JP5664508B2

JP5664508B2 - Optical module

Info

Publication number: JP5664508B2
Application number: JP2011198324A
Authority: JP
Inventors: 哲弥熊野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2031-09-12
Also published as: JP2013062300A

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical module .

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。 Patent Document 1 describes a technique for reducing speckle noise. The apparatus described in this document includes a semiconductor laser element that emits a single coherent laser beam and a plurality of lenses that are arranged side by side, and a plurality of laser beams that are emitted from the semiconductor laser element. And a condenser lens that condenses the plurality of light beams so as to illuminate substantially the same irradiated region at the focal position.

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。 Non-Patent Document 1 describes a structure for reducing kinks in current-light output characteristics in a semiconductor laser element that outputs laser light in a blue-violet wavelength region. In the semiconductor laser device described in this document, attempts have been made to reduce kinks by optimizing the thickness of the cladding layer and the width of the ridge structure.

特開２０００−２６８６０３号公報JP 2000-268603 A

石田昌宏他５名、「Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ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Masahiro Ishida and five others, "GaN-based blue-violet semiconductor laser for Blu-ray Disc", Panasonic Technical Journal, Vol. 54, No. 3, October 2008

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。 In general, there are semiconductor laser elements that perform single-mode laser oscillation and those that perform multi-mode laser oscillation. This difference is mainly determined by the cross-sectional dimension of the optical waveguide. In semiconductor laser elements that perform single-mode laser oscillation, light oscillates in a coherent state, so that kinks in the current-light output characteristics can be suppressed, but diffused laser beams interfere with each other and speckle noise occurs. There is a problem that it is likely to occur. Conversely, in a semiconductor laser element that performs multimode laser oscillation, the emitted laser light is incoherent, so that interference between the diffused light is unlikely to occur, and speckle noise is suppressed, but there is a kink in the current-light output characteristics. There is a problem that it is likely to occur.

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。 Single-mode semiconductor laser elements and multi-mode semiconductor laser elements have the above-described characteristics, and thus are used properly in various applications. For example, as a semiconductor laser element for reading an optical disk, one that performs single-mode laser oscillation is used in order to avoid kinking in current-light output characteristics. On the other hand, for example, a semiconductor laser element for display use is one that outputs multimode laser light in order to suppress speckle noise on the screen. However, it is desirable to suppress kinks in the current-light output characteristics even for display applications.

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。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an optical module capable of effectively suppressing both speckle noise and kinks in current-light output characteristics. To do.

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。 In order to solve the above-described problems, an optical module according to the present invention includes a semiconductor laser element that emits multimode laser light, and a single lens that condenses the multimode laser light. a semiconductor substrate having a main surface, are arranged in the first direction along the main surface on the main surface of the semiconductor substrate, and first and second semiconductor laser structure which emits a laser beam of single mode have, each of the first and second semiconductor laser structure, the optical waveguide structure extending in a second direction along the main surface intersecting with the first direction, both ends of the optical waveguide structure in the second direction A pair of resonance end faces formed on the electrode and an electrode for supplying a current to the optical waveguide structure, and a resonance end face of the first semiconductor laser structure and a resonance end face of the second semiconductor laser structure. The distance between them is 100 μm A bottom, and first and second electrodes of the semiconductor laser structure is short-circuited to each other, the laser beam of the multimode laser light emitted from each of the first and second semiconductor laser structure on top of each other It is characterized by that.

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。 In this optical module , first and second semiconductor laser structures that emit single-mode laser light are provided on a common semiconductor substrate. In these semiconductor laser structures, since light oscillates in a coherent state, kinks in current-light output characteristics can be suppressed. In this optical module , since the electrodes for supplying current to the optical waveguide structures of the first and second semiconductor laser structures are short-circuited to each other, when current is supplied through this electrode, the first In the second and second semiconductor laser structures, laser oscillation occurs simultaneously and is emitted from the resonance end face. The laser beams emitted from the first and second semiconductor laser structures simultaneously overlap each other. Since the phases of these laser beams are almost different from each other, the superimposed laser beams are provided to the outside of the semiconductor laser device as incoherent multimode light. Therefore, even if the emitted light is diffused, interference is unlikely to occur, and speckle noise can be suppressed. As described above, according to this optical module , it is possible to effectively suppress both speckle noise and kinks in current-light output characteristics.

