JP2000200938A - Passivation film of semiconductor laser, and semiconductor laser and laser module using the same - Google Patents

Passivation film of semiconductor laser, and semiconductor laser and laser module using the same

Info

Publication number
JP2000200938A
JP2000200938A JP10350443A JP35044398A JP2000200938A JP 2000200938 A JP2000200938 A JP 2000200938A JP 10350443 A JP10350443 A JP 10350443A JP 35044398 A JP35044398 A JP 35044398A JP 2000200938 A JP2000200938 A JP 2000200938A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
film
semiconductor laser
thickness
passivation film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10350443A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Yokouchi
則之 横内
Norio Okubo
典雄 大久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP10350443A priority Critical patent/JP2000200938A/en
Publication of JP2000200938A publication Critical patent/JP2000200938A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a passivation film contributing ensuring long-term reliability of a semiconductor laser by suppressing the deterioration of an output end surface of the semiconductor laser whose oscillation wave length is of 980 nm band. SOLUTION: In a semiconductor laser passivation film 1 of two-layer structure comprising a first thin film 1A, which is film-formed on an output end surface 2D of a semiconductor laser 2 directly, and a second thin film 1B which is film-formed on the surface of the first thin film, and the film thickness of the first thin film 1A is, in a calculating equation for finding reflection factor of the passivation film 1 by a matrix method, is decided to have a value for which differential coefficient becomes zero, when the calculating equation is differentiated with the film thickness of the first thin film 1A.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザのパッ
シベーション膜とそれを用いた半導体レーザ、およびそ
の半導体レーザが組み込まれているレーザモジュールに
関し、更に詳しくは、高出力動作下においても半導体レ
ーザの出力端面の劣化を抑制し、当該半導体レーザに長
期に亘って高い動作信頼性を保障することができる構造
の半導体レーザのパッシベーション膜に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a passivation film of a semiconductor laser, a semiconductor laser using the same, and a laser module incorporating the semiconductor laser. The present invention relates to a passivation film of a semiconductor laser having a structure capable of suppressing deterioration of an end face and ensuring high operation reliability of the semiconductor laser for a long time.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザの共振器端面には、動作時
における出力端面の酸化などによる劣化を防止するため
に、AlOx,SiNxなどがパッシベーション膜とし
て成膜される。なお、上記した半導体レーザの出力端面
という場合、半導体材料の積層構造を劈開して表出させ
た劈開面にエピタキシャル結晶成長法で例えばInGa
P層を端面保護層として成膜されていることもあり、そ
の場合には、上記したパッシベーション膜はこの端面保
護層を被覆して成膜してもよい。
2. Description of the Related Art A passivation film of AlOx, SiNx, or the like is formed on a cavity facet of a semiconductor laser in order to prevent deterioration of an output facet due to oxidation or the like during operation. In the case of the output end face of the above-described semiconductor laser, for example, InGaP is formed on the cleavage face obtained by cleaving the laminated structure of the semiconductor material by the epitaxial crystal growth method.
In some cases, the P layer is formed as an end face protection layer. In this case, the passivation film may be formed by covering the end face protection layer.

【0003】ところで、最近、発振波長が980nm帯域
にある半導体レーザの開発研究が盛んであるが、このタ
イプの半導体レーザの場合、パッシベーション膜が例え
ばAlOx単層であると、急速に出力端面の劣化が進ん
で短時間で実働不能となってしまう。このような問題を
解決するために、特開平3−101183号公報では、
パッシベーション膜を2層構造の低反射率膜で構成する
ことが提案されている。具体的には、半導体レーザの出
力端面に、厚み1nm程度のSi薄膜を直接成膜し、更に
そのSi薄膜の表面に厚み140nm程度のSiNx薄膜
を成膜した構造である。このパッシベーション膜の場
合、Si薄膜が出力端面への酸素拡散を抑制して、出力
端面の劣化を防ぎ、もって半導体レーザの動作における
長期信頼性が確保されるとしている。
Recently, research and development of a semiconductor laser having an oscillation wavelength in the 980 nm band has been actively conducted. In the case of this type of semiconductor laser, if the passivation film is, for example, a single layer of AlOx, the output end face is rapidly deteriorated. And it becomes inoperable in a short time. In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-101183 discloses that
It has been proposed that the passivation film be formed of a low-reflectance film having a two-layer structure. Specifically, it has a structure in which a Si thin film having a thickness of about 1 nm is directly formed on the output end face of the semiconductor laser, and a SiNx thin film having a thickness of about 140 nm is formed on the surface of the Si thin film. In the case of this passivation film, the Si thin film suppresses oxygen diffusion to the output end face, prevents deterioration of the output end face, and ensures long-term reliability in operation of the semiconductor laser.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たSi薄膜とAlOx薄膜から成る2層構造のパッシベ
ーション膜を有する半導体レーザを980nmの波長帯域
で動作させた場合、出力端面における光出力が200mW
以上の高出力になると、出力端面の温度が上昇して経時
的に発振しきい値電流や光出力が大幅に変化するという
現象が発現し、結局、長期に亘る動作信頼性が乏しくな
ってしまう。
However, when the semiconductor laser having a two-layer passivation film composed of the Si thin film and the AlOx thin film is operated in a wavelength band of 980 nm, the light output at the output end face is 200 mW.
When the output becomes high as described above, a phenomenon occurs in which the temperature of the output end face rises and the oscillation threshold current and the optical output change significantly with time, resulting in poor long-term operation reliability. .

