JP2002094185A - 半導体レーザ装置およびその製造方法および半導体レーザアレイおよび表示装置およびセンサシステムおよび半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 閾電流の増大やスロープ効率の低下を抑制
し、間欠的にレーザ発振を行う高効率の半導体レーザ装
置およびその製造方法および半導体レーザアレイおよび
表示装置およびセンサシステムおよび半導体発光装置を
提供する。 【解決手段】 半導体基板１０１上に活性層１０６を含
む積層構造が形成された半導体レーザ装置において、活
性層１０６に電流を注入する経路中に、キャリア密度に
よって障壁高さまたは障壁幅が周期的に変化するキャリ
ア障壁層１０２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
およびその製造方法および半導体レーザアレイおよび表
示装置およびセンサシステムおよび半導体発光装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザをパルス発振させる
方法としては、駆動電流をパルス状に入力する方法が一
般的である。例えば特開平１０−２５６６４８号には、
レーザダイオードを駆動する駆動回路と、高周波重畳回
路とを、単一の封止体に組み込んだレーザダイオードモ
ジュールが示されている。しかしながら、この技術で
は、外部にパルス電源をもたせるので、駆動回路が複雑
になってしまう。

【０００３】外部回路を用いずにパルス発振する半導体
レーザとしては自励発振型半導体レーザがある。自励発
振型半導体レーザは、内部に過飽和吸収領域を有してい
る。過飽和吸収領域は、最初は光を吸収する吸収体とし
て働くが、光から発生した電子と正孔とがある程度蓄積
されると、それ以上は光を吸収できずに透明化する。そ
して、逆に蓄積された電子と正孔を光として放出するこ
とで初期状態に戻る。この吸収体と透明化の過程を繰り
返すことで、光強度が周期的に変動するパルセーション
動作を行なわせることができる。

【０００４】例えば特開平１１−３３０６３２号には、
積層方向に過飽和吸収層を設けた構造が示されており、
また、特開平１１−２２０２１０号には、リッジ外部の
横方向に過飽和吸収領域を有する構造が示されており、
また、特開平０９−１４８６６８号には、共振器方向に
過飽和吸収領域を設けた構造が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、過飽和
吸収によってパルセーション動作する従来の半導体レー
ザにおいては、原理的に過飽和吸収領域が活性層で発生
した光を吸収するので、閾電流の増大やスロープ効率の
低下を招く。そのため、半導体レーザの動作電流が増加
するという問題があった。

【０００６】本発明は、閾電流の増大やスロープ効率の
低下を抑制し、間欠的にレーザ発振を行う高効率の半導
体レーザ装置およびその製造方法および半導体レーザア
レイおよび表示装置およびセンサシステムおよび半導体
発光装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、半導体基板上に活性層を含
む積層構造が形成された半導体レーザ装置において、活
性層に電流を注入する経路中に、キャリア密度によって
障壁高さまたは障壁幅が周期的に変化するキャリア障壁
層が設けられていることを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体レーザ装置において、前記半導体基板には、
ＧａＡｓＰ基板が用いられ、ＧａＡｓＰ基板上にＡｌＧ
ａＩｎＡｓＰ系材料からなる可視半導体レーザが形成さ
れていることを特徴としている。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、半導体基板
上に、下部半導体多層膜反射鏡と、活性層と、上部半導
体多層膜反射鏡とが積層された垂直共振器型面発光の半
導体レーザ装置において、活性層に電流を注入する経路
中に、キャリア密度によって障壁高さまたは障壁幅が周
期的に変化するキャリア障壁層が設けられていることを
特徴としている。

【００１０】また、請求項４記載の発明は、半導体基板
上に、活性層を含む積層構造と、ｐ側電極と、ｎ側電極
とが形成されている半導体レーザ装置において、活性層
に電流を注入する経路中に、キャリア密度によって障壁
高さまたは障壁幅が周期的に変化するキャリア障壁層
と、前記キャリア障壁層に蓄積されるキャリア密度を制
御するキャリア密度制御用電極とが設けられていること
を特徴としている。

【００１１】また、請求項５記載の発明は、請求項１，
請求項３または請求項４記載の半導体レーザ装置におい
て、キャリア障壁層は、自然酸化層または不純物偏析層
によって構成されていることを特徴としている。

【００１２】また、請求項６記載の発明は、半導体基板
上に活性層を含む積層構造を形成し、活性層に電流を注
入する経路中に、キャリア密度によって障壁高さまたは
障壁幅が周期的に変化するキャリア障壁層を形成する半
導体レーザ装置の製造方法であって、５×１０¹⁷ｃｍ^-3
よりも低いキャリア濃度を有するｎ型半導体基板上に、
５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度を有するｎ型
バッファ層を積層することにより、ｎ型半導体基板とｎ
型バッファ層との界面に自然酸化層または不純物偏析層
をキャリア障壁層として形成することを特徴としてい
る。

【００１３】また、請求項７記載の発明は、半導体基板
上に５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度を有する
第１のｎ型半導体層を形成する工程と、第１のｎ型半導
体層の表面を大気に触れさせる工程と、第１のｎ型半導
体層上に５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度を有
する第２のｎ型半導体層を積層して第１のｎ型半導体層
と第２のｎ型半導体層との界面に自然酸化層または不純
物偏析層をキャリア障壁層として形成する工程とを有し
ていることを特徴としている。

【００１４】また、請求項８記載の発明は、半導体基板
上に活性層を含む積層構造が形成されている半導体レー
ザアレイにおいて、活性層に電流を注入する経路中に、
キャリア密度によって障壁高さまたは障壁幅が周期的に
変化するキャリア障壁層が設けられていることを特徴と
している。

【００１５】また、請求項９記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置、
または、請求項８記載の半導体レーザアレイを光源とし
て用いる表示装置を特徴としている。

