專利名稱：半導體激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體激光器，特別是涉及具備散熱體并進行高輸出工作的半導體激光器。
背景技術：
對光信息處理用的光源或光通信的信號源或作為光纖放大器的激勵光源的半導體激光器要求高輸出工作。此外，即使作為金屬的熔接或切斷中使用的固體激光器、例如YAG激光器的激勵用光源，也對半導體激光器要求高輸出工作。在這樣的高輸出工作中，改善扭曲(kink)電平及減少縱橫比是不可缺少的。
作為現(xiàn)有的半導體激光器的已知例，示出了下述的結構在具有脊形波導的半導體激光器中，通過從有源層看使厚度方向的折射率分布呈非對稱來防止作為扭曲發(fā)生的原因的高次模式的發(fā)生，由此可進行高速工作，此外，使下包層的折射率比上包層的折射率大，從而在有源層的上下使被引導的光的光強度分布偏移到襯底一側(cè)，使得在下包層中分布較多的光，結果，減少了縱橫比(例如，參照專利文獻1，段落編號〔0017〕和圖2)。
再者，作為另一半導體激光器的已知例，公開了下述的結構通過在散熱體一側(cè)的包層上設置高折射率的引導層，使光的分布在整體上靠近散熱體一側(cè)的包層，由此降低有源層附近的光密度，提高COD(光學損傷)電平以謀求高功率化(例如，參照專利文獻2，段落編號〔0014〕和圖1)。
再者，作為另一半導體激光器的已知例，公開了下述的結構利用由3元系混晶、例如AlInP和GaInP的各薄膜半導體的周期性層疊得到的超晶格結構的4元系包層構成與進行短波長振蕩的AlGaInP等的4元系半導體激光器的有源層相接而設置的至少一個包層，由此，通過降低混晶的尺寸來減少因混晶中的無序產(chǎn)生的散射，以提高熱傳導率(例如，參照專利文獻3，段落編號〔0011〕～〔0013〕和圖1)。
專利文獻1特開平11-233883號公報專利文獻2特開平7-38193號公報專利文獻3特開平7-170017號公報但是，在伴隨高輸出工作的半導體激光器中，由于如何將在激光器芯片中發(fā)生的熱有效地傳遞給散熱體成為重要的課題，故不僅單單改善扭曲電平及減少縱橫比成為重要的課題，而且使所發(fā)生的熱傳遞給散熱體用的構成半導體激光器的材料的熱傳導率分布也成為重要的課題。
另一方面，在半導體激光器中使用的化合物半導體中，其組成與折射率密切地相關，同時與熱傳導率也密切地相關。
例如，根據(jù)A.Afromowitz，“Thermal conductivity of Ga1-xAlxAsalloys”，J.Appl.Phys.，Vol.44，No.3，March 1973，pp.1292-1294，在AlGaAs的情況下，隨著Al組成比接近于0.5，熱傳導率下降。因此，根據(jù)在散熱體一側(cè)配置的包層和不在散熱體一側(cè)配置的包層的折射率的安排，有時成為對于使熱移動到散熱體來說不利的結構。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述的問題而進行的，其第1目的在于提供既減小垂直光束擴展角并減少高輸出工作時的端面惡化、又通過改善朝向散熱體一側(cè)的熱傳導來提高高輸出工作時的可靠性的半導體激光器。
與本發(fā)明有關的半導體激光器具備具有一個主面的散熱體；第1導電類型的第1半導體層，被配置在該散熱體的主面上，具有與該散熱體的主面對置的第1主面和與該第1主面互相對置的第2主面；有源層，被配置在該第1半導體層的第2主面上，具有與第1半導體層的第2主面對置的第1主面和與該第1主面互相對置的第2主面；以及第2導電類型的第2半導體層，被配置在該有源層的第2主面上，具有與有源層的第2主面對置的第1主面和與該第1主面互相對置的第2主面，同時，有源層的第1主面與第1半導體層的第1主面之間的有效折射率比有源層的第2主面與第2半導體層的第2主面之間的有效折射率低，而且，有源層的第1主面與第1半導體層的第1主面之間的熱阻比有源層的第2主面與第2半導體層的第2主面之間的熱阻小。
在與本發(fā)明有關的半導體激光器中，通過使相對于有源層處于散熱體一側(cè)的半導體層的有效折射率比相對于有源層不在散熱體一側(cè)的半導體層的有效折射率低，使光強度分布在相對于有源層不在散熱體一側(cè)擴大以減小縱橫比，減小垂直光束擴展角以確保良好的高輸出工作，同時通過使相對于有源層配置在散熱體一側(cè)的半導體層的熱阻比相對于有源層不在散熱體一側(cè)配置的半導體層的熱阻小，可實現(xiàn)至散熱體一側(cè)的良好的熱傳導。


圖1是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的示意圖。
圖2是示出與本發(fā)明有關的半導體激光器的半導體層的折射率分布的示意圖。
圖3是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的斜視圖。
圖4是圖3的IV-IV剖面中的半導體激光器的剖面圖。
圖5是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖6是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的斜視圖。
圖7是圖6的VII-VII剖面中的半導體激光器的剖面圖。
圖8是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖9是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖10是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖11是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的剖面圖。
圖12是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖13是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖14是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖15是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的剖面圖。
圖16是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖17是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖18是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖19是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的剖面圖。
圖20是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖21是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖22是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
具體實施例方式
實施例1.
圖1是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的示意圖。圖2是示出與本發(fā)明有關的半導體激光器的半導體層的折射率分布的示意圖。
在該實施例1中，敘述也包含實施例2以下的實施例的基本的結構。
在圖1中，半導體激光器10由作為散熱體的熱沉12和在該熱沉12上配置的半導體激光元件13構成。對于半導體激光元件13來說，夾住有源層14層疊了半導體層16和半導體層18。在相對于有源層14與熱沉12相反一側(cè)配置了半導體層16，在相對于有源層14在熱沉12一側(cè)配置了半導體層18。
半導體層16由從與有源層14鄰接的第1層起至離熱沉12最遠的第n層構成，第1層的層厚是ta1、熱傳導率是λa1、折射率是na1、…、第n-1層的層厚是tan-1、熱傳導率是λan-1、折射率是nan-1，第n層的層厚是tan、熱傳導率是λan、折射率是nan。
半導體層18由從與有源層14鄰接的第1層起至離熱沉12最近的第m層構成，第1層的層厚是tb1、熱傳導率是λb1、折射率是nb1、…、第m-1層的層厚是tbm-1、熱傳導率是λbm-1、折射率是nbm-1，第m層的層厚是tbm、熱傳導率是λbm、折射率是nbm。
再有，在各層中，將散熱體一側(cè)的主面定為第1主面，將與該第1主面互相對置的主面、即不在散熱體一側(cè)的主面定為第2主面。
半導體層16中的第n層例如是作為第2半導體層的p-包層，半導體層18中的第m層例如是作為第1半導體層的n-包層。
將本實施例1中的半導體層16和半導體層18構成為滿足以下的2個條件(1)和(2)。即，(1)半導體層18的熱傳導率比半導體層16的熱傳導率好。
(2)半導體層18的有效折射率比半導體層16的有效折射率低。
即，條件(1)在熱阻與各層的層厚成比例、與熱傳導率成反比例時用式(1)來表示。即，ta1/λa1+ta2/λa2+…+tan-1/λan-1+tan/λan＞tb1/λb1+tb2/λb2+…+tbm-1/λbm-1+tbm/λbm…(1)此外，條件(2)如下述那樣來規(guī)定。
現(xiàn)在，將各層中最低的折射率定為nmin，用圖2中示出的折射率分布來定義各層的折射率分布n(x)。
在此，將t定為各層的層厚的1/2。例如，在半導體層18的第1層中，t＝tb1/2，n(x)＝nb1。
而且，假定可用規(guī)格化頻率V來近似有效折射率。規(guī)格化頻率V可如式(2)那樣來近似。即，V＝(2π/λ)[n(x)2-nmin2]1/2t(2π/λ)[2nmin×Δn]1/2t…(2)在此，Δn＝n(x)-nmin，λ是振蕩波長。
因而，由于[Δn]1/2t的緣故，使各層的有效折射率帶有特征。其結果，利用式(3)來表示條件式(2)。
1/2ta1+[Δna2]1/2ta2+…+[Δnan-1]1/2tan-1+[Δnan]1/2tan＞[Δnb1]1/2tb1+[Δnb2]1/2tb2+…+[Δnbm-1]1/2tbm-1+[Δnbm]1/2tbm …(3)如上所述，在與本發(fā)明的實施例1有關的半導體激光器中，由于被構成為相對于有源層配置在散熱體一側(cè)的半導體層的有效折射率、即在有源層的第1主面與半導體層18中的第m層的第1主面之間的有效折射率比相對于有源層配置在與散熱體相反一側(cè)的半導體層的有效折射率、即在有源層的第2主面與半導體層16中的第n層的第2主面之間的有效折射率低，故半導體激光器的光強度分布擴大到相對于有源層配置在與散熱體相反一側(cè)的半導體層中。即，通過光束擴大來降低光密度，這樣就難以發(fā)生高輸出時的端面惡化，可實現(xiàn)高輸出工作，同時由于減小了垂直光束擴展角，故減小了縱橫比。
再者，相對于有源層配置在散熱體一側(cè)的半導體層的熱阻、即在有源層的第1主面與半導體層18中的第m層的第1主面之間的熱阻比相對于有源層配置在與散熱體相反一側(cè)的半導體層的熱阻、即在有源層的第2主面與半導體層16中的第n層的第2主面之間的熱阻小，容易將在有源層附近發(fā)生的半導體激光器的發(fā)生熱傳遞給散熱體。
因而，可構成可實現(xiàn)高輸出工作而且容易將伴隨高輸出工作的發(fā)生熱傳遞給散熱體的半導體激光器。進而可提供高輸出工作的可靠性高的半導體激光器。
再有，在實施例2以下的實施例是根據(jù)該實施例1的基本的考慮更具體地構成的實施例。
實施例2.
