JP2000223780A - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element

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JP2000223780A
JP2000223780A JP11023843A JP2384399A JP2000223780A JP 2000223780 A JP2000223780 A JP 2000223780A JP 11023843 A JP11023843 A JP 11023843A JP 2384399 A JP2384399 A JP 2384399A JP 2000223780 A JP2000223780 A JP 2000223780A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser element by which a low-noise characteristic due to a self-excited oscillation is obtained in a low-output state, by which a low-noise characteristic due to a multi-longitudinal-mode oscillation by return light is obtained in a high-output state, by which the noise characteristic can be reduced even in the low-output state and the high-output state, and by which the low-noise characteristics can be made compatible. SOLUTION: This semiconductor laser element is constituted in such a way that a first-conductivity clad layer 3, an active layer 5 and a second-conductivity clad layer 4 are laminated on a semiconductor substrate 1 in this order, that a saturable absorption layer with reference to laser oscillation light is provided in the first-conductivity or second-conductivity clad layer, that a current- constricting structure which comprises a stripe-shaped opening is provided in the second-conductivity clad layer 4, that a self-excited oscillation is generated in a low-output state at a light output of 2 to 5 mW, and that a multi- longitudinal-mode oscillation is generated when the return light of a light output is at 0.5 to 20%.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
に関し、より詳細には、録再型光ディスク装置の光源に
用いられ、低雑音化が実現される半導体レーザ素子に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly, to a semiconductor laser device used as a light source of a recording / reproducing optical disk device and realizing low noise.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】録再型
光ディスク装置、特に光磁気ディスク装置やミニディス
ク装置では、その光源に半導体レーザ素子が用いられて
おり、記録時の高出力状態において、半導体レーザ素子
からの光出力を一定にして、光ディスクや光部品の磁界
を変調させて記録する方式が一般的である。しかし、こ
れらの半導体レーザ素子では、出力光が、光ディスクま
たは光学部品で反射することにより素子へ再入射する戻
り光に起因して雑音(以下、「戻り光雑音」と記す)が
発生するという問題がある。
2. Description of the Related Art In a recording / reproducing optical disk device, particularly a magneto-optical disk device or a mini disk device, a semiconductor laser element is used as a light source. In general, a method is used in which the optical output from a semiconductor laser element is kept constant and the magnetic field of an optical disk or an optical component is modulated for recording. However, these semiconductor laser devices have a problem that noise (hereinafter referred to as "return light noise") is generated due to return light that re-enters the device due to reflection of an output light on an optical disk or an optical component. There is.

【0003】この戻り光雑音を低減するために、半導体
レーザ素子における活性層の近傍に、レーザ発振光に対
して可飽和吸収効果を有する層を配置させて、自励発振
を誘起させる自励発振型のレーザが、特開平8−181
60号公報または応用物理学会誌第66巻第9号p95
1〜p955(1997)に提案されている。例えば、
応用物理学会誌に提案されているレーザ素子は、図16
に示したように、n−GaAs基板1上に、n−GaA
sバッファ層2、n−AlGaAsクラッド層3、活性
層5、p−AlGaAs第1クラッド層6、p−AlG
aAs可飽和吸収層18、p−AlGaAs第2クラッ
ド層9、n−AlGaAs電流阻止層12が順次積層さ
れており、n−AlGaAs電流阻止層12に、p−A
lGaAs第2クラッド層9に至るストライプ状の開口
19が形成され、この開口19を含むn−AlGaAs
電流阻止層12上にp−AlGaAs第3クラッド層2
0及びp−GaAsコンタクト層15が積層されてな
り、さらに、p−GaAsコンタクト層15側にはp型
電極16が、n−GaAs基板1側にn型電極17が形
成されて構成される。
In order to reduce this return light noise, a layer having a saturable absorption effect on laser oscillation light is arranged near an active layer in a semiconductor laser device, and self-excited oscillation for inducing self-oscillation is provided. Type laser is disclosed in JP-A-8-181
No. 60 or JSAP Vol. 66, No. 9, p. 95
1 to p955 (1997). For example,
The laser device proposed in the Journal of Japan Society of Applied Physics
As shown in FIG. 1, n-GaAs substrate 1 has n-GaAs
s buffer layer 2, n-AlGaAs cladding layer 3, active layer 5, p-AlGaAs first cladding layer 6, p-AlG
An aAs saturable absorber layer 18, a p-AlGaAs second cladding layer 9, and an n-AlGaAs current blocking layer 12 are sequentially laminated. The n-AlGaAs current blocking layer 12 has p-A
A stripe-shaped opening 19 reaching the lGaAs second cladding layer 9 is formed, and n-AlGaAs including the opening 19 is formed.
P-AlGaAs third cladding layer 2 on current blocking layer 12
0 and a p-GaAs contact layer 15 are laminated, and a p-type electrode 16 is formed on the p-GaAs contact layer 15 side, and an n-type electrode 17 is formed on the n-GaAs substrate 1 side.

【0004】このようなレーザ素子では、図17に示し
たように、光ディスクへの記録に必要な光出力20mW
から40mWまでの高出力状態では、レーザが自励発振
しているために、光ディスク装置に必要なレーザの雑音
強度、すなわち−125dB/Hz以下を満足すること
ができる。しかし、光ディスクの再生に必要な光出力3
mWの低出力状態でも同様に戻り光による雑音の低減が
要求されているにもかかわらず、低出力状態では、レー
ザの雑音強度は−125dB/Hzより大きくなり、光
ディスク装置に必要な雑音の低減が実現されないという
問題がある。
In such a laser device, as shown in FIG. 17, the light output required for recording on an optical disk is 20 mW.
In the high output state from 1 mW to 40 mW, since the laser self-oscillates, the laser noise intensity required for the optical disk device, that is, -125 dB / Hz or less can be satisfied. However, the optical output required for reproducing the optical disc is 3
In the low power state, the noise intensity of the laser is higher than -125 dB / Hz even though the noise due to the return light is required to be reduced even in the low power state of mW. There is a problem that is not realized.

【0005】つまり、高出力状態まで自励発振を維持さ
せるためには、レーザ素子における可飽和吸収効果を増
大する必要があるが、可飽和吸収効果を増大すると、低
出力状態ではレーザ発振光と自然放出光が混在したモー
ドで発振するようになる。このようなモードでは、自励
発振の強度が弱く、また自然放出光による量子雑音が大
きくなり、その結果、雑音強度が増大する。よって、上
記のような自励発振型レーザでは、高出力での低雑音化
と低出力での低雑音化とを両立させるのは原理的に困難
であるという課題がある。本発明はこのような課題に鑑
みなされたものであり、低出力状態及び高出力状態にお
ける低雑音特性の両立が可能な半導体レーザ素子を提供
することを目的とする。
In other words, in order to maintain self-sustained pulsation until a high output state, it is necessary to increase the saturable absorption effect of the laser element. Oscillation occurs in a mode in which spontaneous emission light is mixed. In such a mode, the intensity of the self-excited oscillation is weak, and the quantum noise due to the spontaneous emission light increases, and as a result, the noise intensity increases. Therefore, in the self-pulsation type laser as described above, there is a problem that it is theoretically difficult to achieve both low noise at high output and low noise at low output. The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that can achieve both low-noise characteristics in a low-output state and a high-output state.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上に、第1導電型クラッド層、活性層及び第2導電
型クラッド層がこの順で積層され、前記第1導電型又は
第2導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和
吸収層を有し、前記第2導電型のクラッド層中にストラ
イプ状の開口を有する電流狭窄構造を有してなり、光出
力2mWから5mWの低出力状態において自励発振が起
こり、かつ光出力20mW以上の高出力状態において、
光出力の戻り光が0.5%から20%ではマルチ縦モー
ド発振が起こるように構成されてなる半導体レーザ素子
が提供される。
According to the present invention, a first conductivity type clad layer, an active layer, and a second conductivity type clad layer are laminated in this order on a semiconductor substrate, and the first conductivity type or the second conductivity type clad layer is laminated on the semiconductor substrate. It has a saturable absorption layer for laser oscillation light in the two-conductivity-type clad layer, and has a current confinement structure having a stripe-shaped opening in the second-conductivity-type clad layer, and has an optical output of 2 mW to 5 mW. In a low output state, self-excited oscillation occurs, and in a high output state with an optical output of 20 mW or more,
Provided is a semiconductor laser device configured to cause multi-longitudinal mode oscillation when the return light of the optical output is 0.5% to 20%.

【0007】また、本発明によれば、半導体基板上に、
第1導電型クラッド層、活性層及び第2導電型クラッド
層がこの順で積層され、前記第1導電型又は第2導電型ク
ラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有
し、前記第2導電型のクラッド層中にストライプ状の開
口を有する電流狭窄構造を有してなり、光出力2mWか
ら5mWの低出力状態において自励発振が起こり、かつ
光出力20mW以上の高出力状態において、光出力の戻
り光が0.1%未満ではシングル縦モード発振が起こる
ように構成されてなる半導体レーザ素子が提供される。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A first conductivity type cladding layer, an active layer and a second conductivity type cladding layer are stacked in this order, and the first conductivity type or the second conductivity type cladding layer has a saturable absorption layer for laser oscillation light in the cladding layer; It has a current confinement structure having a stripe-shaped opening in the cladding layer of the second conductivity type, and self-sustained pulsation occurs in a low output state of an optical output of 2 mW to 5 mW, and in a high output state of an optical output of 20 mW or more. Further, there is provided a semiconductor laser device configured to cause single longitudinal mode oscillation when the return light of the optical output is less than 0.1%.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザ素子は、主
として、第1導電型クラッド層、活性層及び第2導電型
クラッド層がこの順で、半導体基板上に積層されてな
る。本発明における半導体基板は、通常半導体レーザ素
子を形成するために使用される基板であれば特に限定さ
れるものではなく、GaAs、AlGaAs、InGa
P、InGaAlP、InGaAs、InP、InGa
AsP、GaN、InGaN、Al23等の化合物半導
体等からなる基板を使用することができる。なかでも、
GaAs、InP、Al23基板が好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A semiconductor laser device according to the present invention mainly comprises a first conductivity type clad layer, an active layer and a second conductivity type clad layer laminated in this order on a semiconductor substrate. The semiconductor substrate in the present invention is not particularly limited as long as it is a substrate that is usually used for forming a semiconductor laser device. GaAs, AlGaAs, InGa
P, InGaAlP, InGaAs, InP, InGa
A substrate made of a compound semiconductor such as AsP, GaN, InGaN, or Al 2 O 3 can be used. Above all,
GaAs, InP and Al 2 O 3 substrates are preferred.

【0009】第1導電型及び第2導電型クラッド層及び
活性層を構成する材料は、当該分野で使用することがで
きる材料をいずれも使用することができる。具体的に
は、AlGaAs系材料、InGaAlP系材料、In
GaAsP系材料、InGaN系材料等が挙げられる。
各層は、これら材料の組成比を適宜調整することによ
り、所望の特性の半導体レーザー素子を構成する活性層
及びクラッド層を得ることができる。なお、活性層及び
クラッド層は、それぞれこれら材料の組成比を調整した
単一層、複数層で構成されてもよく、異なる材料からな
る層を複数層組み合わせて構成されていてもよい。特
に、活性層は、異なる組成の材料からなる層を積層した
多重量子井戸型の構造を有していてもよく、さらに、歪
多重量子井戸型であってもよい。第1導電型クラッド層
が複数層からなる場合は、これら複数層は、屈折率の異
なる層から構成されていることが好ましく、さらに、第
1導電型クラッド層を構成する複数層のうち、活性層に
隣接する層が、この層以外の層の屈折率よりも小さな屈
折率を有することが好ましい。なお、複数層の各層の組
成を調整することにより、光学特性に影響を及ぼすこと
なく活性層への光閉じ込め係数の制御が可能となる。
As the material for forming the first conductivity type and second conductivity type cladding layers and the active layer, any material that can be used in the art can be used. Specifically, AlGaAs-based material, InGaAlP-based material, InGa
GaAsP-based materials, InGaN-based materials, and the like can be given.
By appropriately adjusting the composition ratio of these materials for each layer, an active layer and a clad layer constituting a semiconductor laser device having desired characteristics can be obtained. The active layer and the cladding layer may each be composed of a single layer or a plurality of layers in which the composition ratio of these materials is adjusted, or may be composed of a combination of a plurality of layers made of different materials. In particular, the active layer may have a multiple quantum well structure in which layers made of materials having different compositions are stacked, and may have a strained multiple quantum well structure. When the first conductivity type clad layer is composed of a plurality of layers, it is preferable that the plurality of layers are composed of layers having different refractive indices.
It is preferable that, of the plurality of layers constituting the one-conductivity-type cladding layer, a layer adjacent to the active layer has a smaller refractive index than the layers other than this layer. By adjusting the composition of each of the plurality of layers, it is possible to control the light confinement coefficient in the active layer without affecting the optical characteristics.

