專利名稱：波長可變半導(dǎo)體激光器和使用該激光器的氣體檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器和采用該波長可調(diào)的半導(dǎo)體激光器的氣體檢測器，尤其涉及其中出射激光的波長可調(diào)的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，以及其中包含所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的氣體檢測器。
背景技術(shù)：
已知?dú)怏w例如甲烷、二氧化碳、乙炔和氨等根據(jù)分子轉(zhuǎn)動或成份原子的振動而吸收特定波長的光。
例如，甲烷吸收1.6μm、3.3μm和7μm波長(吸收波長)的光。
因此，通過采用具有吸收波長的激光照射待測空間，且測量其衰減狀態(tài)，可以測知在該空間中特定氣體的存在，并檢測出其氣體濃度。
例如，專利文獻(xiàn)1中公開了利用這樣的光吸收特性的氣體檢測器。
專利文獻(xiàn)1Jpn.Pat.Appln.KOKAT Publication No.11-326199，即，在氣體檢測器中，從其中包含半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射的激光穿過例如含有甲烷的待測氣體，并入射到光接收器上。
這里例如，如圖9所示，含有甲烷的待測氣體具有吸收特性A，吸收中心波長λ0＝1.6537μm。
包含在半導(dǎo)體激光器模塊中的半導(dǎo)體激光器是根據(jù)施加的驅(qū)動電流I改變振蕩波長λ的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，如圖10B中的波長特性C所示。
當(dāng)然，在波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，根據(jù)施加的驅(qū)動電流I，振蕩波長λ變化，出射激光″a″的光強(qiáng)X也變化，如圖10A中的強(qiáng)度特性B所示。
激光驅(qū)動控制單元如圖9所示地運(yùn)行，其中中心電流值I0(偏置電流值)是與半導(dǎo)體激光器的振蕩波長λ的中心波長λ0對應(yīng)的值，并且將圍繞中心電流值λ0(偏置電流值)，幅度為IW，調(diào)制頻率f1＝10kHz的調(diào)制信號b施加到包含在該半導(dǎo)體激光器模塊中的半導(dǎo)體激光器上。
結(jié)果，該半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射其波長λ圍繞吸收中心波長λ0以幅度λW和頻率f1＝10kHz變化的激光。
波長圍繞吸收中心波長λ0這樣調(diào)制的激光在穿過待測氣體的過程中根據(jù)吸收特性A被吸收，被光接收器接收到，并被轉(zhuǎn)化為將輸入到氣體檢測單元的電信號。
由于光接收器不具有激光的波長分辯能力，因此所述電信號具有調(diào)制頻率數(shù)量級的頻率分量。
氣體檢測單元提取包含在輸入電信號中的基波信號d1作為調(diào)制頻率f1＝10kHz的信號分量，以及包含在輸入電信號中的倍波信號(double wavesignal)d2作為是調(diào)制頻率f1＝10kHz的兩倍的頻率f2(＝20kHz)的信號分量，由此計算倍波信號d2的幅度D2和基波信號d1的幅度D1之間的比值(D2/D1)，且得到與氣體濃度對應(yīng)的檢測值D(＝D2/D1)。
如圖10A所示，因為在基波信號d1中發(fā)生了歸因于強(qiáng)度調(diào)制的大偏移，所以計算倍波信號d2的幅度D2與基波信號d1的幅度D1之間的比值(D2/D1)作為與氣體濃度對應(yīng)的檢測值D(＝D2/D1)，從而提高了測量精度。
但是，這樣的傳統(tǒng)氣體檢測器具有待解決的其它問題。
即，氣體檢測器經(jīng)常被用于當(dāng)前氣體管道區(qū)域內(nèi)氣體泄漏的檢測，管道安裝后的周期性檢查，或化學(xué)工廠中的異常情況檢測。
因此，就此類氣體檢測器而言，希望其尺寸更小、性能更高、能耗更低。
為了實現(xiàn)尺寸更小、性能更高、能耗更低的氣體檢測器，要求半導(dǎo)體激光器模塊1有效地發(fā)射與圖9所示的待測氣體3的吸收特性A對應(yīng)的激光，其波長λ圍繞吸收中心波長λ0以幅度λW和頻率f1＝10kHz變化。
然而，包含在半導(dǎo)體激光器模塊中的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器中，如圖10A中的強(qiáng)度特性B和圖10B中的波長特性C所示，需要將施加到半導(dǎo)體激光器上的調(diào)制信號b的偏置電流值(電流值I0)設(shè)置為大值，以獲得必要的中心波長λ0和光強(qiáng)X0，因此能耗增大。
圖10B所示的波長特性C中，當(dāng)驅(qū)動電流I以單位電流變化時振蕩波長(頻率)的變化程度被稱為調(diào)頻效率(frequency modulation efficiency)η。傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器中，調(diào)頻效率η非常低，例如小于0.1GHz/mA。
因此，要圍繞吸收中心波長λ0以幅度λW改變波長λ，就要增大施加到半導(dǎo)體激光器的調(diào)制信號b的電流幅度IW，這樣，能耗也會增大。
此外，圖10A的強(qiáng)度特性B中，從半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光″a″的光強(qiáng)X不是與施加到半導(dǎo)體激光器的調(diào)制信號b的電流值I完全成比例的，而是在電流幅度IW的上限附近趨于飽和。
因此，隨著強(qiáng)度特性B的非線性狀態(tài)增加，激光的調(diào)制失真變大，從檢測的電信號計算出的檢測值D(＝D2/D1)沒有正確地與氣體濃度對應(yīng)，測量精度下降。
在專利文獻(xiàn)2公開的半導(dǎo)體激光器中，本發(fā)明人等已經(jīng)提出了一種能夠獲得高發(fā)光效率和高輸出的半導(dǎo)體激光器，其特征在于具有在p型覆層(cladding layer)中作為p型雜質(zhì)的Zn的雜質(zhì)濃度分布，其與稍后描述的發(fā)明適用的圖3中的基本相同。
專利文獻(xiàn)2USP6351479。
盡管公開了能夠獲得高發(fā)光效率和高輸出的半導(dǎo)體激光器，但并未提及上述強(qiáng)度特性B的非線性狀態(tài)的增加的分析和改善，以及調(diào)頻效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是根據(jù)上述背景得到的，本發(fā)明的目的是提供一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器和包含該波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的氣體檢測器，該波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器能夠?qū)⒄{(diào)制信號的偏置電流值設(shè)置得較小，所述調(diào)制信號被施加以用于獲得其波長圍繞吸收中心波長以吸收特性決定的幅度變化的激光，并且能夠?qū)⒄{(diào)制信號的電流幅度設(shè)置得較小，從而降低能耗，此外還能夠改善強(qiáng)度特性B的非線性狀態(tài)并降低激光的調(diào)制失真，以及顯著提高待測氣體的氣體檢測的檢測精度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)，其包括n型半導(dǎo)體襯底(11)；設(shè)置在n型半導(dǎo)體襯底(11)上并且產(chǎn)生光的有源層(17)；設(shè)置在有源層(17)上的p型覆層(22)；以及用于使有源層(17)產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩的波長選擇裝置(15)，能夠以特定波長振蕩的可調(diào)半導(dǎo)體層(27)通過向有源層(17)注入電流而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，表示在有源層(17)產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度約為200μm到500μm，且
P型覆層(22)包括從有源層(17)一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層(19)和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層(20)。
這樣構(gòu)造的本發(fā)明第一方面的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，表示在有源層(17)產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度L被設(shè)置在約200μm到500μm的范圍。
通常，波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中表示在有源層產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度L越長，施加電流的電極的面積或者有源層的面積就越大，從而每單位面積的電流值下降，波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的有源層的溫度不易上升。
即，在這樣的具有較長的器件長度L的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，即使通過改變施加的電流來嘗試改變發(fā)熱，溫度變化也較小，因此，表示與施加的電流相關(guān)的波長變化的程度的調(diào)頻效率η較低。
相反，在具有縮短的器件長度L的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，施加電流的電極的面積或者有源層的面積變小，使得每單位面積的電流值增大，該波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的有源層的溫度易于上升。
因此，在這樣的具有較短的器件長度L的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，如果通過改變施加的電流而改變發(fā)熱，那么有源層的溫度容易地改變，且振蕩波長變化，使得表示與施加的電流相關(guān)的波長變化的程度的調(diào)頻效率η變高。
