DE102004019993A1

DE102004019993A1 - Halbleiterlaservorrichtung

Info

Publication number: DE102004019993A1
Application number: DE102004019993A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Kunitsugu; Hiromasu Itami Matsuoka; Yasuyuki Nakagawa; Harumi Nishiguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2004-11-18
Also published as: US20040213314A1; CN1292522C; KR100653320B1; JP2004327581A; CN1540820A; TWI233718B; TW200501527A; US7039085B2; KR20040092422A

Abstract

Eine Halbleiterlaservorrichtung enthält einen dielektrischen Mehrschichtfilm mit einem Reflexionsgrad von 40% oder mehr, der auf mindestens einer der optischen Austrittsflächen eines Laserchips ausgebildet ist, wobei der dielektrische Mehrschichtfilm einen dielektrischen Film aus Tantaloxid (Ta¶2¶O¶5¶) und einen anderen dielektrischen Film aus dielektrischem Oxid, wie zum Beispiel Aluminiumoxid (Al¶2¶O¶3¶) oder Siliziumoxid (SiO¶2¶), enthält. Der Tantaloxidfilm weist einen optischen Absorptionskoeffizienten auf, der kleiner ist als der des Siliziumfilms (Si), und eine thermische Stabilität bei der Ausstrahlung, die der des Titanoxidfilms (TiO¶2¶) überlegen ist, wodurch der COD-Abbaupegel merklich verbessert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm.
Im Allgemeinen weist ein Halbleiterlaser Resonatorendflächen auf, die durch Waferspalten ausgebildet werden, und dielektrische Filme sind auf den Resonatorendflächen ausgebildet. Ein gewünschter Reflexionsgrad jeder Endfläche kann durch beliebiges Auswählen der Art, der Filmdicke und der Anzahl der Schichten des dielektrischen Films auf der Endfläche beliebig ausgewählt werden.
Ein solcher reflektierender Film benötigt nicht nur die Eigenschaft des beliebig kontrollierbaren Reflexionsgrads, sondern auch eine hohe Toleranz bezüglich einem Abbau auf Grund von catastrophic optical damage (COD) bzw. optischer Zerstörung. COD-Abbau bedeutet, dass der Film auf der Endfläche der Laservorrichtung durch die Absorption von Laserlicht erhitzt wird und dann weggeschmolzen wird, wenn die Temperatur ansteigt, was zu einer Zerstörung der Endfläche führt.

Wenn zum Beispiel ein reflektierender Film mit 40% Reflexionsgrad oder höher ausgebildet wird, wird im Allgemeinen ein dielektrischer Mehrschichtfilm mit einem Film mit niedrigem Brechungsindex und einem Film mit hohem Brechungsindex, die abwechselnd aufeinandergeschichtet werden, verwendet. Der bekannte Stand der Technik wird im Folgenden aufgelistet:
[Dokument 1] nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung (koukai): JP-H10-247756 (1998), A
[Dokument 2] nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung (koukai): JP-2001-267677, A
[Dokument 3] nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung (koukai): JP-2002-305348, A

Zum Beispiel verwendet das Dokument 2 (JP-2001-267677) einen reflektierenden Mehrschichtfilm aus fünf Schichten, wobei ein Al₂O₃-Film und ein Si-Film enthalten ist, der Sauerstoff für den stark reflektierenden Film auf der hinteren Endfläche des Halbleiterlasers enthält, in dem das Einbauen von Sauerstoff in einem Abscheideverfahren des Si-Films ermöglicht, dass ein Extinktionskoeffizient von Si abnimmt, wodurch der COD-Abbau verhindert wird. Allerdings ist es wahrscheinlich, dass der Si-Film einen optischen Absorptionskoeffizienten hat, der eine bestimmte Grenze überschreiten kann, so dass er COD-Abbau verursachen kann, wenn die Laserschwingungswellenlänge verkürzt und die Laserleistung erhöht wird.