【0010】本発明のクラッド層と活性層の組み合わせ
として、具体的には、AlGaAs層とAlGaAs
層、AlGaInP層とGaInP/AlGaInP層
(歪多重量子井戸型活性層)、AlGaInP層とGa
InP層、AlGaInP層とGaAs層、AlGaI
nP層とGaAlAs層、GaN層とInGaN層、A
lGaN層とInGaN層等の組み合わせが挙げられ
る。なかでも、AlGaAs層とAlGaAs層、Al
GaInP層とGaInP/AlGaInP層、GaN
層とInGaN層等が好ましい。
As a combination of the cladding layer and the active layer of the present invention, specifically, an AlGaAs layer and an AlGaAs
Layer, AlGaInP layer and GaInP / AlGaInP layer (strained multiple quantum well type active layer), AlGaInP layer and Ga
InP layer, AlGaInP layer and GaAs layer, AlGaI
nP layer and GaAlAs layer, GaN layer and InGaN layer, A
Examples include a combination of an lGaN layer and an InGaN layer. Among them, AlGaAs layer and AlGaAs layer, Al
GaInP layer and GaInP / AlGaInP layer, GaN
Layers and InGaN layers are preferred.

【0011】第1導電型及び第2導電型クラッド層及び
活性層の厚さは、使用する材料の種類、得られる半導体
レーザ素子の機能等に応じて適宜設定することができ
る。第1導電型クラッド層、活性層及び第2導電型クラ
ッド層の厚さは、例えば、0.1〜5μm、0.005
〜0.5μm及び0.1〜5μm程度が挙げられる。な
お、第1導電型とは、n型又はp型を意味し、第2導電
型とは、第1導電型がn型の場合はp型、p型の場合は
n型を意味する。このような組み合わせにより、発振波
長400nm〜850nm程度の種々の半導体レーザー
素子を得ることができる。
The thicknesses of the first conductivity type and second conductivity type cladding layers and the active layer can be appropriately set according to the type of material used, the function of the semiconductor laser device to be obtained, and the like. The thicknesses of the first conductivity type cladding layer, the active layer and the second conductivity type cladding layer are, for example, 0.1 to 5 μm, 0.005
To about 0.5 μm and about 0.1 to 5 μm. Note that the first conductivity type means n-type or p-type, and the second conductivity type means p-type when the first conductivity type is n-type and n-type when the first conductivity type is p-type. By such a combination, various semiconductor laser devices having an oscillation wavelength of about 400 nm to 850 nm can be obtained.

【0012】また、本発明の半導体レーザ素子は、第1
導電型又は第2導電型クラッド層中にレーザ発振光に対
する可飽和吸収層を有する。ここで可飽和吸収層とは、
レーザ発振光の吸収が増加してキャリア濃度が増大する
と吸収係数が減少する層のことである。この可飽和吸収
層における吸収係数の変化により、レーザ発振がパルス
状に自励発振して戻り光雑音を低減するように作用させ
ることができる。
Also, the semiconductor laser device of the present invention has a first
A saturable absorption layer for laser oscillation light is provided in the conductive type or second conductive type cladding layer. Here, the saturable absorption layer is
This is a layer whose absorption coefficient decreases when the carrier concentration increases due to an increase in the absorption of laser oscillation light. Due to the change in the absorption coefficient in the saturable absorption layer, the laser oscillation can be self-oscillated in a pulsed manner to reduce return optical noise.

【0013】可飽和吸収層は、上記した第1導電型及び
第2導電型クラッド層を構成する材料として例示した材
料を用いて形成することができる。この場合、第1導電
型又は第2導電型クラッド層を構成する材料と同様の材
料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。
また、第1導電型及び第2導電型クラッド層の双方に形成
されてもよいし、いずれか一方に形成されてもよい。な
かでも、第1導電型又は第2導電型クラッド層を構成する
材料と同様の材料で、かつ第2導電型クラッド層中に形
成されることが好ましい。可飽和吸収層の厚さは、使用
する材料等により適宜調整することができ、例えば、2
5〜40Å程度が挙げられる。さらに、可飽和吸収層
は、単層又は積層層のいずれであってもよい。例えば、
可飽和吸収層が、エッチングストップ層の単層、光ガイ
ド層とエッチングストップ層との積層層からなることが
挙げられる。なお、可飽和吸収層が光ガイド層とエッチ
ングストップ層との積層層からなる場合には、光ガイド
層は第2導電型クラッド層のバンドギャップより小さ
く、かつエッチングストップ層のバンドギャップよりも
大きいバンドギャップを有することが好ましい。光ガイ
ド層のバンドギャップを規定することにより、可飽和吸
収効果を有するエッチングストップ層への光の閉じ込め
を調整して所望の低雑音特性が得られる。
The saturable absorption layer can be formed using the materials exemplified as the materials constituting the first conductivity type and second conductivity type cladding layers. In this case, the cladding layer may be formed of the same material as that of the first conductivity type or the second conductivity type cladding layer, or may be formed of a different material.
Further, it may be formed on both the first conductivity type and the second conductivity type cladding layers, or may be formed on either one of them. In particular, it is preferable that the same material as the material constituting the first conductivity type or the second conductivity type cladding layer is formed in the second conductivity type cladding layer. The thickness of the saturable absorbing layer can be appropriately adjusted depending on the material used and the like.
About 5 to 40 °. Further, the saturable absorbing layer may be a single layer or a laminated layer. For example,
The saturable absorption layer may be composed of a single layer of an etching stop layer, or a laminated layer of a light guide layer and an etching stop layer. When the saturable absorption layer is formed of a laminated layer of the light guide layer and the etching stop layer, the light guide layer is smaller than the band gap of the second conductivity type cladding layer and larger than the band gap of the etching stop layer. It preferably has a band gap. By defining the band gap of the light guide layer, the confinement of light to the etching stop layer having a saturable absorption effect can be adjusted to obtain a desired low noise characteristic.

【0014】また、第2導電型クラッド層中に可飽和吸
収層を有している場合には、活性層のレーザ発振波長と
可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差
が、−10nmから7nmであることが好ましい。波長
差が−10nmより小さくなると、低出力で量子雑音が
増大する。また、波長差が7nmより大きくなると、低
出力で戻り光雑音が増大する。よって、低出力でレーザ
の雑音を低減するために、波長差をこの範囲にすること
が好ましい。
Further, when the saturable absorbing layer is provided in the second conductivity type cladding layer, the difference between the laser oscillation wavelength of the active layer and the wavelength corresponding to the band gap of the saturable absorbing layer is- It is preferably from 10 nm to 7 nm. When the wavelength difference is smaller than −10 nm, quantum noise increases at low output. When the wavelength difference is larger than 7 nm, return optical noise increases at low output. Therefore, in order to reduce laser noise at low output, it is preferable that the wavelength difference be within this range.

【0015】本発明の半導体レーザ素子は、第2導電型
クラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構
造を有している。ストライプ状の開口は、第2導電型ク
ラッド層の中央付近に形成されることが好ましく、その
開口幅は、光導波機構により適宜調整することができ
る。具体的には、1.2〜2.8μm程度が挙げられ
る。第2導電型クラッド層中の電流狭窄構造は、例え
ば、上記ストライプ状の開口から上にむかって第2導電
型クラッド層がテーパ状、リッジ状、逆テーパ状、これ
らの組み合わせ形状等の形状を有する構造であることが
好ましい。なお、電流狭窄構造の最上部の幅は、0.4
〜2.0μm程度が好ましい。電流狭窄構造は、0.3
〜1.5μm程度の厚みであることが挙げられる。ま
た、この電流狭窄構造を構成する第2導電型クラッド層
は、単層で形成されていてもよいし、複数層で形成され
ていてもよい。
The semiconductor laser device of the present invention has a current confinement structure having a stripe-shaped opening in the second conductivity type cladding layer. The stripe-shaped opening is preferably formed near the center of the second conductivity type cladding layer, and the width of the opening can be appropriately adjusted by an optical waveguide mechanism. Specifically, the thickness is about 1.2 to 2.8 μm. The current confinement structure in the second conductivity type cladding layer has, for example, a shape in which the second conductivity type cladding layer has a tapered shape, a ridge shape, an inverse tapered shape, a combination shape thereof, or the like from the stripe-shaped opening upward. Preferably, the structure has The width of the top of the current confinement structure is 0.4
It is preferably about 2.0 μm. The current confinement structure is 0.3
And a thickness of about 1.5 μm. Further, the second conductivity type clad layer constituting the current confinement structure may be formed of a single layer or a plurality of layers.

【0016】電流狭窄部構造を構成する第2導電型クラ
ッド層の周辺には、電流阻止層が配置されていることが
好ましい。この電流阻止層は、ストライプ状の開口に電
流を閉じ込めるために、隣接するクラッド層と異なる導
電型に設定する。また、電流阻止層は、同時にストライ
プ状の開口に対応する活性層に光を閉じ込める機能も有
する。電流阻止層の材料をクラッド層の材料と同じにし
て、その組成比を調整することにより、レーザ発振光の
吸収がなく、屈折率差により光を閉じ込めることができ
る。具体的には、Alを含有する化合物半導体で電流阻
止層とクラッド層が構成されている場合には、電流阻止
層のAl組成比をクラッド層のAl組成比よりも大きく
することにより、前記の光吸収がない屈折率差による光
閉じ込めが可能となる。屈折率差による光閉じ込めで
は、光吸収がないので発振閾値電流の低減、動作電流の
低減に効果的である。
It is preferable that a current blocking layer is disposed around the second conductivity type cladding layer constituting the current confinement portion structure. This current blocking layer is set to a conductivity type different from that of the adjacent cladding layer in order to confine the current in the stripe-shaped opening. The current blocking layer also has a function of confining light in the active layer corresponding to the stripe-shaped opening at the same time. By setting the material of the current blocking layer to be the same as the material of the cladding layer and adjusting the composition ratio, the laser oscillation light is not absorbed and light can be confined by a difference in refractive index. Specifically, when the current blocking layer and the cladding layer are made of a compound semiconductor containing Al, the Al composition ratio of the current blocking layer is set to be larger than the Al composition ratio of the cladding layer, whereby Light confinement by a refractive index difference without light absorption becomes possible. Light confinement due to the refractive index difference is effective in reducing the oscillation threshold current and the operating current because there is no light absorption.

【0017】電流狭窄部構造を構成する第2導電型クラ
ッド層の周辺に電流阻止層が配置されている場合には、
電流狭窄部構造を形成する第2導電型クラッド層に垂直
方向の実効屈折率と電流阻止層に垂直方向の実効屈折率
との差が、4×10-3〜8×10-3であることが好まし
い。屈折率差が4×10-3よりも小さくなると活性層に
平行方向の放射角が減少するので、放射光の楕円率が悪
化する。また、屈折率差が8×10-3よりも大きくなる
と、高出力状態での雑音が増大する。
In the case where the current blocking layer is disposed around the second conductivity type clad layer constituting the current confining portion structure,
The difference between the effective refractive index in the direction perpendicular to the second conductivity type cladding layer forming the current constriction portion structure and the effective refractive index in the direction perpendicular to the current blocking layer is 4 × 10 −3 to 8 × 10 −3. Is preferred. If the difference in the refractive index is smaller than 4 × 10 −3 , the radiation angle in the direction parallel to the active layer decreases, so that the ellipticity of the emitted light deteriorates. Further, when the refractive index difference is larger than 8 × 10 −3 , noise in a high output state increases.

