JP3005297B2 - 半導体レーザ及び該半導体レーザを用いた光デイスク装置 - Google Patents

半導体レーザ及び該半導体レーザを用いた光デイスク装置

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JP3005297B2
JP3005297B2 JP9514137A JP51413796A JP3005297B2 JP 3005297 B2 JP3005297 B2 JP 3005297B2 JP 9514137 A JP9514137 A JP 9514137A JP 51413796 A JP51413796 A JP 51413796A JP 3005297 B2 JP3005297 B2 JP 3005297B2
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秀人 足立
正也 萬濃
敏哉 福久
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【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光ディスクシステムの光源などに用いられ
る自励発振型の半導体レーザ及び該半導体レーザを用い
た光デイスク装置に関する。
背景技術 近年、光通信、レーザプリンタ、光ディスクなどの分
野で半導体レーザの需要が高まり、GaAs系、およびInP
系を中心として活発に研究開発が進められてきた。光情
報処理分野においては、特に波長が780nmのAlGaAs系半
導体レーザの光による情報の記録・再生を行う方式が実
用化され、コンパクトディスク等で広く普及するに至っ
ている。
しかし最近になってこれらの光ディスク装置に益々記
憶容量の増加が求められるようになり、それに伴い短波
長レーザへの要望が強まってきている。AlGaInP系半導
体レーザは波長が630〜690nmでの赤色領域で発振が可能
であり、現在実用レベルにある半導体レーザの中で最も
短波長の光が得られるものである。したがって、従来の
AlGaAs系半導体レーザに代わる次世代の大容量光情報記
録用光源として有望である。ところで、半導体レーザは
光ディスクの再生時に、ディスク面からの反射光の帰還
や温度の変化により強度雑音を発生し、信号の読取エラ
ーを誘発する。したがって光ディスクの高源用には強度
雑音の少ないレーザが不可欠となる。
従来、再生専用・低出力のAlGaAs系半導体レーザでは
雑音を低減するためにリッジストライプの両側に意図的
に可飽和吸収体が形成されるような構造を採用すること
によって低雑音化を図ってきた。これによって縦モード
をマルチ化することができる。レーザが縦単一モードで
発振しているときに光の帰還や温度変化等の外乱が入る
と利得ピークの微少な変化によって近接する縦モードが
発振を開始し、元の発振モードとの間で競合を起こす。
これが雑音の原因となっており、縦モードをマルチ化す
ると各モードの強度変化が平均化され、しかも外乱によ
って変化しないので安定な低雑音特性を得ることができ
る。
また、別の方法としてさらに安定な自励発振特性を得
る方法が特開昭63−202083号公報に示されている。ここ
では出力光を吸収することのできる層を設けることによ
って自励発振型半導体レーザを実現している。
さらに、特開平６−260716号公報では活性層のエネル
ギーギャップと吸収層のエネルギーギャップをほぼ等し
くすることによって特性を改善したと報告がなされてい
る。特に、歪量子井戸活性層のエネルギーギャップと歪
量子井戸可飽和吸収層のそれがほぼ等しくなっている。
この構成によって良好な自励発振特性を得ようとしてい
る。同様の構成が、特開平７−22695号公報にも記載さ
れている。
しかしながら、本発明者らの検討によると、可飽和吸
収層と活性層とのエネルギーギャップをほぼ等しくする
だけでは、良好な自励発振特性が得られないことが明ら
かとなった。
そこで本発明は、可飽和吸収層と活性層とのエネルギ
ーギャップ差を検討することにより、低雑音特性に有効
な安定した自励発振特性をもつ半導体レーザ及びその製
造方法並びに光ディスク装置を提供することを目的とす
る。
発明の開示 本発明による半導体レーザは、量子井戸層を有する活
性層と、該活性層を挟むクラッド構造とを備えた半導体
レーザであって、該クラッド構造は、可飽和吸収層と、
該可飽和吸収層の光閉じ込め率を高める光ガイド層とを
含んでおり、該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、
該活性層の量子井戸層の基底準位間のエネルギーギャッ
プよりも、30から200meVだけ小さく、そのことにより上
記目的が達成される。
前記可飽和吸収層の厚さは、約10から約100オングス
トロームの範囲内にあることが好ましい。
前記可飽和吸収層が複数設けられていてもよい。
前記飽和吸収層のエネルギーギャップが、前記活性層
の量子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップより
も、50から100meVだけ小さいことが好ましい。
前記光ガイド層は、前記クラッド構造の他の部分のバ
ンドギャップよりも小さく、前記可飽和吸収層のバンド
ギャップよりも大きなバンドギャップを有していること
が好ましい。
前記光ガイド層の厚さは、300〜1200オングストロー
ムの範囲内にあることが好ましい。
前記光ガイド層は、前記クラッド構造内で複数の部分
に分離されていてもよい。
前記光ガイド層は、前記クラッド構造内で、前記可飽
和吸収層に隣接していてもよい。
前記可飽和吸収層には、１×1018cm-3以上の不純物が
ドープされていることが好ましい。
前記活性層は、多重量子井戸構造を有していることが
好ましい。
本発明の半導体レーザの製造方法は、量子井戸層を有
する活性層と、該活性層を挟むクラッド構造とを備え、
該クラッド構造は、可飽和吸収層と、該可飽和吸収層の
光閉じ込め率を高める光ガイド率とを含んでおり、該可
飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の量子井
戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、30から
200meVだけ小さく、レーザ発振動作の開始後、時間の経
過に伴って特性が変動し、約１分経過後ほぼ一定の特性
を持つ半導体レーザの製造方法であって、該レーザ発振
動作の開始直後の特性を変化させ、該ほぼ一定の特性を
得る安定化工程を包含し、そのことにより上記目的が達
成される。
ある実施形態では、前記特性は電流−光出力特性であ
る。
ある実施形態では、前記安定化工程が、エージング処
理によって閾値電流を減少させる工程を包含する。
ある実施形態では、前記安定化工程が、アニールによ
って閾値電流を減少させる工程を包含する。
ある実施形態では、前記安定化工程によって、閾値電
流を前記レーザ発振動作の開始直後の値から5mA以上低
減させる。
本発明の光ディスク装置は、半導体レーザと、該半導
体レーザから放射されたレーザ光を記録媒体に集光する
集光光学系と、該記録媒体によって反射されたレーザ光
を検出する光検出器とを備えた光ディスク装置であっ
て、該半導体レーザは、量子井戸層を有する活性層と、
該活性層を挟むクラッド構造とを備え、該クラッド構造
は、可飽和吸収層と、該可飽和吸収層の光閉じ込め率を
高める光ガイド層とを含んでおり、該可飽和吸収層のエ
ネルギーギャップが、該活性層の量子井戸層の基底準位
間のエネルギーギャップよりも、30から200meVだけ小さ
く、それによって上記目的が達成される。
ある実施形態では、前記半導体レーザは、情報を前記
記録媒体に記録するときには単一モードで発振し、該記
録媒体に記録されている情報を再生するときには、自励
発振モードで動作する。
ある実施形態では、前記半導体レーザの近傍に前記光
