KR19990063946A - 반도체 레이저 및 이 반도체 레이저를 이용한 광디스크 장치 - Google Patents

반도체 레이저 및 이 반도체 레이저를 이용한 광디스크 장치 Download PDF

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마사야 마노흐
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모리시타 요이찌
마츠시타 덴키 산교 가부시키가이샤
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Abstract

n형 GaAs 기판(701)상에, n형 GaAs 버퍼층(702), AlGaInP의 n형 클래드층(703), AlGaInP 및 GaInP로 이루어지는 다중 양자 우물 구조의 활성층(704), p형의 AlGaInP로 이루어지는 제 1 p형 클래드층(705a), 광가이드층(707),제 2 p형 클래드층(705b), p형의 GaInP로 이루어지는 가포화 흡수층(706), AlGaInP로 이루어지는 제 3 p형 클래드층(707)이 순차적으로 형성되어 있다. 본 구조에는, 가포화 흡수층의 부피를 작게 함과 동시에 광가이드층을 설치하고 있다. 가포화 흡수층의 부피를 작게 할수록, 캐리어 밀도를 용이하게 올릴 수 있으며, 포화 상태로 되기 쉽고, 가포화 흡수의 효과가 현저하게 된다. 이것에 의해, 안정한 자려 발진 특성이 얻어지며, 그 결과, 상대 잡음 강도가 낮은 반도체 레이저를 실현할 수 있다.

Description

반도체 레이저 및 이 반도체 레이저를 이용한 광디스크 장치
최근에, 광통신, 레이저 프린터, 광디스크 등의 분야에서 반도체 레이저의 수요가 높아져, GaAs계, 및 InP계를 중심으로 하여 활발하게 연구 개발이 진행되어 왔다. 광정보 처리 분야에서는, 특히 파장이 780nm인 AlGaAs계 반도체 레이저광에 의한 정보의 기록·재생을 행하는 방식이 실용화되어, 콤팩트 디스크 등으로 널리 보급되고 있다.
그러나 최근에 이것들의 광디스크 장치에 점차 기억 용량의 증가가 요청되고 있으며, 그것에 따라 단파장 레이저의 요망이 강해지고 있다. AlGa InP계 반도체 레이저는 파장이 630 내지 690nm에서의 적색 영역에서 발진이 가능하고, 현재 실용 레벨에 있는 반도체 레이저중에서 가장 단파장의 광이 얻어진다. 따라서, 종래의 AlGaAs계 반도체 레이저에 대신하는 차세대의 대용량 광정보 기록용 광원으로서 유망하다. 그런데, 반도체 레이저는 광디스크의 재생시에, 디스크면으로부터의 반사광의 귀환이나 온도의 변화에 의해 강도(强度) 잡음을 발생하여, 신호의 독해 에러를 유발한다. 따라서 광디스크의 광원용에는 강도 잡음이 작은 레이저가 불가결하게 된다.
종래, 재생 전용·저출력의 AlGaAs계 반도체 레이저로서는 잡음을 저감하기 위해서 리지 스트라이프의 양측에 의도적으로 가포화 흡수체가 형성되는 구조를 채용함으로써 저잡음화를 도모하여 왔다. 이것에 의해서 세로 모드를 멀티화할 수 있다. 레이저가 세로 모드에서 발진할 때에 광의 귀환이나 온도 변화 등의 외부 저해 요인이 생기면 이득 피크의 미소한 변화에 의해서 근접하는 세로 모드가 발진을 개시하여, 원래의 발진 모드와의 사이에서 경합을 일으킨다. 이것이 잡음의 원인이 되며, 세로 모드를 멀티화하면 각 모드의 강도 변화가 평균화되고, 또한 외부 저해 요인에 의하여 변화하지 않기 때문에 안정한 저잡음 특성을 얻을 수 있다.
또한, 별도의 방법으로서 더욱 안정한 자려 발진 특성을 얻는 방법이 특개소 63-202083호 공보에 공지되어 있다. 여기서는 출력광을 흡수할 수 있는 층을 설치함으로써 자려 발진형 반도체 레이저를 실현하고 있다.
또한, 일본 특개평 6-260716 호 공보에서는 활성층의 에너지 갭과 흡수층의 에너지 갭을 거의 같이 함으로써 특성을 개선하였다고 보고가 되었다. 특히, 왜량자(歪量子) 우물(well) 활성층의 에너지 갭과 왜량자 우물 가포화 흡수층의 에너지 갭이 거의 같이 되어 있다. 이 구성에 의해서 양호한 자려 발진 특성을 얻으려고 한다. 같은 구성이, 특개평 7-22695 호 공보에도 기재되어 있다.
그러나, 본 발명자의 검토에 의하면, 가포화 흡수층과 활성층과의 에너지 갭을 거의 같이 하는 것만으로는, 양호한 자려 발진 특성이 얻어지지 않은 것이 분명해졌다.
그래서 본 발명은, 가포화 흡수층과 활성층과의 에너지 갭차를 검토하여, 저잡음 특성에 유효한 안정한 자려 발진 특성을 갖는 반도체 레이저 및 그 제조 방법 및 광디스크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 광디스크 시스템의 광원 등에 이용되는 자려 발진형 반도체 레이저 및 이 반도체 레이저를 이용한 광디스크 장치에 관한 것이다.
도 1은 에너지 갭을 설명하기 위한 모식도.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 레이저의 제 1 실시예의 단면도.
도 3은 제 1 실시예의 밴드 갭 에너지도.
도 4A는 Pmax를 설명하는 광출력 특성도.
도 4B는 Pmax보다도 큰 광출력을 주는 조건에서의 광출력의 시간 변화를 나타내는 도면.
도 4C는 Pmax보다도 작은 광출력을 주는 조건에서의 광출력의 시간 변화를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 대해서의 Tmax, Pmax 특성도.
도 6은 에너지 갭과 동작 전류와의 관계를 나타내는 특성도.
도 7은 동작 전류와 수명 시간과의 관계를 나타내는 특성도.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예의 광출력 특성도.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예의 광출력의 시간 변화를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 의한 반도체 레이저의 제 2 실시예의 단면도.
도 11은 제 2 실시예의 밴드 갭 에너지도.
도 12A는 광가이드층을 설치하지 않은 경우의 광 강도 분포도.
도 12B는 광가이드층을 설치한 경우의 광강도 분포를 나타내는 도면.
도 13은 제 2 실시예에 있어서의 광감금률을 나타내는 특성도.
도 14는 본 발명에 의한 반도체 레이저의 다른 실시예의 밴드 갭 에너지도.
도 15는 본 발명에 있어서의 가포화 흡수층과 광가이드층과의 위치 관계를 나타내는 밴드 갭 에너지도.
도 16은 광가이드층내에 가포화 흡수층을 설치한 경우의 밴드 갭 에너지도.
도 17은 본 발명에 의한 광디스크 장치의 실시예의 구성을 모식적에 나타내는 도면.
도 18은 본 발명에 의한 광디스크 장치에 사용되는 레이저 유닛의 사시도.
도 19는 본 발명에 의한 광디스크 장치에 다른 실시예의 구성을 모식적에 나타내는 도면.
도 20은 본 발명에 의한 광디스크 장치의 실시예에 쓰이는 홀로그램(hologram)소자의 기능을 나타내는 도면.
도 21은 본 발명에 의한 광디스크 장치의 실시예에 이용되는 광검출기를 나타내는 평면도.
본 발명에 의한 반도체 레이저는, 양자 우물층을 갖는 활성층과, 이 활성층을 끼운 클래드 구조를 구비한 반도체 레이저로서, 상기 클래드 구조는, 가포화 흡수층과, 상기 가포화 흡수층의 광감금률(optical confinement)을 높이는 광가이드층을 포함하고 있으며, 상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨(基底 準位)간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작으며, 그것에 의해 상기 목적이 달성된다.
상기 가포화 흡수층의 두께는, 약 10에서 약 100옹스트롬의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
상기 가포화 흡수층이 다수 설치되어 있어도 된다.
상기 포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 50에서 100meV만큼 작은 것이 바람직하다.
상기 광가이드층은, 상기 클래드 구조의 다른 부분의 밴드 갭보다도 작으며, 상기 가포화 흡수층의 밴드 갭보다도 큰 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다.
상기 광가이드층의 두께는, 300 내지 1200옹스트롬의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
상기 광가이드층은, 상기 클래드 구조내에서 다수의 부분으로 분리되어도 된다.
상기 광가이드층은, 상기 클래드 구조내에서, 상기 가포화 흡수층에 인접하고 있어도 된다.
