JP2004296903A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ端面に形成される反射膜を構成する誘電体膜の膜厚や屈折率が変動しても反射率を安定に制御でき、用途に応じた所望の反射率を容易に実現できる半導体レーザ装置を提供する
【解決手段】低反射膜１０は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１の誘電体膜１１、屈折率ｎ２の誘電体膜１２、屈折率ｎ３の誘電体膜１３、屈折率ｎ４の誘電体膜１４で形成され、屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たす。具体的には、波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザを使用した場合、誘電体膜１１には屈折率ｎ１＝１．６３８の酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、誘電体膜１２および誘電体膜１４には屈折率ｎ２＝ｎ４＝１．４８９の酸化珪素ＳｉＯ２、誘電体膜１３には屈折率ｎ３＝２．０６３の酸化タンタルＴａ２Ｏ５をそれぞれ使用する。
【選択図】 図１
【解決手段】低反射膜１０は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１の誘電体膜１１、屈折率ｎ２の誘電体膜１２、屈折率ｎ３の誘電体膜１３、屈折率ｎ４の誘電体膜１４で形成され、屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たす。具体的には、波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザを使用した場合、誘電体膜１１には屈折率ｎ１＝１．６３８の酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、誘電体膜１２および誘電体膜１４には屈折率ｎ２＝ｎ４＝１．４８９の酸化珪素ＳｉＯ２、誘電体膜１３には屈折率ｎ３＝２．０６３の酸化タンタルＴａ２Ｏ５をそれぞれ使用する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光出射面に誘電体反射膜が設けられた半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザにおいて、一般に、ウエハ劈開によって得られる共振器の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で、所望の反射率を得る反射率制御膜を形成することが可能となる。例えば、レーザ光が出射される前端面の反射率を下げ、後端面の反射率を上げることにより高出力化が図られる。
【０００３】
しかし、前端面の反射率は単にこの値を低くすれば良いわけではなく、半導体レーザが使用される用途、すなわち要求される特性に応じてその反射率を選定する必要がある。
【０００４】
例えば、高出力の半導体レーザにおいて、その光出射前端面の反射率は３％〜１５％程度である。仮に７％の反射率を得ようとした場合、反射率の制御性は６％±１％が求められる。通常、半導体レーザにおいてレーザ光が出射される前端面の反射率は、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等からなる単層誘電体膜の厚さおよび屈折率によって制御される。
【０００５】
図２３は、従来の半導体レーザ装置の一例を示す構造図である。レーザチップは、ＧａＡｓ等の半導体基板１と、活性層２と、活性層２の上方および下方に形成されたクラッド層３と、クラッド層３の上方および下方に形成された電極４などで構成される。
【０００６】
半導体レーザ装置は、上述のレーザチップと、レーザ前端面に形成された低反射膜８と、レーザ後端面に形成された高反射膜９などで構成される。
【０００７】
一般に、レーザ前端面に用いられる低反射膜８には、真空中でのレーザ発振波長をλとして、λ／４の整数倍±αとなるような光学膜厚を有した単層膜が用いられる。ここで、αは所望の反射率に制御するための修正係数である。
【０００８】
半導体レーザの前端面では、レーザ光密度が高くなって、温度が上昇し易い。そのため低反射膜８は、熱拡散板（ヒートスプレッダー）としての役割も果たすように、一般に、膜厚３λ／４±αの酸化アルミニウム膜で形成される。
【０００９】
図２４は、従来の低反射膜について反射率の波長依存性の一例を示すグラフである。図２５は、従来の低反射膜について反射率の膜厚依存性の一例を示すグラフである。ここでは、低反射膜８として、膜厚３１８．９ｎｍ（α＝＋１７ｎｍ）の酸化アルミニウム膜（屈折率＝１．６３８）を、発振波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザの前端面に設けている。なお、レーザチップの等価屈折率は３．８１７である。
【００１０】
図２５のグラフを見ると、低反射膜８の反射率を６％±１％の範囲に制御したい場合、膜厚設計値ｄａ＝３１８．９ｎｍに対して±１％の精度、即ち±３ｎｍ程度の精度で低反射膜８の膜厚を制御しなければならないことが判る。このような膜厚精度は、一般に光学薄膜の形成に用いられる蒸着やスパッタでは困難であることから、半導体レーザの製造歩留りの低下を招く。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−７７４５６号公報（図１等）
【特許文献２】
特許第３０８０３１２号公報（第１図等）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザの低反射膜８を、例えば反射率６±１％の範囲で実現しようとした場合、上記酸化アルミニウム単層膜では膜厚ばらつきを±１％以内に抑えなければならず、反射率制御性が低くなり歩留りが悪化してしまう。
【００１３】
本発明の目的は、レーザ端面に形成される反射膜を構成する誘電体膜の膜厚や屈折率が変動しても反射率を安定に制御でき、用途に応じた所望の反射率を容易に実現できる半導体レーザ装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザチップの光出射面の少なくとも片側に、多層誘電体膜で構成された反射膜を有し、
反射膜は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１の第１誘電体膜、屈折率ｎ２の第２誘電体膜、屈折率ｎ３の第３誘電体膜、屈折率ｎ４の第４誘電体膜を含み、
各屈折率は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係、またはｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の第１実施形態を示す構造図であり、光軸に沿った垂直断面を示している。レーザチップは、ＧａＡｓ等の半導体基板１と、活性層２と、活性層２の上方および下方に形成されたクラッド層３と、クラッド層３の上方および下方に形成された電極４などで構成される。
【００１６】
半導体レーザ装置は、上述のレーザチップと、レーザ前端面に形成された低反射膜１０と、レーザ後端面に形成された高反射膜９などで構成される。
【００１７】
低反射膜１０は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１および膜厚ｄ１の誘電体膜１１、屈折率ｎ２および膜厚ｄ２の誘電体膜１２、屈折率ｎ３および膜厚ｄ３の誘電体膜１３、屈折率ｎ４および膜厚ｄ４の誘電体膜１４で形成されている。
【００１８】
本実施形態において、誘電体膜１２の屈折率ｎ２と誘電体膜１４の屈折率ｎ４とが相等しくなるように材料が選定され、さらに誘電体膜１１の屈折率ｎ１は屈折率ｎ２（＝ｎ４）以上になるように材料が選定され、さらに誘電体膜１３の屈折率ｎ３は屈折率ｎ１以上になるように材料が選定される。即ち、各誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たす。
【００１９】