【００１６】また、請求項１０記載の発明は、請求項１
乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装
置、または、請求項８記載の半導体レーザアレイを光源
として用いるセンサシステムを特徴としている。

【００１７】また、請求項１１記載の発明は、請求項１
乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装
置、または、請求項８記載の半導体レーザアレイの電源
として太陽電池を用いることを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１９】本発明は、半導体基板上に活性層を含む積
層構造が形成された半導体レーザ装置において、活性層
に電流を注入する経路中に、キャリア密度によって障壁
高さまたは障壁幅が周期的に変化するキャリア障壁層が
設けられていることを特徴としている。

【００２０】ここで、キャリア障壁層の挿入位置は、活
性層に電流を注入する経路中にあればよく、ｎ型半導体
層中またはｐ型半導体層中のどちらでもよい。また、キ
ャリア障壁層は、例えば、非常に薄い絶縁膜，ＡｌＡｓ
選択酸化層，自然酸化層，不純物ドーピング層，不純物
拡散層，不純物偏析層等によって構成される。

【００２１】本発明の半導体レーザ装置は、次のように
動作する。すなわち、キャリア障壁層において活性層よ
り上流側に蓄積されるキャリア密度がある値以下の場合
は、キャリアはキャリア障壁層を超えて活性層に注入さ
れないため、発光しない。そして、キャリア障壁層に蓄
積されるキャリア密度がある値を超えると、キャリア障
壁層の障壁高さまたは障壁幅が減少し、活性層に急激に
キャリアが注入される。この注入キャリア密度が半導体
レーザの閾キャリア密度を超えると、レーザ発振する。
キャリア注入によってキャリア障壁層に蓄積されたキャ
リア密度が減少すると、障壁高さまたは障壁幅が元に戻
り、再びキャリアはキャリア障壁層に遮られて活性層へ
のキャリア注入が停止する。

【００２２】以上の過程を繰り返すことで、この半導体
レーザ装置に直流電流を加えても活性層にはパルス状の
電流が流れるためにパルス発振動作を行う。従って、本
発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ装置の外部
にパルス駆動用の電子回路を設ける必要がなく、パルス
発振動作を行なわせることができる。

【００２３】また、本発明の半導体レーザ装置は、過飽
和吸収体を用いたパルセーションではなく電気的にパル
ス動作を実現しているため、活性層で発光した光が吸収
されることがなく、閾電流の増大やスロープ効率の低下
を招くことがない。従って、パルス半導体レーザの動作
電流を低減することができる。

【００２４】第１の実施形態 図１は本発明に係る半導体レーザ装置の構成例を示す図
である。図１を参照すると、この半導体レーザ装置は、
ｎ型ＧａＡｓ基板１０１ａ，ｎ型ＧａＡｓＰ組成傾斜層
１０１ｂ，ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4厚膜１０１ｃから構成
されたｎ型ＧａＡｓＰエピ基板１０１上に、キャリア障
壁層１０２、ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層１０３、
ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.05Ｐ_0.95クラ
ッド層１０４、ＧａＩｎＰ下部光導波層１０５、ＧａＩ
ｎＡｓＰ活性層１０６、ＧａＩｎＰ上部光導波層１０
７、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.05Ｐ_0.95
クラッド層１０８、ｐ型ＧａＩｎＰスパイク防止層１０
９、ｐ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4キャップ層１１０が順次積層
されている。そして、ｐ型ＧａＡｓＰキャップ層１１０
上にはｐ側電極１１１が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１
０１ａの裏面にはｎ側電極１１２が形成されている。

【００２５】次に、図１の半導体レーザ装置の製造工程
例を説明する。先ず、半導体基板には、赤色ＬＥＤ用に
市販されているｎ型ＧａＡｓＰエピ基板１０１を用い
る。ここで、ｎ型ＧａＡｓＰエピ基板１０１は、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１０１ａ上に、ＧａＡｓからＧａＡｓ_0.6Ｐ
_0.4まで組成を徐々に変えながら積層したｎ型ＧａＡｓ
Ｐ組成傾斜層１０１ｂと、組成が一定のｎ型ＧａＡｓ
_0.6Ｐ_0.4厚膜１０１ｃとを気相成長法で積層して形成さ
れている。ｎ型ＧａＡｓＰ組成傾斜層１０１ｂの層厚は
例えば５０μｍ、ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4厚膜１０１ｃの
層厚は例えば５０μｍである。また、ｎ型ＧａＡｓ_0.6
Ｐ_0.4厚膜１０１ｃは、ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バルクとほぼ
同じ格子定数を有しており、基板として使用可能であ
る。また、ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4厚膜１０１ｃのキャリ
ア濃度は、市販されている典型的値である１×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3となっており、低キャリア濃度の基板が容易に入手
可能である。

【００２６】図１の半導体レーザ装置では、上記ｎ型Ｇ
ａＡｓＰエピ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バ
ッファ層１０３、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.7Ｉｎ_0.3Ａ
ｓ_{0. 05}Ｐ_0.95クラッド層１０４、ＧａＩｎＰ下部光導波
層１０５、ＧａＩｎＡｓＰ活性層１０６、ＧａＩｎＰ上
部光導波層１０７、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.7Ｉｎ_{0 .3}
Ａｓ_0.05Ｐ_0.95クラッド層１０８、ｐ型ＧａＩｎＰスパ
イク防止層１０９、ｐ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4キャップ層１
１０を順次結晶成長させる。結晶成長法としては有機金
属気相成長法を用いることができる。このとき、ｎ型Ｇ
ａＡｓＰバッファ層１０３のキャリア濃度を５×１０¹⁷
ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度に設定することにより、
ｎ型ＧａＡｓＰエピ基板１０１の表面とｎ型ＧａＡｓＰ
バッファ層１０３との界面に、自然酸化層または不純物
偏析層からなるキャリア障壁層１０２が形成される。

