JP2001267687A - 多波長半導体発光装置 - Google Patents

多波長半導体発光装置

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JP2001267687A
JP2001267687A JP2000077211A JP2000077211A JP2001267687A JP 2001267687 A JP2001267687 A JP 2001267687A JP 2000077211 A JP2000077211 A JP 2000077211A JP 2000077211 A JP2000077211 A JP 2000077211A JP 2001267687 A JP2001267687 A JP 2001267687A
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semiconductor light
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wavelength
semiconductor
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Masayuki Ishikawa
正行 石川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の波長に対応する光ディスク用光学ピッ
クアップの小型化。 【解決手段】 少なくとも窒素を含む半導体発光層によ
り複数の半導体発光素子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、多波長半導体発
光装置に関し、特に、互いに発光波長が異なる複数種類
の半導体発光素子が同一基板上に集積された多波長半導
体発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、光ディスクメモリとして、コンパ
クトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク
(DVD)などが実用に供しており、さらに更なる記録
密度向上を可能とする高密度DVD(HD−DVD)、
超高密度DVD(UD−DVD)が検討されている。こ
れらの光ディスクでは、従来のCDやDVDに対し、大
容量の記録が可能であり、コンピュータの補助記録、ゲ
ーム機はもちろん、VTRを代替する応用なども期待さ
れている。
【0003】HD−DVDやUD−DVDでは400n
m帯またはそれより短波長で発振する半導体レーザが再
生、書き込み用に用いられる。従来のCDに用いられる
光学ピックアップでは、発光波長780nm程度のAl
GaAs系赤外半導体レーザが、DVDに用いられる光
学ピックアップでは、発光波長650nm程度のInG
aAlP系赤色半導体レーザが用いられており、HD−
DVD、UD−DVD用光学ピックアップでは再生が困
難であるという問題があった。すなわち、従来の記録方
式で記録された光ディスクはHD−DVD,UD−DV
Dでは読み出すことができず、貴重なソフトウエア資産
を活かすことができないという問題が有った。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これを解決するには、
HD−DVD、UD−DVDに用いられるピックアップ
のほかに、CDやDVDを読み出す事ができるピックア
ップを更に搭載することで解決されるが、サイズが大き
くなってしまうという問題があった。また、波長の異な
るピックアップを駆動するため、位置精度の高い組み立
てが必要となるといった問題もあった。
【0005】この発明の目的は、HD−DVDやUD−
DVDの他に、CDやDVD用の光を取り扱うことので
き、光学ピックアップの小型化を図ることができる多波
長半導体発光装置を提供することにある。
【0006】より一般的には、この発明の目的は、互い
に波長が異なる光を取り扱うことができ、かつ、光学ピ
ックアップを小型に構成することができる多波長半導体
発光装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、少なくとも窒素を含む半導体発光層か
らの発光波長が互いに異なる複数の半導体発光素子から
なる多波長半導体発光装置を提供するものである。
【0008】かかる発明において、以下の態様が好まし
いものである。
【0009】(1)上記少なくとも窒素を含む発光層は
In、Ga、Al、Bのうち少なくとも一つの3族元素
と、窒素のみまたは窒素の他にP,As、Sbのうち少
なくとも一つを含む5族元素とからなる化合物半導体で
あること。
【0010】(2)上記複数の半導体発光素子の発光波
長は、600nmないし700nmの赤色光、および7
