JP2914847B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば可視もしく
は近赤外半導体レーザ素子などの半導体レーザ装置に関
し、特にバーコード読取装置、ポインタ、光ディスク装
置のピックアップあるいは光応用計測装置などの光源と
して使用されるものである。
は近赤外半導体レーザ素子などの半導体レーザ装置に関
し、特にバーコード読取装置、ポインタ、光ディスク装
置のピックアップあるいは光応用計測装置などの光源と
して使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】従来、近赤外半導体レーザ素子として
は、いわゆる内部ストライプ構造を有するものが知られ
ている(たとえば、特開昭57−159084号公
報)。これは、たとえば図5に示すように、p−GaA
s基板101上にn−GaAsからなる電流阻止層10
2を形成した後、ストライプ状の開口部であるストライ
プ溝103を形成し、この上にp−Ga0.7 Al0.3 A
sからなる第1クラッド層104、n−Ga0.95Al
0.05Asからなる活性層105、n−Ga0.7 Al0.3
Asからなる第2クラッド層106、およびn−GaA
sからなるキャップ層107を順に積層したものであ
る。
は、いわゆる内部ストライプ構造を有するものが知られ
ている(たとえば、特開昭57−159084号公
報)。これは、たとえば図5に示すように、p−GaA
s基板101上にn−GaAsからなる電流阻止層10
2を形成した後、ストライプ状の開口部であるストライ
プ溝103を形成し、この上にp−Ga0.7 Al0.3 A
sからなる第1クラッド層104、n−Ga0.95Al
0.05Asからなる活性層105、n−Ga0.7 Al0.3
Asからなる第2クラッド層106、およびn−GaA
sからなるキャップ層107を順に積層したものであ
る。
【0003】そして、上記n−GaAsキャップ層10
7の上面にはn側電極108が、また上記p−GaAs
基板101の下面にはp側電極109がそれぞれ形成さ
れた構成とされている。
7の上面にはn側電極108が、また上記p−GaAs
基板101の下面にはp側電極109がそれぞれ形成さ
れた構成とされている。
【0004】このような構造の近赤外半導体レーザ素子
においては、p側電極109より注入された電子が、p
−GaAs基板101からn−GaAs電流阻止層10
2に開けられた幅wのストライプ溝103を経て、p−
Ga0.7 Al0.3 As第1クラッド層104、n−Ga
0.95Al0.05As活性層105、n−Ga0.7 Al0.3
As第2クラッド層106、n−GaAsキャップ層1
07、およびn側電極108の順で流れる。
においては、p側電極109より注入された電子が、p
−GaAs基板101からn−GaAs電流阻止層10
2に開けられた幅wのストライプ溝103を経て、p−
Ga0.7 Al0.3 As第1クラッド層104、n−Ga
0.95Al0.05As活性層105、n−Ga0.7 Al0.3
As第2クラッド層106、n−GaAsキャップ層1
07、およびn側電極108の順で流れる。
【0005】この場合、n−GaAs電流阻止層102
とp−Ga0.7 Al0.3 As第1クラッド層104との
間に形成されるnp接合は逆バイアスされ、p−GaA
s基板101とn−GaAs電流阻止層102との間に
形成されるpn接合、およびp−Ga0.7 Al0.3 As
第1クラッド層104とn−Ga0.95Al0.05As活性
層105との間に形成されるpn接合は順バイアスされ
る。
とp−Ga0.7 Al0.3 As第1クラッド層104との
間に形成されるnp接合は逆バイアスされ、p−GaA
s基板101とn−GaAs電流阻止層102との間に
形成されるpn接合、およびp−Ga0.7 Al0.3 As
第1クラッド層104とn−Ga0.95Al0.05As活性
層105との間に形成されるpn接合は順バイアスされ
る。
【0006】すなわち、n側電極108とp側電極10
9とを介して通電すると、ストライプ溝103の形成さ
れた領域のみが電流通路となる。したがって、この電流
通路に対応する上記n−Ga0.95Al0.05As活性層1
05の近傍においてのみ、レーザ発振が開始される。
9とを介して通電すると、ストライプ溝103の形成さ
れた領域のみが電流通路となる。したがって、この電流
通路に対応する上記n−Ga0.95Al0.05As活性層1
05の近傍においてのみ、レーザ発振が開始される。
【0007】図6は、上記n−GaAs電流阻止層10
2を横切る位置でのエネルギーバンドを示すものであ
る。たとえば、通電時における、p−GaAs基板10
1、n−GaAs電流阻止層102、およびp−Ga
0.7 Al0.3 As第1クラッド層104の各電位は、同
図(a)に示すようになる。
2を横切る位置でのエネルギーバンドを示すものであ
る。たとえば、通電時における、p−GaAs基板10
1、n−GaAs電流阻止層102、およびp−Ga
0.7 Al0.3 As第1クラッド層104の各電位は、同
図(a)に示すようになる。
【0008】なお、図に示すΔEcは、異種接合(HE
TERO JUNCTION)における伝導帯の不連続
量、ΔEvは、同じく価電子帯の不連続量である。この
電位の関係を考慮すると、p−GaAs基板101、n
−GaAs電流阻止層102、およびp−Ga0.7 Al
0.3 As第1クラッド層104のそれぞれは、通常にバ
イアスされたトランジスタのエミッタ(E)、ベース
(B)、コレクタ(C)とみなすことができる。
TERO JUNCTION)における伝導帯の不連続
量、ΔEvは、同じく価電子帯の不連続量である。この
電位の関係を考慮すると、p−GaAs基板101、n
−GaAs電流阻止層102、およびp−Ga0.7 Al
0.3 As第1クラッド層104のそれぞれは、通常にバ
イアスされたトランジスタのエミッタ(E)、ベース
(B)、コレクタ(C)とみなすことができる。
【0009】したがって、ベースに相当するn−GaA
s電流阻止層102に多数キャリア(電子)が注入され
ないかぎり、このn−GaAs電流阻止層102を横切
って流れる電流は、実用上、無視できるほど小さいこと
が理解できる。
s電流阻止層102に多数キャリア(電子)が注入され
ないかぎり、このn−GaAs電流阻止層102を横切
って流れる電流は、実用上、無視できるほど小さいこと
が理解できる。
【0010】すなわち、順バイアスによってエミッタか
らベースに注入される小数キャリア(正孔)の一部はコ
レクタまで到達してドリフト電流となるが、残りはベー
スにて多数キャリア(電子)と再結合する。
らベースに注入される小数キャリア(正孔)の一部はコ
レクタまで到達してドリフト電流となるが、残りはベー
スにて多数キャリア(電子)と再結合する。
【0011】これにより、ベースは、同図(b)に示す
ように正に帯電され、この帯電によって生じる電位によ
り、エミッタからベースへの小数キャリア(正孔)の注
入が阻止される。
ように正に帯電され、この帯電によって生じる電位によ
り、エミッタからベースへの小数キャリア(正孔)の注
入が阻止される。
【0012】この結果、ベースに多数キャリア(電子)
を注入して帯電を消去しないかぎり、これ以上の電流は
流れなくなる。n−GaAs電流阻止層102がこのよ
うに機能するとき、電流によって励起されるのは、前記
ストライプ溝103の直上のn−Ga0.95Al0.05As
活性層105だけである。
を注入して帯電を消去しないかぎり、これ以上の電流は
流れなくなる。n−GaAs電流阻止層102がこのよ
うに機能するとき、電流によって励起されるのは、前記
ストライプ溝103の直上のn−Ga0.95Al0.05As
活性層105だけである。