因此，在具有較短的器件長度L的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，可以將調(diào)制信號的偏置電流值設(shè)置得較低，該調(diào)制信號被施加以用于獲得其波長圍繞吸收中心波長以吸收特性決定的幅度變化的激光，且還可以將該調(diào)制信號的電流幅度設(shè)置得較小，從而減小能耗。
作為本發(fā)明人的試驗結(jié)果，在這類波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，適當(dāng)?shù)钠骷L度L被證明優(yōu)選在約200μm到500μm的范圍，如圖4所示。
圖4所示的結(jié)果是通過利用具有2.2μm的有源層寬度的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器得到的。
在如本發(fā)明的第一方面所說明地配置的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)中，位于有源層(17)上的p型覆層(22)包括從有源層(17)一側(cè)順序排列的輕摻雜覆層(19)和重?fù)诫s覆層(20)。
通常，在半導(dǎo)體激光器中，重要的是以高概率激發(fā)注入到有源層中的載流子(電子和空穴)并使其發(fā)生復(fù)合，其是獲得高輸出的技術(shù)。
出于這一目的，希望通過覆層的p型摻雜來阻擋載流子從有源層流出，并希望增強(qiáng)有源層中載流子的捕獲。
通過如上所述地配置位于有源層(17)上的p型覆層(22)，從有源層流出的電子(載流子)可以通過重?fù)诫s的p型覆層(20)而被阻擋。
此外，諸如Zn的雜質(zhì)從重?fù)诫sp型覆層(20)的擴(kuò)散將被阻止在輕摻雜p型覆層(19)中，不會到達(dá)有源層(17)。
結(jié)果，在基本阻擋載流子的同時，也防止了在制造半導(dǎo)體激光器時注入的p型摻雜物向有源層(17)中的擴(kuò)散，可以獲得高發(fā)光效率和高輸出。因此，圖10A所示的強(qiáng)度特性B的非線性狀態(tài)得到改善，出射激光的調(diào)制失真被降低。
因此，可以提高其中包含該波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的氣體檢測器的檢測精度。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)，其包括n型半導(dǎo)體襯底(11)；設(shè)置在n型半導(dǎo)體襯底(11)上且產(chǎn)生光的有源層(17)；設(shè)置在有源層(17)上的p型覆層(22)；以及用于使有源層(17)產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩的波長選擇裝置(15)，能夠以特定波長振蕩的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)通過向有源層(17)注入電流而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，與有源層(17)中產(chǎn)生的光的傳播方向正交的且表示在與n型半導(dǎo)體襯底平行的方向上的長度的有源層(17)的寬度為約1μm到2μm，且P型覆層(22)包括從有源層(17)一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層(19)和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層(20)。
在該第二方面的這樣配置的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，表示在與有源層(17)中產(chǎn)生的光的傳播方向正交的方向上的長度的有源層寬度W被設(shè)置在約1μm到2μm的范圍。
另外，就有源層的寬度W而言，有源層寬度W越窄，與前述器件長度L中一樣施加電流的有源層的面積就越小。因此，每單位面積的電流值增大，波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的有源層的溫度易于上升。
即，在具有窄的有源層寬度W的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，當(dāng)通過改變施加的電流而改變發(fā)熱時，有源層的溫度容易地上升，且振蕩波長λ改變，使得表示與施加的電流相關(guān)的溫度變化的程度的調(diào)頻效率η變大。
根據(jù)本發(fā)明人的實驗，如圖5所示，有源層寬度W被證明優(yōu)選在約1μm到2μm的范圍。
圖5所示的結(jié)果是通過采用具有600μm器件長度的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器得到的。
因此，根據(jù)本發(fā)明第二方面的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生了與根據(jù)本發(fā)明第一方面的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的效果基本相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)，其包括n型半導(dǎo)體襯底(11)；設(shè)置在n型半導(dǎo)體襯底(11)上且產(chǎn)生光的有源層(17)；設(shè)置在有源層(17)上的p型覆層(22)；以及用于使有源層(17)產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩的波長選擇裝置(15)，能夠以特定波長振蕩的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)通過向有源層(17)注入電流而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，表示在有源層(17)產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度約為200μm到500μm，與有源層(17)中產(chǎn)生的光的傳播方向正交的且表示在與n型半導(dǎo)體襯底(11)平行的方向上的長度的有源層(17)的寬度約為1μm到2μm，且p型覆層(22)包括從有源層(17)一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層(19)和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層(20)。
在該第三方面的這樣配置的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，表示在有源層(17)產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度L被設(shè)置在約200μm到500μm的范圍，有源層(17)的寬度W被設(shè)置在約1μm到2μm的范圍。
因此，根據(jù)本發(fā)明第三方面的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生根據(jù)第一方面和第二方面的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的結(jié)合的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種氣體檢測器，其包括
其中包含波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器模塊(1a)，所述半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射以特定頻率調(diào)制波長的激光；光接收器(4)，其接收激光以轉(zhuǎn)化為電信號，所述激光從半導(dǎo)體激光器模塊(1a)發(fā)射并已經(jīng)穿過待測氣體；以及氣體檢測單元(6)，其在從光接收器(4)輸出的電信號的基礎(chǔ)上檢測待測氣體，包含在半導(dǎo)體激光器模塊(1a)中的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)包括n型半導(dǎo)體襯底(11)；設(shè)置在n型半導(dǎo)體襯底(11)上且產(chǎn)生光的有源層(17)；設(shè)置在有源層(17)上的p型覆層(22)；以及用于使有源層(17)產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩的波長選擇裝置(15)，能夠以特定波長振蕩的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)通過向有源層(17)注入電流而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，表示在有源層(17)產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度約為200μm到500μm，以及P型覆層(22)包括從有源層(17)一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層(19)和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層(20)。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種氣體檢測器，其包括其中包含波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器模塊(1a)，所述半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射以特定頻率調(diào)制波長的激光，光接收器(4)，其接收激光以轉(zhuǎn)化為電信號，所述激光從半導(dǎo)體激光器模塊(1a)發(fā)射并已經(jīng)穿過待測氣體；以及氣體檢測單元(5)，其在從光接收器(4)輸出的電信號的基礎(chǔ)上檢測待測氣體，包含在半導(dǎo)體激光器模塊(1a)中的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)包括n型半導(dǎo)體襯底(11)；設(shè)置在n型半導(dǎo)體襯底(11)上且產(chǎn)生光的有源層(17)；設(shè)置在有源層(17)上的p型覆層(22)；以及用于使有源層(17)產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩的波長選擇裝置(15)，
