JPH01251775A - 半導体レーザ装置及びその駆動方法 - Google Patents

半導体レーザ装置及びその駆動方法

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JPH01251775A
JPH01251775A JP7962788A JP7962788A JPH01251775A JP H01251775 A JPH01251775 A JP H01251775A JP 7962788 A JP7962788 A JP 7962788A JP 7962788 A JP7962788 A JP 7962788A JP H01251775 A JPH01251775 A JP H01251775A
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JP
Japan
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absorption region
region
conductivity type
type semiconductor
excitation
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Pending
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JP7962788A
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Makoto Ishikawa
信 石川
Ryuichi Katayama
龍一 片山
Tsunao Yuasa
湯浅 図南雄
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • 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
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265Intensity modulators
    • 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
    • H01S5/06Arrangements 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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Optical Head (AREA)
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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!&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
レーザか望まれる。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。
しかし光デイスク装置ではピックアップの構造上、ディ
スク慇面からの戻り光が光源である半導体レーザに入射
しやすい、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。このモ
ードホップノイズにより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 P85 ) 、この方法では、600
MHz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。この多モード化によ
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
が困難となる。また高周波重畳回路により、光ヘッドを
構成する部品点数が増加するから、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た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
吸収領域の第二導電型電極層と前記第一導電半導体基板
とを外部から供給される制御信号に応じて直接に又は抵
抗を介して接続するスイッチが設けてあり、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介し、
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、前記吸収領域の第二導電型
電極層と前記第一導電型半導体基板とを外部から供給さ
れる制御信号に応じて直接に又は抵抗を介して接続する
スイッチが設けてあり、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装置を駆動する方法
であって、低出力動作時には前記制御信号により前記ス
イッチを導通させて前記励起領域だけに電圧を印加する
ことにより自励発振状態にし、高出力動作時には前記制
御信号により前記スイッチを遮断にし前記励起領域と前
記吸収領域とに同じ電圧を印加することを特徴とする。
(作用) 本発明の構造では、吸収領域の第二導電型電極を接地し
た状態では、この領域の活性層は完全な無バイアス状態
となるから発振光に対して過飽和吸収体として働く、半
導体レーザ媒質内に過飽和吸収体を導入すると断続的な
発振状態となる自励発振現象が発生する。自励発振は緩
和振動に相当する高い周波数で発振が断続的に繰り返さ
れるから、注入キャリヤがゆらぎ、縦モードが多モード
化する。このように縦モードが多モード化すると、可干
渉性が低下し、戻り光に強い低雑音特性が得られる。吸
収領域を接地したままでは一般に微分効率が低いから、
高出力特性は得にくいが、吸収領域にも電圧を印加しキ
ャリヤを注入すれば横モードが安定したままで、窩い出
力が得られる。
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、吸収領域を接地した状
態と吸収領域にも励起領域と同じ電圧を印加した状態と
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、書き換え型の光ディスクに適用
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4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型電 !J0
.41G a 0.59A Sクラッド層、3はn型電
ρo、 ssG a o6sA s光導波層、4はAf
Jo、o*G a o、 92A S活性層、5はP型
電j! o、s Gao、sAs光反射層、6はP型電
 j! o、 iaG a 0.62A 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梨型極、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NH,O
H系のエッチャントを用いて<011>に平行な7字型
の溝幅5.01m、深さ2.Oun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
.2g+n。
0゜3 uIl、 0.08mm、 0.3 un、 
1.0 um、 0.7 Htrとする。
清が深いために、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種が形成される。5
IOi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梨型[!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10+m、間隔5001JI+)電極分M消
13を発光領域の近傍30IJsnの領域を除いてn型
基板1に到達するまで形成する0発光領域の近傍30μ
m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した。tまで、半導体$
1層構造を吸収領域11と励起領域12とに電気的に分
離することができる。I&後に励起領域12が4601
1m、吸収領域11が301J11となるようにへき開
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
グを用いて行なっているが、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B
に接続すると吸収領t!!i11が接地され、この吸収
領域11が過飽和吸収体として働くから、自励発振が発
生し、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Aに接続すれば、吸収領域
11にも励起領域12と同様にキャリヤが注入されるか
ら、低しきい値で高効率となり30m W以上の高出力
特性が得られる。従って、高出力時の駆動電圧■2と低
出力時の駆動電圧V、の切り替えと同期させて、スイッ
チ14を切り替えれば低雑音発振と高出力発振とが交互
に得られる。
第4図は第3図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、トランジスタ
Tr3のインピーダンスが高いから、入力端子15の入
力信号に応じて吸収領域11と励起領域12に均一にキ
ャリヤが注入され、高出力な特性が得られる。入力端子
16に電圧を印加するとトランジスタTr3のインピー
ダンスが低くなり、吸収領域11が接地状態となる。従
って、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、低雑音特性が得られる。
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p920 )を
用いて説明を行なったが、本発明の半導体レーザ装置で
はp型基板を用いてもよい9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AρGaAs系のみならずAIGaInP。
GaInAsP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、吸収領域の第二導電型電極を接地し
た状態では、この領域の活性層は完全な無バイアス状態
となるから発振光に対して過飽和吸収体として働く、半
導体レーザ媒質内に過飽和吸収体を導入すると断続的な
発振状態となる自励発振現象が発生する。自励発振は緩
和振動に相当する高い周波数で発振が断続的に繰り返さ
れるから、注入キャリヤがゆらぎ、樅モードが多モード
化する。この結果可干渉性が低下し、1〜3mWの低出
力でも戻り光1%において相対雑音強度(RIN)−1
20dB/Hz以下の低雑音な特性が得られる。吸収領
域を接地しなくても、低注入状態とするだけで自励発振
特性が得られる場合もあるが、再現性が乏しく歩留りが
低い、この点、本発明のように吸収領域と基板とを同電
位にすれば、この領域の活性層を完全な無バイアス状態
にできるから、再現性、歩留りの高い自励発振特性が得
られる。吸収領域を接地したままでは一般に微分効率が
低いから、高出力特性は得にくいが、吸収領域にも電圧
を印加しキャリヤを注入すれば、30m W以上の高出
力まで横モードが安定した特性が得られる。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接地した状態と吸収領域
にも励起領域と同様にキャリヤを注入した状態とを電気
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
発明の構造によれば、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4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G a A s基板、2・・・n型電ρ。 41G a O,S9A Sクラッド層、3 ・−n型
電ρ0.。 G a Q、 65A S光導波層、4 ・Aρo、 
osG a 0.92As活性層、5 ・p型Af) 
o、s Gao、s As光反射層、6−p型A A 
0.3110 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梨型極、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、前記吸収領域の
    第二導電型電極層と前記第一導電型半導体基板とを外部
    から供給される制御信号に応じて直接に又は抵抗を介し
    て接続するスイッチが設けてあり、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、前記吸収領域の第二導電型電
    極層と前記第一導電型半導体基板とを外部から供給され
    る制御信号に応じて直接に又は抵抗を介して接続するス
    イッチが設けてあり、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装置を駆動する方法に
    おいて、低出力動作時には前記制御信号により前記スイ
    ッチを導通させて前記励起領域だけに電圧を印加するこ
    とにより自励発振状態にし、高出力動作時には前記制御
    信号により前記スイッチを遮断にし前記励起領域と前記
    吸収領域とに同じ電圧を印加するとこを特徴とする半導
    体レーザ装置の駆動方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004186678A (ja) * 2002-11-20 2004-07-02 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子
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