JP2001077456A

JP2001077456A - 半導体レーザおよび光学部品用コート膜

Info

Publication number: JP2001077456A
Application number: JP25347099A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Honda; 和生本田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2001-03-23
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: JP4613374B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発振波長の異なる複数のレーザ光を出射し、端
面に反射率の変動の少ないコート膜が形成された半導体
レーザ、および波長の異なる複数の光が透過する光学部
品の表面に設けられる光学部品用コート膜を提供する。【解決手段】複数の活性層３ａ、３ｂを有し、発振波長
の異なる複数のレーザ光を出射する半導体レーザであっ
て、前端面Ｆおよび後端面Ｒのうち少なくとも一方に、
前記複数のレーザ光に対して反射率が極値となるように
光学的膜厚を制御されたコート膜８、９ａ、９ｂを有
し、コート膜の層数をｊ、発振波長の数をｋ、発振波長
をλ_i（ｉはｋまでの自然数）、λ_iにおけるｊ層目の
コート膜の屈折率をｎ_ij、ｊ層目のコート膜の膜厚をｄ
_jとすると、λ_iにおいてΣｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／
４（ｍ_iは整数）が成り立つ半導体レーザ、および前記
コート膜と同様な特性を有する光学部品用コート膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同一の基板上に発
振波長の異なる複数のレーザダイオードが形成された半
導体レーザに関し、特に、各レーザダイオードの端面に
レーザ出力を制御し、端面を保護するコート膜が形成さ
れた半導体レーザに関する。また、本発明は、波長の異
なる複数の光が透過する光学部品の表面に用いられる光
学部品用コート膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】光を照射して情報の記録または再生を行
う光記録媒体（以下、光ディスクとする。）としては、
例えばコンパクトディスク（ＣＤ）、ミニディスク（Ｍ
Ｄ）あるいはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等が挙
げられる。上記のような光ディスクには、光ディスクの
種類に応じて波長の異なる光が照射される。例えば、Ｃ
Ｄの再生には７８０ｎｍ帯の波長の光が、また、ＤＶＤ
の再生には６５０ｎｍ帯の波長の光がそれぞれ用いられ
る。

【０００３】したがって、種類の異なる光ディスクに対
して互換性を有する光記録・再生装置には、発振波長の
異なる複数の光源が必要となる。光記録・再生装置には
光源として通常レーザダイオードが用いられるが、複数
のレーザダイオードを別途に形成する場合には装置の小
型化が困難となり、製造工程も複雑化する。上記の問題
を解決するため、同一の基板上に発振波長の異なる複数
のレーザダイオードが形成された多重波長モノリシック
半導体レーザの開発が進められている。

【０００４】端面発光型の多重波長半導体レーザの構成
について、図１（ａ）の斜視図および図１（ｂ）の上面
図を参照して説明する。図１の半導体レーザは例えばｎ
−ＧａＡｓからなる基板１上に、ＤＶＤ再生用の６５０
ｎｍ帯の波長のレーザ光を出射するレーザダイオードＡ
と、ＣＤ再生用の７８０ｎｍ帯の波長のレーザ光を出射
するレーザダイオードＢとを有する。レーザダイオード
Ａの光出射部とレーザダイオードＢの光出射部との間隔
は２００μｍ以下、例えば１００μｍ程度とされること
が多い。

【０００５】レーザダイオードＡ部分には基板１上に例
えばｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ−クラッド層２ａ
と、例えばＧａＩｎＰからなる活性層３ａと、例えばｐ
−ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ−クラッド層４ａと、例え
ばｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層５ａとが順に積層さ
れている。ｐ−クラッド層４ａの表面にはストライプ６
ａを除き高抵抗層が形成されている。図示しないがキャ
ップ層５ａの上部にはｐ型電極が形成され、基板１の下
部にはｎ型電極が形成されている。

【０００６】レーザダイオードＢ部分には基板１上に例
えばｎ−ＡｌＧａＡｓからなるｎ−クラッド層２ｂと、
例えばＡｌＧａＡｓからなる活性層３ｂと、例えばｐ−
ＡｌＧａＡｓからなるｐ−クラッド層４ｂと、例えばｐ
−ＧａＡｓからなるキャップ層５ｂとが順に積層されて
いる。ｐ−クラッド層４ｂの表面にはストライプ６ｂを
除き高抵抗層が形成されている。図示しないが、キャッ
プ層５ｂの上部にはｐ型電極が形成され、基板１の下部
にはｎ型電極が形成されている。

【０００７】レーザダイオードＡ、Ｂにおいて共振器は
活性層３ａ、３ｂに形成される。また、高抵抗層はｐ−
クラッド層４ａ、４ｂの表面にｎ型不純物をイオン注入
することにより形成され、高抵抗層に挟まれたストライ
プ状の領域６ａ、６ｂは低抵抗層として残される。高抵
抗層を選択的に形成することにより、図１（ｂ）に示す
ように利得導波構造（電流狭窄構造）となり、電流の流
れる領域、すなわち光利得の生じる領域を制御すること
が可能となる。

【０００８】図１（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌはフ
ロント端面Ｆから出射するが、リア端面Ｒからも一部損
失する。発光領域（光導波路）７の両端であるフロント
端面Ｆおよびリア端面Ｒはミラー面となっている。端面
をミラー面とするには、通常、ウェハをへき開させる。
あるいは、へき開させるかわりにエッチングによりミラ
ー面を形成することもある。また、端面の反射率を制御
したり、へき開面の劣化を防ぐ目的で、へき開面に例え
ば誘電体からなるコート膜が形成される場合もある。