【００２７】次に、ｐ型ＧａＡｓＰキャップ層１１０の
表面にｐ側電極１１１を形成し、ｎ型ＧａＡｓＰエピ基
板１０１のｎ型ＧａＡｓ基板１０１ａの裏面にｎ側電極
１１２を形成する。ここで、ｐ側電極１１１，ｎ側電極
１１２は、真空蒸着法により形成することができる。

【００２８】上記の製造方法で作製した半導体レーザ装
置は、ＧａＩｎＡｓＰ活性層１０６のバンドギャップに
対応した６８０〜６３０ｎｍの赤色波長でレーザ発振す
る。また、ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4に格子整合するバンドギャ
ップ波長が約５６０ｎｍのＧａＩｎＰを光導波層１０
５，１０７として用いているので、活性領域にＡｌを含
まないＡｌフリー構造を形成可能である。従って、共振
器端面の光学損傷レベルをＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＩ
ｎＰ系赤色ＬＤよりも向上させることができる。

【００２９】また、クラッド層１０４，１０８に用いて
いる（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ_0.05Ｐ_0.95は、
ＧａＡｓ基板上の赤色ＬＤのクラッド層に一般的に用い
られる（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐよりもバンドギ
ャップが大きく、かつ屈折率が小さい。従って、活性領
域に対するキャリア閉じ込め効率及び光閉じ込め効率が
高くなっており、閾電流密度や特性温度を改善すること
ができる。

【００３０】図２は、図１の半導体レーザ装置の室温連
続動作における電流−電圧特性及び電流−光出力特性を
示す図である。図２を参照すると、図１の半導体レーザ
装置に電圧を印加していくと、最初０Ｖから約６．２Ｖ
までほとんど電流が流れない状態となる（領域ａ−
ｂ）。このとき、半導体レーザ装置からの光出力（発
光）は検出されない。その後、電圧が６．２Ｖから３．
８Ｖまで減少するにつれて電流は増加していき、負性抵
抗領域となっている（領域ｂ−ｃ）。このとき、半導体
レーザ装置は強い光出力を示す。さらに電圧を印加して
いくと、通常のダイオード特性と同様に電圧が増加する
につれて電流が急激に立ち上がる。光出力は、ｃの位置
で一旦急激に減少し、ｄの位置まで自然放出光が次第に
増加していき、ｄの位置を閾値としてレーザ発振する。

【００３１】図３は、図２の領域ｂ−ｃの状態における
半導体レーザ装置の発光スペクトルを示す図である。図
３を参照すると、光出力が急激に増加している領域ｂ−
ｃでは、波長６６５ｎｍの可視域でレーザ発振する。こ
のとき、半導体レーザ装置は連続的に発振しているので
はなく、間欠的に発振している。

【００３２】また、図２の領域ａ−ｂにおいては、ｎ型
ＧａＡｓＰエピ基板１０１の表面とｎ型ＧａＡｓＰバッ
ファ層１０３との界面に形成された自然酸化層または不
純物偏析層からなるキャリア障壁層１０２によって、キ
ャリアがブロックされるため、半導体レーザ装置の立ち
上がり電圧が６．２Ｖまで増加している。

【００３３】そして、キャリア障壁層１０２に蓄積され
るキャリア密度がある値を超えると、キャリア障壁層１
０２の障壁高さまたは障壁幅が減少し、活性層１０６に
急激にキャリアが注入される。この注入キャリア密度が
半導体レーザ装置の閾キャリア密度を超えると、レーザ
発振する。キャリア注入によってキャリア障壁層１０２
に蓄積されたキャリア密度が減少すると、障壁高さまた
は障壁幅が元に戻り、再びキャリアはキャリア障壁層１
０２に遮られて活性層１０６へのキャリア注入が停止す
る。この過程が繰り返されることにより、領域ｂ−ｃで
は活性層１０６にパルス状に電流が注入されて、半導体
レーザ装置は間欠的にレーザ発振する。

【００３４】上記の動作では、外部回路を用いることな
く、半導体レーザ装置に直流電流を流すだけでパルス発
振を実現できる。また、過飽和吸収体を用いていないた
め、活性層で発光した光が吸収されることがなく、閾電
流の増大やスロープ効率の低下を招くことがない。従っ
て、パルス半導体レーザの動作電流を低減することがで
きる。

【００３５】また、図２の領域ｃ−ｅでは、定常的にキ
ャリア注入量が高くなってキャリア障壁層１０２の障壁
高さまたは障壁幅が減少するため、活性層１０６に連続
的に電流が注入されるようになり、通常の半導体レーザ
の連続動作と同様な動作を示す。

【００３６】以上説明した動作を実現するためには、キ
ャリア障壁層１０２を超薄膜で均一に形成することが重
要である。図１の半導体レーザ装置では、周期的に障壁
高さまたは障壁幅が変化するキャリア障壁層１０２を基
板表面の自然酸化層または不純物偏析層によって形成し
ているので、非常に薄いキャリア障壁層１０２を均一に
形成することが可能である。従って、パルス半導体レー
ザを制御性良く形成することができる。

【００３７】また、図４は、図１の半導体レーザ装置に
おいて、ｎ型ＧａＡｓＰバッファ層１０３のキャリア濃
度を６〜８×１０¹⁷ｃｍ^-3まで増加させた場合の電流−
電圧特性を示す図である。図４を参照すると、ｎ型Ｇａ
ＡｓＰバッファ層１０３のキャリア濃度を６〜８×１０
¹⁷ｃｍ^-3まで高くすると、キャリア障壁層１０２が有効
に機能せず、半導体レーザ装置の立ち上がり電圧は約２
Ｖ程度まで低減されて負性抵抗領域がほとんど見られな
くなる。従って、パルス発振する動作領域が得られなく
なってしまう。従って、間欠的に発振する半導体レーザ
を得るためには、ｎ型ＧａＡｓＰ基板１０１とｎ型Ｇａ
ＡｓＰバッファ層１０３のキャリア濃度を５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3よりも低い値に設定する必要がある。

