半导体激光器及其制造方法技术

一种半导体激光器，它包括在衬底上形成的活性层和将活性层夹在中间的一对包层。在半导体激光器的谐振器端面１０２、１０４的至少一个面上有添加氢的第一介质膜１０９，在第一介质膜和谐振器端面之间设有防止氢扩散的第二介质膜１０８。这样当半导体激光器暴露于高温状态时，即使端面镀膜层中有添加氢的膜，端面镀膜脱离和端面镀膜变质的现象也能得到抑制。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及一种能防止在高温状态下端面镀膜变质、提高光学损伤发生电平和可靠性的耐热性优良的半导体激光器制造技术。对于上述高输出功率半导体激光器，为了从谐振器端面高效地取出激光，通常在谐振器的一个端面形成低反射的端面镀膜，而在谐振器的另一个端面形成高反射的端面镀膜。在这里所谓谐振器端面是指采用劈理方法形成的半导体激光器的情况下采用劈理方法形成的结晶面。而高反射的端面镀膜通常为由两种介质形成的多层结构，其中一种介质例如是非晶硅之类的高折射率介质，另一种介质例如是氧化铝、氧化硅之类的低折射率介质。假定激光的振荡波长为λ，介质的折射率为n，通常它们以λ/4n的厚度交替层叠。而对于高反射的端面镀膜，一般要求具有约95％的反射率，可采取由上述两种介质重复交替层叠两个周期的结构，有时也采取重复交替层叠三个周期的结构。这里所说的介质包括具有绝缘性的介质。而对于高输出功率半导体激光器，由于随着光输出功率的增加，界面能级存在的谐振器端面附近的非发光复合增多，因此因发热导致带隙缩小，吸收激光，产生载流子。由于载流子发热，带隙随着温度上升而减少，进一步吸收激光。另外，因端面镀膜本身的光吸收也同样产生热，也使谐振器端面的带隙减少。由于这些光吸收和发热的正反馈，最终发生使半导体激光器谐振器端面熔融的光学损伤(COD)，破坏谐振器的反射镜面，增加阈值电流，同时使光输出功率特性显著变差，不能获得规定的高输出功率。特别由于半导体激光器的振荡波长越短，吸收系数就越有增大的倾向，因此在振荡波长为630～680nm的GaInP/AlGaInP系半导体激光器中影响大，妨碍高输出功率化。针对这些问题，在特开平11-26863公报中为了提高COD发生电平，提出在端面镀膜的下面形成添加氢的氮化硅或非晶硅膜的方法。按照该结构，通过激光器端面的光吸收而引起的温度上升和氢供给膜供给的氢，使谐振器端面附近的悬空键(未结合键)被氢端结，使半导体激光器的谐振器端面的界面能级被非活性化。而在特开平9-326531公报中，如图9所示，提出一种在设计有端面镀膜602、603的半导体激光器中减少端面镀膜603的光吸收而提高COD发生电平的结构。601a表示活性层，端面镀膜603由氧化硅膜607和添加氢的非晶硅膜609的叠层膜构成。也就是将非晶硅膜变为吸收系数小的添加氢的非晶硅膜的结构。下面参考附图说明图10A～C说明高输出功率半导体激光器的安装过程。在安装工序中首先如图10A所示，将高输出功率半导体激光器元件701用开口夹704夹持，将中间的焊料702放置在下固定件703等部件上。此时加热下固定件703到焊料702的熔点之上。然后使高输出功率半导体激光器元件701下降到如图10B所示的状态，再将下固定件703和半导体激光器701压焊而贴合。如图10C所示，再使开口夹704上升。在以上工序中将下固定件703和半导体激光器701压焊而贴合时，因开口夹704的负荷和高输出功率半导体激光器元件701的形状而容易产生残留应力。这是由于高输出功率半导体激光器元件701的谐振器长度为0.5～1mm，通常与高输出功率半导体激光器元件701的宽度尺寸相比，谐振器具有长度尺寸相当大的结构。通常为了改善放热性，将半导体激光器元件接近发光区域的面贴合在下固定件上，因此半导体激光器元件内部发生的残留应力也集中在与下固定件贴合的面附近。所以会由于残留应力产生的形变引起激光器特性劣化和长期工作下可靠性降低。为了减少残留应力，采用在200℃以上的高温下进行高输出功率半导体激光器元件701安装，或在安装后，在脱离开口夹704的无负荷的状态下，再加热至焊料702能再熔融的温度(约350℃)以减少残留应力等方法。如上所述，为了使半导体激光器高输出功率化并能长期稳定工作，在端面镀膜上采用加氢膜的方法，对于抑制光吸收可以说是有效的。