能夠以特定波長振蕩的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)通過使電流流入有源層(17)來工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，與有源層(17)中產(chǎn)生的光的傳播方向正交的且表示在與n型半導(dǎo)體襯底(11)平行的方向上的長度的有源層(17)的寬度約為1μm到2μm，且p型覆層(22)包括從有源層(17)一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層(19)和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層(20)。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種氣體檢測器，其包括其中包含波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器模塊(1a)，所述半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射以特定頻率調(diào)制波長的激光，光接收器(4)，其接收激光以轉(zhuǎn)化為電信號，所述激光從半導(dǎo)體激光器模塊(1a)發(fā)射并已經(jīng)穿過待測氣體；以及氣體檢測單元(5)，其在從光接收器(4)輸出的電信號的基礎(chǔ)上檢測待測氣體，包含在半導(dǎo)體激光器模塊(1a)中的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)包括n型半導(dǎo)體襯底(11)；設(shè)置在n型半導(dǎo)體襯底(11)上且產(chǎn)生光的有源層(17)；設(shè)置在有源層(17)上的p型覆層(22)；以及用于使有源層(17)產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩的波長選擇裝置(15)，能夠以特定波長振蕩的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)通過使電流流入有源層(17)來工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，表示在有源層(17)產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度約為200μm到500μm，與有源層(17)中產(chǎn)生的光的傳播方向正交的且表示在與n型半導(dǎo)體襯底(11)平行的方向上的長度的有源層(17)的寬度約為1μm到2μm，且P型覆層(22)包括從有源層(17)一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層(19)和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層(20)。
在具有這樣的配置的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器以及其中包含該波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的氣體檢測器中，可以將調(diào)制信號的偏置電流值設(shè)置得較低，所述調(diào)制信號被施加以用于獲得其波長圍繞所述吸收中心波長以吸收特性決定的幅度變化的激光，且可以將該調(diào)制信號的電流幅度設(shè)置得較小，從而降低能耗。另外，可以改善強(qiáng)度特性B的非線性狀態(tài)和降低出射激光的調(diào)制失真，并顯著提供待測氣體的氣體檢測的測量精度。
在本發(fā)明的第一至第六方面中，優(yōu)選的是，當(dāng)p型覆層(22)具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，輕摻雜覆層(19)的雜質(zhì)濃度是未摻雜或約為3×1017/cm3，重?fù)诫s覆層(20)的雜質(zhì)濃度約為1×1018/cm3。
在本發(fā)明的第一至第六方面中，重?fù)诫s覆層(20)的濃度在峰值希望為8×1017/cm3或更高，輕摻雜覆層(19)的濃度希望是未摻雜或者4×1017/cm3或者更低，具有約30nm到70nm的厚度。
在本發(fā)明的第一至第六方面中，優(yōu)選的是p型覆層(22)還包括具有中間雜質(zhì)濃度的中度摻雜覆層(21)，中度摻雜覆層按順序排列在重?fù)诫s覆層(20)上。
在本發(fā)明的第一至第六方面中，優(yōu)選的是，當(dāng)p型覆層(22)具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，中度摻雜覆層(21)的雜質(zhì)濃度約為5×1017/cm3。
在本發(fā)明的第一至第六方面中，優(yōu)選包括借助間隔層(10)在n型半導(dǎo)體襯底(11)上形成的下單獨(dú)限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(separate confinementheterostructure，SCH)層(16)；形成在下SCH層(16)上作為有源層(17)的多量子阱(MQW)層；以及形成在有源層(17)上的上SCH層(18)。
在本發(fā)明的第一至第六方面中，優(yōu)選的是，n型半導(dǎo)體襯底(11)的上部、波長選擇裝置(15)、下SCH層(16)、有源層(17)、上SCH層(18)和部分p型覆層(22)形成為臺面形狀，并且p型掩埋層(25)和n型掩埋層(26)從底側(cè)起形成在臺面的兩側(cè)。
在本發(fā)明的第一至第六方面中，優(yōu)選的是，分布反饋型(DFB)、分布反射型(DR)、分布布拉格反射型(DBR)、部分衍射光柵型(PC)和外腔型(EC)中的任何一種被用作波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器(27)的結(jié)構(gòu)。


圖1是沿光傳播方向得到的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的剖切圖。
圖2是沿圖1的II-II線截取的截面圖。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中p型覆層的雜質(zhì)濃度分布的視圖。
圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中器件長度L與調(diào)頻效率η之間的關(guān)系的視圖。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中有源層寬度W與調(diào)頻效率η之間的關(guān)系的視圖。
圖6A是顯示傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的特性的視圖。
圖6B是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的特性的示例的視圖。
圖6C是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的特性的另一示例的視圖。
圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氣體檢測器的配置的示意圖。
圖8是顯示包含在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氣體檢測器中的半導(dǎo)體激光器模塊和激光驅(qū)動控制單元的構(gòu)造的示意圖。
圖9是顯示待測氣體的吸收特性和根據(jù)傳統(tǒng)氣體檢測器的調(diào)制信號之間的關(guān)系的視圖。
圖10A是顯示包含在傳統(tǒng)氣體檢測器中的半導(dǎo)體激光器的光強(qiáng)特性的視圖。
圖10B是顯示包含在傳統(tǒng)氣體檢測器中的半導(dǎo)體激光器的振蕩波長特性的視圖。
圖11是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的可調(diào)性的接線圖。
圖12是外差差拍信號(heterodyne beat signal)的波形圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的可調(diào)性。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器以及其中包含該波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的氣體檢測器的實施例。
(第一實施例)圖1是沿光傳播方向得到的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的剖切圖。圖2是沿圖1的II-II線截取的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的截面圖。
第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27包括分布反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器。
即，如圖1所示，在波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中，由n型InGaAsP制成的衍射光柵層12形成在由n型InP制成的n型半導(dǎo)體襯底11上面。
衍射光柵層12包括多個光柵13和具有多個間隙14的波長選擇裝置15，間隙14位于多個光柵13相互之間。
間隙14被填充有由n型InP制成的間隔層10。
在n型半導(dǎo)體襯底11之上，形成有由InGaAsP制成的下單獨(dú)限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層16、由多量子阱(MQW)層形成的有源層17、以及具有各自適當(dāng)組分的上SCH層18。
由p型InP制成的p型覆層22形成在上SCH層18上面。
從上SCH層18一側(cè)p型覆層22順序包括具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層19和具有高摻雜濃度的重?fù)诫s覆層20。
