JPH11204876A

JPH11204876A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH11204876A
Application number: JP265198A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyasu Yoshihara; 由容吉原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光の出射対象である記録媒体に対する情
報の書き込みと読み取りの双方に適合した横方向発散角
を得る。【解決手段】半導体基板２上に第１のクラッド層４、活
性層６、第２のクラッド層８を順に積層させてなる光導
波路を有し、動作電流Ｉopの流入経路を制限する電流狭
窄層１０を第２のクラッド層側に設け、かつ動作電流Ｉ
opの分布に対応した光導波路部分に活性層６と平行な面
内で屈折率差Δｎ0 を設ける。動作電流値を変えたとき
に生じる出射光の活性層６に平行な面内での発散角θ//
の変化が当該発光素子１の出射対象である記録媒体の書
き込みと読み出しの双方に適合した範囲を含むように、
屈折率差Δｎ0 の値が設定されている。この発散角θ//
は、好ましくは、動作電流Ｉopを徐々に増大させたとき
に、最初に読み出し時に最適な値をとり、次に書き込み
時に最適な値をとるように減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、活性層を２つのク
ラッド層で挟んだ光導波構造を有し、当該光導波構造の
横方向に屈折率分布をもたせることによって光を閉じ込
める屈折率導波型半導体レーザ等の半導体発光素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】屈折率導波型の半導体レーザ素子は、一
般に、ｎ型半導体基板上にｎ型クラッド層，活性層，ｐ
型クラッド層を積層させてダブルヘテロ構造の光導波路
を形成し、ｐ型クラッド層内又は上方に横モードを制御
するストライプ構造（ストライプ形電流狭窄層）を設け
ることによって利得領域を中央に局在させた構成を有す
る。この中央に局在する利得領域を中心とした領域が、
ｐ型クラッド層および電流狭窄層等の厚さや位置関係に
よって活性層の厚み方向のみならず平行面内においても
屈折率が高い領域となっている。そして、この利得領域
上方に設けたｐメタル層（アノード電極）から、基板裏
面側に設けたｎメタル層（カソード電極）に動作電流を
流して、利得領域内の活性層を中心にレーザ光を励起さ
せて当該高利得領域に閉じ込めて発振させ、一方端面か
ら誘導放出させる。

【０００３】一方、繰り返し書き込み可能な（録再用）
光ディスク装置に用いられる高出力半導体レーザ素子
は、通常、光学ピックアップ内に搭載された状態で用い
られる。書き込み時に、半導体レーザ素子からのレーザ
光を回折限界に絞ってパワー密度を高めた後に光ディス
クに照射し、これにより光ディスク面の磁性又は光学的
性質を変化させてピット列を形成してデータを記録す
る。また、再生時には、レーザ光のパワー密度を記録時
より充分に小さくして光ディスクに変化を与えないよう
にし、かつ回折限界に絞ってディスク上のピット列に照
射し、ディスクにおいて反射又は透過した光をフォトダ
イオード等で受光し、光電変換して記録信号を読み取
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来の録再用光デ
ィスク装置に用いられる半導体レーザ素子は、そのビー
ム形状がガウシアン分布に近い形をしており、ディスク
上のピット列として記録された信号を読み取る際、ビー
ムの絞り易さと読み取り時のＳ／Ｎ比向上の両面からビ
ーム形状の中心付近を使用するのが望ましい。そのた
め、読み取り時に半導体レーザ素子から出射される発光
ビームは、その発散角がなるべく広いものがよい。一
方、書き込み時には、半導体レーザ素子はディスク面の
磁性膜（或いは光学膜）をある一定温度以上に昇温する
熱源として用いられる。このため一定のパワー密度でデ
ィスク面に照射する必要があり、このとき、素子出射光
量に対する光学レンズ等の光学系への入射光量比（カッ
プリング効率）が問題となる。カップリング効率が悪い
と、レーザ素子に流す動作電流を増大して発光素子とし
ての出力をより大きくしなければならず好ましくない。
したがって、高いカップリング効率が求められるが、そ
のためには半導体レーザの発光ビームの横方向発散角を
なるべく小さくして、レーザ光を効率よく光学レンズに
入射させることが重要である。