圖3是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的斜視圖。圖4是圖3的IV-IV剖面中的半導體激光器的剖面圖。
從實施例2至實施例5，以振蕩波長處于810nm附近的固體激光器、例如以作為金屬的熔接或切斷中使用的YAG激光器的激勵用光源使用的半導體激光器為例來說明。
在圖3中，半導體激光器20由半導體激光元件22和作為散熱體的CuW的熱沉24形成。施加了斜線的部分是限制電流用的質(zhì)子注入?yún)^(qū)26，該圖3中的斜線不是表示剖面。被該質(zhì)子注入?yún)^(qū)26夾住的部分是作為電流流過的區(qū)域的條形，用S表示條形的寬度。此外，在該半導體激光器20中，用L表示激光器共振器長度，用W表示激光器元件寬度。
例如在該實施例2中，激光器共振器長度L＝1000μm，激光器元件寬度W＝200μm，條形寬度S＝60μm。此外，熱沉24的厚度為0.3mm。
在圖4中，對于半導體激光元件22來說，配置了n-GaAs襯底28和在該n-GaAs襯底28的表面上從n-GaAs襯底28一側(cè)起依次配置了作為第1半導體層的n-AlGaAs包層30(Al組成比x＝0.90，層厚t＝1.5μm)、作為第3半導體層的非摻雜AlGaAs引導層32(Al組成比x＝0.40，層厚t＝94nm)、AlGaAs有源層34(Al組成比x＝0.10，層厚t＝16nm)、作為第4半導體層的非摻雜AlGaAs引導層36(Al組成比x＝0.40，層厚t＝94nm)、作為第2半導體層的p-AlGaAs包層38(Al組成比x＝0.55，層厚t＝1.5μm)和p-GaAs接觸層40。
對于限制電流用的質(zhì)子注入?yún)^(qū)26來說，在元件寬度的中央留下作為電流流過的區(qū)域的條形而被配置在其兩側(cè)，在質(zhì)子注入?yún)^(qū)26的深度方向上從p-GaAs接觸層40的表面起直到p-AlGaAs包層38的厚度的中途注入了質(zhì)子。
再者，在p-GaAs接觸層40的表面上配置p電極42。
此外，在n-GaAs襯底28的背面一側(cè)形成了n電極44，在該n電極44的表面上配置層厚約3μm的金電鍍層46，利用焊錫來粘接該金電鍍層46與熱沉24。
該實施例2是相對于AlGaAs有源層34在熱沉24一側(cè)配置了n-GaAs襯底28的結朝上(J-UP)的組合。
其次，說明該實施例2的半導體激光器的工作。
按照H.C.Causey Jr.，D.D.Sell，and M.B.Panish，“Refractive indexof Ga1-xAlxAs between 1.2 and 1.8eV”，Appl.Phys.Lett.，Vol.24，No.2，15 January 1974，pp.63-65，AlGaAs類材料的折射率隨Al組成比增加而單調(diào)地減少，對于Al組成比x來說，可用式(4)來表示折射率n(x)。
n(x)＝3.590-0.710x+0.091x2…(4)半導體激光器20中的n-AlGaAs包層30的Al組成比為x＝0.90，由于p-AlGaAs包層38的Al組成比為x＝0.55，故如果從式(4)來計算折射率，則n-AlGaAs包層30的折射率為3.025，p-AlGaAs包層38的折射率為3.227。
因而，如果考慮非摻雜AlGaAs引導層32和非摻雜AlGaAs引導層36夾住AlGaAs有源層34、其折射率、層厚都呈對稱結構，故由于相對于AlGaAs有源層34處于與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層36和p-AlGaAs包層38的有效折射率比相對于AlGaAs有源層34處于熱沉24一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層32和n-AlGaAs包層30的有效折射率高，故半導體激光器的光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaAs包層38一側(cè)。
因此，由于垂直光束擴展角θv減小了，水平光束擴展角θh沒有特別的變化，故作為垂直光束擴展角θv對于水平光束擴展角θh的比的縱橫比減小了。
此外，由于在近視野像(NFP)的光束直徑ω與光束擴展角之間存在反比例的關系，故如果垂直光束擴展角θv減小，則由于近視野像的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，可提高高輸出工作時的激光二極管(以下稱為LD)的可靠性。
再者，如果光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaAs包層38一側(cè)，則通過減少了起因于n-AlGaAs包層30的自由載流子的吸收以減少光吸收，可提高斜率效率以進行高輸出工作。
另一方面，按照前面敘述的Afromowitz的論文，示出了隨著Al組成比從0增加，在0.5附近熱阻率單調(diào)地增加，隨著Al組成比從0.5附近起進一步增加，熱阻率單調(diào)地減少。
在半導體激光器20中，由于相對于AlGaAs有源層34處于熱沉24一側(cè)的n-AlGaAs包層30的Al組成比為x＝0.90，相對于AlGaAs有源層34處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaAs包層38的Al組成比為x＝0.55，故可知n-AlGaAs包層30的熱傳導率比p-AlGaAs包層38的熱傳導率高。
按照W.B.Joice and R.W.Dixon，“Thermal resistance ofheterostructure lasers”，J.Appl.Phys.，Vol.46，No.2，F(xiàn)ebruary 1975，pp.855-862，可計算半導體激光器的熱阻。
如果根據(jù)上述文獻來計算半導體激光器20的熱阻，則其熱阻為21.54℃/W。
為了比較起見，如果使處于熱沉24一側(cè)的n-AlGaAs包層30的Al組成比與p-AlGaAs包層38的Al組成比相同，為x＝0.55，層厚當然與n-AlGaAs包層30的層厚t＝1.5μm相同，其它的規(guī)格與半導體激光器20相同來計算熱阻，則該對稱折射率結構的比較例1的熱阻為21.90℃/W。
因而，與該實施例有關的半導體激光器20與使p-AlGaAs包層與n-AlGaAs包層的Al組成比為相同的比較例1的情況相比，可謀求約1.6％的熱阻的降低。
變形例1圖5是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。由于圖5的結構與圖2的結構基本上相同，故圖5的剖面位置也是圖3的IV-IV剖面。再有，在各圖中相同的符號表示相同或相當?shù)囊馑肌?br> 圖5中示出的半導體激光器50與半導體激光器20的不同點是，在n-AlGaAs包層30a中，將Al組成比定為x＝0.90，將層厚定為t＝0.4μm，在p-AlGaAs包層38a中，將Al組成比定為x＝0.55，將層厚定為t＝2.0μm。半導體激光器50的其他構成與半導體激光器20中的構成相同。
在半導體激光器20中也好，在半導體激光器50中也好，由于相對于AlGaAs有源層34處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaAs包層38和p-AlGaAs包層38a的折射率比相對于AlGaAs有源層34處于熱沉24一側(cè)的n-AlGaAs包層30和n-AlGaAs包層30a的折射率高，故光強度分布就擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaAs包層38和p-AlGaAs包層38a一側(cè)。
