CN1380726A - 半导体激光器件 - Google Patents
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Abstract
在此公开具有大约410纳米的振荡波长的一种凸脊波导型氮基III－V族组合物半导体激光器件,其具有较低的驱动电压、较高的FFP的半宽值θ”、以及较高的弯曲能级(即,在高输出范围上具有良好的光输出注入电流特性)。除了电流限制层之外,该激光器件在结构上类似于现有的半导体激光器件。其具有由SiO2膜(600埃厚度)和通过汽相淀积在SiO2膜上形成的无定型Si膜(300埃厚度)所构成的叠层膜。该叠层膜覆盖凸脊的侧面以及从凸脊的底部向两侧延伸的p－AlGaN包层。该SiO2膜和Si膜具有各自的厚度,确定该厚度使得基本水平横向模式的吸收系数大于初级水平横向模式的吸收系数。这种结构导致较高的弯曲能级,并且抑制高阶水平横向模式,较大的有效折射率差值Δn,以及较大的θ”数值,而不需减小凸脊的宽度。
Description
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neff1-neff2，或者为用于振荡波长的凸脊的有效折射率neff1与凸脊侧的有效折射率neff2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。
如上文所述，任何增加Δn数值从而增加θ”的数值的尝试，都会导致减小凸脊宽度，这会导致在高输出工作时激光特性变差。换句话说，在θ”数值与在高输出工作时激光特性之间对于凸脊宽度要进行权衡。
另外，凸脊波导型氮基半导体激光器件在便携设备领域的应用不断增加。其中一个要求是具有较低的驱动电压。减小驱动电压的一种方式是增加凸脊宽度，从而增加接触层与p侧电极之间的接触面积。但是，这会导致凸脊宽度超过截止凸脊宽度的缺点，结果在高输出操作时激光特性下降。换句话说，在减小驱动电压与在高输出工作时提高激光性能之间对于凸脊宽度需要进行权衡。
上文表明减小凸脊宽度从而提高在高输出操作时的激光性能与增加θ”数值和减小驱动电压之间存在矛盾。
如上文所述，现有的氮基半导体激光器件存在几个问题。也就是说，它不能够允许凸脊宽度适当地减小以保持其驱动电压较低。并且它具有比其截止凸脊宽度更大的凸脊宽度，这阻止弯曲能级升高到在光输出注入电流特性中所需的较高水平。结果Δn的数值较小并且θ”的数值也较小。
上述情况不但可应用于氮基半导体激光器件，而且还可应用于较长波长的任何凸脊波导型半导体激光器件(例如GaAs和InP)。
发明内容
本发明的一个问题是提供一种凸脊波导型半导体激光器件，其具有较低的驱动电压、较大的θ”数值以及较高的弯曲水平或者到达高输出范围的良好的光输出注入电流特性。
本发明人进行了广泛的调查以寻找一种具有较大的Δn数值和较大的θ”数值的半导体激光器件，并且保持到达高输出范围都具有良好的光输出注入电流特性，而不需要减小凸脊宽度以保持该驱动电压较低。结果，如果在凸脊两则顺序的形成叠层，该叠层由不吸收激光束的绝缘膜、对于振荡波长的光线基本上透明的绝缘膜以及吸收激光束的薄膜所构成，则在基本水平横向模式与初级水平横向模式之间出现吸收系数的差别，如图15中所示。
还发现上述现象可以用于把弯曲能级增加到实际可接受的高度，从而增加θ”的数值，而不减小凸脊宽度。
另外，本发明人对各种绝缘膜和吸收膜的组合进行一系列的试验。结果，发现处于叠加形式的绝缘膜和吸收膜(每个膜具有在本发明中规定的厚度)抑制了高阶横向模式。这些发现导致了本发明的产生。
