半导体激光装置和激光投影装置的制作方法

专利名称：半导体激光装置和激光投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及稳定地以高输出工作的半导体激光装置，特别涉及使用III-V族氮化物系半导体材料的半导体激光装置以及使用该装置的激光投影装置。
背景技术：
随着光通信和光存储装置的发展，对其中使用的半导体激光器的需要日益增加，以氮化镓为首的III-V族氮化物系半导体材料(AlxGayIn1-x-yN；其中0≤x≤1、0≤y≤1)构成的蓝紫色半导体激光器，作为用来实现利用光盘的超高密度记录的关键器件，开发正积极地进行。特别是，蓝紫色半导体激光器的高输出化，不仅使光盘的高速写入成为可能，而且是对作为光源使用光谱宽度狭窄的激光、可以显示鲜明颜色的激光显示器的应用等的新技术领域的开拓所必需的技术。
图10为示出具有电流狭窄结构的现有的半导体激光器的一例的示图。
图10所示的半导体激光器100，具有在n型GaN基板101的上表面上顺序层叠n型AlGaN包(clad)层102、n型GaN光导层103、具有包含InGaN的多量子阱结构的活性层104、不掺杂GaN间隙层105、p型GaN光导层106以及p型AlGaN包层107而成的半导体层层叠体110。
其中，上述p型AlGaN包层107是具有台面型的脊部107a的与半导体激光器的长度方向垂直的断面形状为凸形梯形的脊型包层，在其脊部的上表面上形成p型GaN接触层108。另外，在这些p型AlGaN包层107和p型GaN接触层108的表面上形成绝缘膜111，在该绝缘膜111上形成p电极115。此p电极115，经过在绝缘膜111的上述p型GaN接触层108上的部分上形成的沿着上述脊部107a的开口与上述p型GaN接触层108相连接。另外，在上述n型GaN基板101的下表面上形成n电极116。
于是，在此半导体激光器100中，主要是由脊部107a、绝缘膜111、接触层108和p电极115，形成在活性层104的与脊部107a对置的光导波路部分上集中电流进行注入的条状结构。上述活性层104的与脊部107a对置的部分是产生激光并导波的光导波路，与该光导波路的脊部延伸方向垂直的两端面成为共振器的端面。
在这种半导体激光器中，在上述p电极115和n电极116之间施加驱动电压时，激光驱动电流从这些电极注入到活性层104。此时，进入活性层的注入电流，集中在活性层104的与脊部107a对置的、形成共振器的光导波路部分，在此部分中产生光。于是，当注入电流超过一定阈值时，在上述共振器中产生激光振荡，激光从上述共振器端面输出到外部。
为了将这种结构的半导体激光器作为激光显示器的光源使用，要求100mW～数W的高输出特性。另一方面，对于激光显示器的光源用的半导体激光器，光盘读取(pickup)所要求的衍射界限的聚光特性不是必需的。因此，此半导体激光器的结构，也可以是上述脊部的宽度宽的宽条状结构，但必须是高效率高输出的激光特性的结构。另外，对于半导体激光器的高输出化，活性层内的载流子的密度的增加是必需的。
一般，条的宽度在整个共振器中是一样的。伴随从电极注入的电流的增加，活性层内的载流子密度上升，在其值达到一定的阈值载流子密度时，可以得到激光振荡。激光器的光输出，在大于等于阈值电流时与注入到活性层的载流子密度成比例地增大。不过，在活性层内部的载流子密度过高的场合，由于空间烧孔效应产生的增益饱和而产生光输出的饱和，高光输出动作受到妨碍。另外，在宽条状激光器中由于导波光的横模是多模，不会发生扭折(kink)，但由于空间烧孔效应引起的空间的增益饱和使得横模振荡的形状变化很大而变成不稳定。另外，在激光显示器用的光源中，如上所述，光的聚光特性不要求一直到衍射界限为止的特性，但横模在低频率下变化时，由于显示器的辉度在时间上变化，会发生辉度、颜色、对比度不能正确再现的问题。
防止由于空间烧孔效应引起的横模的不稳定化的对策之一是使条的宽度变窄。即，随着条的宽度变窄，注入到活性层中的载流子的分布和在活性层中感应出的光的强度分布在横向方向上的扩展相对变窄，可以防止由于空间烧孔效应引起的横模不稳定化的发生。
然而，当使条的宽度在整个共振器上一样狭窄时，元件的串联电阻增加，元件的驱动电压上升。特别是，氮化物系半导体激光器的可靠性，由于在很大程度上取决于驱动电压和驱动电流，所以必须尽可能地抑制驱动电压的上升。此外，在使条的宽度变窄时，由于导波路内的光密度变大，难以实现100mW以上的高输出特性。
针对这些课题，在专利文献1中，揭示了具有从共振器的中央部向着共振器的两端面方向条的宽度减小的锥形区的半导体激光器。此半导体激光器，与条的宽度一样狭窄的现有型的激光器结构相比较，不会使元件的驱动电压过度上升而可以提供稳定的横模中的激光振荡。
另外，在专利文献2中，揭示了通过在共振器的轴向上分割电极，对施加到各电极上的电压进行控制，使得可以在激光器中央部得到与其它部分相比光强度高的光强度分布相应的注入电流分布，可以达到稳定的横模动作和提高制造成品率的半导体激光器。
另外，在非专利文献1中记载了使共振器端面的反射率成为非对称的方法对于半导体激光器的高输出化是有效的。此方法，就光盘的写入中使用的半导体激光器而言是一般的方法，通过以电介质膜涂覆构成共振器的端面可以使端面的反射率成为非对称。即，在构成共振器的端面中，使射出激光的共振器的前方端面成为低反射率，并且使其相反侧的后方端面的反射率成为高反射率。例如，使前方端面的反射率成为10％，并且使后方端面的反射率成为90％。电介质多层膜的反射率，可以通过电介质材料的折射率、层厚和层叠的层数进行控制。
专利文献1日本专利申请特开2000-357842号公报(第5页-第7页，图1)专利文献2日本专利第1862544号公报(第2页-第3页，图2)非专利文献1伊贺健一编著，“半导体激光器”，第1版，株式会社才-ム社，平成6年10月25日，p.238发明内容然而，在形成共振器的前方端面和后方端面的反射率是非对称的场合，在半导体激光器的内部，在共振器的轴向的光强度分布上产生很大偏差。其中，在图11中示出图10所示的现有的半导体激光器中的共振器的轴向光强度分布的一例。
例如，在前方端面和后方端面的反射率都是20％的场合，前方端面和后方端面中的光强度示出大致相同的值。另一方面，在前方端面的反射率为10％，后方端面的反射率为90％的场合，前方端面中的光强度与后方端面的光强度相比示出高到约2倍的值。
这样，可知在共振器的前方端面和后方端面的反射率为非对称的场合，与使这些端面的反射率为对称的场合相比较，在光强度分布上产生很大的偏差。
另外，在如图10所示的条状脊部的条的宽度在整个共振器中为一定的现有型的激光器结构中，注入到活性层的载流子密度在共振器的轴向上是一样的。所以，在为使前方端面和后方端面的反射率成为非对称而涂覆的半导体激光器中，尽管在前方端面和后方端面上光强度分布有很大偏差，但却出现注入活性层的载流子密度一样的状态。
即，在后方端面附近，成为活性层内的载流子密度过剩的状态，有可能出现扭折或增益饱和。此现象，与由AlGaAs系半导体材料(AlxGa1-xAs(0≤x≤1))构成的红外半导体激光器相比较，在有阈值载流子密度高的倾向的AlGaInP系半导体材料(AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1、0≤y≤1))构成的红色半导体激光器和GaN系半导体材料(AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1))构成的蓝色半导体激光器中显著。其中，尤其在微分增益最高的蓝色半导体激光器中该倾向显著。
另一方面，在专利文献1中揭示的氮化物系半导体激光器中，通过使条的宽度从共振器中央部向着共振器的前方端面和后方端面减少，达到横模的稳定化。然而，在共振器端面的反射率在前方端面和后方端面上有很大不同时，在专利文献1中示出的结构中，前方端面和后方端面中的光强度分布和注入载流子密度分布的非平衡状态不能消除，容易形成注入载流子密度过剩区，这很难避免。
另一方面，在专利文献2中揭示的半导体激光器中，为使激光器的中央部中的电流密度比其它部分高，使电极成为分割为多个电极部的结构而使施加到各电极部上的电压改变，但在共振器端面的反射率在前方端面和后方端面上有很大不同时，在专利文献2中示出的半导体激光器中，前方端面和后方端面中的光强度分布和注入载流子密度分布的非平衡状态不能消除，容易形成注入载流子密度过剩区，这很难避免。
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种可以抑制注入载流子密度的过剩区的发生，可以以稳定的横模进行激光振荡的半导体激光装置以及将该半导体激光装置用作光源的激光投影装置。