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。 In the optical module , the distance between the optical waveguide structure of the first semiconductor laser structure and the optical waveguide structure of the second semiconductor laser structure is preferably 2 μm or more. Thereby, it is possible to suppress the oscillation light in each waveguide of the first and second semiconductor laser structures from interfering with each other.

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。 Further, the optical module may be characterized in that the distance between the resonance end face of the first semiconductor laser structure and the resonance end face of the second semiconductor laser structure is 50 μm or less. Thereby, the laser light emitted from each of the first and second semiconductor laser structures can be easily condensed using a single lens.

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。 The optical module may be characterized in that the oscillation wavelengths of the first and second semiconductor laser structures are 360 nm or more and 830 nm or less. As described above, the wavelength of the laser light output from the first and second semiconductor laser structures is included in the wavelength range of the visible light, so that the speckle noise and the kink in the current-light output characteristics in a visual application such as a display, for example. Both of these can be effectively suppressed.

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。 The optical module may be characterized in that the threshold current value of the first semiconductor laser structure is in a range of ± 10% compared to the threshold current value of the second semiconductor laser structure. Thus, since the magnitudes of the threshold currents of the first and second semiconductor laser structures are close to each other, kinks in both current-light output characteristics can be more effectively suppressed.

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。 The optical module may be characterized in that the semiconductor substrate and each semiconductor layer constituting the first and second semiconductor laser structures are made of a gallium nitride based semiconductor. In this case, the oscillation wavelengths of the first and second semiconductor laser structures are preferably 480 nm or more and 540 nm or less, and more preferably 510 nm or more and 540 nm or less. Thereby, it is possible to provide green laser light in which both speckle noise and kink are effectively suppressed.

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。 Further, when the semiconductor substrate and each semiconductor layer constituting the first and second semiconductor laser structures are made of a gallium nitride semiconductor, the main surface of the semiconductor substrate is relative to a plane perpendicular to the c-axis of the gallium nitride semiconductor. It is preferable to incline in the m-axis direction. Thereby, the threshold current can be reduced by suppressing the piezoelectric field generated by the piezoelectric polarization due to the distortion of the crystal structure in the first and second semiconductor laser structures. In this case, the inclination angle of the main surface in the m-axis direction is preferably not less than 63 ° and less than 80 °.

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。

The optical module according to the present invention can effectively suppress both speckle noise and kinks in current-light output characteristics.

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。It is a front view which shows the structure of the semiconductor laser element which concerns on one Embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the cross section along the II-II line | wire of the semiconductor laser element shown by FIG. 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。It is a figure which shows an example of the laminated structure of the semiconductor laser element shown by FIG. 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。It is sectional drawing which shows the structure of an optical module provided with the semiconductor laser element shown by FIG.

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。 Embodiments of a semiconductor laser device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

（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。 (First embodiment)
FIG. 1 is a front view showing a structure of a semiconductor laser device 1A according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a cross section taken along line II-II of the semiconductor laser element shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the optical waveguide direction (direction A2 perpendicular to the paper surface in the figure) of the semiconductor laser element 1A. FIG. 2 shows a cross section of the semiconductor laser element 1A along the optical waveguide direction A2. 1 and 2 also show a direction A1 orthogonal to the direction A2.

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。 As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 1 A according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 10 and first and second semiconductor laser structures 20 A and 20 B provided on the semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 is, for example, a gallium nitride semiconductor substrate such as a GaN substrate or a gallium arsenide semiconductor substrate such as a GaAs substrate. The semiconductor substrate 10 has a main surface 10a and a back surface 10b facing each other. When the semiconductor substrate 10 is a gallium nitride based semiconductor substrate, the main surface 10a of the semiconductor substrate 10 is, for example, a semipolar main body inclined from the plane perpendicular to the c axis of the gallium nitride based semiconductor in the m axis direction of the gallium nitride based semiconductor. Surface. The inclination angle of the main surface 10a in the m-axis direction is preferably 63 ° or more and less than 80 °, more preferably 70 ° or more and less than 80 °, from the viewpoint of further reducing the threshold current while suppressing an increase in operating voltage. More preferably, it is at least 79 ° and at most 79 °.