00nmないし900nmの赤外光のいずれか、または
その両方を少なくとも含むことを特徴とする請求項1記
載の多波長半導体発光装置。
【0011】(3)上記複数の半導体発光素子は半導体
レーザであること。
【0012】(4)上記複数の半導体発光素子は互いに
独立に駆動できるように構成されていること。
【0013】(5)上記複数の半導体発光素子は同一基
板上に形成されてなること。
【0014】(6)上記複数の半導体発光素子は基板法
線方向へ光を出射すること。
【0015】(7)上記複数の半導体発光素子から出射
される光ビームを同一のビームに統合する機構を有する
こと。
【0016】(8)上記複数の半導体発光素子から出射
される光強度を制御するための光強度モニタ機構と制御
機構とを有すること。
【0017】本発明においては、典型的には、多波長半
導体発光装置が有する複数の半導体発光素子は、少なく
とも窒素を含む半導体層にIn、Ga、Al、Bのうち
少なくとも一つの3族元素と、窒素のみまたは窒素の他
にP,As、Sbのうち少なくとも一つを含む5族元素
とからなる化合物半導体となるようにしてなる。
【0018】上述のように構成された本発明による多波
長半導体発光装置によれば、互いに発光波長が異なる複
数の半導体発光素子を有することにより、互いに波長が
異なる光を取り出すことができる。また、これらの半導
体発光素子は、同一基板上に発光素子構造が形成されて
いるので、光学ピックアップを簡単な構造で構成し、小
型にすることができるとともに、精密な位置合わせを必
要とすることなく、ピックアップを構成することができ
る。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【0020】図1はこの発明の第1の実施形態による2
波長半導体レーザ装置を示す。
【0021】図1に示すように、この第1の実施形態に
よる2波長半導体レーザ装置においては、同一のGaN
基板101上に、InGaNを発光層とし、発光波長が
400nm帯(例えば、420nm)の半導体レーザL
D1と、InGaNを発光層とし、発光波長が600n
m帯(例えば、650nm)の半導体レーザLD2と
が、互いに独立して駆動できるような状態で集積化され
ている。
【0022】400nm帯の半導体レーザLD1におい
ては、n型GaN基板101上に、n型GaNバッファ
層112、n型AlGaNクラッド層113、InGa
Nからなる単一量子井戸(SQW)構造または多重量子
井戸(MQW)構造の活性層114、p型AlGaNク
ラッド層115およびp型GaNコンタクト層116が
順次積層されている。p型AlGaNクラッド層115
の上部およびp型GaNコンタクト層116はリッジス
トライプ形状に加工され、SiO2絶縁膜107の開口
部でp型GaNコンタクト層115と接触するようにP
t/Auなどからなるp側電極118が形成されてい
る。
【0023】600nm帯の半導体レーザLD2におい
ては、LD1と共通のn型GaN基板101上に、n型
GaNバッファ層122、n型AlGaNクラッド層1
23、LD1の活性層114を構成するものよりInの
含有比率の高いInGaNからなる単一量子井戸(SQ
W)構造または多重量子井戸(MQW)構造の活性層1
24、p型AlGaNクラッド層125およびp型Ga
Nコンタクト層126が順次積層されている。p型Al
GaNクラッド層125の上部およびp型GaNコンタ
クト層126はリッジストライプ形状に加工され、Si
O2絶縁膜107の開口部でp型GaNコンタクト層1
26と接触するようにPt/Auなどからなるp側電極
128が形成されている。
【0024】n型GaN基板101の裏面には、LD
1、LD2に共通になるように、Ti/Auなどからな
るn側電極109が形成されている。また、LD1、L
D2の電流注入部となるリッジストライプの間は、少な
くともLD1、LD2それぞれのp型GaNコンタクト
層116、126が除去されてなるように分離溝が形成
されてなる。分離溝は、望ましくはLD1、LD2それ
ぞれの活性層114、124を少なくとも除去し、n型
AlGaNクラッド層113、123、ないしn型Ga
N基板101に達するようにすることで、注入電流を意
図する素子にのみ流し込み、2つの素子を独立に駆動す
ることが容易になる。
【0025】上述のように構成されたこの第1の実施形
態による2波長半導体レーザ装置においては、p側電極
118とn側電極109との間に電流を流すことにより
400nm帯LD1を駆動することができ、p側電極1
28とn側電極109との間に電流を流すことにより6
00nm帯半導体レーザLD2を駆動することができる
ようになっている。
【0026】この第1の実施形態による2波長半導体レ
ーザ装置によれば、発光波長が400nm帯の半導体レ
