面发光激光器和激光投射装置的制作方法

专利名称：面发光激光器和激光投射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及面发光激光器和激光投射装置，特别是涉及稳定地高输出动作的面发光激光器和将该面发光激光器用作光源的激光投射装置。
背景技术：
面发光激光器是以低的阈值进行激光器振荡的具有优良的光束品质的半导体激光器，实现了在利用能高速调制输出光这样的调制特性的光通信领域中的应用。但是，作为面发光激光器的课题，存在难以实现高输出的问题。
由于利用薄膜构成面发光激光器，故在其结构方面，谐振腔长度非常短。因此，难以增加谐振腔长度来得到充分的增益。
另一方面，也考虑增加面发光激光器的驱动电流来谋求高输出，但在面发光激光器中，在有源层内的载流子密度过高的情况下，因空间的“烧孔(hole burning)，，导致的增益饱和使光输出饱和，妨碍了高的光输出动作。
根据这样的情况，为了在不增加谐振腔长度或增加驱动电流的情况下谋求面发光激光器的高输出，可认为增加面发光激光器中的光束剖面积是有效的。
但是，如果为了在这样的谐振腔长度短的结构的面发光激光器中谋求激光器的高输出而增大光束剖面积，则谐振腔内的横模发生了多模化，产生显著地降低了光束品质或振荡效率这样的问题。
与此不同，已开发了不导致这样的光束品质或振荡效率的下降的面发光激光器，例如在专利文献1中公开了在面发光激光器中既抑制横模的多模化、又增大光束剖面积的激光器。
图14是说明在专利文献1中公开的面发光激光器的图，图14(a)示出其剖面结构，图14(b)示出其下部电极的形状，此外，图14(c)示出该面发光激光器的有源层的与下部电极对置的区域中的光的强度分布。
图14(a)中示出的面发光激光器200具有半导体衬底2、在该半导体衬底2的一个面上形成的有源层3和在该有源层3上形成的反射层4。在此，该反射层4是交替地叠层折射率不同的材料4a和4b而构成的分散型布拉格反射层，以下也称为DBR层(分布的布拉格反射层)。此外，上述面发光激光器200具有在上述DBR层4的表面上形成的圆形的下部电极600和在上述衬底2的另一个面上形成为包围与该下部电极600对置的区域的环形的上部电极5。
此外，该面发光激光器200在上述上部电极5的上方具有配置成与其内侧的衬底表面对置的外部镜1，在该面发光激光器200中，利用DBR层4和外部镜1构成了放大在有源层3中产生的光以便产生激光器振荡的谐振腔。在此，DBR层4是全反射层，外部镜1是部分透过镜。
其次，说明其动作。
在该面发光激光器200中，如果在上部电极5与下部电极600之间施加驱动电压而在有源层3内注入电流，则在有源层3中产生光，利用谐振腔放大所产生的光。然后，如果该注入电流的大小比一定值即激光器振荡阈值大，则在谐振腔内产生激光器振荡，激光8经外部镜1射出到外部。此时，激光8成为面发光，激光的射出方向成为与衬底2的表面垂直的方向。
这样，在上述专利文献1中公开的面发光激光器中，从衬底分离地配置构成谐振腔的一个镜子作为外部镜1以谋求谐振腔长度的增加。即，通过使用这样的外部镜1，即使光束剖面积大，也能使谐振模式单模化，实现了高输出特性。
此外，在专利文献2中，公开了在面发光激光器中使有源层内的载流子密度均匀化的电极结构。
在该专利文献2中公开的面发光激光器中，通过将背面电极分割成多个，可控制向有源层内注入的电流的分布，由此实现了大口径的面发光激光器。
专利文献1美国专利第6404797号说明书专利文献2日本特开平11-233889号公报但是，在专利文献1中公开的面发光激光器200中，在实现高输出特性的方面，有源层内的载流子密度分布成为问题。即，在该文献记载的面发光激光器200中，与下部电极600对应的区域中的光的强度分布，如图14(c)中所示，成为接近于高斯分布的分布，在有源层的发光中心部分，光强度Lp成为峰值。另一方面，在面发光激光器200的与下部电极600对应的区域，尽管在其中心部和其周边部光强度分布存在较大的偏离，但在有源层3内注入的载流子密度Cd是一样的。因此，在有源层3的与下部电极600对应的区域的中心部的周边部分，有源层内存在的载流子的密度较大，载流子处于过剩的状态，另一方面，在上述区域的中心部分产生了载流子不足的状态。由于这样的载流子的不均匀的分布，在有源层3中产生折射率分布，谐振模式呈现多模化。再者，也存在增益饱和的危险。
与由AlGaAs类半导体材料(AlxGa1-xAs(0≤x≤1))构成的红外半导体激光器或由AlGaInP类半导体材料(AlxGa1-xIn1-x-yP(0≤x≤1、0≤y≤1))构成的红色半导体激光器相比，在产生增益饱和的阈值载流子密度极高且微分增益高的氮化物类半导体激光器中，该现象特别显著。
此外，在专利文献2中公开的面发光激光器200中，由于多个电极的部分的分割电阻分离层的缘故，在注入有源层的电流中产生损耗，存在效率下降这样的问题。

发明内容
本发明解决了上述这样的问题，其目的在于提供可用稳定的横模进行激光器振荡、而且可高效地进行对有源层的电流注入的高输出的面发光激光器以及将这样的高输出的面发光激光器用作光源的激光投射装置。
为了解决上述课题，本发明第1方面的面发光激光器是一种使激光进行面发光的面发光激光器，其特征在于，具有在半导体衬底上形成的有源层；以及向上述有源层注入载流子的一对电极，上述一对电极的一方由1个电极层构成，在该一方的电极的中心部分和其周边部分中用不同的电流密度进行从该一方的电极至上述有源层的电流的注入。
由此，可与有源层内的光强度分布相一致地调整在有源层内注入的载流子的密度分布，可使有源层内的载流子分布均匀化，其结果，可实现大幅度地增加了高输出时的横模稳定性的具有优良的高输出特性的面发光激光器。
本发明第2方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，在半导体衬底上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，上述电极层与上述半导体层叠层体接触的面密度在上述电极的中心部分和其周边部分中不同。
由此，可根据电极层与半导体层叠层体接触的面积来调整在有源层内注入的载流子的密度分布，可用改变电极层的形状等简单的方法来实现具有光强度分布的有源层内的载流子分布的均匀化。
本发明第3方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，在构成上述一方的电极的电极层上形成多个微小孔，使得上述微小孔的占有密度在该一方的电极的中心部分和其周边部分中不同。
由此，可通过改变在电极层中形成的多个微小孔的配置或微小孔的大小来调整在有源层内注入的载流子的密度分布，可用电极层的结构的简单改变来实现具有光强度分布的有源层内的载流子分布的均匀化。而且，可扩展半导体层上的电极层的整体，可进一步提高从电极层向热沉的散热效果，可实现具有更优良的高输出特性的面发光激光器。
本发明第4方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，构成上述一方的电极的电极层的电阻值在该一方的电极的中心部分和其周边部分中不同。
由此，通过改变电极层的材料或成分以改变电极层的电阻值，可根据有源层内的光强度分布更精密地调整在有源层内注入的载流子的密度分布。
本发明第5方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，具有在半导体衬底上叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体；以及在该半导体层叠层体与构成上述一方的电极的电极层之间形成的电阻层，上述电阻层的电阻值在与上述一方的电极的中心部对应的部分和与其周边部对应的部分中不同。
由此，通过改变电极层的材料或成分，可根据有源层内的光强度分布更精密地调整在有源层内注入的载流子的密度分布。
本发明第6方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，在上述半导体衬底上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，放大在该有源层中产生的光以产生激光器振荡的谐振腔由在上述半导体层叠层体中包含的反射层和与该半导体层叠层体分离且与该反射层对置配置的外部镜构成。
由此，可增加面发光激光器中的谐振腔长度，既可抑制谐振腔内的横模的多模化，又可增加光束剖面积，可飞跃地提高面发光激光器的高输出特性。
本发明第7方面的面发光激光器的特征在于在本发明第6方面的面发光激光器中，上述外部镜是将其两面作成凹面形状的部分透过镜。