検出器が配置されている。
ある実施形態では、前記光検出器は、シリコン基板に
形成された複数のフォトダイオードを有しており、前記
半導体レーザは該シリコン基板上に配置されている。
ある実施形態では、前記シリコン基板は、その主面に
形成された凹部と、該シリコン基板の凹部の一側面に形
成されたマイクロミラーとを有しており、前記半導体レ
ーザは、該シリコン基板の該凹部内に配置され、該半導
体レーザから放射されたレーザ光が該マイクロミラーに
よって反射された後、該シリコン基板の主面にほぼ垂直
な方向に進むように該マイクロミラーと該主面との角度
が設定されている。
ある実施形態では、前記マイクロミラーの表面には、
金属膜が形成されている。
ある実施形態では、前記活性層及び前記クラッド構造
は、AlxGayIn1-x-yP（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ただ
し、ｘ及びｙは同時にゼロにはならない）材料から形成
されている。
本発明による他の半導体レーザは、量子井戸層を有す
る活性層と、可飽和吸収層とを備えた半導体レーザであ
って、該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性
層の量子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップより
も、30から200meVだけ小さく、そのことにより上記目的
が達成される。
本発明による半導体レーザは、量子井戸層を有する活
性層と、該活性層を挟むクラッド構造とを備えた半導体
レーザであって、該クラッド構造は、可飽和吸収層を含
んでおり、該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該
活性層の量子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップ
よりも、30から200meVだけ小さく、そのことにより上記
目的が達成される。前記可飽和吸収層の厚さは、約10か
ら約100オングストロームの範囲内にあることが好まし
い。
前記可飽和吸収層が複数設けられててもよい。
前記飽和吸収層のエネルギーギャップが、前記活性層
の量子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップより
も、50から100meVだけ小さいことが好ましい。
前記可飽和吸収層には、１×1018cm-3以上の不純物が
ドープされていることが好ましい。
前記量子井戸層及び前記可飽和吸収層に歪が与えられ
ていることが好ましい。
前記活性層は、多重量子井戸構造を有していることが
好ましい。
図面の簡単な説明 図１は、エネルギーギャップを説明するための模式
図。
図２は、本発明による半導体レーザの第１の実施例の
断面図。
図３は、第１の実施例のバンドギャップエネルギー
図。
図4Aは、Pmaxを説明する光出力特性図、図4Bは、Pmax
よりも大きな光出力を与える条件での光出力の時間変化
を示す図、図4Cは、Pmaxよりも小さな光出力を与える条
件での光出力の時間変化を示す図。
図５は、本発明の第１の実施例についてのTmax、Pmax
特性図 図６は、エネルギーギャップと動作電流との関係とを
示す特性図。
図７は、動作電流と寿命時間との関係を示す特性図。
図８は、本発明の第１の実施例の光出力特性図。
図９は、本発明の第１の実施例の光出力の時間変化を
示す図。
図10は、本発明による半導体レーザの第２の実施例の
断面図。
図11は、第２の実施例のバンドギャップエネルギー
図。
図12Aは、光ガイド層を設けない場合の光強度分布
図、図12Bは、光ガイド層を設けた場合の光強度分布を
示す図。
図13は、第２の実施例における光閉じ込め率を示す特
性図。
図14は、本発明による半導体レーザの他の実施例のバ
ンドギャップエネルギー図。
図15は、本発明における可飽和吸収層と光ガイド層と
の位置関係を示すバンドギャップエネルギー図。
図16は、光ガイド層内に可飽和吸収層を設けた場合の
バンドギャップエネルギー図。
図17は、本発明による光ディスク装置の実施例の構成
を模式的に示す図。
図18は、本発明による光ディスク装置に使用されるレ
ーザユニットの斜視図。
図19は、本発明による光ディスク装置に他の実施例の
構成を模式的に示す図。
図20は、本発明による光ディスク装置の実施例に用い
られるホログラム素子の働きを示す図。
図21は、本発明による光ディスク装置の実施例に用い
られる光検出器を示す平面図。
発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施例に基づいてこの発明を詳細に説
明する。
（実施例１） 本発明者らは、「活性層と可飽和吸収層とのエネルギ
ーギャップ差（△Ｅ）」と自励発振との関係を検討し
た。本願明細書において、活性層と可飽和吸収層とのエ
ネルギーギャップ差（△Ｅ）とは、活性層および可飽和
吸収層が量子井戸構造を有している場合、「レーザ発振
前における活性層の量子井戸層の基底準位間のエネルギ
ーギャップ（Ｅ′ga）から、可飽和吸収層の基底準位間
のエネルギーギャップ（Ｅ′gs）を引いた値（Ｅ′ga−
Ｅ′gs）」を意味する。これらのエネルギーギャップ
と、バンドギャップ（Ega、Egs）との関係を図１に模式
的に示す。一般に、量子井戸構造を持つ半導体層におい
て、基底準位間のエネルギーギャップは、伝導帯の底と
価電子帯の底との間ではなく、それぞれの量子準位間の
エネルギー差（Ｅ′ｇ）であるので、通常のバンドギャ
ップ（Eg）よりも、約70meV程度、エネルギーギャップ
は大きくなる。
なお、活性層が量子井戸構造を有し、可飽和吸収層が
バルク構造を有している場合は、活性層と可飽和吸収層
とのエネルギーギャップ差は、「レーザ発振前における
活性層の基底準位間のエネルギギャップ（Ｅ′ga）か
ら、可飽和吸収層のバンドギャップ（Egs）を引いた
値」を意味することする。
本発明において、可飽和吸収層は、量子井戸構造を持
つこともあれば、バルク構造を持つこともある。そのた
め、本願明細書では、便宜上、「可飽和吸収層のエネル
ギーギャップ」を、次のように定義することとする。す
なわち、可飽和吸収層が量子井戸構造を有する場合は、
「基底準位間のエネルギーギャップ（Ｅ′gs）」を意味
し、可飽和吸収層がバルク構造を有する場合は、その
「バンドギャップ（Egs）」を意味することする。この
「可飽和吸収層のエネルギーギャップ」という言葉を用
いれば、「活性層と可飽和吸収層とのエネルギーギャッ
プ差」は、「レーザ発振前における活性層の量子井戸層
の活性層の基底準位間のエネルギーギャップから可飽和
吸収層のエネルギーギャップを引いた値」と表現され
る。
本願発明者らによる検討の結果、活性層と可飽和吸収
層とのエネルギーギャップ差（△Ｅ）を30meVから200me
Vとすることで、可飽和吸収層がレーザ光を効率よく吸
収するとともに、光の吸収も飽和するため、安定した自
励発振が得られることが明らかとなった。活性層と可飽
和吸収層とのエネルギーギャップ差（△Ｅ）が30meVよ
り小さければ自励発振は得られない。これはエネルギー
ギャップ差が小さいため、可飽和吸収層があまりレーザ
光を吸収しないためであると考えられる。また、エネル
ギーギャップ差（△Ｅ）が200meVを越えると、可飽和吸
収層での光吸収が大きくなりすぎ、可飽和吸収層が飽和
特性を示さなくなるので、自励発振が起こらない。した
がって、エネルギーギャップ差（△Ｅ）は30〜200meVが
よいことがわかった。
現在の結晶成長技術によれば、各半導体層のエネルギ
ーギャップ及びエネルギーギャップ差（△Ｅ）は数meV
以下の精度で制御できる。このため、形成された活性層
と可飽和吸収層とのエネルギーギャップ差（△Ｅ）が10
meVもあれば、これらの活性層および可飽和吸収層は、
エネルギーギャップ差（△Ｅ）を設けることを意図して