为解决上述课题，本发明的方面1(对应于权利要求1，下同)的半导体激光装置，在半导体基板上备有具有脊型包层的半导体激光元件，其特征在于上述半导体激光元件具有利用载流子的注入进行激光振荡，在前方端面和后方端面上反射率不同的共振器、在该共振器的共振器轴向上延伸的用来将载流子注入到该共振器的条状结构、和在该条状结构的上部配置的电极，上述条状结构上的电极，分割为大于等于2个，使得沿着共振器轴向排列多个电极部，在上述多个电极部之中的位于射出激光的共振器的前方端面附近的电极部中，以与位于上述共振器的后方端面附近的电极部相比在活性层内的电流密度大的方式注入电流。
因此，可以消除使共振器两端面的反射率成为非对称的激光元件中的载流子密度分布和光强度分布的失配，缓和非对称光强度分布引起的增益饱和。其结果，具有可以实现即使是在大输出时也可以以稳定的横模动作的半导体激光装置的效果。
另外，本发明的方面2的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述半导体激光元件的横模光谱是多模。
因此，可以防止扭折的发生。
另外，本发明的方面3的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述半导体激光元件具有位于上述共振器的端面附近的窗口区。
因此，可以防止由于高输出化激光器中的端面破坏引起的可靠性降低。
另外，本发明的方面4的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，在上述多个电极部中的至少一个上施加高频重叠了的电压。
因此，可以将在激光元件的注入电流上重叠的高频信号的功率抑制为很小，并且在降低尖峰噪声的同时抑制由于高频信号重叠引起的返回光噪声。
另外，本发明的方面5的半导体激光装置的特征在于在方面4所述的半导体激光装置中，在位于上述共振器的后方端面附近的电极部上施加上述高频重叠了的电压。
因此，可以将在激光元件的注入电流上重叠的高频信号的功率抑制为更小。
另外，本发明的方面6的半导体激光装置的特征在于在方面4所述的半导体激光装置中，在位于上述共振器的前方端面附近的电极部上施加上述高频重叠了的电压。
因此，可以将在激光元件的注入电流上重叠的高频信号的功率抑制为很小，并且在降低尖峰噪声的同时使易于受到返回光的影响的光出射端面侧的激光的时间相干性降低。其结果，在高频信号功率削减和尖峰噪声降低的同时，可以达到返回光噪声的有效降低。
另外，本发明的方面7的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，在上述多个电极部中的至少一个上施加经过调制的电流。
因此，不对整个电极的注入电流进行调制而只对施加到一部分电极部上的电流进行调制，就可以对整个半导体激光装置的光输出进行调制。其结果，可以抑制功耗并缓和在温度变化时振荡波长改变的啁啾频扰(チヤ-ピング，chirping)现象。
另外，本发明的方面8的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述条状结构具有在射出激光的共振器的前方端面中的条的宽度比位于其相反侧的后方端面中的条的宽度宽的锥形形状。
因此，可以降低在出射端面附近的光的功率密度而改善高输出特性，并且可以通过减小激光元件的串联电阻使可靠性提高。
另外，本发明的方面9的半导体激光装置的特征在于在方面8所述的半导体激光装置中，上述条状结构形成为，在共振器长度为L、前方端面中的条的宽度为Wf、后方端面中的条的宽度为Wr、距前方端面的距离为x的位置的条的宽度为Wx时，Wx＝Wf-(Wf-Wr)·x/L的关系成立。
因此，可以使共振器内部的光功率密度均匀化，可以达到使高输出特性和可靠性更加提高。
另外，本发明的方面10的半导体激光装置的特征在于在方面9所述的半导体激光装置中，上述条状结构形成为，具有上述前方端面中的条的宽度和后方端面中的条的宽度之比满足1＜(前方端面中的条的宽度)/(后方端面中的条的宽度)＜2的关系的平面形状。
因此，通过控制条状结构的锥形形状的扩展，可以防止由于导波路的多路化和急剧的锥形引起的散射损失的增加。
另外，本发明的方面11的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述多个电极部中的至少一个电极部为其上述前方端面侧的宽度和上述后方端面侧的宽度不同的锥形形状。
因此，可以使注入载流子密度分布和光强度分布的匹配性提高，其结果，可以实现减少载流子损失引起的高效率化。
另外，本发明的方面12的半导体激光装置的特征在于在方面11所述的半导体激光装置中，上述多个电极部之中的接近前方端面侧的电极部为其上述前方端面侧的宽度和上述后方端面侧的宽度不同的锥形形状。
因此，在注入载流子密度高的区域中可以使注入载流子密度分布和光功率密度分布的失配性降低，可以实现减少载流子损失引起的高效率化。
另外，本发明的方面13的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述多个电极部之中的各个电极部为其上述前方端面侧的宽度和其上述后方端面侧的宽度不同的锥形形状。
因此，注入载流子密度分布和光功率密度分布的失配性可以大幅度降低，可以实现由于减少载流子损失而引起的进一步的高效率化。
另外，本发明的方面14的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述条状结构具有在其上部形成的电阻层，该电阻层的电阻值从射出激光的上述共振器的前方端面起到后方端面止一直变化。
因此，注入载流子密度分布和光功率密度分布的匹配性可以更加提高，可以实现减少载流子损失引起的高效率化。
另外，本发明的方面15的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述半导体激光元件在上述半导体基板上集成多个，在该半导体基板上形成使相邻的半导体激光元件分离的分离电阻部。
因此，可以实现瓦级的大输出，可以使用半导体激光器作为激光显示器的光源。
另外，本发明的方面16的半导体激光装置的特征在于在方面15所述的半导体激光装置中，在上述多个半导体激光元件中的至少一个以与其它半导体激光元件不同的波长振荡产生激光。
因此，可以使射出的激光的光谱扩大，在用作激光显示器的光源的场合可以大幅度地降低斑点噪声。
另外，本发明的方面17的半导体激光装置的特征在于在方面15所述的半导体激光装置中，在上述多个半导体激光元件中的至少一个是由与其它半导体激光元件不同的注入电流驱动的。
因此，可以使射出的激光的光谱宽度扩大，在用作激光显示器的光源的场合可以大幅度地降低斑点噪声。
另外，本发明的方面18的半导体激光装置的特征在于在方面15所述的半导体激光装置中，在上述多个半导体激光元件中的至少一个，其条状结构的宽度与其它半导体激光元件的条状结构的宽度不同。
因此，可以使射出的激光的光谱宽度扩大，在用作激光显示器的光源的场合可以大幅度地降低斑点噪声。
另外，本发明的方面19的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，从上述半导体激光元件射出的激光的振荡波长为430～455nm。
因此，可以实现达到由于必需的功率的减少而使功耗降低和色再现性改善的蓝色半导体激光器。
另外，本发明的方面20的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述半导体激光元件射出纵模光谱是多模的激光。
因此，可以降低激光的相干性，其结果，在用作激光显示器的光源的场合可以大幅度地降低斑点噪声。
另外，本发明的方面21的半导体激光装置的特征在于在方面1所述的半导体激光装置中，上述半导体激光元件射出纵模光谱的宽度扩展大于等于1nm的激光。
因此，在用作激光显示器的光源的场合可以大幅度地降低斑点噪声。
另外，本发明的方面22的激光投影装置具有射出激光的半导体激光装置、和将从该半导体激光装置射出的激光进行投影的光学系统，其特征在于上述半导体激光装置是方面1所述的半导体激光装置。
因此，具有得到可以在不损害稳定的横模工作的情况下将达到激光显示器所必需的大输出化的半导体激光器作为光源的激光投影装置的效果。
根据本发明，因为在共振器两端面的反射率不同的半导体激光装置中，将在用于进入活性层的载流子注入的条状结构上配置的电极变成分割结构，在分割的各电极部上施加驱动电压以使在活性层内的载流子密度分布成为与共振器方向的光强度分布相应的分布，所以可以得到可以抑制注入载流子密度过剩区的发生而以稳定的横模进行激光振荡的半导体激光装置。