由此，可增加从面发光激光器使之面发光的激光的扩展角，可使用口径大、焦点距离短的通用类型的透镜作为将面发光激光器与光纤结合的光学系统。可将该光学系统作成廉价且光路长度短的小型系统。
本发明第8方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，在上述半导体衬底上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，该半导体层叠层体包含在上述有源层的附近配置的、吸收该有源层内的过饱和载流子的过饱和吸收体。
由此，尽管是利用吸收过饱和载流子的现象的自激振荡状态、即流过直流电流，也可使面发光激光器的振荡状态成为以脉冲状发射激光的振荡状态，可减少斑纹噪声。
本发明第9方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，面发光的激光的振荡波长是430～455nm的范围内的波长。
由此，可得到实现了因必要功率的减少导致的低功耗化和高的色再现性的蓝色面发光激光器。
本发明第10方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，面发光的激光的振荡波长是630～650nm的范围内的波长。
由此，可得到实现了高输出的红色面发光激光器。
本发明第11方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，面发光的激光的振荡波长是510～550nm的范围内的波长。
由此，可实现具备高的可靠性的绿色面发光激光器。
本发明第12方面的面发光激光器的特征在于在本发明第6方面的面发光激光器中，具有在上述外部镜与上述有源层之间配置的、变换激光波长的非线性光学材料。
由此，可实现能产生短波长光的高输出的激光器光源。
本发明第13方面的面发光激光器的特征在于在本发明第1方面的面发光激光器中，在上述半导体衬底的表面上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，上述半导体衬底是将其背面的一部分刻蚀到上述有源层的表面附近以形成凹部的衬底。
由此，可减少在半导体衬底内的激光的吸收，可谋求高输出。
本发明第14方面的半导体激光器装置是具备输出激光的半导体激光器和对来自该半导体激光器的激光进行波长变换的波长变换元件的半导体激光器装置，其特征在于上述半导体激光器是第1方面中所述的面发光激光器。
由此，可实现对来自上述面发光激光器的激光进行波长变换而输出的、可产生短波长光的高输出的半导体激光器装置。
本发明第15方面的激光器模块是一种在一个封装体内对多个半导体激光器进行集成化而构成的激光器模块，其特征在于上述各半导体激光器是第1方面中所述的面发光激光器。
由此，可实现RGB光源等的多波长光源，进而通过使用这样的多波长光源和聚光光学系统可实现超小型的激光器照射装置。
本发明第16方面的激光器模块的特征在于在本发明第15方面的激光器模块中，将上述多个半导体激光器配置成上述各半导体激光器位于其中心与上述封装体的中心一致的正多角形的顶点上。
由此，可使封装体结构变得单纯以谋求低成本，同时可实现激光器模块的高输出和长寿命。
本发明第17方面的激光投射装置是一种具备输出激光的半导体激光器和投射从该半导体激光器输出的激光的投射光学系统的激光投射装置，其特征在于上述半导体激光器是本发明第1方面的面发光激光器。
由此，可实现能大幅度地增加高输出时的横模稳定性的能进行高输出的超小型的激光投射装置。
本发明第18方面的激光投射装置的特征在于在本发明第17方面的激光投射装置中，上述面发光激光器射出纵模谱是多模的激光。
由此，可减少结构的相干性，可谋求斑纹噪声的减少。
本发明第19方面的激光投射装置的特征在于在本发明第17方面的激光投射装置中，上述面发光激光器射出纵模谱的实质宽度扩展为大于等于1nm的激光。
由此，可实现大幅度地减少了斑纹噪声的激光投射装置。
本发明第20方面的面发光激光器是一种使激光进行面发光的面发光激光器，其特征在于，具有在半导体衬底上形成的有源层；以及向上述有源层注入载流子的一对电极，将上述一对电极的一方分割为多个电极部分，对该多个电极部的至少一个施加叠加了高频分量的激光器驱动电压。
由此，可利用对各电极部施加的驱动电压来调整从各电极部注入到有源层中的载流子的密度，不管面发光激光器有源层内的光强度分布如何，都可使有源层内的载流子密度均匀化，可实现大幅度地增加了高输出时的横模稳定性的具有优良的高输出特性的面发光激光器。此外，由于对电极部施加叠加了高频分量的激光器驱动电压，故激光器振荡的状态变化，激光的时间相干性下降，由此可减少因返回光导致的噪声。
本发明第21方面的面发光激光器的特征在于在本发明第20方面的面发光激光器中，在激光的发光中心的周围实质上均匀地配置上述已分割的多个电极部分。
由此，通过对离发光中心的距离相等的电极部施加相同电平的驱动电压，可简单地使光强度分布不同的有源层内的载流子密度均匀化。
本发明第22方面的面发光激光器的特征在于在本发明第20方面的面发光激光器中，这样来进行从上述各电极部分向有源层的电流的注入，使得在越接近于该有源层的发光中心的区域中电流密度越高。
由此，在具有光强度的峰值位于发光中心的光强度分布的有源层中，可实现适合于光强度分布的载流子的密度分布。
本发明第23方面的面发光激光器的特征在于在本发明第20方面的面发光激光器中，对上述多个电极部分的至少一个施加已调制的激光器驱动电压。
由此，既可缓和振荡波长变动的啁啾(chirping)现象，又可利用相干性的下降来抑制斑纹噪声。
本发明第24方面的面发光激光器的特征在于在本发明第20方面的面发光激光器中，用不同的注入电流驱动上述各电极部分形成的各半导体激光器部分。
由此，在与各半导体激光器对应的有源层中，可实现与光强度分布对应的载流子注入密度，既可抑制“烧孔”，又可谋求面发光激光器的高输出。
本发明第25方面的面发光激光器的特征在于在本发明第20方面的面发光激光器中，在上述半导体衬底的表面上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，上述半导体衬底是将其背面的一部分刻蚀到上述有源层的表面附近以形成凹部的衬底。
由此，可减少半导体衬底内的激光的吸收，可谋求高输出。
按照本发明，在面发光激光器中，通过使对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布，可避免因有源层的与电极周边部对应的区域中的电流密度的增大导致“烧孔”的发生，可大幅度地增加高输出时的横模稳定性以谋求高输出特性的提高。
其结果，可得到能用稳定的横模进行激光器振荡、而且能高效地进行对有源层的电流注入的高输出的面发光激光器以及将这样的高输出的面发光激光器用作光源的激光投射装置。


图1是说明本发明的实施形态1的面发光激光器的图，示出了其剖面结构(图(a))、下部电极的形状(图(b))和有源层的发光区域中的光强度分布(图(c))。
图2是示出上述实施形态1的面发光激光器中的下部电极形状的另一例(图(a)、图(b))的图。
图3是示出上述实施形态1的面发光激光器中的下部电极形状的另一例(图(a)、图(b))的图。
图4是说明本发明的实施形态1的面发光激光器的图，示出了其剖面结构(图(a))、下部电极的形状(图(b))和有源层的发光区域中的光强度分布(图(c))。
图5是说明上述实施形态2的面发光激光器的应用例的平面图(图(a))和剖面图(图(b))。
图6是说明本发明的实施形态3的激光投射装置的图。
图7是说明本发明的实施形态4的面发光激光器的图。
图8是说明本发明的实施形态5的激光器模块的一例的侧面图(图(a))和平面图(图(b))。
图9是说明与本发明的实施形态5有关的面发光激光器的变形例的侧面图(图(a))和平面图(图(b))。
图10是说明本发明的实施形态6的半导体激光器装置的图。
图11是说明上述实施形态6的半导体激光器装置的变形例的图。
图12是示出本发明的实施形态7的激光投射装置中所必要的波长和输出的关系的图。
图13是说明上述实施形态7的激光投射装置的输出波长的图，示出了蓝色光源波长与必要的输出之间的关系。
图14是示出现有的面发光激光器的一例的图。
符号的说明1、10、21外部镜2、2a、22半导体衬底3、23有源层4、24DBR层5、25上部电极6、6a、6b、26、60、600下部电极7a、7b、7c、7d微细孔8激光9、29凹部11绝缘膜
