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CN111095700A - 半导体激光装置 - Google Patents

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CN111095700A CN201780094722.XA CN201780094722A CN111095700A CN 111095700 A CN111095700 A CN 111095700A CN 201780094722 A CN201780094722 A CN 201780094722A CN 111095700 A CN111095700 A CN 111095700A
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Abstract

半导体激光装置具有半导体层，该半导体层包含有源层和夹着有源层的多个包层。有源层包含：条带状的有源区域，其向激光射出方向延伸；一对第一折射率区域，它们排列于有源区域的宽度方向，在有源区域的两旁延伸；以及一对第二折射率区域，它们排列于有源区域的宽度方向，从一对第一折射率区域的外侧夹着有源区域和一对第一折射率区域。将激光振荡波长设为λ，将激光振荡波长设为λ，将有源区域的有效折射率设为na，将第一折射率区域的有效折射率设为nc，将第二折射率区域的有效折射率设为nt，将有源区域的宽度设为w，将m设为正的整数。在该情况下，就半导体激光装置而言，na>nt>nc，并且满足式(5)、式(8)、及式(9)的条件。

Description

半导体激光装置
技术领域
本发明涉及半导体激光装置。
背景技术
如日本特开2014-78567号公报记载的那样，已知以选择性地使低阶模式进行振荡的方式改善后的半导体激光装置。上述公报涉及的现有的半导体激光装置具有有源区、在有源区的两旁设置的包层区域、在包层区域的更外侧设置的高折射率区域。在上述公报的图10中，特别地，通过以夹着脊部的方式在半导体层设置槽而设置了包层区域。在槽旁边存在比槽高的阶台部，处于该阶台部的下方的区域为高折射率区域。下面，将包层区域也称为“槽区域”，将高折射率区域也称为“阶台区域”。
通过适当地规定槽区域的槽宽度及槽形状，能够对槽区域处的电场的衰减的程度进行控制。由此，如上述公报的第0050段所记载的那样，在阶台区域能够对各模式设置损耗差。通过设置损耗差，从而能够使损耗大的高阶模式不进行波导，选择性地使损耗少的低阶模式振荡。通过对高阶模式下的振荡进行抑制，并且促进低阶模式下的振荡，从而能够提高射出的激光的亮度。
专利文献1：日本特开2014-78567号公报
发明内容
由于日本特开2014-78567号公报涉及的半导体激光装置以槽区域处的电场的衰减程度对阶台区域处的损耗设置了差异，因此需要严格地对槽宽度及槽形状进行控制。另外，阶台区域为振动解，因此原理上是能够将包含基本(0阶)模式的全部波导模式切断的构造。
本发明就是为了解决上述那样的课题而提出的，其目的在于，提供以不需要槽宽度及槽形状的严格控制，无论损耗如何都能够选择性地使低阶模式进行振荡的方式改善后的半导体激光装置。
本发明涉及的半导体激光装置具有：
半导体衬底；
第一导电型包层，其设置于所述半导体衬底之上；
有源层，其设置于所述第一导电型包层之上；以及
第二导电型包层，其设置于所述有源层之上，
所述有源层包含：
有源区域，其向激光射出方向延伸，在与所述激光射出方向垂直的宽度方向具有预先确定的规定宽度；
一对第一折射率区域，它们在所述宽度方向设置于所述有源区域旁边，在所述有源区域的两旁延伸；以及
一对第二折射率区域，它们在所述宽度方向从所述一对所述第一折射率区域的外侧夹着所述有源区域及所述一对所述第一折射率区域，
在将激光振荡波长设为λ，将所述有源区域的有效折射率设为na，将所述第一折射率区域的有效折射率设为nc，将所述第二折射率区域的有效折射率设为nt，将所述有源区域的所述规定宽度设为w，将m+1设为所述宽度方向的允许模式数量的情况下，
na>nt>nc，并且满足：
Figure BDA0002404212530000021
Figure BDA0002404212530000022
Figure BDA0002404212530000023
发明的效果
由于阶台区域的电场为衰减解，因此不需要槽宽度及槽形状的严格控制。另外，至少基本模式即0阶模式始终成为波导模式而不会被切断。因此，能够选择性地使低阶模式进行振荡。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体激光装置的斜视图。
图2是针对本发明的实施方式1涉及的半导体激光装置，示出xy平面中的x方向的有效折射率分布、将各模式的传播常数除以自由空间中的波数而得到的值的图。
图3是表示相对于实施方式来说的第二对比例涉及的半导体激光装置的图。
图4是针对第二对比例涉及的半导体激光装置，示出xy平面中的x方向的有效折射率分布的图。
图5是针对第二对比例涉及的半导体激光装置，示出xy平面中的x方向的有效折射率分布、将各模式的传播常数除以自由空间中的波数而得到的值的图。
图6是表示本发明的实施方式2涉及的半导体激光装置的斜视图。
图7是表示本发明的实施方式3涉及的半导体激光装置的斜视图。
图8是表示相对于实施方式来说的第一对比例涉及的半导体激光装置的斜视图。
图9是针对第一对比例涉及的半导体激光装置，示出xy平面中的x方向的有效折射率分布的图。
具体实施方式
实施方式1.