Währenddessen verwendet Dokument 1 (JP-H10-247756) einen Mehrschichtfilm aus Titanoxid (TiO₂) und Siliziumoxid (SiO₂) für den reflektierenden Film auf der optischen Austrittsfläche eines Halbleiterlasers, um das COD-Niveau zu verbessern. Allerdings weist Titanoxid eine niedrige thermische Stabilität bei der Emission auf und ist daher für Alterung anfällig. Daher kann sich der Reflexionsgrad ändern auf Grund der Änderungen der Dicke und des Brechungsindex des Filmes, was schließlich zu dem COD-Abbau führt.

Darüber hinaus verwendet Dokument 3 (JP-2002-305348) einen Mehrschichtfilm aus Niobiumoxid (Nb₂O₃) und Siliziumoxid (SiO₂) für den reflektierenden Film auf der Endfläche des Resonators eines Halbleiterlasers mit einer Schwingungswellenlänge von 400nm.

Bei herkömmlichen Halbleiterlasern wird eine mehrschichtiger, reflektierender Film untersucht, der einen Film mit hohem Brechungsindex, wie zum Beispiel einen Si-Film oder einen Titanoxidfilm (TiO₂) enthält. Allerdings wird, wenn die Laserleistung in Zukunft weiter erhöht wird, die Temperatur der Laserendfläche bei der Emission zunehmen. Daher wird es zu COD-Abbau und Alterung kommen, wie zum Beispiel der Änderung des Reflexionsgrades auf Grund der Änderungen der Dicke und des Brechungsindex.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm bereitzustellen, der aus einem Material aufgebaut ist, das einen niedrigeren optischen Absorptionskoeffizienten aufweist als der Siliziumfilm (Si) und eine bessere thermische Stabilität bei der Emission aufweist als der Titanoxidfilm (TiO₂), um den COD-Abbaupegel merklich zu verbessern.

Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält:
einen dielektrischen Mehrschichtfilm mit einem Reflexionsgrad von 40% oder mehr, der auf mindestens einer optischen Austrittsfläche eines Laserchips angeordnet ist;
wobei der dielektrische Mehrschichtfilm einen dielektrischen Film aus Tantaloxid enthält.

In der vorliegenden Erfindung kann der dielektrische Mehrschichtfilm einen dielektrischen Film aus Aluminiumoxid und einen dielektrischen Film aus Tantaloxid enthalten.

Ferner kann der dielektrische Mehrschichtfilm einen dielektrischen Film aus Aluminiumoxid für einen Film in Kontakt mit dem Laserchip enthalten, und kann ferner ei nen dielektrischen Film aus Siliziumoxid und den dielektrischen Film aus Tantaloxid enthalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Änderungen sowohl des Brechungsindex als auch der Filmdicke klein gehalten, selbst wenn die Temperatur des dielektrischen Mehrschichtfilms durch die Lichtabsorption zunimmt, wenn der dielektrische Film unter Verwendung des Tantaloxidfilms (Ta₂O₅) aufgebaut wird, wodurch der Verfallspegel des dielektrischen Mehrschichtfilms auf Grund von Alterung und COD merklich verbessert wird.