【0005】本発明は、2層構造のパッシベーション膜
を有する半導体レーザにおける上記した問題を解決し、
長期間の動作を行っても、発振しきい値電流や光出力の
変化が小さく、したがって長期信頼性を備えた半導体レ
ーザの実現を可能にする半導体のパッシベーション膜、
またそのパッシベーション膜が成膜されている半導体レ
ーザ、およびその半導体レーザが光源として組み込まれ
ているレーザモジュールの提供を目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems in a semiconductor laser having a two-layered passivation film,
A semiconductor passivation film that has a small change in oscillation threshold current and light output even when operated for a long period of time, thus enabling the realization of a semiconductor laser with long-term reliability.
It is another object of the present invention to provide a semiconductor laser on which the passivation film is formed and a laser module in which the semiconductor laser is incorporated as a light source.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために、上記した現象、すなわち、発振
しきい値電流や光出力の大幅な変化の発生根拠について
の考察を行い、その結果、次のような着想を抱くに至っ
た。すなわち、この現象は、高出力動作による発熱で出
力端面が加熱され、その熱によって当該出力端面に直接
成膜されているSi薄膜が変質した結果発現するという
着想である。そして、変質したこのSi薄膜は、成膜当
初の時点とその膜厚は同じであったとしても、その屈折
率は変化してしまっていると考えられる。一方、このS
i薄膜の表面に成膜されているAlOx薄膜は、半導体
レーザの動作前後でその膜厚の変化が起こらないことは
勿論のこと、屈折率変化もほとんど起こさないものと考
えられる。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors consider the above-mentioned phenomenon, that is, the basis for the occurrence of a large change in the oscillation threshold current and optical output. As a result, I came to the following idea. That is, this phenomenon is an idea that the output end face is heated by the heat generated by the high-output operation, and the heat is generated and the Si thin film directly formed on the output end face is deteriorated. Then, it is considered that the refractive index of the altered Si thin film has changed even if its thickness is the same as that at the beginning of film formation. On the other hand, this S
It is considered that the AlOx thin film formed on the surface of the i thin film does not change its film thickness before and after the operation of the semiconductor laser, and hardly changes its refractive index.

【0007】ところで、所定波長の光に対するある膜の
反射率は、その膜を構成する材料の屈折率と膜厚の関数
である。したがって、上記した2層構造のパッシベーシ
ョン膜の反射率も、Si薄膜の膜厚と屈折率、AlOx
薄膜の膜厚と屈折率によって律せられることになる。半
導体レーザの動作前後においては、前記したように、A
lOx薄膜とSi薄膜の各膜厚は変化せず、そしてAl
Ox薄膜の屈折率はほとんど変化せず、Si薄膜の屈折
率のみが大きく変化しているものと考えられるので、結
局、半導体レーザの動作前後におけるパッシベーション
膜の反射率変化は、Si薄膜の屈折率変化に基づいて発
現しているものと考えられる。
By the way, the reflectance of a certain film with respect to light having a predetermined wavelength is a function of the refractive index and the film thickness of the material constituting the film. Therefore, the reflectivity of the passivation film having the two-layer structure described above also depends on the film thickness and the refractive index of the Si thin film, AlOx
It is determined by the thickness and the refractive index of the thin film. Before and after the operation of the semiconductor laser, as described above, A
The thicknesses of the lOx thin film and the Si thin film do not change, and
Since it is considered that the refractive index of the Ox thin film hardly changes and only the refractive index of the Si thin film greatly changes, after all, the change in the reflectance of the passivation film before and after the operation of the semiconductor laser is the refractive index of the Si thin film. It is considered that the expression is based on the change.

【0008】したがって、2層構造のパッシベーション
膜の反射率変化を抑制するためには、出力端面に直接成
膜されている例えばSi薄膜が屈折率変化を起こさない
ようにすればよいことになるが、Si薄膜の熱変質は不
可避的に起こるのでこのことは事実上実現不可能であ
る。そこで本発明者らは、仮にSi薄膜が変質してその
屈折率が変化したとしても、その屈折率変化がパッシベ
ーション膜の反射率に影響を与えないように当該Si薄
膜の膜厚を設定すれば、動作前後におけるパッシベーシ
ョン膜の反射率変化を抑制することが可能になるとの着
想を抱くに至った。
Therefore, in order to suppress a change in the reflectance of the passivation film having the two-layer structure, it is sufficient to prevent a change in the refractive index of, for example, a Si thin film formed directly on the output end face. This is practically impossible because thermal transformation of the Si thin film inevitably occurs. Therefore, the present inventors set the film thickness of the Si thin film so that the change in the refractive index does not affect the reflectivity of the passivation film even if the Si thin film is altered and its refractive index is changed. This led to the idea that the change in the reflectance of the passivation film before and after the operation could be suppressed.

【0009】そして、この着想に基づき、後述するマト
リックス法によるパッシベーション膜の反射率計算式を
解析し、後述する演算によって算出されるSi薄膜の膜
厚を設定し、実際に製作したパッシベーション膜におい
てSi薄膜と反射率変化との関係を調べたところ、上記
着想の正しいことを確認することができた。そしてその
確認に基づき、本発明のパッシベーション膜を開発する
に至った。
Based on this idea, the reflectance calculation formula of the passivation film by the matrix method described later is analyzed, the thickness of the Si thin film calculated by the calculation described later is set, and the Si film is formed on the actually manufactured passivation film. By examining the relationship between the thin film and the change in reflectance, it was confirmed that the above idea was correct. Then, based on the confirmation, a passivation film of the present invention was developed.

