(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、
該活性層の一方の側において、電流を狭窄するために設けられており、電流ブロック機能を有する構成であって、該活性層から発光されたレーザ光を吸収する埋め込み層と、
を備え、
該レーザ光の発振波長が６５０ｎｍ帯にあって、発振モードが単一横モードであり、
該レーザ光の光強度分布のピークが、該活性層の厚さ方向の中心に対して該埋め込み層とは反対側であって、前記活性層の内部に位置している、半導体レーザ。
【請求項２】
前記活性層の両側に形成された一対の光ガイド層をさらに備え、該一対の光ガイド層が非対称構造を有している、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記一対の光ガイド層のうちで、前記活性層に対して前記埋め込み層とは反対側に位置する第１の層の厚さが、該活性層に対して該埋め込み層の側に位置する第２の層の厚さよりも大きい、請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記一対の光ガイド層において、前記第２の層の厚さに対する前記第１の層の厚さの比が約２〜約８の範囲にある、請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記一対の光ガイド層の厚さの合計が約０．０３μｍ〜約０．１２μｍである、請求項２から４のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記レーザ光の光強度分布のピークが、前記活性層の中心から約５ｎｍ〜約１０ｎｍシフトしている、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記活性層が多重量子井戸構造を有している、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記活性層がオフ基板の上に形成されている、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記活性層に対して前記埋め込み層とは反対側の位置に、隣接する層よりも小さい屈折率を有する層が設けられている、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
半導体レーザと、
該半導体レーザから出射したレーザ光を記録媒体に集光する光学系と、
該記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、
を備えた光ディスク装置であって、
該半導体レーザが請求項１から９のいずれかに記載の半導体レーザである、光ディスク装置。
【請求項１１】
前記半導体レーザを光源として使用して、前記記録媒体に情報を記録する、請求項１０に記載の光ディスク装置。
【請求項１２】
前記光検出器は前記半導体レーザの近傍に配置されている、請求項１０に記載の光ディスク装置。
【請求項１３】
前記光検出器はシリコン基板上に形成されており、前記半導体レーザは該シリコン基板上に設置されている、請求項１０に記載の光ディスク装置。
【請求項１４】
前記半導体レーザは、前記シリコン基板に形成された凹部に設置されており、該半導体レーザから出射されたレーザ光は、該シリコン基板に形成されたマイクロミラーによって反射されて、該シリコン基板の表面に対して実質的に垂直な方向に進む、請求項１３に記載の光ディスク装置。
【請求項１５】
前記マイクロミラーの表面に金属層が形成されている、請求項１４に記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光ディスクシステムの光源などに用いられる半導体レーザに関する。
背景技術
近年、光通信、レーザプリンタ、光ディスクなどの分野で半導体レーザの需要が高まり、ＧａＡｓ系及びＩｎＰ系を中心として、活発に研究開発が進められている。このうち光情報処理分野においては、特に波長が約７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ光による情報の記録・再生を行う方式が実用化され、コンパクトディスク等で広く普及するに至っている。しかし、最近になって、これらの光ディスク装置に対して、より一層の記憶容量の増加が求められるようになっており、それに伴い、短波長レーザの実現への要望が強まってきている。
