專利名稱：半導體激光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于光通信等的半導體激光裝置，特別是，涉及一種使光強分布非對稱的半導體激光。
背景技術：
隨著采用光纖的公共通信網絡的普及，越來越要求低價大信息量的傳送。依據這種請求，為了低價修建公共通信網絡，增大傳送信息量，有必要開發跟已經修建的光纖網絡的光學匹配特性好，并且光輸出效率高的半導體激光裝置。
圖15是傳統的半導體激光器的剖視圖。
圖15中，200表示半導體激光器，202表示p導電型InP襯底(以下，p導電型標為“p-”、n導電型標為“n-”)，204表示p-InP包層，206表示活性區，是由InGaAsP阱層和InGaAsP阻擋層構成的多重量子阱結構的活性層和上下挾持活性層而設置的InGaAsP光約束層所構成。208表示n-InP包層，210表示InP電流阻擋層，212表示n-InP包層，214表示n型電極，216表示p型電極。
這種半導體激光器200中，若以p型電極216為正電位，在p型電極216和n型電極214之間施加偏壓，則電流有效地集中流過活性區206，能夠低電流工作且發光。p-InP包層204與n-InP包層208的折射率比活性區206小，光以活性區206為中心分布。
圖16是傳統的半導體激光器的近場圖樣的示意圖。
圖16中，縱軸表示光強，橫軸表示以活性區206為中心的距離。跟橫軸平行的虛線表示光強達至峰值的10％的位置。
圖16中，以中央的活性區206為中心，n側和p側的光強分布呈左右對稱。圖16的例中，n側和p側的面積比例分別為0.397。光強分布曲線漸近橫軸，實際上大致為0的位置是離中央活性區206約2.0μm的位置。
另外，輸出功率大的雙異質結構的半導體激光器中，通過改變挾持多重量子阱結構的活性層而形成的n-AlGaAs導光層和p-AlGaAs導光層，以及挾持這種n-AlGaAs導光層和p-AlGaAs導光層而形成的n-AlGaAs包層和p-AlGaAs包層的各自材料組成比例，使整體的折射率分布以活性層為中心，向任一方偏移，使光密度分布的峰值和電流分布的峰值不一致，從而防止材料的惡化且改善可靠性。這種例可參照，例如，日本專利文獻特開平11-243259號公報(第6頁～第9頁，圖1～圖3)。
并且，用作光纖放大器用的激勵光源等的半導體激光器中，設有挾持活性層而設置的上部與下部導光層，挾持該上部與下部導光層而設置的上部與下部包層，在上部導光層和上部包層之間與下部導光層和下部包層之間分別再設置其折射率比包層更低的半導體層，從而構成有20°以下的狹窄垂直輻射角的橫模穩定的半導體激光器。該例可參照例如日本專利文獻特開平8-195529號公報(第3頁～第4頁，圖3)。
半導體激光器200發光的時候，由于活性區206為薄層，向p-InP包層204與n-InP包層208的漏光會很大。一般在半導體激光器中，為了得到高的電流-光輸出效率即斜率效率，有必要降低在活性區206之外，特別是p-InP包層204中的光吸收量。
p型半導體區中的光吸收大的原因是，在p型的添加雜質的注入區中價電子帶間吸收顯著。這種現象并不是InP系列材料所獨有的現象，在AlGaAs系列材料的半導體激光器中也發生，特別在InP系列材料的半導體激光器中更顯著。
應對這種現象的傳統的方法有通過降低P型半導體區，例如p-InP包層204的載流子濃度的處理。但是通過降低與n型半導體區相比其電阻往往變大的P型半導體區的載流子濃度，進而會有電阻增大的傾向，并會因大電流時的發熱而導致光輸出降低，也就是所謂的“滾降”(roll-off)問題。
再有，光纖網絡的鋪設正在進展的現狀下，半導體激光器不但要有高的斜率效率，還必須具備跟已鋪設的光纖網絡的足夠的光學匹配特性。為此，半導體激光器必須具有跟傳統的半導體激光器相差不大的近場圖樣。
發明內容
本發明的主要目的是為了克服上述的問題，構成減少大電流時的光輸出的降低，且提高斜率效率，跟傳統的半導體激光器相比近場圖樣變化不大的半導體激光器。