[装置的构造]
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体激光装置30的斜视图。半导体激光装置30具有n型GaAs衬底5、第一n型包层6、第二n型包层7、第一n侧引导层8、第二n侧引导层9、第一阻挡层10、有源层11、第二阻挡层12、第一p侧引导层13、第二p侧引导层14、第一蚀刻停止层15、第一p型包层16、第二蚀刻停止层17、第二p型包层18、接触层19、绝缘膜20。半导体激光装置30是在n型GaAs衬底5之上通过依次层叠第一n型包层6～绝缘膜20而形成的。
第一n型包层6由n型AlGaAs构成，Al组成比为0.20，具有1.3μm的层厚度。第二n型包层7由n型AlGaAs构成，Al组成比为0.25，具有0.2μm的层厚度。第一n侧引导层8由未掺杂AlGaAs构成，Al组成比为0.16，具有1.05μm的层厚度。第二n侧引导层9由未掺杂AlGaAs构成，Al组成比为0.14，具有0.1μm的层厚度。
第一阻挡层10由未掺杂GaAsP构成，P组成比为0.12，具有8nm的层厚度。有源层11由InGaAs构成，In组成比为0.12，具有8nm的层厚度。此外，In组成比及层厚度设定为使得振荡波长λ为975nm。第二阻挡层12由未掺杂GaAs构成，P组成比为0.12，具有8nm的层厚度。
第一p侧引导层13由未掺杂AlGaAs构成，Al组成比为0.14，具有0.35μm的层厚度。第二p侧引导层14由未掺杂AlGaAs构成，Al组成比为0.16，具有0.30μm的层厚度。第一蚀刻停止层15由p型AlGaAs构成，Al组成比为0.55，具有40nm的层厚度。第一p型包层16由p型AlGaAs构成，Al组成比为0.25，具有0.1μm的层厚度。第二蚀刻停止层17由p型AlGaAs构成，Al组成比为0.55，具有40nm的层厚度。第二p型包层18由p型AlGaAs构成，Al组成比为0.25，具有1.4μm的层厚度。接触层19由p型GaAs构成，具有0.2μm的层厚度。绝缘膜20为SiN膜。能够对AlGaAs、InGaAs、GaAsP等III-V族混晶的波长λ时的折射率进行计算。例如，Al组成比0.20的第一n型包层6的波长975nm时的折射率为3.394762。具体的计算例如使用作为第一非专利文献的“伊贺编著，“半導体レーザ”、PP.35－38、“オーム”公司、平成6年10月25日”所记载的公知的技术即可。其它层的折射率也同样能够求出。
半导体激光装置30具有在n型GaAs衬底5的背面设置的n电极4、层叠于绝缘膜20的p电极21。
在图1中，为了方便说明，规定了xyz正交坐标系。z轴为半导体激光装置30的激光射出的方向。z轴也为半导体激光装置30所具有的法布里珀罗谐振器的长度方向轴。将z方向也称为“谐振器长度方向”。y轴与n型GaAs衬底5的上表面的法线平行。y轴方向与在n型GaAs衬底5之上形成的半导体层的晶体生长方向一致。x轴为与yz平面垂直的轴，与半导体激光装置30的宽度方向轴一致。沿x轴，在半导体激光装置30产生水平横向模式。在图3、图6、图7、及图8中，与上述正交坐标系相关的规则也是同样的。
就实施方式1涉及的半导体激光装置30而言，作为一个例子是振荡波长为975nm的宽条(broad area)型半导体激光装置。宽条半导体激光装置是指有源区域的宽度大于或等于50μm的半导体激光装置。半导体激光装置30具有允许多个水平横向模式的多模式波导路径，也是所谓的多模式半导体激光装置。
半导体激光装置30具有有源区域1、在有源区域1的两旁延伸的一对第一折射率区域2a、2b、在一对第一折射率区域2a、2b的更外侧延伸的一对第二折射率区域3a、3b。有源区域1具有宽度w。第一折射率区域2a及第一折射率区域2b均具有宽度d。具体而言，将有源区域1的宽度w及第一折射率区域2a、2b的宽度d各自设为100μm及5μm。
