JP2001251012A

JP2001251012A - パルセーションレーザ

Info

Publication number: JP2001251012A
Application number: JP2000059030A
Authority: JP
Inventors: Shoji Hirata; 照二平田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】温度依存性が小さく、広範囲の温度において
確実に目的とする特性を有するパルセーション動作を確
実に行わせ、また、設計、製造の容易性、信頼性、製造
簡易か、歩留りの向上を図る。【解決手段】少なくとも、第１導電型の第１クラッド
層２と、活性層３と、第２導電型の第２クラッド層４と
を有し、電流注入領域の構成部を挟んでその両側に、第
２クラッド層と接して第１導電型の電流リーク領域を形
成するものであり、この電流リーク領域とこれに接する
第２クラッド層との間の接合Ｊ₁を含むフォトトランジ
スタを、活性層の活性域を挟んでその両外側に構成し
て、レーザ光の照射によってこのフォトトランジスタを
スイッチングしてパルセーション動作を行う。すなわ
ち、可飽和吸収層や領域を設けることを回避して、この
可飽和吸収層や領域を設けることによる温度依存性、設
計、製造上の精度、歩留り等の問題の解決をを図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルセーションレ
ーザに係わる。

【０００２】

【従来の技術】パルセーションレーザ、すなわち自励発
振レーザは、戻り光ノイズを効果的に回避できることか
ら、各種光源例えば光ディスクの光学ピックアップにお
ける光源として用いて好適である。

【０００３】従来のパルセーションレーザの代表的例と
しては、いわゆるＳＡＬ（Saturable Absorbing Layer)
型のレーザと、いわゆるＷＩ(Weakly Index Guide)型の
レーザとがある。ＳＡＬ型のパルセーションレーザは、
図６にその概略断面図を示すように、例えばｎ型のＧａ
Ａｓによる半導体基板１０１上に、ｎ型のＡｌＧａＡｓ
による第１クラッド層１０２と、クラッド層に比しバン
ドギャップの小さいＡｌＧａＡｓ活性層１０３と、活性
層い比しバンドギャップの大きいｐ型のＡｌＧａＡｓに
よる第２クラッド層１０４と、この第２クラッド層１０
４中に活性層１０３と対向活性層１０３と同程度のバン
ドギャップを有するＡｌＧａＡｓによる可飽和吸収層
（ＳＡＬ）１０５が配置形成される。また、ｎ型のＧａ
Ａｓによる電流狭搾を行う対の電流阻止領域１０６が、
所要の間隔を保持して形成され、これら電流阻止領域１
０６によって挟み込まれて、図６において紙面と直交す
る方向に延びるストライプ状の電流注入領域１０７が形
成される。そして、この電流注入領域１０７と電流阻止
領域１０６とに差し渡って、この例ではアノード電極と
なる第１の電極１１１がオーミックに被着され、基板１
０１側にこの例ではカソード電極となる第２電極１１２
がオーミックに被着されて成る。

【０００４】電流阻止領域１０６は、その厚さが例えば
１μｍないしは１．５μｍとされて、レーザ動作時にお
いて、この電流阻止領域１０７から第２のクラッド層１
０４への電流のリークは阻止されるようになされてい
る。

【０００５】この構成によるパルセーションレーザは、
第１および第２電極間に所要の動作電圧を印加すること
によって、活性層１０３に、電流注入領域１０９下の中
央部に電流注入がなされることによって、レーザ発光が
なされる。このレーザ光は、可飽和吸収層１０５に吸収
され、キャリアすなわち電子が基底状態から伝導帯に持
ち上げられることによってキャリアの減少が生じ、可飽
和吸収状態となる。このキャリアの減少によって活性域
に対するキャリアの注入が減少することになり、レーザ
発光が停止する。このようにレーザ発光が停止すると、
可飽和吸収層１０５におけるレーザ光の吸収が減少し、
電子は基底状態に落ち、フォトンを発生すると共に、電
子が増加することによって、活性層の活性域に対する電
子の注入が大となり、これによってレーザ発光が生じ
る。この現象すなわち光とキャリアの相互作用によって
レーザ発光の断続、すなわちパルセーションが生じるよ
うになされる。

