JP2010027935A - 半導体レーザ、光ディスク装置および光ピックアップ - Google Patents

半導体レーザ、光ディスク装置および光ピックアップ Download PDF

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Abstract

【課題】セルフパルセーション動作を行うことができ、しかもレーザ光の可干渉性を充分に低下させることができ、低雑音のレーザ光を安定して得ることができる半導体レーザを提供する。
【解決手段】半導体レーザは、互いに対向する端面１０ａ、１０ｂの間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのレーザストライプ１１を有するレーザチップ１０を有する。レーザストライプ１１は共振器長方向に利得領域１４および可飽和吸収領域１５を有する。可飽和吸収領域１５のレーザストライプ１１の幅を利得領域１４のレーザストライプ１１の幅に比べて大きくする。利得領域１４および可飽和吸収領域１５の上にそれぞれ電極１６、１７を互いに分離して設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体レーザ、光ディスク装置および光ピックアップに関し、例えば、低雑音の光源として用いて好適な半導体レーザならびにこの半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置および光ピックアップに関する。
ＣＤ（compact disc）やＤＶＤ（digital versatile disc）などの光ディスクから情報を読み取る光ディスク装置の光源には半導体レーザ（レーザダイオード）が用いられる。この半導体レーザにおいては、光ディスクにより反射されて半導体レーザに戻る光、すなわちいわゆる戻り光が半導体レーザ内の発振状態に擾乱を与えて雑音の発生原因となる。この戻り光誘起雑音を低減する手段として、セルフパルセーション（自励発振）動作を行う半導体レーザを用いることが有効であることが従来より知られている。このような半導体レーザの本質は、レーザ光の可干渉性を低下させることで、戻り光による半導体レーザの擾乱を抑えることにある。
従来、セルフパルセーション動作を目的とした半導体レーザとして２電極型半導体レーザが知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照。）。図９ＡおよびＢに従来の２電極型半導体レーザの構造の一例を示す。ここで、図９Ａは平面図、図９Ｂは図９ＡのＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。
図９ＡおよびＢに示すように、この２電極型半導体レーザは、長方形のレーザチップ１００の互いに対向する平行な一対の端面１００ａ、１００ｂの間に共振器長方向の全長にわたって延在するレーザストライプ（導波路）１０１を有する。このレーザストライプ１０１はその全長にわたって同一の幅を有する。レーザチップ１００は、導電性の半導体基板１０２上にレーザ構造を形成する半導体層１０３を有する。この半導体層１０３は、活性層のほか、ｎ側クラッド層やｐ側クラッド層など（図示せず）を含む。レーザストライプ１０１のうちの端面１００ａ側の部分が利得領域１０４を構成し、端面１００ｂ側の部分が可飽和吸収領域１０５を構成する。利得領域１０４は可飽和吸収領域１０５よりも長く形成されている。これらの利得領域１０４および可飽和吸収領域１０５の上にそれぞれ電極１０６、１０７が設けられている。これらの電極１０６、１０７の間の領域は電流非注入領域（電極分離領域）１０８を構成する。レーザチップ１００の裏面、言い換えると半導体基板１０２の裏面には電極１０９が設けられている。
上述のように構成された２電極型半導体レーザにおいては、利得領域１０４の上下の電極１０６、１０９間に順バイアス電圧を印加して直流電流を注入することにより、レーザ発振を行わせるようになっている。また、可飽和吸収領域１０５の上下の電極１０７、１０９間に逆バイアス電圧を印加することにより、セルフパルセーション動作を行わせるようになっている。
特開２００４−１８６６７８号公報 V. Z. Tronciu et al., Opt. Commun. 235 (2004) 409-414
上述のように、光ディスク装置においては、レーザ光の可干渉性を低下させることが本質的に要求される。しかしながら、本発明者らの検討によれば、上述の従来の２電極型半導体レーザでは、セルフパルセーション動作を行っても、レーザ光の可干渉性の低下が不充分である。このため、利用可能なレーザ光のパワー領域の制限や、光ディスクの設計上の制限が出てしまうことから、上述の従来の２電極型半導体レーザを光ディスク装置の光源に応用することは実際上困難であった。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、セルフパルセーション動作を行うことができ、しかもレーザ光の可干渉性を充分に低下させることができ、低雑音のレーザ光を安定して得ることができる半導体レーザを提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記の優れた半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置および光ピックアップを提供することである。
上記課題を解決するために、第１の発明は、
互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのレーザストライプを有するレーザチップを有し、
上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
上記可飽和吸収領域の上記レーザストライプの幅が上記利得領域のレーザストライプの幅に比べて大きい半導体レーザである。
第２の発明は、
