CN1941527A - 脊条形半导体激光器 - Google Patents

脊条形半导体激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN1941527A
CN1941527A CNA2006101399565A CN200610139956A CN1941527A CN 1941527 A CN1941527 A CN 1941527A CN A2006101399565 A CNA2006101399565 A CN A2006101399565A CN 200610139956 A CN200610139956 A CN 200610139956A CN 1941527 A CN1941527 A CN 1941527A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor laser
coating layer
film
layer
laser according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2006101399565A
Other languages
English (en)
Inventor
伊藤启司
木户口勲
矢岛浩义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN1941527A publication Critical patent/CN1941527A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0287—Facet reflectivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

叠层组合物包括：设置在基板上的第1导电型包覆层；设置在第1导电型包覆层上的有源层，和设置在有源层上的脊条形第2导电型包覆层。设置在叠层组合物端面的一对膜，其沿着叠层方向彼此相对。所述成对膜形成为具有彼此不同的光谱反射率。叠层组合物和所述成对膜形成了谐振器结构。当在谐振器长度方向上成对膜中具有较小光谱反射率的一个膜的一侧是前侧，且具有较大光谱反射率的另一个膜的一侧是后侧时，如此构造叠层组合物，即光学限制因数在前侧上比后侧上小。

Description

脊条形半导体激光器
技术领域
本发明涉及一种例如用作光盘装置的光源的半导体激光器，尤其涉及脊条形半导体激光器。
背景技术
在半导体激光器中，作为用于实现光盘装置的超高密度记录的关键器件，由III-V氮化物半导体材料(例如，AlxGayIn1-x-y(假定0≤x≤1，0≤y≤1)形成的半导体激光器尤其正发展成到实际的应用水平。
一些半导体激光器具有下述构造，其中在基板901上以层的形式形成有n型包覆层902、有源层904和p型包覆层907，并以叠层的组合物设置脊，如图9中所示。以这种方式形成的半导体激光器900根据从覆盖所述脊的p型电极921和设置在基板901下侧上的n型电极(没有示出)注入的电流(即载流子)来向外发射激光。在这一点上，因为电流注入的区域由于绝缘层910而仅仅限制于脊的顶点部分，所以在半导体激光器900内部产生增益分布，由此形成波导模式。因而，通过增加有源层901中的载流子密度并限制光，实现了有效的激光发射。
此外，在叠层组合物两端以沿着基本垂直于脊伸展方向(Z方向)的方向上彼此相对的方式设置有一对膜931和932，一个膜931(之后称作“前膜”)设置成具有10％的光谱反射率，另一个膜932(“后膜”)设置成具有90％的光谱反射率，从而形成以集中的方式从前膜931发射激光的谐振器结构。因此，增加了前方向上的从半导体激光器900发射的光的输出。
发明内容
在如上所述以集中的方式从前膜侧发射激光的情形中，如沿着图10A的谐振器的长度方向的示意性横截面中所示，光(光子)在前膜931侧增加。本申请的发明者认为是下面的原因导致了该现象。
当由于受激发射而在半导体激光器900内产生的激光达到前膜931一侧时，大多数光向外发射，其余一小部分光向后反射。另一方面，当向后反射的光达到后膜932时，大多数光向前侧反射。结果，与向着后膜932传播的光相比，更多的光向着前膜931传播，因此前膜931一侧的光子数累积增加。图10B示意性显示了该现象。该图根据发射激光强度的测量，显示了半导体激光器900内部光密度分布的模拟图。当以集中的方式从前膜931发射激光时(曲线A)，光密度分布由前膜931一侧上大大向上的弯曲表示。
