專利名稱：半導體激光器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體激光器件。
背景技術：
通常廣泛使用的半導體激光器二極管是短波長半導體激光器二極管和長波長半導體激光器二極管。在短波長半導體激光器二極管中，形成光發射區的有源層由基于AlGaAs(三元系統)的晶體等制成。在長波長半導體激光器二極管中，有源層由基于InGaAsP(四元系統)的晶體制成。
由三元或四元系統材料制成的這種半導體激光器二極管典型地被生長在GaAs襯底上。通過改變每一組成元素的晶體組成比值，對于基于AlGaAs的材料，可以產生波長0.7至0.9微米的光，對于基于InGaAsP的材料，可以產生波長1.1至1.7微米的光。
這種半導體激光器二極管具有制作在其小平面上(facet)的保護膜(反射膜)，光經由該膜發射，并且被設置在填充有環境氣體的封裝內部。這防止了小平面被氧化，從而防止退化。
與用于長波長或短波長半導體激光器二極管無關，環境氣體典型的是惰性氣體如氮。日本專利申請公布的H4-6114提出將含氧的氣體作為環境氣體。按照該公布，將含氧的氣體用作環境氣體有助于減輕由基于InGaAsP(四元系統)的晶體制成的長波長半導體激光器二極管的退化。
通常，短波長半導體激光器二極管被用作從諸如CD或DVD的記錄介質上讀取數據的光源，并且在低至大約5mW的輸出功率下工作，氮用作環境氣體。圖4表示基于AlGaInP的短波長半導體激光器二極管的MTTF(到失效的平均時間)隨輸出功率變化的曲線。縱軸表示MTTF(單位小時)，橫軸表示輸出功率(單位mW)。環境溫度為70℃。
如圖4所示，在低于大約15mW的低輸出功率，由MTTF表示的平均壽命時間是幾千小時，保證了良好的使用。然而，在用于記錄數據至CD-R、DVD-R等所需的30mW或更高的高輸出功率下，在高溫下工作中，位于光發射部分附近的部分保護膜和小平面退化。不利的是，這大大地縮短了由MTTF表示的平均壽命時間。
發明內容
本發明的目的是為在用于記錄數據至CD-R、DVD-R等的高輸出功率下工作的半導體激光器元件提供在高溫工作時不太可能退化的結構。
為了實現上述目的，根據本發明的一方面，提供一種半導體激光器件，其中半導體激光器元件被設置在氣密密封的封裝內部，半導體激光器元件具有由以下材料之一制成的有源區基于AlGaAs的晶體、基于AlGaInP的晶體、基于AlGaN的晶體和基于InGaN的晶體。此外，封裝內部的環境氣體包含氧。
該半導體激光器元件可以具有形成在其激光發射表面上的介電氧化膜。優選地，環境氣體是氧和氮的混合物，氧含量為20％或更高。該半導體激光器元件發射波長例如為0.9微米或更小的光。
按照本發明的另一方面，提供一種半導體激光器件，其中半導體激光器元件被設置在氣密密封的封裝內部，該半導體激光器元件工作在30mW或更高的額定輸出功率下。此外，封裝內部的環境氣體包含氧。
按照本發明的仍然另一個方面，提供一種半導體激光器件，其中半導體激光器元件被設置在氣密密封的封裝內部，該半導體激光器元件具有由以下材料之一制成的有源區基于AlGaAs的晶體、基于AlGaInP的晶體、基于AlGaN的晶體和基于InGaN的晶體，該半導體激光器元件工作在30mW或更高的額定輸出功率下。此外，封裝內部的環境氣體包含氧。
圖1是表示實現本發明的半導體激光器件的截面圖。
圖2A和2B是表示實現本發明的半導體激光器件的工作電流如何隨時間變化的特性圖。
圖3是表示實現本發明的半導體激光器件的MTTF如何隨氧濃度變化的特性圖。
圖4是表示傳統的四元系統半導體激光器件的MTTF如何隨其額定輸出變化的特性圖。
