CN109698466A - 半导体激光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供使高温动作时及大输出动作时的功率转换效率提升的半导体激光元件。半导体激光元件(1)具备在n型基板(12)上依序层叠有n型包层(2)、多重量子阱活性层(3)以及p型包层(41)，在该半导体层叠部的上部具备条纹结构。n型包层(2)包括：由Alx1Ga1‑x1As(0.4<x1≦1)构成的第一n型包层(21)、以及由(Alx2Ga1‑x2)1‑y2Iny2P(0≦x2≦1，0.45≦y2≦0.55)构成的第二n型包层(22)。p型包层(41)由(Alx3Ga1‑x3)1‑y3Iny3P(0≦x3≦1，0.45≦y3≦0.55)构成。条纹结构的宽度为10μm以上，且第一n型包层(21)的相对于激光振荡波长的折射率为第二n型包层(22)的相对于激光振荡波长的折射率以下。

Description

半导体激光元件
技术领域
本发明涉及出射多模式的激光的半导体激光元件。
背景技术
半导体激光元件在产业用有光通信、制造、医疗等，在民生用有光盘等，在各式各样的用途中被使用。加工用光纤激光器的激发光源、激光投射器等光源等，作为需要大的光输出的激光光源，大多使用振荡一次以上的高次水平横向多模式光的端面出射型半导体激光元件。此种半导体激光元件一般而言具有宽度从10μm至数100μm((数百μm)的条纹宽，能够出射数100mW以上的光，被称为宽条纹激光、广域激光等(以下，仅称为宽条纹激光)。
宽条纹激光以脉冲大电流驱动，由此能够出射峰值光输出数10W(数十W)以上的大输出的短脉冲激光。其原因在于通过脉冲驱动，能够较连续驱动的情况更抑制热的蓄积，且在瞬间出射大输出的光。像这种的脉冲大输出激光，能够作为例如像LiDAR(LightDetection And Ranging)那样的测距传感器等传感系统的光源而使用。
出射大输出的激光的宽条纹激光虽然为瞬间的，但是通过从数100mA至数10A的大电流的注入来进行驱动。此情况，由于注入电流大，如果外延层的电阻大的话则功率损失变大。又，可能导致功率转换效率(Wall-Plug Efficiency：WPE)降低、或因发热造成高温而光输出饱和且元件寿命变短等的问题。
作为抑制半导体激光元件中的高温动作时的效率降低的结构，以往例如如专利文献1所揭示，提案有将夹着活性层的包层的材料代替AlGaAs而使用AlGaInP。由于AlGaInP相较于AlGaAs为带隙大的材料，因此能够使活性层与包层的带隙差变大，可抑制载流子溢流(Carrier overflow)。由此，使高温动作时与大输出驱动时的功率转换效率提升。
先前技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-182795号公报。
发明概要
发明所要解决的课题
然而，AlGaInP因材料物理性质，而电阻率较AlGaAs高。包层的电阻为附加地加在活性层的电阻的串联电阻，尤其在大电流驱动半导体激光时成为大的功率损失的原因。因此存在有如下课题，即，在上述大输出激光中，在使用为了获得良好的高温特性的AlGaInP包层的情况时，难以兼顾低电压动作。
图8为示意性地表示现有的该种端面出射型的半导体激光元件80的立体图。该半导体激光元件80具备n型电极801与p型电极810，在n型GaAs基板802上，依序层叠有n型包层803、量子阱活性层804、p型包层806、p型GaAs接触层807。在p型半导体层805的一部分形成脊(ridge)部808，在脊部808的外侧设置绝缘膜809。在绝缘膜809上，设置有为了与p型半导体层805取得电接触的p型电极810。
被注入的电流，仅在条纹宽w即条纹状的开口部狭窄，可以获得振荡所需的载流子密度。在该结构中，由于脊部808的折射率相较于脊部外有效地变高，因此达成由实际折射率差产生的水平方向的光限制(light-confinement)(实际折射率波导结构)。在大输出半导体激光中，即使在相同电流密度也可流过大的电流，又，能够使每单位截面积的光密度下降。因此，大多将条纹宽w取宽广，根据作为目的的光输出而设定在10μm～数100μm。
