JP3154726B2 - Semiconductor laser and disk device - Google Patents

Semiconductor laser and disk device

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JP3154726B2
JP3154726B2 JP53470196A JP53470196A JP3154726B2 JP 3154726 B2 JP3154726 B2 JP 3154726B2 JP 53470196 A JP53470196 A JP 53470196A JP 53470196 A JP53470196 A JP 53470196A JP 3154726 B2 JP3154726 B2 JP 3154726B2
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JP
Japan
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layer
semiconductor laser
self
active layer
type semiconductor
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JP53470196A
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秀人 足立
智 上山
勲 木戸口
雄 上野山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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
    • HELECTRICITY
    • 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
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    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0658Self-pulsating
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode

Description

【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
る低雑音自励発振型半導体レーザ及び該半導体レーザを
用いた光ディスク装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low-noise self-excited oscillation type semiconductor laser used for a light source of an optical disk system and the like, and an optical disk device using the semiconductor laser.

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(レーザダイオード)の需要が高ま
り、GaAs系およびInP系半導体レーザ素子を中心とし
て、種々の半導体レーザ素子の研究開発が活発に進めら
れてきた。光情報処理分野においては、特に発振波長
(lasing wavelength)が780nmのAlGaAs系半導体レー
ザ(780nm−Band AlGaAs Laser Diodes)を光源に用
いて情報の記録・再生を行うシステムが実用化されてお
り、コンパクトディスクの記録・再生システムとして広
く普及するに至っている。
2. Description of the Related Art In recent years, demand for semiconductor lasers (laser diodes) has increased in the fields of optical communication, laser printers, optical disks, and the like, and research and development of various semiconductor laser devices, mainly GaAs-based and InP-based semiconductor laser devices, have been actively conducted. It has been advanced. In the field of optical information processing, a system for recording / reproducing information using an AlGaAs-based semiconductor laser (780 nm-Band AlGaAs Laser Diodes) having a lasing wavelength of 780 nm as a light source has been put into practical use. It has become widespread as a disk recording / playback system.

しかし、最近、これらの光ディスクの記憶容量の増加
が強く求められるようになり、それに伴い、より短波長
のレーザ光を放射できる半導体レーザ素子が必要になっ
てきた。
However, recently, there has been a strong demand for an increase in the storage capacity of these optical disks, and accordingly, a semiconductor laser device capable of emitting laser light of a shorter wavelength has been required.

AlGaInP系半導体レーザ素子によれば、630〜690nm
(赤色領域)でのレーザ発振が可能である。なお、本願
明細書において、「AlGaInP」は、(AlxGa1-x0.6In
0.5P(0≦x<1)を簡略的に表現したものである。
この半導体レーザ素子は、現在、実用レベルにある種々
の半導体レーザ素子の中で最も短い波長のレーザ光を放
射することができるので、従来から広く使用されていた
AlGaAs系半導体レーザに代わって、次世代の大容量光情
報記録用光源として有望である。
According to the AlGaInP-based semiconductor laser device, 630 to 690 nm
(Red region) laser oscillation is possible. In the present specification, “AlGaInP” means (Al x Ga 1-x ) 0.6 In
0.5 P (0 ≦ x <1) is simply represented.
Since this semiconductor laser device can emit laser light of the shortest wavelength among various semiconductor laser devices that are currently in practical use, they have been widely used in the past.
It is promising as a next-generation light source for large-capacity optical information recording, replacing AlGaAs-based semiconductor lasers.

半導体レーザ素子の評価にとっては、レーザ光の波長
だけではなく、強度雑音(Intensity Noise)や、温度
特性が重要な要素である。特に、半導体レーザ素子が光
ディスクの再生用光源として使用される場合、強度雑音
の少ないことが極めて重要である。強度雑音は、光ディ
スクに記録されている信号の読取エラーを誘発するから
である。半導体レーザ素子の強度雑音は、素子の温度変
化によって引き起こされるだけではなく、光ディスクの
表面から反射された光の一部が半導体レーザ素子に帰還
してしまうことによっても生じる。したがって、このよ
うな反射光の帰還が生じても、強度雑音の少ない半導体
レーザ素子が光ディスクの再生用光源には不可欠とな
る。
For evaluation of a semiconductor laser device, not only the wavelength of the laser beam but also intensity noise and temperature characteristics are important factors. In particular, when the semiconductor laser device is used as a light source for reproducing an optical disk, it is extremely important that the intensity noise is small. This is because the intensity noise induces an error in reading a signal recorded on the optical disk. The intensity noise of the semiconductor laser element is caused not only by the temperature change of the element, but also by a part of the light reflected from the surface of the optical disk returning to the semiconductor laser element. Therefore, even if such reflected light returns, a semiconductor laser element with low intensity noise is indispensable as a light source for reproducing an optical disk.

従来、光ディスクの再生専用低出力光源としてAlGaAs
系半導体レーザ素子を用いる場合、雑音を低減するため
に素子内のリッジストライプの両側に意図的に可飽和吸
収体(saturable absorber)が形成されていた。この
ような構造を採用することによって、レーザ発振の縦モ
ード(Longitudinal mode)をマルチ化することができ
る。レーザが単一縦モードで発振しているときには、レ
ーザ光の素子へ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、それまで発振していた
縦モードに近接する他の縦モードでのレーザ発振が開始
し、元の発振モードとの間で競合(Mode competitio
n)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。
Conventionally, AlGaAs was used as a low-power light source exclusively for reproduction of optical discs.
When a system-based semiconductor laser device is used, a saturable absorber is intentionally formed on both sides of a ridge stripe in the device in order to reduce noise. By employing such a structure, the longitudinal mode (Longitudinal mode) of laser oscillation can be multiplied. When the laser oscillates in the single longitudinal mode, if a disturbance such as feedback of laser light to the element or a temperature change enters, a slight change in the gain peak causes the laser to approach the longitudinal mode that was oscillating up to that point. In the vertical mode, laser oscillation starts and there is competition with the original oscillation mode (Mode competitio
Cause n). This is the cause of noise, and when multiplying the vertical mode, the intensity change of each mode is averaged,
Moreover, since it does not change due to disturbance, stable low noise characteristics can be obtained.

また、安定な自励発振特性を得ることのできる先行技
術が特開昭63−202083号公報に示されている。この先行
技術では、活性層で生成された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
(Self−Sustained Pulsation type laser diode)
を実現している。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-202083 discloses a prior art capable of obtaining a stable self-excited oscillation characteristic. In this prior art, a self-sustained pulsation type laser diode (Self-Sustained Pulsation type laser diode) is provided by providing a layer capable of absorbing light generated in an active layer.
Has been realized.

また、特開平6−260716号公報は、活性層のバンドギ
ャップと吸収層のバンドギャップをほぼ等しくすること
によって赤色半導体レーザ素子の特性を改善したと記載
している。図4は、特開平6−260716号公報に開示され
ている従来の自励発振型の半導体レーザ素子を示す模式
断面図である。以下、図4を参照しながら、この半導体
レーザ素子を説明する。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-260716 describes that the characteristics of the red semiconductor laser device are improved by making the band gap of the active layer substantially equal to the band gap of the absorption layer. FIG. 4 is a schematic sectional view showing a conventional self-pulsation type semiconductor laser device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-260716. Hereinafter, this semiconductor laser device will be described with reference to FIG.

図4において、n型のGaAsからなる基板1601上にn型
のGaInPからなるバッファ層202、n型のAlGaInPからな
るクラッド層203、GaInPからなる歪量子井戸活性層(st
rained quantum well active layer)204が順次形
成される。ここでクラッド層203中には歪量子井戸可飽
和吸収層(strained quantum well saturable abso
rbing layer)205が形成され、その上部にはリッジ状
のクラッド層206とp型のGaInPからなるコンタクト層20
7が形成されている。このリッジ状のクラッド構造206お
よびコンタクト層207の両側はn型のGaAs層からなる電
流のブロック層208によって埋め込まれている。さらに
コンタクト層207とブロック層208上にはp型のGaAsから
なるキャップ層209が形成されており、キャップ層209上
にはp型電極210、基板201側にはn電極211がそれぞれ
形成されている。
In FIG. 4, a buffer layer 202 made of n-type GaInP, a cladding layer 203 made of n-type AlGaInP, and a strained quantum well active layer (st) made of GaInP are formed on a substrate 1601 made of n-type GaAs.
A rained quantum well active layer) 204 is sequentially formed. Here, the clad layer 203 includes a strained quantum well saturable absorptive layer.
A ridge-shaped cladding layer 206 and a contact layer 20 made of p-type GaInP are formed thereon.
7 are formed. Both sides of the ridge-shaped cladding structure 206 and the contact layer 207 are buried with a current blocking layer 208 made of an n-type GaAs layer. Further, a cap layer 209 made of p-type GaAs is formed on the contact layer 207 and the block layer 208. A p-type electrode 210 is formed on the cap layer 209, and an n-electrode 211 is formed on the substrate 201 side. I have.