Die Erfindung wird anhand nachstehender Figuren genauer erläutert.
1A ist eine strukturelle Darstellung, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
1B ist eine vergrößerte Ansicht, die den Aufbau eines stark reflektierenden Films zeigt.
1C ist ein Graph, der die Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrades des stark reflektierenden Films zeigt.
2A und 2B sind Graphen, die die Temperaturabhängigkeiten sowohl des Brechungsindex als auch der Filmdicke von Tantaloxid-(Ta₂O₅) und Titanoxid-(TiO₂) filmen zeigen.
3A ist eine strukturelle Zeichnung, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3B ist eine vergrößerte Ansicht, die den Aufbau eines anderen stark reflektierenden Films zeigt.
3C ist ein Graph, der die Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrades des stark reflektierenden Films zeigt.
4 ist ein Graph, der ein Beispiel der optischen Leistungscharakteristik als Funktion von dem Ansteuerstrom des Halbleiterlasers zeigt.
Diese Anmeldung basiert auf der Anmeldung Nr. 2003-113151, eingereicht April 23, 2003 in Japan, deren Offenlegung durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1A ist eine strukturelle Zeichnung, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die einen senkrechten Querschnitt entlang einer optischen Achse zeigt. Ein Laserchip enthält ein Halbleitersubstrat 1 aus zum Beispiel GaAs, eine aktive Schicht 2, Deckschichten 3, die sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite der aktiven Schicht 2 ausgebildet sind und Elektroden 4, die sowohl auf der oberen Seite als auch auf der unteren Seite der Deckschichten 3 ausgebildet sind.
Eine Laserhalbleitervorrichtung enthält obigen Laserchip, einen wenig reflektierenden Film 9, der auf der Vorderendfläche des Lasers ausgebildet ist, und einen stark reflektierenden Film 10, der auf der hinteren Endfläche des Lasers ausgebildet ist.
Typischerweise ist der wenig reflektierende Film 9 so ausgebildet, dass er einen Reflexionsgrad von 15% oder weniger aufweist und der stark reflektierende Film 10 ist so aufgebaut, dass einen Reflexionsgrad von 40% oder mehr aufweist.
Der wenig reflektierende Film 9 und der stark reflektierende Film 10 können unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens ausgebildet werden, wie zum Beispiel Dampfabscheidung, Sputtern und CVD (chemische Dampfabscheidung). Ein optischer Resonator ist zwischen den vor deren und hinteren Endflächen des Lasers ausgebildet. Das meiste Laserlicht, das in der aktiven Schicht 2 schwingt, wird von dem wenig reflektierenden Film 9 als Ausgangslicht Lo emittiert und ein Teil des Laserlichts wird ebenso von dem stark reflektierenden Film 10 ausgestrahlt.
1B ist eine vergrößerte Ansicht, die den Aufbau des stark reflektierenden Films 10 zeigt. Der stark reflektierende Film 10 ist in der Reihenfolge von dem Seitenkontakt mit dem Laserchip aufgebaut aus einem dielektrischen Film 11, der einen Brechungsindex n11 und eine Dicke d11 aufweist, einem dielektrischen Film 12, der einen Brechungsindex n12 und eine Dicke d12 aufweist, einen dielektrischen Film 13, der einen Brechungsindex n13 und eine Dicke d13 aufweist, einem dielektrischen Film 14, der einen Brechungsindex n14 und eine Dicke d14 aufweist, einem dielektrischen Film 15, der einen Brechungsindex n15 und eine Dicke d15 aufweist, einem dielektrischen Film 16, der einen Brechungsindex n16 und eine Dicke d16 aufweist, einem dielektrischen Film 17, der einen Brechungsindex n17 und eine Dicke d17 aufweist, einem dielektrischen Film 18, der einen Brechungsindex n18 und eine Dicke d18 aufweist und einem dielektrischen Film 19, der einen Brechungsindex n19 und eine Dicke d19 aufweist.
