专利名称：半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及阈值电流和效率的温度依存性小的、以高输出功率振荡的应变量子阱激光器，更详细地说，涉及使用GaInAs/GaInAsP材料的、形成了载流子阻塞层(blocking layer)的压缩应变量子阱半导体激光器。
本说明书基于日本国的专利申请(特愿平9-259124号)，将该日本申请的记载内容作为本说明书的一部分而引入。
背景技术：
GaInAs/GaInAsP材料是半导体激光器的最重要的材料之一，特别是在有源层中具有量子阱的InGaAs/InGaAsP系列的半导体激光器作为1.3μm至1.55μm的波段的通信用光源已实现了实用化。为了使用该材料在1.6μm以上的长波长处振荡，已知有将有源层作成压缩应变层的压缩应变量子阱半导体激光器。
图4中示出在量子阱数为3层的情况下的现有技术的InGaAs/InGaAsP系列压缩应变量子阱半导体激光器的能带结构，此外，图5中示出其层叠结构。
该现有的半导体激光器为在由p型InP构成的衬底1上层叠了p型包层2(p-InP)，并在其上依次层叠了下述层的结构p型导波层3(p-GaInAsP)、GaxIn1-xAs第1量子阱层4、GaInAsP阻挡层5、GaxIn1-xAs第2量子阱层6、GaInAsP阻挡层7、GaxIn1-xAs第3量子阱层8、n-GaInAsP导波层9、以及n型包层10(n-InP)。从GaxIn1-xAs第1量子阱层4到GaxIn1-xAs第3量子阱层8的部分为有源层20。
在上述InGaAs/InGaAsP系列的半导体激光器中，为了不仅作为通信用光源这样的用途，而且将其用途扩展到激光医疗、激光加工、激光分光分析等的领域，希望进一步减小阈值电流和效率的温度依存性并以高的输出功率振荡。
例如，激光分光分析是这样的分析方法，其中，对被分析的气体照射特定的波段的半导体激光，通过在受光部中检测出被分析的气体中的特定气体成分的吸收量，来测定该气体浓度，但是，在使半导体激光器光源的保持温度变化来对振荡波长进行扫描的情况下，激光器的阈值电流和跨导(slope)效率是重要的因素。即，保持温度越低，跨导效率越高，阈值电流越小。同时，由于随着温度的上升，损耗系数增大，故外部量子效率下降，输出降低。因此，作为分光用的光源，希望有这样的特性在温度区域为20～50℃的范围内跨导效率及阈值电流不变化，温度依存性小。
此外，作为使半导体激光器的温度特性恶化成为高输出的妨碍的主要因素，可举出载流子溢出(overflow)现象。该现象是这样的在进行了非常高的电流注入的情况下，在注入到有源层区域中的电子与空穴的复合过程跟不上，电子从有源层20溢出到带隙大的导波层3、9区域中。由于这样的现象而溢出的电子的大部分成为热损耗而白白被消耗。再有，随着元件温度的上升，载流子的漏泄分量以指数函数的方式增大，结果激光器的输出不上升，注入效率下降。
为了改善上述的不良情况以防止载流子溢出，作成使用了图4中示出的量子阱的SCH结构(分离封闭异质结构)，以将光和载流子分离并封闭起来，或者，以降低激光器的功率密度为着眼点，研究了薄的有源层的弱导波激光器结构。此外，为了改善特性温度也研究了使用在有源层中包含Al的混晶，或者，在导波层中具有台阶状的折射率的结构(格栅标记分离封闭异质结构「GRIN结构」)等。
但是，在InGaAs/InGaAsP系列的半导体激光器中，在1.6μm以上的长波长处振荡的情况下，特性温度(阈值的温度依存系数)充其量约为60K。
另一方面，为了使半导体激光器以高输出功率振荡，已知在有源层中导入载流子阻塞层以防止载流子在高注入时的载流子溢出现象的方法。例如，在特开平7-23139号公报中提出了使用AlGaAs系列材料导入载流子阻塞层，在～1μm处振荡的半导体激光器。
但是，在导入载流子阻塞层的情况下，可认为，由于该层的厚度的缘故，对～的特性有影响。即，如果使载流子阻塞层薄到1～20nm的数量级，则预期以电流注入方式注入的电子容易通过载流子阻塞层。因而，不能预期这样的结构能改善载流子溢出现象。这是因为，在薄的阻塞层的情况下，要考虑电子的隧道现象，如果阻塞层非常薄，则隧道现象的影响非常大，作为阻塞层的功能恶化。但是，在阻塞层非常厚的情况下，由于注入效率非常差，导致阈值电流的增大，结果不能得到在室温下的连续振荡。由以上所述，可认为在载流子阻塞层的厚度中存在最佳值。