【0013】しかして、この部分に発生した光hνは、
n−Ga0.95Al0.05As活性層105と二つのクラッ
ド層、つまりp−Ga0.7 Al0.3 As第1クラッド層
104およびn−Ga0.7 Al0.3 As第2クラッド層
106で形成される、スラブ状(層状)光導波路により
導波される。
n−Ga0.95Al0.05As活性層105と二つのクラッ
ド層、つまりp−Ga0.7 Al0.3 As第1クラッド層
104およびn−Ga0.7 Al0.3 As第2クラッド層
106で形成される、スラブ状(層状)光導波路により
導波される。
【0014】その際、p−Ga0.7 Al0.3 As第1ク
ラッド層104の厚さが相対的に薄い、前記ストライプ
溝103の脇では、図5に矢印で示したように、導波光
の一部が漏れてn−GaAs電流阻止層102に吸収さ
れる。
ラッド層104の厚さが相対的に薄い、前記ストライプ
溝103の脇では、図5に矢印で示したように、導波光
の一部が漏れてn−GaAs電流阻止層102に吸収さ
れる。
【0015】この光吸収の作用により、導波光は、前記
ストライプ溝103の直上の導波路に閉じ込められ、そ
のモード姿態が安定されると理解されている。ところ
で、前記の光吸収にともない、n−GaAs電流阻止層
102中では電子−正孔対が発生する。
ストライプ溝103の直上の導波路に閉じ込められ、そ
のモード姿態が安定されると理解されている。ところ
で、前記の光吸収にともない、n−GaAs電流阻止層
102中では電子−正孔対が発生する。
【0016】たとえば、図6(b)に白丸で示した正孔
は、電位勾配によってp−Ga0.7Al0.3 As第1ク
ラッド層(コレクタ)104へ排出される。その結果、
n−GaAs電流阻止層(ベース)102には、黒丸で
示した電子だけが残される。これは、ベースへの電子の
注入とみなすことができる。
は、電位勾配によってp−Ga0.7Al0.3 As第1ク
ラッド層(コレクタ)104へ排出される。その結果、
n−GaAs電流阻止層(ベース)102には、黒丸で
示した電子だけが残される。これは、ベースへの電子の
注入とみなすことができる。
【0017】この電子の注入を電流値(光誘起電流)I
OPT で表わすとすると、これが前記の帯電の原因である
再結合を電流値に直したIREC よりも大きい場合には帯
電が消去されるから、n−GaAs電流阻止層102は
その機能を失うことになる。
OPT で表わすとすると、これが前記の帯電の原因である
再結合を電流値に直したIREC よりも大きい場合には帯
電が消去されるから、n−GaAs電流阻止層102は
その機能を失うことになる。
【0018】したがって、IOPT <IREC の関係は、内
部ストライプ構造が機能するのに必要な条件であるとい
える。この条件は、小数キャリア(正孔)の拡散長Lp
がn−GaAs電流阻止層102の厚さdCBよりも小さ
い、つまりLp <dCBのときに満たされる。
部ストライプ構造が機能するのに必要な条件であるとい
える。この条件は、小数キャリア(正孔)の拡散長Lp
がn−GaAs電流阻止層102の厚さdCBよりも小さ
い、つまりLp <dCBのときに満たされる。
【0019】図7は、小数キャリアの拡散長と多数キャ
リアの濃度との関係を示すものである。この図によれ
ば、容易に実現できる電子濃度範囲n=2〜3×1018
cm-3においては、小数キャリア(正孔)の拡散長LP
の値が1μm以下になるから、n−GaAs電流阻止層
102の厚さdCBを約1μmとすることができる。
リアの濃度との関係を示すものである。この図によれ
ば、容易に実現できる電子濃度範囲n=2〜3×1018
cm-3においては、小数キャリア(正孔)の拡散長LP
の値が1μm以下になるから、n−GaAs電流阻止層
102の厚さdCBを約1μmとすることができる。
【0020】これは、結晶成長などの製造技術力と半導
体レーザ素子の光学的素子としての寸法限定を考慮する
とき、満足すべきものである。しかし、電流阻止層をp
型とするとき、次のような問題が生じる。
体レーザ素子の光学的素子としての寸法限定を考慮する
とき、満足すべきものである。しかし、電流阻止層をp
型とするとき、次のような問題が生じる。
【0021】すなわち、図7に示すように、この場合の
小数キャリアである電子の拡散長Ln は、電流阻止層を
n型としたときの小数キャリアである正孔の拡散長Lp
の数倍ある。このため、前述の理由により素子の制作が
困難となっている。
小数キャリアである電子の拡散長Ln は、電流阻止層を
n型としたときの小数キャリアである正孔の拡散長Lp
の数倍ある。このため、前述の理由により素子の制作が
困難となっている。
【0022】この従来例の、第1の要点は電流阻止層を
n導電型としたことであり、第2の要点は電流阻止層の
厚さを小数キャリアの拡散長と対応づけたことにある。
用いられている材料が、GaAsあるいはAlGaAs
に限定されているが、それはこの提案がなされた時点で
の技術水準によるものであり、この二つの要点は材料と
なる結晶を選ばずに半導体レーザ素子に一般に適用でき
る。
n導電型としたことであり、第2の要点は電流阻止層の
厚さを小数キャリアの拡散長と対応づけたことにある。
用いられている材料が、GaAsあるいはAlGaAs
に限定されているが、それはこの提案がなされた時点で
の技術水準によるものであり、この二つの要点は材料と
なる結晶を選ばずに半導体レーザ素子に一般に適用でき
る。
【0023】事実、その後に開発されて量産されている
(Gax Al1-x )0.5 In0.5 P(0≦x≦1)を用
いる赤色の可視半導体レーザ素子においても、この二つ
の要点を含む構造が用いられている。
(Gax Al1-x )0.5 In0.5 P(0≦x≦1)を用
いる赤色の可視半導体レーザ素子においても、この二つ
の要点を含む構造が用いられている。
【0024】図8は、上記した二つの要素を含む構造
の、赤色の可視半導体レーザ素子の概略構成を示すもの
である。これは、たとえば特開昭62−200785号
あるいは特開昭62−200786号公報に開示され
た、いわゆるSBR構造で、n−GaAs基板111上
にn−GaAsバッファ層112、n−InGaPバッ
ファ層113、n−InGaAlPクラッド層114、
InGaP活性層115、およびp−InGaAlPク
ラッド層116,117,118からなるダブルヘテロ
接合構造部が形成されている。
の、赤色の可視半導体レーザ素子の概略構成を示すもの
である。これは、たとえば特開昭62−200785号
あるいは特開昭62−200786号公報に開示され
た、いわゆるSBR構造で、n−GaAs基板111上
にn−GaAsバッファ層112、n−InGaPバッ
ファ層113、n−InGaAlPクラッド層114、
InGaP活性層115、およびp−InGaAlPク
ラッド層116,117,118からなるダブルヘテロ
接合構造部が形成されている。
【0025】上記p−InGaAlPクラッド層117
は、低Al組成であり、エッチング・ストップ層として
作用し、上記p−InGaAlPクラッド層118は、
ストライプ状に加工されてストライプ状リブを構成して
いる。
は、低Al組成であり、エッチング・ストップ層として
作用し、上記p−InGaAlPクラッド層118は、
ストライプ状に加工されてストライプ状リブを構成して
いる。
【0026】このp−InGaAlPクラッド層118
の上には、p−InGaAlPコンタクト層119およ
びp−GaAsコンタクト層120が形成され、これら
p−InGaAlPクラッド層118、p−InGaA
lPコンタクト層119、およびp−GaAsコンタク
ト層120の側面には、n−GaAs電流阻止層121
が形成されている。
の上には、p−InGaAlPコンタクト層119およ
びp−GaAsコンタクト層120が形成され、これら