【０００９】端面に形成されるコート膜（誘電体膜）と
しては、例えばＡｌ₂Ｏ₃、アモルファスシリコン、Ｓ
ｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄の単層膜あるいはこれらの膜を積層
させた多層膜が用いられる。これらのコート膜の膜厚を
変化させることにより、端面の反射率を調整することが
できる。通常、フロント端面Ｆを低反射率（例えば３０
％以下）とし、リア端面Ｒを高反射率（例えば５０％以
上、好適には７０％以上）とする。エネルギー変換効率
やフロント／リアの出力比などは端面の反射率に依存す
る。したがって、端面の反射率を制御するコート膜は、
半導体レーザの設計パラメータとして重要なもののひと
つである。

【００１０】端面にコート膜を形成する場合、端面の反
射率はコート膜の膜厚の増加に伴い、周期的に変動す
る。発振波長をλとしたとき、端面に形成するコート膜
の膜厚を、λ／４あるいはその倍数に基づいて設計する
と、反射率は極大値あるいは極小値となる。したがっ
て、成膜ばらつき等に起因する反射率の変動を最小限に
抑えることができる。例えば、図１のレーザダイオード
Ａにおいて、発振波長λが６５０ｎｍであり、屈折率ｎ
₁が１．６２であるＡｌ₂Ｏ₃を用いてフロント端面Ｆ
に誘電体膜８を形成する場合、誘電体膜８の膜厚ｄ
₈を、ｄ₈＝（λ／２）／ｎ₁≒２００．６（ｎｍ）・・・（１）あるいはその倍数とすれば、安定した反射率が得られ
る。

【００１１】また、リア端面Ｒについては高反射率とす
る必要があるが、上記のＡｌ₂Ｏ₃等を単層で用いた場
合には、いずれも反射率が５０％未満となるため、複層
のコート膜を形成する。例えば図１のレーザダイオード
Ａについて、発振波長λが６５０ｎｍであり、１層目の
誘電体膜９ａとして例えばＡｌ₂Ｏ₃膜を、２層目の誘
電体膜９ｂとして例えばアモルファスシリコン膜を形成
する場合には、各層の膜厚を例えば以下のように決定す
る。

【００１２】屈折率ｎ₁が１．６２であるＡｌ₂Ｏ₃膜
の膜厚ｄ_9aを、ｄ_9a＝（λ／４）／ｎ₁≒１００．３（ｎｍ）・・・（２）あるいはその倍数とし、屈折率ｎ₂が３．２５であるア
モルファスシリコン膜の膜厚ｄ_9bを、ｄ_9b＝（λ／４）／ｎ₂≒５０．０（ｎｍ）・・・（３）あるいはその倍数とする。上記のように、端面に形成さ
れる誘電体膜の膜厚をλ／４の整数倍あるいはその組み
合わせに基づいて決定することにより、誘電体膜の成膜
のばらつき等に起因した膜厚や屈折率のばらつきがある
場合にも、安定した反射率が得られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】多重波長モノリシック
半導体レーザの場合、理想的には、発振波長の異なるレ
ーザダイオードのそれぞれに上記の従来の設計による誘
電体膜を形成することが望ましい。しかしながらその場
合、端面コートを複数回行う必要があり、製造工程の複
雑化が問題となる。

【００１４】例えば、ＣＤ再生用のレーザダイオードと
ＤＶＤ再生用のレーザダイオードとを同一基板上に形成
する場合には、まず、いずれか一方、例えばＤＶＤ用
（波長６５０ｎｍ帯）のレーザダイオードの端面をマス
キングした状態で、ＣＤ用（波長７８０ｎｍ帯）のレー
ザダイオードの端面に誘電体膜を形成する。その後、Ｄ
ＶＤ用レーザダイオードの端面のマスキングを除去し、
ＣＤ用のレーザダイオードの端面をマスキングしてか
ら、ＤＶＤ用のレーザダイオードの端面に誘電体膜を形
成する。このような端面コートをフロント端面とリア端
面の両方に行う必要がある。リア端面には通常、複層の
誘電体膜が形成されるため、特に製造工程数が増加す
る。

【００１５】上記のように製造工程数が増加するのを避
けるため、端面コートの最適波長を一方のレーザダイオ
ードに合わせ、同一基板上の複数のレーザダイオードに
同時に端面コートを形成する方法もある。しかしなが
ら、この場合、設計の基準とした波長のレーザダイオー
ドにおいては成膜ばらつきに対して安定した反射率が得
られるが、他方のレーザダイオードにおいては成膜ばら
つきに対する反射率の安定性が犠牲となる。

【００１６】モノリシックに形成された複数のレーザダ
イオードのそれぞれにおいて、端面の誘電体膜の反射率
の変動を少なくするため、レーザダイオードの発振波長
のうち最小値と最大値の間の所定の値（仮想の波長）を
基準としてコート膜の設計を行う方法も考えられる。例
えば、各レーザダイオードの発振波長の相加平均値であ
る波長に対してコート膜の膜厚を最適化すれば、各レー
ザダイオードにおいて端面の反射率の変動が適度に抑制
され、かつ、１回の端面コートで複数のレーザダイオー
ドの端面にコート膜を形成することができる。

【００１７】しかしながら、上記のように各発振波長の
相加平均値、あるいは各発振波長のほぼ中間の波長に合
わせた端面コートの設計によれば、各発振波長における
反射率は極値近傍の値となるが、極値とすることはでき
ないため、反射率の変動が問題となる場合もある。特
に、各発振波長の波長差が大きい場合には、反射率の極
値からのずれが大きくなるため、成膜ばらつき等による
反射率の変動が顕著となりやすい。また、発振波長が短
波長の場合にも反射率の変動は大きくなりやすい。

【００１８】以上のように、多重波長モノリシック半導
体レーザにおいて、レーザダイオードのそれぞれに反射
率の変動が最小となる端面コートを形成するには、マス
キング等の作業が必要となり製造工程数が増加する。し
かしながら、発振波長の異なる複数のレーザダイオード
に共通の膜厚の端面コートを施すと、製造工程の煩雑化
は避けられるが、反射率の変動を十分に抑制することが
できなくなる。

