CN102545036A - 激光二极管器件 - Google Patents

激光二极管器件 Download PDF

Info

Publication number
CN102545036A
CN102545036A CN2011103913569A CN201110391356A CN102545036A CN 102545036 A CN102545036 A CN 102545036A CN 2011103913569 A CN2011103913569 A CN 2011103913569A CN 201110391356 A CN201110391356 A CN 201110391356A CN 102545036 A CN102545036 A CN 102545036A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compound semiconductor
semiconductor layer
electrode
laser diode
diode device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011103913569A
Other languages
English (en)
Inventor
大木智之
渡边秀辉
幸田伦太郎
仓本大
横山弘之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Sony Corp
Original Assignee
Tohoku University NUC
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Sony Corp filed Critical Tohoku University NUC
Publication of CN102545036A publication Critical patent/CN102545036A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06253—Pulse modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0658—Self-pulsating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H01S5/1014—Tapered waveguide, e.g. spotsize converter
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
    • H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种激光二极管器件，所述激光二极管器件包括层压结构、第二电极和第一电极，在所述层压结构中，第一化合物半导体层、具有发光区和可饱和吸收区的第三化合物半导体层、以及第二化合物半导体层顺次层叠。所述层压结构具有脊条结构。所述第二电极被隔离槽分隔为第一部分和第二部分，所述第一部分用于经由所述发光区将直流电流施加至所述第一电极来获得正向偏压状态，所述第二部分用于将电场加至所述可饱和吸收区。当脊条结构的最小宽度是WMIN，并且在所述第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中的所述第二电极的第二部分的脊条结构的宽度是W2时，满足1＜W2/WMIN。

Description

激光二极管器件
技术领域
本发明涉及一种激光二极管器件。
背景技术
期望将由GaN化合物半导体构成并且具有405nm波段的发光波长的高功率、超短脉冲激光二极管器件用作体积型光盘系统(期望作为取代蓝光光盘系统的下一代光盘系统)的光源，或者用作医学领域、生物成像领域等中所需的光源。对于在激光二极管器件中产生短脉冲光的方法，增益变换法和锁模法是两种公知的主要方法。将锁模(mode-locking)进一步分类成有源锁模和无源锁模。为了基于有源锁模产生光脉冲，使用反射镜或透镜构成外部共振器，并且还要为激光二极管器件增加射频(RF)调制。同时，在无源锁模中，能够通过利用激光二极管器件的自脉动操作(self-pulsation operation)、由简单的直流驱动来产生光脉冲。
为了实现激光二极管器件的自脉动操作，激光二极管器件应当设置发光区和可饱和吸收区。根据发光区和可饱和吸收区的设置状态，激光二极管器件可以分类为发光区和可饱和吸收区在垂直方向上排列的SAL(可饱和吸收体层)型和WI(弱指数波导(weakly index guide))型，以及发光区和可饱和吸收区在共振器方向并列设置的双区(bi-section，二分)型。例如，日本待审专利申请公开No.2004-007002、2004-188678和2008-047692中披露了双区型激光二极管器件。已知双区型GaN激光二极管器件与SAL型激光二极管器件相比，具有较大的可饱和吸收效果并且能够产生具有更窄宽度的光脉冲。
通常，双区型GaN激光二极管器件包括：层压结构，在所述层压结构中，具有第一导电型并且由GaN化合物半导体构成的第一化合物半导体层、具有由GaN化合物半导体构成的发光区和可饱和吸收区的第三化合物半导体层、以及具有与所述第一导电型不同的第二导电型并且由GaN化合物半导体构成的第二化合物半导体层被顺次层叠；形成在所述第二化合物半导体层上的条形第二电极；以及电连接至所述第一化合物半导体层的第一电极。所述第二电极被隔离槽被分隔为第一部分和第二部分，所述第一部分用于通过所述发光区将直流电流施加至所述第一电极而得到正向偏压状态(forward bias state)，所述第二部分用于从所述第一电极经由所述可饱和吸收区增加电场。
发明内容
为了在双区型GaN激光二极管器件中实现脉冲操作，将载流子注入所述发光区同时向所述可饱和吸收区施加反向偏压。因此，与在连续振荡操作时的激光二极管器件相比，可饱和吸收区的负载大。作为本发明发明人的研究结果，发现所述第二电极的第二部分或所述可饱和吸收区容易损坏，导致长期可靠性差。在前述的日本待审专利申请公开中，没有提及在所述第二电极的第二部分、或所述可饱和吸收区中损坏的产生。
鉴于以上问题，在本发明中，希望提供一种双区型GaN激光二极管器件，所述双区型GaN激光二极管器件具有在第二电极的第二部分、或可饱和吸收区中不太可能发生损坏的配置和结构。
根据本发明的第一实施方式到第五实施方式，提供了一种激光二极管器件，所述激光二极管器件包括：层压结构，在所述层压结构中，具有第一导电型并且由GaN化合物半导体构成的第一化合物半导体层(有源层)、具有由GaN化合物半导体构成的发光区和可饱和吸收区的第三化合物半导体层、以及具有与所述第一导电型不同的第二导电型并且由GaN化合物半导体构成的第二化合物半导体层被顺次层叠；形成在所述第二化合物半导体层上的第二电极；以及电连接至所述第一化合物半导体层的第一电极。所述层压结构具有脊条结构(ridge stripe structure)。所述第二电极通过隔离槽被分隔为通过所述发光区将直流电流施加至所述第一电极得到正向偏压状态的第一部分和将电场加至所述可饱和吸收区的第二部分。
在根据本发明的第一实施方式的激光二极管器件中，满足1＜W2/WMIN，优选满足1.5≤W2/WMIN≤20，并且更优选满足2.0≤W2/WMIN≤10，其中，脊条结构的最小宽度是WMIN，并且在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中，第二电极的第二部分的脊条结构的宽度是W2。在满足W2/WMIN≤20的情形中，能够确保维持单模(single mode)。具有最小宽度WMIN的脊条结构部分可位于发光区中，或可位于可饱和吸收区中。然而，在最优选的情形中，所述具有最小宽度WMIN的脊条结构部分位于层压结构的端面中。
此外，在根据本发明的第二实施方式的激光二极管器件中，在脊条结构的两侧上设置有第二化合物半导体层暴露区，在所述第二化合物半导体层暴露区中，所述第二化合物半导体层是暴露的，并且满足1＜L2/L1-ave，优选满足1.1≤L2/L1-ave≤2.0，更优选满足1.15≤L2/L1-ave≤1.25，其中，从构成发光区的第三化合物半导体层部分到第二化合物半导体层暴露区的顶面的平均距离是L1-ave，并且在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中，从构成可饱和吸收区的第三化合物半导体层部分到第二化合物半导体层暴露区的顶面的距离是L2。此外，在根据本发明的第二实施方式的激光二极管器件中，优选满足2.0≤D2/D1-ave≤3.5，其中发光区中的第二化合物半导体层暴露区沿着与脊条结构的轴线方向垂直的方向的平均宽度是D1-ave，并且在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中，可饱和吸收区中的第二化合物半导体层暴露区沿着与脊条结构的轴线方向垂直的方向的宽度是D2。
此外，在根据本发明的第三实施方式的激光二极管器件中，满足H2/H1-ave＜1，优选满足0.85≤H2/H1-ave≤0.98，并且更优选满足0.90≤H2/H1-ave≤0.95，其中发光区中的脊条结构的平均高度是H1-ave，并且在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中，第二电极的第二部分的脊条结构的高度是H2。
此外，在根据本发明的第四实施方式的激光二极管器件中，所述第二电极的第二部分由多个部分构成。对于所述多个部分的数量，可以为例如2或3。在第二电极的第二部分由多个部分构成的情形中，第二电极的第二部分可通过第二隔离槽分隔为多个部分。
此外，在根据本发明的第五实施方式的激光二极管器件中，在可饱和吸收区的电场集中的区域上提供减小光限制作用的减小部分。
