CN1501558A - 自脉冲型半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

在自脉冲型半导体激光器中，在第一导电型的半导体基底(1)上相继地堆叠第一导电型的第一覆盖层2，活性层(3)，和具有条状脊峰部分(4a)的第二导电型的第二覆盖层(4)。在形成在脊峰部分(4a)两侧表面和除第二覆盖层(4)的脊峰部分外的两个平坦部分(4b)上的隐埋层中，可饱和吸收层(7)形成在具有折射率等于或大于第二覆盖层的折射率，且不吸收激光的材料层(8)上。

Description

自脉冲型半导体激光器
技术领域
本发明涉及半导体激光器，更具体地说，涉及一种适于在光盘上，(或诸如此类)记录和重现信息时用作光源的低噪音、自脉冲型半导体激光器。
背景技术
在用于以单轴模式发出激光的半导体激光器接收从光盘表面反射来的反馈激光的情况下，由于与光反馈的干扰引起半导体激光器的发出激光的状态不稳定地变化，从而引起噪声。这种噪声称之为光反馈噪声，在采用半导体激光器作为用于光检拾光盘(或诸如此类)上的重现信息的光源时，它成为主要的的障碍。
通常，为了降低反馈噪声，在半导体激光器的驱动电压上叠加了高频电压来减少激光的相干性。不过，这种方法需要用来叠加高频电压的外电路，使得增加了光检拾部分的成本和尺寸且该电路还易于发射不需要的电磁波。
在自脉冲型半导体激光器中，在一光波导中装上了可饱和和吸收区，另一方面，该可饱和吸收区在从几百兆赫到几千兆赫的频率范围内起着造成发出激光的强度的自脉冲作用，所以可以减少激光的相干性。另外，在自脉冲型半导体激光器中无需叠加高频电压，因此，可以取消这外电路。照这样，有可能生产不发射电磁波的小型检拾部件。
图11以示意地横截面示出第一只自脉冲型半导体激光器。此处，示出作为发射红光的自脉冲型半导体激光器示例的、以AlGaInP为其的半导体激光器。
图11的半导体激光器是用n型GaAs基底1并在其上外延长生半导体薄层堆叠结构来制备的。具体地说，半导体薄层堆叠结构具有相继地堆叠在基底上的n型AlGaInP第一覆盖层2，GaInP活性层3和p型AlGaInP第二覆盖层4。第二覆盖层4具有成条状的脊峰部分，脊峰部分的两侧(即，非脊峰部分都比脊峰部分薄。p型GaInP中间层5和p型GaAs接触层6形成在第二覆盖层4的脊峰部分两侧都形成n型FaAs隐埋层9。在水平方向上的光界限通过在脊峰部分和非脊峰部分间的有效折射率的差Δn来获得。p型侧的电极10形成在半导体薄层堆叠结构的上表面，而n型侧的电极11形成在基底1的背面上。
在第一常规示例的自脉冲型半导体激光器中，在水平方向平行于活性层3的光界限被设计的有效折射率差Δn要小所削弱，使得在活性层内的光强度，在对应于该条状物的两侧的侧边区域中的光强度增加，该侧边区域可用作可饱和吸收区以实现自脉冲。
在通常用在自脉冲型半导体激光器中的第一常规示例的结构中，对应于条状物两侧的活性层区域都是用作可饱和吸收区域的。因此，需要增加在这区域中的光强度，且在垂直于活动层方向的光界限也需设置得高。结果，在垂直于活性层的方向，发射光的发射角增大了，因此光束横截面的椭圆度也增加。另外，在活性层端面处的光强度增加，从而，降低了COD(严重的光学损伤)的水平。
为解决前面的问题，本发明的发明者们已经制作了一种自脉冲型半导体激光器，这种激光器通过在第一常规示例(见日本专利待公开第9-181389号)的隐埋层中含有可饱和吸收区域，在垂直于活性层的薄层堆叠的方向上不需要增加光界限，于是光束横截面的椭圆度是小的。这个自脉冲型半导体激光器作为第二常规示例以示意地横截面示于图12。
示于图12的半导体激光器是用n型GaAs基底1并在其上生长半导体薄层堆叠结构来制备的。该半导体薄层堆叠结构包括相继地堆叠在基底上的n型(Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，GaInP活性层3和p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4。第二覆盖层4具有成条状的脊峰部分4a，而在脊峰部分的两侧区域(非脊峰部分)4b都比脊峰部分薄。在第二覆盖层4的脊峰部分上形成p型GaInP中间层5和p型GaAs接触层6。在条状脊身部分的两侧边都形成了n型Al0.6Ga0.40As层8d，n型GaAs可饱和吸收区域7，n型Al0.6Ga0.4As层8d，和n型GaAs隐埋层9。p型侧的电极10形成在半导体薄层堆叠结构的上表面，而n型侧的电极11形成在基底1的背面上。
