CN109565153B - 半导体激光器、电子设备和驱动半导体激光器的方法 - Google Patents

半导体激光器、电子设备和驱动半导体激光器的方法 Download PDF

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Abstract

在根据本公开的实施方式的半导体激光器中，脊部具有以下结构，其中，多个增益区域和多个Q开关区域各自交替地布置，分离区域中的每个分离区域在脊部的延伸方向上介于其间。分离区域各自具有分离凹槽，分离凹槽通过空间将彼此相邻的增益区域和Q开关区域彼此分离。分离凹槽的底表面所在的位置在第二半导体层中高于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。

Description

半导体激光器、电子设备和驱动半导体激光器的方法
技术领域
本公开涉及半导体激光器、电子设备和驱动半导体激光器的方法。
背景技术
在半导体激光器中，存在Q开关操作作为通过控制振荡来获得高功率脉冲的方法。在Q开关操作中，最初增加光学损耗以抑制振荡，从而促进光学泵浦以使激发状态下的原子数量充分增加；在那个时间点，Q值升高，从而允许振荡。例如，在以下专利文献1至专利文献5中描述了允许Q开关操作的半导体激光器。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：特开平1-262683号公报
专利文献2：特开平5-90700号公报
专利文献3：特开平10-229252号公报
专利文献4：特开2005-39099号公报
专利文献5：特开2008-258274号公报
发明内容
在允许Q开关操作的半导体激光器中，在一些情况下可能在增益区域与Q开关区域之间发生电流泄漏。在增益区域与Q开关区域之间发生的电流泄漏对Q开关操作产生不利影响。因此，期望提供一种能够抑制电流泄漏的半导体激光器、电子设备和驱动半导体激光器的方法。
根据本公开的实施方式的半导体激光器在半导体衬底上顺序包括第一导电类型的第一半导体层、有源层、第一导电类型的第二半导体层和第二导电类型的第三半导体层。半导体激光器进一步包括脊部，脊部形成在第二半导体层和第三半导体层中并且在堆叠面内方向上延伸。脊部具有以下结构，其中多个增益区域和多个Q开关区域各自交替地布置，分离区域中的每个分离区域在脊部的延伸方向上介于其间。分离区域各自具有分离凹槽，分离凹槽通过空间将彼此相邻的增益区域和Q开关区域彼此分离。分离凹槽的底表面所在的位置在第二半导体层中高于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。
根据本公开的实施方式的电子设备包括半导体激光器作为光源。
根据本公开的实施方式的驱动半导体激光器的方法是下述驱动半导体激光器的方法，包括：将正向偏置脉冲电压施加到增益区域；并将反向偏置施加到Q开关区域。
在根据本公开各个实施方式的半导体激光器、电子设备、驱动半导体激光器的方法中，脊部中的分离凹槽的底表面被设置所在的位置在第一导电类型的第二半导体层中高于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。因此，形成在增益区域与Q开关区域之间的耗尽区域使得增益区域与Q开关区域之间的部分具有更高的电阻。此外，抑制了增益区域中的载流子的光散射，以增加注入载流子密度。
根据本公开的相应实施方式的半导体激光器、电子设备、驱动半导体激光器的方法，在增益区域与Q开关区域之间形成的耗尽区域致使增益区域与Q开关区域之间的部分具有更高的电阻，并且抑制了增益区域中的载流子的光散射，以增加注入载流子密度。因此，可以抑制电流泄漏。应注意，本公开的效果不必限于这里描述的那些，并且可以是本说明书中描述的任何效果。
附图说明
图1示出了根据本公开的第一实施方式的半导体激光器的顶表面的配置实例。
图2示出了图1中所示的半导体激光器的透视配置实例。
图3示出了图2中所示的半导体激光器的一部分的透视配置实例，不包括堤部。
图4示出了沿A-A线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置实例。
图5示出了沿B-B线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置实例。
图6示出了沿C-C线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置实例。
图7示出了沿D-D线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置实例。
图8示出了在子底座上安装有图1所示的半导体激光器的半导体激光装置的透视配置实例。
图9示出了图1中所示的半导体激光器的制造过程中的晶片的截面配置实例。
图10示出了在图9之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。
图11示出了在图10之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。
图12A示出了在图11之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。
图12B示出了在图11之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。
图12C示出了在图11之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。
图13示出了在图12A之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。
图14示出了在图1中所示的半导体激光器中产生的耗尽区域的实例。
图15示出了要施加到图1中所示的半导体激光器的电压的波形的实例。
图16示出了要施加到图1中所示的半导体激光器的电压的波形的实例。
图17示出了光输出随时间的变化的实例。
图18示出了每个增益区域的载流子密度随时间的变化的实例。
图19示出了每个增益区域的载流子密度随时间的变化的实例。
图20示出了每个增益区域的载流子密度随时间的变化的实例。
图21示出了图1中所示的半导体激光器的透视配置的变型例。
图22示出了沿B-B线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图23示出了沿A-A线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图24示出了沿A-A线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图25示出了沿B-B线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图26示出了沿A-A线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图27示出了沿D-D线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图28示出了沿D-D线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图29是微负载效应的示例图。
图30示出了图1中所示的脊部的一部分的顶表面配置的变型例。
图31示出了图1中所示的脊部的一部分的顶表面配置的变型例。
图32示出了图1中所示的脊部的一部分的顶表面配置的变型例。
图33示出了图1中所示的脊部的一部分的顶表面配置的变型例。
图34示出了图1中所示的脊部的一部分的顶表面配置的变型例。
图35示出了图1中所示的脊部的一部分的顶表面配置的变型例。
图36示出了图1中所示的脊部的一部分的顶表面配置的变型例。
图37示出了图1中所示的脊部的一部分的顶表面配置的变型例。
图38示出了沿D-D线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图39示出了沿D-D线截取的图1中所示的半导体激光器的截面配置的变型例。
图40示出了根据本公开的第二实施方式的距离测量单元的示意性配置实例。
图41示出了图40中所示的距离测量单元的示意性配置的变型例。
图42示出了图40中所示的距离测量单元的示意性配置的变型例。
图43示出了图40中所示的距离测量单元的示意性配置的变型例。
具体实施方式
在下文中，参考附图详细描述用于执行本公开的实施方式。以下描述针对本公开的具体实例，并且本公开不限于以下实施方式。此外，本公开不限于附图中所示的相应部件的位置、尺寸、尺寸比和其他因素。应注意，按以下顺序给出描述。