因此，即使相對于AlGaAs有源層34處于熱沉24一側(cè)的n-AlGaAs包層稍微減薄，也不會受到n-GaAs襯底28的光學性影響。因此，在半導體激光器50中，將n-AlGaAs包層30a的Al組成比定為x＝0.90，將層厚定為t＝0.4μm。
此外，作為光強度分布擴大的一方的p-AlGaAs包層38a的Al組成比定為x＝0.55，為原來的狀態(tài)，為了減少p-GaAs接觸層40的光學性影響，將層厚加厚到t＝2.0μm。
半導體激光器50與半導體激光器20同樣，n-AlGaAs包層30a的熱傳導率比p-AlGaAs包層38a的熱傳導率高。而且，在半導體激光器50中，由于n-AlGaAs包層30a的層厚比半導體激光器20的n-AlGaAs包層30的層厚薄，從AlGaAs有源層34到熱沉24的距離短，故至熱沉的熱傳導變得容易，可提高散熱效果。
半導體激光器50的熱阻約21.11℃/W。與比較例1的熱阻相比，約下降3.6％，與半導體激光器20的熱阻相比，約下降2.0％。
如上所述，在與本實施例有關的半導體激光器中，由于通過使相對于AlGaAs有源層配置在散熱體一側(cè)的n-AlGaAs包層的熱傳導比相對于AlGaAs有源層配置在與散熱體相反一側(cè)的p-AlGaAs包層的熱傳導好，容易將半導體激光器的發(fā)生熱傳遞給散熱體，同時將相對于AlGaAs有源層配置在散熱體一側(cè)的n-AlGaAs包層的折射率構成為比相對于AlGaAs有源層配置在與散熱體相反一側(cè)的p-AlGaAs包層的折射率低，故半導體激光器的光強度分布擴大到配置在與散熱體相反一側(cè)的p-AlGaAs包層一側(cè)，縱橫比減小了，此外，通過擴大光束直徑來降低光密度，難以發(fā)生高輸出時的端面惡化，可實現(xiàn)高輸出工作。
再者，通過減少了起因于n-AlGaAs包層的自由載流子的吸收以減少光吸收，可提高斜率效率以進行高輸出工作。
此外，因光強度分布擴大到處于與散熱體相反一側(cè)的p-AlGaAs包層一側(cè)，故可減薄熱沉一側(cè)的n-AlGaAs包層的層厚，更容易進行至熱沉的熱傳導，可提高散熱效果。
因而，可構成能進行高輸出工作而且容易將伴隨高輸出工作的發(fā)生熱傳遞給散熱體的半導體激光器。進而可提供高輸出工作的可靠性高的半導體激光器。
實施例3.
圖6是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的斜視圖。圖7是圖6的VII-VII剖面中的半導體激光器的剖面圖。
在圖6中由半導體激光元件56和熱沉24構成了半導體激光器54。
例如，在該實施例3中，激光器共振器長度L＝1000μm，激光器元件寬度W＝200μm，條形寬度S＝60μm。此外，熱沉24的厚度為0.3mm。
在圖7中，對于半導體激光元件56來說，配置了n-GaAs襯底28和在該n-GaAs襯底28的表面上從n-GaAs襯底28一側(cè)起依次配置了作為第2半導體層的n-AlGaAs包層58(Al組成比x＝0.55，層厚t＝1.5μm)、作為第4半導體層的非摻雜AlGaAs引導層32(Al組成比x＝0.40，層厚t＝94nm)、AlGaAs有源層34(Al組成比x＝0.10，層厚t＝16nm)、作為第3半導體層的非摻雜AlGaAs引導層36(Al組成比x＝0.40，層厚t＝94nm)、作為第1半導體層的p-AlGaAs包層60(Al組成比x＝0.9，層厚t＝1.5μm)和p-GaAs接觸層40。對于限制電流用的質(zhì)子注入?yún)^(qū)26來說，在元件寬度的中央留下作為電流流過的區(qū)域的條形而被配置在其兩側(cè)，在質(zhì)子注入?yún)^(qū)26的深度方向上從p-GaAs接觸層40的表面起直到p-AlGaAs包層38的厚度的中途注入了質(zhì)子。
再者，在p-GaAs接觸層40的表面上配置p電極42。在該p電極42的表面上配置層厚約3μm的金電鍍層46，利用焊錫來粘接該金電鍍層46與熱沉24。
此外，在n-GaAs襯底28的背面一側(cè)形成了n電極44。
該實施例3是在熱沉24一側(cè)配置了在n-GaAs襯底28上形成的外延生長層的結朝下(J-DOWN)的組合。
其次說明該實施例3的半導體激光器的工作。
由于半導體激光器54中的p-AlGaAs包層60的Al組成比x＝0.90，n-AlGaAs包層58的Al組成比x＝0.55，故如果從式(4)來計算折射率，則p-AlGaAs包層60的折射率為3.025，n-AlGaAs包層58的折射率為3.227。
因而，如果考慮非摻雜AlGaAs引導層32和非摻雜AlGaAs引導層36夾住AlGaAs有源層34、其折射率、層厚都呈對稱結構，故由于相對于AlGaAs有源層34處于與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層32和n-AlGaAs包層58的有效折射率比相對于AlGaAs有源層34處于熱沉24一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層36和p-AlGaAs包層60的有效折射率高，故半導體激光器的光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaAs包層58一側(cè)。
因此，垂直光束擴展角θv減小了，縱橫比減小了。此外，由于近視野像(NFP)的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，可提高高輸出工作時的LD的可靠性。
在半導體激光器54中，由于相對于AlGaAs有源層34處于熱沉24一側(cè)的p-AlGaAs包層60的Al組成比x＝0.90，相對于AlGaAs有源層34處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaAs包層58的Al組成比x＝0.55，故可知p-AlGaAs包層60的熱傳導率比n-AlGaAs包層58的熱傳導率高。
如果計算半導體激光器54的熱阻，則為9.06℃/W。
為了比較起見，如果使處于熱沉24一側(cè)的p-AlGaAs包層的Al組成比與n-AlGaAs包層58的Al組成比相同，為x＝0.55，使層厚與p-AlGaAs包層60的層厚t＝1.5μm相同，其它的規(guī)格與半導體激光器54相同來計算熱阻，則該對稱折射率結構的比較例2的熱阻為9.54℃/W。
因而，與該實施例有關的半導體激光器54與使p-AlGaAs包層與n-AlGaAs包層的Al組成比為相同的比較例2的情況相比，可謀求約5.0％的熱阻的降低。
變形例2圖8是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。由于圖8的結構與圖6的結構基本上相同，故圖8的剖面位置也是圖6的VII-VII剖面。
圖8中示出的半導體激光器70與半導體激光器54的不同點是，在p-AlGaAs包層60a中，將Al組成比定為x＝0.90，將層厚定為t＝0.4μm，在n-AlGaAs包層58a中，將Al組成比定為x＝0.55，將層厚定為t＝2.0μm。半導體激光器70的其它的結構與半導體激光器54的其它的結構相同。
