JP2955877B2 - 半導体レーザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、書き換え可能型光ディスク装置などの光情
報処理機器において記録用と再生用とに兼用される光源
として用いるのに適している半導体レーザに関する。

（従来の技術） 書き換え可能型光ディスク装置における情報の記録媒
体は光磁気ディスクである。光磁気ディスクの既に公知
な構造は、ガラス基板等の基体上に希土類−鉄合金の非
晶質薄膜をスパッタリングにて成膜して膜面に垂直な方
向に磁化容易軸を有する磁性膜を被覆してなる。この光
磁気ディスクに半導体レーザビームを照射するヘッド等
を付加することで情報の記録・再生・消去を行う書き換
え可能型の光ディスク装置が構成される。この光ディス
ク装置において、情報の記録は、レーザビームを約１μ
ｍφ程度に集光したものを上記磁性膜面に照射して該磁
性膜の温度を局所的に上昇させてその温度上昇部分の保
持力を減少させ、同時に外部より補助磁場を印加するこ
とで磁化の向きを反転させて行う（消去も同様の方法で
可能である）。また記録された情報の再生は、記録され
た磁性膜面に記録時より弱い光量の半導体レーザによる
直線偏光を照射してその反射した光の磁場の影響による
偏光面の傾きを利用して光の強弱に変え、それを光検出
器で検出して行う。

以上の構造から、書き換え可能型光ディスク装置にお
ける半導体レーザには記録時に高出力のレーザ光、再生
時に低出力のレーザ光を射出する構成が必要となり、こ
れら２つのレベルの出力を速やかに切り換える回路がそ
の光ディスク装置には備えられている。

このような方式の書き換え可能型光ディスク装置にお
ける半導体レーザには、一般に再生時の光出力として3m
W程度が求められ、記録時の光出力として20〜30mWが求
められる。このような２種類の出力のレーザ光源とし
て、従来は第２図および第３図に断面図でそれぞれ示す
構造の低出力レーザおよび高出力レーザが用いられてい
た。

これら図に示す両レーザにおける半導体積層構造は同
じであり、ｎ−GaAs基板２の上にｎ−GaAsバッファ層
３、ｎ−GaAlAsクラッド層４、GaAlAs活性層６、Ｐ−Ga
AlAsクラッド層７およびｐ−GaAsキャップ層９をこの順
に積層してなる。そして、その半導体積層構造の下面お
よび上面にｎ−オーミック電極１およびｐ−オーミック
電極10がそれぞれ設けられている。

第２図の低出力レーザにおいてはAl₂O₃でなるAR膜
（無反射膜）11および14が積層構造の両端面に設けられ
ている。活性層６をクラッド層４および７で挾んでなる
二重ヘテロ構造の両端面をAR膜で被覆してなる共振器構
造が形成されており、AR膜11または14を透過したレーザ
光が出力光として用いられる。

第３図の高出力レーザにおいてはAR膜11およびHR膜
（高反射膜）12が積層構造の両端面に設けられている。
そのHR膜12は、Al₂O₃膜とアモルファスSi膜とを交互に
積層してなる多層膜である。この高出力レーザでは二重
ヘテロ構造の両端面をAR膜11とHR膜12とで被覆してなる
共振器構造が形成されており、AR膜１を透過したレーザ
光が出力光として用いられる。

従来の書き換え可能型光ディスク装置においては、再
生用光源および記録用光源として第２図および第３図の
半導体をそれぞれ備えていた。

他方、１つの半導体レーザで異なるレベルの２つのレ
ーザ光を得る方式も提案されている。

例えば、特開平２−31474号に「半導体レーザの発振
制御法」なる名称で開示されている方式では、半導体レ
ーザの上部電極を２つの部分で構成し、これら電極に異
なるレベルの電流パルスを注入し、それら電流パルスの
重なり時間および相対位置を変えることにより、発振波
長と各発振波長の発振強度比を制御している。このよう
な１つの半導体レーザを用いることにより、波長の異な
る２つのレーザ光を任意の強度比で得ようとしている。

また、特開昭61−192043号に開示されている方式に
「半導体レーザ駆動装置」がある。この装置では、１つ
の半導体レーザにつき３つの電流源を設けておき、再生
時には小さい電流で駆動し、記録時には大きい電流源で
駆動する。このような駆動方式を採用することにより、
光ディスク装置における再生レーザ光および記録レーザ
光が１つの半導体レーザで得られるとしている。

