專利名稱：半導(dǎo)體激光器裝置及使用該半導(dǎo)體激光器裝置的拾光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器裝置，在該半導(dǎo)體激光器裝置中，可以抑制在大功率工作時所出現(xiàn)的發(fā)光效率的飽和，以及涉及一種使用該半導(dǎo)體激光器裝置的拾光設(shè)備。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器裝置(以下又稱為半導(dǎo)體激光器)廣泛用于各種領(lǐng)域。例如，因?yàn)锳1GaInP(鋁鎵銦磷)半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長屬于650nm(納米)波段的紅色激光，它作為光源在諸如DVD這樣的光盤系統(tǒng)領(lǐng)域中廣泛使用。作為這類半導(dǎo)體激光器的一種典型結(jié)構(gòu)，已知一種雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(double hetero structure)，它包括一個有源層和夾著該有源層的兩個包覆層，其中一個包覆層形成一個臺形脊(mesa-shaped ridge)(例如參見JP 2001-196694A)。


圖10示出一個具有這種結(jié)構(gòu)的AlGaInP半導(dǎo)體激光器實(shí)例。以下將省略被說明的各層的組成成分比例。在圖10所示的半導(dǎo)體激光器中，n型GaAs(砷化鎵)緩沖層102、n型GaInP(磷化鎵銦)緩沖層103和n型(AlGa)InP包覆層104以此順序疊加在n型GaAs基底101上，該n型GaAs基底101具有一個相對作為基準(zhǔn)面的(100)平面沿
方向傾斜15度的平面。此外，在所述n型(AlGa)InP包覆層104上，以如下順序疊加應(yīng)變量子阱(strained-quantum well)有源層105、p型(AlGa)InP第一包覆層106、p型(或未摻雜)GaInP刻蝕終止(etching stop)層107、p型(AlGa)InP第二包覆層108、p型GaInP中間層109和p型GaAs覆蓋(cap)層110。這里，在所述p型GaInP刻蝕終止層107上，形成所述p型(AlGa)InP第二包覆層108、所述p型GaInP中間層109和所述p型GaAs覆蓋層110，這三層形成一個具有規(guī)則平臺形狀的脊。此外，在所述p型GaInP刻蝕終止層107上以及在該脊的側(cè)面上形成n型GaAs電流阻擋層111。在所述n型GaAs電流阻擋層111和位于該脊上部的所述p型GaAs覆蓋層110上疊加p型GaAs接觸層112。所述應(yīng)變量子阱有源層105包含一個(AlGa)InP層和一個GaInP層。
在圖10所示的半導(dǎo)體激光器中，從所述p型GaAs接觸層112注入的電流被所述n型GaAs電流阻擋層111限制在所述臺形脊中，并且聚集到靠近該脊底部的應(yīng)變量子阱有源層105中。因此，盡管注入電流量小至幾十毫安(mA)，仍然會取得激光器振蕩所要求的載流子分布反轉(zhuǎn)狀態(tài)(population inversion state)。這時，載流子復(fù)合產(chǎn)生光。然后，在垂直于所述應(yīng)變量子阱有源層105的方向上，所述n型(AlGa)InP包覆層104和所述p型(AlGa)InP第一包覆層106兩者共同限制所產(chǎn)生的光，在平行于所述應(yīng)變量子阱有源層105的方向上，所述GaAs電流阻擋層111吸收所產(chǎn)生的光，從而進(jìn)行光限制。因此，當(dāng)由注入電流得到的增益超過在所述應(yīng)變量子阱有源層105內(nèi)的波導(dǎo)損耗時，激光器振蕩就發(fā)生了。
在這種半導(dǎo)體激光器中，為了高速重寫光盤，希望獲得可能達(dá)到的最強(qiáng)的光輸出。例如，為了實(shí)現(xiàn)至少四倍速的DVD光盤重寫，要求光輸出高達(dá)100毫瓦(mW)或者更高。為了獲得如此大的光輸出功率，必須防止COD(catastrophic optical damage，嚴(yán)重的光學(xué)破壞)，其中在大功率工作期間，半導(dǎo)體激光器的一個端面被其自身的光輸出熔化或破壞。可通過減少在該激光器的諧振器端面內(nèi)的光密度以抑制熱量產(chǎn)生來有效地防止COD。為了這個目的，一個有效的方法是用諸如SiO2，Al2O3或非晶硅(Si)的電介質(zhì)涂敷用于抽取激光的半導(dǎo)體激光器的前端面以便降低它的反射率。
