KR100278889B1 - 광 픽업 및 그것을 사용한 광 디스크 장치 - Google Patents

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야스오 기타오카
아유무 즈지무라
마사히로 구메
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 광 피드백에 의해 파장 로크된 GaN 반도체 레이저에 의해, 저 노이즈 광 픽업 및 광 디스크 장치를 실현하는 것으로, 파장 로크된 GaN 반도체 레이저(50)로부터 출사된 레이저 광은 콜리메이터 렌즈(51)로 평행화된 후, 편광 빔 분할기(58) 및 4분의1 파장 판(59)을 통과하고, 포커스 렌즈(52)로 집광되어, 광 디스크 매체(55)에 형성된 피트(56)에 조사된다. 광 디스크 매체(55)로부터의 신호 광은 포커스 렌즈(52)로 평행화되어, 4분의1 파장 판(59)에서 왕복로에 대하여 90도 편광 방향이 변화된다. 이것에 의해, 신호 광은 편광 빔 분할기(58)로 반사되어, 포커스 렌즈(53)에 의해 광 검출기(57)에 집광된다.

Description

광 픽업 및 그것을 사용한 광 디스크 장치
본 발명은 코히어런트(coherent)광을 이용하는 광정보 처리 분야의 광 픽업 및 그것을 이용한 광 디스크 장치에 관한 것이다.
광 디스크의 일종인 DVD에서는 적색 반도체 레이저를 이용함으로써, 직경12cm의 디스크 매체에 4.7GB의 용량의 데이터가 기록된다. 이것에 의해, NTSC 포맷으로 2시간 정도의 동작 화상에 상당하는 신호가, 1매의 디스크상에 기록 재생된다. 이러한 DVD 장치의 광원으로서 이용되는 반도체 레이저는 파장 635nm 내지 650nm의 적색 레이저 광을 발생하고, 그 출력은 5mW이다. 또한, 상대잡음 강도(RIN)는 표준으로 -130dB/Hz이고, -126dB/Hz 이하인 DVD의 스펙크를 만족하고 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 적색 반도체 레이저를 사용한 종래의 DVD 장치의 구성에 있어서, 정보량의 증가에 따른 고밀도의 기록 재생을 필요로 하는 고화질 TV의 일종인 HDTV(High Definision TV) 등급의 동작 화상의 재생을 행하면, 이하의 문제가 있다.
즉, 비교적 긴 파장의 적색 반도체 레이저를 광원으로 하면, 1매의 DVD(디스크매체)에 40분 정도의 동작 화상에 상당하는 데이터 외엔 기록할 수 없고, 1매의 디스크로 영화 등의 긴 프로그램을 기록 재생할 수 없다. 또한, 화상의 고화질화에 따라 기록 재생되어야 되는 정보량이 증가하기 때문에, 기록 재생시에 요구되는 전송율이 증대되어, 디스크의 회전수를 대폭 고속화할 필요성이 생긴다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 단파장 레이저를 광원으로 하는 광 픽업 및 광 디스크 장치의 실용화에 있어서, 고밀도의 기록 재생을 고성능으로 행할 수있는 광 픽업 및 그것을 이용한 광 디스크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 광원의 발진 파장과 기록 밀도의 관계를 도시한 도면.
도 2는 광원인 반도체 레이저의 발진 파장과 RIN 레벨의 관계를 도시한 도면.
도 3은 기록시와 재생시로 광원의 파장이 2nm 변화됨에 따라 발생하는 촛점위치의 변화량을, 광원파장에 대하여 묘사한 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 광 픽업 및 광 디스크 장치의 구성을 모식적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 GaN계 반도체 레이저의 구성을 도시한 단면도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 GaN계 반도체 레이저의 구성을 도시한 단면도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 GaN계 반도체 레이저의 구성을 도시한 도면.
도 8(a-1) 내지 (f-1) 및 (a-2) 내지 (f-2)는 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 GaN 반도체 레이저의 제조공정을 모식적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 GaN 반도체 레이저의 다른 구성을 모식적으로 도시한 단면도.
도 10(a) 내지 (c)는 각각, 본 발명의 제1 실시예에 사용되는 GaN 반도체 레이저의 특성을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 사용되는 GaN 반도체 레이저의 구성을 모식적으로 도시한 단면도면.
도 12는 본 발명의 제4 실시예의 광 픽업 및 광 디스크 장치의 구성을 모식적으로 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 사용되는 II-VI족계 화합물 반도체 레이저의 구성을 도시한 단면도.
도 14는 (a)는 본 발명의 제5 실시예에 사용되는 II-VI족계 화합물 반도체 레이저의 구성을 도시한 단면도이고, (b), (c), (d-1), (d-2), (e-1), 및(e-2)는 각각, 본 발명의 제5 실시예에 사용되는 II-VI족계 화합물 반도체 레이저의 구성 및 제조공정을 모식적으로 도시한 도면.
도 15는 도 13에 도시한 반도체 레이저의 제조에 사용될 수 있는 분자선 에피택시 장치의 구성을 모식적으로 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 제5 실시예의 광 픽업의 구성을 모식적으로 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
50, 60, 70, 80: 반도체 레이저 100, 200 광 디스크 장치
1: 기판 2: n-GaN층
3: n-AlGaN층 4: n-GaN 광 도파층
5: InGaN 다중 양자 정호(MQW)층 6: p-GaN 광 도파층
7: p-AlGaN 클래드층 8: p-GaN층
9: p-전극 10: n-전극
13: DBR 30: 활성층
31: 활성부 32: DBR부
33: Si 마운트 34: 반도체 레이저칩
35: 피에조 소자 51: 콜리메이터 렌즈
52: 포커스 렌즈 53: 포커스 렌즈
55: 광 디스크 매체 56: 피트
58: 편광 빔 분할기(편광 소자) 61: 가변 파장 판
101: n형 GaAs 기판 102: n형 GaAs 버퍼층
103: n형 ZnSe 버퍼층 104: n형 ZnSSe 클래드층
105: n형 ZnMgSSe 클래드층 106: n형 ZnMgSSe 광 가이드층
107: ZnMgSSe 양자 정호 활성층 108: p형 ZnMgSSe 광 가이드층
109: p형 ZnMgSSe 클래드층 110: p형 ZnSSe 클래드층
111; p형 ZnSe 캡층 112: p형 ZnTe/ZnSe 유사 경사층
113: p형 ZnTe 콘택트층 114: p형 전극
115; 전류 협착층 116: 전극
117: n형 전극 201: 활성영역
202; 분포 반사기 영역 203: 반사막
204: 저 반사막 혹은 흡수막 301: 로드 로크실
302: III-V족 반도체 성장실 303: 기판 이송실
304: II-VI족 반도체 성장실 305: 기판 유지 가열기구
306: 가열 증발원 307: N2래디칼원
P: 레이저 광
본 발명의 광 픽업은 발진 파장이 435nm이하인 레이저 광원과, 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 광에 소정의 광로를 주는 광학 시스템과, 상기 광학 시스템으로부터의 광을 검출하는 광 검출기를 구비하며, 상기 레이저 광원은 광 피드백에 의해 파장 로크되어 있어, 그것에 의해 상기 목적이 달성된다.
상기 레이저 광원은 GaN계 반도체 레이저일 수 있다.
상기 레이저 광원은 그레이팅 구조에 의해 광 피드백될 수 있다.
어떤 실시예에서는 상기 레이저 광원은 DBR 구조를 갖는 반도체 레이저이고, 상기 광 피드백은 상기 DBR 구조에 의해서 실현된다. 상기 DBR 구조는 상기 반도체 레이저의 광 출사부와는 반대측의 단면 근처에 형성될 수 있다. 또한, 상기반도체 레이저의 광 출사부와는 반대측의 단면에, 레이저 광에 대한 흡수 부재가 형성되어 있어도 된다.
상기 레이저 광원의 광 출사측에, 테이퍼형의 빔 정형부가 형성되어도 된다.
상기 레이저 광원은 RF 중첩에 의해 동작될 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 의해 제공되는 광 픽업은 레이저 광원과, 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 광에 소정의 광로를 주는 광학 시스템과, 상기 광학 시스템으로부터의 광을 검출하는 광 검출기와, 상기 광 검출기에 입사광의 광량을 제어하는 제어 부재를 구비하고 있고, 그것에 의해 상기 목적이 달성된다.
어떤 실시예에서는 상기 제어 부재는 상기 광 검출기에 상기 입사광의 편광 방향을 제어함으로써 상기 입사광의 광량을 제어한다.
구체적으로는 상기 제어 부재는 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저 광의 편광 방향을 전환하여, 그것에 의해 상기 광 검출기에 상기 입사광의 편광 방향을 제어하는 부재도 된다. 예를 들면, 상기 레이저 광원이 반도체 레이저로서, 상기 제어 부재는 상기 반도체 레이저에 압력을 인가하여 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저 광의 편광 방향을 전환하는 부재도 된다.
혹은 상기 제어 부재는 상기 광학 시스템에 포함되는 편광 소자와 포커스렌즈 사이에 배치된 가변 파장 판도 무방하다.
상기 광 검출기에의 상기 입사광은 광 디스크 매체로부터의 신호 광일 수 있다.
본 발명의 광 디스크 장치는 발진 파장이 435nm이하인 레이저 광원과, 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 광에 소정의 광로를 주는 광학 시스템과, 상기 광학 시스템으로부터의 광을 검출하는 광 검출기와, 길이 0.3μm이하의 피트를 갖는 광 디스크 매체를 구비하여, 상기 레이저 광원은 광 피드백에 의해 파장 로크되어 있고, 그것에 의해 상기 목적이 달성된다.
상기 레이저 광원은 GaN계 반도체 레이저일 수 있다.
상기 레이저 광원은 그레이팅 구조에 의해 광 피드백될 수 있다.