减小光限制作用的减小部分可以与，例如，根据本发明的第一实施方式的激光二极管器件的构成特征组合。即，可以通过满足1＜W2/WMIN、优选满足1.5≤W2/WMIN≤20、更优选满足2.0≤W2/WMIN≤10而具体化所述减小光限制作用的减小部分，其中脊条结构的最小宽度是WMIN，并且在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中，第二电极的第二部分的脊条结构的宽度是W2。此外，减小光限制作用的减小部分与，例如，根据本发明的第二实施方式的激光二极管器件的构成特征组合。即，可以通过在所述脊条结构的两侧上设置暴露第二化合物半导体层的第二化合物半导体层暴露区并且满足1＜L2/L1-ave、优选满足1.1≤L2/L1-ave≤2.0、更优选满足1.15≤L2/L1-ave≤1.25而具体化减小光限制作用的减小部分，其中，从构成发光区的第三化合物半导体层部分到第二化合物半导体层暴露区的顶面的平均距离是L1-ave，并且在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中，从构成可饱和吸收区的第三化合物半导体层部分到第二化合物半导体层暴露区的顶面的距离是L2。此外，通过满足2.0≤D2/D1-ave≤3.5能够具体化减小光限制作用的减小部分，其中发光区中的第二化合物半导体层暴露区沿着与脊条结构的轴线方向垂直的方向的平均宽度是D1-ave，并且在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中，可饱和吸收区中的第二化合物半导体层暴露区沿着与脊条结构的轴线方向垂直的方向的宽度是D2。此外，减小光限制作用的减小部分与，例如，根据本发明的第三实施方式的激光二极管器件的构成特征组合。即，通过满足H2/H1-ave＜1、优选满足0.85≤H2/H1-ave≤0.98、并且更优选满足0.90≤H2/H1-ave≤0.95能够具体化所述减小光限制作用的减小部分，其中所述发光区中的脊条结构的平均高度是H1-ave，并且在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中，第二电极的第二部分的脊条结构的高度是H2。此外，所述减小光限制作用的减小部分与，例如，根据本发明的第四实施方式的激光二极管器件的构成特征组合。即，通过由多个部分构成所述第二电极的第二部分能够具体化所述减小光限制作用的减小部分。对于所述多个部分的数量，可以为例如2或3。
作为发明人研究的结果，发现损坏经常发生在第二电极的第二部分和隔离槽之间的界面中的第二电极的第二部分中(在一些情形中，在下文中称为“第二电极的第二部分的界面区域”)。在根据本发明的第一实施方式的激光二极管器件中，由于满足1＜W2/WMIN，电场不太可能集中在第二电极的第二部分的界面区域上，并且在第二电极的第二部分中不容易发生损坏。此外，在根据本发明的第二实施方式的激光二极管器件中，满足L2/L1-ave＞1，在根据本发明的第三实施方式的激光二极管器件中，满足H2/H1-ave＜1。因此，减少了在可饱和吸收区的与第二电极的第二部分的界面区域对应的部分(在一些情形中，在下文中称为“可饱和吸收区的界面区域”)的电场集中。此外，在根据本发明的第四实施方式的激光二极管器件中，第二电极的第二部分由多个部分构成。因此，在第二电极的第二部分中产生的热容易扩散，相应地，在第二电极的第二部分中不容易发生损坏。此外，由于可饱和吸收区由多个部分构成，电场不容易集中在可饱和吸收区的界面区域上，并且在可饱和吸收区的界面区域不容易发生损坏。在根据本发明的第五实施方式的激光二极管器件中，在可饱和吸收区的电场集中的区域上设置有减小光限制作用的减小部分。因此，在可饱和吸收区的界面区域中不容易发生损坏。
应当理解，上文的总体说明和以下的详细说明都是示例性的，用于对所要求保护的技术进行进一步的解释。
附图说明
包括附图以用于对本发明的进一步理解，其结合到本说明书中并构成说明书的一部分。这些附图示出了实施方式，并且与说明书一起用于解释本技术的原理。
图1A、图1B和图1C是第一示例性实施方式的激光二极管器件的示意性平面图。
图2A、图2B和图2C是第一示例性实施方式的激光二极管器件的示意性平面图。
图3是沿着第一示例性实施方式中的激光二极管器件的共振器延伸的方向的示意性端面图(沿XZ平面切割的示意性端面图)。
图4是沿着与第一示例性实施方式中的激光二极管器件的共振器延伸的方向垂直的方向的示意性截面图(沿YZ平面切割的示意性截面图)。
图5A是第二示例性实施方式的激光二极管器件的示意性平面图，图5B和图5C是沿着激光二极管器件的共振器延伸的方向的示意性截面图(沿XZ平面切割的示意性截面图)。
图6A和图6B是第二示例性实施方式的激光二极管器件的示意性端面图。
图7A和图7B是第二示例性实施方式中的激光二极管器件的示意性端面图。
图8是第三示例性实施方式的激光二极管器件的示意性平面图。
图9A和图9B是示意性示出通过利用本发明的实施方式的激光二极管器件配置外部共振器来进行锁模操作的激光二极管组件的示图。
图10是沿着第一示例性实施方式的激光二极管器件的修改例的共振器延伸的方向的示意性端面图(沿XZ平面切割的示意性端面图)。
图11是沿着第一示例性实施方式的激光二极管器件的另一修改例的共振器延伸的方向的示意性端面图(沿XZ平面切割的示意性端面图)。
图12是从第二示例性实施方式的激光二极管器件的修改例中脊条结构的上方观察的示意图。
图13A和图13B是用于解释第一示例性实施方式的激光二极管器件的制造方法的基板等的示意性局部截面图。
图14A和图14B是在图13B后用于解释第一示例性实施方式的激光二极管器件的制造方法的基板等的示意性局部截面图。
图15是在图14B后用于解释第一示例性实施方式的激光二极管器件的制造方法的基板等的示意性局部截面图。
具体实施方式
尽管将参照附图根据实施方式对本发明进行说明，但本发明不限制于这些示例性实施方式，并且在示例性实施方式中的各种数值和材料是示例性的。将按照下面的顺序进行说明：
1.根据本发明的第一实施方式到第五实施方式的激光二极管器件的说明以及总体说明
2.第一示例性实施方式(根据本发明的第一实施方式和第五实施方式的激光二极管器件)
3.第二示例性实施方式(根据本发明的第二实施方式、第三实施方式和第五实施方式的激光二极管器件)
4.第三示例性实施方式(根据本发明的第四实施方式和第五实施方式的激光二极管器件)以及其它
[根据本发明的第一实施方式到第五实施方式的激光二极管器件的说明以及整体说明]
在根据本发明的第一实施方式到第五实施方式的激光二极管器件中，第二电极的第一部分和第二部分之间的电阻值是第二电极和第一电极之间电阻值的1*10倍以上，优选1*102倍以上，并且更优选1*103倍以上。此外，期望第二电极的第一部分和第二部分之间的电阻值是1*102Ω以上，优选1*103Ω以上，并且更优选1*104Ω以上。
在如上文所述的激光二极管器件中，第二电极的第一部分和第二部分之间的电阻值是第二电极和第一电极之间电阻值的1*10倍以上，或者为1*102倍以上。因此，可可靠地抑制第二电极中从第一部分到第二部分的漏电流。即，允许增加施加到可饱和吸收区(载流子非注入区)的反向偏压Vsa。因此，可实现具有短持续时间的光脉冲的单锁模操作。此外，仅通过隔离槽将第二电极分隔为第一部分和第二部分就可实现第二电极的第一部分和第二部分之间的这种高电阻值。
此外，在根据本发明的第一实施方式到第五实施方式的激光二极管器件中，尽管没有限制，第三化合物半导体层可以具有包括阱层(well layer)和势垒层(barrier layer)的量子阱结构。所述阱层的厚度可以是1nm到10nm(包括端值)，并且优选为1nm到8nm(包括端值)。势垒层的掺杂浓度可以是2*1018cm-3到1*1020cm-3(包括端值)，并且优选为1*1019cm-3到1*1020cm-3(包括端值)。
如上文所述，在构成第三化合物半导体层的阱层的厚度被规定成1nm到10nm(包括端值)，并且构成第三化合物半导体层的势垒层的掺杂浓度被规定成2*1018cm-3到1*1020cm-3(包括端值)的情形下，即，在减小阱层的厚度并且增加第三化合物半导体层的载流子的情形下，可减小压电极化的影响，并且可得到能够产生具有短持续时间和小子脉冲成分的单峰光脉冲的激光源。此外，通过低反向偏压可实现锁模驱动，并且可产生与外部信号(电信号和光信号)同步的光脉冲串。在势垒层中掺杂的杂质可以是硅(Si)。然而，掺杂的杂质不限制于硅，还可使用其它的物质，例如氧(O)。
此外，在根据本发明的第一实施方式到第五实施方式的激光二极管器件中，期望将第二电极分隔成第一部分和第二部分的隔离槽的宽度为2μm以上并且是激光二极管器件中的共振器长度(在下文中简称为“共振器长度”)的40％或更小，并且优选是10μm以上并且是共振器长度的20％或更小。对于共振器长度，可以为例如0.6mm。然而，共振器长度不限于0.6mm。
此外，在根据本发明的第一实施方式到第五实施方式的激光二极管器件中，优选激光从发光区侧的层压结构的端面(光发射端面)输出。
包括前述优选形式和前述优选配置的根据本发明的第一实施方式到第五实施方式的激光二极管器件(在一些情形中，简称为“本发明的激光二极管器件”)可以是具有脊条型分隔限制异质结构(SCH)的激光二极管器件。此外，本发明的激光二极管器件可以是具有斜脊条型分隔限制异质结构的激光二极管器件。此外，在本发明的激光二极管器件中，通过从第二电极的第一部分经由发光区流到第一电极的直流电流而得到正向偏压状态以及通过在第一电极和第二电极的第二部分之间施加电压而向可饱和吸收区添加电场，能够实现自脉动操作和锁模操作。
在本发明的激光二极管器件中，第二电极可由钯(Pd)单层、镍(Ni)单层、铂(Pt)单层、钯层接触第二化合物半导体层的钯层和铂层的层压结构、或钯层接触第二化合物半导体层的钯层和镍层的层压结构构成。在下金属层由钯构成并且上金属层由镍构成的情形下，期望上金属层的厚度是0.1μm以上，并且优选是0.2μm以上。此外，第二电极优选由钯(Pd)单层构成。在这种情形下，其厚度期望是20nm以上，并且优选是50nm以上。此外，第二电极优选由钯(Pd)单层、镍(Ni)单层、铂(Pt)单层、下金属层接触第二化合物半导体层的下金属层和上金属层的层压结构构成(然而，下金属层由从钯、镍和铂组成的组中的选择的一种金属构成；并且上金属层由具有在后述步骤D中形成第二电极中的隔离层的蚀刻率等于、近似于、或高于下金属层的蚀刻率的金属构成)。此外，期望在后述步骤D中形成第二电极中的隔离层所用的蚀刻剂是王水、硝酸、硫酸、盐酸、或由这些酸中的至少两种构成的混合液体(具体地，由硝酸和硫酸构成的混合液，或由硫酸和盐酸构成的混合液)。
