JP2809978B2 - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バーコード読取り装
置、ポインター、光ディスクのピックアップ、光応用計
測装置などの光源であって、可視又は近赤外の半導体レ
ーザ素子に関するもので、特にｐｎ逆接合によって電流
を阻止する層をストライプの外部に設定し、電流の経路
をストライプの内部のみに限定する構造（内部ストライ
プ構造）の半導体レーザ素子に使用されるものである。
置、ポインター、光ディスクのピックアップ、光応用計
測装置などの光源であって、可視又は近赤外の半導体レ
ーザ素子に関するもので、特にｐｎ逆接合によって電流
を阻止する層をストライプの外部に設定し、電流の経路
をストライプの内部のみに限定する構造（内部ストライ
プ構造）の半導体レーザ素子に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の半導体レーザ素子の構造
を示すものである。この構造は、いわゆるＳＢＲ構造と
呼ばれるものであり、例えば特開昭６２−２００７８５
及び特開昭６２−２００７８６に開示されている。
を示すものである。この構造は、いわゆるＳＢＲ構造と
呼ばれるものであり、例えば特開昭６２−２００７８５
及び特開昭６２−２００７８６に開示されている。
【０００３】１は、ｐ側の金属電極である。２は、接触
抵抗を低減するために設けられたｐ型のＧａＡｓから構
成されるキャップ層である。３〜６は、ｐ型のＩｎＧａ
ＡｌＰから構成される第２クラッド層である。７は、Ｉ
ｎＧａＰから構成される活性層である。８は、ｎ型のＩ
ｎＧａＡｌＰから構成される第１クラッド層である。９
は、ｎ型のＧａＡｓから構成される基板である。１０
は、ｎ側の金属電極である。１１は、ｎ型のＧａＡｓか
ら構成される電流阻止層である。
抵抗を低減するために設けられたｐ型のＧａＡｓから構
成されるキャップ層である。３〜６は、ｐ型のＩｎＧａ
ＡｌＰから構成される第２クラッド層である。７は、Ｉ
ｎＧａＰから構成される活性層である。８は、ｎ型のＩ
ｎＧａＡｌＰから構成される第１クラッド層である。９
は、ｎ型のＧａＡｓから構成される基板である。１０
は、ｎ側の金属電極である。１１は、ｎ型のＧａＡｓか
ら構成される電流阻止層である。
【０００４】この半導体レ−ザ素子の主要部の寸法及び
キャリア濃度について述べる。電流阻止層１１の厚さ
は、約１．５μｍで、キャリア濃度は、３×１０18ｃｍ
-3である。活性層７の厚さは、０．０２乃至０．０８μ
ｍである。クラッド層４（この層はリッジと呼ばれる）
の幅は、３乃至６μｍである。クラッド層３，４，５，
６の合計の厚さは、１乃至３μｍであり、また、クラッ
ド層５，６を合わせた厚さは、０．１５乃至０．４μｍ
である。クラッド層８の厚さは、１．０乃至１．５μｍ
である。光共振器の長さ（紙面に垂直方向）は、４００
乃至８００μｍである。
キャリア濃度について述べる。電流阻止層１１の厚さ
は、約１．５μｍで、キャリア濃度は、３×１０18ｃｍ
-3である。活性層７の厚さは、０．０２乃至０．０８μ
ｍである。クラッド層４（この層はリッジと呼ばれる）
の幅は、３乃至６μｍである。クラッド層３，４，５，
６の合計の厚さは、１乃至３μｍであり、また、クラッ
ド層５，６を合わせた厚さは、０．１５乃至０．４μｍ
である。クラッド層８の厚さは、１．０乃至１．５μｍ
である。光共振器の長さ（紙面に垂直方向）は、４００
乃至８００μｍである。
【０００５】ｐ側の金属電極１から注入された電流は、
キャップ層２を経て、クラッド層３，４，５，６、活性
層７、クラッド層８、基板９、ｎ側の金属電極１０の順
で流れる。該電流は、電流阻止層１１にストライプ状に
開けられた開口部を通過する。従って、該電流により光
利得を発生し得る箇所は、ストライプ状の開口部の直
下、即ちリッジ４の直下の活性層７のみである。
キャップ層２を経て、クラッド層３，４，５，６、活性
層７、クラッド層８、基板９、ｎ側の金属電極１０の順
で流れる。該電流は、電流阻止層１１にストライプ状に
開けられた開口部を通過する。従って、該電流により光
利得を発生し得る箇所は、ストライプ状の開口部の直
下、即ちリッジ４の直下の活性層７のみである。
【０００６】半導体レ−ザ素子の動作は、該電流による
光利得が得られ、かつ、クラッド層３，４，５，６、活
性層７、及びクラッド層８が構成するスラブ状の光導波
路と、特定周波数のみの選択を行う光共振器構造とを備
えることによって実現される。
光利得が得られ、かつ、クラッド層３，４，５，６、活
性層７、及びクラッド層８が構成するスラブ状の光導波
路と、特定周波数のみの選択を行う光共振器構造とを備
えることによって実現される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザ素子にお
いては、素子温度は、出力光の一部が活性層７などに再
吸収されて熱に変換されるために上昇する。この素子温
度の上昇は、半導体レ−ザ素子の端面において最も大き
い。従って、半導体レ−ザ素子の駆動電流の上限は、素
子温度の上昇により該半導体レ−ザ素子の端面で熱融解
が生じない程度に定められる。
いては、素子温度は、出力光の一部が活性層７などに再
吸収されて熱に変換されるために上昇する。この素子温
度の上昇は、半導体レ−ザ素子の端面において最も大き
い。従って、半導体レ−ザ素子の駆動電流の上限は、素
子温度の上昇により該半導体レ−ザ素子の端面で熱融解
が生じない程度に定められる。
【０００８】しかし、例えば素子取扱い者などに帯電し
た静電気が放電して素子に加えられる場合のように、意
図しない過大電流が該半導体レ−ザ素子に加えられるこ
とがある。このような意図しない過大電流による半導体
レーザ素子の破壊は、いわゆるサージ電流破壊と呼ばれ
る。サージ電流破壊に対する対策は、従来の半導体レー
ザにおいては、重要な問題である。
た静電気が放電して素子に加えられる場合のように、意
図しない過大電流が該半導体レ−ザ素子に加えられるこ
とがある。このような意図しない過大電流による半導体
レーザ素子の破壊は、いわゆるサージ電流破壊と呼ばれ
る。サージ電流破壊に対する対策は、従来の半導体レー
ザにおいては、重要な問題である。
【０００９】そこで、従来、サージ電流破壊に対する半
導体レーザ素子の耐久力を評価する方法がＥＩＡＪに定
められている。この方法では、図１０に示すような回路
を用いる。
導体レーザ素子の耐久力を評価する方法がＥＩＡＪに定
められている。この方法では、図１０に示すような回路
を用いる。
【００１０】これによると、該耐久力の指標は、２００
ｐＦの容量Ｃに蓄積された電荷を、瞬時に水銀リレーＳ
Ｗの接点を経て半導体レーザ素子ＬＤに加え、これによ
り該半導体レーザ素子に劣化が生じたときの容量Ｃの両
端の電圧Ｖs （サージ劣化電圧と呼ぶ）である。
ｐＦの容量Ｃに蓄積された電荷を、瞬時に水銀リレーＳ
Ｗの接点を経て半導体レーザ素子ＬＤに加え、これによ
り該半導体レーザ素子に劣化が生じたときの容量Ｃの両
端の電圧Ｖs （サージ劣化電圧と呼ぶ）である。
【００１１】図９の半導体レーザ素子のサージ劣化電圧
Ｖs の値は、上述の主要部の寸法及びキャリア濃度の値
に強く依存する。但し、一般には、サージ劣化電圧Ｖs
の値は、２０乃至８０Ｖの範囲にあるため、半導体レ−
ザ素子の取扱いには特別な注意が要求される。
Ｖs の値は、上述の主要部の寸法及びキャリア濃度の値
に強く依存する。但し、一般には、サージ劣化電圧Ｖs
の値は、２０乃至８０Ｖの範囲にあるため、半導体レ−
ザ素子の取扱いには特別な注意が要求される。
【００１２】図９の半導体レーザ素子の抵抗成分は、ス
トライプ状のリッジ４の抵抗Ｒs にほぼ等しく、Ｒs ＝
６Ωである。従って、２００ｐＦ×６Ω＝１．２ｎｓｅ
ｃであるから、ＥＩＡＪの定める評価法における放電
は、数ｎｓｅｃで終了する。
トライプ状のリッジ４の抵抗Ｒs にほぼ等しく、Ｒs ＝
６Ωである。従って、２００ｐＦ×６Ω＝１．２ｎｓｅ
ｃであるから、ＥＩＡＪの定める評価法における放電
は、数ｎｓｅｃで終了する。
【００１３】このような数百ｎｓｅｃ以下の時間領域で
は、レーザの劣化に必要な電流値Ｉs は、電流の継続時