互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのレーザストライプを有するレーザチップを有し、
上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
上記可飽和吸収領域の上記レーザストライプの幅が上記利得領域のレーザストライプの幅に比べて大きい半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置である。
第３の発明は、
互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのレーザストライプを有するレーザチップを有し、
上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
上記可飽和吸収領域の上記レーザストライプの幅が上記利得領域のレーザストライプの幅に比べて大きい半導体レーザを光源に用いた光ピックアップである。
第１〜第３の発明においては、典型的には、可飽和吸収領域の長さは、利得領域の長さに比べて小さいが、これに限定されるものではない。
一つの典型的な例では、利得領域が第１の端面側に設けられ、可飽和吸収領域が第２の端面側に設けられる。他の典型的な例では、可飽和吸収領域が第１の端面側および第２の端面側にそれぞれ設けられ、利得領域がこれらの可飽和吸収領域の間に設けられる。さらに他の典型的な例では、利得領域が第１の端面側および第２の端面側にそれぞれ設けられ、可飽和吸収領域がこれらの利得領域の間に設けられる。これらの利得領域および可飽和吸収領域は、典型的には、電流非注入領域を介して互いに隣接して設けられる。
利得領域および可飽和吸収領域は互いに独立に駆動可能に構成され、このために例えばこれらの利得領域および可飽和吸収領域の上に互いに分離してそれぞれ電極を有する。半導体レーザの動作時においては、典型的には、利得領域には順バイアス電圧を印加して直流電流を注入し、必要に応じて直流電流に加えて交流電流あるいは高周波電流を注入し、可飽和吸収領域には逆バイアス電圧を印加し、あるいは０バイアスとする。
レーザストライプがリッジ形状を有する場合、言い換えるとレーザストライプがリッジストライプ（リッジ導波路）である場合には、必要に応じて、このレーザストライプの横方向屈折率段差Δｎが利得領域と可飽和吸収領域とで互いに異なるようにしてもよく、例えば、利得領域の横方向屈折率段差Δｎを可飽和吸収領域の横方向屈折率段差Δｎに比べて大きくする。ここで、レーザストライプの横方向屈折率段差とは、レーザストライプの部分とレーザストライプの両側の部分との間の屈折率の差を意味する。横方向屈折率段差Δｎが利得領域と可飽和吸収領域とで互いに異なるようにするためには、例えば、利得領域と可飽和吸収領域とでリッジの高さ、リッジの両側に形成する誘電体膜（絶縁膜）、光吸収膜、半導体膜などの材料を変える。
レーザチップは、第１の端面および第２の端面の間にただ一つのレーザストライプを有してもよいし、複数のレーザストライプを有してもよく、レーザストライプの数はこの半導体レーザの用途などに応じて適宜決められる。
レーザチップはレーザ構造を形成する半導体層（例えば、ｎ側クラッド層、活性層、ｐ側クラッド層、コンタクト層など）を有する。このレーザ構造を形成する半導体層の材料は、特に限定されず、この半導体レーザから取り出そうとする光の波長などに応じて適宜選択されるが、具体的には、ＧａＮ系半導体、ＧａＡｓ系半導体、ＧａＩｎＰ系半導体などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のほか、ＺｎＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などを用いることができる。
第２の発明による光ディスク装置には、再生（読み出し）専用のもの、記録（書き込み）専用のもの、再生および記録が可能なもののいずれも含まれ、再生および／または記録の方式も特に問わない。この光ディスク装置は、再生光学系あるいは記録光学系あるいはそれらの両者を有する。第３の発明による光ピックアップはこのような光ディスク装置に用いて好適なものである。
第４の発明は、
互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのリッジ形状のレーザストライプを有するレーザチップを有し、
上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
上記利得領域の横方向屈折率段差が上記可飽和吸収領域の横方向屈折率段差に比べて大きい半導体レーザである。
第５の発明は、
互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのリッジ形状のレーザストライプを有するレーザチップを有し、
上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
上記利得領域の横方向屈折率段差が上記可飽和吸収領域の横方向屈折率段差に比べて大きい半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置である。
第６の発明は、
互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのリッジ形状のレーザストライプを有するレーザチップを有し、
上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
上記利得領域の横方向屈折率段差が上記可飽和吸収領域の横方向屈折率段差に比べて大きい半導体レーザを光源に用いた光ピックアップである。
第４〜第６の発明において、利得領域の横方向屈折率段差を可飽和吸収領域の横方向屈折率段差に比べて大きくするためには、例えば、利得領域と可飽和吸収領域とでリッジ高さ、リッジの両側に形成する誘電体膜（絶縁膜）、光吸収膜、半導体膜などの材料を変える。典型的には、可飽和吸収領域の長さは、利得領域の長さに比べて小さいが、これに限定されるものではない。