低反射膜１０の具体的な構成を例示すると、レーザチップとして発振波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザ（等価屈折率：３．８１７）を使用した場合、誘電体膜１１には屈折率ｎ１＝１．６３８の酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、誘電体膜１２および誘電体膜１４には屈折率ｎ２＝ｎ４＝１．４８９の酸化珪素ＳｉＯ２、誘電体膜１３には屈折率ｎ３＝２．０６３の酸化タンタルＴａ２Ｏ５をそれぞれ使用している。
【００２０】
さらに、各誘電体膜１１〜１４の膜厚ｄ１〜ｄ４は、光学長に換算して発振波長の４分の１、即ちλ／４となるように設定しており、具体的には、誘電体膜１１の膜厚ｄ１＝１００．７ｎｍ、誘電体膜１２の膜厚ｄ２＝１１０．８ｎｍ、誘電体膜１３の膜厚ｄ３＝８０．０ｎｍ、誘電体膜１４の膜厚ｄ４＝１１０．８ｎｍ（＝ｄ２）にそれぞれ設定している。
【００２１】
こうした構成によって低反射膜１０は、発振波長λ＝６６０ｎｍで６％の反射率が得られる。
【００２２】
図２は、低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。このグラフから、中心波長λ＝６６０ｎｍで６％の反射率を示しており、図２４のグラフと比べて、発振波長の変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、レーザ発振波長が変動しても低反射膜１０は安定した反射率を示すことが判る。
【００２３】
図３は、低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。図４は、低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。図５は、低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。図６は、低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【００２４】
これらのグラフから、膜厚設計値ｄａで６％の反射率を示しており、図２５のグラフと比べて、各誘電体膜の膜厚変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、膜厚ｄ１〜ｄ４が膜厚設計値ｄａに対して±１０％の範囲で変動しても、低反射膜１０の反射率はほとんど変化しておらず、最大でも０．３％の反射率変化に抑制できることが判る。
【００２５】
次に、発振波長λ＝６６０ｎｍで７％の反射率を示す低反射膜１０を得る場合は、上述と同様に、誘電体膜１１には屈折率ｎ１＝１．６３８の酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、誘電体膜１２および誘電体膜１４には屈折率ｎ２＝ｎ４＝１．４８９の酸化珪素ＳｉＯ２、誘電体膜１３には屈折率ｎ３＝２．０６３の酸化タンタルＴａ２Ｏ５をそれぞれ使用し、各誘電体膜の膜厚について、膜厚ｄ１＝１００．７ｎｍ、膜厚ｄ２＝ｄ４＝１００．０ｎｍ、膜厚ｄ３＝１００．０ｎｍにそれぞれ設定している。
【００２６】
図７は、低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。このグラフから、中心波長λ＝６６０ｎｍで７％の反射率を示しており、図２４のグラフと比べて、発振波長の変化に対する反射率変化は小さくなり、レーザ発振波長が変動しても低反射膜１０は安定した反射率を示すことが判る。
【００２７】
図８は、低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。図９は、低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。図１０は、低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。図１１は、低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【００２８】
これらのグラフから、膜厚設計値ｄａで７％の反射率を示しており、図２５のグラフと比べて、各誘電体膜の膜厚変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、膜厚ｄ１〜ｄ４が膜厚設計値ｄａに対して±１０％の範囲で変動しても、低反射膜１０の反射率はほとんど変化しておらず、最大でも０．８％の反射率変化に抑制できることが判る。
【００２９】
このように各誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たすことによって、多層誘電体膜の反射率の波長依存性および膜厚依存性が小さくなり、半導体レーザの製造歩留りを向上させることができる。
【００３０】
また、屈折率ｎ１は１．６〜１．９の範囲で、屈折率ｎ２は１．３〜１．６の範囲で、屈折率ｎ３は１．９〜２．３の範囲で、屈折率ｎ４は１．３〜１．６の範囲であり、膜厚ｄ１は（２・ｈ＋１）λ／（４・ｎ１）、膜厚ｄ２は（２・ｉ＋１）λ／（４・ｎ２）、膜厚ｄ３は（２・ｊ＋１）λ／（４・ｎ３）、膜厚ｄ４は（２・ｋ＋１）λ／（４・ｎ４）、（ｈ，ｉ，ｊ，ｋは０以上の整数）に実質上設定することによって、多層誘電体膜を３〜１５％の範囲で所望の反射率に調整することができる。
【００３１】
また、各屈折率が、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３という関係を満たすには、誘電体膜１１は、Ａｌ２Ｏ３，ＣｅＦ３，ＮｄＦ３，ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３のいずれかで形成し、誘電体膜１２および誘電体膜１４は、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＢａＦ２，ＣａＦ２のいずれかで形成し、誘電体膜１３は、Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ，ＺｒＯ２，ＺｎＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２，ＺｎＳ，Ｎｂ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＡｌＮのいずれかで形成することが好ましく、これらの材料を使用することによって所望の反射率を有する多層誘電体膜を容易に実現できる。
【００３２】
また、誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たすとともに、膜厚ｄ１〜ｄ４を光学長換算で±３０％の範囲で個別に調整することによって、所望の波長において３〜１５％の範囲で所望の反射率を実現できる。そのため、用途に応じた仕様変更が容易になり、波長依存性や膜厚依存性を考慮することで半導体レーザ装置の製造歩留りも改善できる。
【００３３】
以上の説明では、単一の発振波長を有するレーザ光を発光する半導体レーザ装置について詳述したが、単一のレーザチップ中に互いに異なる発振波長を放射する複数の発光点を有する、いわゆるマルチビームレーザについても上述と同様な低反射膜１０を適用することができる。
【００３４】
例えば、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）とＣＤ（コンパクトディスク）の両方の規格に対応可能なレーザチップは、波長６６０ｎｍのビームと波長７８０ｎｍのビームを放射する。この場合、２つの波長について所望の反射率を有する多層誘電体膜が望まれる。
【００３５】
そこで、各誘電体膜１１〜１４の各屈折率が、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３という関係を満たすとともに、膜厚ｄ１〜ｄ４を、光学長換算で波長の４分の１を中心膜厚として±３０％の範囲で調整することによって、所望の波長ごとに所望の反射率を達成することができ、例えば、図１２に示すように、波長６６０ｎｍおよび波長７８０ｎｍの両方で約６％の反射率を示す多層誘電体膜を実現することができる。
【００３６】
また、上述の半導体レーザ装置を単一のパッケージ内に複数配置し、各レーザチップは互いに異なる発振波長を放射するとともに、各レーザチップの光出射面に設ける多層誘電体膜を同一の材料および同一の膜厚で形成する場合も、マルチビームレーザの場合と同様に、誘電体膜１１〜１４の膜厚ｄ１〜ｄ４を、光学長換算で波長の４分の１を中心膜厚として±３０％の範囲で調整することによって、所望の波長ごとに所望の反射率を達成することができる。
