半导体激光元件的制作方法

专利名称：半导体激光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体激光元件，特别涉及一种纵模是多模式的、包含自激振荡式的在内的半导体激光元件。
背景技术：
近年来，半导体激光元件频繁被用作光拾取光源，这种光拾取光源，是在对光盘和磁光记录盘等记录工具使用的光学记录装置及光学读出装置等装置中使用的。该半导体激光元件的用途很广泛，用于记录器、电脑及车辆等中，光盘市场在不断增长。特别是，对以汽车导航系统为主的车辆用元件的要求很多，对能再生包括压缩光盘(CD)和数字化视频光盘(DVD)在内的所有盘片的光拾取装置的需求不断扩大。
作为人们对车辆用光拾取装置强烈要求的，可以举出下述几点，即(1)将光拾取装置小型化；(2)实现能在从低温到高温的温度范围内进行工作的、广泛温度范围的工作保证；(3)对信号恶化进行控制(低噪声化)。
首先，若要(1)将光拾取装置小型化，减少光学器件而将装置简化的方法就很有效。作为这种方法之一，可以举出设装置为单块半导体激光器的方法，该单块半导体激光器，是将DVD用650nm波段红色半导体激光器、和CD用780nm波段红外半导体激光器集成在同一半导体衬底上的。这样，就不仅能将半导体激光器本身集成在一个器件中，还能使红色半导体激光器和红外半导体激光器共同使用准直透镜、电子束分裂器等光学器件，对装置的小型化十分有效。
如果要实现(2)广泛温度范围的工作保证，就需要提高半导体激光元件本身的温度特性。作为一种提高该温度特性的方法，专利文献1所公开的方法被广泛认识。在专利文献1中，记述了下述事情，即若设为脊状部分(ridge)的宽度沿光径方向逐渐变化的锥形条状结构，电流密度就低于一般的直条状结构，能利用较宽的脊状部分降低微分电阻的效果，控制元件发热，提高温度特性。
下面，关于(3)信号恶化的控制(低噪声化)，首先考虑产生噪声的原因。
存在微弱的光从光盘、光学记录工具及光学系统等返回到半导体激光元件。因此，在激光束的相干性很强的情况下，共振器内的光和返回光互起作用。其结果是，在半导体激光元件的输出中产生噪声。该原因已经是人们所知道的。
作为上述起因于返回光的噪声的解决方法，人们采取对半导体激光元件进行高速调制的方法、将半导体激光元件的振荡模式多模式化的方法或使半导体激光元件本身成为脉冲振荡状态的方法等等。
然而，若采取对半导体激光元件进行高速调制的方法，就需要使用高频重叠模块，器件数量增加，因而不利于光拾取器的小型化和低成本化。另一方面，除了对半导体激光元件进行高速调制的高频重叠模块以外，在最近的车辆内还安装有许多利用高频的安装设备(例如，电子收费系统关联机器Electronic Toll Collection system)。于是，有可能多种机器的频率共鸣，机器进行错误工作。因此，对半导体激光元件进行高速调制的方法，很难说是最佳方法。
作为将振荡模式多模式化的方法，设光波导机构为增益导引机构的方法被广泛认识，但是因为在该增益导引结构中，振荡阈值很高，所以工作功率很大，具有温度特性上的缺点。
作为使半导体激光元件进行脉冲振荡的方法，有让电流分散范围小于光分散范围，在活性层中形成饱和吸收剂的方法。作为所述方法中的一种技术方案，专利文献2所公开的技术方案被广泛认识。在专利文献2的技术中，使位于电流约束层与活性层之间的半导体层的电阻值高于活性层。这样来在使电流分散范围的宽度与脊状条部的宽度实质上一样的状态下，使电流到达活性层。这时，因为在条部之外的部分不存在电流，所以光不会被提供，激光束被吸收到该部分中，形成饱和吸收剂。其结果是，能够进行自激振荡。
补充说明一下，在所述半导体激光元件中，位于电流约束层与活性层之间的半导体层的膜厚度是，在红外激光元件中有0.45μm到0.65μm左右，在红色激光元件中有0.25μm到0.4μm。
专利文献1日本公开专利公报特开2000-174385号公报(日本专利申请特愿平11-137180号)专利文献2日本专利公报第3183692号公报根据上述结构，因为电流分散范围的宽度与条部宽度实质上一样，所以能在室温下进行稳定的自激振荡。然而，在高温下，因为电流的分散受到控制，所以注入在活性层中的电流集中在条部正下方的部分，工作电流密度增高。这样，漏电流就增大，元件的发热量也增加，导致发光效率的下降。因此，在高温下，在电流一光输出特性(I-L特性)上发生下述问题，即由于元件的发热，光的输出成为热饱和状态。该问题对需要广泛温度范围的工作保证的车辆用激光器产生很大的影响。因此，该问题的解决成为课题。

发明内容
本发明，正是为解决所述课题而研究开发出来的。其目的在于提供一种在从低温到高温的广泛温度范围内，纵模能稳定地维持多模式振荡(包括自激振荡在内)特性和温度特性的半导体激光元件。
为了达成上述目的，本发明所涉及的第一半导体激光元件，在衬底上包括发光部，该发光部具有第一包覆(clad)层，形成在第一包覆层上的活性层，形成在活性层上、并且具有用来将电流注入活性层中的脊状条部的第二包覆层，以及形成在脊状条部的两侧、并且用来将电流约束到脊状条部中的电流约束层；从电流约束层的下表面到活性层的上表面为止的距离，具有规定范围内的值；电流在流过脊状条部后，到达活性层以前分散到宽度大于或等于脊状条部宽度的范围。
在此，设想电流分布的半宽度(FWHM)作为电流分散范围。就是说，在第一半导体激光元件中，流过脊状条部后的电流在活性层的上表面上的电流分布半宽度，扩大到宽度大于或等于脊状条部宽度的范围。设想为宽度和横向分散范围这些说法表示的是平行方向上的距离。
根据第一半导体激光元件，因为设从电流约束层的下表面到活性层的上表面为止的距离(保留厚度)为大于或等于规定值的值，所以流过脊状条部后的电流在到达活性层的上表面以前沿横向(平行方向)分散，电流分布的半宽度扩大到宽度大于或等于脊状条部宽度的范围。但是，光在横向上的分布范围大于或等于所述电流分散范围。其结果是，形成足够的饱和吸收剂，多模式振荡稳定地发生。另外，通过设定保留厚度的上限，来控制高阶横模的振荡，使半导体激光元件仅以基本横模振荡。
补充说明一下，最好是这样的，所述规定范围是，将电流横向分散范围的增加相对距离(从电流约束层的下表面到活性层的上表面为止的距离，即保留厚度)的增加变得缓慢的点上的距离设为下限，将近场图形(NFP)的半宽度的增加相对该距离的增加变得缓慢的点上的距离设为上限的范围。
能通过这样设定规定的范围，来确实地得到能稳定多模式振荡、能使半导体激光元件以基本横模进行振荡等效果。补充说明一下，能通过实验来求出电流横向分散范围的增加和近场图形的半宽度的增加相对保留厚度的增加变得缓慢的点。
具体而言，最好是这样的，所述规定范围，大于或等于0.65μm、且小于或等于1.2μm。能通过设保留厚度为该范围，来实现以基本横模且多纵模进行的振荡。
根据第一半导体激光元件，因为流过电流约束层后的电流沿横向分散，所以也能避免发生电流集中在活性层中，电流密度增高的现象。因此，半导体激光元件中的漏电流的产生和发热受到控制，半导体激光元件在高温下也稳定地工作。
如上所述，根据第一半导体激光元件，能使广泛温度范围的工作保证、和以基本横模且多纵模进行的振荡两立。
补充说明一下，最好是这样的，活性层由AlxGa1-xAs形成，0≤x≤1，第一包覆层和所述第二包覆层，由AlGaInP系列的材料形成。