11a、11b、11c、12a、12b孔26a、60a内侧电极部26b、60b外侧电极部61电阻分离部62绝缘分离层62a分离层100a、100b、100d、200面发光激光器101、106红色面发光激光器101a、102a、103a、104a、105a、106a、107a引线端子102、104、105绿色面发光激光器103、107蓝色面发光激光器110半导体层叠层体120、160、160a半导体激光器装置130、170激光投影装置132透镜133空间调制器134投影透镜135、173屏幕150、150a激光器模块151基体构件161、161a波长变换元件172投影光学系统具体实施方式
以下参照附图详细地说明与本发明有关的实施形态。
(实施形态1)图1是说明本发明的实施形态1的面发光激光器的图，图1(a)示出了其剖面结构、图1(b)示出了下部电极的形状、图1(c)示出了有源层的发光区域中的光强度分布。再有，在图1中，与图14中相同的符号表示与现有的面发光激光器中该符号所表示的部分相同的部分。
该实施形态1的面发光激光器100a具有在半导体衬底2a的表面上叠层有源层3和反射层4而构成的半导体层叠层体110；在该反射层4的预定区域上形成的下部电极6；以及在上述半导体衬底2a的背面一侧形成的平面环形的上部电极5。
在此，上述半导体衬底由以GaN为主要成分的氮化合物构成，上述有源层3由以GaN为主体的氮化物半导体构成。上述反射层4是在上述有源层3上交替地叠层折射率不同的材料4a和4b而构成的分散型布拉格反射层(以下称为DBR层)。
而且，在该实施形态1的面发光激光器100a中，上述下部电极6具有从正八角形切去以其各边为底边的等边三角形区域后所得到的星型形状。因而，该下部电极6与DBR层4接触的部分的面密度在该下部电极6的中心部分中变大，在该下部电极6的周边部分中变小。在此，将该下部电极6配置成其中心与上述环形的上部电极5的中心一致，其最大宽度比上述环形的上部电极5的内径大，比其外径小。刻蚀半导体衬底2a的在上部电极5的内侧露出的部分直至有源层3的表面附近，使该部分比其它的部分薄。
此外，该实施形态1的面发光激光器100a具有在上述环形的上部电极5的上方配置的外部镜1，利用该外部镜1和DBR层4构成了放大在有源层3中产生的光以便产生激光器振荡的谐振腔。在此，外部镜1的衬底一侧的表面成为凹面形状。
其次，说明其作用和效果。
首先，简单地说明本实施形态1的面发光激光器100a的激光器振荡动作。
在该面发光激光器100a中，如果在上部电极5与下部电极6之间施加激光器驱动电压，则在有源层3内注入电流。如果该注入电流的大小比一定值即激光器振荡阈值大，则在谐振腔内产生激光器振荡，经外部镜1将激光8射出到外部。此时，激光8成为面发光，激光的射出方向成为与半导体衬底2a的表面垂直的方向。
其次，与现有的面发光激光器的特性比较来说明本实施形态1的面发光激光器的特性。
在现有的面发光激光器中，下部电极成为在DBR层4上形成圆形的导电体层而构成的电极结构。因此，如果为了得到高的功率而增大注入电流，则在电极周边部的电流密度增大，由于“烧孔”的发生，增益下降或横模成为不稳定的状态，注入电流的增大成为输出下降或不稳定动作的原因。另一方面，在电极的中心部附近，发生因光的功率密度的增大导致的注入载流子不足。这样，在现有的面发光激光器中，在高输出时产生横模的多模化或模式的不稳定，难以实现稳定的横模。
与此不同，在本实施形态1的面发光激光器100a中，通过将下部电极6的形状作成图1(b)中示出的星型形状，能使注入到有源层3中的载流子的密度分布接近于有源层内的光的强度分布。
即，有源层3中的光的强度分布，如图1(c)中所示，光强度Lp在发光中心最高，随着行进到周边而下降，光强度分布接近于高斯分布。因而，通过将下部电极6的平面形状作成图1(b)中示出的星型形状，该下部电极6与DBR层4接触的部分的面密度从该下部电极的中心到周边部而减少。换言之，从下部电极6注入到有源层3中的电流(载流子)的密度，如图1(c)中所示，在下部电极6的中心部分为最大，随着行进到周边部分而减少。其结果，注入到有源层3内的电流的密度分布成为与有源层3内的光的强度分布对应的分布，可实现大幅度地提高了高输出时的横模稳定性的、具有优良的高输出特性的面发光激光器。
此外，作为将电极分割为多个部分的结构，曾经提出了可调整注入载流子密度的分布的面发光激光器。但是，如果分割面发光激光器的电极，则由于位于分割电极的部分的电阻分离层的缘故，在对有源层注入的电流中产生损耗，存在效率下降这样的问题。此外，在这样分割的多个电极中，由于只能离散地使注入载流子密度分布变化，故注入载流子的密度分布与光强度分布的匹配是不充分的。再者，由于对所分割的多个电极施加激光器驱动电压以便从各个电极用不同的电流密度对有源层注入电流，故存在激光器的驱动电路变得复杂等的问题。
与此不同，在本实施形态1的面发光激光器100a中，通过将下部电极6的平面形状作成星型形状，使得该下部电极6与DBR层4接触的部分的面密度在该下部电极6的中心部分大，在该下部电极6的周边部分小，故可使注入载流子密度分布连续地变化，再者，由于不需要现有的面发光激光器中的分离电极的电阻分离层，故注入电流损耗小，可进行高效的激光器振荡。
这样，在本实施形态1中，具有在半导体衬底2a上形成的有源层3以及对上述有源层3注入载流子的一对上部电极5和下部电极6，由于将该下部电极6的平面形状作成星型形状，以便在该下部电极6的中心部分中用高的电流密度进行从该下部电极6对上述有源层3的电流的注入，在该下部电极6的周边部分中用低的电流密度进行从该下部电极6对上述有源层3的电流的注入，故使对面发光激光器的有源层3注入的载流子的密度分布成为与有源层3内的光的功率分布对应的分布。由此，可避免因有源层的与电极周边部对应的区域中的电流密度的增大导致的“烧孔”的发生，可实现大幅度地增加高输出时的横模稳定性的具有优良的高输出特性的面发光激光器。
此外，在本实施形态1中，由于将半导体衬底2a的与下部电极6对置的区域刻蚀到有源层3的表面附近而使其变薄，故可减少半导体衬底2a吸收在有源层3的与下部电极6对置的部分中产生的激光的情况，可从半导体衬底2a的背面一侧高效地取出激光。
此外，在这样从半导体衬底2a的背面一侧取出激光的结构中，可在有源层3上的DBR层4的表面上的接近于有源层的位置上形成热传导高的金属电极层。再者，通过将面发光激光器作成在热沉上配置上述那样的金属电极层并使其密接的结构，可高效地使有源层3中产生的热高效地散逸到外部，其结果，可抑制有源层3中温度上升，可实现面发光激光器的进一步的高输出。
此外，在本实施形态1中，由于利用在半导体衬底2a上形成的DBR层4和从半导体衬底2a分离地配置的外部镜1构成了面发光激光器100a的谐振腔，故可充分地确保谐振腔长度。由此，可增加谐振腔的横模的稳定性，可增加下部电极6附近的有源层3中的光强度分布。
例如，有源层内的光强度分布的范围与谐振腔长度大致呈比例关系，通过使用外部镜1，可使谐振腔长度增加大于等于10倍，由此，可增加有效的有源层面积。其结果，在面发光激光器中，可飞跃地提高与有效的有源层面积成比例地增加的高输出特性。
此外，在使用外部镜构成谐振腔的有效有源层面积宽的面发光激光器中，有源层3中的光强度分布与注入载流子分布的匹配性的问题变得显著，但在本实施形态1中，由于将面发光激光器的下部电极6的平面形状作成星型形状，故消除了外部镜型的面发光激光器中的载流子密度分布与光强度分布的不匹配问题，大幅度地改善了面发光激光器的高输出特性。
此外，在本实施形态1的面发光激光器中，尽管是利用过饱和吸收的自激振荡状态、即对半导体激光器的施加电流是直流电流，也可使振荡波长根据以脉冲状发射激光的振荡状态而变动作为输出，可减少斑纹噪声。
即，在本实施形态1的面发光激光器中，由于将下部电极6的平面形状作成在该下部电极6的中心部分中用高的电流密度进行从该下部电极6对上述有源层3的电流的注入、在该下部电极6的周边部分中用低的电流密度进行上述的电流注入那样的形状，故通过在减小了注入电流密度的与下部电极6的周边部分对应的部分中设置过饱和吸收体，在高输出面发光激光器中，按照利用过饱和吸收的自激振荡可减少斑纹噪声。
再有，在本实施形态1中，将下部电极6的平面形状作成星型形状，使得该下部电极6与DBR层4接触的部分的面密度从该下部电极6的中心部分到其周边部分连续地变化，但下部电极6的结构不限定于这样的平面星型形状。
例如，也可在下部电极6中形成多个微细孔，使得该下部电极6与DBR层4接触的部分的面密度在该下部电极6的中心部和其周边部中不同。
图2是说明形成了这样的微细孔的下部电极的结构的例子的图。