這里，重?fù)诫s覆層20阻擋來自有源層17的載流子，輕摻雜覆層19防止作為雜質(zhì)的Zn擴(kuò)散到有源層17中。
為了獲得這些效果，希望輕摻雜覆層20的濃度在峰值為8×1017/cm3或更大，希望輕摻雜覆層19的濃度是未摻雜或者4×1017/cm3或者更小，具有約30nm到70nm的厚度。
這是因為當(dāng)輕摻雜覆層19的厚度小于30nm時，用作雜質(zhì)的Zn擴(kuò)散至有源層17，發(fā)光特性被破壞，且另一方面，當(dāng)該厚度大于70nm時，載流子聚集在輕摻雜覆層19中，不能獲得載流子阻擋效應(yīng)。
由于重?fù)诫s覆層20的作用是阻擋載流子從有源層17流出，所以不要求重?fù)诫s覆層20覆蓋通常具有數(shù)μm的厚度的整個覆層，重?fù)诫s覆層20上面可以由中度摻雜覆層21形成，所述中度摻雜覆層21具有低濃度和高濃度之間的中間濃度。
只要重?fù)诫s覆層20的厚度為30nm或更大，那么，即使?jié)舛韧ㄟ^擴(kuò)散被降低，峰值也可以保持在7×1017/cm3或更高。
另一方面，中度摻雜覆層21的濃度優(yōu)選為5×1017/cm3到7×1017/cm3。
即，如果中度摻雜覆層21的濃度太低，電阻增大且引起過多的發(fā)熱，器件特性變差，另一方面，如果中度摻雜覆層21的濃度太高，價帶之間的吸收增加且光損耗增大，使得對高輸出運(yùn)行不利。
在該實施例中，對具有作為p型覆層22的從上SCH層18一側(cè)順序形成的輕摻雜覆層(輕摻雜p型覆層)19、重?fù)诫s覆層(重?fù)诫sp型覆層)20、以及中度摻雜覆層(中度摻雜p型覆層)21的結(jié)構(gòu)給出說明。
圖3是顯示使用Zn作為p型覆層22中的p型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度分布的視圖。
輕摻雜覆層19的雜質(zhì)濃度為未摻雜或者約為3×1017/cm3，重?fù)诫s覆層20的雜質(zhì)濃度約為1×1018/cm3。
圖3所示的采用Zn作為p型覆層22中的p型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度分布由本發(fā)明人等還公開在上述專利文獻(xiàn)2(USP 6351479)中。但是，并沒有論及強(qiáng)度特性B的非線性狀態(tài)的增加的分析和改善，以及調(diào)頻效率的提高，其是本發(fā)明的重要主題，將在下文中予以說明。
中度摻雜覆層21的雜質(zhì)濃度約為5×1017/cm3。
p電極23借助由p型InGaAs制成的接觸層(未示出)設(shè)置在p型覆層22的上面，n電極24設(shè)置在n型半導(dǎo)體襯底11的下面。
在波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的光傳播方向上的器件長度L為300μm。
如圖2中的截面圖所示，n型半導(dǎo)體襯底11的上部、衍射光柵層12、下SCH層16、有源層17、上SCH層18、以及部分p型覆層22形成為臺面形狀。
在臺面的兩側(cè)，從底側(cè)起形成由p型InP制成的p型掩埋層25和由n型InP制成的n型掩埋層26。
在與波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的光傳播方向正交的方向上的有源層17的有源層寬度W設(shè)置為1.5μm。
在具有這樣的構(gòu)造的第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中，當(dāng)驅(qū)動電流I被施加在p電極23和n電極24之間時，有源層17發(fā)出具有多個波長的光。但是，所述具有多個波長的光中，具有由衍射光柵層12的周期、等價折射率、以及溫度所決定的單個波長λ的光被選定，并被作為激光″a″從波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中輸出。
下面將說明具有這樣的構(gòu)造的第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的特征。
圖4是顯示器件長度L與調(diào)頻效用η之間的關(guān)系的特性圖，其中形成僅器件長度L不同的多種類型的半導(dǎo)體激光器，所述器件長度為250μm±10％、300μm±10％、350μm±10％和600μm±10％，所述半導(dǎo)體激光器具有與第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27相同的結(jié)構(gòu)，采用甲烷作為如上所述的待測氣體，測量了每個半導(dǎo)體激光器中的調(diào)頻效率η。
當(dāng)波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27用作氣體分析器的激光源時，由能耗、激光調(diào)制失真等要求的調(diào)頻效率η為0.1GHz/mA或更大。
在目前的制造技術(shù)水平，很難穩(wěn)定地制造具有小于20μm的器件長度L的半導(dǎo)體激光器，且光輸出也會降低。
因此，波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的器件長度L優(yōu)選在約200μm到500μm(更優(yōu)選地，約250μm到450μm)的范圍。
由于在傳統(tǒng)的普通半導(dǎo)體激光器中不要求調(diào)制出射激光的波長，因此不考慮調(diào)頻效用η，考慮到為了最大化輸出的發(fā)熱，器件長度L被設(shè)置在600μm或更大。
因此，在第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中，器件長度L被設(shè)置為約200μm到500μm，其短于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的器件長度。因此，可以確保足夠的調(diào)頻效率η，且如上所述，為了獲得其波長λ圍繞吸收中心波長λ0以待測氣體的吸收特性A確定的幅度λW變化的激光″a″，施加的調(diào)制信號b的偏置電流值I0可被設(shè)置得更低，調(diào)制信號b的電流幅度IW還可以設(shè)置得更小，從而可以減小能耗。
圖5是顯示有源層寬度W與調(diào)頻效率η之間的關(guān)系的特性圖，其中形成僅有源層寬度W不同的多種類型的半導(dǎo)體激光器，所述有源層寬度W為1.1μm±10％、1.7μm±10％和2.2μm±10％，所述半導(dǎo)體激光器具有與第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27相同的結(jié)構(gòu)，采用甲烷作為如上所述的待測氣體，測量每個半導(dǎo)體激光器中的調(diào)頻效率η。
如上所述，在此類波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，要求調(diào)頻效率η為0.1GHz/mA或更大。
在目前的制造技術(shù)水平，很難穩(wěn)定地制造具有小于1μm的有源層寬度W的半導(dǎo)體激光器，此外，在具有小于1μm的有源層寬度W的半導(dǎo)體激光器中沒有獲得足夠的增益，從而極大地降低了光輸出。
因此，波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的有源層寬度W優(yōu)選在約1μm到2μm的范圍。
由于在傳統(tǒng)的普通半導(dǎo)體激光器中不要求調(diào)制出射激光的波長，因此不考慮調(diào)頻效用η，考慮到為了最大化輸出的發(fā)熱，有源層寬度W被設(shè)置為2μm或更大。
因此，在第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中，有源層寬度W被設(shè)置為約1μm到2μm，其短于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的有源層寬度。因此，可以確保足夠的調(diào)頻效率η，且如上所述，為了獲得其波長λ圍繞吸收中心波長λ0以待測氣體的吸收特性A確定的幅度λW變化的激光″a″，施加的調(diào)制信號b的偏置電流值I0可以被設(shè)置得更低，且調(diào)制信號b的電流幅度IW還可以被設(shè)置得更小，從而可以減小能耗。
此外，在第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中，位于有源層17上的p型覆層22從有源層17一側(cè)順序包括具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層19、具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層20、以及具有中等雜質(zhì)濃度且用于抑制p型覆層22中空穴中的光吸收的中度摻雜覆層21。
在第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中，p型覆層22包括雜質(zhì)濃度不同的多個層19、20、21。因此，如上所述，從有源層17流出的載流子可以被充分阻擋，p型雜質(zhì)到有源層17中的擴(kuò)散被防止，且p型覆層22中的光吸收被最小化，從而可以獲得高發(fā)光效率和高輸出。
因此，由于圖10A所示的強(qiáng)度特性B的非線性狀態(tài)在第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中被改善了，因此出射激光的調(diào)制失真被降低。
從改善圖10A所示的強(qiáng)度特性B的非線性狀態(tài)的視點出發(fā)，在第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中，中度摻雜覆層21并非總是必需的。
因此，其中包含第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的氣體檢測器在檢測精度方面被增強(qiáng)了。
圖6A、6B和6C相互比較地示出第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的特性和傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的特性，以說明縮短第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的器件長度L和有源層寬度W的效果，以及p型覆層22上形成重?fù)诫s覆層20的效果。
