專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光裝置及半導(dǎo)體裝置模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置。本發(fā)明可以適用于對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)期望高連接效率的情況，例如用于光纖放大器的激勵(lì)光源、用于光信息處理的光源和醫(yī)用半導(dǎo)體激光。
背景技術(shù)：
近來(lái)在光信息處理和光通信領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。
例如，在電子和/或光通信領(lǐng)域，對(duì)用于未來(lái)信息傳輸?shù)拇笕萘抗饫w通信系統(tǒng)，以及用諸如Er3+(EDFA)的稀土材料摻雜的光纖放大器作為對(duì)傳輸方式具有靈活性的信號(hào)放大器進(jìn)行了活躍的研究。于是，期望開發(fā)一種出色的半導(dǎo)體激光用作激勵(lì)光源，它是作為EDFA的組件的不可缺少的元件。
作為可用于EDFA激勵(lì)光源的振蕩波長(zhǎng)主要有三類波長(zhǎng)，即，800nm、980nm和1480nm。從放大器增益和/或噪聲特性來(lái)看，在三者之中980nm的激勵(lì)最佳。要求這種具有980nm的振蕩波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光(LD)滿足作為激勵(lì)光源的具有長(zhǎng)壽命而且提供高功率的相矛盾的特性。此外，由于對(duì)于用于光放大器的激勵(lì)光源來(lái)講，獲得對(duì)于光纖的好的連接效率也是必須的，所以一般需要單橫模振蕩。因此，在高功率運(yùn)行的情況，特別擔(dān)心通過(guò)發(fā)熱的效應(yīng)引起裝置壽命的惡化。此外，由于在高功率運(yùn)行期間光密度極高，不能忽略由光引起的不利影響。
例如，在至今為止報(bào)道的大多數(shù)的980nm波段的LD中，AlGaAs材料系統(tǒng)用于覆層(clad layer)和光導(dǎo)層，而InGaAs材料系統(tǒng)用于有源層。在該情況，在大多數(shù)LD中AlGaAs覆層中的Al組成通常大于0.40。例如，通過(guò)M.Okayasu等，在Electronics Letters，vol.25，No.23(1989)p.1563或R.J.Fu等，在IEEE Photonics Technology Letters，vol.3，No.4(1991)p.308，描述了覆層中Al組成為0.6的980nm波段的LD。此外，通過(guò)A.Shima等在IEEE Journalof Elected Topics in Quantum Electronics，vol.1，No.2(1995)p.102，描述了覆層中Al組成為0.48的980nm波段的LD。選擇這樣覆層的Al組成是為了在有源層和覆層之間獲得足夠的光約束，并保證在光導(dǎo)層和覆層之間的能帶偏移。
然而，另一方面，具有這樣AlGaAs覆層的LD具有以下問(wèn)題。
如由M.A.Afomowitz在Journal of Applied Physics，vol.44，No.3(1973)p.1292中指出，AlGaAs材料系統(tǒng)的熱阻在Al組成為約0.5時(shí)最大，為約8cm·deg/watt。另一方面，GaAs或AlAs的熱阻約為從1/4至1/5?？梢哉f(shuō)前述LD具有采用了在AlGaAs材料系統(tǒng)中熱阻最高的材料用于覆層，該覆層從前述觀點(diǎn)來(lái)看在構(gòu)成元件中是最厚的。即，這樣的現(xiàn)有LD不能總被稱為具有適用于高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)。
從如上所述的技術(shù)情況來(lái)看，本發(fā)明的主要目標(biāo)為提供一種能夠促進(jìn)與光纖等的連接且具有出色高功率運(yùn)行特性的半導(dǎo)體發(fā)光裝置(主要目標(biāo))。
此外，本發(fā)明的次要目標(biāo)為提供一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置和減少高功率運(yùn)行期間極高的電流注入密度，其中半導(dǎo)體發(fā)光裝置的一個(gè)主層的構(gòu)成部分是用具有相對(duì)出色的導(dǎo)熱特性而且緩解高功率運(yùn)行期間的極高光密度的材料構(gòu)成(第一次要目標(biāo))。
此外，對(duì)于半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案(FFP)，期望垂直于襯底的方向(垂直方向)對(duì)與與襯底平行的方向(水平方向)的垂直/水平比率接近1，此外輻射角的絕對(duì)值也很窄。當(dāng)半導(dǎo)體激光器廣泛應(yīng)用于通信、SHG光源、激光打印機(jī)的熱源和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域時(shí)，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光也經(jīng)常與這些領(lǐng)域中的各種光系統(tǒng)連接，而且垂直方向上FFP的值與水平方向上FFP的值窄以及垂直/水平的比率接近1是非常重要的特性。
在設(shè)計(jì)為僅允許相對(duì)于垂直方向以基模傳輸?shù)陌雽?dǎo)體激光器，即，具有π/2或更小的垂直方向上標(biāo)準(zhǔn)化頻率的半導(dǎo)體激光器中，光約束在垂直方向和水平方向截然不同。沿著水平方向的光約束中，由于電流注入?yún)^(qū)的寬度為幾個(gè)μm到幾百個(gè)μm且波導(dǎo)也具有同樣寬度的尺寸，它與振蕩波長(zhǎng)相比相對(duì)較寬，且對(duì)于發(fā)射光的水平方向上的FFP(FFPH)，對(duì)靠近小面的發(fā)射圖案(近場(chǎng)圖案，NFP)的衍射效應(yīng)通常相對(duì)較小。反之，由于通過(guò)比振蕩波長(zhǎng)薄很多的有源層結(jié)構(gòu)獲得垂直方向上的光約束，通常出現(xiàn)對(duì)發(fā)射光的垂直方向上的FFP(FFPV)的極大的衍射效應(yīng)，且FFPV的半峰全寬通常寬于FFPH的半峰全寬。因此，為了改善對(duì)外部光系統(tǒng)的連接特性，期望縮窄有效的FFPV半峰全寬。
此外，如果可以獲得如上所述的半導(dǎo)體激光器，則由于擴(kuò)展了垂直方向上NFP(NFPV)的尺寸，所以認(rèn)為降低了小面的光密度且也改善了半導(dǎo)體激光器的高功率運(yùn)行特性。
如在著者為H.C.Casey，Jr.，M.B.Panish的Hetero-structure Lasers(Acadmic Press，1978)(異結(jié)構(gòu)激光)第二章所討論的，已知FFPV取決于有源層或光導(dǎo)層的厚度。然而，即便當(dāng)通過(guò)僅僅減小其厚度的方法獲得具有窄FFPV的半導(dǎo)體激光器時(shí)，它也會(huì)導(dǎo)致其它裝置特性的惡化的問(wèn)題。
從上述技術(shù)情況來(lái)看，本發(fā)明次要地試圖在不極度惡化半導(dǎo)體激光器的重要特性的情況下，有效地減小FFP的半峰全寬，獲得用光纖和透鏡構(gòu)成的光系統(tǒng)之間好的連接，且改善半導(dǎo)體激光器自身的高功率運(yùn)行特性(第二次要目標(biāo))。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了最熱心的研究，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過(guò)本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光裝置可以獲得所述主要目標(biāo)。
本發(fā)明的光發(fā)射波長(zhǎng)為λ(nm)的半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有一種結(jié)構(gòu)，其中在第一導(dǎo)電型襯底上以所述順序形成至少第一導(dǎo)電型第一覆層，第一導(dǎo)電型第二覆層，有源層結(jié)構(gòu)，第二導(dǎo)電型第二覆層和第二導(dǎo)電型第一覆層，且其特性至少滿足下列條件1至條件3之一。
<條件1>
第一導(dǎo)電型第一覆層是txn(nm)厚度的AlxnGa1-xnAs層(0＜xn＜0.40)，第一導(dǎo)電型第二覆層是tsn(nm)厚度的AlsnGa1-sn層(0＜sn≤1)，tgn(nm)厚度的包含AlgnGa1-gn層(0≤gn＜0.40)的第一光導(dǎo)層存在于第一導(dǎo)電型第二覆層和有源層結(jié)構(gòu)之間，tgp(nm)厚度的包含AlgpGa1-gp層(0≤gp＜0.40)的第二光導(dǎo)層存在于有源層結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)電型第二覆層之間，第二導(dǎo)電型第二覆層是tsp(nm)厚度的AlspGa1-spAs層(0＜sp≤1)，第二導(dǎo)電型第一覆層是txp(nm)厚度的AlxpGa1-xpAs層(0＜xp＜0.40)，且滿足以下公式gn＜xn＜sngp＜xp＜sp0.08＜sn-xn 0.08＜sp-xp
tsn/tgn＜1.0 tsp/tgp＜1.0<條件二>
半導(dǎo)體發(fā)光裝置是一種半導(dǎo)體激光器，其中對(duì)于垂直方向只允許基模傳播，襯底的垂直方向上的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案(FFPV)中出現(xiàn)具有最大強(qiáng)度Ivmain的主峰和極值強(qiáng)度分別為Ivsub-和Ivsub+的副峰的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光的輻射圖案，并滿足以下公式0＜Ivsub/Ivmain＜0.5其中Ivsub代表Ivsub-和Ivsub+中的較高強(qiáng)度者。
<條件3>
第一導(dǎo)電型第一覆層具有平均折射率nn1和tn1(nm)的厚度，第一導(dǎo)電型第二覆層具有平均折射率nn2和tn2(nm)的厚度，具有平均折射率nng和tng(nm)的厚度第一光導(dǎo)層存在于第一導(dǎo)電型第二覆層和有源層結(jié)構(gòu)之間，有源層結(jié)構(gòu)具有平均折射率nna和tna(nm)的整體厚度，具有平均折射率npg和tpg(nm)的厚度第二光導(dǎo)層存在于有源層結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)電型第二覆層之間，第二導(dǎo)電型第二覆層具有平均折射率np2和tp2(nm)的厚度，第二導(dǎo)電型第一覆層具有平均折射率np1和tp1(nm)的厚度，且一種情況，其中波數(shù)k、Vn、Vp、Rn、和Rp定義為(公式1)k＝2π/λVn＝k/2×(ta+tng+tpg)×(nng2-nn12)1/2Vp＝k/2×(ta+tng+tpg)×(npg2-np12)1/2Rn＝tn2/tngRp＝tp2/tpg(公式1)滿足(公式2)中的每一個(gè)關(guān)系nn2＜nn1＜nng＜nanp2＜np1＜npg＜na0.35＜Vn＜0.750.35＜Vp＜0.750.3＜Rn＜0.7
0.3＜Rp＜0.7(公式2)滿足條件1的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置可以具體地有效地獲得第一次要目標(biāo)，滿足條件2的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置和滿足條件3的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置可以具體地有效地獲得第二次要目標(biāo)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件優(yōu)選地滿足條件1至條件3的兩個(gè)或更多的條件，更優(yōu)選地滿足所有條件1至條件3。


圖1是本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的實(shí)施例的光發(fā)射方向的橫剖面圖。
圖2為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的實(shí)施例的光發(fā)射方向的橫剖面圖。
圖3為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光裝置的實(shí)施例的透視圖。
圖4是解釋FFP位置定義的示意圖。
圖5是本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置實(shí)施例的光發(fā)射方向的橫剖面圖。
圖6是顯示現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的FFPV的輪廓圖。
圖7是顯示本發(fā)明的發(fā)光裝置的FFPV的輪廓圖。
圖8是本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置實(shí)施例的光發(fā)射方向的橫剖面圖。
圖9是本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置實(shí)施例的光發(fā)射方向的橫剖面圖。
圖10為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置實(shí)施例的光發(fā)射方向的橫剖面圖。
圖11是對(duì)比例1和比較例1的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的電流-光輸出功率特性的曲線圖。
圖12是對(duì)比例1和比較例1的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的驅(qū)動(dòng)時(shí)間和驅(qū)動(dòng)電流的曲線圖。
圖13是顯示例3的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的電流-光輸出功率特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
首先，將描述在本說(shuō)明書中使用的幾個(gè)措詞。
在本說(shuō)明書中，措詞“B層形成于A層上”包括形成B層以使B層的底部與A層的上表面接觸的情況和一層或更多層形成于A層的上表面且B層進(jìn)一步形成于該層上的情況。此外，該措詞還包括A層的上表面和B層的底部局部彼此接觸和一層或多層出現(xiàn)于A層和B層之間的其它部分中的情況。由對(duì)于每層和諸實(shí)施例的具體例子的以下描述，具體的體現(xiàn)是明顯的。
此外，在本說(shuō)明書中，每層的折射率基本意味該裝置的振蕩波長(zhǎng)處的折射率。但是，由于振蕩波長(zhǎng)本身隨裝置的驅(qū)動(dòng)溫度、光輸出功率等變化，界定折射率的波長(zhǎng)有時(shí)由接近振蕩波長(zhǎng)的特定波長(zhǎng)代表。從諸實(shí)施例的具體例子等，該內(nèi)容將也是明顯的。
此外，在通過(guò)多層提供單一功能的情況中，有時(shí)通過(guò)單一的指定量來(lái)指示，其中依據(jù)平均的折射率來(lái)界定折射率等。例如，在覆層包括m數(shù)量的層且第nth層具有折射率nn和厚度tn(nm)的情況中，依據(jù)以下的公式定義覆層的平均折射率nmeannmean＝(n1t1+n2t2+......+nmtm)/(t1+t2+......+tm)此外，在本發(fā)明中，垂直于襯底的方向界定為垂直方向，而與襯底平行的方向界定為水平方向，如圖1的下側(cè)所示。
此外，當(dāng)描述FFP時(shí)，F(xiàn)FP的位置的界定是依據(jù)本說(shuō)明書中的通常的方法。這將參考圖4描述。首先，設(shè)想兩個(gè)分別在襯底的垂直方向和水平方向上的且彼此相交的圓圈。此外，設(shè)置裝置以使兩個(gè)圓圈的每個(gè)的中心處于關(guān)于裝置的結(jié)構(gòu)的光發(fā)射中心C。在該情況中，當(dāng)描述FFP時(shí)，，從關(guān)于裝置的結(jié)構(gòu)的光發(fā)射中心C在物理的垂直方向上延伸的線相交于兩個(gè)圓圈的弧的點(diǎn)界定0度。即，以該點(diǎn)作為原點(diǎn)，由通過(guò)連接0度和關(guān)于裝置結(jié)構(gòu)的光發(fā)射中心的相對(duì)于每個(gè)弧形成的線形成的角度界定描述FFP的位置。圖4顯示其中垂直的FFP是處于+φ角而水平的FFP是處于+θ角。作為由所述角度界定的位置的函數(shù)所繪制的光的強(qiáng)度分布是FFP自身。在附圖中所示的“+”“-”方向是相對(duì)的且該方向一般可以被反轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明書中由使用“至”代表的數(shù)值的范圍意味包括“至”前后所述的數(shù)值作為下限和上限的范圍。此外，雖然為了容易理解本發(fā)明的構(gòu)成，有意在某些部分改變了本說(shuō)明書所附的圖的尺寸，但是實(shí)際尺寸如本說(shuō)明書中所述。
將具體描述本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的優(yōu)選實(shí)施例和制造其的方法。
滿足條件1的半導(dǎo)體發(fā)光裝置首先，將參考圖1中所示的LD描述滿足條件1的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的主要特征。圖1在左側(cè)顯示了通過(guò)每層的結(jié)構(gòu)獲得的折射率在垂直方向上的空間分布，且圖1在其的下側(cè)顯示圖中所用的方向的指示。
圖1顯示了在n型襯底(101)上構(gòu)建的寬區(qū)域型LD，具有txn(nm)厚度的包含AlxnGa1-xnAs的n型第一覆層(102)、tsn(nm)厚度的包含AlsnGa1-snAs的n型第二覆層(103)、tgn(nm)厚度的包含未摻雜的AlgnGa1-gnAs的第一光導(dǎo)層(104)、有源層結(jié)構(gòu)(105)、tgp(nm)厚度的包含未摻雜的AlgpGa1-gpAs的第二光導(dǎo)層(106)、tsp(nm)厚度的包含AlspGa1-spAs的p型第二覆層(107)、具有txp(nm)厚度的包含AlxpGa1-xpAs的p型第一覆層(108)，和用于降低與電極的接觸電阻的接觸層(109)，以及用于限制相對(duì)于水平方向的電流注入?yún)^(qū)的SiN層(110)、p側(cè)電極(111)和n側(cè)電極(112)。圖1中的LD滿足以下公式xn＝xp＝xtxn＝txp＝txsn＝sp＝stsn＝tsp＝tsgn＝gp＝gtgn＝tgp＝tg此外，有源層結(jié)構(gòu)(105)具有應(yīng)變雙量子阱結(jié)構(gòu)，其中從襯底(101)的表面堆疊6nm厚度的In0.16Ga0.84As應(yīng)變雙量子阱層(121)、8nm厚度的GaAs緩沖層(122)和6nm厚度的In0.16Ga0.84As應(yīng)變雙量子阱層(123)且其振蕩波長(zhǎng)是λ(nm)。
通過(guò)位于有源層上和下的兩個(gè)AlxGa1-xAs第一覆層(102、108)與包括有源層結(jié)構(gòu)(105)的兩個(gè)AlgGa1-gAs光導(dǎo)層(104、105)之間的折射率差獲得在垂直于有源層結(jié)構(gòu)(105)的方向上的光的約束，該有源層結(jié)構(gòu)作為L(zhǎng)D的光學(xué)約束的基層。在本發(fā)明中，需要包含AlxGa1-xAs的第一覆層(102、108)中的Al組分x小于0.4，且優(yōu)選地，小于0.3，且更優(yōu)選地小于0.2。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)減少在覆層(102、108)中的Al組成可以降低整個(gè)裝置的熱阻以獲得適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，該覆層在LD的組成層中除了襯底(101)和接觸層(109)之外是最厚的。
由于需要在層逐漸遠(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)(105)表面的方向上足夠地減弱光，所以第一覆層(102、108)的厚度tx相對(duì)振蕩波長(zhǎng)λ(nm)優(yōu)選地滿足以下公式λ＜tx具體地，如作為980nm波段的LD中，在襯底(101)對(duì)振蕩波長(zhǎng)透明且具有大于n型第一覆層(101)和n型第二覆層(103)的折射率的折射率的情況中，由于從覆層(102、103)泄漏至襯底(101)的光透過(guò)襯底傳播，所以已知襯底模式與LD本身的模式重疊，且為了抑止它，期望使得n型第一覆層(102)的厚度相對(duì)于波長(zhǎng)較厚。
此外，為了獲得光學(xué)約束，需要用一種具有大于第一覆層(102、108)的折射率的折射率的材料構(gòu)成光導(dǎo)層(104、106)，即，具有小于第一覆層(102、108)Al組成的Al組成。此外，需要光導(dǎo)層(104、106)中Al組成也小于0.4，而且其優(yōu)選地小于0.2，且更優(yōu)選地小于0.1。最優(yōu)選為使用不包含Al的GaAs情況。特別地考慮到可靠性，期望一種不含有Al的光導(dǎo)層。此外，為了后述的第二覆層(103、107)可以充分地提供功能，光導(dǎo)層(104、106)的厚度tg(nm)優(yōu)選地滿足以下公式。
0.5×[λ/(4×ng)]nm＜tg＜1.5×[λ/(4×ng)]nm在該關(guān)系中，ng是光導(dǎo)層(104、106)的折射率。通過(guò)限制光導(dǎo)層(103、106)的厚度tg小于上述公式的上限，可以具體地提供后述的在第二覆層(103、107)中載流子的抑止溢流效應(yīng)，和有效地避免拐點(diǎn)水平(kink level)的降低等。此外，通過(guò)控制光導(dǎo)層(104、106)的厚度tg大于上述公式中的下限，可以抑止后述的第二覆層(103、107)的過(guò)度的反波導(dǎo)(anti-waveguide)特性。
在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)建普通的SCH結(jié)構(gòu)(分離的約束異結(jié)構(gòu)Separated Confinement Hetero-structure)的情況中，第一覆層和光導(dǎo)層彼此直接接觸。但是，本發(fā)明具有一種特征，其中具有ts厚度的包含AlsGa1-sAs的第二覆層(103、107)存在于層間。需要該層的Al組成被設(shè)置得高于光導(dǎo)層的Al組成，且進(jìn)一步高于第一覆層(102、108)，且其滿足以下公式g＜x＜s因此，如圖1的左側(cè)所示，第二覆層(103、107)是具有最小折射率值的層。“n”下所示的箭頭指示折射率增加的方向。此外，第二覆層(103、107)具有在導(dǎo)帶的表面形成對(duì)電子的勢(shì)壘的功能(或者在價(jià)帶中對(duì)空穴，雖然未圖示)。在Eg以上的箭頭的方向指示相對(duì)于電子沿勢(shì)能增加的方向。
即，例如在于高溫下驅(qū)動(dòng)LD的情況中或在由于在高功率運(yùn)行期間LD的自發(fā)熱引起有源層的溫度顯著增加的情況中，第二覆層(103、107)具有抑止從Al0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層(121、123)至第一覆層(102、108)的載流子熱泄漏的功能。在本發(fā)明中，為了減小整個(gè)裝置的熱阻，首要的是第一覆層(102、108)中的Al組成小于0.4，優(yōu)選地小于0.3，且更優(yōu)選地小于0.2，如上所述。為了該目的，在AlsGa1-sAs第二覆層(103、107)中，Al組成從大于0且等于或小于1的范圍選擇以補(bǔ)償在光導(dǎo)層(104、106)和第一覆層(102、108)之間的低勢(shì)壘高度，考慮到從有源層結(jié)構(gòu)(105)泄漏通過(guò)光導(dǎo)層(104、106)的載流子。但是，也在第二覆層(103、107)中，考慮到熱阻，或者以避免在具有高Al組成的AlGaAs材料系統(tǒng)中所一般觀察到的氧化惡化和由此的裝置壽命惡化的目的，期望Al組成小于0.5。此外，為了在上至約100℃的半導(dǎo)體激光器通常使用的范圍內(nèi)通過(guò)第二覆層(103、107)足夠地抑止從有源層結(jié)構(gòu)(105)泄漏至第一覆層(102、108)的載流子的溢流，需要滿足以下公式0.08＜s-x但是，由于極大的勢(shì)壘高度抑止了從第一覆層注入至有源層結(jié)構(gòu)的載流子注入，所以優(yōu)選地滿足以下公式s-x＜0.4此外，對(duì)于垂直方向上的光學(xué)約束，第二覆層(103、107)具有極其重要的功能，如下所述。由于小于光導(dǎo)層(104、106)的折射率且進(jìn)一步小于第一覆層(102、108)的折射率的AlsGa1-sAs被選為第二覆層(103、107)，如上所述，所以在LD小面(facet)處垂直方向上的近場(chǎng)圖案(NFP)被擴(kuò)展以降低光密度和縮窄遠(yuǎn)場(chǎng)圖案(FFP)，并且因此可以使裝置適合高功率運(yùn)行且也可以預(yù)期壽命特性的改善。
如上所述，考慮相對(duì)折射率，第二覆層(103、107)提供擴(kuò)展光的分布至層的外部的功能。因此，在LD小面處垂直方向上的近場(chǎng)圖案在垂直方向上擴(kuò)展以降低光密度，且考慮到高功率運(yùn)行，這是非常期望的。但是，因?yàn)椴▽?dǎo)表現(xiàn)過(guò)度的反波導(dǎo)特性且在LD結(jié)構(gòu)中垂直方向上的光學(xué)約束變得過(guò)度衰弱，導(dǎo)致過(guò)度的閾值電流(threshhold current)的增加、斜度效率(slopeefficiency)的降低、驅(qū)動(dòng)電流的增加等，所以不期望折射率的極度降低或第二覆層(103、107)的厚度的極度增加。因此，考慮到與光導(dǎo)層(104、106)的厚度tg的關(guān)系，第二覆層(103、107)的厚度ts必須滿足以下公式ts/tg＜1.0此外，為了在垂直方向上獲得適當(dāng)?shù)腘FP擴(kuò)展效應(yīng)，優(yōu)選地滿足以下公式0.3＜ts/tg此外，在第二覆層(103、107)中，期望不僅滿足對(duì)于光導(dǎo)層(104、106)的厚度的相對(duì)關(guān)系，而且滿足絕對(duì)值的以下公式10nm＜ts＜100nm這是因?yàn)榫唧w地在第二覆層(103、107)極薄的情況中，光學(xué)效應(yīng)減??；和在該層極厚且LD不再振蕩的情況中光學(xué)約束被極度減弱。
之后，作為滿足條件1的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的實(shí)施例，將參考圖2描述能夠以橫向模式運(yùn)行的半導(dǎo)體激光器。圖2是顯示作為本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器中外延結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的掩埋帶(buried-stripe)型半導(dǎo)體激光器的構(gòu)成的橫剖面示意圖。
半導(dǎo)體激光器形成于半導(dǎo)體襯底(1)上且具有折射率引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中第二導(dǎo)電型第一覆層包括第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)和第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的兩層，且第二導(dǎo)電線上第一覆層(10)和電流阻擋層(11)/帽層(12)形成電流注入?yún)^(qū)，且還具有降低與電極的接觸電阻的接觸層。對(duì)于包括該實(shí)施例的不同激光器的基本外延結(jié)構(gòu)的制造方法，可以參照J(rèn)P-ANo.8-130344。該類型的激光器被用為在光通訊中使用的光纖放大器的光源，和用于信息處理的大規(guī)模光磁存儲(chǔ)器的讀出光源，且還可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇層構(gòu)成、使用的材料等被應(yīng)用于進(jìn)一步的不同的用途。
作為襯底(1)，本發(fā)明中優(yōu)選地使用GaAs襯底。對(duì)于襯底(1)，考慮到改進(jìn)外延生長(zhǎng)時(shí)的結(jié)晶度，不僅可以使用所謂的正襯底(just substrate)，而且可以使用所謂的偏角襯底(off angle substrate)(偏離取向的襯底)。偏角襯底具有在步進(jìn)(step-flow)模式中提高晶體生長(zhǎng)的效應(yīng)且一般被使用。對(duì)于偏角襯底，一般使用那些具有約0.5至2度斜率的襯底，且依據(jù)構(gòu)成量子阱結(jié)構(gòu)的材料，斜率有時(shí)可以是約10度。