形成されたものと認められる。従って、活性層と可飽和
吸収層とのエネルギーギャップ差（△Ｅ）が10meV以上
あれば、活性層の量子井戸層の基底準位間のエネルギー
ギャップと、可飽和吸収層のエネルギーギャップとが
「はぼ同一である」とは言えない。
エネルギーギャップ差（△Ｅ）が、特に50meV〜100me
Vの範囲では、可飽和吸収層の飽和条件が最適となり、
高い動作温度でも安定な自励発振が達成される。エネル
ギーギャップ差（△Ｅ）が100meVを越えると、可飽和吸
収層での光吸収がだんだん大きくなり、動作電流もやや
大きくなる。よって、エネルギーギャップ差は100meV以
下であれば好ましいといえる。このように、エネルギー
ギャップ差が50〜100meVの範囲内にあるとき、半導体レ
ーザの動作電流が大きくならない上に、極めて特性のよ
い自励発振特性が得られる。特に、車等の比較的に高温
の環境で半導体レーザを動作させる可能性がある場合、
このようなエネルギーギャップ差に設定することが好ま
しい。
可飽和吸収層の体積を小さくすると、可飽和吸収層で
のキャリア密度を容易に上げられる。活性層が放出した
レーザ光を可飽和吸収層が吸収し、電子とホールのペア
を生じるが、可飽和吸収層の体積が小さいと、単位体積
あたりの光の吸収量が増加し、このキャリア密度を容易
に上げることができる。そして飽和状態になりやすく、
可飽和吸収の効果が顕著となる。したがって、可飽和吸
収層が薄いほど、強くて安定な自励発振特性を得ること
ができることが本発明者らの実験により明らかとなっ
た。このような強くて安定な自励発振を引き起こすため
には、可飽和吸収層の厚さを、約10〜100オングストロ
ームの範囲内にすることが好ましい。ただし、可飽和吸
収層の厚さが約100オングストロームを越えてバルク構
造を持つような厚さであっても、エネルギーギャップ差
を好ましい範囲内に設定すれば、問題ない。また可飽和
吸収層は複数に分離されて設けられても良い。
本発明の半導体レーザでは、クラッド構造中に光ガイ
ド層を設けている。その理由は、可飽和吸収層の体積を
小さくするために可飽和吸収層の厚さを量子井戸層のよ
うに薄くした場合に、可飽和吸収層での光の閉じ込め率
が極端に減少する結果、安定な自励発振が得られなくな
ることを防止するためである。光ガイド層を用いて、例
えば、活性層への光閉じ込め率が5.0％以上に維持した
まま、可飽和吸収層への閉じ込め率を少なくとも1.2％
程度以上にすると、安定な自励発振を生じることが可能
となる。
このように本願発明における光ガイド層は、可飽和吸
収層の光閉じ込め率を高めるためのものであり、活性層
から離れた位置に配置される。この点で、活性層の光閉
じ込め率を高めるために活性層に隣接する位置に配置さ
れた従来の光ガイド層とは大きく異なる。
なお、可飽和吸収層と光ガイド層との位置関係は、可
飽和吸収層の体積および光閉じ込めを考慮して、最適に
決定される。
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明
する。
（実施例１） 図２は、本発明による半導体レーザの実施例の断面図
である。この半導体レーザは、ｎ型のGaAs基板101と、G
aAs基板101上に形成された半導体積層構造を備えてい
る。この半導体積層構造は、ｎ型GaAsバッファ層102、
ｎ型AlGaInPクラッド層103、AlGaInPおよびGaInPからな
る多重量子井戸活性層104、第１のｐ型AlGaInPクラッド
層105a、ｐ型のGaInPからなる可飽和吸収層106、第２の
ｐ型AlGaInPクラッド層105bを含んでいる。第２のｐ型A
lGaInPクラッド層105bの上面には、共振器長方向に延び
るストライプ状リッジ部分（幅：約2.0〜7.0μｍ）が形
成されている。第２のｐ型クラッド層105bのリッジ部分
上面には、コンタクト層110が形成されている。第２の
ｐ型クラッド層105b及びコンタクト層110の両側には、
ｎ型のGaAs層電流ブロック層111が形成されている。コ
ンタクト層110と電流ブロック層111の上にはｐ型のGaAs
キャップ層112が形成されている。キャップ層112の上面
にはｐ電極113が形成され、基板101の裏面にはｎ電極11
4が形成されている。活性層104は３層の井戸層と障壁層
からなる多重量子井戸構造となっている。
本願明細書では、半導体積層構造から、バッファ層、
活性層、コンタクト層、キャップ層および電流ブロック
層を除いた残りの部分を、全体として、「クラッド構
造」と呼ぶことにする。本実施例の場合は、ｎ型AlGaIn
Pクラッド層103、第１のｐ型AlGaInPクラッド層105a、
可飽和吸収層106、第２のｐ型AlGaInPクラッド層105b
が、クラッド構造を構成している。
本実施例の積層構造を構成する各半導体層のドーピン
グレベルおよび膜厚は以下の表１の通りである。
図３は、本実施例の半導体レーザについて、活性層付
近から可飽和吸収層付近までの（AlxGa1-x）0.5In0.5Ｐ
のAl組成ｘの分布を示す。この実施例では、ｎ型クラッ
ド層103、第１のｐ型クラッド105a、第２のｐ型クラッ
ド層105bのAl組成は0.7である。活性層104内の量子井戸
層と可飽和吸収層は、Ga0.45In0.55Ｐ、Ga0.40In0.60Ｐ
から形成されているため、まわりの層よりも格子定数が
大きく、ともに圧縮歪が加えられている。
自励発振を安定に起こさせるための重要な点は、活性
層104の量子井戸層と可飽和吸収層とのエネルギーギャ
ップ差にある。実施例１では、そのエネルギーギャップ
差が57meVとなっており、安定した自励発振が得られ
た。
本願発明者は、可飽和吸収層の働きとエネルギーギャ
ップ差について検討してみた。その結果を以下に説明す
る。
まず、図4Aから図4Cを参照する。図4Aからわかるよう
に、注入電流が40mAになるとレーザ発振（自励発振）が
起こり、その後、注入電流を更に大きくすると、図4A中
のＡ点で自励発振が停止し、通常のレーザ発振となる。
自励発振によって得られる最大の光出力をPmaxと呼ぶこ
とにする。図4Aの例では、Pmaxは4.0mWである。Pmaxを
与える電流よりも小さな電流では、図4Cのように、時間
の経過とともに光出力が大きく振動し、安定した振幅を
持つ自励発振が得られる。しかし、Pmaxを与える電流よ
りも大きな電流では、図4Bに示すように、時間の経過と
ともに光出力の振幅が徐々に減少し、通常のレーザ発振
になる。
注入電流と同様に、動作温度Ｔも、あるレベルを越え
ると、自励発振しなくなる傾向がある。自励発振が観測
される最高の温度をTmaxとした。Tmaxは、言い換えれ
ば、自励発振が停止する温度ともいえる。
図５は、その横軸がエネルギーギャップ差（meV）、
縦軸がTmax（自励発振が停止する温度）とPmax（室温で
の自励発振の最大光出力）を示すグラフである。実験の
結果、エネルギーギャップ差が10、20meVでは自励発振
は観測されず、30meVで自励発振が観測された。30meVで
は、51℃まで自励発振が観測でき、その時、光出力が5m
Wまで自励発振した。
エネルギーギャップ差が30meV以上になって自励発振
がおこりはじめ、200meVまで自励発振が確認できた。特
にエネルギーギャップ差が50〜100の範囲ではTmaxが高
く、Pmaxも大きいので実用的に好ましい範囲である。
エネルギーギャップ差が100meVを越えると、活性層と
可飽和吸収層とのエネルギーギャップの差から、可飽和
吸収層でのレーザ光の吸収が大きくなり、その結果、動
作電流がやや大きくなる傾向にある。これについて図６
を用いて説明する。
図６は、横軸がエネルギーギャップ差（meV）、縦軸
が動作電流（mA）のグラフである。エネルギーギャップ
差が100meVを越えると、動作電流が130mAよりおおきく
なる。
図７は、動作電流と本実施例の半導体レーザの寿命と
の相関関係を示すグラフである。このグラフは、半導体