再有，作为表示载流子溢出现象的改善的一个指标，利用温度特性来进行评价。特别是在InP系列的光器件中，强烈地要求温度特性的改善。
发明的公开如以上所述，在该领域中，希望提供一种进一步提高半导体激光器的阈值电流和效率的温度依存性用的技术。
本发明的目的在于提供一种阈值电流和效率的温度依存性小的、能以高输出功率振荡的半导体激光器。
本发明的半导体激光器的特征在于在使用了GaInAs/GaInAsP材料的压缩应变量子阱半导体激光器中，在p型导波层和n型导波层中设置了具有比该导波层的带隙Egb大的带隙Egc、且由比该导波层的折射率小的材料构成的载流子阻塞层。
上述载流子阻塞层的厚度最好为5～10nm。
此外，在振荡波长为1.74μm的半导体激光器的情况下，导波层与载流子阻塞层的在室温下的带隙差最好是在85meV～190meV的范围内。
再有，量子阱层的第一基态能级间的带隙(Ego)与载流子阻塞层的带隙(Egc)的差最好是在300meV～500meV的范围内。
附图的简单说明
图1是说明与本发明有关的半导体激光器的带隙的概略图。
图2是相同的半导体激光器的层叠结构的主要部分的剖面图。
图3是说明在导波层中具有台阶状的折射率的结构的半导体激光器的带隙的概略图。
图4是说明现有的半导体激光器的带隙的概略图。
图5是示出现有的半导体激光器的层叠结构的主要部分的剖面图。
用于实施发明的最佳形态本发明者发现了下述情况在图4中示出的SCH结构的GaInAs/GaInAsP系列的压缩应变量子阱半导体激光器中，如图1和图2中所示，通过在p型导波层3和n型导波层9中形成具有比这些导波层3、9的带隙Egb大的带隙Egc、且由比该导波层3、9的折射率小的材料构成的载流子阻塞层11、14，可得到在1.6μm以上波段以比高于以往的输出功率振荡、且具有良好的温度稳定性的半导体激光器，完成了本发明。
再有，在上述载流子阻塞层11、14与量子阱层4。8之间分别形成了侧面阻挡层12、13。
使用GaInAs/GaInAsP材料、在图2中示出的结构的量子阱半导体激光器中，通过将作为有源层20的量子阱层4、6、8的组成[GaxIn1-xAs]的Ga的组成比x定为0＜x＜0.47，可在1.6μm以上处振荡。但是，在该结构中如果使注入电流增加，则注入到有源层20(从p侧的量子阱层4到n侧的量子阱层8的部分)中的电子和空穴不能被充分地封闭在量子阱区中，向导波层3、9溢出，不能在量子阱间(带隙处的Ego)有效地进行复合，特性温度也至多约为60K，最大线性输出也难以超过20mW(在20℃下)。
因此，本发明者如图1和图2中所示，试验了通过分别在p型导波层3的有源层20附近和n型导波层9的有源层20附近形成载流子阻塞层11、14来防止载流子溢出。
已判明了，载流子阻塞层必须是其折射率比导波层的材料小的材料，如果不在p型导波层和n型导波层的两者中形成载流子阻塞层，就不能有效地防止载流子溢出。
再有，各载流子阻塞层11、14的厚度虽然在5～20nm的范围内是有效的，但最好定为5～10nm的范围内。而且，如果载流子阻塞层的厚度不到5nm，则电子或空穴由于隧道效应而容易通过载流子阻塞层11、14，不能得到抑制载流子溢出现象的效果，不能提高特性温度和最大线性输出。此外，如果载流子阻塞层的厚度超过20nm，则由于电子或空穴向有源层区域的注入效率非常差，故导致阈值电流的增大或跨导效率的恶化。
如上所述，对于载流子阻塞层来说，只有阻塞电流用的足够的厚度是不充分的，必须有不妨碍注入用的适度的厚度和势垒高度(带隙)。为了不妨碍注入，在1.6μm频带的GaInAs/GaInAsP系列量子阱激光器的情况下，如果将载流子阻塞层的带隙与导波层(在导波层是多台阶的情况下，其带隙的最低值)的带隙的差(Egc-Ego)定为85meV～190meV，则可提高特性温度。
一度注入到有源层区域中的载流子只有越过载流子阻塞层11、14才溢出。此时，电子的一部分利用与注入相反的原理透过势垒层。而且，为了抑制溢出，载流子阻塞层11、14的带隙Egc与量子阱层4、6、8的带隙Ego的差(Egc-Ego)成为重要的指标，特别是其带隙差(Egc-Ego)处于300meV～500meV的范围内时，能确认特性温度的提高。