在第二常规示例的半导体激光器中，由激光吸收产生的载流子积累在形成于隐埋层中的饱和吸收区，因此造成光吸收饱和，使得类似于在第一常规示例中，获得自脉冲。在第一常规示例中，在脊身两侧边的活性层区都可用作饱和吸收层。不过，电流在从脊身的横向方向扩展，使得载流子也被引入到脊峰的两侧。因此，可归因于由激光的吸收而产生的载流子的可吸收光的数量改变是小的。另一方面，在第二常规示例中，可饱和吸收层被形成在电流不流过的隐埋层中。因此，在不存在发射激光的状态中，在可饱和吸收层中不存在载流子。因而，可吸收光的数量的很大改变与由吸收激光而产生的载流子有关。另外，在第二常规示例中，由于激发的载流子是在脊峰形成之后，在远离再开始晶体长晶面的诸区域中产生，所以，不大可能在再开始晶体生长的晶面附近的非辐射中心俘获载流子，因此可饱和吸收层能够有效地起作用。
在第二常规示例中，虽然需要增加在可饱和吸收区中的光强度来引起自脉冲，但是不需要为那个目的加厚活性层。因此，有可能提供一种具有光束横截面的小椭圆度的自脉冲型半导体激光器。
不过，根据上述在隐埋层中形成具有可饱和区域的自脉冲半导体激光器，自脉冲在高于70℃的高温时或者有超过6mW的光输出时会停止。
发明内容
由于上面提到的，本发明的一个目的是提供一种能在高温下有高输出的自脉冲型半导体激光器。
根据本发明的自脉冲型半导体激光器包括相继地堆叠在第一导电型半导体基底上的第一导电型第一覆盖层，活性层，和具有条状脊峰部分的第二导电型第二覆盖层。部分两个侧面和在除了第二覆盖层的脊峰部分之外的两个平坦部分上的隐埋层中，把可饱和吸收层形成在具有等于或大于第二覆盖层的折射率且不吸收激光的材料层上。
换句话说，为了要增加在隐埋层内的可饱和吸收层中的光强度，形成一层具有折射率等于或大于在脊身中的覆盖层折射率的薄层，作为与可饱和吸收层的下邻层或上邻层，使得光易于扩展到可饱和吸收区域。
在本发明的自脉冲型半导体激光器中，折射率的分布较佳的是使相对于活性层在薄层的堆叠方向上非对称，使光更可能向脊峰扩展。
根据如上所述的本发明，在隐埋层内的可饱和吸收层中的光强度与第二常规示例的自脉冲型半导体激光器相比是增加的。因此，有可能提供能在高温下工作且有较高功率的自脉冲型半导体激光器。
本发明的上述和其它目的，特性，情况，和优点，在结合附图，和从下面本发明的详细描述会变得更为清晰。
附图简述
图1是根据本发明第一实施例的自脉冲型半导体激光器的示意横截面图；
图2A-2C是图解说明用于形成图1的自脉冲型半导体激光器的方法的示意横截面图；
图3是示出在图1的自脉冲型半导体激光器中获得自脉冲的AlGaInP层的Al组分比和最大温度之间的关系图。
图4是示出在图1的自脉冲型半导体激光器中获得自脉冲的AlGaInP层的厚度和最大温度之间的关系图；
图5-9是分别根据本发明的第二直到第六实施例的自脉冲型半导体激光器的示意横截面图；
图10是根据本发明第九实施例的自脉冲型半导体激光器的示意横截面图；
图11和12分别是根据第一和第二常规示例的自脉冲半导体激光器的示意图。
具体实施方式
(第一实施例)
图1是根据本发明第一实施例的以AlGaInP为基的半导体激光器的示意横截面图。在这个半导体激光器中，在n型GaAs基底1上相继地堆叠n型(Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，非掺杂GaInP/AlGaInP的SCH(分离界限异结构)-MQW(复式量子势阱)活性层3，p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，和p型GaAs接触层6。在SCH-＜QW活性层3中，有夹在两层(al0.50Ga0.50)InP引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠的包括GaInP量子势阱层(共四层，每层厚5nm)和(Al0.50Ga0.52)InP阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
第二覆盖层4具有条状的脊峰4a，脊峰部分两侧上的平坦部分4b都比脊峰部分薄。包括可饱和吸收层7的隐埋层形成在脊峰部分4a的两侧面和在p型覆盖层4的两个平坦部分4b上。
在具有折射率大于第二覆盖层4的折射率的n型(Al0.50Ga0.50)InP层8上形成未掺杂GaInP可饱和吸收层7。在可饱和吸收层7上形成n型GaAs电流阻塞层9。形成在隐埋层和p接触层上的是由Au/Mo/AuZn形成的p型侧的电极10。Au/Mo/Ni/AuGe的n型侧的电极11则形成在基底1的背面上。
一种用于形成图1的半导体激光器的方法，以示意横截面图当作在图2A-2C的示例示出。
首先，如图2A所示，在基底1上采用分子束外延(MBE)来生长n型第一覆盖层2，活性层3，p型第二覆盖层4，p型中间层5，和p型接触层6。