【0018】また、本発明の半導体レーザ素子は、上記
構成を有するとともに、光出力2mWから5mWの低
出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力20m
W以上の高出力状態において、光出力の戻り光が0.5
%から20%ではマルチ縦モード発振が起こるように構
成されているか、光出力2mWから5mWの低出力状
態において自励発振が起こり、かつ光出力20mW以上
の高出力状態において、光出力の戻り光が0.1%未満
ではシングル縦モード発振が起こるように構成されてい
るか、光出力2mWから5mWの低出力状態において
自励発振が起こり、光出力20mW以上の高出力状態に
おいて、光出力の戻り光が0.5%から20%ではマル
チ縦モード発振が起こり、かつ光出力20mW以上の高
出力状態において、光出力の戻り光が0.1%未満では
シングル縦モード発振が起こるように構成されている。
具体的には、活性層の光閉じ込め係数、ストライプ状の
開口幅、出射端面反射率、共振器長の1つ又は2以上
が、上記〜の所定の発振が起こるように調整されて
なる。
Further, the semiconductor laser device of the present invention has the above-described configuration, and self-sustained pulsation occurs in a low output state of an optical output of 2 mW to 5 mW, and an optical output of 20 mW.
In the high output state of W or more, the return light of the optical output is 0.5
% To 20%, multi-longitudinal mode oscillation is configured to occur, or self-excited oscillation occurs in a low output state of an optical output of 2 mW to 5 mW, and return light of an optical output in a high output state of an optical output of 20 mW or more. Is less than 0.1%, single longitudinal mode oscillation is configured to occur, or self-sustained pulsation occurs in a low output state of an optical output of 2 mW to 5 mW, and return of an optical output in a high output state of an optical output of 20 mW or more. The multi-longitudinal mode oscillation occurs when the light is 0.5% to 20%, and the single longitudinal mode oscillation occurs when the return light of the optical output is less than 0.1% in a high output state where the optical output is 20 mW or more. ing.
Specifically, one or more of the light confinement coefficient of the active layer, the stripe-shaped opening width, the emission end face reflectance, and the resonator length are adjusted so that the above-mentioned predetermined oscillation occurs.

【0019】ここで、光出力の戻り光が0.5%から2
0%となる場合とは、この半導体レーザ素子を、通常の
光情報記録再生装置に利用することにより、光情報記録
媒体で反射する光が、この半導体レーザ素子に戻ってく
る光が0.5%〜20%程度ある場合を意味する。ま
た、光出力の戻り光が0.1%未満となる場合とは、こ
の半導体レーザ素子からレーザを発した場合でも、半導
体レーザ素子に光がほどんど戻らない場合を意味する。
Here, the return light of the optical output is 0.5% to 2%.
In the case of 0%, when this semiconductor laser device is used in a normal optical information recording / reproducing apparatus, the light reflected on the optical information recording medium becomes 0.5% and the light returning to this semiconductor laser device becomes 0.5%. % To about 20%. Further, the case where the return light of the optical output is less than 0.1% means that even when a laser is emitted from this semiconductor laser element, light hardly returns to the semiconductor laser element.

【0020】活性層の光閉じ込め係数は、例えば、図5
に示したように、半導体レーザ素子の電流狭窄構造の中
央部における光出射端面付近の各層に閉じ込められてい
る全光量に対する、活性層に閉じ込められている光量の
割合を意味する。具体的には、0.1〜0.15程度の
範囲で調整することができる。なお、活性層の光閉じ込
め係数は、活性層のガイド層の厚さを調整して変化させ
ることにより調整することができる。また、ストライプ
状の開口幅とは、第2導電型クラッド層において、その
幅が急激に変化する部分における狭くなった第2導電型
クラッド層の幅を意味する。具体的には、上記したよう
に、1.2〜2.8μm程度の範囲で調整することがで
きる。
The light confinement coefficient of the active layer is, for example, as shown in FIG.
As shown in the above, it means the ratio of the amount of light confined in the active layer to the total amount of light confined in each layer near the light emitting end face at the center of the current confinement structure of the semiconductor laser device. Specifically, it can be adjusted in the range of about 0.1 to 0.15. The light confinement coefficient of the active layer can be adjusted by adjusting and changing the thickness of the guide layer of the active layer. In addition, the stripe-shaped opening width means the width of the narrowed second conductivity type cladding layer in the portion where the width changes abruptly in the second conductivity type cladding layer. Specifically, as described above, it can be adjusted in the range of about 1.2 to 2.8 μm.

【0021】さらに、出射端面反射率とは、レーザ光が
出射する端面における反射率を意味する。具体的には、
8〜17%程度の範囲で調整することができる。なお、
出射端面反射率は、端面にコーティングする絶縁膜の屈
折率とその膜厚により所望の範囲に調整することができ
る。
Further, the output end face reflectivity means the reflectivity at the end face from which the laser light is emitted. In particular,
It can be adjusted in the range of about 8 to 17%. In addition,
The emission end face reflectance can be adjusted to a desired range by the refractive index and the thickness of the insulating film coated on the end face.

【0022】共振器長とは、レーザ共振器の長さを意味
する。具体的には、250〜400μm程度の範囲で調
整することができる。なお、共振器は、通常の結晶へき
開法を用い、その長さはへき開時に調整することができ
る。
The resonator length means the length of the laser resonator. Specifically, it can be adjusted in the range of about 250 to 400 μm. Note that the resonator uses a normal crystal cleavage method, and the length can be adjusted at the time of cleavage.

【0023】本発明の半導体レーザー素子は、第2導電
型クラッド層上及び基板下に電極が形成されてなる。電
極は、通常電極材料として使用される導電材により形成
することができる。電極の膜厚は、半導体レーザ素子に
印可する電圧、使用する材料等により、適宜選択するこ
とができる。なお、第2導電型クラッド層の電流狭窄構
造の周辺に電流阻止層が形成されている場合、第2導電
型クラッド層と電流阻止層との上に電極が形成されてい
てもよい。また、第2クラッド層と電極との接合を良好
にするために、第2クラッド層(及び電流阻止層)と電
極との間にコンタクト層が形成されていてもよい。さら
に、コンタクト層の他にも、電極、半導体基板、第1導
電型クラッド、活性層、第2導電型クラッド層及び電極
の間又は各層の中等に、エッチストップ層、中間層、バ
ッファ層、キャップ層、平坦化層等が単独又は組み合わ
せられて形成されていてもよい。
The semiconductor laser device of the present invention has electrodes formed on the second conductivity type cladding layer and below the substrate. The electrode can be formed of a conductive material usually used as an electrode material. The thickness of the electrode can be appropriately selected depending on the voltage applied to the semiconductor laser element, the material used, and the like. When a current blocking layer is formed around the current constriction structure of the second conductivity type cladding layer, an electrode may be formed on the second conductivity type cladding layer and the current blocking layer. Further, a contact layer may be formed between the second clad layer (and the current blocking layer) and the electrode in order to improve the bonding between the second clad layer and the electrode. Further, in addition to the contact layer, an electrode, a semiconductor substrate, a first conductivity type clad, an active layer, a second conductivity type clad layer, and between the electrodes or in each layer, an etch stop layer, an intermediate layer, a buffer layer, a cap, etc. A layer, a flattening layer, and the like may be formed alone or in combination.

【0024】本発明の半導体レーザー素子の製造方法を
説明する。まず、半導体基板上に、第1導電型クラッド
層、活性層及び第2導電型クラッド層、任意に可飽和吸
収層を積層する。各層の形成方法は、特に限定されず、
公知の方法をいずれも使用することができる。例えば、
有機金属気相成長法(MOCVD法)、分子線エピタキ
シャル法(MBE法)、液相成長法(LPE法)、等が
挙げられる。
A method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention will be described. First, a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type cladding layer, and optionally a saturable absorption layer are laminated on a semiconductor substrate. The method for forming each layer is not particularly limited,
Any of the known methods can be used. For example,
Metal-organic vapor phase epitaxy (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), liquid phase epitaxy (LPE), and the like.

【0025】次に、第2導電型クラッド層の厚さ方向の
一部又は全体を除去して電流狭窄構造を形成する。この
際の除去は、公知の方法、例えば、フォトグラフィー及
びエッチング工程により行うことができる。続いて、任
意に、電流狭窄構造を含む第2導電型クラッド層上に電
流阻止層を積層し、公知の方法によりエッチバックし
て、電流狭窄構造の周辺に電流阻止層を形成し、さらに
任意に、第2導電型クラッド層(及び電流阻止層)上に
コンタクト層等を形成する。この際の電流阻止層、コン
タクト層等は、上記クラッド層等と同様の方法により形
成することができる。続いて、第2導電型クラッド層
(任意に電流阻止層、コンタクト層)上に電極を形成
し、任意に、半導体基板を研磨した後、半導体基板の下
に電極を形成する。電極は、例えば、スパッタリング
法、真空蒸着法等により形成することができる。
Next, a part or the whole in the thickness direction of the second conductivity type cladding layer is removed to form a current confinement structure. The removal at this time can be performed by a known method, for example, a photography and etching process. Subsequently, optionally, a current blocking layer is laminated on the second conductivity type cladding layer including the current blocking structure, and etched back by a known method to form a current blocking layer around the current blocking structure, and further optionally. Next, a contact layer and the like are formed on the second conductivity type cladding layer (and the current blocking layer). At this time, the current blocking layer, the contact layer, and the like can be formed by the same method as that for the cladding layer and the like. Subsequently, an electrode is formed on the second conductivity type cladding layer (optionally, a current blocking layer and a contact layer), and optionally, after polishing the semiconductor substrate, an electrode is formed below the semiconductor substrate. The electrode can be formed by, for example, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.

【0026】この後、任意に、出射端面及び反対側端面
にコーティング膜を形成することが好ましい。コーティ
ング膜は、出射端面及び反対側端面の反射率を調整する
ことができる材料、例えば、Al23、SiO2、Si
等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法により形成
することができる。なお、出射端面及び反対側端面は、
それぞれ8〜17%程度であることが好ましい。なお、
本発明の半導体レーザー素子は、発振波長780nm帯
のAlGaAs系レーザ、発振波長650nm帯又は6
35nm帯のAlGaInP系レーザ、発振波長400
nm帯のInGaN系青色レーザに適用可能である。
Thereafter, it is preferable to optionally form a coating film on the emission end face and the opposite end face. The coating film is made of a material capable of adjusting the reflectance of the emission end face and the opposite end face, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , Si
And the like, and can be formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method. Note that the emission end face and the opposite end face are
It is preferable that each is about 8 to 17%. In addition,
The semiconductor laser device of the present invention may be an AlGaAs laser having an oscillation wavelength of 780 nm, an oscillation wavelength of 650 nm or 6 nm.
35 nm band AlGaInP laser, oscillation wavelength 400
It is applicable to an InGaN-based blue laser in the nm band.

