專利名稱：半導(dǎo)體激光器及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體襯底上依次形成下側(cè)包層、活性層、上側(cè)包層的半 導(dǎo)體激光器及應(yīng)用這種半導(dǎo)體激光器的電子設(shè)備。該申請(qǐng)基于2006年10月19日在日本申請(qǐng)的特愿2006-285444請(qǐng)求優(yōu)先 權(quán)。根據(jù)其中記載，其全部?jī)?nèi)容都被編入本申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體襯底上依次形成下側(cè)包層、活性層、上側(cè)包層的半導(dǎo)體激光器 已被提出。該半導(dǎo)體激光器被應(yīng)用于將光數(shù)據(jù)寫入并記錄在光盤(寫入用光 盤)的電子設(shè)備。隨著光盤的寫入速度的高速化，對(duì)于現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器要求增大其光輸 出。此外，作為近年來(lái)的動(dòng)向，為了擴(kuò)大光盤的容量，實(shí)際應(yīng)用中也供應(yīng)將 記入層設(shè)計(jì)為兩層的光盤，從而要求半導(dǎo)體激光器高輸出化。但是，伴隨半導(dǎo)體激光器的高輸出化會(huì)產(chǎn)生如下的問(wèn)題。第一問(wèn)題是隨 著來(lái)自半導(dǎo)體激光器的光出射端面的光輸出的增大，光出射端面劣化。第二 問(wèn)題是由于為增大光輸出而被增大的驅(qū)動(dòng)電流(工作電流)使通電時(shí)的特性 劣化，即，產(chǎn)生可靠性降低的問(wèn)題。為了增大光輸出并應(yīng)用于光盤，需要解 決這些問(wèn)題。作為防止由于光輸出的增大帶來(lái)的光出射端面的劣化的技術(shù)，公知的是 在光出射端部形成增大帶隙的區(qū)域即所謂的窗區(qū)域是有效的(例如，參照(曰 本國(guó))特開(kāi)2003 - 124569號(hào)公4艮。)。但是，伴隨驅(qū)動(dòng)電流(工作電流)的增大的劣化現(xiàn)象，即使在形成窗區(qū) 域防止端面劣化的狀態(tài)下也會(huì)發(fā)生。即，驅(qū)動(dòng)電流的增大，即使在端面的光 學(xué)劣化不發(fā)生的狀態(tài)下，也會(huì)由于在半導(dǎo)體激光器內(nèi)部結(jié)晶劣化，使驅(qū)動(dòng)電 流的增大會(huì)引起光輸出的劣化。此外，在不發(fā)生端面劣化的條件下，驅(qū)動(dòng)時(shí) 的工作電流密度給可靠性帶來(lái)的影響已被實(shí)驗(yàn)所確認(rèn)。因此，為了在增大光輸出的情況下也確保充分的可靠性，需要不使工作
電流密度增大。為了防止由于增大光輸出時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流增大造成可靠性降低， 有效的方法是加長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度。即，半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流增大時(shí)，通過(guò) 加長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度可降低每單位面積的電流值即工作電流密度。但是，在半導(dǎo)體激光器中，當(dāng)加長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度時(shí)，微分效率t!(工作電流對(duì)光輸出特性的斜度W/A)會(huì)降低。于是，在微分效率ti低的情況下，為了實(shí)現(xiàn)規(guī)定的光輸出，必須增大工作電流，作為結(jié)果，存在不能充分降低工 作電流密度的問(wèn)題。另外，由上下包層夾著活性層的半導(dǎo)體激光器，在(日本國(guó))特開(kāi)2005 - 101440號(hào)公報(bào)、(日本國(guó))特開(kāi)2006 - 128405號(hào)公報(bào)中已被公開(kāi)。本申請(qǐng)發(fā)明者在進(jìn)行各種研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，作為提高微分效率rj的對(duì) 策，有效的是降低作為雜質(zhì)導(dǎo)入下側(cè)包層的摻雜劑的濃度(稱作摻雜劑濃度 或載流子濃度)。即，在加長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度并降低工作電流密度的情況下，例如 通過(guò)降低由作為第一導(dǎo)電型的n型構(gòu)成的下側(cè)包層的摻雜劑濃度，可以防止 微分效率rj的降低并抑制工作電流密度的增加，從而可以防止可靠性的降低。此外，由于下側(cè)包層的摻雜劑濃度的降低使得電阻增大，因此需要增大 工作電壓。例如，在使用半導(dǎo)體激光器的光拾取器(光盤裝置等光學(xué)驅(qū)動(dòng)器) 中，為了驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器而使用激光器驅(qū)動(dòng)器IC。在激光器驅(qū)動(dòng)器IC中具 有考慮了 IC的熱損耗等的最大電流的額定。此外，存在由光學(xué)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的 電源電壓規(guī)格和激光器驅(qū)動(dòng)器IC內(nèi)部的電壓下降決定的激光器驅(qū)動(dòng)的最大額 定電壓的額定。因此，為了將半導(dǎo)體激光器應(yīng)用于光學(xué)驅(qū)動(dòng)器(激光器驅(qū)動(dòng) 器IC)，需要將其設(shè)定在激光器驅(qū)動(dòng)器IC的最大額定電流及最大額定電壓以 下，且需要抑制半導(dǎo)體激光器的工作電壓的增加。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于這種狀況而開(kāi)發(fā)的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體激光器， 本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器能夠確保適合用途的充分的光輸出和壽命，此外，因 為在高輸出的光輸出的工作狀態(tài)下，可確保高的可靠性(壽命)，所以，即使 在諧振器長(zhǎng)度加長(zhǎng)、下側(cè)包層的摻雜劑濃度P爭(zhēng)低的情況下，也能夠防止工作 電壓的上升。此外，本發(fā)明的目的在于提供一種可進(jìn)行可靠性高的光數(shù)據(jù)寫入的電子 設(shè)備。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，在半導(dǎo)體^H"底依次形成有第 一導(dǎo)電型的下側(cè)包 層、包含量子阱層的活性層及第二導(dǎo)電型的上側(cè)包層，其特征在于，所述下側(cè)包層的摻雜劑濃度為4.0 x 1017/cm3以下，諧振器長(zhǎng)度為1500pm以上。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可防止由于使諧振器長(zhǎng)度加長(zhǎng)造成的微分效率的降低，實(shí)現(xiàn)充分的微分效率，因此，可降低作為所期望的光輸出時(shí)的工作電流密度，從而能夠確保實(shí)用上需要的壽命。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，其在半導(dǎo)體襯底依次形成有第一導(dǎo)電型的下側(cè)包層、包含量子阱層的活性層及第二導(dǎo)電型的上側(cè)包層，其特征在于，所述下側(cè)包層的摻雜劑濃度為2.0x 1017/(^3以下，諧振器長(zhǎng)度為1800pm以上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠防止由于使諧振器長(zhǎng)度加長(zhǎng)造成的微分效率的降低， 進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)充分的微分效率，因此，可進(jìn)一步降低作為所期望的光輸出時(shí)的 工作電流密度，從而能夠確保實(shí)用上需要的壽命。這樣，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，由于劃定下側(cè)包層的摻雜劑濃度和 諧振器長(zhǎng)度，因此具有能夠確保適合用途的充分的光輸出和壽命的效果。