JP3251003B2

JP3251003B2 - 半導体レーザ装置及び光学記録再生装置

Info

Publication number: JP3251003B2
Application number: JP32768089A
Authority: JP
Inventors: 憲二永嶋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 2002-01-28
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JPH03188692A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、光ピックアップ装置の光源等に用いられて
有用な半導体レーザ装置及びこの半導体レーザ装置を用
いた光学記録再生装置に関する。

B.従来の技術従来、光ディスク、光磁気ディスク等の光記録媒体に
対して情報信号の書込み及び／又は読出しを行うため、
光ピックアップ装置が用いられている。この光ピックア
ップ装置を用いた光学記録再生装置は、光記録媒体に対
して光ビームを照射するとともに、光記録媒体から反射
される反射光を検出することにより、光記録媒体に対し
て情報信号の書込み及び／又は読出しを行うように構成
されている。

このような光ピックアップ装置に用いられる光源とし
ては、半導体レーザ素子が広く用いられている。半導体
レーザ素子は、複数の半導体層により構成され、電流の
供給により励起される活性層を有し励起状態にある活性
層においてレーザ発振が行われる。

C.発明が解決しようとする課題上述のような半導体レーザ素子においてレーザ発振を
起こさせるには、半導体レーザ素子に閾値電流I_THを超
える電流を供給する必要がある。半導体レーザ素子にお
いて、閾値電流は25乃至40mA程度であり、レーザ発振が
行われている状態における駆動電流I_OPは30乃至50mA程
度である。

半導体レーザ素子において、供給される電流のうちの
略閾値電流I_THに相当する分が熱として消費されため、
レーザ発振が行われているときに発熱する。そのため、
半導体レーザ素子を用いて構成される半導体レーザ装置
は、第15図に示すように、半導体レーザ素子101を所定
の位置に支持するとともにレーザ発振に伴って発する熱
を放熱するため、熱伝導率の良い金属の如き材料を用い
た放熱を良好となす形状となされた基台102が用いられ
ている。半導体レーザ素子101を支持する基台102は、熱
伝導を阻害しないようにするため、小型化を図ることが
困難であり、ひいては、半導体レーザ装置の小型化を阻
害してしまっている。

また、半導体レーザ素子の閾値電流I_THは、0.5mA/℃
程度の温度特性により環境温度に伴って変化する。そし
て、レーザ発振により出射される光ビームの出力をＰと
すると、駆動電流I_OPは、 I_OP＝I_TH＋P/η ・・・第１式により決まる。この第１式中のηは微分効率であり、こ
の微分効率ηは、−0.14％／℃程度の温度特性により環
境温度に伴って変化する。

すなわち、上述のような半導体レーザ素子102を用い
た半導体レーザ装置においては、環境温度による光ビー
ムの出力の変動が大きいため、第15図に示すように、半
導体レーザ素子102の後方側に出射される光ビームの出
力をフォトダイオード等を用いたモニタ用光検出器103
により検出し、このモニタ用光検出器103の光検出出力
に基づいて半導体レーザ素子102に供給される駆動電流
を制御する必要がある。このような半導体レーザ装置
は、モニタ用光検出器103の配設が可能な基台101を備え
る必要があり、装置自体の小型化及び簡素化が困難とな
っている。

また、このような半導体レーザ装置を用いる光ピック
アップ装置にあっては、モニタ用光検出器103の光検出
出力に基づいて駆動電流を制御するオート・パワー・コ
ントロール（APC）回路を備える必要があり、装置全体
の小型化及び簡素化が困難となっている。

そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるも
のであって、装置自体の小型化を図り、構成の簡素化を
実現し、さらに、オート・パワー・コントロール回路等
を用いることなく安定してレーザ光の発振を行うことが
できる半導体レーザ装置及びこの半導体レーザ装置を用
いた光学記録再生装置を提供することを目的とする。

D.課題を解決するための手段上述の課題を解決し上記目的を達成するため、本発明
に係る半導体レーザ装置は、低閾値電流型の半導体レー
ザ素子と、この半導体レーザ素子が接合配設されるリー
ドフレームと、このリードフレーム上に配設され上記半
導体レーザ素子を覆う保護カバーとを備える。この保護
カバーは、半導体レーザ素子とは非接触状態とされてい
る。