1.第一实施方式(半导体激光器)
仅增益区域设置有杂质扩散区域的实例
2.第一实施方式的变型例(半导体激光器)
变型例A：分离区域在宽度方向上没有突起的实例
变型例B：仅在脊部形成杂质扩散区域的实例
变型例C：Q开关区域也设置有杂质扩散区域的实例
变型例D：省去刻蚀阻挡层的实例
变型例E：分离凹槽的底部具有凸形形状的实例
变型例F：分离凹槽在脊的中间具有窄的宽度的实例
变型例G：在增益区域的端表面上设置凸形形状的实例在Q开关区域的端表面上设置凹形形状的实例
变型例H：在端表面上设置凸形形状、凹形形状或凹凸形状的实例
变型例I：分离凹槽的底部具有与脊的一侧的脚部相同高度的实例
3.第二实施方式(距离测量单元)
将根据前述实施方式及其变型例中的任一个的半导体激光器用作距离测量单元的光源的实例
<1.第一实施方式>
[配置]
描述了根据本公开的第一实施方式的半导体激光器1的配置。图1示出了根据本实施方式的半导体激光器1的顶表面的配置实例。图2示出了图1中所示的半导体激光器1的透视配置实例。图3示出了图1中所示的半导体激光器1的一部分的透视配置实例，不包括堤部20C(稍后描述)。
半导体激光器1是产生光学脉冲的元件，并且适合用作例如激光雷达的光源、用于处理的激光器、医用激光手术刀等。半导体激光器1是边缘发射激光器。半导体激光器1包括在谐振器方向上彼此相对的前端表面S1和后端表面S2，以及介于前端表面S1与后端表面S2之间的凸起的脊部20A。半导体激光器1例如在谐振器方向上具有1,000μm的长度。半导体激光器1在谐振器方向上的长度可以根据必要的特性适当地可调节。脊部20A在谐振器方向上延伸。例如，脊部20A的一个端表面暴露于前端表面S1，并且脊部20A的另一端表面暴露于后端表面S2。应注意，脊部20A的相应端表面可以设置在从前端表面S1和后端表面S2略微凹陷的位置处。在这种情况下，由此，脊部20A的相应端表面不设置在与前端表面S1和后端表面S2相同的平面中。在这种情况下，可以不必提供稍后描述的电流非注入区域20d。
前端表面S1和后端表面S2各自是通过解理形成的表面。前端表面S1和后端表面S2各自用作谐振器镜，脊部20A用作光波导。前端表面S1例如设置有抗反射膜。抗反射膜包括例如电介质(例如，SiO2、TiO2、Ta2O5、SiN等)，并且被配置为在前端表面S1处具有约15％的反射率。后端表面S2例如设置有多层反射膜。多层反射膜包括例如电介质(例如，SiO2、TiO2、Ta2O5、SiN等)和Si，并且被配置为在后端表面S2处具有约85％的反射率。
半导体激光器1包括在脊部20A的各侧处呈凸起形状的堤部20C。换言之，半导体激光器1具有由脊部20A和两个堤部20C配置而成的双脊结构。这些堤部20C各自被设置用于保护脊部20A和确保用于引线接合的区域。这些堤部20C各自例如在与脊部20A的延伸方向平行的方向上延伸。如果需要，可以省去这些堤部20C中的各个堤部。半导体激光器1是在脊部20A上设置有多个电极的多电极半导体激光器。
脊部20A例如由多个增益区域20a、多个Q开关区域20b和多个分离区域20c配置而成。多个增益区域20a和多个Q开关区域20b在脊部20A的延伸方向上各自交替地布置，其中分离区域20c介于其间。换言之，脊部20A具有以下结构，在脊部20A的延伸方向上，多个增益区域20a和多个Q开关区域20b各自交替地布置，分离区域20c介于其间。分离区域20c中的每个分离区域被布置在增益区域20a与Q开关区域20b之间。分离区域20c中的每个分离区域由设置在脊部20A中的凹陷形状的分离凹槽20B和脊部20A的在分离凹槽20B正下方的部分配置而成。优选的是，这些增益区域20a各自具有500μm或更小的长度、期望地为300μm或更小的长度。当增益区域20a各自具有大于500μm的长度时，载流子密度不太可能增加，因此很有可能的是，光输出可能降低。同时，当增益区域20a各自具有300μm或更小的长度时，特别是载流子密度更可能增加，因此使得更容易增强光输出。
Q开关区域20b或增益区域20a中的任一者可以设置在前端表面S1侧的脊部20A的一端处。此外，Q开关区域20b或增益区域20a中的任一者可以设置在后端表面S2侧的脊部20A的一端处。此外，电流非注入区域20d可以设置在脊部20A的两端处。电流非注入区域20d是抑制由在前端表面S1或后端表面S2附近流动的电流引起的不稳定振荡的区域。电流非注入区域20d是没有设置稍后描述的接触层27的区域，并且是没有直接从电极注入电流的区域。
图4示出了沿A-A线截取的图1中所示的半导体激光器1的截面配置实例。图5示出了沿B-B线截取的图1中所示的半导体激光器1的截面配置实例。图6示出了沿C-C线截取的图1中所示的半导体激光器1的截面配置实例。图7示出了沿D-D线截取的图1中所示的半导体激光器1的截面配置实例。图8示出了在子底座201(稍后描述)上安装有图1所示的半导体激光器1的半导体激光装置2的透视配置实例。
半导体激光器1包括衬底10和形成在衬底10上的半导体层20。半导体层20例如包括从衬底10侧开始按此顺序的下包覆层21、下引导层22、有源层23、上引导层24、第一上包覆层25、第二上包覆层26和接触层27。半导体层20可以包括除上述那些之外的层。例如，半导体层20可以包括在下包覆层21与衬底10之间的位置处的缓冲层。
衬底10例如是Si掺杂的n型GaAs衬底。下包覆层21包括例如Si掺杂的n型Alx1Ga1- x1As(0.2<x1<0.5)。下引导层22包括例如Si掺杂的n型Alx2Ga1-x2As(0.1<x2<0.3)。缓冲层包括例如Si掺杂的n型Al0.3Ga0.7As。衬底10、下包覆层21、下引导层22和缓冲区中包含的Si的浓度例如约为5×1017cm-3。
例如，有源层23具有多量子阱结构。多量子阱结构例如是势垒层和阱层交替堆叠的结构。势垒层包括例如Al0.1Ga0.9As。阱层包括例如Al0.4Ga0.6As。在有源层23中，调节构成有源层23的多量子阱结构中的掺杂剂和掺杂浓度，以允许有源层23的平均电特性为n型。
上引导层24包括例如Si掺杂的n型Al0.3Ga0.7As。第一上包覆层25包括例如Si掺杂的n型Al0.5Ga0.5As。第一上包覆层25包括例如彼此分开地布置的刻蚀阻挡层25A和25B。刻蚀阻挡层25A和25B各自是组成比与第一上包覆层25的另一部分的组成比不同的半导体层。与刻蚀阻挡层25B距衬底10相比，刻蚀阻挡层25A被布置成更靠近衬底10，并且包括例如Si掺杂的n型Al0.3Ga0.7As。与刻蚀阻挡层25A距衬底10相比，刻蚀阻挡层25B被布置成更远离衬底10，并且包括例如Si掺杂的n型Al0.3Ga0.7As。第一上包覆层25的介于刻蚀阻挡层25A与刻蚀阻挡层25B之间的层具有的厚度t2是等于t1±50nm的厚度，假设t1表示接触层27的厚度。厚度t2例如是等于或大于100nm的厚度。
第二上包覆层26包括例如C掺杂的p型Al0.5Ga0.5As。接触层27包括例如C掺杂的p型GaAs。第二上包覆层26和接触层27各自具有与衬底10、缓冲层、下包覆层21、下引导层22、有源层23、上引导层24和第一上包覆层25中的每一者的导电类型不同的导电类型。具体地，第二上包覆层26和接触层27各自具有p导电类型，而衬底10、缓冲层、下包覆层21、下引导层22、有源层23、上引导层24和第一上包覆层25各自具有n导电类型。因此，在第一上包覆层25与第二上包覆层26之间的界面用作p-n结25J。
半导体激光器1包括第一上包覆层25的杂质扩散区域25C，杂质扩散区域所在的位置对应于增益区域20a和其两侧的区域。杂质扩散区域25C在增益区域20a中与第二上包覆层26接触。杂质扩散区域25C具有与第二上包覆层26相同的导电类型。杂质扩散区域25C例如是通过将Zn扩散到第一上包覆层25而形成的区域。杂质扩散区域25C的下端可以被定位在第一上包覆层25与上引导层24之间的界面处，或者可以被定位在第一上包覆层25中、上引导层24中、或者有源层23中。也就是说，增益区域20a包括p-n结25J，p-n结所在的位置低于与脊部20A的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。杂质扩散区域25C的Zn扩散浓度为约1×1017cm-3至约1×1019cm-3。应注意，第二上包覆层26的C浓度优选地低于杂质扩散区域25C的Zn扩散浓度。在这种情况下，由C执行的光吸收变小，从而增强了光输出。