接着，如图2B所示，采用光刻和腐蚀有选择地除去不构成条状脊峰结构4a的p型接触层6，p型中间层5和p层第二覆盖层4的诸部分。
此外，如图2C所示，再次采用MBE来相继地生长(重新开始晶体生长)n型AlGaInP8，可饱和吸收层7，和n型GaAs层9。最后，用选择腐蚀除去生长在脊峰部分4a顶上的不需要区域；然后形成p型侧和n型侧的电极。
可饱和吸收层7是由具有吸收激光并产生激发载流子的这样一种带宽的半导体形成。另一方面，AlGaInP8是由具有带宽大于可饱和吸收层7的带宽，且不吸收激光的半导体层形成。在再开始晶体生长晶面上，AlGaInP层8对防止在可饱和吸收层7内从在重新晶体生长的晶面上复合并在非辐射复合中心(交界面陷阱)损失而产生的截流子是必不可少的。在第一实施例中，具有折射率大于第二覆盖层4的折射率的AlGaInP层也对把激光向可饱和吸收层7扩展激光起作用。结果，在可饱和吸收层7中的光强度增加，这样，就促进了该半导体激光器的自脉冲。
图3示出在第一实施例的半导体激光器中，有5mW光输出时获得自脉冲的最大温度与AlGaInP层8中Al组成比改变时的测量结果。AlGaInP层8的厚度设定在0.01nm。从该图可以看出在AlGaInP层8的折射率较大的区域中，即，在第二覆盖层中Al的组份比小于0.65的区域中，而这相当于第二覆盖层的Al的组份比，发生自脉冲的温度被改善。在那个组份区域中，即使在不高于70℃温度下也获得了自脉冲工作。
图4示出在第一实施例中的半导体激光器，有5mW光输出时，获得自脉冲的最大温度与AlGaInP层8的厚度改变时的测量结果。AlGaInP层8的Al的组份比设定为0.50。当AlGaInP层8变成薄于0.005μm时，再开始晶体生长晶面的影响变得明显，这样，使得载流子难于积累在可饱和吸收区7，以致较少有可能发生自脉冲。
(第二实施例)
根据本发明第二实施例以AlGaInP为基的半导体激光器用示意横截面图示于图5。在这个半导体激光器中，在n型GaAs基底1上相继地堆叠n型(Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，未掺杂GaInP/AlGaInP的SCH-MQW活性层3，p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，以及p型GaAs接触层6。在SCH-MQW活性层3中，有夹在两层(Al0.50Ga0.50)InP引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠的包括GaInP量子势阱层(共四层，每层厚5nm)和(Al0.50Ga0.50)InP阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
第二覆盖层4具有条状脊峰部分4a，而脊峰部分两侧的平坦部分4b都比脊峰部分薄。包括可饱和吸收层7的隐埋层形成在脊峰部分4a的两侧面和在p型覆盖层4的两个平坦部分4b上。
可饱和吸收层7由未掺杂GaInP形成，它被夹在脊身侧的n型(Al0.50Ga0.50)InP层8和在对面一侧的n型(Al0.75Ga0.25)InP层8b之间，从而形成双异结构。尽管n型(Al0.50Ga0.50)InP层8的折射率大于第二覆盖层4的折射率，但n型(Al0.75Ga0.25)InP层8b的折射率小于第二覆盖层4的折射率。在n型(Al0.75Ga0.25)InP层86上形成n型GaAs的电流阻塞层9。形成在隐埋层和p型接触层上的是Au/Mo/AuNa的型侧的电极10。Au/Mo/Ni/AuGe的n型侧的电极11形成在基底1的背面上。
该第二实施例在双异结构是通过在可饱和吸收层7的对面一侧上(从脊峰部分看)形成具有带宽大于可饱和吸收层7的带宽的半导体层8b来获得的这一点上与第一实施例有区别。这样，就能抑制由在可饱和吸收层7中吸收产生的载流子的扩散，使得载流子能有效地积累在可饱和吸收层7中。
由于可饱和吸收层7本身对激光是有吸收性的一个区域，所以要尽可能薄来形成该层。与第一实施例的情况相比，在第二实施例中，可把可饱和层7做薄，使它有效地积累载流子，然后降低阀值电流。
虽然在第二实施例中，可饱和吸收层7具有单层结构，但它可以用MQW结构来形成。
(第三实施例)
根据本发明第三实施例的以AlGaInP为基的半导体激光器用示意横截面示于图6。在这个半导体激光器中，在n型GaAs基底1上，相继地堆叠n型(Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，未掺杂GaInP/AlGaInP的SCH-MQW活性层3，p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，和p型GaAs接触层6。在SCH-MQW活性层3中，有夹在两层(Al0.50Ga0.50)InP引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠的包括GaInP量子势阱层(共四层，每层厚5nm)和(Al0.50Ga0.50)InP阻挡层(共三层，层厚5nm)的MQW的结构。
