CN1848566A - 半导体激光器件、其制造方法以及使用其的光学拾取器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有高可靠性和理想的温度特性同时是高功率器件的半导体激光器件。在衬底上形成有源层以及其间夹置该有源层的两个覆层。所述覆层中的一个形成台面形状的脊，并且该脊包括分开成至少两个分支的波导区域。利用这种结构，减小了注入到有源层的后刻面部分中的载流子密度，由此可以改善半导体激光器的温度特性。同时该器件包括一个区域，在该区域上，脊底部宽度连续变化，脊底部宽度在刻面附近是常数。

Description

半导体激光器件、其制造方法以及使用其的光学拾取器件

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器件以及用于制造该半导体激光器件的方法，并且尤其涉及一种适合于在光学拾取器件中使用的半导体激光器件以及制造该半导体激光器件的方法。本发明还涉及使用这种半导体激光器件的光学拾取器件。

背景技术

半导体激光器件在各种应用领域中被广泛地使用。特别是，能够输出波长在650nm波段中的激光的AlGaInP半导体激光器件被广泛地用作光盘系统的光源。近年来，在本领域中已经提出了能够输出波长在405nm波段中的激光的GaN半导体激光器件，并且在光盘系统中可以预期性能进一步的提升。

这种半导体激光器件的一种已知的类型具有双异质结构，包括有源层和在其间夹置该有源层的两个覆层，其中覆层之一形成台状脊(参见，例如，日本特开平专利公报No.2001-196694)。

图11示出常规半导体激光器件的结构的正视图。图11示出AlGaInP半导体激光器件的一个例子。在下面的描述中将省略每层的组成比。图11中示出的半导体激光器件包括n型GaAs缓冲层102、n型GaInP缓冲层103和n型(AlGa)InP覆层104，这些层以此顺序层叠在n型GaAs衬底101上，其主平面在[011]方向上从(100)面倾斜15°。

在n型(AlGa)InP覆层104上层叠应变的(strained)量子阱有源层105、p型(AlGa)InP第一覆层106、p型(或未掺杂的)GaInP蚀刻停止层107、p型(AlGa)InP第二覆层108、p型GaInP中间层109和p型GaAs顶盖层110。

p型(AlGa)InP第二覆层108、p型GaInP中间层109和p型GaAs顶盖层110在p型GaInP蚀刻停止层107上形成为具有正台面(forward mesa)形状的脊。n型GaAs电流阻挡层111形成在p型GaInP蚀刻停止层107上，并且形成在脊的侧表面，并且p型GaAs接触层112层叠在n型GaAs电流阻挡层111以及位于脊的上部的p型GaAs顶盖层110上。注意到应变量子阱有源层105由(AlGa)InP层和GaInP层形成。

在图11所示的半导体激光器件中，通过p型GaAs接触层112注入的电流被n型GaAs电流阻挡层111限制在脊部分之内，并且由此集中在应变量子阱有源层105的靠近脊的底部的部分。由此，纵使是几十mA的小的注入电流，也可以实现激光振荡所需的倒置的载流子粒子数。于是，通过载流子的复合产生光。

在这点上，对于垂直于应变量子阱有源层105的方向，光被相对的覆层，即，n型(AlGa)InP覆层104和p型(AlGa)InP第一覆层106限制。此外，对于平行于应变量子阱有源层105的方向，GaAs电流阻挡层111吸收产生的光，由此限制光。于是，当注入的电流产生的增益超过通过应变量子阱有源层105中的波导的损耗时发生激光振荡。

通常，半导体激光器件的带隙能量根据温度而改变，并且因此波长和阈值具有一定的温度相关性。例如，在本领域中已知温度T时的阈值电流Ith(T)通常具有以下表达式(例如，“Semiconductor Laser”，第一版，Ed.Kenichi Iga，Ohmsha Ltd.，1994年10月，第6页)表示的温度相关性：

        Ith＝Ith(T’)exp[(T-T’)/T₀]

其中T₀，称为“特征温度”，是表示阈值电流对温度变化的灵敏度的因子。从上述表达式清楚看出，特征温度T₀的值较大的半导体激光器件具有较小的温度相关性，并且可以被说成是对于温度变化稳定且高度实用的器件。因此，存在着对于实现特征温度T₀较大的值的半导体激光器件的器件结构的需求。

发明内容

近年来，在各种领域中需要处理的信息量迅速增加。因此，存在着对于能够以更高的速度记录信息并且复制记录的信息的光盘系统的需求。在这种光盘系统中使用的半导体激光器件需要具有高输出功率。

通常，在高功率半导体激光器件中，在正刻面(facet)上的刻面涂层膜具有大约5％的低的反射率，激光通过该刻面涂层膜输出，而后刻面上的刻面涂层膜具有90％或以上的高的反射率，以便增加电流-光学输出功率特性中的外部微分量子效率ηd，由此可以利用较低的工作电流获得高光学输出功率。然而，具有这种结构的半导体激光器件在有源层的比离正刻面更接近于后刻面的部分中具有更大的工作载流子密度。因此，当操作这种半导体激光器件使其输出光时，可能具有泄露电流，其中注入的载流子从有源层的后刻面部分泄露到覆层中。如果泄露电流增加，则半导体激光器件的辐射效率降低，增加了工作电流值，这可能使温度特性恶化，并且降低可靠性。

