专利名称：边沿发光半导体激光器及半导体激光器模件的制作方法
背景技术：
发明所属领域本发明通常涉及半导体激光器(激光二极管)。更具体地，本发明涉及边沿发光半导体激光器，它的光波导管(起光共振器的作用)具有不同宽度的部件，该激光器抑制波导管的基本模式部分中的“波束控制(beam steering)”，从而提高最大基本模式输出；以及采用这种半导体激光器的半导体激光器模件。
现有技术的描述在宽带光通讯系统中，“光纤放大器”作为转接器或中继器起着重要的作用。通常，涂有稀土元素的光纤被用作光纤放大器。为了激活这种光纤，高输出的半导体激光器模件是必需的。用于这种目的的高输出-边沿发光半导体激光器(如0.98微米波段)必须以高耦合效率与单模光纤耦合。因此，用这种半导体激光器，必需在其稳定的基本模式下运行。同时，必需有一个发射点利用透镜系统通过直接耦合或间接耦合与单模光纤的光点匹配，从而在激光器的发射边沿实现与单模光纤的所需的光耦合。
通常，采用这种高输出半导体激光器，作为共振器的光波导管的宽度被设定为大约小于或等于3.5微米，以便只允许基本模式的传播。波导管的宽度在整个长度内、沿光的传播方向(即沿着共振器的纵轴)被设为恒定值。这是因为光的传播模式(即，平行于有源层的横向模式)和在光波导管中所允许的光传播模式的数目是由波导管的宽度决定的。关于这一点将参照
图1在下文中进行说明。
图1为在这种常规的半导体激光器内，取决于光波导管宽度W和折射率之差Δn的传播光的横向模式的变化。在图1中，波导管外部的折射率为3.386，并在整个长度内保持恒定。波导管内部和外部的折射率之差为Δn。从而，波导管的折射率为(3.386+Δn)。
如图1所示，允许的光传播模式(即，横向模式)的种类和数目是根据宽度W和折射率之差Δn确定的。在图1所示实例中，如果折射率之差Δn是常数，当宽度W足够小时，则只有传播基本模式(m＝0)。当宽度W略有增大时，则传播基本模式(m＝0)和第一模式(m＝1)。当宽度W进一步增大时，则传播基本模式(m＝0)、第一模式(m＝1)和第二模式(m＝2)。同样地，随着宽度W增大，还将增加第三模式(m＝3)，或增加第三模式和第四模式(m＝4)的传播。因此，为了只传播基本模式，需要根据折射率之差Δn来调整或选择宽度W。
采用上述的普通高输出半导体激光器，波导管的宽度W沿轴的方向是恒定的，因此，将出现下列问题。
具体地，为了获得稳定的横向或水平模式，波导管需要变窄。另一方面，为了实现输出光的相当宽的光点直径，以便与高输出操作相对应，加宽波导管是有效的。结果，如果波导管的宽度是恒定的，只可能实现这两个要求中的一个。
在本文中，将在下文中参照图2说明为什么加宽波导管能有效增大输出光的光点直径。
图2为图1中所采用的传统半导体激光器的波导管宽度W和横向或水平光点直径的FWHM(半宽度)之间的关系，其中Δn＝3.5×10-3(＝0.0035)。
如图2所示，发自波导管的输出光的横向或水平光点直径随着波导管的宽度的变化而变化。当宽度W大于约1.5微米时，水平光点直径的FWHM大致与宽度W成正比地增大。因此，为了获得水平方向上较宽的输出光光点，增大波导管的输出端的宽度W是有效的。
为了同时满足上述两个互相矛盾的要求(即横向模式的稳定性和光点直径的扩展)，目前人们已经开发出并公开了多种经过改进的波导管，它们的宽度沿长度方向变化。
例如，在1997年公布的日本未审查专利公报No.9-307181中，作为半导体激光器的共振器的光波导管逐渐变细。这种激光器包括发射光的有源层；用于限制光的半导体覆层；用于产生激光的共振器结构；以及在半导体基底上形成的条形的高折射率区，该区的有效折射率高于其它部分。高折射率区沿着共振器延伸。高折射率区的宽度沿着共振器按指数规律变化。在共振器的一侧，高折射率区的宽度等于或小于3.5微米，在另一侧，高折射率区的宽度大于或等于5微米。
在逐渐变细的波导管的每一侧上选择性地形成电流减小层。波导管逐渐变细的几何形状通过电流减小层得以实现。
采用上述公报No.9-307181中介绍的现有的激光器，光密度较高的波导管前沿(即发射边沿)的宽度被设定得较宽(5微米或更宽)以便增大光点，因此减小了发射边沿的光密度。这样，由于严重光学损伤(COD)或严重光学镜面损伤(COMD)而导致的激光器结构的降级将被抑制。另一方面，光密度相对较低的波导管的后部边沿的宽度被设定得较窄(3.5微米或更窄)以便使横向模式稳定，从而抑制了光扭结的产生。“扭结”是限制高输出操作的主要因素。这样，就可获得200mW或更高的无扭结输出。因此，防止了由模式转换而造成的模式损失，并使横向模式稳定，这就使高输出半导体激光器具有高度的可靠性。
而且，采用公报No.9-307181中介绍的现有的激光器，高折射率区的宽度在接近边沿或各边沿处可以是恒定的。
在1996年公开的日本未审查专利公开号为No.8-340147中，介绍了具有与上述No.9-307181号公开中相同结构的半导体激光器。在No.9-307181号中所示的激光器似乎采用的是公开号为No.8-340147的激光器。
在1996年公布的日本未审查专利公报No.8-23133中，介绍了将波导管用作共振器的半导体激光器沿其长度方向宽度是变化的。这种激光器具有脊型波导管结构，用于控制传播光的横向模式。通过选择性地去除有源层或在脊型波导管的每一侧选择性地形成凹部，使有源层变窄，从而抑制辐射模式。这样，就有了这样一些优点即使当光的输出水平高达瓦特级时，激光器仍能以横向基本模式稳定地运行；产品合格率高，并且特性的再现性较好。
1997年公布的日本未审查专利公报No.9-289354介绍了具有大的水平光点直径的、高输出、低阈值电流的半导体激光器。这种激光器包括在半导体基底上形成的半导体层状结构。这种层状结构包括沿着共振器呈条形的有源层。有源层的前边沿的宽度为W1，后边沿的宽度为W2，其中W1＞W2。宽度沿着共振器从W2到W1连续地变化。这样，就产生了具有较大的水平光点直径的激光。
采用上述公报No.9-289354中介绍的现有的激光器，前边沿(即发射边沿)的宽度W1被设定为大约等于由与激光器耦合的光纤传播的光的光点直径。后边沿的宽度W2被设定为使得激光振动发生在单横模式。
1993年公布的未审查日本专利公报No.5-267772介绍了一种超高输出、横模控制的半导体激光器。这种被设计用作SHG(二次谐波发生器)的光源的激光器在其边沿具有宽区结构。在孔穴中形成的窄条形部分作为增益引导的波导管结构。
采用上述公报No.5-267772中介绍的现有的激光器，宽区结构位于发射边沿，因此，同边沿的光的光点直径被增大。这意味着不会发生激光器在发射边沿降级并有可能高输出操作。由于窄条形部分在孔穴内形成，由于模式过滤功能，可以去除较高的模式。由于窄条形部分具有增益导向的波导管结构，传播的光将在宽区和窄条区的界面处沿着波导管有效地扩张。从而，可以有效地选择基本模式。
采用公报No.9-307131，8-340147和9-289354中介绍的现有的激光器，可以获得稳定的横向模式，并且同时，当考虑与光纤耦合时，还可能获得相当宽的光点。
采用公报8-23133介绍的现有的激光器，没有提及与光纤的耦合。但是，似乎可以获得稳定的横向模式，同时，当考虑与光纤耦合时，还有可能获得相当宽的光点。
