JP2863340B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JP2863340B2
JP2863340B2 JP3100027A JP10002791A JP2863340B2 JP 2863340 B2 JP2863340 B2 JP 2863340B2 JP 3100027 A JP3100027 A JP 3100027A JP 10002791 A JP10002791 A JP 10002791A JP 2863340 B2 JP2863340 B2 JP 2863340B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,高出力動作が可能であ
り,高い信頼性および優れた低雑音性を有する半導体レ
ーザ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device capable of high-output operation, having high reliability and excellent low noise.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザ素子は,石英系の光ファイ
バが光通信方式の伝送媒体として利用可能であることが
見い出されて以来,その光源として注目されはじめ,こ
れに伴い半導体レーザ素子の研究が強力に推進された。
現在のところ,GaAs/AlGaAs系およびInP
/InGaAsP系の半導体レーザ素子が商用の光通信
回線に使用されている。また,半導体レーザ素子は,光
通信以外にも,光による計測制御や光情報処理など多く
の分野で広範囲に利用されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor laser devices have been attracting attention as light sources since the discovery that quartz-based optical fibers can be used as transmission media in optical communication systems. Strongly promoted.
At present, GaAs / AlGaAs system and InP
/ InGaAsP-based semiconductor laser devices are used in commercial optical communication lines. Semiconductor laser devices are widely used in many fields other than optical communication, such as measurement control using light and optical information processing.

【0003】しかし,半導体レーザ素子を光源として用
いると,光通信の分野においては,出射されたレーザ光
の一部が中継器や分波器などで反射されて戻り光とな
り,この戻り光が誘起する雑音が問題になっている。
However, when a semiconductor laser device is used as a light source, in the field of optical communication, a part of the emitted laser light is reflected by a repeater, a duplexer, or the like to become return light, and this return light is induced. Noise is a problem.

【0004】また,光学的に情報を記録および再生する
光ディスク装置などの情報記録再生装置においても,出
射されたレーザ光の一部がディスク面で反射されて,再
び半導体レーザ素子の共振器内部に戻ってくる。ディス
ク面からの戻り光は,素子内部の光と結合して雑音を発
生させ,それが原因で情報の記録時および再生時にエラ
ーが起こる。
[0004] In an information recording / reproducing apparatus such as an optical disk apparatus for optically recording and reproducing information, a part of the emitted laser light is reflected by the disk surface and re-enters the cavity of the semiconductor laser element. Come back. The return light from the disk surface combines with light inside the element to generate noise, which causes an error when recording and reproducing information.

【0005】したがって,特に,このような光情報処理
分野では,光源として用いられる半導体レーザ素子は,
相対雑音強度が−130dB/Hz以下であることが要
求される。しかも,上記のような情報記録再生装置にお
いては,情報書き込み時には50mW以上の高出力動作
および高い信頼性が必要とされる。
[0005] Therefore, especially in such an optical information processing field, a semiconductor laser device used as a light source is
It is required that the relative noise intensity be -130 dB / Hz or less. In addition, the information recording / reproducing apparatus as described above requires a high output operation of 50 mW or more and a high reliability at the time of writing information.

【0006】従来,光ディスク装置などの情報記録再生
装置に使用可能な高出力の半導体レーザ素子について
は,光出射端面の反射率を約5%程度にまで低下させ,
高い光出力を取り出すことが行われてきた。しかし,光
出射端面の反射率を低下させると,ディスク面からの戻
り光が素子内部の光と結合しやすくなるので,戻り光に
より誘起される雑音が増大することになる。
Conventionally, for a high-power semiconductor laser device usable for an information recording / reproducing device such as an optical disk device, the reflectivity of the light emitting end face is reduced to about 5%.
Extraction of high light output has been performed. However, when the reflectance at the light emitting end face is reduced, the return light from the disk surface is more likely to be combined with the light inside the element, so that the noise induced by the return light increases.

