CN1893207A - 多波长激光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多波长激光二极管，包括衬底、第一器件部分、第二器件部分、形成在第一器件部分的前端面和第二器件部分的前端面上的前端面膜和形成在第一器件部分的后端面和第二器件部分的后端面上的后端面膜。第一器件部分和第二器件部分的后端面膜具有第一反射膜和第二反射膜，在第一反射膜中，在后端面上层叠一或多组具有折射率n1的第一后端面膜和具有折射率n2(＞n1)的第二后端面膜，在第二反射膜中，在第一反射膜上层叠一或多组具有折射率n3(·n1)的第三后端面膜和具有折射率n4(＞n1)的第四后端面膜。

Description

多波长激光二极管
技术领域
本发明涉及单片(monolithic)多波长激光二极管，具体涉及在高反射率侧上具有改进的反射膜的多波长激光二极管。
背景技术
近年来，在激光二极管(LD)领域，积极发展了在同一衬底(或基底)上具有不同发光波长的多个发光部分的多波长激光器件。例如，将多波长激光器件用作光盘器件的光源。
在这种光盘器件中，将780nm波段的激光用于CD(压缩盘)中的复制，并用于在可记录光盘如CD-R(可记录CD)、CD-RW(可重写CD)、和MD(小型盘)中的记录和复制。另外，在这种光盘器件中，将660nm波段的激光用于DVD(数字通用光盘)中的复制。通过在光盘器件上安装多波长激光器件，可实现对任何类型的现有光盘的记录或复制。通过使用上述的多波长可扩展应用。
在这种单片多波长激光器件中，通常，与单波长激光器件中的相似，在一个工艺中在激光器件的整个端面上形成匹配每个激光波长λ的低反射器膜和高反射器膜，并且光从低反射膜侧上的端面有效地出射(日本未审专利申请公开No.2001-257413)。为获得高反射率，高反射器膜通常具有交替层叠低折射率层和高折射率层的多层结构。在这种情况，组合其材料以便在低折射率层和高折射率层之间的折射率差异变大。通常，作为低折射率层和高折射率层的组合，使用氧化铝(Al2O3，折射率：1.65)和非晶硅(a-Si，折射率：2.45)的组合，氧化铝和氧化钛(TiO2，折射率：2.45)的组合等等。
发明内容
在前一种组合下，可获得高折射率差异。但是，在这种前一种组合下，存在的缺点是a-Si吸收660nm波段的光，因此很难在660nm波段实现高折射率。而且，在后一种组合下，折射率差异并不是很大。因此，存在的缺点是高折射率层的反射率仅仅在狭窄的波段较高，很难在660nm波段和780nm波段都实现高反射。
鉴于这一缺点，本发明希望提供一种能在给定波段实现高反射率的多波长激光二极管。
根据本发明的实施例，提供一种多波长激光二极管，其包括衬底，形成在衬底上并振荡第一波长激光的第一器件部分，以及形成在衬底上并振荡第二波长激光的第二器件部分。在一个工艺下在第一器件部分的前端面和第二器件部分的前端面上形成前端面膜，以及在一个工艺下在第一器件部分的后端面和第二器件部分的后端面上形成后端面膜。后端面膜具有第一反射膜和第二反射膜，在第一反射膜中，在后端面上层叠一或多组具有折射率n1的第一后端面膜和具有折射率n2(＞n1)的第二后端面膜，在第二反射膜中，在第一反射膜上层叠一或多组具有折射率n3(·n1)的第三后端面膜和具有折射率n4(＞n1)的第四后端面膜。
在本发明实施例的多波长激光二极管中，当在第一器件部分和第二器件部分中分别注入电流时，在各个发光区域内产生光发射。通过前端面膜和后端面膜反射各个区域中产生的光，在前端面膜和后端面膜中，交替层叠相对低折射率的膜(第一后端面膜和第三后端面膜)和相对高折射率的膜(第二后端面膜和第四后端面膜)。然后，产生激光振荡。从前端面膜的第一器件部分侧的外侧发射第一波长激光，从前端面膜的第二器件部分侧的外侧发射第二波长激光。
此时，后端面膜的后端面侧上的膜(第一反射膜)优选具有热释放功能和反射功能。后端面膜的外侧上的膜(第二反射膜)优选具有高反射功能。为了第一反射膜具有这样的功能，第一后端面膜优选包括具有良好热释放特性的材料如Al2O3和AlN，并且第二后端面膜优选包括具有较高热稳定性和高折射率的材料，如TiO2。而且为了第二反射膜具有前述的功能，第三后端面膜优选包括具有低折射率的材料如SiO2(折射率：1.45)，并且第四后端面膜优选包括具有高折射率的材料如TiO2(折射率：2.45)。
当与第一后端面膜相同的材料如Al2O3和AlN构成第三后端面膜时，第四后端面膜优选由折射率高于TiO2折射率的材料构成，如a-Si(折射率：3.65)以便第三后端面膜和第四后端面膜之间的折射率差异变大。而且，可以将具有热释放功能和反射功能的第三反射膜设置在第二反射膜外。在第三反射膜中，在第二反射膜上层叠一或多组具有折射率n5(··n1)的第五后端面膜(相对低折射率的膜)和具有折射率n6(＞n1)的第六后端面膜(相对高折射率的膜)。第三反射膜由与第一反射膜类似的材料构成。