어떤 실시예에서는 상기 레이저 광원은 DBR 구조를 갖는 반도체 레이저이고, 상기 광 피드백은 상기 DBR 구조에 의해 실현된다. 상기 DBR 구조는 상기 반도체 레이저의 광 출사부와는 반대측의 단면근처에 형성될 수 있다. 또한, 상기 반도체 레이저의 광 출사부와는 반대측의 단면에 레이저 광에 대한 흡수 부재가 형성되어 있어도 된다.
상기 레이저 광원의 광 출사측에, 테이퍼형 빔 정형부가 형성되어 있어도 무방하다.
상기 레이저 광원은 RF 중첩에 의해 동작될 수 있다.
바람직하게는 상기 레이저 광원은 -135dB/Hz이하의 상대 잡음 강도(RIN) 레벨을 갖는 반도체 레이저이다.
또한, 본 발명의 광 디스크 장치는 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 상기 광을 이용하여, 상기 광 디스크 매체에의 광 기록을 행할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 의해서 제공되는 광 디스크 장치는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 광에 소정의 광로를 주는 광학 시스템과, 상기 광학 시스템으로부터의 광을 검출하는 광 검출기와, 길이 0.3μm이하의 피트를 갖는 광 디스크 매체와, 상기 광 디스크 매체로부터 상기 광 검출기로 입사되는 신호 광의 광량을 제어하는 제어 부재를 구비하고 있고, 그것에 의해 상기 목적이 달성된다.
어떤 실시예에서는 상기 제어 부재는 상기 신호 광의 편광 방향을 제어함으로써상기 신호 광의 광량을 제어한다.
구체적으로는 상기 제어 부재는 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저 광의 편광 방향을 전환하여, 그것에 의해 상기 신호 광의 편광 방향을 제어하는 부재일지라도 무방하다. 예를 들면, 상기 레이저 광원이 반도체 레이저이고, 상기 제어 부재는 상기 반도체 레이저에 압력을 인가하여 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저 광의 편광 방향을 전환하는 부재라도 무방하다.
혹은, 상기 가변부재는 상기 광학 시스템에 포함되는 편광 소자와 포커스렌즈 사이에 배치된 가변 파장 판이라도 무방하다.
이하에, 본 발명의 작용을 설명한다.
본 발명의 광 픽업 및 그것을 이용한 광 디스크 장치에서는 파장이 짧은 청색 이하의 광을 이용함으로써, 종래의 DVD 장치와 비교하여 몹시 가는 광 디스크상의 피트를 기록 재생할 수 있어, 고성능의 HD(고품위) -DVD 장치를 실현할 수 있다. 또한, 이 때에 광원으로서 사용하는 반도체 레이저를 파장 로크함으로써, 귀환광에 강하게 저 노이즈로 양호한 신호재생을 행할 수 있는 광 픽업 및 그것을 이용한 광 디스크 장치가 실현된다.
이하에서는 본 발명의 실시예의 설명에 덧붙여, 본원 발명에 이르는 과정에서 본원 발명자 등에 의해서 행해진 실험 및 검토 결과를 조합하여 설명한다.
고화질 TV인 HDTV용 광 디스크는 데이터 압축을 최대한으로 행하여도, 적어도 10GB이상 기록용량이 필요하게 된다. 이것은 화상의 고품질화에 따라 화소수가 증가함으로써, 기록해야 할 정보량이 증대했기 때문이다.
도 1에는 광원파장과 기록 밀도(기록용량)과의 관계를 도시한다. 구체적으로는 광원의 파장 변화에 따른 기록 밀도(기록용량)의 변화를, 파장이 650nm인 적색 반도체 레이저를 광원으로서 사용하는 경우의 종래의 DVD의 기록 밀도(기록용량)를 1로 했을 때의 비율(용량비)로서 나타내고 있다.
상기의 도 1에서, 435nm이하의 파장을 선택함으로써, 기록 밀도를 현 상태의 DVD의 2.2배 이상으로 하는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 구체적으로는 10GB의 기록용량을 달성할 수 있다.
그런데, 본원 발명자 등에 의한 실험 검토에 의하면, 이러한 HD(고품위)-DVD에 사용하는 반도체 레이저로서는 빔을 좁히는 이외에, 상대 잡음 강도(RIN)가 소정 레벨이하인 것이 요구된다. 이것은 HDTV용 신호의 대역이 넓은 한편, Si 디텍터의 감도가 청색영역에서 저하되기 때문이다. 구체적으로는 본원 발명자 등에 의한 실험 검토에서는 실용상은 지터를 7%미만으로 억제할 필요가 있고, 이것을 실현하기 위해서는 RIN을 -135dB/Hz 이하로 설정할 필요가 있는 것을 알았다. 이 RIN 범위가 만족되지 않으면, 지터가 증대되어 양호한 신호재생을 행할 수 없다.
도 2는 본원 발명자 등에 의한 실험 검토로 얻어진 반도체 레이저의 파장과 전형적인 상대 잡음 강도(RIN)와의 관계를 도시한 그래프이다.
이것에서, 통상의 파브리 페로형 반도체 레이저에서는 파장이 짧게 됨과 동시에 RIN(노이즈 레벨)도 상승한다. 예를 들면, 광원파장 400nm에서는 RIN은 약-120dB/Hz로서, 상술의 목표 레벨을 실현하는 것이 곤란하다.
이와 같이, 본원 발명자 등의 실험 검토에 의해, DVD 장치와 같은 광 디스크 장치의 고기록 밀도화를 달성하기 위해서는 단지 광원으로서 단파장 반도체 레이저를 사용하는 것 만으로는 충분한 레벨의 고품질인 기록 재생을 실현하는 것이 곤란한 것이 확인되었다. 그리하여 본 발명에서는 광원으로서 단파장 반도체 레이저를 사용하는 것에 덧붙여, 또한, 단파장 반도체 레이저에 광 피드백에 의한 파장 로크를 행하여, 저 노이즈화를 달성하고 있다. 광 피드백에 의해 파장 로크된 반도체 레이저는 도 2에 도시된 바와 같이 저 노이즈화된다. 구체적으로는 RIN에서 -140dB/Hz정도의 레벨이 달성되어, 상술한 목표레벨이 실현된다. 이러한 저 노이즈화의 달성은 광 피드백에 의해 세로모드가 고정되어, 모드 펌프 노이즈나 모드 경합 노이즈의 발생이 억제되는 것에 의한 것이다.
또한, 본원 발명자 등은 상기와 같은 광 피드백에 의한 파장 로크가, 다른 효과를 가져오는 것도 확인하였다.
종래의 구성으로 집광렌즈의 구성재료로서 사용되는 광학 렌즈에서는 기록시와 재생시로, 광원파장의 적은 변화를 위해 광이 느끼는 굴절율이 변화함으로써, 촛점위치의 어긋남이 발생한다. 그러나, 적색파장 영역에서의 기록 재생시에는 그와 같은 촛점위치의 어긋남은 0.4μm정도이고, 실용상은 무시할 수 있다. 이것에 대하여, 본원 발명자 등에 의한 실험 검토의 결과, 청색파장 영역에서는 글라스 재료의 굴절율의 파장 의존성이 커지기 때문에, 기록시에서 재생시로 전환되었을 때에 촛점위치가 크게 변화되고, 그 때문에, 청색파장 영역에서의 양호한 기록 재생 동작이 곤란해지는 것이 확인되었다.
이 점을, 예를 들면 일반적으로 사용되는 BaCD6(HOYA 글라스제)을 예로 들어 설명한다. 도 3은 기록시와 재생시로 광원의 파장이 2nm변화됨에 따라 발생하는 촛점위치의 변화량을, 광원파장에 대하여 묘사한 그래프이다. 적색파장 영역에서는 굴절율(촛점위치 변화량)의 파장 의존성이 작고, 2nm정도의 파장변화에서는 상술한 바와 같이 0.4μm정도의 촛점위치의 어긋남외엔 생기지 않는다. 이것에 대하여 청색파장 영역에서는 굴절율(촛점위치 변화량)의 파장 의존성이 크기 때문에, 같은 정도의 파장변화에 의해서 약 3배의 1.2μm정도의 촛점위치의 어긋남이 생긴다. 이 결과, 소기 신호의 재생동작의 실시가 곤란하게 되었다.
본원 발명자 등에 의한 실험 검토에서는 적색파장 영역에서의 집광렌즈의 구성재료로서 일반적으로 사용되는 다른 글라스재료에 있어서도, 같은 현상이 관찰되었다. 이것에서, 이들의 적색파장 영역용의 전형적인 광학글라스 재료는 그대로는 청색파장 영역용으로 사용할 수 없는 것이 확인되었다.
이것에 대하여, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 단파장 반도체 레이저에 광 픽업에 의한 파장 로크를 행함으로써, 광원인 반도체 레이저의 발진 파장의 변동을 보다 작은 레벨로 억제하고 있다. 이 때문에, 본 발명에 의하면, 굴절율의 파장 의존성이 큰 종래의 적색파장 영역용의 전형적인 광학 글라스재료를, 청색파장 영역에서 사용하여도, 광원파장의 변동량 그 자체가 작기 때문에, 굴절율 변화에 따른 초점위치의 변화량이 작게 억제되는 것이 확인되었다.
이하에는 상기한 바와 같은 고찰에 근거하여 달성된 본 발명의 몇개의 실시예를, 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시예)
본 발명의 광 픽업 및 광 디스크 장치의 제1 실시예를, 도 4를 참조하여 설명한다.
상기 광 디스크 장치(100)는 반도체 레이저(50)와, 렌즈를 포함하는 광학 시스템과, 광 디스크 매체(55)와, 광 검출기(57)를 적어도 구비하고 있다. 반도체 레이저(50)로서, GaN계 반도체 레이저(50)를 사용하고 있다. 반도체 레이저(50)는 파장 로크를 위해 광 피드백을 행하고 있고, 그 내부에 그레이팅을 형성한 DBR(분포 브래그 반사) 구조를 채용하고 있다.
