JP2007073631A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成によるＣＯＤ劣化の起きにくい表面膜を共振器の端面に配設することにより信頼性の高い半導体レーザ装置を構成する。
【解決手段】 この発明に係る半導体レーザ装置は、主たる光の出射端面である前端面２４とこの前端面２４に対向する後端面２６とを有しこれら両端面の間が共振器２２とされた半導体レーザ本体３６と、この半導体レーザ本体３６の前端面２４または後端面３６上に配設されるとともに、反射率制御膜としての酸化アルミニウム膜３８、もしくは酸化アルミニウム膜３８が前端面２４または後端面２６から最も離れた層に配設された５層膜４２と、この反射率制御膜の酸化アルミニウム膜３８の上に配設されるとともに膜厚が２０ｎｍ以下の酸化シリコン膜４０とを備えたものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば電子情報機器などに用いられる半導体レーザ装置に係り、特に共振器端面に反射率制御膜を備えた半導体レーザ装置に関する。

半導体レーザにおいては、半導体レーザの共振器の前端面と後端面との間でレーザ発振を起こし、共振器端面からレーザ光が出射される。レーザ光が効率よく出射されるために、共振器の前端面と後端面に反射率を適切に調整するための反射率制御膜が接合されている。
この反射率制御膜として前端面には反射率が小さくなるように調整された誘電体膜が、また後端面には反射率が大きくなるように調整された誘電体膜がそれぞれ接合されている。この誘電体膜としては、酸化アルミニウム膜あるいは酸化アルミニウム膜を含む多層膜が用いられる。
酸化アルミニウムは半導体レーザの構成材料であるＧａＡｓと線膨張係数がほぼ同じであるために、ＧａＡｓの表面に誘電体膜として密着させた場合に密着性がよく、また熱伝導率が高いなどの利点を有するので、ＧａＡｓで構成される共振器に密着する第１層の誘電体膜として使用される。
とくに光が出射される共振器の前端面に配設される反射率の小さな反射率制御膜として酸化アルミニウム単層膜が用いられる。この酸化アルミニウム単層膜は膜厚を所定の値に設定することにより所望の反射率が得られるとともに複数層を積層する多層膜構成に比較して製造工程が短くなるなどの利点を有する。

一方、共振器の後端面には反射率の大きな反射率制御膜が配設され、この反射率の大きな反射率制御膜としては、酸化アルミニウムとシリコンとから構成される多層膜が用いられる。レーザ光の波長をλとした場合、共振器に後端面に密着する第１層（以下共振器端面に密着する層を第１層とし、この上に順次形成される層を、第２層、第３層・・・と呼称し、最外層にあって外部媒質と接触する層を最表層と呼称する）の誘電体膜として、ＧａＡｓの表面への密着性がよい酸化アルミニウムが用いられ、光学長がλ／４の整数倍となる膜厚を有する酸化アルミニウム膜が使用される。
さらにこの上の第２層の誘電体膜は光学長がλ／４となる膜厚を有するシリコン膜が使用され、このシリコン膜の上に第３層誘電体膜、第４層誘電体膜として順次膜厚が光学長がλ／４となる膜厚を有する酸化アルミニウム膜、光学長がλ／４となる膜厚を有するシリコン膜が使用され、外部媒質例えば空気と接触する第５層誘電体膜として光学長がλ／４となる膜厚を有する酸化アルミニウム膜が形成される。
しかし酸化アルミニウム膜を高温・高湿度環境の下で放置した場合、酸化アルミニウム膜中に水分が浸入し、その結果反射率が成膜直後の値に比べて大きく変化する。同様に窒化アルミニウム膜においても水分が浸入しその結果反射率が成膜直後の値と比較すると大きく変化する。

