專利名稱：光學(xué)構(gòu)件和光學(xué)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射和透射短波長(zhǎng)激光的光學(xué)構(gòu)件的涂層。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，考慮到方向性和減小能耗，采用發(fā)光二級(jí)管(LED)元件、半導(dǎo)體激光器元件等作為各種光源已經(jīng)引起了注意。例如，氮化物半導(dǎo)體激光器元件由于它們的短振蕩波長(zhǎng)而顯示出作為磷光體的激發(fā)光源的極大前途；并且通過(guò)波長(zhǎng)在藍(lán)到近紫外線區(qū)域中的光輻射磷光體，光可轉(zhuǎn)換成三原色而被使用。特別是，采用由氮化物半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的短波長(zhǎng)、高輸出激光顯示出作為投影儀和電視機(jī)等中使用的下一代光源的前途。然而，由密封在封閉容器中的半導(dǎo)體激光器元件、準(zhǔn)直透鏡、聚光透鏡和光纖等形成的激光器模塊的一個(gè)已知的問(wèn)題是，密閉容器內(nèi)的殘留污染物粘附到半導(dǎo)體激光器元件·的發(fā)光面或者粘附到諸如透鏡和光纖的光學(xué)構(gòu)件，降低了激光器的性能。污染物的示例包括存在于操作氣氛中的碳?xì)浠衔?、硅化合物等，這些化合物可通過(guò)激光和熱被聚合或者分解，進(jìn)而導(dǎo)致粘附。迄今，為了解決此問(wèn)題已經(jīng)提出了各種方法。例如，日本特開(kāi)專利申請(qǐng)第Hl 1-167132號(hào)指出，將環(huán)境中的碳?xì)浠衔锖拷档椭?. 1%或者更小在防止400nm或者更短激光輸出的減小方面是有效的，并且可由此避免碳?xì)浠衔镉捎诠夥纸庠诠鈱W(xué)構(gòu)件等上的沉積。美國(guó)專利第5392305號(hào)描述了將IOOppm或者更多的氧氣混合到氣氛氣體中，其目的是分解碳?xì)浠衔餁怏w從而防止碳?xì)浠衔镉捎诠夥纸舛掣降桨雽?dǎo)體激光器元件的面上。日本特開(kāi)專利申請(qǐng)第2004-14820號(hào)描述了在密閉的容器內(nèi)設(shè)置具有氣體吸收功能的物質(zhì)，從而不僅防止碳?xì)浠衔锏恼掣?，而且防止源自硅氧烷等的有機(jī)硅化合物的粘附。日本特開(kāi)專利申請(qǐng)第2009-21548號(hào)描述了貴金屬或者諸如鈀的鉬族金屬在抑制硅化合物粘附上的效果，盡管其機(jī)理并不清楚。日本特開(kāi)專利申請(qǐng)第2004-179595號(hào)指出將光催化劑涂層施加到半導(dǎo)體激光器模塊的內(nèi)壁、半導(dǎo)體激光器模塊的光通過(guò)區(qū)域、光纖的光進(jìn)入端、或光纖的光出射端中的至少一個(gè)，光催化劑涂層由半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光活化。然而，因?yàn)樯鲜霈F(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成在密閉氣氛的情況下所采用的技術(shù)方案，所以存在以下問(wèn)題，沒(méi)有密封在氣密環(huán)境內(nèi)的光學(xué)構(gòu)件的污染程度可能依據(jù)產(chǎn)品的操作環(huán)境而被影響。而且，半導(dǎo)體激光器元件自身的問(wèn)題在于，上述問(wèn)題由于其發(fā)光面上極高的光密度和溫度而加劇。特別是，在存在氧的情況下的硅化合物的粘附作為考慮的主要問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)以解決上述問(wèn)題，其目的在于提供一種防止光學(xué)構(gòu)件的污染的方法，該光學(xué)構(gòu)件不密封在采用短波長(zhǎng)、高輸出激光器元件的光學(xué)模塊中的氣密環(huán)境中。