【０００５】通常、光学ピックアップ内に搭載された半
導体レーザ素子は、光学レンズ等との相対位置が固定さ
れているため、両者の距離を調整して、読み取り時には
カップリング効率を落とし書き込み時には上げるような
調整はできない。したがって、従来の半導体レーザ素子
では、その横方向発散角が書き込み時と読み取り時の双
方に最適値が存在することとなるが、両者を兼ね備える
ことができないため、一般には、レーザの横方向発散角
は、読み取り性能を満足する値で設計し、書き込み時の
入力パワー上げてディスク面上での必要なパワー密度を
得る使われ方がされていた。

【０００６】とくに高出力パワーレーザ素子では、放熱
設計に多くの労力と工夫が費やされていることからも明
らかなように、信頼性（寿命）が入力パワーに大きく依
存する。また、ピックアップ自体の消費電力低減の面か
らも、このような無駄な入力パワーの増大は出来るだけ
避けなけれならないが、従来の半導体レーザ素子では、
かかる無駄な入力パワーの増大を余儀なくされていると
いった不利益があった。

【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、レーザ光の出射対象である記録媒体に対する情報の
書き込みと読み取りの双方に適合した横方向発散角が得
られる半導体レーザ素子を新たに提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上記目的を達成するために、本発明の半導
体発光素子は、半導体基板上に直接に又はバッファ層を
介して、第１のクラッド層、活性層、第２のクラッド層
を順に積層させてなる光導波路を有し、上記第２のクラ
ッド層に流れ込む動作電流の流入経路を制限する電流狭
窄層を第２のクラッド層側に設け、かつ当該動作電流の
分布に対応した前記光導波路部分に上記活性層と平行な
面内で屈折率差を設けることによって、動作電流により
励起した光を前記光導波路部分の活性層を中心に閉じ込
め、発振後に出射する半導体発光素子であって、前記動
作電流値を変えたときに生じる出射光の活性層に平行な
面内での発散角変化が当該発光素子の出射対象である記
録媒体の書き込みと読み出しの双方に適合した範囲を含
むように、前記屈折率差の値が設定されている。この発
散角は、好ましくは、前記動作電流を徐々に増大させた
ときに、最初に読み出し時に最適な値をとり、次に書き
込み時に最適な値をとるように減少する。

【０００９】好適に、前記屈折率差の値は、前記電流狭
窄層と前記第２のクラッド層との屈折率差、前記電流狭
窄層から前記活性層までの距離を含むパラメータ群から
選択される単一又は複数のパラメータを調整することで
設定されている。この場合、好ましくは、前記電流狭窄
層および前記第２のクラッド層は、それぞれ３族と５族
の元素による化合物で、かつ互いに導電型が異なる半導
体材料から構成され、当該電流狭窄層の混晶比が、前記
屈折率差の値を決めるパラメータとして前記第２のクラ
ッド層における混晶比と異なる値に設定されている。ま
た、他の好適な屈折率差の設定例として、前記電流狭窄
層によって制限された前記電流流入経路に、前記光導波
路部分に屈折率差をつける屈折率設定層を更に有し、前
記屈折率差の値は、上記屈折率設定層の厚み、屈折率設
定層と前記第２のクラッド層との屈折率差、屈折率設定
層から前記活性層までの距離を含むパラメータ群から選
択される単一又は複数のパラメータを調整することで設
定されている。この場合、好ましくは、前記屈折率設定
層および前記第２のクラッド層は、それぞれ３族と５族
の元素による化合物で、かつ互いに導電型が同じ半導体
材料から構成され、当該屈折率設定層の混晶比が、前記
屈折率差の値を決めるパラメータとして前記第２のクラ
ッド層における混晶比と異なる値に設定されている。