（発明が解決しようとする課題） 書き換え可能型光ディスク装置において、第２図の低
出力レーザおよび第３図の高出力レーザを再生用光源お
よび記録用光源としてそれぞれ用いると、再生時と記録
時とでレーザ光の出射点が異なる。再生時と記録時とで
レーザ光の出射点が異なると、光磁気ディスクにおける
再生位置と記録位置とが異なり、既に記録してある情報
に新たな情報を付け足すという編集をしたときに、既記
録情報と新記録情報とを連続させることができず、再生
時に両情報間に空白ができてしまう。このように、既記
録情報と新記録情報との２つの情報を連続して記録させ
られないと、画像や音声やデータの編集において大変に
不便である。

前掲の特開平２−31474号に示された半導体レーザで
は、上部電極は２つの部分でなるが、活性層は１つであ
り、したがって共振器は１つであるから、２つの波長の
出力比はさして大きく取れない。書き換え可能型光ディ
スク装置では、再生時と記録時とでは出力の比で４倍程
度の差が必要であり、特開平２−31474号の半導体レー
ザは書き換え可能型光ディスク装置には適用できない。

また、前掲の特開昭61−192043号に示された方式で
は、１つの半導体レーザに注入する電流を制御するだけ
で、再生時の低出力レーザ光と記録時の高出力レーザ光
とを得ている。ところが、その１つの半導体レーザが第
２図に示すような低出力レーザであるとすれば、そのレ
ーザに高電流を流して高出力のレーザ光を得ようとする
と、光出力密度が高くなってモード変形が生じたり、反
射面の破壊が生じたりする。他方、もしその１つの半導
体レーザが第３図に示すような高出力レーザであるとす
れば、そのレーザに小さい電流を注入して低出力のレー
ザ光を得ようとすると、非点収差やビーム放射角が変化
し、ひいては光スポット径が変化する。このように高出
力時と低出力時とで光スポット径が変ると、高出力で記
録に用いていて、その半導体レーザを次にそのまま低出
力に切り換えて再生に用いるということはできない。

以上に述べた如く、書き換え可能型光ディスク装置に
おいて記録と再生とに兼用させるには従来の半導体レー
ザにはそれぞれ解決すべき課題があった。そこで、本発
明の目的は、レベルの異なる２つのレーザ光を任意に切
り換えて１つの点から出射でき、高低両出力レベル比が
４程度またはそれ以上に大きく、高出力と低出力とを切
り換えてもモード変形やビーム放射角の変化がなく、高
出力時でも反射面が破壊されることなく、低出力時にも
非点収差がない半導体レーザの提供にある。

（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、 高出力レーザ発振部と低出力レーザ発振部とが共通の
基板上に形成されており、 前記高出力レーザ発振部は、前記基板上に積層された
第１の活性層を該第１の活性層の層面に垂直な無反射膜
および高反射膜で挾んでなる共振器構造を有し、 前記低出力レーザ発振部は、前記基板上に積層された
第２の活性層を該第２の活性層の層面に垂直な２つの無
反射膜で挾んでなる共振器構造を有し、 前記高出力レーザ発振部および低出力レーザ発振部で
それぞれ発生される高出力レーザ光および低出力レーザ
光を共通の導波路で導出する１つのガイド層が前記基板
上に設けてある ことを特徴とする半導体レーザである。

また、その半導体レーザは、 第１のクラッド層と前記ガイド層とがこの順に前記基
板上に全面に積層され、 前記ガイド層上には前記第１および第２の活性層が溝
で互いに分離されて同一平面上に積層され、 前記第１および第２の活性層上には第２および第３の
クラッド層が前記溝で互いに分離されて同一平面上にそ
れぞれ積層されており、 前記第１のクラッド層とガイド層と第１の活性層と第
２のクラッド層とが前記高出力レーザ発振部の二重ヘテ
ロ構造をなし、 前記第１のクラッド層とガイド層と第２の活性層と第
３のクラッド層とが前記低出力レーザ発振部の二重ヘテ
ロ構造をなし、 前記溝の側面が無反射膜で被覆されており、 前記高出力レーザ発振部の前記二重ヘテロ構造の端面
が高反射膜で被覆されており、 前記低出力レーザ発振部の前記二重ヘテロ構造の端面
が無反射膜で被覆されている 構造を採用することにより容易に実現できる。