圖6A示出傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的強(qiáng)度特性B和波長特性C。
圖6B示出波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的強(qiáng)度特性B1和波長特性C1，其中在本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中器件長度L被縮短至約300μm且有源層17的寬度W被縮短至約1.5μm。
根據(jù)圖6B所示的第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的強(qiáng)度特性B1和波長特性C1，為了獲得在調(diào)頻的出射激光″a″中必需的中心波長λ0和光強(qiáng)X0，將施加到波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器上的調(diào)制信號b的偏置電流值(電流值I01)與圖6A中傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的偏置電流值(電流值I0)相比顯著降低，從而可以減小能耗。
此外，根據(jù)圖6B所示的第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的強(qiáng)度特性B1和波長特性C1，為了獲得在調(diào)頻的出射激光″a″中必需的幅度λW，將施加到第一實施例中波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27上的調(diào)制信號b的幅度I與圖6A中傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的幅度IW相比顯著降低，從而可以減小能耗。
圖6C示出波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的強(qiáng)度特性B2和波長特性C2，其中在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27中，器件長度L和有源層17的寬度W分別被縮短至300μm和1.5μm，此外，p型覆層22上具有重?fù)诫s覆層20。
根據(jù)圖6C所示的第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的強(qiáng)度特性B2，與圖6A所示的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的強(qiáng)度特性B以及圖6B所示的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的強(qiáng)度特性B1相比，非線性狀態(tài)顯著改善，且出射激光″a″的調(diào)制失真可以被降低。
結(jié)果，其中包含波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的氣體檢測器在檢測精度方面被增強(qiáng)了。
將說明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的可調(diào)性。
圖11是用于說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的可調(diào)性的接線圖。
圖12是外差差拍信號的波形圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的可調(diào)性。
可調(diào)性通過外差差拍系統(tǒng)由如圖11所示的測量裝置構(gòu)造來確定。
作為測試芯片的激光二極管LD1通過以50mA偏置的頻率為10kHz且幅度為5mA(峰峰值為10mA)的正弦信號被調(diào)制。
用于獲得作為參考光的探測光的另一個激光二極管LD2通過DC工作，該激光的波長接近于調(diào)制的激光二極管LD1的激光的波長。
激光二極管LD1和LD2被連接至SiC塊且被安裝，并通過熱電致冷器被熱控制。來自激光二極管LD1和LD2的激光兩者都被聚焦且經(jīng)3dB耦合器101和光隔離器(未示出)被耦合。耦合的激光通過光電(O/E)轉(zhuǎn)換器102被檢測，且其輸出信號通過頻譜分析儀103被觀測。
圖12示出作為測試芯片的激光二極管LD1在10kHz具有約0.68GHz/mA的可調(diào)性。
在室溫和大氣壓下，甲烷的R(3)吸收線具有約3.4GHz的半高全寬(FWHM)，作為測試芯片的激光二極管LD1可通過12mA的調(diào)制在甲烷的整個FWHM上改變波長。這些特性足以支持作為便攜式電池供電甲烷傳感器的應(yīng)用。
即，當(dāng)本發(fā)明第一實施例中的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27用于稍后描述的本發(fā)明第二實施例的氣體檢測器中時，通過使用外差差拍系統(tǒng)測量可調(diào)性的方法能夠獲得最有用的數(shù)據(jù)，并可以比較波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的特性。
圖12中，上激光二極管LD(下文稱為LD1)是本發(fā)明第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27，且對應(yīng)于作為測試芯片的激光二極管和調(diào)制激光二極管LD1。
例如，圍繞50mA以幅度5mA(峰峰值為10mA)調(diào)制激光二極管LD1，從激光二極管LD1輸出的光的波長(光頻率)也與該調(diào)制相應(yīng)地被調(diào)制。
圖11中，下激光二極管LD(下文稱為LD2)對應(yīng)于用來獲得作為參考光的探測光的另一個激光二極管LD2。
由于激光二極管LD2以DC運(yùn)行，因此光波長(光頻率)是固定的，且來自激光二極管LD2的光的波長接近于激光二極管LD1的光的波長(即，LD1和LD2之間的差動頻率(differential frequency)處于下面描述的O/E轉(zhuǎn)換器的頻帶(band)內(nèi))。
來自激光二極管LD1的光與來自激光二極管LD2的光通過3dB耦合器101被結(jié)合，該結(jié)合的光在O/E轉(zhuǎn)換器102被接收，具有兩個二極管的差動頻率的電信號(差拍(beat))通過頻譜分析儀103被觀測。
由于到激光二極管LD1中的注入電流被調(diào)制，因此，激光二極管LD1和激光二極管LD2的光兩者的頻率差也與該調(diào)制相應(yīng)地改變，即，差拍頻率(frequency of beat)也與該調(diào)制相應(yīng)地改變。
當(dāng)光束頻率附近通過頻譜分析儀被放大(沿橫坐標(biāo)放大)時，如圖12所示，差拍頻率改變?yōu)?.4GHz，激光二極管LD1的頻率可調(diào)寬度估計在3.4GHz。
所述數(shù)據(jù)對應(yīng)于第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的器件長度L＝350μm且有源層寬度W＝1.7μm的情況下的特性，獲得0.60GHz/mA的平均值。
盡管未顯示在圖中，但在第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的器件長度L＝300μm且有源層寬度W＝2.2μm的情況下的特性中，獲得約0.25GHz/mA的平均值。
本發(fā)明的范圍之外，在第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的器件長度L＝600μm且有源層寬度W＝2.2μm的傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器中，平均值約為0.08GHz/mA。
通過這樣的對比，可知第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的可調(diào)性與傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器相比具有至少三倍到七倍甚至更大的可調(diào)性。
(第二實施例)圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氣體檢測器的配置的示意圖。
根據(jù)第二實施例的氣體檢測器在半導(dǎo)體激光器模塊1a中包括根據(jù)第一實施例的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27。
從其中包含波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的半導(dǎo)體激光器模塊1a發(fā)射的激光″a″穿過含有例如甲烷的待測氣體3，且通過光接收器4被檢測。含有甲烷的氣體3具有吸收特性A，其具有吸收中心波長λ0＝1.6537μm，例如圖9所示。
激光器驅(qū)動控制單元2a發(fā)出調(diào)制信號b到包含在半導(dǎo)體激光器模塊1a中的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27。
圖8是顯示半導(dǎo)體激光器模塊1a和激光器驅(qū)動控制單元2a的配置的示意圖。
波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27在溫度上通過珀耳帖元件(Peltier element)31被控制。
從波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的一個出射面發(fā)射的激光″a″經(jīng)聚焦透鏡29和保護(hù)玻璃30被發(fā)送到半導(dǎo)體激光器模塊1a外，并被入射到待測氣體3上。
從波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的另一出射面發(fā)射的激光通過聚焦透鏡32被轉(zhuǎn)化為平行光，穿過參考?xì)怏w單元33，并被入射到光接收器34上，參考?xì)怏w單元33中填充有作為參考?xì)怏w的與待測氣體3相同的甲烷。
光接收器34將入射激光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電(電流)信號，并將所述信號輸入到激光器驅(qū)動控制單元2a的電流-電壓轉(zhuǎn)換器35中。
