JPH0286183A - 光電子装置 - 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、光電子装置に係り、特に、自励発振する半導
体レーザ素子（レーザダイオードチップ）と、自励発振
しない半導体レーザ素子とを組み合わせて、後者の半導
体レーザ素子が戻り光に対して雑音を発生し難い構造と
した光電子装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザは、光フアイバ通信を中心にした通信分野
、あるいは光ディスク・ファイル、ディジタル・オーデ
ィオ・ディスク、ビデオ・ディスク、レーザ・ビーム・
プリンタ等を中心とする情報端末分野等に使用されてい
る。前者は、発振波長が１．３μｍ、１．５μｍの長波
長帯レーザダイオード（半導体レーザ）が使用され、後
者は発振波長が０９７８μｍ、０．８３μｍの可視・赤
外帯レーザダイオードが使用されている。

ところで、コパクト・ディスク（ＣＤ）やビデオ・ディ
スク（ＶＤ）　、特にＶＤにおいては、組み込む半導体
レーザにおける低雑音化は重要である。レーザダイオー
ドの戻り光ノイズによるＳＮ比が劣化すると、ビデオ・
ディスクにあっては画質が劣化する。

光ディスク等における戻り光雑音を低減させるため、半
導体レーザ（レーザダイオード）の縦モードをマルチモ
ード化する方法が知られている。

レーザ光の縦モードを多モード（マルチモード）化する
方法としては、半導体レーザ素子構造を利得導波型にし
て自励発振（パルセーション）化をさせる方法や、半導
体レーザの駆動電流に高周波を重畳させてスペクトルを
多モード化する方法がある。戻り光による雑音を低くす
るために、半導体レーザの駆動電流（直流バイアス）に
、高周波電流を重畳したり、あるいはパルセーションを
起こさせる方法については、たとえば、日経マグロウヒ
ル社発行「日経エレクトロニクスＪ　１９Ｂ３年１０月
１０日号Ｐ１７３〜Ｐ１９４に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

コンパクトディスク、ビデオディスク等の光デイスクシ
ステムにおいては、ディスクから情報を読み取るだけで
なく、ディスク内に書き込まれている情報を消去したり
、さらには新に情報を書き込む等が行なわれる。

読み取りに使用される半導体レーザ素子は低出力で充分
であるが、低雑音（低ノイズ）化が要求される。これに
対して、消去、書き込みに使用される半導体レーザ素子
は高出力が要求されかつレーザ光のビームも細（絞る必
要から非点隔差も小さいものが要求される。

低雑音化のために、縦モードをマルチ化した利得導波型
レーザダイオードは、その構造上、横モードが不安定と
なるとともに、活性層内における光の導波中の波面に遅
れが生じるため、高出力化には対応し難く、かつ非点隔
差（非点収差）が大きくなる。

一方、逆に半導体レーザ素子を高出力化するためには横
モードの安定化が不可欠で、そのためには屈接率導波型
レーザダイオードに近づける必要がある。

このように、縦モードのマルチ化と高出力化とは相反す
るため、同−千ノブでの高出力低雑音化は難しい。

また駆動電流に高周波を重畳させるためのデバイスとし
て、ハイブリ・ンドＩＣやＧａＡｓ−ＩＣがあるが、ハ
イブリッドＩＣは多くの部品を組み立てる点、ＧａＡｓ
−１ｃはリングオシレータによる高周波発振部のチップ
に占める面積が約半分ある点等によりいずれも製品が高
コストとなる嫌いがある。