具體實施例方式
在下文中將描述本發明的實施方式。圖1是表示實現本發明的半導體激光器件的截面圖。半導體激光器件1具有設置在氣密密封的封裝2內部的半導體激光器元件3。
通過將蓋5固定到管座4從而留下氣密的內部空間，使封裝2成為氣密性的。管座4由金屬制成，并提供有用于電源的一對引線管腳6和7以及用于信號提取的引線管腳8。在管座4的頂部表面上，固定由金屬制成的散熱塊9。在散熱塊9的側表面上，安裝半導體激光器元件3，在二者之間放置子安裝架10。半導體激光器元件3可以直接安裝在散熱塊9上。
在管座4的頂部表面上，也可以設置光檢測元件11，用于監測半導體激光器元件3的信號。在將半導體激光器件1僅用于記錄數據至CD-R、DVD-R等時，可以省略光檢測元件11。
半導體激光器元件3的一個電極被電連接到電源引線管腳中的一個6上。半導體激光器元件3的另一個電極被電連接到電源引線管腳的另一個7上。光檢測元件11的一個電極被電連接到信號提取引線管腳8上。信號檢測元件11的另一個電極被電連接到管座4上。電源引線管腳中的一個6和信號提取引線管腳8與管座4之間電絕緣。另一個引線管腳7被電連接到管座4上。
在蓋5的頂部表面上，形成窗口12，從半導體激光器元件3發出的光經由該窗口被提取。窗口12覆蓋有玻璃板13。
半導體激光器元件3被構建成其有源區由四元系統基于AlGaInP的晶體制成的半導體元件。半導體激光器元件3可以具有單異質和雙異質結構的不同結構中的一種結構。在半導體激光器元件3發出光所通過的小平面上，制作保護膜，用于防止小平面的退化，也可用作反射膜。保護膜被制作成諸如氧化鋁(Al2O3)的氧化介質或任何其它合適的材料的涂層。
封裝2的內部填充有含氧氣體作為環境氣體。圖2A和2B表示半導體激光器元件3的工作電流(Iop)如何隨逝去時間變化。縱軸表示工作電流(單位mA)，橫軸表示逝去時間(單位小時)。
圖2A表示其中環境氣體是100％氮的情形。圖2B表示其中環境氣體是80％氮和20％氧的情形。圖2A和2B都表示在如下相同條件下觀察到的特性環境溫度70℃，在輸出功率50mW下連續激光工作。
在圖2A示出的情形中，其中環境氣體是100％氮，幾個測試樣品都在150小時內不工作(MTTF100小時或更小)。相反，在圖2B示出的情形中，其中環境氣體是80％氮和20％氧，幾個測試樣品都持續正常工作1,000小時或更高。
圖3表示由MTTF表示的半導體激光器元件3的特性如何隨用作密封在封裝2內部的環境氣體的氧和氮混合物中的氧混合比而變化。縱軸表示MTTF(單位小時)，橫軸表示氧的混合比(％)。
從圖3可以看出，混合氧有助于大大地改善MTTF。此處，半導體激光器元件3被保持在與圖2相同的條件下，具體地，環境溫度70℃，在輸出功率50mW下連續激光工作。
在氧濃度從0％至20％增加時，MTTF提高，隨后與氧濃度的進一步增加無關，MTTF在大約3,000小時基本上保持不變。因而，優選地，用于在高溫下和高輸出功率下工作的半導體激光器元件的環境氣體包含5％或更高的氧。這導致1,000小時或更高的MTTF。更優選地，環境氣體包含10％或更高的氧。這導致2,000小時或更高的MTTF。尤其優選地，環境氣體包含20％或更高的氧。這導致3,000小時或更高的MTTF。
上述的實施方式涉及的是其中半導體激光器元件3是具有由基于AlGaInP的晶體制成的有源區的半導體元件。同樣，對于其有源區由基于AlGaAs的晶體、基于AlGaN的晶體、或基于InGaN的晶體(基于氮化鎵的晶體)并且發射短波長光(波長0.9微米或更小)的其它半導體元件，已確定獲得類似于圖2B和3的特性。
