JPH10261235A

JPH10261235A - 光ピックアップ及びそれを使用した光ディスク装置

Info

Publication number: JPH10261235A
Application number: JP10006179A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Yamamoto; 和久山本; Yasuo Kitaoka; 康夫北岡; Ayumi Tsujimura; 歩辻村; Masahiro Kume; 雅博粂
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光フィードバックにより波長ロックされたＧ
ａＮ半導体レーザにより、低ノイズ光ピックアップ及び
光ディスク装置を実現する。【解決手段】波長ロックされたＧａＮ半導体レーザ５
０から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ５１で
平行化された後、偏光ビームスプリッタ５８、４分の１
波長板５９を通過し、フォーカスレンズ５２で集光され
て、光ディスク媒体５５に形成されたピット５６に照射
される。光ディスク媒体５５からの信号光は、フォーカ
スレンズ５２で平行化され、４分の１波長板５９で往路
に対して９０度偏光方向を変化される。これにより、信
号光は、偏光ビームスプリッタ５８で反射されて、フォ
ーカスレンズ５３により光検出器５７に集光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレント光を
利用する光情報処理分野の光ピックアップ、及びそれを
使用した光ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクの一種であるＤＶＤでは、赤
色半導体レーザを用いることによって、直径１２ｃｍの
ディスク媒体に４．７ＧＢの容量のデータが記録され
る。これにより、ＮＴＳＣフォーマットで２時間程度の
動画に相当する信号が、１枚のディスク上に記録再生さ
れる。このようなＤＶＤ装置の光源として使用される半
導体レーザは、波長６３５ｎｍ〜６５０ｎｍの赤色レー
ザ光を発生し、その出力は５ｍＷである。また、相対雑
音強度（ＲＩＮ）は標準で−１３０ｄＢ／Ｈｚであり、
−１２６ｄＢ／Ｈｚ以下というＤＶＤのスペックを満た
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
赤色半導体レーザを用いた従来のＤＶＤ装置の構成にお
いて、情報量の増加に伴う高密度の記録再生を必要とす
る高画質ＴＶの１種であるＨＤＴＶ（High Definision
TV）クラスの動画の再生を行うと、以下の問題があ
る。

【０００４】すなわち、比較的長い波長の赤色半導体レ
ーザを光源とすると、１枚のＤＶＤ（ディスク媒体）に
４０分程度の動画に相当するデータしか記録できず、１
枚のディスクで映画等の長いプログラムを記録再生でき
ない。また、画像の高画質化に伴って記録再生されるべ
き情報量が増加することから、記録再生時に要求される
転送レートが増大し、ディスクの回転数を大幅に高速化
する必要が生じる。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決するための短
波長レーザを光源とする光ピックアップ及び光ディスク
装置の実用化にあたって、高密度の記録再生を高性能に
行うことができる光ピックアップ及びそれを使用した光
ディスク装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
は、発振波長が４３５ｎｍ以下であるレーザ光源と、該
レーザ光源から出射される光に所定の光路を与える光学
系と、該光学系からの光を検出する光検出器と、を備
え、該レーザ光源は光フィードバックにより波長ロック
されていて、そのことによって上記目的が達成される。

【０００７】前記レーザ光源は、ＧａＮ系半導体レーザ
であり得る。

【０００８】前記レーザ光源は、グレーティング構造に
より光フィードバックされ得る。

【０００９】ある実施形態では、前記レーザ光源はＤＢ
Ｒ構造を有する半導体レーザであり、前記光フィードバ
ックは該ＤＢＲ構造によって実現される。前記ＤＢＲ構
造は、前記半導体レーザの光出射部とは反対側の端面近
傍に形成され得る。また、前記半導体レーザの光出射部
とは反対側の端面に、レーザ光に対する吸収部材が形成
されていてもよい。

【００１０】前記レーザ光源の光出射側に、テーパ状の
ビーム整形部が形成されていてもよい。

【００１１】前記レーザ光源は、ＲＦ重畳により動作さ
れ得る。

【００１２】本発明の他の局面によって提供される光ピ
ックアップは、レーザ光源と、該レーザ光源から出射さ
れる光に所定の光路を与える光学系と、該光学系からの
光を検出する光検出器と、該光検出器への入射光の光量
を制御する制御部材と、を備えており、そのことによっ
て上記目的が達成される。

【００１３】ある実施形態では、前記制御部材は、前記
光検出器への前記入射光の偏光方向を制御することによ
り該入射光の光量を制御する。

【００１４】具体的には、前記制御部材は、前記レーザ
光源から出射されるレーザ光の偏光方向を変え、それに
よって前記光検出器への前記入射光の偏光方向を制御す
る部材であってもよい。例えば、前記レーザ光源が半導
体レーザであって、前記制御部材は、該半導体レーザに
圧力を印加して該半導体レーザから出射されるレーザ光
の偏光方向を変える部材であってもよい。

【００１５】或いは、前記制御部材は、前記光学系に含
まれる偏光素子とフォーカスレンズとの間に配置された
可変波長板であってもよい。

【００１６】前記光検出器への前記入射光は、光ディス
ク媒体からの信号光であり得る。

【００１７】本発明の光ディスク装置は、発振波長が４
３５ｎｍ以下であるレーザ光源と、該レーザ光源から出
射される光に所定の光路を与える光学系と、該光学系か
らの光を検出する光検出器と、長さ０．３μｍ以下のピ
ットを有する光ディスク媒体と、を備え、該レーザ光源
は光フィードバックにより波長ロックされていて、その
ことによって上記目的が達成される。

【００１８】前記レーザ光源は、ＧａＮ系半導体レーザ
であり得る。

【００１９】前記レーザ光源は、グレーティング構造に
より光フィードバックされ得る。

【００２０】ある実施形態では、前記レーザ光源はＤＢ
Ｒ構造を有する半導体レーザであり、前記光フィードバ
ックは該ＤＢＲ構造によって実現される。前記ＤＢＲ構
造は、前記半導体レーザの光出射部とは反対側の端面近
傍に形成され得る。また、前記半導体レーザの光出射部
とは反対側の端面に、レーザ光に対する吸収部材が形成
されていてもよい。

【００２１】前記レーザ光源の光出射側に、テーパ状の
ビーム整形部が形成されていてもよい。

【００２２】前記レーザ光源は、ＲＦ重畳により動作さ
れ得る。

【００２３】好ましくは、前記レーザ光源は、−１３５
ｄＢ／Ｈｚ以下の相対雑音強度（ＲＩＮ）レベルを有す
る半導体レーザである。

【００２４】また、本発明の光ディスク装置は、前記レ
ーザ光源から出射される前記光を用いて、前記光ディス
ク媒体への光記録を行い得る。

【００２５】本発明の他の局面によって提供される光デ
ィスク装置は、レーザ光源と、該レーザ光源から出射さ
れる光に所定の光路を与える光学系と、該光学系からの
光を検出する光検出器と、長さ０．３μｍ以下のピット
を有する光ディスク媒体と、該光ディスク媒体から該光
検出器へ入射する信号光の光量を制御する制御部材と、
を備えており、そのことによって上記目的が達成され
る。

【００２６】ある実施形態では、前記制御部材は、前記
信号光の偏光方向を制御することにより該信号光の光量
を制御する。

【００２７】具体的には、前記制御部材は、前記レーザ
光源から出射されるレーザ光の偏光方向を変え、それに
よって前記信号光の偏光方向を制御する部材であっても
よい。例えば、前記レーザ光源が半導体レーザであり、
前記制御部材は、該半導体レーザに圧力を印加して該半
導体レーザから出射されるレーザ光の偏光方向を変える
部材であってもよい。

【００２８】或いは、前記可変部材は、前記光学系に含
まれる偏光素子とフォーカスレンズとの間に配置された
可変波長板であってもよい。

【００２９】以下に、本発明の作用を説明する。

【００３０】本発明の光ピックアップ及びそれを使用し
た光ディスク装置では、波長の短い青色以下の光を利用
することにより、従来のＤＶＤ装置に比べて遥かに細か
い光ディスク上のピットを記録再生することができて、
高性能のＨＤ（高品位）−ＤＶＤ装置を実現することが
できる。さらに、この際に、光源として用いる半導体レ
ーザを波長ロックすることで、戻り光に強く低ノイズで
良好な信号再生を行うことができる光ピックアップ及び
それを使用した光ディスク装置が実現される。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下では、本発明の実施形態の説
明に加えて、本願発明に至る過程で本願発明者らによっ
て行われた実験及び検討の結果をあわせて説明する。

【００３２】高画質ＴＶであるＨＤＴＶ用の光ディスク
は、データ圧縮を最大限に行うとしても、少なくとも１
０ＧＢ以上の記録容量が必要とされる。これは、画像の
高品質化に伴って画素数が増加することで、記録すべき
情報量が増大したためである。

【００３３】図１には、光源波長と記録密度（記録容
量）との関係を示す。具体的には、光源の波長の変化に
伴う記録密度（記録容量）の変化を、波長が６５０ｎｍ
である赤色半導体レーザを光源として使用する場合の従
来のＤＶＤの記録密度（記録容量）を１としたときの比
率（容量比）として示している。