【００３８】第２の実施形態 図５は本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示
す図である。図５を参照すると、この半導体レーザ装置
は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型ＧａＡｓ第１バ
ッファ層５０２、キャリア障壁層１０２、ｎ型ＧａＡｓ
第２バッファ層５０３、ｎ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド
層５０４、ＧａＡｓ下部光導波層５０５、ＧａＩｎＮＡ
ｓ活性層５０６、ＧａＡｓ上部光導波層５０７、ｐ型Ｇ
ａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５０８、ｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層５０９が順次積層されている。そして、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層５０９上にはｐ側電極１１１が形成され、
ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の裏面にはｎ側電極１１２が形
成されている。

【００３９】次に、図５の半導体レーザ装置の製造工程
例を説明する。先ず、半導体基板には、ＬＤ用に市販さ
れているｎ型ＧａＡｓ基板５０１を用いる。ここで、ｎ
型ＧａＡｓ基板５０１のキャリア濃度は、典型的な１×
１０¹⁸ｃｍ^-3となっている。

【００４０】図５の半導体レーザ装置では、上記ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板５０１上に、最初にキャリア濃度が５×１０
¹⁷ｃｍ^-3よりも低い、例えば１×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型Ｇ
ａＡｓ第１バッファ層５０２を結晶成長させる。その
後、ｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層５０２を積層した基板
を一旦大気に触れさせて、表面に自然酸化層または不純
物偏析層から構成されたキャリア障壁層１０２を形成す
る。

【００４１】次に、キャリア障壁層１０２をはさんでｎ
型ＧａＡｓ第１バッファ層５０２上に、ｎ型ＧａＡｓ第
２バッファ層５０３、ｎ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
５０４、ＧａＡｓ下部光導波層５０５、ＧａＩｎＮＡｓ
活性層５０６、ＧａＡｓ上部光導波層５０７、ｐ型Ｇａ
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ
層５０９を順次結晶成長させる。結晶成長法としては有
機金属気相成長法を用いることができる。ここで、ｎ型
ＧａＡｓ第２バッファ層５０３のキャリア濃度も５×１
０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度、例えば２×１０¹⁷
ｃｍ^-3に設定することで、キャリア障壁層１０２を有効
に働かせることができる。

【００４２】次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０９の表
面にｐ側電極１１１を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１
裏面にｎ側電極１１２を形成する。ここで、ｐ側電極１
１１，ｎ側電極１１２は、真空蒸着法により形成するこ
とができる。

【００４３】図５の半導体レーザ装置においては、ｎ型
ＧａＡｓ第１バッファ層５０２とｎ型第２バッファ層５
０３との間に形成された自然酸化層または不純物偏析層
からなるキャリア障壁層１０２によって、この半導体レ
ーザ装置に直流電流を流しても活性層５０６にパルス状
に電流が注入されるため、間欠的にレーザ発振を行なわ
せることができる。従って、ＧａＩｎＮＡｓ活性層５０
６のバンドギャップに対応した１．２〜１．３μｍ帯で
パルス半導体レーザを実現できる。

【００４４】また、第２の実施形態によれば、第１の実
施形態とは異なり、キャリア濃度が低い半導体基板を特
別に用いる必要がない。すなわち、第２の実施形態で
は、一般にＬＤ用に大量生産されているキャリア濃度１
〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の半導体単結晶基板を用いてパルス
半導体レーザを製造できるため、製造コストを低減する
ことができる。

【００４５】なお、図５の例では、キャリア障壁層１０
２をバッファ層の途中に形成しているが、キャリア障壁
層１０２の挿入位置は必ずしもこの位置に限定されるも
のではない。すなわち、キャリア障壁層１０２の挿入位
置はｐ側電極１１１から活性層５０６を通ってｎ側電極
１１２へ達する電流注入経路上であればよい。

【００４６】第３の実施形態 図６は本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示
す図である。図６を参照すると、この半導体レーザ装置
は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型ＧａＡｓ第１バ
ッファ層５０２、キャリア障壁層１０２、ｎ型ＧａＡｓ
第２バッファ層５０３が積層されている。ここで、キャ
リア障壁層１０２の形成方法は、第２の実施形態の場合
と同様である。

【００４７】また、ｎ型ＧａＡｓ第２バッファ層５０３
上には、ＧａＡｓとＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓを交互に積層し
たｎ型多層膜反射鏡６０１、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓバ
リア層６０２、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活
性層６０３、ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓバリア層６０４、
ｐ型ＡｌＡｓ層６０５、ＧａＡｓとＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ
を交互に積層したｐ型多層膜反射鏡６０６が順に形成さ
れている。

【００４８】そして、この積層構造（６０１，６０２，
６０３，６０４，６０５，６０６）の表面からｎ型多層
膜反射鏡６０１に達するまで円筒形状にエッチングがな
されている。また、ｐ型ＡｌＡｓ層６０５は円筒の側面
から内部に選択的に酸化されており、これにより、Ａｌ
Ａｓ選択酸化領域６０７が形成されている。

【００４９】また、ｐ型多層膜反射鏡６０６上にはリン
グ状のｐ側電極１１１が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板５
０１の裏面にはｎ側電極１１２が形成されている。