如果光密度在前膜931一侧变得太大，则当给有源层904注入电流时载流子密度开始低效率地增加，且在前膜931一侧上很少发生受激发射。就是说，尽管受激发射所需的载流子密度随着光密度变大而增加，但载流子密度不再增加，虽然在发射侧光密度增加了。结果，尽管连续地注入电流，但低效率地发生受激发射。此外，激光的输出随着时间降低或变得不稳定。
本发明涉及一种具有谐振器结构的半导体激光器，在所述谐振器结构中，在叠层组合物的端面处设置有具有彼此不同光谱反射率的一对膜，且本发明提供了一种改善激光输出特性且稳定激光输出的构造。因此，本发明的半导体激光器采取了下面的构造。
在基板顶部上设置第1导电型包覆层(之后称作“第1包覆层”)，在第1导电型包覆层上设置有源层。然后，在有源层上设置脊形的第2导电型包覆层(“第2包覆层”)。在通过包括上述层而形成的叠层组合物的端面上，将一对膜设置成沿着叠层方向彼此相对。叠层组合物和所述成对膜形成了谐振器结构。这里，第1和第2包覆层由氮化物半导体材料形成，有源层由具有比第1和第2包覆层大的光折射率的半导体材料形成。所述成对膜由具有彼此不同的光谱反射率的电介质材料形成。这里假设在所述成对膜中具有较小光谱反射率的一个膜在沿着以上述方式形成的谐振器结构的长度方向而位于前侧上，且具有较大光谱反射率的另一个膜设置在后侧上。如此构造叠层组合物，即光学限制因数在前侧上比后侧上小。注意到，“光学限制因数”是指用于限制在半导体激光器中产生的光的功能。当光学限制因数较小时，用于限制对激光输出有贡献的光的功能在有源层及其附近中受到抑制。
因此，尽管由于前侧上激光的密度发射而导致在前侧上光密度增加，但与上面的常规技术相比，本发明仍能抑制前侧上的光密度增加。因此，没有阻止受激发射，并可保持其中向着前膜传播的光和注入电流有利地贡献于激光的发射的状态。因此，提高了本发明的半导体激光器的输出特性。此外，可从半导体激光器的一端发射高功率的光并实现稳定的激光发射。
本发明上述构造的一个具体实施例是在第2包覆层上设置绝缘层，在谐振器长度方向上该绝缘层在前侧上具有比后侧上高的折射率。因此，绝缘层的折射率比第2包覆层的相对要大，这抑制了第2包覆层与绝缘层之间界面的光限制功能。因此，前侧上的光限制因数比后侧上的小。可选择地，本发明采取了下述构造，即其中在谐振器长度方向上第2包覆层在前侧上比后侧上厚。因此，第2包覆层在前侧上具有比后侧上大的占有区域，且发生光限制的区域在前侧上比后侧上相对要大。结果，与后侧相比在前侧上减小了光限制功能，光限制因数在前侧上比后侧上小。
在这些构造中，当脊的宽度不小于1μm且不大于5μm时，可在半导体激光器中有效形成光波导。此外，通过平行设置第2包覆层的多个脊可增加激光的输出。注意到，通过将前膜的光谱反射率设置成比后膜的低至少15％，可从前侧以集中的方式发射激光。特别是，优选将前膜的光谱反射率设置在0.01％和50％的范围内，且后膜的光谱反射率设置在30％和100％的范围内。
有源层应当由用于产生高功率激光的III-V氮化物半导体材料形成，优选由AlGaAs半导体材料或AlGaInP半导体材料形成。
利用对叠层组合物构造的设置，例如通过将绝缘层构造成包括由不同材料形成且在谐振器长度方向上产生折射率差的部分，或者沿着谐振器长度方向改变p型包覆层的厚度，可使光学限制因数在前侧上比后侧上小。上面的构造也能获得上述的效果，同时保持与常规技术相等的激光输出。
附图说明
本发明的这些和其他目的、优点和特征将从下面结合附图的描述而变得显而易见，附图图解了本发明的具体实施方案，在附图中：
图1A是实施方案1的半导体激光器的透视图；图1B是其横截面；
图2A到2E显示了实施方案1的半导体激光器制造工序的步骤；
图3是显示变型例1的半导体激光器的相关部分的透视图；
图4显示了实施方案1的半导体激光器的光密度分布；
图5是显示变型例2的半导体激光器的相关部分的透视图；
图6是显示实施方案2的半导体激光器的相关部分的透视图；
图7A到7H显示了实施方案2的半导体激光器制造工序的步骤；
图8是显示具有双脊的半导体激光器的相关部分的透视图；
图9是常规半导体激光器的分解透视图；和
图10A是常规半导体激光器的示意性横截面；图10B是其光密度分布。
具体实施方式
接下来借助附图描述本发明的半导体激光器。注意到，下面的半导体激光器的构造仅仅是一些例子，因此本发明并不限于此。
1.第一实施方案
1.1整体构造
图1A是半导体激光器100的透视图。半导体激光器100具有下面的构造：通过包含n型包覆层2和p型包覆层7、并在其间设置有源层4来形成叠层组合物，在叠层组合物的端面处设置一对电介质多层膜31和32。
图1B显示了半导体激光器100的示意性横截面，上述的叠层组合物由下述层构成。
基板1是n型GaN基板，具有300μm的宽度，600μm的长度和400μm的厚度。