本発明の目的は低雑音高出力似非点隔差の半導体レーザ
を提供することにある。

本発明の他の目的は低雑音高出力似非点隔差のレーザダ
イオードを低コストで供給することにある。

本発明の前記、ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるで
あろう。

（１ｇを解決するための手段〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の光電子装置にあっては、縦モードが
単一で非点隔差が小さくかつ屈接率導波型の構造で作ら
れた高出力半導体レーザ素子の駆動電流に、縦モードが
マルチモードとなる利得導波型の構造で作られた低雑音
半導体レーザ素子の自励発振状態の高周波電流を重畳さ
せて、屈接率導波型の構造で作られた高出力半導体レー
ザ素子を戻り光に対して強い構造としている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の光電子装置にあっては
、自励発振する半導体レーザ素子の自励発振時の電流を
高出力の自励発振しない半導体レーザ素子の駆動電流に
重畳していることがら、それ自体自励発振しない高出力
の半導体レーザ素子も自励発振するようになり、戻り光
に対して強くなるため、低雑音化が行なえるようになる
。すなわち、自励発振する半導体レーザ素子は発振中に
注入キャリアの光による消費と発光部外からのキャリア
の再注入の繰り返しを行なうといったキャリア密度の変
動があり、そのためフエルミレヘルの変動が半導体レー
ザ素子の端子間に表われる。

一方、単一縦モードの高出力半導体レーザ素子の場合で
もパルス電流を印加した時、発振開始から数ｎｓの間は
マルチ縦モードの発振をしている。

したがって、数百ＭＨｚから数ＧＨｚで半導体レーザ素
子の闇値を割った深い変調をかけると、高出力時もマル
チ縦モードが得られる。そこで、自励発振する半導体レ
ーザ素子の端子間に表われる高周波電流を発振源として
利用することによって、単一縦モードの高出力半導体レ
ーザ素子の場合でもマルチ縦モードが得られる６以上の
ことから、本発明の光電子装置にあっては低雑音高出力
似非点隔差の半導体レーザ素子を得ることができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例による光電子装置の等価回路
、第２図は同じく光電子装置の要部を示す斜視図、第３
図は同じく２つの半導体レーザ素子とキャリア等との構
造関係を示す模式図、第４図は同じく低雑音の自励発振
型半導体レーザ素子の要部を示す断面図、第５図は同じ
く単一縦モードの高出力半導体レーザ素子の要部を示す
断面図である。

この実施例では、第１図に示されるように、低雑音の自
励発振型半導体レーザ素子１の自励発振状態の高周波電
流を、単一縦モードの高出力半導体レーザ素子２の駆動
電流に重畳するようになっている。自励発振する半導体
レーザ素子は、構造および動作電流により発振周波数が
異なり、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの発振を起すことができ
、それは半導体レーザ素子の端子間に出ツノとして取り
出せる。したがって、この高周波（数百ＭＨ２〜数ＧＨ
ｚ）を前記高出力半導体レーザ素子２の高周波発振源と
することができる。

また、抵抗（Ｒ）３を前記自励発振型半導体レーザ素子
１と並列に配置し、電源端子Ａ（ＶｃＣ）に印加する電
圧を高くして、前記高出力半導体レーザ素子２の出力を
高めるようになっている。

たとえば、前記自励発振型半導体レーザ素子１に６０ｍ
Ａ（光出力５ｍｗ）流す場合、抵抗３に４０　ｍ　Ａ　
２ｉｔシ、これによって前記高出力半導体レーザ素子２
に１００ｍＡを流すようにして、約４０〜５０ｍｗのレ
ーザ光出力を得る。これにより、高出力半導体レーザ素
子２は、たとえば、非点収差を３μｍ程度に抑えた状態
で、８５ｄＢ以下のノイズが得られる。

また、この光電子装置では、前記高出力半導体レーザ素
子２の出力を検出する受光素子４が配設されている。こ
の等価回路でも分るように、この光電子装置では外部端
子はＡ、Ｂ、Ｃと３本となる。なお、前記自励発振型半
導体レーザ素子１および高出力半導体レーザ素子２は、
同図の自励発振型半導体レーザ素子ｌおよび高出力半導
体レーザ素子２の右側に示されるようなスペクトルのレ
ーザ光を発光する。すなわち、これらの自励発振型半導
体レーザ素子１および高出力半導体レーザ素子２は自励
発振状態のスペクトルとなっている。

