專利名稱：半導體激光器裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及形成有電介質(zhì)多層膜的半導體激光器裝置。
背景技術(shù)：
半導體激光器一般是通過晶片解理來形成諧振器端面，在該諧振器端面上形成電介質(zhì)薄膜。通過任意選擇在該端面上形成的該電介質(zhì)的種類、膜厚以及層數(shù)，能夠?qū)⑵淇刂频剿Ｍ姆瓷渎省?br> 這種反射膜不僅要求可任意控制反射率的特性，而且還要求不容易產(chǎn)生由于瞬間光學損傷(嚴重光學損傷以下簡稱為COD)而引起惡化的特性。所謂COD惡化是指激光被激光元件端面的膜所吸收而使膜發(fā)熱，溫度上升的結(jié)果是發(fā)生膜的熔解從而導致端面損毀。
例如，在得到反射率40％以上的反射膜的情況下，一般而言，是使用了交替層疊低折射率膜和高折射率膜材料的電介質(zhì)多層膜。舉出以下文獻作為相關的在先技術(shù)。
(專利文獻1)特開平10-247756號公報(專利文獻2)特開2001-267677號公報(專利文獻3)特開2002-305348號公報例如，特開2001-267677號公報是采用由Al2O3膜和含氧的Si膜構(gòu)成的5層多層反射膜作為在半導體激光器的后端面上形成的高反射膜，通過在Si膜的成膜工藝中導入氧來降低Si的衰減系數(shù)，從而防止COD惡化。但是，隨著激光的振蕩波長的波長變短以及輸出變高，Si膜變?yōu)榫哂羞@樣一種光吸收系數(shù)使得在超過一定限度時發(fā)生COD惡化。
特開平10-247756號公報是采用氧化鈦(TiO2)和氧化硅(SiO2)的多層膜，作為半導體激光器的光出射端面上形成的反射膜，來改善COD級別。但是，氧化鈦由于伴隨發(fā)光的熱穩(wěn)定性低，因而容易引起時效惡化，所以，擔心由于膜厚和折射率的變化而產(chǎn)生反射率變化，從而最終引起COD惡化。
特開2002-305348號公報是采用氧化鈮(Nb2O3)和氧化硅(SiO2)的多層膜，作為在振蕩波長400nm的半導體激光器的諧振器端面上形成的反射膜。
在以往的半導體激光器中，研究了使用硅(Si)膜、氧化鈦(TiO2)膜等高折射率膜。但是，在上述膜結(jié)構(gòu)中，隨著今后激光器的輸出變高，伴隨著發(fā)光，激光器端面的溫度上升，因此，我們擔心伴隨著COD惡化以及膜厚和折射率的變化而產(chǎn)生反射率變化等時效變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于解決上述問題的形成有電介質(zhì)多層膜的半導體激光器，借助于使用光吸收系數(shù)小于硅(Si)、伴隨發(fā)光的熱穩(wěn)定性優(yōu)于氧化鈦(TiO2)膜的材料來構(gòu)成電介質(zhì)多層膜，而大幅改善COD惡化。
根據(jù)本發(fā)明的半導體激光器裝置，在激光器芯片的至少一個光出射面上，形成反射率40％以上的電介質(zhì)多層膜，其特征在于，電介質(zhì)多層膜含有由氧化鉭構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜。
在本發(fā)明中，電介質(zhì)多層膜最好含有由氧化鋁構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜，以及由氧化鉭構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜。
此外，電介質(zhì)多層膜包含由氧化鋁構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜作為與激光器芯片連接的膜，最好還包含由氧化硅構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜、以及由氧化鉭構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜。
通過這樣構(gòu)成，在使用氧化鉭(Ta2O5)膜構(gòu)成電介質(zhì)多層膜的情況下，由于即便因電介質(zhì)多層膜上的光吸收而發(fā)生溫度上升，折射率變化以及膜厚變化也很小，因此，能夠大幅改善電介質(zhì)多層膜的時效惡化和COD惡化。


圖1A是顯示本發(fā)明第1實施方式的結(jié)構(gòu)圖，圖1B是顯示高反射膜10的結(jié)構(gòu)的放大圖，圖1C是就高反射膜10的反射率而顯示其波長依賴性的曲線圖。
圖2是就氧化鉭(Ta2O5)膜和氧化鈦(TiO2)膜的折射率和膜厚而言，顯示其溫度依賴性的曲線圖。