【００３７】
実施の形態２．
本実施形態において、半導体レーザ装置の構成は図１のものと同様であるが、低反射膜１０は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１および膜厚ｄ１の誘電体膜１１、屈折率ｎ２および膜厚ｄ２の誘電体膜１２、屈折率ｎ３および膜厚ｄ３の誘電体膜１３、屈折率ｎ４および膜厚ｄ４の誘電体膜１４で形成し、屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすように材料が選定される。
【００３８】
低反射膜１０の具体的な構成を例示すると、レーザチップとして発振波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザ（等価屈折率：３．８１７）を使用した場合、レーザチップに接する誘電体膜１１には屈折率ｎ１＝２．０６３の酸化タンタルＴａ２Ｏ５、誘電体膜１２および誘電体膜１４には屈折率ｎ２＝ｎ４＝１．４８９の酸化珪素ＳｉＯ２、誘電体膜１３にはｎ３＝１．６３８の酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３をそれぞれ使用している。
【００３９】
さらに、各誘電体膜１１〜１４の膜厚ｄ１〜ｄ４は、光学長に換算して発振波長の４分の１、即ちλ／４となるように設定しており、具体的には、誘電体膜１１の膜厚ｄ１＝８０．０ｎｍ、誘電体膜１２の膜厚ｄ２＝１１０．８ｎｍ、誘電体膜１３の膜厚ｄ３＝１００．７ｎｍ、誘電体膜１４の膜厚ｄ４＝１１０．８ｎｍ（＝ｄ２）にそれぞれ設定している。
【００４０】
こうした構成によって低反射膜１０は、発振波長λ＝６６０ｎｍで６％の反射率が得られる。
【００４１】
図１３は、低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。このグラフから、中心波長λ＝６６０ｎｍで６％の反射率を示しており、図２４のグラフと比べて、発振波長の変化に対する反射率変化は小さくなり、レーザ発振波長が変動しても低反射膜１０は安定した反射率を示すことが判る。
【００４２】
図１４は、低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。図１５は、低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。図１６は、低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。図１７は、低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【００４３】
これらのグラフから、膜厚設計値ｄａで６％の反射率を示しており、図２５のグラフと比べて、各誘電体膜の膜厚変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、膜厚ｄ１〜ｄ４が膜厚設計値ｄａに対して±１０％の範囲で変動しても、低反射膜１０の反射率はほとんど変化しておらず、最大でも０．３％の反射率変化に抑制できることが判る。
【００４４】
このように各誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすことによって、多層誘電体膜の反射率の波長依存性および膜厚依存性が小さくなり、半導体レーザの製造歩留りを向上させることができる。
【００４５】
また、屈折率ｎ１は１．９〜２．３の範囲で、屈折率ｎ２は１．３〜１．６の範囲で、屈折率ｎ３は１．６〜１．９の範囲で、屈折率ｎ４は１．３〜１．６の範囲であり、膜厚ｄ１は（２・ｈ＋１）λ／（４・ｎ１）、膜厚ｄ２は（２・ｉ＋１）λ／（４・ｎ２）、膜厚ｄ３は（２・ｊ＋１）λ／（４・ｎ３）、膜厚ｄ４は（２・ｋ＋１）λ／（４・ｎ４）、（ｈ，ｉ，ｊ，ｋは０以上の整数）に実質上設定することによって、多層誘電体膜を３〜１５％の範囲で所望の反射率に調整することができる。
【００４６】
また、各屈折率が、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１という関係を満たすには、誘電体膜１１は、Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ，ＺｒＯ２，ＺｎＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２，ＺｎＳ，Ｎｂ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＡｌＮのいずれかで形成し、誘電体膜１２および誘電体膜１４は、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＢａＦ２，ＣａＦ２のいずれかで形成し、誘電体膜１３は、Ａｌ２Ｏ３，ＣｅＦ３，ＮｄＦ３，ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３のいずれかで形成することが好ましく、これらの材料を使用することによって所望の反射率を有する多層誘電体膜を容易に実現できる。
【００４７】
また、誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすとともに、膜厚ｄ１〜ｄ４を光学長換算で±３０％の範囲で個別に調整することによって、所望の波長において３〜１５％の範囲で所望の反射率を実現できる。そのため、用途に応じた仕様変更が容易になり、波長依存性や膜厚依存性を考慮することで半導体レーザ装置の製造歩留りも改善できる。
【００４８】
また、ＤＶＤ及びＣＤ兼用ピックアップのように、単一のレーザチップ中に互いに異なる発振波長を放射する複数の発光点を有する、いわゆるマルチビームレーザについても上述と同様な低反射膜１０を適用することができる。
【００４９】
また、上述の半導体レーザ装置を単一のパッケージ内に複数配置し、各レーザチップは互いに異なる発振波長を放射するとともに、各レーザチップの光出射面に設ける多層誘電体膜を同一の材料および同一の膜厚で形成する場合も、マルチビームレーザの場合と同様に、所望の波長ごとに所望の反射率を達成することができる。
【００５０】
実施の形態３．
本実施形態において、半導体レーザ装置の構成は図１のものと同様であるが、上述の４層構成の低反射膜１０に加えて、発光点以外の領域に第５の誘電体膜と第６の誘電体膜を組み合せた多層誘電体膜を部分的に形成することにより、発光点の領域での反射率より小さい低反射膜を形成している。
【００５１】
光ディスク用半導体レーザにおいて、光ディスクのトラッキングにいわゆる所謂３ビーム法が用いられることから、光ディスクからの戻り光が半導体レーザチップの発光点以外の領域に照射されることがある。チップ端面に一様な反射膜を形成した場合、発光点以外の反射率は発光点と同じになるため、光ディスクからの戻り光が更にチップ端面で反射して、再び光ディスクに戻ることにより光ピックアップのトラッキング特性に悪影響を及ぼすことがある。このような悪影響を抑えるために、半導体レーザチップの発光点以外の領域ではできるだけ低反射コーティングがなされていることが望ましい。
【００５２】
そこで、レーザチップの光出射面において、上述の４層構成の低反射膜に加えて、発光点以外の領域に第５の誘電体膜と第６の誘電体膜を組み合せた多層誘電体膜を部分的に形成することにより、発光点の領域での反射率より小さい低反射膜を簡単に得ることができる。
【００５３】
例えば、４層構成の低反射膜１０に接する側から順に、屈折率ｎ５および膜厚ｄ５の誘電体膜Ｑ５、屈折率ｎ６および膜厚ｄ６の誘電体膜Ｑ６、屈折率ｎ７（＝ｎ５）および膜厚ｄ７（＝ｄ５）の誘電体膜Ｑ７、屈折率ｎ８（＝ｎ６）および膜厚ｄ８（＝ｄ６）の誘電体膜Ｑ８の２ペア積層膜を形成する場合、膜厚ｄ５〜ｄ８を光学長に換算して１／４発振波長の整数倍に実質上設定することによって、反射率を部分的に小さくできる。
【００５４】
例えば、誘電体膜Ｑ５として、屈折率ｎ５＝１．６４０の材料で膜厚ｄ５＝１００．６ｎｍに、誘電体膜Ｑ６として、屈折率ｎ６＝１．４５０の材料で膜厚ｄ６＝１１３．８ｎｍに、誘電体膜Ｑ７として、屈折率ｎ７＝１．６４０の材料で膜厚ｄ７＝１００．６ｎｍに、誘電体膜Ｑ８として、屈折率ｎ８＝１．４５０の材料で膜厚ｄ８＝１１３．８ｎｍにそれぞれ形成して、２ペア積層膜をを発光点以外の領域に追加形成した場合、図１８に示すように、波長６６０ｎｍで約０％の反射率を示す無反射膜を実現することができる。