图9为示意性地表示现有的端面出射型的其他的半导体激光元件90的立体图。在图9所示的例子中，在n型电极901、n型GaAs基板902上，依序层叠有n型包层903、量子阱活性层904、p型半导体层905(p型包层906、p型GaAs接触层907)。在p型半导体层905不具备脊部，而具有将形成在p型半导体层905的上面的绝缘膜908的一部分呈条纹状去除而成的构造。
此情况，电流被限制仅注入至残留在条纹区域的p型半导体层905与p型电极909接触的区域。由于不存在脊部，因此虽然不进行由实际折射率差产生的水平方向的光限制，但仅被注入电流的条纹区域具有高的光学增益。因此，沿着条纹区域而选择性地导光，达成水平方向的光限制(增益波导结构)。
在这种的现有的半导体激光元件中，在具有AlGaInP包层而条纹宽w为10μm以上的情况下，存在有以下的大的课题：兼顾高的温度稳定度与动作电压的降低，尤其是使高温动作时及大输出动作时的功率转换效率提升。
本发明是鉴于上述课题点而完成，其目的在于提供兼顾高的温度稳定度与动作电压的降低，尤其是使高温动作时及大输出动作时的功率转换效率提升的半导体激光元件。
用于解决课题的手段
本发明者，切实研究关于具有AlGaInP包层的宽条纹激光的动作电压的降低，发现了通过如以下记载的结构能够解决前述的课题。
即，为了解决上述课题的本发明的方法，以具有n型基板、和在所述n型基板上依序层叠有n型包层、活性层、及p型包层的半导体层叠部，且在所述半导体层叠部的上部具备条纹结构的半导体激光元件为前提。对于该半导体激光元件，作为所述n型包层包括以下两层：在远离所述活性层侧，由Alx1Ga1-x1As层(0.4<x1≦1)构成的第一n型包层；以及在接近所述活性层侧，由(Alx2Ga1-x2)1-y2Iny2P层(0≦x2≦1，0.45≦y2≦0.55)构成的第二n型包层。又，将所述p型包层设为(Alx3Ga1-x3)1-y3Iny3P层(0≦x3≦1，0.45≦y3≦0.55)。又，成为将所述条纹结构的宽度设为10μm以上，并且将所述第一n型包层的相对于激光振荡波长的折射率设为所述第二n型包层的相对于激光振荡波长的折射率以下的构成。
通过该确定事项，能够在具有AlGaInP包层的构造即半导体层叠部的第一n型包层具备降低动作电压的效果，在第二n型包层具备防止来自活性层的载流子溢流、且使高温动作时的效率提升的效果。由此，能够从室温至高温，以高的功率转换效率出射大输出的激光。
发明的效果
根据本发明，可获得兼顾高的温度稳定度与动作电压的降低度，尤其是使高温动作时及大输出动作时的功率转换效率提升的半导体激光元件。
附图说明
图1为示意性地表示本发明第一实施方式的半导体激光元件的层结构的立体图。
图2为表示具有现有的AlGaInP包层的宽条纹激光的元件电阻的实验结果的图表。
图3为第一实施方式的半导体激光元件中的垂直横向模式的光的近场模式(Nearfield pattern)。
图4为示意性地表示本发明第二实施方式的半导体激光元件的层结构的立体图。
图5为实施例一的半导体激光元件的截面结构图。
图6为表示关于实施例一、比较例一、比较例二及比较例三，使条纹宽不同而测量到的元件电阻的图表。
图7为实施例二的半导体激光元件的截面结构图。
图8为示意性地表示现有的端面出射型半导体激光元件的层结构的立体图。
图9为示意性地表示现有的端面出射型半导体激光元件的其他的层结构的立体图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式的半导体激光元件进行说明。
(第一实施方式)
图1为示意性地表示本发明第一实施方式的半导体激光元件1的层结构的立体图。再者，在以下的说明中，将半导体激光元件1中的方向性，以于图1所示的X方向、Y方向、Z方向为基准而进行说明。又，在以下所示的附图中考虑到观看的便利性，以省略表示截面的阴影线的方式来表示。