【００１０】このような構成の半導体発光素子では、そ
の発光部分における活性層に平行は面内での（即ち、い
わゆる横方向の）屈折率差が所定値に設定され、これに
より動作電流値を変えたときに生じる出射光の活性層に
平行な面内での発散角が当該発光素子の出射対象である
記録媒体の書き込みと読み出しの双方に適合した範囲を
含むように変化する。また、出射光の横方向の発散角
が、比較的に小さな読み出し時の電流値では読み出しに
最適な値、即ち発散角が大きくなり、比較的に大きな書
き込み時の電流値では書き込みに最適な値、即ち発散角
が小さくなるように変化する。したがって、このような
半導体発光素子を光ディスク録再用の光学ピックアップ
に搭載した場合等にあっては、とくに大きな動作電流を
必要とする書き込み時で、発散角が最適化されて他の光
学部品とのカップリング効率がよい。このため、ディス
ク面上での所定のパワー密度を得るために、従来のよう
に半導体発光素子の出力を更に上げる必要がなく、書き
込み時の出射光の利用効率がよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、ディスク等の記録媒体の書
き込み時と読み取り時で最適値を有する発散角の定義等
をした後、本発明に係る半導体発光素子の実施形態を、
図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１２】図７は、半導体レーザ素子を例えば光学ピ
ックアップに実装したときの様子を示す図である。図７
において、符号１は半導体レーザ素子、１００は光（磁
気）ディスク等の記録媒体、１０２と１０４はピックア
ップ内の光学系のうちコリメタリーレンズと対物レンズ
をそれぞれ示す。半導体レーザ素子１から出射されたレ
ーザ光は、コリメタリーレンズ１０２に入射され、図示
せぬビームスプリッタ等を透過し、対物レンズ１０４で
収束されて記録媒体１００の記録面１００ａ上に集光さ
れる。

【００１３】一般に、光ディスク録再用の光学ピックア
ップにおいて、ディスク等に記録された情報の読み取り
性能は、光源及び光学部品の性能のほか、その光源と光
学部品のカップリング効率で決まり、このカップリング
効率は、光源のビーム形状（半導体レーザの場合、出射
レーザ光のＦＦＰ(Far Field Pattern) ）のどの部分を
使用するかを決めるフィル条件に依存する。フィル条件
とは、図８に示すように、光源のビームの蹴られ量Ｗに
対する光学部品の開口径Ａ（図７では、コリメタリーレ
ンズ１０２のアパチャー径）の比、即ちＡ／Ｗ(Apertur
／beam Waist) をいう。ビーム形状がガウシアン分布で
あると仮定すると、このビームの蹴られ量Ｗはビーム径
Ｂにほぼ比例する。ビーム径Ｂは、図８（ａ）に示すよ
うに、ビーム最大光量の１／ｅ²（ｅ：自然対数）にお
けるビームの大きさで定義される。Ａ／Ｗが大きいと光
源からの出射ビームの殆どが光学部品に入射されたこと
を意味しカップリング効率が高く、Ａ／Ｗが小さいとカ
ップリング効率が悪い。

【００１４】ディスク情報の読み取りにおいては、Ａ／
Ｗが小さすぎると出射ビームが光学部品で蹴られる量が
多くなり、このためディスク上で収束ビームの周りにサ
イドリングが立ち、これが反射して図示せぬ受光素子に
入るので、読み取ろうとする記録信号が隣の信号とクロ
ストークを起こしやすくなりＳ／Ｎが悪くなる。一方、
Ａ／Ｗが余り大きすぎると、ディスク上でビームが絞り
難くなって、却って信号は読み取りずらくなる。すなわ
ち、読み取り性能を上げるには、Ａ／Ｗが適度な値にな
るのが望ましい。