상기 가포화 흡수층에는, 1×1018cm-3이상의 불순물이 도프(dope)되어 있는 것이 바람직하다.
상기 활성층은, 다중 양자 우물 구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 반도체 레이저의 제조 방법은, 양자 우물층을 갖는 활성층과, 상기 활성층을 끼운 클래드 구조를 구비하고, 상기 클래드 구조는, 가포화 흡수층과, 상기 가포화 흡수층의 광감금률을 높이는 광가이드층을 포함하고 있으며, 상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작으며, 레이저 발진 동작 개시후, 시간의 경과에 따라 특성이 변동하여, 약 1분 경과후 거의 일정한 특성을 갖는 반도체 레이저의 제조 방법으로써, 상기 레이저 발진 동작의 개시 직후의 특성을 변화시켜, 거의 일정한 특성을 얻는 안정화 공정을 포함하여, 그것에 의해 상기 목적이 달성된다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 특성은 전류-광출력 특성이다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 안정화 공정이, 에이징 처리에 의해서 임계치 전류를 감소시키는 공정을 포함한다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 안정화 공정이, 어닐링(annealing)에 의해서 임계치 전류를 감소시키는 공정을 포함한다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 안정화 공정에 의해서, 임계치 전류를 상기 레이저 발진 동작의 개시 직후의 값에서 5mA이상 저감시킨다.
본 발명의 광디스크 장치는, 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저로부터 방사된 레이저광을 기록 매체에 집광하는 집광 광학계와, 상기 기록 매체에 의해서 반사된 레이저광을 검출하는 광검출기를 구비한 광디스크 장치로써, 상기 반도체 레이저는, 양자 우물층을 갖는 활성층과, 상기 활성층을 끼운 클래드 구조를 구비하고, 상기 클래드 구조는, 가포화 흡수층과, 상기 가포화 흡수층의 광감금률을 높이는 광가이드층을 포함하고 있으며, 상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작으며, 그것에 의하여 상기 목적이 달성된다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 반도체 레이저는, 정보를 상기 기록 매체에 기록할 때에는 단일 모드로 발진하고, 상기 기록 매체에 기록되어 있는 정보를 재생할 때에는, 자려 발진 모드로 동작한다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 반도체 레이저의 근방에 상기 광검출기가 배치되어 있다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 광검출기는, 실리콘 기판에 형성된 다수의 포토 다이오드를 갖고 있으며, 상기 반도체 레이저는 상기 실리콘 기판상에 배치되어 있다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 실리콘 기판은, 그 주면에 형성된 오목부와, 상기 실리콘 기판의 오목부 한측면에 형성된 마이크로 미러를 구비하고 있으며, 상기 반도체 레이저는, 상기 실리콘 기판의 상기 오목부내에 배치되며, 상기 반도체 레이저로부터 방사된 레이저광이 상기 마이크로 미러에 의해서 반사된 후, 상기 실리콘 기판의 주면에 거의 수직 방향으로 진행하도록 상기 마이크로 미러와 상기 주면의 각도가 설정되어 있다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 마이크로 미러의 표면에는, 금속막이 형성되어 있다.
어떤 실시 형태에서는, 상기 활성층 및 상기 클래드 구조는, AlxGayIn1-x-yP (0≤x≤1, 0≤y≤1, 단, x 및 y는 동시에 0에 되지 않는다) 재료로 형성되어 있다.
본 발명에 의한 다른 반도체 레이저는, 양자 우물층을 갖는 활성층과, 가포화 흡수층을 구비한 반도체 레이저로써, 상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작으며, 그것에 의해 상기 목적이 달성된다.
본 발명에 의한 반도체 레이저는, 양자 우물층을 갖는 활성층과, 상기 활성층을 끼운 클래드 구조를 구비한 반도체 레이저로서, 상기 클래드 구조는, 가포화 흡수층을 포함하고 있고, 상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작으며, 그것에 의해 상기 목적이 달성된다. 상기 가포화 흡수층의 두께는, 약 10에서 약 100 옹스트롬의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
상기 가포화 흡수층이 다수 설치되어 있어도 된다.
상기 포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 50에서 100meV만큼 작은 것이 바람직하다.
상기 가포화 흡수층에는, 1×1018cm-3이상의 불순물이 도프되어 있는 것이 바람직하다.
상기 양자 우물층 및 상기 가포화 흡수층에 일그러짐이 주어지는 것이 바람직하다.
상기 활성층은, 다중 양자 우물 구조를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 근거하여 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예 1)
본 발명자등은,「활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차(△E)」와 자려 발진과의 관계를 검토하였다. 본원 명세서에 있어서, 활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차(△E)란, 활성층 및 가포화 흡수층이 양자 우물 구조를 구비하고 있는 경우,「레이저 발진전에 있어서 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭(E'ga)으로부터, 가포화 흡수층의 베이스 레벨간의 에너지 갭(E'gs)을 뺀 값(E'ga-E'gs)」을 의미한다. 이것들의 에너지 갭과, 밴드 갭(Ega, Egs)과의 관계를 도 1에 모식적으로 나타낸다. 일반적으로, 양자 우물 구조를 구비하는 반도체층에서, 베이스 레벨간의 에너지 갭은, 전도대의 밑바닥과 가전자대의 밑바닥과의 사이에는 없고, 각각의 양자 레벨간의 에너지차(E'g)이기 때문에, 통상의 밴드 갭(Eg)보다 도, 약 70meV정도, 에너지 갭은 커진다.
또, 활성층이 양자 우물 구조를 구비하여, 가포화 흡수층이 벌크 구조를 구비하고 있는 경우에는, 활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차는,「레이저 발진전에서의 활성층의 베이스 레벨간의 에너지 갭(E'ga)으로부터, 가포화 흡수층의 밴드 갭(Egs)을 뺀 값」을 의미한다.
본 발명에서, 가포화 흡수층은, 양자 우물 구조를 갖는 것이 있으면, 벌크 구조를 갖는 것도 있다. 그 때문, 본원 명세서에서는, 편의상,「가포화 흡수층의 에너지 갭」을, 다음과 같이 정의한다. 즉, 가포화 흡수층이 양자 우물 구조를 갖는 경우는,「베이스 레벨간의 에너지 갭(E'gs)」을 의미하며, 가포화 흡수층이 벌크 구조를 갖는 경우는, 「밴드 갭(Egs)」을 의미한다. 이「가포화 흡수층의 에너지 갭」이라는 말을 쓰면, 「활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차」는, 「레이저 발진전에서의 활성층의 양자 우물층의 활성층의 베이스 레벨간의 에너지 갭으로부터 가포화 흡수층의 에너지 갭을 뺀 값」으로 표현된다.
본원 발명자등에 의한 검토의 결과, 활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭 차(△E)를 30meV에서 200meV로 하는 것으로, 가포화 흡수층이 레이저광을 좋은 효율로 흡수함과 동시에, 광의 흡수도 포화하기 때문에, 안정한 자려 발진이 얻어지는 것이 분명하다. 활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차(△E)가 30meV보다 작으면 자려 발진은 얻어지지 않는다. 이것은 에너지 갭차가 작기 때문에, 가포화 흡수층이 그다지 레이저광을 흡수하지 않기 때문이라고 생각된다. 또한, 에너지 갭차(△E)가 200meV를 초과하면, 가포화 흡수층에서의 광흡수가 너무 커지게 되어, 가포화 흡수층이 포화 특성을 나타내지 않게 되기 때문에, 자려 발진이 일어나지 않는다. 따라서, 에너지 갭차(△E)는 30 내지 200meV가 좋은 것이 판명된다.
현재의 결정 성장 기술에 의하면, 각 반도체층의 에너지 갭 및 에너지 갭차(△E)는 수 meV이하의 정밀도로 제어할 수 있다. 이 때문에, 형성된 활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차(△E)가 10meV정도만 있으면, 이것들의 활성층 및 가포화 흡수층은, 에너지 갭차(△E)를 두는 것을 의도하여 형성된 것으로 인정된다. 따라서, 활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차(△E)가 10meV이상 있으면, 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭과, 가포화 흡수층의 에너지 갭이「거의 동일하다」라고는 말할 수 없다.
