JP2008192799A - 半導体発光素子およびこれを用いたレーザプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ｐ型クラッド層における電子の溢れ出しを抑制し、温度特性を向上させると共に、活性層への光閉じ込めが可能な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】 ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０上に、Ａｌ_ｘＧａ_1-xＰからなるｎ型クラッド層１２、ＧａＩｎＰからなる活性層１３、およびＡｌ_ｘＧａ_1-xＰからなるｐ型クラッド層１５を有する。活性層１３とｐ型クラッド層１５との間にＧａＰからなる電子障壁層１４が設けられる。クラッド層と活性層との間の屈折率差を確保することができると同時に、伝導帯におけるバンド不連続を大きくとることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、赤色半導体レーザなどに好適な半導体発光素子およびこの半導体発光素子を用いたレーザプロジェクタに関する。

赤色半導体レーザは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光ピックアップや、医療用途などの非常に多岐の産業に応用されている。特に近年では、ガスレーザや固体レーザでは高出力を得ることが難しい赤色レーザについて、半導体レーザを用いた赤色高出力レーザが注目を集めており、この赤色半導体レーザをプロジェクションディスプレイ等の装置の光源に用いた新しいアプリケーションも生まれつつある。このように、様々な用途で赤色レーザが利用されるようになってきている。

一般に、半導体レーザでは、電子と正孔とが活性層で再結合することにより光を放射する。しかし、半導体レーザの構成材料によっては、活性層で再結合を起こすためにとどまっていなければならない電子や正孔が活性層から溢れ出すオーバーフローという現象がみられる。特に、赤色レーザではそれが顕著である。これは、通信用レーザや赤色レーザの構成材料の制限から活性層への電子の閉じ込めが十分にできないことによるものである。このような活性層への電子の閉じ込めの強さは、活性層とクラッド層との間の伝導帯での不連続（ΔＥｃ）が小さいことによる。オーバーフローが生ずると、半導体レーザの温度特性などの信頼性が不十分なものとなり、良好な特性が得られない。

このような特性温度を改善するため、例えば、ＧａＰの電子障壁を考慮したクラッド層を備えた素子構造が提案されている（特許文献１参照）。
Ｓ．チワリ（S.Tiwari）、外１名，ＩＩＩ−Ｖ族化合物系におけるバンド不連続性および障壁高さの実験データ一覧（Empirical fit to band discontinuities and barrier heights in III-V alloy systems），「アプライド・フィジクス・レターズ（Applied Physics Letters ）」，（米国），American Institute of Physics ，１９９２年２月３日，第６０巻，第５号，ｐ．６３０−６３２，ＦＩＧ．１ 特開平４−３６９８７４号公報

上述のように、特許文献１の発光素子では、ＧａＰの電子障壁を考慮することにより活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフローを抑制することができる。しかしながら、このような構成では、電子のオーバーフローを抑制できたとしても、活性層への光の閉じ込めがほぼ不可能となってしまう。従って、ただ単にクラッド層をＧａＰにより構成すればよいというわけではない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ｐ型クラッド層における電子の溢れ出しを抑制し、温度特性を向上させることができると共に、活性層での光閉じ込めを確実にした半導体発光素子、およびこれを用いたレーザプロジェクタを提供することにある。

本発明による半導体発光素子は、基板上に、活性層を間にしてｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を備えた半導体発光素子であって、活性層はＧａＩｎＰ混晶、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層はＡｌＧａＰ混晶により構成されると共に、活性層とｐ型クラッド層との間に電子障壁層を備えたものである。

電子障壁層は、具体的には、ｐ型ＧａＰにより構成されている。あるいは、ｐ型ＡｌＧａＰにより構成され、より具体的には、ｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｐにより構成されている。

本発明による半導体発光素子では、ＧａＩｎＰ混晶により構成された活性層に対して、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層がＡｌＧａＰ混晶により構成されることにより、活性層とクラッド層との間の屈折率の差が大きくなり、活性層において発光した光の閉じ込めが確保される。一方、活性層とｐ型クラッド層との間に電子障壁層を備えていることにより、電子障壁層の活性層に対するΔＥｃが大きくなり、ｐ型クラッド層における電子の溢れ出しが確実に抑制される。