【0010】すなわち、本発明の半導体レーザのパッシ
ベーション膜は、半導体レーザの出力端面に直接成膜さ
れた第1薄膜と前記第1薄膜の表面に成膜された第2薄
膜とから成る2層構造の半導体レーザのパッシベーショ
ン膜において、前記第1薄膜の膜厚は、前記パッシベー
ション膜の反射率をマトリックス法で求める計算式にお
いて、前記計算式を前記第1薄膜の膜厚で微分したとき
の微分係数がゼロになる値であることを特徴とする。
That is, the passivation film of the semiconductor laser of the present invention has a two-layer structure comprising a first thin film formed directly on the output end face of the semiconductor laser and a second thin film formed on the surface of the first thin film. In the passivation film of the semiconductor laser of the above, the thickness of the first thin film is a differential coefficient obtained by differentiating the calculation formula by the thickness of the first thin film in a calculation formula for calculating the reflectance of the passivation film by a matrix method. Is a value that becomes zero.

【0011】また、本発明の半導体レーザのパッシベー
ション膜は、前記第1薄膜はSi薄膜であり、前記第2
薄膜はAlOx薄膜であり、かつ、前記Si薄膜の膜厚
が15〜25nmであることを特徴とする。また、本発明
においては、上記したパッシベーション膜が出力端面に
成膜されていることを特徴とする半導体レーザ、および
その半導体レーザが光源として組み込まれていることを
特徴とするレーザモジュールが提供される。
Further, in the passivation film of the semiconductor laser according to the present invention, the first thin film is a Si thin film, and the second thin film is a Si thin film.
The thin film is an AlOx thin film, and the thickness of the Si thin film is 15 to 25 nm. Further, in the present invention, there is provided a semiconductor laser characterized in that the above-mentioned passivation film is formed on an output end face, and a laser module characterized in that the semiconductor laser is incorporated as a light source. .

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、半導体レーザの出力端面
に2層構造のパッシベーション膜を成膜した状態を示す
断面図である。図1において、所定の半導体を用いて、
クラッド層および基板2Cとクラッド層2Bの間に活性
層2Aが埋め込まれて半導体レーザ2が形成されてい
る。そして、この半導体レーザ2の出力端面2Dには、
そこを直接被覆して第1薄膜1Aが成膜され、更にその
表面に第2薄膜1Bが成膜されて全体として2層構造の
パッシベーション膜1が形成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing a state in which a passivation film having a two-layer structure is formed on an output end face of a semiconductor laser. In FIG. 1, using a predetermined semiconductor,
The active layer 2A is embedded between the cladding layer and the substrate 2C and the cladding layer 2B to form the semiconductor laser 2. The output end face 2D of the semiconductor laser 2 includes
The first thin film 1A is formed by directly covering the first thin film 1A, and the second thin film 1B is further formed on the first thin film 1A to form the passivation film 1 having a two-layer structure as a whole.

【0013】なお、図1では、出力端面2Dに前記した
端面保護膜が図示されていないが、本発明においては、
この出力端面2DにはInGaP層のような端面保護膜
が形成されている場合も含むものとする。このパッシベ
ーション膜1において、第1薄膜1Aは例えばSi,T
iO2などの材料で形成することができ、また第2薄膜
1Bは例えばAlOx,SiNx,SiO2など、前記
第1薄膜とは異種類の材料で形成される。そして、この
パッシベーション膜1は、通常、活性層2Aからのレー
ザ光の光出力のうち約5%を反射し、残りの約95%の
光出力を透過できるように、反射率と厚みが設定されて
いる。
In FIG. 1, the above-mentioned end face protective film is not shown on the output end face 2D.
The output end face 2D includes a case where an end face protective film such as an InGaP layer is formed. In the passivation film 1, the first thin film 1A is made of, for example, Si, T
iO can be formed 2 of a material such as, The second thin film 1B, for example AlOx, SiNx, etc. SiO 2, and the first thin film is formed by different types of materials. The passivation film 1 usually has a reflectivity and a thickness set so as to reflect about 5% of the light output of the laser light from the active layer 2A and transmit the remaining about 95% of the light output. ing.

【0014】本発明のパッシベーション膜1は、第1薄
膜1Aの膜厚が次のようにして決定されるところに特徴
を有している。そのことを以下に説明する。今、半導体
レーザ2を構成する半導体の屈折率をn0、第1薄膜1
Aの屈折率と膜厚をそれぞれn1,d1、第2薄膜の屈折
率と膜厚をそれぞれn2,d2、そして空気の屈折率を1
とする。
The passivation film 1 of the present invention is characterized in that the thickness of the first thin film 1A is determined as follows. This will be described below. Now, the refractive index of the semiconductor constituting the semiconductor laser 2 is n 0 , and the first thin film 1
The refractive index and thickness of A are n 1 and d 1 , the refractive index and thickness of the second thin film are n 2 and d 2 , and the refractive index of air is 1.
And

【0015】ここで、出力端面2Dからのレーザ光(電
磁波)の波長をλとすると、その電磁波の第1薄膜1A
の電界反射率への寄与は、公知のマトリックス法で複素
表示した場合、次式:
Here, assuming that the wavelength of the laser beam (electromagnetic wave) from the output end face 2D is λ, the first thin film 1A of the electromagnetic wave
The contribution to the electric field reflectance is represented by the following equation when expressed in a complex manner by a known matrix method:

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】で示される。また同様に、第2薄膜1Bの
電界反射率への寄与は、次式:
## EQU1 ## Similarly, the contribution of the second thin film 1B to the electric field reflectance is expressed by the following equation:

【0018】[0018]

【数2】 (Equation 2)

【0019】で示される。このことから、マトリックス
法によれば、パッシベーション膜1の電界反射率Sは、
次式:
## EQU1 ## From this, according to the matrix method, the electric field reflectance S of the passivation film 1 is
The following formula:

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】となる。ここで、第2薄膜1Bから出射し
たレーザ光が再び当該第2薄膜に入射するこ
## EQU1 ## Here, the laser light emitted from the second thin film 1B enters the second thin film again.