第二覆盖层4具有条状脊峰部分4a，而脊峰部分两侧的平坦部分4b都比脊身部分薄。包括可饱和吸收层7的隐埋层形成在脊峰部分4a的两侧面和p型覆盖层4的两个平坦部分46上。
可饱和吸收层7由GaInP/(Al0.65Ga0.35)InP的MQW结构形成，且在具有与p型第二覆盖层4相同的半导体组份的n型(Al0.65Ga0.35)InP层8上。在可饱和吸收层7上形成n型GaAs层的电流阻塞层9。形成在隐埋层上和p型接触层上的是Au/Mo/Au/Zn的p型侧的电极10。而Au/Mo/Ni/ZuGe的n型侧的电极11则形成在基底1的背面上。
就第三实施例来说，由于p型覆盖层4和在隐埋层中的n型AlGaInP层8具有相同的半导体组份，所以有可能在晶体生长中均分半导体组份的设定，能使薄层生长较简单。
(第四实施例)
根据本发明第四实施例的以AlGaInP为基的半导体激光器用示意横截面示于图7。在这个半导体激光器中，在n型GaAs基底1上，相继地堆叠n型((Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，未掺杂GaInP/AlGaInP的SCH-MQW活性层3，p型((Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，和p型GaAs接触层6。在SCH-MQW活性层3中，有夹在两层(Al0.50Ga0.50)InP引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠的包括GaInP量子势阱层(共四层，每层厚5nm)和(Al0.50Ga0.50)InP阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
第二覆盖层4具有条状脊峰部分4a，而在脊蜂部分两侧的平坦部分4b都比脊峰部分薄。包括可饱和吸收层7的隐坦层形成在脊峰部分4a两侧面和p型覆盖层4的两个平坦部分4b上。
可饱和吸收层7由未掺杂GaInP形成，它被夹在它的脊身侧的n型(Al0.50Ga0.50)InP层8和对面一侧的n型(Al0.75Ga0.25)InP层8b之间，从而形成双异结构。虽然n型(Al0.50Ga0.50)InP层8的折射率大于第二覆盖层4的折射率，但n型(Al0.75Ga0.25)InP层8b的折射率小于第二覆盖层4的折射率。在n型(Al0.75Ga0.25)InP层8b上形成n型AlInP层的电流阻塞层9b。形成在隐埋层上和p型接触层上的是由Au/Mo/AuZn形成的p型侧的电极10。而Au/Mo/Ni/AuGe的n型侧的电极11则形成在基底1的背面上。
第四实施例在可饱和吸收层7的对面一侧(从脊身部分看)采用具有小折射率且不吸收激光的n型(Al0.75Ga0.25)InP层8b这一点上与第一到第三实施例有区别。在第一到第三实施例中，在可饱和吸收层7上已形成了对激光有吸收性的GaAs层9，在这种情况下，由于吸收损失而势必引起阀值电流变大，因而有降低发光效率的可能性。另一方面，在第四实施例中，获得了受到减小吸收的所谓有效折射率引导结构，使得与第一到第三实施例相比，它有可能降低瓶值电流并改变发光效率，从而降低工作电流。
(第五实施例)
根据本发明第五实施例的以AlGaInP为基的半导体激光器用示意横截面示于图8。在这个半导体激光器中，在n型GaAs基底1上相继地堆叠n型(Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，未掺杂GaInP/AlGaInP的SCH-MQW活性层3，p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，和p型GaAs接触层6。在SCH-MQW活性层3中，有夹在两层(Al0.50Ga0.50)InP引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠的包括GaInP量子势阱层(共四层，每层厚5nm)和(Al0.50Ga0.50)InP阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
第二覆盖层4具有条状脊峰部分4a，而在脊峰部分两侧的平坦部分4b都比脊峰部分薄。包括可饱和吸收层7的隐埋层形成在脊峰部分4a两侧面和p型覆盖层4的两个平坦部分4b上。
