CN101151776A - 半导体激光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种高输出增益波导型半导体激光器件，通过抑制(100)DLD生成，而具有高可靠性。半导体激光器件具备增益波导型的半导体激光构造部，该半导体激光构造部形成在形成了沿振荡方向延伸的2个沟槽的半导体基板上，电流注入条设置为被该沟槽夹着。优选半导体激光器件的特征为，构成所述半导体激光器件的活性层的量子阱由GaAs形成。
Description
技术领域
本发明涉及持久性优异的增益波导型高输出半导体激光器件。
背景技术
近年来，具有宽的电流注入条(strip)宽度的宽面(broad-area)半导体激光器件，正作为固体激光器、光纤维激光器及双核的掺铒光放大器等激励光源，或作为金属或树脂的直接加工光源，而被广泛地使用。这样随着应用领域扩大，对于宽面半导体激光器件不仅要求高输出还要求高的可靠性(日本特开2001-308445)。作为宽面半导体激光器件之一，例举增益波导型半导体激光器件。
图4是表示以往的增益波导型半导体激光器件1的构成的剖面图。半导体激光器件1在平面的半导体基板2的厚度方向Z的一个表面2a上，形成了第1包覆层3、第1光波导层4、活性层5、第2光波导层6、第2包覆层7、电流限制层8以及接触层9。在振荡方向X以及与厚度方向Z相垂直的横方向Y的中央部，形成电流注入区域(电流注入条)11。
已知损害宽面半导体激光器件可靠性的原因之一，是<100>DLD(Dark Line Defect：暗线缺陷)。而且，<100>DLD以制造半导体激光器件时因划线(スクラィブ)等引起的缺陷为始点生长。在半导体激光器件中一注入电流，就在激光振荡阈值以下放射出自然放射光。在图4中所示的以往的增益波导型半导体激光器件1中，在横方向没有光的封闭结构。由此，在电流注入区域11产生的自然放射光，在作为激光构造的一部分的第1及第2光波导层4、6中传播的同时，到达半导体激光器件1的横方向Y的器件端部12附近，并被活性层5吸收。由此产生的载流子在划线等引起的器件端部12的缺陷部位再复合。结晶缺陷因此时的再复合能量而生长，转移向结晶方位<100>推进从而形成<100>DLD。
图5A及图5B是观测在图4中所示的以往半导体激光器件1中，以由划线引起的缺陷为始点生长的<100>DLD的观测图。图5A是半导体激光器件1的外观照片，图5B是用高灵敏度CCD(Charge CoupledDevice)拍摄图5A的半导体激光器件1的电致发光的图像。在长时间驱动图4中所示的半导体激光器件1等增益波导型半导体激光器件时，因横方向的器件端部12存在的缺陷，DLD从该器件端部12的端面在与振荡方向X以及横方向Y相平行的假想平面内，朝45°方向、即结晶方位<100>生长。该<100>DLD在到达电流注入区域11后急剧地生长，导致使激光振荡停止的严重问题。
发明内容
本发明的目的为提供一种高输出的增益波导型半导体激光器件，通过抑制<100>DLD生长而具有高可靠性。
本发明的半导体激光器件具备：形成了沿振荡方向延伸的2个沟槽的半导体基板；及在该半导体基板上形成，且具有电流注入区域的增益波导型的半导体激光构造部；电流注入区域设置在被该2个沟槽夹着的位置。
而且，在本发明中，所述半导体激光器件的活性层优选由GaAs量子阱形成。
附图说明
本发明的目的、特点以及优点根据以下的详细说明及图面变得更为明确。
图1是表示作为本发明的一种实施方式的半导体激光器件的构成的剖面图。
图2是表示实施例的半导体激光器件的连续通电试验(寿命试验)结果的曲线图。
图3是表示作为对比例的以往的半导体激光器件的连续通电试验结果的曲线图。
图4是表示作为对比例的以往的增益波导型半导体激光器件的构成的剖面图。
图5是发生了<100>DLD的半导体激光器件的观察图。
具体实施方式
以下，参考附图详细地说明本发明的优选实施例。
图1是表示作为本发明的一种实施方式的半导体激光器件20的构成的剖面图。半导体激光器件20在利用化学刻蚀方法形成了沿振荡方向X延伸的2个沟槽(下部开口部宽度W1：20μm、深度D：1μm)31的n型GaAs半导体基板21上，即包含与沟槽31相面对的表面的厚度方向Z的一个表面21a的整个面上，全部使用作为公知技术的有机金属气相生长、光刻以及化学刻蚀方法，形成顺次形成了如下层而成的激光构造部，在横方向Y的中央部形成电流注入区域(电流注入条)29(条宽度W2：100μm)。上述层顺次为：n型Al0.48Ga0.52As包覆层22(厚度：0.9μm)，n型Al0.31Ga0.66As光波导层23(厚度：0.4μm)，由n型Al0.62Ga0.38As载流子阻挡层(厚度：0.013μm)、GaAs/Al0.31Ga0.69As量子阱层以及p型Al0.50Ga0.50As载流子阻挡层(厚度：0.020μm)形成的活性层24，p型Al0.31Ga0.66As光波导层25(厚度：0.4μm)，p型Al0.48Ga0.52As包覆层26(厚度：0.9μm)，n型GaAs电流限制层27(厚度：0.4μm)，以及埋覆该电流限制层27的p型GaAs接触层28(厚度：1.7μm)。
而且，电流注入条29被形成在由形成于半导体基板21上的2个沟槽31夹着的位置(从条端部至条侧的沟槽端部的距离W3：60μm)。本发明的半导体器件20由于在形成了沟槽31的半导体基板21上结晶生长激光构造，而在与电流注入条29的振荡方向垂直的横向的两外侧具有波导层弯曲的构造。