また、図5は歪量子井戸可飽和吸収層205のエネルギ
バンド図を示しており(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pからな
るバリア層301とGaxIn1-xP(膜厚100Å、歪+0.5〜1.0
%)からなる井戸層302とを交互に積層してあり、本従
来例では井戸層302が3層形成されている。ここで、歪
量子井戸活性層204のバンドギャップと歪量子井戸可飽
和吸収層205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。
FIG. 5 is an energy band diagram of the strained quantum well saturable absorber layer 205, in which a barrier layer 301 made of (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P and a Ga x In 1-x P (film thickness of 100 °, strain) +0.5 to 1.0
%) Are alternately stacked, and in the conventional example, three well layers 302 are formed. Here, the band gap of the strained quantum well active layer 204 is substantially equal to that of the strained quantum well saturable absorption layer 205. With this configuration, an attempt is made to obtain good self-excited oscillation characteristics.

AlGaInP系半導体の利得特性は、AlGaAs系半導体の利
得特性から大きく異なり、その結果、自励発振しにくい
ことが明らかとなった。図6は、GaInPとGaAsについ
て、利得のキャリア密度依存性を示している。GaAsおよ
びGaInPは、それぞれ、AlGaAs系半導体レーザおよびAlG
aInP系半導体レーザの活性層に主に用いられる材料であ
る。
The gain characteristics of the AlGaInP-based semiconductor differ greatly from the gain characteristics of the AlGaAs-based semiconductor, and as a result, it has become clear that self-excited oscillation is difficult. FIG. 6 shows the carrier density dependence of the gain for GaInP and GaAs. GaAs and GaInP are AlGaAs semiconductor laser and AlG, respectively.
aA material mainly used for the active layer of a semiconductor laser.

自励発振を達成するためには、キャリア密度の増加に
対する利得の増加の割合(利得曲線の傾き)が大きいこ
とが要求される。ところが、GaInPの利得曲線の傾きはG
aAsの利得曲線の傾きよりも小さいため、相対的に自励
発振が達成されにくいことが判明した。
In order to achieve self-sustained pulsation, it is required that the ratio of the increase in gain to the increase in carrier density (the slope of the gain curve) is large. However, the slope of the gain curve of GaInP is G
Since the slope of the gain curve of aAs is smaller, it was found that self-sustained pulsation was relatively difficult to achieve.

また、本願発明者らの実験結果によると、赤色半導体
レーザ(AlGaInP系半導体レーザ)の場合、上記の利得
特性の違いにより、従来例のように活性層と可飽和吸収
層とのバンドギャップを等しくしただけでは安定した自
励発振を得ることが困難であることがわかった。
Further, according to the experimental results of the present inventors, in the case of a red semiconductor laser (AlGaInP-based semiconductor laser), the band gap between the active layer and the saturable absorption layer is made equal to each other due to the difference in the gain characteristics described above. It has been found that it is difficult to obtain a stable self-sustained pulsation simply by doing.

本願発明者らの実験結果によると、赤色半導体レーザ
(AlGaInP系半導体レーザ)の場合、利得特性の違いに
より、従来例のように活性層と可飽和吸収層とのバンド
ギャップを等しくしただけでは安定した自励発振を得る
ことが困難であることがわかった。
According to the experimental results of the present inventors, in the case of a red semiconductor laser (AlGaInP-based semiconductor laser), the difference in gain characteristics makes it possible to achieve stable operation by simply equalizing the band gap between the active layer and the saturable absorption layer as in the conventional example. It was found that it was difficult to obtain the self-excited oscillation.

不純物のドーピング量を増加させることでキャリア寿
命を短くすることが可能である。再結合速度が電子、お
よびホールの占有確率の積に比例するためである。しか
し、キャリア寿命を短くするためには1×1018cm-3以上
の不純物のドーピング量が必要となる。活性層のすぐ近
くに高いドーピングレベルの層を付加すると、信頼性が
低下することが本願発明者の実験でわかった。これはp
型ドーパントであるZnの拡散によるものである。したが
って、自励発振には有効な高いドーピングは信頼性の観
点から見ると、問題となる。
The carrier lifetime can be shortened by increasing the impurity doping amount. This is because the recombination speed is proportional to the product of the probability of occupation of electrons and holes. However, in order to shorten the carrier lifetime, an impurity doping amount of 1 × 10 18 cm −3 or more is required. The inventors' experiments have shown that adding a layer with a high doping level in the immediate vicinity of the active layer reduces reliability. This is p
This is due to the diffusion of Zn as a type dopant. Therefore, high doping effective for self-sustained pulsation becomes a problem from the viewpoint of reliability.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に
半導体レーザを構成する可飽和吸収層やスペーサ層のド
ーピングの程度や厚さなどを最適に設定することによっ
て、安定な自励発振特性を有し、かつ、信頼性の高い半
導体レーザを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a point, and particularly, by setting the degree and thickness of doping of the saturable absorption layer and the spacer layer constituting the semiconductor laser optimally, a stable self-pulsation characteristic can be obtained. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser having high reliability.

他の目的は、このような半導体レーザを用いた光ディ
スク装置を提供することにある。
Another object is to provide an optical disk device using such a semiconductor laser.

発明の開示 本発明の自励発振型半導体レーザは、活性層と、該活
性層を挟むクラッド構造とを備えた自励発振型半導体レ
ーザであって、該クラッド構造は、不純物がドープされ
ている可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層は、
該活性層から離れた位置に配置され、該活性層から該可
飽和吸収層へのヘテロバリアリーク電子密度が、1×10
18cm-3以上である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The self-pulsation type semiconductor laser of the present invention is a self-pulsation type semiconductor laser including an active layer and a cladding structure sandwiching the active layer, wherein the cladding structure is doped with impurities. A saturable absorbing layer, wherein the saturable absorbing layer
The heterobarrier leak electron density from the active layer to the saturable absorbing layer is set at a distance of 1 × 10
18 cm -3 or more.

好ましい実施形態では、前記可飽和吸収層にドープさ
れた不純物は、p型である。
In a preferred embodiment, the impurity doped in the saturable absorption layer is p-type.

前記活性層と前記可飽和吸収層との間にはスペーサ層
が設けられ、該スペーサ層の厚さが500Å以下であるこ
とが好ましい。
Preferably, a spacer layer is provided between the active layer and the saturable absorption layer, and the thickness of the spacer layer is preferably 500 ° or less.

好ましい実施形態では、前記スペーサ層の伝導帯にお
ける障壁の高さと厚さは、前記ヘテロバリアリーク電子
密度が1×1018cm-3以上にするように設定されている。
In a preferred embodiment, the height and thickness of the barrier in the conduction band of the spacer layer are set so that the heterobarrier leak electron density is 1 × 10 18 cm −3 or more.

ある実施形態では、前記スペーサ層の伝導帯における
障壁の高さが、クラッド構造のn型部分の障壁高さより
も高い。
In one embodiment, the height of the barrier in the conduction band of the spacer layer is higher than the height of the barrier in the n-type portion of the cladding structure.

ある実施形態では、前記スペーサ層の伝導帯における
障壁の高さが、クラッド構造のn型部分の障壁高さより
も低い。
In one embodiment, the height of the barrier in the conduction band of the spacer layer is lower than the height of the barrier in the n-type portion of the cladding structure.

ある実施形態では、前記可飽和吸収層は、圧縮歪の与
えられた量子井戸から形成されている。
In one embodiment, the saturable absorber layer is formed of a compressively-strained quantum well.

ある実施形態では、前記活性層および前記可飽和吸収
層が、ともに圧縮歪をもつ歪量子井戸から形成されてい
る。
In one embodiment, the active layer and the saturable absorption layer are both formed of strained quantum wells having a compressive strain.

ある実施形態では、前記活性層および前記可飽和吸収
層が、ともに引張り歪をもつ歪量子井戸から形成されて
いる。
In one embodiment, the active layer and the saturable absorption layer are both formed of a strained quantum well having a tensile strain.

前記スペーサ層の不純物濃度は、1.0×1017cm-3
上、1.0×1018cm-3以下であることが好ましい。
The spacer layer preferably has an impurity concentration of 1.0 × 10 17 cm −3 or more and 1.0 × 10 18 cm −3 or less.

前記可飽和吸収層の不純物濃度は、1.0×1018cm-3
下であることが好ましい。
The saturable absorption layer preferably has an impurity concentration of 1.0 × 10 18 cm −3 or less.

前記ヘテロバリアリーク電子密度は、4×1018cm-3
下であることが好ましい。
The heterobarrier leak electron density is preferably 4 × 10 18 cm −3 or less.

図面の簡単な説明 図1Aは、本発明による半導体レーザ素子の第1の実施
例の断面構造図であり、図1Bは、その主要部のAl組成の
構成を示す図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a sectional structural view of a first embodiment of a semiconductor laser device according to the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a configuration of an Al composition of a main part thereof.