また、本発明に係る光学記録再生装置は、低閾値電流
型の半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子が接合配
設されるリードフレームとこのリードフレーム上に配設
され上記半導体レーザ素子を覆う保護カバーとを有し、
この保護カバーが半導体レーザ素子とは非接触状態とさ
れている半導体レーザ装置を備え、この半導体レーザ装
置から出射された光ビームを光学記録媒体に向けて照射
し、この光学記録媒体からの反射光を検出するように構
成されたものである。

E.作用本発明に係る半導体レーザ装置及びこの半導体レーザ
装置を用いた光学記録再生装置は、低閾値電流型の半導
体レーザ素子を用いているので、レーザ発振に伴う発熱
が低く抑えられ、閾値電流の温度特性が良好となり、定
電流駆動が実現される。そして、保護カバーは、半導体
レーザ素子とは非接触の状態で設けられているので、半
導体レーザ素子からの発熱の影響が抑えられる。

F.実施例以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照しながら
説明する。

本発明に係る半導体レーザ装置は、第１図に示すよう
に、半導体レーザ素子１とこの半導体レーザ素子１が載
置されるリードフレーム２とを有している。

半導体レーザ素子１は、後述するように、半導体基体
上に複数の半導体層が積層されて構成されている。この
半導体レーザ素子１は、活性層を有し、この活性層にお
いてレーザ発振を行い、側面部1aより第１図中矢印Ｂ方
向に光ビームであるレーザ光を出射する。この半導体レ
ーザ素子１は、低閾値電流型のもので、閾値電流I_THが3
mA程度以下であり、駆動電流I_POを前記第１式に示した
ように、 I_OP＝I_TH＋P/η と示したときの微分効率ηが0.35程度以下となされてい
る。この半導体レーザ層１は、レーザ発振に伴う発熱が
低く抑えられるとともに、閾値電流の温度特性が良好で
あるので、オート・パワー・コントロール（APC）回路
等を用いることなく定電流駆動が可能である。

リードフレーム２は、薄板状の金属材料を用いて、そ
の厚さが0.15乃至0.5mm程度の矩形状に形成されてい
る。このリードフレーム２とリードフレーム２に載置さ
れる半導体レーザ素子１の半導体基体とは、ダイボンド
等を用いて電気的に導通された状態で接合されている。
リードフレーム２には、カソード端子2aが側方に向かっ
て延長されている。

半導体レーザ素子１は、電流供給側の半導体層がカソ
ード端子2aに並列して配置されたアノード端子３にワイ
ヤボンディングを行うことによりワイヤ４を介して接続
される。アノード端子３は、リードフレーム２と同様の
材料により、カソード端子2aと略同形状に形成されてい
る。このアノード端子３は、リードフレーム２とは離間
されている。なお、アノード端子３は、リードフレーム
２に延設されるようにリードフレーム２と一体的に形成
した後、ダイバーカットを行うことによりリードフレー
ム２より離間させるようにしてもよい。

そして、リードフレーム２上には、半導体レーザ素子
１を覆うようにして、保護カバー５がリードフレーム２
に接合されて配設されている。この保護カバー５は、合
成樹脂等を用いて略方形状に形成され、リードフレーム
２に取付けられる側に半導体レーザ素子１及びワイヤ４
を収納する収納凹部5aが形成されている。また、保護カ
バー５には、半導体レーザ素子１のレーザ光の出射面で
ある側面部1aを外方に臨ませる出射孔5bが形成されてい
る。

この半導体レーザ装置においては、半導体レーザ素子
１と保護カバー５とは、半導体レーザ素子１がレーザ発
振に伴って発熱するため、非接触状態となされている。

ところで、半導体レーザ素子１は、本出願人が先に提
案している特開昭61−183987号公報に記載されている如
く構成されてなるものであって、閾値電流I_THが低い埋
込みヘテロ接合型の半導体レーザ素子であって、エピタ
キシャル成長速度の結晶方位の依存性を利用することに
よって一回の連続エピタキシャル成長で形成することが
できる。

すなわち、この半導体レーザ素子１は、第２図乃至第
４図に示すように、一部が幅W_P1の幅広部11aとなされた
所定の幅W₁を有するストライプ状メサ突起11が形成され
た半導体基体12を有している。