在本发明的激光二极管器件中，可饱和吸收区的长度可以比发光区的长度短。此外，第二电极的长度(第一部分和第二部分的总长度)可以比第三化合物半导体层(有源层)的长度短。第二电极的第一部分和第二部分的排列状态的具体例子可包括以下几种：
1.设置有第二电极的一个第一部分和第二电极的一个第二部分，并且在第二电极的第一部分和第二电极的第二部分之间设置有隔离槽的状态，
2.设置有第二电极的一个第一部分和第二电极的两个第二部分，第一部分的一端与一个第二部分相对并且其间设置一个隔离槽，而第一部分的另一端与另一个第二部分相对并且其间设置另一个隔离槽的状态，和
3.设置有第二电极的两个第一部分和第二电极的一个第二部分，第二部分的一端与一个第一部分相对并且其间设置一个隔离槽，而第二部分的另一端与另一个第一部分相对并且其间设置另一个隔离槽的状态(即，第二电极具有第二部分夹在第一部分之间的结构)。此外，更概括地讲，第二电极的第一部分和第二部分的排列状态的例子包括以下几种：
4.设置有第二电极的N个第一部分和第二电极的(N-1)个第二部分，并且第二电极的第二部分夹在第二电极的第一部分之间的状态，和
5.设置有第二电极的N个第二部分和第二电极的(N-1)个第一部分，并且第二电极的第一部分夹在第二电极的第二部分之间的状态。
换言之，状态4和5如下地描述：
4’.设置有N个发光区[载流子注入区，增益区]和(N-1)个可饱和吸收区[载流子非注入区]，并且可饱和吸收区夹在发光区之间的状态，和
5’.设置有N个可饱和吸收区[载流子非注入区]和(N-1)个发光区[载流子注入区，增益区]，并且发光区夹在可饱和吸收区之间的状态。
在存在第二电极的多个第二部分的情形中，至少位于最靠近层压结构的光反射端面(层压结构的光发射端面的相对侧面上的端面)的位置的第二电极的第二部分满足以下规定即可：根据本发明的第一实施方式的激光二极管器件的W2/WMIN，根据本发明的第二实施方式的激光二极管器件的L2/L1-ave，和根据本发明的第三实施方式的激光二极管器件的H2/H1-ave，和根据本发明的第四实施方式的激光二极管器件的第二电极的第二部分由多个部分构成。
尽管与所要制造的激光二极管器件的配置和结构有关，但可通过例如以下方法制造本发明的激光二极管器件。即，例如，可通过包括以下各个步骤的下述制造方法来制造本发明的激光二极管器件：
步骤A：在基板上形成层压结构，在所述层压结构中，具有第一导电型并且由GaN化合物半导体构成的第一化合物半导体层、具有由GaN化合物半导体构成的发光区和可饱和吸收区的第三化合物半导体层、以及具有与所述第一导电型不同的第二导电型并且由GaN化合物半导体构成的第二化合物半导体层被顺次层叠，
步骤B：在所述第二化合物半导体层上形成第二电极，
步骤C：利用第二电极作为蚀刻掩膜蚀刻部分第二化合物半导体层，由此形成脊条结构，以及
步骤D：形成用于在第二电极中形成隔离槽的抗蚀层，接着将抗蚀层用作湿蚀刻掩膜通过湿蚀刻法在第二电极中形成隔离槽，由此通过隔离槽将第二电极分隔成第一部分和第二部分。
通过采用前述制造方法，即通过将第二电极用作蚀刻掩膜蚀刻部分第二化合物半导体层而形成脊条结构。换言之，利用图案化第二电极作为蚀刻掩膜通过自对准方法形成脊条结构。因此，在第二电极和脊条结构之间不会发生接合处未对准。此外，优选通过湿蚀刻法在第二电极中形成隔离槽。与干蚀刻法不同，通过采用上述的湿蚀刻法可以抑制第二化合物半导体层的光学特性和电特性的劣化。因此，能够可靠地防止光发射特性的劣化。
尽管取决于所要制造的激光二极管制造的配置和结构，但在步骤C中，可以在厚度方向蚀刻部分的第二化合物半导体层，可在沿厚度方向蚀刻全部的第二化合物半导体层，可在厚度方向蚀刻第二化合物半导体层和第三化合物半导体层，或者可在厚度方向蚀刻部分第二化合物半导体层、第三化合物半导体层和第一化合物半导体层。
此外，当在前述的步骤D中形成第二电极中的隔离槽时，第二电极的蚀刻率是Er0并且层压结构的蚀刻率是Er1时，期望满足Er0/Er1≥1*10，优选满足Er0/Er1≥1*102。在满足前述关系式的情形中，可靠地蚀刻第二电极，而不会蚀刻层压结构(或者即使层压结构被蚀刻，蚀刻部分也很小)。
此外，在本发明的激光二极管器件中，具体地讲，层压结构可由AlGaInN化合物半导体构成。AlGaInN化合物半导体的具体例子包括GaN、AlGaN、GaInN和AlGaInN。此外，这样的化合物半导体可以根据需要包括硼(B)原子、铊(TI)原子、砷(As)原子、磷(P)原子或锑(Sb)原子。此外，期望构成发光区(增益区)和可饱和吸收区的第三化合物半导体层(有源层)具有量子阱结构。具体地讲，第三化合物半导体层可具有单量子阱结构[QW结构]或多量子阱结构[MQW结构]。具有量子阱结构的第三化合物半导体层(有源层)结构中层叠有至少一个阱层和至少一个势垒层。对于构成阱层的化合物半导体和构成势垒层的化合物半导体的组合，可以为例如(InyGa(1-y)N，GaN)，(InyGa(1-y)N，InzGa(1-z)N)[y＞z]和(InyGa(1-y)N，AlGaN)。
此外，在本发明的激光二极管器件中，第二化合物半导体层可具有p型GaN层和p型AlGaN层交替层叠的超点阵结构。超点阵结构的厚度可以是0.7μm或更小。通过采用这样的超点阵结构，在维持包层(claddinglayer)所必要的高折射率的同时，能够减小激光二极管器件的串联电阻成分，使得激光二极管器件的操作电压低。尽管对超点阵的厚度的下限值没有限制，但是下限值例如为0.3μm。对于构成超点阵结构的p型GaN层的厚度，厚度可以为例如1nm到5nm(包括端值)。对于构成超点阵结构的p型AlGaN层的厚度，厚度可以为例如1nm到5nm(包括端值)。对于p型GaN层和p型AlGaN层的总数，可以为例如60到300(包括端值)。此外，从第三化合物半导体层到第二电极的距离可以为1μm或更小，优选为0.6μm或更小。通过如上所述地定义从第三化合物半导体层到第二电极的距离，可减小具有高电阻的p型第二化合物半导体层的厚度，并且可减小激光二极管器件的操作电压。尽管从第三化合物半导体层到第二电极的距离的下限值没有限制，但例如，从第三化合物半导体层到第二电极的距离的下限值为0.3μm。此外，可以1*1019cm-3以上的水平在第二化合物半导体层掺杂Mg。第二化合物半导体层对来自第三化合物半导体层具有405nm波长的光的吸收系数可以为至少50cm-1。Mg的原子浓度来自显示出2*1019cm-3的最大空穴浓度的物质特性，并且是设计为最大空穴浓度，即，第二化合物半导体的比电阻最小的结果。考虑到尽可能减小激光二极管器件的电阻来规定第二化合物半导体层的吸收系数。结果，第三化合物半导体层的光的吸收系数通常为50cm-1。然而，可能将Mg掺杂量有意设置成2*1019cm-3以上的浓度以增加吸收系数。在这种情形下，用于得到有效空穴浓度的Mg掺杂量的上限例如是8*1019cm-3。此外，第二化合物半导体层从第三化合物半导体层侧开始可具有非掺杂化合物半导体层和p型化合物半导体层。从第三化合物半导体层到p型化合物半导体层的距离可以为1.2*10-7或更小。通过如上所述地规定从第三化合物半导体层到p型化合物半导体层的距离，可将内部损耗抑制在不降低内部量子效率的范围。从而，可减小开始激光振荡时的阈值电流密度。尽管没有限制从第三化合物半导体层到p型化合物半导体层的距离的下限值，但下限值可以为例如5*10-8m。此外，在脊条结构的两侧上，可形成由SiO2/Si层压结构构成的层压绝缘膜。脊条结构的有效折射率和层压绝缘膜的有效折射率之间的差可以为5*10-3到1*10-2。通过使用这样的层压绝缘膜，即使在超过100mW的高输出操作的情形下，仍可维持单基侧模(singlefundamental lateral mode)。此外，第二化合物半导体层可具有例如从第三化合物半导体层侧开始层叠非掺杂GaInN层(p侧光导层)、非掺杂AlGaN层(p侧包层)、Mg掺杂AlGaN层(电子势垒层)、由GaN层(Mg掺杂)/AlGaN层构成的超点阵结构(超点阵包层)和Mg掺杂GaN层(p侧接触层)的结构。第三化合物半导体层中构成阱层的化合物半导体的能带隙期望为2.4eV以上。此外，期望从第三化合物半导体层(有源层)发出的激光的波长为从360nm到500nm(包括端值)，优选从400nm到410nm(包括端值)。不用说，前述的各种配置可以进行适当的组合。
在本发明中的激光二极管器件中，在基板上顺次形成构成激光二极管器件的各种GaN化合物半导体层。除了蓝宝石基板，基板的例子还可包括GaAs基板、GaN基板、SiC基板、氧化铝基板、ZnS基板、ZnO基板、AIN基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、InP基板、Si基板、以及在前述的基板的表面(主面)上形成基层和缓冲层的层压体。主要是，在基板上形成GaN化合物半导体层的情形中，由于缺陷密度小使得GaN基板是优选的。然而，已知在GaN基板中，其特性根据生长平面从极性、非极性和半极性转变，或转变为极性、非极性和半极性。此外，形成构成激光二极管器件的各种GaN化合物半导体层的方法的例子可包括金属有机化学蒸汽沉积法(MOCVD法和MOVPE法)、分子束外延法(MBE法)、卤素促进转移或反应的氢化物蒸汽生长法。
在MOCVD法中有机镓源气体的例子可包括三甲基镓(TMG)气体和三乙基镓(TEG)气体。氮源气体的例子可包括氨气和肼气。在形成具有n型导电性的GaN化合物半导体层的形成中，例如，可添加硅(Si)作为n型杂质(n型掺杂剂)。在形成具有p型导电性的GaN化合物半导体层的形成中，例如，可添加镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂剂)。此外，在包含铝(Al)或铟(In)作为GaN化合物半导体层的构成原子的情形中，三甲基铝(TMA)气体可用作Al源，而三甲基铟(TMI)气体可用作In源。此外，单硅烷气体(SiH4气体)可用作Si源，并且环戊二烯基镁、甲基环戊二烯基镁或双甲基环戊二烯基镁(Cp2Mg)可用作Mg源。除了Si，n型杂质(n型掺杂剂)的例子还可包括Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd和Po。除了Mg，p型杂质(p型掺杂剂)的例子还可包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr。
