半导体激光器件及其设计方法技术

一种半导体激光器件包括第一导电型敷层、有源层、第二导电型敷层和电流阻挡层。设定有效折射率之差值Δｎ和开口宽度Ｗ［μｍ］，使之满足一预定关系。通过选择电流阻挡层的Ａ１的组分比和开口两侧第二导电型敷层的厚度，可设定实折射率之差值Δｎ。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为1997年3月28日，申请号为9709946.4，专利技术名称为“”的分案申请。在这种有效折射率导向型半导体激光器件中，认为当有效折射率差值大到某种程度时，横向模是稳定的。例如在上述资料中，有效折射率差值约为5×10-3。然而，在上述应用透明电流阻挡层的有效折射率导向型半导体激光器件中，难以以基本的横向模激光产生更大的光输出功率。再者，在上述的有效折射率导向型半导体激光器件中，可以减小腔内损耗，故能得到很大的光输出功率。然而，当把该半导体激光器件应用于光头作为可重写光盘诸如磁光盘或相变盘的光源时，就要求半导体激光器件实现更大的光输出功率。此外，在高于四倍速度作写操作时，相对于激光器件的输出功率，希望以基本横向模激光产生的最大光输出功率不小于70mw，而沿水平方向的水平光束发散角θH不小于6.5°，以便在光头携带半导体器件的情况下减小噪声特性等。本专利技术的另一个目的是提供一种能以基本的横向模激光提高最大光输出功率并增大沿水平方向的水平光束发散角θH的。根据本专利技术的半导体激光器件包括第一导电型包层、有源层、第二导电型敷层和电流阻挡层，电流阻挡层具有预定宽度的条形开口用来限定电流路径并形成该电流路径，且其带隙大于第二导电型敷层的带隙，其折射率依次小于第二导电型敷层的折射率，第二导电型敷层有一平坦部分且在其上有一条状脊形部分(ridge portion)，该脊形部分定位于电流阻挡层的开口内，如此形成电流阻挡层以覆盖住平坦部分的上表面和脊形部分的侧表面，而且，激有源层中对应于开口的区域(即发光区中面向开口的区域或/和发光区中包括开口的区域)的有效折射率与有源层中对应于开口两侧的区域(即发光区中面向开口两侧的区域或/和发光区中包括开口两侧的区域)的有效折射率之间的差值Δn以及这宽度W满足下述关系Δn≥2×10-3，W≤-1.6×10-3×Δn+9.3，以及W≥3.0这样，就提供了一种所谓的脊形波导型(ridge wave guided)半导体激光器件。离开有源层某一距离的脊形部分的宽度可以随该距离的增大而减小。在该半导体激光器件中，能以小的工作电流以和基本横向模激光获得大的光输出功率。例如，可获得不小于100mw的光输出功率。由于有效折射率之间的差值Δn不小2×10-3，因此可保持一种良好的有效折射率导向型结构。因开口宽度W不小于3.0μm，故有高可靠性。有效折射率之间的差值Δn与开口宽度W满足下述关系则更好。W≤-1.5×10-3×Δn+8.55这样，就能以基本横向模激光得到不小于150mw的光输出功率。第一导电型敷层可以是AlxGa1-xAs，有源层可以是AlqGa1-qAs(1＞x＞q≥0)，第二导电型敷层可以是AlyGa1-yAs(y＞q)，而电流阻挡层可以是AlzGa1-zAs。此时，能以小的工作电流和基本横向模激光得到大的光输出功率。例如，能以基本横向模激光得到不小于100mw的光输出功率。通过选择电流阻挡层的Al的组分比z和开口两侧第二导电型敷层的厚度，可以设定有效折射率之间的差值Δn。第一导电型敷层的Al的组分比x和第二导电型敷层的Al的组分比y，最好是既不小于0.4，又不大于0.6。电流阻挡层的Al的组分比z最好大于第二导电型敷层的Al的组分比y。若电流阻挡层的Al的组分比z与第二导电型敷层的Al的组分比y之差不小于0.02，则更好。在这种情况下，就能容易地在有效折射率之间实现很好的差值。电流阻挡层的Al的组分比z最好不大于0.6，这样就提高了电流阻拦层的结晶性，由此还提高了形成于电流阻挡层上的一层的结晶性，因而能提供高可靠性的半导体激光器件。电流阻挡层最好至少包括一第一导电型层。这样，电流阻挡层中的第一导电型层与第二导电型敷层的导电类型相反，由此可实现充分的电流阻挡作用。电流阻挡层可以只用第一导电型层构成。电流阻挡层可以包括形成于有源层上的第一层和形成于该第一层上的第二层，第二层可以是第一导电型，而第一层的杂质浓度可以比第二层的杂质浓度低。在这种情况下，可防止杂质从电流阻挡层扩散入有源层。