【０００６】また、ＷＩ型のパルセーションレーザは、
図７にその概略断面図を示すように、図６における可飽
和吸収層を設けておらず、活性層１０３において可飽和
領域の形成がなされる。図７において、図６と対応する
部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。この
構成においては、例えば電流狭搾領域１０６によるレー
ザ光の吸収によって活性層１０３の中央部とその両側に
おいて屈折率差を生じさせてこれによって活性層に横方
向の適度の閉じ込めを行い、中央部にレーザ発光をなす
活性域１０３Ａを形成するとともに、その両側に可飽和
領域１０３Ｓが形成されるようになされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＳＡＬ型による場合、高温、高出力におけるパルセー
ション動作に問題があり、可飽和吸収層における不純物
濃度が比較的大であることから、これによる特性への影
響すなわち経時変化の問題、信頼性の問題がある。ま
た、ＷＩ型においては、微妙な屈折率差の設定が必要で
あることから、設計の自由度が小さく、また、ゲインガ
イドライク構成であることから、低出力ときの量子ノイ
ズがやや悪いなどの問題がある。

【０００８】上述したように、ＳＡＬ型、ＷＩ型のいず
れにおいても、従来一般のパルセーションレーザは、可
飽和吸収のメカニズムによることから、温度依存性が大
で、高温動作時におけるパルセーションの抑制問題があ
るとか、目的とする特性を有するパルセーション動作を
確実に行わせるための、設計、製造に高精度が要求され
るとか、可飽和吸収領域が不安定になり易いとか、信頼
性、製造の歩留りに問題がある。

【０００９】本発明は、いわば、新しいメカニズムによ
ってパルセーションを発生させ、温度依存性が小さく、
確実にパルセーション動作が安定して行うことができ、
信頼性が高く、更に、製造が容易で、歩留りが高く、し
たがって、廉価に製造ができるパルセーションレーザを
提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるパルセーシ
ョンレーザは、レーザ内に、フォトトランジスタを構成
してパルセーション動作を行わしめるものである。すな
わち、本発明によるパルセーションレーザは、少なくと
も、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導
電型の第２クラッド層とを有する。そして、特にその第
２クラッド層の電流注入領域の構成部を挟んでその両側
に、第２クラッド層と接して第１導電型の電流リーク領
域を形成するものであり、この電流リーク領域とこれに
接する第２クラッド層との間の接合Ｊ₁を含むフォトト
ランジスタを、活性層の活性域を挟んでその両外側に構
成する。すなわち、両第１導電型の電流リーク領域と、
第２クラッド層と、第１クラッド層とによってフォトト
ランジスタを構成する。

【００１１】すなわち、本発明においては、レーザ内に
フォトトランジスタを作り込み、レーザ発光による光照
射によってこのフォトトランジスタをオンさせて、これ
によって本来電流注入領域に注入すべき注入電流を、他
部にすなわち両外側にリークして活性層の活性域に対す
る電流注入を減少させ、レーザ発光を停止させる。この
レーザ発光が停止すると、フォトトランジスタに対する
光照射が停止することによってフォトトランジスタがオ
フする。このフォトトランジスタがオフすれば、本来の
電流注入領域に対する注入電流が増加し、活性層の活性
域に対する電流注入が増加し、レーザ発光が再びなされ
る。この現象の繰り返しによって目的とするパルセーシ
ョン動作を行うものである。すなわち、本発明ではフォ
トトランジスタによるスイッチングによって半強制的に
パルセーション動作を行う。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明によるパルセーションレー
ザの一実施形態の一例を、図１の概略断面図を参照して
説明するが、本発明はこの例に限定されるものではな
い。