Ein typischer dielektrischer Mehrschichtfilm ist so aufgebaut, dass ein dielektrischer Film mit einem hohen Brechungsindex und ein dielektrischer Film mit einem niedrigen Brechungsindex abwechseln und wiederholt laminiert werden. Die Dicke jedes dielektrischen Films ist typischerweise so ausgelegt, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches eines Viertels der Schwingungswellenlänge λ ist, zum Beispiel λ/4 hinsichtlich der optischen Weglänge. Daher wird eine geeignete Filmdicke entsprechend dem Brechungsindex des dielektrischen Films eingestellt.
In dieser Ausführungsform enthält der stark reflektierende Film 10 den dielektrischen Film aus Tantaloxid (Ta₂O₅) und den dielektrischen Film aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Tantaloxid weist die Eigenschaft kleiner Änderungen sowohl beim Brechungsindex als auch bei der Filmdicke auf, selbst wenn die Temperatur ansteigt, wie später beschrieben werden wird, weshalb es für den dielektrischen Mehrschichtfilm geeignet ist.
Als Nächstes wird ein spezifischer Aufbau des stark reflektierenden Films 10 beschrieben. Hier wird der stark reflektierende Film 10 beispielhaft dargestellt, der auf einem roten Halbleiterlaser mit einer Schwingungswellenlänge λ = 660nm ausgebildet ist. Der äquivalente Brechungsindex des Laserchips ist 3,817.
Wie in 1B gezeigt ist der dielektrische Film 11, das heißt die erste Schicht, die in Kontakt mit dem Laserchip ist, aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit einem Brechungsindex n11 = 1,641 ausgebildet, dessen Dicke d11 100,5nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 12, das heißt die zweite Schicht, ist aus Tantaloxid (Ta₂O₅) mit dem Brechungsindex n12 = 2,031 ausgebildet, die Dicke d12 dessen ist auf 81,2nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ausgelegt.
Der dielektrische Film 13, das heißt die dritte Schicht ist aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit dem Brechungsindex n13 = 1,641 ausgebildet, deren Dicke d13 100,5nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 14, das heißt die vierte Schicht ist aus Tantaloxid (Ta₂O₅) mit dem Brechungsindex n14 = 2,4031 ausgebildet, deren Dicke d14 81,2nm gleich λ /4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 15, das heißt die fünfte Schicht ist aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit dem Brechungsindex n15 = 1,641 ausgebildet, deren Dicke d15 100,5nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 16, das heißt die sechste Schicht ist aus Tantaloxid (Ta₂O₅) mit dem Brechungsindex n16 = 2,031 ausgebildet, deren Dicke d16 81,2nm gleich λ /4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 17, das heißt die siebte Schicht ist aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit dem Brechungsindex n17 = 1,641 ausgebildet, deren Dicke d17 100,5nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 18, das heißt die achte Schicht ist aus Tantaloxid (Ta₂O₅) mit dem Brechungsindex n18 = 2,031 ausgebildet, deren Dicke d18 81,2nm gleich λ /4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 19, das heißt die neunte Schicht ist aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit dem Brechungsindex n19 = 1,641 ausgebildet, deren Dicke d19 201,0nm gleich λ/2 bezüglich der optischen Weglänge ist.
1C ist ein Graph, der die Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrads des stark reflektierenden Films 10 zeigt, der obigen Aufbau hat. Der Graph zeigt einen Reflexionsgrad von ungefähr 83% bei einer Mittenwellenlänge λ=660nm, bei der die Änderung des Reflexionsgrades klein ist gegenüber der Änderung der Schwingungswellenlänge. Daher kann gesehen werden, dass der stark reflektierende Film 10 mit obigem Aufbau einen stabilen Ref1e xionsgrad hat, selbst wenn die Schwingungswellenlänge des Lasers sich ändert.
2A und 2B sind Graphen, die die Temperaturabhängigkeiten des Brechungsindex und der Filmdicke der Tantaloxid-(Ta₂O₅) und Titanoxid-(TiO₂)filme zeigen, wobei die Änderungen sowohl des Brechungsindex als auch der Filmdicke bei einer Heiztemperatur von 400°C prozentual angezeigt werden unter Verwendung der Referenzwerte von 100 für den Brechungsindex und der Filmdicke bei einer Heiztemperatur von ungefähr 110°C.