本发明的半导体激光器在使用了GaInAs/GaInAsP材料的压缩应变量子阱半导体激光器中，通过在p型导波层3和n型导波层9中设置了载流子阻塞层11、14，可有效地防止载流子溢出，同时可得到输出功率高、且温度稳定性良好的半导体激光器，其中，载流子阻塞层11、14具有比该导波层的带隙Egb大的带隙Egc，此外，其差为85meV～190meV，载流子阻塞层11、14的带隙Egc与量子阱层4、6、8的带隙Ego的差(Egc-Ego)在300meV～500meV的范围内，且载流子阻塞层11、14由比该导波层的折射率小的材料构成。
此外，图3是说明在导波层中具有台阶状的折射率的结构(格栅标记分离封闭异质结构，以下称为「GRIN结构」)的半导体激光器的带隙的概略图。该结构中设置了以台阶状形成折射率的p型导波层31、32、33和n型导波层91、92、93。即，在导波层3和9的带隙Egb中具有多个值的结构的半导体激光器因为提高了有源层的光封闭效率，故通过将结构组成壶状，具有提高载流子向有源层的注入效率等优点。
如果作成在该结构中还设置了具有比导波层的最低水平的带隙Egb31或Egb91大的值的带隙Egc的载流子阻塞层11、14，则可更有效地和可靠地防止载流子溢出，可得到输出功率高、且对于温度的稳定性良好的半导体激光器。再有，一般来说，半导体的折射率与带隙成反比。
关于这样的结构的半导体激光器，通过具备下述的条件的一个以上或满足下述的全部条件，也能更可靠地提高特性温度，这些条件是如上所述的载流子阻塞层11、14的厚度；载流子阻塞层11、14的带隙能量Egc与导波层3和9的带隙能量Egb31或Egb91的差、即(Egc-Egb31)或(Egc-Egb91)为85meV～190meV；以及载流子阻塞层11、14的带隙Egc与量子阱层4、6、8的带隙Ego的差(Egc-Ego)在300meV～500meV的范围内等。
实施例以下，制造了实施例1和2、比较例1～3的各自的半导体激光器，评价了其性能。在该实施例中，将Ga的组成比定为0.32，使量子阱层内产生1％的压缩应变，在振荡波长为1.71μm～1.74μm的波段内振荡，研究了载流子阻塞层的效果。
·实施例1在n型导波层9中，在与量子阱层8之间形成厚度为5nm的侧面阻挡层13和组成波长为1.15nm、厚度为5nm的n型载流子阻塞层14，在p型导波层3中，在与量子阱层4之间形成厚度为10nm的侧面阻挡层12和组成波长为1.25nm、厚度为5nm的p型载流子阻塞层11，制造图1和图2中示出的结构的半导体激光器，研究了其特性。如表1中所示，在该实施例1的半导体激光器中可得到最大线性输出22mW。此外，特性温度为85K、跨导效率为-0.062dB/K，可得到温度依存性非常低的结果。
·实施例2在n型导波层9中，在与量子阱层8之间不设置侧面阻挡层，形成组成波长为1.15nm、厚度为10nm的n型载流子阻塞层14，同样在p型导波层3中，不设置侧面阻挡层，形成组成波长为1.15nm、厚度为5nm的p型载流子阻塞层11。
如表1中所示，在该实施例2的半导体激光器中，可得到特性温度为70K、最大线性输出为24mW的良好的特性。此外，可得到跨导效率为-0.073dB/K的温度依存性低的结果。如果与实施例1比较，则判明了，与侧面阻挡层的有无无关，具有阻塞效果。
·比较例1作成p型导波层3和n型导波层9中完全不设置载流子阻塞层的结构(即，图4和图5中示出的结构)。该半导体激光器的跨导效率的温度依存性为-0.081dB/K，特性温度为51K、最大线性输出为14mW。
·比较例2
作成只在n型导波层9中设置载流子阻塞层14、在p型导波层3中不设置载流子阻塞层的结构。该半导体激光器中，特性温度为50K、最大线性输出为12mW，具有与比较例1同等的性能。在该结构中，虽然可防止空穴的溢出，但不能防止电子向n型一侧的溢出，因此不能得到特性的提高。