有源区域1、第一折射率区域2a、2b及第二折射率区域3a、3b是将包含n型GaAs衬底5～绝缘膜20的半导体层分为多个区域而成的。有源层11也被区分为有源区域1、第一折射率区域2a、2b、第二折射率区域3a、3b。为了方便，将第一折射率区域2a、2b也称为“包层区域”或“槽区域”。为了方便，将第二折射率区域3a、3b也称为“阶台区域”。在x轴方向即有源区域1的宽度方向，依次排列有第二折射率区域3a、第一折射率区域2a、有源区域1、第一折射率区域2b及第二折射率区域3b。
从图1的剖视可知，第二折射率区域3a、3b包含第一p型包层16、第二蚀刻停止层17。第一p型包层16及第二蚀刻停止层17具有两个槽，该两个槽具有宽度d。在由这两个槽夹着的部分的上方层叠有第二p型包层18及接触层19。这样，半导体激光装置30具有由具有宽度d的两个槽夹着的脊部。
从图1的剖视可知，有源区域1为半导体激光装置30的第二p型包层18及接触层19的下方的区域。有源区域1是沿脊构造延伸的条带状的区域。一对第一折射率区域2a、2b为具有宽度d的两个槽的下方区域，是在有源区域1的两旁延伸的区域。一对第二折射率区域3a、3b从一对第一折射率区域2a、2b的外侧夹着有源区域1及一对第一折射率区域2a、2b。
将有源区域1的有效折射率设为na。将第一折射率区域2a、2b的有效折射率设为nc。将第二折射率区域3a、3b的有效折射率设为nt。在这些有效折射率的大小中，na>nt>nc的关系成立。由于有源区域1与第一折射率区域2a、2b相比有效折射率高，因此激光被限制于有源区域1的内侧。
半导体激光装置30可以以如下方式制造。首先，使用有机金属气相生长(MOCVD)法依次在n型GaAs衬底5之上使第一n型包层6至接触层19为止的各层进行晶体生长。接着，在接触层19之上以覆盖应该形成有源区域1的位置的方式设置抗蚀层。使用抗蚀层，从接触层19的上方干蚀刻至第二蚀刻停止层17。剥离抗蚀层，再次利用抗蚀层覆盖有源区域1及第二折射率区域3a、3b。通过以设置宽度d的槽的方式干蚀刻至第一蚀刻停止层15，从而形成第一折射率区域2a、2b。然后，进行绝缘膜20的成膜，形成p电极21及n电极4。
下面，使用图2～图9，对用于得到实施方式1涉及的半导体激光装置30的构造的条件进行说明。一边参照第一对比例及第二对比例一边进行下述说明。
(第一对比例的构造)
图8及图9为与第一对比例相关的图。图8是表示相对于实施方式来说的第一对比例涉及的半导体激光装置41的斜视图。图8所示的半导体激光装置41具有与日本特开2014-78567号公报的图10所公开的半导体激光装置同样的构造。
半导体激光装置41具有n电极104、n型衬底105、由n型AlGaAs构成的包层106、由未掺杂AlGaAs构成的引导层107、由未掺杂InGaAs构成的阱层108a、由未掺杂AlGaAs构成的阻挡层109、由未掺杂InGaAs构成的阱层108b、由未掺杂AlGaAs构成的引导层110及引导层110a、由p型AlGaAs构成的包层111、由p型GaAs构成的接触层112、SiN膜113、p电极114。
图8所示的半导体激光装置41具有有源区域101、第一折射率区域102a、102b、第二折射率区域103a、103b。有源区域101和第二折射率区域103a、103b均具有n型衬底105～接触层112，半导体层的构造彼此相同。
图9是针对第一对比例涉及的半导体激光装置41，示出xy平面中的x方向的有效折射率分布的图。图9为xy平面中的x方向的有效折射率分布。在图9中，有源区域101和第二折射率区域103a、103b具有相同折射率。与有源区域101及第二折射率区域103a、103b相比，第一折射率区域102a、102b的折射率低。