在以上的結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，所述下側(cè)包層包括所述半導(dǎo) 體襯底側(cè)的第 一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述第一下側(cè)包 層的位于所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的村底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度比所述第一下側(cè)包層 的位于所述活性層側(cè)的活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度高。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，所述下側(cè)包層包括所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的 第一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述第一下側(cè)包層包括位于的摻雜劑濃度比所述活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度高。或者，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，所述下側(cè)包層包括所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的 第一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述第一下側(cè)包層包括位于域的摻雜劑濃度相對(duì)于所述活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度，^^所述活性層側(cè)區(qū)域起逐漸增加。在以上的結(jié)構(gòu)中，可以實(shí)現(xiàn)具有高的微分效率且不會(huì)增大工作電壓的半 導(dǎo)體激光器。換言之，由于在高輸出的光輸出的工作狀態(tài)下確保高的可靠性(壽命)， 因此即使在諧振器長(zhǎng)度加長(zhǎng)、下側(cè)包層的摻雜劑濃度降低的情況下，也能夠防止工作電壓的上升，從而具有工作電壓低而能夠由通常的激光器驅(qū)動(dòng)器IC驅(qū)動(dòng)的效果。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度為4.0 x 10"/cm3以上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可保持高的微分效率，防止元件電阻的增大，從而能夠可 靠地實(shí)現(xiàn)高的光輸出。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述襯底側(cè)區(qū)域的厚度為 30nm以上、300nm以下。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)具有高的微分效率且工作電壓不會(huì)增大的 半導(dǎo)體激光器此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述活性層的光出射端部 具有窗結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠可靠地防止光出射端面的劣化。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述下側(cè)包層的摻雜劑是硅。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠高精度且容易地控制摻雜劑濃度，從而，高精度地形 成下側(cè)包層。此外，本發(fā)明的電子設(shè)備，其使用半導(dǎo)體激光器進(jìn)行光數(shù)據(jù)寫入，其特 征在于，所述半導(dǎo)體激光器是本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可設(shè)計(jì)出能夠長(zhǎng)時(shí)間可靠性優(yōu)良地進(jìn)行對(duì)光盤的光數(shù)據(jù)寫 入的電子設(shè)備。


圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)例的概略的立體圖；圖2是表示圖l所示的半導(dǎo)體激光器活性層的增益區(qū)域和窗部的配置關(guān) 系的立體圖；圖3是示意性表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器活性層的層疊結(jié)構(gòu)例的側(cè)面圖；圖4是示意性表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的n側(cè)電極的層疊結(jié)構(gòu)例的 側(cè)面圖；圖5是示意性表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的p側(cè)電極的層疊結(jié)構(gòu)例的 側(cè)面圖；圖6是示意性表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的后面反射膜的層疊結(jié)構(gòu)例 的側(cè)面圖；圖7是表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的工作電流密度與壽命的相關(guān)的相 關(guān)曲線圖；圖8是表示對(duì)比實(shí)施例和比較例而表示基于圖1所示的半導(dǎo)體激光器的 結(jié)構(gòu)和特性的特性比較圖表。圖9是根據(jù)下側(cè)包層的摻雜劑濃度的四個(gè)參數(shù)表示圖1所示的半導(dǎo)體激 光器的諧振器長(zhǎng)度與微分效率的相關(guān)的相關(guān)曲線圖；圖IO是根據(jù)下側(cè)包層的摻雜劑濃度的四個(gè)參數(shù)表示圖l所示的半導(dǎo)體激 光器的諧振器長(zhǎng)度與工作電流的相關(guān)的相關(guān)曲線圖；圖ll是根據(jù)下側(cè)包層的摻雜劑濃度的四個(gè)參數(shù)表示圖l所示的半導(dǎo)體激 光器的諧振器長(zhǎng)度與工作電流密度的相關(guān)的相關(guān)曲線圖；圖12是用能帶表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的下側(cè)包層結(jié) 構(gòu)例的概略的能帶圖；圖13是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑 濃度與元件電阻的相關(guān)的相關(guān)曲線圖；圖14是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑 濃度與工作電壓的相關(guān)的相關(guān)曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。將(AlxGa,-x ) yIni-yP (其 中，0《x《l、 (Ky"。)簡(jiǎn)記作AlGAlnP;將GazIn,.zP (其中，0《z《l。) 簡(jiǎn)記作GAlnP;將MG^As (其中，(Kr《1 。)簡(jiǎn)記作AlGaAs。此夕卜,作 為第一導(dǎo)電型例如以n型為例，作為第二導(dǎo)電型例如以p型為例，但設(shè)定為 相反的導(dǎo)電型也可以。[第一實(shí)施方式]
圖1是表示本發(fā)明第 一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)例的概略的立體圖。 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器，在半導(dǎo)體襯底100上依次層疊有緩沖層101、緩沖層102、第一下側(cè)包層103、第二下側(cè)包層104、活性層105、第一 上側(cè)包層106、蝕刻停止層107。此外，將第一下側(cè)包層103和第二下側(cè)包層 104—并稱為下側(cè)包層。半導(dǎo)體襯底上100由n型GaAs構(gòu)成；緩沖層101由n型GaAs構(gòu)成；緩 沖層102由n型GAlnP構(gòu)成；第一下側(cè)包層103由厚度為2.0|im的n型 (Ala65Ga。35) 。.5ino.5P構(gòu)成；第二下側(cè)包層104由厚度為0.2pm的n型 (Al。.665Gao.335 ) a5ln。.sP構(gòu)成；活性層105由包含量子阱層的未摻雜層構(gòu)成； 第一上側(cè)包層106由厚度為O.l(im的p型(Al謹(jǐn)Gao.32) o.5In().5P構(gòu)成；蝕刻停 止層107由p型GAlnP構(gòu)成。進(jìn)而，作為脊形帶部在蝕刻停止層107上依次層疊有第二上側(cè)包層108、 中間帶隙層109、蓋層IIO。即，由以隆起狀突出于蝕刻停止層107表面的一 部分而形成的第二上側(cè)包層108、依次層疊在第二上側(cè)包層108上的中間帶隙 層109、蓋層IIO構(gòu)成脊形帶部。