半导体激光元件1为通过劈开平板状的晶圆而形成，具有n型电极11与p型电极13，在Y方向的端面设有共振器。该半导体激光元件1在由n型GaAs构成的n型基板12上，依序外延成长有n型包层2、多重量子阱活性层3、以及p型半导体层4。
n型包层2在远离多重量子阱活性层3侧，具备由n型Alx1Ga(1-x1)As构成的第一n型包层21，在接近多重量子阱活性层3侧，具备由n型(Alx2Ga(1-x2))(1-y2)Iny2P构成的第二n型包层22。
作为p型半导体层4，具备p型包层41、和用于取得电接触的p型GaAs接触层42。p型包层41通过p型(Alx3Ga(1-x3))(1-y3)Iny3P而形成。
多重量子阱活性层3为将量子阱层与屏障层交互层叠，且将量子阱层间通过屏障层分离而构成的发光层，虽然未详细图示，但具有多重量子阱(Multi-Quantum Well：MQW)结构。
在半导体激光元件1中，多重量子阱活性层3通过适当变更量子阱层及屏障层的层厚、组成，例如能够出射红色(波长600nm)～红外(波长1100nm)的激光。
作为一例，列举出在量子阱层使用GaAs，在屏障层使用AlGaAs的多重量子阱活性层的构造。此情况，多重量子阱活性层3能够出射波长830nm的红外光。
又，例如在量子阱层使用GaInP，在屏障层使用AlGaInP而构成多重量子阱活性层，由此多重量子阱活性层3能够出射波长660nm的红色光。
进而，例如，在量子阱层使用InGaAs，在屏障层使用AlGaAs而构成的情况下，多重量子阱活性层3能够出射波长905nm的红外光。
图2为表示由本发明者的研究得到的具有AlGaInP包层的现有的宽条纹激光的元件电阻的实验结果的图表。图中，横轴表示条纹宽w，纵轴表示串联电阻(导通电阻)的电阻值(Ω)。
如图中以实线所示，理想而言，由于电阻值与面积呈反比，因此通过使条纹宽w变广而可期待动作电压的降低作用。顺带一提，根据本发明者研究后的结果，当条纹宽w宽于10μm时，被确认到有如图中以虚线所示，电阻值的减少逐渐地饱和的问题点。
这种的事态，恐存在有不仅使功率转换效率降低，且因串联电阻所导致的元件本身的发热而招致活性层附近的温度上升的隐患。即，被认为在AlGaInP包层抵消了期待的溢流抑制效果，成为阻碍宽条纹激光的高效率化的主要原因。
基于此实验结果，本发明者经切实研究的结果，明确得知以下结果：在具有AlGaInP包层的条纹宽w为10μm以上的宽条纹激光中，通过如以下的原因而电阻变得高于理想值。
即，在n型GaAs基板上制作的单一的横向模式的端面出射型半导体激光元件中，在包含p型包层的p型半导体层的至少一部分形成宽度为数μm左右的条纹。n型半导体层一般不形成条纹，而具有从100μm至数100μm的宽度。p型半导体层的宽度，由于相对于n型半导体层宽了数10倍～数100倍，因此元件电阻大致被p型半导体层的电阻支配。因此，在p型半导体层的电阻率为相同的情况下，可获得与条纹宽w呈反比而元件电阻降低的理想的特性。
另一方面，由于在宽条纹激光中使用宽度为10μm以上的条纹宽w，因此p型半导体层的宽度成为接近n型半导体层的宽度的值。此结果，相对于整体的电阻值，n型半导体层的贡献比例大。也就是，被认为在条纹宽w未达10μm的单一横向模式激光中可忽略的n型半导体层的电阻在宽条纹激光中不可忽略，成为偏离了前述的理想值的高的值。
尤其是，在具备AlGaInP包层的情况下上述的问题变得显著。AlGaInP起因于材料物理性质而电阻率高，此外还有n型AlGaInP与p型AlGaInP的电阻率接近的特征。因此，n型半导体层的电阻值的贡献比例，可以说是比具备AlGaAs包层的半导体激光元件显著。
从如以上般的研究，具有AlGaInP包层的宽条纹激光的电阻值，被认为变得高于理想的值。为了降低该电阻值，虽然必须提升n型半导体层的载流子密度、或降低层厚，但作为取舍，发生因在包层的光吸收的增大导致的内部损失的增加、因向活性层的光限制系数的降低导致的阈值电流增大等的特性恶化。其结果，在具有AlGaInP包层的宽条纹激光的半导体激光元件中，难以兼顾高温动作时的高效率与动作电压的降低。