間τs にほぼ反比例する。即ち、半導体レーザ素子は、
一定の電荷ｑs ＝Ｉs τs が流れたときに劣化が生じる
と言うことが出来る。
は、レーザの劣化に必要な電流値Ｉs は、電流の継続時
間τs にほぼ反比例する。即ち、半導体レーザ素子は、
一定の電荷ｑs ＝Ｉs τs が流れたときに劣化が生じる
と言うことが出来る。
【００１４】サージ劣化電圧Ｖs ＝２０乃至８０Ｖで
は、理論的には、ｑs ＝２００ｐＦ×（２０乃至８０
Ｖ）＝４乃至１６×１０-9Ｃに対応することになる。こ
れは、実際に矩形状のパルス電流で半導体レーザ素子を
駆動することによって確かめられている。
は、理論的には、ｑs ＝２００ｐＦ×（２０乃至８０
Ｖ）＝４乃至１６×１０-9Ｃに対応することになる。こ
れは、実際に矩形状のパルス電流で半導体レーザ素子を
駆動することによって確かめられている。
【００１５】サージ電流破壊に強い、即ちサージ劣化電
圧Ｖs が大きい半導体レーザ素子を提供する目的で、素
子の容量を大きくする方法が提案されている（例えば特
開平４−３０９２７８参照）。
圧Ｖs が大きい半導体レーザ素子を提供する目的で、素
子の容量を大きくする方法が提案されている（例えば特
開平４−３０９２７８参照）。
【００１６】この方法では、素子容量は、印加された電
荷を一時の間だけ蓄える。しかし、最終的には全ての電
荷は、素子の活性層を経て放電する。従って、上述した
原理を考慮すると、素子容量の増加によるサージ劣化電
圧Ｖs の増加は、一時的なものであり、結局、十分なサ
ージ劣化電圧Ｖs を得ることは出来ない。十分に大きな
サージ劣化電圧Ｖs は、電荷を放電する経路を別に作る
ことにより得られる。本発明は、上記欠点を解決すべく
なされたもので、その目的は、サージ電流破壊に強い可
視もしくは近赤外の半導体レーザ素子の構造を提供する
ことである。
荷を一時の間だけ蓄える。しかし、最終的には全ての電
荷は、素子の活性層を経て放電する。従って、上述した
原理を考慮すると、素子容量の増加によるサージ劣化電
圧Ｖs の増加は、一時的なものであり、結局、十分なサ
ージ劣化電圧Ｖs を得ることは出来ない。十分に大きな
サージ劣化電圧Ｖs は、電荷を放電する経路を別に作る
ことにより得られる。本発明は、上記欠点を解決すべく
なされたもので、その目的は、サージ電流破壊に強い可
視もしくは近赤外の半導体レーザ素子の構造を提供する
ことである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体レーザ素子は、第１導電型の半導体
結晶からなる基板と、前記基板上に設けられる第１導電
型の半導体結晶からなる第１クラッド層（バンドギャッ
プがＥｇc1、屈折率がｎc1）と、前記第１クラッド層の
上面に接して設けられる第１又は第２導電型の半導体結
晶からなる活性層（バンドギャップがＥｇa 、屈折率が
ｎa 、但し、Ｅｇc1＞Ｅｇa かつｎc1＜ｎa ）と、前記
活性層の上面に接して設けられる第２導電型の半導体結
晶からなる第２クラッド層（バンドギャップがＥｇc2、
屈折率がｎc2、但し、Ｅｇc2＞Ｅｇa かつｎc2＜ｎa ）
と、前記第２クラッド層上に設けられる第１導電型の半
導体結晶からなる電流阻止層（バンドギャップがＥ
ｇcb）と、前記電流阻止層に開けられたストライプ状の
電流注入用開口と、前記電流注入用開口に露出する第２
クラッド層上及び電流阻止層上に設けられる第２導電型
の半導体結晶からなるキャップ層と、前記キャップ層上
に設けられる金属からなる上部電極と、前記基板の下面
に設けられる金属からなる下部電極とを含んでいる。そ
して、前記電流阻止層の厚さとキャリア濃度は、駆動電
流の直流最大定格値の１倍以上１０倍以下の電流で駆動
したときに、前記第２クラッド層側の電流阻止層内に作
られる逆接合の空乏層が電流阻止層を突き抜ける（いわ
ゆるパンチスルー現象）ように設定されている。
め、本発明の半導体レーザ素子は、第１導電型の半導体
結晶からなる基板と、前記基板上に設けられる第１導電
型の半導体結晶からなる第１クラッド層（バンドギャッ
プがＥｇc1、屈折率がｎc1）と、前記第１クラッド層の
上面に接して設けられる第１又は第２導電型の半導体結
晶からなる活性層（バンドギャップがＥｇa 、屈折率が
ｎa 、但し、Ｅｇc1＞Ｅｇa かつｎc1＜ｎa ）と、前記
活性層の上面に接して設けられる第２導電型の半導体結
晶からなる第２クラッド層（バンドギャップがＥｇc2、
屈折率がｎc2、但し、Ｅｇc2＞Ｅｇa かつｎc2＜ｎa ）
と、前記第２クラッド層上に設けられる第１導電型の半
導体結晶からなる電流阻止層（バンドギャップがＥ
ｇcb）と、前記電流阻止層に開けられたストライプ状の
電流注入用開口と、前記電流注入用開口に露出する第２
クラッド層上及び電流阻止層上に設けられる第２導電型
の半導体結晶からなるキャップ層と、前記キャップ層上
に設けられる金属からなる上部電極と、前記基板の下面
に設けられる金属からなる下部電極とを含んでいる。そ
して、前記電流阻止層の厚さとキャリア濃度は、駆動電
流の直流最大定格値の１倍以上１０倍以下の電流で駆動
したときに、前記第２クラッド層側の電流阻止層内に作
られる逆接合の空乏層が電流阻止層を突き抜ける（いわ
ゆるパンチスルー現象）ように設定されている。
【００１８】前記第２クラッド層の上部は、前記電流注
入開口に突出してリッジを形成している。前記活性層の
バンドギャップＥｇa と前記電流阻止層のバンドギャッ
プＥｇcbは、Ｅｇcb＞Ｅｇa の関係を有している。
入開口に突出してリッジを形成している。前記活性層の
バンドギャップＥｇa と前記電流阻止層のバンドギャッ
プＥｇcbは、Ｅｇcb＞Ｅｇa の関係を有している。
【００１９】また、レーザ光の一部をストライプの脇で
吸収することが必要な構造を有する半導体レ−ザ素子に
おいては、上述のように電流阻止層の厚さとキャリア濃
度を設定すると、該光吸収により生じた過剰キャリアに
よって電流阻止層の逆接合のポテンシャル障壁が消失す
るため、電流阻止層が電流を阻止できず（いわゆる光タ
ン−オン現象）、半導体レーザ素子として機能しなくな
る場合がある。
吸収することが必要な構造を有する半導体レ−ザ素子に
おいては、上述のように電流阻止層の厚さとキャリア濃
度を設定すると、該光吸収により生じた過剰キャリアに
よって電流阻止層の逆接合のポテンシャル障壁が消失す
るため、電流阻止層が電流を阻止できず（いわゆる光タ
ン−オン現象）、半導体レーザ素子として機能しなくな
る場合がある。
【００２０】これを解決する第１の構造は、前記電流阻
止層と前記第２クラッド層の間にそれぞれ設けられる、
前記電流阻止層に接する第２導電型の半導体結晶からな
る光電流阻止層（バンドギャップがＥocb 、但し、Ｅ
ocb ＞Ｅa ）及び前記第２クラッド層に接するアンドー
プ又は低キャリア濃度の第２導電型の半導体結晶からな
る光吸収層（バンドギャップがＥab、但し、Ｅab≦Ｅ
a ）を設けた構造である。
止層と前記第２クラッド層の間にそれぞれ設けられる、
前記電流阻止層に接する第２導電型の半導体結晶からな
る光電流阻止層（バンドギャップがＥocb 、但し、Ｅ
ocb ＞Ｅa ）及び前記第２クラッド層に接するアンドー
プ又は低キャリア濃度の第２導電型の半導体結晶からな
る光吸収層（バンドギャップがＥab、但し、Ｅab≦Ｅ
a ）を設けた構造である。
【００２１】前記活性層、前記第１クラッド層、前記第
２クラッド層、及び前記光電流阻止層を構成する半導体
結晶材料は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ（但し、
ｘは、０≦ｘ≦１であって、各層毎に異なる。ｙは、約
０．５であって、各層においてほぼ等しい。）から構成
され、前記電流阻止層を構成する半導体結晶材料は、
（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ及びＡｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓのいずれか一つから構成されている。
２クラッド層、及び前記光電流阻止層を構成する半導体