此外，將第一上側(cè)包層106和第二上側(cè)包層 108 —并稱為上側(cè)包層。第二上側(cè)包層108由厚度為1.5pm的p型(Ala68Gaa32 ) a5Ina5P構(gòu)成；中 間帶隙層109由厚度為0.05pm的p型GAlnP構(gòu)成；蓋層110由厚度為0.5pm 的p型GaAs構(gòu)成。脊形帶部的寬度(脊寬Wr:為第二上側(cè)包層108的底面 的寬度)設(shè)定為1.8(im。在蝕刻停止層107上的未形成第二上側(cè)包層108的區(qū)域形成有電流阻止 層120，在電流阻止層120上依次形成有接觸層121、 p側(cè)電極123。在半導(dǎo) 體襯底100的與形成有緩沖層101的面相反的面形成有n側(cè)電極122。此外， 電流阻止層120由n型AlInP構(gòu)成；接觸層121由p型GaAs構(gòu)成。此外，在與n型村底IOO表面垂直的方向形成于長(zhǎng)度方向端部的光出射 端面124、 125分別形成有前面反射膜126、后面反射膜127。進(jìn)而，諧振器 長(zhǎng)度L由光出射端面124、 125相互間的距離來(lái)劃定。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器中，n型摻雜劑是硅(Si)， p型摻雜劑設(shè) 為鎂(Mg)， Mg的濃度設(shè)定為1.0 x 1018/cm3。通過(guò)作為n型摻雜劑使用Si， 能夠以高精度容易地控制摻雜劑濃度Nc,從而能夠高精度地形成下側(cè)包層。圖2是表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的活性層的增益區(qū)域和窗部的配置
關(guān)系的立體圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的活性層105，從光出射端面124、 125算起 的一定長(zhǎng)度的區(qū)域被混晶化而構(gòu)成窗區(qū)域Aw。被混晶化的窗區(qū)域Aw的活性 層105的能帶間隙比作為放大光的區(qū)域的增益區(qū)域Ag的活性層105的能帶間 隙大。因此，由于半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的光在窗區(qū)域Aw不會(huì)被吸收，因此， 不會(huì)產(chǎn)生由于半導(dǎo)體激光器的光出射端面124、 125的光吸收造成的劣化。窗區(qū)域Aw這樣形成，即，在半導(dǎo)體襯底100的表面依次層疊從緩沖層 101到蓋層110的各層之后，在蓋層110上面的兩端部(與窗區(qū)域Aw對(duì)應(yīng)的 區(qū)域)依次形成厚度為35nm的ZnO膜(未圖示)和厚度為200nm的Si02 膜(未圖示)，并以510。C實(shí)施兩小時(shí)熱處理使Zn擴(kuò)散而形成窗區(qū)域Aw。SiCM莫是為了防止Zn向外部蒸發(fā)而形成，ZnO膜和SiCM莫在熱處理后 被除去。此外，在形成窗區(qū)域Aw時(shí)，在窗區(qū)域Aw與增益區(qū)域Ag之間形成 成為光強(qiáng)度分布的擴(kuò)展變化的區(qū)域的過(guò)渡區(qū)域At。此外，中間帶隙層109和 蓋層110的兩端部(距光出射端面124、 125約30pim的區(qū)域)被除去。在活性層105的光出射端部105f形成與成為半導(dǎo)體激光器前面的光出射 端面124對(duì)應(yīng)的窗區(qū)域Aw，在活性層105的光出射端部105r形成與成為半 導(dǎo)體激光器后面的光出射端面125對(duì)應(yīng)的窗區(qū)域Aw。即，由于光出射端部 105f、 105r具有窗結(jié)構(gòu)(窗區(qū)域Aw),因此，能夠可靠地防止光出射端面124、 125的劣化。圖3是示意性表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器活性層的層疊結(jié)構(gòu)例的側(cè)面圖。活性層105包括從第二下側(cè)包層104到第一上側(cè)包層106依次層疊的 厚度為50腿的(Al0.56Gao.44) 0.5In0.5P引導(dǎo)層105a、厚度為5nm的Ga0.5In0.5P 量子阱層105b、厚度為5nm的(Al。.56Gao.44) Q.5Ino.5P阻擋層105c、厚度為5nm 的Gao.5ln。.sP量子阱層105d、厚度為5nm的(Alo.56Gao.44 )a5Ino.5P阻擋層105e、 厚度為5nm的Ga。.5Ino.5P量子阱層105f及厚度為50nm的(AlQ.56Gao.44 )o.5In0.5P 引導(dǎo)層105g。圖4是示意性表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的n側(cè)電極的層疊結(jié)構(gòu)例的 側(cè)面圖；圖5是示意性表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的p側(cè)電極的層疊結(jié)構(gòu)例的側(cè)面圖。N側(cè)電極122通過(guò)在半導(dǎo)體襯底上100依次層疊AuGe層122a、 Ni層122b、 Mo層122c及Au層122d而形成。此外，p側(cè)電極123通過(guò)在接觸層 121依次層疊AuZn層123a、 Mo層123b及Au層123c而形成。圖6是示意性表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的后面反射膜的層疊結(jié)構(gòu)例的側(cè)面圖。后面反射膜127通過(guò)對(duì)于光出射端面125依次層疊^203層127a、 Si層 127b、 Ab03層127c、 Si層127d及A1203層127e而形成，反射率為90%。 此外，前面反射膜126是對(duì)于光出射端面124層疊"203層，反射率為8%。在半導(dǎo)體激光器形成窗結(jié)構(gòu)且成為不產(chǎn)生端面劣化的狀態(tài)時(shí)，如圖7所 示，半導(dǎo)體激光器的壽命取決于工作電流密度，這一點(diǎn)是公知的。圖7是表示圖1所示的半導(dǎo)體激光器的工作電流密度與壽命的相關(guān)的相 關(guān)曲線圖。圖7中橫軸表示工作電流密度Jop (kA/cm2),縱軸是壽命LT (h)。曲線 圖上用"□，，(四邊圖形)表示的點(diǎn)是實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)值，由實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)值得出的直線 Chl表示工作電流密度與壽命的相關(guān)特性。實(shí)際應(yīng)用中所要求的壽命LT為 5000小時(shí)，由此可見(jiàn)，為了確保該壽命的LT= 5000h所需要的工作電流密度 Jop的條件是從直線Chl起在工作電流密度Jop = 18kAcm2以下。圖8是表示對(duì)比實(shí)施例和比較例而表示基于圖1所示的半導(dǎo)體激光器的 結(jié)構(gòu)和特性的特性比較圖表。實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器的諧振器長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)= 1500pm。此外，設(shè)第一 下側(cè)包層103的摻雜劑濃度(作為n型雜質(zhì)的Si的濃度。以下同樣。.)Nc = 4.0x I017/cm3,設(shè)第二下側(cè)包層104的摻雜劑濃度Nc-4.0x 1017/cm3，即， 設(shè)下側(cè)包層的摻雜劑濃度Nc-4.0x 1017/cm3。實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器與實(shí)施例1比較，將諧振器長(zhǎng)度進(jìn)一步加長(zhǎng)， 設(shè)諧振器長(zhǎng)度L- 180(Vm。此外，設(shè)第一下側(cè)包層103的摻雜劑濃度Nc-2.0 x 1017/cm3，設(shè)第二下側(cè)包層104的摻雜劑濃度Nc-2.0x 1017/cm3,即，與實(shí) 施例1比較，將下側(cè)包層的摻雜劑濃度進(jìn)一步降低，設(shè)摻雜劑濃度Nc二2.0 x 1017/cm3。比較例1的半導(dǎo)體激光器，設(shè)諧振器長(zhǎng)度L- 1300)im,設(shè)下側(cè)包層的摻 雜劑濃度Nc-2.0x lO'8/cm3。進(jìn)而，比較例2的半導(dǎo)體激光器，設(shè)諧振器長(zhǎng) 度l72000pm,設(shè)下側(cè)包層的摻雜劑濃度Nc-2.0x 1018/cm3。ii
