JP4362873B2 - Semiconductor laser and optical disk apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザおよびこの半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザにおいて、活性層近傍にｐｎ接合を形成することは、基本的要請である。このとき、このｐｎ接合を形成するｐ型半導体層およびｎ型半導体層を形成するための不純物のドーピングの量および位置の設定は、半導体レーザの諸特性に影響を及ぼすため、重要な設計パラメータと言える。特に、信頼性の観点からは、不純物をあまり多量にドーピングしたり、活性層に近い位置にドーピングしたりすることは、活性層に不純物が取り込まれ、そこが非発光再結合中心になる可能性が大きいため、避けられることが多い。一方、発振しきい値や微分効率などの静的な特性に関しては、ドーピングされた不純物の影響はそれほど強く表れないことから、信頼性を重視し、不純物の量を少なめ（例えば、正孔濃度で５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度）でかつ活性層から少し離れたところまで（クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍより離す）ドーピングすることが良く行われる。これらの手法を弱目のドーピングと呼ぶ（例えば、特開平６−２３７０３８号公報）。
【０００３】
一方、半導体レーザを光ディスク装置などの光源に応用しようとすると、半導体レーザへの戻り光をできるだけ抑える必要がある。このために、外部から高周波重畳を行ったり、自己パルセーション（自励発振ともいう）を起こさせたりすることで、発振スペクトルを多モードかつ広いスペクトル幅のものとし、レーザ光のコヒーレンスを落とし、戻り光に対する雑音レベルを向上させる方法が良く用いられる。
【０００４】
ここで、ドーピングを弱めに設定した半導体レーザとドーピングを強めに設定した半導体レーザとで高周波重畳時の雑音レベルを比較すると、ドーピングを強めに設定した半導体レーザの方が雑音レベルが良好であることから、信頼性を別の方法で確保することができれば、ドーピングをできるだけ強めに設定することが、戻り光雑音低減の観点からは有効である。
【０００５】
今後、光ディスクのさらなる高密度化が進むことを考えると、光ディスク装置用半導体レーザの戻り光雑音に対する要求はさらに厳しいものになることは確実であり、より一層の雑音低減は重要な課題である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまで、光ディスク装置用半導体レーザの戻り光雑音のより一層の低減を図るための有効な技術については何ら提案されておらず、雑音低減には限界があった。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、光ディスク装置の光源に用いた場合に戻り光雑音が極めて少ない半導体レーザおよびこの半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、実験的および理論的観点から、鋭意検討を行った。以下にその検討結果について説明する。
【０００９】
本発明者は、光ディスク装置、特にディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）装置の光ピックアップの光源に用いられるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの雑音特性の詳細な検討を行った。このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層を有するものである。ここでは、強度雑音の指標として良く用いられる相対雑音強度（Relative Intensity Noise, ＲＩＮ）に注目し、このＲＩＮと半導体レーザの諸特性および構造パラメータとがどのような相関を持つかを調べた。
【００１０】
ＲＩＮを評価するために用いた手法について説明すると次の通りである。すなわち、光ディスク装置、特にＤＶＤ装置の光ピックアップの光源に用いられる半導体レーザは通常は屈折率導波型半導体レーザであるため、光ディスク再生時には高周波重畳を行う。ところで、高周波重畳を行った半導体レーザのＲＩＮは、図１に示すように、光出力を増すにつれて周期的に変動する。そして、半導体レーザによって、雑音の「こぶ」の位置の光出力が異なるために、特定の光出力に固定して測定したＲＩＮでは、相対評価を行うことができない。そこで、ここでは、図１における２番目の「こぶ」（緩和振動の２番目のピークが現れるために生じる雑音のこぶ）にあたるＰ２雑音に注目し、戻り光を戻さないときのＲＩＮ（Ｉ（intrinsic)−ＲＩＮ）値と２０％程度の強い戻り光を戻したときのＲＩＮ（ＯＦＢ（optical feedback) −ＲＩＮ）値とを評価した。なお、戻り光距離はＲＩＮに対して周期的な変動を生じさせるため、ＲＩＮを最悪にする距離（このときのＯＦＢ−ＲＩＮをｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮで表す）とそれ以外の距離（このときのＯＦＢ−ＲＩＮをｍｉｎ ＯＦＢ−ＲＩＮで表す）との両方で測定している。高周波重畳は、ＤＶＤ装置の光ピックアップに用いられている３３０ＭＨｚの強振幅（約３０ｍＡ振幅）で行った。また、ＲＩＮの評価は３ＭＨｚセンターで行った。
【００１１】
図２に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によるレーザ構造を形成する半導体層の成長においてｐ側クラッド層を成長させるときにｐ型不純物として用いるＺｎのドープ位置（活性層とｐ側クラッド層との界面からこのｐ側クラッド層にＺｎドープを始める位置までの距離）とｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮ、ｍｉｎＯＦＢ−ＲＩＮおよびＩ−ＲＩＮとの関係を示す。ただし、測定試料は、成長時のＺｎ流量（具体的には、成長中にｐ型ドーパントとして流すジメチル亜鉛（ＤＭＺ）のマスフローコントローラの流量設定値）を２ｃｃに固定し、そのドーピングの基準位置Ｏは、活性層から約２５０ｎｍ、ｐ側クラッド層内の位置で、図１７のリッジ構造底面位置を意図的に制御したものであり、信頼性はいずれも良好なものである。図２に示すように、Ｚｎドープ位置とＩ−ＲＩＮとの相関は曖昧であるが、Ｚｎドープ位置とｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍｉｎ ＯＦＢ−ＲＩＮとの相関は見られる。図２より、Ｚｎドープは活性層に近い位置から始めた方が戻り光に強い傾向が現れており、特に、活性層から１００ｎｍ以内の位置から始めると、雑音がかなり低くなっていることがわかる。さらに、図２には明確に現れていないが、活性層から５０ｎｍ以内の位置からＺｎドープを始めると雑音がより低くなる。
【００１２】
図３に、Ｚｎ流量とｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮ、ｍｉｎ ＯＦＢ−ＲＩＮおよびＩ−ＲＩＮとの関係を示す。図３より、Ｚｎ流量の多いものがｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮ、ｍｉｎ ＯＦＢ−ＲＩＮおよびＩ−ＲＩＮともに低い傾向が見られる。また、ｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍｉｎ ＯＦＢ−ＲＩＮのＺｎ流量依存性をよく見ると、あるＺｎ流量に最適値があるようで、この図では２ｃｃあたりに最適値があるように見える。Ｚｎ流量が実際に何ｃｃが良いかは、半導体層の成長に使用するオフ基板のオフ角度、成長温度、成長時の原料のＶ／ＩＩＩ比などに影響されると思われ、これだけのデータでは明言できない。傾向としては、Ｚｎ流量が多めの方が危険度は少ないと言うことができるが、注意が必要なのはＺｎ流量が少なめのときである。この場合、戻り光には非常に弱くなる可能性が高い。
【００１３】
以上のことからわかるように、ｐ側クラッド層へのＺｎドープは、その量も位置もかなり各ＲＩＮに影響を与えていることがわかる。基本的には、多めに、かつ、活性層に近くＺｎをドープすることが、ＲＩＮの改善には良好であると考えられる。
【００１４】
次に、Ｚｎドープが半導体レーザの諸特性に与える影響について説明する。
【００１５】
ＺｎドープがなぜＲＩＮに影響を与えるか、を考えるために、Ｚｎドープがレーザ特性の何に影響を及ぼしているかを検討する。まず、図４に、Ｚｎドープ位置との相関が強いＤＣ駆動時の微分効率Ｄ１、しきい値電流Ｉ_th、微分抵抗Ｒ_s および光出力５ｍＷに対する動作電圧Ｖ_opとの関係を示す。ただし、測定には、共振器長が５００μｍ、端面反射率が３０％−７５％のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを用いた。
【００１６】
図４に示すように、Ｚｎドープ位置が活性層に近くなるにつれて、Ｉ_thは単調に下がり、Ｄ１は単調に増加する。これは、Ｚｎが活性層近くにまでドープされることにより、ｐ側クラッド層のバンドギャップ（Ｅ_g ）が大きくなり、注入キャリアの活性層からのオーバーフローが抑制されるためと考えられる。実際に、後に示すが、特性温度Ｔ₀ が非常に向上する。また、Ｒ_s およびＶ_opはともにＺｎドープ位置との相関が強い関係にあるが（Ｖ_op＝Ｅ_g ＋Ｒ_s ×Ｉ_opであるので当然であるが）、Ｚｎドープ位置が活性層に近くなると、ｐ側クラッド層の抵抗値は下がるため、トータルのＲ_s は減少する。そして、Ｒ_s の減少とＩ_opの減少との相乗効果によってＶ_opが急激に減少することがわかる。
【００１７】
Ｚｎドープ位置が以上のように半導体レーザの静特性に大きな影響を及ぼしているのに対し、Ｚｎ流量は静特性にさほどあらわには影響を及ぼしていない。
【００１８】
Ｚｎ流量が相関を持つ項目は、緩和振動周波数ｆ_r であり、Ｚｎドープ位置以上に相関は強い。この関係を図５に示す。ここで、図５Ａのｆ_r （Ｐ２）は光出力Ｐ２でのｆ_r 、図５Ｂのｆ_r （５ｍＷ）は光出力５ｍＷでのｆ_r を表す。図５より、Ｚｎ流量が多くなるにつれてｆ_r は高くなることがわかる。つまり、ｆ_r も、ＲＩＮ同様、Ｚｎドープに関してはドープ量が多めで、かつ、ドープ位置が活性層に近い方が高いという傾向を示している。
【００１９】
図６に、Ｚｎドーピング位置と、高周波重畳時の２番目の雑音のこぶに対応する光出力Ｐ２との関係を示したが、相関は強く、Ｚｎドープ位置が活性層に近くなるほど、Ｐ２は大きくなっていることがわかる。これも、Ｚｎドープがレーザ特性に与えている影響の一つと言える。
【００２０】
