CN100336274C - 半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是减小垂直光束扩展角并减少高输出工作时的端面恶化，通过改善朝向散热体一侧的热移动来提高高输出工作时的可靠性。本发明的半导体激光器具备：具有一个主面的热沉24；在该热沉24的主面上配置的n-AlGaAs包层30；在该n-AlGaAs包层30上配置的AlGaAs有源层34；以及在该AlGaAs有源层34上配置的p-AlGaAs包层38，使AlGaAs有源层34的热沉24一侧的主面与n-AlGaAs包层30的热沉24一侧的主面之间的有效折射率和热阻分别比AlGaAs有源层34的与热沉24相反一侧的主面与p-AlGaAs包层38的与热沉24相反一侧的主面之间的有效折射率和热阻小。

Description

半导体激光器
技术领域
本发明涉及半导体激光器，特别是涉及具备散热体并进行高输出工作的半导体激光器。
背景技术
对光信息处理用的光源或光通信的信号源或作为光纤放大器的激励光源的半导体激光器要求高输出工作。此外，即使作为金属的熔接或切断中使用的固体激光器、例如YAG激光器的激励用光源，也对半导体激光器要求高输出工作。在这样的高输出工作中，改善扭曲(kink)电平及减少纵横比是不可缺少的。
作为现有的半导体激光器的已知例，示出了下述的结构：在具有脊形波导的半导体激光器中，通过从有源层看使厚度方向的折射率分布呈非对称来防止作为扭曲发生的原因的高次模式的发生，由此可进行高速工作，此外，使下包层的折射率比上包层的折射率大，从而在有源层的上下使被引导的光的光强度分布偏移到衬底一侧，使得在下包层中分布较多的光，结果，减少了纵横比(例如，参照专利文献1，段落编号〔0017〕和图2)。
再者，作为另一半导体激光器的已知例，公开了下述的结构：通过在散热体一侧的包层上设置高折射率的引导层，使光的分布在整体上靠近散热体一侧的包层，由此降低有源层附近的光密度，提高COD(光学损伤)电平以谋求高功率化(例如，参照专利文献2，段落编号〔0014〕和图1)。
再者，作为另一半导体激光器的已知例，公开了下述的结构：利用由3元系混晶、例如AlInP和GaInP的各薄膜半导体的周期性层叠得到的超晶格结构的4元系包层构成与进行短波长振荡的AlGaInP等的4元系半导体激光器的有源层相接而设置的至少一个包层，由此，通过降低混晶的尺寸来减少因混晶中的无序产生的散射，以提高热传导率(例如，参照专利文献3，段落编号〔0011〕～〔0013〕和图1)。
【专利文献1】特开平11-233883号公报
【专利文献2】特开平7-38193号公报
【专利文献3】特开平7-170017号公报
但是，在伴随高输出工作的半导体激光器中，由于如何将在激光器芯片中发生的热有效地传递给散热体成为重要的课题，故不仅单单改善扭曲电平及减少纵横比成为重要的课题，而且使所发生的热传递给散热体用的构成半导体激光器的材料的热传导率分布也成为重要的课题。
另一方面，在半导体激光器中使用的化合物半导体中，其组成与折射率密切地相关，同时与热传导率也密切地相关。
例如，根据A.Afromowitz，“Thermal conductivity of Ga1-xAlxAsalloys”，J.Appl.Phys.，Vol.44，No.3，March 1973，pp.1292-1294，在AlGaAs的情况下，随着Al组成比接近于0.5，热传导率下降。因此，根据在散热体一侧配置的包层和不在散热体一侧配置的包层的折射率的安排，有时成为对于使热移动到散热体来说不利的结构。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题而进行的，其第1目的在于提供既减小垂直光束扩展角并减少高输出工作时的端面恶化、又通过改善朝向散热体一侧的热传导来提高高输出工作时的可靠性的半导体激光器。
与本发明有关的半导体激光器具备：具有一个主面的散热体；第1导电类型的第1半导体层，被配置在该散热体的主面上，具有与该散热体的主面对置的第1主面和与该第1主面互相对置的第2主面；有源层，被配置在该第1半导体层的第2主面上，具有与第1半导体层的第2主面对置的第1主面和与该第1主面互相对置的第2主面；以及第2导电类型的第2半导体层，被配置在该有源层的第2主面上，具有与有源层的第2主面对置的第1主面和与该第1主面互相对置的第2主面，同时，有源层的第1主面与第1半导体层的第1主面之间的有效折射率比有源层的第2主面与第2半导体层的第2主面之间的有效折射率低，而且，有源层的第1主面与第1半导体层的第1主面之间的热阻比有源层的第2主面与第2半导体层的第2主面之间的热阻小。
在与本发明有关的半导体激光器中，通过使相对于有源层处于散热体一侧的半导体层的有效折射率比相对于有源层不在散热体一侧的半导体层的有效折射率低，使光强度分布在相对于有源层不在散热体一侧扩大以减小纵横比，减小垂直光束扩展角以确保良好的高输出工作，同时通过使相对于有源层配置在散热体一侧的半导体层的热阻比相对于有源层不在散热体一侧配置的半导体层的热阻小，可实现至散热体一侧的良好的热传导。
附图说明
图1是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的示意图。
图2是示出与本发明有关的半导体激光器的半导体层的折射率分布的示意图。
图3是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的斜视图。
图4是图3的IV-IV剖面中的半导体激光器的剖面图。
图5是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图6是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的斜视图。
图7是图6的VII-VII剖面中的半导体激光器的剖面图。
图8是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图9是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图10是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图11是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的剖面图。
图12是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图13是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图14是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图15是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的剖面图。
图16是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图17是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图18是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图19是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的剖面图。
图20是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图21是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图22是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
具体实施方式
实施例1.
