JP2004356445A

JP2004356445A - 半導体レーザー装置

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Publication number: JP2004356445A
Application number: JP2003153395A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Ishii; 太石井; Shinji Moriyama; 信二森山; Kazuyoshi Fuse; 一義布施
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】従来、半導体レーザーの出力端面には特定の波長に対して反射防止効果を有した薄膜を形成することが一般的に行われていたが、半導体レーザ装置から高出力の光を得ようとする場合には、より反射防止効果が優れたものが必要であるという問題があった。
【解決手段】半導体レーザー１と、この半導体レーザー１のレーザー光の出力端面２に形成された保護反射防止膜１１と、この保護反射防止膜１１上に重ねて形成された少なくとも２層からなる反射防止用の交互多層膜１２とを具備した。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子である半導体レーザーから出射される光を光ファイバ等の光導波路の一端側から入射させ、同光導波路の他端側に設けたミラーによって反射させて再び半導体レーザーに入力させることで共振状態を作りだし、半導体レーザーの出力光の増加を図ったいわゆる外部共振型の半導体レーザー装置が知られている。この場合、半導体レーザーの出力端面には特定の波長に対して反射防止効果を有した薄膜を形成することが一般的に行われている。特許文献１には、上述した如き半導体レーザー装置が開示されている。しかしながら半導体レーザー装置から高出力の光を得ようとする場合には、より反射防止効果が優れたものが必要であった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１１９０９６号公報（第４頁〜第５頁、図１〜図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、半導体レーザー装置から高出力の光を得ようとする場合には、より反射防止に優れたものが必要であった。
【０００５】
本発明はこのような要望を解決するためになされたもので、この発明は、反射防止効果を高めた半導体レーザー装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる半導体レーザー装置は、半導体レーザーと、この半導体レーザーのレーザー光出射面に形成された保護膜と、この保護膜上に重ねて形成された少なくとも２層からなる反射防止用の薄膜層とを具備したことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２にかかる半導体レーザー装置は、請求項１記載の半導体レーザー装置において、前記反射防止用の薄膜層は、第１の屈折率を有する薄膜層と第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する薄膜層が積層されたものであることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３にかかる半導体レーザー装置は、請求項１記載の半導体レーザー装置において、前記反射防止用の薄膜層は、第１の屈折率を有する薄膜層と第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する薄膜層とが交互に積層されたものであることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４にかかる半導体レーザー装置は、請求項２乃至３記載の半導体レーザー装置において、前記第１の屈折率は前記保護膜の屈折率よりも小さく、前記第２の屈折率は前記保護膜の屈折率と同じか若しくは大きいことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５にかかる半導体レーザー装置は、請求項２乃至３記載の半導体レーザー装置において、前記第１の屈折率を有する薄膜層は、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、又はフッ化アルミニウムのいずれかから成ることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６にかかる半導体レーザー装置は、請求項２乃至３記載の半導体レーザー装置において、前記第２の屈折率を有する薄膜層は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、又は酸化チタンのいずれかから成ることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項７にかかる半導体レーザー装置は、請求項１記載の半導体レーザー装置において、前記薄膜層の膜厚はそれぞれ以下の式を満足する範囲にあることを特徴とするものである。