レーザの光出力を5mWに維持し、動作温度が60℃の状態
で測定された結果に基づいている。寿命を5000時間以上
にするには、動作電流を130mA以下にすればよいことが
図７からわかる。
図６及び図７からわかるように、寿命の観点からは、
エネルギーギャップ差が100meV以下であることが望まし
い。
活性層と可飽和吸収層とのエネルギーギャップ差（△
Ｅ）を所定の範囲内に設定するには、活性層や可飽和吸
収層の組成比や厚さを調整すればよい。例えば、活性層
が量子井戸構造を有しており、その井戸層が厚さ50オン
グストロームのGa0.45In0.55Ｐ層（Ega＝1.937eV、λ＝
640nm）から形成される場合、下記の表２に例示するよ
うに可飽和吸収層の組成を調整すれば、エネルギーギャ
ップ差（△Ｅ）が30meVから200meVの範囲内の値を示
す。
なお、上記の表２は、可飽和吸収層の厚さを50オング
ストロームにした場合の値である。可飽和吸収層の厚さ
を大きくすると、エネルギーギャップ差（△Ｅ）は広が
り、可飽和吸収層におけるGaの組成比ｘを大きくする
と、エネルギーギャップ差（△Ｅ）は小さくなる。これ
に対して、活性層の井戸層の厚さを大きくすると、エネ
ルギーギャップ差（△Ｅ）は小さくなり、井戸層におけ
るGaの組成比ｘを大きくすると、エネルギーギャップ差
（△Ｅ）は大きくなる。
図８は、この半導体レーザの電流−光出力特性を示す
グラフである。グラフの横軸は、レーザへの注入電流
（mA）を、縦軸は光出力（mW）を示している。閾値電流
は、約50mAである。自励発振型半導体レーザの特性が、
通常の半導体レーザの特性と異なるのは、図８にも表れ
ているように、閾値電流近傍で光出力の急激な立ち上が
りが観測される点にある。これは、可飽和吸収層が存在
するために、ある程度のキャリアの注入量に達するまで
は光出力が外部へ放出されないことによる。注入電流が
ある値を越えるとレーザ発振が生じ、注入電流に比例し
て光出力が増加しはじめる。
図９は、本実施例の半導体レーザの図８のP1点におけ
る出力波形を示す。図９に示されるように、わずか2ns
の間に光出力が大きく振動しており、自励発振している
ことが確認できた。
本発明の半導体レーザでは、可飽和吸収層のドーピン
グレベルを２×1018（cm-3）として、キャリアの寿命時
間を低減している。その結果、キャリアの時間変化率に
対する自然放出の寄与が増大し、自励発振を容易に生じ
ることができる。ドーピングは、１×1018（cm-3）以上
であれば、キャリアの寿命時間を低減する効果がある。
本実施例では、厚さが50オングストロームの可飽和吸
収層を用いたが、可飽和吸収層の厚さは、これに限定さ
れない。可飽和吸収層を多重量子井戸構造を持つものと
しても良く、また、バルク構造を持つものとしてもよ
い。
（実施例２） 次に、図10を参照しながら、本発明による半導体レー
ザの第２の実施例を説明する。この半導体レーザは、ｎ
型のGaAs基板701と、GaAs基板701上に形成された半導体
積層構造を備えている。この半導体積層構造は、ｎ型Ga
Asバッファ層702、ｎ型AlGaInPクラッド層703、AlGaInP
およびGaInPからなる多重量子井戸活性層704、第１のｐ
型AlGaInPクラッド層705a、光ガイド層707、第２のｐ型
AlGaInPクラッド層705b、ｐ型のGaInPからなる可飽和吸
収層706、第３のｐ型AlGaInPクラッド層705cを含んでい
る。第３のｐ型AlGaInPクラッド層705cの上面には、共
振器長方向に延びるストライプ状リッジ部分（幅:2.0〜
7.0μｍ）が形成されている。第３のｐ型クラッド層705
cのリッジ部分上面には、コンタクト層710が形成されて
いる。第３のｐ型クラッド層705c及びコンタクト層710
の両側には、ｎ型のGaAs層電流ブロック層711が形成さ
れている。コンタクト層710と電流ブロック層711の上に
はｐ型のGaAsギャップ層712が形成されている。キャッ
プ層712の上面にはｐ電極713が形成され、基板701の裏
面にはｎ電極714が形成されている。活性層704は３層の
井戸層と障壁層からなる多重量子井戸構造となってい
る。
本実施例の場合は、ｎ型AlGaInPクラッド層703、第１
のｐ型AlGaInPクラッド層705a、光ガイド層707、第２の
ｐ型AlGaInPクラッド層705b、可飽和吸収層706、第３の
ｐ型AlGaInPクラッド層705cが、クラッド構造を構成し
ている。前述の実施例と異なる点は、後で詳細に説明す
るように、クラッド構造中に光ガイド層707を設けたこ
とにある。
図11にｎ型クラッド層703から第３のｐ型クラッド層7
05cまでの（AlxGa1-x）0.5In0.5ＰのAl組成ｘの分布を
示す。ｎ型クラッド層、第１のｐ型クラッド層、第２の
ｐ型クラッド層、第３のｐ型クラッド層、光ガイド層
は、Al組成を0.5としている。また活性層704の井戸層お
よび可飽和吸収層706は、Ga0.45In0.55Ｐ、Ga0.40In
0.60Ｐとしている。
本実施例でも、可飽和吸収層の基底準位と井戸層の基
底準位との差（エネルギーギャップ差）を57meVとして
いる。図10に示すような構造の場合でも、安定した自励
発振を起こさせるためには、エネルギーギャップ差が30
〜200meVの範囲内にある必要があり、50〜100meVの範囲
内にあることが好ましい。
本実施例の特徴は、可飽和吸収層の体積を小さくする
ともに、光ガイド層をクラッド構造中に設けている点で
ある。可飽和吸収層の体積を小さくするほど、キャリア
密度を容易に上げることができる。キャリア密度が高い
ほと、光吸収は飽和状態になりやすくなるので、可飽和
吸収効果が顕著となる。このため、可飽和吸収層の体積
を小さくするほど、強い自励発振が得られることにな
る。しかしながら、可飽和吸収層の体積が小さくなるほ
ど、可飽和吸収層における光の閉じ込め率が小さくなっ
てしまうという問題がある。本実施例では、活性層と可
飽和吸収層との間に光ガイド層を設けることによって、
活性層から可飽和吸収層の方向へレーザ光の分布を広
げ、それによって可飽和吸収層の光閉じ込め率を高め、
可飽和吸収層と光の相互作用の働きを強めている。この
ように、本実施例の光ガイド層は、可飽和吸収層の光閉
じ込め率を高めるものであり、活性層の光閉じ込め率を
高める従来の光ガイド層とは、機能が大きく異なってい
る。
次に、図12A、図12B及び図13を参照しながら、本実施
例における光ガイド層の機能を詳細に説明する。図12A
は光ガイド層を設けなかった場合、図12Bは光ガイド層
を設けた場合の光強度分布を示している。図12Bからわ
かるように、クラッド構造の他の部分よりも相対的にエ
ネルギーギャップが小さい（屈折率が高い）半導体層を
光ガイド層として活性層から離れた位置に設けることに
よって、光強度のピークが２つできる。すなちわ、活性
層と光ガイド層の各々への光閉じ込めが可能になり、そ
の結果、可飽和吸収層へ有効に光を分布させることがで
きる。
図13は、光閉じ込め率の光ガイド層厚さ依存性を示す
グラフである。横軸は光ガイド層の厚さ（オングストロ
ーム）、縦軸は光閉じ込め率（％）を示している。ここ
で、ある層の「光閉じ込め率」とは、光の全体量のう
ち、その層内に分布している光の量の割合を示すもので
ある。
実験の結果、安定した自励発振特性を得るためには、
活性層の光閉じ込め率が５％以上、可飽和吸収層の光閉
じ込め率が1.2％以上必要であることがわかった。この
ような光閉じ込め率を得るためには、光ガイド層の厚さ
を300〜1200オングストロームの範囲内にすればよいこ
とがわかった。このように、光ガイド層をクラッド構造
内に設けることによって、実施例１の半導体レーザと同
様に、安定した自励発振特性が得られる。
可飽和吸収層の位置は、光ガイド層から離れた位置に
形成されているが、図14に示すように光ガイド層中に形
