專利名稱：半導體激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體激光器，且更具體而言，涉及一種具有條形脊結構的有效參數(shù)型半導體激光器。
背景技術：
圖2是示出具有條形脊結構的有效參數(shù)型半導體激光器的實例的示意性截面圖。此半導體激光器基于AlGaInP并設計為在DVD(數(shù)字視頻光盤)上進行記錄。
圖2所示的半導體激光器包括依次向上設置的n型GaAs襯底101、n型AlGaInP下覆層102、GaInP有源層103、p型AlGaInP上覆層104、和p型GaAs接觸層105。接觸層105和上覆層104的上部形成條形脊結構a。上覆層104(在脊a的底部和斜坡上展開)被掩埋膜b覆蓋，該掩埋膜b包括AlInP低折射率層106和GaAs抗氧化層107。接觸層105被上電極108覆蓋并與其連接，且襯底101設置有下電極109。包括低折射率層106和抗氧化層107的掩埋層b減少產(chǎn)生的激光束的內(nèi)部損耗，這公開在日本特許公開案第2002-198614號中(第3、9和10段)(此后稱為專利文件1)。
任何用作記錄用光學拾取器的半導體激光器都要求具有高輸出以提高記錄速度。圖3示出了上述基于AlGaInP的半導體激光器的L-I曲線(關于電流的光輸出特性)。從圖3中可以看出，半導體激光器在閾值以上通常幾乎與電流成比例地線性增加光輸出。不幸的是，增加的電流引起激光器的橫模從零階模(基模)移動到一階?；蚋唠A模。結果，光輸出不再線性增加。此現(xiàn)象稱為“拐點(kink)”(特別是高階模拐點)。發(fā)生此現(xiàn)象的光輸出(在圖3中由LK表示)稱為拐點水平。此拐點水平LK通常決定半導體激光器的最大輸出。
防止高階模拐點的條件通常由下面的公式(1)表示。
W≤λ02n12-n22---(1)]]>
其中，n1脊a的有效折射率n2掩埋膜b的有效折射率λ0激光束的波長W脊的寬度如圖2所示。
上述公式(1)給出了通過減小W(脊的寬度)的值或者通過減小n1-n2(兩個有效折射率之間的差)的值而防止高階模的可能方法。為了實施上述實施例，提出了通過以具有3.4到3.55的折射率的AlGaAs半導體層取代AlINP低折射率層106而改進圖2所示的半導體激光器的想法。這種改進引起n1-n2的值減小到0.001到0.005，因此使得容易獲得基模。(見專利文件No.1。)除了上述兩者方法外，還有防止激光器橫模從零階模向高階模變化的第三種可能方法。通過提高掩埋膜中的高階模的吸收系數(shù)而實現(xiàn)此實施例。為此目的的實際結構在圖2中示出，其中使低折射率層(AlInP)106薄，從而也充當激光吸收層的抗氧化層(GaAs)107靠近有源層103。

發(fā)明內(nèi)容
然而，上述三種解決方法受到下面缺點的限制。
(1)縮窄脊的寬度(W)增加了半導體激光器脊處的電阻。這因此會在激光發(fā)射時產(chǎn)生熱，因此增加了脊處的折射率(n1)。這對截止條件是不利的。
(2)減小有效折射率(n1-n2)之間的差減小了半導體激光器的pn結處水平方向的發(fā)射角(θ11)。這使得輸出低于光學拾取器件所需。
(3)增加掩埋膜中的高階模的吸收系數(shù)對于高階模的吸收是有效的，但也導致與增加的系數(shù)成比例的零階模的吸收。這在圖4中示出，從該圖中可以看出零階模的吸收系數(shù)[α0]與一階模的吸收系數(shù)[α0]成比例。因此，如果如圖5所示通過減小低折射率層(AlInP)106的厚度而增加一階模(或高階模)的吸收，零階模的吸收也增加。因此第三個解決方法類似于第一種方法的情況，也涉及在脊中產(chǎn)生熱。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種防止生熱和由于高階模而導致的拐點，因此實現(xiàn)高輸出。
本發(fā)明涉及一種有效參數(shù)型半導體激光器，其具有依次向上設置的下覆層、有源層和上覆層，所述上覆層形成為條形脊結構，其中形成所述條形脊結構的底部和斜坡的所述上覆層用有由兩層或更多層低折射率層形成的層結構的掩埋層覆蓋，以防止激光的吸收，吸收振蕩波長激光的光吸收層插入在它們之間。