図７にＴ₀ とｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮとの相関を示す。Ｔ₀ が高いとＯＦＢ−ＲＩＮは低くなる傾向が強く、Ｔ₀ の向上は雑音対策の良い指針となる。このことは、Ｚｎドープの効果と一致している。
【００２１】
次に、活性層を構成する井戸層の数との相関を調べる。図８に活性層を構成する井戸層の数とＯＦＢ−ＲＩＮとの相関を示す。図８より、全体的傾向として、井戸層の数が多めの方が戻り光雑音に関し良好であり、井戸層の数が５以上、より好適には７以上であれば、ｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍｉｎ ＯＦＢ−ＲＩＮとも十分に低くすることができる。図９に井戸層の数とＩ−ＲＩＮとの相関を示すが、これらも相関は強い。ＯＦＢ−ＲＩＮと同様な相関があり、井戸層の数が多めの方がＩ−ＲＩＮも良好である。
【００２２】
図１０より、井戸構造はＰ２との相関が非常に強く、これが、各ＲＩＮに影響を与えていると考えられる。傾向としては、井戸層の数が多めのものがＰ２が高くなる。
【００２３】
次に、Ｒ_s との相関について説明する。半導体レーザの静特性の中で動特性と関連の深いパラメータの一つがＲ_s である。これは、特に、高周波重畳を行う場合、変調振幅ΔＩ_thに影響を与えるパラメータとして、従来から指標とされているものである。そこで、Ｒ_s が様々な値を有する試料を準備し、半導体レーザの主要特性とＲ_s との関係を調べた。まず、Ｒ_s が最も端的に現れる相関を２例挙げる。図１１にＲ_s とＶ_opとの相関を示した。先にも少し議論をしたが、Ｖ_opは次の関係式
Ｖ_op＝Ｅ_g ＋Ｒ_s ・Ｉ_op （１）
ただし、Ｅ_g （ｅＶ）＝１．２４／λ（μｍ）：活性層バンドギャップでＲ_s と結ばれている。
【００２４】
今、Ｅ_g がほぼ一定（１．９ｅＶ）であるので、Ｉ_opさえ大きな変化がなければ、強い相関が出て当然の結果である。
【００２５】
次に興味深い相関は図１２に示したＲ_s とΔＩ_thとの相関であるが、これも非常に強い相関が現れた。浮遊容量が同じ環境なら、基本的に高周波重畳はかかりやすいほうがよいので、Ｒ_s は低めが良好と言える。
【００２６】
Ｒ_s が雑音に関して良い指標になるかどうかを調べたものが図１３および図１４である。これらはどれも強い相関を持っていると言え、Ｒ_s が低いほど各ＲＩＮは改善される。
【００２７】
図１５にＲ_s とｆ_r との相関を示す。ｆ_r という動的な特性が強くＲ_s と相関を持っていることがわかる。
【００２８】
Ｒ_s の相関で図１６に示したＴ₀ との相関を挙げる。図１６に示すように、Ｒ_s が小さいほどＴ₀ は高い。これは、Ｚｎが活性層付近まで十分にドープされた方が、Ｔ₀ は高く、Ｒ_s は低くなる結果と考えられ、原因は明らかにＺｎドープである。
【００２９】
以上の実験結果を鑑み、レーザ設計上重要と考えられるパラメータの雑音への寄与の理由を整理すると以下のようになる。
【００３０】
（１）Ｚｎドープを強くするとＯＦＢ−ＲＩＮが改善される
これは、「Ｚｎドープが強い」→「Ｒ_s が下がり、Ｔ₀ が上がる」→「重畳振幅が大きくなる」→「波長チャーピングΔνが大きくなる」→「戻り光に鈍感となる」という関係によるもの、あるいは、「Ｚｎドープが強い」→「Ｐ２が大きくなる」→「Ｉ−ＲＩＮが小さくなる」→「ＯＦＢ−ＲＩＮが小さくなる」という関係によるものである。
【００３１】
（２）活性層の井戸構造については、井戸層の数が多めでＯＦＢ−ＲＩＮが改善される
これは、「井戸層の数が多い」→「Ｐ２が上昇する」→「Ｉ−ＲＩＮが低下」→「ＯＦＢ−ＲＩＮも低下」という関係によるものと考えられる。
【００３２】
以上、屈折率導波型半導体レーザの雑音を、通常この種の半導体レーザに使用される高周波重畳駆動条件で戻り光のある場合とない場合とについて実験的に詳しく調べたが、さらに検討を行った結果、戻り光雑音の低減を図るためには、以下のような対策が有効であるという結論に至った。
【００３３】
１．ｐ側クラッド層へのＺｎ、より一般的にはｐ型不純物の活性化ドープ位置（ドーピングを行い、拡散後の不純物の確定した位置）はｐ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内、好適には５０ｎｍ以内の所定距離だけ離し、また、このドープ部の濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上ドーピング飽和濃度（例えば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3）以下、好適には２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下とする。
【００３４】
２．ｎ側クラッド層についても、例えばＳｅ、より一般的にはｎ型不純物の活性化ドープ位置はｎ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内、好適には５０ｎｍ以内の所定距離だけ離し、また、このドープ部の濃度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上ドーピング飽和濃度（例えば、１×１０¹⁸ｃｍ^-3）以下とする。
【００３５】
３．活性層は井戸層の数が少なくとも５以上、好適には７以上の多重量子井戸構造とする。
【００３６】
なお、これらの対策のほか、緩和振動の２番目のピークが現れるために生じる雑音のこぶに対応する光出力Ｐ２を３ｍＷ以上とすることも有効である。
【００３７】
この発明は、本発明者による以上の検討に基づいて案出されたものである。
【００３８】
すなわち、上記目的を達成するために、この発明の第１の発明は、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有する半導体レーザにおいて、
ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｐ型不純物が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープされているとともに、ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から所定距離未満の部分にはｐ型不純物がドープされておらず、かつ、活性層は井戸層の数が少なくとも５以上の多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とするものである。
【００３９】
この発明の第２の発明は、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有する半導体レーザにおいて、
ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｎ型不純物が５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープされているとともに、ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から所定距離未満の部分にはｎ型不純物がドープされておらず、かつ、活性層は井戸層の数が少なくとも５以上の多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とするものである。
【００４０】
この発明の第３の発明は、
半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置において、
半導体レーザは、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有し、ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｐ型不純物が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープされているとともに、ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から所定距離未満の部分にはｐ型不純物がドープされておらず、かつ、活性層は井戸層の数が少なくとも５以上の多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とするものである。
【００４１】
この発明の第４の発明は、
半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置において、
半導体レーザは、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有し、ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｎ型不純物が５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープされているとともに、ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から所定距離未満の部分にはｎ型不純物がドープされておらず、かつ、活性層は井戸層の数が少なくとも５以上の多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とするものである。
【００４２】
この発明の第１および第３の発明において、好適には、ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から５０ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｐ型不純物を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープする。ｐ型不純物のドーピング飽和濃度は例えば約３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。また、好適には、ｐ型不純物のドーピング濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上とする。ｐ型不純物はＺｎが代表的であるが、その他のものであってもよい。
【００４３】
この発明の第２および第４の発明において、好適には、ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から５０ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｎ型不純物を５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープする。ｎ型不純物のドーピング飽和濃度は例えば約１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。ｎ型不純物はＳｅが代表的であるが、その他のもの、例えばＳｉなどであってもよい。
【００４４】