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。 The semiconductor laser structures 20 A and 20 B are provided side by side in the direction A 1 along the main surface 10 a on the main surface 10 a of the semiconductor substrate 10. The semiconductor laser structures 20A and 20B each have a structure for emitting single mode laser light in the same direction A2. Specifically, each of the semiconductor laser structures 20A and 20B includes a semiconductor stack 30 including an active layer 31 provided on the main surface 10a, an optical waveguide structure 21 formed in the semiconductor stack 30 and extending in the direction A2, and a direction A2. 2 has a pair of resonance end faces 22a and 22b (see FIG. 2) formed at both ends of the optical waveguide structure 21, and an electrode 23 for supplying a current to the optical waveguide structure 21. The semiconductor laser structures 20A and 20B of the present embodiment have a so-called ridge structure as an optical waveguide structure. The optical waveguide structure is not limited to this, and other structures such as an embedded mesa shape may be adopted.

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。 The dimension of the cross section of the optical waveguide structure 21 intersecting the optical waveguide direction A2 is set so that single-mode laser oscillation is performed in the optical waveguide structure 21. That is, in this embodiment, whether or not the laser oscillation is in the single mode is determined by the width of the ridge of the optical waveguide structure 21 and the distance D1 between the lower end of the ridge and the active layer 31. In order to perform single mode laser oscillation, the width W of the ridges of the semiconductor laser structures 20A and 20B is preferably less than 1.8 μm. In order to perform suitable laser oscillation, the width W of the ridge is preferably 1.0 μm or more.

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。 The electrode 23 is provided on the optical waveguide structure 21 and is in ohmic contact with the semiconductor layer of the optical waveguide structure 21 as, for example, a p-type electrode. The electrodes 23 of the semiconductor laser structures 20A and 20B are covered with a common metal film 24, and these electrodes 23 are electrically short-circuited with each other via the metal film 24. Further, another electrode 25 is provided on the back surface 10 b of the semiconductor substrate 10. The electrode 25 is in ohmic contact with the semiconductor substrate 10 as an n-type electrode, for example. In the present embodiment, when a driving voltage is applied between the metal film 24 and the electrode 25, an electric current having an equal magnitude according to the driving voltage is passed through each electrode 23 of the semiconductor laser structures 20A and 20B. Supplied to the optical waveguide structure 21.

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ＳｉＯ_２、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。 The side surfaces of the optical waveguide structures 21 of the semiconductor laser structures 20A and 20B are covered with a dielectric film 26. The dielectric film 26 is made of an insulating silicon compound such as SiO ₂ , SiN, or SiON. The dielectric film 26 has an opening on each of the optical waveguide structures 21 of the semiconductor laser structures 20A and 20B, and the electrode 23 described above is in contact with the semiconductor layer of the optical waveguide structure 21 through this opening.

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。 The semiconductor laser structures 20A and 20B are preferably made of the same material and structure, and their photoluminescence wavelength, oscillation wavelength, and threshold voltage for laser oscillation are preferably equal to or as close as possible to each other. . In particular, the threshold voltage may be such that the threshold current value of the semiconductor laser structure 20B is within a range of ± 10% compared to the threshold current value of the semiconductor laser structure 20A.

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。 The oscillation wavelengths of the semiconductor laser structures 20A and 20B are included in the visible light wavelength range of, for example, 360 nm or more and 830 nm or less. More preferably, the oscillation wavelengths of the semiconductor laser structures 20A and 20B are included in a green wavelength range of, for example, 480 nm or more and 540 nm or less, and in one example, included in a wavelength range of 510 nm or more and 540 nm or less. Alternatively, the oscillation wavelengths of the semiconductor laser structures 20A and 20B may be included in a blue wavelength range of 400 nm to 480 nm or may be included in a red wavelength range of 595 nm to 800 nm (particularly, 610 nm to 750 nm). .