采用公报No.5-267772中介绍的上述现有的激光器，可以获得稳定的横向模式。但是，这种激光器似乎很难与光纤耦合，尤其是很难与单模光纤耦合。这是因为条形部分在发射边沿被设定得较宽，以防止同一边沿的降级。
根据发明者的考察，上述的现有工艺的半导体激光器具有以下一些问题。
采用上述现有工艺的激光器，在运行过程中，特定的电流以与光波导管(即共振器)垂直的方式被输送。因此，即使波导管的基本模式部分(即具有相对较窄宽度的部分)的宽度被设计成使得在振动时只传播基本模式，就会有这样一个问题当注入电流密度超过了某个水平(如2×104A/cm2)时，基本模式不能被保持。产生这种问题的原因如下所述。
光波导管的增益分布和折射率分布并不总是恒定的，而是很可能随着注入电流密度的增大而波动。如果注入电流密度很高，增益分布和折射率分布将显著偏离它们的预定值。这种偏离与一种新的增益分布和新的折射率分布的产生对应。这些这样产生的新的分布将允许传播高于基本模式的更高模式。在名为“半导体激光器(基础和应用)”的书中第97页阐述了这一点，该书的作者为Ryoichi Ito和MichiharuNakamura，1989年由Baihukan出版。
相应地，如IEEE“光电技术快报”，第6卷12期(1994年12月)第1409-1411页的论文所述，有可能使直线传播的光弯曲。这意味着输出光束的方向可以改变。这种现象被称为“波束控制”。
由于上述的机理，即使光波导管的基本模式部分(即窄的部分)被设计为使得只传播所需的基本模式，如果注入电流密度超过了某个水平(如2×104A/cm2)时，将出现输出光束的方向可能被改变的问题。这个问题减小了具有光系统(如光纤)的激光器的耦合效率，从而降低了输出光的利用率。
而且，高输出半导体激光器的最大输出被“热饱和”限制。“热饱和”是由这样的事实造成的半导体激光器内由注入电流产生的焦耳热引起激光器增益的饱和。
发明概述相应地，本发明的目的之一就是要提供一种有效抑制“射束控制”的产生的半导体激光器，以及采用该激光器的半导体激光器模件。
本发明的另一个目的就是要提供一种利用简单结构来增大最大输出的半导体激光器，以及采用该激光器的半导体激光器模件。
本方面还有一个目的就是要提供一种在与外部光系统耦合时防止输出光耦合效率降低的半导体激光器；以及采用该激光器的半导体激光器模件。
根据下文中的说明，那些熟悉本领域的技术人员将了解上述各目的以及未具体提及的其它目的。
根据本发明的第一方面，提供了边沿发光半导体激光器，其中包括包括有源层和覆层的光波导管，该波导管起共振器的作用；与波导管的一端相连的第一边沿，该第一边沿作为发射边；与波导管的另一端相连的第二边沿，该第二边沿位于与第一边沿相对的一侧；该波导管包括至少两个宽度不同的部分，至少两个部分中的一个为允许传播基本模式的基本模式部分；以及电流注入抑制装置，用于抑制或控制注入到位于基本模式部分的至少一部分内的有源层的电流。
采用依据本发明的第一方面的边沿发光半导体激光器，该波导管包括至少两个宽度不同的部分，至少两个部分中的一个为允许传播基本模式的基本模式部分。而且，电流注入抑制装置被用来抑制或控制输入至少部分基本模式部分内的有源层的电流。因此，与没有提供电流注入抑制装置的情况相比，运行时将注入有源层的电流被减小或被禁止注入。这样，基本模式部分内的有效注入电流密度被降低。相应地，如果基本模式部分内的注入电流密度超过了某个水平就会产生的“波束控制”能够被抑制。
另外，仅仅由于提供电流注入抑制装置就能抑制“波束控制”，用一种简单结构即能提高激光器的最大输出。而且，可以防止与外部光系统耦合的激光器的耦合效率降低。
在依据本发明的第一方面的激光器的优选实施例中，电流注入抑制装置由与基本模式部分的至少部分搭接的电流阻挡层制成。在该实施例中，波导管的覆层最好有凹陷处，电流阻挡层可以固定在该凹处内。覆层中由于凹陷而变薄的部分最好是非注入电流的区域。
在依据本发明的第一方面的激光器的另一优选实施例中，电流注入抑制装置由与基本模式部分的至少部分搭接的、位于波导管外部的电流限制掩模层制成。在该实施例中，电流限制掩模层最好靠近激光器的至少一个电极。电流限制掩模层最好由电介质制成。
在依据本发明的第一方面的激光器的另一优选实施例中，电流注入抑制装置由与基本模式部分的至少部分搭接的无源波导区(即没有增益的波导区)构成。在该实施例中，无源波导区足以具有比与激光的振动波长对应的能量更大的波段间隙(即被禁带宽)。最好用离子注入将涂料注入至少部分的基本模式部分中来制成无源波导区。
更适宜地，电流注入抑制装置靠近第二边沿。
在依据本发明的第一方面的另一个优选实施例中，电流注入抑制装置靠近第二边沿，并且第二电流注入抑制装置靠近第一边沿。在该实施例中，还有一个优点，即可有效防止发射边沿(即第一边沿)被破坏。
依据本发明的第一方面的另一优选实施例如下所述(i)基本模式部分的宽度等于或小于3.5微米。比基本模式部分更宽的波导管的部分其宽度为等于或大于4微米，并以相同的宽度与第一边沿相连。
(ii)基本模式部分与第二边沿相连。比基本模式部分更宽的波导管的第一部分与第一边沿相连。在这种情况下，更适宜地，基本模式部分与第一部分直接相连。可替换的是，基本模式部分通过比基本模式部分更宽的波导管的第二部分与第一部分相连。
(iii)比基本模式部分宽的波导管的第一部分与第一边沿相连，并且比基本模式部分宽的波导管的第二部分与第二边沿相连。基本模式部分的边沿分别与第一较宽部分和第二较宽部分相连。
(iv)波导管整体上逐渐变细。基本模式部分位于波导管较窄的一侧。比基本模式部分宽的波导管的部分位于波导管较窄的一侧。
(v)比基本模式部分宽的波导管的第一部分是多模式部分，它允许传播基本模式及其更高模式。基本模式部分直接与多模式部分相连。或者，基本模式部分与多模式部分通过比基本模式部分宽的波导管的第二部分相连。
根据本发明的第二方面，提供了半导体激光器模件。该模件包括依据本发明第一方面的半导体激光器元件；以及用于将光纤的一端靠近激光器的第一边沿固定的光纤固定装置。
采用依据本发明的第二个第一方面的半导体激光器模件，提供了依据本发明第一方面的半导体激光器作为半导体激光器元件，显然，可以获得与依据本发明的第一方面的半导体激光器相同的优点。
在依据本发明的第二方面的模件的优选实施例中，该模件被这样设计具有在其端部整体地形成的耦合透镜的光纤是可以连接的。
在依据本发明的第二方面的模件的另一优选实施例中，该模件被这样设计使得激光器模件的输出光通过外部耦合透镜被引入光纤。在该实施例中，光纤最好在其端部具有内置的耦合透镜。
附图简介为了容易地实现本发明，将参照附图对其进行说明。
图1图示说明了在传统半导体激光器的光波导管中，取决于波导管宽度W和折射率之差Δn的传播光的横向模式变化。
图2为图1所采用的传统半导体激光器的波导管宽度W和水平光点直径的FWHM(半宽度)之间的关系。
图3为依据本发明的第一实施例的半导体激光器的结构的纵向垂直截面图。
图4为沿图3中IV-IV线的垂直截面图，展示了依据图3中第一实施例的激光器的结构。
图5为沿图3中V-V线的垂直截面图，展示了依据图3中第一实施例的激光器的结构。
图6为沿图3中VI-VI线的水平截面图，展示了依据图3中第一实施例的激光器的结构。