반도체 레이저(50)의 발진 파장은 420nm에서, 종래의 DVD와 비교하여 2.4배의 고밀도화를 도모할 수 있다. 이것에 의해, 광 디스크 장치에서는 12cm 직경의 광 디스크 매체에 11.5GB의 용량이 기록되어 있고, 전송율 12Mbps에서 HDTV의 재생을 행할 수 있다.
다음에, 본 실시예의 광 픽업 및 광 디스크 장치(100)의 동작을 설명한다.
GaN 반도체 레이저(50)로부터 출사된 레이저 광은 콜리메이터 렌즈(51)로 평행 화된 후에, 편광 빔 분할기(58), 4분의1 파장 판(59)을 통과하여, 포커스 렌즈(52)로 집광되어, 광 디스크 매체(55)에 형성된 피트(56)에 조사된다. 광 디스크 매체(55)로부터의 신호 광은 포커스 렌즈(52)로 평행화되어, 4분의1 파장 판(59)으로 왕복로에 대하여 90도 편광 방향이 변화한다. 이것에 의해, 신호 광은 편광 빔 분할기(58)로 반사되어, 포커스 렌즈(53)에 의해 광 검출기(57)상에 집광된다. 광 디스크 매체(55)에 집광하는 포커스 렌즈(52)의 NA는 0.6이다. 또한, 광 디스크 매체(55)에 형성된 피트(56)의 길이는 0.26μm, 트랙피치는 0.49μm이다.
적색 반도체 레이저를 이용한 광 픽업으로서는 길이 0.4μm의 피트까지 밖에 읽을 수 없지만, 본 발명의 광 픽업으로서는 길이 0.26μm의 피트(56)를 읽을 수 있다. 본원 발명자 등에 의한 실험에서는 HDTV에서 노이즈가 없는 아름다운 화상이 재생되어 있다. 한편, 파장 로크되지 않은 통상의 퍼브리 페로형으로서는 노이즈가 크게 신호재생은 할 수 없다.
다음에, 이 제1 실시예에서 이용한 DBR 구조를 갖는 반도체 레이저(50)에 관하여, 설명한다.
도 5는 반도체 레이저(50)의 공진기 단면에 평행방향으로서 도 6에 도시된 선5-5에 따른 구조를 도시한 단면도이고, 도 6은 반도체 레이저(50)의 공진기 방향으로써 도 5 및 도 7에 도시된 선6-6에 따른 구조를 도시한 단면도이다. 또한, 도 7은 반도체 레이저(50)를 상면에서 본 도이다.
기판(1)은 n형 SiC 기판(1)이다. SiC는 GaN이나 AlGaN과 격자정수가 가까운(격자정수차 3.4%), 벽개(劈開)에 의해서 공진기 단면을 제작할 수 있는, 전도성이 있어 열전도가 양호한, 등의 성질을 갖고 있기 때문에, GaN계 반도체 레이저(50)의 기판(1)의 재료로서 적합하다.
한편, GaN이나 AlGaN 사이의 격자정수 차가 큰 사파이어(격자정수차 13. 8%)도, GaN계 반도체 레이저(50)의 기판(1)의 재료로서 양호하게 사용된다. 단지, 사파이어는 전도성이 없기 때문에, 기판(1)으로서 사파이어 기판을 사용하는 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이, n-전극(도 5에 있어서의 참조번호10)을 n-GaN층(도 5에 있어서의 참조번호 2)상에 설치할 필요가 있다.
도 9는 이러한 사파이어 기판을 사용하여 구성된 반도체 레이저(60)의, 공진기 단면에 평행방향의 단면도이다. 또, 도 9에 있어서, 도 5 내지 도 7에 도시된 반도체 레이저(50)의 구성요소와 같은 구성요소에는 같은 참조번호가 첨부되어 있고, 여기에서는 그 설명을 생략한다.
기판(1)의 구성재료로서는 이밖에 Si, GaAs, ZnO, LiAlO2, LiGaO2, MgAl2O4등이 사용될 수 있다. 또한, n형 기판에 한정되지 않고, p형 기판도 사용될 수 있다. 단지, p형 기판을 사용하는 경우에는 그 위에 형성되는 적층구조의 전도형(p형 혹은 n형)을, 이하의 설명과는 반대로 할 필요가 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, n형 SiC 기판(1)상에, n-GaN층(2)(Si도프, 캐리어 농도 1×1018cm-3, 두께 3μm), n-AlGaN 클래드층(3)(Al 혼정비 10%, Si 도프, 캐리어 농도 1×1018cm-3, 두께 0.5μm), n-GaN 광 도파층(4)(Si 도프, 캐리어 농도 1×1018cm-3, 두께 0.1μm), InGaN 다중 양자 정호(MQW)층(5)(배리어층: In 혼정비 2%(In0.02Ga0.98N)이고 두께 4nm, 웰층: In 혼정비 15%(In0.15Ga0.85N)이고 두께 3nm, 다중 양자 정호는 배리어층과 웰층을 교대로 7층 적층), p-GaN 광 도파층(6)(Mg 도프, 캐리어 농도 1×1018cm-3, 두께 0.1μm), p-AlGaN 클래드층(7)(Al 혼정비 10%, Mg 도프, 캐리어 농도 1×1018cm-3, 두께 0.5μm) 및 p-GaN층(8)(Mg도프, 캐리어 농도 1×1019cm-3, 두께 0.3μm)이 순서대로 적층되어 있다.
기판(1)과 n-GaN층(2)의 계면에는 버퍼층(도면에 도시되지 않음)이 마련되어 있다. 버퍼층으로서는 기판(1)이 SiC 기판인 경우는 AlN층(두께 20nm), 기판(1)이 사파이어 기판인 경우는 GaN층(두께 30nm)을 사용하여, 기판(1)과의 큰 격자정수차를 완화하여 결함 밀도가 적은 양질의 결정이 얻어지도록 하고 있다.
p-GaN층(8)의 상면에서 p-AlGaN 층(7)의 중간까지, 메사가 형성되어 있다. 메사의 폭은 도 7에 도시된 바와 같이 공진기 방향으로 변화하여, 테이퍼형 빔 정형부를 갖고 있다. 메사중에 공진기 단면에 접하고 있는 가장 좁은곳(도 7의 좌단)에서는 메사 저변의 폭은 2μm이고, 거기에서 결정(공진기)의 내부에 들어감에 따라서 메사 저변의 폭은 서서히 넓게 되고, 가장 넓은 곳에서 5μm이다. 이와 같이함으로써, 메사폭이 좁은 쪽의 단면에서 출사되는 레이저 광의 수평방향의 확대각이 넓어지고(20도), 수직방향의 확대각(23도)에 대하여 거의 원형에 가까운 레이저 빔이 얻어진다.
반도체 레이저(50)의 공진기 길이(100)는 전형적으로는 1mm이고, 그중 0.6mm의 영역(100a)에는 MQW 활성층(5)이 마련되어 있다. 한편, 나머지의 영역(100b)에는 활성층(5)과 그 양측의 광 도파층(4 및 6)은 설치되지 않고, 그 대신에 주기 158nm의 회절격자(분포귀환 미러: DBR)(13)를 갖는 GaN층(12)이 마련되어 있다.
GaN 층(12)은 파장 410nm의 레이저 광을 흡수하지 않고, DBR(13)에서 발진 스펙트럼이 선택되기 때문에, 반도체 레이저(50)는 단일 세로 모드로 발진한다. DBR(13)이 마련되어 있는 측의 단면에는 Si막(14)(두께 500nm)이 설치되어 있고, DBR(13)로 반사되지않고 나온 광(약 10%)을 흡수하여, 퍼브리 페로 공진기 모드가 일어나지 않도록 하고 있다. 한편, MQW가 있는 측의 단면에는 SiO2막(15)(두께71nm)과 TiO2막(16)(두께 47nm)이 교대로 4층 설치되어 있고, 반사율을 76%로 높이고 있다. 이와 같이 하면, 복귀광에 의해 레이저의 스펙트럼이 불안정하게 되는 것을 피할 수있어, 저잡음 특성이 실현된다.
도 8(a-1) 내지 도 8(f-1) 및 도 8(a-2) 내지 도 8(f-2)에, 본 발명에 의한 반도체 레이저(50)의 제조공정도를 도시한다. 도 8(a -1) 내지 도 8(f-1)은 반도체 레이저(50)의 공진기 단면에 평행방향의 단면도이고, 도 8(a-2) 내지 도 8(f-2)은 반도체 레이저(50)의 공진기 방향의 단면도이다.
우선, MOVPE법에 의해, n형 SiC 기판(1)상에, AlN 버퍼층을 통해 n형 GaN 층(2)으로부터 p-GaN층(6)까지의 각 층을 성장한다(도 8(a-1) 및 도 8(a-2) 참조). 성장 프로세스에 있어서, Ga원에는 TMG, In원에는 TMI, Al원에는 TMA, 그리고 N원에는 NH3을 사용하여, H2나 N2를 캐리어 가스로서 800℃ 내지 1100℃의 고온하에서 각 원료 가스를 열분해시키어, 기판상에 성장층을 퇴적시킨다. 또한, n형 혹은 p형 전도성을 얻기 위해서, SiH4나 Cp2Mg를 흘린다.
다음에, SiO2층(17)을 CVD법으로 퇴적한 후에, 포토리소그래피 및 에칭에 의해 마스크 패턴을 형성하여, 드라이 에칭이나 밀링에 의해 p-GaN층(6)으로부터 n -GaN 층(4)까지를 소정의 패턴으로 제거한다(도 8(b-1) 및 도 8(b-2)을 참조). 또, 밀링을 사용하는 경우는 SiO2층(17) 대신에 레지스트 층에 의한 마스크 패턴을 이용한다.
