JPH10177732A

JPH10177732A - 光記録再生方法、光記録再生装置、半導体レーザ装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10177732A
Application number: JP8335386A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakatsuka; 慎一中塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】短波長の半導体レーザを用いても長寿命を保つ
ことのできる光記録再生方法を提供すること。【解決手段】記録媒体に半導体レーザより出射したレー
ザ光を照射し、記録媒体に記録された情報の読み出しを
行なうときに、レーザ光をデューティ比１０％以下のパ
ルス光とし、また、このパルス光の非発光状態のとき
に、半導体レーザを、半導体レーザのしきい値電流より
小さい所定量の電流で駆動するようにした光記録再生方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密度の光情報を
記録再生する光記録再生方法、そのような光記録再生方
法を行なう光記録再生装置並びにそれに用いるに適した
半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光記録再生装置による情報の記
録、再生は、半導体レーザより出射したレーザ光を集光
レンズにより記録媒体である光ディスク上に集光して記
録することにより、また、情報の記録された記録媒体か
ら反射される光強度を受光素子により電気信号に変換す
ることにより行なわれていた。記録媒体からの反射光の
強度の変化は、媒体の表面状態や媒体の磁区に対応した
偏光方向の回転により行なわれる。通常の光記録再生装
置においては読出し時の半導体レーザの出力は約５ｍＷ
に設定されている。このときの半導体レーザの発光強度
は記録情報の周波数帯域以下の周波数帯域では一定値で
あるが、記録媒体からの反射光が半導体レーザに戻るた
めに引き起こされる戻り光雑音を防止するために、記録
情報の周波数より十分小さい数百ＭＨｚの高周波電流を
重畳することによりデューティ比（１周期の中で発光し
ている時間の比）５０％前後でパルス発振させる方式も
一般的に用いられている。記録媒体への書込みは半導体
レーザの出力を３０ｍＷから５０ｍＷとし、レーザ光の
熱により媒体表面を変成させることにより行なわれてい
た。なお、これに関する従来技術として、特開平６−１
１１３３０号公報等が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、信号
再生のために半導体レーザを５ｍＷ程度の光出力で動作
させるモードと信号記録のために半導体レーザを５０ｍ
Ｗ程度で動作させるモードが存在し、双方のモードで十
分な半導体レーザの信頼性を保つ必要があった。

【０００４】書込みモードにおける半導体レーザの寿命
は、主として半導体のレーザ共振器を形成するミラー端
面がレーザ光により劣化する端面劣化現象により支配さ
れる。端面劣化を防止する最も一般的な方法は、半導体
レーザの活性層の厚さを薄くすることにより、レーザ光
のクラッド層へのしみ出しを大きくして光のエネルギー
密度を下げる方法であった。

【０００５】読出しモードにおいては、光出力が５ｍＷ
と小さいため半導体レーザの寿命は一般的に書込みモー
ドに比べよくなるが、光記録再生装置の使用時間は読出
しモードで使用される時間が書込みモードで使用される
時間の十倍以上長いため、要求される寿命も長くなり、
必要な寿命を保つためには書込みモードの場合と同様に
適切な設計を必要とする。読出しモードにおける寿命は
主として活性層に注入された電子正孔対の非発光再結合
エネルギーに起因する半導体結晶の劣化により決定され
る。このような半導体結晶の劣化は半導体レーザの活性
層を厚くすることによりレーザ光と活性層の光結合を大
きくするとともに活性層の厚さ当たりのしきい値電流密
度を下げることにより低減することが可能である。

【０００６】以上のように高出力動作時の寿命を向上す
るための手法と低出力時の寿命を向上するための手法と
が一方は活性層を厚くする、他方は活性層を薄くすると
いう相反したものであり、半導体レーザの波長が短くな
り要求性能が高くなるに従い両者を両立することが難し
くなった。

【０００７】本発明の第１の目的は、短波長の半導体レ
ーザを用いても長寿命を保つことのできる光記録再生方
法を提供することにある。本発明の第２の目的は、短波
長の半導体レーザを用いても長寿命を保つことのできる
光記録再生装置を提供することにある。本発明の第３の
目的は、そのような光記録再生装置に用いるのに適した
半導体レーザ装置を提供することにある。本発明の第４
の目的は、そのような光記録再生装置に用いるのに適し
た半導体レーザ装置の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の光記録再生方法は、記録媒体に半導
体レーザより出射したレーザ光を照射して記録媒体に記
録された情報の読み出しを行なうときに、レーザ光をデ
ューティ比１０％以下のパルス光とし、また、このパル
ス光の非発光状態のときに、半導体レーザを、半導体レ
ーザのしきい値電流より小さい所定量の電流で駆動する
ようにしたものである。

【０００９】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の光記録再生装置は、記録媒体、記録媒体に記録
された情報の読み出しを行なうレーザ光を出射する半導
体レーザ及びこの半導体レーザより出射したレーザ光を
デューティ比１０％以下のパルス光とし、かつ、このパ
ルス光の非発光状態のときに、半導体レーザのしきい値
電流より小さい所定量の電流で半導体レーザを駆動する
駆動手段により構成するようにしたものである。