比較例1的半導(dǎo)體激光器的初始特性是，閾值電流Ith-73mA;微分效 率rj-0.83W/A;光輸出(常用使用時(shí)的脈沖。以下同樣。)Pop = 180mW (乃 。C)。在作為實(shí)際使用條件的溫度75。C下，以光輸出Pop-80mW進(jìn)行老化測(cè) 試，壽命LT = 5000h (小時(shí))。此時(shí)的工作電流Iop-420mA。用諧振器長(zhǎng)度L =1300pm與脊寬Wr = 1.8(im的乘積除工作電流lop ( 420mA )而求工作電流 密度Jop時(shí)，工作電流密度Jop = 18kA/cm2。假定將比較例1的半導(dǎo)體激光器用于高速寫入的光學(xué)驅(qū)動(dòng)器，光輸出Pop 進(jìn)一步增加，光輸出Pop- 300mW。在以溫度乃。C將光輸出Pop-300mW進(jìn) 行輸出時(shí)，需要使工作電流Iop: 630mA,在該狀態(tài)下，工作電流密度Jop-27kA/cm2。在該工作條件下，壽命短到LT《50h，成為不能使用的值。即，比較例1的半導(dǎo)體激光器在光輸出Pop - 180mW的情況下具有充分 的可靠性，但在光輸出Pop = 300mW的情況下，壽命LT短到50小時(shí)以內(nèi)， 由于可靠性不充分，難以應(yīng)用于實(shí)際。即，可以看出，比較例1的半導(dǎo)體激 光器，以光輸出Pop = 3OOmW進(jìn)行工作時(shí)的工作電流濃度Jop為27 kA/cm2 ， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于能夠確保壽命LT = 5000h的工作電流密度Jop = 18 kA/cm2，其壽命 短。比較例2的半導(dǎo)體激光器，為了降低光輸出Pop = 300mW ( 75°C )的工 作狀態(tài)時(shí)的工作電流密度Jop,將諧振器長(zhǎng)度與比較例1相比加長(zhǎng)到諧振器長(zhǎng) 度L = 2000,。比較例2的半導(dǎo)體激光器的初始特性為，閾值電流他=95mA;微分效 率r^0.65W/A。由于加長(zhǎng)了諧振器長(zhǎng)度L,微分效率顯著降低為微分效率n =0.65W/A。即，與比較例l比較，由于加長(zhǎng)了諧振器長(zhǎng)度L,使得面積擴(kuò)大 而使工作電流密度Jop降低，從而使微分效率ri降低。隨著微分效率i!的降 低，為了得到相同的光輸出Pop,需要增大工作電流Iop。因此，在光輸出Pop = 300mW的情況下，需要工作電流lop = 800mA, 工作電流密度增大到工作電流密度Jop-22kA/cm2,可靠性(壽命)降低到 壽命LT- 800h。即，在只是加長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度L的比較例2的半導(dǎo)體激光器中， 不能在得到充分的可靠性的等級(jí)的情況下降低工作電流密度Jop，與比較例1 同樣不能用于實(shí)際。實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器的初始特性為，閾值電流Ith-63mA;微分效 率t) = 1.05W/A;光輸出Pop = 300mW ( 75°C )下的工作電流lop = 500mA。
此外，在光輸出Pop = 300mW的情況下的工作電流密度Jop = 18 kA/cm2。因 此，在長(zhǎng)期老化過(guò)程中能夠確保壽命LT-5000h,從而，即使在光輸出Pop 二300mW的情況下，也具有充分的可靠性。即，將諧振器長(zhǎng)度L加長(zhǎng)到諧振器長(zhǎng)度L- 1500|im,并且，將下側(cè)包層 的摻雜劑濃度降低到摻雜劑濃度Nc:4.0x 1017/cm3，由此，即使在充分的光 輸出Pop的狀態(tài)下，也能夠延長(zhǎng)壽命LT,從而，可確保實(shí)際使用上充分的可 靠性。實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器的初始特性為，閾值電流Ith = 62mA;微分效 率ri = U5W/A;光輸出Pop = 400mW ( 75°C )下的工作電流lop = 600mA。 此外，在光輸出Pop = 400mW的情況下的工作電流密度Jop = 18 kA/cm2。因 此，與實(shí)施例l一樣，在長(zhǎng)期老化過(guò)程中能夠確保壽命LT- 5000h，從而， 即使在與實(shí)施例l相比較為高輸出即光輸出Pop:400mW的情況下，也具有 充分的可靠性。即，與實(shí)施例l相比較，在相同可靠性條件下可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) 高輸出。如上所述，才艮據(jù)實(shí)施例l、實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，通過(guò)抑制伴 隨諧振器長(zhǎng)度L增大的微分效率ri的降低，可以抑制工作電流密度Jop的增 大，從而可以確保壽命LT- 5000h而提供具有充分的可靠性的半導(dǎo)體激光器。根據(jù)實(shí)施例1、實(shí)施例2、比較例1、比較例2，基于圖9至圖11進(jìn)一步 收集數(shù)據(jù)對(duì)分析諧振器長(zhǎng)度l、下側(cè)包層103的摻雜劑濃度Nc、微分效率ti、 工作電流Iop (在溫度75。C下光輸出Pop = 300mW)、工作電流密度Jop的相 關(guān)的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。圖9至圖11是由以適宜的點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)值為基礎(chǔ)而計(jì)算出的 計(jì)算值形成的特性曲線。圖9是根據(jù)下側(cè)包層的摻雜劑濃度的四個(gè)參數(shù)表示圖1所示的半導(dǎo)體激 光器的諧振器長(zhǎng)度與微分效率的相關(guān)的相關(guān)曲線圖。在圖9中，橫軸表示諧振器長(zhǎng)度L (|im)，縱軸表示在溫度25。C下的微 分效率r( (W/A)。將四種摻雜劑濃度Nc (/cm3)設(shè)定為參數(shù)。即，曲線Ch2a表示作為下側(cè)包層(第一下側(cè)包層103和第二下側(cè)包層 104 )的摻雜劑濃度Nc的Si濃度(以下同樣。)為2 x 1017/cm3 (與實(shí)施例2 關(guān)聯(lián))，曲線ch2b表示Si濃度為4.0 x 1017/cm3 (與實(shí)施例1關(guān)聯(lián))，曲線Ch2c 表示Si濃度為1 x 1018/cm3 (與實(shí)施例1和比較例1 、 2的中間摻雜劑濃度相 對(duì)應(yīng))，曲線Ch2d表示Si濃度為2 x 1018/cm3 (與比較例1 、 2關(guān)聯(lián))時(shí)的諧
振器長(zhǎng)度L與微分效率ri的相關(guān)特性。如上所述，當(dāng)將諧振器長(zhǎng)度L加長(zhǎng)時(shí)，則微分效率ri降低。此外，作為 參數(shù)設(shè)定的下側(cè)包層的Si濃度越小，微分效率ti越高，通過(guò)將諧振器長(zhǎng)度L加長(zhǎng)，能夠補(bǔ)償微分效率T1的特性降低。此外，當(dāng)Si濃度小時(shí)，即使將諧振器長(zhǎng)度L延長(zhǎng)時(shí)，微分效率ri的降低 (降低程度)也小。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)降低下側(cè)包層的摻雜劑濃度Nc，使半導(dǎo)體 激光器內(nèi)部的光吸收減少，從而使微分效率ri提高。此外，對(duì)應(yīng)的實(shí)施例l、比較例l、比較例2的情況分別表示于圖中。通 過(guò)研究這些數(shù)據(jù)，將諧振器長(zhǎng)度L設(shè)定為1500pm以上，將摻雜劑濃度Nc設(shè) 定為4x 10力cmS以下，可以防止微分效率ti的降低，從而相對(duì)于比較例l、 比較例2可以實(shí)現(xiàn)足夠大的微分效率ti。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，抑制了加長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度L時(shí)的微分效率的降低，并降低達(dá) 到所希望的光輸出Pop時(shí)的工作電流密度Jop，可以確保實(shí)際應(yīng)用上需要的壽 命LT。此外，通過(guò)將諧振器長(zhǎng)度L設(shè)定為1800pm以上，將摻雜劑濃度Nc設(shè)定 為2x 1017/^113以下，與實(shí)施例1相比可以進(jìn)一步提高微分效率r)。因此，才艮 據(jù)該結(jié)構(gòu)，與實(shí)施例l相比較，可以進(jìn)一步降低成為更高輸出的光輸出Pop 時(shí)的工作電流密度Jop,從而可以確保實(shí)際應(yīng)用上所需要的壽命LT。圖10是根據(jù)下側(cè)包層的摻雜劑濃度的四個(gè)參數(shù)表示圖l所示的半導(dǎo)體激 光器的諧振器長(zhǎng)度與工作電流的相關(guān)的相關(guān)曲線圖。