[发明专利]半导体激光元件

说明书

技术领域

本发明涉及适合在通信、激光打印机、激光医疗、激光加工等中使用、能够高效率地进行高输出的动作的半导体激光元件。

背景技术

近年来，在各种应用领域中希望半导体激光元件的高输出化。为了实现半导体激光元件的高输出化，第1，需要通过降低活性层的波导模的光强度来抑制在半导体激光元件的出射端面发生的瞬时光学损伤(CatastrophicOptical Damage，分离限制异质结构以下简称作COD)。此外，第2，需要通过将注入载流子高效率地封闭到活性层中来提高半导体激光元件的温度特性。

图3A～图3D是表示以往技术的半导体激光元件的一例的图。图3A～图3D所示的半导体激光元件2是周知的分离封闭构造(SeparateConfinement Heterostructure，以下简称作SCH构造)的半导体激光元件，表示活性层21由1个量子阱层21a和夹着该量子阱层21a的两个阻挡层(バリア)21b构成的例子。图3A是半导体激光元件2的剖视图，图3B是对应于半导体激光元件2的各层的禁带宽度(禁制带幅)的分布图，图3C是对应于半导体激光元件2的各层的折射率的分布图，图3D是表示半导体激光元件2的波导模的曲线图。在图3B～图3D中，横轴表示半导体激光元件2的厚度方向的位置。

SCH构造的半导体激光元件2在由n-GaAs构成的半导体基板(未图示)之上依次层叠n型金属包层(n-AlGaAs)22、由量子阱层21a及阻挡层21b构成的活性层(GaAs/AlGaAs的单一量子阱层)21、p型金属包层(p-AlGaAs)23而形成。另外，在图3B～图3D中，n型金属包层22对应于T10～T11，量子阱层21a对应于T12～T13，阻挡层21b对应于T11～T12及T13～T14，p型金属包层23对应于T14～T15。

在这样的SCH构造的半导体激光元件2中，构成为，使进行载流子封闭的各金属包层22、23自身担负波导模的封闭。这样，用来封闭载流子的构造同时成为决定波导模的构造，所以在SCH构造的半导体激光元件2中，有不能自由地降低活性层21的波导模的光强度的问题。即，具有如下问题：难以设计半导体激光元件2，以抑制在限制了使半导体激光元件2以高输出动作的出射端面处的COD的发生。

以克服这样的SCH构造的半导体激光元件2的问题、自由地设计活性层的波导模的光强度为目的而提出的完全分离封闭构造(DecoupledConfinement Heterostructure，去耦限制异质结构以下简称作DCH构造)的半导体激光元件3例如在日本特许第3658048号公报中公开。

图4A～图4D是表示DCH构造的半导体激光元件3的图。图4A是表示半导体激光元件3的剖视图，图4B是对应于半导体激光元件3的各层的禁带宽度的分布图，图4C是对应于半导体激光元件3的各层的折射率的分布图，图4D是表示半导体激光元件3的波导模的曲线图。在图4B～图4D中，横轴表示半导体激光元件3的厚度方向的位置。

DCH构造的半导体激光元件3在由n-GaAs构成的半导体基板(未图示)之上、依次层叠n型金属包层(n-AlGaAs)36、n型导波层(n-AlGaAs)34、n型载流子阻断层(n-AlGaAs)32、由量子阱层31a及阻挡层31b构成的活性层(GaAs/AlGaAs的单一量子阱层)31、p型载流子阻断层(p-AlGaAs)33、p型导波层(p-AlGaAs)35、p型金属包层(p-AlGaAs)37而形成。另外，在图4B～图4D中，n型金属包层36对应于T20～T21，n型导波层34对应于T21～T22，n型载流子阻断层32对应于T22～T23，活性层31对应于T23～T24，p型载流子阻断层33对应于T24～T25，p型导波层35对应于T25～T26，p型金属包层37对应于T26～T27。

在这样的DCH构造的半导体激光元件3中，如图4B所示，通过伴随着高驱动电流注入的活性层的温度上升，从而超过各载流子阻断层32、33溢出的载流子分布到具有比各载流子阻断层32、33低的禁带宽度的各导波层34、35上。载流子一旦溢出，则由各载流子阻断层32、33形成的较高的势垒阻止向活性层31内的逆扩散。因此，有向活性层31的载流子封闭的效率容易下降的问题。