半導体レーザが不活性ガスもしくは乾燥空気などで密閉された環境で使用される場合、このような酸化アルミニウム膜中への水分の浸入を考慮する必要はない。しかし半導体レーザを不活性ガスもしくは乾燥空気などで密閉された環境で使用しない場合は、周囲の環境が高湿度となる場合が想定される。
このような高湿度の環境の下で半導体レーザを発振した場合、半導体レーザの前端面近傍で温度が上昇するに伴い酸化アルミニウム膜の反射率が変化し、これが半導体レーザの出力特性に悪影響を及ぼす。さらに酸化アルミニウム膜の反射率の変化や膜質の変化に伴って、半導体レーザの出射端面における瞬間光学損傷（Catastrophic Optical Damage : 以下、ＣＯＤと略称する）劣化を発生させる場合がある。
ＣＯＤ劣化とは、レーザ光が半導体レーザの共振器端面に形成された膜に吸収されることで膜が発熱し、温度上昇する結果、膜の融解が起こり共振器端面の破壊に到ることである。

反射率制御膜の公知例としては、半導体レーザチップのレーザ光出射端面側の端面保護膜が、第１層として光学長がλ／４となる膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜、第２層として光学長がλ／４となる膜厚のＳｉＯ_２膜、第３層として光学長がλ／４となる膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜、第４層として光学長がλ／４となる膜厚のＳｉＯ_２膜で形成された例が開示されている（例えば、特許文献１、第２頁右上欄および図１参照）。

また同様の公知例として、発振波長λ＝６６０ｎｍの赤色半導体レーザチップにおいて、レーザ光出射端面側の低反射膜が、第１層として光学長がλ／４となる膜厚であって屈折率ｎ１＝１．６３８のＡｌ_２Ｏ_３膜、第２層及び第４層として光学長がλ／４となる膜厚であって屈折率ｎ２＝ｎ4＝１．４８９のＳｉＯ_２膜、第３層として光学長がλ／４となる膜厚であって屈折率ｎ3＝２．０６３のＴａ_２Ｏ_５膜で形成された例が開示されている（例えば、特許文献２ ［００１９］〜［００２０］、図１参照）。

また同様の公知例として、半導体レーザチップの後端面の高反射膜が、第１層として光学長がλ／２となる膜厚のＡｌ_２Ｏ_３膜、第２層として光学長がλ／４となる膜厚のＳｉＯ_２膜、第３層として光学長がλ／４となる膜厚のＴａ_２Ｏ_５膜、第４層として光学長がλ／４となる膜厚のＳｉＯ_２膜、第５層として光学長がλ／４となる膜厚のＴａ_２Ｏ_５膜、第６層として光学長がλ／４となる膜厚のＳｉＯ_２膜、第７層として光学長がλ／４となる膜厚のＴａ_２Ｏ_５膜、第８層として光学長がλ／２となる膜厚のＳｉＯ_２膜で形成された例が開示されている（例えば、特許文献３ ［００４０］〜［００４７］、図３参照）。

また同様の公知例として、発振波長８００ｎｍの半導体レーザの共振器前端面上に、第１層誘電体膜として層厚ｄ1で屈折率ｎ1のＡｌ_２Ｏ_３膜、第２層誘電体膜として層厚ｄ2で屈折率ｎ2のＴｉＯ_２膜、第３層誘電体膜として層厚ｄ3で屈折率ｎ3のＳｉＯ_２膜で構成した多層膜を形成し、前端面の反射率を１３％に設定するためにｎ1ｄ1＝０．０９５、ｎ2ｄ2＝０．２０λ、ｎ3ｄ3＝０．２３５とした例が開示されている（例えば、特許文献４ ［００２３］〜［００２４］、図２参照）。

また非気密封止光モジュールを有する光伝送装置において、素子端面に酸化防止膜として酸化珪素などの膜を形成した場合においても高温高湿条件下での素子劣化に対して十分な耐性を持たせることができないので、外部の媒質と隣接する層をシリコン窒化膜で形成するものであるとして、劈開工程により共振器長６００μｍの素子を形成した後、後端面に発振波長λに対して、λ／（４ｎSiO2）厚さの酸化シリコンと同じくλ／（４ｎa-Si）厚さの非晶質シリコンの積層体３対からなる反射率９５％の反射膜を形成した後、λ／（２ｎSiNx）厚さのシリコン窒化物の膜を形成し、前端面には前記酸化シリコンと非晶質シリコンからなる積層体１層（反射率７０）を形成した後、後端面と同様のλ／（２ｎSiNx）厚さのシリコン窒化物の膜を形成した例が開示されている（例えば、特許文献５ ［０００７］〜［０００８］、［００１２］、［００２８］〜［００３０］、および図１参照）。