【００１９】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、同一の基板上に材料・
組成の異なる複数の活性層が形成され、発振波長の異な
る複数のレーザ光を出射可能である半導体レーザであっ
て、複数の活性層の端面に反射率の変動の少ない誘電体
膜が形成された半導体レーザを提供することを目的とす
る。また、本発明は光学部品の表面に形成される光学部
品用コート膜であって、成膜ばらつき等に起因する反射
率の変動が抑制された光学部品用コート膜を提供するこ
とを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体レーザは、組成の異なる複数の活性
層を有し、発振波長の異なる複数のレーザ光を出射する
半導体レーザであって、レーザ光出射側の前端面および
その裏側の後端面のうち少なくとも一方にコート膜を有
し、前記コート膜は前記複数のレーザ光に対して反射率
が極値となるように光学的膜厚を制御されたことを特徴
とする。

【００２１】本発明の半導体レーザは、好適には、前記
コート膜は層数がｊ（ｊは１以上の自然数）であり、前
記発振波長の数をｋ（ｋは２以上の自然数）、前記発振
波長をλ_i（ｉは１からｋまでの自然数）、発振波長λ
_iにおける前記ｊ層目のコート膜の屈折率をｎ_ij、前記
ｊ層目のコート膜の膜厚をｄ_jとしたとき、発振波長λ
_iにおいてそれぞれ、 Σｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／４（ｍ_iは整数）が成り立つことを特徴とする。

【００２２】本発明の半導体レーザは、好適には、前記
発振波長の数ｋが２であり、ａ、ｂが整数のとき、 λ₁＝ａ（λ₂−λ₁）かつ λ₂＝ｂ（λ₂−
λ₁）が成り立つことを特徴とする。

【００２３】本発明の半導体レーザは、好適には、前記
コート膜は誘電体からなることを特徴とする。本発明の
半導体レーザは、好適には、前記コート膜の少なくとも
１層は、前記発振波長およびその近傍の波長において、
屈折率が波長に依存して変化する波長分散特性を有する
ことを特徴とする。本発明の半導体レーザは、さらに好
適には、前記発振波長およびその近傍の波長において、
前記波長分散特性を有する前記コート膜は、ＴｉＯ
₂系、ＳｒＴｉＯ₃系、カルコゲナイト系、ＬｉＮｂＯ
₃を含むＬｉＮｂＯ系、ＰｂＴｉＯ系、ＰＬＺＴ系（Ｐ
ｂ_yＬａ_1-yＺｒ_xＴｉ_1-xＯ₃）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯ
ＰＯ₄）のいずれかを含有することを特徴とする。

【００２４】本発明の半導体レーザは、好適には、前記
発振波長の数ｋが２、ｍ₂−ｍ₁が偶数であり、発振波
長λ₁、λ₂における反射率がともに極大値となること
を特徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは、好
適には、前記発振波長の数ｋが２、ｍ₂−ｍ₁が奇数で
あり、発振波長λ₁、λ₂における反射率の一方が極大
値、他方が極小値となることを特徴とする。

【００２５】本発明の半導体レーザは、好適には、前記
発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂が
それぞれ６５０ｎｍ、７８０ｎｍの近傍であることを特
徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは、好適に
は、前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長
λ₁、λ₂がそれぞれ７８０ｎｍ、８４０ｎｍの近傍で
あることを特徴とする。あるいは、本発明の半導体レー
ザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であり、前記
発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ８４０ｎｍ、９８０ｎｍ
の近傍であることを特徴とする。あるいは、本発明の半
導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であ
り、前記発振波長λ₁が４０５ｎｍの近傍、λ₂が６７
５ｎｍまたは６３０ｎｍの近傍であることを特徴とす
る。あるいは、本発明の半導体レーザは、好適には、前
記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂
がそれぞれ５２０ｎｍ、６５０ｎｍの近傍であることを
特徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは、好適
には、前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ
₁が３６０ｎｍの近傍、λ₂が４２０ｎｍまたは４０５
ｎｍの近傍であることを特徴とする。

【００２６】本発明の半導体レーザは、好適には、前記
発振波長のうち少なくとも１つにおける反射率は、前記
コート膜を形成しない場合と同程度以下の低反射率であ
り、他の少なくとも１つの発振波長における反射率は相
対的に高反射率であることを特徴とする。本発明の半導
体レーザは、さらに好適には、前記低反射率はほぼ３０
％以下であり、前記高反射率はほぼ５０％以上であるこ
とを特徴とする。本発明の半導体レーザは、好適には、
前記活性層は、第１導電型クラッド層と第２導電型クラ
ッド層との層間の接合部に形成されていることを特徴と
する。本発明の半導体レーザは、好適には、前記活性層
は電流狭窄構造を有することを特徴とする。

【００２７】これにより、同一基板上に形成された発振
波長の異なる複数のレーザダイオードのそれぞれにおい
て、端面の反射率を安定させることが可能となる。本発
明の半導体レーザによれば、各レーザダイオードに共通
の膜厚のコート膜が形成されるため、製造工程を簡略化
することが可能である。また、コート膜の膜厚は各発振
波長に対して最適化されているため、成膜ばらつきによ
る膜厚あるいは屈折率の変動があった場合にも、安定し
た反射率が得られる。