【００５５】
図１９は、上記無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ５の膜厚依存性を示すグラフである。図２０は、上記無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ６の膜厚依存性を示すグラフである。図２１は、上記無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ７の膜厚依存性を示すグラフである。図２２は、上記無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ８の膜厚依存性を示すグラフである。
【００５６】
これらのグラフから、膜厚設計値ｄａで０％の反射率を示しており、各誘電体膜の膜厚変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、膜厚ｄ５〜ｄ８が膜厚設計値ｄａに対して±１０％の範囲で変動しても、反射率はほとんど変化しておらず、最大でも０．５％の反射率変化に抑制できることが判る。
【００５７】
なお上述の各実施形態において、多層誘電体膜をレーザチップの光出射面の片側に設けた例を説明したが、本発明に係る多層誘電体膜をレーザチップの共振器端面の両方に設けても構わない。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳説したように、多層誘電体膜を構成する第１誘電体膜〜第４誘電体膜の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係、またはｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすことによって、多層誘電体膜の反射率の波長依存性および膜厚依存性が小さくなり、用途に応じた所望の反射率を容易に実現できる。また、そのため半導体レーザの製造歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構造図である。
【図２】低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。
【図３】低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。
【図４】低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。
【図５】低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。
【図６】低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【図７】低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。
【図８】低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。
【図９】低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１０】低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１１】低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１２】２つの波長で約６％の反射率を示す多層誘電体膜の波長依存性を示すグラフである。
【図１３】低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。
【図１４】低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１５】低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１６】低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１７】低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１８】無反射膜の反射率について波長依存性を示すグラフである。
【図１９】無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ５の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２０】無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ６の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２１】無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ７の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２２】無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ８の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２３】従来の半導体レーザ装置の一例を示す構造図である。
【図２４】従来の低反射膜について反射率の波長依存性の一例を示すグラフである。
【図２５】従来の低反射膜について反射率の膜厚依存性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 基板、 ２ 活性層、 ３ クラッド層、 ４ 電極、 ９ 高反射膜、
１０ 低反射膜、 １１〜１４ 誘電体膜。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光出射面に誘電体反射膜が設けられた半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザにおいて、一般に、ウエハ劈開によって得られる共振器の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で、所望の反射率を得る反射率制御膜を形成することが可能となる。例えば、レーザ光が出射される前端面の反射率を下げ、後端面の反射率を上げることにより高出力化が図られる。
【０００３】
しかし、前端面の反射率は単にこの値を低くすれば良いわけではなく、半導体レーザが使用される用途、すなわち要求される特性に応じてその反射率を選定する必要がある。
【０００４】
例えば、高出力の半導体レーザにおいて、その光出射前端面の反射率は３％〜１５％程度である。仮に７％の反射率を得ようとした場合、反射率の制御性は６％±１％が求められる。通常、半導体レーザにおいてレーザ光が出射される前端面の反射率は、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等からなる単層誘電体膜の厚さおよび屈折率によって制御される。
【０００５】
図２３は、従来の半導体レーザ装置の一例を示す構造図である。レーザチップは、ＧａＡｓ等の半導体基板１と、活性層２と、活性層２の上方および下方に形成されたクラッド層３と、クラッド層３の上方および下方に形成された電極４などで構成される。
【０００６】
半導体レーザ装置は、上述のレーザチップと、レーザ前端面に形成された低反射膜８と、レーザ後端面に形成された高反射膜９などで構成される。
【０００７】
一般に、レーザ前端面に用いられる低反射膜８には、真空中でのレーザ発振波長をλとして、λ／４の整数倍±αとなるような光学膜厚を有した単層膜が用いられる。ここで、αは所望の反射率に制御するための修正係数である。
【０００８】
半導体レーザの前端面では、レーザ光密度が高くなって、温度が上昇し易い。そのため低反射膜８は、熱拡散板（ヒートスプレッダー）としての役割も果たすように、一般に、膜厚３λ／４±αの酸化アルミニウム膜で形成される。
【０００９】