【0007】このような戻り光が誘起する雑音を低減す
るために,例えば,半導体レーザ素子の駆動電流に高周
波重畳電流を印加して多重縦モード発振を起こすことが
行われている。多重縦モード発振を起こすと,時間的な
コヒーレンスが低下するので,戻り光の影響が少なくな
り,雑音が低下するのである。また,光アイソレータを
用いて戻り光自体を減少させる方法や,半導体レーザ素
子を利得導波型と屈折率導波型との中間的な発振モード
制御方式に設定して半導体レーザ素子を自励発振させる
方法などが考えられている。
In order to reduce the noise induced by such return light, for example, a multi-longitudinal mode oscillation is performed by applying a high frequency superimposed current to a drive current of a semiconductor laser device. When multiple longitudinal mode oscillations occur, the temporal coherence is reduced, so that the influence of the return light is reduced and the noise is reduced. Also, a method of reducing the return light itself by using an optical isolator, or setting the semiconductor laser device to an oscillation mode control system intermediate between a gain guided type and a refractive index guided type, and causing the semiconductor laser device to self-oscillate. A method to make it work is considered.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし,半導体レーザ
素子に高周波重畳電流を印加する方法では,通常の半導
体レーザ駆動回路に加えて,高周波重畳電流を印加する
ための回路を外付けする必要がある。また,一般に,高
周波回路は通常の電子回路に比べて取扱いが複雑であ
り,このような回路を組み込んだ場合,装置外部への高
周波の不要輻射などを抑制するために,厳重なシールド
が必要であり,高周波重畳を用いないシステムに比べて
コストアップにつながる。
However, in the method of applying a high-frequency superimposed current to a semiconductor laser device, it is necessary to externally provide a circuit for applying the high-frequency superimposed current in addition to a normal semiconductor laser drive circuit. . In general, high-frequency circuits are more complicated to handle than ordinary electronic circuits. When such circuits are incorporated, strict shielding is required to suppress unnecessary radiation of high-frequency waves to the outside of the equipment. Yes, this leads to higher costs compared to systems that do not use high frequency superposition.

【0009】光アイソレータを用いる方法では,通常の
光学系に比べて,光アイソレータを挿入する分だけ光路
を延長する必要がある。これは,光学系の寸法を増大さ
せるので,装置の小型化が困難になる。しかも,光アイ
ソレータを用いることでコストアップにつながる。
In a method using an optical isolator, it is necessary to extend the optical path by an amount corresponding to the insertion of the optical isolator, as compared with a normal optical system. This increases the size of the optical system, making it difficult to reduce the size of the device. Moreover, the use of an optical isolator leads to an increase in cost.

【0010】半導体レーザ素子を利得導波型と屈折率導
波型との中間的な発振モード制御方式に設定して半導体
レーザ素子を自励発振させる方法では,半導体レーザ素
子の非点収差が大きくなるので,小さい集光スポットを
必要とする用途(例えば,上記の情報記録再生装置の光
源)には適さない。また,駆動電流と光出力との関係が
比較的低い出力で破綻を来たし,高出力動作を行わせる
ことができない。
In a method in which the semiconductor laser device is set to an oscillation mode control system intermediate between the gain waveguide type and the refractive index waveguide type and the semiconductor laser device is self-excited, astigmatism of the semiconductor laser device is large. Therefore, it is not suitable for applications requiring a small condensed spot (for example, the light source of the information recording / reproducing apparatus described above). In addition, the relationship between the drive current and the optical output is broken at a relatively low output, and a high output operation cannot be performed.

【0011】なお,通常の半導体レーザ素子において,
光出射端面の反射率を高めれば,戻り光により誘起され
る雑音を減少させることは可能であるが,高出力動作を
行わせると,素子内部における光密度が増大して信頼性
の低下または光出射端面の破壊につながる。
In a normal semiconductor laser device,
It is possible to reduce the noise induced by the return light by increasing the reflectivity of the light emitting end face. However, when high output operation is performed, the light density inside the device increases, and the reliability decreases or the light This leads to destruction of the emission end face.

【0012】本発明は,上記従来の問題点を解決するも
のであり,その目的とするところは,それ自体が優れた
低雑音特性を有するので,例えば,光ディスク装置など
の情報記録再生装置の光源として用いた場合に,高周波
回路や光アイソレータを用いる必要がなく,しかも高出
力動作が可能であり,特に高出力動作下でも優れた信頼
性を示す半導体レーザ素子を提供することにある。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems. The object of the present invention is to provide a light source for an information recording / reproducing apparatus, such as an optical disk apparatus, because it has excellent low noise characteristics. It is therefore an object of the present invention to provide a semiconductor laser device which does not require a high-frequency circuit or an optical isolator, can operate at high output, and exhibits excellent reliability even under high output operation.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、半導体基板上に形成された活性層を含む積層構造
と、この半導体基板および積層構造の側面で構成される
レーザ共振器端面のうち光出射端面側のレーザ共振器端
面上に形成され、前記活性層より禁制帯幅が大きい半導
体層と、該半導体層上に形成された誘電体反射膜とを備
え、前記光出射端面の反射率が20%以上であることに
より、上記目的が達成される。
According to the present invention, there is provided a semiconductor laser device comprising a laminated structure including an active layer formed on a semiconductor substrate, and a laser cavity end face formed by side surfaces of the semiconductor substrate and the laminated structure. A semiconductor layer formed on the laser resonator end face on the light emitting end face side and having a larger forbidden band width than the active layer; and a dielectric reflection film formed on the semiconductor layer; and a reflectance of the light emitting end face . Is 20% or more, the above object is achieved.