若设为具有所述结构的半导体激光元件，就能确实地使广泛温度范围的工作保证、和以基本横模且多纵模进行的振荡两立。
补充说明一下，所述AlGaInP系列的材料，是指以(AlwGa1-w)zIn1-zP(0＜w＜1、0＜z＜1)的化学式表示其组成的材料。
最好是这样的，脊状条部的宽度，大于或等于1μm、且小于或等于4μm。
若这样设定，脊状条部的宽度就小于或等于4μm，因而能够防止水平方向上的远场图形(Far Field PatternFFP)具有双峰性。另一方面，若脊状条部的宽度过窄，电阻就较高，因而造成发热，其结果是温度特性恶化。为了避免导致该恶化，脊状条部的宽度最好大于或等于1μm。该大于或等于1μm的宽度，也表示在为形成脊状条部所进行的工序中能够实现的宽度中最窄的宽度之一例。
另外，这样也很适当，即所述规定范围，大于或等于0.4μm、且小于或等于0.7μm。另外，这样也很适当，即活性层由GayIn1-yP形成，0＜y＜1，第一包覆层和所述第二包覆层，由AlGaInP系列的材料形成。此外，这样也很适当，即脊状条部的宽度，大于或等于2.5μm、且小于或等于5.5μm。
在这些情况下，也能确实地得到本发明的半导体激光元件的效果。
最好是这样的，脊状条部的侧表面，均垂直于所述衬底的主表面。
若脊状条部的侧表面呈垂直的样子，就能使微分电阻Rs减低得比脊状条部的上表面宽度小于下表面宽度的脊状条部小，因而能够控制元件的发热。其结果是，能够实现半导体激光元件的、更为广泛的温度范围的工作保证。
为了达成所述目的，本发明的第二半导体激光元件，在衬底上至少包括第一发光部和第二发光部；第一发光部和第二发光部，分别具有第一包覆层，形成在第一包覆层上的活性层，形成在活性层上、并且具有用来将电流注入活性层中的脊状条部的第二包覆层，以及形成在脊状条部的两侧、并且用来将电流约束到脊状条部中的电流约束层；在第一发光部和第二发光部这两个发光部中，从电流约束层的下表面到活性层的上表面为止的距离分别具有规定范围内的值，电流在流过脊状条部后，到达活性层以前分散到宽度大于或等于脊状条部的宽度的范围。
与第一半导体激光元件的情况一样，在此也设想半宽度作为电流分散范围。
根据第二半导体激光元件，能通过在第一及第二发光部中，分别规定从电流约束层的下表面到活性层的上表面为止的距离(保留厚度)，来稳定地产生基本横模且多纵模的振荡。与此同时，因为电流在活性层中已分散，所以能够避免电流密度的增高，该半导体激光元件是即使在高温下也稳定地工作的单块双波长激光元件。
具体而言，最好是这样的，第一发光部中的规定距离，大于或等于0.65μm、且小于或等于1.2μm，第二发光部中的规定距离，大于或等于0.4μm、且小于或等于0.7μm。
能通过分别设保留厚度为所述范围内的值，来在放出种类相互不同的激光的各个发光部中，实现广泛温度范围的工作保证和振荡模式的稳定。
补充说明一下，最好是这样的，第一发光部和第二发光部分别具有的脊状条部，是同时形成的。
这么一来，第一发光部与第二发光部之间的发光点间距(第一发光部具有的脊状条部与第二发光部具有的脊状条部之间的间距)的精度就高于分开形成各个脊状条部的情况下的精度。所述较高的精度，非常有利于将激光元件和光学器件安装在光拾取装置等中的工序。就是说，若发光点间距具有偏差，就需要对应着该偏差安装光学器件，从而组装工序变难，也造成激光束的拾取效率下降等特性恶化。相反，若同时形成多个脊状条部，就能避免所述问题。补充说明一下，同时形成脊状条部的做法还有下述效果，即与分开形成各个脊状条部的情况相比，制造工序中的步骤数量减少。
最好是这样的，第一发光部及第二发光部中的至少一个中的脊状条部的侧表面，垂直于衬底主表面。
这样，就能与脊状条部的上表面宽度小于下表面宽度的脊状条部相比，使微分电阻Rs更低。因此，能够控制元件的发热。其结果是，能够实现半导体激光元件的、更为广泛的温度范围的工作保证。
最好是这样的，第一发光部具有的活性层由AlxGa1-xAs形成，0≤x≤1；第二发光部具有的活性层由GayIn1-yP形成，0＜y＜1；第一包覆层和第二包覆层，均由AlGaInP系列的材料形成。
这样，就能在各个发光部中，确实地实现广泛温度范围的工作保证和振荡模式的稳定。
最好是这样的，第一发光部具有的脊状条部的宽度，大于或等于1.0μm、且小于或等于4.0μm，第二发光部具有的脊状条部的宽度，大于或等于2.5μm、且小于或等于5.5μm。
这么一来，因为脊状条部的宽度是在第一发光部中就小于或等于4μm，并且在第二发光部中就小于或等于5.5μm，所以能够防止水平方向上的FFP具有双峰性。第一发光部中的宽度下限(1μm)，表示工序上的最窄宽度例；第二发光部中的宽度下限(2.5μm)，是作为能在I-L特性上避免外微分效率Se具有非线性的值求出的。
最好是这样的，第一发光部和所述第二发光部分别具有的脊状条部中的至少一个，具有宽度上有变化的锥形条状结构。
若设为这样的锥形条状结构，就能使条部宽度大于直条状结构的条部宽度。因此，能使微分电阻Rs减低，控制元件的发热，提高温度特性。
最好是这样的，锥形条状结构，是宽度从光射出的光射出端面一侧向与所述光射出端面相对的后端面一侧逐渐变宽的结构。
这样也很适当，即锥形条状结构，是宽度从中央部分向光射出的光射出端面一侧及与所述光射出端面相对的后端面一侧，分别逐渐变窄的结构。
锥形条状结构的具体结构，也可以是上面所说的。补充说明一下，在具有这样的锥形条状结构的情况下，以将锥形条状结构假设为直条状结构而换算出的平均宽度作为脊状条部的宽度。
-发明的效果-根据本发明的半导体激光元件，通过将电流约束层的下表面到活性层的上表面为止的距离规定为规定的范围，来调节电流在活性层中的横向分散范围。这样，就能够实现基本横模且多纵模的振荡。另外，因为控制了活性层中的电流密度的增高，所以也能控制漏电流的产生和发热。因此，本发明的半导体激光元件，即使是在高温下，也能稳定地工作。


图1(a)到图1(c)是表示结构的图，表示本发明的第一实施例所涉及的半导体激光元件，图1(a)表示剖面；图1(b)表示活性层的详细结构；图1(c)表示条状部分的平面形状。
图2(a)，表示第一实施例中的从电流约束层的下表面到活性层的上表面为止的距离(保留厚度)d1、与振荡谱的半宽度之间的关系；图2(b)到图2(d)，表示对应于各d1的谱。
图3(a)，是第一实施例的半导体激光元件中的振荡阈值状态时的NFP图像；图3(b)，表示对应于保留厚度d1的横向分散电流和NFP的半宽度。
图4(a)，表示在使10mA的电流流过第一实施例的半导体激光元件时的NFP图像；图4(b)，是表示条部宽度与NFP的半宽度之间的关系的图。
图5(a)，是表示第一实施例的半导体激光元件中的条部宽度、与振荡谱的半宽度之间的关系的图；图5(b)到图5(d)，是表示对应于各条部宽度的振荡谱的图。
图6(a)，是关于第一实施例和现有技术，分别表示I-L特性的图；图6(b)，是表示第一实施例中的、25℃和85℃时的振荡谱的图；图6(c)，是表示现有技术的、25℃和85℃时的振荡谱的图。
图7(a)到图7(c)，是表示结构的图，表示在第一实施例的半导体激光元件中形成了垂直脊状部分的情况。