图7A和图7B分别展示了沿图3中IV-IV线的垂直截面图和平面图，展示了制造依据图3中的第一实施例的激光器的方法。
图8A、图8B和图8C分别为沿图3中IV-IV线的垂直截面图、平面图、沿着共振器的纵向垂直的截面图，展示了图3中依据第一实施例的激光器的制造方法。
图9A和图9B分别为沿图3中IV-IV线的垂直截面图和平面图，展示了图3中依据第一实施例的激光器的制造方法。
图10A和图10B分别为沿图3中IV-IV线的垂直截面图和平面图，展示了图3中依据第一实施例的激光器的制造方法。
图11示出了依据本发明的第二实施例的半导体激光器的结构的纵向垂直截面图。
图12为沿图11中的XII-XII线的垂直截面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的结构。
图13为沿图11中的XIII-XIII线的垂直截面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的结构。
图14为沿图11中的XIV-XIV线的垂直截面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的结构。
图15为沿图11中的XV-XV线的水平截面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的结构。
图16A和16B分别为沿共振器的纵向垂直截面图和平面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的制造方法。
图17A和17B分别为沿共振器的纵向垂直截面图和平面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的制造方法。
图18A和18B分别为沿共振器的纵向垂直截面图和平面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的制造方法。
图19A和19B分别为沿共振器的纵向垂直截面图和平面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的制造方法。
图20A和20B分别为沿共振器的纵向垂直截面图和平面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的制造方法。
图21A和21B分别为沿共振器的纵向垂直截面图和平面图，展示了图11中依据第二实施例的激光器的制造方法。
图22为依据本发明的第三实施例的半导体激光器的结构的纵向垂直截面图。
图23为沿图22中的XXIII-XXIII线的垂直截面图，展示了图22中依据第三实施例的激光器的结构。
图24为沿图22中的XXIV-XXIV线的垂直截面图，展示了图22中依据第三实施例的激光器的结构。
图25为沿图22中的XXV-XXV线的垂直截面图，展示了图22中依据第三实施例的激光器的结构。
图26为依据本发明的第四实施例的半导体激光器的结构的纵向垂直截面图。
图27为沿图26中的XXVII-XXVII线的垂直截面图，展示了图26中依据第四实施例的激光器的结构。
图28为沿图26中的XXVIII-XXVIII线的垂直截面图，展示了图26中依据第四实施例的激光器的结构。
图29为沿图26中的XXIX-XXIX线的水平截面图，展示了图26中依据第四实施例的激光器的结构。
图30为依据本发明的第五实施例的半导体激光器的结构沿着图3中的IV-IV线的水平截面图。
图31为依据本发明的第六实施例的半导体激光器的结构沿着图3中的IV-IV线的水平截面图。
图32为依据本发明的第七实施例的半导体激光器的结构沿着图3中的IV-IV线的水平截面图。
图33为依据本发明的第八实施例的半导体激光器的结构沿着图3中的IV-IV线的水平截面图。
图34为依据本发明的第一实施例的半导体激光器和传统半导体激光器的注入电流和光输出之间的关系视图。
图35为依据本发明的第九实施例的半导体激光器的结构的平面示意图。
图36A至36C分别为楔形光纤的俯视图、前视图和侧视图，该光纤被用于依据本发明的激光器。
图37A至37C分别为另一楔形光纤的俯视图、前视图和侧视图，该光纤被用于依据本发明的激光器。
图38为依据本发明的第九实施例的半导体激光器元件、光纤和激光器模件中的耦合透镜的轮廓示意图。
优选实施例的详细说明在下文中，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。第一实施例图3至6为依据本发明的第一实施例的边沿发光半导体激光器(980纳米波段)的结构图。
该激光器包括以1×1017cm-3的浓度掺杂硅(Si)的n型GaAs基底1(厚度约为350微米)。在基底1上形成n型Al0.3Ga0.7As覆层2(厚度2000纳米；Si的掺杂浓度为1×1017cm-3)。在n型覆层2上形成n型Al0.1Ga0.9As限制层3(厚度100纳米；Si的掺杂浓度1×1017cm-3)。在n型限制层3上形成双量子阱(QW)有源层4。有源层4由i型In0.25Ga0.75As阱子层(厚度5纳米)和i型GaAs屏蔽子层(厚度5纳米)交叠形成。
在有源层4上形成了p型Al0.1Ga0.9As限制层5(厚度100纳米；镁(Mg)的掺杂浓度为1×1018cm-3)。在p型限制层5上形成了p型Al0.3Ga0.7As第一覆层6(厚度200纳米；Mg的掺杂浓度1×1018cm-3)。在p型第一覆层6上形成了p型Al0.45Ga0.55As蚀刻终止层7(厚度50纳米；Mg的掺杂浓度1×1018cm-3)。
n型覆层2、n型限制层3、i型有源层4、p型限制层5、p型第一覆层6以及p型蚀刻终止层7覆盖了基底1的整个表面。
在p型蚀刻终止层7上形成了p型Al0.3Ga0.7As第二覆层8(厚度1500纳米；Mg的掺杂浓度1×1018cm-3)。在p型第二覆层8上形成了p型GaAs罩层9(厚度500纳米；Mg的掺杂浓度1×1018cm-3)。8和9这两层构成了台式脊结构20，并且没有覆盖基底1的整个表面，如图3所示。8和9这两层(即脊结构20)位于基底1的中部。换句话说，脊结构20大致沿激光器的纵轴延伸。结构20的每一侧露出蚀刻终止层7的表面。作为激光器的光共振器的光波导管40沿结构20形成。
位于脊结构20的每一侧的蚀刻终止层7的上方的空间充满了n型AlGaAs电流阻挡层10(厚度1000纳米；Si的掺杂浓度1×1017cm-3)，并且在层10上形成了n型GaAs电流阻挡层11(厚度500纳米；Si的掺杂浓度1×1017cm-3)。下面的电流阻挡层10的顶部与结构20中的p型罩层9大致处于同一平面内。换句话说，层10的高度大致与结构20的高度相等。因此，上面的电流阻挡层11比结构20略高，同时，从上面的电流阻挡层11的中央开口处露出罩层9的顶部。
如图3所清楚展示的，在靠近层状结构的后边沿32的端部，p型第二覆层8被部分去除，从而形成了凹陷。由于该凹陷，覆层8的这个部分的厚度减小。n型电流阻挡层10部分安装在这个凹陷内。因此，层10(和n型电流阻挡层11)的平面形状与字母U相似，如图6所示。8层减薄的部分8a用于在激光器运行时，通过两个电流阻挡层10和11来防止注入电流。被减薄的部分8a被称为层8的“电流非注入区”。