【００５０】図６の半導体レーザ装置においては、ｐ側
電極１１１から注入された正孔はｐ型多層膜反射鏡６０
６を通った後にＡｌＡｓ選択酸化領域６０７で狭窄され
て活性層６０３に流れ込む。一方、ｎ側電極１１２から
注入された電子は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１，ｎ型Ｇａ
Ａｓ第１バッファ層５０２を通って、キャリア障壁層１
０２でブロックされる。キャリア障壁層１０２に蓄積さ
れる電子密度がある値を超えると、キャリア障壁層１０
２の障壁高さまたは障壁幅が減少し、電子はキャリア障
壁層１０２を抜けて活性層６０３に注入される。活性層
６０３では、電子と正孔が再結合して、ＩｎＧａＡｓ量
子井戸層のバンドギャップに対応した０．９〜１．１μ
ｍの波長の光を放射する。活性層６０３で発光した光
は、上下に設けられた多層膜反射鏡６０６，６０１間で
共振して、基板と垂直方向にレーザ光が放射される。

【００５１】活性層６０３への注入によってキャリア障
壁層１０２に蓄積された電子密度が減少すると、障壁高
さまたは障壁幅が元に戻り、再び電子はキャリア障壁層
１０２に遮られるためレーザ発振が停止する。この過程
が繰り返されることにより、間欠的にレーザ発振させる
ことができる。

【００５２】第３の実施形態においても、外部回路を用
いることなく、半導体レーザ装置に直流電流を流すだけ
でパルス発振を実現できる。また、ＡｌＡｓ選択酸化構
造を有する垂直共振器型面発光の半導体レーザを用いて
いるため、高効率で１ｍＡ以下の低電流で動作するパル
ス半導体レーザを実現することができる。

【００５３】第４の実施形態 図７は本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示
す図である。図７を参照すると、この半導体レーザ装置
は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１ａ，ｎ型ＧａＡｓＰ組成傾
斜層１０１ｂ，ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4厚膜１０１ｃから
構成されたｎ型ＧａＡｓＰエピ基板１０１上に、キャリ
ア障壁層１０２、ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層１０
３、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＡｓＰクラッド層１０
４、ＧａＩｎＰ下部光導波層１０５、ＧａＩｎＡｓＰ活
性層１０６、ＧａＩｎＰ上部光導波層１０７、ｐ型（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＡｓＰクラッド層１０８、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰスパイク防止層１０９、ｐ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4キ
ャップ層１１０が順次積層されている。

【００５４】ここで、キャリア障壁層１０２は、ｎ型Ｇ
ａＡｓＰエピ基板１０１表面と、ｎ型ＧａＡｓＰバッフ
ァ層１０３との界面に設けられており、自然酸化層また
は不純物偏析層で構成されている。

【００５５】また、ｐ型ＧａＡｓＰキャップ層１１０上
にはｐ側電極１１１が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０
１ａの裏面にはｎ側電極１１２が形成されている。

【００５６】そして、積層構造（１０２，１０３，１０
４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１
０）の表面からｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層１０３
に達するまでストライプ状にエッチングされてリッジ構
造が形成されている。リッジ構造の両外側でｎ型ＧａＡ
ｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層１０３が露出した部分にはＺｎ拡
散領域７０１が形成されており、Ｚｎ拡散領域７０１の
表面には、キャリア障壁層に蓄積されるキャリア密度を
制御するキャリア密度制御用電極７０２が形成されてい
る。

【００５７】図７の構造においては、キャリア密度制御
用電極７０２とｎ側電極１１２との間に電圧を印加する
ことで、キャリア障壁層１０２に蓄積されるキャリア密
度を変化させることができる。従って、ｐ側電極１１１
とｎ側電極１１２との間でパルス状に流れる電流の周期
を制御して、所望の周期のパルス半導体レーザを得るこ
とができる。

【００５８】また、上記パルス半導体レーザを光源とし
て光信号を送信する場合、キャリア密度制御用電極７０
２によってパルス周期を変えることにより、光信号を周
波数変調させることもできる。

【００５９】第５の実施形態 図８は本発明に係る半導体レーザアレイの構成例を示す
図である。この半導体レーザアレイは、半導体基板上に
活性層を含む積層構造が形成され、活性層に電流を注入
する経路中に、キャリア密度によって障壁高さまたは障
壁幅が周期的に変化するキャリア障壁層が設けられてい
ることを特徴としている。

【００６０】図８を参照すると、この半導体レーザアレ
イは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１ａ，ｎ型ＧａＡｓＰ組成
傾斜層１０１ｂ，ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4厚膜１０１ｃか
ら構成されたｎ型ＧａＡｓＰエピ基板１０１上に、キャ
リア障壁層１０２、ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層１
０３、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＡｓＰクラッド層１
０４、ＧａＩｎＰ下部光導波層１０５、ＧａＩｎＡｓＰ
活性層１０６、ＧａＩｎＰ上部光導波層１０７、ｐ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＡｓＰクラッド層１０８、ｐ型
ＧａＩｎＰスパイク防止層１０９、ｐ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ
_0.4キャップ層１１０が順次積層されている。

【００６１】ここで、キャリア障壁層１０２は、ｎ型Ｇ
ａＡｓＰエピ基板１０１の表面とｎ型ＧａＡｓＰバッフ
ァ層１０３との界面に設けられており、自然酸化層また
は不純物偏析層で構成されている。

【００６２】そして、図８の半導体レーザ装置では、積
層構造（１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１
０７，１０８，１０９，１１０）の表面からｎ型（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＡｓＰクラッド層１０４に達するまで
ストライプ状にエッチングされて分離溝８０１が形成さ
れている。

【００６３】また、ｐ型ＧａＡｓＰキャップ層１１０上
にはｐ側電極１１１が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０
１ａの裏面にはｎ側電極１１２が形成されている。