p−InGaAlPクラッド層118、p−InGaA
lPコンタクト層119、およびp−GaAsコンタク
ト層120の側面には、n−GaAs電流阻止層121
が形成されている。
【0027】また、上記p−GaAsコンタクト層12
0、およびn−GaAs電流阻止層121の上部には、
p−GaAsキャップ層122が形成されている。そし
て、このp−GaAsキャップ層122の上面にはp側
電極123が、また上記n−GaAs基板111の下面
にはn側電極124がそれぞれ形成された構成とされて
いる。
0、およびn−GaAs電流阻止層121の上部には、
p−GaAsキャップ層122が形成されている。そし
て、このp−GaAsキャップ層122の上面にはp側
電極123が、また上記n−GaAs基板111の下面
にはn側電極124がそれぞれ形成された構成とされて
いる。
【0028】このような構造の赤色可視半導体レーザ素
子においては、p側電極123より注入された電子が、
p−GaAsキャップ層122を介し、n−GaAs電
流阻止層121のストライプ状の開口部より、p−Ga
Asコンタクト層120、p−InGaAlPコンタク
ト層119、p−InGaAlPクラッド層118,1
17,116、InGaP活性層115、n−InGa
AlPクラッド層114、n−InGaPバッファ層1
13、n−GaAsバッファ層112、n−GaAs基
板111を順に経て、n側電極124に流れる。
子においては、p側電極123より注入された電子が、
p−GaAsキャップ層122を介し、n−GaAs電
流阻止層121のストライプ状の開口部より、p−Ga
Asコンタクト層120、p−InGaAlPコンタク
ト層119、p−InGaAlPクラッド層118,1
17,116、InGaP活性層115、n−InGa
AlPクラッド層114、n−InGaPバッファ層1
13、n−GaAsバッファ層112、n−GaAs基
板111を順に経て、n側電極124に流れる。
【0029】この場合、先の従来例とは結晶材料が異な
り、また上下が入れ替わった形態をしている点で異なる
が、ストライプ状の領域のみに電流と光とを限定する構
成は同様である。
り、また上下が入れ替わった形態をしている点で異なる
が、ストライプ状の領域のみに電流と光とを限定する構
成は同様である。
【0030】このような内部ストライプ構造(より厳密
には屈折率導波型に分類される内部ストライプ構造)を
有する半導体レーザ素子においては、電流阻止と光吸収
の二つの作用を一つの層に行わせることができるため、
光の横モード姿態の安定化を比較的容易に実現できる。
には屈折率導波型に分類される内部ストライプ構造)を
有する半導体レーザ素子においては、電流阻止と光吸収
の二つの作用を一つの層に行わせることができるため、
光の横モード姿態の安定化を比較的容易に実現できる。
【0031】また、比較的に大出力に適した構造でもあ
り、量産されている近赤外半導体レーザ素子および可視
半導体レーザ素子の多くに、この構造が用いられてい
る。図9は、利得導波型に分類される内部ストライプ構
造の半導体レーザ素子の概略構成を示すものである。
り、量産されている近赤外半導体レーザ素子および可視
半導体レーザ素子の多くに、この構造が用いられてい
る。図9は、利得導波型に分類される内部ストライプ構
造の半導体レーザ素子の概略構成を示すものである。
【0032】これは、たとえばn−GaAs基板131
上にn−GaAsバッファ層132、n−InGaPバ
ッファ層133、n−InGaAlPクラッド層13
4、InGaP活性層135、p−InGaAlPクラ
ッド層136、n−GaAs電流阻止層137が積層さ
れ、このn−GaAs電流阻止層137にp−InGa
AlPクラッド層136まで達するストライプ状の開口
部を形成した後、さらにp−GaAsキャップ層138
が形成されている。
上にn−GaAsバッファ層132、n−InGaPバ
ッファ層133、n−InGaAlPクラッド層13
4、InGaP活性層135、p−InGaAlPクラ
ッド層136、n−GaAs電流阻止層137が積層さ
れ、このn−GaAs電流阻止層137にp−InGa
AlPクラッド層136まで達するストライプ状の開口
部を形成した後、さらにp−GaAsキャップ層138
が形成されている。
【0033】そして、このp−GaAsキャップ層13
8の上面にはp側電極139が、また上記n−GaAs
基板131の下面にはn側電極140がそれぞれ形成さ
れた構成とされている。
8の上面にはp側電極139が、また上記n−GaAs
基板131の下面にはn側電極140がそれぞれ形成さ
れた構成とされている。
【0034】すなわち、この半導体レーザ素子は、前記
SBR構造におけるp−InGaAlPクラッド層の厚
さを一様に構成したものに相当し、SBR構造に比べる
と非点隔差が大きいなど、光学的特性に劣るが、製造が
比較的容易であるため、この構造の半導体レーザ素子も
多く作られている。
SBR構造におけるp−InGaAlPクラッド層の厚
さを一様に構成したものに相当し、SBR構造に比べる
と非点隔差が大きいなど、光学的特性に劣るが、製造が
比較的容易であるため、この構造の半導体レーザ素子も
多く作られている。
【0035】この構造の場合、n−GaAs電流阻止層
137は光吸収の役割をおわされていないが、それで
も、通常用いられている構造設計においてはレーザ光の
若干の吸収を無視し得ないため、電流阻止層にはn導電
型の半導体結晶材料が用いられている。
137は光吸収の役割をおわされていないが、それで
も、通常用いられている構造設計においてはレーザ光の
若干の吸収を無視し得ないため、電流阻止層にはn導電
型の半導体結晶材料が用いられている。
【0036】このように、従来の内部ストライプ構造の
半導体レーザ素子においては、事実上、電流阻止層がn
導電型に限定される。このことは、半導体レーザ素子を
駆動する電源の極性に制約を加えることになる。
半導体レーザ素子においては、事実上、電流阻止層がn
導電型に限定される。このことは、半導体レーザ素子を
駆動する電源の極性に制約を加えることになる。
【0037】すなわち、半導体レーザ素子は、通常、活
性層で発生する熱を効率良く取り去るために基板の反対
側がヒートシンクに接着される。一般に、ヒートシンク
は素子外囲器と同電位で、かつ共通端子に接続されるの
が普通である。このため、最初に示した近赤外半導体レ
ーザ素子では正電源が専ら用いられ、次に示した赤色可
視半導体レーザ素子では負電源が専ら用いられることに
なる。このような電源の極性への制約は、実用上、不具
合となる場合がある。また、電流阻止層にn導電型を用
いた場合でも、その層を経ての無効電流を無視できない
場合があった。
性層で発生する熱を効率良く取り去るために基板の反対
側がヒートシンクに接着される。一般に、ヒートシンク
は素子外囲器と同電位で、かつ共通端子に接続されるの
が普通である。このため、最初に示した近赤外半導体レ
ーザ素子では正電源が専ら用いられ、次に示した赤色可
視半導体レーザ素子では負電源が専ら用いられることに
なる。このような電源の極性への制約は、実用上、不具
合となる場合がある。また、電流阻止層にn導電型を用
いた場合でも、その層を経ての無効電流を無視できない
場合があった。
【0038】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、電流阻止層がn導電型に限定されていたた
め、電源の極性に制約を受けるという欠点があった。ま
た、電流阻止層にn導電型を用いた場合でも、無効電流
を無視できないという問題があった。そこで、この発明
は、電源の極性への制約を回避でき、しかも無効電流を
十分に小さくすることが可能な半導体レーザ装置を提供
することを目的としている。
においては、電流阻止層がn導電型に限定されていたた
め、電源の極性に制約を受けるという欠点があった。ま
