專利名稱：半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光信息處理用的光源、光通信的信號源或光纖放大器的激發(fā)光源等的半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
圖13表示了現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器的波長與光輸出的關(guān)系。圖13的半導(dǎo)體激光器中，分別在出射端面的前端面上設(shè)置SiO2膜，后端面上設(shè)置由SiO2膜和非晶硅膜構(gòu)成的多層膜。這時(shí)，前端面的反射率是6％，后端面的反射率是94％(例如，參照非專利文獻(xiàn)1。)。
由圖13可看出，光輸出從1mW變化到30mW，而振蕩波長從780nm變化到786nm。將其換算為每單位輸出的波長變化的話，就是0.21nm/mW。所以，設(shè)斜度效率為1mW/mA，每單位電流的波長變化為0.21nm/mA。
這樣的波長變化，因隨著注入電流增加造成有源層溫度上升而引起。而且，每單位溫度的波長變化，一般認(rèn)為對AlGaAs系半導(dǎo)體激光器約0.2～0.3nm/℃，對InGaAsP系半導(dǎo)體激光器約0.4～0.7nm/℃(例如，參照非專利文獻(xiàn)。)。
非專利文獻(xiàn)1T.Ohtoshi等，「具有自整合的條狀埋入異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的高輸出可見光GaAlAs激光器(High-power visible GaAlAslasers with self-aligned stripe buried hetero-structure)，Journal ofApplied Physics，(美國)Vol.56，No.9，p.2491～2496。
非專利文獻(xiàn)2米津宏雄著，「光通信素子光學(xué)光通信器件光學(xué)」，第3版，光學(xué)圖書株式會社，昭和61年12月15日，p.243～255。

發(fā)明內(nèi)容
上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器是，成為前端面設(shè)置了相對于波長λ厚度僅λ/4的SiO2膜的構(gòu)造。所以，前端面的反射率也為6％左右，而不是小于等于1％的低反射率。
并且，對現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器來說，由于增益的溫度依賴性而引起振蕩波長變化大。因此，在用于需要波長穩(wěn)定光源的用途場合，變成了很大的問題。
本發(fā)明就是鑒于這樣的問題點(diǎn)而研發(fā)的。即，本發(fā)明的目的在于提供一種前端面為低反射率，同時(shí)隨溫度變化而引起的振蕩波長變化小的半導(dǎo)體激光器。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)從以下說明中會變得清楚起來。
本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，至少具有有源層、包層、和出射光的端面，其中，在其端面上設(shè)置有反射率隨波長變化的低反射膜，該低反射膜的反射率變成極小的波長位于半導(dǎo)體激光器的增益變成最大的波長的靠長波長側(cè)，只在低反射膜的反射率隨波長增加而減少的區(qū)域半導(dǎo)體激光器的增益和損失變成相等。
本發(fā)明如以上說明過的那樣，通過設(shè)法在出射光端面設(shè)置隨波長而反射率變化的低反射膜，該低反射膜的反射率使得極小的波長位于半導(dǎo)體激光器的增益為最大的波長的靠長波長側(cè)，只在低反射膜的反射率隨波長增加而減少的區(qū)域半導(dǎo)體激光器的增益和損失變成相等，就能夠制成前端面為低反射率，同時(shí)溫度變化引起的振蕩波長變化小的半導(dǎo)體激光器。


圖1是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的剖面圖的一例。
圖2是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的增益對波長依賴性曲線圖。
圖3是表示本實(shí)施方式的低反射膜的一例的圖。
