CN1484350A - 半导体激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能减少大电流时光输出功率的降低、斜率效率高的、跟传统半导体激光器相比近场图样变化不大的半导体激光器，其中设有：在p－InP衬底12上设置的p－InP包层14，在该p－InP包层14上设置的活性区16，在该活性区16上设置的n－InP包层18a，在该n－InP包层18a上设置的n－InP包层18b，以及在比位于n－InP包层18a和n－InP包层18b之间的活性区16发出的激光的近场图形的光强实质上为0的位置更接近活性区16的位置叠层的、厚度为0.05～0.3μm的、光强的分布重心偏向n侧的半导体层。

Description

半导体激光装置
技术领域
本发明涉及一种用于光通信等的半导体激光装置，特别是，涉及一种使光强分布非对称的半导体激光。
背景技术
随着采用光纤的公共通信网络的普及，越来越要求低价大信息量的传送。依据这种请求，为了低价修建公共通信网络，增大传送信息量，有必要开发跟已经修建的光纤网络的光学匹配特性好，并且光输出效率高的半导体激光装置。
图15是传统的半导体激光器的剖视图。
图15中，200表示半导体激光器，202表示p导电型InP衬底(以下，p导电型标为“p-”、n导电型标为“n-”)，204表示p-InP包层，206表示活性区，是由InGaAsP阱层和InGaAsP阻挡层构成的多重量子阱结构的活性层和上下挟持活性层而设置的InGaAsP光约束层所构成。208表示n-InP包层，210表示InP电流阻挡层，212表示n-InP包层，214表示n型电极，216表示p型电极。
这种半导体激光器200中，若以p型电极216为正电位，在p型电极216和n型电极214之间施加偏压，则电流有效地集中流过活性区206，能够低电流工作且发光。p-InP包层204与n-InP包层208的折射率比活性区206小，光以活性区206为中心分布。
图16是传统的半导体激光器的近场图样的示意图。
图16中，纵轴表示光强，横轴表示以活性区206为中心的距离。跟横轴平行的虚线表示光强达至峰值的10％的位置。
图16中，以中央的活性区206为中心，n侧和p侧的光强分布呈左右对称。图16的例中，n侧和p侧的面积比例分别为0.397。光强分布曲线渐近横轴，实际上大致为0的位置是离中央活性区206约2.0μm的位置。
另外，输出功率大的双异质结构的半导体激光器中，通过改变挟持多重量子阱结构的活性层而形成的n-AlGaAs导光层和p-AlGaAs导光层，以及挟持这种n-AlGaAs导光层和p-AlGaAs导光层而形成的n-AlGaAs包层和p-AlGaAs包层的各自材料组成比例，使整体的折射率分布以活性层为中心，向任一方偏移，使光密度分布的峰值和电流分布的峰值不一致，从而防止材料的恶化且改善可靠性。这种例可参照，例如，日本专利文献特开平11-243259号公报(第6页～第9页，图1～图3)。
并且，用作光纤放大器用的激励光源等的半导体激光器中，设有：挟持活性层而设置的上部与下部导光层，挟持该上部与下部导光层而设置的上部与下部包层，在上部导光层和上部包层之间与下部导光层和下部包层之间分别再设置其折射率比包层更低的半导体层，从而构成有20°以下的狭窄垂直辐射角的横模稳定的半导体激光器。该例可参照：例如日本专利文献特开平8-195529号公报(第3页～第4页，图3)。
半导体激光器200发光的时候，由于活性区206为薄层，向p-InP包层204与n-InP包层208的漏光会很大。一般在半导体激光器中，为了得到高的电流-光输出效率即斜率效率，有必要降低在活性区206之外，特别是p-InP包层204中的光吸收量。
p型半导体区中的光吸收大的原因是，在p型的添加杂质的注入区中价电子带间吸收显著。这种现象并不是InP系列材料所独有的现象，在AlGaAs系列材料的半导体激光器中也发生，特别在InP系列材料的半导体激光器中更显著。
应对这种现象的传统的方法有：通过降低P型半导体区，例如p-InP包层204的载流子浓度的处理。但是通过降低与n型半导体区相比其电阻往往变大的P型半导体区的载流子浓度，进而会有电阻增大的倾向，并会因大电流时的发热而导致光输出降低，也就是所谓的“滚降”(roll-off)问题。
