JP2003017799A

JP2003017799A - 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の駆動方法

Info

Publication number: JP2003017799A
Application number: JP2001198948A
Authority: JP
Inventors: Kyoko Matsuda; 京子松田; Toshiyuki Okumura; 敏之奥村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、高出力で雑音特性に優れ、更に、変
調電流を与える変調回路の負担を軽減することができる
半導体レーザ素子及びその駆動方法を提供することを目
的とする。【解決手段】端子１ａ，１ｂそれぞれに、動作電流に高
周波電流が重畳された変調電流が与えられると、活性層
７の光増幅領域７ａ及び可飽和吸収領域７ｂのそれぞれ
に、変調電流が注入される。よって、光増幅領域７ａの
光増幅効果と可飽和吸収領域７ｂの光吸収効果との差が
激しく変動するため、高出力でパルス状のレーザ出射光
が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
及びその駆動方法に関するもので、特に、光ディスクや
光磁気ディスクなどの駆動装置において、光源として用
いられる半導体レーザ素子及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ素子は、単色性が良く強い
光が放射されるので、レーザ出射光を集光したときのス
ポットサイズを小さくすることができ、光ディスクや光
磁気ディスクなどの光が照射されて記録及び再生が行わ
れる記録メディアの駆動装置において、光ピックアップ
に設けられる光源として用いられる。このように光ピッ
クアップの光源に設けられる際、半導体レーザ素子から
のレーザ出射光は、記録メディアに照射されて、データ
の書き込み及び読み出しが行われる。よって、記録メデ
ィアへのデータの記録及び再生が行われる駆動装置にお
いては、半導体レーザ素子からのレーザ出射光が、デー
タの書き込み及び読み出しを行うために用いられる。

【０００３】このように、データの記録及び再生が行わ
れる駆動装置内の光ピックアップに、半導体レーザ素子
が設けられる際、データの書き込みに用いられるレーザ
出射光のレベルを、データの読み出しに用いられるレー
ザ出射光のレベルの数倍から一桁以上の倍率とする必要
がある。よって、書き込み時には、高出力動作を行う必
要がある。このとき、半導体レーザ素子からのレーザ出
射光出力を、一定のものとするよりもパルス状のものと
することによって、温度変化などの要因によってレーザ
出射光の出力が不安定となって書き込み信号が揺らいで
しまうという悪影響を軽減させることができる。よっ
て、書き込み時には、半導体レーザ素子からの出力に、
高出力なパルス状の発振が要求される。

【０００４】一方、読み出し時には、優れた低雑音特性
を得ることが最も重要な課題となる。しかしながら、光
ピックアップの光源に半導体レーザ素子が用いられると
き、光ピックアップに構成される光学系や記録メディア
であるディスクなどからの反射光とレーザ出射光が互い
に干渉し合って雑音を生じることがある。優れた低雑音
特性を得るため、この反射光による過剰雑音を防ぐこと
に、重点が置かれている。このとき、この過剰雑音を防
ぐために、半導体レーザ素子からの出力をパルス状にし
て、レーザ出射光の可干渉性を低減させる。

【０００５】このように、書き込み時及び読み出し時の
それぞれにおいて、半導体レーザ素子からの出力をパル
ス状にすることが最適とされ、このことを実現するため
に、自励発振（パルセーション）を起こす方法と、変調
電流を半導体レーザ素子に注入する方法とがある。パル
セーションを起こす方法として、特開平８−２０４２８
２号公報で提供される技術が挙げられ、又、変調電流を
注入する方法として、特開昭６０−３５３４４号公報で
提供される技術が挙げられる。

【０００６】特開平８−２０４２８２号公報で示される
半導体レーザ素子は、図１３のような構成とされる。図
１３の半導体レーザ素子は、ｎ型電極６１に、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板６２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３、ｎ
型ＡｌＧａＩｎＰ可飽和吸収層６４、ｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層６５、ＡｌＧａＩｎＰ活性層６６、ｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層６７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ可飽
和吸収層６８を順に備え、更に、リッジ構造をもつ凸型
のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６９と、ｎ型ＧａＡｓ
電流ブロック層７０、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７１、
ｐ型電極７２を順に備えている。

【０００７】このような構成の半導体レーザ素子は、そ
の内部に、光吸収領域としての可飽和吸収層６４，６８
を有し、この可飽和吸収層６４，６８のキャリアと光増
幅領域である活性層６６のキャリアと発振光が協同して
自励発振が引き起こされる。よって、この半導体レーザ
素子には、高周波で変調した電流を注入する必要がな
く、直流電流を活性層６６に注入するようにすることで
パルス状の光出力を得ることができる。

【０００８】又、特開昭６０−３５３４４号公報で示さ
れる半導体レーザ素子の動作は、図１４のような特性に
基づいて動作を行う。図１４（ａ）は、横軸が注入され
る電流量を示すとともに縦軸が光出力を示す半導体レー
ザ素子の電流−光出力特性を表し、図１４（ｂ）は、注
入される変調電流の時間変化の様子を表し、図１４
（ｃ）は、変調電流の注入によって得られる光出力の時
間変化の様子を表す。

【０００９】図１４（ｂ）のように、変調電流として、
閾値Ｉth以下の電流値と、閾値Ｉth以上の電流値との間
で変調される電流を注入することで、図１４（ｃ）のよ
うなパルス状の光出力を得ることができる。この場合、
注入する電流値を高く設定しても、パルス状の発振を維
持することができ、高出力を得ることができる。又、自
励発振を用いないので、可飽和吸収領域と光増幅領域と
を構成する必要がない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】現在、上述の光ディス
クや光磁気ディスクなどの記録メディアにおいて、大量
のデータを記録可能とするために、多層構造を持つとと
もに、設けられた複数の層に格納された情報が読み出さ
れるような高密度情報記録メディアが普及されている。
このような高密度情報記録メディアからデータを読み出
すためには、読み出し時においても、半導体レーザ素子
に高出力が要求される。即ち、従来の１層のみの記録メ
ディアの読み出しでは、５ｍＷと低い出力でも構わなか
ったが、２層以上の多層膜構造の記録メディアの読み出
しでは、８ｍＷ以上を必要とし、従来の半導体レーザ素
子では、光源として使用不可能となってきている。

【００１１】そのため、特開平８−２０４２８２号公報
で提供される自励発振型の半導体レーザ素子では、注入
する電流値を高くするにつれ、光出力が増加するが、可
飽和吸収層６４，６８の光吸収効果の飽和が早くなるた
め、光吸収効果が低減する。よって、自励発振が停止し
てしまうので、注入する電流を高く設定して、自励発振
させた状態で高出力を得ることができない。

【００１２】又、特開昭６０−３５３４４号公報で提供
される高周波重畳型の半導体レーザ素子では、注入する
変調電流の最低値を半導体レーザ素子の発振閾値以下と
することで、一時的に電流によるキャリア濃度をリセッ
トしなければ、パルス状の発振が得られない。又、光出
力は変調電流の最大値に応じた値となるので、高い光出
力を得るためには、変調電流の最大値を高く設定しなけ
ればならない。よって、高い出力を得る場合には、変調
電流の振幅を大きくする必要がある。更に、変調電流
は、半導体レーザ素子の緩和振動周波数の１／２以上の
周波数にしなければならない。よって、半導体レーザ素
子の緩和振動周波数が略２ＧＨｚ前後であるため、光出
力をパルス状に発振させるためには、１ＧＨｚ以上の高
周波の変調電流としなければ、雑音の低減光が得られ
ず、変調電流を発生する変調回路に大きな負担がかか
る。