【0027】また、この素子から生じるレーザー光を光
情報記録再生媒体に照射するための光学系の部品ととも
に、光情報記録再生装置に利用することができる。この
場合の光学系の部品としては、特に限定されず、当該分
野で公知のものをいずれも使用することができ、例え
ば、光学系の部品として、ホログラム、回折格子、集光
レンズ、対物レンズ等が挙げられる。光情報記録再生媒
体としては、書き込み型CD、光磁気ディスク、書き込
み型DVD等が挙げられる。以下、本発明の半導体レー
ザ素子の実施形態を図面に基づいて説明する。
Further, it can be used in an optical information recording / reproducing apparatus together with an optical system component for irradiating a laser beam generated from this element to an optical information recording / reproducing medium. The components of the optical system in this case are not particularly limited, and any known components in the art can be used. For example, holograms, diffraction gratings, condenser lenses, objective lenses, etc. Is mentioned. Examples of the optical information recording / reproducing medium include a writable CD, a magneto-optical disk, and a writable DVD. Hereinafter, embodiments of the semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0028】実施形態1 この実施形態におけるAlGaAs系リッジ型レーザ素
子を、図1に示す。このレーザ素子は、膜厚100μm
のn−GaAs基板1上に、 n−GaAsバッファ層2(厚さ0.5μm) n−Al0.46Ga0.54As第1クラッド層3(厚さ2μ
m) n−Al0.5 Ga0.5 As第2クラッド層4(厚さ0.
2μm) ノンドープ多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Wel
l)活性層5 p−Al0.5 Ga0.5 As第1クラッド層6(厚さ0.
13μm) p−Al0.22Ga0.78As光ガイド層7(厚さ100
Å)及び p−GaAsエッチングストップ層8(厚さ32Å) が順次形成され、p−GaAsエッチングストップ層8
上に、 p−Al0.5Ga0.5 As第2クラッド層9(厚さ1.
2μm)及び p−GaAsキャップ層10(厚さ0.75μm) からなり、ストライプ状の開口幅が2μmのリッジスト
ライプ11が形成され、さらにリッジストライプ11の
周辺のp−GaAsエッチングストップ層8上に、 n−A0.7 Ga0.3 As第1電流阻止層12(厚さ0.
6μm) n−GaAs第2電流阻止層13(厚さ0.3μm)及
び p−GaAs平坦化層14(厚さ1.05μm) が順次形成されており、リッジストライプ11及びp−
GaAs平坦化層14上に、 p−GaAsコンタクト層15(厚さ40μm) が形成され、p−GaAsコンタクト層15表面にp型
電極16、n−GaAs基板1表面にn型電極17が形
成され、さらに、出射端面及び反対側端面にコーティン
グ膜(図示せず)が形成されて構成される。
Embodiment 1 FIG. 1 shows an AlGaAs ridge type laser device according to this embodiment. This laser element has a thickness of 100 μm.
N-GaAs buffer layer 2 (thickness 0.5 μm) n-Al 0.46 Ga 0.54 As first cladding layer 3 (thickness 2 μm)
m) n-Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 4 (thickness: 0.
Non-doped multiple quantum well (MQW: Multi Quantum Wel)
l) Active layer 5 p-Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 6 (thickness: 0.1 μm)
13 μm) p-Al 0.22 Ga 0.78 As light guide layer 7 (thickness: 100 μm)
Å) and a p-GaAs etching stop layer 8 (thickness 32 Å) are sequentially formed, and the p-GaAs etching stop layer 8 is formed.
Above the p-Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 9 (thickness 1.
2 μm) and a p-GaAs cap layer 10 (thickness 0.75 μm), a ridge stripe 11 having a stripe-shaped opening width of 2 μm is formed, and a ridge stripe 11 is formed on the p-GaAs etching stop layer 8 around the ridge stripe 11. , N-A 0.7 Ga 0.3 As first current blocking layer 12 (thickness: 0.
An n-GaAs second current blocking layer 13 (thickness 0.3 μm) and a p-GaAs planarization layer 14 (thickness 1.05 μm) are sequentially formed, and the ridge stripe 11 and the p-type
A p-GaAs contact layer 15 (having a thickness of 40 μm) is formed on the GaAs planarization layer 14, a p-type electrode 16 is formed on the surface of the p-GaAs contact layer 15, and an n-type electrode 17 is formed on the surface of the n-GaAs substrate 1. Further, a coating film (not shown) is formed on the emission end face and the opposite end face.

【0029】なお、MQW活性層5は、両端にAl0.35
Ga0.65Asガイド層(厚さ150Å)を有し、その間
に、Al0.11Ga0.89As量子井戸量(厚さ100Å)
5層とAl0.35Ga0.65As量子障壁層(厚さ50Å)
4層が交互に積層された構成を有する。以下に、図1の
レーザ素子の製造方法を説明する。
The MQW active layer 5 has Al 0.35 at both ends.
It has a Ga 0.65 As guide layer (thickness: 150 °), between which an Al 0.11 Ga 0.89 As quantum well amount (thickness: 100 °).
5 layers and Al 0.35 Ga 0.65 As quantum barrier layer (50mm thick)
It has a configuration in which four layers are alternately stacked. Hereinafter, a method for manufacturing the laser device of FIG. 1 will be described.

【0030】まず、n−GaAs基板1上に、1回目の
有機金属気相成長(MOCVD)法により、n−GaA
sバッファ層2、n−Al0.46Ga0.54As第1クラッ
ド層3、n−Al0.5 Ga0.5 As第2クラッド層4、
ノンドープ多重量子井戸活性層5、p−Al0.5 Ga
0.5 As第1クラッド層6、p−Al0.22Ga0.78As
光ガイド層7、p−GaAsエッチングストップ層8、
p−Al0.5Ga0.5 As第2クラッド層9及びp−G
aAsキャップ層10を順次形成する。
First, an n-GaAs substrate 1 is formed on an n-GaAs substrate 1 by a first metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
s buffer layer 2, n-Al 0.46 Ga 0.54 As first cladding layer 3, n-Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 4,
Non-doped multiple quantum well active layer 5, p-Al 0.5 Ga
0.5 As first cladding layer 6, p-Al 0.22 Ga 0.78 As
Light guide layer 7, p-GaAs etching stop layer 8,
p-Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 9 and p-G
The aAs cap layer 10 is sequentially formed.

【0031】次に、得られた基板1上のp−Al0.5
0.5 As第2クラッド層9及びp−GaAsキャップ
層10を、公知のフォトリソグラフィ法と化学エッチン
グ法によりエッチングして、所望の形状のリッジストラ
イプ11を形成する。続いて、リッジストライプ11を
形成した基板1上に2回目のMOCVD成長により、n
−Al0.7 Ga0.3As第1電流阻止層12、n−Ga
As第2電流阻止層13及びp−GaAs平坦化層14
を積層する。
Next, p-Al 0.5 G on the obtained substrate 1
The a 0.5 As second cladding layer 9 and the p-GaAs cap layer 10 are etched by known photolithography and chemical etching to form a ridge stripe 11 having a desired shape. Subsequently, a second MOCVD growth on the substrate 1 on which the ridge stripe 11 was formed
-Al 0.7 Ga 0.3 As first current blocking layer 12, n-Ga
As second current blocking layer 13 and p-GaAs planarization layer 14
Are laminated.

【0032】さらに、p−GaAs平坦化層14、n−
GaAs第2電流阻止層13及びn−Al0.7 Ga0.3
As第1電流阻止層12を、リッジストライプ11の表
面が露出するまで選択的にエッチングし、リッジストラ
イプ11とp−GaAs平坦化層14との表面を平坦化
する。その後、その表面上に3回目のMOCVD成長に
よりp−GaAsコンタクト層15を形成する。
Further, the p-GaAs planarizing layer 14, n-
GaAs second current blocking layer 13 and n-Al 0.7 Ga 0.3
The As first current blocking layer 12 is selectively etched until the surface of the ridge stripe 11 is exposed, and the surfaces of the ridge stripe 11 and the p-GaAs planarization layer 14 are planarized. Thereafter, a p-GaAs contact layer 15 is formed on the surface by third MOCVD growth.

【0033】次いで、基板1を研磨してその厚みを10
0μmにし、p−GaAsコンタクト層15表面にp型
電極16、n−GaAs基板1表面にn型電極17を、
それぞれ形成する。続いて、劈開法により共振器長を3
25μmに調整し、出射端面に反射率12%のコーティ
ング膜(図示せず)を形成し、反対側端面には反射率9
0%のコーティング膜(図示せず)を形成してレーザ素
子を完成する。
Next, the substrate 1 is polished to a thickness of 10
0 μm, a p-type electrode 16 on the surface of the p-GaAs contact layer 15, an n-type electrode 17 on the surface of the n-GaAs substrate 1,
Form each. Subsequently, the cavity length was set to 3 by the cleavage method.
The thickness was adjusted to 25 μm, a coating film (not shown) having a reflectance of 12% was formed on the emission end face, and a reflectance of 9 was formed on the opposite end face.
A laser element is completed by forming a 0% coating film (not shown).

【0034】このように形成されたレーザ素子は、発振
閾値電流25mA、スロープ効率0.85W/A、光出
力30mWでの動作電流60mA、動作電圧1.9Vが
得られた。また、雰囲気温度60℃、光出力35mWの
エージング走行試験においても5000時間以上安定に
走行し、実用上十分な信頼性が得られた。
The laser device thus formed had an oscillation threshold current of 25 mA, a slope efficiency of 0.85 W / A, an operating current of 60 mA at an optical output of 30 mW, and an operating voltage of 1.9 V. In an aging running test at an ambient temperature of 60 ° C. and an optical output of 35 mW, the vehicle ran for 5000 hours or more, and sufficient reliability for practical use was obtained.

【0035】また、このレーザ素子は、p−GaAsエ
ッチングストップ層が可飽和吸収層として作用するの
で、層構造を簡略化することができるとともに、エッチ
ングストップ層の可飽和吸収効果により、低出力で自励
発振が起こり、低雑音特性が得られる。
In this laser device, the p-GaAs etching stop layer acts as a saturable absorbing layer, so that the layer structure can be simplified, and the saturable absorbing effect of the etching stop layer allows low power output. Self-excited oscillation occurs, and low noise characteristics are obtained.

【0036】このレーザ素子において、光出力を1mW
から40mWまで変化させたときの戻り光による相対雑
音強度を測定した。相対雑音強度の測定は、光ディスク
のピックアップに相当する評価装置を用いて行い、レー
ザからディスク面までの距離を25mm、中心周波数7
20KHz、帯域10KHzとし、ディスク面を±1μ
m変動させることにより、レーザへの戻り光率を0.5
%から20%まで変化させたときの最大雑音強度を求め
ることにより行った。その結果を図2に示す。一般に、
デジタルディスク装置ではレーザの雑音強度の標準的な
仕様として−125dB/Hz以下が要求されるが、こ
のレーザ素子では、図2に示したように、光出力2mW
から40mWまで、雑音強度は−125dB/Hz以下
と標準的な仕様を十分に満足する良好な値が得られた。
In this laser device, the light output is 1 mW
From 40 mW to the relative noise intensity due to the return light was measured. The relative noise intensity was measured using an evaluation device corresponding to an optical disk pickup. The distance from the laser to the disk surface was 25 mm, and the center frequency was 7 mm.
20KHz, bandwidth 10KHz, disk surface ± 1μ
m, the return light rate to the laser is 0.5
The measurement was performed by obtaining the maximum noise intensity when changing from% to 20%. The result is shown in FIG. In general,
In a digital disk drive, a standard specification of a laser noise intensity is required to be -125 dB / Hz or less. As shown in FIG.
To 40 mW, the noise intensity was -125 dB / Hz or less, which was a good value sufficiently satisfying the standard specification.

【0037】このレーザ素子において、光出力3mWで
の戻り光無し(戻り光率0.1%未満)の場合と戻り光
有りの場合の発振スペクトルを測定した。その結果を図
3(a)、(b)に示す。図3(a)に示したように、
戻り光無しの場合には、自励発振により、スペクトルが
変調を受けて、線幅が1.5Åと比較的広く、マルチ縦
モードになった。このように、自励発振が起こると、ス
ペクトルがその線幅を増大させ、マルチ縦モード化する
ために、可干渉性が低下し、戻り光雑音を低減すること
ができる。図3(b)に示したように、戻り光有りの場
合でも、自励発振は影響を受けないので、戻り光無しの
場合と同様の発振スペクトルが得られる。
In this laser device, the oscillation spectrum was measured at a light output of 3 mW with no return light (return light rate of less than 0.1%) and with return light. The results are shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). As shown in FIG.
In the case of no return light, the spectrum was modulated by self-excited oscillation, the line width was relatively wide at 1.5 °, and a multi-longitudinal mode was set. As described above, when self-sustained pulsation occurs, the spectrum has an increased line width and a multi-longitudinal mode, so that coherence is reduced and return optical noise can be reduced. As shown in FIG. 3B, even when there is return light, the self-sustained pulsation is not affected, so that an oscillation spectrum similar to that without return light can be obtained.