【００６４】第１の実施形態において示したように、電
流注入量が高くなるとキャリア障壁層１０２は障壁高さ
または障壁幅が周期的に変化しなくなり、電流は活性層
に連続的に流れ込むようになる。従って、パルス動作す
る領域（図２の領域ｂ−ｃ）は限定されている。そのた
め、得られるレーザ光出力はＣＷ換算で０．３ｍＷ程度
と低い値となっている。

【００６５】これに対し、第５の実施形態においては、
活性層１０６が分離溝８０１によって空間的に分離され
たアレイ構造となっており、共通のキャリア障壁層１０
２によって、アレイ構造の各活性層１０６に注入される
電流がパルス状に変調されることで、各半導体レーザは
同期してパルス発振を行う。これにより、パルス半導体
レーザの全光出力を向上させることができる。

【００６６】第６の実施形態 図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る表示装置の構成例を
示す図である。なお、図９（ａ）は上面図であり、図９
（ｂ）は側面図である。図９（ａ），（ｂ）において、
符号９０１は第１の実施形態に示したＧａＡｓＰエピ基
板上に形成したパルス半導体レーザ（半導体レーザ装
置）であり、樹脂モールド型に実装されている。ＧａＡ
ｓＰエピ基板上に形成した第１の実施形態の半導体レー
ザ装置では、ＧａＩｎＡｓＰ活性層の組成を変えること
により、赤色から黄色の可視光を放射できる。図９
（ａ），（ｂ）の表示装置では、このような可視パルス
半導体レーザ９０１が２次元アレイ状に並べられて構成
されている。

【００６７】半導体レーザは、一般に発光ダイオードよ
りも外部量子効率が高い。従って、同じ発光強度であれ
ば半導体レーザの方が低消費電力化できる。しかも、第
１の実施形態に示したように半導体レーザ装置（パルス
半導体レーザ）９０１では閾電流を１ｍＡ以下と小さく
することが可能であり、間欠的にレーザ発振することで
消費電力を抑えている。従って、表示装置の消費電力を
低減させることができる。

【００６８】また、半導体レーザ装置をパルス発振させ
るのに外部にパルス電源回路を用いる必要がなく、直流
電流を流すだけでよい。従って、半導体レーザ装置（パ
ルス半導体レーザ）９０１の駆動回路の構成を簡単なも
のにすることができ、従って、半導体レーザ装置（パル
ス半導体レーザ）９０１を用いた表示装置の駆動回路の
構成を簡単化できる。

【００６９】なお、上述の説明では、表示装置には、第
１の実施形態の半導体レーザ装置を光源として用いると
したが、第１の実施形態の半導体レーザ装置のかわり
に、第２，第３あるいは第４の実施形態の半導体レーザ
装置を光源に用いることもできるし、あるいは、第５の
実施形態の半導体レーザアレイを光源に用いることもで
きる。

【００７０】また、図９（ａ），（ｂ）では、表示装置
の例として単色ディスプレイに用いられる２次元アレイ
発光装置を示したが、本発明は、この例に限定されるも
のではなく、各種表示用ランプ，警告灯，レーザポイン
タ，フルカラーディスプレイ等の様々な表示装置に本発
明の半導体レーザ装置（パルス半導体レーザ）を適用す
ることができる。

【００７１】第７の実施形態 図１０は本発明に係るセンサシステムの構成例を示す図
である。図１０を参照すると、このセンサシステムは、
発光部１００１と、受光部１００２とにより構成されて
おり、発光部１００１には、直流電源１００３と、第
１，第２，第３あるいは第４の実施形態の半導体レーザ
装置あるいは第５の実施形態の半導体レーザアレイ１０
０４と、ＬＤ電流制御回路１００５とが設けられてい
る。また、受光部１００２には、第１，第２，第３ある
いは第４の実施形態の半導体レーザ装置あるいは第５の
実施形態の半導体レーザアレイ１００４から出射された
光を受光する受光素子（フォトダイオード）１００６
と、受信回路１００７とが設けられている。

【００７２】このような構成のセンサシステムでは、発
光部１００１においては、半導体レーザ装置あるいは半
導体レーザアレイ１００４を直流電源１００３で駆動し
ている。この場合、半導体レーザ装置あるいは半導体レ
ーザアレイ１００４は、直流電源１００３で駆動されて
も、間欠的にレーザ発振を行う。

【００７３】受光部１００２では、半導体レーザ装置あ
るいは半導体レーザアレイ１００４から出射されたレー
ザ光を受光素子（フォトダイオード）１００６で受光し
て、受信回路１００７に入力する。このとき、半導体レ
ーザ装置あるいは半導体レーザアレイ１００４のパルス
周期に同期して信号を受光することにより、ノイズを低
減することができる。

【００７４】図１０のセンサシステムは、発光部１００
１と受光部１００２を空間伝播している光が物体によっ
て遮られると、受光素子（フォトダイオード）１００６
の光信号が停止して感知される。これにより、防犯警報
システム，ドア開閉検知システム，物体位置検出システ
ム等として用いることができる。

【００７５】前述したように、半導体レーザ装置あるい
は半導体レーザアレイ１００４においては、動作電流を
数ｍＡと小さくすることが可能である。また、間欠的に
レーザ発振することで光源の消費電力を抑えることがで
きる。従って、低消費電力のセンサシステムを実現でき
る。また、半導体レーザ装置あるいは半導体レーザアレ
イ１００４をパルス発振させるのに外部にパルス電源回
路を用いる必要がなく、直流電流を流すだけでよい。従
って、発光部１００１の駆動回路を簡略化できる。

