CN1118119C - 自激脉冲半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

一种自激脉冲半导体激光器件具有包括一对金属覆层部分的金属覆层和夹在该对金属覆层部分之间的饱和吸收层和缓冲层。用于缓冲层的半导体材料具有在饱和吸收层和用于与缓冲层接触的金属覆层的半导体材料的价带能之间的中间价带能，从而减小在价带能图中形成的尖峰。空穴平稳注入有源层，从而以高成品率以自激脉冲方式产生激光。

Description

自激脉冲半导体激光器
本发明涉及自激脉冲半导体激光器件，特别涉及能够以低噪声工作的自激脉冲半导体激光器件。
半导体激光器件广泛用作光盘驱动器或光通信的光源。特别是，最近，半导体激光器件主要用于例如DVD或磁光(MO)盘的高密度光盘领域。通常，都知道用在这种光学拾取系统中的半导体激光器件都会由于光盘表面的光反馈而产生噪声。因此，在半导体激光器件中抑制光反馈噪声是非常重要的。
用高频驱动半导体激光器件是用于减少噪声的公知的方法之一。具体地说，这种半导体激光器件的高频驱动提供多模式振荡光谱，由此减少光反馈产生的影响。但是，在这项技术中除了成本高外，还有电磁波辐射噪声的问题，因为需要结合高频重叠模量(superimpose module)。
另一方面，自激脉冲激光器件除了具有低成本和与高频驱动相适应的低噪声特性的优点外，还有不存在电磁波噪声的优点。因此，特别希望有一种具有低阈值电流和长期可靠性的自激脉冲半导体激光器件。
自激脉冲可以通过在激光器谐振器中引入饱和吸收器以控制饱和吸收的量而得到。这种自激脉冲和为此设计的激光器结构在“ExtendedAbstract of 18th Conference on Solid State Devices and Materials”第153页，No.D-1-2，1986和“Proceedings of 11th Semiconductor LaserSymposium”第21页，1994，中有说明。这些文章中提供的半导体激光器具有通过设置在电流阻挡层下面的一部分有源层来实现的饱和吸收层。但是，所提议的这种半导体激光器由于在台面式条(mesa stripe)的侧面的大的光学吸收而具有高度在10μm和50μm之间的大的像散性的问题。
日本专利公开JP-A-6-196810提议通过图8中所示结构来减小像散性，图8中，所提供的饱和吸收层与作为一部分金属覆层的有源层平行。在图8中，在GaAs衬底102的上表面上形成n-AlGaAs金属覆层103、n型饱和吸收层104、n-AlGaAs金属覆层105、有源层106、p-AlGaAs金属覆层107、p型饱和吸收层108、p-AlGaAs金属覆层109、p-GaAs盖层110、p-GaAs接触层111、n-GaAs电流阻挡层112和p-电极，并在GaAs衬底102的下表面形成n-电极。n-GaAs电流阻挡层埋入p-AlGaAs金属覆层109和p-GaAs盖层110。在这种结构中，通过控制n-AlxGa1-xAs饱和吸收层104的Al摩尔分数(x)和厚度(在0.01μmt 0.04μm之间)，和p-AlxGa1-xAs饱和吸收层108的成分(或Al的摩尔分数(x))和厚度(在0.01μm和0.04μm之间)得到低光反馈噪声和小像散性的自激脉冲半导体器件。
“IEEE photonics Technology Letters”，1995年12月的第17卷第12期第1406页描述了一种自激脉冲半导体器件，其中作为一部分p-型金属覆层的饱和吸收层用p-型搀杂质重搀杂达载流子密度高达2×1018cm-3的，由此得到用自激脉冲在温度高达50℃时产生激光的AlGaInp红色激光器。
“Proceeding of 43rd Meeting for Applied physics Association”，第1024页，26a-c-10中描述了在高温产生激光并通过与有源层的带隙相比减少饱和吸收的带隙得到的自激脉冲。
上述半导体激光器件的缺点是，能用自激脉冲产生激光的半导体激光器的成品率(如产品/成品)很低，约10％左右，这是根据本发明人实验得出的。
鉴于上述原因，本发明的目的是提供能用自激脉冲产生激光的半导体激光器件，其制造成品率高，其中自激脉冲带有很低的光反馈噪声。