た、電流阻止層にn導電型を用いた場合でも、無効電流
を無視できないという問題があった。そこで、この発明
は、電源の極性への制約を回避でき、しかも無効電流を
十分に小さくすることが可能な半導体レーザ装置を提供
することを目的としている。
【0039】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体レーザ装置にあっては、第1導
電型の半導体結晶で形成される第1電極層と、この第1
電極層の上に、バンドギャップがEgc1で、屈折率がn
c1の第1導電型の半導体結晶で形成される第1クラッド
層と、この第1クラッド層の上に、バンドギャップがE
ga で、屈折率がna であって、Egc1>Ega かつn
c1<na の第1または第2導電型の直接遷移型半導体結
晶で形成される活性層と、この活性層の上に、バンドギ
ャップがEgc2で、屈折率がnc2であって、Egc2>E
ga かつnc2<na の第2導電型の半導体結晶で形成さ
れる第2クラッド層と、この第2クラッド層の上に、バ
ンドギャッブがEgcbで、屈折率がncbであって、Eg
cb≦Ega かつncb>nc2の第1導電型の半導体結晶で
形成される、ストライプ状の電流注入用開口部を有する
電流阻止層と、この電流阻止層と前記第2クラッド層と
の間に、バンドギャップがEgocb で、屈折率がnocb
であって、Egocb ≧Ega の第1導電型の半導体結晶
で形成される光電流阻止層と、前記電流阻止層、および
この電流阻止層の前記電流注入用開口部に露出する前記
第2クラッド層の上に第2導電型の半導体結晶で形成さ
れる第2電極層と、この第2電極層の上に金属で形成さ
れる第1電極と、前記第1電極層の下に金属で形成され
る第2電極とから構成されている。
めに、この発明の半導体レーザ装置にあっては、第1導
電型の半導体結晶で形成される第1電極層と、この第1
電極層の上に、バンドギャップがEgc1で、屈折率がn
c1の第1導電型の半導体結晶で形成される第1クラッド
層と、この第1クラッド層の上に、バンドギャップがE
ga で、屈折率がna であって、Egc1>Ega かつn
c1<na の第1または第2導電型の直接遷移型半導体結
晶で形成される活性層と、この活性層の上に、バンドギ
ャップがEgc2で、屈折率がnc2であって、Egc2>E
ga かつnc2<na の第2導電型の半導体結晶で形成さ
れる第2クラッド層と、この第2クラッド層の上に、バ
ンドギャッブがEgcbで、屈折率がncbであって、Eg
cb≦Ega かつncb>nc2の第1導電型の半導体結晶で
形成される、ストライプ状の電流注入用開口部を有する
電流阻止層と、この電流阻止層と前記第2クラッド層と
の間に、バンドギャップがEgocb で、屈折率がnocb
であって、Egocb ≧Ega の第1導電型の半導体結晶
で形成される光電流阻止層と、前記電流阻止層、および
この電流阻止層の前記電流注入用開口部に露出する前記
第2クラッド層の上に第2導電型の半導体結晶で形成さ
れる第2電極層と、この第2電極層の上に金属で形成さ
れる第1電極と、前記第1電極層の下に金属で形成され
る第2電極とから構成されている。
【0040】
【作用】この発明は、上記した手段により、内部ストラ
イプ構造に用いられている電流阻止層の導電型にかかわ
らず、その層への光誘起電流の流入を阻止できるように
なるため、電流阻止層の厚さ、導電型、およびキャリア
濃度を任意に設定することが可能となるものである。
イプ構造に用いられている電流阻止層の導電型にかかわ
らず、その層への光誘起電流の流入を阻止できるように
なるため、電流阻止層の厚さ、導電型、およびキャリア
濃度を任意に設定することが可能となるものである。
【0041】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して説明する。図1は、本発明の第1の実施例にかかる
半導体レーザ素子の概略構成を示すものである。
して説明する。図1は、本発明の第1の実施例にかかる
半導体レーザ素子の概略構成を示すものである。
【0042】すなわち、この半導体レーザ素子は、いわ
ゆるSBR構造で、たとえば第1電極層としてのp−G
aAs(ガリュウム・ヒ素)基板11上にp−GaAs
バッファ層12、通電容易層としてのp−InGaP
(インジュウム・ガリュウム・リン)バッファ層13、
第1クラッド層としてのp−InGaAlP(インジュ
ウム・ガリュウム・アルミニュウム・リン)クラッド層
14、InGaP活性層15、およびn−InGaAl
Pクラッド層(第2クラッド層)16が順に形成されて
いる。
ゆるSBR構造で、たとえば第1電極層としてのp−G
aAs(ガリュウム・ヒ素)基板11上にp−GaAs
バッファ層12、通電容易層としてのp−InGaP
(インジュウム・ガリュウム・リン)バッファ層13、
第1クラッド層としてのp−InGaAlP(インジュ
ウム・ガリュウム・アルミニュウム・リン)クラッド層
14、InGaP活性層15、およびn−InGaAl
Pクラッド層(第2クラッド層)16が順に形成されて
いる。
【0043】このn−InGaAlPクラッド層16
は、単層からなり、ストライプ状に加工されてストライ
プ状リブが設けられたリッジ16aを有している。この
n−InGaAlPクラッド層16の上には、n−Ga
Asコンタクト層17が形成されるとともに、このn−
GaAsコンタクト層17の上面に対応してストライプ
状の電流注入用開口部が設けられたp−GaAs電流阻
止層18が形成されている。
は、単層からなり、ストライプ状に加工されてストライ
プ状リブが設けられたリッジ16aを有している。この
n−InGaAlPクラッド層16の上には、n−Ga
Asコンタクト層17が形成されるとともに、このn−
GaAsコンタクト層17の上面に対応してストライプ
状の電流注入用開口部が設けられたp−GaAs電流阻
止層18が形成されている。
【0044】また、このp−GaAs電流阻止層18と
上記n−InGaAlPクラッド層16との間には、p
−InGaAlPからなる光電流阻止層19が設けられ
ている。
上記n−InGaAlPクラッド層16との間には、p
−InGaAlPからなる光電流阻止層19が設けられ
ている。
【0045】さらに、上記n−GaAsコンタクト層1
7およびp−GaAs電流阻止層18の上部には、n−
GaAsキャップ層(第2電極層)20が形成されてい
る。そして、このn−GaAsキャップ層20の上面に
はp側電極(第1電極)21が、また上記p−GaAs
基板11の下面にはn側電極(第2電極)22がそれぞ
れ形成された構成とされている。
7およびp−GaAs電流阻止層18の上部には、n−
GaAsキャップ層(第2電極層)20が形成されてい
る。そして、このn−GaAsキャップ層20の上面に
はp側電極(第1電極)21が、また上記p−GaAs
基板11の下面にはn側電極(第2電極)22がそれぞ
れ形成された構成とされている。
【0046】p−InGaAlPクラッド層14は、た
とえばp導電型(第1導電型)の半導体結晶である(G
a0.3 Al0.7 )0.5 In0.5 P(バンドギャップをE
gc1、屈折率をnc1とする)からなり、その厚さが約1
μmとされている。
とえばp導電型(第1導電型)の半導体結晶である(G
a0.3 Al0.7 )0.5 In0.5 P(バンドギャップをE
gc1、屈折率をnc1とする)からなり、その厚さが約1
μmとされている。
【0047】InGaP活性層15は、たとえばp導電
型またはn導電型(第2導電型)の直接遷移型半導体結
晶であるGaInP(バンドギャップをEga 、屈折率
をna とし、Egc1>Ega かつnc1<na とする)か
らなり、その厚さが約0.05μmとされている。
型またはn導電型(第2導電型)の直接遷移型半導体結
晶であるGaInP(バンドギャップをEga 、屈折率
