JPH03188692A - 半導体レーザ装置及び光学記録再生装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、光学ピン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に関する。

Ｂ０発明の概要 本発明は、光学ピックアップ装置の光源等に用いられる
半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子として低
閾値電流型の半導体レーザ素子を用い、この半導体レー
ザ素子をリードフレーム上に接合配設し、さらに、リー
ドフレーム上に半導体レーザ素子を覆う保護カバー部材
を設けることにより、構成の簡素化及び小型化を図るも
のである。

Ｃ０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／又は読出しを行うには、光
学ピックアップ装置が用いられている。この光学ピック
アップ装置は、上記光記録媒体に対して光ビームを照射
するとともに、この光ビームの上記光記録媒体よりの反
射光を検出することにより、上記光記録媒体に対して情
報信号の書込み及び／又は続出しを行うように構成され
ている。

このような光学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。

上記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てなり、
励起状態にある活性層においてレーザ発振が行われるよ
うに構成されている。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 ところで、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、この半導体レーザ素子に閾（
ｌｉ！電流１７Ｎを越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、上記闇値電流は、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ｌ。、は３０乃至５０ｍＡ程度である。

上記半導体レーザ素子においては、供給される？Ｓ流の
うちの路上記闇値電流ＩＴＨに相当する分が熱として消
費されるので、レーザ発振が行われているときには発熱
が生しる。そのため、この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、
上記半導体レーザ素子１０１を所定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散させるため、熱
伝導率の良い金属の如き材料によりなり熱放散を良好と
なす形状となされた基台１０２を備える必要がある。す
なわち、この半導体レーザ素子１０１を支持する基台１
０２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
小型化を困難となしている。

また、上記閾値電流ＩＴＮは、Ｑ、５ｍＡ／’Ｃ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、上記駆動を流■。、は、１　ｏｒ’＝　Ｉ
　ＴＭ　＋　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％／’Ｃ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、
上記半導体レーザ素子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からなるモニタ用光検
出器１０３を用いて検出し、このモニタ用光検出器１０
３の光検出出力に基づいて上記半導体レーザ素子１０２
に供給される駆動１ｍを制御する必要がある。したがっ
て、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、
装置構成の小型化、簡素化が困難である。

また、このような半導体レーザ装置を用いる光学ピンク
アンプ装置等においては、上記モニタ用光検出器１０３
の光検出出力に基づいて駆動電流を制御する、いわゆる
オート・パワー・コントロール（ＡＰＣ）回路を備える
必要があり、装置構成の小型化、簡素化が困難である。

そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて捉案されるもの
であって、装置構成が小型化、簡素化され、また、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
して使用することができ、光学ピックアップ装置の光源
等として用いて存用な半導体レーザ装置を提供すること
を目的とする。

８１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部材とを備えてなるもの
である。

Ｆ９作用 本発明に係る半導体レーザ装置は、低閾値電流型の半導
体レーザ素子を備えているため、レーザ発振に伴う発熱
が低く抑えられるとともに、闇値電流の温度特性が良好
であるので、定電流駆動が可能となされている。

Ｇ、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ｌ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とを有してなる。

上記半導体レーザ素子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、第１図中矢印Ｂで示すように
、出射側側面部１ａより側方方向にレーザ光ビームを射
出するように構成されている。この半導体レーザ素子ｌ
は、低閾値電流型のもので、闇値電流Ｉ　ＴＭが３ｍＡ
程度以下であり、駆動電流Ｉ、。を前記第１式に示した
ように、 １ｏｒ−１ｖＭ十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Ｔ１？ａの温度特性
が良好であるので、いわゆるオート・パワー・コントロ
ール回路等を用いることなく定電流駆動が可能である。

上記リードフレーム２は、金属等の材料により厚みが０
．１５乃至０．５ｍｍ程度の矩形板状に形成されている
。このリードフレーム２とこのリードフレーム２に載置
される上記半導体レーザ素子１の半導体基体とは、電気
的に導通状態となるように、いわゆるダイボンドを行う
ことにより接合されている。このリードフレーム２には
、カソード端子２ａが側方方向に延設されている。

上記半導体レーザ素子１は、電流供給側の半導体層が、
上記カソード端子２ａに並列して配置されたアノード端
子３に、いわゆるワイヤポンディングを行うことにより
、ワイヤ４を介して接続されている。上記アノード端子
３は、上記リードフレーム２と同様の材料により、上記
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、上記リードフレーム２とは離間されて
いる。なお、このアノード端子３は、上記リードフレー
ム２に延設されるようにこのリードフレーム２と一体的
に形成した後、いわゆるダイパーカットを行うことによ
り、上記リードフレーム２より離間させるようにしても
よい。