典型的な一つの例では、利得領域が第１の端面側に設けられ、可飽和吸収領域が第２の端面側に設けられる。他の典型的な例では、利得領域が第１の端面側および第２の端面側にそれぞれ設けられ、これらの利得領域の間に可飽和吸収領域が設けられる。さらに他の典型的な例では、可飽和吸収領域が第１の端面側および第２の端面側にそれぞれ設けられ、利得領域がこれらの可飽和吸収領域の間に設けられる。これらの利得領域および可飽和吸収領域は、典型的には、電流非注入領域を介して互いに隣接して設けられる。
利得領域および可飽和吸収領域は互いに独立に駆動可能に構成され、このために例えばこれらの利得領域および可飽和吸収領域の上に互いに分離してそれぞれ電極を有する。半導体レーザの動作時においては、典型的には、利得領域には順バイアス電圧を印加して直流電流を注入し、必要に応じて直流電流に加えて交流電流あるいは高周波電流を注入し、可飽和吸収領域には逆バイアス電圧を印加し、あるいは０バイアスとする。
レーザチップは、第１の端面および第２の端面の間にただ一つのレーザストライプを有してもよいし、複数のレーザストライプを有してもよく、レーザストライプの数はこの半導体レーザの用途などに応じて適宜決められる。
第４〜第６の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第１〜第３の発明に関連して説明したことが成立する。
上述のように構成された第１〜第６の発明においては、レーザストライプが共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有することにより、セルフパルセーション動作を行わせることができる。また、可飽和吸収領域のレーザストライプの幅が利得領域のレーザストライプの幅に比べて大きく、あるいは、利得領域の横方向屈折率段差が可飽和吸収領域の横方向屈折率段差に比べて大きいことにより、セルフパルセーション動作時に、利得領域における光密度が可飽和吸収領域における光密度に比べて高くなる。この光密度が高い領域では、３次の非線形光学効果である自己位相変調（Self-Phase-Modulation)の効果が強く生じる。これによって、セルフパルセーション動作時に光スペクトルの縦モードが広がり、コヒーレンス時間が短くなるため、レーザ光の可干渉性が充分に低下する。
この発明によれば、セルフパルセーション動作を行わせることができ、しかもレーザ光の可干渉性を充分に低下させることができ、低雑音のレーザ光を安定して得ることができる半導体レーザを実現することができる。そして、この優れた半導体レーザを光ピックアップの光源に用いることにより、高性能の光ディスク装置を実現することができる。
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。
まず、この発明の第１の実施形態による２電極型半導体レーザについて説明する。
図１ＡおよびＢはこの２電極型半導体レーザを示し、図１Ａは平面図、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ線（レーザストライプの中心線）に沿っての断面図である。
図１ＡおよびＢに示すように、この２電極型半導体レーザは、長方形のレーザチップ１０の互いに対向する平行な一対の端面１０ａ、１０ｂの間に共振器長方向の全長にわたって延在するレーザストライプ１１を有する。レーザチップ１０は、導電性の半導体基板１２上にレーザ構造を形成する半導体層１３を有する。この半導体層１３は、活性層のほか、ｎ側クラッド層やｐ側クラッド層など（図示せず）を含む。レーザストライプ１１のうちの端面１０ａ側の部分が利得領域１４を構成し、端面１０ｂ側の部分が可飽和吸収領域１５を構成する。これらの利得領域１４および可飽和吸収領域１５の上にはそれぞれ電極１６、１７が設けられている。これらの電極１６、１７の間の領域は電流非注入領域（電極分離領域）１８を構成する。レーザチップ１０の裏面、言い換えると半導体基板１２の裏面には電極１９が設けられている。
レーザストライプ１１の幅は、レーザチップ１０の端面１０ａ側から端面１０ｂ側に向かって、端面１０ａにおける幅Ｗ1 から端面１０ｂにおける幅Ｗ2 （Ｗ2 ＞Ｗ1 ）まで直線的に増加している。従って、この場合、可飽和吸収領域１５のレーザストライプ１１の幅は利得領域１４のレーザストライプ１１の幅に比べて大きい。また、利得領域１４の長さは可飽和吸収領域１５の長さに比べて大きい。
端面１０ａ、１０ｂの反射率に関しては、端面１０ａの反射率の方が端面１０ｂの反射率よりも小さくなるように従来公知の端面コート膜（図示せず）が形成されている。
この２電極型半導体レーザの各部の寸法は例えば次の通りであるが、これはあくまでも例に過ぎず、これに限定されるものではない。
利得領域１４の長さ（電極１６の長さ）：５００μｍ
可飽和吸収領域１５の長さ（電極１７の長さ）：２０μｍ
電流非注入領域１８の長さ（電極１６、１７の間隔）：５μｍ
端面１０ａにおけるレーザストライプ１１の幅Ｗ1 ：１．４μｍ
端面１０ｂにおけるレーザストライプ１１の幅Ｗ2 ：３μｍ
レーザ構造を形成する半導体層１３の材料は特に問わず、この２電極型半導体レーザから取り出すレーザ光の中心波長などに応じて適宜選ばれるが、具体的には、例えば、ＧａＮ系半導体、ＧａＡｓ系半導体、ＧａＩｎＰ系半導体、ＺｎＳｅ系半導体などである。また、レーザ構造は特に限定されず、従来公知の種々のレーザ構造を用いることができる。
レーザチップ１０の共振器長方向に垂直な断面構造の一例について説明する。ここでは半導体層１３がＧａＮ系半導体からなる場合、すなわちこの２電極型半導体レーザがＧａＮ系半導体レーザである場合について説明する。図２は図１ＡのＹ−Ｙ線に沿っての断面図、すなわち利得領域１４の断面図の一例であるが、可飽和吸収領域１５の断面構造も同様である。