【００１０】この所定の電流値は、半導体レーザの劣化
速度が活性層の厚さあたりのしきい値電流の４乗に略比
例するという実験結果と非発光時に進行する劣化が発光
時に進行する劣化より小さくなければならないという観
点から、一般的にはしきい値電流の７０％以下とするこ
とが好ましい。また、このようなパルス駆動を十分に高
速に行なうためには非発光時の駆動電流は素子の微分抵
抗が大きくならない範囲に設定することが速やかに次ぎ
の発光状態になり得ることから好ましく、しきい値電流
値での動作電圧の５０％に相当する電流値以上であるこ
とが好ましい。

【００１１】十分に遅い劣化速度が得られる非発光時の
電流値は半導体レーザを構成する材料にも依存する。Ｇ
ａＮ系半導体等により実現される４００ｎｍから５００
ｎｍの波長の半導体レーザを光源として用いた場合に
は、活性層の厚さ当たりの電流密度が１００ｋＡ／（ｃ
ｍ²・μｍ）以下とすることが必要な信頼性を得るため
に好ましい条件であった。この場合この値は低いほどよ
いが、一般的には１０ｋＡ／（ｃｍ²・μｍ）以上のも
のが好ましく、２５／（ｃｍ²・μｍ）以上のものがよ
り好ましい。

【００１２】同様に、ＺｎＭｇＳＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ系
等の材料を用いて実現される波長が５００ｎｍから６０
０ｎｍの半導体レーザを用いた場合は、活性層の厚さ当
たりの電流密度が５０ｋＡ／（ｃｍ²・μｍ）以下とす
ることが必要な信頼性を得るために好ましい条件であっ
た。この場合もこの値は低いほどよいが、一般的には５
ｋＡ／（ｃｍ²・μｍ）以上のものが好ましく、１２／
（ｃｍ²・μｍ）以上のものがより好ましい。

【００１３】さらに、ＡｌＧａＩｎＰ系等の材料を用い
た波長が６００ｎｍから６５０ｎｍの半導体レーザを用
いた場合は、活性層の厚さ当たりの電流密度が６０ｋＡ
／（ｃｍ²・μｍ）以下に保つことが必要な信頼性を得
るために必要な条件であった。この場合もこの値は低い
ほどよいが、一般的には６ｋＡ／（ｃｍ²・μｍ）以上
のものが好ましく、１５／（ｃｍ²・μｍ）以上のもの
がより好ましい。このように本光記録再生方法、光記録
再生装置で用いる半導体レーザは、４００ｎｍから６５
０ｎｍの波長のものが好ましい。

【００１４】また、デューティ比はあまり小さいと記録
が良好に行われなくなるので、０．５％以上であること
が好ましい。

【００１５】また、上記第３の目的を達成するために、
本発明の半導体レーザ装置は、半導体基板上に、少なく
とも導電型の異なる第１及び第２の半導体層と、これら
の半導体層に挟まれ、かつ、第１及び第２の半導体層よ
りも小さな禁制帯幅及び大きな屈折率を有する第３の半
導体層により構成される活性層を設け、さらに半導体基
板に垂直で、かつ、相対する面が反射鏡の機能を持つこ
とにより構成される光共振器を形成するために、活性層
の一方の端部近傍の下部の半導体基板に段差を設け、か
つ、この段差部に、第１及び第２の半導体層よりも大き
な屈折率を有する第５の半導体層を、段差部以外の領域
の活性層と光学的に結合する位置になるように設けるよ
うにしたものである。

【００１６】また、上記第４の目的を達成するために、
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板上
に、少なくとも導電型の異なる第１及び第２の半導体層
と、これらの層に挟まれ、かつ、第１及び第２の半導体
層よりも小さな禁制帯幅及び大きな屈折率を有する第３
の半導体層により構成される活性層をストライプ状に形
成し、半導体基板に垂直で、かつ、相対する面が反射鏡
の機能を持つことにより構成される光共振器を形成する
ために、半導体基板に設けられた、一辺が活性層のスト
ライプに垂直な方向であるへき開誘導用の凹部内に、こ
の垂直な方向に対して所望の角度を持ち、かつ、その一
端が上記一辺に沿って折れ曲がった傷を半導体基板に設
け、この傷に従って半導体基板をへき開し、上記反射鏡
を構成する相対する面の１面を形成するようにしたもの
である。上記所望の角度は、１度から１０度の範囲の角
度であることが好ましい。

【００１７】また、上記第４の目的を達成するために、
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板上
に、少なくとも導電型の異なる第１及び第２の半導体層
により構成される第１及び第２のクラッド層と、これら
の層に挟まれ、かつ、第１及び第２の半導体層よりも小
さな禁制帯幅及び大きな屈折率を有する第３の半導体層
により構成される活性層を形成し、この活性層及び活性
層の半導体基板と逆の側に設けられたクラッド層をリッ
ジ状に加工し、このリッジ状部分を覆うように、クラッ
ド層よりも小さな屈折率又は活性層よりも小さな禁制帯
幅を有する第４の半導体結晶層を形成し、有機化合物層
を第４の半導体結晶層上に形成し、上記リッジ状部分の
上部の第４の半導体結晶層の表面が露出するように、有
機化合物層を除去し、第４の半導体結晶層の上記リッジ
状部分の上部を除去するようにしたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】