この半導体レーザ素子１を、AlGaAs系III−Ｖ族化合
物半導体レーザ素子として構成する場合には、半導体基
体12は、第１導電型、例えば、ｎ型のGaAs化合物により
形成されている。この半導体基体12の主面12a上に形成
されたメサ突起11は、〔011〕軸に沿う方向に延設され
ている。このメサ突起11は、結晶学的エッチングにより
形成されている。例えば、フォトレジストを主面12a上
に〔011〕軸に沿って光学的手段により形成し、この主
面12a側から、例えば硫酸系エッチング液であるH₂SO4と
H₂O₂とH₂Oが3:1:1の割合で混合されたエッチング液を用
いて、結晶学的エッチングによるメサエッチングを行
う。

そして、半導体基体12上には、少なくとも、第１導電
型のクラッド層を構成する第１の半導体層21と、活性層
を構成する第２の半導体層22と、第２導電型のクラッド
層を構成する第３の半導体層23と、第１導電型又は第２
導電型の光吸収層を構成する第４の半導体層24とが順次
エピタキシャル成長されたエピタキシャル成長層が形成
されている。

半導体基体12の主面12a上には、この半導体基体12と
同導電型、例えばｎ型のバッファ層となる第５の半導体
層25が、MOCDV（有機金属気相成長法:Metal Organic Ch
emical Vapour Deposition）によって、エピタキシャル
成長されている。第１の半導体層21は、第５の半導体層
25上に形成されている。この第１の半導体層21は、第１
導電型、例えばｎ型のクラッド層となるもので、Alx Ga
_1-xAsよりなる。

第２の半導体層22は、例えばアンドープのAly Ga_1-yA
sよりなる。

第３の半導体層23は、第２導電型、例えばｐ型のクラ
ッド層の下層部分をなし、Alx Ga_1-xAsよりなる。

第４の半導体層24は、第２の半導体層22からなる活性
層に比してバンドギャップの小さいｐ型若しくはｎ型の
光吸収層をなすもので、例えばGaAsにより厚さが0.1μ
ｍ以上となされて形成されている。

第２のクラッド層の上層部分は、第６の半導体層26に
より構成される。この第６の半導体層26は、第２導電
型、例えばｐ型のAlx Ga_1-xAsよりなる。また、第６の
半導体層26上には、この第６の半導体層26と同導電型の
低比抵抗のキャップ層をなす第７の半導体層27が形成さ
れる。

第１乃至第７の各半導体層からなるエピタキシャル成
長層は、連続的に一連のMOCDVによってエピタキシャル
成長されて形成される。

そして、エピタキシャル成長層には、ストライプ状メ
サ突起11の長手方向に沿う両側に対応して断層部13が形
成されている。この断層部13は、メサ突起11の方向を上
述したような結晶方位としておくと、主面12aの〔100〕
面に対して略55゜をなす〔111〕Ｂ結晶面に沿った斜面
状に形成される。すなわち、メサ突起11上に成長したエ
ピタキシャル層に〔111〕Ｂ結晶面が一旦生じ始める
と、この〔111〕Ｂ結晶面へのエピタキシャル成長速度
は、他の〔100〕結晶面の成長速度に比して、数十分の
一以下程度に低いことから断層部13が形成される。

したがって、メサ突起11上には、断層部13に挟まれる
ようにして、断面三角形のエピタキシャル成長部が形成
される。

断層部13によって、メサ突起11の上記所定の幅W₁の部
分上のエピタキシャル成長部においては、第５の半導体
層25の一部からバッファ層19が形成され、第１の半導体
層21の一部から第１のクラッド層31が形成され、第２の
半導体層22が他と分離されてストライプ状の活性層14を
画成し、第３の半導体層23の一部から第２のクラッド層
32が形成され、第４の半導体層24は分断されて欠如する
ようになされている。第２のクラッド層32の両側端面の
断層部13には、メサ溝18上に成長された第４の半導体層
24による光吸収層15が臨むように形成される。

メサ突起11の幅広部11a上の断層部13により囲まれた
エピタキシャル成長部においては、バッファ層19、第１
のクラッド層31、活性層14、第２のクラッド層32に加え
て、これらの上層に第４の半導体層24の一部からなる光
吸収層15と、第６の半導体層26の一部からなるの第２の
クラッド層32uが形成される。