特開平３−２５９５８５号公報 特開２００４−２９６９０３号公報 特開２００４−３２７５８１号公報 特開２００１−１１９０９６号公報 特開２０００−６８５８６号公報

共振器端面の反射率制御膜を酸化アルミニウムや窒化アルミニウムの単層膜で形成する場合や、反射率制御膜を酸化アルミニウムや窒化アルミニウムの膜を含む多層膜で形成し、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムによって最表層膜を形成する場合では、最表層膜が先に述べたような水分の浸入によって反射率が変化し、これによりＣＯＤ劣化が発生しやすくなる場合があるという問題点があった。

また反射率制御膜を多層膜で形成し、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムの膜を最表層膜とせずに、これらの膜よりも耐湿性の高い膜、例えば酸化シリコンなどで最表層膜を形成する場合は、必ずしも最表層膜への水分の浸入による反射率の変化によりＣＯＤ劣化が発生するわけではないが、最表層膜も反射率制御膜の一部を構成しているので、レーザ光の波長をλとしたときに所定の厚み、例えば光学長としてλ／４もしくはλ／２の厚みが必要になる。この場合、最表層膜の熱伝導率が一段下層の、例えば酸化アルミニウムや窒化アルミニウムの膜の熱伝導率よりも低い場合には、最表層膜は下層の膜に比較して熱拡散が良好に行われず、ＣＯＤ劣化が起きやすくなる。さらにまた最表層に耐湿性に優れた材質の膜を使用しつつ所望の反射率を備えた多層膜を構成するという材料選定が難しく、設計の自由度が著しく低下するという問題点もあった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は簡単な構成によるＣＯＤ劣化の起きにくい表面膜を共振器の端面に配設することにより信頼性の高い半導体レーザ装置を構成することである。

この発明に係る半導体レーザ装置は、主たる光の出射端面である前端面とこの前端面に対向する後端面とを有しこれら両端面の間が共振器とされた半導体レーザ本体と、この半導体レーザ本体の前端面または後端面上に配設されるとともに、第１の熱伝導率を有する第１の誘電体膜、もしくは第１の誘電体膜が前端面または後端面から最も離れた層に配設された多層膜により構成された反射率制御膜と、この反射率制御膜の第１の誘電体膜の上に配設されるとともに膜厚が２０ｎｍ以下であって第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する表面保護膜と、を備えたものである。

この発明に係る半導体レーザ装置においては、反射率制御膜の上に配設された表面保護膜により反射率制御膜の反射率が変化することなしに外部媒質から遮蔽されるので外部環境による反射率の変化を防ぐことができるとともに表面保護膜を薄くすることにより表面保護膜の熱伝導率の大きさに関わりなく表面保護膜の良好な放熱特性を維持できるので、半導体レーザのＣＯＤ劣化を抑制することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。なお以下の図において図１と同じ符号は同一のものか相当のものを表す。
図１の半導体レーザ１０の断面図は半導体レーザの導波路方向に並行する断面における断面図で、矢印は半導体レーザ１０の出射光１２である。
この半導体レーザ１０は、一例としての発振波長が６６０ｎｍの赤色半導体レーザである。
半導体レーザ１０はｎ型のＧａＡｓ基板１４とこのＧａＡｓ基板１４の上に順次配設されたｎ型クラッド層１６、活性層１８、およびｐ型クラッド層２０が配設され、ｎ型クラッド層１６、活性層１８、およびｐ型クラッド層２０によって共振器２２が形成されている。またｐ型クラッド層２０の表面上にはｐ電極３２が、ＧａＡｓ基板１４の裏面上にはｎ電極３４がそれぞれ配設されている。