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。 In the semiconductor laser device 1A of the present embodiment, multimode laser light is generated by superimposing two single mode laser beams emitted from the semiconductor laser structures 20A and 20B. For this reason, it is necessary to set the interval between the resonant end faces 22a (or 22b) of the semiconductor laser structures 20A and 20B so that the laser beams emitted from the semiconductor laser structures 20A and 20B overlap each other. Specifically, the distance D2 between the resonance end face 22a (or 22b) of the semiconductor laser structure 20A and the resonance end face 22a (or 22b) of the semiconductor laser structure 20B is preferably 100 μm or less, and more preferably. Is preferably 50 μm or less. The distance D2 referred to here is a portion of the ridge near the resonant end face 22a (or 22b) of the semiconductor laser structure 20A that is closest to the semiconductor laser structure 20B (typically, the semiconductor substrate 10 of the ridge closest to the semiconductor substrate 10). Of the ridge in the vicinity of the semiconductor laser structure 20B and the side surface of the ridge in the vicinity of the resonance end face 22a (or 22b) of the semiconductor laser structure 20B (typically, The distance between the base portion of the ridge closest to the semiconductor substrate 10 and the side edge on the semiconductor laser structure 20A side).

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。 In the semiconductor laser device 1A of the present embodiment, the semiconductor laser structures 20A and 20B need to emit independent single mode laser beams. For this reason, it is necessary to set an interval between the optical waveguide structures 21 of the semiconductor laser structures 20A and 20B so that independent laser oscillation is performed in each of the semiconductor laser structures 20A and 20B. Specifically, the distance D3 between the optical waveguide structure 21 of the semiconductor laser structure 20A and the optical waveguide structure 21 of the semiconductor laser structure 20B is preferably 2 μm or more, and more preferably 10 μm or more. Good. Here, the distance D3 is the portion of the side surface of the ridge of the semiconductor laser structure 20A that is closest to the semiconductor laser structure 20B (typically, the semiconductor laser structure 20B at the root portion of the ridge that is closest to the semiconductor substrate 10). Of the ridge of the semiconductor laser structure 20B and the portion closest to the semiconductor laser structure 20A (typically, the base portion of the ridge closest to the semiconductor substrate 10 on the side of the semiconductor laser structure 20A) The distance to the edge.

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。 In this embodiment, since the semiconductor laser structures 20A and 20B extend in the same direction A2 and are substantially parallel to each other, the above-described distances D2 and D3 are equal to each other. Therefore, the lower limit value of the distance D2 is 2 μm or more, and the upper limit value of the distance D3 is 100 μm or less.

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。 Here, an example of the configuration of the semiconductor stack 30 constituting the semiconductor laser structures 20A and 20B will be described with reference to FIG. When the semiconductor substrate 10 is made of a gallium nitride semiconductor, the semiconductor stack 30 is also made of a gallium nitride semiconductor. When the semiconductor substrate 10 is made of a gallium arsenide semiconductor, the semiconductor stack 30 is also made of a gallium arsenide semiconductor. In the following example, a case where each semiconductor layer of the semiconductor stack 30 is made of a gallium nitride semiconductor will be described.

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。 As shown in FIG. 3, the semiconductor stack 30 is formed by epitaxially growing the semiconductor region 32, the active layer 31, and the semiconductor region 33 on the main surface 10 a of the semiconductor substrate 10 in the normal direction of the main surface 10 a. . The growth surface of each semiconductor layer in the semiconductor region (semiconductor region 32, active layer 31, semiconductor region 33) epitaxially grown on the main surface 10a of the semiconductor substrate 10 tends to inherit the crystal orientation of the main surface 10a.