結晶材料は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ（但し、
ｘは、０≦ｘ≦１であって、各層毎に異なる。ｙは、約
０．５であって、各層においてほぼ等しい。）から構成
され、前記電流阻止層を構成する半導体結晶材料は、
（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ及びＡｌz Ｇａ1-z Ａ
ｓのいずれか一つから構成されている。
【００２２】前記第１導電型がｎ導電型、前記第２導電
型がｐ導電型であり、前記光吸収層を構成する材料は、
ｐ導電型のＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ（０≦ｗ＜１）であり、
ｐ導電型の不純物濃度は、４×１０17ｃｍ-3以下であ
る。
型がｐ導電型であり、前記光吸収層を構成する材料は、
ｐ導電型のＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ（０≦ｗ＜１）であり、
ｐ導電型の不純物濃度は、４×１０17ｃｍ-3以下であ
る。
【００２３】前記電流素子層の不純物準位濃度Ｎcbと厚
さｄcbとの関係は、ｄcb＝［２ＫεcbＲstＩmax ／ｑＮ
cb］1/2 （但し、Ｒstは、ストライプ状開口部の抵抗
値、Ｉmax は、直流駆動電流の最大定格値、εcbは、電
流阻止層の誘電率、ｑは、単位電荷である。また、１≦
Ｋ≦１０である。）を満たしている。
さｄcbとの関係は、ｄcb＝［２ＫεcbＲstＩmax ／ｑＮ
cb］1/2 （但し、Ｒstは、ストライプ状開口部の抵抗
値、Ｉmax は、直流駆動電流の最大定格値、εcbは、電
流阻止層の誘電率、ｑは、単位電荷である。また、１≦
Ｋ≦１０である。）を満たしている。
【００２４】また、第２の構造は、電流阻止層の厚さを
リッジ（ストライプ）の近傍では十分に厚く設定して光
ターンオン現象を防止し、かつ、リッジから最も離れた
箇所では薄く設定してその薄い部分においてパンチスル
−を起こすように設定した構造である。
リッジ（ストライプ）の近傍では十分に厚く設定して光
ターンオン現象を防止し、かつ、リッジから最も離れた
箇所では薄く設定してその薄い部分においてパンチスル
−を起こすように設定した構造である。
【００２５】前記電流阻止層の薄い部分は、前記第２ク
ラッド層及び前記キャップ層から当該電流阻止層の薄い
部分へ不純物が拡散するのを防止するための拡散防止層
により挟まれている。
ラッド層及び前記キャップ層から当該電流阻止層の薄い
部分へ不純物が拡散するのを防止するための拡散防止層
により挟まれている。
【００２６】
【作用】上記構成によれば、過剰な電圧が加わると、パ
ンチスルー現象を生じた電流阻止層を経て電流の大部分
が流れ、レーザ動作部（リッジ直下のストライプ状の活
性層）を流れる電荷が減るため、半導体レーザ素子の破
壊を防止できる。
ンチスルー現象を生じた電流阻止層を経て電流の大部分
が流れ、レーザ動作部（リッジ直下のストライプ状の活
性層）を流れる電荷が減るため、半導体レーザ素子の破
壊を防止できる。
【００２７】また、リッジ脇での光吸収を積極的に利用
する半導体レーザ素子の場合でも、第１の構造を用いる
と、光吸収により光吸収層に生じた小数キャリアは、光
吸収層と光電流阻止層の間に形成されるポテンシャル障
壁により電流阻止層まで到達できないため、キャリアに
よる光ターンオン現象は生じない。
する半導体レーザ素子の場合でも、第１の構造を用いる
と、光吸収により光吸収層に生じた小数キャリアは、光
吸収層と光電流阻止層の間に形成されるポテンシャル障
壁により電流阻止層まで到達できないため、キャリアに
よる光ターンオン現象は生じない。
【００２８】よって、パンチスルー現象のみが生じ、サ
ージ電流破壊を防止できる。また、活性層から漏れ出し
た光は、光吸収層で吸収されて電流阻止層には殆ど到達
しない。つまり、電流阻止層におけるキャリアの光励起
とそれに基づく光ターンオンも生じない。
ージ電流破壊を防止できる。また、活性層から漏れ出し
た光は、光吸収層で吸収されて電流阻止層には殆ど到達
しない。つまり、電流阻止層におけるキャリアの光励起
とそれに基づく光ターンオンも生じない。
【００２９】また、第２の構造を用いると、ストライプ
から遠いところにある相対的に薄い電流阻止層において
はパンチスルー現象が生じるが、ストライプ近傍にある
光を吸収する電流阻止層は、十分に厚いため、光ターン
オン現象は生じない。
から遠いところにある相対的に薄い電流阻止層において
はパンチスルー現象が生じるが、ストライプ近傍にある
光を吸収する電流阻止層は、十分に厚いため、光ターン
オン現象は生じない。
【００３０】電流阻止層の逆接合に生じる空乏層の厚さ
ｗcbは、次式で表わされる。 ｗcb＝［２εcb（Ｖa ＋Ｖbi）／ｑＮcb］1/2 …（１） ここで、εcbは、電流阻止層の誘電率、Ｖa は、逆接合
に加わる電圧、Ｖbiは、逆接合の接触電位（いわゆるビ
ルトイン電圧）、ｑは、単位電荷、Ｎcbは、電流阻止層
の不純物準位密度である。
ｗcbは、次式で表わされる。 ｗcb＝［２εcb（Ｖa ＋Ｖbi）／ｑＮcb］1/2 …（１） ここで、εcbは、電流阻止層の誘電率、Ｖa は、逆接合
に加わる電圧、Ｖbiは、逆接合の接触電位（いわゆるビ
ルトイン電圧）、ｑは、単位電荷、Ｎcbは、電流阻止層
の不純物準位密度である。
【００３１】電流阻止層と接して逆接合を形成する層の
不純物準位密度は、電流阻止層の不純物準位密度Ｎcbに
比べはるかに大きい。逆接合に加わる電圧Ｖa は、スト
ライプ状開口部を流れるときに生じる電位降下（ＲstＩ
d ）にほぼ等しい。ここで、Ｒstは、ストライプ状開口
部の抵抗で、Ｉd は、駆動電流である。
不純物準位密度は、電流阻止層の不純物準位密度Ｎcbに
比べはるかに大きい。逆接合に加わる電圧Ｖa は、スト
ライプ状開口部を流れるときに生じる電位降下（ＲstＩ
d ）にほぼ等しい。ここで、Ｒstは、ストライプ状開口
部の抵抗で、Ｉd は、駆動電流である。
【００３２】サージ電流破壊を問題にする場合、駆動電
流Ｉd は、数百ｍＡ以上で、ストライプ状開口部の抵抗
Ｒstは、通常５Ω程度であるから、Ｖa ＋Ｖbiは、Ｒst
Ｉdと近似できる。
流Ｉd は、数百ｍＡ以上で、ストライプ状開口部の抵抗
Ｒstは、通常５Ω程度であるから、Ｖa ＋Ｖbiは、Ｒst
Ｉdと近似できる。
【００３３】そこで、これを（１）式に代入すると、 ｗcb＝［２εcbＲstＩd ／ｑＮcb］1/2 …（２） を得る。
【００３４】電流阻止層の厚さｄcbが（２）式に示され
る空乏層の厚さｗcbよりも薄くなると、電流阻止層にお
いてパンチスルー現象が生じる。パンチスルーするとき
の駆動電流Ｉd が直流駆動電流の最大定格値Ｉmax の数
倍から１０倍程度の値に設定されていれば、数百ｎｓｅ
ｃ以下の短時間内に流れる過剰電流により生じる素子破
壊を防止できる。
る空乏層の厚さｗcbよりも薄くなると、電流阻止層にお
いてパンチスルー現象が生じる。パンチスルーするとき
の駆動電流Ｉd が直流駆動電流の最大定格値Ｉmax の数
倍から１０倍程度の値に設定されていれば、数百ｎｓｅ
ｃ以下の短時間内に流れる過剰電流により生じる素子破
壊を防止できる。
【００３５】即ち、サージ電流破壊を防止するのに必要
な電流素子層の不純物準位濃度Ｎcbと厚さｄcbとの関係
は、次式で与えられる。 ｄcb＝［２ＫεcbＲstＩmax ／ｑＮcb］1/2 …（３） ここで、１≦Ｋ≦１０である。
な電流素子層の不純物準位濃度Ｎcbと厚さｄcbとの関係
は、次式で与えられる。 ｄcb＝［２ＫεcbＲstＩmax ／ｑＮcb］1/2 …（３） ここで、１≦Ｋ≦１０である。
【００３６】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の半導体
レ−ザ素子について詳細に説明する。図１は、本発明の
第１の実施例に係わる半導体レ−ザ素子の構造を示すも
のである。この実施例は、本発明を図９のＳＢＲ構造の
半導体レ−ザ素子に適用したものである。なお、図９の
半導体レ−ザ素子と同一の部分には同一の符号を付して
その部分の説明を省略する。
レ−ザ素子について詳細に説明する。図１は、本発明の