再有，光纤网络的铺设正在进展的现状下，半导体激光器不但要有高的斜率效率，还必须具备跟已铺设的光纤网络的足够的光学匹配特性。为此，半导体激光器必须具有跟传统的半导体激光器相差不大的近场图样。
发明内容
本发明的主要目的是为了克服上述的问题，构成减少大电流时的光输出的降低，且提高斜率效率，跟传统的半导体激光器相比近场图样变化不大的半导体激光器。
本发明的半导体激光装置中设有：第一导电型的半导体衬底，在该半导体衬底上设置的第一导电型的第一包层，在该第一包层上设置的活性层，在该活性层上设置的第二导电型的第二包层，以及从活性层发光的激光的近场图样的光强实际成为0的位置的活性层侧层叠的、具有0.05～0.3μm厚度的、使光强的分布重心偏向n侧的半导体层；因此，使漏光偏向n导电型的包层而不会较大的改变近场图样，使p导电型的包层中的光吸收减少，并提高斜率效率。
附图说明
图1是本发明实施例1的半导体激光器的剖视图。
图2是本发明实施例1的半导体激光器的活性区的示意图。
图3是表示本发明实施例1的半导体激光器的能带结构的能带示意图。
图4是表示本发明实施例1的半导体激光器的折射率的示意图。
图5是表示本发明实施例1的半导体激光器的近场图样的示意图。
图6是表示本发明实施例1的半导体激光器的光输出与斜率效率的曲线图。
图7是表示本发明实施例1的半导体激光器的变形例的剖视图。
图8是本发明实施例2的半导体激光器的剖视图。
图9是表示本发明实施例2的半导体激光器的折射率的示意图。
图10是表示本发明实施例2的半导体激光器的变形例的剖视图。
图11是本发明实施例3的半导体激光器的剖视图。
图12是表示本发明实施例3的半导体激光器的变形例的剖视图。
图13是本发明实施例4的半导体激光器的剖视图。
图14是表示本发明实施例4的半导体激光器的变形例的剖视图。
图15是传统的半导体激光器的剖视图。
图16是传统的半导体激光器的近场图样的示意图。
具体实施方式
以下实施例的说明中，例如，以用于光通信的1.3μm～1.7μm波段的InP系列埋入式半导体激光器为例进行说明。
[实施例1]
图1是本发明的实施例1的半导体激光器的剖视图。
图1中，10表示半导体激光器，在图1的半导体激光器10的剖面中，跟纸面垂直的方向为波导方向。12表示作为半导体衬底的p-InP衬底，14表示设置在p-InP衬底12上的作为第一包层的p-InP包层，这种p-InP包层14的带隙能量为1.35eV，层厚为1000nm，载流子浓度为1×1018cm-1。16表示设在p-InP包层14上的活性区。
18表示设在活性区16上的作为第二包层的n-InP包层，这种n-InP包层18在本实施例1中分为两层，由与活性区16邻接的n-InP包层18a和设在其上部的n-InP包层18b构成。n-InP包层18的带隙能量为1.35eV，载流子浓度为1×1018cm-1，n-InP包层18的层厚例如为700nm。
20表示在n-InP包层18a和n-InP包层18b之间插入的、作为半导体层的n-InGaAsP包层，其材料为In0.8Ga0.2As0.44P0.56，带隙能量为1.03eV，层厚为100nm，载流子浓度为1×1018cm-1。
p-InP包层14的一部分14a、活性区16、n-InP包层18a、n-InGaAsP包层20以及n-InP包层18b形成为脊形，形成光波导脊22。
光波导脊22的两侧设有InP层24，具有电流阻挡层的作用。26表示设在n-InP包层18b与InP层24上的n-InP接触层。28表示设在n-InP接触层26上的n型电极，30表示设在p-InP衬底12的背面的p型电极。
图2是本发明的实施例1的半导体激光器的活性区的示意图。图2示意表示活性区的剖面。
图2中，16a表示与p-InP包层14邻接的作为第一光约束层的InGaAsP光约束层，其材料为未掺杂的In0.8Ga0.2As0.44P0.56，带隙能量为1.03eV，层厚为40nm。