つぎに、本発明による光電子装置、すなわち、半導体レ
ーザ装置について、第２図を参照しながら説明する。同
図は一部が切り欠かれた状態の半導体レーザ装置である
。

この実施例では光デイスク用光源となる半導体レーザ装
置に本発明を適用した例を示す。半導体レーザ装置は第
２図に示されるように、それぞれアセンブリの主体部品
となる板状のステム１ｏおよびこのステム１０の主面側
に気密固定されたキャップ１１とからなっている。前記
ステム１ｏは数ｍｍの厚さの円形の金属板となっていて
、その主面（上面）の中央部には銅製のヒートシンク１
２が鑞材等で固定されている。このヒートシンク１２の
側面（前面）にはキャリア１３が固定されている。

前記キャリア１３は、第３図に示されるように、たとえ
ば、ｎ形のシリコン基板３０４がらなっているとともに
、その一部上面にはｐ影領域１５が所望深さに形成され
ている。また、前記ｐ影領域１５には、それぞれ独立し
た２つのｎ影領域、すなわち、自励発振型半導体レーザ
素子取付領域１６と抵抗（Ｒ）３となっている。そして
、前記自励発振型半導体レーザ素子取付領域１６上には
図示しない接合材を介して自励発振型半導体レーザ素子
１が固定されている。また、前記キャリア１３のシリコ
ン基板３０４の主面には高出力半導体レーザ素子２が図
示しない接合材を介して固定されている。この図にあっ
ては、前記自励発振型半導体レーザ素子１および高出力
半導体レーザ素子２ならびに抵抗３は、第１図に示され
る等価回路の一部を構成するように導電性のワイヤ１７
でそれぞれ結線されている。すなわち、この構造では、
自励発振型半導体レーザ素子１の自励発振時の電流を自
励発振しない高出力半導体レーザ素子２の駆動電流に重
畳していることから、それ自体自励発振しない高出力半
導体レーザ素子２も自励発振するようになり、戻り光に
対して強くなる。高出力半導体レーザ素子２はそれ自体
高出力であるとともに、非点隔差も小さいものである。

この結果、低雑音化された高出力半導体レーザ素子２を
内蔵した光電子装置は、低雑音高出力低非点隔差なる特
長を有することになる。たとえば、光出力は４０ｍｗ、
ノイズは８５ｄＢ以下、非点収差は３μ背“６・ 一方、前記ステム１０の主面には前記高出力半導体レー
ザ素子２の下端から発光されるレーザ光１８を受光し、
レーザ光１８の光出力をモニターする受光素子４が固定
されている。この受光素子４はステム１０の主面に設け
られた傾斜面２０に図示しない接合材を介して固定され
ている。

他方、前記ステム１０には３本のリード２１が固定され
ている。Ｂなる記号で示された１本のリード２１はステ
ム１０の裏面に電気的および機械的に固定され、他のＡ
、Ｃなる記号で示された２本のリード２１はステム１０
を貫通し、かつガラスのような絶縁体２２を介してステ
ム１０に対し電気的に絶縁されて固定されている。前記
ステム１０の主面に突出するＡなるリード２１の上端は
、自励発振型半導体レーザ素子１および前記キャリア１
３の主面に設けられた抵抗３にワイヤ１７を介して電気
的に接続されている。また、前記ステム１０の主面に突
出するＣなるリード２１の上端は、ワイヤ１７を介して
受光素子４の上部′ｒＨ，極に電気的に接続されている
。

また、前記ステム１０の主面には窓２３を存する金属製
のキャップ１１が気密的に固定され、前記ヒートシンク
１２．キャリア１３．自励発振型半導体レーザ素子１．
高出力半導体レーザ素子２゜受光素子４等が気密的に封
止されている。前記窓２３はキャップ１１の天井部に設
けた円形孔を透明なガラス板２５で気密的に塞ぐことに
よって形成されている。したがって、前記高出力半導体
レーザ素子２の上端から出射したレーザ光１８は、この
透明なガラス板２５を透過してステム１０とキャップ１
１とによって形成されたパンケージ外に放射される。

なお、前記ステム１０の外周部分には、相互に対峙して
設けられる一対のＶ字状切欠部２６と、矩形状切欠部２
７が設けられ、組立時の位置決めに使用されるようにな
っている。

