JPH01251774A - 半導体レーザ装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、追記型、書き換え型等の光デイスク用光源と
して最適な半導体レーザ装置及びその駆動方法に関する
。

（従来の技術） 追記型、書き換え型等の光ディスクの光源としては、読
みだし時の誤りを防ぐために、雑音レベルの低い半導体
レーザが望まれる。書き換え型光ディスクでは１〜３ｍ
Ｗの低出力レベルで、戻り光１％において相対雑音強度
（ＲＩＮ）−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下が求められている。

しがし光デイスク装置ではピックアップの構造上、ディ
スク盤面からの戻り光が光源である半導体レーザに入射
じやすい。一般に横モードの制御された屈折率導波型半
導体レーザでは、光の干渉性が高いから、この戻り光と
出射光が干渉しモードホップノイズが発生する。この結
果光源の雑音レベルが上昇し、システム上問題となる。

こうした半導体レーザの戻り光誘起雑音の低減を図るた
めに従来は外部から高周波を重畳する方法が提案されて
いた（電子通信学会技術研究報告ＥＤ８３−８４　Ｐ８
５）。この方法では、６００ＭＨｚ以上の高周波を発振
しきい値までふりこむように重畳することにより注入キ
ャリアにゆらぎを与え、縦モードスペクトルを多モード
化する。この多モードにより、光源の可干渉性が低下し
、戻り光が存在する場合でも、低い雑音レベルを維持す
ることが可能となる。

（発明が解決しようとする課題） しかし従来の方法では高周波重畳回路を外部に付加する
から、光ヘッドの軽量化を妨げ、アクセス時間の短縮化
が困髭となる。また高周波重畳回路により光ヘッドを構
成する部品点数か増加するから、低コスト化をも妨げる
要因となる。このように、従来の技術には、アクセス時
間およびコスト面で解決すべき課題があった。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するなめに本発明が提供する装置は、
第一導電型半導体基板上に活性層と第二導電型半導体層
とを順に積層してなる横モード制御構造を有する半導体
レーザ装置であって、前記第二導電型半導体層を共振器
軸方向に関して電気的に分離して励起領域と吸収領域と
の二領域に分ける電気的分離構造が形成してあり、前記
励起領域と吸収領域とは光学的に結合されていることを
特徴とする。

また、前述の課題を解決するために本発明が提供する方
法は、第一導電型半導体基板上に活性層と第二導電型半
導体層とを順に積層してなる横モード制御構造を有し、
前記第二導電型半導体層を共振器軸方向に関して電気的
に分離して励起領域と吸収領域との二領域に分ける電気
的分離構造が形成してあり、前記励起領域と吸収領域と
は光学的に結合されている半導体レーザを駆動する方法
であって、低出力動作時には前記励起領域だけに電圧を
印加してスーパーラディアンスを生じた状態にし、高出
力動作時には前記励起領域および吸収領域に電圧を印加
しレーザ発振状態にすることを特徴とする。

（作用） 本発明の構造では、吸収領域を開放状態とし励起領域だ
けに電圧を印加した状態では、この領域の活性層にはキ
ャリアが十分に注入されないから、発振光に対して損失
となる。従って発振しきい値利得が増大し、光は誘導放
出を受けながらも発振までには至らないスーパーラディ
アントな状態となる。スーパーラディアント光は誘導放
出光成分が小さいから、光源の可干渉性が極めて小さく
、また単体の量子雑音のレベルも低い。従って戻り光が
存在する場合でも十分に低い雑音レベルを維持すること
が可能となる。スーパーラディアント状態でも前面反射
率を１０％程度に低くすれば。

読みだし時に必要な３ｍＷ程度の光出力は得ることがで
きる。一方、吸収領域を開放したままでは高出力特性は
得られないが、吸収領域にも電圧を印加しキャリアを注
入すれば、レーザ発振状態となるから、３０ｍ　Ｗ以上
の高出力特性が得られる。低雑音特性が要求されるのは
読みだし時の低出力レベル（〜３　ｍ　Ｗ　）であるか
ら、吸収領域を開放してスーバラディアントにした状態
と吸収領域にも電圧を印加しレーザ発振した状態とを電
気的に切り替えることにより、再生時に低雑音、記録時
に高出力とそれぞれ望ましい特性が得られる。このよう
な原理により、本発明の構造の半導体レーザ装置は、高
周波重畳回路を用いなくとも追記型、書き換え型光ディ
スク等の光源として最適な高出力低雑音特性を実現する
ことができる。また、本発明の駆動方法は、本発明の半
導体レーザ装置を追記型、書き換え型光ディスクに適用
し得るように適切に駆動する方法である。