【００２８】上記の目的を達成するため、本発明の光学
部品用コート膜は、波長の異なる複数の光が透過する光
学部品の表面に形成され、前記表面を保護し、前記表面
の反射率を制御する光学部品用コート膜であって、前記
光学部品用コート膜の光学的膜厚は、前記複数の光に対
して反射率が極値となるように制御されており、前記光
学部品用コート膜は層数がｊ（ｊは１以上の自然数）で
あり、前記光の数をｋ（ｋは２以上の自然数）、前記光
の波長をλ_i（ｉは１からｋまでの自然数）、波長λ_i
における前記ｊ層目の光学部品用コート膜の屈折率をｎ
_ij、前記ｊ層目の光学部品用コート膜の膜厚をｄ_jとし
たとき、波長λ_iにおいてそれぞれ、 Σｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／４（ｍ_iは整数）が成り立つことを特徴とする。

【００２９】これにより、例えばレーザの共振器など、
特定の波長の光を透過する光学部品の表面において、反
射率の制御を容易に行うことが可能となる。本発明の光
学部品用コート膜によれば、複数の波長に対して反射率
が安定となるため、波長の異なる複数の光に対してそれ
ぞれ、膜厚が最適化されたコート膜を形成する必要がな
い。したがって、コーティングの回数を減らし、作業を
簡略化することが可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体レーザお
よび光学部品用コート膜の実施の形態について図面を参
照して説明する。（実施形態１）図１（ａ）は本実施形態の半導体レーザ
の斜視図であり、図１（ｂ）は対応する上面図である。
図１の半導体レーザは例えばｎ−ＧａＡｓからなる基板
１上に、ＤＶＤ再生用の６５０ｎｍ帯の波長のレーザ光
を出射するレーザダイオードＡと、ＣＤ再生用の７８０
ｎｍ帯の波長のレーザ光を出射するレーザダイオードＢ
とを有する。レーザダイオードＡの光出射部とレーザダ
イオードＢの光出射部との間隔は２００μｍ以下、例え
ば１００μｍ程度とされることが多い。

【００３１】レーザダイオードＡ部分には基板１上に例
えばｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ−クラッド層２ａ
と、例えばＧａＩｎＰからなる活性層３ａと、例えばｐ
−ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ−クラッド層４ａと、例え
ばｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層５ａとが順に積層さ
れている。ｐ−クラッド層４ａの表面にはストライプ６
ａを除き高抵抗層が形成されている。図示しないがキャ
ップ層５ａの上部にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜からな
るｐ型電極が形成されている。

【００３２】レーザダイオードＢ部分には基板１上に例
えばｎ−ＡｌＧａＡｓからなるｎ−クラッド層２ｂと、
例えばＡｌＧａＡｓからなる活性層３ｂと、例えばｐ−
ＡｌＧａＡｓからなるｐ−クラッド層４ｂと、例えばｐ
−ＧａＡｓからなるキャップ層５ｂとが順に積層されて
いる。ｐ−クラッド層４ｂの表面にはストライプ６ｂを
除き高抵抗層が形成されている。図示しないが、キャッ
プ層５ｂの上部にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜からなる
ｐ型電極が形成されている。また、レーザダイオードＡ
部分およびレーザダイオードＢ部分に共通して、基板１
の下部にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜からなるｎ型電
極が形成されている。

【００３３】レーザダイオードＡ、Ｂにおいて共振器は
活性層３ａ、３ｂに形成される。また、高抵抗層はｐ−
クラッド層４ａ、４ｂの表面にｎ型不純物をイオン注入
することにより形成され、高抵抗層に挟まれたストライ
プ状の領域６ａ、６ｂは低抵抗層として残される。高抵
抗層を選択的に形成することにより、図１（ｂ）に示す
ように利得導波構造（電流狭窄構造）となり、電流の流
れる領域、すなわち光利得の生じる領域を制御すること
が可能となっている。

【００３４】図１（ｂ）に示すように、フロント端面Ｆ
にはレーザダイオードＡ部分およびレーザダイオードＢ
部分に共通して、屈折率ｎ₁が１．６２であるＡｌ₂Ｏ
₃からなり、膜厚ｄ₈が１２０４ｎｍである誘電体膜８
が形成されている。また、リア端面Ｒにはレーザダイオ
ードＡ部分およびレーザダイオードＢ部分に共通して、
Ａｌ₂Ｏ₃からなり膜厚ｄ_9aが１１００ｎｍである１層
目の誘電体膜９ａが形成されている。さらに、その表面
に屈折率ｎ₂が３．２５であるアモルファスシリコンか
らなり、膜厚ｄ_9bが５０ｎｍである２層目の誘電体膜９
ｂが形成されている。これらの誘電体膜８、９ａ、９ｂ
は例えばスパッタリング等の方法により成膜される。本
実施形態の半導体レーザによれば、フロント端面の誘電
体膜８およびリア端面の誘電体膜９ａ、９ｂの膜厚はい
ずれも、レーザダイオードＡ、Ｂの発振波長における反
射率が極大となるように設定されている。

【００３５】本実施形態の半導体レーザのフロント端面
に形成される誘電体膜８の膜厚と反射率との関係を図２
（ａ）に示す。また、誘電体膜８が形成されたフロント
端面における、波長と反射率との関係を図２（ｂ）に示
す。図２は、レーザダイオードＡ（発振波長λ₁＝６５
０ｎｍ）の共振器の屈折率を３．４５、レーザダイオー
ドＢ（発振波長λ₂＝７８０ｎｍ）の共振器の屈折率を
３．５９として計算を行った結果である。

【００３６】レーザダイオードＡ（発振波長λ₁＝６５
０ｎｍ）については、前述した（１）式から、誘電体膜
８の膜厚ｄ₈が２００．６ｎｍおよびその倍数のときに
反射率が極大となる。同様な計算から、レーザダイオー
ドＢ（発振波長λ₂＝７８０ｎｍ）については誘電体膜
８の膜厚₈が２４０．７ｎｍおよびその倍数のときに反
射率が極大となる。図２（ａ）に示すように、誘電体膜
８の膜厚をほぼ１２００ｎｍにしたとき、２つの発振波
長の差による位相のずれが２πとなる。このときの波長
と反射率との関係を図２（ｂ）に示した。図２（ｂ）に
示すように、レーザダイオードＡ、Ｂのいずれの発振波
長においても反射率が極大となる。したがって、両方の
レーザダイオードにおいて反射率の変動が抑制される。