如上，通过由多个反射膜形成后端面膜，对于排列、层的数量以及用于每个反射膜的材料等等的选择范围可扩大。结果，通过排列、层的总数、或其它材料可改进一种材料的不利特性。例如，当为改进后端面膜的反射率而将SiO2膜用作低折射率膜时，将比SiO2膜具有更高热释放特性和更高成膜速度的Al2O3或AlN膜用作后端面膜的后端面侧上的低折射率膜。由此，可改进热释放特性和成膜速度，后端面膜的反射率在较宽波段中都高。因此，对于在实用范围中的热释放特性和成膜速度，可以在给定波长波段中获得高反射。
根据本发明实施例的多波长激光二极管，提供由多个反射膜组成的后端面膜。因此，在很宽波段中后端面膜的反射率都高。由此，在给定波长波段(包括第一波长和第二波长的波长波段)中可以实现高反射率。例如，可以在660nm波段和780nm波段中实现高反射率。
本发明其它和进一步的目的、特性以及优点通过下面的描述会更完全展现。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的双波长激光二极管的截面结构图；
图2是图1的双波长激光二极管的平面结构图；
图3A和3B是解释图1的双波长激光二极管的部分制造步骤的截面图；
图4是描述已知后端面膜的反射率分布示例的图表；
图5是描述图2的后端面膜的反射率分布示例的图表；
图6是描述已知前端面膜的反射率分布示例的图表；
图7是描述图2的前端面膜的反射率分布示例的图表；
图8是根据本发明第二实施例的双波长激光二极管的平面结构图；
图9是描述图8的后端面膜的反射率分布示例的图表；
图10是根据本发明第三实施例的双波长激光二极管的平面结构图；
图11是描述图10的前端面膜的反射率分布示例的图表；
图12是根据本发明第四实施例的双波长激光二极管的平面结构图；
图13是描述图12的前端面膜的反射率分布示例的图表；
图14是根据本发明第五实施例的双波长激光二极管的平面结构图；
图15是描述图14的前端面膜的反射率分布示例的图表；
具体实施例方式
参考附图详细描述本发明所给实施例
第一实施例
图1表示根据本发明第一实施例的双波长激光二极管的截面结构。图2表示图1的双波长激光二极管的平面结构。图2表示图1的双波长激光二极管的平面结构。图1表示沿图2的箭头A-A截取的截面结构。而且，图1和图2表示双波长激光二极管器件的模型，但尺寸和形状与实际使用的那些不同。
双波长激光二极管器件是单片激光二极管，其中在衬底10上排列第一器件部分20A和第二器件部分20B。
(第一器件部分20A)
第一器件部分20A是能发射660nm波段的光的激光二极管器件，并且由铝-镓-铟-磷(AlGaInP)III-V族化合物半导体构成。这里，铝-镓-铟-磷(AlGaInP)III-V族化合物半导体表示包括短周期元素周期表3B族元素的至少铝(Al)、镓(Ga)、和铟(In)和短周期元素周期表5B族元素的至少磷(P)的半导体。
在第一器件部分20A中，在衬底10上生长半导体层21A。半导体层21A包括n-型覆层、有源层22A、p-型覆层、和p-侧接触层。除了有源层22A这些层都未具体表示。
具体地，衬底10例如由n-型GaAs构成，并且例如约100μm厚。
n-型覆层由例如1.5μm厚的n-型AlGaInP构成。有源层22A具有由阱层和垒层构成的多量子阱结构，阱层和垒层分别由例如40nm厚的不同组成的AlxGayIn1-x-yP(这里x·θ和y·θ)形成。p-型覆层例如由1.5μm厚的p-型AlGaInP构成。p-例接触层例如由0.5μm厚的p-型GaP构成。部分p-型覆层和p-侧接触层具有在共振方向延伸的条形脊23A，由此限定电流。对应脊23A的有源层22A的区域是第一发光点24A。
在从脊23A的侧面延续到p-型覆层表面的表面(此后称作表面A)上设置绝缘层25。绝缘层25由例如约300nm厚的绝缘材料如SiO2、ZrOx和SiN构成。绝缘层25使第一器件部分20A的半导体层21A与第二器件部分20B的半导体层21B(此后描述)电绝缘。另外，绝缘层25允许电流只从脊23A和脊23B(此后描述)的顶面流入有源层22A。因此，绝缘层25具有器件隔离功能和电流限定功能。
在从脊23A的顶面(p-侧接触层的表面)延续到绝缘层25表面的表面上设置p-侧电极26A。p-侧电极26A电连接到p-侧接触层。同时，将n-侧电极27设置在衬底10的背面上，并电连接到衬底10。
将布线层28A设置在p-侧电极26A上，并电连接到p-侧电极26A。通过电连接到布线层28A的布线(未示出)将p-侧电极26A连接到正侧电源(未示出)。n-侧电极27电连接到布线(未示出)，并且通过布线连接到负侧电源(未示出)。例如，p-侧电极26A和n-侧电极27A具有依序层叠15nm厚的Ti，50nm厚的Pt，300nm厚的Au的多层结构。布线层28A例如由8.7μm厚的Au构成。
(第二器件部分20B)
第二器件部分20B是能发射780nm波段的光的激光二极管器件，并且由砷化镓(GaAs)III-V族化合物半导体构成。这里，砷化镓III-V族化合物半导体表示至少包括短周期元素周期表中的3B族元素镓(Ga)、和至少短周期元素周期表中的5B族元素砷(As)的半导体。
与第一发光器件20A相似，在第二器件部分20B中，在衬底10上生长半导体层21B。半导体层21B包括n-型覆层、有源层22B、p-型覆层、和p-侧接触层。除了有源层22B这些层都未具体表示。