【００３４】この図１より、４３５ｎｍ以下の波長を選
択することで、記録密度を現状のＤＶＤの２．２倍以上
にすることが可能であることがわかる。具体的には、１
０ＧＢの記録容量を達成できる。

【００３５】ところで、本願発明者らによる実験検討に
よれば、このようなＨＤ（高品位）−ＤＶＤに使用する
半導体レーザとしては、ビームを絞れる以外に、相対雑
音強度（ＲＩＮ）が所定のレベル以下であることが要求
される。これは、ＨＤＴＶ用信号の帯域が広い一方で、
Ｓｉディテクターの感度が青色領域で低下するためであ
る。具体的には、本願発明者らによる実験検討では、実
用上はジッターを７％未満に抑制する必要があり、これ
を実現するためにはＲＩＮを−１３５ｄＢ／Ｈｚ以下に
設定する必要があることがわかった。このＲＩＮ範囲が
満たされないと、ジッターが増大して良好な信号再生を
行うことができない。

【００３６】図２は、本願発明者らによる実験検討で得
られた、半導体レーザの波長と典型的な相対雑音強度
（ＲＩＮ）との関係を示すグラフである。

【００３７】これより、通常のファブリーペロ型半導体
レーザでは、波長が短くなるとともにＲＩＮ（ノイズレ
ベル）も上昇する。例えば、光源波長４００ｎｍではＲ
ＩＮは約−１２０ｄＢ／Ｈｚであって、上述の目標レベ
ルを実現することが困難である。

【００３８】このように、本願発明者らの実験検討によ
り、ＤＶＤ装置のような光ディスク装置の高記録密度化
を達成するためには、単に光源として短波長半導体レー
ザを使用するだけでは、十分なレベルの高品質な記録再
生を実現することが困難であることが確認された。

【００３９】そこで本発明では、光源として短波長半導
体レーザを使用することに加えて、さらに、短波長半導
体レーザに光フィードバックによる波長ロックを行っ
て、低ノイズ化を達成している。光フィードバックによ
り波長ロックされた半導体レーザは、図２に示されるよ
うに低ノイズ化される。具体的には、ＲＩＮで−１４０
ｄＢ／Ｈｚ程度のレベルが達成されて、前述した目標レ
ベルが実現される。このような低ノイズ化の達成は、光
フィードバックにより縦モードが固定されて、モードホ
ップノイズやモード競合ノイズの発生が抑制されること
によるものである。

【００４０】さらに、本願発明者らは、以上のような光
フィードバックによる波長ロックが、他の効果をもたら
すことも確認した。

【００４１】従来の構成で集光レンズの構成材料として
使用される光学レンズでは、記録時と再生時とで、光源
波長の僅かな変化のために光が感じる屈折率が変化する
ことによって、焦点位置のずれが発生する。しかし、赤
色波長領域における記録再生時には、そのような焦点位
置のずれは０．４μｍ程度であり、実用上は無視し得
る。これに対して、本願発明者らによる実験検討の結
果、青色波長領域では、ガラス材料の屈折率の波長依存
性が大きくなるので、記録時から再生時へ切り替わった
際に焦点位置が大きく変化し、そのために、青色波長領
域での良好な記録再生動作が困難になることが確認され
た。

【００４２】この点を、例えば一般に使用されるＢａＣ
Ｄ６（ＨＯＹＡガラス製）を例にとって説明する。図３
は、記録時と再生時とで光源の波長が２ｎｍ変化したこ
とに伴って発生する焦点位置の変化量を、光源波長に対
して描いたグラフである。赤色波長領域では、屈折率
（焦点位置変化量）の波長依存性が小さく、２ｎｍ程度
の波長変化では、上述のように０．４μｍ程度の焦点位
置のずれしか生じない。これに対して青色波長領域で
は、屈折率（焦点位置変化量）の波長依存性が大きいの
で、同程度の波長変化によって約３倍の１．２μｍ程度
の焦点位置のずれが生じる。この結果、所期の信号の再
生動作の実施が困難になった。

【００４３】本願発明者らによる実験検討では、赤色波
長領域における集光レンズの構成材料として一般に使用
される他のガラス材料においても、同様の現象が観察さ
れた。これより、これらの赤色波長領域用の典型的な光
学ガラス材料は、そのままでは、青色波長領域用に使用
できないことが確認された。

【００４４】これに対して、上述のように本発明では、
短波長半導体レーザに光フィードバックによる波長ロッ
クを行うことによって、光源である半導体レーザの発振
波長の変動をより小さいレベルに抑制している。このた
め、本発明によれば、屈折率の波長依存性が大きい従来
の赤色波長領域用の典型的な光学ガラス材料を、青色波
長領域において使用しても、光源波長の変動量それ自体
が小さいので、屈折率変化に伴う焦点位置の変化量が小
さく抑制されることが確認された。

【００４５】以下には、上記のような考察に基づいて達
成された本発明の幾つかの実施形態を、添付の図面を参
照して説明する。

【００４６】（第１の実施の形態）本発明の光ピックア
ップ及び光ディスク装置の第１の実施の形態を、図４を
参照して説明する。

【００４７】この光ディスク装置１００は、半導体レー
ザ５０と、レンズを含む光学系と、光ディスク媒体５５
と、光検出器５７と、を少なくとも備えている。半導体
レーザ５０として、ＧａＮ系半導体レーザ５０を用いて
いる。半導体レーザ５０は、波長ロックのために光フィ
ードバックを行っており、その内部にグレーティングを
形成したＤＢＲ（分布ブラッグ反射）構造を採用してい
る。

【００４８】半導体レーザ５０の発振波長は４２０ｎｍ
で、従来のＤＶＤに比べて２．４倍の高密度化が図られ
ている。これにより、光ディスク装置としては、１２ｃ
ｍの直径の光ディスク媒体に１１．５ＧＢの容量が記録
されており、転送レート１２ＭｂｐｓでＨＤＴＶの再生
が行える。

【００４９】次に、本実施形態の光ピックアップ及び光
ディスク装置１００の動作を説明する。

【００５０】ＧａＮ半導体レーザ５０から出射されたレ
ーザ光は、コリメータレンズ５１で平行化された後に、
偏光ビームスプリッタ５８、４分の１波長板５９を通過
し、フォーカスレンズ５２で集光されて、光ディスク媒
体５５に形成されたピット５６に照射される。光ディス
ク媒体５５からの信号光は、フォーカスレンズ５２で平
行化され、４分の１波長板５９で往路に対して９０度偏
光方向が変化する。これにより、信号光は偏光ビームス
プリッタ５８で反射され、フォーカスレンズ５３により
光検出器５７上に集光される。光ディスク媒体５５に集
光するフォーカスレンズ５２のＮＡは０．６である。ま
た、光ディスク媒体５５に形成されたピット５６の長さ
は０．２６μｍ、トラックピッチは０．４９μｍであ
る。

【００５１】赤色半導体レーザを用いた光ピックアップ
では、長さ０．４μｍのピットまでしか読めないが、本
発明の光ピックアップでは、長さ０．２６μｍのピット
５６を読むことができる。本願発明者らによる実験で
は、ＨＤＴＶにおいてノイズのない美しい画像が再生さ
れている。一方、波長ロックされていない通常のファブ
リーペロ型では、ノイズが大きく信号再生はできない。

【００５２】次に、この第１の実施の形態で用いたＤＢ
Ｒ構造を有する半導体レーザ５０について、説明する。

【００５３】図５は、半導体レーザ５０の共振器端面に
平行方向であって図６に示す線５−５に沿った構造を示
す断面図であり、図６は、半導体レーザ５０の共振器方
向であって図５及び図７に示す線６−６に沿った構造を
示す断面図である。また、図７は、半導体レーザ５０を
上面から見た図である。

【００５４】基板１は、ｎ型ＳｉＣ基板１である。Ｓｉ
Ｃは、ＧａＮやＡｌＧａＮと格子定数が近い（格子定数
差３．４％）、劈開によって共振器端面が作製できる、
導電性があって熱伝導が良い、などの性質を有している
ことから、ＧａＮ系半導体レーザ５０の基板１の材料と
して適している。

【００５５】一方、ＧａＮやＡｌＧａＮとの間の格子
定数差が大きいサファイア（格子定数差１３．８％）
も、ＧａＮ系半導体レーザ５０の基板１の材料として良
く用いられる。但し、サファイアは導電性がないため
に、基板１としてサファイア基板を使用する場合には、
図９に示すように、ｎ−電極（図５における参照番号１
０）をｎ−ＧａＮ層（図５における参照番号２）の上に
設ける必要がある。

【００５６】図９は、このようなサファイア基板を用い
て構成された半導体レーザ６０の、共振器端面に平行方
向の断面図である。なお、図９において、図５〜図７に
示される半導体レーザ５０の構成要素と同じ構成要素に
は同じ参照番号が付されており、ここではそれらの説明
を省略する。