図２に示すように、この例では、半導体層１３は、半導体基板１２としてのｎ型ＧａＮ基板２０上に順次積層されたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３ａ、ｎ型ＧａＮ層１３ｂ、例えばアンドープのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ（井戸層）／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ（障壁層、ｘ＞ｙ）多重量子井戸構造の活性層１３ｃ、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１３ｄ、ｐ型ＧａＮ層１３ｅ、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆおよびｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｇからなる。ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆの上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｇにリッジ部が形成されており、レーザストライプ１１はリッジストライプとなっている。
レーザストライプ１１の側面およびこのレーザストライプ１１の両側の部分のｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆ上には例えばＳｉＯ2 膜およびその上のＳｉ膜からなる絶縁膜２１が形成されている。レーザストライプ１１の上にｐ側電極２２がｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｇに電気的にコンタクトして形成されている。ｐ側電極２２としては、例えば、Ｐｄからなるものが用いられるが、これに限定されるものではない。
ｐ側電極２２および絶縁膜２１を覆うようにパッド電極２３がｐ側電極２２と電気的にコンタクトして形成されている。パッド電極２３としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものが用いられ、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１５ｎｍ、５０ｎｍおよび３００ｎｍであるが、これに限定されるものではない。一方、ｎ型ＧａＮ基板２０の裏面に電極１９としてｎ側電極２４が電気的にコンタクトして形成されている。ｎ側電極２４としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものが用いられ、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１５ｎｍ、５０ｎｍおよび３００ｎｍであるが、これに限定されるものではない。
ここで、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３ａは１２００ｎｍ、ｎ型ＧａＮ層１３ｂは１２ｎｍ、活性層１３ｃの井戸層は３．５ｎｍ（井戸数は３）、障壁層は７ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１３ｄは１０ｎｍ、ｐ型ＧａＮ層１３ｅは１２．３ｎｍ、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆは４００ｎｍである。また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３ａのＡｌ組成は例えば０．０５、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１３ｄのＡｌ組成は例えば０．２、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆのＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は例えば０．０８である。
ＧａＮ系半導体レーザについて、レーザストライプの幅（ストライプ幅）に対する動作時のレーザストライプにおける光密度の変化の一例を図３に示す。ただし、横方向屈折率段差Δｎは６×１０-3である。図３より、ストライプ幅が小さいほど、光密度が増加することが分かる。このことから、可飽和吸収領域１５に比べて幅が狭い利得領域１４においては、可飽和吸収領域１５に比べて光密度がより高くなることが明らかである。
次に、この２電極型半導体レーザの製造方法を、この２電極型半導体レーザが図２に示すような構造を有するＧａＮ系半導体レーザである場合を例にとって説明する。
まず、ｎ型ＧａＮ基板２０上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などにより、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３ａ、ｎ型ＧａＮ層１３ｂ、活性層１３ｃ、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１３ｄは１０ｎｍ、ｐ型ＧａＮ層１３ｅ、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆおよびｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｇを順次エピタキシャル成長させる。
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｇの全面に例えばＳｉＯ2 膜のような絶縁膜（図示せず）を形成した後、この絶縁膜をエッチングにより所定形状にパターニングする。次に、こうしてパターニングされた絶縁膜をエッチングマスクとして用いて例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチングによりｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆの厚さ方向の途中の深さまでエッチングすることによりリッジを形成する。