다음에, 다시 MOVPE법을 사용하여 GaN 층(12)을 성장한다. 이 때, SiO2층(17)으로 덮인 곳에는 GaN 층(12)은 성장하지 않는다. GaN 층(12)은 불순물의 도핑을 하지 않음으로써 고저항으로 되어, DBR 영역에 전류가 흐르도록 한다. 결정성장 후에는 GaN 층(12)에, 레이저 광의 간섭노광과 에칭에 의해서 주기 158nm의 회절격자(13)를 형성한다(도 8(c-1) 및 도 8(c-2)을 참조).
SiO2층(17)을 제거 후에, 또한 MOVPE 법에 의해 p형층(7 및 8)을 성장한다(도 8(d-1) 및 도 8(d-2)을 참조). 다음에, 호트리소그래피와 에칭에 의해 층(8)의 상면에서 층(7)의 중간까지 메사를 형성한다(도 8(e-1) 및 도 8(e-2)을 참조).
또한, 메사상에 Ni/Au를 증착하여 p-전극(9)을 형성하고, 한편, 기판(1)의 뒷편에 Ti/Au를 증착하여 n-전극(10)을 형성한다. 이것에 의해, 반도체 레이저(50)가 형성된다.
도 10(a) 내지 도 10(c)에, 반도체 레이저(50)의 특성을 도시한다. 구체적으로는 도 10(a)은 전류-광출력 특성을 도시하고, 도 10(b)은 레이저 광의 빔넓이 분포를 도시하고, 도 10(c)은 발진 스펙트럼을 도시한다.
이들의 도에서, 반도체 레이저(50)에서는 임계 전류가 45mA, 빔 종횡비(수직 넓이각/ 수평 넓이각) 1.15로, 단일 세로 모드 발진이 얻어지는 것을 알았다. 이와 같이, 종횡비의 값이 1에 극히 근접하게 됨으로써, 출력 2mW의 레이저에서, 광 디스크 매체의 면상에, 빔정형기를 사용하지 않고 40%의 효율로 광이 조사된다. 이것에 의해, 광 픽업의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 전면의 반사율을 높인 것 및 후면측의 광을 흡수함으로써, 귀환광 4%에 대하여도, 안정하게 저 노이즈로 동작한다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 광 픽업에 의하면, 종래 와 비교하여 고밀도의 피트를 재생기록할 수 있고, 고밀도의 기록 재생을 행할 수 있는 광 디스크 장치를 실현할 수 있다. 그 때에, 광원의 반도체 레이저(50)로서 DBR 반도체 레이저를 사용함으로써, RIN 레벨이 -140dB/Hz라는 저 노이즈화를 도모할 수 있다.
또한, 반도체 레이저(50)의 출사부에 테이퍼부분을 형성하여 빔에 종횡비를 1에 근접하게 함으로써, 실질적인 전달 효율이 대폭 향상된다. 이것에 의해, 반도체 레이저(50)는 저출력으로 양호하게 되어, 수명이 현격히 향상된다. 구체적으로는 종래 기술에 있어서는 예를 들면 5mW의 반도체 레이저로부터 출사되는 빔의 주변을 커트하여 사용하고 있지만, 그것에 대하여 본 실시예에서는 반도체 레이저(50)의 출력은 2mW로 양호하여, 결과적으로 수명이 3배로 연장된다.
또한, 본 실시예에서는 DBR 반도체 레이저(50)의 후단면에 흡수막을 설치하여 복귀광을 방지하고 있지만, 그 대신에, 후단면의 부근(예를 들면 도면내에서는 상부)에 흡수층을 설치하여도 무방하다.
이상의 설명에서는 반도체 레이저(50)의 발진 파장이 420nm이지만, 반도체 레이저의 구성재료의 조성을 전환함으로써, 380nm에서 발진할 수 있다. 상기의 경우의 광 디스크 장치에서는 종래의 적색(DVd)과 비교하여 2.9배의 고밀도화를 도모할 수 있고, 13.8GB의 디스크 용량을 실현할 수 있다. 또한, 렌즈의 NA를 0.7로 증가 하면, 20GB의 디스크 용량을 실현할 수 있다. 상기의 경우에는 20Mbps의 전송율로 1매의 디스크에서 2시간의 HDTV 프로그램을 기록 재생할 수 있다. 또한, 2층 디스크로서는 약 40GB의 디스크 용량이 실현된다.
또, 이상에서 설명되어 있는 DBR 구조를 대신하여, DFB구조를 사용하여 반도체 레이저(50)에 있어서의 광 피드백을 달성해도 된다. 단지, 제조비율의 점에서는 DFB 레이저보다는 DBR 레이저의 쪽이 바람직하다.
또한, 본 실시예에 의하면, 광 피드백에 의한 발진 파장의 로크에 의한 반도체 레이저(50)의 발진 파장의 변화는 극히 작고, 파장 변화에 기인하는 렌즈재료(광학 글라스)에의 제한을 고려할 필요가 없다. 그 때문에, 예를 들면, 불소계 글라스재료 등의 고굴절율 재료를 사용할 수 있어, NA가 높은 렌즈를 간단히 실현할 수 있다. 또한, 발진 파장이 로크되어 있기 때문에, 파장변화에 의한 촛점의 위치가 변화되기 때문에 종래 기술로서는 사용할 수 없었던 회절형 렌즈 등도 사용할 수 있다.
(제2 실시예)
다음에, 본 발명의 반도체 레이저를 광원으로서 포함하는 광 픽업을 사용하여, 광 디스크 매체에의 기록을 시도한 경우를 설명한다.
본 실시예의 광 픽업의 기본 구성은 제1 실시예에 있어서의 구성과 동일하다. 구체적으로는 사용한 반도체 레이저는 GaN계 반도체 레이저이고, 발진 파장은 400nm이고, 빔 종횡비(수직 넓이각/수평 넓이각)는 1.5이다. 단지, 광 피드백은 외부 그레이팅에 의해 행해지고 있다.
본 실시예에 있어서도 1에 극히 가까운 종횡비를 실현할 수 있고, 출력 2mW의 레이저에서, 광 디스크 매체의 면상에, 빔정형기를 사용하지 않고 40%의 효율로 광이 조사된다. 이 결과, 8mW의 기록파워에 의해서, 광 디스크 매체의 면상에 양호한 상태로 기록이 행해진다. 이것에 대하여, 종래의 종횡비 3의 반도체 레이저를 이용하는 광 픽업으로서는 광의 이용 효율이 20%이기 때문에, 같은 상태로 기록을 행하기 위해서는 40mW의 레이저 출력이 필요하게 되어, 수명이 짧게 되어 현실적이지 않다.
또한, 본 실시예에서는 600MHz의 RF 중첩을 반도체 레이저에 대하여 행하고 있다. 이것에 의해, RIN은 -137dB/MHz까지 저하되지만, 귀환광에 대한 내성이 향상된다. 이와 같이, DBR 반도체 레이저에 RF 중첩을 걸어도, 발진모드는 넓어지지 않고, 또한 큰 노이즈 특성의 저하도 인정되지 않고, 효과적이다.
본 실시예의 광 디스크 장치에서는 광 디스크 매체상에 12.5GB의 데이터 용량이 기록된다.
또, 본 실시예에 있어서도, 광 피드백에 의한 발진 파장의 로크에 의해, 반도체 레이저(50)의 발진 파장의 반도체 레이저의 발진 파장의 변화는 극히 작고, 파장변화에 기인하는 렌즈재료(광학글라스)에의 제한을 고려할 필요가 있다. 또한, 파장변화에 의해 촛점의 위치가 변화되기 때문에 종래 기술로서는 사용할 수 없었던 회절형 렌즈 등도, 사용할 수 있다.
(제3 실시예)
일반적으로, 광 디스크 매체의 보호층에는 염가로 신뢰성이 높은 폴리카보네이트가 사용되고 있다. 폴리카보네이트는 복 굴절성을 갖고 있고, 파장분산이 생긴다. 이것에 관련하여 본원 발명자 등은 실험 검토를 행한 결과, 청색파장 영역에 있어서는 폴리카보네이트의 복 굴절성 혹은 파장분산에 따른 문제점을 무시할 수 없게 되어, 어떠한 대책이 필요하게 되는 것을 확인하였다.
구체적으로는 특히 435nm이하의 파장영역에 있어서는 광 디스크 매체의 보호층으로서 마련되어 있는 폴리카보네이트층이 1/4파장 판과 동등의 작용을 할 가능성이 있다. 또한, 이 작용의 크기는 광 디스크 매체의 내주와 외주로 다르고, 특히, 편광 빔 분할기나 편광 홀로그램 등을 사용하였을 때에, 큰 문제가 되는 것을 확인하였다.
상기와 같은 문제점은 종래는 인식되지 않은 점이다.
본 실시예에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 기본적으로는 도 4와 동일한 광 픽업 구성에 있어서, 반도체 레이저(50)로부터 출사되는 레이저 광의 편광을 제어한다.
도 11은 본 실시예에 있어서의 반도체 레이저(70; 구체적으로는 GaN 반도체레이저(70))의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도시된 구성에 포함되는 GaN 레이저칩(70)의 활성층(30)에 있어서, 레이저 광(P)이 출사되는 것과는 반대측의 단면의 근처는 DBR 구조가 형성되어 있어, DBR부(32)를 구성하고 있다. 이것에 대하여, 활성층(30)의 나머지 부분은 활성부(31)를 구성한다. 그리고, Si 마운트(33)에 본딩한 후에, 반도체 레이저칩(34)의 기판측(Si 마운트(33)과는 반대측)으로부터 반도체 레이저칩(34)의 활성부(31a)측에 압력이 인가되는 구성으로 되어 있다. 이 인가압력을 가변함으로써, 반도체 레이저칩(34)으로부터 출사되는 레이저 광(P)의 편광이 회전한다. 이 실시예에서는 가변압력의 인가를 피에조 소자(35)에서 행하고 있다.
