JP2008294090A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２波長モノシリック半導体レーザに適する、出射効率がよく、保護膜として高い信頼性を有する反射側端面コート膜構造を備えた半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】 半導体レーザ素子は、異なる波長のレーザ光を出射するレーザ素子本体と、半導体レーザ素子の出射端面とは反対側の反射端面上に設けられた端面コート膜とを含み、端面コート膜は、少なくとも３種類以上の屈折率の誘電体膜を組合せて積層して形成し、かつ各レーザ光の波長について９０％以上の反射率を有する。また、誘電体膜のそれぞれの膜厚は、その誘電体膜の屈折率をｎとし、レーザ光の波長をそれぞれλ１，λ２としたときに、（λ１＋λ２）／８ｎを満たす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高い信頼性を有する反射側端面コート膜構造を備えた２波長モノシリック半導体レーザ素子に関する。

半導体レーザ素子は、ウエハ劈開によって共振器端面が形成され、この共振器端面に誘電体膜が形成されている。この端面に形成されるこの誘電体の種類、膜厚、層数を任意に選ぶことによって、共振器端面における反射率を所望の反射率に制御することができる。

しかし、誘電体膜に光吸収がある場合、誘電体膜は光吸収によって発熱して、端面温度が急激に上昇し、温度上昇によって半導体レーザ素子部のバンドギャップが小さくなり、さらに光吸収が大きくなり温度が上昇するという正帰還ループを起こす。そして、最後にはレーザ端面が破壊され、レーザ発振が停止するという現象を引き起してしまう。この現象を一般的に瞬間光学損傷（Catastrophic Optical Damage、以下、ＣＯＤと省略する。）と呼ぶ。

また、高出力半導体レーザ素子において重要な特性のひとつである外部微分量子効率を改善するため、共振器端面の反射率が片側１０％以下、もう一方が９０％以上となるような非対称の端面コート膜が一般的である。ここで、外部微分量子効率とは、注入キャリア１個につき、外部に放出される光子の数をいう。共振器端面にレーザチップの屈折率より大きい膜を用いても、１層では十分高い反射率が得られないため、半導体レーザの発振波長をλとした場合、半導体レーザ素子本体寄りからの第１層および第３層に厚さがλ／４であるＡｌ_２Ｏ_３膜、第２層および第４層に厚さがλ／４であるアモルファスＳｉを交互に積層する。この場合、約９０％以上の高反射率の保護膜を形成することが可能となる。

図１５は、従来の７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子６０の構造を示す断面図である。
半導体レーザ素子６０は、活性層５８を形成する半導体レーザ素子本体５２、半導体レーザ素子本体５２の出射端面に設けられた出射側端面コート膜５１、半導体レーザ素子本体５２の出射端面とは反対側の反射端面に設けられた反射側端面コート膜５７を有する。

反射側端面コート膜５７は、Ａｌ_２Ｏ_３５３，５５とアモルファスＳｉ（以下ａ−Ｓｉと略す）５４，５６を交互に積層した層で構成される。活性層５８の屈折率が３．６６９であり、Ａｌ_２Ｏ_３５３，５５の屈折率が１．６４０であり、ａ−Ｓｉ５４，５６の屈折率が３．２００である場合、波長が７８０ｎｍの半導体レーザ素子６０の反射側端面コート膜５７において、４層で９２％の反射率を実現できる。

また、第１の従来技術では、複数のレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、複数のレーザ光に対して反射光が極値となるように反射側端面コート膜の膜厚を設定している（たとえば、特許文献１参照）。

第２の従来技術では、２波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、所望の反射率を有し、一括形成の可能な反射側端面コート膜を提供することを目的として、低屈折率材料および高屈折率材料の薄膜を交互に積層し、反射率が８０％になるように膜厚を設定している反射側端面コート膜を備える。（たとえば、特許文献２参照）。

第３の従来技術では、２波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、所望の反射率を有する出射側端面コート膜を提供することを目的として、出射側端面コート膜の屈折率および膜厚を設定している（たとえば、特許文献３参照）。