图8(a)到图8(c)，是表示结构的图，表示本发明的第二实施例所涉及的半导体激光元件，图8(a)表示剖面；图8(b)表示红色激光部中的活性层的详细结构；图8(c)表示条状部分的平面形状。
图9(a)，表示第二实施例的红色激光部中的从电流约束层的下表面到活性层的上表面为止的距离(保留厚度)d2、与振荡谱的半宽度之间的关系；图9(b)到图9(d)，表示对应于各d2的谱。
图10(a)，是第二实施例的半导体激光元件中的红色激光部的、振荡阈值状态时的NFP图像；图10(b)，表示对应于保留厚度d2的横向分散电流和NFP的半宽度。
图11(a)，表示在使10mA的电流流过第二实施例的半导体激光元件中的红色激光部时的NFP图像；图11(b)，是表示条部宽度与NFP的半宽度之间的关系的图。
图12(a)，是表示第二实施例的半导体激光元件中的红色激光部的条部宽度、与振荡谱的半宽度之间的关系的图；图12(b)到图12(d)，是表示对应于各条部宽度的振荡谱的图。
图13(a)，是关于第二实施例中的红色激光部和现有技术，分别表示I-L特性的图；图13(b)，是表示第二实施例的红色激光部中的、25℃和85℃时的振荡谱的图；图13(c)，是表示现有技术的、25℃和85℃时的振荡谱的图。
图14(a)到图14(c)，是表示结构的图，表示在第二实施例的半导体激光元件中形成了垂直脊状部分的情况。
图15是表示结构的图，表示本发明的第三实施例所涉及的半导体激光元件，图15(a)表示剖面；图15(b)表示活性层的详细结构；图15(c)表示条状部分的平面形状。
符号说明101-n型GaAs衬底；102-n型GaAs缓冲层；103-n型(AlGa)InP第一包覆层；104-活性层；1040g-(AlGa)InP第一导引层；1041w-GaAs第一阱层；1042b-(AlGa)InP第一阻挡层；1043w-GaAs第二阱层；1044b-(AlGa)InP第二阻挡层；1045w-GaAs第三阱层；1046g-(AlGa)InP第二导引层；105-p型(AlGa)InP第一包覆层；106-p型蚀刻停止层；107-p型(AlGa)InP第二包覆层；108-p型GaInP中间层；109-n型GaAs电流约束层；109a-n型GaAs电流约束层的下表面的形状；110-p型GaAs接触层；111-条状部分；111a-条状部分的下表面的形状；d1-保留厚度；211-条状部分；700-红外激光部；701-n型GaAs衬底；702-n型GaAs缓冲层；703-n型(AlGa)InP第一包覆层；704-活性层；705-p型(AlGa)InP第一包覆层；706-p型蚀刻停止层；707-p型(AlGa)InP第二包覆层；708-p型GaInP中间层；709-n型GaAs电流约束层；709a-n型GaAs电流约束层的下表面的形状；710-p型GaAs接触层；711-条状部分；711a-条状部分的下表面的形状；d1-保留厚度；730-红色激光部；732-n型GaAs缓冲层；733-n型(AlGa)InP第一包覆层；734-活性层；7340g-(AlGa)InP第一导引层；7341w-GaAs第一阱层；7342b-(AlGa)InP第一阻挡层；7342w-GaAs第二阱层；7343b-(AlGa)InP第二阻挡层；7345w-GaAs第三阱层；7346b-(AlGa)InP第三阻挡层；7347w-GaAs第四阱层；7348b-(AlGa)InP第四阻挡层；7349w-GaAs第五阱层；7350g-(AlGa)InP第二导引层；735-p型(AlGa)InP第一包覆层；736-p型蚀刻停止层；737-p型(AlGa)InP第二包覆层；738-p型GaInP中间层；740-p型GaAs接触层；741-条状部分；741a-条状部分的下表面的形状；d2-保留厚度；811、841、911、941-条状部分。
具体实施例方式
下面，参照附图，说明本发明的实施例。
(第一实施例)对本发明的第一实施例所涉及的半导体激光元件进行说明。图1(a)、图1(b)及图1(c)，是表示本发明的半导体激光元件之一例的图。首先，在图1(a)中表示了剖面图。
半导体激光元件，是将n型GaAs缓冲层102、n型(AlGa)InP包覆层103、活性层104、p型(AlGa)InP第一包覆层105、p型GaInP蚀刻停止层106、p型(AlGa)InP第二包覆层107、p型GaInP中间层108以及p型GaAs接触层110，从下侧依次叠在n型GaAs衬底101上而构成的。这样，半导体激光元件就具有双异质结构，活性层104夹在n型(AlGa)InP包覆层103与p型(AlGa)InP第一包覆层105之间。
在此，如图1(b)所示，活性层104是阱数量为三层的量子阱活性层。就是说，该活性层104具有下述结构，即从下方依次形成有三层GaAs阱层1045w、1043w及1041w，在这三层GaAs阱层的相互之间从下方依次夹有两层(AlGa)InP阻挡层1044b及1042b，所述五层叠层结构，夹在两层(AlGa)InP导引层1040g及1046g的相互之间。其结果是，层1046g、1045w、1044b、1043w、1042b、1041w及1040g，从下侧(n型(AlGa)InP包覆层103一侧)依次叠起来。补充说明一下，p型(AlGa)InP第一包覆层105，处在位于最上侧的(AlGa)InP导引层1040g上。
如图1(a)所示，p型(AlGa)InP第二包覆层107、p型GaInP中间层108及p型GaAs接触层110，被加工成呈梯形条状的脊状条部，构成呈与上表面的宽度相比下表面的宽度更大的形状的条状部分111。在该条状部分111的两侧，呈着填塞物的样子形成有n型GaAs电流约束层109。由在p型(AlGa)InP第一包覆层105上这样构成的条状部分111和n型GaAs电流约束层109，构成对注入到活性层104中的电流的区域加以约束的电流约束结构。
在此，在图1(a)中，作为d1表示了从n型电流约束层109的下表面(换句话说，脊状条部的下表面)到活性层104的上表面为止的距离(保留厚度)。
图1(c)，示意地表示所述电流约束结构的平面结构。在此表示的是，条状部分111的下表面的形状111a，该形状111a的宽度，从光射出端面A到后端面B都相等。假设该条状部分111的下表面上的宽度为条部宽度Ws。平面形状中的其他部分，是n型电流约束层109的下表面的形状109a。
在p型GaAs接触层110和n型电流约束层109上形成有p型电极，在n型GaAs衬底101的背面上形成有n型电极，这两种电极都省略了图示。由上述结构因素构成半导体激光元件，这是放出红外激光的激光元件。
在此，表示构成各层的材料组成比率的一例。n型(AlGa)InP包覆层103、p型(AlGa)InP第一包覆层105及p型(AlGa)InP第二包覆层107，由(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P构成。(AlGa)InP导引层1040g及1046g、和(AlGa)InP阻挡层1042b及1044b，由(Al0.4Ga0.6)0.51In0.49P构成。
关于具有上述结构的半导体激光元件，在图2(a)中表示了多模式特性(振荡谱的半宽度)对应于保留厚度d1的变化怎样变动的变动情况。在此，设为这样的，即条部宽度Ws为一定的值即1.5μm，在室温并且4mW的条件下进行测定。
