[发明专利]低光反馈噪声的自脉冲半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器及其制造方法。更具体地，本发明涉及在抑制光反馈噪声方面良好的自脉冲半导体激光器及其制造方法。

背景技术

半导体激光器用于光盘装置、光纤通信、光学算术运算等中的光源。在诸如DVD装置的光盘装置的情况下，可能存在从光盘反射的光再次返回入射在半导体激光器元件上的情况。再次返回入射在元件上的光被称作反馈光，由于反馈光而在发射光的输出中产生的噪声被称作光反馈噪声。光反馈噪声会造成信号读出错误等。因此，半导体激光器领域的关键问题之一是抑制光反馈噪声。

为了降低光反馈噪声，需要通过使激光的纵模变成多模并通过使有源层的折射率波动而施加波长线性调频脉冲(wavelength chirping)来减弱激光束的相干性。因此作为所使用的方法，已知一种将几百MHz到几GHz的高频电流叠加到激光器驱动电流(其为直流)上的方法。在这种情况下，额外需要高频振荡器，由此增大了成本。而且，由于使用高频电流而产生了不需要的辐射(EMI：电磁干扰)。为了处理EMI而安装用于测量的部件使成本进一步增大。

因此，“自脉冲半导体激光器”作为抑制光反馈噪声的可选技术引起了关注。在自脉冲半导体激光器中，在有源层附近提供被称作“可饱和吸收器(saturable absorber)”的区域。可饱和吸收器具有转换激光束的吸收/透射的功能，且激光束的强度通过可饱和吸收器在几百MHz到几GHz频率之间的范围内自动改变。也就是说，由此实现了自脉冲，仅通过元件自身就可以获得与叠加高频电流相同的效果。

下面阐述与自脉冲半导体激光器相关的一些技术。

在日本特开专利申请(JP-A-Heisei 4-154184)中所描述的自脉冲半导体激光器中，双异质结构形成在第一导电类型的GaAs衬底上。双异质结构由夹有GaInP有源层的GaInP有源层和AlGaInP包层构成。有源层上的第二导电类型的包层具有达到有源层顶面的台地结构。也就是说，具有台地结构的包层仅形成在有源层上方。第二导电类型的(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P层形成在台地结构的侧面和台地结构的两侧上的有源层的表面上。

日本特开专利申请(JP-A-Heisei 11-220210)中所述的自脉冲半导体激光器包括第一导电类型的第一包层、形成在第一包层上的有源层和形成在有源层上的第二导电类型的第二包层。该第二包层具有台地部分，电流限定结构被提供在台地部分的两侧上。电流限定结构由第一导电类型的GaAs构成。横向上的折射率差Δn在0.001至0.003的范围内。而且，横向波导外侧上的第二包层的厚度为400nm或更小。在这种情况下，在常温(25℃)或高温(60℃)下通过台地部分注入到有源层中的电流的横向扩展可以被抑制到大约台地部分底部的宽度。

发明内容

本申请的发明人已经认识到，为了在半导体激光器中实现稳定的自脉冲，控制“自脉冲的温度依赖性”很重要。自脉冲的强度取决于可饱和吸收器区的体积，该体积取决于增益和损失之间的平衡。也就是说，根据自脉冲激活时增益电流(J-G曲线)上的工作点来确定。增益/损失的平衡是根据有源层的结构、光波导的分布与注入到有源层的注入电流的分布之间的重叠以及光波导路径损失的程度来确定的。

在低温条件下，基于有源层结构确定的增益相对大，且注入的电流的横向扩展(扩散)相对小。因此，由于大的增益和与增益平衡的损失引发自脉冲工作，因此可饱和吸收器区的体积趋于变大。然而，当根据有源层结构确定的增益太小或电流的横向扩展太窄时，损失变得过度。由此，可饱和吸收器区的体积变大，因而减弱了自脉冲的强度。

在高温条件下，基于有源层结构确定的增益相对小，且注入的电流的横向扩展相对大。因此，由小的增益和与增益平衡的损失引发自脉冲工作，因此可饱和吸收器区的体积趋于变小。然而，当根据有源层结构确定的增益太小以致于损失变得过度时，或者当电流的横向扩展太大以致于增益变得过度时，可饱和吸收器区的体积变小。因而减弱了自脉冲的强度。