【0014】上記半導体レーザ素子の構造は,特に限定
されず,ダブルヘテロ構造(DH構造),量子井戸構造
(QW構造),分離閉じ込めヘテロ構造(SCH構造)
などを採用することができる。また,これらの構造にレ
ーザ光を横方向で閉じ込める機構を併用してもよく,例
えば,VSIS(V−channeledSubstr
ate Inner Stripe)構造と称する内部
ストライプ型を採用することができる。
The structure of the above-mentioned semiconductor laser device is not particularly limited, but includes a double hetero structure (DH structure), a quantum well structure (QW structure), and an isolated confinement hetero structure (SCH structure).
Etc. can be adopted. Further, a mechanism for confining the laser beam in the lateral direction may be used in combination with these structures. For example, VSIS (V-channeled Substr.)
An inner stripe type referred to as an “ate Inner Stripe” structure can be employed.

【0015】上記半導体レーザ素子の基板および積層構
造は,従来から用いられている半導体材料で形成すれば
よく,例えば,GaAs,AlGaAs,InP,In
GaAlP,InGaAsPなどが用いられる。この半
導体基板上に活性層を含む積層構造を形成する方法は,
従来から用いられている結晶成長法でよく,例えば,液
相エピタキシャル成長法(LPE法),有機金属気相成
長法(MOCVD法),分子線エピタキシャル成長法
(MBE法)などが用いられる。
The substrate and the laminated structure of the semiconductor laser device may be formed of a conventionally used semiconductor material, for example, GaAs, AlGaAs, InP, InP.
GaAlP, InGaAsP or the like is used. The method of forming a stacked structure including an active layer on the semiconductor substrate is as follows.
A conventionally used crystal growth method may be used, for example, a liquid phase epitaxial growth method (LPE method), a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), a molecular beam epitaxial growth method (MBE method), or the like.

【0016】光出射端面上に形成される半導体層につい
ては,活性層より禁制体幅が大きい半導体材料で形成す
ればよく,例えば,AlGaAs,InGaAlP,I
nGaAsP,ZnSe,ZnSなどが用いられる。こ
の半導体層を形成する方法は,レーザ共振器端面上に半
導体層を形成することが可能な成長方法であればよく,
例えば,有機金属気相成長法(MOCVD法),分子線
エピタキシャル成長法(MBE法),原子層エピタキシ
ャル成長法(ALE法),有機金属分子線エピタキシャ
ル成長法(MOMBE法)などが用いられる。
The semiconductor layer formed on the light emitting end face may be formed of a semiconductor material having a larger forbidden body width than the active layer. For example, AlGaAs, InGaAlP, I
nGaAsP, ZnSe, ZnS or the like is used. The method of forming the semiconductor layer may be any growth method capable of forming the semiconductor layer on the end face of the laser cavity.
For example, metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), atomic layer epitaxy (ALE), metal organic molecular epitaxy (MOMBE) and the like are used.

【0017】この半導体層の厚さは,その材料に依存す
るが,例えば,AlGaAsを用いた場合には,0.2
nm〜3μmの範囲内で設定される。このような範囲内
では,半導体基板および積層構造との格子不整合から生
じる歪みの影響が少なく,良好な結晶性を有する薄い半
導体層が形成されるので,窓効果が現れる。
The thickness of the semiconductor layer depends on its material. For example, when using AlGaAs,
It is set within the range of nm to 3 μm. Within such a range, a window effect appears because a thin semiconductor layer having good crystallinity is formed with little influence of distortion caused by lattice mismatch between the semiconductor substrate and the laminated structure.