当第一导电型是n型时，期望电连接至具有n型导电型的第一化合物半导体层的第一电极具有包含选自金(Au)、T银(Ag)、铂(Pd)、铝(Pd)、钛(Ti)、钨(W)、Cu(铜)、Zn(锌)、砷(Sn)和铟(In)构成的组中的至少一种金属的单层结构或多层结构，可以为例如Ti/Au、Ti/Al和Ti/Pt/Au。第一电极电连接至第一化合物半导体层。可在第一化合物半导体层上形成第一电极，并且第一电极可通过其与第一化合物半导体层之间的导电材料或导电基板连接至第一化合物半导体层。可通过PVD法，例如真空蒸发法和溅射法形成第一电极和第二电极。
可在第一电极和第二电极上设置垫电极(pad electrode)以与外部电极或电路电连接。期望垫电极具有包含选自Ti(钛)、铝(Al)、Pt(铂)、Au(金)和镍(Ni)构成的组中的至少一种金属的单层结构或多层结构。此外，垫电极可具有例如Ti/Pt/Au多层结构和Ti/Au多层结构的多层结构。
在本发明中的激光二极管器件中，如上文所述，期望在第一电极和第二电极的第二部分之间施加反向偏压(即，第一电极是正极并且第二部分是负极)。可以将与施加至第二电极的第一部分的脉冲电流或脉冲电压同步的脉冲电流或脉冲电压施加至第二电极的第二部分。可向第二电极的第二部分施加直流偏压(direct current bias)。此外，电流可从第二电极经由发光区流向第一电极，并且外部电信号可从第二电极经由发光区叠加到第一电极上。由此，激光可与外部电信号同步。此外，光信号可从层压结构的一个端面进入。同样，激光由此与光信号同步。此外，在第二化合物半导体层中，可在第三化合物半导体层和电子势垒层之间形成非掺杂化合物半导体(例如，非掺杂GaInN层或非掺杂AlGaN层)。此外，可在第三化合物半导体层和非掺杂化合物半导体层之间形成作为光导层的非掺杂GaInN层。第二化合物半导体层的最上层可被Mg掺杂GaN层(p侧接触层)占据。
本发明中的激光二极管器件可应用于各种领域，例如光盘系统、通信领域、光信息领域、光电集成电路、应用非线性光现象的领域、光开关、激光测量领域和各种分析领域、超快光谱领域、多光子激发光谱领域、质量分析领域、使用多光子吸收的微光谱领域、化学反应的量子控制、纳米三维加工领域、应用多光子吸收的各种加工领域、医学领域和生物成像领域。
[第一示例性实施方式]
第一示例性实施方式涉及根据本发明的第一实施方式到第五实施方式的激光二极管器件。图1A到1C和图2A到2C示出了第一示例性实施方式的激光二极管器件的示意性平面图。此外，图3示出了沿着第一示例性实施方式中的激光二极管器件的共振器延伸的方向的示意性端面图(沿XZ平面切割的示意性端面图)。图4示出了沿着与共振器延伸的方向垂直的方向的示意性截面图(沿YZ平面切割的示意性截面图)。图3是沿着图4中的线I-I的示意性端面图。图4是沿着图3中的线II-II的示意性截面图。
第一示例性实施方式中的激光二极管器件或后面描述的第二和第三示例性实施方式中的激光二极管器件(在一些情形中，下文统称为“第一示例性实施方式等的激光二极管器件”)是由双区型激光二极管器件构成的。激光二极管器件包括层压结构，在所述层压结构中，具有第一导电型(在各个示例性实施方式中，具体地讲为n型导电型)并且由GaN化合物半导体构成的第一化合物半导体层30、具有由GaN化合物半导体构成的发光区(增益区)41和可饱和吸收区42的第三化合物半导体层、以及具有与所述第一导电型不同的第二导电型(在各个示例性实施方式中，具体地讲为p型导电型)并且由GaN化合物半导体构成的第二化合物半导体层50被顺次层叠；形成在所述第二化合物半导体层50上的第二电极62；以及电连接至第一化合物半导体层30的第一电极61。第二电极62通过隔离槽62C分隔为直流电流经发光区(增益区)41流向第一电极61以获得正向偏压状态的第一部分62A、以及将电场加至可饱和吸收区42的第二部分62B。
层压结构具有脊条结构56。具体地讲，层压结构是具有脊条型分隔限制异质结构(SCH)的激光二极管器件。更具体地讲，激光二极管器件是开发用于蓝光光盘系统的指数波导型AlGaInN构成的GaN激光二极管器件。第一化合物半导体层30、第三化合物半导体层40和第二化合物半导体层50具体是由AlGaInN化合物半导体构成的，更具体的讲，在第一示例性实施方式等的激光二极管器件中具有下述表1中示出的层结构。在表1中，所列项目按照从距离n型GaN基板21最远的层到距离n型GaN基板21最近的层的顺序示出。第三化合物半导体层40中构成阱层的化合物半导体的能带隙是3.06eV。第一示例性实施方式等中的激光二极管器件设置在n型GaN基板21的(0001)面上。第三化合物半导体层40具有量子阱结构。n型GaN基板21的(0001)面也被称为“C面”，并且是具有极性的结晶面。
表1
第二化合物半导体层50
p型GaN接触层(Mg掺杂)55
p型GaN(Mg掺杂)/AlGaN超点阵包层54
p型AlGaN电子势垒层(Mg掺杂)53
非掺杂AlGaN包层52
非掺杂GaInN光导层51
第三化合物半导体层40
GaInN量子阱有源层
(阱层：Ga0.92In0.08N/势垒层：Ga0.98In0.02N)
第一化合物半导体层30
n型GaN包层32
n型AlGaN包层31
其中
阱层(两层)：10.5nm非掺杂
势垒层(三层)：14nm非掺杂
此外，通过RIE法去除部分p型GaN接触层55和部分p型GaN/AlGaN超点阵包层54，并且形成脊条结构56。在脊条结构56的两侧，形成由SiO2/Si构成的层压绝缘膜57。SiO2层为下层并且Si层为上层。脊条结构56的有效折射率和层压绝缘膜57的有效折射率之间的差为5*10-3到1*10-2(包括端值)，具体地为7*10-3。在相当于脊条结构56的顶面的p型GaN接触层55上，形成第二电极(p侧欧姆电极)62，同时，在n型GaN基板21的背面，形成Ti/Pt/Au构成的第一电极(n侧欧姆电极)。
在第一示例性实施方式等的激光二极管器件中，在第三化合物半导体层40及其附近区域产生的光密度分布中，为Mg掺杂化合物半导体层的p型AlGaN电子势垒层53、p型GaN/AlGaN超点阵包层54和p型GaN接触层55排列成尽可能彼此不重叠。由此，将内部损耗抑制在不降低内部量子效率的范围。因此，减小开始激光振荡的阈值电流密度。具体地讲，将从第三化合物半导体层40到p型AlGaN电子势垒层53的距离设置成0.01μm，将脊条结构56的高度设置成0.30μm，将位于第二电极62和第三化合物半导体层40之间的第二化合物半导体层50的厚度设置成0.50μm，并且将p型GaN/AlGaN超点阵包层54的位于第二电极62下方的部分的厚度设置成0.40μm。
在第一示例性实施方式等的激光二极管器件中，第二电极62通过隔离槽62C分隔为直流电流经由发光区(增益区)41流至第一电极61而获得正向偏压状态的第一部分62A、以及将电场加至可饱和吸收区42的第二部分62B(将反向偏压Vsa加到可饱和吸收区42的第二部分62B)。第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值(也称为“分隔电阻值”)是第二电极62和第一电极61之间电阻值的1*10倍以上，并且具体是第二电极62和第一电极61之间电阻值的1.5*103倍。此外，第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值(分隔电阻值)为1*102Ω以上，具体为1.5*104Ω。
在第一示例性实施方式等的激光二极管器件中，在发光区侧的层压结构的端面(光发射端面)发出激光。在光发射端面上形成，例如，反射率0.5％或更小、优选0.3％或更小的无反射涂层(AR)或低反射涂层。同时，在与激光二极管器件10的光发射端面相对的光反射端面上，形成反射率85％以上、优选95％以上的高反射涂层(HR)。在附图中没有示出无反射涂层(AR)、低反射涂层和高反射涂层(HR)。可饱和吸收区42设置在与激光二极管器件10中的光发射端面相对的光反射端面上。无反射涂层或低反射涂层的例子包括选自氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、氧化硅层和氧化铝层构成的组中的至少两种类型的层构成的层压结构。
如上文所述，期望在第二化合物半导体层50上形成具有分隔电阻值为1*102Ω的第二电极62。与现有的GaAs激光二极管器件不同，在GaN激光二极管器件的情形中，具有p型导电型的化合物半导体中的移动性小。因此，无需通过离子注入等将具有p型导电型的第二化合物半导体层50设置为高电阻，而通过形成在其上的隔离槽62C分隔第二电极62，可以使第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值变成第二电极62和第一电极61之间电阻值的10倍以上，或者第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值变成1*102Ω以上。
在第一示例性实施方式等的激光二极管器件10中，满足1＜W2/WMIN，优选满足1.5≤W2/WMIN≤20，更优选满足2.0≤W2/WMIN≤10，其中脊条结构56的最小宽度是WMIN，并且在第二电极62的第二部分62B和隔离槽62C之间的界面中，第二电极62的第二部分62B的脊条结构56的宽度是W2。
此外，在第一示例性实施方式等的激光二极管器件10中，在可饱和吸收区42的电场集中的区域中设置减小光限制作用的减小部分。具体地讲，通过1＜W2/WMIN而具体化减小部分，其中脊条结构56的最小宽度是WMIN，并且在第二电极62的第二部分62B和隔离槽62C之间的界面中，第二电极62的第二部分62B的脊条结构56的宽度是W2。
其示意平面图在图1A中示出的激光二极管器件10中，第二电极62的第一部分62A的宽度等于最小宽度是WMIN(固定值)。此外，在第二电极62的第二部分62B的界面区域中，第二电极62的第二部分62B的宽度是最宽的(在附图中通过箭头“P”指示，在一些情形中称为“界面区域P”，下同)，为W2，并且该宽度向光反射端面逐渐收窄。在图1A到1C、图2A到2C、图5A、图8和图12中，将隔离槽加上阴影以清晰地指出隔离槽。