図2Aは、5×1017cm-3の濃度でp型不純物がドープさ
れた可飽和吸収層の光励起キャリア密度に対するキャリ
ア寿命の変化を示す図であり、図2Bはヘテロバリアリー
クを模式的に示す図である。
FIG. 2A is a diagram showing a change in carrier lifetime with respect to the photoexcited carrier density of a saturable absorption layer doped with a p-type impurity at a concentration of 5 × 10 17 cm −3 , and FIG. 2B is a diagram schematically showing a heterobarrier leak. FIG.

図3は、ヘテロバリアリーク電子のスペーサ層厚依存
性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the dependence of the hetero barrier leak electrons on the spacer layer thickness.

図4は、従来の自励発振型の半導体レーザの模式断面
図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional self-pulsation type semiconductor laser.

図5は、歪量子井戸可飽和吸収層のエネルギバンド図
である。
FIG. 5 is an energy band diagram of the strained quantum well saturable absorption layer.

図6は、GaAsとGaInPの利得特性を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing gain characteristics of GaAs and GaInP.

図7A、図7B及び図7Cは、本発明による半導体レーザ素
子の第2の実施例に於ける活性層近傍の組成構造図であ
る。
FIGS. 7A, 7B and 7C are compositional diagrams near the active layer in the second embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention.

図8は、本発明による半導体レーザ素子の第3の実施
例に於ける断面構造図である。
FIG. 8 is a sectional structural view of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.

図9は、本発明による半導体レーザ素子の第3の実施
例に於ける活性層近傍の組成構造図である。
FIG. 9 is a diagram showing a composition structure near an active layer in a third embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention.

図10は、(AlxGa1-x0.5In0.5Pスペーサ層の組成x
に対してヘテロバリアリーク電子密度がどのように変化
するかを、スペーサ層の厚さごとに示す図である。
FIG. 10 shows the composition x of the (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P spacer layer.
FIG. 7 is a diagram showing how the heterobarrier leak electron density changes with respect to the thickness of the spacer layer.

図11は、本発明による光ディスク装置の実施例の構成
を模式的に示す図である。
FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of an embodiment of the optical disk device according to the present invention.

図12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である。
FIG. 12 is a perspective view of a laser unit used in the optical disk device according to the present invention.

図13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である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing the configuration of another embodiment of the optical disc device according to the present invention.

図14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である。
FIG. 14 is a diagram showing the function of the hologram element used in the embodiment of the optical disk device according to the present invention.

図15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である。
FIG. 15 is a plan view showing a photodetector used in an embodiment of the optical disk device according to the present invention.

発明を実施するための最良の形態 本発明の半導体レーザは、不純物がドープされた可飽
和吸収層を有し、バンドギャップが活性層及び可飽和吸
収層のバンドギャップよりも大きい材料から成るスペー
サ層(厚さ50nm以下)を活性層と可飽和吸収層の間に有
している。信頼性の観点から、スペーサ層の不純物濃度
は1×1018cm-3以下に抑えられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A semiconductor laser according to the present invention has a saturable absorbing layer doped with an impurity, and has a spacer layer made of a material having a band gap larger than the band gaps of the active layer and the saturable absorbing layer. (With a thickness of 50 nm or less) between the active layer and the saturable absorption layer. From the viewpoint of reliability, the impurity concentration of the spacer layer is suppressed to 1 × 10 18 cm −3 or less.

本発明の半導体レーザでは、スペーサ層の厚さ及びバ
ンドギャップを調整することによって、活性層から可飽
和吸収層へ適当な量の電子を注入し、それによって自励
発振を達成する。より詳細には、可飽和吸収層の不純物
濃度を比較的に低く設定しながら、可飽和吸収層を活性
層に近い位置に配置することによって、活性層から可飽
和吸収層へ注入される電子の量を大きくし、それによっ
て可飽和吸収層中の電子の寿命を短縮し、自励発振を発
現する。可飽和吸収層に注入された電子の密度が1×10
18cm-3よりも高くなると、可飽和吸収層の不純物濃度が
1×1018cm-3よりも小さい場合でも、自励発振が達成さ
れることを発明者らは見いだした。
In the semiconductor laser of the present invention, by adjusting the thickness and band gap of the spacer layer, an appropriate amount of electrons is injected from the active layer to the saturable absorption layer, thereby achieving self-pulsation. More specifically, by arranging the saturable absorption layer at a position close to the active layer while setting the impurity concentration of the saturable absorption layer relatively low, electrons injected from the active layer into the saturable absorption layer are reduced. Increasing the amount, thereby shortening the lifetime of the electrons in the saturable absorber layer and exhibiting self-sustained pulsation. The density of electrons injected into the saturable absorption layer is 1 × 10
It becomes higher than 18 cm -3, even if the impurity concentration of the saturable absorbing layer is smaller than 1 × 10 18 cm -3, we that self-oscillation can be achieved has been found.

従来、可飽和吸収層は活性層から例えば1000Å以上離
れた位置に設けられるべきものと考えられていた。その
理由は、可飽和吸収層を活性層に近づけすぎると、可飽
和吸収層が利得を持ち、自励発振が生じなくなると考え
られていたからである。しかしながら、本発明者らの研
究によれば、可飽和吸収層を活性層に近づけても、可飽
和吸収層に注入される電子の密度が所定範囲内にあれ
ば、利得は生じず、そのかわり、電子の寿命が短縮され
るために自励発振が生じやすくなることがわかった。
Conventionally, it has been considered that the saturable absorbing layer should be provided at a position separated from the active layer by, for example, 1000 ° or more. The reason is that if the saturable absorption layer is too close to the active layer, it has been considered that the saturable absorption layer has a gain and self-excited oscillation does not occur. However, according to the study of the present inventors, even if the saturable absorbing layer is brought close to the active layer, if the density of electrons injected into the saturable absorbing layer is within a predetermined range, no gain occurs, and instead, It has been found that self-sustained pulsation is likely to occur because the life of electrons is shortened.

なお、可飽和吸収層に注入される電子の密度が5×10
18cm-3よりも高くなると、可飽和吸収層が利得を持つた
め、可飽和吸収層に注入される電子の密度は5×1018cm
-3以下、特に4×1018cm-3以下に抑制されることが好ま
しい。
The density of electrons injected into the saturable absorbing layer is 5 × 10
If the height is higher than 18 cm -3, the density of electrons injected into the saturable absorption layer is 5 × 10 18 cm because the saturable absorption layer has a gain.
-3 or less, particularly preferably 4 × 10 18 cm -3 or less.

以下、図面を参照しながら本発明による半導体レーザ
素子の実施例を説明する。
Hereinafter, embodiments of the semiconductor laser device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1Aは、本発明による半導体レーザの第1の実施例の
断面構造を示している。この半導体レーザは、n型のGa
As基板101と、GaAs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GaInPバ
ッファ層102、n型AlGaInPクラッド層103、GaInP活性層
104、p型のAlGaInPスペーサ層105、p型のGaInP可飽和
吸収層106、第1のp型AlGaInPクラッド層107、p型のG
aInPエッチング停止層108、第2のp型AlGaInPクラッド
層109を含んでいる。
FIG. 1A shows a sectional structure of a first embodiment of a semiconductor laser according to the present invention. This semiconductor laser is an n-type Ga
An As substrate 101 and a semiconductor multilayer structure formed on the GaAs substrate 101 are provided. This semiconductor multilayer structure includes an n-type GaInP buffer layer 102, an n-type AlGaInP cladding layer 103, and a GaInP active layer.
104, p-type AlGaInP spacer layer 105, p-type GaInP saturable absorption layer 106, first p-type AlGaInP cladding layer 107, p-type G
An aInP etching stop layer 108 and a second p-type AlGaInP cladding layer 109 are included.

第2のp型AlGaInPクラッド構造109は、共振器長方向
に延びるストライプ状の形状(幅:約2.0〜7.0μm)を
有している。
The second p-type AlGaInP cladding structure 109 has a stripe shape (width: about 2.0 to 7.0 μm) extending in the resonator length direction.

第2のp型クラッド層109の上面には、コンタクト層1
10が形成されている。第2のp型クラッド層109及びコ
ンタクト層110の両側には、n型のGaAs電流ブロック層1
11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114が形成されている。
The contact layer 1 is formed on the upper surface of the second p-type cladding layer 109.
10 are formed. On both sides of the second p-type cladding layer 109 and the contact layer 110, an n-type GaAs current blocking layer 1 is provided.
11 are formed. On the contact layer 110 and the current block layer 111, a p-type GaAs cap layer 112 is formed. A p-electrode 113 is formed on the upper surface of the cap layer 112, and an n-electrode 114 is formed on the back surface of the substrate 101.