接触层27暴露于增益区域20a的顶表面。刻蚀阻挡层25A暴露于增益区域20a的两侧(脊部20A的与增益区域20a对应的部分的两侧)。增益区域20a的高度对应于从刻蚀阻挡层25A的顶表面到接触层27的顶表面的厚度。增益区域20a的两侧(脊部20A的与增益区域20a对应的部分的两侧)中的每一侧从接触层27挖到与刻蚀阻挡层25A的顶表面对应的位置。增益区域20a由杂质扩散区域25C、第二上包覆层26和接触层27配置而成，并且用作p型半导体区域。
接触层27暴露于Q开关区域20b的顶表面。刻蚀阻挡层25A暴露于Q开关区域20b的两侧(脊部20A的与Q开关区域20b对应的部分的两侧)。Q开关区域20b的高度对应于从刻蚀阻挡层25A的顶表面到接触层27的顶表面的厚度。Q开关区域20b的两侧(脊部20A的与Q开关区域20b对应的部分的两侧)中的每一侧从接触层27挖到刻蚀阻挡层25A的顶表面。Q开关区域20b包括设置在脊部20A中的p-n结25J(即，在高于与脊部20A的两侧中的每一侧的脚部对应的部分的位置处)。
刻蚀阻挡层25B暴露于分离区域20c的顶表面。刻蚀阻挡层25B的暴露于分离区域20c的顶表面的部分是例如通过湿法刻蚀形成的表面，并且例如用稀盐酸等清洁。刻蚀阻挡层25A暴露于分离区域20c的两侧(脊部20A的与分离区域20c对应的部分的两侧)。刻蚀阻挡层25A的与脊部20A的两侧中的每一侧的脚部对应的部分的表面是例如通过湿法刻蚀形成的表面，并且例如用稀盐酸等清洁。分离区域20c的高度对应于从刻蚀阻挡层25A的顶表面到刻蚀阻挡层25B的顶表面的厚度。分离区域20c的两侧(脊部20A的与分离区域20c对应的部分的两侧)中的每一侧从接触层27挖到与刻蚀阻挡层25A的顶表面对应的位置。分离凹槽20B通过空间将相邻的增益区域20a和Q开关区域20b彼此分离。分离凹槽20B的底表面设置在第一上包覆层25中。具体地，分离凹槽20B的底表面对应于刻蚀阻挡层25B的顶表面，并且设置在比与脊部20A的两侧中的每一侧的脚部对应的部分(刻蚀阻挡层25A)更高的位置处。分离区域20c的宽度(脊部20A在宽度方向上的宽度)D3大于增益区域20a的宽度D1以及Q开关区域20b的宽度D2。这使得可以抑制由分离凹槽20B引起的引导光的散射。分离区域20c的与分离凹槽20B的底部对应的部分由第一上包覆层25(包括刻蚀阻挡层25A和25B)配置而成，并且用作n型半导体区域。
第二上包覆层26暴露于电流非注入区域20d的顶表面。刻蚀阻挡层25A暴露于电流非注入区域20d的两侧(脊部20A的与电流非注入区域20d对应的部分的两侧)。电流非注入区域20d的高度对应于从刻蚀阻挡层25A的顶表面到第二上包覆层26的顶表面的厚度。电流非注入区域20d的两侧(脊部20A的与电流非注入区域20d对应的部分的两侧)中的每一侧从接触层27挖到与刻蚀阻挡层25A的顶表面对应的位置。
半导体激光器1在半导体层20上还包括例如绝缘层28、电介质层29、增益电极31、Q开关电极32以及焊盘电极33和34。绝缘层28是保护半导体层20并覆盖半导体层20的整个顶表面的层。绝缘层28例如由诸如SiO2等绝缘无机材料配置而成。电介质层29是减小每个焊盘电极33和34的电容的层。电介质层29设置为与堤部20C正上方的绝缘层28的表面的部分接触，并且例如由SiO2、聚酰亚胺等配置而成。
绝缘层28在脊部20A正上方的相应部分上具有多个开口。设置在绝缘层28中的多个开口一对一地分配给相应的增益区域20a和相应的Q开关区域207b。增益电极31被形成在形成于增益区域20a正上方的绝缘层28的部分处的开口中。增益电极31被形成为与脊部20A的顶表面(接触层27的顶表面)接触。增益电极31是将电流注入增益区域20a中并由金属材料配置而成的电极。Q开关电极32被形成在形成于Q开关区域20b正上方的绝缘层28的部分处的开口中。Q开关电极32被形成为与脊部20A的顶表面(接触层27的顶表面)接触。Q开关电极32是向Q开关区域20b施加偏置电压并由金属材料配置而成的电极。
焊盘电极33和34各自形成在堤部20C上，并且具体地形成在电介质层29上。焊盘电极33是用于接合线203的电极，并且电耦接到增益电极31。焊盘电极34是用于接合线204的电极，并且电耦接到Q开关电极32。焊盘电极33和34各自由金属材料配置而成。
半导体激光器1进一步包括例如与衬底10的后表面接触的下电极40。下电极40以及增益电极31和Q开关电极32是用于驱动半导体激光器1的电极。下电极40由金属材料配置而成。在半导体激光器1安装在子底座201上的情况下，下电极40经由例如诸如AuSn等焊料耦接到子底座201上的片状电极202。电极202也是用于接合线205的电极。子底座201由具有高散热性的绝缘材料配置而成。
[制造方法]
接下来，描述根据本实施方式的半导体激光器1的制造方法。图9示出了半导体激光器1的制造过程中的晶片的截面配置实例。图10示出了在图9之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。图11示出了在图10之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。图12A、图12B和图12C各自示出了在图11之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。图12A示出了对应于图1中所示的线B-B的位置的截面配置实例。图12B示出了对应于图1中所示的线C-C的位置的截面配置实例。图12C示出了对应于图1中所示的线D-D的位置的截面配置实例。图13示出了在图12A之后的制造过程中的晶片的截面配置实例。
为了制造半导体激光器1，例如，借助于诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法等外延晶体生长方法，在包括Si掺杂的n型GaAs的衬底10上一次形成化合物半导体。在这种情况下，用于化合物半导体的材料的实例包括甲基有机金属气体，诸如，三甲基铝(TMAl)、三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)和砷化氢(AsH3)。
首先，将衬底10(晶片)放置在MOCVD炉中。接下来，在衬底10上依次形成下包覆层21(例如，Si掺杂的n型Alx1Ga1-x1As)和下引导层22(例如，Si掺杂的n型Alx2Ga1-x2As)(参见图9)。随后，在下引导层22上形成有源层23(例如，交替堆叠Al0.1Ga0.9As和Al0.4Ga0.6As的多量子阱结构)(参见图9)。接下来，在有源层23上依次形成上引导层24(例如，n型Al0.3Ga0.7As)和第一上包覆层25(例如，n型Al0.5Ga0.5As)(参见图9)。在这种情况下，在第一上包覆层25中，刻蚀阻挡层25A(例如，n型Al0.3Ga0.7As)和刻蚀阻挡层25B(例如，n型Al0.3Ga0.7As)在上引导层24上彼此分开地形成(参见图9)。
在该实例中，借助于MOCVD方法的外延生长可以导致在某些情况下包含用作受体的C。因此，例如，可以掺杂浓度等于或高于受体的浓度的Si，以将除补偿量之外的平均载流子浓度调节为1×1017cm-3或更低。此外，在有源层23中，可以仅势垒层掺杂有Si，以将平均载流子浓度调节到1×1017cm-3或更低。在有源层23中仅势垒层掺杂有Si的情况下，由于在阱层上不进行过量掺杂，因此可以在不降低发光效率的情况下补偿受体。应注意，可以使用Se代替Si来作为n型掺杂剂。
接下来，将衬底10(晶片)从MOCVD炉中取出。接下来，将Zn扩散到第一上包覆层25的表面的预定区域。这允许形成杂质扩散区域25C(参见图9)。在这种情况下，Zn不仅扩散到将成为脊部20A的部分，而且扩散到与脊部20A的两侧对应的部分。这可以容易地使将成为脊部20A的部分的Zn浓度均匀化。使用ZnO膜的固相扩散方法或气相扩散方法可以用于扩散Zn。例如，ZnO膜被形成在第一上包覆层25的表面的预定区域中以进行固相扩散。之后，剥离ZnO膜以用SiN等覆盖第一上包覆层25的整个表面。之后，对衬底10(晶片)进行退火，从而将Zn从表面层扩散到第一上包覆层25的深部，因此可以将表面层的Zn浓度降低到所期望的浓度。
接下来，用稀盐酸等清洁第一上包覆层25的表面，然后将衬底10(晶片)再次放入MOCVD炉中。接下来，在第一上包覆层25上依次形成第二上包覆层26(例如，C掺杂的p型Al0.5Ga0.5As)和接触层27(例如，C掺杂的p型GaAs)。以这种方式，半导体层20被形成在衬底10上(参见图10)。
接下来，将衬底10(晶片)从MOCVD炉中取出。接下来，例如，使用CVD方法等在半导体层20(接触层27)的表面上以预定图案形成硬掩模(包括SiO2的膜等)。接下来，例如，使用干法刻蚀方法经由形成在硬掩模中的开口选择性地刻蚀半导体层20，从而例如将半导体层20挖到紧邻到达刻蚀阻挡层25B的位置。之后，例如，使用采用氢氟酸的湿法刻蚀方法经由形成在硬掩模中的开口选择性地刻蚀半导体层20，从而例如将半导体层20挖到刻蚀阻挡层25B。以这种方式，形成了分离凹槽20B(参见图11)。之后，去除上述硬掩模。