【００３７】ここで、上記の発振波長λ₁、λ₂および
反射率が極大となる膜厚ｄ₈との間には以下のような関
係が成り立つ。ｎ₁はλ₁およびλ₂におけるＡｌ₂Ｏ
₃の屈折率である。ｎ₁・ｄ₈／λ₁＝ｍ₁／４（ｍ₁は整数）・・・（４）ｎ₁・ｄ₈／λ₂＝ｍ₂／４（ｍ₂は整数）・・・（５）また、λ₁とλ₂は以下の関係をほぼ満たしている。 λ₁＝ａ（λ₂−λ₁）かつ λ₂＝ｂ（λ₂−λ₁）（ａおよびｂは整数）・・・（６）ｍ₁−ｍ₂が偶数の場合には、発振波長λ₁、λ₂に対
して反射率がともに極大値となる。ｍ₁−ｍ₂が奇数の
場合には、発振波長λ₁、λ₂の一方に対して反射率が
極大値となり、他方に対して反射率が極小値となる。

【００３８】同一の基板上に形成された複数のレーザダ
イオードの発振波長が上記の（４）〜（６）の関係を満
たすとき、各レーザダイオードの端面の反射率を極値と
することができる。したがって、実用化されている他の
発振波長の組み合わせの場合についても、上記の本実施
形態と同様に、成膜ばらつき等による反射率の変動を防
止することができる。例えば、レーザダイオードの発振
波長の組み合わせがλ₁＝７８０ｎｍ、λ₂＝８４０ｎ
ｍの場合、あるいはλ₁＝８４０ｎｍ、λ₂＝９８０ｎ
ｍの場合などにも、同様の効果が得られる。

【００３９】また、３つ以上の異なる発振波長のレーザ
光を出射するモノリシックレーザについても、上記の
（４）〜（６）の関係を満たせば、同様に各発振波長に
おいて反射率の変動を防止することができる。上記の本
実施形態において、誘電体膜８の膜厚が１２００ｎｍの
倍数である場合にもλ₁、λ₂の両方で反射率が極大と
なるが、同一の反射率が得られる複数の膜厚のうち、最
小の値を膜厚とするのが好ましい。これにより、成膜時
間を短縮して生産効率を上げることができ、また、膜厚
の増大により成膜ばらつきが顕著となるのを防止するこ
とができる。

【００４０】（実施形態２）上記の実施形態１の半導体
レーザにおいて、フロント端面の誘電体膜８に波長分散
のある材料を用いると、誘電体膜８を薄膜化することが
可能となる。実施形態１のＡｌ₂Ｏ₃にかえて、例えば
ＴｉＯ₂系材料（波長６５０ｎｍにおける屈折率ｎ_3a＝
２．４５７、波長７８０ｎｍにおける屈折率ｎ_3b＝２．
３６）を用いた場合の誘電体膜８の膜厚と反射率との関
係を図３（ａ）に示す。

【００４１】前述した（１）式と同様な計算から、レー
ザダイオードＡ（発振波長λ₁＝６５０ｎｍ）について
は誘電体膜８の膜厚ｄ₈が１３２．３ｎｍおよびその倍
数のときに反射率が極大となる。また、レーザダイオー
ドＢ（発振波長λ₂＝７８０ｎｍ）については誘電体膜
８の膜厚ｄ₈が１６５．３ｎｍおよびその倍数のときに
反射率が極大となる。

【００４２】図３（ａ）に示すように、誘電体膜８の膜
厚をほぼ６６１ｎｍにしたとき、２つの発振波長の差に
よる位相のずれが２πとなる。このときの波長と反射率
との関係を図３（ｂ）に示した。図３（ｂ）に示すよう
に、レーザダイオードＡ、Ｂのいずれの発振波長におい
ても反射率が極大となる。したがって、両方のレーザダ
イオードにおいて反射率の変動が抑制される。

【００４３】本実施形態の場合にも、実施形態１の
（４）〜（６）式に示す関係が満たされている。具体的
には、ｎ_3a・ｄ₈／λ₁＝ｍ₁／４（ｍ₁は整数）・・・（４’）ｎ_3b・ｄ₈／λ₂＝ｍ₂／４（ｍ₂は整数）・・・（５’） λ₁＝ａ（λ₂−λ₁）かつ λ₂＝ｂ（λ₂−λ₁）（ａおよびｂは整数）・・・（６）となる。波長分散のある材料を用いる場合にも、各発振
波長における光学長（光学的膜厚）が、位相差の観点か
らλ／４の整数倍となっていれば、反射率の変動を防止
することができる。本実施形態によれば、実施形態１に
比較して誘電体膜８が薄膜化される。したがって、膜種
を適宜選択すれば成膜時間を短縮することも可能であ
る。

【００４４】（実施形態３）図１に示す実施形態１の半
導体レーザについて、リア端面に形成される誘電体膜９
ａ、９ｂの膜厚と反射率との関係を図４（ａ）に示す。
また、誘電体膜９ａ、９ｂが形成されたリア端面につい
て、波長と反射率との関係を図４（ｂ）に示す。前述し
たように、１層目の誘電体膜９ａはＡｌ₂Ｏ₃（屈折率
ｎ₁＝１．６２）からなり、膜厚は１１００ｎｍであ
る。２層目の誘電体膜９ｂはアモルファスシリコン（屈
折率ｎ₂＝３．２５）からなり、膜厚は５０ｎｍであ
る。