具体地，n-型覆层例如由1.5μm厚的n-型AlGaAs构成。例如，有源层22B具有由阱层和垒层组成的多量子阱结构，阱层和垒层例如分别由35nm厚的不同组成的AlxGa1-xAs(这里x·θ)构成。p-型覆层例如由1.0μm厚的p-型AlGaAs构成。p-侧接触层例如由0.5μm厚的p-型GaAs构成。部分p-型覆层和p-侧接触层具有在共振方向延伸的条形脊23B，由此限定电流。对应脊23B的有源层22B的区域是第二发光点24B。
在从脊23B的侧面延续到p-型覆层表面的表面(此后称作表面B)上设置上述绝缘层25。
在从脊23B的顶面(p-侧接触层的表面)延续到绝缘层25表面的表面上设置p-侧电极26B。p-侧电极26B电连接到p-侧接触层。同时，将在前的n-侧电极27设置在衬底10的背面上，并电连接到衬底10。
将布线层28B设置在p-侧电极26B上，并电连接到p-侧电极26B。通过电连接到布线层28B的布线(未示出)，将p-侧电极26B连接到正侧电源(未示出)。例如通过依序层叠15nm厚的Ti，50nm厚的Pt，300nm厚的Au来构造p-侧电极26B。布线层28B例如由4.5μm厚的Au构成。
(前端面膜和后端面膜)
而且，如图2所示，在一个工艺中，分别在垂直于第一器件部分20A的脊23A的延伸方向上(轴向)的表面和垂直于第二器件部分20B的脊23B的延伸方向上(轴向)的表面上形成一对反射器膜。
在该对反射器膜的反射侧上的膜(后端面膜31)具有第一反射膜32和第二反射膜33，在第一反射膜32中，在后端面上层叠一或多组具有折射率n1以及膜厚λo的第一后端面膜32A和具有折射率n2(＞n1)以及膜厚λo的第二后端面膜32B，在第二反射膜33中，在第一反射膜32上层叠一或多组具有折射率n3(·n1)以及膜厚λo的第三后端面膜33A和具有折射率n4(＞n1)以及膜厚λo的第四后端面膜33B。
具体地，第一后端面膜32A由Al2O3(热导率：0.2，折射率n1：1.65)，或者AlN(热导率：2.85，折射率n1：2.11)构成。第二后端面膜32B由TiO2(折射率n2：2.45(＞n1))构成。Al2O3和AlN分别具有热释放特性高而折射率低的特性。同时，TiO2具有折射率和热稳定性(受热不变形)高的特性。由于尽管SiN(折射率：2.0)折射率大但热应力大而且热稳定性低，因此不优选用于第二后端面膜32B。由此，第一反射膜32具有热释放功能和反射功能。第三后端面膜33A由SiO2(热导率：0.125，折射率n3：1.45(＜n1))构成。第四后端面膜33B由TiO2(折射率n4：2.45(＞n1))构成。由于SiO2和TiO2之间的折射率差异大(1.0)，因此第二反射膜33具有高反射功能。
前述的SiO2具有明显低的折射率并适于用作反射膜材料。同时，SiO2具有成膜速度相当慢以及产量较低的特性。由此，为提高产量，希望尽量减少SiO2的使用。因此，在本实施例中，如上描述，具有高反射率的第二反射膜33由具有高折射率的少量SiO2和TiO2层构成。由此，减少了SiO2的使用，并提高了产量。在不需要低折射率材料如SiO2的第一反射膜32中，用具有高成膜速度的Al2O3或者AlN代替SiO2用作具有低折射率的层，由此进一步提高产量。而且，由于与Al2O3相比SiO2具有略低的热释放特性和略低的热稳定性，希望使包含SiO2的膜远离后端面。因此，在本实施例中，在包含SiO2的第二反射膜33和后端面之间设置具有高热释放特性的第一反射膜32，由此减少热影响。
如上所述，通过由多个反射膜(第一反射膜32和第二反射膜33)形成后端面膜31，可扩展排列，层的数量，每个反射膜的材料等等的选择范围。由此，如上所述，一种材料的不利特性可通过排列、层的总数、或其它材料得到改进。
同时，在主发射侧上的膜(前端面膜51)具有多层结构，在这种多层结构中，将具有给定厚度的高折射率层52和厚度对应于高折射率层52的厚度的低折射率层53依此顺序层叠在前端面上，并调整以满足第一技术要求。
具体地，高折射率层52由Al2O3层构成，而低折射率层53由SiO2层构成。Al2O3层的厚度为30nm到60nm，其不同于将660nm或780nm除以4n(n是折射率)获得的数值或将660nm和780nm的平均值除以4n获得的数值(由激光波长的函数获得的数值)。例如，当Al2O3层的厚度为大约30nm时，SiO2层的厚度为85nm到120nm；当Al2O3层的厚度为大约50nm时，SiO2层的厚度为50nm到70nm；当Al2O3层的厚度为大约60nm时，SiO2层的厚度为40nm到80nm；
例如，可如下制造具有前述结构的双波长激光二极管。
首先，制备第一器件部分20A的激光器结构。在该制备中，通过例如MOCVD方法形成衬底10上的半导体层21A。作为AlGaInP半导体的原材料，例如，可使用三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMIn)、或者磷化氢(PH3)。作为施主杂质的原材料，例如，可使用硒化氢(H2Se)。作为受主杂质的原材料，例如，使用二甲基锌(DMZn)。