在半導體激光器54中也好，在半導體激光器70中也好，由于相對于AlGaAs有源層34處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaAs包層58和n-AlGaAs包層58a的折射率比相對于AlGaAs有源層34處于熱沉24一側(cè)的p-AlGaAs包層60和p-AlGaAs包層60a的折射率高，故光強度分布就擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaAs包層58和n-AlGaAs包層58a一側(cè)。因此，即使相對于AlGaAs有源層34處于熱沉24一側(cè)的n-AlGaAs包層稍微減薄，也不會受到p-GaAs接觸層40的光學性影響。因此，在半導體激光器70中，將p-AlGaAs包層60a的Al組成比定為x＝0.90，為原來的狀態(tài)，將層厚減薄為t＝0.4μm。
此外，作為光強度分布擴大的一方的n-AlGaAs包層58a的Al組成比定為x＝0.55，是原來的狀態(tài)，為了減少n-GaAs襯底28的光學性影響，將層厚加厚到t＝2.0μm。
半導體激光器70與半導體激光器54同樣，p-AlGaAs包層60a的熱傳導率比n-AlGaAs包層58a的熱傳導率高。而且，在半導體激光器70中，由于p-AlGaAs包層60a的層厚比半導體激光器20的p-AlGaAs包層60的層厚薄，從AlGaAs有源層34到熱沉24的距離短，故至熱沉的熱傳導變得容易，可提高散熱效果。
半導體激光器70的熱阻約8.38℃/W。與比較例2的熱阻相比，約下降12.2％，與半導體激光器54的熱阻相比，約下降7.5％。
變形例3圖9是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。由于圖9的結構與圖6的結構基本上相同，故圖9的剖面位置也是圖6的VII-VII剖面。
圖9中示出的半導體激光器74與半導體激光器54的不同點是，在n-AlGaAs包層58b中，通過將Al組成比定為x＝0.90，將層厚定為t＝1.5μm，使n-AlGaAs包層58b與p-AlGaAs包層60的Al組成比和層厚都相同，同時通過將相對于AlGaAs有源層34配置在熱沉24一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層36b的Al組成比定為x＝0.80，將層厚定為t＝50nm，使其與相對于AlGaAs有源層34配置在與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層32(Al組成比x＝0.40，將層厚定為t＝94nm)產(chǎn)生差異。半導體激光器74的其它的結構與半導體激光器54的其它的結構相同。
在該半導體激光器74中，n-AlGaAs包層58b和p-AlGaAs包層60具有相同的折射率，但由于相對于AlGaAs有源層34配置在與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層32折射率比相對于AlGaAs有源層34配置在熱沉24一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層36b折射率高，故光強度分布就擴大到相對于AlGaAs有源層34與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層32一側(cè)。
另一方面，關于熱傳導率，由于相對于AlGaAs有源層34配置在熱沉24一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層36b的熱傳導率比相對于AlGaAs有源層34配置在與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層32的熱傳導率高，故在AlGaAs有源層34附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，散熱變得良好。
在該半導體激光器74中，由于激光器共振器長度L＝1000μm，激光器元件寬度W＝200μm，條形寬度S＝60μm，故從AlGaAs有源層34到熱沉24的熱阻約為9.04℃/W，與比較例2的熱阻9.54℃/W相比，減少約5.2％。
變形例4圖10是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。由于圖10的結構也與圖6的結構基本上相同，故圖10的剖面位置也是圖6的VII-VII剖面。
圖10中示出的半導體激光器76與半導體激光器54的不同點是，用p-AlGaAs包層60的一層構成了半導體激光器54，而半導體激光器76具備接近于p-GaAs接觸層40一側(cè)的p-AlGaAs第1包層78a(Al組成比x＝0.55，層厚t＝0.3μm)和接近于非摻雜AlGaAs引導層36一側(cè)的p-AlGaAs第2包層78b(Al組成比x＝0.9，層厚t＝0.2μm)。半導體激光器76的其它的結構與半導體激光器54的其它的結構相同。
在該半導體激光器76中，由于p-AlGaAs第2包層78b的折射率比n-AlGaAs包層58的折射率低，故光強度分布就擴大到與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜AlGaAs引導層32一側(cè)。
另一方面，關于熱傳導率，由于相對于AlGaAs有源層34配置在熱沉24一側(cè)的p-AlGaAs第2包層78b的熱傳導率比相對于AlGaAs有源層34配置在與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaAs包層58的熱傳導率高，而且配置在熱沉24一側(cè)的p-AlGaAs第2包層78b和p-AlGaAs第1包層78a的層厚的和比n-AlGaAs包層58的層厚薄，故在AlGaAs有源層34附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，散熱變得良好。
在該半導體激光器76中，由于激光器共振器長度L＝1000μm，激光器元件寬度W＝200μm，條形寬度S＝60μm，故從AlGaAs有源層34到熱沉24的熱阻約為9.44℃/W，與比較例2的熱阻9.54℃/W相比，減少約1％。
如上所述，在與該實施例有關的半導體激光器中，由于相對于AlGaAs有源層配置在散熱體一側(cè)的p-AlGaAs層的折射率構成為比相對于AlGaAs有源層配置在與散熱體相反一側(cè)的n-AlGaAs層的折射率低，故半導體激光器的光強度分布擴大到配置在與散熱體相反一側(cè)的n-AlGaAs層一側(cè)，通過擴大光束直徑來降低光密度，難以發(fā)生高輸出時的端面惡化，可實現(xiàn)高輸出工作，而且縱橫比減小了，同時，通過使相對于AlGaAs有源層配置在散熱體一側(cè)的p-AlGaAs層的熱傳導比相對于AlGaAs有源層配置在與散熱體相反一側(cè)的n-AlGaAs層的熱傳導好，容易將半導體激光器的發(fā)生熱傳遞給散熱體。
此外，因光強度分布擴大到處于與散熱體相反一側(cè)的p-AlGaAs包層一側(cè)，故可減薄熱沉一側(cè)的n-AlGaAs包層的層厚，更容易進行至熱沉的熱傳導，可提高散熱效果。
因而，可構成能進行高輸出工作而且容易將伴隨高輸出工作的發(fā)生熱傳遞給散熱體的半導體激光器。進而可提供高輸出工作的可靠性高的半導體激光器。
實施例4.