具有1.2μm厚度的n型Al0.05Ga0.95N的n型包覆层2位于基板1上。设置在n型包覆层2上的是具有0.05μm厚度的n型GaN光导层3。
具有23μm厚度的InGaN的有源层4设置在光导层3上。有源层4具有多量子阱结构，该结构包括三个阱层(3μm厚)和两个阻挡层(7μm厚)。注意到，有源层4设置成具有比n型包覆层2更大的反射率。设置在有源层4上的是具有0.01μm厚度的未掺杂质的GaN盖帽层5，在其顶部上设置有0.05μm厚度的p型GaN光导层6。
具有0.5μm厚度的p型AlGaN的p型包覆层7位于光导层6上，并具有所谓的“脊条”，其是梯形的脊。该脊具有大约1.5μm的宽度WR(即与之后描述的接触层8相接触的p型包覆层7中梯形截面的顶侧长度)和0.5μm的高度HR。在脊上设置有0.15μm厚的p型GaN接触层8，在其上放置具有0.05μm厚度的Pd的p金属9。注意到，p型包覆层7设置为具有比有源层4更小的折射率。
如图中所示，绝缘层11位于p型包覆层7的顶部上，没有覆盖脊的顶点部分。绝缘层11是本实施方案的特征元件，之后将给出其细节。
电极21和22设置成在叠层方向上将叠层组合物夹在其间。设置在上侧上(在其中形成脊的一侧上)的p型电极21由Ti/Pt/Au制成，具有0.3μm的厚度，并设置成遵循脊的形状。另一方面，设置在下侧上(在其中没有形成脊的一侧上)的n型电极22由Mo/Ti/Au制成，并具有0.3μm的厚度。使用这些电极21和22，从脊的顶点部分将载流子(空穴)注入到叠层组合物内。
电介质多层膜31和32涂覆叠层组合物的两个裂开端。成对的电介质多层膜31和32用作激光的出射面，并当设置在叠层组合物上时形成谐振器结构。在电介质多层膜31和32中，在一侧上的膜31(之后称作“前膜”)具有10％的光谱反射率，而另一个膜32(称作“后膜”)具有90％的光谱反射率。
在半导体激光器100中，脊的宽度WR设置在1μm到5μm的范围内，用于产生高功率的激光。另外，在前膜31作为主出射面的情形中，通过将前膜31的光谱反射率设置为比后膜32低大约15％，可实现以集中的方式从前膜31侧的激光发射。特别优选前膜31和后膜32的光谱反射率分别设置在0.01％到50％和30％到100％的范围内，并保持光谱反射率的差别。
1.2绝缘层11的构造
对于绝缘层11的构造，具体地说，绝缘层11由两个绝缘层11a和11b构成，如图1A的放大图中所示。
这些绝缘层11a和11b形成为在谐振器长度方向(Y方向)上的基本中间处彼此接触。形成在前膜31侧的绝缘层11a(之后称作“前绝缘层”)由Ta2O5形成，设置在后膜32侧的绝缘层11b(称作“后绝缘层”)由SiO2形成。前和后绝缘层11a和11b在Y方向上分别具有240μm和360μm的长度，同时具有基本相同的厚度。
如上所述，前和后绝缘层11a和11b由不同的材料形成，并具有不同的折射率。前和后绝缘层11a和11b在发射波长400nm处的折射率分别是2.23和1.49。通过使前绝缘层11a具有比后绝缘层11b更大的折射率，与后膜32侧相比，在前膜31侧上减小了由于受激发射而导致的光限制。就是说，在谐振器长度方向上，半导体激光器100的光学限制因数在前绝缘层11a侧上比在后绝缘层11b侧上更小。光限制最初用来实现有效地向外发射根据电流注入量而在半导体激光器100内产生的光。因此，随着光限制性能(光学限制因数)更高，由受激发射产生的光被更有效地用于激光发射。然而，由于前和后膜31和32之间在光谱反射率方面的差异，由后膜32反射并向前传播的光量比由前膜31反射并向后传播的光量更大。因此，如果前和后膜31和32具有相同的光学限制因数，则光密度可在前膜31侧上累积增加，然而，在本实施方案的情形中，对于前膜31侧通过设置小的光学限制因数，可减小在前膜31侧上光密度的增加。
1.3绝缘层11的形成工序
接下来借助图2描述由两种类型的绝缘层11a和11b构成的绝缘层11的形成方法。图2A到2E包括显示半导体激光器形成工序步骤的示意性透视图和横截面图。
在包覆层2和7之间设置有源层4，并在p型包覆层7上以层的形式连续设置接触层8和p金属9。随后，使用如干法蚀刻的公知的方法，如图2A中所示形成叠层组合物10，其中p型包覆层7、接触层8和p金属9被处理成形成脊条形状。
接下来关注如图2A中所示的S1，描述接下来和随后的工序。首先，如图2B中所示，通过可溶于丙酮的抗蚀剂层50覆盖从一个边伸展一距离L12的区域。
随后，如图2C中所示，通过ECR溅射、磁控管溅射等在叠层组合物10的顶表面上形成Ta2O5的绝缘膜层110。注意到，对于脊的顶点部分应使用掩蔽材料，从而顶点部分不被绝缘膜层110覆盖。