ーザLD1と発光波長が600nm帯の半導体レーザL
D2とを有することにより、HD−DVD用のレーザ光
とDVD用のレーザ光とを互いに独立に取り出すことが
できる。このため、この2波長半導体レーザ装置を搭載
した光学ピックアップにより、HD−DVDおよびDV
Dのいずれの再生、記録が可能となる。しかも、これら
の半導体レーザLD1およびLD2は、同一のn型Ga
N基板101上に半導体層によりレーザ構造が形成され
ていることにより、2つの光ビームの発光点を互いに高
い位置精度で配置することが可能であり、またその距離
間隔も50μm程度と小さくできることから、2つの波
長のビームに対して共通の光学系を用いることができ、
ピックアップ全体を小型化することができる。さらに、
2つの波長に対する光出力のモニタ機構を、ビーム出射
側または反対側に設け、光出力の安定化を個別に行うこ
とで、雑音に強く、ダイナミックレンジの広い信号再生
が可能となる。
【0027】上述したように、これらの半導体レーザL
D1およびLD2は、同一のn型GaN基板101上に
成長された少なくとも窒素を含む半導体発光層からな
る。これは従来、600nm帯の半導体レーザに用いら
れる材料であるInGaAlP系材料と異なり、400
nm帯の半導体レーザと同じ材料系とすることではじめ
て実現し得たものである。すなわち、400nm帯の半
導体レーザが六方晶系であるのに対し、従来のInGa
AlP系による600nm帯の半導体レーザは立方晶系
であるため結晶系が異なり、また格子定数も異なるた
め、同一基板上に結晶欠陥の少ない良好な結晶を形成す
ることが困難であり、上述したような2つの波長の半導
体レーザを同一基板上に形成する利点は得られなかっ
た。しかるに、本実施形態に有る窒化物化合物半導体を
用いることによって、いずれの波長においても、六方晶
系の格子定数の等しい基板を用いることができ、同一基
板上に結晶欠陥の少ない良好な結晶を形成でき、複数ビ
ームを出射できるコンパクトで安価な光ピックアップを
構成できることの本質に繋がっている。
【0028】上述の実施形態では基板としてn型GaN
を用いたものについて示したが、これについては図2に
示す変形例のように、サファイア上にGaN層を形成し
たものを基板として用いても構わない。図中201はサ
ファイア基板であり、サファイア基板201上には、n
型GaNコンタクト層202が形成されてなり、n型コ
ンタクト層上のLD構造の構成は上述の実施形態と同様
である。ただし、n型GaNコンタクト層に対しn側電
極209が形成されている点が上述の実施形態と異な
る。
【0029】上述の実施形態では活性層としてInGa
Nを用いた400nm帯と600nm帯の発振波長をも
つ半導体レーザについて示したが、少なくとも窒素を含
みInGaAlBNPAsSbからなる2つの波長を出
射する2種類の活性層とするものであればよいことは言
うまでもない。また、その時の発振波長は400nm帯
(HD−DVD)と600nm帯(DVD)のみなら
ず、300nm帯(UD−DVD)と400nm帯(H
D−DVD)、300nm帯(UD−DVD)と600
nm帯(DVD)、300nm帯(UD−DVD)と7
00nm帯(CD)、400nm帯(HD−DVD)と
700nm帯(CD)、600nm帯(DVD)と70
0nm帯(CD)、あるいは他の2つの波長からなるも
のであってもよい。
【0030】図3はこの発明の第2の実施形態による3
波長半導体レーザ装置を示す。
【0031】図3に示すように、この第2の実施形態に
よる3波長半導体レーザ装置においては、同一のGaN
基板301上に、InGaAlNを発光層とし、発光波
長が400nm帯(例えば、420nm)の半導体レー
ザLD1と、InGaAlNPを発光層とし、発光波長
が600nm帯(例えば、650nm)の半導体レーザ
LD2と、InGaAlNPを発光層とし、発光波長が
700nm帯(例えば、780nm)の半導体レーザL
D3とが、互いに独立して駆動できるような状態で集積
化されている。
【0032】400nm帯の半導体レーザLD1におい
ては、n型GaN基板301上に、n型GaNバッファ
層312、n型AlGaNクラッド層313、InGa
Nからなる単一量子井戸(SQW)構造または多重量子
井戸(MQW)構造の活性層314、p型AlGaNク
ラッド層315およびp型GaNコンタクト層316が
順次積層されている。p型AlGaNクラッド層315
の上部およびp型GaNコンタクト層316はリッジス
トライプ形状に加工され、SiO2絶縁膜307の開口
部でp型GaNコンタクト層316と接触するようにP
t/Auなどからなるp側電極318が形成されてい
る。
【0033】600nm帯の半導体レーザLD2におい
ては、LD1と共通のn型GaN基板301上に、n型
GaNバッファ層322、n型AlGaNクラッド層3