在n型GaAs电流阻挡层11和从层11的开口处露出的p型GaAs罩层9上，形成了p型GaAs接触层12(厚度500纳米；Mg的掺杂浓度2×1018cm-3)。在接触层12上，形成了由TiPtAu制成的p侧电极13。接触层12和电极13中的每一个覆盖了基底1的整个表面。
在n型GaAs基底1的背面(下表面)上形成了由AuGeNi制成的n侧电极14。电极14覆盖了基底1的整个背面。
位于层状结构相对的两端的激光器的前边沿和后边沿31和32与光波导管40垂直。波导管40由脊结构20构成，包括p型Al0.3Ga0.7As第二覆层8和p型GaAs罩层9。前边沿31被防反射(AR)膜15完全覆盖。后边沿32被高反射(HR)膜16完全覆盖。AR膜15一般由单电介质膜或层叠的电介质膜结合形成。HR膜16一般由层叠的电介质膜相结合形成。
构成波导管40的半导体脊结构20沿基底1从前边沿31延伸到后边沿32。激光器的输出光从前边沿31发出，如图3中的箭头所示。因此，前边沿31是输出光的“发射边”。
沿着脊结构20延伸的波导管40具有相对纵轴对称的平面形状，如图6所清楚展示的。波导管40包括宽度Wa相对较小的直的部分40a；宽度Wc相对较大的直的部分40c；以及将直的部分40a和40c彼此相连的逐渐变细的部分40b。较窄的直的部分40a的外端(图6中的左端)与激光器的后边沿32相连。较宽的直的部分40c的外端(图6中的右端)与激光器的前边沿31(即发射边)相连。
相对较宽的直的部分40c构成了波导管40的“多模式部分”，通过将宽度Wc设定为某个值，例如5微米或更大，它不但允许传播基本模式(m＝0)，而且允许传播更高的模式(m＝1，2，……)。通常，即使光波导管较宽，如果波导管内部和外部的折射率之差被设定成足够小的值，则通过该波导管只能传播基本模式。因此，以这种方法，直的部分40c可以被设计成“基本模式部分”，它只允许传播基本模式。(这一点适用于在此介绍的本发明的所有实施例。)这意味着直的部分40c可以构成“基本模式部分”或“多模式部分”。另一方面，通过将宽度Wa设定为某个值，例如3.5微米或更小(即通过赋予模式过滤功能)，相对较窄的直的部分40a构成了“基本模式部分”。逐渐变细的部分40b具有将直的部分40a和40c彼此耦合的功能。因此，在由直的部分40a和40c以及逐渐变细的部分40b形成的激光振荡器中，只有基本模式被激活。
如图5所清楚展示的，脊结构20实际上是台形的(即截面为梯形)，因此，波导管40的部分40a、40b和40c的所有宽度Wa、Wb和Wc从它们的底部到顶部逐渐减小。这样，在这种情况下，宽度Wa、Wb和Wc分别在它们的底部具有最大值。
波导管40的宽度由有助于光的波导作用的、具有高效折射率的区域的宽度决定或给定。因此，波导管40的宽度并不总是等于脊结构20的宽度。
接下来，将参照图7A和7B至图10A和10B对依据第一实施例的上述半导体激光器的制造方法进行说明。
首先，准备好n型GaAs基底1。然后，如图7A和7B所示，通过采用合适的晶体生长方法，例如，金属-有机化学气相沉积(MOCVD)，分子束外延生长(MBE)或为了该目的的其它相似的方法，将n型Al0.3Ga0.7As覆层2、n型Al0.1Ga0.9As限制层3、i型双QW有源层4、p型Al0.1Ga0.9As限制层5、p型Al0.3Ga0.7As第一覆层6、p型Al0.45Ga0.55As蚀刻终止层7、p型Al0.3Ga0.7As第二覆层8、以及p型GaAs罩层9按照该顺序，依次在基底1上形成。
接着，在p型罩层9上形成电介质层(如SiO2层)(未示出)。然后，利用已知的光刻法和蚀刻技术，选择性地蚀刻，从而在电介质层上形成图案，如图7A和7B所示。这样就在罩层9上形成了电介质掩模21A。掩模21A只被用来蚀刻底层9。掩模21A的图案(即平面形状)大致与光波导管40和脊结构20的平面形状一致。
这样形成的电介质掩模21A包括宽度恒定的条形光阻挡区21Aa；宽度变化的逐渐变细的光阻挡区21Ab、以及宽度恒定的条形光阻挡区21Ac。例如，区域21Aa的宽度和长度分别为3.5微米和400微米。区域21Ab的宽度介于3.5微米到5微米之间，长度为200微米。区域21Ac的宽度和长度分别为5微米和200微米。
在实际过程中，在同一基底1上同时形成许多半导体激光器。因此，实际上，在所需时间重复包括区域21Aa、21Ab和21Ac的图案，从而在整个基底1上以相等的间隔排列这些图案。
利用电介质掩模21Aa，p型罩层9被选择性地蚀刻，从而露出p型第二覆层8。在图7A和7B中展示了该步骤的状态。
接着，掩模21A自身被部分蚀刻，使得相对窄的条形阻挡区21Aa(即将成为波导管40的电流非注入区8a的部分，即将成为波导管40的基本模式部分的部分)被有选择地去除。这样，由掩模21Aa形成如图8A、8B和8C所示的电介质掩模21。这样形成的掩模21在与阻挡区21Aa对应的位置，选择性地将罩层9露出。该掩模21包括宽度变化的逐渐变细的光阻挡区21b；以及宽度恒定的条形光阻挡区21c。
利用电介质掩模21，与掩模21A的条形区21Aa对应的部分上残留的p型罩层9的条形部分以及p型第二覆层8(目前还没有被蚀刻)被选择性地蚀刻。这样就形成了脊结构20，如图8A至8C所示。由于蚀刻终止层7在p型第一覆层6上形成，在该过程中蚀刻行为没有被施加给覆层6。因此，只有第二覆层8和罩层9被选择性地蚀刻，形成如图8A至8C所示的脊结构20。
这样形成的脊结构20包括条形区20a；逐渐变细区20b；以及条形区20c。逐渐变细的区域20b和条形区20c反映了掩模21的形状。条形区20a反映了罩层9的条形部分的形状。
在图8A至8C的状态中，具有一定厚度(如约200纳米)的第二覆层8被留在与罩层9被去除的部分对应的位置上。这样，覆层8的残留部分构成了电流非注入区8a。由于区域8a与覆层8连续存在于脊结构20的内部，由区域8a形成的波导管40的部分和由结构20内的覆层8形成的波导管40的其它部分彼此几乎无损地光耦合。
在由电流非注入区8a形成的波导管40的部分(即将作为基本模式部分的部分)中，光损失是不可避免的。因此，区域8a可能比基本模式部分更短，其中基本模式部分的一部分构成了区域8a。
随后，在将掩模21留在脊结构20上的同时，利用MOCVD或MBE方法或其它相似的方法，将n型A1GaAs电流阻挡层10和n型GaAs电流阻挡层11按顺序有选择地在蚀刻终止层7上生长。这样，如图9A和9B所示，在蚀刻终止层7和电流非注入区8a上的空间被电流阻挡层10和11充满。此处，下面的电流阻挡层10的上表面被调整为具有与残留的第二覆层8大致相同的高度。因此，上面的电流阻挡层11位于覆层8的上方。
接着，在去除电介质掩模21之后，p型GaAs接触层12在电流阻挡层11和从阻挡层11的开口处露出的罩层9上生长，形成了如图10A和10B所示的结构。在这个阶段，形成的接触层12不只是覆盖电流阻挡层11，还覆盖了罩层9。接触层12覆盖了基底1的整个表面。
随后，由TiPtAu制成的p侧电极13在接触层12上形成，覆盖了基底1的整个表面。