【００１３】この例においては、ＡｌＧａＡｓ系半導体
のパルセーションレーザに適用した場合で、この場合第
１導電型例えばｎ型の単結晶ＧａＡｓ基体１上に、これ
と同導電型の例えばｎ型のＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓによる
第１クラッド層２と、Ａｌ_0. ₁₄Ｇａ_0.86Ａｓによる活性
層３と、第２導電型の例えばｐ型のＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａ
ｓによる第２クラッド層４とが形成される。また、第２
クラッド層４上の、図１において紙面と直交する方向に
延長するストライプ状の、本来の電流注入領域の構成部
に第２導電型の例えばｐ型の高不純物濃度の例えばＧａ
Ａｓによるキャップ層５が形成される。

【００１４】そして、このストライプ状の電流注入領域
の構成部６を挟んでその両側に、第２クラッド層４に接
してこの上に、第１導電型の例えばｎ型の電流リーク領
域７が形成され、この電流リーク領域７とこれに接する
第２クラッド層４との間の接合Ｊ₁を含むフォトトラン
ジスタを構成する。すなわち電流リーク領域７、第２ク
ラッド層４、第１クラッド層２とにより、この例ではｎ
−ｐ−ｎ型のフォトトランジスタを構成する。したがっ
て、このフォトトランジスタは、活性層３の、電流注入
領域の構成部６下で形成される活性域３ａを挟んでその
両外側に形成される。

【００１５】この電流リーク領域７は、そのバンドギャ
ップが、活性層３のバンドギャップと同等もしくはこれ
より小さい例えばＧａＡｓによって構成する。また、電
流リーク領域７は、リーク電流を発生し得る厚さの０．
３μｍ以下とされて、本来の電流注入領域の構成部に対
する電流狭搾効果を有するものの、リーク電流を生じ得
る構成とされる。

【００１６】そして、この実施形態においては、キャッ
プ層５と電流リーク領域７上に差し渡って第１電極１１
をオーミックに被着し、基体１側に第２電極１２をオー
ミックに被着する。

【００１７】また、上述の電流リーク領域７は、接合Ｊ
₁側で、例えば１０¹⁸atoms/cm³オーダとし、第１電極
１１のコンタクト表面で例えば１０¹⁹atoms/cm³オーダ
の高不純物濃度に選定することができる。この場合、表
面に向かって漸次その不純物濃度を高めることもできる
し、表面に高不純物濃度層を形成することもできる。

【００１８】上述の構成によるパルセーションレーザ
は、その等価回路を図２示すように、図１における活性
層３の、主として、半導体レーザ電流注入領域の構成部
６下の電流通路をもって構成される活性域３ａを含む本
来の半導体レーザＬＤと並列に、上述したフォトトラン
ジスタＴＲが作り込まれた構成を有する。図においては
ＡおよびＫは、第１および第２電極１１および１２によ
る導出端子を示す。

【００１９】すなわち、この構成においては、第１およ
び第２電流１１および１２間に、半導体レーザＬＤに関
する順方向電圧を供給することによって、電流注入領域
の構成部６に電流注入を行うことにより、活性層３の活
性域３ａにおいてレーザ発光がなされると、図２に示す
ように、このレーザ光ＬがフォトトランジスタＴＲを構
成する電流リーク領域７に吸収され、フォトトランジス
タＴＲがオンとなる。このように、フォトトランジスタ
ＴＲがオン状態となるとこれによる電流狭搾効果が小さ
くなることから、注入電流が広がり、無効電流が増大す
ることから、しきい値電流Ｉ_thが高くなって、活性域３
ａにおけるレーザ発光動作が停止する。このレーザ発光
が停止すると、フォトトランジスタＴＲに対する照射光
が減少することによってフォトトランジスタＴＲはオフ
する。これにより、電流狭搾効果が大となって、再び電
流注入領域の構成部６に集中的に電流注入がなされ、活
性層３の活性域３ａに対する電流注入が集中的になされ
ることから、レーザ発光が生じる。このような動作が繰
り返し連続的になされることによってパルセーションが
生じる。

