JP2643276B2 - 半導体レーザの駆動方法 - Google Patents

半導体レーザの駆動方法

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0601Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は追記型、書き換え型等の光ディスク用光源と
して最適な半導体レーザに関する。
(従来の技術) 追記型、書き換え型等の光ディスクの光源としては、
読みだし時の誤りを防ぐために、雑音レベルの低い半導
体レーザが望まれる。書き換え型光ディスクでは1〜3m
Wの低出力レベルで、戻り光1%において相対雑音強度
(RIN)−120dB/Hz以下が求められている。しかし光デ
ィスク装置ではピックアップの構造上、ディスク盤面か
らの戻り光が光源である半導体レーザに入射しやすい。
一般に横モードの制御された屈折率導波型半導体レーザ
では、光の干渉性が高いから、この戻り光と出射光が干
渉しモードホップノイズが発生する。この結果光源の雑
音レベルが上昇し、システム上問題となる。こうした半
導体レーザの戻り光誘起雑音の低減を図るために従来は
外部から高周波を重畳する方法が提案されていた(電子
通信学会技術研究報告ED83−84 P85)。この方法では、
600MHz以上の高周波を発振しきい値までふりこむように
重畳することにより注入キャリアにゆらぎを与え、縦モ
ードスペクトルを多モード化する。この多モード化によ
り光源の可干渉性が低下し、戻り光が存在する場合で
も、低い雑音レベルを維持することが可能となる。
(発明が解決しようとする課題) しかし従来の方法では高周波重畳回路を外部に付加す
るから、光ヘッドの軽量化を妨げ、アクセス時間の短縮
化が困難となる。また高周波重畳回路により、光ヘッド
を構成する部品点数が増加するから、低コスト化をも妨
げる要因となる。このように、従来の技術にはアクセス
時間およびコスト面で解決すべき課題があった。
(課題を解決するための手段) 前述の課題を解決するために本発明が提供する手段
は、第1導電型半導体基板上に活性層と第2導電型半導
体層とを順に積層してなり、前記第2導電型半導体層を
共振器軸方向に関して電気的に分離して励起領域と吸収
領域との二領域に分ける電気的分離構造が形成してあ
り、前記励起領域と吸収領域とは光学的に結合されてい
る横モード制御型半導体レーザを駆動する方法であっ
て、低出力動作時には、前記励起領域で利得が生じるに
足る大きさの第1の電圧V1を該励起領域に印加するとと
もに、前記吸収領域が発振光に対して損失となるだけの
第2の電圧V2を該吸収領域に印加して自励発振を生じた
状態にし、高出力動作時には、前記励起領域に第1の電
圧V1を印加するとともに、前記吸収領域で利得が生じる
に足る大きさの第3の電圧V3を該吸収領域に印加し、該
高出力動作と低出力動作とを交互に切り替えることを特
徴とする。
(作用) 本発明の駆動方法では、吸収領域に発振光に対して損
失となるように電圧を印加したときに、この領域の活性
層を発振光に対する可飽和吸収体として働かせる。半導
体レーザ媒質内に過飽和吸収体を導入すると断続的な発
振状態となる自励発振現象が発生する。自励発振におい
ては緩和振動に相当する高い周波数で発振が断続的に繰
り返されるから、注入キャリヤがゆらぎ、縦モードが多
モード化する。この縦モードの多モード化により可干渉
性が低下し、戻り光に強い低雑音特性が得られる。吸収
領域発振光に対して損失となるようにしたままでは一般
に微分効率が低いから高出力特性は得にくいが、吸収領
域にも利得が生じるような電圧を印加し高注入状態とす
れば、高出力まで横モードが安定した特性が得られる。
低雑音特性が要求されるのは読みだし時の低出力レベル
(〜3mW)であるから、励起領域に利得の生じる一定の
バイアスV1を印加した状態で、吸収領域のバイアスレベ
ルを切り替えることにより、再生時に低雑音、記録時に
高出力とそれぞれ望ましい特性が得られる。以上より本
発明の駆動方法によれば、高周波重畳回路を用いなくと
も追記型、書き換え型光ディスク等の光源として最適な
高出力低雑音特性のレーザ光を得ることができる。
(実施例) 以下に図面を参照して本発明の一実施例である半導体
レーザ装置の駆動方法を説明する。第1図はその実施例
を適用する半導体レーザ装置の斜視図、第2図は第1図
の半導体レーザ装置の平面図、第3図は第1図の半導体
レーザ装置にその実施例を適用する態様を示す概念図で
ある。図において1はn型GaAs基板、2はn型Al0.41Ga
0.59Asクラッド層、3はn型Al0.35Ga0.65As光導波層、
4はAl0.08Ga0.92As活性層、5はp型Al0.5Ga0.5As光反
射層、6はp型Al0.38Ga0.62Asクラッド層、7はn型Ga
As電極層、8はP+拡散層、9はn型電極、10はp型電
極、11は吸収領域、12は励起領域、13は電極分離溝をそ
れぞれ示す。
第1図の半導体レーザ装置の製造においてはまずn型
GaAs基板1上にNH4OH系のエッチャントを用いて<01
>に平行なV字型の溝幅5.0μm、深さ2.0μmの溝を形
成する。その後に液相成長法により、成長層2,3,4,5,6,
7を順次に成長する。それぞれの層は平坦部で順に0.2μ
m,0.3μm,0.08μm,0.3μm,1.0μm,0.7μmとする。溝が
深いから、n型クラッド層2が溝部で平坦とはならず、
図に示すように発光部で光導波層3の厚い構造となり、
水平方向に屈折率導波機構が形成される。SiO2をマスク
として発光領域にP+拡散層を形成した後、P型電極10、
N型電極9を形成する。さらにフォトリソグラフィーの
手法によりウエットエッチングを用いて幅10μm、間隔
500μmの電極分離溝13を発光領域の近傍30μmの領域