本發明的半導體激光裝置中設有第一導電型的半導體襯底，在該半導體襯底上設置的第一導電型的第一包層，在該第一包層上設置的活性層，在該活性層上設置的第二導電型的第二包層，以及從活性層發光的激光的近場圖樣的光強實際成為0的位置的活性層側層疊的、具有0.05～0.3μm厚度的、使光強的分布重心偏向n側的半導體層；因此，使漏光偏向n導電型的包層而不會較大的改變近場圖樣，使p導電型的包層中的光吸收減少，并提高斜率效率。
圖1是本發明實施例1的半導體激光器的剖視圖。
圖2是本發明實施例1的半導體激光器的活性區的示意圖。
圖3是表示本發明實施例1的半導體激光器的能帶結構的能帶示意圖。
圖4是表示本發明實施例1的半導體激光器的折射率的示意圖。
圖5是表示本發明實施例1的半導體激光器的近場圖樣的示意圖。
圖6是表示本發明實施例1的半導體激光器的光輸出與斜率效率的曲線圖。
圖7是表示本發明實施例1的半導體激光器的變形例的剖視圖。
圖8是本發明實施例2的半導體激光器的剖視圖。
圖9是表示本發明實施例2的半導體激光器的折射率的示意圖。
圖10是表示本發明實施例2的半導體激光器的變形例的剖視圖。
圖11是本發明實施例3的半導體激光器的剖視圖。
圖12是表示本發明實施例3的半導體激光器的變形例的剖視圖。
圖13是本發明實施例4的半導體激光器的剖視圖。
圖14是表示本發明實施例4的半導體激光器的變形例的剖視圖。
圖15是傳統的半導體激光器的剖視圖。
圖16是傳統的半導體激光器的近場圖樣的示意圖。
具體實施例方式
以下實施例的說明中，例如，以用于光通信的1.3μm～1.7μm波段的InP系列埋入式半導體激光器為例進行說明。
圖1是本發明的實施例1的半導體激光器的剖視圖。
圖1中，10表示半導體激光器，在圖1的半導體激光器10的剖面中，跟紙面垂直的方向為波導方向。12表示作為半導體襯底的p-InP襯底，14表示設置在p-InP襯底12上的作為第一包層的p-InP包層，這種p-InP包層14的帶隙能量為1.35eV，層厚為1000nm，載流子濃度為1×1018cm-1。16表示設在p-InP包層14上的活性區。
18表示設在活性區16上的作為第二包層的n-InP包層，這種n-InP包層18在本實施例1中分為兩層，由與活性區16鄰接的n-InP包層18a和設在其上部的n-InP包層18b構成。n-InP包層18的帶隙能量為1.35eV，載流子濃度為1×1018cm-1，n-InP包層18的層厚例如為700nm。
20表示在n-InP包層18a和n-InP包層18b之間插入的、作為半導體層的n-InGaAsP包層，其材料為In0.8Ga0.2As0.44P0.56，帶隙能量為1.03eV，層厚為100nm，載流子濃度為1×1018cm-1。
p-InP包層14的一部分14a、活性區16、n-InP包層18a、n-InGaAsP包層20以及n-InP包層18b形成為脊形，形成光波導脊22。
光波導脊22的兩側設有InP層24，具有電流阻擋層的作用。26表示設在n-InP包層18b與InP層24上的n-InP接觸層。28表示設在n-InP接觸層26上的n型電極，30表示設在p-InP襯底12的背面的p型電極。
圖2是本發明的實施例1的半導體激光器的活性區的示意圖。圖2示意表示活性區的剖面。
圖2中，16a表示與p-InP包層14鄰接的作為第一光約束層的InGaAsP光約束層，其材料為未摻雜的In0.8Ga0.2As0.44P0.56，帶隙能量為1.03eV，層厚為40nm。
16b表示設在InGaAsP光約束層16a上的活性層，該活性層16b具有多重量子阱結構，由未摻雜的In0.8Ga0.2As0.74P0.26、帶隙能量為 0.77eV、層厚為6.5nm 的阱層16c和未摻雜的In0.71Ga0.29As0.48P0.52、帶隙能量為1.03eV、層厚為9nm的阻擋層16d交互設置而成。
16e表示設在活性層16b上的作為第二光約束層的InGaAsP光約束層，其材料為未摻雜的In0.8Ga0.2As0.44P0.56，帶隙能量為1.03eV，層厚為40nm。