第１の実施例に係わる半導体レ−ザ素子の構造を示すも
のである。この実施例は、本発明を図９のＳＢＲ構造の
半導体レ−ザ素子に適用したものである。なお、図９の
半導体レ−ザ素子と同一の部分には同一の符号を付して
その部分の説明を省略する。
【００３７】従来構造との相違点は、従来構造（図９）
が、光ターンオンを防ぐに十分な厚さとキャリア濃度の
ｎ型のＧａＡｓ層で構成される電流阻止層１１を有して
いるのに対し、本実施例の構造が、該電流阻止層１１に
代えて３層１２，１３，１４から構成される積層を有し
ている点にある。
が、光ターンオンを防ぐに十分な厚さとキャリア濃度の
ｎ型のＧａＡｓ層で構成される電流阻止層１１を有して
いるのに対し、本実施例の構造が、該電流阻止層１１に
代えて３層１２，１３，１４から構成される積層を有し
ている点にある。
【００３８】この積層構造を構成する層は、ｎ側の金属
電極１０側から順に、光吸収層１２、光電流阻止層１
３、電流阻止層１４である。そして、光吸収層１２は、
光吸収機能を有し、光電流阻止層１３は、光吸収層で発
生する電子が拡散するのを防ぐ役割を果たし、電流阻止
層１４は、該電流阻止層と光電流阻止層との間に形成さ
れるｐｎ逆接合により駆動電流を阻止する役割を果たし
ている。
電極１０側から順に、光吸収層１２、光電流阻止層１
３、電流阻止層１４である。そして、光吸収層１２は、
光吸収機能を有し、光電流阻止層１３は、光吸収層で発
生する電子が拡散するのを防ぐ役割を果たし、電流阻止
層１４は、該電流阻止層と光電流阻止層との間に形成さ
れるｐｎ逆接合により駆動電流を阻止する役割を果たし
ている。
【００３９】光吸収層１２は、キャリア濃度が５×１０
15ｃｍ-3と極めて低く設定されたｐ- 型のＧａＡｓから
構成される。光吸収層１２の厚さは、活性層から漏れ出
す光により電流阻止層１４が励起されて光ターンオンし
ないような値、例えば約１．５μｍに設定される。
15ｃｍ-3と極めて低く設定されたｐ- 型のＧａＡｓから
構成される。光吸収層１２の厚さは、活性層から漏れ出
す光により電流阻止層１４が励起されて光ターンオンし
ないような値、例えば約１．５μｍに設定される。
【００４０】また、光吸収層１２を経て流れる電流は無
効電流となるため、光吸収層１２のシート抵抗は、十分
に大きいことが望ましい。素子の実際的な寸法を考慮す
ると、光吸収層１２は、シート抵抗が約１Ωｃｍ-1以上
の材料を用いて形成すれば良い。この条件は、本実施例
のように、光吸収層１２にｐ型のＧａＡｓを用いる場合
は、ｐ（ｐ型不純物の濃度）≦４×１０17ｃｍ-3と設定
すれば満たされる。
効電流となるため、光吸収層１２のシート抵抗は、十分
に大きいことが望ましい。素子の実際的な寸法を考慮す
ると、光吸収層１２は、シート抵抗が約１Ωｃｍ-1以上
の材料を用いて形成すれば良い。この条件は、本実施例
のように、光吸収層１２にｐ型のＧａＡｓを用いる場合
は、ｐ（ｐ型不純物の濃度）≦４×１０17ｃｍ-3と設定
すれば満たされる。
【００４１】光電流阻止層１３は、ｐ型の（Ｇａ0.3 Ａ
ｌ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで構成され、その厚さは、約
０．１μｍである。光吸収層１２と光電流阻止層１３と
の間には、ｐ導電型同士のヘテロ接合が形成される。
ｌ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで構成され、その厚さは、約
０．１μｍである。光吸収層１２と光電流阻止層１３と
の間には、ｐ導電型同士のヘテロ接合が形成される。
【００４２】なお、より狭いバンドギャップを持つ光吸
収層１２の材料であるＧａＡｓは、正孔の質量が極めて
軽く、価電子帯の状態密度が約１０19ｃｍ-3である。よ
って、光吸収層１２の中に形成される空乏層の空間電荷
密度は、光電流阻止層１３の中に形成される空乏層の空
間電荷密度（これは、不純物濃度にほぼ等しい）に比べ
て、はるかに大きい。
収層１２の材料であるＧａＡｓは、正孔の質量が極めて
軽く、価電子帯の状態密度が約１０19ｃｍ-3である。よ
って、光吸収層１２の中に形成される空乏層の空間電荷
密度は、光電流阻止層１３の中に形成される空乏層の空
間電荷密度（これは、不純物濃度にほぼ等しい）に比べ
て、はるかに大きい。
【００４３】その結果、光吸収層１２側から見たときの
ヘテロ接合における価電子帯のポテンシャル障壁が実効
的に大きくなり、光吸収層１２で発生した正孔は、光電
流阻止層１３によりブロックされ、電流阻止層１４には
到達できない。光電流阻止層１３のキャリア濃度と厚さ
は、光電流素子層１３の形成に際して用いる結晶成長技
術に起因する制限などを考慮して決定される。
ヘテロ接合における価電子帯のポテンシャル障壁が実効
的に大きくなり、光吸収層１２で発生した正孔は、光電
流阻止層１３によりブロックされ、電流阻止層１４には
到達できない。光電流阻止層１３のキャリア濃度と厚さ
は、光電流素子層１３の形成に際して用いる結晶成長技
術に起因する制限などを考慮して決定される。
【００４４】電流阻止層１４は、キャリア濃度が５×１
０16ｃｍ-3のｎ型のＧａＡｓで構成され、その厚さは、
約０．１５μｍである。このキャリア濃度と厚さは、前
記式（３）において、Ｋ＝３としたときの値である。こ
のような構造の半導体レーザ素子では、サージ劣化電圧
Ｖs は、１００Ｖ以上であった。
０16ｃｍ-3のｎ型のＧａＡｓで構成され、その厚さは、
約０．１５μｍである。このキャリア濃度と厚さは、前
記式（３）において、Ｋ＝３としたときの値である。こ
のような構造の半導体レーザ素子では、サージ劣化電圧
Ｖs は、１００Ｖ以上であった。
【００４５】なお、図１の半導体レ−ザ素子の構造に対
し、導電型を反転させた構造についても、上述の効果と
同様の効果が得られる。但し、光吸収層１２は、キャリ
ア濃度が２×１０16ｃｍ-3以下のｎ型のＧａＡｓから構
成し、上述のように光吸収層１２のシート抵抗値を大き
くする必要がある。また、光吸収層１２と光電流阻止層
１３との間に形成される伝導帯のポテンシャル障壁は、
図１の半導体レ−ザ素子の価電子帯の電位ポテンシャル
よりも小さい。よって、光吸収層１２の不純物濃度は、
第１の実施例の場合よりもはるかに小さくする必要があ
る。
し、導電型を反転させた構造についても、上述の効果と
同様の効果が得られる。但し、光吸収層１２は、キャリ
ア濃度が２×１０16ｃｍ-3以下のｎ型のＧａＡｓから構
成し、上述のように光吸収層１２のシート抵抗値を大き
くする必要がある。また、光吸収層１２と光電流阻止層
１３との間に形成される伝導帯のポテンシャル障壁は、
図１の半導体レ−ザ素子の価電子帯の電位ポテンシャル
よりも小さい。よって、光吸収層１２の不純物濃度は、
第１の実施例の場合よりもはるかに小さくする必要があ
る。
【００４６】図２は、本発明の第２の実施例に係わる半
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、本発明を図９のＳＢＲ構造の半導体レ−ザ素子に適
用したものである。なお、図９の半導体レ−ザ素子と同
一の部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略
する。
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、本発明を図９のＳＢＲ構造の半導体レ−ザ素子に適
用したものである。なお、図９の半導体レ−ザ素子と同
一の部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略
する。
【００４７】従来構造との相違点は、従来構造（図９）
が、光ターンオンを防ぐに十分な厚さとキャリア濃度の
ｎ型のＧａＡｓ層で構成される電流阻止層１１を有して
いるのに対し、本実施例の構造が、該電流阻止層１１に
代えてｎ導電型の（Ａｌ0.3Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
からなる電流阻止層１５を有している点にある。
が、光ターンオンを防ぐに十分な厚さとキャリア濃度の
ｎ型のＧａＡｓ層で構成される電流阻止層１１を有して