一般，當(dāng)AlGaInP和AlGaAs半導(dǎo)體激光器的諧振器端面沒有被涂敷時，該端面的反射率大約在30％。這樣，有大約30％的激光被諧振器端面反射回到該諧振器的內(nèi)部，而大約70％的激光從諧振器的前端面取出。相反，當(dāng)用電介質(zhì)薄膜涂敷所述前端面以使其反射率為10％時，有10％的激光被諧振器端面反射回到該諧振器的內(nèi)部，而90％的激光從諧振器的前端面取出。換句話說，在從諧振器的前端面取出等量光輸出的情況下，當(dāng)所述前端面的反射率降低到1/3時，也就能夠把前端面的光密度減少到1/3。因此，降低所述前端面的反射率就提高了COD水平(level)，從而有效地獲得大功率的激光。此外，如果后端面的反射率被設(shè)定為高，該后端面是從中取出激光的諧振器面的相對面，那么就能夠增強(qiáng)半導(dǎo)體激光器前端面的光抽取效率。因此，在一般的大功率半導(dǎo)體激光器中，廣泛采用這樣的涂敷條件，即降低前端面的反射率而增大后端面的反射率。
如上所述，為了獲得大功率的激光，降低所述前端面的反射率而增加后端面的反射率可以有效地提高COD水平和光抽取效率。然而，當(dāng)過分降低所述前端面的反射率時，反射回到諧振器內(nèi)部的激光就減少，使振蕩閾值電流升高。還有，在半導(dǎo)體激光器用于光盤的情況下，當(dāng)所述前端面的反射率低時，很可能從光盤返回的反射光會產(chǎn)生噪聲(由返回的光所引起的噪聲)。因此，在大功率激光器中，通常涂敷所述前端面以使其反射率大約為5％到10％，以便既能夠取得高的光抽取效率，又能夠降低由返回的光所引起的噪聲。進(jìn)一步，涂敷所述后端面以便取得盡可能最高的反射率，即一般大約為95％到100％。
如上所述，大功率激光器的前端面和后端面具有差別很大的反射率。在這種情況下，沿諧振器方向、穿過有源層傳播的光的強(qiáng)度分布不是關(guān)于該諧振器的前后對稱，而是如圖2所示的前后非對稱，在該圖中在光強(qiáng)度分布上前端面這一側(cè)具有較高的強(qiáng)度。圖2示出一個作為實(shí)例的器件沿諧振器方向的光分布，其諧振器長為1100微米(um)，前端面的反射率為7％，后端面的反射率為95％。
在這種情況下，由于在具有較高光強(qiáng)度的前端面?zhèn)壬习l(fā)生的受激發(fā)射強(qiáng)于在后端面?zhèn)壬习l(fā)生的受激發(fā)射，因此注入到在前端面?zhèn)壬系挠性磳觾?nèi)的電子-空穴對必然多于注入到在后端面?zhèn)壬系挠性磳觾?nèi)的電子-空穴對。特別是在大功率工作時，前端面?zhèn)热鄙僭谟性磳又械碾娮?空穴對，這可能導(dǎo)致光發(fā)射效率飽和。這一光發(fā)射效率飽和可能降低具有200到300毫瓦或更大功率的大功率激光器的溫度特性，從而造成一個嚴(yán)重的問題。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種半導(dǎo)體激光器裝置，在該半導(dǎo)體激光器裝置中，可以抑制在大功率工作時所出現(xiàn)的光發(fā)射效率飽和，允許穩(wěn)定的基本橫模振蕩。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器裝置具有用于注入載流子的條帶結(jié)構(gòu)，其包括在基底上形成的第一導(dǎo)電型包覆層、有源層和第二導(dǎo)電型包覆層。
為了解決上述問題，在具有第一種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器裝置中，所述條帶寬度沿諧振器的方向變化，L1和Lt之間的差值在200微米以內(nèi)，并且Rf＜Rr，其中L1為從前端面到該條帶寬度最小處之間的距離，L為所述半導(dǎo)體激光器裝置的諧振器的長度，Rf為前端面的反射率，Rr為后端面的反射率，Lt是由L×Loge(Rf)/Loge(Rf×Rr)所表示的距離。
在具有第二種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器裝置中，半導(dǎo)體激光器裝置具有一個區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，條帶寬度從前端面到后端面持續(xù)減小，L1和Lt之間的差值在200微米以內(nèi)，Rf＜Rr，其中L1為從前端面到所述區(qū)域中條帶寬度最小處之間的距離，在該區(qū)域內(nèi)，條帶寬度持續(xù)減小，L為所述半導(dǎo)體激光器裝置的諧振器的長度，Rf為前端面的反射率，Rr為后端面的反射率，Lt是由L×Loge(Rf)/Loge(Rf×Rr)所表示的距離。
根據(jù)本發(fā)明的一種拾光設(shè)備，包括具有上述結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體激光器裝置，以及一個光接收部分，用于接收從半導(dǎo)體激光器裝置中發(fā)射出然后被反射的光。