然后，由绝缘膜层110覆盖的部分用溶解抗蚀剂的丙酮浸渍，由此溶解抗蚀剂层50。此外，使用所谓的剥离(liftoff)方法，在从另一个边伸展一距离L11的区域中形成前绝缘层11a，在所述剥离方法中，将被覆盖的部分沉浸在超声波浴中，从而移除覆盖所述溶解的抗蚀剂层50的绝缘膜层110的部分110a。
类似地，在从该边伸展距离L12的区域中形成SiO2的后绝缘层11b，具有与前绝缘层11a相同的厚度，因而除了脊的顶点部分之外，前和后绝缘层11a和11b覆盖了叠层组合物。注意到，可在前绝缘层11a之前先形成后绝缘层11b。
1.4变型例1
对于绝缘层12，如图3中所示，其可以具有由三个绝缘层12a，12b和12c构成的构造。然而有必要的是，绝缘层12a，12b和12c阻挡电流注入并具有比有源层4更小的折射率，从而具有光限制效应。
第1绝缘层12a设置在前膜31侧上并由Ta2O5形成。
第2绝缘层12b与第1绝缘层12a邻接设置并由Si3N4形成。
第3绝缘层12c设置在后膜32侧上并邻接第2绝缘层12b，并由SiO2形成。
绝缘层12a，12b和12c在谐振器长度方向上分别具有180μm，120μm和300μm的长度，并分别具有2.23，2.04和1.49的折射率。希望的是，光学限制因数在光密度趋于增加的前膜31侧上减小，并将光学限制因数设置成从后膜32侧到前膜31侧连续变小。因此，变型例1的半导体激光器101的光学限制因数也被设置为在前膜31侧上比在后膜32侧上更小。
1.5验证实验
为了检查绝缘层11和12的效果，使用下面的半导体激光器进行实验。注意到，它们仅在绝缘层的构造方面是不同的。
(工作实例1)其中设置有本实施方案的绝缘层11的半导体激光器100。
(工作实例2)其中设置有上述变型例1的绝缘层12的半导体激光器101。
(对比实例)半导体激光器900，其中在谐振器长度方向上设置有其整体由相同材料形成的绝缘层。
对于工作实例1和2以及对比实例，分别测量从前膜和后膜发射的激光的强度，根据测量结果模拟半导体激光器100，101和900内的光密度分布。图4中显示了模拟结果。图4分别用曲线C1，C2和A显示了工作实例1和2以及对比实例的光密度分布。注意到，这些曲线表示当使用对比实例的半导体激光器900的后膜光密度作为参考值时获得的相关图。
从图4可以清楚看出，对比实例(曲线A)表现出在前膜侧上比后膜侧上更高的光密度。另一方面，与曲线A相比，工作实例1和2(曲线C1和C2)的光密度变得平坦，减小了在正向侧上的光密度增加。这归咎于绝缘层11和12在前膜31侧上比后膜32侧上具有更大的折射率，从而光学限制因数在前膜31侧上比在后膜32侧上更小。就是说，即使以集中的方式从前膜31发射激光，由于前膜31侧上的光学限制因数比后膜32侧上的相对更小，因此与对比实例相比减小了前膜31侧上的光密度增加。结果，在工作实例1和2中，注入电流的量有效地贡献于受激发射，本实施方案的半导体激光器100能够发射高功率和稳定的激光。
关于绝缘层11和12，如图5中所示，可采用除上面所述之外的构造。在附图中，绝缘层13由两个组成部分组成，其每一个由不同类型的组成材料形成：设置在前膜31侧上的Ta2O5的薄绝缘层13a；和设置在后膜32侧上并覆盖薄绝缘层13a的SiO2的厚绝缘层13b。使用该构造，也可将光学限制因数减小以便与后膜32侧相比在前膜31侧上更低。另外，即使薄绝缘层13a具有低电介质强度电压，也可通过延伸位于薄绝缘层13a顶部上的厚绝缘层的部分131b来提高强度电压。本实施方案的绝缘层11，12和13单独地由均以不同材料形成的两个或三个层组成。然而，如果保证了关于谐振器的长度方向上光学限制因数的上述关系，本发明的绝缘层可由超过两个或三个的不同类型的层形成。
2.实施方案2
接下来借助图6描述具有与实施方案1不同形式的半导体激光器102。图6是沿谐振器长度方向的半导体激光器102的示意性横截面。注意到，本实施方案与实施方案1的不同仅在于p型包覆层和绝缘层的构造以及前和厚膜的尺寸，因此这里省略了其他组成部分的描述。
2.1构造
如图6中所示，p型包覆层71的厚度在谐振器长度方向(Y方向)上变化，在前膜31a侧上形成厚层部分71a，同时在后膜32a侧上形成薄层部分71b。具体地说，p型包覆层71在前端具有0.25μm的厚度，在后端具有0.18μm的厚度。
在p型包覆层71上设置有由SiO2形成的绝缘层14。注意到，不像实施方案1，绝缘层14不是以其中折射率变化的方式形成的，因而在谐振器长度方向上具有基本相同的折射率。
此外，尽管前和后膜31a和32a的构造与实施方案1的情形中相同，但根据p型包覆层71厚度的变化相应地调整这些膜的主面的尺寸。