如图2(a)所示，在保留厚度d1增加了的情况下，振荡谱的半宽度起初随此增加，而在保留厚度d1大于或等于1μm时，振荡谱的半宽度大致具有一定的值。图2(b)、图2(c)及图2(d)，依次表示保留厚度d1为0.6μm、0.95μm、1.45μm的情况下的、实际的谱波形。在图2(b)所示的、保留厚度d1为0.6μm的情况下，振荡谱近似于单峰；在图2(c)所示的、为0.95μm的情况下，振荡谱是半宽度很宽的多模式的振荡谱；在图2(d)所示的、为1.45μm的情况下，振荡谱已经开始具有双峰性。
所述情况，是能利用对应于条部111的部分与对应于该部分两侧的部分之间的有效折射率差(Δn)进行说明的。
在保留厚度d1为0.6μm的情况下，因为该Δn比较大，为Δn＝1×10-3左右，所以光不能分散到脊状部分的侧方，处于不易形成饱和吸收剂的状态。其结果是，振荡谱的半宽度很小。
与此相对，在保留厚度为1.45μm的情况下，因为该Δn比较小，为Δn＝1×10-5左右，所以光能分散到脊状部分的侧方。同时，因为保留厚度过厚，所以电流分散范围也过大。其结果是，半导体激光元件对广泛的波长范围具有增益，容易进行多模式振荡，也能进行高阶横模的振荡。因为高阶横模和基本横模的传播常数相互不同，所以对振荡谱来讲，也有两种振荡谱对应于高阶横模的、和对应于基本横模的。可以认为，这是振荡谱具有如图2(d)所示的双峰性的原因。
由上述事情确认到了下述事情，即维持如图2(c)所示的、稳定的基本横模，并且能够进行多模式振荡的保留厚度d1的范围，为0.65μm到1.2μm左右。
在此，到现在一般使用的半导体激光元件所进行的红外激光自激振荡所需要的保留厚度d1，为0.45μm到0.65μm(所对应的Δn为3×10-3到1×10-3)。与此相对，如上所述，在本实施例的情况下，保留厚度d1比较厚，该保留厚度d1的范围为0.65μm到1.2μm(所对应的Δn为1×10-3到5×10-5)。尽管如此，本实施例的半导体激光元件能够进行多模式振荡(包括自激振荡在内)。下面说明其原因。
图3(a)，是条部宽度Ws为1.5μm这一定的值，并且保留厚度d1为0.9μm的样品在处于振荡阈值状态时的近场图形(Near FieldPatternNFP)的图像。NFP图像，表示光分布(光强度的分布)情况，能用根据该光分布求出的半宽度表示光分散的程度。
在图3(b)中，表示了NFP的半宽度(用虚线表示)和横向分散电流(计算值；用实线表示)。该NFP的半宽度，是以保留厚度d1＝0.6μm为基准，进行规格化而求出的、处于振荡阈值状态时的NFP半宽度；该横向分散电流，是以保留厚度d1＝0μm为基准，进行规格化而求出的。就是说，该NFP的半宽度和该横向分散电流，是分别以相对基准值的比率表示的。最初，保留厚度d1越厚，NFP的半宽度越大。保留厚度d1超过1.2μm左右后，增加倾向变得缓慢，大致具有一定的值。横向分散电流一直增加到保留厚度d1达0.65μm左右为止，之后大致处于饱和状态(就是说，增加倾向变得缓慢)。
这样，在保留厚度d1为0.65μm到1.2μm的范围内，在横向上的电流分散情况大致呈饱和的倾向，而光分布(分散范围)继续增加。因此，可以说，该范围是饱和吸收剂增加的区域。与此相对，可以认为，在保留厚度d1大于或等于1.2μm时，因为光分布(分散范围)和横向分散电流均具有一定的值，所以饱和吸收剂不增加，其结果是振荡谱的半宽度大致也具有一定的值。由上述状况可见，容易形成饱和吸收剂的区域，是保留厚度d1大于或等于0.65μm的区域。如上所述，能够避免振荡谱具有双峰性的区域，是保留厚度d1小于或等于1.2μm的区域。因此，能够进行稳定的多模式振荡的、很适当的保留厚度d1范围，是0.65μm到1.2μm。
如上所述，在本实施例的半导体激光元件中，因为与现有技术相比保留厚度更厚，所以电流沿横向分散的范围较大，但发光的范围扩大得比该电流分散范围大。其结果是，能形成足够的饱和吸收剂，能够保持稳定的基本横模，并且进行多模式振荡。
接着，用激光振荡前的NFP图像表示电流相对条部宽度Ws的分散程度。因为振荡前的NFP图像与注入到活性层中的电流密度分布的相关性很强，所以能根据该NFP图像来验证电流分散范围。
图4(a)，是在条部宽度Ws为1.7μm，并且保留厚度d1为0.9μm的情况下，使10mA的电流流动时的NFP图像。鉴于上述很强的相关性，可以将该NFP图像所示的情况认作电流分布情况。如图4(a)所示，因为保留厚度d1较厚，为0.9μm，所以电流沿横向分散得很广泛，若以半宽度表示该分散范围，就为5.8μm。与1.7μm的条部宽度Ws比较起来，电流分散范围更宽，达到该条部宽度Ws的三倍或三倍以上的值。
同样，在图4(b)中，以半宽度表示了在让条部宽度Ws变化时的电流分散宽度的动向。根据图4(b)，条部宽度Ws为1μm时的半宽度为5.7μm，电流分布范围随着条部宽度Ws的增加而增加，在条部宽度Ws为5μm时，半宽度达到8μm或8μm以上。
这样，确认到了下述事情，即在现有半导体激光元件中，电流横向分散范围与条部宽度实质上相等，而在本实施例的半导体激光元件中，因为保留厚度d1很厚，所以电流分散范围大于或等于条部宽度。
在图5(a)中，表示了在设保留厚度d1为一定的值即0.85μm的状态下，使条部宽度变化时的多模式特性(振荡谱的半宽度)的动向。图5(b)、图5(c)及图5(d)，依次具体地表示条部宽度Ws为1.3μm、2.3μm及4.2μm时的振荡谱。能够确认下述事情，即如图5(b)到图5(d)所示，条部宽度Ws越宽，振荡谱的半宽度越减少。
可以认为，这是因为有下述原因。首先，条部宽度Ws越宽，电流在脊状条部下方沿横向扩散的扩散距离越长，因而在脊状条部下方被注入电流的活性层的体积很大。其结果是，与所述被注入电流的活性层的体积相比，形成在活性层中的电流约束层下方的部分中的饱和吸收剂的体积相对小。可以认为，这使自激振荡不易发生。
在条部宽度Ws为4.2μm的情况下，确认了下述事情的发生，即在水平方向上的远场图形(Far Field PatternFFP)具有双峰性，在9mW附近产生了弯折(kink)。由此可以认为，条部宽度Ws在特性上的上限为4μm左右。因为形成条部时，条部宽度在工序上的最小限度是1μm，所以设1μm为下限值。若条部宽度比该下限窄，因为微分电阻很高，所以就发热，对温度特性造成不良影响。
以上述结果为基础，对本实施例所涉及的半导体激光元件的结构和现有技术的结构进行了温度特性的对比。图6(a)、图6(b)及图6(c)表示该对比的结果，图6(a)表示I-L特性的温度依靠性；图6(b)和图6(c)，依次表示本实施例和现有技术中的振荡谱的温度依靠性。在此，在本实施例的结构中，保留厚度d1为0.83μm；在现有技术的结构中，保留厚度为0.5μm。若将该保留厚度d1换算为Δn，在本实施例的结构中，就为Δn＝4×10-4；在现有技术的结构中，就为Δn＝2.5×10-3。补充说明一下，条部宽度Ws在所述两种结构中均为2.7μm，组成比率具有上述的值。