【００１３】このような問題を鑑みて、本発明は、高出
力で雑音特性に優れ、更に、変調電流を与える変調回路
の負担を軽減することができる半導体レーザ素子及びそ
の駆動方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体レーザ素子は、注入される電流を増
幅して光を発生する光増幅領域と光増幅領域で発生した
光を吸収する可飽和吸収領域より成るとともにレーザ出
射光を発生する活性層を有する半導体レーザ素子におい
て、前記光増幅領域と前記可飽和吸収領域とが、供給さ
れる電流の流れる方向に対して略垂直な方向に隣接し、
前記光増幅領域に注入される、直流の動作電流に高周波
電流が重畳された第１変調電流が与えられる第１電極
と、前記可飽和吸収領域に注入される、直流の動作電流
に高周波電流が重畳された第２変調電流が与えられる第
２電極と、を有することを特徴とする。

【００１５】このような半導体レーザ素子において、光
増幅領域に第１変調電流が注入されることによって光増
幅効果が変動するとともに、可飽和吸収領域に第２変調
電流が注入されることによって光吸収効果が変動する。
そして、このとき、第１及び第２変調電流をほぼ同相と
することによって、光増幅効果と光吸収効果との差が激
しく変動するため、パルス状の高い光出力を得ることが
できる。

【００１６】又、本発明の半導体レーザ素子は、第１導
電型の第１クラッド層と、第２導電型の第２クラッド層
と、前記第１及び第２クラッド層の間に形成されるとと
もに注入される電流に対してレーザ出射光を発生する活
性層とを有する半導体レーザ素子において、前記第１ク
ラッド層及び前記活性層及び第２クラッド層が順に積層
され、前記活性層が、前記第１クラッド層及び前記活性
層及び第２クラッド層が積層される方向に対して略垂直
な方向に隣接した、注入される電流を増幅して光を発生
する光増幅領域と、光増幅領域で発生した光を吸収する
可飽和吸収領域とを備え、前記光増幅領域に対応した位
置で、且つ、前記第１クラッド層の表面に設けられ、前
記光増幅領域に注入される、直流の動作電流に高周波電
流が重畳された第１変調電流が与えられる第１電極と、
前記可飽和吸収領域に対応した位置で、且つ、前記第１
クラッド層の表面に設けられ、前記可飽和吸収領域に注
入される、直流の動作電流に高周波電流が重畳された第
２変調電流が与えられる第２電極と、を有することを特
徴とする。

【００１７】このような自励発振型の半導体レーザ素子
において、光増幅領域及び可飽和吸収領域のそれぞれ
に、第１変調電流及び第２変調電流を、第１電極及び第
２電極を通じて与えることによって、光増幅効果と光吸
収効果との差を激しく変動させることができる。よっ
て、高出力のパルス状の光出力を得ることができる。

【００１８】前記活性層において、前記光増幅領域及び
前記可飽和吸収領域が複数設けられ、前記第１電極が前
記光増幅領域の数に応じて設けられるとともに、前記第
２電極が前記可飽和吸収領域の数に応じて設けられるよ
うにしても構わない。

【００１９】更に、前記可飽和吸収領域の周囲に、複数
の前記光増幅領域が設けられ、前記光増幅領域それぞれ
からレーザ出射光を発生するようにしても構わない。こ
のとき、例えば、可飽和吸収領域の両側に第１及び第２
光増幅領域を設け、可飽和吸収領域と第１及び第２光増
幅領域のそれぞれに変調電流を与えたとき、第１及び第
２光増幅領域のそれぞれから、レーザ出射光が発生す
る。そして、第１光増幅領域から発生したレーザ出射光
の出力をモニターして、変調電流をフィードバック制御
することで、第２光増幅領域のレーザ出射光の出力を所
望する値とすることができる。

【００２０】又、前記光増幅領域に対応した位置で、且
つ、前記第２クラッド層の表面に設けられ、前記光増幅
領域に注入される第１変調電流が流出される第３電極
と、前記可飽和吸収領域に対応した位置で、且つ、前記
第２クラッド層の表面に設けられ、前記可飽和吸収領域
に注入される第２変調電流が流出される第４電極と、を
有し、前記第２クラッド層において、前記光増幅領域と
前記可飽和吸収領域の境界線上に当たる位置に、溝が設
けられるようにして、前記活性層において、前記第１変
調電流及び前記第２変調電流が、相互に影響し合うこと
を防ぐようにしても構わない。

【００２１】又、前記第２クラッド層の表面全体を覆う
ように設けられるとともに、前記光増幅領域に注入され
る第１変調電流と前記可飽和吸収領域に注入される第２
変調電流とが、共通して流出される第５電極を有するよ
うにして、素子の作成手順が簡略化されるようにしても
構わない。

【００２２】又、本発明の半導体レーザ素子は、第１導
電型の第１クラッド層と、第２導電型の第２クラッド層
と、前記第１及び第２クラッド層の間に形成されるとと
もに注入される電流に対してレーザ出射光を発生する活
性層とを有する半導体レーザ素子において、前記第１ク
ラッド層及び前記活性層及び第２クラッド層が順に積層
され、前記活性層が、前記第１クラッド層及び前記活性
層及び第２クラッド層が積層される方向に対して略垂直
な方向に隣接した、注入される電流を増幅して光を発生
する光増幅領域と、光増幅領域で発生した光を吸収する
可飽和吸収領域とを備え、前記第１クラッド層が凸型の
リッジストライプ構造で形成されるとともに、該第１ク
ラッド層の凸部が前記光増幅領域に対応した広さの面積
であり、直流の動作電流に高周波電流が重畳された変調
電流が与えられると、前記第１クラッド層を通じて該変
調電流が前記活性層に注入され、このとき、該変調電流
が前記第１クラッド層と前記活性層との境界付近におい
て広がるように流れて、該変調電流が前記光増幅領域と
前記可飽和吸収領域とに注入されることを特徴とする。

【００２３】又、本発明の半導体レーザ素子の駆動方法
は、注入される電流を増幅して光を発生する光増幅領域
と光増幅領域で発生した光を吸収する可飽和吸収領域と
より成るとともにレーザ出射光を発生する活性層を有
し、自励発振状態となってレーザ出射光を発生する半導
体レーザ素子の駆動方法において、前記光増幅領域及び
前記可飽和吸収領域それぞれに、直流の動作電流に高周
波電流が重畳される変調電流が注入されるとともに前記
光増幅領域に注入される前記変調電流が前記半導体レー
ザ素子の発振閾値以上の値となることを特徴とする。

【００２４】このようにすることで、自励発振型の半導
体レーザ素子において、光増幅領域及び可飽和吸収領域
のそれぞれに、変調電流を与えることによって、光増幅
効果と光吸収効果との差を激しく変動させることができ
る。よって、半導体レーザ素子より、高出力のパルス状
の光出力を得ることができる。

【００２５】又、前記光増幅領域及び前記可飽和吸収領
域それぞれに注入される前記変調電流が、前記光増幅領
域及び前記可飽和吸収領域毎に独立に制御されて注入さ
れるようにすることで、前記光増幅領域及び前記可飽和
吸収領域毎にキャリア濃度の釣り合いを好適に調整でき
るため、光出力を向上させることができる。