をna とし、Egc1>Ega かつnc1<na とする)か
らなり、その厚さが約0.05μmとされている。
【0048】n−InGaAlPクラッド層16は、た
とえばn導電型の半導体結晶である(Ga0.3 Al
0.7 )0.5 In0.5 P(バンドギャップをEgc2、屈折
率をnc2とし、Egc2>Ega かつnc2<na とする)
からなり、リッジ16aの厚さが約1μm、リッジ16
a以外の厚さが約0.2μmとされている。
とえばn導電型の半導体結晶である(Ga0.3 Al
0.7 )0.5 In0.5 P(バンドギャップをEgc2、屈折
率をnc2とし、Egc2>Ega かつnc2<na とする)
からなり、リッジ16aの厚さが約1μm、リッジ16
a以外の厚さが約0.2μmとされている。
【0049】また、リッジ16aの最大幅(底部)は約
6μmとされている。p−GaAs電流阻止層18は、
たとえばp導電型の半導体結晶であるGaAs(バンド
ギャップをEgcb、屈折率をncbとし、Egcb≦Ega
かつncb>nc2とする)からなり、正孔濃度pが約5×
1018cm-3で、その厚さdCBが約1μmとされてい
る。
6μmとされている。p−GaAs電流阻止層18は、
たとえばp導電型の半導体結晶であるGaAs(バンド
ギャップをEgcb、屈折率をncbとし、Egcb≦Ega
かつncb>nc2とする)からなり、正孔濃度pが約5×
1018cm-3で、その厚さdCBが約1μmとされてい
る。
【0050】また、このp−GaAs電流阻止層18に
おける小数キャリア(電子)の拡散長Ln は約3μm
(図7参照)であり、その厚さdCB(約1μm)よりも
大きく設定されている。
おける小数キャリア(電子)の拡散長Ln は約3μm
(図7参照)であり、その厚さdCB(約1μm)よりも
大きく設定されている。
【0051】p−InGaAlP光電流阻止層19は、
たとえば上記p−GaAs電流阻止層18よりもバンド
ギャップの大きい、p導電型の半導体結晶である(Ga
0.3Al0.7 )0.5 In0.5 P(バンドギャップをEg
ocb 、屈折率をnocb とし、Egocb ≧Ega とする)
からなり、その厚さが約0.1μmとされている。
たとえば上記p−GaAs電流阻止層18よりもバンド
ギャップの大きい、p導電型の半導体結晶である(Ga
0.3Al0.7 )0.5 In0.5 P(バンドギャップをEg
ocb 、屈折率をnocb とし、Egocb ≧Ega とする)
からなり、その厚さが約0.1μmとされている。
【0052】このp−InGaAlP光電流阻止層19
は、たとえば約1μmの厚さを有するp−GaAs電流
阻止層18からのドーパントの固相拡散により、n−I
nGaAlPからなるクラッド層16の一部の導電型を
反転させることによって作られている。
は、たとえば約1μmの厚さを有するp−GaAs電流
阻止層18からのドーパントの固相拡散により、n−I
nGaAlPからなるクラッド層16の一部の導電型を
反転させることによって作られている。
【0053】具体的には、ドーパントに亜鉛(Zn)を
用い、結晶成長技術として有機金属気相成長法(MOC
VD)を用い、この結晶成長中に前記の固相拡散を行わ
しめた。
用い、結晶成長技術として有機金属気相成長法(MOC
VD)を用い、この結晶成長中に前記の固相拡散を行わ
しめた。
【0054】なお、p−InGaAlP光電流阻止層1
9の形成は、本実施例のような固相拡散によらず、結晶
成長によって行うこともできる。そして、前記p−Ga
As電流阻止層18のストライプ状の電流注入用開口部
の、その長軸に直交する一対の反射面を有し、厚さが約
100μm、幅が約300μm、長さ(共振器長)が約
300μmのほぼ直方体の外形を有して、半導体レーザ
素子は構成される。
9の形成は、本実施例のような固相拡散によらず、結晶
成長によって行うこともできる。そして、前記p−Ga
As電流阻止層18のストライプ状の電流注入用開口部
の、その長軸に直交する一対の反射面を有し、厚さが約
100μm、幅が約300μm、長さ(共振器長)が約
300μmのほぼ直方体の外形を有して、半導体レーザ
素子は構成される。
【0055】しかして、このような構造、つまり図8に
示した従来のSBR構造の半導体レーザ素子の導電型を
すべて反転させ、またエッチング・ストップ層として作
用するクラッド層を省略してリッジ16aの設けられて
いるn−InGaAlPクラッド層16を単層とし、さ
らに厚さが約0.1μmのp−InGaAlPからなる
光電流阻止層19を挿入した構成の半導体レーザ素子に
おいては、最高約100℃でも連続動作し、従来の素子
とほぼ同程度の性能(つまり、室温において、波長67
0nm、縦および横モード単一、5mWでの駆動電流は
約45mAであった)が得られた。
示した従来のSBR構造の半導体レーザ素子の導電型を
すべて反転させ、またエッチング・ストップ層として作
用するクラッド層を省略してリッジ16aの設けられて
いるn−InGaAlPクラッド層16を単層とし、さ
らに厚さが約0.1μmのp−InGaAlPからなる
光電流阻止層19を挿入した構成の半導体レーザ素子に
おいては、最高約100℃でも連続動作し、従来の素子
とほぼ同程度の性能(つまり、室温において、波長67
0nm、縦および横モード単一、5mWでの駆動電流は
約45mAであった)が得られた。
【0056】次に、上記した性能を達成し得る本実施例
の動作原理について説明する。図2は、前記のn−In
GaAlPクラッド層16からn−GaAsキャップ層
20に至る4層のエネルギーバンド構造を示すものであ
る。
の動作原理について説明する。図2は、前記のn−In
GaAlPクラッド層16からn−GaAsキャップ層
20に至る4層のエネルギーバンド構造を示すものであ
る。
【0057】ここでは、中央の二つのp導電型層P(p
−InGaAlP光電流阻止層19),p(p−GaA
s電流阻止層18)の異種接合面に現われる伝導帯にお
ける壁の高さΔcEQに着目する。すなわち、同図(a)
に示す平衡状態においては、この壁の高さΔcEQは下記
に示す数1により表わされる。
−InGaAlP光電流阻止層19),p(p−GaA
s電流阻止層18)の異種接合面に現われる伝導帯にお
ける壁の高さΔcEQに着目する。すなわち、同図(a)
に示す平衡状態においては、この壁の高さΔcEQは下記
に示す数1により表わされる。
【0058】
【数1】
【0059】ここで、VBPはp−InGaAlP光電流
阻止層19側の空間電荷(負に帯電したアクセプタ)に
よって作られる作り付けの電位差、VBpはp−GaAs
電流阻止層18側の空間電荷(価電子帯の窪みに捕まっ
た正孔)によって作られる作りつけの電位差、ΔEcは
二つの結晶間での伝導帯の不連続量、ΔEvは同じく価
電子帯の不連続量で、本実施例の場合、ΔEvは約0.
50eV、ΔEcは約0.38eVである。
阻止層19側の空間電荷(負に帯電したアクセプタ)に
よって作られる作り付けの電位差、VBpはp−GaAs
電流阻止層18側の空間電荷(価電子帯の窪みに捕まっ
た正孔)によって作られる作りつけの電位差、ΔEcは
二つの結晶間での伝導帯の不連続量、ΔEvは同じく価
電子帯の不連続量で、本実施例の場合、ΔEvは約0.
50eV、ΔEcは約0.38eVである。
【0060】また、同図(b)に示す素子の動作状態に
おいては、図の左右の両端に外部印加電圧EAP(約0.
5V)が加えられる。この電圧の印加により、n−Ga
Asキャップ層20とp−GaAs電流阻止層18との
間、およびp−GaAs電流阻止層18とp−InGa
AlP光電流阻止層19との間が順バイアスされる。逆
に、p−InGaAlP光電流阻止層19とn−InG
aAlPクラッド層16との間は、逆バイアスされる。
おいては、図の左右の両端に外部印加電圧EAP(約0.
