專利名稱：半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器，特別是涉及具備脊波導(dǎo)的半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及光盤系統(tǒng)或光通信等使用的半導(dǎo)體激光器，特別涉及雙 溝道型脊結(jié)構(gòu)型的分立型以及單塊型半導(dǎo)體激光器。所謂雙溝道型脊結(jié) 構(gòu)是以等效折射率小的溝道(槽)部夾著脊，進而用等效折射率大的層
夾著溝道部的結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻l,圖13)。
另外，伴隨著激光的高功率化，采用使脊寬度在激光諧振腔內(nèi)變化， 脊寬度朝向光射出端面而變寬的擴張型(flare type)脊結(jié)構(gòu)激光器。該 結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，能夠在實現(xiàn)高功率化的同時降低器件電阻、工作電壓、 工作電流?，F(xiàn)有的擴張脊型雙溝道結(jié)構(gòu)激光器的溝道寬度是與脊寬度的 變化無關(guān)地以固定的值而被設(shè)計的(例如，專利文獻2~4)。
專利文獻1日本專利3857294
專利文獻2日本專利申請公開2006-303267
專利文獻3日本專利2695440
專利文獻4日本專利公表2005-524234
在現(xiàn)有的擴張脊型雙溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器中，存在如下問題， 水平方向的遠場圖形的強度中心以及形狀隨著光輸出的變化而發(fā)生變
動，不能得到穩(wěn)定的成品率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，本發(fā)明的目的在于提供一種 半導(dǎo)體激光器，其能抑制伴隨光輸出變化的水平方向的遠場圖形的強度 中心的變動，而且，能射出遠場圖形的形狀穩(wěn)定的激光。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，是一種雙溝道型脊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器， 其具有脊；位于上迷脊的兩側(cè)，夾著上迷脊，與上迷脊相比等效折射 率較小的溝道部；以及在上述溝道部的外側(cè)，具有比上述溝道部的等效折射率大的等效折射率的層，該半導(dǎo)體激光器的特征在于，上述脊具有 朝向光射出端面而寬度變寬的擴張脊結(jié)構(gòu)，上述脊寬度最窄的地方的兩 側(cè)位置的溝道部的寬度，比上述光射出端面部的溝道寬度變得寬。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器中，通過以具有擴張脊結(jié)構(gòu)的雙溝道型脊 結(jié)構(gòu)，使脊寬度最窄的地方的兩側(cè)的溝道部的寬度比光射出端面部的溝 道寬度寬，從而能夠改善水平方向的遠場圖形的形狀，并且使遠場圖形 的中心穩(wěn)定。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖2是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的一部分 剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的上表面 外觀圖。
圖4是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的剖面的電場分 布的圖。
圖5是表示現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光器的水平方向的遠場圖形的實 際測量值的圖。
圖6是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的水平方向的遠 場圖形的實際測量值的圖。
圖7是表示現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體激光器的水平方向遠場圖形的中心角 的差分分布的圖。
圖8是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的水平方向遠場 圖形的中心角的差分分布的圖。
圖9是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的上表面 外觀圖。
圖10是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的上表 面外觀圖。
圖11是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的上表 面外觀圖。