本発明によるレーザプロジェクタは、上記本発明の半導体発光素子を備えたものである。

本発明の半導体発素子によれば、基板上に、活性層を間にしてｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を備え、活性層はＧａＩｎＰ混晶、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層はＡｌＧａＰ混晶により構成されると共に、活性層とｐ型クラッド層との間に電子障壁層を備えるようにしたので、ｐ型クラッド層における電子の溢れ出しを抑制し、温度特性を向上させることができると共に、活性層での光閉じ込めを確実にすることができる。従って、信頼性が向上し、より実用的な半導体素子を作製することができる。

本発明のレーザプロジェクタによれば、上記本発明による半導体レーザを備えるようにしたので、温度特性および信頼性が向上し、広い温度範囲で安定して使用することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構造を表すものである。この半導体レーザは、例えば、基板１０の一面側に、バッファ層１１，ｎ型クラッド層１２，活性層１３，電子障壁層１４，ｐ型クラッド層１５，中間層１６およびｐ側コンタクト層１７がこの順に積層された構成を有している。

基板１０は、例えば、積層方向における厚さ（以下、単に厚さという）が１００μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。なお、基板１０は例えばＧａＰにより構成するようにしてもよい。バッファ層１１は、バンドの不連続を緩和して電子の輸送を効率的に行うもので、例えば、ＧａＩｎＰにより構成されている。ｎ型クラッド層１２は、例えば、厚さが２．０μｍであり、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ_ｘＧａ_1-x Ｐ混晶により構成されている。

活性層１３は、例えば、厚みが５０ｎｍであり、ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。活性層１３に含まれるインジウム組成は、例えば０．２以上０．８以下である。より好ましくは、ガリウム組成が０．６である。すなわち、活性層１３がＧａ_0.6Ｉｎ_0.4Ｐにより構成されていることにより、臨界膜厚の条件を満たす。

電子障壁層１４は、活性層１３からｐ型クラッド層１５側への電子の溢れ出しを抑制するためのものであり、本実施の形態では、伝導帯のバンド端の絶対値が活性層１３のＧａＩｎＰ混晶よりも大きな材料、例えば、ＧａＰにより構成されている。これにより、この半導体レーザでは、電子障壁層１４の活性層１３に対するバンド不連続（ΔＥｃ）を確実に大きくすることができ、ｐ型クラッド層１５への電子の溢れ出しを確実に抑制することができるようになっている。特に、電子障壁層を、伝導帯のバンド端の絶対値が最も大きなガリウムリン（ＧａＰ）により構成することにより、電子障壁層の活性層に対するΔＥｃを最大とすることができる。なお、ＧａＰにより構成した場合の電子障壁層１４の厚みについては、電子がトンネルしない程度の厚みがあれば十分であり、例えば、１０ｎｍ以下である。

ｐ型クラッド層１５は、例えば、厚さが０．４μｍであり、亜鉛またはマグネシウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＰ混晶により構成されており、後述のように活性層１３との間の屈折率差を大きくし、活性層１３への光の閉じ込めを確実にできるようになっている。ここで、図１１に、Ａｌ_xＧａ_1-xＰにおいて、屈折率等のＡｌ組成に対する依存性についての特性図を示す。図から明らかなように、Ａｌ組成を大きくする程、屈折率を小さくすることができるため、活性層との屈折率差をより大きくとることができる。ただし、このＡｌ組成は、材料の酸化を考慮して最大０．８程度であり、活性層の発光波長により、その組成は下げることが可能である。

中間層１６は、ｐ型クラッド層１５とｐ側コンタクト層１７との間のバンドギャップをなくすために設けられる層であり、例えばＧａＰにより構成されている。ｐ側コンタクト層１７は、例えば、厚さが０．３μｍであり、亜鉛またはマグネシウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。

なお、図示しないが、ｐ側コンタクト層１７の表面には、例えばチタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有するｐ側電極が形成されている。一方、基板１０の裏側には、ｎ側電極が形成される。このｎ側電極は、例えばＡｕＧｅ：Ｎｉおよび金（Ａｕ）を順次積層して熱処理により合金化した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。

更に、この半導体レーザでは、共振器方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、一対の共振器端面には一対の反射鏡膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方は低反射率となるように、他方は高反射率となるように反射率がそれぞれ調整されている。これにより、活性層１３において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。

この半導体レーザは、次のようにして製造することができる。

まず、例えば、上述した厚さおよび材料よりなる基板１０の表側に、例えばＭＯＣＶＤ法により、それぞれ上述した厚さおよび材料よりなるバッファ層１２，ｎ型クラッド層１２，活性層１３，電子障壁層１４，ｐ型クラッド層１５，中間層１６およびｐ側コンタクト層１７を順に積層する。その際、活性層１３をＧａＩｎＰにより形成すると共に、電子障壁層１４を、伝導帯のバンド端の絶対値が活性層１３よりも大きな材料、例えばＧａＰ、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１５をそれぞれＡｌ_xＧａ_1-xＰ混晶により形成する。