いるのに対し、本実施例の構造が、該電流阻止層１１に
代えてｎ導電型の（Ａｌ0.3Ｇａ0.7 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
からなる電流阻止層１５を有している点にある。
【００４８】電流阻止層１５の厚さは、約０．１μｍで
あり、キャリア濃度は、上述の式（３）を満たすように
設定されている。電流阻止層１５の厚さは、レーザ光の
波長と比べて小さいため、活性層７から漏れ出た光は、
キャップ層２を構成するｐ型のＧａＡｓに吸収される。
これにより、本実施例の半導体レ−ザ素子は、ＳＢＲ構
造を特徴づけるリッジ４下部での光導波路形成を実現し
ている。
あり、キャリア濃度は、上述の式（３）を満たすように
設定されている。電流阻止層１５の厚さは、レーザ光の
波長と比べて小さいため、活性層７から漏れ出た光は、
キャップ層２を構成するｐ型のＧａＡｓに吸収される。
これにより、本実施例の半導体レ−ザ素子は、ＳＢＲ構
造を特徴づけるリッジ４下部での光導波路形成を実現し
ている。
【００４９】図３は、本発明の第３の実施例に係わる半
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、本発明をＳＢＲ構造とは光導波原理が異なる半導体
レーザ素子に適用したものである。
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、本発明をＳＢＲ構造とは光導波原理が異なる半導体
レーザ素子に適用したものである。
【００５０】従来構造との相違点は、従来構造（図９）
が、光ターンオンを防ぐに十分な厚さとキャリア濃度の
ｎ型のＧａＡｓ層で構成される電流阻止層１１を有して
いるのに対し、本実施例の構造が、該電流阻止層１１に
代えて第３クラッド層１６及び電流阻止層１７を有して
いる点にある。
が、光ターンオンを防ぐに十分な厚さとキャリア濃度の
ｎ型のＧａＡｓ層で構成される電流阻止層１１を有して
いるのに対し、本実施例の構造が、該電流阻止層１１に
代えて第３クラッド層１６及び電流阻止層１７を有して
いる点にある。
【００５１】電流阻止層１７は、リッジ４の脇において
第２クラッド層４，５の一部に接して配置されている。
第３クラッド層１６は、電流阻止層１７とキャップ層２
との間に配置されている。
第２クラッド層４，５の一部に接して配置されている。
第３クラッド層１６は、電流阻止層１７とキャップ層２
との間に配置されている。
【００５２】第３クラッド層１６は、ｐ導電型の（Ａｌ
0.8 Ｇａ0.2 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで構成されている。ま
た、電流阻止層１７は、ｎ導電型の（Ａｌ0.8 Ｇａ
0.2 ）0.5Ｉｎ0.5 Ｐで構成されている。従って、第３
クラッド層１６と電流阻止層１７とは、第２の実施例
（図２）の半導体レ−ザ素子の電流阻止層１５よりもＡ
ｌ濃度が大きく設定されている。
0.8 Ｇａ0.2 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで構成されている。ま
た、電流阻止層１７は、ｎ導電型の（Ａｌ0.8 Ｇａ
0.2 ）0.5Ｉｎ0.5 Ｐで構成されている。従って、第３
クラッド層１６と電流阻止層１７とは、第２の実施例
（図２）の半導体レ−ザ素子の電流阻止層１５よりもＡ
ｌ濃度が大きく設定されている。
【００５３】第２クラッド層４，６は、ｐ導電型の（Ａ
ｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで構成されている。よ
って、第３クラッド層１６及び電流阻止層１７のＡｌ濃
度は、第２クラッド層４，６のＡｌ濃度よりも高い。こ
のＡｌ濃度の関係に対応して、リッジ直下には、実屈折
率差に原因する光導波路が形成される。即ち、本実施例
は、ＳＢＲ構造とは光導波原理が異なる半導体レーザ素
子に関するものある。
ｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで構成されている。よ
って、第３クラッド層１６及び電流阻止層１７のＡｌ濃
度は、第２クラッド層４，６のＡｌ濃度よりも高い。こ
のＡｌ濃度の関係に対応して、リッジ直下には、実屈折
率差に原因する光導波路が形成される。即ち、本実施例
は、ＳＢＲ構造とは光導波原理が異なる半導体レーザ素
子に関するものある。
【００５４】図４は、本発明の第４の実施例に係わる半
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、上述の第２の実施例（図２）においてリッジ４を省
略した構造であり、いわゆる利得導波型半導体レーザ素
子と呼ばれる。る。なお、図９の半導体レ−ザ素子と同
一の部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略
する。
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、上述の第２の実施例（図２）においてリッジ４を省
略した構造であり、いわゆる利得導波型半導体レーザ素
子と呼ばれる。る。なお、図９の半導体レ−ザ素子と同
一の部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略
する。
【００５５】本実施例では、第２クラッド層６の厚さ
は、１μｍ程度である。しかし、第２クラッド層６の厚
さを１μｍ以上に設定すれば、活性層７から漏れる光
は、電流阻止層１８まで到達することがない。即ち、光
ターンオン現象の心配がない。よって、第２クラッド層
６の厚さが１μｍ以上の場合、電流阻止層１８は、ｎ導
電型のＧａＡｓから構成しても差し支えない。
は、１μｍ程度である。しかし、第２クラッド層６の厚
さを１μｍ以上に設定すれば、活性層７から漏れる光
は、電流阻止層１８まで到達することがない。即ち、光
ターンオン現象の心配がない。よって、第２クラッド層
６の厚さが１μｍ以上の場合、電流阻止層１８は、ｎ導
電型のＧａＡｓから構成しても差し支えない。
【００５６】図５は、本発明の第５の実施例に係わる半
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、本発明をＳＢＲ構造にの半導体レ−ザ素子に適用し
たものである。なお、図９の半導体レ−ザ素子と同一の
部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略す
る。
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、本発明をＳＢＲ構造にの半導体レ−ザ素子に適用し
たものである。なお、図９の半導体レ−ザ素子と同一の
部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略す
る。
【００５７】従来構造との相違点は、従来構造（図９）
が、ｎ型のＧａＡｓから構成される電流阻止層１１は均
一の厚さｔ１を有しているのに対し、本実施例の構造
が、発光部から遠い箇所における電流阻止層１１の厚さ
ｔ２を発光部近傍における電流阻止層１１の厚さｔ１よ
りも薄く設定した点にある。
が、ｎ型のＧａＡｓから構成される電流阻止層１１は均
一の厚さｔ１を有しているのに対し、本実施例の構造
が、発光部から遠い箇所における電流阻止層１１の厚さ
ｔ２を発光部近傍における電流阻止層１１の厚さｔ１よ
りも薄く設定した点にある。
【００５８】電流阻止層１１の厚さの薄い部分は、リッ
ジ４から遠い箇所、即ちリッジ４の直下の活性層７を中
心に導波されるレ−ザ光を感じない領域にある第２クラ
ッド層５上に設けられている。この電流阻止層１１の厚
さの薄い部分は、所望の電圧がｐ側の金属電極１とｎ側
の金属電極１０の間に印加されたときパンチスルーを起
こす。なお、電流阻止層１１は、例えばｎ- 型のＧａＡ
ｓから構成される。
ジ４から遠い箇所、即ちリッジ４の直下の活性層７を中
心に導波されるレ−ザ光を感じない領域にある第２クラ
ッド層５上に設けられている。この電流阻止層１１の厚
さの薄い部分は、所望の電圧がｐ側の金属電極１とｎ側