本實施例1中，活性區16是由InGaAsP光約束層16a、活性層16b以及InGaAsP光約束層16e所構成。
再有，p型半導體層的添加雜質(例如)為Zn，n型半導體層的添加雜質(例如)為S。
圖3是表示本發明的實施例1的半導體激光器的能帶結構的能帶圖。
實施例1中，n-InGaAsP包層20的帶隙能量為1.03eV，跟InGaAsP光約束層16a、阻擋層16d以及InGaAsP光約束層16e有相同帶隙能量，但是帶隙能量也可以不同。
圖4是表示本發明的實施例1的半導體激光器的折射率的示意圖。
圖4中，n-InP包層18和p-InP包層14有最小的折射率，而In0.8Ga0.2As0.74P0.26的阱層16c有最大的折射率。并且，實施例1中，n-InGaAsP包層20的折射率跟InGaAsP光約束層16a、阻擋層16d以及InGaAsP光約束層16e相同，但也可以不同。n-InGaAsP包層20的折射率可大于n-InP包層18，且小于阱層16c。
并且，實施例1中，活性區16和n-InGaAsP包層20之間的間隔L2跟n-InP包層18a的層厚L2相同，例如為700nm，n-InGaAsP包層20的層厚L1為100nm。
圖5是表示本發明的實施例1的半導體激光器的近場圖樣的示意圖。圖5中縱軸為光強，橫軸為以活性區16為中心的距離。跟橫軸平行的虛線表示光強達到峰值的10％的位置。
圖5中，光強分布在由黑色縱軸表示的中央的活性區16的附近，但半導體激光器10中，由于n-InGaAsP包層20挾在n-InP包層18a和n-InP包層18b之間而設置，其光的分布對于活性區16不會左右對稱。從中央的活性區16開始單調遞減的光強分布，在n-InGaAsP包層20的部分(由n側的斜線所示的薄層)上升，其光強分布呈非對稱，同時增加了n側的面積比例。
圖5中光強減少而漸近橫軸，實際大致為0的位置在p側中大概在1.5μm～2μm左右的位置。并且，在n側中，由于插入n-InGaAsP包層20，其光強分布曲線并不單調遞減，該位置大致在3μm左右。
把n-InGaAsP包層20插入n-InP包層18內，為使光強分布的重心有效地偏向n側，最好使n-InGaAsP包層20位于比激光的近場圖樣的光強實際大致為0的位置更靠近活性層，更理想的是比光強降至10％的位置更靠近活性層的位置。本實施例1中，近場圖樣的光強實際大致為0的部位約為1.5μm(1500nm)～2μm，因此，L1和L2之和為1.5μm以下即可，但最好為0.7～0.9μm。
并且，n-InGaAsP包層20的層厚L1可以為0.05μm～0.3μm，0.05μm～0.2μm則理想，最好是0.1μm的附近。
下面對半導體激光器10的制造方法進行概略說明。
采用MOCVD法，在p-InP襯底12上依次形成p-InP包層14、InGaAsP光約束層16a、In0.8Ga0.2As0.74P0.26的阱層16c和In0.71Ga0.29As0.48P0.52的阻擋層16d交互設置的多重量子阱結構的活性層16b，n-InP包層18a，n-InGaAsP包層20，以及n-InP包層18b。
接著，采用通常的光刻法與化學蝕刻法形成寬為1～2μm左右的、按波導方向延伸的光波導脊22。
然后，再由MOCVD法等來生長InP層，使其埋入光波導脊22周圍，形成電流阻擋結構。
接著，用蝕刻法對光波導脊22和InP層24的上面進行平坦化加工后，使n-InP包層26結晶生長。
進而，在n-InP包層26的上面形成n型電極28，并在p-InP襯底12的背面形成p型電極30，使半導體激光器10加工完成。
下面就工作過程進行說明。
半導體激光器10中，以p型電極30為正電位，在p型電極30和n型電極28之間施加偏壓，按照InP層24的電流阻擋結構，電流流過光波導脊22，在活性區16上有效地集中流過，可以低電流工作，且可以發光。p-InP包層14與n-InP包層18的折射率比活性區16小，光分布在活性區16的附近。