を除いてn型基板1に到達するまで形成する。発光領域
の近傍30μmの領域はn型GaAs電極層7のみ除去する。
このように形成した電極分離溝13により、吸収領域11と
励起領域12との光学的な結合を保存したままで、吸収領
域11と励起領域12とを電気的に分離することができる。
最後に励起領域12が460μm、吸収領域11が30μmとな
るようにへき開面を形成して第1図の半導体レーザ装置
が形成される。なお、第1図の構造では、電極分離をエ
ッチングで形成した溝13で行なっているが、電極分離を
プロトン注入など他の方法を用いて行なっても同様に作
動する半導体レーザ装置が得られる。
次に第3図の概念図を参照して本発明の半導体レーザ
の駆動方法の一実施例を説明する。励起領域12と吸収領
域11を短絡して、均一に注入した時の発振しきい値電圧
をV0とする。励起領域12には直流バイアスV1(V1>V0
を、吸収領域11には低出力動作時にバイアスV2(V2
V0)、高出力動作時にバイアスV3(V3>V0)をそれぞれ
印加する。吸収領域11にバイアスV2を印加した状態で
は、この領域が可飽和吸収体として働くから、光出力1
〜3mW、戻り光1%において、相対雑音強度(RIN)−12
0dB/Hz以下の低雑音特性が得られる。一方吸収領域11に
電圧V3を印加すると吸収領域11も利得領域となり、高効
率動作が可能となり、高出力特性が得られる。従って、
励起領域12に一定のバイアスV1を印加した状態で、吸収
領域11のバイアス状態を変化させるだけで、高出力低雑
音動作が可能となる。
なお本発明を適用するレーザ構造としてn型基板を用
いたLPE法によるPCW構造(昭和61年度春季信学全大p92
0)を用いて説明を行なったが、本発明を適用する半導
体レーザ装置にはp型基板を用いてもよい。またMOCVD
法によるセルフアライン構造等の他の横モードの制御さ
れた半導体レーザ装置にも本発明は同様に適用できる。
さらに、AlGaAs系のみならずAlGaInP,GaInAsP等の他の
材料系の半導体レーザ装置でも全く同様に本発明は実施
できる。
(発明の効果) 本発明を適用する半導体レーザ装置の構造では、吸収
領域の第2導電型電極に発振光に対して損失となるよう
に電圧を印加した状態では、この吸収領域の活性層は発
振光に対して可飽和吸収体として働く、半導体レーザ媒
質内に可飽和吸収体を導入すると断続的な発振状態とな
る自励発振現象が発生する。自励発振は緩和振動に相当
する高い周波数で発振が断続的に繰り返すから、注入キ
ャリヤがゆらぎ、縦モードが多モード化する。この縦モ
ードの多モード化により、光源の可干渉性が低下し、1
〜3mWの低出力でも戻り光1%において相対雑音強度(R
IN)−120dB/Hz以下の低雑音な特性が得られる。吸収領
域を発振光に対して損失となるようにしたままでは一般
に微分効率が低いから高出力特性は得にくいが、吸収領
域にも利得が生じるような電圧を印加しキャリヤ注入す
れば、30mW以上の高出力まで横モードが安定した特性が
得られる。低雑音特性が要求されるのは読みだし時の低
出力レベル(〜3mW)であるから、励起領域12に利得が
生じるような一定のバイアスを印加した状態で、吸収領
域のバイアスレベルを変化させることにより、再生時に
低雑音、記録時に高出力とそれぞれ望ましい特性が得ら
れる。以上より本発明の方法によれば、高周波重畳回路
を用いなくとも追記型、書き換え型光ディスク等の光源
として最適な高出力低雑音特性を実現することができ
る。
従って本発明方法を採用することにより、アクセス時
間が早く低コストな光ディスクシステムを構成すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
以下に図面を参照して本発明の一実施例である半導体レ
ーザ装置の駆動方法を説明する。第1図はその実施例を
適用する半導体レーザ装置の斜視図、第2図は第1図の
半導体レーザ装置の平面図、第3図は第1図の半導体レ
ーザ装置にその実施例を適用する態様を示す概念図であ
る。 1……n型GaAs基板、2……n型Al0.41Ga0.59Asクラッ
ド層、3……n型Al0.35Ga0.65As光導波層、4……Al
0.08Ga0.92As活性層、5……p型Al0.5Ga0.5As光反射
層、6……p型Al0.38Ga0.62Asクラッド層、7……n型
GaAs電極層、8……P+拡散層、9……n型電極、10……
p型電極、11……吸収領域、12……励起領域、13……電
極分離溝。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型半導体基板上に活性層と第2導
    電型半導体層とを順に積層してなり、前記第2導電型半
    導体層を共振器軸方向に関して電気的に分離して励起領
    域と吸収領域との二領域に分ける電気的分離構造が形成
    してあり、前記励起領域と吸収領域とは光学的に結合さ
    れている横モード制御型半導体レーザを駆動する方法に
    おいて、低出力動作時には、前記励起領域で利得が生じ
    るに足る大きさの第1の電圧V1を該励起領域に印加する
    とともに、前記吸収領域が発振光に対して損失となるだ
    けの第2の電圧V2を該吸収領域に印加して自励発振を生
    じた状態にし、高出力動作時には、前記励起領域に第1
    の電圧V1を印加するとともに、前記吸収領域で利得が生
    じるに足る大きさの第3の電圧V3を該吸収領域に印加
    し、該高出力動作と低出力動作とを交互に切り替えるこ
    とを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
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