為了通過(guò)利用諸如MBE或MOCVD的晶體生長(zhǎng)技術(shù)制造發(fā)光裝置，襯底(1)可以在前被施予化學(xué)蝕刻或熱處理。所使用的襯底(1)的厚度通常是約350μm，以在裝置的制造過(guò)程期間保證機(jī)械強(qiáng)度，且在為形成半導(dǎo)體發(fā)光裝置的小面的工藝的過(guò)程中，它通常被拋光減薄至約100μm。
為了緩和襯底體晶體的不完整性和促進(jìn)具有相同的晶軸的薄外延膜的形成，優(yōu)選地設(shè)置緩沖層(2)。緩沖層(2)優(yōu)選地由與襯底(1)的化合物相同的化合物構(gòu)成，且在襯底(1)包含GaAs的情況中，緩沖層(2)使用GaAs。但是，超晶格層也一般地可以用于緩沖層(2)且有時(shí)它不用相同的化合物形成。另一方面，在使用介電體襯底的情況中，它不總由與襯底相同的材料形成，且考慮到其期望的發(fā)射波長(zhǎng)和整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)，有時(shí)合適地選擇不同于襯底的材料。
第一導(dǎo)電型第一覆層(3)包含AlxnGa1-xnAs。為了降低整個(gè)裝置的熱阻和獲得適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成第一導(dǎo)電型第一覆層(3)中的Al組成xn以滿足0＜xn＜0.40。xn優(yōu)選為0.3或更小，且更優(yōu)選為0.2或更小。此外，使第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的厚度txn(nm)優(yōu)選地大于振蕩波長(zhǎng)λ(nm)，由于需要在遠(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)(6)的方向上足夠地減弱光。
此外，在本發(fā)明中的第一導(dǎo)電型第一覆層中，由于AlxnGa1-xnAs層中的Al組成小于具有通常的SCH結(jié)構(gòu)或GRIN-SCH結(jié)構(gòu)的LD的Al組成，所以還可以期望能夠增加摻雜劑的激活比率的效果。具體地，例如，在第一導(dǎo)電型是n型且Si用作摻雜劑的情況中，當(dāng)設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，如由N.Chand等在Physical Review B，vol.30(1984)，p.4481所描述，已知Si施主的電離能非常依賴于Al組成，且這是非常期望的，因?yàn)榧词乖谳^小Al組成的AlGaAs中，摻雜被設(shè)置為相對(duì)低的水平時(shí)，也可以形成足夠低的電阻的層。因此，第一導(dǎo)電型第一覆層(3)中的摻雜水平優(yōu)選為1.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為3.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
此外，不需在第一導(dǎo)電型第一覆層(3)中均勻地進(jìn)行摻雜，而是優(yōu)選地設(shè)置以使趨向襯底(1)水平為較高而接近有源層結(jié)構(gòu)(6)的表面為較小。這是一種通過(guò)自由電子在光密度高的部分中抑止吸收的有效的方法。
第一導(dǎo)電型第二覆層(4)包含AlsnGa1-snAs(0＜sn≤1)。sn優(yōu)選地小于0.5。在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)中的Al組成必須大于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成xn和與其相鄰的第一光導(dǎo)層(5)的Al組成gn。通過(guò)采取該構(gòu)成，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)變成具有最小折射率的層且具有作為在導(dǎo)帶的表面上對(duì)于電子和在價(jià)帶中對(duì)于空穴的勢(shì)壘的功能。此外，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的Al組成sn和第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成xn之間的差sn-xn大于0.08。用該構(gòu)成，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)可以足夠地抑止從有源層結(jié)構(gòu)(6)至第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的載流子的溢流。但是，sn-xn優(yōu)選地小于0.4以不過(guò)度地抑止從第一導(dǎo)電型第一覆層(3)至有源層結(jié)構(gòu)(6)的載流子的注入。
第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的厚度tsn(nm)小于第一光導(dǎo)層(5)的厚度tgn(nm)。這樣的構(gòu)成的使用可以避免極度的閾值電流的增加、斜度效率的降低和驅(qū)動(dòng)電流的增加。為了在垂直方向獲得適當(dāng)?shù)腘FP擴(kuò)展效應(yīng)，優(yōu)選滿足以下公式0.3＜tsn/tgn此外，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的厚度tsn優(yōu)選地大于10nm且小于100nm。在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的tsn是10nm或更小的情況中，有時(shí)光學(xué)效應(yīng)被減小。另一方面，當(dāng)它是100nm或更大時(shí)，有時(shí)光學(xué)約束被極度減弱且LD不再振蕩。
此外，在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)中，由于AlsnGa1-snAs的Al組成sn在本發(fā)明的LD結(jié)構(gòu)中較大，與第一導(dǎo)電型第一覆層(3)比較，摻雜劑的摻雜水平優(yōu)選地被設(shè)置得較高。具體地，設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，例如，在第一導(dǎo)電型是n型且Si被用為摻雜劑的情況中，摻雜水平優(yōu)選為3.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為4.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
雖然未在圖2中圖示，包含AltGa1-tAs材料系統(tǒng)的層還可以插入第一導(dǎo)電型第一覆層(3)和第一導(dǎo)電型第二覆層(4)之間，其中Al組成逐漸地單調(diào)變化以使組成t為在第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的表面上t＝xn且在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的表面上t＝sn。由于這可以在從第一導(dǎo)電型第一覆層(3)通過(guò)第一導(dǎo)電型第二覆層(4)對(duì)有源層結(jié)構(gòu)(6)的載流子的注入時(shí)減小電阻，所以上述的過(guò)渡層特別地優(yōu)選。此外，可以不同地變化過(guò)渡層中的組成，且例如可以采用一種形式，其中Al組成t線性地從第一導(dǎo)電型第一覆層(3)增加至第一導(dǎo)電型第二覆層(4)或一種形式，其中它以彎曲的曲線單調(diào)地增加。
在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)上的第一光導(dǎo)層(5)包含AlgnGa1-gnAs(0≤gn＜0.40)。為了獲得光學(xué)約束，需要用一種具有大于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的折射率的折射率的材料構(gòu)成第一光導(dǎo)層(5)，即，具有小于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成的Al組成。此外，也在第一光導(dǎo)層(5)中，需要Al組成小于0.4，優(yōu)選地小于0.2，且更優(yōu)選地小于0.1。最優(yōu)選為使用不包含Al的GaAs的情況。特別地考慮到可靠性，期望一種不含有Al的光導(dǎo)層。
此外，為了第一導(dǎo)電型第二覆層(4)充分地提供功能，第一光導(dǎo)層(5)的厚度tgn(nm)優(yōu)選地滿足以下公式。
0.5×[λ/(4×ngn)]nm＜tgn＜1.5×[λ/(4×ngn)]nm在該公式中，ngn是第一光導(dǎo)層(5)的折射率。通過(guò)限制第一光導(dǎo)層(5)的厚度tgn小于上述公式的上限，可以在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)中足夠地提供抑止載流子溢流的效應(yīng)，和有效地避免拐點(diǎn)水平的降低等。此外，通過(guò)限制第一光導(dǎo)層(5)的厚度tgn大于上述公式中的下限，可以抑止第一導(dǎo)電型第二覆層(4)表現(xiàn)過(guò)度的反波導(dǎo)特性。
不總需要具有tgn厚度的包含AlgnGa1-gnAs(0≤gn＜0.40)第一光導(dǎo)層(5)是具有固定Al組成的層，而是Al組成可以在第一光導(dǎo)層(5)中改變。在第一光導(dǎo)層(5)中出現(xiàn)不同的Al組成的區(qū)域的情況中，其平均的折射率可以被考慮為第一光導(dǎo)層的折射率。
第一光導(dǎo)層(5)的導(dǎo)電類型可以是p型、n型和未摻雜型且本發(fā)明的效應(yīng)不隨類型而改變。
本發(fā)明中所指的有源層結(jié)構(gòu)(6)優(yōu)選地包含含有In、Ga和As且對(duì)襯底無(wú)晶格匹配的應(yīng)變量子阱。在大多數(shù)情況中在應(yīng)變量子阱層的兩個(gè)表面上均提供具有大于量子阱的帶隙的帶隙的阻擋層。
有源層結(jié)構(gòu)(6)的構(gòu)成可以包括其中光導(dǎo)層(5、7)作為阻擋層的InGaAs應(yīng)變單一量子阱層(S-SQW)的情況和包含其中堆疊GaAs阻擋層、InGaAs應(yīng)變量子阱層和GaAs阻擋層的?？商鎿Q地，有源層結(jié)構(gòu)(6)可以為所謂的應(yīng)變雙量子阱結(jié)構(gòu)(S-DQW)，如圖2所示，其中從襯底(1)的表面堆疊GaAs阻擋層(21)、InGaAs應(yīng)變量子阱層(22)、GaAs阻擋層(23)、InGaAs應(yīng)變量子阱層(24)和GaAs阻擋層(25)。此外，它還包括利用其中以堆疊的形式使用三層或更多的多量子阱層的多量子阱結(jié)構(gòu)的情況。此外，它可以是其中堆疊GaAs阻擋層、InGaAs應(yīng)變量子阱層、InGaAsP應(yīng)變補(bǔ)償阻擋層、InGaAs應(yīng)變量子阱層和GaAs阻擋層的結(jié)構(gòu)，且其中在應(yīng)變的量子阱層和阻擋層中存在的應(yīng)變?cè)谙喾吹姆较蛏袭a(chǎn)生。
應(yīng)變量子阱層的具體的材料可以包括，例如InGaAs和GaInNAs。對(duì)于具有應(yīng)變的量子阱層由于其的應(yīng)變效應(yīng)可以預(yù)期光學(xué)增益等的增加。因此，即使對(duì)于低Al組成的第一覆層(3、9、10)和有源層結(jié)構(gòu)(6)之間垂直方向上的適當(dāng)?shù)娜豕鈱W(xué)約束，可以獲得足夠的LD特性。因此，在本發(fā)明中應(yīng)變量子阱層是不可缺少的。
雖然當(dāng)阻擋層(21、23、25)的導(dǎo)電類型是p型、n型或未摻雜類型時(shí)，本發(fā)明的效應(yīng)不改變，但是期望阻擋層(21、23、25)具有顯示n導(dǎo)電型的部分。在這樣的情況下，由于來(lái)自阻擋層(21、23、25)的電子被提供給在有源層(6)中的量子阱層(22、24)，所以可以有效地對(duì)于較寬的波段區(qū)滿意地獲得LD的增益特性。在上述的裝置中，通過(guò)諸如光柵光纖的外部的空穴可以有效地固定振蕩波長(zhǎng)，如后所述。在該情況中，n型摻雜劑優(yōu)選為Si。此外，在阻擋層(21、23、25)中不均勻地?fù)诫s如Si的n型摻雜劑，但是最優(yōu)選為在鄰近相對(duì)于如應(yīng)變量子阱層(22、24)的其它層的界面不施加摻雜，而在鄰近阻擋層(21、23、25)的中心選擇性地施加摻雜。
第二光導(dǎo)層(7)包含AlgnGa1-gnAs(0≤gn＜0.40)。為了獲得光學(xué)約束，需要用一種具有大于第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的折射率的折射率的材料構(gòu)成第二光導(dǎo)層(7)，即，具有小于第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的Al組成的Al組成。此外，也在第二光導(dǎo)層(7)中，需要Al組成小于0.4，而且優(yōu)選地小于0.2，且更優(yōu)選地小于0.1。最優(yōu)選的情況是不包含Al的GaAs的使用?？紤]到可靠性，特別地期望一種不含有Al的光導(dǎo)層。
此外，為了第二導(dǎo)電型第二覆層(8)充分地提供功能，第二光導(dǎo)層(7)的厚度tgp(nm)優(yōu)選地滿足以下公式。
0.5×[λ/(4×ngp)]nm＜tgp＜1.5×[λ/(4×ngp)]nm在該公式中，ngn是第二光導(dǎo)層(7)的折射率。通過(guò)限制第一光導(dǎo)層(7)的厚度tgp小于上述公式的上限，可以在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)中足夠地提供抑止載流子溢流的效應(yīng)，和有效地避免拐點(diǎn)水平的降低等。此外，通過(guò)限制第二光導(dǎo)層(7)的厚度tgp大于上述公式中的下限，可以抑止第二導(dǎo)電型第二覆層(9、10)表現(xiàn)過(guò)度的反波導(dǎo)特性。
不總需要第二光導(dǎo)層(7)是具有固定Al組成的層，而是Al組成可以在第二光導(dǎo)層(7)中改變。在第二光導(dǎo)層(7)中出現(xiàn)不同的Al組成的區(qū)域的情況中，其平均的折射率可以被考慮為第一光導(dǎo)層的折射率。第二光導(dǎo)層(7)的組成可以相同于或不同于第一光導(dǎo)層(5)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的情況中，第二光導(dǎo)層(7)的Al組成gp和第一光導(dǎo)層(5)的Al組成gn均是0。
第二光導(dǎo)層(7)的導(dǎo)電類型可以是p型、n型和未摻雜型且本發(fā)明的效應(yīng)不隨類型而改變。
第二導(dǎo)電型第二覆層(8)包含AlspGa1-spAs(0＜sp≤1)。sp優(yōu)選地小于0.5。在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)中的Al組成必須大于第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)中的Al組成xp和與其相鄰的第二光導(dǎo)層(7)中的Al組成gp。通過(guò)這樣的構(gòu)成的使用，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)變成具有最小折射率的層且具有作為在導(dǎo)帶的表面的表面上對(duì)于電子和在價(jià)帶中對(duì)于空穴的勢(shì)壘的功能。此外，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的Al組成sp和第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的Al組成xp之間的差sp-xp大于0.08。采取該構(gòu)成，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)可以足夠地抑止從有源層結(jié)構(gòu)(6)至第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的載流子的溢流。但是，sp-xp優(yōu)選地小于0.4以不過(guò)度地抑止從第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)至有源層結(jié)構(gòu)(6)的載流子的注入。
第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的厚度tsp(nm)小于第二光導(dǎo)層(7)的厚度tgp(nm)。這樣的構(gòu)成的使用可以避免極度的閾值電流的增加、斜度效率的降低和驅(qū)動(dòng)電流的增加。為了在垂直方向獲得適當(dāng)?shù)腘FP擴(kuò)展效應(yīng)，優(yōu)選滿足以下公式0.3＜tsp/tgp此外，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的厚度tsp優(yōu)選地大于10nm且小于100nm。在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的tsp是10nm或更小的情況中，有時(shí)光學(xué)效應(yīng)被減小。另一方面，當(dāng)它是100nm或更大時(shí)，有時(shí)光學(xué)約束被極度減弱且LD不再振蕩。
不總需要第二導(dǎo)電型第二覆層(8)具有與第一導(dǎo)電型第二覆層(4)中相同的Al組成，但是以保證垂直方向上光束的對(duì)稱性的目的，期望Al組成相同。
具體地，設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，例如，在第二導(dǎo)電型是p型且Si被用為摻雜劑得情況中，摻雜水平優(yōu)選為3.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為4.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
雖然未在圖2中圖示，由AltGa1-tAs材料系統(tǒng)形成的層可以插入第二導(dǎo)電型第二覆層(8)和第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)之間，其中Al組成逐漸地單調(diào)變化以使組成t為在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的表面上t＝sp且在第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的表面上t＝xp。此外，可以不同地變化過(guò)渡層中的組成，且例如，可以采用一種其中Al組成t線性地增加的形式，或或其中以彎曲的曲線單調(diào)地增加的形式，從第二導(dǎo)電型第二覆層(8)增加至第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)。
在圖2中，第二導(dǎo)電型第一覆層包括第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的兩層。在該情況中，該兩層可以具有在其間的蝕刻停止層以促進(jìn)裝置的制造。
在第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)包含AlxpGa1-xpAs(0≤xp＜0.40)。為了降低整個(gè)裝置的熱阻和提供適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)中的Al組成xp以滿足0＜xp＜0.40。xp優(yōu)選為0.3或更小，且更優(yōu)選為0.2或更小。此外，由于需要在遠(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)(6)的方向上足夠地減弱光，使得第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的整體厚度txp(nm)優(yōu)選地大于振蕩波長(zhǎng)λ(nm)。
第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的厚度優(yōu)選地為約從10nm至200nm以使至有源層結(jié)構(gòu)(6)的電流注入通道沒(méi)有因電流的橫向擴(kuò)散被極度擴(kuò)展。更優(yōu)選地，該厚度約從20nm至70nm。
此外，第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的摻雜水平優(yōu)選為1.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為3.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
此外，不需在第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)或第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)中均勻地進(jìn)行摻雜，而是優(yōu)選地設(shè)置在接觸層(13)的表面較高而對(duì)于靠近有源層結(jié)構(gòu)(6)的表面較小。這是一種通過(guò)自由電子在光密度高的部分中抑止吸收的有效的方法。在本發(fā)明中，優(yōu)選為在第一導(dǎo)電型第一覆層(3)或第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的至少一層中摻雜水平不均勻。
第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)與形成于其側(cè)壁上的電流阻擋層(11)一起提供水平方向上的電流約束和光學(xué)約束的兩個(gè)功能。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于以單橫模運(yùn)行的LD時(shí)，這是優(yōu)選的構(gòu)成。為了該目的，以在水平方向上的電流約束為目的，電流阻擋層(11)的導(dǎo)電類型優(yōu)選是第一導(dǎo)電型或未摻雜型。此外，以在水平方向上的光學(xué)約束為目的，具體地，為了滿足作為基于折射率波導(dǎo)的波導(dǎo)的特性，電流阻擋層(11)由具有小于第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的折射率的折射率的材料形成。此外，在本發(fā)明中，電流阻擋層(11)優(yōu)選地由AlGaAs材料系統(tǒng)形成，且設(shè)想如AlzGa1-zAs(0＜z≤1)的材料，Al組成優(yōu)選地為z＞xp。此外，當(dāng)本發(fā)明適用于以單橫模運(yùn)行的半導(dǎo)體激光器時(shí)，主要由電流阻擋層(11)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)之間的折射率差界定的水平方向上的有效折射率差優(yōu)選為10-3的量級(jí)，如以上述為目的。此外，對(duì)于第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)與第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)接觸的部分在水平方向上的寬度W，其是電流注入溝道的寬度且相應(yīng)于波導(dǎo)的寬度，優(yōu)選地在垂直于附圖的空穴的方向上的偏差的范圍內(nèi)是均勻的，且該寬度優(yōu)選為6μm或更小，更優(yōu)選地為3μm或更小，以在單一模式中運(yùn)行LD為目的。但是，為了使高功率運(yùn)行和單一模式運(yùn)行相容，在空穴方向上波導(dǎo)不需要是均勻的而優(yōu)選為波導(dǎo)的寬度在作為半導(dǎo)體激光器的主要光發(fā)射方向的前小面的表面上相對(duì)增加以適合于高功率運(yùn)行，然而波導(dǎo)的寬度在后小面的表面上縮窄以實(shí)現(xiàn)單一模式運(yùn)行。此外，在該情況中，設(shè)想靠近光發(fā)射點(diǎn)之一的電流注入溝道的寬度為Wexp而在裝置中最窄的電流注入溝道為Wstd，期望滿足以下公式1.5＜Wexp/Wstd＜5.0。
進(jìn)一步優(yōu)選滿足以下公式2.5＜Wexp/Wstd＜3.5。
另一方面，在包含AlzGa1-zAs(0＜z≤1)的電流阻擋層(11)中，Al組成可以足夠?yàn)閦＞xp，僅以光學(xué)約束為目的；但是Al組成優(yōu)選為小于0.5，更優(yōu)選地為小于0.4，最優(yōu)選地Al組成為小于0.25，由于與包含AlGaAs的其它層相同的原因。
在第一次生長(zhǎng)中，帽層(12)用作對(duì)于電流阻擋層(11)的保護(hù)層，也用于促進(jìn)第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的生長(zhǎng)，且在獲得裝置結(jié)構(gòu)之前部分地或全部地去除帽層(12)。
以降低對(duì)于電極(14)等的接觸電阻率的目的，接觸層(13)優(yōu)選地設(shè)置于第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)上。接觸層(13)通常用GaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成。在該層中，載流子濃度通常高于其它層以降低對(duì)于電極(14)的接觸電阻率。此外，導(dǎo)電類型是第二導(dǎo)電型。
構(gòu)成半導(dǎo)體激光器的每層的厚度在這樣的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)剡x擇以有效地提供各自層的功能。
此外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，第一導(dǎo)電型優(yōu)選是n型而第二導(dǎo)電型優(yōu)選是p型。這是因此n型襯底一般具有好品質(zhì)。
通過(guò)進(jìn)一步形成電極(14)和(15)制造如圖2所示的半導(dǎo)體激光器。在外延層表面上形成電極(14)。例如，在第二導(dǎo)電型是p型的情況中，在接觸層(13)的表面上依次形成蒸鍍的Ti/Pt/Au，且然后施加合金處理。另一方面，在襯底(1)的表面上形成襯底表面上的電極(15)。而且，在第一導(dǎo)電型是n型的情況中，在襯底(1)的表面上依次形成蒸鍍的AuGe/Ni/Au且然后施加合金處理。
對(duì)于制造的半導(dǎo)體晶片形成作為光發(fā)射表面的小面。該小面是構(gòu)成空穴的鏡面。優(yōu)選地，通過(guò)劈理(cleaving)形成小面。劈理是一般使用的方法，且依據(jù)所用的襯底的取向通過(guò)劈理形成的小面不同。例如，在通過(guò)利用具有適當(dāng)使用的與標(biāo)定的(100)面晶體學(xué)等價(jià)的表面的襯底，形成諸如邊發(fā)射型激光器的裝置的情況下，(110)面或與其晶體學(xué)等價(jià)的面是形成空穴的表面。另一方面，在使用偏角襯底的情況中，依據(jù)傾斜的方向和空穴的方向之間的關(guān)系，小面有時(shí)不形成相對(duì)于空穴的方向的90度。例如，當(dāng)使用從(100)面向[1-10]方向傾斜2度的襯底時(shí)，小面也會(huì)傾斜2度。
裝置的空穴長(zhǎng)度也通過(guò)劈理決定。一般的，較長(zhǎng)的空穴襯底適合于高功率運(yùn)行，且其優(yōu)選為從600μm或更大，且在本發(fā)明應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器中更優(yōu)選地為從900μm至3000μm。如上所述，界定空穴長(zhǎng)度的上限，因?yàn)榫哂袠O長(zhǎng)空穴襯底的半導(dǎo)體激光器可能相反地導(dǎo)致性能的惡化，如閾值電流的增加和效率的降低。
在本發(fā)明中，每層包含介電材料或介電材料和半導(dǎo)體的組合的涂層(16、17)優(yōu)選地形成于所暴露的半導(dǎo)體的小面上(圖3)。形成涂層(16、17)主要為了增加從半導(dǎo)體激光器輸出光的效率和保護(hù)小面的兩個(gè)目的。此外，為了有效地在一表面上由小面從裝置輸出光輸出功率，優(yōu)選地進(jìn)行非對(duì)稱涂層，其中對(duì)于作為主要光發(fā)射方向的前小面涂布具有對(duì)于振蕩波長(zhǎng)較低的反射率(例如，10％或更低的反射率)的涂層，而對(duì)于另一后小面涂布具有對(duì)于振蕩波長(zhǎng)較高的反射率(例如，80％或更高)的涂層。這不僅對(duì)于提高裝置的功率，而且對(duì)于將從諸如光柵光纖的用于波長(zhǎng)穩(wěn)定的外部空穴返回的光正相導(dǎo)入激光器而由此提高波長(zhǎng)的穩(wěn)定是極其重要的。此外，為了上述的目的，在前小面的反射率優(yōu)選為5％或更低，且更優(yōu)選地為2.5％或更低。
對(duì)于涂層(16、17)，可以使用不同的金屬。例如，優(yōu)選使用從包括AlOx、TiOx、SiOx、SiN、Si和ZnS或它們的兩個(gè)和更多的組合的組中選擇的一個(gè)。AlOx、TiOx、SiOx等被用于低反射率的涂層，而AlOx/Si多層膜、TiOx/SiOx多層膜等被用于高反射率的涂層。通過(guò)控制各自的膜厚可以獲得目標(biāo)的反射率。但是，一般地控制作為低反射率的涂層的AlOx、TiOx、SiOx等的膜厚接近λ/4n，n是波長(zhǎng)λ的折射率的實(shí)數(shù)部分。此外，在高反射的多層膜的情況中，一般地控制構(gòu)成膜的每種材料以接近λ/4n。