図２４は、従来の低反射膜について反射率の波長依存性の一例を示すグラフである。図２５は、従来の低反射膜について反射率の膜厚依存性の一例を示すグラフである。ここでは、低反射膜８として、膜厚３１８．９ｎｍ（α＝＋１７ｎｍ）の酸化アルミニウム膜（屈折率＝１．６３８）を、発振波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザの前端面に設けている。なお、レーザチップの等価屈折率は３．８１７である。
【００１０】
図２５のグラフを見ると、低反射膜８の反射率を６％±１％の範囲に制御したい場合、膜厚設計値ｄａ＝３１８．９ｎｍに対して±１％の精度、即ち±３ｎｍ程度の精度で低反射膜８の膜厚を制御しなければならないことが判る。このような膜厚精度は、一般に光学薄膜の形成に用いられる蒸着やスパッタでは困難であることから、半導体レーザの製造歩留りの低下を招く。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−７７４５６号公報（図１等）
【特許文献２】
特許第３０８０３１２号公報（第１図等）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザの低反射膜８を、例えば反射率６±１％の範囲で実現しようとした場合、上記酸化アルミニウム単層膜では膜厚ばらつきを±１％以内に抑えなければならず、反射率制御性が低くなり歩留りが悪化してしまう。
【００１３】
本発明の目的は、レーザ端面に形成される反射膜を構成する誘電体膜の膜厚や屈折率が変動しても反射率を安定に制御でき、用途に応じた所望の反射率を容易に実現できる半導体レーザ装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザチップの光出射面の少なくとも片側に、多層誘電体膜で構成された反射膜を有し、
反射膜は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１の第１誘電体膜、屈折率ｎ２の第２誘電体膜、屈折率ｎ３の第３誘電体膜、屈折率ｎ４の第４誘電体膜を含み、
各屈折率は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係、またはｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の第１実施形態を示す構造図であり、光軸に沿った垂直断面を示している。レーザチップは、ＧａＡｓ等の半導体基板１と、活性層２と、活性層２の上方および下方に形成されたクラッド層３と、クラッド層３の上方および下方に形成された電極４などで構成される。
【００１６】
半導体レーザ装置は、上述のレーザチップと、レーザ前端面に形成された低反射膜１０と、レーザ後端面に形成された高反射膜９などで構成される。
【００１７】
低反射膜１０は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１および膜厚ｄ１の誘電体膜１１、屈折率ｎ２および膜厚ｄ２の誘電体膜１２、屈折率ｎ３および膜厚ｄ３の誘電体膜１３、屈折率ｎ４および膜厚ｄ４の誘電体膜１４で形成されている。
【００１８】
本実施形態において、誘電体膜１２の屈折率ｎ２と誘電体膜１４の屈折率ｎ４とが相等しくなるように材料が選定され、さらに誘電体膜１１の屈折率ｎ１は屈折率ｎ２（＝ｎ４）以上になるように材料が選定され、さらに誘電体膜１３の屈折率ｎ３は屈折率ｎ１以上になるように材料が選定される。即ち、各誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たす。
【００１９】
低反射膜１０の具体的な構成を例示すると、レーザチップとして発振波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザ（等価屈折率：３．８１７）を使用した場合、誘電体膜１１には屈折率ｎ１＝１．６３８の酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、誘電体膜１２および誘電体膜１４には屈折率ｎ２＝ｎ４＝１．４８９の酸化珪素ＳｉＯ２、誘電体膜１３には屈折率ｎ３＝２．０６３の酸化タンタルＴａ２Ｏ５をそれぞれ使用している。
【００２０】
さらに、各誘電体膜１１〜１４の膜厚ｄ１〜ｄ４は、光学長に換算して発振波長の４分の１、即ちλ／４となるように設定しており、具体的には、誘電体膜１１の膜厚ｄ１＝１００．７ｎｍ、誘電体膜１２の膜厚ｄ２＝１１０．８ｎｍ、誘電体膜１３の膜厚ｄ３＝８０．０ｎｍ、誘電体膜１４の膜厚ｄ４＝１１０．８ｎｍ（＝ｄ２）にそれぞれ設定している。
【００２１】
こうした構成によって低反射膜１０は、発振波長λ＝６６０ｎｍで６％の反射率が得られる。
【００２２】
図２は、低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。このグラフから、中心波長λ＝６６０ｎｍで６％の反射率を示しており、図２４のグラフと比べて、発振波長の変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、レーザ発振波長が変動しても低反射膜１０は安定した反射率を示すことが判る。
【００２３】
図３は、低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。図４は、低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。図５は、低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。図６は、低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【００２４】
これらのグラフから、膜厚設計値ｄａで６％の反射率を示しており、図２５のグラフと比べて、各誘電体膜の膜厚変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、膜厚ｄ１〜ｄ４が膜厚設計値ｄａに対して±１０％の範囲で変動しても、低反射膜１０の反射率はほとんど変化しておらず、最大でも０．３％の反射率変化に抑制できることが判る。
【００２５】
次に、発振波長λ＝６６０ｎｍで７％の反射率を示す低反射膜１０を得る場合は、上述と同様に、誘電体膜１１には屈折率ｎ１＝１．６３８の酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３、誘電体膜１２および誘電体膜１４には屈折率ｎ２＝ｎ４＝１．４８９の酸化珪素ＳｉＯ２、誘電体膜１３には屈折率ｎ３＝２．０６３の酸化タンタルＴａ２Ｏ５をそれぞれ使用し、各誘電体膜の膜厚について、膜厚ｄ１＝１００．７ｎｍ、膜厚ｄ２＝ｄ４＝１００．０ｎｍ、膜厚ｄ３＝１００．０ｎｍにそれぞれ設定している。
【００２６】
図７は、低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。このグラフから、中心波長λ＝６６０ｎｍで７％の反射率を示しており、図２４のグラフと比べて、発振波長の変化に対する反射率変化は小さくなり、レーザ発振波長が変動しても低反射膜１０は安定した反射率を示すことが判る。
【００２７】
図８は、低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。図９は、低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。図１０は、低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。図１１は、低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【００２８】
これらのグラフから、膜厚設計値ｄａで７％の反射率を示しており、図２５のグラフと比べて、各誘電体膜の膜厚変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、膜厚ｄ１〜ｄ４が膜厚設計値ｄａに対して±１０％の範囲で変動しても、低反射膜１０の反射率はほとんど変化しておらず、最大でも０．８％の反射率変化に抑制できることが判る。
【００２９】
このように各誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たすことによって、多層誘電体膜の反射率の波長依存性および膜厚依存性が小さくなり、半導体レーザの製造歩留りを向上させることができる。