そして、上記リードフレーム２上には、上記半導体レー
ザ素子ｌを覆うようにして、保護カバー５が、このリー
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、合成樹脂等の材料により略方形状に形成され
、上記リードフレーム２に取付けられる側に上記半導体
レーザ素子１及び上記ワイヤ４を収納する収納凹部５ａ
が形成されている。また、この保護カバー５には、上記
半導体レーザ素子ｌの上記出射側側面部１ａを外方に臨
ませる出射孔５ｂが形成されている。

なお、上記半導体レーザ素子１と上記保護カバー５とは
、上記半導体レーザ素子ｌがレーザ発振に伴って熱を発
するため、非接触状態となされている。ただし、上記保
護カバー５を充分な耐熱性を有する材料により形成した
場合には、この保護カバー５は、上記半導体レーザ素子
１に接触させて配設してもよい。

ところで、上記半導体レーザ素子１は、特開昭６１−１
８３９８７号公報に記載されている如く、本出願人が先
に提案している閾値電流Ｌ工が低い埋込みへテロ接合型
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ようになさ
れたものである。

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、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を有してなる。

この半導体レーザ素子１を、ＡｌＧａＡｓ系ｍ−ｖ族化
合物半導体レーザ素子として構成する場合には、上記半
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上に形成された上記メサ突起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
、結晶学的エツチングにより形成されている。すなわち
、例えばフオトレジストを上記主面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、例えば硫酸系エソチンダ液であるＨ！５０４と
Ｈ２Ｏ，とＨ，Ｏがａ：ｔ：ｔの割合で混合されたエソ
チンダ液を用いて、結晶学的エツチングによるメサエッ
チングを行う。

そして、上記半導体基体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、ド層を構成する第３の半導体１ｉ２３と、第１導
電型または第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。

上記半導体基体】２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　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　
ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、エピタ
キシャル成長されている。上記第１の半導体１２１は、
この第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、ＡｌＸＧａ、□Ａｓよりなる。

上記第２の半導体層２２は、例えばアンドープのＡｌｙ
　Ｃａｒ−ｙ　Ａｓよりなる。

上記第３の半導体Ｎ２３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、Ａ１゜Ｃａｒ−えＡｓよ
りなる。

上記第４の半導体層２４は、上記第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型もし
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０．１μｍ以上となされて形成されている。

上記第２のクラフト層の上層部分は、第６の半導体層２
６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Ａ１゜Ｃａｒ−１Ａｓよりなる。

また、この第６の半導体Ｎ２６上には、上記第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。

上記第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、上記エピタキシャル成長層には、上記ストライ
ブ状メサ突起ＩＩ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、上記メサ
突起１１の方向を上述したような結晶方位としておくと
、上記主面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、上記メサ突起１１上Ｃコ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
の例えば（１００１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、上記断層部１３が形成さ
れる。

したがって、上記メサ突起１１上には、上記断層部１３
に挾まれるようにして、断面三角形のエピタキシャル成
長部が形成される。

上記断層部］３によって、上記メサ突起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、
上記第５の半導体層２５の一部からバッファ層１９が形
成され、上記第１の半導体層２１の一部から第１のクラ
ッド？１５３１が形成され、上記第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、上
記第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、上記第４の半導体７１２４は分断されて欠
如するようになされている。上記第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。

上記−メサ突起１１の幅広部１１ａ上の上記断層部１３
により囲まれたエピタキシャル成長部においては、上記
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、これらの上層に上記第
４の半導体層２４の一部からなる光吸収層重５と、上記
第６の半導体層２６の一部からなる上層の第２のクラッ
ド層３２Ｕが形成される。

上記メサ突起１１上のエピタキシャル成長層は、上記メ
サ突起１１の幅Ｗ、幅広部の幅ＷＰ、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
すようになされる。

そして、上記第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、キャンプ層を
形成する。このキャップ層上には、全面的に、あるいは
、上記キャップ層上に絶縁層を形成してこの絶縁層に上
記メサ突起１１に対向するようにストライブ状に穿設し
た電極窓を介して、図示しない電橋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ｌにおいて、上記光吸
収層１５をなす第４の半導体層２４は、上記活性Ｊｉ１
４をなす第２の半導体層２２に比して、バンドギャップ
が小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、上記第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〈χとなさ
れている。

また、上記半導体レーザ素子ｌは、第５図乃至第７図に
示すように、上記メサ突起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□の幅を有する幅
狭部１１ｂを設けて構成してもよい。