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、可飽和吸収層106、p型のGaInPエッチ
ング停止層108、第1のp型AlGaInPクラッド層107、第
2のp型AlGaInPクラッド層109が、クラッド構造を構成
している。
In the present specification, a buffer layer,
The remaining portion excluding the active layer, the contact layer, the cap layer, and the current blocking layer will be referred to as a “cladding structure” as a whole. In the case of this embodiment, n-type AlGaIn
The P cladding layer 103, the saturable absorption layer 106, the p-type GaInP etching stop layer 108, the first p-type AlGaInP cladding layer 107, and the second p-type AlGaInP cladding layer 109 constitute a cladding structure.

レーザ発振のために、p電極113とn電極114との間に
電圧を印加してp電極113からn電極114に電流(駆動電
流)を流すとき、電流は、コンタクト層110及び第2の
p型クラッド層109を流れるように電流ブロック層111に
よって狭窄される。このため、電流は、活性層104のう
ち、第2のp型クラッド層109の真下の領域(電流注入
領域)を流れ、電流ブロック層111の真下の領域は流れ
ない。活性層104の電流注入領域内で光が発生し、その
光は電流注入領域より外側にもある程度広がる。この光
の一部が可飽和吸収層106と相互作用することによっ
て、自励発振が引き起こされる。
When a voltage is applied between the p-electrode 113 and the n-electrode 114 to cause a current (drive current) to flow from the p-electrode 113 to the n-electrode 114 for laser oscillation, the current flows through the contact layer 110 and the second p-electrode. It is confined by the current blocking layer 111 so as to flow through the mold cladding layer 109. Therefore, the current flows in a region (current injection region) directly below the second p-type cladding layer 109 in the active layer 104, and does not flow in a region directly below the current blocking layer 111. Light is generated in the current injection region of the active layer 104, and the light spreads to some extent outside the current injection region. A part of this light interacts with the saturable absorption layer 106 to cause self-pulsation.

本実施例の積層構造を構成する各半導体層のドーピン
グレベルおよび厚さは以下の通りである。
The doping levels and thicknesses of the respective semiconductor layers constituting the laminated structure of this embodiment are as follows.

活性層104の近傍に位置するスペーサ層105、可飽和吸
収層106、第1のp型クラッド層107はいずれもドーピン
グ濃度が5×1017cm-3と低く抑えられているので、活性
層104への不純物の固相拡散が少なく、素子の信頼性が
損なわれることはない。なお、これらの層の組成を図1B
に示している。p型クラッド層107およびn型クラッド
層103とスペーサ層105には(Al0.7Ga0.80.5In0.5Pを
用い、活性層104、可飽和吸収層106およびエッチング停
止層108にはGa0.5In0.5Pを用いている。
Since the spacer layer 105, the saturable absorption layer 106, and the first p-type cladding layer 107 located near the active layer 104 have a low doping concentration of 5 × 10 17 cm −3 , the active layer 104 The solid phase diffusion of impurities into the element is small, and the reliability of the device is not impaired. The composition of these layers is shown in FIG.
Is shown in The p-type cladding layer 107 and the n-type cladding layer 103 and the spacer layer 105 using a (Al 0.7 Ga 0.8) 0.5 In 0.5 P, an active layer 104, the saturable absorbing layer 106 and the etch stop layer 108 Ga 0.5 In 0.5 P is used.

図2Aに、5×1017cm-3の濃度でp型不純物がドープさ
れた可飽和吸収層106の光励起キャリア密度に対するキ
ャリア寿命の変化を示す。光励起キャリア密度とは、光
によって励起された電子−ホール対の密度である。本願
明細書では、図2Bに示されるように、n型クラッド層10
3から活性層104を越えて可飽和吸収層106に注入される
過剰な電子を「ヘテロバリアリーク電子」と呼ぶ。図2A
では、「ヘテロバリアリーク電子」の密度をパラメータ
として、複数の曲線が示されている。
FIG. 2A shows a change in carrier lifetime with respect to the photoexcited carrier density of the saturable absorption layer 106 doped with a p-type impurity at a concentration of 5 × 10 17 cm −3 . The photoexcited carrier density is the density of electron-hole pairs excited by light. In the present specification, as shown in FIG.
Excess electrons injected from 3 into the saturable absorption layer 106 beyond the active layer 104 are called "heterobarrier leak electrons". Figure 2A
In FIG. 7, a plurality of curves are shown using the density of “heterobarrier leak electrons” as a parameter.

図2Aから、ヘテロバリアリーク電子密度が増加する
と、可飽和吸収層106中での電子−ホール対の再結合速
度が増大し、キャリア寿命が減少していく傾向が現れて
いることがわかる。キャリア寿命が小さいほどキャリア
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、相対雑音を下げることが
できる。発明者らの実験によれば、その寿命時間は、約
7ナノ秒以下が望ましいことがわかった。図2Aより、ヘ
テロバリアリーク電子密度が1.0×1018cm-3以上あれ
ば、光励起キャリア密度に対するキャリア寿命は7nm以
下となるので、安定した自励発振が可能であることがわ
かる。
FIG. 2A shows that when the heterobarrier leak electron density increases, the recombination velocity of electron-hole pairs in the saturable absorption layer 106 increases, and the carrier lifetime tends to decrease. As the carrier life is shorter, the contribution of spontaneous emission to the time change rate of carriers increases, so that self-sustained pulsation can be easily generated and relative noise can be reduced. According to experiments by the inventors, it was found that the life time is desirably about 7 nanoseconds or less. FIG. 2A shows that when the heterobarrier leak electron density is 1.0 × 10 18 cm −3 or more, the carrier lifetime with respect to the photoexcited carrier density is 7 nm or less, and thus stable self-pulsation can be performed.

この図では、可飽和吸収層にp型不純物を、5×1017
cm-3濃度にドーピングしたものであるが、可飽和吸収層
の濃度を上げて、1×1018cm-3にしたときも、ヘテロバ
リアリーク電子密度が1.0×1018cm-3以上であれば、可
飽和吸収層でのキャリア寿命が小さくなり、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、相対雑音を下げることがで
きる。ただし、信頼性の観点から、スペーサ層のドーピ
ングレベルを高くすることは好ましくない。スペーサ層
は活性層に隣接しているからである。発明者らの実験で
は、スペーサ層の不純物濃度が1.0×1018cm-3を越える
と、不純物がスペーサ層から活性層に拡散する可能性が
あり、半導体レーザ素子の信頼性が低下することがわか
った。よって、スペーサ層の不純物濃度は、1.0×1018c
m-3以下にすることが好ましい。他方、不純物濃度が低
すぎると、可飽和吸収層の電気抵抗が高くなってしま
う。スペーサ層の不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上、
1.0×1018cm-3以下であることが好ましい。
In this figure, a p-type impurity is added to the saturable absorption layer in 5 × 10 17
but it is obtained by doping cm -3 concentration, by increasing the concentration of the saturable absorbing layer, even when the 1 × 10 18 cm -3, any hetero barrier leakage electron density 1.0 × 10 18 cm -3 or more For example, the carrier lifetime in the saturable absorption layer becomes shorter, the contribution of spontaneous emission to the time change rate of carriers increases, self-sustained pulsation can be easily generated, and relative noise can be reduced. However, from the viewpoint of reliability, it is not preferable to increase the doping level of the spacer layer. This is because the spacer layer is adjacent to the active layer. According to experiments by the inventors, when the impurity concentration of the spacer layer exceeds 1.0 × 10 18 cm −3 , the impurity may diffuse from the spacer layer to the active layer, and the reliability of the semiconductor laser device may decrease. all right. Therefore, the impurity concentration of the spacer layer is 1.0 × 10 18 c
It is preferable to set m- 3 or less. On the other hand, if the impurity concentration is too low, the electric resistance of the saturable absorbing layer will increase. The impurity concentration of the spacer layer is 1.0 × 10 17 cm -3 or more,
It is preferably 1.0 × 10 18 cm −3 or less.

図2Bに示すように、ヘテロバリアリーク電子は、n型
クラッド層103から活性層104に注入された電子が、活性
層104内に十分閉じ込められずにp型クラッド層107へ拡
散していくものを意味している。ヘテロバリアリーク電
子密度は、スペーサ層105の厚さに大きく依存する。
As shown in FIG. 2B, the heterobarrier leak electrons are electrons in which the electrons injected from the n-type cladding layer 103 into the active layer 104 diffuse into the p-type cladding layer 107 without being sufficiently confined in the active layer 104. Means The hetero barrier leak electron density largely depends on the thickness of the spacer layer 105.