この点に関連してＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、約６２０ｎｍ〜約６９０ｎｍの赤色領域での発振が可能であり、現時点で実用レベルにある半導体レーザの中で、最も短波長の光が得られる。従って、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザに代わる次世代の大容量光情報記録用光源として、有望である。
従来の半導体レーザは、例えば、D.P.Bourらによって、Journal of Quantum Electronics, Vol.30, No.2, pp.593-606 (Feb. 1994)に開示されている。この文献に開示されている半導体レーザは、基板上に形成された多重量子井戸構造の活性層を有し、発振波長６８０ｎｍで５ｍＷの出力を達成している。
しかし、発振波長を短くしていくと、活性層のバンドギャップが大きくなり、それにともなって、活性層とクラッド層との間でのバンドギャップのオフセット△Ｅｇが小さくなる。このため、電流注入によるキャリアのオーバフローが発生して、しきい値電流、さらには動作電流が増加する。このような現象は、半導体レーザの高出力化を実現するためには好ましくない。
発明の開示
本発明の半導体レーザは、活性層と、該活性層から発光されたレーザ光を吸収する埋め込み層と、を備え、該レーザ光の発振波長が６５０ｎｍ帯にあって、発振モードが単一横モードであり、該レーザ光の光強度分布のピークが、該活性層の中心に対して該埋め込み層とは反対側に位置している。
ある実施形態では、前記活性層の両側に形成された一対の光ガイド層をさらに備え、該一対の光ガイド層が非対称構造を有している。例えば、前記一対の光ガイド層のうちで、前記活性層に対して前記埋め込み層とは反対側に位置する第１の層の厚さが、該活性層に対して該埋め込み層の側に位置する第２の層の厚さよりも大きい。好ましくは、前記一対の光ガイド層において、前記第２の層の厚さに対する前記第１の層の厚さの比が約２〜約８の範囲にある。
ある実施形態では、前記一対の光ガイド層の厚さの合計が約０．０３μｍ〜約０．１２μｍである。
好ましくは、前記レーザ光の光強度分布のピークが、前記活性層の中心から約５ｎｍ〜約１０ｎｍシフトしている。
前記レーザ光の光強度分布のピークは、前記活性層の内部に位置し得る。
前記活性層は、多重量子井戸構造を有し得る。
前記活性層は、オフ基板の上に形成され得る。
ある実施形態では、前記活性層に対して前記埋め込み層とは反対側の位置に、隣接する層よりも小さい屈折率を有する層が設けられている。
発振波長は、上述の６５０ｎｍ帯の代わりに６３０ｎｍ帯にあってもよい。
本発明の他の局面によれば、上述のような特徴を有する半導体レーザと、該半導体レーザから出射したレーザ光を記録媒体に集光する光学系と、該記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、を備えた光ディスク装置が提供される。
該光ディスク装置では、前記半導体レーザを光源として使用して、前記記録媒体に情報を記録し得る。
前記光検出器は、前記半導体レーザの近傍に配置され得る。
ある実施形態では、前記光検出器はシリコン基板上に形成されており、前記半導体レーザは該シリコン基板上に設置されている。例えば、前記半導体レーザは、前記シリコン基板に形成された凹部に設置されており、該半導体レーザから出射されたレーザ光は、該シリコン基板に形成されたマイクロミラーによって反射されて、該シリコン基板の表面に対して実質的に垂直な方向に進む。前記マイクロミラーの表面には、金属層が形成され得る。
これより、本発明は、発振波長を短くしても小さいしきい値電流値が保たれている、高出力化に適した動作特性を有する半導体レーザを提供すること、を目的とする。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における半導体レーザの構造を示す断面図及び斜視図である。
図２は、図１の半導体レーザの活性層及びその近傍におけるＡｌ組成ｘの変化（バンドギャップエネルギー構造）を示す図である。
図３は、半導体レーザにおける光強度分布のピークの位置を模式的に説明する図である。
図４は、図３示す各光強度分布をそれぞれ有する半導体レーザの特性（しきい値電流Ｉｔｈ及び動作電流Ｉｏｐ）を示す図である。
図５は、ｐ側光ガイド層の厚さに対するｎ側光ガイド層の厚さの比に対する、しきい値電流の変化を示す図である。
図６（ａ）〜（ｄ）は、発振波長帯が６８０ｎｍ、６６５ｎｍ、６５０ｎｍ、及び６３０ｎｍである場合における、ｐ側光ガイド層の厚さに対するｎ側光ガイド層の厚さの比に対するキンクレベルの変化を示す図である。