图1是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的示意图。图2是示出与本发明有关的半导体激光器的半导体层的折射率分布的示意图。
在该实施例1中，叙述也包含实施例2以下的实施例的基本的结构。
在图1中，半导体激光器10由作为散热体的热沉12和在该热沉12上配置的半导体激光元件13构成。对于半导体激光元件13来说，夹住有源层14层叠了半导体层16和半导体层18。在相对于有源层14与热沉12相反一侧配置了半导体层16，在相对于有源层14在热沉12一侧配置了半导体层18。
半导体层16由从与有源层14邻接的第1层起至离热沉12最远的第n层构成，第1层的层厚是ta1、热传导率是λa1、折射率是na1、...、第n-1层的层厚是tan-1、热传导率是λan-1、折射率是nan-1，第n层的层厚是tan、热传导率是λan、折射率是nan。
半导体层18由从与有源层14邻接的第1层起至离热沉12最近的第m层构成，第1层的层厚是tb1、热传导率是λb1、折射率是nb1、...、第m-1层的层厚是tbm-1、热传导率是λbm-1、折射率是nbm-1，第m层的层厚是tbm、热传导率是λbm、折射率是nbm。
再有，在各层中，将散热体一侧的主面定为第1主面，将与该第1主面互相对置的主面、即不在散热体一侧的主面定为第2主面。
半导体层16中的第n层例如是作为第2半导体层的p-包层，半导体层18中的第m层例如是作为第1半导体层的n-包层。
将本实施例1中的半导体层16和半导体层18构成为满足以下的2个条件(1)和(2)。即，
(1)半导体层18的热传导率比半导体层16的热传导率好。
(2)半导体层18的有效折射率比半导体层16的有效折射率低。
即，条件(1)在热阻与各层的层厚成比例、与热传导率成反比例时用式(1)来表示。即，
ta1/λa1+ta2/λa2+...+tan-1/λan-1+tan/λan＞tb1/λb1+tb2/λb2+...+tbm-1/λbm-1+tbm/λbm  ...(1)
此外，条件(2)如下述那样来规定。
现在，将各层中最低的折射率定为n min，用图2中示出的折射率分布来定义各层的折射率分布n(x)。
在此，将t定为各层的层厚的1/2。例如，在半导体层18的第1层中，t＝t b1/2，n(x)＝n b1。
而且，假定可用规格化频率V来近似有效折射率。规格化频率V可如式(2)那样来近似。即，
V＝(2π/λ)[n(x)2-nmin2]1/2t
 (2π/λ)[2nmin×Δn]1/2t           ...(2)
在此，Δn＝n(x)-nmin，λ是振荡波长。
因而，由于[Δn]1/2t的缘故，使各层的有效折射率带有特征。其结果，利用式(3)来表示条件式(2)。
[Δna1]1/2ta1+[Δna2]1/2ta2+...+[Δnan-1]1/2tan-1+[Δnan]1/2tan＞[Δnb1]1/2tb1+[Δnb2]1/2tb2+...+[Δnbm-1]1/2tbm-1+[Δnbm]1/2tbm                  ...(3)
如上所述，在与本发明的实施例1有关的半导体激光器中，由于被构成为相对于有源层配置在散热体一侧的半导体层的有效折射率、即在有源层的第1主面与半导体层18中的第m层的第1主面之间的有效折射率比相对于有源层配置在与散热体相反一侧的半导体层的有效折射率、即在有源层的第2主面与半导体层16中的第n层的第2主面之间的有效折射率低，故半导体激光器的光强度分布扩大到相对于有源层配置在与散热体相反一侧的半导体层中。即，通过光束扩大来降低光密度，这样就难以发生高输出时的端面恶化，可实现高输出工作，同时由于减小了垂直光束扩展角，故减小了纵横比。
再者，相对于有源层配置在散热体一侧的半导体层的热阻、即在有源层的第1主面与半导体层18中的第m层的第1主面之间的热阻比相对于有源层配置在与散热体相反一侧的半导体层的热阻、即在有源层的第2主面与半导体层16中的第n层的第2主面之间的热阻小，容易将在有源层附近发生的半导体激光器的发生热传递给散热体。
因而，可构成可实现高输出工作而且容易将伴随高输出工作的发生热传递给散热体的半导体激光器。进而可提供高输出工作的可靠性高的半导体激光器。
再有，在实施例2以下的实施例是根据该实施例1的基本的考虑更具体地构成的实施例。
实施例2.
图3是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的斜视图。图4是图3的IV-IV剖面中的半导体激光器的剖面图。
从实施例2至实施例5，以振荡波长处于810nm附近的固体激光器、例如以作为金属的熔接或切断中使用的YAG激光器的激励用光源使用的半导体激光器为例来说明。
在图3中，半导体激光器20由半导体激光元件22和作为散热体的CuW的热沉24形成。施加了斜线的部分是限制电流用的质子注入区26，该图3中的斜线不是表示剖面。被该质子注入区26夹住的部分是作为电流流过的区域的条形，用S表示条形的宽度。此外，在该半导体激光器20中，用L表示激光器共振器长度，用W表示激光器元件宽度。
例如在该实施例2中，激光器共振器长度L＝1000μm，激光器元件宽度W＝200μm，条形宽度S＝60μm。此外，热沉24的厚度为0.3mm。
在图4中，对于半导体激光元件22来说，配置了n-GaAs衬底28和在该n-GaAs衬底28的表面上从n-GaAs衬底28一侧起依次配置了作为第1半导体层的n-AlGaAs包层30(Al组成比x＝0.90，层厚t＝1.5μm)、作为第3半导体层的非掺杂AlGaAs引导层32(Al组成比x＝0.40，层厚t＝94nm)、AlGaAs有源层34(Al组成比x＝0.10，层厚t＝16nm)、作为第4半导体层的非掺杂AlGaAs引导层36(Al组成比x＝0.40，层厚t＝94nm)、作为第2半导体层的p-AlGaAs包层38(Al组成比x＝0.55，层厚t＝1.5μm)和p-GaAs接触层40。
对于限制电流用的质子注入区26来说，在元件宽度的中央留下作为电流流过的区域的条形而被配置在其两侧，在质子注入区26的深度方向上从p-GaAs接触层40的表面起直到p-AlGaAs包层38的厚度的中途注入了质子。
再者，在p-GaAs接触层40的表面上配置p电极42。
此外，在n-GaAs衬底28的背面一侧形成了n电极44，在该n电极44的表面上配置层厚约3μm的金电镀层46，利用焊锡来粘接该金电镀层46与热沉24。
该实施例2是相对于AlGaAs有源层34在热沉24一侧配置了n-GaAs衬底28的结朝上(J-UP)的组合。
其次，说明该实施例2的半导体激光器的工作。
按照H.C.Causey Jr.，D.D.Sell，and M.B.Panish，“Refractive indexof Ga1-xAlxAs between 1.2 and 1.8eV”，Appl.Phys.Lett.，Vol.24，No.2，15 January 1974，pp.63-65，AlGaAs类材料的折射率随Al组成比增加而单调地减少，对于Al组成比x来说，可用式(4)来表示折射率n(x)。
n(x)＝3.590-0.710x+0.091x2       ...(4)
半导体激光器20中的n-AlGaAs包层30的Al组成比为x＝0.90，由于p-AlGaAs包层38的Al组成比为x＝0.55，故如果从式(4)来计算折射率，则n-AlGaAs包层30的折射率为3.025，p-AlGaAs包层38的折射率为3.227。
因而，如果考虑非掺杂AlGaAs引导层32和非掺杂AlGaAs引导层36夹住AlGaAs有源层34、其折射率、层厚都呈对称结构，故由于相对于AlGaAs有源层34处于与热沉24相反一侧的非掺杂AlGaAs引导层36和p-AlGaAs包层38的有效折射率比相对于AlGaAs有源层34处于热沉24一侧的非掺杂AlGaAs引导层32和n-AlGaAs包层30的有效折射率高，故半导体激光器的光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的p-AlGaAs包层38一侧。