在圖10中，橫軸表示諧振器長(zhǎng)度L ()jm)，縱軸表示在溫度75。C下光輸 出Pop- 300mW狀態(tài)下的工作電流Iop (mA)。將圖9所示的四種4參雜劑濃 度Nc (/cm3 )原樣設(shè)定為參數(shù)。即，曲線Ch3a表示Si濃度為2 x 1017/cm3 (與實(shí)施例2關(guān)聯(lián))時(shí)的諧振 器長(zhǎng)度L與工作電流Iop的相關(guān)特性，曲線ch3b表示Si濃度為4.0 x 1017/cm3 (與實(shí)施例1關(guān)聯(lián))時(shí)的諧振器長(zhǎng)度L與工作電流Iop的相關(guān)特性，曲線Ch3c 表示Si濃度為1 x 1018/cm3 (與實(shí)施例1和比較例1 、 2的中間摻雜劑濃度相 對(duì)應(yīng))時(shí)的諧振器長(zhǎng)度L與工作電流Iop的相關(guān)特性，曲線Ch3d表示Si濃 度為2x I018/cm3 (與比較例1、 2關(guān)聯(lián))時(shí)的諧振器長(zhǎng)度L與工作電流Iop的 相關(guān)特性。此外，與圖9一樣，圖中分別表示對(duì)應(yīng)的實(shí)施例1、比較例1、比較例2 的情況。如上所述，當(dāng)將諧振器長(zhǎng)度L加長(zhǎng)時(shí)，工作電流Iop逐漸增加。此外， 作為參數(shù)設(shè)定的下側(cè)包層的Si濃度越小，工作電流Iop越小，通過(guò)將諧振器 長(zhǎng)度L加長(zhǎng)，能夠補(bǔ)償工作電流Iop的增加。此外，即使在減小Si濃度的情況下，將諧振器長(zhǎng)度L加長(zhǎng)到2500pm以 上時(shí)，工作電流Iop超過(guò)600mA，因此，存在超過(guò)光學(xué)驅(qū)動(dòng)器(激光器驅(qū)動(dòng) 器IC)的最大額定電流的情況，而不能實(shí)際應(yīng)用(曲線Ch3a、 Ch3b)。即， 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的諧振器長(zhǎng)度L的上限根據(jù)光學(xué)驅(qū)動(dòng)器(激光器 驅(qū)動(dòng)器IC)的最大額定電流來(lái)規(guī)定。圖ll是根據(jù)下側(cè)包層的摻雜劑濃度的四個(gè)參數(shù)表示圖l所示的半導(dǎo)體激 光器的諧振器長(zhǎng)度與工作電流密度的相關(guān)的相關(guān)曲線圖。在圖11中，橫軸表示諧振器長(zhǎng)度L (pm)，縱軸表示溫度75。C、光輸出 Pop = 300mW狀態(tài)下的工作電流密度Jop ( kA/cm2 )。工作電流密度Jop是用 工作電流Iop流動(dòng)的面積(諧振器長(zhǎng)度L x脊寬Wr )除圖10所示的工作電流 Iop的值。此外，與圖10 —樣，將圖9所示的四種摻雜劑濃度Nc (/cm3)原 樣設(shè)定為參數(shù)。即，曲線Ch4a表示Si濃度為2 x 1017/cm3 (與實(shí)施例2關(guān)聯(lián))時(shí)的諧振 器長(zhǎng)度L與工作電流密度Jop的相關(guān)特性，曲線ch4b表示Si濃度為4 x 1017/cm3 (與實(shí)施例1關(guān)聯(lián))時(shí)的諧振器長(zhǎng)度L與工作電流密度Jop的相關(guān)特 性，曲線Ch4c表示Si濃度為1 x 1018/cm3 (與實(shí)施例1和比較例1 、 2的中間 摻雜劑濃度相對(duì)應(yīng))時(shí)的諧振器長(zhǎng)度L與工作電流密度Jop的相關(guān)特性，曲 線Ch4d表示Si濃度為2 x 1018/cm3 (與比較例1 、 2關(guān)聯(lián))時(shí)的諧振器長(zhǎng)度L 與工作電流密度Jop的相關(guān)特性。此外，與圖9、圖10—樣，圖中分別表示對(duì)應(yīng)的實(shí)施例1、比較例l、比 較例2的情況。為了確保實(shí)際應(yīng)用上所需要的可靠性(壽命LT-5000h)，如圖7所示， 需要將工作電流密度Jop設(shè)為18kA/cn^以下，而如圖ll所示，在將下側(cè)包 層的摻雜劑的濃度Nc維持在比較例1、比較例2那樣的高濃度的狀態(tài)下，僅 僅加長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度L,由于微分效率ri伴隨諧振器長(zhǎng)度L的增大而降低(圖9 )， 因此，將工作電流密度Jop設(shè)定為18kA/cn^以下是很困難的(曲線Ch4c、 Ch4d )。
另一方面，如上所述，由于通過(guò)降低下側(cè)包層的摻雜劑濃度NC，能夠降低半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的光吸收而增大微分效率Tl,因此，為了降低工作電流密 度Jop,需要同時(shí)均衡良好地采用諧振器長(zhǎng)度L的增大和下側(cè)包層的摻雜劑濃 度Nc的降低雙方(曲線Ch4a、 Ch4b )。例如，實(shí)施例2的情況，由于相對(duì)于曲線Ch4a使光輸出Pop提高大約 30% (光輸出Pop = 400mW )，因此，工作電流lop增加大約20%,可以看出， 即使在該情況下，根據(jù)曲線Ch4a (諧振器長(zhǎng)度L- 1800pm，工作電流密度約 為15kA/cm2)，也能夠?qū)⒐ぷ麟娏髅芏菾op設(shè)為18kA/cm2以下。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式(實(shí)施例1 )的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)和特性(圖 8至圖H)，在將諧振器長(zhǎng)度L設(shè)定為150(Vm以上的情況下，通過(guò)將下側(cè)包 層的摻雜劑濃度Nc設(shè)定為4.0x 1017/(:013以下，可防止因加長(zhǎng)諧振器長(zhǎng)度L 而造成的微分效率ri的降低，實(shí)現(xiàn)充分的微分效率T)，可降低輸出所要求的光 輸出Pop時(shí)的工作電流密度Jop,從而，能夠提供可確保實(shí)際應(yīng)用上充分的可 靠性的半導(dǎo)體激光器。此外，如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式(實(shí)施例2)的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)和 特性(圖8至圖11 )，在將諧振器長(zhǎng)度L設(shè)定為1800pm以上的情況下，通過(guò) 將下側(cè)包層的摻雜劑濃度Nc設(shè)定為2.0x 10力cn^以下，可防止因加長(zhǎng)諧振器 長(zhǎng)度L而造成的微分效率Ti的降低，實(shí)現(xiàn)充分的微分效率Ti,可降低所要求 的光輸出Pop成為更高輸出時(shí)的工作電流密度Jop，從而能夠提供可確保實(shí)際 應(yīng)用上充分的可靠性的半導(dǎo)體激光器。 [第二實(shí)施方式]在第 一 實(shí)施方式中，同時(shí)均衡良好地采用諧振器長(zhǎng)度L的增大和下側(cè)包 層的摻雜劑濃度Nc的降低雙方，由此將工作電流密度Jop維持在規(guī)定值(例 如在第一實(shí)施方式中，工作電流密度Jop= 18kA/cm2)以下，改善所期望的 光輸出Pop的壽命LT,但另一方面，產(chǎn)生伴隨下側(cè)包層的摻雜劑濃度Nc的 降低而使半導(dǎo)體激光器的元件電阻Rd增大的問(wèn)題。尤其是考慮到如下情況， 當(dāng)使下側(cè)包層(第一下側(cè)包層103和第二下側(cè)包層104)的摻雜劑濃度在整個(gè) 層降低時(shí)，使得下側(cè)包層的電阻增大，工作電壓Vop上升。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器(實(shí)施例3至實(shí)施例6)與實(shí)施例1 (第一實(shí) 施方式)相比較，主要不同點(diǎn)是降低半導(dǎo)體激光器的元件電阻Rd。參照?qǐng)D12 對(duì)第二實(shí)施方式(實(shí)施例3至實(shí)施例6)進(jìn)性說(shuō)明。 圖12是用能帶表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的下側(cè)包層結(jié) 構(gòu)例的概略的能帶圖。<實(shí)施例3 >實(shí)施例3的半導(dǎo)體激光器(圖12)相對(duì)于實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器采用 如下結(jié)構(gòu)，即，降低由第一下側(cè)包層103和第二下側(cè)包層104構(gòu)成的下側(cè)包 層的電阻。