激光器驅(qū)動控制單元2a包括電流-電壓轉(zhuǎn)換器35、基波信號放大器36、信號差動檢測器(signal differential detector)37、波長穩(wěn)定化控制單元38、溫度穩(wěn)定化PID電路39、以及激光器驅(qū)動電路40。
電流-電壓轉(zhuǎn)換器35將光接收器34的電信號轉(zhuǎn)換為電壓?；ㄐ盘柗糯笃?6放大電流-電壓轉(zhuǎn)換器35轉(zhuǎn)換的電壓。信號差動檢測器37識別基波信號放大器36放大的電壓波形，并產(chǎn)生相對于參考?xì)怏w的吸收中心波長λ0的偏差信號。
波長穩(wěn)定化控制單元38起控制作用從而使波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的發(fā)射波長λ穩(wěn)定在參考?xì)怏w的吸收中心波長λ0。
即，波長穩(wěn)定化控制電路38將來自信號差動檢測器37的偏差信號轉(zhuǎn)換為波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的溫度，并將其輸出至溫度穩(wěn)定化PID電路39，且還在所述偏差信號的基礎(chǔ)上輸出控制信號至激光器驅(qū)動電路40。
溫度穩(wěn)定化PID電路39控制珀耳帖元件31。即，溫度穩(wěn)定化PID電路39執(zhí)行PID控制，從而波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27被控制到一溫度，以便根據(jù)來自波長穩(wěn)定化控制電路38的溫度信號在所需波長振蕩，且將波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的溫度穩(wěn)定地維持在特定溫度。
激光器驅(qū)動電路40將圍繞中心電流值I01(偏置電流值)且具有幅度IW和調(diào)制頻率f1＝10kHz的調(diào)制信號b施加到包含在半導(dǎo)體激光器模塊1a中的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27上，該中心電流值I01(偏置電流值)是與在波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的振蕩波長λ處參考?xì)怏w(待測氣體3)的如圖9所示的吸收特性A的吸收中心波長λ0相對應(yīng)的值。
結(jié)果，半導(dǎo)體激光器模塊1a輸出其波長λ圍繞吸收中心波長λ0以幅度λW、頻率f1＝10kHz變化的激光。
激光器控制電路40控制中心電流值I01(偏置電流值)，從而根據(jù)來自波長穩(wěn)定化控制電路38的控制信號在輸出激光″a″中獲得上述波長特性。
因此，在根據(jù)第二實施例的氣體檢測器中，通過使波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27發(fā)射的氣體穿過填充有與待測氣體3相同的甲烷氣體的參考?xì)怏w室33，波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的溫度和施加到波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27的調(diào)制信號b的中心電流值I01(偏置電流值)被自動控制，使得所述激光的中心波長與參考?xì)怏w(待測氣體3)的如圖9所示的吸收特性A的吸收中心波長λ0一致。
圖7中，從半導(dǎo)體激光器模塊1a發(fā)射且波長圍繞吸收中心波長λ0被調(diào)制的激光″a″在穿過待測氣體3的過程中根據(jù)如圖9所示的吸收特性A被吸收，通過光接收器4被接收且被轉(zhuǎn)換為電(電流)信號，并且被輸入到氣體檢測單元5中。由于光接收器4不具有激光″a″的波長分辯能力，因此電(電流)信號c具有調(diào)制頻率數(shù)量級的頻率分量。
氣體檢測單元5包括電流-電壓轉(zhuǎn)換器41、基波信號檢測器42、倍波信號檢測器43、以及除法器(divider)44。電流-電壓轉(zhuǎn)換器41將輸入電流的電(電流)信號″c″轉(zhuǎn)換為電壓電信號c，且發(fā)送所述信號至基波信號檢測器42和倍波信號檢測器43。
基波信號檢測器42提取基波信號d1作為包含在輸入電信號″c″中的調(diào)制頻率f1＝10kHz的信號分量，且發(fā)送至除法器44。
倍波信號檢測器43提取倍波信號d2作為包含在輸入電信號″c″中的是調(diào)制頻率f1＝10kHz的兩倍的調(diào)制頻率f2(＝20kHz)的信號分量，且發(fā)送至除法器44。
除法器44計算倍波信號d2的幅度D2與基波信號d1的幅度D1之間的比值(D2/D1)，且將該計算出的比值(D2/D1)作為與氣體濃度對應(yīng)的檢測值D(＝D2/D1)發(fā)射出去。
在具有這樣配置的氣體檢測器中，作為將被包含在半導(dǎo)體激光器模塊1a中用以發(fā)射入射到待測氣體3中的激光″a″的半導(dǎo)體激光器，采用了波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器27，其中器件長度L被縮短至約300μm且有源層寬度W被縮短至約1.5μm，此外重?fù)诫s覆層20被設(shè)置在p型覆層22中。
因此，所述氣體檢測器可以減小半導(dǎo)體激光器模塊1a和激光器驅(qū)動控制單元2a中的能耗，并顯著抑制入射到待測氣體3中的激光″a″的調(diào)制失真，使得對氣體3的測量的精度得到顯著提高。
本發(fā)明涉及用于通過單個電流同時控制光輸出和振蕩波長的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，以及采用該波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的氣體檢測器。
因此，所述半導(dǎo)體激光器的具體結(jié)構(gòu)包括分布反饋型(DFB)、分布反射型(DR)、分布布拉格反射型(DBR)、部分衍射光柵型(PC)、以及外腔型(EC)。
除甲烷以外，本發(fā)明中的待測氣體3包括例如下述氣體，括號中同時給出各個吸收線波長。
HCl(1.74μm)、NO(1.8μm)、CO(1.57μm)、N2O(1.96μm)、NH3(1.54μm)、HF(1.3μm)、H2O(1.38μm)、H2S(1.57μm)、C2H2(1.51到1.54μm)、HCN(1.53到1.56μm)、以及CO2(2.0μm)。
關(guān)于襯底和材料，所述實施例中，在InP襯底上生長外延材料，但并非僅限于此，可以采用諸如GaN、GaAs系的其它材料。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器以及其中包含該波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的氣體檢測器。所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器中，為了獲得其波長圍繞吸收中心波長以吸收特性決定的幅度變化的激光，可以將施加的調(diào)制信號的偏置電流值設(shè)置得更低，且將該調(diào)制信號的電流幅度設(shè)置得更小，從而降低能耗。此外，通過改善強(qiáng)度特性的非線性狀態(tài)，該激光的調(diào)制失真可以被降低，待測氣體的測量精度顯著提高。
權(quán)利要求
1.一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，包括n型半導(dǎo)體襯底；有源層，其設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體襯底上且產(chǎn)生光；p型覆層，其設(shè)置在所述有源層上；以及波長選擇裝置，其用于使所述有源層產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩，能夠以特定波長振蕩的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器通過使電流流入到有源層中而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，表示在所述有源層產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度約為200μm到500μm，且所述p型覆層包括從有源層一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層。
2.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中，當(dāng)所述p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述輕摻雜覆層的雜質(zhì)濃度為未摻雜或約為3×1017/cm3，所述重?fù)诫s覆層的雜質(zhì)濃度約為1×1018/cm3。
3.如權(quán)利要求2所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述重?fù)诫s覆層的濃度在峰值希望為8×1017/cm3或更大，所述輕摻雜覆層的濃度為未摻雜或4×1017/cm3或更小，具有約30nm到70nm的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述p型覆層還包括具有中等雜質(zhì)濃度的中度摻雜覆層，所述中度摻雜覆層順序排列在所述重?fù)诫s覆層上。
5.如權(quán)利要求4所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中，當(dāng)p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述中度摻雜覆層的雜質(zhì)濃度約為5×1017/cm3。
6.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，包括下單獨(dú)限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層，其借助于間隔層形成在所述n型半導(dǎo)體襯底上；多量子阱(MQW)層，其作為所述有源層形成在所述下SCH層之上；以及上SCH層，其形成在所述有源層之上。
7.如權(quán)利要求6所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述n型半導(dǎo)體襯底的上部、所述波長選擇裝置、所述下SCH層、所述有源層、所述上SCH層、以及部分所述p型覆層形成為臺面形，且p型掩埋層和n型掩埋層從底側(cè)起形成在所述臺面的兩側(cè)。