因此，在第一实施方式的半导体激光元件1中，为了控制向多重量子阱活性层3的光限制，n型包层2以如以下方式调整其组成及层厚等。
首先，以在多重量子阱活性层3中，在量子阱层使用GaAs，在屏障层使用AlGaAs，且出射振荡波长Lpnm的红外光的情况为例进行说明。
第一n型包层21，其折射率为nn1、层厚为tn1，第二n型包层22，其折射率为nn2、层厚为tn2，p型包层41，其折射率为np。在此，折射率nn1、nn2、np，分别表示相对于振荡波长Lpnm的红外光的折射率的值。
在构成第一n型包层21的n型Alx1Ga(1-x1)As中，Al组成比为x1。在构成第二n型包层22的n型(Alx2Ga(1-x2))(1-y2)Iny2P中，Al组成比为x2。在构成p型包层41的p型(Alx3Ga(1-x3))(1-y3)Iny3P中，Al组成比为x3。并且，这些各层中的折射率、Al组成比以及层厚，构成为以下所述。
关于p型包层41的折射率np、与第二n型包层22的折射率nn2的关系，通过任意地设定Al组成比x3以及Al组成比x2的值，能够获得期望的激光特性。
关于第二n型包层22的折射率nn2、与第一n型包层21的折射率nn1的关系，以nn2≧nn1的方式，选择Al组成比x1以及Al组成比x2的值。
图3为表示第一实施方式的半导体激光元件1中的垂直横向模式的光(与活性层垂直的Y方向光)的近场模式(Near field pattern：NFP)。图中，以实线表示第二n型包层22的折射率nn2、与第一n型包层21的折射率nn1为相等的情况，以长虚线表示使折射率nn2大于折射率nn1的情况。在这些情况，近场模式可获得具有单一的峰值的单峰型的形状且稳定的模式。
在图3中，使第二n型包层22的折射率nn2小于第一n型包层的折射率nn1的情况(nn2＜nn1的情况)，以短虚线表示。在此情况，近场模式不会成为具有单一的峰值的单峰型的形状。这是由于，在第一n型包层21的区域，垂直横向模式的光的一部分被限制而进行导波。伴随于此，由于远场模式(Far field pattern：FFP)中也具有多个峰值、或出射角变广等，因此使得无法获得期望的激光特性。
在此，p型包层41的折射率np，优选为小于考虑了厚度的n型包层2的平均折射率。即，n型包层2的平均折射率，以下式表示：
{(nn1×tn1)+(nn2×tn2)}/(tn1+tn2)。
因此，p型包层41的折射率np，优选为满足下式(1)的关系：
np＜[{(nn1×tn1)+(nn2×tn2)}/(tn1+tn2)]…(1)。
p型包层41为由光吸收导致的损失大者。但是，在例示的方式中，由于成为导波光偏向n型包层2侧分布的非对称包层设计，因此能够使导波光向p型包层41的渗出变少。因此，半导体激光元件1中的微分效率提高，光输出特性大幅提升。
进而，关于第一n型包层21的层厚tn1、与第二n型包层22的层厚tn2，优选为通过下式的关系而构成：
tn2＜tn1。
虽然第一n型包层21通过电阻率小的n型AlGaAs而构成，但第一n型包层21与第二n型包层22具有此种层厚的关系，因此第一n型包层21占n型包层2整体的比例变大，可获得电阻值降低的效果。
又，在n型包层2中，第二n型包层22通过n型(Alx2Ga(1-x2))(1-y2)Iny2P构成，y2的值为0.45以上且0.55以下的范围。在构成p型包层41的p型(Alx3Ga(1-x3))(1-y3)Iny3P中，y3的值也为0.45以上且0.55以下的范围。
In组成比y2以及y3的值如此地构成，由此能够使得相对于n型基板(GaAs基板)12的晶格不匹配不会变大。在本实施方式中，关于In组成比y2以及y3的值，优选为设为晶格匹配条件即0.5。
表1示出在第一实施方式的半导体激光元件1中，第一n型包层21、第二n型包层22、以及p型包层41的各层的Al组成比、折射率、以及层厚的构成例。
[表1]
层 材料 Al组成比 折射率 层厚
p型包层 {Al<sub>x3</sub>Ga<sub>(1-x3)</sub>}<sub>0.5</sub>In<sub>0.5</sub>P x3 0.70 n<sub>p</sub> 3.17 --