如图6(a)所示，对在25℃的温度下的I-L特性来讲，现有技术的结构的振荡阈值低于本实施例的结构的振荡阈值。但是，在85℃的温度下，本实施例的结构的振荡阈值低于现有技术的结构的振荡阈值。这可以认为有下述原因，即在25℃的温度下，因为现有技术的结构的保留厚度小于本实施例的结构的保留厚度，所以电流沿横向分散的范围更小，因而不为振荡起到作用的无功电流减低，电流被变换为光的效率很高。另外，可以认为作为现有技术的I-L特性很良好的原因，还有下述原因，即因为Δn比较大，所以活性层中的波导损耗很少。另一方面，可以认为，根据现有技术的结构，在85℃的温度下，因为注入到活性层中的电流集中在条部正下方的部分，电流密度增加，所以在元件中产生漏电流，导致发热，其结果是温度特性恶化。这样，与现有技术相比，本实施例的半导体激光元件具有更广泛的温度范围的工作保证。
如图6(b)和图6(c)所示，无论是在25℃还是85℃的温度下，本实施例的结构中的振荡谱半宽度均大于现有技术的结构的振荡谱半宽度，可以认为本实施例的半导体激光元件进行良好的自激振荡。
如上所述，能通过规定保留厚度d1的范围，来实现稳定地维持振荡谱半宽度很宽的多模式特性，并且温度特性也很良好的半导体激光元件。就是说，设保留厚度d1为这样的范围，即电流的分散范围相对保留厚度d1的增加大致具有一定的值，并且光在活性层中沿横向分散的分散范围随着保留厚度d1的增加显著地增加的范围。
若要设为所述范围，这样设定就可以，即设电流分散范围开始与保留厚度d1的增加无关地具有一定的值的保留厚度为下限，并且设保留厚度为光分布(NFP的半宽度)具有条部宽度的三倍左右或更小的值的区域。
作为具体的尺寸，如上面已经说明，设从n型电流约束层109的下表面到活性层104的上表面为止的距离(保留厚度)d1为0.65μm到1.2μm(Δn＝1×10-3到5×10-5)，同时设条部宽度Ws为1.0μm到4.0μm就可以了。
补充说明一下，各包覆层的材料的电阻最好大于或等于0.1Ωcm，若举出具体的例子，就最好使用AlGaInP。在包覆层的电阻过小(例如，因为使用AlGaAs，所以电阻小于0.1Ωcm)的情况下，电流沿横向过度分散，因而不形成饱和吸收剂。于是，若要确实地形成饱和吸收剂，包覆层就最好具有上述电阻值。
在本实施例中，采用了呈倾斜脊形状的，就是说如图1(a)所示，呈下表面上的宽度大于上表面上的宽度的形状的条状部分111作为脊状条部。但是，也可以是这样的，采用下表面上的宽度等于上表面上的宽度的垂直脊形状，来代替该倾斜脊形状。图7(a)到图7(c)，表示采用了该垂直脊形状的情况。这些附图，分别对应于图1(a)到图1(c)中的一个图。如图7(a)所示，由p型(AlGa)InP第二包覆层107、p型GaInP中间层108及p型GaAs接触层110构成下表面上的宽度等于上表面上的宽度的条状部分211。在该情况下，也形成有电流约束层209，该电流约束层209覆盖着条状部分211的侧表面。
所述情况下的半导体激光元件的其他特点，与图1(a)到图1(c)所示的半导体激光元件一样。例如，图7(b)所示的活性层104的结构，与图1(b)所示的一样。在图7(c)中，示意地表示了条状部分211的平面结构，具体而言，表示了条状部分211的下表面的形状211a和n型电流约束层209的下表面的形状209a。另外，用相同的符号表示相同的结构因素，详细的说明就省略不提。
在这样采用垂直脊形状的情况下，因为与图1(a)所示的倾斜脊形状相比条状部分211的上表面宽度更宽，所以能够使微分电阻Rs减低。其结果是，元件的发热受到控制，温度特性提高。
(第二实施例)下面，对第二实施例所涉及的半导体激光元件进行说明。
图8(a)、图8(b)及图8(c)，是表示本发明的半导体激光元件之一例的图。首先，在图8(a)中表示了剖面图。半导体激光元件，是将红外激光部700和红色激光部730安装在同一块n型GaAs衬底701上而构成的单块双波长激光元件。
首先，红外激光部700，具有与第一实施例的半导体激光元件一样的结构。就是说，n型GaAs缓冲层702、n型(AlGa)InP包覆层703、活性层704、p型(AlGa)InP第一包覆层705、p型GaInP蚀刻停止层706、p型(AlGa)InP第二包覆层707、p型GaInP中间层708以及p型GaAs接触层710，以与红色激光部730分开的方式，从下方依次叠在与红色激光部730共同使用的n型GaAs衬底701上。这样，红外激光部700具有活性层夹在两层包覆层之间的双异质结构。
活性层704，与图1(b)所示的第一实施例的半导体激光元件中的活性层104一样，是阱数量为3层的量子阱活性层。
如图8(a)所示，p型(AlGa)InP第二包覆层707、p型GaInP中间层708及p型GaAs接触层710，被加工成呈梯形条状的脊状条部，构成下表面的宽度大于上表面的宽度的条状部分711。在该条状部分711的两侧，形成有n型GaAs电流约束层709，构成对注入到活性层704中的电流的区域加以约束的电流约束结构。关于该结构，与图1(a)所示的结构也一样。
作为d1表示了从电流约束层709的下表面到活性层704为止的距离(保留厚度)。
在此，对构成红外激光部700的各个层的材料组成比率进行说明。n型(AlGa)InP包覆层703、p型(AlGa)InP第一包覆层705及p型(AlGa)InP第二包覆层707，由(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P构成。构成活性层704的(AlGa)InP阻挡层1042b及1044b，由(Al0.4Ga0.6)0.51In0.49P构成(参照图1(b))。
接着，对红色激光部730进行说明。该红色激光部730的基本结构，与红外激光部700一样。就是说，n型GaAs缓冲层732、n型(AlGa)InP包覆层733、活性层734、p型(AlGa)InP第一包覆层735、p型GaInP蚀刻停止层736、p型(AlGa)InP第二包覆层737、p型GaInP中间层738以及p型GaAs接触层740，以与红外激光部700分开的方式，从下方依次叠在与红外激光部700共同使用的n型GaAs衬底701上。这样，红色激光部730具有活性层夹在两层包覆层之间的双异质结构。
不过，如图8(b)所示，活性层734是阱数量为五层的量子阱活性层。就是说，该活性层734具有下述结构，即从下方依次形成有五层GaInP阱层7349w、7347w、7345w、7343w及7341w，在这五层GaInP阱层的相互之间从下方依次夹有四层(AlGa)InP阻挡层7348b、7346b、7344b及7342b，所述九层叠层结构，被两层(AlGa)InP导引层7350g及7340g从下面和上面夹起来。其结果是，层7350g、7349w、7348b、7347w、7346b、7345w、7344b、7343w、7342b、7341w及7340g，从下侧(n型(AlGa)InP包覆层733一侧)依次叠起来。
如图8(a)所示，与红外激光部700一样，由p型(AlGa)InP第二包覆层737、p型GaInP中间层738及p型GaAs接触层740形成梯形条状(条状部分741)，在该条状部分741的两侧镶有n型GaAs电流约束层709。这样，构成了电流约束结构。
作为d2表示了从在电流约束层709的下表面(换句话说，脊状条部的下表面)到活性层734为止的距离(保留厚度)。