半導体レーザ本体３６は、ＧａＡｓ基板１４、このＧａＡｓ基板１４の上に配設された共振器２２、ｐ電極３２、及びｎ電極３４により構成されている。この半導体レーザ本体３６の等価屈折率は、例えば３．８１７である。
主たるレーザ光を出射する側の共振器２２の端面を含む劈開面をここでは半導体レーザ本体３６の前端面２４とし、半導体レーザ本体３６を介して前端面２４と対向する劈開面をここでは半導体レーザ本体３６の後端面２６とする。そして半導体レーザ本体３６の前端面２４の表面に密着して前部表面膜２８が配設され、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して後部表面膜３０が配設されている。

図２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの前部表面膜近傍の部分断面図である。
図２に示されるように、反射率が３％程度の低反射膜を得るために配設された前部表面膜２８において、半導体レーザ本体３６の前端面２４に密着して形成された第１層膜は、反射率制御膜である第１の誘電体膜としての酸化アルミニウム膜３８である。
酸化アルミニウム膜３８は屈折率が１．６５で、光学長がλ／４の膜厚を有し、その膜厚は１００ｎｍである。
この酸化アルミニウム膜３８の上に密着して表面保護膜としての酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜４０が配設されている。この酸化シリコン膜４０は屈折率が１．４５で膜厚は、例えばこの実施の形態の酸化シリコン膜４０では、５ｎｍである。

図３はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部表面膜近傍の部分断面図である。
図３において、反射率が７５％程度の高反射膜を得るために配設された後部表面膜３０は、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して配設された反射率制御膜としての５層膜４２とこの５層膜の上に密着して配設された表面保護膜としての酸化シリコン膜４０とで構成されている。
５層膜４２は、半導体レーザ本体３６に密着する第１層の誘電体膜として、ＧａＡｓとの密着性の良い酸化アルミニウム膜３８が配設される。酸化アルミニウム膜３８は屈折率が１．６５で、光学長がλ／４の膜厚を有し、その膜厚は１００ｎｍである。
５層膜４２の第２層の誘電体膜としてシリコン膜４４が配設され、このシリコン膜４４は屈折率が３．０で、光学長がλ／４の膜厚を有し、その膜厚は５５ｎｍである。
５層膜４２の第３層の誘電体膜は第１層の酸化アルミニウム膜３８と、５層膜４２の第４層の誘電体膜は第２層のシリコン膜４４と、５層膜４２の第５層の誘電体膜は第１層の酸化アルミニウム膜３８と、それぞれ同じ構成である。

このような構成を有する半導体レーザ１０はｐ電極３２に高電位が、またｎ電極３４に低電位が印加され、反射率の低い前部表面膜２８と反射率の高い後部表面膜３０との間で共振器２２を介してレーザ発振が励起され、半導体レーザ本体３６の前端面２４から前部表面膜２８を介してレーザ光が出射される。

図４はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの前端面に、酸化アルミニウム膜とこの酸化アルミニウム膜上に形成された酸化シリコン膜とが配設された場合の反射率の波長依存性を示すグラフである。
単層の酸化アルミニウム膜はその膜厚を制御することにより比較的自由にその反射率を変化せることができるので、反射制御膜として優れた特性を有しているが、高温・高湿環境下での耐湿性という点では必ずしも満足のいく材料ではない。このためにより耐湿性の優れた材料として酸化シリコン膜を表面保護膜として酸化アルミニウム膜の上に形成する。

図４に示されるように、酸化アルミニウム膜３８と酸化シリコン膜４０とを半導体レーザの前端面に形成した場合、発振波長が６６０ｎｍの光に対して２．９％の反射率を有する。
因みに半導体レーザの前端面に酸化アルミニウム膜のみを形成した場合の反射率の波長依存性を示す曲線は図４の曲線と概ね重なり、発振波長が６６０ｎｍの光に対して２．８％の反射率を有している。
従って５ｎｍ程度の酸化シリコン膜４０を反射率制御膜、ここでは酸化アルミニウム膜３８の上に付加したとしても反射率が０．１％しか変化していない。