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)構(gòu)件發(fā)射或者透射460nm或者更小的波長(zhǎng)的激光，并且該光學(xué)構(gòu)件具有一方面(第一方面)使得由電介質(zhì)膜形成的第一涂層施加在其表面的至少一部分上，并且由包含貴金屬或者鉬族元素的電介質(zhì)膜形成的第二涂層施加在第一涂層上。在構(gòu)成上述第一方面的光學(xué)構(gòu)件的優(yōu)選方面(第二方面)中，第二涂層具有5at%或者更大的貴金屬或者鉬族元素含量。在構(gòu)成上述第一或者第二方面的光學(xué)構(gòu)件的優(yōu)選方面(第三方面)中，第二涂層的厚度為100 4或者更小。在構(gòu)成上述第一至第三方面之一的光學(xué)構(gòu)件的優(yōu)選方面(第四方面)中，該構(gòu)件是 半導(dǎo)體激光器元件。在構(gòu)成上述第一至第三方面之一的光學(xué)構(gòu)件的優(yōu)選方面(第五方面)中，該構(gòu)件是半導(dǎo)體激光器的蓋玻璃(cap glass)。在構(gòu)成上述第一至第三方面之一的光學(xué)構(gòu)件的優(yōu)選方面(第六方面)中，該構(gòu)件是準(zhǔn)直透鏡。在構(gòu)成上述第一至第三方面之一的光學(xué)構(gòu)件的優(yōu)選方面(第七方面)中，該構(gòu)件是聚光透鏡。在構(gòu)成上述第一至第三方面之一的光學(xué)構(gòu)件的優(yōu)選方面(第八方面)中，該構(gòu)件是分束器。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)模塊具有半導(dǎo)體激光器元件、蓋玻璃、準(zhǔn)直透鏡、分束器以及聚光透鏡，其中半導(dǎo)體激光器元件安裝在封裝體內(nèi)且用于發(fā)射激光，蓋玻璃用于將半導(dǎo)體激光器元件發(fā)射的激光引導(dǎo)到封裝體之外，準(zhǔn)直透鏡用于準(zhǔn)直由蓋玻璃引出的激光，分束器用于將由準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直的激光分裂，聚光透鏡用于聚集由分束器分裂的激光；并且光學(xué)模塊具有一方面(第九方面)使得由電介質(zhì)膜制成的第一涂層施加到半導(dǎo)體激光器元件、蓋玻璃、準(zhǔn)直透鏡、分束器和聚光透鏡中的至少一個(gè)的表面的至少一部分，且由包含貴金屬或鉬族元素的電介質(zhì)膜制成的第二涂層施加在第一涂層上。在構(gòu)成上述第九方面的光學(xué)模塊的優(yōu)選方面(第十方面)中，半導(dǎo)體激光器元件發(fā)射460nm或者更小的波長(zhǎng)的激光。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)對(duì)光學(xué)構(gòu)件的涂層材料進(jìn)行修改能夠防止有機(jī)硅化合物、碳?xì)浠衔锏鹊奈廴?。因此，能夠制造壽命較長(zhǎng)和可靠性較高的產(chǎn)品，即使當(dāng)污染源存在于產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境中時(shí)。本發(fā)明的進(jìn)一步的特征、元件、步驟、優(yōu)點(diǎn)和特性通過(guò)下面給出的實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選模式以及與其相關(guān)的附圖的詳細(xì)描述將變得明晰。


圖I是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)模塊的示意概要圖；以及圖2是氮化物半導(dǎo)體激光器元件的示意性縱向截面圖。參考標(biāo)號(hào)表