如上構造的半導體激光器勝過常規(guī)僅具有一個低折射率層的掩埋膜結構之處在于，掩埋膜具有小于一階(高階)模吸收系數(shù)的零階模吸收系數(shù)。因此具有如上構造的掩埋膜的半導體激光器提供了在掩埋膜中減小零階模的吸收并增加高階膜的吸收的優(yōu)點，因此抑制生熱并防止由高階模導致的拐點。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導體激光器防止了由于高階模導致的拐點，并因此實現(xiàn)了高的水平輸出。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導體激光器結構的截面圖；圖2是示出常規(guī)半導體激光器結構的截面圖；圖3是示出所述半導體激光器的L-I特性和拐點水平的圖；圖4是示出零階模吸收系數(shù)相對于一階模吸收系數(shù)的圖；圖5是示出一階模吸收系數(shù)對于低折射率層厚度繪制的圖。
具體實施例方式
將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明實施例的半導體激光器。
圖1是示出根據(jù)該實施例的半導體激光器結構的截面圖。此半導體激光器是用于在DVD(數(shù)字視頻光盤)上記錄的AlGaInP化合物半導體激光器。它是具有條形脊結構的有效參數(shù)型。
該半導體激光器包括依次向上設置的GaAs襯底1、下覆層2、下導層3、有源層4、上導層5、上覆層6、和接觸層7。整個接觸層7和上覆層6的上部(約1μm)形成條形脊結構a。
上覆層6(在脊a的底部和斜坡上展開)覆蓋有掩埋膜b1，其包括依次向上設置的第一低折射率層11、光吸收層12、第二低折射率層13和抗氧化層14。疊層結構的掩埋膜b1構成本發(fā)明的中心特征。而且，掩埋膜b1以使得構成脊頂部的接觸層7暴露的方式形成。
在掩埋層b1上是與接觸層7的上部接觸的上電極15。在GaAs襯底1的反面是下電極16。
下面將更詳細地描述如上述設置的每一層。
下覆層2(設置在GaAs襯底1上)由n型AlGaInP形成，其具有(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的組分。用于晶格匹配的緩沖層可以設置在GaAs襯底1與下覆層2之間，盡管在圖1中未將其示出。該緩沖層可以由n型GaInP或其中Al組分小于下覆層2中的Al組分的n型AlGaInP形成。
下導層3由n型AlGaInP形成，其具有(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P的組分。
有源層4由GaInP形成。
上導層5由p型AlGaInP形成，其具有與下導層3相同的(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P的組分。
上覆層6由p型AlGaInP形成，其具有與下覆層2相同的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的組分。
接觸層7由p型GaAs形成。用于晶格匹配的緩沖層可以設置在上覆層6與GaAs接觸層7之間，盡管在圖1中未將其示出。該緩沖層可以由p型GaInP或其中Al組分小于上覆層6中的Al組分的p型AlGaInP形成。
構成本發(fā)明特征的掩埋層b1包括下述層。
第一低折射率層11是非吸收層，其防止由半導體激光器的有源層4所產(chǎn)生的激光束的吸收。其由n型AlInP[AlxIn(1-x)P]形成。此材料應該具有Al0.5In0.5P的組分，從而其形成不吸收激光束的非吸收層。
第一低折射率層11也可以由其中Ga組分稍微減小的n型AlGaInP[AlxGa(1-x)InP]或者其中Ga組分稍微減小的n型AlGaAs[AlxGa(1-x)As]形成。如果這些材料具有適當控制的組分，它們也形成不吸收激光束的非吸收層。
第一低折射率層11應該具有盡量小的厚度t1，比如說不大于500nm，優(yōu)選不大于100nm。小厚度允許光吸收層12設置得靠近有源層4。
光吸收層12吸收由半導體激光器的有源層4產(chǎn)生的激光束。其由n型GaAs形成。作為選擇，其也可以由其中Al組分很小的n型AlGaAs[AlxGa(1-x)As]形成。光吸收層12應該極薄，比如說如果其由n型GaAs形成的話，1-20nm，優(yōu)選1-10nm，典型地1.5nm。
第二低折射率層13可以由與用于第一低折射率層11相同的材料形成。其也可以由不同于用于第一低折射率層11的材料形成。第二低折射率層13的厚度應該約為200nm。
抗氧化層14由n型GaAs形成。由于GaAs是形成上述光吸收層12的材料，抗氧化層14也充當光吸收層?？寡趸瘜?4的厚度應該約為200nm，此厚度足夠防止氧化。
而且，可以在第一低折射率層11下設置GaAs層(未示出)。此GaAs層有助于提高在第一低折射率層11上再次生長的層的結晶度。其也充當光吸收層。