对构成红色激光部730的各个层的材料组成比率进行说明。n型(AlGa)InP包覆层733、p型(AlGa)InP第一包覆层735及p型(AlGa)InP第二包覆层737的组成比率，为(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P。(AlGa)InP导引层7340g及7350g、和(AlGa)InP阻挡层7342b、7344b、7346b及7348b的组成比率，为(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P。GaInP阱层7349w、7347w、7345w、7343w及7341w的组成比率，为Ga0.43In0.57P。
接着，在图8(c)中表示了红外激光部700中的条状部分711和红色激光部730中的条状部分741的平面形状。在此，条状部分711的下表面的形状，呈与图1(c)一样的、宽度从光射出端面A到后端面B都相等的形状711a。与此相对，红色激光部730中的条状部分741的平面形状，呈宽度从光射出端面A向后端面B逐渐变宽的锥形条状结构的形状741a。在此，在红色激光部730中，将光射出端面A侧的条部宽度表示为Ws。
补充说明一下，红外激光部700中的条状部分711、和红色激光部730中的条状部分741，是同时形成的。关于电流约束层709，红外激光部700中的和红色激光部730中的，是同时形成的。在p型GaAs接触层710及740、和n型电流约束层709的上表面上，形成有p型电极，在n型GaAs衬底701的背面上形成有n型电极，这些电极的图示都省略不提。关于该p型电极和该n型电极，还是在红外激光部700中的和在红色激光部730中的是同时形成的。
如上所述，本实施例的半导体激光元件，是包括红外激光部700和红色激光部730的单块双波长激光元件。图9(a)，表示如第一实施例那样使该半导体激光元件的保留厚度变化时的多模式特性(振荡谱的半宽度)的动向。不过，因为红外激光部700的多模式特性与第一实施例的半导体激光元件一样，所以省略图示，仅表示红色激光部730。
在此，假设光射出端面A上的条部宽度为3μm，并且后端面B上的条部宽度为5μm，在室温并且3.5mW的条件下进行测定。
如图9(a)所示，在保留厚度d2增加了的情况下，振荡谱的半宽度起初随此增加，而在保留厚度d2大于或等于0.45μm时，振荡谱的半宽度大致具有一定的值。图9(b)、图9(c)及图9(d)，依次表示保留厚度d2为0.39μm、0.47μm、0.72μm的情况下的、实际的谱波形。在图9(b)所示的、保留厚度为0.39μm的情况下，振荡谱近似于单峰；在图9(c)所示的、为0.47μm的情况和图9(d)所示的、为0.72μm的情况下，振荡谱是半宽度很宽的多模式的振荡谱。
所述情况，是能利用对应于条状部分741的部分与对应于该部分两侧的部分之间的有效折射率差(Δn)进行说明的。
在保留厚度d2为0.39μm的情况下，Δn＝1.2×10-3左右，因为该Δn比较大，所以光不能分散到脊状部分的侧方，处于不易形成饱和吸收剂的状态。其结果是，振荡谱的半宽度很小。
与此相对，在保留厚度d2为0.47μm及0.72μm的情况下，可以认为，因为所述Δn比较小，为Δn＝3.8×10-4左右及Δn＝3.6×10-5左右，所以光能分散到脊状部分的侧方，形成足够的饱和吸收剂，进行多模式振荡。不过，在保留厚度d2为0.72μm的情况下，发生了关于水平方向的FFP具有双峰性的现象，省略图示。由上述事情确认到了下述事情，即能同时实现稳定的多模式特性和基本横模振荡的保留厚度d2，为0.4μm到0.7μm。
在此，到现在一般使用的半导体激光元件所进行的红外激光自激振荡所需要的保留厚度d2，为0.25μm到0.4μm(所对应的Δn为3×10-3到1×10-3)。与此相对，在本实施例的情况下，保留厚度d2比较厚，该保留厚度d2的范围为0.4μm到0.7μm(所对应的Δn为1×10-3到5×10-5)。尽管如此，本实施例的半导体激光元件能够进行多模式振荡(包括自激振荡在内)。下面说明其原因。
图10(a)，表示光射出端面A上的条部宽度为3μm，后端面上的条部宽度为5μm，并且保留厚度d2为0.47μm时的振荡阈值状态下的NFP图像。与第一实施例的情况一样，能以根据NFP图像所示的光分布求出的半宽度，表示光分散的程度。
在图10(b)中，表示了NFP的半宽度(用虚线表示)和横向分散电流(计算值；用实线表示)。该NFP的半宽度，是以保留厚度d2＝0.39μm为基准，进行规格化而求出的、处于振荡阈值状态时的NFP半宽度；该横向分散电流，是以保留厚度d2＝0μm为基准，进行规格化而求出的。最初，保留厚度d2越厚，NFP的半宽度越大。保留厚度d2超过0.7μm左右后，NFP半宽度大致具有一定的值。横向分散电流一直增加到保留厚度d2达0.4μm左右为止，之后大致处于饱和状态。
这样，在保留厚度d2为0.4μm到0.7μm的范围内，横向上的电流分散情况大致处于饱和的倾向，而光分布(分散范围)继续增加。因此，可以说，该范围是饱和吸收剂增加的区域。与此相对，可以认为，在保留厚度d2大于或等于0.7μm时，因为光分布(分散范围)和横向分散电流均具有大致一定的值，所以饱和吸收剂不显著地增加，其结果是振荡谱的半宽度也具有大致一定的值。由上述状况可见，容易形成饱和吸收剂的区域，是保留厚度d2大于或等于0.4μm的区域。如上所述，能够避免FFP具有双峰性的区域，是保留厚度d2小于或等于0.7μm的区域。因此，能够进行稳定的多模式振荡的保留厚度d2的范围，为0.4μm到0.7μm。
接着，用激光振荡前的NFP图像表示电流相对条部宽度的分散程度。图11(a)，是在光射出端面A上的条部宽度为3.3μm，后端面B上的条部宽度为6μm，并且保留厚度d2为0.43μm的状态下，使10mA的电流流动时的NFP图像。因为该NFP图像与注入到活性层中的电流密度分布的相关性很强，所以可以将该图像所示的情况看作电流分布情况。如图11(a)所示，因为保留厚度d2比较厚，为0.43μm，所以电流沿横向分散得很广泛，若以半宽度表示，就为5.9μm。该值是光射出端面A上的条部宽度Ws即3.3μm的近两倍，该电流分散范围相当大。
同样，在图11(b)中，表示了在设后端面B侧的条部宽度为一定的值即6μm的状态下，使光射出端面A侧的条部宽度Ws变化而求出的、以NFP表示的电流分布的半宽度的动向。根据图11(b)，在光射出端面A侧的条部宽度Ws为2.9μm时，电流分散范围(半宽度)为5.3μm，电流分散范围随着条部宽度的增加而扩大，在条部宽度为5μm时，半宽度大于或等于8μm。这样，确认到了下述事情，即若设保留厚度d2为比现有例大的值，电流分散范围就大于条部宽度。
接着，在图12(a)中，表示了在设保留厚度d2为一定的值即0.45μm，并且后端面B的条部宽度为一定的值即6μm的状态下，使光射出端面A侧的条部宽度Ws变化时的多模式特性(振荡谱的半宽度)的动向。在此，图12(b)、图12(c)及图12(d)，依次表示在光射出端面A的条部宽度Ws分别为2.2μm、4.2μm及5.8μm时的振荡谱。由图12(b)到图12(d)确认到了下述事情，即光射出端面A侧的条部宽度Ws越宽，振荡谱的半宽度越减少。可以认为，所述现象出于与第一实施例的情况一样的原因。就是说，可以认为，因为随着光射出端面A的条部宽度Ws的增加，活性层的位于脊状条部的下方、被注入电流的部分的体积变大，所以形成在活性层的位于电流约束层下方的部分中的饱和吸收剂的体积相对小，因而不易进行自激振荡。