而且，利用高功率半导体激光器件，电流注入区域不能充分增加以适应工作电流的增加，由此在器件的电流-电压特性中导致高的微分电阻(下文中为“Rs”)。如果微分电阻Rs增加，则半导体激光器件中产生的热量也增加，由此使器件的温度特性进一步退化。增加电流注入区域的一种途径是增加器件自身的尺寸。然而，如果器件自身的尺寸增加，则制造变得更加困难，由此降低产量并且导致成本增加。

而且，在光盘系统中使用高功率半导体激光器件时，反射离开光盘的反馈光有时入射到半导体激光器件上。如果反馈光成分变得过量，则半导体激光器件可能具有模式-跳变(mode-hopping)噪声，由此使读取信号的信噪比退化。通常，为了抑制这种现象，在光盘系统中使用的半导体激光器件中，高频电流叠加在驱动电流上，以便输出多模激光，由此防止读取信号的信噪比的退化。然而，如上所述，如果半导体激光器件的微分电阻Rs增加，则响应于工作电压变化的工作电流的变化趋于减少。工作电流变化的减少减损了(detractfrom)振荡光谱的多模特性，并且增加了来自光盘的相干噪声，由此降低了半导体激光器件的可靠性。

而且，当使用其主平面从特定晶面倾斜θ°的衬底时，如图11所示的AlGaInP半导体激光器件那样，通过利用化学湿法刻蚀方法形成的脊从光路方向(波导方向)来看将具有不左-右对称的截面。这里使用的术语“左-右对称”中的表述“左-右”指的是，当半导体激光器件被放置成其衬底朝下时，从光路方向来看时半导体激光器件的截面中的“左-右”。例如，在图11所示的例子中，衬底的主平面和脊的相对侧表面之间的角度为θ1°＝54.7°-θ°和θ2°＝54.7°+θ °。

利用例如离子束刻蚀的物理刻蚀方法，可以形成从光路方向来看截面左-右对称的脊。于是，然而，物理损伤可能保留在脊的侧表面上，由此在脊的侧表面和电流阻挡层之间的界面处引起泄露电流，并由此降低电流限制效果。作为可选择的方式，可以首先通过物理刻蚀方法形成脊，然后在形成电流阻挡层之前化学地刻蚀脊的侧面。然而，其仍然将导致从光路方向来看截面不左-右对称的脊。

如果从光路方向来看，脊的截面不左-右对称，则从光路方向来看时，波导的截面也不是左-右对称的。于是，在有源层的载流子分布图案的峰值中心位置和传播通过波导的光的强度分布图案的峰值中心位置之间可能存在水平偏移(ΔP)。通常，如果将注入的电流量增加到使半导体激光到达高输出功率状态，则在有源层内部的光强分布最大的区域中载流子密度相对下降，由此更可能发生载流子的空间烧孔效应(spatial hole burning)。在发生烧孔的地方，载流子分布图案的不对称度趋于随着值ΔP更大而更大。因此，在具有更大的ΔP值的半导体激光器件中(即，其中从光路方向来看，脊的截面更加非对称的半导体激光器件)，由于高输出功率状态中的光振荡位置变得不稳定，更可能发生“拐点(kink)”，其看起来是电流-光学输出功率特性曲线图上的弯曲。

在半导体激光器用作光盘系统的光源的情况下，为了将输出的激光以接近透镜衍射极限的程度聚焦到光盘上，实现基本的(fundermental)横向模式振荡是非常重要的。通常，如果光学输出功率电平大约是50mW，则即使脊的截面不对称，半导体激光器也可以保持基本的横向模式振荡而没有拐点。然而，为了实现能够以更高速率读/写数据的光盘系统，希望实现即使在200mW或更高的高输出功率电平下也能够稳定地实现基本的横向模式振荡的半导体激光器。

因此，本发明的目的是提供一种具有高可靠性和理想的温度特性、同时也是高功率器件的半导体激光器件，用于制造该半导体激光器件的方法，以及使用该半导体激光器件的光学拾取器件。

通过具有以下结构的半导体激光器件实现了上面阐述的一部分目的。该半导体激光器件包括有源层，以及在其间夹置该有源层的两个覆层，其中覆层中的一个形成台面形状的脊，并且该脊包括分开成至少两个分支的波导区域。利用这种结构，减少了注入到有源层的后刻面部分中的载流子密度，由此可以改善半导体激光器的温度特性。

通过用于制造具有以下结构的半导体激光器件的方法实现了上面阐述的另一部分目的。该方法是用于制造上面所阐述的半导体激光器件的方法，该方法包括淀积步骤，通过为每个层使用预定的材料来以预定的顺序淀积包括有源层的各个层；以及脊形成步骤，图案化然后刻蚀淀积在衬底上的材料，由此形成一个脊，该脊具有分开成至少两个分支的波导区域。

根据本发明，可以提供一种具有高可靠性和理想的温度特性、同时也是高功率器件的半导体激光器件，以及用于制造该半导体激光器件的方法。此外，根据本发明，可以提供一种使用这种半导体激光器件的光学拾取器件。