根据该构造，与实施方案1类似，本实施方案地半导体激光器102在前膜31a侧上具有与后膜31b侧相比减小的光学限制因数。结果，在谐振器长度方向上的前膜31a侧上的光密度分布没有显著增加，因此本实施方案实现了连续地高功率和稳定的激光发射。
尽管本实施方案的整个绝缘层14由相同的材料形成，从而折射率在谐振器长度方向上基本恒定，但也可代替地使用由多个材料形成的绝缘层，如实施方案1的情形。然而，希望的是光学限制因数以这样的方式进行设置，即光密度在局部区域中不过分增加且在谐振器的长度上基本恒定。此外，尽管p型包覆层71的厚度在如图6中所示的厚层部分71a和薄层部分71b之间的边界周围逐渐变化，但也可以以其间产生台阶的方式在边界处将p型包覆层分离成两个。此外，在本实施方案中p型包覆层71形成为具有两个大的可区别的厚度，然而，p型包覆层可以具有不同厚度的三个或更多个部分。但是从制造成本等方面考虑，所述部分的数量优选在2和10之间，更优选在2和6之间。
2.2形成方法
接下来借助图7描述具有上述形状的半导体激光器102的形成方法。
如图7A中所示，形成第1叠层组合物10a，其中在n型包覆层2和p型包覆层70a之间设置有源层。一个挨一个堆叠的层具有基本相同的宽度和长度。注意到，为了方便，没有示出光导层等。
在设置于第1叠层组合物10a顶部的p型包覆层70a中，如图7B中所示，通过如蚀刻的公知方法，处理在纵向方向(Y方向)上从一边伸展的包覆层的一部分，从而形成薄膜。
如图7C中所示，在薄膜工序之后设置接触层80b以便遵循p型包覆层70b的形状，由此形成第2叠层组合物10b。
随后，在第2叠层组合物10b的顶表面中间设置抗蚀剂层51，以便沿着长度方向(Y方向)延伸。在相关部分横截面的图7D中显示了该状态，其中关注第2叠层组合物10b的部分S2。
如图7E中所示，通过干法蚀刻不被抗蚀剂层51掩蔽的区域形成脊。然后如图7F中所示，移除抗蚀剂层51，通过ECR溅射沿着脊条在整个表面上设置绝缘层141。
随后，如图7G中所示，通过光刻方法移除与脊的顶点部分对应的绝缘层141的部分，并形成间隙142。此外，如图7H中所示，在间隙142中设置p金属，并设置p型电极21以覆盖所述脊。
因而，根据上面的步骤用包含厚和薄层部分的p型包覆层形成了脊条形半导体激光器102。
3.其他细节
本发明的半导体激光器可使用下面的材料作为组分材料。
如果允许III-V氮化物半导体材料在其上外延地生长，则可使用任何基板作为基板1，例如可使用兰宝石基板或SiC基板。基板的尺寸优选：宽度为100μm到2000μm(尤其是200μm到700μm)；长度为100μm到3000μm(尤其是200μm到1000μm)；厚度为30μm到4000μm(尤其是50μm到200μm)。作为n型包覆层2，可使用n型AlGaN/GaN超晶格包覆层，厚度优选在0.2μm和5μm(尤其是0.4μm和3μm)的范围内。有源层4优选具有0.002μm到0.2μm(尤其是0.005μm到0.05μm)的总厚度。对于p型包覆层7，可使用p型AlGaInN或p型AlGaInN/AlGaInN超晶格形成的包覆层，包含脊的厚度优选在0.2μm到5μm(尤其是0.4μm到3μm)的范围内。
作为光导层3和6，还可使用由n型或p型GaInN形成的，厚度优选在0.001μm到3μm(尤其是0.1μm到1μm)的范围内。盖帽层5优选具有0.001μm到3μm(尤其是0.1μm到1μm)范围内的厚度。接触层8应具有根据脊而调整的宽度和长度，优选具有0μm到2μm(尤其是0.1μm到0.5μm)的厚度。注意到，除接触层8之外的上述层的每一个都具有与基板1相同的宽度和长度。
通过电介质材料的折射率、层厚度和层数量可以控制前和后膜31和32的光谱反射率。这些膜31和32的材料没有特别限制，可以使用SiO2，Ta2O5，SiON，Al2O3，Si3N4，AlON，ZrO2，TiO2，和Nb2O5。每个膜31和32优选具有0.001μm和3μm(尤其是0.003μm和1μm)范围内的厚度。
另外，脊的形状并不限于梯形，并且可以是具有基本垂直的侧边的矩形。
为了产生更高的光输出，可以使用平行设置多个激光器件的方法。例如，平行组织两个具有脊的这种激光器件——如上面每个实施方案的激光器——产生两倍的光输出。如图8中所示，通过在单个激光器件中形成两个脊也可获得等价于此的效果。就是说，本发明可适用于具有多个脊的激光器件。因此，本发明可采用下述构造，其中形成多个脊且在脊上设置绝缘层11，12，13或14，而不覆盖脊顶点部分。