【0018】上記の半導体層上に形成される反射膜は、
光出射端面の反射率が20%以上となる構成であればよ
く、その材料は特に限定されない。反射膜の材料として
は、例えば、Al23、SiO2、AlNなどの誘電体
材料が用いられる。反射膜の形成方法としては、例え
ば、真空蒸着法などが用いられる。反射膜の反射率を、
その材質に依存して厚さを変えて、適切に設定すること
により、光出射端面の反射率が20%以上に制御され
る。
The reflection film formed on the semiconductor layer is
It is sufficient that the reflectivity of the light emitting end face is 20% or more, and the material is not particularly limited. As a material for the reflection film, for example, a dielectric material such as Al 2 O 3 , SiO 2 , or AlN is used. As a method for forming the reflective film, for example, a vacuum evaporation method or the like is used. The reflectance of the reflective film,
By changing the thickness depending on the material and setting it appropriately, the reflectance of the light emitting end face is controlled to 20% or more.

【0019】[0019]

【作用】上記構成によれば、光出射側のレーザ共振器端
面上に、活性層より禁制帯幅が大きい半導体層を形成す
る際に、半導体層の厚さが0.2nmから3μmの範囲
内で設定されるので、半導体基板および積層構造との格
子不整合に起因する半導体層の歪みの影響が少なく、良
好な結晶性を有する半導体層が形成される。このため、
半導体層と共振器端面との間に良好な界面が形成される
ので、レーザ共振器端面の近傍で非発光再結合が起こら
ず、良好な窓効果が現れ、共振器端面の劣化が防止され
る。しかも、光出射端面の反射率が20%以上であり、
従来の高出力半導体レーザ素子の数%に比べて非常に大
きいので、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光
が、光ディスクなどで反射された戻り光と結合すること
が防止される。その結果、戻り光により誘起される雑音
が低減され、光ディスク装置などの情報記録再生装置の
光源として用いる場合に要求される−130dB/Hz
以下という相対雑音強度が実現され、例えば、50mW
以上の高出力動作下でも高い信頼性が得られる。
According to the above structure, when a semiconductor layer having a larger bandgap than the active layer is formed on the end face of the laser cavity on the light emission side, the thickness of the semiconductor layer is in the range of 0.2 nm to 3 μm. Therefore, the effect of distortion of the semiconductor layer due to lattice mismatch with the semiconductor substrate and the laminated structure is small, and a semiconductor layer having good crystallinity is formed. For this reason,
Since a good interface is formed between the semiconductor layer and the cavity facet, non-radiative recombination does not occur near the laser cavity facet, a good window effect appears, and deterioration of the cavity facet is prevented. . Moreover, the reflectance of the light emitting end face is 20% or more,
Since it is much larger than several percent of the conventional high-power semiconductor laser element, the laser light emitted from the semiconductor laser element is prevented from being combined with the return light reflected by the optical disk or the like. As a result, noise induced by return light is reduced, and is required to be -130 dB / Hz when used as a light source of an information recording / reproducing device such as an optical disk device.
The following relative noise intensity is realized, for example, 50 mW
High reliability can be obtained even under the high output operation described above.

【0020】[0020]

【実施例】以下に,本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0021】本実施例では,VSIS構造を有する内部
ストライプ型の半導体レーザ素子を作製した。この半導
体レーザ素子の構造を図1に示す。図2は,図1のA−
A’線に沿った部分的な断面図であり,光出射側のレー
ザ共振器端面近傍の構造を示す。なお,VSIS構造に
ついては,例えば,S.Yamamotoら,App
l.Phys.Lett.,Vol.40,No.5,
pp.372−374(1982)を参照されたい。こ
のような半導体レーザ素子は以下のようにして作製され
た。
In this embodiment, an internal stripe type semiconductor laser device having a VSIS structure was manufactured. FIG. 1 shows the structure of this semiconductor laser device. FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along line A ′, showing a structure near a laser resonator end face on a light emission side. The VSIS structure is described in, for example, S.D. Yamamoto et al., App.
l. Phys. Lett. , Vol. 40, no. 5,
pp. 372-374 (1982). Such a semiconductor laser device was manufactured as follows.