就第一对比例涉及的半导体激光装置41而言，在有源区域101和第二折射率区域103a、103b处电场成为振动解，在第一折射率区域102a、102b处电场成为衰减解。就半导体激光装置41而言，对第一折射率区域102a、102b处的电场的衰减程度进行调节。通过适当地对第一折射率区域102a、102b处的电场衰减程度进行控制，从而在第二折射率区域103a、103b处以增大高阶模式的损耗，并且低阶模式减少损耗的方式对高阶模式和低阶模式的损耗设置差异。
半导体激光装置41基于的是如下技术思想，即，通过对第一折射率区域102a、102b处的电场衰减程度进行调节，从而对第二折射率区域103a、103b处的损耗设置差异，使低阶的模式振荡。有源区域101的宽度w为100μm。在其两旁的第一折射率区域102a、102b处，在低阶模式和高阶模式之间，产生电场的渗漏的差异。但是，发现第一对比例涉及的作用效果的是在第二折射率区域103a、103b处电场成为振动解的情况。
在第一对比例涉及的半导体激光装置41的情况下，根据第一折射率区域102a、102b处的电场的衰减程度，使第二折射率区域103a、103b处的低阶模式的损耗和高阶模式的损耗不同。在脊部的两旁设置有用于构成第一折射率区域102a、102b的槽。需要严格地对该槽的槽宽度及槽形状进行控制。另外，由于在第二折射率区域103a、103b处电场为振动解，因此原理上是基本(0阶)模式也能够被切断的构造。在第一对比例涉及的半导体激光装置41的情况下，存在如果槽宽度及槽形状产生波动则有可能引起损耗增加的缺点。
(第二对比例的构造)
图3～图5为与第二对比例相关的图。图3是表示相对于实施方式来说的第二对比例涉及的半导体激光装置42的图。图4是针对第二对比例涉及的半导体激光装置42，示出xy平面中的x方向的有效折射率分布的图。图5是针对第二对比例涉及的半导体激光装置42，示出xy平面中的x方向的有效折射率分布、将各模式的传播常数βm除以自由空间中的波数k0而得到的值(βm/k0)的图。
第二对比例涉及的半导体激光装置42基本上具有与实施方式1同样的构造。但是，如图3所示，半导体激光装置42不具有第二折射率区域3a、3b。由于没有第二折射率区域3a、3b，因此至半导体激光装置42的侧端部为止设置有第一折射率区域2a、2b。图4示出该情况下的xy平面中的x方向的有效折射率分布。如果基于各层的折射率及层厚度通过等价折射率法进行计算，则有源区域1的有效折射率na及第一折射率区域2a、2b的有效折射率nc各自为3.41739及3.41658。等价折射率法的具体的计算使用公知技术即可，例如，能够通过参照作为第二非专利文献的“G.B.Hocker and W.K.Burns，“Mode dispersion in diffusedchannel waveguides by the effective index method，”Appl.Opt.Vol.16，No.1，pp.113－118，January 1977”所公开的“Effective Index Method(有效折射率法)”而进行。
[装置的动作]
在满足了下面叙述的两个条件的情况下，波动方程如下式(1)所示。此外，波动方程的导出使用公知技术即可，例如，通过参照作为第三非专利文献的“W.Streifer andE.Kapon，“Application of the equivalent－index method to DH diode lasers，”Appl.Opt.Vol.18，No.22，pp.3724，15Novemver 1979”中的式(5)而进行即可。第一条件为在激光传播的谐振器长度方向(z方向)上折射率没有变化而是一样的。第二条件是在y方向上有源区域1及其两旁的第一折射率区域2a、2b均是均质的。
[数学式1]