·比较例3在n型导波层9中，在与量子阱层8之间形成厚度为10nm的侧面阻挡层13和组成波长为1.15nm、厚度为5nm的n型载流子阻塞层14，在p型导波层3中，在与量子阱层4之间形成厚度为10nm的侧面阻挡层12和组成波长为1.15nm、厚度为3nm的p型载流子阻塞层11。该半导体激光器的特性温度为60K、跨导效率的温度依存性为-0.067dB/K、最大线性输出为14mW，与比较例1相比，性能没有怎么改善。在该结构中，p型一侧的载流子阻塞层11的厚度薄到3nm，电子或空穴利用隧道效应容易通过载流子阻塞层，不能充分地得到防止载流子溢出的效果。
将这些结果归纳起来，在表1中示出。表1
<p>其次，作为实施例3至实施例6，将有源层20的量子阱层4、6、8的Ga的组成比定为0.32，使载流子阻塞层(p型载流子阻塞层11和n型载流子阻塞层14)的组成(组成波长)和厚度变化，其它的层作成相同的组成和组成比，制造了在振荡波长为1.71μm～1.74μm处振荡的半导体激光器。此外，为了与其比较，作为比较例4至比较例11，改变组成比和厚度，制造了同样在振荡波长为1.71μm～1.74μm处振荡的半导体激光器。而且，测量了这些半导体激光器的温度特性，评价了该特性。再有，为了比较温度特性，作为比较例12，制造了不形成载流子阻塞层11、14的半导体激光器。
此外，作为实施例7，作成在上述图3中已图示说明了的在导波层中具有台阶状的折射率的结构(GRIN结构)，制造在其中形成了载流子阻塞层的半导体激光器，同样对其温度特性进行了评价。
再有，将量子阱层4、6、8和导波层3、9作成完全相同的结构，使载流子阻塞层11、14和侧面阻挡层12、13的条件变化，测定了从20℃至40℃的范围内的特性温度。
此外，量子阱层4、6、8的带隙Ego的值是由Luttinger-KornHamiltonian用计算求出的推测值。导波层3、9的带隙Egb和载流子阻塞层11、14的带隙Egc的值通过将组成波长换算成能量来求出。
而且，在作成这些半导体激光器时，按照以下的顺序进行制造。
在p型InP衬底1上作为p型包层2形成InP层，在其上形成了p型导波层3。在被p型载流子阻塞层11和n型载流子阻塞层14夹住的区域中，在各载流子阻塞层11、14的内壁一侧设置的侧面阻挡层12、13之间分别用阻挡层5、7隔开3层结构的量子阱层4、6、8而形成了有源层20。再形成n型导波层9，最后形成了n型InP包层10。
·实施例3在该实施例中的半导体激光器的各层的材料组成、厚度及组成波长如下述。
·p型包层2组成InP厚度2μm·p型导波层3
组成In0.74Ga0.26As0.55P0.45厚度0.2μm组成波长1.25μm·p型载流子阻塞层11组成In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度5nm组成波长1.15μm·侧面阻挡层12组成In0.74Ga0.26As0.55P0.45厚度5nm组成波长1.25μm·量子阱层4、6、8组成In0.68Ga0.32As厚度5nm层数3·侧面阻挡层13组成In0.74Ga0.26As0.55P0.45厚度5nm组成波长1.25μm·n型载流子阻塞层14组成In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度5nm组成波长1.15μm·n型导波层9组成In0.74Ga0.26As0.55P0.45厚度0.2μm组成波长1.25μm·n型包层10组成InP厚度2μm如果将载流子阻塞层11、14的厚度设为5nm，组成波长设为1.15μm，则
·Egc－Ego(量子阱层的第一基态能级间的带隙与载流子阻塞层的带隙的差)＝457meV，Egc－Egb(导波层与载流子阻塞层的带隙的差)＝189meV·此时的半导体激光器的特性温度85K·实施例4在该实施例中，制造了p型载流子阻塞层11和n型载流子阻塞层14的组成和厚度如以下所述，其它各层具有与上述实施例3相同的组成和厚度的半导体激光器。
·p型载流子阻塞层11组成In0.88Ga0.12As0.25P0.75厚度5nm组成波长1.05μm·n型载流子阻塞层14组成In0.88Ga0.12As0.25P0.75厚度5nm组成波长1.05μm载流子阻塞层11、14的厚度是5nm，组成波长是1.05μm，·Egc－Ego＝354meVEgc－Egb＝86meV·此时的半导体激光器的特性温度70K·实施例5在该实施例中，制造了p型载流子阻塞层11和n型载流子阻塞层14的厚度如以下所述定为10nm，各层的组成和厚度与上述实施例3相同的半导体激光器。