其示意平面图在图1B中示出的激光二极管器件10中，第二电极62的第一部分62A的宽度等于最小宽度是WMIN(固定值)。此外，从第二电极62的第二部分62B的界面区域P到光反射端面，第二电极62的第二部分62B的宽度是固定值W2。
其示意平面图在图1C中示出的激光二极管器件10中，第二电极62的第一部分62A的宽度在光发射端面为最小宽度WMIN，并且向光发射端面变宽。此外，第二电极62的第二部分62B的宽度从第二电极62的第二部分62B的界面区域P向光反射端面变宽，并且界面区域P的宽度是W2。
其示意平面图在图2A中示出的激光二极管器件10中，第二电极62的第一部分62A的宽度具有等于最小宽度WMIN(固定值)的区域。此外，第二电极62的第一部分62A的宽度在隔离槽62C附近变宽。此外，在第二电极62的第二部分62B的界面区域P中，第二电极62的第二部分62B的宽度最宽，为W2，并且向光反射端面逐渐变窄。
其示意平面图在图2B中示出的激光二极管器件10中，第二电极62的第一部分62A的宽度具有等于最小宽度WMIN(固定值)的区域。此外，第二电极62的第一部分62A的宽度在隔离槽62C附近变宽。此外，从第二电极62的第二部分62B的界面区域P到光反射端面，第二电极62的第二部分62B的宽度是固定值W2。
其示意平面图在图2C中示出的激光二极管器件10中，第二电极62的第一部分62A的宽度在光发射端面为最小宽度WMIN，并且向光反射端面变宽。此外，在第二电极62的第二部分62B中的界面区域P中，第二电极62的第二部分62B的宽度最宽，为W2，并且向光反射端面逐渐变窄。
在上述的第一示例性实施方式的激光二极管器件10中，具有最小宽度WMIN的脊条结构56的部分位于发光区41中，并且位于层压结构的光发射端面。
如上文所述，在第一示例性实施方式的激光二极管器件10中，满足W2/WMIN＞1。因此，电场不太可能集中在第二电极62的第二部分62B的界面区域P上，并且在第二电极62的第二部分62B中不容易发生损坏。此外，电场不太可能集中在可饱和吸收区的界面区域上。结果，能够减小光密度，并且在可饱和吸收区42的界面区域上不容易发生损坏。第二电极62的第一部分62A和第二部分62B的平面形状不限制于图1A到图1C和图2A到图2C中所示的例子。
例如，在图2C示出的激光二极管器件(为了方便，称为“示例性实施方式1A和示例性实施方式1B的激光二极管器件”)中，激光二极管器件10的共振器长度是600μm，第二电极62的第一部分62A、第二部分62B和隔离槽62C的长度分别是560μm、30μm和10μm，W1-MIN为1.5μm，而W2为2.5μm(示例性实施方式1A)或5.0μm(示例性实施方式1B)。
同时，制造其中第二电极62的第一部分62A和第二部分62B的宽度是固定值(1.5μm)的激光二极管器件作为对照例1。
增加流向发光区(增益区)41的电流Ig，增加施加到可饱和吸收区42的电压值Vsa，并且由此进行锁模操作。测量在示例性实施方式1A、示例性实施方式1B和对照例1的激光二极管器件发生损坏时流向可饱和吸收区42的电流。可以将电流Isa认为是插入到可饱和吸收区42的光量。如果能够改善由于电场集中导致的劣化，可以增加电流Ig和电压值Vsa，由此有可能增加电流Isa。结果如下。从该结果可以发现，增加W2的值，能够增加能够流向可饱和吸收区42的电流值(能够被吸收到可饱和吸收区42的光量)。换言之，发现电场不太可能集中在可饱和吸收区42的界面区域上。
示例性实施方式1A：14毫安
示例性实施方式1B：25毫安
对照例1：10毫安
第二电极62的要求的特征如下：
1.包括在蚀刻第二化合物半导体层50中用作蚀刻掩膜的功能，
2.第二电极62能够被湿法蚀刻，而不会劣化第二化合物半导体层50的光学和电学特性，
3.在第二化合物半导体层50上形成第二电极62的情形中，呈现10-2Ω·cm2或更小的接触比电阻值，
4.在层压结构的情况下，构成下金属层的材料具有大功函，显示出对第二化合物半导体层50的低接触比电阻值，并且能够被湿蚀刻，以及
5.在层压结构的情况下，构成上金属层的材料对在形成脊条结构中的蚀刻有耐性(例如，在RIE法中使用的Cl2气体)，并且能够被湿蚀刻。
在第一示例性实施方式等的激光二极管器件中，从具有0.1μm厚度的Pd单层形成第二电极62。
具有其中p型GaN层和p型AlGaN层交替层叠的超点阵结构的p型GaN/AlGaN超点阵包层54的厚度为0.7μm或更小，具体为0.4μm。构成超点阵结构的p型GaN层的厚度为2.5nm。构成超点阵结构的p型AlGaN层的厚度为2.5nm。p型GaN层和p型AlGaN层的总数为60。此外，从第三化合物半导体层40到第二电极62的距离为1μm或更小，具体为0.5μm。此外，构成第二化合物半导体层50的p型AlGaN电子势垒层53、p型GaN/AlGaN超点阵包层54和p型GaN接触层55以1*1019cm-3以上的水平(具体地讲，为2*1019cm-3的水平)的镁掺杂。第二化合物半导体层50对具有405nm波长的光的吸收系数至少是50cm-1，具体是65cm-1。此外，第二化合物半导体层50从第三化合物半导体层40侧开始设置有非掺杂化合物半导体层(非掺杂GaInN光导层51和非掺杂AlGaN包层52)和p型化合物半导体层。从第三化合物半导体层40到p型化合物半导体层(具体地讲，p型AlGaN电子势垒层53)的距离d是1.2*10-7m或更小，具体是100nm。
将参照图13A、图13B、图14A、图14B和图15对制造第一示例性实施方式中的激光二极管器件的方法进行说明。图13A、图13B、图14A和图14B是沿YZ平面切割基板等的示意性局部截面图。图15是沿XZ平面切割基板等的示意性局部端面图。
[步骤-100]
首先，根据公知的MOCVD法，在基板上，具体地讲，在n型GaN基板21的(0001)面上形成层压结构，在所述层压结构中，具有第一导电型(n型导电型)并且由GaN化合物半导体构成的第一化合物半导体层30、包括由GaN化合物半导体构成的发光区(增益区)41和可饱和吸收区42的第三化合物半导体层(有源层40)、以及具有与第一导电型不同的第二导电型(p型导电型)并且由GaN化合物半导体构成的第二化合物半导体50层被顺次层叠(参见图13A)。
[步骤-110]
接着，在第二化合物半导体层50上形成第二电极62。具体地讲，根据真空蒸发法在第二化合物半导体层50的整个表面上形成Pd层63后(参见13B)，根据光刻法技术在Pd层63上形成蚀刻用的抗蚀层。在利用王水去除没有用蚀刻用抗蚀层覆盖的Pd层63后，除去蚀刻用抗蚀层。由此，能够得到图14A所示的结构。可以基于剥离法(liftoff method)在第二化合物半导体层50上形成第二电极。
[步骤-120]
接着，通过将第二电极62用作蚀刻用掩膜来蚀刻第二化合物半导体层50的至少一部分来形成脊条结构56。具体地讲，将第二电极62用作蚀刻用掩膜，基于使用Cl2气的RIE法蚀刻第二化合物半导体层50的一部分。由此，能够得到图14B示出的结构。如上文所述，通过用图案化第二电极62作为蚀刻用掩膜的自对准方法形成脊条结构56。因此，在第二电极62和脊条结构56之间不会发生未对准。
[步骤-130]
此后，形成用于在第二电极62中形成隔离槽的抗蚀层64(参见图15)。标识数字65表示在抗蚀层64中提供的用于形成隔离槽的孔。接着，通过用抗蚀层64作为湿蚀刻用掩膜的湿蚀刻法在第二电极62中形成隔离槽62C，由此，通过隔离槽62C将第二电极62分隔成第一部分62A和第二部分62B。具体地讲，将王水用作蚀刻液，整体浸入王水约10秒，由此在第二电极62中形成隔离槽62C。此后，去除抗蚀层64。从而能够得到图3和图4中示出的结构。如上文所述，与干蚀刻法不同，通过采用湿蚀刻法，第二化合物半导体层50的光学特性和电学特性不会劣化。因此，不会劣化激光二极管器件的光发射特性。如果采用干蚀刻法，存在第二化合物半导体层50的内部损耗αi增加、，阈值电压增高以及光输出降低的可能性。在这种情形中，确定ER0/ER1≈1*102，其中第二电极62的蚀刻率是ER0，而层压结构的蚀刻率是ER1：
如上文所述，由于在第二电极62和第二化合物半导体层50之间存在高蚀刻选择比，可以使第二电极62被可靠地蚀刻，而不会蚀刻层压结构(即使层压结构被蚀刻，蚀刻量也很小)。期望满足Er0/Er1≥1*10，并且优选满足Er0/Er1≥1*102。
第二电极62可具有由20nm厚的铂(Pb)制成的下金属层和由200nm厚的镍(Ni)制成的上金属层构成的层压结构。在使用王水的湿法蚀刻中，镍蚀刻率是铂蚀刻率的约1.25倍。
[步骤-140]
此后，形成n侧电极并且切开基板。此外，进行封装，从而能够形成激光二极管器件10。
通常，使用构成半导体层的材料的比电阻值ρ(Ω·m)、半导体层的长度X0(m)、半导体层的截面面积S(m2)、载流子密度n(cm-3)、电荷量(C)和移动性μ(m2/V sec)如下表达半导体层的电阻R(Ω)。
R＝(ρ·X0)/S＝X0/(n·e·μ·S)
由于p型GaN半导体的移动性与p型GaAs半导体相比，移动性小两位(two-digit)以上，所以很容易提高电阻值。因此，根据前述等式，发现具有小截面面积的脊条结构的激光二极管器件的电阻值变成较大的值。
通过四端子法测量制作出的激光二极管器件10的第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值。在隔离槽62C的宽度是20μm的情形中，第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值是15kΩ。此外，在制作出的激光二极管器件10中，通过使直流电流从第二电极62的第一部分62A经由发光区41流向第一电极61而获得正向偏压状态，并且通过第一电极61和第二电极62的第二部分62B之间施加反向偏压Vsa而将电场加至可饱和吸收区42，由此允许进行自脉动操作。即，第二电极62的第一部分62A和第二部分62B之间的电阻值是第二电极62和第一电极61之间电阻值的10倍以上，或1*102Ω以上。因此，能够可靠地抑制第二电极62的第一部分62A到第二电极62的第二部分62B的漏电流流动。结果，发光区41能够处于正向偏压状态，可饱和吸收区42能够可靠地处于反向偏压状态，并且能够可靠地执行单模自脉动操作。具体的讲，光脉冲的脉冲宽度为30皮秒，并且基于时间平均功率(64毫瓦/秒，约72皮焦/脉冲)估计的脉冲峰功率为约2.4瓦。
[第二示例性实施方式]