附圖簡要說明圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置的截面圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置沿諧振器方向的光強(qiáng)度分布；圖3A示出一個實(shí)例中的脊的底部寬度是如何沿的半導(dǎo)體激光器裝置的諧振器方向變化的；圖3B示出另一實(shí)例中的脊的底部寬度是如何沿半導(dǎo)體激光器裝置的諧振器方向變化的；圖4示出脊的最小底部寬度與在電流-光輸出特性中微分效率之間的關(guān)系；圖5示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的脊的最小底部寬度與半導(dǎo)體激光器裝置的最大光輸出之間的關(guān)系；圖6舉例說明一個在本發(fā)明所述的半導(dǎo)體激光器裝置和傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器裝置中的電流-光輸出特性的實(shí)例；圖7A到7F是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置的方法的截面圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的拾光設(shè)備的截面圖；
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例、具有另一種結(jié)構(gòu)的拾光設(shè)備的截面圖；圖10是示出傳統(tǒng)實(shí)例的半導(dǎo)體激光器裝置的截面圖。
優(yōu)選實(shí)施例采用上述結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器裝置取得了高熱飽和水平，并且一直到高輸出狀態(tài)都能夠進(jìn)行基本橫模振蕩。
并且，采用具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器裝置，可以使FFP的光軸保持穩(wěn)定，由此得到一種拾光設(shè)備，該拾光設(shè)備一直到高輸出狀態(tài)都能夠進(jìn)行基本橫模振蕩。
優(yōu)選本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器裝置具有靠近前端面和后端面的多個區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)，從前端面和后端面到諧振器內(nèi)部，條帶寬度保持不變。
并且，優(yōu)選L1基本等于Lt。
并且最好通過擴(kuò)散雜質(zhì)擾亂靠近前端面和后端面中的至少一個的有源層。
根據(jù)本發(fā)明的拾光設(shè)備進(jìn)一步能夠包括用于將被反射光分流的光分支(light-branching)部分，其中光接收部分接收由該光分支部分分流的反射光。
還有，能夠在單一支持基底上布置所述半導(dǎo)體激光器裝置和所述光接收部分。
進(jìn)一步，能夠在一個支持基底上布置所述半導(dǎo)體激光器裝置，并且能夠提供一種光學(xué)元件，以便沿正交于該支持基底的表面的方向，反射從半導(dǎo)體激光器裝置中發(fā)射出的光。該光學(xué)元件可以是一個反射鏡。
下文參照附圖對本發(fā)明的幾個實(shí)施例進(jìn)行說明。在以下說明的實(shí)施例中，有時相同部件用相同的參考數(shù)字來表示以便省略多余的說明。
第一實(shí)施例將要說明本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置(以下還稱為半導(dǎo)體激光器)的結(jié)構(gòu)。
圖1是示出本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置的一個實(shí)例的截面圖。在n型GaAs基底10上形成圖1所示的半導(dǎo)體激光器裝置，該基底10具有一個沿
方向相對作為基準(zhǔn)面的(100)平面傾斜10度的平面。在該n型GaAs基底10上，以如下順序依次疊加n型GaAs緩沖層11、n型(AlGa)InP第一包覆層12、有源層13、p型(AlGa)InP第二包覆層14和p型GaInP保護(hù)層15。以這種方式，形成一種雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中有源層13被夾在兩個包覆層12和14之間。
此外，所述p型(AlGa)InP第二包覆層14在所述有源層13上形成一個具有規(guī)則平臺形狀的脊。此外，形成n型AlInP電流阻擋層16以便覆蓋該脊的側(cè)面，并且在所述n型AlInP電流阻擋層16上和位于該脊上面的所述p型GaInP保護(hù)層15上疊加p型GaAs接觸層17。所述有源層13是一個應(yīng)變量子阱有源層，它包括(AlGa)InP第一導(dǎo)向(guide)層g1、GaInP第一阱(well)層w1、(AlGa)InP第一障礙(barrier)層b1、GaInP第二阱層w2、(AlGa)InP第二障礙層b2、GaInP第三阱層w3和(AlGa)InP第二導(dǎo)向?qū)觛2。將在后面說明上述各層的組成成分比例的實(shí)例。