5V)が加えられる。この電圧の印加により、n−Ga
Asキャップ層20とp−GaAs電流阻止層18との
間、およびp−GaAs電流阻止層18とp−InGa
AlP光電流阻止層19との間が順バイアスされる。逆
に、p−InGaAlP光電流阻止層19とn−InG
aAlPクラッド層16との間は、逆バイアスされる。
【0061】外部印加電圧EAPは、逆バイアスの接合に
対して主に分配されるため、p−GaAs電流阻止層1
8とp−InGaAlP光電流阻止層19とのp−P異
種接合への分配は多くなく、このときの壁の高さΔcAP
は下記に示す数2により表わされる。
対して主に分配されるため、p−GaAs電流阻止層1
8とp−InGaAlP光電流阻止層19とのp−P異
種接合への分配は多くなく、このときの壁の高さΔcAP
は下記に示す数2により表わされる。
【0062】
【数2】
【0063】この値は、電子の室温における平均運動エ
ネルギーETH=3kT(約0.078eV)に比べて遥
かに大きいため、p−GaAs電流阻止層18に光励起
された電子がn−InGaAlPクラッド層16に排出
されるのを阻止することができる。
ネルギーETH=3kT(約0.078eV)に比べて遥
かに大きいため、p−GaAs電流阻止層18に光励起
された電子がn−InGaAlPクラッド層16に排出
されるのを阻止することができる。
【0064】この結果、同図(c)に示すように、p−
GaAs電流阻止層18が負に帯電されることにより、
問題となる無効電流を阻止できるものである。すなわ
ち、p−GaAs電流阻止層18とn−InGaAlP
クラッド層16との間に、p−GaAs電流阻止層18
と同じ導電型で、しかもこのp−GaAs電流阻止層1
8よりも大きなバンドギャップをもつ結晶材料からなる
p−InGaAlP光電流阻止層19を挿入すること
で、p−InGaAlP光電流阻止層19とp−GaA
s電流阻止層18との異種接合面において生じる小数キ
ャリアのバンド不連続により光誘起電流IOPT を阻止す
ることが可能となる。
GaAs電流阻止層18が負に帯電されることにより、
問題となる無効電流を阻止できるものである。すなわ
ち、p−GaAs電流阻止層18とn−InGaAlP
クラッド層16との間に、p−GaAs電流阻止層18
と同じ導電型で、しかもこのp−GaAs電流阻止層1
8よりも大きなバンドギャップをもつ結晶材料からなる
p−InGaAlP光電流阻止層19を挿入すること
で、p−InGaAlP光電流阻止層19とp−GaA
s電流阻止層18との異種接合面において生じる小数キ
ャリアのバンド不連続により光誘起電流IOPT を阻止す
ることが可能となる。
【0065】したがって、小数キャリアの拡散長Ln
(約3μm)よりも薄い、約1μm厚のp−GaAs電
流阻止層18であっても、無効電流を十分に小さくする
ことができるものである。
(約3μm)よりも薄い、約1μm厚のp−GaAs電
流阻止層18であっても、無効電流を十分に小さくする
ことができるものである。
【0066】このように、本来ならば無効電流が大き
く、室温での連続動作もおぼつかないような構成におい
ても、前述した通り、優れた特性を発揮できる。なお、
上記実施例では省略した、エッチング・ストップ層とし
て機能するクラッド層を設けた場合にも、ほぼ同様な効
果を得ることができる。
く、室温での連続動作もおぼつかないような構成におい
ても、前述した通り、優れた特性を発揮できる。なお、
上記実施例では省略した、エッチング・ストップ層とし
て機能するクラッド層を設けた場合にも、ほぼ同様な効
果を得ることができる。
【0067】この場合、p−GaAsからなる電流阻止
層とp−(Gax Al1-x )0.5 In0.5 P(x=0〜
0.05)からなる光電流阻止層との間にp−P異種接
合が形成されるため、価電子帯の不連続量ΔEvは本実
施例の場合よりも約0.2eVほど小さい0.30eV
となり、したがって伝導帯における壁の高さΔcEQも約
0.2eVほど小さくなると推定されるが、得られる素
子の特性としては大差はない。
層とp−(Gax Al1-x )0.5 In0.5 P(x=0〜
0.05)からなる光電流阻止層との間にp−P異種接
合が形成されるため、価電子帯の不連続量ΔEvは本実
施例の場合よりも約0.2eVほど小さい0.30eV
となり、したがって伝導帯における壁の高さΔcEQも約
0.2eVほど小さくなると推定されるが、得られる素
子の特性としては大差はない。
【0068】また、本実施例の場合、異種接合面におけ
るバンド不連続を実現するためには、その界面において
結晶組成が急峻に切り替わることが要求されることから
MOCVD法により結晶成長を行わしめるようにした
が、たとえば分子線蒸着法(MBE)を用いることも可
能である。
るバンド不連続を実現するためには、その界面において
結晶組成が急峻に切り替わることが要求されることから
MOCVD法により結晶成長を行わしめるようにした
が、たとえば分子線蒸着法(MBE)を用いることも可
能である。
【0069】次に、この発明の第2の実施例について説
明する。図3は、利得導波型に分類される内部ストライ
プ構造の半導体レーザ素子の概略構成を示すものであ
る。
明する。図3は、利得導波型に分類される内部ストライ
プ構造の半導体レーザ素子の概略構成を示すものであ
る。
【0070】これは、たとえばp−GaAs基板(第1
電極層)31上にp−GaAsバッファ層32、p−I
nGaPバッファ層(通電容易層)33、p−InGa
AlPクラッド層(第1クラッド層)34、InGaP
活性層35、n−InGaAlPクラッド層(第2クラ
ッド層)36、およびp−GaAs電流阻止層37が順
に形成されている。
電極層)31上にp−GaAsバッファ層32、p−I
nGaPバッファ層(通電容易層)33、p−InGa
AlPクラッド層(第1クラッド層)34、InGaP
活性層35、n−InGaAlPクラッド層(第2クラ
ッド層)36、およびp−GaAs電流阻止層37が順
に形成されている。
【0071】このp−GaAs電流阻止層37は、上記
n−InGaAlPクラッド層36にまで達するストラ
イプ状の開口部を有している。このp−GaAs電流阻
止層37と上記n−InGaAlPクラッド層36との
間には、厚さが約0.1μmのp−InGaAlPから
なる光電流阻止層38が設けられている。
n−InGaAlPクラッド層36にまで達するストラ
イプ状の開口部を有している。このp−GaAs電流阻
止層37と上記n−InGaAlPクラッド層36との
間には、厚さが約0.1μmのp−InGaAlPから
なる光電流阻止層38が設けられている。
【0072】また、上記p−GaAs電流阻止層37の
上部、およびこのp−GaAs電流阻止層37の開口部
より露出する上記n−InGaAlPクラッド層36の
上部には、n−GaAsキャップ層(第2電極層)39
が形成されている。
上部、およびこのp−GaAs電流阻止層37の開口部
より露出する上記n−InGaAlPクラッド層36の
上部には、n−GaAsキャップ層(第2電極層)39
が形成されている。
【0073】そして、このn−GaAsキャップ層39
の上面にはp側電極(第1電極)40が、また上記p−
GaAs基板31の下面にはn側電極(第2電極)41
がそれぞれ形成された構成とされている。
の上面にはp側電極(第1電極)40が、また上記p−
GaAs基板31の下面にはn側電極(第2電極)41
がそれぞれ形成された構成とされている。
【0074】p−InGaAlP光電流阻止層38は、
たとえば上述した第1の実施例と同様に、MOCVDに
よる結晶成長中の固相拡散またはMBEによる結晶成長
により、上記p−GaAs電流阻止層37よりもバンド
ギャップの大きい組成をもって形成されている。
たとえば上述した第1の実施例と同様に、MOCVDに
よる結晶成長中の固相拡散またはMBEによる結晶成長
により、上記p−GaAs電流阻止層37よりもバンド
ギャップの大きい組成をもって形成されている。
【0075】しかして、このような構造、つまり図9に
示した従来の利得導波型に分類される内部ストライプ構
造の半導体レーザ素子の導電型をすべて反転させ、また
厚さが約0.1μmのp−InGaAlPからなる光電
流阻止層38を挿入した構成の半導体レーザ素子におい
ては、従来の素子とほぼ同程度の性能が得られた。
示した従来の利得導波型に分類される内部ストライプ構
造の半導体レーザ素子の導電型をすべて反転させ、また
厚さが約0.1μmのp−InGaAlPからなる光電
流阻止層38を挿入した構成の半導体レーザ素子におい
ては、従来の素子とほぼ同程度の性能が得られた。
【0076】次に、この発明の第3の実施例について説
明する。図4は、内部ストライプ構造の近赤外半導体レ
ーザ素子の概略構成を示すものである。
明する。図4は、内部ストライプ構造の近赤外半導体レ
ーザ素子の概略構成を示すものである。
【0077】これは、n−GaAs基板(第2電極層)
51上にp−GaAsからなる電流阻止層52を形成し
た後、ストライプ状の開口部であるストライプ溝53を
形成し、この上にn−GaAlAs(ガリュウム・アル
ミニュウム・ヒ素)からなるクラッド層(第2クラッド
層)54、p−GaAlAsからなる活性層55、p−
GaAlAsからなるクラッド層(第1クラッド層)5
6、およびp−GaAsからなるキャップ層(第1電極
層)57を順に積層したものである。
51上にp−GaAsからなる電流阻止層52を形成し
た後、ストライプ状の開口部であるストライプ溝53を
形成し、この上にn−GaAlAs(ガリュウム・アル
ミニュウム・ヒ素)からなるクラッド層(第2クラッド
層)54、p−GaAlAsからなる活性層55、p−
GaAlAsからなるクラッド層(第1クラッド層)5
6、およびp−GaAsからなるキャップ層(第1電極
層)57を順に積層したものである。
【0078】また、上記p−GaAs電流阻止層52と
n−GaAlAsクラッド層54との間には、たとえば
上述した第1,第2の実施例と同様に、MOCVDによ
る結晶成長中の固相拡散またはMBEによる結晶成長に
より、上記p−GaAs電流阻止層52よりもバンドギ
ャップの大きい組成をもって、厚さが約0.1μmのp