【００１３】
０．３７５ｍλ≧ｎ_ｉｄ_ｉ≧０．１２５ｍλ
ここでｎ_ｉは前記薄膜層の前記保護膜に近い方から第ｉ番目の薄膜層の屈折率、ｄ_ｉは第_ｉ番目の薄膜層の物理膜厚、λは前記半導体レーザーの使用波長、ｍは自然数である。
【００１４】
請求項８にかかる半導体レーザー装置は、請求項１記載の半導体レーザー装置において、前記薄膜層の分光反射率は前記半導体レーザーの使用波長±１０ｎｍの範囲内において１％以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明になる半導体レーザー装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明になる半導体レーザー装置の一実施の形態を示す斜視図であり、図２はその要部断面図である。図１において、１はＡｌＧａＡｓ等の屈折率３．５以上の材料からなる半導体レーザー、２は半導体レーザー１からの出力光が出射される出力端面（出射面）である。また、３は出力端面２から出射される光に対して平行光化や集光を行う複数のレンズからなる光学系（記載の便宜上、四角形状で示している）、４は光学系３からの出力光が入射される光ファイバである。
【００１７】
図２は、図１の半導体レーザー１の出力端面２部分を詳細に示すもので、１１は半導体レーザー１の出力端面２の保護及び反射防止のための保護反射防止膜、１２は保護反射防止膜１１上に積層して形成された交互多層膜である。この交互多層膜１２は、Ａｌ_２Ｏ_３からなる保護反射防止膜１１よりも屈折率の低い、例えばＳｉＯ_２等からなる低屈折率の膜１３、１４、…と、保護反射防止膜１１と屈折率が同程度か若しくは高いＡｌ_２Ｏ_３からなる中・高屈折率の膜１５、１６、…、１７が交互に積層されたものとなっている。
【００１８】
さらに、上記交互多層膜１２の各層の光学的膜厚は、以下の式（１）で示す関係を満足するように設定されている。
【００１９】
０．３７５ｍλ≧ｎ_ｉｄ_ｉ≧０．１２５ｍλ （１）
ここでｎ_ｉは交互多層膜１２のｉ番目（保護反射防止膜１１に近い膜から順番に１番目、２番目、…とする）の膜の屈折率、ｄ_ｉは同じく交互多層膜１２のｉ番目の膜の物理的膜厚、λは半導体レーザー１の使用波長、ｍは自然数である。
【００２０】
交互多層膜１２のうちの高屈折率の膜１５、１６、…、１７の材料としては、保護反射防止膜１１の膜材料の屈折率に比較的近いか、もしくは上記屈折率よりも高い屈折率を有する材料が望ましく、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）以外に、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）や、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等を用いることが出来る。また、交互多層膜１２のうち低屈折率の膜１３、１４の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）以外にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）又はフッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、またはこれらの混合物等を用いることが出来る。但し、各層の成膜材料は、いずれも保護反射防止膜１１の屈折率よりも低い屈折率の材料を低屈折率の膜に、保護反射防止膜１１の屈折率と同じか或いは高い屈折率の材料を中・高屈折率の膜に選択する必要がある。
【００２１】
また、光学薄膜である上記交互多層膜１２の形成には、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の従来公知の手法によれば良い。真空蒸着法では、所望の酸化物を蒸着源として使用し、抵抗加熱、電子ビーム加熱等により、加熱蒸着させることで、簡便に酸化物薄膜を形成することが出来る。スパッタリング法を用いる場合はターゲットに所望の酸化物ターゲットを用いるか、或いは所望の金属ターゲットを用い、スパッタリングガスにアルゴン、ネオン等の不活性ガス或いは、アルゴン、ネオン等の不活性ガスと酸素の混合ガスを使用し、直流スパッタリング法や高周波スパッタリング法を用いて酸化物薄膜を形成する。成膜速度を上昇させるために、直流マグネトロンスパッタリング法や、高周波マグネトロンスパッタリング法を用いればよい。