I光學(xué)模塊(半導(dǎo)體激光器模塊)10氮化物半導(dǎo)體激光器元件20蓋玻璃30準(zhǔn)直透鏡40分束器50聚光透鏡60光敏二極管·
70罐封裝體A低反射率層(第一涂層)B污染防止層(第二涂層)C高反射率層X(jué)有源層a 激光
具體實(shí)施例方式<在先試驗(yàn)>在創(chuàng)造本發(fā)明之前，長(zhǎng)期操作之后，本發(fā)明人對(duì)采用短波長(zhǎng)(405nm波帶)、高輸出(瓦特級(jí))氮化物半導(dǎo)體激光器的光學(xué)模塊中的光學(xué)構(gòu)件的測(cè)試實(shí)際上揭示污染物被認(rèn)為是包含硅的粘附物質(zhì)。因?yàn)檫@樣的污染更容易在較短波長(zhǎng)的激光發(fā)生，所以上述污染問(wèn)題被認(rèn)為容易發(fā)生在發(fā)射或者透射至少波長(zhǎng)為460nm (藍(lán)光波長(zhǎng))或者更短的光學(xué)構(gòu)件中。下面，參考附圖詳細(xì)地描述根據(jù)上述在先試驗(yàn)創(chuàng)造的本發(fā)明的具體實(shí)施例。<光學(xué)模塊>圖I是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)模塊的示意概要圖。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)模塊(半導(dǎo)體激光器模塊)I具有氮化物半導(dǎo)體激光器兀件10、蓋玻璃20、準(zhǔn)直透鏡30、分束器40、聚光透鏡50、光敏二極管60和罐封裝體70。圖I中的標(biāo)號(hào)a表不光學(xué)模塊I產(chǎn)生的激光的狀態(tài)(引導(dǎo)路徑)。設(shè)想光學(xué)模塊I用作投影儀等的光源。氮化物半導(dǎo)體激光器元件10是光學(xué)模塊I中包括的一個(gè)光學(xué)構(gòu)件，并且安裝在罐封裝體70內(nèi)且發(fā)射激光a。蓋玻璃20是光學(xué)模塊I中包括的一個(gè)光學(xué)構(gòu)件，并且引導(dǎo)由氮化物半導(dǎo)體激光器元件10發(fā)射的激光a到罐封裝體70之外。準(zhǔn)直透鏡30是光學(xué)模塊I中包括一個(gè)光學(xué)構(gòu)件，并且使蓋玻璃20引導(dǎo)的激光a準(zhǔn)直。分束器40是光學(xué)模塊I中包括的一個(gè)光學(xué)構(gòu)件，并且將準(zhǔn)直透鏡30準(zhǔn)直的激光a分裂成兩個(gè)光束。聚光透鏡50是光學(xué)模塊I中包括的一個(gè)光學(xué)構(gòu)件，并且聚集由分束器40分裂的激光a。光敏二極管60是光學(xué)模塊I中包括的一個(gè)光學(xué)構(gòu)件，并且受到由分束器分裂的激光a的照射。罐封裝體70是罐形構(gòu)件，其內(nèi)安裝有氮化物半導(dǎo)體激光器元件10。
具有上述構(gòu)造的光學(xué)模塊I構(gòu)造使得安裝在具有蓋玻璃20的罐封裝體70內(nèi)的氮化物半導(dǎo)體激光器元件10 (激光a振蕩波長(zhǎng)405nm波帶)用作激光光源，由準(zhǔn)直透鏡30準(zhǔn)直的激光a由分束器40分裂向聚光透鏡50和光敏二極管60，并且激光a由聚光透鏡50聚焦到福射目標(biāo)上。圖2是氮化物半導(dǎo)體激光器元件10的示意性縱向截面圖。如圖2所示，由電介質(zhì)膜(例如，SiO2)制成的低反射率層A (相當(dāng)于第一涂層)形成在氮化物半導(dǎo)體激光器元件10的發(fā)光面上，氮化物半導(dǎo)體激光器元件10從有源層X(jué)發(fā)射激光a，從而促進(jìn)405nm波帶的激光a的透射。