因此，由于垂直光束扩展角θv减小了，水平光束扩展角θh没有特别的变化，故作为垂直光束扩展角θv对于水平光束扩展角θh的比的纵横比减小了。
此外，由于在近视野像(NFP)的光束直径ω与光束扩展角之间存在反比例的关系，故如果垂直光束扩展角θv减小，则由于近视野像的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，可提高高输出工作时的激光二极管(以下称为LD)的可靠性。
再者，如果光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的p-AlGaAs包层38一侧，则通过减少了起因于n-AlGaAs包层30的自由载流子的吸收以减少光吸收，可提高斜率效率以进行高输出工作。
另一方面，按照前面叙述的Afromowitz的论文，示出了随着Al组成比从0增加，在0.5附近热阻率单调地增加，随着Al组成比从0.5附近起进一步增加，热阻率单调地减少。
在半导体激光器20中，由于相对于AlGaAs有源层34处于热沉24一侧的n-AlGaAs包层30的Al组成比为x＝0.90，相对于AlGaAs有源层34处于与热沉24相反一侧的p-AlGaAs包层38的Al组成比为x＝0.55，故可知n-AlGaAs包层30的热传导率比p-AlGaAs包层38的热传导率高。
按照W.B.Joice and R.W.Dixon，“Thermal resistance ofheterostructure lasers”，J.Appl.Phys.，Vol.46，No.2，February 1975，pp.855-862，可计算半导体激光器的热阻。
如果根据上述文献来计算半导体激光器20的热阻，则其热阻为21.54℃/W。
为了比较起见，如果使处于热沉24一侧的n-AlGaAs包层30的Al组成比与p-AlGaAs包层38的Al组成比相同，为x＝0.55，层厚当然与n-AlGaAs包层30的层厚t＝1.5μm相同，其它的规格与半导体激光器20相同来计算热阻，则该对称折射率结构的比较例1的热阻为21.90℃/W。
因而，与该实施例有关的半导体激光器20与使p-AlGaAs包层与n-AlGaAs包层的Al组成比为相同的比较例1的情况相比，可谋求约1.6％的热阻的降低。
变形例1
图5是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。由于图5的结构与图2的结构基本上相同，故图5的剖面位置也是图3的IV-IV剖面。再有，在各图中相同的符号表示相同或相当的意思。
图5中示出的半导体激光器50与半导体激光器20的不同点是，在n-AlGaAs包层30a中，将Al组成比定为x＝0.90，将层厚定为t＝0.4μm，在p-AlGaAs包层38a中，将Al组成比定为x＝0.55，将层厚定为t＝2.0μm。半导体激光器50的其他构成与半导体激光器20中的构成相同。
在半导体激光器20中也好，在半导体激光器50中也好，由于相对于AlGaAs有源层34处于与热沉24相反一侧的p-AlGaAs包层38和p-AlGaAs包层38a的折射率比相对于AlGaAs有源层34处于热沉24一侧的n-AlGaAs包层30和n-AlGaAs包层30a的折射率高，故光强度分布就扩大到处于与热沉24相反一侧的p-AlGaAs包层38和p-AlGaAs包层38a一侧。
因此，即使相对于AlGaAs有源层34处于热沉24一侧的n-AlGaAs包层稍微减薄，也不会受到n-GaAs衬底28的光学性影响。因此，在半导体激光器50中，将n-AlGaAs包层30a的Al组成比定为x＝0.90，将层厚定为t＝0.4μm。
此外，作为光强度分布扩大的一方的p-AlGaAs包层38a的Al组成比定为x＝0.55，为原来的状态，为了减少p-GaAs接触层40的光学性影响，将层厚加厚到t＝2.0μm。
半导体激光器50与半导体激光器20同样，n-AlGaAs包层30a的热传导率比p-AlGaAs包层38a的热传导率高。而且，在半导体激光器50中，由于n-AlGaAs包层30a的层厚比半导体激光器20的n-AlGaAs包层30的层厚薄，从AlGaAs有源层34到热沉24的距离短，故至热沉的热传导变得容易，可提高散热效果。
半导体激光器50的热阻约21.11℃/W。与比较例1的热阻相比，约下降3.6％，与半导体激光器20的热阻相比，约下降2.0％。
如上所述，在与本实施例有关的半导体激光器中，由于通过使相对于AlGaAs有源层配置在散热体一侧的n-AlGaAs包层的热传导比相对于AlGaAs有源层配置在与散热体相反一侧的p-AlGaAs包层的热传导好，容易将半导体激光器的发生热传递给散热体，同时将相对于AlGaAs有源层配置在散热体一侧的n-AlGaAs包层的折射率构成为比相对于AlGaAs有源层配置在与散热体相反一侧的p-AlGaAs包层的折射率低，故半导体激光器的光强度分布扩大到配置在与散热体相反一侧的p-AlGaAs包层一侧，纵横比减小了，此外，通过扩大光束直径来降低光密度，难以发生高输出时的端面恶化，可实现高输出工作。
再者，通过减少了起因于n-AlGaAs包层的自由载流子的吸收以减少光吸收，可提高斜率效率以进行高输出工作。
此外，因光强度分布扩大到处于与散热体相反一侧的p-AlGaAs包层一侧，故可减薄热沉一侧的n-AlGaAs包层的层厚，更容易进行至热沉的热传导，可提高散热效果。
因而，可构成能进行高输出工作而且容易将伴随高输出工作的发生热传递给散热体的半导体激光器。进而可提供高输出工作的可靠性高的半导体激光器。
实施例3.
图6是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的斜视图。图7是图6的VII-VII剖面中的半导体激光器的剖面图。
在图6中由半导体激光元件56和热沉24构成了半导体激光器54。
例如，在该实施例3中，激光器共振器长度L＝1000μm，激光器元件宽度W＝200μm，条形宽度S＝60μm。此外，热沉24的厚度为0.3mm。
在图7中，对于半导体激光元件56来说，配置了n-GaAs衬底28和在该n-GaAs衬底28的表面上从n-GaAs衬底28一侧起依次配置了作为第2半导体层的n-AlGaAs包层58(Al组成比x＝0.55，层厚t＝1.5μm)、作为第4半导体层的非掺杂AlGaAs引导层32(Al组成比x＝0.40，层厚t＝94nm)、AlGaAs有源层34(Al组成比x＝0.10，层厚t＝16nm)、作为第3半导体层的非掺杂AlGaAs引导层36(Al组成比x＝0.40，层厚t＝94nm)、作为第1半导体层的p-AlGaAs包层60(Al组成比x＝0.9，层厚t＝1.5μm)和p-GaAs接触层40。对于限制电流用的质子注入区26来说，在元件宽度的中央留下作为电流流过的区域的条形而被配置在其两侧，在质子注入区26的深度方向上从p-GaAs接触层40的表面起直到p-AlGaAs包层38的厚度的中途注入了质子。
再者，在p-GaAs接触层40的表面上配置p电极42。在该p电极42的表面上配置层厚约3μm的金电镀层46，利用焊锡来粘接该金电镀层46与热沉24。
此外，在n-GaAs衬底28的背面一侧形成了n电极44。
该实施例3是在热沉24一侧配置了在n-GaAs衬底28上形成的外延生长层的结朝下(J-DOWN)的组合。
其次说明该实施例3的半导体激光器的工作。
由于半导体激光器54中的p-AlGaAs包层60的Al组成比x＝0.90，n-AlGaAs包层58的Al组成比x＝0.55，故如果从式(4)来计算折射率，则p-AlGaAs包层60的折射率为3.025，n-AlGaAs包层58的折射率为3.227。
因而，如果考虑非掺杂AlGaAs引导层32和非掺杂AlGaAs引导层36夹住AlGaAs有源层34、其折射率、层厚都呈对称结构，故由于相对于AlGaAs有源层34处于与热沉24相反一侧的非掺杂AlGaAs引导层32和n-AlGaAs包层58的有效折射率比相对于AlGaAs有源层34处于热沉24一侧的非掺杂AlGaAs引导层36和p-AlGaAs包层60的有效折射率高，故半导体激光器的光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的n-AlGaAs包层58一侧。