第二示例性实施方式涉及根据本发明的第二实施方式、第三实施方式和第五实施方式的激光二极管器件。图5A示出了第二示例性实施方式的激光二极管器件的示意性平面图。图5B和图5C示出了沿着图5A中的线E-E和线F-F的示意性截面图(沿XZ平面切割的示意性端面图)。图6A示出了沿着图5A的线A-A的示意性端面图，图6B示出了沿着图5A的线B-B的示意性端面图，图7A示出了沿着图5A的线C-C的示意性端面图，而图7B示出了沿着图5A的线D-D的示意性端面图。在图6A和图6B以及图7A和图7B中没有示出层压绝缘膜57。
基于根据本发明的第二实施方式的激光二极管器件的说明，在第二示例性实施方式的激光二极管器件10B中，在脊条结构56的两侧上设置有第二化合物半导体层暴露区50B，在所述第二化合物半导体层暴露区50B中，所述第二化合物半导体层50是暴露的；并且满足1＜L2/L1-ave，优选满足1.1≤L2/L1-ave≤2.0，其中，从构成发光区41的第三化合物半导体层40部分到第二化合物半导体层暴露区50B的顶面的平均距离是L1-ave，并且在第二电极62的第二部分62B和隔离槽62C之间的界面(界面区域P)中，从构成可饱和吸收区42的第三化合物半导体层40部分到第二化合物半导体层暴露区50B的顶面的距离是L2。此外，满足2.0≤D2/D1-ave≤3.5，其中发光区41中的第二化合物半导体层暴露区50B沿着与脊条结构56的轴线方向(X方向)垂直的方向(Y方向)的平均宽度是D1-ave，并且在第二电极62的第二部分62B和隔离槽62C之间的界面(界面区域P)中，可饱和吸收区42中的第二化合物半导体层暴露区50B沿着与脊条结构56的轴线方向(X方向)垂直的方向(Y方向)的宽度是D2。为了方便，将与位于第二电极62下方的第二化合物半导体层50的部分50A相对的第二化合物半导体层部分称为第二化合物半导体层对向区50C，在部分50A和对向区50C之间有第二化合物半导体层暴露区50B。此外，为了方便，将夹在第二化合物半导体层50的部分50A和第二化合物半导体层对向区50C之间的区域(在第二化合物半导体层暴露区50B上方的区域)称为“凹部56″”。这种结构也经常称为“W脊结构”。
此外，基于根据本发明的第三实施方式的激光二极管器件的说明，在根据本发明的第二示例性实施方式的激光二极管器件10B中，满足H2/H1-ave＜1，优选满足0.85≤H2/H1-ave≤0.98，其中发光区41中的脊条结构56的平均高度是H1-ave，并且在第二电极62的第二部分62B和隔离槽62C之间的界面(界面区域P)中，第二电极62的第二部分62B的脊条结构56的高度是H2。
具体地讲，在第二示例性实施方式中，L2为80μm，L1-ave为65μm，H2为580μm，H1-ave为595μm，D2为3μm，并且D1-ave为7μm。
此外，在第二示例性实施方式的激光二极管器件10B中，在可饱和吸收区42的电场集中的区域上设置减小光限制作用的减小部分。具体地讲，通过1＜L2/L1-ave或H2/H1-ave＜1具体化该减小措施。
在这种情形中，为了满足1＜L2/L1-ave或H2/H1-ave＜1，在激光二极管器件的制造过程中干蚀刻第二化合物半导体层50时，例如，可利用微负载效应(micro loading effect)。即，可以利用在宽度窄的槽部的底部露出的化合物半导体层的蚀刻率低于在宽度宽的槽部的底部露出的化合物半导体层的蚀刻率的事实。为了该目的，通过满足2.0≤D2/D1-ave≤3.5的规定，在第二电极62的第二部分62B的界面区域P中的距离L2的值、以及在发光区41中的平均距离L1-ave满足1＜L2/L1-ave。此外，在发光区41中的脊条结构56的平均高度H1-ave的值和在第二电极62的第二部分62B的界面区域P中的脊条结构56的高度H2的值满足H2/H1-ave＜1。
更具体地讲，在与第一示例性实施方式的与步骤110类似的步骤中，在基于真空蒸发法在第二化合物半导体层50的整个表面上形成Pd层63后，在应当形成包括分隔槽62C的第二电极62的第二化合物半导体层的区域中和应当形成第二化合物半导体层对向区50C的第二化合物半导体层的区域中留下Pd层63。接着，在与第一示例性实施方式的步骤120类似的步骤中，将第二电极62作为蚀刻用掩膜蚀刻露出的第二化合物半导体层的一部分。
此外，通过在每个情形中形成适当的抗蚀层并且蚀刻第二化合物半导体层两次，第二电极62的第二部分62B的界面区域P中的距离L2的值和发光区域41中的平均距离L1-ave的值满足1＜L2/L1-ave。即，在第一次蚀刻中，可以在第二化合物半导体层中形成具有深度H2的凹部。在第二次蚀刻中，可以在第二化合物半导体层中形成具有深度H1-ave的凹部。
此外，通过执行与第一示例性实施方式的步骤110相似的步骤能够满足L2/L1-ave＜1，接着形成深度L1-ave的凹部，并且沿厚度方向去除脊条结构中的一部分第二化合物半导体层。
如上文所述，在第二示例性实施方式的激光二极管器件10B中，满足L2/L1-ave＞1，并且满足L2/L1-ave＜1。因此，电场不太可能集中在可饱和吸收区42的界面区域上，降低了光限制效应，并且在可饱和吸收区42的界面区域中不容易发生损坏。
[第三示例性实施方式]
第三示例性实施方式涉及根据本发明的第四实施方式和第五实施方式的激光二极管器件。图8示出了第三示例性实施方式的激光二极管器件的示意性平面图。在第三示例性实施方式的激光二极管器件10C中，第二电极62的第二部分62B由多个部分构成。尽管在示出的例子中多个部分的数量是“3”，但该数目并不限制于3。为了构成多个部分的第二电极62的第二部分62B，通过第二隔离槽62D将第二电极62的第二部分62B分隔成多个部分。第二隔离槽62D的宽度为2μm。在图8中，将第二隔离槽62D加上阴影以清晰地指出第二隔离槽62D。
此外，在第三示例性实施方式的激光二极管器件10C中，在可饱和吸收区42的电场集中的区域上设置减小光限制作用的减小部分。在这种情形中，减小措施是通过构成多个部分的第二电极62的第二部分62B而具体化。例如，在与第一示例性实施方式的步骤130类似的步骤中与隔离槽62C一起形成第二隔离槽62D。
在第三示例性实施方式的激光二极管器件10C中，第二电极62的第二部分62B由多个部分构成，并且在第二电极62的第二部分62B中产生的热容易扩散，结果，在第二电极的第二部分中不容易发生损坏。此外，由于可饱和吸收区42由多个部分构成，电场不容易集中在可饱和吸收区42的界面区域上，并且在可饱和吸收区42的界面区域中不容易发生损坏。
在上文中已参照示例性实施方式对本发明进行了说明。然而，本发明并不限制于前述的示例性实施方式。在示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构仅是示例，可以根据需要进行修改。此外，在示例性实施方式中，尽管已经示出了各种数值，但这些不同的数值也是示例，因此，不用说，例如，如果激光二极管器件的规格改变，也要改变这些值。例如，第二电极具有由20nm厚的铂(Pd)制成的下金属层和由200nm厚的镍(Ni)制成的上金属层构成的层压结构。在使用王水的湿蚀刻中，镍蚀刻率是铂蚀刻率的约1.25倍。
在第一示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构可与在第二示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构组合。在第一示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构可与在第三示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构组合。在第二示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构可与在第三示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构结合。在第一示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构、在第二示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构、以及在第三示例性实施方式中所述的激光二极管器件的配置和结构可相互结合。
图9A示出了通过利用本发明的激光二极管器件配置集光型外部共振器而执行锁模操作的激光二极管组件。在图9A中示出的集光型外部共振器中，外部共振器由在可饱和吸收区侧形成有高反射涂层(HR)的激光二极管器件的端面和外部镜构成，并且从外部镜提取光脉冲。在发光区(增益区)侧的激光二极管器件的端面(光发射端面)中形成无反射涂层(AR)。对于光学滤波器，主要使用带通滤波器，并且被插入以控制激光振荡波长。通过施加到发光区的直流电流和施加到可饱和吸收区的反向偏压Vsa确定锁模。通过外部共振器长度X′确定光脉冲串的重复频率f，并且通过以下等式f＝c/(2n·X′)表达结果，其中c是光速，n是波导的折射率。
此外，图9B示出了利用本发明的激光二极管器件配置的外部共振器的另一个修改例。在图9B中示出的校准外部共振器中，该外部共振器由在可饱和吸收区侧上形成有高反射涂层(HR)的激光二极管器件的端面和外部镜构成，并且从外部镜提取光脉冲。在发光区(增益区)侧的激光二极管器件的端面(光发射端面)中形成无反射涂层(AR)。
发光区41和可饱和吸收区42的数量不限制于一个。图10示出了激光二极管器件的示意性端面图(沿XZ面切割的示意性端面图)，该激光二极管器件中设置有第二电极的一个第一部分62A和第二电极的两个第二部分62B1和62B2。在激光二极管器件中，第一部分62A的一端与一个第二部分62B1相对，它们之间有一个隔离槽62C1，并且第一部分62A的另一端与另一个第二部分62B2相对，它们之间有另一个隔离槽62C2。此外，一个发光区41夹在两个可饱和吸收区421和422之间。此外，图11示出了激光二极管器件的示意性端面图，该激光二极管器件中设置有第二电极的两个第一部分62A1和62A2和第二电极的一个第二部分62B(沿XZ面切割的示意性端面图)。在激光二极管器件中，第二部分62B的一端部与一个第一部分62A1相对，它们之间有一个隔离槽62C1，并且第二部分62B的另一端与另一个第一部分62A2相对，它们之间有另一个隔离槽62C2。此外，一个可饱和吸收区42夹在两个发光区411和412之间。在图10和图11中，存在两个界面区域P，它们可应用第一示例性实施方式或第二示例性实施方式中的激光二极管器件的配置和结构。此外，在图10示出的激光二极管器件中，第一示例性实施方式或第二示例性实施方式的激光二极管器件的配置和结构仅适用于光反射端面侧的界面区域P。此外，不用说，在第三示例性实施方式中所述的激光二极管器件的第二隔离槽能够应用于在图10和图11中所示的激光二极管器件。