圖3A是顯示本發(fā)明第2實施方式的結(jié)構(gòu)圖，圖3B是顯示高反射膜20的結(jié)構(gòu)的放大圖，圖3C是就高反射膜20的反射率而言，顯示其波長依賴性的曲線圖。
圖4是顯示對于半導體激光器的驅(qū)動電流之光輸出特性的一個例子的曲線圖。
具體實施例方式
本申請是以2003年4月23日在日本申請的特愿2003-118151號為優(yōu)先權(quán)的基礎而作出的，該部分的內(nèi)容通過參照該申請而被納入本申請內(nèi)。
以下，將參照附圖來說明最佳實施方式。
實施方式1圖1A是顯示本發(fā)明第1實施方式的結(jié)構(gòu)圖，顯示了沿著光軸的垂直剖面。激光器芯片由GaAs等半導體襯底1、有源層2、有源層2上方以及下方形成的包層3、以及在包層3的上方和下方形成的電極4等構(gòu)成。
半導體激光器由上述激光器芯片、在激光器芯片前端面上形成的低反射膜9、在激光器后端面上形成的高反射膜10等構(gòu)成。一般而言，設定低反射膜9以使其具有小于等于15％的反射率，設定高反射膜10以使其具有大于等于40％的反射率。
低反射膜9和高反射膜10是使用蒸鍍、濺射、CVD(化學汽相生長)等成膜工藝來形成的。在激光器前端面和激光器后端面之間構(gòu)成光諧振器，在有源層2上振蕩的激光的大部分作為輸出光Lo從低反射膜9出射，激光的一部分也從高反射膜10出射。
圖1B是顯示高反射膜10結(jié)構(gòu)的放大圖。高反射膜10從連接到激光器芯片一側(cè)開始，依次由以下部件構(gòu)成折射率n11和膜厚d11的電介質(zhì)薄膜11、折射率n12和膜厚d12的電介質(zhì)薄膜12、折射率n13和膜厚d13的電介質(zhì)薄膜13、折射率n14和膜厚d14的電介質(zhì)薄膜14、折射率n15和膜厚d15的電介質(zhì)薄膜15、折射率n16和膜厚d16的電介質(zhì)薄膜16、折射率n17和膜厚d17的電介質(zhì)薄膜17、折射率n18和膜厚d18的電介質(zhì)薄膜18、以及折射率n19和膜厚d19的電介質(zhì)薄膜19。
一般來說，電介質(zhì)多層膜是高折射率的電介質(zhì)薄膜和低折射率的電介質(zhì)薄膜交替重復層疊的。各電介質(zhì)薄膜的膜厚被設定為換算成光學長度的振蕩波長λ之1/4即λ/4的整數(shù)倍，并根據(jù)電介質(zhì)薄膜的折射率的大小來調(diào)整為適當?shù)哪ず瘛?br> 在本實施方式中，高反射膜10含有由氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜，以及由氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜。如后所述，氧化鉭由于對于加熱而引起的溫度上升具有折射率變化量以及膜厚變化量小的特性，因此作為電介質(zhì)多層膜是合適的。
接下來，就高反射膜10的具體結(jié)構(gòu)例子進行說明。這里，顯示了在振蕩波長λ＝660nm的紅色半導體激光器上形成高反射膜10的例子。激光器芯片的等效折射率為3.817。
如圖1B所示，按照從連接到激光器芯片一側(cè)開始的順序，作為第1層的電介質(zhì)薄膜11由折射率n11＝1.641的氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，將膜厚d11設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?00.5nm。
作為第2層的電介質(zhì)薄膜12由折射率n12＝2.031的氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成，將膜厚d12設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?1.2nm。
作為第3層的電介質(zhì)薄膜13由折射率n13＝1.641的氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，將膜厚d13設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?00.5nm。
作為第4層的電介質(zhì)薄膜14由折射率n14＝2.031的氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成，將膜厚d14設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?1.2nm。