【００１５】図７には、半導体レーザ素子１からの出射
レーザ光のパラレル方向（後述する活性層に平行な方
向）の出射レーザ光の発散角θ//が広い場合と、狭い場
合が図示されている。また、図９には、発散角θ//が広
い場合と狭い場合のＦＦＰを図示している。一般に、半
導体レーザ素子の出射レーザ光のパラレル方向発散角θ
//は、その垂直方向の発散角より小さいため、上記Ａ／
Ｗは大きくなる。したがって、読み取り時には、図９
（ａ）に示すように、ビームの発散角を大きくしてブロ
ードなＦＦＰが得られるようにして、光学系との関係で
は図７中の符号ＬＢ(R) で示すように配置して、ビーム
の中央部分のみ光学部品（この場合、コリメタリーレン
ズ１０２）に入射させ、あとのビームの周辺部分はレン
ズ１０２によって蹴られるようにするのが望ましい。こ
れによって、同じ焦点距離のレンズを用いた場合、Ａ／
Ｗを適度な値にするにはパラレル方向の発散角θ//が広
いビーム形状の半導体レーザ素子を用いたほうが、読み
取り性能が向上する。

【００１６】つぎに書き込みについて、一般に、光ディ
スク用の光学ピックアップに搭載される半導体レーザ素
子は、光ディスクに情報を書き込む際の熱源として用い
られる。例えば、光磁気ディスク（ＭＯ）では記録面の
磁性体膜に熱を加えキューリ温度以上にすることによ
り、その部分の磁極を反転させ書き込み信号に応じた所
望の反転磁極パターンを形成する。また、相変化の場合
は、熱の加えかたにより記録面の所定層を単結晶にした
りアモルファス化したりする。したがって、書き込み時
は、カップリング効率を上げて半導体レーザからの光を
レンズ等でロスすることなくして、記録面に集光された
ビームスポットのパワー密度を上げるほうが、低消費電
力化、光の利用効率の面から望ましい。とくに、半導体
レーザは、信頼性（寿命）が入出力パワーロスに大きく
依存し、また、このパワーロスが必要以上に大きいと放
熱設計等の自由度及びコスト面でも影響が大きいことか
ら、なるべく大パワー化を避けたい要請が強い。以上よ
り、書き込み時では、図９（ｂ）のように出射光の集中
性をよくして、図７中の符号ＬＢw で示すように、レン
ズ１０２の径の仰角より小さなパラレル方向発散角θ//
(W) とした半導体レーザ素子を用いる必要がある。

【００１７】光ディスク録再用光学ピックアップ等で
は、省スペース、小型化が求められているので、一般
に、光学部品が読み取り時と書き込み時で共通化され、
また半導体レーザ素子は光学部品の比較的近くに固定し
て用いられる。したがって、この半導体レーザ素子は、
読み取り時と書き込み時でパラレル方向発散角θ//を変
更できることの要請が強い。本発明の半導体レーザ素子
は、以上述べてきた用途に好適でパラレル方向発散角θ
//を変更できる特徴を有する。

【００１８】図１は、本発明の実施形態に係る半導体レ
ーザ素子の構造例を示す発光端面から見た断面構造図で
ある。図１において、符号１は半導体レーザ素子、２は
ｎ−ＧａＡｓ等のｎ型半導体基板、４はｎ−Ａｌ_0.47Ｇ
ａＡｓ等のｎ型クラッド層（第１のクラッド層）、６は
活性層、８はｐ−Ａｌ_0.47ＧａＡｓ等のｐ型クラッド層
（第２のクラッド層）、１０はｎ−ＧａＡｓ等の電流狭
窄層、１０ａは電流狭窄層の開口部、１２はアノード電
極層（ｐメタル層）、１４はカソード電極層（ｎメタル
層）を示す。