（実施例） 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する
。

第１図は本発明の一実施例の半導体レーザ装置を示す斜
視図、第２図はその実施例の平面図、第３図乃至第５図
はその実施例を駆動する回路の例を示す図である。

図において１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型Ａρ０．４
１Ｇ　ａ　０．５９Ａ　Ｓクラッド層、３はｎ型Ａρｏ
、　３５Ｇ　ａ　０．６ＳＡ　Ｓ光導波層、４はＡ　’
ｊ！　ｏ、　ａｓＧ　ａ　ｏ、　９２Ａ　Ｓ活性層、５
はｐ型Ａρｏ、５Ｑａｏ、ｓＡｓ光反射層、６はｐ型Ａ
　Ａ　ｏ、　ｓｓＧ　ａ　ｏ６２Ａ　ｓクラッド層、７
はｎ型ＧａＡｓ電極層、８はＰ＋拡散層、９はｎ型電極
、１０はｐ型電極、１１は吸収領域、１２は励起領域、
１３は電極分離溝、１４は切り替えスイッチ、１５及び
１６は入力端子、をそれぞれ示す。

第１図の実施例の製造においては、まずｎ型ＧａＡｓ基
板１上にＮＨ４０Ｈ系のエッチャントを用いてく０１丁
〉に平行な７字型の溝幅５．０１ｍ、深さ２．０μｍの
溝を形成する。その後に液相成長法により、成長層２．
３，４，５，６．７を順次に成長する。それぞれの層は
平坦部で順に０．２１ｍｍ。

０．３　Ｌｌｌｌｌ、　０．０８１Ｊｍ、　０．３１Ｊ
ｍ、　１．ＯＩＪｍ、　０．７　ｕｍとする。

清が深いから、ｎ型クラッド層２が溝部で平坦とはなら
ず、第１図に示すように発光部で光導波層３の厚い構造
となり、水平方向に屈折率導波機構が形成される。Ｓｉ
Ｏ２をマスクとして発光領域にＰ＋拡散層８を形成した
後、Ｐ型電極１０．　Ｎ型電極９を形成する。さらにフ
ォトリソグラフィーの手法によりウェットエツチングを
用いて幅１０ｕｍ、間隔３００　ｕ＋ｎの電極分離溝１
３を発光領域の近傍３０ｕｎの領域を除いてｎ型基板１
に到達するまで形成する。発光領域の近傍３０μｍの領
域はｎ型ＧａＡｓ電極層７のみ除去する。このように形
成した電極分離溝１３により、吸収領域１１と励起領域
１２との光学的な結合を保存したままで、吸収領１）１
１１１と励起領域１２とを電気的に分離することができ
る。ｉ＆後に励起領１！！！！１２が１９０Ｂ＋、吸収
領域１１が１ｏｏＩＩＩＩ＋トナルようにへき開面を形
成して、本発明の一実施例である半導体レーザ装置が形
成される。なお、実施例では電極分離をエツチングで形
成した溝１３で行なっているが、電極分離をプロトン注
入など他の方法を用いて行なっても同様に本発明の半導
体レーザの構造が得られる。

第３図では、本発明の半導体レーザの駆動方法の一実施
例を回路図で概念的に示す、切り替えスイッチ１４をｏ
ｆｆにすると吸収領域１１が開放され、この吸収領域１
１が吸収体として働くから、スーパーラディアント光と
なり、光出力１〜３ｍＷ、戻り光１％において、相対雑
音強度（ＲＩＮ）−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音特性
が得られる。

一方切り替えスイッチ１４をｏｎにすれば、吸収領域１
１にも励起領域１２と同様にキャリアが注入されるから
、低しきい値でレーザ発振が発生し、３０ｍ　Ｗ以上の
高出力のレーザ光が得られる。従って、高出力時の駆動
電圧ｖ２と低出力時の駆動電圧ｖ１の切り替えと同期さ
せて、スイッチ１４をｏｎ、ｏｆｆすれば低雑音発振と
高出力発振とが交互に得られる。

第４Ｕ２は第３図の実施例の変形例を示し、第３図の切
り替えスイッチ１４を電気的に構成した例である。入力
端子１６に電圧が印加されていない状態では、Ｔｒ３の
インピーダンスが高いから、入力端子１５の入力信号に
応じて励起領域１２だけにキャリヤが注入され、スーパ
ーラディアントな特性が得られる。入力端子１６に電圧
を印加するとＴｒ３のインピーダンスが低くなり、吸収
領域１１にもキャリヤが注入される。従って、入力端子
１５の入力信号に応じて励起領域１２と吸収領域１１に
均一にキャリヤが注入され、高出力なレーザ動作が得ら
れる。

第５図には、本発明による半導体レーザの駆動方法の他
の実施例を回路図で概念的に示す、励起領域１２には直
流バイアスｖ１を、吸収領域１１には低出力動作時に０
バイアス、高出力動牛時にバイアスＶ２をそれぞれ印加
する。吸収領域１１に０バイアスを印加した状態では、
この領域が吸収体として働くから、スーパーラディアン
トな低雑音特性となる。−力吸収領域１１にも電圧■２
を印加すると励起領域１２とは均一注入とはならなくと
も、レーザ動作が可能となるから、高出力特性が得られ
る。従って、第３図の例では切り替えスイッチ１４を用
いたが、この第５図の実施例では切り替えスイッチを用
いることなく、吸収領域１１のバイアス状態を変化させ
るだけで、高出力低雑音動作が可能となる。