另外，在本发明中，因为将条状结构作成锥形形状，可以消除在光强度高的共振器的光出射端面侧中的注入载流子不足，可以在光强度低的共振器的后方端面附近缓和活性层内的载流子密度变得极端高的现象。这样，由于将条状结构作成为锥形形状产生的高光输出化的效果，在阈值载流子密度高，微分增益高的氮化镓系的半导体激光器中特别有效。


图1为示出根据本发明的各实施方式的半导体激光装置的基本结构的断面图。
图2(a)为示意地示出根据本发明的实施方式1的半导体激光装置的立体图。
图2(b)为说明对根据上述实施方式1的半导体激光装置的驱动电流进行高频电流重叠的示例的示图。
图2(c)为说明对根据上述实施方式1的半导体激光装置的驱动电流进行电流调制的示例的示图。
图3(a)为示出构成上述实施方式1的半导体激光器的共振器中的轴向光强度分布的一例的示图。
图3(b)为示出在构成上述实施方式1的半导体激光器的被分割的4个电极上施加的电流的大小关系的示图。
图3(c)为示出在将上述实施方式1的半导体激光器的分割电极分割为3个时的被分割的3个电极上施加的电流的大小关系的示图。
图4为示意地示出根据本发明的实施方式2的半导体激光装置的立体图。
图5为示出根据本发明的实施方式3的半导体激光装置的平面图。
图6(a)为说明上述实施方式3的半导体激光装置中的分割电极结构另一示例的示图。
图6(b)为说明上述实施方式3的半导体激光装置中的分割电极结构又一示例的示图。
图7为说明根据本发明的实施方式4的半导体激光装置的立体图。
图8为说明根据本发明的实施方式5的激光投影装置的图。
图9为示出半导体激光器的波长和必需的输出的关系的示图。
图10为示出现有的半导体激光器的一例的示意图。
图11为示出图10所示的现有的半导体激光器中的共振器的轴向光强度分布的一例的示图。
(附图标记说明)1～4、1a～3a、1b～3b、1c～3c电极部5后方端面侧反射膜6前方端面侧反射膜
7分离电阻部10、10a、10b、20、30、30a、30b、40、100半导体激光装置11～14电源23、24高频电源33、34调制器50激光投影装置101n型GaN基板102n型AlGaN包层103n型GaN光导层104、104d由包含InGaN的多量子阱结构构成的活性层105不掺杂GaN间隙层106p型GaN光导层107p型AlGaN包层107a、107b、107c、107a1～107an脊部108p型GaN接触层109p金属层110、110d半导体层层叠体111、111a绝缘层115、115a～115cp电极116n电极201a红色半导体激光光源201b绿色激光光源201c蓝色半导体激光光源202a～202c光束扩展器203a～203c光学积分器204a～204c聚光透镜205a～205c场透镜206a～206c扩散片207a～207c空间光调制元件
208a～208c扩散摆动单元209分色棱镜210投影透镜211屏幕212a、212c反光镜225a、225c高频电源LB-1～LB-n激光LD-1、LD-n半导体激光元件具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式的半导体激光装置进行详细说明。
(实施方式1)根据本发明的实施方式1的半导体激光装置，是具有使电流变窄的条状结构，射出光的前方端面的光反射率和其相反侧的后方端面的光反射率不同的端面发光型激光装置，成为将在上述条状结构上配置的电极分割为多个的结构，在分割成的多个电极部上施加激光驱动电流，以使注入到活性层的电流密度在前方端面侧变大，在后方端面侧变小。
另外，此实施方式1的半导体激光装置，是可以用作光读取(pickup，又称拾取)器和激光显示器的光源的装置。
下面对本实施方式1进行详述。
首先，对根据本实施方式1的半导体激光装置的基本元件结构进行说明。
图1为说明根据本发明的实施方式1的半导体激光装置的基本元件结构的断面图，示出垂直于共振器长度方向的断面的具体结构。
此实施方式1的半导体激光装置10是在半导体基板上形成使用III-V族氮化物系半导体材料的氮化物半导体激光元件的装置。
具体言之，此半导体激光装置10，与图10所示的现有的半导体激光器100一样，具有在n型GaN基板101的上表面上顺序层叠n型AlGaN包层102、n型GaN光导层103、具有包含InGaN的多量子阱结构的活性层104、不掺杂GaN间隙层105、p型GaN光导层106以及p型AlGaN包层107而成的半导体层层叠体110。
其中，上述p型AlGaN包层107是具有台面型的脊部107a的、与激光器的长度方向垂直的断面形状为凸形梯形的脊型包层，在其脊部107a的上表面上形成p型GaN接触层108。
于是，在此实施方式1的半导体激光装置10中，在上述包层107的脊部107a上的p型GaN接触层108上还形成p金属层109，还在该包层107上以使p金属层109的表面暴露的方式形成绝缘膜111a。并且，在该绝缘膜111a上形成p电极115a以与上述脊部107a上的p金属层109相接触，在上述n型GaN基板101的下面形成n电极116。
在此实施方式1的半导体激光装置10中，主要是由脊部107a、接触层108、p金属层109、绝缘膜111a和p电极115a，形成在活性层104的构成共振器的部分上集中电流进行注入的条状结构。并且，上述活性层104的与脊部107a对置的部分是产生激光并进行导波的光导波路，该光导波路的与脊部延伸方向垂直的两端面成为共振器的端面。
下面对半导体激光装置的制造方法进行说明。
首先，使用有机金属化学汽相生长法(MOCVD法)，在n型GaN基板101上连续生长n型AlGaN包层102、n型GaN光导层103、由包含InGaN的多量子阱结构构成的活性层104、不掺杂GaN间隙层105、p型GaN光导层106、p型AlGaN包层107以及p型GaN接触层108。
之后，通过选择性干法蚀刻对p型GaN接触层108和p型AlGaN包层107进行加工，形成条状的台面型的脊部107a。其后，在上述半导体层层叠体110整个表面上全面形成绝缘膜111a，但使上述条状脊部107a上的接触层108暴露。
于是，在条状脊部107a上的接触层108上有选择地形成p金属层109，其后，在上述绝缘膜111a和接触层108上形成p电极115a，而在半导体基板101的内表面侧形成n电极116。
在本实施方式1的半导体激光装置10中，激光元件的共振器长度、芯片宽度和厚度分别为600μm、400μm和80μm。另外，激光元件的共振器端面由电介质膜6和5涂覆，射出激光的前方端面和其相反侧的后方端面的反射率分别为10％、90％。
下面对上述半导体激光装置的p电极115a的结构进行说明。
图2(a)为示意地示出实施方式1的半导体激光装置的电极结构的立体图，示出配置在上述激光元件的上表面上的分割为4个的p电极。
另外，在图2(a)中，省略了构成半导体激光装置10的半导体层层叠体110的活性层104以外的半导体层，对于图1所示的p电极115a只示出实质的电极区域，即，只示出位于条状脊部107a之上的部分。
在上述半导体激光装置10中，在上述活性层104的与上述条状脊部107a对置的部分中形成进行激光振荡的共振器。于是，在上述条状脊部107a上设置的p电极115a分割为4个，各个电极部1～4沿着共振器长度方向排列，分别与电源11～14相连接。
另外，在相邻的电极部之间形成防止在这些电极部间的电流绕入的分离电阻部7。此分离电阻部7，是对上述条状脊部107a的邻接电极部间的部分从p金属层109的表面一直到p型AlGaN包层107的内部进行蚀刻而形成的。在分离电阻部7中还可以通过形成电流阻挡层而使电阻分离更加可靠。此电流阻挡层，例如，可以通过对脊部107a的相邻的电极部之间的表面区域进行离子注入等使其高电阻化而形成。
其中，上述各电源11～14对各电极部1、2、3、4施加驱动电压以使注入到各电极部1、2、3、4的电流的大小I1、I2、I3、I4满足I1＞I2＞I3＞I4的关系。即利用电源11、12、13、14对各电极部1～4施加的驱动电压设定为使来自激光LB的出射端面侧的电极部的注入电流大于来自与出射端面相反侧的后方端面侧的电极部的注入电流。
另外，其中，条状脊部107a的宽度约为50μm，其长度为1mm。在此半导体激光装置中，作为光出射端面的前方端面的光反射率为10％，其相反侧的后方端面的光反射率为90％。
此外，此半导体激光装置10具有端面窗结构，可以防止高输出激光器中的端面破坏引起的激光器可靠性的降低。使共振器端面附近的活性层成为非活性，以不进行光的产生，由此可以形成端面窗结构。另外，也可以通过在共振器端面附近的p型包层的上部设置电流阻挡层，防止电流流过活性层的共振器端面附近部分，形成端面窗结构。
下面对作用效果进行说明。