本发明提供的半导体器件包括：第一导电型的半导体衬底；和依次形成在所述半导体衬底上的所述第一导电型的第一金属覆层、有源层和与所述第一导电型相对的第二导电型的第二金属覆层；至少所述第一导电型的金属覆层和所述第二导电型的金属覆层中的一个在其中包括彼此接触设置的饱和吸收层和第一缓冲层，所述饱和吸收层和所述第一缓冲层的导电型与所述第一金属覆层和第二金属覆层中至少一个的导电型相同，所述饱和吸收层的第一禁带能比所述第一金属覆层和第二金属覆层中至少一个的第二禁带能低，所述第一缓冲层具有所述饱和吸收层的第一价带能、所述第一和第二金属覆层中至少一个的第二价带能或在所述饱和吸收层的第一价带能和所述第一和第二金属覆层中至少一个的第二价带能之间的中间价带能。
本发明还提供一种半导体激光器件，它包括：第一导电型的半导体衬底；和依次形成在所述半导体衬底上的所述第一导电型的第一金属覆层、有源层和与所述第一导电型相对的第二导电型的第二金属覆层；至少所述第一导电型的金属覆层和所述第二导电型的金属覆层中的一个在其中包括彼此接触设置的饱和吸收层和第一缓冲层，所述饱和吸收层和所述第一缓冲层的导电型与所述第一金属覆层和第二金属覆层中至少一个的导电型相同，所述饱和吸收层的第一禁带能比所述第一金属覆层和第二金属覆层中至少一个的第二禁带能低，所述第一缓冲层具有所述第一禁带能、所述第二禁带能或在所述第一禁带能和所述第二禁带能之间的中间禁带能。
根据本发明的半导体激光器件，第一缓冲层减缓了在饱和吸收层和金属覆层之间的禁带能量差，由此减小饱和吸收层的价带能中的峰值。结果，在有源层中产生半导体激光器件的激光，而不是在饱和吸收层中。这样，饱和吸收层能够为饱和吸收功能而工作，从而容许半导体器件以自激脉冲方式产生激光。
参照附图及下面的描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将更加明显。
图1是常规自激脉冲半导体激光器件的截面图；
图2是另一种常规自激脉冲半导体激光器件的截面图；
图3是图2的常规激光器件的Al摩尔分数分布图；
图4A和4B分别是图2的激光器件在电子发光和产生激光过程中的光谱；
图5A和5B分别是图2的激光器件的禁带分布图和能带结构图；
图6是根据本发明第一实施例的自激脉冲半导体激光器件的截面图；
图7是图6的激光器件的Al摩尔分数分布图；
图8A和8B分别是图6的激光器件的禁带分布图和能带结构图；
图9是根据本发明第二实施例的自激脉冲半导体激光器件的截面图；
图10A和10B分别是图9的激光器件的禁带分布图和能带结构图；
图11A和11B分别是根据本发明第三实施例的自激脉冲半导体激光器件的禁带分布图和能带结构图；和
图12A到12C每个都表示使用应变量子阱的层的自激激光器件的Al摩尔分数、应变和禁带的关系。
在描述本发明优选实施例之前，通过实验研究一下常规技术中存在的缺点的原因。
制造如图2中所示常规自激脉冲半导体激光器件，依次在GaAs衬底1的上表面上形成GaAs缓冲层2、n-AlGaInP金属覆层20、有源层4、包括p-AlGaInP金属覆层部分31、p-饱和吸收层35和p-AlGaInP金属覆层32的p-金属覆层、GaInP异结缓冲层6、p-GaAs盖层7、p-GaAs盖层8、和p-电极11，并在GaAs衬底的下表面上形成n-电极10。由一部分p-AlGaInP金属覆层部分(以下简单称为p-AlGaInP金属覆层)32和GaInP异结缓冲层6形成台面式条结构，并且p-GaAs盖层7被n-GaAs电流阻挡层9埋入。
图3表示图2的半导体激光器的成分分布图，表示在从n-AlGaInP金属覆层20到饱和吸收层35的层中(AlxGa1-x)yIn1-yP的Al摩尔分数(x)分布图。具体地说，有源层4是由每层都包括0.25％压缩应变GaInP并且厚度为6nm的三层GaInP量子阱层40、每个都夹在邻近量子阱层40之间并具有厚度为4nm和0.5Al摩尔分数的一对AlGaInP阻挡层41、和夹在三层量子阱层40和一对阻挡层41之间的一对光导层42形成的。光导层42设置在有源层4的p侧和n侧上，并且每层光导层厚度为50nm，Al摩尔分数(x)为0.5，如图中所示。