【0038】また、光出力30mWでの戻り光無しの場
合と戻り光有りの場合の発振スペクトルを測定した。そ
の結果を図4(a)、(b)に示す。図4(a)に示し
たように、戻り光無しの場合には、スペクトルは、線幅
が0.7Åで、シングル縦モードであった。一方、図4
(b)に示したように、戻り光が有りの場合には、レー
ザとディスク面で複合共振器が形成されることにより、
レーザの利得が変調を受けて、スペクトルは、線幅が
1.0Åで、マルチ縦モードになった。マルチ縦モード
になると、自励発振による線幅増大の効果はないが、自
励発振のときと同様にレーザ光の可干渉性が低下するた
めに戻り光雑音を低減できる。なお、自励発振では、あ
る周波数では戻り光の影響を受けて雑音を発生すること
があるが、このレーザ素子では、高出力状態で戻り光に
よるレーザのマルチ縦モード発振を利用するので、自励
発振よりも安定した低雑音特性が得られる。
The oscillation spectrum was measured at an optical output of 30 mW without return light and with return light. The results are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). As shown in FIG. 4A, when there was no return light, the spectrum had a line width of 0.7 ° and a single longitudinal mode. On the other hand, FIG.
As shown in (b), when there is return light, a composite resonator is formed between the laser and the disk surface,
The spectrum was in multi-longitudinal mode with a linewidth of 1.0 ° as the laser gain was modulated. In the multi-longitudinal mode, there is no effect of increasing the line width due to self-pulsation, but as in the case of self-pulsation, the coherence of the laser beam is reduced, so that return optical noise can be reduced. In self-excited oscillation, noise may be generated at a certain frequency under the influence of return light. However, this laser element utilizes multi-longitudinal mode oscillation of the laser due to return light in a high output state. Low noise characteristics more stable than the excitation oscillation can be obtained.

【0039】このレーザ素子においては、MQW活性層
は5層の量子井戸層で構成されており、光閉じ込め係数
Γactは0.125である。ここで、Γactは、図
5に示したように、レーザ素子のリッジストライプ11
中央部における光出射端面付近の各層に閉じ込められて
いる全光量21に対する、活性層5に閉じ込められてい
る光量22の割合で定義される。なお、活性層がMQW
活性層の場合には、全量子井戸層への光閉じ込め係数の
総和をΓactと定義する。このレーザ素子は、MQW
活性層のガイド層の厚さを調整することにより、Γac
tを変化させることができる。よって、Γactを0.
05から0.2まで変化させたときの光出力30mWで
の相対雑音強度及び雰囲気温度60℃、光出力35mW
での素子寿命を測定した。それらの結果を図6(a)、
(b)に示す。
In this laser device, the MQW active layer is composed of five quantum well layers, and the optical confinement coefficient Γact is 0.125. Here, Γact is the ridge stripe 11 of the laser element as shown in FIG.
It is defined by the ratio of the light amount 22 confined in the active layer 5 to the total light amount 21 confined in each layer near the light emitting end face at the center. The active layer is made of MQW
In the case of the active layer, the sum of the light confinement coefficients in all the quantum well layers is defined as Γact. This laser element is MQW
By adjusting the thickness of the guide layer of the active layer, Γac
t can be varied. Therefore, Γact is set to 0.
Relative noise intensity at an optical output of 30 mW when changing from 05 to 0.2, ambient temperature of 60 ° C., optical output of 35 mW
Of the device was measured. The results are shown in FIG.
(B).

【0040】図6(a)に示したように、Γactが
0.1以上で雑音強度の仕様−125dB/Hz以下を
満足することがわかった。また、図6(b)に示したよ
うに、Γactが0.15以上になると、素子寿命は2
000時間未満となり、素子の信頼性が悪化することが
わかった。以上より、Γactは、0.1以上、0.1
5以下に設定することが望ましいことがわかった。
As shown in FIG. 6A, it was found that when Δact was 0.1 or more, the specification of noise intensity was −125 dB / Hz or less. Further, as shown in FIG. 6B, when Δact becomes 0.15 or more, the element lifetime becomes 2
It was found that the time was less than 000 hours, and the reliability of the device was deteriorated. From the above, Γact is 0.1 or more, 0.1
It has been found that it is desirable to set it to 5 or less.

【0041】このレーザ素子は、n−第2クラッド層4
がAl0.5 Ga0.5 Asからなり、n−第1クラッド層
3がAl0.46Ga0.54Asからなる。Al組成比が大き
くなると屈折率は小さくなるので、n−第2クラッド層
4の方がn−第1クラッド層3よりも屈折率は小さくな
る。よって、このような構成とすることにより、活性層
5への光閉じ込め係数を低下することなく、活性層5に
垂直な方向に対する放射角の増大を防ぐことができる。
このレーザ素子において、n−第1クラッド層のAl組
成比を変化させた場合の活性層5に垂直な方向に対する
放射角を測定した。その結果を図7に示す。図7によれ
ば、n−第1クラッド層のAl組成比がn−第2クラッ
ド層のAl組成比と同じ0.5のときには、垂直放射角
は32度となり、従来のレーザ素子の垂直放射角28度
よりも増大するので、レンズとの結合効率が低下すると
いう問題がある。しかし、n−第1クラッド層のAl組
成比を、このレーザ素子のように0.46にすると、垂
直放射角は従来と同じ値が得られ、レーザ素子とレンズ
との結合効率悪化の問題は起こらない。
This laser device has an n-second cladding layer 4
Is made of Al 0.5 Ga 0.5 As, and the n-first cladding layer 3 is made of Al 0.46 Ga 0.54 As. Since the refractive index decreases as the Al composition ratio increases, the n-second cladding layer 4 has a lower refractive index than the n-first cladding layer 3. Therefore, with such a configuration, it is possible to prevent an increase in the radiation angle with respect to the direction perpendicular to the active layer 5 without reducing the light confinement coefficient in the active layer 5.
In this laser device, the radiation angle with respect to the direction perpendicular to the active layer 5 when the Al composition ratio of the n-first cladding layer was changed was measured. FIG. 7 shows the result. According to FIG. 7, when the Al composition ratio of the n-first cladding layer is 0.5, which is the same as the Al composition ratio of the n-second cladding layer, the vertical radiation angle is 32 degrees, and the vertical radiation angle of the conventional laser device is Since the angle is larger than 28 degrees, there is a problem that the coupling efficiency with the lens is reduced. However, when the Al composition ratio of the n-first cladding layer is set to 0.46 like this laser element, the same vertical emission angle can be obtained as before, and the problem of deterioration of the coupling efficiency between the laser element and the lens is raised. Does not happen.

【0042】このレーザ素子において、ストライプ状の
開口幅を1μmから3μmまで変化させたときの光出力
30mWでの相対雑音強度及び動作電圧の変化を測定し
た。それらの結果を図8(a)、(b)に示す。図8
(a)に示したように、ストライプ状の開口幅が2.8
μmより広くなると、雑音強度が増大して、雑音強度の
標準的な仕様を満足しなくなる。これはストライプ状の
開口幅が広くなると高出力でマルチ縦モード発振が起こ
りにくくなることを示す。一方、図8(b)に示したよ
うに、ストライプ状の開口幅が1.2μmよりも狭くな
ると、光出力30mWでの動作電圧は2.2Vよりも増
大するという問題が生じる。以上より、ストライプ幅は
1.2μm以上、2.8μm以下に設定することが望ま
しい。なお、ストライプ幅を2.5μm以下にすると、
雑音強度を−130dB/Hz以下にできるので、光デ
ィスク装置の雑音許容度の拡大という観点からはさらに
望ましい。
In this laser device, changes in relative noise intensity and operating voltage at an optical output of 30 mW when the stripe-shaped opening width was changed from 1 μm to 3 μm were measured. The results are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). FIG.
As shown in (a), the stripe-shaped opening width is 2.8.
If the width is larger than μm, the noise intensity increases and the standard specification of the noise intensity is not satisfied. This indicates that multi-longitudinal mode oscillation hardly occurs at high output when the stripe-shaped opening width is widened. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the opening width of the stripe is narrower than 1.2 μm, there is a problem that the operating voltage at an optical output of 30 mW is higher than 2.2V. From the above, it is desirable that the stripe width is set to be 1.2 μm or more and 2.8 μm or less. When the stripe width is 2.5 μm or less,
Since the noise intensity can be reduced to -130 dB / Hz or less, it is more desirable from the viewpoint of increasing the noise tolerance of the optical disk device.

【0043】また、このレーザ素子において、光出射端
面の反射率を5%から20%まで変化させた場合の光出
力30mW及び3mWでの相対雑音強度の変化を測定し
た。それらの結果を図9(a)、(b)に示す。図9
(a)に示したように、光出力30mWでは、反射率が
増大するにつれて雑音強度は増大し、反射率が17%よ
りも大きくなると雑音強度の標準的な仕様を満たさなく
なる。また、図9(b)に示したように、光出力3mW
では、反射率が減少するにつれて雑音強度は増大し、反
射率が8%よりも小さくなると雑音強度の標準的な仕様
を満たさなくなる。以上より、光出射端面の反射率は8
%以上、17%以下が望ましい。なお、光出射端面反射
率を10%以上15%以下にすると、雑音強度を−13
0dB/Hz以下にできるので、光ディスク装置の雑音
許容度の拡大という観点からはさらに望ましい。
Further, in this laser device, when the reflectivity of the light emitting end face was changed from 5% to 20%, the change of the relative noise intensity at the light output of 30 mW and 3 mW was measured. The results are shown in FIGS. 9A and 9B. FIG.
As shown in (a), at an optical output of 30 mW, the noise intensity increases as the reflectance increases, and when the reflectance exceeds 17%, the standard specification of the noise intensity is not satisfied. Further, as shown in FIG. 9B, the light output is 3 mW.
In, the noise intensity increases as the reflectance decreases, and when the reflectance is less than 8%, the standard specification of the noise intensity is not satisfied. From the above, the reflectance of the light emitting end face is 8
% Or more and 17% or less. When the light exit end face reflectance is set to 10% or more and 15% or less, the noise intensity becomes -13%.
Since it can be set to 0 dB / Hz or less, it is more desirable from the viewpoint of increasing the noise tolerance of the optical disk device.

【0044】さらに、このレーザ素子において、共振器
長を200μmから450μmまで変化させた場合の光
出力30mWでの相対雑音強度及び雰囲気温度60℃、
光出力35mWでの素子寿命の変化を測定した。それら
の結果を図10(a)、(b)に示す。図10(a)に
示したように、共振器長が長くなると雑音強度が増大す
る傾向にある。共振器長が400μmよりも長くなる
と、雑音強度の標準的な仕様を満たさなくなる。また、
図10(b)に示したように、共振器長が短くなると寿
命は悪化する傾向にある。特に、共振器長が250μm
より小さくなると、素子寿命は2000時間よりも短く
なる。以上より、共振器長は250μm以上、400μ
m以下が望ましい。なお、共振器長を375μm以下に
すると、雑音強度を−130dB/Hz以下にできるの
で、光ディスク装置の雑音許容度の拡大という観点から
はさらに望ましい。
Further, in this laser device, when the cavity length was changed from 200 μm to 450 μm, the relative noise intensity at an optical output of 30 mW and the ambient temperature of 60 ° C.
The change in device life at an optical output of 35 mW was measured. The results are shown in FIGS. 10 (a) and (b). As shown in FIG. 10A, the noise intensity tends to increase as the resonator length increases. If the resonator length is longer than 400 μm, the standard specification of the noise intensity will not be satisfied. Also,
As shown in FIG. 10B, as the resonator length becomes shorter, the life tends to be deteriorated. In particular, the cavity length is 250 μm
For smaller sizes, the device lifetime is less than 2000 hours. From the above, the resonator length is 250 μm or more and 400 μm.
m or less is desirable. If the resonator length is 375 μm or less, the noise intensity can be reduced to −130 dB / Hz or less, which is more desirable from the viewpoint of increasing the noise tolerance of the optical disk device.