圖12是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的一部分剖面圖。
圖13是表示本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的上表 面外觀圖。
附圖標記說明 121脊 125槽部
具體實施方式
實施方式1
實施方式1是具有雙溝道型脊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其脊形狀由脊 寬度固定不變化的區(qū)域l和朝向光射出端面而脊寬度變寬的擴張形狀的 區(qū)域2構(gòu)成。振蕩波長是660nm附近。圖1是表示本實施方式1的激光 器的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是圖1的A-A線的剖面圖。本實施方式1的半 導(dǎo)體激光器是用兩條槽部(溝道)125夾著脊121形成的雙溝道型脊結(jié) 構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。脊寬度和溝道寬度在圖2中分別用T、 Wc表示。
在圖3中表示了從上方觀察本實施方式1的包含溝道的脊附近的圖 形的外觀。在圖中設(shè)上述區(qū)域1的長度為Ll，區(qū)域2的長度為L2，與 每個對應(yīng)的脊寬度記為Tl， T2，溝道寬度記為Wcl， Wc2。
在該雙溝道型擴張脊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器中，光射出端面部的溝道 寬度與脊寬度最窄的地方的溝道部相比變窄。通過采用這種結(jié)構(gòu)，抑制 伴隨光輸出變化的水平方向的遠場圖形的強度中心的變動。
另外，在脊寬度最窄的地方，溝道部的寬度被最優(yōu)化，以使激光器 的脊中心的電場強度和溝道外側(cè)的端的電場強度滿足以下條件
E = Acos (ux) (1)
E = Ac o s (uT/2) e x p (—w ( | x | —T/2) ) (2)
U2+W2= (ni2—n22) (2兀/" 2T2 ... (3) w= u t a n (u) ' (4)
其中，在假設(shè)E為電場、A為規(guī)定的系數(shù)、x為距上述脊中心的距 離、T為上述脊寬度、nl為上述脊的等效折射率、n2為上述溝道部的等 效折射率、X為上迷半導(dǎo)體激光器的振蕩波長、Wc為上述溝道部的寬度 的情況下，進行設(shè)定，以使根據(jù)(1 )到(4)計算的x=0的電場El與
6x=T/2+Wc的電場E2的比E2/E1滿足
0.0001 SE2/E1 ^ 0.01 ... (5)
將上述參數(shù)和脊附近的折射率分布和電場分布表示于圖4。這樣， 通過設(shè)定脊寬度最窄的地方的溝道部的寬度，能夠進一步改善水平方向 的遠場圖形的形狀，而且使遠場圖形的中心穩(wěn)定。
另外，在本實施方式l中，假設(shè)從脊部的中心到溝道的外側(cè)的端的 距離固定。通過采用這種結(jié)構(gòu)，使制造時的加工變得容易，能提高大規(guī) 模生產(chǎn)性。
下面，簡單敘述實施方式1的雙溝道型擴張脊半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu) 和制造方法。
在圖1中，在n型(n-) GaAs襯底101的上方，形成n-AlGalnP下 包覆層103。在n-AlGalnP下包覆層103上，形成以GalnP為阱層、以 AlGalnP為阻擋層的多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層105 (以下稱為MQW活性 層)。
在活性層105上依次形成p型(p-) AlGalnP第一上包覆層107、蝕 刻終止層109。在蝕刻終止層109上，線狀地形成有脊121。而且，隔 開被形成于脊121的兩側(cè)的兩條槽部125，沿著脊121線狀地形成有 p-AlGalnP第二上包覆層111。
而且，在脊121以及p-AlGalnP第二上包覆層111的上表面上形成 p-GaAs接觸層113,在其上部形成有絕緣膜115。在絕緣膜115上形成 有由金屬薄膜和鍍金構(gòu)成的p電極117。而且脊121上的絕緣膜115被 開口， p電極117和p-GaAs接觸層113電連接。
在半導(dǎo)體激光器129的端面附近設(shè)置有窗口區(qū)域123。而且，在 n-GaAs襯底101的背面上形成有n電極119。另外，127表示激光光束。
在上述例中，AlGalnp的組成，通過(AlxGa^) 0.5In0.5P正確地表 示。而且，n-AlGalnP下包覆層103的組成比x是0.5-0.7, p-AlGalnp 第一上包覆層107的組成比x是0.5 0,7， p-AlGalnP第二上包覆層111 的纟且A比xA 0.5 0.7。