この発明の第１、第２、第３および第４の発明において、活性層の井戸層の数は好適には７以上とする。
【００４５】
この発明において、光ディスク装置には、光ディスク再生装置、光ディスク記録装置、光ディスク記録および再生装置などの各種のものが含まれる。
【００４６】
上述のように構成されたこの発明の第１および第３の発明によれば、ｐ側クラッド層へのｐ型不純物のドーピング位置が活性層に十分に近く、かつ、ドーピング濃度も十分に高く、しかも、活性層が井戸層の数が５以上の多重量子井戸構造を有することにより、戻り光雑音の大幅な低減を図ることができる。
【００４７】
上述のように構成されたこの発明の第２および第４の発明によれば、ｎ側クラッド層へのｎ型不純物のドーピング位置が活性層に十分に近く、かつ、ドーピング濃度も十分に高く、しかも、活性層が井戸層の数が５以上の多重量子井戸構造を有することにより、戻り光雑音の大幅な低減を図ることができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図１７は、この発明の一実施形態によるリッジ構造の屈折率導波型のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを示す。
【００５０】
図１７に示すように、この一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおいては、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３、活性層４、ｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７が順次積層されている。ｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７は、一方向に延びるストライプ形状を有する。このストライプ部の両側の部分にはｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８が埋め込まれ、これによって電流狭窄構造が形成されている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層７およびｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８上には、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極からなるｐ側電極９がｐ型ＧａＡｓキャップ層７とオーミックコンタクトして設けられている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ電極からなるｎ側電極１０がこのｎ型ＧａＡｓ基板１とオーミックコンタクして設けられている。
【００５１】
ｎ型ＧａＡｓ基板１としては、例えば、（１００）面方位を有するものや（１００）面から例えば５〜１５°オフした面を有するものが用いられる。また、ｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３およびｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５における組成比ｘ、ｙは、これらの層がｎ型ＧａＡｓ基板１と格子整合する値に選ばれ、具体的には、例えばｘ＝０．７、ｙ＝０．５に選ばれる。
【００５２】
活性層４は、例えば、図１８に示すように、井戸層としてのアンドープＧａＩｎＰ層と障壁層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ層とが交互に積層されたＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ ＭＱＷ構造を有し、井戸層、すなわちアンドープＧａＩｎＰ層の数は少なくとも５以上、好適には７以上である。また、この活性層４のうちのｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３およびｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５と接する部分は、光導波層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ層からなる。
【００５３】
ｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３のうち、このｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３と活性層４との界面から１００ｎｍ以内の所定距離、例えば５０ｎｍ未満にある部分３ａはアンドープであり、この界面から５０ｎｍ以上の距離にある部分３ｂには、ｎ型不純物として例えばＳｅが５×１０¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物濃度にドープされていてｎ型となっている。また、ｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５のうち、このｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５と活性層４との界面から１００ｎｍ以内の所定距離、例えば５０ｎｍ未満にある部分５ａはアンドープであり、この界面から５０ｎｍ以上の距離にある部分３ｂには、ｐ型不純物として例えばＺｎが１×１０¹⁸〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物濃度にドープされていてｐ型となっている。
【００５４】
ストライプ形状を有するｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７、すなわちストライプ部の最下部の幅は例えば４μｍ以上、ストライプ部の最上部の幅は例えば３．５μｍ以上である。このとき、θ‖≦７．５°となる。
【００５５】
このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを構成する各半導体層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２は０．３μｍ、ｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３は１μｍ、ｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５は１μｍ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６は０．１μｍ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８は０．３μｍである。
【００５６】
このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの共振器端面には端面コーティングが施されており、フロント側の端面の反射率Ｒ_f は３０％以上、好適には４０％、より好適には５０％以上、リア側の端面の反射率Ｒ_r は７０％以上、好適には８０％以上、より好適には９０％以上に設定されている。また、共振器長Ｌは例えば２５０μｍである。
【００５７】
次に、上述のように構成されたこの一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法について説明する。
【００５８】
この一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを製造するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３、ＭＱＷ構造の活性層４、ｐ型（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層８を順次成長させる。ここで、ｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３の成長時には、所定の厚さまではＳｅを濃度Ｎ_n にドープしながら成長を行い、その後Ｓｅのドープを停止して残りの部分の成長を行う。また、ｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５の成長時には、所定の厚さまではＺｎのドープを行わず、その後Ｚｎを濃度Ｎ_p にドープしながら成長を行う。
【００５９】
次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７上にリソグラフィーにより一方向に延びるストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、ｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５の厚さ方向の途中の深さまでウエットエッチング法によりエッチングし、ｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７をストライプ形状にパターニングする。ここで、このウエットエッチングにおいては、例えば硫酸などからなるエッチング液を用いる。
【００６０】
次に、上述のウエットエッチングの際のマスクに用いたレジストパターンを除去した後、例えばＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８を選択的に成長させてストライプ部の両側の部分を埋め込む。
【００６１】
次に、例えば真空蒸着法によりｐ型ＧａＡｓキャップ層７およびｎ型ＧａＡｓブロック層８の全面にｐ側電極９を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にも同様にしてｎ側電極１０を形成する。
【００６２】
次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１をバー状に劈開して両共振器端面を形成し、さらにこれらの端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開してチップ化する。
【００６３】
この後、上述のようにして得られたレーザチップをパッケージングする。以上により、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが製造される。
【００６４】
以上のように、この一実施形態によれば、ｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層３およびｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層５とも、活性層４に十分に近い位置から適度に高濃度に不純物をドープしていること、活性層４の井戸層の数を少なくとも５以上としていることなどにより、戻り光雑音の低減に最適な構造となり、信頼性を十分に確保したまま、従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザに比べて戻り光雑音を大幅に低減することができる。また、高周波重畳がかかりやすくなるため、高周波重畳回路の出力を小さくすることができる。さらに、Ｔ₀ を高くすることができることにより、温度特性が向上する。また、しきい値電流密度の低減を図ることもできる。