상기와 같은 구성에 있어서, 반도체 레이저칩(34)에 400g/cm2의 압력을 인가한 바, 레이저 광(P)의 편광 방향이 약 60도 회전한다. 이것에 의해, 레이저 광(P)의 편광 제어가 행해진 결과, 레이저 광(P)이 광 디스크 매체에서 반사된 후에 광 검출기에 신호 광으로서 입사했을 때에, 그 신호 광의 광량을 거의 일정하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 구체적으로는 광 검출기로 들어가는 신호 광의 광량을 모니터하여, 모니터 결과를 피에조 소자(35)의 인가 전압에 피드백함으로써, 입사하는 신호 광의 광량이 일정하게되도록 레이저 광(P)의 편광 방향을 가변한다.
상기와 같은 신호 광의 입사광량의 조정제어를 행하지 않으면, 입사광량이 저하하여 광 디스크의 재생이 곤란하게 되지만, 본 실시예에서는 양호한 재생동작이 실현되었다.
또, DBR부(32)에 압력이 인가되면 바람직하지 못한 파장 변동이 생길 수 있기 때문에, 피에조 소자(35) 등에 의한 반도체 레이저칩(34)에의 압력인가는 활성부(31) 측에서만 행하는 것이 바람직하다.
또한, 이상에서 설명한 피에조 소자(35)를 대신하여, 토오크 모터 등을 사용하여 압력을 인가해도 된다.
(제4 실시예)
본 실시예에서는 제3 실시예에서 서술한 광 디스크 매체의 복 굴절성에 대한 대책을, 반도체 레이저칩에서의 압력인가를 대신하여, 포커스 렌즈(52)와 편광 빔 스플리터(58) 사이에 삽입한 가변 파장 판(61)에 의해서 실현한다.
도 12는 본 실시예에 있어서의 광 픽업 및 광 디스크 장치(200)의 구성을 도시한 도이다.
GaN 반도체 레이저(50)로부터 출사된 레이저 광은 콜리메이터 렌즈(51)로 평행 화된 후에, 편광 빔 분할기(58), 가변 파장 판(61)을 통과하여, 포커스 렌즈(52)로 집광되어, 광 디스크 매체(55)에 형성된 피트(56)에 조사된다. 광 디스크 매체(55)로부터의 신호 광은 포커스 렌즈(52)로 평행화되어, 가변 파장 판(61)을 다시 통과한 후에 편광 빔 분할기(58)로 반사되며, 포커스 렌즈(53)에 의해 광 검출기(57)상에 집광된다.
가변 파장 판(61)으로서는 전기 광학 효과의 작용으로 특정 방향의 굴절율이 전압에 의해 변화되는 LINbO3판을 이용한다. 전계를 가변 파장 판(61; LINbO3판)의 전면에 인가함으로써, 그 복굴절율차를 제어하여, 가변 파장 판(61)에 0파장 판으로부터 1/4파장 판까지의 범위에 상당하는 기능을 발휘시킨다. 이것에 의해, 광 디스크 매체의 내주부의 재생시와 외주부의 재생시 사이에서, 광 검출기(57)에 입사되는 신호 광의 광량은 항상 최대광량 레벨로 일정화된다. 이와 같이, 편광 소자(편광 빔 분할기)(58)와 포커스 렌즈(52) 사이에 가변 파장 판(61)을 삽입함으로써, 편광 제어가 실현되어, 광 검출기(57)에 입사되는 신호 광의 광량이 최대 레벨로 고정된다.
(제5 실시예)
본 실시예에서는 광 픽업에 사용되는 반도체 레이저를, 435nm이하의 발진 파장이 되는 II-VI족 재료를 사용하여 구성하고 있다.
도 13은 II-VI족 화합물 반도체로 구성된 본 실시예의 분포 반사형 반도체 레이저(80)의 광축에 수직인 단면의 구조의 일례를, 모식적으로 도시한다.
구체적으로는 n형 GaAs(100) 기판(101)상에, n형 GaAs 버퍼층(102), n형 ZnSe버퍼층(103), n형 ZnSSe 클래드층(104), n형 ZnMgSSe 클래드층(105), n형 ZnMgSSe 광 가이드층(106), ZnMgSSe 다중 양자 정호 활성층(107), p형 ZnMgSSe 광 가이드층(108), p형 ZnMgSSe 클래드층(109), p형 ZnSSe 클래드층(110), p형 ZnSe 캡층(111), p형 ZnTe/ZnSe 유사 경사층(112) 및 p형 ZnTe 콘택트층(113)이, 순차 적층되어 있다. p형 ZnTe 콘택트층(113)상에는 p형 전극(114)이 형성되어 있다. 또한, p형 ZnMgSSe클래드층(109)의 일부 및 그 것보다 상층은 메사 스트라이프형상으로 에칭되어 있고, 메사저부의 폭은 예를 들면, 4μm이다. 또한, 상술의 메사 스트라이프부 이외의 부분의 p형 ZnMgSSe 클래드층(109)상에는 전류 협착층(115)이 형성되어, 굴절율 도파형 구조로 되어 있다. 그리고 전류 협착층(115)상에는 스트라이프형상의 p형 전극(114)에 접속하는 전극(116)이 형성되어 있고, 한편, n형 GaAs 기판(101)의 이면에는 n형 전극(117)이 형성되어 있다.
도 14(a)는 상술의 반도체 레이저(80)의 광축에 평행한 단면(도 13에 있어서의 선14-14를 따른 단면)의 구조의 일례를, 모식적으로 도시한 것이다. 반도체 레이저(80)는 활성영역(201)과 분포 반사기 영역(202)을 포함하며, 분포 반사기는 예를 들면 p형 ZnMgSSe 광 가이드층(108)의 바로 윗쪽에 형성되어 있다.
기판(101)으로서 사용할 수 있는 결정은 상술의 GaAs 이외에, InGaAs, GaP, ZnSe, ZnS 등의 섬아연광 구조의 반도체나, Si, Ge 등의 다이아몬드 구조의 반도체가 있다. 또한, 기판(101)의 전도형은 상기의 설명에서는 n형을 사용하고 있지만, p형 기판상에 레이저 구조를 형성해도 된다. 또한, 기판(101)의 면방향은 상기에서는 (100)면을 사용하고 있지만, (100) 면에서 [111] A 방향 혹은 [111] B방향으로 경사진 면을 이용해도 된다. 예를 들면, [111] B방향으로 15.8도 경사진 (511) B면이나, [111] A 방향으로 10.0도 경사진(811) A면을 사용할 수 있다.
기판(101)상에 에피텍셜 성장되는 II-VI족 화합물 반도체의 조성은 기판(101)과의 계면으로 미스피트 전위가 발생하지않도록, 기판(101)에 거의 격자정합하는 조성을 선택하는 것이 바람직하다. GaAs, InGaAs, ZnSe, Ge 등의 기판인 경우에는 예를 들면 ZnMgSSe계나 ZnMgBeSe계가 선택된다. 한편, GaP, ZnS, Si 등의 기판인 경우에는 예를 들면, ZnMgBeSSe계가 선택된다. 또한, 기판(101)의 격자부정이 큰 조성을 사용하는 경우는 그 층의 두께가 임계막 두께를 초과하지 않도록 선택하는 것이 바람직하다.
발진 파장이 435nm미만인 반도체 레이저의 클래드층의 조성으로서는 ZnMg SSe계인 경우에는 예를 들면 Zn0.6Mg0.4S0.5Se0.5를, ZnMgBeSe계인 경우에는 예를 들면 Zn0.6Mg0.3Be0.1Se를 선택할 수 있다. 본 실시예에서는 ZnMgSSe계를 이용한 레이저 구조에 대하여 서술하지만, ZnMgBeSe계를 사용하여도 동등의 특성을 갖는 반도체 레이저를 구성할 수 있다.
GaAs 버퍼층(102)은 원자배열의 레벨로 표면을 평탄화하여, 그 위에 적층되는 II-VI족 화합물 반도체의 결정결함의 밀도를 감소하여, 고품질인 반도체 레이저 결정을 얻기 위해서 설치된다. GaAs 버퍼층(102)의 두께는 예를 들면 0.3μm이다.