实现上述目的的本发明针对于一种凸脊波导形半导体激光器件，其中包括：形成在至少上包层的上部分中的凸脊，其中由基本上对于振荡波长透明的绝缘膜和形成在该绝缘膜上吸收振荡波长的吸收膜所构成的叠层薄膜形成在该凸脊的两侧上以及在从该凸脊的底部向两侧延伸的上包层上，电极膜通过在叠层薄膜中的开窗电连接到凸脊的上表面，并且绝缘膜和吸收膜具有各自的厚度，使得高阶水平横向模式的吸收系数大于基本水平横向模式的吸收系数。
根据本发明，该凸脊可以采用任何形状(在平面视图中)，而没有特殊的限制。它可以是条带形状、逐渐尖细或逐渐加宽的形状。
事实上该绝缘膜和吸收膜具有分别建立的膜厚度，使得高阶水平横向模式的吸收系数大于基本水平横向模式的吸收系数，抑制高阶水平横向模式并且增加高输出区域中的弯曲能级，而不需要减小凸脊宽度，并且还增加Δn数值和θ”数值。
根据本发明，该绝缘膜的种类没有具体的限制，只要它对振荡波长为透明即可，并且该吸收膜的种类也没有具体的限制，只要它吸收该振荡波长即可。
“绝缘膜基本上对振荡波长透明”的意思是该薄膜的吸收边缘(absorption edge)比振荡波长更短。“吸收薄膜”的意思是该薄膜的吸收边缘比振荡波长更长。
根据本发明，该绝缘膜可以是SiO2膜、Al2O3膜、AlN膜、SiNX膜、Ta2O5膜、以及ZrO2膜，并且该吸收膜可以是一个Si膜，其通常是一个无定型Si膜。
该绝缘膜，例如为SiO2膜、Si膜以及ZrO2膜，最好通过汽相淀积而形成。
本发明的半导体激光器件具有形成在一个基片上的氮基III-V族组合物半导体层的谐振器结构，并且还具有AlGaN包层(作为上包层)，其上部分被形成为凸脊。在该半导体激光器件中，绝缘膜(SiO2膜)具有200埃到800埃的厚度，并且该吸收膜(Si膜)具有大于等于50埃的厚度。
大于等于50埃厚度的Si膜已经从如下模拟中建立。该模拟是利用一种模型来运作的，其中该绝缘膜由具有600埃的恒定厚度的SiO2膜以及具有可变厚度的Si膜所构成，如图16A中所示。通过该模拟计算预测在基本水平横向模式以及初级水平横向模式的吸收系数中的改变，如图16B中所示。曲线(1)表示基本水平横向模式的吸收系数以及曲线(2)表示初级水平横向模式的吸收系数。
由于希望初级水平横向模式的吸收系数α至少为10cm-1，并且Si膜的厚度应当等于或大于50埃，最好等于或大于200埃。
为了获得理想的结果，作为绝缘膜的SiO2膜的厚度应当为400埃至800埃，并且作为吸收膜的Si膜的厚度应当为大于等于50埃。为了获得更加良好的结果，作为绝缘膜的SiO2膜的厚度应当为400埃至800埃，并且作为吸收膜的Si膜的厚度应当为200埃和以上。
如果SiO2膜的厚度超过800埃，则在高阶水平横向模式的吸收系数与基本水平横向模式的吸收系数之间没有差别，这导致较小的Δn值。相反，如果SiO2膜的厚度不大于400埃，则基本水平横向模式的吸收系数太小，这导致增加的阈值电流。
作为绝缘膜的ZrO2膜的厚度应当为200埃1200埃，并且作为吸收膜的Si膜的厚度应当为大于等于50埃。为了获得理想的结果，作为绝缘膜的ZrO2膜的厚度应当为300埃至1100埃，并且作为吸收膜的Si膜的厚度应当为大于等于50埃。为了获得更加良好的结果，作为绝缘膜的ZrO2膜的厚度应当为600埃至1100埃，并且作为吸收膜的Si膜的厚度应当为200埃和以上。
如果ZrO2膜的厚度超过1200埃，则在高阶水平横向模式的吸收系数与基本水平横向模式的吸收系数之间没有差别，这导致较小的Δn值。相反，如果ZrO2膜的厚度不大于200埃，则基本水平横向模式的吸收系数太小，这导致增加的阈值电流。
另外，该绝缘膜可以是任何Al2O3膜(200埃至1000埃厚度)、SiNX膜(200埃至1200埃厚度)、AlN膜(200埃至1400埃厚度)、Ta2O5膜(200埃至1200埃厚度)、以及ZrO2膜(200埃至1200埃厚度)。该绝缘膜是与一个大于等于50埃的厚度的Si膜相结合，作为一个吸收膜以形成叠层膜。