图2(a)中示出的下部电极6a在构成该电极的单一的电极层上形成了多个微细孔。在该下部电极6a中，在其中心部上形成的微细孔7a的直径比在周边部上形成的微细孔7c的直径小。此外，在下部电极6的中心部和周边部之间的中间部上形成的微细孔7b的直径比在中心部上形成的微细孔7a的直径大，比在周边部上形成的微细孔7c的直径小。
这样形成多个微细孔的下部电极6a与上述实施形态1的下部电极6同样，该下部电极6a与DBR层4接触的部分的面密度越接近于其中心部越大，由此，可使对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布。
此外，图2(b)中示出的下部电极6b与图2(a)中示出的下部电极6a同样，在构成该电极的单一的电极层上形成了多个微细孔。在该下部电极6b中，越靠近其周边部，微细孔7d的配置密度越大。
这样形成多个微细孔的下部电极6b与上述实施形态1的下部电极6同样，该下部电极6b与DBR层4接触的部分的面密度越接近于其中心部越大，由此，可使对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布。
对于该图2(a)中示出的下部电极6a或图2(b)中示出的下部电极6b来说，利用使用了掩模的选择性刻蚀处理可简单地形成构成下部电极的金属层等。
此外，通过在其可配置区域的整个面上形成具有多个这样的微细孔的下部电极，可提高对热沉的散热效果。
此外，在本实施形态1中，示出了利用下部电极的平面形状来调整对有源层注入的电流的密度分布使其与有源层内的光强度分布匹配，但例如也可通过在现有的面发光激光器中的下部电极600与DBR层4之间部分地配置电流中止层来调整对有源层注入的电流的密度分布。
图3是说明这样的电流中止层的具体的例子的图。
图3(a)中示出的电流中止层由在下部电极600与DBR层4之间形成的、形成有多个孔的绝缘层11构成。
在该绝缘层11中，在与下部电极600的中心部对应的部分上形成大口径的孔11a，沿该大口径的孔11a的周围形成多个口径小的中口径的孔11b，再者，在该中口径的孔11b的外侧形成多个口径更小的小口径的孔11c。
通过在下部电极600与DBR层4之间配置这样形成多个孔的绝缘膜11，与上述实施形态1同样，该下部电极600与DBR层4接触部分的面密度越接近于其中心部越大，由此，可使对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布。
图3(b)中示出的电流中止层由在下部电极600与DBR层4之间形成的、形成有多个孔的绝缘层12构成。
在该绝缘层12中，在与上述下部电极的中心部对应的部分上形成大口径的孔12a，在该大口径的孔12a的外侧形成口径小的多个小口径的孔12b，使其离下部电极600的中心越远，该孔12b的密度越小。
通过在下部电极600与DBR层4之间配置这样形成多个孔的绝缘膜12，与上述实施形态1同样，该下部电极600与DBR层4接触部分的面密度越接近于其中心部越大，由此，可使对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布。
此外，如图3(a)和图3(b)中所示，在下部电极与DBR层之间配置电流中止层而构成的电极结构中，由于下部电极的形成简单而且可将下部电极的面积取得较大，故下部电极经焊锡接合到外部的热沉上的接触面积也变大。因而，图3(a)或图3(b)中示出的使用了电流中止层的电极结构在散热效果方面优良，在高输出方面性能优良。
再者，图3(a)或图3(b)中示出的电极结构中，也可代替上述电流中止层而使用具有电阻值面内分布的电阻层。
在该情况下，电极结构中的电阻层的电阻分布定为离下部电极的中心越远电阻值越小。由此，可使对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布。
再者，连接上述下部电极与DBR层的电极结构不限于具有上述电流中止层或电阻层的结构，也可使下部电极本身具有电阻值的面内分布。在该情况下，上述下部电极的电阻分布定为离其中心越远电阻值越小。由此，可使对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布。
此外，在本实施形态1中，构成面发光激光器的半导体衬底定为由用以GaN为主要成分的氮化合物构成的半导体构成，但面发光激光器的半导体衬底例如也可以是SiC衬底等在其上可外延生长III-V族氮化物类半导体材料的衬底。
此外，本发明的面发光激光器不限于由上述III-V族氮化物类半导体材料构成的面发光激光器。例如，面发光激光器的构成材料可以是AlGaAs类或AlGaInP类半导体材料或者ZnSe半导体材料，在使用了这样的半导体材料的情况下，也可实现用稳定的基本横模进行激光器振荡的高输出面发光激光器。特别是，如果在衬底面方位从(100)向
或
方向上倾斜的GaAs衬底上形成AlGaInP类半导体材料，则因为不引起因晶体的有序化导致的能带间隙变动，故通过使用AlGaInP类半导体材料，可实现能进行稳定的高输出动作的面发光激光器。
此外，在本实施形态1中，从其背面一侧起将半导体衬底2a的与下部电极6对置的区域刻蚀到衬底表面一侧的有源层3的附近以形成凹部9，在衬底的背面上形成环形的上部电极5，使其包围该凹部9，但上述上部电极5不限于在衬底的背面一侧形成的环形，例如也可以是在凹部9的底面上形成的透明电极。如果使用这样的透明电极，则由于靠近有源层和上部电极，故可更有效地减少对有源层内的注入电流的损耗。
此外，在本实施形态1中，从其背面一侧起将半导体衬底2a的与下部电极6对置的区域刻蚀到衬底表面一侧的有源层3的附近以形成凹部9，但在使用导电性高、对激光透明的材料作为上述面发光激光器的半导体衬底的材料的情况下，没有必要形成上述凹部9。
此外，在本实施形态1中，作为面发光激光器，示出了利用作为在半导体衬底2a上叠层的多个半导体层之一的DBR层4和从半导体衬底2a分离地配置的外部镜1构成了谐振腔的面发光激光器，但面发光激光器也可以是利用在半导体衬底上叠层的半导体层构成谐振腔的通常的薄膜面发光激光器，即使在该薄膜面发光激光器中，与上述实施形态1同样，通过将下部电极6的平面形状作成在该下部电极6的中心部分中用高的电流密度进行从该下部电极6对上述有源层3的电流的注入、在其周边部分中用低的电流密度进行上述的电流的注入那样的形状，可飞跃地提高高输出特性。
此外，在本实施形态1中，面发光激光器是具有1个面发光部分的1个激光器元件，但作为1个激光器元件的面发光激光器也可以是具有多个面发光部分的多光束型的面发光激光器。在该情况下，通过使对面发光激光器的各面发光部分中的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布，可缓和各面发光部分中增益的饱和，可实现进行激光的面发光的更大输出的半导体激光器。
(实施形态2)图4是说明本发明的实施形态2的面发光激光器的图，图4(a)示出了其剖面结构、图4(b)示出了下部电极的形状、图4(c)示出了有源层的发光区域中的光强度分布。再有，在图4中，与图1中相同的符号表示与实施形态1的面发光激光器中该符号所表示的部分相同的部分。
该实施形态2的面发光激光器100b具备2分割的下部电极60来代替上述实施形态1的面发光激光器100a中的星型形状的下部电极6。此外，在该面发光激光器100b中，在半导体衬底2a的背面一侧形成的凹部9的表面上施加了无反射涂层，以便减少谐振腔内的光的损耗。
在此，上述下部电极60，如图4(b)中所示，由位于其中心部的圆形的内侧电极部60a和配置成包围该内侧电极部60a的环形的外侧电极部60b构成。该2分割的下部电极60的上述外侧电极部60b与内侧电极部60a之间的部分成为电阻值高的电阻分离部61。通过这样对下部电极60进行2分割，可将注入到有源层3内的电流的密度分布调整为与有源层3内的光的强度分布相一致。
即，有源层3中的光的强度分布，如图4(c)中所示，光强度Cd2接近于在发光区域的中心部即有源层3的与下部电极对置的区域的中心部最高、离开中心越远则越低这样的高斯分布。因而，在该实施形态2的面发光激光器100b中，使对内侧电极部60a施加的激光器驱动电压比对外侧电极部60b施加的激光器驱动电压高，以使对有源层3注入的电流的密度分布与光强度分布相对应。此外，在该实施形态2的面发光激光器100b中，对外侧电极部60b施加的激光器驱动电压定为在直流分量上叠加了高频分量，以便缓和所产生的激光的相干性。
其次说明其作用和效果。
与实施形态1的面发光激光器100a同样地进行本实施形态2的面发光激光器100b的基本的激光器振荡动作。