Figure BDA0002404212530000091
Φ(x)、n(x)各自为电场分布、x方向的折射率分布。在如图3所示由第一折射率区域2a、有源区域1、第一折射率区域2b构成的情况下能够视为三层平板波导路径，在横向(x)方向上允许的模式数量由下式(2)所示的标准化频率的值v决定。
[数学式2]
Figure BDA0002404212530000092
在式(2)中，λ为波长。根据v值为(π/2)的几倍，决定半导体激光装置的x方向所允许的模式数量。在v值为(π/2)的k倍时，允许模式数量与向值k所具有的整数部分的值加上1的数一致。如果使w＝100μm，λ＝975nm，则v值为23.98。在该情况下，由于v值为(π/2)的15.3倍，因此允许0阶模式及1阶模式～15阶模式。允许模式数量为15+1即16个。如果v>(π/2)成立，则v值大于或等于(π/2)的一倍，因此允许模式数量大于或等于2个。
在各模式中存在固有的传播常数βm。下标m为m＝0、1、2、…、14、15这些值。在图5中，将各传播常数除以自由空间的波数k0而得到的值是与有效折射率分布重叠地记载的。k0＝2π/λ。m＝0为0阶模式即基本模式，m＝1～15各自为1阶～15阶模式。基本模式的β0/k0具有最大的值。随着模式阶数变大，以β0/k0>β1/k0>β2/k0…>β14/k0>β15/k0的顺序，值变小。最高阶模式β15/k0为与第一折射率区域2a、2b的有效折射率nc接近的值。在式(1)的波动方程的性质上，在βm/k0比有效折射率小的情况下电场为振动解，在βm/k0比有效折射率大的情况下电场为衰减解。在有源区域1，电场成为COS形或SIN形的振动解。在第一折射率区域2a、2b，电场成为指数(Exponential)形的衰减解。此外，为了成为固有模式，电场需要在x→±∞处收敛为零。
图2是针对本发明的实施方式1涉及的半导体激光装置30，示出xy平面中的x方向的有效折射率分布、将各模式的传播常数βm除以自由空间中的波数k0而得到的值(βm/k0)的图。通过等价折射率法求出的第二折射率区域3a、3b的有效折射率nt为3.41716。
在图2中，将各传播常数除以自由空间的波数k0(＝2π/λ)而得到的值和有效折射率分布是重叠地记载的。与β0/k0～β7/k0对应的8个模式比第二折射率区域3a、3b的有效折射率nt大。与β0/k0～β7/k0对应的基本模式及低阶模式为在第二折射率区域3a、3b成为衰减解的固有模式。相对于此，与β8/k0～β15/k0对应的8个高阶模式比第二折射率区域3a、3b的有效折射率nt小。与β8/k0～β15/k0对应的高阶模式在第二折射率区域3a、3b成为振动解，由于在x→±∞处电场没有收敛为零，因此不能成为固有模式。即，通过设置第二折射率区域3a、3b，能够将x方向所允许的模式的个数减少为8。
模式阶数越高则射出光束越宽。模式阶数越高，则远场像(Far Field Pattern：FFP)越扩大，其结果，亮度降低。如果设置上述第二折射率区域3a、3b，则能够切断光束扩宽大的高阶模式，因此能够提高亮度。
接着，对至少始终存在基本模式并且始终切断最高阶模式的第二折射率区域3a、3b的有效折射率进行说明。在图4中，基本模式能够始终存在且恰好切断1阶模式的为满足下式(3)的情况。
[数学式3]
Figure BDA0002404212530000111
此时，na为下式(4)。
[数学式4]
Figure BDA0002404212530000112
即，如果将第二折射率区域3a、3b的有效折射率nt设为nt≥na，则至少一个βm/k0比第二折射率区域3a、3b的有效折射率nt小。βm/k0比有效折射率nt低的模式在第二折射率区域3a、3b成为振动解。这样的模式不能够作为固有模式存在。