第４の従来技術では、半導体レーザ素子は、ＣＯＤ劣化を大幅に改善することを目的として、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化シリコンなどの材料を用いた反射側端面コート膜を備えている（たとえば、特許文献４参照）。

第５の従来技術では、複数のレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、所望の反射率を有する出射側端面コート膜を提供することを目的として、反射側端面コート膜を構成する誘電体薄膜層および誘電体厚膜層の膜厚を設定している（たとえば、特許文献５参照）。

特開２００１−７７４５６号公報 特開２００１−２５７４１３号公報 特開２００２−２２３０３０号公報 特開２００４−３２７５８１号公報 特開２００６−３０３０４１号公報

しかしながら、第１の従来技術においては、また、レーザ光の波長に応じて反射側の端面コート膜の膜厚を変更する必要があり、また、端面コート膜において安定して９０％以上の高反射率を得ることができない。

第２、第３および第５の従来技術においては、反射側の端面コート膜において、安定して９０％以上の高反射率を得ることができない。

第４の従来技術においても、反射側の端面コート膜においてＣＯＤ劣化は改善されているが、安定して９０％以上の高反射率を得ることができない。

さらに、近年、波長が６６０ｎｍ帯と７８０ｎｍ帯半導体レーザ素子を単一基板上に形成した高出力の２波長の半導体レーザ素子の需要が増えてきているが、単一基板上に形成されているため、６６０ｎｍ帯と７８０ｎｍ帯の半導体レーザに対して同一の端面コート膜を形成する必要がある。

図１６は、半導体レーザ素子における反射側端面コート膜のレーザ光の反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、グラフの縦軸は反射率（％）を表す。

前記半導体レーザ素子は、６６０ｎｍと７８０ｎｍ両波長の算術平均波長である７２０ｎｍにおけるλ／４の膜厚で積層している。

表１は、図１６の半導体レーザ素子の反射側端面コート膜を構成する誘電体膜の屈折率、膜厚および組成を示している。なお、半導体レーザ素子本体に面した誘電体膜から第１層としている。

図１６では、６６０ｎｍにおける反射率は９２％、７８０ｎｍにおける反射率は９１％となり、反射率は９０％を超えるが、生産工程を考えた場合、各誘電体膜の膜厚が±５％程度変動する可能性を考慮する必要がある。

図１７は、図１６の半導体レーザ素子の反射側端面コート膜を構成するすべての誘電体膜の膜厚を５％増加させた場合のレーザ光の反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、グラフの縦軸は反射率（％）を表す。

誘電体膜の膜厚を５％増加させた場合、６６０ｎｍでの反射率は７７％、７８０ｎｍでの反射率は９４％となり、安定して９０％以上の高反射率を得ることができない。この場合において、高反射率を得るために誘電体膜の数を増加することは、誘電体膜の剥れなどの問題が起こるため、有効な解決手段ではない。

また、反射側端面コート膜が前記２つの波長の領域で高反射率となるようにするため、２つの波長のほぼ中心波長にピークを持つように、反射側端面コート膜を構成する層数を偶数とし、ｎを任意の自然数、膜厚をλ／４ｎとする場合、誘電体膜の膜厚が変動してずれていくごとに一方の波長の反射率が低くなり、出射面側からの光出射が小さくなる場合がある。

製造工程で誘電体膜の膜厚が変動し、誤差が生じた場合においても高い反射率を得るために最も有効な手段は、屈折率差が大きな２つの誘電体膜を使用することである。この場合、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと省略する）などの半導体材料は非常に屈折率が高いが、ａ−Ｓｉは光吸収係数を有し、波長が６４５ｎｍでは吸収係数αは、α＝３３０７／ｃｍであり、波長が８０５ｎｍでは吸収係数αは、α＝９３７／ｃｍである。

図１８は、分光エリプソメータで測定したアモルファスシリコンの吸収係数の波長依存性を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、グラフの縦軸は吸収係数α（ｃｍ^−１）を表す。