【００２０】尚、上述した例では、ＡｌＧａＡｓ系のパ
ルセーションレーザを構成した場合であるが、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体パルセーションレーザとすることもでき
る。この場合においても、図１で示したと同様の構成と
することができるが、この場合は、第１および第２クラ
ッド層２および３は、第１導電型および第２導電型のＡ
ｌＧａＩｎＰによって構成し、活性層４はＧａＩｎＰに
よって構成し、キャップ層は、第２導電型のＧａＡｓに
よって、また電流リーク領域７は、第１導電型のＧａＡ
ｓによって構成することができる。

【００２１】そして、この場合においても電流リーク領
域７は、これにリーク電流が発生することができる厚さ
の０．３μｍ以下とする。また、この電流リーク領域７
は、前述した例と同様に、接合Ｊ₁側で、例えば１０¹⁸
atoms/cm³オーダとし、第１電極１１のコンタクト表面
で例えば１０¹⁹atoms/cm³オーダの高濃度に選定するこ
とができる。このＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ構成にお
いても、上述したと同様の動作によりパルセーション動
作がなされる。

【００２２】次に、他の一実施形態の一例を、図３の概
略断面図を参照して説明するが、この場合においても、
この例に限定されるものではない。この例においても、
例えばＡｌＧａＡｓ系あるいはＡｌＧａＩｎＰ系半導体
レーザとして、図１で説明した構成に準じた構成とす
る。すなわち、この例においても、第１導電型の基体１
上に、第１導電型の第１クラッド層２、活性層３と、第
２導電型の第２クラッド層４とを形成し、第２クラッド
層４上の、図３において紙面と直交する方向に延長する
ストライプ状の、本来の電流注入領域の構成部６に第２
導電型の高不純物濃度のキャップ層５が形成される。

【００２３】そして、このストライプ状の電流注入領域
の構成部６を挟んでその両側に、第２クラッド層４に接
してこの上に、第１導電型の電流リーク領域７が形成さ
れ、この電流リーク領域７とこれに接する第２クラッド
層４との間の接合Ｊ₁を含むフォトトランジスタを構成
する。すなわち、この場合においても、電流リーク領域
７、第２クラッド層４、第１クラッド層２とにより、フ
ォトトランジスタを構成する。したがって、このフォト
トランジスタは、活性層３の、電流注入領域の構成部６
下で形成される活性域３ａを挟んでその両外側に形成さ
れる。電流リーク領域７は、上述したと同様の構成とす
ることができる。尚、図３において、図１と対応する部
分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００２４】しかしながら、この実施形態においては、
図３に示すように、第１電極１１を、キャップ層５上、
すなわち第２クラッド層４に対してコンタクトし、これ
とは独立したすなわち別個の第３電極１３を電流リーク
領域７に限定的にオーミックコンタクトする。

【００２５】図４はこの構成の等価回路図で、図４の、
図３に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を
省略するが、この場合フォトトランジスタＴＲの、図４
においてコレクタ側にも、電極が形成されることにより
端子Ｃの導出がなされる。

【００２６】このように、電流リーク領域７に、独立に
第３の電極１３の形成、すなわち端子Ｃを導出する構成
とすることにより、この電極１３への印加電圧によっ
て、パルセーションの強さ、速度等の調整を行うことが
できる。

【００２７】上述した各本発明によるパルセーションレ
ーザは、特段の半導体層を設けるなどの複雑な構成を必
要としないことから、その製造工程数の増加を来すこと
がない。その製造方法の一例を、図５Ａ〜Ｃの工程図を
参照して説明する。先ず図５Ａに示すように、半導体基
体１上に、前述した第１クラッド層２、活性層３、第２
クラッド層４、キャップ層５を順次例えばＭＯＣＶＤ
（Metalorganic ChemicalVapor Deposition: 有機金属
気相成長）法等によってエピタキシャル成長する。

【００２８】次に、図５Ｂに示すように、電流注入領域
の構成部上に、例えばエッチングのマスクとなり、か
つ、選択エピタキシャル成長のマスクとなる例えばＳｉ
Ｎによるマスク２０を形成し、キャップ層５をその厚さ
方向に横切る深さにエッチングして溝２１を形成する。

