DE19964228B4

DE19964228B4 - Verfahren zur Herstellung eines Reflexionsfilms und Herstellung optischer Vorrichtungen die einen Reflexionsfilm verwenden

Info

Publication number: DE19964228B4
Application number: DE19964228A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Yoneda; Akira Fukushima; Hajime Kawasaki Shoji; Haruhisa Kawasaki Soda
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Quantum Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Quantum Devices Ltd
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: US6579737B2; FR2798519B1; US20030020076A1; FR2798518A1; FR2783094B1; US6448583B1; FR2798518B1; DE19942470B4; DE19942470A1; FR2783094A1; FR2798519A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Reflexionsfilms mit den Schritten:
Präparieren eines optischen Mediums mit einer Reflexionsoberfläche und einem Brechungsindex n₀;
Bestimmen einer Wellenlänge λ von zu reflektierendem Licht;
Bestimmen von zwei verschiedenen Brechungsindizes ns₁ und ns₂ von zwei verschiedenen Materialien, zwischen welchen der Reflexionsfilm angeordnet werden soll;
Laminieren von k (k ist eine positive ganze Zahl) Paaren aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ auf der Reflexionsoberfläche des optischen Mediums, worin eine Dicke der ersten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N1)/n1 ist, wo N₁ 0 oder eine positive ganze Zahl ist; und eine Dicke der zweiten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N2)/n2 ist, wo N₂ 0 oder eine positive ganze Zahl ist;
Bestimmen einer Dicke d₃ einer dritten Schicht mit dem Brechungsindex n₁, welche erfüllt: d3 = d + (λ/2n1) × N3 wo N₃ 0 oder eine positive ganze Zahl...

Description

Diese Anmeldung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen HEI 10-254335 , die am 08. September 1998 eingereicht wurde, HEI 11-70346 , die am 16. März 1999 eingereicht wurde, HEI 11-200254 , die am 14. Juli 1999 eingereicht wurde und HEI 11-209020 , die am 23. Juli 1999 eingereicht wurde, deren Gesamtinhalte hierin durch Bezugnahme miteinbezogen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Halbleitermodul mit einem optischen Halbleiterelement, das harzversiegelt ist, um Feuchtigkeitsbeständigkeit zu verbessern, dessen Herstellungsverfahren, einen Reflexionsfilm, dessen Herstellungsverfahren und Reflexionsfilme verwendende Laser- und optische Vorrichtungen.
b) Beschreibung der verwandten Technik
Mit dem Aufkommen von Multimediagesellschaften werden die Teilnehmernetzwerke nun tatkräftig in optische Netzwerke geändert. Um optische Fasern für Teilnehmernetzwerke durchzusetzen, ist es notwendig, die Kosten von optischen Komponenten, insbesondere optischen Halbleitermodulen zu senken, die auf die Gesamtkosten einen großen Einfluß haben.
Herkömmliche niedrigpreisige optische Halbleitermodule wurden durch ein einfaches Kopplungsverfahren zum Koppeln eines optischen Halbleiterelements mit einem optischen Wellenleiter, wie z. B. einer optischen Faser, auf einer Si-Plattform oder durch ein einfaches Versiegelungsverfahren zum Versiegeln eines optischen Halbleiterelements durch direktes Vergießen von Harz hergestellt. Diese Verfahren können die Zahl von Komponenten reduzieren und die Kosten senken. Eine herkömmliche Lötmittelversiegelung wurde durch eine billige Harzversiegelung ersetzt, um die Kosten zu senken, die zum Schützen eines optischen Halbleiterelements vor äußerer Feuchtigkeit erforderlich sind.
Als Versiegelungsharz wurde für Empfangs/Emissionslicht transparentes Epoxidharz verwendet. Die Veröffentlichung JP-A-8-18163 offenbart eine Doppelversiegelungsstruktur, die ein optisches Halbleiterelement mit Siliziumharz (silicon resin) mit einer Gummielastizität bedeckt und auch das auf das optische Halbleiterelement als Schicht aufgebrachte Siliziumharz mit Epoxidharz bedeckt, was Sonnenlicht und Wassergehalte abschirmt.
Obgleich Epoxidharz eine hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist, hat es einen großen linearen Expansionskoeffizienten, so daß das optische Halbleiterelement durch eine Harzvolumenänderung beschädigt werden kann, die durch eine Temperaturänderung zu bewirken ist. Wenn eine Si oder andere Komponenten verwendende LSI harzversiegelt wird, wird Epoxidharz mit einem Füller, wie z. B. Siliziumoxid, gemischt, um eine thermische Beanspruchung zu entspannen, die auf das Halbleiterelement anzuwenden ist. Wenn ein optisches Halbleiterelement harzversiegelt wird, kann jedoch das Harz nicht mit einem Füller gemischt werden, weil es notwendig ist, eine optische Kopplung zwischen dem optischen Halbleiterelement und einer optischen Faser zu schaffen.
Falls als das Versiegelungsharz Siliziumharz verwendet wird, kann eine auf ein optisches Halbleiterelement angewendete thermische Beanspruchung entspannt werden, weil es Gummielastizität aufweist. Da Siliziumharz jedoch eine höhere Feuchtigkeitsdurchlässigkeit als Epoxidharz aufweist, ist es schwierig, eine ausreichende Feuchtigkeitsbeständigkeit eines optischen Halbleitermoduls sicherzustellen.
Eine Doppelversiegelung mit Siliziumharz und Epoxidharz kann eine thermische Beanspruchung entspannen, während die Feuchtigkeitsbeständigkeit bewahrt wird. Es ist jedoch notwendig, mindestens zwei Harzaushärteprozesse durchzuführen, weil die Aushärtungsbedingungen zweier Harzarten verschieden sind. Dies erhöht die Zahl von Herstellungsschritten und steht im Widerspruch zu den Forderungen nach niedrigen Kosten. Es ist wahrscheinlich, daß eine ungenügende Festigkeit eines ungehärteten Harzes auftritt.
Als nächstes werden Sachverhalte bezüglich einer Harzversiegelung beschrieben, indem einem optischen Gesichtspunkt Aufmerksamkeit geschenkt wird.
Ein Reflexionsfilm einer Mehrschichtstruktur ist bekannt, der eine Schichtung oder Laminierung von zwei oder mehr Dünnfilmen mit einer optischen Filmdicke von einer Viertel-Wellenlänge eines zu reflektierenden Lichts ist. Falls dieser Reflexionsfilm der Mehrschichtstruktur auf den Seiten oder Facetten (engl. facets) eines optischen Resonators einer Laserdiode gebildet ist, kann die Laserdiode einen niedrigen Schwellenstrom, eine hohe Abgabe und dergleichen aufweisen.
Die fundamentalen Parameter als Zeichen der Lasercharakteristiken einer Halbleiterlaservorrichtung mit einem Paar Resonatorfacetten umfassen eine Schwellenverstärkung, eine externe differentielle Quanteneffizienz, ein Vorderseite/Rückseite-Verhältnis und eine Flanken- oder Steigungseffizienz. Die Schwellenverstärkung ist definiert durch: gth = ai + (1/L)ln(1/(RfRr)½)wo a_i ein interner Verlust eines optischen Resonators ist, L eine Resonatorlänge ist, R_f und R_r Reflexionsvermögen an den Vorder- und Rückfacetten sind.
Die externe differentielle Quanteneffizienz η_d ist definiert durch: ηd = ηi × ln(1/R)/(aiL + ln(1/R)),wo η_i eine interne Quanteneffizienz ist und eine Annahme R = R_f = R_r miteinbezogen ist.
Das Vorderseite/Rückseite-Verhältnis r ist definiert durch: r = ((1 – Rf)/(1 – Rr)) × (Rr/Rf)½.
Die Steigungseffizienz S_d ist definiert durch: Sd = 1,24 × ηd/λ,wo λ eine Oszillationswellenlänge ist.
Wie man aus den obigen Definitionsgleichungen sieht, verringert sich die Schwellenverstärkung g_th, während die Reflexionsvermögen R_f und R_r sinken, obgleich die externe differentielle Quanteneffizienz η_d und Steigungseffizienz S_d hoch werden. Der Schwellenstrom nimmt nämlich zu. Eine Zunahme des Schwellenstroms kann die optischen Ausgangscharakteristiken, insbesondere unter einer Betriebsumgebung mit hoher Temperatur beeinträchtigen.