【0022】まず,p−GaAs基板100上に,液相
エピタキシャル成長法(LPE法)により,n−GaA
s電流阻止層101を成長させた後,ホトリソグラフィ
法および化学エッチングにより,n−GaAs電流阻止
層101を貫きp−GaAs基板100に達するV字形
ストライプ溝102を形成した。次いで,液相エピタキ
シャル成長法(LPE法)により,V字形ストライプ溝
102を埋めるように,p−Al0.45Ga0.55As第1
クラッド層103を成長させた後,引き続いて,p−A
0.15Ga0.85As活性層104,n−Al0.45Ga
0.55As第2クラッド層105,およびn−GaAsコ
ンタクト層106を順次成長させた。
First, n-GaAs is formed on a p-GaAs substrate 100 by a liquid phase epitaxial growth method (LPE method).
After growing the s current blocking layer 101, a V-shaped stripe groove 102 penetrating the n-GaAs current blocking layer 101 and reaching the p-GaAs substrate 100 was formed by photolithography and chemical etching. Next, p-Al 0.45 Ga 0.55 As first is filled by a liquid phase epitaxial growth method (LPE method) so as to fill the V-shaped stripe groove 102.
After growing the cladding layer 103, p-A
l 0.15 Ga 0.85 As active layer 104, n-Al 0.45 Ga
A 0.55 As second cladding layer 105 and an n-GaAs contact layer 106 were sequentially grown.

【0023】このようにして得られたウエハを劈開する
ことにより,レーザ共振器端面107および108を形
成した(共振器長は450μm)。そして,これらの端
面上に,有機金属気相成長法(MOCVD法)により,
それぞれ,高抵抗Al0.5Ga0.5As層(キャリア密度
1017/cm3以下,厚さ1μm)109および110
を成長させた。なお,高抵抗Al0.5Ga0.5As層10
9および110は,p−Al0.15Ga0.85As活性層1
04より大きい禁制帯幅を有する。次いで,p−GaA
s基板100の裏面にはp側電極111を形成し,n−
GaAsコンタクト層106の表面にはn側電極112
を形成した。
By cleaving the wafer thus obtained, laser resonator end faces 107 and 108 were formed (resonator length was 450 μm). Then, on these end faces, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method is used.
High resistance Al 0.5 Ga 0.5 As layers (carrier density 10 17 / cm 3 or less, thickness 1 μm) 109 and 110
Grew. The high resistance Al 0.5 Ga 0.5 As layer 10
9 and 110 are p-Al 0.15 Ga 0.85 As active layers 1
It has a band gap greater than 04. Then, p-GaA
A p-side electrode 111 is formed on the back surface of the s substrate 100,
An n-side electrode 112 is provided on the surface of the GaAs contact layer 106.
Was formed.

【0024】さらに、光出射側となるレーザ共振器端面
107上の高抵抗Al0.5Ga0.5As層109の表面に
は、真空蒸着法により、Al23誘電体反射膜113
(厚さ55nm)を形成した。なお、光出射端面の反射
率は20%に制御した。他方、レーザ共振器端面108
上の高抵抗Al0.5Ga0.5As110の表面には、Al
23誘電体膜(厚さ122nm)とSi膜(厚さ50n
m)との多層反射膜114を形成した。なお、光出射側
ではない端面の反射率は約95%に制御した。このよう
にして得られた半導体レーザ素子は、光出射端面の反射
率20%の端面を光出射側としてヒートシンク上にマウ
ントし、駆動電流を印加したところ、波長780nmの
レーザ光を出射した。そして、この半導体レーザ素子の
駆動電流−光出力特性、相対雑音強度などについて調べ
た。
Further, on the surface of the high-resistance Al 0.5 Ga 0.5 As layer 109 on the laser resonator end face 107 on the light emitting side, an Al 2 O 3 dielectric reflection film 113 is formed by vacuum evaporation.
(Thickness: 55 nm). In addition, the reflectance of the light emitting end face was controlled to 20%. On the other hand, the laser cavity facet 108
The surface of the high resistance Al 0.5 Ga 0.5 As 110
2 O 3 dielectric film (122 nm thick) and Si film (50 n thick)
m) to form a multilayer reflective film 114. The reflectivity of the end face other than the light exit side was controlled to about 95%. The semiconductor laser device obtained in this way, the end surface reflectivity of 20% of the light emitting end face and mounted on a heat sink as a light emitting side, it was applied to the driving current, and emits a laser beam having a wavelength of 780 nm. Then, the drive current-optical output characteristics, relative noise intensity, and the like of this semiconductor laser device were examined.