圖11是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的斜視圖。
在該實施例4中，半導體激光器的基本的結構也與圖3相同，與圖3的半導體激光器不同的只是在與該實施例有關的半導體激光器中分別具備2層p側(cè)引導層和n側(cè)引導層，圖11的剖面位置也與圖3的IV-IV剖面相同。
此外，在與該實施例有關的半導體激光器中，也是結朝上(J-UP)的組合。
再者，在與該實施例有關的半導體激光器中，在包層中用包含Al的AlGaAs或AlGaInP來構成，但其它的層(有源層、引導層、接觸層、襯底等)是實質(zhì)上不包含Al的無Al結構。
在圖11中，由半導體激光元件22和熱沉24構成了半導體激光器80。對于半導體激光器80來說，例如激光器共振器長度L＝1000μm，激光器元件寬度W＝200μm，條形寬度S＝60μm。此外，熱沉24的厚度為0.3mm。
對于半導體激光元件22來說，配置了n-GaAs襯底28和在該n-GaAs襯底28的表面上從n-GaAs襯底28一側(cè)起依次配置了n-AlGaAs包層30(Al組成比x＝0.90，層厚t＝1.5μm)、非摻雜InGaP引導層82(Ga組成比y＝0.51，層厚t＝120nm)、非摻雜InGaAsP引導層84(Ga組成比y＝0.63，As組成比z＝0.25，層厚t＝20nm)、InGaAsP有源層86(Ga組成比y＝0.87，As組成比z＝0.74，層厚t＝16nm)、非摻雜InGaAsP引導層88(Ga組成比y＝0.63，As組成比z＝0.25，層厚t＝20nm)、非摻雜InGaP引導層90(Ga組成比y＝0.51，層厚t＝120nm)、p-AlGaAs包層38(Al組成比x＝0.55，層厚t＝1.5μm)和p-GaAs接觸層40。對于限制電流用的質(zhì)子注入?yún)^(qū)26來說，在元件寬度的中央留下作為電流流過的區(qū)域的條形而被配置在其兩側(cè)，在質(zhì)子注入?yún)^(qū)26的深度方向上從p-GaAs接觸層40的表面起直到p-AlGaAs包層38的厚度的中途注入了質(zhì)子。再者，在p-GaAs接觸層40的表面上配置p電極42。
此外，在n-GaAs襯底28的背面一側(cè)形成了n電極44，在該n電極的表面上配置層厚約3μm的金電鍍層46，利用焊錫來粘接該金電鍍層46與熱沉24。
該實施例4是在熱沉24一側(cè)配置了n-GaAs襯底28的結朝上(J-UP)的組合。
在該半導體激光器80中，非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84與非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90夾住AlGaAs有源層34、其折射率、層厚都呈對稱結構。而且，由于半導體激光器80中的n-AlGaAs包層30的Al組成比x＝0.90，p-AlGaAs包層38的Al組成比x＝0.55，故如果從式(4)來計算折射率，則n-AlGaAs包層30的折射率為3.025，p-AlGaAs包層38的折射率為3.227。
因而，如果考慮非摻雜InGaP引導層82、非摻雜InGaAsP引導層84、InGaAsP有源層86、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90夾住InGaAsP有源層86、其折射率、層厚都呈對稱結構，故相對于InGaAsP有源層86處于與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜InGaAsP引導層88、非摻雜InGaP引導層90和p-AlGaAs包層38的有效折射率比相對于InGaAsP有源層86處于熱沉24一側(cè)的非摻雜InGaP引導層82、非摻雜InGaAsP引導層84和n-AlGaAs包層30的有效折射率高，故光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaAs包層38一側(cè)。
因此，垂直光束擴展角θv減小了，縱橫比減小了。
此外，如果垂直光束擴展角θv減小，則由于近視野像的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，可提高高輸出工作時的LD的可靠性。
再者，如果光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaAs包層38一側(cè)，則減少了起因于n-AlGaAs包層30的自由載流子的吸收，通過減少光吸收，可提高斜率效率以進行高輸出工作。
另一方面，在半導體激光器80中，由于相對于InGaAsP有源層86處于熱沉24一側(cè)的n-AlGaAs包層30的Al組成比x＝0.90，相對于InGaAsP有源層86處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaAs包層38的Al組成比x＝0.55，故n-AlGaAs包層30的熱傳導率比p-AlGaAs包層38的熱傳導率高。因此，在InGaAsP有源層86附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，成為在散熱方面良好的結構。
變形例5
圖12是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。圖12的剖面位置也是圖3的IV-IV剖面。
圖12中示出的半導體激光器96與半導體激光器80的不同點是，一邊使InGaAsP有源層86、夾住InGaAsP有源層86的非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90的材料結構和層厚都與半導體激光器80相同，一邊將n-AlGaAs包層30a的Al組成比定為x＝0.90，將層厚定為t＝0.4μm，將p-AlGaAs包層38a的Al組成比定為x＝0.55，將層厚定為t＝2.0μm。此外，半導體激光器96的其它的結構與半導體激光器80中的其它的結構相同。
因而，在半導體激光器96中，與變形例1同樣，n-AlGaAs包層30a的層厚比半導體激光器80的n-AlGaAs包層30的層厚薄，由于從InGaAsP有源層86到熱沉24的距離短，故至熱沉的熱傳導變得容易，可提高散熱效果。
變形例6圖13是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。圖13的剖面位置也是圖3的IV-IV剖面。
圖13中，由半導體激光元件22和熱沉24構成了半導體激光器100。對于半導體激光器100來說，例如激光器共振器長度L＝1000μm，激光器元件寬度W＝200μm，條形寬度S＝60μm。此外，熱沉24的厚度為0.3mm。
半導體激光器100與半導體激光器80的不同點是，半導體激光器80配置了n-AlGaAs包層30和p-AlGaAs包層38，而在半導體激光器100中配置了n-AlGaInP包層102(Al組成比l＝0.36，Ga組成比m＝0.15，In組成比n＝0.49，層厚t＝1.5μm)和p-AlGaInP包層104(Al組成比l＝0.255，Ga組成比m＝0.255，In組成比n＝0.49，層厚t＝1.5μm)。其它的結構與半導體激光器80相同。
在該半導體激光器100中，非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84、InGaAsP有源層86、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90夾住InGaAsP有源層86，其材料結構和層厚呈對稱結構。
按照H.Tanaka，Y.Kawamjra，and H.Asahi，“Refractive indicesof In0.49Ga0.51-xAlxP lattice matched to GaAs”，J.Appl.Phys.，Vol.59，No.3，1 February 1986，pp.985-986，在AlGaInP中，如果Al組成比增加，則折射率下降。
而且，半導體激光器100中的n-AlGaInP包層102中的Al組成比l＝0.36，p-AlGaInP包層104中的Al組成比l＝0.255。因此，p-AlGaInP包層104的折射率比n-AlGaInP包層102的折射率高。
因而，如果考慮非摻雜InGaP引導層82、非摻雜InGaAsP引導層84、InGaAsP有源層86、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90夾住InGaAsP有源層86、其材料結構和層厚都呈對稱結構，故相對于InGaAsP有源層86配置在與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜InGaAsP引導層88、非摻雜InGaP引導層90和p-AlGaInP包層104的有效折射率比相對于InGaAsP有源層86配置在熱沉24一側(cè)的非摻雜InGaP引導層82、非摻雜InGaAsP引導層84和n-AlGaInP包層102的有效折射率高。
因而，光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaInP包層104一側(cè)。
因此，垂直光束擴展角θv減小了，縱橫比減小了。
此外，如果垂直光束擴展角θv減小，則由于近視野像的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，可提高高輸出工作時的LD的可靠性。
再者，如果光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaInP包層104一側(cè)，則減少了起因于n-AlGaInP包層102的自由載流子的吸收，通過減少光吸收，可提高斜率效率以進行高輸出工作。
此外，按照H.Fujii Y.Ueno，and K.Endo，“Effect of thermalresistivity on the catastrophic optical damage power density ofAlGaInP laser diodes”，Appl.Phys.Lett.，Vol.62，No.17，26 April 1993，示出了在AlGaInP中如果Al組成比增加，則熱傳導率提高。
半導體激光器100中的n-AlGaInP包層102中的Al組成比l＝0.36，p-AlGaInP包層104中的Al組成比l＝0.255。因此，相對于InGaAsP有源層86配置在熱沉24一側(cè)的n-AlGaInP包層102的熱傳導率比相對于InGaAsP有源層86配置在與熱沉24相反一側(cè)的p-AlGaInP包層104的熱傳導率高。因此，因此，在InGaAsP有源層86附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，成為在散熱方面良好的結構。
變形例7圖14是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。圖14的剖面位置也是圖3的IV-IV剖面。
圖14中示出的半導體激光器110與半導體激光器100的不同點是，使InGaAsP有源層86、夾住InGaAsP有源層86的非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90的材料結構和層厚都與半導體激光器100相同，n-AlGaInP包層102a的Al組成比l＝0.36，Ga組成比m＝0.15，In組成比n＝0.49，層厚t＝0.4μm，p-AlGaInP包層104a的Al組成比l＝0.255，Ga組成比m＝0.255，In組成比n＝0.49，層厚t＝2.0μm。此外，半導體激光器110的其它的結構與半導體激光器100的其它的結構相同。
因而，在半導體激光器110中，根據(jù)與變形例1同樣的原因，由于n-AlGaInP包層102a的層厚比半導體激光器100的n-AlGaInP包層102的層厚薄，從InGaAsP有源層86到熱沉24的距離短，故至熱沉的熱傳導變得容易，可提高散熱效果。
如上所述，在與該實施例有關的半導體激光器中，在包層中用包含Al的AlGaAs或AlGaInP來構成、而其它的層(有源層、引導層、接觸層、襯底等)定為實質(zhì)上不包含Al的無Al結構的半導體激光器中，具備與實施例2同樣的效果。
實施例5.