在这种半导体激光器10中，在上述p电极115a和n电极116之间施加驱动电压时，电流从这些电极注入到活性层104。此时，进入活性层的注入电流，集中在活性层104的与脊部107a对置的部分，在此部分中产生光。于是，在注入电流超过一定的阈值时，在以此发光区域为光导波路的共振器中产生激光振荡，激光LB从上述共振器端面输出到外部。此时，在构成p电极115a的4个电极部1～4上施加驱动电压，以使越接近激光LB的出射端面，注入电流越大。
这种结构的半导体激光装置的特长为可以取出高输出的激光。
下面对本实施方式1的半导体激光装置的特性与现有的半导体激光装置的特性进行比较说明。
通常，对于在光盘上高速写入用光源、显示器用光源等应用，要求大于等于100mW的高输出特性。为了实现这一点，激光器端面反射率的非对称性是有效的。在现有的半导体激光装置中，通过使端面反射率成为非对称性，如图3(a)所示，达到在低反射率侧的端面附近的光的功率密度的增大，实现高输出特性。但是，在为了得到高功率加大注入电流时，由于在活性层的后方端面附近部分之中的光密度增大，因此通过在共振器轴向方向上产生的烧孔效应，增益降低或横模成为不稳定状态，注入电流的增大成为输出减小和不稳定性的原因。另一方面，在活性层的光出射面附近部分中，发生由于光的功率密度的增大引起的注入载流子不足。
与此相对，在本实施方式1的半导体激光装置中，通过使光出射侧端面和其相反侧的后方端面中的载流子密度分布成为与光强度分布相应的分布，可以得到高输出时的稳定的输出。即，将电极的结构作成可以配合光的功率密度分布控制电流的注入密度的分割结构，例如，如图3(b)所示，通过使利用将p电极分割为4个而得到的各电极部1～4注入的电流量I1、I2、I3、I4满足I1＞I2＞I3＞I4的关系，可以进行配合光功率密度分布的载流子的注入。特别是，光出射端面附近的电极部中的电流密度的增大是有效的。
另外，将上述p电极分割而得到的电极部的个数并不限定于4个，大于等于2个就可以，优选是3个或4个。
另外，注入电流的强度分布，优选是与图3(a)所示的光功率密度分布相应的分布。
例如，图3(b)示出在p电极为分割成4个的结构的场合的光强度分布和注入电流的大小。此时，如图3(b)所示，优选是将来自各电极部1～4的注入电流I1、I2、I3、I4设定为注入电流强度分布适合光的功率密度分布L1。
另外，图3(c)示出在p电极为分割成3个的结构的场合的光强度分布和注入电流的大小。此时，如图3(c)所示，优选是配合光的功率密度分布L2使与光出射端面的相反侧的后方端面靠近的电极部3a比其它的电极1a和2a长，并且将从各电极部1a～3a注入的电流的密度I1a、I2a、I3a设计成为越是接近光出射端面的电极部，电流的密度越高。即，在此场合，从电极部1a～3a注入的电流的密度I1a、I2a、I3a满足I1a＞I2a＞I3a的关系。
此外，在p电极为分割成2个的结构的场合，也可以通过配合图3(a)所示的光的功率密度分布，使光出射端面侧的电极部的长度比另一个后方端面侧的电极部的长度更短，加之使来自光出射端面侧的电极部的注入电流的密度比来自一个后方端面侧的电极部的注入电流的密度更高，使注入电流密度的分布接近光功率密度分布。
这样一来，通常在易于发生烧孔效应引起的横模不稳定化的光出射端面附近的功率密度高的部分中，可以大幅度地抑制其发生，可以实现高输出化。特别是，在p电极分割为大于等于3个的场合，可以使注入电流密度分布更接近光的功率密度分布。但是，p电极的分割数大于等于6时，因为电极部和分离电阻部的长度相加后的激光元件的整个长度变大，从成品率观点考虑不算特别优选。
另外，在半导体激光元件中的光出射端面和其相反侧的后方端面中反射率不同的非对称反射率结构，对于高输出特性很重要。通过降低光出射端面的反射率，可实现图3(a)的光功率密度分布，可以高效率地取出高输出的光。为了实现此高输出特性，优选是光出射端面的反射率为1～20％，后方端面的反射率为60～100％。更优选是光出射侧端面的反射率为3～10％，后方端面的反射率为80～100％。可以实现最高输出特性是在设定光出射端面的反射率为5±2％，后方端面的反射率为95+5％时。此外，即使是使用GaN系激光器以外的激光器，例如，AlGaAs系半导体材料和AlGaInP系半导体材料的半导体激光器，也可以通过使电极成为分割电极结构而得到动作稳定的具有高输出特性的半导体激光器。
下面对本实施方式1的半导体激光器中的防止返回光引起的噪声的发生的结构进行说明。
返回光噪声，是由于半导体激光器射出的光反馈给活性层而大幅度增大噪声的现象。为了防止这一点，通常采用降低光的相干性的方法。作为其一，存在在驱动电流上重叠数百MHz左右的RF信号的高频重叠法。然而，在高输出半导体激光器中，存在由于驱动电流增大，因此必需的RF功率大幅度增大的问题。另外，当RF功率增大时，功耗增加，并且产生由于散热对策和辐射对策等使整个系统的成本大幅度增大的问题。
与此相对，在本实施方式1的半导体激光装置中，可以解决上述的高输出激光器的高频重叠的问题。
即，高频重叠法是通过使半导体激光器的载流子密度的状态改变而使光的振荡状态在时间上变化，使时间上的相干性降低的方法。所以，对于注入到活性层的载流子密度的变化率的大小是重要的。
在现有的具有单一电极结构的半导体激光装置中，由于注入的电流分散在整个电极上，为了使载流子密度发生大的变化，必须使以高频变化的电流相对注入的电流的比率为很大，存在高频重叠的RF振幅变大的问题。
与此相对，在本实施方式1的半导体激光装置中，可以只在一部分的电极部上重叠RF信号。
例如，图2(b)示出只对实施方式1的半导体激光装置的4个分割电极之中的一部分连接高频电源的半导体激光装置10a的示例。即，将电极部3与高频电源23相连接，将电极部4与高频电源24相连接，在这些电极部3、4上重叠高频信号。
在本实施方式1的半导体激光装置中，由于p电极分割为4个，来自各电极部的注入电流，与来自未分割的p电极的注入电流相比大幅度地降低。即，由于在分割的多个电极部的一部分电极部上重叠的高频信号的电流振幅可以降低到在单一电极上重叠的高频信号的电流振幅的几分之一，可以大幅度地降低高频重叠的功率。另外，即使是在一部分的电极部上重叠高频信号的场合，由于可以得到该电极部下侧的活性层中的载流子密度的充分的变动，可以通过整个共振器的振荡状态变化使时间上的相干性下降。
此外，在本实施方式1的半导体激光装置中，为了得到图3(a)的光强度分布图所示的输出，必须使来自光出射侧端面附近的电极部的注入电流加大，但是来自后方端面侧的电极部的注入电流中，只需要与光的功率密度配合的低电流。因此，通过在来自后方端面附近的电极部的注入电流上重叠高频信号，可以以低的RF功率高效率地降低相干性，可以使系统小型化、低成本化和低功耗化。
另外，本实施方式1的半导体激光装置中的分割电极结构，对于GaN激光器特别有效，以下对其理由进行说明。
通常，在以GaN基板为基底的半导体激光器中，张弛振动大，进行高频重叠时，产生尖峰噪声(spike noise)。尖峰噪声，是对向半导体激光器注入的电流利用高频进行调制时，由于张弛振动输出光波形变化为尖峰状，产生调制度高出数倍的脉冲输出的现象。在使用现有的GaN激光器的光盘系统中，为了防止在光盘重放时由于返回光使激光的噪声增大，在激光上重叠数百MHz的高频。但是，由于即使是在重放时的平均功率低的状态下，也出现峰值高的尖峰状的输出，这就成为原因而产生在重放时使记录的数据劣化的重放光劣化的问题。
与此相对，在本实施方式1的半导体激光装置中，由于将电极分割并在一部分电极部上重叠100mA左右的高频，因此可以在降低激光器的返回光噪声的状态下，使尖峰状的输出的峰值大幅度地减小到小于等于一半。另外，在为了降低返回光噪声使用高频重叠法的场合，优选是将高频信号施加到光出射端面附近的电极部上。即，通过对位于最容易受到返回光的影响的光出射端面附近的电极部施加高频信号，就可以在降低返回光噪声的同时，大幅度地减小尖峰噪声。因此，本实施方式1的半导体激光装置，应用于光盘装置等是优选的。另外，本实施方式1的半导体激光装置，也可以是GaN类激光器以外的激光器，例如，使用AlGaAs系半导体材料或AlGaInP系半导体材料的半导体激光装置，在此场合也可以高效率地施加高频重叠。
此外，本实施方式1的半导体激光装置中的分割电极结构，在对激光器输出进行调制的场合也可以起到有效的作用。
现在，在对半导体激光器的输出进行调制的场合，对整个激光器的注入电流以0～100％之间的预定的调制度进行调制。然而，在使半导体激光器的注入电流变化时，由于功耗增大半导体激光器的温度变化而产生振荡波长改变的啁啾频扰现象。例如，在对光盘等媒体进行信息记录的场合，是在调制光源的同时进行记录，但此时如果由于啁啾频扰使光源的波长改变，则由于色差的影响使聚光点的大小变化。这一现象在光学系统的色散特性变得显著的短波长区域特别显著。
与此相对，在本实施方式1的半导体激光装置中，通过对来自一部分电极部的注入电流进行调制，可以对整个激光器的光输出进行调制。