然后，基底1的背面被抛光减薄到某个厚度(如大约100微米厚)，接着，由AuGeNi制成的n侧电极14在经过抛光的基底1的背面上形成。电极14覆盖了基底1的整个背面。
接着，这样在基底1上形成的层状结构沿着与波导管40垂直的方向劈开，形成了该结构的条形部分。在这样形成的、包括排成一行的相同的激光器结构的每个部分中，AR膜15涂覆在与波导管40垂直的前边沿31上，而HR膜16则涂覆在与波导管40垂直的后边沿32上。
最后，在劈开的基底1上排列的激光器结构被沿着相邻的脊结构20(即相邻的波导管40)之间的它们的中心线切割，使彼此分离。这样，就完成了依据本发明的第一实施例的具有图3的结构的半导体激光器。
在实际制造过程中，由于蚀刻行为，波导管40的宽度相对于掩模21A或21减小了大约0.5微米。因此，波导管40相对较窄的直的部分40a的宽度Wa将是3.0微米，波导管40的相对较宽的直的部分40c的宽度Wc为4.5微米，而波导管40的逐渐变细的部分40b的宽度Wb介于3.0微米到4.5微米之间。
如上所述，采用依据第一实施例的边沿发光半导体激光器，光波导管40包括具有相对较小宽度Wa的直的部分40a；具有相对较大宽度Wc的直的部分40c，以及将40a和40c互相连接起来的逐渐变细的部分40b。相对较窄的直的部分40a作为“基本模式部分”。相对较宽的直的部分40c作为“多模式部分”(或“基本模式部分”)。
而且，在相对较窄的直的部分40a(即“基本模式部分”)中，电流非注入区8a位于部分40a的整个长度上的第二覆层8中，用于抑制或控制注入有源层4的电流。因此，在运行中，电流不能通过区域8a注入波导管40的内部(即有源层4)。这样，波导管40的基本模式部分40a中的有效注入电流密度得以降低。因此，当基本模式部分40a中的注入电流密度超过了某个水平而引起的“波束控制”得以被抑制。
此外，由于只是通过在第二覆层8中提供了电流非注入区8a就能抑制“波束控制”，采用简单的结构，就能提高激光器的最大输出。而且，可以防止激光器与外部光系统(如光纤)的耦合效率降低。
图34展示了第一实施例的半导体激光器的优点。如图34中的曲线所示，第一实施例的激光器的无扭结光输出(用实线表示)与现有工艺的激光器(用虚线表示)相比，有所增大。这样，图34中的第一实施例的曲线中没有出现扭结。这就意味着在整个输出范围内防止了波束控制。相应地，通过增大本发明的激光器中的注入电流，可以获得更高的光输出。
由于波导管40的相对较宽的直的部分40c与激光器的发射边(即前边沿)31相连，相对于具有内置透镜的光纤(如楔形光纤或具有内置柱面透镜的光纤)可以获得非常高的耦合效率。具有内置透镜的光纤使得将具有椭圆形密度分布的激光器的输出光与光纤的圆形芯线高耦合效率地耦合成为可能。在1996年公布的日本未审查专利公报No.8-86923中介绍了具有内置透镜的光纤的例子。
在图36A至36C中展示了楔形光纤的实例。图36A至36C所示的楔形光纤61在它的边沿具有特定的弯曲，从而在它的末端形成柱面透镜62。在图37A至37C中展示了楔形光纤的另一实例。图37A至37C所示的楔形光纤63在它的边沿具有特定的弯曲，从而在它的末端形成椭圆形透镜64。在专利公报No.8-86923中对这些实例进行了说明。
如果波导管40的相对较宽的直的部分40c的宽度Wc接近4.5微米，则最好采用由Corning公司制造的CS980光纤。这是因为光纤CS980的状态字段直径大约为4.2微米，这样，第一实施例的激光器可以与该光纤良好耦合。如果对光纤CS980的末端进行垂直于它的轴的适当的透镜加工以形成所需的透镜，则可以在第一实施例的激光器和CS980光纤之间获得相当高的耦合效率。
在波导管的相对较窄的直的部分40a(即基本模式部分)中，通过波导管40传播的光的波前是平的，而在逐渐变细的部分40b则被变为球形。在相对较宽的部分40c(即多模式或基本模式部分)中，光的波前又恢复到平面。这样，输出光的波前为平面形、并且平行于发射边沿31。因此，还有一个优点就是由于部分40c的存在，第一实施例的激光器和待耦合的光纤之间的耦合损失被减少或抑制。第二实施例图11至15展示了依据本发明第二实施例的边沿发光半导体激光器(980纳米波段)的结构。除了在第二覆层8内形成了两个电流非注入区8a和8b之外，该激光器具有与第一实施例的半导体激光器相同的结构。因此，在这里就省略了对相同结构的说明，为了简便，图11至15中各元件所用的标号与第一实施例中的相同。
第二实施例的激光器具有与第一实施例大致相同的层状结构。具体地，n型Al0.3Ga0.7As覆层2、n型Al0.1Ga0.9As限制层3、双QW有源层4、p型Al0.1Ga0.9As限制层5、p型Al0.3Ga0.7As第一覆层6、以及p型Al0.45Ga0.55As蚀刻终止层7按照该顺序依次在n型GaAs基底1上形成。
在p型蚀刻终止层7上，p型Al0.3Ga0.7As第二覆层8和p型GaAs罩层9按顺序堆叠形成。8和9这两层构成了台型脊结构20。作为激光器的光共振器的光波导管40沿着结构20形成。
位于脊结构20的每一侧的蚀刻终止层7的上的空间充满了n型AlGaAs电流阻挡层10，并且在10层上形成了n型GaAs电流阻挡层11。从电流阻挡层11的中央开口处露出罩层9的顶部。
不象第一实施例的激光器，如图11所清楚展示的一样，p型第二覆层8靠近层状结构的前边沿31和后边沿32的各端被部分去除，从而形成两处凹陷。由于这些凹陷，层8的这些部分被减薄。n型电流阻挡层10部分固定在这些凹陷内。因此，层10的平面形状(和n型电流阻挡层11)与字母O相似。形成层8减薄的部分8a和8b以限制激光器运行时注入波导管40的电流。8a和8b两个部分被称为层8“电流非注入区”。
在n型GaAS电流阻挡层11和从层11的开口处露出的p型GaAs罩层9上，形成了p型GaAs接触层12。在接触层12上，形成了由TiPtAu制成的p侧电极13。在n型GaAs基底1的背面(下表面)上形成了由AuGeNi制成的n侧电极14。
沿着脊结构20延伸的波导管40具有相对于其纵轴对称的平面形状，如图15所清楚展示的。波导管40包括具有相对较小宽度Wa的直的部分40a；具有相对较大宽度Wc的直的部分40c；以及将直的部分40a和40c彼此相连的逐渐变细的部分40b。直的部分40a的外端(图15中的左端)与激光器的后边沿32相连。直的部分40c的外端(图15中的右端)与激光器的前边沿31(即发射边沿)相连。这些与第一实施例相同。
这样，采用依据第二实施例的激光器，电流非注入区8a和8b分别在靠近前边沿31和后边沿32的地方形成，并分别与前边沿31和后边沿32相接触。
接下来，将参照图16A和图16B至图21A和21B对依据第二实施例的上述的半导体激光器的制造方法进行说明。
首先，用和第一实施例相同的方法，将n型Al0.3Ga0.7As覆层2、n型Al0.1Ga0.9As限制层3、i型双QW有源层4、p型Al0.1Ga0.9As限制层5、p型Al0.3Ga0.7As第一覆层6、p型Al0.45Ga0.55As蚀刻终止层7、p型Al0.3Ga0.7As第二覆层8、以及p型GaAs罩层9按照该顺序，依次在n型GaAs基底1上形成。该阶段的状态如图16A和16B所示。