16b表示设在InGaAsP光约束层16a上的活性层，该活性层16b具有多重量子阱结构，由未掺杂的In0.8Ga0.2As0.74P0.26、带隙能量为  0.77eV、层厚为6.5nm  的阱层16c和未掺杂的In0.71Ga0.29As0.48P0.52、带隙能量为1.03eV、层厚为9nm的阻挡层16d交互设置而成。
16e表示设在活性层16b上的作为第二光约束层的InGaAsP光约束层，其材料为未掺杂的In0.8Ga0.2As0.44P0.56，带隙能量为1.03eV，层厚为40nm。
本实施例1中，活性区16是由InGaAsP光约束层16a、活性层16b以及InGaAsP光约束层16e所构成。
再有，p型半导体层的添加杂质(例如)为Zn，n型半导体层的添加杂质(例如)为S。
图3是表示本发明的实施例1的半导体激光器的能带结构的能带图。
实施例1中，n-InGaAsP包层20的带隙能量为1.03eV，跟InGaAsP光约束层16a、阻挡层16d以及InGaAsP光约束层16e有相同带隙能量，但是带隙能量也可以不同。
图4是表示本发明的实施例1的半导体激光器的折射率的示意图。
图4中，n-InP包层18和p-InP包层14有最小的折射率，而In0.8Ga0.2As0.74P0.26的阱层16c有最大的折射率。并且，实施例1中，n-InGaAsP包层20的折射率跟InGaAsP光约束层16a、阻挡层16d以及InGaAsP光约束层16e相同，但也可以不同。n-InGaAsP包层20的折射率可大于n-InP包层18，且小于阱层16c。
并且，实施例1中，活性区16和n-InGaAsP包层20之间的间隔L2跟n-InP包层18a的层厚L2相同，例如为700nm，n-InGaAsP包层20的层厚L1为100nm。
图5是表示本发明的实施例1的半导体激光器的近场图样的示意图。图5中纵轴为光强，横轴为以活性区16为中心的距离。跟横轴平行的虚线表示光强达到峰值的10％的位置。
图5中，光强分布在由黑色纵轴表示的中央的活性区16的附近，但半导体激光器10中，由于n-InGaAsP包层20挟在n-InP包层18a和n-InP包层18b之间而设置，其光的分布对于活性区16不会左右对称。从中央的活性区16开始单调递减的光强分布，在n-InGaAsP包层20的部分(由n侧的斜线所示的薄层)上升，其光强分布呈非对称，同时增加了n侧的面积比例。
图5中光强减少而渐近横轴，实际大致为0的位置在p侧中大概在1.5μm～2μm左右的位置。并且，在n侧中，由于插入n-InGaAsP包层20，其光强分布曲线并不单调递减，该位置大致在3μm左右。
把n-InGaAsP包层20插入n-InP包层18内，为使光强分布的重心有效地偏向n侧，最好使n-InGaAsP包层20位于比激光的近场图样的光强实际大致为0的位置更靠近活性层，更理想的是比光强降至10％的位置更靠近活性层的位置。本实施例1中，近场图样的光强实际大致为0的部位约为1.5μm(1500nm)～2μm，因此，L1和L2之和为1.5μm以下即可，但最好为0.7～0.9μm。
并且，n-InGaAsP包层20的层厚L1可以为0.05μm～0.3μm，0.05μm～0.2μm则理想，最好是0.1μm的附近。
下面对半导体激光器10的制造方法进行概略说明。
采用MOCVD法，在p-InP衬底12上依次形成：p-InP包层14、InGaAsP光约束层16a、In0.8Ga0.2As0.74P0.26的阱层16c和In0.71Ga0.29As0.48P0.52的阻挡层16d交互设置的多重量子阱结构的活性层16b，n-InP包层18a，n-InGaAsP包层20，以及n-InP包层18b。
接着，采用通常的光刻法与化学蚀刻法形成宽为1～2μm左右的、按波导方向延伸的光波导脊22。
然后，再由MOCVD法等来生长InP层，使其埋入光波导脊22周围，形成电流阻挡结构。
接着，用蚀刻法对光波导脊22和InP层24的上面进行平坦化加工后，使n-InP包层26结晶生长。
进而，在n-InP包层26的上面形成n型电极28，并在p-InP衬底12的背面形成p型电极30，使半导体激光器10加工完成。
下面就工作过程进行说明。