如上述構造的半導體激光器具有覆蓋脊a的底部和斜坡的掩埋膜b1。該掩埋膜b1包括依次設置的第一低折射率層11、第二低折射率層13和光吸收層12。分層結構的掩埋膜優(yōu)于常規(guī)僅具有一個低折射率層的單層結構掩埋膜。優(yōu)點在于下面所述的零階模吸收系數(shù)低于一階模(或高階模)吸收系數(shù)。
下面的表1示出了雙層結構的掩埋膜b1(根據(jù)本發(fā)明實施例包括兩個低折射率層)的零階模和一階模吸收系數(shù)如何不同于圖2所示的單層結構的掩埋膜b(根據(jù)常規(guī)技術包括一個低折射率層)的零階模和一階模吸收系數(shù)。而且，雙層結構的掩埋膜b1具有350nm的(t1+t2)總厚度。
表1(根據(jù)本實施例的結構)

低折射率模的總厚度(t1+t2)為350nm。
(根據(jù)常規(guī)技術的結構)

表1所示的結果在圖4中圖示出。
從表1和圖4可以看出，根據(jù)本發(fā)明實施例的結構對零階模和一階模具有低于根據(jù)常規(guī)技術的結構的吸收系數(shù)。
具有如上述構造的掩埋膜b1的半導體激光器具有保持零階模吸收系數(shù)低于一階模(高階模)吸收系數(shù)的優(yōu)點。換句話說，掩埋膜b1發(fā)揮保持零階模吸收低的作用，因此提高對高階模的吸收。結果是半導體激光器實現(xiàn)更高輸出。
上述實施例采取的是掩埋膜b1包括第一和第二低折射率層11和13以及插入在所述兩層11和13之間的光吸收層12。然而，本發(fā)明不限于這樣的分層結構；其也可以包括三層或更多層低折射率層，光吸收層12插入在它們之間。此外，低折射率層和光吸收層可以由不同材料形成或者形成為不同結構。
此外，在上述實施例中設想本發(fā)明適用于具有AlGaInP覆層的半導體激光器。然而，本發(fā)明也可以用于任何具有條形脊結構的有效參數(shù)型半導體激光器。在這種情況下，如果低折射率層11和13與光吸收層12由適合期望波長的適當材料形成，將產(chǎn)生與上述相同的效果。例如，在本發(fā)明應用于具有AlGaAs覆層的半導體激光器的情況下，低折射率層11和13可以由具有適當控制組分以防止它們吸收激光束的AlInP、AlGaInP或AlGaAs形成，且光吸收層12可以由具有適當控制組分的GaAs或AlGaAs形成以允許它們吸收激光束。
本領域的技術人員應該理解，可以在權利要求及其等同物的范疇內(nèi)根據(jù)設計需要和其他因素進行各種改進、組合、子組合和變化。
本發(fā)明包含2005年2月17日向日本專利局提交的日本專利申請JP2005-040462的主題，其整個內(nèi)容引用在此處作為參考。
權利要求
1.一種有效參數(shù)型半導體激光器，其具有依次向上設置的下覆層、有源層和上覆層，所述上覆層形成為條形脊結構，其中形成所述條形脊結構的底部和斜坡的所述上覆層用由兩層或更多層低折射率層形成的分層結構的掩埋層覆蓋，以防止激光的吸收，吸收振蕩波長激光的光吸收層插入在它們之間。
2.如權利要求1所述的半導體激光器，其中所述上覆層由AlGaInP形成，所述光吸收層由GaAs或AlGaAs形成，且所述低折射率層由AlInP、AlGaInP或AlGaAs形成。
3.如權利要求1所述的半導體激光器，其中所述上覆層由AlGaAs形成，所述光吸收層由GaAs或AlGaAs形成，且所述低折射率層由AlInP、AlGaInP或AlGaAs形成。
4.如權利要求1所述的半導體激光器，其中所述掩埋層具有所述光吸收層作為其最上層，所述光吸收層也充當抗氧化層。
5.如權利要求1所述的半導體激光器，其中所述掩埋層具有所述光吸收層作為其最下層，所述光吸收層也充當提高結晶度的層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有效參數(shù)型半導體激光器，其具有依次向上設置的下覆層、有源層和上覆層，所述上覆層形成為條形脊結構，其中形成所述條形脊結構的底部和斜坡的所述上覆層用由兩層或更多層低折射率層形成的層結構的掩埋層覆蓋，以防止激光的吸收，吸收振蕩波長激光的光吸收層插入在它們之間。該半導體激光器防止由于高階模式所導致的拐點，并因此而實現(xiàn)高的輸出水平。
文檔編號H01S5/323GK1822458SQ20061000858
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月17日 優(yōu)先權日2005年2月17日
發(fā)明者我妻新一, 內(nèi)田史朗 申請人:索尼株式會社