【００６５】
次に、上述の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを光源に用いた光ディスク再生装置について説明する。図１９にこの光ディスク再生装置の構成を示す。
【００６６】
図１９に示すように、この光ディスク再生装置は、光源である発光素子として半導体レーザ１０１を備えている。この半導体レーザ１０１としては、上述の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられる。この光ディスク再生装置はまた、半導体レーザ１０１の出射光を光ディスクＤに導くとともに、この光ディスクＤによる反射光（信号光）を再生するための公知の光学系、すなわち、コリメートレンズ１０２、ビームスプリッタ１０３、１／４波長板１０４、対物レンズ１０５、検出レンズ１０６、信号光検出用受光素子１０７および信号光再生回路１０８を備えている。
【００６７】
この光ディスク再生装置においては、半導体レーザ１０１の出射光Ｌはコリメートレンズ１０２によって平行光にされ、さらにビームスプリッタ１０３を経て１／４波長板１０４により偏光の具合が調整された後、対物レンズ１０５により集光されて光ディスクＤに入射される。そして、この光ディスクＤで反射された信号光Ｌ´が対物レンズ１０５および１／４波長板１０４を経てビームスプリッタ１０３で反射された後、検出レンズ１０６を経て信号光検出用受光素子１０７に入射し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路１０８において、光ディスクＤに書き込まれた情報が再生される。
【００６８】
この光ディスク再生装置によれば、半導体レーザ１０１として、戻り光雑音が従来に比べて十分に低い上述の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを用いているので、光ディスク再生装置の寿命を長くすることができる。
【００６９】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による半導体レーザによれば、光ディスク装置の光源に用いた場合に戻り光雑音を極めて少なくすることができる。
【００７１】
また、この発明による光ディスク装置によれば、光源として用いられている半導体レーザの戻り光雑音が極めて少ないことにより、光ディスクの再生および／または記録を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体レーザの光出力とＲＩＮとの関係を示す略線図である。
【図２】ＲＩＮとＺｎドープ位置との関係を示す略線図である。
【図３】ＲＩＮとＺｎ流量との関係を示す略線図である。
【図４】Ｄ１、Ｉ_th、Ｒ_s およびＶ_opとＺｎドープ位置との関係を示す略線図である。
【図５】ｆ_r とＺｎ流量との関係を示す略線図である。
【図６】Ｐ２とＺｎドープ位置との関係を示す略線図である。
【図７】ｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮとＴ₀ との関係を示す略線図である。
【図８】ｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍｉｎ ＯＦＢ−ＲＩＮと井戸層の数との関係を示す略線図である。
【図９】Ｉ−ＲＩＮと井戸層の数との関係を示す略線図である。
【図１０】Ｐ２と井戸層の数との関係を示す略線図である。
【図１１】Ｖ_opとＲ_s との関係を示す略線図である。
【図１２】Ｒ_s とΔＩ_thとの関係を示す略線図である。
【図１３】Ｒ_s とＰ２でのＩ−ＲＩＮとの関係を示す略線図である。
【図１４】Ｒ_s とＰ２でのｍｉｎ ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍａｘ ＯＦＢ−ＲＩＮとの関係を示す略線図である。
【図１５】Ｒ_s とｆ_r との関係を示す略線図である。
【図１６】Ｒ_s とＴ₀ との関係を示す略線図である。
【図１７】この発明の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを示す斜視図である。
【図１８】この発明の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザのエネルギーバンド図である。
【図１９】この発明の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを光源に用いた光ディスク再生装置を示す略線図である。
【符号の説明】
１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、２・・・ｎ型ＧａＡｓバッファ層、３・・・ｎ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層、４・・・活性層、５・・・ｐ側（Ａｌ_x Ｇａ_1-x ）_1-y Ｉｎ_y Ｐクラッド層、６・・・ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、７・・・ｐ型ＧａＡｓキャップ層、８・・・ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、９・・・ｐ側電極、１０・・・ｎ側電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser and an optical disk apparatus using the semiconductor laser as a light source.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor laser, it is a basic requirement to form a pn junction near the active layer. At this time, since the setting of the impurity doping amount and position for forming the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer forming the pn junction affects various characteristics of the semiconductor laser, important design parameters and I can say that. In particular, from the viewpoint of reliability, doping a large amount of impurities or doping at a position close to the active layer may cause impurities to be incorporated into the active layer and become a non-radiative recombination center. Is often large and can be avoided. On the other hand, with respect to static characteristics such as oscillation threshold and differential efficiency, since the influence of doped impurities does not appear so strongly, emphasis is placed on reliability and the amount of impurities is reduced (for example, at the hole concentration). 5 × 10 ¹⁷ cm ^-3 Doping is often performed up to a distance from the active layer (within 100 nm from the interface between the cladding layer and the active layer). These methods are called weak doping (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-237038).
[0003]
On the other hand, when applying a semiconductor laser to a light source such as an optical disk device, it is necessary to suppress the return light to the semiconductor laser as much as possible. For this purpose, high-frequency superposition from outside or self-pulsation (also referred to as self-excited oscillation) is performed to make the oscillation spectrum have a multimode and a wide spectral width, and reduce the coherence of the laser beam. A method of improving the noise level for the return light is often used.
[0004]
Here, when comparing the noise level during high-frequency superposition between a semiconductor laser with weak doping and a semiconductor laser with strong doping, the noise level of the semiconductor laser with high doping is better. Therefore, if reliability can be ensured by another method, setting the doping as strong as possible is effective from the viewpoint of reducing the return optical noise.