【００２６】又、前記可飽和吸収領域に注入される前記
変調電流の位相が、前記光増幅領域に注入される前記変
調電流の位相に対して、同相となるように調整されるよ
うにすることで、光出力の振動を促す効果があるととも
に、位相の制御が容易となる。

【００２７】又、前記半導体レーザ素子が、前記光増幅
領域に注入される前記変調電流が流れる電流注入層を有
するとともに、前記活性層との境界領域付近において前
記電流注入層の断面が広がり前記可飽和吸収領域とも接
するように構成され、該半導体レーザ素子に与える前記
変調電流が、前記半導体レーザ素子の発振閾値以上の値
であり、前記電流注入層を前記変調電流が流れるとき、
前記活性層との境界領域付近で広がり、前記変調電流の
一部が前記可飽和吸収領域にも流れるようにしても構わ
ない。

【００２８】更に、前記変調電流を、４００ＭＨｚ以上
の正弦波状の高周波電流が重畳されたものとすること
で、レーザ出射光の可干渉性を下げ、雑音特性が向上す
る。

【００２９】又、前記変調電流を、立ち上がり時間及び
立ち下がり時間が共にパルス幅の２０％以下となる矩形
波状の高周波電流が重畳されたものとしても構わない。
このとき、更に、前記変調電流を、１００ＭＨｚ以上の
矩形波状の高周波電流が重畳されたものとすることで、
レーザ出射光の可干渉性を下げ、雑音特性が向上する。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下に説明する。

【００３１】＜第１の実施形態＞本発明の第１の実施形
態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施
形態における半導体レーザ素子の構成を示す断面図であ
る。

【００３２】図１に示す半導体レーザ素子は、２つの端
子１ａ，１ｂと、２つの端子２ａ，２ｂと、端子１ａ，
１ｂのそれぞれと電気的に接続されたｐ型電極３ａ，３
ｂと、端子２ａ，２ｂのそれぞれと電気的に接続された
ｎ型電極４ａ，４ｂと、ｐ型電極３ａ，３ｂが表面に設
けられるｐ型クラッド層５と、ｎ型電極４ａ，４ｂが表
面に設けられるｎ型クラッド層６と、ｐ型クラッド層５
とｎ型クラッド層６の間に設けられた活性層７とから構
成される。

【００３３】このような半導体レーザ素子において、活
性層７が、図１の共振器方向に、自励発振状態を満足す
る条件で、光増幅領域７ａと可飽和吸収領域７ｂとが構
成される。このとき、可飽和吸収領域７ｂは、半導体レ
ーザ素子の共振器方向における活性層７の長さ全体に対
して、１０％となるように構成する。又、ｎ型クラッド
層６には、ｎ型電極４ａ，４ｂを寸断するように、共振
器方向に対して垂直な方向に、溝８が設けられる。この
ように、溝８を設けることによって、光増幅領域７ａと
可飽和吸収領域７ｂそれぞれへの注入電流を独立的に制
御しやすくなるとともに、光増幅領域７ａと可飽和吸収
領域７ｂそれぞれへ流れ込む電流が相互に干渉するとい
う悪影響を回避させることができる。

【００３４】又、ｐ型クラッド層５の表面上において、
ｐ型電極３ａが光増幅領域７ａに対応した位置に設けら
れるとともに、ｐ型電極３ｂが可飽和吸収領域７ｂに対
応した位置に設けられる。更に、ｎ型クラッド層６の表
面上において、ｎ型電極４ａが光増幅領域７ａに対応し
た位置に設けられるとともに、ｎ型電極４ｂが可飽和吸
収領域７ｂに対応した位置に設けられる。

【００３５】このように構成される半導体レーザ素子に
対して、端子１ａ，１ｂそれぞれに、直流の動作電流に
正弦波状の高周波電流を重畳した変調電流Ｉ０、Ｉabs
が与えられて、光増幅領域７ａと可飽和吸収領域７ｂそ
れぞれに注入される。尚、本実施形態では、図２
（ａ）、（ｂ）のように、端子１ａ，１ｂそれぞれに与
える変調電流Ｉ０、Ｉabsについて、ともに正弦波で変
調するとともに位相を同相とし、その周波数を４００Ｍ
Ｈｚとした。更に、レーザの発振閾値が３０ｍＡであっ
たため、端子１ａへの変調電流Ｉ０の値を最大６０ｍ
Ａ、最小４０ｍＡ、端子１ｂへの変調電流Ｉabsの値を
最大１．０ｍＡ、最小０．５ｍＡとした。

【００３６】よって、図２（ａ）の変調電流Ｉ０が、Ｉ
２＝５０ｍＡを中心として、Ｉ１＝４０ｍＡとＩ３＝６
０ｍＡの間で発振する。又、図２（ｂ）の変調電流Ｉab
sが、Ｉabs２＝０．７５ｍＡを中心として、Ｉabs１＝
０．５ｍＡとＩabs３＝１．０ｍＡの間で発振する。
又、変調電流Ｉabsを一定としたときの半導体レーザ素
子の電流−光出力特性が図３（ａ）のようになる。この
とき、図３（ｂ）のような変調電流Ｉ０が与えられる
と、図３（ａ）のような特性に基づいて変調電流Ｉ０が
増幅されて、図３（ｃ）のように出力レベルが振動する
レーザ出射光が出力される。

【００３７】このとき、図１の構成の半導体レーザ素子
の電流−光出力特性は、図４（ａ）のように、変調電流
Ｉabsの値が、Ｉabs１、Ｉabs２、Ｉabs３それぞれで、
異なる。即ち、電流−光出力特性が、Ｉabs１での特性
とＩabs３での特性の間で変化する。更に、図４（ｂ）
に、変調電流Ｉabsと位相が同相である変調電流Ｉ０を
示す。図４（ａ）、（ｂ）より、変調電流ＩabsがＩabs
１となるときに変調電流Ｉ０がＩ１となるため、その動
作点が点Ｐ１となり、変調電流ＩabsがＩabs２となると
きに変調電流Ｉ０がＩ２となるため、その動作点が点Ｐ
２となり、変調電流ＩabsがＩabs３となるときに変調電
流Ｉ０がＩ３となるため、その動作点が点Ｐ３となる。

【００３８】図１の半導体レーザ素子において、図４の
ような特性が得られるとき、この半導体レーザ素子にお
ける活性層７が、次のような動作を行う。変調電流Ｉab
sがＩabs１からＩabs３に変化するとき、可飽和吸収領
域７ｂにおいて、光増幅領域７ａで発生した光の吸収量
が低くなる。又、このとき、変調電流Ｉ０についてもＩ
１からＩ３に増加するため、光増幅領域７ａにおける光
の発生量が増加する。よって、変調電流ＩabsがＩabs３
に近づくほど、可飽和吸収領域７ｂに吸収される光が少
なくなるとともに光増幅領域７ａで発生する光が多くな
るため、可飽和吸収領域７ｂが飽和状態に近づき、レー
ザ出射光が発生しやすくなり、光出力が成される。

【００３９】逆に、変調電流ＩabsがＩabs３からＩabs
１に変化するとき、可飽和吸収領域７ｂにおいて、光増
幅領域７ａで発生した光の吸収量が高くなる。又、この
とき、変調電流Ｉ０についてもＩ３からＩ１に減少する
ため、光増幅領域７ａにおける光増幅領域７ａでの光の
発生量が減少する。よって、変調電流ＩabsがＩabs１に
近づくほど、可飽和吸収領域７ｂに吸収される光が多く
なるとともに光増幅領域７ａで発生する光が少なくなる
ため、光増幅領域７ａで発生した光が可飽和吸収領域７
ｂに吸収されやすくなる。