AlGaInP系では伝導帯のヘテロ障壁が小さいためにヘ
テロバリアリーク電子は、得に顕著に存在する。図3に
理論的に求めたスペーサ層105の厚さと可飽和吸収層106
に注入されるヘテロバリアリーク電子密度との関係を示
す。スペーサ層のバンドギャップが小さければ、電子が
可飽和吸収層へとリークする量は多くなる。n型クラッ
ド層103とスペーサ層105とのバンドギャップが同じであ
るという条件でも、スペーサ層105の厚さが薄くなるほ
ど活性層104から可飽和吸収層106へリークするヘテロバ
リアリーク電子が増加する傾向が見られる。そしてスペ
ーサ層105の厚さが約500Å(オングストローム)で、前
述の7ナノ秒以下のキャリア寿命が得られる1.0×1018
のヘテロバリアリーク電子密度となる。その結果、可飽
和吸収層106に1.0×1018cm-3以上もの高い濃度のドーピ
ングを行わなくても、自励発振が可能となり、低雑音と
高信頼性とを両立できる。
In the AlGaInP system, since the heterobarrier in the conduction band is small, heterobarrier leak electrons are particularly remarkably present. FIG. 3 shows the theoretically determined thickness of the spacer layer 105 and the saturable absorption layer 106.
Shows the relationship with the density of the hetero-barrier leak electrons injected into the substrate. If the band gap of the spacer layer is small, the amount of electrons leaking to the saturable absorption layer increases. Even under the condition that the band gap between the n-type cladding layer 103 and the spacer layer 105 is the same, the heterobarrier leak electrons leaking from the active layer 104 to the saturable absorbing layer 106 tend to increase as the thickness of the spacer layer 105 decreases. Can be seen. And a thickness of approximately 500Å of the spacer layer 105 (Å), 1.0 × 10 18 to the aforementioned 7 nanoseconds or less of the carrier lifetime is obtained
Is obtained. As a result, self-sustained pulsation can be achieved without doping the saturable absorption layer 106 with a concentration as high as 1.0 × 10 18 cm −3 or more, and both low noise and high reliability can be achieved.

(実施例2) 前述のように実施例1の半導体レーザ素子では、可飽
和吸収層106に注入される電子の密度(ヘテロバリアリ
ーク電子密度)が、スペーサ層105の厚さを変えること
により制御された。本実施例では、スペーサ層105の厚
さではなく、スペーサ層105の伝導帯における障壁の高
さを変更することによって、ヘテロバリアリーク電子密
度を制御する。
Embodiment 2 As described above, in the semiconductor laser device of Embodiment 1, the density of electrons (heterobarrier leak electron density) injected into the saturable absorption layer 106 is controlled by changing the thickness of the spacer layer 105. Was done. In this embodiment, the hetero barrier leakage electron density is controlled by changing the height of the barrier in the conduction band of the spacer layer 105, not the thickness of the spacer layer 105.

図7Aから図7Cは、n型クラッド層103、活性層104、ス
ペーサ層105、可飽和吸収層106、p型クラッド層107の
伝導帯のバンド構造を示している。
7A to 7C show the band structure of the conduction band of the n-type cladding layer 103, the active layer 104, the spacer layer 105, the saturable absorption layer 106, and the p-type cladding layer 107.

図7Aは実施例1と同様の構造を示しており、スペーサ
層105の厚さd=500Å、ΔE=0.16eVである。図7Bはス
ペーサ層のバンドギャップを大きくして、厚さを小さく
した構造を示している。図7Cはスペーサ層のバンドギャ
ップを小さくして、厚さを大きくした構造を示してい
る。
FIG. 7A shows a structure similar to that of the first embodiment, in which the thickness d of the spacer layer 105 is 500 ° and ΔE is 0.16 eV. FIG. 7B shows a structure in which the band gap of the spacer layer is increased and the thickness is reduced. FIG. 7C shows a structure in which the band gap of the spacer layer is reduced and the thickness is increased.

図7Bの例では、(AlxGa1-x0.5In0.5Pスペーサ層10
5の組成xは1.0であり、厚さは200Åである。これより
も厚さが小さくなると、大量の電子がトンネル効果によ
って可飽和吸収層へリークし、可飽和吸収層が利得を持
つに至ってしまう。また、スペーサ層の厚さが600Åを
越えて厚くなると、充分な大きさのヘテロバリアリーク
電子密度が得られなくなる。このためスペーサ層の厚さ
は200〜600Åが好ましい。
In the example of FIG. 7B, (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P spacer layer 10
The composition x of 5 is 1.0 and the thickness is 200 °. If the thickness is smaller than this, a large amount of electrons leak to the saturable absorbing layer due to a tunnel effect, and the saturable absorbing layer has a gain. Further, when the thickness of the spacer layer exceeds 600 °, a sufficiently large heterobarrier leak electron density cannot be obtained. For this reason, the thickness of the spacer layer is preferably 200 to 600 °.

図7Cの例では、(AlxGa1-x0.5In0.5Pスペーサ層10
5の組成xは0.35であり、厚さは1000Åである。
In the example of FIG. 7C, (Al x Ga 1 -x ) 0.5 In 0.5 P spacer layer 10
The composition x of 5 is 0.35 and the thickness is 1000 °.

図10は、(AlxGa1-x0.5In0.5Pスペーサ層の組成x
に対してヘテロバリアリーク電子密度がどのように変化
するかを、スペーサ層の厚さ(t)ごとに示す図であ
る。ヘテロバリアリーク電子密度は、前述のように、1.
0×1018cm-3以上であることが好ましい。また、可飽和
吸収層でゲインが生まれないようにするためには、4.0
×1018cm-3以下であることが好ましい。従って、図10の
グラフにおいて、1.0×1018cm-3以上で4.×1018cm-3
下の範囲内になるAl組成(x)及び厚さ(t)を持つよ
うに、スペーサが形成されることが好ましい。
FIG. 10 shows the composition x of the (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P spacer layer.
FIG. 9 is a diagram showing how the hetero barrier leak electron density changes with respect to the thickness (t) of the spacer layer. As described above, the heterobarrier leak electron density is 1.
It is preferably 0 × 10 18 cm −3 or more. In order to prevent gain from being generated in the saturable absorption layer, 4.0
It is preferably at most × 10 18 cm −3 . Therefore, in the graph of FIG. 10, the spacer is formed so as to have an Al composition (x) and a thickness (t) within the range of 1.0 × 10 18 cm −3 or more and 4. × 10 18 cm −3 or less. Is preferably performed.

(実施例3) 以下に、図8及び図9を参照しながら、本発明による
半導体レーザ素子の第3の実施例を説明する。本実施例
の半導体レーザは、活性層に多重量子井戸構造を用いて
いるため、高効率となり、より高い光出力を得ることが
できる。
Third Embodiment Hereinafter, a third embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Since the semiconductor laser of this embodiment uses a multiple quantum well structure for the active layer, the efficiency is high and a higher optical output can be obtained.

図8に示されるように、この半導体レーザは、n型の
GaAs基板801と、GaAs基板801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GaInP
バッファ層802、n型AlGaInPクラッド構造803、多重量
子井戸活性層804、p型のAlGaInPスペーサ層805、p型
のGaInP可飽和吸収層806、光ガイド層814、第1のp型A
lGaInPクラッド層807、p型のGaInPエッチング停止層80
8、第2のp型AlGaInPクラッド層809を含んでいる。
As shown in FIG. 8, this semiconductor laser has an n-type
It has a GaAs substrate 801 and a semiconductor laminated structure formed on the GaAs substrate 801. This semiconductor laminated structure is composed of n-type GaInP
Buffer layer 802, n-type AlGaInP cladding structure 803, multiple quantum well active layer 804, p-type AlGaInP spacer layer 805, p-type GaInP saturable absorption layer 806, light guide layer 814, first p-type A
lGaInP cladding layer 807, p-type GaInP etching stop layer 80
8, including a second p-type AlGaInP cladding layer 809.

第2のp型AlGaInPクラッド層809は、共振器長方向に
延びるストライプ状の形状(幅:約2.0〜7.0μm)を有
している。
The second p-type AlGaInP cladding layer 809 has a stripe shape (width: about 2.0 to 7.0 μm) extending in the resonator length direction.

第2のp型クラッド層809の上面には、コンタクト層8
10が形成されている。第2のp型クラッド層809及びコ
ンタクト層810の両側には、n型のGaAs電流ブロック層8
11が形成されている。コンタクト層810と電流ブロック
層811の上にはp型のGaAsキャップ層812が形成されてい
る。キャップ層812の上面にはp電極813が形成され、基
板801の裏面にはn電極814が形成されている。活性層80
4は3層の井戸層と障壁層からなる多重量子井戸構造を
有している。
The contact layer 8 is formed on the upper surface of the second p-type cladding layer 809.
10 are formed. On both sides of the second p-type cladding layer 809 and the contact layer 810, an n-type GaAs current blocking layer 8 is provided.
11 are formed. A p-type GaAs cap layer 812 is formed on the contact layer 810 and the current block layer 811. A p-electrode 813 is formed on the upper surface of the cap layer 812, and an n-electrode 814 is formed on the back surface of the substrate 801. Active layer 80
Reference numeral 4 has a multiple quantum well structure including three well layers and barrier layers.