メサ突起11上のエピタキシャル成長層は、メサ突起11
の幅Ｗ、幅広部の幅W_P1及び高さを適宜設定することに
より、上述したように所定の半導体層をなす。

そして、第７の半導体層27は、全メサ突起11上を横切
って被冠成長するようになされて、キャップ層を形成す
る。このキャップ層上には、全面的に、あるいは、キャ
ップ層上に絶縁層を形成してこの絶縁層にメサ突起11に
対向するようにストライプ状に穿設した電極窓を介し
て、図示しない電極がオーミックに被着される。

なお、上述した半導体レーザ素子１において、光吸収
層15をなす第４の半導体層24は、活性層14をなす第２の
半導体層22に比して、バンドギャップが小さくなる半導
体層となされている。また、第１、第３及び第６の半導
体層21、23、26は、第２の半導体層22に比してバンドギ
ャップが大なる半導体層となされている。すなわち、上
述のAlGaAs系においてｙ＜ｘとなされている。

また、半導体レーザ素子１は、第５図乃至第７図に示
すように、メサ突起11の幅をW₂とし、このメサ突起11に
前記幅W₂よりも狭いW_P2の幅を有する幅狭部11bを設ける
ようにしてもよい。

この例では、第４の半導体層24は、電流ブロック層16
をなすように、第１導電型、例えばｎ型のAlGaAsにより
なる。

この半導体レーザ素子１においては、メサ突起11及び
上記幅狭部11bの高さ、幅W₂及びW_P2を適宜設定すること
によって、このメサ突起11の全長に亘って前述した例と
同様に、第５の半導体層25からなるバッファ層19と、第
１の半導体層21からなる第１のクラッド層31と、第２の
半導体層22からなく活性層14とが、断層部13によって挟
まれた状態で形成される。

そして、第６図に示すように、メサ突起11の所定の幅
W₂の部分の上に形成されるエピタキシャル成長部では、
活性層14上に第３の半導体層23からなる第２のクラッド
層32が形成されている。幅狭部11bの上に形成されるエ
ピタキシャル成長部においては、第２のクラッド層32、
すなわち第３の半導体層23の成長が生じないようになさ
れている。すなわち、この半導体レーザ素子１において
は、メサ突起11の所定の幅W₂の部分の上のエピタキシャ
ル成長部の活性層14の両端面14a、14bにおいて断層部13
にメサ溝18上に成長した第４の半導体層24の端部24a、2
4bが臨み、幅狭部11b上においては活性層14に直接上記
第４の半導体層24からなる電流ブロック層16が接触する
ようになされている。

さらに、半導体レーザ素子１は、第８図乃至第10図に
示すように、メサ突起11の幅をW₃とし、このメサ突起11
に前記幅W₃よりも広いW_P3の幅を有する幅広部11cを設け
て構成してもよい。

この例でも、第４の半導体層24は、電流ブロック層16
をなすように、第１導電型、例えばｎ型のAlGaAsにより
なる。

この半導体レーザ素子１においては、メサ突起11及び
幅広部11cの高さ、幅W₃、W_P3を適宜設定することによっ
て、このメサ突起11の全長に亘って前述した例と同様
に、第５の半導体層25からなるバッファ層19と、第１の
半導体層21からなる第１のクラッド層31と、第２の半導
体層22からなく活性層14とが、断層部13によって挟まれ
た状態で形成される。

そして、第10図に示すように、メサ突起11の幅広部11
cの上に形成されるエピタキシャル成長部においては、
上述の各層に加えて第４の半導体層24による電流ブロッ
ク層16が形成されている。この半導体レーザ素子１にお
いても、メサ突起11の所定の幅W₃の部分の上のエピタキ
シャル成長部の活性層14の両端面14a、14bにおいて断層
部13にメサ溝18上に成長した第４の半導体層24の端部24
a、24bが臨んでいる。

また、半導体レーザ素子１は、第11図乃至第14図に示
すように、所定の幅W₄のメサ突起11の両側に、このメサ
突起11より低い補助突起部17a,17bを設けるようにして
もよい。

この例では、第４の半導体層24は、光吸収層もしくは
電流ブロック層66をなすように、第１導電型、例えばｎ
型のAlGaAsによりなる。

この半導体レーザ素子１においては、メサ突起11の高
さ、幅W₄を適宜設定することによって、このメサ突起11
の全長に亘って前述した例と同様に、第５の半導体層25
からなるバッファ層19と、上記第１の半導体層21からな
る第１のクラッド層31と、上記第２の半導体層22からな
く活性層14とが、断層部13によって挟まれた状態で形成
される。