図１８に示すように、ａ−Ｓｉは７８０ｎｍ付近から吸収係数を持っており、６６０ｎｍでの吸収係数はかなり大きくなる。このため、単純に低屈折率であるＡｌ_２Ｏ_３もしくはＳｉＯ_２からなる誘電体膜と高屈折率であるａ−Ｓｉからなる誘電体膜とを組合せ、反射側端面コート膜の高反射率を実現しても、ａ−Ｓｉの光吸収のため、ＣＯＤが低下するという問題が発生し、高反射率の反射側端面コート膜を実現するための屈折率差の大きい材料としてａ−Ｓｉを用いることはできない。

このように、２波長モノシリック半導体レーザにおいて、レーザ光に対する反射率が、外部微分効率が良好となる９０％以上であるとともに、ＣＯＤが発生しない反射側端面コート膜を得るのは困難であった。

本発明の目的は、２波長モノシリック半導体レーザに適する、出射効率がよく、保護膜として高い信頼性を有する反射側端面コート膜構造を備えた半導体レーザ素子を提供することである。

本発明は、異なる波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子本体と、
前記半導体レーザ素子の出射端面とは反対側の反射端面上に設けられ、少なくとも３種類以上の屈折率の誘電体膜が積層されて形成され、かつ前記半導体レーザ光の波長について９０％以上の反射率を有する端面コート膜とを含み、
前記誘電体膜のそれぞれの膜厚は、それぞれの誘電体膜の屈折率をｎとし、前記レーザ光の波長をそれぞれλ１，λ２としたときに、
（λ１＋λ２）／８ｎ
を満たすことを特徴とする半導体レーザ素子である。

また本発明は、前記屈折率の種類の数は３に選ばれ、
それぞれの屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３（ｎ１＜ｎ２＜ｎ３）としたとき、
前記各誘電体膜のうち、
屈折率がｎ１の誘電体膜は、前記半導体レーザ光の波長λ１，λ２における光吸収係数をαとしたときに、α＝０ｃｍ^−１を満たし、
屈折率がｎ２の誘電体膜は、前記半導体レーザ光の波長λ１，λ２における光吸収係数をαとしたときに、α＝０ｃｍ^−１を満たし、
屈折率がｎ３の誘電体膜は、アモルファスＳｉおよびＧｅのうちのいずれかによって構成され、
前記端面コート膜のうち、前記半導体レーザ素子本体寄りの４層は、屈折率がｎ１の誘電体膜と屈折率がｎ２の誘電体膜とが交互に積層されて形成され、
前記端面コート膜のうち、前記４層を除いた残りの層は、屈折率がｎ１の誘電体膜と屈折率がｎ３の誘電体膜とが交互に積層されて形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記端面コート膜において、前記誘電体膜が７層以上１０層以下に積層されることを特徴とする。

また本発明は、前記各誘電体膜のうち、
屈折率がｎ１の誘電体膜は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２のうちのいずれかによって構成され、
屈折率がｎ２の誘電体膜は、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、およびＮｂ_２Ｏ_５のうちのいずれかによって構成されることを特徴とする。

本発明によれば、半導体レーザ素子は、異なる波長のレーザ光を出射するレーザ素子本体と、半導体レーザ素子の出射端面とは反対側の反射端面上に設けられた端面コート膜とを含み、端面コート膜は、少なくとも３種類以上の屈折率の誘電体膜を組合せて積層して形成し、かつ各レーザ光の波長について９０％以上の反射率を有するので、注入キャリア１個につき外部に放出される光子の数である外部微分効率が良好となる。

また、誘電体膜のそれぞれの膜厚は、それぞれの誘電体膜の屈折率をｎとし、レーザ光の波長をそれぞれλ１，λ２としたときに、（λ１＋λ２）／８ｎを満たすので、レーザ光に対して高い反射率を得ることができる。