そののち、公知の方法により、基板１０の裏側にｎ側電極、ｐ側コンタクト層１７上にｐ側電極をそれぞれ形成し、次いでｎ側電極およびｐ側電極を形成したのち、基板１０を所定の大きさに整え、ｐ側コンタクト層１７の長さ方向において対向する一対の共振器端面に反射鏡膜を形成する。これにより半導体レーザが完成する。

上述のように、本実施の形態では、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０上に、ＧａＩｎＰからなる活性層１３を間にして、Ａｌ_xＧａ_1-xＰからなるｎ型クラッド層１２、Ａｌ_xＧａ_1-x Ｐからなるｐ型クラッド層１５を配置すると共に、活性層１３とｐ型クラッド層１５との間にＧａＰからなる電子障壁層１４を設けたものである。以下、図３および図４を参照してその作用効果について説明する。

図３は、ＩＩＩ−Ｖ族各種材料のバンドギャップ（ｅＶ）と格子定数（Å）との相関の一例を表したものである。この図は非特許文献１のＦＩＧ．１に基づいて作成したものである。なお、非特許文献１のＦＩＧ．１は、二元および三元系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体について、歪みのない状態での不連続性、障壁高さおよびバンドギャップを含む実験データを集約した図である。

ここで、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１５を構成するＡｌ_xＧａ_1-xＰは、図３において、伝導帯および価電子帯それぞれにおいてＡｌＰとＧａＰとを結ぶ線上にある。この線をたどれば分かるように、ＧａＩｎＰからなる活性層１３に対して伝導帯でのバンド不連続を大きくするためには、ＡｌｘＧａ1-x Ｐ混晶でのＧａ組成を大きくしなければならないことが分かる。例えば、Ｇａ組成を最大としたときにはＧａＰとなるが、そのとき伝導帯でのバンド不連続は最大となり、価電子帯での不連続は最低ないし若干凹凸を有する形状となる。

次に、Ａｌ_xＧａ_1-xＰ混晶の屈折率について述べる。ＧａＰとＡｌＰとの混晶であるＡｌ_xＧａ_1-xＰの屈折率については、ＧａＰおよびＡｌＰそれぞれの屈折率からその組成の比率を考慮することで算出することができ、図４に示したように依存性を有する。波長６４０ｎｍのレーザのクラッド層として用いるときのＧａＰおよびＡｌＰそれぞれの屈折率は、それぞれ３．３１４，２．８４８であり、ＡｌＧａＰ混晶を用いることで非常に広範囲な屈折率の材料をレーザ構造に使えることになる。

しかし、活性層に用いられるＧａＩｎＰ（Ｅｇ＝１．９８ｅＶのとき）の屈折率は３．３５であり、ＧａＰの屈折率と非常に近くなり、活性層に光を閉じ込めることはできない。ちなみに、図１４は前述の特許文献１の実施例の構造、図１５はその構造のバンドダイアグラムと屈折率とを表したものである。この図からも明らかなように、伝導帯ではバンド不連続は非常に大きくとることができているが、活性層とクラッド層との間では屈折率差が殆どなく、光の閉じ込めができない構造となっている。また、この構造では、価電子帯においては不連続部分が形成されないため、ホールキャリアの閉じ込めができず、活性層領域でのホール漏れによるリークが発生するという問題がある。

これに対して本実施の形態では、ＧａＩｎＰからなる活性層１３に対して、ｐ型クラッド層１５をＡｌ_xＧａ_1-xＰにより構成すると共に、活性層１３とｐ型クラッド層１５との間の電子障壁層１４を伝導帯でのバンド不連続を最大にできるＧａＰとしたものである。図２はこのときのバンド構造を表したものであり、この構造では、バンド不連続は伝導帯および価電子帯ともに十分であり、しかも活性層１３とクラッド層１３，１６との屈折率差も十分にとれている。ＧａＰからなる電子障壁層１４は、電子がトンネルしない程度の厚み、例えば数１０ｎｍの厚みがあれば十分である。また、Ａｌ_xＧａ_1-xＰからなるクラッド層１２，１６のＡｌ組成（ｘ）は、材料の酸化を考慮すると最大０．８程度でよいが、活性層１３の発光波長によって下げることができる。一般的には活性層とクラッド層との間には屈折率差が０．２程度あれば十分であるので、この場合にＡｌ組成（ｘ）は０．３５以上あればよい。