【００４０】活性層７の状態が上述のように変化するた
めに、変調電流ＩabsがＩabs３からＩabs１に減少した
後、再度、Ｉabs３に増加しようとする間の期間におい
ては、光増幅領域７ａで発生した光が可飽和吸収領域７
ａに吸収されるため、レーザ出射光が出力されない。
又、変調電流ＩabsがＩabs１からＩabs３に増加する間
に、可飽和吸収領域７ａが飽和状態に近づくため、光増
幅領域７ａで発生した光が全て吸収することが不可能と
なり、レーザ出射光が出力されるようになる。

【００４１】よって、変調電流Ｉabs，Ｉ０の位相を同
相とすることによって、光吸収効果と光増幅効果の差の
変動が激しくなるため、図１に示す半導体レーザ素子の
光出力の時間変化が、図５のように、鋭いピーク波形の
パルス状の出力として現れる。即ち、光増幅領域７ａへ
の変調電流Ｉ０の注入によって光出力を振動させる効果
と、可飽和吸収領域７ｂへの変調電流Ｉabsの注入によ
ってレーザ出力の発振閾値を振動させる効果とを同時に
用いて、これらの相乗効果により光出力の振動を促して
パルス状のレーザ出射光を発生させることができる。

【００４２】このようにして得られたパルス状のレーザ
出射光によって得られる出力が１０ｍＷとなる。よっ
て、照射するレーザ出射光の出力に８ｍＷが必要となる
多層膜構造の記録メディアに対しても、図１の半導体レ
ーザ素子によって発生されるレーザ出射光は、使用可能
であることがわかる。又、変調電流Ｉabs、Ｉ０の周波
数を４００ＭＨｚとすることによって、振幅の小さい動
作電流である変調電流Ｉ０で高出力のレーザ出射光が得
られるため、高い出力で低雑音を実現できる。よって、
高出力で且つ可干渉性が低く、雑音特性に優れたレーザ
出射光を得ることができる。又、変調電流Ｉabs、Ｉ０
の周波数が４００ＭＨｚであるため、変調電流Ｉabs、
Ｉ０を生成する変調回路の負担を減少させることができ
る。

【００４３】尚、本実施形態において、半導体レーザ素
子に与える変調電流の周波数を４００ＭＨｚとしたが、
４００ＭＨｚ以上であれば、その値を限るものではな
い。しかしながら、４００ＭＨｚよりも低い周波数の変
調電流を与えたときは、出力するレーザ出射光の出力が
小さくなってしまうので、好ましくない。今、図６
（ａ）に、周波数４００ＭＨｚの変調電流が与えられた
ときに出力されるレーザ出射光の時間変化を示すととも
に、図６（ｂ）に、周波数１００ＭＨｚの変調電流が与
えられたときに出力されるレーザ出射光の時間変化を示
す。

【００４４】図６に示すように、変調電流の周波数を高
くすると出力が高くなるのは、光増幅領域７ａでキャリ
アが再結合して光が発生するキャリア再結合寿命が、可
飽和吸収領域７ｂで光を吸収してキャリアが発生するキ
ャリア発生寿命より短く、光増幅効果が得られる時間と
光吸収効果が得られる時間との間にタイムラグが生じる
ことが原因である。

【００４５】即ち、光増幅効果が得られる時間と光吸収
効果が得られる時間との間に生じるタイムラグが非常に
短いため、図６（ｂ）のように、変調電流の周波数が１
００ＭＨｚと低い場合、光増幅効果及び光吸収効果の時
間的な変動が緩やかなものとなり、タイムラグによる影
響を受けにくい。よって、発振閾値よりも電流値の高い
変調電流Ｉ０が入力されるので、可飽和吸収領域７ｂの
光吸収効果の飽和が早くなるため、光吸収効果が低減
し、図６（ｂ）のように、レーザ出射光の出力は、光増
幅領域７ａに与えられる変調電流Ｉ０の変化に準じたも
のとなる。

【００４６】図６（ａ）のように、変調電流の周波数が
４００ＭＨｚと高い場合、光増幅効果及び光吸収効果の
時間的な変動が激しくなり、光増幅効果が得られる時間
と光吸収効果が得られる時間との間に生じるタイムラグ
による影響を受けやすくなる。即ち、光増幅領域７ａか
ら光が発生するよりも可飽和吸収領域７ｂで光を吸収し
てキャリアが発生するタイミングが遅れるので、光増幅
領域７ａから発生する光量が増大した後、上述したタイ
ミングラグだけ遅れて、可飽和吸収領域７ｂが飽和状態
となる。よって、変調電流Ｉ０が最大となった後、少し
遅れて、レーザー出射光の出力が高くなり、図６（ａ）
のようなパルス状に出力される。

【００４７】更に、相対雑音強度（ＲＩＮ）の、変調電
流の周波数に対する依存性を示すためのグラフを、図７
に示す。図７の点線が、正弦波による変調電流における
相対雑音強度の関係を示すグラフである。このグラフよ
りわかるように、変調電流の周波数が高くなる毎に、相
対雑音強度が減少し、４００ＭＨｚ以上において、光デ
ィスクなどの記録メディアに対応可能となる−１３０ｄ
Ｂ／Ｈｚ以下の値が得られる。又、変調電流の周波数が
低くなることによって、レーザー出射光の出力が低くな
るとともに、波形が崩れて可干渉性が上がるため、雑音
の低減効果が得られなくなる。よって、変調電流の周波
数は、４００ＭＨｚ以上とすることが好ましいことがわ
かる。

【００４８】又、本実施形態において、光増幅領域７ａ
に注入する変調電流と可飽和吸収領域７ｂに注入する変
調電流とが同位相となるようにしたが、可飽和吸収領域
７ｂに注入する変調電流の位相が、光増幅領域７ａに注
入する変調電流の位相に対して、±π／２以内でずれる
ものであっても構わない。この範囲内のずれでも、同位
相の時に対して若干低くなるが、ほぼ同程度の光出力を
得ることができ、雑音の低減に対しても同様の効果を得
ることができる。

【００４９】＜第２の実施形態＞本発明の第２の実施形
態について、図面を参照して説明する。尚、本実施形態
において用いられる半導体レーザ素子は、第１の実施形
態と同様、図１のような構成の半導体レーザ素子であ
る。

【００５０】本実施形態では、図１のように構成される
半導体レーザ素子に対して、端子１ａ，１ｂそれぞれ
に、直流の動作電流に矩形波状の高周波電流を重畳した
変調電流Ｉ０、Ｉabsが与えられて、光増幅領域７ａと
可飽和吸収領域７ｂそれぞれに注入される。尚、本実施
形態では、図８（ａ）、（ｂ）のように、端子１ａ，１
ｂそれぞれに与える変調電流Ｉ０、Ｉabsについて、と
もに、その周波数を１００ＭＨｚとし、立ち上がり時間
及び立ち下がり時間を０．０１ｎｓとした。さらに、レ
ーザの発振閾値が３０ｍＡであったため、端子１ａへの
変調電流Ｉ０の値を最大６０ｍＡ、最小４０ｍＡ、端子
１ｂへの変調電流Ｉabsの値を最大１．０ｍＡ、最小
０．５ｍＡとした。