次に、このエッチングマスクとして用いた絶縁膜を残したまま全面に例えばＳｉＯ2 膜およびＳｉ膜を順次形成した後、導波路１１の上の部分にあるこれらの膜を選択的にエッチング除去する。これによって、リッジの側面およびこのリッジの両側の部分のｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆ上に絶縁膜２１を形成する。
次に、例えばリフトオフ法により、リッジ上にｐ側電極２２の形成用の材料として例えばこのリッジの上面と同じ平面形状のＰｄ膜を形成する。次に、このＰｄ膜の所定部分をイオンミリング法などによりエッチング除去して電流非注入領域１８を形成するとともに、利得領域１４および可飽和吸収領域１５上のｐ側電極２２をそれぞれ形成する。
次に、電流非注入領域１８およびその延長線状に延在するストライプ形状を有するレジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成した後、パッド電極２３形成用の膜を例えば真空蒸着法により全面に形成する。次に、レジストパターンをその上に形成された膜とともに除去する。これによって、それぞれのｐ側電極２２上にそれぞれパッド電極２３が形成される。次に、必要に応じて、ｎ型ＧａＮ基板２０をその裏面から研磨することにより、所定の厚さに薄膜化する。次に、ｎ型ＧａＮ基板２０の裏面にｎ側電極２３を形成する。
次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｎ型ＧａＮ基板２０を劈開などによりバー状に加工して端面１０ａ、１０ｂを形成し、これらの端面１０ａ、１０ｂに従来公知の技術により端面コート膜を形成した後、このバーをチップ化する。こうして、レーザチップ１０が形成され、目的とする２電極型ＧａＮ系半導体レーザが製造される。
次に、この２電極型半導体レーザの動作について説明する。
利得領域１４には、電極１６、１９間に順バイアス電圧を印加して直流電流を注入し、これに加えて高周波電圧を印加して高周波電流（高周波重畳を行う場合）を注入する。可飽和吸収領域１５には、電極１７、１９間に逆バイアス電圧あるいは０Ｖを印加する。こうすることで、この２電極型半導体レーザはセルフパルセーション動作を行う。
この場合、利得領域１４のレーザストライプ１１の幅が可飽和吸収領域１５のレーザストライプ１１の幅よりも小さいことにより、利得領域１４における光密度は可飽和吸収領域１５における光密度よりも高くなり、これにより、利得領域１４においては自己位相変調の効果が強く生じる。このため、この２電極型半導体レーザにおいては、従来の２電極型半導体レーザに比べて、同じ光出力でも、セルフパルセーション動作時の光スペクトルの縦モードの広がりをより大きくすることができる。この結果、レーザ光のコヒーレンス時間が短くなるので、レーザ光の可干渉性が大幅に低下し、光ディスクの情報読み取り時の戻り光雑音の発生をより効果的に抑えることができる。
以上のように、この第１の実施形態によれば、セルフパルセーション動作を行わせることができ、しかもレーザ光の可干渉性を充分に低下させることができ、低雑音のレーザ光を安定して得ることができる２電極型半導体レーザを実現することができる。このため、利用可能なレーザ光のパワー領域の制限や、光ディスクの設計上の制限が大幅に緩和されることから、この２電極型半導体レーザは光ディスク装置の光源に応用して好適なものである。半導体レーザに必要な可干渉性低下量は光ディスク装置の光路長や光学系などにもよるが、可干渉性低下量が大きければ大きいほど多種類の光ディスク装置に使用することができ、望ましい。
次に、この発明の第２の実施形態による３電極型半導体レーザについて説明する。
図４ＡおよびＢはこの３電極型半導体レーザを示し、図４Ａは平面図、図４Ｂは図４ＡのＸ−Ｘ線（レーザストライプの中心線）に沿っての断面図である。
図４ＡおよびＢに示すように、この３電極型半導体レーザは、長方形のレーザチップ１０の互いに対向する平行な一対の端面１０ａ、１０ｂの間に共振器長方向の全長にわたって延在するレーザストライプ１１を有する。レーザチップ１０は、導電性の半導体基板１２上にレーザ構造を形成する半導体層１３を有する。この半導体層１３は、活性層のほか、ｎ側クラッド層やｐ側クラッド層など（図示せず）を含む。レーザストライプ１１のうちの端面１０ａ側の部分および端面１０ｂ側の部分がそれぞれ可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂを構成し、これらの可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂの間の部分が利得領域１４を構成する。これらの利得領域１４および可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂの上にはそれぞれ電極１６、１７ａ、１７ｂが設けられている。電極１６、１７ａの間の領域は電流非注入領域１８ａを構成し、電極１６、１７ｂの間の領域は電流非注入領域１８ｂを構成する。レーザチップ１０の裏面、言い換えると半導体基板１２の裏面には電極１９が設けられている。
利得領域１４のレーザストライプ１１の幅はこの利得領域１４の全長にわたって同一でＷ3 である。可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂのレーザストライプ１１の幅は、端面１０ａ、１０ｂから距離Ｌ1 の部分ではＷ4 （Ｗ4 ＞Ｗ3 ）で一定であるが、距離Ｌ1 から距離Ｌ2 までの部分ではＷ4 からＷ3 に直線的に減少している。すなわち、この場合、可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂのレーザストライプ１１の幅は利得領域１４のレーザストライプ１１の幅に比べて大きい。また、利得領域１４の長さは可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂの長さに比べて大きい。