この半導体レーザ素子を構成する各半導体層の種類、
厚さ、不純物濃度などは、第1の実施例のそれらと同様
である。本実施例の半導体レーザ素子の特徴は以下の通
りである。
The type of each semiconductor layer constituting this semiconductor laser device,
The thickness and the impurity concentration are the same as those of the first embodiment. The features of the semiconductor laser device of this embodiment are as follows.

1) 可飽和吸収層として量子井戸可飽和吸収層(厚
さ:30Å〜150Å)806が用いられている。
1) As the saturable absorption layer, a quantum well saturable absorption layer (thickness: 30 to 150 degrees) 806 is used.

2) 活性層として多重量子井戸活性層804が用いられ
ている。
2) The multiple quantum well active layer 804 is used as the active layer.

3) 可飽和吸収層806に隣接する位置に(Al0.05G
a0.50.5In0.5Pからなる光ガイド層(厚さ:300Å〜15
00Å)814が設けられている。
3) At a position adjacent to the saturable absorption layer 806 (Al 0.05 G
a 0.5 ) Light guide layer composed of 0.5 In 0.5 P (thickness: 300 mm to 15 mm)
00Å) 814 are provided.

以下、図9を参照しながら、本実施例の半導体レーザ
素子をより詳細に説明する。
Hereinafter, the semiconductor laser device of this embodiment will be described in more detail with reference to FIG.

図9から明らかなように、本実施例では、屈折率が可
飽和吸収層806の屈折率より小さく、スペーサ層805や第
1のp型クラッド層807の屈折率よりも大きな光ガイド
層814が可飽和吸収層806の近傍に設けられている。
As is clear from FIG. 9, in the present embodiment, the light guide layer 814 having a refractive index smaller than the refractive index of the saturable absorption layer 806 and larger than the refractive indexes of the spacer layer 805 and the first p-type cladding layer 807. It is provided near the saturable absorption layer 806.

可飽和吸収層806を量子井戸構造を持つように薄くし
た場合、光の閉じ込め係数が極端に減少する結果、この
ままでは自励発振を生じることはできない。
When the saturable absorption layer 806 is thinned so as to have a quantum well structure, self-excited oscillation cannot be generated as it is because the light confinement coefficient is extremely reduced.

本実施例では、クラッド構造の他の部分よりも屈折率
の大きな(Al0.05Ga0.50.5In0.5Pからなる光ガイド
層814を可飽和吸収層806の近傍に配置することによっ
て、可飽和吸収層806の閉じ込め係数を増加させてい
る。光ガイド層814の挿入によって可飽和吸収層806への
閉じ込め係数を少なくとも1.5%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。
In the present embodiment, saturable absorption is achieved by disposing an optical guide layer 814 made of (Al 0.05 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P having a higher refractive index than other portions of the cladding structure near the saturable absorption layer 806. The confinement factor of layer 806 is increased. When the confinement coefficient in the saturable absorption layer 806 is made at least about 1.5% or more by inserting the light guide layer 814, stable self-pulsation can be generated.

可飽和吸収層806を量子井戸にした場合、その膜厚が
薄いため、光ガイド層814なしで閉じ込め係数を自励発
振に必要な大きさに設定することはできない。また、閉
じ込め係数を増加させるために、可飽和吸収層806の層
数を増加すると、逆に可飽和吸収層806の体積が増加し
てキャリア密度が小さくなり、自励発振は生じなくな
る。したがって可飽和吸収層806に光ガイド層814を設け
ることによって新たに自励発振を実現することができ
た。
When the saturable absorption layer 806 is a quantum well, the confinement coefficient cannot be set to a size required for self-pulsation without the light guide layer 814 because the thickness is thin. When the number of saturable absorption layers 806 is increased to increase the confinement coefficient, the volume of the saturable absorption layers 806 is increased, the carrier density is reduced, and self-pulsation does not occur. Therefore, by providing the light guide layer 814 on the saturable absorption layer 806, self-pulsation can be newly realized.

光ガイド層814のバンドギャップは、可飽和吸収層806
のバンドギャップよりも大きくスペーサ層805のバンド
ギャップよりも小さいことが好ましい。ただし、光ガイ
ド層814のバンドギャップが可飽和吸収層806のバンドギ
ャップに近すぎると、可飽和吸収層806への光の閉じ込
めが大きくなりすぎ、光吸収の飽和特性を示さなくなる
からである。
The band gap of the light guide layer 814 is equal to the saturable absorption layer 806.
Is preferably larger than the band gap of the spacer layer 805. However, if the band gap of the light guide layer 814 is too close to the band gap of the saturable absorption layer 806, light is confined too much in the saturable absorption layer 806, and the light absorption saturation characteristic is not exhibited.

多重量子井戸活性層804は3つの量子井戸層を含み、
各量子井戸層の厚さは50Åである。量子井戸可飽和吸収
層806のための光ガイド層814は、組成x=0.5で膜厚150
0Åの層から形成されている。この厚さは200Å以上で有
効となることが分かっている。
The multiple quantum well active layer 804 includes three quantum well layers,
The thickness of each quantum well layer is 50 mm. The light guide layer 814 for the quantum well saturable absorption layer 806 has a composition x = 0.5 and a thickness of 150.
It is formed from a 0 ° layer. This thickness has been found to be effective above 200 mm.

本実施例の半導体レーザ素子の最高光出力(Pmax
は、多重量子井戸活性層804に量子井戸構造を導入する
ことによって、バルク活性層を用いた半導体レーザ素子
の最高光出力よりも2割程度増加できた。また、しきい
値電流が低減され、高温でも動作が可能となる。また量
子井戸可飽和吸収層806は、ドーパントの拡散がない範
囲で多重量子井戸活性層804近傍に設けてもかまわな
い。
Maximum light output (P max ) of the semiconductor laser device of this embodiment
By introducing the quantum well structure into the multiple quantum well active layer 804, the maximum optical output of the semiconductor laser device using the bulk active layer could be increased by about 20%. Further, the threshold current is reduced, and operation is possible even at high temperatures. Further, the quantum well saturable absorption layer 806 may be provided near the multiple quantum well active layer 804 as long as the dopant is not diffused.

本実施例の半導体レーザにより、自励発振現象が得ら
れ、−130dB/Hz以下の相対雑音強度(RIN)も得られて
いる。以上説明したように、本実施例の半導体レーザの
特性は、量子井戸活性層、スペーサ層、低濃度可飽和位
吸収層、および光ガイド層という新規な構造を採用して
いる。
With the semiconductor laser of this embodiment, a self-excited oscillation phenomenon is obtained, and a relative noise intensity (RIN) of −130 dB / Hz or less is also obtained. As described above, the characteristics of the semiconductor laser of the present embodiment adopt a novel structure of a quantum well active layer, a spacer layer, a low-concentration saturable absorbing layer, and a light guide layer.

(実施例4) 本発明による半導体レーザ素子の第4の実施例を説明
する。
Fourth Embodiment A fourth embodiment of the semiconductor laser device according to the present invention will be described.

本実施例の半導体レーザ素子は、図1の半導体レーザ
素子と同様の構成を有している。本実施例に特徴点な点
は、下記表2に示すように、活性層及び/又は可飽和吸
収層に種々の歪みが与えられている事ことである。
The semiconductor laser device of this embodiment has the same configuration as the semiconductor laser device of FIG. The characteristic point of this embodiment is that various strains are given to the active layer and / or the saturable absorbing layer as shown in Table 2 below.

この実施例の半導体レーザは、表2に示すように、活
性層と可飽和吸収層に圧縮歪と引張り歪をかけた場合の
発振モードと吸収モードとの対応を示している。
As shown in Table 2, the semiconductor laser of this embodiment shows the correspondence between the oscillation mode and the absorption mode when compressive strain and tensile strain are applied to the active layer and the saturable absorbing layer.

活性層に歪をかけない場合、レーザ光はTEモードで発
振する。したがって可飽和吸収層にも圧縮歪をかけてTE
モードを吸収するようにする。可飽和吸収層は、歪をか
けない場合ではTE、TMの両方のモードを吸収するが、レ
ーザ発振している方のモードを吸収しやすいようにして
おけば、吸収効率があがるため、可飽和吸収層の厚さ
(体積)を小さくしても自励発振の効果を容易に得るこ
とができる。
When no strain is applied to the active layer, the laser beam oscillates in the TE mode. Therefore, compressive strain is also applied to the saturable absorber layer to
Try to absorb the mode. The saturable absorption layer absorbs both TE and TM modes when no strain is applied, but if the laser oscillation mode is made easy to absorb, the saturable absorption layer increases because the absorption efficiency increases. Even when the thickness (volume) of the absorption layer is reduced, the effect of self-pulsation can be easily obtained.