在圖1所示的半導(dǎo)體激光器裝置中，從所述p型GaAs接觸層17注入的電流被所述n型AlInP電流阻擋層16僅限制在所述脊部分內(nèi)，由此所述電流以聚集的方式注入到靠近所述脊底部的所述有源層13中。因此，用大約幾十毫安的注入電流就可實(shí)現(xiàn)激光器振蕩所要求的載流子分布反轉(zhuǎn)狀態(tài)。這時，沿垂直于所述有源層13的基準(zhǔn)面的方向，所述n型(AlGa)InP第一包覆層12和所述p型(AlGa)InP第二包覆層14兩者共同限制因載流子復(fù)合而發(fā)射的光。另一方面，沿平行于所述有源層13的基準(zhǔn)面的方向，所述n型AlInP電流阻擋層16限制所述因載流子復(fù)合而發(fā)射的光，該電流阻擋層16的折射率小于所述p型(AlGa)InP第二包覆層14的折射率。這使得能夠提供一種采用脊作為波導(dǎo)(也即，脊波導(dǎo)型)的能夠進(jìn)行基本橫模振蕩的半導(dǎo)體激光器裝置。
進(jìn)一步，為了滿足減小工作電流密度以及改善溫度特性，圖1所示的半導(dǎo)體激光器裝置具有長度例如為1100微米的諧振器。用7％的低反射率涂料涂敷前側(cè)上的諧振器端面，激光從該諧振器前端面射出，而用95％的高反射率涂料涂敷后側(cè)上的端面。如圖2所示，在諧振器內(nèi)沿諧振器方向光強(qiáng)度分布是前后非對稱的，其中在前端面?zhèn)壬系墓鈴?qiáng)度分布大約是在后端面?zhèn)壬系墓鈴?qiáng)度分布的兩倍。在這種情況下，光密度較高的前端面部分比光密度較低的后端面部分需要更多的受激發(fā)射。為了產(chǎn)生更多的受激發(fā)射光，在所述有源層內(nèi)必須有更大數(shù)量的電子-空穴對。因此，在前端面部分內(nèi)的有源層比在后端面部分內(nèi)的有源層需要更多的電子-空穴對。
如果脊的寬度沿諧振器方向保持不變，那么就可沿諧振器方向均勻地注入電流。結(jié)果，當(dāng)光輸出超過某一特定值，處在高輸出狀態(tài)時，在前端面部分中的有源層內(nèi)電子-空穴對的供應(yīng)變得不足，以致于使增益飽和，這是因?yàn)橛玫头瓷渎释苛贤糠蟮那岸嗣娌糠中枰嗟碾娮?空穴對。
相反，這里，將研究這種結(jié)構(gòu)，其中脊的寬度以這樣一種方式沿諧振器方向變化，使得需要大量電子-空穴對的部分增加以致于能夠容易地注入更大的電流。當(dāng)Rf表示前端面的反射率，Rr表示后端面的反射率，以及L表示諧振器的長度，沿諧振器方向光密度最小的位置點(diǎn)與前端面的距離為Lt，由式L×Loge(Rf)/Loge(Rf×Rr)表示。例如，如果使得一個具有長度為1100微米的諧振器的裝置的前端面具有7％的低反射率涂層，而使得后端面具有95％的高反射率涂層，那么如圖2所示沿諧振器方向在距離前端面1079微米的位置上光密度是最小的。依據(jù)此光強(qiáng)度分布，沿諧振器的方向改變脊的寬度，以便使脊的寬度減少從而與光密度保持一致。
可以改變脊的寬度，以便使脊的寬度的變化率沿諧振器方向如圖3A所示是差分連續(xù)(differential continuation)的，或者它也可以如圖3B所示線性地變化。在圖3A和圖3B中，相對于光密度最小的位置，在后端面上的脊的寬度是保持不變的。只要光密度最小的位置(P1)，即，距離前端面為Lt的位置，與后端面的距離不大于200微米，則在P1和后端面之間的脊的寬度就可以保持不變。
希望從前端面到脊的寬度最小處的距離L1基本等于Lt。然而，如果L1與Lt之差在200微米以內(nèi)，實(shí)際上能夠獲得可容忍的特性。
在用裂解面(cleavage)制造激光器諧振器的情況下，通過提供一個區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，從激光器的端面到諧振器內(nèi)部脊的寬度保持不變，這樣能夠抑制由裂解面位置變化所引起的激光器端面部分內(nèi)的脊寬度的變化。由于脊寬度影響激光的輻射角的角度，因此能夠通過提供一個區(qū)域，在所述區(qū)域內(nèi)，從激光器的端面到諧振器內(nèi)部脊寬度保持不變，來穩(wěn)定激光的輻射角。一般，裂解面位置的精度在幾個微米以內(nèi)。因此，通過在激光器端面部分提供至少5微米的具有固定脊寬度的區(qū)域，從而能夠抑制由于裂解面位置的變化所引起的激光輻射角的變化。
現(xiàn)在，圖4示出在前端面部分內(nèi)的脊底部寬為3微米并且前端面和后端面分別具有7％和95％的反射率的情況中，電流-光輸出中微分效率(differential efficiency)的變化相對于沿諧振器方向光強(qiáng)度最小處的脊寬度(Ws)的變化。后端面部分內(nèi)的脊底部被設(shè)定為與Ws相同。如圖4所示，可以看到微分效率隨著Ws的減少而提高。
在基于本實(shí)施例的一個實(shí)例中，前端面部分內(nèi)的脊底部的寬度被設(shè)定為3微米，在沿諧振器方向距離前端面為1079微米的位置處脊底部的寬度被設(shè)定為2.3微米，后端面部分內(nèi)的脊底部的寬度被設(shè)定為2.3微米。脊寬度如圖3B所示是線性地變化。