GaAs 버퍼층(102)에 도프되는 n형 불순물로서는 예를 들면, Si가, p형 불순물로서는 예를 들면, Zn이 사용된다.
n형 ZnSe 버퍼층(103)은 그 위에 형성되는 n형 ZnSSe 클래드층(104)의 성장초기 과정에서 2차원 핵의 생성 및 성장을 촉진시키기 위해서, 및 적층결함 생성을 억제시키기 위해서, 설치된다. ZnSe는 GaAs에 대하여 +0.28%의 격자부정이 있기 때문에, 임계막 두께는 150nm정도이다. 그 때문에, ZnSe 버퍼층(103)의 두께는 예를 들면 30nm에 선택된다. 또한, 유효 도너 밀도는 예를 들면 8×1017cm-3이고, n형 불순물로서는 예를 들면 Cl이 사용된다. 또한, GaAs 계면에의 불순물의 확산에 의해 생기는 결함생성을 억제하기 위해서, GaAs 버퍼층(102)에 인접하는 2nm 내지 3nm 정도의 영역에는 불순물을 첨가하지 않는 쪽이 바람직하다.
n형 GaAs 기판(101)과 n형 ZnMgSSe 클래드층(105) 사이에는 약 0.6eV의 전도대 불연속이 존재하여 전자주입에 대한 장벽이 되기 때문에, 이 장벽을 완화시키기 위해서, n형 ZnSSe 클래드층(104)이 설치된다. 이것에 의해, 전도대 불연속은 약0.3eV씩으로 분할되기 때문에, 실질적으로 전자주입의 장벽은 없어진다. ZnSSe 클래드층(104)의 조성은 S 혼정비가 0.06이다. 이 조성을 갖는 ZnSSe는 GaAs와 거의 격자정합하고, 또한 실온에서의 밴드갭은 2.75eV이다. n형 ZnSSe 클래드층(104)의 두께는 예를 들면 0.2μm, 유효 도너밀도는 예를 들면 5×1017cm-3이다.
n형 ZnMgSSe 클래드층(105) 및 p형 ZnMgSSe 클래드층(109)의 조성은 Mg 혼정비 0.4, S 혼정비 0.5이다. 이 조성을 갖는 ZnMgSSe는 GaAs와 거의 격자정합하고, 또한, 실온에서의 밴드갭은 3.3eV이다. ZnMgSSe는 그 조성을 선택함으로써, GaAs와 격자정합시키면서 밴드갭을 2.7eV에서 3.4eV정도 사이에서 변화시킬 수 있다. n형 ZnMgSSe 클래드층(105)의 두께는 예를 들면 0.8μm, 유효 도너밀도는 예를 들면 3×1017cm-3이고, p형 ZnMgSSe 클래드층(109)의 두께는 예를 들면, 0.4μm, 액셉터 밀도는 예를 들면 3×1016cm-3이다. p형 불순물로서는 예를 들면 N이 사용된다.
n형 ZnMgSSe 광 가이드층(106) 및 p형 ZnMgSSe 광 가이드층(108)의 조성은 Mg 혼정비 0.3, S 혼정비 0.4이다. 이 조성을 갖는 ZnMgSSe는 GaAs와 거의 격자정합하고, 또한 실온에서의 밴드갭은 3.2eV이다. 광 가이드층의 조성은 레이저 발진파 길이에 있어서의 굴절율이 클래드층의 굴절율보다도 크게, 활성층의 굴절률보다도 작게되고, 또한, 밴드갭이 클래드층의 밴드갭보다도 작게, 활성층의 밴드갭보다도 크게되도록, 선택된다. 광 가이드층의 두께는 예를 들면 각각 0.1μm이다. 또, ZnMgSSe 다중 양자 정호 활성층(107)에서의 불순물 준위형성을 방지하기 위해서, 광 가이드층(106 및 108)중 ZnMgSSe 다중 양자 정호 활성층(107)과의 계면부근 영역에는 n형 및 p형의 어떠한 불순물도 첨가하지 않은 것이 바람직하다. 또한, 광가이층의 전체에 n형 및 p형 어떠한 불순물도 첨가하지 않아도 된다. 불순물을 첨가한 영역의 유효 도너 밀도 및 유효 액셉터 밀도는 예를 들면, 각각 4×1017cm-3및 6×1016cm-3이다.
ZnMgSSe 다중 양자 정호 활성층(107)은 예를 들면 그 조성이 Mg 혼정비 0.1 및 S 혼정비 0.1이고 두께 4nm의 정호층을 3층과, 및 광 가이드층과 같은 조성으로 그 두께가 6nm인 장벽층을 2층이 교대로 형성됨으로써 구성된다. 정호층의 실온에서의 밴드갭은 2.9eV이고, 이 조성을 갖는 ZnMgSSe는 GaAs와 거의 격자정합한다. 정호층의 조성은 그 밴드갭이 클래드층 및 광 가이드층의 밴드갭보다 작게되도록 선택된다.
본 실시예에 있어서는 정호층 및 장벽층도 격자정합 시스템으로 하였지만, 필요에 따라, 변형량을 제어하여 변형량자 정호 구조로 하거나, 변형보상량자 정호구조로 할 수도 있다. 또, 활성층에서의 불순물 준위형성을 방지하기 위해서, 정호층및 장벽층에는 n형 및 p형의 어떠한 불순물도 첨가하지 않은 것이 바람직하다.
p형 ZnSSe 클래드층(110)은 반도체 레이저(80)의 열저항 및 직렬저항의 감소와 가전자대 불연속의 완화를 목적으로 설치된다. 이것에 의해, 혼정비가 높게 또한 유효하게 액셉터 밀도가 충분히 높지 않은 p형 ZnMgSSe 클래드층(109)의 두께를, 얇게할 수 있는 효과를 갖는다. p형 ZnSSe 클래드층(110)의 두께는 예를 들면 0.5μm이고, 유효 도너 밀도는 예를 들면 4×1017cm-3이다.
p형 ZnSe캡층(111), p형 ZnTe/ZnSe 유사 경사층(112) 및 p형 ZnTe 콘택트층(113)은 p형 오믹 콘택트를 형성하기 위해서 설치된다. p형 ZnSe 캡층(111)은 예를 들면 두께 80nm, 유효 액셉터 밀도 8×1017cm-3이고, p형 ZnTe 콘택트층(113)은 예를 들면 두께 50nm, 캐리어 밀도는 1×1019cm-3이다. p형 ZnTe 콘택트층(114)상에는 용이하게 오믹 전극을 형성할 수 있게 되지만, ZnSe와 ZnTe 사이에는 0.8eV 정도의 가전자대 불연속이 존재하여 홀 주입에 대한 장벽이 되기 때문에, 이 장벽을 제외하기 위해서, p형 ZnTe/ZnSe 유사 경사층(112)이 설치된다. 그 구조는 예를 들면 2.1nm 주기로 12층으로 이루어진다. p형 ZnSe 캡층(111)에 인접하는 제1층은 0.3nm의 p형 ZnTe층과 1.8nm의 p형 ZnSe층으로 구성되고, 제2층은 0.4nm의 p형 ZnTe층과 1.7nm의 p형 ZnSe층으로 구성되며, 또한 순차, p형 ZnTe층은 두텁게 또한 p형 ZnSe층은 얇게 되어가는 구조로서, p형 ZnTe콘택트층(113)에 인접하는 제12층은 1.8nm의 p형 ZnTe층과 0.3nm의 p형 ZnSe층으로 구성된다. 단지, 상기와 같은 구조 대신에, 거시적으로 밴드구조가 ZnSe에서 ZnTe로 연속적으로 변화되도록 하는 구조, 혹은 홀이 ZnTe와 ZnSe 사이의 장벽을 턴넬 효과로 흐르도록 하는 구조, 또한 이 들을 조합시키는 구조도 무방하다. 예를 들면, ZnSeTe 등의 혼정을 사용하거나, p형 ZnSe캡층(111)측에 p형 ZnTe의 양자 정호 구조를 설치하여도 된다.
또한, p형 오믹 콘택트층은 BeTe로써 형성할 수도 있고, 같은 p형 BeTe/ ZnSe 유사 경사층, BeSeTe 혼정, BeTe의 양자 정호 구조 등을 조합함으로써, II-VI족 반도체 소자에 적용할 수 있다. BeTe는 GaAs에 대하여 -0.47%정도의 격자부정이고, ZnTe인 경우과는 다르게 임계막 두께 미만의 두께로 결정 품질이 높은 오믹콘택트를 형성할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.
p형 전극(114)으로서는 예를 들면 두께10nm의 Pd막과 두께 600nm의 Au막이 순차 적층된 AuPd 전극이 사용된다. 또한, n형 전극(117)으로서는 예를 들면 AuGeNi 전극이 사용된다.
전류 협착층(115)은 클래드층의 굴절율에 따라서 그 구성재료 및 조성이 선택되지만, ZnMgSSe, ZnMgBeSe, ZnO 등이 바람직하다.
이상에 설명한 반도체 레이저(80)의 레이저 구조의 성장 방법으로서는 분자선 에피택시법이나 유기금속기상 에피택시법 등이 사용될 수 있다. 분자층 혹은 원자층 레벨의 정밀한 제어가 필요한 경우는 원자층 에피택시법 혹은 마이그레션 엔한스트 에피택시법을, 적당히 병용할 수 있다.
이하, 분자선 에피택시법에 의한 제조방법을 서술한다.
도 15는 분자선 에피택시 장치의 개념도이다.
이 장치는 로드 로크실(301), III-V족 반도체 성장실(302), 기판 이송실(303), 및 II-VI족 반도체 성장실(304)로 구성된다. III-V족 반도체 성장실(302) 및 II-VI족 반도체 성장실(304)에는 기판 유지 가열 기구(305)와 가열 증발원(306)이 구비되어 있다. III -V족 반도체 성장실(302)에는 가열 증발원(306)으로서 예를 들면 Ga원, As원, Si원 및 Zn 원이 구비되고, II-VI족 반도체 성장실(304)에는 가열 증발원(306)으로서 예를 들면 ZnSe원, ZnS원, Mg원, ZnTe원 혹은 BeTe원 및 ZnCl2 원이 구비되고, 또한 고주파 방전관을 갖는 N2래디칼원(307)이 구비되어 있다. 여기에서 ZnSe원, ZnS원, ZnTe원 등의 대신에, Zn, Se, S, Cd, Be, Te 등을 충전한 가열 증발원을 구비하여도 관계없다.
도 15의 장치는 III-V족 반도체 성장실(302)에 있어서, 기판상에 n형 GaAs 버퍼층(102)을 형성한 직후에 Zn 분자선을 조사하여, GaAs 표면상을 수 원자층의 Zn에서 종료할 수 있다. 이것에 의해, II-VI족 반도체와 GaAs의 계면에 있어서의 Ga-Se결합이나 Ga-S 결합의 형성을 저지하여, 이들에 기인되는 적층결함의 발생을 억제할 수 있다.