この例では、上記第４の半導体Ｎ２４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ＡｌＧ
ａＡｓによりなる。

そして、この半導体レーザ素子１においては、上記メサ
突起１１及び上記幅狭部１１ｂの高さ、幅Ｗ！及びＷ、
ｔ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、上記第５の半導体層２
５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≠活性層１４とが、上記断層部１３によって
挟まれて画成形成されるようにしている。

そして、第６図に示すように、上記メサ突起１１の所定
の幅Ｗ！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上に上記第３の半導体７１２３からな
る第２のクラッド層３２が形成されている。上記幅狭部
１１ｂの上に形成されるエピタキシャル成長部において
は、上記第２のクラッド層３２、すなわち上記第３の半
導体層２３の成長が生し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、上記メサ突
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において上記断
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が臨み、上記幅狭部１１ｂ上にお
いては上記活性層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、上記半導体レーザ素子１は、第８図乃至第１Ｏ
図に示すように、上記メサ突起１１の幅をＷコとし、こ
のメサ突起１１に前記幅Ｗ、よりも広いＷｏ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、上記第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ＡｌＧ
ａＡｓによりなる。

そして、この半導体レーザ素子ｌにおいては、上記メサ
突起１１及び上記幅広部１１ｃの高さ、幅Ｗ３　、Ｗ、
、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、上記第５の半導体層２
５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、上記断層部１３によって
挟まれて画成形成されるようにしている。

そして、第１０図に示すように、上記メサ突起１１の幅
広部１１ｃ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、上記第４の半導体層２４
による１ｉ流ジブロック１６が形成されている。そして
、この半導体レーザ素子１においても、上記メサ突起１
１の所定の幅Ｗ。

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において上記断層部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。

また、上記半導体レーザ素子ｌ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ＩＩの両側に
、このメサ突起ＩＩより低い補助突起部１７ａ、１７ｂ
を設けて構成してもよい。

この例では、上記第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。

そして、この半導体レーザ素子１においては、上記メサ
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、
上記第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、上
記断層部１３によって挟まれて画成形成されるようにし
ている。

そして、上記メサ突起１１の上記補助突起部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
おいて上記断層部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
、上記メサ突起１１の上記補助突起部１７ａ、１７ｂに
より挾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、上記第４の半導体層２４が持ち上がるようにし
て形成され、上記メサ突起１１上を横切るようにして上
記第４の半導体層２４により光吸収層もしくは電流ブロ
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もしくは電流ブロック層１６により
、上記活性層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、いわゆる自動発振（セルフパルセ
ージジン）が生じ、いわゆる戻り光ノイズが低減される
。

Ｈ１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において
は、低閾値電流型の半導体レーザ素子を備えているため
、レーザ発振に伴う発熱が低く抑えられるとともに、閾
（ａ電流の温度特性が良好であるので、定電流駆動が可
能となされている。

すなわち、本発明は、装置構成が小型化、簡素化され、
また、オート・パワー・コントロール回路等を用いるこ
となく安定して使用することができる半導体レーザ装置
を提供できるものである。

特に、本発明に係る半導体レーザ装置は、光学ピックア
ップ装置の光源に適用して好適である。

すなわち、本発明は、この半導体レーザ装置を適用した
光学ピ・７クアツプ装置の小型化を達成することができ
るものである。

【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の構成を示す斜
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図に
示す半導体レーザ素子の構成を示す第２図中Ａ−Ａ部断
面図であり、第４図は第２図に示す半導体レーザ素子の
構成を示す第２図中Ｂ−Ｂ部断面図である。 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
素子の構成の他の例を示す拡大平面図であり、第６図は
第５図に示す半導体レーザ素子の構成を示す第５図中Ａ
−Ａ部断面図であり、第７図は第５図に示す半導体レー
ザ素子の構成を示す第５図中Ｂ−Ｂ部断面図である。 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
素子の構成のさらに他の例を示す拡大平面図であり、第
９図は第８図に示す半導体レーザ素子の構成を示す第８
図中Ａ−Ａ部断面図であり、第１０図は第８図に示す半
導体レーザ素子の構成を示す第８図中Ｂ−Ｂ部断面図で
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
ザ素子の構成のまたさらに他の例を示す拡大平面図であ
り、第１２図は第１１図に示す半導体レーザ素子の構成
を示す第１１図中Ａ−Ａ部断面図であり、第１３図は第
１１図に示す半導体レーザ素子の構成を示す第１１図中
Ｂ−Ｂ部断面図であり、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の構成を一部破断し
て示す斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   を覆う保護カバー部材とを備えてなる半導体レーザ装置
   。