具体地，首先，在衬底10上依序层叠n侧接触层、n-型覆层、有源层22A、p-型覆层、以及p-型接触层以形成半导体层21A。然后，例如，通过干蚀刻方法构图p-侧接触层和p-型覆层，以便获得狭窄的条形凸起部分而形成脊23A。
接下来，制备第二器件部分20B的激光器结构。在该制备中，通过MOCVD方法形成衬底10上的半导体层21B。作为GaAs半导体的原材料，例如，可使用TMA、TMG、TMIn、或者砷化三氢(AsH3)。作为施主杂质的原材料，例如，可使用H2Se。作为受主杂质的原材料，例如，使用DMZn。
具体地，首先在衬底10上依序层叠n-侧接触层、n-型覆层、有源层22B、p-型覆层、以及p-型接触层以形成半导体层21B。然后，通过例如干蚀刻方法构图p-侧接触层和p-型叠层，以便获得狭窄的条形凸起部分而形成脊23B。由此，如图3A所示，在衬底10上排列第一器件部分20A的激光器结构和第二器件部分20B的激光器结构。
接下来，通过汽相淀积或溅射在脊23A和23B的顶面上以及在表面A和B上形成绝缘材料如SiN。此后，如图3B所示，通过蚀刻移除对应脊23A和23B的顶面的绝缘材料的区域。由此，在表面A和B上形成绝缘层25。
接下来，如图1所示，在从脊23A的p-侧接触层的表面延续到绝缘层25的表面的表面上依序层叠并形成p-侧电极26A和布线层28A。此外，在从脊23B的p-侧接触层的表面延续到绝缘层25的表面的表面上依序层叠并形成p-侧电极26B和布线层28B。此外，在衬底10的背面上形成n-侧电极27。
接着，所得结构在垂直于脊23A和23B的延伸方向的面上被劈开。此后，在一个工艺中在劈开的面上形成前端面膜31和后端面膜32。如上，制备本实施例的双波长激光二极管器件。
接下来，描述本实施例的双波长激光二极管器件的运行和效果。
在本实施例的双波长激光二极管器件中，当给定电压施加到p侧电极26A，26B和n侧电极27之间时，将电流注入到有源层22A和22B，并且由于电子-空穴复合产生发光。通过前端面膜30和后端面膜31反射在各有源层22A和22B中发射的光，并产生激光振荡。接着，从前端面膜30的第一器件部分20A侧发射出660nm波长的激光，并且从前端面膜30的第二器件部分20B侧发射出780nm波长的激光。如上，第一器件部分20A和第二器件部分20B可以发射彼此不同波长的激光。
后端面膜31如上所述具有在一个工艺中在后端面上形成的单个结构。由此，后端面膜31不具有根据发射激光的位置调整材料、膜厚、层的结构等等的多个结构。因此，有必要通过单个结构实现在两个波长的激光的实际范围内的反射率(90％或更多)。
一般来说，通过将一个激光的波长λ1和另一个激光的波长λ2相加并将和除以2所得到中间波长(λ1+λ1)/2为λ0，单结构的后端面膜具有层叠多组具有高反射率并且膜厚为λ0的膜以及具有低反射率并且膜厚为λ0的膜的结构。在具有这种结构的后端面膜中，对应于实际范围的反射率的波段是狭窄的。因此，当构成后端面膜的每个膜的膜厚根据制备误差等等变化时，在至少一个激光的波段中的反射率变得低于实际范围，从而降低产量。
例如，如图4所示，在后端面膜的结构中，对应实际范围中的反射率的波段的两端恰好是一个激光的波长660nm和另一个激光的波长780nm，其中在该厚端面膜中，具有高反射率的膜由具有720nm膜厚的Al2O3构成，且具有低反射率的膜由具有膜厚720nm的TiO2构成，且其中层叠五层前述的Al2O3膜和前述的TiO2膜的组。因此，可证实对应实际范围的反射率的波段明显狭窄。而且，相应地，在660nm波段和780nm波段中，对应的反射率都是实际范围的下限反射率(90％)。因此，当构成后端面膜的每个膜厚根据制备误差等等变化时，在至少一个激光的波段中的反射率低于实际范围，并且降低了产量。
另一方面，本实施例的后端面膜包括由多个反射膜(第一反射膜32和第二反射膜33)构成的后端面膜31。因此，可扩展在排列、层的数量、每个反射膜的材料等等方面的选择范围。由此，可扩展对应实际范围的反射率的波段。
例如，如图5所示，在后端面膜31中，对应于实际范围的反射率的波段的两端是620nm和810nm，其中在该厚段面膜中，第一后端面膜32A由具有720nm厚的Al2O3膜构成，第二后端面膜32B由具有720nm厚的TiO2膜构成，第三后端面膜33A由具有720nm厚的SiO2膜构成，第四后端面膜33B由具有720nm厚的TiO2膜构成，且在这种结构中层叠一组第一后端面膜32A和第二后端面膜32B，以及三组第三后端面膜33A和第四后端面膜33B。由此，对应实际范围的反射率的波段明显很宽，并具有足够的余量。而且，对应地，可确定在660nm波段和780nm波段都可获得95％的高反射率，并且这一数值明显超过实际范围下限反射率(90％)。由此，即使构成后端面膜31的每个膜的膜厚由于制备误差等等变化，也不存在相应反射率小于实际范围的下限反射率的风险，或者说没有产量降低的风险。
在根据本实施例的双波长激光二极管中，减少了后端面膜31中的SiO2的使用。因此，除高反射率和足够的余量外，双波长激光二极管器件还具有在实际范围中的热释放特性并能进一步提高产量。