（作用） 本発明の半導体レーザでは、上述の如く、高出力レー
ザ発振部の共振器構造と低出力レーザ発振部の共振器構
造とが互いに独立に設けられているので、第３図の高出
力レーザと第２図の低出力レーザとを個々に備える方式
と同じく、低出力レーザ光の出力に対する高出力レーザ
光の出力の比を４またはそれ以上に大きくすることがで
きる。それら高出力レーザ発振部のレーザ光と低出力レ
ーザ発振部のレーザ光とを共通の導波路で導出する１つ
のガイド層が設けてあるから、高出力レーザ光と低出力
レーザ光とは１つの点から出射することができる。

本発明ではこのように高低のレーザ光を互いに独立に
発生させ、共通のガイド層で取り出す構造を採用してい
るから、高出力と低出力とを切り換えてもモード変形や
ビーム放射角の変化がなく、高出力時に反射面が破壊さ
れることもなく、低出力時に非点収差が生じることもな
い。

（実施例） 次に実施例を挙げ本発明を一層詳しく説明する。

第１図（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例を示す図で
あり、第１図（ａ）は共振器軸を含む平面であって同図
（ｂ）のＢ−Ｂ′面の断面図、第１図（ｂ）はその共振
器軸に垂直な平面であって同図（ａ）のＡ−Ａ′面の断
面図である。

この実施例の製作においては、まずMOCVD（有機金属
気相成長）法により、ｎ−GaAs基板２上に、ｎ−GaAsバ
ッファ層３、ｎ−GaAlAsクラッド層４、ｎ−GaAlAsガイ
ド層５の結晶をこの順に成長させる。次に、低出力レー
ザ発振部および溝に当たる部分（第１図（ａ）において
ｐ−オーミック電極10およびAR膜13が設けられている領
域）をマスクして、GaAlAs活性層６′、ｐ−GaAlAsクラ
ッド層７′をMOCVD法により積層し、クラッド層７′の
一部分をエッチングして第１図（ｂ）に示す如くにスト
ライプ状のメサを形成し、続けてｎ−GaAs電流狭さく層
８′およびｐ−GaAsキャップ層９′をMOCVD法により積
層する。次に、上記のマスクを除き、高出力レーザ発振
部および溝に当たる部分（第１図（ａ）においてｐ−オ
ーミック電極10′およびAR膜13が設けられている領域）
に別のマスクを設け、上述の工程で、上述のところと全
く同じ半導体構造を作製する。符号6,7,8,9で示す層は
符号６′,7′,8′,9′で示す層と全く同じ構成である。

このようにして作製した半導体積層構造に、ｐ−オー
ミック電極（低出力側）10、ｐ−オーミック電極（高出
力側）10′、ｎ−オーミック電極１、AR膜11,13およびH
R膜12を蒸着により形成する。AR膜11,13はAl₂O₃でな
り、HR膜12はAl₂O₃膜とアモルファス膜とを交互に積層
してなる多層膜である。

以上の工程により製作した第１図の実施例において
は、ｐ−オーミック電極10′の領域が高出力レーザ発振
部をなし、ｐ−オーミック電極10の領域が低出力レーザ
発振部をなしている。その高出力レーザ発振部には活性
層６′をAR膜13とHR膜１とで挾んでなる共振器構造が設
けられている。この高出力レーザ発振部においては活性
層６′をクラッド層４、ガイド層５とクラッド層７′と
で挾んで二重ヘテロ構造が形成されている。同様に、低
出力レーザ発振部には活性層６をAR膜11と13とで挾んで
なる共振器構造が設けられている。この低出力レーザ発
振部においては、活性層６をクラッド層４、ガイド層５
とクラッド層７とで挾んで二重ヘテロ構造が形成されて
いる。

いま、電極１と電極10′との間に150mA程度の電流を
流すと、高出力レーザ発振部においてレーザ発振が起こ
る。このレーザ発振により生成されたレーザ光は、活性
層６′からガイド層５に漏れ、ガイド層５のAR膜11側か
らそのAR膜11を透過して高出力光として出射される。そ
の高出力レーザ光のレベルは20〜30mWである。この実施
例の構造では電流狭さく層８′が設けてあるから、レー
ザ出射部における横方向の拡がりも制限される。

また、電極１と電極10との間に50mA程度の電流を流す
と、低出力レーザ発振部においてレーザ発振が起こる。
このレーザ発振により生成されたレーザ光は、活性層６
からガイド層５に漏れ、ガイド層５のAR膜11側からその
AR膜11を透過して低出力光として出射される。その低出
力レーザ光のレベルは３〜5mWである。