Eine Auswertung der Laserdiodencharakteristiken wird im allgemeinen in der atmosphärischen Luft oder in einer Edelgasatmosphäre durchgeführt. Im eigentlichen Betrieb wird eine Laserdiode auf einem Substrat angebracht und danach mit Harz oder dergleichen bedeckt. Da die Reflexionsfacette eines optischen Resonators mit Harz bedeckt ist, sinkt das Reflexionsvermögen, und die Schwellenverstärkung g_th nimmt zu. Daher ist es schwierig, die optischen Ausgangscharakteristiken unter tatsächlichen Betriebsbedingungen auszuwerten.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung reflexmindernder Schichten ist aus Eugene HechtOptik, ISBN 3-925118-86-1, Addison-Wesley Publishing Company, Bonn, 1989, S. 396–399 bekannt.
Lediglich ergänzend wird zum Stand der Technik auf die folgenden Druckschriften hingewiesen: JP 04-207 091 AA ; JP 04-176 180 AA ; US 4 599 729 .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Halbleitermodul, das eine ausreichende Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist und bei niedrigen Kosten leicht hergestellt werden kann, und dessen Herstellungsverfahren zu schaffen.
Eine Gesichtspunkt besteht darin, einen Reflexionsfilm, dessen Herstellungsverfahren und eine Halbleiterlaservorrichtung zu schaffen, die die Charakteristiken der Halbleiterlaservorrichtung unter den den tatsächlichen Betriebsbedingungen nahekommenden Bedingungen auswerten kann.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Reflexionsfilms geschaffen, das die Schritte aufweist: Präparieren eines optischen Mediums mit einer Reflexionsoberfläche und einem Brechungsindex n₀; Bestimmen einer Wellenlänge λ von zu reflektierendem Licht; Bestimmen zweier verschiedener Brechungsindizes ns₁ und ns₂; Laminieren von k (k ist eine positive ganze Zahl) Paaren aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ auf der Reflexionsoberfläche des optischen Mediums, worin eine Dicke der ersten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N1)/n1 ist, wo N₁ 0 oder eine positive ganze Zahl ist, und eine Dicke der zweiten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N2)/n2 ist, wo N₂ 0 oder eine positive ganze Zahl ist; Bestimmen einer Dicke d₃ einer dritten Schicht mit dem Brechungsindex n₁, welche erfüllt: d3 = d + (λ/2n1) × N3 wo N₃ 0 oder eine positive ganze Zahl ist; und
und Bilden des dritten Films mit der Dicke d₃, die beim Schritt zum Bestimmen der Dicke d₃ bestimmt wurde, auf der Oberfläche der zweiten Schicht bei dem k-ten Paar.
Das Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms in einem Medium mit einem Brechungsindex ns₁ ist gleich dem Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms in einem Medium mit einem Brechungsindex ns₂. Daher können die optischen Charakteristiken der optischen Komponente, die diesen Reflexionsfilm in dem Medium mit dem Brechungsindex ns₂ verwendet, durch Messen der optischen Charakteristiken in dem Medium mit dem Brechungsindex ns₁ vorhergesagt werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Laservorrichtung geschaffen mit: einem Lasermedium, das eine Oszillationswellenlänge λ und zwei Reflexionsfacetten aufweist und einen optischen Resonator definiert; einer Schichtungs- oder Laminierungsstruktur, die auf mindestens einer Reflexionsfacette des durch das Lasermedium definierten optischen Resonators gebildet ist, welche Laminierungsstruktur gebildet wird, indem k (k ist eine positive ganze Zahl) Paare aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ laminiert werden, worin eine Dicke der ersten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N1)/n1 ist, wo N₁ 0 oder eine positive ganze Zahl ist, und eine Dicke der zweiten Schicht ist: (λ/4 + (λ/2) × N2)/n2 wo N₂ 0 oder eine positive ganze Zahl ist; einer dritten Schicht mit dem Brechungsindex n₁, die auf der zweiten Schicht bei dem k-ten Paar der Laminierungsstruktur gebildet ist; und einem Schutzelement, das aus einem Material mit einem Brechungsindex ns hergestellt ist und eine Oberfläche der dritten Schicht bedeckt, worin, falls die Dicke d₃ der dritten Schicht: d3 = d + (λ/2n1) × N3 ist, wo N₃ 0 oder eine positive ganze Zahl ist, dann:
erfüllt ist.
Das Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms in einem Medium mit einem Brechungsindex ns₁ ist gleich dem Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms in einem Medium mit einem Brechungsindex ns₂. Daher können die optischen Charakteristiken der Laserdiode in dem Medium mit dem Brechungsindex ns₂ durch Messen der optischen Charakteristiken in dem Medium mit dem Brechungsindex ns₁ vorhergesagt werden.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Vorrichtung geschaffen mit: einem optischen Medium mit einem Brechungsindex n₀ und einer definierten Reflexionsfacette; einer Laminierungsstruktur, die auf der Reflexionsfacette des optischen Mediums gebildet ist, welche Laminierungsstruktur gebildet wird, indem k (k ist eine positive ganze Zahl) Paare aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ laminiert werden, worin optische Dicken der ersten Schicht und der zweiten Schicht in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge λ beide: λ/4 + (λ/2) × Nsind, wo N 0 oder eine positive ganze Zahl ist; einer dritten Schicht, die den Brechungsindex n₁ aufweist und auf der zweiten Schicht bei dem k-ten Paar der Laminierungsstruktur gebildet ist; und einem Schutzfilm, der aus einem Material mit einem Brechungsindex ns hergestellt ist und eine Oberfläche der dritten Schicht bedeckt, worin, falls die Dicke d₃ der dritten Schicht d3 = d + (λ/2n1) × Nist, wo N 0 oder eine positive ganze Zahl ist, dann
erfüllt ist.
Das Reflexionsvermögen des aus den ersten bis dritten Schichten gebildeten Reflexionsfilms in der atmosphärischen Luft ist im wesentlichen gleich demjenigen des Reflexionsfilms, der mit dem Schutzelement bedeckt ist. Daher können die optischen Charakteristiken der optischen Vorrichtung, nachdem sie mit dem Schutzelement bedeckt ist, durch Messen der optischen Charakteristiken vorhergesagt werden, die in der atmosphärischen Luft gemessen werden, bevor sie mit dem Schutzelement bedeckt wird.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Vorrichtung geschaffen mit: einem optischen Medium mit einem Brechungsindex n₀ und einer definierten Reflexionsfacette; einer auf der Reflexionsfacette des optischen Mediums gebildeten Laminierungsstruktur, welche Laminierungsstruktur gebildet wird, indem k (k ist eine positive ganze Zahl) Paare aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ laminiert werden, worin optische Dicken der ersten Schicht und der zweiten Schicht in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge λ beide: λ/4 + (λ/2) × Nsind, wo N 0 oder eine positive ganze Zahl ist; und einer dritten Schicht, die den Brechungsindex n₁ aufweist und auf der zweiten Schicht bei dem k-ten Paar der Laminierungsstruktur gebildet ist, worin, falls die Dicke d₃ der dritten Schicht d3 = d + (λ/2n1) × Nist, wo N 0 oder eine positive ganze Zahl ist; dann

erfüllt ist.