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３×１０^１８／ｃｍ^３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（Ｉｎ_０．０３Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８３Ｎ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１×１０^１８〜５×１０^１８／ｃｍ^３である。下部クラッド層３２ｂの膜厚は、例えば１．２μｍである。 The semiconductor region 32 is composed of one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers. The semiconductor region 32 includes, for example, a buffer layer 32a, a lower cladding layer 32b, a lower light guide layer 32c, and a lower light guide layer 32d. The buffer layer 32a is disposed on the main surface 10a of the semiconductor substrate 10, and is, for example, an n-type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Si or the like as an n-type dopant. The n-type dopant concentration of the buffer layer 32a is, for example, 3 × 10 ¹⁸ / cm ³ . The film thickness of the buffer layer 32a is, for example, 1.1 μm. The lower cladding layer 32b is disposed on the buffer layer 32a. For example, an n-type gallium nitride based semiconductor layer (In _0.03 Al _0.14 Ga _0.83 N layer or the like) containing Si or the like as an n-type dopant is used. ). The n-type dopant concentration of the lower cladding layer 32b is, for example, 1 × 10 ^{18 to} 5 × 10 ¹⁸ / cm ³ . The film thickness of the lower cladding layer 32b is, for example, 1.2 μm.

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１×１０^１８〜３×１０^１８／ｃｍ^３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Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ半導体層（Ｉｎ_{０．０２５}Ｇａ_{０．９７５}Ｎ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、１×１０^１７〜３×１０^１８／ｃｍ^３が好ましく、２×１０^１７〜１×１０^１８／ｃｍ^３がより好ましい。 The lower light guide layer 32c is disposed on the lower cladding layer 32b and is, for example, an n-type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Si or the like as an n-type dopant. The n-type dopant concentration of the lower light guide layer 32c is, for example, 1 × 10 ^{18 to} 3 × 10 ¹⁸ / cm ³ . The film thickness of the lower light guide layer 32c is, for example, 0.250 μm. The lower light guide layer 32d is disposed on the semiconductor substrate 10 via the buffer layer 32a, the lower cladding layer 32b, and the lower light guide layer 32c. The lower light guide layer 32d is an n-type In _x Ga _1-x N semiconductor layer (such as an In _0.025 Ga _0.975 N semiconductor layer) containing Si or the like as an n-type dopant. The film thickness of the lower light guide layer 32d is, for example, 0.115 μm. The n-type dopant concentration of the lower light guide layer 32d is preferably 1 × 10 ^{17 to} 3 × 10 ¹⁸ / cm ^{3, and} more preferably 2 × 10 ¹⁷ to 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ .

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Ｉｎ_０．３０Ｇａ_０．７０Ｎ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。 The active layer 31 is disposed on the lower light guide layer 32d. The active layer 31 has, for example, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). The active layer 31 has a quantum well structure capable of generating, for example, green light of 480 nm to 540 nm, for example, green light of 510 nm to 540 nm. Alternatively, the active layer 31 may have a quantum well structure capable of generating blue light, such as 400 nm or more and 480 nm or less. The number of well layers in the active layer 31 is, for example, 3 or less, and may be 2 or less. In the present embodiment, the active layer 31 is composed of a single well layer. The active layer 31 is a gallium nitride based semiconductor layer such as In _0.30 Ga _0.70 N, and is non-doped, for example. The film thickness of the well layer constituting the active layer 31 is, for example, 3 nm.

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Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_１−ｙ１Ｎ半導体層（Ｉｎ_{０．０２５}Ｇａ_{０．９７５}Ｎ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。 The semiconductor region 33 is composed of one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers. The semiconductor region 33 includes, for example, an upper light guide layer 33a, an electron block layer 33b, an upper light guide layer 33c, an upper light guide layer 33d, an upper clad layer 33e, and a contact layer 33f. The upper light guide layer 33 a is disposed on the active layer 31. The upper light guide layer 33a is, for example, a non-doped In _y1 Ga _1-y1 N semiconductor layer (In _0.025 Ga _0.975 N semiconductor layer or the like). The film thickness of the upper light guide layer 33a is, for example, 0.075 μm.