第二n型包层 {Al<sub>x2</sub>Ga<sub>(1-x2)</sub>}<sub>0.5</sub>In<sub>0.5</sub>P x2 0.40 n<sub>n2</sub> 3.24 t<sub>n2</sub> 2.0μm
第一n型包层 Al<sub>x1</sub>Ga<sub>(1-x1)</sub>As x1 0.59 n<sub>n1</sub> 3.23 t<sub>n1</sub> 3.0μm
在该例子，半导体激光元件1具备出射振荡波长830nm的红外光的GaAa/AlGaAs多重量子阱活性层3。
又，在表2示出半导体激光元件1的其他例子中的所述各层的Al组成比、折射率、以及层厚的构成例。在此例子，半导体激光元件1具备出射振荡波长905nm的红外光的GaAs/AlGaAs多重量子阱活性层3。
[表2]
层 材料 Al组成比 折射率 层厚
p型包层 {Al<sub>x3</sub>Ga<sub>(1-x3)</sub>}<sub>0.5</sub>In<sub>0.5</sub>P x3 0.50 n<sub>p</sub> 3.17 --
第二n型包层 {Al<sub>x2</sub>Ga<sub>(1-x2)</sub>}<sub>0.5</sub>In<sub>0.5</sub>P x2 0.50 n<sub>n2</sub> 3.17 t<sub>n2</sub> 1.0μm
第一n型包层 Al<sub>x1</sub>Ga<sub>(1-x1)</sub>As x1 0.65 n<sub>n1</sub> 3.16 t<sub>n1</sub> 1.5μm
再者，虽然于表1以及表2中，示出了振荡波长为830nm或905nm的情况，但振荡波长不同的情况下也相同地，可通过选择各自适当的Al组成比x1、x2、x3、层厚tn1、tn2的值，而相对于各个期望的波长进行最适化。
该半导体激光元件1通过有机金属气相堆积法(Metal Organic Chemical VaperDeposition：MOCVD)、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy：MBE)等的手法使各层成长而制造(外延成长工艺)。
例如，外延成长工艺后，在具有各层层叠体与n型基板12的晶圆上，实施利用光刻法进行的图案化、干式蚀刻等的蚀刻工序。由此，在图1中的Z方向形成成为条纹状(细长状)的脊结构(脊结构形成工艺)。半导体激光元件1的脊结构，通过改变光刻法的图案化宽度，而能够适当调整X方向的宽度即脊宽度。
在半导体激光元件1中，条纹宽w优选为10μm以上，更优选为20μm以上。由此，能够获得动作电压降低的效果。
接续上述脊结构形成工艺，在外延表面侧露出的p型半导体层4中，以仅在脊结构上露出p型半导体层4的方式以光刻法等实施图案化后，使绝缘膜14堆积。其后，在n型基板12侧形成n型电极11，在外延表面(成长主面)侧形成由Au等构成的p型电极13。由此，形成实际折射率波导型的条纹结构(条纹结构形成工艺)。
外延成长工艺、脊结构形成工艺、条纹结构形成工艺等的各工艺后，在晶圆的Z方向端面，以固定的长度并以劈开的方式形成具有一对反射面的共振器。虽然未详细地图示，但为了保护端面与调整反射率，而在该端面形成层叠有电介质膜的端面涂膜。
在此，在半导体激光元件1中进行的劈开，是指利用向结晶的特定方向的切割容易度，使在特定结晶面产生龟裂，进而使该龟裂进展而进行分割的分割方法。因此，在制造半导体激光元件1的情况下，通过在外延表面(成长主面)形成分割辅助槽(条纹状的槽)等，能够使特定结晶面产生龟裂。通过劈开而对各个条纹结构之间进行芯片分割，从而单片化成各个半导体激光元件1。
如此一来，制造半导体激光元件1。再者，虽然在上述的各制造工艺中，示出具有脊结构的例子作为半导体激光元件1，但不限定于此，能够通过满足上述式(1)的条件等，同样也形成可获得上述效果的半导体激光元件。尤其适合于出射振荡波长为600nm以上且1100nm以下的红色至红外光的半导体激光元件。