成してもよい。可飽和吸収層への光閉じ込め率が1.2％
以上となるように光ガイド層中に可飽和吸収層を形成す
れば、自励発振を起こさせることができる。
なお、実施例１及び２では、活性層が多重量子井戸構
造の場合について説明したが、単一の量子井戸構造であ
っても、量子井戸層と可飽和吸収層との基底準位のエネ
ルギーギャップの差を、30〜200meV、特に、50〜100emV
にすることで安定した自励発振特性をもつ半導体レーザ
を実現できる。また、活性層が量子井戸を持たないバル
ク型であっても、エネルギーギャップ差を上記範囲内に
設定すれば、本発明の効果を得ることができる。
実施例２では、光ガイド層を可飽和吸収層と活性層と
の間に配置したが、光ガイド層と可飽和吸収層との配置
関係は、それに限定されるものではない。図15を参照し
て、光ガイド層と可飽和吸収層との配置関係を説明す
る。図15において、SA1からSA5で示される破線部の何れ
の位置に可飽和吸収層を配置しても良い。
SA1で示される位置は、実施例２における可飽和吸収
層の位置に対応している。SA1で示される位置は光ガイ
ド層から離れているが、可飽和吸収層は光ガイド層に隣
接していても良い。SA2からSA4は、光ガイド層内に設け
られた可飽和吸収層の位置を示している。SA5は、光ガ
イド層と活性層との間に設けられた可飽和吸収層の位置
を示している。SA5で示される位置は光ガイド層から離
れているが、可飽和吸収層は光ガイド層に隣接していて
も良い。
光ガイド層内に可飽和吸収層を設けた場合と、そうで
はない場合とでは、可飽和吸収層からみた量子井戸の障
壁の高さが異なるため、可飽和吸収層内の基底準位のレ
ベルは多少変化する。
なお、可飽和吸収層に不純物が高濃度でドーピングさ
れている場合、活性層の近傍に可飽和吸収層を配置する
と、可飽和吸収層中の不純物が活性層に悪影響を与える
おそれがある。そのため、例えば不純物濃度が１×1018
cm-3以上の可飽和吸収層を設ける場合、可飽和吸収層と
活性層との間隔を200オングストローム以上離すことが
好ましい。
また、可飽和吸収層の数はひとつに限られない。例え
ば、図15のSA1からSA5のうちの何れか２以上の位置の各
々に可飽和吸収層を配置してもよい。あるいは、可飽和
吸収層が多重量子井戸構造を持つようにしてもよい。た
だし、複数の可飽和吸収層をクラッド構造内に設ける
と、結果的に可飽和吸収層のトータルの体積が増加する
ため、可飽和吸収層内のキャリア密度が低下するという
問題が生じる。また、比較的に屈折率の大きな材料から
形成される可飽和吸収層を複数個、近接させて配置する
場合は、それら複数の可飽和吸収層が近接配置された部
分に光が閉じ込められやすくなるため、光ガイド層を設
ける必要性は低下する。
なお、光ガイド層を複数に分離して設けても良い。例
えば、一対の光ガイド層で可飽和吸収層を挟み込むよう
にしてもよい。もし、それら一対の光ガイド層を可飽和
吸収層に隣接するように配置したならば、図15のSA3に
可飽和吸収層を設けた構造が得られる。そのような場
合、光ガイド層内に可飽和吸収層を設けたと表現するこ
ともできる。光ガイド層内に可飽和吸収層を設けた場合
の光ガイド層の厚さとは、図16に示す第１の光ガイド部
分の厚さT1と第２の光ガイド部分の厚さT2の和で表され
る。
（実施例３） 以下、本発明によるチップ検査工程を説明する。
一般に、一枚の半導体ウェハから複数の半導体レーザ
素子が形成される。具体的には、半導体ウェハの上にｐ
型電極及びｎ型電極とを形成した後、半導体ウェハ基板
を劈開して、複数のバーに分離する。この後、バーの劈
開面に反射膜をコートする。
チップ検査工程で、ある設定された範囲内に入らない
特性を持つ半導体レーザ素子は、不良品として排除す
る。例えば、チップの状態にある半導体レーザ素子を室
温でパルス駆動させたとき、閾値電流が100〜200mAの範
囲内にない素子は、不良品として排除される。
次に、チップ検査工程で排除されなかったレーザチッ
プを得て、それらのレーザチップをキャン内に封じて組
立工程を行う。
次に、エージング工程を行う。ｐ型不純物のドープさ
れた可飽和吸収層を持つ半導体レーザ素子の場合、半導
体レーザ素子の発振動作を開始したときと、動作開始後
１分以上の時間が経過したときとで、半導体レーザ素子
の特性が変化することが発明者らによってわかった。ま
た、レーザ発振動作の開始後数分経過したあとに、特性
は安定化する傾向にあることもわかった。より具体的に
は、レーザ発振動作開始後、約10分経過した後、特性
は、ほぼ一定の状態を維持するようになる。例えば、一
定の光出力を得る条件のもとで半導体レーザ素子を駆動
する場合、発振動作の開始直後は約100mAの駆動電流で
動作していたのに、１〜10分の経過した後は約70mAの駆
動電流で動作するようになることがある。
上記特性変動は、レーザ発振動作の開始後、比較的に
短い期間内に生じ、その期間が経過した後は、ほとんど
生じない。このため、このような特性変動を「初期特性
変動」と呼ぶことにする。
半導体レーザ素子を光源として含む装置やシステムが
使用される場合、半導体レーザ素子の動作電流は変動し
ない方が好ましい。このため、本発明による半導体レー
ザ素子を出荷する前には、特性（例えば、閾値電流）を
安定化する工程（エージング工程）を行うことが好まし
い。このエージング工程は、１〜120分間、半導体レー
ザ素子を室温で連続発振させる工程であってもよく、ま
た、１〜120分間、50℃でパルス発振させる工程であっ
てもよい。これらの工程は、チップの組立工程の後に行
う必要がある。
また、エージング工程の代わりに、半導体ウエハを複
数のバーに分離する前に、ウェハに対して、300〜800℃
で約10〜60分間、アニールをおこなっても、レーザ素子
の特性を安定化できることがわかった。このアニールに
よれば、組立工程の前に、ウェハ状態のまま、半導体レ
ーザ素子の特性を安定化できる。従って、組立工程の前
に、不良か否かの検査を行い、不良素子を排除できるの
で、不良素子に組立工程を施すような無駄がなくなる。
また、半導体レーザ素子のそれぞれに対してではなく、
複数の半導体レーザ素子に対して同時に処理を行うこと
ができる。なお、この特性安定化のためのアニールは、
ウェハをレーザバーに分離したあとに行っても良い。
上記エージング工程及びアニールは、可飽和吸収層に
ｐ型不純物（特にZn）が高濃度にドープされた場合に好
ましい効果をもたらす。
上記何れの実施例においても、AlGaInP系の半導体レ
ーザ素子について説明してきたが、本願発明はこれに限
定されるものではない。例えば、AlxGa1-xAs（０≦ｘ≦
１）系、AlxGayIn1-x-yN（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）
系、またはMgxZn1-xSySe1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）系にも適用可能である。何れの材料系であっても、
可飽和吸収層に１×1018cm-3以上の不純物がドープされ
ることによって、安定した自励発振が達成される。
AlxGa1-xAs（０≦ｘ≦１）系半導体レーザ素子の場
合、例えば、活性層はAl0.1Ga0.9Asから形成され、可飽
和吸収層はGaAsから形成され、クラッド層はAlGaAsから
形成される。
AlxGayIn1-x-yN（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）系半導体
レーザ素子の場合、例えば、活性層はIn0.05Ga0.95Ｎか
ら形成され、可飽和吸収層はIn0.2Ga0.8Ｎから形成さ
れ、クラッド層はAl0.1Ga0.9Ｎから形成される。
MgxZn1-xSySe1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）系半導
体レーザ素子の場合、例えば、活性層はCd0.2Zn0.8Seか