具體地，已經確定將半導體激光器元件3設置在含氧的環境氣體中，與將其設置在不含氧的環境氣體中相比，有助于減輕元件的退化，并允許元件長時間穩定工作。
已經發現，當將半導體激光器元件3設置在含氧的環境氣體中時，當半導體激光器元件3是在高額定功率下工作的高輸出類型時，退化減輕效果高于當該半導體激光器元件是在低額定輸出功率下工作的低輸出類型時的效果。例如，對于在15mW或更小的額定輸出功率下工作的低輸出類型的工作，增加氧濃度僅導致輕微的退化減輕效果。相反，對于在30mW或更高的額定輸出功率下工作的高輸出類型，在環境氣體中混合氧導致高退化減輕效果，將MTTF從大約100小時提高到1,000小時或更高。
因此，當半導體激光器元件3被設置在含氧的環境氣體中時，與其為用于讀取的低輸出類型時相比，可以有效地減輕半導體激光器元件在其為高輸出類型時的退化，從而可以用于記錄，高輸出類型在30mW或更高的額定輸出功率下工作(或者，對于脈沖激光輸出為50mW或更高)。
密封在封裝2內部的環境氣體可以是氮和氧混合物以外的任何氣體。例如，可以是惰性氣體與氧的混合物，或任何其它氣體與氧的混合物。密封在封裝2內部的環境氣體可以是干空氣。
工業實用性如上所述，在半導體激光器件中，尤其是在短波長、高輸出類型的半導體激光器件中，采用含氧的氣體作為填充封裝內部的環境氣體有助于減輕半導體激光器元件的退化，從而允許半導體激光器元件長時間地穩定工作。
權利要求
1.一種半導體激光器件，包括設置在氣密密封的封裝內部的半導體激光器元件，所述半導體激光器元件具有由以下材料之一制成的有源區基于AlGaAs的晶體、基于AlGaInP的晶體、基于AlGaN的晶體和基于InGaN的晶體，其中在封裝內部的環境氣體包含氧。
2.根據權利要求1的半導體激光器件，其中，所述半導體激光器元件具有形成在其激光發射表面上的介電氧化膜。
3.根據權利要求1的半導體激光器件，其中，所述環境氣體是氧和氮的混合物，氧含量為20％或更高。
4.根據權利要求1的半導體激光器件，其中，所述半導體激光器元件發出波長0.9微米或更小的光。
5.一種半導體激光器件，包括設置在氣密密封的封裝內部的半導體激光器元件，所述激光器元件在30mW或更高的額定輸出功率下工作，其中，在封裝內部的環境氣體包含氧。
6.根據權利要求5的半導體激光器件，其中，所述環境氣體是氧和氮的混合物，氧含量為20％或更高。
7.一種半導體激光器件，包括設置在氣密密封的封裝內部的半導體激光器元件，所述半導體激光器元件具有由以下材料之一制成的有源區基于AlGaAs的晶體、基于AlGaInP的晶體、基于AlGaN的晶體和基于InGaN的晶體，所述半導體激光器元件在30mW或更高的額定輸出功率下工作，其中，在封裝內部的環境氣體包含氧。
8.根據權利要求7的半導體激光器件，其中，環境氣體是氧和氮的混合物，氧含量為20％或更高。
全文摘要
提供了一種半導體激光器件(1)，包括在氣密密封的封裝(2)之中的半導體激光器元件(3)，所述半導體激光器元件具有由基于AlGaAs的晶體、基于AlGaInP的晶體、基于AlGaN的晶體、或基于InGaN的晶體組成的有源區。封裝(2)中的環境氣體是含氧的氣體。半導體激光器元件(3)在激光發射表面具有介電氧化膜。環境氣體是氧和氮的混合物，并且氧的含量被設定在20％或更高。
文檔編號H01S5/00GK1706081SQ20048000136
公開日2005年12月7日 申請日期2004年4月23日 優先權日2003年4月24日
發明者渡邊將司, 本多正治, 巖村康弘, 清水源, 井上哲郎 申請人:三洋電機株式會社, 鳥取三洋電機株式會社