에너지 갭차(△E)가, 특히 50meV 내지 100meV의 범위에서는, 가포화 흡수층의 포화 조건이 최적으로 되어, 높은 동작 온도라도 안정한 자려 발진이 달성된다. 에너지 갭차(△E)가 100meV를 초과하면, 가포화 흡수층에서의 광흡수가 점차 커지게 되어, 동작 전류도 점차로 커진다. 따라서, 에너지 갭차는 100meV이하이면 바람직하다고 할 수 있다. 이와 같이, 에너지 갭차가 50 내지 100meV의 범위내에 있을 때, 반도체 레이저의 동작 전류가 커지지 않고 또한, 매우 특성이 좋은 자려 발진 특성이 얻어진다. 특히, 차등의 비교적으로 고온의 환경에서 반도체 레이저를 동작시킬 가능성이 있는 경우, 이러한 에너지 갭차로 설정하는 것이 바람직하다.
가포화 흡수층의 부피를 작게 하면, 가포화 흡수층에서의 캐리어 밀도가 용이하게 올려진다. 활성층이 방출한 레이저광을 가포화 흡수층이 흡수하여, 전자와 홀의 페어를 발생하지만, 가포화 흡수층의 부피가 작으면, 단위 부피당 광의 흡수량이 증가하여, 이 캐리어 밀도를 용이하게 올릴 수 있다. 그리고 포화 상태로 되기 쉽고, 가포화 흡수의 효과가 현저하게 된다. 따라서, 가포화 흡수층이 얇은 만큼, 강하고 안정한 자려 발진 특성을 얻을 수 있는 것이 본 발명자등의 실험에 의해 명백해졌다. 이러한 강하고 안정한 자려 발진을 발생시키기 위해서는, 가포화 흡수층의 두께를, 약 10 내지 100옹스트롬의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 단지, 가포화 흡수층의 두께가 약 100옹스트롬을 초과하여 벌크 구조를 갖는 두께이더라도, 에너지 갭차를 바람직한 범위내에 설정하면, 문제없다. 또한 가포화 흡수층은 다수로 분리되어 설치되어도 된다.
본 발명의 반도체 레이저로서는, 클래드 구조중에 광가이드층을 설치하고 있다. 그 이유는, 가포화 흡수층의 부피를 작게 하기 위해서 가포화 흡수층의 두께를 양자 우물층과 같이 얇게 한 경우에, 가포화 흡수층에서의 광의 감금률이 극단적으로 감소한 결과, 안정한 자려 발진이 얻어지지 않게 되는 것을 방지하기 위해서이다. 광가이드층을 이용하여, 예를 들면, 활성층의 광감금률이 5.0% 이상으로 유지한 채로, 가포화 흡수층의 감금률을 적어도 1.2% 정도 이상으로 하면, 안정한 자려 발진을 발생할 수 있게 된다.
이와 같이 본원 발명에 있어서의 광가이드층은, 가포화 흡수층의 광감금률을 높이기 위한 것으로써, 활성층으로부터 떨어진 위치에 배치된다. 이 점에서, 활성층의 광감금률을 높이기 위해서 활성층에 인접하는 위치에 배치된 종래의 광가이드층과는 크게 다르다.
또한, 가포화 흡수층과 광가이드층과의 위치 관계는, 가포화 흡수층의 부피 및 광감금을 고려하여, 알맞게 결정된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
(실시예 1)
도 2는, 본 발명에 의한 반도체 레이저의 실시예의 단면도이다. 반도체 레이저는, n형의 GaAs 기판(101)과, GaAs 기판(101)상에 형성된 반도체 적층 구조를 구비하고 있다. 반도체 적층 구조는, n형 GaAs 버퍼층(102), n형 AlGaInP 클래드층(103), AlGaInP 및 GaInP로 이루어지는 다중 양자 우물 활성층(104), 제 1 p형 AlGaInP 클래드층(105a), p형의 GaInP로 이루어지는 가포화 흡수층(106),제 2 p형 AlGaInP 클래드층(105b)을 포함하고 있다. 제 2 p형 AlGaInP 클래드층(105b)의 표면에는, 공진기 길이 방향으로 연장되는 스트라이프 형상 리지 부분(폭 : 약 2.0 내지 7.0μm)이 형성되어 있다. 제 2 p형 클래드층(105b)의 리지 부분 표면에는, 콘택트층(110)이 형성되어 있다. 제 2 p형 클래드층(105b) 및 콘택트층(110)의 양측에는, n형의 GaAs층 전류 블록층(111)이 형성되어 있다. 콘택트층(110)과 전류 블록층(111)의 위에는 p형의 GaAs 캡층(112)이 형성되어 있다. 캡층(112)의 표면에는 p전극(113)이 형성되고, 기판(101)의 이면에는 n전극(114)이 형성되어 있다. 활성층(104)은 3층의 우물층과 장벽층으로 이루어지는 다중 양자 우물 구조로 되어 있다.
본원 명세서에서는, 반도체 적층 구조로부터, 버퍼층, 활성층, 콘택트층, 캡층 및 전류 블록층을 제외한 나머지의 부분을, 전체로 하여, 「클래드 구조」라고 칭한다. 본 실시예의 경우는, n형 AlGaInP 클래드층(103),제 1 p형 AlGaInP 클래드층(105a), 가포화 흡수층(106), 제 2 p형 AlGaInP 클래드층(105b)이, 클래드 구조를 구성한다.
본 실시예의 적층 구조를 구성하는 각 반도체층의 도핑 레벨 및 막두께는 이하의 표 1과 같다.
표 1
───────────────────────────────────── 명칭 번호 도핑 레벨 막두께
───────────────────────────────────── 캡층 ··112 5×1018(cm-3) 3μm
콘택트층 ··110 1×1018(cm-3) 500Å
제2p형 클래드층 ··105b 1×1018(cm-3) 0.9μm
가포화 흡수층 ···106 2×1018(cm-3) 50Å
제1p형 클래드층 ···105a 5×1017(cm-3) 500Å
활성층 ···104 비도프 500Å
장벽층 50Å
우물층 50Å
n형 클래드층 ···103 5×1017(cm-3) 1.0μm
버퍼층 ···102 1×1018(cm-3) 0.3μm
─────────────────────────────────────
도 3은, 본 실시예의 반도체 레이저에 대해서, 활성층 부근에서 가포화 흡수층 부근까지의(AlxGa1-x)0.5In0.5P의 Al조성(x)의 분포를 나타낸다. 본 실시예에서는, n형 클래드층(103),제 1 p형 클래드(105a), 제 2 p형 클래드층(105b)의 Al조성은 0.7이다. 활성층(104)내의 양자 우물층과 가포화 흡수층은, Ga0.45In0.55P, Ga0.40In0.60P로 형성되어 있기 때문에, 주위의 층보다도 격자 정수가 크고, 동시에 압축 일그러짐이 가해져 있다.
자려 발진을 안정하게 발생시키기 위한 중요한 점은, 활성층(104)의 양자 우물층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차에 있다. 실시예 1에서는, 그 에너지 갭차가 57meV로 되고 있어, 안정한 자려 발진이 얻어졌다.
본원 발명자는, 가포화 흡수층의 기능과 에너지 갭차에 대해서 검토하여 보았다. 그 결과를 이하에 설명한다.
우선, 도 4A로부터 도 4C를 참조한다. 도 4A에서 판명된 바와 같이, 주입 전류가 40mA가 되면 레이저 발진(자려 발진)이 일어나며, 그 후에, 주입 전류를 더욱 크게 하면, 도 4A중의 A점에서 자려 발진이 정지하여, 통상의 레이저 발진으로 된다. 자려 발진에 의해서 얻어지는 최대의 광출력을 Pmax라고 칭한다. 도 4A의 예에서는, Pmax는 4.0mW이다. Pmax를 주는 전류보다도 작은 전류로서는, 도 4C와 같이, 시간의 경과와 함께 광출력이 크게 진동하여, 안정한 진폭을 갖는 자려 발진이 얻어진다. 그러나, Pmax를 주는 전류보다도 큰 전류로서는, 도 4B에 나타내는 바와 같이, 시간의 경과와 함께 광출력의 진폭이 서서히 감소하여, 통상의 레이저 발진이 된다.
주입 전류와 마찬가지로, 동작 온도(T)도, 어떤 레벨을 초과하면, 자려 발진하지 않게 되는 경향이 있다. 자려 발진이 관측되는 최고의 온도를 Tmax로 한다. Tmax는, 바꾸어 말하면, 자려 발진이 정지하는 온도라고도 할 수 있다.
도 5는, 그 가로축이 에너지 갭차(meV),세로축이 Tmax(자려 발진이 정지하는 온도)와 Pmax(실온에서의 자려 발진의 최대 광출력)을 나타내는 그래프이다. 실험의 결과, 에너지 갭차가 10, 20meV에서는 자려 발진은 관측되지 않고, 30meV에서 자려 발진이 관측되었다. 30meV에서는, 51℃까지 자려 발진이 관측할 수 있고, 그 때, 광출력이 5mW까지 자려 발진하였다.