而且，在该实施形态2中，由于对2分割的下部电极60的外侧电极部60b施加叠加了高频分量的激光器驱动电压，故在有源层3的与外侧电极部60b对置的部分中载流子密度发生变动。因此，谐振腔整体的激光器振荡状态发生变动，缓和了时间的相干性。
其次，与现有的面发光激光器的特性比较来说明本实施形态2的面发光激光器的特性。
在现有的面发光激光器中，如上所述，由于下部电极为单一的电极结构，故在高输出时产生横模的多模化或模式的不稳定，难以实现稳定的横模。
与此不同，在本实施形态2的面发光激光器100b中，通过如图4(b)中所示将下部电极60作成2分割的结构，可使对有源层注入的载流子的密度分布接近于有源层内的光的强度分布，由此，可大幅度地提高高输出时的横模稳定性，可实现具有优良的高输出特性的面发光激光器。
此外，在本实施形态2中，由于利用在半导体衬底2a上形成的DBR层4和与半导体衬底2a分离地配置的外部镜1构成了面发光激光器100b的谐振腔，故与实施形态1同样可充分地确保谐振腔长度。由此，可增加谐振腔的横模的稳定性，可增加下部电极60附近的有源层3中的光强度分布。
此外，在使用外部镜构成谐振腔的有效有源层面积宽的面发光激光器中，有源层3中的光强度分布与注入载流子分布的匹配性的问题变得显著，但在本实施形态2中，由于将面发光激光器的下部电极作成2分割结构，故消除了外部镜型的面发光激光器中的载流子密度分布与光强度分布的不匹配问题，大幅度地改善了面发光激光器的高输出特性。
再者，即使在将下部电极分割为多个部分的面发光激光器中，在有效有源层面积小的面发光激光器中，难以形成注入载流子密度分布，在已分离的电极间的电阻分离层的部分中注入电流损耗也成为问题，但在本实施形态2中，如上所述，通过使用外部镜1，使有源层面积充分大，因此，由于几乎可忽略因电阻分离层产生的注入电流损耗的问题，故下部电极的2分割结构成为有效的结构。
此外，在本实施形态2中，通过改变对已分割的各个电极部注入的电流的特性，大幅度地改善了特性。特别是，在现有的面发光激光器中，在以大于等于100mW的大输出使用的情况下，难以进行稳定地驱动、调制激光或在激光器驱动电流上叠加高频分量，但在本实施形态2的面发光激光器中也解决了这些问题。
在此，说明防止本实施形态2的面发光激光器中的因返回光导致的噪声产生的机理。
所谓返回光噪声，是因半导体激光器射出的光返回到有源层而使噪声大幅度地增大的现象。为了防止这一点，通常采用减少光的相干性的方法。作为该方法之一，有在驱动电流上叠加约几百MHz左右的RF信号的方法。但是，在现有的高输出半导体激光器中，由于驱动电流增大，故存在必要的RF功率大幅度地增大这样的问题。而且，对于这样的RF功率增大来说，根据功耗的增大、进而是散热措施或发射措施等的必要性，系统整体的成本就大幅度地增大了。
本实施形态2的面发光激光器100b解决了这样的高输出激光器中的高频叠加的问题。
即，通过高频叠加使半导体激光器的载流子密度的状态变化，使光的振荡状态随时间而变化，使时间的相干性下降。因而，注入到有源层中的载流子密度的变化率的大小是重要的。
在现有的单一电极结构的面发光激光器中，由于所注入的电流分散在电极整体中，故为了使注入载流子密度较大地变化，对于注入的电流来说，必须将以高频变化的电流的比例取得较大，在激光器驱动电流上叠加的高频分量的RF振幅变大了。
与此不同，在本实施形态2的面发光激光器100b中，将下部电极60分割为多个电极部，只对一部分的电极部进行RF叠加。在这样的结构的面发光激光器100b中，由于将下部电极分割为多个部分，故各电极部的注入电流与下部电极整体的注入电流相比大幅度地下降了。即，可使利用下部电极的分割得到的多个电极部的一部分叠加RF信号的情况下的RF振幅减少为单一的下部电极叠加RF信号的情况下的RF振幅的几分之一，由此，可大幅度地减少高频叠加的功率。此外，即使在对一部分的电极部叠加RF信号的情况下，由于可充分地得到该电极部的注入载流子的密度的变动，故谐振腔整体的振荡状态变化，可降低时间的相干性。
再者，在本实施形态2的面发光激光器100b中，如图4(c)的光的强度分布图中所示，在得到高输出的情况下，必须对位于发光区域的中心附近的电极部60a供给大的电流，但在离开发光区域的中心的周边部的电极部60b中，只需要与光的功率密度对应的小的电流。因此，通过在对位于发光区域的周边部附近的电极部供给的激光器驱动电流上叠加RF信号，可用低的RF功率高效地使相干性下降，其结果，可实现系统的小型化、低成本化、低功耗化。
此外，本实施形态2的分割电极的结构对GaN激光器特别有效，以下简单地说明。
对于以GaN衬底为基体的半导体激光器来说，如果缓和振动进行大的高频叠加，则发生尖峰噪声。这是若用高频信号调制对半导体激光器注入的电流则输出光波形因缓和振动而以尖峰状变化从而发生调制度的几倍高的脉冲输出的现象。在使用了GaN激光器的光盘系统中，为了防止在光盘的重放时激光器的噪声因返回光而增大，在激光器驱动电流上叠加高频信号。但是，在GaN激光器中，即使在重放时的平均功率低的状态下，由于发生尖塔值高的尖峰状的输出，故因该输出的缘故，发生在重放时记录了的数据恶化的重放光恶化的问题。
与此不同，在将电极分割为多个部分并对一部分的电极部叠加高频信号的结构中，在减少了激光器的返回光噪声的状态下，可知能大幅度地将尖峰状输出的尖塔值减少为小于等于原值的一半。
因而，本实施形态2的将下部电极分割为多个部分的面发光激光器100b应用于光盘装置等是较为理想的。
此外，即使是GaN类激光器以外的激光器、例如使用AlGaAs类半导体材料或AlGaInP类半导体材料的半导体激光器，作为分割电极的结构，也可对激光器驱动电流高效地叠加高频信号。
再者，本实施形态2的将下部电极分割为多个部分的结构在调制面发光激光器的输出的情况下，也起到有效的作用。
现在，在调制半导体激光器的输出的情况下，调制激光器的驱动电流整体。但是，如果使半导体激光器的驱动电流整体变化，则半导体激光器的温度根据功耗的增大而变化，发生振荡波长变动的啁啾现象。例如，在对光盘等的媒体进行记录的情况下，一边调制光源光一边进行记录，此时，如果光源光的波长因啁啾而变动，则因色像差的影响，聚光点的大小发生变化。该现象在光学系统的分散特性变得显著的短波长区域中特别显著。
本实施形态2的面发光激光器100b在抑制这样的啁啾现象方面是有效的，作为将下部电极分割为2个电极部的结构，通过调制对一个电极部注入的电流，伴随注入电流的调制，激光器整体中的注入电流的变动变小，可将啁啾抑制得较小。
这样，在本实施形态2中，作成将下部电极60分割为内侧电极部60a和外侧电极部60b这2个电极部的结构，由于对离发光区域的中心远的外侧电极部施加叠加高频信号的激光器驱动电压，故可使对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的强度分布对应的分布。
具体地说，与现有的具有单一结构的电极的面发光激光器相比，即使是相同的注入电流值，也可对发光中心部分注入更多的载流子，同时可缓和从离发光中心远的电极部对有源层注入的载流子密度极端地变高的现象。其结果，根据斜坡(slope)效率的提高，可谋求注入的载流子密度的减少和光输出的饱和水平的提高。
再者，本实施形态2的面发光激光器中的因分割为多个部分的电极结构产生的高光输出的效果在阈值载流子密度高、微分增益高的氮化镓类的面发光激光器中特别有效。
再有，在本实施形态2中，将下部电极60作成2分割结构，但也可作成更细地分割下部电极的结构。此时，在激光的发光中心的周围实质上均匀地配置已分割的多个电极部分。由此，可简单地使光强度分布不同的有源层内的载流子密度均匀化，此外，在高输出时可实现更稳定的单一横模动作。
此外，本实施形态2的面发光激光器不限于由上述的III-V族氮化物类半导体材料构成。例如，实施形态2的面发光激光器的构成材料可以是AlGaAs类或AlGaInP类半导体材料或者ZnSe类半导体材料，在使用这样的半导体材料的情况下，利用将下部电极分割为多个部分的结构，也可实现以稳定的基本横模进行激光器振荡的高输出半导体激光器。
此外，在上述实施形态1或实施形态2中，说明了在半导体衬底上形成的单一的面发光激光器，但也可在1个半导体衬底上形成多个实施形态1的面发光激光器100a或实施形态2的面发光激光器100b。
图5是示出在1个半导体衬底上形成多个面发光激光器的半导体激光器装置的具体例的图，图5(a)示出下部电极的形状，图5(b)示出Vb-Vb剖面图。
该半导体激光器装置120，如图5(a)中所示，在1个半导体衬底22上形成多个与实施形态2的面发光激光器相同的面发光激光器120b而构成。