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における半導体レーザの活性層及びその近傍におけるＡｌ組成ｘの変化（バンドギャップエネルギー構造）を示す図である。
図８は、本発明の第３の実施形態における光ディスク装置の構成を示す図である。
図９は、本発明の第４の実施形態における光ディスク装置の構成を示す図である。
図１０は、図９の光ディスク装置の構成の一部をさらに詳細に示す図である。
図１１は、図９の光ディスク装置に含まれるレーザユニットの構成を示す斜視図である
発明を実施するための最良の形態
本発明の半導体レーザは、活性層と、活性層からの発光を吸収する埋め込み層と、を備えている。レーザの発振波長は基本的に６５０ｎｍ帯であり（或いは、６３０ｎｍ帯であってもよい）、また、発振波長のモードは単一モードである。さらに、発振波長の光強度分布のピークが活性層の中心から埋め込み層のない側にシフトしている構造を有している。
このように、本発明の半導体レーザの構造では、レーザ光の強度ピークが埋め込み層から離れた側に存在しているので、埋め込み層でのレーザ光の吸収が少なくなり、しきい値電流の低減及び動作電流の低減が実現される。さらに、レーザ光の強度ピークが埋め込み層から離れているにもかかわらず、キンクレベルが高く、また１次モードが立ち難くなっていて、容易に単一横モード発振を得ることができる。
レーザの発振波長を６８０ｎｍから短くしていくと、前述したように、キャリアのオーバフローによってしきい値電流が増大する。それに加えて、電流を狭窄するために設けられている埋め込み層におけるレーザ光の吸収量が増加して、それに伴うしきい値電流の増加も発生する。
そこで本願発明者らは、発振されるレーザ光の強度分布を埋め込み層から離すことによって、埋め込み層での光吸収量を低減して、しきい値電流の増加を防ぐことを試みた。その結果、このようなレーザ光の強度分布を実現する構成では、レーザ光の吸収量が実際に減少することを確認した。
その一方で、上記のような効果をもたらす構成では、レーザ光の強度分布が埋め込み層から離れるに従って活性層に垂直な方向に光を閉じ込めるために必要な実効屈折率差が小さくなり、高次モードから立ちやすくなる可能性がある。しかし、実際には、そのような不都合の発生を抑制できることが確認された。
以下では、上記のような特徴を有する本発明の半導体レーザ、及びそれを利用して構成される光ディスク装置のいくつかの実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。
第１の実施形態
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における半導体レーザの構造を示す断面図及び斜視図である。
具体的には、（１００）面の面方位から［０１１］方向へ１０度傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層１０５ｎ、ＧａＩｎＰ井戸層１０４ｗ及びＡｌＧａＩｎＰ障壁層１０４ｂ（図２参照）を含む活性層１０４、Ｐ側ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層１０５ｐ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０７、及びｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０８が、順次形成されている。ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０８の上には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層１０９及びｐ型ＧａＩｎＰコンタクト層１１０がリッジ状に形成されており、リッジの両側には、ｎ型ＧａＡｓ層から構成されて電流ブロック機能を有する埋め込み層１１１が形成されている。さらに、ｐ型コンタクト層１１０及び埋め込み層１１１の上には、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２が形成されている。そして、キャップ層１１２の上にはｐ電極１１３が形成されており、一方、基板１０１の裏面にはｎ電極１１４が形成されている。
上述した各層の典型的なドーピング量及び厚さは、それぞれ以下の通りである。