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１×１０^１９／ｃｍ^３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Ｉｎ_ｙ２Ｇａ_１−ｙ２Ｎ半導体層（Ｉｎ_{０．０２５}Ｇａ_{０．９７５}Ｎ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、１×１０^１８〜１×１０^１９／ｃｍ^３が好ましく、２×１０^１８〜７×１０^１８／ｃｍ^３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２×１０^１８〜２×１０^１９／ｃｍ^３である。上部光ガイド層３３ｄの膜厚は、例えば０．２５０μｍである。 The electron block layer 33b is disposed on the upper light guide layer 33a and is, for example, a p-type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Mg or the like as a p-type dopant. The electron block layer 33b has a p-type dopant concentration of, for example, 1 × 10 ¹⁹ / cm ³ . The film thickness of the electron block layer 33b is, for example, 20 nm. The upper light guide layer 33c is disposed on the electron block layer 33b. The upper light guide layer 33c is, for example, a p-type In _y2 Ga _1-y2 N semiconductor layer (such as In _0.025 Ga _0.975 N semiconductor layer) containing Mg or the like as a p-type dopant. The film thickness of the upper light guide layer 33c is, for example, 0.050 μm. The p-type dopant concentration of the upper light guide layer 33c is preferably 1 × 10 ¹⁸ to 1 × 10 ¹⁹ / cm ^{3, and} more preferably 2 × 10 ^{18 to} 7 × 10 ¹⁸ / cm ³ . The upper light guide layer 33d is disposed on the upper light guide layer 33c and is, for example, a p-type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Mg or the like as a p-type dopant. The p-type dopant concentration of the upper light guide layer 33d is, for example, 2 × 10 ¹⁸ to 2 × 10 ¹⁹ / cm ³ . The film thickness of the upper light guide layer 33d is, for example, 0.250 μm.

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（Ｉｎ_０．０３Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８３Ｎ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５×１０^１８〜３×１０^１９／ｃｍ^３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３×１０^１９／ｃｍ^３である。コンタクト層３３ｆの膜厚は、例えば０．０５０μｍである。 The upper cladding layer 33e is disposed on the upper light guide layer 33d. For example, a p-type gallium nitride based semiconductor layer (In _0.03 Al _0.14 Ga _0.83 N containing Mg or the like as a p-type dopant) is disposed. Layer). The p-type dopant concentration of the upper cladding layer 33e is, for example, 5 × 10 ^{18 to} 3 × 10 ¹⁹ / cm ³ . The film thickness of the upper cladding layer 33e is, for example, 0.40 μm. The contact layer 33f is disposed on the upper cladding layer 33e and is, for example, a p ⁺ -type gallium nitride based semiconductor layer (GaN layer or the like) containing Mg or the like as a p-type dopant. The contact layer 33f has a p-type dopant concentration of, for example, 3 × 10 ¹⁹ / cm ³ . The film thickness of the contact layer 33f is, for example, 0.050 μm.

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。 The effects obtained by the semiconductor laser device 1A having the above configuration will be described. In the semiconductor laser device 1 A of the present embodiment, semiconductor laser structures 20 A and 20 B that emit single-mode laser light are provided on a common semiconductor substrate 10. In these semiconductor laser structures 20A and 20B, since the laser light oscillates in a coherent state, kinks in the current-light output characteristics can be suppressed. Further, in this semiconductor laser device 1A, the electrodes 23 for supplying current to the optical waveguide structure 21 of the semiconductor laser structures 20A and 20B are short-circuited to each other, so that when current is supplied through this electrode 23, Laser oscillation occurs simultaneously in the semiconductor laser structures 20A and 20B, and laser light is emitted from the resonance end face 22a (or 22b). The laser beams emitted simultaneously from the semiconductor laser structures 20A and 20B overlap each other. Since the phases of these laser beams are almost different from each other, the superimposed laser beams are provided to the outside of the semiconductor laser device 1A as incoherent multimode light. Therefore, even if the emitted light is diffused, interference is unlikely to occur, and speckle noise can be suppressed. As described above, according to the semiconductor laser device 1A of the present embodiment, both speckle noise and kinks in the current-light output characteristics can be effectively suppressed.

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。 Further, according to the semiconductor laser device 1A of the present embodiment, the far field patterns (FFP) of the laser beams emitted from the semiconductor laser structures 20A and 20B overlap each other, so that compared with a general multimode laser beam. Condensation by the lens becomes easy. Furthermore, since the width of the optical waveguide can be reduced as compared with a general multimode semiconductor laser element, the threshold for laser oscillation can be lowered. Therefore, power consumption can be reduced and heat generation can be reduced.