【００５７】基板１の構成材料としては、この他にＳ
ｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＬｉＡｌＯ₂、ＬｉＧａＯ₂，Ｍ
ｇＡｌ₂Ｏ₄などが使用され得る。また、ｎ型基板に限ら
ず、ｐ型基板も使用され得る。但し、ｐ型基板を使用す
る場合には、その上に形成される積層構造の導電型（ｐ
型或いはｎ型）を、以下の説明とは逆にする必要があ
る。

【００５８】図５に示すように、ｎ型ＳｉＣ基板１の上
に、ｎ−ＧａＮ層２（Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１
０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ３μｍ）、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
３（Ａｌ混晶比１０％、Ｓｉドープ、キャリア濃度１×
１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ０．５μｍ）、ｎ−ＧａＮ光導波層
４（Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ
０．１μｍ）、ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）層５
（バリア層：Ｉｎ混晶比２％（Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ）で
厚さ４ｎｍ、ウェル層：Ｉｎ混晶比１５％（Ｉｎ_0.15Ｇ
ａ_0.85Ｎ）で厚さ３ｎｍ、多重量子井戸はバリア層とウ
エル層とを交互に７層積層）、ｐ−ＧａＮ光導波層６
（Ｍｇドープ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ
０．１μｍ）、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層７（Ａｌ混晶
比１０％、Ｍｇドープ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3、厚さ０．５μｍ）、及びｐ−ＧａＮ層８（Ｍｇド
ープ、キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚さ０．３μ
ｍ）が順に積層されている。

【００５９】基板１とｎ−ＧａＮ層２の界面にはバッフ
ァ層（不図示）が設けられている。バッファ層として
は、基板１がＳｉＣ基板の場合はＡｌＮ層（厚さ２０ｎ
ｍ）、基板１がサファイア基板の場合はＧａＮ層（厚さ
３０ｎｍ）を用いて、基板１との大きな格子定数差を緩
和して欠陥密度の少ない良質な結晶が得られるようにし
ている。

【００６０】ｐ−ＧａＮ層８の上面からｐ−ＡｌＧａＮ
層７の中間まで、メサが形成されている。メサの幅は、
図７に示すように共振器方向に変化して、テーパ状のビ
ーム整形部を有している。メサのうちで共振器端面に接
している一番狭いところ（図７の左端）では、メサ底辺
の幅は２μｍであり、そこから結晶（共振器）の内部に
入るにつれてメサ底辺の幅は徐々に広くなり、一番広い
ところで５μｍである。このようにすることで、メサ幅
の狭い方の端面より出射するレーザ光の水平方向の広が
り角が広く（２０度）なり、垂直方向の広がり角（２３
度）に対してほぼ円形に近いレーザビームが得られる。

【００６１】半導体レーザ５０の共振器長１００は、典
型的には１ｍｍであり、そのうち０．６ｍｍの領域１０
０ａにはＭＱＷ活性層５が設けられている。一方、残り
の領域１００ｂには、活性層５とその両側の光導波層４
及び６とは設けられておらず、その代わりに周期１５８
ｎｍの回折格子（分布帰還ミラー：ＤＢＲ）１３を持つ
ＧａＮ層１２が設けられている。

【００６２】ＧａＮ層１２は波長４１０ｎｍのレーザ光
を吸収せず、ＤＢＲ１３で発振スペクトルが選択される
ので、半導体レーザ５０は単一縦モードで発振する。Ｄ
ＢＲ１３が設けられている側の端面にはＳｉ膜１４（厚
さ５００ｎｍ）が設けられており、ＤＢＲ１３で反射さ
れずに出てきた光（約１０％）を吸収して、ファブリペ
ロー共振器モードが立たないようにしている。一方、Ｍ
ＱＷがある側の端面には、ＳｉＯ₂膜１５（厚さ７１ｎ
ｍ）とＴｉＯ₂膜１６（厚さ４７ｎｍ）とが交互に４層
設けられており、反射率を７６％に高めている。このよ
うにすると、戻り光によりレーザのスペクトルが不安定
になることを避けることができ、低雑音特性が実現され
る。

【００６３】図８（ａ−１）〜図８（ｆ−１）及び図８
（ａ−２）〜図８（ｆ−２）に、本発明による半導体レ
ーザ５０の製造工程図を示す。図８（ａ−１）〜図８
（ｆ−１）は、半導体レーザ５０の共振器端面に平行方
向の断面図であり、図８（ａ−２）〜図８（ｆ−２）
は、半導体レーザ５０の共振器方向の断面図である。

【００６４】まず、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＳｉＣ基
板１上に、ＡｌＮバッファ層を介してｎ型ＧａＮ層２か
らｐ−ＧａＮ層６までの各層を成長する（図８（ａ−
１）及び図８（ａ−２）参照）。成長プロセスにおい
て、Ｇａ源にはＴＭＧ、Ｉｎ源にはＴＭＩ、Ａｌ源には
ＴＭＡ、そしてＮ源にはＮＨ₃を用いて、Ｈ₂やＮ₂をキ
ャリアガスとして８００℃〜１１００℃の高温下で各原
料ガスを熱分解させて、基板の上に成長層を堆積させ
る。また、ｎ型或いはｐ型の導電性を得るために、Ｓｉ
Ｈ₄やＣｐ₂Ｍｇを流す。

【００６５】次に、ＳｉＯ₂層１７をＣＶＤ法で堆積し
た後に、ホトリソグラフィ及びエッチングによりマスク
パターンを形成し、ドライエッチングやミリングにより
ｐ−ＧａＮ層６からｎ−ＧａＮ層４までを所定のパター
ンで除去する（図８（ｂ−１）及び図８（ｂ−２）を参
照）。なお、ミリングを用いる場合は、ＳｉＯ₂層１７
の代わりにレジスト層によるマスクパターンを用いる。

【００６６】次に、再びＭＯＶＰＥ法を用いてＧａＮ層
１２を成長する。このとき、ＳｉＯ₂層１７で覆われた
ところにはＧａＮ層１２は成長しない。ＧａＮ層１２
は、不純物のドーピングを行なわないことで高抵抗とな
って、ＤＢＲ領域に電流が流れないようにする。結晶成
長後には、ＧａＮ層１２に、レーザ光の干渉露光とエッ
チングとにより周期１５８ｎｍの回折格子１３を形成す
る（図８（ｃ−１）及び図８（ｃ−２）を参照）。

【００６７】ＳｉＯ₂層１７を除去後に、更にＭＯＶＰ
Ｅ法によりｐ型層７及び８を成長する（図８（ｄ−１）
及び図８（ｄ−２）を参照）。次に、ホトリソグラフィ
とエッチングにより層８の上面から層７の中間までメサ
を形成する（図８（ｅ−１）及び図８（ｅ−２）を参
照）。

【００６８】さらに、メサの上にＮｉ／Ａｕを蒸着して
ｐ−電極９を形成し、一方、基板１の裏側にＴｉ／Ａｕ
を蒸着してｎ−電極１０を形成する。これにより、半導
体レーザ５０が形成される。

【００６９】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に、半導体レ
ーザ５０の特性を示す。具体的には、図１０（ａ）は電
流−光出力特性を示し、図１０（ｂ）はレーザ光のビー
ム広がり分布を示し、図１０（ｃ）は発振スペクトルを
示す。

【００７０】これらの図より、半導体レーザ５０では、
しきい電流が４５ｍＡ、ビームアスペクト比（垂直広が
り角／水平広がり角）１．１５で、単一縦モード発振が
得られていることがわかる。このように、アスペクト比
の値が１に極めて近くなることによって、出力２ｍＷの
レーザより、光ディスク媒体の面上に、ビーム整形器を
用いることなしに４０％の効率で光が照射される。これ
により、光ピックアップの小型化及び低コスト化が図れ
る。また、前面の反射率を高めたこと及び後面側の光を
吸収したことにより、戻り光４％に対しても、安定に低
ノイズで動作する。

【００７１】以上に説明したように、本発明の第１の実
施形態の光ピックアップによれば、従来に比べて高密度
のピットを再生記録できて、高密度の記録再生を行える
光ディスク装置が実現できる。その際に、光源の半導体
レーザ５０としてＤＢＲ半導体レーザを用いることで、
ＲＩＮレベルが−１４０ｄＢ／Ｈｚという低ノイズ化が
図れる。

【００７２】また、半導体レーザ５０の出射部にテーパ
部分を形成してビームアスペクト比を１に近づけること
によって、実質的な伝達効率が大幅に向上される。これ
により、半導体レーザ５０は低出力で良くなり、寿命が
格段に向上する。具体的には、従来技術においては、例
えば５ｍＷの半導体レーザから出射されるビームの周辺
をカットして使用しているが、それに対して本実施形態
では半導体レーザ５０の出力は２ｍＷで良く、結果とし
て寿命が３倍に延びる。

【００７３】また、本実施形態では、ＤＢＲ半導体レー
ザ５０の後端面に吸収膜を設けて戻り光を防止している
が、その代わりに、後端面の近傍（例えば図中では上
部）に吸収層を設けても良い。

