JP3797151B2 - レーザダイオード、光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオード、光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置に関し、特にレーザ光の垂直方向の放射角θ⊥を縮小可能なレーザダイオードと、これを発光部として用いた光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）などの光ディスク装置あるいはこれに内蔵される光学ピックアップ装置、または光通信装置などに用いられているレーザダイオードは、ストライプ構造を有している。
【０００３】
図９は、従来例に係るレーザダイオードの断面図である。
例えばＧａＡｓからなるｎ型基板１０上に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型クラッド層１１、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造の上層および下層にＳＣＨ（セパレーテッド・コンファインメント・ヘテロ）光ガイド層を積層させた活性層１２、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層（１３，１５）が積層しており、ｐ型第１クラッド層（１３，１５）の境界に例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型光ガイド層１４が形成されている。
電流注入ストライプ領域において、ｐ型第１クラッド層１５およびｐ型光ガイド層１４がリッジ形状に加工されている。
電流注入ストライプ領域の両側部において、ｐ型第１クラッド層１３の上層に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型電流ブロック層１６が積層している。
上記のｐ型第１クラッド層１５およびｎ型電流ブロック層１６の上層に、例えば3 Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる埋め込み型のｐ型第２クラッド層（１７，１８）が積層しており、その上層にＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１９が形成されている。
上記のｐ型コンタクト層１９を被覆してオーミック接続するｐ電極２０が形成されており、ｎ型基板１０の裏面を被覆してオーミック接続するｎ電極２１が形成されている。
【０００４】
上記の構造において、ｐ型光ガイド層１４は、エッチングストッパとしても機能する膜であり、ｐ型光ガイド層１４およびｐ型第１クラッド層１５をリッジ形状に加工する工程において、ｐ型光ガイド層１４の表面でエッチングを一度停止し、エッチング条件を変更して、あるいはエッチング時間を制御して、ｐ型光ガイド層１４まで加工して、リッジ形状を得ているものである。
【０００５】
上記の構造のレーザダイオードでは、キンクの発生を制限するために横モードを安定化させなければならないという制約があり、一般に、横モードの高次モードを制限することで安定化が図られている。
このためには、電流場の広がりを抑えなければならず、ｐ型光ガイド層１４をできる限り活性層１２に近づけることが必要となっており、例えばｐ型光ガイド層１４と活性層１２との距離は０．２〜０．３μｍ程度に設定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構造のレーザダイオードなどにおいては、その構造に起因して、レーザ光の垂直方向の放射角θ⊥は水平方向の放射角θ//よりも大きくなってしまうという問題が生じる。
レーザ光の水平方向の放射角θ//よりも垂直方向の放射角θ⊥の方が大きくなる理由は、θ//と関連する水平方向には、ストライプ幅のディメンジョンである数μｍ程度の幅で光が閉じ込められているのに対し、θ⊥と関連する垂直方向には、活性層の厚さのディメンジョンである数１００ｎｍ程度の極めて薄い領域に光が閉じ込められているために、レーザ光として放射される際に水平方向に比べて垂直方向に強い回折現象が起こるためである。
【０００７】
上記のように、横モードを安定化させるために、図９におけるｐ型光ガイド層１４を活性層１２に近づけることにより、垂直方向の光がますます活性層近傍に閉じ込められることになり、近視野像（ＮＦＰ；near field pattern）はますます平たい形状となってしまい、そのフーリエ変換である遠視野像（ＦＦＰ；farfield pattern ）はますます垂直方向に広がって、θ⊥が増大してしまうことになる。
【０００８】
θ⊥の増大は、このレーザダイオードが搭載される光通信装置などにおいて、光ファイバなどの伝送媒体との結合効率や、光学ピックアップ装置などにおける光学系との結合効率が著しく低下してしまうことになる。
従って、例えば高速書き込みが必要とされるＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスク装置において用いられる場合、光学結合に寄与しない成分は損失となってしまい、レーザダイオイードに要求される出力値はますます上昇していく。
また、その他のハイパワーレーザとして用いられる場合においても、光学結合効率を向上して損失を低減することが望まれている。
【０００９】
θ⊥を縮小するための従来方法としては、活性層とクラッド層との屈折率差を小さくする方法、あるいは、活性層の膜厚を薄くするなどの方法が知られている。
しかしながら、上記の方法では活性層体積が減少し、利得が不十分となるため、しきい値電流の増大や動作電流の増大などを引き起こす恐れがある。
【００１０】
また、さらに、特開平６−１０４５２５号公報に記載されているように、活性層近傍の屈折率分布を変化させることにより、放射角制御を行う方法も知られている。
しかしながら、活性層近傍の屈折率を制御する、即ち、アルミニウムＡｌの組成比を変化させて屈折率を下げた部分は、キャリアのふるまいに対して障壁となってしまい、活性層への電流が注入されにくくなるので動作電流の上昇などの問題を引き起こすことになる。
このように、従来技術では、θ⊥を縮小することが困難であるために、レーザ設計の窓が狭く、設計の自由度が小さいという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の状況に鑑みてなされたものであり、従って本発明は、上記のような新たな問題を生じさせずに、垂直方向の放射角θ⊥を縮小することが可能であるレーザダイオード、および、このレーザダイオードを搭載して光学結合の効率が高められた光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザダイオードは、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されている。
【００１３】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のほかに、さらなる光ガイド層が、上記第１クラッド層内に形成されている。
また、好適には、上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のほかに、さらなる光ガイド層として、複数の光ガイド層が上記第１クラッド層内に形成されている。
【００１６】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第２クラッド層がリッジ形状部を有し、上記リッジ形状部の両側部に電流ブロック層が形成されている。
また、好適には、上記活性層が、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造と、当該量子井戸構造の上記第１クラッド層側および第２クラッド層側に形成されたＳＣＨ（セパレーテッド・コンファインメント・ヘテロ）光ガイド層とを含む。
【００１７】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第１または第２クラッド層の屈折率ｎ0 、上記光ガイド層の屈折率ｎ1 および膜厚ｄ1 について、下記式（１）を満たす。
【００１８】
【数５】
（ｎ1 ／ｎ0 ）−１≧１／ｄ1 （１）
【００１９】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記複数の光ガイド層として、第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層が上記第１または第２クラッド層内に形成されており、上記第１または第２クラッド層の屈折率ｎ0 、上記第１または第２クラッド層に形成された第１番目から第ｊ番目までの複数の光ガイド層の内のｉ番目の光ガイド層の屈折率ｎi および膜厚ｄi について、下記式（２）を満たす。
さらに好適には、上記第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層を含む第１または第２クラッド層中の屈折率が緩やかに分布している。
【００２０】
【数６】
【００２１】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第１クラッド層がｎ型であり、上記第２クラッド層がｐ型である。
あるいは好適には、上記第１クラッド層がｐ型であり、上記第２クラッド層がｎ型である。
また、好適には、上記活性層中の障壁層と、上記ＳＣＨ光ガイド層と、上記導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層のＡｌの組成比が実質的に等しい。
【００２２】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のいずれか一つが、上記第２クラッド層よりも屈折率が高く、実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない光ガイド層である。
また、好適には、上記活性層から上記電流ブロック層までの距離が、上記活性層から上記実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない光ガイド層までの距離よりも小さい。
【００２３】
上記の本発明のレーザダイオードでは、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されている。
上記の光ガイド層がもたらす導波路内でビームウエストを広げる作用により、光を閉じ込める領域が広げられ、これにより近視野像が垂直方向に広げられ、そのフーリエ変換である遠視野像は垂直方向への広がりが抑制され、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されている。
【００２４】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学ピックアップ装置は、光学記録媒体の光学記録層に照射する光を出射する発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている。
【００２５】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光ディスク装置は、回転駆動された光学記録媒体の光学記録層に照射する光を出射する発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている。
【００２６】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光通信装置は、少なくとも光を出射する発光部と、当該発光部に光学的に接続する光学伝送系を有する光通信装置であって、上記発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている。
【００２７】