·p型载流子阻塞层11组成In0.81Ga0.19As0.11P0.59厚度10nm组成波长1.15μm·n型载流子阻塞层14组成In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度10nm组成波长1.15μm
·Egc－Ego＝457meVEgc－Egb＝189meV·此时的半导体激光器的特性温度75K·实施例6在该实施例中，制造了p型载流子阻塞层11和n型载流子阻塞层14的厚度如以下所述定为10nm，其它各层的组成和厚度与上述实施例4相同的半导体激光器。
·p型载流子阻塞层11组成In0.88Ga0.12As0.25P0.75厚度10nm组成波长1.05μm·n型载流子阻塞层14组成In0.88Ga0.12As0.25P0.75厚度10nm组成波长1.05μm·Egc－Ego＝354meVEgc－Egb＝86meV·此时的半导体激光器的特性温度70K·实施例7如图3中所示，制造了将导波层作成具有台阶状31、32、33和91、92、93的折射率的结构(3台阶GRIN结构)，作成配置了载流子阻塞层11、14的结构，除此以外与实施例6规格相同的半导体激光器。
·p型包层2组成InP厚度2μm·p型导波层31、32、33(3台阶GRIN结构)第1级(31)In0.73Ga0.27As0.57P0.43厚度66nm第2级(32)In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度66nm第3级(33)In0.87Ga0.13As0.27P0.73
厚度66nm组成波长第1级1.25μm第2级1.15μm第3级1.05μm·p型载流子阻塞层11组成In0.88Ga0.12As0.25P0.75厚度10nm组成波长1.05μm·侧面阻挡层12、13组成In0.74Ga0.26As0.55P0.45厚度5nm组成波长1.25μm·量子阱层4、6、8组成In0.68Ga0.32As厚度5nm层数3·n型载流子阻塞层14组成In0.88Ga0.12As0.25P0.75厚度10nm组成波长1.05μm·n型导波层91、92、93(3台阶GRIN结构)第1级(91)In0.73Ga0.27As0.57P0.43厚度66nm第2级(92)In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度66nm第3级(93)In0.87Ga0.13As0.27P0.73厚度66nm组成波长第1级1.25μm第2级1.15μm第3级1.05μm
·n型包层10组成InP厚度2μm·Egc－Ego＝354meVEgc－Egb＝86meV·此时的半导体激光器的特性温度75K·比较例4在该比较例中的半导体激光器的各层的材料组成与实施例3相同，而且将载流子阻塞层11和14的厚度定为不同的厚度3nm和10m，除此以外，全部定为与实施例3相同的厚度。
·p型载流子阻塞层11组成In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度10nm组成波长1.15μm·n型载流子阻塞层14组成In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度3nm组成波长1.15μm·Egc－Ego＝457meV·Egc－Egb＝189meV·此时的半导体激光器的特性温度50K(n型的载流子阻塞层的厚度变薄)。
·比较例5在该比较例中，制造了p型载流子阻塞层11和n型载流子阻塞层14的组成和厚度如以下所述，其它各层具有与上述实施例3相同的组成和厚度的半导体激光器。
·p型载流子阻塞层11组成InP厚度3nm组成波长0.92μm·n型载流子阻塞层14组成InP
厚度3nm组成波长0.92μm·Egc－Ego＝624meV·Egc－Egb＝356meV·此时的半导体激光器的特性温度60K与比较例4相比，虽然提高了势垒层高度(Egc－Egb＝356meV)，但特性温度没有怎么改善。载流子阻塞层11、14的厚度减薄到3nm，被注入的电子利用隧道现象大部分通过，确认了没有起到势垒层的功能。