各層的厚度是，n-AlGalnP下包覆層103為1.5~4pm, p-AlGalnP第 一上包覆層107為0.1 lpm, p-AlGalnP第二上包覆層111為0.5~2pm。 而且，各層的栽流子濃度是，n-AlGalnP下包覆層103為 0.3 2.0xl018cm'3， p-AlGalnP第一上包覆層107為0.3 2.0xl018cm-3,
7p-AlGalnP第二上包覆層in為0.3 2.0xl018cm-3。
在現(xiàn)有的雙溝道型脊結(jié)構(gòu)中，即使脊寬度在諧振腔內(nèi)變化，溝道寬 度在諧振腔內(nèi)也不發(fā)生變化而保持固定。
與此相對，在實施方式l中，脊寬度在最窄的地方(Tl)是1.5nm, 在最寬的前端面(T2)是3^im。溝道寬度在最寬的地方(Wcl )是6nm， 在最窄的地方(Wc2)約為5.3nm。以Ll與L2的比變成1:1的方式進 行設(shè)計。
在本實施方式1中，設(shè)定了 TH1.5pm, T2=3.0nm，在工作電壓的 上升沒有問題的范圍內(nèi)能縮小寬度，在紐結(jié)水平(kink level)的下降所 允許的范圍內(nèi)能擴大寬度。通常，在Tl為1.0^im 3.(Him, T2為 1.5[im 5.0nm的范圍內(nèi)，能夠以滿足T1〈T2的關(guān)系的方式進行設(shè)計。 Wcl是根據(jù)式(5)由Tl決定的值，Wc2的值由T2和Wcl決定。另夕卜， Ll和L2的比能任意設(shè)定。因為Ll/L2變大時工作電壓上升，變小時紐 結(jié)水平降低，所以設(shè)定Ll/L2以使?jié)M足需要的性能。
下面，說明本實施方式的半導(dǎo)體激光器的制造方法。首先，根據(jù) MOCVD法等晶體生長法，在n-GaAs襯底101上依次形成n-AlGalnP下 包覆層103、 MQW活性層105、 p-AlGalnP第一上包覆層107、蝕刻終 止層109、 p-AiGalnP第二上包覆層111、 p-GaAs接觸層113。其次，在 端面附近，通過Zn擴散等使MQW活性層105無序化，由此，形成窗 口區(qū)域123。接著，將抗蝕劑或絕緣膜作為掩膜，通過干法刻蝕，和使 用硫酸或鹽酸類蝕刻液有選擇地蝕刻p-AlGalnP第二上包覆層111,從 而形成脊121和槽部125。此時，通過使用石克酸等合適的蝕刻液，蝕刻 在蝕刻終止層109自動地停止。
接著，通過在整個面形成氮化膜等絕緣膜115，通過光刻法在脊121 的上表面形成開口部，形成由金屬薄膜和鍍金構(gòu)成的p電極117。
在圖5和圖6中比較實際制造的半導(dǎo)體激光器的水平方向的遠場圖 形。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的遠場圖形是圖5,實施方式1的遠場圖形是圖6。另外， 在圖7和圖8中以現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和實施方式1比較光輸出5mW時和120mW 時的水平方向遠場圖形的中心角的差分的分布。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的分布是圖7, 實施方式1的分布是圖8。通過比較二者，可知通過在本實施方式1中 所示的范圍內(nèi)設(shè)計溝道部125的寬度，與現(xiàn)有技術(shù)的情況相比能明顯改 善水平方向的遠場圖形的形狀，而且，可知遠場圖形的中心非常穩(wěn)定。另外，代替雙溝道結(jié)構(gòu)，即使通過Zn擴散和質(zhì)子注入形成具有和 雙溝道結(jié)構(gòu)同樣的激光光束吸收效果的區(qū)域，也對伴隨光輸出增加引起 的水平方向的遠場圖形的變動有抑制效果。
實施方式2
圖9、圖IO表示從上方觀察本發(fā)明的其他實施方式的、包含溝道的 脊附近的圖形的外觀圖。在本實施方式中，和實施方式l相同，光射出 端面部的溝道寬度與脊寬度最窄的地方的溝道部相比變窄。另外，在脊 寬度最窄的地方，溝道部的寬度被最優(yōu)化，以使激光器的脊中心的電場 強度和溝道外側(cè)的端的電場強度滿足實施方式1的式(5)。但是，在 諧振腔內(nèi)從脊部的中心到溝道外側(cè)的端的距離不固定。即使這種半導(dǎo)體 激光器，也能得到和實施方式1相同的效果。
實施方式3
圖11表示從上方觀察本發(fā)明的另一個實施方式的、包含溝道的脊 附近的圖形的外觀圖。這是以如下方式設(shè)計的為了后端面方向的脊寬 度最終和光射出端面的最寬的寬度一致，朝向后端面方向擴大脊寬度， 在制造時的晶片上，脊的前端面與鄰接的芯片的后端面連接。通過這樣 設(shè)計，能改善生產(chǎn)性。
實施方式4