【００５１】よって、図８（ａ）の変調電流Ｉ０が、
０．０１ｎｓ間に、Ｉ１＝４０ｍＡからＩ３＝６０ｍＡ
に立ち上がった後、５ｎｓの間、Ｉ３＝６０ｍＡで値を
一定にする。そして、０．０１ｎｓ間に、Ｉ３＝６０ｍ
ＡからＩ１＝４０ｍＡに立ち下がった後、５ｎｓの間、
Ｉ１＝４０ｍＡで値を一定にする。又、図８（ｂ）の変
調電流Ｉabsが、０．０１ｎｓ間に、Ｉabs１＝０．５ｍ
ＡからＩabs３＝１．０ｍＡに立ち上がった後、５ｎｓ
の間、Ｉabs３＝１．０ｍＡで値を一定にする。そし
て、０．０１ｎｓ間に、Ｉabs３＝１．０ｍＡからＩabs
１＝０．５ｍＡに立ち下がった後、５ｎｓの間、Ｉabs
１＝０．５ｍＡで値を一定にする。

【００５２】このような矩形波状の変調電流Ｉ０、Ｉab
sが、光増幅領域７ａ及び可飽和吸収領域７ｂのそれぞ
れに注入されると、図９（ａ）のように時間変化するレ
ーザ出射光が半導体レーザ素子より出力される。このと
き、その光出力が２０ｍＷと、非常に高い出力値を得る
ことができる。尚、図９（ｂ）には、周波数１００ＭＨ
ｚの正弦波状の変調電流Ｉ０、Ｉabsが与えられたとき
に出力されるレーザ出射光の時間変化を示す。

【００５３】変調電流の周波数を矩形波状にしたとき、
その立ち上がり時及び立ち下がり時において、光吸収効
果及び光増幅効果それぞれの変動が激しくなる。即ち、
光増幅効果が得られる時間と光吸収効果が得られる時間
との間に生じるタイムラグによる影響を受けやすくな
る。よって、第１の実施形態のように正弦波状の変調電
流の周波数を高くしたときと同様、図９（ａ）のよう
に、高い出力のレーザー出射光を得ることができる。

【００５４】それに対して、変調電流を低い周波数の正
弦波としたとき、光吸収効果及び光増幅効果それぞれの
変動が連続的で緩やかなものになる。即ち、変調電流を
矩形波状にしたときに比べて、光増幅効果が得られる時
間と光吸収効果が得られる時間との間に生じるタイムラ
グによる影響を受けにくい。よって、第１の実施形態と
同様、図９（ｂ）のように、レーザ出射光の出力は、光
増幅領域７ａに与えられる変調電流Ｉ０の変化に準じた
ものとなる。このように低い周波数の正弦波状の変調電
流としたとき、レーザー出射光の出力が低くなるととも
に、波形が崩れて可干渉性が上がるため、雑音の低減効
果が得られなくなる。

【００５５】更に、相対雑音強度（ＲＩＮ）の、変調電
流の周波数に対する依存性を示すためのグラフを、図７
に示す。図７の実線が、矩形波による変調電流における
相対雑音強度の関係を示すグラフである。正弦波による
変調電流と同様、このグラフよりわかるように、変調電
流の周波数が高くなる毎に、相対雑音強度が減少し、１
００ＭＨｚ以上において、光ディスクなどの記録メディ
アに対応可能となる−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下の値が得ら
れる。よって、変調電流の周波数は、１００ＭＨｚ以上
とすることが好ましいことがわかる。

【００５６】このように、光増幅領域７ａ及び可飽和吸
収領域７ｂそれぞれに与える変調電流Ｉabs、Ｉ０を矩
形波状とすることで、振幅の小さい動作電流である変調
電流Ｉ０で高出力のレーザ出射光が得られるため、高い
出力で低雑音を実現できる。よって、高出力で且つ可干
渉性が低く、雑音特性に優れたレーザ出射光を得ること
ができる。又、変調電流Ｉabs、Ｉ０の周波数が１００
ＭＨｚであるため、変調電流Ｉabs、Ｉ０を生成する変
調回路の負担を、第１の実施形態と比べて、より低減さ
せることができる。

【００５７】尚、本実施形態において、半導体レーザ素
子に与える変調電流の周波数を１００ＭＨｚとしたが、
１００ＭＨｚ以上であれば、その値を限るものではな
い。又、各パルスの立ち上がり時間と立ち下がり時間と
は、パルス幅の２０％以下であれば、本実施形態の０．
０１ｎｓの立ち上がり時間と立ち下がり時間と同様の矩
形波としての効果を得ることができる。

【００５８】又、第１の実施形態及び第２の実施形態で
使用される図１の構成の半導体レーザ素子において、可
飽和吸収領域７ｂの共振器方向における長さを、活性層
７の共振器方向における長さの１０％としたが、１０％
以外でも、半導体レーザ素子からの光出力の波形は変化
せず、パルス状の発振が得られる。しかしながら、可飽
和吸収領域７ｂの活性層７に占める割合が高くなると、
注入する変調電流の電流値を高くする必要があるため、
可飽和吸収領域７ｂの占める割合を５０％以下であるこ
とが好ましい。更に、電極を２つ設けた場合について説
明したが、電極の数はこれに限られるものでなく、２つ
以上の電極を有する自励発振可能な半導体レーザ素子と
しても構わない。

【００５９】＜第３の実施形態＞本発明の第３の実施形
態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実
施形態における半導体レーザ素子の構成を示す断面図
で、図１の半導体レーザ素子と同一部分については、同
一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００６０】図１０に示す半導体レーザ素子は、端子１
ａ，１ｂと、端子２と、ｐ型電極３ａ，３ｂと、端子２
と電気的に接続されたｎ型電極４と、ｐ型クラッド層５
と、ｎ型電極４が表面に設けられるｎ型クラッド層６ａ
と、光増幅領域７ａと可飽和吸収領域７ｂとが設けられ
た活性層７とから構成される。図１０の半導体レーザ素
子は、図１の半導体レーザ素子と異なり、ｎ型クラッド
層６ａに溝が設けられていない。このような半導体レー
ザ素子において、図１の半導体レーザ素子と同様に、可
飽和吸収領域７ｂを、半導体レーザ素子の共振器方向に
おける活性層７の長さ全体に対して、１０％となるよう
に構成する。

【００６１】又、本実施形態では、第２の実施形態と同
様に、図１０のように構成される半導体レーザ素子に対
して、端子１ａ，１ｂそれぞれに、直流の動作電流に矩
形波状の高周波電流を重畳した変調電流Ｉ０、Ｉabsが
与えられて、光増幅領域７ａと可飽和吸収領域７ｂそれ
ぞれに注入される。尚、本実施形態では、端子１ａ，１
ｂそれぞれに与える変調電流Ｉ０、Ｉabsについて、と
もに矩形波で変調するとともに位相を同相とし、その周
波数を２００ＭＨｚとするとともに、立ち上がり時間及
び立ち下がり時間を０．０１ｎｓとした。さらに、レー
ザの発振閾値が３０ｍＡであったため、端子１ａへの変
調電流Ｉ０の値を最大６０ｍＡ、最小４０ｍＡ、端子１
ｂへの変調電流Ｉabsの値を最大１．０ｍＡ、最小０．
５ｍＡとした。