【0022】[0022]

【外1】 [Outside 1]

【0023】Rは、次式:R is the following formula:

【0024】[0024]

【数4】 (Equation 4)

【0025】(ただし、 S10=(−n2・n1・n0+n2・n1)cos(f1)cos(f2)
+(n2 2・n0−n1 2)sin(f1)sin(f2)+j{(n2 2・n
1−n1・n0)cos(f1)sin(f2)+(n2・n1 2−n2
0)sin(f1)cos(f2)} S00=(−n2・n1・n0−n2・n1)cos(f1)cos(f2)
+(n2 2・n0+n1 2)sin(f1)sin(f2)+j{(−n2 2
1−n1・n0)cos(f1)sin(f2)+(−n2・n1 2−n2
・n0)sin(f1)cos(f2)}であり、また、 f1=2πn11/λ,f2=2πn22/λ である)で示される。
(However, S 10 = (− n 2 · n 1 · n 0 + n 2 · n 1 ) cos (f 1 ) cos (f 2 )
+ (N 2 2 · n 0 -n 1 2) sin (f 1) sin (f 2) + j {(n 2 2 · n
1− n 1 · n 0 ) cos (f 1 ) sin (f 2 ) + (n 2 · n 1 2 −n 2 ·
n 0) sin (f 1) cos (f 2)} S 00 = (- n 2 · n 1 · n 0 -n 2 · n 1) cos (f 1) cos (f 2)
+ (N 2 2 · n 0 + n 1 2) sin (f 1) sin (f 2) + j {(- n 2 2 ·
n 1 -n 1 · n 0) cos (f 1) sin (f 2) + (- n 2 · n 1 2 -n 2
· N 0) is a sin (f 1) cos (f 2)}, also, f 1 = 2πn 1 d 1 / λ, represented by f 2 = 2 [pi] n a 2 d 2 / λ).

【0026】ここで、第1薄膜をn1=3.5の材料で構
成し、第2薄膜をn2=1.65の材料で構成し、レーザ
光の波長を980nmとし、また半導体レーザの半導体を
屈折率n0=3.2の材料で構成したと仮定してパッシベ
ーション膜を成膜したときに、第1薄膜の膜厚d1と第
2薄膜の膜厚d2を変化させたときの当該パッシベーシ
ョン膜の(4)式から算出される反射率R(%)をコンピ
ュータに描画させた。その結果を図2に示した。
Here, the first thin film is made of a material of n 1 = 3.5, the second thin film is made of a material of n 2 = 1.65, the wavelength of the laser beam is 980 nm, and When the thickness of the first thin film d 1 and the thickness of the second thin film d 2 are changed when the passivation film is formed assuming that the semiconductor is made of a material having a refractive index n 0 = 3.2. The reflectance R (%) of the passivation film calculated from equation (4) was drawn by a computer. The result is shown in FIG.

【0027】これらの図面の意味する内容を、図2に則
して説明する。図2に描画されている各曲線は、いずれ
も、コンピュータで計算された(4)式の反射率Rを示す
曲線である。例えば、図2の曲線c1の場合、成膜する
パッシベーション膜のd1,d2を変化させたときに当該
パッシベーション膜の反射率Rが5%値を示すときのd
1とd2の関係を示している。
The meaning of these drawings will be described with reference to FIG. Each of the curves drawn in FIG. 2 is a curve indicating the reflectance R of the equation (4) calculated by the computer. For example, d when the curve c 1 in FIG. 2, the reflectance of the passivation film when changing the d 1, d 2 of the passivation film formed R represents a 5% value
The relation between 1 and d 2 is shown.

【0028】図2から明らかなように、各曲線は、いず
れも、膜厚d1方向に周期的に変曲点を有している。こ
れは、(4)式が三角関数であるからである。そして、
その変曲点においては、他の曲線上の箇所に比べて、膜
厚d1が変化しても曲線の変化量は小さくなっている。
すなわち、これら変曲点の近傍では、膜厚d1が変化し
てもパッシベーション膜の反射率Rの変化は小さくなっ
ているのである。また、膜厚d1の変化は(4)式中の
1が変化することに相当し、n 1の屈折率変化が微小で
あれば、n1の変化とd1の変化は同意であると考えられ
る。したがって、この変曲点においては、n1が変化し
ても反射率Rの変化は小さくなっているものと考えられ
る。
As is clear from FIG. 2, each curve is
Again, the film thickness d1It has an inflection point periodically in the direction. This
This is because equation (4) is a trigonometric function. And
At the point of inflection, the film
Thickness d1Changes, the amount of change in the curve is small.
That is, in the vicinity of these inflection points, the film thickness d1Changes
However, the change in the reflectance R of the passivation film is small.
-ing Also, the film thickness d1Changes in equation (4)
f1Changes, and n 1Changes in the refractive index of
If present, n1Change and d1Change is considered consent
You. Therefore, at this inflection point, n1Changes
However, it is considered that the change in the reflectance R is small.
You.