したがって、２波長モノシリック半導体レーザに適する、出射効率がよく、保護膜として高い信頼性を有する反射側端面コート膜構造を備えた半導体レーザ素子を提供できる。

また本発明によれば、半導体レーザ素子は、端面コート膜が３種類の屈折率の誘電体膜が積層されて形成され、それぞれの屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３（ｎ１＜ｎ２＜ｎ３）としたとき、また、端面コート膜のうち、半導体レーザ素子本体寄りの４層は、半導体レーザ光の波長λ１、λ２における光吸収係数α＝０ｃｍ^−１を満たし、かつ屈折率がｎ１の誘電体膜および屈折率がｎ２の誘電体膜が交互に積層されて形成され、前記４層を除いた残りの層は、屈折率がｎ１の誘電体膜と、アモルファスＳｉまたはＧｅによって構成される屈折率がｎ３の誘電体膜とが交互に積層されて形成される。これによって、半導体レーザ素子本体寄りの４層は光を吸収しないため、６６０ｎｍでの吸収係数が大きく、従来、高反射率の反射側端面コート膜を実現するための屈折率差の大きい材料として用いることはできなかったａ−Ｓｉを、前記４層を除いた残りの層に用いることができるようになり、２波長モノシリック半導体レーザにおいて、レーザ光に対する反射率が、外部微分効率が良好となる９０％以上となるとともに、ＣＯＤが発生しない反射側端面コート膜を得ることが可能となる。

また本発明によれば、半導体レーザ素子は、前記端面コート膜において、前記誘電体膜が７層以上１０層以下に積層されるので、６６０ｎｍ帯の赤色レーザおよび７８０ｎｍ帯の赤外レーザの反射率を安定して９０％以上にすることができる。また、端面コート膜の膜数が少なくてすみ、膜剥れが改善されて歩留りを向上させることができる。

端面コート膜が、１１層をこえると、膜剥れなどの歩留まり上の問題を起こし、６層以下の場合は、反射率を９０％以上にすることができない。

また本発明によれば、屈折率がｎ１の誘電体膜は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２のうちのいずれかによって構成され、屈折率がｎ２の誘電体膜は、Ｔａ_２Ｏ_５，ＴｉＯ_２，ＺｒＯ_２，およびＮｂ_２Ｏ_５のうちのいずれかによって構成されるので、半導体レーザ素子本体寄りの４層には、アルミナおよび酸化タンタルのように屈折率が異なる誘電体膜のペアによって構成されるので、６６０ｎｍ帯に吸収係数を有するａ-ＳＩを反射側端面コート膜に用いても、光吸収が抑制されて高出力のレーザ光を得ることができる。さらに、生産工程で各誘電体膜の膜厚が±５％程度変動する場合であっても、２波長帯での反射率を９０％以上確保することができる。

図１は、本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子５０の構造を概略的に示す断面図である。

半導体レーザ素子５０は、活性層１２を有する半導体レーザ素子本体２、半導体レーザ素子本体２の出射端面４８に設けられる出射側端面コート膜１、半導体レーザ素子本体２の出射端面４８とは反対側の反射端面４９に設けられる反射側端面コート膜１１を有する。

反射側端面コート膜１１は、あわせて３種類の屈折率の誘電体膜から構成され、低屈折率の誘電体膜および高屈折率の誘電体膜を交互に積層して８層から構成される。各誘電体膜の屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３（ｎ１＜ｎ２＜ｎ３）とし、半導体レーザ素子本体２側から順番に第１層〜第８層を３〜１０としたとき、第１層３、第３層５、第５層７および第７層９は屈折率がｎ１の誘電体膜であってＳｉＯ_２によって形成され、第２層４および第４層６は屈折率がｎ２の誘電体膜であってＴａ_２Ｏ_５によって形成され、第６層８および第８層１０はａ−Ｓｉで形成される。また、誘電体膜のそれぞれの膜厚は、それぞれの誘電体膜の屈折率をｎとし、前記レーザ光の波長をそれぞれλ１，λ２としたときに、（λ１＋λ２）／８ｎとなるように選ばれる。

本発明の半導体レーザ素子５０における反射側端面コート膜１１は、低屈折率の誘電体膜およびａ−Ｓｉから成る高屈折率の誘電体膜のペアが、第５層目以降に積層される。

図２は、半導体レーザ素子本体２の構造を示す断面図である。半導体レーザ素子本体２はモノリシック型２波長半導体レーザであり、ｎ型ＧａＡｓ基板１４に、ＣＤ（
Compact Disk）に書き込まれた情報の読み取り用のＣＤ用半導体レーザ素子３０と、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）に書き込まれた情報の読み取り用のＤＶＤ用半導体レーザ素子４０とが、並列配置された構造を有している。