同様に、表2に示すように活性層に圧縮歪をかけたと
きは、TEモードで発振するため、可飽和吸収層には圧縮
歪をかけて、TEモードの吸収効率を大きくする。逆に、
活性層に引張り歪をかけたときは、TMモードで発振する
ため、可飽和吸収層にも引張り歪をかけて、TMモードの
吸収効率を大きくする。
Similarly, as shown in Table 2, when compressive strain is applied to the active layer, the active layer oscillates in the TE mode. Therefore, compressive strain is applied to the saturable absorber layer to increase the TE mode absorption efficiency. vice versa,
When a tensile strain is applied to the active layer, oscillation occurs in the TM mode. Therefore, a tensile strain is also applied to the saturable absorbing layer to increase the TM mode absorption efficiency.

このように活性層の歪により、レーザ発振するモード
と、可飽和吸収層のモードとをあわせることにより、可
飽和吸収層でのレーザ光の吸収効率が大きくなり、可飽
和吸収層の厚さを小さくしても、自励発振特性を得るこ
とができる。
By combining the mode of laser oscillation with the mode of the saturable absorption layer due to the strain of the active layer, the absorption efficiency of laser light in the saturable absorption layer increases, and the thickness of the saturable absorption layer is reduced. Even if the size is reduced, the self-excited oscillation characteristics can be obtained.

本発明の各実施例では、AlGaInP系材料を用いた場合
について説明しているが、いかなる材料から成る半導体
レーザにも適用できる。
In each of the embodiments of the present invention, the case where an AlGaInP-based material is used is described, but the present invention can be applied to a semiconductor laser made of any material.

(実施例5) 次に、図11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。
Embodiment 5 Next, an optical disc device according to the present invention will be described with reference to FIG.

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。
This optical disc apparatus includes a semiconductor laser element 901 according to the present invention, a collimator lens 903 for converting laser light (wavelength 650 nm) 902 emitted from the semiconductor laser element 901 into parallel light, and three laser lights for the parallel light. (Only one laser beam is shown in the figure)
A half prism 905 that transmits / reflects a specific component of the laser light, and a condenser lens 906 that collects the laser light emitted from the half prism 905 on an optical disk 907. On the optical disc 907, for example, a laser beam spot having a diameter of about 1 μm is formed. The optical disc 907 is not limited to a read-only disc, but may be a rewritable disc.

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910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系911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。
The reflected laser light from the optical disc 907 is reflected by the half prism 905, passes through the light receiving lens 908 and the cylindrical lens 909, and enters the light receiving element 910. The light receiving element 910 has a plurality of divided photodiodes, and generates an information reproduction signal, a tracking signal, and a focus error signal based on the laser light reflected from the optical disc 907. The drive system 911 drives the optical system based on the tracking signal and the focus error signal to adjust the position of the laser light spot on the optical disc 907.

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。
In this optical disc device, the semiconductor laser element 901
Known components may be used for the other components. As described above, the semiconductor laser device 901 of this embodiment has the saturable absorption layer doped at a high concentration. For this reason, a part of the laser light reflected from the optical disc 907 passes through the half prism 905 and the diffraction grating 904, and the semiconductor laser element 901
, The low noise relative intensity noise is maintained at a low level.

図1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なく記録も可能にな
る。
According to the semiconductor laser device shown in FIG.
Self-excited oscillation occurs up to the level of mW, but when the optical output is increased beyond that level, the oscillation state gradually changes from self-excited oscillation to single mode oscillation. For example, when the optical output is about 15 mW, no self-oscillation occurs. When reproducing information recorded on an optical disk, the semiconductor laser element should be in a state where no return light noise occurs due to self-excited oscillation. However, when information is recorded on the optical disk, it is not necessary to perform self-excited oscillation. For example, by recording information with an optical output of about 15 mW and reproducing information with an output of about 5 mW, not only low distortion reproduction of information but also recording is possible.

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。
As described above, according to the optical disk device of the present invention, the wavelength is 630 to 680 without using circuit components for high frequency superposition.
Reproduction with low distortion is achieved in the nm band.

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。
On the other hand, the conventional AlGaInP-based semiconductor laser device having a wavelength of 630 to 680 nm could not generate stable self-sustained pulsation. By doing so, it was necessary to suppress return light noise. For that purpose, a large-sized high frequency superimposing circuit is required, which is not suitable for downsizing the optical disk device.

(実施例6) 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。
Embodiment 6 Next, another embodiment of the optical disk device according to the present invention will be described.

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。
This optical disk apparatus is an apparatus using a laser unit including the above-described semiconductor laser element according to the present invention. This laser unit includes a silicon substrate on which a photodiode is formed, and a semiconductor laser device mounted thereon. Further, a micromirror that reflects laser light emitted from the semiconductor laser element is formed on the silicon substrate.

まず、図12を参照しながら、このレーザユニットを説
明する。図12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2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。
First, this laser unit will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, a concave portion 2 is formed in the center of a main surface 1a of a silicon substrate (7 mm × 3.5 mm) 1, and a semiconductor laser device 3 is arranged on the bottom surface of the concave portion 2. One side surface of the concave portion 2 is inclined and functions as a micro mirror 4. When the main surface 1a of the silicon substrate 2 has the plane orientation (100), the (111) plane is exposed by anisotropic etching, and can be used as the micromirror 4. Since the (111) plane is inclined by 54 ° from the (100) plane, if an off-substrate whose main surface 1a is inclined by 9 ° in the <110> direction from the (100) plane is used, 45 ° is inclined with respect to the main surface 1a.゜ An inclined (111) plane is obtained. The (111) plane provided at a position facing the (111) plane is inclined by 63 ° with respect to the substrate main surface 1a. The micromirror 4 is not formed on this surface, and a light output monitoring photodiode 5 described later is formed. Since the (111) surface formed by anisotropic etching is a smooth mirror surface, it functions as an excellent micromirror 4. However, in order to increase the reflection efficiency of the micromirror 4, a metal film that does not easily absorb laser light is used. It is preferable to vapor-deposit at least on the inclined surface of the silicon substrate 1.

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。
On the silicon substrate 1, in addition to the photodiode 5 for monitoring the optical output of the semiconductor laser element 3, five-division photodiodes 6a and 6b for detecting an optical signal are formed.

図13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13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13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14に示されるように、−1次光と
+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。
With reference to FIG. 13, an optical disk device according to the present embodiment will be described. The laser light emitted from the semiconductor laser element (not shown in FIG. 13) of the laser unit 10 having the above-described structure is a micro mirror (not shown in FIG. 13).
After being reflected by the hologram element 11, the beam is separated into three beams by a grating formed on the lower surface of the hologram element 11 (only one beam is shown in the figure for simplicity). After that, the laser beam is applied to a quarter-wave plate (1 / 4λ plate)
The light passes through 2 and the objective lens 13 and is focused on the optical disk 14. The laser light reflected from the optical disk 14 is transmitted through the objective lens 13 and the / 4λ plate 12, and then diffracted by the grating formed on the upper surface of the hologram element 11.
By this diffraction, as shown in FIG. 14, -1 order light and + order light are formed. For example, the -1 order light is applied to the light receiving surface 15a located on the left in the figure, and the +1 order light is applied to the light receiving surface 15b located on the right in the figure. The pattern of the grating formed on the upper surface of the hologram element 11 is adjusted so that the focal lengths of the −1st order light and the + 1st order light are different.

図15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。
As shown in FIG. 15, when the laser beam is focused on the optical disc, the light receiving surface 15
The shape of the spot of the reflected laser light formed on a becomes equal to the shape of the spot of the reflected laser light formed on the light receiving surface 15b. When the laser light is not focused on the optical disk, the shape of the spot of the reflected laser light formed on the light receiving surface of the laser unit differs between the two light receiving surfaces 15a and 15b.

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し
て検出される。
The size of the light spot formed on the left and right light receiving surfaces is detected as the focus error signal FES as follows.

FES=(S1+S3+S5)−(S2+4S+S6) ここで、S1〜S3は、図15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13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。
FES = (S1 + S3 + S5)-(S2 + 4S + S6) Here, as shown in FIG. 15, S1 to S3 are signals output from the central three photodiodes among the five photodiodes constituting the light receiving surface 15a. Meaning strength,
S4 to S6 mean the signal intensities output from the central three photodiodes among the five photodiodes forming the light receiving surface 15b. Focus error signal FE
When S is zero, the laser light is on focus on the optical disc. The objective lens 13 is driven by the actuator 15 in FIG. 13 so that the focus error signal FES becomes zero.

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。
The tracking error signal TES is obtained as follows.

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。
TES = (T1−T2) + (T3−T4) Here, T1 and T2 mean the signal intensities output from the two photodiodes at both ends of the five photodiodes constituting the light receiving surface 15a. T3 and T4 mean the signal intensities output from the two photodiodes at both ends of the five photodiodes forming the light receiving surface 15b.

情報信号RESは、次のようにして求められる。 The information signal RES is obtained as follows.

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。
RES = (S1 + S3 + S5) + (S2 + S4 + S6) In this embodiment, the laser unit in which the semiconductor laser element and the photodiode are integrated is used, but these may be separated.