【0029】図2の曲線c1を参照すると、例えば、第
2薄膜の膜厚を180nmとし、第1薄膜の膜厚を20nm
程度にすると、その点は曲線c1の最初の変曲点近辺で
あり、かつ、そのときのパッシベーション膜の反射率R
は5%であると同時に、膜厚d1が変化しても反射率R
の変化率はほぼゼロになることが推定できる。このパッ
シベーション膜の反射率Rの変化率を極小化しうる上記
膜厚d1は、反射率Rの計算式である(4)式をd1で微分
し、その微分係数をゼロにするような値として算出でき
る。
Referring to curve c 1 in FIG. 2, for example, the thickness of the second thin film and 180 nm, the thickness of the first thin film 20nm
In this case, the point is near the first inflection point of the curve c 1 and the reflectivity R of the passivation film at that time.
Is 5%, and at the same time, even if the film thickness d 1 changes, the reflectance R
Can be estimated to be almost zero. The film thickness d 1 capable of minimizing the rate of change of the reflectance R of the passivation film is a value that differentiates the equation (4), which is the calculation formula of the reflectance R, by d 1 and makes its differential coefficient zero. Can be calculated as

【0030】[0030]

【外2】 [Outside 2]

【0031】その結果、次式:As a result, the following equation:

【0032】[0032]

【数5】 (Equation 5)

【0033】(ただし、 A=(−n2・n1・n0+n2・n1)cos(f2)、 B=(n2 2・n0−n1 2)sin(f2)、 C=(n2 2・n1−n1・n0)sin(f2)、 D=(n2・n1 2−n2・n0)cos(f2)、 a=(−n2・n1・n0−n2・n1)cos(f2)、 b=(n2 2・n0+n1 2)sin(f2)、 c=(−n2 2・n1−n1・n0)sin(f2) d=(−n2・n1 2−n2・n1)cos(f2)であり、また、 |d(x)|2=(a2+c2)+2(ab+cd)tan(f1)+
(b2+d2)tan2(f1) |f(x)|2=(A2+C2)+2(AB+CD)tan(f1)+
(B2+D2)tan2(f1) である)が得られる。
[0033] (where, A = (- n 2 · n 1 · n 0 + n 2 · n 1) cos (f 2), B = (n 2 2 · n 0 -n 1 2) sin (f 2), C = (n 2 2 · n 1 -n 1 · n 0) sin (f 2), D = (n 2 · n 1 2 -n 2 · n 0) cos (f 2), a = (- n 2 · n 1 · n 0 -n 2 · n 1) cos (f 2), b = (n 2 2 · n 0 + n 1 2) sin (f 2), c = (- n 2 2 · n 1 -n 1 · n 0) sin (f 2) d = (- n 2 · n 1 2 -n 2 · n 1) is cos (f 2), also, | d (x) | 2 = (a 2 + c 2 ) +2 (ab + cd) tan (f 1 ) +
(b 2 + d 2 ) tan 2 (f 1 ) | f (x) | 2 = (A 2 + C 2 ) +2 (AB + CD) tan (f 1 ) +
(B 2 + D 2 ) tan 2 (f 1 ).

【0034】[0034]

【外3】 [Outside 3]

【0035】(5)式の微分係数、すなわち、[]の中を
ゼロにするd1値を求めればよいことになる。(5)式の
[]の中をゼロと置くと、得られる式はtan(f1)の2次
方程式となり、その2次方程式の解であるtan(f1)は、
次式:
The differential coefficient of the equation (5), that is, the value of d 1 that makes [] zero can be obtained. (5) Place a zero in [] in the formula, the resulting formula is two-order equation of tan (f 1), tan ( f 1) is the solution of the quadratic equation,
The following formula:

【0036】[0036]

【数6】 (Equation 6)

【0037】(ただし、α=−n2・n1・(n2−1)(n
2+1)(n0−n1)(n0+n1) β=−(n1−n2 2)(n1+n2 2)(n0−n1)(n0+n1) γ=−(n2−1)(n2+1)(n2 2+n1 2)(n0−n1)(n
0+n1) である)として求められる。
(Where α = −n 2 · n 1 · (n 2 -1) (n
2 +1) (n 0 -n 1 ) (n 0 + n 1) β = - (n 1 -n 2 2) (n 1 + n 2 2) (n 0 -n 1) (n 0 + n 1) γ = - (n 2 -1) (n 2 +1) (n 2 2 + n 1 2) (n 0 -n 1) (n
0 + n 1 )).

【0038】したがって、(6)式を満たすf1を与える
1が求める膜厚の解となる。そして、その近似解は、
次式:
Therefore, d 1 that gives f 1 that satisfies equation (6) is the solution of the film thickness to be obtained. And the approximate solution is
The following formula:

【0039】[0039]

【数7】 (Equation 7)

【0040】として与えられる。Is given as

【0041】[0041]

【外4】 [Outside 4]

【0042】ゼロたらしめて(4)式で示される反射率の
変化を最小にする第1薄膜1Aの膜厚d1は、第1薄膜
1Aを構成する材料の屈折率(n1)と第2薄膜1Bの
膜厚d2とその構成材料の屈折率n2で規定される。この
ようなことから、本発明では、パッシベーション膜の成
膜に当たり、第1薄膜と第2薄膜の構成材料を決定し、
かつ、第2薄膜の膜厚d2を所定の値に設定すれば、
(7)式に基づいて、成膜したパッシベーション膜の反射
率Rの変化率を最小にすることができる第1薄膜の膜厚
1を算出することができる。
The thickness d 1 of the first thin film 1A, which is zero and minimizes the change in the reflectance represented by the equation (4), is determined by the refractive index (n 1 ) of the material forming the first thin film 1A and the second thickness. It is defined by the thickness d 2 of the thin film 1B and the refractive index n 2 of the constituent material. For this reason, in the present invention, when forming the passivation film, the constituent materials of the first thin film and the second thin film are determined,
And if the thickness d 2 of the second thin film is set to a predetermined value,
Based on the equation (7), it is possible to calculate the thickness d 1 of the first thin film that can minimize the change rate of the reflectance R of the formed passivation film.