図５はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後端面に配設された５層膜とこの５層膜上に酸化シリコン膜とを形成した場合の反射率の波長依存性を示すグラフである。
この５層膜の第５層は酸化アルミニウム膜３８となっているので、高温・高湿環境下での耐湿性という点では必ずしも満足のいく材料ではない。このためにより耐湿性の優れた材料として酸化シリコン膜４０を表面保護膜として酸化アルミニウム膜３８の上に形成する。図５に示されるように、５層膜４２と酸化シリコン膜４０とを形成した場合には、発振波長が６６０ｎｍの光に対して７７．０％の反射率を有する。
因みに半導体レーザの後端面に５層膜のみが配設された場合の反射率の波長依存性を示す曲線は図５の曲線と概ね重なり、発振波長が６６０ｎｍの光に対して７７．１％の反射率を有する。
従って５ｎｍ程度の酸化シリコン膜４０を反射率制御膜、ここでは５層膜４２の上に付加したとしても反射率が０．１％しか変化していない。
つぎに、酸化シリコン膜４０の耐湿性能について説明する。

図６はこの発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚５ｎｍの酸化シリコン膜の耐湿性能を示すグラフである。図７はこの発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜の耐湿性能を示すグラフである。図８はこの発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚２０ｎｍの酸化シリコン膜の耐湿性能を示すグラフである。図９はこの発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚５０ｎｍの酸化シリコン膜の耐湿性能を示すグラフである。
図６、図７、図８、及び図９に示された酸化シリコン膜の耐湿性能は、膜厚が１００ｎｍの酸化アルミニウム膜を成膜した後に所定の膜厚を有する酸化シリコン膜を成膜し、この酸化シリコン膜の成膜直後の反射率スペクトル（図において破線ａで示す）を計測し、次いで温度１２０℃、湿度１００％の環境下で１００時間放置する耐湿性試験を行い、この耐湿性試験後の反射率スペクトル（図において実線ｂで示す）を測定し、その変化の程度を比較したものである。

図６に示されるように、膜厚５ｎｍの酸化シリコン成膜直後の反射率スペクトルと耐湿性試験後の反射率スペクトルとはほとんど重なり、従ってほとんど変化しておらず、酸化シリコン膜が優れた耐湿性能を示すことが分かる。
この傾向は図７、図８、及び図９に示された、酸化シリコン膜の膜厚が１０ｎｍ、２０ｎｍ、及び５０ｎｍの場合のグラフにおいても同様である。
ただ、酸化シリコン膜の膜厚によって反射率スペクトルそのものが若干変化し、膜厚が２０ｎｍ程度まではそれほど反射率スペクトルそのものの差異はないが、膜厚が５０ｎｍ程度になると膜厚が２０ｎｍ程度の酸化シリコン膜の場合に比べて反射率スペクトルそのものの相違が大きくなる。

従ってこの実施の形態における酸化シリコン膜４０の膜厚を５ｎｍとしていたが、膜厚が２０ｎｍ以下程度であれば、酸化アルミニウム膜の反射率を維持しながら、耐湿性を向上することができるものと思える。
しかしながら酸化シリコン膜を形成する際における膜形成の制御性の良さを考慮すると、膜厚が１０ｎｍ近傍の酸化シリコン膜が望ましいと考えられる。
さらに、酸化シリコン膜４０の熱伝導率はその下層に配設された酸化アルミニウム膜３８の熱伝導率に比べて小さい。従って熱放散という視点で考えると酸化シリコン膜４０は薄いほど望ましいと考えられるが、上に述べたように、膜形成の制御性の良さを考慮すると、膜厚が１０ｎｍ近傍の酸化シリコン膜が望ましいと考えられる。

以上のように酸化シリコン膜４０により耐湿性能が向上し酸化アルミニウム膜３８の反射率の変化が阻止され、酸化シリコン膜４０の膜厚が薄くなることによる良好な熱放散が行われることにより、前部表面膜２８におけるＣＯＤ劣化が抑制される。
このように酸化アルミニウム膜３８の上に密着して表面保護膜としての酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜４０を形成することにより、半導体レーザ１０を不活性気体や乾燥空気で密閉していない環境でレーザ発振を行ってレーザ光の出射端面近傍の温度が上昇しても反射率が変化しないため、半導体レーザの出力特性への悪影響が回避されるとともに反射率の変化や膜質の変化が起こらないためにＣＯＤ劣化を抑制することができる。