可饱和吸收层7由n型GaAs形成，且在具有折射率大于第二覆盖层4的折射率Al0.40Ga0.60As层8b上。在可饱和吸收层7上形成n型GaAs的电流阻塞层9。形成在隐埋层和p型接触层上的是Au/Mo/AuZn的p型侧的电极10。而Au/Mo/Ni/AuGe的n型侧的电极11则形成在基底1的背面。
第五实施例的以AlGaInP为基的半导体激光器在饱和吸收层7是由GaAs形成的这一点上与第一到第四实施例有区别。当在第五实施例中把GaAS用作可饱和吸收层7与在第一到第四实施例中把GaInP用作可饱和吸收层7相比时，GaAs在依靠由光激光发产生载流子数量的吸收系数上显现出较大的变化，而它能使可饱和吸收更有效。结果，与采用GaInP的情况下相比，采用GaAs作为可饱和吸收层7能在较高温度下或有较高输出时有自脉冲工作。
(第六实施例)
根据本发明第六实施例的以AlGaInP为基的半导体激光器用示意横截面示于图9。在这个半导体激光器中，在n型GaAs基底1上，相继地堆叠n型(Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，未掺杂GaInP/AlGaInP的SCH-MQW活性层3，p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，p型GaAs接触层6。在SCH-MQW活性层3中，有夹在两层(Al0.50Ga0.50)InP引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠的包括GaInP量子势阱层(共四层，每层厚5nm)和(Al0.50Ga0.50)InP阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
第二覆盖层4具有条状脊峰部分4a，而在脊峰两侧的平坦部分4b都比脊部分薄。包括可饱和吸收层7的隐埋层形成在脊峰部分4a两侧面和p型覆盖层4的两个平坦部分4b上。
饱和可吸收层7由n型GaAs/Al0.4Ga0.5As的MQW结构形成，且在具有折射率比第二覆盖层4的折射率大的n型Al0.4Ga0.6As层8上。隐埋层也形成为脊峰条形状，在它的上面形成siO2的绝缘薄膜12。Au/Mo/AuZn的p型侧的电极10形成在p型接触层b和SiO2绝缘薄层膜12上。而Au/Mo/Ni/AuGe的n型侧的电极11则形成在基底1的背面上。
第六实施例的半导体激光器具有通常所说的脊峰结构，其中包括可饱和吸收层7的隐埋层具有该脊峰形状，它造成有效折射率引导。因此，与第五实施例相比，有可能进一步降低阀值电流并改善发光效率，因而，减小工作电流。
(第七实施例)
根据本发明第七实施例的以AlGaInP为基的半导体激光器，除了把MQW光发射层夹在中间的引导层的厚度彼此不同外，与示于图9的半导体激光器类似。具体地说，在n型GaAs基底1上相继地堆叠n型(Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，未掺杂GaInP/AlGaInP的SCH-MQW活性层3，p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，和p型GaAs接触层6。在SCh-MQW活性层3中，有夹在p型侧的(Al0.50Ga0.50)InP引导层(厚度为100nm)和n型侧的(Al0.50Ga0.50)InP引导层(厚度为20nm)之间的一层接着一层堆叠的包括GaInP量子势阱层(共四层，每层500nm厚)和(Al0.50Ga0.50)InP阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
第二覆盖层4具有条状脊身部分4a，而在脊峰部分两侧的平坦部分4b都比脊脊部分薄。包括可饱和吸收层7的隐埋层形成在脊峰部分4a两侧面和p型覆盖层4的两个平坦部分4b上。
可饱和吸收层7由n型GaAs/Al0.4Ga0.6的MQW结构形成，且在具有折射率比第二覆盖层4的折射率大的n型Al0.4Ga0.60As层8上。隐埋层也形成为脊峰条形状，在它的上面形成SiO2绝缘薄膜12。形成在p型接触层6和SiO2薄膜12上的是Au/Mo/AuZn的p型侧的电极10。而Au/Mo/Ni/AuGe的n型侧的电极11则形成在基底1的背面上。
在第七实施例中，把MQW光发射层夹在中间的引导层，相对于彼此的厚度被作为非对称的，以向着那里有可饱和吸收层7的地方扩展光。结果是，在第七实施例中，在可饱和和吸收层7中的光强度增加，因此，可能比在第六实施例中更为有效地引起自脉冲。
(第八实施例)
