[发明专利]半导体激光器件

说明书

本发明涉及一种凸脊波导型(ridge waveguide type)半导体激光器件。更加具体来说，本发明涉及这样一种凸脊波导型半导体激光器件，其在与异质界面水平的方向上具有远场图案(FFP)的所需控制的半宽值θ”其在高输出工作过程中表现出良好的激光特性并且仅仅需要较低的驱动电压。

凸脊波导型半导体激光器件包括用于长波长的基于GaAs或InP的激光器件以及用于短波长的氮基III-V族组合物的激光器件，由于它们容易制造，因此被用于各种应用领域。

凸脊波导型半导体激光器件属于分度(index)引导器件的类型。其具有上包层和接触层的上部分，其组合成一个条状凸脊。该凸脊如此形成使得覆盖该凸脊和上包层两侧的绝缘膜从该凸脊的底部向两侧延伸。该绝缘膜作为一个限制电流的层面，并且具有在横向方向上不同的有效折射率，用于模式控制。

下文参照图11给出关于发出具有大约410纳米的波长的光线的现有的凸脊波导型氮基III-V族组合物半导体激光器件。该激光器件在下文中被称为“氮基半导体激光器件”。

图11示出一种现有的凸脊波导型氮基半导体激光器件10，其基本上具有一种叠层结构，其中多个层面叠加在蓝宝石基片12上。叠加在蓝宝石基片上的多个层面是横向生长的GaN层14、n-GaN接触层16、n-AlGaN包层18、活性层20、p-AlGaN包层22、以及p-GaN接触层24。

在该叠层结构中，p-AlGaN包层22和p-GaN接触层24的上部分形成为条状凸脊26。在与凸脊26相同方向上延伸的平台结构由n-GaN接触层16、n-AlGaN包层18、活性层20和剩余部分22a或p-AlGaN包层22的上部分所形成。

凸脊26具有大约1.7微米的宽度(W)。从凸脊26的底部向侧面延伸的p-AlGaN包层22的剩余部分22a具有大约0.17微米的厚度(T)。

SiO₂的绝缘膜28(大约2000埃厚度)形成在凸脊26的两侧、在从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22上方的平台结构的侧面、以及n-GaN接触层16上。

在绝缘膜28上形成一个p侧电极30，其通过在绝缘膜28中的开窗与p-GaN接触层24相接触。在n-GaN接触层16上形成一个n侧电极32。

上述凸脊波导型氮基半导体激光器件10被认为是高效率的一种器件，因为覆盖凸脊26的两侧的绝缘膜28对于所发射的激光束是透明的，几乎没有波导损耗并且阈值电流较小。

同时，当它的应用领域扩大时，该凸脊波导型氮基半导体激光器件需要具有较高的弯曲能级(kink level)从而对于光输出保持良好的特性，并且在整个区域上就较高的输出能级。还需要在与异质界面水平的方向上具有远场图案(FFP)的较大半宽值θ”。

例如，在氮基半导体激光器件被用作为光读取头的光源时，它需要具有较大的半宽值θ”。

本发明调查的结果表明该数值θ”与凸脊波导的有效折射率的差值(Δn)紧密相关，如图12中所示，较大的θ”数值，需要具有较大的Δn数值。顺便提及，凸脊波导的有效折射率的差值(Δn)被定义为n_eff1-n_eff2，或者为用于振荡波长的凸脊的有效折射率n_eff1与凸脊侧的有效折射率n_eff2之间的差值，如图11中所示。在图12中的实心和空心圆点表示由试验获得的数值。

不幸的是，任何增加Δn的尝试都会导致高阶水平横向模式的狭窄截止凸脊宽度。高阶水平横向模式的截止凸脊宽度被定义为不会导致高阶水平横向模式的凸脊宽度。当该凸脊宽度大于截止凸脊宽度，则在激光器振荡时，水平横向模式将从基本模式转移到第一高阶模式。

当出现由基本水平横向模式和高阶水平横向模式所构成的混合模式时，在光输出注入电流特性中出现弯曲，如图13中所示。这导致在高输出工作时激光特性变差。

上述情况对于凸脊波导型氮基半导体激光器件同样适用，该器件具有较小的Δn数值和较短的振荡波长，因此具有高阶水平横向模式的狭窄的截止凸脊宽度，如图14中所示。图14为示出当GaN层具有2.504的折射率以及400纳米的振荡波长(λ)的情况下的Δn数值与截止凸脊宽度之间的关系的曲线图。例如，如果Δn的数值为0.005至0.21，则凸脊宽度应当减小到大约1微米，从而凸脊宽度比截止凸脊宽度更小。