[0005]
Considering the further increase in the density of optical discs in the future, it is certain that the demand for return optical noise of semiconductor lasers for optical disc devices will become even more severe, and further noise reduction is an important issue.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, until now, no effective technique for further reducing the return light noise of the semiconductor laser for optical disk devices has been proposed, and there has been a limit to noise reduction.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser having very little return light noise when used as a light source of an optical disk device, and an optical disk device using this semiconductor laser as a light source.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has intensively studied from an experimental and theoretical viewpoint in order to solve the above-described problems of the prior art. The examination results will be described below.
[0009]
The present inventor has made a detailed examination of the noise characteristics of an AlGaInP-based semiconductor laser used as a light source of an optical pickup of an optical disk device, particularly a digital video disk (DVD) device. This AlGaInP semiconductor laser has an active layer having a multiple quantum well (MQW) structure. Here, attention was paid to Relative Intensity Noise (RIN), which is often used as an index of intensity noise, and the correlation between the RIN and various characteristics and structure parameters of the semiconductor laser was investigated.
[0010]
The method used for evaluating RIN is described as follows. That is, since a semiconductor laser used as a light source for an optical pickup of an optical disk device, particularly a DVD device, is usually a refractive index waveguide type semiconductor laser, high-frequency superposition is performed during optical disk reproduction. By the way, as shown in FIG. 1, the RIN of a semiconductor laser subjected to high frequency superposition periodically changes as the optical output increases. Since the light output at the position of the “hump” of noise differs depending on the semiconductor laser, relative evaluation cannot be performed with RIN measured with a fixed light output. Therefore, here, paying attention to the P2 noise corresponding to the second “hump” in FIG. 1 (the noise hump caused by the appearance of the second peak of the relaxation oscillation), RIN (I (intrinsic ) -RIN) value and RIN (OFB (optical feedback) -RIN) value when strong return light of about 20% was returned. Since the return light distance causes periodic fluctuations with respect to RIN, the distance that makes RIN worst (OFB-RIN at this time is represented by max OFB-RIN) and other distances (OFB at this time) -RIN is expressed as min OFB-RIN). The high-frequency superposition was performed with a strong amplitude of 330 MHz (approximately 30 mA amplitude) used for the optical pickup of the DVD device. RIN was evaluated at the 3 MHz center.
[0011]
FIG. 2 shows a doping position of Zn used as a p-type impurity (active layer and p-side cladding) when a p-side cladding layer is grown in the growth of a semiconductor layer forming a laser structure by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The distance from the interface with the layer to the position where Zn doping starts in the p-side cladding layer) and max OFB-RIN, minOFB-RIN, and I-RIN are shown. However, the measurement sample has a Zn flow rate during growth (specifically, a flow rate set value of a mass flow controller of dimethylzinc (DMZ) flowing as a p-type dopant during growth) fixed at 2 cc, and a reference position O for the doping is measured. FIG. 17 intentionally controls the position of the bottom surface of the ridge structure in FIG. 17 at a position in the p-side cladding layer about 250 nm from the active layer, and the reliability is good. As shown in FIG. 2, the correlation between the Zn doping position and I-RIN is ambiguous, but there is a correlation between the Zn doping position and max OFB-RIN and min OFB-RIN. FIG. 2 shows that Zn doping tends to be stronger against the return light when it is started from a position close to the active layer, and in particular, noise is considerably low when starting from a position within 100 nm from the active layer. . Furthermore, although it does not appear clearly in FIG. 2, the noise becomes lower when Zn doping is started from a position within 50 nm from the active layer.
[0012]
FIG. 3 shows the relationship between the Zn flow rate and max OFB-RIN, min OFB-RIN, and I-RIN. From FIG. 3, it can be seen that those with a high Zn flow rate tend to be low in max OFB-RIN, min OFB-RIN, and I-RIN. Further, when the Zn flow rate dependence of max OFB-RIN and min OFB-RIN is closely observed, it seems that there is an optimum value for a certain Zn flow rate, and in this figure, there appears to be an optimum value per 2 cc. It is thought that the actual flow rate of Zn flow is affected by the off-angle of the off-substrate used for the growth of the semiconductor layer, the growth temperature, the V / III ratio of the raw material during growth, etc. I can't say clearly. As a tendency, it can be said that the higher the Zn flow rate, the less dangerous, but attention is required when the Zn flow rate is low. In this case, there is a high possibility that the return light will be very weak.
[0013]
As can be seen from the above, Zn doping into the p-side cladding layer has a considerable influence on each RIN in terms of the amount and position. Basically, it is considered that doping with Zn in a large amount and close to the active layer is good for improving RIN.
[0014]
Next, the influence of Zn doping on various characteristics of the semiconductor laser will be described.
[0015]
In order to consider why Zn doping affects RIN, it is examined what influence Zn doping has on laser characteristics. First, FIG. 4 shows the differential efficiency D1 and the threshold current I at the time of DC driving having a strong correlation with the Zn doping position. _th , Differential resistance R _s And operating voltage V for optical output 5 mW _op Shows the relationship. However, for the measurement, an AlGaInP semiconductor laser having a cavity length of 500 μm and an end face reflectance of 30% to 75% was used.
[0016]
As shown in FIG. 4, as the Zn doping position approaches the active layer, I _th Decreases monotonically and D1 increases monotonously. This is because the band gap of the p-side cladding layer (E _g This is thought to be because the overflow of the injected carrier from the active layer is suppressed. Actually, as will be shown later, the characteristic temperature T ₀ Will be greatly improved. R _s And V _op Are strongly correlated with the Zn doping position (V _op = E _g + R _s × I _op However, when the Zn doping position is close to the active layer, the resistance value of the p-side cladding layer decreases, so that the total R _s Decrease. And R _s Decrease and I _op Synergistic effect with decrease in V _op It can be seen that decreases rapidly.
[0017]
While the Zn doping position greatly affects the static characteristics of the semiconductor laser as described above, the Zn flow rate does not affect the static characteristics so much.
[0018]
The item that the Zn flow rate has a correlation is the relaxation oscillation frequency f _r The correlation is stronger than the Zn doping position. This relationship is shown in FIG. Here, f in FIG. 5A _r (P2) is f at the optical output P2. _r , F in FIG. 5B _r (5 mW) is f at an optical output of 5 mW. _r Represents. From FIG. 5, as the Zn flow rate increases, f _r Can be seen to be higher. That is, f _r However, like RIN, Zn doping shows a tendency that the doping amount is larger and the doping position is closer to the active layer.
[0019]
FIG. 6 shows the relationship between the Zn doping position and the optical output P2 corresponding to the second noise hump at the time of high frequency superposition. The correlation is stronger, and the closer the Zn doping position is to the active layer, the larger P2 is. You can see that This is also one of the effects that Zn doping has on laser characteristics.
[0020]
T in FIG. ₀ And max OFB-RIN. T ₀ If is high, OFB-RIN tends to be low, and T ₀ Improvement is a good guideline for noise countermeasures. This is consistent with the effect of Zn doping.