半導體激光器10的n-InP包層18中，由于n-InGaAsP包層20挾于n-InP包層18a和n-InP包層18b之間設置，從中央的活性區16單調遞減的光強，在n-InGaAsP包層20的部分(n側的斜線表示的薄層來)上升，其光強分部在n側和p側上成為非對稱，同時增加n側面積比例。
圖16中表示的傳統的半導體激光器中n側與p側的光強分布的面積比例分別為0.397，呈左右對稱，但與此形成對比，圖5所示的半導體激光器10中，p側的光的分布的面積比例減小到0.332，其差額增加半導體激光器10的n側光強分布的面積比例。
這是由于在n-InP包層1 8a和n-InP包層1 8b之間，插入折射率比InP大且小于阱層16c的n-InGaAsP包層20，使n側的包層的折射率的平均值大于p側的包層的折射率的平均值。從而，光強的分布中心偏向n側的包層，其漏光也偏向n側，而p側的漏光減少，與此相應光的吸收也減少。
并且，漏光偏向n側，將無需降低p側的雜質濃度，因此，不會因降低雜質濃度而招致電阻的增大。因此，不會產生因發熱而來的光輸出的“滾降”，能夠減小光吸收而使光輸出增大，同時提高斜率效率。
圖6是表示本發明的實施例1的半導體激光器的光輸出與斜率效率的曲線圖。為了比較，圖6中也示出了傳統結構的半導體激光器的光輸出與斜率效率。
圖6中，A1與A2是表示斜率效率η相對于電流If的關系曲線，其中，曲線A1跟半導體激光器10相關，A2跟傳統的半導體激光器相關。
另外，B1與B2是激光器輸出功率P0相對于電流If的曲線，其中，曲線B1跟半導體激光器10相關，B2跟傳統的半導體激光器相關。
如圖6所示，跟傳統的半導體激光器相比，半導體激光器10的光輸出功率變大，同時斜率效率也增高。
并且，在實施例1中，由于n-InGaAsP包層20的層厚薄到100nm，n-InGaAsP包層20和活性區16之間的間隔也為700nm，所以，不會使近場圖樣有大的改變。因此，跟傳統的半導體激光器同樣，也能夠確保光纖和半導體激光器的光學匹配特性，跟已鋪設的光纖網絡的匹配特性也良好。
圖7是表示本發明的實施例1的半導體激光器的變形例的剖視圖。
圖7中，36表示半導體激光器。另外，跟圖1相同的符號表示相同或相當的部分。在以下的附圖中也如此。
半導體激光器36中的n-InP包層18較薄，在這種情況下，可以把n-InP接觸層26分為兩層，并在n-InP接觸層26a和n-InP接觸層26b之間設置n-InGaAsP包層20。
但即使在這種場合，也需要使n-InGaAsP包層20位于比激光的近場圖樣的光強大致為0的位置更接近活性層，更理想的是比光強降至10％的位置更接近活性層的位置。
實施例1中，近場圖樣的光強實際大致為0的部位約為1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，L1和L2之和為1.5μm以下即可，但最好為0.7～0.9μm。
如此，通過設置n-InGaAsP包層20，取得跟前面所述的半導體激光器10同樣的效果。
如上所述，本實施例的半導體激光器中，采用p-InP襯底，在n-InP包層之間插入0.05μm～0.3μm層厚，例如通過插入層厚為100nm左右的n-InGaAsP包層，使n側包層的折射率的平均值大于p側包層的折射率的平均值，因此，光強分布的重心偏向n側的包層。因此，漏光偏向n側。從而p側的光吸收減少。
另外，由于在p側漏光減少，將無需降低p側的雜質濃度，不會因降低雜質濃度而招致電阻的增大。
因此，不會產生因發熱而來的光輸出功率的“滾降”，能夠減小光吸收使光輸出增大，同時提高斜率效率。
另外，由于因插入n-InGaAsP包層而導致的近場圖樣的改變并不大，跟傳統的半導體激光器同樣，也能夠確保光纖和半導體激光器的光學匹配特性。因此，本實施例的半導體激光器，跟現已鋪設的光纖網絡的匹配特性良好。進而，能構成光輸出效率高，跟光纖的匹配特性好的通信用半導體激光器。
圖8是本發明實施例2的半導體激光器的剖視圖。
圖8中，40表示半導體激光器，在圖8的半導體激光器40的剖面中，跟紙面垂直的方向為波導方向。42表示作為半導體層的p-AlGaInAs包層。