如上，根据本实施例的双波长激光二极管器件，包括由多个反射膜(第一反射膜32和第二反射膜33)组成的后端面膜31。因此，可提高热释放特性和成膜速度，并且在较宽的波段中后端面膜31的反射率较高。结果，在660nm波段和780nm波段中都实现高反射率，而热释放特性和成膜速度在实际范围中。
前端面膜51如上所述具有在一个工艺中在前端面上形成的单个结构。因此，前端面膜51不具有根据发射激光的位置调整材料、厚度、层的结构等等的多个结构。因此，有必要通过单个结构对两个波长激光实现满足给定技术要求的反射率(在660nm波段和780nm波段的反射率是6％到8％的技术要求(第一技术要求)。
一般地，单个结构前端面膜具有单层结构。或者，单个结构的前端面膜具有其中层叠一或多组具有厚度λ0的高折射率层和具有厚度λ0的低折射率层的结构，这里，通过将一个激光的波长λ1和另一个激光的波长λ2相加并将和除以2得到的中间波长(λ1+λ2)为λ0。在具有这种结构的前端面膜中，很难独立控制从双波长激光二极管发射的激光的每个波段的反射率。因此，如果对于每个波段都可获得满足技术要求的反射率，则对于技术要求就可实现几乎没有厚度余量。结果，当单层结构的厚度或组成多层结构的每一层的厚度根据制备误差等等变化时，在任一个激光波段中的反射率会偏离技术要求，并降低产量。具体地，在660nm波段和780nm波段的双波长激光二极管中，考虑到制备误差等等很难形成满足给定技术要求的层结构。
例如，如图6所示，在具有由Al2O3构成的单层结构的前端面膜中，满足前述技术要求的厚度仅是约330nm并且反射率是8％，其是技术要求的上限。因此，当构成前端面膜的每层的厚度根据制备误差等等变化时，至少一个激光波段中的反射率会偏离技术要求，并降低产量。因此可确定660nm波段和780nm波段的反射率满足给定技术要求是相当困难的。
同时，在本实施例的双波长激光二极管器件中，在单结构前端面膜51中，在前端面上依序层叠高折射率层52和低折射率层53，并且高折射率层的厚度是一个非激光波长函数的数值。因此，可相对自由地控制660nm波段和780nm波段中的反射率，并且可以拓宽这些波长的反射率的厚度余量。
例如，如图7所示，当高折射率层52是50nm厚的Al2O3层时，如果低折射率层53是50nm到70nm厚的SiO2层则满足前述技术要求。或者，尽管未示出，当高折射率层52是45nm厚的Al2O3层时，如果低折射率层53是60nm到90nm厚的SiO2层则满足前述技术要求。或者，当高折射率层52是60nm厚的Al2O3层时，低折射率层53可是40nm到80nm厚的SiO2层。如上，可确定当高折射率层52是45nm到60nm厚的Al2O3层时，可满足前述技术要求，并且660nm波段和780nm波段中的反射率的厚度余量大。而且，可确定图7的前端面膜51的厚度与图6的前端面膜的厚度相比明显较薄。
如上根据本实施例的双波长激光二极管器件，包括其中依序层叠高折射率层52和低折射率层53的前端面膜51。另外，高折射率层52的厚度是一个不是激光波长函数的数值。因此，660nm波段和780nm波段的反射率厚度余量变大。由此，即使构成多层结构的每层的厚度根据制备误差等等变化时也不存在其中一个激光的波长波段中的反射率偏离技术要求的风险，或者不存在产率降低的风险。结果，660nm波段和780nm波段的反射率能满足给定技术要求。
此外，由于前端面膜51具有多层结构，其厚度可比单层结构中的更薄。
第二实施例
接下来将描述根据本发明第二实施例的双波长激光二极管器件。图8表示根据该实施例的双波长激光二极管器件的平面结构。图8表示双波长激光二极管器件的模型，但是尺寸和形状与那些实际使用的不同。
与前述第一实施例的结构相比，本双波长激光二极管器件的不同在于包括后端面膜41。由此，本结构的描述，与第一实施例相同的工作和效果被适当省略，此后的描述主要针对后端面膜41。
后端面膜41具有第一反射膜42、第二反射膜43和第三反射膜44，在第一反射膜42中，在后端面上层叠一或多组具有折射率n1并且膜厚为λ0的第一后端面42A以及折射率为n2(＞n1)并且膜厚为λ0的第二后端面膜42B，在第二反射膜43中，在第一反射膜42上层叠一或多组具有折射率n3(·n1)并且膜厚为λ0的第三后端面膜43A以及折射率为n4(＞n1)并且膜厚为λ0的第四后端面膜43B，在第三反射膜44中，在第二反射膜43上层叠一或多组具有折射率n5(·n1)并且膜厚为λ0的第五后端面膜44A以及折射率为n6(＞n1)并且膜厚为λ0的第六后端面膜44B。
具体地，第一后端面膜42A由Al2O3(热导率：0.2，折射率n1：1.65)或AlN(热导率：2.85，折射率n1：2.11)构成。第二后端面膜42B由TiO2(折射率n2：2.45(＞n1))构成。由此，第一反射膜42具有与第一反射膜32类似的热释放功能和反射功能。第三后端面膜43A由Al2O3(热导率：0.2，折射率n3：1.65(＝n1))或AlN(热导率：2.85，折射率n3：2.11(＜n1))构成。第四后端面膜43B由a-Si(折射率n4：3.65(＞n1))构成。由于a-Si和TiO2之间的折射率差异大，2.2，因此第二反射膜43具有高反射功能。第五后端面膜44A由Al2O3(热导率：0.2，折射率n5：1.65(n＝1))或AlN(热导率：2.85，折射率n1：2.11(＜n1))构成。第六后端面膜44B由TiO2(折射率n6：2.45(＞n1))构成。由此，第三反射膜44具有与第一反射膜42类似的热释放功能和反射功能。