〈実施例１〉図２は本発明の第１の実施例の光記録再生
装置の模式図、図１はその動作説明図である。図２に示
すように、半導体レーザ１０１より出射したレーザ光１
０２（波長６３０ｎｍ）はコリメータレンズ１０３で並
行光線となり、楕円補正プリズム１０４、ビームスプリ
ッタ１０５、１／４波長板１０６等の光学部品を通った
後、集光レンズ１０７により光記録媒体上に集光され
る。光記録媒体１０８は、ディスク状ポリカーボネート
基板１１０上に（ＺｎＳ）_0.8（ＳｉＯ₂）_0.2膜よりな
る下部保護層１１１、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅよりなる相変化
型の記録層１１２、（ＺｎＳ）_0.8（ＳｉＯ₂）_0.2膜よ
りなる上部保護層１１３、さらに、Ａｌ_0.96Ｃｕ_0.04よ
りなる金属反射層１１４及び紫外線硬化樹脂層１１５を
この順に積層して構成されている。なお、この下側にも
同じ構成の積層体が基板を下側にして配置され、ホット
メルト接着剤で両者が張り合わせられているが図には省
略した。光記録媒体１０８を１８００ｒｐｍで回転さ
せ、集光レンズ１０７（開口比：０．５５）で集光して
基板を透過して記録層に照射した。その際に、反射光を
検出して記録層１１２上に焦点が来るように自動焦点合
わせを行ない、さらにトラッキング用の溝を中心にレー
ザ光スポットの中心が常に一致するようにトラッキング
を行なった。

【００１９】本装置による記録再生の信号処理は次のよ
うに行なった。情報を記録する際には記録情報１１６は
まずコード変換回路１１７に入力され、コード変換され
てデジタル情報に変換される。このデジタル情報は変調
回路１１８においてクロック生成回路１１９で生成され
たクロック信号に同期したパルス状のレーザ駆動信号に
変換される。レーザ駆動回路１２０はこうして得られた
レーザ駆動信号に従ってレーザを駆動する。一方、検出
器１０９により検出された読出し信号は検出回路１２１
により増幅される。この検出信号は再生用レーザのパル
スと同期したパルス状となっているため、ローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）１２２を通して再生信号とする。再生信
号は再生回路１２３内で２値化され、再生デジタル情報
となる。この再生デジタル情報はコード変換回路１２４
に送られてコード変換され、再生情報１２５が得られ
る。

【００２０】次に本実施例で用いた半導体レーザの構造
及び作製方法を説明する。図３は製造した半導体レーザ
装置の断面構造図、図４はその製造途中の平面図であ
る。まずｎ−ＧａＡｓ傾角基板１２６上に、ｎ−（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１２７、多重量子
井戸活性層１２８、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐクラッド層１２９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３０
を順次結晶成長させた。多重量子井戸活性層１２８は、
Ｇａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐウエル層１３１（厚さ７ｎｍ）の３層
と（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.4Ｉｎ_0.6Ｐバリア層１３２（厚
さ５ｎｍ）の４層を交互に積層して形成している。

【００２１】次に、この構造に熱ＣＶＤ（化学気相成
長）法及びホトリソグラフ技術を用いてストライプ状の
ホトレジストマスク１３３とＳｉＯ₂マスク１３４の複
合マスクを図４に示すような形状に形成する。このよう
な複合マスクは、まず図５に示すように、パタン１３５
の周辺に溝１３６を持ったＳｉＯ₂マスク１３４を形成
し、次にパタン１３５と周辺の溝１３６を被うようにホ
トレジストマスク１３３を設けた後、図６に示すよう
に、溝の外側のＳｉＯ₂マスクをエッチングしてホトレ
ジストに被われたＳｉＯ₂のパタン１３５のみを残すこ
とにより得られた。基板として（１００）方向からずれ
た基板を用いると導波路の形状が非対称となるため、本
実施例においては導波路の形状を規定するホトレジスト
マスク１３３と電流通路を規定するＳｉＯ₂マスク１３
４が導波路の非対称形状を補正する方向にずれて形成さ
れている。本実施例ではホトレジストマスク１３３とＳ
ｉＯ₂マスク１３４の軸ずれは基板面の傾斜した方向に
約１μｍとした。

【００２２】再び図３を用いて説明する。上述のホトレ
ジストマスクを用い、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３０
をエッチングする。このとき、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１２９も約０．２μｍ残してエ
ッチングする。次にホトレジストを取り除き、有機金属
気相成長法によりｎ−ＧａＡｓブロック層１３７をＳｉ
Ｏ₂膜のない領域に選択的に成長させた。素子の直列抵
抗低減のため、ＳｉＯ₂膜を除去した後、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ埋込層１３８及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１
３９を形成した。次に、ウエハの表面にＡｕを主成分と
する電極１４０を形成した。機械的研磨と化学エッチン
グによりＧａＡｓ基板を約１００μｍにエッチングした
後、ＧａＡｓ基板側にもＡｕを主成分とする電極１４１
を形成した。このような半導体ウエハを約６００μｍ間
隔でバー状に劈開し、半導体レーザ装置とした。