另外，该叠层膜可以是作为吸收膜的金属膜与任何如下的绝缘膜所形成：Al2O3膜(200埃至1000埃厚度)、SiNX膜(200埃至1200埃厚度)、AlN膜(200埃至1400埃厚度)、Ta2O5膜(200埃至1200埃厚度)、以及ZrO2膜(200埃至1000埃厚度)。
该叠层膜还由作为绝缘膜的SiO2膜(1000埃至8000埃厚度)或者ZrO2膜(200埃至1000埃厚度)以及作为吸收膜的金属膜所形成。该金属膜可以由分别具有10、100或300纳米厚度的Ni、Pt或Au成形成。该金属膜可以作为一个电极。
附图简述
图1为示出根据实施例1和例子1的氮基半导体激光器件的基本部分的结构的截面视图；
图2为示出在根据实施例1的氮基半导体激光器件中通过汽相淀积所形成的SiO2膜的厚度与基本水平横向模式和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系的曲线图；
图3为示出在根据实施例1的氮基半导体激光器件和现有的氮基半导体激光器件中有效折射率差Δn和弯曲能级之间的关系的曲线图；
图4为示出在异质界面的水平方向中的远场图案(FFP)的半宽值θ”与在根据实施例1的氮基半导体激光器件和现有的氮基半导体激光器件中的弯曲能级之间的关系的曲线图；
图5为示出根据实施例2和例子2的氮基半导体激光器件的基本部分的结构的截面示图；
图6为示出在根据实施例2的氮基半导体激光器件中通过汽相淀积所形成的SiO2膜的厚度与基本水平横向模式和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系的曲线图；
图7为示出根据实施例3和例子3的氮基半导体激光器件的基本部分的结构的截面视图；
图8为示出在根据实施例3的氮基半导体激光器件中通过汽相淀积所形成的ZrO2膜的厚度与基本水平横向模式和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系的曲线图；
图9为示出根据实施例4和例子4的氮基半导体激光器件的基本部分的结构的截面视图；
图10为示出在根据实施例4的氮基半导体激光器件中通过汽相淀积所形成的ZrO2膜的厚度与基本水平横向模式和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系的曲线图；
图11为示出现有的氮基半导体激光器件的结构的截面视图；
图12为示出在一个氮基半导体激光器件中Δn数值与θ”数值之间的关系的曲线图；
图13为示出根据光输出注入电流特性的弯曲能级的曲线图；
图14为Δn数值与在氮基半导体激光器件中的截止凸脊宽度之间的关系的曲线图；
图15为示出在基本水平横向模式与初级水平横向模式中的吸收损耗的示意图；以及
图16A和16B为分别示出叠层薄膜的结构以及Si膜的厚度与基本水平横向模式和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系。
具体实施方式
下面将参照附图更加详细的描述本发明的实施例。作为一个例子为了更加容易地理解本发明，如下实施例中具体描述该薄膜形成方法、化合物半导体层的成份和厚度、凸脊宽度以及工艺条件。这些举例不是对本发明范围的限制。
实施例1
本发明体现在一种氮基III-V族化合物半导体激光器件(在下文中称为“氮基半导体激光器件”)，其中包括在图1中的截面所示的基本部分。
氮基半导体激光器件包括基片和由形成在该基片上的氮基III-V族化合物半导体层所构成的谐振器结构。一个凸脊形成在该氮基半导体激光器件上的AlGaN的上包层的上层中。氮基半导体激光器件的结构类似于图11中所示的现有氮基半导体激光器件，只是在上包层22上的电流限制层从凸脊26的底部向侧面延伸。