Aus den ersten bis dritten Schichten ist ein Mehrschichtreflexionsfilm gebildet. Falls die Dicke der dritten Schicht auf den oben beschriebenen Bereich eingestellt ist, wird das Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms, wenn das externe Medium in Kontakt mit der dritten Schicht einen ersten Brechungsindex hat, gleich dem Reflexionsvermögen, wenn es einen zweiten Brechungsindex hat.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Laservorrichtung geschaffen mit: einem Lasermedium mit einer Oszillationswellenlänge λ [nm], einem effektiven Brechungsindex n₀ und zwei Reflexionsfacetten, die einen optischen Resonator definieren; einer ersten Schicht, die auf mindestens einer Reflexionsfacette des Lasermediums gebildet ist, aus Siliziumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] hat; einer zweiten Schicht, die auf einer Oberfläche der ersten Schicht gebildet ist, aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si hergestellt ist und eine Dicke d₂ [nm] hat; einer auf einer Oberfläche der zweiten Schicht gebildeten dritten Schicht aus Siliziumoxid mit einer Dicke d₃ [nm]; worin der effektive Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 oder größer bis 3,28 oder kleiner liegt, die Dicke d₁ in einem Bereich von (0,11–9,2 × 10–3R + 2,2 × 10–4R2)λ/1,45 ± 15,liegt, die Dicke d₂ in einem Bereich von (–8,7 × 10–3 + 3,5 × 10–3R – 1,2 × 10–5R2) × (–3,6 + 17/nsi)λ ± 15,liegt, und die Dicke d₃ in einem Bereich von (0,23–4,9 × 10–3R + 7,7 × 10–5R2)λ/1,45 ± 15liegt und R [%] in einem Bereich von 15 bis 30 liegt.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Reflexionsfilms geschaffen, das die Schritte aufweist: Präparieren eines optischen Mediums mit einer Reflexionsoberfläche und einem Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 oder größer bis 3,28 oder kleiner; Bestimmen einer Wellenlänge λ von zu reflektierendem Licht und eines Reflexionsvermögens R [%]; Bilden einer ersten Schicht auf der Reflexionsoberfläche des optischen Mediums, welche erste Schicht aus Siliziumoxid besteht und eine Dicke d₁ [nm] hat, die in einem Bereich von (0,11–9,2 × 10–3R + 2,2 × 10–4R2)λ/1,45 ± 15liegt; Bilden einer zweiten Schicht auf einer Oberfläche der ersten Schicht, welche zweite Schicht aus Silizium hergestellt ist, einen Brechungsindex n_s1 hat und eine Dicke d₂ [nm] aufweist, die in einem Bereich von (–8,7 × 10–3 + 3,5 × 10–3R – 1,2 × 10–5R2) × (–3,6 + 17/nsi)λ ± 15,liegt; und Bilden einer dritten Schicht auf einer Oberfläche der zweiten Schicht, welche dritte Schicht aus Siliziumoxid mit einer Dicke d₃ [nm] hergestellt ist, die in einem Bereich von (0,23–4,9 × 10–3R + 7,7 × 10–5R2)λ/1,45 ± 15liegt.
Falls die Dicken der ersten bis dritten Schichten so ausgewählt sind, um die obigen Gleichungen zu erfüllen, kann eine Differenz zwischen dem Reflexionsvermögen in der atmosphärischen Luft und dem Reflexionsvermögen nach einer Harzversiegelung klein gemacht werden.
Wie oben, kann, selbst wenn das externe Medium des Reflexionsfilms geändert wird, eine Änderung des Reflexionsvermögens von Licht mit einer spezifischen Wellenlänge klein gemacht werden. Falls dieser Reflexionsfilm auf einer Reflexionsfacette des optischen Resonators einer Laserdiode gebildet ist, ist es möglich, den Schwellenstrom nach einer Harzversiegelung mit hoher Genauigkeit vorherzusagen, indem der Schwellenstrom in der atmosphärischen Luft gemessen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Querschnittansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristiken einer Änderung in dem Schwellenstrom vor und nach einer Harzversiegelung von Halbleiterlaservorrichtungen der zweiten Ausführungsform und ein Vergleichsbeispiel zeigt.
4 ist eine Querschnittansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
5 ist ein Graph, der die Dicke eines Mehrschichtfilms zeigt, der als ein Reflexionsfilm der optischen Vorrichtung der dritten Ausführungsform verwendet wird.
6 ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristiken einer Änderung in dem Schwellenstrom vor und nach einer Harzversiegelung der Halbleiterlaservorrichtungen der dritten Ausführungsform und ein Vergleichsbeispiel zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Querschnittansicht eines Reflexionsfilms gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Auf einer Reflexionsoberfläche eines optischen Mediums mit einem Brechungsindex n₀ ist ein Reflexionsfilm 55 mit einer Laminierungsstruktur gebildet. Die Laminierungsstruktur des Re flexionsfilms 55 wird gebildet, indem k Paare aus einer ersten Schicht 52 mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht 53 mit einem Brechungsindex n₂ laminiert und eine dritte Schicht 54 mit dem Brechungsindex n₁ auf der Oberfläche der zweiten Schicht 53 des k-ten Paares gebildet wird. Der Wert k ist eine positive ganze Zahl.
Die Wellenlänge von zu reflektierendem Licht ist durch λ repräsentiert. Die Dicke d₁ der ersten Schicht 52 ist durch: d1 = (λ/4 + (λ/2) × N1)/n1 (A1)gegeben, wo N₁ 0 oder eine positive ganze Zahl ist. Die Dicke d₂ der zweiten Schicht 53 ist durch: d2 = (λ/4 + (λ/2) × N2)/n2 (A2)gegeben, wo N₂ 0 oder eine positive ganze Zahl ist.
Es wird ein Verfahren zum Konstruieren des Reflexionsfilms 55 mit dem gleichen Brechungsindex sowohl bei einem Brechungsindex ns₁ als auch bei einem Brechungsindex ns₂ eines externen Mediums (in Kontakt mit der dritten Schicht 54) beschrieben. Die Dicke d₃ der dritten Schicht 54 ist so eingestellt, um beide Gleichungen (A3) und (A4) zu erfüllen: d3 = d + (λ/2n1) × N3) (A3)wo N₃ 0 oder eine positive ganze Zahl ist.
Ein Reflexionsvermögen R [%] des Reflexionsfilms 55 in bezug auf Licht mit der Wellenlänge λ wird durch eine Gleichung (A5) repräsentiert:

wo ns ein Brechungsindex des externen Mediums in Kontakt mit der dritten Schicht 54 ist.
Falls die Dicke der dritten Schicht 54 eingestellt ist, um die Gleichung (A4) zu erfüllen, wird, wie aus der Gleichung (A4) ersichtlich ist, das Reflexionsvermögen bei dem Brechungsindex ns₁ des externen Mediums gleich dem Reflexioonsvermögen bei dem Brechungsindex ns₂. Falls z. B. ns₁ 1 ist und ns₂ auf den gleichen Brechungsindex des externen Mediums eingestellt ist, wenn der Reflexionsfilm 55 tatsächlich verwendet wird, wird dann das Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms 55 in atmosphärischer Luft oder einem Edelgas gleich dem Reflexionsvermögen, wenn der Reflexionsfilm 55 tatsächlich verwendet wird.
Falls die Auswertungsexperimente des Reflexionsvermögens in atmosphärischer Luft durchgeführt werden, kann daher das Reflexionsvermögen mit einer hohen Genauigkeit vorhergesagt werden, wenn der Reflexionsfilm 55 tatsächlich verwendet wird. Es ist schwierig, die erste Schicht 52, die zweite Schicht 53 und die dritte Schicht 54 mit den Dicken zu bilden, die gleich den aus den obigen Gleichungen berechneten idealen Dicken sind. Der Praxis können jedoch, selbst wenn die Dicke jedes Films um etwa ±20% verschieden ist, gute Effekte erwartet werden. In dieser Ausführungsform schließt die "Dicke" eines Dünnfilms eine Dicke in dem Bereich von ±20% von der idealen Filmdicke ein.
2 ist eine Querschnittansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, die den Reflexionsfilm der zweiten Ausführungsform verwendet. In einem Außenrahmen 60 mit einer oberen Öffnung ist eine Plattform 63 angeordnet. Die Plattform 63 ist z. B. aus einem Siliziumsubstrat hergestellt. Auf der Oberfläche der Plattform 63 sind eine Laserdiode 58 und eine Photodiode 64 angebracht. Die Laserdiode 58 ist z. B. von einem Fabry-Perot-Typ und hat eine Oszillationswellenlänge von 1,3 μm unter Verwendung von InGaAsP/InP. Ein äquivalenter Brechungsindex n₀ dieses optischen Resonators ist 3,23.