在标准化频率v满足式(5)的情况下，允许从基本模式至m阶模式为止的m+1个模式。其中，m为正的整数。
[数学式5]
Figure BDA0002404212530000113
不允许m+1阶模式的界限，即允许m阶模式的上限由下式(6a)决定。
[数学式6]
Figure BDA0002404212530000114
因此，如果na满足下式(6b)则不允许m+1阶模式。
[数学式7]
Figure BDA0002404212530000121
同样地，不允许m阶模式而允许m-1阶模式的na由下式(7)决定。
[数学式8]
Figure BDA0002404212530000122
通过使第二折射率区域3a、3b的有效折射率nt落在由下式(8)决定的范围内，基本模式的β0/k0变得比第二折射率区域3a、3b的有效折射率大。这样，基本模式能够始终作为固有模式而存在。另外，由于最高阶模式的β15/k0比第二折射率区域3a、3b的有效折射率小，因此能够可靠地切断最高阶模式。
[数学式9]
Figure BDA0002404212530000123
此外，如果第二折射率区域3a、3b的有效折射率nt满足下式(9)，则切断了大于或等于1阶模式的高阶模式，变为仅基本模式的振荡。
[数学式10]
Figure BDA0002404212530000124
如果总结实施方式1的设计条件，则将激光振荡波长设为λ，将有源区域1的有效折射率设为na，将第一折射率区域2a、2b的有效折射率设为nc，将第二折射率区域3a、3b的有效折射率设为nt，将有源区域1的宽度设为w，将m设为正的整数。在该情况下，就实施方式1涉及的半导体激光装置30而言，na>nt>nc，并且满足上述式(5)、上述式(8)、及下式(10)的条件。
[数学式11]
Figure BDA0002404212530000131
通过满足式(5)、式(8)、及式(10)的条件，在实施方式1中，能够得到如下作用效果。首先，作为第一作用，通过满足式(10)，将允许模式数量确保为大于或等于2个。作为第二作用，基本模式在第二折射率区域3a、3b可靠地成为衰减解，基本模式能够始终存在。另外，作为第三作用，最高阶模式在第二折射率区域3a、3b能够可靠地成为振动解，能够始终切断最高阶模式。
在电场为振动解的情况下，由于电场在第二折射率区域3a、3b重复COS(余弦)或SIN(正弦)形的振动，在x→±∞处不会收敛为零，因此不能够作为固有模式(波导模式)而存在。
(实施方式1的作用效果)
如果第二折射率区域的有效折射率nt满足上述式(8)，则能够使基本模式始终作为波导模式而存在，始终切断最高阶模式。另外，通过将第二折射率区域的有效折射率nt设定为上述式(8)内的某恒定值，从而能够切断具有比该值小的βm/k0的高阶模式，选择性地使具有比该值大的βm/k0的低阶模式进行振荡。其结果，能够缩小x方向的光束扩宽角，能够提高亮度。
在实施方式1涉及的装置构造中，作为包层设置有第一n型包层6、第一p型包层16及第二p型包层18。作为与该包层相比折射率高的层设置有第一n侧引导层8、第二n侧引导层9、第一阻挡层10、有源层11、第二阻挡层12、第一p侧引导层13、及第二p侧引导层14。该“与包层相比折射率高的层”的层厚度之和厚达1824nm。另外，晶体生长方向即y方向的标准化频率超过π/2。并且，成为y方向也允许多个模式的多模式波导路径。但是，由于y方向的基本模式的向有源层的光限制比其它模式大，因此y方向以基本模式进行振荡。
y方向的基本模式的光强度的大于或等于90％存在于该折射率高的引导层等。由于向第一p型包层16的光的渗出少，因此在有源区域1和第一折射率区域2a、2b处x方向所感受的折射率差(na-nc)小。因此，能够将x方向所允许的模式数量限制至少达16。