Si 도프 n형 GaAs(100) 기판(101)(캐리어 밀도 2x1018cm-3)은 로드 로크실(301)에 있어서 350℃로 프리베이크된 후에,1×10-10Torr 정도의 진공도로 유지된 기판 이송실(303)을 거쳐서, III-V족 반도체 성장실(302)로 반송된다. 여기에서, As 분자선을 조사하면서 GaAs 기판(101)을 약 600℃까지 가열하여 자연산화막의 제거를 행한 후, Ga, As 및 Si 분자선을 조사함으로써, Si 도프 n형 GaAs 버퍼층(102)을 성장시킨다. Ga 및 As 분자선 강도는 각각 예를 들면 5×10-7및 1×10-5Torr로 하여, 기판 온도를 예를 들면 590℃로 한다. 상기의 경우의 성장속도는 0.9μm/h가 된다.
n형 GaAs 버퍼층(102)의 성장 후, 기판온도를 300℃까지 내리어 aAs 버퍼층(102)의 표면에 Zn 분자선을 조사함으로써, GaAs 표면을 Zn 종단한다. 예를 들면, 가열 증발원에서의 분자선 강도는 1×10-6Torr, 조사시간은 30초간으로 한다. 표면재구성구조는 GaAs의 As 안정화면을 나타내는(2×4) 구조에서 Zn 종단된 것을 나타낸(1×4) 구조로 변화하는 것이, 고속 전자선 회절에 의해 확인된다.
Zn 종단된 n형 GaAs 버퍼층(102)을 형성한 기판(101)을 기판 이송실(303)을 거쳐서 II-VI족 반도체 성장실(304)로 반송하고, 여기에서, n형 GaAs 버퍼층(102)상에 순차, n형 ZnSe 버퍼층(103), n형 ZnSSe 버퍼층(104), n형 ZnMgSSe 클래드층(105), n형 ZnMgSSe 광 가이드층(106), ZnMgSSe 양자 정호 활성층(107), p형 ZnMgSSe 광 가이드층(108), p형 ZnMgSSe 클래드층(109), p형 ZnSSe 클래드층(110), p형 ZnSe 캡층(111), p형 ZnTe/ZnSe 유사 경사층(112) 및 p형 ZnTe 콘택트층(113)을 적층한다. n형 불순물 원료로서는 예를 들면 ZnCl2를, p형 불순물 원료로서는 예를 들면 고주파 플라즈마 방전에 의해 생성된 활성 N2를 사용한다. 결정 성장중의 기판온도는 예를 들면 290℃, ZnMgSSe 클래드층의 성장속도는 예를 들면 0.7μm/h로 한다.
본 실시예의 반도체 레이저(80)의 레이저 구조로서는 양자 정호층, 광 가이드층 및 클래드층의 각각, 다른 조성의 ZnMgSSe를 사용하고 있다. 이 때문에, 각층을 균일한 조성의 혼정으로 형성하고자 하면, 구성원소의 분자선 강도 및 그 강도비를, 각 층을 성장할 때마다 정확히 제어할 필요가 있다. 일반적으로는 가열증발원의 온도를 제어함으로써, 혹은 밸브기구의 부수적인 가열 증발원에서는 밸브의 개폐도를 제어함으로써, 분자선 강도 및 그 강도비가 제어된다.
이것에 대하여, 각층을 2원 화합물끼리나 4원 혼정을 조합한 초격자로 구성하면, 복잡한 분자선 강도의 제어는 단순화되어, 가열 증발원의 셔터의 개폐만으로 용이하게 본 실시예의 레이저 구조를 제조할 수 있다.
예를 들면, ZnSe 및 Mg의 가열 증발원의 온도를, Mg 혼정비 0.4, S 혼정비0.5의 조성을 갖는 ZnMgSSe 클래드층을 성장하기 위해 필요한 온도로 고정하고, ZnS 가열 증발원의 온도를, S 혼정비 0.06의 조성을 갖는 ZnSSe 클래드층을 성장하기 위해 필요한 온도와 Mg 혼정비 0.4, S 혼정비 0.5의 조성을 갖는 ZnMgSSe 클래드층을 성장하기 위해 필요한 온도 사이에서, 전환하여 제어하면 된다.
또한, ZnS 가열 증발원을 2개 설치하면, 모든 가열 증발원의 온도를 고정할 수 있다. 혹은 밸브기구의 부수되는 ZnS 가열 증발원을 사용하면, 각각의 밸브 개폐도의 전환을 제어함으로써, 상기 2개의 조성을 성장하기 위해서 필요한 분자선 강도를 얻게된다. 이들의 경우에는 순간에 ZnS 분자선 강도를 변화시키기 때문에, 성장을 중단하지않고 성장 프로세스를 연속적으로 행할 수 있는 이점을 갖는다.
상술의 방법을 사용했을 때의 본 실시예의 레이저 구조는 예를 들면 이하와 같다.
ZnSSe 클래드층 및 ZnMgSSe 클래드층은 각각, S 혼정비 0.06의 조성을 갖는 균일한 조성의 혼정 및 Mg 혼정비 0.4, S 혼정비 0.5의 조성을 갖는 균일한 조성의 혼정으로, 구성한다. ZnMgSSe 광 가이드층은 예를 들면 두께 1.1nm의 ZnSe와 두께 3.4nm의 Zn0.6Mg0.4S0.5Se0.5로 형성된 초격자를, 23주기 적층하여 구성한다.
또한, ZnMgSSe 양자 정호층은 예를 들면 3분자층의 ZnSe와 1분자층의 ZnS와 3분자층의 ZnSe와 1분자층의 MgSe로써 형성된 단주기 초격자(주기 약 2nm)를, 2주기 적층하여 형성한다. 또한, ZnMgSSe 장벽층은 예를 들면 1분자층의 ZnSe와 3분자층의 Zn0.6Mg0.4S0.5Se0.5로써 형성된 단주기 초격자(주기 약 1nm)를, 6주기 적층하여 구성한다. 이러한 구조로 함으로써, 도 13에 도시된 n형 ZnMgSSe 클래드층(105)에서 p형 ZnMgSSe 클래드층(109)까지는 적어도 성장을 중단하지않고서, 가열 증발원의 셔터 개폐 제어만으로 용이하게 형성할 수 있다.
이상 에피텍셜 성장으로 얻어진 레이저 구조를 갖는 웨이퍼를, 도 13이나 도 14(a)에 도시된 분포 반사형 반도체 레이저(80)에 가공한다.
우선, 웨이퍼 전면에 예를 들면 Pd와 Au를 순차 진공 증착하여 p형 전극(114)으로 한 후, p형 ZnMgSSe 클래드층(109)의 도중까지 에칭하여, 예를 들면 폭 4μm, 길이 600μm의 메사 스트라이프를 형성한다.
에칭에는 습식 에칭을 사용하거나 드라이 에칭을 사용하여도 된다. 습식 에칭으로서는 예를 들면 요오드화 칼륨 수용액으로 p형 전극(114)을 에칭한 후, 중크롬산 칼륨 포화 수용액과 농황산이 용적비 3:2로 혼합된 에칭액으로, II-VI족 화합물 반도체층을 에칭할 수 있다.
또한, 드라이 에칭으로서는 Ar 이온 밀링, BCl3에 의한 반응성 이온 엣칭 등을 사용할 수 있다.
다음에, 메사 스트라이프 영역(도 14(a)의 활성영역(201)에 상당)의 한쪽에 인접하여, 예를 들면 길이 400μm의 분포 반사기 영역(202)을, p형 ZnMgSSe 광 가이드층(108)의 바로 윗쪽의 p형 ZnMgSSe 클래드층(109)으로 형성한다. 도 14(b)는 도 14(a) 의 레이저 구조를 위에서 본 평면도이고, 클래드층(109)이 노출되어 있는 상태를 도시하고 있다. 그 후에, 도 14(c)에 도시된 바와 같이, 레이저 간섭 노광법으로형된 레지스트 마스크로 p형 ZnMgSSe 클래드층(109)을 습식 에칭함으로써, 클래드층(109)상에 회절격자를 형성한다. 회절격자는 예를 들면 2차 회절을 사용하여, 주기 185nm로 한다. 혹은 3차 회절을 사용하여, 주기 277nm로 해도 된다. 회절격자는 적어도 영역(202)에 형성할 수 있으면 되기 때문에, 여기에서는 p형 전극(114)을 포함하는 스트라이프 이외의 클래드층(109)의 전면에 형성하고 있다.
에칭에는 상술한 크롬 혼산 이외에 포화취소수나 브롬메타놀액 등의 취소계를 사용할 수 있다.
도 14(d-1)는 도 14(b)에 도시된 선 X-X'에 따른 단면도이고, 도 14(d-2)는 도 14(b)에 도시된 선 Y-Y'에 따른 단면도이다. 각각, 클래드층(109)상에 회절격자가 형성된 상태에 있어서의 공진기 방향에 대하여 수직인 방향의 구성을 도시한다.
또한, 같은 선 X-X' 혹은 선 Y-Y'에 따른 단면도인 도 14(e-1) 및 도 14(e-2)에 도시된 바와 같이, 스트라이프형상의 p형 전극(114)상에 레지스터 스트라이크 마스크를 형성한 후, 전류 협착층(115)으로서 예를 들면 ZnO 층(115), 및 전류 협착층(115)을 덮는 전극(116)으로서 예를 들면 Au 전극(116)을, 연속적으로 진공 증착한다. 전류 협착층(115)의 두께는 메사 높이와 거의 일치시키도록 선택하여, 메사 스트라이프를 매립하도록 한다. 그 후에, 리프트오프에 의해서 p형 전극(114)을 노출시킨다. 또한, 전류 협착층(115)에는 ZnO 이외에도 ZnOS나 ZnMgSSe를 사용할 수 있어, 굴절율을 알맞게 제어함으로써, 활성영역(201)과 분포 반사기 영역(202)과의 고효율 도파로 결합을 실현할 수 있다.
p형 전극(114) 및 전극(116)상에는 필요에 따라서, 레이저 소자를 장치하기 위한 전극을 형성해도 된다. 또한, n형 GaAs 기판(101)의 이면에는 예를 들면 Ni, Ge 및 Au를 진공 증착하여, n형 전극(117)으로 한다.