【００７４】以上の説明では半導体レーザ５０の発振波
長が４２０ｎｍであるが、半導体レーザの構成材料の組
成を変えることで、３８０ｎｍで発振できる。この場合
の光ディスク装置としては、従来の赤色ＤＶＤに比べて
２．９倍の高密度化が図れて、１３．８ＧＢのディスク
容量が実現できる。さらに、レンズのＮＡを０．７に増
加すれば、２０ＧＢのディスク容量が実現できる。この
場合には、２０Ｍｂｐｓの転送レートで１枚のディスク
から２時間のＨＤＴＶプログラムが記録再生できる。ま
た、２層ディスクでは、約４０ＧＢのディスク容量が実
現される。

【００７５】なお、以上で説明しているＤＢＲ構造に代
えて、ＤＦＢ構造を使用して半導体レーザ５０における
光フィードバックを達成しても良い。但し、製造分留ま
りの点からは、ＤＦＢレーザよりはＤＢＲレーザの方が
好ましい。

【００７６】また、本実施形態によれば、光フィードバ
ックによる発振波長のロックによって、半導体レーザ５
０の発振波長の変化は極めて小さく、波長変化に起因す
るレンズ材料（光学ガラス）への制限を考慮する必要が
ない。そのために、例えばフッソ系ガラス材料などの高
屈折率材料を用いることができて、ＮＡの高いレンズが
簡単に実現できる。さらに、発振波長がロックされてい
るので、波長変化により焦点の位置が変化するために従
来技術では使用できなかった回折型レンズ等も、用いる
ことができる。

【００７７】（第２の実施の形態）次に、本発明の半導
体レーザを光源として含む光ピックアップを使用して、
光ディスク媒体への記録を試みた場合を説明する。

【００７８】本実施形態の光ピックアップの基本構成
は、第１の実施形態における構成と同じである。具体的
には、使用した半導体レーザはＧａＮ系半導体レーザで
あり、発振波長は４００ｎｍで、ビームアスペクト比
（垂直広がり角／水平広がり角）は１．５である。但
し、光フィードバックは、外部グレーティングにより行
っている。

【００７９】本実施形態においても１に極めて近いアス
ペクト比が実現できており、出力２ｍＷのレーザより、
光ディスク媒体の面上に、ビーム整形器を用いることな
しに４０％の効率で光が照射される。この結果、８ｍＷ
の記録パワーによって、光ディスク媒体の面上に良好な
状態で記録が行われる。これに対して、従来のアスペク
ト比３の半導体レーザを利用する光ピックアップでは光
の利用効率が２０％であるので、同様な状態で記録を行
うためには４０ｍＷのレーザ出力が必要となり、寿命が
短くなって現実的ではない。

【００８０】また、本実施形態では、６００ＭＨｚのＲ
Ｆ重畳を半導体レーザに対して行っっている。これによ
り、ＲＩＮは−１３７ｄＢ／ＭＨｚまで低下するが、戻
り光に対する耐性が向上する。このように、ＤＢＲ半導
体レーザにＲＦ重畳をかけても、発振モードは広がら
ず、また大きなノイズ特性の低下も認められず、効果的
である。

【００８１】本実施形態の光ディスク装置では、光ディ
スク媒体の上に１２．５ＧＢのデータ容量が記録され
る。

【００８２】なお、本実施形態においても、光フィード
バックによる発振波長のロックによって、半導体レーザ
５０の発振波長の半導体レーザの発振波長の変化は極め
て小さく、波長変化に起因するレンズ材料（光学ガラ
ス）への制限を考慮する必要がない。また、波長変化に
より焦点の位置が変化するために従来技術では使用でき
なかった回折型レンズ等も、用いることができる。

【００８３】（第３の実施の形態）一般に、光ディスク
媒体の保護層には、安価で信頼性の高いポリカーボネー
トが使用されている。ポリカーボネイトは複屈折性を有
しており、波長分散が生じる。これに関連して本願発明
者らは、実験検討を行った結果、青色波長領域において
は、ポリカーボネイトの複屈折性或いは波長分散に伴う
問題点が無視できなくなり、何らかの対策が必要になる
ことを確認した。

【００８４】具体的には、特に４３５ｎｍ以下の波長領
域においては、光ディスク媒体の保護層として設けられ
ているポリカーボネイト層が１／４波長板と同等の作用
をする可能性がある。また、この作用の大きさは、光デ
ィスク媒体の内周と外周とで異なり、特に、偏光ビーム
スプリッタや偏光ホログラム等を使用したときに、大き
な問題となることを確認した。

【００８５】以上のような問題点は、従来は認識されて
いなかった点である。

【００８６】本実施形態では、以上のような問題点を解
決するために、基本的には図４と同様の光ピックアップ
構成において、半導体レーザ５０から出射されるレーザ
光の偏光を制御する。

【００８７】図１１は、本実施形態における半導体レー
ザ７０（具体的にはＧａＮ半導体レーザ７０）の構成を
模式的に示す断面図である。

【００８８】図示される構成に含まれるＧａＮレーザチ
ップ３４の活性層３０において、レーザ光Ｐが出射され
るのとは反対側の端面の近くにはＤＢＲ構造が形成され
ていて、ＤＢＲ部３２を構成している。これに対して、
活性層３０の残りの部分は活性部３１を構成する。そし
て、Ｓｉマウント３３にボンディングした上で、半導体
レーザチップ３４の基板側（Ｓｉマウント３３とは反対
側）から、半導体レーザチップ３４の活性部３１の側に
圧力が印加される構成になっている。この印加圧力を可
変することで、半導体レーザチップ３４から出射される
レーザ光Ｐの偏光が回転する。この実施形態では、可変
圧力の印加をピエゾ素子３５で行っている。

【００８９】以上のような構成において、半導体レーザ
チップ３４に４００ｇ／ｃｍ²の圧力を印加したとこ
ろ、レーザ光Ｐの偏光方向が約６０度回転する。これに
より、レーザ光Ｐの偏光制御が行われる結果、レーザ光
Ｐが光ディスク媒体にて反射された後に光検出器に信号
光として入射する際に、その信号光の光量をほぼ一定に
制御することが可能になる。具体的には、光検出器に入
る信号光の光量をモニタし、モニタ結果をピエゾ素子３
５の印加電圧にフィードバックすることで、入射する信
号光の光量が一定になるようにレーザ光Ｐの偏光方向を
可変する。

【００９０】以上のような信号光の入射光量の調整制御
を行わないと、入射光量が低下して光ディスクの再生が
困難になるが、本実施形態では良好な再生動作が実現さ
れた。

【００９１】なお、ＤＢＲ部３２に圧力が印加されると
好ましくない波長変動が生じ得るので、ピエゾ素子３５
などによる半導体レーザチップ３４への圧力印加は、活
性部３１の側のみで行うことが好ましい。

【００９２】また、以上に説明したピエゾ素子３５に代
えて、トルクモータ等を使用して圧力を印加しても良
い。

【００９３】（第４の実施の形態）本実施形態では、第
３の実施形態で述べた光ディスク媒体の複屈折性に対す
る対策を、半導体レーザチップでの圧力印加に代えて、
フォーカスレンズ５２と偏光ビームスプッリタ５８との
の間に挿入した可変波長板６１によって実現する。

【００９４】図１２は、本実施形態における光ピックア
ップ及び光ディスク装置２００の構成を示す図である。

【００９５】ＧａＮ半導体レーザ５０から出射されたレ
ーザ光は、コリメータレンズ５１で平行化された後に、
偏光ビームスプリッタ５８、可変波長板６１を通過し、
フォーカスレンズ５２で集光されて、光ディスク媒体５
５に形成されたピット５６に照射される。光ディスク媒
体５５からの信号光は、フォーカスレンズ５２で平行化
され、可変波長板６１を再び通過した後に偏光ビームス
プリッタ５８で反射され、フォーカスレンズ５３により
光検出器５７上に集光される。

【００９６】可変波長板６１としては、電気光学効果の
働きで特定方向の屈折率が電圧により変化できるＬＩＮ
ｂＯ₃板を用いる。電界を可変波長板（ＬＩＮｂＯ₃板）
６１の全面に印加することにより、その複屈折率差を制
御して、可変波長板６１に零波長板から１／４波長板ま
での範囲に相当する機能を発揮させる。これにより、光
ディスク媒体の内周部の再生時と外周部の再生時との間
で、光検出器５７に入射する信号光の光量は、常に最大
光量レベルに一定化される。このように、偏光素子（偏
光ビームスプリッタ）５８とフォーカスレンズ５２との
間に可変波長板６１を挿入することにより、偏光制御が
実現されて、光検出器５７に入射する信号光の光量が最
大レベルに固定される。

【００９７】（第５の実施の形態）本実施形態では、光
ピックアップに用いられる半導体レーザを、４３５ｎｍ
以下の発振波長となるII−VI族材料を用いて構成してい
る。