この３電極型半導体レーザの上記以外の構成は第１の実施形態による２電極型半導体レーザと同様である。
また、この３電極型半導体レーザの製造方法は第１の実施形態による２電極型半導体レーザの製造方法と同様である。
次に、この３電極型半導体レーザの動作について説明する。
利得領域１４には、電極１６、１９間に順バイアス電圧を印加して直流電流を印加し、必要に応じてこれに加えて高周波電圧を印加して高周波電流（高周波重畳を行う場合）を注入する。可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂには、電極１７ａ、１９間および電極１７ｂ、１９間に逆バイアス電圧あるいは０Ｖを印加する。こうすることで、この３電極型半導体レーザはセルフパルセーション動作を行う。
この場合、利得領域１４のレーザストライプ１１の幅が可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂのレーザストライプ１１の幅よりも小さいことにより、利得領域１４における光密度は可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂにおける光密度よりも高くなり、これにより、利得領域１４においては自己位相変調の効果が強く生じる。このため、この３電極型半導体レーザにおいては、第１の実施形態による２電極型半導体レーザと同様に、セルフパルセーション動作時の光スペクトルの縦モードの広がりを大きくすることができる。この結果、レーザ光のコヒーレンス時間が短くなるので、レーザ光の可干渉性が大幅に低下し、光ディスクの情報読み取り時の戻り光雑音の発生をより効果的に抑えることができる。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第３の実施形態による３電極型半導体レーザについて説明する。
図５ＡおよびＢはこの３電極型半導体レーザを示し、図５Ａは平面図、図５Ｂは図５ＡのＸ−Ｘ線（レーザストライプの中心線）に沿っての断面図である。
図５ＡおよびＢに示すように、この３電極型半導体レーザは、長方形のレーザチップ１０の互いに対向する平行な一対の端面１０ａ、１０ｂの間に共振器長方向の全長にわたって延在するレーザストライプ１１を有する。レーザチップ１０は、導電性の半導体基板１２上にレーザ構造を形成する半導体層１３を有する。この半導体層１３は、活性層のほか、ｎ側クラッド層やｐ側クラッド層など（図示せず）を含む。レーザストライプ１１のうちの端面１０ａ側の部分および端面１０ｂ側の部分がそれぞれ利得領域１４ａ、１４ｂを構成し、これらの利得領域１４ａ、１４ｂの間の部分が可飽和吸収領域１５を構成する。これらの利得領域１４ａ、１４ｂおよび可飽和吸収領域１５の上にはそれぞれ電極１６ａ、１６ｂ、１７が設けられている。電極１６ａ、１７の間の領域は電流非注入領域１８ａを構成し、電極１６ｂ、１７の間の領域は電流非注入領域１８ｂを構成する。レーザチップ１０の裏面、言い換えると半導体基板１２の裏面には電極１９が設けられている。
利得領域１４ａ、１４ｂのレーザストライプ１１の幅はこれらの利得領域１４ａ、１４ｂの全長にわたって同一でＷ3 である。可飽和吸収領域１５のレーザストライプ１１の幅は、端面１０ａから距離Ｌ1 の部分と端面１０ｂから距離Ｌ1 の部分との間の部分ではＷ4 （Ｗ4 ＞Ｗ3 ）で一定であるが、距離Ｌ1 から距離Ｌ2 までの部分ではＷ4 からＷ3 に直線的に減少している。すなわち、この場合、可飽和吸収領域１５のレーザストライプ１１の幅は利得領域１４ａ、１４ｂのレーザストライプ１１の幅に比べて大きい。また、利得領域１４ａ、１４ｂの長さは可飽和吸収領域１５の長さに比べて大きい。
この３電極型半導体レーザの上記以外の構成は第１の実施形態による２電極型半導体レーザと同様である。
また、この３電極型半導体レーザの製造方法は第１の実施形態による２電極型半導体レーザの製造方法と同様である。
次に、この３電極型半導体レーザの動作について説明する。
利得領域１４ａ、１４ｂには、電極１６ａ、１９間および電極１６ｂ、１９間に順バイアス電圧を印加して直流電流を印加し、必要に応じてこれに加えて高周波電圧を印加して高周波電流（高周波重畳を行う場合）を注入する。可飽和吸収領域１５には、電極１７、１９間に逆バイアス電圧あるいは０Ｖを印加する。こうすることで、この３電極型半導体レーザはセルフパルセーション動作を行う。
この場合、利得領域１４ａ、１４ｂのレーザストライプ１１の幅が可飽和吸収領域１５のレーザストライプ１１の幅よりも小さいことにより、利得領域１４ａ、１４ｂにおける光密度は可飽和吸収領域１５における光密度よりも高くなり、これにより、利得領域１４ａ、１４ｂにおいては自己位相変調の効果が強く生じる。このため、この３電極型半導体レーザにおいては、第１の実施形態による２電極型半導体レーザと同様に、セルフパルセーション動作時の光スペクトルの縦モードの広がりを大きくすることができる。この結果、レーザ光のコヒーレンス時間が短くなるので、レーザ光の可干渉性が大幅に低下し、光ディスクの情報読み取り時の戻り光雑音の発生をより効果的に抑えることができる。
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第４の実施形態による２電極型半導体レーザについて説明する。
図６ＡおよびＢならびに図７ＡおよびＢはこの２電極型半導体レーザを示し、図６Ａは平面図、図６Ｂは図６ＡのＸ−Ｘ線（レーザストライプの中心線）に沿っての断面図、図７Ａは図６ＡのＹ−Ｙ線に沿っての断面図、図７Ｂは図６ＡのＺ−Ｚ線に沿っての断面図である。