[0021]
Next, the correlation with the number of well layers constituting the active layer is examined. FIG. 8 shows the correlation between the number of well layers constituting the active layer and OFB-RIN. As shown in FIG. 8, as a general tendency, when the number of well layers is larger, the return optical noise is better, and when the number of well layers is 5 or more, more preferably 7 or more, max OFB-RIN and min Both OFB-RIN can be made sufficiently low. FIG. 9 shows the correlation between the number of well layers and I-RIN. These correlations are also strong. There is a correlation similar to OFB-RIN, and I-RIN is better when the number of well layers is larger.
[0022]
From FIG. 10, it is considered that the well structure has a very strong correlation with P2, and this affects each RIN. As a tendency, P2 becomes high when the number of well layers is large.
[0023]
Next, R _s The correlation with will be described. Among the static characteristics of semiconductor lasers, one of the parameters closely related to dynamic characteristics is R _s It is. This is particularly true when high frequency superposition is performed. _th As a parameter that affects the above, it has been conventionally used as an index. So R _s Prepares samples with various values, the main characteristics of the semiconductor laser and R _s I investigated the relationship with. First, R _s Here are two examples of the correlation that appears most simply. R in FIG. _s And V _op The correlation was shown. I discussed a bit earlier, but V _op Is the relation
V _op = E _g + R _s ・ I _op (1)
However, E _g (EV) = 1.24 / λ (μm): R in the active layer band gap _s It is tied with.
[0024]
E now _g Is almost constant (1.9 eV), so I _op Even if there is no big change, a strong correlation is given and it is a natural result.
[0025]
The next interesting correlation is R shown in FIG. _s And ΔI _th This is also a very strong correlation. If the environment has the same stray capacitance, basically it is better to apply high frequency superposition. _s Can be said to be low.
[0026]
R _s FIG. 13 and FIG. 14 show whether or not becomes a good index for noise. These can all be said to have a strong correlation, R _s The lower the value, the better each RIN.
[0027]
R in FIG. _s And f _r The correlation is shown. f _r The dynamic characteristics of R _s It can be seen that there is a correlation.
[0028]
R _s The correlation shown in FIG. ₀ The correlation is given. As shown in FIG. _s T is smaller ₀ Is expensive. This is because when Zn is sufficiently doped to the vicinity of the active layer, T ₀ Is high, R _s Is considered to be a low result, and the cause is clearly Zn doping.
[0029]
In view of the above experimental results, the reasons for the contribution of parameters considered to be important in laser design to noise are summarized as follows.
[0030]
(1) OFB-RIN is improved by increasing Zn doping
This is because “Zn doping is strong” → “R _s Falls, T ₀ → "Increase superposition amplitude" → "Wavelength chirping Δν increases" → "Insensitive to return light" or "Zn dope is strong" → "P2 increases" This is due to the relationship “I-RIN becomes smaller” → “OFB-RIN becomes smaller”.
[0031]
(2) Regarding the well structure of the active layer, OFB-RIN is improved with a larger number of well layers.
This is considered to be due to the relationship of “the number of well layers is large” → “P2 increases” → “I-RIN decreases” → “OFB-RIN also decreases”.
[0032]
As described above, the noise of the index-guided semiconductor laser has been experimentally investigated in detail with and without return light under the high-frequency superposition driving conditions normally used for this type of semiconductor laser. As a result, it was concluded that the following measures are effective for reducing the return light noise.
[0033]
1. Zn to the p-side cladding layer, more generally, the activation doping position of the p-type impurity (the position where the impurity after doping has been diffused is determined) is within 100 nm from the interface between the p-side cladding layer and the active layer, Preferably, it is separated by a predetermined distance within 50 nm, and the concentration of this doped portion is 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 Doping saturation concentration (for example, 3 × 10 ¹⁸ cm ^-3 ), Preferably 2 × 10 ¹⁸ cm ^-3 The following.
[0034]
2. Also for the n-side cladding layer, for example, Se, more generally, the activation doping position of the n-type impurity is separated from the interface between the n-side cladding layer and the active layer by a predetermined distance within 100 nm, preferably within 50 nm, and The concentration of this doped part is 5 × 10 ¹⁷ cm ^-3 Doping saturation concentration (for example, 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 ) The following.
[0035]
3. The active layer has a multiple quantum well structure in which the number of well layers is at least 5 or more, preferably 7 or more.
[0036]
In addition to these measures, it is also effective to set the optical output P2 corresponding to the noise hump caused by the appearance of the second peak of relaxation oscillation to 3 mW or more.
[0037]
The present invention has been devised based on the above examination by the present inventors.
[0038]
That is, in order to achieve the above object, the first invention of the present invention is:
In a semiconductor laser having an active layer sandwiched between an n-side cladding layer and a p-side cladding layer,
Of the p-side cladding layer, 1 × 10 p-type impurities are present in a portion separated by a predetermined distance within 100 nm from the interface between the p-side cladding layer and the active layer. ¹⁸ cm ^-3 In addition to the doping saturation concentration or less, the p-side cladding layer is not doped with a p-type impurity in a portion less than a predetermined distance from the interface between the p-side cladding layer and the active layer, and The active layer has a multiple quantum well structure in which the number of well layers is at least 5 or more.
It is characterized by this.
[0039]
The second invention of this invention is:
In a semiconductor laser having a structure in which an active layer is sandwiched between an n-side cladding layer and a p-side cladding layer,
Of the n-side cladding layer, 5 × 10 5 of n-type impurities are present in a portion separated by a predetermined distance within 100 nm from the interface between the n-side cladding layer and the active layer. ¹⁷ cm ^-3 In addition to the doping saturation concentration or less, the n-side cladding layer is not doped with an n-type impurity in a portion less than a predetermined distance from the interface between the n-side cladding layer and the active layer, and The active layer has a multiple quantum well structure in which the number of well layers is at least 5 or more.
It is characterized by this.
[0040]
The third invention of the present invention is:
In an optical disk apparatus using a semiconductor laser as a light source,
Semiconductor lasers
The active layer has a structure in which the n-side clad layer and the p-side clad layer are sandwiched. Type impurity is 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 In addition to the doping saturation concentration or less, the p-side cladding layer is not doped with a p-type impurity in a portion less than a predetermined distance from the interface between the p-side cladding layer and the active layer, and The active layer has a multiple quantum well structure in which the number of well layers is at least 5 or more.
It is characterized by this.
[0041]
The fourth invention of the present invention is:
In an optical disk apparatus using a semiconductor laser as a light source,
Semiconductor lasers
The active layer has a structure in which the n-side cladding layer and the p-side cladding layer are sandwiched, and n of the n-side cladding layer is separated by a predetermined distance within 100 nm from the interface between the n-side cladding layer and the active layer. Type impurity is 5 × 10 ¹⁷ cm ^-3 In addition to the doping saturation concentration or less, the n-side cladding layer is not doped with an n-type impurity in a portion less than a predetermined distance from the interface between the n-side cladding layer and the active layer, and The active layer has a multiple quantum well structure in which the number of well layers is at least 5 or more.
It is characterized by this.
[0042]
In the first and third aspects of the present invention, it is preferable that the p-type impurity is 1 × in a portion of the p-side cladding layer that is separated by a predetermined distance within 50 nm from the interface between the p-side cladding layer and the active layer. 10 ¹⁸ cm ^-3 Doping is performed at a concentration not higher than the doping saturation concentration. The doping saturation concentration of the p-type impurity is, for example, about 3 × 10 ¹⁸ cm ^-3 It is. Preferably, the doping concentration of the p-type impurity is 2 × 10 ¹⁸ cm ^-3 That's it. The p-type impurity is typically Zn, but may be other.