【００７６】また、上述した各実施形態の半導体レーザ
装置，半導体レーザアレイは、動作電流値が数ｍＡと小
さいために、太陽電池を電源として、上述した各実施形
態の半導体レーザ装置，半導体レーザアレイを直接駆動
することも可能である。従って、電源供給ラインのない
屋外等で、上述した各実施形態の半導体レーザ装置，半
導体レーザアレイを太陽電池により長時間連続的に動作
させて使用することが可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、半導体基板上に活性層を含む積層構造が
形成された半導体レーザ装置において、活性層に電流を
注入する経路中に、キャリア密度によって障壁高さまた
は障壁幅が周期的に変化するキャリア障壁層が設けられ
ており、素子に直流電流を流すだけでパルス発振できる
ため、駆動回路を簡略化できる。また、過飽和吸収体を
用いていないため、活性層で発光した光が吸収されるこ
とがなく、閾電流の増大やスロープ効率の低下を招くこ
とがない。従って、パルス半導体レーザの動作電流を低
減することができる。

【００７８】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の半導体レーザ装置において、前記半導体基板
には、ＧａＡｓＰ基板が用いられ、ＧａＡｓＰ基板上に
ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系材料からなる可視半導体レーザが
形成されているので、閾電流の増大やスロープ効率の低
下を抑制し、間欠的にレーザ発振を行う高効率の可視半
導体レーザを実現できる。

【００７９】また、請求項３記載の発明によれば、半導
体基板上に、下部半導体多層膜反射鏡と、活性層と、上
部半導体多層膜反射鏡とが積層された垂直共振器型面発
光の半導体レーザ装置において、活性層に電流を注入す
る経路中に、キャリア密度によって障壁高さまたは障壁
幅が周期的に変化するキャリア障壁層が設けられている
ので、閾電流の増大やスロープ効率の低下を抑制し、間
欠的にレーザ発振を行う高効率の垂直共振器型面発光半
導体レーザを実現することができる。

【００８０】また、請求項４記載の発明によれば、半導
体基板上に、活性層を含む積層構造と、ｐ側電極と、ｎ
側電極とが形成されている半導体レーザ装置において、
活性層に電流を注入する経路中に、キャリア密度によっ
て障壁高さまたは障壁幅が周期的に変化するキャリア障
壁層と、前記キャリア障壁層に蓄積されるキャリア密度
を制御するキャリア密度制御用電極とが設けられてお
り、キャリア密度制御用電極は、キャリア障壁層の電位
や蓄積されるキャリア密度を変えることができるため、
パルス発振の周期を制御することができる。

【００８１】また、請求項５記載の発明によれば、キャ
リア密度によって障壁高さまたは障壁幅が周期的に変化
するキャリア障壁層が自然酸化層または不純物偏析層に
よって構成されているので、閾電流の増大やスロープ効
率の低下を抑制した間欠的にレーザ発振を行う高効率の
半導体レーザにおいて、素子の制御性や均一性を高める
ことができる。

【００８２】また、請求項６記載の発明によれば、５×
１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度を有するｎ型半導
体基板上に、５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度
を有するｎ型バッファ層を積層し、ｎ型半導体基板とｎ
型バッファ層との界面に自然酸化層または不純物偏析層
を形成するので、キャリア障壁層を自然酸化層または不
純物偏析層によって容易に形成することができる。

【００８３】また、請求項７記載の発明によれば、半導
体基板上に５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度を
有する第１のｎ型半導体層を形成する工程と、第１のｎ
型半導体層の表面を大気に触れさせる工程と、第１のｎ
型半導体層上に５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃
度を有する第２のｎ型半導体層を積層して第１のｎ型半
導体層と第２のｎ型半導体層との界面に自然酸化層また
は不純物偏析層を形成する工程とを有しているので、キ
ャリア障壁層を自然酸化層または不純物偏析層によって
容易に形成することができる。また、請求項６記載の発
明と異なり、半導体基板のキャリア濃度に制限がないた
め、大量に市販されているＬＤ用基板を用いることがで
きる。従って、より安価に半導体レーザ装置を製造する
ことができる。

【００８４】また、請求項８記載の発明によれば、半導
体基板上に活性層を含む積層構造が形成された半導体レ
ーザアレイにおいて、活性層に電流を注入する経路中
に、キャリア密度によって障壁高さまたは障壁幅が周期
的に変化するキャリア障壁層が設けられており、間欠的
にレーザ発振を行う半導体レーザをアレイ化することに
より、パルス半導体レーザの光出力を向上させることが
できる。

【００８５】また、請求項９記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ
装置、または、請求項８記載の半導体レーザアレイを光
源として用いるので、表示装置の低消費電力化を図るこ
とができる。

【００８６】また、請求項１０記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レー
ザ装置、または、請求項８記載の半導体レーザアレイを
光源として用いるので、センサシステムの低消費電力化
を図ることができる。

【００８７】また、請求項１１記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レー
ザ装置、または、請求項８記載の半導体レーザアレイ
は、動作電流を数ｍＡ以下と非常に小さくできる。その
ため、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半
導体レーザ装置、または、請求項８記載の半導体レーザ
アレイの電源として太陽電池を用いることが可能とな
り、長時間連続的に動作し続ける半導体発光装置を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザ装置の構成例を示す
図である。