一方、前記キャリア１３に取り付けられる自励発振型半
導体レーザ素子１および高出力半導体レーザ素子２は、
第４図および第５図に示されるように、基板がｐ形のＧ
ａＡｓで形成された電流狭窄型半導体レーザ素子Ｃｐ−
Ｃ３Ｐ　（ｐ−ｃｈａｎｎｅｌｅｄ−ｓｕｂｓｔ、ｒａ
ｔｅ−ｐｌａ　−ｎａｒ））ｌｌ造となっている。そし
て、このｐＣ３Ｐ構造において、自励発振型半導体レー
ザ素子１と高出力半導体レーザ素子２は、活性層の厚さ
と、活性層の下の層となるｐ形りラッド層の厚さが異な
る他は他の各部の寸法等は同一となっている。

ここで、第４図を参照しながら自励発振型半導体レーザ
素子１について説明する。この自励発振型半導体レーザ
素子１は、ｐ形のＧａＡｓからなる基板３０を有してい
る。また、この基板３ｏの主面にはｎ形ＧａＡｓからな
る電流狭窄層３１が設けられている。この電流狭窄層３
１はその中央をストライブ状の溝３２で区画されている
。この溝３２は、下層の基板３０に迄入り込むように形
成されている。なお、この溝３２は、前記基板３０の主
面全域にＭＯＣＶＤによってｎ形ＧａＡｓ層を形成した
後、部分的エツチングによって形成される。

一方、前記電流狭窄層３１および露出する基板３０上に
はｐ形ＧａＡｌＡｓからなるｐ形クラッド層３３と、こ
のｐ形クラッド層３３の上面に形成されたＧａＡ１Ａｓ
からなる活性層３４と、この活性層３４の上面に形成さ
れたｎ形Ｃ，ａＡｉＡＳからなるｎ形りラッド層３５と
、このｎ形りラッド層３５の上面に形成されたｎ形Ｇａ
ＡｓからなるキャップＮ３６とが、液層エピタキシャル
成長によって形成されている。また、前記キャップ層３
６上にはカソード電極３７が設けられているとともに、
基板３０の裏面にはアノード電極３日が設けられている
。

この自励発振型半導体レーザ素子１にあっては、前記電
流狭窄層３１が電流の流れる領域を狭窄している。また
、この自励発振型半導体レーザ素子１は、前記ｐ形りラ
ッド層３３の厚さと活性層３４の厚さを変えることによ
って、屈折率導波の度合を変えることができる。したが
って、自励発振型半導体レーザ素子１の場合は、ｐ形ク
ラッド層３３の厚さ（ａ）を０．３〜０．４５μｍと厚
くし、かつ活性ＪＷ３４の厚さ（ｂ）を０．０５〜０゜
０７μｍとすることによって、自励発振（パルセーショ
ン）を発生させることができる。このパルセーションを
起こす半導体レーザ素子の縦モードは、第１図に示され
るように、スペクトルの一本一本の幅が太く、発振する
レーザ光の干渉性が弱い。したがって、戻り光雑音に対
しては、通常のシングルモードやマルチモードの半導体
レーザよりも有利である。

ここで、自励発振型半導体レーザ素子１の各部の寸法に
ついて説明する。前記基板３０の厚さは、たとえば、１
００μｍ、電流狭窄層３１の厚さは０．８μｍ１溝３２
の幅は３〜５μｍで深さは１゜２μｍに形成されている
。また、前記ｐ形りラッド層３３はパルセーションが発
生するように、０゜３〜０．４５μｍと厚く形成されて
いる。前記活性層３４はパルセーションが起きるように
０．０５〜０．０７μｍとなっている。また、前記ｎ形
りラッド層３５の厚さは１．５〜２μｍ、キャップ層３
６の厚さは５〜ＩＯμｍ程度に形成されている。このよ
うな自励発振型半導体レーザ素子１は、自励発振が発生
することから低雑音化（低ノイズ化）が図れるが、屈折
率導波の傾向が小さいことから、非点収差は、たとえば
、１５μｍと大きい。