前述a-Si具有a-Si吸收660nm波段的光的特性。因此，可希望使a-Si层远离后端面。因此，在本实施例中，如上描述，通过在a-Si层和后端面之间形成第一反射膜42，可减少光吸收并实现660nm波段的高反射率。
如上，通过由多个反射膜(第一反射膜42，第二反射膜43，第三反射膜43)形成后端面膜41，可扩展在排列，层的数量，每个反射膜的材料等等方面的选择范围。由此，如上描述，一种材料的不利特性可通过排列，层的总数，其它材料得到改进。结果，对应于实际范围的反射率的波段可以扩展，而热释放特性和成膜速度在实际范围内。
图9表示后端面膜41的示例。在图9的后端面膜41中，第一后端面膜42A由膜厚720nm的Al2O3膜构成，第二后端面膜42B由膜厚720nm的TiO2膜构成，第三后端面膜43A由膜厚720nm的Al2O3膜构成，第四后端面膜43B由膜厚720nm的a-Si膜构成，第五后端面膜44A由720nm膜厚的Al2O3膜构成，第六后端面膜44B由720nm膜厚的TiO2膜构成。后端面膜41具有在其中层叠两组第一后端面膜42A和第二后端面膜42B，一组第三后端面膜43A和第四后端面膜43B，以及两组第五后端面膜44A和第六后端面膜44B的结构。
如上，通过将a-Si膜远离后端面设置，对应实际范围内的反射率的波段的两端是620nm和900nm。于是，可以确定对应实际范围内的反射率的波段明显较宽，并且具有足够的余量。而且，对应地，可以确定在660nm波段和780nm波段都可获得97％的高反射率，并且此数值明显超过实际范围的下限反射率(90％)。因此，即使组成后端面膜41的每个膜的膜厚随制备误差等等变化，也不存在反射率低于实际范围的下限的风险，或者不存在产量降低的风险。
在本实施例的双波长激光二极管器件中，第一反射膜42和第三反射膜44具有热释放功能，并且SiO2并不用于后端面膜41。因此，除了双波长激光二极管器件具有高反射率和足够的余量之外，本实施例的双波长激光二极管器件具有在实际范围内的热释放特性并可以进一步提高产量。
如上，根据本实施的双波长激光二极管器件，包括由多个反射膜(第一反射膜42，第二反射膜43，以及第三反射膜44)组成的后端面膜41。因此，可以改进热释放特性和成膜速度，并且后端面膜41的反射率在宽的波段较高。结果，可以在660nm波段和780nm波段实现高反射率，而热释放特性和成膜速度在实际范围里。
[第三实施例]
接下来，描述对应于本发明第三实施例的双波长激光二极管器件。图10表示根据本实施例的双波长激光二极管器件的平面结构。图10表示该双波长激光二极管器件的模型，并且其尺寸和形状与那些实际使用的不同。
当与前述第一实施例的结构相比时，本双波长激光二极管器件不同处在于还包括一个前端面膜61。于是，将适当地省略与第一实施例相同的结构、工作和效果，并且此后的描述将主要给出前端面膜61。
前端面膜61具有其中在前端面上依序层叠给定厚度的高折射率层62和具有与高折射率层62的厚度相对应的厚度的低折射率层63的多层结构。作调整以使得满足在660nm波段的反射率是从6％到8％并且在780nm波段的反射率是20％或更高的技术要求(此后称作“第二技术要求”)。
特别地，与第一实施例的前端面膜51类似，在前端面膜61中，高折射率层62由Al2O3层组成，并且低折射率层63由SiO2层组成。Al2O3层和SiO2层具有不同于从激光波长函数得到的数值的厚度。例如，Al2O3层的厚度是从210nm到230nm，并且SiO2层的厚度是从70nm到110nm。
图11表示了前端面膜61反射率分布的示例。如图11所示，当高折射率层62是大约220nm厚的Al2O3层时，如果低折射率层63是80nm到110nm厚的SiO2层则可满足前述的技术要求。或者，尽管未示出，当高折射率层62是约210nm厚的Al2O3层时，如果低折射率层63是75nm到105nm厚的SiO2层则满足前述的技术要求。或者，当高折射率层62是230nm厚的Al2O3层时，低折射率层63可为70nm到100nm厚的SiO2层。如上，可以确定当高折射率层62是210nm到230nm厚的Al2O3层时，可满足前述技术要求，并且在660nm波段和780nm波段的反射率厚度余量较大。
此外，在图11的前端面膜61中，当将前端面膜61的厚度设置为从305nm到325nm的范围，660nm波段的反射率在技术要求范围(范围6％到8％)内几乎是常数。因此，当低折射率层63的厚度在从85nm到105nm的范围内变化时，780nm波段的反射率会被改变并被设置在技术要求范围(20％或更大)而不改变660nm波段的反射率。因此，可以确定通过将高折射率层62的厚度设置到给定厚度并改变低折射率层63的厚度，可以独立控制660nm波段和780nm波段的反射率。