因此，垂直光束扩展角θv减小了，纵横比减小了。此外，由于近视野像(NFP)的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，可提高高输出工作时的LD的可靠性。
在半导体激光器54中，由于相对于AlGaAs有源层34处于热沉24一侧的p-AlGaAs包层60的Al组成比x＝0.90，相对于AlGaAs有源层34处于与热沉24相反一侧的n-AlGaAs包层58的Al组成比x＝0.55，故可知p-AlGaAs包层60的热传导率比n-AlGaAs包层58的热传导率高。
如果计算半导体激光器54的热阻，则为9.06℃/W。
为了比较起见，如果使处于热沉24一侧的p-AlGaAs包层的Al组成比与n-AlGaAs包层58的Al组成比相同，为x＝0.55，使层厚与p-AlGaAs包层60的层厚t＝1.5μm相同，其它的规格与半导体激光器54相同来计算热阻，则该对称折射率结构的比较例2的热阻为9.54℃/W。
因而，与该实施例有关的半导体激光器54与使p-AlGaAs包层与n-AlGaAs包层的Al组成比为相同的比较例2的情况相比，可谋求约5.0％的热阻的降低。
变形例2
图8是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。由于图8的结构与图6的结构基本上相同，故图8的剖面位置也是图6的VII-VII剖面。
图8中示出的半导体激光器70与半导体激光器54的不同点是，在p-AlGaAs包层60a中，将Al组成比定为x＝0.90，将层厚定为t＝0.4μm，在n-AlGaAs包层58a中，将Al组成比定为x＝0.55，将层厚定为t＝2.0μm。半导体激光器70的其它的结构与半导体激光器54的其它的结构相同。
在半导体激光器54中也好，在半导体激光器70中也好，由于相对于AlGaAs有源层34处于与热沉24相反一侧的n-AlGaAs包层58和n-AlGaAs包层58a的折射率比相对于AlGaAs有源层34处于热沉24一侧的p-AlGaAs包层60和p-AlGaAs包层60a的折射率高，故光强度分布就扩大到处于与热沉24相反一侧的n-AlGaAs包层58和n-AlGaAs包层58a一侧。因此，即使相对于AlGaAs有源层34处于热沉24一侧的n-AlGaAs包层稍微减薄，也不会受到p-GaAs接触层40的光学性影响。因此，在半导体激光器70中，将p-AlGaAs包层60a的Al组成比定为x＝0.90，为原来的状态，将层厚减薄为t＝0.4μm。
此外，作为光强度分布扩大的一方的n-AlGaAs包层58a的Al组成比定为x＝0.55，是原来的状态，为了减少n-GaAs衬底28的光学性影响，将层厚加厚到t＝2.0μm。
半导体激光器70与半导体激光器54同样，p-AlGaAs包层60a的热传导率比n-AlGaAs包层58a的热传导率高。而且，在半导体激光器70中，由于p-AlGaAs包层60a的层厚比半导体激光器20的p-AlGaAs包层60的层厚薄，从AlGaAs有源层34到热沉24的距离短，故至热沉的热传导变得容易，可提高散热效果。
半导体激光器70的热阻约8.38℃/W。与比较例2的热阻相比，约下降12.2％，与半导体激光器54的热阻相比，约下降7.5％。
变形例3
图9是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。由于图9的结构与图6的结构基本上相同，故图9的剖面位置也是图6的VII-VII剖面。
图9中示出的半导体激光器74与半导体激光器54的不同点是，在n-AlGaAs包层58b中，通过将Al组成比定为x＝0.90，将层厚定为t＝1.5μm，使n-AlGaAs包层58b与p-AlGaAs包层60的Al组成比和层厚都相同，同时通过将相对于AlGaAs有源层34配置在热沉24一侧的非掺杂AlGaAs引导层36b的Al组成比定为x＝0.80，将层厚定为t＝50nm，使其与相对于AlGaAs有源层34配置在与热沉24相反一侧的非掺杂AlGaAs引导层32(Al组成比x＝0.40，将层厚定为t＝94nm)产生差异。半导体激光器74的其它的结构与半导体激光器54的其它的结构相同。
在该半导体激光器74中，n-AlGaAs包层58b和p-AlGaAs包层60具有相同的折射率，但由于相对于AlGaAs有源层34配置在与热沉24相反一侧的非掺杂AlGaAs引导层32折射率比相对于AlGaAs有源层34配置在热沉24一侧的非掺杂AlGaAs引导层36b折射率高，故光强度分布就扩大到相对于AlGaAs有源层34与热沉24相反一侧的非掺杂AlGaAs引导层32一侧。
另一方面，关于热传导率，由于相对于AlGaAs有源层34配置在热沉24一侧的非掺杂AlGaAs引导层36b的热传导率比相对于AlGaAs有源层34配置在与热沉24相反一侧的非掺杂AlGaAs引导层32的热传导率高，故在AlGaAs有源层34附近发生的热容易传递给热沉24，散热变得良好。
在该半导体激光器74中，由于激光器共振器长度L＝1000μm，激光器元件宽度W＝200μm，条形宽度S＝60μm，故从AlGaAs有源层34到热沉24的热阻约为9.04℃/W，与比较例2的热阻9.54℃/W相比，减少约5.2％。
变形例4
图10是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。由于图10的结构也与图6的结构基本上相同，故图10的剖面位置也是图6的VII-VII剖面。
图10中示出的半导体激光器76与半导体激光器54的不同点是，用p-AlGaAs包层60的一层构成了半导体激光器54，而半导体激光器76具备接近于p-GaAs接触层40一侧的p-AlGaAs第1包层78a(Al组成比x＝0.55，层厚t＝0.3μm)和接近于非掺杂AlGaAs引导层36一侧的p-AlGaAs第2包层78b(Al组成比x＝0.9，层厚t＝0.2μm)。半导体激光器76的其它的结构与半导体激光器54的其它的结构相同。
在该半导体激光器76中，由于p-AlGaAs第2包层78b的折射率比n-AlGaAs包层58的折射率低，故光强度分布就扩大到与热沉24相反一侧的非掺杂AlGaAs引导层32一侧。
另一方面，关于热传导率，由于相对于AlGaAs有源层34配置在热沉24一侧的p-AlGaAs第2包层78b的热传导率比相对于AlGaAs有源层34配置在与热沉24相反一侧的n-AlGaAs包层58的热传导率高，而且配置在热沉24一侧的p-AlGaAs第2包层78b和p-AlGaAs第1包层78a的层厚的和比n-AlGaAs包层58的层厚薄，故在AlGaAs有源层34附近发生的热容易传递给热沉24，散热变得良好。
在该半导体激光器76中，由于激光器共振器长度L＝1000μm，激光器元件宽度W＝200μm，条形宽度S＝60μm，故从AlGaAs有源层34到热沉24的热阻约为9.44℃/W，与比较例2的热阻9.54℃/W相比，减少约1％。
如上所述，在与该实施例有关的半导体激光器中，由于相对于AlGaAs有源层配置在散热体一侧的p-AlGaAs层的折射率构成为比相对于AlGaAs有源层配置在与散热体相反一侧的n-AlGaAs层的折射率低，故半导体激光器的光强度分布扩大到配置在与散热体相反一侧的n-AlGaAs层一侧，通过扩大光束直径来降低光密度，难以发生高输出时的端面恶化，可实现高输出工作，而且纵横比减小了，同时，通过使相对于AlGaAs有源层配置在散热体一侧的p-AlGaAs层的热传导比相对于AlGaAs有源层配置在与散热体相反一侧的n-AlGaAs层的热传导好，容易将半导体激光器的发生热传递给散热体。
此外，因光强度分布扩大到处于与散热体相反一侧的p-AlGaAs包层一侧，故可减薄热沉一侧的n-AlGaAs包层的层厚，更容易进行至热沉的热传导，可提高散热效果。
因而，可构成能进行高输出工作而且容易将伴随高输出工作的发生热传递给散热体的半导体激光器。进而可提供高输出工作的可靠性高的半导体激光器。
实施例4.