由于半導體激光器40采用p-InP襯底12，結構跟實施例1的半導體激光器10大致相同，但是，對于半導體激光器10在n-InP包層18中設有其折射率比n-InP包層18高的n-InGaAsP包層20，而在半導體激光器40中，則在p-InP包層14中插入其折射率比p-InP包層14低的p-AlGaInAs包層。
半導體激光器40中，p-AlGaInAs包層42插入在p-InP包層14d和p-InP包層14c之間。
并且，由n-InP包層18、活性區16、p-InP包層14d、p-AlGaInAs包層42以及p-InP包層14c的一部分構成光波導脊22。
p-AlGaInAs包層42的層厚L4為100nm，添加雜質為Zn，載流子濃度為1×1018cm-1。
圖9是表示本發明實施例2的半導體激光器的折射率的示意圖。
圖9中，p-AlGaInAs包層42的折射率小于p-InP包層14。而且，InGaAsP光約束層16a和p-AlGaInAs包層42的間隔L3，在本實施例中跟p-InP包層14d的層厚相同，例如為700nm。
p-AlGaInAs包層42最好位于比激光的近場圖樣的光強大致為0的位置更接近活性層，更理想的是比光強降至10％的位置更接近活性層的位置。
因此，實施例2中，近場圖樣的光強實際大致為0的部位約為1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，InGaAsP光約束層16a和p-AlGaInAs包層42的間隔L3和p-AlGaInAs包層42的層厚L4之和為1.5μm以下即可，但最好為0.7～0.9μm。
半導體激光器40的制造方法也跟實施例1的半導體激光器10的制造方法相同，不同之處在于改變由MOCVD法層疊的順序而形成，并且不是形成n-InGaAsP包層20而是形成p-AlGaInAs包層42。
在半導體激光器40中，在p-InP包層14插入折射率比p-InP包層14更小的p-AlGaInAs包層42。因此，p側包層的折射率的平均值低于n側包層的折射率的平均值。從而，光強分布的重心偏向n側的包層，其漏光也偏向n側。因此，跟實施例1同樣，p側的光吸收減少，并提高斜率效率。
另外，由于插入p-AlGaInAs包層42不會使近場圖樣有大的改變，因此能跟傳統的半導體激光器一樣地確保光纖和半導體激光器的光學匹配特性。進而，能構成光輸出效率高，跟光纖的匹配特性好的通信用半導體激光器。
圖10是表示本發明實施例2的半導體激光器的變形例的剖視圖。
圖10中，46表示半導體激光器。半導體激光器46中，光波導脊22由n-InP包層18、活性區16以及p-InP包層14d的一部分來構成。
這是光波導脊22的p-InP包層14d的部分比較薄的場合，這種情況下，p-AlGaInAs包層42可以不插入在光波導脊22的內部，而是插入在光波導脊22的下部的p-InP包層14d和p-InP包層14c之間。
但即使在這種場合，也需要使p-AlGaInAs包層42位于比激光的近場圖樣的光強大致為0的位置更接近活性層，最好比光強降至10％的位置更接近活性層的位置。
此變形例中，近場圖樣的光強實際大致為0的部位約為1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，活性區16和p-AlGaInAs包層42之間的間隔和p-AlGaInAs包層42的層厚之和，即L3和L4之和為1.5μm以下即可，但最好為0.7～0.9μm。
這樣，即使把p-AlGaInAs包層42比光波導脊22設置得更接近p-InP襯底12，也可以得到跟上述的半導體激光器40同樣的效果。
如上所述，本實施例的半導體激光器中，采用p-InP襯底，例如，在p-InP包層上插入折射率比p-InP包層14更低的p-AlGaInAs包層，從而使p側包層的折射率平均值低于n側包層的折射率的平均值，因此，光強分布的重心偏向n側的包層，其漏光也偏向n側。因此，p側的光吸收減少，其斜率效率提高。
再有，這種半導體激光器能夠跟傳統的半導體激光器一樣地確保與光纖的光學匹配特性。