Reflexionsfilme 55A und 55B der ersten Ausführungsformen sind auf gegenüberliegenden Facetten eines optischen Resonators der Laserdiode 58 gebildet. Die erste Schicht 52 und die dritte Schicht 53, die in 1 gezeigt sind, sind aus SiO₂ hergestellt, und der Brechungsindex n₁ ist 1,45, und die zweite Schicht 53 ist aus Si hergestellt, und der Brechungsindex n₂ ist 3,8. Der SiO₂-Film und Si-Film können durch innenunterstützte Dampfablagerung, plasmaunterstützte chemische Dampfablagerung, thermochemische Dampfablagerung oder Sputtern gebildet werden.
Auf die Photodiode 64 läßt man einen durch den Reflexionsfilm durchgelassenen und rückwärts gestrahlten Laserstrahl einfallen. Durch Messen eines Ausgangssignals von der Photodiode 64 kann der Oszillationszustand der Laserdiode überwacht werden.
Auf eine optische Faser 62 läßt man einen Bruchteil des durch den Reflexionsfilm 55A durchgelassenen und vorwärts gestrahlten Laserstrahls einfallen. Die optische Faser 62 ist auf der Oberfläche der Plattform 63 plaziert und in einer Position durch eine Faserpresse 65 befestigt. Die optische Faser 62 erstreckt sich aus dem Außenrahmen 60, durch die Seitenwand des Außenrahmens 60 durchgehend. Der Abschnitt der optischen Faser 62, der durch den Außenrahmen 60 durchgeht, wird durch einen Halter 61 geschützt.
Versiegelungsharz 66 bedeckt die Photodiode 64, die Laserdiode 58 und den Spitzenabschnitt der optischen Faser 62. Das Versiegelungsharz ist z. B. Siliziumharz. Der Brechungsindex von Siliziumharz ist 1,38. Die obere Öffnung des Außenrahmens 60 ist durch einen Deckel 67 geschlossen. Eine Mehrzahl von Signaleingangs/ausgangsanschlüssen 68 ist auf dem Boden des Außenrahmens 60 angebracht.
Nach den Gleichungen (A1) und (A2) ist die Dicke d₁ der ersten Schicht 52, die in 1 gezeigt ist, 242 nm, und die Dicke d₂ der zweiten Schicht 53 ist 86 nm. Es wurde N₁ = N₂ = 0 angenommen. Durch Einsetzen von ns₁ = 1 und ns₂ = 1,38 in die Gleichung (A4) wird sie cos²Δ = 0,395. Daher ist z. B. die Dicke d₃ der dritten Schicht 54 127 nm. Nach der Gleichung (A5) ist das Reflexionsvermögen R [%] 76,7%.
3 ist ein Graph, der als eine Funktion einer Betriebstemperatur eine Änderung im Schwellenstrom vor und nach einer Harzversiegelung der Laserdiode der zweiten Ausführungsform zeigt. Die Abszisse repräsentiert eine Betriebstemperatur durch die Einheit °C, und die Ordinate repräsentiert eine Änderung im Schwellenstrom vor und nach einer Siliziumharzversiegelung in der Einheit %. Eine durchgezogene Linie a in diesem Graph gibt eine Änderung in dem Schwellenstrom der Laserdiode der zweiten Ausführungsform an, eine durchgezogene Linie b gibt eine Änderung im Schwellenstrom einer Laserdiode an, die den Reflexionsfilm ohne die dritte Schicht 54 verwendet, die in 2 gezeigt ist.
Die Änderung im Schwellenstrom ist 5% oder kleiner, falls der Reflexionsfilm der ersten Ausführungsform verwendet wird. Im Gegensatz dazu ist die Änderung im Schwellenstrom etwa 20 bis 45%, falls die dritte Schicht nicht gebildet ist. Wie man aus diesem Graph sieht, kann die Änderung im Schwellenstrom vor und nach einer Harzversiegelung durch Verwenden des Reflexionsfilms der ersten Ausführungsform klein gemacht werden. Diese Effekte sind besonders groß, wenn die Betriebstemperatur hoch ist.
Dies verhält sich so, weil das Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms der zweiten Ausführungsform in der atmosphärischen Luft im wesentlichen das gleiche wie das Reflexionsvermögen nach einer Harzversiegelung ist. Falls die in 3 gezeigte dritte Schicht 54 nicht verwendet wird, ist das Reflexionsvermögen in der atmosphärischen Luft von dem nach einer Harzversiegelung verschieden, so daß der Schwellenstrom sich vor und nach einer Harzversiegelung sehr ändert. Durch Verwenden des Reflexionsfilms der zweiten Ausführungsform ist es möglich, den Schwellenstrom nach einer Harzversiegelung durch Auswerten des Schwellenstroms der Laserdiode in der atmosphärischen Luft mit hoher Genauigkeit vorherzusagen.
In der zweiten Ausführungsform werden SiO₂ und Si als die Materialien der ersten und zweiten Schichten 52 und 53 verwendet, die in 3 gezeigt sind. Andere Materialien können ebenfalls verwendet werden, wie z. B. ein Oxid, Nitrid oder Fluorid von Al, Si, Ti, Zn, Mg oder Li. Wenn auf der Facette eines optischen Resonators der Laserdiode der Reflexionsfilm gebildet wird, ist es vorzuziehen, daß die erste Schicht in direktem Kontakt mit der Facette aus einem isolierenden Material hergestellt wird.
In der zweiten Ausführungsform wurde veranschaulichend ein Laser vom Fabry-Perot-Typ beschrieben. Der Reflexionsfilm der ersten Ausführungsform ist ebenfalls auf andere Laserdioden anwendbar, wie z. B. eine Laserdiode vom Verteilungsrückkopplungstyp und eine Laserdiode vom Verteilung-Bragg-Reflexionstyp.
Der Brechungsindex eines gewöhnlichen Materials ist 1 oder höher, so daß die ns₁ und ns₂ der Gleichung (A4) 1 oder höher sind. Der Brechungsindex des Reflexionsfilmmaterials, das in einem Oszillationswellenlängenbereich einer Laserdiode verwendbar ist, ist im allgemeinen 4 oder kleiner. Daher wird im allgemeinen in Betracht gezogen, daß die folgende Bedingung erfüllt ist: 1 ≤ (ns1 × ns2) ≤ 16.
Aus dieser Bedingung und der Gleichung (A4) werden die folgenden Formeln erhalten:
Es ist nämlich erforderlich, daß die Dicke d₃ der dritten Schicht 54, die in 3 gezeigt ist, die Gleichung (A3) und die Formeln (A6) und (A7) erfüllt. Falls z. B. k = 1, n₀ = 3,23, n₁ = 1,45 und n₂ = 3,8 sind, gilt dann: 49 nm ≤ d ≤ 138 nm oder 311 nm ≤ d ≤ 411.
In der zweiten Ausführungsform ist der Reflexionsfilm auf der Reflexionsfacette der Laserdiode gebildet. Der Reflexionsfilm der ersten Ausführungsform kann auf einer Reflexionsoberfläche eines optischen Mediums mit dem Brechungsindex ns₁ anders als die Laserdiode gebildet werden. In diesem Fall wird der Reflexionsfilm mit einem optischen Medium mit dem Brechungsindex ns₂ bedeckt. Falls der Reflexionsfilm für eine Laserdiode verwendet wird, entspricht die Oszillationswellenlänge der Laserdiode der Wellenlänge von durch den Reflexionsfilm zu reflektierendem Licht. Falls der Reflexionsfilm auf einer Reflexionsfacette eines optischen Mediums gebildet wird, kann durch das folgende Verfahren die Wellenlänge von durch den Reflexionsfilm zu reflektierendem Licht spezifiziert werden.
Die optische Filmdicke der ersten Schicht 52 und der zweiten Schicht 53, die in 3 gezeigt sind, sind beide gegeben durch: λ/4 + (λ/2) × N (A8)wo N 0 oder eine positive ganze Zahl. Die Dicke des optischen Films ist eine Dicke, die durch Multiplizieren der tatsächlichen Filmdicke mit dem Brechungsindex des Films erhalten wird. Die Dicke des optischen Films wird erhalten, indem die Filmdicken der ersten Schicht 52 und der zweiten Schicht 53, die den Reflexionsfilm bilden, gemessen und diese mit den Brechungsindizes multipliziert werden. Die Wellenlänge λ in bezug auf die Dicken des optischen Films der ersten und zweiten Schichten wird spezifiziert, indem in der Gleichung (A8) N geändert wird. In diesem Fall ist es nicht notwendigerweise erforderlich, daß N der ersten Schicht gleich N der zweiten Schicht ist.