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。
As described above, by using the laser unit in which the semiconductor laser element and the photodiode are integrally formed, the size of the optical disk device can be reduced. Further, since the photodiode and the micromirror are formed in advance on the silicon substrate, the optical alignment only needs to be performed for the alignment of the semiconductor laser element with respect to the silicon substrate. Since the optical alignment is thus easy, the assembling accuracy is high and the manufacturing process is simplified.

産業上の利用の可能性 以上のように本発明の半導体レーザは、スペーサ層の
厚さを調整することで、スペーサ層の障壁を越えて可飽
和吸収層に注入される電子密度を制御することができ、
その結果、キャリアの寿命時間を減少させることがで
き、安定した自励発振特性を実現するとともに、自励発
振特性を得るために可飽和吸収層を高濃度にドーピング
する必要がなく、ドーパントの拡散も防止できるので、
信頼性の高いレーザ特性が得られることになる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the semiconductor laser of the present invention is capable of controlling the density of electrons injected into the saturable absorption layer beyond the barrier of the spacer layer by adjusting the thickness of the spacer layer. Can be
As a result, the carrier lifetime can be reduced, realizing stable self-sustained pulsation characteristics, and eliminating the need to dope the saturable absorber layer at a high concentration to obtain Can also be prevented,
Highly reliable laser characteristics can be obtained.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−204282(JP,A) 特開 平6−260716(JP,A) 特開 平7−22695(JP,A) 特開 平7−86676(JP,A) 特開 平4−328337(JP,A) 特開 平6−350187(JP,A) 特開 平5−243682(JP,A) IEEE Photonics Te chnology Letters 第 7巻、第12号(1995)p.1406−1408 信学技報 LQE95−2(1995)p. 7−12 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References JP-A-8-204282 (JP, A) JP-A-6-260716 (JP, A) JP-A-7-22695 (JP, A) JP-A-7-86676 (JP) JP-A-4-328337 (JP, A) JP-A-6-350187 (JP, A) JP-A-5-243682 (JP, A) IEEE Photonics Technology Letters Vol. 7, No. 12, (1995) ) P. 1406-1408 IEICE Technical Report LQE95-2 (1995) pp. 7-12 (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 JICST file (JOIS)

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】活性層と、該活性層を挟むクラッド構造と
を備えた自励発振型半導体レーザであって、 該クラッド構造は、不純物がドープされている可飽和吸
収層を含んでおり、該可飽和吸収層と該活性層との距離
が、該活性層から該可飽和吸収層へのヘテロバリアリー
ク電子密度が、1×1018cm-3以上となる距離になってい
ることを特徴とする自励発振型半導体レーザ。
1. A self-pulsation type semiconductor laser comprising an active layer and a clad structure sandwiching the active layer, wherein the clad structure includes a saturable absorbing layer doped with impurities. The distance between the saturable absorbing layer and the active layer is such that the heterobarrier leak electron density from the active layer to the saturable absorbing layer is 1 × 10 18 cm −3 or more. Self-excited oscillation type semiconductor laser.
【請求項2】前記可飽和吸収層にドープされた不純物
は、p型である請求項1に記載の自励発振型半導体レー
ザ。
2. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, wherein the impurity doped in the saturable absorption layer is p-type.
【請求項3】前記活性層と前記可飽和吸収層との間には
スペーサ層が設けられ、 該スペーサ層の厚さが500Å以下である請求項1に記載
の自励発振型半導体レーザ。
3. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, wherein a spacer layer is provided between said active layer and said saturable absorption layer, and said spacer layer has a thickness of 500 ° or less.
【請求項4】前記スペーサ層の伝導帯における障壁の高
さと厚さは、前記ヘテロバリアリーク電子密度が1×10
18cm-3以上にするように設定されている請求項3に記載
の自励発振型半導体レーザ。
4. The height and thickness of the barrier in the conduction band of the spacer layer are such that the heterobarrier leak electron density is 1 × 10
4. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 3, which is set to be 18 cm -3 or more.
【請求項5】前記スペーサ層の伝導帯における障壁の高
さが、クラッド構造のn型部分の障壁高さよりも高い請
求項4に記載の自励発振型半導体レーザ。
5. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 4, wherein a height of a barrier in a conduction band of the spacer layer is higher than a height of a barrier in an n-type portion of the cladding structure.
【請求項6】前記スペーサ層の伝導帯における障壁の高
さが、クラッド構造のn型部分の障壁高さよりも低い請
求項4に記載の自励発振型半導体レーザ。
6. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 4, wherein the height of the barrier in the conduction band of the spacer layer is lower than the height of the barrier in the n-type portion of the cladding structure.
【請求項7】前記可飽和吸収層は、圧縮歪の与えられた
量子井戸から形成されている請求項1に記載の自励発振
型半導体レーザ。
7. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, wherein said saturable absorption layer is formed of a quantum well having a compressive strain.
【請求項8】前記活性層および前記可飽和吸収層が、と
もに圧縮歪をもつ歪量子井戸から形成されている請求項
1に記載の自励発振型半導体レーザ。
8. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, wherein said active layer and said saturable absorption layer are both formed of strained quantum wells having compressive strain.
【請求項9】前記活性層および前記可飽和吸収層が、と
もに引張り歪をもつ歪量子井戸から形成されている請求
項1に記載の自励発振型半導体レーザ。
9. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, wherein said active layer and said saturable absorption layer are both formed of strained quantum wells having tensile strain.
【請求項10】前記スペーサ層の不純物濃度が1.0×10
17cm-3以上、1×1018cm-3以下である請求項1に記載の
自励発振型半導体レーザ。
10. The spacer layer has an impurity concentration of 1.0 × 10
2. The self-excited oscillation type semiconductor laser according to claim 1, which has a size of 17 cm -3 or more and 1 × 10 18 cm -3 or less.
【請求項11】前記可飽和吸収層の不純物濃度が1×10
18cm-3以下である請求項1に記載の自励発振型半導体レ
ーザ。
11. The saturable absorption layer has an impurity concentration of 1 × 10
2. The self-excited oscillation type semiconductor laser according to claim 1, which has a diameter of 18 cm -3 or less.
【請求項12】前記ヘテロバリアリーク電子密度が4×
1018cm-3以下である請求項3に記載の自励発振型半導体
レーザ。
12. The method according to claim 1, wherein said hetero barrier leak electron density is 4 ×.
4. The self-sustained pulsation type semiconductor laser according to claim 3, wherein the diameter is 10 18 cm -3 or less.
【請求項13】半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素
子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、 該半導体レーザ素子は、活性層と、該活性層とを挟むク
ラッド構造と、を備えた自励発振型半導体レーザであっ
て、該クラッド構造は、不純物がドープされている可飽
和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層と該活性層との
距離が、該活性層から該可飽和吸収層へのヘテロバリア
リーク電子密度が、1×1018cm-3以上となる距離になっ
ていることを特徴とする光ディスク装置。
13. A semiconductor laser device, a condensing optical system for condensing laser light emitted from the semiconductor laser device on a recording medium, and a photodetector for detecting laser light reflected by the recording medium. An optical disc device comprising: a self-pulsation type semiconductor laser comprising: an active layer; and a cladding structure sandwiching the active layer, wherein the cladding structure is doped with impurities. Wherein the distance between the saturable absorbing layer and the active layer is such that the heterobarrier leak electron density from the active layer to the saturable absorbing layer is 1 × 10 18 cm −3. An optical disk device characterized in that the distance is as described above.
【請求項14】前記半導体レーザ素子は、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13に記載の光ディスク装置。
14. The semiconductor laser device oscillates in a single mode when recording information on the recording medium, and operates in a self-excited oscillation mode when reproducing information recorded on the recording medium. 14. The optical disc device according to 13.
【請求項15】前記半導体レーザ素子の近傍に前記光検
出器が配置されている請求項13に記載の光ディスク装
置。
15. The optical disk device according to claim 13, wherein said photodetector is arranged near said semiconductor laser device.
【請求項16】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
レーザ素子は該シリコン基板上に配置されている請求項
15に記載の光ディスク装置。
16. The photodetector has a plurality of photodiodes formed on a silicon substrate, and the semiconductor laser device is disposed on the silicon substrate.
16. The optical disc device according to 15.
【請求項17】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、該半導体レーザ素子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16に記
載の光ディスク装置。
17. The silicon substrate has a concave portion formed on a main surface thereof, and a micromirror formed on one side surface of the concave portion of the silicon substrate. After the laser light emitted from the semiconductor laser device is reflected by the micromirror, the micromirror and the main surface are moved in a direction substantially perpendicular to the main surface of the silicon substrate. 17. The optical disk device according to claim 16, wherein an angle with the optical disk is set.
【請求項18】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17に記載の光ディスク装置。
18. The optical disk device according to claim 17, wherein a metal film is formed on a surface of said micromirror.
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