半导体激光器10中，以p型电极30为正电位，在p型电极30和n型电极28之间施加偏压，按照InP层24的电流阻挡结构，电流流过光波导脊22，在活性区16上有效地集中流过，可以低电流工作，且可以发光。p-InP包层14与n-InP包层18的折射率比活性区16小，光分布在活性区16的附近。
半导体激光器10的n-InP包层18中，由于n-InGaAsP包层20挟于n-InP包层18a和n-InP包层18b之间设置，从中央的活性区16单调递减的光强，在n-InGaAsP包层20的部分(n侧的斜线表示的薄层来)上升，其光强分部在n侧和p侧上成为非对称，同时增加n侧面积比例。
图16中表示的传统的半导体激光器中n侧与p侧的光强分布的面积比例分别为0.397，呈左右对称，但与此形成对比，图5所示的半导体激光器10中，p侧的光的分布的面积比例减小到0.332，其差额增加半导体激光器10的n侧光强分布的面积比例。
这是由于在n-InP包层1 8a和n-InP包层1 8b之间，插入折射率比InP大且小于阱层16c的n-InGaAsP包层20，使n侧的包层的折射率的平均值大于p侧的包层的折射率的平均值。从而，光强的分布中心偏向n侧的包层，其漏光也偏向n侧，而p侧的漏光减少，与此相应光的吸收也减少。
并且，漏光偏向n侧，将无需降低p侧的杂质浓度，因此，不会因降低杂质浓度而招致电阻的增大。因此，不会产生因发热而来的光输出的“滚降”，能够减小光吸收而使光输出增大，同时提高斜率效率。
图6是表示本发明的实施例1的半导体激光器的光输出与斜率效率的曲线图。为了比较，图6中也示出了传统结构的半导体激光器的光输出与斜率效率。
图6中，A1与A2是表示斜率效率η相对于电流If的关系曲线，其中，曲线A1跟半导体激光器10相关，A2跟传统的半导体激光器相关。
另外，B1与B2是激光器输出功率P0相对于电流If的曲线，其中，曲线B1跟半导体激光器10相关，B2跟传统的半导体激光器相关。
如图6所示，跟传统的半导体激光器相比，半导体激光器10的光输出功率变大，同时斜率效率也增高。
并且，在实施例1中，由于n-InGaAsP包层20的层厚薄到100nm，n-InGaAsP包层20和活性区16之间的间隔也为700nm，所以，不会使近场图样有大的改变。因此，跟传统的半导体激光器同样，也能够确保光纤和半导体激光器的光学匹配特性，跟已铺设的光纤网络的匹配特性也良好。
图7是表示本发明的实施例1的半导体激光器的变形例的剖视图。
图7中，36表示半导体激光器。另外，跟图1相同的符号表示相同或相当的部分。在以下的附图中也如此。
半导体激光器36中的n-InP包层18较薄，在这种情况下，可以把n-InP接触层26分为两层，并在n-InP接触层26a和n-InP接触层26b之间设置n-InGaAsP包层20。
但即使在这种场合，也需要使n-InGaAsP包层20位于比激光的近场图样的光强大致为0的位置更接近活性层，更理想的是比光强降至10％的位置更接近活性层的位置。
实施例1中，近场图样的光强实际大致为0的部位约为1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，L1和L2之和为1.5μm以下即可，但最好为0.7～0.9μm。
如此，通过设置n-InGaAsP包层20，取得跟前面所述的半导体激光器10同样的效果。
如上所述，本实施例的半导体激光器中，采用p-InP衬底，在n-InP包层之间插入0.05μm～0.3μm层厚，例如通过插入层厚为100nm左右的n-InGaAsP包层，使n侧包层的折射率的平均值大于p侧包层的折射率的平均值，因此，光强分布的重心偏向n侧的包层。因此，漏光偏向n侧。从而p侧的光吸收减少。
另外，由于在p侧漏光减少，将无需降低p侧的杂质浓度，不会因降低杂质浓度而招致电阻的增大。
因此，不会产生因发热而来的光输出功率的“滚降”，能够减小光吸收使光输出增大，同时提高斜率效率。
另外，由于因插入n-InGaAsP包层而导致的近场图样的改变并不大，跟传统的半导体激光器同样，也能够确保光纤和半导体激光器的光学匹配特性。因此，本实施例的半导体激光器，跟现已铺设的光纤网络的匹配特性良好。进而，能构成光输出效率高，跟光纤的匹配特性好的通信用半导体激光器。