에너지 갭차가 30meV이상으로 되어 자려 발진이 일어나기 시작하여, 200meV까지 자려 발진을 확인할 수 있다. 특히 에너지 갭차가 50 내지 100의 범위에서는 Tmax가 높고, Pmax도 크기 때문에 실용적으로 바람직한 범위이다.
에너지 갭차가 100meV를 초과하면, 활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭의 차로부터, 가포화 흡수층에서의 레이저광의 흡수가 커져, 그 결과, 동작 전류가 점차로 커지는 경향이 있다. 이것에 대해서 도 6을 이용하여 설명한다.
도 6은, 가로축이 에너지 갭차(meV), 세로축이 동작 전류(mA)의 그래프이다. 에너지 갭차가 100meV를 초과하면, 동작 전류가 130mA보다 크게 된다.
도 7은, 동작 전류와 본 실시예의 반도체 레이저의 수명과의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는, 반도체 레이저의 광출력을 5mW로 유지하며, 동작 온도가 60℃의 상태로 측정된 결과에 근거하고 있다. 수명을 5000시간 이상으로 하는 것에는, 동작 전류를 130mA이하로 하면 좋은 것이 도 7로부터 알 수 있다.
도 6 및 도 7로부터 판명된 바와 같이, 수명의 관점에서는, 에너지 갭차가 100meV이하인 것이 바람직하다.
활성층과 가포화 흡수층과의 에너지 갭차(△E)를 소정의 범위내에 설정하는 것에는, 활성층이나 가포화 흡수층의 조성비나 두께를 조정하면 좋다. 예를 들면, 활성층이 양자 우물 구조를 구비하고 있으며, 그 우물층이 두께 50옹스트롬의 Ga0.45In0.55P층(Ega=1.937eV, λ=640nm)으로 형성되는 경우, 하기의 표 2에 나타내는 바와 같이 가포화 흡수층의 조성을 조정하면, 에너지 갭차(△E)가 30meV로부터 200meV의 범위내의 값을 나타낸다.
표 2 활성층: Ga0.45In0.55P
──────────────────────────────────────
GaxIn1-xP 가포화 흡수층 에너지 갭차(△E)
──────────────────────────────────────
Ga0.42In0.58P 30meV
Ga0.40In0.60P 50meV
Ga0.34In0.66P 100meV
Ga0.24In0.76P 200meV
──────────────────────────────────────
또한, 상기의 표 2는, 가포화 흡수층의 두께를 50옹스트롬으로 한 경우의 값이다. 가포화 흡수층의 두께를 크게 하면, 에너지 갭차(△E)는 넓어지며, 가포화 흡수층에서의 Ga의 조성비(x)를 크게 하면, 에너지 갭차(△E)는 작게 된다. 이것에 대하여, 활성층의 우물층의 두께를 크게 하면, 에너지 갭차(△E)는 작게 되며, 우물층에서의 Ga 의 조성비(x)를 크게 하면, 에너지 갭차(△E)는 커진다.
도 8은, 반도체 레이저의 전류-광출력 특성을 나타내는 그래프이다. 그래프의 가로축은, 레이저에의 주입 전류(mA)를, 세로축은 광출력(mW)을 나타낸다. 임계치 전류는, 약 50mA이다. 자려 발진형 반도체 레이저의 특성이, 통상의 반도체 레이저의 특성과 다른 것은, 도 8에도 나타나고 있는 바와 같이, 임계치 전류 근방에서 광출력의 급격한 상승이 관측되는 점에 있다. 이것은, 가포화 흡수층이 존재하기 위해서, 어느 정도의 캐리어의 주입량에 이르기까지는 광출력이 외부로 방출되지 않는 것에 의한다. 주입 전류가 어떤 값을 초과하면 레이저 발진이 발생하여, 주입 전류에 비례하여 광출력이 증가하기 시작한다.
도 9는, 본 실시예의 반도체 레이저의 도 8의 P1점에서의 출력 파형을 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 불과 2ns의 사이에 광출력이 크게 진동하여, 자려 발진하고 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 반도체 레이저로서는, 포화 흡수층의 도핑 레벨을 2×1018(cm-3)로, 캐리어의 수명 시간을 저감하고 있다. 그 결과, 캐리어의 시간 변화율에 대한 자연 방출의 기여가 증대하여, 자려 발진을 용이하게 발생할 수 있다. 도핑은, 1×1018(cm-3)이상이면, 캐리어의 수명 시간을 저감하는 효과가 있다.
본 실시예에서는, 두께가 50옹스트롬의 가포화 흡수층을 사용하지만, 가포화 흡수층의 두께는, 이것에 한정되지 않는다. 가포화 흡수층을 다중 양자 우물 구조를 갖는 것으로 해도 좋고, 또한, 벌크 구조를 갖는 것으로 해도 좋다.
(실시예 2)
다음에, 도 10을 참조하면서, 본 발명에 의한 반도체 레이저의 제 2 실시예를 설명한다. 반도체 레이저는, n형의 GaAs 기판(701)과, GaAs 기판(701)상에 형성된 반도체 적층 구조를 구비하고 있다. 반도체 적층 구조는, n형 GaAs 버퍼층(702), n형 AlGaInP 클래드층(703), AlGaInP 및 GaInP로 이루어지는 다중 양자 우물 활성층(704),제 1 p형 AlGaInP 클래드층(705a), 광가이드층(707),제 2 p형 AlGaInP 클래드층(705b), p형의 GaInP로 이루어지는 가포화 흡수층(706),제 3 p형 AlGaInP 클래드층(705c)을 포함한다. 제 3 p형 AlGaInP 클래드층(705c)의 상면에는, 공진기 길이 방향으로 연장되는 스트라이프 형상 리지 부분(폭: 2.0 내지 7.0μm)이 형성된다. 제 3 p형 클래드층(705c)의 리지 부분 상면에는, 콘택트층(710)이 형성된다. 제 3 p형 클래드층(705c) 및 콘택트층(710)의 양측에는, n형의 GaAs 층 전류 블록층(711)이 형성된다. 콘택트층(710)과 전류 블록층(711)의 위에는 p형의 GaAs 캡층(712)이 형성된다. 캡층(712)의 상면에는 p전극(713)이 형성되고, 기판(701)의 이면에는 n전극(714)이 형성된다. 활성층(704)은 3층의 우물층과 장벽층으로 이루어지는 다중 양자 우물 구조로 된다.
본 실시예의 경우는, n형 AlGaInP 클래드층(703),제 1 p형 AlGaInP 클래드층(705a), 광가이드층(707), 제 2 p형 AlGaInP 클래드층(705b), 가포화 흡수층(706),제 3 p형 AlGaInP 클래드층(705c)이, 클래드 구조를 구성한다. 상술의 실시예와 다른 점은, 후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 클래드 구조중에 광가이드층(707)을 설치하는 것에 있다.
도 11에 n형 클래드층(703)으로부터 제 3 p형 클래드층(705c)까지의 (AlxGa1-x)0.5In0.5P의 Al 조성(x)의 분포를 나타낸다. n형 클래드층, 제 1 p형 클래드층, 제 2 p형 클래드층, 제 3 p형 클래드층, 광가이드층은, Al 조성을 0.5로 한다. 또한 활성층(704)의 우물층 및 가포화 흡수층(706)은, Ga0.45In0.55P, Ga0.40In0.60P로 한다.
본 실시예에서도, 가포화 흡수층의 베이스 레벨과 우물층의 베이스 레벨과의 차(에너지 갭차)를 57meV로 한다. 도 10에 나타내는 바와 같은 구조의 경우라도, 안정한 자려 발진을 발생시키기 위해서는, 에너지 갭차가 30 내지 200meV의 범위내에 있을 필요가 있으며, 50 내지 100meV의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
본 실시예의 특징은, 가포화 흡수층의 부피를 작게함과 동시에, 광가이드층을 클래드 구조중에 설치하는 점이다. 가포화 흡수층의 부피를 작게 할수록, 캐리어 밀도를 용이하게 올릴 수 있다. 캐리어 밀도가 높을수록, 광흡수는 포화 상태로 되기 쉽기 때문에, 가포화 흡수 효과가 현저하게 된다. 이 때문에, 가포화 흡수층의 부피를 작게 할수록, 강한 자려 발진을 얻게 된다. 그러나, 가포화 흡수층의 부피가 작게 될수록, 가포화 흡수층에서의 광의 감금률이 작게 되어 버리는 문제가 있다. 본 실시예로서는, 활성층과 가포화 흡수층과의 사이에 광가이드층을 설치함으로써, 활성층으로부터 가포화 흡수층의 방향으로 레이저광의 분포를 확대하여, 그것에 의하여 가포화 흡수층의 광감금률을 높이고, 가포화 흡수층과 광의 상호 작용의 기능을 강화한다. 이와 같이, 본 실시예의 광가이드층은, 가포화 흡수층의 광감금률을 높이는 것으로써, 활성층의 광감금률을 높이는 종래의 광가이드층과는, 기능이 크게 다르다.