本実施の形態の半導体レーザでは、図示しないｎ側電極とｐ側電極との間に所定の電圧が印加されると、活性層１３に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、電子障壁層１４が、伝導帯のバンド端の絶対値が活性層１３よりも大きな材料、例えばＧａＰにより構成されているので、電子障壁層１４の活性層１３に対するバンド不連続が大きく、ｐ型クラッド層１５への電子の溢れ出しが確実に抑制される。よって、温度変化による動作電流の変化が小さくなる。また、発光に寄与しないリーク電流成分が減り、動作電流の低減も可能となる。これにより、素子の発熱が抑制され、例えば高温環境での動作が可能となり、信頼性が向上する。加えて、本実施の形態では、ｐ型クラッド層１５をＡｌ_xＧａ_1-xＰにより構成するようにしているので、光の活性層１３への閉じ込めが十分となる。これにより、レーザの閾値、スロープ効率が改善され、実用的な半導体レーザを実現することが可能になる。

特に、本実施の形態では、電子障壁層１４を、伝導帯のバンド端の絶対値が最も大きなＧａＰにより構成したことにより、電子障壁層１４の活性層１３に対するバンド不連続を最大とすることができる。これにより、伝導帯におけるバンド不連続が最大となり、より効果的に電子の溢れ出しが抑制される。

以下、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態の説明において、第１の実施の形態と同一構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態に係る半導体レーザは、図５に示したように、電子障壁層２４を第１の実施の形態で用いたＧａＰの代わりにＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｐ混晶により構成したことを除いては、上記第１の実施の形態に係る半導体レーザと同一の構成を有するものである。

本実施の形態では、電子障壁層１４がＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｐ混晶により構成されていることにより、図６に示したように、第１の実施の形態と同様に、電子障壁層１４の活性層１３に対するΔＥｃを大きくとることができ、ｐ型クラッド層１５における電子の溢れ出しを抑制し、温度特性を向上させることができ、高温環境での動作が可能になり、また、発光に寄与しないリーク電流成分を減らすことができ、動作電流の低減も可能となると共に、活性層１３での光閉じ込めを確実にすることができるようになる。

〔第３の実施の形態〕
図７は本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表すものである。本実施の形態では、ｐ型クラッド層３５が電子障壁層２４であるＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｐ混晶からクラッド層の最高Ａｌ組成であるＡｌ_0.8 Ｇａ_0.2Ｐ混晶までのグレーデッド層により構成されていることを除いては、上記第２の実施の形態に係る半導体レーザと同一の構成を有している。

本実施の形態では、電子障壁層２４がＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｐ混晶により構成されると共に、ｐ型クラッド層３５がグレーデッド層により構成されていることにより、この半導体レーザにおいては、図８に示したように、電子はＡｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｐ混晶からなる電子障壁層２４でブロックされ、光はグレーテッド層（ｐ型クラッド層３５）により閉じ込められる。よって、本実施の形態においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

〔第４の実施の形態〕
図９は本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表すものである。本実施の形態では、第１の実施の形態のバッファ層１１の代わりにＧａＰからなる低温バッファ層４１を用いたことを除いては、上記第１の実施の形態に係る半導体レーザと同一の構成を有している。

本実施の形態では、ＧａＡｓからなる基板１０とＡｌＧａＰからなるクラッド層との約４％の格子不整を解消するために、図１０に示したように、基板１０とデバイス構造との間に、低温（例えば４００℃〜５００℃）で成長させた多結晶ＧａＰをバッファ層として形成し、そののちこの低温バッファ層４１上に通常の成長温度（例えば，７００℃〜８００℃）でデバイスを形成するものである。

このような２段階成長法を用いることにより、ＧａＡｓからなる基板１０上に安定したレーザ構造を実現することができる。すなわち、十分なプロセス技術が蓄積されているＧａＡｓウエハを用いて、赤色半導体レーザを実現することができる。なお、低温バッファ層４１を形成するのに先立ち、基板１０の表面を例えば温度６００℃〜８００℃で加熱し、クリーニングしておくことが望ましい。