上記の本発明の光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置は、発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている。
上記のレーザダイオードは、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されており、光学結合の効率が高められている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザダイオード、光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
第１実施形態
本実施形態に係るレーザダイオードは、例えば発光波長７８０ｎｍのＣＤ−Ｒ／ＲＷ用のレーザダイオードである。
図１は上記のレーザダイオードの断面図である。
例えばＧａＡｓからなるｎ型基板１０上に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型クラッド層（１１ａ，１１ｂ）、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造の上層および下層にＳＣＨ（セパレーテッド・コンファインメント・ヘテロ）光ガイド層を積層させた活性層１２、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層（１３，１５ａ，１５ｂ）が積層しており、ｐ型第１クラッド層（１３，１５）の境界に例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型第１光ガイド層１４が形成されている。
さらに、ｎ型クラッド層（１１ａ，１１ｂ）の境界に例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7Ａｓからなるｎ型光ガイド層１１ｃが形成されており、また、ｐ型第１クラッド層（１５ａ，１５ｂ）の境界に例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型第２光ガイド層１５ｃが形成されている。
【００３０】
電流注入ストライプ領域において、ｐ型第１クラッド層（１５ａ，１５ｂ）、ｐ型第２光ガイド層１５ｃおよびｐ型第１光ガイド層１４がリッジ形状に加工されている。
電流注入ストライプ領域の両側部において、ｐ型第１クラッド層１３の上層に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型電流ブロック層１６が積層している。
上記のｐ型第１クラッド層１５ｂおよびｎ型電流ブロック層１６の上層に、例えば、Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる埋め込み型のｐ型第２クラッド層（１７，１８）が積層しており、その上層にＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１９が形成されている。
上記のｐ型コンタクト層１９を被覆してオーミック接続するｐ電極２０が形成されており、ｎ型基板１０の裏面を被覆してオーミック接続するｎ電極２１が形成されている。
【００３１】
上記活性層１２は、例えば、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓからなる井戸層とＡｌ0.3Ｇａ0.7 Ａｓからなる障壁層とからなる量子井戸構造と、当該量子井戸構造のｎ型クラッド層側およびｐ型クラッド層側に形成されたＡｌ0.3 Ｇａ0.7 ＡｓからなるＳＣＨ光ガイド層とを含む。
活性層１２は量子井戸構造ではなく、バルク活性層としてもよい。
【００３２】
上記の本実施形態のレーザダイオードにおいて、ｐ電極２０およびｎ電極２１に所定の電圧を印加すると、電流ブロック層１６により狭窄されながら電流が活性層１２へ注入され、活性層１２からレーザ光は出射される。
【００３３】
上記の構造のレーザダイオードにおいて、レーザ光を発振するストライプ領域とそれ以外の領域とでは、ストライプ領域内の方の屈折率が高く、屈折率の差（Δｎ）の値を確保した屈折率導波型のレーザダイオードとなっている。
上記のΔｎは、ｐ型第１光ガイド層１４などを含むリッジ構造の屈折率、あるいは、電流ブロック層１６の屈折率によりもたらされ、具体的には高屈折率であるｐ型第１光ガイド層１４などをストライプ領域のみに形成するか、あるいはストライプ領域の外部に形成される電流ストップ層１６を低屈折率部材で形成することにより制御する。
【００３４】
上記の構造において、ｎ型クラッド層（１１ａ，１１ｂ）の境界に形成されたｎ型光ガイド層１１ｃおよびｐ型第１クラッド層（１５ａ，１５ｂ）の境界に形成されたｐ型第２光ガイド層１５ｃは、それぞれｎ型クラッド層あるいはｐ型クラッド層よりも屈折率が高く、反導波作用、即ち、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす層である。
上記の光ガイド層（１１ｃ，１５ｃ）の導波路内でビームウエストを広げる作用により、光を閉じ込める領域が垂直方向に広げられ、これにより近視野像が垂直方向に広げられる。
この結果、近視野像のフーリエ変換である遠視野像は垂直方向への広がりが抑制され、水平方向の放射角θ//に対して相対的に、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されている。
【００３５】
上記の光ガイド層（１１ｃ，１５ｃ）が導波路内でビームウエストを広げる作用を有して、光を閉じ込める領域を広げ、遠視野像の垂直方向への広がりを抑制するには、光ガイド層（１１ｃ，１５ｃ）の活性層１２からの距離（ｔ11c ，ｔ15c ）を所定の値以上にする必要がある。
例えば、媒質中でのレーザダイオードの発振波長の３倍程度以上の距離とすることが好ましい。
逆に、十分な効果を得るためには光ガイド層と活性層の距離に限界があり、例えば１．０μｍ程度である。
【００３６】
上記のように、θ⊥を縮小させる、即ち、レーザビームのアスペクト比を下げることで、このレーザダイオードが搭載される光通信装置などにおいて、光ファイバなどの伝送媒体との結合効率や、光学ピックアップ装置などにおける光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小できる。
例えば高速書き込みが必要とされるＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスク装置において用いられる場合などに好適であり、ＮＡ値の低いレンズを用いて、低消費電力で高速記録あるいは高速遠距離通信が可能となる。
また、レーザダイオードの出射端面近傍での光場を広げることで、端面光密度が低減され、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage ）が抑制されるという効果もある。
【００３７】
所定の値よりも近い場合には、実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用がもたらされることはなく、むしろ光を閉じ込める領域を狭めてしまうので、近視野像が垂直方向に狭められ、遠視野像は垂直方向へより広げられ、垂直方向の放射角θ⊥が大きくなってしまう。
例えば、ｐ型第１光ガイド層１４は、活性層１２から０．２〜０．３μｍ程度の距離にあり、実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない。
しかし、ｐ型第１光ガイド層１４は電流場の広がりを抑えて横モードの高次モードを制限し、キンクの発生を制限することが可能となっている。これにより、無効電流が抑制され、低しきい値電流レーザとすることができる。
【００３８】
また、活性層１２から電流ブロック層１６までの距離ｔ16と、活性層からｐ型第１光ガイド層１４までの距離ｔ14は、図面上同等となっているが、電流注入ストライプ領域の両側部において、ｐ型第１クラッド層１３を薄膜化して、活性層１２から電流ブロック層１６までの距離ｔ16が活性層からｐ型第１光ガイド層１４までの距離ｔ14よりも小さくなっていることが好ましい。
【００３９】
また、ｎ型またはｐ型クラッド層の屈折率ｎ0 、ｎ型光ガイド層またはｐ型第２光ガイド層の屈折率ｎ1 および膜厚ｄ1 としたときに、下記式（１）を満たすことが好ましい。
さらには、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の両者において導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を設けられている場合には、両者のそれぞれについて下記式（１）を満たすことが好ましい。
これにより、導波路内でビームウエストを広げる作用が十分にもたらされ、垂直方向の放射角θ⊥を効果的に縮小することが可能となる。
【００４０】
【数７】
（ｎ1 ／ｎ0 ）−１≧１／ｄ1 （１）
【００４１】
本実施形態のレーザダイオードにおいては、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層のそれぞれに１層ずつの導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層が設けられているが、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層のいずれかにおいて、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を設けてもよく、さらには両者において導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を設けてもよい。
この場合、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらすｎ型またはｐ型光ガイド層として、第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層がｎ型またはｐ型クラッド層内に形成されており、ｎ型またはｐ型クラッド層の屈折率ｎ0 、ｎ型またはｐ型クラッド層に形成された第１番目から第ｊ番目までの導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層の内のｉ番目の光ガイド層の屈折率ｎi および膜厚ｄi について、下記式（２）を満たすことが好ましい。
さらには、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の両者において導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を設けられている場合には、両者のそれぞれについて下記式（２）を満たすことが好ましい。
これにより、導波路内でビームウエストを広げる作用が十分にもたらされ、垂直方向の放射角θ⊥を効果的に縮小することが可能となる。
【００４２】
【数８】
【００４３】
また、上記のようにｎ型クラッド層とｐ型クラッド層などにおいて、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を設ける場合には、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を含むクラッド層中の屈折率が緩やかに分布していてもよい。
【００４４】
上記の本実施形のレーザダイオードの形成方法について説明する。