【００４５】実施形態１において前述したように、１層
目のＡｌ₂Ｏ₃膜については、発振波長λ₁＝６５０ｎ
ｍに対して膜厚ｄ_9aが２００．６ｎｍおよびその倍数の
ときに反射率が極大となり、発振波長λ₂＝７８０ｎｍ
に対して膜厚ｄ_9bが２４０．７ｎｍおよびその倍数のと
きに反射率が極大となる。したがって、反射率の極大値
が得られる膜厚にはほぼ４０ｎｍの差があり、両方の発
振波長に対して反射率を安定させることは困難である。

【００４６】一方、本実施形態によれば、１層目の誘電
体膜９ａの膜厚を１１００ｎｍとすることにより、発振
波長λ₁、λ₂のそれぞれに対して反射率がほぼ極小と
なり、２つの発振波長の差による位相のずれが２πに近
くなる。さらに、２層目のアモルファスシリコン膜９ｂ
については、（３）式に示したように、発振波長λ₁＝
６５０ｎｍに対して膜厚が５０．０ｎｍのときに反射率
が極大となる。また、同様な計算から発振波長λ₂＝７
８０ｎｍに対しては、膜厚が６０．０ｎｍのときに反射
率が極大となる。

【００４７】ここで、本実施形態の場合には、以下に示
す関係がλ₁およびλ₂（ｉ＝１または２）について、
それぞれ満たされている。 Σｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／４（ｍ_iは整数）・・・（７）（但し、ｎ_ijは発振波長λ_iにおけるｊ層目の誘電体膜
の屈折率を表し、ｄ_jはｊ層目の誘電体膜の膜厚を表
す。）また、前述した（６）式の関係も成り立っている。

【００４８】リア端面の誘電体膜を上記の構成とした場
合について、波長と反射率との関係を図４（ｂ）に示し
た。図４（ｂ）に示すように、レーザダイオードＡ、Ｂ
のいずれの発振波長においても反射率がほぼ極大とな
り、反射率の変動が抑制される。したがって、レーザダ
イオードＡ、Ｂの両方に対して７０％以上の安定した反
射率が得られる。

【００４９】（実施形態４）端面に形成するコート膜を
複層とする場合、実施形態３とは逆に、２層目の誘電体
膜の膜厚を１層目の誘電体膜の膜厚より大きくすること
もできる。例えば、１層目にＡｌ₂Ｏ₃膜を膜厚１１０
ｎｍで、２層目にアモルファスシリコン膜を膜厚５４０
ｎｍで形成した場合の膜厚と反射率との関係を図５
（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、誘電体膜９
ａ、９ｂの膜厚を上記の組み合わせとすることにより、
発振波長λ₁＝６５０ｎｍ、発振波長λ₂＝７８０ｎｍ
の両方に対して反射率をほぼ極大とすることができる。

【００５０】前述した（２）式のように、１層目の誘電
体膜（Ａｌ₂Ｏ₃膜）９ａについては、発振波長λ₁＝
６５０ｎｍに対して膜厚が１００．３ｎｍおよびその倍
数のときに、反射率が極小となる。同様な計算から、発
振波長λ₂＝７８０ｎｍに対しては、膜厚が１２０．４
ｎｍおよびその倍数のときに、反射率が極小となる。Ａ
ｌ₂Ｏ₃膜９ａの膜厚を１１０ｎｍとすることにより、
発振波長λ₁、λ₂の両方に対して反射率が極小値近傍
となる。

【００５１】さらに、２層目の誘電体膜（アモルファス
シリコン膜）９ｂについては、（３）式に示したよう
に、発振波長λ₁＝６５０ｎｍに対して膜厚が５０．０
ｎｍおよびその奇数倍のときに反射率が極大となる。ま
た、同様な計算から発振波長λ₂＝７８０ｎｍに対して
は、膜厚が６０．０ｎｍおよびその奇数倍のときに反射
率が極大となる。アモルファスシリコン膜９ｂの膜厚を
５４０ｎｍとすることにより、２つの発振波長の差によ
る位相のずれがほぼ２πとなる。また、発振波長λ₁、
λ₂の両方に対して反射率がほぼ極大値となる。

【００５２】リア端面の誘電体膜を上記の構成とした場
合について、波長と反射率との関係を図５（ｂ）に示し
た。図５（ｂ）に示すように、レーザダイオードＡ、Ｂ
のいずれの発振波長においても反射率がほぼ極大とな
り、反射率の変動が抑制される。したがって、レーザダ
イオードＡ、Ｂの両方に対して７０％以上の安定した反
射率が得られる。

【００５３】本実施形態によれば、リア端面に形成され
る誘電体膜９ａ、９ｂの膜厚の合計が６５０ｎｍとな
り、実施形態３の場合の１１５０ｎｍに比較して半分近
くまで誘電体膜を薄膜化することができる。したがっ
て、誘電体膜の構成材料の組み合わせによっては、成膜
時間を短縮することも可能である。

【００５４】（実施形態５）上記の実施形態３のリア端
面に形成される誘電体膜において、誘電体膜９ａあるい
は９ｂに波長分散のある材料を用いると、誘電体膜を薄
膜化することが可能となる。実施形態３の１層目の誘電
体膜（Ａｌ₂Ｏ₃膜）９ａにかえて、例えばＴｉＯ₂系
材料（波長６５０ｎｍにおける屈折率ｎ_4a＝２．３３
７、波長７８０ｎｍにおける屈折率ｎ_4b＝２．３１６）
を用い、膜厚を７６０ｎｍとした。また、２層目の誘電
体膜９ｂはアモルファスシリコン（屈折率ｎ₂＝３．２
５）からなる膜厚５５ｎｍの層とした。この場合の誘電
体膜９ａ、９ｂの膜厚と反射率との関係を図６（ａ）に
示す。