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図２に、上記の半導体レーザの活性層１０４及びその近傍における（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5ＰのＡｌ組成ｘの変化（すなわち、エネルギーバンド構造の変化）を示す。
図示されているように、この半導体レーザでは、ｎ型クラッド層１０３と第１及び第２のｐ型クラッド層１０７及び１０９におけるＡｌ組成ｘを、０．７としている。さらに、ｐ側光ガイド層１０５ｐ及びｎ側光ガイド層１０５ｎのＡｌ組成ｘは、活性層１０４の障壁層１０４ｂのＡｌ組成ｘと同じく、０．５としている。一方、活性層１０４の井戸層１０４ｂはＡｌを含まないＧａＩｎＰによって形成されており、計３層の井戸層１０４ｗが設けられている。
上記の構造において、活性層１０４とｎ型クラッド層１０３との間に形成したｎ側光ガイド層１０５ｎの厚さを、活性層１０４とｐ型クラッド層１０７との間に形成したｐ側光ガイド層１０５ｐの厚さよりも大きくしている。このような非対称な設定によって、レーザ光の強度分布を活性層１０４の中心に対して積層構造のｎ側領域にシフトさせて、結果として埋め込み層１１１における光吸収を低減している。
図３は、光強度分布のピーク位置を模式的に表す図である。図中の点線は、活性層の中心を示している。
図３において、（ａ）は、光強度分布のピーク位置が活性層の中心に対して埋め込み層１１１の存在する側（キャップ層１１２の側）に偏って位置している場合であり、（ｂ）は、光強度分布のピーク位置が活性層の中心近傍にある場合であり、（ｃ）は、光強度分布のピーク位置が活性層の中心に対して埋め込み層１１１から離れた側にある場合に、それぞれ相当する。図３に示されている光強度分布の広がりを考慮すれば、（ｃ）で示されるピーク位置の場合に、埋め込み層１１１における光の吸収量が少なくなることがわかる。
図３に（ａ）〜（ｃ）として示される光強度分布は、ｐ側及びｎ側光ガイド層と厚さの相対関係を適切に設定することによって実現される。図４は、図３の（ａ）〜（ｃ）に相当する光強度分布をそれぞれ有する半導体レーザの特性（しきい値電流Ｉｔｈ及び動作電流Ｉｏｐ）を示す。
具体的には、図４の横軸は、ｎ側ガイド層及びｐ側ガイド層の厚さを示している。ｎ側ガイド層及びｐ側ガイド層の厚さの合計が５００Åで一定となるようにして、活性層に含まれる井戸層に閉じ込められる光の総量を一定にしている。また、活性層の厚さは、２５０Åで一定である。一方、図４の縦軸は、しきい値電流（Ｉｔｈ）、及び出力３０ｍＷを得るために必要な動作電流（Ｉｏｐ）を、それぞれ示している。なお、図４の特性は、共振器長を７００μmにして、共振器の両端面に無反射端面鏡及び高反射端面鏡をそれぞれ形成して、測定した値である。
図４のＡは、図３の（ａ）の光強度分布をもたらす構成であって、ｐ側光ガイド層の厚さが４００Å且つｎ側ガイド層の厚さが１００Åである。この場合には、しきい値電流は４９ｍＡであり、動作電流は９４ｍＡであって、他の場合に比べると非常に高い値となる。図４のＢは、図３の（ｂ）の光強度分布をもたらす構成であって、ｐ側及びｎ側光ガイド層の厚さが、ともに２５０Åである。この場合には、比較的に良好な動作特性が得られて、具体的には、しきい値電流が４７ｍＡ、動作電流が８７ｍＡとなる。図４のＣは、本実施形態の半導体レーザに相当し、ｐ側光ガイド層の厚さを１００Å、ｎ側光ガイド層の厚さを４００Åとして、図３の（ｃ）に示す光強度分布を実現している。この場合には、しきい値電流は４５ｍＡであり、動作電流は８７ｍＡとなり、さらに良好な値が得られている。
図５は、ｐ側光ガイド層の厚さに対するｎ側光ガイド層の厚さの比（横軸）に対する、しきい値電流（縦軸）の変化に示す図である。具体的には、横軸の比率が０．２５、１、４、及び１３の場合のプロットが示されている。
図５から、両ガイド層の厚さの比を４にして、光ガイド層構造がｎ側に厚い非対称構造とした場合に、最も小さいしきい値電流が得られている。しかし、ｎ側ガイド層を厚くしすぎると、活性層内への光の閉じ込めが弱くなる。そのために、発振のための誘導放出による光の増幅に要する注入電力が増大して、しきい値電流が大きくなるので、動作特性の観点からは好ましくない。好ましい比の範囲としては、しきい値電流が約４５ｍＡ以下となる約２〜約８の範囲である。