Die Graphen zeigen, dass der Brechungsindex des Titanoxidfilms um +2,18 %, bei ungefähr 400°C, zunimmt, während der Brechungsindex des Tantaloxidfilms mit einer Zunahme von +0,94 unterdrückt wird, zusätzlich nimmt die Filmdicke des Titanoxidfilms um –1,95, bei ungefähr 400°C, ab, während die Filmdicke des Tantaloxidfilms auf eine Abnahme von –0,26% unterdrückt wird. In den Graphen kann gesehen werden, dass der Tantaloxidfilm bezüglich der thermischen Stabilität dem Titanoxidfilm überlegen ist.
Dementsprechend wird, wenn der Laserstrahl Laserlicht hoher Leistung ausstrahlt und die Temperatur des stark reflektierenden Films 10 durch die Lichtabsorption zunimmt, das Vorhandensein des Titanoxidfilms (TiO₂) die Änderung des Brechungsindex und der Filmdicke fördern. Daher ist, wenn das Laserlicht wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, der stark reflektierende Film 10 der verschlechterung durch Alterung ausgesetzt, was zu dem COD-Abbau führt.
Wenn andererseits der stark reflektierende Film 10 unter Verwendung des Tantaloxidfilms (Ta₂O₅) ausgebildet wird, werden die Änderungen sowohl des Brechungsindex als auch der Filmdicke klein gehalten, selbst wenn die Temperatur des stark reflektierenden Films 10 durch die Lichtabsorption zunimmt, wodurch verhindert wird, dass sich der stark reflektierende Film 10 auf Grund von Alterung und COD verschlechtert.
Im Übrigen ist die obige Beschreibung beispielhaft für den stark reflektierenden Film 10, der die Mehrschichtfilme enthält, die vier sich wiederholende Einheiten aus sowohl dem einzelnen Tantaloxidfilm für den Film mit hohem Brechungsindex und dem einzelnen Aluminiumoxidfilm für den Film mit niedrigem Brechungsindex, und den zusätzlichen Aluminiumoxidfilm für den Film mit niedrigem Brechungsindex, der zur Umgebung hin frei liegt, aufweist. Der stark reflektierende Film 10 kann aus einem bis drei oder fünf sich wiederholenden Einheiten von sowohl dem einzelnen Tantaloxidfilm und dem einzelnen Aluminiumoxidfilm aufgebaut sein, um einen gewünschten Reflexionsgrad zu kontrollieren. Ferner können, wenn das Verschieben der Mittenwellenlänge der Reflexionsgradcharakteristik von 660nm vorgesehen ist, Maßnahmen ergriffen werden, um die Filmdicke jedes dielektrischen Films in eine andere Filmdicke bezüglich der optischen Wellenlänge zu ändern.
3A ist eine strukturelle Zeichnung, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die einen senkrechten Querschnitt entlang einer optischen Achse zeigt. Ein Laserchip enthält ein Halbleitersubstrat 1 aus zum Beispiel GaAs, eine aktive Schicht 2, Deckschichten 3, die sowohl auf der oberen als auch der unteren Seite der aktiven Schicht 2 ausgebildet sind und Elektroden 4, die sowohl oberhalb als auch unterhalb der Deckschichten 3 ausgebildet sind.
Eine Laserhalbleitervorrichtung enthält den obigen Laserchip, einen wenig reflektierenden Film 9, der auf der vorderen Endfläche des Lasers ausgebildet ist, und einen stark reflektierenden Film 20, der auf der hinteren Endfläche des Lasers ausgebildet ist.
Typischerweise ist der schwach reflektierende Film 9 so aufgebaut, dass er einen Reflexionsgrad von 15% oder weniger aufweist und der stark reflektierende Film 20 ist so aufgebaut, dass er einen Reflexionsgrad von 40% oder mehr aufweist.
Die schwach und stark reflektierenden Filme 9 und 20 können unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses ausgebildet werden, wie zum Beispiel Dampfabscheidung, Sputtern. und CVD (chemische Dampfabscheidung). Ein optischer Resonator ist zwischen den vorderen und hinteren Endflächen des Lasers ausgebildet. Ein Großteil des Laserlichts, das in der aktiven Schicht 2 schwingt, wird von dem schwach reflektierenden Film 9 als Ausgangslicht Lo ausgestrahlt und ein Teil des Laserlichts wird ebenso von dem stark reflektierenden Film 20 ausgestrahlt.