此外，可将蚀刻停止层插入p型包覆层7中，从而位于脊正下方。这里，蚀刻停止层可由p型AlGaInN单层或p型AlGaInN/AlGaInN多层形成。蚀刻停止层中Al的组分比率(多层情形中Al的平均组分比率)优选在0.05到0.6(尤其是在0.15到0.4)的范围内。小组分比率的Al导致了干法蚀刻的选择性减小。另一方面，如果其过大，则器件的工作电压可以升高，增加了蚀刻停止层与p型包覆层7之间的频带不连续性。蚀刻停止层的宽度和长度最好与基板的相同，同时厚度在1nm和500nm的范围内(尤其是在5nm和50nm的范围内)。
尽管参照附图通过实施例的方式全面描述了本发明，但应注意到，各种变化和修改对于本领域熟练技术人员来说是显而易见的。因此，除非另有说明，否则这些变化和修改都不脱离本发明的范围，它们应当解释为包括在其中。

Claims (11)

1.一种半导体激光器，包括：
叠层组合物，其包括
设置在基板上的并由氮化物半导体材料制成的第1包覆层，
设置在第1包覆层上的并由具有比第1包覆层更大的光折射率的半导体材料制成的有源层，和
设置在有源层上的第2包覆层，其具有脊部分，并由具有比有源层更小的光折射率的氮化物半导体材料制成；和
设置在叠层组合物的端面的一对膜，其沿着叠层组合物的叠层方向彼此相对，具有彼此不同的光谱反射率，并由电介质材料制成，其中
叠层组合物和所述成对的膜形成了谐振器结构，且
叠层组合物在前侧上具有比在后侧上更小的光学限制因数，所述前侧是在谐振器结构的长度方向上、其上设置有成对的膜中具有较小光谱反射率的其中一个膜的一侧，所述后侧是其上设置有另一个膜的一侧。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
绝缘层设置在第2包覆层上，并且在前侧上具有比在后侧上更大的折射率。
3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其中
所述脊部分的上表面具有1μm和5μm之间的宽度，1μm和5μm也包括在内，该上表面与邻近有源层的第2包覆层的下表面相对。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
第2包覆层在前侧上比在后侧上更厚。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其中
所述脊部分的上表面具有1μm和5μm之间的宽度，1μm和5μm也包括在内，该上表面与邻近有源层的第2包覆层的下表面相对。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
除了所述脊部分之外，第2包覆层还包括一个或多个脊部分，这些脊部分彼此平行。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
所述光谱反射率是所述成对膜对于在谐振器结构内产生的光的反射率，在前侧上的膜的光谱反射率比后侧上的膜的光谱反射率至少低15％。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其中
在前侧上的膜的光谱反射率在0.01％和50％的范围内，0.01％和50％也包括在内，且
在后侧上的膜的光谱反射率在30％和100％的范围内，30％和100％也包括在内。
9.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
有源层由III-V氮化物半导体材料制成。
10.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
有源层由AlGaAs半导体材料制成。
11.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中
有源层由AlGaInP半导体材料制成。
CNA2006101399565A 2005-09-27 2006-09-27 脊条形半导体激光器 Pending CN1941527A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005279653 2005-09-27
JP2005279653A JP2007095758A (ja) 2005-09-27 2005-09-27 半導体レーザ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1941527A true CN1941527A (zh) 2007-04-04

Family