の金属電極１０の間に印加されたときパンチスルーを起
こす。なお、電流阻止層１１は、例えばｎ- 型のＧａＡ
ｓから構成される。
【００５９】図６は、本発明の第６の実施例に係わる半
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、本発明をＳＢＲ構造にの半導体レ−ザ素子に適用し
たものである。なお、図９の半導体レ−ザ素子と同一の
部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略す
る。
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、本発明をＳＢＲ構造にの半導体レ−ザ素子に適用し
たものである。なお、図９の半導体レ−ザ素子と同一の
部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略す
る。
【００６０】従来構造との相違点は、第一に、リッジ
４，４´が半導体レ−ザ素子の中央部と端部の計３箇所
に設けられている点、第二に、半導体レ−ザ素子端部の
リッジ４´上の電流阻止層１１の厚さｔ２を、他の部分
（リッジ４と４´の間）における電流阻止層１１の厚さ
ｔ１よりも薄く設定した点にある。
４，４´が半導体レ−ザ素子の中央部と端部の計３箇所
に設けられている点、第二に、半導体レ−ザ素子端部の
リッジ４´上の電流阻止層１１の厚さｔ２を、他の部分
（リッジ４と４´の間）における電流阻止層１１の厚さ
ｔ１よりも薄く設定した点にある。
【００６１】この電流阻止層１１の厚さの薄い部分は、
所望の電圧がｐ側の金属電極１とｎ側の金属電極１０の
間に印加されたときパンチスルーを起こす。なお、電流
阻止層１１は、例えばｎ- 型のＧａＡｓから構成され
る。
所望の電圧がｐ側の金属電極１とｎ側の金属電極１０の
間に印加されたときパンチスルーを起こす。なお、電流
阻止層１１は、例えばｎ- 型のＧａＡｓから構成され
る。
【００６２】図７は、本発明の第７の実施例に係わる半
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、上述の第５の実施例（図５）の半導体レ−ザ素子の
変形例である。なお、図５の半導体レ−ザ素子と同一の
部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略す
る。
導体レ−ザ素子の構造を示すものである。この実施例
は、上述の第５の実施例（図５）の半導体レ−ザ素子の
変形例である。なお、図５の半導体レ−ザ素子と同一の
部分には同一の符号を付してその部分の説明を省略す
る。
【００６３】第５の実施例との相違点は、電流阻止層１
１の厚さの薄い部分が３つの層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
から構成されている点にある。中央の層１１ｂは、所望
の電圧がｐ側の金属電極１とｎ側の金属電極１０の間に
印加されたときにパンチスルーを起こすように、そのキ
ャリア濃度と厚さが設定されている。従って、中央の層
１１ｂは、第５の実施例における電流阻止層１１の薄い
部分と同じ役割を果たす。
１の厚さの薄い部分が３つの層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
から構成されている点にある。中央の層１１ｂは、所望
の電圧がｐ側の金属電極１とｎ側の金属電極１０の間に
印加されたときにパンチスルーを起こすように、そのキ
ャリア濃度と厚さが設定されている。従って、中央の層
１１ｂは、第５の実施例における電流阻止層１１の薄い
部分と同じ役割を果たす。
【００６４】中央の層１１ｂは、例えばｎ- 型のＩｎＧ
ａＰから構成される。この場合、中央の層１１ｂの材料
は、電流阻止層１１の材料であるｎ- 型のＧａＡｓとは
異なる。なお、本発明の目的からみて、中央の層１１ｂ
は、ｎ- 型のＧａＡｓから構成しても良い。中央の層１
１ｂの材料は、中央の層１１ｂを形成する際に用いる結
晶成長方法などの要素により任意に選定される。
ａＰから構成される。この場合、中央の層１１ｂの材料
は、電流阻止層１１の材料であるｎ- 型のＧａＡｓとは
異なる。なお、本発明の目的からみて、中央の層１１ｂ
は、ｎ- 型のＧａＡｓから構成しても良い。中央の層１
１ｂの材料は、中央の層１１ｂを形成する際に用いる結
晶成長方法などの要素により任意に選定される。
【００６５】中央の層１１ｂを上下から挟む層１１ａ，
１１ｃは、ｐ- 型のＧａＡｓから構成される。この二つ
の層１１ａ，１１ｃの役割は、比較的に正孔濃度が高い
（即ち、アクセプター不純物濃度が高い）クラッド層
５，６又は３，４、及びキャップ層２から中央の層１１
ｎへアクセプター不純物が拡散してくるのを防ぐことで
ある。
１１ｃは、ｐ- 型のＧａＡｓから構成される。この二つ
の層１１ａ，１１ｃの役割は、比較的に正孔濃度が高い
（即ち、アクセプター不純物濃度が高い）クラッド層
５，６又は３，４、及びキャップ層２から中央の層１１
ｎへアクセプター不純物が拡散してくるのを防ぐことで
ある。
【００６６】この拡散防止層１１ａ，１１ｃは、当該拡
散防止層１１ａ，１１ｃを形成する際に用いる結晶成長
方法などの要素により任意に選定される。図８は、本発
明の第８の実施例に係わる半導体レ−ザ素子の構造を示
すものである。この実施例は、上述の第６の実施例（図
６）の半導体レ−ザ素子の変形例である。なお、図６の
半導体レ−ザ素子と同一の部分には同一の符号を付して
その部分の説明を省略する。
散防止層１１ａ，１１ｃを形成する際に用いる結晶成長
方法などの要素により任意に選定される。図８は、本発
明の第８の実施例に係わる半導体レ−ザ素子の構造を示
すものである。この実施例は、上述の第６の実施例（図
６）の半導体レ−ザ素子の変形例である。なお、図６の
半導体レ−ザ素子と同一の部分には同一の符号を付して
その部分の説明を省略する。
【００６７】第６の実施例との相違点は、電流阻止層１
１の厚さの薄い部分が３つの層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
から構成されている点にある。中央の層１１ｂのキャリ
ア濃度と厚さは、所望の電圧がｐ側の金属電極１とｎ側
の金属電極１０の間に印加されたときにパンチスルーを
起こすように設定されている。従って、中央の層１１ｂ
は、第６の実施例における電流阻止層１１の薄い部分と
同じ役割を果たす。
１の厚さの薄い部分が３つの層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
から構成されている点にある。中央の層１１ｂのキャリ
ア濃度と厚さは、所望の電圧がｐ側の金属電極１とｎ側
の金属電極１０の間に印加されたときにパンチスルーを
起こすように設定されている。従って、中央の層１１ｂ
は、第６の実施例における電流阻止層１１の薄い部分と
同じ役割を果たす。
【００６８】中央の層１１ｂは、例えばｎ- 型のＩｎＧ
ａＰから構成される。この場合、中央の層１１ｂの材料
は、電流阻止層１１の材料であるｎ- 型のＧａＡｓとは
異なる。しかし、中央の層１１ｂは、ｎ- 型のＧａＡｓ
から構成しても良い。
ａＰから構成される。この場合、中央の層１１ｂの材料
は、電流阻止層１１の材料であるｎ- 型のＧａＡｓとは
異なる。しかし、中央の層１１ｂは、ｎ- 型のＧａＡｓ
から構成しても良い。
【００６９】なお、中央の層１１ｂの材料は、中央の層
１１ｂを形成する際に用いる結晶成長方法などの要素に
より任意に選定される。中央の層１１ｂを上下から挟む
層１１ａ，１１ｃは、ｐ- 型のＧａＡｓから構成され
る。この二つの層１１ａ，１１ｃの役割は、比較的に正
孔濃度が高い（即ち、アクセプター不純物濃度が高い）
クラッド層５，６又は３，４、及びキャップ層２から中
央の層１１ｎへアクセプター不純物が拡散してくるのを
防ぐことである。
１１ｂを形成する際に用いる結晶成長方法などの要素に
より任意に選定される。中央の層１１ｂを上下から挟む
層１１ａ，１１ｃは、ｐ- 型のＧａＡｓから構成され
る。この二つの層１１ａ，１１ｃの役割は、比較的に正
孔濃度が高い（即ち、アクセプター不純物濃度が高い）