23、LD1の活性層314を構成するものよりバンド
ギャップエネルギーの小さいInGaAlNPからなる
単一量子井戸(SQW)構造または多重量子井戸(MQ
W)構造の活性層324、p型AlGaNクラッド層3
25およびp型GaNコンタクト層326が順次積層さ
れている。p型AlGaNクラッド層325の上部およ
びp型GaNコンタクト層326はリッジストライプ形
状に加工され、SiO2絶縁膜307の開口部でp型G
aNコンタクト層326と接触するようにPt/Auな
どからなるp側電極328が形成されている。
【0034】700nm帯の半導体レーザLD3におい
ては、LD1、LD2と共通のn型GaN基板301上
に、n型GaNバッファ層332、n型AlGaNクラ
ッド層333、LD2の活性層324を構成するものよ
りバンドギャップエネルギーの小さいInGaAlNP
からなる単一量子井戸(SQW)構造または多重量子井
戸(MQW)構造の活性層334、p型AlGaNクラ
ッド層335およびp型GaNコンタクト層336が順
次積層されている。p型AlGaNクラッド層335の
上部およびp型GaNコンタクト層336はリッジスト
ライプ形状に加工され、SiO2絶縁膜307の開口部
でp型GaNコンタクト層336と接触するようにPt
/Auなどからなるp側電極338が形成されている。
【0035】n型GaN基板301の裏面には、LD
1、LD2、LD3に共通になるように、Ti/Auな
どからなるn側電極309が形成されている。また、L
D1、LD2、LD3の電流注入部となるリッジストラ
イプの間は、少なくともLD1、LD2、LD3それぞ
れのp型GaNコンタクト層316、326、336が
除去されてなるように分離溝が形成されてなる。分離溝
は、望ましくはLD1、LD2、LD3それぞれの活性
層314、324、334を少なくとも除去し、n型A
lGaNクラッド層313、323、333ないしn型
GaN基板301に達するようにすることで、注入電流
を意図する素子にのみ流し込み、2つの素子を独立に駆
動することが容易になる。
【0036】上述のように構成されたこの第2の実施形
態による3波長半導体レーザ装置においては、p側電極
318とn側電極309との間に電流を流すことにより
400nm帯LD1を駆動することができ、p側電極3
28とn側電極309との間に電流を流すことにより6
00nm帯半導体レーザLD2を駆動することができ、
p側電極338とn側電極309との間に電流を流すこ
とにより700nm帯半導体レーザLD3を駆動するこ
とができるようになっている。
【0037】この第2の実施形態による3波長半導体レ
ーザ装置によれば、発光波長が400nm帯の半導体レ
ーザLD1と発光波長が600nm帯の半導体レーザL
D2と発光波長が700nm帯の半導体レーザLD3と
を有することにより、HD−DVD用のレーザ光とDV
D用のレーザ光とCD用のレーザ光とを互いに独立に取
り出すことができる。このため、この3波長半導体レー
ザ装置を搭載した光学ピックアップにより、HD−DV
D、DVDおよびCDのいずれの再生、記録が可能とな
る。しかも、これらの半導体レーザLD1、LD2およ
びLD3は、同一のn型GaN基板301上に半導体層
によりレーザ構造が形成されていることにより、3つの
光ビームの発光点を互いに高い位置精度で配置すること
が可能であり、またその距離間隔も300μm程度と小
さくできることから、3つの波長のビームに対して共通
の光学系を用いることができ、ピックアップ全体を小型
化することができる。
【0038】上述したように、これらの半導体レーザL
D1、LD2およびLD3は、同一のn型GaN基板3
01上に成長された少なくとも窒素を含む半導体発光層
からなる。これは従来、600nm帯の半導体レーザに
用いられる材料であるInGaAlP系材料や700n
m帯の半導体レーザに用いられる材料であるGaAlA
s系材料と異なり、400nm帯の半導体レーザと同じ
材料系とすることではじめて実現し得たものである。す
なわち、400nm帯の半導体レーザが六方晶系である
のに対し、従来のInGaAlP系による600nm帯
の半導体レーザやGaAlAs系による700nm帯の
半導体レーザは立方晶系であるため結晶系が異なり、ま
た格子定数も異なるため、同一基板上に結晶欠陥の少な
い良好な結晶を形成することが困難であり、上述したよ
うな3つの波長の半導体レーザを同一基板上に形成する
利点は得られなかった。しかるに、本実施形態に有る窒
化物化合物半導体を用いることによって、いずれの波長
においても、六方晶系の格子定数の等しい基板を用いる
ことができ、同一基板上に結晶欠陥の少ない良好な結晶
を形成でき、複数ビームを出射できるコンパクトで安価
な光ピックアップを構成できることの本質に繋がってい
る。
【0039】上述の実施形態では基板としてn型GaN