【００６２】このとき、第２の実施形態と同様、変調電
流Ｉ０、Ｉabsのパルスの立ち上がり時及び立ち下がり
時において、光吸収効果及び光増幅効果それぞれの変動
が激しくなる。よって、光増幅効果が得られる時間と光
吸収効果が得られる時間との間に生じるタイムラグによ
る影響を受けやすくなるために、レーザー出射光におい
て、１０ｍＷという高い出力を得ることができる。

【００６３】本実施形態では、第２の実施形態と異な
り、図１０の半導体レーザ素子の端子２が共通とされる
ため、端子１ａより光増幅領域７ａに注入される変調電
流Ｉ０と、端子１ｂより可飽和吸収領域７ｂに注入され
る変調電流Ｉabsとが、素子内部で相互に影響しあう可
能性がある。よって、相対雑音強度が−１３０ｄＢ／Ｈ
ｚ以下となるのは、変調電流の周波数が１２０ＭＨｚ以
上となるときである。このように、第２の実施形態に比
べて、変調電流の周波数が高くなるが、端子２及びｎ型
電極４が共通とされるので、素子の作成手順が簡略化さ
れて、歩留まりが良くなる。

【００６４】尚、本実施形態において、図１０の構成の
半導体レーザ素子の可飽和吸収領域７ｂの共振器方向に
おける長さを、活性層７の共振器方向における長さの１
０％としたが、１０％以外でも、５０％以下であれば、
半導体レーザ素子からの光出力の波形は変化せず、パル
ス状の発振が得られる。又、電極を２つ設けた場合につ
いて説明したが、電極の数はこれに限られるものでな
く、２つ以上の電極を有する自励発振可能な半導体レー
ザ素子としても構わない。

【００６５】又、本実施形態において、図１０のような
構成の半導体レーザ素子に、矩形波状の変調電流を注入
するようにしたが、第１の実施形態と同様に、その周波
数が矩形波状の変調電流と比べて高くなるが、正弦波状
の変調電流を注入するようにしても構わない。

【００６６】＜第４の実施形態＞本発明の第４の実施形
態について、図面を参照して説明する。図１１は、本実
施形態における半導体レーザ素子の構成を示す断面図
で、図１０の半導体レーザ素子と同一部分については、
同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００６７】図１１に示す半導体レーザ素子は、端子１
ｃ，１ｄ，１ｅと、端子２と、端子１ｃ，１ｄ，１ｅそ
れぞれと電気的に接続されたｐ型電極３ｃ，３ｄ，３ｅ
と、ｎ型電極４と、ｐ型クラッド層５と、ｎ型クラッド
層６ａと、ｐ型クラッド層５とｎ型クラッド層６ａの間
に設けられた活性層１０とから構成される。

【００６８】このような半導体レーザ素子において、活
性層１０が、図１１の共振器方向に、自励発振状態を満
足する条件で、光増幅領域１０ｂと可飽和吸収領域１０
ａと光増幅領域１０ｃが順に構成される。このとき、可
飽和吸収領域１０ａは、半導体レーザ素子の共振器方向
における活性層１０の長さ全体に対して、１０％となる
ように構成する。又、ｐ型クラッド層５の表面上におい
て、ｐ型電極３ｃが可飽和吸収領域１０ａに対応した位
置に、ｐ型電極３ｄが光増幅領域１０ｂに対応した位置
に、ｐ型電極３ｅが光増幅領域１０ｃに対応した位置
に、それぞれ設けられる。

【００６９】このように構成される半導体レーザ素子に
対して、端子１ｃ，１ｄ，１ｅそれぞれに、直流の動作
電流に矩形波状の高周波電流を重畳した変調電流Ｉab
s、Ｉ０a、Ｉ０bが与えられて、可飽和吸収領域１０ａ
及び光増幅領域１０ｂ，１０ｃそれぞれに注入される。
尚、本実施形態では、第３の実施形態と同様に、半導体
レーザ素子に与える変調電流Ｉ０a、Ｉ０b、Ｉabsにつ
いて、ともに矩形波で変調するとともに位相を同相と
し、その周波数を１００ＭＨｚとするとともに、立ち上
がり時間及び立ち下がり時間を０．０１ｎｓとした。更
に、レーザの発振閾値が３０ｍＡであったため、端子１
ｄ，１ｅへの変調電流Ｉ０a、Ｉ０bの合計値を最大６０
ｍＡ、最小４０ｍＡ、端子１ｃへの変調電流Ｉabsの値
を最大１．０ｍＡ、最小０．５ｍＡとした。

【００７０】このとき、第３の実施形態と同様、変調電
流Ｉ０a、Ｉ０b、Ｉabsのパルスの立ち上がり時及び立
ち下がり時において、光吸収効果及び光増幅効果それぞ
れの変動が激しくなる。よって、光増幅効果が得られる
時間と光吸収効果が得られる時間との間に生じるタイム
ラグによる影響を受けやすくなるために、レーザー出射
光において、１０ｍＷという高い出力を得ることができ
る。

【００７１】このような高出力となるパルス状のレーザ
出射光が発生するとき、図１１のように、光増幅領域１
０ｂ，１０ｃがそれぞれ、レーザ出射面１１ａ，１１ｂ
を有しているので、レーザ出射面１１ａ，１１ｂそれぞ
れからレーザ出射光が発生する。即ち、図１１の半導体
レーザ素子の両側より、レーザ出射光が発生する。この
とき、レーザ出射面１１ａから発生されるレーザ出射光
の出力状態をモニターすることで、レーザ出射面１１ｂ
から発生されるレーザ出射光の出力状態を調整すること
ができる。

【００７２】即ち、温度変化などの外部要因によるレー
ザ出射光の出力の揺らぎを、レーザ出射面１１ａから発
生されるレーザ出射光の出力状態より認識し、この出力
状態を用いて、レーザ出射面１１ｂから発生されるレー
ザ出射光の出力状態が一定となるように、注入する変調
電流Ｉabs、Ｉ０a、Ｉ０bを調整して、フィードバック
制御を行うことができる。

【００７３】よって、従来のように、ビームスプリッタ
などを用いて、出力されるレーザ出射光の一部をモニタ
ー用のレーザ出射光として分ける必要なく、素子単体
で、例えば光ピックアップ用のレーザ出射光とモニター
用のレーザ出射光とを得ることができる。そのため、半
導体レーザ素子の構成を簡単なものとすることができる
とともに、光ピックアップ用のレーザ出射光を１００％
利用することができる。

【００７４】尚、本実施形態において、図１１の構成の
半導体レーザ素子の可飽和吸収領域７ｂの共振器方向に
おける長さを、活性層７の共振器方向における長さの１
０％としたが、１０％以外でも、５０％以下であれば、
半導体レーザ素子からの光出力の波形は変化せず、パル
ス状の発振が得られる。又、電極を３つ設けた場合につ
いて説明したが、電極の数はこれに限られるものでな
く、３つ以上の電極を有する自励発振可能な半導体レー
ザ素子としても構わない。

【００７５】又、本実施形態において、図１１のような
構成の半導体レーザ素子に、矩形波状の変調電流を注入
するようにしたが、第１の実施形態と同様に、その周波
数が矩形波状の変調電流と比べて高くなるが、正弦波状
の変調電流を注入するようにしても構わない。又、本実
施形態において、半導体レーザ素子に与える変調電流の
周波数を１００ＭＨｚとしたが、１００ＭＨｚ以上であ
れば相対雑音強度を−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下とすること
ができるので、１００ＭＨｚ以上であればその値を限る
ものではない。