污染防止層B (相當(dāng)于第二涂層)形成在低反射率層A的表面上，污染防止層B由已加入5%的貴金屬或者鉬族金屬(例如，鈀)的電介質(zhì)膜(例如，SiO2)形成，從而抑制發(fā)光面的污染(硅化合物粘附)。高反射率層C形成在氮化物半導(dǎo) 體激光器元件10的與發(fā)光面相對(duì)的面上，高反射率層C由電介質(zhì)膜(例如，SiO2和TiO2的多層膜)或者金屬膜(例如，鋁、金或者銀)形成。在金屬膜用作高反射率層C的情況下，必須將其與用作底涂(undercoat)的電介質(zhì)膜結(jié)合,從而防止氮化物半導(dǎo)體激光器元件10的p型層和n型層之間短路。低反射率層A和污染防止層B還以層狀形成在形成光學(xué)模塊I的構(gòu)成元件的其它光學(xué)構(gòu)件的光透射表面(蓋玻璃20的一個(gè)表面[外側(cè)表面]、準(zhǔn)直透鏡30的兩個(gè)表面、分束器40的兩個(gè)表面以及聚光透鏡50的兩個(gè)表面)的每一個(gè)上，如圖I所示。<關(guān)于污染防止層的觀察>本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在光學(xué)構(gòu)件的最外表面上的貴金屬或者諸如鈀的鉬族金屬具有抑制硅化合物粘附的效果，盡管其機(jī)理尚不清楚。因此，在光學(xué)構(gòu)件的每一個(gè)上采用貴金屬或者鉬族金屬執(zhí)行硅化合物防粘手段(measure)在確保光學(xué)模塊I的可靠性上有著高有效性。特別是，其中在光學(xué)構(gòu)件的每個(gè)上采用貴金屬或者鉬族金屬實(shí)施硅化合物防粘手段的構(gòu)造使得污染能夠被抑制，而與產(chǎn)品的操作環(huán)境無(wú)關(guān)，即使在沒(méi)有氣密密封的光學(xué)構(gòu)件中。硅化合物粘附被認(rèn)為容易發(fā)生在半導(dǎo)體激光器元件10的發(fā)光面上，這是因?yàn)楫?dāng)輸出激光a時(shí)光密度和溫度變得極高。因此，通過(guò)在半導(dǎo)體激光器元件10的發(fā)光面上采用貴金屬或者鉬族來(lái)實(shí)施硅化合物防粘手段，可有效抑制諸如上述的污染。金屬接合的結(jié)構(gòu)也起到吸收光的作用。因此，形成在光學(xué)構(gòu)件的每個(gè)的外表面上的污染防止層B優(yōu)選為不大于某一厚度。認(rèn)為自污染防止層B的表面層達(dá)約十個(gè)原子層產(chǎn)生防污染效果。因此，污染防止層B的貴金屬或者鉬族含量(濃度)優(yōu)選不小于某個(gè)量。貴金屬或者鉬族金屬的上述防污染效果即使在光學(xué)構(gòu)件的每個(gè)的整個(gè)表面不被貴金屬或者鉬族金屬覆蓋時(shí)也可獲得。這被認(rèn)為是因?yàn)橄啾扔诮饘僭拥某叽?，作為污染源的硅氧烷等的分子尺寸大。例如，?dāng)污染防止層B具有5at%的貴金屬或者鉬族金屬含量(濃度)時(shí)，污染防止層B形成在其上的表面的50%可描述為被貴金屬或者鉬族金屬覆蓋。而且，當(dāng)貴金屬或者鉬族金屬在污染防止層B內(nèi)均勻分布時(shí)，出現(xiàn)僅約一個(gè)原子大小的交替間隙，期待諸如硅氧烷的硅化合物分子粘附的極小余地。同時(shí)，如前所述，形成金屬接合的貴金屬或者鉬族金屬也用以吸收光。金屬材料的光吸收系數(shù)根據(jù)波長(zhǎng)而變化，但是約為5X105cm_3至lX106cm_3。因此，假設(shè)污染防止層B中包含的貴金屬或者鉬族金屬的光吸收作用相當(dāng)于純金屬的光吸收作用，則具有5at%的貴金屬或者鉬族金屬含量(濃度)和100 A厚度的污染防止層B的光吸收率為3至5%。當(dāng)污染防止層B的厚度為50 A時(shí)，污染防止層B具有甚至更小的光吸收率(約I至2%)，這在引入多個(gè)光學(xué)構(gòu)件時(shí)是有利的。