在条部宽度为5.8μm的情况下，确认到了下述现象的发生，即在水平方向上的FFP中有部分进行双峰性高阶横模振荡，在7mW附近产生弯折。由此可以认为，条部宽度在特性上的上限为5.5μm左右。
在条部宽度为2.2μm时，在I-L特性上，外微分效率Se具有非线性。这起因于下述事情，即在饱和吸收剂的体积变大，饱和吸收剂变得透明的情况下，波导损耗急剧减低。因为这样的I-L特性在实际使用时难以进行APC(Auto Power Control自动功率控制)工作，所以不适当。因此，条部宽度的下限为2.5μm左右。
以上述结果为基础，对本实施例所涉及的半导体激光元件的结构和现有技术的结构实际地进行了温度特性的对比。作为其结果，图13(a)表示I-L特性的温度依靠性；图13(b)和图13(c)依次表示本实施例和现有技术中的振荡谱的温度依靠性。在此，在本实施例的结构中，保留厚度d2为0.42μm；在现有技术的结构中，保留厚度为0.33μm。若将该保留厚度d2换算为Δn，在本发明的结构中，就为Δn＝5×10-4，在现有技术的结构中，就为Δn＝1.4×10-3。补充说明一下，在所述两种结构中，光射出端面A侧的条部宽度均为3.2μm，后端面B侧的条部宽度均为5.2μm，组成比率均为上述的值。
如图13(a)所示，对25℃时的I-L特性来讲，现有技术的结构的振荡阈值低于本发明的结构的振荡阈值。但是，在85℃时，本实施例的结构的振荡阈值低于现有技术的结构的振荡阈值。可以认为，其原因与第一实施例的情况也一样。就是说，可以认为，首先在25℃时，因为现有技术的结构的保留厚度较薄，所以电流沿横向分散的范围不大，因而不为振荡起到作用的无功电流较小，电流高效地变换为光。作为现有技术在25℃时的I-L特性很良好的原因，可以认为还有下述原因，即因为Δn比较大，所以活性层中的波导损耗很少。另一方面，可以认为，根据现有技术的结构，在85℃时，因为注入到活性层中的电流集中在条部正下方的部分，电流密度增高，所以在元件中产生漏电流，导致发热，其结果是温度特性恶化。在本实施例中，因为电流的横向分散范围大于现有技术，所以电流密度也低于现有技术，漏电流的产生受到控制。其结果是，本实施例的半导体激光元件具有广泛温度范围的工作保证。
如图13(b)和图13(c)所示，无论是在25℃还是85℃的温度下，本实施例的结构中的振荡谱半宽度均大于现有技术的结构的振荡谱半宽度，可以认为本实施例的半导体激光元件实现了良好的多模式特性。
如上所述，与第一实施例的情况一样，根据本实施例，能通过规定保留厚度d2的范围，来实现稳定地维持振荡谱半宽度很宽的多模式特性，并且温度特性也很良好的半导体激光元件。就是说，设保留厚度d2为这样的范围，即电流的分散范围相对保留厚度d2的增加大致具有一定的值，并且光在活性层中沿横向分散的分散范围随着保留厚度d2的增加而增加的范围。
若要设为所述范围，这样设定就可以，即设电流分散范围开始与保留厚度d2的增加无关地具有大致一定的值时的保留厚度为下限，并且设保留厚度为光分布(NFP的半宽度)具有条部宽度的两倍左右或更小的值的区域。
作为具体的尺寸，如上面已经说明，设从n型电流约束层709的下表面到活性层734的上表面为止的距离(保留厚度)d2为0.4μm到0.7μm(Δn＝1×10-3到5×10-5)，同时设平均条部宽度(将锥形条状结构换算为直条状而求出的平均宽度)为2.5μm到5.5μm就可以了。若这样设定的同时，设红外激光部700为与第一实施例的半导体激光元件一样的结构，就能得到作为单快双波长激光器的、很稳定的特性。
补充说明一下，各包覆层的材料的电阻最好大于或等于0.1Ωcm，若举出具体的例子，就最好使用AlGaInP。
在本实施例中，采用了呈倾斜脊形状的，就是说如图8(a)所示，呈下表面上的宽度大于上表面上的宽度的形状的条状部分711作为脊状条部。但是，与第一实施例的情况一样，也可以是这样的，采用下表面上的宽度等于上表面上的宽度的垂直脊形状，来代替该倾斜脊形状。图14(a)到图14(c)，表示具体结构之一例。这些附图，依次对应于图8(a)到图8(c)。如图14(a)所示，由p型(AlGa)InP第二包覆层707、p型GaInP中间层708及p型GaAs接触层710构成下表面上的宽度等于上表面上的宽度的条状部分811。由p型(A1Ga)InP第二包覆层737、p型GaInP中间层738及p型GaAs接触层740构成下表面上的宽度等于上表面上的宽度的条状部分841。补充说明一下，还形成有电流约束层809，该电流约束层809覆盖着条状部分811及841的侧表面。
所述情况下的半导体激光元件的其他特点，与图8(a)到图8(c)所示的半导体激光元件一样。因此，用相同的符号表示相同的结构因素，省略详细的说明。
在这样采用了垂直脊形状的情况下，因为与图8(a)所示的倾斜脊形状相比条状部分811及841的上表面宽度更宽，所以能够使微分电阻Rs减低。其结果是，元件的发热受到控制，温度特性提高。
在本实施例中说明的是，与第一实施例一样的红外激光部700、和红色激光部730形成在共同使用的n型GaAs衬底701上的单块双波长激光元件。不过，当然也可以形成仅安装有红色激光部730作为振荡并放出激光的发光部的激光元件。在该情况下，不言而喻，也能通过设为具有在本实施例中所说明的保留厚度的红色激光部，来得到在与现有例相比更为广泛的温度范围内稳定地工作的激光元件。
(第三实施例)下面，对第三实施例所涉及的半导体激光元件进行说明。
图15(a)、图15(b)及图15(c)，是表示本发明的半导体激光元件之一例的图。在此，除了一部分结构以外，该半导体激光元件的结构就与第二实施例的半导体激光元件一样。因此，仅对结构上的差异进行详细的说明。在图13(a)到图13(c)中，用相同的符号表示与图8(a)到图8(c)一样的结构因素。
在本实施例的半导体激光元件中，由p型(AlGa)InP第二包覆层707、p型GaInP中间层708及p型GaAs接触层710构成的条状部分911的平面形状、和由p型(AlGa)InP第二包覆层737、p型GaInP中间层738及p型GaAs接触层740构成的条状部分941的平面形状，与第二实施例的半导体激光元件中的平面形状不一样。
具体而言，如图15(c)所示，条状部分911及941都呈下述平面形状，即条部宽度从光射出端面A向内侧逐渐变宽，而在中间部分呈宽度均匀的直条状，然后宽度向后端面B逐渐变窄。换句话说，在内侧存在条部宽度具有一定的值的部分，从该部分两侧连续地形成有宽度分别向光射出端面A和后端面B呈着锥形逐渐变窄的部分。
因为与直条状相比，这样的锥形条状结构能使条部宽度更宽，所以能够减低微分电阻Rs，控制元件的发热，提高温度特性。
不过，需要设红外激光部700中的条状部分911的平均宽度(将锥形条状结构换算为直条状结构而求出的平均宽度)为1μm到4μm，并且红色激光部730中的条状部分941的平均宽度为2.5μm到5.5μm。这是与在第一及第二实施例中所说明的尺寸范围一样的尺寸范围。若尺寸具有该范围之外的值，就会发生下述问题，即发生弯折现象，振荡谱或FFP具有双峰性，激光元件的产品合格率降低等等。