在圖1所示的半導(dǎo)體激光器裝置中，各層的厚度、組成成分、組成成分比例和導(dǎo)電類型可以被設(shè)置為在常規(guī)的實(shí)踐范圍之內(nèi)的任意值。可以根據(jù)被要求作為半導(dǎo)體激光器裝置的特性來任意設(shè)置這些量。例如，可以設(shè)置每一層具有以下列出的厚度、組成成分、組成成分比例。括號內(nèi)的值表示相應(yīng)層的厚度，并且給予與圖1相同的參考數(shù)字以便有助于理解。
各層的組成成分比例和厚度的實(shí)例如下n型GaAs緩沖層11(0.5微米)、n型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第一包覆層12(1.2微米)、p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第二包覆層14、p型Ga0.51In0.49P保護(hù)層15(50納米)和p型GaAs接觸層17(3微米)。一個所述有源層13的實(shí)例是一個應(yīng)變量子阱有源層，它包括(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(50納米)第一導(dǎo)光層g1、Ga0.48In0.52P(5納米)第一阱層w1、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(5納米)第一障礙層b1、Ga0.48In0.52P(5納米)第二阱層w2、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(5納米)第二障礙層b2、Ga0.48In0.52P(5納米)第三阱層w3和(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(50納米)第二導(dǎo)光層g2。
將一個p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第二包覆層14的實(shí)例設(shè)置為使脊上部的所述p型GaInP保護(hù)層15與所述有源層13之間的距離為1.2微米，以及脊底部與所述有源層之間的距離dp如圖1所示為0.2微米。實(shí)例中，n型AlInP電流阻擋層16的厚度為0.7毫米。在該實(shí)例中，脊的上表面比脊的底部窄大約1微米。
所述有源層13并不局限于上述實(shí)例所舉例說明的應(yīng)變量子阱有源層。例如，可以使用非應(yīng)變量子阱有源層或者體(bulk)有源層。此外，對于所述有源層13的導(dǎo)電類型并沒有特定限制。有源層13可以是p-型或者是n-型的。它也可以是未摻雜有源層。
此外，如在上述實(shí)例中，如果采用可以透過振蕩激光的電流阻擋層，就能夠減少波導(dǎo)損耗并且還能夠降低工作電流值。在這種情況下，穿過波導(dǎo)傳播的光的分布可以很大程度地滲透入該電流阻擋層。因此，還能夠把在條形區(qū)域內(nèi)的有效反射率與在條形區(qū)域以外的有效反射率的差值(Δn)設(shè)定為10-3數(shù)量級。此外，通過調(diào)整如圖1所示的脊底部和所述有源層之間的距離dp，可以精確地控制Δn。采用這種方式，就能夠獲得一種半導(dǎo)體激光器裝置，它具有降低的工作電流值，以及一直到高輸出狀態(tài)都能夠穩(wěn)定地振蕩。Δn的范圍，例如是從3×10-3到7×10-3。在這個范圍內(nèi)，所述半導(dǎo)體激光器裝置一直到高輸出狀態(tài)都能夠進(jìn)行穩(wěn)定的基本橫模振蕩。
在本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置中，脊底部的最小寬度與最大寬度之間的差值等于或小于0.5微米。采用這種結(jié)構(gòu)，可以抑制伴隨光強(qiáng)度分布的變化而產(chǎn)生的波導(dǎo)損耗的增加，因而允許具有更低波導(dǎo)損耗的半導(dǎo)體激光器裝置。
再者，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置中，可以通過擴(kuò)散雜質(zhì)擾亂靠近端面的有源層。采用這種結(jié)構(gòu)，可以增加靠近端面的有源層的能帶隙，從而獲得一種可以透過更多激光的端面窗口結(jié)構(gòu)。因此，它能夠提供一種即使在高光輸出狀態(tài)下也不會輕易地引起端面破損(即所謂的COD)的半導(dǎo)體激光器裝置。
擴(kuò)散的雜質(zhì)可以是，例如，Si、Zn、Mg或者O。擴(kuò)散雜質(zhì)的數(shù)量(摻雜量)例如在1×1017cm-3到1×1020cm-3的范圍內(nèi)。可以在離半導(dǎo)體激光器裝置的端面例如10到50微米的范圍內(nèi)擴(kuò)散雜質(zhì)。
接下來，對于具有與圖1所示的實(shí)例相似的截面結(jié)構(gòu)和組成成分比例的一種半導(dǎo)體激光器裝置，研究了在脈沖驅(qū)動期間最大光輸出與脊底部的最小寬度之間的關(guān)系。結(jié)果如圖5所示。激光振蕩的條件是，半導(dǎo)體激光器裝置的溫度為75℃，脈沖寬度為100ns(納秒)，占空比為50％。