다음에, 도 12A, 도 12B 및 도 13을 참조하면서, 본 실시예에서의 광가이드층의 기능을 상세하게 설명한다. 도 12A는 광가이드층을 설치하지 않은 경우, 도 12B는 광가이드층을 설치한 경우의 광 강도 분포를 나타내고 있다. 도 12B에서 판명되는 바와 같이, 클래드 구조의 다른 부분보다도 상대적으로 에너지 갭이 작은 (굴절률이 높다) 반도체층을 광가이드층으로서 활성층에서 떨어진 위치에 설치함으로써, 광 강도의 피크가 2개 생긴다. 즉, 활성층과 광가이드층의 각각의 광감금이 가능하게 되고, 그 결과, 가포화 흡수층에 유효하게 광을 분포시킬 수 있다.
도 13은, 광감금률의 광가이드층 두께 의존성을 나타내는 그래프이다. 가로축은 광가이드층의 두께(옹스트롬), 세로축은 광감금률(%)을 나타낸다. 여기서, 어떤 층의 「광감금률」이란, 광의 전체량중, 그 층내에 분포하고 있는 광량의 비율을 나타내는 것이다.
실험의 결과, 안정한 자려 발진 특성을 얻기 위해서는, 활성층의 광감금률이 5%이상, 가포화 흡수층의 광감금률이 1.2% 이상 필요한 것이 판명된다. 이러한 광감금률을 얻기 위해서는, 광가이드층의 두께를 300 내지 1200옹스트롬의 범위내로 하면 좋은 것이 판명된다. 이와 같이, 광가이드층을 클래드 구조내에 설치함에 따라, 실시예 1의 반도체 레이저와 마찬가지로, 안정한 자려 발진 특성이 얻어진다.
가포화 흡수층의 위치는, 광가이드층으로부터 떨어진 위치에 형성되어 있지만, 도 14에 나타내는 바와 같이 광가이드층중에 형성해도 좋다. 가포화 흡수층에의 광감금률이 1.2%이상이 되도록 광가이드층중에 가포화 흡수층을 형성하면, 자려 발진을 일으킬 수 있다.
또, 실시예 1 및 2에서는, 활성층이 다중 양자 우물 구조의 경우에 대해서 설명하지만, 단일의 양자 우물 구조라도, 양자 우물층과 가포화 흡수층과의 베이스 레벨의 에너지 갭의 차를, 30 내지 200meV, 특히, 50 내지 100 emV로 하는 것으로 안정한 자려 발진 특성을 갖는 반도체 레이저를 실현할 수 있다. 또한, 활성층이 양자 우물을 갖지 않는 벌크형이라도, 에너지 갭차를 상기 범위내에 설정하면, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
실시예 2에서는, 광가이드층을 가포화 흡수층과 활성층과의 사이에 배치하였지만, 광가이드층과 가포화 흡수층과의 배치 관계는, 그것에 한정되지 않는다. 도 15를 참조하여, 광가이드층과 가포화 흡수층과의 배치 관계를 설명한다. 도 15에 있어서, SA1로부터 SA5로 나타나는 파선부의 어느 위치에 가포화 흡수층을 배치해 도 된다.
SA1로 나타내는 위치는, 실시예 2에서의 가포화 흡수층의 위치에 대응하고 있다.
SA1로 나타내는 위치는 광가이드층으로부터 떨어져 있지만, 가포화 흡수층은 광가이드 층에 인접하고 있어도 된다. SA2로부터 SA4는, 광가이드층내에 설치된 가포화 흡수층의 위치를 나타내고 있다. SA5는, 광가이드층과 활성층과의 사이에 설치된 가포화 흡수층의 위치를 나타내고 있다. SA5로 나타내는 위치는 광가이드층으로부터 떨어져 있지만, 가포화 흡수층은 광가이드층에 인접하고 있어도 된다.
광가이드층내에 가포화 흡수층을 설치한 경우와, 그렇지 않은 경우에서도 가포화 흡수층에서 본 양자 우물의 장벽의 높이가 다르기 때문에, 가포화 흡수층내의 베이스 레벨의 레벨은 다소 변화한다.
또, 가포화 흡수층에 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 경우, 활성층의 근방에 가포화 흡수층을 배치하면, 가포화 흡수층중의 불순물이 활성층에 악영향을 줄 우려가 있다. 그 때문, 예를 들면 불순물 농도가 1×1018cm-3이상의 가포화 흡수층을 설치하는 경우, 가포화 흡수층과 활성층과의 간격을 200옹스트롬 이상 사이를 두는 것이 바람직하다.
또한, 가포화 흡수층의 수는 한개로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 15의 SA1로부터 SA5중의 어느 2이상 위치의 각각에 가포화 흡수층을 배치해도 좋다. 또는, 가포화 흡수층이 다중 양자 우물 구조를 갖도록 해도 된다. 단지, 다수의 가포화 흡수층을 클래드 구조내에 설치하면, 결과적으로 가포화 흡수층의 토털 부피가 증가하기 때문에, 가포화 흡수층내의 캐리어 밀도가 저하한다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 비교적 굴절률이 큰 재료에서 형성되는 가포화 흡수층을 다수개, 근접시켜 배치하는 경우에는, 그것들 다수의 가포화 흡수층이 근접 배치된 부분에 광이 감금되기 쉽기 때문에, 광가이드층을 설치할 필요성은 저하한다.
또, 광가이드층을 다수로 분리하여 설치해도 좋다. 예를 들면, 한 쌍의 광가이드층에서 가포화 흡수층을 끼우도록 해도 된다. 만약, 그 한 쌍의 광가이드층을 가포화 흡수층에 인접하도록 배치하였으면, 도 15의 SA3에 가포화 흡수층을 설치한 구조가 얻어진다. 그와 같은 경우, 광가이드층내에 가포화 흡수층을 설치한다고 표현하는 것도 가능하다. 광가이드층내에 가포화 흡수층을 설치한 경우의 광가이드층의 두께란, 도 16에 나타내는 제 1 광가이드 부분의 두께(T1)와 제 2 광가이드 부분의 두께(T2)의 합으로 나타낸다.
(실시예 3)
이하, 본 발명에 의한 칩 검사 공정을 설명한다.
일반적으로, 한개의 반도체 웨이퍼로부터 다수의 반도체 레이저 소자가 형성된다. 구체적으로는, 반도체 웨이퍼상에 p형 전극 및 n형 전극을 형성한 후, 반도체 웨이퍼 기판을 벽개하여, 다수의 바(bar)로 분리한다. 이다음, 바의 벽개면에 반사막을 코트한다.
칩 검사 공정에서, 어떤 설정된 범위내에 들어가지 않는 특성을 갖는 반도체 레이저 소자는, 불량품으로 배제한다. 예를 들면, 칩 상태에 있는 반도체 레이저소자를 실온에서 펄스 구동시켰을 때, 임계치 전류가 100 내지 200mA의 범위내에 없는 소자는, 불량품으로서 배제된다.
다음에, 칩 검사 공정에서 배제되지 않은 레이저 칩을 얻어, 그 레이저 칩을 캔내에 봉하여 조립 공정한다.
다음에, 에이징 공정을 한다. p형 불순물의 도프된 가포화 흡수층을 갖는 반도체 레이저 소자의 경우, 반도체 레이저 소자의 발진 동작을 개시하였을 때와, 동작 개시후 1분 이상의 시간이 경과하였을 때에, 반도체 레이저 소자의 특성이 변화한다 것이 발명자등에 의해서 판명되었다. 또한, 레이저 발진 동작의 개시후 몇 분 경과한 후에, 특성은 안정화하는 경향이 있는 것도 판명되었다. 보다 구체적으로는, 레이저 발진 동작 개시후, 약 10분 경과한 후, 특성은, 거의 일정한 상태를 유지하게 된다. 예를 들면, 일정한 광출력을 얻는 조건의 기초로 반도체 레이저 소자를 구동하는 경우, 발진 동작의 개시 직후는 약 100mA의 구동 전류로 동작하는데, 1 내지 10분 경과한 후에는 약 70mA의 구동 전류로 동작하게 된다.