N-AlGaInP金属覆层20的厚度为1.2μm，Al摩尔分数为0.7，电子(载流子)密度为5×1017cm-3。p-AlGaInP金属覆层31的厚度为100nm，Al摩尔分数为0.7，空穴(载流子)密度为5×1017cm-3。p-AlGaInP金属覆层32的厚度为1.1μm，Al摩尔分数为0.7，空穴密度为5×1017cm-3。p-饱和吸收层35的压缩应变为0.78％，厚度为6nm，空穴密度为2×1018cm-3。
图4A表示在驱动电流为80mA时，在电子发光过程中所测得的图2的激光器件的光谱，其中分别在波长为648nm和667nm时观察到能量峰值301和302。在有源层4中的压缩应变为0.25％和饱和吸收层35中的压缩应变为0.78％之间存在差别的基础上研究发射中心，结果表明，在波长为648nm处的峰值301是从有源层4中发射产生的，而在波长为667nm处的峰值302是从饱和吸收层35中的发射产生的。
图4B表示在驱动电流为100mA、光输出为5mW时产生激光过程中测得的图2的半导体器件的另一个光谱，结果表明，只有在与从饱和吸收层35发射的波长相一致的667nm波长处有峰值302。从这些结果中看出，激光只是在饱和吸收层35中而不是在有源层4中产生。
从上面的事实中，本发明人提出一项关于图2的半导体激光器的产生激光工作的假想，如下文所述。
在异结界面中的不连续性一般由在连接之前每个半导体材料的价带的能级来确定。图5B表示与图5A的禁带图相结合描绘的图2的半导体激光器件的能带结构。其中图5A与图3相同。在图5B中，导带能量中的级是从用于饱和吸收层35和金属覆层31和32的半导体材料之间的价带能量差得到的，其中的饱和吸收层35和金属覆盖31和32都是p-型层，以基本上等于得到的半导体激光器中的价带能。注意到，用于饱和吸收层和金属覆层的半导体材料之间的价带能差是作为禁带能图中的一个级出现的。
饱和吸收层35和p-AlGaInP金属覆层31之间的异结界面在价带能中包含尖峰311，如图5B所示，它阻碍具有较大有效质量的空穴进入p-AlGaInP金属覆层31中。结果，大量空穴停留在饱和吸收层35中，从而产生吸引电子从有源层4到饱和吸收层35中的不希望的电场。这样，在饱和吸收层35中积累的空穴和电子在其中复合，用于产生激光。
因此，本发明使用了在饱和吸收层35和金属覆层31和/或32之间设置减缓不连续性的价带能缓冲层以减小它们之间的尖峰的结构。价带能缓冲层能阻止空穴停留在饱和吸收层35中，从而帮助空穴注入有源层4，由此就能在有源层4中而不是在饱和吸收层5中产生激光。
如果这些层的物理特性很清楚的话，图5A的禁带图也能用于价带能的能量不连续性，因为从能量不连续性的观点看，禁带图展示了与用作各层的半导体材料的价带相同的趋势。例如，如果饱和吸收层35和金属覆层31或32都是由III-V或II-VI族化合物半导体构成，其中至少一种V或VI族元素通用于这两层，那么置于这两层之间的禁带缓冲层就能防止空穴以高密度积累在饱和吸收层中。这里用的“禁带缓冲层”的意思是具有在饱和吸收层35的禁带和金属覆层31或32的禁带之间的中间禁带的层，其中中间禁带可以是连续的，或者可以具有从饱和吸收层35到金属覆层31或32的不连续性。
作为用于在本发明中实现价带能缓冲功能或禁带能缓冲功能的测量标准，缓冲层的成分可以具有在饱和吸收层35和金属覆层31或32的成分之间的中间成分，其中中间成分可以是连续的，或者可以具有从饱和吸收层35到金属覆层31或32的不连续性。
这里所使用的“中间成分”的意思是中间层中的每个元素的摩尔分数保持在饱和吸收层35中的每个元素的摩尔分数和金属覆层31或32中的每个元素的摩尔分数之间的中间值，其“中间值”包括基本上等于这两个摩尔分数的值，但是，中间层的成分在它与饱和吸收层35或金属覆层31或32之间有显著差别。例如，如果饱和吸收层35和金属覆层31或32的成分分别为IIIaVa和IIIbVb，其中IIIa和IIIb是III族中的不同元素，Va和Vb是V族中的不同元素，则中间缓冲层的成分为：
IIIa xIIIb 1-xVa yVb 1-y
其中0≤x≤1，0≤y≤1，x和y在一中间缓冲层中不为0或1。