先に述べたように、レーザ光の強度分布のピークを埋め込み層から離していくと、活性層に垂直な方向での実効屈折率差が小さくなる。この結果、リッジ内部とリッジ外部との間の屈折率差を光が感じなくなり、基本（０次）モード以外に高次（１次）モードが現れて、単一横モードでの発振が困難になっていく。レーザ特性にとってはしきい値電流が小さいほうが好ましいが、その一方で、単一横モード発振が実現されないことは、半導体レーザにとって大きなデメリットとなる。
この点に関して、本発明の半導体レーザでは、単一横モード発振条件も容易に満たされる。このことを、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
図６（ａ）〜（ｄ）は、発振波長帯が６８０ｎｍ、６６５ｎｍ、６５０ｎｍ、及び６３０ｎｍである場合における、ｐ側光ガイド層の厚さに対するｎ側光ガイド層の厚さの比（横軸）に対するキンクレベル（縦軸）の変化を示す図である。具体的には、それぞれの場合において、横軸の比率が０．２５、１、４、及び１３の場合のプロットが示されている。ここで、キンクレベルとは、電流−光出力特性曲線における折れ曲がりのレベルを意味する。キンクレベルが小さいほど、高次のモードが立ち易い。
図６（ａ）に示す発振波長が６８０ｎｍである場合には、ｎ側ガイド層が厚くなるに従って、キンクレベルが小さくなる。これは、活性層に垂直方向の屈折率差を光が感じ難くなって、光閉じ込め効果が弱くなるためである。しかし、図６（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）に順に示すように、発振波長を６６５ｎｍ、６５０ｎｍ、さらには６３０ｎｍと短くしていくと、図６（ａ）に示される傾向とは逆に、ｎ側ガイド層が厚くなるに従って、リッジ直下にレーザ光を閉じ込める効果が小さくなっていくにもかかわらずキンクレベルが増加している。このため、高次モードが立ち難くなって、単一横モードで発振し易くなっている。この傾向が得られる理由は、現時点では十分に明確にはなっていないが、発振波長が短くなるに従ってリッジ外部でのレーザ光の吸収効果が大きくなるためであると考えられる。
先に図１を参照して説明した本実施形態の半導体レーザにおいては、発振波長は６５０ｎｍに設定されている。この場合、図６（ｃ）に示されるように、ｎ側ガイド層の厚さの増加に伴うキンクレベルの増加の効果が、顕著に認められる。従って、本実施形態の半導体レーザでは、高次モードが立ち難く容易に単一横モード発振が得られるとともに、埋め込み層でのレーザ光の吸収が少なく、低しきい値電流及び低動作電流が達成される。これより、光ディスクへの書き込みに適した高出力レーザとしても、本実施形態の半導体レーザを利用することができる。
活性層の光閉じ込め効率を上げて発振しきい値電流を低減するためには、光ガイド層の全体の厚みを約０．０３μｍ以上に設定することが望ましい。さらに、光ガイド層の全体の厚さを約０．０３μｍ〜約０．１２μｍの範囲に設定すれば、層の厚さ方向における出射光の広がり角度（出射角）が約２０度〜約２５度の範囲になり、基板に垂直な方向の出射光の広がり角度（出射角）との比が約３〜約４となって、光ピックアップのレンズによる「けられ」が少ない、光ディスク用光源に適した特性が得られる。
光強度分布を、そのピークが活性層の外に位置する程度にまでシフトさせると、活性層における光閉じ込め効率の平均値が低下して、発振しきい値電流及び動作電流が増加する。従って、光強度分布のピークが活性層の外に位置している状態で活性層における光閉じ込め効率の低下を防ぐためには、光ガイド層の全体の厚さを約０．１２μｍ以上にする必要がある。しかし、その様な設定では、上述のように層の厚さ方向の出力光の出射角が増大し、光ディスク用光源として不適当となる。以上の理由から、光強度分布のピークは、活性層内にあることが望ましい。また、同様の理由から、光強度分布のピークの活性層中心からのシフト量は、約５ｎｍ〜約１０ｎｍに設定することが望ましい。
以上のように、本実施形態の半導体レーザでは、ｎ側及びｐ側光ガイド層の厚さを非対称にして、発振波長のレーザ光の光強度分布のピークを、活性層の中心に対して埋め込み層とは反対側に設定する。これによって、埋め込み層での光吸収を少なくして、優れた動作特性を有する半導体レーザが実現される。
なお、上記のような光強度分布のシフトに関連して、特開平５−２４３６６９号公報には、非対称な光ガイド層構造を設けることが開示されている。しかし、上記公報の開示内容では、光強度分布のピークを活性層の外に位置するまでシフトさせることにより、光損傷レベルを高めることができる旨が記載されている。さらに、上記公報に実施例として挙げられている半導体レーザでは、発振波長が約６８０ｎｍ〜約６９０ｎｍである。