另外，在本实施方式中，适用于完全分离封闭构造(DecoupledConfinement Heterostructure：简称DCH)，但即使本发明适用于既往公知的分离封闭构造(Separated Confinement Heterostructure：简称SCH)，也如上所述，通过将电流注入条形成在由形成在半导体基板上的沟槽所夹着的位置，而有效地起作用。这种情形下，载流子阻挡层不是必需的，因此在本实施例中载流子阻挡层也不是必需的。
另外，优选沟槽31的深度D选择为在电流注入条29的波导模的宽度以上，例如在DCH构造中，优选为在将所述波导层23、25以及活性层24的厚度分别相加后的厚度以上。
而且，为了得到所期望的激光振荡，可以适当地决定各层的膜厚、组成以及杂质掺杂量等。
使本实施例的半导体激光器件20在温度为50℃的条件下，以输出功率固定为2瓦(W)的方式注入电流并实施连续的通电试验。而且，本连续通电试验是在与连续通电试验同等条件下经过400小时的筛选后实施的。
图2表示本实施方式的半导体激光器件20的连续通电试验的结果。横轴表示从开始通电的时刻起的经过时间，单位是小时(Hr)。而且，纵轴表示用工作规定时间后的输出值(输出功率)P除以初期的输出值(输出功率)P0的值(P/P0)。由图2判断出全部27个器件在经过700小时后仍然稳定工作。这可以认为是因为通过在电流注入条29的两侧形成的光波导层23、25的弯曲部分，抑制了在电流注入条区域内产生的自然放射光的、向横方向Y的器件端部32的传播，结果能够抑制<100>DLD的生长。
(对比例)
制作如图4中表示的增益波导型半导体激光器件，作为对比例。作为对比例制成的半导体激光器件的构成，除了在n型GaAs半导体基板2上没有施加沟槽加工以外，激光构造部的各半导体层及其制造方法与实施例相同。
与实施例一样，使作为对比例制成的半导体激光器件，在温度为50℃的条件下，以输出功率固定为2瓦(W)的方式注入电流并实施连续的通电试验。而且，本连续通电试验与实施例的情况相同，是在与连续通电试验同等条件下经过400小时的筛选后实施的。
图3是对连续通电试验的结果进行概率分布来表示对比例的增益波导型半导体激光器件的曲线图。在图3中，横轴表示从开始通电的时刻至发生故障的时间，纵轴表示半导体激光器件发生故障的概率。横轴的单位是小时(Hr)。
由于700小时连续驱动，13个对比例的半导体激光器件之中13个全部停止振荡。
这样一来，对比例的半导体激光器件，即采用以往技术的半导体激光器件不耐受连续驱动，即，可靠性低的原因如上所述，是<100>DLD的发生。而且，<100>DLD发生的原因是在横方向Y上没有光的封闭构造。在对比例的半导体激光器件中，因为在横方向Y上不具备光的封闭构造，所以放射出的自然放射光与图4所示的相同，在第1及第2光波导层4、6中传播的同时被活性层5吸收。认为自然放射光传播至器件端部12的附近，因被活性层5吸收而产生的载流子，在因划线等时所形成的缺陷部再复合，缺陷因此时的再复合能量而生长，发生<100>DLD。
从以上实施例及对比例中明显看出，在形成了沟槽31的半导体基板21上结晶生成了各半导体层的增益波导型半导体激光器件20，通过在电流注入条29的两侧形成的波导层的弯曲部分，能够防止在电流注入条29区域内产生的自然放射光向器件端部的传播。其结果，可以抑制作为以往问题的<100>DLD，并且使长时间的连续稳定工作成为可能。即，通过本发明可以实现具有高可靠性的高输出半导体激光器件。另外，本发明的半导体激光器件20，仅通过只增加在半导体基板21上加工沟槽31的工序，就能利用与以往的技术的半导体激光器件1相同的结晶生成工艺制造出来。因此，没有增加工艺，没有因成膜工艺带来制造成本的增加等，能够容易地实现。
而且，通过试验知道<100>DLD的生成速度因形成量子阱的材料而异。在比较GaAs形成的量子阱与InGaAs形成的量子阱的情况下，有关<100>DLD的生成速度，GaAs量子阱的情形比InGaAs量子阱大约大一位数。因此，在具有量子阱由GaAs形成的活性层的增益波导型的半导体激光器件中，可以更加显著地发挥本发明的效果。
本发明能够以不脱离其精神或主要特征的其它各种方式实施。因此，上述实施方式仅仅是简单例示了要点，而本发明的范围在权利要求书中示出，不受说明书正文任何约束。进而，属于权利要求书的变化以及改变应全部属于本发明的范围之内。
产业上的利用
能够作为用于激光加工的高输出激光设备的激光光源而使用。
在形成了沿振荡方向延伸的2个沟槽的半导体基板上，使电流注入区域位于该2个沟槽之间地结晶生长了各半导体层的增益波导型半导体激光器件，可以抑制作为以往问题的<100>DLD，能够实现具有高可靠性的高输出半导体激光器件。而且，本发明的半导体激光器件可以通过仅变更半导体基板的加工来制造。因此，不增加工艺等，不增加成本等，能够容易地实现。
Claims (2)
1.一种半导体激光器件，其特征在于，具有：
半导体基板，形成了沿振荡方向延伸的2个沟槽；及
增益波导型的半导体激光构造部，在上述半导体基板上形成，具有电流注入区域；
上述电流注入区域设置在被上述2个沟槽夹着的位置。
2.如权利要求1所述的半导体激光器件，其特征在于：
构成活性层的量子阱由GaAs形成。
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