また、上記実施の形態では、低温バッファ層４１をＧａＰにより構成したが、その他、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｓＰの歪超格子、ＧａＰ／ＡｌＰの超格子を用いるようにしてもよい。なお、これらの場合には、それぞれの最適温度、例えば７５０℃で結晶成長を行うようにすればよい。

以下，上記半導体レーザの各種デバイスへの適用例として、レーザプロジェクタについて説明する。

図１２は、レーザプロジェクタの構成を示すブロック図である。このレーザプロジェクタは、例えば、光源１、光合成モジュール２、光偏光部３、拡大投影系４、およびスクリーン５を備えており、スクリーン５上に光を投射して映像を表示させる表示装置である。なお、スクリーン５は、プロジェクタの外部に設置するようにいてもよく、プロジェクタ一体的に設けるようにしてもよい。また、表示方式は、前面投射型（フロントプロジェクタ）あるいは背面投射型（リアプロジェクタ）のいずれにも適用可能である。

光源１は、光を発光し、発光した光を光合成モジュール２に入射するものである。この光源１は、例えば、三原色（赤、青、緑）のレーザ光をそれぞれ発光するレーザ光源である。特に、本発明に係る半導体レーザは、光源１の赤色光源として好適に用いられる。

光合成モジュール２は、例えば、赤、青、緑の三原色の光をそれぞれ変調する複数の素子を一方向に配列した１次元の光変調素子、変調された光を合成する色合成ミラー、合成された光から投影像を形成する投影光学系等から構成されている。なお、光変調素子としては、特に限定されないが、例えば、マイクロリボンアレイを用いたＧＬＶ（Grating Light Value）（商標）や、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）（商標）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）等が好適に用いられる。また、一次元の光変調素子に限定されず、２次元の変調素子を用いるようにしてもよい。

光偏光部３は、光合成モジュール２で形成された光に対して走査を行うことで、２次元像を形成するものである。光偏光部３では、光合成モジュール２からの出射光を、この出射光により形成される１次元の投影像の長さ方向と直交する方向を含む面内において、光走査することで、２次元像が得られる。この光偏光部３は、例えば、回転反射鏡（ガルバノミラー等）により構成されている。

拡大投影系４は、光偏光部３によって形成された２次元像を、スクリーン５上に拡大して投影する光学系である。この拡大投影系４は、例えば、投射レンズにより構成されている。なお、この拡大投影系４の代わりに、等倍投影系あるいは縮小投影系を用いるようにしてもよい。

次に、図１３は、例えばＤＶＤ等による高密度記録再生用の光ピックアップ１００への適用例を表したものである。この光ピックアップ１００は、光源１としての半導体レーザと、この半導体レーザとＤＶＤ等の記録媒体１０１との間に設けられた光学系とを備えている。記録媒体１０１の表面には、数μｍの大きさの多数のピット（突起）が形成されている。光学系１１０は、半導体レーザから記録媒体１０１への光路中に配設され、例えば、グレーティング（ＧＲＴ）１１１，偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１２，平行化レンズ（ＣＬ）１１３，４分の１波長板１１４，対物レンズ（ＯＬ）１１５，円柱レンズ（ＣｙＬ）１１６およびフォトダイオードなどの受光素子（ＰＤ）１１７を有している。

この光ピックアップ１００では、光源（半導体レーザ）１からの光は、グレーティング１１１，偏光ビームスプリッタ１１２，平行化レンズ１１３，４分の１波長板１１４および対物レンズ１１５を通って記録媒体１０１に焦点を結び、記録媒体１０１の表面のピットで反射される。反射された光は、対物レンズ１１５，４分の１波長板１１４，平行化レンズ１１３，偏光ビームスプリッタ１１２，円柱レンズ１１６を通って受光素子１１７に入り、ピット信号、トラッキング信号およびフォーカス信号の読取りが行われる。

このように本実施の形態の光ピックアップ１００では、光源として上記実施の形態の半導体レーザを用いるようにしたので、その温度特性および信頼性が高く、広い温度範囲で安定して使用することができる。なお、光ピックアップ１００としては、再生専用のものに限らず、記録再生が可能な光ディスク装置であってもよい。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚さ、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、電子障壁層１４の構成材料としては、上記第１ないし第４の実施の形態において説明したものの外にも、ＡｌＰ混晶、ＧａＩｎＰ混晶、ＧａＰＳｂ混晶、ＡｌＩｎＡｓ混晶、ＡｌＩｎＳｂ混晶、ＡｌＧａＰＳｂ混晶等も挙げられる。ＡｌＩｎＡｓ混晶は、ＡｌＩｎＳｂ混晶に比べて第１基準線Ｌｓｕｂに近く、基板１０に対する歪みが小さくて済むので好ましい。

