專利名稱：半導(dǎo)體激光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器件。
背景技術(shù)：
通常廣泛使用的半導(dǎo)體激光器二極管是短波長半導(dǎo)體激光器二極管和長波長半導(dǎo)體激光器二極管。在短波長半導(dǎo)體激光器二極管中，形成光發(fā)射區(qū)的有源層由基于AlGaAs(三元系統(tǒng))的晶體等制成。在長波長半導(dǎo)體激光器二極管中，有源層由基于InGaAsP(四元系統(tǒng))的晶體制成。
由三元或四元系統(tǒng)材料制成的這種半導(dǎo)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(chǎn)生波長0.7至0.9微米的光，對于基于InGaAsP的材料，可以產(chǎn)生波長1.1至1.7微米的光。
這種半導(dǎo)體激光器二極管具有制作在其小平面上(facet)的保護(hù)膜(反射膜)，光經(jīng)由該膜發(fā)射，并且被設(shè)置在填充有環(huán)境氣體的封裝內(nèi)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(dǎo)體激光器二極管無關(guān)，環(huán)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(huán)境氣體。按照該公布，將含氧的氣體用作環(huán)境氣體有助于減輕由基于InGaAsP(四元系統(tǒng))的晶體制成的長波長半導(dǎo)體激光器二極管的退化。
通常，短波長半導(dǎo)體激光器二極管被用作從諸如CD或DVD的記錄介質(zhì)上讀取數(shù)據(jù)的光源，并且在低至大約5mW的輸出功率下工作，氮用作環(huán)境氣體。圖4表示基于AlGaInP的短波長半導(dǎo)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(huán)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(shù)據(jù)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(fā)射部分附近的部分保護(hù)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為在用于記錄數(shù)據(jù)至CD-R、DVD-R等的高輸出功率下工作的半導(dǎo)體激光器元件提供在高溫工作時不太可能退化的結(jié)構(gòu)。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種半導(dǎo)體激光器件，其中半導(dǎo)體激光器元件被設(shè)置在氣密密封的封裝內(nèi)部，半導(dǎo)體激光器元件具有由以下材料之一制成的有源區(qū)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(nèi)部的環(huán)境氣體包含氧。
該半導(dǎo)體激光器元件可以具有形成在其激光發(fā)射表面上的介電氧化膜。優(yōu)選地，環(huán)境氣體是氧和氮的混合物，氧含量為20％或更高。該半導(dǎo)體激光器元件發(fā)射波長例如為0.9微米或更小的光。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種半導(dǎo)體激光器件，其中半導(dǎo)體激光器元件被設(shè)置在氣密密封的封裝內(nèi)部，該半導(dǎo)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(nèi)部的環(huán)境氣體包含氧。
按照本發(fā)明的仍然另一個方面，提供一種半導(dǎo)體激光器件，其中半導(dǎo)體激光器元件被設(shè)置在氣密密封的封裝內(nèi)部，該半導(dǎo)體激光器元件具有由以下材料之一制成的有源區(qū)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(dǎo)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(nèi)部的環(huán)境氣體包含氧。


圖1是表示實現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器件的截面圖。
圖2A和2B是表示實現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)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(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)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(tǒng)的四元系統(tǒng)半導(dǎo)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(fā)明的實施方式。圖1是表示實現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器件的截面圖。半導(dǎo)體激光器件1具有設(shè)置在氣密密封的封裝2內(nèi)部的半導(dǎo)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(nèi)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(cè)表面上，安裝半導(dǎo)體激光器元件3，在二者之間放置子安裝架10。半導(dǎo)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(shè)置光檢測元件11，用于監(jiān)測半導(dǎo)體激光器元件3的信號。在將半導(dǎo)體激光器件1僅用于記錄數(shù)據(jù)至CD-R、DVD-R等時，可以省略光檢測元件11。
半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體激光器元件3發(fā)出的光經(jīng)由該窗口被提取。窗口12覆蓋有玻璃板13。
半導(dǎo)體激光器元件3被構(gòu)建成其有源區(qū)由四元系統(tǒng)基于AlGaInP的晶體制成的半導(dǎo)體元件。半導(dǎo)體激光器元件3可以具有單異質(zhì)和雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)中的一種結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體激光器元件3發(fā)出光所通過的小平面上，制作保護(hù)膜，用于防止小平面的退化，也可用作反射膜。保護(hù)膜被制作成諸如氧化鋁(Al2O3)的氧化介質(zhì)或任何其它合適的材料的涂層。