【００３０】
また、屈折率ｎ１は１．６〜１．９の範囲で、屈折率ｎ２は１．３〜１．６の範囲で、屈折率ｎ３は１．９〜２．３の範囲で、屈折率ｎ４は１．３〜１．６の範囲であり、膜厚ｄ１は（２・ｈ＋１）λ／（４・ｎ１）、膜厚ｄ２は（２・ｉ＋１）λ／（４・ｎ２）、膜厚ｄ３は（２・ｊ＋１）λ／（４・ｎ３）、膜厚ｄ４は（２・ｋ＋１）λ／（４・ｎ４）、（ｈ，ｉ，ｊ，ｋは０以上の整数）に実質上設定することによって、多層誘電体膜を３〜１５％の範囲で所望の反射率に調整することができる。
【００３１】
また、各屈折率が、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３という関係を満たすには、誘電体膜１１は、Ａｌ２Ｏ３，ＣｅＦ３，ＮｄＦ３，ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３のいずれかで形成し、誘電体膜１２および誘電体膜１４は、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＢａＦ２，ＣａＦ２のいずれかで形成し、誘電体膜１３は、Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ，ＺｒＯ２，ＺｎＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２，ＺｎＳ，Ｎｂ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＡｌＮのいずれかで形成することが好ましく、これらの材料を使用することによって所望の反射率を有する多層誘電体膜を容易に実現できる。
【００３２】
また、誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たすとともに、膜厚ｄ１〜ｄ４を光学長換算で±３０％の範囲で個別に調整することによって、所望の波長において３〜１５％の範囲で所望の反射率を実現できる。そのため、用途に応じた仕様変更が容易になり、波長依存性や膜厚依存性を考慮することで半導体レーザ装置の製造歩留りも改善できる。
【００３３】
以上の説明では、単一の発振波長を有するレーザ光を発光する半導体レーザ装置について詳述したが、単一のレーザチップ中に互いに異なる発振波長を放射する複数の発光点を有する、いわゆるマルチビームレーザについても上述と同様な低反射膜１０を適用することができる。
【００３４】
例えば、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）とＣＤ（コンパクトディスク）の両方の規格に対応可能なレーザチップは、波長６６０ｎｍのビームと波長７８０ｎｍのビームを放射する。この場合、２つの波長について所望の反射率を有する多層誘電体膜が望まれる。
【００３５】
そこで、各誘電体膜１１〜１４の各屈折率が、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３という関係を満たすとともに、膜厚ｄ１〜ｄ４を、光学長換算で波長の４分の１を中心膜厚として±３０％の範囲で調整することによって、所望の波長ごとに所望の反射率を達成することができ、例えば、図１２に示すように、波長６６０ｎｍおよび波長７８０ｎｍの両方で約６％の反射率を示す多層誘電体膜を実現することができる。
【００３６】
また、上述の半導体レーザ装置を単一のパッケージ内に複数配置し、各レーザチップは互いに異なる発振波長を放射するとともに、各レーザチップの光出射面に設ける多層誘電体膜を同一の材料および同一の膜厚で形成する場合も、マルチビームレーザの場合と同様に、誘電体膜１１〜１４の膜厚ｄ１〜ｄ４を、光学長換算で波長の４分の１を中心膜厚として±３０％の範囲で調整することによって、所望の波長ごとに所望の反射率を達成することができる。
【００３７】
実施の形態２．
本実施形態において、半導体レーザ装置の構成は図１のものと同様であるが、低反射膜１０は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１および膜厚ｄ１の誘電体膜１１、屈折率ｎ２および膜厚ｄ２の誘電体膜１２、屈折率ｎ３および膜厚ｄ３の誘電体膜１３、屈折率ｎ４および膜厚ｄ４の誘電体膜１４で形成し、屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすように材料が選定される。
【００３８】
低反射膜１０の具体的な構成を例示すると、レーザチップとして発振波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザ（等価屈折率：３．８１７）を使用した場合、レーザチップに接する誘電体膜１１には屈折率ｎ１＝２．０６３の酸化タンタルＴａ２Ｏ５、誘電体膜１２および誘電体膜１４には屈折率ｎ２＝ｎ４＝１．４８９の酸化珪素ＳｉＯ２、誘電体膜１３にはｎ３＝１．６３８の酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３をそれぞれ使用している。
【００３９】
さらに、各誘電体膜１１〜１４の膜厚ｄ１〜ｄ４は、光学長に換算して発振波長の４分の１、即ちλ／４となるように設定しており、具体的には、誘電体膜１１の膜厚ｄ１＝８０．０ｎｍ、誘電体膜１２の膜厚ｄ２＝１１０．８ｎｍ、誘電体膜１３の膜厚ｄ３＝１００．７ｎｍ、誘電体膜１４の膜厚ｄ４＝１１０．８ｎｍ（＝ｄ２）にそれぞれ設定している。
【００４０】
こうした構成によって低反射膜１０は、発振波長λ＝６６０ｎｍで６％の反射率が得られる。
【００４１】
図１３は、低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。このグラフから、中心波長λ＝６６０ｎｍで６％の反射率を示しており、図２４のグラフと比べて、発振波長の変化に対する反射率変化は小さくなり、レーザ発振波長が変動しても低反射膜１０は安定した反射率を示すことが判る。
【００４２】
図１４は、低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。図１５は、低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。図１６は、低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。図１７は、低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【００４３】
これらのグラフから、膜厚設計値ｄａで６％の反射率を示しており、図２５のグラフと比べて、各誘電体膜の膜厚変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、膜厚ｄ１〜ｄ４が膜厚設計値ｄａに対して±１０％の範囲で変動しても、低反射膜１０の反射率はほとんど変化しておらず、最大でも０．３％の反射率変化に抑制できることが判る。
【００４４】
このように各誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすことによって、多層誘電体膜の反射率の波長依存性および膜厚依存性が小さくなり、半導体レーザの製造歩留りを向上させることができる。
【００４５】
また、屈折率ｎ１は１．９〜２．３の範囲で、屈折率ｎ２は１．３〜１．６の範囲で、屈折率ｎ３は１．６〜１．９の範囲で、屈折率ｎ４は１．３〜１．６の範囲であり、膜厚ｄ１は（２・ｈ＋１）λ／（４・ｎ１）、膜厚ｄ２は（２・ｉ＋１）λ／（４・ｎ２）、膜厚ｄ３は（２・ｊ＋１）λ／（４・ｎ３）、膜厚ｄ４は（２・ｋ＋１）λ／（４・ｎ４）、（ｈ，ｉ，ｊ，ｋは０以上の整数）に実質上設定することによって、多層誘電体膜を３〜１５％の範囲で所望の反射率に調整することができる。
【００４６】