【００９８】図１３は、II-VI族化合物半導体により構
成された本実施形態の分布反射型半導体レーザ８０の光
軸に垂直な断面の構造の一例を、模式的に示す。

【００９９】具体的には、n型GaAs(100)基板101上に、n
型GaAsバッファ層102、n型ZnSeバッファ層103、n型ZnSS
eクラッド層104、n型ZnMgSSeクラッド層105、n型ZnMgSS
e光ガイド層106、ZnMgSSe多重量子井戸活性層107、p型Z
nMgSSe光ガイド層108、p型ZnMgSSeクラッド層109、p型Z
nSSeクラッド層110、p型ZnSeキャップ層111、p型ZnTe/Z
nSe疑似傾斜層112、及びp型ZnTeコンタクト層113が、順
次積層されている。p型ZnTeコンタクト層113の上には、
p型電極114が形成されている。また、p型ZnMgSSeクラッ
ド層109の一部及びそれより上の層は、メサストライプ
状にエッチングされており、メサ底部の幅は、例えば4
μｍである。さらに、上述のメサストライプ部以外の部
分のp型ZnMgSSeクラッド層109上には電流狭窄層115が形
成され、屈折率導波型構造となっている。そして電流狭
窄層115の上には、ストライプ状のp型電極114に接する
電極116が形成されており、一方、n型GaAs基板101の裏
面にはn型電極117が形成されている。

【０１００】図１４（ａ）は、上述の半導体レーザ８０
の光軸に平行な断面（図１３における線１４−１４に沿
った断面）の構造の一例を、模式的に示すものである。
半導体レーザ８０は、活性領域201と分布反射器領域202
とを含み、分布反射器は、例えばp型ZnMgSSe光ガイド層
108の直上に形成されている。

【０１０１】基板101として用いることのできる結晶
は、上述のGaAs以外に、InGaAs、GaP、ZnSe、ZnS等の閃
亜鉛鉱構造の半導体や、Si、Ge等のダイヤモンド構造の
半導体がある。また、基板101の電導型は、上記の説明
ではn型を用いているが、p型基板上にレーザ構造を形成
してもよい。さらに、基板101の面方位は、上記では(10
0)面を用いているが、(100)面から[111]A方向或いは[11
1]B方向へ傾斜した面を用いてもよい。例えば、[111]B
方向へ15.8度傾斜した(511)B面や、[111]A方向へ10.0度
傾斜した(811)A面を用いることができる。

【０１０２】基板101の上にエピタキシャル成長されるI
I-VI族化合物半導体の組成は、基板101との界面でミス
フィット転位が発生しないように、基板101にほぼ格子
整合する組成を選ぶことが好ましい。GaAs、InGaAs、Zn
Se、Geなどの基板の場合には、例えばZnMgSSe系やZnMgB
eSe系が選ばれる。一方、GaP、ZnS、Siなどの基板の場
合には、例えばZnMgBeSSe系が選ばれる。また、基板101
との格子不整の大きい組成を用いる場合は、その層の厚
さが、臨界膜厚を越えないように選ぶことが好ましい。

【０１０３】発振波長が435nm未満である半導体レーザ
のクラッド層の組成としては、ZnMgSSe系の場合には、
例えばZn_0.6Mg_0.4S_0.5Se_0.5を、ZnMgBeSe系の場合には
例えばZn_0.6Mg_0.3Be_0.1Seを選ぶことができる。本実施
形態ではZnMgSSe系を用いたレーザ構造について述べる
が、ZnMgBeSe系を用いても同等の特性を有する半導体レ
ーザを構成することができる。

【０１０４】GaAsバッファ層102は、原子配列のレベル
で表面を平坦化し、その上に積層されるII-VI族化合物
半導体の結晶欠陥の密度を低減し、高品質な半導体レー
ザ結晶を得るために設けられる。GaAsバッファ層102の
厚さは、例えば0.3μｍである。GaAsバッファ層102にド
ープされるn型不純物としては例えばSiが、p型不純物と
しては例えばZnが用いられる。

【０１０５】n型ZnSeバッファ層103は、その上に形成さ
れるn型ZnSSeクラッド層104の成長初期過程において2次
元核の生成及び成長を促進させるため、及び積層欠陥生
成を抑制させるために、設けられる。ZnSeは、GaAsに対
して＋0.28％の格子不整があるため、臨界膜厚は150nm
程度である。そのために、ZnSeバッファ層103の厚さ
は、例えば30nmに選ばれる。また、有効ドナー密度は、
例えば8×10¹⁷cm^-3であり、ｎ型不純物としては例えばC
lが用いられる。また、GaAs界面への不純物の拡散によ
り生じる欠陥生成を抑制するために、GaAsバッファ層10
2に隣接する2nm〜3nm程度の領域には、不純物を添加し
ない方が好ましい。

【０１０６】n型GaAs基板101とn型ZnMgSSeクラッド層10
5との間には、約0.6eVの伝導帯不連続が存在して電子注
入に対する障壁となるので、この障壁を緩和させるため
に、n型ZnSSeクラッド層104が設けられる。これによ
り、伝導帯不連続は約0.3eVずつに分割されるので、実
質的に電子注入の障壁はなくなる。ZnSSeクラッド層104
の組成は、S混晶比が0.06である。この組成を有するZnS
Seは、GaAsとほぼ格子整合し、また室温でのバンドギャ
ップは2.75eVである。n型ZnSSeクラッド層104の厚さは
例えば0.2μｍ、有効ドナー密度は例えば5×10¹⁷cm^-3で
ある。

【０１０７】n型ZnMgSSeクラッド層105及びp型ZnMgSSe
クラッド層109の組成は、Mg混晶比0.4、S混晶比0.5であ
る。この組成を有するZnMgSSeは、GaAsとほぼ格子整合
し、また室温でのバンドギャップは3.3eVである。ZnMgS
Seは、その組成を選ぶことにより、GaAsと格子整合させ
ながらバンドギャップを2.7eVから3.4eV程度の間で変化
させることができる。n型ZnMgSSeクラッド層105の厚さ
は例えば0.8μｍ、有効ドナー密度は例えば3×10¹⁷cm^-3
であり、p型ZnMgSSeクラッド層109の厚さは例えば0.4μ
ｍ、有効アクセプタ密度は例えば3×10¹⁶cm^-3である。p
型不純物としては、例えばNが用いられる。

【０１０８】n型ZnMgSSe光ガイド層106及びp型ZnMgSSe
光ガイド層108の組成は、Mg混晶比0.3、S混晶比0.4であ
る。この組成を有するZnMgSSeは、GaAsとほぼ格子整合
し、また室温でのバンドギャップは3.2eVである。光ガ
イド層の組成は、レーザ発振波長における屈折率がクラ
ッド層の屈折率よりも大きく活性層の屈折率よりも小さ
くなり、且つ、バンドギャップがクラッド層のバンドギ
ャップよりも小さく活性層のバンドギャップよりも大き
くなるように、選ばれる。光ガイド層の厚さは、例えば
それぞれ0.1μｍである。なお、ZnMgSSe多重量子井戸活
性層107での不純物準位形成を防ぐため、光ガイド層106
及び108のうちZnMgSSe多重量子井戸活性層107との界面
近傍領域には、n型及びp型何れの不純物も添加しないこ
とが好ましい。さらには、光ガイド層の全体にn型及びp
型何れの不純物も添加しなくてもよい。不純物を添加し
た領域の有効ドナー密度及び有効アクセプタ密度は、例
えばそれぞれ4×10¹⁷cm^-3及び6×10¹⁶cm^-3である。

【０１０９】ZnMgSSe多重量子井戸活性層107は、例えば
その組成がMg混晶比0.1及びS混晶比0.1で厚さ4nmの井戸
層を3層と、及び光ガイド層と同じ組成でその厚さが6nm
である障壁層を2層と、が交互に形成されることにより
構成される。井戸層の室温でのバンドギャップは2.9eV
であり、この組成を有するZnMgSSeは、GaAsとほぼ格子
整合する。井戸層の組成は、そのバンドギャップがクラ
ッド層及び光ガイド層のバンドギャップより小さくなる
ように選ばれる。

【０１１０】本実施形態においては井戸層及び障壁層と
も格子整合系としたが、必要に応じて、歪量を制御して
歪量子井戸構造としたり、歪補償量子井戸構造とするこ
ともできる。なお、活性層での不純物準位形成を防ぐた
め、井戸層及び障壁層には、ｎ型及びp型何れの不純物
も添加しないことが好ましい。

【０１１１】p型ZnSSeクラッド層110は、半導体レーザ
８０の熱抵抗及び直列抵抗の低減と価電子帯不連続の緩
和とを目的として設けられる。これにより、混晶比が高
く且つ有効アクセプタ密度が十分に高くないp型ZnMgSSe
クラッド層109の厚さを、薄くできる効果を有する。p型
ZnSSeクラッド層110の厚さは例えば0.5μｍであり、有
効ドナー密度は例えば4×10¹⁷cm^-3である。