【0045】このレーザ素子は、光出力3mWでのレー
ザ発振波長λ1が780nmであり、可飽和吸収効果を
有するp−GaAsエッチングストップ層のバンドギャ
ップに相当する波長λ2は782nmである。よって、
これらの差(Δλ:λ1−λ2)は−2nmとなる。こ
のレーザ素子においては、光ガイド層のAl組成比を変
えることにより、可飽和吸収層のバンドギャップに相当
する波長λ2の調整が可能となる。よって、λ2を変え
ることにより、Δλを−15nmから10nmまで変化
させたときの光出力30mW及び光出力3mWでの相対
雑音強度の変化を測定した。それらの結果を図11
(a)、(b)に示す。図11(a)に示したように、
光出力30mWでは雑音仕様を満たすのは、Δλが−1
0nm以上である。また、図11(b)に示したよう
に、光出力3mWでは、Δλが−10nm以上、7nm
以下である。以上より、光出力30mWと光出力3mW
でともに低雑音強度の標準的な仕様を満たすΔλが−1
0nm以上、7nm以下が望ましい。なお、Δλを5n
m以下にすると、雑音強度を−130dB/Hz以下に
できるので、光ディスク装置の雑音許容度の拡大という
観点からはさらに望ましい。
This laser device has a laser oscillation wavelength λ1 at an optical output of 3 mW of 780 nm, and a wavelength λ2 corresponding to the band gap of the p-GaAs etching stop layer having a saturable absorption effect is 782 nm. Therefore,
These differences (Δλ: λ1−λ2) are −2 nm. In this laser device, the wavelength λ2 corresponding to the band gap of the saturable absorption layer can be adjusted by changing the Al composition ratio of the light guide layer. Therefore, the change in relative noise intensity at an optical output of 30 mW and an optical output of 3 mW when Δλ was changed from −15 nm to 10 nm by changing λ2 was measured. The results are shown in FIG.
(A) and (b) show. As shown in FIG.
At an optical output of 30 mW, the noise specification is satisfied only when Δλ is −1.
0 nm or more. Further, as shown in FIG. 11B, when the optical output is 3 mW, Δλ is −10 nm or more and 7 nm.
It is as follows. From the above, the light output is 30 mW and the light output is 3 mW
Δλ which satisfies the standard specification of low noise intensity is -1
0 nm or more and 7 nm or less are desirable. Note that Δλ is 5n
When it is set to m or less, the noise intensity can be made -130 dB / Hz or less, so that it is more desirable from the viewpoint of expanding the noise tolerance of the optical disc device.

【0046】このレーザ素子において、エッチングスト
プ層厚を10Åから50Åまで変化させた場合の光出力
30mW及び3mWでの相対雑音強度の変化を測定し
た。それらの結果を図12(a)、(b)に示す。図1
2(a)に示したように、光出力30mWでは、層厚が
厚くなると雑音強度が増大する傾向にある。層厚が40
Åよりも厚くなると、雑音強度の標準的な仕様を満たさ
なくなる。層厚が厚くなると、エッチングストップ層へ
の戻り光量が増大して、スペクトルの縦マルチモード発
振が起こるのを抑制する傾向があるためであると考えら
れる。また、図12(b)に示したように、光出力3m
Wでは、層厚が25Åよりも薄くなると、可飽和吸収効
果が低下して自励発振が起こりにくくなるので、雑音強
度は、標準的な仕様よりも増大する。以上より、光出力
30mWと光出力3mWでともに雑音強度の標準的な仕
様を満たすには、エッチングストップ層厚を25Å以
上、40Å以下に設定することが望ましい。
In this laser device, when the thickness of the etching stop layer was changed from 10 ° to 50 °, the change of the relative noise intensity at the light output of 30 mW and 3 mW was measured. The results are shown in FIGS. FIG.
As shown in FIG. 2A, when the optical output is 30 mW, the noise intensity tends to increase as the layer thickness increases. 40 layer thickness
When the thickness is larger than Å, the standard specification of the noise intensity is not satisfied. It is considered that when the layer thickness is increased, the amount of light returning to the etching stop layer is increased, and the occurrence of longitudinal multi-mode oscillation of the spectrum tends to be suppressed. In addition, as shown in FIG.
In the case of W, when the layer thickness is smaller than 25 °, the saturable absorption effect is reduced and self-excited oscillation is less likely to occur, so that the noise intensity is higher than the standard specification. As described above, in order to satisfy the standard specifications of the noise intensity at both the light output of 30 mW and the light output of 3 mW, it is desirable to set the etching stop layer thickness to 25 ° or more and 40 ° or less.

【0047】このレーザ素子におけるリッジストライプ
内部の活性層に垂直方向の実効屈折率n1とリッジスト
ライプ外部(電流阻止層を構成)の活性層に垂直方向の
実効屈折率n2の差(Δn:n1−n2)を求めると、
6×10-3となる。また、高出力状態での活性層に平行
方向の放射角は11度である。このレーザ素子において
は、p−第1クラッド層の層厚を変えることにより、Δ
nを変化させることができる。よって、Δnを2×10
-3から10×10-3まで変化させた場合の光出力30m
Wでの相対雑音強度及び活性層に平行な方向の放射角の
変化を測定した。それらの結果を図13(a)、(b)
に示す。図13(a)に示したように、Δnが8×10
-3より大きくなると、雑音強度が増大して標準的な仕様
を満足しなくなる。これはΔnが大きくなると高出力時
にマルチ縦モード発振が起こりにくくなることを示す。
また、図13(b)に示したように、Δnが4×10-3
より小さくなると、平行方向の放射角は8度以下とな
り、垂直方向の放射角が28度に対して、放射光の楕円
率(=垂直放射角/平行放射角)が3.5よりも大きく
なり、レーザ光をレンズで集光したスポットが楕円形に
なるという問題が生じる。以上より、Δnは4×10-3
以上、8×10-3以下が望ましい。
In this laser device, the difference (Δn: n1−n1) between the effective refractive index n1 in the direction perpendicular to the active layer inside the ridge stripe and the effective refractive index n2 in the direction perpendicular to the active layer outside the ridge stripe (constituting the current blocking layer). n2)
It becomes 6 × 10 -3 . The radiation angle in the direction parallel to the active layer in the high power state is 11 degrees. In this laser device, by changing the thickness of the p-first cladding layer, Δ
n can be varied. Therefore, Δn is 2 × 10
Light output 30m when changed from -3 to 10 × 10 -3
The change in relative noise intensity at W and the radiation angle in a direction parallel to the active layer were measured. FIGS. 13A and 13B show the results.
Shown in As shown in FIG. 13A, Δn is 8 × 10
If it is larger than -3 , the noise intensity increases and the standard specification is not satisfied. This indicates that as Δn increases, multi-longitudinal mode oscillation hardly occurs at high output.
Further, as shown in FIG. 13B, Δn is 4 × 10 −3.
When it becomes smaller, the parallel radiation angle becomes 8 degrees or less, and the ellipticity of the emitted light (= vertical radiation angle / parallel radiation angle) becomes larger than 3.5 for a vertical radiation angle of 28 degrees. In addition, there is a problem that the spot where the laser light is focused by the lens becomes elliptical. From the above, Δn is 4 × 10 −3
As described above, it is desirable that the value be 8 × 10 −3 or less.

【0048】実施形態2 この実施形態におけるAlGaAs系レーザ素子を、図
14に示す。このレーザ素子は、膜厚100μmのn−
GaAs基板1上に、 n−GaAsバッファ層2(厚さ0.5μm) n−Al0.47Ga0.53As第1クラッド層23(厚さ2
μm) n−Al0.5 Ga0.5 As第2クラッド層4(厚さ0.
2μm) ノンドープ多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Wel
l)活性層25 p−Al0.5 Ga0.5 As第1クラッド層6(厚さ0.
18μm)及び p−GaAsエッチングストップ層8(厚さ28Å) が順次形成され、p−GaAsエッチングストップ層8
上に、 p−Al0.5Ga0.5 As第2クラッド層9(厚さ1.
2μm)及び p−GaAsキャップ層10(厚さ0.75μm) からなり、ストライプ状の開口幅が2.2μmのリッジ
ストライプ31が形成され、さらにリッジストライプ3
1の周辺のp−GaAsエッチングストップ層8上に、 n−Al0.55Ga0.45As第1電流阻止層32(厚さ
0.6μm) n−GaAs第2電流阻止層13(厚さ0.3μm)及
び p−GaAs平坦化層14(厚さ1.05μm) が順次形成されており、リッジストライプ11及びp−
GaAs平坦化層14上に、 p−GaAsコンタクト層15(厚さ3μm) が形成され、p−GaAsコンタクト層15表面にp型
電極16、n−GaAs基板1表面にn型電極17が形
成されて、さらに、出射端面及び反対側端面にコーティ
ング膜(図示せず)が形成されて構成される。
Embodiment 2 FIG. 14 shows an AlGaAs laser device according to this embodiment. This laser device has an n-type
On the GaAs substrate 1, an n-GaAs buffer layer 2 (thickness 0.5 μm), an n-Al 0.47 Ga 0.53 As first cladding layer 23 (thickness 2
μm) n-Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 4 (thickness: 0.1 μm).
Non-doped multiple quantum well (MQW: Multi Quantum Wel)
l) Active layer 25 p-Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 6 (thickness: 0.1 μm)
18 μm) and a p-GaAs etching stop layer 8 (thickness 28 °) are sequentially formed, and the p-GaAs etching stop layer 8 is formed.
Above the p-Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 9 (thickness 1.
2 μm) and a p-GaAs cap layer 10 (thickness 0.75 μm), and a ridge stripe 31 having a stripe-shaped opening width of 2.2 μm is formed.
N-Al 0.55 Ga 0.45 As first current blocking layer 32 (thickness 0.6 μm) n-GaAs second current blocking layer 13 (thickness 0.3 μm) And a p-GaAs planarization layer 14 (thickness: 1.05 μm) are sequentially formed.
A p-GaAs contact layer 15 (thickness: 3 μm) is formed on the GaAs planarization layer 14, a p-type electrode 16 is formed on the surface of the p-GaAs contact layer 15, and an n-type electrode 17 is formed on the surface of the n-GaAs substrate 1. Further, a coating film (not shown) is formed on the emission end face and the opposite end face.

【0049】なお、MQW活性層25は、両端にAl
0.33Ga0.67Asガイド層(厚さ200Å)を有し、そ
の間に、Al0.11Ga0.89As量子井戸量(厚さ110
Å)4層とAl0.35Ga0.65As量子障壁層(厚さ50
Å)3層が交互に積層された構成を有する。このレーザ
素子は、劈開法により共振器長が300μmに調整さ
れ、出射端面に反射率15%のコーティング膜(図示せ
ず)、反対側端面に反射率75%のコーティング膜(図
示せず)が形成されている。上記のレーザ素子は、実施
形態1と実質的に同様の方法で形成することができる。
The MQW active layer 25 has Al
It has a 0.33 Ga 0.67 As guide layer (thickness: 200 Å), between which an Al 0.11 Ga 0.89 As quantum well (thickness: 110) is used.
Å) 4 layers and Al 0.35 Ga 0.65 As quantum barrier layer (thickness: 50)
Iii) It has a configuration in which three layers are alternately stacked. In this laser device, the cavity length was adjusted to 300 μm by a cleavage method, and a coating film (not shown) having a reflectance of 15% on the emission end face and a coating film (not shown) having a reflectance of 75% on the opposite end face. Is formed. The above laser element can be formed by a method substantially similar to that of the first embodiment.