(第二实施方式)
图4为示意性地表示第二实施方式的半导体激光元件1的层结构的立体图。
在该半导体激光元件1中，在由n型GaAs构成的n型基板12上，依序具备n型包层2、多重量子阱活性层3、以及p型包层41的构造，与第一实施方式相同。n型包层2具备由n型AlGaAs构成的第一n型包层21、由n型AlGaInP构成的第二n型包层22。这些各层的组成具有与上述第一实施方式相同的特征。
进而，在本实施方式中，具备多个单位激光结构50而构成，该单位激光结构50依序层叠有n型包层2、多重量子阱活性层3以及p型包层41，且在单位激光结构50之间的边界区域具备隧道结层6。半导体激光元件1是相对于n型基板12的成长面于垂直方向层叠多个单位激光结构50而形成。在多个单位激光结构50的最上部，层叠p型GaAs接触层42。
在例示的方式中，半导体激光元件1是隔着隧道结层6层叠三组单位激光结构50而构成。通过将多个单位激光结构50隔着隧道结层6进行层叠，而激光出射输出成为各层的输出之和，因此相较于不层叠该单位激光结构50的单一构造的情况，能够获得更高的光输出。
在外延成长工艺后的晶圆不形成脊结构，通过残留条纹状的区域并实施图案化，形成绝缘膜14以及p型电极13。由此，形成增益波导型的条纹结构。条纹结构不限于图4所示的结构，也可以采用其他任何的条纹结构。
在该条纹结构形成工艺后，通过与第一实施方式相同的方法，进行劈开、端面涂膜的形成、以及芯片分割，由此来制作半导体激光元件1。
在如以上构成的半导体激光元件1中，能够从室温至高温，以高的功率转换效率出射大输出的激光。由AlGaInP构成的第二n型包层22，具有防止来自多重量子阱活性层3的载流子的溢流，且使高温动作时的效率提升的效果。由AlGaAs构成的第一n型包层21，具有降低动作电压的效果。因此，能够降低具有AlGaInP包层的宽条纹激光即半导体激光元件1的动作电压。
由于n型AlGaAs的电阻率相对于相同载流子密度的p型AlGaAs低了一位数左右，因此即使在层厚是厚的情况下也可降低电阻值。又，通过使第二n型包层22的层厚小于第一n型包层21，而电阻率低的n型AlGaAs的层厚的占n型包层2整体的层厚的比例变大，可更有效果地获得电阻值降低的效果。
第二实施方式的半导体激光元件1，适合作为将多个包含p型包层41、多重量子阱活性层3、以及n型包层2的单位激光结构50隔着隧道结层6而层叠而成的堆叠型的端面出射型的半导体激光元件。
再者，相对于振荡波长的第一n型包层21的折射率，调整为小于第二n型包层22的折射率。由此，半导体激光元件1可出射具有单峰性的垂直远场模式的激光。
(实施例一)
图5为实施例一的半导体激光元件1a的截面结构图。
在此实施例中，通过MOCVD法，在n型电极133以及n型GaAs基板101上，堆积n型GaAs缓冲层103、n型Al0.25Ga0.75As缓冲层105。进而，作为n型包层107，堆积有由厚度3μm的n型Al0.59Ga0.41As构成的第一n型包层109、由厚度2μm的n型(Al0.40Ga0.60)0.50In0.50P构成的第二n型包层111、GaAs/AlGaAs多重量子阱活性层113、由厚度150nm的p型(Al0.70Ga0.30)0.50In0.50P构成的第一p型包层119、由未掺杂Ga0.5In0.5P构成的蚀刻停止层121、由厚度800nm的p型(Al0.70Ga0.30)0.50In0.50P构成的第二p型包层123、p型Ga0.50In0.50P中间层125、以及p型GaAs接触层127。
又，残留条纹宽w的条纹区域并实施图案化，形成绝缘膜129以及p型电极131。
GaAs/AlGaAs多重量子阱活性层113，以具有依序堆积各个未掺杂的Al0.50Ga0.50As导光层40nm、GaAs量子阱层5nm、Al0.50Ga0.50As屏障层5nm、GaAs量子阱层5nm、以及Al0.50Ga0.50As导光层9nm而制作成的双量子阱结构，且出射振荡波长830nm的红外光的方式设计。