【０１１２】p型ZnSeキャップ層111、p型ZnTe/ZnSe疑似
傾斜層112、及びp型ZnTeコンタクト層113は、p型オーミ
ックコンタクトを形成するために設けられる。p型ZnSe
キャップ層111は、例えば厚さ80nm、有効アクセプタ密
度8×10¹⁷cm^-3であり、p型ZnTeコンタクト層113は、例
えば厚さ50nm、キャリア密度は1×10¹⁹cm^-3である。p型
ZnTeコンタクト層114の上には、容易にオーミック電極
を形成することはできるが、ZnSeとZnTeとの間には0.8e
V程度の価電子帯不連続が存在してホール注入に対する
障壁となるので、この障壁を除くために、p型ZnTe/ZnSe
疑似傾斜層112が設けられる。その構造は、例えば2.1nm
周期で12層からなる。p型ZnSeキャップ層111に隣接する
第1層は、0.3nmのp型ZnTe層と1.8nmのp型ZnSe層とで構
成され、第2層は、0.4nmのp型ZnTe層と1.7nmのp型ZnSe
層とで構成され、さらに順次、p型ZnTe層は厚く且つp型
ZnSe層は薄くなっていく構造であって、p型ZnTeコンタ
クト層113に隣接する第12層は、1.8nmのp型ZnTe層と0.3
nmのp型ZnSe層とで構成される。但し、以上のような構
造の代わりに、巨視的にバンド構造がZnSeからZnTeへと
連続的に変化するような構造、或いはホールがZnTeとZn
Seとの間の障壁をトンネル効果で流れるような構造、さ
らにはこれらを組合せる構造であってもよい。例えば、
ZnSeTe等の混晶を用いたり、p型ZnSeキャップ層111側に
p型ZnTeの量子井戸構造を設けてもよい。

【０１１３】また、p型オーミックコンタクト層はBeTe
によって形成することもでき、同様のp型BeTe/ZnSe疑似
傾斜層、BeSeTe混晶、BeTeの量子井戸構造等を組み合わ
せることにより、II-VI族半導体素子に適用できる。BeT
eは、GaAsに対して−0.47％程度の格子不整であり、ZnT
eの場合とは異なって臨界膜厚未満の厚さで結晶品質の
高いオーミックコンタクトを形成できるという利点を有
する。

【０１１４】p型電極114としては、例えば厚さ10nmのPd
膜と厚さ600nmのAu膜とが順次積層されたAuPd電極が用
いられる。また、n型電極117としては、例えばAuGeNi電
極が用いられる。

【０１１５】電流狭窄層115は、クラッド層の屈折率に
応じてその構成材料及び組成が選ばれるが、ZnMgSSe、Z
nMgBeSe、ZnO等が好ましい。

【０１１６】以上に説明した半導体レーザ８０のレーザ
構造の成長方法としては、分子線エピタキシー法や有機
金属気相エピタキシー法等が使用され得る。分子層或い
は原子層レベルの精密な制御が必要な場合は、原子層エ
ピタキシー法或いはマイグレーションエンハンストエピ
タキシー法を、適宜併用することができる。

【０１１７】以下、分子線エピタキシー法による製造方
法を述べる。

【０１１８】図１５は、分子線エピタキシー装置の概念
図である。

【０１１９】この装置は、ロードロック室301、III-V族
半導体成長室302、基板移送室303、及びII-VI族半導体
成長室304により構成される。III-V族半導体成長室302
及びII-VI族半導体成長室304には、基板保持加熱機構30
5と加熱蒸発源306とが備えられている。III-V族半導体
成長室302には、加熱蒸発源306として例えばGa源、As
源、Si源、及びZn源が備えられ、II-VI族半導体成長室3
04には、加熱蒸発源306として例えばZnSe源、ZnS源、Mg
源、ZnTe源或いはBeTe源、及びZnCl₂源が備えられ、さ
らに高周波放電管を有するN₂ラジカル源307が備えられ
ている。ここでZnSe源、ZnS源、ZnTe源等の代わりに、Z
n、Se、S、Cd、Be、Te等を充填した加熱蒸発源を備えて
もかまわない。

【０１２０】図１５の装置は、III-V族半導体成長室302
において、基板上にn型GaAsバッファ層102を形成した直
後にZn分子線を照射して、GaAs表面上を数原子層のZnで
終端することができる。これにより、II-VI族半導体とG
aAsとの界面におけるGa-Se結合やGa-S結合の形成を阻止
し、これらに起因する積層欠陥の発生を抑制できる。

【０１２１】Siドープｎ型GaAs(100)基板101（キャリア
密度2x10¹⁸cm^-3）は、ロードロック室301において350℃
でプリベークされた後に、1×10^-10Torr程度の真空度に
保たれた基板移送室303を経て、III-V族半導体成長室30
2に搬送される。ここで、As分子線を照射しながらGaAs
基板101を約600℃まで加熱して自然酸化膜の除去を行っ
た後、Ga、As及びSi分子線を照射することにより、Siド
ープn型GaAsバッファ層102を成長させる。Ga及びAs分子
線強度は、それぞれ例えば5×10^-7及び1×10^-5Torrと
し、基板温度を例えば590℃とする。この場合の成長速
度は、0.9μｍ/hとなる。

【０１２２】n型GaAsバッファ層102の成長後、基板温度
を300℃まで下げてGaAsバッファ層102の表面にZn分子線
を照射することにより、GaAs表面をZn終端する。例え
ば、加熱蒸発源からの分子線強度は1×10^-6Torr、照射
時間は30秒間とする。表面再構成構造は、GaAsのAs安定
化面を示す(2×4)構造からZn終端されたことを示す(1×
4)構造に変化することが、高速電子線回折により確認さ
れる。

【０１２３】Zn終端されたn型GaAsバッファ層102を形成
した基板101を基板移送室303を経てII-VI族半導体成長
室304に搬送し、ここで、n型GaAsバッファ層102上に順
次、n型ZnSeバッファ層103、n型ZnSSeバッファ層104、n
型ZnMgSSeクラッド層105、n型ZnMgSSe光ガイド層106、Z
nMgSSe量子井戸活性層107、p型ZnMgSSe光ガイド層108、
p型ZnMgSSeクラッド層109、p型ZnSSeクラッド層110、p
型ZnSeキャップ層111、p型ZnTe/ZnSe疑似傾斜層112、及
びp型ZnTeコンタクト層113を積層する。n型不純物原料
としては、例えばZnCl₂を、p型不純物原料としては、例
えば高周波プラズマ放電により生成された活性N₂を用い
る。結晶成長中の基板温度は、例えば290℃、ZnMgSSeク
ラッド層の成長速度は、例えば0.7μｍ/hとする。

【０１２４】本実施形態の半導体レーザ８０のレーザ構
造では、量子井戸層、光ガイド層、及びクラッド層のそ
れぞれに、異なる組成のZnMgSSeを用いている。このた
め、各層を均一な組成の混晶で形成しようとすると、構
成元素の分子線強度及びその強度比を、各層を成長する
毎に正確に制御する必要がある。一般には、加熱蒸発源
の温度を制御することにより、或いはバルブ機構の付随
する加熱蒸発源ではバルブの開閉度を制御することによ
り、分子線強度及びその強度比が制御される。

【０１２５】これに対して、各層を2元化合物同士や4元
混晶を組み合わせた超格子で構成すれば、複雑な分子線
強度の制御は単純化され、加熱蒸発源のシャッタの開閉
のみで容易に本実施形態のレーザ構造を製造することが
できる。

【０１２６】例えば、ZnSe及びMgの加熱蒸発源の温度
を、Mg混晶比0.4、S混晶比0.5の組成を有するZnMgSSeク
ラッド層を成長するために必要な温度に固定し、ZnS加
熱蒸発源の温度を、S混晶比0.06の組成を有するZnSSeク
ラッド層を成長するために必要な温度とMg混晶比0.4、S
混晶比0.5の組成を有するZnMgSSeクラッド層を成長する
ために必要な温度との間で、切り替えて制御すればよ
い。

【０１２７】さらに、ZnS加熱蒸発源を2つ設ければ、全
ての加熱蒸発源の温度を固定できる。或いは、バルブ機
構の付随するZnS加熱蒸発源を用いれば、それぞれのバ
ルブ開閉度の切り替えを制御することによって、上記2
つの組成を成長するために必要な分子線強度が得られ
る。これらの場合には、瞬時にZnS分子線強度を変化さ
せられるので、成長を中断することなく成長プロセスを
連続的に行えるという利点を有する。

【０１２８】上述の方法を用いるときの本実施形態のレ
ーザ構造は、例えば以下のようになる。

【０１２９】ZnSSeクラッド層及びZnMgSSeクラッド層
は、それぞれ、S混晶比0.06の組成を有する均一な組成
の混晶、及びMg混晶比0.4、S混晶比0.5の組成を有する
均一な組成の混晶で、構成する。ZnMgSSe光ガイド層
は、例えば厚さ1.1nmのZnSeと厚さ3.4nmのZn_0.6Mg_0.4S
_0.5Se_0.5とからなる超格子を、23周期積層して構成す
る。また、ZnMgSSe量子井戸層は、例えば3分子層のZnSe
と1分子層のZnSと3分子層のZnSeと1分子層のMgSeとから
なる短周期超格子（周期約2nm）を、2周期積層して構成
する。また、ZnMgSSe障壁層は、例えば1分子層のZnSeと
3分子層のZn_0.6Mg_0.4S_0.5Se_0.5とからなる短周期超格子
（周期約1nm）を、6周期積層して構成する。このような
構造とすることにより、図１３に示したn型ZnMgSSeクラ
ッド層105からp型ZnMgSSeクラッド層109までは、少なく
とも成長を中断せずに、加熱蒸発源のシャッタ開閉制御
のみで容易に形成することができる。