【0025】図3に,半導体レーザ素子の駆動電流と光
出力との関係を示す。実線は,本実施例で得られた半導
体レーザ素子に関するデータであり,点線は,比較のた
めに作製した従来の半導体レーザ素子(レーザ共振器端
面上に高抵抗Al0.5Ga0.5As層109および110
を有しないこと以外は本実施例の半導体レーザ素子と同
じ構造を有する)に関するデータである。従来の半導体
レーザ素子が130mWの光出力で破壊したのに対し
て,本実施例の半導体レーザ素子は380mWの光出力
まで安定に発振し,熱飽和に至った。このことから,本
実施例の半導体レーザ素子では,レーザ共振器端面10
7と高抵抗Al0.5Ga0.5As層109との間,および
レーザ共振器端面108と高抵抗Al0.5Ga0.5As層
110との間には良好な界面が形成され,レーザ共振器
端面の近傍で光吸収による非発光再結合が起こらず,良
好な窓効果が得られていることがわかる。なお,本実施
例の半導体レーザ素子は,50℃,100mWの駆動条
件下では,8,000時間以上にわたって安定に動作
し,極めて良好な信頼性を示した。
FIG. 3 shows the relationship between the drive current of the semiconductor laser device and the optical output. The solid line is data on the semiconductor laser device obtained in this example, and the dotted line is a conventional semiconductor laser device (for example, a high-resistance Al 0.5 Ga 0.5 As layer 109 and 110
Except that it does not have the same structure as the semiconductor laser device of the present embodiment). While the conventional semiconductor laser device was destroyed at an optical output of 130 mW, the semiconductor laser device of the present embodiment oscillated stably up to an optical output of 380 mW, and reached thermal saturation. Therefore, in the semiconductor laser device of this embodiment, the laser cavity facet 10
7 and the high-resistance Al 0.5 Ga 0.5 As layer 109, and between the laser cavity facet 108 and the high-resistance Al 0.5 Ga 0.5 As layer 110, good interfaces are formed. It can be seen that non-radiative recombination due to light absorption does not occur and a good window effect is obtained. Note that the semiconductor laser device of the present example operated stably for 8,000 hours or more under driving conditions of 50 ° C. and 100 mW, and showed extremely good reliability.

【0026】次に、本実施例で得られた半導体レーザ素
子の出力光の強度ノイズを測定した。ノイズの測定条件
としては、駆動方法は自動光出力制御(APC)5m
W、室温、中心周波数1MHz、バンド幅30kHz、
コリメートレンズの開口数(NA)0.3、光路長60
mmであった。本実施例の半導体レーザ素子は、高周波
重畳電流を印加せずに戻り光を0.01%〜10%まで
変化させたところ、−130dB/Hzの最大相対雑音
強度が得られ、光ディスク装置などの情報記録再生装置
の光源として実用可能な値を示した。さらに、光出射端
の反射率と相対雑音強度との関係を調べた。その結果
を図4に示す。この図に示す相対雑音強度は戻り光を
0.01%〜10%まで変化させた時の最大値である。
この図から明らかなように、光出射端面の反射率を上昇
させると、相対雑音強度が向上する。一般に、高周波回
路や光アイソレータを用いることなく、半導体レーザ素
子を光ディスク装置などの情報記録再生装置の光源とし
て応用するためには、相対雑音強度が−130dB/H
z以下でなければならない。したがって、図4から光出
射端面の反射率を20%以上に設定すればよいことがわ
かる。
Next, the intensity noise of the output light of the semiconductor laser device obtained in this embodiment was measured. As for the noise measurement conditions, the driving method is automatic light output control (APC) 5 m.
W, room temperature, center frequency 1MHz, bandwidth 30kHz,
Numerical aperture (NA) of collimating lens 0.3, optical path length 60
mm. In the semiconductor laser device of this example, when the return light was changed from 0.01% to 10% without applying the high frequency superimposed current, the maximum relative noise intensity of -130 dB / Hz was obtained, and the The values that can be practically used as the light source of the information recording / reproducing device are shown. Furthermore, the light emitting end
The relationship between the reflectance of the surface and the relative noise intensity was investigated. FIG. 4 shows the results. The relative noise intensity shown in this figure is the maximum value when the return light is changed from 0.01% to 10%.
As is apparent from this figure, when the reflectance of the light emitting end face is increased, the relative noise intensity is improved. Generally, in order to apply a semiconductor laser element as a light source of an information recording / reproducing device such as an optical disk device without using a high-frequency circuit or an optical isolator, the relative noise intensity is -130 dB / H.
must be less than or equal to z. Therefore, light emission from FIG.
It is understood that the reflectivity of the firing end face should be set to 20% or more.