を用いたものについて示したが、これについては第一の
実施形態の変形例と同様、サファイア上にGaN層を形
成したものを基板として用いても構わない。
【0040】上述の実施形態では活性層としてInGa
AlNを用いた400nm帯とInGaAlNPを用い
た600nm帯および700nm帯の発振波長をもつ半
導体レーザについて示したが、少なくとも窒素を含みI
nGaAlBNPAsSbからなる3つの波長を出射す
る3種類の活性層とするものであればよいことは言うま
でもない。また、その時の発振波長は400nm帯(H
D−DVD)、600nm帯(DVD)と700nm帯
(CD)のみならず、300nm帯(UD−DVD)、
400nm帯(HD−DVD)と600nm帯(DV
D)、300nm帯(UD−DVD)と600nm帯
(DVD)と700nm帯(CD)、あるいは他の3つ
の波長からなるものであってもよい。
【0041】上述の第1、第2の実施形態による多波長
半導体発光装置では、波長の異なる素子の電流狭窄、光
ガイド構造としてリッジ型構造としたが、それぞれの波
長での特性をいかんなく発揮する上で必用な個別の構造
が形成されていてもなんら構わない。また、上述の実施
形態では同一基板上への集積化による効果をポイントと
して記述したが、本発明の主旨である各波長で発光する
素子の発光層を少なくとも窒素を含む半導体で形成する
ことによって、材料系の違いによって引き起こされる複
数素子間のばらつきが低減できる効果は、必ずしも同一
基板上に形成するまでもない。この場合、各波長の素子
を個別に台座となるヒートシンクなどにはんだ付けした
り、基板接着などによって集積することができる。
【0042】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明では、少な
くとも窒素を含む半導体発光層からの発光波長が互いに
異なる複数の半導体発光素子からなる多波長半導体発光
装置を提供することにより、互いに発光波長が異なる複
数の半導体発光素子を有することにより、互いに波長が
異なる光を取り出すことができる。また、これらの半導
体発光素子は、同一基板上に発光素子構造が形成されて
いるので、光学ピックアップを簡単な構造で構成し、小
型にすることができるとともに、精密な位置合わせを必
要とすることなく、ピックアップを構成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による2波長半導体レ
ーザ装置を示す断面図。
【図2】本発明の第1の実施形態における変形例を示す
ための断面図。
【図3】本発明の第1の実施形態による3波長半導体レ
ーザ装置を示す断面図。
【符号の説明】
101、301・・・n型GaN基板、 201・・・サファイア基板、 332・・・n型GaNバッファ層、 202・・・n型GaNコンタクト層、 113、123、213、223、313、323、3
33・・・n型GaAlNクラッド層、 114、124、214、224、314、324、3
34・・・活性層、 115、125、215、225、315、325、3
35・・・p型GaAlNクラッド層、 116、126、216、226、316、326、3
36・・・p型GaNコンタクト層、 107、207、307・・・絶縁膜、 118、128、218、228、318、328、3
38・・・p側電極、 109、209、309・・・n側電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも窒素を含む半導体発光層から
    の発光波長が互いに異なる複数の半導体発光素子からな
    ることを特徴とする多波長半導体発光装置。
  2. 【請求項2】 上記少なくとも窒素を含む発光層はI
    n、Ga、Al、Bのうち少なくとも一つの3族元素
    と、窒素のみまたは窒素の他にP,As、Sbのうち少
    なくとも一つを含む5族元素とからなる化合物半導体で
    あることを特徴とする請求項1記載の多波長半導体発光
    装置。
  3. 【請求項3】 上記複数の半導体発光素子の発光波長
    は、600nmないし700nmの赤色光、および70
    0nmないし900nmの赤外光のいずれか、またはそ
    の両方を少なくとも含むことを特徴とする請求項1記載
    の多波長半導体発光装置。
  4. 【請求項4】 上記複数の半導体発光素子は半導体レー
    ザであることを特徴とする請求項1記載の多波長半導体
    発光装置。
  5. 【請求項5】上記複数の半導体発光素子は互いに独立に
    駆動できるように構成されていることを特徴とする請求
    項1記載の多波長半導体発光装置。
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