【００１９】図１に例示する半導体レーザ素子１におい
て、ｎ型半導体基板２上には、ｎ型の第１のクラッド層
４，活性層６及びｐ型の第２のクラッド層８が順に積層
され、これにより活性層６の厚み方向（垂直方向）に光
を閉じ込める光導波路が形成されている。第２のクラッ
ド層８の表面側には、半導体レーザ素子１のほぼ中央に
開口部１０ａを有する電流狭窄層１０が埋め込まれてい
る。電流狭窄層１０は、特に図示しないが、図１の紙面
に垂直な方向に長いストライプ形状を有する。電流狭窄
層１０の表面にｐメタル層１２が設けられ、また半導体
基板２の裏面にｎメタル層１４が設けられている。これ
らの電極層１２，１４は、ＧａＡｓにオーミック接触可
能な金属、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜等から
なる。このような構成の半導体レーザ素子１では、全体
では活性層６付近にｐｎ接合が形成されたダイオードで
あり、ｎメタル層１４を基準にｐメタル層１２に正電圧
を印加すると、あるしきい値を境に動作電流が流れ始め
る。電流狭窄層１０は、この動作電流を半導体レーザ素
子１の中央付近に集めるための電流ブロック層として機
能し、ブロックした電流を開口部１０ａから流すことで
電流を中央部に局在分布させる。

【００２０】以上述べてきた半導体レーザ素子１の断面
構成は、従来と基本的に変わらないが、本実施形態の半
導体レーザ素子１は、活性層６に平行な面内の屈折率差
の設定値が従来と異なり、これによって動作電流に応じ
て屈折率差が敏感に変化するという特徴がある。図２
は、活性層６を中心とした光導波路において、活性層６
と平行な面内での屈折率分布を示す図である。図２
（ａ）は動作電流が比較的に大きなときの屈折率分布、
図２（ｃ）は動作電流が小さなときの屈折率分布、図２
（ｂ）は動作電流が中間値をとるときの屈折率分布を示
す。

【００２１】図２に示すように、活性層６と平行な面内
での屈折率分布において、ｐメタル層１２の印加電圧を
上げて、初期の屈折率差Δｎ0 の状態から電流を注入す
る量を増やすと、いわゆるプラズマ効果により注入電流
の増加にともなって屈折率差が初期値から低下する。動
作電流Ｉopが小さい初期の段階では屈折率差による光閉
じ込め効果は比較的に大きため、レーザ素子から出射さ
れるレーザ光のビームスポット（又は、ＮＦＰ(Near Fi
eld Pattern)）は比較的に小さい。回折の原理によって
小さい発光点から出た光は広がり大きな発光点からの光
は余り広がらないことから、この場合、レーザ素子から
遠く離れた場所では、図２（ｃ）に示すように横方向に
拡がったＦＦＰが得られる。動作電流Ｉopの量を次第に
大きくするにしたがって、屈折率差が低下して光閉じ込
め効果が薄れていくために、出射レーザ光のビームスポ
ット（又は、ＮＦＰ）が横方向に拡がってくる。このた
め、電流注入量が最大の図２（ａ）では、ビームスポッ
ト（又は、ＮＦＰ）は横方向に比較的に大きなものとな
るが、上記回折の原理により、この場合のＦＦＰとし
て、図２（ｃ）の電流注入の初期段階に比べて横方向に
集中性のよい光分布パターンが得られる。

【００２２】このプラズマ効果によって電流注入量とと
ともに大きくなるＦＦＰの横方向の拡大は、動作電流Ｉ
opの増大にともなう利得領域の変化によって、より拡大
する方向に働く。動作電流Ｉopが比較的に小さいとき
は、屈折率差を設けた真ん中の部分（利得領域）だけに
電流が流れて発光し、周囲の吸収領域は光らない。動作
電流Ｉopを大きくすると、全体のゲインが持ち上がるう
え、電流分布が利得領域を越えて両側の吸収領域端部に
延びるため、この両側の吸収領域端部も光だす結果、出
射ビームスポットが横方向に拡がり、動作電流Ｉopが比
較的に小さいときよりも横方向に集中性がよいＦＦＰが
得られる。