通过以下结合附图对本发明的详细说明，本发明的这些和其他目的、特征、方案和优点将变得更加显而易见。

附图简述

图1示出了实施例1的半导体激光器件的结构；

图2是示出从实施例1的半导体激光器件中的p型GaAs接触层那一侧观察的脊的形状的示意图；

图3是示出脊分叉区域中的脊-分叉角度θ和模式转换区域的长度Lm之间的关系曲线；

图4是示出外部微分效率相对于脊底部宽度的曲线；

图5是示出实施例1的半导体激光器件中热饱和水平相对于区域长度的曲线，在该区域上单个脊的底部宽度连续变化；

图6是示出实施例1的半导体激光器件中工作电流值相对于区域长度的曲线，在该区域上单个脊的底部宽度连续变化；

图7是示出实施例1的半导体激光器件在室温和CW状态下的电流-光学输出功率特性的曲线；

图8A是示出用于制造实施例1的半导体激光器件的方法中的一个步骤的截面图；

图8B是示出图8A所示的步骤之后的下一个步骤的截面图；

图8C是示出图8B所示的步骤之后的下一个步骤的截面图；

图8D是示出图8C所示的步骤之后的下一个步骤的截面图；

图9是示出实施例3的光学拾取器件的示意图；

图10是示出实施例3的另一种光学拾取器件的示意图；以及

图11是示出常规半导体激光器件的结构的正视图。

优选实施例

现在将参照附图介绍本发明的优选实施例。注意到在以下每一个实施例中，与任何前面的实施例中相似的元件可以由相似的附图标记来表示，并且不再重复介绍。

实施例1

图1示出实施例1的半导体激光器件的结构。实施例1的半导体激光器件1形成在n型GaAs衬底10上，该衬底10的主平面在[011]方向上从(100)面倾斜10。。n型GaAs缓冲层11、n型(AlGa)InP第一覆层12、有源层13、p型(AlGa)InP第二覆层14、p型GaInP保护层15和p型GaAs接触层16从衬底侧以此顺序层叠在n型GaAs衬底10上。半导体激光器件1具有双异质结构，包括有源层13和其间夹置有源层13的两个覆层。

P型(AlGa)InP第二覆层14包括在有源层13之上具有正台面形状的脊14a。n型AlInP电流阻挡层17形成在脊14a的侧面上，以便覆盖脊14a。通过设置在谐振器方向上的波导分支部分18，脊14a从正刻面朝向后刻面分开成两个分支。因此，半导体激光器件1包括其中脊分开成至少两个分支的波导区域。

有源层13是应变的量子阱有源层，并且包括从p型(AlGa)InP第二覆层14侧开始如下顺序的(AlGa)InP第一引导层131、GaInP第一阱层132、(AlGa)InP第一阻挡层133、GaInP第二阱层134、(AlGa)InP第二阻挡层135、GaInP第三阱层136和(AlGa)InP第二引导层137。后面将示出示例性的组成比。

在半导体激光器件1中，通过p型GaAs接触层16注入的电流被n型AlInP电流阻挡层17限制在脊部分中，并由此集中在有源层13的靠近脊底部的部分。因此，纵使是几十mA的小注入电流，也可以实现激光振荡所需的粒子数倒置。于是，对于垂直于有源层13的主平面的方向，通过载流子复合产生的光被相对的覆层，即，n型(AlGa)InP第一覆层12和p型(AlGa)InP第二覆层14限制。而且，对于平行于有源层13的主平面的方向，产生的光被折射率小于p型(AlGa)InP第二覆层14的n型AlInP电流阻挡层17限制。由此，可以实现其中脊用作波导的“脊波导型”的半导体激光器件，并且能够实现基本的横向模式振荡。

图2是示出从实施例1的半导体激光器件中的p型GaAs接触层那一侧观察的脊的形状的示意图。在半导体激光器件1中，脊在谐振器内分成两个，从而有两个脊在后刻面附近延伸，以便减小注入到有源层的后刻面部分中的载流子密度。由此，可以改善半导体激光器的温度特性。

如图1所示，半导体激光器件1包括其中单个条状脊分开成两个分支的波导分支部分18。因此，半导体激光器件1包括单个条状区18a和两个分支条状区18b和18c。在具有这种结构的半导体激光器件1中，存在两个激光谐振器，一个由脊条18a和脊条18b形成，而另一个由脊条18a和脊条18c形成。

首先，将定性地讨论半导体激光器件1的特性。通常，对于形成在倾斜的衬底上的半导体激光器件，如实施例1的半导体激光器件1那样，从光路方向来看，脊的截面不是左-右对称的，因此在高输出功率状态下很可能出现拐点。提高拐点发生时的光学输出功率的一种途径是降低载流子密度分布的不对称性。为了这个目的，可以减少条宽，以便增加注入到条带的中央部分的载流子密度，由此抑制载流子的空间烧孔效应。由此，通过减少半导体激光器件的脊底部宽度，可以获得能够稳定振荡直到更高的输出功率电平的半导体激光器件。

而且，对于其中电流阻挡层的折射率小于在那里形成脊的第二覆层的折射率，并且其中电流阻挡层对于输出的激光来说是透明的真正的折射率引导型(guided)激光器，优选脊底部宽度尽可能小，以便实现稳定的基本横向模式振荡，同时抑制更高阶横向模式的振荡。