不限于实施方式1所示的具有厚的引导层的所谓的LOC(Large Optical Cavity)构造，也可以将实施方式1的半导体激光装置变形为不是LOC构造的装置构造。但是，通过采用在y方向也允许多个模式的LOC构造，存在向p型包层的光渗出少，x方向所感受的折射率差小的优点。其结果，能够预先减少x方向所允许的模式数量，能够容易地提高x方向的亮度。
另外，在实施方式1中，通过将第一n型包层6的Al组成比设为0.20，将第一p型包层16及第二p型包层18的Al组成比设为0.25，从而使第一p型包层16及第二p型包层18的折射率比第一n型包层6的折射率低。y方向的光强度分布成为向第一n型包层6侧扩大，但在第一p型包层16及第二p型包层18侧急剧地减少那样的非对称分布。实施方式1的半导体激光装置不限于这样的非对称分布，也可以变形为具有对称分布的y方向光强度分布的构造。但是，通过设为这样的非对称分布，存在能够减少向p型包层的光渗出，减小在有源区域1和第一折射率区域2a、2b处x方向所感受的折射率差(na-nc)的优点。通过预先减少x方向所允许的模式数量，能够容易地提高x方向的亮度。
在实施方式1中，将第一p型包层16的层厚度设为0.1μm。如果使第一p型包层16比0.1μm厚，则能够提高第二折射率区域的有效折射率nt，能够切断更多的高阶模式，能够选择性地使更低阶的模式振荡。其结果，能够进一步提高x方向的亮度。
在实施方式1中将有源区域1的宽度w设为100μm，但宽度w并不限于此，只要是宽条半导体激光装置则没有问题。另外，将第一折射率区域2a、2b的宽度d设为5μm，但并不限于此，只要大致小于或等于10μm则会得到同样的效果。
实施方式2.
图6是表示本发明的实施方式2涉及的半导体激光装置31的斜视图。实施方式2涉及的半导体激光装置31基本上具有与实施方式1同样的构造，但在将第二折射率区域3a、3b所包含的第一p型包层16及第二蚀刻停止层17替换为未掺杂阶台层22这一点上与实施方式1不同。未掺杂阶台层22由未掺杂AlGaAs构成，Al组成比为0.25，具有0.1μm的层厚度。在实施方式2中，由于进行1次用于设置宽度d的槽的蚀刻即可，因此没有设置第二蚀刻停止层17。
实施方式2涉及的半导体激光装置31能够以如下方式制作。首先，使用有机金属气相生长(MOCVD)法依次在n型GaAs衬底5之上使第一n型包层6至接触层19为止的各层进行晶体生长。接着，在接触层19之上以覆盖应该形成有源区域1的位置的方式设置第一抗蚀层。使用第一抗蚀层，从接触层19的上方干蚀刻至第一蚀刻停止层15。由此，在应该形成有源区域1的位置残留第一p型包层16，从应该形成第一折射率区域2a、2b及第二折射率区域3a、3b的位置除去第一p型包层16。
接着，剥离第一抗蚀层，再次利用第二抗蚀层覆盖第二折射率区域3a、3b，形成绝缘膜。绝缘膜形成于第一p型包层16之上、各自在第一p型包层16的两旁伸出宽度d的区域。作为一个例子，将该绝缘膜设为SiON绝缘膜。SiON绝缘膜将有源区域1及第一折射率区域2a、2b之上覆盖。SiON绝缘膜成为未掺杂阶台层22生长时的掩模。之后，通过MOCVD法，使未掺杂阶台层22生长。由于有源区域1及第一折射率区域2a、2b被SiON绝缘膜遮掩，因此能够仅在第二折射率区域3a、3b形成未掺杂阶台层22。在第一p型包层16和未掺杂阶台层22之间形成有宽度d的槽。在除去SiON绝缘膜后，进行绝缘膜20的成膜，进一步形成p电极21及n电极4。
在实施方式2中也能够形成与实施方式1同样的折射率分布。因此，得到与实施方式1同样的模式数量选择效果，能够提高激光的亮度。此外，就实施方式2而言，仅赋予折射率，因此设置有未掺杂阶台层22，但也可以替代未掺杂阶台层22设置实施了p型掺杂的p型AlGaAs层。另外，未掺杂阶台层22的材料并不限于AlGaAs，也可以是其它半导体晶体材料，例如也可以是GaAs。
实施方式3.