【００２３】このような動作電流値に応じてＦＦＰの横
方向拡がり具合、即ち先に記述したパラレル方向発散角
θ//を変化させるために、本実施形態では、動作電流を
流さない初期の横方向の屈折率差（屈折率差の設定値Δ
ｎ0 ）を、従来より小さく設定している。具体的な数値
例を挙げると、従来の半導体レーザ素子における屈折率
差の設定値を例えば４．０×１０^-3以上とすると、本実
施形態の半導体レーザ素子１における屈折率差の設定Δ
ｎ0 は、好ましくは、１．０×１０^-3以上で４．０×１
０^-3未満の範囲内に設定されている。

【００２４】この屈折率差の設定は、図１の断面構造に
おいて、電流狭窄層１０から活性層６までの距離をＹと
すると、その距離のパラメータＹと、電流狭窄層１０と
第２のクラッド層８の材料，厚み等の違いによる屈折率
差とを含む複数のパラメータのうち、単一又は複数のパ
ラメータを調整することにより達成される。たとえば、
第２のクラッド層８と電流狭窄層１０間でＡｌの混晶比
を変えると両者の屈折率差が変化し、これによって活性
層６を中心とした利得領域の等価屈折率差Δｎが変化す
る。この場合、Ａｌの混晶比を大きくした方が屈折率が
小さくなるので、これにより等価屈折率差Δｎを変化さ
せることが可能である。また、電流狭窄層１０を薄くす
る、或いは電流狭窄層１０と第２のクラッド層８との距
離Ｙを大きくすることによっても上記等価屈折率差Δｎ
が変化（この場合、低下）する。

【００２５】図３は、この等価屈折率差を調整するパラ
メータを追加する構成を備え、より屈折率差の設定の自
由度を高めた本実施形態の他の断面構造例を示す。図３
に示す半導体レーザ素子２０は、電流の注入領域、例え
ば電流狭窄層１０の開口部１０ａ内に屈折率設定層２４
が設けられている。先の電流狭窄層１０や第２のクラッ
ド層８は、電流をブロックする或いは光導波路の活性層
６に垂直な屈折率差を設定するものであり、その材料，
サイズ及び位置関係をむやみに変えられないので、この
意味から横方向の屈折率差を変更するパラメータとして
制限がある。本例では、例えばＡｌ_0.3ＧａＡｓ等から
なる屈折率設定層２４を設けることによって、横方向の
屈折率差を設定するパラメータを増やし、その設定の自
由度を拡大している。たとえば、電流狭窄層１０等によ
っては前記等価屈折率差が殆ど得られないときは、この
屈折率設定層２４の厚さ、材料等を適宜選択して周囲よ
り屈折率が高い層とし、これにより前記等価屈折率差の
設定を行う。また、電流狭窄層１０等による前記等価屈
折率差が大きすぎるときは、逆に、この屈折率設定層２
４の屈折率を周囲より低くする。屈折率設定層２４を厚
くする、又はＡｌの混晶比を大きくすると等価屈折率差
Δｎは共に低下する。

【００２６】なお、本例では、半導体基板２と第１のク
ラッド層４との間にバッファ層２２が設けられている
が、この層は省略も可能である。また、電流狭窄層１０
の開口部上方に電流集中のためにｐ⁺高濃度不純物領域
を設けてもよいし、電流狭窄層１０の機能をｐメタル層
１２をパターニングすることにより達成してもよい。こ
の場合、図示のような埋め込み型の電流狭窄層１０は省
略でき、代わりにｐメタル層１２を中央部のみ残された
ストライプ状に形成することによって、中央部に局在し
た電流分布を得る。この場合のストライプ状ｐメタル層
は、本発明における“電流狭窄層”に該当する。

【００２７】他の構成、即ち半導体基板２，第１のクラ
ッド層４，活性層６，第２のクラッド層８，ｎメタル層
１４は、先の図１の構造例と変わらない。ただし、図１
の場合も含め、先の等価屈折率差Δｎ0 が所望の値を得
られるのであれば、各構成の材料に限定はない。