由于諧振器長(zhǎng)度L及其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1共同(諧振器長(zhǎng)度1^ = 1500)am、光輸出P叩-300mW)，因此對(duì)主要不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。即，在實(shí)施例3中，將第一下側(cè)包層103分割為位于半導(dǎo)體襯底IOO側(cè) 的襯底側(cè)區(qū)域103a、和位于活性層105側(cè)(第二下側(cè)包層104側(cè))的活性層 側(cè)區(qū)域103b而成為兩層結(jié)構(gòu)。襯底側(cè)區(qū)域103a設(shè)定為厚度為0.25nm、摻雜劑濃度Nc = 7 x 1017( /cm3), 活性層側(cè)區(qū)域103b設(shè)定為厚度為1.75pm、 4參雜劑濃度Nc-4x io17 (/cm3)。即，在實(shí)施例3的半導(dǎo)體激光器中，第一下側(cè)包層103的襯底側(cè)區(qū)域103a 的摻雜劑濃度Nc高于第一下側(cè)包層103的位于活性層105側(cè)的活性層側(cè)區(qū)域 103b的摻雜劑濃度Nc (下側(cè)包層的摻雜劑濃度Nc)。不論是第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器還是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器， 從緩沖層102到第一下側(cè)包層103 (襯底側(cè)區(qū)域103a),因邊界部分發(fā)生的能 帶不連續(xù)而產(chǎn)生缺口 103n(實(shí)施例l:缺口 103nf;實(shí)施例3:缺口 103nt。 在不需要區(qū)別缺口 103nf和缺口 103nt時(shí)，設(shè)為缺口 103n。)。實(shí)施例1的缺口 103nf使下側(cè)包層(第一下側(cè)包層103和第二下側(cè)包層 104)的摻雜劑濃度Nc減小(Nc = 4x io17 (/cm3)),因此，與比較例l、比 較例2相比較，缺口 103nf變大，阻礙從緩沖層102向第一下側(cè)包層103的 電子流動(dòng)，結(jié)果使得元件電阻Rd增大，從而需要大的工作電壓Vop。另一方面，實(shí)施例3的缺口 103nt,由于第二下側(cè)包層104與實(shí)施例1 一 樣，將第一下側(cè)包層103設(shè)計(jì)為兩層結(jié)構(gòu)，將半導(dǎo)體襯底IOO側(cè)的襯底側(cè)區(qū) 域103a的摻雜劑濃度設(shè)定為Nc = 7 x 1017 (/cm3),與實(shí)施例1的情況(Nc = 4x 1017 (/cm3))相比較濃度變高，因此，與缺口 103nf相比較可以減小缺口 103nt。因此，與實(shí)施例1相比較可以降低阻礙從緩沖層102向第一下側(cè)包層103 (襯底側(cè)區(qū)域103a)的電子流動(dòng)的主要原因，結(jié)果是可以減小元件電阻Rd。 即，實(shí)施例3的半導(dǎo)體激光器，由于能夠減小元件電阻Rd,因此，可以防止
工作電壓Vop的增大。如上所述，將第一下側(cè)包層103"i殳計(jì)為襯底側(cè)區(qū)域103a和活性層側(cè)區(qū)域 103b的兩層結(jié)構(gòu)，使襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑濃度Nc高于活性層側(cè)區(qū)域 103b的摻雜劑濃度Nc (下側(cè)包層的摻雜劑濃度Nc ),由此可以實(shí)現(xiàn)具有高的 微分效率ri且可防止工作電壓Vop增大的半導(dǎo)體激光器。<實(shí)施例4〉實(shí)施例4的半導(dǎo)體激光器(與圖12所示的實(shí)施例3基本結(jié)構(gòu)共同，所以 援引適宜標(biāo)記。)是根據(jù)與半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的光分布的關(guān)系規(guī)定實(shí)施例3的 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。即，實(shí)施例3、實(shí)施例1的半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的光分布 由于半導(dǎo)體激光器的聚焦特性而大部分分布在活性層側(cè)區(qū)域103b。因此.實(shí) 施例3的光吸收的影響與實(shí)施例1 一樣，」微分效率ri為與實(shí)施例1相同的值。實(shí)施例4的半導(dǎo)體激光器與實(shí)施例3的半導(dǎo)體激光器一樣設(shè)計(jì)為兩層結(jié) 構(gòu)，使兩層結(jié)構(gòu)與被活性層105波導(dǎo)的光的分布狀態(tài)一致而構(gòu)成。其它的結(jié) 構(gòu)與實(shí)施例3—樣，對(duì)主要不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。即，第一下側(cè)包層103包括位于半導(dǎo)體襯底IOO側(cè)且被活性層105波 導(dǎo)的光不分布的襯底側(cè)區(qū)域103a、和位于活性層105側(cè)且^^皮活性層105波導(dǎo) 的光進(jìn)行分布的活性層側(cè)區(qū)域103b,襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑濃度Nc高于 活性層側(cè)區(qū)域103b的摻雜劑濃度Nc。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與實(shí)施例3的半導(dǎo)體激光器一樣，可以降低元件電阻Rd, 因此可以實(shí)現(xiàn)具有高的微分效率ri、且不會(huì)增大工作電壓Vop的半導(dǎo)體激光 器。<實(shí)施例5 >實(shí)施例5的半導(dǎo)體激光器(與圖12所示的實(shí)施例3基本結(jié)構(gòu)共同，所以 援引適宜標(biāo)記。)為使摻雜劑濃度Nc從活性層側(cè)區(qū)域103b向襯底側(cè)區(qū)域103a 逐漸增加的結(jié)構(gòu)。在實(shí)施例3、實(shí)施例4中，將第一下側(cè)包層103設(shè)計(jì)成兩層 結(jié)構(gòu)，但即使不設(shè)計(jì)成兩層結(jié)構(gòu)，而設(shè)計(jì)為使襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑濃度 Nc逐漸變化的結(jié)構(gòu)時(shí)，也可以得到同樣的作用效果。由于其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例 3、實(shí)施例4一樣，所以對(duì)主要不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。即，下側(cè)包層包括半導(dǎo)體襯底IOO側(cè)的第一下側(cè)包層103和活性層105 側(cè)的第二下側(cè)包層104，第一下側(cè)包層103包括位于半導(dǎo)體襯底100側(cè)且被 活性層105波導(dǎo)的光不分布的襯底側(cè)區(qū)域103a、和位于活性層105側(cè)且^f皮活
性層105波導(dǎo)的光進(jìn)行分布的活性層側(cè)區(qū)域103b,襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑 濃度Nc相對(duì)于活性層側(cè)區(qū)域103b的摻雜劑濃度Nc從活性層105側(cè)開(kāi)始逐 漸增加。此外，此時(shí)的摻雜劑濃度Nc可以與實(shí)施例3、實(shí)施例4一樣。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與實(shí)施例3、實(shí)施例4的半導(dǎo)體激光器一樣，可以降低元件 電阻，因此，可以實(shí)現(xiàn)具有高的微分效率Ti、且不會(huì)增大工作電壓Vop的半 導(dǎo)體激光器。<實(shí)施例6〉當(dāng)摻雜劑濃度Nc比活性層側(cè)區(qū)域103b的摻雜劑濃度Nc增大的襯底側(cè) 區(qū)域103a的厚度過(guò)厚時(shí)，微分效率r(會(huì)降低，而過(guò)薄時(shí)，使元件電阻Rd減小的效果降低。實(shí)施例6的半導(dǎo)體激光器是將襯底側(cè)區(qū)域103a的厚度最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，對(duì) 其它的實(shí)施例的任一個(gè)都可適用。即，在本實(shí)施方式中，缺口 103n的厚度大 致為30nm至90nm，因此，作為襯底側(cè)區(qū)域103a的厚度范圍，優(yōu)選為30nm 以上、100nm以下。此外，考慮到摻雜劑從襯底側(cè)區(qū)域103a向活性層側(cè)區(qū)域 103b的擴(kuò)散，優(yōu)選為30nm以上、300nm以下。