作為第5層的電介質(zhì)薄膜15由折射率n15＝1.641的氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，將膜厚d15設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?00.5nm。
作為第6層的電介質(zhì)薄膜16由折射率n16＝2.031的氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成，將膜厚d16設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?1.2nm。
作為第7層的電介質(zhì)薄膜17由折射率n17＝1.641的氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，將膜厚d17設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?00.5nm。
作為第8層的電介質(zhì)薄膜18由折射率n18＝2.031的氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成，將膜厚d18設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?1.2nm。
作為第9層的電介質(zhì)薄膜19由折射率n19＝1.641的氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，將膜厚d19設定為與光學長度換算下的λ/2相當?shù)?01.0nm。
圖1C是顯示具有上述結(jié)構(gòu)的高反射膜10的反射率之波長依賴性的曲線圖。從該曲線圖中，在中心波長λ＝660nm處顯示了約83％的反射率，針對振蕩波長的變化之反射率變化小。因此，可以判斷上述結(jié)構(gòu)的高反射膜10即便激光器振蕩波長變化也能顯示穩(wěn)定的反射率。
圖2A以及圖2B是就氧化鉭(Ta2O5)膜和和氧化鈦(TiO2)膜的折射率和膜厚而言，顯示其溫度依賴性的曲線圖。這里，以約110℃的加熱溫度下的折射率和膜厚為基準值100％，利用百分數(shù)表示約400℃的加熱溫度下的折射率和膜厚的變化率。
從這些曲線圖可以看出，相對于氧化鈦的折射率在約400℃中有+2.18％的增加而言，氧化鉭膜的折射率被抑制為有+0.94％的增加。另外，相對于氧化鈦膜的膜厚在約400℃中有-1.95％的減少而言，氧化鉭膜的膜厚被抑制為有-0.26％的減少。如此，可以判斷氧化鉭膜與氧化鈦膜相比，在熱穩(wěn)定性上是優(yōu)秀的。
因此，激光器芯片產(chǎn)生高輸出激光，在由于在高反射膜10上的光吸收而引起溫度上升的情況下，如果存在氧化鈦(TiO2)膜，則折射率變化和膜厚變化變大。由此，每逢反復開/關激光時，就容易產(chǎn)生高反射膜10的時效惡化，從而成為引起COD惡化的首要因素。
與此相反，在使用氧化鉭(Ta2O5)膜來構(gòu)成高反射膜10的情況下，因為即便由于高反射膜10上的光吸收而引起溫度上升的情況下，折射率變化和膜厚變化也很小，因此，能夠防止高反射膜10的時效惡化和COD惡化。
在上述高反射膜10中，顯示了對以作為高折射率膜的氧化鉭膜和作為低折射率膜的氧化鋁膜為重復單元的4套多層膜而言，追加氧化鋁作為與大氣相連的低折射率膜的例子，但是，為了控制為所希望的反射率，也可以通過使氧化鉭膜和氧化鋁膜的重復單元為1-3套或大于等于5套來構(gòu)成。在反射率特性的中心波長從660nm處開始改變的情況下，可以將各電介質(zhì)薄膜的膜厚變更為按光學長度換算后的膜厚。
實施方式2圖3A是顯示本發(fā)明第2實施方式的結(jié)構(gòu)圖，顯示了沿著光軸的垂直剖面。激光器芯片由GaAs等半導體襯底1、有源層2、有源層2上方以及下方形成的包層3、以及在包層3的上方和下方形成的電極4等構(gòu)成。
半導體激光器裝置由上述激光器芯片、在激光器芯片前端面上形成的低反射膜9、在激光器后端面上形成的高反射膜20等構(gòu)成。一般而言，設定低反射膜9以使其具有小于等于15％的反射率，設定高反射膜20以使其具有大于等于40％的反射率。
低反射膜9和高反射膜20是使用蒸鍍、濺射、CVD(化學汽相生長)等成膜工藝來形成的。在激光器前端面和激光器后端面之間構(gòu)成光諧振器，在有源層2上振蕩的激光的大部分作為輸出光Lo從低反射膜9出射，激光的一部分也從高反射膜20出射。
