[发明专利]半导体激光器

说明书

本发明所涉及的内容是半导体激光器，而且重点是介绍以高调制速度和低阈值电流的特征的半导体激光器的结构。

半导体激光器的调制速度与半导体激光器的最大调制频率成正比。因此，为了提高半导体激光器的速度，半导体激光器直接调制的最大频率应该尽可能的高些。通常，半导体激光器直接调制的最大频率近似为5GHZ。最近在理论上做出的予测表明，使用所谓的量子井型激光器可以提高最大频率，在所谓的量子井型激光器中，一种激活层的厚度小于晶体内部的电子波包（Y.ARAKAWA    et    al：Applied    Physics    Letters，45，950（1984）另一方面，在实验中已经证实，对于普通的半导体激光器来说，当激活层使用某一种杂质进行重掺杂时，该最大频率也可以提高（C、B、SU    et    al：Applied    Physics    Letters，46，344（1985）。然而，无论在哪一种情况下，不用其它的特殊方法，直接调制的最大频率在10GHZ附近。

在第九届激光器会议的资料PP.162-3中，C.B.SU等人揭示出，当P-型激活层中的杂质浓度增加时，半导体激光器的调制频率也将增大。它所根据的事实是，增益系数的增量与注入载流子的增量的比值由于杂质的掺杂而增大。然而，这个方法还存在有问题，即激活层载流子的寿命缩短以至使阈值电流增加且发射效率降低。

本发明的目的是为了消除以前工艺上的缺点，并且以提供这样一种激光器为目标，这种激光器具有低的阈值电流和高发射效率，能在10GHZ或更高的频率下进行直接调制。

事实上，一个半导体激光器直接调制的最大频率主要决定于驰豫振荡频率f_r。驰豫振荡频率f_r由光和电子变化的相移所产生。作为增加频率fr的一种有效方法，可考虑增加增益的增量△g对于载流子密度的增量△n的比值（△g/△n），这是一种微分增益。在上述Y.ARAKAWA等人的文献中报导，使用所谓的量子阱型激光器可以使该微分增益增大，在这种激光器中，半导体激光器的激活区的厚度被减小，以至于小于晶体内自由电子的波包。另一方面，据上述C.B.SU等人的报导，当普通半导体激光器的激活掺有一种较高浓度的杂质时，频率f_r将增大。其根据也被认为是，高的杂质浓度可使微分增益增加。

本发明人已经发现，为了通过进一步增加激光器的频率fr来增加调制速度，例如是量子阱型激光器，在其内部，激活区的厚度小于晶体内自由电子的波包，可将一种杂质引入到迄今尚未进行掺杂的阱层内，或者引入到2个或更多个包含在量子阱型激光器内的层中，或者引入到位于这些阱层之间的阻挡层内，此外对于杂质的浓度来说，需要引入的杂质浓度要高于载流子的浓度，这些载流子以光激射型式注入到激活区内部。在这方面已经揭示出，当一种施主作为杂质型被引入时，电子的两维性有发生退化而减小微分增益的倾向，这样，一种受体就更为有效。此外，在多量子阱型激光器中，激光器众多薄的阱层由于中间放入了阻挡层而得到了改善，由阻挡层所掺杂的杂质所产生的载流子被激活区所捕获。在这种情况下，已经知 道，由于掺杂的杂质而形成的带尾不会恶化电子或空穴的二维性，而且也不会降低微分增益，因此调制速度能够增大。就是说，在一个半导体激光器内，在那里，阱层的厚度小于晶体内部自由电子的波包，根据本发明的一种半导体激光器，它由掺有一种杂质的激活区或一阻挡层组成，杂质的密度要高于被注入到激活区中的载流子的密度，阻挡层的带隙至少要大于包括两个阱层带隙，从而，量子 型激光器的驰豫振荡频率f_r被增大并使最大频率提高，乃至使调制速度增加。