另外，作为一个特殊例子，如果饱和吸收层35和金属覆层31或32的成分分别为Ga0.4In0.6P和(Al0.7Ga0.3)0.52In0.48P，则中间缓冲层的成分为(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中0≤x≤0.7，0.4≤y≤0.52，但是x和y的选择应使中间缓冲层的成分不与饱和吸收35或金属覆层31或32的成分相同。
下面参照附图，详细说明本发明，其中相同的组成部分用相同或相似的参考标记表示。
参照图6，本发明的第一实施例的半导体激光器件包括在GaAs衬底1的上表面上依次形成的：GaAs缓冲层2、n-AlGaInP金属覆层20、有源层4、p-AlGaInP金属覆层31、p-型第一价带能缓冲层36、p-型饱和吸收层35、p-型第二价带能缓冲层37、p-AlGaInP金属覆层32、GaInP异结缓冲层6、p-GaAs盖层7、p-GaAs盖层8和p-电极11，以及形成在GaAs衬底的下表面上的n-电极10。由一部分p-AlGaInP金属覆层32和GaInP异结缓冲层6形成台面式条结构，并且p-GaAs盖层8被n-GaAs电流阻挡层9埋入。
本发明的半导体激光器件是按下列步骤制造的。首先，在GaAs衬底1的上表面上使用低压金属-有机汽相外延法(LPMOVPE)生长GaAs缓冲层2、n-AlGaInP金属覆层20、有源层4、p-AlGaInP金属覆层31、p-型第一价带能缓冲层36、p-型饱和吸收层35、p-型第二价带能缓冲37、p-AlGaInP金属覆层32、GaInP异结缓冲层6，p-GaAs盖层7。
接着，用SiO2膜作掩模通过光刻腐蚀技术选择腐蚀GaInP异结缓冲层6、p-GaAs盖层7和p-AlGaIn金属覆层32的上部分，以形成台面式条。
然后，用SiO2膜作掩模选择生长n-GaAs电流阻挡层9，以隐埋台面式条。去掉SiO2膜之后，利用LPMOVPE法生长p-GaAs盖层8。接下来，在p-GaAs盖层8上形成p-电极11，然后在其下表面抛光GaAs衬底1以得到合适的厚度，并在其上形成n-电极10，从而完成图6中所示的结构。
用作LPMOVPE的源材料的有：三甲基铝，三乙基镓、三甲基铟、磷化氢和砷化氢，而乙硅烷用于n-型搀杂剂，二乙基锌用于p-型搀杂剂。生长温度为660℃，生长压力为70Torr，所提供的V族源量与提供的III族源量的比值为500。
图7表示从n-AlGaInP金属覆层20到饱和吸收层35的层中的Al摩尔分数(x)图。
有源层4包括：每层都具有0.25％的压缩应变和6nm的厚度的三层GaInP量子阱层40、每层都置在相邻近的两GaInP量子阱层40之间并且厚度为4nm、Al摩尔分数(x)为0.5的一对AlGaInP阻挡层41，一对光导层42，其夹在GaInP量子阱层40和AlGaInP阻挡层41之间。光导层42设置在有源层4的p侧和n侧，并且厚度为50nm，Al摩尔分数(x)为0.5。
N-AlGaInP金属覆盖20的厚度为1.2μm，Al的摩尔分数为0.7，电子密度为1×1017cm-3。p-AlGaInP金属覆层31的厚度为80nm，Al摩尔分数为0.7，空穴密度为5×1017cm-3。p-AlGaInP金属覆层32的厚度为1.1μm，Al摩尔分数为0.7，空穴密度为5×1017cm-3。p-饱和吸收层35的压缩应变为0.51％，厚度为6nm，空穴密度(搀杂浓度)为2×1018cm-3。
p-型第一价带能缓冲层(这以下，如果不特别说明，即简单称为缓冲层)36的成分，在它与p-AlGaInP金属覆层31之间的界面处等于p-AlGaInP金属覆层31的成分，在它与p-饱和吸收层35之间的界面处等于p-饱和吸收层35的成分，并且在两界面之间线性变化。
p-型第二缓冲层37的成分在它与p-AlGaInP金属覆层32之间的界面处等于p-AlGaInp金属覆层32的成分，在它与饱和吸收层35之间的界面处等于饱和吸收层35的成分，并且在两界面之间线性变化。
第一缓冲层36的厚度为10nm，空穴密度为从它与金属覆层31之间界面处的5×1017cm-3到它与饱和吸收层35之间界面处的2×1018cm-3。p-型第二缓冲层37的厚度为10nm，空穴密度为从它与金属覆层32之间界面处的5×1017cm-3到它与饱和吸收层35之间界面处的2×1018cm-3。