【００２３】本半導体レーザはしきい値電流４０ｍＡ、
発振波長約６３０ｎｍでレーザ発振した。半導体レーザ
の活性層に対するレーザ光の結合係数（活性層に導波さ
れるレーザ光の全エネルギーのうち活性層中に分布する
エネルギーの割合）は約４％であり、光出力５０ｍＷで
１０００時間以上の動作が可能であったが、活性層の厚
さ当たりのしきい値電流密度が１２０ｋＡ／（ｃｍ²・
μｍ）と大きいため、光出力５ｍＷでの寿命も２０００
時間程度であった。

【００２４】そこで光ディスの書替え及び読出しを従来
のような一定強度又は５０％程度の高デューティ比の光
ではなく、高出力レベルと零出力の間で変調する１０％
以下の低デューティ比のパスル光により行なった。光デ
ィスクに照射される光の強度と半導体レーザ駆動電流の
時間変化を図１に示す。パルス光の周波数は記録媒体の
追随速度及び記録情報の周波数に比べ十分小さい２０Ｍ
Ｈｚ以上とした。図１のように記録光のピーク強度を光
記録媒体の温度上昇に好適に反映されるような周期で、
記録すべき情報に応じて高レベルと零の間で変調してい
る。

【００２５】光ディスクのデータの書込み及び消去は以
下のように行なう。記録媒体の表面に到達する光の強度
は光学系の損失のため半導体レーザの出力の約３０％と
なるので、半導体レーザの定格出力５０ｍＷで動作させ
ると記録媒体に照射されるレーザ強度は約１５ｍＷとな
る。記録の際のレーザ光の平均強度は、記録層１１２の
結晶化が起こる６ｍＷ（デューティ比６／１５）と非晶
質に近い状態への変化が起こる１５ｍＷ（デューティ比
１）との間で記録すべき情報信号に従って変化させた。
この場合は、記録層１１２の非晶質に近い状態の箇所が
記録マークとなる。この記録方法では、先に記録されて
いた情報が新たに記録した情報に書き替えられるので、
一回の走査のみでオーバライトが可能であるが、一定の
平均パワーのレーザ光を照射して、先の情報を消去した
後、上記のように強度変調したレーザ光を照射して記録
してもよい。

【００２６】記録した情報の再生は以下のように行なっ
た。平均強度が記録が行なわれないレベル（１ｍＷ）に
保ったレーザ光（６３０ｎｍ）を、記録ヘッド中のレン
ズで集光して基板を透過して情報を記録した記録層に照
射した。レーザ光のピーク強度は、記録時のピーク強度
と同じ１５ｍＷとし、２０ＭＨｚの周波数で平均パワー
が１ｍＷとなるようにデューティ比１／１５で強度変調
した。

【００２７】半導体レーザをこのようにパスル駆動する
に当たって、高レベル照射時の光出力を半導体レーザの
定格出力である５０ｍＷ程度とし、非発光時の動作電流
を電流注入による半導体の劣化が発光時の劣化に比べ十
分小さくなるように、しきい値電流の７０％以下で、し
きい値電流値の動作電圧の５０％に相当する電流値以上
の範囲に設定した。

【００２８】本実施例のパルス幅（数ｎｍ程度）では、
端面劣化が発生する光出力は連続発振時の約１．４倍に
なるので、光出力が連続動作時の定格出力程度であれ
ば、半導体レーザの主要な劣化モードの一つであるレー
ザ光による端面ミラーの劣化は発生しない。また、非発
光時の動作電流を電流注入による半導体の劣化が発生せ
ず、発光時の結晶劣化は半導体レーザの出力に殆ど依存
せず、しきい値電流により主に決まるので結晶劣化によ
り支配される半導体レーザの寿命はデューティ比に反比
例して長くなる。これにより、連続動作では２０００時
間程度の寿命であった６３０ｎｍの高出力半導体レーザ
を１００００時間以上安定に使用することが可能であっ
た。

【００２９】〈実施例２〉本発明の第２の実施例とし
て、実施例１と同様のパルス変調した半導体レーザを用
いる光記録再生装置であって、複数の半導体レーザ光源
を用い、パルス変調の周波数を変えることにより、より
高速の情報再生を可能とした例を示す。

【００３０】図７は本実施例の光記録再生装置の模式
図、図８はその動作説明図である。本実施例においては
レーザストライプを２本有するアレイ型の半導体レーザ
１０１を光源として用いた。これにより情報を２倍の速
度で読み書きすることが可能となる。また、一方を画像
情報、他方を音声情報とすることも可能である。光学系
は実施例１と同様である。情報を記録する際の信号処理
は、記録される情報が異なるクロック生成回路１１９に
同期した２本のレーザにより光記録媒体の２か所にそれ
ぞれ行なわれる以外は実施例１と同様であるが、読み出
しの際には２本のレーザによる読出し信号を分離して検
出する必要がある。このような信号の読出しは以下のよ
うに行なった。

【００３１】本実施例の２本の半導体レーザは、それぞ
れ図８に示すようなほぼ同強度の平均出力で周波数の異
なるパルス状に駆動される。検出器により検出された読
出し信号は検出回路１２１により増幅される。この検出
信号は再生用レーザのそれぞれのパルスと同期したパル
ス状となっているため、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０１を用いて周波数毎に分離することができる。分離
された信号は、それぞれ再生回路１２３以降の回路を通
り再生信号を生成する。再生信号は再生回路内で２値化
され、再生デジタル情報となる。この再生デジタル情報
はコード変換回路１２４に送られてコード変換され、再
生情報１２５が得られる。