進而，能構成光輸出效率高，跟光纖的匹配特性好的通信用半導體激光器。
再有，實施例1中使用了p-InP襯底12，并在活性區16的n側上設置n-InGaAsP包層20，而實施例2中使用p-InP襯底12，并在活性區16的p側插入了p-AlGaInAs包層42。另外，也可以使用p-InP襯底12，采用在活性區16的n側插入n-InGaAsP包層，并在活性區16的p側插入p-AlGaInAs包層的結構。
圖11是本發明的實施例3的半導體激光器的剖視圖。
圖11中，50表示半導體激光器，在圖11的半導體激光器50的剖面中，跟紙面垂直的方向為波導方向。
52表示作為半導體襯底的n-InP襯底，n-InP襯底52上設置n-InP包層18b，在該n-InP包層18b的上面設置n-InGaAsP包層20，再在該n-InGaAsP包層20上設置n-InP包層18a。n-InP包層18a和n-InP包層18b構成作為第一包層的n-InP包層18。
再有，在n-InP包層18a的上面設置了活性區16，在活性區16的上面設置了作為第二包層的p-InP包層14。
由p-InP包層14、活性區16、n-InP包層1 8a、n-InGaAsP包層20以及n-InP包層18b的一部分形成脊形，從而形成光波導脊22。
在該光波導脊22的兩側設置InP層24，它具有電流阻擋層的作用。
54表示設在光波導脊22和InP層24上面的p-InP接觸層。在p-InP接觸層54的上面設置p型電極30，而在n-InP襯底52的背面設置了n型電極28。
這種半導體激光器50，跟半導體激光器10在半導體襯底或層的結構方面有所不同，但仍可以用跟實施例1相同的制造方法來制造。
在本實施例3中，從活性區16到n-InGaAsP包層20的距離L2也跟n-InP包層18a的層厚L2相同，例如為700nm，n-InGaAsP包層20的層厚L1為100nm。
并且，使n-InGaAsP包層20位于比激光的近場圖樣的光強實際大致為0的位置更接近活性層的位置為好，更理想的是位于比光強降至10％的位置更接近活性層的位置。
實施例3中，近場圖樣的光強實際大致為0的部位約為1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，L1和L2之和為1.5μm以下即可，但最好為0.7～0.9μm。
并且，n-InGaAsP包層20的層厚L1可以為0.05μm～0.3μm，0.05μm～0.2μm則更理想，最好是在0.1μm附近。
該半導激光器50中，通過在n-InP包層18中插入折射率比InP大且小于阱層16c的n-InGaAsP包層20，使n側的包層的折射率的平均值大于p側的包層的折射率的平均值。因此，跟實施例1同樣，光強的分布重心偏向n側的包層，其漏光也偏向n側，從而p側的光吸收減少。
若p側的光吸收減少，則無需降低p側的雜質濃度，將不會有因降低雜質濃度而來的電阻的增大。因此，不會產生因發熱而導致光輸出的“滾降”，從而能夠減少光吸收，并提高斜率效率。
再有，由于插入n-InGaAsP包層并不會使近場圖樣有大的改變，也能夠確跟傳統的半導體激光器一樣地確保光纖和半導體激光器的光學匹配特性，跟現已鋪設的光纖網絡的匹配特性也良好。進而，能構成光輸出效率高，跟光纖的匹配特性好的通信用半導體激光器。
圖12是表示本發明的實施例3的半導體激光器變形例的剖視圖。
圖12中，56表示半導體激光器。半導體激光器56中，光波導脊22是由p-InP包層14、活性區16以及n-InP包層18a的一部分來構成。這是在光波導脊22的n-InP包層18a的部分比較薄的場合，這種情況下，可以不在光波導脊22的內部，而是在光波導脊22的下方，在n-InP包層18a和n-InP包層18b之間插入n-InGaAsP包層20。
但是這種情況下，也需要使n-InGaAsP包層20位于比激光的近場圖樣的光強實際大致為0的位置更接近活性層的位置，更理想的是在比光強降至10％的位置更接近活性層的位置。此變形例中，近場圖樣的光強實際大致為0的部位約為1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，L1和L2之和為1.5μm以下即可，但最好為0.7～0.9μm。