−InGaAlPからなる光電流阻止層58が形成され
ている。
n−GaAlAsクラッド層54との間には、たとえば
上述した第1,第2の実施例と同様に、MOCVDによ
る結晶成長中の固相拡散またはMBEによる結晶成長に
より、上記p−GaAs電流阻止層52よりもバンドギ
ャップの大きい組成をもって、厚さが約0.1μmのp
−InGaAlPからなる光電流阻止層58が形成され
ている。
【0079】そして、上記p−GaAsキャップ層57
の上面にはn側電極(第2電極)59が、また上記n−
GaAs基板51の下面にはp側電極(第1電極)60
がそれぞれ形成された構成とされている。
の上面にはn側電極(第2電極)59が、また上記n−
GaAs基板51の下面にはp側電極(第1電極)60
がそれぞれ形成された構成とされている。
【0080】しかして、このような構造、つまり図5に
示した従来の内部ストライプ構造の近赤外半導体レーザ
素子の導電型をすべて反転させ、また厚さが約0.1μ
mのp−InGaAlPからなる光電流阻止層58を挿
入した構成の半導体レーザ素子においては、従来の素子
とほぼ同程度の性能が得られた。
示した従来の内部ストライプ構造の近赤外半導体レーザ
素子の導電型をすべて反転させ、また厚さが約0.1μ
mのp−InGaAlPからなる光電流阻止層58を挿
入した構成の半導体レーザ素子においては、従来の素子
とほぼ同程度の性能が得られた。
【0081】上記したように、内部ストライプ構造に用
いられている電流阻止層の導電型にかかわらず、その層
への光誘起電流の流入を阻止できるようにしている。す
なわち、電流阻止層とクラッド層との間に、電流阻止層
と同じ導電型で、しかもこの電流阻止層よりも大きなバ
ンドギャップをもつ結晶材料からなる光電流阻止層を挿
入するようにしている。
いられている電流阻止層の導電型にかかわらず、その層
への光誘起電流の流入を阻止できるようにしている。す
なわち、電流阻止層とクラッド層との間に、電流阻止層
と同じ導電型で、しかもこの電流阻止層よりも大きなバ
ンドギャップをもつ結晶材料からなる光電流阻止層を挿
入するようにしている。
【0082】これにより、光電流阻止層と電流阻止層と
の異種接合面において生じる小数キャリアのバンド不連
続により光誘起電流を阻止できるようになるため、小数
キャリアの拡散長よりも薄い電流阻止層であっても、無
効電流を十分に小さくすることが可能となる。
の異種接合面において生じる小数キャリアのバンド不連
続により光誘起電流を阻止できるようになるため、小数
キャリアの拡散長よりも薄い電流阻止層であっても、無
効電流を十分に小さくすることが可能となる。
【0083】したがって、電流阻止層の厚さ、導電型、
およびキャリア濃度を任意に設定でき、特に、半導体レ
ーザ素子を製作する上で妥当な厚さである約1μm以下
の電流阻止層を用いる内部ストライプ構造においては、
電流阻止層にp導電型を用いることが可能となり、電源
の極性への制約を容易に回避できるものである。
およびキャリア濃度を任意に設定でき、特に、半導体レ
ーザ素子を製作する上で妥当な厚さである約1μm以下
の電流阻止層を用いる内部ストライプ構造においては、
電流阻止層にp導電型を用いることが可能となり、電源
の極性への制約を容易に回避できるものである。
【0084】なお、上記実施例においては、いずれも電
流阻止層の結晶材料にGaAsを用いた場合について説
明したが、これに限らず、たとえばレーザ光を吸収し、
かつ隣接するクラッド層よりも屈折率の小さい材料であ
ればGaAsに限定されるものではない。
流阻止層の結晶材料にGaAsを用いた場合について説
明したが、これに限らず、たとえばレーザ光を吸収し、
かつ隣接するクラッド層よりも屈折率の小さい材料であ
ればGaAsに限定されるものではない。
【0085】また、二重異種接合構造(Double
Hetero−structure)の材料としてAl
GaAsまたはInGaAlPを用いた半導体レーザ素
子に限らず、たとえば他のIII-V族結晶あるいは現在開
発が進められているZnSe(ジンクセレン)などのII
-VI 族結晶を用いた青色半導体レーザ素子にも適用でき
る。その他、この発明の要旨を変えない範囲において、
種々変形実施可能なことは勿論である。
Hetero−structure)の材料としてAl
GaAsまたはInGaAlPを用いた半導体レーザ素
子に限らず、たとえば他のIII-V族結晶あるいは現在開
発が進められているZnSe(ジンクセレン)などのII
-VI 族結晶を用いた青色半導体レーザ素子にも適用でき
る。その他、この発明の要旨を変えない範囲において、
種々変形実施可能なことは勿論である。
【0086】
【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、電源の極性への制約を回避でき、しかも無効電流を
十分に小さくすることが可能な半導体レーザ装置を提供
できる。
ば、電源の極性への制約を回避でき、しかも無効電流を
十分に小さくすることが可能な半導体レーザ装置を提供
できる。
【図1】この発明の第1の実施例にかかる半導体レーザ
素子の構造を概略的に示す断面図。
素子の構造を概略的に示す断面図。
【図2】同じく、リッジ外部におけるエネルギーバンド
構造を説明するために示す図。
構造を説明するために示す図。
【図3】この発明の第2の実施例にかかる半導体レーザ
素子の構造を概略的に示す断面図。
素子の構造を概略的に示す断面図。
【図4】この発明の第3の実施例にかかる半導体レーザ
素子の構造を概略的に示す断面図。
素子の構造を概略的に示す断面図。
【図5】従来技術とその問題点を説明するために示す半
導体レーザ素子の断面図。
導体レーザ素子の断面図。
【図6】同じく、電流阻止層を横切る位置でのエネルギ
ーバンド構造を説明するために示す図。
ーバンド構造を説明するために示す図。
【図7】同じく、電流阻止層における電子の拡散長およ
び正孔の拡散長に対するキャリア濃度の依存特性につい
て説明するために示す図。
び正孔の拡散長に対するキャリア濃度の依存特性につい
て説明するために示す図。
【図8】同じく、SBR構造の半導体レーザ素子の概略
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図9】同じく、利得導波型内部ストライプ構造の半導
体レーザ素子の概略構成を示す断面図。
体レーザ素子の概略構成を示す断面図。
11,31…p−GaAs基板(第1電極層)、14,
34…p−InGaAlPクラッド層(第1クラッド
層)、15,35…InGaP活性層、16,36…n
−InGaAlPクラッド層(第2クラッド層)、1
8,37,52…p−GaAs電流阻止層、19,3
8,58…p−InGaAlP光電流阻止層、20,3
9…n−GaAsキャップ層(第2電極層)、21,4
0,60…p側電極(第1電極)、22,41,59…
n側電極(第2電極)、51…n−GaAs基板(第2
電極層)、54…n−GaAlAsクラッド層(第2ク
ラッド層)、55…p−GaAlAs活性層、56…p
−GaAlAsクラッド層(第1クラッド層)、57…
p−GaAsキャップ層(第1電極層)。
34…p−InGaAlPクラッド層(第1クラッド
層)、15,35…InGaP活性層、16,36…n
−InGaAlPクラッド層(第2クラッド層)、1
8,37,52…p−GaAs電流阻止層、19,3
8,58…p−InGaAlP光電流阻止層、20,3
9…n−GaAsキャップ層(第2電極層)、21,4
0,60…p側電極(第1電極)、22,41,59…
n側電極(第2電極)、51…n−GaAs基板(第2
電極層)、54…n−GaAlAsクラッド層(第2ク
ラッド層)、55…p−GaAlAs活性層、56…p
−GaAlAsクラッド層(第1クラッド層)、57…
p−GaAsキャップ層(第1電極層)。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−149887(JP,A) 特開 昭62−62577(JP,A) 特開 昭62−200785(JP,A) 特開 平5−145171(JP,A) 特開 平3−62584(JP,A) 特開 平2−260486(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18
Claims (6)
- 【請求項1】 p導電型の半導体結晶で形成される第1
電極層と、 この第1電極層の上に、バンドギャップがEgc1で、屈
折率がnc1のp導電型の半導体結晶で形成される第1ク
ラッド層と、 この第1クラッド層の上に、バンドギャップがEga
で、屈折率がna であって、Egc1>Ega かつnc1<
na のp導電型またはn導電型の直接遷移型半導体結晶
で形成される活性層と、 この活性層の上に、バンドギャップがEgc2で、屈折率
がnc2であって、Egc2>Ega かつnc2<na のn導
電型の半導体結晶で形成される、ストライプ状の凸部が
設けられた、屈折率導波型の内部ストライプ構造を構成
する第2クラッド層と、この第2クラッド層の上に、前記凸部に対応して設けら
れた、n導電型の半導体結晶で形成されるコンタクト層
と、 このコンタクト層を除く、前記 第2クラッド層の上に、
前記コンタクト層に隣接して設けられた、バンドギャッ
プがEgcbで、屈折率がncbであって、Egcb≦Ega
かつncb>na のp導電型の半導体結晶で形成される電
流阻止層と、 この電流阻止層と前記第2クラッド層との間に、バンド
ギャップがEgocb で、屈折率がnocb であって、Eg
ocb ≧Ega の、前記電流阻止層と同じp導電型の半導
体結晶で形成される、前記電流阻止層への光誘起電流の
流入を阻止するための光電流阻止層と、 前記電流阻止層、および前記コンタクト層の上に隣接し
て設けられた、n導電型の半導体結晶で形成される第2
電極層と、 この第2電極層の上に金属で形成される第1電極と、 前記第1電極層の下に金属で形成される第2電極とを具
備したことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項2】 前記第1クラッド層、前記活性層、前記
第2クラッド層、および前記光電流阻止層を構成する結