与图5A和5B相同，图8A和8B分别表示本发明实施例的半导体激光器件的禁带图和能带结构图。激光器件的成分分布图在从p型金属覆层31到p型金属覆层32的层中没有急剧变化，由此在饱和吸收层35的两侧之间提供没有急剧变化的禁带图，如图8A所示。这是由于穿过p型第一缓冲层36、饱和吸收层35和p型第二缓冲层37从p-AlGaInP金属覆层31到p-AlGaInP金属覆层32提供的连续成分。因此，在这个范围内价带能是连续的，如图8B所示，它与图5B中所示由于价带能的不连续性而具有尖峰311和312的价带能不同。
在本实施例的半导体激光器件工作中，空穴不会停留在p-型饱和吸收层35中，而是被平稳地向有源层4注入。有效地在有源层4中而不是在p-型饱和吸收层35中产生激光，这就容许p-型饱和吸收层35为所设计的饱和吸收而工作。由此能够使激光器件以自激脉冲方式工作。本实例自激脉冲的样品，在环境温度为60℃和高达5毫瓦情况下得到的成品率为80％。这些样品在室温时的典型阈值电流为70mA，典型产生激光的频率为660nm。在实施例中，第一和第二缓冲层36和37的厚度根据设计可以随意在0.5nm和100nm之间变化。而且，参数x可以根据设计需要而变化，虽然图7表示一些典型值。
此外，虽然在本实施例中缓冲层36和37的材料的成分线性变化，但是不需要线性改变成分，只要其成分单调变化即可。
只要p-型金属覆层31，第一缓冲层36、饱和吸收层35、第二缓冲层37和p型金属覆层32的每层的空穴密度都高于1×1017cm-3，而且n-AlGaInP金属覆层20的载流子(电子)密度高于1×1017cm-3就足够了。有源层4是典型本征设计的，但是根据从邻近n-金属覆层20或p-型金属覆层31的杂质扩散，可以是p-型的或n-型的。
p型金属覆层31的厚度可以是0和500nm之间的任意值，而n-型金属覆层20和p-型金属覆层32的厚度可以是大于200nm的任意值。每层金属覆层的Al摩尔分数可以设计为在0.5和1.0这间的任意值，只要光导层42的Al摩尔分数比金属覆层的Al摩尔分数低即可。
有源层4可以是任何量子阱结构，只要每层量子阱层40和阻挡层41的厚度低于20nm即可。阱层的数量可以大于或等于1。量子阱层可以是非应变的、抗拉应变的或压缩应变的。有源层4可以是一个整体层。另外，光导层42的厚度可以是0nm和200nm之间的任何值。
饱和吸收层35的Al摩尔分数小于0.2，并且可以是非应变的，抗拉应变或压缩应变的。饱和吸收层35的厚度设计最好考虑到量子能级的减少和光限制系数的增加，这是通过缓冲层36和37的插入来提供的。例如，如果饱和吸收太大，饱和吸收层35的厚度可以设计为零，而p-型缓冲层36或37可以具有代替的饱和吸收功能。在这个实验中，层的厚度为零，例如饱和吸收层的厚度为零，意味着没有单功能饱和吸收层35，而是有具有饱和吸收功能和能量缓冲功能的双功能邻近层36或37。
图9表示根据本发明第二实施例的自激脉冲半导体激光器件，与图6相似。除了本实施例中未提供p-型第二价段能缓冲层(图6中37)外，本实例的半导体激光器件与第一实施例的相同。
图10A和10B，与图8A和8B相同，分别表示图9的激光器件的禁带图和能带结构图。本实施例由于没有第二缓冲层而防止了饱和吸收的过量增加。在第一实施例的图8A和8B中，虽然在饱和吸收层35的两侧上的价带能中没有产生尖峰，但是每层厚度为5nm或更厚的价带能缓冲层36和37减少了量级并增加了饱和吸收层35中的限制系数，由此产生过量饱和吸收。在本实施例中，由于没有第二缓冲层而防止了过量饱和吸收。
没有第二缓冲层会在饱和吸收层35和p-型金属覆层32之间的异结界面产生尖峰312。虽然尖峰312在一定程度上阻止空穴向有源层4中注入，但是空穴不会长时间停留在饱和吸收层35中。结果，在有源层4中而不是在饱和吸收层35中产生激光，这就提供了高成品率的自激脉冲。
通过修改第二实例可以得到第三实施例的半导体激光器件，即用于设置在饱和吸收层35和p-型金属层31之间的缓冲层36的半导体材料具有从p-型金属覆层31向饱和吸收层35逐渐降低的价带能图，由此产生如图11A中所示禁带图和图11B中所示的导带图。在这些图中，描述了两级增长。即：缓冲层36具有不同成分的两层结构。