【0050】このレーザ素子では、発振閾値電流30m
A、スロープ効率0.75W/A、光出力30mWでの
動作電流70mA、動作電圧1.9Vが得られた。ま
た、雰囲気温度60℃、光出力35mWのエージング走
行試験においても5000時間以上安定に走行してお
り、実用上十分な信頼性が得られている。このレーザ素
子において、光出力を1mWから40mWまで変化させ
たときの戻り光による相対雑音強度を測定した。その結
果を図15に示す。図15に示したように、このレーザ
素子は、光出力2mWから40mWまで雑音強度の標準
的な仕様以下の良好な値が得られた。このレーザ素子
は、光出力3mWでは自励発振による低雑音特性が得ら
れ、光出力30mWでは戻り光によるマルチ縦モード発
振で低雑音特性が得られている。このレーザ素子は、実
施形態1のレーザ素子と異なり、可飽和吸収効果はスト
ライプ外部の活性層がその効果を有している。このレー
ザ素子における活性層光閉じ込め係数は0.11、Δn
は2×10-3である。このレーザ素子においても、活性
層の光閉じ込め係数、ストライプ状の開口幅、出射端面
の反射率、共振器長を調整することにより、低出力と高
出力で低雑音特性の両立を図ることができる。
In this laser device, the oscillation threshold current is 30 m
A, a slope efficiency of 0.75 W / A, an operating current of 70 mA at an optical output of 30 mW, and an operating voltage of 1.9 V were obtained. In addition, even in an aging running test at an ambient temperature of 60 ° C. and a light output of 35 mW, the vehicle stably runs for 5000 hours or more, and sufficient reliability for practical use has been obtained. In this laser device, the relative noise intensity due to the return light when the light output was changed from 1 mW to 40 mW was measured. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 15, this laser device obtained good values below the standard specification of noise intensity from 2 mW to 40 mW in optical output. This laser device has low noise characteristics due to self-excited oscillation at an optical output of 3 mW, and low noise characteristics due to multi-longitudinal mode oscillation due to return light at an optical output of 30 mW. This laser device is different from the laser device of the first embodiment in that the active layer outside the stripe has the saturable absorption effect. The active layer light confinement coefficient of this laser device is 0.11, Δn
Is 2 × 10 −3 . In this laser element as well, by adjusting the light confinement coefficient of the active layer, the stripe-shaped opening width, the reflectance of the emission end face, and the cavity length, it is possible to achieve both low output and high output and low noise characteristics. .

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板上に、第1
導電型クラッド層、活性層及び第2導電型クラッド層が
この順で積層され、前記第1導電型又は第2導電型クラッ
ド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有し、前
記第2導電型のクラッド層中にストライプ状の開口を有
する電流狭窄構造を有してなり、光出力2mWから5m
Wの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力
20mW以上の高出力状態において、光出力の戻り光が
0.5%から20%ではマルチ縦モード発振が起こるよ
うに構成されてなるため、低出力状態では自励発振によ
る低雑音特性が得られ、高出力状態では戻り光でのマル
チ縦モード発振による低雑音特性が得られることとな
り、低出力状態及び高出力状態のいずれの状態において
も、雑音特性を低減することができ、低雑音特性の両立
を図ることができる。
According to the present invention, a first substrate is provided on a semiconductor substrate.
A conductive type clad layer, an active layer and a second conductive type clad layer are laminated in this order, and the first conductive type or second conductive type clad layer has a saturable absorption layer for laser oscillation light in the second conductive type clad layer; It has a current confinement structure having a stripe-shaped opening in a conductive type cladding layer, and has an optical output of 2 mW to 5 m.
The self-excited oscillation occurs in the low output state of W, and the multi-longitudinal mode oscillation occurs when the return light of the optical output is 0.5% to 20% in the high output state of the optical output of 20 mW or more. In the low output state, low noise characteristics are obtained by self-excited oscillation, and in the high output state, low noise characteristics are obtained by multi-longitudinal mode oscillation with return light. However, noise characteristics can be reduced, and low noise characteristics can be achieved at the same time.

【0052】また、光出力20mW以上の高出力状態に
おいて、光出力の戻り光が0.1%未満ではシングル縦
モード発振が起こるように、前記活性層の光閉じ込め係
数、ストライプ状の開口幅、出射端面反射率、共振器長
が設定されてなる場合には、低出力状態のみ自励発振を
起こせばよいので、素子構造の設計に対する自由度が増
大できる。活性層の光閉じ込め係数、ストライプ状の開
口幅、出射端面反射率及び共振器長の1つ又は2つ以上
を調整することにより、低出力状態及び高出力状態で所
定の発振が起こるように構成されているため、比較的容
易に低雑音特性の両立が可能となる。活性層の光閉じ込
め係数が、0.1以上、0.15以下である場合には、
高出力状態で、戻り光による安定なマルチ縦モード発振
を起こすことができ、十分な低雑音特性を得ることがで
きるとともに、レーザの素子寿命の悪化を抑制すること
が可能となる。
In a high output state with an optical output of 20 mW or more, the optical confinement coefficient of the active layer, the opening width of the stripe, When the output end face reflectance and the resonator length are set, self-sustained pulsation only needs to be generated in the low output state, so that the degree of freedom in designing the element structure can be increased. By adjusting one or more of the optical confinement coefficient of the active layer, the stripe-shaped aperture width, the emission end face reflectance, and the resonator length, a predetermined oscillation is generated in a low output state and a high output state. As a result, it is relatively easy to achieve both low noise characteristics. When the light confinement coefficient of the active layer is 0.1 or more and 0.15 or less,
In a high output state, stable multi-longitudinal mode oscillation due to return light can be caused, sufficient low noise characteristics can be obtained, and deterioration of the laser element life can be suppressed.

【0053】ストライプ状の開口幅が、1.2μm以
上、2.8μm以下である場合には、高出力状態で安定
した縦マルチモード発振による低雑音化が可能となると
ともに、動作電圧の増大を抑制することができる。光出
射端面の反射率が、8%以上、17%以下である場合に
は、低出力状態と高出力状態での低雑音特性の両立に対
する制御性をさらに向上させることができる。また、共
振器長が、250μm以上、400μm以下である場合
には、高出力状態での低雑音化が可能となるとともに、
レーザの素子寿命の悪化を抑制できる。
When the opening width of the stripe is 1.2 μm or more and 2.8 μm or less, it is possible to reduce noise by stable vertical multi-mode oscillation in a high output state and to increase the operating voltage. Can be suppressed. When the reflectance of the light emitting end face is 8% or more and 17% or less, controllability for achieving both low-noise characteristics in the low-output state and the high-output state can be further improved. Further, when the resonator length is 250 μm or more and 400 μm or less, it is possible to reduce noise in a high output state, and
It is possible to suppress the deterioration of the laser element life.

【0054】さらに、第1導電型クラッド層が、屈折率
の異なる複数の層から構成されており、活性層に隣接す
る前記第1導電型クラッド層が、該層以外の層の屈折率
よりも小さな屈折率を有する場合には、活性層への光閉
じ込め係数が増大しても、活性層に垂直方向の放射角の
増大を抑制することができ、レーザ素子と光学部品、例
えば、レンズとの結合効率の悪化を防止することができ
る。また、第2導電型クラッド層中に可飽和吸収層を有
しており、活性層のレーザ発振波長と前記可飽和吸収層
のバンドギャップに相当する波長との差が、−10nm
から7nmである場合には、低出力状態で安定した自励
発振による低雑音化が可能となる。
Further, the first conductivity type cladding layer is composed of a plurality of layers having different refractive indices, and the first conductivity type cladding layer adjacent to the active layer has a higher refractive index than the other layers. In the case of having a small refractive index, even if the light confinement coefficient in the active layer increases, it is possible to suppress an increase in the radiation angle in the direction perpendicular to the active layer. Deterioration of coupling efficiency can be prevented. Further, a saturable absorption layer is provided in the second conductivity type cladding layer, and the difference between the laser oscillation wavelength of the active layer and the wavelength corresponding to the band gap of the saturable absorption layer is −10 nm.
When the distance is from 7 nm to 7 nm, low noise can be achieved by stable self-excited oscillation in a low output state.

【0055】さらに、可飽和吸収層が、光ガイド層とエ
ッチングストップ層とからなり、前記光ガイド層が、第
2導電型クラッド層のバンドギャップより小さく、かつ
前記エッチングストップ層のバンドギャップよりも大き
いバンドギャップを有する場合には、電流狭窄構造の形
成の際に使用したエッチングストップ層を可飽和吸収層
に利用することができるため、層構造の簡略化を図るこ
とができる。しかも、可飽和吸収効果を有するエッチン
グストップ層への光閉じ込めを調整して所望の低雑音特
性が得られる。また、エッチングストップ層が、膜厚2
5Å以上、40Å以下のGaAs層からなる場合には、
可飽和吸収層への戻り光を低減できるので、戻り光によ
る可飽和吸収層への影響を低減でき、よって低出力状態
と高出力状態で安定した低雑音特性が得られる。
Further, the saturable absorption layer comprises a light guide layer and an etching stop layer, and the light guide layer is smaller than the band gap of the second conductivity type cladding layer and is smaller than the band gap of the etching stop layer. In the case of having a large band gap, the etching stop layer used for forming the current confinement structure can be used for the saturable absorption layer, so that the layer structure can be simplified. In addition, by adjusting light confinement to the etching stop layer having a saturable absorption effect, desired low noise characteristics can be obtained. The etching stop layer has a thickness of 2
In the case of a GaAs layer of 5 ° or more and 40 ° or less,
Since the return light to the saturable absorption layer can be reduced, the influence of the return light on the saturable absorption layer can be reduced, so that stable low-noise characteristics can be obtained in the low output state and the high output state.

【0056】さらに、電流狭窄部構造を構成する第2導
電型クラッド層の周辺に電流阻止層が配置され、前記電
流狭窄部構造を形成する第2導電型クラッド層に垂直方
向の実効屈折率と前記電流阻止層に垂直方向の実効屈折
率との差が、4×10-3以上、8×10-3以下である場
合には、高出力状態で低雑音特性が得られ、さらに活性
層に平行方向の放射角の減少を制限できるため、放射光
の楕円率の悪化を抑制でき、ひいては、レンズを用い
て、容易に回折限界の微小スポットに集光できるので、
光ディスクにおいて好適に使用することができる。
Further, a current blocking layer is arranged around the second conductivity type cladding layer forming the current constriction portion structure, and the effective refractive index and the vertical direction of the second conductivity type cladding layer forming the current constriction portion structure are perpendicular to the second conductivity type cladding layer. When the difference from the effective refractive index in the direction perpendicular to the current blocking layer is 4 × 10 −3 or more and 8 × 10 −3 or less, low noise characteristics can be obtained in a high output state, and the active layer has Since it is possible to limit the decrease in the radiation angle in the parallel direction, it is possible to suppress the deterioration of the ellipticity of the radiated light, and by using a lens, it is possible to easily focus on a diffraction-limited small spot.
It can be suitably used in an optical disc.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体レーザ素子の実施形態を説明す
るための要部の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a main part for describing an embodiment of a semiconductor laser device of the present invention.

【図2】図1の半導体レーザ素子の相対雑音強度と光出
力との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a relative noise intensity and an optical output of the semiconductor laser device of FIG.

【図3】図1の半導体レーザ素子における(a)戻り光
無し、光出力3mWでの発振スペクトル、(b)戻り光
有り、光出力3mWでの発振スペクトルを示す図であ
る。
3A and 3B are diagrams showing an oscillation spectrum at (a) no return light and an optical output of 3 mW, and (b) an oscillation spectrum at an optical output of 3 mW in the semiconductor laser device of FIG.

【図4】図1の半導体レーザ素子における(a)戻り光
無し、光出力30mWでの発振スペクトル、(b)戻り
光有り、光出力30mWでの発振スペクトルを示す図で
ある。
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing (a) an oscillation spectrum at an optical output of 30 mW without return light and (b) an oscillation spectrum at an optical output of 30 mW in the semiconductor laser device of FIG.

【図5】活性層の光閉じ込め係数の定義を説明するため
の図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a definition of a light confinement coefficient of an active layer.

【図6】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成
を有する半導体レーザー素子における(a)光出力30
mWでの相対雑音強度と光閉じ込め係数との関係を示す
図、(b)光出力35mWでの素子寿命と光閉じ込め係
数との関係を示す図である。
FIG. 6 shows (a) an optical output 30 in a semiconductor laser device having the same configuration as the semiconductor laser device of the present invention.
It is a figure which shows the relationship between the relative noise intensity in mW, and an optical confinement coefficient, and (b) is a figure which shows the relationship between the element lifetime at 35 mW of optical output, and an optical confinement coefficient.

【図7】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成
を有する半導体レーザー素子における垂直放射角と第1
導電型クラッド層のアルミニウム組成比との関係を示す
図である。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the vertical radiation angle and the first radiation angle in a semiconductor laser device having the same configuration as the semiconductor laser device in the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a conductive type cladding layer and an aluminum composition ratio.