ID=37959408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2006101399565A Pending CN1941527A (zh) 2005-09-27 2006-09-27 脊条形半导体激光器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7564884B1 (zh)
JP (1) JP2007095758A (zh)
CN (1) CN1941527A (zh)
TW (1) TW200721618A (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5191650B2 (ja) * 2005-12-16 2013-05-08 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
KR100853241B1 (ko) * 2005-12-16 2008-08-20 샤프 가부시키가이샤 질화물 반도체 발광소자 및 질화물 반도체 레이저 소자의제조방법
JP5004597B2 (ja) 2006-03-06 2012-08-22 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
JP5430826B2 (ja) * 2006-03-08 2014-03-05 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP4444304B2 (ja) * 2006-04-24 2010-03-31 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法
US7852893B2 (en) 2007-02-26 2010-12-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser device
JP2009033009A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Panasonic Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
JP4992742B2 (ja) * 2008-01-29 2012-08-08 三菱電機株式会社 半導体レーザ
DE102015116335B4 (de) 2015-09-28 2024-10-24 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterlaser
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
DE102020202018A1 (de) * 2020-02-18 2021-08-19 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterlaser und verfahren zu dessen herstellung

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08130342A (ja) * 1994-10-31 1996-05-21 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ
JPH09199785A (ja) * 1996-01-17 1997-07-31 Fujitsu Ltd 半導体レーザ装置
EP0898345A3 (en) * 1997-08-13 2004-01-02 Mitsubishi Chemical Corporation Compound semiconductor light emitting device and method of fabricating the same
US6631231B2 (en) * 2000-03-21 2003-10-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical waveguide elements, optical wavelength conversion elements, and process for producing optical waveguide elements
JP4045792B2 (ja) * 2000-12-07 2008-02-13 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