通過(guò)涂層完成之后再次劈理激光棒，各自的裝置可以被分為半導(dǎo)體激光器。
通過(guò)對(duì)包括如上所述制造的半導(dǎo)體激光器的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的光發(fā)射端設(shè)置光纖可以形成半導(dǎo)體發(fā)光裝置模塊。優(yōu)選為光纖的頂端被制造以顯示光聚焦效應(yīng)且該端被直接光學(xué)連接至半導(dǎo)體發(fā)光裝置的前小面。
為了穩(wěn)定包括半導(dǎo)體激光器的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的波長(zhǎng)，優(yōu)選地在外部提供具有波長(zhǎng)選擇性的鏡面，且該鏡面連接外部空穴與本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。通過(guò)使用光纖光柵，具體地優(yōu)選形成外部空穴。在該情況中，也可能還引入除了半導(dǎo)體發(fā)光裝置之外的光纖光柵、用于溫度穩(wěn)定的冷卻器等以形成半導(dǎo)體發(fā)光裝置模塊。依據(jù)其目的，對(duì)于光纖光柵，可以任意地選擇中心波長(zhǎng)、反射或透射區(qū)、光纖光柵對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光裝置表面的光反射率等。具體地，光纖光柵對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光裝置的表面的在半導(dǎo)體發(fā)光裝置的振蕩波長(zhǎng)處的光反射率優(yōu)選為從2至15％，更優(yōu)選地從5至10％，且反射區(qū)相對(duì)于中心波長(zhǎng)，優(yōu)選從0.1至5.0nm，且更優(yōu)選從0.5至1.5nm。
滿足條件2的半導(dǎo)體發(fā)光裝置之后，將參考圖5所示的LD描述滿足條件2的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的主要特征。圖5在左側(cè)顯示了通過(guò)每層的結(jié)構(gòu)獲得的折射率在垂直方向上的空間分布，且圖5在其下側(cè)顯示圖中使用的方向的指示。
圖5顯示了一種寬區(qū)域型LD，包含，在n型襯底(101)上，txn(nm)厚度的包含Al0.25Ga0.75As的n型第一覆層(102)、tsn(nm)厚度的包含In0.49Ga0.51P的n型第二覆層(103)、tgn(nm)厚度的包含未摻雜的GaAs的第一光導(dǎo)層(104)、ta厚度的有源層結(jié)構(gòu)(105)、tgp(nm)厚度的包含未摻雜的GaAs的第二光導(dǎo)層(106)、tsp(nm)厚度的包含In0.49Ga0.51P的p型第二覆層(107)和具有txp(nm)厚度的包含Al0.25Ga0.75As的p型第一覆層(108)，和用于降低與電極的接觸電阻的接觸層(109)，以及相對(duì)于水平方向用于限制電流注入?yún)^(qū)的SiN層(110)、p側(cè)電極(111)和n側(cè)電極(112)。在本發(fā)明中，雖然不總需要成對(duì)的層諸如n型第一覆層(102)和p型第一覆層(108)等是對(duì)稱的，然而它們用具有相同的折射率的材料構(gòu)成，且厚度也滿足圖5中以下條件txn＝txp＝txtsn＝tsp＝tstgn＝tgp＝tg此外，有源層結(jié)構(gòu)(105)是具有一種結(jié)構(gòu)的應(yīng)變雙量子阱結(jié)構(gòu)，其中從襯底(101)的表面堆疊6nm厚度的In0.16Ga0.84As應(yīng)變雙量子阱層(121)、8nm厚度的GaAs緩沖層(122)和6nm厚度的In0.16Ga0.84As應(yīng)變雙量子阱層(123)且其振蕩波長(zhǎng)是λ(nm)。
在在本發(fā)明中，通過(guò)位于有源層結(jié)構(gòu)(105)上和下的兩個(gè)Al0.25Ga0.75As第一覆層(102、108)與包括有源層結(jié)構(gòu)(105)的兩個(gè)GaAs光導(dǎo)層(104、106)之間的折射率差獲得有源層結(jié)構(gòu)(105)的垂直方向上的約束，該有源層結(jié)構(gòu)作為L(zhǎng)D的光學(xué)約束的基層。在襯底(101)包含GaAs且為了晶格匹配的目的用AlGaAs構(gòu)成第一覆層(102、108)的情況中，Al組分x優(yōu)選地小于0.4，且更優(yōu)選地，小于0.3，且進(jìn)一步優(yōu)選地小于0.2。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)減少在覆層(102、108)中的Al組成可以降低整個(gè)裝置的熱阻且可以提供一種適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，該覆層在構(gòu)成整個(gè)LD的層中除了襯底(101)和接觸層(109)之外是最厚的。此外，在襯底(101)包含GaAs的情況中，In0.49Ga0.51P適用于第一覆層(102、108)。此外，不需用單一的材料構(gòu)成第一覆層(102、108)，但是它們可以包含相對(duì)于光以與單層的等價(jià)的方式來(lái)作用的多層。在該情況中，通過(guò)多層的平均折射率控制光。
由于需要在層逐漸遠(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)的表面的方向上足夠地減弱光，第一覆層(102、108)的厚度tx優(yōu)選地滿足相對(duì)振蕩波長(zhǎng)λ(nm)的以下公式λ＜tx具體地，如作為980nm波段的LD的情況，在襯底(101)對(duì)振蕩波長(zhǎng)透明且折射率大于第一覆層(102、108)和第二覆層(103、107)的折射率的情況中，由于從覆層(102、103)泄漏至襯底(101)的光透過(guò)襯底傳播，所以已知襯底模式與固有的LD模式重疊。為了抑止它，期望相對(duì)于波長(zhǎng)適當(dāng)?shù)卦黾拥谝桓矊?102、108)的厚度。
此外，為了獲得光學(xué)約束，需要用一種具有大于第一覆層(102、108)的折射率的折射率的材料構(gòu)成光導(dǎo)層(104、106)。在襯底(101)包含GaAs且光導(dǎo)層(104、106)用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成的情況中，優(yōu)選為在光導(dǎo)層(104、106)中，Al組成優(yōu)選地小于0.4，更優(yōu)選地小于0.2且進(jìn)一步地優(yōu)選小于0.1。不包含Al的GaAs的使用是最優(yōu)選的情況。特別地考慮到可靠性，期望一種不含有Al的光導(dǎo)層。
在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)建普通的SCH結(jié)構(gòu)(分離的約束異結(jié)構(gòu))的情況中，第一覆層(102、108)和光導(dǎo)層(104、106)直接彼此接觸。但是，本發(fā)明具有一種特征為該諸層具有在其間的第二覆層(103、107)。需要設(shè)置該層的折射率低于光導(dǎo)層(104、106)且進(jìn)一步低于第一覆層(102、108)。
因此，如圖5的左側(cè)所示，第二覆層(103、107)是具有最小折射率值的層。在圖5的左側(cè)，“n”下所示的箭頭指示折射率增加的方向。第二覆層(103、107)具有在導(dǎo)帶的表面形成對(duì)電子的勢(shì)壘的功能(或者在價(jià)帶中對(duì)空穴，雖然未圖示)。圖5的左側(cè)的在Eg以上所述的箭頭的方向指示相對(duì)于電子的勢(shì)能增加的方向。
因此，對(duì)于在垂直方向上的光學(xué)約束，第二覆層(103、107)具有非常重要的功能，如后所述。由于選擇第二覆層(103、107)以使折射率低于光導(dǎo)層(104、106)且低于第一覆層(102、108)，第二覆層(103、107)提供擴(kuò)展光的分布至其外部的功能，即至兩側(cè)的第一覆層(102、108)和光導(dǎo)層(104、106)。因此，具有被適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展至第一覆層(102、108)的表面的分布的NFPV的組分有助于獲得相對(duì)窄的FFP。即，在第二覆層(103、107)的反波導(dǎo)特性充分地作用的情況下，通過(guò)該功能的存在可以獲得相對(duì)窄的FFP。此外，在第二覆層(103、107)的反波導(dǎo)特性適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用的情況中，在裝置的FFP中出現(xiàn)極度特性形狀。一般地，設(shè)計(jì)半導(dǎo)體激光器的FFPV以使只有基模式在垂直方向上傳播，即在垂直方向上具有π/2或更小的標(biāo)準(zhǔn)化頻率的半導(dǎo)體顯示單峰，除了諸如噪音的重疊和光干涉圖案的從屬物之外，如圖6所示。但是本發(fā)明具有一種特征為主峰(強(qiáng)度IVmain)和兩個(gè)副峰(強(qiáng)度IVsub-和IVsub+，較強(qiáng)的峰也描述為IVsub)被觀察到且它們滿足0＜IVsub/IVmain＜0.5。第二覆層(104、106)驅(qū)動(dòng)光趨向光導(dǎo)層(104、106)時(shí)，通過(guò)其集中于相對(duì)靠近有源層的部分的NFPV的組分導(dǎo)致大衍射，產(chǎn)生副峰。因此，第二覆層(103、107)的存在不僅擴(kuò)展了的NFP的分布趨向第一覆層(102、108)，而且具有保持光約束靠近有源層的效應(yīng)，該有源層對(duì)于半導(dǎo)體激光器是不可缺少的。因而，依據(jù)本發(fā)明，可以在無(wú)不良副作用的條件下縮窄FFP，不良的副作用諸如縮窄FFP(NFP的擴(kuò)展)時(shí)產(chǎn)生的閾值電流的提高、斜度效率的降低和LD的驅(qū)動(dòng)電流的增加。為了該目的，靠近有源層的集中度，即，在FFP中觀察到的兩個(gè)副峰的存在對(duì)于垂直方向上的光學(xué)約束時(shí)非常重要的。在本發(fā)明中，0＜IVsub/IVmain＜0.5是必須的，且優(yōu)選地，0＜IVsub/IVmain＜0.3，且更優(yōu)選地，0.05＜IVsub/IVmain＜0.2。由諸如第一覆層(102、108)、第二覆層(103、107)、光導(dǎo)層(104、106)和有源層結(jié)構(gòu)(105)的(平均)折射率或厚度的絕對(duì)的或相對(duì)的關(guān)系界定折射率。例如，不期望極度的第二覆層(103、107)的折射率的降低或厚度的增加或光導(dǎo)層(104、106)的厚度的極度減小等，因?yàn)樵贚D結(jié)構(gòu)中垂直方向上波導(dǎo)趨于表現(xiàn)過(guò)度的反波導(dǎo)性能以減弱的光學(xué)約束，且因此導(dǎo)致極度的閾值電流的增加、斜度效率的降低和驅(qū)動(dòng)電流的增加。
此外，設(shè)想主峰出現(xiàn)的角度為P(IVmain)，且兩個(gè)強(qiáng)度為IVsub-和IVsub+的副峰出現(xiàn)的角度分別為P(IVsub-)、P(IVsub+)，在本發(fā)明中期望滿足以下公式|P(IVmain)-P(IVsub-)|＞40度|P(IVsub+)-P(IVmain)|＞40度|P(IVsub+)-P(IVsub-)|＞80度它們是顯示NFPV的組分中靠近有源層的集中程度的重要指數(shù)，且更優(yōu)選地滿足以下的公式|P(IVmain)-P(IVsub-)|＞50度|P(IVsub+)-P(IVmain)|＞50度|P(IVsub+)-P(IVsub-)|＞100度進(jìn)一步優(yōu)選為那些滿足以下公式的情況60度＞|P(IVmain)-P(IVsub-)|＞55度60度＞|P(IVsub+)-P(IVmain)|＞55度120度＞|P(IVsub+)-P(IVsub-)|＞110度第二覆層(103、107)的另一功能是抑止從In0.16Ga0.84As應(yīng)變雙量子阱層(121、123)至第一覆層(102、108)的載流子的熱泄露(溢流)，例如，在于高溫下驅(qū)動(dòng)LD的情況中，或在主要通過(guò)在高功率運(yùn)行期間LD的自發(fā)熱有源層的溫度顯著增加的情況中。在該結(jié)構(gòu)中，由于第二覆層(103、107)的勢(shì)壘高度高于光導(dǎo)層(104、106)與第一覆層(102、108)的之間的勢(shì)壘高度，考慮到從有源層結(jié)構(gòu)(105)通過(guò)光導(dǎo)層(104、106)泄露至第一覆層(102、108)的載流子，如圖5所示，而且以抑止載流子的溢流的目的，所以這是期望的。但是，由于極高的勢(shì)壘高度抑止從第一覆層(102、108)注入至有源層結(jié)構(gòu)(105)的載流子的注入，第一覆層(102、108)和第二覆層(103、107)之間的帶隙差優(yōu)選為約從0.05eV至0.45eV且更優(yōu)選地約從0.1eV至0.3eV。
之后，將參考圖8描述作為本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器的實(shí)施例的能夠單橫模運(yùn)行的半導(dǎo)體激光器。圖8是顯示作為本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器中外延結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的掩埋帶型半導(dǎo)體激光器的組成的橫剖面示意圖。
半導(dǎo)體激光器形成于半導(dǎo)體襯底(1)上且具有折射率引導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，其中第二導(dǎo)電型第一覆層包括第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)和第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的兩層。第二導(dǎo)電線上第一覆層(10)和電流阻擋層(11)/帽層(12)獲得電流約束和光學(xué)約束，且還有降低與電極的接觸電阻的接觸層(13)。該類型的激光器被用作在光通訊中使用的光纖放大器的光源、用作信息處理中的大規(guī)模光磁存儲(chǔ)器的讀出光源、用于醫(yī)學(xué)用途的高功率半導(dǎo)體激光器，且還可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇層構(gòu)成或使用的材料被應(yīng)用于不同的用途。
作為襯底(1)，可以使用GaAs、InP、GaP、GaN等用于半導(dǎo)體襯底，且AlOx等可以用于介電體襯底。對(duì)于襯底(1)，考慮到改進(jìn)外延生長(zhǎng)時(shí)的結(jié)晶度，不僅可以使用所謂的正襯底，而且可以使用所謂的偏角襯底(偏離取向的襯底)。偏角襯底具有在步進(jìn)模式中提高晶體生長(zhǎng)的效應(yīng)且一般被使用。對(duì)于偏角襯底，一般使用那些具有約0.5至2度斜率的襯底，且依據(jù)構(gòu)成后述的量子阱結(jié)構(gòu)的材料，斜率有時(shí)可以是約10度。
為了通過(guò)利用諸如MBE或MOCVD的晶體生長(zhǎng)技術(shù)制造發(fā)光裝置，襯底(1)可以在前被施予化學(xué)蝕刻或熱處理等。所使用的襯底(1)的厚度通常是約350μm，以在制造裝置的工藝中保證機(jī)械強(qiáng)度，且在為形成半導(dǎo)體發(fā)光裝置的小面的過(guò)程中，它通常被拋光減薄至約100μm。
為了緩和襯底體晶體的不完整性和促進(jìn)具有相同的晶軸的薄外延膜的形成，優(yōu)選地設(shè)置緩沖層(2)。緩沖層(2)優(yōu)選地由與襯底(1)的化合物相同的化合物構(gòu)成，且在襯底(1)包含GaAs的情況中，通常使用GaAs，而在襯底包含InP的情況中，使用InP。但是，超晶格層也一般地用于緩沖層(2)且例如，有時(shí)在GaAs襯底上使用AlGaAs/GaAs超晶格結(jié)構(gòu)，不用相同的化合物形成。此外，緩沖層(2)的組成可以在層中逐漸變化。另一方面，在使用介電體襯底的情況中，它不總由與襯底相同的材料形成，且考慮到期望的發(fā)射波長(zhǎng)和整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)，有時(shí)可以合適地選擇不同于襯底的材料。
第一導(dǎo)電型第一覆層(3)可以由不同的材料種類構(gòu)成，且依據(jù)意圖獲得的振蕩波長(zhǎng)，依據(jù)選擇的有源層結(jié)構(gòu)(6)或襯底(1)適當(dāng)?shù)剡x擇材料種類。例如，在獲得GaAs襯底上的本發(fā)明的情況中，可以使用AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaAs材料系統(tǒng)、AlGaInP材料系統(tǒng)等。例如，在InP襯底上獲得的情況中，可以使用InGaAsP材料系統(tǒng)。
具體地，在使用AlGaAs材料系統(tǒng)的情況中，為了降低整個(gè)裝置的熱阻和獲得適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成優(yōu)選地小于0.4，更優(yōu)選為0.3或更小，且進(jìn)一步優(yōu)選為0.2或更小。此外，因?yàn)樾枰谶h(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)(6)的方向上足夠地減弱光，所以使得第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的厚度txn(nm)優(yōu)選地大于振蕩波長(zhǎng)λ(nm)。
此外，使用AlGaAs為第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的情況中，如上所述，由于AlxnGa1-xnAs層中的Al組成小于具有通常的SCH結(jié)構(gòu)或GRIN-SCH結(jié)構(gòu)的LD的Al組成，所以也可以預(yù)期能夠增加摻雜劑的激活比率的效果。具體地，例如，在第一導(dǎo)電型是n型且Si用作摻雜劑的情況中，當(dāng)設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)時(shí)，如由N.Chand等在Physical Review B，vol.30(1984)，p.4481所描述，已知Si施主的電離能非常依賴于Al組成，且這是非常期望的，因?yàn)榧词巩?dāng)在較小Al組成的AlGaAs中摻雜被設(shè)置為相對(duì)低的水平時(shí)，也可以形成足夠低的電阻的層。因此，第一導(dǎo)電型第一覆層(3)中的摻雜水平優(yōu)選為1.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為3.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
此外，不需在第一導(dǎo)電型第一覆層(3)中均勻地進(jìn)行摻雜，而是優(yōu)選地設(shè)置以使趨向襯底(1)水平為較高而越接近于有源層結(jié)構(gòu)(6)的表面越小。這是一種在光密度高的部分中通過(guò)自由電子抑止吸收的有效的方法。
第一導(dǎo)電型第二覆層(4)可以由不同的材料種類構(gòu)成，且依據(jù)意圖獲得的振蕩波長(zhǎng)，依據(jù)選擇的有源層結(jié)構(gòu)(6)或襯底(1)適當(dāng)?shù)剡x擇材料種類。例如，在意欲獲得GaAs襯底上的本發(fā)明情況中，可以使用AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)、AlGaInP材料系統(tǒng)等。在意欲被獲得，例如于InP襯底上的情況中，可以使用InGaAsP材料系統(tǒng)等。
此外，在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成第一導(dǎo)電型第二覆層(4)且界定其為AlsnGa1-snAs的情況中，Al組成sn優(yōu)選地小于0.5。此外，使得第一導(dǎo)電型第二覆層(4)中的Al組成大于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成和與其相鄰的第一光導(dǎo)層(5)的Al組成。
通過(guò)這樣的構(gòu)成的使用，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)變成具有最小折射率的層且具有作為在導(dǎo)帶的表面對(duì)于電子和在價(jià)帶中對(duì)于空穴的勢(shì)壘的功能。此外，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的Al組成和第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成之間的差優(yōu)選地大于0.08。用該構(gòu)成，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)可以足夠地抑止從有源層結(jié)構(gòu)(6)至第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的載流子的溢流。但是，兩層的Al組成之間的差優(yōu)選地小于0.4以不過(guò)度地抑止從第一導(dǎo)電型第一覆層(3)至有源層結(jié)構(gòu)(6)的載流子的注入。
第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的厚度tsn(nm)優(yōu)選地小于第一光導(dǎo)層(5)的厚度tgn(nm)。這樣的構(gòu)成的使用可以避免極度的閾值電流的增加、斜度效率的降低和驅(qū)動(dòng)電流的增加。為了在垂直方向上獲得適當(dāng)?shù)腘FP擴(kuò)展效應(yīng)，優(yōu)選為tsn/tgn大于0.3。此外，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的厚度tsn優(yōu)選地大于10nm且小于100nm。在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的tsn是10nm或更小的情況中，有時(shí)光學(xué)效應(yīng)被減小。另一方面，當(dāng)它是100nm或更大時(shí)，有時(shí)光學(xué)約束被極度減弱且LD不再振蕩。
此外，在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成第一導(dǎo)電型第二覆層(4)且界定為AlsnGa1-snAs的情況中，因?yàn)锳l組成sn在本發(fā)明的LD結(jié)構(gòu)中相對(duì)高，所以優(yōu)選為與第一導(dǎo)電型第一覆層(3)相比，摻雜劑的摻雜水平被設(shè)置得較高。具體地，設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，例如，在第一導(dǎo)電型是n型且Si被用為摻雜劑的情況中，摻雜水平優(yōu)選為3.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為4.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
設(shè)想第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的平均折射率為Nxn，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的平均折射率為Nsn，且后述的有源層結(jié)構(gòu)(6)的平均折射率為Na，期望諸折射率滿足Nsn＜Nxn＜Na。在完整裝置的FFPV中，基本出現(xiàn)三個(gè)極值，其包含具有強(qiáng)度IVmain的最大值的主峰和兩個(gè)分別具有強(qiáng)度IVsub-和IVsub+的極值的副峰，作為獲得0＜IVsub/IVmain＜0.5(IVsub是IVsub-或IVsub+具有較大強(qiáng)度者)的方法之一。
雖然未在圖8中圖示，包含諸如AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)等的層可以插入第一導(dǎo)電型第一覆層(3)和第一導(dǎo)電型第二覆層(4)之間，其中考慮到與襯底(1)的晶格匹配或考慮到相反地有意引入應(yīng)變，以在第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的表面上帶隙接近于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)而在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的表面上帶隙接近于第一導(dǎo)電型第二覆層(4)，可以適當(dāng)?shù)剡x擇該材料系統(tǒng)。這樣的過(guò)渡層是非常優(yōu)選的，因?yàn)檫@可以減少載流子從第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的表面通過(guò)第一導(dǎo)電型第二覆層(4)注入有源層結(jié)構(gòu)(6)時(shí)的電阻。
在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)上的第一光導(dǎo)層(5)可以由不同的材料種類構(gòu)成，且依據(jù)意圖獲得的振蕩波長(zhǎng)，依據(jù)選擇的有源層結(jié)構(gòu)(6)或襯底(1)適當(dāng)?shù)剡x擇材料種類。例如，在意欲獲得GaAs襯底上的本發(fā)明的情況中，可以使用AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)、AlGaInP材料系統(tǒng)等。在意欲獲得InP襯底上本發(fā)明的情況中，可以使用InGaAsP材料系統(tǒng)等。
在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)建第一光導(dǎo)層(5)的情況中，為了獲得光學(xué)約束，需要用Al組成小于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成的材料構(gòu)成第一光導(dǎo)層(5)。具體地，第一光導(dǎo)層(5)的Al組成優(yōu)選小于0.4，更優(yōu)選小于0.2，且進(jìn)一步優(yōu)選小于0.1。最優(yōu)選為使用不含有Al的GaAs的情況。特別地，考慮到可靠性，期望一種不含Al的光導(dǎo)。
此外，為了第一導(dǎo)電型第二覆層(4)充分地提供功能，第一光導(dǎo)層(5)的厚度tgn(nm)優(yōu)選地滿足以下公式0.5×[λ/(4×Ngn)]nm＜tgn＜1.5×[λ/(4×Ngn)]nm在該公式中，Ngn是第一光導(dǎo)層(5)的折射率。通過(guò)限制第一光導(dǎo)層(5)的厚度tgn小于上述公式的上限，具體地可以在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)中足夠地提供抑止載流子溢流的效應(yīng)，和有效地避免拐點(diǎn)水平的降低等。此外，通過(guò)限制第一光導(dǎo)層(5)的厚度tgn大于上述公式中的下限，可以抑止第一導(dǎo)電型第二覆層(4)表現(xiàn)過(guò)度的反波導(dǎo)特性。
具體地，在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成第一光導(dǎo)層(5)的情況中，不總需要具有tgn厚度的包含AlGaAs的第一光導(dǎo)層(5)是具有固定Al組成的層，而是Al組成可以在第一光導(dǎo)層(5)中改變。在第一光導(dǎo)層(5)中出現(xiàn)不同的Al組成的區(qū)域的情況中，其平均的折射率可以被考慮為第一光導(dǎo)層的折射率。
第一光導(dǎo)層(5)的導(dǎo)電類型可以是p型、n型和未摻雜型且本發(fā)明的效應(yīng)不隨類型而改變。
如上所述的情況對(duì)于位于有源層結(jié)構(gòu)(6)之上的第二光導(dǎo)層(7)也相同。
本發(fā)明中所指的有源層結(jié)構(gòu)(6)包括具有如此的足夠的膜厚以使不顯示量子效應(yīng)的體(bulk)單一有源層的情況，或包含如此的薄膜以使量子效應(yīng)變得顯著的單一量子阱(SQW)層的情況，其中光導(dǎo)層具有阻擋層的作用。此外，由于每個(gè)具有的帶隙大于量子阱層的帶隙阻擋層的通常提供于量子阱層的兩例，其也可以包括其中在相同的SQW結(jié)構(gòu)中堆疊阻擋層、量子阱層、阻擋層的情況。此外，有源層結(jié)構(gòu)可以為所謂的應(yīng)變雙量子阱結(jié)構(gòu)(S-DQW)，如圖8所示，其中從襯底(1)的表面堆疊阻擋層(21)、應(yīng)變量子阱層(22)、阻擋層(23)、應(yīng)變量子阱層(24)和阻擋層(25)。此外，它還包括利用其中以堆疊的形式使用三層或更多的多量子阱層的多量子阱結(jié)構(gòu)的情況。此外，有時(shí)應(yīng)變被有意地引入量子阱層，且例如壓應(yīng)力一般地被引入以降低閾值電流。此外，通過(guò)包括含有In、Ga和As的且不與GaAs襯底上的襯底晶格匹配的應(yīng)變量子阱層，在本發(fā)明中可以優(yōu)選地獲得具有的約900nm至1350nm的波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器。