一方、本発明によれば、６５０ｎｍ帯の発振波長を有する半導体レーザにおいて、光強度分布のピークを必ずしも活性層の外にまでシフトさせることなく、非対称なガイド層の構造によって、キンクレベルや動作電流などに関する半導体レーザの基本動作特性が改善されるという効果が得られる。このように、本発明の半導体レーザと上記特開平５−２４３６６９号公報に開示されている半導体レーザとは、構造、作用、さらには適用される発振波長帯などが、お互いに全く異なっている。
第２の実施形態
第１の実施形態では、活性層の両側に非対称な光ガイド層を設けることによって、光強度分布のピークを活性層の中心に対して埋め込み層とは反対側に位置させている。それに対して本実施形態では、他の構成によって、上述のような光強度分布のピークのシフトを実現している。
図７（ａ）は、本実施形態の半導体レーザの活性層及びその近傍における（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5ＰのＡｌ組成ｘの変化（すなわち、エネルギーバンド構造の変化）を示す。但し、同様な内容を示す図２には描かれていたエッチングストップ層及び第２のｐ型クラッド層は、ここでは省略している。
活性層１０４の構造は、基本的に第１の実施形態の構造と同じであり、３層の井戸層１０４ｗ及び２層の障壁層１０４ｂから構成されている。活性層１０４とｎ型クラッド層１０３との間及び活性層１０４とｐ型クラッド層１０７との間には、それぞれｎ側光ガイド層２０５ｎ及びｐ側光ガイド層２０５ｐが設けられている。第１の実施形態とは異なり、これらのｎ側及びｐ側光ガイド層２０５ｎ及び２０５ｐの厚さは、どちらも１００Åと等しくなっている。
さらに、ｎ型クラッド層１０３の中に、厚さ２００Åのリモートガイド層２１０が設けられている。このリモートガイド層２１０のＡｌ組成は０．５であり、活性層１０４の中の障壁層１０４ｂと同じバンドギャップエネルギーを有している。このようにして設けられるリモートガイド層２１０は、隣接するｎ型クラッド層１０３よりも大きな屈折率を有しているので、活性層１０４で発光したレーザ光は、ｎ型クラッド層１０３の側に引き寄せられる。従って、発振波長の光強度分布のピークは、活性層１０４の中心に対して埋め込み層とは反対側のｎ型クラッド層１０３の側に位置するようになる。
このように、図７（ａ）にエネルギーバンド構造を示す本実施形態の半導体レーザでは、光ガイド層２０５ｎ及び２０５ｐの構造は対称にしたままで、活性層１０４から離れたクラッド層１０３の中にガイド層（リモートガイド層）２１０を設けることによって、光強度分布のピークを活性層１０４の中心に対して埋め込み層とは反対側に位置させている。
図７（ｂ）は、本実施形態の他の半導体レーザの活性層及びその近傍における（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5ＰのＡｌ組成ｘの変化（すなわち、エネルギーバンド構造の変化）を示す。但し、同様な内容を示す図２には描かれていたエッチングストップ層及び第２のｐ型クラッド層は、ここでは省略している。
図７（ｂ）に示される構成では、活性層１０４とｎ型クラッド層１０３との間及び活性層１０４とｐ型クラッド層１０７との間に、厚さではなく組成がお互いに異なるｎ側光ガイド層３０５ｎ及びｐ側光ガイド層３０５ｐが、それぞれ設けられている。このように、光ガイド層の組成を非対称にすることによって、活性層１０４の中心に対して埋め込み層とは反対側のｎ型クラッド層１０３の側に、光強度分布のピークを位置させることも可能である。
なお、本明細書では、発振波長を「６３０ｎｍ帯」或いは「６５０ｎｍ帯」などと称することがある。具体的には、「６３０ｎｍ帯の発振波長」とは、室温での発振波長が約６２５ｎｍ〜約６４０ｎｍの範囲にある。また、「６５０ｎｍ帯の発振波長」とは、室温での発振波長が約６４５ｎｍ〜約６６０ｎｍの範囲にある。
第３の実施形態
次に、本発明の第３の実施形態として、本発明に従って形成される半導体レーザを使用して構成される光ディスク装置を、図８を参照して説明する。
具体的には、本実施形態の光ディスク装置では、キャンの内部にレーザチップが収納されたキャンタイプの半導体レーザを、光源８０１として使用する。光源８０１からは、波長約６５０ｎｍのレーザ光８０２が出射される。このレーザ光８０２は、コリメータレンズ８０３で平行光にされた後に、回折格子８０４で３ビームに分割される（但し、図８では、簡略化のために単一のビームとして示している）。その後に、光ビームは、レーザ光のうちの特定成分のみを選択的に透過或いは反射するハーフプリズム８０５を通り、集光レンズ８０６で集光されて、光ディスク（記録媒体）８０７の上に直径約１μｍのスポットを結ぶ。この光ディスク８０７としては、読み出し専用タイプのディスクの他に、書き換え可能なタイプのディスクも使用可能である。