圖3B是顯示高反射膜20結(jié)構(gòu)的放大圖。高反射膜20從連接到激光器芯片一側(cè)開始，依次由以下部件構(gòu)成折射率n21和膜厚d21的電介質(zhì)薄膜21、折射率n22和膜厚d22的電介質(zhì)薄膜22、折射率n23和膜厚d23的電介質(zhì)薄膜23、折射率n24和膜厚d24的電介質(zhì)薄膜24、折射率n25和膜厚d25的電介質(zhì)薄膜25、折射率n26和膜厚d26的電介質(zhì)薄膜26、折射率n27和膜厚d27的電介質(zhì)薄膜27、以及折射率n28和膜厚d28的電介質(zhì)薄膜28。
一般來說，電介質(zhì)多層膜是高折射率的電介質(zhì)薄膜和低折射率的電介質(zhì)薄膜交替重復層疊的。各電介質(zhì)薄膜的膜厚被設定為換算成光學長度的振蕩波長λ之1/4即λ/4的整數(shù)倍，并根據(jù)電介質(zhì)薄膜的折射率的大小來調(diào)整為適當?shù)哪ず瘛?br> 在本實施方式中，高反射膜20含有由氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜，以及由氧化硅(SiO2)構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜、以及由氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜。如圖2所示，氧化鉭由于對于加熱而引起的溫度上升具有折射率變化量以及膜厚變化量小的特性，因此作為電介質(zhì)多層膜是合適的。
接下來，就高反射膜20的具體結(jié)構(gòu)例子進行說明。這里，顯示了在振蕩波長λ＝660nm的紅色半導體激光器上形成高反射膜20的例子。激光器芯片的等效折射率為3.817。
如圖3B所示，按照從連接到激光器芯片一側(cè)開始的順序，作為第1層的電介質(zhì)薄膜21由折射率n21＝1.641的氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，將膜厚d21設定為與光學長度換算下的λ/2相當?shù)?01.0nm。
作為第2層的電介質(zhì)薄膜22由折射率n22＝1.461的氧化硅(SiO2)構(gòu)成，將膜厚d22設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?12.9nm。
作為第3層的電介質(zhì)薄膜23由折射率n23＝2.031的氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成，將膜厚d23設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?1.2nm。
作為第4層的電介質(zhì)薄膜24由折射率n24＝1.461的氧化硅(SiO2)構(gòu)成，將膜厚d24設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?12.9nm。
作為第5層的電介質(zhì)薄膜25由折射率n25＝2.031的氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成，將膜厚d25設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?1.2nm。
作為第6層的電介質(zhì)薄膜26由折射率n26＝1.461的氧化硅(SiO2)構(gòu)成，將膜厚d26設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?12.9nm。
作為第7層的電介質(zhì)薄膜27由折射率n27＝2.031的氧化鉭(Ta2O5)構(gòu)成，將膜厚d27設定為與光學長度換算下的λ/4相當?shù)?1.2nm。
作為第8層的電介質(zhì)薄膜28由折射率n28＝1.461的氧化硅(SiO2)構(gòu)成，將膜厚d28設定為與光學長度換算下的λ/2相當?shù)?25.8nm。
圖3C是顯示具有上述結(jié)構(gòu)的高反射膜20的反射率之波長依賴性的曲線圖。從該曲線圖中，在中心波長λ＝660nm處顯示了約86％的反射率，針對振蕩波長的變化之反射率變化小。因此，可以判斷上述結(jié)構(gòu)的高反射膜20即便激光器振蕩波長變化也能顯示穩(wěn)定的反射率。