應(yīng)變量子阱層的具體的材料可以包括，例如InGaAs和GaInNAs。通過(guò)具有應(yīng)變的量子阱層，由于其的應(yīng)變效應(yīng)，可以預(yù)期光學(xué)增益等的增加。因此，即使對(duì)于第一覆層(3、9、10)和有源層結(jié)構(gòu)(6)之間垂直方向上的適當(dāng)?shù)娜豕鈱W(xué)約束，可以獲得足夠的LD特性。因此，在本發(fā)明中應(yīng)變量子阱層是期望的。
雖然當(dāng)阻擋層(21、23、25)的導(dǎo)電類型是p型、n型或未摻雜類型時(shí)，本發(fā)明的效應(yīng)不改變，但是期望阻擋層(21、23、25)具有顯示n導(dǎo)電型的部分。在這樣的情況下，由于來(lái)自阻擋層(21、23、25)的電子被提供給在有源層結(jié)構(gòu)中的量子阱層(22、24)，所以可以有效地對(duì)于較寬的波段區(qū)滿意地獲得LD的增益特性。在上述的裝置中，通過(guò)諸如后述的光柵光纖的外部的空穴可以有效地固定振蕩波長(zhǎng)。在該情況中，n型摻雜劑優(yōu)選為Si。此外，在阻擋層(21、23、25)中不均勻地?fù)诫s如Si的n型摻雜劑，但是最優(yōu)選為在鄰近相對(duì)于如應(yīng)變量子阱層(22、24)的其它層的界面不施加摻雜，且在鄰近阻擋層(21、23、25)的中心選擇性地施加摻雜。
第二導(dǎo)電型第二覆層(8)可以由不同的材料種類構(gòu)成，且依據(jù)意圖獲得的振蕩波長(zhǎng)，依據(jù)選擇的有源層結(jié)構(gòu)(6)或襯底(1)適當(dāng)?shù)剡x擇材料種類。例如，在意欲獲得GaAs襯底上的本發(fā)明的情況中，可以使用AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)、AlGaInP材料系統(tǒng)等。在意欲獲得InP襯底上本發(fā)明的情況中，可以使用InGaAsP材料系統(tǒng)等。
在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的情況中，Al組成優(yōu)選地小于0.5。在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)中的Al組成必須大于第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)中的Al組成和與其相鄰的第二光導(dǎo)層(7)中的Al組成。通過(guò)這樣構(gòu)成的使用，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)變成具有最小折射率的層且具有作為在導(dǎo)帶的表面對(duì)于電子和在價(jià)帶中對(duì)于空穴的勢(shì)壘的功能。此外，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的Al組成和第二導(dǎo)電型第一覆層(9)的Al組成之間的差優(yōu)選地大于0.08。用該構(gòu)成，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)可以足夠地抑止從有源層結(jié)構(gòu)(6)至第二導(dǎo)電型第一覆層(9)的載流子的溢流。但是，Al組成的差優(yōu)選地小于0.4以不過(guò)度地抑止從第二導(dǎo)電型第一覆層(9)至有源層結(jié)構(gòu)(6)的載流子的注入。
第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的厚度tsp(nm)小于第二光導(dǎo)層(7)的厚度tgp(nm)。這樣的構(gòu)成的使用可以避免極度的閾值電流的增加、斜度效率的降低和驅(qū)動(dòng)電流的增加。為了在垂直方向獲得適當(dāng)?shù)腘FP擴(kuò)展效應(yīng)，優(yōu)選tsp/tgp大于0.3。此外，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的厚度tsp優(yōu)選地大于10nm且小于100nm。在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的tsp是10nm或更小的情況中，有時(shí)光學(xué)效應(yīng)被減小。另一方面，當(dāng)它是100nm或更大時(shí)，有時(shí)光學(xué)約束被極度減弱且LD不再振蕩。
不總需要第二導(dǎo)電型第二覆層(8)具有與第一導(dǎo)電型第二覆層(4)相同的折射率、相同的厚度和相同的材料，但是以保證垂直方向上光束的對(duì)稱性的目的，期望它具有光學(xué)等價(jià)的折射率和相同的厚度。
此外，設(shè)想有源層結(jié)構(gòu)(6)的平均折射率為Na，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的平均折射率為Nsp，第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的平均折射率為Nxp，且，期望諸折射率滿足Nsp＜Nxp＜Na。對(duì)于在完整的裝置的FFPV中出現(xiàn)的具有強(qiáng)度IVmain的最大值的主峰和兩個(gè)分別具有強(qiáng)度IVsub-和IVsub+的極值的副峰(IVsub是IVsub-或IVsub+具有較大強(qiáng)度者)，這是實(shí)現(xiàn)0＜IVsub/IVmain＜0.5的方法之一。
具體地，設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，例如，在第一導(dǎo)電型是p型且Be被用為摻雜劑的情況中，摻雜水平優(yōu)選為3.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為4.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
雖然未在圖8中圖示，包含諸如AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)等的層可以插入第二導(dǎo)電型下第二覆層(10)和第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)之間，其中考慮到與襯底(1)的晶格匹配或考慮到相反地有意引入應(yīng)變，以在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的表面上帶隙接近于第二導(dǎo)電型第二覆層(8)而在第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的表面上帶隙接近于第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)，可以適當(dāng)?shù)剡x擇該材料。這樣的過(guò)渡層是非常優(yōu)選的，因?yàn)檫@可以減少載流子從第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)通過(guò)第二導(dǎo)電型第二覆層(8)注入有源層結(jié)構(gòu)(6)時(shí)的電阻。
在圖8的實(shí)施例中，第二導(dǎo)電型第一覆層包括第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的兩層。在該情況中，兩層可以在其間具有蝕刻停止層以促進(jìn)裝置的制造。
可以用與如上所述的第二導(dǎo)電型第二覆層(8)相同的方式選擇第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的材料。具體地，在使用AlGaAs材料系統(tǒng)作為第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的材料的情況中，為了降低整個(gè)裝置的熱阻且提供適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的Al組成優(yōu)選地小于0.4，更優(yōu)選地是0.3或更小，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2或更小。此外，由于需要在遠(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)(6)的方向上足夠地減弱光，所以使第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的厚度txp(nm)優(yōu)選地大于振蕩波長(zhǎng)λ(nm)。
第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的厚度優(yōu)選地為約從10nm至200nm以使至有源層結(jié)構(gòu)(6)的電流注入通道沒(méi)有因電流的橫向擴(kuò)散被極度擴(kuò)展。更優(yōu)選地，它的厚度約從20nm至70nm。
此外，第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的摻雜水平優(yōu)選為1.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為3.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
此外，不需在第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)或第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)中均勻地進(jìn)行摻雜，而是優(yōu)選地設(shè)置接近接觸層(13)的表面較高而接近有源層結(jié)構(gòu)(6)的表面較低。這是一種通過(guò)自由電子在光密度高的部分中抑止吸收的有效的方法。
第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)與形成于其側(cè)壁上的電流阻擋層(11)一起提供在水平方向上的電流約束和光學(xué)約束的兩個(gè)功能。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于以單橫模運(yùn)行的LD時(shí)，這是優(yōu)選的構(gòu)成。為了該目的，以在水平方向上的電流約束為目的，電流阻擋層(11)的導(dǎo)電類型優(yōu)選是第一導(dǎo)電型或未摻雜型。此外，以在水平方向上的光學(xué)約束為目的，為了滿足作為基于折射率波導(dǎo)的波導(dǎo)的特性，電流阻擋層(11)由具有小于第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的折射率的折射率的材料形成。在該情況中，F(xiàn)FPH在主峰的輻射圖案中基本具有一極值，其在本發(fā)明中是期望的。此外，水平方向上的光學(xué)約束還可以構(gòu)成為所謂的損失光導(dǎo)型(loss guide type)。在該情況中，由于通過(guò)匹配，主峰的輻射圖案中水平方向上的FFPH可以基本具有一極值，以使構(gòu)成電流阻擋層(11)的材料的有效帶隙吸收振蕩波長(zhǎng)，所以在本發(fā)明中是期望的。
此外，在本發(fā)明中，依據(jù)襯底(1)、有源層結(jié)構(gòu)(6)或依據(jù)水平方向上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)?shù)剡x擇構(gòu)成電流阻擋層(11)的材料。例如，在電流阻擋層(11)與第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)一起也由AlGaAs材料形成且分別界定為AlxpGa1-xpAs和AlzGa1-zAs的情況中，當(dāng)Al組成界定為z＞xp時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)數(shù)折射率引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在制造以單橫模運(yùn)行的實(shí)數(shù)折射率波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器的情況中，主要由電流阻擋層(11)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)之間的折射率差界定的水平方向上的有效折射率差優(yōu)選為10-3的量級(jí)。此外，對(duì)于第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)與第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)接觸的部分在水平方向上的寬度W，其是電流注入溝道的寬度且相應(yīng)于波導(dǎo)的寬度，優(yōu)選地在垂直于附圖的空穴的方向上的偏差的范圍內(nèi)是均勻的，且該寬度優(yōu)選為6μm或更小，更優(yōu)選地為3μm或更小，以在單一模式中運(yùn)行LD為目的。但是，為了使高功率運(yùn)行和單一模式運(yùn)行相容，在空穴方向上波導(dǎo)不需要是均勻的而優(yōu)選為波導(dǎo)的寬度在作為半導(dǎo)體激光器的主要光發(fā)射方向的前小面的表面上相對(duì)增加以適合于高功率運(yùn)行，然而波導(dǎo)的寬度在后小面的表面上縮窄以能夠單一模式運(yùn)行。此外，在該情況中，設(shè)想靠近光發(fā)射點(diǎn)之一的電流注入溝道的寬度為Wexp而在裝置中最窄的電流注入溝道為Wstd，期望滿足以下公式
1.5＜Wexp/Wstd＜5.0。
進(jìn)一步優(yōu)選滿足以下公式2.5＜Wexp/Wstd＜3.5。
在第一次生長(zhǎng)中，帽層(12)用作對(duì)于電流阻擋層(11)的保護(hù)層，也用于促進(jìn)第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的生長(zhǎng)，且在獲得裝置結(jié)構(gòu)之前部分地或全部地去除帽層(12)。
以降低對(duì)于電極(14)等的接觸電阻率的目的，接觸層(13)優(yōu)選地設(shè)置于第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)上。接觸層(13)通常用GaAs材料系統(tǒng)組成。在該層中，載流子濃度通常高于其它層以降低對(duì)于電極(14)的接觸電阻率。此外，導(dǎo)電類型是第二導(dǎo)電型。
構(gòu)成半導(dǎo)體激光器的每層的厚度在這樣的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)剡x擇以有效地提供各自層的功能。
此外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，第一導(dǎo)電型優(yōu)選是n型而第二導(dǎo)電型優(yōu)選是p型。這是因此n型襯底一般具有好品質(zhì)。
通過(guò)進(jìn)一步形成電極(14)和(15)制造如圖8所示的半導(dǎo)體激光器。在外延層的表面上形成電極(14)。例如，在第二導(dǎo)電型是p型的情況中，在接觸層(13)的表面上依次形成蒸鍍的Ti/Pt/Au，且然后施加合金處理。另一方面，在襯底(1)的表面上形成在襯底的表面上的電極(15)。而且，在第一導(dǎo)電型是n型的情況中，在襯底(1)的表面上依次形成蒸鍍的AuGe/Ni/Au且然后施加合金處理。
對(duì)于制造的半導(dǎo)體晶片形成作為光發(fā)射表面的小面。該小面是構(gòu)成空穴的鏡面。優(yōu)選地，通過(guò)劈理形成小面。劈理是一般使用的方法，且依據(jù)所用的襯底的取向通過(guò)劈理形成的小面不同。例如，在通過(guò)利用具有適當(dāng)使用的與標(biāo)定的(100)面晶體學(xué)等價(jià)的表面的襯底，形成諸如邊發(fā)射型激光器的裝置的情況下，(110)面或與其晶體學(xué)等價(jià)的面是形成空穴的表面。另一方面，在使用偏角襯底的情況中，依據(jù)傾斜的方向和空穴的方向之間的關(guān)系，小面有時(shí)不形成相對(duì)于空穴的方向的90度。例如，當(dāng)使用從(100)襯底向[1-10]方向傾斜2度的襯底時(shí)，小面也會(huì)傾斜2度。
裝置的空穴長(zhǎng)度也通過(guò)劈理決定。一般的，較長(zhǎng)的空穴襯底適合于高功率運(yùn)行，且其優(yōu)選為從600μm或更大，且在本發(fā)明應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器中更優(yōu)選地為從900μm至3000μm。如上所述，界定空穴長(zhǎng)度的上限，因?yàn)榫哂袠O長(zhǎng)空穴襯底的半導(dǎo)體激光器可能相反地導(dǎo)致性能的惡化，如閾值電流的增加和效率的降低。
在本發(fā)明中，每層包含介電材料或介電材料和半導(dǎo)體的組合的涂層(16、17)優(yōu)選地形成于所暴露的半導(dǎo)體的小面上，如圖3所示。形成涂層(16、17)主要為了增加從半導(dǎo)體激光器輸出光的效率和保護(hù)小面的兩個(gè)目的。此外，為了有效地在一表面上由小面從裝置輸出光輸出功率，優(yōu)選地進(jìn)行非對(duì)稱涂層，其中對(duì)于作為主要發(fā)光方向的前小面涂布具有對(duì)于振蕩波長(zhǎng)較低的反射率(例如，10％或更低的反射率)的涂層，而對(duì)于另一后小面涂布具有對(duì)于振蕩波長(zhǎng)較高的反射率(例如，80％或更高)的涂層。這不僅對(duì)于提高裝置的功率，而且對(duì)于將從諸如光柵光纖的用于波導(dǎo)的穩(wěn)定的外部空穴返回的光正相導(dǎo)入激光器而由此提高波長(zhǎng)的穩(wěn)定是極其重要的。此外，為了上述的目的，在前小面的反射率優(yōu)選為5％或更低，且更優(yōu)選地為2.5％或更低。
對(duì)于涂層(16、17)，可以使用不同的金屬。例如，優(yōu)選使用從包括AlOx、TiOx、SiOx、SiN、Si和ZnS或它們的兩個(gè)和更多的組合的組中選擇的一個(gè)。AlOx、TiOx、SiOx等被用于低反射率的涂層，而AlOx/Si多層膜、TiOx/SiOx多層膜等被用于高反射率的涂層。通過(guò)控制各自的膜厚可以獲得目標(biāo)的反射率。但是，一般地控制作為低反射率的涂層的AlOx、TiOx、SiOx等的膜厚接近λ/4n，n是波長(zhǎng)λ的折射率的實(shí)數(shù)部分。此外，在高反射的多層膜的情況中，一般地控制構(gòu)成膜的每種材料以接近λ/4n。
通過(guò)涂層完成之后再次劈理激光棒，各自的裝置可以被分開以形成半導(dǎo)體激光器。
在如此制造的裝置中或還具有其它層的裝置中，通過(guò)使用本發(fā)明，在不極度惡化半導(dǎo)體激光器的主要特性的情況下，通過(guò)有效地降低FFPV的半峰全寬，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器與包含光纖和透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的良好連接。即，在半導(dǎo)體激光器中，其中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第一覆層(3、9、10)、第二覆層(4、8)、光導(dǎo)層(5、7)和有源層結(jié)構(gòu)(6)的折射率、厚度等且標(biāo)準(zhǔn)化的頻率是π/2或更小以僅允許基模式在垂直方向上的傳播，對(duì)于從半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光的輻射圖案中的FFPV中分別出現(xiàn)的具有最大強(qiáng)度IVmain的主峰和兩個(gè)具有極值強(qiáng)度IVsub-和IVsub+的副峰(IVsub代表IVsub-或IVsub+具有較大強(qiáng)度之一)，可以獲得0＜IVsub/IVmain＜0.5。在本發(fā)明中，0＜IVsub/IVmain＜0.5是必須的，且優(yōu)選地，0＜IVsub/IVmain＜0.3，且更優(yōu)選地，0.05＜IVsub/IVmain＜0.2。由于諸如第一覆層(3、9、10)、第二覆層(4、8)、光導(dǎo)層(5、7)和有源層結(jié)構(gòu)(6)的(平均)折射率或厚度的絕對(duì)的或相對(duì)的關(guān)系界定折射率。例如，不期望極度的第二覆層(4、8)的折射率的降低或厚度的增加或光導(dǎo)層(5、7)的厚度的極度減小等，因?yàn)樵贚D結(jié)構(gòu)中垂直方向上波導(dǎo)趨于表現(xiàn)過(guò)度的反波導(dǎo)特性以減弱的光學(xué)約束，且因此導(dǎo)致極度的閾值電流的增加、斜度效率的降低和驅(qū)動(dòng)電流的增加。
此外。在半導(dǎo)體裝置中，其中依據(jù)本發(fā)明極其適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第一覆層(3、9、10)、第二覆層(4、8)、光導(dǎo)層(5、7)和有源層結(jié)構(gòu)(6)的折射率、厚度等，其中僅允許相對(duì)于垂直方向基模式的傳播，設(shè)想主峰出現(xiàn)的角度為P(IVmain)，且兩個(gè)強(qiáng)度為IVsub-和IVsub+的副峰出現(xiàn)的角度分別為P(IVsub-)、P(IVsub+)，在本發(fā)明中期望滿足以下公式更優(yōu)選的范圍與上述的圖5的描述中的優(yōu)選的范圍相同。
|P(IVmain)-P(IVsub-)|＞40度|P(IVsub+)-P(IVmain)|＞40度|P(IVsub+)-P(IVsub-)|＞80度此外，而且在該情況中，為垂直方向進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，如上所述，且因此具有實(shí)數(shù)折射率導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，最優(yōu)選為滿足以下的公式，設(shè)想FFPH的最大值為IHmain和其出現(xiàn)的角度為P(IHmain)|P(IVmain)-P(IHmain)|＜5度為了本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)的穩(wěn)定，期望在激光器的外部提供對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性的鏡面且連接外部空穴與本發(fā)明的激光器。具體地，優(yōu)選通過(guò)使用光纖形成外部空穴。此外，在該情況中，也可以除了半導(dǎo)體激光之外還合并光纖光柵、用于溫度穩(wěn)定的冷卻器等以形成半導(dǎo)體激光器模塊。依據(jù)其目的，對(duì)于光纖光柵，可以任意地選擇中心波長(zhǎng)、反射或透射區(qū)、光纖光柵對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光裝置側(cè)的光反射率等。具體地，光纖光柵對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光裝置的光反射率在半導(dǎo)體發(fā)光裝置的振蕩波長(zhǎng)處優(yōu)選為從2至15％，更優(yōu)選地從5至10％，且其反射區(qū)相對(duì)于中心波長(zhǎng)，優(yōu)選從0.1至5.0nm，且更優(yōu)選從0.5至1.5nm。
滿足條件3的半導(dǎo)體發(fā)光裝置之后，將參考圖9所示的LD描述滿足條件3的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的主要特征。圖9在左側(cè)顯示了通過(guò)每層的結(jié)構(gòu)獲得的折射率在垂直方向上的空間分布，且圖9在其下側(cè)顯示圖中使用的方向的指示。
圖9顯示了一種寬區(qū)域型LD，包括，在n型襯底(101)上，tn1(nm)厚度的包含Al0.25Ga0.75As的n型第一覆層(102)、tn2(nm)厚度的包含In0.49Ga0.51P的n型第二覆層(103)、tng(nm)厚度的包含未摻雜的GaAs的第一光導(dǎo)層(104)、ta厚度的有源層結(jié)構(gòu)(105)、tpg(nm)厚度的包含未摻雜的GaAs的第二光導(dǎo)層(106)、tp2(nm)厚度的包含In0.47Ga0.53P的p型第二覆層(107)和具有tp1(nm)厚度的包含Al0.23Ga0.77As的p型第一覆層(108)，和用于降低與電極的接觸電阻的接觸層(109)，以及相對(duì)于水平方向用于限制電流注入?yún)^(qū)的SiN層(110)、p側(cè)電極(111)和n側(cè)電極(112)。在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，諸如n型第一覆層(102)和p型第一覆層(108)等的成對(duì)的層可以是對(duì)稱的但是將描述非對(duì)稱的情況。
此外，有源層結(jié)構(gòu)(105)是具有一種結(jié)構(gòu)的應(yīng)變雙量子阱結(jié)構(gòu)，其中從襯底(101)的表面堆疊5nm厚度的GaAs緩沖層(121)、6nm厚度的In0.16Ga0.84As應(yīng)變雙量子阱層(122)、8nm厚度的GaAs緩沖層(123)和6nm厚度的In0.16Ga0.84As應(yīng)變雙量子阱層(124)，以及5nm厚度的GaAs緩沖層(125)且其振蕩波長(zhǎng)是λ(nm)。
在本發(fā)明中，通過(guò)位于有源層結(jié)構(gòu)(105)上和下的Al0.25Ga0.75Asn型第一覆層(102)、Al0.23Ga0.77As p型第一覆層(108)與兩個(gè)之間夾有有源層結(jié)構(gòu)(105)的GaAs光導(dǎo)層(104、106)之間的折射率差獲得有源結(jié)構(gòu)(105)的垂直方向上的約束，該有源層結(jié)構(gòu)作為半導(dǎo)體激光器的裝置中的波導(dǎo)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。在使用GaAs襯底(101)且為了晶格匹配的目的用AlxGa1-xAs構(gòu)成第一覆層(102)的情況中，Al組分x優(yōu)選地小于0.4，且更優(yōu)選地，小于0.3，且進(jìn)一步優(yōu)選地小于0.2。用該組成，通過(guò)減少在覆層中的Al組成可以降低整個(gè)裝置的熱阻且可以提供一種適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，該覆層在LD的組成層中除了襯底(101)和接觸層(109)之外是最厚的。此外，在使用GaAs襯底(101)的情況中，考慮到晶格匹配，In0.49Ga0.51P適用于n型第一覆層(102)。此外，不需用單一的材料構(gòu)成第一覆層(102、108)，但是它們可以包含相對(duì)于光以與單層的等價(jià)的方式來(lái)作用的多層。在該情況中，通過(guò)多層的平均折射率控制光。
由于需要在層逐漸遠(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)(105)的表面的方向上足夠地減弱光，第一覆層(102、108)的厚度tn1(nm)和tp1(nm)優(yōu)選地滿足對(duì)于振蕩波長(zhǎng)λ(nm)的以下公式λ＜tn1λ＜tp1具體地，如作為980nm波段的LD的情況中，在襯底(101)對(duì)振蕩波長(zhǎng)透明且折射率大于n型第一覆層(102)和n型第二覆層(103)的折射率的情況中，由于從覆層(102、103)泄漏至襯底(101)的光透過(guò)襯底傳播，所以已知襯底模式與固有的LD模式重疊。為了抑止它，期望相對(duì)于波長(zhǎng)適當(dāng)?shù)卦黾觧型第一覆層(102)的厚度。
此外，為了在接近有源層結(jié)構(gòu)(105)在垂直方向是獲得波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，需要第二光導(dǎo)層(106)和第一光導(dǎo)層(104)均用一種具有大于第一覆層(102、108)的折射率的折射率的材料構(gòu)成。在襯底(101)包含GaAs且覆層(102、103、107、108)用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成的情況中，優(yōu)選為光導(dǎo)層(104、106)也用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成。此外，Al組成優(yōu)選地小于0.4，更優(yōu)選地小于0.2且進(jìn)一步地優(yōu)選小于0.1。不包含Al的GaAs的使用是最優(yōu)選的情況。特別地，考慮到可靠性，期望一種不含有Al的光導(dǎo)層(104、106)。另一方面，在襯底(101)包含GaAs的情況中，考慮到晶格匹配和考慮到不含有Al作為組分元素，也可以選擇In0.49Ga0.51P。