【００３２】次に本実施例で用いた半導体レーザの構造
及び作製方法を図を用いて説明する。図９は２本並行に
作製されたアレイ状半導体レーザの１本のストライプの
断面構造を示す。本構造では、まずｎ−ＧａＡｓ基板２
０２上にｎ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層
２０３、多重量子井戸活性層２０４、ｐ−Ｚｎ_0.86
Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層２０５、ｐ−Ｚｎ_0.86
Ｍｇ_0.14Ｓｅ歪吸収層２０６、ｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ
_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層２０７、さらに、ｐ−ＺｎＳｅキ
ャップ層２０８、ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層２０９、
ＺｎＴｅコンタクト層２１０を順次結晶成長させた。多
重量子井戸活性層２０４は６層のＺｎＣｄＳｅウエル層
２１１（厚さ６ｎｍ）と７層のＺｎＳＳｅバリア層２１
２（厚さ４ｎｍ）を交互に積層して形成している。

【００３３】次に、この構造に熱ＣＶＤ法及びホトリソ
グラフ技術を用いて２本の並行したストライプ状のＳｉ
Ｏ₂マスクを形成した。ストライプの間隔は約５０μｍ
とした。図にはストライプの１本のみ示してある。この
ＳｉＯ₂をマスクとしてＺｎＴｅコンタクト層２１０か
らｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9クラッド層２０７
の途中までクラッド層を約０．５μｍ残してエッチング
する。次ぎにＳｉＯ₂マスクを取り除いた後、プラズマ
ＣＶＤ法によりＳｉ₃Ｎ₄膜２１３（膜厚１．２μｍ）を
堆積した。図１０に示すように堆積したＳｉ₃Ｎ₄膜２１
３はストライプの肩部２１４で薄くなっているためフッ
酸系エッチング液で軽くエッチングする（図の点線のよ
うにする）ことにより肩部のＺｎＴｅコンタクト層２１
０を露出させることができる。ここにホトレジスト２１
５を約１μｍの厚さに塗布し、酸素プラズマによりエッ
チバックするとストライプ上に堆積したＳｉ₃Ｎ₄膜２１
３の表面が露出する（図１１）。ここで、ＣＦ₄プラズ
マによりＳｉ₃Ｎ₄膜２１３をエッチングするとストライ
プの先端のみを露出させることができる。

【００３４】ここで図９に示すように、ウエハの表面に
Ａｕを主成分とする電極２１６を形成し、機械的研磨及
び化学エッチングによりＧａＡｓ基板を約１００μｍに
エッチングし、ＧａＡｓ基板側にもＡｕを主成分とする
電極２１７を形成した。

【００３５】図１２に半導体レーザのストライプの横断
面構造を示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０２にはレー
ザ端面となる領域にストライプに垂直な方向（図１２で
は紙面に垂直な方向）が２０μｍ、ストライプに平行な
方向（図１２では図の左右方向）が５μｍで深さが約
０．５μｍの窓形成溝２１８が設けられている。このた
め、窓形成溝２１８以外の領域での多重量子井戸活性層
２０４と窓形成溝２１８内の歪吸収層２０６が略同一平
面上に位置する構成となり、両者が光学的に結合する。
すなわち窓以外の領域では多重量子井戸活性層２０４に
導波されていた光が窓領域では歪吸収層２０６に導波さ
れる。

【００３６】このような半導体ウエハの一部に、図１３
のような深さ約１０μｍ、幅約２０μｍ、長さ１００μ
ｍのへき開誘導溝２１９をその１辺２２０が窓形成溝の
ほぼ中央である点線２２１に一致するように形成した。
このへき開誘導溝に対して０でない一定角度でダイアモ
ンドスクライバを移動させることにより結晶に傷２２２
を付け、これを用いて約６００μｍ間隔でバー状に劈開
した。劈開位置の誤差は約１μｍであった。本半導体レ
ーザは波長５１０ｎｍで発振し、しきい値電流は約５０
ｍＡであった。なお、上記の角度は１度から１０度の範
囲であることが好ましい。

【００３７】上記のへき開誘導溝は、基板に対して相対
的な凹部であればよい。つまり基板に設けられた凹部で
もよく、基板に設けられた凸部によりある部分がその凸
部に対して凹部となっている場合でもよい。

【００３８】前述したように、書込みモードにおける半
導体レーザの寿命は主として半導体のレーザ共振器を形
成するミラー端面がレーザ光により劣化する端面劣化現
象により支配されるが、本実施例の場合ミラー端面はレ
ーザ光に対し吸収のないｐ−Ｚｎ_0.86Ｍｇ_0.14Ｓ_0.1Ｓ
ｅ_0.9クラッド層となっているため従来のような端面劣
化現象は発生しない。本半導体レーザは窓構造の効果に
より光出力１００ｍＷ以上でも１０００時間以上の連続
動作が可能であった。本素子の活性層厚さ当たりのしき
い値電流密度は８６ｋＡ／（ｃｍ²・μｍ）であり、光
出力５ｍＷにおいては約２０００時間の連続動作が可能
であった。