[实施例2]
图8是本发明实施例2的半导体激光器的剖视图。
图8中，40表示半导体激光器，在图8的半导体激光器40的剖面中，跟纸面垂直的方向为波导方向。42表示作为半导体层的p-AlGaInAs包层。
由于半导体激光器40采用p-InP衬底12，结构跟实施例1的半导体激光器10大致相同，但是，对于半导体激光器10在n-InP包层18中设有其折射率比n-InP包层18高的n-InGaAsP包层20，而在半导体激光器40中，则在p-InP包层14中插入其折射率比p-InP包层14低的p-AlGaInAs包层。
半导体激光器40中，p-AlGaInAs包层42插入在p-InP包层14d和p-InP包层14c之间。
并且，由n-InP包层18、活性区16、p-InP包层14d、p-AlGaInAs包层42以及p-InP包层14c的一部分构成光波导脊22。
p-AlGaInAs包层42的层厚L4为100nm，添加杂质为Zn，载流子浓度为1×1018cm-1。
图9是表示本发明实施例2的半导体激光器的折射率的示意图。
图9中，p-AlGaInAs包层42的折射率小于p-InP包层14。而且，InGaAsP光约束层16a和p-AlGaInAs包层42的间隔L3，在本实施例中跟p-InP包层14d的层厚相同，例如为700nm。
p-AlGaInAs包层42最好位于比激光的近场图样的光强大致为0的位置更接近活性层，更理想的是比光强降至10％的位置更接近活性层的位置。
因此，实施例2中，近场图样的光强实际大致为0的部位约为1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，InGaAsP光约束层16a和p-AlGaInAs包层42的间隔L3和p-AlGaInAs包层42的层厚L4之和为1.5μm以下即可，但最好为0.7～0.9μm。
半导体激光器40的制造方法也跟实施例1的半导体激光器10的制造方法相同，不同之处在于：改变由MOCVD法层叠的顺序而形成，并且不是形成n-InGaAsP包层20而是形成p-AlGaInAs包层42。
在半导体激光器40中，在p-InP包层14插入折射率比p-InP包层14更小的p-AlGaInAs包层42。因此，p侧包层的折射率的平均值低于n侧包层的折射率的平均值。从而，光强分布的重心偏向n侧的包层，其漏光也偏向n侧。因此，跟实施例1同样，p侧的光吸收减少，并提高斜率效率。
另外，由于插入p-AlGaInAs包层42不会使近场图样有大的改变，因此能跟传统的半导体激光器一样地确保光纤和半导体激光器的光学匹配特性。进而，能构成光输出效率高，跟光纤的匹配特性好的通信用半导体激光器。
图10是表示本发明实施例2的半导体激光器的变形例的剖视图。
图10中，46表示半导体激光器。半导体激光器46中，光波导脊22由n-InP包层18、活性区16以及p-InP包层14d的一部分来构成。
这是光波导脊22的p-InP包层14d的部分比较薄的场合，这种情况下，p-AlGaInAs包层42可以不插入在光波导脊22的内部，而是插入在光波导脊22的下部的p-InP包层14d和p-InP包层14c之间。
但即使在这种场合，也需要使p-AlGaInAs包层42位于比激光的近场图样的光强大致为0的位置更接近活性层，最好比光强降至10％的位置更接近活性层的位置。
此变形例中，近场图样的光强实际大致为0的部位约为1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，活性区16和p-AlGaInAs包层42之间的间隔和p-AlGaInAs包层42的层厚之和，即L3和L4之和为1.5μm以下即可，但最好为0.7～0.9μm。
这样，即使把p-AlGaInAs包层42比光波导脊22设置得更接近p-InP衬底12，也可以得到跟上述的半导体激光器40同样的效果。
如上所述，本实施例的半导体激光器中，采用p-InP衬底，例如，在p-InP包层上插入折射率比p-InP包层14更低的p-AlGaInAs包层，从而使p侧包层的折射率平均值低于n侧包层的折射率的平均值，因此，光强分布的重心偏向n侧的包层，其漏光也偏向n侧。因此，p侧的光吸收减少，其斜率效率提高。