圖15是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的斜視圖。
在該實施例5中，半導體激光器的基本的結構也與圖6相同，與圖6的半導體激光器不同的只是在與該實施例有關的半導體激光器中分別具備2層p側(cè)引導層和n側(cè)引導層，圖15的剖面位置也與圖6的VII-VII剖面相同。
此外，在與該實施例有關的半導體激光器中，也是結朝下(J-DOWN)的組合。
再者，在與該實施例有關的半導體激光器中，在包層中用包含Al的AlGaAs或AlGaInP來構成，但其它的層(有源層、引導層、接觸層、襯底等)是實質(zhì)上不包含Al的無Al結構。
在圖15中，由半導體激光元件56和熱沉24構成了半導體激光器114。對于半導體激光器114來說，例如激光器共振器長度L＝1000μm，激光器元件寬度W＝200μm，條形寬度S＝60μm。此外，熱沉24的厚度為0.3mm。
對于半導體激光器114的半導體激光元件56來說，配置了n-GaAs襯底28和在該n-GaAs襯底28的表面上從n-GaAs襯底28一側(cè)起依次配置了作為第2半導體層的n-AlGaAs包層58(Al組成比x＝0.55，層厚t＝1.5μm)、非摻雜InGaP引導層82(Ga組成比y＝0.51，層厚t＝120nm)、非摻雜InGaAsP引導層84(Ga組成比y＝0.63，As組成比z＝0.25，層厚t＝20nm)、InGaAsP有源層86(Ga組成比y＝0.87，As組成比z＝0.74，層厚t＝16nm)、非摻雜InGaAsP引導層88(Ga組成比y＝0.63，As組成比z＝0.25，層厚t＝20nm)、非摻雜InGaP引導層90(Ga組成比y＝0.51，層厚t＝120nm)、作為第1半導體層的p-AlGaAs包層60(Al組成比x＝0.9，層厚t＝1.5μm)和p-GaAs接觸層40。
對于限制電流用的質(zhì)子注入?yún)^(qū)26來說，在元件寬度的中央留下作為電流流過的區(qū)域的條形而被配置在其兩側(cè)，在質(zhì)子注入?yún)^(qū)26的深度方向上從p-GaAs接觸層40的表面起直到p-AlGaAs包層60的厚度的中途注入了質(zhì)子。
再者，在p-GaAs接觸層40的表面上配置p電極42。在該p電極42的表面上配置層厚約3μm的金電鍍層46，利用焊錫來粘接該金電鍍層46與熱沉24。
在該半導體激光器114中，非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84與非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90夾住InGaAsP有源層86、其材料結構和層厚都呈對稱結構。
而且，由于半導體激光器114中的n-AlGaAs包層58的Al組成比x＝0.55，p-AlGaAs包層60的Al組成比x＝0.9，故如果從式(4)來計算折射率，則n-AlGaAs包層58的折射率為3.227，p-AlGaAs包層60的折射率為3.025。
因而，如果考慮非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90夾住InGaAsP有源層86、其材料結構和層厚都呈對稱結構，故相對于InGaAsP有源層86處于與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜InGaP引導層82、非摻雜InGaAsP引導層84和n-AlGaAs包層58比相對于InGaAsP有源層86處于熱沉24一側(cè)的非摻雜InGaAsP引導層88、非摻雜InGaP引導層90和p-AlGaAs包層60的有效折射率的有效折射率高，故光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaAs包層58一側(cè)。因此，垂直光束擴展角θv減小了，縱橫比減小了。
此外，如果垂直光束擴展角θv減小，則由于近視野像的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，可提高高輸出工作時的LD的可靠性。
另一方面，在半導體激光器114中，由于相對于InGaAsP有源層86處于熱沉24一側(cè)的p-AlGaAs包層60的Al組成比x＝0.90，相對于InGaAsP有源層86處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaAs包層58的Al組成比x＝0.55，故p-AlGaAs包層60的熱傳導率比n-AlGaAs包層58的熱傳導率高。因此，在InGaAsP有源層86附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，成為在散熱方面良好的結構。
變形例8
圖16是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。圖16的剖面位置也是圖6的VII-VII剖面。
此外，在該變形例8的半導體激光器中，也是結朝下(J-DOWN)的組合。
圖16中示出的半導體激光器120與半導體激光器114的不同點是，一邊使InGaAsP有源層86、夾住InGaAsP有源層86的非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90的材料結構和層厚都與半導體激光器80相同，一邊將p-AlGaAs包層60a的Al組成比定為x＝0.90，將層厚定為t＝0.4μm，將n-AlGaAs包層58a的Al組成比定為x＝0.55，將層厚定為t＝2.0μm。此外，半導體激光器120的其它的結構與半導體激光器114中的其它的結構相同。
因而，在半導體激光器120中，與變形例2同樣，p-AlGaAs包層60a的層厚比半導體激光器114的p-AlGaAs包層60的層厚薄，由于從AlGaAs有源層34到熱沉24的距離短，故與半導體激光器114相比，至熱沉的熱傳導變得更容易，可提高散熱效果。
變形例9圖17是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。圖17的剖面位置也與圖6的VII-VII剖面相同。
在圖17中，由半導體激光元件56和熱沉24構成了半導體激光器124。對于半導體激光器124來說，例如激光器共振器長度L＝1000μm，激光器元件寬度W＝200μm，條形寬度S＝60μm。此外，熱沉24的厚度為0.3mm。
半導體激光器124與半導體激光器114的不同點是，半導體激光器114配置了n-AlGaAs包層60和p-AlGaAs包層58，而在半導體激光器124中配置了n-AlGaInP包層126(Al組成比l＝0.255，Ga組成比m＝0.255，In組成比n＝0.49，層厚t＝1.5μm)和p-AlGaInP包層128(Al組成比l＝0.36，Ga組成比m＝0.15，In組成比n＝0.49，層厚t＝1.5μm)。其它的結構與半導體激光器114相同。
在該半導體激光器124中，非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90夾住InGaAsP有源層86，其材料結構和層厚呈對稱結構。
由于在AlGaInP中如果Al組成比增加則折射率下降，故n-AlGaInP包層126的折射率比p-AlGaInP包層128的折射率高。因而，如果考慮非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90夾住InGaAsP有源層86、其材料結構和層厚都呈對稱結構，故相對于InGaAsP有源層86處于與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜InGaP引導層82、非摻雜InGaAsP引導層84和n-AlGaInP包層126比相對于InGaAsP有源層86處于熱沉24一側(cè)的非摻雜InGaAsP引導層88、非摻雜InGaP引導層90和p-AlGaInP包層128的有效折射率的有效折射率高。
因而，光強度分布擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaInP包層126一側(cè)。因此，垂直光束擴展角θv減小了，縱橫比減小了。
此外，如果垂直光束擴展角θv減小，則由于近視野像的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，可提高高輸出工作時的LD的可靠性。
此外，由于在AlGaInP中如果Al組成比增加則熱傳導率提高，故相對于InGaAsP有源層86處于熱沉24一側(cè)的p-AlGaInP包層128的熱傳導率比相對于InGaAsP有源層86處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaInP包層126高。因此，在InGaAsP有源層86附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，成為在散熱方面良好的結構。
變形例10圖18是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。圖18的剖面位置也是與圖6的VII-VII剖面相同的剖面位置。
圖18中示出的半導體激光器130與半導體激光器124的不同點是，使InGaAsP有源層86、夾住InGaAsP有源層86的非摻雜InGaP引導層82和非摻雜InGaAsP引導層84、非摻雜InGaAsP引導層88和非摻雜InGaP引導層90的材料結構和層厚都與半導體激光器124相同，使p-AlGaInP包層128a的Al組成比l＝0.36，Ga組成比m＝0.15，In組成比n＝0.49，層厚t＝0.4μm，使n-AlGaInP包層126a的Al組成比l＝0.255，Ga組成比m＝0.255，In組成比n＝0.49，層厚t＝2.0μm。此外，半導體激光器130的其它的結構與半導體激光器124的其它的結構相同。
因而，在半導體激光器130中，根據(jù)與變形例2同樣的原因，由于p-AlGaInP包層128a的層厚比半導體激光器124的p-AlGaInP包層128的層厚薄，從InGaAsP有源層86到熱沉24的距離短，故與半導體激光器124相比，至熱沉的熱傳導變得更容易，可提高散熱效果。
如上所述，在與該實施例有關的半導體激光器中，在包層中用包含Al的AlGaAs或AlGaInP來構成、而其它的層(有源層、引導層、接觸層、襯底等)定為實質(zhì)上不包含Al的無Al結構的半導體激光器中，具備與實施例3同樣的效果。
實施例6.