光ディスク８０７からの反射光は、再び集光レンズ８０６を通り、ハーフプリズム８０５で反射されて、受光レンズ８０８に向かう。そして、受光レンズ８０８、さらにシリンドリカルレンズ８０９を通過して、受光素子８１０に入射される。この受光素子８１０は、複数に分割されたフォトダイオードを有しており、検知した光信号を電気信号に変換して、情報再生信号、トラッキング信号、及びフォーカスエラー信号を生成する。
トラッキング信号及びフォーカスエラー信号の生成に関してさらに述べると、受光素子（フォトダイオード）８１０における光検知の際に、分割された３ビームを用いて、光ディスク８０７の上の光ビームスポットのディスク半径方向のずれ（トラッキングエラー）を検出する。また、シリンドリカルレンズ８０９により、光ビームスポットの焦点の光ディスク８０７の表面に垂直な方向における位置ずれ（フォーカシングエラー）を検出する。検出されたこれらのずれ（トラッキングエラー及びフォーカシングエラー）に基づいて、トラッキング信号及びフォーカスエラー信号が生成される。そして、光ディスク８０７の上における光ビームスポットの位置が、生成されたトラッキング信号及びフォーカスエラー信号に基づいて駆動系８１１によって微動調整され、ずれが修正される。具体的には、例えば駆動系８１１で集光レンズ８０６の位置を微調整することによって、上記の位置の修正が行われる。
このように、図８の光ディスク装置は、光源として機能する半導体レーザ８０１と、半導体レーザ８０１からのレーザ光８０２を光ディスク８０７に導く集光光学系と、光ディスク８０７から反射した光を検出する光検出器８１０を備えていて、光ディスク８０７に記録されている情報信号の読み出し（再生）を行う。また、半導体レーザ８０１からの光出力を大きくすることで、光ディスク８０７への書き込み（記録）も行うことができる。すなわち、１台の半導体レーザ８０１を光源として使用しながら読み出し及び書き込みの両機能を実施できる、簡単な構成で優れた特性を有する光ディスク装置を実現することができる。
特に、光源である半導体レーザ８０１として、本発明の半導体レーザを使用すれば、発振波長が約６５０ｎｍであって且つ約３０ｍＷという高出力のレーザ光を利用できる。従って、光ディスク８０７に対して、安定して情報を書き込むことができる。一方、光ディスク８０７に記録されている情報の再生にあたっては、半導体レーザ８０１を高出力で動作させる必要がない。具体的には、半導体レーザ８０１を、約５ｍＷ程度の低出力で動作するように調整する。
以上のように、本発明の半導体レーザを光ディスク装置の光源として使用することによって、１台の半導体レーザ（光源）８０１を用いて、波長約６５０ｎｍで高密度な情報の記録及び再生が実現される。これによって、簡単な構成で高性能な光ディスク装置が実現される。
また、半導体レーザ（光源）８０１と受光素子８１０とがお互いに近くに配置されている構成においては、半導体レーザ（光源）８０１と受光素子８１０とを一体化することが可能になり、光ディスク装置のさらなる小型化が可能となる。
第４の実施形態
本発明の第４の実施形態として、本発明に従って形成される半導体レーザを使用して構成される他の光ディスク装置を、図９〜図１１を参照して説明する。なお、この光ディスク装置は、回路実装学会誌、第１０巻第５号、第３３６〜３４０頁に説明されている。
図９及び図１０は、本実施形態における光ディスク装置の構成を模式的に示す図である。
本実施形態の光ディスク装置では、第３の実施形態の構成とは異なって、図１１に示すようにレーザチップ９２１、光信号検出用のフォトダイオード９３１及び９３２、さらにレーザチップ９２１からのレーベル光を反射させるマイクロミラー９０４をシリコン基板９２０の上に一体的に構成することで、光ディスク装置のさらなる小型化及び薄型化を図っている。なお、以下の説明では、シリコン基板９２０の上に一体に構成されたレーザチップ９２１、フォトダイオード９３１及び９３２、及びマイクロミラー９４０を、総称してレーザユニット９０１と呼ぶ。