まず、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＶＰＥ）などのエピタキシャル成長法により、例えばＧａＡｓからなるｎ型基板１０上に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型クラッド層１１ａ、例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｎ型光ガイド層１１ｃ、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型クラッド層１１ｂ、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造の上層および下層にＳＣＨ光ガイド層を積層させた活性層１２、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層１３、例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型第１光ガイド層１４、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層１５ａ、例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型第２光ガイド層１５ｃ、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層１５ｂを順に積層させる。
【００４５】
次に、電流注入ストライプとなる領域をマスクで保護しながら、ｐ型光ガイド層１４をエッチングストッパとしてもエッチング処理して、ｐ型光ガイド層１４の表面でエッチングを一度停止し、エッチング条件を変更して、あるいはエッチング時間を制御して、ｐ型光ガイド層１４まで加工して、リッジ形状を得る。
【００４６】
次に、電流注入ストライプ領域の両側部において、ｐ型第１クラッド層１３の上層に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型電流ブロック層１６を形成し、次に、ｐ型第１クラッド層１５ｂおよびｎ型電流ブロック層１６の上層に、例えば3 Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる埋め込み型のｐ型第２クラッド層（１７，１８）およびＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１９を積層させる。
上記のｐ型コンタクト層１９にｐ電極２０を形成し、ｎ型基板１０の裏面にｎ電極２１を形成し、ペレタイズ工程を経て、図１に示すレーザダイオードとすることができる。
【００４７】
上記の本実施形態のレーザダイオードの製造方法においては、活性層１２中の障壁層と、ＳＣＨ光ガイド層と、光ガイド層（１４、１５ｃ）をそれぞれＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓとして、Ａｌの組成比を等しくすることで製造条件を簡単に設定することが可能となる。また、これらの組成比を等しくせずに製造してもよい。
【００４８】
第２実施形態
本実施形態に係るレーザダイオードは、例えば発光波長７８０ｎｍのＣＤ−Ｒ／ＲＷ用のレーザダイオードである。
図２は上記のレーザダイオードの参考例の断面図である。
実質的に第１実施形態に係るレーザダイオードと同様であるが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、ｎ型クラッド層（１１ａ，１１ｂ）の境界にｎ型光ガイド層１１ｃが形成されており、ｐ型クラッド層側には導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない光ガイド層（ｐ型光ガイド層１４）のみが形成されている。
即ち、上記の光ガイド層１１ｃの導波路内でビームウエストを広げる作用により、光を閉じ込める領域が垂直方向に広げられ、これにより近視野像が垂直方向に広げられる。
この結果、近視野像のフーリエ変換である遠視野像は垂直方向への広がりが抑制され、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されている。
【００４９】
上記の光ガイド層１１ｃが導波路内でビームウエストを広げる作用を有して、光を閉じ込める領域を広げ、遠視野像の垂直方向への広がりを抑制するには、光ガイド層１１ｃの活性層１２からの距離ｔ11c を所定の値以上にする必要があり、例えば、媒質中でのレーザダイオードの発振波長の３倍程度以上の距離とすることが好ましい。
【００５０】
本実施形態のレーザダイオードにおいては、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす１層の光ガイド層がｎ型クラッド層内のみに設けられているが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層をｎ型クラッド層内に設けてもよい。
また、図３は本実施形態に係るレーザダイオードの他の構成を示す断面図であって、ｐ型第１クラッド層（１５ａ，１５ｂ）の境界にｐ型光ガイド層１５ｃが形成されている構成を示している。このように、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす１層の光ガイド層をｐ型クラッド層内のみに設けてもよい。あるいは、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層をｐ型クラッド層内に設けてもよい。
【００５１】
（実施例１）
上記の図１に示す構成のｎ型クラッド層およびｐ型第１クラッド層のそれぞれに導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を有するレーザダイオードと、図２に示す構成の導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層をｎ型クラッド層のみに有するレーザダイオードと、図１０に示す導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を有さない従来のレーザダイオードについて、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層の有無以外は一定の条件としたときのそれぞれの屈折率（ｎ）プロファイルと、それに対応するレーザ出射端面近傍での光強度分布、即ち近視野像をシミュレーションにより求めた。
【００５２】
結果を図４に示す。図４（ａ）は図１に示す構成のレーザダイオードに、図４（ｂ）は図２に示す構成のレーザダイオードに、図４（ｃ）は図１０に示す構成のレーザダイオードにそれぞれ対応する。各図の上段は光強度分布、下段は屈折率プロファイルを示している。また、図４（ａ）〜（ｃ）中の数字は図１，２および９の各図面上の符号に対応しており、位置を示している。
【００５３】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の両方に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層がない図４（ｃ）の場合に比べて、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の両方に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を有する図４（ａ）の場合と、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層をｎ型クラッド層のみに有する図４（ｂ）の場合では、それぞれ光ガイド層（１１ｃ，１５ｃ）が形成された部分に相当する領域の光強度が強くなっていることから、近視野像はそれぞれ図４（ｃ）よりも幅広になっている。
【００５４】
（実施例２）
実施例１の近視野像（ＮＦＰ）をフーリエ変換して、それぞれに対応するレーザ出射端面遠方での光強度分布、即ち遠視野像をシミュレーションにより求めた。
【００５５】
結果を図５に示す。図５（ａ）は図１に示す構成のレーザダイオードに、図５（ｂ）は図２に示す構成のレーザダイオードに、図５（ｃ）は図１０に示す構成のレーザダイオードにそれぞれ対応する。各図は、垂直方向の放射角θに対する光強度分布を示している。
近視野像において図１０のレーザダイオードより幅広の分布を示していた図１および２のレーザダイオードは、遠視野像では図１０のレーザダイオードより幅が狭まり、垂直方向の放射角θ⊥が縮小していることがわかった。
【００５６】
（実施例３）
上記の図１および２に示すレーザダイオードにおいて、ｎ型クラッド層およびｐ型第１クラッド層に設けられた光ガイド層の活性層からの距離ｔを変化させたときの垂直方向の放射角θ⊥をシミュレーションにより求めた。
各光ガイド層の組成はＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓとし、膜厚は５０ｎｍとした。
【００５７】
結果を図６に示す。図中、Ｒは図１０に示す構成の導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を有さないレーザダイオードの垂直方向の放射角θ⊥（約２１度）を示している。
Ａは図２に示す構成のレーザダイオードにおいて、ｎ型クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離ｔを変化させたときの垂直方向の放射角θ⊥である。
ｎ型クラッド層中の光ガイド層は、活性層から約０．３μｍより遠い範囲に形成すると、垂直方向の放射角θ⊥をＲの値より縮小させており、これはｎ型クラッド層中の光ガイド層が導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらしていることを示している。活性層から遠くする程垂直方向の放射角θ⊥は小さくなるが、ｔが０．８μｍ程度のときに垂直方向の放射角θ⊥は１８度程度となって頭打ちとなる。一方、活性層から約０．３μｍより近い範囲では垂直方向の放射角θ⊥を拡大させてしまう。これは、０．３μｍより近い場合は光ガイド層が光を閉じ込める領域をさらに狭めてしまう導波作用をもたらしていることを示している。
【００５８】
Ｂは図１に示す構成のレーザダイオードにおいて、ｎ型クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離を０．８μｍに固定し、ｐ型第１クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離ｔを変化させたときの垂直方向の放射角θ⊥である。
ｐ型第１クラッド層中の光ガイド層においても、活性層から遠ざけることで垂直方向の放射角θ⊥は縮小され、垂直方向の放射角θ⊥は１６度程度にまで達する。逆に、近づけることで垂直方向の放射角θ⊥は拡大される。
【００５９】
例えば、ＣＤ−Ｒ／ＲＷのアプリケーション上、要求される垂直方向の放射角θ⊥を得るため、ｐ型第１クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離ｔを、媒質中での発振波長の３倍以上とすることが好ましい。
即ち、発振波長７８０ｎｍ、媒質の屈折率ｎ＝４では、媒質中での発振波長（７８０ｎｍ／４）の３倍は約０．６μｍとなり、これ以上にｎ型クラッド層やｐ型第１クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離ｔを設定することで、必要な垂直方向の放射角θ⊥を得ることができる。
【００６０】
第３実施形態
本実施形態は、光ディスクを記録あるいは再生する光ディスク装置に搭載する光学ピックアップ装置である。
図７は上記の光学ピックアップ装置の模式図である。
例えば、レーザダイオードＬＤ、コリメータＣ、１／２波長板ＨＷＰ、ビームスプリッタＢＳ、１／４波長板ＱＷＰ、電磁アクチュエータＡＣに取り付けられた対物レンズＯＬ、サーボおよびＲＦ用光学レンズＳＬ、第１フォトダイオードＰＤ１、モニタ用レンズＭＬ、および、第２フォトダイオードＰＤ２が、スピンドルモータＳＭにより回転駆動される光ディスク２８に対して、それぞれ所定の位置に配置されている。
上記のレーザダイオードＬＤは、第１あるいは第２実施形態に記載のレーザダイオードであり、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されて、レーザビームのアスペクト比が下げられタレーザダイオードである。
【００６１】
レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光Ｌは、コリメータＣにより平行光とされた後、１／２波長板ＨＷＰを通過してビームスプリッタＢＳに入射する。
ビームスプリッタＢＳにおいて、入射光は一部を除いて通過し、１／４波長板ＱＷＰを介し、対物レンズＯＬにより集光されて、スピンドルモータＳＭにより回転駆動される光ディスク２８の光学記録層２９に照射される。
【００６２】
光ディスク２８の光学記録層２９からの戻り光（反射光）Ｌは、入射経路と逆の経路を辿ってビームスプリッタＢＳに入射し、分光面で反射して、サーボおよびＲＦ用光学レンズＳＬにより集光され、第１フォトダイオードＰＤ１に入射し、観測される。
【００６３】
一方、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光Ｌの一部はビームスプリッタＢＳの分光面で反射し、モニタ用レンズＭＬにより集光され、第２フォトダイオードＰＤ２に入射してレーザ光の強度がモニタされる。
【００６４】
上記の光学ピックアップ装置は、θ⊥を縮小したレーザダイオードを搭載しており、光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小できる。
例えば高速書き込みが必要とされるＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスク装置において用いられる場合などに好適であり、低消費電力で高速記録が可能となる。
【００６５】
第４実施形態
本実施形態は、光ディスクを記録あるいは再生する光ディスク装置である。
図８は、上記の光ディスク装置の模式図である。
上述の光学ピックアップ装置（ヘッド）３０からのレーザ光Ｌが、スピンドルモータＳＭにより回転駆動される光ディスク２８の光学記録層２９上に入射され、その反射光（戻り光）を検出して得た再生信号は、ヘッドアンプ３１に入力される。
ヘッドアンプ３１は、ヘッド３０からの再生信号を後段で処理するために必要な所定のレベルに増幅するためのものである。
【００６６】
ヘッドアンプ３１で増幅された再生信号は、ＲＦイコライザアンプ３２、フォーカスマトリクス回路３４およびトラッキングマトリクス回路３６などに入力される。
【００６７】
ＲＦイコライザアンプ３２では、入力された再生信号を基にして所定の演算がなされ、得られたＲＦ信号（ＲＦ）が信号復調回路３３に入力され、光ディスク２８上に記録された情報の再生信号として信号処理がなされる。
【００６８】
フォーカスマトリクス回路３４では、入力された再生信号を基にして所定の演算がなされ、得られたフォーカス誤差信号（ＦＥ）は位相補償回路３５により位相が補償され、アンプ３６で増幅された後、駆動用アクチュエータ４１に入力される。
【００６９】
トラッキングマトリクス回路３７では、入力された再生信号を基にして所定の演算がなされ、得られたトラッキング誤差信号（ＴＥ）は位相補償回路３８により位相が補償され、アンプ３９で増幅された後、駆動用アクチュエータ４１に入力される。
【００７０】
駆動用アクチュエータ４１では、入力されたフォーカス誤差信号（ＦＥ）およびトラッキング誤差信号（ＴＥ）に基づいて、ヘッド３０中の対物レンズの位置を調整し、レーザ光Ｌのフォーカシングおよびトラッキングの調節を行う。
【００７１】
上記のようなフォーカスサーボおよびトラッキングサーボにより、光ディスク２８の光学記録層に光を的確に照射させることができ、その戻り光を検出することにより、光ディスク２８に記録されたデータを読み取って再生信号として出力することができる。
【００７２】
ＣＰＵ（中央演算ユニット）４０は、上記のサーボ機構や、その他の機構の制御など、光ディスク装置全体の動作の制御を行う。
【００７３】
上記の光学ピックアップ装置（ヘッド）３０に搭載されるレーザダイオードは、第１あるいは第２実施形態に記載のレーザダイオードであり、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されて、レーザビームのアスペクト比が下げられたレーザダイオードである。
従って、レーザダイオードの出射するレーザ光と光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小できる。
例えば高速書き込みが必要とされるＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスク装置において用いられる場合などに好適であり、低消費電力で高速記録が可能となる。
【００７４】
第５実施形態
本実施形態は、光通信モジュールであり、図９はその模式図である。
光通信モジュールＭは、フォトダイオードＰＤと、レーザダイオードＬＤとを内蔵する。
例えば、光ファイバＦから光信号がフォトダイオードＰＤに外部入力され、電気信号に変換されてレーザダイオードＬＤに伝達される。
電気信号が伝達されたレーザダイオードＬＤは、レーザ光として光信号を出射し、光ファイバＦに外部出力する。
【００７５】
上記のレーザダイオードは、第１あるいは第２実施形態に記載のレーザダイオードであり、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されて、レーザビームのアスペクト比が下げられたレーザダイオードである。
従って、レーザダイオードの出射するレーザ光と光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小でき、高速長距離通信が可能となる。
【００７６】
以上、本発明を５形態の実施形態により説明したが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
例えば、上記レーザダイオードはＡｌＧａＡｓ系リッジ埋め込み型のレーザダイオードについて説明したが、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系などの光ディスク向けレーザダイオードはもちろん、ＩｎＧａＡｓ系やＧａＩｎＮＡｓ系などの通信用レーザダイオードにも適用可能である。
その他、レーザダイオードを構成する半導体材料や金属材料およびそれらの膜厚などは適宜選択することが可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明のレーザダイオードによれば、光ガイド層の導波路内でビームウエストを広げる作用により光を閉じ込める領域が広げられ、これにより近視野像が垂直方向に広げられ、そのフーリエ変換である遠視野像は垂直方向への広がりが抑制され、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されている。
【００７８】
上記の本発明のレーザダイオードを搭載することで、出射されるレーザ光の垂直方向の放射角θ⊥が縮小されているので、光学ピックアップ装置、光ディスク装置、光通信装置などにおいて、光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は第１実施形態に係るレーザダイオードの断面図である。
【図２】 図２は第２実施形態の参考例に係るレーザダイオードの断面図である。
【図３】 図３は第２実施形態に係るレーザダイオードの断面図である。
【図４】 図４は実施例１に係るレーザダイオードの屈折率プロファイルと近視野像である。
【図５】 図５は実施例２に係るレーザダイオードの遠視野像である。
【図６】 図６は実施例３に係る、垂直方向の放射角の光ガイド層と活性層と距離依存性である。
【図７】 図７は第３実施形態に係る光学ピックアップ装置の模式図である。
【図８】 図８は第４実施形態に係る光ディスク装置の模式図である。
【図９】 図９は第５実施形態に係る光通信モジュールの模式図である。
【図１０】 図１０は従来例に係るレーザダイオードの断面図である。
【符号の説明】
１０…ｎ型基板、１１，１１ａ，１１ｂ…ｎ型クラッド層、１１ｃ…ｎ型光ガイド層、１２…活性層、１３，１５，１５ａ，１５ｂ…ｐ型第１クラッド層、１４…ｐ型第１光ガイド層、１５ｃ…ｐ型第２光ガイド層、１６…電流ブロック層、１７，１８…ｐ型第２クラッド層、１９…ｐ型コンタクト層、２０…ｐ電極、２１…ｎ電極、２８…光ディスク、２９…光学記録層、３０…光学ピックアップ装置（ヘッド）、３１…ヘッドアンプ、３２…ＲＦイコライザアンプ、３３…信号復調回路、３４…フォーカスマトリクス回路、３５，３８…位相補償回路、３６，３９…アンプ、３７…トラッキングマトリクス回路、４０…ＣＰＵ（中央演算ユニット）、４１…駆動用アクチュエータ、ＬＤ…レーザダイオード、Ｃ…コリメータ、Ｌ…レーザ光、ＨＷＰ…１／２波長板、ＢＳ…ビームスプリッタ、ＱＷＰ…１／４波長板、ＯＬ…対物レンズ、ＡＣ…電磁アクチュエータ、ＳＬ…サーボおよびＲＦ用光学レンズ、ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ…フォトダイオード、ＭＬ…モニタ用レンズ、ＳＭ…スピンドルモータ、Ｍ…光通信モジュール、Ｆ…光ファイバ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオード、光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置に関し、特にレーザ光の垂直方向の放射角θ⊥を縮小可能なレーザダイオードと、これを発光部として用いた光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）などの光ディスク装置あるいはこれに内蔵される光学ピックアップ装置、または光通信装置などに用いられているレーザダイオードは、ストライプ構造を有している。
【０００３】
図９は、従来例に係るレーザダイオードの断面図である。
例えばＧａＡｓからなるｎ型基板１０上に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型クラッド層１１、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造の上層および下層にＳＣＨ（セパレーテッド・コンファインメント・ヘテロ）光ガイド層を積層させた活性層１２、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層（１３，１５）が積層しており、ｐ型第１クラッド層（１３，１５）の境界に例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型光ガイド層１４が形成されている。
電流注入ストライプ領域において、ｐ型第１クラッド層１５およびｐ型光ガイド層１４がリッジ形状に加工されている。
電流注入ストライプ領域の両側部において、ｐ型第１クラッド層１３の上層に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型電流ブロック層１６が積層している。
上記のｐ型第１クラッド層１５およびｎ型電流ブロック層１６の上層に、例えば3 Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる埋め込み型のｐ型第２クラッド層（１７，１８）が積層しており、その上層にＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１９が形成されている。
上記のｐ型コンタクト層１９を被覆してオーミック接続するｐ電極２０が形成されており、ｎ型基板１０の裏面を被覆してオーミック接続するｎ電極２１が形成されている。
【０００４】
上記の構造において、ｐ型光ガイド層１４は、エッチングストッパとしても機能する膜であり、ｐ型光ガイド層１４およびｐ型第１クラッド層１５をリッジ形状に加工する工程において、ｐ型光ガイド層１４の表面でエッチングを一度停止し、エッチング条件を変更して、あるいはエッチング時間を制御して、ｐ型光ガイド層１４まで加工して、リッジ形状を得ているものである。
【０００５】