圖19是與本發(fā)明的一實施例有關的剖面圖。
在圖19中，半導體激光器134是振蕩波長為650nm并具有脊形波導結構的紅色半導體激光器，由半導體激光元件136和熱沉24形成。
在圖19中，對于半導體激光元件136來說，配置了n-GaAs襯底28和在該n-GaAs襯底28的表面上從n-GaAs襯底28一側(cè)起依次配置了作為第2半導體層的n-AlGaInP包層138(Al組成比l＝0.31，Ga組成比m＝0.20，In組成比n＝0.49，層厚t＝2.0μm)、作為第4半導體層的非摻雜AlGaInP引導層140(Al組成比l＝0.23，Ga組成比m＝0.28，In組成比n＝0.49，層厚t＝100nm)、非摻雜壓縮變形GaInP有源層142(Ga組成比m＝0.44，In組成比n＝0.56，層厚t＝10nm)、作為第3半導體層的非摻雜AlGaInP引導層144(Al組成比l＝0.23，Ga組成比m＝0.28，In組成比n＝0.49，層厚t＝100nm)、作為第1半導體層的p-AlGaInP包層146(Al組成比l＝0.36，Ga組成比m＝0.15，In組成比n＝0.49，層厚t＝1.0μm)和p-GaAs接觸層148。
p-AlGaInP包層146和p-GaAs接觸層148形成脊形波導，在p-GaAs接觸層148的表面上形成了在該脊形波導的頂部具有開口150的絕緣膜152。在該開口150和絕緣膜152上配置p電極42。在n-GaAs襯底28的背面一側(cè)形成了n電極44，在p電極42的表面上配置金電鍍層46，利用焊錫經(jīng)該金電鍍層46粘接了半導體激光元件136與熱沉24。
在與該實施例有關的半導體激光器134中，是結朝下(J-DOWN)的組合，但也可作成結朝上(J-UP)的組合。
在半導體激光器134中，由于n-AlGaInP包層138的折射率比p-AlGaInP包層146的折射率高，由于相對于非摻雜壓縮變形GaInP有源層142配置在與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜AlGaInP引導層140和n-AlGaInP包層138的有效折射率比相對于非摻雜壓縮變形GaInP有源層142配置在熱沉24一側(cè)的非摻雜AlGaInP引導層144和p-AlGaInP包層146的有效折射率高，故光強度分布主要擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaInP包層138一側(cè)。因此，垂直光束擴展角θv減小了，由于水平光束擴展角θh沒有特別的變化，故作為垂直光束擴展角θv對于水平光束擴展角θh的比的縱橫比減小了。
此外，如果垂直光束擴展角θv減小，則由于近視野像的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，提高了高輸出工作時的LD的可靠性。
由于AlGaInP的熱傳導率伴隨Al組成比提高而提高，故配置在熱沉24一側(cè)的p-AlGaInP包層146的熱傳導率比配置在與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaInP包層138的熱傳導率高，在非摻雜壓縮變形GaInP有源層142附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，成為在散熱方面良好的結構。
再者，光強度分布主要擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaInP包層138一側(cè)。因此，即使使配置在熱沉24一側(cè)的p-AlGaInP包層146的層厚薄到1.0μm，也不會受到p-GaAs接觸層148的光學性影響。另一方面，為了減少n-GaAs襯底28的光學性影響，使配置在光強度分布擴大一側(cè)的n-AlGaInP包層138的層厚加厚到2.0μm。因而，可縮短從非摻雜壓縮變形GaInP有源層142到熱沉24的距離，可進一步提高散熱效果。
變形例11圖20是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
在圖20中，半導體激光器156與半導體激光器134的不同點如下。
在半導體激光器134中，相對于非摻雜壓縮變形GaInP有源層142來說，n-AlGaInP包層138與p-AlGaInP包層146呈非對稱結構，非摻雜AlGaInP引導層140與非摻雜AlGaInP引導層144是相同的材料結構，定為相同的層厚，相對于非摻雜壓縮變形GaInP有源層142來說，使引導層成為對稱結構。
但是，在該半導體激光器156中，相對于非摻雜壓縮變形GaInP有源層142來說，n-AlGaInP包層138與p-AlGaInP包層146呈非對稱結構，同時進而使非摻雜AlGaInP引導層140與非摻雜AlGaInP引導層144a相對于非摻雜壓縮變形GaInP有源層142呈非對稱結構。
即，將非摻雜AlGaInP引導層144a的Al組成比l＝0.25，Ga組成比m＝0.26，In組成比n＝0.49，層厚t＝70nm。
由此，半導體激光器156與半導體激光器134相比，可進一步提高散熱效果。
再有，該變形例將引導層和包層都作成非對稱結構，但即使將包層作成對稱結構，只將引導層作成非對稱結構，當然也可取得相應的散熱效果。
變形例12圖21是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖21中的半導體激光器134是振蕩波長為1480nm并具有脊形波導結構的半導體激光器，由半導體激光元件162和熱沉24形成。
在圖21中，對于半導體激光元件162來說，配置了n-InP襯底164和在該n-InP襯底164的表面上從n-InP襯底164一側(cè)起依次配置了作為第2半導體層的n-InGaAsP包層166(帶隙波長λg＝0.99μm，層厚t＝2.0μm)、作為第4半導體層的非摻雜InGaAsP引導層168(帶隙波長λg＝1.08μm，層厚t＝150nm)、非摻雜InGaAsP有源層170(帶隙波長λg＝1.48μm，層厚t＝10nm)、作為第3半導體層的非摻雜InGaAsP引導層172(帶隙波長λg＝1.08μm，層厚t＝150nm)、作為第1半導體層的p-InP包層174(層厚t＝1.0μm)和p-InP接觸層176。p-InP包層174和p-InP接觸層176形成脊形波導，在p-InP接觸層176的表面上形成了在該脊形波導的頂部具有開口150的絕緣膜152。在該開口150和絕緣膜152上配置p電極42。在n-InP襯底164的背面一側(cè)形成了n電極44。在p電極42的表面上配置金電鍍層46，利用焊錫經(jīng)該金電鍍層46粘接了半導體激光元件162與熱沉24。
在半導體激光器160中，n-InGaAsP包層166的折射率比p-InP包層174的折射率高。因而，由于相對于非摻雜InGaAsP有源層170配置在與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜InGaAsP引導層168和n-InGaAsP包層166的有效折射率比相對于非摻雜InGaAsP有源層170配置在熱沉24一側(cè)的非摻雜InGaAsP引導層172和p-InP包層174的有效折射率高，故光強度分布主要擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-InGaAsP包層166一側(cè)。因此，垂直光束擴展角θv減小了，由于水平光束擴展角θh沒有特別的變化，故作為垂直光束擴展角θv對于水平光束擴展角θh的比的縱橫比減小了。
此外，如果垂直光束擴展角θv減小，則由于近視野像的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，提高了高輸出工作時的LD的可靠性。
關于熱傳導率，由于配置在熱沉24一側(cè)的作為二元組成的p-InP包層174的熱傳導率比配置在與熱沉24相反一側(cè)的四元組成的n-InGaAsP包層166的熱傳導率高，在非摻雜InGaAsP有源層170附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，成為在散熱方面良好的結構。