在以上觀察的基礎(chǔ)上，添加到污染防止層B的貴金屬或者鉬族金屬的量(濃度)優(yōu)選為5at%或者更大，并且污染防止層B的厚度優(yōu)選為100 A或者更小。在以上給出的示例中，SiO2是污染防止層B的基體材料(matrix material);然而，污染防止層B的基體材料不限于此；它可選自包括氧化物、氮化物、氟化物等的各種電介質(zhì)材料，氧化物諸如Al2O3和Ta2O5、氮化物諸如SiN和A1N，氟化物諸如MgF2。通過(guò)采用這些基體材料，能夠容易且精確地制造污染防止層B，污染防止層B顯示出低的光吸收性和較好 的防污染效果。添加到基體材料的物質(zhì)可選自除以上示例中給出的鈀之外的鉬族金屬鎳或鉬，或者可替換地選自貴金屬金、銀、銥、錯(cuò)、鋨或釕。<形成污染防止層的方法>接下來(lái)，將參考圖I描述形成污染防止層B的方法。首先，低反射率層A形成在光學(xué)構(gòu)件(半導(dǎo)體激光器元件10、蓋玻璃20、準(zhǔn)直透鏡30、分束器40和聚光透鏡50)的基體材料的表面上。低反射率層A可構(gòu)造為單層或者包括I至3個(gè)電介質(zhì)膜的組合的復(fù)合層，并且可自由設(shè)計(jì)以產(chǎn)生所希望的屬性。電子束氣相沉積方法、濺射方法或化學(xué)氣相沉積(CVD)方法可用作形成電介質(zhì)膜的方法。接下來(lái)，污染防止層B形成在上述低反射率層A的表面上。電子束方法或者濺射方法可用作形成污染防止層B的方法；出于膜成分的穩(wěn)定性的考慮，優(yōu)選采用濺射方法。在濺射方法中，可預(yù)先制備具有希望的成分(例如，包含5at%的鈀的SiO2)的靶構(gòu)件，或者也可采用共濺射方法，其中對(duì)于在基體(例如，SiO2)上的貴金屬或者鉬族金屬(例如，鈀)執(zhí)行濺射。< 變型 >除前面的實(shí)施例之外，本發(fā)明的構(gòu)造可做出本發(fā)明精神內(nèi)的各種修改。例如，在以上給出的實(shí)施例中，描述了這樣的構(gòu)造示例,其中低反射率層A和污染防止層B以層狀形成在氮化物半導(dǎo)體激光器兀件10的發(fā)光面、蓋玻璃20的一個(gè)表面(外表面)、準(zhǔn)直透鏡30的兩個(gè)表面、分束器40的兩個(gè)表面以及聚光透鏡50的兩個(gè)表面的每一個(gè)上；然而，本發(fā)明的構(gòu)造不限于此；低反射率層A和污染防止層B以層狀形成在蓋玻璃20的另一表面(內(nèi)表面)、光敏二極管60的光接收表面等上的構(gòu)造也是可能的。在罐封裝體70的內(nèi)部首先清潔之后采用高度氣密方法密封罐封裝體70的情況下，幾乎沒(méi)有硅氧烷存在于蓋玻璃20的內(nèi)側(cè)上，因此允許省略在蓋玻璃20的另一表面(內(nèi)表面)上設(shè)置由低反射率層A和污染防止層B形成的涂層，如以上實(shí)施例中所述。在沒(méi)有首先清潔其內(nèi)部而采用高度氣密方法密封罐封裝體70的情況下，或者在采用氣密性差的方法密封罐封裝體70的情況下，優(yōu)選將由低反射率層A和污染防止層B形成的涂層不僅施加在蓋玻璃20的一個(gè)表面(外表面)上而且施加在另一表面(內(nèi)表面)上，因?yàn)橥扪鯚蓾撛诘卮嬖谟谏w玻璃20內(nèi)。光敏二極管60通常為用于監(jiān)控激光a的量的構(gòu)件，并且激光a的一部分照到其上。這樣，因?yàn)閮H少量的光照到光敏二極管60上，所以光敏二極管60的光接收表面的溫度不容易升高，從而幾乎不存在硅氧烷降解產(chǎn)物粘附的風(fēng)險(xiǎn)。這樣，即使從光敏二極管60的光接收表面省略由低反射率層A和污染防止層B形成的涂層，也預(yù)期沒(méi)有特別的問(wèn)題。然而，當(dāng)成本不是問(wèn)題時(shí)，也可將由低反射率層A和污染防止層B形成的涂層施加到光敏二極管60的光接收表面?！垂I(yè)實(shí)用性〉 本發(fā)明可作為一種用于防止光學(xué)構(gòu)件的污染的技術(shù)，該光學(xué)構(gòu)件在例如采用短波長(zhǎng)、高輸出激光器元件的光學(xué)模塊中沒(méi)有被氣密密封。