如圖5所示，當(dāng)脊底部的最小寬度超過2.4微米時，最大光輸出由造成紐結(jié)(kink)發(fā)生的光輸出確定。還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ws增加時，紐結(jié)發(fā)生時的光輸出降低了。在另一方面，當(dāng)Ws降低到2.4微米或者更小時，盡管紐結(jié)不發(fā)生，光輸出卻因熱飽和而受到限制?？傻弥?，引起熱飽和的光輸出不斷增加，直到Ws達(dá)到2.2微米為止。當(dāng)Ws小于2.2微米時，存在一種引起熱飽和的光輸出由于微分電阻Rs增加而降低的趨勢。這些結(jié)果顯示，當(dāng)Ws處在1.6到2.6微米的范圍內(nèi)時，可把紐結(jié)的發(fā)生抑制到實(shí)際可以容忍的程度，從而得到一種具有高熱飽和水平的半導(dǎo)體激光器裝置。
在本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置中，脊底部的最小寬度可以被設(shè)定在1.6到2.5微米的范圍內(nèi)。采用這種結(jié)構(gòu)，能夠抑制脊底部最窄的區(qū)域內(nèi)的載流子空間燒孔(spatial hole burning)發(fā)生。因此，可以提供一種半導(dǎo)體激光器裝置，其中可以一直到一個更高的輸出水平內(nèi)抑制紐結(jié)的發(fā)生。
此外，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器裝置中，脊底部的最大寬度可以被設(shè)定在2.4到3微米之間。采用這種結(jié)構(gòu)，能夠更有效地消除更高階的橫模，同時抑制脊底部最寬的區(qū)域內(nèi)的微分電阻Rs的增加。因此，可以提供一種半導(dǎo)體激光器裝置，該半導(dǎo)體激光器裝置一直到高輸出狀態(tài)都能夠進(jìn)行基本橫模振蕩。
使用線a，圖6采用CW模式舉例說明了基于本實(shí)施例的一個實(shí)例中的半導(dǎo)體激光器裝置在室溫下的電流-光輸出特性。在該圖中，線b表示一個傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器裝置的電流-光輸出特性，該傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器裝置具有長度為1100微米的諧振器以及沿諧振器方向恒定為2.8微米的脊寬度。在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器裝置的情況下，在約120毫瓦時紐結(jié)發(fā)生。另一方面，本發(fā)明這個實(shí)例中的半導(dǎo)體激光器裝置顯示出一直到200毫瓦或更大的功率都具有良好線性度的電流-光輸出特性。其原因如下。在本發(fā)明的這個實(shí)例中，脊寬度以這樣一種方式沿諧振器方向變化，即使脊寬度在沿諧振器方向光強(qiáng)度最小的位置上減少，允許更多的電子-空穴對注入到有源層的高光密度部分，以致于一直到高輸出狀態(tài)增益飽和都不會輕易發(fā)生，從而達(dá)到高熱飽和水平。另外，脊的窄小部分抑制更高階的橫模振蕩，從而抑制紐結(jié)的發(fā)生。
現(xiàn)在，參考圖7A到7F，介紹用于制造具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器裝置的方法，圖7A到7F是示出該制造方法的典型程序的截面圖。
首先，如圖7A所示，在n型GaAs基底10上形成n型GaAs緩沖層11(0.5微米)、n型(AlGa)InP第一包覆層12(1.2微米)、有源層13、p型(AlGa)InP第二包覆層14和p型GaInP保護(hù)層15(50納米)，該基底10具有沿
方向相對作為基準(zhǔn)面的(100)平面傾斜10度的平面。括號內(nèi)的數(shù)字表示相應(yīng)層的厚度。盡管在這里將省略對各層的組成成分比例的說明，但是各層的組成成分比例，例如，可以與第一實(shí)施例所舉例說明的實(shí)例中的組成成分比例相同。所述有源層13，例如，與第一實(shí)施例所舉例說明的應(yīng)變量子阱有源層實(shí)例中的有源層相似。在形成每一層時，可以使用例如MOCVD或者M(jìn)BE。
接著，如圖7B所示，在所述p型GaInP保護(hù)層15上沉積一層硅氧化物膜18，該保護(hù)層15是上述層狀體的最上層?？梢允褂美鐭酑VD(在大氣壓下、370℃時)進(jìn)行沉積。其膜厚例如為0.3微米。
然后，除掉(未示出)靠近硅氧化物膜18的每個端面的區(qū)域(例如，離每個端面50微米寬的區(qū)域)，以便露出所述p型GaInP保護(hù)層15。隨后，把諸如Zn的雜質(zhì)原子熱擴(kuò)散進(jìn)這個露出部分，從而擾亂靠近所述有源層13的每個端面的區(qū)域。