接下来，例如，使用CVD方法以预定图案重新形成硬掩模(包括SiO2的膜等)。接下来，例如，使用干法刻蚀方法经由形成在硬掩模中的开口选择性地刻蚀半导体层20，从而将与脊部20A的两侧中的每一侧对应的位置挖到紧邻到达刻蚀阻挡层25A的位置。之后，例如，使用采用氢氟酸的湿法刻蚀方法经由形成在硬掩模中的开口选择性地刻蚀半导体层20，从而例如将半导体层20挖到刻蚀阻挡层25A。以这种方式，形成了脊部20A和两个堤部20C(参见图12A、图12B和图12C)。之后，去除上述硬掩模。
应注意，可以仅使用干法刻蚀来形成分离凹槽20B、脊部20A和两个堤部20C，而不使用湿法刻蚀。在干法刻蚀的情况下，可以通过监测光学干涉，高度精确地实时地掌握刻蚀深度。例如，一旦到达刻蚀阻挡层25B或刻蚀阻挡层25A，光强度就根据光学干涉而变化，从而使得可以通过捕获光强度的变化来识别已经到达了刻蚀阻挡层25B或刻蚀阻挡层25A的表面。
接下来，例如，使用CVD方法等在包括分离凹槽20B、脊部20A和两个堤部20C的各个部件的整个表面上形成绝缘层28(参见图13)。接下来，例如，使用CVD方法等在绝缘层28上在堤部20C的正上方形成电介质层29。接下来，例如，使用气相沉积方法等在绝缘层28的形成在每个增益区域20a正上方的开口中形成增益电极31，并且在绝缘层28的形成在每个Q开关区域20b正上方的开口中形成Q开关电极32(参见图13)。接下来，例如，使用气相沉积方法等在绝缘层28和电介质层29上形成各个焊盘电极33和34。此外，根据需要，例如，使用电镀方法将焊盘电极33和34各自制成为更厚的膜。通过使焊盘电极33和34各自成为更厚的膜，可以防止焊盘电极33和34中的每个焊盘电极在脊部20A与堤部20C之间断裂。
接下来，根据需要，研磨衬底10的后表面以将衬底10的厚度调节到期望的厚度。接下来，例如，使用气相沉积方法等在衬底10的后表面上形成下电极40。接下来，衬底10(晶片)经受解理，以形成前端表面S1和后端表面S2。最后，在前端表面S1上形成抗反射膜，并且在后端表面S2上形成多层反射膜。以这种方式，制造了半导体激光器1。
在如此制造的半导体激光器1中，驱动电路(例如稍后描述的激光驱动器304)向增益区域20a(增益电极31)施加正向偏置(脉冲电压V1)，正向偏置具有几伏的幅度和纳秒(ns)级(例如，约1ns)的脉冲宽度。此外，驱动电路(例如，稍后描述的激光驱动器304)向Q开关区域20b(Q开关电极32)施加例如负几伏的反向偏置(电压V2)(电压V2<0)(例如，图15和图16)。在这种情况下，例如，电压V2可以是固定值(如图15中所示)，或者可以是根据脉冲电压V1的施加的脉冲电压(如图16所示)。电压V2可以是例如在脉冲电压V1的峰值时间在负方向上具有峰值的脉冲电压。在这种情况下，在增益区域20a中，随着流入增益区域20a的电流关联于脉冲电压V1的施加而变大，载流子逐渐累积在有源层23中。在载流子密度超过振荡阈值的时间点，光子密度迅速增加以引起激光振荡。这导致累积的电子空穴对被快速消耗，并且从载流子密度降落低于振荡阈值密度的时间点开始，光子密度迅速降低以停止激光振荡。这允许获得比脉冲电压V1本身的脉冲宽度短的脉冲宽度(例如，200ps或更小的脉冲宽度)的激光脉冲，如图17中的粗线所示。
应注意，图17中的虚线表示在Q开关区域20b接地的情况下的激光脉冲的实例。由图17中的虚线表示的激光脉冲具有约亚ns的脉冲宽度。在Q开关区域20b接地的情况下，由Q开关区域20b中产生的光生伏特电流引起的电压降较小；Q开关区域20b用作具有较小电压波动的吸收剂，因此允许获得更接近脉冲电压V1的波形的光学脉冲。
众所周知，对于Q开关操作中有源层的载流子密度的行为，可以使用行波速率方程(TRE)进行建模(参考文献：超快二极管激光器，Peter Vasilev，Atech House出版社)。图18、图19和图20各自示出了由本发明人参考TRE方法唯一地执行的根据半导体激光器1的模型的验证结果的实例。图18示出了在以1,000μm的谐振器长度提供两个增益区域20a并且输入4A的阶跃电流之后的瞬态响应。图19示出了在以1,000μm的谐振器长度提供五个增益区域20a并且输入4A的阶跃电流之后的瞬态响应。图20示出了在以1,000μm的谐振器长度提供九个增益区域20a并且输入4A的阶跃电流之后的瞬态响应。在图18、图19和图20中，反向偏置被施加到Q开关区域20b。
增益区域20a的载流子密度逐渐增加，在约0.6ns时达到峰值(1.2×1025cm-3)。同时，在增益区域20a的一端处，载流子密度以略大于透明载流子密度的程度饱和。对此的一个原因是每个增益区域20a中的光促进受激发射。在图19中，减少了由于受激发射而导致载流子密度降低的区域。应理解，在图20中平均载流子密度增加。以这种方式，在对增益区域20a执行高电流注入的Q开关半导体激光器中，优选的是，这些增益区域20a各自具有500μm或更小的长度、期望地为300μm或更小的长度。然而，由于谐振器长度的划分数量的增加，分离区域的数量增加，因此降低了增益区域20a与Q开关区域20b之间的部分的组合电阻。划分数量优选地被调节成使组合电阻为100千欧姆或更大。
增益区域20a的载流子寿命取决于载流子密度的平方。因此，增益区域20a的载流子寿命在高电流注入时饱和。典型的半导体激光器以充分低于饱和载流子密度的载流子密度执行激光振荡。当反向偏置被调节成允许Q开关区域20b的损耗几乎不低于增益区域20a的饱和载流子密度的最大增益时，发生激光振荡。在例如根据图15的通过高电阻施加反向偏置的情况下，由于Q开关区域20b的光电流而发生电压降，因此反向偏置变小，导致半导体激光器1的Q值急剧增加。这允许获得具有高峰值的脉冲光。当从增益区域20a到Q开关区域20b的电流泄漏变大时，在高电阻下发生电压降。因此，存在若干不期望的影响，诸如，难以向Q开关区域20b施加反向偏置、由于Q值的波动较小导致脉冲光的峰值降低、或者脉冲宽度增加。作为这种被动Q开关方法，可应用根据本实施方式的半导体激光器1的结构。
同时，如图18、图19和图20所示，增益区域20a的载流子密度在约0.6ns后达到峰值。根据图16，在施加增益区域20a的脉冲电流之前将反向电压施加到Q开关区域20b，并且在增益区域20a的载流子密度饱和之后主动降低Q开关区域20b的损耗；在这种情况下，增益超过损耗，从而引起发生激光振荡。类似于被动Q开关方法，Q开关区域20b的光电流经历电压降。因此，增加了Q值的增加速度，从而允许获得具有高峰值的脉冲光。载流子密度的饱和时间在约3ns内，因为它取决于有源层23的结构等。因此，由于无功电流的增加，不期望增益区域20a的脉冲电流的宽度为5ns或更大。
[效果]
接下来，描述了根据本实施方式的半导体激光器1的效果。
近来的3D形状测量技术已经取得了显著的进步，并且这种3D形状测量技术已经在诸如游戏装置和各种电子产品中的姿势输入以及汽车的预防性安全和自动驾驶等领域中被积极地利用。使用飞行时间(TOF)方法的激光雷达是一种允许测量到已经施加到物体的脉冲光被散射和返回为止的时间并且测量到对象的距离的直接方法；激光雷达已被广泛使用。激光雷达在适用范围方面存在限制，取决于配置系统的装置的性能。激光光源的脉冲能量越高，测量距离就变得越长，从而允许提高距离精度。能够直接产生脉冲光的半导体激光器存在许多工业优点，如下：可以提供更小尺寸和更便宜的半导体激光器；并且可以实现高的电光转换效率和更低的功耗。B.Lanz等人使用具有可饱和吸收特性的宽条带半导体激光器获得了80ps的脉冲宽度和3nJ的脉冲能量(Brigitte Lanz、Boris S.Ryvkin、EugeneA.Avrutin和Juha T.Kostamovaara，“通过增益开关非对称波导激光二极管中的可饱和吸收体的性能改进”，光学快讯29781，2013年第21卷)。
为了使用半导体激光器增加脉冲能量，必须增加要注入增益区域的载流子的数量。因此，采用如下若干方法：增加有源层的厚度；增加条带的宽度；以及将反向偏置施加到可饱和吸收区域以增加Q值的变化。以这种方式改变谐振器中的Q值的方法被称为Q开关半导体激光器。被动Q开关半导体激光器被动地引起Q值的变化。主动Q开关脉冲半导体激光器能够调制要施加到Q开关区域的反向偏置，以进一步增加Q值的变化。为了进一步增加脉冲能量，必须增加Q值的变化并进一步增加施加到增益区域的电压。具体地，在使用条带宽度为几μm或更小的窄条带结构获得瓦特级脉冲峰值的情况下，Q开关区域与增益区域之间的电位差变大以达到10V或更高。