상기 특성 변동은, 레이저 발진 동작의 개시후, 비교적 짧은 기간내에 발생하여, 그 기간이 경과한 후는, 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 이러한 특성 변동을 「초기 특성 변동」이라고 칭한다.
반도체 레이저 소자를 광원으로서 포함하는 장치나 시스템이 사용되는 경우, 반도체 레이저 소자의 동작 전류는 변동하지 않은 쪽이 바람직하다. 이 때문에, 본 발명에 의한 반도체 레이저 소자를 출하하기 이전에는, 특성(예를 들면, 임계치 전류)을 안정화하는 공정(에이징 공정)을 하는 것이 바람직하다. 에이징 공정은, 1 내지 120분간, 반도체 레이저 소자를 실온에서 연속 발진시키는 공정이어도 좋고, 또한, 1 내지 120분간, 50℃에서 펄스 발진시키는 공정이어도 좋다. 이것들의 공정은, 칩의 조립 공정후에 할 필요가 있다.
또한, 에이징 공정 대신에, 반도체 웨이퍼를 다수의 바로 분리하기 전에, 웨이퍼에 대하여, 300 내지 800℃로 약 10 내지 60분간, 어닐링을 해도, 레이저 소자의 특성을 안정화할 수 있는 것이 판명되었다. 어닐링에 의하면, 조립 공정 전에, 웨이퍼 상태대로, 반도체 레이저 소자의 특성을 안정화할 수 있다. 따라서, 조립 공정 전에, 불량인지 아닌지를 검사하여, 불량 소자를 배제할 수 있기 때문에, 불량 소자에 조립 공정을 실시하는 낭비가 없어진다. 또한, 반도체 레이저 소자의 각각에 대해서가 아니라, 다수의 반도체 레이저 소자에 대하여 동시에 처리할 수 있다. 또, 특성 안정화를 위한 어닐링는, 웨이퍼를 레이저 바에 분리한 후에 행하여도 좋다.
상기 에이징 공정 및 어닐링는, 가포화 흡수층에 p형 불순물(특히 Zn)이 고농도로 도프된 경우에 바람직한 효과를 가져온다.
상기의 어느 실시예에서도, AlGaInP계의 반도체 레이저 소자에 대해서 설명하였지만, 본원 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, AlxGa1-xAs(0≤x≤1)계, AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)계, 또는 MgxZn1-xSySe1-y(0≤x≤1, 0≤y≤1)계에도 적용 가능하다. 어느 재료계라도, 가포화 흡수층에 1×1018cm-3이상의 불순물이 도프됨에 따라, 안정한 자려 발진이 달성된다.
AlxGa1-xAs(0≤x≤1)계 반도체 레이저 소자의 경우, 예를 들면, 활성층은 Al0.1Ga0.9As로 형성되며, 가포화 흡수층은 GaAs로 형성되고, 클래드층은 AlGaAs로 형성된다.
AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1)계 반도체 레이저 소자의 경우, 예를 들면, 활성층은 In0.05Ga0.95N으로 형성되며, 가포화 흡수층은 In0.2Ga0.8N으로 형성되고, 클래드층은 Al0.1Ga0.9N으로 형성된다.
MgxZn1-xSySe1-y(0≤x≤1, 0≤y≤1)계 반도체 레이저 소자의 경우, 예를 들면, 활성층은 Cd0.2Zn0.8Se로 형성되며, 가포화 흡수층은 Cd0.3Zn0.7Se로 형성되고, 클래드층은 Mg0.1Zn0.9S0.1Se0.9로 형성된다.
(실시예 4)
다음에, 도 17을 참조하면서, 본 발명에 의한 광디스크 장치를 설명한다.
광디스크 장치는, 상술의 본 발명에 의한 반도체 레이저 소자(901)와, 반도체 레이저 소자(901)로부터 방사된 레이저광(파장 650nm)(902)을 평행광으로 하는 콜리메이터 렌즈(903)와, 그 평행광을 3개의 레이저광(도면에서는 1개의 레이저광만 도시되어 있음)으로 분리하는 회절 격자(904)와, 레이저광의 특정 성분을 투과/반사하는 하프 프리즘(905)과, 하프 프리즘(905)으로부터 나간 레이저광을 광디스크(907)상에 집광하는 집광 렌즈(906)를 구비하고 있다. 광디스크(907)상에서는, 예를 들면, 지름 1μm정도의 레이저 빔 스폿이 형성된다. 광디스크(907)는, 판독 출력 전용에 한정되지 않고, 개서 가능한 것도 된다.
광디스크(907)로부터의 반사 레이저광은, 하프 프리즘(905)으로 반사된 후, 수광 렌즈(908) 및 원통 렌즈(909)를 투과하여, 수광 소자(910)에 입사한다. 수광 소자(810)는, 다수로 분할된 포토 다이오드를 갖고 있으며, 광디스크(907)로부터 반사된 레이저광에 근거하여, 정보 재생 신호, 트래킹 신호 및 포커스 에러 신호를 생성한다. 트래킹 신호 및 포커스 에러 신호에 근거하여 구동계(811)가 광학계를 구동함으로써, 광디스크(907)상의 레이저광 스폿의 위치를 조정한다.
광디스크 장치에 있어서, 반도체 레이저 소자(901)이외의 구성 요소는, 공지의 소자를 사용해서 좋다. 상술한 바와 같이, 본 실시예의 반도체 레이저 소자(901)는, 고농도로 도프된 가포화 흡수층을 구비하고 있다. 이 때문에, 광디스크(907)로부터 반사된 레이저광의 일부가 하프 프리즘(905)과 회절 격자(904)를 투과하여 반도체 레이저 소자(901)로 되돌아가도, 저소음의 상대 강도 잡음은 낮은 레벨로 유지된다.
도 2에 나타내는 반도체 레이저 소자에 의하면, 광출력이 약 10mW의 레벨까지는 자려 발진이 발생하지만, 그 레벨을 초과하여 광출력을 크게 하면, 발진 상태는 점차로 자려 발진으로부터 단일 모드 발진으로 변화한다. 예를 들면, 광출력이 약 15mW경우, 자려 발진은 발생하지 않는다. 광디스크에 기록된 정보를 재생할 때에는, 반도체 레이저 소자는 자려 발진에 의해서 복귀 광잡음이 발생하지 않은 상태에 있어야 하지만, 광디스크상에 정보를 기록할 때에는 자려 발진을 하고 있을 필요는 없다. 예를 들면, 약 15mW의 광출력으로 정보를 기록하여, 약 5mW의 출력으로 정보를 재생하려 하면, 정보의 저변형 재생뿐만이 아니라 기록도 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 광디스크 장치에 의하면, 고주파 중첩용의 회로 부품을 이용하지 않고, 파장이 630 내지 680nm 대역에서 저변형의 재생이 달성된다.
이것에 대하여, 종래의 파장이 630 내지 680nm 대역 AlGaInP계 반도체 레이저 소자는, 안정한 자려 발진을 일으킬 수 없었기 때문, 종래의 AlGaInP계 반도체 레이저 소자를 광디스크 장치에 이용하는 경우, 고주파를 구동 전류에 중첩함으로써, 복귀 광잡음을 억제할 필요가 있다. 그것을 위하여는, 대형의 고주파 중첩 회로가 필요하게 되며, 광디스크 장치의 소형화에 부적당하다.
(실시예 5)
다음에, 본 발명에 의한 광디스크 장치의 다른 실시예를 설명한다.
광디스크 장치는, 상술의 본 발명에 의한 반도체 레이저 소자를 포함하는 레이저 유닛을 이용한 장치이다. 이 레이저 유닛은, 포토 다이오드가 형성된 실리콘 기판과, 그 위에 마운트된 반도체 레이저 소자를 포함한다. 또한, 실리콘 기판에는 반도체 레이저 소자로부터 방사된 레이저광을 반사시키는 마이크로 미러가 형성되어 있다.