【0043】なお、このときの近似解d1は、図2にお
ける各曲線の変曲点に対応して複数個得られる。しか
し、通常、第1薄膜の膜厚d1をそれほど厚くすること
はないので、実際問題としては、算出された近似解d1
のうち最小の値を採用すればよい。また、(7)式におい
て、膜厚d1は屈折率n1の関数でもある。そして、この
屈折率n1は、前記したように、半導体レーザの動作時
に変化する。
Note that a plurality of approximate solutions d 1 at this time are obtained corresponding to the inflection points of the respective curves in FIG. However, since the thickness d 1 of the first thin film is not usually made so large, as a practical problem, the calculated approximate solution d 1 is used.
May be adopted as the minimum value. In the equation (7), the film thickness d 1 is also a function of the refractive index n 1 . The refractive index n 1 changes during the operation of the semiconductor laser as described above.

【0044】そこで、図2に対応する第1薄膜が変質し
てその屈折率n1が3.5から3.7に変化したことを想
定し、それぞれの場合における(4)式で示した反射率R
1(n1=3.5),R2(n1=3.7)をコンピュータ計
算し、更に、これらの値の差:R2−R1を算出し、R2
−R1とd1,d2との関係を描画した。その結果を図3
に示した。
Therefore, assuming that the first thin film corresponding to FIG. 2 is altered and its refractive index n 1 is changed from 3.5 to 3.7, the reflection shown by the equation (4) in each case is considered. Rate R
1 (n 1 = 3.5), R 2 and (n 1 = 3.7) were computed, further, the difference between these values: calculating the R 2 -R 1, R 2
-R 1 and d 1, it was drawing the relationship between the d 2. The result is shown in FIG.
It was shown to.

【0045】これらの図面の意味する内容を図3に則し
て説明する。図3に描画されている曲線は、いずれも、
コンピュータ計算されたR2−R1、すなわち第1薄膜の
変質によるパッシベーション膜の反射率変化を示してい
る。例えば、図3の曲線c2の場合、第1薄膜の屈折率
1が3.5→3.7に変化してしまったとしても、成膜
されているパッシベーション膜の反射率の変化はゼロ、
すなわち、変化しない膜厚d1と膜厚d2の関係を示して
いる。また、その上に位置する曲線c3は、第1薄膜の
上記した屈折率変化が起こっても、反射率の変化が0.
5%になる膜厚d1と膜厚d2の関係を示している。
The meaning of these drawings will be described with reference to FIG. Each of the curves drawn in FIG.
It shows R 2 −R 1 calculated by computer, that is, a change in reflectance of the passivation film due to alteration of the first thin film. For example, the curve c 2 in FIG. 3, even the refractive index n 1 of the first thin film had changed to 3.5 → 3.7, the change in reflectance of the passivation film is deposited zero ,
That is, the relationship between the thickness d 1 and the thickness d 2 unchanged. The curve c 3 located thereon, take place change in refractive index above the first thin film, the change in reflectance is 0.
Film of 5% shows a relationship between the thickness d 1 and the thickness d 2.

【0046】図3の曲線c2を参照すると、例えば第2
薄膜の膜厚d2を180nmとし、第1薄膜の膜厚d1を2
0nm程度にすると、仮に第1薄膜の構成材料が変質して
その屈折率n1が0.2と大幅に変化した場合であって
も、成膜されているパッシベーション膜の反射率Rは変
化しないことになる。次に、本発明の半導体レーザは、
上記したようなパッシベーション膜が出力端面に成膜さ
れているものであるため、高出力動作下においても出力
端面の劣化が抑制され、長期に亘って高い動作信頼性を
発揮するものになる。
Referring to the curve c 2 in FIG.
The thickness d 2 of the thin film is 180 nm, and the thickness d 1 of the first thin film is 2
When the thickness is set to about 0 nm, even if the constituent material of the first thin film is deteriorated and its refractive index n 1 is greatly changed to 0.2, the reflectance R of the formed passivation film does not change. Will be. Next, the semiconductor laser of the present invention
Since the passivation film as described above is formed on the output end face, deterioration of the output end face is suppressed even under high output operation, and high operation reliability is exhibited for a long time.

【0047】また、本発明のレーザモジュールは、この
半導体レーザを光源として組み込み、更に光ファイバ、
受光素子、温度制御装置などを付帯装置として組み込ん
だものである。
The laser module of the present invention incorporates this semiconductor laser as a light source, and further comprises an optical fiber,
It incorporates a light receiving element, a temperature control device, and the like as auxiliary devices.

【0048】[0048]

【実施例】図1で示したパッシベーション膜1を、98
0nm帯域のレーザ光を発振する半導体レーザ2の出力端
面2Dに成膜して各種の試料を製造した。ここで、第1
薄膜1Aは、表1で示した膜厚d1のα−Si(n1
3.5)とし、第2薄膜1BはAlOx(n2=1.6
5)で構成し、その膜厚d2は約180nmの一定値とし
た。上記した数値条件で、(4)式の微分係数がゼロに
なるd1を算出した。d1値としては、20nmが得られ
た。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The passivation film 1 shown in FIG.
Various samples were manufactured by forming a film on the output end face 2D of the semiconductor laser 2 that oscillates laser light in a 0 nm band. Here, the first
Film 1A is of a thickness d 1 shown in Table 1 α-Si (n 1 =
3.5), and the second thin film 1B is made of AlOx (n 2 = 1.6).
5), and the film thickness d 2 was a constant value of about 180 nm. Under the above numerical conditions, d 1 at which the differential coefficient of equation (4) becomes zero was calculated. As the d 1 value, 20 nm was obtained.