在本發(fā)明中所指的有源層結(jié)構(gòu)(105)指示一種包含量子阱的有源層結(jié)構(gòu)，該量子阱包含薄膜，其是如此之薄使得量子效應(yīng)變得顯著，且包括例如單一量子阱層(SQW)的情況，其中光導(dǎo)層具有阻擋層的作用。此外，由于通常在量子阱層的兩側(cè)提供每層具有大于量子阱層的帶隙的阻擋層，所以它可以包括相同的SQW的結(jié)構(gòu)的情況，其中堆疊阻擋層、量子阱層和阻擋層。此外，如圖9所示，有源層結(jié)構(gòu)可以是所謂的應(yīng)變雙量子阱結(jié)構(gòu)(S-DQW)，包含從襯底(1)的表面堆疊阻擋層(121)、應(yīng)變量子阱層(122)、阻擋層(123)、應(yīng)變量子阱層(124)和阻擋層(125)。此外，它還包括利用其中以堆疊的形式使用三層或更多的多量子阱層的多量子阱結(jié)構(gòu)的情況。此外，有時(shí)應(yīng)變被有意地引入量子阱層，且例如壓應(yīng)力一般地被引入用于降低閾值電流。此外，通過(guò)包括含有In、Ga和As的且不與GaAs襯底上的襯底晶格匹配的應(yīng)變量子阱層，可以在本發(fā)明中優(yōu)選地獲得具有的約900nm至1350nm的波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器。
在本發(fā)明中，必須的是從第一覆層(102、108)、光導(dǎo)層(104、106)和有源層結(jié)構(gòu)(105)計(jì)算的兩個(gè)值在期望的范圍內(nèi)。具體地，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有一種特征為計(jì)算Vn使得n側(cè)第一覆層(102)不僅在它實(shí)際存在的n側(cè)上存在，而且假設(shè)取代p側(cè)第一覆層(108)在p側(cè)存在，滿足0.35＜Vn＜0.75，和計(jì)算Vp使得p側(cè)第一覆層(108)不僅在它實(shí)際存在的p側(cè)上存在，而且假設(shè)取代n側(cè)第一覆層(102)在n側(cè)存在，獨(dú)立于其，滿足0.35＜Vp＜0.75。Vn和Vp通過(guò)以下的公式分別定義(k代表波數(shù)2π/λ)且在后所述提供有物理意義。
Vn＝k/2×(ta+tng+tpg)×(nng2-nn12)1/2Vp＝k/2×(ta+tng+tpg)×(npg2-np12)1/2因?yàn)橛性磳咏Y(jié)構(gòu)(105)和光導(dǎo)層(104、106)等對(duì)于覆層(102、103、107、108)具有相對(duì)較高的折射率，且它們提供波導(dǎo)功能。通過(guò)具有與裝置的振蕩波長(zhǎng)相關(guān)的波導(dǎo)功能的諸層的整個(gè)厚度且考慮到第一覆層(102、108)和光導(dǎo)層(104、106)之間的折射率差的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化定義Vn和Vp。即，可以說(shuō)Vn和Vp是界定接近有源層的光約束的指數(shù)。在Vn和Vp的定義中，沒(méi)有包括有源層結(jié)構(gòu)的平均折射率，因?yàn)楸景l(fā)明中的有源層結(jié)構(gòu)(105)的厚度對(duì)于振蕩波長(zhǎng)是足夠地薄，由于它基本具有量子阱結(jié)構(gòu)，且考慮到波導(dǎo)功能的描述，所以光導(dǎo)層(104、106)和第一覆層(102、108)之間的折射率的差是主要因素?？紤]到該觀點(diǎn)，在構(gòu)成有源層的阻擋層，具體地，作為有源層結(jié)構(gòu)的最外層的阻擋層(121、125)的厚度被設(shè)置得極厚且波導(dǎo)功能不能忽略的情況中，這考慮是光導(dǎo)層的厚度。
在發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)相對(duì)于垂直方向是非對(duì)稱的情況中，Vn和Vp分別具有不同的值且必須兩個(gè)均大于0.35且小于0.75。此外，在相對(duì)于垂直方向結(jié)構(gòu)對(duì)稱的情況中，Vn＝Vp。在該情況中，Vn和Vp也必須均大于0.35且小于0.75。
此外，對(duì)于Vn進(jìn)一步優(yōu)選為0.4＜Vn＜0.6的情況，且以相同的方式，對(duì)于Vp進(jìn)一步優(yōu)選為為0.4＜Vp＜0.6的情況。由于后述的第二覆層(103、107)，考慮到與反波導(dǎo)因素的平衡，對(duì)于在不惡化半導(dǎo)體發(fā)光裝置的情況下縮窄裝置的FFPV而言，如上所述的范圍是重要的因素。
在普通的SCH結(jié)構(gòu)(分離的約束異結(jié)構(gòu))的情況中，第一覆層(102、108)和光導(dǎo)層(104、106)彼此直接接觸，但是本發(fā)明的特征為諸層具有在其間的第二覆層(103、107)。需要設(shè)置該層的折射率低于光導(dǎo)層(104、106)的折射率，且進(jìn)一步低于第一覆層(102、108)的折射率。
因此，如圖9的左側(cè)所示，第二覆層(103、107)是具有最小折射率值的層?！皀”下所示的箭頭指示折射率增加的方向。第二覆層(103、107)具有在導(dǎo)帶的表面形成對(duì)電子的勢(shì)壘的功能(或者在價(jià)帶中對(duì)空穴，雖然未圖示)。在Eg以上的箭頭的方向指示相對(duì)于電子的勢(shì)能增加的方向。
因此，如后所述，第二覆層(103、107)關(guān)于垂直方向上的光約束具有非常重要的功能。因?yàn)檫x擇第二覆層(103、107)以使折射率低于光導(dǎo)層(104、106)的折射率且由于折射率的相對(duì)關(guān)系，所以第一覆層(102、108)、第二覆層(103、107)提供擴(kuò)展光的分布至其外部的功能，即，至第一覆層(102、108)和光導(dǎo)層(104、106)。因此，具有被適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展至第一覆層(102、108)的表面的分布的NFPV的組分有助于獲得相對(duì)窄的FFP。即，在第二覆層(103、107)的反波導(dǎo)特性充分作用的情況中，在不惡化半導(dǎo)體激光的特性的情況下可以獲得相對(duì)窄的FFP。
本發(fā)明的重要特征是選擇接近有源層的波導(dǎo)功能以滿足0.35＜Vn＜0.75和0.35＜Vp＜0.75，和通過(guò)第二覆層(103、107)獲得的反波導(dǎo)函數(shù)滿足以下顯示的兩個(gè)因素。其中之一是n側(cè)第二覆層(103)對(duì)第一光導(dǎo)層(104)的相對(duì)厚度tn2/tng為0.3＜Rn＜0.7且其中另一是p側(cè)第二覆層(107)對(duì)第二光導(dǎo)層(106)的相對(duì)厚度tp2/tpg為0.3＜Rp＜0.7，即，為了半導(dǎo)體激光器中制備的垂直方向上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)整體上不表現(xiàn)反波導(dǎo)特性，后面的兩個(gè)條件的上限是必須的，且下限顯示有效地縮窄FFPV的寬度的需要的厚度。
此外，更優(yōu)選為第二覆層(103、107)對(duì)光導(dǎo)層(104、106)的相對(duì)厚度滿足0.35＜Rn＜0.55且也滿足0.35＜Rp＜0.55。
第二覆層(103、107)的另一功能是抑止從In0.16Ga0.84As應(yīng)變雙量子阱層(122、124)至第一覆層(102、108)的載流子的熱泄露(溢流)，例如，在于高溫下驅(qū)動(dòng)LD的情況中或在主要由在高功率運(yùn)行期間LD的自發(fā)熱有源層的溫度顯著增加的情況中。在該結(jié)構(gòu)中，由于第二覆層(103、107)的勢(shì)壘高度高于光導(dǎo)層(104、106)與第一覆層(102、108)的之間的勢(shì)壘高度，考慮到從有源層結(jié)構(gòu)(105)通過(guò)光導(dǎo)層(104、106)泄露至第一覆層(102、108)的載流子，如圖9所示，而且以抑止載流子的溢流的目的，所以這是期望的。但是，由于極高的勢(shì)壘高度抑止從第一覆層(102、108)注入至有源層結(jié)構(gòu)(105)的載流子的注入，第一覆層(102、108)和第二覆層(103、107)之間的帶隙差優(yōu)選為約從0.05eV至0.45eV且更優(yōu)選地約從0.1eV至0.3eV。
此外，以上述的觀點(diǎn)，也優(yōu)選為n側(cè)第二覆層(103)和p側(cè)第二覆層(107)用不同種類的具有大致相同的折射率的材料構(gòu)成。雖然如以上舉例的用于n側(cè)第二覆層(103)的In0.49Ga0.51P和用于p側(cè)第二覆層(107)的In0.47Ga0.53As在980nm具有大致相同的折射率(分別是3.259和3.268)，形成對(duì)作為有源層結(jié)構(gòu)(105)的最外層的GaAs阻擋層(121、125)或?qū)ψ鳛楣鈱?dǎo)層(104、106)的GaAs的偏移的能帶是非常不同的。認(rèn)為在Al0.47Ga0.53As中，勢(shì)壘的約70％至80％分布于對(duì)GaAs的導(dǎo)帶的表面，然而認(rèn)為在In0.49Ga0.51P中，勢(shì)壘的約60％分布于價(jià)帶的表面。因此，為了抑止載流子的溢流，期望在n側(cè)使用InGaP材料系統(tǒng)而在p側(cè)使用AlGaAs材料系統(tǒng)作為第二覆層(103、107)。
此外，為了抑止在第二覆層(103、107)中的載流子溢流，期望設(shè)置第二覆層(103、107)極度地從有源層結(jié)構(gòu)(105)分開，且因此，優(yōu)選為光導(dǎo)層(104、106)的厚度tng和tpg為40nm＜tng＜100nm和40nm＜tpg＜100nm，作為其的絕對(duì)值。
之后，將參考圖10描述作為本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器的能夠單橫模運(yùn)行的半導(dǎo)體激光器。圖10是顯示作為本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器中外延結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的掩埋帶型半導(dǎo)體激光器的組成的橫剖面示意圖。
半導(dǎo)體激光器形成于半導(dǎo)體襯底(1)上且具有折射率引導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，其中第二導(dǎo)電型第一覆層包括第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)和第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的兩層。第二導(dǎo)電線上第一覆層(10)和電流阻擋層(11)/帽層(12)獲得電流約束和光學(xué)約束，和用于降低與電極的接觸電阻的接觸層(13)。該類型的激光器被用作在光通訊中使用的光纖放大器的光源、用作信息處理中的大規(guī)模光磁存儲(chǔ)器的讀出光源、用于醫(yī)學(xué)用途的高功率半導(dǎo)體激光器且還可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇層構(gòu)成或使用的材料被應(yīng)用于不同的用途。
作為襯底(1)，可以使用GaAs、InP、GaP、GaN等用于半導(dǎo)體襯底，且AlOx等可以用于介電體襯底。對(duì)于襯底(1)，考慮到改進(jìn)外延生長(zhǎng)時(shí)的結(jié)晶度，不僅可以使用所謂的正襯底，而且可以使用所謂的偏角襯底(偏離取向的襯底)。偏角襯底具有在步進(jìn)模式中提高晶體生長(zhǎng)的效應(yīng)且一般被使用。對(duì)于偏角襯底，一般使用那些具有約0.5至2度斜率的襯底，且依據(jù)構(gòu)成后述的量子阱結(jié)構(gòu)的材料，斜率有時(shí)可以是約10度。
為了通過(guò)利用諸如MBE或MOCVD的晶體生長(zhǎng)技術(shù)制造發(fā)光裝置，襯底(1)可以在前被施予化學(xué)蝕刻或熱處理等。所使用的襯底(1)的厚度通常是約350μm，以在制造裝置的工藝中保證機(jī)械強(qiáng)度，且在為形成半導(dǎo)體發(fā)光裝置的小面的過(guò)程中，它通常被拋光減薄至約100μm。
為了緩和襯底體晶體的不完整性和促進(jìn)具有相同的晶軸的薄外延膜的形成，優(yōu)選地設(shè)置緩沖層(2)。緩沖層(2)優(yōu)選地由與襯底(1)的化合物相同的化合物構(gòu)成，且在襯底(1)由GaAs組成的情況中，通常使用GaAs，而在襯底由InP組成的情況中，使用InP。但是，超晶格層也一般地用于緩沖層(2)且例如有時(shí)在GaAs襯底上使用AlGaAs/GaAs超晶格結(jié)構(gòu)，不用相同的化合物形成。此外，緩沖層(2)的組成可以在層中逐漸變化。另一方面，在使用介電體襯底的情況中，它不總由與襯底相同的材料形成，且考慮到期望的發(fā)射波長(zhǎng)和整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)，有時(shí)可以合適地選擇不同于襯底的材料。
第一導(dǎo)電型第一覆層(3)可以由不同的材料種類構(gòu)成，且依據(jù)意圖獲得的振蕩波長(zhǎng)，依據(jù)選擇的有源層結(jié)構(gòu)(6)或襯底(1)適當(dāng)?shù)剡x擇材料種類。例如，在獲得GaAs襯底上的本發(fā)明的情況中，可以使用AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaAs材料系統(tǒng)、AlGaInP材料系統(tǒng)等。例如，在InP襯底上獲得本發(fā)明的情況中，可以使用InGaAsP材料系統(tǒng)。
具體地，在使用AlGaAs材料系統(tǒng)的情況中，為了降低整個(gè)裝置的熱阻和獲得適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成優(yōu)選地小于0.4，更優(yōu)選為0.3或更小，且進(jìn)一步優(yōu)選為0.2或更小。此外，由于需要在遠(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)(6)的方向上足夠地減弱光，所以使得第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的厚度tn1(nm)優(yōu)選地大于振蕩波長(zhǎng)λ(nm)。
此外，在使用AlGaAs為第一導(dǎo)電型第一覆層(3)且設(shè)置Al組成較低的情況中，也可以預(yù)期能夠增加摻雜劑的激活比率的效果。具體地，例如，在第一導(dǎo)電型是n型且Si用作摻雜劑的情況中，當(dāng)設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，如由N.Chand等在Physical Review B，vol.30(1984)，p.4481所描述，已知Si施主的電離能非常依賴于Al組成，且這是非常期望的，因?yàn)榧词巩?dāng)在較小Al組成的AlGaAs中摻雜被設(shè)置為相對(duì)低的水平時(shí)，也可以形成足夠低的電阻的層。因此，第一導(dǎo)電型第一覆層(3)中的摻雜水平優(yōu)選為1.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為3.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
此外，不需在第一導(dǎo)電型第一覆層(3)中均勻地進(jìn)行摻雜，而是優(yōu)選地設(shè)置以使趨向襯底(1)水平為較高而越接近于有源層結(jié)構(gòu)(6)的表面越小。這是一種通過(guò)自由電子在光密度高的部分中抑止吸收的有效的方法。
第一導(dǎo)電型第二覆層(4)可以由不同種類的材料構(gòu)成，且依據(jù)意圖獲得的振蕩波長(zhǎng)，依據(jù)選擇的有源層結(jié)構(gòu)(6)或襯底(1)適當(dāng)?shù)剡x擇材料種類。例如，在意欲獲得GaAs襯底上的本發(fā)明情況中，可以使用AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)、AlGaInP材料系統(tǒng)等。在意欲獲得InP襯底上的情況中，可以使用InGaAsP材料系統(tǒng)。
此外，在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成第一導(dǎo)電型第二覆層(4)情況中，Al組成優(yōu)選地小于0.5。此外，使得第一導(dǎo)電型第二覆層(4)中的Al組成大于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成和與其相鄰的第一光導(dǎo)層(5)的Al組成。通過(guò)這樣的構(gòu)成的使用，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)變成具有最小折射率的層且具有作為在導(dǎo)帶的表面對(duì)于電子和在價(jià)帶中對(duì)于空穴的勢(shì)壘的功能。此外，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的Al組成和第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成之間的差優(yōu)選地大于0.08。用該構(gòu)成，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)可以足夠地抑止從有源層結(jié)構(gòu)(6)至第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的載流子的溢流。但是，兩層的Al組成之間的差優(yōu)選地小于0.4以不過(guò)度地抑止從第一導(dǎo)電型第一覆層(3)至有源層結(jié)構(gòu)(6)的載流子的注入。
第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的厚度tn2(nm)優(yōu)選地小于第一光導(dǎo)層(5)的厚度tng(nm)。這樣的構(gòu)成的使用可以避免極度的閾值電流的增加、斜度效率的降低和驅(qū)動(dòng)電流的增加。由于tn2/tng大于0.3，在垂直方向上獲得適當(dāng)?shù)腘FP擴(kuò)展效應(yīng)。此外，第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的厚度tn2優(yōu)選地大于10nm且小于100nm。在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的tn2是10nm或更小的情況中，有時(shí)光學(xué)效應(yīng)被減小。另一方面，當(dāng)它是100nm或更大時(shí)，有時(shí)光學(xué)約束被極度減弱且LD不再振蕩。
此外，在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成第一導(dǎo)電型第二覆層(4)情況中，因?yàn)锳l組成在本發(fā)明的LD結(jié)構(gòu)中相對(duì)高，所以優(yōu)選為與第一導(dǎo)電型第一覆層(3)比較摻雜劑的摻雜水平被設(shè)置得較高。具體地，設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，例如，在第一導(dǎo)電型是n型且Si被用為摻雜劑的情況中，摻雜水平優(yōu)選為3.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為4.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。第一導(dǎo)電型第一覆層(3)和第一導(dǎo)電型第二覆層(4)之間的帶隙是約從0.05eV至0.45eV，且更優(yōu)選地，約從0.1eV至0.3eV。
在本發(fā)明中，也優(yōu)選為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)和第二導(dǎo)電型第二覆層(8)用具有大致彼此相同的折射率的不同種類的材料構(gòu)成。為了抑止載流子的溢流，優(yōu)選為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)用InGaP材料系統(tǒng)構(gòu)成且第二導(dǎo)電型第二覆層(8)用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成。例如，上述的In0.49Ga0.51P和Al0.47Ga0.53As的組合可以作為例子。
在本發(fā)明中，選擇使得如上所述界定的Vn滿足0.35＜Vn＜0.75。此外，優(yōu)選為Rn是第二導(dǎo)電型第二覆層(4)對(duì)第二光導(dǎo)層(5)的相對(duì)厚度tn2/tng，選擇Rn以滿足為0.3＜Rn＜0.7。為了在半導(dǎo)體激光器中制備的垂直方向上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為整體不顯示反波導(dǎo)特性，上限是必須的。而下限顯示有效地縮窄FFPV的寬度的需要的厚度。
雖然未在圖10中圖示，包含諸如AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)等的層可以插入第一導(dǎo)電型第一覆層(3)和第一導(dǎo)電型第二覆層(4)之間，其中考慮到與襯底(1)的晶格匹配或考慮到相反地有意引入應(yīng)變，以在第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的表面上帶隙接近于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)而在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)的表面上帶隙接近于第一導(dǎo)電型第二覆層(4)，可以適當(dāng)?shù)剡x擇該材料系統(tǒng)。這樣的過(guò)渡層是非常優(yōu)選的，因?yàn)檫@可以減少載流子從第一導(dǎo)電型第一覆層(3)通過(guò)第一導(dǎo)電型第二覆層(4)注入有源層結(jié)構(gòu)(6)時(shí)的電阻。
在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)上的第一光導(dǎo)層(5)可以由不同的材料種類構(gòu)成，且依據(jù)意圖獲得的振蕩波長(zhǎng)，依據(jù)選擇的有源層結(jié)構(gòu)(6)或襯底(1)適當(dāng)?shù)剡x擇材料種類。例如，在意欲獲得GaAs襯底上的本發(fā)明的情況中，可以使用AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)、AlGaInP材料系統(tǒng)等。在意欲獲得InP襯底上的本發(fā)明情況中，可以使用InGaAsP材料系統(tǒng)。
在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)建第一光導(dǎo)層(5)的情況中，為了獲得光學(xué)約束，需要用Al組成小于第一導(dǎo)電型第一覆層(3)的Al組成的材料構(gòu)成第一光導(dǎo)層(5)。具體地，第一光導(dǎo)層(5)的Al組成優(yōu)選小于0.4，更優(yōu)選小于0.2，且進(jìn)一步優(yōu)選小于0.1。最優(yōu)選為使用不含有Al的GaAs的情況。特別地，考慮到可靠性，期望一種不含Al的光導(dǎo)。
此外，為了第一導(dǎo)電型第二覆層(4)充分地提供功能，第一光導(dǎo)層(5)的厚度tng(nm)優(yōu)選地滿足以下公式0.5×[λ/(4×nng)]nm＜tng＜1.5×[λ/(4×nng)]nm。
在該公式中，nng是第一光導(dǎo)層(5)的折射率。通過(guò)限制第一光導(dǎo)層(5)的厚度tng小于上述公式的上限，具體地在第一導(dǎo)電型第二覆層(4)中可以足夠地提供抑止載流子溢流的效應(yīng)，和有效地避免拐點(diǎn)水平的降低等。此外，通過(guò)限制第一光導(dǎo)層(5)的厚度tng大于上述公式中的下限，可以抑止第一導(dǎo)電型第二覆層(4)表現(xiàn)過(guò)度的反波導(dǎo)特性。
具體地，在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成第一光導(dǎo)層(5)的情況中，不總需要由AlGaAs組成的具有tgn厚度的第一光導(dǎo)層(5)是具有固定Al組成的層，而是Al組成可以在第一光導(dǎo)層(5)中改變。在第一光導(dǎo)層(5)中出現(xiàn)不同的Al組成的區(qū)域的情況中，其平均的折射率可以被考慮為第一光導(dǎo)層的折射率。
第一光導(dǎo)層(5)的導(dǎo)電類型可以是p型、n型和未摻雜型且本發(fā)明的效應(yīng)不隨類型而改變。
如上所述的情況對(duì)于位于有源層結(jié)構(gòu)(6)之上的第二光導(dǎo)層(7)也相同。
本發(fā)明中的有源層結(jié)構(gòu)(6)指示含有量子阱的結(jié)構(gòu)，該量子阱包含薄膜，當(dāng)該薄膜變薄時(shí)量子效應(yīng)變顯著，且包括例如，單一量子阱(SQW)層或具有為分隔提供的且連接兩個(gè)量子阱之間的阻擋層的雙量子阱(DQW)結(jié)構(gòu)，其中堆疊量子阱層、阻擋層、量子阱層，或還包括具有包含三層或更多的多量子阱層和用于適當(dāng)?shù)胤指舾髯缘牧孔于宓淖钃鯇拥亩嗔孔于褰Y(jié)構(gòu)。有時(shí)應(yīng)變被有意地引入量子阱層，且例如壓應(yīng)力一般地被引入以降低閾值電流。此外，通過(guò)包括含有In、Ga和As的且不與GaAs襯底上的襯底晶格匹配的應(yīng)變量子阱層，在本發(fā)明中可以優(yōu)選地獲得具有的約900nm至1350nm的波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器。
應(yīng)變量子阱層的具體的材料可以包括，例如InGaAs和GaInNAs等。通過(guò)具有應(yīng)變的量子阱層，由于其的應(yīng)變效應(yīng)，可以預(yù)期光學(xué)增益等的增加。因此，即使對(duì)于第一覆層(3、9、10)和有源層結(jié)構(gòu)(6)之間垂直方向上的適當(dāng)?shù)娜豕鈱W(xué)約束，可以獲得足夠的LD特性。因此，在本發(fā)明中應(yīng)變量子阱層是期望的。
雖然當(dāng)阻擋層(21、23、25)的導(dǎo)電類型是p型、n型或未摻雜類型時(shí)，本發(fā)明的效應(yīng)不改變，但是期望阻擋層(21、23、25)具有顯示n導(dǎo)電型的部分。在這樣的情況下，由于來(lái)自阻擋層(21、23、25)的電子被提供給在有源層(6)中的量子阱層(22、24)，所以對(duì)于較寬的波段區(qū)可以有效地滿意地獲得LD的增益特性。在上述的裝置中，通過(guò)諸如后述的光柵光纖的外部的空穴可以有效地固定振蕩波長(zhǎng)。在該情況中，n型摻雜劑優(yōu)選為Si。此外，在阻擋層(21、23、25)中不均勻地?fù)诫s如Si的n型摻雜劑，但是最優(yōu)選為在鄰近相對(duì)于如應(yīng)變量子阱層(22、24)的其它層的界面不施加摻雜，且在鄰近阻擋層(21、23、25)的中心選擇性地施加摻雜。
第二導(dǎo)電型第二覆層(8)可以由不同的材料種類構(gòu)成，且依據(jù)意圖獲得的振蕩波長(zhǎng)，依據(jù)選擇的有源層結(jié)構(gòu)(6)或襯底(1)適當(dāng)?shù)剡x擇材料種類。例如，在意欲獲得GaAs襯底上的本發(fā)明的情況中，可以使用AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)、AlGaInP材料系統(tǒng)等。在意欲獲得InP襯底上的本發(fā)明的情況中，可以使用InGaAsP材料系統(tǒng)。
在用AlGaAs材料系統(tǒng)構(gòu)成第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的情況中，Al組成優(yōu)選地小于0.5。在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)中的Al組成必須大于第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)中的Al組成和與其相鄰的第二光導(dǎo)層(7)中的Al組成。通過(guò)這樣構(gòu)成的使用，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)變成具有最小折射率的層且具有作為在導(dǎo)帶的表面對(duì)于電子和在價(jià)帶中對(duì)于空穴的勢(shì)壘的功能。此外，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的Al組成和第二導(dǎo)電型第一覆層(9)的Al組成之間的差優(yōu)選地大于0.08。用該構(gòu)成，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)可以足夠地抑止從有源層結(jié)構(gòu)(6)至第二導(dǎo)電型第一覆層(9)的載流子的溢流。但是，Al組成的差優(yōu)選地小于0.4以不過(guò)度地抑止從第二導(dǎo)電型第一覆層(9)至有源層結(jié)構(gòu)(6)的載流子的注入。