Nachdem die Wellenlänge von zu reflektierendem Licht spezifiziert ist, kann aus den Gleichungen (A3) und (A4), in die ns₁ = 1 substituiert wird, eine bevorzugte Dicke d₂ der in 3 gezeigten dritten Schicht 54 erhalten werden. Der in dieser Weise gebildete Reflexionsfilm hat das gleiche Reflexionsvermögen sowohl bei einem Brechungsindex von 1, z. B. in der atmosphärischen Luft, als auch bei einem Brechungsindex von ns₂ in einem Medium. Daher ist es möglich, das Reflexionsvermögen im Medium mit dem Brechungsindex ns₂ mit einer hohen Genauigkeit durch Auswerten des Reflexionsvermögens in der atmosphärischen Luft vorherzusagen.
Als nächstes wird die Struktur einer optischen Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Der Reflexionsfilm der ersten Ausführungsform weist grundsätzlich einen Film mit einer Dicke einer Viertel-Wellenlänge eines Ziellichts in der Laminierungsstruktur auf. In der dritten Ausführungsform weist der Reflexionsfilm eine Dreischichtstruktur auf, und die Dicke jedes Films ist abweichend von dem Viertel-Wellenlängenstandard bestimmt.
4 ist eine Querschnittansicht einer optischen Vorrichtung der dritten Ausführungsform. Auf der Oberfläche eines optischen Mediums 70 sind eine erste Schicht 71, eine zweite Schicht 72 und eine dritte Schicht 73 laminiert. Diese drei Schichten von ersten bis dritten Schichten 71 bis 73 bilden einen Reflexionsfilm 74. Das optische Medium 70 ist eine Laserdiode mit einem äquivalenten Brechungsindex von 3,23 und einer Oszillationswellenlänge von 1,31 μm. Die erste Schicht 71 und die dritte Schicht 73 sind aus SiO₂ mit einem Brechungsindex von 1,45 hergestellt, und die zweite Schicht 72 ist aus Silizium mit einem Brechungsindex von 3,8 hergestellt.
Durch Ändern der Dicken der ersten bis dritten Schichten 71 bis 73 wurden durch Berechnung Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms 74 mit der Dreischichtstruktur bei der Wellenlänge von 1,31 μm in der atmosphärischen Luft und bei nahe liegenden Wellenlängen und Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms 74 erhalten, der mit einem Harz mit einem Brechungsindex von 1,38 beschichtet wurde.
5 ist ein Graph, der als eine Funktion des Reflexionsvermögens R [%] Kombinationen von Filmdicken zeigt, die die Bedingung erfüllen, daß das Reflexionsvermögen des in der atmosphärischen Luft plazierten Reflexionsfilms im wesentlichen gleich demjenigen des mit Harz versiegelten Reflexionsfilms ist, und die Bedingung, daß eine Änderung im Reflexionsvermögen, die durch eine Änderung in der Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts zu verursachen ist, relativ klein ist. Die Abszisse repräsentiert ein Reflexionsvermögen R in der Einheit %, und die Ordinate repräsentiert eine Filmdicke in der Einheit nm. Durchgezogene Linien a1, a2 und a3 in diesem Graph zeigen die Filmdicken der ersten, zweiten und dritten Schichten 71, 72 und 73.
Ein Reflexionsvermögen an einer Grenzfläche zwischen einer gespaltenen Oberfläche einer Laserdiode und Luft beträgt im allgemeinen etwa 30%. Der durch eine Laserdiode verwendete Reflexionsfilm ist gewöhnlich kleiner als das Reflexionsvermögen an der Grenzfläche zwischen der gespaltenen Oberfläche und Luft eingestellt. Aus diesem Grund ist die obere Grenze des in 5 gezeigten Reflexionsvermögens auf 30% eingestellt. Gewünschte Lösungen wurden in einem Bereich mit dem Reflexionsvermögen von 15% oder niedriger nicht erhalten. Es ist daher vorzuziehen, den Konstruktionswert des Reflexionsvermögens des Reflexionsfilms mit der Dreischichtstruktur auf 15% oder höher einzustellen. Aus diesem Grund ist die untere Grenze des in 5 gezeigten Reflexionsvermögens auf 15% eingestellt.
Die Dicke d₁ (Kurve a1) der ersten Schicht 71, die durch eine Gleichung zweiter Ordnung des Reflexionsvermögens R [%] approximiert wird, ist durch: d1 = (0,11–9,2 × 10–3R + 2,2 × 10–4R2)λ0/n1 (A9)gegeben, wo λ₀ eine Zielwellenlänge von 1,31 μm repräsentiert und n₁ der Brechungsindex von 1,45 der ersten Schicht 71 ist. Da die Dicke d₁ als im wesentlichen der Wellenlänge λ₀ proportional betrachtet wird, wird die Dicke d₁ durch eine Gleichung erster Ordnung der Wellenlänge λ₀ ausgedrückt.
Die Dicke d₂ (Kurve a2) der zweiten Schicht 72 ist ähnlich durch: d2 = (–8,7 × 10–3 + 3,5 × 10–3R – 1,2 × 10–5R2) × (–3,6 + 17/n2)λ0 (A10)gegeben, wo n₂ der Brechungsindex von 3,8 der zweiten Schicht 72 ist. Der Ausdruck (–3,6 + 17/n₂) ist ein Ausdruck, der aus dem 5 ähnlichen Graphen abgeleitet wird, der durch Ändern des Brechungsindex n₂ von 3,6 in 3,85 erhalten wird.
In der Praxis ändert sich der Brechungsindex eines durch plasmaunterstützte chemische Dampfablagerung, Sputtern oder dergleichen erzeugten Siliziumfilms in diesem Bereich von 3,6 bis 3,85 in Abhängigkeit von Variationen der Filmbildungsbedingungen. Es ist daher vorzuziehen, die Dicke der zweiten Schicht 72 durch Substituieren des zu den tatsächlichen Filmbildungsbedingungen passenden Brechungsindex n₂ in die Gleichung (A10) zu bestimmen.
Die Dicke d₃ (Kurve a3) der dritten Schicht 73 wird durch: d3 = (0,23–4,9 × 10–3R + 7,7 × 10–5R2)λ0/n3 (A11)approximiert, wo n₃ der Brechungsindex von 1,45 der dritten Schicht 73 ist.
Falls jede der Dicken d₁ bis d₃ in einem Bereich von ±15 nm (einem Bereich zwischen gestrichelten Linien in 5 von dem durch die Gleichungen (A9) bis (A11) berechneten Wert erhöht oder verringert wird, ändert sich gemäß den Berechnungsergebnissen das Reflexionsvermögen in einem Bereich von ±3%. Falls z. B. die Dicke eingestellt werden soll, um ein Reflexionsvermögen von 25% zu haben, und die Dicke um etwa 15 nm geändert wird, ändert sich das Reflexionsvermögen in einem Bereich von 22% bis 28%. Diese Änderung im Reflexionsvermögen ist in einem zulässigen Bereich.
Falls jede der Dicken d₁ bis d₃ in einem Bereich von etwa ±15 nm vom Zielwert erhöht oder verringert wird, wird ebenfalls gemäß den Berechnungsergebnissen die Differenz zwischen dem Reflexionsvermögen des Reflexionsfilms der Laserdiode, der in der atmosphärischen Luft plaziert ist, und dem Reflexionsvermögen des mit Harz versiegelten Reflexionsfilms maximal etwa 2% betragen. Diese Differenz wird 10%, falls ein Einzelschicht-Reflexionsfilm verwendet wird. Selbst wenn jede der Dicken d₁ bis d₃ in einem Bereich von etwa ±15 nm erhöht oder verringert wird, kann nämlich der Effekt eines Verkleinerns der Differenz zwischen dem Reflexionsvermögen in der atmosphärischen Luft und demjenigen nach einer Harzversiegelung ausreichend erwartet werden. Die bevorzugten Filmdicken d₁, d₂ und d₃ für das Reflexionsvermögen von 26% sind daher 28,2 nm oder dünner, 66,2 bis 96,7 nm bzw. 121,2 bis 151,2 nm.