【0049】なお、α−Si薄膜の膜厚を変化させてい
るが、いずれの場合であっても、成膜されたパッシベー
ション膜1の反射率は約5%になっている。また、各薄
膜の膜厚のばらつきは±5nmの範囲内におさまってい
る。これらの半導体レーザの試料を、温度60℃におい
て、350mAの電流を約100時間通電して動作せし
め、その前後における発振しきい値電流と光出力を測定
し、それぞれの変化率を算出した。同時に、上記測定値
に基づきパッシベーション膜の反射率の変化率も算出し
た。以上の結果を表1に示した。
Although the thickness of the α-Si thin film is changed, in any case, the reflectance of the formed passivation film 1 is about 5%. The variation in the thickness of each thin film is within the range of ± 5 nm. These semiconductor laser samples were operated at a temperature of 60 ° C. by applying a current of 350 mA for about 100 hours. The oscillation threshold current and light output before and after the operation were measured, and the respective rates of change were calculated. At the same time, the rate of change of the reflectance of the passivation film was calculated based on the measured values. Table 1 shows the above results.

【0050】[0050]

【表1】 [Table 1]

【0051】表1から次のことが明らかである。 (1)α−Si薄膜の膜厚d1が30nmより薄い場合には、
100時間の動作後にあっても、発振しきい値電流の変
化率,光出力の変化率は、それぞれ、絶対値で、1%以
下,0.5%以下になっている。そして、パッシベーシ
ョン膜の反射率は絶対値で0.3%以下になっている。
The following is clear from Table 1. (1) When the thickness d 1 of the α-Si thin film is smaller than 30 nm,
Even after the operation for 100 hours, the rate of change of the oscillation threshold current and the rate of change of the optical output are 1% or less and 0.5% or less in absolute value, respectively. The reflectance of the passivation film is 0.3% or less in absolute value.

【0052】(2)とくに、α−Siを成膜しなかったも
の、d1=5nmのもの、d1=20nmのものは、いずれも
低い変化率を示している。しかしながら、α−Siを成
膜しなかったものや、d1=5nmのものは、更に長期に
亘る動作の過程で、出力端面の酸化劣化が進んで発振し
きい値電流や光出力がいずれも劣化していくことが考え
られるので、半導体レーザの動作信頼性を考えると、d
1=20nm近辺、具体的には15〜25nmにすることが
好ましい。
(2) In particular, those without α-Si film, those with d 1 = 5 nm, and those with d 1 = 20 nm all show low change rates. However, in the case where α-Si was not formed or the case where d 1 = 5 nm, in the course of operation for a longer period of time, the oxidative deterioration of the output end face progressed, and both the oscillation threshold current and the optical output became lower. Degradation is considered, so considering the operational reliability of the semiconductor laser, d
It is preferable that 1 is around 20 nm, specifically 15 to 25 nm.

【0053】(3)なお、反射率の変化率を小さくするα
−Si薄膜の膜厚d1が間欠的に測定されているのは、
図2で示されている反射率の曲線における変曲点が周期
的に計算されていることに対応する現象である。
(3) α that reduces the rate of change of reflectance
-The thickness d 1 of the Si thin film is measured intermittently because
This is a phenomenon corresponding to that the inflection point in the reflectance curve shown in FIG. 2 is calculated periodically.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
パッシベーション膜は、半導体レーザの出力端面に成膜
されている第1薄膜が、その屈折率が変化したとしても
パッシベーション膜全体の反射率を変化させないような
膜厚に設定されていて、半導体レーザの長期信頼性を損
なうことなく、パッシベーション膜の反射率の変化率を
0.3%以下に低減することが可能となる。
As is clear from the above description, the passivation film of the present invention has a structure in which the first thin film formed on the output end face of the semiconductor laser reflects the entire passivation film even if its refractive index changes. Since the film thickness is set so as not to change the reflectance, the reflectance change rate of the passivation film can be reduced to 0.3% or less without deteriorating the long-term reliability of the semiconductor laser.

【0055】このことにより、半導体レーザの動作前後
における発振しきい値電流の変化率を1%以下に、また
光出力の変化率を0.5%以下に抑制することができ
る。
As a result, the change rate of the oscillation threshold current before and after the operation of the semiconductor laser can be suppressed to 1% or less, and the change rate of the optical output can be suppressed to 0.5% or less.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】2層構造のパッシベーション膜を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view showing a passivation film having a two-layer structure.

【図2】(4)式で示した反射率の計算式をコンピュータ
で描画したグラフである。
FIG. 2 is a graph in which a calculation formula of the reflectance shown by the formula (4) is drawn by a computer.

【図3】第1薄膜の屈折率が変化したときのパッシベー
ション膜の反射率の差をコンピュータで描画したグラフ
である。
FIG. 3 is a graph in which the difference in the reflectance of the passivation film when the refractive index of the first thin film changes is drawn by a computer.