图11是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的斜视图。
在该实施例4中，半导体激光器的基本的结构也与图3相同，与图3的半导体激光器不同的只是在与该实施例有关的半导体激光器中分别具备2层p侧引导层和n侧引导层，图11的剖面位置也与图3的IV-IV剖面相同。
此外，在与该实施例有关的半导体激光器中，也是结朝上(J-UP)的组合。
再者，在与该实施例有关的半导体激光器中，在包层中用包含Al的AlGaAs或AlGaInP来构成，但其它的层(有源层、引导层、接触层、衬底等)是实质上不包含Al的无Al结构。
在图11中，由半导体激光元件22和热沉24构成了半导体激光器80。对于半导体激光器80来说，例如激光器共振器长度L＝1000μm，激光器元件宽度W＝200μm，条形宽度S＝60μm。此外，热沉24的厚度为0.3mm。
对于半导体激光元件22来说，配置了n-GaAs衬底28和在该n-GaAs衬底28的表面上从n-GaAs衬底28一侧起依次配置了n-AlGaAs包层30(Al组成比x＝0.90，层厚t＝1.5μm)、非掺杂InGaP引导层82(Ga组成比y＝0.51，层厚t＝120nm)、非掺杂InGaAsP引导层84(Ga组成比y＝0.63，As组成比z＝0.25，层厚t＝20nm)、InGaAsP有源层86(Ga组成比y＝0.87，As组成比z＝0.74，层厚t＝16nm)、非掺杂InGaAsP引导层88(Ga组成比y＝0.63，As组成比z＝0.25，层厚t＝20nm)、非掺杂InGaP引导层90(Ga组成比y＝0.51，层厚t＝120nm)、p-AlGaAs包层38(Al组成比x＝0.55，层厚t＝1.5μm)和p-GaAs接触层40。对于限制电流用的质子注入区26来说，在元件宽度的中央留下作为电流流过的区域的条形而被配置在其两侧，在质子注入区26的深度方向上从p-GaAs接触层40的表面起直到p-AlGaAs包层38的厚度的中途注入了质子。再者，在p-GaAs接触层40的表面上配置p电极42。
此外，在n-GaAs衬底28的背面一侧形成了n电极44，在该n电极的表面上配置层厚约3μm的金电镀层46，利用焊锡来粘接该金电镀层46与热沉24。
该实施例4是在热沉24一侧配置了n-GaAs衬底28的结朝上(J-UP)的组合。
在该半导体激光器80中，非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84与非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90夹住AlGaAs有源层34、其折射率、层厚都呈对称结构。而且，由于半导体激光器80中的n-AlGaAs包层30的Al组成比x＝0.90，p-AlGaAs包层38的Al组成比x＝0.55，故如果从式(4)来计算折射率，则n-AlGaAs包层30的折射率为3.025，p-AlGaAs包层38的折射率为3.227。
因而，如果考虑非掺杂InGaP引导层82、非掺杂InGaAsP引导层84、InGaAsP有源层86、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90夹住InGaAsP有源层86、其折射率、层厚都呈对称结构，故相对于InGaAsP有源层86处于与热沉24相反一侧的非掺杂InGaAsP引导层88、非掺杂InGaP引导层90和p-AlGaAs包层38的有效折射率比相对于InGaAsP有源层86处于热沉24一侧的非掺杂InGaP引导层82、非掺杂InGaAsP引导层84和n-AlGaAs包层30的有效折射率高，故光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的p-AlGaAs包层38一侧。
因此，垂直光束扩展角θv减小了，纵横比减小了。
此外，如果垂直光束扩展角θv减小，则由于近视野像的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，可提高高输出工作时的LD的可靠性。
再者，如果光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的p-AlGaAs包层38一侧，则减少了起因于n-AlGaAs包层30的自由载流子的吸收，通过减少光吸收，可提高斜率效率以进行高输出工作。
另一方面，在半导体激光器80中，由于相对于InGaAsP有源层86处于热沉24一侧的n-AlGaAs包层30的Al组成比x＝0.90，相对于InGaAsP有源层86处于与热沉24相反一侧的p-AlGaAs包层38的Al组成比x＝0.55，故n-AlGaAs包层30的热传导率比p-AlGaAs包层38的热传导率高。因此，在InGaAsP有源层86附近发生的热容易传递给热沉24，成为在散热方面良好的结构。
变形例5
图12是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。图12的剖面位置也是图3的IV-IV剖面。
图12中示出的半导体激光器96与半导体激光器80的不同点是，一边使InGaAsP有源层86、夹住InGaAsP有源层86的非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90的材料结构和层厚都与半导体激光器80相同，一边将n-AlGaAs包层30a的Al组成比定为x＝0.90，将层厚定为t＝0.4μm，将p-AlGaAs包层38a的Al组成比定为x＝0.55，将层厚定为t＝2.0μm。此外，半导体激光器96的其它的结构与半导体激光器80中的其它的结构相同。
因而，在半导体激光器96中，与变形例1同样，n-AlGaAs包层30a的层厚比半导体激光器80的n-AlGaAs包层30的层厚薄，由于从InGaAsP有源层86到热沉24的距离短，故至热沉的热传导变得容易，可提高散热效果。
变形例6
图13是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。图13的剖面位置也是图3的IV-IV剖面。
图13中，由半导体激光元件22和热沉24构成了半导体激光器100。对于半导体激光器100来说，例如激光器共振器长度L＝1000μm，激光器元件宽度W＝200μm，条形宽度S＝60μm。此外，热沉24的厚度为0.3mm。
半导体激光器100与半导体激光器80的不同点是，半导体激光器80配置了n-AlGaAs包层30和p-AlGaAs包层38，而在半导体激光器100中配置了n-AlGaInP包层102(Al组成比l＝0.36，Ga组成比m＝0.15，In组成比n＝0.49，层厚t＝1.5μm)和p-AlGaInP包层104(Al组成比l＝0.255，Ga组成比m＝0.255，In组成比n＝0.49，层厚t＝1.5μm)。其它的结构与半导体激光器80相同。
在该半导体激光器100中，非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84、InGaAsP有源层86、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90夹住InGaAsP有源层86，其材料结构和层厚呈对称结构。
按照H.Tanaka，Y.Kawamjra，and H.Asahi，“Refractive indicesof In0.49Ga0.51-xAlxP lattice matched to GaAs”，J.Appl.Phys.，Vol.59，No.3，1 February 1986，pp.985-986，在AlGaInP中，如果Al组成比增加，则折射率下降。
而且，半导体激光器100中的n-AlGaInP包层102中的Al组成比l＝0.36，p-AlGaInP包层104中的Al组成比l＝0.255。因此，p-AlGaInP包层104的折射率比n-AlGaInP包层102的折射率高。
因而，如果考虑非掺杂InGaP引导层82、非掺杂InGaAsP引导层84、InGaAsP有源层86、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90夹住InGaAsP有源层86、其材料结构和层厚都呈对称结构，故相对于InGaAsP有源层86配置在与热沉24相反一侧的非掺杂InGaAsP引导层88、非掺杂InGaP引导层90和p-AlGaInP包层104的有效折射率比相对于InGaAsP有源层86配置在热沉24一侧的非掺杂InGaP引导层82、非掺杂InGaAsP引导层84和n-AlGaInP包层102的有效折射率高。
因而，光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的p-AlGaInP包层104一侧。
因此，垂直光束扩展角θv减小了，纵横比减小了。
此外，如果垂直光束扩展角θv减小，则由于近视野像的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，可提高高输出工作时的LD的可靠性。
再者，如果光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的p-AlGaInP包层104一侧，则减少了起因于n-AlGaInP包层102的自由载流子的吸收，通过减少光吸收，可提高斜率效率以进行高输出工作。
此外，按照H.Fujii Y.Ueno，and K.Endo，“Effect of thermalresistivity on the catastrophic optical damage power density ofAlGaInP laser diodes”，Appl.Phys.Lett.，Vol.62，No.17，26 April 1993，示出了在AlGaInP中如果Al组成比增加，则热传导率提高。
半导体激光器100中的n-AlGaInP包层102中的Al组成比l＝0.36，p-AlGaInP包层104中的Al组成比l＝0.255。因此，相对于InGaAsP有源层86配置在热沉24一侧的n-AlGaInP包层102的热传导率比相对于InGaAsP有源层86配置在与热沉24相反一侧的p-AlGaInP包层104的热传导率高。因此，因此，在InGaAsP有源层86附近发生的热容易传递给热沉24，成为在散热方面良好的结构。
变形例7
图14是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。图14的剖面位置也是图3的IV-IV剖面。
图14中示出的半导体激光器110与半导体激光器100的不同点是，使InGaAsP有源层86、夹住InGaAsP有源层86的非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90的材料结构和层厚都与半导体激光器100相同，n-AlGaInP包层102a的Al组成比l＝0.36，Ga组成比m＝0.15，In组成比n＝0.49，层厚t＝0.4μm，p-AlGaInP包层104a的Al组成比l＝0.255，Ga组成比m＝0.255，In组成比n＝0.49，层厚t＝2.0μm。此外，半导体激光器110的其它的结构与半导体激光器100的其它的结构相同。
因而，在半导体激光器110中，根据与变形例1同样的原因，由于n-AlGaInP包层102a的层厚比半导体激光器100的n-AlGaInP包层102的层厚薄，从InGaAsP有源层86到热沉24的距离短，故至热沉的热传导变得容易，可提高散热效果。
如上所述，在与该实施例有关的半导体激光器中，在包层中用包含Al的AlGaAs或AlGaInP来构成、而其它的层(有源层、引导层、接触层、衬底等)定为实质上不包含Al的无Al结构的半导体激光器中，具备与实施例2同样的效果。
实施例5.