第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的厚度tp2(nm)小于第二光導(dǎo)層(7)的厚度tpg(nm)。這樣的構(gòu)成的使用可以避免極度的閾值電流的增加、斜度效率的降低和驅(qū)動(dòng)電流的增加。為了在垂直方向獲得適當(dāng)?shù)腘FP擴(kuò)展效應(yīng)，優(yōu)選tp2/tpg大于0.3。此外，第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的厚度tsp優(yōu)選地大于10nm且小于100nm。在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的tp2是10nm或更小的情況中，有時(shí)光學(xué)效應(yīng)被減小。另一方面，當(dāng)它是100nm或更大時(shí)，有時(shí)光學(xué)約束被極度減弱且LD不再振蕩。
不總需要第二導(dǎo)電型第二覆層(8)具有與第一導(dǎo)電型第二覆層(4)相同的折射率、相同的厚度和相同的材料，但是以保證垂直方向上光束的對(duì)稱性的目的，期望它具有光學(xué)等價(jià)的折射率和相同的厚度。但是，如上所述，也優(yōu)選為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)和第二導(dǎo)電型第二覆層(8)用具有大致彼此相同的折射率的不同種類的材料構(gòu)成。
具體地，設(shè)想通過(guò)MBE方法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，例如，在第二導(dǎo)電型是p型且Be被用為摻雜劑的情況中，摻雜水平優(yōu)選為3.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為4.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
在本發(fā)明中，選擇使得如上所述界定的Vp滿足0.35＜Vp＜0.75。此外，優(yōu)選為Rp是第二導(dǎo)電型第二覆層(8)對(duì)第二光導(dǎo)層(7)的相對(duì)厚度tp2/tpg，選擇Rp以滿足0.3＜Rp＜0.7，且選擇Rp以滿足0.35＜Rp＜0.55。為了在半導(dǎo)體激光器中制備的垂直方向上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為整體不顯示反波導(dǎo)特性，上限是必須的，而下限顯示有效地縮窄FFPV的寬度的需要的厚度。
雖然未在圖10中圖示，包含諸如AlGaAs材料系統(tǒng)、InGaP材料系統(tǒng)等的層可以插入第二導(dǎo)電型第二覆層(8)和第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)之間，其中考慮到與襯底的晶格匹配或考慮到相反地有意引入應(yīng)變，以在第二導(dǎo)電型第二覆層(8)的表面上帶隙接近于第二導(dǎo)電型第二覆層(8)而在第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)的表面上帶隙接近于第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)，可以適當(dāng)?shù)剡x擇該材料系統(tǒng)。這樣的過(guò)渡層是非常優(yōu)選的，因?yàn)檫@可以減少載流子從第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)通過(guò)第二導(dǎo)電型第二覆層(8)注入有源層結(jié)構(gòu)(6)時(shí)的電阻。
在圖10的實(shí)施例中，第二導(dǎo)電型第一覆層包括第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的兩層。在該情況中，兩層可以在其間具有蝕刻停止層以促進(jìn)裝置的制造。
可以用與如上所述的第二導(dǎo)電型第二覆層(8)相同的方式選擇第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的材料。具體地，在使用AlGaAs材料系統(tǒng)作為第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的材料的情況中，為了降低整個(gè)裝置的熱阻且提供適合高功率運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的Al組成優(yōu)選地小于0.4，更優(yōu)選地是0.3或更小，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2或更小。此外，由于需要在遠(yuǎn)離有源層結(jié)構(gòu)(6)的方向上足夠地減弱光，使第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的厚度優(yōu)選地大于振蕩波長(zhǎng)λ(nm)。
第二導(dǎo)電型第一覆層(9)的厚度優(yōu)選地為約從10nm至200nm以使至有源層結(jié)構(gòu)(6)的電流注入通道沒(méi)有因電流的橫向擴(kuò)散被極度擴(kuò)展。更優(yōu)選地，它的厚度約從20nm至70nm。
此外，第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的摻雜水平優(yōu)選為1.0×1017cm-3至1.0×1018cm-3，且更優(yōu)選地為3.0×1017cm-3至7.5×1017cm-3。
此外，不需在第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)或第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)中均勻地進(jìn)行摻雜，而是優(yōu)選地設(shè)置對(duì)于接觸層(13)的的表面較高而對(duì)于靠近有源層結(jié)構(gòu)(6)的表面較小。這是一種通過(guò)自由電子在光密度高的部分中抑止吸收的有效的方法。
第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)與形成于其側(cè)壁上的電流阻擋層(11)一起提供在水平方向上的電流約束和光學(xué)約束的兩個(gè)功能。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于以單橫模運(yùn)行的LD時(shí)，這是優(yōu)選的構(gòu)成。為了該目的，以在水平方向上的電流約束為目的，電流阻擋層(11)的導(dǎo)電類型優(yōu)選是第一導(dǎo)電型或未摻雜型。此外，以在水平方向上的光學(xué)約束為目的，為了滿足作為基于折射率波導(dǎo)的波導(dǎo)的特性，電流阻擋層(11)由具有小于第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)的折射率的折射率的材料形成。此外，水平方向上的光學(xué)約束還可以構(gòu)成為所謂的損失光導(dǎo)型。在該情況中，通過(guò)構(gòu)成電流阻擋層(11)的材料的有效帶隙吸收振蕩波長(zhǎng)，可以獲得水平方向上的光學(xué)約束。
此外，在本發(fā)明中，依據(jù)襯底(1)、有源層結(jié)構(gòu)(6)或依據(jù)水平方向上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)?shù)剡x擇構(gòu)成電流阻擋層(11)的材料。例如，在電流阻擋層(11)與第二導(dǎo)電型第一覆層(9、10)一起也由AlGaAs材料形成且分別界定為AlxpGa1-xpAs和AlzGa1-zAs的情況中，當(dāng)Al組成界定為z＞xp時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)數(shù)折射率引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在制造以單橫模運(yùn)行的實(shí)數(shù)折射率波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器的情況中，主要由電流阻擋層(11)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)之間的折射率差界定的水平方向上的有效折射率差優(yōu)選為10-3的量級(jí)。此外，對(duì)于第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)與第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)接觸的部分在水平方向上的寬度W，其是電流注入溝道的寬度且相應(yīng)于波導(dǎo)的寬度，優(yōu)選地在垂直于附圖的空穴的方向上的偏差的范圍內(nèi)是均勻的，且該寬度優(yōu)選為6μm或更小，更優(yōu)選地為3μm或更小，以在單一模式中運(yùn)行LD為目的。但是，為了使高功率運(yùn)行和單一模式運(yùn)行相容，在空穴方向上波導(dǎo)不需要是均勻的而優(yōu)選為波導(dǎo)的寬度在作為半導(dǎo)體激光器的主要光發(fā)射方向的前小面的表面相對(duì)增加以適合于高功率運(yùn)行，然而波導(dǎo)的寬度在后小面的表面縮窄以能夠單一模式運(yùn)行。此外，在該情況中，設(shè)想靠近光發(fā)射點(diǎn)之一的電流注入溝道的寬度為Wexp而在裝置中最窄的電流注入溝道為Wstd，期望滿足以下公式1.5＜Wexp/Wstd＜5.0。
進(jìn)一步優(yōu)選滿足以下公式2.5＜Wexp/Wstd＜3.5。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有滿足由上述的公式2所示的條件的特征。由于上述的條件，不再可以在不惡化半導(dǎo)體激光器的不同特性的條件下縮窄FFPV的半峰全寬。例如，在Vn和Vp是0.35或更小并且Rn和Rp是0.7或更大的情況中，因?yàn)檎麄€(gè)半導(dǎo)體激光器的垂直方向上的波導(dǎo)功能被過(guò)度地減弱，所以在裝置中閾值電流增加，斜度效率被降低等。此外，在極端的情況中，有時(shí)波導(dǎo)功能自身被損失且裝置不再振蕩。另一方面，在Vn和Vp是0.75或更大并且Rn和Rp是0.35或更小的情況中，裝置的垂直方向上的波導(dǎo)功能自身變得過(guò)度，且FFPV被極度擴(kuò)展且不能獲得對(duì)外部光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)良連接。此外，在上述的條件下，由于小面上的光密度也過(guò)度地增加，它造成不利，例如，裝置不適于高功率運(yùn)行，這是不期望的。
在第一次生長(zhǎng)中，帽層(12)用作對(duì)于電流阻擋層(11)的保護(hù)層，也用于促進(jìn)第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)的生長(zhǎng)，且在獲得裝置結(jié)構(gòu)之前部分地或全部地去除帽層(12)。
以降低對(duì)于電極(14)等的接觸電阻率的目的，接觸層(13)優(yōu)選地設(shè)置于第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)上。接觸層(13)通常用GaAs材料系統(tǒng)組成。在該層中，載流子濃度通常高于其它層以降低對(duì)于電極(14)的接觸電阻率。此外，導(dǎo)電類型是第二導(dǎo)電型。
構(gòu)成半導(dǎo)體激光器的每層的厚度在這樣的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)剡x擇以有效地提供各自層的功能。
此外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，第一導(dǎo)電型優(yōu)選是n型而第二導(dǎo)電型優(yōu)選是p型。這是因此n型襯底一般具有好品質(zhì)。
通過(guò)進(jìn)一步形成電極(14)和(15)制造如圖3所示的半導(dǎo)體激光器。在外延層的表面形成電極(14)。例如，在第二導(dǎo)電型是p型的情況中，在接觸層(13)的表面上依次形成蒸鍍的Ti/Pt/Au，且然后施加合金處理。另一方面，在襯底(1)的表面上形成襯底表面上的電極(15)。而且，在第一導(dǎo)電型是n型的情況中，在襯底(1)的表面上依次形成蒸鍍的AuGe/Ni/Au且然后施加合金處理。
對(duì)于制造的半導(dǎo)體晶片形成作為光發(fā)射表面的小面。該小面是構(gòu)成空穴的鏡面。優(yōu)選地，通過(guò)劈理形成小面。劈理是一般使用的方法，且依據(jù)所用的襯底的取向通過(guò)劈理形成的小面不同。例如，在形成諸如通過(guò)利用具有適當(dāng)使用的與標(biāo)定的(100)面晶體學(xué)等價(jià)的表面的襯底的邊發(fā)射型激光器的裝置的情況下，(110)面或與其晶體學(xué)等價(jià)的面是形成空穴的表面。另一方面，在使用偏角襯底的情況中，依據(jù)傾斜的方向和空穴的方向之間的關(guān)系，小面有時(shí)不形成相對(duì)于空穴的方向的90度。例如，當(dāng)使用從(100)晶面向[1-10]方向傾斜2度的襯底時(shí)，小面也會(huì)傾斜2度。
裝置的空穴長(zhǎng)度也通過(guò)劈理決定。一般的，較長(zhǎng)的空穴襯底適合于高功率運(yùn)行，且其優(yōu)選為從600μm或更大，且在本發(fā)明應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器中更優(yōu)選地為從900μm至3000μm。如上所述，界定空穴長(zhǎng)度的上限，因?yàn)榫哂袠O長(zhǎng)空穴襯底的半導(dǎo)體激光器可能相反地導(dǎo)致性能的惡化，如閾值電流的增加和效率的降低。
在本發(fā)明中，每層包含介電材料或介電材料和半導(dǎo)體的組合的涂層(16、17)優(yōu)選地形成于所暴露的半導(dǎo)體的小面上。形成涂層(16、17)主要為了增加從半導(dǎo)體激光器輸出光的效率和保護(hù)小面的兩個(gè)目的。此外，為了有效地在一表面上從小面從裝置輸出光輸出功率，優(yōu)選地進(jìn)行非對(duì)稱涂層，其中對(duì)于作為主要發(fā)光方向的前小面涂布具有對(duì)于振蕩波長(zhǎng)較低的反射率(例如，10％或更低的反射率)的涂層，而對(duì)于另一后小面涂布具有對(duì)于振蕩波長(zhǎng)較高的反射率(例如，80％或更高)的涂層。這不僅對(duì)于提高裝置的功率，而且對(duì)于將從諸如光柵光纖的用于波導(dǎo)的穩(wěn)定的外部空穴返回的光正相導(dǎo)入激光器而由此提高波長(zhǎng)的穩(wěn)定是極其重要的。此外，為了上述的目的，在前小面的反射率優(yōu)選為5％或更低，且更優(yōu)選地為2.5％或更低。
對(duì)于涂層(16、17)，可以使用不同的金屬。例如，優(yōu)選使用從包括AlOx、TiOx、SiOx、SiN、Si和ZnS或它們的兩個(gè)和更多的組合的組中選擇的一個(gè)。AlOx、TiOx、SiOx等被用于低反射率的涂層，而AlOx/Si多層膜、TiOx/SiOx多層膜等被用于高反射率的涂層。通過(guò)控制各自的膜厚可以獲得目標(biāo)的反射率。但是，一般地控制作為低反射率的涂層的AlOx、TiOx、SiOx等的膜厚接近λ/4n，n是波長(zhǎng)λ的折射率的實(shí)數(shù)部分。此外，在高反射的多層膜的情況中，一般地控制構(gòu)成膜的每種材料以接近λ/4n。
通過(guò)涂層完成之后再次劈理激光棒，各自的裝置可以被分開以形成半導(dǎo)體激光器。
通過(guò)對(duì)包括如上所述制造的半導(dǎo)體激光器的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的光發(fā)射端設(shè)置光纖可以形成半導(dǎo)體發(fā)光裝置模塊。優(yōu)選地制造光纖的頂端以顯示光聚焦效應(yīng)且該端被直接光學(xué)連接至半導(dǎo)體發(fā)光裝置的前小面。
為了本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)的穩(wěn)定，期望在激光器的外部提供對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性的鏡面且連接外部空穴與本發(fā)明的激光器。具體地，優(yōu)選通過(guò)使用光纖光柵形成外部空穴。在該情況中，也可以除了半導(dǎo)體激光之外還合并光纖光柵、用于溫度穩(wěn)定的冷卻器等形成半導(dǎo)體發(fā)光模塊。依據(jù)其目的，對(duì)于光纖光柵，可以任意地選擇中心波長(zhǎng)、反射或透射區(qū)、光纖光柵對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光裝置側(cè)的光反射率等。具體地，光纖光柵對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光裝置的光反射率在半導(dǎo)體發(fā)光裝置的振蕩波長(zhǎng)處優(yōu)選為從2至15％，更優(yōu)選地從5至10％，且其反射區(qū)相對(duì)于中心波長(zhǎng)，優(yōu)選從0.1至5.0nm，且更優(yōu)選從0.5至1.5nm。
將進(jìn)一步具體地描述本發(fā)明。在以下實(shí)施例中所顯示的材料、濃度、厚度、操作步驟等可以被適當(dāng)?shù)馗淖?，只要它們不背離本發(fā)明的要旨。因此，本發(fā)明的范圍不限于以下實(shí)施例所顯示的具體的實(shí)施例。
實(shí)施例1通過(guò)以下步驟制造圖2中以在發(fā)光方向上的橫剖面圖所示的半導(dǎo)體激光器。
首先，在載流子濃度為1.0×1018cm-3的n型GaAs襯底的(100)面上，通過(guò)MBE方法，依次堆疊載流子濃度為1.0×1018cm-3的0.5μm厚的Si摻雜n型GaAs層作為緩沖層(2)；從襯底表面達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3和從其上達(dá)1.0μm的載流子濃度為3.0×1017cm-3的2.3μm厚的Si摻雜的n型Al0.19Ga0.81As層作為第一導(dǎo)電型第一覆層(3)；載流子濃度為8.0×1017cm-3的35nm厚的Si摻雜n型Al0.45Ga0.55As層作為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)；從襯底側(cè)達(dá)35nmSi摻雜水平為2.0×1017cm-3和從其上達(dá)40nm未摻雜的75nm厚的GaAs層作為第一光導(dǎo)層(5)(在980nm的振蕩波長(zhǎng)處3.525245的折射率，如后所述)；包含載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層、載流子濃度為7.5×1017cm-3的7nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從兩個(gè)量子阱層表面達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層和載流子濃度為7.5×1017cm-3的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面達(dá)1nm未摻雜)的五層的有源層結(jié)構(gòu)作為有源層結(jié)構(gòu)(6)；從襯底表面達(dá)40nm未摻雜和從其上達(dá)35nm Be摻雜水平為3.0×1017cm-3的75nm厚的GaAs層作為第二光導(dǎo)層(7)(在980nm的振蕩波長(zhǎng)處3.525245的折射率，如后所述)；載流子濃度為7.5×1017cm-3的35nm厚的Be摻雜p型Al0.45Ga0.55As層作為第二導(dǎo)電型第二覆層(8)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的25nm厚的Be摻雜p型Al0.19Ga0.81As層作為第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的0.3μm厚的Si摻雜n型Al0.23Ga0.78As層作為電流阻擋層(11)；和載流子濃度為7.5×1017cm-3的10nm厚的Si摻雜n型GaAs層作為帽層(12)。
對(duì)除了電流注入?yún)^(qū)部分的最上層提供氮化硅的掩模，氮化硅掩模的開口寬度是1.5μm。利用其作為掩模，在20℃進(jìn)行蝕刻150秒以去除電流注入?yún)^(qū)部分中的帽層和電流阻擋層。對(duì)于蝕刻劑，使用通過(guò)混合磷酸(重量的85％)、過(guò)氧化氫(液體溶液的重量的30％)和水以1∶1∶30的體積比例形成的液體混合物。
然后，通過(guò)MOCVD方法，再次生長(zhǎng)從襯底表面達(dá)1μm的載流子濃度為4.0×1017cm-3和從其上達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3的2.3μm厚的Zn摻雜的p型Al0.19Ga0.8lAs層作為第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)；和從襯底的表面達(dá)3.0μm的載流子濃度為1.0×1018cm-3和從其上達(dá)0.5μm的載流子濃度為5.0×1018cm-3的3.5μm厚的Zn摻雜的p型GaAs層作為接觸層(13)。
此外，在拋光襯底之后，分別蒸鍍70nm/70nm/80nm的Ti/Pt/Au作為外延層表面(p側(cè))電極(14)，以及蒸鍍50nm/80nm的AuGeNi/Au作為襯底表面(n側(cè))電極(15)，且然后在400℃進(jìn)行合金化5分鐘以完成半導(dǎo)體激光器的晶片。
完成的半導(dǎo)體激光器的電流注入?yún)^(qū)的寬度W是2.3μm。
繼續(xù)，在氣氛空氣中它被劈理成為1600μm的空穴長(zhǎng)度的激光棒以暴露(110)面，且形成165nm的AlOx膜以使前小面上在980nm的振蕩頻率處的反射率是2.5％，以形成涂層16(圖3)。此外，為了處理后小面，形成包含170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層、170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層的四層，以制備92％的反射率的后小面。
圖11顯示了制造的裝置的在25℃的電流光輸出功率特性。
閾值電流是32.6mA，斜度效率是0.87W/A和拐點(diǎn)水平是652mW。此外，上至1.5A的電流注入時(shí)的最大光輸出功率是755mW，且未觀察到裝置的破壞直至電流注入上至1.5A。
此外，在450mw的光輸出功率下，垂直方向上的FFP(FFPV)的半峰全寬是22.1度，且水平方向上的FFP(FFPH)的半峰全寬是8.8度。在該情況中，典型地如圖7所示，以副峰、主峰、副峰的順序確定FFPV的三個(gè)峰，其中各自的峰的位置以角度的順序是-55.2度、0.7度和55.1度。此外，設(shè)定主峰的強(qiáng)度是1，則相對(duì)的強(qiáng)度以角度的順序是0.14、1和0.04。另一方面，對(duì)于FFPH對(duì)應(yīng)FFPV的主峰只確定了一個(gè)峰，且峰的位置在0.6度。裝置的振蕩波長(zhǎng)是984nm。
此外，圖12顯示了當(dāng)以持續(xù)的光輸出功率(500mW)在50℃下連續(xù)地驅(qū)動(dòng)該裝置時(shí)驅(qū)動(dòng)電流隨時(shí)間的變化。如圖所示，確認(rèn)了1500小時(shí)的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。
實(shí)施例2使用實(shí)施例1中制造的裝置，在裝置的前小面的表面上安裝具有光柵和楔形頂端的光纖透鏡的光纖，以制造具有蝶型封裝的半導(dǎo)體激光器模塊。光柵光纖具有982nm的反射中心和3％的反射率。在25℃，對(duì)于從光纖端發(fā)射的光，閾值電流是27.6mA且斜度效率是0.71mW/mA。連接效率是好的，為約81.6％。
實(shí)施例3通過(guò)以下步驟制造一種半導(dǎo)體激光器。
首先，在載流子濃度為1.0×1018cm-3的n型GaAs襯底的(100)面上，通過(guò)MBE方法，依次堆疊載流子濃度為1.0×1018cm-3的1μm厚的Si摻雜n型GaAs層作為緩沖層；從襯底的表面達(dá)1.5μm的載流子濃度為6.0×1017cm-3和從其上達(dá)1.0μm的載流子濃度為4.0×1017cm-3的2.5μm厚的Si摻雜的n型Al0.175Ga0.825As層作為第一導(dǎo)電型第一覆層；載流子濃度為5.0×1017cm-3的35nm厚的Si摻雜n型AltGa1-tAs層作為第一導(dǎo)電型過(guò)渡層，其中在第一導(dǎo)電型第一覆層的表面Al組成是t＝0.175，且Al組成從其線性地增加在層中升至在第一導(dǎo)電型第二覆層的表面上的t＝0.35；載流子濃度為3.0×1017cm-3的35nm厚的Si摻雜的n型Al0.35Ga0.65As層作為第一導(dǎo)電型第二覆層；載流子濃度為2.0×1017cm-3的75nm厚的Si摻雜的n型GaAs層作為第一光導(dǎo)層(在980nm的振蕩波長(zhǎng)處3.525245的折射率，如后所述)；包含載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層、載流子濃度為7.5×1017cm-3的7nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從兩個(gè)量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層和載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)的五層的有源層結(jié)構(gòu)作為有源層結(jié)構(gòu)；載流子濃度為3.0×1017cm-3的75nm厚的Be摻雜的p型GaAs層作為第二光導(dǎo)層(在980nm的振蕩波長(zhǎng)處3.525245的折射率，如后所述)；載流子濃度為7.5×1017cm-3的35nm厚的Be摻雜p型Al0.45Ga0.55As層作為第二導(dǎo)電型第二覆層(8)；載流子濃度為4.0×1017cm-3的35nm厚的Be摻雜p型Al0.35Ga0.65As層作為第二導(dǎo)電型第二覆層；載流子濃度為5.0×1017cm-3的35nm厚的Be摻雜p型AltGa1-tAs層作為第二導(dǎo)電型過(guò)渡層，其中在第二導(dǎo)電型第二覆層的表面Al組成是t＝0.35，且Al組成從其線性地降低在層中至在第二導(dǎo)電型第二覆層的表面上的t＝0.175；載流子濃度為5.0×1017cm-3的30nm厚的Be摻雜的p型Al0.175Ga0.825As層作為第二導(dǎo)電型下第一覆層；載流子濃度為5.0×1017cm-3的0.5μm厚的Si摻雜n型Al0.225Ga0.775As層作為電流阻擋層；和載流子濃度為7.5×1017cm-3的10nm厚的Si摻雜n型GaAs層作為帽層。
對(duì)于除了電流注入?yún)^(qū)部分的最上層提供氮化硅的掩模。在該情況中，在1600μm的空穴長(zhǎng)度的半導(dǎo)體激光器中在空穴的方向上改變氮化硅掩模的開口寬度，如下所述。對(duì)于從作為裝置的后小面的部分至前小面的1200μm處，開口的寬度是1.7μm，且對(duì)于作為裝置的前小面的部分至后小面的表面250μm處，開口的寬度是5.1μm。此外，對(duì)于連接不同區(qū)的部分，在150μm的長(zhǎng)度上寬度在1.7μm和5.1μm之間線性地變化。
利用其作為掩模，在20℃進(jìn)行蝕刻185秒以去除電流注入?yún)^(qū)部分中的帽層和電流阻擋層。對(duì)于蝕刻劑，使用通過(guò)混合磷酸(重量的85％)、過(guò)氧化氫(液體溶液的重量的30％)和水以1∶1∶30的體積比例形成的液體混合物。
然后，通過(guò)MOCVD方法，再次生長(zhǎng)從襯底表面達(dá)1μm的載流子濃度為4.0×1017cm-3和從其上達(dá)1.47μm的載流子濃度為6.0×1017cm-3的2.47μm厚的Zn摻雜的p型Al0.175Ga0.825As層作為第二導(dǎo)電型上第一覆層；和從襯底的表面達(dá)2.7μm中的載流子濃度為1.0×1018cm-3和從其上達(dá)0.3μm的載流子濃度為6.0×1018cm-3的3μm厚的Zn摻雜的p型GaAs層作為接觸層。
此外，在拋光襯底之后，分別蒸鍍70nm/70nm/80nm的Ti/Pt/Au作為外延層表面(p側(cè))電極，以及蒸鍍150nm/80nm的AuGeNi/Au作為襯底表面(n側(cè))電極，且然后在410℃進(jìn)行合金化5分鐘以完成半導(dǎo)體激光器的晶片。
完成的半導(dǎo)體激光器的電流注入?yún)^(qū)的寬度Wb在前小面是2.3μm且在后小面是5.6μm。
繼續(xù)，在氣氛空氣中它被劈理成為1600μm的空穴長(zhǎng)度的激光棒以暴露(110)面，且形成165nm的AlOx膜以使前小面上在980nm的振蕩頻率處的反射率是2.5％，以形成涂層16。此外，為了處理后小面，形成包含170nm厚的AlOX層、60nm厚的非晶Si層、170nm厚的AlOX層、60nm厚的非晶Si層的四層，以制備92％的反射率的后小面。