例如，图2(c)示出在图2(b)所示的半导体激光装置10a的一部分电极部和电源之间插入调制器的半导体激光装置10b的示例。
其中，在电极部3和电源13之间插入调制器33，在电极部4和电源14之间插入调制器34，对从该电源13和14供给电极部3和4的电流进行调制。这样，通过对供给一部分电极部的电源电流进行调制，可以减小整个半导体激光装置中的电流值的变化，此结果，可使啁啾频扰收缩到小于等于数nm。这种结构的半导体激光装置10b应用于光盘的读取的光源为特别优选。
这样，在本实施方式1中，因为在光出射端面中的光反射率和在其相反侧的端面中的光反射率不同的非对称反射率结构的半导体激光装置中，将配置在条状脊部上的电极作成为分割成多个的分割电极结构，越是来自接近光出射端面侧的电极部的注入电流，注入电流密度越高，所以活性层内的载流子密度分布是与活性层内的光强度分布相应的分布，因此可以实现能够以稳定的横模进行激光振荡的高输出的半导体激光器。
另外，在本实施方式1中，因为只对分割为多个的电极部的一部分电极部进行高频重叠，所以可以以很小的电流振幅实现因RF引起的载流子密度的变化，其结果，可以实现系统的小型化、低成本化和低功耗化。例如，在对后方端面侧的电极部进行高频重叠的场合，可以更降低重叠的高频的电流密度。另外，在对前方端面侧的电极部进行高频重叠的场合，可以有效地实现降低返回光噪声和尖峰噪声。
另外，在本实施方式1中，通过对分割为多个的电极部的一部分电极部之中注入的电流进行调制，可以在抑制啁啾频扰的同时对激光器输出进行调制。
另外，在本实施方式1的半导体激光装置中，作为半导体激光元件示出的是图1所示的断面结构的元件，但半导体激光元件的断面结构也可以是与图10所示的现有的半导体激光器的断面结构相同。
(实施方式2)图4为说明根据本发明的实施方式2的半导体激光装置的示图。
此实施方式2的半导体激光装置20是，将图2(c)所示的实施方式1的半导体激光装置10b中的条状脊部107a的宽度加宽的宽条状结构的高输出半导体激光装置，是用作激光显示器的光源的装置。
即，此实施方式2的半导体激光装置20，与实施方式1的半导体激光装置10一样，具有在n型GaN基板上顺序层叠n型AlGaN包层、n型GaN光导层、具有包含InGaN的多量子阱结构的活性层、不掺杂GaN间隙层、p型GaN光导层以及p型AlGaN包层而成的半导体层层叠体110。
于是，在此实施方式2中，在半导体层层叠体110的表面上形成的条状脊部107b，与实施方式1的相比，其宽度宽，在上述活性层104的与上述条状脊部107b对置的部分中形成进行激光振荡的共振器。另外，在上述条状脊部107b上配置分割为4个的p电极，在邻接的电极部之间，与实施方式1的半导体激光装置同样，形成分离电阻部7。构成此p电极的多个电极部1～4沿着共振器长度方向排列，与各个电源11～14相连接。
另外，在此实施方式2的半导体激光装置20中，在上述多个电极部之中，最接近后方端面的电极部4与高频电源24相连接，并且与其相邻的电极部3与高频电源23相连接，在注入到这些电极部的电流上重叠不同频率的高频波。另外，在电极部3和电源13之间插入调制器33，在电极部4和电源14之间插入调制器34，对从该电源13和14供给电极部3和4的电流进行调制。
下面对作用效果进行说明。
激光显示器，是使用RGB激光的显示装置，作为激光器输出必须是从数百mW到数W以上的大输出，但是在激光显示器中，由于不要求光的衍射界限的聚光特性，所以并不需要半导体激光器的横模是单模。
于是，在本实施方式2的半导体激光装置20中，采用宽条状结构。
然而，即使是在此宽条状结构中也需要与导波路内的光的功率分布配合的足够的载流子密度。特别是，在光出射端面附近部分，由于光的功率密度的增大发生载流子不足而使横模的振荡状态变为不稳定，存在高输出特性劣化的问题。因此，即使是在具有宽条状结构的半导体激光装置中，也必须谋求注入电流密度分布的最优化。
此外，对于激光显示器的光源，除了上述输出特性之外，还要求下面的特性。
第1，要求波长的稳定性。特别是，在红色激光器中，因为视见度的波长变化大，必须将波长变化抑制为小于等于±1nm。
第2，要求降低斑点噪声。为了降低斑点噪声，降低相干性是重要的，必须将波长光谱扩大为数nm。
本实施方式2的半导体激光装置，是解决上述2点问题的装置，下面与现有的装置进行比较说明。
首先，对波长的稳定化进行描述。
在利用激光进行影像投影的场合，必须配合灰度等级对激光器的输出强度进行调制。此时成为问题的除了输出强度还有模式的稳定性和波长变化。即，在利用激光的影像的投影中，必须将激光调制成为从100mW以上到数mW以下的值，但激光波长与激光输出强度一起变化。另外，在现有的高输出半导体激光器中，由于在高输出时和低输出时驱动电流有很大不同，会发生由于激光器的温度差引起的振荡波长有很大不同的啁啾频扰。
与此相对，本实施方式2的半导体激光装置20，通过对在分割为多个的电极的一部分上施加的电流进行调制，可以减小注入电流的变化，其结果，波长变动小，可以进行稳定的调制。另外，因为将p电极作成分割结构使注入电流密度具有共振器长度方向的分布，通过横模的稳定化可以达到灰度等级差的增大。
下面对用于降低光谱噪声的波长光谱的扩大进行叙述。
作为激光显示器光源，由于高输出特性是必需的，在保持平均输出大于等于100mW的状态下的高频重叠是必需的。
所以，在现有的半导体激光装置中，在注入数百mA的电流的状态下，必须进行高频重叠，施加具有数百mA的电流振幅的高频的结构是必需的。因此，需要非常大的功耗和高功率的高频电路，并且，也要求降低外部辐射。
与此相对，本实施方式2的半导体激光装置20，通过对分割为多个的电极部的一部分之上施加的电流重叠高频，可以降低RF电流。此外，在活性层内的后方端面附近部分中，由于光强度密度小，必需的电流密度小，所以可以降低注入电流。其结果，通过对来自接近后方端面的电极部的注入电流进行RF电流的重叠，可以大幅度地减小依赖注入电流的RF重叠的振幅，可以实现系统的简易化、小型化和低功耗化。
下面，对进一步降低相干性防止斑点噪声这一点进行叙述。
相干性的下降与光谱宽度的扩大成比例。即，通过使光谱宽度大大加宽，可以使斑点噪声更加降低。因此，加大在半导体激光器的驱动电流上施加的高频重叠的功率是有效的，但由于功率增大而引起的光谱扩大在波长方面限制为数nm左右。
与此相对，本实施方式2的半导体激光装置20，是在分割为多个的电极部之中，在最接近后方端面的电极部3和与其相邻的电极部4上施加不同频率的高频。
例如，当将500MHz和400MHz这样的不同频率的高频施加到不同的2个电极部上时，两电极间的激光振荡状态的相对紊乱变大，光谱的扩展变大。此时，存在频率依赖性，但与在一个电极上施加高频的场合相比，可以使光谱的扩展成为1.2～1.5倍。这种本实施方式2的半导体激光装置20，对于大于等于100mW的高输出光的相干性降低特别有效。
这样，在本实施方式2中，因为在光出射端面中的光反射率和在其相反侧的端面中的光反射率不同的宽条状结构的半导体激光装置中，将配置在条状脊部上的电极作成为分割成多个的分割结构，越是接近光出射端面侧的电极部，对应的注入电流的密度越高，所以活性层内的载流子密度分布是与活性层内的光强度分布相应的分布，因此可以实现用作激光显示器的光源的、可以以稳定的横模进行激光振荡的更高输出的半导体激光器。
另外，因为对分割为多个的电极部之中的两个电极部重叠不同频率的高频，所以可以不增加高频重叠的功率而扩大光谱的宽度，其结果，可以不引起功耗增大而降低斑点噪声。
(实施方式3)图5为用来说明根据本发明的实施方式3的半导体激光装置的示图，示出半导体激光装置的条状脊部的平面形状。
本实施方式3的半导体激光装置30，是将上述实施方式1的半导体激光装置10的条状脊部107a作成越接近光出射端面的部分其宽度越宽的平面锥形形状，其它的结构与实施方式1的半导体激光装置相同。
即，此实施方式3的半导体激光装置30，与实施方式1的半导体激光装置10一样，具有在n型GaN基板上顺序层叠n型AlGaN包层、n型GaN光导层、具有包含InGaN的多量子阱结构的活性层、不掺杂GaN间隙层、p型GaN光导层以及p型AlGaN包层而成的半导体层层叠体110。
于是，在此实施方式3中，在半导体层层叠体的表面上形成的条状脊部107c，为越接近光出射端面侧其宽度越宽的锥形形状，在上述活性层的与上述条状脊部107c对置的部分中形成进行激光振荡的共振器。其中，条状脊部107c的平面形状为以共振器轴作为对称轴的左右对称的形状。
另外，在半导体层层叠体110的表面上，形成绝缘膜111a而使上述条状脊部107c的上表面暴露，并且还在其上形成p电极115a与条状脊部107c的暴露面相接触。
其中，p电极115a，与实施方式1同样地被分割为4个，各个电极部1～4沿着共振器长度方向排列。