ら形成され、可飽和吸収層はCd0.3Zn0.7Seから形成さ
れ、クラッド層はMg0.1Zn0.9Ｓ0.1Se0.9から形成され
る。
（実施例４） 次に、図17を参照しながら、本発明による光ディスク
装置を説明する。
この光ディスク装置は、前述の本発明による半導体レ
ーザ素子901と、半導体レーザ素子901から放射されたレ
ーザ光（波長650nm）902を平行光にするコリメータレン
ズ903と、その平行光を３本のレーザ光（図では１本の
レーザ光のみ示されている）に分離する回折格子904
と、レーザ光の特定成分を透過／反射するハーフプリズ
ム905と、ハーフプリズム905から出たレーザ光を光ディ
スク907上に集光する集光レンズ906とを備えている。光
ディスク907上では、例えば、直径１μｍ程度のレーザ
ビームスポットが形成される。光ディスク907は、読み
出し専用のものに限定されず、書き換え可能なものでも
よい。
光ディスク907からの反射レーザ光は、ハーフプリズ
ム905で反射された後、受光レンズ908及びシリンドリカ
ルレンズ909を透過し、受光素子910に入射する。受光素
子810は、複数に分割されたフォトダイオードを有して
おり、光ディスク907から反射されたレーザ光に基づい
て、情報再生信号、トラッキング信号及びフォーカスエ
ラー信号を生成する。トラッキング信号及びフォーカス
エラー信号に基づいて駆動計811が光学系を駆動するこ
とによって、光ディスク907上のレーザ光スポットの位
置を調整する。
この光ディスク装置において、半導体レーザ素子901
以外の構成要素は、公知の素子を用いてよい。前述のよ
うに、本実施例の半導体レーザ素子901は、高濃度にド
ープされた可飽和吸収層を有している。このため、光デ
ィスク907から反射されたレーザ光の一部がハーフプリ
ズム905と回折格子904を透過して半導体レーザ素子901
に戻ってきても、低ノイズの相対強度雑音は低いレベル
に維持される。
図２に示す半導体レーザ素子によれば、光出力が約10
mWのレベルまでは自励発振が生じるが、そのレベルを越
えて光出力を大きくして行くと、発振状態は徐々に自励
発振から単一モード発振に変化して行く。例えば、光出
力が約15mW場合、自励発振は生じない。光ディスクに記
録された情報を再生するときには、半導体レーザ素子は
自励発振によって戻り光雑音の生じない状態にあるべき
だが、光ディスク上に情報を記録するときには自励発振
をしている必要はない。例えば、約15mWの光出力で情報
の記録を行い、約5mWの出力で情報の再生を行うように
すれば、情報の低歪み再生だけではなく記録も可能にな
る。
このように、本発明の光ディスク装置によれば、高周
波重畳用の回路部品を用いることなく、波長が630〜680
nm帯で低歪みの再生が達成される。
これに対して、従来の波長が630〜680nm帯AlGaInP系
半導体レーザ素子は、安定な自励発振を起こせなかった
ため、従来のAlGaInP系半導体レーザ素子を光ディスク
装置に用いる場合、高周波を駆動電流に重畳することに
よって、戻り光雑音を抑制する必要があった。そのため
には、大型の高周波重畳回路が必要となり、光ディスク
装置の小型化に不適当であった。
（実施例５） 次に、本発明による光ディスク装置の他の実施例を説
明する。
この光ディスク装置は、前述の本発明による半導体レ
ーザ素子を含むレーザユニットを用いた装置である。こ
のレーザユニットは、フォトダイオードの形成されたシ
リコン基板と、その上にマウントされた半導体レーザ素
子とを含んでいる。更に、シリコン基板には半導体レー
ザ素子から放射されたレーザ光を反射させるマイクロミ
ラーが形成されている。
まず、図18を参照しながら、このレーザユニットを説
明する。図18に示されるように、シリコン基板（７ミリ
×3.5ミリ）１の主面1aの中央に凹部２が形成されてお
り、その凹部２の底面に半導体レーザ素子３が配置され
ている。凹部２の一側面は傾斜しており、マイクロミラ
ー４として機能する。シリコン基板１の主面1aが面方位
（100）の場合、異方性エッチングによって、（111）面
を露出させ、マイクロミラー４として利用することがで
きる。（111）面は、（100）から54゜傾斜しているの
で、主面1aが（100）面から＜110＞方向に９゜だけ傾斜
したオフ基板を用いれば、主面1aに対して45゜傾斜した
（111）面が得られる。なお、この（111）面に対向する
位置に設けられた（111）面は基板主面1aに対して63゜
傾斜することになる。この面には、マイクロミラー４が
形成されず、後述する光出力モニター用フォトダイオー
ド５が形成される。異方性エッチングによって形成した
（111）面は平滑なミラー面であるので、優れたマイク
ロミラー４として機能するが、マイクロミラー４の反射
効率を高めるために、レーザ光を吸収しにくい金属膜を
少なくともシリコン基板１の傾斜面上に蒸着することが
好ましい。
シリコン基板１には、半導体レーザ素子３の光出力モ
ニター用フォトダイオード５以外にも、光信号検出用の
５分割フォトダイオード6a及び6bが形成されている。
図19を参照しながら、本実施例の光ディスク装置を説
明する。前述したような構造を持つレーザユニット10の
半導体レーザ素子（図19において不図示）から放射され
たレーザ光は、マイクロミラー（図19において不図示）
によって反射された後、ホログラム素子11の下面に形成
されたグレーティングによって３本のビームに分離され
る（図中では簡単化のため１本のビームのみ示されてい
る）。その後、レーザ光は四分の一波長板（1/4λ板）1
2と対物レンズ13を透過し、光ディスク14上に集光され
る。光ディスク14から反射されたレーザ光は、対物レン
ズ13及び1/4λ板12を透過した後、ホログラム素子11の
上面に形成されたグレーティングによって回折される。
この回折によって、図20に示されるように、−１次光と
＋１次光とが形成される。例えば、−１次光は図中左に
位置する受光面15aに照射され、＋１次光は図中右に位
置する受光面15bに照射される。−１次光と＋１次光と
で焦点距離が異なるように、ホログラム素子11の上面に
形成されたグレーティングのパターンが調整される。
図21に示されるように、レーザ光が光ディスク上で焦
点を結んでいるときには、レーザユニット10の受光面15
aに形成される反射レーザ光のスポットの形状は、受光
面15bに形成される反射レーザ光のスポットの形状と等
しくなる。レーザ光が光ディスク上で焦点を結んでいな
いときは、レーザユニットの受光面に形成される反射レ
ーザ光のスポットの形状が２つの受光面15a及び15bで異
なる。
このように左右の受光面上に形成される光スポットの
大きさは、次のようにしてフォーカスエラー信号FESと
して検出される。
FES＝（S1＋S3＋S5）−（S2＋S4＋S6） ここで、S1〜S3は、図21に示すように、受光面15aを
構成している５つのフォトダイオードの内の中央の３つ
のフォトダイオードから出力された信号強度を意味し、
S4〜S6は、受光面15bを構成している５つのフォトダイ
オードの内の中央の３つのフォトダイオードから出力さ
れた信号強度を意味している。フォーカスエラー信号FE
Sがゼロのとき、レーザ光は光ディスク上に焦点を結ん
でいる（on focus）。図19のアクチュエータ15によっ
て、フォーカスエラー信号FESがゼロになるように対物
レンズ13が駆動される。
トラッキングエラー信号TESは、次のようにして求め
られる。
TES＝（T1−T2）＋（T3−T4） ここで、T1及びT2は、受光面15aを構成している５つ
のフォトダイオードの内の両端の２つのフォトダイオー
ドから出力された信号強度を意味し、T3及びT4は、受光
面15bを構成している５つのフォトダイオードの内の両
端の２つのフォトダイオードから出力された信号強度を
意味している。
情報信号RESは、次のようにして求められる。