通過這樣設置n-InGaAsP包層20，來得到跟上述的半導體激光器50同樣的效果。
如上所述，本實施例的半導體激光器，采用n-InP襯底，在n-InP包層之間，插入0.05μm～0.3μm的層厚的、例如為100nm左右的n-InGaAsP包層，使n側的包層的折射率的平均值大于p側的包層的折射率的平均值，從而，光強的分布重心偏向n側的包層，其漏光也偏向n側。因此，p側的光的吸收減少，其斜率效率提高。
再有，這種半導體激光器能夠跟跟傳統的半導體激光器一樣地確保和光纖的光學匹配特性。
進而，能構成光輸出效率高，跟光纖的匹配特性好的通信用半導體激光器。
圖13是本發明的實施例4的半導體激光器的剖視圖。
圖13中，60表示半導體激光器，在圖13的半導體激光器60的剖面中，跟紙面垂直的方向為波導方向。
由于半導體激光器60采用n-InP襯底52，因此具有和實施例3的半導體激光器50大致相同的結構，但是，和半導體激光器50在n-InP包層18上設置折射率比n-InP包層18更高的n-InGaAsP包層20形成對比，在半導體激光器60中，在p-InP包層14中插入折射率比p-InP包層14低的p-AlGaInAs包層42。
就是說，在n-InP襯底52上設置n-InP包層18，在該n-InP包層18上設置活性區16。在活性區16之上相鄰設置的p-InP包層14d和在p-InP包層14d上設置的p-InP包層14c之間插入p-AlGaInAs包層42。
并且，由n-InP包層18的一部分、活性區16、p-InP包層14d、p-AlGaInAs包層42以及p-InP包層14c構成光波導脊22。
p-AlGaInAs包層42可以位于比激光的近場圖樣的光強大致為0的位置更接近活性層的位置，更理想的是在比光強降至10％的位置更接近活性層的位置。
因此實施例4中，近場圖樣的光強實際大致為0的部位約為1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，InGaAsP光約束層16a和p-AlGaInAs包層42之間的間隔L3和p-AlGaInAs包層42的層厚L4之和為1.5μm以下即可，但最好為0.7～0.9μm。
半導體激光器60中，在p-InP包層14中插入折射率比p-InP包層14更小的p-AlGaInAs包層42。因此，p側的包層的折射率的平均值低于n側的包層的折射率的平均值。從而，光強的分布重心偏向n側的包層，其漏光也偏向n側。因此，p側的光的吸收減少，而光輸出增加，其斜率效率提高。
再有，由于通過插入p-AlGaInAs包層42并不使近場圖樣有大的變化，因此，可以跟傳統的半導體激光器一樣確保光纖和半導體激光器的光學匹配特性。進而，能構成光輸出效率高，跟光纖的匹配特性好的通信用半導體激光器。
圖14是表示本發明實施例4相關的半導體激光器的變形例的剖視圖。
圖14中，62表示半導體激光器。
半導體激光器62中p-InP包層14比較薄，這種情況下，把p-InP接觸層54分為兩層，在p-InP接觸層54a和p-InP接觸層54b之間插入p-AlGaInAs包層42。
但即使在這種場合，也需要使p-AlGaInAs包層42位于比激光的近場圖樣的光強大致為0的位置更接近活性層的位置，更理想的是在比光強降至10％的位置更接近活性層的位置。
因此，變形例中，近場圖樣的光強實際大致為0的部位約為1.5μm(1500nm)～2.0μm，因此，InGaAsP光約束層16a和p-AIGaInAs包層42之間的間隔L3和p-AlGaInAs包層42的層厚L4之和為1.5μm以下即可，但最好為0.7～0.9μm。
通過這樣設置p-AlGaInAs包層42，半導體激光器62獲得跟上述的半導體激光器60同樣的效果。