【図２】図１の半導体レーザ装置の室温連続動作におけ
る電流−電圧特性及び電流−光出力特性を示す図であ
る。

【図３】図２の領域ｂ−ｃの状態における半導体レーザ
装置の発光スペクトルを示す図である。

【図４】図１の半導体レーザ装置において、ｎ型ＧａＡ
ｓＰバッファ層のキャリア濃度を６〜８×１０¹⁷ｃｍ^-3
まで増加させた場合の電流−電圧特性を示す図である。

【図５】本発明に係る半導体レーザ装置の構成例を示す
図である。

【図６】本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を
示す図である。

【図７】本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を
示す図である。

【図８】本発明に係る半導体レーザアレイの構成例を示
す図である。

【図９】本発明に係る表示装置の構成例を示す図であ
る。

【図１０】本発明に係るセンサシステムの構成例を示す
図である。

【符号の説明】

１０１ ｎ型ＧａＡｓＰエピ基板 １０１ａ ｎ型ＧａＡｓ基板 １０１ｂ ｎ型ＧａＡｓＰ組成傾斜層 １０１ｃ ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4厚膜 １０２ キャリア障壁層 １０３ ｎ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4バッファ層 １０４ ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ
_0.05Ｐ_0.95クラッド層 １０５ ＧａＩｎＰ下部光導波層 １０６ ＧａＩｎＡｓＰ活性層 １０７ ＧａＩｎＰ上部光導波層 １０８ ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ
_0.05Ｐ_0.95クラッド層 １０９ ｐ型ＧａＩｎＰスパイク防止層 １１０ ｐ型ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4キャップ層 １１１ ｐ側電極 １１２ ｎ側電極 ５０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ５０２ ｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層 ５０３ ｎ型ＧａＡｓ第２バッファ層 ５０４ ｎ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層 ５０５ ＧａＡｓ下部光導波層 ５０６ ＧａＩｎＮＡｓ活性層 ５０７ ＧａＡｓ上部光導波層 ５０８ ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層 ５０９ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ６０１ ｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ多層膜
反射鏡 ６０２ ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓバリア層 ６０３ ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性
層 ６０４ ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓバリア層 ６０５ ｐ型ＡｌＡｓ層 ６０６ ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ多層膜
反射鏡 ６０７ ＡｌＡｓ選択酸化領域 ７０１ Ｚｎ拡散領域 ７０２ キャリア密度制御用電極 ８０１ 分離溝 ９０１ 可視パルス半導体レーザ １００１ 発光部 １００２ 受光部 １００３ 直流電源 １００４ 半導体レーザアレイ １００５ ＬＤ電流制御回路 １００６ 受光素子 １００７ 受信回路

フロントページの続き (72)発明者 軸谷 直人 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 5F073 AA45 AA51 AA55 AA74 AB03 AB17 BA09 CA07 CA13 CA17 CA19 CB07 CB10 FA29 5F089 BB04 BC02 BC29 CA21

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に活性層を含む積層構造が
   形成された半導体レーザ装置において、活性層に電流を
   注入する経路中に、キャリア密度によって障壁高さまた
   は障壁幅が周期的に変化するキャリア障壁層が設けられ
   ていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザ装置におい
   て、前記半導体基板には、ＧａＡｓＰ基板が用いられ、
   ＧａＡｓＰ基板上にＡｌＧａＩｎＡｓＰ系材料からなる
   可視半導体レーザが形成されていることを特徴とする半
   導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 半導体基板上に、下部半導体多層膜反射
   鏡と、活性層と、上部半導体多層膜反射鏡とが積層され
   た垂直共振器型面発光の半導体レーザ装置において、活
   性層に電流を注入する経路中に、キャリア密度によって
   障壁高さまたは障壁幅が周期的に変化するキャリア障壁
   層が設けられていることを特徴とする半導体レーザ装
   置。
4. 【請求項４】 半導体基板上に、活性層を含む積層構造
   と、ｐ側電極と、ｎ側電極とが形成されている半導体レ
   ーザ装置において、活性層に電流を注入する経路中に、
   キャリア密度によって障壁高さまたは障壁幅が周期的に
   変化するキャリア障壁層と、前記キャリア障壁層に蓄積
   されるキャリア密度を制御するキャリア密度制御用電極
   とが設けられていることを特徴とする半導体レーザ装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１，請求項３または請求項４記載
   の半導体レーザ装置において、キャリア障壁層は、自然
   酸化層または不純物偏析層によって構成されていること
   を特徴とする半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 半導体基板上に活性層を含む積層構造を
   形成し、活性層に電流を注入する経路中に、キャリア密
   度によって障壁高さまたは障壁幅が周期的に変化するキ
   ャリア障壁層を形成する半導体レーザ装置の製造方法で
   あって、５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低いキャリア濃度を有
   するｎ型半導体基板上に、５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも低い
   キャリア濃度を有するｎ型バッファ層を積層することに
   より、ｎ型半導体基板とｎ型バッファ層との界面に自然
   酸化層または不純物偏析層をキャリア障壁層として形成
   することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
7. 【請求項７】 半導体基板上に５×１０¹⁷ｃｍ^-3よりも
   低いキャリア濃度を有する第１のｎ型半導体層を形成す
   る工程と、第１のｎ型半導体層の表面を大気に触れさせ
   る工程と、第１のｎ型半導体層上に５×１０¹⁷ｃｍ^-3よ
   りも低いキャリア濃度を有する第２のｎ型半導体層を積
   層して第１のｎ型半導体層と第２のｎ型半導体層との界
   面に自然酸化層または不純物偏析層をキャリア障壁層と
   して形成する工程とを有していることを特徴とする半導
   体レーザ装置の製造方法。
8. 【請求項８】 半導体基板上に活性層を含む積層構造が
   形成されている半導体レーザアレイにおいて、活性層に
   電流を注入する経路中に、キャリア密度によって障壁高
   さまたは障壁幅が周期的に変化するキャリア障壁層が設
   けられていることを特徴とする半導体レーザアレイ。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
   記載の半導体レーザ装置、または、請求項８記載の半導
   体レーザアレイを光源として用いることを特徴とする表
   示装置。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項
    に記載の半導体レーザ装置、または、請求項８記載の半
    導体レーザアレイを光源として用いることを特徴とする
    センサシステム。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項
    に記載の半導体レーザ装置、または、請求項８記載の半
    導体レーザアレイの電源として太陽電池を用いることを
    特徴とする半導体発光装置。