また、各屈折率が、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１という関係を満たすには、誘電体膜１１は、Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ，ＺｒＯ２，ＺｎＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２，ＺｎＳ，Ｎｂ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＡｌＮのいずれかで形成し、誘電体膜１２および誘電体膜１４は、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＢａＦ２，ＣａＦ２のいずれかで形成し、誘電体膜１３は、Ａｌ２Ｏ３，ＣｅＦ３，ＮｄＦ３，ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３のいずれかで形成することが好ましく、これらの材料を使用することによって所望の反射率を有する多層誘電体膜を容易に実現できる。
【００４７】
また、誘電体膜１１〜１４の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすとともに、膜厚ｄ１〜ｄ４を光学長換算で±３０％の範囲で個別に調整することによって、所望の波長において３〜１５％の範囲で所望の反射率を実現できる。そのため、用途に応じた仕様変更が容易になり、波長依存性や膜厚依存性を考慮することで半導体レーザ装置の製造歩留りも改善できる。
【００４８】
また、ＤＶＤ及びＣＤ兼用ピックアップのように、単一のレーザチップ中に互いに異なる発振波長を放射する複数の発光点を有する、いわゆるマルチビームレーザについても上述と同様な低反射膜１０を適用することができる。
【００４９】
また、上述の半導体レーザ装置を単一のパッケージ内に複数配置し、各レーザチップは互いに異なる発振波長を放射するとともに、各レーザチップの光出射面に設ける多層誘電体膜を同一の材料および同一の膜厚で形成する場合も、マルチビームレーザの場合と同様に、所望の波長ごとに所望の反射率を達成することができる。
【００５０】
実施の形態３．
本実施形態において、半導体レーザ装置の構成は図１のものと同様であるが、上述の４層構成の低反射膜１０に加えて、発光点以外の領域に第５の誘電体膜と第６の誘電体膜を組み合せた多層誘電体膜を部分的に形成することにより、発光点の領域での反射率より小さい低反射膜を形成している。
【００５１】
光ディスク用半導体レーザにおいて、光ディスクのトラッキングにいわゆる所謂３ビーム法が用いられることから、光ディスクからの戻り光が半導体レーザチップの発光点以外の領域に照射されることがある。チップ端面に一様な反射膜を形成した場合、発光点以外の反射率は発光点と同じになるため、光ディスクからの戻り光が更にチップ端面で反射して、再び光ディスクに戻ることにより光ピックアップのトラッキング特性に悪影響を及ぼすことがある。このような悪影響を抑えるために、半導体レーザチップの発光点以外の領域ではできるだけ低反射コーティングがなされていることが望ましい。
【００５２】
そこで、レーザチップの光出射面において、上述の４層構成の低反射膜に加えて、発光点以外の領域に第５の誘電体膜と第６の誘電体膜を組み合せた多層誘電体膜を部分的に形成することにより、発光点の領域での反射率より小さい低反射膜を簡単に得ることができる。
【００５３】
例えば、４層構成の低反射膜１０に接する側から順に、屈折率ｎ５および膜厚ｄ５の誘電体膜Ｑ５、屈折率ｎ６および膜厚ｄ６の誘電体膜Ｑ６、屈折率ｎ７（＝ｎ５）および膜厚ｄ７（＝ｄ５）の誘電体膜Ｑ７、屈折率ｎ８（＝ｎ６）および膜厚ｄ８（＝ｄ６）の誘電体膜Ｑ８の２ペア積層膜を形成する場合、膜厚ｄ５〜ｄ８を光学長に換算して１／４発振波長の整数倍に実質上設定することによって、反射率を部分的に小さくできる。
【００５４】
例えば、誘電体膜Ｑ５として、屈折率ｎ５＝１．６４０の材料で膜厚ｄ５＝１００．６ｎｍに、誘電体膜Ｑ６として、屈折率ｎ６＝１．４５０の材料で膜厚ｄ６＝１１３．８ｎｍに、誘電体膜Ｑ７として、屈折率ｎ７＝１．６４０の材料で膜厚ｄ７＝１００．６ｎｍに、誘電体膜Ｑ８として、屈折率ｎ８＝１．４５０の材料で膜厚ｄ８＝１１３．８ｎｍにそれぞれ形成して、２ペア積層膜をを発光点以外の領域に追加形成した場合、図１８に示すように、波長６６０ｎｍで約０％の反射率を示す無反射膜を実現することができる。
【００５５】
図１９は、上記無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ５の膜厚依存性を示すグラフである。図２０は、上記無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ６の膜厚依存性を示すグラフである。図２１は、上記無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ７の膜厚依存性を示すグラフである。図２２は、上記無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ８の膜厚依存性を示すグラフである。
【００５６】
これらのグラフから、膜厚設計値ｄａで０％の反射率を示しており、各誘電体膜の膜厚変化に対する反射率変化は格段に小さくなり、膜厚ｄ５〜ｄ８が膜厚設計値ｄａに対して±１０％の範囲で変動しても、反射率はほとんど変化しておらず、最大でも０．５％の反射率変化に抑制できることが判る。
【００５７】
なお上述の各実施形態において、多層誘電体膜をレーザチップの光出射面の片側に設けた例を説明したが、本発明に係る多層誘電体膜をレーザチップの共振器端面の両方に設けても構わない。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳説したように、多層誘電体膜を構成する第１誘電体膜〜第４誘電体膜の屈折率ｎ１〜ｎ４は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係、またはｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすことによって、多層誘電体膜の反射率の波長依存性および膜厚依存性が小さくなり、用途に応じた所望の反射率を容易に実現できる。また、そのため半導体レーザの製造歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構造図である。
【図２】低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。
【図３】低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。
【図４】低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。
【図５】低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。
【図６】低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【図７】低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。
【図８】低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。
【図９】低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１０】低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１１】低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１２】２つの波長で約６％の反射率を示す多層誘電体膜の波長依存性を示すグラフである。
【図１３】低反射膜１０の反射率について波長依存性を示すグラフである。
【図１４】低反射膜１０の反射率について第１誘電体膜１１の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１５】低反射膜１０の反射率について第２誘電体膜１２の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１６】低反射膜１０の反射率について第３誘電体膜１３の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１７】低反射膜１０の反射率について第４誘電体膜１４の膜厚依存性を示すグラフである。
【図１８】無反射膜の反射率について波長依存性を示すグラフである。