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)構(gòu)件，包括 第一涂層，由電介質(zhì)膜制成，施加到該光學(xué)構(gòu)件的表面的至少一部分；以及 第二涂層，由包含貴金屬或者鉬族元素的電介質(zhì)膜制成，施加在該第一涂層上；其中 該光學(xué)構(gòu)件發(fā)射或者透射460nm或者更小的波長(zhǎng)的激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)構(gòu)件，其中 該第二涂層具有5at%或者更大的鉬族元素或者貴金屬含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)構(gòu)件，其中 該第二涂層具有IOO人或者更小的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)構(gòu)件,其中 該光學(xué)構(gòu)件是半導(dǎo)體激光器元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)構(gòu)件，其中 該光學(xué)構(gòu)件是半導(dǎo)體激光器的蓋玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)構(gòu)件，其中 該光學(xué)構(gòu)件是準(zhǔn)直透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)構(gòu)件，其中 該光學(xué)構(gòu)件是聚光透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)構(gòu)件，其中 該光學(xué)構(gòu)件是分束器。
9.一種光學(xué)模塊，包括 半導(dǎo)體激光器元件，安裝在封裝體內(nèi)，并且用于發(fā)射激光； 蓋玻璃，用于將由該半導(dǎo)體激光器元件發(fā)射的激光引導(dǎo)到該封裝體之外； 準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直由該蓋玻璃引導(dǎo)出的該激光； 分束器，用于分裂由該準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直的該激光；以及 聚光透鏡，用于聚集由該分束器分裂的該激光；其中 由電介質(zhì)膜制成的第一涂層施加到該半導(dǎo)體激光器元件、蓋玻璃、準(zhǔn)直透鏡、分束器和聚光透鏡中至少一個(gè)的表面的至少一部分；并且 由包含貴金屬或者鉬族元素的電介質(zhì)膜制成的第二涂層施加在該第一涂層上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)構(gòu)件，其中 該半導(dǎo)體激光器元件發(fā)射460nm或者更小的波長(zhǎng)的激光。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)構(gòu)件和光學(xué)模塊。該光學(xué)構(gòu)件發(fā)射或者透射460nm或者更小的波長(zhǎng)的激光，并且由電介質(zhì)膜形成的第一涂層施加在其表面的至少一部分上，以及由包含貴金屬或者鉑族元素的電介質(zhì)膜形成的第二涂層施加在該第一涂層上。
文檔編號(hào)H01S5/028GK102957088SQ201210285689
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者川上俊之, 神川剛 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社