RES＝（S1＋S3＋S5）＋（S2＋S4＋S6） なお、本実施例では、半導体レーザ素子とフォトダイ
オードとが一体化されたレーザユニットを用いたが、こ
れらが分離されていてもよい。
このように、半導体レーザ素子とフォトダイオードと
が一体的に構成されたレーザユニットを用いることによ
って、光ディスク装置の小型化が可能となる。また、フ
ォトダイオード及びマイクロミラーがシリコン基板に予
め形成されているので、光学的なアライメントは、シリ
コン基板に対する半導体レーザ素子の位置あわせだけを
行えば良い。このように光学的なアライメントが容易で
あるので、組立精度が高く、製造工程が簡単になる。
産業上の利用の可能性 本発明では、エネルギーギャップ差を30から200meVと
することで可飽和吸収層がレーザ光を効率よく吸収する
とともに、光の吸収も飽和するため、安定した自励発振
が得られる。特に、エネルギーギャップが50〜100meVの
範囲では、可飽和吸収層の飽和条件が最適となり、さら
に動作電流も大きくならないので、特性のよい自励発振
特性が得られる。また、光ガイド層を設ければ、可飽和
吸収層の体積が小さくても、可飽和吸収層でのキャリア
密度を容易に上げられ、強くて安定した自励発振特性を
得ることができる。こうして、次世代の大容量光情報記
録用に適した光源が提供される。
このような半導体レーザを備えた光ディスク装置で
は、光ディスクの再生時にディスク面からの反射光の帰
還や温度の変化により強度雑音が発生せず、信号の読取
エラーの少なくなる結果、産業上大きな意義がもたらさ
せる。
フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平8−6158 (32)優先日 平成８年１月17日(1996．1．17) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平8−208645 (32)優先日 平成８年８月７日(1996．8．7) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 高森 晃 大阪府吹田市山田東４丁目35−１−406 (56)参考文献 特開 平７−86676（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−135175（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−194405（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−350187（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−327131（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．67 ［10］（1995）ｐ．1343−1345 電子情報通信学会技術研究報告．ＬＱ Ｅ95−２（1995）ｐ．７−12 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．68 ［25］（1996）ｐ．3543−3545 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (44)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】量子井戸層を有する活性層と、該活性層を
    挟むクラッド構造とを備えた半導体レーザであって、 該クラッド構造は、可飽和吸収層と、該可飽和吸収層の
    光閉じ込め率を高める光ガイド層とを含んでおり、 該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の量
    子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、30
    から200meVだけ小さい半導体レーザ。
  2. 【請求項２】前記可飽和吸収層の厚さは、約10から約10
    0オングストロームの範囲内にある請求項１に記載の半
    導体レーザ。
  3. 【請求項３】前記可飽和吸収層が複数設けられている請
    求項１に記載の半導体レーザ。
  4. 【請求項４】前記可飽和吸収層のエネルギーギャップ
    が、前記活性層の量子井戸層の基底準位間のエネルギー
    ギャップよりも、50から100meVだけ小さい請求項１に記
    載の半導体レーザ。
  5. 【請求項５】前記光ガイド層は、前記クラッド構造の他
    の部分のバンドギャップよりも小さく、前記可飽和吸収
    層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し
    ている請求項１に記載の半導体レーザ。
  6. 【請求項６】前記光ガイド層の厚さは、300〜1200オン
    グストロームの範囲内にある請求項５に記載の半導体レ
    ーザ。
  7. 【請求項７】前記光ガイド層は、前記クラッド構造内で
    複数の部分に分離されている請求項６に記載の半導体レ
    ーザ。
  8. 【請求項８】前記光ガイド層は、前記クラッド構造内
    で、前記可飽和吸収層に隣接している請求項５に記載の
    半導体レーザ。
  9. 【請求項９】前記可飽和吸収層には、１×1018cm-3以上
    の不純物がドープされている請求項１に記載の半導体レ
    ーザ。
  10. 【請求項１０】前記活性層は、多重量子井戸構造を有し
    ている請求項１に記載の半導体レーザ。
  11. 【請求項１１】量子井戸層を有する活性層と、該活性層
    を挟むクラッド構造とを備え、該クラッド構造は、可飽
    和吸収層と、該可飽和吸収層の光閉じ込め率を高める光
    ガイド層とを含んでおり、該可飽和吸収層のエネルギー
    ギャップが、該活性層の量子井戸層の基底準位間のエネ
    ルギーギャップよりも、30から200meVだけ小さく、時間
    の経過に伴って特性が変動し、所定の時間の経過後ほぼ
    一定の特性を持つ半導体レーザの製造方法であって、 該レーザ発振動作の開始直後の特性を変化させ、該ほぼ
    一定の特性を得る安定化工程を包含する半導体レーザの
    製造方法。
  12. 【請求項１２】前記特性は電流−光出力特性である請求
    項11に記載の半導体レーザの製造方法。
  13. 【請求項１３】前記安定化工程は、エージング処理によ
    って閾値電流を安定化させる工程を包含する請求項11に
    記載の半導体レーザの製造方法。
  14. 【請求項１４】前記安定化工程は、アニールによって閾
    値電流を安定化させる工程を包含する請求項11に記載の
    半導体レーザの製造方法。
  15. 【請求項１５】前記安定化工程によって、閾値電流を前
    記レーザ発振動作の開始直後の値に比べて安定化させる
    請求項11に記載の半導体レーザの製造方法。
  16. 【請求項１６】半導体レーザと、該半導体レーザから放
    射されたレーザ光を記録媒体に集光する集光光学系と、
    該記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光検
    出器とを備えた光ディスク装置であって、 該半導体レーザは、量子井戸層を有する活性層と、該活
    性層を挟むクラッド構造とを備え、該クラッド構造は、
    可飽和吸収層と、該可飽和吸収層の光閉じ込め率を高め
    る光ガイド層とを含んでおり、 該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の量
    子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、30
    から200meVだけ小さい、光ディスク装置。