【００３９】読出しモードにおける半導体結晶の劣化
は、パルスのデューティ比を５％程度とすると共に非発
光時の動作電流をこの期間の半導体結晶の劣化が殆ど無
視できるしきい値電流の７０％以下で、かつ、しきい値
電流値の動作電圧の５０％に相当する電流値以上の値と
することにより問題の起こらないレベルに抑えることが
できた。また、本実施例においては半導体レーザをデュ
ーティ比の小さいパルスで駆動するが、一般に半導体レ
ーザは光出力が大きい程電気エネルギーの光への変換効
率がよいので一定出力で駆動する場合に比べ発熱量も小
さく一層の信頼性の改善が期待できる。これにより読出
しモードにおいても実用上必要な１００００時間以上の
安定動作が可能であった。

【００４０】〈実施例３〉本発明の第３の実施例とし
て、実施例２と同様のパルス変調した複数の半導体レー
ザを用いる光記録再生装置であってより集積度の高い面
発光型半導体レーザを光源として用いた例を示す。情報
の記録及び再生の方法はチャネル数が２から９に増加し
ている以外は実施例２と同様である。

【００４１】本実施例で用いた半導体レーザの構造及び
作製方法を図１４、図１５を用いて説明する。ｎ−Ｇａ
Ｎ基板３０１上に、ｎ−ＧａＮ３０２とｎ−ＡｌＧａＮ
３０３を各々の媒質内における発振波長の１／４倍の厚
さに交互に積層した周期構造（３０周期）からなるｎ型
の半導体多層膜反射鏡３０４、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎク
ラッド層３０５、厚さ７ｎｍのＩｎＧａＮ量子井戸層３
０６と厚さ１０ｎｍのＧａＮ障壁層３０７を積層（２０
周期）した多重量子井戸活性層３０８、ｐ−Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5Ｎクラッド層３０９、ｐ−ＧａＮ３１０とｐ−
ＡｌＧａＮ３１１を各々の媒質内における発振波長の１
／４倍の厚さに交互に積層した周期構造（３０周期）か
らなるｐ型の半導体多層膜反射鏡３１２を順次成長させ
た。次に、Ｇａイオン打ち込みを行なってｐ型の半導体
多層膜反射鏡３１２を混晶化及び高抵抗化して混晶化領
域３１５とし、凸状の発光領域（５μｍ×５μｍ）を形
成する。

【００４２】次にウエハ表面に電子ビーム蒸着法により
タングステン電極３１３を設け、瞬間熱アニール法によ
りオーミック接触を形成した。ｎ−ＧａＮ基板３０１に
も同様にしてタングステン電極３１４を設けた。

【００４３】以上のような構造の半導体レーザを図１５
に示すように結晶軸に対し１８．４度の傾きを持った３
個×３個の２次元アレイ状に配置し、タングステン電極
を素子毎に電気的に分離して設けることにより各素子を
個別に駆動できる構造とした。これにより光ディスク表
面に投射されたスポットが等間隔に並んだ記録用トラッ
クに良好に整合される。

【００４４】本実施例の半導体レーザは波長４１０ｎ
ｍ、しきい値電流１０ｍＡレーザ発振した。面発光レー
ザの場合、ミラー面に活性層が露出していないため端面
発光型レーザのような端面破壊は起こらず、光出力は主
に熱飽和現象により制限される。本素子の場合、最大連
続発振出力は４０ｍＷであった。本素子の活性層厚さ当
たりのしきい値電流密度は２００ｋＡ／（ｃｍ²・μ
ｍ）であり、出力２０ｍＷで１０００時間、出力２ｍＷ
で３０００時間の動作が可能であった。

【００４５】面発光半導体レーザにおいては電流注入密
度が大きいため発熱による利得飽和が光出力を制限して
いたが本実施例のようにパルス電流で駆動すれば注入電
流のエネルギーのうち５０％近くが光エネルギーに変換
されるため熱的な平均光出力の限界は直流駆動の２倍近
い値となる。半導体レーザはピーク出力２０ｍＷのパル
ス状に駆動され、情報の消去時には連続動作で、記録時
にはデューティ４０％で、読み出し時にはデューティ１
０％で駆動した。

【００４６】面発光レーザの場合、発光スポットはほぼ
真円に近い形状にでき、従来の端面発光型半導体レーザ
の場合のような楕円ビームの補正や収差の補正を必要と
しないので光記録再生装置の光学系との光結合は従来の
倍以上の７０％となる。従って、上記動作条件により消
去、書込み及び読出しを行なうときのディスク面に入射
するレーザ光の平均強度はそれぞれ１４ｍＷ、５．６ｍ
Ｗ、１．４ｍＷとなり、同一波長の端面発光型半導体レ
ーザを用いた場合と同様の光記録再生性能が得られた。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、情報読出しモードにお
ける半導体レーザ装置の寿命が通常の使用条件での値の
約１０倍となり、従来高出力化と長寿命化の両立が難し
かった短波長の半導体レーザ装置を光源に用いても長時
間安定な動作が可能な光記録再生方法を得ることができ
た。また、高出力、長寿命の半導体レーザ装置を用いた
光記録再生装置を得ることができた。また、光記録再生
装置に用いるに適した高出力、長寿命の半導体レーザを
提供できた。さらにまた、このような半導体レーザ装置
を容易に製造することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の半導体レーザ装置の駆
動方法の説明図。