圖4是表示本實(shí)施方式的低反射膜的反射率對波長依賴性的圖。
圖5是表示本實(shí)施方式的低反射膜的反射率對波長依賴性的圖。
圖6是表示本實(shí)施方式的低反射膜的反射率對波長依賴性的圖。
圖7是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器中，不同溫度下注入電流與振蕩波長的關(guān)系的圖。
圖8是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器中，不同溫度下注入電流與光輸出的關(guān)系的圖。
圖9表示本實(shí)施方式的低反射膜的反射率對波長依賴性曲線圖。
圖10是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器中，不同溫度下注入電流與振蕩波長的關(guān)系的圖。
圖11表示本實(shí)施方式的低反射膜的反射率對波長依賴性曲線圖。
圖12是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器中，不同溫度下注入電流與振蕩波長的關(guān)系的圖。
圖13表示現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器的振蕩波長對輸出依賴性的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是有關(guān)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器的剖面圖的一例。圖1中，1是n側(cè)電極、2是n側(cè)GaAs襯底、3是n側(cè)AlGaAs包層、4是未摻雜n側(cè)AlGaAs導(dǎo)層、5是未摻雜n側(cè)GaAs導(dǎo)層、6是未摻雜InGaAs量子阱有源層、7是未摻雜GaAs勢壘層、8是未摻雜p側(cè)GaAs導(dǎo)層、9是未摻雜p側(cè)AlGaAs導(dǎo)層、10是p側(cè)AlGaAs包層、11是p側(cè)GaAs蓋層、12是Si3N4絕緣膜、13是p側(cè)電極、14是金絲、15是脊形區(qū)、16是在脊形區(qū)15外側(cè)的低折射率區(qū)、17是在低折射率區(qū)16外側(cè)的高折射率區(qū)。圖1中，在高折射率區(qū)17上引線焊接金絲14。
如圖1所示，通過在脊形區(qū)15的外側(cè)設(shè)置低折射率區(qū)16，可將激光有效地封閉在脊形區(qū)15內(nèi)。而且，通過在Si3N4絕緣膜12上設(shè)置窗口部12a，可以封閉電流。
圖2是表示以共振器長1500μm解理以后裝配圖1的半導(dǎo)體激光器，自閾值電流起以1mA低電流值測定的增益對波長依賴性的一例的圖。圖2的例子中，增益達(dá)到最大的波長約為984nm。還有，在半導(dǎo)體激光器端面上涂敷的膜的反射率和由該反射率求出的鏡面損失，數(shù)值隨著作為對象的波長而變化。因此，在本說明書中，由增益變成最大的波長來規(guī)定這些值。還有，本實(shí)施方式中，用作光纖放大器的激發(fā)光源，雖然以振蕩波長980nm的半導(dǎo)體激光為例，但是本發(fā)明并不限于此，這是不言而喻的。
圖3是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器中，作為出射光端面的前端面上設(shè)置的低反射膜的一例。通過設(shè)置這樣的低反射膜，就可以對前端面的反射率具有波長依賴性。
圖3中，18表示等效折射率nc＝3.370的半導(dǎo)體激光器，19表示以折射率n3＝1.629、膜厚d1＝20.0nm的Al2O3(氧化鋁)構(gòu)成的第1層膜，20表示以折射率n2＝1.484、膜厚d2＝8.28nm的SiO2(石英)構(gòu)成的第2層膜，21表示以折射率n1＝2.072、膜厚d3＝85.59nm的Ta2O5(氧化鈦)構(gòu)成的第3層膜，22表示以折射率n2＝1.484、膜厚d4＝183.89nm的SiO2構(gòu)成的第4層膜，23表示以折射率n1＝2.072、膜厚d5＝85.59nm的Ta2O5(氧化鈦)構(gòu)成的第5層膜，24表示以折射率n2＝1.484、膜厚d6＝183.89nm的SiO2構(gòu)成的第6層膜。這樣，低反射膜由第1層膜19、第2層膜20、第3層膜21、第4層膜22、第5層膜23和第6層膜24順序疊層的多層膜構(gòu)成。而且，第1層膜19要設(shè)置在最接近半導(dǎo)體激光器18的前端面。還有，圖3中，25表示折射率1.00的外部空間。外部空間25包括空氣或氮?dú)饣蛘咦杂煽臻g。