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。 Further, as in the present embodiment, in the semiconductor laser device 1A, the distance D3 between the optical waveguide structure 21 of the semiconductor laser structure 20A and the optical waveguide structure 21 of the semiconductor laser structure 20B is preferably 2 μm or more. Thereby, since the oscillation light in each optical waveguide structure 21 of the semiconductor laser structures 20A and 20B can be prevented from interfering with each other, single mode laser oscillation can be preferably realized in both.

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。 Further, as in this embodiment, in the semiconductor laser device 1A, the distance D2 between the resonance end face 22a (or 22b) of the semiconductor laser structure 20A and the resonance end face 22a (or 22b) of the semiconductor laser structure 20B is 100 μm or less. It is preferable that Thereby, the laser light emitted from each of the semiconductor laser structures 20A and 20B can be easily condensed using a single lens. When the main surface 10a of the semiconductor substrate 10 is a semipolar surface, if the distance between the optical waveguide structures 21 of the semiconductor laser structures 20A and 20B is large, the difference in the deviation angle of the resonance end face 22a (22b) increases. There is a possibility that the magnitudes of the threshold currents of the semiconductor laser structures 20A and 20B are greatly different. From such a viewpoint, the above-described distance D2 is more preferably 50 μm or less.

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。 Further, as in the present embodiment, in the semiconductor laser device 1A, the oscillation wavelengths of the semiconductor laser structures 20A and 20B can be 360 nm or more and 830 nm or less. As described above, the wavelength of the laser light output from the semiconductor laser structures 20A and 20B is included in the wavelength range of visible light, so that both speckle noise and kinks in current-light output characteristics can be reduced in visual applications such as displays. It can be effectively suppressed.

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。 Further, as in the present embodiment, in the semiconductor laser device 1A, the value of the threshold current of the semiconductor laser structure 20A is preferably within a range of ± 10% compared to the value of the threshold current of the semiconductor laser structure 20B. . Thus, since the magnitudes of the threshold currents of the semiconductor laser structures 20A and 20B are close to each other, kinks in both current-light output characteristics can be more effectively suppressed.

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。 Further, as in this embodiment, in the semiconductor laser device 1A, the semiconductor substrate 10 and the semiconductor layers constituting the semiconductor laser structures 20A and 20B can be made of a gallium nitride semiconductor. In this case, the oscillation wavelengths of the semiconductor laser structures 20A and 20B are preferably 480 nm or more and 540 nm or less, and more preferably 510 nm or more and 540 nm or less. Thereby, it is possible to provide green laser light in which both speckle noise and kink are effectively suppressed.

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。 Further, as in the present embodiment, when each semiconductor layer constituting the semiconductor substrate 10 and the semiconductor laser structures 20A and 20B is made of a gallium nitride based semiconductor, the main surface 10a of the semiconductor substrate 10 is made of a gallium nitride based semiconductor c. It is good to incline in the m-axis direction with respect to a plane orthogonal to the axis. Thereby, the piezoelectric field generated by the piezoelectric polarization due to the distortion of the crystal structure in the semiconductor laser structures 20A and 20B can be suppressed, and the threshold current can be reduced.

（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。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical module 1B including the semiconductor laser device 1A according to the first embodiment as the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in addition to the semiconductor laser element 1A, the optical module 1B includes a disk-shaped stem 40, a plurality of lead pins 41 penetrating the stem 40, a light receiving element 42 such as a photodiode, And a cap 43 with a lens.

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。 The semiconductor laser element 1 A is disposed on the main surface 40 a of the stem 40. In the present embodiment, a pole 44 is raised near the center of the main surface 40 a of the stem 40, and a submount 45 is attached to the side surface of the pole 44. The semiconductor laser element 1A is mounted on the submount 45 and emits laser light L1 in the normal direction of the main surface 40a. The laser beam L1 is a multimode laser beam generated by overlapping single mode laser beams emitted from the first and second semiconductor laser structures 20A and 20B described in the first embodiment. is there.