下面对作用效果进行说明。
在上述实施方式1、2的半导体激光装置中，通过使注入到分割为多个的电极部的电流的分布成为与共振器的轴向方向上的光强度分布配合的分布，可以实现半导体激光器的高输出化，而活性层内的光的强度分布为如图2(a)所示，在活性层内的各部分之中的光的功率密度本身不改变。因此，在光出射侧端面附近部分中的光的功率密度变成相当高的水平，可靠性可能降低。
与此相对，在本实施方式3的半导体激光装置30中，由于使条状脊部107c形成为平面锥形形状，可以使在光出射端面侧附近的导波路宽度增大，因此可以达到在活性层内的光出射端面附近部分中的光的功率密度的降低。
在本实施方式3中，条状脊部107c形成为，在设共振器长度为L、前方端面(光出射侧端面)中的条的宽度为Wf、后方端面中的条的宽度为Wr、距前方端面的距离为x的位置的条的宽度为Wx时，Wx＝Wf-(Wf-Wr)·x/L的关系成立。
例如，通过使条状脊部107c成为前方端面中的条的宽度Wf为50μm，后方端面中的脊的宽度Wr为35μm的锥形形状，阈值电流减小，斜率(slope)效率提高。
另外，在本实施方式3的半导体激光装置30中，如上所述，发现通过将条状脊部107c的平面形状作成为锥形形状，在特性温度这一点上也有大幅度的改善。
在前方端面和后方端面中的条的宽度为50μm的现有型的激光器结构中，连续振荡工作时的横模变成不稳定的水平(值)平均为80mW。与此相对，如本实施方式所述，在前方端面中的条的宽度为50μm，后方端面中的条的宽度为35μm的激光器结构中，连续振荡工作时的横模变成不稳定的是平均为200mW，一直到高光输出工作时为止可以实现横模中的稳定的激光振荡。
此外，在将p电极分割为4个的结构中使注入电流密度具有共振器长度方向的分布的场合，已成功地使横模变成不稳定的水平增大到300mW。并且，特性温度也从105K上升到145K。另外，从阈值电流的下降也可知，由于活性层内的载流子密度的降低提高了热饱和水平。
然而，通过以这种方式使条状脊部成为平面锥形形状，可以达到使活性层内的光密度均匀化，但在前方端面中的条的宽度和后方端面中的条的宽度之比变得过大时，出现由于导波路的多路化和急剧的锥形引起的传输损失的增大等等，锥形的扩展是有限度的。具体言之，相对后方端面中的条的宽度，前方端面中的条的宽度大于等于2倍是困难的。因此，根据条的宽度的扩大的光密度的降低是有限度的。
因此，如上述实施方式1所示，将电极作成分割结构，通过增大活性层的光出射侧端面附近部分中的电流密度，可以进一步改善高输出特性。
但是，在前方端面附近和后方端面附近，条的宽度极端不同的场合，散射损失有可能增大。优选是前方端面中的条的宽度和后方端面中的条的宽度之比在下述范围内1＜(前方端面中的条的宽度)/(后方端面中的条的宽度)＜2。
这样，在本实施方式3中，因为在光出射端面中的光反射率和在其相反侧的端面中的光反射率不同的半导体激光装置中，使条状脊部成为在光出射端面侧的宽度宽，其相反侧的端面上的宽度窄的锥形形状，将配置在该脊部上的电极作成为分割成多个的分割电极结构，越是接近光出射端面侧的电极部，相对应的注入电流的密度越高，所以活性层内的载流子密度分布可以是与活性层内的光强度分布相应的分布，同时可以降低活性层的光出射端面附近部分中的光功率密度。因此可以得到能够以稳定的横模进行激光振荡并且可靠性高的高输出半导体激光器。
另外，在上述各实施方式中，是假设半导体激光器元件的结构具有图1所示的半导体层层叠体，但半导体激光器的元件结构并不限定于此。
例如，构成半导体激光器的半导体层层叠体也可以是在n型基板上顺序层叠n型包层、n型光导层、具有多量子阱结构的活性层、不掺杂间隙层、p型光导层、p型包层、蚀刻阻止层以及第2p型包层的半导体层层叠体。在此场合，蚀刻阻止层位于条状脊部的正下方。
另外，在本实施方式3中，是针对条状脊部的平面形状为其条的宽度从前方端面至后方端面连续变化的形状的场合进行叙述的，但条状脊部的平面形状并不限定于此。
另外，在本实施方式3中是假定以GaN基板作为半导体基板，但是，构成激光元件的基板也可以是，例如，如蓝宝石基板和SiC基板等，可以在其上外延生长III-V族氮化物系半导体材料的基板。
另外，在本实施方式3中，半导体激光器是由III-V族氮化物系半导体材料构成的半导体激光器，但半导体激光器也可以是，例如，使用AlGaAs系半导体材料或AlGaInP系半导体材料的半导体激光器，在此场合也可以实现以稳定的基本横模进行激光振荡的高输出半导体激光器。
特别是在使用AlGaInP系半导体材料的半导体激光装置中，在基板面方位为从(100)向着
或
方向倾斜的GaAs基板上，层叠各半导体层形成半导体层层叠体时，不会产生由于晶体的有序化引起的带隙的改变，可以实现稳定的高输出半导体激光器。
另外，在本实施方式3中，是对半导体激光装置由一个半导体激光元件构成，具有一个条状脊部的场合进行说明的，但也可以是一个半导体激光装置由多个半导体激光元件构成，具有多个条状脊部的多光束型的半导体激光器，在此场合也可以得到与上述实施方式3同样的效果。
此外，在实施方式3中，半导体激光装置是激光振荡以基本横模进行的激光器，但半导体激光装置也可以是并不一定需要只在基本横模的激光振荡的大输出半导体激光器，在此场合也可以通过采用本实施方式3的调整载流子注入密度分布的结构来缓和增益饱和而实现更大输出的半导体激光器。
除此之外，在本实施方式3中示出的是将半导体激光装置的条状脊部作成平面锥形形状，使光出射侧端面附近的光功率密度降低的装置，但是也可以将配置在条状脊部上的多个被分割的电极部的一部分或全部作成平面锥形形状来代替将条状脊部的平面形状作成锥形形状。
例如，图6(a)示出将配置在条状脊部之上的多个被分割的电极部的一部分作成平面锥形形状的半导体激光装置30a。
在此半导体激光装置30a中，配置在条状脊部107a之上的p电极115b分割为3个，位于光出射端面侧的电极部1b和与其相邻的电极部2b作成光出射端面6一侧的条的宽度比其相反侧的端面5一侧的条的宽度宽的平面锥形形状。另外，位置与光出射端面6一侧的相反侧的端面5接近的电极部3b为横向长的长方形形状。其中，最接近光出射端面6一侧的电极部1b的光出射端面6一侧的条的宽度，比与其相邻的电极部2b的光出射端面6一侧的条的宽度更宽。另外，此半导体激光装置30a的激光元件的断面结构与图1所示的实施方式1的相同。
另外，图6(b)示出将配置在条状脊部之上的被分割的多个电极部的全部作成平面锥形形状的半导体激光装置30b。
在此半导体激光装置30b中，配置在条状脊部107a上的p电极115c分割为3个，各电极部1c～3c作成在光出射端面6一侧的条的宽度比其相反侧的端面5侧的条的宽度更宽的平面锥形形状。另外，此半导体激光装置30b的激光元件的断面结构与图1所示的实施方式1的相同。
通过以这种方式将配置在半导体激光器的条状脊部上的被分割的多个电极部的至少一部分的电极部作成平面锥形形状，可以配合越接近光出射侧端面部越增大的光的功率密度，来控制注入到各电极部的电流量，可以改善注入载流子密度分布和光功率密度分布的失配。其结果，可以达到降低载流子损失，可以实现高效率化的半导体激光装置。
另外，在上述各实施方式中，假设条状脊部是共振器长度方向上的电阻值的分布是均匀的，不过也可以在此条状脊部的上表面部分上形成沿着共振器轴向方向使电阻值变化的电阻层。在此场合，通过使电阻层的电阻值在共振器的前方端面侧减小，而在后方端面侧变大，就可以使活性层内的载流子密度分布成为更适合活性层内的光强度分布的分布。
(实施方式4)图7为说明根据本发明的实施方式4的半导体激光装置的示图。
此实施方式4的半导体激光装置40是，为了得到大画面激光显示器所要求的数W的大输出而在一个共用半导体基板上集成了40个激光元件LD-1～LD-n(n＝40)构成的多条结构的激光器芯片，各激光元件LD-1～LD-n是与图2(a)所示的实施方式1的半导体激光装置10同一结构。另外，在此半导体激光装置40的半导体基板上，形成分离相邻的半导体激光元件的分离电阻部(未图示)。此分离电阻部是对相邻的激光元件间的部分进行蚀刻而形成的沟，使相邻的激光元件的电极间的电阻增高。沟的深度为不影响在活性层中导波的光的程度的深度，防止因光量损失增加而使效率降低。
其中，在上述共用半导体基板上，与实施方式1一样，使用n型GaN基板，在该n型GaN基板上顺序层叠n型AlGaN包层、n型GaN光导层、具有包含InGaN的多量子阱结构的活性层、不掺杂GaN间隙层、p型GaN光导层以及p型AlGaN包层。