之后，如圖7C所示，把硅氧化物膜18加工成預(yù)定形狀圖案。可以通過結(jié)合例如光刻和干法刻蝕來完成該圖案加工。比如，上面所提到的預(yù)定形狀可以與第一實(shí)施例所舉例說明的半導(dǎo)體激光器裝置中的脊的形狀相同。換句話說，把所述硅氧化物膜18圖案加工成例如圖3A或3B所示的脊的形狀是合適的。隨后，使用所述形成圖案的硅氧化物膜18作為掩模，采用基于氫氯酸的蝕刻劑或類似物選擇性地蝕刻所述p型GaInP保護(hù)層15，并且采用基于硫酸的蝕刻劑、基于氫氯酸的蝕刻劑等進(jìn)一步選擇性地蝕刻所述p型AlGaInP第二包覆層14，從而形成一個臺形脊。
接著，如圖7D所示，使用所述硅氧化物膜18作為掩模，在所述p型AlGaInP第二包覆層14上選擇性地生長n型AlInP電流阻擋層16。其厚度例如為0.7微米。生長方法可以是例如MOCVD。
然后，如圖7E所示，采用基于氫氟酸的蝕刻劑等除掉所述硅氧化物膜18。隨后，如圖7F所示，采用MOCVD、MBE等方法沉積p型GaAs接觸層17。最后，把該裝置分離成所希望的諧振器長度，然后，采用諸如非晶硅、二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)等的電介質(zhì)膜涂敷前端面和后端面，以便得到所希望的反射率。
第二實(shí)施例將參考圖8和9對第二實(shí)施例中的拾光設(shè)備進(jìn)行說明。本實(shí)施例的拾光設(shè)備包括上述實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器裝置，和一個光檢測器，該檢測器用于接收從所述半導(dǎo)體激光器裝置中發(fā)射出然后再被記錄介質(zhì)反射的光。
圖8是示出本實(shí)施例的一個拾光設(shè)備實(shí)例的截面圖。該拾光設(shè)備具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中在支持基底21上放置半導(dǎo)體激光器裝置20并且在所述支持基底21上形成光檢測器元件22。支持基底21具有一個臺階部分，并且借助基板(base)23把所述半導(dǎo)體激光器裝置20固定在所述支持基底21的較低表面上。在臺階部分的傾斜表面上形成光學(xué)元件24。在所述支持基底21的較高表面上形成光檢測器元件22。
所述光學(xué)元件24沿正交于所述支持基底21表面的方向反射由所述半導(dǎo)體激光器裝置20所發(fā)射的激光25。通過例如濕法蝕刻對所述支持基底21的表面進(jìn)行處理以使晶體方向表現(xiàn)出來，從而形成所述光學(xué)元件24。所述光檢測器元件22可以是例如光電二級管。把所述半導(dǎo)體激光器20裝置安置在所述基板23上，以抑制所述支持基底21的表面反射的激光25。
在該拾光設(shè)備中，把所述光檢測器部分22和用作光發(fā)射部分的所述半導(dǎo)體激光器裝置20集成到單一支持基底21上，這使得拾光設(shè)備小型化更加容易。此外，由于所述半導(dǎo)體激光器裝置20取得了穩(wěn)定的FFP(Far Field Pattern，遠(yuǎn)場圖案)光軸，并且一直到高輸出狀態(tài)都能夠進(jìn)行基本橫模振蕩，因此該半導(dǎo)體激光器裝置適合于用于諸如DVD的各種格式光盤的拾光設(shè)備。
圖9是示出本實(shí)施例的另一拾光設(shè)備實(shí)例的截面圖。在該拾光設(shè)備中，基底26具有平坦的表面，并且把所述半導(dǎo)體激光器裝置20安置在與形成所述光檢測器元件22的表面相同的表面上。把反射鏡27安置在所述基底26上，并位于所述半導(dǎo)體激光器裝置20和所述光檢測器元件22之間，該反射鏡27用于沿正交于所述基底26表面的方向反射由所述半導(dǎo)體激光器裝置20所發(fā)射的激光25。采用這樣的拾光設(shè)備結(jié)構(gòu)，能夠獲得與圖8所示的拾光設(shè)備一樣的效果。
如上所述，采用根據(jù)本實(shí)施例的拾光設(shè)備的結(jié)構(gòu)，可以穩(wěn)定FFP光軸，使得一直到高輸出狀態(tài)都能夠進(jìn)行基本橫模振蕩。
另外，本實(shí)施例的拾光設(shè)備可以進(jìn)一步包括光分支部分，用于將被記錄介質(zhì)反射的光分流，以使光檢測器部分接收由該光分支部分分流的反射光。
而且，所述半導(dǎo)體激光器裝置和所述光檢測器部分不一定被安置在單一基底上。然而，優(yōu)選把它們安置在單一基底上，因?yàn)檫@樣可以進(jìn)一步使拾光設(shè)備小型化。還有，用于沿正交于基底表面的方向反射由所述半導(dǎo)體激光器裝置發(fā)射的光的光學(xué)元件不必設(shè)置在基底上。
盡管上述實(shí)施例是針對所述GaAlInP半導(dǎo)體激光器裝置的實(shí)例，但是其它組成成分和結(jié)構(gòu)也允許應(yīng)用本發(fā)明，只要它是脊-波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器裝置。