우선, 도 18을 참조하면서, 레이저 유닛을 설명한다. 도 18에 나타난 바와 같이, 실리콘 기판(7 밀리×3.5 밀리)(1)의 주면(1a)의 중앙에 오목부(2)가 형성되어 있고, 그 오목부(2)의 저면에 반도체 레이저 소자(3)가 배치되어 있다. 오목부(2)의 한 측면은 경사지고 있으며, 마이크로 미러(4)로서 기능한다. 실리콘 기판(1)의 주면(1a)이 면방향(100)인 경우, 이방성 에칭에 의해서, (111)면을 노출시켜, 마이크로 미러(4)로서 이용할 수 있다. (111)면은, (100)으로부터 54°경사지고 있기 때문에, 주면(1a)이 (100)면에서 ＜110＞ 방향으로 9°만 경사진 오프 기판을 사용하면, 주면(1a)에 대하여 45°경사진 (111)면이 얻어진다. 또, (111)면에 대향하는 위치에 설치된 (111)면은 기판 주면(1a)에 대하여 63°경사진다. 이 면에는, 마이크로 미러(4)가 형성되지 않고, 후술하는 광출력 모니터용 포토 다이오드(5)가 형성된다. 이방성 에칭에 의해서 형성한 (111)면은 평활한 미러면이기 때문에, 뛰어난 마이크로 미러(4)로서 기능하지만, 마이크로 미러(4)의 반사 효율을 높이기 위해서, 레이저광을 흡수하기 어려운 금속막을 적어도 실리콘 기판(1)의 경사면상에 증착하는 것이 바람직하다.
실리콘 기판(1)에는, 반도체 레이저 소자(3)의 광출력 모니터용 포토 다이오드(5) 이외에도, 광신호 검출용의 5분할 포토 다이오드(6a 및 6b)가 형성되어 있다.
도 19를 참조하면서, 본 실시예의 광디스크 장치를 설명한다. 상술한 바와 같은 구조를 갖는 레이저 유닛(10)의 반도체 레이저 소자(도 19에 있어서 도시 생략)로부터 방사된 레이저광은, 마이크로 미러(도 19에 있어서 도시 생략)에 의해서 반사된 후, 홀로그램 소자(11)의 하면에 형성된 격자에 의해서 3개의 빔으로 분리된다(도면 중에서는 간단화를 위해 1개의 빔만 나타내고 있음). 그 후, 레이저광은 4분의 1 파장판(1/4λ판)(12)과 대물 렌즈(13)를 투과하여, 광디스크(14)상에 집광된다. 광디스크(14)로부터 반사된 레이저광은, 대물 렌즈(13) 및 1/4λ판(12)을 투과한 후, 홀로그램 소자(11)의 표면에 형성된 격자에 의해서 회절된다. 이 회절에 의해서, 도 20에 나타내는 바와 같이, -1차광과 +1차광이 형성된다. 예를 들면, -1차광은 도면중 왼쪽에 위치하는 수광면(15a)에 조사되며, +1차광은 도면중 오른쪽에 위치하는 수광면(15b)에 조사된다. -1차광과 +1차광으로 초점거리가 다르도록, 홀로그램 소자(11)의 표면에 형성된 격자의 패턴이 조정된다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 레이저광이 광디스크상에서 초점을 맺고 있을 때에는, 레이저 유닛(10)의 수광면(15a)에 형성되는 반사 레이저광의 스폿의 형상은, 수광면(15b)에 형성되는 반사 레이저광의 스폿의 형상과 같이 된다. 레이저광이 광디스크상에서 초점을 맺고 있지 않을 때는, 레이저 유닛의 수광면에 형성되는 반사 레이저광의 스폿의 형상이 2개의 수광면(15a 및 15b)에서 상이하다.
이와 같이 좌우의 수광면상에 형성되는 광 스폿의 크기는, 다음과 같이 하여 포커스 에러 신호(FES)로서 검출된다.
FES=(S1+S3+S5)-(S2+S4+S6)
여기서, S1 내지 S3은, 도 21에 나타내는 바와 같이, 수광면(15a)을 구성하고 있는 5개의 포토 다이오드내의 중앙의 3개 포토 다이오드로부터 출력된 신호 강도를 의미하며, S4 내지 S6은, 수광면(15b)을 구성하고 있는 5개의 포토 다이오드내의 중앙의 3개의 포토 다이오드로부터 출력된 신호 강도를 의미한다. 포커스 에러 신호(FES)가 0인 때, 레이저광은 광디스크상에 초점을 맺고 있다(on 포커스). 도 19의 액취에타(15)에 의해서, 포커스 에러 신호(FES)가 0이 되도록 대물 렌즈(13)가 구동된다.
트래킹 에러 신호(TES)는, 다음과 같이 하여 요청된다.
TES=(T1-T2)+(T3-T4)
여기서, T1 및 T2는, 수광면(15a)을 구성하고 있는 5개의 포토 다이오드내의 양측 2개의 포토 다이오드로부터 출력된 신호 강도를 의미하며, T3 및 T4는, 수광면(15b)을 구성하고 있는 5개의 포토 다이오드내의 양측 2개의 포토 다이오드로부터 출력된 신호 강도를 의미한다.
정보 신호(RES)는, 다음과 같이 하여 요청된다.
RES=(S1+S3+S5)+(S2+S4+S6)
또, 본 실시예에서는, 반도체 레이저 소자와 포토 다이오드가 일체화된 레이저 유닛을 사용하였지만, 이들이 분리되어 있어도 된다.
이와 같이, 반도체 레이저 소자와 포토 다이오드가 일체적으로 구성된 레이저 유닛을 사용함에 따라, 광디스크 장치의 소형화가 가능해진다. 또한, 포토 다이오드 및 마이크로 미러가 실리콘 기판에 미리 형성되어 있기 때문에, 광학적인 얼라인먼트는, 실리콘 기판에 대한 반도체 레이저 소자의 위치 맞춤만 하면 된다. 이와 같이 광학적인 얼라인먼트가 용이하기 때문에, 조립 정밀도가 높고, 제조 공정이 간단하게 된다.
본 발명에서는, 에너지 갭차를 30에서 200meV로 하는 것으로 가포화 흡수층이 레이저광을 높은 효율로 흡수함과 동시에, 광의 흡수도 포화하기 때문에, 안정한 자려 발진이 얻어진다. 특히, 에너지 갭이 50 내지 100meV의 범위에서는, 가포화 흡수층의 포화 조건이 최적으로 되며, 또한 동작 전류도 크게 되지 않기 때문에, 양호한 자려 발진 특성이 얻어진다. 또한, 광가이드층을 설치하면, 가포화 흡수층의 부피가 작더라도, 가포화 흡수층에서의 캐리어 밀도가 용이하게 올려지며, 강하고 안정한 자려 발진 특성을 얻을 수 있다. 이렇게 해서, 차세대의 대용량 광정보 기록용에 알맞은 광원이 제공된다.
이러한 반도체 레이저를 구비한 광디스크 장치로서는, 광디스크의 재생시에 디스크면에서의 반사광의 귀환이나 온도의 변화에 의해 강도 잡음이 발생하지 않고, 신호의 독해 에러가 적어지는 결과, 산업상 큰 의의를 초래할 수 있다.

Claims (36)

  1. 양자 우물층을 갖는 활성층과, 상기 활성층을 끼운 클래드 구조를 구비한 반도체 레이저에 있어서,
    상기 클래드 구조는, 가포화 흡수층과, 상기 가포화 흡수층의 광감금률을 높이는 광가이드층을 포함하고 있으며,
    상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작은 반도체 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층의 두께는, 약 10에서 약 100옹스트롬의 범위내에 있는 반도체 레이저.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층이 복수 설치되어 있는 반도체 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간 에너지 갭보다도, 50에서 100meV만큼 작은 반도체 레이저.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광가이드층은, 상기 클래드 구조의 다른 부분의 밴드 갭보다도 작으며, 상기 가포화 흡수층의 밴드 갭보다도 큰 밴드 갭을 갖고 있는 반도체 레이저.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광가이드층의 두께는, 300 내지 1200옹스트롬의 범위내에 있는 반도체 레이저.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광가이드층은, 상기 클래드 구조내에서 복수의 부분으로 분리되어 있는 반도체 레이저.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 광가이드층은, 상기 클래드 구조내에서, 상기 가포화 흡수층에 인접하고 있는 반도체 레이저.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층에는, 1×1018cm-3이상의 불순물이 도프되어 있는 반도체 레이저.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 활성층은, 다중 양자 우물 구조를 갖고 있는 반도체 레이저.
  11. 양자 우물층을 갖는 활성층과, 상기 활성층을 끼운 클래드 구조를 구비하며, 상기 클래드 구조는, 가포화 흡수층과, 상기 가포화 흡수층의 광감금률을 높이는 광가이드층을 포함하고 있고, 상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작으며, 시간의 경과에 따라 특성이 변동하여, 약 1분 경과후 거의 일정한 특성을 갖는 반도체 레이저의 제조 방법에 있어서,
    상기 레이저 발진 동작의 개시 직후의 특성을 변화시켜, 거의 일정한 특성을 얻는 안정화 공정을 포함하는 반도체 레이저의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 특성은 전류-광출력 특성인 반도체 레이저의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 안정화 공정은, 에이징 처리에 의해서 임계치 전류를 감소시키는 공정을 포함하는 반도체 레이저의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 안정화 공정은, 어닐링에 의해서 임계치 전류를 감소시키는 공정을 포함하는 반도체 레이저의 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 안정화 공정에 의해서, 임계치 전류를 상기 레이저 발진 동작의 개시 직후의 값으로 5mA이상 저감시키는 반도체 레이저의 제조 방법.