図６ＡおよびＢならびに図７ＡおよびＢに示すように、この２電極型半導体レーザは、長方形のレーザチップ１０の互いに対向する平行な一対の端面１０ａ、１０ｂの間に共振器長方向の全長にわたって延在するレーザストライプ１１を有する。この場合、このレーザストライプ１１はリッジ形状を有する。すなわち、このレーザストライプ１１はリッジストライプである。このリッジの両側の部分には、必要に応じて、半導体層や絶縁膜、例えばＳｉＯ2 膜が設けられる。
レーザチップ１０は、導電性の半導体基板１２上にレーザ構造を形成する半導体層１３を有し、この半導体層１３の最上部にリッジが形成されている。図６Ｂにおいて、このリッジの両側の部分の半導体層１３の上面を破線で示す。この半導体層１３は、活性層ＡＬのほか、ｎ側クラッド層やｐ側クラッド層など（図示せず）を含む。
レーザストライプ１１のうちの端面１０ａ側の部分が利得領域１４を構成し、端面１０ｂ側の部分が可飽和吸収領域１５を構成する。これらの利得領域１４および可飽和吸収領域１５の上にはそれぞれ電極１６、１７が設けられている。電極１６、１７の間の領域は電流非注入領域１８を構成する。レーザチップ１０の裏面、言い換えると半導体基板１２の裏面には電極１９が設けられている。
レーザストライプ１１の幅は全長にわたって同一である。従って、利得領域１４のレーザストライプ１１の幅と可飽和吸収領域１５のレーザストライプ１１の幅とは同一である。
この場合、レーザストライプ１１のリッジの高さは利得領域１４と可飽和吸収領域１５とで異なり、可飽和吸収領域１５のリッジの高さに比べて、利得領域１４のリッジの高さは大きい。言い換えると、レーザストライプ１１の両側の部分における半導体層１３の上面と活性層ＡＬの上面との間の距離は、利得領域１４における距離Ｄ1 の方が可飽和吸収領域１５における距離Ｄ2 より小さい。
例えば、この２電極型半導体レーザがＧａＮ系半導体レーザである場合には、図８ＡおよびＢに示すように、リッジの側面およびこのリッジの両側の部分の半導体層１３上に例えばＳｉＯ2 膜およびその上のＳｉ膜からなる絶縁膜２１が形成される。
この２電極型半導体レーザの上記以外の構成は第１の実施形態による２電極型半導体レーザと同様である。
また、この２電極型半導体レーザの製造方法は第１の実施形態による２電極型半導体レーザの製造方法と同様である。
次に、この２電極型半導体レーザの動作について説明する。
利得領域１４には、電極１６、１９間に順バイアス電圧を印加して直流電流を印加し、必要に応じてこれに加えて高周波電圧を印加して高周波電流（高周波重畳を行う場合）を注入する。可飽和吸収領域１５には、電極１７、１９間に逆バイアス電圧あるいは０Ｖを印加する。こうすることで、この２電極型半導体レーザはセルフパルセーション動作を行う。
この場合、レーザストライプ１１の両側の部分における半導体層１３の上面と活性層ＡＬの上面との間の距離は、上述のように、利得領域１４における距離Ｄ1 の方が可飽和吸収領域１５における距離Ｄ2 より小さい。このため、利得領域１４における横方向屈折率段差Δｎの方が、可飽和吸収領域１５における横方向屈折率段差Δｎよりも大きい。従って、利得領域１４における光閉じ込めは、可飽和吸収領域１５における光閉じ込めよりも強い。この結果、利得領域１４における光密度は可飽和吸収領域１５における光密度よりも高くなり、これにより、利得領域１４においては自己位相変調の効果が強く生じる。このため、この２電極型半導体レーザにおいては、第１の実施形態による２電極型半導体レーザと同様に、セルフパルセーション動作時の光スペクトルの縦モードの広がりを大きくすることができる。この結果、レーザ光のコヒーレンス時間が短くなるので、レーザ光の可干渉性が大幅に低下し、光ディスクの情報読み取り時の戻り光雑音の発生をより効果的に抑えることができる。
この第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第５の実施形態による２電極型半導体レーザについて説明する。
この第５の実施形態においては、第１の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせる。すなわち、この第５の実施形態による２電極型半導体レーザにおいては、第１の実施形態による２電極型半導体レーザにおいて、第４の実施形態による２電極型半導体レーザと同様に、利得領域１４における距離Ｄ1 を可飽和吸収領域１５における距離Ｄ2 より小さくする。こうすることで、利得領域１４における光密度をより高くすることができ、自己位相変調の効果をより強く生じさせることができる。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第６の実施形態による３電極型半導体レーザについて説明する。
この第６の実施形態においては、第２の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせる。すなわち、この第６の実施形態による３電極型半導体レーザにおいては、第２の実施形態による３電極型半導体レーザにおいて、第４の実施形態による２電極型半導体レーザと同様に、利得領域１４における距離Ｄ1 を可飽和吸収領域１５ａ、１５ｂにおける距離Ｄ2 より小さくする。こうすることで、利得領域１４における光密度をより高くすることができ、自己位相変調の効果をより強く生じさせることができる。
この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第７の実施形態による３電極型半導体レーザについて説明する。
この第７の実施形態においては、第３の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせる。すなわち、この第７の実施形態による３電極型半導体レーザにおいては、第３の実施形態による３電極型半導体レーザにおいて、第４の実施形態による２電極型半導体レーザと同様に、利得領域１４ａ、１４ｂにおける距離Ｄ1 を可飽和吸収領域１５における距離Ｄ2 より小さくする。こうすることで、利得領域１４ａ、１４ｂにおける光密度をより高くすることができ、自己位相変調の効果をより強く生じさせることができる。