【図8】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成
を有する半導体レーザー素子における(a)光出力30
mWでの相対雑音強度とストライプ状の開口幅との関係
を示す図、(b)光出力30mWでの動作電圧とストラ
イプ状の開口幅との関係を示す図である。
FIG. 8 shows (a) an optical output 30 in a semiconductor laser device having the same configuration as the semiconductor laser device in the present invention.
It is a figure which shows the relationship between relative noise intensity in mW, and the stripe-shaped aperture width, and (b) is a figure which shows the relationship between the operating voltage at the optical output of 30 mW, and a stripe-shaped aperture width.

【図9】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成
を有する半導体レーザー素子における(a)光出力30
mWでの相対雑音強度と端面反射率との関係を示す図、
(b)光出力3mWでの相対雑音強度と端面反射率との
関係を示す図である。
FIG. 9 shows (a) an optical output 30 in a semiconductor laser device having the same configuration as the semiconductor laser device in the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between relative noise intensity in mW and end face reflectance;
(B) is a diagram showing the relationship between the relative noise intensity at an optical output of 3 mW and the end face reflectance.

【図10】本発明における半導体レーザ素子と同様の構
成を有する半導体レーザー素子における(a)光出力3
0mWでの相対雑音強度と共振器長との関係を示す図、
(b)光出力30mWでの素子寿命と共振器長との関係
を示す図である。
FIG. 10 shows (a) optical output 3 in a semiconductor laser device having the same configuration as the semiconductor laser device in the present invention.
The figure which shows the relationship between the relative noise intensity at 0 mW, and a resonator length,
(B) is a diagram showing the relationship between the device life at a light output of 30 mW and the cavity length.

【図11】本発明における半導体レーザ素子と同様の構
成を有する半導体レーザー素子における(a)光出力3
0mWでの相対雑音強度とΔλとの関係を示す図、
(b)光出力3mWでの相対雑音強度とΔλとの関係を
示す図である。
FIG. 11 shows (a) light output 3 in a semiconductor laser device having the same configuration as the semiconductor laser device in the present invention.
The figure which shows the relationship between relative noise intensity at 0 mW, and (DELTA) (lambda),
(B) is a diagram showing the relationship between the relative noise intensity at a light output of 3 mW and Δλ.

【図12】本発明における半導体レーザ素子と同様の構
成を有する半導体レーザー素子における(a)光出力3
0mWでの相対雑音強度とエッチングストップ層の膜厚
との関係を示す図、(b)光出力3mWでの相対雑音強
度とエッチングストップ層の膜厚との関係を示す図であ
る。
FIG. 12 shows (a) optical output 3 in a semiconductor laser device having the same configuration as the semiconductor laser device in the present invention.
It is a figure which shows the relationship between the relative noise intensity at 0 mW, and the film thickness of an etching stop layer, and (b) The figure which shows the relationship between the relative noise intensity at the light output of 3 mW, and the film thickness of an etching stop layer.

【図13】本発明における半導体レーザ素子と同様の構
成を有する半導体レーザー素子における(a)光出力3
0mWでの相対雑音強度とΔnとの関係を示す図、
(b)光出力3mWでの相対雑音強度とΔnとの関係を
示す図である。
FIG. 13 shows (a) optical output 3 in a semiconductor laser device having the same configuration as the semiconductor laser device of the present invention.
The figure which shows the relationship between relative noise intensity at 0 mW, and (DELTA) n,
(B) is a diagram showing the relationship between the relative noise intensity at a light output of 3 mW and Δn.

【図14】本発明の半導体レーザ素子の別の実施形態を
説明するための要部の概略断面図である。
FIG. 14 is a schematic sectional view of a main part for describing another embodiment of the semiconductor laser device of the present invention.

【図15】図14の半導体レーザ素子の相対雑音強度と
光出力との関係を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between a relative noise intensity and an optical output of the semiconductor laser device of FIG. 14;

【図16】従来の半導体レーザ素子の要部の概略断面図
である。
FIG. 16 is a schematic sectional view of a main part of a conventional semiconductor laser device.

【図17】図16の半導体レーザ素子の相対雑音強度と
光出力との関係を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a relative noise intensity and an optical output of the semiconductor laser device of FIG. 16;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 3、23 n−第1クラッド層 4 n−第2クラッド層 5、25 活性層 6 p−第1クラッド層 7 p−光ガイド層 8 p−エッチングストップ層 9 p−第2クラッド層 10 p−キャップ層 11、31 リッジストライプ 12、32 n−第1電流阻止層 13 n−第2電流阻止層 14 p−平坦化層 15 p−コンタクト層 16 p型電極 17 n型電極 21 活性層に垂直方向の光強度分布 22 活性層の光強度分布 Reference Signs List 1 substrate 2 buffer layer 3, 23 n-first cladding layer 4 n-second cladding layer 5, 25 active layer 6 p-first cladding layer 7 p-light guide layer 8 p-etching stop layer 9 p-second Clad layer 10 p-cap layer 11, 31 ridge stripe 12, 32 n-first current blocking layer 13 n-second current blocking layer 14 p-planarization layer 15 p-contact layer 16 p-type electrode 17 n-type electrode 21 Light intensity distribution perpendicular to active layer 22 Light intensity distribution in active layer

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、第1導電型クラッド
層、活性層及び第2導電型クラッド層がこの順で積層さ
れ、前記第1導電型又は第2導電型クラッド層中にレーザ
発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第2導電型の
クラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構
造を有してなり、 光出力2mWから5mWの低出力状態において自励発振
が起こり、かつ光出力20mW以上の高出力状態におい
て、光出力の戻り光が0.5%から20%ではマルチ縦
モード発振が起こるように構成されてなることを特徴と
する半導体レーザ素子。
1. A first conductive type clad layer, an active layer and a second conductive type clad layer are laminated in this order on a semiconductor substrate, and laser oscillation light is provided in the first conductive type or second conductive type clad layer. And a current confinement structure having a stripe-shaped opening in the cladding layer of the second conductivity type. Self-excited oscillation occurs in a low power state of 2 mW to 5 mW in optical output, And a multi-longitudinal mode oscillation when the return light of the optical output is 0.5% to 20% in a high output state of an optical output of 20 mW or more.
【請求項2】 半導体基板上に、第1導電型クラッド
層、活性層及び第2導電型クラッド層がこの順で積層さ
れ、前記第1導電型又は第2導電型クラッド層中にレーザ
発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第2導電型の
クラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構
造を有してなり、 光出力2mWから5mWの低出力状態において自励発振
が起こり、かつ光出力20mW以上の高出力状態におい
て、光出力の戻り光が0.1%未満ではシングル縦モー
ド発振が起こるように構成されてなることを特徴とする
半導体レーザ素子。
2. A cladding layer of a first conductivity type, an active layer and a cladding layer of a second conductivity type are laminated on a semiconductor substrate in this order, and laser oscillation light is provided in the cladding layer of the first or second conductivity type. And a current confinement structure having a stripe-shaped opening in the cladding layer of the second conductivity type. Self-excited oscillation occurs in a low power state of 2 mW to 5 mW in optical output, In addition, in a high output state of an optical output of 20 mW or more, a single longitudinal mode oscillation occurs when the return light of the optical output is less than 0.1%.
【請求項3】 さらに、光出力20mW以上の高出力状
態において、光出力の戻り光が0.5%から20%では
マルチ縦モード発振が起こるように構成されてなる請求
項2に記載の半導体レーザ素子。
3. The semiconductor according to claim 2, further comprising a multi-longitudinal mode oscillation when the return light of the optical output is 0.5% to 20% in a high output state of an optical output of 20 mW or more. Laser element.
【請求項4】 低出力状態及び高出力状態で所定の発振
が起こるように、活性層の光閉じ込め係数、ストライプ
状の開口幅、出射端面反射率及び共振器長の1つ又は2
つ以上が調整されてなる請求項1〜3のいずれか1つに
記載の半導体レーザ素子。
4. One or two of an optical confinement coefficient of an active layer, a stripe-shaped opening width, an output end face reflectivity, and a resonator length so that a predetermined oscillation occurs in a low output state and a high output state.
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein at least one is adjusted.
【請求項5】 活性層の光閉じ込め係数が、0.1以
上、0.15以下である請求項4に記載の半導体レーザ
素子。
5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein the light confinement coefficient of the active layer is 0.1 or more and 0.15 or less.
【請求項6】 ストライプ状の開口幅が、1.2μm以
上、2.8μm以下である請求項4又は5に記載の半導
体レーザ素子。
6. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein a stripe-shaped opening width is 1.2 μm or more and 2.8 μm or less.
【請求項7】 光出射端面の反射率が、8%以上、17
%以下である請求項4〜6のいずれか1つに記載の半導
体レーザ素子。
7. A light emitting end face having a reflectivity of 8% or more and 17% or more.
%. The semiconductor laser device according to any one of claims 4 to 6, wherein
【請求項8】 共振器長が、250μm以上、400μ
m以下である請求項4〜7のいずれか1つに記載の半導
体レーザ素子。
8. A resonator having a length of 250 μm or more and 400 μm or more.
The semiconductor laser device according to claim 4, wherein m is equal to or less than m.
【請求項9】 第1導電型クラッド層が、屈折率の異な
る複数の層から構成されており、活性層に隣接する前記
第1導電型クラッド層が、該層以外の層の屈折率よりも
小さな屈折率を有する請求項5に記載の半導体レーザ素
子。
9. The first conductivity type clad layer is composed of a plurality of layers having different refractive indices, and the first conductivity type clad layer adjacent to the active layer has a higher refractive index than the other layers. The semiconductor laser device according to claim 5, which has a small refractive index.
【請求項10】 第2導電型クラッド層中に可飽和吸収
層を有しており、活性層のレーザ発振波長と前記可飽和
吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−1
0nmから7nmである請求項4〜9のいずれか1つに
記載の半導体レーザ素子。
10. A saturable absorbing layer is provided in the second conductivity type cladding layer, and a difference between a laser oscillation wavelength of the active layer and a wavelength corresponding to a band gap of the saturable absorbing layer is -1.
The semiconductor laser device according to any one of claims 4 to 9, wherein the thickness is from 0 nm to 7 nm.
【請求項11】 可飽和吸収層が、光ガイド層とエッチ
ングストップ層とからなり、前記光ガイド層が、第2導
電型クラッド層のバンドギャップより小さく、かつ前記
エッチングストップ層のバンドギャップよりも大きいバ
ンドギャップを有する請求項10に記載の半導体レーザ
素子。
11. The saturable absorption layer includes a light guide layer and an etching stop layer, wherein the light guide layer is smaller than a band gap of the second conductivity type cladding layer and is smaller than a band gap of the etching stop layer. The semiconductor laser device according to claim 10 having a large band gap.
【請求項12】 エッチングストップ層が、膜厚25Å
以上、40Å以下のGaAs層からなる請求項11に記
載の半導体レーザ素子。
12. An etching stop layer having a thickness of 25 °
The semiconductor laser device according to claim 11, comprising a GaAs layer having a thickness of 40 ° or less.
【請求項13】 可飽和吸収層が、膜厚25Å以上、4
0Å以下のGaAs層によるエッチングストップ層から
なる請求項10に記載の半導体レーザ素子。
13. A saturable absorbing layer having a thickness of 25 ° or more,
11. The semiconductor laser device according to claim 10, comprising an etching stop layer made of a GaAs layer of 0 [deg.] Or less.
【請求項14】 電流狭窄部構造を構成する第2導電型
クラッド層の周辺に電流阻止層が配置され、前記電流狭
窄部構造を形成する第2導電型クラッド層に垂直方向の
実効屈折率と前記電流阻止層に垂直方向の実効屈折率と
の差が、4×10-3以上、8×10-3以下である請求項
10に記載の半導体レーザ素子。
14. A current blocking layer is disposed around a second conductivity type cladding layer forming a current constriction portion structure, and has an effective refractive index and a vertical refractive index perpendicular to the second conductivity type cladding layer forming the current constriction portion structure. 11. The semiconductor laser device according to claim 10, wherein a difference from an effective refractive index in a direction perpendicular to the current blocking layer is 4 × 10 −3 or more and 8 × 10 −3 or less.
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