上記の構造のレーザダイオードでは、キンクの発生を制限するために横モードを安定化させなければならないという制約があり、一般に、横モードの高次モードを制限することで安定化が図られている。
このためには、電流場の広がりを抑えなければならず、ｐ型光ガイド層１４をできる限り活性層１２に近づけることが必要となっており、例えばｐ型光ガイド層１４と活性層１２との距離は０．２〜０．３μｍ程度に設定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構造のレーザダイオードなどにおいては、その構造に起因して、レーザ光の垂直方向の放射角θ⊥は水平方向の放射角θ//よりも大きくなってしまうという問題が生じる。
レーザ光の水平方向の放射角θ//よりも垂直方向の放射角θ⊥の方が大きくなる理由は、θ//と関連する水平方向には、ストライプ幅のディメンジョンである数μｍ程度の幅で光が閉じ込められているのに対し、θ⊥と関連する垂直方向には、活性層の厚さのディメンジョンである数１００ｎｍ程度の極めて薄い領域に光が閉じ込められているために、レーザ光として放射される際に水平方向に比べて垂直方向に強い回折現象が起こるためである。
【０００７】
上記のように、横モードを安定化させるために、図９におけるｐ型光ガイド層１４を活性層１２に近づけることにより、垂直方向の光がますます活性層近傍に閉じ込められることになり、近視野像（ＮＦＰ；near field pattern）はますます平たい形状となってしまい、そのフーリエ変換である遠視野像（ＦＦＰ；farfield pattern ）はますます垂直方向に広がって、θ⊥が増大してしまうことになる。
【０００８】
θ⊥の増大は、このレーザダイオードが搭載される光通信装置などにおいて、光ファイバなどの伝送媒体との結合効率や、光学ピックアップ装置などにおける光学系との結合効率が著しく低下してしまうことになる。
従って、例えば高速書き込みが必要とされるＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスク装置において用いられる場合、光学結合に寄与しない成分は損失となってしまい、レーザダイオイードに要求される出力値はますます上昇していく。
また、その他のハイパワーレーザとして用いられる場合においても、光学結合効率を向上して損失を低減することが望まれている。
【０００９】
θ⊥を縮小するための従来方法としては、活性層とクラッド層との屈折率差を小さくする方法、あるいは、活性層の膜厚を薄くするなどの方法が知られている。
しかしながら、上記の方法では活性層体積が減少し、利得が不十分となるため、しきい値電流の増大や動作電流の増大などを引き起こす恐れがある。
【００１０】
また、さらに、特開平６−１０４５２５号公報に記載されているように、活性層近傍の屈折率分布を変化させることにより、放射角制御を行う方法も知られている。
しかしながら、活性層近傍の屈折率を制御する、即ち、アルミニウムＡｌの組成比を変化させて屈折率を下げた部分は、キャリアのふるまいに対して障壁となってしまい、活性層への電流が注入されにくくなるので動作電流の上昇などの問題を引き起こすことになる。
このように、従来技術では、θ⊥を縮小することが困難であるために、レーザ設計の窓が狭く、設計の自由度が小さいという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の状況に鑑みてなされたものであり、従って本発明は、上記のような新たな問題を生じさせずに、垂直方向の放射角θ⊥を縮小することが可能であるレーザダイオード、および、このレーザダイオードを搭載して光学結合の効率が高められた光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のレーザダイオードは、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されている。
【００１３】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のほかに、さらなる光ガイド層が、上記第１クラッド層内に形成されている。
また、好適には、上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のほかに、さらなる光ガイド層として、複数の光ガイド層が上記第１クラッド層内に形成されている。
【００１６】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第２クラッド層がリッジ形状部を有し、上記リッジ形状部の両側部に電流ブロック層が形成されている。
また、好適には、上記活性層が、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造と、当該量子井戸構造の上記第１クラッド層側および第２クラッド層側に形成されたＳＣＨ（セパレーテッド・コンファインメント・ヘテロ）光ガイド層とを含む。
【００１７】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第１または第２クラッド層の屈折率ｎ0 、上記光ガイド層の屈折率ｎ1 および膜厚ｄ1 について、下記式（１）を満たす。
【００１８】
【数５】
（ｎ1 ／ｎ0 ）−１≧１／ｄ1 （１）
【００１９】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記複数の光ガイド層として、第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層が上記第１または第２クラッド層内に形成されており、上記第１または第２クラッド層の屈折率ｎ0 、上記第１または第２クラッド層に形成された第１番目から第ｊ番目までの複数の光ガイド層の内のｉ番目の光ガイド層の屈折率ｎi および膜厚ｄi について、下記式（２）を満たす。
さらに好適には、上記第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層を含む第１または第２クラッド層中の屈折率が緩やかに分布している。
【００２０】
【数６】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第１クラッド層がｎ型であり、上記第２クラッド層がｐ型である。
あるいは好適には、上記第１クラッド層がｐ型であり、上記第２クラッド層がｎ型である。
また、好適には、上記活性層中の障壁層と、上記ＳＣＨ光ガイド層と、上記導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層のＡｌの組成比が実質的に等しい。
【００２２】
上記の本発明のレーザダイオードは、好適には、上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のいずれか一つが、上記第２クラッド層よりも屈折率が高く、実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない光ガイド層である。
また、好適には、上記活性層から上記電流ブロック層までの距離が、上記活性層から上記実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない光ガイド層までの距離よりも小さい。
【００２３】
上記の本発明のレーザダイオードでは、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されている。
上記の光ガイド層がもたらす導波路内でビームウエストを広げる作用により、光を閉じ込める領域が広げられ、これにより近視野像が垂直方向に広げられ、そのフーリエ変換である遠視野像は垂直方向への広がりが抑制され、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されている。
【００２４】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光学ピックアップ装置は、光学記録媒体の光学記録層に照射する光を出射する発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている。
【００２５】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光ディスク装置は、回転駆動された光学記録媒体の光学記録層に照射する光を出射する発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている。
【００２６】
また、上記の目的を達成するため、本発明の光通信装置は、少なくとも光を出射する発光部と、当該発光部に光学的に接続する光学伝送系を有する光通信装置であって、上記発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている。
【００２７】
上記の本発明の光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置は、発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている。
上記のレーザダイオードは、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されており、光学結合の効率が高められている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザダイオード、光学ピックアップ装置、光ディスク装置および光通信装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
第１実施形態
本実施形態に係るレーザダイオードは、例えば発光波長７８０ｎｍのＣＤ−Ｒ／ＲＷ用のレーザダイオードである。
図１は上記のレーザダイオードの断面図である。
例えばＧａＡｓからなるｎ型基板１０上に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型クラッド層（１１ａ，１１ｂ）、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造の上層および下層にＳＣＨ（セパレーテッド・コンファインメント・ヘテロ）光ガイド層を積層させた活性層１２、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層（１３，１５ａ，１５ｂ）が積層しており、ｐ型第１クラッド層（１３，１５）の境界に例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型第１光ガイド層１４が形成されている。
さらに、ｎ型クラッド層（１１ａ，１１ｂ）の境界に例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7Ａｓからなるｎ型光ガイド層１１ｃが形成されており、また、ｐ型第１クラッド層（１５ａ，１５ｂ）の境界に例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型第２光ガイド層１５ｃが形成されている。
【００３０】
電流注入ストライプ領域において、ｐ型第１クラッド層（１５ａ，１５ｂ）、ｐ型第２光ガイド層１５ｃおよびｐ型第１光ガイド層１４がリッジ形状に加工されている。
電流注入ストライプ領域の両側部において、ｐ型第１クラッド層１３の上層に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型電流ブロック層１６が積層している。
上記のｐ型第１クラッド層１５ｂおよびｎ型電流ブロック層１６の上層に、例えば、Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる埋め込み型のｐ型第２クラッド層（１７，１８）が積層しており、その上層にＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１９が形成されている。