于是，在由上述共用半导体基板和上述多个半导体层构成的半导体层层叠体110d上部，形成构成各激光元件LD-1～LD-n的条状脊部107a1～107an。其中，构成上述激光器芯片的活性层104d的与各条状脊部107a1～107an对置的部分，成为各激光元件的共振器，从各激光元件LD-1～LD-n射出激光LB-1～LB-n。另外，各条状脊部的宽度为50μm，并且，各激光元件的宽度为300μm。所以，此半导体激光器芯片的宽度，即共振器宽度方向上的尺寸为12mm。
下面对作用效果进行说明。
为了利用激光照射实现100英寸级的大画面，作为光源特性需要数W的输出。另外，为了得到全色输出，必须对红、蓝、绿的波长区域的各个激光备齐数W级的激光。然而，在单一条状结构的半导体激光器中难以得到W级的输出。
与此相对，本实施方式4的半导体激光装置40是通过使用多条结构实现数W输出的装置。
在本实施方式4的半导体激光器芯片40中，每一条的输出，即一个半导体激光元件的输出，为100mW左右，以一个芯片可以达到4W的输出。并且，各激光元件，与实施方式1的半导体激光装置一样，是将配置在条状脊部上的p电极分割成为4个的结构，利用这种分割电极结构来改善高输出特性，以下进行简单说明。
首先，通过使用分割电极结构，即使是在高输出时也不会发生由于扭折的发生和烧孔效应引起的输出的不稳定性等等，可以得到稳定的输出，并且也可以以低功率施加对显示器的应用所必需的不可缺少的降低斑点噪声所必需的高频重叠。
另外，如在上述实施方式1中所示，通过利用分离电阻部在多个电极部的一部分上施加频率不同的高频信号，可以以比较少的高频功率降低相干性，可以降低斑点噪声。特别是，在大输出半导体激光器的场合，施加在整个该半导体激光器上的电流量变得巨大，在整个注入电流上施加高频信号从功率量考虑是不可能的，通过以上述方式将p电极制作成为分割电极结构，可以大幅度地降低高频信号的功率量，即使是在W级的半导体激光器中也可以使斑点噪声降低。
另外，本实施方式4的半导体激光器芯片，通过采用如下所示的方法，可以更加提高效率。
首先，在各激光元件中，通过将施加的高频信号的频率、功率量、电极位置、电极形状、条的宽度这样的种种参数中的至少一个设定为不同的值，使从各激光元件射出的激光具有不同的波长，大大加宽从半导体激光装置输出的激光光谱整体。结果，可以大幅降低激光的相干性，大幅降低斑点噪声。
另外，通过使各激光元件的条状脊部的平面形状，成为上述实施方式3中示出的锥形形状，可以防止光功率密度的过度集中，可以谋求各激光元件的进一步的高输出化。结果，可以谋求多条状激光器的进一步的高输出化。构成这种激光器芯片的各激光元件的高输出化，可以实现根据更少的激光元件的相同输出的激光器芯片，对成品率的提高和低成本化有效。
这样，在本实施方式4中，使具有与实施方式1的半导体激光装置相同的元件结构的激光元件，集成在同一基板上，构成多条结构的激光器芯片，因此可以实现在单一条状结构的半导体激光器中难以实现的瓦级的大输出，由此可以实现能够作为激光显示器的光源使用的半导体激光器。
另外，由于使构成激光器芯片的各个激光元件的电极为分割电极结构，因此可以使各激光元件中的注入电流密度分布适合于光强度分布，得到稳定的输出，另外，通过只对一部分电极部进行高频信号的重叠，可以以低功率的高频重叠降低斑点噪声。
另外，通过使决定各激光元件的特性的参数为对每个激光元件不同的值，可以大幅降低斑点噪声。
此外，通过使各激光元件中的条状脊部成为平面锥形形状，也可以使活性层内的光强度分布成为均匀分布而实现各激光元件的进一步的高输出化。
(实施方式5)在此实施方式5中，对作为使用根据上述实施方式1至4中的任何一个的半导体激光装置的激光投影装置的一种的激光显示器进行叙述。
激光显示器，是由RGB光源和投影光学系统构成，通过将来自激光光源的光利用投影光学系统投影到屏幕等，将全色影像进行投影的装置。作为这种激光显示器，可以分类为投影到外部的屏幕或墙壁等而观察其反射光的类型和从屏幕的背面进行光的照射而观察其透射光的类型，但在任何一种场合都是利用由屏幕等等散射的光识别颜色。
图8示出根据本发明的实施方式5的激光显示器的一例。
图8示出的激光显示器50具有射出RGB三色激光的激光光源201a～201c、使光扩散的扩散片206a～206c以及使从上述激光光源201a～201c输出的各激光照射到上述扩散片206a～206c的光学系统。上述激光显示器50具有使上述各扩散片206a～206c摆动的扩散片摆动部208a～208c以及对由上述扩散片206a～206c扩散的上述各激光光源201a～201c发出的光进行调制的空间光调制元件207a～207c。上述激光显示器50具有对通过上述各空间光调制元件207a～207c的光进行合成的分色棱镜209和将由上述分色棱镜209合成的光扩大投影到屏幕211上的投影透镜210。
其中，上述激光光源201a是射出红色激光的红色激光光源，具有与图2(a)所示的实施方式1的半导体激光装置10同样的元件结构。与此红色激光光源201a相对应的光学系统具有将从上述激光光源201a射出的光扩大的光束扩展器202a和使由上述光束扩展器202a扩大的光的面内强度分布均匀化的光学积分器203a。并且，此光学系统具有将从上述光学积分器203a发出的光进行聚光的聚光透镜204a、反射由上述聚光透镜204a聚光的光的反光镜212a以及将由该反光镜212a发出的反射光变换为收敛光束照射到扩散片206a的场透镜205a。另外，红色激光光源201a，通过连接与图2(b)所示的高频电源23或24相当的高频电源225a而成为扩展了振荡光谱的激光光源。
上述激光光源201b是射出绿色激光的绿色激光光源，与此绿色激光光源201b相对应的光学系统具有将从上述激光光源201b射出的光扩大的光束扩展器202b和使由上述光束扩展器202b扩大的光的断面强度分布均匀化的光学积分器203b。并且，此光学系统具有将从上述光学积分器203b发出的光进行聚光的聚光透镜204b以及将由上述聚光透镜204b聚光的光变换为收敛光束照射到扩散片206b的场透镜205b。
另外，上述激光光源201c是射出蓝色激光的蓝色激光光源，具有与图2(a)所示的实施方式1的半导体激光装置10同样的元件结构。与此蓝色激光光源201c相对应的光学系统具有将从上述激光光源201c射出的光扩大的光束扩展器202c和使由上述光束扩展器202c扩大的光的断面强度分布均匀化的光学积分器203c。并且，此光学系统具有将利用上述光学积分器203c扩大投影的光进行聚光的聚光透镜204c、反射由上述聚光透镜204c聚光的光的反光镜212c以及将由该反光镜发出的反射光变换为收敛光束照射到扩散片206c的场透镜205c。另外，蓝色激光光源201c，通过连接到与图2(b)所示的高频电源23或24相当的高频电源225c而成为扩展了振荡光谱的激光光源。
下面对作用效果进行说明。
首先对激光显示器50的动作进行说明。
从上述红色、绿色、蓝色激光光源201a、201b、201c发出的激光，分别由光束扩展器202a、202b、202c扩大并通过光学积分器203a、203b、203c而分别入射到聚光透镜204a、204b、204c。由聚光透镜204a和204c聚光的红色和蓝色激光，在由反光镜215a和215c使光路弯曲90度之后，通过场透镜205a和205c并入射到扩散片206a和206c。另外，由聚光透镜204b聚光的绿色激光通过场透镜205b入射到扩散片206b。各扩散片206a、206b、206c由扩散片摆动部213a、213b、213c摆动。于是，通过扩散片206a、206b、206c的各激光照射到空间光调制元件207a、207b、207c上。
此时，由于入射到各空间光调制元件的红色、绿色、蓝色的各激光是通过光学积分器203a、203b、203c的激光，所以在空间光调制元件207a、207b、207c上的照度分布是均匀的。
在空间光调制元件207a、207b、207c中，红色、绿色、蓝色的各激光分别独立地进行调制，经过调制的各激光由分色棱镜209合成并由投影透镜210扩大投影到屏幕211上成像。
投影到屏幕上的像，通过扩散片206a、206b、206c的摆动，使斑点噪声在时间上平均而受到抑制。
下面对本实施方式5的激光显示器的特长进行说明。
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场合，由屏幕散射的光发生干涉而产生斑点噪声。降低斑点噪声的有效方法是降低激光的相干性。为了降低激光的相干性，将纵模多模化是有效的。特别是，通过扩大纵模的光谱宽度可以大幅度地降低斑点噪声。
在本实施方式5的激光显示器中使用的半导体激光装置，如在上述实施方式1中所说明的，通过在分割为多个的电极部的一部分之上重叠高频信号，扩大光谱宽度，相干性可以降低。为了降低斑点噪声，必须使纵模光谱在波长上扩大到大于等于1nm，更优选是扩大到大于等于5nm左右。为了扩大纵模光谱，如前所述，可利用在分割的多个电极部的一部分之上重叠高频信号的高频重叠法实现，但通过应用于条的宽度大的宽条的激光器结构，还可以使光谱的扩大范围加大。另外，通过对不同的电极部施加不同频率的高频或通过使用多条状激光器，光谱可进一步扩大。