ＣＤ用半導体レーザ素子３０は、ＧａＡｓ基板１４の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１６、活性層１７、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１８およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１９が、順次積層された構造を有している。上記ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１８およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１９は、テラス構造を有するとともに、中央部が導波路であるリッジ部を構成している。このリッジ部は、直方体形状のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１９およびｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１８の前駆体をエッチングすることで形成されている。

ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１８およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１９のテラス構造を形成した後は、ｎ型ＧａＡｓ基板１４上の半導体積層体をＳｉＯ_２で構成される誘電体膜で覆い、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１９の中央のリッジ部上部の誘電体膜を除去し、電流経路を確保して誘電体膜２０を形成している。

ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１９の中央のリッジ部上にはＡｕＺｎ電極２１が形成されており、ＡｕＺｎ電極２１および誘電体膜２０上に、ＭｏＡｕ電極２２が形成されている。更に、ＭｏＡｕ電極２２上に、Ｐ型メッキ電極２３が形成されている。

また、ｎ型ＧａＡｓ基板１４の研磨後、ｎ型ＧａＡｓ基板１４のリッジ部側と反対側の表面に、３層のｎ型電極１３が真空蒸着法もしくはスパッタ法にて形成されている。

ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０は、ＧａＡｓ基板１４の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２４、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５、活性層２６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８が、順次積層された構造を有している。上記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８は、テラス構造を有するとともに、中央部が導波路であるリッジ部を構成している。

ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８上部の誘電体膜２９、ＡｕＺｎ電極３０、ＭｏＡｕ電極３１、Ｐ型メッキ電極３２についても、ＣＤ用半導体レーザ素子３０と同様に形成されている。

このモノリシック型２波長半導体レーザ装置は、ＣＤ用半導体レーザ素子３０とＤＶＤ用半導体レーザ素子４０とのｐ型ＧａＡｓコンタクト層１９，２８、誘電体膜２０，２９、ＡｕＺｎ電極２１，３０、ＭｏＡｕ電極２２，３１、およびＰ型メッキ電極２３，３２が同一プロセスで形成されている。
表２は、反射側端面コート膜１１の各誘電体膜の屈折率および厚みを示した表である。

図３は、半導体レーザ素子５０における反射側端面コート膜１１のレーザ光の反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、グラフの縦軸は反射率（％）を表す。

上記構成において６６０ｎｍでの反射率９８．５％、７８０ｎｍでの反射率９８．７％が実現できる。また、ＣＯＤは６６０ｎｍ帯、７８０ｎｍ帯共に３５０ｍＷにおいても発生しなかった。

図４は、各誘電体膜のすべての膜厚がそれぞれ５％厚くなった場合の反射側端面コート膜１１のレーザ光の反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、グラフの縦軸は反射率（％）を表す。

すべての膜厚が５％厚くなった場合においても６６０ｎｍでの反射率９６．６％、７８０ｎｍでの反射率９９．０％となり、９０％以上の反射率を得ることができる。

図５は、各誘電体膜のすべての膜厚がそれぞれ５％薄くなった場合の半導体レーザ素子５０における反射側端面コート膜１１のレーザ光の反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、グラフの縦軸は反射率（％）を表す。

すべての膜厚が５％薄くなった場合においても、６６０ｎｍでの反射率９９．０％、７８０ｎｍでの反射率９７．７％となり、９０％以上の高反射率を得ることができる。

図６は、半導体レーザ素子における反射側端面コート膜が６層（第１層、第３層および第５層がＳｉＯ_２、第２層、第４層および第６層がＴａ_２Ｏ_５）の場合のレーザ光の反射率を示すグラフであり、図７は、半導体レーザ素子における反射側端面コート膜が５層（第１層、第３層および第５層がＳｉＯ_２、第２層および第４層がＴａ_２Ｏ_５）の場合のレーザ光の反射率を示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、グラフの縦軸は反射率（％）を表す。