また、例えば、上記実施の形態の図３を参照することにより、電子障壁層を導入したい半導体レーザにおける基板の構成材料、活性層の構成材料、混晶組成または基板に対する歪み量などに応じて、電子障壁層の構成材料を適切に選択することが可能である。従って、本発明は単に上述した赤色レーザに限定されず、さまざまな材料系または波長域の半導体レーザへの応用の可能性を有している。

また、例えばＧａＡｓよりなる基板上にＡｌＧａＡｓ混晶よりなる活性層を有する光ディスク用レーザは、一般的に高い温度特性を示すが、本発明を適用することにより温度特性や信頼性を更に向上させることが可能である。

また、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、バッファ層など他の層を更に備えていてもよい。

また、上記実施の形態では、ｎ型の基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層をこの順に積層する構成としているが、これに限定されず、ｐ型の基板上に各層を積層した構成とした場合であっても、本発明と同様の効果は達成される。

本発明による半導体レーザは、上記レーザプロジェクタや光ディスクの他、例えば、光ファイバ通信あるいは光配線の光源、レーザプリンタの光源などの用途に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 図１に示した半導体レーザのバンドダイアグラムと屈折率を説明するための図である。 ＩＩＩ−Ｖ族各種材料のバンドギャップ（ｅＶ）と格子定数（Å）との相関の一例を表した図である。 ＡｌＧａＰ混晶の屈折率を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す図である。 図５に示した半導体レーザのバンドダイアグラムと屈折率を説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す図である。 図７に示した半導体レーザのバンドダイアグラムと屈折率を説明するための図である。 本発明の第４の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す図である。 図９に示した半導体レーザの製造プロセスを説明するための図である。 ＡｌＧａＰ混晶において、屈折率等のＡｌ組成に対する依存性を表す特性図である。 図１に示した半導体レーザを備えたレーザプロジェクタの構成の一例を表すブロック図である。 図１に示した半導体レーザを備えた光ピックアップの構成の一例を示す図である。 従来の半導体レーザの構成を表す断面図である。 図１４に示した半導体レーザのバンドダイアグラムと屈折率を説明するための図である。

符号の説明

１０…基板、１１…バッファ層、１２…ｎ型クラッド層、１３…活性層、１４…電子障壁層、１５…ｐ型クラッド層、１６…中間層、１７…コンタクト層、２４…電子障壁層、４１…低温バッファ層

Claims (14)

1. 基板上に、活性層を間にしてｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を備えた半導体発光素子であって、
   前記活性層はＧａＩｎＰ混晶、前記ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層はＡｌＧａＰ混晶により構成されると共に、前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に電子障壁層を備えた
   ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記電子障壁層は、ｐ型ＧａＰにより構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記電子障壁層は、ｐ型ＡｌＧａＰにより構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
4. 前記電子障壁層は、ｐ型Ａｌ_0.06Ｇａ_0.94Ｐにより構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
5. 前記ｐ型クラッド層は、Ａｌ_0.8 Ｇａ_0.2 Ｐにより構成されている
   ことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
6. 前記ｐ型クラッド層は、前記電子障壁層の側のＡｌ_0.06Ｇａ_0.94ＰからＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｐへ順次変化するグレーデッド層である
   ことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
7. 前記活性層は、Ｇａ_0.4Ｉｎ_0.6Ｐ層により構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
8. 前記基板はＧａＡｓにより構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
9. 前記基板と前記ｎ型クラッド層との間にバッファ層を有する
   ことを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子。
10. 前記バッファ層は、４００℃〜５００℃の温度条件下で形成されたＧａＰ層である
    ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子。
11. 前記バッファ層は、ＧａＡｓ／ＧａＡｓＰの超格子層，またはＧａＰ／ＡｌＰの超格子層により構成されている
    ことを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
12. 赤色領域の発振波長を有する
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
13. 光源として半導体発光素子を備えたレーザプロジェクタであって、
    前記半導体発光素子は、基板上に、活性層を間にしてｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層を備え、前記活性層はＧａＩｎＰ混晶、前記ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層はＡｌＧａＰ混晶により構成されると共に、前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に電子障壁層を備えた
    ことを特徴とするレーザプロジェクタ。
14. 前記電子障壁層は、ｐ型のＧａＰまたはＡｌＧａＰにより構成されている
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザプロジェクタ。

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