【００２２】
薄膜の形成については、形成される薄膜の緻密さ、或いは水分による反射率特性の波長シフト、薄膜の密着性等の耐環境性の面からスパッタリング法、或いは、スパッタリング法に準ずる薄膜形成方法で薄膜を形成するのが望ましい。
【００２３】
上記交互多層膜１２の各光学薄膜層の膜厚は接触式測定法、例えば、段差測定器等、非接触式測定法であれば光干渉式膜厚計、エリプソメトリック等の方法で測定され、上記方法で形成された反射防止膜の反射率特性は、分光光度計、及び半導体レーザーに通電することによってそのレーザーから得られる光出力から調べることが出来る。また、分光反射率については、光学薄膜層の中間層の膜厚が精度的に設定値からずれてしまうことがあっても、最終層である中・高屈折率層の膜厚を調整することで所望の分光反射率を得ることができる。
【００２４】
図３は、図２に示す半導体レーザー１の基材として屈折率３．６（λ＝８５０ｎｍ）のＡｌＧａＡｓを用い、保護反射防止膜１１としてはＡｌ_２Ｏ_３を用い、さらにこの膜１１上に積層して形成される交互多層膜１２として低屈折率材料のＳｉＯ_２を使用した低屈折率の膜及び中・高屈折率材料のＡｌ_２Ｏ_３を使用した中・高屈折率の膜を各々１層ずつ光学的膜厚を最適に形成した場合の半導体レーザー１の波長と反射率との関係を示す測定データである。この図から上記構成の半導体レーザー装置（の反射防止膜）は、近赤外線領域の波長８２５ｎｍから８４５ｎｍにおいて反射率が０．５％以下の優れた反射防止特性を持ち得ることが理解される。
【００２５】
本実施の形態によれば、優れた反射防止特性を有した反射防止膜を得ることが出来、もって優れた反射防止特性を有した半導体レーザー装置を得ることが出来る。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、反射防止効果を高めた半導体レーザー装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる半導体レーザー装置の実施の形態の一例を示す斜視図。
【図２】図１における半導体レーザー１の出力端面２部分を拡大して示す要部断面図。
【図３】半導体レーザー１の波長と反射率との関係を示す測定データの一例を示す図。
【符号の説明】
１：半導体レーザー
２：出力端面
１１：保護反射防止膜
１２：交互多層膜
１３、１４：低屈折率の膜
１５乃至１７：中・高屈折率の膜

Claims

半導体レーザーと、この半導体レーザーのレーザー光出射面に形成された保護膜と、この保護膜上に重ねて形成された少なくとも２層からなる反射防止用の薄膜層とを具備したことを特徴とする半導体レーザー装置。
請求項１記載の半導体レーザー装置において、前記反射防止用の薄膜層は、第１の屈折率を有する薄膜層と第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する薄膜層が積層されたものであることを特徴とする半導体レーザー装置。
請求項１記載の半導体レーザー装置において、前記反射防止用の薄膜層は、第１の屈折率を有する薄膜層と第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する薄膜層とが交互に積層されたものであることを特徴とする半導体レーザー装置。
請求項２乃至３記載の半導体レーザー装置において、前記第１の屈折率は前記保護膜の屈折率よりも小さく、前記第２の屈折率は前記保護膜の屈折率と同じか若しくは大きいことを特徴とする半導体レーザー装置。
請求項２乃至３記載の半導体レーザー装置において、前記第１の屈折率を有する薄膜層は、酸化ケイ素、フッ化マグネシウム、又はフッ化アルミニウムのいずれかから成ることを特徴とする半導体レーザー装置。
請求項２乃至３記載の半導体レーザー装置において、前記第２の屈折率を有する薄膜層は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、又は酸化チタンのいずれかから成ることを特徴とする半導体レーザー装置。
請求項１記載の半導体レーザー装置において、前記薄膜層の膜厚はそれぞれ以下の式を満足する範囲にあることを特徴とする半導体レーザー装置。
０．３７５ｍλ≧ｎ_ｉｄ_ｉ≧０．１２５ｍλ
ここでｎ_ｉは前記薄膜層の前記保護膜に近い方から第ｉ番目の薄膜層の屈折率、ｄ_ｉは第_ｉ番目の薄膜層の物理膜厚、λは前記半導体レーザーの使用波長、ｍは自然数である。
請求項１記載の半導体レーザー装置において、前記薄膜層の分光反射率は前記半導体レーザーの使用波長±１０ｎｍの範囲内において１％以下であることを特徴とする半導体レーザー装置。