【0027】さらに,レーザ共振器端面上に形成する半
導体層の厚さについて調べた。一般に,このような半導
体層は,活性層より大きい禁制帯幅を有する限り,原理
的には,1分子層(AlGaAs層の場合で約0.2n
m)以上の厚さを有すれば,窓効果が現れる。しかし,
半導体層の厚さをある程度大きくすると,半導体基板お
よび積層構造を構成する半導体材料との格子不整合に起
因して,この半導体層中に歪みが発生し,その結晶性が
低下する。したがって,レーザ共振器端面上に形成する
半導体層の厚さは,このような結晶性の低下が問題にな
る臨界的な厚さが上限となると考えられる。
Further, the thickness of the semiconductor layer formed on the end face of the laser resonator was examined. Generally, as long as such a semiconductor layer has a forbidden band width larger than the active layer, in principle, it is a single molecular layer (about 0.2 n in the case of an AlGaAs layer).
If the thickness is more than m), a window effect appears. However,
When the thickness of the semiconductor layer is increased to some extent, strain is generated in the semiconductor layer due to lattice mismatch with the semiconductor substrate and the semiconductor material constituting the laminated structure, and the crystallinity is reduced. Therefore, it is considered that the upper limit of the thickness of the semiconductor layer formed on the end face of the laser resonator is a critical thickness at which such a decrease in crystallinity is problematic.

【0028】実際,本実施例の半導体レーザ素子におい
て,高抵抗Al0.5Ga0.5As層109の厚さを変化さ
せた場合の最大光出力を求めた。その結果を図5に示
す。この図から明らかなように,厚さが3μmを越える
と,最大光出力が減少しはじめる。したがって,レーザ
共振器端面上に形成する半導体層がAlGaAsからな
る場合には,その厚さを0.2nm〜3.0μmの範囲
内で設定すればよい。
Actually, in the semiconductor laser device of the present embodiment, the maximum optical output when the thickness of the high-resistance Al 0.5 Ga 0.5 As layer 109 was changed was determined. The result is shown in FIG. As is apparent from this figure, when the thickness exceeds 3 μm, the maximum light output starts to decrease. Therefore, when the semiconductor layer formed on the end face of the laser resonator is made of AlGaAs, its thickness may be set in the range of 0.2 nm to 3.0 μm.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、高出力動作が可能であ
り、特に高出力動作下でも高い信頼性を有すると共に、
優れた低雑音特性を有する半導体レーザ素子が得られ
る。特に、光出射側のレーザ共振器端面上に、活性層よ
り禁制帯幅が大きい半導体層を形成する際に、半導体層
の厚さを0.2nmから3μmの範囲内で設定するの
で、半導体基板および積層構造との格子不整合に起因す
る半導体層の歪みの影響を少なくでき、良好な結晶性を
有する半導体層を形成することができる。このため、半
導体層と共振器端面との間に良好な界面を形成すること
ができるので、レーザ共振器端面の近傍で非発光再結合
が起こらず、良好な窓効果が現れ、共振器端面の劣化を
防止することができる。しかも、光出射端面の反射率が
20%以上であるので、戻り光雑音の相対雑音強度は−
130dB/Hz以下である。このような半導体レーザ
素子を光ディスク装置などの情報記録再生装置の光源と
して用いれば、高周波回路や光アイソレータなどを用い
ることなく、書き込み時および読み取り時のエラー発生
を防止することができる。したがって、情報記録再生装
置を小型化し得ると共に、製造コストを低減することが
できる。
According to the present invention, high output operation is possible, and particularly, high reliability is obtained even under high output operation.
A semiconductor laser device having excellent low noise characteristics can be obtained. In particular, when a semiconductor layer having a larger forbidden band width than the active layer is formed on the end face of the laser resonator on the light emission side, the thickness of the semiconductor layer is set in the range of 0.2 nm to 3 μm. In addition, the effect of distortion of the semiconductor layer due to lattice mismatch with the stacked structure can be reduced, and a semiconductor layer having good crystallinity can be formed. For this reason, a good interface can be formed between the semiconductor layer and the cavity facet, so that non-radiative recombination does not occur near the laser cavity facet, a good window effect appears, and the cavity facet is formed. Deterioration can be prevented. Moreover, since the reflectivity of the light emitting end face is 20% or more, the relative noise intensity of the return light noise is-
130 dB / Hz or less. If such a semiconductor laser element is used as a light source of an information recording / reproducing device such as an optical disk device, it is possible to prevent errors during writing and reading without using a high-frequency circuit or an optical isolator. Therefore, it is possible to reduce the size of the information recording / reproducing apparatus and reduce the manufacturing cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例である半導体レーザ素子の構
造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A’線に沿った部分的な断面図であ
る。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【図3】図1の半導体レーザ素子および従来の半導体レ
ーザ素子について駆動電流と光出力との関係を示すグラ
フ図である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between drive current and light output for the semiconductor laser device of FIG. 1 and a conventional semiconductor laser device.