然而，如果脊底部宽度减小，则脊顶部宽度也相应地减小。半导体激光器件的微分电阻Rs取决于(dictate)脊的顶部宽度，在那里，注入的电流受到最大限制。因此，在实现一直到更高输出功率电平的稳定振荡的尝试中简单地减小脊底部宽度可能会增加微分电阻Rs，由此增加工作电压。工作电压的增加也使工作功率增加，由此增加半导体激光器件中产生的热量，由此使特征温度T₀退化，并且降低可靠性。

相反，在本实施例的半导体激光器件1中，脊在谐振器内分成两个，从而存在在后刻面附近延伸的两个脊，以便减小注入到有源层的后刻面部分中的载流子密度。对于半导体激光器件1，由于脊在后刻面附近分成两个，因此可以增加电流注入面积，由此减小器件的电流-电压特性中的微分电阻Rs。因此，对于半导体激光器件1，可以减小热量产生，并且可以改善温度特性。

而且，在半导体激光器件1中，在单个脊条区域一侧上的(区域21一侧上的)正刻面涂敷有低反射率涂层，而分支的脊条一侧上的(区域25一侧上的)后刻面涂敷有高反射率涂层。通常，当半导体激光器的正刻面涂敷有低反射率涂层同时其后刻面涂敷有高反射率涂层时，可以从正刻面侧有效地提取高光学输出功率。在这种情况下，在正刻面侧上的波导的一部分中的光密度大于后刻面侧上的波导的一部分中的光密度。结果，在光密度更高的正刻面侧上以更高的强度发生波导中的感应发射，由此在正刻面侧上的有源层的一部分中的工作载流子密度小于后刻面侧上的工作载流子密度。相反，对于其中脊在后刻面附近分成两个脊的半导体激光器件1，可以减小后刻面侧上的工作载流子密度，并且可以减小来自有源层的热激发载流子的泄露。由此，可以改善半导体激光器件1的温度特性。

而且，在半导体激光器件1中，由p型(AlGa)InP第二覆层14形成的脊包括第一区域26(区域21、23和25将在后面介绍)，在该第一区域26上，脊底部宽度W基本上恒定，以及第二区域27(区域22和24将在后面介绍)，在该第二区域27上，脊底部宽度W连续变化。而且，半导体激光器件1的每一个第二区域27在光路方向上放置在一对第一区域26之间。

在具有这种结构的半导体激光器件1中，通过提供脊底部宽度基本上恒定的第一区域26，从光路方向来看，可以使相对于脊的截面的相对的光产生位置基本上恒定。由此，可以获得能够实现稳定的振荡一直到高输出功率电平并且在输出的激光的远场图案(下文“FFP”)中提供稳定的光轴的半导体激光器件。而且，利用脊宽度连续变化的第二区域27，可以增加脊的宽度，由此可以减小器件的电流-电压特性中的微分电阻Rs。由此，可以获得一种半导体激光器件，其中使FFP中的光轴稳定，并且减小了微分电阻Rs，并且该半导体激光器件能够实现基本的横向模式振荡一直到高输出功率电平。注意到脊底部宽度为如这里使用的“基本恒定”指的是，在脊底部宽度的最大值用作参考时，脊底部宽度的最大值及其最小值之间的差值为最大值的20％或更小。

在半导体激光器件1中，每个第二区域27中的脊底部宽度在谐振器延伸的方向上从涂覆有低反射率涂层的正刻面朝向涂覆有高反射率涂层的后刻面减小。由此，可以将注入到光密度较低的有源层的后刻面部分中的电流量减小为低于注入到有源层的正刻面部分中的电流量。因此，可以将更多的载流子注入到有源层的正刻面部分，在那里，光密度更高，并且消耗掉更多的注入的载流子。由此，可以增加外部微分量子效率ηd并且减小泄露电流。而且，由于可以减小有源层的后刻面部分中的工作载流子密度，因此可以抑制载流子的空间烧孔效应的发生。由此，可以实现一种半导体激光器件，其中使光分布稳定且拐点的发生被抑制，并且该半导体激光器件能够实现基本的横向模式振荡一直到高输出功率电平。

现在将参照图3至7更加详细地介绍本实施例的半导体激光器件的结构。图3是示出脊分支区域中的脊-分支角度θ和模式转换区域的长度Lm之间的关系的曲线。

参照图3，在分支角度θ较小的范围中，模式转换区域的长度Lm较大，由此具有较大的条宽的区域在较大的长度上延伸。结果，其中更高阶横向模式没有被切断的区域在更大的长度上延伸。由此，显示出考虑到横向模式稳定性，对于分支角度θ存在下限值。相反，在分支角度θ较大的范围中，模式转换区域的长度Lm较小，由此具有较大的条宽的区域在较小的长度上延伸，并且更难于实现更高阶横向模式的振荡。然而，具有更大的分支角度θ，在分支区域中共振模(resonant mode)弯曲的角度更大，由此在波导中存在更大的散射损耗。由此，显示出为了减小波导损耗，存在分支角度θ的上限值。