又，在实施例一中，在第一p型包层119、与第二p型包层123之间，设置用以使脊形成时的蚀刻停止的GaInP蚀刻停止层121。该GaInP蚀刻停止层121，由于占p型包层117整体的层厚的比例小，因此对光分布、电流注入造成的影响轻微，且能够组合第一p型包层119与第二p型包层123，以作为p型包层117而发挥功能。
在结晶成长后的晶圆，通过上述第一实施方式所记载的方法，分别形成条纹宽w为10μm、20μm、50μm、100μm、200μm的条纹结构，劈开成共振器长1100μm而形成端面保护膜，制作半导体激光元件1a。
图6为表示关于实施例一、比较例一、比较例二及比较例三，使条纹宽w(μm)不同而测量到的元件电阻(电阻值Ω)的图表。
作为相对于实施例一的比较例一，制作了：条纹宽w为1μm、2μm，且其他构造与实施例一相同的以水平衡向单模式进行动作的半导体激光元件。
又，作为比较例二，制作了：将第一n型包层的组成设为与第二n型包层相同的(Al0.40Ga0.60)0.50In0.50P，且其他构造与实施例一相同的半导体激光元件。
又，作为比较例三，制作了：第一n型包层的组成与比较例二相同的(Al0.40Ga0.60)0.50In0.50P，且条纹宽w为1μm、2μm的以水平衡向单模式进行动作的半导体激光元件。
在条纹宽w为10μm以上的情况下，实施例一(第一n型包层的组成为AlGaAs)相较于比较例二(第一n型包层的组成为AlGaInP)电阻值小。
在条纹宽w为200μm的情况下，相较于第一n型包层为AlGaInP的情况，元件电阻降低至约60％。另一方面，条纹宽w为1μm、2μm的情况下，在比较例一与比较例三中电阻值为相等，不依据第一n型包层的组成是AlGaInP(比较例一)或是AlGaAs(比较例三)。
因此，在实施例一所例示的宽条纹结构的半导体激光元件中，可以谋求有效果的动作电压的降低。
(实施例二)
图7为实施例二的半导体激光元件1b的截面结构图。
实施例二的半导体激光元件1b，将多重量子阱活性层213设为由出射振荡波长905nm的红外光的InGaAs/AlGaAs构成的双量子阱结构。又，半导体激光元件1b具有层叠了三组的单位激光结构200A、200B、200C的结构，且通过与上述第二实施方式相同的方法制作。
具体而言，通过MOCVD法，在n型电极233以及n型GaAs基板201上，层叠n型GaAs缓冲层203、n型Al0.25Ga0.75As缓冲层205。接着，由厚度1.5μm的n型Al0.65Ga0.35As构成的第一n型包层209、由厚度1.0μm的n型(Al0.50Ga0.50)0.50In0.50P构成的第二n型包层211、InGaAs/AlGaAs多重量子阱活性层213、由厚度2.5μm的p型(Al0.50Ga0.50)0.50In0.50P构成的p型包层217构成的单位激光结构200A。
接着，层叠隧道结层235A。该隧道结层235A具有依序层叠了高浓度地p型掺杂而成的GaAs、和高浓度地n型掺杂而成的GaAs的层结构。
接续隧道结层235A，层叠由与单位激光结构200A相同的层叠结构构成的单位激光结构200B，并隔着隧道结层235B，层叠单位激光结构200C。
其后，层叠p型Ga0.50In0.50P中间层225、p型GaAs接触层227。又，残留条纹宽w的条纹区域并实施图案化，形成绝缘膜229以及p型电极231。
多重量子阱活性层213由InGaAs/AlGaAs构成，具有依序堆积未掺杂的Al0.3Ga0.7As导光层25nm、InGaAs量子阱层5nm、Al0.3Ga0.7As屏障层5nm、In0.12Ga0.88As量子阱层5nm、Al0.3Ga0.7As导光层25nm而制作成的双量子阱结构。多重量子阱活性层213出射振荡波长905nm的红外光。
在结晶成长后的晶圆，利用与第二实施方式相同的方法，分别形成条纹宽w为10μm、20μm、50μm、100μm、200μm的增益波导型的条纹结构，劈开成共振器长600μm而形成端面保护膜，制作半导体激光元件1b。
再者，在实施例二中，由于不进行利用蚀刻的脊条纹结构的形成，因此，在p型包层中不层叠GaInP蚀刻停止层。