然而，包括AlGaAs等的典型Q开关脉冲半导体激光器在Q开关区域与增益区域之间具有小的电阻。因此，当Q开关区域与增益区域之间的电位差变大时，Q开关区域与增益区域之间的漏电流增加。由于各种因素，这种泄漏电流抑制了Q开关操作。例如，当漏电流变得大于Q开关区域的光电流时，被动Q开关脉冲半导体激光器具有较小的Q值变化。主动Q开关脉冲半导体激光器必须增加开关元件的可允许电流，从而降低开关速度。
可以想到在分离区域中形成凹槽，作为增加Q开关区域与增益区域之间的电阻的方法。在分离区域中形成凹槽导致引导损耗的增加、由于分离区域中的光反射引起的增益区域中的受激发射的增加、以及由于激光振荡引起的脉冲能量的降低。作为在保持两个电极之间的光学耦合的同时增加两个电极之间的电阻的方法，已经提出了在远离发光区域的区域中提供到达衬底的分离凹槽，并且在发光区域附近仅去除表面层中的n型GaAs电极层(日本未经审查的专利申请公开第H1-262683号)。然而，在这种情况下，在n型GaAs电极层下面存在p型AlGaAs包覆层，从而导致经由p型AlGaAs包覆层发生电流泄漏。作为增加两个电极之间的电阻的另一种方法，已经提出了在两个电极之间执行离子注入的方法(日本未经审查的专利申请公开第2008-258274号)。然而，在这种情况下，由于离子注入引起的缺陷增加可能导致引导损耗的增加，从而降低长期可靠性。此外，在通过离子注入反转导电类型的情况下，由于缺陷等在反转区域中产生电流路径，因此使得难以忽略由于电流泄漏造成的影响。
相比之下，在根据本实施方式的半导体激光器1中，当反向偏置电压施加到Q开关区域20b时，例如，在Q开关区域20b中形成耗尽区域35，如图14所示。在该实例中，有源层23具有200nm的厚度，上引导层24具有100nm的厚度，并且第一上包覆层25具有350nm的厚度。另外，有源层23、上引导层24和第一上包覆层25的平均载流子密度为1×1017cm-3。在这种情况下，当-10V的反向偏置施加到Q开关区域20b时，耗尽区域35的下端位于距p-n结25J375nm处。此外，有源层23具有200nm的厚度，上引导层24具有100nm的厚度，并且第一上包覆层25具有350nm的厚度。另外，有源层23、上引导层24和第一上包覆层25的平均载流子密度为5×1016cm-3。在这种情况下，当-10V的反向偏置施加到Q开关区域20b时，耗尽区域35的下端位于距p-n结25J 550nm处。在两种情况下，耗尽区域35的下端都位于有源层23中。因此，通过光吸收产生的空穴立即从施加到有源层23的电场放电，并且光吸收的量增加。此外，耗尽区域35扩展直到分离区域20c，因此增益区域20a与Q开关区域20b之间的部分(即，分离区域20c)具有100千欧姆或更多的更高电阻。结果，可以使从增益区域20a到Q开关区域20b的电流泄漏为1mA或更小，从而使电流泄漏小到足以几乎被忽略。此外，抑制了增益区域20a中的载流子的光散射以增加注入载流子密度，从而使得可以允许半导体激光器1具有更高功率。
<2.第一实施方式的变型例>
接下来，描述了根据前述实施方式的半导体激光器1的变型例。
[变型例A]
在前述实施方式中，例如，分离区域20c的宽度(脊部20A在宽度方向上的宽度)D3可以等于增益区域20a的宽度D1和Q开关区域20b的宽度D2，如图21所示。同样在这种情况下，分离凹槽20B中的光学损耗非常小，因此可以允许半导体激光器1具有更高功率。
[变型例B]
在前述实施方式及其变型例中，例如，杂质扩散区域25C可以仅设置在脊部20A中，如图22所示。同样在这种情况下，可以使杂质扩散区域25C中的杂质浓度均匀化。
[变型例C]
在前述实施方式及其变型例中，例如，也可以在Q开关区域20b中提供与杂质扩散区域25C类似的区域(杂质扩散区域25D)，如图23所示。在这种情况下，p-n结25J形成在低于与脊部20A的两侧中的每一侧的脚部对应的部分的位置处。然而，耗尽区域35扩展直到分离区域20c，因此增益区域20a与Q开关区域20b之间的部分(即，分离区域20c)具有100千欧姆或更多的更高电阻。结果，可以使从增益区域20a到Q开关区域20b的电流泄漏为1mA或更小，从而使电流泄漏小到足以几乎被忽略。
[变型例D]
在前述实施方式及其变型例中，例如，可以省去刻蚀阻挡层25A和25B，如图24、图25和图26所示。
[变型例E]
在前述实施方式及其变型例中，分离凹槽20B的底表面可以不必是平坦表面。具体地，在分离凹槽20B的底表面中，在脊部20A的宽度方向上的中间部分的高度可以高于靠近脊部20A的两侧中的每一侧的脚部的部分的高度。例如，分离凹槽20B的底表面可以在脊部20A的宽度方向上具有凸形形状，如图27和图28所示。图27和图28各自示出了分离凹槽20B的底表面在脊部20A的宽度方向上具有平缓斜面的实例。此外，图27示出了省去刻蚀阻挡层25B的实例。此外，图28示出省去刻蚀阻挡层25A和25B的实例。
与前述实施方式类似，分离凹槽20B的底表面的凸形形状(或凸形弯曲表面形状)使得可以使从增益区域20a到Q开关区域20b的电流泄漏小到足以几乎被忽略。此外，抑制了增益区域20a中的载流子的光散射以增加注入载流子密度，从而使得可以允许半导体激光器1具有更高功率。
顺便提及，例如，可以引用利用微负载效应的刻蚀作为允许分离凹槽20B的底表面具有本变型例中所示的凸形形状(或凸形弯曲表面形状)的制造方法。图29是描述微负载效应的示例图。在图29中，水平轴表示用于刻蚀的掩模的开口宽度，垂直轴表示在经由掩模的开口进行刻蚀时的刻蚀深度。例如，当掩模开口宽度低于10μm时，更可能发生微负载效应。例如，当掩模开口宽度低于1μm时，经常发生微负载效应。
在掩模开口宽度在发生微负载效应的范围内的情况下，随着掩模开口宽度变窄，刻蚀深度变浅。因此，在掩模开口呈具有发生微负载效应的收缩的条带形状的情况下，例如，刻蚀深度在收缩的位置中变得相对较浅，而刻蚀深度在除收缩之外的位置中变得相对较深。此外，在使用具有呈条带形状的具有发生微负载效应的收缩的开口的掩模执行刻蚀的情况下，由此形成的凹槽部分的底表面具有凸形形状，其中收缩的位置的高度高于除收缩之外的位置的高度。因此，仅调整掩模开口宽度使得可以允许分离凹槽20B的底表面具有凸形形状(或凸形弯曲表面形状)。
允许分离凹槽20B的底表面具有本变型例中所示的凸形形状(或凸形弯曲表面形状)的制造方法不限于利用微负载效应的刻蚀，而是例如可以是利用灰度掩模的刻蚀。在这种情况下，不必将掩模开口宽度缩窄到发生微负载效应的范围。
[变型例F]
在前述实施方式及其变型例A至E中，每个分离凹槽20B的宽度(在脊部20A的延伸方向上的宽度)可以在脊部20A的宽度方向上不均匀。具体地，在各个分离凹槽20B中，在脊部20A的宽度方向上的中间部分的宽度可以窄于与脊部20A的两侧中的每一侧的脚部靠近的部分的宽度。
图30至图34各自示出了本变型例中的脊部20A的一部分的顶表面配置的实例。在本变型例中，例如，在各个分离凹槽20B中，在脊部20A的宽度方向上的中间部分的宽度可以窄于靠近脊部20A的两侧中的每一侧的脚部的部分的宽度，如图30至图34所示。
在如上所述配置各个分离凹槽20B的宽度的情况下，例如，在增益区域20a中，在脊部20A的宽度方向上的中间部分的长度L1c可以长于靠近脊部20A的脚部的部分的长度L1s。此外，在如上所述配置各个分离凹槽20B的宽度的情况下，例如，在Q开关区域20b中，在脊部20A的宽度方向上的中间部分的长度L2c可以长于靠近脊部20A的脚部的部分的长度L2s。此外，在如上所述配置各个分离凹槽20B的宽度的情况下，长度L1c可以长于长度L1s，并且长度L2c可以短于长度L2s。此外，在如上所述配置各个分离凹槽20B的宽度的情况下，长度L1c可以长于长度L1s，并且长度L2c可以等于长度L2s。此外，在如上所述配置各个分离凹槽20B的宽度的情况下，长度L1c可以等于长度L1s，并且长度L2c可以短于长度L2s。
在各个分离凹槽20B中，在脊部20A的宽度方向上的中间部分的宽度窄于靠近脊部20A的两侧中的每一侧的脚部的部分的宽度，从而使得脊部20A例如满足以下表达式(1)。
Lc>Le…….(1)
Lc＝L1c×增益区域20a的数量–L2c×分离区域20b的数量
Le＝L1s×增益区域20a的数量–L2s×分离区域20b的数量
L中心：脊部20A的中间部分中的每个增益区域20a和每个Q开关区域20b在宽度方向上的长度
L边缘：脊部20A的靠近脚部的部分中的每个增益区域20a和每个Q开关区域20b在宽度方向上的长度