总之，为了实现横向模式稳定性和减小波导损耗这两点，对于分支角度θ存在着最佳值。具体而言，为了减小由于波导弯曲引起的散射损耗，分支角度θ的上限值优选为10°或更小。为了将模式转换区域的长度Lm设置为20μm或更小，并且使在更高阶横向模式中振荡的区域最小化，分支角度θ的下限值需要为3°或更大。考虑到这些因素，在本实施例的半导体激光器件1中，分支角度θ为7°，并且模式转换区域的长度Lm为10μm。

现在将讨论半导体激光器件1的脊间间隔。在半导体激光器件1中，脊18b和18c之间的间隔ΔS取决于分支区域的长度。采用较小的间隔ΔS，脊18b和18c下的有源层的热量产生区域彼此靠近，由此降低了发热特性，其导致温度特性的退化。由此，对于这两个条脊18b和18c下的有源层的热量产生区域之间充分的热隔离，间隔ΔS优选为15μm或更大。因此，在半导体激光器件1中，分支区域长度被设置为100μm，并且间隔ΔS被设置为23μm。采用这种结构，可以减小光密度较低的有源层的后刻面部分中的工作载流子密度，并且可以改善温度特性。

现在将讨论波导分支区域18外部的脊宽度。如上所述，在半导体激光器件1中，脊分成第一区域26和第二区域27，在该第一区域26上宽度基本上恒定，而在该第二区域27上，宽度连续变化。单独地控制第一区域26和第二区域27的宽度，以便改善温度特性和拐点程度(kink level)。

第一区域26的长度(或者第一区域的总长度，如果存在一个以上的第一区域的话)(在光路上的刻面之间的方向上测量的长度)例如可以在腔长度的2％到45％的范围中，并且优选在腔长度的2％到20％的范围中。第二区域27的长度(或者第二区域的总长度，如果存在一个以上的第二区域的话)(在光路上的刻面之间的方向上测量的长度)例如可以在腔长度的55％到98％的范围中，并且优选在腔长度的98％到80％的范围中。注意到半导体激光器件中的腔长度值不限于任何特定的值。例如，腔长度在800μm到1500μm的范围中。对于功率为100mW或更大的半导体激光器件，为了实现低泄露电流，例如将腔长度设置在900μm到1200μm的范围中。

图4是示出外部微分效率相对于如上所述变化的脊底部宽度的曲线。在图4中，在正刻面附近的脊底部宽度固定为3μm的情况下，按照外部微分量子效率ηd对于其中脊底部宽度在正和后刻面之间固定为3μm的常规半导体激光器件的外部微分量子效率ηd的比，相对于从1.6μm变到3.0μm的后刻面附近的脊底部宽度的最小值绘制出了外部微分量子效率ηd。注意到腔长度是1100μm。从图4可以看出，在正侧脊底部宽度和后侧脊底部宽度之间存在较大差值的地方(即，当最小值较小时)，外部微分量子效率ηd较大。然而，如果过度地减小脊底部宽度，则微分电阻Rs增加。由此，在实施例1的半导体激光器件1中，将正刻面侧上的最大脊底部宽度设置为3.0μm，并且将后刻面侧上的最小脊底部宽度设置为2.0μm。

半导体激光器件1的脊的结构不限于上述具体例子。例如，在半导体激光器件1中，第一区域26中的脊底部宽度可以在1.8μm到3.5μm的范围中。采用这种半导体激光器件，在脊底部宽度恒定的第一区域26中可以更好地抑制载流子的空间烧孔效应的发生。由此，可以实现一种半导体激光器件，其中一直到更高的输出功率电平都可以抑制拐点的发生。

而且，在半导体激光器件1中，第二区域27中的脊底部宽度可以在从2.0μm到3.5μm的范围中。采用这种半导体激光器件，可以更有效地削减更高阶横向模式，同时更好地抑制第二区域27中微分电阻Rs的增加。由此，可以实现一种半导体激光器件，该器件能够实现基本的横向模式振荡一直到更高的输出功率电平。

而且，在半导体激光器件1中，第一区域26中的脊底部宽度和第二区域27中的最大脊底部宽度之间的差值可以是0.5μm或更小。采用这种半导体激光器件，可以抑制由于第二区域中的光强分布的变化引起的波导损耗的增加。由此，可以实现其中进一步减小了波导损耗的半导体激光器件。

现在将讨论脊底部宽度连续变化的区域的长度。在半导体激光器件1中，脊包括脊底部宽度W1基本上恒定的第一区域21、23和25，以及脊底部宽度W2连续变化的第二区域22和24。而且，脊底部宽度在区域21到25之间的边界基本上恒定，由此相邻区域的脊侧面彼此连续。区域23是分支区域。

图5是示出实施例1的半导体激光器件中热饱和水平相对于单个脊的底部宽度连续变化的区域的长度的曲线。图6是示出实施例1的半导体激光器件中工作电流值相对于单个脊的底部宽度连续变化的区域的长度的曲线。