【００２８】つぎに、図１の場合を例に、半導体レーザ
素子の製造方法を簡単に説明する。なお、この説明にお
いて、特に限定しない限り、半導体層の積層方法はＭＯ
ＣＶＤ法、ＭＢＥ法等の各種成膜法による。図４（ａ）
に示すように、ｎ型半導体基板２を用意し、その上に上
記各種成膜法を用いて、第１のクラッド層４、活性層
６、第２のクラッド層８を順に積層させて、活性層と垂
直方向に光を閉じ込める光導波路を形成する。

【００２９】第２のクラッド層８上に、更に電流狭窄層
となる周囲と逆導電型の半導体層（ｎ−ＧａＡｓ）を積
層させ、この半導体層を例えばストライプ状に抜いた形
状にパターンニングする。これにより、図４（ｂ）に示
すように、ほぼ中央に開口部１０ａを有する電流狭窄層
１０が形成される。

【００３０】この電流狭窄層１０の少なくとも開口部１
０ａを埋め込むように、例えば第２のクラッド層８と同
じ材料の層８’を形成し、その上を、図１では省略して
いたが必要に応じて、例えばｐ型のＧａＡｓからなるキ
ャップ層１１で覆う。

【００３１】最後に、図４（ｄ）に示すように、最上部
にｐメタル層１２、基板裏面にｎメタル層１４を、それ
ぞれ蒸着等の成膜法により形成する。その後は、劈開、
端面反射膜の形成等を経て、当該半導体レーザ素子１を
完成させる。

【００３２】図５には、このような方法により実際に製
造した半導体レーザ素子の出射レーザ光の発散角変化の
測定データを、従来の半導体レーザ素子と比較して表に
示す。図５（ａ）は本実施例の半導体レーザ素子、図５
（ｂ）は比較例とした従来の半導体レーザ素子について
である。従来の半導体レーザ素子においては、初期設定
した前記等価屈折率差Δｎ0 は４．×１０^-3の場合で
も、発散角θ//の変化は殆どみられない。これに対し、
この実施例の半導体レーザ素子において、初期設定した
前記等価屈折率差Δｎ0 は１．８×１０^-3であり、入力
パワーを上げていくと、動作電流Ｉopの増加とともにＦ
ＦＰの横方向の拡がり具合を示す活性層に平行な方向の
発散角θ//が、１２度から８．４度までほぼリニアに減
少する特性が得られた。

【００３３】図６は、この実施例の半導体レーザ素子に
おいて、出射レーザ光のＦＦＰを最大光強度で規格化し
たときのパターン図である。図６（ａ）には入力パワー
Ｐinが４ｍＷ前後、発散角θ//が１０．６度でのＦＦ
Ｐ、図６（ｂ）は入力パワーＰinを更に上げて発散角θ
//を７．１度まで低下させたときのＦＦＰをそれぞれ示
す。この図から、実際のＦＦＰにおいて活性層に平行な
方向の発散角θ//を、読み取り時に最適な１０度〜１４
度の範囲から、書き込みに最適な６度〜１０度までの範
囲内に変化できることが確認できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明に係る半導体発光素子では、当該
発光素子の出射光の活性層に平行な方向の発散角を、そ
の出射対象である記録媒体への書き込み時と読み出し時
にそれぞれ最適な値に変更できる。このため、読み取り
時には当該発散角を比較的に広くしてＳ／Ｎよく読み取
りができる。一方、書き込み時には、発散角を比較的に
狭くして必要最小限の光出力ですみ、したがって、光の
利用効率が良く低消費電力であるだけでなく、半導体発
光素子の信頼性（寿命等）が向上する。また、放熱設計
等の自由度が増して素子自体を小型化できるうえ、場合
によっては実装面でヒートシンク等が不要になることか
ら、コスト削減効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構
造例を示す発光端面から見た断面構造図である。