【００７６】尚、第１〜第４の実施形態において、変調
電流Ｉabsの値を最大１．０ｍＡ、最小０．５ｍＡとし
たが、これに限るものではない。又、第１〜第３の実施
形態における変調電流Ｉ０の値、及び、第４の実施形態
における変調電流Ｉ０a、Ｉ０bの合計値がそれぞれ、最
大６０ｍＡ、最小４０ｍＡとなるようにしたが、これに
限るものではなく、その最小値が半導体レーザ素子の発
振閾値以上の値となるようにすれば構わない。

【００７７】＜第５の実施形態＞本発明の第５の実施形
態について、図面を参照して説明する。図１２は、本実
施形態における半導体レーザ素子の構成を示す断面図で
ある。

【００７８】図１２の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板４３表面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層４４、ｎ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４５、ＧａＩｎＰ活性層４
６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４７、ｐ型ＧａＩｎ
Ｐ中間層５２、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５３が、順に
構成される。又、この半導体レーザ素子において、Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層４７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５
２、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５３は、凸型のリッジス
トライプ構造（以下、「リッジ」と呼ぶ）５０を構成
し、このリッジ５０の両側に、ＡｌＧａＡｓ多層成長層
４８が設けられ、更に、このＡｌＧａＡｓ多層成長層４
８の上にｎ型ＧａＡｓ埋込層４９，５１が設けられる。
そして、ｎ型ＧａＡｓ埋込層４９，５１及びｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層５３の表面上にｐ型電極４１が、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板４３の裏面上にｎ型電極４２が設けられる。

【００７９】このような構成の半導体レーザ素子におい
て、ＧａＩｎＰ活性層４６は、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５
２の下側に相当する中央領域が光増幅領域５４とされる
とともに、この光増幅領域５４の両側の周辺領域がそれ
ぞれ可飽和吸収領域５５，５６とされる。又、ＡｌＧａ
Ａｓ多層成長層４８は、厚さ１００ÅのＡｌ_0.4Ｇａ₀ _.6
Ａｓと厚さ２００ÅのＡｌＡｓを２０周期分交互に繰り
返した層として構成される。

【００８０】このような構成の半導体レーザ素子に対し
て、ｐ型電極４１に、変調電流が注入される。この変調
電流が、ｐ型ＧａＡｓコンタクト５３、ｐ型ＧａＩｎＰ
中間層５２を通じて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４
７に流れ込む。変調電流の大半はＧａＩｎＰ活性層４６
の中央領域である光増幅領域５４に注入される。しか
し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４７がＧａＩｎＰ活
性層４６付近においてＧａＩｎＰ活性層４６全面に接す
るように構成されている。そのため、変調電流がＧａＩ
ｎＰ活性層４６付近で広がり、ＧａＩｎＰ活性層４６の
周辺領域である可飽和吸収領域５５，５６にも変調電流
の一部が注入される。

【００８１】よって、第１〜第４の実施形態と同様、Ｇ
ａＩｎＰ活性層４６の光増幅領域５４及び可飽和吸収領
域５５，５６のそれぞれに、同相の変調電流が注入され
ることになる。尚、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４７
において、ＧａＩｎＰ活性層４６全面に接するように構
成される部分の厚みを調整することによって、光増幅領
域５４及び可飽和吸収領域５５，５６のそれぞれに注入
する変調電流の値を調整することができる。

【００８２】この半導体レーザ素子に与える変調電流
を、矩形波で変調し、その周波数を１００ＭＨｚとする
とともに、立ち上がり時間及び立ち下がり時間を０．０
１ｎｓとした。又、レーザの発振閾値が３０ｍＡであっ
たため、この変調電流の値を最大６０ｍＡ、最小４０ｍ
Ａとした。

【００８３】このとき、上述したように、変調電流の大
半が光増幅領域５４に流れるとともに、変調電流の残り
の一部が可飽和吸収領域５５，５６に流れるため、第２
〜第４の実施形態と同様、自励発振状態を発生させるこ
とができる。よって、変調電流のパルスの立ち上がり時
及び立ち下がり時において、光吸収効果及び光増幅効果
それぞれの変動が激しくなる。よって、光増幅効果が得
られる時間と光吸収効果が得られる時間との間に生じる
タイムラグによる影響を受けやすくなるために、レーザ
ー出射光において、１０ｍＷという高い出力を得ること
ができる。

【００８４】本実施形態では、第１〜第４の実施形態の
ように、変調電流を注入する電極を分割する必要がな
く、変調電流を生成するための変調回路も１つとするこ
とができる。よって、簡潔な構成で、雑音の低減を実現
することができる。

【００８５】尚、本実施形態において、図１２のような
構成の半導体レーザ素子に、矩形波状の変調電流を注入
するようにしたが、第１の実施形態と同様に、その周波
数が矩形波状の変調電流と比べて高くなるが、正弦波状
の変調電流を注入するようにしても構わない。

【００８６】又、変調電流の値を、最大６０ｍＡ、最小
４０ｍＡとしたが、これに限るものではなく、その最小
値が半導体レーザ素子の発振閾値以上の値となるように
すれば構わない。更に、、本実施形態において、半導体
レーザ素子に与える変調電流の周波数を１００ＭＨｚと
したが、１００ＭＨｚ以上であれば相対雑音強度を−１
３０ｄＢ／Ｈｚ以下とすることができるので、１００Ｍ
Ｈｚ以上であればその値を限るものではない。

【００８７】尚、第１〜第５の実施形態において使用さ
れる半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ系半導体レーザ素子
を初めとして、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、Ｇ
ａＮ系、II−VI系半導体などの材料を用いた半導体レー
ザ素子とすることができる。

【００８８】

【発明の効果】本発明によると、自励発振型の半導体レ
ーザ素子において、可飽和吸収領域及び光増幅領域のそ
れぞれに変調電流が注入されるようにすることで、光吸
収効果と光増幅効果とを時間的に変動させることができ
る。よって、この光吸収効果と光増幅効果との時間的変
動による相乗効果により、高出力でパルス状となるレー
ザ出射光を得ることができる。又、このレーザ出射光
は、可干渉性が低いため、雑音の低減を実現することが
できる。

【００８９】又、このとき、光増幅領域に注入される変
調電流の最低値を、半導体レーザ素子の発振閾値以下に
下げる必要がないので、変調電流の振幅を小さくすると
ともに、周波数も従来より低くすることができる。よっ
て、このような変調電流を生成するための変調回路の負
荷の低減を実現することができる。

【００９０】又、可飽和吸収領域と光増幅領域に対して
与えられる電流が個別に制御されることで、各領域に与
えられる電流の位相の関係や周波数、電流値の振幅を好
適に調整することができるとともに、従来に比べて、高
い光出力を得ることができる。更に、半導体レーザ素子
に与える変調電流を矩形波状に変調することによって、
正弦波状に変調したときに比べて、その電流値を高くす
ることができるとともに、変調周波数を低くすることが
できる。よって、半導体レーザ素子を駆動させるための
変調電流の設定範囲を広くすることができ、その調整が
容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１及び第２の実施形態における半導体レーザ
素子の構成を示す断面図。