3B ist eine vergrößerte Ansicht, die den Aufbau eines stark reflektierenden Films 20 zeigt. Der stark reflektierende Film 20 ist in der Reihenfolge von der Seite des Kontakts mit dem Laserchip aufgebaut aus einem dielektrischen Film 21 mit einem Brechungsindex n21 und einer Dicke d21, einem dielektrischen Film 22 mit einem Brechungsindex n22 und einer Dicke d22, einem dielektrischen Film 23 mit einem Brechungsindex n23 und einer Dicke d23, einem dielektrischen Film 24 mit einem Brechungsindex n24 und einer Dicke d24, einem dielektrischen Film 25 mit einem Brechungsindex n25 und einer Dicke d25, einem dielektrischen Film 26 mit einem Brechungsindex n26 und einer Dicke d26, einem dielektrischen Film 27 mit ei nem Brechungsindex n27 und einer Dicke d27 und einem dielektrischen Film 28 mit einem Brechungsindex n28 und einer Dicke d28.
Ein typischer dielektrischer Mehrschichtfilm ist so aufgebaut, dass ein dielektrischer Film mit einem hohen Brechungsindex und ein dielektrischer Film mit einem niedrigen Brechungsindex abwechselnd und wiederholt geschichtet werden. Die Dicke jedes dielektrischen Films ist typischerweise ein ganzzahliges Vielfaches eines Viertels der Schwingungswellenlänge λ, das heißt λ/4 bezüglich der optischen Weglänge. Daher wird eine geeignete Filmdicke gemäß dem Brechungsindex des dielektrischen Films eingestellt.
In dieser Ausführungsform enthält der stark reflektierende Film 20 den dielektrischen Film aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), den dielektrischen Film aus Siliziumoxid (SiO₂) und den dielektrischen Film aus Tantaloxid (Ta₂O₅). Tantaloxid weist die Eigenschaft einer kleinen Änderung sowohl des Brechungsindex als auch der Filmdicke auf, selbst wenn die Temperatur durch Erhitzen ansteigt, wie in 2 gezeigt, was die Eignung für den dielektrischen Mehrschichtfilm erklärt.
Als Nächstes wird ein spezifischer Aufbau des stark reflektierenden Films 20 beschrieben. Hier wird der stark reflektierende Film 20, der auf einem roten Halbleiterlaser mit einer Schwingungswellenlänge λ=660nm ausgebildet ist, beispielhaft dargestellt. Der äquivalente Brechungsindex des Laserchips ist 3,817.
Wie in 3B gezeigt, ist der dielektrische Film 21, das heißt die erste Schicht in Kontakt mit dem Laserchip aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit einem Brechungsindex n21 = 1,641 ausgebildet, deren Dicke d21 201,0nm gleich λ /2 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 22, das heißt die zweite Schicht ist aus Siliziumoxid (SiO₂) mit einem Brechungsindex n22 = 1,461 ausgebildet, deren Dicke d22 112,9nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 23, das heißt die dritte Schicht ist aus Tantaloxid (Ta₂O₅) mit einem Brechungsindex n23 = 2,031 ausgebildet, deren Dicke d23 81,2nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 24, das heißt die vierte Schicht ist aus Siliziumoxid (SiO₂) mit einem Brechungsindex n24 = 1,461 ausgebildet, deren Dicke d24 112,9nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 25, das heißt die fünfte Schicht ist aus Tantaloxid (Ta₂O₅) mit einem Brechungsindex n25 = 2,031 ausgebildet, deren Dicke d25 81,2nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 26, das heißt die sechste Schicht ist aus Siliziumoxid (SiO₂) mit einem Brechungsindex n26 = 1,461 ausgebildet, deren Dicke d26 112,9nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 27, das heißt die siebte Schicht ist aus Tantaloxid (Ta₂O₅) mit einem Brechungsindex n27 = 2,031 ausgebildet, deren Dicke d27 81,2nm gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Der dielektrische Film 28, das heißt die achte Schicht ist aus Siliziumoxid (SiO₂) mit einem Brechungs index n28 = 1,461 ausgebildet, deren Dicke d28 225,8nm gleich λ/2 bezüglich der optischen Weglänge ist.
3C ist ein Graph, der die Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsgrades des stark reflektierenden Films 20 mit dem obigen Aufbau zeigt. Der Graph zeigt einen Reflexionsgrad von ungefähr 86% bei der Mittelwellenlänge λ =660nm, wobei die Änderung des Reflexionsgrads klein ist gegenüber der Änderung der Schwingungswellenlänge. Daher kann entnommen werden, dass der stark reflektierende Film 20 mit obigem Aufbau einen stabilen Reflexionsgrad aufweist, selbst wenn die Oszillationswellenlänge des Lasers sich ändert.