この第７の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、基板、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、形状、基板、プロセスなどを用いてもよい。
この発明の第１の実施形態による２電極型半導体レーザを示す平面図および断面図である。 図１Ａに示す２電極型半導体レーザのＹ−Ｙ線に沿っての断面図である。 ストライプ幅に対する光密度の変化を示す略線図である。 この発明の第２の実施形態による３電極型半導体レーザを示す平面図および断面図である。 この発明の第３の実施形態による３電極型半導体レーザを示す平面図および断面図である。 この発明の第４の実施形態による２電極型半導体レーザを示す平面図および断面図である。 この発明の第４の実施形態による２電極型半導体レーザを示す断面図である。 この発明の第４の実施形態による２電極型半導体レーザを示す断面図である。 従来の２電極型半導体レーザを示す平面図および断面図である。
符号の説明
１０…レーザチップ、１０ａ、１０ｂ…端面、１１…レーザストライプ、１２…半導体基板、１３…半導体層、１４、１４ａ、１４ｂ…利得領域、１５、１５ａ、１５ｂ…可飽和吸収領域、１６、１６ａ、１６ｂ、１７、１７ａ、１７ｂ、１９…電極、１８、１８ａ、１８ｂ…電流非注入領域、２０…ｎ型ＧａＮ基板

Claims (13)

  1. 互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのレーザストライプを有するレーザチップを有し、
    上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
    上記可飽和吸収領域の上記レーザストライプの幅が上記利得領域の上記レーザストライプの幅に比べて大きい半導体レーザ。
  2. 上記可飽和吸収領域の長さは上記利得領域の長さに比べて小さい請求項１記載の半導体レーザ。
  3. 上記利得領域が上記第１の端面側に設けられ、上記可飽和吸収領域が上記第２の端面側に設けられている請求項２記載の半導体レーザ。
  4. 上記可飽和吸収領域が上記第１の端面側および上記第２の端面側にそれぞれ設けられ、上記利得領域がこれらの可飽和吸収領域の間に設けられている請求項２記載の半導体レーザ。
  5. 上記利得領域が上記第１の端面側および上記第２の端面側にそれぞれ設けられ、上記可飽和吸収領域がこれらの利得領域の間に設けられている請求項２記載の半導体レーザ。
  6. 上記利得領域および上記可飽和吸収領域は互いに独立に駆動可能に構成されている請求項１記載の半導体レーザ。
  7. 上記利得領域および上記可飽和吸収領域の上に互いに分離してそれぞれ電極を有する請求項６記載の半導体レーザ。
  8. 上記レーザストライプはリッジ形状を有し、上記レーザストライプの横方向屈折率段差が上記利得領域と上記可飽和吸収領域とで互いに異なる請求項１記載の半導体レーザ。
  9. 互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのレーザストライプを有するレーザチップを有し、
    上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
    上記可飽和吸収領域の上記レーザストライプの幅が上記利得領域の上記レーザストライプの幅に比べて大きい半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置。
  10. 互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのレーザストライプを有するレーザチップを有し、
    上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
    上記可飽和吸収領域の上記レーザストライプの幅が上記利得領域の上記レーザストライプの幅に比べて大きい半導体レーザを光源に用いた光ピックアップ。
  11. 互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのリッジ形状のレーザストライプを有するレーザチップを有し、
    上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
    上記利得領域の横方向屈折率段差が上記可飽和吸収領域の横方向屈折率段差に比べて大きい半導体レーザ。
  12. 互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのリッジ形状のレーザストライプを有するレーザチップを有し、
    上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
    上記利得領域の横方向屈折率段差が上記可飽和吸収領域の横方向屈折率段差に比べて大きい半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置。
  13. 互いに対向する第１の端面および第２の端面の間に共振器長方向に延在する少なくとも一つのリッジ形状のレーザストライプを有するレーザチップを有し、
    上記レーザストライプは上記共振器長方向に利得領域および可飽和吸収領域を有し、
    上記利得領域の横方向屈折率段差が上記可飽和吸収領域の横方向屈折率段差に比べて大きい半導体レーザを光源に用いた光ピックアップ。
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