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以可靠地實(shí)現(xiàn)具有高的微分效率r(、不會(huì)增大工作電壓 Vop且能夠以低的工作電壓驅(qū)動(dòng)的的半導(dǎo)體激光器。[第三實(shí)施方式]在本實(shí)施方式中，以實(shí)施例7、實(shí)施例8為例對(duì)于如下情況進(jìn)行說(shuō)明，即， 為了進(jìn)一步提高對(duì)光學(xué)驅(qū)動(dòng)器的寫入速度，與第一實(shí)施方式的實(shí)施例l(光輸 出Pop:300mW)、第二實(shí)施方式(實(shí)施例3至實(shí)施例6)的情況相比較，進(jìn) 一步增大半導(dǎo)體激光器的光輸出Pop，而與第一實(shí)施方式的實(shí)施例2同樣地設(shè) 光輸出Pop = 400mW。此外，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)與圖12 所示的實(shí)施例3共同，因此援引適宜標(biāo)記。實(shí)施例7、實(shí)施例8的半導(dǎo)體激光器相對(duì)于實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器，與 第二實(shí)施方式(實(shí)施例3、實(shí)施例4)的情況同樣，將第一下側(cè)包層103分割 為位于半導(dǎo)體襯底100側(cè)的襯底側(cè)區(qū)域103a、和位于活性層105側(cè)(第二下 側(cè)包層104側(cè))的活性層側(cè)區(qū)域103b而設(shè)計(jì)為兩層結(jié)構(gòu)。此外，也可以設(shè)計(jì) 為與實(shí)施例5同樣使?jié)舛戎饾u變化的結(jié)構(gòu)。即，實(shí)施例7、實(shí)施例8的半導(dǎo)體激光器是對(duì)于實(shí)施例2的半導(dǎo)體激光器 應(yīng)用第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，采用降^f氐由第一下側(cè)包層103和第二下側(cè)包層104
構(gòu)成的下側(cè)包層的電阻的結(jié)構(gòu)。由于諧振器長(zhǎng)度L及其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2共同(諧振器長(zhǎng)度L- 1800|_im,光輸出Pop = 400mW)，因此，主要對(duì)不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。具體而言，在實(shí)施例7中，設(shè)襯底側(cè)區(qū)域103a厚度為0.25|iim、摻雜劑濃 度Nc-5 x io17 (/cm3);設(shè)活性層側(cè)區(qū)域103b厚度為1.75pm、摻雜劑濃度 Nc = 2 x 10I7( /cm3 )。此外，在實(shí)施例8中，設(shè)襯底側(cè)區(qū)域103a厚度為0.25,、 摻雜劑濃度Nc: 10x 1017 (/cm3);設(shè)活性層側(cè)區(qū)域103b厚度為1.75pm、摻 雜劑濃度Nc = 2 x 1017 (/cm3 )。圖13是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑 濃度與元件電阻的相關(guān)的相關(guān)曲線圖；圖14是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的半 導(dǎo)體激光器的襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度與工作電壓的相關(guān)的相關(guān)曲線圖。在圖13中，橫軸表示襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑濃度Nc ( x 1017/cm3)， 縱軸表示元件電阻Rd (Q)。此外，在圖14中，橫軸與圖13—樣，縱軸表示 工作電壓Vop ( 75°C 、光輸出Pop =訓(xùn)0mW )。在圖13、圖14中，實(shí)施例7的情況(襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑濃度Nc =5 x 1017 (/cm3))為，電阻Rd-3 (Q)，工作電壓Vop = 3.6 ( V )。與此相 對(duì)，與實(shí)施例2對(duì)應(yīng)的摻雜劑濃度Nc:2x l017(/cm3)的情況，電阻Rd-3.6 工作電壓Vop = 3.92 (V)。此外，實(shí)施例8的情況(襯底側(cè)區(qū)域103a 的摻雜劑濃度Nc: 10x 1017 (/cm3))為，電阻Rd:2.85 (Q),工作電壓Vop =3.55 (V)。即，襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑濃度Nc與元件電阻Rd的相關(guān)用 曲線Ch5表示，襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑濃度Nc與工作電壓Vop的相關(guān)用 曲線Ch6表示。需要使半導(dǎo)體激光器的工作電壓Vop為電流驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的激光器 驅(qū)動(dòng)器IC的驅(qū)動(dòng)最大電壓(最大額定輸出)以下。即，無(wú)法使電流在需要激 光器驅(qū)動(dòng)器IC的驅(qū)動(dòng)最大電壓以上的工作電壓的半導(dǎo)體激光器中流動(dòng)，因此 不能應(yīng)用激光器驅(qū)動(dòng)器IC。作為光拾取器(激光器驅(qū)動(dòng)器IC)的電源電壓，最常用的是5V。電源電 壓為5V時(shí)，電源額定的范圍為5士0.5V,因此，最小容許電源電壓為4.5V。 此外，作為激光器驅(qū)動(dòng)器IC自身的電壓下降為0.7V，所以，半導(dǎo)體激光器中 所容許的驅(qū)動(dòng)最大電壓為4.5V - 0.7V = 3.8V。因此，為了輸出高的光輸出Pop (例如Pop = 400mW)，需要將摻雜劑
濃度Nc設(shè)定為可以減小元件電阻Rd且可以使工作電壓Vop為激光器驅(qū)動(dòng)器 IC的驅(qū)動(dòng)最大電壓(3.8V)以下的摻雜劑濃度Nc-3 x 1017 (/cm3)以上。此 外，為了進(jìn)一步保證穩(wěn)定性、可靠性，更優(yōu)選將襯底側(cè)區(qū)域103a的摻雜劑濃 度Nc設(shè)定為4 x 1017 (/cm3)以上。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器，即使在確保高輸出的光輸出的可靠性、進(jìn) 一步提高對(duì)光學(xué)驅(qū)動(dòng)器的寫入速度的情況下，也可以防止工作電壓的上升而 以低的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而，能夠進(jìn)行通常的激光器驅(qū)動(dòng)器IC的驅(qū)動(dòng)。[第四實(shí)施方式]本實(shí)施方式的電子設(shè)備(未圖示)，采用使用半導(dǎo)體激光器進(jìn)行對(duì)光盤(寫 入用光盤)的光數(shù)據(jù)寫入的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式的電子設(shè)備釆用應(yīng)用第一實(shí)施 方式至第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)。電子設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)光盤的光盤驅(qū)動(dòng)部、向載置于該光盤驅(qū)動(dòng)部的 光盤寫入光數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體激光器、驅(qū)動(dòng)該半導(dǎo)體激光器并發(fā)生與電信號(hào)對(duì)應(yīng) 的光信號(hào)的激光器驅(qū)動(dòng)器IC、向該激光器驅(qū)動(dòng)器IC供給與光信號(hào)對(duì)應(yīng)的電信 號(hào)的電信號(hào)供給部、以及控制所述光盤驅(qū)動(dòng)部和所述電信號(hào)供給部且作為電 子設(shè)備發(fā)揮功能的控制部。此外，該控制部由中央處理裝置(CPU)構(gòu)成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以提供能夠可靠性優(yōu)良地長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行對(duì)光盤的光數(shù)據(jù)寫 入的電子設(shè)備。本發(fā)明可以在不脫離其宗旨或主要的特征的情況下以其它各種各樣的方 式進(jìn)行實(shí)施。因此，上述的實(shí)施例僅僅是例示，沒(méi)有限定性的解釋。本發(fā)明 的范圍是由技術(shù)方案的范圍而表示的，并不受說(shuō)明書本文的任何限制。進(jìn)而， 屬于技術(shù)方案范圍的同等范圍的變形或變更全部屬于本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體激光器，其在半導(dǎo)體襯底依次形成有第一導(dǎo)電型的下側(cè)包層、包含量子阱層的活性層及第二導(dǎo)電型的上側(cè)包層，其特征在于，所述下側(cè)包層的摻雜劑濃度為4.0×1017/cm3以下，諧振器長(zhǎng)度為1500μm以上。