[0043]
In the second and fourth aspects of the present invention, preferably, an n-type impurity is 5 × in a portion of the n-side cladding layer that is separated from the interface between the n-side cladding layer and the active layer by a predetermined distance within 50 nm. 10 ¹⁷ cm ^-3 Doping is performed at a concentration not less than the saturation saturation concentration. The doping saturation concentration of the n-type impurity is, for example, about 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 It is. The n-type impurity is typically Se, but may be other things such as Si.
[0044]
In the first, second, third and fourth inventions of the present invention, the number of well layers in the active layer is preferably 7 or more.
[0045]
In the present invention, the optical disk apparatus includes various apparatuses such as an optical disk reproducing apparatus, an optical disk recording apparatus, an optical disk recording and reproducing apparatus.
[0046]
According to the first and third aspects of the present invention configured as described above, the doping position of the p-type impurity into the p-side cladding layer is sufficiently close to the active layer, and the doping concentration is sufficiently high, In addition, since the active layer has a multiple quantum well structure in which the number of well layers is five or more, the return light noise can be greatly reduced.
[0047]
According to the second and fourth aspects of the present invention configured as described above, the doping position of the n-type impurity in the n-side cladding layer is sufficiently close to the active layer, and the doping concentration is sufficiently high, In addition, since the active layer has a multiple quantum well structure in which the number of well layers is five or more, the return light noise can be greatly reduced.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0049]
FIG. 17 shows a refractive index guided AlGaInP semiconductor laser having a ridge structure according to an embodiment of the present invention.
[0050]
As shown in FIG. 17, in the AlGaInP semiconductor laser according to this embodiment, an n-type GaAs buffer layer 2 and an n-side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y P clad layer 3, active layer 4, p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y A P clad layer 5, a p-type GaInP intermediate layer 6, and a p-type GaAs cap layer 7 are sequentially stacked. p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y The upper part of the P clad layer 5, the p-type GaInP intermediate layer 6 and the p-type GaAs cap layer 7 have a stripe shape extending in one direction. An n-type GaAs current blocking layer 8 is buried in both sides of the stripe portion, thereby forming a current confinement structure. On the p-type GaAs cap layer 7 and the n-type GaAs current blocking layer 8, a p-side electrode 9 made of, for example, a Ti / Pt / Au electrode is provided in ohmic contact with the p-type GaAs cap layer 7. An n-side electrode 10 made of, for example, an AuGe / Ni electrode is provided on the back surface of the n-type GaAs substrate 1 in ohmic contact with the n-type GaAs substrate 1.
[0051]
As the n-type GaAs substrate 1, for example, a substrate having a (100) plane orientation or a substrate having a plane off by, for example, 5 to 15 ° from the (100) plane is used. Also, the n side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y P clad layer 3 and p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y The composition ratios x and y in the P clad layer 5 are selected such that these layers are lattice-matched with the n-type GaAs substrate 1, and specifically, for example, x = 0.7 and y = 0.5 are selected. .
[0052]
For example, as shown in FIG. 18, the active layer 4 has a GaInP / AlGaInP MQW structure in which undoped GaInP layers as well layers and undoped AlGaInP layers as barrier layers are alternately stacked. The number of GaInP layers is at least 5 or more, preferably 7 or more. Further, the n side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y P clad layer 3 and p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y The portion in contact with the P clad layer 5 is composed of an undoped AlGaInP layer as an optical waveguide layer.
[0053]
n side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y The n-side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y A portion 3a within a predetermined distance within 100 nm from the interface between the P-clad layer 3 and the active layer 4, for example, less than 50 nm, is undoped. Is 5 × 10 ¹⁷ ~ 1x10 ¹⁸ cm ^-3 N-type. Also, p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y Of the P cladding layer 5, this p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y A portion 5a within a predetermined distance within 100 nm from the interface between the P clad layer 5 and the active layer 4, for example, less than 50 nm is undoped, and a portion 3b at a distance of 50 nm or more from this interface has, for example, Zn as a p-type impurity. Is 1 × 10 ¹⁸ ~ 3x10 ¹⁸ cm ^-3 The impurity concentration is p-type.
[0054]
P side with stripe shape (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y The width of the upper portion of the P clad layer 5, the p-type GaInP intermediate layer 6 and the p-type GaAs cap layer 7, that is, the lowermost portion of the stripe portion is, for example, 4 μm or more, and the uppermost width of the stripe portion is, for example, 3.5 μm or more. At this time, θ‖ ≦ 7.5 °.
[0055]
As an example of the thickness of each semiconductor layer constituting this AlGaInP-based semiconductor laser, the n-type GaAs buffer layer 2 has a thickness of 0.3 μm and the n-side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y P clad layer 3 is 1 μm, p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y The P clad layer 5 is 1 μm, the p-type GaInP intermediate layer 6 is 0.1 μm, and the p-type GaAs cap layer 8 is 0.3 μm.
[0056]
The end face coating is applied to the cavity end face of the AlGaInP semiconductor laser, and the reflectance R of the front end face is provided. _f Is 30% or more, preferably 40%, more preferably 50% or more. _r Is set to 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. The resonator length L is, for example, 250 μm.
[0057]
Next, a method of manufacturing the AlGaInP semiconductor laser according to the embodiment configured as described above will be described.
[0058]
In order to manufacture the AlGaInP semiconductor laser according to this embodiment, first, the n-type GaAs buffer layer 2 is formed on the n-type GaAs substrate 1 by the MOCVD method. _x Ga _1-x ) _1-y In _y P clad layer 3, MQW structure active layer 4, p-type (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y A P clad layer 5, a p-type GaInP intermediate layer 6, and a p-type GaAs cap layer 8 are grown sequentially. Here, the n side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y During the growth of the P-clad layer 3, Se is added at a predetermined thickness N _n Then, the growth is performed while doping, and then the Se doping is stopped and the remaining portion is grown. Also, p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y During the growth of the P-clad layer 5, Zn is not doped at a predetermined thickness, and Zn is then added at a concentration of N _p Growing while doping.
[0059]
Next, after forming a stripe-shaped resist pattern (not shown) extending in one direction on the p-type GaAs cap layer 7 by lithography, the p-side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y Etching is performed by wet etching to a depth in the middle of the thickness direction of the P clad layer 5, and the p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y The upper part of the P clad layer 5, the p-type GaInP intermediate layer 6 and the p-type GaAs cap layer 7 are patterned in a stripe shape. Here, in this wet etching, for example, an etching solution made of sulfuric acid or the like is used.
[0060]
Next, after removing the resist pattern used as the mask in the above-described wet etching, the n-type GaAs current blocking layer 8 is selectively grown by, for example, MOCVD to bury the portions on both sides of the stripe portion.
[0061]
Next, the p-side electrode 9 is formed on the entire surface of the p-type GaAs cap layer 7 and the n-type GaAs block layer 8 by, for example, vacuum deposition, and the n-side electrode 10 is similarly applied to the back surface of the n-type GaAs substrate 1. Form.