如上，根据本实施例的双波长激光二极管器件，包括在其中依序层叠高折射率层62和低折射率层63的前端面膜61。此外，高折射率层62的厚度是一个非激光波长的函数的值。因此，660nm波段和780nm波段的反射率的厚度余量变大。因此，即使组成多层结构的每一层的厚度随制造误差等等变化，也不存在其中一个激光波长中的反射率偏离技术要求的风险，或者不存在产率降低的风险。结果，660nm波段和780nm波段的反射率都可以满足技术要求。
而且，通过将高折射率层62的厚度设置到给定的厚度并改变低折射率层63的厚度，可以独立控制660nm波段和780nm波段的反射率。
[第四实施例]
接下来，将描述根据本发明第四实施例的双波长激光二极管器件。图12表示根据本实施例的双波长激光二极管器件的平面结构。图12表示本双波长激光二极管器件的模型，并且其尺寸与外形与那些实际使用的不同。
与前述第一实施例的结构相比，本双波长激光二极管器件不同处在于包括前端面膜71。于是，适当地省略与第一实施例相同的结构、工作和效果，并且此后的描述将主要给出前端面膜71。
前端面膜71具有在前端面上包括具有给定厚度的高折射率层72和具有与高折射率层72的厚度相对应的厚度的低折射率层73的多层结构，以及低折射率层73设置在高折射率层72之间。作调整以便达到第一技术要求。
具体地，不同于第一实施例的前端面膜51，在前端面膜71中，高折射率层72由TiO2层组成，以及低折射率层73由Al2O3层组成。TiO2层和Al2O3层具有不同于从激光波长函数得到的数值的厚度。例如，TiO2层的厚度是从10nm到15nm，并且Al2O3层的厚度是从15nm到100nm。
图13表示了前端面膜71的反射率分布的示例。如图13所示，当高折射率层72是大约12.5nm厚的TiO2层时，如果低折射率层73是15nm到100nm厚的Al2O3层则可满足前述技术要求。或者，尽管未示出，当高折射率层72是大约10nm厚的TiO2层时，如果低折射率层73是15nm到100nm厚的Al2O3层则可满足前述技术要求。或者，当高折射率层72是大约15nm厚的Al2O3层时，低折射率层73可是15nm到100nm厚的Al2O3层。如上，可以确定当高折射率层72是厚度为10nm到15nm厚的TiO2层时，可满足前述技术要求，并且在660nm波段和780nm波段的反射率厚度余量较大。
如上，根据本实施例的双波长激光二极管器件，提供其中包括高折射率层72和低折射率层73的前端面膜71。此外，高折射率层72的厚度是一个非激光波长的函数的数值。因此，660nm波段和780nm波段中的反射率的厚度余量大。因此，即使组成多层结构的每一层的厚度随制备误差等等变化，也不存在其中一个激光波长中的反射率偏离技术要求的风险，或者不存在产率降低的风险。结果，在660nm波段和780nm波段的反射率可以达到给定的技术要求。
第五实施例
接下来，将描述根据本发明第五实施例的双波长激光二极管器件。图14表示根据本实施例的双波长激光二极管器件的平面结构。图14表示一个双波长激光二极管器件的模型，并且其尺寸与外形与那些实际使用的不同。
当与前述第四实施例的结构相比时，本双波长激光二极管器件不同处在于包括前端面膜81。于是，将适当地省略与第四实施例相同的结构、工作和效果，并且此后的描述将主要给出前端面膜81。
前端面膜81具有其中在前端面上包括具有给定厚度的高折射率层82和具有与高折射率层82的厚度相对应的厚度的低折射率层83的多层结构，并且低折射率层83设置在高折射率层82之间。作调整以便满足660nm波段的反射率为6％或更大而780nm波段的反射率是从6％到8％的技术要求(此后称作“第三技术要求”)。
具体地，与前述第四实施例相同，在前端面膜81中，高折射率层82由TiO2层构成，以及低折射率层83由Al2O3层构成。TiO2层和Al2O3层层具有不同于从激光波长函数得到的数值的厚度。例如，TiO2层的厚度是从55nm到65nm，并且Al2O3层的厚度是从15nm到100nm。
图15表示了前端面膜81反射率分布的示例。如图15所示，当高折射率层82是大约60nm厚的TiO2层时，如果低折射率层83是55nm到65nm厚的Al2O3层则可满足前述技术要求。或者，尽管未示出，当高折射率层82是大约55nm厚的TiO2层时，如果低折射率层83是15nm到100nm厚的Al2O3层则可满足前述技术要求。或者，当高折射率层82是大约65nm厚的TiO2层时，低折射率层83可以是15nm到100nm厚的Al2O3层。如上，可以证实当高折射率层82是厚度为55nm到65nm厚的TiO2层时，则可满足前述技术要求，并且660nm波段和780nm波段的反射率的厚度余量较大。
