体レーザチップ７４からチップ７４の周囲全体に出射する。自然放出光のうちレーザ光の光軸方向に出射する成分はレーザ光と分離することは困難である。しかしながら、本実施形態のように、レーザ光の光軸に沿った位置に開口部７６ａを持つ遮光板７６を、半導体レーザチップ７４とフォトダイオード７５との間に設けることにより、自然放出光の光軸方向と異なる成分をフォトダイオード７５に検出されなくすることができる。
【０１６２】
前述したように、半導体レーザチップ７４の基板に、サファイア、ＳｉＣ又はＧａＮを用いる、発振波長が４００ｎｍ付近のＩｎＧａＡｌＮ系レーザ装置においては、基板が自然放出光を吸収しないため、半導体レーザチップ７４から漏れる自然放出光が、発振波長が６５０ｎｍ程度の赤色レーザ装置の場合よりも多い。従って、本実施形態のように、半導体レーザチップ７４と光出力モニタ用のフォトダイオード７５との間に、自然放出光における遮光板７６の通過後の減衰量が、後方光Ｌb における遮光板７６の通過後の減衰量よりも多くなるように設けられた遮光板７６を有する構成は極めて効果が大きい。
【０１６３】
なお、開口部７６ａの開口径は、大きくする程、後方光Ｌb 及び自然放出光の減衰量が少なくなるため、後方光Ｌb の減衰量は少なく且つ自然放出光の減衰量は多くなるように、適当な径を選ぶことが好ましい。さらに、後方光Ｌb の減衰量が０となるように設定するのが好ましい。
【０１６４】
また、遮光板７６の開口部７６ａの開口形状は円形でも方形でもよい。より好ましくは、半導体レーザチップから出射されるレーザ光のビーム形状が一般に長円形であるため、ビーム形状と対応した長円形とする。但し、半導体レーザチップの実装状態によっては、後方光のビーム形状が乱れる場合があり、必ずしも長円形状が最適な形状とは限らない。
【０１６５】
図１５は本実施形態に係る半導体レーザパッケージが自動出力制御される様子を模式的に表わしている。図１５において、図１４に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。図１５に示すように、半導体レーザチップ７４から出射される後方光Ｌb は、フォトダイオード７５により光電変換されてＡＰＣ回路８０にモニタ信号として出力される。該モニタ信号を受けるＡＰＣ回路８０は、半導体レーザチップ７４の光出力値が所定値を維持できるように、半導体レーザチップ７４の動作電流の電流量を調節する。
【０１６６】
本実施形態によると、半導体レーザチップ７４から放出される自然放出光のうちレーザ光の後方光Ｌb と同方向に放出される成分を除いた成分は、半導体レーザチップ７４とフォトダイオード７５との間に設けられた遮光板７６により遮られるため、フォトダイオード７５に入射されない。これにより、遮光板７６を設けない場合と比べて、自然放出光の検出量を１０分の１程度にまで低減することができる。その結果、動作電流のしきい値近傍の低光出力状態であっても、自然放出光の影響を低減できるため、自動出力制御を高精度に行なうことができる。
【０１６７】
従来は、フォトダイオード７５が後方光Ｌb に比較的多く混入する自然放出光までをも後方光Ｌb の検出光として光電変換してしまうため、実際のレーザ光の出力値を高く評価することとなる。その結果、ＡＰＣ回路８０は所定の光出力値よりも低い動作電流を設定することとなる。
【０１６８】
なお、本実施形態においては、遮光手段を、開口部７６ａを持つ遮光板７６としたが、開口部７６ａは必ずしも必要ではない。例えば、自然放出光の減衰量がレーザ光の減衰量よりも大きい薄膜でもよい。
【０１６９】
また、板状の部材以外にも、例えば、後方光Ｌb の光軸を包含するように延びる筒状の部材であってもよい。
【０１７０】
また、遮光手段は、半導体レーザチップ７４とフォトダイオード７５との間に設けられる部材に限られない。例えば、図１４に示すキャップ７７の内部に充填され、自然放出光の減衰量がレーザ光の減衰量よりも大きい気体又は樹脂材であってもよい。
【０１７１】
また、効果は弱まるものの、長波長発振型のＩｎＧａＡｌＰ系レーザ装置に対しても本実施形態と同様の遮光板７６を設けることにより、自然放出光を低減できることはいうまでもない。
【０１７２】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザ装置によると、レーザ発振に付随する自然放出光が装置の外部に放出されなくなるため、該装置の周辺部に配置される光素子に対する光学的ノイズを除去できる。従って、光ディスク等の読み取り動作時のＳ／Ｎ比が向上するので、自動出力制御をより確実に行なえるようになると共に、光集積化装置への応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図５】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を示す構成断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図８】本発明に係る窒化物半導体レーザ装置と従来の窒化物半導体レーザ装置の各注入電流に対するそれぞれの光出力特性を表わすグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体レーザ装置を示し、（ａ）は構成断面図であり、（ｂ）は斜視図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る光ディスク装置を示す模式的な構成図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る光集積化装置を示す模式的な斜視図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す一部切欠断面斜視図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置における自動出力制御方法を示す模式的な構成図である。