[0062]
Next, the n-type GaAs substrate 1 on which the laser structure is formed as described above is cleaved into a bar shape to form both resonator end faces, and after end face coating is applied to these end faces, the bar is cleaved. To make a chip.
[0063]
Thereafter, the laser chip obtained as described above is packaged. As described above, the target AlGaInP semiconductor laser is manufactured.
[0064]
As described above, according to this embodiment, the n side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y P clad layer 3 and p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y Both the P clad layer 5 is doped with impurities at a moderately high concentration from a position sufficiently close to the active layer 4, and the number of well layers in the active layer 4 is at least 5 or more. The structure is optimal for reduction, and the return light noise can be greatly reduced as compared with the conventional AlGaInP-based semiconductor laser while ensuring sufficient reliability. Further, since high frequency superposition is easily applied, the output of the high frequency superposition circuit can be reduced. In addition, T ₀ Can improve the temperature characteristics. In addition, the threshold current density can be reduced.
[0065]
Next, an optical disk reproducing apparatus using the AlGaInP semiconductor laser according to the above-described embodiment as a light source will be described. FIG. 19 shows the configuration of this optical disk reproducing apparatus.
[0066]
As shown in FIG. 19, this optical disk reproducing apparatus includes a semiconductor laser 101 as a light emitting element which is a light source. As the semiconductor laser 101, the AlGaInP semiconductor laser according to the above-described embodiment is used. This optical disk reproducing apparatus also guides the light emitted from the semiconductor laser 101 to the optical disk D and reproduces the reflected light (signal light) from the optical disk D, that is, a collimator lens 102, a beam splitter 103, A quarter-wave plate 104, an objective lens 105, a detection lens 106, a signal light detection light receiving element 107, and a signal light reproduction circuit 108 are provided.
[0067]
In this optical disk reproducing apparatus, the emitted light L of the semiconductor laser 101 is converted into parallel light by the collimator lens 102, and further, the degree of polarization is adjusted by the quarter wavelength plate 104 through the beam splitter 103, and then by the objective lens 105. The light is condensed and incident on the optical disk D. Then, the signal light L ′ reflected by the optical disk D is reflected by the beam splitter 103 through the objective lens 105 and the quarter wavelength plate 104, and then enters the light receiving element 107 for detecting signal light through the detection lens 106. Here, after being converted into an electric signal, the information written on the optical disk D is reproduced in the signal light reproducing circuit 108.
[0068]
According to this optical disk reproducing apparatus, since the AlGaInP semiconductor laser according to the above-described embodiment is used as the semiconductor laser 101, the return light noise is sufficiently lower than the conventional one, the life of the optical disk reproducing apparatus can be extended. it can.
[0069]
Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor laser of the present invention, return light noise can be extremely reduced when used as a light source of an optical disk apparatus.
[0071]
Also, according to the optical disk device of the present invention, the optical disk can be reproduced and / or recorded with high accuracy because the return light noise of the semiconductor laser used as the light source is extremely small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the relationship between the optical output of a semiconductor laser and RIN.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a relationship between RIN and a Zn doping position.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between RIN and Zn flow rate.
FIG. 4: D1, I _th , R _s And V _op It is a basic diagram which shows the relationship between a Zn doping position.
FIG. 5 f _r It is a basic diagram which shows the relationship between Zn and a Zn flow rate.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a relationship between P2 and a Zn doping position.
FIG. 7: max OFB-RIN and T ₀ It is a basic diagram which shows the relationship.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the relationship between max OFB-RIN and min OFB-RIN and the number of well layers;
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a relationship between I-RIN and the number of well layers.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a relationship between P2 and the number of well layers.
FIG. 11 V _op And R _s It is a basic diagram which shows the relationship.
FIG. 12 R _s And ΔI _th It is a basic diagram which shows the relationship.
FIG. 13 R _s It is a basic diagram which shows the relationship with I-RIN in P2.
FIG. 14 R _s It is a basic diagram which shows the relationship between min OFB-RIN in P2 and max OFB-RIN.
FIG. 15: R _s And f _r It is a basic diagram which shows the relationship.
FIG. 16: R _s And T ₀ It is a basic diagram which shows the relationship.
FIG. 17 is a perspective view showing an AlGaInP semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an energy band diagram of an AlGaInP semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic diagram showing an optical disc reproducing apparatus using an AlGaInP semiconductor laser according to an embodiment of the present invention as a light source.
[Explanation of symbols]
1 ... n-type GaAs substrate, 2 ... n-type GaAs buffer layer, 3 ... n side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y P clad layer, 4 ... active layer, 5 ... p side (Al _x Ga _1-x ) _1-y In _y P-clad layer, 6 ... p-type GaInP intermediate layer, 7 ... p-type GaAs cap layer, 8 ... n-type GaAs current blocking layer, 9 ... p-side electrode, 10 ... n-side electrode

Claims (2)

活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有し、
上記ｐ側クラッド層のうちの上記ｐ側クラッド層と上記活性層との界面から１００ｎｍ以内５０ｎｍ以上の所定距離以上離れた部分にＺｎが２×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上３×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以下の濃度にドープされているとともに、上記ｐ側クラッド層のうちの上記ｐ側クラッド層と上記活性層との界面から上記所定距離未満の部分にはＺｎがドープされておらず、かつ、上記活性層は井戸層の数が８の多重量子井戸構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ。Having an active layer sandwiched between an n-side cladding layer and a p-side cladding layer;
Of the p-side cladding layer, Zn is 2 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ or more and 3 × 10 ¹⁸ cm ^{−3 in} a portion separated from the interface between the p-side cladding layer and the active layer by a predetermined distance of 50 nm or more within 100 nm. In addition to being doped to the following concentration, the portion of the p-side cladding layer that is less than the predetermined distance from the interface between the p-side cladding layer and the active layer is not doped with Zn , and the active layer AlGaInP-based semiconductors laser having a multiple quantum well structure having a well layer 8. ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを光源に用い、Using an AlGaInP semiconductor laser as a light source,
上記ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、The AlGaInP semiconductor laser is
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有し、上記ｐ側クラッド層のうちの上記ｐ側クラッド層と上記活性層との界面から１００ｎｍ以内５０ｎｍ以上の所定距離以上離れた部分にＺｎが２×１０The active layer has a structure in which the n-side cladding layer and the p-side cladding layer are sandwiched, and within a predetermined distance of 100 nm to 50 nm or more from the interface between the p-side cladding layer and the active layer of the p-side cladding layer 2x10 Zn in the distant part ¹⁸¹⁸ ｃｍcm ^-3-3 以上３×１０3 × 10 or more ¹⁸¹⁸ ｃｍcm ^-3-3 以下の濃度にドープされているとともに、上記ｐ側クラッド層のうちの上記ｐ側クラッド層と上記活性層との界面から上記所定距離未満の部分にはＺｎがドープされておらず、かつ、上記活性層は井戸層の数が８の多重量子井戸構造を有する光ディスク装置。In addition to being doped to the following concentration, the portion of the p-side cladding layer that is less than the predetermined distance from the interface between the p-side cladding layer and the active layer is not doped with Zn, and An optical disk device having an active layer having a multiple quantum well structure with eight well layers.

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