根据本发明第八实施例的以AlGaInP为基的半导体激光器，除了把MQW活性层夹在中间的覆盖层具有彼此不同的组份比之外，类似于示于图9的半导体激光器。具体地说，在n型GaAs基底1上，相继堆叠n型(Al0.70Ga0.30)InP第一覆盖层2，未掺杂GaInP/AlGaInP的SCH-MQW活性层3，p型(Al0.60Ga0.40)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，和p型GaAs接触层6。在SCH--MQW活性层3中，有夹在两层(Al0.50Ga0.50)InP引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠包括GaInP量子势阱层(共四层，每层5nm)和(Al0.50Ga0.50)InP阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
第二覆盖层4具有条状脊峰部分4a，而在脊峰部分两侧的平坦部分4b都比脊峰部分薄。包括可饱和吸收层7的隐埋层形成在脊身部分4a两侧面和p型覆盖层4的两个平坦部分4b上。
可饱和吸收层7由n型GaAs/Al0.40Ga0.6As的HQW结构形成，且在具有折射率比第二覆盖层4的折射率大的n型Al0.40Ga0.60As层8上。隐埋层也形成为脊身条形状，在它的上面形成SiO2绝缘薄膜12。形成在p型接触层6和SiO2绝缘薄膜12上的是由Au/Mo/AuZn形成的p型侧的电极10，而Au/Mo/Ni/AuGe的n型侧的电极11则形成在基底1的背面上。
在第八实施例中，把MQW活性层3夹在中间的两层覆盖层2和4，相对于彼此为半导体组份比，被作成非对称的。就是说，把第二覆盖层的折射率作成大于第一覆盖层2的折射率，以向着那里有可饱和和吸收层7的p型侧扩展光。结果是，在第八实施例中，在可饱和和吸收层7中的光强度增加，因此有可能比在第六实施例中更为有效地引起自脉冲。
(第九实施例)
根据本发明第九实施例的以AlGaInP/AlGaAs为基的双波长半导体激光器用示意横截面示于图10。这个半导体激光器包括第一脊峰部分4c，在这个部分在n型GaAs基底1上相继地堆叠n型(Al0.65Ga0.35)InP第一覆盖层2，未参杂GaInp/AlGaInP的SCH-MQW活性层3，p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4，p型GaInP中间层5，p型GaAs接触层6。在SCH-MWQ活性层3中，有夹在两层(Al0.50Ga0.50)InP引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠包括GaInP量子势阱层(共四层，每层厚5nm)和(Al0.50Ga0.50)InP阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
该半导体激光器还包括第二脊身部分4d，在这部分在同一n型GaAs基底1上相继地堆叠n型(Al0.45Ga0.55)第一覆盖层2aa，未掺杂GaAs/AlGaAs的SCH-MQW活性层3aa，p型(Al0.65Ga0.35)InP第二覆盖层4aa，和p型GaAs接触层6。在SCH-MWQ活性层3中，有夹在两层Al0.15Ga0.85As引导层(每层厚50nm)之间一层接着一层交替堆叠包括GaAs量子势阱层(共四层，每层厚5nm)和Al0.45Ga0.55As阻挡层(共三层，每层厚5nm)的MQW的结构。
两个脊峰部分4c和4d，在形成包括可饱和吸收层7的公共隐埋层之后，被加工成脊身条形状。在这公共隐埋层上形成SiO2绝缘薄膜层12。Au/Mo.AuZn的p型侧的电极10形成在p型接触层6和SiO2绝缘薄膜12上。而Au/Mo/Ni/AuGe的n型侧的电极11则形成在基底1的背面上。可饱和吸收层7由n型GaAs/Al0.4Ga0.6As的MQW结构形成，且在具有折射率大于第二覆盖层的折射率的n型Al0.4Ga0.6As层8上。
在这第九实施例的半导体激光器中，从在脊身部分4c下面的活性层3可发射出波长带约为650nm的红色激光，而从在脊身部分4c下面的活性层3aa则可发射出波长带约为780nm的红外激光。在两个脊身部分中的自脉冲工作均可通过对脊身4c和4d公用的可饱和吸收层7的作用而获得。
正如上所述，根据本发明，有可能提供一种在高温时工作的低噪声、自脉冲型半导体激光器，在这激光器中，形成在隐埋层中的可饱和吸收层中的光强度能有增加，而光束横截面的椭圆度是小的，可防止垂直辐射角的增大。
虽然本发明已详细描述并作了图解说明，但是应该清楚地明白，它们仅是作为图示说明和示例而已，并不能作为限制，本发明的精神实质和范围仅在所附权利要求书中的条项所限制。