クラッド層５，６又は３，４、及びキャップ層２から中
央の層１１ｎへアクセプター不純物が拡散してくるのを
防ぐことである。
【００７０】なお、この拡散防止層１１ａ，１１ｃは、
当該拡散防止層１１ａ，１１ｃを形成する際に用いる結
晶成長方法などの要素により任意に選定される。以上い
づれの実施例においても、電流阻止層には比較的低いキ
ャリア濃度の半導体層を用いることが必要であり、又本
発明によればそれが可能となるので、電流阻止層の一方
の界面に形成される逆接合の容量は従来構造に比べて小
さくなり、従来よりも寄生容量が小さい素子が得られ
る。
当該拡散防止層１１ａ，１１ｃを形成する際に用いる結
晶成長方法などの要素により任意に選定される。以上い
づれの実施例においても、電流阻止層には比較的低いキ
ャリア濃度の半導体層を用いることが必要であり、又本
発明によればそれが可能となるので、電流阻止層の一方
の界面に形成される逆接合の容量は従来構造に比べて小
さくなり、従来よりも寄生容量が小さい素子が得られ
る。
【００７１】以上の実施例においては、活性層７とクラ
ッド層３〜６，８で構成されるいわゆる二重異種接合構
造の材料は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐであった
が、これ以外の材料、例えばＡｌx Ｇａ1-x Ａｓなどの
III −Ｖ族結晶や、現在開発されつつある青色半導体レ
ーザ素子に用いられるＺｎＳｅなどのII−VI族結晶を用
いることもできる。電流阻止層１１、光吸収層１２、光
電流阻止層１３を構成する材料についても同様である。
ッド層３〜６，８で構成されるいわゆる二重異種接合構
造の材料は、（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐであった
が、これ以外の材料、例えばＡｌx Ｇａ1-x Ａｓなどの
III −Ｖ族結晶や、現在開発されつつある青色半導体レ
ーザ素子に用いられるＺｎＳｅなどのII−VI族結晶を用
いることもできる。電流阻止層１１、光吸収層１２、光
電流阻止層１３を構成する材料についても同様である。
【００７２】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
レ−ザ素子によれば、次のような効果を奏する。サージ
劣化電圧を大きくすることができるため、サージ電圧
（電流）による破壊の生じにくい内部ストライプ型の可
視あるいは近赤外半導体レーザ素子が得られる。また、
本発明に用いられる電流阻止層は、比較的低いキャリア
濃度の半導体層を用いることができるため、半導体レ−
ザ素子の寄生容量が小さくなる効果もある。
レ−ザ素子によれば、次のような効果を奏する。サージ
劣化電圧を大きくすることができるため、サージ電圧
（電流）による破壊の生じにくい内部ストライプ型の可
視あるいは近赤外半導体レーザ素子が得られる。また、
本発明に用いられる電流阻止層は、比較的低いキャリア
濃度の半導体層を用いることができるため、半導体レ−
ザ素子の寄生容量が小さくなる効果もある。
【図１】本発明の第１の実施例に関わる半導体レーザ素
子の構造を示す正面図。
子の構造を示す正面図。
【図２】本発明の第２の実施例に関わる半導体レーザ素
子の構造を示す正面図。
子の構造を示す正面図。
【図３】本発明の第３の実施例に関わる半導体レーザ素
子の構造を示す正面図。
子の構造を示す正面図。
【図４】本発明の第４の実施例に関わる半導体レーザ素
子の構造を示す正面図。
子の構造を示す正面図。
【図５】本発明の第５の実施例に関わる半導体レーザ素
子の構造を示す正面図。
子の構造を示す正面図。
【図６】本発明の第６の実施例に関わる半導体レーザ素
子の構造を示す正面図。
子の構造を示す正面図。
【図７】本発明の第７の実施例に関わる半導体レーザ素
子の構造を示す正面図。
子の構造を示す正面図。
【図８】本発明の第８の実施例に関わる半導体レーザ素
子の構造を示す正面図。
子の構造を示す正面図。
【図９】従来の半導体レーザ素子の構造を示す正面図。
【図１０】半導体レーザ素子のサージ劣化電圧を評価す
る回路を示す回路図。
る回路を示す回路図。
１ …ｐ側の金属電極、 ２ …キャップ層、 ３〜６ …第２クラッド層、 ８ …第１クラッド層、 ７ …活性層、 ９ …基板、 １０ …ｎ側の金属電極、 １１，１１ｂ、１４，１５，１７，１８ …電流阻止
層、 １１ａ，１１ｃ …拡散防止層、 １２ …光吸収層、 １３ …光電流阻止層、 １６ …第３クラッド層。
層、 １１ａ，１１ｃ …拡散防止層、 １２ …光吸収層、 １３ …光電流阻止層、 １６ …第３クラッド層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (9)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体結晶からなる基板
と、前記基板上に設けられる第１導電型の半導体結晶か
らなる第１クラッド層（バンドギャップがＥｇc1、屈折
率がｎc1）と、前記第１クラッド層の上面に接して設け
られる第１又は第２導電型の半導体結晶からなる活性層
（バンドギャップがＥｇa 、屈折率がｎa 、但し、Ｅｇ
c1＞Ｅｇa かつｎc1＜ｎa ）と、前記活性層の上面に接
して設けられる第２導電型の半導体結晶からなる第２ク
ラッド層（バンドギャップがＥｇc2、屈折率がｎc2、但
し、Ｅｇc2＞Ｅｇa かつｎc2＜ｎa ）と、前記第２クラ
ッド層上に設けられる第１導電型の半導体結晶からなる
電流阻止層（バンドギャップがＥｇcb）と、前記電流阻
止層に開けられたストライプ状の電流注入用開口と、前
記電流注入用開口に露出する第２クラッド層上及び電流
阻止層上に設けられる第２導電型の半導体結晶からなる
キャップ層と、前記キャップ層上に設けられる金属から
なる上部電極と、前記基板の下面に設けられる金属から
なる下部電極とを含み、かつ、前記電流阻止層の厚さと
キャリア濃度は、駆動電流の直流最大定格値の１倍以上
１０倍以下の電流で駆動したときに、前記第２クラッド
層側の電流阻止層内に作られる逆接合の空乏層が電流阻
止層をパンチスルーするように設定されていることを特
徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記第２クラッド層の上部は、前記電流
注入開口に突出してリッジを形成していることを特徴と
する請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記活性層のバンドギャップＥｇa と前
記電流阻止層のバンドギャップＥｇcbは、Ｅｇcb＞Ｅｇ
a の関係を有していることを特徴とする請求項１又は２
に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 請求項２に記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、さらに前記電流阻止層と前記第２クラッド層の間
にそれぞれ設けられる、前記電流阻止層に接する第２導
電型の半導体結晶からなる光電流阻止層（バンドギャッ
プがＥocb 、但し、Ｅocb ＞Ｅa ）及び前記第２クラッ
ド層に接するアンドープ又は低キャリア濃度の第２導電
型の半導体結晶からなる光吸収層（バンドギャップがＥ
ab、但し、Ｅab≦Ｅa ）を具備する半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記活性層、前記第１クラッド層、前記
第２クラッド層、及び前記光電流阻止層を構成する半導
体結晶材料は、 （Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ（但し、ｘは、０≦ｘ
≦１であって、各層毎に異なる。ｙは、約０．５であっ
て、各層においてほぼ等しい。）から構成され、 前記電流阻止層を構成する半導体結晶材料は、 （Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ 及び Ａｌz Ｇａ
1-z Ａｓ のいずれか一つから構成されていることを特徴とする請