接着，在p型罩层9上形成电介质层(如SiO2层)(未示出)。然后，利用已知的光刻法和蚀刻技术，选择性地蚀刻，从而在电介质层上形成图案，如图17A和17B所示。这样就在罩层9上形成了电介质掩模21A。掩模21A只被用来蚀刻下面的层9。掩模21A的图案(即平面形状)大致与光波导管40和脊结构20的平面形状一致。
与第一实施例相似，电介质掩模21A包括厚度恒定的条形光阻挡区21Aa；厚度变化的逐渐变细的光阻挡区21Ab，以及厚度恒定的条形光阻挡区21Ac。例如，区域21Aa的宽度和长度分别为3.5微米和400微米。区域21Ab的宽度介于3.5微米到5微米之间，长度为200微米。区域21Ac的宽度和长度分别为5微米和200微米。
利用电介质掩模21Aa，p型罩层9被选择性地蚀刻，从而有选择地露出p型第二覆层8。
接着，掩模21A自身被部分蚀刻，使得整个条形阻挡区21Aa和条形阻挡区21Ac的前侧端(即将成为波导管40的电流非注入区8a和8b的部分)被有选择地去除。这样，由掩模21Aa形成如图18A和18B所示的电介质掩模21。这样形成的掩模21在与整个阻挡区21Aa对应的位置以及与阻挡区21Ac的前侧端对应的位置，选择性地将罩层9露出。该掩模21包括逐渐变细的光阻挡区21b；以及条形光阻挡区21c。
利用电介质掩模21，与掩模21A的区21Aa和21Ac对应的部分上残留的p型罩层9的条形部分、以及p型第二覆层8(目前还没有被蚀刻)被选择性地蚀刻。这样就形成了台形脊结构20，如图19A和19B所示。
这样形成的脊结构20包括条形区20a；逐渐变细区20b；以及条形区20c。它们反映了掩模21的形状以及罩层9残留的条形部分的形状。
在图19A和19B的阶段中，具有一定厚度(如约200纳米)的第二覆层8被留在与罩层9被蚀刻的部分对应的两个位置上。这样，留在这些位置上的覆层8的部分构成了电流非注入区8a和8b。由于区域8a和8b与覆层8连续存在于脊结构20内，由区域8a和8b形成的波导管40的部分和由结构20内的覆层8形成的波导管40的其它部分彼此几乎无损地进行光耦合。
靠近后边沿16的电流非注入区8a的长度与波导管40的整个40a部分的长度相等。但是，不用说，区域8a可能比40a部分(即基本模式部分)更短，以减少光的传播损失。而且，当考虑光的传播损失时，靠近前边沿15的电流非注入区8b比波导管40的整个40c的部分更短。
接着，在将掩模21留在脊结构20上的同时，n型AlGaAs电流阻挡层10和n型GaAs电流阻挡层11按顺序在蚀刻终止层7上选择性地生长。这样，如图20A和20B所示，在蚀刻终止层7和电流非注入区8a上的空间被电流阻挡层10和11充满。此处，下面的电流阻挡层10的上表面被调整为具有与残留的第二覆层8大致相同的高度。因此，上面的电流阻挡层11位于覆层8的上方。
在去除电介质掩模21之后，p型GaAs接触层12在电流阻挡层11和从阻挡层11的开口处露出的罩层9上生长，形成了如图21A和21B所示的结构。在这个阶段，接触层12覆盖了罩层9。形成的接触层12覆盖了基底1的整个表面。
随后，和第一实施例一样，完成了依据第二实施例的具有如图11所示结构的半导体激光器。
采用依据第二实施例的边沿发光半导体激光器，可以获得与第一实施例相同的优点。这是因为第二实施例的激光器具有这样的结构在波导管40的相对较宽的直的部分40c中增加了电流非注入区8b。
而且，由于在第二覆层8中提供了电流非注入区8a和8b用于抑制或控制注入有源层4的电流，对“波束控制”的抑制作用与第一实施例相比得到了加强。因此，可进一步提高激光器的基本模式的最大输出。
由于在第二覆层8相对的两端提供了两个电流非注入区8a和8b，在前边沿31和后边沿32中产生的热被抑制或遏制。这样，与第一实施例相比，在发射边沿31发生COD或COMD的可能性被降低。这意味着还有一个优点即不只是高输出特性，而且还可提高边沿31的可靠性。第三实施例图22至25展示了依据本发明的第三实施例的边沿发光半导体激光器(980纳米波段)的结构。该激光器包括在第二覆层8内而不是在第一实施例中提供的电流非注入区8a内形成的电流非注入区8c。利用在p型GaAs接触层12上形成的电流注入抑制掩模17来实现区域8c。第一和第二实施例中所采用的第二覆层8的形状的变化在第三实施例中并未被采用。
除了上述的结构之外，第三实施例的激光器具有与第一实施例的半导体激光器相同的结构。因此，在这里就省略了对相同结构的说明，为了简便，图22至25中各元件所用的标号与第一实施例中的相同。
第三实施例的激光器不具有第一实施例中的形成在第二覆层8内的凹陷。覆层8的厚度在脊结构20(即波导管40)的整个长度内是恒定的。电流阻挡层10和11只是覆盖了结构20的每一侧，即它们没有与结构20重叠。
沿着脊结构20延伸的波导管40具有相对于其纵轴对称的平面形状，如图25所示。波导管40包括具有相对较小宽度Wa的直的部分40a；具有相对较大宽度Wc的直的部分40c；以及将直的部分40a和40c彼此相连的逐渐变细的部分40b。
电流注入抑制掩模17在p型GaAs接触层12上形成。如图25所清楚展示的，掩模17为矩形，并与具有相对较小宽度Wa的直的部分40a完全重叠。由具有通孔的电介质层(如SiO2层)制成的掩模17被p侧电极13完全覆盖。运行时将通过p侧电极13注入激光器内部的电流被掩模17抑制，因此，电流很少到达与直的部分40a对应的第二覆层8的部分。这样，基本上没有电流注入到该部分中。该部分为电流非注入区8c。这样，通过掩模17的作用在覆层8内形成区域8c。
由于电流非注入区8c，第三实施例的激光器可以获得和第一实施例相同的优点。
图25中的标注数字51表示电流注入被抑制的p侧电极13的范围。
接下来，将在下文中说明依据第三实施例的半导体激光器的制造方法。
首先，和第一实施例一样，将n型Al0.3Ga0.7As覆层2、n型Al0.1Ga0.9As限制层3、i型双QW有源层4、p型Al0.1Ga0.9As限制层5、p型Al0.3Ga0.7As第一覆层6、p型Al0.45Ga0.55As蚀刻终止层7、p型Al0.3Ga0.7As第二覆层8、以及p型GaAs罩层9按照该顺序，依次在n型GaAs基底1上形成。
接着，在p型罩层9上形成电介质层(如SiO2层)。然后，利用已知的光刻法和蚀刻技术，选择性地蚀刻，从而在电介质层上形成图案，如图17A和17B所示。这样就在罩层9上形成了电介质掩模21A。掩模21A的图案(即平面形状)大致与光波导管40和脊结构20的平面形状一致。
与第一实施例相似，电介质掩模21A包括宽度恒定的条形光阻挡区21Aa，宽度变化的逐渐变细的光阻挡区21Ab，以及宽度恒定的条形光阻挡区21Ac。例如，区域21Aa的宽度和长度分别为3.5微米和400微米。区域21Ab的宽度介于3.5微米到5微米之间，长度为200微米。区域21Ac的宽度和长度分别为5微米和200微米。
利用电介质掩模21，p型罩层9以及p型第二覆层8被选择性地蚀刻，从而形成了台形脊结构20，这样形成的脊结构20包括条形区20a；逐渐变细区20b；以及条形区20c。它们反映了掩模21A的形状。在该阶段，第二覆层8的厚度在整个长度范围内是恒定的。