封裝2的內(nèi)部填充有含氧氣體作為環(huán)境氣體。圖2A和2B表示半導(dǎo)體激光器元件3的工作電流(Iop)如何隨逝去時間變化?？v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(huán)境氣體是100％氮的情形。圖2B表示其中環(huán)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(huán)境溫度70℃，在輸出功率50mW下連續(xù)激光工作。
在圖2A示出的情形中，其中環(huán)境氣體是100％氮，幾個測試樣品都在150小時內(nèi)不工作(MTTF100小時或更小)。相反，在圖2B示出的情形中，其中環(huán)境氣體是80％氮和20％氧，幾個測試樣品都持續(xù)正常工作1,000小時或更高。
圖3表示由MTTF表示的半導(dǎo)體激光器元件3的特性如何隨用作密封在封裝2內(nèi)部的環(huán)境氣體的氧和氮混合物中的氧混合比而變化?？v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(dǎo)體激光器元件3被保持在與圖2相同的條件下，具體地，環(huán)境溫度70℃，在輸出功率50mW下連續(xù)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(jìn)一步增加無關(guān)，MTTF在大約3,000小時基本上保持不變。因而，優(yōu)選地，用于在高溫下和高輸出功率下工作的半導(dǎo)體激光器元件的環(huán)境氣體包含5％或更高的氧。這導(dǎo)致1,000小時或更高的MTTF。更優(yōu)選地，環(huán)境氣體包含10％或更高的氧。這導(dǎo)致2,000小時或更高的MTTF。尤其優(yōu)選地，環(huán)境氣體包含20％或更高的氧。這導(dǎo)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(dǎo)體激光器元件3是具有由基于AlGaInP的晶體制成的有源區(qū)的半導(dǎo)體元件。同樣，對于其有源區(qū)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(fā)射短波長光(波長0.9微米或更小)的其它半導(dǎo)體元件，已確定獲得類似于圖2B和3的特性。
具體地，已經(jīng)確定將半導(dǎo)體激光器元件3設(shè)置在含氧的環(huán)境氣體中，與將其設(shè)置在不含氧的環(huán)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(wěn)定工作。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將半導(dǎo)體激光器元件3設(shè)置在含氧的環(huán)境氣體中時，當(dāng)半導(dǎo)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(dāng)該半導(dǎo)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(dǎo)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(huán)境氣體中混合氧導(dǎo)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(dāng)半導(dǎo)體激光器元件3被設(shè)置在含氧的環(huán)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(dǎo)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(nèi)部的環(huán)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(nèi)部的環(huán)境氣體可以是干空氣。
工業(yè)實用性如上所述，在半導(dǎo)體激光器件中，尤其是在短波長、高輸出類型的半導(dǎo)體激光器件中，采用含氧的氣體作為填充封裝內(nèi)部的環(huán)境氣體有助于減輕半導(dǎo)體激光器元件的退化，從而允許半導(dǎo)體激光器元件長時間地穩(wěn)定工作。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器件，包括設(shè)置在氣密密封的封裝內(nèi)部的半導(dǎo)體激光器元件，所述半導(dǎo)體激光器元件具有由以下材料之一制成的有源區(qū)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(nèi)部的環(huán)境氣體包含氧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器件，其中，所述半導(dǎo)體激光器元件具有形成在其激光發(fā)射表面上的介電氧化膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器件，其中，所述環(huán)境氣體是氧和氮的混合物，氧含量為20％或更高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體激光器件，其中，所述半導(dǎo)體激光器元件發(fā)出波長0.9微米或更小的光。
5.一種半導(dǎo)體激光器件，包括設(shè)置在氣密密封的封裝內(nèi)部的半導(dǎo)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(nèi)部的環(huán)境氣體包含氧。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體激光器件，其中，所述環(huán)境氣體是氧和氮的混合物，氧含量為20％或更高。
7.一種半導(dǎo)體激光器件，包括設(shè)置在氣密密封的封裝內(nèi)部的半導(dǎo)體激光器元件，所述半導(dǎo)體激光器元件具有由以下材料之一制成的有源區(qū)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(dǎo)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(nèi)部的環(huán)境氣體包含氧。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體激光器件，其中，環(huán)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(dǎo)體激光器件(1)，包括在氣密密封的封裝(2)之中的半導(dǎo)體激光器元件(3)，所述半導(dǎo)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(qū)。封裝(2)中的環(huán)境氣體是含氧的氣體。半導(dǎo)體激光器元件(3)在激光發(fā)射表面具有介電氧化膜。環(huán)境氣體是氧和氮的混合物，并且氧的含量被設(shè)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(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)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(jī)株式會社, 鳥取三洋電機(jī)株式會社