再有，这种半导体激光器能够跟传统的半导体激光器一样地确保与光纤的光学匹配特性。
进而，能构成光输出效率高，跟光纤的匹配特性好的通信用半导体激光器。
再有，实施例1中使用了p-InP衬底12，并在活性区16的n侧上设置n-InGaAsP包层20，而实施例2中使用p-InP衬底12，并在活性区16的p侧插入了p-AlGaInAs包层42。另外，也可以使用p-InP衬底12，采用在活性区16的n侧插入n-InGaAsP包层，并在活性区16的p侧插入p-AlGaInAs包层的结构。
[实施例3]
图11是本发明的实施例3的半导体激光器的剖视图。
图11中，50表示半导体激光器，在图11的半导体激光器50的剖面中，跟纸面垂直的方向为波导方向。
52表示作为半导体衬底的n-InP衬底，n-InP衬底52上设置n-InP包层18b，在该n-InP包层18b的上面设置n-InGaAsP包层20，再在该n-InGaAsP包层20上设置n-InP包层18a。n-InP包层18a和n-InP包层18b构成作为第一包层的n-InP包层18。
再有，在n-InP包层18a的上面设置了活性区16，在活性区16的上面设置了作为第二包层的p-InP包层14。
由p-InP包层14、活性区16、n-InP包层1 8a、n-InGaAsP包层20以及n-InP包层18b的一部分形成脊形，从而形成光波导脊22。
在该光波导脊22的两侧设置InP层24，它具有电流阻挡层的作用。
54表示设在光波导脊22和InP层24上面的p-InP接触层。在p-InP接触层54的上面设置p型电极30，而在n-InP衬底52的背面设置了n型电极28。
这种半导体激光器50，跟半导体激光器10在半导体衬底或层的结构方面有所不同，但仍可以用跟实施例1相同的制造方法来制造。
在本实施例3中，从活性区16到n-InGaAsP包层20的距离L2也跟n-InP包层18a的层厚L2相同，例如为700nm，n-InGaAsP包层20的层厚L1为100nm。
并且，使n-InGaAsP包层20位于比激光的近场图样的光强实际大致为0的位置更接近活性层的位置为好，更理想的是位于比光强降至10％的位置更接近活性层的位置。
实施例3中，近场图样的光强实际大致为0的部位约为1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，L1和L2之和为1.5μm以下即可，但最好为0.7～0.9μm。
并且，n-InGaAsP包层20的层厚L1可以为0.05μm～0.3μm，0.05μm～0.2μm则更理想，最好是在0.1μm附近。
该半导激光器50中，通过在n-InP包层18中插入折射率比InP大且小于阱层16c的n-InGaAsP包层20，使n侧的包层的折射率的平均值大于p侧的包层的折射率的平均值。因此，跟实施例1同样，光强的分布重心偏向n侧的包层，其漏光也偏向n侧，从而p侧的光吸收减少。
若p侧的光吸收减少，则无需降低p侧的杂质浓度，将不会有因降低杂质浓度而来的电阻的增大。因此，不会产生因发热而导致光输出的“滚降”，从而能够减少光吸收，并提高斜率效率。
再有，由于插入n-InGaAsP包层并不会使近场图样有大的改变，也能够确跟传统的半导体激光器一样地确保光纤和半导体激光器的光学匹配特性，跟现已铺设的光纤网络的匹配特性也良好。进而，能构成光输出效率高，跟光纤的匹配特性好的通信用半导体激光器。
图12是表示本发明的实施例3的半导体激光器变形例的剖视图。
图12中，56表示半导体激光器。半导体激光器56中，光波导脊22是由p-InP包层14、活性区16以及n-InP包层18a的一部分来构成。这是在光波导脊22的n-InP包层18a的部分比较薄的场合，这种情况下，可以不在光波导脊22的内部，而是在光波导脊22的下方，在n-InP包层18a和n-InP包层18b之间插入n-InGaAsP包层20。