メサ突起11の補助突起部17a,17bによって挟まれてい
ない部分においては、第12図に示すように、活性層14の
両端面14a、14bにおいて断層部13にメサ溝18上に成長し
た第４の半導体層24の端部24a、24bが臨んでいる。一
方、メサ突起11の補助突起部17a,17bにより挟まれた部
分においては、メサ溝18が実質的に浅くなされているこ
とから、第13図及び第14図に示すように、第４の半導体
層24が持ち上がるようにして形成され、メサ突起11上を
横切るようにして第４の半導体層24により光吸収層若し
くは電流ブロック層が形成されている。

なお、上述のように構成された半導体レーザ素子にお
いては、光吸収層15若しくは電流ブロック層16により活
性層14の一部に励起の少ない領域が形成されるので、レ
ーザ発振が行われるとレーザ光ビーム自体がパルス発振
される、いわゆる自励発振（セルフパルセーション）が
生じ、戻り光ノイズが低減される。

上述のように構成された本発明に係る半導体レーザ装
置は、前述した従来の光ピックアップ装置の如く、光学
記録再生装置に用いられる光ピックアップ装置に組み込
まれて用いられる。本発明に係る半導体レーザ装置を組
み込んだ光ピックアップ装置を用いた光学記録再生装置
は、光ディスクの如き光記録媒体に対して半導体レーザ
装置から出射されるレーザビームを照射するとともに、
光記録媒体から反射される反射光を検出することによ
り、光記録媒体に対して情報信号の書込み及び／又は読
出しが行われる。

G.発明の効果上述のように、本発明に係る半導体レーザ装置及びこ
の半導体レーザ装置を用いた光学記録再生装置は、低閾
値電流型の半導体レーザ素子を用い、低閾値を超える一
定電流で半導体レーザ素子を発振するようにしているの
で、レーザ発振に伴う発熱が低く抑えられ閾値電流の温
度特性が良好であるので、オート・パワー・コントロー
ル用の検出器やその回路等を用いることなく安定して光
ビームの出射を行うことができ、そして、この半導体レ
ーザ装置を適用した光ピックアップ装置及び光学記録再
生装置の一層の小型化を達成することができる。

さらに、保護カバーが半導体レーザ素子に非接触の状
態にあるので、半導体レーザ素子からの発熱の影響を受
けることが抑えられ、耐久性の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体レーザ装置を示す斜視図で
ある。第２図は上記半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ
素子の構成を示す拡大平面図であり、第３図は第２図の
Ａ−Ａ線断面図であり、第４図は第２図のＢ−Ｂ線断面
図である。第５図は上記半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ
素子の他の例を示す拡大平面図であり、第６図は第５図
のＡ−Ａ線断面図であり、第７図は第５図のＢ−Ｂ線断
面図である。第８図は上記半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ
素子のさらに他の例を示す拡大平面図であり、第９図は
第８図のＡ−Ａ線断面図であり、第10図は第８図のＢ−
Ｂ線断面図である。第11図は上記半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ
素子のさらに他の例を示す拡大平面図であり、第12図は
第11図のＡ−Ａ線断面図であり、第13図は第11図のＢ−
Ｂ線断面図であり、第14図は第11図に示す半導体レーザ
素子の構成を示す拡大斜視図である。第15図は従来の半導体レーザ装置を一部破断して示す斜
視図である。１……半導体レーザ素子、２……リードフレーム、５…
…保護カバー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】低閾値電流型の半導体レーザ素子と、上記半導体レーザ素子が接合配設されるリードフレーム
と、上記リードフレーム上に配設され上記半導体レーザ素子
を覆う保護カバーとを備え、上記保護カバーは、上記半導体レーザ素子とは非接触状
態とされていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】低閾値電流型の半導体レーザ素子と、上記半導体レーザ素子が接合配設されるリードフレーム
と、上記リードフレーム上に配設され上記半導体レーザ素子
を覆う保護カバーとを有し、上記保護カバーが上記半導体レーザ素子とは非接触状態
とされている半導体レーザ装置を備え、上記半導体レーザ装置から出射された光ビームを光学記
録媒体に向けて照射し、上記光学記録媒体からの反射光
を検出するように構成された光学記録再生装置。