【００２９】その後、例えばＧａＡｓの、ＭＯＣＶＤを
行う。このとき、ＳｉＮによるマスク層２０上を除く溝
２１内に選択的にＧａＡｓのエピタキシャル成長を行う
ことができ、このエピタキシャル成長後に、マスク層２
０を除去する。このようにして図５Ｃに示すように、溝
２１内に、ＧａＡｓによる電流リーク領域７を形成し、
電流リーク領域７によって挟み込まれた電流注入領域の
構成部６を形成する。そして、この電流リーク領域７を
形成するエピタキシャル成長において、不純物ドーパン
ト例えばＳｉ、Ｓｅ等のドープ量を変更することによっ
てその表面側の濃度を高めることができる。

【００３０】その後、図１に示すように、第１の電極１
１を、キャップ層５および電流リーク領域７上に跨がっ
て形成し、基板１側に第２電流１２を被着形成する。あ
るいは、図３に示すように、第１および第３電極１１お
よび１３を、キャップ層５および電流リーク領域７上に
それぞれ形成し、基板１側に第２電流１２を被着形成す
る。この場合の、第１および第３電極１１および１３の
形成は、例えば、電極金属の全面蒸着、フォトリソグラ
フィによるパターン化によって同時に形成することがで
き、第３電極１３を設けることによっても工程数の増加
を来すことがない。また、共通の基体１に複数のレーザ
を同時に形成して、これらを各レーザについて分断して
同時に多数のレーザを構成することもできるし、マルチ
ビームレーザを構成することもできる。

【００３１】尚、上述した例では、第１導電型がｎ型
で、第２導電型がｐ型とした場合であるが、これらを逆
導電型とすることもできる。また、本発明は、上述した
構造に限定されるものではなく、例えば活性層が多重量
子井戸構造とされるなどの構成等の種々の構成に適用す
ることができる。

【００３２】上述したように、本発明によるパルセーシ
ョンレーザは、レーザ内にフォトトランジスタを作り込
み、レーザ発光による光照射によってこのフォトトラン
ジスタをオンさせて、これによって活性層の活性域に対
する電流注入を減少させ、レーザ発光を停止させ、この
レーザ発光が停止によってフォトトランジスタに対する
光照射が停止させてフォトトランジスタをオフし、活性
層の活性域に対する電流注入が増加させレーザ発光を行
うという動作を繰り返えすことによってパルセーション
動作を行うものである。

【００３３】すなわち、本発明では、従来における可飽
和吸収体の形成を回避することから、これに伴う不安定
性、製造の歩留りの低さ、信頼性の問題を回避でき、ま
た、温度依存性の改善も図られ、高温、高出力動作時に
おいても、安定してパルセーションを生じさせることが
できる。

【００３４】

【発明の効果】上述したように、本発明によるパルセー
ションレーザは、レーザ内にフォトトランジスタを作り
込み、このスイッチングによってパルセーションを発生
機構を構成したことにより、可飽和吸収による微妙なキ
ャリアと光の相互作用によってパルセーションを起こす
従来構造に比し、低温から高温に至る広範囲の温度で安
定したパルセーションが可能となる。また、広範囲のパ
ワー、すなわち高出力動作においても安定してパルセー
ション動作を行うことができる。また、前述したＷＩ型
におけるような微妙な屈折率差を得る構成を必要としな
いことから、レーザの適応範囲が広く、例えばインデッ
クスガイドからゲインガイドまでの適応が可能となる。

【００３５】また、その製造方法についても工程数の増
加を生じることがなく、更に信頼性の高いパルセーショ
ンを、歩留り良く、したがって、廉価に製造することが
できる。

【００３６】更に、電流リーク領域に独立に第３の電極
１３を設ける構造とするときは、外部からのバイアス印
加がとなり、従来のパルセーションレーザにおいては、
不可能であったパルセーションの周波数のコントロール
が可能となる。したがって、実際の使用において、光学
系に最適な低ノイズ設計が容易となる。

【００３７】上述したように、本発明によるパルセーシ
ョンレーザは、従来のパルセーションレーザによっては
得られない多くの利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパルセーションレーザの一例の概
略断面図である。