应注意，在相应增益区域20a中的长度L1c彼此不相等的情况下，采用术语“所有增益区域20a的长度L1c的总和”而不是术语“L1c×增益区域20a的数量”。此外，在相应增益区域20a中的长度L1s彼此不相等的情况下，采用术语“所有增益区域20a的长度L1s的总和”而不是术语“L1s×增益区域20a的数量”。此外，在相应分离区域20b中的长度L2c彼此不相等的情况下，采用术语“所有分离区域20b的长度L2c的总和”而不是术语“L2c×分离区域20b的数量”。此外，在相应分离区域20b中的长度L2s彼此不相等的情况下，采用术语“所有分离区域20b的长度L2s的总和”而不是术语“L2s×分离区域20b的数量”。
也就是说，在脊部20A中，在靠近脊部20A的两侧中的每一侧的脚部的部分中的增益小于在脊部20A的宽度方向上的中间部分的增益。结果，抑制了高阶横模中的振荡，因此即使当脊宽度加宽到例如约20μm时，也可以以基本横模实现更高的输出。
在本变型例的各个增益区域20a中，面向分离区域20c的端表面可以包括在脊部20A的宽度方向上的一个或多个凸形形状。在这种情况下，凸形形状是例如在脊部20A的宽度方向上具有平缓斜面的凸形弯曲表面形状，如图30所示。应注意，在这种情况下，凸形形状可以是例如具有在脊部20A的宽度方向上倾斜的平坦表面的楔形形状(或V形形状)，如图31、图32和图33所示。此外，在这种情况下，凸形形状可以包括例如在脊部20A的宽度方向上起伏的凹凸形状，如图34所示。
面向分离区域20c的端表面包括在脊部20A的宽度方向上的一个或多个凸形形状，从而使得由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。换言之，在每个增益区域20a中，面向分离区域20c的端表面具有以下构造，其中由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。这允许抑制分离区域20c处的反射，从而导致抑制由于增益区域20a中的不必要谐振引起的能量损耗。结果，可以允许半导体激光器1有更高的功率。
在本变型例的各个Q开关区域20b中，面向分离区域20c的端表面可以包括一个或多个凹形形状，其近似遵循在各个增益区域20a中的端表面上形成的一个或多个凸形形状。在这种情况下，凹形形状是例如在脊部20A的宽度方向上具有平缓斜面的凹形弯曲表面形状，如图30所示。在这种情况下，凹形弯曲表面的曲率半径大于形成在每个增益区域20a中的端表面上的凸形弯曲表面的曲率半径；分离凹槽20B的宽度可以是不均匀的。应注意，在这种情况下，凹形形状可以是例如具有在脊部20A的宽度方向上倾斜的平坦表面的凹痕形状，如图31所示。此外，在这种情况下，凹形形状可以包括例如在脊部20A的宽度方向上起伏的凹凸形状，如图34所示。
面向分离区域20c的端表面包括一个或多个凹形形状，其近似遵循在每个增益区域20a中的端表面上形成的一个或多个凸形形状，从而使得由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。换言之，在每个Q开关区域20b中，面向分离区域20c的端表面具有以下构造，其中由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。这允许抑制分离区域20c处的反射，从而可以抑制由于增益区域20a中的不必要谐振引起的能量损耗。结果，可以允许半导体激光器1有更高的功率。
此外，在本变型例的每个增益区域20a和每个Q开关区域20b中，面向分离区域20B的端表面可以具有以下构造，其中由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。具体地，例如，在每个增益区域20a和每个Q开关区域20b中的一者或两者中，面向分离区域20B的端表面在脊部20A的宽度方向上可以具有凸形形状、凹形形状或凹凸形状，如图30、图31、图32和图34所示。这允许抑制分离区域20c处的反射，从而可以抑制由于增益区域20a中的不必要谐振引起的能量损耗。结果，可以允许半导体激光器1有更高的功率。
在本变型例(例如，图30至图34)中，各个分离凹槽20B的宽度(在脊部20A的延伸方向上的宽度)可以在微负载效应发生的范围内，至少在脊部20A的宽度方向上的中间部分中。在这种情况下，可以在使用掩模借助于选择性刻蚀来形成各个分离凹槽20B时通过利用微负载效应，在每个分离凹槽20B的底表面上形成如图27和图28所示的凸形形状(或凸形弯曲表面形状)。也就是说，在本变型例的分离凹槽20B的底表面中，在脊部20A的宽度方向上的中间部分的高度可以高于靠近脊部20A的两侧中的每一侧的脚部的部分的高度。
应注意，各个分离凹槽20B的宽度(在脊部20A的延伸方向上的宽度)可以在发生微负载效应的范围内，与在脊部20A的宽度方向上的位置无关。在该实例中，在制造过程中在形成脊形条带之后形成各个分离凹槽20B的情况下，脊形条带优选地具有足以在借助于使用掩模的选择性刻蚀来形成各个分离凹槽20B时引起发生微负载效应的尺寸的宽度。在这种情况下，脊形条带优选地具有例如至少4μm或更大的宽度。
[变型例G]
在前述实施方式和其变型例A至E中的每个增益区域20a中，面向分离区域20c的端表面可以包括在脊部20A的宽度方向上的一个或多个凸形形状。在这种情况下，凸形形状是例如在脊部20A的宽度方向上具有平缓斜面的凸形弯曲表面形状，如图35所示。应注意，在这种情况下，凸形形状可以是例如具有在脊部20A的宽度方向上倾斜的平坦表面的楔形形状(或V形形状)，如图36所示。此外，在这种情况下，凸形形状可以包括例如在脊部20A的宽度方向上起伏的凹凸形状，如图37所示。
面向分离区域20c的端表面包括在脊部20A的宽度方向上的一个或多个凸形形状，从而使得由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。换言之，在每个增益区域20a中，面向分离区域20c的端表面具有以下构造，其中由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。这允许抑制分离区域20c处的反射，从而可以抑制由于增益区域20a中的不必要谐振引起的能量损耗。结果，可以允许半导体激光器1有更高的功率。
在本变型例的各个Q开关区域20b中，面向分离区域20c的端表面可以包括一个或多个凹形形状，其近似遵循在各个增益区域20a中的端表面上形成的一个或多个凸形形状。在这种情况下，凹形形状是例如在脊部20A的宽度方向上具有平缓斜面的凹形弯曲表面形状，如图35所示。在这种情况下，凹形弯曲表面的曲率半径近似等于形成在各个增益区域20a中的端表面上的凸形弯曲表面的曲率半径。应注意，在这种情况下，凹形形状可以是例如具有在脊部20A的宽度方向上倾斜的平坦表面的凹痕形状，如图36所示。此外，在这种情况下，凹形形状可以包括例如在脊部20A的宽度方向上起伏的凹凸形状，如图37所示。
面向分离区域20c的端表面包括一个或多个凹形形状，其近似遵循在每个增益区域20a中的端表面上形成的一个或多个凸形形状，从而使得由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。换言之，在每个Q开关区域20b中，面向分离区域20c的端表面具有以下构造，其中由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。这允许抑制分离区域20c处的反射，从而可以抑制由于增益区域20a中的不必要谐振引起的能量损耗。结果，可以允许半导体激光器1有更高的功率。
应注意，在本变型例中，例如，各个分离凹槽20B的宽度可以甚至与在脊部20A的宽度方向上的位置无关，如图35至图37所示。此外，在本变型例中，各个分离凹槽20B的宽度可以是在发生微负载效应的范围之外的值，与在脊部20A的宽度方向上的位置无关。
此外，在本变型例的每个增益区域20a和每个Q开关区域20b中，面向分离区域20B的端表面可以具有以下构造，其中由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。具体地，例如，在每个增益区域20a和每个Q开关区域20b中的一者或两者中，面向分离区域20B的端表面在脊部20A的宽度方向上可以具有凸形形状、凹形形状或凹凸形状，如图35、图36和图37所示。这允许抑制分离区域20c处的反射，从而可以抑制由于增益区域20a中的不必要谐振引起的能量损耗。结果，可以允许半导体激光器1有更高的功率。
[变型例H]
此外，在前述实施方式及其变型例A至E中的每个增益区域20a和每个Q开关区域20b中，面向分离区域20B的端表面可以具有以下构造，其中由在脊部20A中传播的光感知到的从增益区域20a到Q开关区域20b的折射率的分布是平缓的。具体地，例如，在每个增益区域20a和每个Q开关区域20b中的一者或两者中，面向分离区域20B的端表面在脊部20A的宽度方向上可以具有凸形形状、凹形形状或凹凸形状，如图35、图36和图37所示。这允许抑制分离区域20c处的反射，从而可以抑制由于增益区域20a中的不必要谐振引起的能量损耗。结果，可以允许半导体激光器1有更高的功率。