【図２】図１の半導体レーザ素子の活性層を中心とした
光導波路において、活性層と平行な面内での屈折率分布
を示す図である。

【図３】本実施形態の変形例を示す半導体レーザ素子の
断面構造図である。

【図４】図１に示す断面構造の半導体レーザ素子の各製
造過程を示す断面図である。

【図５】本実施形態の半導体レーザ素子の出射レーザ光
の発散角変化の測定データを、従来の半導体レーザ素子
と比較して示す表である。

【図６】図５の測定に用いた半導体レーザ素子におい
て、出射レーザ光のＦＦＰを最大光強度で規格化したと
きのパターン図である。

【図７】半導体レーザ素子を、例えば光学ピックアップ
に実装したときの様子を示す図である。

【図８】ビームの大きさとフィル条件の定義を示す図で
ある。

【図９】パラレル方向の発散角が広い場合と狭い場合の
ＦＦＰを測定により求めたパターン図である。

【符号の説明】

１，２０…半導体レーザ素子（半導体発光素子）、２…
半導体基板、４…第１のクラッド層、６…活性層、８…
第２のクラッド層、１０…電流狭窄層、１０ａ…電流狭
窄層の開口部、１２…ｐメタル層、１４…ｎメタル層、
２２…バッファ層、２４…屈折率設定層、１００…記録
媒体、１００ａ…記録面、１０２…コリメータレンズ、
１０４…対物レンズ、θ//…活性層と平行な方向の発散
角。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に直接に又はバッファ層を介
して、第１のクラッド層、活性層、第２のクラッド層を
順に積層させてなる光導波路を有し、上記第２のクラッ
ド層に流れ込む動作電流の流入経路を前記光導波路上方
の一部に限定する電流狭窄層を第２のクラッド層側に設
け、かつ当該動作電流の分布に対応した前記光導波路部
分に上記活性層と平行な面内で屈折率差を設けることに
よって、動作電流により励起した光を前記光導波路部分
の活性層を中心とした領域に閉じ込め、発振後に出射す
る半導体発光素子であって、前記動作電流値を変えたときに生じる出射光の活性層に
平行な面内での発散角変化が当該発光素子の出射対象で
ある記録媒体の書き込みと読み出しの双方に適合した範
囲を含むように、前記屈折率差の値が設定されている半
導体発光素子。
【請求項２】前記発散角は、前記動作電流を徐々に増大
させたときに、最初に読み出し時に最適な値をとり、次
に書き込み時に最適な値をとるように減少する請求項１
に記載の半導体発光素子。
【請求項３】前記屈折率差の値は、前記電流狭窄層と前
記第２のクラッド層との屈折率差、前記電流狭窄層から
前記活性層までの距離を含むパラメータ群から選択され
る単一又は複数のパラメータを調整することで設定され
ている請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記電流狭窄層によって限定された前記電
流流入経路に、前記光導波路部分に屈折率差をつける或
いは調整する屈折率設定層を更に有し、前記屈折率差の値は、上記屈折率設定層の厚み、屈折率
設定層と前記第２のクラッド層との屈折率差、屈折率設
定層から前記活性層までの距離を含むパラメータ群から
選択される単一又は複数のパラメータを調整することで
設定されている請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項５】前記パラメータ群に、前記電流狭窄層と前
記第２のクラッド層との屈折率差、前記電流狭窄層から
前記活性層までの距離を含む請求項４に記載の半導体発
光素子。
【請求項６】前記電流狭窄層および前記第２のクラッド
層は、それぞれ３族と５族の元素による化合物で、かつ
互いに導電型が異なる半導体材料から構成され、当該電流狭窄層の混晶比が、前記屈折率差の値を決める
パラメータとして前記第２のクラッド層における混晶比
と異なる値に設定されている請求項３に記載の半導体発
光素子。
【請求項７】前記屈折率設定層および前記第２のクラッ
ド層は、それぞれ３族と５族の元素による化合物で、か
つ互いに導電型が同じ半導体材料から構成され、当該屈折率設定層の混晶比が、前記屈折率差の値を決め
るパラメータとして前記第２のクラッド層における混晶
比と異なる値に設定されている請求項４に記載の半導体
発光素子。