上記のｐ型コンタクト層１９を被覆してオーミック接続するｐ電極２０が形成されており、ｎ型基板１０の裏面を被覆してオーミック接続するｎ電極２１が形成されている。
【００３１】
上記活性層１２は、例えば、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓからなる井戸層とＡｌ0.3Ｇａ0.7 Ａｓからなる障壁層とからなる量子井戸構造と、当該量子井戸構造のｎ型クラッド層側およびｐ型クラッド層側に形成されたＡｌ0.3 Ｇａ0.7 ＡｓからなるＳＣＨ光ガイド層とを含む。
活性層１２は量子井戸構造ではなく、バルク活性層としてもよい。
【００３２】
上記の本実施形態のレーザダイオードにおいて、ｐ電極２０およびｎ電極２１に所定の電圧を印加すると、電流ブロック層１６により狭窄されながら電流が活性層１２へ注入され、活性層１２からレーザ光は出射される。
【００３３】
上記の構造のレーザダイオードにおいて、レーザ光を発振するストライプ領域とそれ以外の領域とでは、ストライプ領域内の方の屈折率が高く、屈折率の差（Δｎ）の値を確保した屈折率導波型のレーザダイオードとなっている。
上記のΔｎは、ｐ型第１光ガイド層１４などを含むリッジ構造の屈折率、あるいは、電流ブロック層１６の屈折率によりもたらされ、具体的には高屈折率であるｐ型第１光ガイド層１４などをストライプ領域のみに形成するか、あるいはストライプ領域の外部に形成される電流ストップ層１６を低屈折率部材で形成することにより制御する。
【００３４】
上記の構造において、ｎ型クラッド層（１１ａ，１１ｂ）の境界に形成されたｎ型光ガイド層１１ｃおよびｐ型第１クラッド層（１５ａ，１５ｂ）の境界に形成されたｐ型第２光ガイド層１５ｃは、それぞれｎ型クラッド層あるいはｐ型クラッド層よりも屈折率が高く、反導波作用、即ち、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす層である。
上記の光ガイド層（１１ｃ，１５ｃ）の導波路内でビームウエストを広げる作用により、光を閉じ込める領域が垂直方向に広げられ、これにより近視野像が垂直方向に広げられる。
この結果、近視野像のフーリエ変換である遠視野像は垂直方向への広がりが抑制され、水平方向の放射角θ//に対して相対的に、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されている。
【００３５】
上記の光ガイド層（１１ｃ，１５ｃ）が導波路内でビームウエストを広げる作用を有して、光を閉じ込める領域を広げ、遠視野像の垂直方向への広がりを抑制するには、光ガイド層（１１ｃ，１５ｃ）の活性層１２からの距離（ｔ11c ，ｔ15c ）を所定の値以上にする必要がある。
例えば、媒質中でのレーザダイオードの発振波長の３倍程度以上の距離とすることが好ましい。
逆に、十分な効果を得るためには光ガイド層と活性層の距離に限界があり、例えば１．０μｍ程度である。
【００３６】
上記のように、θ⊥を縮小させる、即ち、レーザビームのアスペクト比を下げることで、このレーザダイオードが搭載される光通信装置などにおいて、光ファイバなどの伝送媒体との結合効率や、光学ピックアップ装置などにおける光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小できる。
例えば高速書き込みが必要とされるＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスク装置において用いられる場合などに好適であり、ＮＡ値の低いレンズを用いて、低消費電力で高速記録あるいは高速遠距離通信が可能となる。
また、レーザダイオードの出射端面近傍での光場を広げることで、端面光密度が低減され、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage ）が抑制されるという効果もある。
【００３７】
所定の値よりも近い場合には、実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用がもたらされることはなく、むしろ光を閉じ込める領域を狭めてしまうので、近視野像が垂直方向に狭められ、遠視野像は垂直方向へより広げられ、垂直方向の放射角θ⊥が大きくなってしまう。
例えば、ｐ型第１光ガイド層１４は、活性層１２から０．２〜０．３μｍ程度の距離にあり、実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない。
しかし、ｐ型第１光ガイド層１４は電流場の広がりを抑えて横モードの高次モードを制限し、キンクの発生を制限することが可能となっている。これにより、無効電流が抑制され、低しきい値電流レーザとすることができる。
【００３８】
また、活性層１２から電流ブロック層１６までの距離ｔ16と、活性層からｐ型第１光ガイド層１４までの距離ｔ14は、図面上同等となっているが、電流注入ストライプ領域の両側部において、ｐ型第１クラッド層１３を薄膜化して、活性層１２から電流ブロック層１６までの距離ｔ16が活性層からｐ型第１光ガイド層１４までの距離ｔ14よりも小さくなっていることが好ましい。
【００３９】
また、ｎ型またはｐ型クラッド層の屈折率ｎ0 、ｎ型光ガイド層またはｐ型第２光ガイド層の屈折率ｎ1 および膜厚ｄ1 としたときに、下記式（１）を満たすことが好ましい。
さらには、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の両者において導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を設けられている場合には、両者のそれぞれについて下記式（１）を満たすことが好ましい。
これにより、導波路内でビームウエストを広げる作用が十分にもたらされ、垂直方向の放射角θ⊥を効果的に縮小することが可能となる。
【００４０】
【数７】
（ｎ1 ／ｎ0 ）−１≧１／ｄ1 （１）
【００４１】
本実施形態のレーザダイオードにおいては、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層のそれぞれに１層ずつの導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層が設けられているが、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層のいずれかにおいて、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を設けてもよく、さらには両者において導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を設けてもよい。
この場合、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらすｎ型またはｐ型光ガイド層として、第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層がｎ型またはｐ型クラッド層内に形成されており、ｎ型またはｐ型クラッド層の屈折率ｎ0 、ｎ型またはｐ型クラッド層に形成された第１番目から第ｊ番目までの導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層の内のｉ番目の光ガイド層の屈折率ｎi および膜厚ｄi について、下記式（２）を満たすことが好ましい。
さらには、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の両者において導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を設けられている場合には、両者のそれぞれについて下記式（２）を満たすことが好ましい。
これにより、導波路内でビームウエストを広げる作用が十分にもたらされ、垂直方向の放射角θ⊥を効果的に縮小することが可能となる。
【００４２】
【数８】
また、上記のようにｎ型クラッド層とｐ型クラッド層などにおいて、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を設ける場合には、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層を含むクラッド層中の屈折率が緩やかに分布していてもよい。
【００４４】
上記の本実施形のレーザダイオードの形成方法について説明する。
まず、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法（ＭＯＶＰＥ）などのエピタキシャル成長法により、例えばＧａＡｓからなるｎ型基板１０上に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型クラッド層１１ａ、例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｎ型光ガイド層１１ｃ、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型クラッド層１１ｂ、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造の上層および下層にＳＣＨ光ガイド層を積層させた活性層１２、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層１３、例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型第１光ガイド層１４、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層１５ａ、例えばＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓからなるｐ型第２光ガイド層１５ｃ、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｐ型第１クラッド層１５ｂを順に積層させる。
【００４５】
次に、電流注入ストライプとなる領域をマスクで保護しながら、ｐ型光ガイド層１４をエッチングストッパとしてもエッチング処理して、ｐ型光ガイド層１４の表面でエッチングを一度停止し、エッチング条件を変更して、あるいはエッチング時間を制御して、ｐ型光ガイド層１４まで加工して、リッジ形状を得る。
【００４６】
次に、電流注入ストライプ領域の両側部において、ｐ型第１クラッド層１３の上層に、例えばＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなるｎ型電流ブロック層１６を形成し、次に、ｐ型第１クラッド層１５ｂおよびｎ型電流ブロック層１６の上層に、例えば3 Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる埋め込み型のｐ型第２クラッド層（１７，１８）およびＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１９を積層させる。
上記のｐ型コンタクト層１９にｐ電極２０を形成し、ｎ型基板１０の裏面にｎ電極２１を形成し、ペレタイズ工程を経て、図１に示すレーザダイオードとすることができる。
【００４７】
上記の本実施形態のレーザダイオードの製造方法においては、活性層１２中の障壁層と、ＳＣＨ光ガイド層と、光ガイド層（１４、１５ｃ）をそれぞれＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓとして、Ａｌの組成比を等しくすることで製造条件を簡単に設定することが可能となる。また、これらの組成比を等しくせずに製造してもよい。
【００４８】
第２実施形態
本実施形態に係るレーザダイオードは、例えば発光波長７８０ｎｍのＣＤ−Ｒ／ＲＷ用のレーザダイオードである。
図２は上記のレーザダイオードの参考例の断面図である。