在涂層完成后，半導(dǎo)體激光棒經(jīng)受第二次劈理，且在散熱板上半導(dǎo)體激光器以完成半導(dǎo)體激光器。
圖13顯示了制造的裝置在25℃的電流光輸出功率特性。
閾值電流是34.1mA，斜度效率是0.88W/A和拐點(diǎn)水平是608mW。此外，上至1.5A的電流注入時(shí)的最大光輸出功率是830mW，且未觀察到裝置的破壞直至電流注入上至1.5A。
此外，在450mw的光輸出功率下，垂直方向上的FFP(FFPV)的半峰全寬是21.4度，且水平方向上的FFP(FFPH)的半峰全寬是7.2度。在該情況中，典型地如圖7所示，以副峰、主峰、副峰的順序確定FFPV的三個(gè)峰，其中各自的峰的位置以角度的順序是-54.0度、0.9度和55.9度。此外，設(shè)定主峰的強(qiáng)度是1，則相對(duì)的強(qiáng)度以角度的順序是0.10、1和0.03。另一方面，對(duì)于FFPH對(duì)應(yīng)FFPV的主峰只確定了一個(gè)峰，且峰的位置在-0.2度。裝置的振蕩波長(zhǎng)是978nm。
比較例1除了不堆疊第一導(dǎo)電型第二覆層和第二導(dǎo)電型第二覆層之外以如實(shí)施例1的相同的方式制造半導(dǎo)體激光器。
如圖11所示，閾值電流是29.1mA，斜度效率是0.9mW/A，且它們好于實(shí)施例1，但是和拐點(diǎn)水平僅僅是540mW。此外，上至1.5A的電流注入時(shí)的最大光輸出功率是671.2mW，與實(shí)施例1比較，其較低。當(dāng)上至1.5A注入電流時(shí)，裝置在1.4A被破壞。
此外，在450mw的光輸出功率下，垂直方向上的FFP(FFPV)的半峰全寬是29.7度，其寬于實(shí)施例1，且懷疑在有源層中光密度高。此外，在水平方向上的FFP(FFPH)的半峰全寬大約相同為9.0度。此外，圖12顯示了當(dāng)以持續(xù)的光輸出功率(500mW)在50℃下連續(xù)地驅(qū)動(dòng)該裝置時(shí)驅(qū)動(dòng)電流隨時(shí)間的變化。如圖所示，所有的裝置上至1500小時(shí)下失效且它們不適于高功率運(yùn)行。
比較例2除了使用比較例1中制造的裝置之外，以基本相同的構(gòu)造制造半導(dǎo)體激光模塊。在25℃，對(duì)于從光纖端發(fā)射的光，閾值電流是26.1mA且斜度效率是0.64mW/A。連接效率是約71.1％，差于實(shí)施例2。
比較例3除了變化第一光導(dǎo)層和第二光導(dǎo)層的厚度至45nm以及其中的未摻雜區(qū)至10nm，且均改變第一導(dǎo)電型第二覆層和第二導(dǎo)電型第二覆層的厚度至50nm以及設(shè)置tsn/tgn＝tsp/tgp至約1.1之外，以如實(shí)施例1的相同的方式制造半導(dǎo)體激光器。
閾值電流是39.7mA，斜度效率是0.69W/A和拐點(diǎn)水平是422mW，其差于實(shí)施例1。此外，上至1.5A的電流注入時(shí)的最大光輸出功率是529mW，與實(shí)施例1比較，其較低。當(dāng)上至1.5A注入電流時(shí)，裝置在1.45A被破壞。
此外，因?yàn)楣拯c(diǎn)水平低，F(xiàn)FP在400mA測(cè)量。在該情況中，光學(xué)輸出時(shí)在垂直方向上的FFP的半峰全寬是16.5度且懷疑接近有源層的光學(xué)約束不足。水平方向上的FFP的半峰全寬是8.5度。此外，裝置的振蕩波長(zhǎng)是985.5nm。
實(shí)施例4通過(guò)以下步驟制造圖8中以在發(fā)光方向上的橫剖面圖所示的半導(dǎo)體激光器。
首先，在載流子濃度為1.0×1018cm-3的n型GaAs襯底的(100)面上，通過(guò)MBE方法，依次堆疊載流子濃度為1.0×1018cm-3的0.5μm厚的Si摻雜n型GaAs層作為緩沖層(2)；從襯底表面達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3和從其上達(dá)1.0μm的載流子濃度為3.0×1017cm-3的2.3μm厚的Si摻雜的n型Al0.19Ga0.81As層作為第一導(dǎo)電型第一覆層(3)；載流子濃度為8.0×1017cm-3的35nm厚的Si摻雜n型In0.49Ga0.51P層作為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)；從襯底表面達(dá)35nm中Si摻雜水平為2.0×1017cm-3和從其上達(dá)45nm未摻雜的80nm厚的GaAs層作為第一光導(dǎo)層(5)；包含載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層、載流子濃度為7.5×1017cm-3的7nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從兩個(gè)量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層和載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)的五層的有源層結(jié)構(gòu)作為有源層結(jié)構(gòu)(6)；從襯底表面達(dá)45nm未摻雜和從其上達(dá)35nm Be摻雜水平為3.0×1017cm-3的80nm厚的GaAs層作為第二光導(dǎo)層(7)；載流子濃度為7.5×1017cm-3的35nm厚的Be摻雜p型In0.49Ga0.51P層作為第二導(dǎo)電型第二覆層(8)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的25nm厚的Be摻雜p型Al0.19Ga0.81As層作為第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的0.3μm厚的Si摻雜n型Al0.23Ga0.78As層作為電流阻擋層(11)；和載流子濃度為7.5×1017cm-3的10nm厚的Si摻雜n型GaAs層作為帽層(12)。
對(duì)于除了電流注入?yún)^(qū)部分的最上層提供氮化硅的掩模，氮化硅掩模的開口寬度是1.5μm。利用其作為掩模，在20℃進(jìn)行蝕刻105秒以去除電流注入?yún)^(qū)部分中的帽層和電流阻擋層。對(duì)于蝕刻劑，使用通過(guò)混合磷酸(重量的85％)、過(guò)氧化氫(液體溶液的重量的30％)和水以1∶1∶30的體積比例形成的液體混合物。
然后，通過(guò)MOCVD方法，再次生長(zhǎng)從襯底表面達(dá)1μm的載流子濃度為4.0×1017cm-3和從其上達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3的2.3μm厚的Zn摻雜的p型Al0.19Ga0.81As層作為第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)；和從襯底的表面達(dá)2.7μm的載流子濃度為1.0×1018cm-3和從其上達(dá)0.3μm的載流子濃度為6.0×1018cm-3的3.0μm厚的Zn摻雜的p型GaAs層作為接觸層(13)。
此外，在拋光襯底之后，分別蒸鍍70nm/70nm/80nm的Ti/Pt/Au作為外延層表面(p側(cè))電極(14)，以及蒸鍍150nm/80nm的AuGeNi/Au作為襯底表面(n側(cè))電極(15)，且然后在400℃進(jìn)行合金化5分鐘以完成半導(dǎo)體激光器的晶片。
完成的半導(dǎo)體激光器的電流注入?yún)^(qū)的寬度W是2.2μm。
繼續(xù)，在氣氛空氣中它被劈理成為1600μm的空穴長(zhǎng)度的激光棒以暴露(110)面，且形成165nm的AlOx膜以使前小面上在980nm的振蕩頻率處的反射率是2.5％，以形成涂層16(圖3)。此外，為了處理后小面，形成包含170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層、170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層的四層，以制備92％的反射率的后小面。
制造的裝置的在25℃的電流光輸出功率特性中，閾值電流是29.9mA，斜度效率是0.91W/A和拐點(diǎn)水平是620mW。此外，在1.22A的電流注入時(shí)的最大光輸出功率是761mW此外，在450mw的光輸出功率下，垂直方向上的FFP(FFPV)的半峰全寬是23.5度，且水平方向上的FFP(FFPH)的半峰全寬是8.5度。在該情況中，典型地如圖7所示，以副峰、主峰、副峰的順序確定FFPV的三個(gè)峰，其中各自的峰的位置以角度的順序是-54.6度、0.9度和55.3度。此外，設(shè)定主峰的強(qiáng)度是1，則相對(duì)的強(qiáng)度以角度的順序是0.07、1和0.04。另一方面，對(duì)于FFPH對(duì)應(yīng)FFPV的主峰只確定了一個(gè)峰，且峰的位置在-0.2度。裝置的振蕩波長(zhǎng)是984nm。
使用該裝置，在裝置的前小面的表面上安裝具有光柵和楔形頂端的光纖透鏡的光纖，以制造具有蝶型封裝的半導(dǎo)體激光器模塊。光柵光纖具有982nm的反射中心和3％的反射率。在25℃，對(duì)于從光纖端發(fā)射的光，閾值電流是25.6mA且斜度效率是0.75mW/mA。連接效率是好的，為約82.4％。
實(shí)施例5
通過(guò)以下步驟制造圖8中以在發(fā)光方向上的橫剖面圖所示的半導(dǎo)體激光器。
首先，在載流子濃度為1.0×1018cm-3的n型GaAs襯底的(100)面上，通過(guò)MBE方法，依次堆疊載流子濃度為1.0×1018cm-3的0.5μm厚的Si摻雜n型GaAs層作為緩沖層(2)；從襯底表面達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3和從其上達(dá)1.0μm的載流子濃度為3.0×1017cm-3的2.3μm厚的Si摻雜的n型Al0.45Ga0.55As層作為第一導(dǎo)電型第一覆層(3)；載流子濃度為1.0×1018cm-3的35nm厚的Si摻雜n型Al0.71Ga0.29As層作為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)；對(duì)于從襯底表面達(dá)32nmSi摻雜水平為2.0×1017cm-3和從其上達(dá)40nm未摻雜的72nm厚的Al0.26Ga0.74As層作為第一光導(dǎo)層(5)；包含載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層、載流子濃度為7.5×1017cm-3的7nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從兩個(gè)量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層和載流子濃度為7.5×1017cm-3的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)的五層的有源層結(jié)構(gòu)作為有源層結(jié)構(gòu)(6)；從襯底表面達(dá)32nm未摻雜和從其上達(dá)40nmZn摻雜水平為3.0×1017cm-3的72nm厚的Al0.26Ga0.74As層作為第二光導(dǎo)層(7)；載流子濃度為7.5×1017cm-3的35nm厚的Zn摻雜p型Al0.71Ga0.29As層作為第二導(dǎo)電型第二覆層(8)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的25nm厚的Zn摻雜p型Al0.45Ga0.55As層作為第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的0.3μm厚的Si摻雜n型Al0.49Ga0.51As層作為電流阻擋層(11)；和載流子濃度為7.5×1017cm-3的10nm厚的Si摻雜n型GaAs層作為帽層(12)。
對(duì)于除了電流注入?yún)^(qū)部分的最上層提供氮化硅的掩模，氮化硅掩模的開口寬度是1.5μm。利用其作為掩模，在20℃進(jìn)行蝕刻97秒以去除電流注入?yún)^(qū)部分中的帽層和電流阻擋層。對(duì)于蝕刻劑，使用通過(guò)混合磷酸(重量的85％)、過(guò)氧化氫(液體溶液的重量的30％)和水以1∶1∶30的體積比例形成的液體混合物。
然后，通過(guò)MOCVD方法，再次生長(zhǎng)從襯底的表面達(dá)1μm的載流子濃度為4.0×1017cm-3和從其上達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3的2.3μm厚的Zn摻雜的p型Al0.45Ga0.55As層作為第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)；和從襯底的表面達(dá)2.7μm的載流子濃度為1.0×1018cm-3和從其上達(dá)0.3μm的載流子濃度為6.0×1018cm-3的3.0μm厚的Zn摻雜的p型GaAs層作為接觸層(13)。
此外，在拋光襯底之后，分別蒸鍍70nm/70nm/80nm的Ti/Pt/Au作為外延層表面(p側(cè))電極(14)，以及蒸鍍150nm/80nm的AuGeNi/Au作為襯底表面(n側(cè))電極(15)，且然后在400℃進(jìn)行合金化5分鐘以完成半導(dǎo)體激光器的晶片。
完成的半導(dǎo)體激光器的電流注入?yún)^(qū)的寬度W是2.3μm。
繼續(xù)，在氣氛空氣中它被劈理成為1600μm的空穴長(zhǎng)度的激光棒以暴露(110)面，且形成165nm的AlOx膜以使前小面上在980nm的振蕩頻率處的反射率是2.5％，以形成涂層16(圖3)。此外，為了處理后小面，形成包含170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層、170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層的四層，以制備92％的反射率的后小面。
制造的裝置的在25℃的電流光輸出功率特性中，閾值電流是27.1mA，斜度效率是0.94W/A和拐點(diǎn)水平是580mW。此外，最大光輸出功率是682mW此外，垂直方向上的FFP(FFPV)的半峰全寬是21.8度，且水平方向上的FFP(FFPH)的半峰全寬是8.7度。在該情況中，典型地如圖7所示，以副峰、主峰、副峰的順序確定FFPV的三個(gè)峰，其中各自的峰的位置以角度的順序是-53.5度、-0.2度和53.9度。此外，設(shè)定主峰的強(qiáng)度是1，則相對(duì)的強(qiáng)度以角度的順序分別是0.1、1和0.07。另一方面，對(duì)于FFPH對(duì)應(yīng)FFPV的主峰只確定了一個(gè)峰，且峰的位置在0.5度。裝置的振蕩波長(zhǎng)是984nm。
使用該裝置，在裝置的前小面的表面上安裝具有光柵和楔形頂端的光纖透鏡的光纖，以制造具有蝶型封裝的半導(dǎo)體激光器模塊。光柵光纖具有982nm的反射中心和3％的反射率。在25℃，對(duì)于從光纖端發(fā)射的光，閾值電流是23.6mA且斜度效率是0.78mW/mA。連接效率是好的，為約82.9％。
實(shí)施例6通過(guò)以下步驟制造具有接近780nm振蕩波長(zhǎng)的損失光導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器。
首先，在載流子濃度為1.0×1018cm-3的n型GaAs襯底的(100)面上，通過(guò)MBE方法，依次堆疊載流子濃度為1.0×1018cm-3的0.5μm厚的Si摻雜n型GaAs層作為緩沖層(2)；從襯底表面達(dá)1.0μm的載流子濃度為1.0×1018cm-3和從其上達(dá)0.5μm的載流子濃度為6.0×1017cm-3的1.5μm厚的Si摻雜的n型Al0.55Ga0.45As層作為第一導(dǎo)電型第一覆層(3)；載流子濃度為1.0×1018cm-3的25nm厚的Si摻雜n型Al0.8Ga0.2As層作為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)；如100nm厚的未摻雜的Al0.15Ga0.85As單一層作為有源層結(jié)構(gòu)(6)；載流子濃度為1.0×1018cm-3的25nm厚的Zn摻雜p型Al0.8Ga0.2As層作為第二導(dǎo)電型第二覆層(8)；載流子濃度為8.0×1017cm-3的350nm厚的Zn摻雜p型Al0.55Ga0.45As層作為第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)；載流子濃度為3.0×1018cm-3的0.7μm厚的Si摻雜n型GaAs層作為電流阻擋層(11)。
對(duì)于除了電流注入?yún)^(qū)部分的最上層提供氮化硅的掩模，氮化硅掩模的開口寬度是1.2μm。利用其作為掩模，去除電流注入?yún)^(qū)部分中的帽層和電流阻擋層。對(duì)于蝕刻劑，使用通過(guò)混合磷酸(重量的85％)、過(guò)氧化氫(液體溶液的重量的30％)和水以1∶1∶30的體積比例形成的液體混合物。
然后，通過(guò)MOCVD方法，再次生長(zhǎng)1.15μm厚的的載流子濃度為1.4×1018cm-3的Zn摻雜的p型Al0.55Ga0.45As層作為第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)；和7.0μm厚的載流子濃度為7.0×1018cm-3的Zn摻雜的p型GaAs層作為接觸層(13)。
此外，在拋光襯底之后，分別蒸鍍70nm/70nm/80nm的Ti/Pt/Au作為外延層表面(p側(cè))電極(14)，以及蒸鍍150nm/80nm的AuGeNi/Au作為襯底表面(n側(cè))電極(15)，且然后在400℃進(jìn)行合金化5分鐘以完成半導(dǎo)體激光器的晶片。
完成的半導(dǎo)體激光器的電流注入?yún)^(qū)的寬度W是3.2μm。
繼續(xù)，在氣氛空氣中它被劈理成為250μm的空穴長(zhǎng)度的激光棒以暴露(110)面，且形成165nm的AlOx膜以使后和前小面上在780nm的振蕩頻率處的反射率均是33％。
制造的裝置的在25℃的電流光輸出功率特性中，閾值電流是43.5mA，斜度效率是0.29W/A。此外，在3mw的光輸出功率下，垂直方向上的FFP(FFPV)的半峰全寬是22.8度，且水平方向上的FFP(FFPH)的半峰全寬是8.7度。在該情況中，以副峰、主峰、副峰的順序確定FFP垂直方向上的三個(gè)峰。此外，設(shè)定主峰的強(qiáng)度是1，則相對(duì)的強(qiáng)度以角度的順序分別是0.21、1和0.11。另一方面，對(duì)于FFPH對(duì)應(yīng)FFPV的主峰只確定了一個(gè)峰，且峰的位置在0.7度。在3mw的光輸出功率下裝置的振蕩波長(zhǎng)是775nm。
比較例4除了改變第一光導(dǎo)層(5)和第二光導(dǎo)層(7)至40nm，其中的未摻雜區(qū)至10nm，以及第一導(dǎo)電型第二覆層(4)和第二導(dǎo)電型第二覆層(8)至50nm之外，以與實(shí)施例4的方式制造半導(dǎo)體激光器。
閾值電流是39.5mA，斜度效率是0.7W/A和拐點(diǎn)水平是485mW，考慮到整體器件特性，其差于實(shí)施例4。而且，最大光輸出功率是520mW，與實(shí)施例4比較，其較低。
此外，在450mw的光輸出功率下，以副峰、主峰、副峰的順序在垂直方向上FFP中觀察到三個(gè)峰，其中各自的峰的位置以角度的順序是-55.8度、0.3度和57.6度。此外，設(shè)定主峰的強(qiáng)度是1，則相對(duì)的強(qiáng)度以角度的順序是0.61、1和0.4且副峰的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于實(shí)施例4。垂直方向上的FFP(FFPV)的半峰全寬是15.2度，且水平方向上的FFP(FFPH)的半峰全寬是8.4度，相對(duì)于僅有的峰部分。裝置的振蕩波長(zhǎng)在450mw下是992nm。
使用該裝置，制造具有蝶型封裝的半導(dǎo)體激光器模塊，與實(shí)施例4相同。在25℃，對(duì)于從光纖端發(fā)射的光，閾值電流是36.1mA且斜度效率是0.48mW/mA。連接效率是約68.6％，其低于實(shí)施例4。
實(shí)施例7通過(guò)以下步驟制造圖10中以在發(fā)光方向上的橫剖面圖所示的半導(dǎo)體激光器。
首先，在載流子濃度為1.0×1018cm-3的n型GaAs襯底的(100)面上，通過(guò)MBE方法，依次堆疊載流子濃度為1.0×1018cm-3的0.5μm厚的Si摻雜n型GaAs層(折射率在980nm下為3.525)作為緩沖層(2)；從襯底表面達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3和從其上達(dá)1.0μm的載流子濃度為3.0×1017cm-3的2.3μm厚的Si摻雜的n型Al0.19Ga0.81As層(折射率在980nm下為3.422)作為第一導(dǎo)電型第一覆層(3)；載流子濃度為8.0×1017cm-3的35nm厚的Si摻雜n型Al0.4Ga0.6As層(折射率在980nm下為3.307)作為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)；從襯底表面達(dá)40nmSi摻雜水平為2.0×1017cm-3和從其上達(dá)40nm未摻雜的80nm厚的GaAs層(折射率在980nm下為3.525)作為第一光導(dǎo)層(5)；包含載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層、載流子濃度為7.5×1017cm-3的8nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從兩個(gè)量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層和載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)的五層的有源層結(jié)構(gòu)作為有源層結(jié)構(gòu)(6)；從襯底表面達(dá)40nm未摻雜和從其上達(dá)40nmBe摻雜水平為3.0×1017cm-3的80nm厚的GaAs層(折射率在980nm下為3.525)作為第二光導(dǎo)層(7)；載流子濃度為7.5×1017cm-3的35nm厚的Be摻雜p型Al0.4Ga0.6As層(折射率在980nm下為3.307)作為第二導(dǎo)電型第二覆層(8)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的25nm厚的Zn摻雜p型Al0.19Ga0.81As層(折射率在980nm下為3.422)作為第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)；載流子濃度為4.0×1017cm-3的0.3μm厚的Si摻雜n型Al0.23Ga0.78As層(折射率在980nm下為3.401)作為電流阻擋層(11)；和載流子濃度為7.5×1017cm-3的10nm厚的Si摻雜n型GaAs層作為帽層(12)。
對(duì)于除了電流注入?yún)^(qū)部分的最上層提供氮化硅的掩模，氮化硅掩模的開口寬度是1.5μm。利用其作為掩模，在20℃進(jìn)行蝕刻105秒以去除電流注入?yún)^(qū)部分中的帽層(12)和電流阻擋層(11)。對(duì)于蝕刻劑，使用通過(guò)混合磷酸(重量的85％)、過(guò)氧化氫(液體溶液的重量的30％)和水以1∶1∶30的體積比例形成的液體混合物。
然后，通過(guò)MOCVD方法，再次生長(zhǎng)從襯底的表面達(dá)1μm的載流子濃度為4.0×1017cm-3和從其上達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3的2.3μm厚的Zn摻雜的p型Al0.19Ga0.81As層(折射率在980nm下為3.442)作為第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)；和從襯底的表面達(dá)2.7μm的載流子濃度為1.0×1018cm-3和從其上達(dá)0.3μm的載流子濃度為6.0×1018cm-3的3.0μm厚的Zn摻雜的p型GaAs層作為接觸層(13)。
在該裝置中，Vn是0.515222，Vp是0.515222，且Rn是0.4375，Rp是0.4375。
在該裝置的制造中，在拋光襯底(1)之后，分別蒸鍍70nm/70nm/80nm的Ti/Pt/Au作為外延層表面(p側(cè))電極(14)，此外，分別蒸鍍150nm/80nm的AuGeNi/Au作為襯底表面(n側(cè))電極(15)，且然后在400℃進(jìn)行合金化5分鐘以完成半導(dǎo)體激光器的晶片。
完成的半導(dǎo)體激光器的電流注入?yún)^(qū)的寬度W是2.21μm。
繼續(xù)，在氣氛空氣中它被劈理成為1600μm的空穴長(zhǎng)度的激光棒以暴露(110)面，且形成165nm的AlOx膜以使前小面上在980nm的振蕩頻率處的反射率是2.5％，以形成涂層16(圖3)。此外，為了處理后小面，形成包含170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層、170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層的四層，以制備92％的反射率的后小面。
制造的裝置的在25℃的電流光輸出功率特性中，閾值電流是29.8mA，斜度效率是0.92W/A和拐點(diǎn)水平是662mW。此外，最大光輸出功率是773mW此外，垂直方向上的FFP(FFPV)的半峰全寬是24.1度，且水平方向上的FFP(FFPH)的半峰全寬是8.5度。在該情況中，典型地如圖7所示，以副峰、主峰、副峰的順序確定FFPV的三個(gè)峰，其中各自的峰的位置以角度的順序是-52.0度、0.5度和53.2度。此外，設(shè)定主峰的強(qiáng)度是1，則相對(duì)的強(qiáng)度以角度的順序分別是0.1、1和0.03。另一方面，對(duì)于FFPH對(duì)應(yīng)FFPV的主峰只確定了一個(gè)峰，且峰的位置在0.9度。裝置的振蕩波長(zhǎng)是984nm。
使用該裝置，在裝置的前小面的表面上安裝具有光柵和楔形頂端的光纖透鏡的光纖，以制造具有蝶型封裝的半導(dǎo)體激光器模塊。光柵光纖具有982nm的反射中心和3％的反射率。在25℃，對(duì)于從光纖端發(fā)射的光，閾值電流是25.3mA且斜度效率是0.76mW/mA。連接效率是好的，為約82.6％。
實(shí)施例8通過(guò)以下步驟制造圖10中以在發(fā)光方向上的橫剖面圖所示的半導(dǎo)體激光器。
首先，在載流子濃度為1.0×1018cm-3的n型GaAs襯底的(100)面上，通過(guò)MBE方法，依次堆疊載流子濃度為1.0×1018cm-3的0.5μm厚的Si摻雜n型GaAs層(折射率在980nm下為3.525)作為緩沖層(2)；從襯底表面達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3和從其上達(dá)1.0μm的載流子濃度為3.0×1017cm-3的2.3μm厚的Si摻雜的n型Al0.25Ga0.75As層(折射率在980nm下為3.390)作為第一導(dǎo)電型第一覆層(3)；載流子濃度為1.0×1018cm-3的40nm厚的Si摻雜n型Al0.45Ga0.55As層(折射率在980nm下為3.279)作為第一導(dǎo)電型第二覆層(4)；從襯底表面達(dá)40nmSi摻雜水平為2.0×1017cm-3和從其上達(dá)40nm未摻雜的80nm厚的GaAs層(折射率在980nm下為3.525)作為第一光導(dǎo)層(5)；包含載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層、載流子濃度為7.5×1017cm-3的8nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從兩個(gè)量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)、未摻雜的6nm厚的In0.16Ga0.84As應(yīng)變量子阱層和載流子濃度為7.5×1017cm-3的5nm厚的Si摻雜n型GaAs阻擋層(從量子阱層表面上達(dá)1nm未摻雜)的五層的有源層結(jié)構(gòu)作為有源層結(jié)構(gòu)(6)；從襯底表面達(dá)40nm未摻雜和從其上達(dá)40nmBe摻雜水平為3.0×1017cm-3的80nm厚的GaAs層(折射率在980nm下為3.525)作為第二光導(dǎo)層(7)；載流子濃度為7.5×1017cm-3的40nm厚的Zn摻雜p型Al0.45Ga0.55As層(折射率在980nm下為3.279)作為第二導(dǎo)電型第二覆層(8)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的25nm厚的Zn摻雜p型Al0.25Ga0.75As層(折射率在980nm下為3.390)作為第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)；載流子濃度為5.0×1017cm-3的0.3μm厚的Si摻雜n型Al0.275Ga0.725As層(折射率在980nm下為3.376)作為電流阻擋層(11)；和載流子濃度為7.5×1017cm-3的10nm厚的Si摻雜n型GaAs層作為帽層(12)。
對(duì)于除了電流注入?yún)^(qū)部分的最上層提供氮化硅的掩模，氮化硅掩模的開口寬度是1.5μm。利用其作為掩模，在20℃進(jìn)行蝕刻97秒以去除電流注入?yún)^(qū)部分中的帽層和電流阻擋層。對(duì)于蝕刻劑，使用通過(guò)混合磷酸(重量的85％)、過(guò)氧化氫(液體溶液的重量的30％)和水以1∶1∶30的體積比例形成的液體混合物。