  16. 반도체 레이저와, 상기 반도체 레이저로부터 방사된 레이저광을 기록 매체 에 집광하는 집광 광학계와, 상기 기록 매체에 의해서 반사된 레이저광을 검출하는 광검출기를 구비한 광디스크 장치에 있어서,
    상기 반도체 레이저는, 양자 우물층을 갖는 활성층과, 상기 활성층을 끼운 클래드 구조를 구비하며, 상기 클래드 구조는, 가포화 흡수층과, 상기 가포화 흡수층의 광감금률을 높이는 광가이드층을 포함하고 있고,
    상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작은 광디스크 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 반도체 레이저는, 정보를 상기 기록 매체에 기록할 때에는 단일 모드로 발진하며, 상기 기록 매체에 기록되어 있는 정보를 재생할 때에는, 자려 발진 모드로 동작하는 광디스크 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 반도체 레이저의 근방에 상기 광검출기가 배치되어 있는 광디스크 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 광검출기는, 실리콘 기판에 형성된 다수의 포토 다이오드를 갖고 있으며, 상기 반도체 레이저는 상기 실리콘 기판상에 배치되어 있는 광디스크 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 실리콘 기판은, 그 주면에 형성된 오목부와, 상기 실리콘 기판의 오목부의 한측면에 형성된 마이크로 미러를 갖고 있으며,
    상기 반도체 레이저 소자는, 상기 실리콘 기판의 상기 오목부내에 배치되며, 상기 반도체 레이저로부터 방사된 레이저광이 상기 마이크로 미러에 의해서 반사된 후, 상기 실리콘 기판의 주면에 거의 수직인 방향으로 진행하도록 상기 마이크로 미러와 상기 주면과의 각도가 설정되어 있는 광디스크 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 마이크로 미러의 표면에는, 금속막이 형성되어 있는 광디스크 장치.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 활성층 및 상기 클래드 구조는, AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1, 0≤y≤1, 단, x 및 y는 동시에 0으로는 되지 않음) 재료로 형성되어 있는 반도체 레이저.
  23. 양자 우물층을 갖는 활성층과, 가포화 흡수층을 구비한 반도체 레이저에 있어서,
    상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작은 반도체 레이저.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층의 두께는, 약 10에서 약 100옹스트롬의 범위내에 있는 반도체 레이저.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층이 복수 설치되어 있는 반도체 레이저.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 50에서 100meV만큼 작은 반도체 레이저.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층에는, 1×1018cm-3이상의 불순물이 도프되어 있는 반도체 레이저.
  28. 제 23 항에 있어서, 상기 양자 우물층 및 상기 가포화 흡수층에 일그러짐이 주어지고 있는 반도체 레이저.
  29. 제 23 항에 있어서, 상기 활성층은, 다중 양자 우물 구조를 갖고 있는 반도체 레이저.
  30. 양자 우물층을 갖는 활성층과, 상기 활성층을 끼운 클래드 구조를 구비한 반도체 레이저에 있어서,
    상기 클래드 구조는, 가포화 흡수층을 포함하고 있으며,
    상기 가포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 30에서 200meV만큼 작은 반도체 레이저.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층의 두께는, 약 10에서 약 100옹스트롬의 범위내에 있는 반도체 레이저.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층이 복수 설치되어 있는 반도체 레이저.
  33. 제 30 항에 있어서, 상기 포화 흡수층의 에너지 갭이, 상기 활성층의 양자 우물층의 베이스 레벨간의 에너지 갭보다도, 50에서 100meV만큼 작은 반도체 레이저.
  34. 제 30 항에 있어서, 상기 가포화 흡수층에는, 1×1018cm-3이상의 불순물이 도프되어 있는 반도체 레이저.
  35. 제 30 항에 있어서, 상기 활성층은, 다중 양자 우물 구조를 갖고 있는 반도체 레이저.
  36. 제 30 항에 있어서, 상기 양자 우물층 및 상기 가포화 흡수층에 일그러짐이 주어지고 있는 반도체 레이저.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6373874B1 (en) * 1995-09-29 2002-04-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser and optical disk device using the laser
US6563850B1 (en) 1997-10-06 2003-05-13 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting device and fabricating method thereof
JP3521793B2 (ja) * 1999-03-03 2004-04-19 松下電器産業株式会社 半導体レーザの製造方法
US6784209B1 (en) 1999-10-18 2004-08-31 Muscletech Research And Development Inc. Food supplement for increasing lean mass and strength
JP3726252B2 (ja) 2000-02-23 2005-12-14 独立行政法人理化学研究所 紫外発光素子およびＩｎＡｌＧａＮ発光層の製造方法
JP3813450B2 (ja) * 2000-02-29 2006-08-23 古河電気工業株式会社 半導体レーザ素子
US6717175B2 (en) * 2001-09-27 2004-04-06 The Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device and method for manufacturing the same
US7116692B2 (en) * 2001-12-11 2006-10-03 Rohm Co., Ltd. Semiconductor laser and method of producing the same
US8442084B2 (en) * 2002-10-03 2013-05-14 Laser Operations Llc High performance vertically emitting lasers
JP4091529B2 (ja) * 2003-11-20 2008-05-28 ローム株式会社 半導体レーザ
US20050180482A1 (en) * 2004-01-23 2005-08-18 Osowski Mark L. Very low cost surface emitting laser diode arrays
JP2005236024A (ja) * 2004-02-19 2005-09-02 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザ素子
JP2006108350A (ja) * 2004-10-05 2006-04-20 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子
US20080198890A1 (en) * 2007-02-21 2008-08-21 Ungar Jeffrey E Vertically emitting laser and method of making the same
US7830938B2 (en) * 2008-12-15 2010-11-09 Jds Uniphase Corporation Laser diode
CN103414106B (zh) * 2013-08-16 2015-07-15 中国科学院半导体研究所 硅基半导体超短脉冲激光器

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61135175A (ja) 1984-12-05 1986-06-23 Fujitsu Ltd 半導体レ−ザの発振しきい値電流測定方法
EP0547044B1 (en) * 1986-07-25 1995-09-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha A semiconductor laser device
JP2569036B2 (ja) 1987-02-18 1997-01-08 株式会社日立製作所 半導体レ−ザ装置
JPH02153584A (ja) 1988-12-05 1990-06-13 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
US5140149A (en) * 1989-03-10 1992-08-18 Canon Kabushiki Kaisha Optical apparatus using wavelength selective photocoupler
JPH04162687A (ja) 1990-10-26 1992-06-08 Olympus Optical Co Ltd 半導体レーザ装置
JPH05327131A (ja) * 1992-05-26 1993-12-10 Matsushita Electron Corp 半導体レーザ装置
JP3281666B2 (ja) 1993-03-02 2002-05-13 三洋電機株式会社 半導体レーザ
JPH0722695A (ja) 1993-06-30 1995-01-24 Sanyo Electric Co Ltd 自励発振型半導体レーザ素子
JPH06194405A (ja) 1992-12-24 1994-07-15 Nec Corp 半導体レーザエージング装置
JP3294379B2 (ja) * 1993-06-03 2002-06-24 オリンパス光学工業株式会社 受発光素子
JPH0786676A (ja) * 1993-09-10 1995-03-31 Sony Corp 半導体レーザ
JPH07169056A (ja) 1993-12-16 1995-07-04 Sanyo Electric Co Ltd フォトンモード光記録媒体の記録再生方法及び記録再生装置
JP3459457B2 (ja) 1994-03-18 2003-10-20 三洋電機株式会社 自励発振型半導体レーザ素子
JPH08222801A (ja) * 1995-02-17 1996-08-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ
US6373874B1 (en) * 1995-09-29 2002-04-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser and optical disk device using the laser
JP2877063B2 (ja) * 1995-11-06 1999-03-31 松下電器産業株式会社 半導体発光素子
JPH09148668A (ja) * 1995-11-24 1997-06-06 Mitsubishi Electric Corp パルセーションレーザとその製造方法

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Publication number Publication date
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HK1017161A1 (en) 1999-11-05
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TW536044U (en) 2003-06-01

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