그 후에 웨이퍼를 벽개하여, 분포 반사기가 없는 출사측 단면에는 적당한 반사율을 갖는 반사막(203)을, 진공증착이나 스패터링에 의해 형성한다. 반사막(203)은400nm정도의 단파장역에서도 흡수가 없는 유전체, 예를 들면 산화규소, 산화티타늄등을 사용한 1/4 파장 다층막으로 구성된다. 반사율은 50내지 70%정도가 바람직하다. 이것은 반도체 레이저에 대하여 귀환광 유기 잡음을 감소하여, 또한 저소비전력으로30mW정도의 광출력을 얻기위해서이다. 이러한 반사율은 레이저 소자 단면에, 예를 들면 두께 1/4 파장의 산화규소막과 두께 1/4 파장의 산화티타늄막을 1층씩 형성함으로써, 얻어진다.
한편, 회절격자측의 단면에는 복합공진기 모드를 억제하기 위해서, 저 반사막혹은 흡수막(204)을 형성한다. 저 반사막은 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 등의 유전체로 구성된다. 저 반사막의 굴절율, 두께 혹은 적층구조를 제어함으로써, 실질적으로 반사율을 0%로 할 수 있다. 또한, 흡수막은 ZnSe, Si 등의 도파로층의 밴드갭보다 충분히 작은 밴드갭을 갖는 적당한 두께의 반도체막으로 구성한다. 분포 반사기 영역(202)의 반사율은 99%를 초과하지만, 여기를 투과한 광이 흡수막으로 충분히 감쇠되어 실질적으로 흡수되도록, 반도체막의 두께를 선택한다. 예를 들면, 두께400nm의 Si 막을, 화학적 기상증착에 의해 형성한다.
광 픽업으로서 장치된 본 실시예의 DBR 반도체 레이저(80)의 동작 특성은 주위온도 25℃에 있어서, 출력 30mW시에는 발진 파장은 427nm, 동작전류는 95mA, 동작전압은 5.6V, 종횡비는 2.4, 비점격차는 5μm이고, 또한 출력 5mW시의 상대 잡음 강도는 -137dB/Hz이다. 또한, 주위온도 -10 내지 60℃에 있어서의 발진 파장의 시프트는 1.5nm이다. 귀환광 5%에 대하여도, 노이즈 특성이 열화되지 않고 안정하게 동작한다.
다음에, 상기의 반도체 레이저(80)를 사용하여 광 픽업을 구성한다. 도 16에, 그 구성의 일부를 모식적으로 도시한다.
이 광 픽업은 반도체 레이저(80)와, 광학 시스템과 광 검출 시스템을, 적어도 구비하고 있다. 광학 시스템에는 편광 홀로그램(58a)을 이용한다. 보다 구체적으로는 파장 427nm의 II-VI족 반도체 레이저(80)로부터 출사된 레이저 광은 콜리메이터 렌즈(51)로 평행화 된 후, 프리즘(63)에서 방향을 바꾸어서 편광 홀로그램(58a) 및 4분의1 파장 판(59)을 통과하여, 포커스 렌즈(52)로 집광되어, 광 디스크 매체(도면에 안나타남)에 형성된 피트에 조사된다. 광 디스크 매체로부터의 신호 광은 포커스 렌즈(52)로 평행화되어, 4분의1 파장 판(59)으로 왕복로에 대하여 90도 편광 방향이 변화된다. 이후에 신호 광은 편광 홀로그램(58a)을 투과하여 프리즘(63)에서 방향을 바꾸어서 광 검출기(57)상에 집광된다.
레이저 광의 일부는 프리즘(63)으로 분리되어 출력 모니터용 검출기(64)에 들어가고, 반도체 레이저(80)의 파워제어를 행한다. 또한, 편광 홀로그램(58a), 포커스 렌즈(52) 등은 가동유닛(62)으로 구동되어 있다.
광 디스크 매체에 형성된 피트는 길이 0.28μm에서 트랙 피치는 0.50μm이다. 본원 발명자 등에 의한 실험으로서는 HDTV에서 노이즈가 없는 아름다운 화상이 양호하게 재생되었다.
이상에서, 본 실시예의 II-VI족 반도체 레이저(80)를 사용하여도, 파장 변동이 작고 또한 저잡음의 고밀도 광 기록 재생용 광 픽업이 실현된다. 또한, RF 중첩도, 귀환광 대책으로서 유효하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 광 픽업에 의하면, 종래와 비교하여 고친밀도의 피트를 기록 재생할 수 있고, 고밀도 광 디스크가 실현된다. 그 때에, 광원으로서 파장로크된 반도체 레이저(예를 들면 DBR 레이저)를 사용함으로써, 저 노이즈화가 도모된다.
또한, 고출력반도체 레이저에 의해서 광 기록을 행할때에, 파장 로크에 의해서, 기록시로부터 재생시로의 전환할때에 있어서의 발진 파장의 변화는 작고, 렌즈재료의 광학특성(굴절율)의 파장 의존성에 기인되는 문제점이 생기지 않는다. 이 때문에, 사용할 수 있는 렌즈재료의 제한이 없다. 또한, 발진 파장이 로크되기 때문에, 회절형 렌즈 등도 사용할 수 있다.
또한, 출사부에 테이퍼부분을 형성하여 빔에 스팩트비를 1에 근접함으로써, 실질적인 전달효율이 대폭 향상된다. 이것에 의해, 반도체 레이저의 출력은 낮게 억제하는 것이 가능하게 되어, 반도체 레이저의 수명이 현격히 향상된다.

Claims (29)

  1. 발진 파장이 435nm이하인 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원으로부터 출사되는 광에 소정의 광로를 주는 광학 시스템 및,
    상기 광학 시스템으로부터의 광을 검출하는 광 검출기를 구비하여 구성되고,
    상기 레이저 광원은 광 피드백에 의해 파장 로크되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 GaN계 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 그레이팅 구조에 의해 광 피드백되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 DBR 구조를 갖는 반도체 레이저이고, 상기 광 피드백은 상기 DBR 구조에 의해서 실현되는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 DBR 구조는 상기 반도체 레이저의 광 출사부와는 반대측의 단면 부근에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 반도체 레이저의 광 출사부와는 반대측의 단면에, 레이저 광에 대한 흡수 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 광원의 광 출사측에 테이퍼형 빔 정형부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 RF 중첩에 의해 동작되고 있는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  9. 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원으로부터 출사되는 광에 소정의 광로를 주는 광학 시스템, 상기 광학 시스템으로부터의 광을 검출하는 광 검출기 및,
    상기 광 검출기에의 입사광의 광량을 제어하는 제어 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어 부재는 상기 광 검출기에의 상기 입사광의 편광 방향을 제어함으로써 상기 입사광의 광량을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 부재는 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저 광의 편광 방향을 전환하여, 그것에 의하여 상기 광출기에의 상기 입사광의 편광 방향을 제어하는 부재인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 반도체 레이저이고,
    상기 제어 부재는 상기 반도체 레이저에 압력을 인가하여 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저 광의 편광 방향을 전환하는 부재인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제어 부재는 상기 광학 시스템에 포함되는 편광 소자와 포커스렌즈 사이에 배치된 가변 파장 판인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 광 검출기에의 상기 입사광은 광 디스크 매체로부터의 신호 광인 것을 특징으로 하는 광 픽업.
  15. 발진 파장이 435nm이하인 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원으로부터 출사되는 광에 소정의 광로를 주는 광학 시스템, 상기 광학 시스템으로부터의 광을 검출하는 광 검출기 및,
    길이 0.3μm 이하의 피트를 갖는 광 디스크 매체를 구비하여 구성되고,
    상기 레이저 광원은 광 피드백에 의해 파장 로크되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 GaN계 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 그레이팅 구조에 의해 광 피드백되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 DBR 구조를 갖는 반도체 레이저이고, 상기 광 피드백은 상기 DBR 구조에 의해서 실현되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 DBR 구조는 상기 반도체 레이저의 광 출사부와는 반대측의 단면 부근에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  20. 재 18 항에 있어서, 상기 반도체 레이저의 광 출사부와는 반대측의 단면에, 레이저 광에 대한 흡수 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 레이저 광원의 광 출사측에 테이퍼형 빔 정형부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 RF 중첩에 의해 동작되고 있는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 -135dB/Hz 이하의 상대 잡음 강도(RIN) 레벨을 갖는 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  24. 제 15 항에 있어서, 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 상기 광을 이용하여, 상기 광 디스크 매체에 광 기록을 행하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  25. 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원으로부터 출사되는 광에 소정의 광로를 주는 광학 시스템,
    상기 광학 시스템으로부터의 광을 검출하는 광 검출기,
    길이 0.3μm이하의 피트를 갖는 광 디스크 매체 및,
    상기 광 디스크 매체로부터 상기 광 검출기로 입사하는 신호 광의 광량을 제어하는 제어 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 제어 부재는 상기 신호 광의 편광 방향을 제어함으로써 상기 신호 광의 광량을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 제어 부재는 상기 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저 광의 편광 방향을 전환하고, 그것에 의해 상기 신호 광의 편광 방향을 제어하는 부재인 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 반도체 레이저이고,
    상기 제어 부재는 상기 반도체 레이저에 압력을 인가하여 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 레이저 광의 편광 방향을 전환하는 부재인 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 제어 부재는 상기 광학 시스템에 포함되는 편광 소자와 포커스렌즈 사이에 배치된 가변 파장 판인 것을 특징으로 하는 광 디스크 장치.
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