Falls die Dicke der ersten Schicht 71 um 15 nm vom Zielwert verdünnt wird, kann die Dicke d₁ in einigen Fällen 0 nm sein. Die erste Schicht 71 wird jedoch tatsächlich gebildet, und die Dicke d₁ wird in praktischen Fällen nicht 0 nm und wird dicker als 0 nm. In der Praxis wird die Dicke d₁ beim Minimum 2 nm oder mehr.
In der dritten Ausführungsform ist, wie man aus 5 sieht, der für die Dicke d₁ der ersten Schicht 71 zulässige Bereich 40 nm oder dünner. Da jede eines Mehrschicht-Reflexionsfilms der ersten Ausführungsform aus dem Viertel-Wellenlängenstandard bestimmt wird, ist die Dicke jeder Schicht des Reflexionsfilms, der durch eine allgemeine Laserdiode verwendet wird, 220 nm oder dicker. Eine Dicke von 40 nm oder dünner der ersten Schicht in Kontakt mit einem optischen Medium ist ein signifikantes Merkmal der dritten Ausführungsform.
In der dritten Ausführungsform ist der effektive Brechungsindex des optischen Mediums auf 3,23 eingestellt. Falls der effektive Brechungsindex des optischen Mediums in einem Bereich von 3,23 ± 0,05 ist, können die vorzuziehenden Dicken aus den Gleichungen (A9) bis (A11) approximiert werden.
In der dritten Ausführungsform ist die erste Schicht 71 in Kontakt mit dem optischen Medium aus SiO₂ hergestellt, ist die zweite Schicht 72 auf der ersten Schicht 71 aus Silizium hergestellt, und die dritte Schicht 73 ist aus SiO₂ hergestellt. Kombinationen vorzuziehender Dicken für andere Materialien wurden ebenfalls berechnet. Die Kombinationen von Dicken des Reflexionsfilms der optischen Vorrichtung gemäß den ersten bis dritten Modifikationen der dritten Ausführungsformen werden beschrieben. Der Brechungsindex des optischen Mediums, das durch die ersten bis dritten Modifikationen verwendet wird, ist der gleiche wie derjenige der dritten Ausführungsform.
Zunächst wird die erste Modifikation der dritten Ausführungsform beschrieben. In der ersten Ausführungsform sind die erste Schicht 71 und die dritte Schicht 73, die in 4 gezeigt sind, aus Aluminiumoxid hergestellt, und die zweite Schicht 72 ist aus Silizium hergestellt. Die Brechungsindizes n₁ und n₃ der ersten und dritten Schichten sind 1,72.
Die bevorzugten Dicken d₁, d₂ und d₃ der ersten, zweiten und dritten Schichten 71, 72 und 73 sind durch: d1 = (1,7 × 10–3 + 1,1 × 10–3R + 3,1 × 10-5R2)λ0/n1 d2 = (2,3 × 10–2 + 3,5 × 10–3R – 5,6 × 10–5R2) × (–1,4 + 8,9/n2)λ0 d3 = (0,21–1,9 × 10–3R + 2,1 × 10–5R2)λ0/n3 gegeben.
Der zulässige Bereich jeder Dicke ist ±15 nm von jeder der Zieldicken d₁ bis d₃, die aus den obigen Gleichungen berechnet wurden. Die obere Grenze der Dicke der ersten Schicht ist 60 nm. Die bevorzugten Filmdicken d₁, d₂ und d₃ für das Reflexionsvermögen von 26% sind z. B. 23,8 bis 53,8 nm, 75,8 bis 105,8 nm bzw. 117,5 bis 147,5 nm.
Als nächstes wird die zweite Modifikation der dritten Ausführungsform beschrieben. In der zweiten Modifikation ist die in 4 gezeigte erste Schicht 71 aus Siliziumoxid hergestellt, ist die zweite Schicht 72 aus Silizium hergestellt, und die dritte Schicht 73 ist aus Aluminiumoxid hergestellt. Es sind nämlich n₁ = 1,45, n₂ = 3,6 bis 3,85 und n₃ = 1,72.
Die bevorzugten Dicken d₁, d₂ und d₃ der ersten, zweiten und dritten Schichten 71, 72 und 73 sind durch: d1 = (–3,1 × 10–5 + 3,6 × 10–3R – 3,5 × 10–5R2)λ0/n1 d2 = (3,5 × 10–2 + 2,5 × 10–3R – 3,6 × 10–5R2) × (–2,6 + 1,4/n2)λ0 d3 = (0,21–1,9 × 10–3R + 2,1 × 10–5R2)λ0/n3 gegeben.
Der zulässige Bereich jeder Dicke ist ±15 nm von jeder der Zieldicken d₁ bis d₃, die aus den obigen Gleichungen berechnet wurden. Die obere Grenze der Dicke der ersten Schicht ist 40 nm. Zum Beispiel sind die bevorzugten Filmdicken d₁, d₂ und d₃ für das Reflexionsvermögen von 26% 20,4 bis 50,4 nm, 73,4 bis 103,4 nm bzw. 117,5 bis 147,5 nm.
Als nächstes wird die dritte Modifikation der dritten Ausführungsform beschrieben. In der dritten Modifikation ist die in 4 gezeigte erste Schicht 71 aus Aluminiumoxid hergestellt, ist die zweite Schicht 72 aus Silizium hergestellt, und die dritte Schicht 73 ist aus Siliziumoxid hergestellt. Es sind nämlich n₁ = 1,72, n₂ = 3,6 bis 3,85 und n₃ = 1,45.
Die bevorzugten Dicken d₁, d₂ und d₃ der ersten, zweiten und dritten Schichten 71, 72 und 73 sind durch: d1 = (0,12–1,2 × 10–2R + 3,2 × 10–4R2)λ0/n1 d2 = (–2,7 × 10–2 + 3,4 × 10–3R + 2,4 × 10–5R2) × (–3,8 + 2,8/n2)λ0 d3 = (0,23–4,9 × 10–3R + 7,7 × 10–5R2)λ0/n3 gegeben.
Der zulässige Bereich jeder Dicke ist ±15 nm von jeder der Zieldicken d₁ bis d₃, die aus den obigen Gleichungen berechnet wurden. Die obere Grenze der Dicke der ersten Schicht ist 15 nm. Zum Beispiel sind die bevorzugten Filmdicken d₁, d₂ und d₃ für das Reflexionsvermögen von 26% 0,9 bis 30,9 nm, 69,6 bis 99,6 nm bzw. 121,2 bis 151,2.
Wie oben beschrieben wurde, ändert sich die bevorzugte Dicke der Schicht, während die Kombination von Materialien der ersten bis dritten Schichten geändert wird. Durch Bilden eines 5 ähnlichen Graphen für jede Kombination von Materialien ist es möglich, einen Dreischicht-Reflexionsfilm mit einer geringen Differenz von Reflexionsvermögen vor und nach einer Harzversiegelung zu bilden.
6 ist ein Graph, der eine Änderung im Schwellenstrom vor und nach einer Harzversiegelung des Reflexionsfilms der dritten Ausführungsform (einschließlich der ersten bis dritten Modifikationen) in der in 2 gezeigten Laserdiode darstellt, wobei die Änderung durch ein Verhältnis des Schwellenstroms nach der Harzversiegelung zu demjenigen vor der Harzversiegelung dargestellt wird.