图15是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的斜视图。
在该实施例5中，半导体激光器的基本的结构也与图6相同，与图6的半导体激光器不同的只是在与该实施例有关的半导体激光器中分别具备2层p侧引导层和n侧引导层，图15的剖面位置也与图6的VII-VII剖面相同。
此外，在与该实施例有关的半导体激光器中，也是结朝下(J-DOWN)的组合。
再者，在与该实施例有关的半导体激光器中，在包层中用包含Al的AlGaAs或AlGaInP来构成，但其它的层(有源层、引导层、接触层、衬底等)是实质上不包含Al的无Al结构。
在图15中，由半导体激光元件56和热沉24构成了半导体激光器114。对于半导体激光器114来说，例如激光器共振器长度L＝1000μm，激光器元件宽度W＝200μm，条形宽度S＝60μm。此外，热沉24的厚度为0.3mm。
对于半导体激光器114的半导体激光元件56来说，配置了n-GaAs衬底28和在该n-GaAs衬底28的表面上从n-GaAs衬底28一侧起依次配置了作为第2半导体层的n-AlGaAs包层58(Al组成比x＝0.55，层厚t＝1.5μm)、非掺杂InGaP引导层82(Ga组成比y＝0.51，层厚t ＝120nm)、非掺杂InGaAsP引导层84(Ga组成比y＝0.63，As组成比z＝0.25，层厚t＝20nm)、InGaAsP有源层86(Ga组成比y＝0.87，As组成比z＝0.74，层厚t＝16nm)、非掺杂InGaAsP引导层88(Ga组成比y＝0.63，As组成比z＝0.25，层厚t＝20nm)、非掺杂InGaP引导层90(Ga组成比y＝0.51，层厚t＝120nm)、作为第1半导体层的p-AlGaAs包层60(Al组成比x＝0.9，层厚t＝1.5μm)和p-GaAs接触层40。
对于限制电流用的质子注入区26来说，在元件宽度的中央留下作为电流流过的区域的条形而被配置在其两侧，在质子注入区26的深度方向上从p-GaAs接触层40的表面起直到p-AlGaAs包层60的厚度的中途注入了质子。
再者，在p-GaAs接触层40的表面上配置p电极42。在该p电极42的表面上配置层厚约3μm的金电镀层46，利用焊锡来粘接该金电镀层46与热沉24。
在该半导体激光器114中，非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84与非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90夹住InGaAsP有源层86、其材料结构和层厚都呈对称结构。
而且，由于半导体激光器114中的n-AlGaAs包层58的Al组成比x＝0.55，p-AlGaAs包层60的Al组成比x＝0.9，故如果从式(4)来计算折射率，则n-AlGaAs包层58的折射率为3.227，p-AlGaAs包层60的折射率为3.025。
因而，如果考虑非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90夹住InGaAsP有源层86、其材料结构和层厚都呈对称结构，故相对于InGaAsP有源层86处于与热沉24相反一侧的非掺杂InGaP引导层82、非掺杂InGaAsP引导层84和n-AlGaAs包层58比相对于InGaAsP有源层86处于热沉24一侧的非掺杂InGaAsP引导层88、非掺杂InGaP引导层90和p-AlGaAs包层60的有效折射率的有效折射率高，故光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的n-AlGaAs包层58一侧。因此，垂直光束扩展角θv减小了，纵横比减小了。
此外，如果垂直光束扩展角θv减小，则由于近视野像的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，可提高高输出工作时的LD的可靠性。
另一方面，在半导体激光器114中，由于相对于InGaAsP有源层86处于热沉24一侧的p-AlGaAs包层60的Al组成比x＝0.90，相对于InGaAsP有源层86处于与热沉24相反一侧的n-AlGaAs包层58的Al组成比x＝0.55，故p-AlGaAs包层60的热传导率比n-AlGaAs包层58的热传导率高。因此，在InGaAsP有源层86附近发生的热容易传递给热沉24，成为在散热方面良好的结构。
变形例8
图16是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。图16的剖面位置也是图6的VII-VII剖面。
此外，在该变形例8的半导体激光器中，也是结朝下(J-DOWN)的组合。
图16中示出的半导体激光器120与半导体激光器114的不同点是，一边使InGaAsP有源层86、夹住InGaAsP有源层86的非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90的材料结构和层厚都与半导体激光器80相同，一边将p-AlGaAs包层60a的Al组成比定为x＝0.90，将层厚定为t＝0.4μm，将n-AlGaAs包层58a的Al组成比定为x＝0.55，将层厚定为t＝2.0μm。此外，半导体激光器120的其它的结构与半导体激光器114中的其它的结构相同。
因而，在半导体激光器120中，与变形例2同样，p-AlGaAs包层60a的层厚比半导体激光器114的p-AlGaAs包层60的层厚薄，由于从AlGaAs有源层34到热沉24的距离短，故与半导体激光器114相比，至热沉的热传导变得更容易，可提高散热效果。
变形例9
图17是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。图17的剖面位置也与图6的VII-VII剖面相同。
在图17中，由半导体激光元件56和热沉24构成了半导体激光器124。对于半导体激光器124来说，例如激光器共振器长度L＝1000μm，激光器元件宽度W＝200μm，条形宽度S＝60μm。此外，热沉24的厚度为0.3mm。
半导体激光器124与半导体激光器114的不同点是，半导体激光器114配置了n-AlGaAs包层60和p-AlGaAs包层58，而在半导体激光器124中配置了n-AlGaInP包层126(Al组成比l＝0.255，Ga组成比m＝0.255，In组成比n＝0.49，层厚t＝1.5μm)和p-AlGaInP包层128(Al组成比l＝0.36，Ga组成比m＝0.15，In组成比n＝0.49，层厚t＝1.5μm)。其它的结构与半导体激光器114相同。
在该半导体激光器124中，非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90夹住InGaAsP有源层86，其材料结构和层厚呈对称结构。
由于在AlGaInP中如果Al组成比增加则折射率下降，故n-AlGaInP包层126的折射率比p-AlGaInP包层128的折射率高。因而，如果考虑非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90夹住InGaAsP有源层86、其材料结构和层厚都呈对称结构，故相对于InGaAsP有源层86处于与热沉24相反一侧的非掺杂InGaP引导层82、非掺杂InGaAsP引导层84和n-AlGaInP包层126比相对于InGaAsP有源层86处于热沉24一侧的非掺杂InGaAsP引导层88、非掺杂InGaP引导层90和p-AlGaInP包层128的有效折射率的有效折射率高。
因而，光强度分布扩大到处于与热沉24相反一侧的n-AlGaInP包层126一侧。因此，垂直光束扩展角θv减小了，纵横比减小了。
此外，如果垂直光束扩展角θv减小，则由于近视野像的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，可提高高输出工作时的LD的可靠性。
此外，由于在AlGaInP中如果Al组成比增加则热传导率提高，故相对于InGaAsP有源层86处于热沉24一侧的p-AlGaInP包层128的热传导率比相对于InGaAsP有源层86处于与热沉24相反一侧的n-AlGaInP包层126高。因此，在InGaAsP有源层86附近发生的热容易传递给热沉24，成为在散热方面良好的结构。
变形例10
图18是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。图18的剖面位置也是与图6的VII-VII剖面相同的剖面位置。
图18中示出的半导体激光器130与半导体激光器124的不同点是，使InGaAsP有源层86、夹住InGaAsP有源层86的非掺杂InGaP引导层82和非掺杂InGaAsP引导层84、非掺杂InGaAsP引导层88和非掺杂InGaP引导层90的材料结构和层厚都与半导体激光器124相同，使p-AlGaInP包层128a的Al组成比l＝0.36，Ga组成比m＝0.15，In组成比n＝0.49，层厚t＝0.4μm，使n-AlGaInP包层126a的Al组成比l＝0.255，Ga组成比m＝0.255，In组成比n＝0.49，层厚t＝2.0μm。此外，半导体激光器130的其它的结构与半导体激光器124的其它的结构相同。
因而，在半导体激光器130中，根据与变形例2同样的原因，由于p-AlGaInP包层128a的层厚比半导体激光器124的p-AlGaInP包层128的层厚薄，从InGaAsP有源层86到热沉24的距离短，故与半导体激光器124相比，至热沉的热传导变得更容易，可提高散热效果。
如上所述，在与该实施例有关的半导体激光器中，在包层中用包含Al的AlGaAs或AlGaInP来构成、而其它的层(有源层、引导层、接触层、衬底等)定为实质上不包含Al的无Al结构的半导体激光器中，具备与实施例3同样的效果。
实施例6.