【図１６】（ａ）は通常の半導体レーザ装置における動作電流値と光出力値との関係（Ｉ−Ｌ特性曲線）を表わすグラフである。
（ｂ）はＩ−Ｌ特性曲線の温度依存性を表わすグラフである。
【図１７】従来の短波長発振型半導体レーザ装置と長波長発振型半導体レーザ装置とにおけるＩ−Ｌ特性曲線を比較したグラフである。
【符号の説明】
１Ａ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｂ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｃ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｄ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｅ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｆ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｇ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｈ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｉ    窒化物半導体レーザ装置
１Ｊ    窒化物半導体レーザ装置
２      サブマウント
１１    基板
１２    バッファ層
１３    ｎ型コンタクト層
１４    ｎ側電極
１５Ａ  自然放出光吸収層
１５Ｂ  自然放出光吸収層
１５Ｃ  自然放出光吸収層
１５Ｄ  自然放出光吸収層
１６    ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
１７    活性層
１８    ｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
１９    ｐ型コンタクト層
２０    絶縁膜
２１    ｐ側電極
２２    半田材
２３    ｐ側端子電極
２４    半田材
２５    ｎ側端子電極
２６    溝部
２７    絶縁膜
２８    自然放出光吸収材
３１Ａ  自然放出光防止膜
３１Ｂ  自然放出光防止膜
３１Ｃ  自然放出光防止膜
３２    自然放出光防止壁
３３    遮光ケース
３４    絶縁膜
４０    集光光学部（集光光学系装置）
４１    半導体レーザ装置
４２    コリメータレンズ
４３    回折格子
４４    ハーフプリズム
４５    集光レンズ
４６    駆動系回路
４７    受光レンズ
４８    シリンドリカルレンズ
４９    フォトダイオード素子（光検出器）
５０    光ディスク
５１    発光光
５２    反射光
６１    基体
６１ａ  凹部
６２    半導体レーザ装置
６３    マイクロミラー
６４    出力モニタ用フォトダイオード素子
６５Ａ  第１のフォトダイオード素子（光検出器）
６５Ｂ  第２のフォトダイオード素子（光検出器）
７０    半導体レーザパッケージ
７１    ベース
７２    マウント
７３    サブマウント
７４    半導体レーザチップ
７５    フォトダイオード素子（光電変換素子）
７６    遮光板（遮光手段）
７６ａ  開口部
７７    キャップ
７８    ウィンドガラス
７９    外部リード
Ｌb     後方光
Ｌf     前方光
【図１】
0004035021.tif 000002
【図２】
0004035021.tif 000003
【図３】
0004035021.tif 000004
【図４】
0004035021.tif 000005
【図５】
0004035021.tif 000006
【図６】
0004035021.tif 000007
【図７】
0004035021.tif 000008
【図８】
0004035021.tif 000009
【図９】
0004035021.tif 000010
【図１０】
0004035021.tif 000011
【図１１】
0004035021.tif 000012
【図１２】
0004035021.tif 000013
【図１３】
0004035021.tif 000014
【図１４】
0004035021.tif 000015
【図１５】
0004035021.tif 000016
【図１６】
0004035021.tif 000017
【図１７】
0004035021.tif 000018