【図4】図1の半導体レーザ素子の光出射端面の反射率
と相対雑音強度との関係を示すグラフ図である。
4 is a graph showing the relationship between the reflectance of the light emitting end face of the semiconductor laser device of FIG. 1 and the relative noise intensity.

【図5】図1の半導体レーザ素子の光出射側のレーザ共
振器端面上に形成された半導体層の厚さと最大光出力と
の関係を示すグラフ図である。
5 is a graph showing the relationship between the thickness of a semiconductor layer formed on the laser resonator end face on the light emission side of the semiconductor laser device of FIG. 1 and the maximum light output.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 GaAs基板 101 n−GaAs電流阻止層 102 V字形ストライプ溝 103 p−Al0.45Ga0.55As第1クラッド層 104 p−Al0.15Ga0.85As活性層 105 n−Al0.45Ga0.55As第2クラッド層 106 n−GaAsコンタクト層 107 光出射側のレーザ共振器端面 108 他方のレーザ共振器端面 109,110 高抵抗Al0.5Ga0.5As半導体層 113 Al23誘電体反射膜 114 Al23誘電体膜とSi膜との多層反射膜Reference Signs List 100 GaAs substrate 101 n-GaAs current blocking layer 102 V-shaped stripe groove 103 p-Al 0.45 Ga 0.55 As first cladding layer 104 p-Al 0.15 Ga 0.85 As active layer 105 n-Al 0.45 Ga 0.55 As second cladding layer 106 n-GaAs contact layer 107 Laser resonator end face on light emission side 108 Other laser resonator end face 109, 110 High-resistance Al 0.5 Ga 0.5 As semiconductor layer 113 Al 2 O 3 dielectric reflection film 114 Al 2 O 3 dielectric film Reflective film of Si and Si film

フロントページの続き (72)発明者 近藤 正樹 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャー プ株式会社内 (72)発明者 山本 三郎 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャー プ株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−166586(JP,A) 特開 昭64−19787(JP,A) 1991年(平成3年)春季第38回応物学 会予稿集 29p−D−15 p.971 1988年(昭和63年)春季第35回応物学 会予稿集 30p−ZQ−9 p.900 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18Continued on the front page (72) Inventor Masaki Kondo 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City Inside Sharpe Co., Ltd. (72) Inventor Saburo Yamamoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City Sharpe Co., Ltd. (56) Reference References JP-A-1-166586 (JP, A) JP-A-64-19787 (JP, A) 1991 (Heisei Era) The 38th Spring Meeting of the Society of Applied Chemistry 29p-D-15 p. 971 Proceedings of the 35th Annual Meeting of the Society for Natural Sciences, Spring 1988 (Showa 63) 30p-ZQ-9 p. 900 (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された活性層を含む
積層構造と、 この半導体基板および積層構造の側面で構成されるレー
ザ共振器端面のうち光出射端面側のレーザ共振器端面上
に形成され、前記活性層より禁制帯幅が大きい半導体層
と、 該半導体層上に形成された誘電体反射膜とを備え、 前記光出射端面の反射率が20%以上であることを特徴
とする半導体レーザ素子。
1. A laminated structure including an active layer formed on a semiconductor substrate, and a laser cavity formed on a side of the semiconductor substrate and the laminated structure formed on a laser cavity end face on a light emitting end face side. A semiconductor layer having a larger forbidden band width than the active layer; and a dielectric reflection film formed on the semiconductor layer, wherein the light emitting end face has a reflectance of 20% or more. Laser element.
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