これに対して、前記高出力半導体レーザ素子２は、前記
ｐ形りラッド層３３の厚さ（ｃ）が０゜１５〜０．２５
μｍとなり、活性層３４の厚さ（ｄ）が０．０４μｍと
前記自励発振型半導体レーザ素子１の場合に比較して薄
くなっている。この高出力半導体レーザ素子２はレーザ
光出力が高い。また、ｐ形クラッド層３３および活性層
３４が薄いため、屈折率導波の（頃向が強く、非点収差
は、たとえば、３μｍと小さくなり、光ディスクへの書
き込みや消去に適している。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明の光電子装置は、高出力半導体レーザ素子
の駆動電流に自励発振型半導体レーザ素子の自励発振状
態の電流が重畳される結果、自励発振を起こすという効
果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明の光電子装置は、高出
力半導体レーザ素子が有する特長である高出力化、非点
収差の低減化に加えて自励発振による低雑音化も達成で
きるという効果が得られる。

（３）本発明の光電子装置は、高出力半導体レーザ素子
に高周波を重畳させるために小型の自励発振型半導体レ
ーザ素子を使用することから構造が簡単となり、コスト
の低減が達成できるという効果が得られる。

（４）本発明の光電子装置は、自励発振型半導体レーザ
素子および高出力半導体レーザ素子ならびに抵抗はシリ
コンからなるキャリアに効率的に組み込まれた構造とな
っていることから、小型化が達成できるという効果が得
られる。

（５）上記（１）〜（４）により、本発明によれば、低
雑音高出力低非点隔差の光電子装置を安価に提供できる
という相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、回路内には増
幅回路等を組み込んで、各部のマツチングをとるように
すれば、さらに使用に好適なものとなる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である光デイスク用光源と
なる光電子装置の製造技術に適用した場合について説明
したが、それに限定されるものではない。たとえば、光
カード用光源となる光電子装置にも適用できる。

本発明は少なくとも高出力、低雑音、低非点隔差を必要
とする半導体レーザ素子を組み込む光電子装置の製造技
術には適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の光電子装置にあっては、低非点収差（約３μｍ
）でかつ高出力（約４０〜５０ｍｗ）の高出力半導体レ
ーザ素子の駆動電流に、自励発振型半導体レーザ素子か
ら取り出せる数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波発振源を重
畳させることができることから、本来は自励発振しない
高出力半導体レーザ素子も縦モードのマルチ化できるた
め、低雑音化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光電子装置の等価回路
、 第２図は同じく光電子装置の要部を示す斜視図、第３図
は同じく２つの半導体レーザ素子とキャリア等との構造
関係を示す模式図、 第４図は同じく低雑音の自励発振型半導体レーザ素子の
要部を示す断面図、 第５図は同じく単一縦モードの高出力半導体レーザ素子
の要部を示す断面図である。 １・・・自励発振型半導体レーザ素子、２・高出力半導
体レーザ素子、３・・・抵抗、４・・受光素子、１０・
・・ステム、１１・・・キャップ、１２・・・ヒートシ
ンク、１３・・・キャリア、１４・・・シリコン１４反
、１５・・・Ｐ影領域、１６・・・自励発振型半導体レ
ーザ素子取付領域、１７・・・ワイヤ、１８・・・レー
ザ光、２０・・・傾斜面、２１・・・リード、２２・・
・絶縁体、２３・・・窓、２５・・・ガラス板、２６・
・・ｖ字状切欠部、２７・・・矩形状切欠部、３０・・
・基板、３１・・・電流狭窄層、３２・・・溝、３３・
・・ｐ形りラッド層、３４・・・活性層、３５・・・ｎ
形りラッド層、３６・・キャップ層、３７・・・カソー
ド電極、３８・　・　・アノード電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、自励発振する半導体レーザ素子と、自励発振しない
   半導体レーザ素子を有し、前記自励発振する半導体レー
   ザ素子の自励発振時の電流は自励発振しない半導体レー
   ザ素子の駆動電流に重畳するように構成されかつ自励発
   振しない半導体レーザ素子のレーザ光のスペクトルを多
   モード化したことを特徴とする光電子装置。 ２、高出力の自励発振しない半導体レーザ素子に自励発
   振する半導体レーザ素子の電流を重畳することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光電子装置。