[变型例I]
在前述变型例F至H中，每个分离凹槽20B的底表面可以具有与脊部20A的两侧中的每一侧的脚部对应的部分相同的高度。同样在这种情况下，可以实现前述变型例F至H中描述的效果。
<2.第二实施方式>
接下来，描述根据本公开的第二实施方式的距离测量单元3。图40示出了距离测量单元3的示意性配置实例。距离测量单元3借助于飞行时间(TOF)方法来测量到测试对象100的距离。距离测量单元3包括作为光源的半导体激光装置2。距离测量单元3包括例如半导体激光装置2、光接收部301、透镜302和302、激光驱动器304、放大器部305、测量部306、控制部307和运算部308。
光接收部301检测由测试对象100反射的光。光接收部301例如由光电检测器配置而成。光接收部301可以由雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)、多像素单光子雪崩二极管(MP-SPAD)等配置而成。透镜302是对从半导体激光装置2发射的光进行准直的透镜；透镜302是准直透镜。透镜303是会聚由测试对象100反射的光并将会聚光引导到光接收部301的透镜；透镜303是聚光透镜。
激光驱动器304例如是驱动半导体激光装置2(半导体激光器1)的驱动电路。放大器部305例如是放大从光接收部301输出的检测信号的放大器电路。测量部306例如是产生与从放大器部305输入的信号与参考信号之间的差对应的信号的电路。例如，测量部306由时间数字转换器(TDC)配置而成。参考信号可以是从控制部307输入的信号，或是直接检测半导体激光装置2的输出的检测部的输出信号。控制部307例如是控制光接收部301、激光驱动器304、放大器部305和测量部306的处理器。运算部308是基于测量部306产生的信号导出距离信息的电路。
距离测量单元3可以包括例如在透镜302与测试对象100之间的偏振分束器(PBS)309以及使PBS 309反射的光进入光接收部301的反射镜310，如图41所示。在这种情况下，从半导体激光装置2发射的光和由测试对象100反射的光通过PBS 309与测试对象100之间的相同光路，从而可以提高测量精度。
距离测量单元3可以包括在透镜302与测试对象100之间的扫描部311，该扫描部例如扫描从半导体激光装置2发射的光，如图42所示。例如，扫描部311在单个轴上对测试对象100的距离信息执行测量，即，二维测量。图41所示的距离测量单元3对测试对象100的仅一个位置执行距离测量，即，仅对距离方向执行一维测量。相比之下，图42所示的距离测量单元3包括扫描部311，从而可以执行二维测量。
例如，扫描部311可以在两个轴上对测试对象100的距离信息执行测量，即，三维测量。在这种情况下，可以使用图42所示的距离测量单元3执行三维测量。
距离测量单元3可以包括例如PBS 309、反射镜310和扫描部311，如图43所示。在这种情况下，不仅可以增强测量精度，而且可以执行二维测量或三维测量。
在本实施方式中，半导体激光装置2用作距离测量单元3中的光源。这使得可以发射高功率激光并因此增强检测精度。
尽管已经在上文中参考多个实施方式及其变型例描述了本公开，但是本公开不限于前述各个实施方式，并且可以以各种方式进行修改。应注意，本文中描述的效果仅仅是实例。本公开的效果不限于本文中描述的那些。本公开可以具有不同于本文中描述的那些的效果。
此外，例如，本公开可以具有以下配置。
(1)
一种半导体激光器，在半导体衬底上顺序包括：
第一导电类型的第一半导体层；
有源层；
第一导电类型的第二半导体层；以及
第二导电类型的第三半导体层；并且还包括：
脊部，形成在第二半导体层和第三半导体层中并且在堆叠面内方向上延伸，
脊部具有以下结构：多个增益区域和多个Q开关区域在脊部的延伸方向上交替地布置，各分离区域介于其间，
分离区域各自具有分离凹槽，分离凹槽通过空间将彼此相邻的增益区域和Q开关区域彼此分离，
分离凹槽的底表面所在的位置在第二半导体层中并且高于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。
(2)
根据(1)所述的半导体激光器，其中，
第二半导体层包括第一不同组成比半导体层，第一不同组成比半导体层具有的组成比与第二半导体层的另一部分的组成比不同，并且
底表面是第一不同组成比半导体层的顶表面的一部分。
(3)
根据(2)所述的半导体激光器，其中，
第二半导体层包括第二不同组成比半导体层，第二不同组成比半导体层具有的组成比与第二半导体层的其他部分的组成比不同，并且
与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分的顶表面是第二不同组成比半导体层的顶表面。
(4)
根据(3)所述的半导体激光器，其中，底表面和与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分的顶表面中的每一者是通过湿法刻蚀形成的表面。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的半导体激光器，其中，Q开关区域包括在第二半导体层与第三半导体层之间的界面，界面所在的位置高于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的半导体激光器，其中，
第二半导体层在与增益区域中的每个增益区域对应的部分处包括第二导电类型的第一杂质扩散区域，并且
增益区域中的每个增益区域包括p-n结，p-n结所在的位置低于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的半导体激光器，其中，
第二半导体层在与Q开关区域中的每个Q开关区域对应的部分处包括第二导电类型的第二杂质扩散区域，并且
Q开关区域中的每个Q开关区域包括p-n结，p-n结所在的位置低于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的半导体激光器，其中，在底表面中，在脊部的宽度方向上的中间部分的高度高于靠近脊部的两侧中的每一侧的脚部的部分的高度。
(9)
根据(8)所述的半导体激光器，其中，在每个分离凹槽中，在脊部的宽度方向上的中间部分的宽度窄于靠近脊部的两侧中的每一侧的脚部的部分的宽度。
(10)
根据(1)至(9)中任一项所述的半导体激光器，其中，在每个分离凹槽中，在脊部的宽度方向上的中间部分的宽度窄于靠近脊部的两侧中的每一侧的脚部的部分的宽度。
(11)
根据(1)至(10)中任一项所述的半导体激光器，其中，
在增益区域中的每个增益区域中，面向分离区域的端表面包括在脊部的宽度方向上的一个或多个凸形形状，并且
在Q开关区域中的每个Q开关区域中，面向分离区域的端表面包括近似遵循一个或多个凸形形状的一个或多个凹形形状。
(12)
根据(1)至(11)中任一项所述的半导体激光器，其中，在增益区域中的每个增益区域和Q开关区域中的每个Q开关区域中，面向分离区域的端表面具有以下构造，其中，由在脊部中传播的光感知到的从增益区域到Q开关区域的折射率的分布是平缓的。
(13)
根据(12)所述的半导体激光器，其中，在增益区域中的每个增益区域和Q开关区域中的每个Q开关区域中的一者或两者中，面向分离区域的端表面在脊部的宽度方向上具有凸形形状、凹形形状或凹凸形状。
(14)
一种电子设备，包括作为光源的半导体激光器，
半导体激光器在半导体衬底上顺序包括：
第一导电类型的第一半导体层；
有源层；
第一导电类型的第二半导体层；以及
第二导电类型的第三半导体层；并且还包括：
脊部，形成在第二半导体层和第三半导体层中并且在堆叠面内方向上延伸，
脊部具有以下结构，其中，多个增益区域和多个Q开关区域在脊部的延伸方向上交替地布置，各分离区域介于其间，
分离区域各自具有分离凹槽，分离凹槽通过空间将彼此相邻的增益区域和Q开关区域彼此分离，
分离凹槽的底表面所在的位置在第二半导体层中并且高于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分。
(15)
根据(14)所述的电子设备，进一步包括驱动部，驱动半导体激光器，驱动部将正向偏置脉冲电压施加到增益区域，并且
驱动部将反向偏置施加到Q开关区域。
(16)
一种驱动半导体激光器的方法，
半导体激光器在半导体衬底上顺序包括：
第一导电类型的第一半导体层；
有源层；
第一导电类型的第二半导体层；以及