本実施例では、上述の如くに高出力レーザ発振部と低
出力レーザ発振部とが共通の基板２上に形成され、これ
らレーザ発振部における活性層６′と６とは互いに溝で
分離され、両レーザ発振部の共振器構造が互いに独立で
ある。このような構造の本実施例においては両レーザ発
振部における出力レベルを互いに独立に設計できる。そ
こで、高出力レーザ光と低出力レーザ光のレベル比は広
い範囲で設定でき、上記の測定例ではそのレベル比は４
〜10であった。高出力レーザ発振部では出力光レベルの
必要な程度にHR膜を設計し製作できるから、高出力時に
反射面が破壊されることはない。また、この実施例で
は、低出力用の構造のレーザに高電流を注入して大出力
レーザ光を得たり、高出力用の構造のレーザに小さな電
流を注入して低出力レーザ光を得たりするのではないか
ら、高出力と低出力とを切り換えてもモード変形やビー
ム放射角の変化はなく、低出力時に非点収差があるとい
うこともない。

なお、本発明は以上に説明した実施例に限られるもの
でないことは勿論である。また、実施例の製作において
は、６′〜９′の層と６〜９の層とを別の工程で積層し
たが、６と６′、７と７′８と８′、９と９′の各層は
それぞれ同時に積層し、エッチングにより溝を形成し、
高出力レーザ発振部の６′〜９′層と低出力レーザ発振
部の６〜９層とを分離する方法でも第１図の構造は製作
できる。

（発明の効果） 以上に実施例を挙げて詳しく説明したように、本発明
によれば、レベルの異なる２つのレーザ光を任意に切り
換えて１つの点から出射でき、高低両出力レベル比が４
程度またはそれ以上に大きく、高出力と低出力とを切り
換えてもモード変形やビーム放射角の変化がなく、高出
力時でも反射面が破壊されることなく、低出力時にも非
点収差がない半導体レーザを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例を示す図
であり、同図（ａ）は共振器軸を含み基板に垂直な平面
（同図（ｂ）のＢ−Ｂ′面）で見た断面図、同図（ｂ）
は共振器軸に垂直な平面（同図（ａ）のＡ−Ａ′面）で
見た断面図である。第２図は従来の低出力レーザの断面
図、第３図は従来の高出力レーザの断面図である。 １……ｎ−オーミック電極、２……ｎ−GaAs基板、３…
…ｎ−GaAsバッファ層、４……ｎ−GaAlAsクラッド層、
５……ｎ−GaAlAsガイド層、6,6′……GaAlAs活性層、
7,7′……ｐ−GaAlAsクラッド層、8,8′……ｎ−GaAs電
流狭さく層、9,9′……ｐ−GaAsキャップ層、10……ｐ
−オーミック電極（低出力側）、10′……ｐ−オーミッ
ク電極（高出力側）、11,13,14……Al₂O₃でなるAR膜、1
2……Al₂O₃膜とアモルファスSi膜の多層膜でなるHR膜。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高出力レーザ発振部と低出力レーザ発振部
   とが共通の基板上に形成されており、 前記高出力レーザ発振部は、前記基板上に積層された第
   １の活性層を該第１の活性層の層面に垂直な無反射膜お
   よび高反射膜で挾んでなる共振器構造を有し、 前記低出力レーザ発振部は、前記基板上に積層された第
   ２の活性層を該第２の活性層の層面に垂直な２つの無反
   射膜で挾んでなる共振器構造を有し、 前記高出力レーザ発振部および低出力レーザ発振部でそ
   れぞれ発生される高出力レーザ光および低出力レーザ光
   を共通の導波路で導出する１つのガイド層が前記基板上
   に設けてある ことを特徴とする半導体レーザ。
2. 【請求項２】第１のクラッド層と前記ガイド層とがこの
   順に前記基板上に全面に積層され、 前記ガイド層上には前記第１および第２の活性層が溝で
   互いに分離されて同一平面上に積層され、 前記第１および第２の活性層上には第２および第３のク
   ラッド層が前記溝で互いに分離されて同一平面上にそれ
   ぞれ積層されており、 前記第１のクラッド層とガイド層と第１の活性層と第２
   のクラッド層とが前記高出力レーザ発振部の二重ヘテロ
   構造をなし、 前記第１のクラッド層とガイド層と第２の活性層と第３
   のクラッド層とが前記低出力レーザ発振部の二重ヘテロ
   構造をなし、 前記溝の側面が無反射膜で被覆されており、 前記高出力レーザ発振部の前記二重ヘテロ構造の端面が
   高反射膜で被覆されており、 前記低出力レーザ発振部の前記二重ヘテロ構造の端面が
   無反射膜で被覆されている ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。