在本实施例中，在上包层22上的电流限制层是一个形成在凸脊的两层由SiO2膜和Si膜所构成的叠层膜。SiO2膜基本上对振荡波长的宽是透明的，并且Si膜吸收振荡波长的光。每一层膜具有特定的厚度以抑制高阶横向模式。
在本实施例中，p侧电极30通过在该叠层膜中的开窗电连接到凸脊26上的p-GaN接触层24。
SiO2膜和Si膜是通过化学汽相淀积先后形成的。所获得的叠层膜具有通过光刻和反应离子蚀刻所形成的用于p侧电极30的开窗。
为了进行评估的目的，准备几种样本，其中无定型Si膜44的厚度被固定在300埃，SiO2膜42的厚度是可变的。对该样本检验它在基本水平横向模式的吸收系数和初级水平横向模式的吸收系数中的变化。其结果在图2中示出。
在图2中的曲线(1)表示SiO2膜的厚度与基本水平横向模式的吸收系数之间的关系。在图2中的曲线(2)表示SiO2膜42的厚度和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系。
该实施例的特征在于该凸脊26具有SiO2膜42和不定型Si膜44。该叠层结构保持较低的基本水平横向模式的吸收系数，如图2中的曲线(1)所示，并且保持较高的初级水平横向模式的吸收系数，如图2中的曲线(2)所示。该结果是增加Δn的数值并且保持凸脊宽度不变。
本实施例要求SiO2膜42具有从400至800埃的厚度。对于不大于400埃的厚度，基本水平横向模式的吸收系数α为10cm-1或更大，结果增加阈值电流并且减小发光效率。对于不小于800埃的厚度，初级水平横向模式的吸收系数接近于基本水平横向模式的吸收系数，导致减小Δn的数值。
在一个变型的实施例中，制备现有结构的氮基半导体激光器件的样本，其差别在于绝缘膜是SiO2淀积膜(600埃厚度)，并且吸收膜是不定型Si淀积膜(400埃厚度)，以及上包层22在它从凸脊的底部向两侧延伸的部分具有可变的厚度。由于这种结构，该样本的凸脊波导的有效折射率差(Δn)发生变化。检验它们在数值Δn与弯曲能级之间的关系。
请注意，从图3中所示的结果可以看出，与现有的半导体激光器件相比该样本对于相同的弯曲能级具有较高的Δn值。例如，对于在60mW和100mW的弯曲能级的数值，该样本分别具有0.009和0.0085的Δn值，而对于在60mW和100mW的弯曲能级的数值，现有的半导体激光器件分别具有0.0065和0.0045的Δn值。这些小的弯曲能级导致小的θ”数值。
对上文所述的样本检验弯曲能级与θ”数值之间的关系。其结果在图4中示出，请注意从图4中可以看出，与现有的半导体激光器件相比，对于相同的弯曲能级，该样本具有较高的θ”数值。
上文的描述意味着根据本实施例的氮基半导体激光器件具有较低驱动电流、较高弯曲能级和较高的θ”数值。
例子1
实施例1的具体例子是通过一个具有大约410纳米的振荡波长的氮基III-V族化合物半导体激光器件的样本而说明的。除了在凸脊26中的电流限制层之外，该样本具有与图11中所示的现有半导体激光器件相同的结构。与现有的半导体激光器件10相同，凸脊26的宽度为1.7微米，以及从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22的厚度为0.17微米。
在本例中的样本具有由SiO2膜42(600埃厚度)和无定型Si膜44(300埃厚度)所构成的叠层膜，它们是通过汽相淀积先后形成的。该叠层膜覆盖凸脊26的侧面以及从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22。该叠层膜具有一个开窗，p侧电极30可以通过该开窗与p-GaN接触层24电连接。
由于上述结构，该例子的氮基半导体激光器件具有100mW的弯曲能级和9.5度的θ”值。
实施例2
本发明的第二实施例是一个氮基半导体激光器件，其基本部分如图5中的截面示图所示。