但是，与激光显示器的波长和视见度的关系相比，RGB光源的振荡波长更为重要。根据视见度的影响，决定使用的波长和必需的光强度。并且由色度的影响决定波长和色再现性的广度。
图9为表示蓝色光源的波长和必需的输出的关系的示图。其中，示出在将红色的波长固定为640nm，绿色固定为532nm时，用来实现1000lm(流明)的亮度的蓝色的波长和必需的输出的关系。
蓝色光，由于在波长小于等于430nm时视见度降低，必需的功率急剧增加。并且，由于在大于等于460nm时接近绿色的区域，在可以显示的颜色范围变窄的同时为实现白平衡所必需的功率增大。结果，红色的功率也同时增大。
另外，利用GaN系半导体的蓝色激光器，通常在410nm附近实现高输出激光。为了使此波长向长波长一侧移动，必须使In的添加量增大，但在使In的添加量增大时晶体质量恶化，可靠性和高输出特性劣化。因此，在使用GaN系材料的蓝色激光器中，优选是将波长设定为小于等于455nm。另外，也从色再现性的观点考虑，使用波长短的蓝色光源，由于在蓝色区域中可以显示的颜色的范围变宽，为优选。
从以上的观点出发，作为蓝色激光器的波长区域，优选是430nm～455nm。更优选是440～450nm。在此场合，可以实现由于必需功率的减小引起的低功耗化和高色再现性。
另外，作为输出光强度，要实现大于等于80英寸的大型的影像，需要数W的输出。在此场合，作为激光器的结构，可做到高输出化的宽条激光器结构或阵列结构为优选。为了实现高输出加之可靠性高的结构，宽条状是有效的。激光显示器，由于不需要衍射界限的聚光特性，单模性无论是纵模还是横模都不需要。因此，不要求在光盘和光通信等之中利用的横模单导波特性。所以，利用容易高输出化的宽条结构，可以实现高输出化、提高成品率和提高可靠性。
这样，在本实施方式5中，因为作为激光显示器的光源使用在光出射端面中的光反射率和其相反侧的端面中的光反射率不同的半导体激光器，将配置在该半导体激光器的条状脊部上的电极作成分割为多个的分割电极结构，在分割的各电极部上施加驱动电压以使越接近光出射端面侧的电极部，相对应的注入电流的密度越高，作为激光显示器的光源，可以以稳定的横模进行激光振荡并且得到高可靠性的光源。
另外，在本实施方式5中的激光显示器中，通过在分割为多个的电极部的一部分之上重叠高频信号，可以扩大频带宽度减小斑点噪声，此外还通过将作为光源的半导体激光器作成由在不同的电极部上施加不同频率的高频的结构，或者作成多条激光器，可以实现进一步的光谱宽度的扩大。
本发明的半导体激光装置，可以防止由于在共振器的长度方向上的光功率密度分布的偏差产生由于轴方向上的烧孔效应引起的横模的不稳定化和增益的下降而导致的高输出特性的劣化，所以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，并且在其它激光加工、医用等方面的应用中也是有用的。
权利要求
1.一种半导体激光装置，在半导体基板上备有具有脊型包层的半导体激光元件，其特征在于上述半导体激光元件具有利用载流子的注入进行激光振荡，在前方端面和后方端面上反射率不同的共振器；在该共振器的共振器轴向方向上延伸的用来将载流子注入到该共振器的条状结构；和在该条状结构的上部配置的电极；上述条状结构上的电极，分割为大于等于2个，使得沿着共振器轴向方向排列多个电极部，在上述多个电极部中的位于射出激光的共振器的前方端面附近的电极部中，以与位于上述共振器的后方端面附近的电极部相比在活性层内的电流密度大的方式注入电流。
2.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述半导体激光元件的横模光谱是多模。
3.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述半导体激光元件具有位于上述共振器的端面附近的窗口区。
4.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于在上述多个电极部中的至少一个上施加高频重叠了的电压。
5.如权利要求4所述的半导体激光装置，其特征在于在位于上述共振器的后方端面附近的电极部上施加上述高频重叠了的电压。
6.如权利要求4所述的半导体激光装置，其特征在于在位于上述共振器的前方端面附近的电极部上施加上述高频重叠了的电压。
7.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于在上述多个电极部中的至少一个上施加经过调制的电流。
8.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述条状结构具有在射出激光的共振器的前方端面中的条的宽度比位于其相反侧的后方端面中的条的宽度宽的锥形形状。
9.如权利要求8所述的半导体激光装置，其特征在于上述条状结构形成为，在共振器长度为L、前方端面中的条的宽度为Wf、后方端面中的条的宽度为Wr、距前方端面的距离为x的位置的条的宽度为Wx时，Wx＝Wf-(Wf-Wr)·x/L的关系成立。
10.如权利要求9所述的半导体激光装置，其特征在于上述条状结构形成为，具有上述前方端面中的条的宽度和后方端面中的条的宽度之比满足1＜(前方端面中的条的宽度)/(后方端面中的条的宽度)＜2的关系的平面形状。
11.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述多个电极部中的至少一个电极部为其上述前方端面侧的宽度和上述后方端面侧的宽度不同的锥形形状。
12.如权利要求11所述的半导体激光装置，其特征在于上述多个电极部之中的接近前方端面侧的电极部为其上述前方端面侧的宽度和上述后方端面侧的宽度不同的锥形形状。
13.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述多个电极部之中的各个电极部为其上述前方端面侧的宽度和其上述后方端面侧的宽度不同的锥形形状。
14.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述条状结构具有在其上部形成的电阻层，该电阻层的电阻值从射出激光的上述共振器的前方端面起到后方端面为止一直变化。
15.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述半导体激光元件在上述半导体基板上集成多个，在该半导体基板上形成使相邻的半导体激光元件分离的分离电阻部。
16.如权利要求15所述的半导体激光装置，其特征在于上述多个半导体激光元件中的至少一个以与其它半导体激光元件不同的波长振荡产生激光。
17.如权利要求15所述的半导体激光装置，其特征在于上述多个半导体激光元件中的至少一个是由与其它半导体激光元件不同的注入电流驱动的。
18.如权利要求15所述的半导体激光装置，其特征在于上述多个半导体激光元件中的至少一个的条状结构的宽度与其它半导体激光元件的条状结构的宽度不同。
19.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于从上述半导体激光元件射出的激光的振荡波长为430～455nm。
20.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述半导体激光元件射出纵模光谱是多模的激光。
21.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于上述半导体激光元件射出纵模光谱的宽度扩展了大于等于1nm的激光。
22.一种激光投影装置，具有射出激光的半导体激光装置、和将从该半导体激光装置射出的激光进行投影的光学系统，其特征在于上述半导体激光装置是权利要求1所述的半导体激光装置。
全文摘要
提供一种半导体激光装置和激光投影装置，在端面反射率不同的半导体激光装置(10)中，将配置在条状脊部(107a)上的电极，分割为由4个电极部(1)、(2)、(3)、(4)构成的四分割结构，使越是接近光出射端面侧的电极部，其注入电流越大。利用这种半导体激光装置，可以使与条状脊部对置的活性层内的载流子密度分布成为适合其光强度分布的分布，因此可以防止由于空间烧孔效应产生的横模的不稳定化和增益降低引起的高输出特性劣化。
文档编号H01S5/10GK1886875SQ20048003527
公开日2006年12月27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, 山本和久, 笠澄研一, 木户口勋 申请人:松下电器产业株式会社