但是这种情况下，也需要使n-InGaAsP包层20位于比激光的近场图样的光强实际大致为0的位置更接近活性层的位置，更理想的是在比光强降至10％的位置更接近活性层的位置。此变形例中，近场图样的光强实际大致为0的部位约为1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，L1和L2之和为1.5μm以下即可，但最好为0.7～0.9μm。
通过这样设置n-InGaAsP包层20，来得到跟上述的半导体激光器50同样的效果。
如上所述，本实施例的半导体激光器，采用n-InP衬底，在n-InP包层之间，插入0.05μm～0.3μm的层厚的、例如为100nm左右的n-InGaAsP包层，使n侧的包层的折射率的平均值大于p侧的包层的折射率的平均值，从而，光强的分布重心偏向n侧的包层，其漏光也偏向n侧。因此，p侧的光的吸收减少，其斜率效率提高。
再有，这种半导体激光器能够跟跟传统的半导体激光器一样地确保和光纤的光学匹配特性。
进而，能构成光输出效率高，跟光纤的匹配特性好的通信用半导体激光器。
[实施例4]
图13是本发明的实施例4的半导体激光器的剖视图。
图13中，60表示半导体激光器，在图13的半导体激光器60的剖面中，跟纸面垂直的方向为波导方向。
由于半导体激光器60采用n-InP衬底52，因此具有和实施例3的半导体激光器50大致相同的结构，但是，和半导体激光器50在n-InP包层18上设置折射率比n-InP包层18更高的n-InGaAsP包层20形成对比，在半导体激光器60中，在p-InP包层14中插入折射率比p-InP包层14低的p-AlGaInAs包层42。
就是说，在n-InP衬底52上设置n-InP包层18，在该n-InP包层18上设置活性区16。在活性区16之上相邻设置的p-InP包层14d和在p-InP包层14d上设置的p-InP包层14c之间插入p-AlGaInAs包层42。
并且，由n-InP包层18的一部分、活性区16、p-InP包层14d、p-AlGaInAs包层42以及p-InP包层14c构成光波导脊22。
p-AlGaInAs包层42可以位于比激光的近场图样的光强大致为0的位置更接近活性层的位置，更理想的是在比光强降至10％的位置更接近活性层的位置。
因此实施例4中，近场图样的光强实际大致为0的部位约为1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，InGaAsP光约束层16a和p-AlGaInAs包层42之间的间隔L3和p-AlGaInAs包层42的层厚L4之和为1.5μm以下即可，但最好为0.7～0.9μm。
半导体激光器60中，在p-InP包层14中插入折射率比p-InP包层14更小的p-AlGaInAs包层42。因此，p侧的包层的折射率的平均值低于n侧的包层的折射率的平均值。从而，光强的分布重心偏向n侧的包层，其漏光也偏向n侧。因此，p侧的光的吸收减少，而光输出增加，其斜率效率提高。
再有，由于通过插入p-AlGaInAs包层42并不使近场图样有大的变化，因此，可以跟传统的半导体激光器一样确保光纤和半导体激光器的光学匹配特性。进而，能构成光输出效率高，跟光纤的匹配特性好的通信用半导体激光器。
图14是表示本发明实施例4相关的半导体激光器的变形例的剖视图。
图14中，62表示半导体激光器。
半导体激光器62中p-InP包层14比较薄，这种情况下，把p-InP接触层54分为两层，在p-InP接触层54a和p-InP接触层54b之间插入p-AlGaInAs包层42。
但即使在这种场合，也需要使p-AlGaInAs包层42位于比激光的近场图样的光强大致为0的位置更接近活性层的位置，更理想的是在比光强降至10％的位置更接近活性层的位置。
因此，变形例中，近场图样的光强实际大致为0的部位约为1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，InGaAsP光约束层16a和p-AIGaInAs包层42之间的间隔L3和p-AlGaInAs包层42的层厚L4之和为1.5μm以下即可，但最好为0.7～0.9μm。
通过这样设置p-AlGaInAs包层42，半导体激光器62获得跟上述的半导体激光器60同样的效果。