Im Übrigen stellt obige Beschreibung den stark reflektierenden Film beispielhaft dar, der die Mehrschichtfilme enthält, die drei sich wiederholenden Einheiten aufweisen, sowohl aus einem einzelnen Tantaloxidfilms für den Film mit hohem Brechungsindex und dem einzelnen Siliziumoxidfilm für den Film mit niedrigem Brechungsindex, und den zusätzlichen Aluminiumoxidfilm für den Film mit niedrigem Brechungsindex in Kontakt mit dem Chip und den zusätzlichen Siliziumoxidfilm für den Film mit niedrigem Brechungsindex, der nach Außen hin freigelegt ist. Der stark reflektierende Film 20 kann aus einer bis zwei oder vier oder mehr sich wiederholender Einheiten aus einem einzelnen Tantaloxidfilm und einem einzelnen Siliziumoxidfilm aufgebaut sein, um einen gewünschten Reflexionsgrad zu kontrollieren. Ferner können, wenn die Mittenwellenlänge der Reflexionsgradeigenschaft von 660nm verschoben wird, die Maßnahmen durch Ändern der Filmdicke jedes dielektrischen Films auf eine andere Filmdicke bezüglich der optischen Weglänge vorgenommen werden.
4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer optischen Leistungscharakteristik als Funktion von dem An steuerstrom des Halbleiterlasers zeigt. Für einen herkömmlichen stark reflektierenden Film ist ein mehrschichtiger, dielektrischer Film aus ganzen fünf Schichten aufgebaut, des sind in der Reihenfolge von dem Seitenkontakt mit dem Laserchip: ein Aluminiumoxidfilm (Al₂O₃), ein Siliziumfilm (Si), ein Aluminiumoxidfilm (Al₂O₃), ein Siliziumfilm (Si) und ein Aluminiumoxidfilm (Al₂O₃).
Dieser Graph zeigt, dass die optischen Ausgaben jedes Lasers zunehmen, wenn die Ansteuerströme einen Schwingungsschwellenwertstrom von ungefähr 50mA überschreiten.
Die optische Leistung des herkömmlichen Typs nimmt bei einem Ansteuerstrom von ungefähr 240mA stark ab, was zu einem COD-Abbau führt.
Andererseits findet in den stark reflektierenden Filmen 10 und 20 gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform der COD-Abbau nicht statt, bis zu dem Ansteuerstrom von 500mA. Es kann entnommen werden, dass die stark reflektierenden Filme 10 und 20 einer ungefähr 1,7 Mal so hohen optischen Leistung, im Vergleich zu dem herkömmlichen stark reflektierenden Film, wiederstehen kann.
Die obige Beschreibung stellt beispielhaft dar, dass der dielektrische Mehrschichtfilm gemäß der vorliegenden Erfindung auf der hinteren Endfläche des Lasers ausgebildet ist. Der dielektrische Mehrschichtfilm gemäß der vorliegenden Erfindung kann aber auch auf der vorderen Endfläche des Lasers ausgebildet sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen und den beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, sollte beachtet werden, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind. Solche Änderun gen und Modifikationen müssen dementsprechend dahingehend ausgelegt werden, dass sie im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
Zusammenfassend kann die vorliegende Erfindung wie folgt wiedergegeben werden: Eine Halbleiterlaservorrichtung enthält einen dielektrischen Mehrschichtfilm mit einem Reflexionsgrad von 40% oder mehr, der auf mindestens einer der optischen Austrittsflächen eines Laserchips ausgebildet ist, wobei der dielektrische Mehrschichtfilm einen dielektrischen Film aus Tantaloxid (Ta₂O₅) und einen anderen dielektrischen Film aus dielektrischem Oxid, wie zum Beispiel Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliziumoxid (SiO₂), enthält. Der Tantaloxidfilm weist einen optischen Absorptionskoeffizienten auf, der kleiner ist als der des Siliziumfilms (Si) und eine thermische Stabilität bei der Ausstrahlung, die der des Titanoxidfilms (TiO₂) überlegen ist, wodurch der COD-Abbaupegel merklich verbessert wird.