除了在凸脊26中的电流限制层之外，在本实施例中的例子在结构上与实施例1中的例子相类似。在本实施例中的例子样本具有由作为绝缘膜的SiO2膜46以及作为吸收膜的p侧电极30所构成的叠层膜。如图5中所示，该叠层膜覆盖凸脊26的侧面以及从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22。
为了进行评估的目的，准备几种样本，其中p侧电极30具有固定的厚度(40nm)，以及SiO2膜46具有可变的厚度。对该样本检验它在基本水平横向模式的吸收系数和初级水平横向模式的吸收系数中的变化。其结果在图6中示出。
在图6中的曲线(1)表示SiO2膜的厚度与基本水平横向模式的吸收系数之间的关系。在图6中的曲线(2)表示SiO2膜46的厚度和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系。在这两种情况中，p侧电极30的厚度被固定在40nm。
在该实施例中，该凸脊26具有SiO2膜46和p侧电极30。该叠层结构保持如曲线(1)所示的较低基本水平横向模式的吸收系数，并且保持如曲线(2)所示的较高初级水平横向模式的吸收系数。该样本具有较大的Δn数值，并且不改变凸脊宽度。
本实施例要求SiO2膜46具有从100至800埃的厚度。对于不大于100埃的厚度，基本水平横向模式的吸收系数α为15cm-1或更大，结果增加阈值电流并且减小发光效率。对于不小于800埃的厚度，初级水平横向模式的吸收系数接近于基本水平横向模式的吸收系数，导致减小Δn的数值。
上文的描述意味着根据本实施例的氮基半导体激光器件具有较低驱动电流、较高弯曲能级和较高的θ”数值。
例子2
实施例2的具体例子是通过一个具有大约410纳米的振荡波长的氮基III-V族化合物半导体激光器件的样本而说明的。除了在凸脊26中的电流限制层之外，该样本具有与图11中所示的现有半导体激光器件相同的结构。凸脊26的宽度W以及从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22的厚度T与现有的半导体激光器件10相同。
在本例中的样本具有由SiO2膜46(400埃厚度)和作为分别具有10/100/300纳米的厚度的Ni/Pt/Au的金属膜的p侧电极30所构成的叠层膜，它们是通过汽相淀积先后形成的。该叠层膜覆盖凸脊26的侧面以及从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22，如图5中所示。该SiO2膜46具有一个开窗，p侧电极30可以通过该开窗与p-GaN接触层24电连接。
由于上述结构，该例子的氮基半导体激光器件具有80mW的弯曲能级和9.8度的θ”值。
实施例3
本发明的第三实施例是一个氮基半导体激光器件，其基本部分如图7中的截面示图所示。
除了绝缘膜之外，在本实施例中的例子在结构上与实施例1中的例子相类似。在本实施例中的例子样本具有由作为绝缘膜的ZrO2膜48以及(作为吸收膜)的无定型Si薄膜44所构成的叠层膜。如图7中所示，该叠层膜覆盖凸脊26的侧面以及从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22。
为了进行评估的目的，准备几种样本，其中无定型Si薄膜44具有固定的厚度(300埃)，以及ZrO2膜48具有可变的厚度。对该样本检验它在基本水平横向模式的吸收系数和初级水平横向模式的吸收系数中的变化。其结果在图8中示出。
在图8中的曲线(1)表示ZrO2膜48的厚度与基本水平横向模式的吸收系数之间的关系。在图8中的曲线(2)表示ZrO2膜48的厚度和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系。在这两种情况中，无定型Si薄膜44的厚度被固定在300埃。