在上述高反射膜20中，顯示了對于以作為高折射率膜的氧化鉭膜以及作為低折射率膜的氧化硅膜為重復單位的3套多層膜而言，追加作為連接到芯片的低折射率膜之氧化硅膜以及作為連接至大氣的低折射率膜之氧化硅膜的例子，但是，為了控制為所希望的反射率，也可以利用1-2套或大于等于4套的氧化鉭膜和氧化硅膜的重復單位來構(gòu)成。在反射率特性的中心波長從660nm處改變的情況下，通過將各電介質(zhì)薄膜的膜厚改變?yōu)橛霉鈱W長度換算后的膜厚而能夠應對。
圖4是顯示針對半導體激光器的驅(qū)動電流之光輸出特性的一個例子之曲線圖。作為以往的高反射膜，是由從連接至激光器芯片一側(cè)開始依次形成的氧化鋁(Al2O3)膜、硅(Si)膜、氧化鋁(Al2O3)膜、硅(Si)膜、氧化鋁(Al2O3)膜構(gòu)成的總計5層膜的電介質(zhì)多層膜。
看曲線圖，我們會發(fā)現(xiàn)任意一個驅(qū)動電流超過振蕩閥值電流50mA附近時，光輸出會增加。以往的情況是驅(qū)動電流在240mA附近，光輸出激減，產(chǎn)生了COD的惡化。
與此相反，利用第1實施方式和第2實施方式說明的高反射膜10、20，在一直到驅(qū)動電流500mA時都沒有產(chǎn)生COD惡化，可以判斷為與以往的高反射膜相比，可以耐受約1.7倍的光輸出。
在以上的說明中，顯示了在激光器的后端面上形成本發(fā)明的電介質(zhì)多層膜的例子，但是，也可以在激光器前端面上形成本發(fā)明的電介質(zhì)多層膜。
本發(fā)明盡管是聯(lián)系最佳實施方式和附圖進行的說明，但是各種變化和改變對本領域人員來說也是顯而易見的。這種變化或改變是由所附加的權(quán)利要求書定義的，并沒有脫離本發(fā)明的范圍，并且是能夠理解的。
權(quán)利要求
1.一種半導體激光器裝置，在激光器芯片的至少一個光出射面上形成有反射率大于等于40％的電介質(zhì)多層膜，其特征在于電介質(zhì)多層膜包含由氧化鉭構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的半導體激光器裝置，其特征在于電介質(zhì)多層膜包含由氧化鋁構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜和由氧化鉭構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的半導體激光器裝置，其特征在于電介質(zhì)多層膜含有由氧化鋁構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜作為與激光器芯片相接的膜，還包含由氧化硅構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜和由氧化鉭構(gòu)成的電介質(zhì)薄膜。
4.如權(quán)利要求2所述的半導體激光器裝置，其特征在于電介質(zhì)多層膜由從與激光器芯片相接的一側(cè)開始依次為氧化鋁膜、氧化鉭膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜和氧化鋁膜的共計9層來構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的半導體激光器裝置，其特征在于若激光器芯片的振蕩波長為λ，在電介質(zhì)多層膜中，從與激光器芯片相接的一側(cè)開始依次為，從第1層到第8層的膜厚按照光學長度換算被設定為λ/4，最后的第9層的膜厚按照光學長度換算被設定為λ/2。
6.如權(quán)利要求3所述的半導體激光器裝置，其特征在于電介質(zhì)多層膜由從與激光器芯片相接的一側(cè)開始依次為氧化鋁膜、氧化硅膜、氧化鉭膜、氧化硅膜、氧化鉭膜、氧化硅膜、氧化鉭膜和氧化硅膜的共計8層來構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的半導體激光器裝置，其特征在于若激光器芯片的振蕩波長為λ，在電介質(zhì)多層膜中，從與激光器芯片相接的一側(cè)開始依次為，第1層的膜厚按照光學長度換算被設定為λ/2，第2層到第7層的膜厚按照光學長度換算被設定為λ/4，最后的第8層的膜厚按照光學長度換算被設定為λ/2。
全文摘要
半導體激光器裝置，在至少一個激光器芯片的光出射面上，形成了反射率大于等于40％的電介質(zhì)多層膜，電介質(zhì)多層膜包含由氧化鉭(Ta
文檔編號H01S3/08GK1540820SQ200410034700
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者國次恭宏, 松岡裕益, 中川康幸, 西口晴美, 幸, 益, 美 申請人:三菱電機株式會社