Claims (18)

1.一种自脉冲型半导体激光器，其特征在于，包括在第一导电型的半导体基底上相继地堆叠第一导电型的第一覆盖层，活性层，和具有条状脊身部分的第二导电型的第二覆盖层，
其中饱和吸收层形成在具有折射率等于或大于所述第二覆盖层的折射率，且不吸收激光的材料层上，且在形成在所述脊峰部分的两个侧面和在所述第二覆盖层中降了所述脊身部分之外的两个平坦部分上的隐埋层之内。
2.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述可饱和吸收层包括量子势阱结构。
3.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述可饱和吸收层被夹在两层半导体薄层之间，它们各自具有的带宽大于可饱吸收层的带宽。
4.如权利要求3所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述可饱和吸收层夹在中间的两层半导体层中离脊峰较远的一层具有的折射率比所述第二覆盖层的折射率小。
5.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述可饱和吸收层的上和下侧面中的至少一侧被具有与所述第二覆盖层相同组分的半导体层覆盖。
6.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，一种对激光有吸收性材料的电流阻塞层形成在当从所述第二覆盖层看时，所述可饱和吸收层的对面一侧。
7.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述一种具有折射率小于所述第二覆盖层的折射率且不吸收激光的材料的电流阻塞层形成在当从所述第二覆盖层看时，所述可饱和吸收层的对面一侧。
8.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述活性层包括具有夹在两层光引导层之间的SCH结构，且在薄层的堆叠方向上具有非对称性，使得光能向脊峰扩展。
9.如权利要求8所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述在第二覆盖层一侧的所述光引导层在厚度上大于在第一覆盖层一侧的所述光引导层。
10.如权利要求8所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述第二覆盖层所具有的折射率大于所述第一覆盖层的折射率。
11.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述自脉冲型半导体激光器是以AlGaInP为基的激光器，所述基底是GaAs形成的，而所述可饱和吸收层是由以AlGaAs为基的半导体形成的。
12.如权利要求11所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述具有折射率大于所述第二覆盖层的折射率的AlGaAs层形成在所述可饱和吸收层的下表面上，该AlGaAs层具有设置在0.4-0.6范围内的Al组份比，而GaAs层形成在所述可饱和吸收层的上表面上。
13.如权利要求11所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述具有折射率大于所述第二覆盖层的折射率的AlGaAs层形成在所述可饱和吸收层的下表面上，该AlGaAs具有设置在0.4-0.6范围内的Al组份比，而具有设置在超过0.6的Al组份比的AlGaAs则形成在所述可饱和吸收层的上表面上。
14.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述隐埋层形成为条状脊峰形状。
15.如权利要求14所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述绝缘薄膜形成在所述脊身形状的隐埋层上。
16.如权利要求15所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述在形成在GaAs基底上的以AlGaInP为基的自脉冲型半导体激光器中，具有折射率大于所述第二覆盖层的折射率的AlGaAs层形成在所述隐埋层的所述可饱和吸收层的上表面上，该AlGaAs层具有设置在0.4-0.6范围内的Al组份比，且形成脊峰形状，而所述绝缘薄膜则形成在AlGaAs层上。
17.如权利要求1所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述单块地形成多个具有不同发出激光的波长的半导体发出激光的部分，且每个所述多个半导体发出激光部分具有包括由相同半导体材料形成的所述可饱和吸收层的所述隐埋层。