在该实施例中，该凸脊26具有ZrO2膜48和无定型Si薄膜44。该叠层结构保持如曲线(1)所示的较低基本水平横向模式的吸收系数，并且保持如曲线(2)所示的较高初级水平横向模式的吸收系数。该样本具有较大的Δn数值，并且不改变凸脊宽度。
本实施例要求ZrO2膜48具有从600至1100埃的厚度。对于不大于600埃的厚度，基本水平横向模式的吸收系数α为15cm-1或更大，结果增加阈值电流并且减小发光效率。对于不小于1100埃的厚度，初级水平横向模式的吸收系数接近于基本水平横向模式的吸收系数，导致减小Δn的数值。
上文的描述意味着根据本实施例的氮基半导体激光器件具有较低驱动电流、较高弯曲能级和较高的θ”数值。
例子3
实施例3的具体例子是通过一个除了凸脊26上的绝缘膜之外与例子1中的结构相同的氮基半导体激光器件的样本而说明的。该绝缘膜是ZrO2膜48(800埃厚度)，取代SiO2膜42(600埃厚度)。
由于上述结构，该例子的氮基半导体激光器件具有95mW的弯曲能级和9.6度的θ”值。
实施例4
本发明的第四实施例是一个氮基半导体激光器件，其基本部分如图9中的截面示图所示。
除了形成在凸脊26上的绝缘膜之外，在本实施例中的例子在结构上与实施例1中的例子相类似。在本实施例中的例子样本具有由作为绝缘膜的ZrO2膜50以及作为吸收膜的p侧电极30所构成的叠层膜。如图9中所示，该叠层膜覆盖凸脊26的侧面以及从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22。
为了进行评估的目的，准备几种样本，其中p侧电极30具有固定的厚度(40nm)，以及ZrO2膜50具有可变的厚度。对该样本检验它在基本水平横向模式的吸收系数和初级水平横向模式的吸收系数中的变化。其结果在图10中示出。
在图10中的曲线(1)表示ZrO2膜50的厚度与基本水平横向模式的吸收系数之间的关系。在图10中的曲线(2)表示ZrO2膜50的厚度和初级水平横向模式的吸收系数之间的关系。在这两种情况中，p侧电极30的厚度被固定在40nm。
在该实施例中，该凸脊26具有ZrO2膜50和p侧电极30。该叠层结构保持如曲线(1)所示的较低基本水平横向模式的吸收系数，并且保持如曲线(2)所示的较高初级水平横向模式的吸收系数。因此，该样本具有较大的Δn数值，并且不改变凸脊宽度。
本实施例要求ZrO2膜50具有从200至1000埃的厚度。对于不大于200埃的厚度，基本水平横向模式的吸收系数α为15cm-1或更大，结果增加阈值电流并且减小发光效率。对于不小于1000埃的厚度，初级水平横向模式的吸收系数接近于基本水平横向模式的吸收系数，导致减小Δn的数值。
上文的描述意味着根据本实施例的氮基半导体激光器件具有较低驱动电流、较高弯曲能级和较高的θ”数值。
例子4
实施例2的具体例子是通过一个具有大约410纳米的振荡波长的氮基III-V族化合物半导体激光器件的样本而说明的。除了绝缘膜之外，该样本具有与实施例2相同的结构。
在本例中的样本具有由ZrO2膜50(600埃厚度)和作为分别具有10/100/300纳米的厚度的Ni/Pt/Au的金属膜的p侧电极30所构成的叠层膜，它们是通过汽相淀积先后形成的。该叠层膜覆盖凸脊26的侧面以及从凸脊26的底部向两侧延伸的p-AlGaN包层22，如图9中所示。该ZrO2膜50具有一个开窗，p侧电极30可以通过该开窗与p-GaN接触层24电连接。
由于上述结构，该例子的氮基半导体激光器件具有100mW的弯曲能级和9.5度的θ”值。
上述例子1-4说明了具体的情况，其中当凸脊26具有1.7微米的宽度W以及p-AlGaN包层22的剩余部分具有0.17微米的厚度时适当采用的绝缘膜和吸收膜的厚度。适当采用的膜厚根据凸脊的形状和大小而改变。