実質的に第１実施形態に係るレーザダイオードと同様であるが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、ｎ型クラッド層（１１ａ，１１ｂ）の境界にｎ型光ガイド層１１ｃが形成されており、ｐ型クラッド層側には導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない光ガイド層（ｐ型光ガイド層１４）のみが形成されている。
即ち、上記の光ガイド層１１ｃの導波路内でビームウエストを広げる作用により、光を閉じ込める領域が垂直方向に広げられ、これにより近視野像が垂直方向に広げられる。
この結果、近視野像のフーリエ変換である遠視野像は垂直方向への広がりが抑制され、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されている。
【００４９】
上記の光ガイド層１１ｃが導波路内でビームウエストを広げる作用を有して、光を閉じ込める領域を広げ、遠視野像の垂直方向への広がりを抑制するには、光ガイド層１１ｃの活性層１２からの距離ｔ11c を所定の値以上にする必要があり、例えば、媒質中でのレーザダイオードの発振波長の３倍程度以上の距離とすることが好ましい。
【００５０】
本実施形態のレーザダイオードにおいては、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす１層の光ガイド層がｎ型クラッド層内のみに設けられているが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層をｎ型クラッド層内に設けてもよい。
また、図３は本実施形態に係るレーザダイオードの他の構成を示す断面図であって、ｐ型第１クラッド層（１５ａ，１５ｂ）の境界にｐ型光ガイド層１５ｃが形成されている構成を示している。このように、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす１層の光ガイド層をｐ型クラッド層内のみに設けてもよい。あるいは、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす複数の光ガイド層をｐ型クラッド層内に設けてもよい。
【００５１】
（実施例１）
上記の図１に示す構成のｎ型クラッド層およびｐ型第１クラッド層のそれぞれに導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を有するレーザダイオードと、図２に示す構成の導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層をｎ型クラッド層のみに有するレーザダイオードと、図１０に示す導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を有さない従来のレーザダイオードについて、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層の有無以外は一定の条件としたときのそれぞれの屈折率（ｎ）プロファイルと、それに対応するレーザ出射端面近傍での光強度分布、即ち近視野像をシミュレーションにより求めた。
【００５２】
結果を図４に示す。図４（ａ）は図１に示す構成のレーザダイオードに、図４（ｂ）は図２に示す構成のレーザダイオードに、図４（ｃ）は図１０に示す構成のレーザダイオードにそれぞれ対応する。各図の上段は光強度分布、下段は屈折率プロファイルを示している。また、図４（ａ）〜（ｃ）中の数字は図１，２および９の各図面上の符号に対応しており、位置を示している。
【００５３】
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の両方に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層がない図４（ｃ）の場合に比べて、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の両方に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を有する図４（ａ）の場合と、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層をｎ型クラッド層のみに有する図４（ｂ）の場合では、それぞれ光ガイド層（１１ｃ，１５ｃ）が形成された部分に相当する領域の光強度が強くなっていることから、近視野像はそれぞれ図４（ｃ）よりも幅広になっている。
【００５４】
（実施例２）
実施例１の近視野像（ＮＦＰ）をフーリエ変換して、それぞれに対応するレーザ出射端面遠方での光強度分布、即ち遠視野像をシミュレーションにより求めた。
【００５５】
結果を図５に示す。図５（ａ）は図１に示す構成のレーザダイオードに、図５（ｂ）は図２に示す構成のレーザダイオードに、図５（ｃ）は図１０に示す構成のレーザダイオードにそれぞれ対応する。各図は、垂直方向の放射角θに対する光強度分布を示している。
近視野像において図１０のレーザダイオードより幅広の分布を示していた図１および２のレーザダイオードは、遠視野像では図１０のレーザダイオードより幅が狭まり、垂直方向の放射角θ⊥が縮小していることがわかった。
【００５６】
（実施例３）
上記の図１および２に示すレーザダイオードにおいて、ｎ型クラッド層およびｐ型第１クラッド層に設けられた光ガイド層の活性層からの距離ｔを変化させたときの垂直方向の放射角θ⊥をシミュレーションにより求めた。
各光ガイド層の組成はＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓとし、膜厚は５０ｎｍとした。
【００５７】
結果を図６に示す。図中、Ｒは図１０に示す構成の導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層を有さないレーザダイオードの垂直方向の放射角θ⊥（約２１度）を示している。
Ａは図２に示す構成のレーザダイオードにおいて、ｎ型クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離ｔを変化させたときの垂直方向の放射角θ⊥である。
ｎ型クラッド層中の光ガイド層は、活性層から約０．３μｍより遠い範囲に形成すると、垂直方向の放射角θ⊥をＲの値より縮小させており、これはｎ型クラッド層中の光ガイド層が導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらしていることを示している。活性層から遠くする程垂直方向の放射角θ⊥は小さくなるが、ｔが０．８μｍ程度のときに垂直方向の放射角θ⊥は１８度程度となって頭打ちとなる。一方、活性層から約０．３μｍより近い範囲では垂直方向の放射角θ⊥を拡大させてしまう。これは、０．３μｍより近い場合は光ガイド層が光を閉じ込める領域をさらに狭めてしまう導波作用をもたらしていることを示している。
【００５８】
Ｂは図１に示す構成のレーザダイオードにおいて、ｎ型クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離を０．８μｍに固定し、ｐ型第１クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離ｔを変化させたときの垂直方向の放射角θ⊥である。
ｐ型第１クラッド層中の光ガイド層においても、活性層から遠ざけることで垂直方向の放射角θ⊥は縮小され、垂直方向の放射角θ⊥は１６度程度にまで達する。逆に、近づけることで垂直方向の放射角θ⊥は拡大される。
【００５９】
例えば、ＣＤ−Ｒ／ＲＷのアプリケーション上、要求される垂直方向の放射角θ⊥を得るため、ｐ型第１クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離ｔを、媒質中での発振波長の３倍以上とすることが好ましい。
即ち、発振波長７８０ｎｍ、媒質の屈折率ｎ＝４では、媒質中での発振波長（７８０ｎｍ／４）の３倍は約０．６μｍとなり、これ以上にｎ型クラッド層やｐ型第１クラッド層中の光ガイド層の活性層からの距離ｔを設定することで、必要な垂直方向の放射角θ⊥を得ることができる。
【００６０】
第３実施形態
本実施形態は、光ディスクを記録あるいは再生する光ディスク装置に搭載する光学ピックアップ装置である。
図７は上記の光学ピックアップ装置の模式図である。
例えば、レーザダイオードＬＤ、コリメータＣ、１／２波長板ＨＷＰ、ビームスプリッタＢＳ、１／４波長板ＱＷＰ、電磁アクチュエータＡＣに取り付けられた対物レンズＯＬ、サーボおよびＲＦ用光学レンズＳＬ、第１フォトダイオードＰＤ１、モニタ用レンズＭＬ、および、第２フォトダイオードＰＤ２が、スピンドルモータＳＭにより回転駆動される光ディスク２８に対して、それぞれ所定の位置に配置されている。
上記のレーザダイオードＬＤは、第１あるいは第２実施形態に記載のレーザダイオードであり、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されて、レーザビームのアスペクト比が下げられタレーザダイオードである。
【００６１】
レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光Ｌは、コリメータＣにより平行光とされた後、１／２波長板ＨＷＰを通過してビームスプリッタＢＳに入射する。
ビームスプリッタＢＳにおいて、入射光は一部を除いて通過し、１／４波長板ＱＷＰを介し、対物レンズＯＬにより集光されて、スピンドルモータＳＭにより回転駆動される光ディスク２８の光学記録層２９に照射される。
【００６２】
光ディスク２８の光学記録層２９からの戻り光（反射光）Ｌは、入射経路と逆の経路を辿ってビームスプリッタＢＳに入射し、分光面で反射して、サーボおよびＲＦ用光学レンズＳＬにより集光され、第１フォトダイオードＰＤ１に入射し、観測される。
【００６３】
一方、レーザダイオードＬＤから出射されたレーザ光Ｌの一部はビームスプリッタＢＳの分光面で反射し、モニタ用レンズＭＬにより集光され、第２フォトダイオードＰＤ２に入射してレーザ光の強度がモニタされる。
【００６４】
上記の光学ピックアップ装置は、θ⊥を縮小したレーザダイオードを搭載しており、光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小できる。
例えば高速書き込みが必要とされるＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスク装置において用いられる場合などに好適であり、低消費電力で高速記録が可能となる。
【００６５】
第４実施形態
本実施形態は、光ディスクを記録あるいは再生する光ディスク装置である。
図８は、上記の光ディスク装置の模式図である。
上述の光学ピックアップ装置（ヘッド）３０からのレーザ光Ｌが、スピンドルモータＳＭにより回転駆動される光ディスク２８の光学記録層２９上に入射され、その反射光（戻り光）を検出して得た再生信号は、ヘッドアンプ３１に入力される。
ヘッドアンプ３１は、ヘッド３０からの再生信号を後段で処理するために必要な所定のレベルに増幅するためのものである。
【００６６】
ヘッドアンプ３１で増幅された再生信号は、ＲＦイコライザアンプ３２、フォーカスマトリクス回路３４およびトラッキングマトリクス回路３６などに入力される。
【００６７】
ＲＦイコライザアンプ３２では、入力された再生信号を基にして所定の演算がなされ、得られたＲＦ信号（ＲＦ）が信号復調回路３３に入力され、光ディスク２８上に記録された情報の再生信号として信号処理がなされる。
【００６８】
フォーカスマトリクス回路３４では、入力された再生信号を基にして所定の演算がなされ、得られたフォーカス誤差信号（ＦＥ）は位相補償回路３５により位相が補償され、アンプ３６で増幅された後、駆動用アクチュエータ４１に入力される。
【００６９】
トラッキングマトリクス回路３７では、入力された再生信号を基にして所定の演算がなされ、得られたトラッキング誤差信号（ＴＥ）は位相補償回路３８により位相が補償され、アンプ３９で増幅された後、駆動用アクチュエータ４１に入力される。
【００７０】