在不脫離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以用其它特定形式具體體現(xiàn)。該申請中所公開的幾個實(shí)施例在所有方面都應(yīng)該被認(rèn)為是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍是由附屬的權(quán)利要求而非前面的說明書所指定，且在權(quán)利要求書等價意義和范圍內(nèi)的所有變化都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有用于注入載流子的條帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器裝置，包括第一導(dǎo)電型包覆層；有源層；以及第二導(dǎo)電型包覆層；其中在基底上形成所述第一導(dǎo)電型包覆層、所述有源層和第二導(dǎo)電型包覆層，并且所述條帶寬度沿諧振器方向變化，L1和Lt之間的差值在200微米以內(nèi)，并且Rf＜Rr，其中L1為從前端面到所述條帶寬度最小處之間的距離，L為所述半導(dǎo)體激光器裝置的諧振器的長度，Rf為所述前端面的反射率，Rr為后端面的反射率，并且Lt為由L×Loge(Rf)/Loge(Rf×Rr)所表示的距離。
2.一種具有用于注入載流子的條帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器裝置，包括第一導(dǎo)電型包覆層；有源層；以及第二導(dǎo)電型包覆層；其中在基底上形成所述第一導(dǎo)電型包覆層、所述有源層和第二導(dǎo)電型包覆層，并且所述半導(dǎo)體激光器裝置具有一個區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，所述條帶寬度從前端面到后端面持續(xù)減小，L1和Lt之間的差值在200微米以內(nèi)，并且Rf＜Rr，其中L1為從所述前端面到所述區(qū)域中所述條帶寬度最小處之間的距離，在所述區(qū)域內(nèi)條帶寬度持續(xù)減小，L為所述半導(dǎo)體激光器裝置的諧振器的長度，Rf為所述前端面的反射率，Rr為所述后端面的反射率，而Lt為由L×Loge(Rf)/Loge(Rf×Rr)所表示的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光器裝置，具有分別靠近所述前端面和后端面的區(qū)域，在所述區(qū)域中，從所述前端面和從所述后端面到所述諧振器的內(nèi)部所述條帶寬度保持不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光器裝置，其中L1基本等于Lt。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光器裝置，其中通過擴(kuò)散雜質(zhì)擾亂靠近所述前端面和所述后端面中的至少一個的所述有源層。
6.一種拾光設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光器裝置；以及一個光接收部分，用于接收從所述半導(dǎo)體激光器裝置中發(fā)射出然后再被反射的光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的拾光設(shè)備，進(jìn)一步包括一個光分支部分，用于分流所述反射光，其中所述光接收部分接收由所述光分支部分分流的反射光。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的拾光設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體激光器裝置和所述光接收部分安置在單一支持基底上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的拾光設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體激光器裝置安置在支持基底上，并且提供一種光學(xué)元件，以便沿正交于所述支持基底表面的方向，反射從所述半導(dǎo)體激光器裝置中發(fā)射出來的光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拾光設(shè)備，其中所述光學(xué)元件是一個反射鏡。
全文摘要
一種具有用于注射載流子的條帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器裝置，包括在基底上形成的第一導(dǎo)電型包覆層、有源層、和第二導(dǎo)電型包覆層。所述條帶寬度沿諧振器方向變化，L1和Lt之間的差值在200微米以內(nèi)，并且Rf＜Rr，其中L1為從前端面到所述條帶寬度最小處之間的距離，L為所述半導(dǎo)體激光器裝置的諧振器的長度，Rf為所述前端面的反射率，Rr為后端面的反射率，Lt為由式L×Log
文檔編號H01S5/02GK1645694SQ20051000565
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月23日
發(fā)明者高山徹 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社