繼續(xù)，通過(guò)MOCVD方法，再次生長(zhǎng)從襯底的表面達(dá)1μm的載流子濃度為4.0×1017cm-3和從其上達(dá)1.3μm的載流子濃度為7.5×1017cm-3的2.3μm厚的Zn摻雜的p型Al0.25Ga0.75As層(折射率在980nm下為3.390)作為第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)；和從襯底的表面達(dá)2.7μm的載流子濃度為1.0×1018cm-3和從其上達(dá)0.3μm的載流子濃度為6.0×1018cm-3的3.0μm厚的Zn摻雜的p型GaAs層作為接觸層(13)。
在該裝置中，Vn是0.588492，Vp是0.588492，此外，Rn是0.5，Rp也是0.5。
此外，在拋光襯底之后，分別蒸鍍70nm/70nm/80nm的Ti/Pt/Au作為外延層表面(p側(cè))電極(14)，此外，分別蒸鍍150nm/80nm的AuGeNi/Au作為襯底(1)表面(n側(cè))電極(15)，且然后在400℃進(jìn)行合金化5分鐘以完成半導(dǎo)體激光器的晶片。
完成的半導(dǎo)體激光器的電流注入?yún)^(qū)的寬度W是2.3μm。
繼續(xù)，在氣氛空氣中它被劈理成為1600μm的空穴長(zhǎng)度的激光棒以暴露(110)面，且形成165nm的AlOx膜以使前小面上在980nm的振蕩頻率處的反射率是2.5％，以形成涂層16(圖3)。此外，為了處理后小面，形成包含170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層、170nm厚的AlOx層、60nm厚的非晶Si層的四層，以制備92％的反射率的后小面。
制造的裝置的在25℃的電流光輸出功率特性中，閾值電流是27.3mA，斜度效率是0.93W/A和拐點(diǎn)水平是603mW。此外，最大光輸出功率是728mW此外，在450mw光輸出功率下，垂直方向上的FFP的半峰全寬是23.1度，且水平方向上的FFP的半峰全寬是8.7度。裝置的振蕩波長(zhǎng)在450mw功率下是983nm。
使用該裝置，在裝置的前小面的表面上安裝具有光柵和楔形頂端的光纖透鏡的光纖，以制造具有蝶型封裝的半導(dǎo)體激光器模塊。光柵光纖具有982nm的反射中心和3％的反射率。在25℃，對(duì)于從光纖端發(fā)射的光，閾值電流是21.6mA且斜度效率是0.78mW/mA。連接效率是好的，為約83.8％。
實(shí)施例9除了在實(shí)施例8中所述的半導(dǎo)體激光器中的第一導(dǎo)電型第二覆層(4)為30nm厚的In0.49Ga0.51P(折射率在980nm下為3.259)之外，以與實(shí)施例8相同的方式制造半導(dǎo)體激光器。
在該裝置中，Vn是0.588492，Vp是0.588492且Rn是0.375，Rp是0.375。
制造的裝置的在25℃的電流光輸出功率特性中，閾值電流是26.5mA，斜度效率是0.94W/A和拐點(diǎn)水平是582mW。此外，最大光輸出功率是669mW此外，在450mw光輸出功率下，垂直方向上的FFP的半峰全寬是23.8度，且水平方向上的FFP的半峰全寬是8.8度。裝置的振蕩波長(zhǎng)在450mw功率下是983nm。
實(shí)施例10除了改變第一導(dǎo)電型第一覆層(3)、第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)為In0.49Ga0.51P，改變兩個(gè)光導(dǎo)層(5、7)為34nm的未摻雜的GaAS，改變第一導(dǎo)電型第二覆層(4)和第二導(dǎo)電型第二覆層(8)為23nm厚的Al0.58Ga0.42As，改變電流阻擋層(11)為Al0.5Ga0.5As和進(jìn)一步改變電流阻擋層(11)的蝕刻時(shí)間為100秒之外，以與實(shí)施例7相同的方式制造半導(dǎo)體激光器。
在該裝置中，Vn是0.422089，Vp是0.422089。此外，Rn是0.67647，Rp也是0.67647。
制造的裝置的在25℃的電流光輸出功率特性中，閾值電流是28.3mA，斜度效率是0.92W/A和拐點(diǎn)水平是580mW。此外，最大光輸出功率是685mW此外，在450mw光輸出功率下，垂直方向上的FFP的半峰全寬是24.1度，且水平方向上的FFP的半峰全寬是9.0度。裝置的振蕩波長(zhǎng)在450mw功率下是985nm。
使用該裝置，制造具有蝶型封裝的半導(dǎo)體激光器模塊，以與實(shí)施例7相同的方式。在25℃，對(duì)于從光纖端發(fā)射的光，閾值電流是23.9mA且斜度效率是0.74mW/mA。連接效率是約80.4％。
比較例5除了改變第一光導(dǎo)層(5)和第二光導(dǎo)層(7)的厚度均為32.5nm且對(duì)于實(shí)施例7中所述的半導(dǎo)體激光器中的所有層不摻雜之外，以與實(shí)施例7相同的方式制造半導(dǎo)體激光器。
在該裝置中，Vn是0.257015，Vp是0.257015且Rn是1.0770，Rp是1.0770。
在制造的裝置中，閾值電流是45.7mA，斜度效率是0.62W/A和拐點(diǎn)水平是403mW，其低于實(shí)施例7。此外，最大光輸出功率是495mW，與實(shí)施例7相比較，其較低。在450mw光輸出功率下，垂直方向上的FFP的半峰全寬是15.1度，且懷疑接近有源層光學(xué)約束不足。水平方向上的FFP的半峰全寬是8.2度。此外，裝置的振蕩波長(zhǎng)是985.5nm。
實(shí)施例11除了改變第一光導(dǎo)層(5)和第二光導(dǎo)層(7)的厚度均為85nm，對(duì)于它們改變Si的摻雜水平為1.0×1017，改變第一導(dǎo)電型第一覆層(3)、第二導(dǎo)電型下第一覆層(9)和第二導(dǎo)電型上第一覆層(10)為Al0.4Ga0.6As(折射率在980nm下為3.307)，以及改變第一導(dǎo)電型第二覆層(4)和第二導(dǎo)電型第二覆層(8)為25nm厚的Al0.65Ga0.35As(折射率在980nm下為3.167)之外，以與實(shí)施例7相同的方式制造半導(dǎo)體激光器。
在該裝置中，Vn是0.782449，Vp是0.782449。此外，Rn是0.2941，Rp也是0.2941。
在制造的裝置中，閾值電流是23.6mA，斜度效率是0.98W/A，其是優(yōu)選的。此外，最大光輸出功率是580mW。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置能夠容易地與光纖等設(shè)備連接，且具有出色的高功率運(yùn)行特性。因此，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置適用于期望對(duì)光學(xué)系統(tǒng)高連接效率的情況，例如光纖放大器的激勵(lì)光源、用于光學(xué)信息處理的光源和醫(yī)用半導(dǎo)體激光。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置也可適用于試圖獲得發(fā)光裝置和光纖之間的直接的高效連接的情況。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，具有發(fā)射波長(zhǎng)λ(nm)和堆疊結(jié)構(gòu)，在第一導(dǎo)電型襯底上，以所述順序，至少堆疊第一導(dǎo)電型第一覆層、第一導(dǎo)電型第二覆層、有源層結(jié)構(gòu)、第二導(dǎo)電型第二覆層和第二導(dǎo)電型第一覆層，且至少滿足以下條件1至3中的一個(gè)條件<條件1>所述第一導(dǎo)電型第一覆層是txn(nm)厚度的AlxnGa1-xnAs層(0＜xn＜0.40)，所述第一導(dǎo)電型第二覆層是tsn(nm)厚度的AlsnGa1-sn層(0＜sn≤1)，tgn(nm)厚度的包含AlgnGa1-gn層(0≤gn＜0.40)的第一光導(dǎo)層存在于所述第一導(dǎo)電型第二覆層和所述有源層結(jié)構(gòu)之間，tgp(nm)厚度的包含AlgpGa1-gp層(0≤gp＜0.40)的第二光導(dǎo)層存在于所述有源層結(jié)構(gòu)和所述第二導(dǎo)電型第二覆層之間，所述第二導(dǎo)電型第二覆層是tsp(nm)厚度的AlspGa1-spAs層(0＜sp≤1)，所述第二導(dǎo)電型第一覆層是txp(nm)厚度的AlxpGa1-xpAs層(0＜xp＜0.40)，且滿足以下公式gn＜xn＜sn gp＜xp＜sp0.08＜sn-xn 0.08＜sp-xptsn/tgn＜1.0 tsp/tgp＜1.0<條件2>所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置是一種半導(dǎo)體激光器，其中對(duì)于垂直方向只允許基模傳播，所述襯底的垂直方向上的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案(所述FFPv)中存在具有最大強(qiáng)度Ivmain的主峰和極值強(qiáng)度分別為Ivsub-和Ivsub+的副峰的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光的輻射圖案，并滿足以下公式0＜Ivsub/Ivmain＜0.5其中Ivsub代表Ivsub-和Ivsub+中的較高強(qiáng)度者。<條件3>第一導(dǎo)電型第一覆層具有平均折射率nn1和tn1(nm)的厚度，第一導(dǎo)電型第二覆層具有平均折射率nn2和tn2(nm)的厚度，具有平均折射率nng和厚度tng(nm)的第一光導(dǎo)層存在于所述第一導(dǎo)電型第二覆層和所述有源層結(jié)構(gòu)之間，所述有源層結(jié)構(gòu)具有平均折射率na和ta(nm)的整體厚度，具有平均折射率npg和厚度tpg(nm)的第二光導(dǎo)層存在于所述有源層結(jié)構(gòu)和所述第二導(dǎo)電型第二覆層之間，所述第二導(dǎo)電型第二覆層具有平均折射率np2和tp2(nm)的厚度，所述第二導(dǎo)電型第一覆層具有平均折射率np1和tp1(nm)的厚度，且假設(shè)如(公式1)中波數(shù)k、Vn、Vp、Rn、和Rp為k＝2π/λVn＝k/2×(ta+tng+tpg)×(nng2-nn12)1/2Vp＝k/2×(ta+tng+tpg)×(npg2-np12)1/2Rn＝tn2/tngRp＝tp2/tpg(公式1)滿足(公式2)中的每一個(gè)所述關(guān)系nn2＜nn1＜nng＜nanp2＜np1＜npg＜na0.35＜Vn＜0.750.35＜Vp＜0.750.3＜Rn＜0.70.3＜Rp＜0.7 (公式2)
2.如權(quán)利要求1的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中條件1被滿足。
3.如權(quán)利要求2的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述有源層包含In、Ga和As且包含一個(gè)不與襯底晶格匹配的應(yīng)變量子阱層。
4.如權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足以下公式λ＜txnλ＜txp
5.如權(quán)利要求2至4的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中假設(shè)所述第一光導(dǎo)層的折射率為ngn且所述第二光導(dǎo)層的折射率為ngp，波長(zhǎng)為λ(nm)，滿足下列公式0.5×[λ/(4×ngn)]nm＜tgn＜1.5×[λ/(4×ngn)]nm0.5×[λ/(4×ngp)]nm＜tgp＜1.5×[λ/(4×ngp)]nm
6.如權(quán)利要求2至5的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足下列公式sn＜0.5sp＜0.5
7.如權(quán)利要求2至6的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足下列公式sn-xn＜0.4sp-xp＜0.4
8.如權(quán)利要求2至7的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足下列公式0.3＜tsn/tgn0.3＜tsp/tgp
9.如權(quán)利要求2至8的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足下列公式10nm＜tsn＜100nm10nm＜tsp＜100nm
10.如權(quán)利要求2至9的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足下列公式gn＝gp＝0
11.如權(quán)利要求2至10的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述有源層結(jié)構(gòu)中的所述阻擋層包含具有與所述襯底相同的導(dǎo)電類型的部分。
12.如權(quán)利要求11的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中對(duì)于具有與所述襯底相同的導(dǎo)電類型的阻擋層的部分的摻雜劑是Si。
13.如權(quán)利要求2至12的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中第一導(dǎo)電型第一覆層和第二導(dǎo)電型第一覆層的至少一層中的摻雜水平在各自的層內(nèi)是不均勻的。
14.如權(quán)利要求2至13的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中存在包含AltGa1-tAs的層，于所述第一覆層和所述第二覆層之間，表現(xiàn)至少一種導(dǎo)電類型，且其Al的成分t從所述第一覆層表面到所述第二覆層表面逐漸從xn增加到sn或從xp增加到sp。
15.如權(quán)利要求2至14的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足下列公式xn＝xpsn＝sptsn＝tspgn＝gptgn＝tgp
16.如權(quán)利要求2至15的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中在空穴方向上對(duì)于所述有源層電流注入不以固定的寬度進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求16的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中在所述裝置的至少一個(gè)光發(fā)射點(diǎn)附近擴(kuò)展電流注入溝道的寬度。
18.如權(quán)利要求17的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中在所述裝置的至少一個(gè)發(fā)光點(diǎn)附近的電流注入溝道的寬度Wexp相對(duì)于所述裝置中最窄的電流注入通道Wstd滿足下列公式1.5＜Wexp/Wstd＜5.0
19.如權(quán)利要求2至18的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述第二導(dǎo)電型第一覆層包含第二導(dǎo)電型上第一覆層和第二導(dǎo)電型下第一覆層的兩層，所述第二導(dǎo)電型上第一覆層和所述電流阻擋層形成電流注入?yún)^(qū)，且此外提供接觸層。
20.如權(quán)利要求2至19的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中半導(dǎo)體發(fā)光裝置是半導(dǎo)體激光器。
21.如權(quán)利要求20的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述半導(dǎo)體激光器是以單橫模運(yùn)行的半導(dǎo)體激光器。
22.如權(quán)利要求2至21的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述第一導(dǎo)電型是n型且所述第二導(dǎo)電型是p型。
23.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置模塊，包含如權(quán)利要求2至22的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置和在所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置的發(fā)光端的表面上的光纖。
24.如權(quán)利要求23的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置模塊，其中所述光纖的頂端有光聚焦效應(yīng)且制作以直接光連接至所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置的前小面。
25.如權(quán)利要求1至24的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中條件2被滿足。
26.如權(quán)利要求25的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中在所述主峰出現(xiàn)的角度是P(Ivmain)且兩個(gè)極值強(qiáng)度Ivsub-和Ivsub+出現(xiàn)的所述副峰的角度分別是P(Ivsub-)和P(Ivsub+)的情況中，以下的公式分別被滿足|P(IVmain)-P(IVsub-)|＞40度|P(IVsub+)-P(IVmain)|＞40度|P(IVsub+)-P(IVsub-)|＞80度
27.如權(quán)利要求25或26的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中從所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置發(fā)射的主峰的輻射圖案中，在所述襯底的水平方向上的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案僅存在一個(gè)極值(所述FFPH)。
28.如權(quán)利要求27的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中在所述襯底的平行方向上的遠(yuǎn)場(chǎng)圖案(所述FFPH)的最大強(qiáng)度是IHmain，且具有最大強(qiáng)度的峰的出現(xiàn)的角度是P(IHmain)的情況中，以下公式被滿足|P(Ivmain)-P(IHmain)|＜5度
29.如權(quán)利要求25至28的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述振蕩波長(zhǎng)λ(nm)滿足下列公式900nm＜λ＜1350nm
30.如權(quán)利要求25至29的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述裝置沒(méi)有多個(gè)光發(fā)射點(diǎn)。
31.如權(quán)利要求25至30的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中假設(shè)所述第一導(dǎo)電型第一覆層的平均折射率為Nxn，所述第一導(dǎo)電型第二覆層的平均折射率為Nsn，所述有源層結(jié)構(gòu)的平均折射率為Na，所述第二導(dǎo)電型第二覆層的平均折射率為Nsp，所述第二導(dǎo)電型第一覆層的平均折射率為Nxp，諸折射率滿足下列公式Nsn＜Nxn＜NaNsp＜Nxp＜Na
32.如權(quán)利要求31的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述光導(dǎo)層存在于所述有源層結(jié)構(gòu)的至少一表面上，且在所述光導(dǎo)層的折射率是Ng，各自的層的折射率滿足以下公式Nsn＜Nxn＜Ng＜NaNsp＜Nxp＜Ng＜Na
33.如權(quán)利要求25至32的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述襯底包含GaAs，且所述第一導(dǎo)電型第一覆層的至少一部分，所述第一導(dǎo)電型第二覆層的至少一部分，所述第二導(dǎo)電型第二覆層的至少一部分，和所述第二導(dǎo)電型第一覆層的至少一部分包含Al、Ga和As。
34.如權(quán)利要求25至32的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述襯底包含GaAs，且所述第一導(dǎo)電型第一覆層的至少一部分，所述第一導(dǎo)電型第二覆層的至少一部分，所述第二導(dǎo)電型第二覆層的至少一部分，和所述第二導(dǎo)電型第一覆層的至少一部分包含In、Ga和P。
35.如權(quán)利要求25至34的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述有源層結(jié)構(gòu)包含應(yīng)變量子阱層，且所述量子阱層包含In、Ga和As。
36.如權(quán)利要求25至35的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述第一導(dǎo)電型是n型，所述第二導(dǎo)電型是p型。
37.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置模塊，包含如權(quán)利要求25至36的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置和在所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置的發(fā)光端的表面上的光纖。
38.如權(quán)利要求37的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述光纖的頂端具有光聚焦效應(yīng)且制作以直接光連接至所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置的前小面。
39.如權(quán)利要求1至38的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足條件3。
40.如權(quán)利要求39的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足以下公式0.4＜Vn＜0.6
41.如權(quán)利要求39或40的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足以下公式0.4＜Vp＜0.6
42.如權(quán)利要求39至41的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足以下公式0.35＜Rn＜0.55
43.如權(quán)利要求39至42的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足以下公式0.35＜Rp＜0.55
44.如權(quán)利要求39至43的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足以下公式nn1＝np1nn2＝np2nng＝npgVp＝VnRn＝Rp
45.如權(quán)利要求39至44的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足以下公式40nm＜tng＜100nm
46.如權(quán)利要求39至45的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中滿足以下公式40nm＜tpg＜100nm
47.如權(quán)利要求39至46的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述襯底包含GaAs，且所述第一導(dǎo)電型第一覆層的至少一部分，所述第一導(dǎo)電型第二覆層的至少一部分，所述第二導(dǎo)電型第二覆層的至少一部分，和所述第二導(dǎo)電型第一覆層的至少一部分包含Al、Ga和As。
48.如權(quán)利要求39至47的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中述襯底包含GaAs，且所述第一導(dǎo)電型第一覆層的至少一部分，所述第一導(dǎo)電型第二覆層的至少一部分，所述第二導(dǎo)電型第二覆層的至少一部分，和所述第二導(dǎo)電型第一覆層的至少一部分包含In、Ga和P。
49.如權(quán)利要求39至48的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述第一導(dǎo)電型第一覆層和第二導(dǎo)電型第一覆層均包含AlxGa1-xAs材料系統(tǒng)，且所述兩層的Al組分x滿足以下公式0.15＜x＜0.25
50.如權(quán)利要求39至49的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述第一導(dǎo)電型第二覆層和第二導(dǎo)電型第二覆層均包含AlsGa1-sAs材料系統(tǒng)，且所述兩層的Al組分s滿足以下公式0.3＜s＜0.45
51.如權(quán)利要求39至50的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中在所述第一覆層和所述第二覆層之間存在顯示至少一種導(dǎo)電類型的過(guò)渡層，該過(guò)渡層具有的帶隙在所述第一覆層的表面上接近所述第一覆層且在所述第二覆層的表面上接近所述第二覆層。
52.如權(quán)利要求39至51的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述第一光導(dǎo)層和第二光導(dǎo)層均包含GaAs。
53.如權(quán)利要求39至52的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述有源層結(jié)構(gòu)包含應(yīng)變量子阱層且所述量子阱層包含In、Ga和As。
54.如權(quán)利要求39至53的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述有源層結(jié)構(gòu)中的阻擋層包含具有與所述襯底相同的第一導(dǎo)電型的部分
55.如權(quán)利要求54的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述阻擋層中的摻雜劑是Si。
56.如權(quán)利要求39至55的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中摻雜度在所述第一導(dǎo)電型第一覆層和所述第二導(dǎo)電型第一覆層的至少一層中的各自層內(nèi)是不均勻的。
57.如權(quán)利要求39至56的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述第一導(dǎo)電型為n型且所述第二導(dǎo)電型為p型。
58.如權(quán)利要求39至57的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述第二導(dǎo)電型第一覆層包括第二導(dǎo)電型上第一覆層和第二導(dǎo)電型下第一覆層的兩層，所述第二導(dǎo)電型上第一覆層和電流阻擋層形成電流注入?yún)^(qū)，且還提供接觸層。
59.如權(quán)利要求39至58的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置是半導(dǎo)體激光器。
60.如權(quán)利要求59的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中所述半導(dǎo)體激光以單橫模運(yùn)行。
61.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置模塊，包含如權(quán)利要求39至60的任意之一的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置和在所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置的發(fā)光端的表面上的光纖。
62.如權(quán)利要求61的所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置模塊，其中所述光纖的頂端具有光聚焦效應(yīng)且制作以直接連接至所述半導(dǎo)體發(fā)光裝置的前小面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠容易地光連接于光纖等的且具有出色的高功率運(yùn)行特性的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。通過(guò)控制覆層和光導(dǎo)層的厚度和折射率之間的關(guān)系提供該半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
文檔編號(hào)H01S5/20GK1695276SQ0382492
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者堀江秀善 申請(qǐng)人:三菱化學(xué)株式會(huì)社