【図２】本発明の第１の実施例の光記録再生装置の模式
図。

【図３】本発明の第１の実施例に用いる半導体レーザ装
置の断面構造図。

【図４】本発明の第１の実施例に用いる半導体レーザ装
置の作製途中の平面図。

【図５】本発明の第１の実施例に用いる半導体レーザ装
置の作製途中の断面図。

【図６】本発明の第１の実施例に用いる半導体レーザ装
置の作製途中の断面図。

【図７】本発明の第２の実施例の光記録再生装置の模式
図。

【図８】本発明の第２の実施例の半導体レーザ装置の駆
動方法の説明図。

【図９】本発明の第２の実施例に用いる半導体レーザ装
置の断面構造図。

【図１０】本発明の第２の実施例に用いる半導体レーザ
装置の作製途中の断面図。

【図１１】本発明の第２の実施例に用いる半導体レーザ
装置の作製途中の断面図。

【図１２】本発明の第２の実施例に用いる半導体レーザ
装置の断面構造図。

【図１３】本発明の第２の実施例に用いる半導体レーザ
装置の作製方法説明図。

【図１４】本発明の第３の実施例に用いる半導体レーザ
装置の断面構造図。

【図１５】本発明の第３の実施例に用いる半導体レーザ
装置の上面構造図。

【符号の説明】

１０１…半導体レーザ１０２…レーザ光１０３…コリメータレンズ１０４…楕円補正プリズム１０５…ビームスプリッタ１０６…１／４波長板１０７…集光レンズ１０８…光記録媒体１０９…検出器１１０…ポリカーボネート基板１１１…下部保護層１１２…記録層１１３…上部保護層１１４…金属反射層１１５…紫外線硬化樹脂層１１６…記録情報１１７…コード変換回路１１８…変調回路１１９…クロック生成回路１２０…レーザ駆動回路１２１…検出回路１２２…ローパスフィルタ１２３…再生回路１２４…コード変換回路１２５…再生情報１２６…ｎ−ＧａＡｓ傾角基板１２７…クラッド層１２８…多重量子井戸活性層１２９…クラッド層１３０…コンタクト層１３１…ウエル層１３２…バリア層１３３…ホトレジストマスク１３４…ＳｉＯ₂マスク１３５…パタン１３６…溝１３７…ブロック層１３８…埋込層１３９…キャップ層１４０、１４１…電極２０１…バンドパスフィルタ２０２…ｎ−ＧａＡｓ基板２０３、２０５、２０７…クラッド層２０４…多重量子井戸活性層２０６…歪吸収層２０８…キャップ層２０９…超格子層２１０…コンタクト層２１１…ウエル層２１２…バリア層２１３…Ｓｉ₃Ｎ₄膜２１４…肩部２１５…ホトレジスト２１６、２１７…電極２１８…窓形成溝２１９…へき開誘導溝２２０…溝の１辺２２１…点線２２２…傷３０１…ｎ−ＧａＮ基板３０２…ｎ−ＧａＮ３０３…ｎ−ＡｌＧａＮ３０４…ｎ型の半導体多層膜反射鏡３０５…クラッド層３０６…量子井戸層３０７…障壁層３０８…多重量子井戸活性層３０９…クラッド層３１０…ｐ−ＧａＮ３１１…ｐ−ＡｌＧａＮ３１２…ｐ型の半導体多層膜反射鏡３１３、３１４…タングステン電極３１５…混晶化領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体に半導体レーザより出射したレー
ザ光を照射し、記録媒体に記録された情報の読み出しを
行なう光記録再生方法において、該レーザ光は、デュー
ティ比１０％以下のパルス光であり、上記半導体レーザ
は、該パルス光の非発光状態のときに、該半導体レーザ
のしきい値電流より小さい所定量の電流で駆動されるこ
とを特徴とする光記録再生方法。
【請求項２】請求項１記載の光記録再生方法において、
上記所定量の電流は、上記半導体レーザのしきい値電流
の７０％以下で、かつ、しきい値電流値での動作電圧の
５０％に相当する電流値以上であることを特徴とする光
記録再生方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の光記録再生方法にお
いて、上記半導体レーザの発光波長は、４００ｎｍから
６５０ｎｍの範囲であることを特徴とする光記録再生方
法。
【請求項４】請求項１記載の光記録再生方法において、
上記レーザ光の波長は、４００ｎｍから５００ｎｍの範
囲に有り、上記所定量の電流は、活性層の厚さ当たりの
電流密度が１００ｋＡ／（ｃｍ²・μｍ）以下であるこ
とを特徴とする光記録再生方法。
【請求項５】請求項１記載の光記録再生方法において、
上記レーザ光の波長は、５００ｎｍから６００ｎｍの範
囲に有り、上記所定量の電流は、活性層の厚さ当たりの
電流密度が５０ｋＡ／（ｃｍ²・μｍ）以下であること
を特徴とする光記録再生方法。
【請求項６】請求項１記載の光記録再生方法において、
上記レーザ光の波長は、６００ｎｍから６５０ｎｍの範