半導体レーザ素子は、６６０ｎｍと７８０ｎｍ両波長の算術平均波長である７２０ｎｍにおけるλ／４の膜厚で積層している。図６および図７に示すように、６６０ｎｍと７８０ｎｍ両波長の算術平均波長である７２０ｎｍにおいて、反射側端面コート膜が６層の場合は、反射率は８０．０７９％、反射側端面コート膜が５層の場合は、反射率は、６１．６１１％となり、反射率を９０％以上にすることができない。

本発明の反射側端面コート膜は、レーザ光の波長をそれぞれλ１，λ２としたときに、膜厚が（λ１＋λ２）／８ｎの誘電体膜が７層以上有することによって、反射率を９０％以上にすることができ、発光効率を大きくするのに有効となる。

図８は、ａ−Ｓｉが配置される層とＣＯＤ出現する光出力との関係を示すグラフである。グラフの横軸はａ−Ｓｉが半導体レーザ素子本体２からみて第何層目から配置されているかを表し、グラフの縦軸はＣＯＤが出現する光出力（ｍＷ）を表す。図９〜図１１は、ａ−Ｓｉが配置される層における注入電流と光出力との関係を示すグラフである。図９は、８層の誘電体膜をすべてＳｉＯ_２とａ−Ｓｉとのペアのみで構成した場合であり、図１０は、半導体レーザ素子本体寄りの第１層および第２層をＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とのペアで積層し、残り第３層から第８層の６層をＳｉＯ_２とａ−Ｓｉとのペアで積層した場合であり、図１１は、半導体レーザ素子本体寄りの第１層から第４層の４層をＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とのペアで積層し、残り第５層から第８層の４層をＳｉＯ_２とａ−Ｓｉとのペアで積層した場合である。グラフの横軸は注入電流量（ｍＡ）を表し、グラフの縦軸はＣＯＤが出現する光出力（ｍＷ）を表す。

共振器長Ｌ＝１８６５μｍの２波長モノリシック半導体レーザ素子装置において、反射側端面コート膜光吸収が問題になる短波側６６０ｎｍ帯におけるＣＯＤが出現する光出力を調べ、ａ−Ｓｉを何層目に入れることによって、ＣＯＤが低下し始めるかについての結果が図８に示されている。

図８および図９に示すように、８層の誘電体膜をすべてＳｉＯ_２とａ−Ｓｉとのペアのみで構成した場合のＣＯＤが出現する光出力は１００ｍＷ程度で、６６０ｎｍでの反射率は９８．６７５％、７８０ｎｍでの反射率は９９．０９４％であった。

図８および図１０に示すように、半導体レーザ素子本体寄りの第１層および第２層をＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とのペアで積層し、残り第３層から第８層の６層をＳｉＯ_２とａ−Ｓｉとのペアで積層した場合、６６０ｎｍ帯のレーザ光のＣＯＤが出現する光出力は２００ｍＷ程度で、６６０ｎｍでの反射率は９８．８６６％、７８０ｎｍでの反射率は９９．１２４％であった。

また、図８および図１１に示すように、半導体レーザ素子本体寄りの第１層から第４層の４層をＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とのペアで積層し、残り第５層から第８層の４層をＳｉＯ_２とａ−Ｓｉとのペアで積層した場合、６６０ｎｍ帯のレーザ光のＣＯＤは発生せず、４００ｍＷ以上で熱飽和し、６６０ｎｍでの反射率は９８．３４１％、７８０ｎｍでの反射率は９８．５９１％であった。

さらに、半導体レーザ素子本体寄りの第１層から第６層の６層をＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とのペアで積層し、残り第７層から第８層の２層をＳｉＯ_２とａ−Ｓｉとのペアで積層した場合も６６０ｎｍ帯のレーザ光のＣＯＤは発生せず、４００ｍＷ以上で熱飽和し、６６０ｎｍでの反射率は９６．６６１％、７８０ｎｍでの反射率は９７．１１１％であった。

誘電体膜の屈折率差が大きい方が反射率を大きくできることから、できるだけ半導体レーザ素子本体に近い層にａ−Ｓｉを入れるほうが反射率は向上するが、図８に示すように、ＣＯＤが発生することになる。よって、半導体レーザ素子本体寄りの５層目以降をＳｉＯ_２とａ−Ｓｉとのペアで積層することによって、ＣＯＤ発生を防止することができる。