【０１３０】以上のエピタキシャル成長で得られたレー
ザ構造を有するウェハを、図１３や図１４（ａ）に示し
た分布反射型半導体レーザ８０に加工する。

【０１３１】まず、ウェハ全面に例えばPdとAuとを順次
真空蒸着してp型電極114とした後、p型ZnMgSSeクラッド
層109の途中までエッチングして、例えば幅4μｍ、長さ
600μｍのメサストライプを形成する。

【０１３２】エッチングには、ウェットエッチングを用
いてもドライエッチングを用いてもよい。ウェットエッ
チングでは、例えばヨウ化カリウム水溶液でp型電極114
をエッチングした後、重クロム酸カリウム飽和水溶液と
濃硫酸が容積比３：２で混合されたエッチング液で、II
-VI族化合物半導体層をエッチングすることができる。
また、ドライエッチングでは、Arイオンミリング、BCl₃
による反応性イオンエッチング等を用いることができ
る。

【０１３３】次に、メサストライプ領域（図１４（ａ）
の活性領域201に相当）の片側に隣接して、例えば長さ4
00μｍの分布反射器領域202を、p型ZnMgSSe光ガイド層1
08の直上のp型ZnMgSSeクラッド層109に形成する。図１
４（ｂ）は、図１４（ａ）のレーザ構造を上からみた平
面図であり、クラッド層１０９が露出されている状態を
示している。その後に、図１４（ｃ）に示すように、レ
ーザ干渉露光法で形成したレジストマスクでp型ZnMgSSe
クラッド層109をウェットエッチングすることによっ
て、クラッド層１０９上に回折格子を形成する。回折格
子は、例えば2次の回折を用いて、周期185nmとする。或
いは、3次の回折を用いて、周期277nmとしてもよい。回
折格子は、少なくとも領域２０２に形成できればよいの
で、ここでは、ｐ型電極１１４を含むストライプ以外の
クラッド層１０９の全面に形成している。

【０１３４】エッチングには、前述したクロム混酸以外
に飽和臭素水やブロムメタノール液等の臭素系を用いる
こともできる。

【０１３５】図１４（ｄ−１）は、図１４（ｂ）に示す
線Ｘ−Ｘ’に沿った断面図であり、図１４（ｄ−２）
は、図１４（ｂ）に示す線Ｙ−Ｙ’に沿った断面図であ
る。それぞれ、クラッド層１０９上に回折格子が形成さ
れた状態における共振器方向に対して垂直な方向の構成
を示す。

【０１３６】さらに、同じく線Ｘ−Ｘ’或いは線Ｙ−
Ｙ’に沿った断面図である図１４（ｅ−１）及び図１４
（ｅ−２）に示すように、ストライプ状のp型電極114上
にレジストマスクを形成した後、電流狭窄層115として
例えばZnO層115、及び電流狭窄層115を覆う電極116とし
て例えばAu電極116を、連続的に真空蒸着する。電流狭
窄層115の厚さは、メサ高さとほぼ一致させるように選
び、メサストライプを埋め込むようにする。その後に、
リフトオフによってp型電極114を露出させる。なお、電
流狭窄層115には、ZnO以外にもZnOSやZnMgSSeを用いる
ことができ、屈折率を最適に制御することで、活性領域
201と分布反射器領域202との高効率導波路結合を実現で
きる。

【０１３７】p型電極114及び電極116の上には必要に応
じて、レーザ素子を実装するための電極を形成してもよ
い。また、n型GaAs基板101の裏面には、例えばNi、Ge及
びAuを真空蒸着して、n型電極117とする。

【０１３８】その後にウェハを劈開し、分布反射器のな
い出射側端面には適当な反射率を持つ反射膜203を、真
空蒸着やスパッタリングにより形成する。反射膜203
は、400nm程度の短波長域でも吸収のない誘電体、例え
ば酸化珪素、酸化チタン等を用いたl/4波長多層膜によ
り構成される。反射率は、50〜70％程度が好ましい。こ
れは、半導体レーザに対して戻り光誘起雑音を低減し、
且つ低消費電力で30mW程度の光出力を得るためである。
このような反射率は、レーザ素子端面に、例えば厚さl/
4波長の酸化珪素膜と厚さl/4波長の酸化チタン膜とを1
層ずつ形成することにより、得られる。

【０１３９】一方、回折格子側の端面には、複合共振器
モードを抑制するために、低反射膜或いは吸収膜204を
形成する。低反射膜は、酸化珪素、酸化アルミニウム、
酸化チタン等の誘電体で構成する。低反射膜の屈折率、
厚さ或いは積層構造を制御することにより、実質的に反
射率を0％とすることができる。また、吸収膜は、ZnS
e、Si等の導波路層のバンドギャップより十分小さいバ
ンドギャップを有する適当な厚さの半導体膜で構成す
る。分布反射器領域202の反射率は99％を越えるが、こ
こを透過した光が吸収膜で十分に減衰して実質的に吸収
されるように、半導体膜の厚さを選ぶ。例えば、厚さ40
0nmのSi膜を、化学的気相蒸着により形成する。

【０１４０】光ピックアップとして実装した本実施形態
のＤＢＲ半導体レーザ８０の動作特性は、周囲温度25℃
において、出力30mW時には、発振波長は427nm、動作電
流は95mA、動作電圧は5.6V、アスペクト比は2.4、非点
隔差は5μｍであり、また出力5mW時の相対雑音強度は-1
37dB/Hzである。また、周囲温度−10〜60℃における発
振波長のシフトは、1.5nmである。戻り光５％に対して
も、ノイズ特性が劣化せずに安定に動作する。

【０１４１】次に、上記の半導体レーザ８０を用いて光
ピックアップを構成する。図１６に、その構成の一部を
模式的に示す。

【０１４２】この光ピックアップは、半導体レーザ８０
と、光学系と、光検出系と、を少なくとも備えている。
光学系には、偏光ホログラム５８ａを用いる。より具体
的には、波長427nmのII−VI族半導体レーザ８０から出
射されたレーザ光は、コリメータレンズ５１で平行化さ
れた後、プリズム６３で方向を変えられ、偏光ホログラ
ム５８ａ及び４分の１波長板５９を通過し、フォーカス
レンズ５２で集光されて、光ディスク媒体（不図示）に
形成されたピットに照射される。光ディスク媒体からの
信号光は、フォーカスレンズ５２で平行化され、４分の
１波長板５９で往路に対して９０度偏光方向を変化され
る。この後に、信号光は、偏光ホログラム５８ａを通過
し、プリズム６３で方向を変えられて、光検出器５７上
に集光される。

【０１４３】レーザ光の一部は、プリズム６３で分離さ
れて出力モニター用検出器６４に入り、半導体レーザ８
０のパワー制御を行う。また、偏光ホログラム５８ａ、
フォーカスレンズ５２等は、可動ユニット６２で駆動さ
れている。

【０１４４】光ディスク媒体に形成されたピットは、長
さ0.28μｍでトラックピッチは0.50μｍである。本願発
明者らによる実験では、ＨＤＴＶにおいてノイズのない
美しい画像が良好に再生された。

【０１４５】以上より、本実施形態のII-VI族半導体レ
ーザ８０を用いても、波長変動が小さく且つ低雑音の高
密度光記録再生用光ピックアップが実現される。また、
ＲＦ重畳も、戻り光対策として有効である。

【０１４６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光ピッ
クアップによれば、従来に比べて高密度のピットを記録
再生できて、高密度光ディスクが実現される。その際
に、光源として波長ロックされた半導体レーザ（例えば
ＤＢＲレーザ）を用いることで、低ノイズ化が図られ
る。

【０１４７】また、高出力半導体レーザによって光記録
を行う際に、波長ロックによって、記録時から再生時へ
の切り替え時における発振波長の変化は小さく、レンズ
材料の光学特性（屈折率）の波長依存性に起因する問題
点が生じない。このため、使用し得るレンズ材料の制限
はない。また、発振波長がロックされることから、回折
型レンズ等も用いることができる。

【０１４８】さらに、出射部にテーパ部分を形成してビ
ームアスペクト比を１に近づけることで、実質的な伝達
効率が大幅に向上される。これにより、半導体レーザの
出力は低く抑えることが可能になって、半導体レーザの
寿命が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】光源の発振波長と記録密度の関係を示す図であ
る。