为制造根据第一和第二实施例的半导体器件，所使用的生长工艺能够准确将生长层的成分控制到所要求的值，以得到所需要的价带能。另一方面，在第三实施例中，逐级的能带图容许使用经济的生长方法，其中引入了MOVPE或MBE工艺，而没有使用能精确控制生长层的成分的昂贵控制器。
如图11B所示，虽然价带能中的尖峰没有从饱和吸收层35和它与p-型金属覆层31之间的界面完全去除，但是尖峰的幅度被抑制了，从而使空穴有效地注入有源层4。结果，能够得到高成品率的自激脉冲。
从技术观点看，饱和吸收层55中的能级数量最好是很大。但是，能级的数量可以根据所用的制造工艺来选择。虽然缓冲层36具有图11A中的逐级的价带能级，但这种图形可以应用到具有这种逐级的价带能级的缓冲层37中。
在本发明中，禁带能级图改变的方式不限于所述方式，即线性、单调或逐级，只要它具有防止空穴局部停留在饱和吸收层35中即可。
特别是，如果应变量子阱层被用作饱和吸收层35，则第一和第二缓冲层36和37也可以用作应变量子阱层，其中缓冲层36和37的成分和应变是独立控制的，从而使缓冲层36和37的厚度不超过临界厚度。
图12A到12C表示当饱和吸收层35用作应变量子阱层时，在从p-型金属覆层31到p-型金属覆层32的层中的(AlxGa1-x)yIn1-yP，应变图和禁带图中的Al摩尔分数(x)。在p-型金属覆层31和饱和吸收层35之间以及在饱和吸收层35和p-型金属覆层32之间分别提供第一和第二缓冲层36和37。
当饱和吸收层35中的应变图形具有不变的压缩应变并且缓冲层36和37分别具有向p-型金属覆层31和32线性减少的压缩应变时，如图12A中所示，在禁带图中不会出现尖峰，这就容许空穴平稳注入有源层4。但是，如果用于饱和吸收层35的压缩应变太大，则价带能缓冲层36和37的厚度会超过临界值，产生大的错位，从而降低半导体激光器件的晶体结构，由此减小其可靠性。
为解决上述关于量子阱层中临界厚度的问题，应变图形可以修改，以使压缩应变在缓冲层中不连续，如图12B所示。这种情况下，缓冲层可以具有零应变或小的均匀应变。由于价带能中的差别，应变图形中的不连续性可能在饱和吸收层35和缓冲层36和37之间的界面产生尖峰。
但是，通过提供在缓冲层36和37中Al摩尔分数(x)中的单调变化图形，在饱和吸收层35和缓冲层36和37之间的价带能差能得到抑制，因而抑制了尖峰的幅度，由此得到相对平稳的空穴注入。
为抑制饱和吸收层35和缓冲层36和37之间的价带能差以得到优异的禁带能图，可以使用不同的图形，其中Al摩尔分数(x)如图12c所示修改。这种情况下，Al摩尔分数在饱和吸收层35中比由缓冲层36和37中的单调减少价带能所确定的小，由此取消图12B中所示价带能中的不连续性以得到如图12c中所示的平滑空穴注入。
为实现单调变化的禁带图形，可以通过控制Al摩尔分数或应变的量以得到半导体材料中的单调变化的价带能而进行设计选择，只要层的物理特性已知即可。简言之，价带能缓冲层也可以称为禁带缓冲层。
在从第二和第三实例的修改实施例中，n-GaAs电流阻挡层9可以与饱和吸收层35接触设置。另外，一部分n-GaAs电流阻挡层9可以用AlInP层代替，以得到自激脉冲的低阈值电流。
由于上述实施例只是为举例而描述的，本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围情况下，本领域熟练人员可以很容易做出各种修改和改进。
例如，虽然在上述实施例中描述的是AlGaInP激光器件，但本发明还适用于AlGaAs半导体激光器、AlGaInN激光器或II-VI族半导体激光器。此外，在图6中的n-型金属覆层20中可以提供饱和吸收层。

Claims (22)

1.一种半导体激光器件，包括：
第一导电型的半导体衬底；和
依次形成在所述半导体衬底上的所述第一导电型的第一金属覆层、有源层和与所述第一导电型相对的第二导电型的第二金属覆层；
至少所述第一导电型的金属覆层和所述第二导电型的金属覆层中的一个在其中包括彼此接触设置的饱和吸收层和第一缓冲层，所述饱和吸收层和所述第一缓冲层的导电型与所述第一金属覆层和第二金属覆层中至少一个的导电型相同，