第二导电类型的第三半导体层；并且还包括：
脊部，形成在第二半导体层和第三半导体层中并且在堆叠面内方向上延伸，
脊部具有以下结构，其中，多个增益区域和多个Q开关区域在脊部的延伸方向上交替地布置，各每个分离区域介于其间，
分离区域各自具有分离凹槽，分离凹槽通过空间将彼此相邻的增益区域和Q开关区域彼此分离，
分离凹槽的底表面所在的位置在第二半导体层中并且高于与脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分，
该方法包括：
将正向偏置脉冲电压施加到增益区域；并且
将反向偏置施加到Q开关区域。
(17)
根据(16)所述的驱动半导体激光器的方法，其中，脉冲电压具有纳秒级的脉冲宽度。
本申请要求于2016年8月25日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2016-164934的权益，其全部内容通过引用结合于本文中。
应当理解，本领域技术人员可以根据设计需求和其他因素做出各种变形、组合、子组合以及更改，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

Claims (17)

1.一种半导体激光器，在半导体衬底上顺序包括：
第一导电类型的第一半导体层，
有源层，
所述第一导电类型的第二半导体层，以及
第二导电类型的第三半导体层；并且还包括：
脊部，形成在所述第二半导体层和所述第三半导体层中，并且在堆叠面内方向上延伸，
所述脊部具有以下结构：多个增益区域和多个Q开关区域在所述脊部的延伸方向上交替地布置，各分离区域介于其间，
所述分离区域各自具有分离凹槽，所述分离凹槽通过空间将彼此相邻的所述增益区域和所述Q开关区域彼此分离，
所述分离凹槽的底表面所在的位置在所述第二半导体层中并且高于与所述脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分，
其中，所述半导体激光器还包括：
多个增益电极，所述多个增益电极与所述脊部的顶表面接触并且一对一地分配给相应的所述增益区域；和
多个Q开关电极，所述多个Q开关电极与所述脊部的顶表面接触并且一对一地分配给相应的所述Q开关区域。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，
所述第二半导体层包括第一不同组成比半导体层，所述第一不同组成比半导体层具有的组成比与所述第二半导体层的其他部分的组成比不同，并且
所述底表面是所述第一不同组成比半导体层的顶表面的一部分。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其中，
所述第二半导体层包括第二不同组成比半导体层，所述第二不同组成比半导体层具有的组成比与所述第二半导体层的其他部分的组成比不同，并且
与所述脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的所述部分的顶表面是所述第二不同组成比半导体层的顶表面的一部分。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其中，所述底表面和与所述脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的所述部分的顶表面中的每一者是通过湿法刻蚀形成的表面。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述Q开关区域包括在所述第二半导体层与所述第三半导体层之间的界面，所述界面所在的位置高于与所述脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的所述部分。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，
所述第二半导体层在与各所述增益区域对应的部分处包括所述第二导电类型的第一杂质扩散区域，并且
各所述增益区域包括p-n结，所述p-n结所在的位置低于与所述脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的所述部分。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，
所述第二半导体层在与各所述Q开关区域对应的部分处包括所述第二导电类型的第二杂质扩散区域，并且
各所述Q开关区域包括p-n结，所述p-n结所在的位置低于与所述脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的所述部分。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，在所述底表面中，在所述脊部的宽度方向上的中间部分的高度高于靠近所述脊部的两侧中的每一侧的脚部的部分的高度。
9.根据权利要求8所述的半导体激光器，其中，在各所述分离凹槽中，在所述脊部的宽度方向上的所述中间部分的宽度窄于靠近所述脊部的两侧中的每一侧的脚部的部分的宽度。
10.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，在各所述分离凹槽中，在所述脊部的宽度方向上的中间部分的宽度窄于靠近所述脊部的两侧中的每一侧的脚部的部分的宽度。
11.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，
在各所述增益区域中，面向所述分离区域的端表面包括在所述脊部的宽度方向上的一个或多个凸形形状。
12.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，在各所述增益区域和各所述Q开关区域中，面向所述分离区域的端表面具有以下构造：由在所述脊部中传播的光感知到的从所述增益区域到所述Q开关区域的折射率的分布是平缓的。
13.根据权利要求12所述的半导体激光器，其中，在各所述增益区域和各所述Q开关区域中的一者或两者中，面向所述分离区域的所述端表面在所述脊部的宽度方向上具有凸形形状、凹形形状或凹凸形状。
14.一种电子设备，包括作为光源的半导体激光器，
所述半导体激光器在半导体衬底上顺序包括：
第一导电类型的第一半导体层，
有源层，
所述第一导电类型的第二半导体层，以及
第二导电类型的第三半导体层；并且还包括：
脊部，形成在所述第二半导体层和所述第三半导体层中，并且在堆叠面内方向上延伸，
所述脊部具有以下结构：多个增益区域和多个Q开关区域在所述脊部的延伸方向上交替地布置，各分离区域介于其间，
所述分离区域各自具有分离凹槽，所述分离凹槽通过空间将彼此相邻的所述增益区域和所述Q开关区域彼此分离，
所述分离凹槽的底表面所在的位置在所述第二半导体层中并且高于与所述脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分，
其中，所述半导体激光器还包括：
多个增益电极，所述多个增益电极与所述脊部的顶表面接触并且一对一地分配给相应的所述增益区域；和
多个Q开关电极，所述多个Q开关电极与所述脊部的顶表面接触并且一对一地分配给相应的所述Q开关区域。
15.根据权利要求14所述的电子设备，进一步包括：驱动部，驱动所述半导体激光器，
所述驱动部将正向偏置脉冲电压施加到所述增益区域，并且
所述驱动部将反向偏置施加到所述Q开关区域。
16.一种驱动半导体激光器的方法，
所述半导体激光器在半导体衬底上顺序包括：
第一导电类型的第一半导体层，
有源层，
所述第一导电类型的第二半导体层，以及
第二导电类型的第三半导体层；并且还包括：
脊部，形成在所述第二半导体层和所述第三半导体层中，并且在堆叠面内方向上延伸，
所述脊部具有以下结构：多个增益区域和多个Q开关区域在所述脊部的延伸方向上交替地布置，各分离区域介于其间，
所述分离区域各自具有分离凹槽，所述分离凹槽通过空间将彼此相邻的所述增益区域和所述Q开关区域彼此分离，
所述分离凹槽的底表面所在的位置在所述第二半导体层中并且高于与所述脊部的两侧中的每一侧的脚部对应的部分，
所述方法包括：
将正向偏置脉冲电压施加到所述增益区域；并且
将反向偏置施加到所述Q开关区域，
其中，所述半导体激光器还包括：
多个增益电极，所述多个增益电极与所述脊部的顶表面接触并且一对一地分配给相应的所述增益区域；和
多个Q开关电极，所述多个Q开关电极与所述脊部的顶表面接触并且一对一地分配给相应的所述Q开关区域。
17.根据权利要求16所述的驱动半导体激光器的方法，其中，所述脉冲电压具有纳秒级的脉冲宽度。
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