更具体而言，图5示出温度为75℃、脉冲宽度为100ns并且占空因数为50％的脉冲模式条件下的热饱和水平，而图6示出在240mW测量的工作电流值。从这些曲线可以看出，随着区域22的长度增加，发生热饱和时的光学输出功率减小，并且工作电流值也减小。考虑到这点，在半导体激光器件1中，将区域22的长度设置为600μm，从而发生热饱和时的光学输出功率为350mW或更大，由此可以稳定地获得300mW或更大的光学输出功率。注意到在半导体激光器件1中，区域21和24的长度都是25μm，而区域23的长度为100μm。在半导体激光器件1中，每个脊部分的长度都被适当地确定。由此，使FFP中的光轴稳定，并且可以实现一种半导体激光器件，其中微分电阻Rs和波导损耗进一步减小，并且该半导体激光器件能够获得基本的横向模式振荡一直到高输出功率电平。

注意到图1所示的半导体激光器件1仅仅是示意性的，并且每层的厚度、组成、组成比、导电类型等不限于这里示出的那些。可以考虑到半导体激光器件所需的特性来适当地确定每层的厚度、组成、组成比、导电类型等。每层的厚度、组成和组成比可以例如为如下所示。注意到括号中的每个数值表示层厚，并且为了便于理解，使用与图1中相同的附图标记。

每层的组成比和厚度的示例性数值如下：n型GaAs缓冲层11(0.5μm)；n型(Al_0.7Ga_0.3)_0.51In_0.49P第一覆层12(1.2μm)；p型(Al_0.7Ga_0.3)_0.51In_0.49P第二覆层14；p型Ga_0.51In_0.49P保护层15(50nm)；以及p型GaAs接触层16(3μm)。

在有源层13中，该有源层13是应变的量子阱有源层，每层的组成比和厚度的示例性数值如下：(Al_0.5Ga_0.5)_0.51In_0.49P(50nm)第一引导层131；Ga_0.48In_0.52P(5nm)第一阱层132；(Al_0.5Ga_0.5)_0.51In_0.49P(5nm)第一阻挡层133；Ga_0.48In_0.52P(5nm)第二阱层134；(Al_0.5Ga_0.5)_0.51In_0.49P(5nm)第二阻挡层135；Ga_0.48In_0.52P(5nm)第三阱层136；以及(Al_0.5Ga_0.5)_0.51In_0.49P(50nm)第二引导层137。

在p型(Al_0.7Ga_0.3)_0.51In_0.49P第二覆层14中，脊的上部中的p型GaInP保护层15和有源层13之间的距离的示例性数值为1.2μm，并且脊的底部和有源层之间的距离dp的示例性数值为0.2μm。n型AlInP电流阻挡层17的厚度的示例性数值为0.3μm。采用这个示例性数值，脊顶部宽度比脊底部宽度小大约1μm。

注意到有源层13不限于实施例1中所示的应变量子阱有源层。例如，有源层13可以是非应变量子阱有源层或者体有源层。而且，有源层13的导电类型不限于任何特定的类型。例如，有源层13的导电类型可以是p型或n型，或者有源层13可以是未掺杂的层。

而且，如图1所示，通过使用对于输出的激光来说是透明的电流阻挡层，可以减小波导损耗，并且减小工作电流值。在这种情况下，由于通过波导传播的光的分布可以显著地渗出到电流阻挡层中，因此可以使条区的内部和外部之间的真实折射率差(Δn)在10^-3的数量级上。而且，通过调节图1所示的距离dp可以精细地控制值Δn，由此可以实现能够以减小的工作电流值稳定振荡一直到高输出功率电平的半导体激光器件。注意到值Δn的范围例如是3×10^-3到7×10^-3。在这个范围内，半导体激光器件能够实现稳定的基本横向模式振荡一直到高输出功率电平。

从衬底的特定晶面(图1中的(100)面)的倾斜角θ的值不限于图1所示的例子中的10°。例如，倾斜角θ可以在7°到15°的范围内。在这个范围内，可以实现具有理想的特征温度T₀的半导体激光器件。如果倾斜角在该范围之下，随着覆层的带隙由于自然超晶格的形成而减小，特征温度T₀可能减小。如果倾斜角在该范围之上，从光路方向来看脊的截面的不对称度增加，并且有源层的结晶性可能减小。

有源层靠近刻面的一部分可能通过在其中扩散杂质而被无序。采用这种半导体激光器件，可以增加有源层靠近刻面的部分的带隙，由此获得对于激光来说更加透明的刻面窗口结构。由此，可以实现即使在更高的光学输出功率电平下也不太可能经历刻面击穿(所谓的“COD”)的半导体激光器件。

杂质例如可以是Si、Zn、Mg、O等。要扩散的杂质的量(剂量)例如可以是在1×10¹⁷cm^-3到1×10²⁰cm^-3的范围内，并且杂质可以扩散到例如离半导体激光器件的刻面10μm到50μm的距离。

图7是示出实施例1的半导体激光器件在室温和CW状态下的电流-光学输出功率特性的曲线。从图7可以看出，即使在高至300mW的光学输出功率下，该半导体激光器件也保持稳定的基本横向模式振荡而不引起拐点。

注意到在半导体激光器件1中，Zn以大约1×10¹⁹cm^-3的剂量扩散到有源层靠近刻面的部分中，由此有源层靠近刻面的区域通过利用杂质的无序而处于窗口结构中。因此，即使在200mW或更大的输出功率下也不发生刻面被光学输出破坏的COD现象。