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。 The light receiving element 42 is disposed on the main surface 40 a of the stem 40. In the present embodiment, the submount 46 is disposed on the main surface 40 a, and the light receiving element 42 is mounted on the submount 46. The light receiving element 42 is located on the opposite side of the normal direction of the main surface 40a with respect to the semiconductor laser element 1A, and receives the back light L2 emitted from the semiconductor laser element 1A.

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。 The lens cap 43 has a cylindrical side wall 43a and a top plate 43b that closes one end of the cylinder. An opening is formed in the central portion of the top plate 43b, and a lens 47 is fitted into the opening. The lens cap 43 is disposed on the main surface 40 a of the stem 40 and covers the semiconductor laser element 1 A and the light receiving element 42. Laser light L1 emitted from the semiconductor laser element 1A passes through the lens 47 and is output to the outside of the optical module 1B.

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。 According to the optical module 1B of the present embodiment, it is possible to effectively suppress both speckle noise and kinks in the current-light output characteristics by including the semiconductor laser device 1A according to the first embodiment. .

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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A ... Semiconductor laser element, 1B ... Optical module, 10 ... Semiconductor substrate, 10a ... Main surface, 10b ... Back surface, 20A, 20B ... Semiconductor laser structure, 21 ... Optical waveguide structure, 22a, 22b ... Resonance end face, 23, 25 ... Electrode, 24 ... metal film, 26 ... dielectric film, 30 ... semiconductor laminate, 31 ... active layer, 32,33 ... semiconductor region, 32a ... buffer layer, 32b ... lower cladding layer, 32c, 32d ... lower light guide layer, 33a, 33c, 33d ... upper light guide layer, 33b ... electron blocking layer, 33e ... upper clad layer, 33f ... contact layer, A1 ... first direction, A2 ... second direction.

Claims

A semiconductor laser element that emits multimode laser light;
A single lens for condensing the multimode laser beam;
With
The semiconductor laser element is
A semiconductor substrate having a main surface;
In the above semiconductor substrate of the upper main surface is arranged in the first direction along the main surface, and first and second semiconductor laser structure which emits a laser beam of single mode,
Each of the first and second semiconductor laser structures includes an optical waveguide structure that intersects the first direction and extends in a second direction along the main surface, and the optical waveguide structure in the second direction. A pair of resonant end faces formed at both ends, and an electrode for supplying current to the optical waveguide structure;
A distance between the resonance end face of the first semiconductor laser structure and the resonance end face of the second semiconductor laser structure is 100 μm or less;
The electrodes of the first and second semiconductor laser structures are shorted together;
Characterized in that the said first and said laser beam emitted from each of the second semiconductor laser structure on top of each other laser beam of the multi-mode optical module.

2. The optical module according to claim 1, wherein a distance between the optical waveguide structure of the first semiconductor laser structure and the optical waveguide structure of the second semiconductor laser structure is 2 μm or more. .

3. The light according to claim 1, wherein a distance between the resonance end face of the first semiconductor laser structure and the resonance end face of the second semiconductor laser structure is 50 μm or less. 4. Module .

4. The optical module according to claim 1, wherein an oscillation wavelength of the first and second semiconductor laser structures is not less than 360 nm and not more than 830 nm. 5.

The threshold current value of the first semiconductor laser structure is in a range of ± 10% compared to the threshold current value of the second semiconductor laser structure. The optical module as described in any one of Claims.

6. The optical module according to claim 1, wherein each of the semiconductor layers constituting the semiconductor substrate and the first and second semiconductor laser structures is made of a gallium nitride based semiconductor.

7. The optical module according to claim 6, wherein the oscillation wavelength of the first and second semiconductor laser structures is not less than 480 nm and not more than 540 nm.

8. The optical module according to claim 7, wherein an oscillation wavelength of the first and second semiconductor laser structures is 510 nm or more and 540 nm or less.

The said main surface of the said semiconductor substrate inclines in the m-axis direction with respect to the plane orthogonal to the c-axis of the said gallium nitride semiconductor, The one of Claims 6-8 characterized by the above-mentioned. Light module .

The optical module according to claim 9, wherein an inclination angle of the main surface in the m-axis direction is 63 ° or more and less than 80 °.