图19是与本发明的一实施例有关的剖面图。
在图19中，半导体激光器134是振荡波长为650nm并具有脊形波导结构的红色半导体激光器，由半导体激光元件136和热沉24形成。
在图19中，对于半导体激光元件136来说，配置了n-GaAs衬底28和在该n-GaAs衬底28的表面上从n-GaAs衬底28一侧起依次配置了作为第2半导体层的n-AlGaInP包层138(Al组成比l＝0.31，Ga组成比m＝0.20，In组成比n＝0.49，层厚t＝2.0μm)、作为第4半导体层的非掺杂AlGaInP引导层140(Al组成比l＝0.23，Ga组成比m＝0.28，In组成比n＝0.49，层厚t＝100nm)、非掺杂压缩变形GaInP有源层142(Ga组成比m＝0.44，In组成比n＝0.56，层厚t＝10nm)、作为第3半导体层的非掺杂AlGaInP引导层144(Al组成比l＝0.23，Ga组成比m＝0.28，In组成比n＝0.49，层厚t＝100nm)、作为第1半导体层的p-AlGaInP包层146(Al组成比l＝0.36，Ga组成比m＝0.15，In组成比n＝0.49，层厚t＝1.0μm)和p-GaAs接触层148。
p-AlGaInP包层146和p-GaAs接触层148形成脊形波导，在p-GaAs接触层148的表面上形成了在该脊形波导的顶部具有开口150的绝缘膜152。在该开口150和绝缘膜152上配置p电极42。在n-GaAs衬底28的背面一侧形成了n电极44，在p电极42的表面上配置金电镀层46，利用焊锡经该金电镀层46粘接了半导体激光元件136与热沉24。
在与该实施例有关的半导体激光器134中，是结朝下(J-DOWN)的组合，但也可作成结朝上(J-UP)的组合。
在半导体激光器134中，由于n-AlGaInP包层138的折射率比p-AlGaInP包层146的折射率高，由于相对于非掺杂压缩变形GaInP有源层142配置在与热沉24相反一侧的非掺杂AlGaInP引导层140和n-AlGaInP包层138的有效折射率比相对于非掺杂压缩变形GaInP有源层142配置在热沉24一侧的非掺杂AlGaInP引导层144和p-AlGaInP包层146的有效折射率高，故光强度分布主要扩大到处于与热沉24相反一侧的n-AlGaInP包层138一侧。因此，垂直光束扩展角θv减小了，由于水平光束扩展角θh没有特别的变化，故作为垂直光束扩展角θv对于水平光束扩展角θh的比的纵横比减小了。
此外，如果垂直光束扩展角θv减小，则由于近视野像的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，提高了高输出工作时的LD的可靠性。
由于AlGaInP的热传导率伴随Al组成比提高而提高，故配置在热沉24一侧的p-AlGaInP包层146的热传导率比配置在与热沉24相反一侧的n-AlGaInP包层138的热传导率高，在非掺杂压缩变形GaInP有源层142附近发生的热容易传递给热沉24，成为在散热方面良好的结构。
再者，光强度分布主要扩大到处于与热沉24相反一侧的n-AlGaInP包层138一侧。因此，即使使配置在热沉24一侧的p-AlGaInP包层146的层厚薄到1.0μm，也不会受到p-GaAs接触层148的光学性影响。另一方面，为了减少n-GaAs衬底28的光学性影响，使配置在光强度分布扩大一侧的n-AlGaInP包层138的层厚加厚到2.0μm。因而，可缩短从非掺杂压缩变形GaInP有源层142到热沉24的距离，可进一步提高散热效果。
变形例11
图20是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
在图20中，半导体激光器156与半导体激光器134的不同点如下。
在半导体激光器134中，相对于非掺杂压缩变形GaInP有源层142来说，n-AlGaInP包层138与p-AlGaInP包层146呈非对称结构，非掺杂AlGaInP引导层140与非掺杂AlGaInP引导层144是相同的材料结构，定为相同的层厚，相对于非掺杂压缩变形GaInP有源层142来说，使引导层成为对称结构。
但是，在该半导体激光器156中，相对于非掺杂压缩变形GaInP有源层142来说，n-AlGaInP包层138与p-AlGaInP包层146呈非对称结构，同时进而使非掺杂AlGaInP引导层140与非掺杂AlGaInP引导层144a相对于非掺杂压缩变形GaInP有源层142呈非对称结构。
即，将非掺杂AlGaInP引导层144a的Al组成比l＝0.25，Ga组成比m＝0.26，In组成比n＝0.49，层厚t＝70nm。
由此，半导体激光器156与半导体激光器134相比，可进一步提高散热效果。
再有，该变形例将引导层和包层都作成非对称结构，但即使将包层作成对称结构，只将引导层作成非对称结构，当然也可取得相应的散热效果。
变形例12
图21是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图21中的半导体激光器134是振荡波长为1480nm并具有脊形波导结构的半导体激光器，由半导体激光元件162和热沉24形成。
在图21中，对于半导体激光元件162来说，配置了n-InP衬底164和在该n-InP衬底164的表面上从n-InP衬底164一侧起依次配置了作为第2半导体层的n-InGaAsP包层166(带隙波长λg＝0.99μm，层厚t＝2.0μm)、作为第4半导体层的非掺杂InGaAsP引导层168(带隙波长λg＝1.08μm，层厚t＝150nm)、非掺杂InGaAsP有源层170(带隙波长λg＝1.48μm，层厚t＝10nm)、作为第3半导体层的非掺杂InGaAsP引导层172(带隙波长λg＝1.08μm，层厚t＝150nm)、作为第1半导体层的p-InP包层174(层厚t＝1.0μm)和p-InP接触层176。p-InP包层174和p-InP接触层176形成脊形波导，在p-InP接触层176的表面上形成了在该脊形波导的顶部具有开口150的绝缘膜152。在该开口150和绝缘膜152上配置p电极42。在n-InP衬底164的背面一侧形成了n电极44。在p电极42的表面上配置金电镀层46，利用焊锡经该金电镀层46粘接了半导体激光元件162与热沉24。
在半导体激光器160中，n-InGaAsP包层166的折射率比p-InP包层174的折射率高。因而，由于相对于非掺杂InGaAsP有源层170配置在与热沉24相反一侧的非掺杂InGaAsP引导层168和n-InGaAsP包层166的有效折射率比相对于非掺杂InGaAsP有源层170配置在热沉24一侧的非掺杂InGaAsP引导层172和p-InP包层174的有效折射率高，故光强度分布主要扩大到处于与热沉24相反一侧的n-InGaAsP包层166一侧。因此，垂直光束扩展角θv减小了，由于水平光束扩展角θh没有特别的变化，故作为垂直光束扩展角θv对于水平光束扩展角θh的比的纵横比减小了。
此外，如果垂直光束扩展角θv减小，则由于近视野像的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，提高了高输出工作时的LD的可靠性。