図９に模式的に示すように、レーザユニット９０１から出射したレーザ光９０２は、ホログラム素子９０３の下面に形成されたグレーティングパターンにより３ビームに分割された後に（但し、図９では、簡単のために１本のビームとして描いている）、１／４λ板９０４を通過し、さらに対物レンズ９０５により光ディスク９０６の表面の情報トラックに集光される。光ディスク９０６の表面からの反射ビームは、再び対物レンズ９０５及び１／４λ板９０４を通過した後に、ホログラム素子９０３に入射する。そして、図１０に示すように、ホログラム素子９０３の上面に形成されたホログラムパターン９０９によって、±１次光９１１及び９１２として、それぞれ集光及び発散作用を付加されて左右に回折される。左右に回折された光９１１及び９１２は、一対のフォトダイオード９３１及び９３２を照射するが、図１０に示されるように、左側に回折された回折光９１１は、フォトダイオード９３１の受光面の手前に焦点をもつビームとなり、右側に回折された回折光９１２は、フォトダイオード９３２の受光面の後ろに焦点を持つビームとなる。
図１１は、レーザユニット９０１の構成を斜視図である。
レーザユニット９０１では、シリコン基板９２０の上に形成された凹部９２５に、半導体レーザチップ９２１が配置されている。この半導体レーザチップ９２１から出射する光９１０は、シリコン基板９２０の表面に対して４５度の角度を持つようにシリコン基板９２０に形成されているマイクロミラー９４０により、上方へ出射する。マイクロミラー９２０は、凹部９２５の側面の一部に相当するシリコンの（１１１）面を利用して、形成される。これは、シリコンの（１１１）面は異方性エッチングにより簡単に得ることができ、且つ化学的に安定な面であるので、光学的に平坦な面が得られ易いからである。
シリコン（１００）面を用いる場合、（１１１）面は（１００）面に対して５４度の角度をなすので、（１００）面の面方位から＜１１０＞方向へ９度傾斜した基板を用いれば、４５度の角度が得られる。この場合には、マイクロミラー９４０と対向する面の角度は６３度となるが、この面には、レーザチップ９２１からの光出力をモニタするモニタ用フォトダイオード９２２を形成する。
マイクロミラー９４０の表面は平坦なシリコンであるが、レーザ光の吸収を抑制し且つ光の利用効率を高めるためには、金などの反射効率が高く且つレーザ光を吸収しない金属を蒸着して、光の損失を少なくすることが好ましい。
反射ビーム９１１及び９１２を受光する一対のフォトダイオード９３１及び９３２は、シリコン基板９２０の上のレーザチップ９２１を配置する凹部９２５の左右の箇所に、直接に形成される。一対のフォトダイオード９３１及び９３２のそれぞれは５分割されており、フォーカスエラー信号の検出には、そのうち中央の３つの部分を利用する。
さらに、図８を参照して説明した光ディスク装置と同様に、フォトダイオード９３１及び９３２の検出信号に基づいて、トラッキング信号及びフォーカスエラー信号が生成される。そして、光ディスク９０６の上における光ビームスポットの位置が、生成されたトラッキング信号及びフォーカスエラー信号に基づいて、アクチュエータ９０７（図９参照）によって調整され、ずれが修正される。
以上のような特徴を有するレーザユニット９０１を用いることにより、光ディスク装置の小型化及び薄型化が可能となる。また、上記のレーザユニット９０１は、フォトダイオード９３１及び９３２ならびにマイクロミラー９４０が形成されているシリコン基板９２０の表面の凹部９２５にレーザチップ９２１を配置するだけで得られるので、製造工程が簡略化でき、且つ歩留まりが向上する。
産業上の利用の可能性
以上のように、本発明の半導体レーザでは、発振波長の光強度分布のピークを活性層に対して埋め込み層の反対側に位置させることによって、埋め込み層での光吸収を小さくするとともに、６５０ｎｍ帯の発振波長での単一横モード発振を容易に得ることができる。さらに、しきい値電流及び動作電流が小さく、光ディスクへの書き込みのための光源として適した、優れた動作性能を有する高出力レーザが得られ、産業の発達に大きく貢献するものである。
本発明の半導体レーザを光ディスク装置の光源に用いることにより、６５０ｎｍ帯の発振波長において３５ｍＷという高出力を得ることが可能である。これより、従来の７８０ｎｍの半導体レーザでは現実が困難な、高密度記録を達成することができる。半導体レーザの光出力を、光ディスクからの情報の再生時には５ｍＷ程度に設定し、記録時には３５ｍＷ程度に設定することによって、記録及び再生を１台の半導体レーザで実現することができ、簡単な構成で高性能な光ディスク装置を実現できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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