激光二极管器件可以是具有含斜光导的斜脊条型分隔限制异质结构的激光二极管器件。图12示出了将带有斜光导的斜脊条结构应用到第二示例性实施方式中的激光二极管器件的例子。图12是从脊部56″的上方观察的示意图。激光二极管器件具有组合两条直线型脊条结构的结构。期望两条脊条结构的交叉角度θ的值满足，例如，0＜θ≤10(度)，并且优选满足0＜θ≤6(度)。通过采用斜脊条型，设置有低反射涂层的端面的反射率能够更接近于0％的理想值。结果，能够防止在激光二极管器件中旋转(revolve)的激光的产生，并且能够抑制与主激光有关的子激光的产生。不用说，这种激光二极管器件可应用于在第一示例性实施方式或第三示例性实施方式中描述的激光二极管器件。
在示例性实施方式中，激光二极管器件设置在{0001}面上，{0001}面是作为n型GaN基板21的极性面的C面。在这种情形中，在一些情形中，由于QCSE效应(量子限制斯塔克效应)难于电控制可饱和吸收，QCSE效应是由于在第三化合物半导体层中的压电极化(piezoelectricpolarization)和固有极化(intrinsic polarization)产生的内电场而导致。换言之，在一些情形中，需要提高为了获得自脉动操作和锁模操作的流向第一电极的直流电流值、以及施加到可饱和吸收区反向偏压值，产生伴随主脉冲的子脉冲，或者难以在外部信号和光脉冲之间取得同步。为了防止这样的现象，激光二极管器件可设置在作为{11-20}面的A面、作为{1-100}面的M面、诸如{1-102}面的非极性面、包括{11-24}面和{11-22}面的{11-2n}面、或诸如{10-11}面和{10-12}面的半极性面上。即使由此在激光二极管器件的第三化合物半导体层中产生压电极化和固有极化，也不会在与第三化合物半导体层的厚度方向上产生压电极化，而在与第三化合物半导体层的厚度方向大致垂直的方向上产生压电极化。因此，能够排除压电极化和固有极化导致的不良影响。{11-2n}面是指与C面成约40度的非极性面。在激光二极管器件设置在非极性面或半极性面上的情形下，能够消除如在第一示例性实施方式中所述的阱层的厚度限制(从1nm到10nm(包括端值))和势垒层的掺杂浓度的限制(从2*1018cm-3到1*1020cm-3(包括端值))。
本发明包含的主题涉及于2010年12月8日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-273359中公开的主题，其全部内容通过引用结合到入本文中。
本领域普通技术人员应当理解，在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计需求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及替换。

Claims (13)

1.一种激光二极管器件，包括：
层压结构，其中，第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层顺次层叠，所述第一化合物半导体层具有第一导电型并且由GaN化合物半导体构成，所述第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的发光区和可饱和吸收区，而所述第二化合物半导体层具有与所述第一导电型不同的第二导电型并且由GaN化合物半导体构成；
第二电极，形成在所述第二化合物半导体层上；和
第一电极，电连接至所述第一化合物半导体层，
其中，所述层压结构具有脊条结构，
所述第二电极被隔离槽分隔为第一部分和第二部分，所述第一部分用于通过经由所述发光区将直流电流施加至所述第一电极以获得正向偏压状态，所述第二部分用于将电场加至所述可饱和吸收区，并且
满足1＜W2/WMIN，其中，所述脊条结构的最小宽度是WMIN，并且在所述第二电极的所述第二部分和所述隔离槽之间的界面中，所述第二电极的第二部分的脊条结构的宽度是W2。
2.根据权利要求1所述的激光二极管器件，其中，满足1.5≤W2/WMIN≤20。
3.一种激光二极管器件，包括：
层压结构，其中，第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层顺次层叠，所述第一化合物半导体层具有第一导电型并且由GaN化合物半导体构成，所述第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的发光区和可饱和吸收区，而所述第二化合物半导体层具有与所述第一导电型不同的第二导电型并且由GaN化合物半导体构成；
第二电极，形成在所述第二化合物半导体层上；和
第一电极，电连接至所述第一化合物半导体层，
其中，所述层压结构具有脊条结构，
所述第二电极被隔离槽分隔为第一部分和第二部分，所述第一部分用于通过经由所述发光区将直流电流施加至所述第一电极以获得正向偏压状态，所述第二部分用于将电场加至所述可饱和吸收区，并且，
在所述脊条结构的两侧上设置有暴露所述第二化合物半导体层的第二化合物半导体层暴露区，并且
满足1＜L2/L1-ave，其中，从第三化合物半导体层的构成所述发光区的部分到所述第二化合物半导体层暴露区的顶面的平均距离是L1-ave，并且在所述第二电极的第二部分和所述隔离槽之间的界面中，从所述第三化合物半导体层的构成所述可饱和吸收区的部分到所述第二化合物半导体层暴露区的顶面的距离是L2。
4.根据权利要求3所述的激光二极管器件，其中，满足1.1≤L2/L1-ave≤2.0。
5.根据权利要求3所述的激光二极管器件，其中，满足2.0≤D2/D1-ave≤3.5，其中，所述发光区中的所述第二化合物半导体层暴露区沿着与所述脊条结构的轴线方向垂直的方向的平均宽度是D1-ave，并且在所述第二电极的第二部分和所述隔离槽之间的界面中，所述可饱和吸收区中的所述第二化合物半导体层暴露区沿着与所述脊条结构的轴线方向垂直的方向的宽度是D2。
6.根据权利要求4所述的激光二极管器件，其中，满足2.0≤D2/D1-ave≤3.5，其中，所述发光区中的所述第二化合物半导体层暴露区沿着与所述脊条结构的轴线方向垂直的方向的平均宽度是D1-ave，并且在所述第二电极的第二部分和所述隔离槽之间的界面中，所述可饱和吸收区中的所述第二化合物半导体层暴露区沿着与所述脊条结构的轴线方向垂直的方向的宽度是D2。
7.一种激光二极管器件，包括：
层压结构，其中，第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层顺次层叠，所述第一化合物半导体层具有第一导电型并且由GaN化合物半导体构成，所述第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的发光区和可饱和吸收区，而所述第二化合物半导体层具有与所述第一导电型不同的第二导电型并且由GaN化合物半导体构成；
第二电极，形成在所述第二化合物半导体层上；和
第一电极，电连接至所述第一化合物半导体层，
其中，所述层压结构具有脊条结构，
所述第二电极被隔离槽分隔为第一部分和第二部分，所述第一部分用于通过经由所述发光区将直流电流施加至所述第一电极以获得正向偏压状态，所述第二部分用于将电场加至所述可饱和吸收区，并且
满足H2/H1-ave＜1，其中，所述发光区中的所述脊条结构的平均高度是H1-ave，并且在所述第二电极的第二部分和所述隔离槽之间的界面中，所述第二电极的第二部分的所述脊条结构的高度是H2。
8.根据权利要求7所述的激光二极管器件，其中，满足0.85≤H2/H1-ave≤0.98。
9.一种激光二极管器件，包括：
层压结构，其中，第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层顺次层叠，所述第一化合物半导体层具有第一导电型并且由GaN化合物半导体构成，所述第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的发光区和可饱和吸收区，而所述第二化合物半导体层具有与所述第一导电型不同的第二导电型并且由GaN化合物半导体构成；
第二电极，形成在所述第二化合物半导体层上；和
第一电极，电连接至所述第一化合物半导体层，
其中，所述层压结构具有脊条结构，
所述第二电极被隔离槽分隔为第一部分和第二部分，所述第一部分用于通过经由所述发光区将直流电流施加至所述第一电极以获得正向偏压状态，所述第二部分用于将电场加至所述可饱和吸收区，并且
所述第二电极的第二部分由多个部分构成。
10.一种激光二极管器件，包括：
层压结构，其中，第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层顺次层叠，所述第一化合物半导体层具有第一导电型并且由GaN化合物半导体构成，所述第三化合物半导体层具有由GaN化合物半导体构成的发光区和可饱和吸收区，而所述第二化合物半导体层具有与所述第一导电型不同的第二导电型并且由GaN化合物半导体构成；
第二电极，形成在所述第二化合物半导体层上；和
第一电极，电连接至所述第一化合物半导体层，
其中，所述层压结构具有脊条结构，
所述第二电极被隔离槽分隔为第一部分和第二部分，所述第一部分用于通过经由所述发光区将直流电流施加至所述第一电极以获得正向偏压状态，所述第二部分用于将电场加至所述可饱和吸收区，并且
在所述可饱和吸收区的电场集中的区域上设置有减小光限制作用的减小部分。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的激光二极管器件，其中，所述第二电极的所述第一部分和所述第二部分之间的电阻值为1*102Ω以上。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的激光二极管器件，其中，将所述第二电极分隔为所述第一部分和所述第二部分的所述隔离槽的宽度为2μm以上。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的激光二极管器件，其中，激光从所述发光区侧的所述层压结构的端面出射。