本発明の半導体レーザ素子における反射側端面コート膜によって、単純にＡｌ_２Ｏ_３もしくはＳｉＯ_２で構成される低屈折率の誘電体膜およびａ−Ｓｉで構成される高屈折率の誘電体膜を組合せて高反射率を実現してもａ−Ｓｉの光吸収のため、ＣＯＤが低下してしまうという問題が解消され、かつ９０％以上の反射率を実現することができる。

以下本発明の半導体レーザ素子５０の反射側端面コート膜１１を形成する製造方法について説明する。

図１２〜図１４は、半導体レーザ装置５０の製造方法の概要を示す図である。
図１２では、たとえば半導体レーザ素子５０を有する半導体レーザウエハ４５の特定素子の電極４１ａと隣接する特定素子の電極４１ｂとの間に、発光部（チャネル）４２と直交する方向に、へき開線４３をスクライブにより形成する。なお、電極は総称する場合、参照符号４１のみで表す。

図１３に示すように、半導体レーザウエハ４５を、へき開線４３に沿ってへき開し、バー状態のレーザチップであるレーザバー４４に分割する。

図１４では、レーザバー４４を、レーザバー固定装置４６に電極４１面を重ねるように重畳させてセットする。このとき、すべてのレーザバー４４において、レーザチップ（バー）の前面側出射面４７ａおよび後面側反射面４７ｂが同じ向きとなるようにセットする。次にレーザバー固定装置４６に固定されたレーザバー４４の光出射端面に所定の反射率を有する出射側端面コート膜１の形成を行なう。この場合、一般的に真空蒸着装置、もしくは、スパッタ装置が用いられる。１チップの中に２つの波長を有するレーザチップを蒸着もしくはスパッタにて端面コート膜を形成する場合、２つの波長のレーザ端面に対して一緒に成膜するので、いずれのレーザチップに対しても同じ構造および同じ厚さの膜が形成される。その場合、高出力半導体レーザ装置の後面側で２つの波長のいずれに対しても高反射率とするために、２つの波長のほぼ中心波長に反射スペクトルの反射率のピークが位置するように膜厚を設定する。

出射側端面コート膜１の成膜を完了した後、レーザバー固定装置４６を１８０°反転させ、後面側反射面に薄膜多層と厚膜層とから成る反射側端面コート膜１１を成膜する。

反射側端面コート膜１１として、図１のようにＳｉＯ_２（ｎ１＝１．４５）と、Ｔａ_２Ｏ_５（ｎ２＝２．１６）と、ａ−Ｓｉ（ｎ３＝３．２、吸収係数α＝３０００／ｃｍ）とを用いた場合、まずλ／（４×ｎ１）、すなわち１２４．１ｎｍのＳｉＯ_２を形成する。ここでは、λは、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの２波長の中心７２０ｎｍとしている。その後、材料を変更し、λ／（４×ｎ２）、すなわち、８３．３ｎｍのＴａ_２Ｏ_５を形成し、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５を計４層交互に繰り返す。５層目としてλ／（４×ｎ１）、すなわち、１２４．１ｎｍのＳｉＯ_２を形成する。再び材料を変え、λ／（４×ｎ３）、すなわち、５６．３ｎｍのａ−Ｓｉを形成する。ＳｉＯ_２とａ−Ｓｉを交互に合計４層繰り返し、合計８層の誘電膜を形成する。このようにして、本発明の半導体レーザ装置５０が製造される。

なお、他の実施の形態として、半導体レーザ素子本体寄りの第１層から第４層についてＡｌ_２Ｏ_３の低屈折率の膜と、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、またはＮｂ_２Ｏ_５などの高屈折率の膜とを交互に積層してもよく、また、第５層目以降をＡｌ_２Ｏ_３の低屈折率の膜とＧｅの高屈折率の膜とを交互に積層してもよい。