上述例子1-4不是限制该凸脊的宽度、从凸脊的底部向两侧延伸的包层的厚度以及绝缘膜的厚度和种类，只要该半导体激光器件如此构成使得初级模式的吸收系数大于基本模式的吸收系数即可。
根据本发明，凸脊波导型的氮基III-V族化合物半导体激光器件具有一个叠层膜，其由基本上对振荡波长透明的绝缘膜和在该绝缘膜上吸收振荡波长的吸收膜所构成，该叠层膜覆盖凸脊的侧面以及覆盖从凸脊的底部向两侧延伸的包层。该绝缘膜和吸收膜分别具有特定的厚度，使得高阶水平横向模式的吸收系数大于基本水平横向模式的吸收系数。上述独一无二的结构导致较高的弯曲能级、较大的Δn值、以及较大的θ”值，并且抑制高阶水平横向模式，而不需要减小凸脊的宽度。
较高的弯曲能级有助于改进噪声特性，并且较大的Δn数值有助于增加工艺容限。
另外，较大的弯曲能级意味着该谐振器可以具有更加自由选择的长度，并且该凸脊具有较大的宽度。现有的结构限制谐振长度，因为弯曲能级取决于谐振长度，并且还需要减小凸脊宽度，以增加弯曲能级，因为弯曲能级取决于凸脊宽度。这导致驱动电压的下降并且提高长期的可靠性。
Claims (9)
1.一种凸脊波导形半导体激光器件，其中包括：
形成在至少上包层的上部分中的凸脊，
其中由基本上对于振荡波长透明的绝缘膜和形成在该绝缘膜上吸收振荡波长的吸收膜所构成的叠层薄膜形成在该凸脊的两侧上以及在从该凸脊的底部向两侧延伸的上包层上，电极膜通过在叠层薄膜中的开窗电连接到凸脊的上表面，并且绝缘膜和吸收膜具有各自的厚度，使得高阶水平横向模式的吸收系数大于基本水平横向模式的吸收系数。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中该凸脊采用任何条带形状、逐渐尖细或逐渐加宽的形状。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中由氮基III-V族化合物半导体所构成的谐振器结构形成在基片上，并且凸脊形成在由AlGaN所构成的上包层的上部。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中该绝缘膜可以是SiO2膜、Al2O3膜、AlN膜、SiNX膜、Ta2O5膜、以及ZrO2膜，并且该吸收膜可以是一个Si膜，其通常是一个无定型Si膜。
5.根据权利要求4所述的半导体激光器件，其中作为绝缘膜的SiO2膜具有200埃到800埃的厚度，并且作为吸收膜的Si膜具有大于等于50埃的厚度。
6.根据权利要求4所述的半导体激光器件，其中该绝缘膜可以是任何具有200埃至1000埃厚度的Al2O3膜、具有200埃至1200埃厚度的SiNX膜、具有200埃至1400埃厚度的AlN膜、具有200埃至1200埃厚度的Ta2O5膜、以及具有200埃至1200埃厚度的ZrO2膜，以及该吸收膜是一个大于等于50埃的厚度的Si膜。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器件，其中其中该绝缘膜可以是任何具有100埃至800埃厚度的SiO2膜、具有100埃至800埃厚度的Al2O3膜、具有200埃至1000埃厚度的SiNX膜、具有200埃至1200埃厚度的AlN膜、具有200埃至1000埃厚度的Ta2O5膜、以及具有200埃至1000埃厚度的ZrO2膜，以及该吸收膜是一个金属膜。
8.根据权利要求7所述的半导体激光器件，其中作为吸收膜的金属膜用作为通过绝缘膜中的一个开窗电连接到凸脊的上表面的电极。
9.根据权利要求8所述的半导体激光器件，其中由氮基III-V族化合物半导体所构成的谐振器结构形成在基片上，并且凸脊形成在由AlGaN所构成的上包层的上部。
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