·比较例6在该比较例中，制造了将比较例5的载流子阻塞层11、14的厚度加厚到5nm，其它的组成和厚度与比较例5相同的半导体激光器。
·Egc－Ego＝624meVEgc－Egb＝356meV·此时的半导体激光器的特性温度60K特性温度与比较例5变得相同，在该组成构成中，即使将载流子阻塞层的厚度加厚，也没有特别得到改善。
·比较例7在该比较例中，作成将上述比较例5的载流子阻塞层11、14的厚度进一步加厚形成为10nm，其它方面与比较例5相同的组成结构。
·Egc－Ego＝624meVEgc－Egb＝356meV·此时的半导体激光器的特性温度48K没有看到特性温度的改善，与比较例5和比较例6相比进一步下降。
·比较例8在该比较例中，作成将上述实施例5的载流子阻塞层11、14的厚度加厚形成为15nm，其它方面与实施例5相同的组成结构。
·p型载流子阻塞层11组成In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度15nm组成波长1.15μm
·n型载流子阻塞层14组成In0.81Ga0.19As0.41P0.59厚度15nm组成波长1.15μm·Egc－Ego＝457meVEgc－Egb＝189meV·此时的半导体激光器的特性温度54K确认了与实施例5相比，特性温度没有特别得到改善。
·比较例9在该比较例中，制造了将实施例4的载流子阻塞层11、14的厚度定为15nm，其它的组成和厚度与实施例4相同的半导体激光器。
·p型载流子阻塞层11组成In0.88Ga0.12As0.25P0.75厚度15nm组成波长1.05μm·n型载流子阻塞层14组成In0.88Ga0.12As0.25P0.75厚度15nm组成波长1.05μm·Egc－Ego＝354meVEgc－Egb＝86meV·此时的半导体激光器的特性温度45K·比较例10在该比较例中，制造了将比较例5中的载流子阻塞层11、14的厚度定为15nm，其它的组成结构和厚度与比较例5相同的半导体激光器。
·载流子阻塞层11、14组成InP厚度15nm组成波长0.92μm·Egc－Ego＝624meV·Egc－Egb＝356meV
·该半导体激光器不振荡。
·比较例11在该比较例中，作成将上述比较例5的载流子阻塞层11、14的厚度进一步加厚到19nm，其它组成结构和厚度与比较例5相同的半导体激光器。
·载流子阻塞层11、14组成InP厚度19nm组成波长0.92μm·Egc－Ego＝624meVEgc－Egb＝356meV·该半导体激光器不振荡。
·比较例12在该比较例中没有形成图4中示出的载流子阻塞层，制造了现有的半导体激光器。该制造的顺序中，在p型InP衬底1上形成包层P型InP层2，在其上形成了p型导波层3。分别用阻挡层5、7隔开3层结构的量子阱层4、6、8，形成了有源层20。再形成n型导波层9，最后形成了n型InP包层10。其具体的构成规格如下所述。
·p型包层2组成InP厚度2μm·p型导波层3组成In0.74Ga0.26As0.55P0.45厚度0.2μm组成波长1.25μm·量子阱层4、6、8组成In0.68Ga0.32As厚度5nm层数3·n型导波层9组成In0.74Ga0.26As0.55P0.45厚度0.2μm
组成波长1.25μm·n型包层10组成InP厚度2μm·该半导体激光器的特性温度51K在表2至表4中，与各自的层的构成规格一起，表示了关于在上述的实施例3～实施例7和比较例4～比较例12中制造的、使各种组成结构和厚度变化的、振荡波长为1.71μm～1.74μm的半导体激光器的特性温度。
再有，特性温度由以下的公式来求出。
T0＝ΔT/Ln(Ith/I0)这里，T0特性温度(K)ΔT测定了阈电流值的2点的温度的差(K)Ith较高温度时的阈电流值(A)I0较低温度时的阈电流值(A)表2
表3
<p>从表2至表4可确认，设置了载流子阻塞层的半导体激光器的特性温度显示出比没有载流子阻塞层的比较例12的半导体激光器高的温度特性。但是，也确认了，特性温度还随形成载流子阻塞层的厚度而变化，其厚度在3～10nm的范围内，可得到特性温度为50～85K的值，在10nm以上的厚度时，特性温度成为50K以下的低值，在15nm以上的厚度时，还产生了不能激励起振荡的情况。