具体地说，如图5(b)中所示，在上述半导体衬底22的表面上叠层了有源层23和DBR层24。而且，在半导体衬底22的表面一侧形成从DBR层24的背面一侧到达衬底内部的分离槽62a，在该分离槽内埋入绝缘材料，成为电阻分离区62。在纵方向上和横方向上形成多个该分离槽62a，在被分离槽62a包围的区域上，与实施形态2的下部电极同样，配置2分割的下部电极26。
此外，在半导体衬底22的另一个表面上形成环形的上部电极25，使其与该下部电极26对置，在该衬底22的内侧部分上形成用刻蚀得到的凹部29。再者，在该上部电极25的上方配置外部镜21。
通过这样在一个衬底内形成多个面发光激光器120b并用电阻分离区62分离该邻接的面发光激光器120b之间，可谋求高输出，利用电阻分离区62可避免邻接的面发光激光器120b之间的相互影响。
(实施形态3)图6是说明本发明的实施形态3的激光投射装置的概略结构图。
该实施形态3的激光投射装置130具有激光器光源131；使从激光器光源131射出的激光平行化的透镜132；在空间上调制已平行化的激光的空间调制器133；以及将已调制的激光投射到屏幕135上的投影透镜134。而且，在本实施形态3的激光投射装置130中，使用与实施形态2的面发光激光器100b相同的面发光激光器作为激光器光源。此外，在作为该实施形态3的激光器光源的面发光激光器中，调制从下部电极的分割了的多个电极部的一部分电极部注入到有源层的电流，进而，在注入到上述多个电极部的一部分中的电流上叠加RF信号。特别是，在该实施形态的面发光激光器中，对内侧电极部和外侧电极部叠加不同频率的高频信号。
其次，说明其作用和效果。
以下，首先叙述应用于作为这样的激光投射装置的一种的激光显示器中的半导体激光器的结构。
激光显示器是使用RGB激光的显示装置，作为激光输出必须有几百mW至大于等于几W的大输出。
因此，考虑将上述实施形态1、2的面发光激光器应用于作为上述实施形态3的激光投射装置的一种的激光显示器的情况。
上述实施形态1、2的面发光激光器具有以下示出的特长。
第1特长是容易进行高输出，可进行稳定的单一横模振荡。
此外，第2特长是，光束形状接近于理想的圆形，因此，不需要整形光学系统，用单纯的光学系统可实现激光显示器用的聚光光束。特别是，上述实施形态2的面发光激光器100b可进行高输出的光调制。
将具有这样的输出特性的面发光激光器应用于激光显示器是非常有效的，但为了用作激光显示器用的光源，除了上述的输出特性外，还要求以下的特性。
首先，要求波长的稳定性。特别是，在红色激光器中，由于视觉灵敏度的波长变化大，故必须将波长变化抑制为小于等于±1nm。
此外，为了减少斑纹噪声，相干性的降低是重要的，必须将波长谱宽度扩大为几nm。
在本实施形态3中解决了上述2个课题，即抑制波长变化和扩大波长谱宽度，以下一边比较现有的情况，一边进行说明。
首先，叙述波长的稳定化。
在利用激光投射影像的情况下，必须与灰度相一致地调制激光输出强度。此时成为问题的，与输出强度一起，是模式的稳定性和波长变化。即，在激光显示器中，必须将激光从大于等于100mW调制到小于等于几mW的值，此时，激光器波长与输出强度一起变化。因而，在现有的高输出半导体激光器中，因为在高输出时和低输出时驱动电流的差别较大，故发生了因激光器的温度差而使振荡波长的差别较大的啁啾。
与此不同，作为本实施形态3的激光投射装置130的激光器光源的面发光激光器，如图4中所示，将下部电极分割为多个电极部，通过调制从一部分的电极部注入到有源层的电流，可减少注入电流的变化，可进行波长变动少且稳定的调制。此外，在该面发光激光器中，利用横模的稳定，可谋求灰度的增大。
其次，叙述用于减少斑纹噪声的波长谱宽度的扩大。
作为激光显示器光源，由于必须有高输出特性，故必须在将平均输出保持为大于等于100mW的状态下进行高频叠加。
因而，在现有的半导体激光器中，必须在注入几百mA的电流的状态下进行高频叠加，必须有施加具有几百mA电流振幅的高频信号的高功率的高频电路。但是，由于必须有非常大的功耗，故减少功耗和减少外部发射成为问题。
与此不同，在作为本实施形态3的激光器光源的面发光激光器中，通过在对已分割的多个电极部的一部分中注入的电流上叠加RF信号，可减少RF电流，同时，在有源层离开发光区域中心的部分中，可减少电流密度，由此可减少注入电流。其结果，可大幅度地减少依存于注入电流所叠加的RF信号的振幅，可实现系统的简易化、小型化、低功耗化。
其次，对进一步减少相干性来防止斑纹噪声进行说明。
由于相干性的下降与谱宽度的扩大成比例，故如果较大地扩展谱宽度，则可进一步减少斑纹噪声。为了实现这一点，增加在半导体激光器的驱动电流上叠加的高频电流的功率是有效的，但因该叠加的高频电流的功率增加所导致的谱宽度的扩大在波长中限于约几nm。
因此，在作为本实施形态3的激光器光源的面发光激光器中，对分割的内侧电极部和外侧电极部施加不同频率的高频信号，以便进一步扩大谱宽度。
例如，如果对内侧电极部和外侧电极部的一方施加500MHz的高频信号，对另一方施加400MHz的高频信号，则因来自各电极部的注入电流导致的振荡状态的相对紊乱变大，谱宽度的扩展变大。此时，虽然谱宽度的增加有频率依存性，但与对一个电极施加高频信号的情况相比，可使谱宽度的增加量提高到1.2～1.5倍。
本实施形态3的激光投射装置130中使用的实施形态2的面发光激光器的分割电极结构在大于等于100mW的高输出光的相干性减少方面特别有效。
此外，在本实施形态3的激光投射装置中使用的面发光激光器中，根据利用过饱和吸收的自激振荡使振荡波长变动，可减少斑纹噪声。再有，与半导体激光器中流过直流电流无关，自激振荡是以脉冲状发射激光的振荡状态。
即，由于自激振荡利用过饱和吸收，故难以适用于高输出半导体激光器，但由于本实施形态3的激光投射装置中使用的面发光激光器成为将下部电极2分割为内侧电极部和外侧电极部的结构，故通过在有源层中的与下部电极的周边对应的部分中设置过饱和吸收体来减小注入电流密度，在高输出面发光激光器中根据利用过饱和吸收的自激振荡可减少斑纹噪声。
这样，在本实施形态3中，作为激光投射装置的激光器光源，与实施形态2同样，由于使用将下部电极2分割为内侧电极部和外侧电极部的结构的面发光激光器，故可使注入到有源层的电流的密度与有源层内的光强度分布匹配，而且，由于在有源层离开发光区域中心的部分中可减少电流密度，故可减少注入电流。
此外，在本实施形态3中，通过在从已分割的多个电极部的一部分对有源层注入的电流上叠加RF信号，可减少RF电流。
其结果，可实现激光投射装置的简易化、小型化、低功耗化。
(实施形态4)图7是说明本发明的实施形态4的面发光激光器的图，示出面发光激光器的剖面结构。再有，在图7中，与图1中相同的符号表示与实施形态1的面发光激光器中该符号所表示的相同的部分。
该实施形态4的面发光激光器100d具备将其两面作成凹面形状的外部镜10来代替上述实施形态1的面发光激光器100a中的外部镜1。
其次说明其作用和效果。
面发光激光器的射出光的扩展角小，与光纤等的光学系统的结合是容易的。但是，在使用外部透镜等的大规模(bulk)光学系统的小型化中，面发光激光器的射出光的扩展角小这样的特性是不理想的。这是因为，在利用透镜系统对来自面发光激光器的射出光进行准直或聚光的情况下，为了使光扩展到透镜的有效直径所必要的距离变长了。
与此不同，本实施形态4的面发光激光器100d，如图7中所示，将外部镜10的两面作成凹面形状，增加了射出光8的扩展角。因而，对于该实施形态4的面发光激光器100d来说，其射出光扩展到透镜的有效直径所必要的距离短，在大规模光学系统的小型化中是有效的。
(实施形态5)图8是示出本发明的实施形态5的激光器模块的一例的图，图8(a)是侧面图，图8(b)是平面图。
该实施形态5的激光器模块150作为以应用于激光显示器为目的的小型的RGB光源是有用的。
该激光器模块150通过在封装体中安装面发光激光器而构成，在封装体的基体构件151上安装了3个面发光激光器101～103。该基体构件151的背面成为散热面，此外，在该基体构件151的背面一侧取出了面发光激光器101、102、103的引线端子101a、102a、103a。
在此，各面发光激光器101～103具有与在实施形态1至4的任一形态中已说明的面发光激光器相同的结构，面发光激光器101是红色面发光激光器，面发光激光器102是绿色面发光激光器，面发光激光器103是蓝色面发光激光器。而且，在以封装体的中心为中心的1个圆周上以等间隔配置了上述基体构件151上的这3个面发光激光器。
其次说明其作用和效果。