如上所述，本實施例的半導體激光器中，采用n-InP襯底，例如，在p-InP包層中插入折射率比p-InP包層更低的p-AlGaInAs包層，從而，使p側包層的折射率平均值低于n側包層的折射率的平均值，因此，光強分布的重心偏向n側的包層，其漏光也偏向n側。因此，p側的光吸收減少，并提高斜率效率。
再有，這種半導體激光器能夠跟傳統的半導體激光器一樣地確保與光纖的光學匹配特性。
進而，能構成光輸出效率高，跟光纖的匹配特性好的通信用半導體激光器。
另外，實施例3中使用了n-InP襯底52，并在活性區16的n側上設置n-InGaAsP包層20，而實施例4中使用n-InP襯底52，并在活性區16的p側插入了p-AlGaInAs包層42。但是，也可以使用n-InP襯底52，采用分別在活性區16的n側插入n-InGaAsP包層，在活性區16的p側插入p-AlGaInAs包層的結構。
并且，實施例1至實施例4中就設有多重量子阱結構的活性層的半導體激光器進行說明，但是，在具有單量子阱結構的活性層的半導體激光器或具有非量子阱結構的活性層的雙異質結構的半導體激光器中，本發明也能得到同樣的效果。
本發明的半導體激光裝置設有如上述說明的結構，因此有如下效果。
本發明的半導體激光裝置中設有第一導電型的半導體襯底，在該半導體襯底上設置的第一導電型的第一包層，在該第一包層上設置的活性層，在該活性層上設置的第二導電型的第二包層，以及在比從活性層發出的激光的近場圖樣的光強實際為0的位置更接近活性層的位置層疊的、厚度為0.05～0.3μm的、光強分布重心偏向n側的半導體層；因此，近場圖樣沒有較大改變地，使漏光偏向n導電型的包層，p導電型的包層中的光吸收減少，光輸出功率增加且斜率效率提高。進而，能構成大電流時的減少光輸出的降低，光輸出效率高，跟光纖的匹配特性大致不變的通信用半導體激光器。
權利要求
1.一種半導體激光裝置，其中設有第一導電型的半導體襯底；在所述半導體襯底上設置的第一導電型的第一包層；在所述第一包層上設置的活性層；在所述活性層上設置的第二導電型的第二包層；以及在比所述活性層發出的激光的近場圖樣的光強實質上為0的位置更靠近所述活性層的部位層疊的、具有0.05～0.3μm厚度的、使光強的分布重心向n側偏移的半導體層。
2.如權利要求1所述的半導體激光裝置，其特征在于所述活性層具有量子阱結構，并且從半導體襯底側起依次設置第一光約束層和第二光約束層，中間隔著所述活性層。
3.如權利要求1或權利要求2所述的半導體激光裝置，其特征在于所述半導體層，層疊在距離與所述半導體層的導電型相同的導電側的所述活性層的界面1.5μm以內的該導電側的區域。
4.如權利要求1至權利要求3中任一項所述的半導體激光裝置，其特征在于所述第一導電型設為p型；所述半導體層為n型，其折射率大于所述第二包層的折射率且小于所述活性層的折射率。
5.如權利要求1至權利要求3中任一項所述的半導體激光裝置，其特征在于所述第一導電型設為p型；所述半導體層為p型，其折射率小于所述第一包層的折射率。
6.如權利要求1至權利要求3中任一項所述的半導體激光裝置，其特征在于所述第一導電型設為n型；所述半導體層為n型，其折射率大于所述第一包層的折射率且小于所述活性層的折射率。
7.如權利要求1至權利要求3中任一項所述的半導體激光裝置，其特征在于所述第一導電型設為n型；所述半導體層為p型，其折射率小于所述第二包層的折射率。
全文摘要
本發明提供一種能減少大電流時光輸出功率的降低、斜率效率高的、跟傳統半導體激光器相比近場圖樣變化不大的半導體激光器，其中設有在p－InP襯底12上設置的p－InP包層14，在該p－InP包層14上設置的活性區16，在該活性區16上設置的n－InP包層18a，在該n－InP包層18a上設置的n－InP包層18b，以及在比位于n－InP包層18a和n－InP包層18b之間的活性區16發出的激光的近場圖形的光強實質上為0的位置更接近活性區16的位置疊層的、厚度為0.05～0.3μm的、光強的分布重心偏向n側的半導體層。
文檔編號H01S5/20GK1484350SQ0313131
公開日2004年3月24日 申請日期2003年5月9日 優先權日2002年9月17日
發明者中山毅 申請人:三菱電機株式會社