Claims

Eine Halbleiterlaservorrichtung mit: einem dielektrischen Mehrschichtfilm (10; 20) mit einem Reflexionsgrad von 40% oder mehr, der auf mindestens einer der optischen Austrittsflächen eines Laserchips ausgebildet ist; wobei der dielektrische Mehrschichtfilm (10; 20) einen dielektrischen Film (12, 14, 16, 18; 23, 25, 27) aus Tantaloxid enthält.
Die Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Mehrschichtfilm (10) einen dielektrischen Film (11, 13, 15, 17, 19) aus Aluminiumoxid und den dielektrischen Film aus Tantaloxid (12, 14, 16, 18) enthält.
Die Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Mehrschichtfilm (20) einen dielektrischen Film (21) aus Aluminiumoxid für einen Film in Kontakt mit dem Laserchip enthält und ferner einen dielektrischen Film (22, 24, 26, 28) aus Siliziumoxid und den dielektrischen Filmen (23, 25, 27) aus Tantaloxid enthält.
Die Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Mehrschichtfilm (10) im Ganzen aus neun Schichten aufgebaut ist, und zwar in der Reihenfolge von dem Seitenkontakt mit dem Laserchip aus einem Aluminiumoxidfilm (11), einem Tantaloxidfilm (12), einem Aluminiumoxidfilm (13), einem Tantaloxidfilm (14), einem Aluminiumoxidfilm (15), einem Tantaloxidfilm (16), einem Aluminiumoxidfilm (17), einem Tantaloxidfilm (18), einem Aluminiumoxidfilm (19).
Die Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dicke der ersten bis achten Schicht (11–18), von dem Seitenkontakt mit dem Laserchip her, in dem dielektrischen Mehrschichtfilm (10) gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge unter Verwendung der Schwingungswellenlänge λ des Laserchips ist, und die Dicke der neunten Schicht (19) gleich λ/2 bezüglich der optischen Weglänge ist.
Die Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Mehrschichtfilm (20) aus im Ganzen acht Schichten in der Folge von dem Seitenkontakt mit dem Laserchip aufgebaut ist, und zwar aus ein Aluminiumoxidfilm (21), einem Siliziumfilm (22), einem Tantaloxidfilm (23), einem Siliziumfilm (24), einem Tantaloxidfilm (25), einem Siliziumfilm (26), einem Tantaloxidfilm (27) und einem Siliziumfilm (28).
Die Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der ersten Schicht (21), von dem Seitenkontakt mit dem Laserchip her, in dem dielektrischen Mehrschichtfilm (20) gleich λ/2 bezüglich der optischen Weglänge ist unter Verwendung der Schwingungswellenlänge λ des Laserchips und jede Dicke der zweiten bis siebten Schicht (22–27) gleich λ/4 bezüglich der optischen Weglänge ist, und die Dicke der achten Schicht (28) gleich λ/2 bezüglich der optischen Weglänge ist.