Eine in 6 gezeigte polygonale Liniengruppe c gibt die Änderung in dem Schwellenstrom an, wenn der Dreischicht-Reflexionsfilm der dritten Ausführungsform verwendet wird, und eine polygonale Liniengruppe d gibt die Änderung im Schwellenstrom an, wenn ein herkömmlicher Einzelschicht-Reflexionsfilm verwendet wird. Im Fall des herkömmlichen Reflexionsfilms nimmt der Schwellenstrom durch Verwenden einer Harzversiegelung um 20% oder mehr zu. Im Gegensatz dazu ist die Änderung im Schwellenstrom ±5% oder kleiner, wenn der Dreischicht-Reflexionsfilm der dritten Ausführungsform verwendet wird. Durch Verwenden des Dreischicht-Reflexionsfilms der dritten Ausführungsform kann eine Änderung im Schwellenstrom, die durch eine Harzversiegelung zu verursachen ist, unterdrückt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist nicht nur auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Es ist offenkundig, daß verschiedene Modifikationen, Verbesserungen, Kombinationen und dergleichen vom Fachmann vorgenommen werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Reflexionsfilms mit den Schritten: Präparieren eines optischen Mediums mit einer Reflexionsoberfläche und einem Brechungsindex n₀; Bestimmen einer Wellenlänge λ von zu reflektierendem Licht; Bestimmen von zwei verschiedenen Brechungsindizes ns₁ und ns₂ von zwei verschiedenen Materialien, zwischen welchen der Reflexionsfilm angeordnet werden soll; Laminieren von k (k ist eine positive ganze Zahl) Paaren aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ auf der Reflexionsoberfläche des optischen Mediums, worin eine Dicke der ersten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N1)/n1 ist, wo N₁ 0 oder eine positive ganze Zahl ist; und eine Dicke der zweiten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N2)/n2 ist, wo N₂ 0 oder eine positive ganze Zahl ist; Bestimmen einer Dicke d₃ einer dritten Schicht mit dem Brechungsindex n₁, welche erfüllt: d3 = d + (λ/2n1) × N3 wo N₃ 0 oder eine positive ganze Zahl ist; und
; und Bilden des dritten Films mit der Dicke d₃, die bei dem Schritt zum Bestimmen der Dicke d₃ bestimmt wurde, auf einer Oberfläche der zweiten Schicht bei dem k-ten Paar.
Laservorrichtung mit: einem Lasermedium, das eine Oszillationswellenlänge λ und zwei Reflexionsfacetten aufweist und einen optischen Resonator definiert; einer Laminierungsstruktur, die auf mindestens einer Reflexionsfacette des optischen Resonators gebildet ist, der durch das Lasermedium definiert wird, welche Laminierungsstruktur durch Laminieren von k (k ist eine positive ganze Zahl) Paaren aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ gebildet wird, worin eine Dicke der ersten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N1)/n1 ist, wo N₁ 0 oder eine positive ganze Zahl ist, und eine Dicke der zweiten Schicht: (λ/4 + (λ/2) × N2)/n2 ist, wo N₂ 0 oder eine positive ganze Zahl ist; einer dritten Schicht mit dem Brechungsindex n₁, die auf der zweiten Schicht bei dem k-ten Paar der Laminierungsstruktur gebildet ist; und einem Schutzelement, das aus einem Material mit einem Brechungsindex ns hergestellt ist und eine Oberfläche der dritten Schicht bedeckt, worin, falls die Dicke d₃ der dritten Schicht: d3 = d + (λ/2n1) × N3 lautet, wo N₃ 0 oder eine positive ganze Zahl ist, dann:
erfüllt ist.
Optische Vorrichtung mit: einem optischen Medium, das einen Brechungsindex n₀ und eine definierte Reflexionsfacette aufweist; einer Laminierungsstruktur, die auf der Reflexionsfacette des optischen Mediums gebildet ist, welche Laminierungsstruktur gebildet wird, indem k (k ist eine positive ganze Zahl) Paare aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ laminiert werden, worin optische Dicken der ersten Schicht und der zweiten Schicht in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge λ beide: λ/4 + (λ/2) × Nsind, wo N 0 oder eine positive ganze Zahl ist; einer dritten Schicht, die den Brechungsindex n₁ aufweist und auf der zweiten Schicht bei dem k-ten Paar der Laminierungsstruktur gebildet ist; und einem Schutzfilm, der aus einem Material mit einem Brechungsindex ns hergestellt ist und eine Oberfläche der dritten Schicht bedeckt, worin, falls die Dicke d₃ der dritten Schicht: d3 = d + (λ/2n1) × Nlautet, wo N 0 oder eine positive ganze Zahl ist, dann
erfüllt ist.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung mit den folgenden Schritten: Herstellen eines optischen Mediums, das einen Brechungsindex n₀ und eine definierte Reflexionsfacette aufweist; Bilden einer Laminierungsstruktur auf der Reflexionsfacette des optischen Mediums, welche Laminierungsstruktur gebildet wird, indem k (k ist eine positive ganze Zahl) Paare aus einer ersten Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Schicht mit einem Brechungsindex n₂ laminiert werden, worin optische Dicken der ersten Schicht und der zweiten Schicht in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge λ beide: λ/4 + (λ/2) × Nlauten, wo N 0 oder eine positive ganze Zahl ist; und Definieren einer Dicke d₃ einer dritten Schicht, die den Brechungsindex n₁ hat, in solch einer Weise, daß die Dicke d₃ der dritten Schicht die folgende Bedingungen erfüllt: d3 = d + (λ/2n1) × Nist, wo N 0 oder eine positive ganze Zahl ist und
Bilden der dritten Schicht, die einen Brechungsindex n₁ und die Dicke d₃ hat, auf der zweiten Schicht bei dem k-ten Paar der genannten Laminierungstruktur.
Laservorrichtung mit: einem Lasermedium mit einer Oszillationswellenlänge λ [nm], einem effektiven Brechungsindex n₀ und zwei einen optischen Resonator definierenden Reflexionsfacetten; einer ersten Schicht, die auf mindestens einer Reflexionsfacette des Lasermediums gebildet ist, aus Siliziumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] aufweist; einer zweiten Schicht, die auf einer Oberfläche der ersten Schicht gebildet ist, aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si hergestellt ist und eine Dicke d₂ [nm] aufweist; einer auf einer Oberfläche der zweiten Schicht gebildeten dritten Schicht aus Siliziumoxid mit einer Dicke d₃ [nm]; worin der effektive Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 bis 3,28 liegt, die Dicke d₁ in einem Bereich von: (0,11–9,2 × 10–3R + 2,2 × 10–4R2)λ/nSiO ± 15,liegt, wobei n_SiO der Brechungsindex von SiO₂ ist, die Dicke d₂ in einem Bereich von: (–8,7 × 10–3 + 3,5 × 10–3R – 1,2 × 10–5R2) × (–3,6 + 17/nsi)λ ± 15,liegt, und die Dicke d₃ in einem Bereich von: (0,23–4,9 × 10–3R + 7,7 × 10–5R2)λ/nSiO ± 15liegt, und R [%] in einem Bereich von 15 bis 30 liegt.
Verfahren zum Herstellen eines Reflexionsfilms, mit den Schritten: Präparieren eines optischen Mediums mit einer Reflexionsoberfläche und einem Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 oder größer bis 3,28 oder kleiner; und Bestimmen einer Wellenlänge λ von zu reflektierendem Licht und eines Reflexionsvermögens R [%]; Bilden einer ersten Schicht auf der Reflexionsoberfläche des optischen Mediums, welche erste Schicht aus Siliziumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] aufweist, die in einem Bereich von (0,11–9,2 × 10–3R + 2,2 × 10–4R2)λ/nSiO ± 15liegt, wobei n_SiO der Brechungsindex von SiO₂ ist, Bilden einer zweiten Schicht auf einer Oberfläche der ersten Schicht, welche zweite Schicht aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si hergestellt ist und eine Dicke d₂ [nm] aufweist, die in einem Bereich von (–8,7 × 10–3 + 3,5 × 10–3R – 1,2 × 10–5R2) × (–3,6 + 17/nsi)λ ± 15,liegt; und Bilden einer dritten Schicht auf einer Oberfläche der zweiten Schicht, welche dritte Schicht aus Siliziumoxid mit einer Dicke d₃ [nm] hergestellt ist, die in einem Bereich von (0,23–4,9 × 10–3R + 7,7 × 10–5R2)λ/nSiO ± 15liegt wobei n_SiO der Brechungsindex von SiO2 ist.