囲に有り、上記所定量の電流は、活性層の厚さ当たりの
電流密度が６０ｋＡ／（ｃｍ²・μｍ）以下であること
を特徴とする光記録再生方法。
【請求項７】記録媒体と、該記録媒体に記録された情報
の読み出しを行なうために、該記録媒体にレーザ光を照
射する半導体レーザと、該半導体レーザを駆動する駆動
手段とを有する光記録再生装置において、該駆動手段
は、上記半導体レーザより出射したレーザ光をデューテ
ィ比１０％以下のパルス光とし、かつ、該パルス光の非
発光状態のときに、上記半導体レーザのしきい値電流よ
り小さい所定量の電流で駆動する手段であることを特徴
とする光記録再生装置。
【請求項８】請求項７記載の光記録再生装置において、
上記所定量の電流は、上記半導体レーザのしきい値電流
の７０％以下で、かつ、しきい値電流値での動作電圧の
５０％以上に相当する電流値であることを特徴とする光
記録再生装置。
【請求項９】請求項７記載の光記録再生装置において、
上記半導体レーザは、発光波長が４００ｎｍから５００
ｎｍの範囲に有り、上記所定量の電流は、上記半導体レ
ーザの活性層の厚さ当たりの電流密度が１００ｋＡ／
（ｃｍ²・μｍ）以下であることを特徴とする光記録再
生装置。
【請求項１０】請求項７記載の光記録再生装置におい
て、上記半導体レーザは、発光波長が５００ｎｍから６
００ｎｍの範囲に有り、上記所定量の電流は、上記半導
体レーザの活性層の厚さ当たりの電流密度が５０ｋＡ／
（ｃｍ²・μｍ）以下であることを特徴とする光記録再
生装置。
【請求項１１】請求項７記載の光記録再生装置におい
て、上記半導体レーザは、発光波長が６００ｎｍから６
５０ｎｍの範囲に有り、上記所定量の電流は、上記半導
体レーザの活性層の厚さ当たりの電流密度が６０ｋＡ／
（ｃｍ²・μｍ）以下であることを特徴とする光記録再
生装置。
【請求項１２】半導体基板上に、少なくとも導電型の異
なる第１及び第２の半導体層と、該第１及び第２の半導
体層に挟まれ、かつ、該第１及び第２の半導体層よりも
小さな禁制帯幅及び大きな屈折率を有する第３の半導体
層により構成される活性層を有し、上記半導体基板に垂
直で、かつ、相対する面が反射鏡の機能を持つことによ
り光共振器が構成された半導体レーザ装置において、上
記活性層の一方の端部近傍の下部の上記半導体基板は段
差を有し、かつ、該段差部に、上記第１及び第２の半導
体層よりも大きな屈折率を有する第５の半導体層が、該
段差部以外の領域の上記活性層と光学的に結合する位置
になるように設けられたことを特徴とする半導体レーザ
装置。
【請求項１３】半導体基板上に、少なくとも導電型の異
なる第１及び第２の半導体層と、該第１及び第２の半導
体層に挟まれ、かつ、該第１及び第２の半導体層よりも
小さな禁制帯幅及び大きな屈折率を有する第３の半導体
層により構成される活性層をストライプ状に形成する工
程と、上記半導体基板に垂直で、かつ、相対する面が反
射鏡の機能を持つことにより構成される光共振器を形成
するために、上記半導体基板に設けられた、一辺が上記
活性層のストライプに垂直な方向であるへき開誘導用の
凹部内に、該垂直な方向に対して所望の角度を持ち、か
つ、その一端が上記一辺に沿って折れ曲がった傷を上記
半導体基板に設け、この傷に従って上記半導体基板をへ
き開し、該反射鏡を構成する相対する面の１面を形成す
る工程とを有することを特徴とする半導体レーザ装置の
製造方法。
【請求項１４】請求項１３記載の半導体レーザ装置の製
造方法において、上記所望の角度は、１度から１０度の
範囲の角度であることを特徴とする半導体レーザ装置の
製造方法。
【請求項１５】半導体基板上に、少なくとも導電型の異
なる第１及び第２の半導体層により構成される第１及び
第２のクラッド層と、該第１及び第２のクラッド層に挟
まれ、かつ、該第１及び第２の半導体層よりも小さな禁
制帯幅及び大きな屈折率を有する第３の半導体層により
構成される活性層を形成する工程と、該活性層及び該活
性層の上記半導体基板と逆の側に設けられたクラッド層
をリッジ状に加工する工程と、該リッジ状部分を覆うよ
うに、該クラッド層よりも小さな屈折率又は該活性層よ
りも小さな禁制帯幅を有する第４の半導体結晶層を形成
する工程と、有機化合物層を該第４の半導体結晶層上に
形成する工程と、上記リッジ状部分の上部の上記第４の
半導体結晶層の表面が露出するように、該有機化合物層
を除去する工程と、上記第４の半導体結晶層の上記リッ
ジ状部分の上部を除去する工程を有することを特徴とす
る半導体レーザ装置の製造方法。