本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子５０の構造を示す概略的に示す断面図である。 半導体レーザ素子本体２の構造を示す断面図である。 半導体レーザ素子５０における反射側端面コート膜１１のレーザ光の反射率を示すグラフである。 各誘電体膜のすべての膜厚がそれぞれ５％厚くなった場合の反射側端面コート膜１１のレーザ光の反射率を示すグラフである。 各誘電体膜のすべての膜厚がそれぞれ５％薄くなった場合の半導体レーザ素子５０における反射側端面コート膜１１のレーザ光の反射率を示すグラフである。 半導体レーザ素子における反射側端面コート膜が６層の場合のレーザ光の反射率を示すグラフである。 半導体レーザ素子における反射側端面コート膜が５層の場合のレーザ光の反射率を示すグラフである。 ａ−Ｓｉが配置される層とＣＯＤ出現する光出力との関係を示すグラフである。 ａ−Ｓｉが配置される層における注入電流と光出力との関係を示すグラフである。 ａ−Ｓｉが配置される層における注入電流と光出力との関係を示すグラフである。 ａ−Ｓｉが配置される層における注入電流と光出力との関係を示すグラフである。 半導体レーザ装置５０の製造方法の概要を示す図である。 半導体レーザ装置５０の製造方法の概要を示す図である。 半導体レーザ装置５０の製造方法の概要を示す図である。 従来の７８０ｎｍ帯半導体レーザ素子６０の構造を示す断面図である。 半導体レーザ素子における反射側端面コート膜のレーザ光の反射率を示すグラフである。 図１６の半導体レーザ素子の反射側端面コート膜を構成するすべての誘電体膜の膜厚を５％増加させた場合のレーザ光の反射率を示すグラフである。 分光エリプソメータで測定したアモルファスシリコンの吸収係数の波長依存性を示すグラフである。

符号の説明

１ 出射側端面コート膜
２ 半導体レーザ素子本体
３，５，７，９ ＳｉＯ_２
４，６ Ｔａ_２Ｏ_５
８，１０ ａ−Ｓｉ
１１ 反射側端面コート膜
３０ ＣＤ用半導体レーザ素子
４０ ＤＶＤ用半導体レーザ素子
４８ 出射端面
４９ 反射端面
５０ 半導体レーザ素子

Claims (4)

1. 異なる波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子本体と、
   前記半導体レーザ素子の出射端面とは反対側の反射端面上に設けられ、少なくとも３種類以上の屈折率の誘電体膜が積層されて形成され、かつ前記半導体レーザ光の波長について９０％以上の反射率を有する端面コート膜とを含み、
   前記誘電体膜のそれぞれの膜厚は、それぞれの誘電体膜の屈折率をｎとし、前記レーザ光の波長をそれぞれλ１，λ２としたときに、
   （λ１＋λ２）／８ｎ
   を満たすことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記屈折率の種類の数は３に選ばれ、
   それぞれの屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３（ｎ１＜ｎ２＜ｎ３）としたとき、
   前記各誘電体膜のうち、
   屈折率がｎ１の誘電体膜は、前記半導体レーザ光の波長λ１、λ２における光吸収係数をαとしたときに、α＝０ｃｍ^−１を満たし、
   屈折率がｎ２の誘電体膜は、前記半導体レーザ光の波長λ１、λ２における光吸収係数をαとしたときに、α＝０ｃｍ^−１を満たし、
   屈折率がｎ３の誘電体膜は、アモルファスＳｉおよびＧｅのうちのいずれかによって構成され、
   前記端面コート膜のうち、前記半導体レーザ素子本体寄りの４層は、屈折率がｎ１の誘電体膜と屈折率がｎ２の誘電体膜とが交互に積層されて形成され、
   前記端面コート膜のうち、前記４層を除いた残りの層は、屈折率がｎ１の誘電体膜と屈折率がｎ３の誘電体膜とが交互に積層されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記端面コート膜において、前記誘電体膜が７層以上１０層以下に積層されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記各誘電体膜のうち、
   屈折率がｎ１の誘電体膜は、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２のうちのいずれかによって構成され、
   屈折率がｎ２の誘電体膜は、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、およびＮｂ_２Ｏ_５のうちのいずれかによって構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体レーザ素子。

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