Laservorrichtung mit: einem Lasermedium, das eine Oszillationswellenlänge λ [nm], einen effektiven Brechungsindex n₀ und zwei, einen optischen Resonator definierende Reflexionsfacetten aufweist; einer ersten Schicht, die auf mindestens einer Reflexionsfacette des Lasermediums gebildet ist, aus Aluminiumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] aufweist; einer zweiten Schicht, die auf einer Oberfläche der ersten Schicht gebildet ist, aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si hergestellt ist und eine Dicke d₂ [nm] aufweist; einer auf einer Oberfläche der zweiten Schicht gebildeten dritten Schicht aus Aluminiumoxid mit einer Dicke d₃ [nm]; worin der effektive Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 bis 3,28 liegt, die Dicke d₁ in einem Bereich von: (1,7 × 10–3 + 1,1 × 10–3R + 3,1 × 10–5R2)λ/nAlO ± 15 liegt, wobei n_AlO der Brechungsindex von Aluminiumoxid ist, die Dicke d₂ in einem Bereich von (2,3 × 10–2 + 3,5 × 10–3R – 5,6 × 10–5R2) x (–1,4 + 8.9/nsi)λ ± 15liegt, und die Dicke d₃ in einem Bereich von (0,21–1,9 × 10–3R + 2,1 × 10–5R2)λ/nAlO ± 15liegt, und R [%] in einem Bereich von 15 bis 30 liegt.
Verfahren zum Herstellen eines Reflexionsfilms, mit den Schritten: Präparieren eines optischen Mediums, das eine Reflexionsoberfläche und einen Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 bis 3,28 aufweist; Bestimmen einer Wellenlänge λ von zu reflektierendem Licht und eines Reflexionsvermögen R [%]; Bilden einer ersten Schicht auf der Reflexionsoberfläche des optischen Mediums, welche erste Schicht aus Aluminiumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] aufweist, die in einem Bereich von (1,7 × 10–3 + 1,1 × 10–3R + 3,1 × 10–5R2)λ/nAlO ± 15liegt, wobei n_AlO der Brechungsindex von Aluminiumoxid ist; Bilden einer zweiten Schicht auf einer Oberfläche der ersten Schicht, welche zweite Schicht aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si und mit einer Dicke d² [nm] hergestellt ist, die in einem Bereich von (2,3 × 10–2 + 3,5 × 10–3R – 5,6 × 10–5R2) × (–1,4 + 8.9/nsi)λ ± 15liegt; und Bilden einer dritten Schicht auf einer Oberfläche der zweiten Schicht, welche dritte Schicht aus Aluminiumoxid mit einer Dicke d³ [nm] hergestellt ist, die in einem Bereich von (0,21 – 1,9 × 10–3R + 2,1 × 10–5R2)λ/nAlO ± 15liegt, wobei n_AlO der Brechungsindex von Aluminiumoxid ist.
Laservorrichtung mit: einem Lasermedium mit einer Oszillationswellenlänge λ [nm], einem effektiven Brechungsindex n₀ und zwei, einen optischen Resonator definierenden Reflexionsfacetten; einer ersten Schicht, die auf mindestens einer Reflexionsfacette des Lasermediums gebildet ist, aus Siliziumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] aufweist; einer zweiten Schicht, die auf einer Oberfläche der ersten Schicht gebildet ist, aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si hergestellt ist und eine Dicke d₂ [nm] aufweist; einer auf einer Oberfläche der zweiten Schicht gebildeten dritten Schicht aus Aluminiumoxid mit einer Dicke d₃ [nm]; worin der effektive Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 bis 3,28 liegt, die Dicke d₁ in einem Bereich von: (–3,1 × 10–5 + 3,6 × 10–3R – 3,5 × 10–5R2)λ/nSiO ± 15liegt, wobei n_SiO der Brechungsindex von SiO2 ist, die Dicke d₂ in einem Bereich von (3,5 × 10–2 + 2,5 × 10–3R – 3,6 × 10–5R2) × (–2,6 + 1,4/nsi)λ ± 15liegt, und die Dicke d₃ in einem Bereich von (0,21 – 1,9 × 10–3R + 2,1 × 10–5R2)λ/nAlO ± 15liegt und R [%] in einem Bereich 15 bis 30 liegt, wobei n_AlO der Brechungsindex von Aluminiumoxid ist.
Verfahren zum Herstellen eines Reflexionsfilms mit den Schritten: Präparieren eines optischen Mediums mit einer Reflexionsoberfläche und einem Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 bis 3,28; Bestimmen einer Wellenlänge λ von zu reflektierendem Licht und eines Reflexionsvermögens R [%]; Bilden einer ersten Schicht auf der Reflexionsoberfläche des optischen Mediums, welche erste Schicht aus Siliziumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] aufweist, die in einem Bereich von (–3,1 × 10–5 + 3,6 × 10–3R – 3,5 × 10–5R2)λ/nSiO ± 15liegt wobei n_SiO der Brechungsindex von SiO2 ist; Bilden einer zweiten Schicht auf einer Oberfläche der ersten Schicht, welche zweite Schicht aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si hergestellt ist und eine Dicke d₂ [nm] aufweist, die in einem Bereich von (3,5 × 10–2 + 2,5 × 10–3R – 3,6 × 10–5R2) × (–2,6 + 1,4/nsi)λ ± 15liegt; und Bilden einer dritten Schicht auf einer Oberfläche der zweiten Schicht, welche dritte Schicht aus Aluminiumoxid mit einer Dicke d₃ [nm] hergestellt ist, die in einem Bereich von: (0,21 – 1,9 × 10–3R + 2,1 × 10–5R2)λ/nAlO ± 15liegt, wobei n_AlO der Brechungsindex von Aluminiumoxid ist.
Laservorrichtung mit: einem Lasermedium, das eine Oszillationswellenlänge λ [nm], einen effektiven Brechungsindex n₀ und zwei, einen optischen Resonator definierende Reflexionsfacetten aufweist; einer ersten Schicht, die auf mindestens einer Reflexionsfacette des Lasermediums gebildet ist, aus Aluminiumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] aufweist; einer zweiten Schicht, die auf einer Oberfläche der ersten Schicht gebildet ist, aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si hergestellt ist und eine Dicke d₂ [nm] aufweist; einer auf einer Oberfläche der zweiten Schicht gebildeten dritten Schicht aus Siliziumoxid mit einer Dicke d₃ [nm]; worin der effektive Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 oder größer bis 3,28 oder kleiner liegt, die Dicke d₁ in einem Bereich von: (0,12 – 1,2 × 10–2R + 3,2 × 10–4R2)λ/nAlO ± 15liegt, wobei n_AlO der Brechungsindex von Aluminiumoxid ist, die Dicke d₂ in einem Bereich von (–2,7 × 10–2 + 3,4 × 10–3R + 2,4 × 10–5R2) × (–3,8 + 2,8/nsi)λ ± 15liegt, und die Dicke d₃ in einem Bereich von (0,23 – 4,9 × 10–3R + 7,7 × 10–5R2)λ/nSiO ± 15liegt, wobei n_SiO der Brechungsindex von SiO2 ist, und R [%] in einem Bereich von 15 bis 30 liegt.
Verfahren zum Herstellen eines Reflexionsfilms, mit den Schritten: Präparieren eines optischen Mediums mit einer Reflexionsoberfläche und einem Brechungsindex n₀ in einem Bereich von 3,18 bis 3,28; Bestimmen einer Wellenlänge λ von zu reflektierendem Licht und eines Reflexionsvermögens R [%]; Bilden einer ersten Schicht auf der Reflexionsoberfläche des optischen Mediums, welche erste Schicht aus Aluminiumoxid hergestellt ist und eine Dicke d₁ [nm] aufweist, die in einem Bereich von (0,12 – 1,2 × 10–2R + 3,2 × 10–4R2)λ/nAlO ± 15liegt, wobei n_AlO der Brechungsindex von Aluminiumoxid ist; Bilden einer zweiten Schicht auf einer Oberfläche der ersten Schicht, welche zweite Schicht aus Silizium mit einem Brechungsindex n_si hergestellt ist und eine Dicke d₂ [nm] aufweist, die in einem Bereich von (–2,7 × 10–2 + 3,4 × 10–3R + 2,4 × 10–5R2) × (–3,8 + 2,8/nsi)λ ± 15liegt; und Bilden einer dritten Schicht auf einer Oberfläche der zweiten Schicht, welche dritte Schicht aus Siliziumoxid mit einer Dicke d₃ [nm] hergestellt ist, die in einem Bereich von (0,23–4,9 × 10–3R + 7,7 × 10–5R2)λ/nSiO ± 15liegt wobei n_SiO der Brechungsindex von SiO2 ist.