【図２】図１のパルセーションレーザの等価回路図であ
る。

【図３】本発明によるパルセーションレーザの他の一例
の概略断面図である。

【図４】図３のパルセーションレーザの等価回路図であ
る。

【図５】Ａ〜Ｃは、本発明によるパルセーションレーザ
の一例の製造方法の一例を説明する工程図である。

【図６】従来のパルセーションレーザの概略断面図であ
る。

【図７】従来のパルセーションレーザの概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・基体、２・・・第１クラッド層、３・・・活性
層、３ａ・・・活性域、４・・・第２クラッド層、５・
・・キャップ層、６・・・電極注入領域の構成部、７・
・・電流リーク領域、１１・・・第１電極、１２・・・
第２電極、１３・・・第３電極、Ｊ₁・・・接合、ＬＤ
・・・レーザ、ＴＲ・・・フォトトランジスタ、２０・
・・マスク、２１・・・溝、１０１・・・基板、１０２
・・・第１クラッド層、１０３・・・活性層、１０３Ａ
・・・活性域、１０３Ｓ・・・可飽和吸収領域、１０４
・・・第２クラッド層、１０５・・・可飽和吸収層、１
０６・・・電極阻止領域、１０７・・・電流注入領域、
１１１・・・第１電極、１１２・・・第２電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、第１導電型の第１クラッド
層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とを有
し、上記第２クラッド層と接して電流注入領域の構成部を挟
んでその両側に第１導電型の電流リーク領域が形成さ
れ、該電流リーク領域とこれに接する上記第２クラッド層と
の間の接合を含むフォトトランジスタを、活性層の活性
域を挟んでその両外側に構成して成ることを特徴とする
パルセーションレーザ。
【請求項２】上記第２クラッド層と上記電流リーク電
流とに電気的に接続された共通の電極を有して成ること
を特徴とする請求項１に記載のパルセーションレーザ。
【請求項３】上記電流リーク領域のバンドギャップ
が、上記活性層のバンドギャップと同等もしくはこれよ
り小に選定されて成ることを特徴とする請求項２に記載
のパルセーションレーザ。
【請求項４】上記パルセーションレーザが、ＡｌＧａ
Ａｓ系半導体レーザであることを特徴とする請求項２に
記載のパルセーションレーザ。
【請求項５】上記パルセーションレーザが、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体レーザであることを特徴とする請求項２
に記載のパルセーションレーザ。
【請求項６】上記電極リーク領域が、ＧａＡｓより成
ることを特徴とする請求項２に記載のパルセーションレ
ーザ。
【請求項７】上記電流リーク領域が、０．３μｍ以下
の厚さに選定されて成ることを特徴とする請求項２に記
載のパルセーションレーザ。
【請求項８】上記電流リーク領域が上記電極のコンタ
クト表面側で不純物濃度が高く選定されたことを特徴と
する請求項２に記載のパルセーションレーザ。
【請求項９】上記第２クラッド層と上記電流リーク電
流とにそれぞれ個別に電気的に接続された電極を有して
成ることを特徴とする請求項１に記載のパルセーション
レーザ。
【請求項１０】上記電流リーク領域のバンドギャップ
が、上記活性層のバンドギャップと同等もしくはこれよ
り小に選定されて成ることを特徴とする請求項９に記載
のパルセーションレーザ。
【請求項１１】上記パルセーションレーザが、ＡｌＧ
ａＡｓ系半導体レーザであることを特徴とする請求項９
に記載のパルセーションレーザ。
【請求項１２】上記パルセーションレーザが、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系半導体レーザであることを特徴とする請求項
９に記載のパルセーションレーザ。
【請求項１３】上記電極リーク領域が、ＧａＡｓより
成ることを特徴とする請求項９に記載のパルセーション
レーザ。
【請求項１４】上記電流リーク領域が、０．３μｍ以
下の厚さに選定されて成ることを特徴とする請求項９に
記載のパルセーションレーザ。
【請求項１５】上記電流リーク領域が上記電極のコン
タクト表面側で不純物濃度が高く選定されたことを特徴
とする請求項９に記載のパルセーションレーザ。