【００５５】前述した（１）式と同様な計算から、レー
ザダイオードＡ（発振波長λ₁＝６５０ｎｍ）について
は１層目の誘電体膜（ＴｉＯ₂膜）９ａの膜厚ｄ_9aが１
３９．１ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大とな
る。また、レーザダイオードＢ（発振波長λ₂＝７８０
ｎｍ）についてはＴｉＯ₂膜９ａの膜厚ｄ_9aが１６８．
４ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となる。図
６（ａ）に示すように、ＴｉＯ₂膜９ａの膜厚をほぼ７
６０ｎｍにしたとき、発振波長λ₁、λ₂のそれぞれに
対して反射率がほぼ極小となり、２つの発振波長の差に
よる位相のずれが２πとなる。

【００５６】さらに、２層目のアモルファスシリコン膜
９ｂについては、（３）式に示したように、発振波長λ
₁＝６５０ｎｍに対して膜厚ｄ_9bが５０．０ｎｍのとき
に反射率が極大となる。また、同様な計算から発振波長
λ₂＝７８０ｎｍに対しては、膜厚ｄ_9bが６０．０ｎｍ
のときに反射率が極大となる。したがって、誘電体膜９
ｂの膜厚ｄ_9bを５５ｎｍとし、９ａ、９ｂの膜厚の合計
を８１５ｎｍとすることにより、発振波長λ₁、λ₂の
両方に対して反射率はほぼ極大となる。

【００５７】リア端面の誘電体膜を上記の構成とした場
合について、波長と反射率との関係を図６（ｂ）に示し
た。図６（ｂ）に示すように、レーザダイオードＡ、Ｂ
のいずれの発振波長においても反射率がほぼ極大とな
り、反射率の変動が抑制される。したがって、レーザダ
イオードＡ、Ｂの両方に対して安定した反射率が得られ
る。

【００５８】本実施形態の場合にも、実施形態１の
（６）式および実施形態３の（７）式に示す関係が満た
されている。リア端面についても、各発振波長における
光学長が、位相差の観点からλ／４の整数倍となってい
れば、波長分散のある材料を用いることができる。本実
施形態によれば、実施形態３に比較して誘電体膜９ａ、
９ｂの膜厚の合計を薄くすることができる。したがっ
て、膜種の組み合わせ、あるいは成膜方法によっては成
膜時間を短縮することも可能である。

【００５９】（実施形態６）上記の実施形態１〜５にお
いては、それぞれ発振波長λ₁、λ₂に対する反射率が
同じ程度となる場合を示したが、多層コートの場合には
１層目の誘電体膜の膜厚を制御することにより、各発振
波長に対する反射率を異ならせることも可能である。例
えば、実施形態３に示すＡｌ₂Ｏ₃膜とアモルファスシ
リコン膜とを積層させた膜構成において、Ａｌ₂Ｏ₃膜
の膜厚を変更した例を図７（ａ）および（ｂ）に示す。
図７（ａ）はＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚を１０１０ｎｍとした
場合の波長と反射率との関係を示し、図７（ｂ）はＡｌ
₂Ｏ₃膜の膜厚を９６０ｎｍとした場合の波長と反射率
との関係を示す。図７（ａ）および（ｂ）においてはい
ずれも、一方の発振波長でノンコートの端面反射率にほ
ぼ等しい３０％強となり、他方の発振波長で５０％以上
の高反射率が実現されている。

【００６０】端面の反射率を変化させた場合、レーザ特
性のうち、発振しきい値電流の他に微分効率も変化する
ため、動作電流などにも影響が生じる。これにより、用
途に応じた特性に調整することが可能となる。例えば、
リア端面の反射率を高くすると、より多くの光をフロン
ト端面から放出させることが可能となるため、大出力の
レーザに好適となる。一方、フロント端面の反射率を高
くすると、戻り光による出力の変動が抑制されるため、
アイソレータが不要となる。また、フロントおよびリア
の両端面の反射率を高くすると、発振しきい値電流を下
げ、それに伴い微分効率を下げることができるため、出
力制御が容易となる。

【００６１】本発明の半導体レーザの実施形態は、上記
の説明に限定されない。例えば、上記の実施形態におい
ては６５０ｎｍ帯と７８０ｎｍ帯の波長の組み合わせの
場合を示したが、他の波長の組み合わせであってもよ
い。また、ブロードエリア型、垂直共振器型の半導体レ
ーザ等にも適用可能である。活性層の導波構造は電流狭
窄構造に限定されず、屈折率導波構造など他の構造であ
ってもよい。また、本発明の半導体レーザに設けられる
端面コートを、複数の特定の波長の光を透過する光学部
品の表面に形成することにより、光学部品の反射率を制
御することが容易となる。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々の変更が可能である。

【００６２】

【発明の効果】本発明の半導体レーザによれば、発振波
長の異なる複数のレーザ光を出射可能である半導体レー
ザにおいて、活性層の端面の反射率の変動を抑制し、各
発振波長においてレーザ光の出力を安定させることが可
能となる。本発明の光学部品用コート膜によれば、複数
の特定の波長の光を透過する光学部品において、表面の
反射率の変動を抑制し、表面の反射率の制御を容易に行
うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来および本発明の実施形態１〜６に
示す半導体レーザの斜視図であり、（ｂ）は対応する上
面図である。

【図２】本発明の実施形態１に係り、（ａ）は半導体レ
ーザのフロント端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射
率との関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を
示す図である。

【図３】本発明の実施形態２に係り、（ａ）は半導体レ
ーザのフロント端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射
率との関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を
示す図である。

【図４】本発明の実施形態３に係り、（ａ）は半導体レ
ーザのリア端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射率と
の関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を示す
図である。

【図５】本発明の実施形態４に係り、（ａ）は半導体レ
ーザのリア端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射率と
の関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を示す
図である。