图7是表示本发明的实施方式3涉及的半导体激光装置32的斜视图。实施方式3涉及的半导体激光装置32基本上具有与实施方式1同样的构造，但在将第二折射率区域3a、3b所包含的第一p型包层16及第二蚀刻停止层17替换为氧化钛阶台层23这一点上与实施方式1不同。氧化钛阶台层23由TiO2形成，具有0.3μm的膜厚度。
氧化钛阶台层23能够以与实施方式2的未掺杂阶台层22同样的流程形成。因此，能够与未掺杂阶台层22同样地，在第一p型包层16和氧化钛阶台层23之间形成宽度d的槽。在实施方式3中，由于与实施方式2同样地进行1次用于设置宽度d的槽的蚀刻即可，因此没有设置第二蚀刻停止层17。
由SiN构成的绝缘膜20的折射率为大约2.00。相对于此，TiO2的折射率为大约2.72，比SiN高，因此能够使第二折射率区域3a、3b的有效折射率nt比第一折射率区域2a、2b的有效折射率nc高。能够使高阶模式的βm/k0比第二折射率区域的有效折射率nt小，高阶模式被切断。由于能够选择性地使低阶模式进行振荡，因此x方向的扩展角变小，能够提高亮度。
也可以以如下方式对上述实施方式1～3涉及的半导体激光装置30～32进行变形。也可以提供在实施方式1～3中将p型和n型导电性反转的半导体激光装置。也可以提供在实施方式1～3中以将振荡波长设为975nm之外的波长的方式使材料及构造变形的半导体激光装置。另外，在实施方式1中切断了与β8/k0～β15/k0以下对应的高阶模式。相对于此，在实施方式1～3的各装置构造中，决定高阶模式的切断的有效折射率nt的值能够进行各种变形。也可以使nt的值比实施方式1低。也可以以将基本模式之外的模式全部切断的方式设定nt。也可以以仅切断最高阶模式的方式设定nt。能够以切断阶数比基本模式高的任意数量的高阶模式的方式规定nt的值。
标号的说明
1、101 有源区域
2a、2b、102a、102b 第一折射率区域
3a、3b、103a、103b 第二折射率区域
4 n电极
5 n型GaAs衬底
6 第一n型包层
7 第二n型包层
8 第一n侧引导层
9 第二n侧引导层
10 第一阻挡层
11 有源层
12 第二阻挡层
13 第一p侧引导层
14 第二p侧引导层
15 第一蚀刻停止层
16 第一p型包层
17 第二蚀刻停止层
18 第二p型包层
19 接触层
20 绝缘膜
21 p电极
22 未掺杂阶台层
23 氧化钛阶台层
30、31、32、41、42 半导体激光装置

Claims (4)

1.一种半导体激光装置，其具有：
半导体衬底；
第一导电型包层，其设置于所述半导体衬底之上；
有源层，其设置于所述第一导电型包层之上；以及
第二导电型包层，其设置于所述有源层之上，
所述有源层包含：
有源区域，其向激光射出方向延伸，在与所述激光射出方向垂直的宽度方向具有预先确定的规定宽度；
一对第一折射率区域，它们在所述宽度方向设置于所述有源区域旁边，在所述有源区域的两旁延伸；以及
一对第二折射率区域，它们在所述宽度方向从所述一对所述第一折射率区域的外侧夹着所述有源区域及所述一对所述第一折射率区域，
在将激光振荡波长设为λ，将所述有源区域的有效折射率设为na，将所述第一折射率区域的有效折射率设为nc，将所述第二折射率区域的有效折射率设为nt，将所述有源区域的所述规定宽度设为w，将m+1设为所述宽度方向的允许模式数量的情况下，
na>nt>nc，并且满足：
Figure FDA0002404212520000011
Figure FDA0002404212520000012
Figure FDA0002404212520000013
2.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其中，
所述第二折射率区域的有效折射率为：
Figure FDA0002404212520000021
3.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其中，
所述第二导电型包层具有一对槽，该一对槽向所述激光射出方向延伸且具有预先确定的宽度，
所述第一折射率区域为所述一对槽的下方的区域。
4.根据权利要求1所述的半导体激光装置，其中，
所述第二导电型包层的宽度比所述有源层的宽度窄，
在所述第二导电型包层的两旁设置由未掺杂半导体或氧化钛构成的阶台层，
在所述第二导电型包层和所述阶台层之间设置有预先确定的宽度的槽。
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