【図２】図１の半導体レーザ素子に与える変調電流の時
間的変化を示す図。

【図３】半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示す
図。

【図４】半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示す
図。

【図５】半導体レーザ素子の光出力の時間変化を示す
図。

【図６】変調電流の周波数を変化させたときの図１の半
導体レーザ素子の光出力の違いを示す図。

【図７】変調電流における相対雑音強度の関係を示すグ
ラフ。

【図８】図１の半導体レーザ素子に与える変調電流の時
間的変化を示す図。

【図９】変調電流の変調方法を変化させたときの図１の
半導体レーザ素子の光出力の違いを示す図。

【図１０】第３の実施形態における半導体レーザ素子の
構成を示す断面図。

【図１１】第４の実施形態における半導体レーザ素子の
構成を示す断面図。

【図１２】第５の実施形態における半導体レーザ素子の
構成を示す断面図。

【図１３】従来の半導体レーザ素子の構成を示す断面
図。

【図１４】従来の半導体レーザ素子の特性を示す図。

【符号の説明】

１ａ〜１ｅｐ型電極２，２ａ，２ｂｎ型電極３ａ〜３ｅ，４，４ａ，４ｂコンタクト５ｐ型クラッド層６，６ａｎ型クラッド層７活性層７ａ光増幅領域７ｂ可飽和吸収領域８溝１０活性層１０ａ可飽和吸収領域１０ｂ，１０ｃ光増幅領域１１ａ，１１ｂレーザ出射面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】注入される電流を増幅して光を発生する
光増幅領域と光増幅領域で発生した光を吸収する可飽和
吸収領域より成るとともにレーザ出射光を発生する活性
層を有する半導体レーザ素子において、前記光増幅領域と前記可飽和吸収領域とが、供給される
電流の流れる方向に対して略垂直な方向に隣接し、前記光増幅領域に注入される、直流の動作電流に高周波
電流が重畳された第１変調電流が与えられる第１電極
と、前記可飽和吸収領域に注入される、直流の動作電流に高
周波電流が重畳された第２変調電流が与えられる第２電
極と、を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】第１導電型の第１クラッド層と、第２導
電型の第２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層
の間に形成されるとともに注入される電流に対してレー
ザ出射光を発生する活性層とを有する半導体レーザ素子
において、前記第１クラッド層及び前記活性層及び第２クラッド層
が順に積層され、前記活性層が、前記第１クラッド層及び前記活性層及び
第２クラッド層が積層される方向に対して略垂直な方向
に隣接した、注入される電流を増幅して光を発生する光
増幅領域と、光増幅領域で発生した光を吸収する可飽和
吸収領域とを備え、前記光増幅領域に対応した位置で、且つ、前記第１クラ
ッド層の表面に設けられ、前記光増幅領域に注入され
る、直流の動作電流に高周波電流が重畳された第１変調
電流が与えられる第１電極と、前記可飽和吸収領域に対応した位置で、且つ、前記第１
クラッド層の表面に設けられ、前記可飽和吸収領域に注
入される、直流の動作電流に高周波電流が重畳された第
２変調電流が与えられる第２電極と、を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】前記活性層において、前記光増幅領域及
び前記可飽和吸収領域が複数設けられ、前記第１電極が前記光増幅領域の数に応じて設けられる
とともに、前記第２電極が前記可飽和吸収領域の数に応
じて設けられることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】前記可飽和吸収領域の周囲に、複数の前
記光増幅領域が設けられ、前記光増幅領域それぞれからレーザ出射光を発生するこ
とを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】前記光増幅領域に対応した位置で、且
つ、前記第２クラッド層の表面に設けられ、前記光増幅
領域に注入される第１変調電流が流出される第３電極
と、前記可飽和吸収領域に対応した位置で、且つ、前記第２
クラッド層の表面に設けられ、前記可飽和吸収領域に注
入される第２変調電流が流出される第４電極と、を有
し、前記第２クラッド層において、前記光増幅領域と前記可
飽和吸収領域の境界線上に当たる位置に、溝が設けられ
ることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記
載の半導体レーザ素子。
【請求項６】前記第２クラッド層の表面全体を覆うよ
うに設けられるとともに、前記光増幅領域に注入される
第１変調電流と前記可飽和吸収領域に注入される第２変
調電流とが、共通して流出される第５電極を有すること
を特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の半
導体レーザー素子。
【請求項７】第１導電型の第１クラッド層と、第２導
電型の第２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層
の間に形成されるとともに注入される電流に対してレー
ザ出射光を発生する活性層とを有する半導体レーザ素子
において、前記第１クラッド層及び前記活性層及び第２クラッド層
が順に積層され、前記活性層が、前記第１クラッド層及び前記活性層及び
第２クラッド層が積層される方向に対して略垂直な方向
に隣接した、注入される電流を増幅して光を発生する光
増幅領域と、光増幅領域で発生した光を吸収する可飽和
吸収領域とを備え、前記第１クラッド層が凸型のリッジストライプ構造で形
成されるとともに、該第１クラッド層の凸部が前記光増
幅領域に対応した広さの面積であり、直流の動作電流に高周波電流が重畳された変調電流が与
えられると、前記第１クラッド層を通じて該変調電流が
前記活性層に注入され、このとき、該変調電流が前記第
１クラッド層と前記活性層との境界付近において広がる
ように流れて、該変調電流が前記光増幅領域と前記可飽
和吸収領域とに注入されることを特徴とする半導体レー
ザ装置。
【請求項８】注入される電流を増幅して光を発生する
光増幅領域と光増幅領域で発生した光を吸収する可飽和
吸収領域とより成るとともにレーザ出射光を発生する活
性層を有し、自励発振状態となってレーザ出射光を発生
する半導体レーザ素子の駆動方法において、前記光増幅領域及び前記可飽和吸収領域それぞれに、直
流の動作電流に高周波電流が重畳される変調電流が注入
されるとともに前記光増幅領域に注入される前記変調電
流が前記半導体レーザ素子の発振閾値以上の値となるこ
とを特徴とする半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項９】前記光増幅領域及び前記可飽和吸収領域
それぞれに注入される前記変調電流が、前記光増幅領域
及び前記可飽和吸収領域毎に独立に制御されて注入され
ることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ素子
の駆動方法。
【請求項１０】前記可飽和吸収領域に注入される前記
変調電流の位相が、前記光増幅領域に注入される前記変
調電流の位相に対して、同相となるように調整されるこ
とを特徴する請求項８又は請求項９に記載の半導体レー
ザ素子の駆動方法。
【請求項１１】前記半導体レーザ素子が、前記光増幅
領域に注入される前記変調電流が流れる電流注入層を有
するとともに、前記活性層との境界領域付近において前
記電流注入層の断面が広がり前記可飽和吸収領域とも接
するように構成され、該半導体レーザ素子に与える前記変調電流が、前記半導
体レーザ素子の発振閾値以上の値であり、前記電流注入層を前記変調電流が流れるとき、前記活性
層との境界領域付近で広がり、前記変調電流の一部が前
記可飽和吸収領域にも流れることを特徴とする請求項８
に記載の半導体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１２】前記変調電流が、４００ＭＨｚ以上の
正弦波状の高周波電流が重畳されたものであることを特
徴とする請求項８〜請求項１１のいずれかに記載の半導
体レーザ素子の駆動方法。
【請求項１３】前記変調電流が、立ち上がり時間及び
立ち下がり時間が共にパルス幅の２０％以下となる矩形
波状の高周波電流が重畳されたものであることを特徴と
する請求項８〜請求項１１のいずれかに記載の半導体レ
ーザ素子の駆動方法。
【請求項１４】前記変調電流が、１００ＭＨｚ以上の
矩形波状の高周波電流が重畳されたものであることを特
徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子の駆動方
法。