【図６】本発明の実施形態５に係り、（ａ）は半導体レ
ーザのリア端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射率と
の関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を示す
図である。

【図７】本発明の実施形態６に係り、（ａ）および
（ｂ）は波長と反射率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…基板、２ａ、２ｂ…ｎ−クラッド層、３ａ、３ｂ…
活性層、４ａ、４ｂ…ｐ−クラッド層、５ａ、５ｂ…キ
ャップ層、６ａ、６ｂ…ストライプ、７…発光領域（光
導波路）、８…フロント端面の誘電体膜、９ａ…リア端
面の１層目の誘電体膜、９ｂ…リア端面の２層目の誘電
体膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組成の異なる複数の活性層を有し、発振波
長の異なる複数のレーザ光を出射する半導体レーザであ
って、レーザ光出射側の前端面およびその裏側の後端面のうち
少なくとも一方にコート膜を有し、前記コート膜は前記複数のレーザ光に対して反射率が極
値となるように光学的膜厚を制御された半導体レーザ。
【請求項２】前記コート膜は層数がｊ（ｊは１以上の自
然数）であり、前記発振波長の数をｋ（ｋは２以上の自
然数）、前記発振波長をλ_i（ｉは１からｋまでの自然
数）、発振波長λ_iにおける前記ｊ層目のコート膜の屈
折率をｎ_ij、前記ｊ層目のコート膜の膜厚をｄ_jとした
とき、発振波長λ_iにおいてそれぞれ、 Σｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／４（ｍ_iは整数）が成り立つ請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】前記発振波長の数ｋが２であり、ａ、ｂが
整数のとき、 λ₁＝ａ（λ₂−λ₁）かつ λ₂＝ｂ（λ₂−
λ₁）が成り立つ請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項４】前記コート膜は誘電体からなる請求項２記
載の半導体レーザ。
【請求項５】前記コート膜の少なくとも１層は、前記発
振波長およびその近傍の波長において、屈折率が波長に
依存して変化する波長分散特性を有する請求項２記載の
半導体レーザ。
【請求項６】前記発振波長およびその近傍の波長におい
て、前記波長分散特性を有する前記コート膜は、ＴｉＯ
₂系、ＳｒＴｉＯ₃系、カルコゲナイト系、ＬｉＮｂＯ
₃を含むＬｉＮｂＯ系、ＰｂＴｉＯ系、ＰＬＺＴ系（Ｐ
ｂ_yＬａ_1-yＺｒ_xＴｉ_1-xＯ₃）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯ
ＰＯ₄）のいずれかを含有する請求項５記載の半導体レ
ーザ。
【請求項７】前記発振波長の数ｋが２、ｍ₂−ｍ₁が偶
数であり、発振波長λ₁、λ₂における反射率がともに
極大値となる請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項８】前記発振波長の数ｋが２、ｍ₂−ｍ₁が奇
数であり、発振波長λ₁、λ₂における反射率の一方が
極大値、他方が極小値となる請求項２記載の半導体レー
ザ。
【請求項９】前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振
波長λ₁、λ₂がそれぞれ６５０ｎｍ、７８０ｎｍの近
傍である請求項３記載の半導体レーザ。
【請求項１０】前記発振波長の数ｋが２であり、前記発
振波長λ₁、λ₂がそれぞれ７８０ｎｍ、８４０ｎｍの
近傍である請求項３記載の半導体レーザ。
【請求項１１】前記発振波長の数ｋが２であり、前記発
振波長λ₁、λ₂がそれぞれ８４０ｎｍ、９８０ｎｍの
近傍である請求項３記載の半導体レーザ。
【請求項１２】前記発振波長の数ｋが２であり、前記発
振波長λ₁が４０５ｎｍの近傍、λ₂が６７５ｎｍまた
は６３０ｎｍの近傍である請求項３記載の半導体レー
ザ。
【請求項１３】前記発振波長の数ｋが２であり、前記発
振波長λ₁、λ₂がそれぞれ５２０ｎｍ、６５０ｎｍの
近傍である請求項３記載の半導体レーザ。
【請求項１４】前記発振波長の数ｋが２であり、前記発
振波長λ₁が３６０ｎｍの近傍、λ₂が４２０ｎｍまた
は４０５ｎｍの近傍である請求項３記載の半導体レー
ザ。
【請求項１５】前記発振波長のうち少なくとも１つにお
ける反射率は、前記コート膜を形成しない場合と同程度
以下の低反射率であり、他の少なくとも１つの発振波長
における反射率は相対的に高反射率である請求項２記載
の半導体レーザ。
【請求項１６】前記低反射率はほぼ３０％以下であり、
前記高反射率はほぼ５０％以上である請求項１５記載の
半導体レーザ。
【請求項１７】前記活性層は、第１導電型クラッド層と
第２導電型クラッド層との層間の接合部に形成されてい
る請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１８】前記活性層は電流狭窄構造を有する請求
項１記載の半導体レーザ。
【請求項１９】波長の異なる複数の光が透過する光学部
品の表面に形成され、前記表面を保護し、前記表面の反
射率を制御する光学部品用コート膜であって、前記光学部品用コート膜の光学的膜厚は、前記複数の光
に対して反射率が極値となるように制御されており、前記光学部品用コート膜は層数がｊ（ｊは１以上の自然
数）であり、前記光の数をｋ（ｋは２以上の自然数）、
前記光の波長をλ_i（ｉは１からｋまでの自然数）、波
長λ_iにおける前記ｊ層目の光学部品用コート膜の屈折
率をｎ_ij、前記ｊ層目の光学部品用コート膜の膜厚をｄ
_jとしたとき、波長λ_iにおいてそれぞれ、 Σｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／４（ｍ_iは整数）が成り立つ光学部品用コート膜。