駆動用アクチュエータ４１では、入力されたフォーカス誤差信号（ＦＥ）およびトラッキング誤差信号（ＴＥ）に基づいて、ヘッド３０中の対物レンズの位置を調整し、レーザ光Ｌのフォーカシングおよびトラッキングの調節を行う。
【００７１】
上記のようなフォーカスサーボおよびトラッキングサーボにより、光ディスク２８の光学記録層に光を的確に照射させることができ、その戻り光を検出することにより、光ディスク２８に記録されたデータを読み取って再生信号として出力することができる。
【００７２】
ＣＰＵ（中央演算ユニット）４０は、上記のサーボ機構や、その他の機構の制御など、光ディスク装置全体の動作の制御を行う。
【００７３】
上記の光学ピックアップ装置（ヘッド）３０に搭載されるレーザダイオードは、第１あるいは第２実施形態に記載のレーザダイオードであり、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されて、レーザビームのアスペクト比が下げられたレーザダイオードである。
従って、レーザダイオードの出射するレーザ光と光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小できる。
例えば高速書き込みが必要とされるＣＤ−Ｒ／ＲＷなどの光ディスク装置において用いられる場合などに好適であり、低消費電力で高速記録が可能となる。
【００７４】
第５実施形態
本実施形態は、光通信モジュールであり、図９はその模式図である。
光通信モジュールＭは、フォトダイオードＰＤと、レーザダイオードＬＤとを内蔵する。
例えば、光ファイバＦから光信号がフォトダイオードＰＤに外部入力され、電気信号に変換されてレーザダイオードＬＤに伝達される。
電気信号が伝達されたレーザダイオードＬＤは、レーザ光として光信号を出射し、光ファイバＦに外部出力する。
【００７５】
上記のレーザダイオードは、第１あるいは第２実施形態に記載のレーザダイオードであり、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されて、レーザビームのアスペクト比が下げられたレーザダイオードである。
従って、レーザダイオードの出射するレーザ光と光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小でき、高速長距離通信が可能となる。
【００７６】
以上、本発明を５形態の実施形態により説明したが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
例えば、上記レーザダイオードはＡｌＧａＡｓ系リッジ埋め込み型のレーザダイオードについて説明したが、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系などの光ディスク向けレーザダイオードはもちろん、ＩｎＧａＡｓ系やＧａＩｎＮＡｓ系などの通信用レーザダイオードにも適用可能である。
その他、レーザダイオードを構成する半導体材料や金属材料およびそれらの膜厚などは適宜選択することが可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明のレーザダイオードによれば、光ガイド層の導波路内でビームウエストを広げる作用により光を閉じ込める領域が広げられ、これにより近視野像が垂直方向に広げられ、そのフーリエ変換である遠視野像は垂直方向への広がりが抑制され、垂直方向の放射角θ⊥が縮小されている。
【００７８】
上記の本発明のレーザダイオードを搭載することで、出射されるレーザ光の垂直方向の放射角θ⊥が縮小されているので、光学ピックアップ装置、光ディスク装置、光通信装置などにおいて、光学系との結合効率を向上することができ、光学結合に寄与しない損失成分を縮小できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は第１実施形態に係るレーザダイオードの断面図である。
【図２】 図２は第２実施形態の参考例に係るレーザダイオードの断面図である。
【図３】 図３は第２実施形態に係るレーザダイオードの断面図である。
【図４】 図４は実施例１に係るレーザダイオードの屈折率プロファイルと近視野像である。
【図５】 図５は実施例２に係るレーザダイオードの遠視野像である。
【図６】 図６は実施例３に係る、垂直方向の放射角の光ガイド層と活性層と距離依存性である。
【図７】 図７は第３実施形態に係る光学ピックアップ装置の模式図である。
【図８】 図８は第４実施形態に係る光ディスク装置の模式図である。
【図９】 図９は第５実施形態に係る光通信モジュールの模式図である。
【図１０】 図１０は従来例に係るレーザダイオードの断面図である。
【符号の説明】
１０…ｎ型基板、１１，１１ａ，１１ｂ…ｎ型クラッド層、１１ｃ…ｎ型光ガイド層、１２…活性層、１３，１５，１５ａ，１５ｂ…ｐ型第１クラッド層、１４…ｐ型第１光ガイド層、１５ｃ…ｐ型第２光ガイド層、１６…電流ブロック層、１７，１８…ｐ型第２クラッド層、１９…ｐ型コンタクト層、２０…ｐ電極、２１…ｎ電極、２８…光ディスク、２９…光学記録層、３０…光学ピックアップ装置（ヘッド）、３１…ヘッドアンプ、３２…ＲＦイコライザアンプ、３３…信号復調回路、３４…フォーカスマトリクス回路、３５，３８…位相補償回路、３６，３９…アンプ、３７…トラッキングマトリクス回路、４０…ＣＰＵ（中央演算ユニット）、４１…駆動用アクチュエータ、ＬＤ…レーザダイオード、Ｃ…コリメータ、Ｌ…レーザ光、ＨＷＰ…１／２波長板、ＢＳ…ビームスプリッタ、ＱＷＰ…１／４波長板、ＯＬ…対物レンズ、ＡＣ…電磁アクチュエータ、ＳＬ…サーボおよびＲＦ用光学レンズ、ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ…フォトダイオード、ＭＬ…モニタ用レンズ、ＳＭ…スピンドルモータ、Ｍ…光通信モジュール、Ｆ…光ファイバ。
Claims (18)
- 基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、
上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、
上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層と
を有するレーザダイオードであって、
上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、
上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されている
レーザダイオード。 - 上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のほかに、さらなる光ガイド層が、上記第１クラッド層内に形成されている
請求項１に記載のレーザダイオード。 - 上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のほかに、さらなる光ガイド層として、複数の光ガイド層が上記第１クラッド層内に形成されている
請求項１に記載のレーザダイオード。 - 上記第２クラッド層がリッジ形状部を有し、
上記リッジ形状部の両側部に電流ブロック層が形成されている
請求項１に記載のレーザダイオード。 - 上記活性層が、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造と、当該量子井戸構造の上記第１クラッド層側および第２クラッド層側に形成されたＳＣＨ（セパレーテッド・コンファインメント・ヘテロ）光ガイド層とを含む
請求項１に記載のレーザダイオード。 - 上記第１クラッド層の屈折率ｎ 0 、上記第１クラッド層内に形成されている光ガイド層の屈折率ｎ 1 および膜厚ｄ 1 について、下記式（１）を満たす
請求項２に記載のレーザダイオード。
【数１】
（ｎ1 ／ｎ0 ）−１≧１／ｄ1 （１） - 上記第１クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層として、第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層が上記第１クラッド層内に形成されており、
上記第１クラッド層の屈折率ｎ 0 、上記第１クラッド層に形成された第１番目から第ｊ番目までの複数の光ガイド層の内のｉ番目の光ガイド層の屈折率ｎ i および膜厚ｄ i について、下記式（２）を満たす
請求項３に記載のレーザダイオード。
- 上記第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層を含む第１クラッド層中の屈折率が緩やか に分布している
請求項７に記載のレーザダイオード。 - 上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層として、第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、
上記第２クラッド層の屈折率ｎ 0 、上記第２クラッド層に形成された第１番目から第ｊ番目までの複数の光ガイド層の内のｉ番目の光ガイド層の屈折率ｎ i および膜厚ｄ i について、下記式（２）を満たす
請求項１に記載のレーザダイオード。
【数３】
- 上記第１番目から第ｊ番目までの光ガイド層を含む第２クラッド層中の屈折率が緩やかに分布している
請求項１０に記載のレーザダイオード。 - 上記第１クラッド層がｎ型であり、上記第２クラッド層がｐ型である
請求項１に記載のレーザダイオード。 - 上記第１クラッド層がｐ型であり、上記第２クラッド層がｎ型である
請求項１に記載のレーザダイオード。 - 上記活性層中の障壁層と、上記ＳＣＨ光ガイド層と、上記導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層のＡｌの組成比が実質的に等しい
請求項５に記載のレーザダイオード。 - 上記第２クラッド層内に形成されている複数の光ガイド層のいずれか一つが、上記第２クラッド層よりも屈折率が高く、実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない光ガイド層である
請求項１に記載のレーザダイオード。 - 上記活性層から上記電流ブロック層までの距離が、上記活性層から上記実質的に導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらさない光ガイド層までの距離よりも小さい
請求項１４に記載のレーザダイオード。 - 光学記録媒体の光学記録層に照射する光を出射する発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている光学ピックアップ装置。
- 回転駆動された光学記録媒体の光学記録層に照射する光を出射する発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された 活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている光ディスク装置。
- 少なくとも光を出射する発光部と、当該発光部に光学的に接続する光学伝送系を有する光通信装置であって、
上記発光部として、基板上に形成された第１導電型の第１クラッド層と、上記第１クラッド層の上層に形成された活性層と、上記活性層の上層に形成され、リッジ形状部を有する第２導電型の第２クラッド層とを有するレーザダイオードであって、上記第１クラッド層あるいは第２クラッド層よりも屈折率が高い複数の光ガイド層が上記第２クラッド層内に形成されており、上記複数の光ガイド層の少なくともいずれか一つが、導波路内でビームウエストを広げる作用をもたらす光ガイド層として、上記第２クラッド層のリッジ形状部内において、上記活性層までの距離が媒質中での上記レーザダイオードの発振波長の３倍以上である位置に形成されているレーザダイオードを備えている
光通信装置。
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