实施例2

现在将介绍制造半导体激光器件的方法的一个例子。图8A到8D是分别示出制造如实施例1所述的半导体激光器件的方法的一个步骤的截面图。首先，n型GaAs缓冲层11(0.5μm)、n型(AlGa)InP第一覆层12(1.2μm)、有源层13、p型(AlGa)InP第二覆层14、p型GaInP保护层15(50nm)以及p型GaAs接触层16(0.2μm)形成在主平面在[011]方向上从(100)面倾斜10°的n型GaAs衬底10上(淀积步骤：图8A)。括号中的每个数值表示层厚。这里没有示出每层的组成比。有源层13例如可以是类似于实施例1的应变量子阱有源层的有源层。注意到，例如可以使用与实施例1的组成比一样的组成比。每一层例如可以由MOCVD法或MBE法形成。

接着，氧化硅膜19淀积在p型GaAs接触层16上，其是层叠结构的最上层(光掩膜形成步骤：图8B)。例如可以通过热CVD法(在大气压下、370℃)来进行该淀积。而且，厚度例如是0.3μm。

接着，去除氧化硅膜19靠近刻面的一部分(例如，从刻面50μm宽的部分)，由此暴露p型GaAs接触层16。接着，通过该暴露的部分热扩散杂质原子例如Zn，由此使有源层13靠近刻面的区域无序。

接着，将氧化硅膜19图案化成预定形状。可以通过例如使用与干刻蚀法结合的光刻法来进行图案化。预定形状例如可以是与实施例1中示出的半导体激光器件1中的脊相同的形状。例如，可以将氧化硅膜19图案化成图8C所示的脊的平面形状。接着，利用图案化成预定形状的氧化硅膜19b作为掩膜，通过含有盐酸的刻蚀剂或类似物来选择性地刻蚀p型GaInP保护层15和p型GaAs接触层16，并且接着，通过含有硫酸的刻蚀剂、含有盐酸的刻蚀剂或类似物来选择性地刻蚀p型AlGaInP第二覆层14，由此形成台面形状的脊(脊形成步骤：图8C)。

接着，利用氧化硅膜19b作为掩膜，在p型AlGaInP第二覆层14上选择生长n型AlInP电流阻挡层17(阻挡层形成步骤：图8D)。厚度例如是0.3μm。生长方法例如可以是MOCVD法。接着，通过利用含有盐酸的刻蚀剂或类似物去除氧化硅膜19b，由此制造半导体激光器件1。

可以如上所述制造半导体激光器件1。注意到制造方法不限于上述方法，而是可选择地通过结合其他现有的半导体制造工艺来制造半导体激光器件1。

实施例3

图9是示出实施例3的光学拾取器件的示意图。实施例3的光学拾取器件包括作为光源的半导体激光器件1、光接收部件33、衍射光栅40、透镜元件41和透镜元件42。

半导体激光器件1具有如上面实施例1中所述的结构，并且与包括光电二极管的光接收部件33一同设置在衬底30上。将半导体激光器件1放置在基底31上，以便抑制辐射的激光35被反射离开衬底30的影响。在半导体激光器件1和光接收部件33之间形成反射表面32，用于弯曲从半导体激光器件1辐射的激光35的光学路径。在放置半导体激光器件1的位置和形成光接收部件33的位置之间形成反射表面32，并且该反射表面32是通过诸如湿法刻蚀的工艺得到的沿着晶面的平面。衍射光栅40、透镜元件41和透镜元件42以此顺序沿着被反射表面32弯曲的该光学路径，从半导体激光器件1朝向光盘43设置。

在光学拾取器件中，从半导体激光器件1辐射的激光35被反射离开反射表面32，以便在光盘43的法线方向上传播，并且通过衍射光栅40的衍射表面40a被分成多个预定阶的衍射光束36。通过衍射彼此分离的激光36的光束各自通过透镜元件41和透镜元件42聚焦在光盘43的光接收表面上。然后，激光的光束被反射离开光盘43的光接收表面，并且通过衍射光栅40被再次衍射，以便随后入射到光接收部件33上。光接收部件可以根据衍射光栅的图案而被分成多个部分。然后，通过计算光接收部件接收到的每一个输入信号，可以确定光盘表面的轨道上的聚焦度(聚焦误差信号)或者激光束是否正确地聚焦在轨道上(循轨误差信号)。

在图9所示的光学拾取器件中，光接收部件33和作为光输出部件的半导体激光器件1一起集成在同一个衬底上，由此实现了较小尺寸的光学拾取器件。而且，利用半导体激光器件1，使FFP中的光轴稳定，并且一直到高输出功率电平都可以实现基本横向模式振荡，由此可以实现能够适应各种格式的光盘例如DVD盘的光学拾取器件。

图10是示出实施例3的另一种光学拾取器件的示意图。在图10所示的光学拾取器件中，半导体激光器件1和光接收部件33形成在同一衬底30上。光学拾取器件包括反射镜37，其用于在光盘43的表面的法线方向上反射从半导体激光器件1输出的激光35。注意到，将半导体激光器件1放置在基底31上，以便抑制反射离开衬底30的表面的辐射的激光35的影响。