所述饱和吸收层的第一禁带能比所述第一金属覆层和第二金属覆层中至少一个的第二禁带能低，
所述第一缓冲层具有所述饱和吸收层的第一价带能、所述第一和第二金属覆层中至少一个的第二价带能或在所述饱和吸收层的第一价带能和所述第一和第二金属覆层中至少一个的第二价带能之间的中间价带能。
2.如权利要求1的半导体激光器件，其特征在于所述第一导电型是n-型，所述第二导电型是p-型，所述饱和吸收层和所述第一缓冲层设置在所述第二金属覆层内。
3.如权利要求1的半导体激光器件，其特征在于所述第一缓冲层设置在所述饱和吸收层与所述有源层相邻的一面。
4.如权利要求1的半导体激光器件，其特征在于还包括关于所述饱和吸收层与所述第一缓冲层相对地设置的第二缓冲层，所述第二缓冲层具有所述中间价带能。
5.如权利要求1的半导体激光器件，其特征在于所述第一缓冲层具有价带能图形，它在所述饱和吸收层的附近基本上等于所述第一价带能，而在所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近等于所述第二价带能，并且从所述饱和吸收层的附近到所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近单调地发生变化。
6.如权利要求1的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层包括多个层，每个层具有各自的位于所述第一禁带能和所述第二禁带能之间的中间禁带能。
7.如权利要求5的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层具有成分分布图，它在所述饱和吸收层的附近等于所述饱和吸收层的第一成分，而在所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近等于所述金属覆层之一的第二成分，并在所述饱和吸收层附近和在所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近之间的中间部分处等于所述第一成分和所述第二成分之间的中间成分。
8.如权利要求1的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层具有从所述饱和吸收层附近向所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近逐渐变化的价带能图。
9.如权利要求8的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层具有在所述饱和吸收层的第一成分和所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的第二成分之间逐渐变化的成分，对应于所述逐渐变化的价带能。
10.如权利要求1的半导体激光器件，其特征在于，所述饱和吸收层和所述第一缓冲层的每一个是应变量子阱层，并且所述第一缓冲层的应变小于所述饱和吸收层的应变。
11.如权利要求1的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层具有在所述饱和吸收层的第一成份和所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的第二成分之间的中间成分。
12.一种半导体激光器件，包括：
第一导电型的半导体衬底；和
依次形成在所述半导体衬底上的所述第一导电型的第一金属覆层、有源层和与所述第一导电型相对的第二导电型的第二金属覆层；
至少所述第一导电型的金属覆层和所述第二导电型的金属覆层中的一个在其中包括彼此接触设置的饱和吸收层和第一缓冲层，所述饱和吸收层和所述第一缓冲层的导电型与所述第一金属覆层和第二金属覆层中至少一个的导电型相同，
所述饱和吸收层的第一禁带能比所述第一金属覆层和第二金属覆层中至少一个的第二禁带能低，
所述第一缓冲层具有所述第一禁带能、所述第二禁带能或在所述第一禁带能和所述第二禁带能之间的中间禁带能。
13.如权利要求12的半导体激光器件，其特征在于所述第一导电型是n-型，所述第二导电型是p-型，所述饱和吸收层和所述第一缓冲层设置在所述第二金属覆层内。