18.如权利要求17所述的自脉冲型半导体激光器，其特征在于，所述以AlGaAs为基的半导体发出激光部分和以AlGaInP为基的半导体发出激光部分单块地形成在双波长半导体激光器内，而所述可饱和吸收层则由以AlGaAs为基的半导体形成。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113193477A (zh) * 2021-04-30 2021-07-30 山东大学 一种基于Fano共振的自脉冲和连续输出型硅基集成半导体激光器及其制备方法
CN114300941A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 北京工业大学 一种自发脉冲式光子级联半导体激光器

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003227230A1 (en) 2002-04-04 2003-10-20 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
JP4551121B2 (ja) * 2004-05-24 2010-09-22 シャープ株式会社 半導体レーザ装置
KR100887089B1 (ko) 2004-11-23 2009-03-04 삼성전기주식회사 반도체 레이저 다이오드
JP2006228941A (ja) * 2005-02-17 2006-08-31 Sony Corp 半導体レーザ
JP2006303052A (ja) * 2005-04-19 2006-11-02 Nec Electronics Corp 半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法
JP5385526B2 (ja) * 2007-11-16 2014-01-08 ローム株式会社 半導体レーザ
CN106299069A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 厦门三安光电有限公司 一种激光二极管及其制作方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0669589A (ja) 1992-08-18 1994-03-11 Hitachi Ltd 半導体レーザ素子
JP3341425B2 (ja) 1993-12-27 2002-11-05 ソニー株式会社 半導体レーザ
JP3268958B2 (ja) 1995-05-15 2002-03-25 三洋電機株式会社 半導体レーザ装置
JP3199158B2 (ja) 1995-12-26 2001-08-13 シャープ株式会社 半導体レーザ装置
JPH1098233A (ja) * 1996-09-25 1998-04-14 Rohm Co Ltd 半導体レーザおよびその製法
JP2000357842A (ja) * 1999-06-16 2000-12-26 Sony Corp 半導体レーザ
JP2002335048A (ja) * 2001-03-06 2002-11-22 Sony Corp 窒化物系半導体レーザ素子及びその製造方法
JP2002374040A (ja) * 2001-06-15 2002-12-26 Sharp Corp 半導体レーザ素子およびその製造方法
US7042020B2 (en) * 2003-02-14 2006-05-09 Cree, Inc. Light emitting device incorporating a luminescent material

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113193477A (zh) * 2021-04-30 2021-07-30 山东大学 一种基于Fano共振的自脉冲和连续输出型硅基集成半导体激光器及其制备方法
CN113193477B (zh) * 2021-04-30 2022-04-22 山东大学 一种基于Fano共振的自脉冲和连续输出型硅基集成半导体激光器及其制备方法
CN114300941A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 北京工业大学 一种自发脉冲式光子级联半导体激光器

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