如上所述的光学拾取器件可以提供与图9所示的光学拾取器件相似的效果。

关于形成在倾斜衬底上的半导体激光器件、用于制造该半导体激光器件的方法以及使用该半导体激光器件的光学拾取器件的上述描述涉及的是其中使用GaAlInP半导体激光器件的代表性的情况。注意到，本发明不限于上述任何特定类型的半导体激光器件。本发明也可以适用于形成在不具有偏离取向(off-orientation)角度的恰当衬底上的半导体激光器件，或者适用于任何其他组成或结构。

尽管在上述描述中电流阻挡层17是AlInP层，但是也可选择地使用具有比覆层14低的能带隙和低的折射率的电介质膜材料，例如SiO₂、SiN、非晶硅或Al₂O₃。而且利用这种结构，由于电介质膜的绝缘，电流选择性地仅注入到脊之下的部分中，并且光分布可以限制在横向方向上，由此可以实现稳定的基本横向模式振荡。

在用于记录/复制数据到/从诸如MD、CD、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、HD-DVD和蓝光盘(注册商标)的磁电光盘和光盘光学拾取器件中可以适当地使用本发明的半导体激光器件。

尽管已经具体介绍了本发明，但是前面的介绍在所有方面都是示意性的而非限制性的。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下可以做出许多其他修改和变化。

Claims (23)

1、一种半导体激光器件，包括：

形成在衬底上的有源层；

形成在该有源层的相对表面上的两个覆层；以及

由所述覆层中的一个形成的台面形状的脊，

其中该脊形成分开成至少两个分支的波导区域。

2、根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中该半导体激光器件包括设置在所述脊的斜面上并且折射率小于所述覆层的折射率的半导体层。

3、根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中所述半导体激光器件包括设置在所述脊的斜面上的电介质膜。

4、根据权利要求3所述的半导体激光器件，其中所述电介质膜包括至少一个由SiO₂、SiN、非晶硅和Al₂O₃中的一个制成的层。

5、根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中所述半导体激光器件包括一个区域，在该区域上，所述脊的底部宽度连续变化。

6、根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中所述脊的底部宽度在所述衬底的刻面附近是常数。

7、根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中所述半导体激光器件包括在所述脊的光路方向上彼此相对的正侧刻面和后侧刻面，该正侧刻面涂敷有低反射率刻面涂层，而该后侧刻面涂敷有高反射率涂层。

8、根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中：

所述有源层对应于所述脊的位置的部分是量子阱有源层；并且

通过在其中扩散杂质而使所述有源层靠近所述衬底的刻面的部分无序。

9、根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中所述衬底是倾斜的衬底。

10、一种光学拾取器件，包括：

半导体激光器件，包括形成在衬底上的有源层、形成在该有源层的相对表面上的两个覆层、和由所述覆层中的一个形成的台面形状的脊，其中该脊形成分开成至少两个分支的波导区域；以及

光接收部件，用于接收从所述半导体激光器件输出并且反射离开记录介质的反射光。

11、根据权利要求10所述的光学拾取器件，还包括用于分离所述反射的光的分光部件，

其中所述光接收部件接收被所述分光部件分离之后的所述反射的光。

12、根据权利要求10所述的光学拾取器件，其中所述半导体激光器件和所述光接收部件形成在同一个衬底上。

13、根据权利要求10所述的光学拾取器件，还包括所述衬底上的光学元件，用于在所述衬底的表面的法线方向上反射从所述半导体激光器件输出的光。

14、根据权利要求13所述的光学拾取器件，其中该光学元件是反射镜。

15、根据权利要求10所述的光学拾取器件，其中所述激光器件还包括设置在所述脊的斜面上并且折射率小于所述覆层的折射率的半导体层。

16、根据权利要求10所述的光学拾取器件，其中所述激光器件还包括设置在所述脊的斜面上的电介质膜。

17、根据权利要求16所述的光学拾取器件，其中所述电介质膜包括至少一个由SiO₂、SiN、非晶硅和Al₂O₃中的一个制成的层。

18、根据权利要求10所述的光学拾取器件，其中所述激光器件包括一个区域，在该区域上，所述脊的底部宽度连续变化。

19、根据权利要求10所述的光学拾取器件，其中所述脊的底部宽度在所述衬底的刻面附近是常数。

20、根据权利要求10所述的光学拾取器件，其中所述半导体激光器件包括在所述脊的光路方向上彼此相对的正侧刻面和后侧刻面，该正侧刻面涂敷有低反射率刻面涂层，而该后侧刻面涂敷有高反射率涂层。

21、根据权利要求10所述的光学拾取器件，其中：

所述有源层是量子阱有源层；

靠近所述衬底的刻面的所述有源层的一部分通过在其中扩散杂质而被无序。

22、根据权利要求10所述的光学拾取器件，其中所述衬底是倾斜的衬底。

23、一种用于制造半导体激光器件的方法，包括：

淀积步骤，通过为每个层使用预定的材料而在衬底上依次淀积第一覆层、有源层和第二覆层；以及

脊形成步骤，将淀积在所述衬底上的所述材料图案化，然后刻蚀所述第二覆层，由此形成脊，该脊具有分开成至少两个分支的波导区域。

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