なおレーザ構造としてｎ型基板を用いたＬＰＥ法による
ＰＣＷ構造（昭和６１年度春季信学全大１）９２０　）
を用いて説明を行なったが、本発明の半導体レーザ装置
にはＰ型基板を用いてもよい、また、本発明の装置では
、ＭＯＣＶＤ法によるセルファライン構造等の他の横モ
ードの制御された半導体レーザでも全く同様な構造が可
能である。

またＡｐＧａＡｓ系のみならずＡρＧａＩｎＰ。

Ｇａ１ｎＡｓＰ等の他の材料系でも、本発明の装置を適
用して全く同様の構造が形成できる。

（発明の効果） 本発明の構造では、吸収領域を開放状態とし励起領域だ
けに電圧を印加した状態では、この領域の活性層にはキ
ャリヤが十分に注入されないから、発振光に対して損失
となる。従って発振しきい値利得が増大し、光は誘導放
出を受けながらも発振までには至らないスーパーラディ
アントな状態となる。スーパラディアント光は誘導放出
光成分が小さいから、光源の可干渉性が極めて小さく、
また単体の量子雑音のレベルも低い、従って戻り光が存
在する場合でも十分に低い雑音レベルを維持することが
可能となる。スーパーラディアント状態でも前面反射率
を１０％程度に低くすれば、読みだし時に必要な３ｍＷ
程度の光出力は得ることができる。またレンズには焦点
距離が波長によって異なるという色収差があるから、ス
ーパーラディアント光のように発光スペクトル幅の広い
光は一点に集光しすらいという懸念がある。しかしレン
ズの色収差は補正することが可能であり、現在５００人
程度の波長法がりであれば色収差のないレンズが開発さ
れている。スーパーラディアント光は一般に発光スペク
トル幅が〜３００人であるから、このようなレンズを用
いれば、スーパーラディアント光でも回折限界近くまで
集光することが可能である。一方、吸収領域を開放した
ままでは高出力特性は得られないが、吸収領域にも電圧
を印加しキャリヤを注入すれば、レーザ発振状態となる
から、３０ｍ　Ｗ以上の高出力特性が得られる。低雑音
特性が要求されるのは読みだし時の低出力レベル（〜３
　ｍ　Ｗ　＞であるので、吸収領域を開放してスーパー
ラディアントにした状態と吸収領域にも電圧を印加しレ
ーザ発振した状態とを電気的に切り替えることにより、
再生時に低雑音、記録時に高出力とそれぞれ望ましい特
性が得られる０以上より本発明によれば、高周波重畳回
路を用いなくとも追記型、書き換え型光ディスク等の光
源として最適な高出力低雑音特性の半導体レーザ装置と
、この半導体レーザ装置の駆動方法とが得られる。

従って本発明の装置を追記型、書き換え型の光ディスク
に採用すれば、軽量な光ヘッドを形成することができ、
アクセス時間が早く低コストな光デイスクシステムを構
成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体レーザ装置を示す斜
視図、第２図はその実施例の平面図、第３図乃至第５図
はその実施例を駆動する回路の例を示す図である。 １　・＝　ｎ型ＧａＡｓ基板、２−・−ｎ型Ａρｏ４＋
ＧａＯ，５９ＡＳクラッド層、３−ｎ型Ａρｏ、　ｓｓ
Ｇ　ａ　ｏ、　６ｓＡｓ光導波層、４　”’　Ａ　！Ｊ
　ｏ、　ｏａＧ　ａ　（１，９２Ａ　Ｓ活性層、５−ｐ
型Ａρｏ、ｓ　Ｇａｏ、ｓ　Ａｓ光反射層、６・・・Ｐ
型Ａρｏ、　ｓａＧ　ａ　ｏ、　６２Ａ　Ｓクラッド層
、７−ｎ型ＧａＡｓ電極層、８・・・Ｐ“拡散層、９・
・・ｎ型電極、１０・・・ｐ型電極、１１・・・吸収領
域、１２・・・励起領域、１３・・・電極分離溝、１４
・・・切り替えスイッチ、１５・・・入力端子、１６・
・・入力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第一導電型半導体基板上に活性層と第二導電型半導
   体層とを順に積層してなる横モード制御型半導体レーザ
   において、前記第二導電型半導体層を共振器軸方向に関
   して電気的に分離して励起領域と吸収領域との二領域に
   分ける電気的分離構造が形成してあり、前記励起領域と
   吸収領域とは光学的に結合されていることを特徴とした
   半導体レーザ装置。 ２、第一導電型半導体基板上に活性層と第二導電型半導
   体層とを順に積層してなり、前記第二導電型半導体層を
   共振器軸方向に関して電気的に分離して励起領域と吸収
   領域との二領域に分ける電気的分離構造が形成してあり
   、前記励起領域と吸収領域とは光学的に結合されている
   横モード制御型半導体レーザ装置を駆動する方法におい
   て、低出力動作時には前記励起領域だけに電圧を印加し
   てスーパーラディアンスを生じた状態にし、高出力動作
   時には前記励起領域および吸収領域に電圧を印加しレー
   ザ発振状態にすることを特徴とする半導体レーザ装置の
   駆動方法。