再者，光強度分布主要擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-InGaAsP包層166一側(cè)。此外，接觸層也是p-InP，故即使使配置在熱沉24一側(cè)的p-InP包層174的層厚薄到1.0μm，也不會受到p-InP接觸層176的光學性影響。另一方面，為了減少n-InP襯底164的光學性影響，使配置在光強度分布擴大一側(cè)的n-InGaAsP包層166的層厚加厚到2.0μm。因而，可縮短從非摻雜InGaAsP有源層170到熱沉24的距離，可進一步提高散熱效果。
變形例13圖22是與本發(fā)明的一實施例有關的半導體激光器的變形例的剖面圖。
圖22中的半導體激光器180是振蕩波長為410nm并具有脊形波導結構的半導體激光器，由半導體激光元件182和熱沉24形成。
在圖22中，對于半導體激光元件182來說，配置了n-GaN襯底184和在該n-GaN襯底184的表面上從n-GaN襯底184一側(cè)起依次配置了作為第2半導體層的n-AlGaN包層186(Al組成比x＝0.9，層厚t＝2.0μm)、作為第4半導體層的非摻雜GaN引導層188(層厚t＝100nm)、非摻雜InGaN有源層190(In組成比n＝0.1，層厚t＝10nm)、作為第3半導體層的非摻雜GaN有源層192(層厚t＝100nm)、作為第1半導體層的p-AlGaN包層194(Al組成比x＝0.4，層厚t＝1.0μm)和p-GaN接觸層196。
p-AlGaN包層194和p-GaN接觸層196形成脊形波導，在p-GaN接觸層196的表面上形成了在該脊形波導的頂部具有開口150的絕緣膜152。在該開口150和絕緣膜152上配置p電極42。在n-GaN襯底184的背面一側(cè)形成了n電極44。在p電極42的表面上配置金電鍍層46，利用焊錫經(jīng)該金電鍍層46粘接了半導體激光元件182與熱沉24。
在半導體激光器180中，n-AlGaN包層186的折射率比p-AlGaN包層194的折射率高。
因而，由于相對于非摻雜InGaN有源層190配置在與熱沉24相反一側(cè)的非摻雜GaN引導層188和n-AlGaN包層186的有效折射率比相對于非摻雜InGaN有源層190配置在熱沉24一側(cè)的非摻雜GaN有源層192和p-AlGaN包層194的有效折射率高，故光強度分布主要擴大到處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaN包層186一側(cè)。因此，垂直光束擴展角θv減小了，由于水平光束擴展角θh沒有特別的變化，故作為垂直光束擴展角θv對于水平光束擴展角θh的比的縱橫比減小了。
此外，如果垂直光束擴展角θv減小，則由于近視野像的光束直徑擴大，光密度降低，故減少了高輸出時的端面惡化，提高了高輸出工作時的LD的可靠性。
關于熱傳導率，由于配置在熱沉24一側(cè)的p-AlGaN包層194的熱傳導率比配置在與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaN包層186的熱傳導率高，在非摻雜InGaN有源層190附近發(fā)生的熱容易傳遞給熱沉24，成為在散熱方面良好的結構。
再者，光強度分布主要擴大到相對于非摻雜InGaN有源層190處于與熱沉24相反一側(cè)的n-AlGaN包層186一側(cè)。即使使相對于非摻雜InGaN有源層190配置在熱沉24一側(cè)的p-AlGaN包層194的層厚薄到1.0μm，也不會受到p-GaN接觸層196的光學性影響。另一方面，為了減少n-GaN襯底184的光學性影響，使配置在光強度分布擴大一側(cè)的n-AlGaN包層186的層厚加厚到2.0μm。因而，可縮短從非摻雜InGaN有源層190到熱沉24的距離，可進一步提高散熱效果。
如以上所述，在與該實施例有關的半導體激光器中，在具有脊形波導結構的半導體激光器中，具備與實施例3同樣的效果。
再有，在以上的實施例中記載的材料、半導體激光器結構、各層的組成比和層厚等是一例，本發(fā)明不限于此。
此外，在以上的實施例中，示出了有源層為一層的單一量子阱結構，但不限于此，即使是多重量子阱結構的有源層，也可起到同樣的效果。
此外，在所記載的實施例中，示出了利用質(zhì)子注入來實現(xiàn)限制電流的結構的寬區(qū)域激光器，但不限于此，即使在作為絕緣膜的限制電流結構的絕緣膜條形激光器中，也可起到同樣的效果。
此外，以脊形波導結構為例，說明了波導結構，但不限于此，也可以是埋入結構或埋入脊形結構。
如上所述，與本發(fā)明有關的半導體激光器適合于固體激光器激勵用等的要求高輸出工作的半導體激光器。
權利要求
1.一種半導體激光器，具備具有一個主面的散熱體；第1導電類型的第1半導體層，被配置在該散熱體的主面上且具有與該散熱體的主面對置的第1主面和與該第1主面互相對置的第2主面；有源層，被配置在該第1半導體層的第2主面上，具有與上述第1半導體層的第2主面對置的第1主面和與該第1主面互相對置的第2主面；以及第2導電類型的第2半導體層，被配置在該有源層的第2主面上，具有與上述有源層的第2主面對置的第1主面和與該第1主面互相對置的第2主面，其特征在于上述有源層的第1主面與上述第1半導體層的第1主面之間的有效折射率比上述有源層的第2主面與上述第2半導體層的第2主面之間的有效折射率低，而且，上述有源層的第1主面與上述第1半導體層的第1主面之間的熱阻比上述有源層的第2主面與上述第2半導體層的第2主面之間的熱阻小。
2.如權利要求1中所述的半導體激光器，其特征在于第1半導體層具有熱傳導率λ1、折射率n1和層厚t1，有源層具有折射率na，第2半導體層具有熱傳導率λ2、折射率n2和層厚t2，同時，設定為na＞n2＞n1，而且，t2/λ2＞t1/λ1。
3.如權利要求1或2中所述的半導體激光器，其特征在于在第1半導體層與有源層之間還配置具有折射率n3、熱傳導率λ3和層厚t3的非摻雜的第3半導體層，此外，在第2半導體層與有源層之間還配置具有折射率n4、熱傳導率λ4和層厚t4的非摻雜的第4半導體層，同時，設定為na＞n3、na＞n4，而且，t4/λ4＞t3/λ3。
4.一種半導體激光器，具備具有一個主面的散熱體；被配置在該散熱體的主面上的第1導電類型的第1半導體層；被配置在該第1半導體層上的一層或多層第3半導體層；被配置在該第3半導體層上的有源層；被配置在該有源層上的一層或多層第4半導體層；以及被配置在該第4半導體層上的第2導電類型的第2半導體層，其特征在于由第1半導體層和第3半導體層決定的熱阻比由第4半導體層和第2半導體層決定的熱阻小，而且，由第1半導體層和第3半導體層決定的有效折射率比由第4半導體層和第2半導體層決定的有效折射率低。
5.如權利要求1中所述的半導體激光器，其特征在于用各自的折射率n1或折射率n2處于熱傳導率隨著折射率的減小而增加的區(qū)域中的材料構成第1半導體層和第2半導體層。
全文摘要
本發(fā)明的課題是減小垂直光束擴展角并減少高輸出工作時的端面惡化，通過改善朝向散熱體一側(cè)的熱移動來提高高輸出工作時的可靠性。本發(fā)明的半導體激光器具備具有一個主面的熱沉24；在該熱沉24的主面上配置的n－AlGaAs包層30；在該n－AlGaAs包層30上配置的AlGaAs有源層34；以及在該AlGaAs有源層34上配置的p－AlGaAs包層38，使AlGaAs有源層34的熱沉24一側(cè)的主面與n－AlGaAs包層30的熱沉24一側(cè)的主面之間的有效折射率和熱阻分別比AlGaAs有源層34的與熱沉24相反一側(cè)的主面與p－AlGaAs包層38的與熱沉24相反一側(cè)的主面之間的有效折射率和熱阻小。
文檔編號B82Y20/00GK1624995SQ20041008797
公開日2005年6月8日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權日2003年12月5日
發(fā)明者鴫原君男 申請人:三菱電機株式會社