8.如權(quán)利要求1所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中分布反饋型(DFB)、分布反射型(DR)、分布布拉格反射型(DBR)、部分衍射光柵型(PC)、以及外腔型(EC)中的任一種作為所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)被采用。
9.一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，包括n型半導(dǎo)體襯底；有源層，其設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體襯底上且產(chǎn)生光；p型覆層，其設(shè)置在所述有源層上；以及波長選擇裝置，其用于使所述有源層產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩，能夠以特定波長振蕩的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器通過注入電流到所述有源層中而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，與所述有源層中產(chǎn)生的光的傳播方向正交且表示在與所述n型半導(dǎo)體襯底平行的方向上的長度的所述有源層的寬度約為1μm到2μm，且所述p型覆層包括從有源層一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層。
10.如權(quán)利要求9所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中，當(dāng)所述p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述輕摻雜覆層的雜質(zhì)濃度為未摻雜或約為3×1017/cm3，所述重?fù)诫s覆層的雜質(zhì)濃度約為1×1018/cm3。
11.如權(quán)利要求10所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述重?fù)诫s覆層的濃度在峰值希望為8×1017/cm3或更大，所述輕摻雜覆層的濃度為未摻雜或4×1017/cm3或更小，具有約30nm到70nm的厚度。
12.如權(quán)利要求9所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述p型覆層還包括具有中等雜質(zhì)濃度的中度摻雜覆層，所述中度摻雜覆層順序排列在所述重?fù)诫s覆層上。
13.如權(quán)利要求12所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中，當(dāng)p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述中度摻雜覆層的雜質(zhì)濃度約為5×1017/cm3。
14.如權(quán)利要求9所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，包括下單獨(dú)限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層，其借助于間隔層形成在所述n型半導(dǎo)體襯底上；多量子阱(MQW)層，其作為所述有源層形成在所述下SCH層之上；以及上SCH層，其形成在所述有源層之上。
15.如權(quán)利要求14所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述n型半導(dǎo)體襯底的上部、所述波長選擇裝置、所述下SCH層、所述有源層、所述上SCH層、以及部分所述p型覆層形成為臺面形，且p型掩埋層和n型掩埋層從底側(cè)起形成在所述臺面的兩側(cè)。
16.如權(quán)利要求9所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中分布反饋型(DFB)、分布反射型(DR)、分布布拉格反射型(DBR)、部分衍射光柵型(PC)、以及外腔型(EC)中的任一種作為所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)被采用。
17.一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，包括n型半導(dǎo)體襯底；有源層，其設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體襯底上且產(chǎn)生光；p型覆層，其設(shè)置在所述有源層上；以及波長選擇裝置，其用于使所述有源層產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩，能夠以特定波長振蕩的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器通過注入電流到所述有源層中而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，表示在所述有源層產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度約為200μm到500μm，與所述有源層中產(chǎn)生的光的傳播方向正交且表示在與所述襯底平行的方向上的長度的所述有源層的寬度約為1μm到2μm，且所述p型覆層包括從有源層一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層。
18.如權(quán)利要求17所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中，當(dāng)所述p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述輕摻雜覆層的雜質(zhì)濃度為未摻雜或約為3×1017/cm3，所述重?fù)诫s覆層的雜質(zhì)濃度約為1×1018/cm3。
19.如權(quán)利要求18所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述重?fù)诫s覆層的濃度在峰值希望為8×1017/cm3或更大，所述輕摻雜覆層的濃度為未摻雜或4×1017/cm3或更小，具有約30nm到70nm的厚度。
20.如權(quán)利要求17所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述p型覆層還包括具有中等雜質(zhì)濃度的中度摻雜覆層，所述中度摻雜覆層順序排列在所述重?fù)诫s覆層上。
21.如權(quán)利要求20所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中，當(dāng)p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述中度摻雜覆層的雜質(zhì)濃度約為5×1017/cm3。
22.如權(quán)利要求17所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，包括下單獨(dú)限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層，其借助于間隔層形成在所述n型半導(dǎo)體襯底上；多量子阱(MQW)層，其作為所述有源層形成在所述下SCH層之上；以及上SCH層，其形成在所述有源層之上。
23.如權(quán)利要求22所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中所述n型半導(dǎo)體襯底的上部、所述波長選擇裝置、所述下SCH層、所述有源層、所述上SCH層、以及部分所述p型覆層形成為臺面形，且p型掩埋層和n型掩埋層從底側(cè)起形成在所述臺面的兩側(cè)。
24.如權(quán)利要求17所述的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其中分布反饋型(DFB)、分布反射型(DR)、分布布拉格反射型(DBR)、部分衍射光柵型(PC)、以及外腔型(EC)中的任一種作為所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)被采用。
25.一種氣體檢測器，包括其中包含波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器模塊，所述半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射以特定頻率調(diào)制波長的激光；光接收器，其接收激光以轉(zhuǎn)換為電信號，所述激光從半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射并已經(jīng)穿過待測氣體；以及氣體檢測單元，其在從光接收器輸出的電信號的基礎(chǔ)上檢測待測氣體，包含在所述半導(dǎo)體激光器模塊中的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器包括n型半導(dǎo)體襯底；有源層，其設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體襯底上且產(chǎn)生光；p型覆層，其設(shè)置在所述有源層上；以及波長選擇裝置，其用于使所述有源層產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩，能夠以特定波長振蕩的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器通過注入電流到有源層中而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，表示在所述有源層產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度約為200μm到500μm，且所述p型覆層包括從有源層一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層。
26.如權(quán)利要求25所述的氣體檢測器，其中，當(dāng)所述p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述輕摻雜覆層的雜質(zhì)濃度為未摻雜或約為3×1017/cm3，所述重?fù)诫s覆層的雜質(zhì)濃度約為1×1018/cm3。