特别是，第一层最好是一种非掺杂层。若用第一导电层构成电流阻挡层，则离有源层某一距离的电流阻挡层的杂质浓度可以随距离的缩短而降低。在第二导电型敷层中可以存在诸如阻止蚀刻层之类厚度不大于300的另外一层，因为这几乎不影响有效折射率之间的差值。此外，可以在电流阻挡层上设置一吸收激光光线的第一导电型电流阻挡层。最好在第一导电型半导体衬底上形成第一导电型敷层。在AlGaAs系半导体激光器件中，最好使用GaAs衬底。有源层可以拥有一种由单量子阱层构成的单量子阱结构，可以拥有一种由交替堆迭量子阱层与阻挡层构成的多量子阱结构，或者可以是一种无量子效应的单层结构。AlGaAs系半导体激光器件的多量子阱结构可以包括由AlqGa1-qAs(1＞x＞q≥0，1＞y＞q≥0)构成的量子阱层和由AlpGa1-pAs(x≥p＞q，y≥p＞q)构成的阻挡层。半导体激光器件能以基本横向模激光获得不低于100mw光输出功率为较佳，而半导体激光器件能以基本横向模激光获得不低于150mw光输出功率则更佳。根据本专利技术另一方面的半导体激光器件的设计方法是一种设计半导体激光器件的方法，该激光器件包括依次由AlxGa1-xAs构成的第一导电型敷层、由AlqGa1-qAs(1＞x＞q≥0)构成的有源层、由AlyGa1-yAs(y＞q)构成的第二导电型敷层及电流阻挡层，该电流阻挡层有一预定宽度的条形开口用来限制电流路径并形成该电流路径，并由AlzGa1-zAs(1≥z＞y)构成，它包括以下几个步骤设定有源层中对应于开口的区域内有效折射率与有源层中对应于开口两侧区域内的有效折射率之间的差值Δn以及开口宽度W，以便以基本横向模激光获得预定的光输出功率；以及选择电流阻挡层的Al的组分比z和开口两侧第二导电型敷层的厚度，以便得到有效折射率之间的差值Δn。这样，所构成的半导体激光器件就以小的工作电流和基本横向模激光获取大的光输出功率。设定步骤最好包括设定有效折射率之间的差值Δn以及开口宽度W的步骤，以满足下述关系Δn≥2×10-3，以及W≤-1.6×103×Δn+9.3这样，所构成的半导体激光器件就以基本横向模激光获取不小于100mw的光输出功率。设定步骤更好的是包括设定有效折射率之间的差值Δn和开口宽度W以满足下述关系的步骤W≤-1.5×103×Δn+8.55这样，所构成的半导体激光器件就以基本横向模激光获取不小于150mw的光输出功率。设定步骤最好包括把开口宽度W设定不小于3.0μm的步骤，这样就得到了高可靠性的半导体激光器件。第二导电型敷层可以依次包括一平坦部分和在其上面的一条状脊形部分，脊形部分可以定位在电流阻挡层的开口内，而且如此形成电流阻挡层以覆盖住平坦部分的上表面和脊形部分的侧表面。这样，就提供了一种所谓的脊形波导型半导体激光器件。离有源层某一距离的脊形部分的宽度可随距离的增大而减小。根据本专利技术还有一方面的半导体激光器件，包括第一导电型敷层、有源层、第二导电型敷层和电流阻挡层，电流阻挡层具有一预定宽度的条形开口用以限制电流路径并形成该电流路径，且其带隙大于第二导电型敷层的带隙，其折射率则小于第二导电型敷层的折射率，第二导电型敷层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器件，其特征在于，依次包括： 第一导电型敷层； 有源层； 第二导电型敷层；以及 电流阻挡层，所述电流阻挡层是对激光透明的层，其具有预定宽度的条形开口用于限制电流路径并形成该电流路径，其带隙大于所述第二导电型敷层的带隙，其折射率小于所述第二导电型敷层的折射率， 所述第二导电型敷层有一平坦部分和在所述平坦部分上的条形脊形部分， 所述脊形部分被限定位于所述电流阻挡层的所述开口内， 如此形成所述电流阻挡层以覆盖住所述平坦部分的上表面和所述脊形部分的侧表面， 所述有源层中对应于所述开口的区域内的有效折射率与所述有源层中对应于所述开口两侧的区域内的有效折射率之差值Δｎ以及所述开口宽度Ｗ［μｍ］满足下列关系： ２．４×１０↑［－３］≤Δｎ≤３．５×１０↑［－３］， Ｗ≥２．５， Ｗ≤－１．３３×１０↑［３］×Δｎ＋８．７２３，以及 Ｗ≤２．２５×１０↑［３］×Δｎ－２．８。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林伸彦，井手大辅，茨木晃，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]