此外，在图15的前端面膜81中，当将前端面膜81的厚度设置为至少从150nm到200nm的范围，在780nm波段的反射率在技术要求范围(范围6％到8％)内几乎是常数。因此，当低折射率层83的厚度在至少从90nm到140nm的范围内变化时，660nm波段内的反射率被改变并被设置在技术要求的范围(6％或更多)而不改变780nm波段的反射率。因此，可以确定通过将高折射率层82的厚度设置到给定厚度，并且改变低折射率层83的厚度，可以独立控制660nm波段和780nm波段的反射率。
如上，根据本实施例的双波长激光二极管器件，提供其中包括高折射率层82和低折射率层83的前端面膜81。此外，高折射率层82的厚度是非激光波长的函数的数值。因此，660nm波段和780nm波段的反射率的厚度余量变大。因此，即使组成多层结构的每一层的厚度根据制备误差等等变化，也不存在其中一个激光波长中的反射率偏离技术要求的风险，或者不存在产率降低的风险。结果，在660nm波段和780nm波段的反射率可以达到给定的技术要求。
进而，通过将高折射率层82的厚度设置到给定厚度并改变低折射率层83的厚度，可以独立控制在660nm波段和780nm波段中的反射率。
虽然前面参考实施例描述了本发明，本发明并不限于前述实施例，并且可以做多种修改。
例如，在前述实施例中，已经描述将本发明应用于双波长激光二极管器件的情况。然而，本发明并不限于前述的激光二极管器件，而可以应用于多波长激光二极管。此时，反射660nm波段和780nm波段以外的激光的后端面膜可以在一个工艺中与前述前端面膜31或者41一起形成，或者分开形成。此外，反射660nm波段和780nm波段以外的激光的前端面膜可以在一个工艺中与前述前端面膜51，61，71或者81一起形成，或者分开形成。进而，本发明可以应用于发射在660nm波段和在780nm波段至少一个中的多种激光的激光二极管器件。
此外，在前述实施例中，已经给出关于AlGaInP III-V族化合物激光二极管器件作为第一器件部分20A和GaAs III-V族化合物激光二极管器件作为第二器件部分20B以及其中组成与结构的示例的描述。然而，本发明可类似地应用于具有其它组成或者其它结构的激光二极管器件。
那些本领域技术人员应该理解到由于设计需要和其它的因素，可进行各种修改，组合，子组合和别的改变，这些都落入所要求的权利要求或其等同物的范围内。

Claims (10)

1、一种多波长激光二极管包括：
衬底；
形成在衬底上并振荡第一波长激光的第一器件部分；
形成在衬底上并振荡第二波长激光的第二器件部分；
在一个工艺中在第一器件部分的前端面和第二器件部分的前端面上形成的前端面膜；以及
在一个工艺中在第一器件部分的后端面和第二器件部分的后端面上形成的后端面膜，
其中后端面膜具有
第一反射膜，其中在后端面上层叠一或多组具有折射率n1的第一后端面膜和具有折射率n2(＞n1)的第二后端面膜，以及
第二反射膜，其中在第一反射膜上层叠一或多组具有折射率n3(·n1)的第三后端面膜和具有折射率n4(＞n1)的第四后端面膜。
2、根据权利要求1的多波长激光二极管，其中第一后端面膜包括Al2O3膜或者AlN膜，
第二后端面膜包括TiO2膜，
第三后端面膜包括SiO2膜，以及
第四后端面膜包括TiO2膜。
3、根据权利要求1的多波长激光二极管，其中后端面膜还包括第三反射膜，在第三反射膜中在第二反射膜上层叠一或多组具有折射率n5(··n1)的第五后端面膜和具有折射率n6(＞n1)的第六后端面膜，
第一后端面膜包括Al2O3膜或者AlN膜，
第二后端面膜包括TiO2膜，
第三后端面膜包括Al2O3膜或者AlN膜，以及
第四后端面膜包括a-Si膜，
第五后端面膜包括Al2O3膜或者AlN膜，
第六后端面膜包括TiO2膜。
4、根据权利要求1的多波长激光二极管，其中前端面膜包括在后端面上的具有给定厚度的高折射率层和厚度与高折射率层厚度对应的低折射率层。
5、根据权利要求4的多波长激光二极管，其中高折射率层是30nm到60nm厚的Al2O3层，以及
低折射率层是40nm到120nm厚的SiO2层。
6、根据权利要求5的多波长激光二极管，其中当Al2O3层的厚度为约30nm时，SiO2层的厚度是85nm到120nm，
当Al2O3层的厚度为约50nm时，SiO2层的厚度是50nm到70nm，以及
当Al2O3层的厚度为约60nm时，SiO2层的厚度是40nm到80nm。
7、根据权利要求4的多波长激光二极管，其中高折射率层是10nm到15nm厚的TiO2层，以及
低折射率层是15nm到100nm厚的Al2O3层。
8、根据权利要求4的多波长激光二极管，其中高折射率层是210nm到230nm厚的Al2O3层，以及
低折射率层是70nm到110nm厚的SiO2层。
9、根据权利要求8的多波长激光二极管，其中当Al2O3层的厚度为约210nm时，SiO2层的厚度是80nm到110nm，
当Al2O3层的厚度为约220nm时，SiO2层的厚度是75nm到105nm，以及
当Al2O3层的厚度为约230nm时，SiO2层的厚度是70nm到100nm。
10、根据权利要求4的多波长激光二极管，其中高折射率层是55nm到65nm厚的TiO2层，以及
低折射率层是15nm到100nm厚的Al2O3层。
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