27.如權(quán)利要求26所述的氣體檢測器，其中所述重?fù)诫s覆層的濃度在峰值希望為8×1017/cm3或更大，所述輕摻雜覆層的濃度為未摻雜或4×1017/cm3或更小，具有約30nm到70nm的厚度。
28.如權(quán)利要求25所述的氣體檢測器，其中所述p型覆層還包括具有中等雜質(zhì)濃度的中度摻雜覆層，所述中度摻雜覆層順序排列在所述重?fù)诫s覆層上。
29.如權(quán)利要求28所述的氣體檢測器，其中，當(dāng)p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述中度摻雜覆層的雜質(zhì)濃度約為5×1017/cm3。
30.如權(quán)利要求25所述的氣體檢測器，包括下單獨(dú)限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層，其借助于間隔層形成在所述n型半導(dǎo)體襯底上；多量子阱(MQW)層，其作為所述有源層形成在所述下SCH層之上；以及上SCH層，其形成在所述有源層之上。
31.如權(quán)利要求30所述的氣體檢測器，其中所述n型半導(dǎo)體襯底的上部、所述波長選擇裝置、所述下SCH層、所述有源層、所述上SCH層、以及部分所述p型覆層形成為臺面形，且p型掩埋層和n型掩埋層從底側(cè)起形成在所述臺面的兩側(cè)。
32.如權(quán)利要求25所述的氣體檢測器，其中分布反饋型(DFB)、分布反射型(DR)、分布布拉格反射型(DBR)、部分衍射光柵型(PC)、以及外腔型(EC)中的任一種作為所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)被采用。
33.一種氣體檢測器，包括其中包含波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器模塊，所述半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射以特定頻率調(diào)制波長的激光；光接收器，其接收激光以轉(zhuǎn)換為電信號，所述激光從半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射并已經(jīng)穿過待測氣體；以及氣體檢測單元，其在從光接收器輸出的電信號的基礎(chǔ)上檢測待測氣體，包含在所述半導(dǎo)體激光器模塊中的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器包括n型半導(dǎo)體襯底；有源層，其設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體襯底上且產(chǎn)生光；p型覆層，其設(shè)置在所述有源層上；以及波長選擇裝置，其用于使所述有源層產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩，能夠以特定波長振蕩的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器通過注入電流到有源層中而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，與所述有源層中產(chǎn)生的光的傳播方向正交且表示在與所述n型半導(dǎo)體襯底平行的方向上的長度的所述有源層的寬度約為1μm到2μm，且所述p型覆層包括從有源層一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層。
34.如權(quán)利要求33所述的氣體檢測器，其中，當(dāng)所述p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述輕摻雜覆層的雜質(zhì)濃度為未摻雜或約為3×1017/cm3，所述重?fù)诫s覆層的雜質(zhì)濃度約為1×1018/cm3。
35.如權(quán)利要求34所述的氣體檢測器，其中所述重?fù)诫s覆層的濃度在峰值希望為8×1017/cm3或更大，所述輕摻雜覆層的濃度為未摻雜或4×1017/cm3或更小，具有約30nm到70nm的厚度。
36.如權(quán)利要求33所述的氣體檢測器，其中所述p型覆層還包括具有中等雜質(zhì)濃度的中度摻雜覆層，所述中度摻雜覆層順序排列在所述重?fù)诫s覆層上。
37.如權(quán)利要求36所述的氣體檢測器，其中，當(dāng)p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述中度摻雜覆層的雜質(zhì)濃度約為5×1017/cm3。
38.如權(quán)利要求34所述的氣體檢測器，包括下單獨(dú)限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層，其借助于間隔層形成在所述n型半導(dǎo)體襯底上；多量子阱(MQW)層，其作為所述有源層形成在所述下SCH層之上；以及上SCH層，其形成在所述有源層之上。
39.如權(quán)利要求38所述的氣體檢測器，其中所述n型半導(dǎo)體襯底的上部、所述波長選擇裝置、所述下SCH層、所述有源層、所述上SCH層、以及部分所述p型覆層形成為臺面形，且p型掩埋層和n型掩埋層從底側(cè)起形成在所述臺面的兩側(cè)。
40.如權(quán)利要求33所述的氣體檢測器，其中分布反饋型(DFB)、分布反射型(DR)、分布布拉格反射型(DBR)、部分衍射光柵型(PC)、以及外腔型(EC)中的任一種作為所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)被采用。
41.一種氣體檢測器，其包括其中包含波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器模塊，所述半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射以特定頻率調(diào)制波長的激光；光接收器，其接收激光以轉(zhuǎn)換為電信號，所述激光從半導(dǎo)體激光器模塊發(fā)射并已經(jīng)穿過待測氣體；以及氣體檢測單元，其在從光接收器輸出的電信號的基礎(chǔ)上檢測待測氣體，包含在所述半導(dǎo)體激光器模塊中的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器包括n型半導(dǎo)體襯底；有源層，其設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體襯底上且產(chǎn)生光；p型覆層，其設(shè)置在所述有源層上；以及波長選擇裝置，其用于使所述有源層產(chǎn)生的光中僅特定波長選擇性振蕩，能夠以特定波長振蕩的所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器通過注入電流到有源層中而工作，所述特定波長通過改變所述電流的大小而變化，其中，表示在所述有源層產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度約為200μm到500μm，與所述有源層中產(chǎn)生的光的傳播方向正交且表示在與所述襯底平行的方向上的長度的所述有源層的寬度約為1μm到2μm，且所述p型覆層包括從有源層一側(cè)順序排列的具有低雜質(zhì)濃度的輕摻雜覆層和具有高雜質(zhì)濃度的重?fù)诫s覆層。
42.如權(quán)利要求41所述的氣體檢測器，其中，當(dāng)所述p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述輕摻雜覆層的雜質(zhì)濃度為未摻雜或約為3×1017/cm3，所述重?fù)诫s覆層的雜質(zhì)濃度約為1×1018/cm3。
43.如權(quán)利要求42所述的氣體檢測器，其中所述重?fù)诫s覆層的濃度在峰值希望為8×1017/cm3或更大，所述輕摻雜覆層的濃度為未摻雜或4×1017/cm3或更小，具有約30nm到70nm的厚度。
44.如權(quán)利要求41所述的氣體檢測器，其中所述p型覆層還包括具有中等雜質(zhì)濃度的中度摻雜覆層，所述中度摻雜覆層順序排列在所述重?fù)诫s覆層上。
45.如權(quán)利要求44所述的氣體檢測器，其中，當(dāng)p型覆層具有作為p型雜質(zhì)的Zn時，所述中度摻雜覆層的雜質(zhì)濃度約為5×1017/cm3。
46.如權(quán)利要求41所述的氣體檢測器，包括下單獨(dú)限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)層，其借助于間隔層形成在所述n型半導(dǎo)體襯底上；多量子阱(MQW)層，其作為所述有源層形成在所述下SCH層之上；以及上SCH層，其形成在所述有源層之上。
47.如權(quán)利要求46所述的氣體檢測器，其中所述n型半導(dǎo)體襯底的上部、所述波長選擇裝置、所述下SCH層、所述有源層、所述上SCH層、以及部分所述p型覆層形成為臺面形，且p型掩埋層和n型掩埋層從底側(cè)起形成在所述臺面的兩側(cè)。
48.如權(quán)利要求41所述的氣體檢測器，其中分布反饋型(DFB)、分布反射型(DR)、分布布拉格反射型(DBR)、部分衍射光柵型(PC)、以及外腔型(EC)中的任一種作為所述波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)被采用。
全文摘要
一種波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器，其包括n型半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在所述n型半導(dǎo)體襯底上且能夠發(fā)光的有源層；設(shè)置在所述有源層上的p型覆層；以及用于使有源層中發(fā)出的光的特定波長選擇性振蕩的波長選擇裝置。在電流注入到所述有源層中時，所述波長可變半導(dǎo)體激光器以特定波長振蕩，所述特定波長可以通過改變所述電流的大小而被改變。表示在產(chǎn)生的光的傳播方向上的長度的器件長度在約200μm到500μm的范圍。表示在與所述光的傳播方向垂直且與所述襯底平行的方向上的長度的有源層的寬度在約1μm到2μm的范圍。所述p型覆層包括從有源層一側(cè)順序形成的具有低雜質(zhì)濃度的低濃度覆層子層和具有高雜質(zhì)濃度的高濃度覆層子層。
文檔編號H01S5/12GK1765037SQ200580000140
公開日2006年4月26日 申請日期2005年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者森浩, 菊川知之, 高橋良夫, 鈴木敏之, 木村潔 申請人:安立股份有限公司