2、 一種半導(dǎo)體激光器，其在半導(dǎo)體襯底依次形成有第一導(dǎo)電型的下側(cè) 包層、包含量子阱層的活性層及第二導(dǎo)電型的上側(cè)包層，其特征在于，所述下側(cè)包層的摻雜劑濃度為2.0 x 1017/^113以下， 諧振器長(zhǎng)度為18001im以上。
3、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述下側(cè)包層包 括所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的第一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述 第一下側(cè)包層的位于所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度比所述 第一下側(cè)包層的位于所述活性層側(cè)的活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度高。
4、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述下側(cè)包層包 括所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的第一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述 第 一下側(cè)包層的位于所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度比所述 第 一下側(cè)包層的位于所述活性層側(cè)的活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度高。
5、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述下側(cè)包層包 括所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的第一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述側(cè)區(qū)域，所述襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度比所述活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度高。
6、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述下側(cè)包層包 括所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的第一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述側(cè)區(qū)域，所述襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度比所述活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度
7、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述下側(cè)包層包 括所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的第 一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述 第 一下側(cè)包層包括位于所述半導(dǎo)體襯底側(cè)且不分布被所述活性層波導(dǎo)的光 的襯底側(cè)區(qū)域、和位于所述活性-層側(cè)且分布被所述活性層波導(dǎo)的光的活性層 側(cè)區(qū)域，使所述襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度相對(duì)于所述活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑 濃度，從所述活性層側(cè)區(qū)域起逐漸增加。
8、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述下側(cè)包層包 括所述半導(dǎo)體襯底側(cè)的第一下側(cè)包層和所述活性層側(cè)的第二下側(cè)包層，所述側(cè)區(qū)域，使所述襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度相對(duì)于所述活性層側(cè)區(qū)域的摻雜劑 濃度，從所述活性層側(cè)區(qū)域起逐漸增加。
9、 如權(quán)利要求3至權(quán)利要求8任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在 于，所述襯底側(cè)區(qū)域的摻雜劑濃度為4,0 x 1017/cm3以上。
10、 如權(quán)利要求3至權(quán)利要求8任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在 于，所述襯底側(cè)區(qū)域的厚度為30nm以上、300nm以下。
11、 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述襯底側(cè)區(qū)域 的厚度為30nm以上、300nm以下。
12、 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所 述活性層的光出射端部具有窗結(jié)構(gòu)。
13、 如權(quán)利要求3至權(quán)利要求8任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在 于，所述活性層的光出射端部具有窗結(jié)構(gòu)。
14、 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所 述下側(cè)包層的摻雜劑是硅。
15、 如權(quán)利要求3至權(quán)利要求8任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在 于，所述下側(cè)包層的摻雜劑是硅。
16、 一種電子設(shè)備，其使用半導(dǎo)體激光器進(jìn)行光數(shù)據(jù)寫入，其特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器是權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器。
17、 一種電子設(shè)備，其使用半導(dǎo)體激光器進(jìn)行光數(shù)據(jù)寫入，其特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器是權(quán)利要求3至權(quán)利要求8任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體激光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體襯底上依次形成下側(cè)包層、活性層、上側(cè)包層的半導(dǎo)體激光器及應(yīng)用這種半導(dǎo)體激光器的電子設(shè)備。本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器，在半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一導(dǎo)電型的下側(cè)包層、包含量子阱層的活性層及第二導(dǎo)電型的上側(cè)包層。所述下側(cè)包層的摻雜劑濃度為4.0×10¹⁷/cm³以下，諧振器長(zhǎng)度為1500μm以上。
文檔編號(hào)H01S5/10GK101165980SQ20071018114
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者竹岡忠士 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社