【符号の説明】 1 パッシベーション膜 1A 第1薄膜 1B 第2薄膜 2 半導体レーザ 2A 活性層 2B クラッド層 2C クラッド層及び基板 2D 出力端面[Description of Signs] 1 Passivation film 1A First thin film 1B Second thin film 2 Semiconductor laser 2A Active layer 2B Cladding layer 2C Cladding layer and substrate 2D Output end face

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザの出力端面に直接成膜され
た第1薄膜と前記第1薄膜の表面に成膜された第2薄膜
とから成る2層構造の半導体レーザのパッシベーション
膜において、前記第1薄膜の膜厚は、前記パッシベーシ
ョン膜の反射率をマトリックス法で求める計算式におい
て、前記計算式を前記第1薄膜の膜厚で微分したときの
微分係数がゼロになる値であることを特徴とする半導体
レーザのパッシベーション膜。
1. A passivation film of a semiconductor laser having a two-layer structure including a first thin film formed directly on an output end face of a semiconductor laser and a second thin film formed on a surface of the first thin film. The thickness of the first thin film is a value in which a differential coefficient obtained by differentiating the calculation formula with the thickness of the first thin film becomes zero in a calculation formula for calculating the reflectance of the passivation film by a matrix method. Semiconductor laser passivation film.
【請求項2】 半導体レーザの出力端面に直接成膜され
た第1薄膜と前記第1薄膜の表面に成膜された第2薄膜
とから成る2層構造の半導体レーザのパッシベーション
膜において、前記第1薄膜はSi薄膜であり、前記第2
薄膜はAlOx薄膜であり、かつ、前記Si薄膜の膜厚
が15〜25nmであることを特徴とする半導体レーザの
パッシベーション膜。
2. A passivation film for a semiconductor laser having a two-layer structure comprising a first thin film formed directly on an output end face of a semiconductor laser and a second thin film formed on a surface of the first thin film. The first thin film is a Si thin film, and the second
A passivation film for a semiconductor laser, wherein the thin film is an AlOx thin film, and the thickness of the Si thin film is 15 to 25 nm.
【請求項3】 前記第1薄膜がSi薄膜であり、前記第
2薄膜がAlOx薄膜であり、かつ前記Si薄膜の膜厚
が15〜25nmである請求項1の半導体レーザのパッシ
ベーション膜。
3. The passivation film of a semiconductor laser according to claim 1, wherein said first thin film is a Si thin film, said second thin film is an AlOx thin film, and said Si thin film has a thickness of 15 to 25 nm.
【請求項4】 出力端面に請求項1または2のパッシベ
ーション膜が成膜されていることを特徴とする半導体レ
ーザ。
4. A semiconductor laser, wherein the passivation film according to claim 1 is formed on an output end face.
【請求項5】 請求項3の半導体レーザが光源として組
み込まれていることを特徴とするレーザモジュール。
5. A laser module, wherein the semiconductor laser according to claim 3 is incorporated as a light source.
JP10350443A 1997-12-15 1998-12-09 Passivation film of semiconductor laser, and semiconductor laser and laser module using the same Pending JP2000200938A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10350443A JP2000200938A (en) 1997-12-15 1998-12-09 Passivation film of semiconductor laser, and semiconductor laser and laser module using the same

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34540797 1997-12-15
JP9-345407 1998-11-06
JP31582798 1998-11-06
JP10-315827 1998-11-06
JP10350443A JP2000200938A (en) 1997-12-15 1998-12-09 Passivation film of semiconductor laser, and semiconductor laser and laser module using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000200938A true JP2000200938A (en) 2000-07-18

Family

ID=27339496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10350443A Pending JP2000200938A (en) 1997-12-15 1998-12-09 Passivation film of semiconductor laser, and semiconductor laser and laser module using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000200938A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008186837A (en) * 2007-01-26 2008-08-14 Sharp Corp Semiconductor laser element
KR101008268B1 (en) 2008-11-10 2011-01-13 전자부품연구원 Vertical Light Emitting Diode and manufacturing method of the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7633983B2 (en) 2006-12-14 2009-12-15 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
JP2008186837A (en) * 2007-01-26 2008-08-14 Sharp Corp Semiconductor laser element
JP4514760B2 (en) * 2007-01-26 2010-07-28 シャープ株式会社 Semiconductor laser element
KR101008268B1 (en) 2008-11-10 2011-01-13 전자부품연구원 Vertical Light Emitting Diode and manufacturing method of the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2677353B2 (en) Optical waveguide
JP3856300B2 (en) Semiconductor laser element
JP6125631B2 (en) External resonator type light emitting device
JPS61207091A (en) Semiconductor laser element
WO2015079939A1 (en) External-resonator-type light emitting device
CN106233175B (en) External resonator type light emitting device
US20160372891A1 (en) External resonator type light emitting device
US6487227B1 (en) Semiconductor laser
US6765944B2 (en) Semiconductor laser device
JP6572209B2 (en) Optical device and method for manufacturing optical device
US7616673B2 (en) Semiconductor laser device
JP2000200938A (en) Passivation film of semiconductor laser, and semiconductor laser and laser module using the same
WO2015190569A1 (en) External-resonator-type light-emission device
JP2010109139A (en) Semiconductor laser element
US6804282B2 (en) Semiconductor laser device
WO2016167071A1 (en) Grating element and external resonator-type light emitting device
KR20050022333A (en) Semiconductor laser device
JPH0766500A (en) Formation of optical thin film
JPS5854691A (en) Semiconductor laser device
US20020021727A1 (en) Passivation layer for semiconductor laser and semiconductor laser and laser module using the same
WO2015190385A1 (en) External resonator-type light-emitting device
JP2002014247A (en) Distributed reflection optical waveguide and optical device containing the same
JP2004363534A (en) Semiconductor optical element device and semiconductor laser module using it
US20220350059A1 (en) Bragg mirror and method for producing a bragg mirror
JP2017126625A (en) External resonator type light-emitting device