随后，在将掩模21留在脊结构20上的同时，n型AlGaAs电流阻挡层10和n型GaAs电流阻挡层11按顺序在蚀刻终止层7上选择性地生长。这样，位于结构20的每一侧的蚀刻终止层7上的空间被电流阻挡层10和11充满。
在去除电介质掩模21之后，p型GaAs接触层12在电流阻挡层11和从阻挡层11的开口处露出的罩层9上生长，形成了如图21A和21B所示的结构。然后，在接触层12上形成SiO2层，并且构成图案，从而形成了具有穿孔的电流注入抑制掩模17，如图25所示。
接着，在接触层12上形成p侧电极13覆盖了整个掩模17。接下来的步骤与第一实施例相同。因此，完成了依据第三实施例的具有如图22所示的结构的半导体激光器。
采用依据第三实施例的半导体激光器，电流非注入区8c在波导管40相对较窄的直的部分40a(即基本模式部分)内形成，因此，可以获得与第一实施例相同的优点。
此外，由于蚀刻电介质掩模21A以形成电介质掩模21的过程是不必要的，则还有一个优点就是制造流程比第一实施例更简单。
在第三实施例的激光器中，还可以提供第一实施例所采用的电流非注入区8a，或者还可以提供第二实施例所采用的两个电流非注入区8a和8b。第四实施例图26至29展示了依据本发明第四实施例的边沿发光半导体激光器(980纳米波段)的结构。除了通过将掺杂离子注入包括第二覆层8的电流非注入区8a的部分形成离子注入部分18之外，该激光器具有与第一实施例相同的结构。因此，包括掺杂离子的电流非注入区8a被标注为“8d”。
离子注入部分18包括整个电流非注入区8a和有源层4的一部分。由于注入的掺杂离子，在部分18内有源层4的波段间隙(即被禁带宽)比部分18的外部有所增大。这样，有源层4的该部分位于部分18内的部分是闲置的。即，波导管40位于部分18内的部分起无源波导管的作用，没有相对于激光的增益。
如图29所示，离子注入部分18与波导管40的相对较窄的直的部分40a完全重叠，并与后边沿32相接触。图29中的标注数字“52”代表掺杂离子被注入的范围。
第四实施例的激光器除了电流非注入区8d之外，还具有离子注入部分18。但是，区域8d可以被省略，其中只出现离子注入部分18。在这种情况下，也能获得与第四实施例相同的优点。这是因为有源层4位于部分18内的部分是闲置的，因此，即使区域8d被缺省，仍可按照与第四实施例相同的方式抑制或防止注入直的部分40a的电流。
接下来，将在下文中说明依据第四实施例的上述的半导体激光器的制造方法。
从开始到形成电流非注入区8d的各步骤(参看图8A至8C)与第一实施例中的相同。在图8A至8C的状态中，具有某个厚度(如约200纳米)的第二覆层8被留在与罩层9的残留部分对应的位置上。这样，覆层8的残留部分构成了电流非注入区8d。
随后，象诸如Si、Zn这样的或相似的掺杂元素被选择性地离子注入到包括电流非注入区8d的区域52内。然后在合适的温度下进行退火。由于这些过程是众所周知的，在这里就不做详细说明了。因此，掺杂离子被引入有源层4位于离子注入部分18内的部分，从而扩大了有源层4的波段间隙。
接着，在将掩模21留在脊结构20上的同时，n型AlGaAs电流阻挡层10和n型GaAs电流阻挡层11按顺序在蚀刻终止层7上选择性地生长。这样，位于蚀刻终止层7上的空间被电流阻挡层10和11充满。
在去除电介质掩模21之后，p型GaAs接触层12在电流阻挡层11和从阻挡层11的开口处露出的罩层9上生长。接下来的步骤与第一实施例相同，因此，完成了依据第四实施例的具有如图26所示的结构的半导体激光器。
采用依据第四实施例的半导体激光器，电流非注入区8d在波导管40的相对较窄的直的部分(基本模式部分)40a内形成，同时，离子注入部分18内的有源层4的波段间隙被扩大。因此，可以加强第一实施例的优点。
即使缺省上述第四实施例的激光器结构中的电流非注入区8d，仍可获得与第一实施例大致相同的优点。
而且，如上所述，在第四实施例中也提供了第一实施例所采用的电流非注入区8a。但是，可以在第四实施例的激光器中提供第二实施例所采用的两个电流非注入区8a和8b，而不是区域8a。第五实施例图30为依据本发明的第五实施例的边沿发光半导体激光器(980纳米波段)的结构。这是对波导管40的改动，并且适用于上述第一至第四实施例中的任何一个。
在第五实施例的激光器中，波导管40具有与第一实施例相同的平面形状。但是，与第一实施例不同，电流非注入区8a从后边沿32开始延伸，大致到达逐渐变细的部分40b的中心位置。这样，区域8a不只与直的部分40a(基本模式部分)完全重叠，而且还与逐渐变细的部分40b的后半部分重叠。
采用第五实施例的激光器，与第一实施例相比，波束控制被抑制直至更高水平的注入电流密度。因此，激光器的最大基本模式输出可以比第一实施例有所提高。
形成的电流非注入区8a可以与直的部分40a和逐渐变细部分40b完全重叠。第六实施例图31为依据本发明的第六实施例的边沿发光半导体激光器(980纳米波段)的结构。这是对波导管40的另一种改进，并且适用于上述第一至第四实施例中的任何一个。
在第六实施例的激光器中，波导管40具有相对较小宽度Wa的直的部分40a(基本模式部分)位于光共振器的中部。这是为了增强后边沿32的耐久力或持久性。电流非注入区8a与直的部分40a完全重叠。
第六实施例的波导管40的平面形状与第一至第四实施例的不同。具体地，该波导管40包括具有相对较小宽度Wa的直的部分40a；具有相对较大宽度Wc1的直的部分40c1，具有相对较大宽度Wc2的直的部分40c2，将40a和40c1互相连接起来的逐渐变细的部分40b1，以及将40a和40c2互相连接起来的逐渐变细的部分40b2。直的部分40a位于直的部分40c1和直的部分40c2之间。宽度Wc1和Wc2大于宽度Wa。但是，宽度Wc1和Wc2可以彼此相等也可彼此不等。
电流非注入区8a可以与直的部分40a部分重叠，与逐渐变细的部分40b1和40b2中的至少部分地重叠，或与整个逐渐变细的部分40b1和40b2中的至少一个重叠。第七实施例图32为依据本发明的第七实施例的边沿发光半导体激光器(980纳米波段)的结构。这仍是对波导管40的另一种改进，并且适用于上述第一至第四实施例中的任何一个。
除了波导管40的平面形状相对于其纵轴对称之外，第七实施例的激光器具有与第一实施例相同的结构。
如第七实施例所示，波导管40的平面形状相对于光共振器的纵轴不对称。第八实施例图33为依据本发明的第八实施例的边沿发光半导体激光器(980纳米波段)的结构。这仍是对波导管40的另一种改进，并且适用于上述第一至第四实施例中的任何一个。
除了波导管40的平面形状整体逐渐变细之外，第八实施例的激光器具有与第一实施例相同的结构。具体地，波导管40包括具有相对较小宽度Wa的逐渐变细的部分40a(基本模式部分)；以及具有相对较大宽度Wc的逐渐变细的部分40c(多模式部分)。40a和40c这些部分彼此直接耦合。
在这儿，电流非注入区8a与整个逐渐变细部分40a完全重叠。但是，区域8a的长度可以优选地根据需要沿共振器是可改变的。
采用第八实施例，还有一个优点就是波导管40内的模式转换可以比第一实施例更顺利地进行。第九实施例图35为依据本发明的第九实施例的激光器模件的结构。该模件包括依据上述第一至第八实施例中的任何一个的边沿发光半导体激光器。所有的激光器被用来直接与具有柱面透镜的光纤光耦合。该模件具有带14管脚的蝶形组件。