作为相对于该实施例二的比较例四，制作了：条纹宽w为1μm、2μm，且其他构造与实施例二相同的半导体激光元件。
又，作为比较例五，制作了：将第一n型包层的组成设为(Al0.50Ga0.50)0.50In0.50P，且其他构造与实施例二相同的半导体激光元件。
又，作为比较例六，制作了：第一n型包层的组成与比较例五相同的(Al0.50Ga0.50)0.50In0.50P，且条纹宽w为1μm、2μm的以水平横向单模式进行动作的半导体激光元件。
在测量了实施例二、比较例四、比较例五、以及比较例六的元件电阻的结果，与实施例一的情况相同，在条纹宽w为10μm以上的情况中，获得以下结果：第一n型包层为AlGaAs的实施例二的电阻值，小于比较例一至三的电阻值。
再者，虽然在实施例二中示出层叠了三组相同构造的单位激光结构200A、200B、200C的结构，但也可以是以在各个单位激光结构中获得期望的激光特性的方式适当调整该构造。
本发明可合适地利用于使用出射大输出的激光的半导体激光元件的设备等中。作为一例，能够合适地利用于作为LiDAR及ToF(Time-of-Flight)等测距系统的光源、加工用的光纤激光器用的激发光源、激光投射器及背光等的光源的用途等。
附图标记说明
1、1a、1b 半导体激光元件
11 n型电极
12 n型基板
13 p型电极
14 绝缘膜
2 n型包层
21 第一n型包层
22 第二n型包层
3 多重量子阱活性层
4 p型半导体层
41 p型包层
42 p型GaAs接触层
50 单位激光结构
6 隧道结层

Claims (5)

1.一种半导体激光元件，具有n型基板、和在所述n型基板上依序层叠有n型包层、活性层、及p型包层的半导体层叠部，在所述半导体层叠部的上部具备条纹结构，其特征在于，
所述n型包层至少包括以下两层：
在远离所述活性层侧，由Alx1Ga1-x1As层(0.4<x1≦1)构成的第一n型包层；以及
在接近所述活性层侧，由(Alx2Ga1-x2)1-y2Iny2P层(0≦x2≦1，0.45≦y2≦0.55)构成的第二n型包层，
所述p型包层由(Alx3Ga1-x3)1-y3Iny3P层(0≦x3≦1，0.45≦y3≦0.55)构成，
所述条纹结构的宽度为10μm以上，并且所述第一n型包层的相对于激光振荡波长的折射率为所述第二n型包层的相对于激光振荡波长的折射率以下。
2.如权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，
在将所述第一n型包层的层厚设为tn1，将所述第二n型包层的层厚设为tn2时，满足以下关系式：
tn1＞tn2。
3.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于，
在将所述p型包层的相对于振荡波长的折射率设为np，将所述第一n型包层的相对于振荡波长的折射率设为nn1，将层厚设为tn1，将所述第二n型包层的相对于振荡波长的折射率设为nn2，将层厚设为tn2时，满足以下关系式：
np＜[{(nn1×tn1)+(nn2×tn2)}/(tn1+tn2)]。
4.如权利要求1至3中任一项所述的半导体激光元件，其特征在于，
所述活性层包含至少一个量子阱，且振荡波长为600nm以上1100nm以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的半导体激光元件，其特征在于，
所述半导体层叠部依序具备：
N型包层；
活性层；以及
由(Alx3Ga1-x3)1-y3Iny3P层(0≦x3≦1，0.45≦y3≦0.55)构成的p型包层，所述n型包层具备以下层叠体：
在远离所述活性层侧，由Alx1Ga1-x1As层(0.4<x1≦1)构成的第一n型包层；以及
在接近所述活性层侧，由(Alx2Ga1-x2)1-y2Iny2P层(0≦x2≦1，0.45≦y2≦0.55)构成的第二n型包层，
所述层叠体隔着隧道结层而层叠多层。
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