ここに述べた酸化シリコン膜４０による耐湿性能の向上や、酸化シリコン膜４０の薄膜化による熱放散特性の向上は、半導体レーザ１０における前部表面膜２８のみならず、反射率制御膜として５層膜４２を使用した後部表面膜３０においても同様の効果を奏する。
さらに公知文献に見られるように、反射率制御膜の最表層膜として酸化シリコン膜を使用した場合、所定の反射率を得るための必要な光学長を有する膜厚にせざるを得ないので、膜厚を適宜に薄くすることはできず、場合によっては表面膜総体として良好な熱放散特性が得られない場合が生じることもあった。しかしこの実施の形態におけるような前部表面膜２８や後部表面膜３０においては、反射率制御膜としての酸化アルミニウム膜３８や５層膜４２とは別に表面保護膜である膜厚の薄い酸化シリコン膜４０を設けている。
すなわちこれは反射率制御膜の反射率に影響を与えないような表面保護膜を反射率制御膜の上に配設することである。よって表面保護膜が熱伝導率の小さな材質であったとしても、表面保護膜の膜厚を薄くすることにより反射率制御膜を含む表面膜総体として良好な熱放散特性が得られるという利点を備えている。

さらに前部表面膜２８や後部表面膜３０を、反射率制御膜とこの反射率制御膜の反射率に影響を与えないような表面保護膜とに分離することにより、適切な反射率を維持しながら外部媒質の環境、例えば高温・高湿度環境から十分遮蔽されるので、前部表面膜２８や後部表面膜３０の設計の自由度を高めることができる。

図１０はこの発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚５ｎｍの酸化タンタル膜の耐湿性能を示すグラフである。図１１はこの発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚１０ｎｍの酸化タンタル膜の耐湿性能を示すグラフである。図１２はこの発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚２０ｎｍの酸化タンタル膜の耐湿性能を示すグラフである。図１３はこの発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚５０ｎｍの酸化タンタル膜の耐湿性能を示すグラフである。
図１０、図１１、図１２、及び図１３に示された耐湿性能は酸化シリコン膜に替えて酸化タンタルを用いた場合の耐湿性能である。
この場合も、酸化タンタルの耐湿性能は、膜厚が１００ｎｍの酸化アルミニウム膜を成膜した後に所定の膜厚を有する酸化タンタル膜を成膜し、この酸化タンタル膜の成膜直後の反射率スペクトル（図において破線ａで示す）を計測し、次いで温度１２０℃、湿度１００％の環境下で１００時間放置する耐湿性試験を行い、この耐湿性試験後の反射率スペクトル（図において実線ｂで示す）を測定し、その変化の程度を比較したものである。

図１０、図１１、図１２、及び図１３に示された酸化タンタルの耐湿性能は、酸化タンタル成膜直後の反射率スペクトルと耐湿性試験後の反射率スペクトルとはほとんど重なったグラフになり、従ってほとんど変化しておらず、酸化タンタル膜が優れた耐湿性能を示すことが分かる。
従って、この実施の形態における前部表面膜２８や後部表面膜３０の酸化シリコン膜４０を酸化タンタル膜に置き換えても酸化シリコン膜を有する場合と同様の効果を奏する。