CN2011103913569A 2010-12-08 2011-11-30 激光二极管器件 Pending CN102545036A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-273359 2010-12-08
JP2010273359A JP5138023B2 (ja) 2010-12-08 2010-12-08 半導体レーザ素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102545036A true CN102545036A (zh) 2012-07-04

Family

ID=45065584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011103913569A Pending CN102545036A (zh) 2010-12-08 2011-11-30 激光二极管器件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9001860B2 (zh)
EP (1) EP2463972A2 (zh)
JP (1) JP5138023B2 (zh)
CN (1) CN102545036A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111082314A (zh) * 2019-12-11 2020-04-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种半导体激光器及其制备方法
CN114552384A (zh) * 2020-11-27 2022-05-27 山东华光光电子股份有限公司 一种通过改变局部侧向折射率来实现基模激射的半导体激光器及其制备方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010027935A (ja) * 2008-07-23 2010-02-04 Sony Corp 半導体レーザ、光ディスク装置および光ピックアップ
JP2011187580A (ja) * 2010-03-05 2011-09-22 Sony Corp 自励発振型半導体レーザ素子及びその駆動方法
JP2012174851A (ja) * 2011-02-21 2012-09-10 Toshiba Corp 半導体発光装置
JP2014165328A (ja) * 2013-02-25 2014-09-08 Sony Corp 半導体発光素子及び表示装置
KR101691851B1 (ko) * 2013-03-11 2017-01-02 인텔 코포레이션 실리콘 기반 광 집적 회로를 위한 오목 미러를 갖는 저전압 아발란치 광 다이오드
WO2015076110A1 (ja) * 2013-11-19 2015-05-28 ソニー株式会社 半導体レーザ素子
DE102015203113B4 (de) * 2015-02-20 2023-12-28 Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, Leibniz- Institut für Höchstfrequenztechnik Laserdiode mit verbesserten elektrischen Leiteigenschaften
CN106329310A (zh) * 2016-11-15 2017-01-11 中国科学院福建物质结构研究所 一种基于多模干涉结构的锁模半导体激光器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004007002A (ja) * 2000-11-01 2004-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体発光装置及びその製造方法
JP2004047692A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Mitsubishi Electric Corp 電子部品製造装置および電子部品製造方法
CN101635434A (zh) * 2008-07-23 2010-01-27 索尼株式会社 激光二极管、光盘装置与光学拾波器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7590408B2 (en) 2002-04-03 2009-09-15 Qualcomm Incorporated Systems and methods for early determination of network support for mobile IP
JP3705595B2 (ja) 2002-12-09 2005-10-12 株式会社ホシプラ 合成樹脂製把手の成形方法
US20060222024A1 (en) * 2005-03-15 2006-10-05 Gray Allen L Mode-locked semiconductor lasers with quantum-confined active region
JP2008047692A (ja) 2006-08-16 2008-02-28 Sony Corp 自励発振型半導体レーザおよびその製造方法
JP2010251712A (ja) * 2009-03-26 2010-11-04 Sony Corp バイ・セクション型半導体レーザ素子及びその製造方法、並びに、バイ・セクション型半導体レーザ素子の駆動方法
JP5743624B2 (ja) * 2011-03-17 2015-07-01 ソニー株式会社 半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004007002A (ja) * 2000-11-01 2004-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体発光装置及びその製造方法
JP2004047692A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Mitsubishi Electric Corp 電子部品製造装置および電子部品製造方法
CN101635434A (zh) * 2008-07-23 2010-01-27 索尼株式会社 激光二极管、光盘装置与光学拾波器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111082314A (zh) * 2019-12-11 2020-04-28 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种半导体激光器及其制备方法
CN111082314B (zh) * 2019-12-11 2021-10-08 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种半导体激光器及其制备方法
CN114552384A (zh) * 2020-11-27 2022-05-27 山东华光光电子股份有限公司 一种通过改变局部侧向折射率来实现基模激射的半导体激光器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012124301A (ja) 2012-06-28
JP5138023B2 (ja) 2013-02-06
US20120147917A1 (en) 2012-06-14
EP2463972A2 (en) 2012-06-13
US9001860B2 (en) 2015-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE45973E1 (en) Semiconductor optical amplifier
CN102545036A (zh) 激光二极管器件
CN101847826B (zh) 二分型半导体激光元件及其制造方法、以及其驱动方法
EP2451032A2 (en) Laser diode assembly and semiconductor optical amplifier assembly
EP2403081A2 (en) Alignment method of semiconductor optical amplifier and light output device
JP5743624B2 (ja) 半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法
CN102629732A (zh) 次载具、次载具组件和次载具装配方法
US8442079B2 (en) Mode-locked semiconductor laser device and driving method thereof
EP2485345A2 (en) Laser diode assembly
JP2011187580A (ja) 自励発振型半導体レーザ素子及びその駆動方法
EP2667463A1 (en) Semiconductor laser element
CN103828147A (zh) 发光器件及其制造方法
EP3073587B1 (en) Semiconductor laser element
JP5536132B2 (ja) 半導体レーザ素子
WO2018207422A1 (ja) レーザ装置組立体
JP2014007434A (ja) モードロック半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置組立体

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120704