晶材料がそれぞれ(Ga x Al 1-x ) 0.5 In 0.5 P
(ただし、xの値は層によって異なり、0≦x≦1)で
あり、前記電流阻止層を構成する結晶材料がAl y Ga
1-y As(0≦y≦1)であることを特 徴とする請求項
1に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項3】 p導電型の半導体結晶で形成される第1
電極層と、 この第1電極層の上に、バンドギャップがEgc1で、屈
折率がnc1のp導電型の半導体結晶で形成される第1ク
ラッド層と、 この第1クラッド層の上に、バンドギャップがEga
で、屈折率がna であって、Egc1>Ega かつnc1<
na のp導電型またはn導電型の直接遷移型半導体結晶
で形成される活性層と、 この活性層の上に、バンドギャップがEgc2で、屈折率
がnc2であって、Egc2>Ega かつnc2<na のn導
電型の半導体結晶で形成される第2クラッド層と、 この第2クラッド層の上に、バンドギャップがEg
cbで、屈折率がncbであって、Egcb≦Ega かつncb
>na のp導電型の半導体結晶で形成される、ストライ
プ状の電流注入用開口部を有する電流阻止層と、 この電流阻止層と前記第2クラッド層との間に、バンド
ギャップがEgocb で、屈折率がnocb であって、Eg
ocb ≧Ega の、前記電流阻止層と同じp導電型の半導
体結晶で形成される、前記電流阻止層への光誘起電流の
流入を阻止するための光電流阻止層と、 前記電流阻止層、およびこの電流阻止層の前記電流注入
用開口部に露出する前記第2クラッド層の上に隣接して
設けられた、n導電型の半導体結晶で形成される第2電
極層と、 この第2電極層の上に金属で形成される第1電極と、 前記第1電極層の下に金属で形成される第2電極とを具
備したことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項4】 前記第1クラッド層、前記活性層、前記
第2クラッド層、および前記光電流阻止層を構成する結
晶材料がそれぞれ(Ga x Al 1-x ) 0.5 In 0.5 P
(ただし、xの値は層によって異なり、0≦x≦1)で
あり、前記電流阻止層を構成する結晶材料がAl y Ga
1-y As(0≦y≦1)であることを特徴とする請求項
3に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項5】 前記第2クラッド層が、前記電流注入用
開口部内にストライプ状の凸部を有して構成された、屈
折率導波型の内部ストライプ構造を形成することを特徴
とする請求項3に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項6】 前記第2クラッド層がほぼ一様の厚さを
有して構成された、利得導波型の内部ストライプ構造を
形成することを特徴とする請求項3に記載の半導体レー
ザ装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5170067A JP2914847B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 半導体レーザ装置 |
EP94110528A EP0633636B1 (en) | 1993-07-09 | 1994-07-06 | Semiconductor laser device |
US08/271,727 US5408488A (en) | 1993-07-09 | 1994-07-07 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5170067A JP2914847B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0730189A JPH0730189A (ja) | 1995-01-31 |
JP2914847B2 true JP2914847B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=15898024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5170067A Expired - Fee Related JP2914847B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5408488A (ja) |
EP (1) | EP0633636B1 (ja) |
JP (1) | JP2914847B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3198016B2 (ja) * | 1994-08-25 | 2001-08-13 | シャープ株式会社 | 発光ダイオードアレイ及びその製造方法 |
JP3797748B2 (ja) | 1997-05-30 | 2006-07-19 | シャープ株式会社 | 発光ダイオードアレイ |
US6060328A (en) * | 1997-09-05 | 2000-05-09 | Advanced Micro Devices, Inc. | Methods and arrangements for determining an endpoint for an in-situ local interconnect etching process |
JP3270374B2 (ja) * | 1997-11-07 | 2002-04-02 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
US6528829B1 (en) * | 1999-03-25 | 2003-03-04 | Trw Inc. | Integrated circuit structure having a charge injection barrier |
US20050141578A1 (en) * | 2003-06-20 | 2005-06-30 | Benoit Reid | Laser diode structure with blocking layer |
JP2005136136A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法およびウエーハの製造方法 |
MXPA06013286A (es) | 2004-05-21 | 2007-07-19 | Pressco Tech Inc | Interfaz de configuracion de usuario de re-inspeccion grafica. |
FR2878185B1 (fr) * | 2004-11-22 | 2008-11-07 | Sidel Sas | Procede de fabrication de recipients comprenant une etape de chauffe au moyen d'un faisceau de rayonnement electromagnetique coherent |
US7425296B2 (en) * | 2004-12-03 | 2008-09-16 | Pressco Technology Inc. | Method and system for wavelength specific thermal irradiation and treatment |
US10857722B2 (en) * | 2004-12-03 | 2020-12-08 | Pressco Ip Llc | Method and system for laser-based, wavelength specific infrared irradiation treatment |
FR2913210B1 (fr) * | 2007-03-02 | 2009-05-29 | Sidel Participations | Perfectionnements a la chauffe des matieres plastiques par rayonnement infrarouge |
FR2917005B1 (fr) * | 2007-06-11 | 2009-08-28 | Sidel Participations | Installation de chauffage des corps de preformes pour le soufflage de recipients |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5789286A (en) * | 1980-11-25 | 1982-06-03 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
JPS57159084A (en) * | 1981-03-25 | 1982-10-01 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
JPS60115283A (ja) * | 1983-11-28 | 1985-06-21 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
JPS60137089A (ja) * | 1983-12-26 | 1985-07-20 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザ装置 |
JPS6262577A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-19 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
JP2647076B2 (ja) * | 1986-02-28 | 1997-08-27 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
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