本發(fā)明，以AlGWnP類半導(dǎo)體激光器為例，對振蕩波長為660nm附 近的半導(dǎo)體激光器進行了說明，但關(guān)于振蕩波長在601nm以上、700nm 以下的范圍的半導(dǎo)體激光器，可以說是相同的。除此之外，也能適應(yīng)于 振蕩波長為330nm以上，600nm以下的范圍的半導(dǎo)體激光器，和振蕩波 長為701nm以上，900nm以下的范圍的半導(dǎo)體激光器。而且，也可以將 具有上述的不同的振蕩波長的半導(dǎo)體激光器集成在一個芯片。圖12是 表示本發(fā)明的另一個實施方式的半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)的一部分剖面圖。 另外圖12表示從上方觀察本實施方式的包含溝道的脊附近的圖形的外 觀圖。本實施方式是以與實施方式1所示的半導(dǎo)體激光器同樣的構(gòu)圖， 將具有不同的振蕩波長的2個半導(dǎo)體激光器集成于一個芯片的情況。即 使在這樣的半導(dǎo)體激光器中，在各激光器中，在各個振蕩波長能改善水
9平方向的遠場圖形的形狀，能使遠場圖形的中心穩(wěn)定。
再有，在附圖和說明書中公開了本發(fā)明的典型性的優(yōu)選實施方式，
使用了特定的術(shù)語，這些僅一般地且記述地使用，不用說其目的不是用
于限定本說明書中記迷的專利申請的范圍的。
如上述，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體激光器適于具有脊波導(dǎo)的半導(dǎo)體激光器。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器，是雙溝道型脊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，具有脊；位于上述脊的兩側(cè)，夾著上述脊，與上述脊相比等效折射率小的溝道部；以及在上述溝道部的外側(cè)，具有比上述溝道部的等效折射率大的等效折射率的層，該半導(dǎo)體激光器的特征在于，上述脊具有朝向光射出端面而寬度變寬的擴張脊結(jié)構(gòu)，上述脊的寬度最窄的地方的兩側(cè)位置的溝道部的寬度，與上述光射出端面部的溝道部的寬度相比變寬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，是雙溝道型脊結(jié)構(gòu)的半 導(dǎo)體激光器，上述脊的寬度為T，等效折射率為nl，上述溝道部的等效 折射率為n2,振蕩波長為入，用基模振蕩，該半導(dǎo)體激光器的特征在于，在以 <formula>formula see original document page 2</formula>表示距上述脊的中心的距離x的電場E的情況下，其中，A是規(guī)定的系 數(shù)，上述脊的寬度最窄的地方的溝道部的寬度Wc被設(shè)定，以使X=0的 電場El與X=T/2+Wc的電場E2的比E2/E1滿足 0. 01 . . . (5)。
3. 根椐權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，從上述脊 部的中心到上述溝道部的外側(cè)的端的距離是固定的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3的任一項所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于， 振蕩波長在601nm以上、700nm以下的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~3的任一項所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于， 振蕩波長在701nm以上、900nm以下的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于， 振蕩波長在330nm以上、600nm以下的范圍內(nèi)。
7. —種半導(dǎo)體激光器，其特征在于，包含多個具有不同振蕩波長 的權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，將上述多個半導(dǎo)體激光器集成在一 個芯片上。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器。在脊寬度朝向射出端面擴大的擴張脊型雙溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器中，隨著光輸出的變化，水平方向的遠場圖形的強度中心以及形狀發(fā)生變動，不能得到穩(wěn)定的成品率。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體激光器，其通過使脊寬度最窄的地方的兩側(cè)的溝道部的寬度比光射出端面部的溝道寬度變寬，能夠抑制隨著光輸出變化的水平方向的遠場圖形的強度中心的變動，射出遠場圖形的形狀穩(wěn)定的激光光束。
文檔編號H01S5/24GK101588020SQ200910009970
公開日2009年11月25日 申請日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者大倉裕二, 山口勉, 西田武弘, 高瀨禎 申請人:三菱電機株式會社