关于热传导率，由于配置在热沉24一侧的作为二元组成的p-InP包层174的热传导率比配置在与热沉24相反一侧的四元组成的n-InGaAsP包层166的热传导率高，在非掺杂InGaAsP有源层170附近发生的热容易传递给热沉24，成为在散热方面良好的结构。
再者，光强度分布主要扩大到处于与热沉24相反一侧的n-InGaAsP包层166一侧。此外，接触层也是p-InP，故即使使配置在热沉24一侧的p-InP包层174的层厚薄到1.0μm，也不会受到p-InP接触层176的光学性影响。另一方面，为了减少n-InP衬底164的光学性影响，使配置在光强度分布扩大一侧的n-InGaAsP包层166的层厚加厚到2.0μm。因而，可缩短从非掺杂InGaAsP有源层170到热沉24的距离，可进一步提高散热效果。
变形例13
图22是与本发明的一实施例有关的半导体激光器的变形例的剖面图。
图22中的半导体激光器180是振荡波长为410nm并具有脊形波导结构的半导体激光器，由半导体激光元件182和热沉24形成。
在图22中，对于半导体激光元件182来说，配置了n-GaN衬底184和在该n-GaN衬底184的表面上从n-GaN衬底184一侧起依次配置了作为第2半导体层的n-AlGaN包层186(Al组成比x＝0.9，层厚t＝2.0μm)、作为第4半导体层的非掺杂GaN引导层188(层厚t＝100nm)、非掺杂InGaN有源层190(In组成比n＝0.1，层厚t＝10nm)、作为第3半导体层的非掺杂GaN有源层192(层厚t＝100nm)、作为第1半导体层的p-AlGaN包层194(Al组成比x＝0.4，层厚t＝1.0μm)和p-GaN接触层196。
p-AlGaN包层194和p-GaN接触层196形成脊形波导，在p-GaN接触层196的表面上形成了在该脊形波导的顶部具有开口150的绝缘膜152。在该开口150和绝缘膜152上配置p电极42。在n-GaN衬底184的背面一侧形成了n电极44。在p电极42的表面上配置金电镀层46，利用焊锡经该金电镀层46粘接了半导体激光元件182与热沉24。
在半导体激光器180中，n-AlGaN包层186的折射率比p-AlGaN包层194的折射率高。
因而，由于相对于非掺杂InGaN有源层190配置在与热沉24相反一侧的非掺杂GaN引导层188和n-AlGaN包层186的有效折射率比相对于非掺杂InGaN有源层190配置在热沉24一侧的非掺杂GaN有源层192和p-AlGaN包层194的有效折射率高，故光强度分布主要扩大到处于与热沉24相反一侧的n-AlGaN包层186一侧。因此，垂直光束扩展角θv减小了，由于水平光束扩展角θh没有特别的变化，故作为垂直光束扩展角θv对于水平光束扩展角θh的比的纵横比减小了。
此外，如果垂直光束扩展角θv减小，则由于近视野像的光束直径扩大，光密度降低，故减少了高输出时的端面恶化，提高了高输出工作时的LD的可靠性。
关于热传导率，由于配置在热沉24一侧的p-AlGaN包层194的热传导率比配置在与热沉24相反一侧的n-AlGaN包层186的热传导率高，在非掺杂InGaN有源层190附近发生的热容易传递给热沉24，成为在散热方面良好的结构。
再者，光强度分布主要扩大到相对于非掺杂InGaN有源层190处于与热沉24相反一侧的n-AlGaN包层186一侧。即使使相对于非掺杂InGaN有源层190配置在热沉24一侧的p-AlGaN包层194的层厚薄到1.0μm，也不会受到p-GaN接触层196的光学性影响。另一方面，为了减少n-GaN衬底184的光学性影响，使配置在光强度分布扩大一侧的n-AlGaN包层186的层厚加厚到2.0μm。因而，可缩短从非掺杂InGaN有源层190到热沉24的距离，可进一步提高散热效果。
如以上所述，在与该实施例有关的半导体激光器中，在具有脊形波导结构的半导体激光器中，具备与实施例3同样的效果。
再有，在以上的实施例中记载的材料、半导体激光器结构、各层的组成比和层厚等是一例，本发明不限于此。
此外，在以上的实施例中，示出了有源层为一层的单一量子阱结构，但不限于此，即使是多重量子阱结构的有源层，也可起到同样的效果。
此外，在所记载的实施例中，示出了利用质子注入来实现限制电流的结构的宽区域激光器，但不限于此，即使在作为绝缘膜的限制电流结构的绝缘膜条形激光器中，也可起到同样的效果。
此外，以脊形波导结构为例，说明了波导结构，但不限于此，也可以是埋入结构或埋入脊形结构。
如上所述，与本发明有关的半导体激光器适合于固体激光器激励用等的要求高输出工作的半导体激光器。

Claims (5)

1.一种半导体激光器，具备：
具有一个主面的散热体；
第1导电类型的第1半导体层，被配置在该散热体的主面上且具有与该散热体的主面对置的第1主面和与该第1主面互相对置的第2主面；
有源层，被配置在该第1半导体层的第2主面上，具有与上述第1半导体层的第2主面对置的第1主面和与该第1主面互相对置的第2主面；以及
第2导电类型的第2半导体层，被配置在该有源层的第2主面上，具有与上述有源层的第2主面对置的第1主面和与该第1主面互相对置的第2主面，
其特征在于：
上述有源层的第1主面与上述第1半导体层的第1主面之间的有效折射率比上述有源层的第2主面与上述第2半导体层的第2主面之间的有效折射率低，而且，上述有源层的第1主面与上述第1半导体层的第1主面之间的热阻比上述有源层的第2主面与上述第2半导体层的第2主面之间的热阻小。
2.如权利要求1中所述的半导体激光器，其特征在于：
第1半导体层具有热传导率λ1、折射率n1和层厚t1，有源层具有折射率na，第2半导体层具有热传导率λ2、折射率n2和层厚t2，同时，设定为na＞n2＞n1，而且，t2/λ2＞t1/λ1。
3.如权利要求1或2中所述的半导体激光器，其特征在于：
在第1半导体层与具有折射率na的有源层之间还配置具有折射率n3、热传导率λ3和层厚t3的非掺杂的第3半导体层，此外，在第2半导体层与有源层之间还配置具有折射率n4、热传导率λ4和层厚t4的非掺杂的第4半导体层，同时，设定为na＞n3、na＞n4，而且，t4/λ4＞t3/λ3。
4.如权利要求1中所述的半导体激光器，其特征在于：
用各自的折射率n1或折射率n2处于热传导率随着折射率的减小而增加的区域中的材料构成第1半导体层和第2半导体层。
5.一种半导体激光器，具备：
具有一个主面的散热体；
被配置在该散热体的主面上的第1导电类型的第1半导体层；
被配置在该第1半导体层上的一层或多层第3半导体层；
被配置在该第3半导体层上的有源层；
被配置在该有源层上的一层或多层第4半导体层；以及
被配置在该第4半导体层上的第2导电类型的第2半导体层，
其特征在于：
由第1半导体层和第3半导体层决定的热阻比由第4半导体层和第2半导体层决定的热阻小，而且，由第1半导体层和第3半导体层决定的有效折射率比由第4半导体层和第2半导体层决定的有效折射率低。
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