【図２】光源である半導体レーザの発振波長とＲＩＮレ
ベルとの関係を示す図である。

【図３】記録時と再生時とで光源の波長が２ｎｍ変化し
たことに伴って発生する焦点位置の変化量を、光源波長
に対して描いた図である。

【図４】本発明の第１の実施形態の光ピックアップ及び
光ディスク装置の構成を模式的に示す図である。

【図５】本発明の第１の実施形態に用いられるＧａＮ系
半導体レーザの構成を示す断面図である。

【図６】本発明の第１の実施形態に用いられるＧａＮ系
半導体レーザの構成を示す断面図である。

【図７】本発明の第１の実施形態に用いられるＧａＮ系
半導体レーザの構成を示す図である。

【図８】（ａ−１）〜（ｆ−１）及び（ａ−２）〜（ｆ
−２）は、本発明の第１の実施形態に用いられるＧａＮ
半導体レーザの製造工程を模式的に示す図である。

【図９】本発明の第１の実施形態に用いられるＧａＮ半
導体レーザの他の構成を模式的に示す断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１
の実施形態に用いられるＧａＮ半導体レーザの特性を示
す図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態に用いられるＧａＮ
半導体レーザの構成を模式的に示す断面図である。

【図１２】本発明の第４の実施形態の光ピックアップ及
び光ディスク装置の構成を模式的に示す図である。

【図１３】本発明の第５の実施形態に用いられるII−VI
族系化合物半導体レーザの構成を示す断面図である。

【図１４】（ａ）は、本発明の第５の実施形態に用いら
れるII−VI族系化合物半導体レーザの構成を示す断面図
であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ−１）、（ｄ−２）、
（ｅ−１）、及び（ｅ−２）は、それぞれ、本発明の第
５の実施形態に用いられるII−VI族系化合物半導体レー
ザの構成及び製造工程を模式的に示す図である。

【図１５】図１３に示す半導体レーザの製造に用いられ
得る分子線エピタキシー装置の構成を模式的に示す図で
ある。

【図１６】本発明の第５の実施形態の光ピックアップの
構成を模式的に示す図である。

【符号の説明】

50、60、70、80 半導体レーザ 100、200 光ディスク装置１基板２ｎ−ＧａＮ層３ｎ−ＡｌＧａＮ層４ｎ−ＧａＮ光導波層５ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）層６ｐ−ＧａＮ光導波層７ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８ｐ−ＧａＮ層９ｐ−電極 10 ｎ−電極 13 ＤＢＲ 30 活性層 31 活性部 32 DBR部 33 Siマウント 34 半導体レーザチップ 35 ピエゾ素子 51 コリメータレンズ 52 フォーカスレンズ 53 フォーカスレンズ 55 光ディスク媒体 56 ピット 58 偏光ビームスプリッタ（偏光素子） 61 可変波長板 101 n型GaAs基板 102 n型GaAsバッファ層 103 n型ZnSeバッファ層 104 n型ZnSSeクラッド層 105 n型ZnMgSSeクラッド層 106 n型ZnMgSSe光ガイド層 107 ZnMgSSe量子井戸活性層 108 p型ZnMgSSe光ガイド層 109 p型ZnMgSSeクラッド層 110 p型ZnSSeクラッド層 111 p型ZnSeキャップ層 112 p型ZnTe/ZnSe疑似傾斜層 113 p型ZnTeコンタクト層 114 p型電極 115 電流狭窄層 116 電極 117 n型電極 201 活性領域 202 分布反射器領域 203 反射膜 204 低反射膜或いは吸収膜 301 ロードロック室 302 III-V族半導体成長室 303 基板移送室 304 II-VI族半導体成長室 305 基板保持加熱機構 306 加熱蒸発源 307 N₂ラジカル源Ｐレーザ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者粂雅博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発振波長が４３５ｎｍ以下であるレーザ
光源と、該レーザ光源から出射される光に所定の光路を与える光
学系と、該光学系からの光を検出する光検出器と、を備え、該レーザ光源は光フィードバックにより波長ロックされ
ている、光ピックアップ。
【請求項２】前記レーザ光源がＧａＮ系半導体レーザ
である、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項３】前記レーザ光源は、グレーティング構造
により光フィードバックされている、請求項１に記載の
光ピックアップ。
【請求項４】前記レーザ光源はＤＢＲ構造を有する半
導体レーザであり、前記光フィードバックは該ＤＢＲ構
造によって実現される、請求項１に記載の光ピックアッ
プ。
【請求項５】前記ＤＢＲ構造は、前記半導体レーザの
光出射部とは反対側の端面近傍に形成されている、請求
項４に記載の光ピックアップ。
【請求項６】前記半導体レーザの光出射部とは反対側
の端面に、レーザ光に対する吸収部材が形成されてい
る、請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項７】前記レーザ光源の光出射側にテーパ状の
ビーム整形部が形成されている、請求項１に記載の光ピ
ックアップ。
【請求項８】前記レーザ光源はＲＦ重畳により動作さ
れている、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項９】レーザ光源と、該レーザ光源から出射される光に所定の光路を与える光
学系と、該光学系からの光を検出する光検出器と、該光検出器への入射光の光量を制御する制御部材と、を
備える、光ピックアップ。
【請求項１０】前記制御部材は、前記光検出器への前
記入射光の偏光方向を制御することにより該入射光の光
量を制御する、請求項９に記載の光ピックアップ。
【請求項１１】前記制御部材は、前記レーザ光源から
出射されるレーザ光の偏光方向を変え、それによって前
記光検出器への前記入射光の偏光方向を制御する部材で
ある、請求項１０に記載の光ピックアップ。
【請求項１２】前記レーザ光源が半導体レーザであ
り、前記制御部材は、該半導体レーザに圧力を印加して該半
導体レーザから出射されるレーザ光の偏光方向を変える
部材である、請求項１１に記載の光ピックアップ。
【請求項１３】前記制御部材は、前記光学系に含まれ
る偏光素子とフォーカスレンズとの間に配置された可変
波長板である、請求項１０に記載の光ピックアップ。
【請求項１４】前記光検出器への前記入射光は、光デ
ィスク媒体からの信号光である、請求項９に記載の光ピ
ックアップ。
【請求項１５】発振波長が４３５ｎｍ以下であるレー
ザ光源と、該レーザ光源から出射される光に所定の光路を与える光
学系と、該光学系からの光を検出する光検出器と、長さ０．３μｍ以下のピットを有する光ディスク媒体
と、を備え、該レーザ光源は光フィードバックにより波長ロックされ
ている、光ディスク装置。
【請求項１６】前記レーザ光源がＧａＮ系半導体レー
ザである、請求項１５に記載の光ディスク装置。
【請求項１７】前記レーザ光源は、グレーティング構
造により光フィードバックされている、請求項１５に記
載の光ディスク装置。
【請求項１８】前記レーザ光源はＤＢＲ構造を有する
半導体レーザであり、前記光フィードバックは該ＤＢＲ
構造によって実現される、請求項１５に記載の光ディス
ク装置。
【請求項１９】前記ＤＢＲ構造は、前記半導体レーザ
の光出射部とは反対側の端面近傍に形成されている、請
求項１８に記載の光ディスク装置。
【請求項２０】前記半導体レーザの光出射部とは反対
側の端面に、レーザ光に対する吸収部材が形成されてい
る、請求項１８に記載の光ディスク装置。
【請求項２１】前記レーザ光源の光出射側にテーパ状
のビーム整形部が形成されている、請求項１５に記載の
光ディスク装置。
【請求項２２】前記レーザ光源はＲＦ重畳により動作
されている、請求項１５に記載の光ディスク装置。
【請求項２３】前記レーザ光源は、−１３５ｄＢ／Ｈ
ｚ以下の相対雑音強度（ＲＩＮ）レベルを有する半導体
レーザである、請求項１５に記載の光ディスク装置。
【請求項２４】前記レーザ光源から出射される前記光
を用いて、前記光ディスク媒体への光記録を行う、請求
項１５に記載の光ディスク装置。
【請求項２５】レーザ光源と、該レーザ光源から出射される光に所定の光路を与える光
学系と、該光学系からの光を検出する光検出器と、長さ０．３μｍ以下のピットを有する光ディスク媒体
と、該光ディスク媒体から該光検出器へ入射する信号光の光
量を制御する制御部材と、を備える、光ディスク装置。
【請求項２６】前記制御部材は、前記信号光の偏光方
向を制御することにより該信号光の光量を制御する、請
求項２５に記載の光ディスク装置。
【請求項２７】前記制御部材は、前記レーザ光源から
出射されるレーザ光の偏光方向を変え、それによって前
記信号光の偏光方向を制御する部材である、請求項２６
に記載の光ディスク装置。
【請求項２８】前記レーザ光源が半導体レーザであ
り、前記制御部材は、該半導体レーザに圧力を印加して該半
導体レーザから出射されるレーザ光の偏光方向を変える
部材である、請求項２６に記載の光ディスク装置。
【請求項２９】前記制御部材は、前記光学系に含まれ
る偏光素子とフォーカスレンズとの間に配置された可変
波長板である、請求項２６に記載の光ディスク装置。