【図１９】無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ５の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２０】無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ６の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２１】無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ７の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２２】無反射膜の反射率について誘電体膜Ｑ８の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２３】従来の半導体レーザ装置の一例を示す構造図である。
【図２４】従来の低反射膜について反射率の波長依存性の一例を示すグラフである。
【図２５】従来の低反射膜について反射率の膜厚依存性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 基板、 ２ 活性層、 ３ クラッド層、 ４ 電極、 ９ 高反射膜、
１０ 低反射膜、 １１〜１４ 誘電体膜。
Claims (12)
- レーザチップの光出射面の少なくとも片側に、多層誘電体膜で構成された反射膜を有する半導体レーザ装置において、
反射膜は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１の第１誘電体膜、屈折率ｎ２の第２誘電体膜、屈折率ｎ３の第３誘電体膜、屈折率ｎ４の第４誘電体膜を含み、
各屈折率は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ１≦ｎ３の関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。 - レーザチップの光出射面の少なくとも片側に、多層誘電体膜で構成された反射膜を有する半導体レーザ装置において、
反射膜は、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１の第１誘電体膜、屈折率ｎ２の第２誘電体膜、屈折率ｎ３の第３誘電体膜、屈折率ｎ４の第４誘電体膜を含み、
各屈折率は、ｎ２＝ｎ４≦ｎ３≦ｎ１の関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 第１〜第４誘電体膜の各膜厚は、光学長に換算して１／４発振波長の整数倍の厚さに±３０％の範囲で設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
- レーザチップの光出射面の少なくとも片側に、多層誘電体膜で構成された反射膜を有し、発振波長λの光を放射する半導体レーザ装置において、
反射膜は、３〜１５％の反射率を有し、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１および膜厚ｄ１の第１誘電体膜、屈折率ｎ２および膜厚ｄ２の第２誘電体膜、屈折率ｎ３および膜厚ｄ３の第３誘電体膜、屈折率ｎ４および膜厚ｄ４の第４誘電体膜を含み、
屈折率ｎ１は１．６〜１．９の範囲で、屈折率ｎ２は１．３〜１．６の範囲で、屈折率ｎ３は１．９〜２．３の範囲で、屈折率ｎ４は１．３〜１．６の範囲であり、
膜厚ｄ１は（２・ｈ＋１）λ／（４・ｎ１）、膜厚ｄ２は（２・ｉ＋１）λ／（４・ｎ２）、膜厚ｄ３は（２・ｊ＋１）λ／（４・ｎ３）、膜厚ｄ４は（２・ｋ＋１）λ／（４・ｎ４）、（ｈ，ｉ，ｊ，ｋは０以上の整数）に実質上設定されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 - レーザチップの光出射面の少なくとも片側に、多層誘電体膜で構成された反射膜を有し、発振波長λの光を放射する半導体レーザ装置において、
反射膜は、３〜１５％の反射率を有し、レーザチップに接する側から順に、屈折率ｎ１および膜厚ｄ１の第１誘電体膜、屈折率ｎ２および膜厚ｄ２の第２誘電体膜、屈折率ｎ３および膜厚ｄ３の第３誘電体膜、屈折率ｎ４および膜厚ｄ４の第４誘電体膜を含み、
屈折率ｎ１は１．９〜２．３の範囲で、屈折率ｎ２は１．３〜１．６の範囲で、屈折率ｎ３は１．６〜１．９の範囲で、屈折率ｎ４は１．３〜１．６の範囲であり、
膜厚ｄ１は（２・ｈ＋１）λ／（４・ｎ１）、膜厚ｄ２は（２・ｉ＋１）λ／（４・ｎ２）、膜厚ｄ３は（２・ｊ＋１）λ／（４・ｎ３）、膜厚ｄ４は（２・ｋ＋１）λ／（４・ｎ４）、（ｈ，ｉ，ｊ，ｋは０以上の整数）に実質上設定されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 第１誘電体膜は、Ａｌ２Ｏ３，ＣｅＦ３，ＮｄＦ３，ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３のいずれかで形成され、
第２誘電体膜および第４誘電体膜は、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＢａＦ２，ＣａＦ２のいずれかで形成され、
第３誘電体膜は、Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ，ＺｒＯ２，ＺｎＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２，ＺｎＳ，Ｎｂ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＡｌＮのいずれかで形成されることを特徴とする請求項１または４記載の半導体レーザ装置。 - 第１誘電体膜は、Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ，ＺｒＯ２，ＺｎＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２，ＺｎＳ，Ｎｂ２Ｏ５，ＨｆＯ２，ＡｌＮのいずれかで形成され、
第２誘電体膜および第４誘電体膜は、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＢａＦ２，ＣａＦ２のいずれかで形成され、
第３誘電体膜は、Ａｌ２Ｏ３，ＣｅＦ３，ＮｄＦ３，ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３のいずれかで形成されることを特徴とする請求項２または５記載の半導体レーザ装置。 - レーザチップの光出射面において、発光点以外の領域に第５誘電体膜および第６誘電体膜を組み合せた多層誘電体膜が追加して形成され、発光点以外の領域の反射率が発光点の領域での反射率より小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
- 第５誘電体膜および第６誘電体膜の各膜厚は、光学長に換算して１／４発振波長の整数倍の厚さに±３０％の範囲で設定されていることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ装置。
- 第５誘電体膜は、Ａｌ２Ｏ３，ＣｅＦ３，ＮｄＦ３，ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３のいずれかで形成され、
第６誘電体膜は、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＢａＦ２，ＣａＦ２のいずれかで形成されることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ装置。 - レーザチップは、２つ以上の異なる発振波長を放射する複数の発光点を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
- 請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体レーザ装置が単一のパッケージ内に複数配置され、
各レーザチップは、互いに異なる発振波長を放射し、
各レーザチップの光出射面に設けられた多層誘電体膜は、同一の材料および同一の膜厚で形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
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