为了实现小型的激光显示器，必须实现光源的小型化。为了实现这一点，将在上述实施形态1至4中已说明的面发光激光器用作光源是有效的。
由于在上述实施形态1至4中举出的面发光激光器具有外部镜，故可实现其高输出。此外，由于这些面发光激光器具有位于下部电极附近的有源层，故在散热特性方面优良，在产生高输出方面是有利的。此外，由于面发光激光器的在衬底一侧端面的光的功率密度低，故具有没有端面恶化、在可靠性方面优良等的特征。特别是，上述实施形态2的面发光激光器利用电极分割结构能使高输出特性飞跃地提高，故可得到优良的性能。
再者，面发光激光器在实现模块化的多波长集成化光源方面是有效的。具体地说，由于面发光激光器能进行底面散热、即来自与激光的射出面相反一侧的面的散热，故如图8中所示，在单一封装体中安装不同的面发光激光器的情况下，封装体结构非常单纯，可谋求低成本化。此外，在作为激光器模块的多波长集成化光源中，可从封装体背面进行散热，可从封装体前面取出激光器输出。
这样，在本实施形态5中，由于在封装体内安装具有与在上述任一实施形态中举出的面发光激光器相同结构的红色、绿色和蓝色这3个面发光激光器101、102、103而构成激光器模块，故可得到小型的集成光源，其结果，可实现超小型的激光投射装置。
再有，在上述实施形态5中，示出了输出3波长激光的多波长光源作为在封装体中安装面发光激光器构成的激光器模块，但多波长光源可具备2个波长，也可具备大于等于4个波长。
此外，构成上述激光器模块的面发光激光器的个数或封装体内的面发光激光器的配置不限于上述实施形态5的情况。
图9是示出变更了上述实施形态5的激光器模块中的面发光激光器的个数或配置的情况的图，图9(a)是侧面图，图9(b)是平面图。
图9中示出的激光器模块150a与图8中示出的激光器模块150同样，实现了RGB3波长的激光器光源。
该激光器模块150a通过在封装体中安装4个面发光激光器而构成，在封装体的基体构件151的中央部接近地配置了2个绿色面发光激光器106和107，使其位于通过封装体中心的1条轴线上。此外在通过封装体中心的与上述轴线正交的另1条轴线上配置了红色面发光激光器104和蓝色面发光激光器105，使其夹住上述2个绿色面发光激光器。在此，上述各面发光激光器具有与实施形态1至4的任一形态相同的结构，基体构件上的4个面发光激光器的配置成为对于封装体中心呈对称的配置。
再有，上述基体构件151的背面成为散热面，此外，在该基体构件151的背面一侧取出了面发光激光器104、105、106、107的引线端子104a、105a、106a、107a。
在作为产生这样的红色、绿色、蓝色这3波长激光的RGB光源的激光器模块中，每一种颜色的面发光激光器的配置是重要的。即，在利用面发光激光器实现RGB光源的情况下，高输出特别难的是绿色光源。通常利用ZnSe激光材料来实现绿色光源，但在高输出时寿命下降。因此，必须用比较低的输出来使用。
因此，在图9中示出的激光器模块150中，如图9(b)中所示，使用2个绿色面发光激光器104和105，使这2个面发光激光器接近地配置，同时在该绿色面发光激光器的两侧配置红色面发光激光器106和蓝色面发光激光器107。由此，可实现激光器光源的高输出和长寿命。
再者，作为RGB光源的图8中示出的实施形态5的激光器模块150或变更了激光器模块150中的面发光激光器的个数或配置的激光器模块150a通过与液晶面板或DLP(数字光处理)中使用的DMD(数字微镜器件)等的2维空间调制元件组合，用2维空间调制元件调制从RGB光源输出的光，可实现投射该像的激光投射装置，可应用于激光显示器。
(实施形态6)图10是说明本发明的实施形态6的半导体激光器装置的图。
该半导体激光器装置160具备对激光进行面发光的面发光激光器和在该面发光激光器的谐振腔内配置的、对来自该面发光激光器的激光进行波长变换的波长变换元件161。
在此，面发光激光器成为与实施形态1的面发光激光器100a相同的结构。但是，该半导体激光器装置中的面发光激光器不限于实施形态1的面发光激光器，也可以是实施形态2至4的任一形态中已说明的面发光激光器。
此外，上述波长变换元件161由在构成上述谐振腔的外部镜1和在半导体衬底2a上形成的有源层3之间配置的非线性光学晶体构件构成。
在此，作为非线性光学晶体材料，KTiOPO4或分极反转MgOLiNbO3是较为理想的。特别是，由于分极反转MgOLiNbO3的非线性常数大，故可缩短波长变换元件的元件长度，很合适插入到与外部镜的距离比较短的谐振腔中。
其次说明其作用和效果。
该实施形态6的半导体激光器装置160通过利用上述波长变换元件161对用面发光激光器产生的激光进行波长变换，可输出短波长的激光。
以下，简单地说明本实施形态的半导体激光器装置160的特长。
由于波长变换元件一般可变换的波长容许度窄，故激光器振荡的基本波的波长和横模的稳定性对波长变换效率的影响很大。此外，在通常的面发光激光器中，如果横模的单模性恶化或变化，则存在变换效率大幅度地下降或变动这样的问题。
与此不同，在本实施形态6的半导体激光器装置中，可实现优良的稳定性和高效率。
即，由于在谐振腔内配置构成波长变换元件的非线性光学晶体构件，故入射到非线性光学晶体构件上的光的功率密度提高了，可实现波长变换元件中的高效率变换。
再有，在上述实施形态6中，作为组合面发光激光器与波长变换元件的半导体激光器装置，示出了在面发光激光器的谐振腔内配置波长变换元件的半导体激光器装置，但也可在谐振腔的外部配置波长变换元件。
图11是示出变更了上述实施形态6的半导体激光器装置中的波长变换元件的配置的图。
图11中的半导体激光器装置160a在谐振腔的外部配置波长变换元件161a，其它的结构与上述实施形态6的半导体激光器装置160是相同的。
此外，作为图10和图11中示出的半导体激光器装置中的波长变换元件，可以是波导型的元件，也可以是体型的元件。
但是，波长变换元件中的变换效率较大地依存于基本波的聚光特性，故横模的单模化是重要的。因而，对面发光激光器的输出光进行波长变换而输出短波长的光的半导体激光器装置，如上述实施形态6中所示，有必要将横模控制为单模，从而进行高输出的波长变换。
(实施形态7)图12是说明本发明的实施形态7的激光投射装置的概略结构图。
该实施形态7的激光投影装置170具有激光器光源171和将从激光器光源171射出的激光投射到屏幕173上的投影光学系统172。而且，在本实施形态7的激光投射装置170中，使用了与实施形态2的面发光激光器100b相同结构的面发光激光器作为激光器光源。但是，作为激光投影装置170的激光器光源使用的面发光激光器不限于实施形态2的面发光激光器，也可以是在其它的实施形态中示出的面发光激光器。
以下，叙述作为这样的激光投射装置的一种的激光显示器。
激光显示器由RGB光源和投射光学系统构成，通过利用投射光学系统将来自激光器光源的光投射到屏幕等上来投射全彩色的影像。作为投影方式，分类为投射到外部的屏幕或壁等的投射体上来看其反射光的类型和作为背面投射型从屏幕的背面照射光来看反射光的类型，但在哪一种的情况下，都利用散射的光在屏幕上识别颜色。
但是，在现有的激光显示器中，在利用相干性高的半导体激光器的情况下，存在屏幕上散射的光干涉而发生斑纹噪声这样的问题。为了减少激光的相干性，使纵模多模化是有效的，特别是通过扩大纵模的谱宽度，可大幅度地减少斑纹噪声。
在本实施形态7的激光投射装置的作为激光器光源使用的面发光激光器中，如在上述实施形态2中所示，通过对已分割的多个电极部的一部分叠加高频信号来扩大谱宽度，可减少相干性。为了减少斑纹噪声，有必要使纵模谱宽度在波长中扩大到大于等于1nm，更为理想的是扩大到大于等于约5nm。
此外，通过利用对不同的电极部施加不同频率的高频信号的方法，可进一步扩大纵模谱宽度。
根据在激光显示器中使用的波长与视觉灵敏度的关系，RGB光源的振荡波长是重要的。用视觉灵敏度的影响来决定所使用的波长和必要的光强度。此外，用色度的影响来决定波长和色再现性的范围。
在图13中示出蓝色光源的波长与必要的输出的关系。在此，示出了在将红色的波长固定为640nm、将绿色的波长固定为532nm时在屏幕上用于实现1000lm的亮度的蓝色波长与必要的输出之间的关系。
由于若蓝色光的波长小于等于430nm视觉灵敏度就下降，故必要的功率急剧地增加。此外，由于若大于等于460nm就接近于绿色的区域，故可表现的色范围变窄，同时用于表现蓝色的必要功率增加。同时成为红色的功率也增加的结果。