在图35中，具有依据第一至第八实施例中的任何一种激光器的结构的半导体激光器元件101被焊接固定在散热片102上。散热片102由高导热材料制成，并被涂覆了金属膜。散热片102、用于电力监控的光电二极管单元104、用于监控温度的热敏电阻105以及用于吸收电涌的ESD(静电放电)元件106一起被焊接固定在子座103上。通过在施加反向的电涌电压时使电涌电流旁路，ESD元件106被用来保护激光器元件101不受电涌电压的影响。
在蝶形组件的底部111焊接固定有热电转换元件(未示出)。子座103固定在热电转换器元件的顶部。每个元件的电极通过引线接合法与子座103上的配线用金(Au)线相连。子座103上的布线与组件电极115通过组件绝缘陶瓷114相连，连接方式与电极的相同。
柱面透镜光纤107为具有在其末端耦合的柱面透镜的单模光纤。柱面透镜安装在光纤107的端部。光纤107通过第一套管(ferrule)108和第二套管109固定在组件上。光纤107的近端与激光器元件101在组件内光耦合。
在组装依据第九实施例的激光器模件时，首先，激光器元件101保持振动。然后，光纤107的近端向着元件101的发射点移动，同时监控位于光纤107的远端处的元件101的输出光。随后，金属固定件110、子座103、以及第一套管108的位置按照该顺序依次被调整和固定，使得被监控的元件101的输出光最优。通过激光焊接完成这些固定操作。接着，用合适的焊料密封第二套管109和组件管113。最后，通过电阻焊接在组件框112的顶部固定一个塞子或盖子。因此，就完成了依据第九实施例的激光器模件。
采用第九实施例的半导体激光器模件，使用了在其末端耦合透镜的柱面透镜光纤107(如图36A至36C所示的光纤)。但是，为了这一目的也可以采用没有集成透镜的普通光纤。在这种情况下，在激光器元件101的发射边沿和光纤107相对的一端之间安装适当的透镜系统(由一个或多个透镜组成)。例如，如图38所示，在激光器元件71(101)的发射边沿和光纤72(107)的相对一端装有适当的透镜系统73。元件101的输出光由透镜系统被导入光纤107的内部。在这种情况下，其末端具有内置透镜的光纤可以和透镜系统73一起使用。各种变化不用说，本发明并不仅仅限于上述的第一至第九实施例，因为它们只是本发明的优选实施例。在本发明的精神实质范围内可以对它们进行任何改变或调整。
例如，上述第一至第九实施例的说明涉及波长为980纳米的波段的半导体激光器。但是，本发明还可以用于任何其他波段的半导体激光器。
至于电流注入抑制装置，不同于本发明所示的任何其他类型，如果它具有抑制注入位于光波导管的基本模式部分的至少一部分内的有源层的电流的功能，也是可行的。
虽然已经介绍了本发明的优选形式，应该了解对于那些熟悉本领域的技术人员而言，很明显，在不偏离本发明的精神实质的范围内可以做改动。本发明的保护范围将由权利要求书来确定。
权利要求
1.一种边沿发光半导体激光器，包括包括有源层和覆层的光波导管，该波导管起共振器的作用；与波导管的一端相连的第一边沿，该第一边沿作为发射边沿；与波导管的另一端相连的第二边沿，该第二边沿位于与第一边沿相对的一侧；该波导管包括至少两个宽度不同的部分，至少两个部分中的一个为允许传播基本模式的基本模式部分；以及电流注入抑制装置，用于抑制注入位于基本模式部分的至少一部分内的有源层的电流。
2.根据权利要求1所述的激光器，其中的电流抑制装置由与基本模式部分至少部分重叠形成的电流阻挡层制成。
3.根据权利要求2所述的激光器，其中的波导管的覆层具有凹陷，电流阻挡层固定在该凹陷内。
4.根据权利要求3所述的激光器，其中覆层由于凹陷而减薄的部分为电流非注入区。
5.根据权利要求1所述的激光器，其中电流注入抑制装置由波导管外部形成的、与基本模式部分至少部分重叠的限流掩模层制成。
6.根据权利要求1所述的激光器，其中限流掩模层靠近激光器的至少一个电极。
7.根据权利要求5所述的激光器，其中限流掩模层由电介质制成。
8.根据权利要求1所述的激光器，其中电流注入抑制装置由与基本模式部分至少部分重叠的无源波导区形成。
9.根据权利要求8所述的激光器，其中无源波导区的波段间隙大于与激光器的振动波长相对应的能量。
10.根据权利要求8所述的激光器，其中无源波导区是在基本模式部分的至少一部分上通过离子注入掺杂而形成的。
11.根据权利要求1所述的激光器，其中电流注入抑制装置靠近第二边沿。
12.根据权利要求1所述的激光器，其中电流注入抑制装置靠近第二边沿，并且第二电流注入抑制装置靠近第一边沿。
13.根据权利要求1所述的激光器，其中基本模式部分的宽度等于或小于3.5微米；以及其中波导管的比基本模式部分宽的部分的宽度等于或大于4微米，并以相同的宽度与第一边沿相连。
14.根据权利要求1所述的激光器，其中基本模式部分与第二边沿相连；以及其中波导管的比基本模式部分宽的第一部分与第一边沿相连。
15.根据权利要求14所述的激光器，其中基本模式部分直接与第一部分相连。
16.根据权利要求14所述的激光器，其中基本模式部分通过波导管的比基本模式部分宽的第二部分与第一部分相连。
17.根据权利要求1所述的激光器，其中波导管的比基本模式部分宽的第一部分与第一边沿相连；波导管的比基本模式部分宽的第二部分与第二边沿相连；以及其中基本模式部分的边沿分别与宽的第一部分和宽的第二部分相连。
18.根据权利要求1所述的激光器，其中波导管整体上逐渐变细；以及其中基本模式部分位于波导管较窄的一侧上；而波导管的比基本模式宽的部分位于波导管的较窄的一侧上。
19.根据权利要求1所述的激光器，其中波导管的比基本模式部分宽的第一部分为允许传播基本模式和更高模式的多模式部分；以及其中基本模式部分直接与多模式部分相连。
20.根据权利要求1所述的激光器，其中波导管的比基本模式部分宽的第一部分为允许传播基本模式和更高模式的多模式部分；以及其中基本模式部分通过波导管的比基本模式部分宽的第二部分与多模式部分相连。
21.半导体激光器模件包括根据权利要求1所述的半导体激光器元件；以及用于将光纤的一端靠近激光器元件的第一边沿固定的光纤固定装置。
22.根据权利要求21所述的模件，其中模件是这样设计的，即末端具有一体形成的耦合透镜的光纤是可连接的。
23.根据权利要求21所述的模件，其中模件是这样设计的，即激光器元件的输出光通过外部耦合透镜被导入光纤。
24.根据权利要求23所述的模件，其中光纤在它的末端具有内置的耦合透镜。
全文摘要
一种边沿发光半导体激光器，其以简单的结构抑制“波束控制”来提高它的最大输出。作为共振器的光波导管包括有源层和覆层。与波导管的一端相连的第一边沿作为发射边沿。与波导管的另一端相连的第二边沿位于与第一边沿相对的一侧。波导管包括至少两个宽度不同的部分，至少两个部分中的一个为基本模式部分。电流注入抑制装置被用来抑制或控制注入位于基本模式部分的至少一部分内的有源层的电流。电流注入抑制装置最好由电流阻挡层、限流掩模层或无源波导区制成。
文档编号H01S5/227GK1411114SQ0214288
公开日2003年4月16日 申请日期2002年9月23日 优先权日2001年9月21日
发明者千田浩明 申请人:日本电气株式会社