而且，如果特性温度成为越高的值，则上述公式的ΔT/T0越接近于零，因而，(Ith/I0)越接近于1，由温度变动引起的阈电流值Ith与I0的差减小。这一点意味着半导体激光器即使在高温下也能进行稳定的工作。
即，通过设置载流子阻塞层，能提高特性温度，降低半导体激光器的振荡的温度依存性，进行稳定的激光的振荡。而且，为了降低其温度依存性并使其变得稳定，有必要适当地选择该层的厚度来形成，可确认，其厚度为3～15nm，优选为5～10nm，是适合的。
特别是，在实施例3的将载流子阻塞层11、14作成In0.81Ga0.19As0.41P0.59的组成结构、厚度为5nm的半导体激光器中，可得到85K的高的温度特性。
此外，可确认，在实施例7的GRIN结构的半导体激光器中，也能得到温度特性极为良好的半导体激光器。
这样，本发明的半导体激光器在使用了GaInAs/GaInAsP材料的压缩应变量子阱半导体激光器中，通过在p型导波层3和n型导波层9中设置了载流子阻塞层11、14，可有效地防止载流子溢出，同时可得到输出功率高、且温度稳定性良好的半导体激光器，其中，载流子阻塞层11、14具有比该导波层的带隙Egb大的带隙Egc，此外，其差为85meV～190meV，载流子阻塞层11、14的带隙Egc与量子阱层4、6、8的带隙Ego的差(Egc-Ego)在300meV～500meV的范围内，且载流子阻塞层11、14由比该导波层的折射率小的材料构成。
产业上利用的可能性本发明在使用了GaInAs/GaInAsP材料的压缩应变量子阱半导体激光器中，通过在p型导波层和n型导波层中设置了具有比该导波层的带隙Egb大的带隙Egc且由比该导波层的折射率小的材料构成的载流子阻塞层，可有效地防止载流子溢出，同时，可得到输出功率高、且温度稳定性良好的半导体激光器。
而且，不仅作为通信用光源这样的用途，并且作为阈值电流和效率的温度依存性小的、并以高的输出功率振荡的良好的半导体激光器，可将其用途扩展到激光医疗、激光加工、激光分光分析等的领域。
权利要求
1.一种使用了GaInAs/GaInAsP材料的压缩应变量子阱半导体激光器，其特征在于在p型导波层和n型导波层中设置了具有比该导波层的带隙Egb大的带隙Egc、且由比该导波层的折射率小的材料构成的载流子阻塞层。
2.一种使用了GaInAs/GaInAsP材料的压缩应变量子阱半导体激光器，其特征在于在导波层的带隙Egb具有多个值而被形成时，在p型导波层和n型导波层中被设置的载流子阻塞层的带隙Egc的值是比上述导波层的多个带隙Egb的最小值大的值。
3.如权利要求1或2中所述的半导体激光器，其特征在于上述载流子阻塞层的带隙Egc与导波层的带隙Egb的最小值的差是85meV～190meV。
4.如权利要求1至3中的任一项中所述的半导体激光器，其特征在于量子阱层的第一基态能级间的带隙Ego与载流子阻塞层的带隙Egc的能量差在300meV～500meV的范围内。
5.如权利要求1至4中的任一项中所述的半导体激光器，其特征在于半导体激光器的振荡波长是1.74μm波段。
6.如权利要求1至5中的任一项中所述的半导体激光器，其特征在于载流子阻塞层的厚度是5～10nm。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种阈值电流和效率的温度依存性小的、并能以高的输出功率振荡的半导体激光器。在现有的GaInAs/GaInAsP系列半导体激光器中，保持温度越低，跨导效率越高，阈值电流越大，此外，随着温度的上升，损耗系数增大，故外部量子效率下降，输出降低。因此，为了能用于更宽的技术领域，希望有一种阈值电流和效率的温度依存性小的、并以高的输出功率振荡的半导体激光器。因此，本发明的特征在于在使用了GaInAs/GaInAsP材料的压缩应变量子阱半导体激光器中，在p型导波层3和n型导波层9中设置了具有比该导波层的带隙Egb大的带隙Egc、且由比该导波层的折射率小的材料构成的载流子阻塞层11、14。
文档编号H01S5/20GK1239600SQ98801391
公开日1999年12月22日 申请日期1998年9月21日 优先权日1997年9月24日
发明者生方映德 申请人:日本酸素株式会社