另一方面，GaN半导体的蓝色面发光激光器通常在410nm附近实现了高输出激光器。为了使该波长向长波长一侧偏移，有必要使In的添加量增加，但如果增加In的添加量，则因In的偏析，晶体组分变差，可靠性、高输出特性恶化。因而，在使用GaN的蓝色激光器中，希望将波长设定为小于等于455nm，从色再现性的观点来看，由于使用波长短的蓝色光源在蓝色区域中可表现的色的范围变宽，故是较为理想的。
根据以上的观点，作为蓝色面发光激光器的波长区域，430nm～455nm的区域是较为理想的。更为理想的是，希望将波长区域定为440nm～450nm。在该情况下，可实现因必要功率的减少导致的低功耗化和高的色再现性。
利用AlGaAs类半导体材料或AlGaInP类半导体材料可实现红色面发光激光器。但是，为了实现高输出，将波长区域定为630nm～650nm是较为理想的。再者，从扩大视觉灵敏度和蓝色光的使用波长范围的意义上看，波长区域为640nm±5nm的范围最为理想。
利用ZnSe类半导体材料可实现绿色面发光激光器。
即，在法布里-珀罗型半导体激光器中，由于波导内的光功率密度高，故在使用ZnSe类半导体材料的情况下，难以得到高可靠性。但是，通过将绿色激光器作成本发明的面发光激光器的结构，可谋求晶体内的光功率密度的减少，可确保高可靠性。作为考虑了绿色面发光激光器的色平衡的波长区域，510nm～550nm的波长区域是必要的。但是，如果考虑面发光激光器的可靠性，则希望波长区域是510nm～520nm的区域，在该区域中可实现高可靠性和高输出特性。此外，即使用在GaN中大量地掺杂了In的半导体材料，也可实现绿色面发光激光器。即使这种情况下也希望波长区域为500nm～520nm的区域。
产业上利用的可能性如上所述，本发明的面发光激光器可抑制因发光区域中的光功率密度分布而产生的“烧孔”，可减少横模的不稳定或增益的下降这样的高输出特性的恶化，作为需要高输出的半导体激光器的光记录装置、光盘装置等的光源是有用的，除此以外，在对于激光加工、医用等的应用中也是有用的。
权利要求
1.一种使激光进行面发光的面发光激光器，其特征在于，具有在半导体衬底上形成的有源层；以及向上述有源层注入载流子的一对电极，上述一对电极的一方由1个电极层构成，在该一方的电极的中心部分和其周边部分中用不同的电流密度进行从该一方的电极至上述有源层的电流的注入。
2.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于在上述半导体衬底上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，上述电极层与上述半导体层叠层体接触的面密度在上述电极的中心部分和其周边部分中不同。
3.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于在构成上述一方的电极的电极层上形成有多个微小孔，使得上述微小孔的占有密度在该一方的电极的中心部分和其周边部分中不同。
4.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于构成上述一方的电极的电极层的电阻值在该一方的电极的中心部分和其周边部分中不同。
5.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于，具有在上述半导体衬底上叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体；以及在该半导体层叠层体与构成上述一方的电极的电极层之间形成的电阻层，上述电阻层的电阻值在与上述一方的电极的中心部对应的部分和与其周边部对应的部分中不同。
6.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于在上述半导体衬底上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，放大在该有源层中产生的光以产生激光器振荡的谐振腔由在上述半导体层叠层体中包含的反射层和与该半导体层叠层体分离且与该反射层对置配置的外部镜构成。
7.如权利要求6中所述的面发光激光器，其特征在于上述外部镜是将其两面作成凹面形状的部分透过镜。
8.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于在上述半导体衬底上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，该半导体层叠层体包含在上述有源层的附近配置的、吸收该有源层内的过饱和载流子的过饱和吸收体。
9.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于面发光的激光的振荡波长是430～455nm的范围内的波长。
10.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于面发光的激光的振荡波长是630～650nm的范围内的波长。
11.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于面发光的激光的振荡波长是510～550nm的范围内的波长。
12.如权利要求6中所述的面发光激光器，其特征在于具有在上述外部镜与上述有源层之间配置的、变换激光波长的非线性光学材料。
13.如权利要求1中所述的面发光激光器，其特征在于在上述半导体衬底的表面上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，上述半导体衬底是将其背面的一部分刻蚀到上述有源层的表面附近以形成凹部的衬底。
14.一种半导体激光器装置，具备输出激光的半导体激光器和对来自该半导体激光器的激光进行波长变换的波长变换元件，其特征在于上述半导体激光器是权利要求1中所述的面发光激光器。
15.一种在一个封装体内对多个半导体激光器进行集成化而构成的激光器模块，其特征在于上述各半导体激光器是权利要求1中所述的面发光激光器。
16.如权利要求15中所述的激光器模块，其特征在于将上述多个半导体激光器配置成上述各半导体激光器位于其中心与上述封装体的中心一致的正多角形的顶点上。
17.一种激光投射装置，具备输出激光的半导体激光器和投射从该半导体激光器输出的激光的投射光学系统，其特征在于上述半导体激光器是权利要求1中所述的面发光激光器。
18.如权利要求17中所述的激光投射装置，其特征在于上述面发光激光器射出纵模谱为多模的激光。
19.如权利要求17中所述的激光投射装置，其特征在于上述面发光激光器射出纵模谱的实质宽度扩展为大于等于1nm的激光。
20.一种使激光进行面发光的面发光激光器，其特征在于，具有在半导体衬底上形成的有源层；以及向上述有源层注入载流子的一对电极，将上述一对电极的一方分割为多个电极部分，对该多个电极部的至少一个施加叠加了高频分量的激光器驱动电压。
21.如权利要求20中所述的面发光激光器，其特征在于在激光的发光中心的周围实质上均匀地配置上述已分割的多个电极部分。
22.如权利要求20中所述的面发光激光器，其特征在于这样来进行从上述各电极部分向有源层的电流的注入，使得在越接近于该有源层的发光中心的区域中电流密度越高。
23.如权利要求20中所述的面发光激光器，其特征在于对上述多个电极部分的至少一个施加已调制的激光器驱动电压。
24.如权利要求20中所述的面发光激光器，其特征在于用不同的注入电流驱动上述各电极部分形成的各半导体激光器部分。
25.如权利要求20中所述的面发光激光器，其特征在于在上述半导体衬底的表面上具有叠层了多个半导体层而构成且包含上述有源层的半导体层叠层体，上述半导体衬底是将其背面的一部分刻蚀到上述有源层的表面附近以形成凹部的衬底。
全文摘要
本发明是具有在半导体衬底(2a)上形成的有源层(3)以及向上述有源层(3)注入载流子的一对电极即上部电极(5)和下部电极(6)的面发光激光器(100a)，将该下部电极(6)的形状形成为星型形状，以便在该下部电极(6)的中心部分中用高的电流密度进行从该下部电极(6)向上述有源层(3)的电流的注入，在其周边部分中用低的电流密度进行上述电流的注入。在该面发光激光器(100a)中，对面发光激光器的有源层注入的载流子的密度分布成为与有源层内的光的功率分布对应的分布，由此，可避免因有源层的与电极周边部对应的区域中的电流密度的增大导致的“烧孔”的发生，可大幅度地增加高输出时的横模稳定性以谋求高输出特性的提高。
文档编号H01S5/042GK1883092SQ20048003446
公开日2006年12月20日 申请日期2004年12月21日 优先权日2003年12月22日
发明者水内公典, 笠澄研一, 森川显洋 申请人:松下电器产业株式会社