  17. 【請求項１７】前記半導体レーザは、情報を前記記録媒
    体に記録するときには単一モードで発振し、該記録媒体
    に記録されている情報を再生するときには、自励発振モ
    ードで動作する請求項16に記載の光ディスク装置。
  18. 【請求項１８】前記半導体レーザの近傍に前記光検出器
    が配置されている請求項16に記載の光ディスク装置。
  19. 【請求項１９】前記光検出器は、シリコン基板に形成さ
    れた複数のフォトダイオードを有しており、前記半導体
    レーザは該シリコン基板上に配置されている請求項18に
    記載の光ディスク装置。
  20. 【請求項２０】前記シリコン基板は、その主面に形成さ
    れた凹部と、該シリコン基板の凹部の一側面に形成され
    たマイクロミラーとを有しており、 前記半導体レーザ素子は、該シリコン基板の該凹部内に
    配置され、該半導体レーザから放射されたレーザ光が該
    マイクロミラーによって反射された後、該シリコン基板
    の主面にほぼ垂直な方向に進むように該マイクロミラー
    と該主面との角度が設定されている、請求項19に記載の
    光ディスク装置。
  21. 【請求項２１】前記マイクロミラーの表面には、金属膜
    が形成されている請求項20に記載の光ディスク装置。
  22. 【請求項２２】前記活性層及び前記クラッド構造は、Al
    xGayIn1-x-yP（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ただし、ｘ及
    びｙは同時にゼロにはならない）材料から形成されてい
    る請求項１に記載の半導体レーザ。
  23. 【請求項２３】量子井戸層を有する活性層と、可飽和吸
    収層とを備えた半導体レーザであって、 該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の量
    子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、30
    から200meVだけ小さい半導体レーザ。
  24. 【請求項２４】前記可飽和吸収層の厚さは、約10から約
    100オングストロームの範囲内にある請求項23に記載の
    半導体レーザ。
  25. 【請求項２５】前記可飽和吸収層が複数設けられている
    請求項23に記載の半導体レーザ。
  26. 【請求項２６】前記可飽和吸収層のエネルギーギャップ
    が、前記活性層の量子井戸層の基底準位間のエネルギー
    ギャップよりも、50から100meVだけ小さい請求項23に記
    載の半導体レーザ。
  27. 【請求項２７】前記可飽和吸収層には、１×1018cm-3以
    上の不純物がドープされている請求項23に記載の半導体
    レーザ。
  28. 【請求項２８】前記量子井戸層及び前記可飽和吸収層に
    歪が与えられている請求項23に記載の半導体レーザ。
  29. 【請求項２９】前記活性層は、多重量子井戸構造を有し
    ている請求項23に記載の半導体レーザ。
  30. 【請求項３０】量子井戸層を有する活性層と、該活性層
    を挟むクラッド構造とを備えた半導体レーザであって、 該クラッド構造は、可飽和吸収層を含んでおり、 該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の量
    子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、30
    から200meVだけ小さい半導体レーザ。
  31. 【請求項３１】前記可飽和吸収層の厚さは、約10から約
    100オングストロームの範囲内にある請求項30に記載の
    半導体レーザ。
  32. 【請求項３２】前記可飽和吸収層が複数設けられている
    請求項30に記載の半導体レーザ。
  33. 【請求項３３】前記可飽和吸収層のエネルギーギャップ
    が、前記活性層の量子井戸層の基底準位間のエネルギー
    ギャップよりも、50から100meVだけ小さい請求項30に記
    載の半導体レーザ。
  34. 【請求項３４】前記可飽和吸収層には、１×1018cm-3以
    上の不純物がドープされている請求項30に記載の半導体
    レーザ。
  35. 【請求項３５】前記活性層は、多重量子井戸構造を有し
    ている請求項30に記載の半導体レーザ。
  36. 【請求項３６】前記量子井戸層及び前記可飽和吸収層に
    歪が与えられている請求項30に記載の半導体レーザ。
  37. 【請求項３７】前記活性層は、AlxGayIn1-x-yP（０≦ｘ
    ≦１、０≦ｙ≦１、ただし、ｘ及びｙは同時にゼロには
    ならない）材料から形成されている請求項23に記載の半
    導体レーザ。
  38. 【請求項３８】半導体レーザと、該半導体レーザから放
    射されたレーザ光を記録媒体に集光する集光光学系と、
    該記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光検
    出器とを備えた光ディスク装置であって、 該半導体レーザは、量子井戸層を有する活性層と、可飽
    和吸収層と、を備えていて、該可飽和吸収層のエネルギ
    ーギャップが、該活性層の量子井戸層の基底準位間のエ
    ネルギーギャップよりも、30から200meVだけ小さい、光
    ディスク装置。
  39. 【請求項３９】前記半導体レーザは、情報を前記記録媒
    体に記録するときには単一モードで発振し、該記録媒体
    に記録されている情報を再生するときには、自励発振モ
    ードで動作する請求項38に記載の光ディスク装置。
  40. 【請求項４０】前記半導体レーザの近傍に前記光検出器
    が配置されている請求項38に記載の光ディスク装置。
  41. 【請求項４１】前記光検出器は、シリコン基板に形成さ
    れた複数のフォトダイオードを有しており、前記半導体
    レーザは該シリコン基板上に配置されている請求項40に
    記載の光ディスク装置。
  42. 【請求項４２】前記シリコン基板は、その主面に形成さ
    れた凹部と、該シリコン基板の凹部の一側面に形成され
    たマイクロミラーとを有しており、 前記半導体レーザ素子は、該シリコン基板の該凹部内に
    配置され、該半導体レーザから放射されたレーザ光が該
    マイクロミラーによって反射された後、該シリコン基板
    の主面にほぼ垂直な方向に進むように該マイクロミラー
    と該主面との角度が設定されている、請求項41に記載の
    光ディスク装置。
  43. 【請求項４３】前記マイクロミラーの表面には、金属膜
    が形成されている請求項42に記載の光ディスク装置。
  44. 【請求項４４】量子井戸層を有する活性層と、可飽和吸
    収層とを備えた半導体レーザであって、 該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の量
    子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、30
    から100meVだけ小さい半導体レーザ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７［１０］（１９９５）ｐ．１３４３−１３４５
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６８［２５］（１９９６）ｐ．３５４３−３５４５
電子情報通信学会技術研究報告．ＬＱＥ９５−２（１９９５）ｐ．７−１２

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