求項４に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記第１導電型がｎ導電型、前記第２導
電型がｐ導電型であり、前記光吸収層を構成する材料
は、 ｐ導電型のＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ（０≦ｗ＜１）であり、
ｐ導電型の不純物濃度は、４×１０17ｃｍ-3以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 前記電流阻止層の不純物準位濃度Ｎcbと
厚さｄcbとの関係は、 ｄcb＝［２ＫεcbＲstＩmax ／ｑＮcb］1/2 （但し、Ｒstは、ストライプ状開口部の抵抗値、Ｉmax
は、直流駆動電流の最大定格値、εcbは、電流阻止層の
誘電率、ｑは、単位電荷である。また、１≦Ｋ≦１０で
ある。）を満たしていることを特徴とする請求項１乃至
６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項８】 前記電流阻止層は、前記リッジから離れ
た位置で、そのリッジ近傍よりも薄く構成された部分を
持ち、駆動電流の直流最大定格値の１倍以上１０倍以下
の電流で駆動したときに、その電流阻止層の薄い部分に
おいてパンチスルーを起こすように設定されていること
を特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項９】 前記電流阻止層の薄い部分は、前記第２
クラッド層及び前記キャップ層から当該電流阻止層の薄
い部分へ不純物が拡散するのを防止するための拡散防止
層により挟まれていることを特徴とする請求項８に記載
の半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5262210A JP2809978B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 半導体レ−ザ素子 |
| US08/325,118 US5495493A (en) | 1993-01-20 | 1994-10-18 | Semiconductor laser device |
| DE69404942T DE69404942T2 (de) | 1993-10-20 | 1994-10-20 | Halbleiterlaservorrichtung |
| EP94116557A EP0650235B1 (en) | 1993-10-20 | 1994-10-20 | Semiconductor laser device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5262210A JP2809978B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 半導体レ−ザ素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07115245A JPH07115245A (ja) | 1995-05-02 |
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|---|---|---|---|
| JP5262210A Expired - Fee Related JP2809978B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-10-20 | 半導体レ−ザ素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5495493A (ja) |
| EP (1) | EP0650235B1 (ja) |
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| DE (1) | DE69404942T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8175128B2 (en) | 2009-01-22 | 2012-05-08 | Sony Corporation | Semiconductor laser element and semiconductor laser device |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH1187850A (ja) * | 1997-09-03 | 1999-03-30 | Sharp Corp | 窒化物系化合物半導体レーザ素子及びレーザ装置 |
| JP2000323789A (ja) * | 1999-05-11 | 2000-11-24 | Nec Corp | 窓型半導体レーザおよびその製造方法 |
| DE19963807A1 (de) * | 1999-12-30 | 2001-07-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Streifenlaserdiodenelement |
| PL2995073T3 (pl) | 2013-05-05 | 2017-08-31 | Lantiq Deutschland Gmbh | Tryby niskiego poboru mocy dla transmisji danych z punktu dystrybucji |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5734380A (en) * | 1980-08-08 | 1982-02-24 | Nec Corp | Semiconductor laser with surge voltage prevention circuit |
| GB2139422B (en) * | 1983-03-24 | 1987-06-03 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser and method of fabricating the same |
| JPS60115283A (ja) * | 1983-11-28 | 1985-06-21 | 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 |
| JPH0815228B2 (ja) * | 1986-02-28 | 1996-02-14 | 株式会社東芝 | 半導体レ−ザ装置及びその製造方法 |
| JPH02283088A (ja) * | 1989-04-24 | 1990-11-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2778178B2 (ja) * | 1990-01-31 | 1998-07-23 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| JP2685332B2 (ja) * | 1990-05-14 | 1997-12-03 | 松下電子工業株式会社 | 半導体レーザ装置 |
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| JP3179511B2 (ja) * | 1991-04-08 | 2001-06-25 | 株式会社日立製作所 | 半導体レーザ |
| JPH05145171A (ja) * | 1991-11-19 | 1993-06-11 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ |
-
1993
- 1993-10-20 JP JP5262210A patent/JP2809978B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1994
- 1994-10-18 US US08/325,118 patent/US5495493A/en not_active Expired - Lifetime
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