圖4是表示通過計(jì)算求出圖3中所示低反射膜的反射率與波長的關(guān)系結(jié)果的圖。由圖4可知，低反射膜的反射率隨波長變化。
在圖4中反射率的極小值為零，該低反射膜具有成為無反射的波長。這里，無反射的波長會隨著半導(dǎo)體激光器增益達(dá)到最大的波長改變而變化?，F(xiàn)在，假設(shè)增益達(dá)到最大的波長為984nm，圖4中無反射的波長就是1000nm。所以，波長984nm附近的反射率就該與波長的增長一起降低。圖5是把圖4從波長940nm擴(kuò)大到波長1020nm范圍的圖。由圖5清楚地知道，在波長984nm附近，隨波長增長而反射率降低的樣子。
這樣，本實(shí)施方式的低反射膜，其反射率達(dá)到極小的波長位于半導(dǎo)體激光器增益達(dá)到最大的波長的靠長波長側(cè)，只在低反射膜的反射率隨著波長的增加而減少的區(qū)域半導(dǎo)體激光器的增益和損失成為相等直至振蕩為特征。采用這樣的辦法，就能夠制作前端面為低反射率且因溫度變化引起的振蕩波長變化小的半導(dǎo)體激光器。
并且，本實(shí)施方式的低反射膜，在半導(dǎo)體激光器的增益達(dá)到最大的波長下具有小于等于1％的反射率是優(yōu)選的。圖4的例子中，反射率為小于等于1％的波長是從波長889nm到波長1103nm的范圍。所以，在增益達(dá)到最大的波長984nm下有小于等于1％的反射率。并且，這時(shí)，反射率為小于等于1％的范圍是頻帶為214nm。這樣，通過擴(kuò)大頻帶，可以防止發(fā)生激烈的波長跳躍。
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器中，例如，可在作為第1層膜的Al2O3膜上交替層疊SiO2膜和非晶硅膜，在后端面上設(shè)置總計(jì)由10層構(gòu)成的多層膜。在這里，各層膜厚可設(shè)為λ/4。這樣場合下的后端面反射率約為97％，即使波長變化，反射率也幾乎不變。
圖6中，表示對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器，測定波長與反射率關(guān)系的結(jié)果的一例。圖6的例子中，增益達(dá)到最大的波長(984nm)的反射率Rf是0.16％。這時(shí)，在波長984nm±10nm范圍內(nèi)求出的鏡面損失變化(Δα/Δλ)是0.015cm-1/nm。
圖7是表示對圖6的半導(dǎo)體激光器，改變溫度測定振蕩波長對注入電流的結(jié)果的一例的圖。隨著注入電流增加和溫度上升，半導(dǎo)體激光器的振蕩波長處于逐漸加長的傾向。所以，倘若采用本實(shí)施方式，從溫度15℃下注入電流100mA到溫度85℃下注入電流600mA為止變化的場合，振蕩波長的變化ΔλL為8.19nm左右，是非常小的值。這樣，采用在半導(dǎo)體激光器的前端面上設(shè)置反射率隨波長變化的膜的辦法，就能夠把因注入電流和溫度變化而引起的振蕩波長變化控制在極小的范圍。與此不同，在半導(dǎo)體激光器的前端面設(shè)置反射率不隨波長變化的膜的情況下，由實(shí)驗(yàn)可以確認(rèn)，從溫度15℃下注入電流100mA到溫度85℃下注入電流600mA為止變化的場合下，振蕩波長變化ΔλL為40nm，是很大的值。
圖8是表示對圖6的的半導(dǎo)體激光器，改變溫度測定電流與光輸出關(guān)系的結(jié)果的一例的圖。由圖8可知，隨溫度上升閾值電流也增大，但效率幾乎不變。
一般來說，如果反射率下降，取出到半導(dǎo)體激光器之外的光輸出增大。因此，斜度效率也就增加。對此，本申請中，因?yàn)閷⒃O(shè)于半導(dǎo)體激光器前端面的膜的反射率為小于等于1％的低反射率，所以發(fā)生由于能帶填滿效應(yīng)而發(fā)生載流子溢出。因而，隨著內(nèi)部量子效率的降低而抵消鏡面損失增加的結(jié)果，能夠抑制因溫度變化引起的斜度效率的變化。