如上所述，本实施例的半导体激光器中，采用n-InP衬底，例如，在p-InP包层中插入折射率比p-InP包层更低的p-AlGaInAs包层，从而，使p侧包层的折射率平均值低于n侧包层的折射率的平均值，因此，光强分布的重心偏向n侧的包层，其漏光也偏向n侧。因此，p侧的光吸收减少，并提高斜率效率。
再有，这种半导体激光器能够跟传统的半导体激光器一样地确保与光纤的光学匹配特性。
进而，能构成光输出效率高，跟光纤的匹配特性好的通信用半导体激光器。
另外，实施例3中使用了n-InP衬底52，并在活性区16的n侧上设置n-InGaAsP包层20，而实施例4中使用n-InP衬底52，并在活性区16的p侧插入了p-AlGaInAs包层42。但是，也可以使用n-InP衬底52，采用分别在活性区16的n侧插入n-InGaAsP包层，在活性区16的p侧插入p-AlGaInAs包层的结构。
并且，实施例1至实施例4中就设有多重量子阱结构的活性层的半导体激光器进行说明，但是，在具有单量子阱结构的活性层的半导体激光器或具有非量子阱结构的活性层的双异质结构的半导体激光器中，本发明也能得到同样的效果。
[发明效果]
本发明的半导体激光装置设有如上述说明的结构，因此有如下效果。
本发明的半导体激光装置中设有：第一导电型的半导体衬底，在该半导体衬底上设置的第一导电型的第一包层，在该第一包层上设置的活性层，在该活性层上设置的第二导电型的第二包层，以及在比从活性层发出的激光的近场图样的光强实际为0的位置更接近活性层的位置层叠的、厚度为0.05～0.3μm的、光强分布重心偏向n侧的半导体层；因此，近场图样没有较大改变地，使漏光偏向n导电型的包层，p导电型的包层中的光吸收减少，光输出功率增加且斜率效率提高。进而，能构成大电流时的减少光输出的降低，光输出效率高，跟光纤的匹配特性大致不变的通信用半导体激光器。

Claims (7)

1.一种半导体激光装置，其中设有：
第一导电型的半导体衬底；
在所述半导体衬底上设置的第一导电型的第一包层；
在所述第一包层上设置的活性层；
在所述活性层上设置的第二导电型的第二包层；以及
在比所述活性层发出的激光的近场图样的光强实质上为0的位置更靠近所述活性层的部位层叠的、具有0.05～0.3μm厚度的、使光强的分布重心向n侧偏移的半导体层。
2.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：所述活性层具有量子阱结构，并且从半导体衬底侧起依次设置第一光约束层和第二光约束层，中间隔着所述活性层。
3.如权利要求1或权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于：所述半导体层，层叠在距离与所述半导体层的导电型相同的导电侧的所述活性层的界面1.5μm以内的该导电侧的区域。
4.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的半导体激光装置，其特征在于：所述第一导电型设为p型；所述半导体层为n型，其折射率大于所述第二包层的折射率且小于所述活性层的折射率。
5.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的半导体激光装置，其特征在于：所述第一导电型设为p型；所述半导体层为p型，其折射率小于所述第一包层的折射率。
6.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的半导体激光装置，其特征在于：所述第一导电型设为n型；所述半导体层为n型，其折射率大于所述第一包层的折射率且小于所述活性层的折射率。
7.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的半导体激光装置，其特征在于：所述第一导电型设为n型；所述半导体层为p型，其折射率小于所述第二包层的折射率。
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Granted publication date: 20051123

Termination date: 20110509