另外在半导体激光器安装时，在可能的高温状态下进行安装，对于减少残留应力也可以说是有效的。但是，在满足以上结构和条件而制造半导体激光器的情况下，已判明在半导体激光器安装后，如图11所示，在半导体激光器801的端面镀膜802上会产生剥离现象803，使谐振器的端面804露出。这种现象可以认为是由于加氢膜用作端面镀膜的半导体激光器在200℃以上高温下暴露而造成加氢膜中的氢扩散，并停留在谐振器的端面和端面镀膜之间，经膨胀，最后使起泡状的端面镀膜剥离。当产生端面镀膜剥离时，则激光器的出射端面暴露在大气中，经长期工作而氧化，出现谐振器的端面劣化、可靠性下降的问题。另外对于以降低吸收系数为目的而添加氢的非晶硅膜而言，因加热使氢脱离而导致折射率变化、吸收系数增大以及端面的反射率变化，所以存在COD发生电平降低和激光器特性劣化的问题。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于提供一种耐热性优良的，即在端面镀膜中具有加氢膜的情况下，半导体激光器即使在高温状态下暴露，也能够阻挡端面镀膜中氢脱离，从而能够防止端面镀膜脱离和端面镀膜的变质。为了解决上述课题，本专利技术的半导体激光器的特征在于在其谐振器端面的至少一个面上具有添加氢的第一介质膜，在第一介质膜和谐振器端面之间具有防止氢扩散的第二介质膜。最好在第一介质膜的两侧都有第二介质膜。并且，第二介质膜最好含有氮或铝。特别是，第二介质膜最好由氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)或它们的化合物或者氮化铝钛(AlTiN)形成。并且，第一介质膜与第二介质膜可以相互邻接。并且，第二介质膜的厚度最好为2nm以上、50nm以下，5nm以上、50nm以下则更好。所述第一介质膜可以构成反射膜的一部分。并且，在制造由以上任何一种材料构成的半导体激光器时，至少第一介质膜和第二介质膜最好采用电子回旋加速器共振方法(ECR)形成。根据以上结构，能改善高输出功率半导体激光器的COD发生电平和长期工作稳定性。图1C是表示采用升温脱离气体分析法(Thermal DesorptionSpectroscopy)测定图1A、B的样品加热中氢脱离量的结果的曲线图。图2是表示本专利技术的实施例1中的半导体激光器的透视图。图3A～C是表示本专利技术的实施例中半导体激光器制造工序的透视图。图4是表示用于图3C工序中的ECR等离子体溅镀装置结构的略图。图5是表示用于本专利技术的实施例中形成半导体激光器的端面镀膜的成膜流程图。图6是表示本专利技术的实施例2中的半导体激光器的透视图。图7是表示本专利技术的实施例2中的半导体激光器的光输出功率特性的曲线图。图8是表示本专利技术的实施例3中的半导体激光器的透视图。图9是表示传统例的设有端面镀膜的半导体激光器的透视图。图10是表示高输出功率半导体激光器的安装方法的断面图。图11是表示在传统例的半导体激光器端面镀膜上产生剥离的透视图。在本实施例中为了解决传统例中的问题，即为了防止氢的扩散而引起端面镀膜剥离和氢化非晶硅膜的光吸收增加等问题，采用对氢具有高阻挡性的氮化硅膜。通过将氮化硅膜设计成与非晶氢化硅膜邻接，即使半导体激光器加热到高温，也能防止脱离了非晶氢化硅膜的氢从致密的氮化硅膜扩散。下面，为了探明在端面镀膜上所发生的上述现象的产生原因，并对用于确认本专利技术效果而进行的验证加以说明。首先，制作如图1A、B所示的两个样品。两个样品均为各自在硅衬底上形成厚度为50本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括在衬底上形成的活性层和将所述活性层夹在中间的一对包层的半导体激光器，其特征在于：在其谐振器端面的至少一个面上设有添加氢的第一介质膜，在所述第一介质膜和所述谐振器端面之间设有防止氢扩散的第二介质膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：上田哲生，山根启嗣，木户口勋，藤森省司，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]