补充说明一下，在上述第一、第二及第三实施例中，用n型GaAs层作为电流约束层。但是，即使用钛或金等金属，AlGaAs、AlInP或α＝Si等半导体，以及SiNx或SiOx等绝缘膜作为电流约束层，来代替所述n型GaAs层也没有什么问题。再说，(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P等组成比率，也并不限于该比率。
在活性层中，使红外侧活性层具有三层阱，使红色侧活性层具有五层阱。不过，只要所述阱数量在于红外侧为三到五层、红色侧为四到七层的范围内，就能得到良好的特性。
作为条状结构说明的是三种结构，即直条状结构，光射出端面A一侧较窄并且后端面B一侧较宽的锥形条状结构，以及中央部较宽并且向两端面逐渐变窄的结构。不过，条状结构不限于所述结构，也可以是后端面B一侧较窄并且光射出端面A一侧较宽的结构、中央部较窄并且向两端面逐渐变宽的结构等结构。不过，平均条部宽度(将锥形条状结构换算为直条状结构而求出的平均宽度)需要在于下述范围内，即红外激光部中的平均条部宽度为1μm到4μm，在红色激光部中的平均条部宽度为2.5μm到5.5μm。
不言而喻，本发明能在AlGaAs/GaAs系列、AlGaN/InGaN系列及ZnMgSSe/ZnS系列等各种激光器中采用。
-工业实用性-因为本发明的半导体激光元件，即使是在高温下工作时，也稳定地进行基本横模且多纵模的振荡，并且温度特性也很良好，所以作为需要广泛温度范围的工作保证的半导体激光元件很有用，特别是作为光盘系统领域的激光源等，很有用。
权利要求
1.一种半导体激光元件，在衬底上包括发光部，该发光部具有第一包覆层，形成在所述第一包覆层上的活性层，形成在所述活性层上、并且具有用来将电流注入所述活性层中的脊状条部的第二包覆层，以及形成在所述脊状条部的两侧、并且用来将所述电流约束到所述脊状条部中的电流约束层，其特征在于从所述电流约束层的下表面到所述活性层的上表面为止的距离，具有规定范围内的值；所述电流在流过所述脊状条部后，到达所述活性层以前分散到宽度大于或等于所述脊状条部宽度的范围。
2.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述规定范围是，将电流横向分散范围的增加相对所述距离的增加变得缓慢的点上的所述距离设为下限，将近场图形的半宽度的增加相对所述距离的增加变得缓慢的点上的所述距离设为上限的范围。
3.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述规定范围，大于或等于0.65μm、且小于或等于1.2μm。
4.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述活性层由AlxGa1-xAs形成，0≤x≤1，所述第一包覆层和所述第二包覆层，由AlGaInP系列的材料形成。
5.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述脊状条部的宽度，大于或等于1μm、且小于或等于4μm。
6.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述规定范围，大于或等于0.4μm、且小于或等于0.7μm。
7.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述活性层由GayIn1-yP形成，0＜y＜1，所述第一包覆层和所述第二包覆层，由AlGaInP系列的材料形成。
8.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述脊状条部的宽度，大于或等于2.5μm、且小于或等于5.5μm。
9.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于所述脊状条部的侧表面，均垂直于所述衬底的主表面。
10.一种半导体激光元件，在衬底上至少包括第一发光部和第二发光部；所述第一发光部和所述第二发光部，分别具有第一包覆层，形成在所述第一包覆层上的活性层，形成在所述活性层上、并且具有用来将电流注入所述活性层中的脊状条部的第二包覆层，以及形成在所述脊状条部的两侧、并且用来将所述电流约束到所述脊状条部中的电流约束层，其特征在于在所述第一发光部和所述第二发光部这两个发光部中，从所述电流约束层的下表面到所述活性层的上表面为止的距离分别具有规定范围内的值，所述电流在流过所述脊状条部后，到达所述活性层以前分散到宽度大于或等于该脊状条部的宽度的范围。
11.根据权利要求10所述的半导体激光元件，其特征在于所述第一发光部中的规定距离，大于或等于0.65μm、且小于或等于1.2μm，所述第二发光部中的规定距离，大于或等于0.4μm、且小于或等于0.7μm。
12.根据权利要求10所述的半导体激光元件，其特征在于所述第一发光部和所述第二发光部分别具有的所述脊状条部，是同时形成的。
13.根据权利要求10所述的半导体激光元件，其特征在于所述第一发光部及所述第二发光部中的至少一个中的所述脊状条部的侧表面，垂直于所述衬底主表面。
14.根据权利要求10所述的半导体激光元件，其特征在于所述第一发光部具有的所述活性层，由AlxGa1-xAs形成，0≤x≤1；所述第二发光部具有的所述活性层，由GayIn1-yP形成，0＜y＜1；所述第一包覆层和所述第二包覆层，均由AlGaInP系列的材料形成。
15.根据权利要求10所述的半导体激光元件，其特征在于所述第一发光部具有的所述脊状条部的宽度，大于或等于1.0μm、且小于或等于4.0μm，所述第二发光部具有的所述脊状条部的宽度，大于或等于2.5μm、且小于或等于5.5μm。
16.根据权利要求10所述的半导体激光元件，其特征在于所述第一发光部和所述第二发光部分别具有的所述脊状条部中的至少一个，具有宽度上有变化的锥形条状结构。
17.根据权利要求16所述的半导体激光元件，其特征在于所述锥形条状结构，是宽度从光射出的光射出端面一侧向与所述光射出端面相对的后端面一侧逐渐变宽的结构。
18.根据权利要求16所述的半导体激光元件，其特征在于所述锥形条状结构，是宽度从中央部分，向光射出的光射出端面一侧及与所述光射出端面相对的后端面一侧，分别逐渐变窄的结构。
全文摘要
本发明公开了一种半导体激光元件。该元件在衬底(101)上包括发光部，该部具有第一包覆层(103)，形成在其上的活性层(104)，形成在其上、具有将电流注入活性层(104)中的脊状条部(111)的第二包覆层(105)及形成在脊状条部(111)两侧、将电流约束到脊状条部(111)中的电流约束层(109)。从电流约束层(109)下表面到活性层(104)上表面的距离(d1)具有规定范围内的值。电流在流过脊状条部(111)后，到达活性层(104)前分散到宽度大于或等于脊状条部(111)宽度的范围。因此能提供纵模能在广泛的温度范围内稳定地维持多模式振荡特性及温度特性，并且温度特性很良好的半导体激光元件。
文档编号H01S5/323GK1976145SQ20061012574
公开日2007年6月6日 申请日期2006年8月29日 优先权日2005年12月1日
发明者村泽智, 高山彻, 木户口勋 申请人:松下电器产业株式会社