14.如权利要求12的半导体激光器件，其特征在于所述第一缓冲层设置在所述饱和吸收层与所述有源层相邻的一面。
15.如权利要求12的半导体激光器件，其特征在于还包括关于所述饱和吸收层与所述第一缓冲层相对地设置的第二缓冲层，所述第二缓冲层具有所述中间禁带能。
16.如权利要求12的半导体激光器件，其特征在于所述第一缓冲层具有禁带能图形，它在所述饱和吸收层的附近基本上等于所述第一禁带能，而在所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近等于所述第二禁带能，并且从所述饱和吸收层的附近到所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近单调增大。
17.如权利要求12的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层包括多个层，每个层具有各自的位于所述第一禁带能和所述第二禁带能之间的中间禁带能。
18.如权利要求17的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层具有成分分布图，它在所述饱和吸收层的附近等于所述饱和吸收层的第一成分，而在所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近等于所述金属覆层之一的第二成分，并在所述饱和吸收层附近和在所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近之间的中间部分处等于所述第一成分和所述第二成分之间的中间成分。
19.如权利要求12的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层具有从所述饱和吸收层附近向所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的附近逐渐变化的禁带能图。
20.如权利要求19的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层具有在所述饱和吸收层的第一成分和所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的第二成分之间逐渐变化的成分，对应于所述逐渐变化的禁带能。
21.如权利要求19的半导体激光器件，其特征在于，所述饱和吸收层和所述第一缓冲层的每一个是应变量子阱层，并且所述第一缓冲层的应变小于所述饱和吸收层的应变。
22.如权利要求12的半导体激光器件，其特征在于，所述第一缓冲层具有在所述饱和吸收层的第一成份和所述第一金属覆层和所述第二金属覆层中至少一个的第二成分之间的中间成分。
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Owner name: SAMSUNG ELECTRONICS CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: NEC CORP.

Effective date: 20140331

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Effective date of registration: 20140331

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Patentee after: Samsung Electronics Co.,Ltd.

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Patentee before: NEC Corp.

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Granted publication date: 20030813

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