US6954477B2 (en) * 2001-04-03 2005-10-11 Sony Corporation Semiconductor laser device and fabrication method thereof
JP4615179B2 (ja) * 2002-06-27 2011-01-19 古河電気工業株式会社 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび光ファイバ増幅器
US7301979B2 (en) * 2003-05-22 2007-11-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser
JP2005012178A (ja) * 2003-05-22 2005-01-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ
JP4472278B2 (ja) * 2003-06-26 2010-06-02 三菱電機株式会社 半導体レーザ素子

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007095758A (ja) 2007-04-12
US7564884B1 (en) 2009-07-21
TW200721618A (en) 2007-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1941527A (zh) 脊条形半导体激光器
US8227818B2 (en) Horizontal emitting, vertical emitting, beam shaped, distributed feedback (DFB) lasers fabricated by growth over a patterned substrate with multiple overgrowth
US9059356B1 (en) Laterally injected light-emitting diode and laser diode
JP5963004B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
US7924898B2 (en) Nitride based semiconductor laser device with oxynitride protective coatings on facets
JP2008066730A (ja) 変動周期変動組成超格子およびそれを含むデバイス
US9287448B2 (en) Semiconductor light emitting element
US7978744B2 (en) Nitride based semiconductor laser device with oxynitride protective films on facets
CN1925181A (zh) 半导体器件
JPH10270792A (ja) 化合物半導体レーザ
CN1697271A (zh) 半导体激光器及其制造工艺
EP3361584B1 (en) Vertical cavity light emitting element
JP2011124442A (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法
EP3869571A1 (en) Semiconductor light-emitting element
JP2018518053A (ja) 損失を低減するための低フィルファクタのトップコンタクトを有するインターバンドカスケードレーザ
WO2012123997A1 (ja) 半導体発光素子及びそれを用いた発光装置
CN1574526A (zh) 半导体激光器
CN110235258A (zh) 光电子半导体芯片
CN1855650A (zh) 窗口结构半导体激光装置及其制造方法
CN1767283A (zh) 半导体激光装置及其制造方法
JP5127642B2 (ja) 窒化物系半導体レーザ素子
JP7221593B2 (ja) 半導体発光素子
US7795059B2 (en) Method of fabricating a semiconductor light-emitting device
CN1383240A (zh) 半导体激光器及其制造方法
JP2006278416A (ja) 半導体レーザ素子およびそれを含む応用システム

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070404