采取或者改變無反射的波長，或者改變構(gòu)成無反射膜的各層膜厚的辦法，可以改變增益達(dá)到最大波長的反射率和鏡面損失的變化。圖9是對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器，測定波長與反射率關(guān)系的另一例的結(jié)果。圖9的例子中，增益達(dá)到最大的波長(984nm)的反射率Rf是0.32％。這時(shí)，在波長984nm±10nm范圍內(nèi)求出的鏡面損失變化(Δα/Δλ)是0.038cm-1/nm。
圖10是表示對圖9的半導(dǎo)體激光器，改變溫度測定振蕩波長對注入電流的結(jié)果的一例的圖。和圖7同樣，隨著注入電流增加和溫度上升，半導(dǎo)體激光器的振蕩波長逐漸變長。這時(shí)，從溫度15℃下注入電流100mA到溫度85℃下注入電流600mA為止變化的場合下，振蕩波長的變化ΔλL為19.87nm左右。
圖11是對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器，測定波長與反射率的另一例的結(jié)果的圖。在圖11的例子中，增益達(dá)到最大的波長(984nm)的反射率Rf是0.25％。這時(shí)，在波長984nm±10nm范圍內(nèi)求出的鏡面損失變化(Δα/Δλ)是0.063cm-1/nm。
圖12是表示對圖11的半導(dǎo)體激光器，改變溫度測定振蕩波長對注入電流的結(jié)果的一例的圖。和圖7或圖10同樣，隨著注入電流增加和溫度上升，半導(dǎo)體激光器的振蕩波長逐漸變長。這時(shí)，從溫度15℃下注入電流100mA到溫度85℃下注入電流600mA為止變化的場合下，振蕩波長的變化ΔλL為18.53nm左右。
本實(shí)施方式中，雖然由6層構(gòu)成的多層膜是設(shè)于半導(dǎo)體激光器的前端面的無反射膜，但是本發(fā)明不限于此。只要是反射率隨波長變化的膜，或是其反射率達(dá)到極小的波長位于半導(dǎo)體激光器的增益達(dá)到最大的波長的靠長波長一側(cè)的低反射膜，也可以是除6層以外的多層膜(例如，8層膜等)，甚至也可以是單層膜。
并且，本發(fā)明也可以應(yīng)用于光纖放大器激發(fā)光源用半導(dǎo)體激光器(振蕩波長980nm)以外的其它半導(dǎo)體激光器。例如，除藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器和紅色半導(dǎo)體激光器外，也能應(yīng)用于振蕩波長為780nm、1.3μm、1.48μm或1.55μm的各種半導(dǎo)體激光器。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器，至少具有有源層、包層、和出射光的端面，其特征是在所述端面上設(shè)置有反射率隨波長變化的低反射膜，所述低反射膜的反射率變成極小的波長位于所述半導(dǎo)體激光器的增益變成最大的波長的長波長一側(cè)，只在所述低反射膜的反射率伴隨波長增加而減少的區(qū)域，所述半導(dǎo)體激光器的增益和損失變成相等。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征是在所述半導(dǎo)體激光器的增益變成最大的波長下，所述低反射膜的反射率是小于等于1％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征是所述低反射膜是在Al2O3膜上交替層疊SiO2膜和Ta2O5膜而形成的膜，最接近所述端面形成所述Al2O3膜。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體激光器，前端面為低反射率，且由溫度變化導(dǎo)致的振蕩波長的變化小。該半導(dǎo)體激光器至少具有有源層、包層、和出射光的端面，在其端面上設(shè)置有反射率隨波長變化的低反射膜，該低反射膜的反射率變成極小的波長位于半導(dǎo)體激光器增益變成最大的波長的靠長波長側(cè)，只在低反射膜的反射率隨波長增加而減少的區(qū)域半導(dǎo)體激光器的增益和損失變成相等。半導(dǎo)體激光器增益變成最大的波長下的低反射膜的反射率優(yōu)選為小于等于1％。
文檔編號H01S5/223GK1592012SQ200410058890
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者鴫原君男, 川崎和重 申請人:三菱電機(jī)株式會社