図１４はこの発明の一実施の形態に係る酸化タンタル膜の膜厚と反射率の変化との関係を示すグラフである。
図１４に示されたグラフは、例えば６６０ｎｍの半導体レーザ１０の前部表面膜２８と同様に反射率制御膜として第１層に酸化アルミニウム膜を用い、この酸化アルミニウム膜の屈折率を１．６４５とし膜厚を８３ｎｍとすることにより反射率は６％になる。この酸化アルミニウム膜の上に屈折率２．０の酸化タンタル膜を形成した場合の膜厚の変化に対する反射率の変化を示している。
図１４から分かるように、膜厚が２０ｎｍ以下では反射率が３〜６％とあまり変化しないのに対し、膜厚が２０ｎｍを越えると膜厚に対する反射率の変化率が大きくなっている。
この点についても酸化シリコン膜を表面保護膜とした場合と同様の傾向が認められ、酸化タンタル膜を表面保護膜と使用する場合は層厚が２０ｎｍ以下である方が望ましい。

上述のように半導体レーザ１０は共振器２２を含む半導体レーザ本体３６の前部表面膜２８や後部表面膜３０を、反射率制御膜の一部であって最表層膜とするかあるいは単層膜とした酸化アルミニウム膜３８と表面保護膜としてこの酸化アルミニウム膜３８の上に配設された膜厚が２０ｎｍ以下の酸化シリコン膜４０とを有しているので、酸化シリコン膜４０により酸化アルミニウム膜を含む反射率制御膜の反射率が変化することなく酸化アルミニウム膜３８を空気中の水分から遮蔽できるので、環境雰囲気による反射率の変化が阻止され、また酸化アルミニウム膜よりも熱伝導率の低い酸化シリコン膜を薄くすることにより、前部表面膜２８や後部表面膜３０の総体としての熱拡散を良好に維持できることにより、ＣＯＤ劣化の少ない構成となる。

以上のように、この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置は、主たる光の出射端面である前端面とこの前端面に対向する後端面とを有しこれら両端面の間が共振器とされた半導体レーザ本体と、この半導体レーザ本体の前端面または後端面上に配設されるとともに、第１の熱伝導率を有する第１の誘電体膜、もしくは第１の誘電体膜が前端面または後端面から最も離れた層に配設された多層膜により構成された反射率制御膜と、この反射率制御膜の第１の誘電体膜の上に配設されるとともに膜厚が２０ｎｍ以下であって第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する表面保護膜と、を備えたものであり、この構成によって反射率制御膜の上に配設された表面保護膜により反射率制御膜の反射率が変化することなしに外部媒質から遮蔽されるので外部環境による反射率の変化を防ぐことができるとともに表面保護膜を薄くすることにより表面保護膜の熱伝導率の大きさに関わりなく表面保護膜の良好な放熱特性を維持できるので、半導体レーザのＣＯＤ劣化を抑制することができる。延いては簡単な構成によるＣＯＤ劣化の起きにくい表面膜を共振器の端面に配設することにより信頼性の高い半導体レーザ装置を構成することができる。

なお、以上の説明にいては、反射率制御膜として酸化アルミニウム膜について説明したが窒化アルミニウムなどのアルミニウムを含む酸化物や窒化物からなる誘電体膜やシリコン窒化膜に対しても同様の効果を奏する。
また、表面保護膜を構成する材料として、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）と酸化タンタルについて説明したが、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）と酸化タンタルに加えて、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウムから選択された材料を用いて表面保護膜を構成しても同様の効果を奏する。
また上記説明において、反射率制御膜とこの上に配設された表面保護膜とを、半導体レーザ本体の前端面と後端面の両方に設けた例を説明したが、どちらか一方にのみ設けてもかまわない。

以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置は、電子情報機器などに用いられる半導体レーザ装置に適している。

この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面図である この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの前部表面膜近傍の部分断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部表面膜近傍の部分断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの前端面に、酸化アルミニウム膜とこの酸化アルミニウム膜上に形成された酸化シリコン膜とが配設された場合の反射率の波長依存性を示すグラフである。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後端面に配設された５層膜とこの５層膜上に酸化シリコン膜とを形成した場合の反射率の波長依存性を示すグラフである。 この発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚５ｎｍの酸化シリコン膜の耐湿性能を示すグラフである。 この発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜の耐湿性能を示すグラフである。 この発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚２０ｎｍの酸化シリコン膜の耐湿性能を示すグラフである。 この発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚５０ｎｍの酸化シリコン膜の耐湿性能を示すグラフである。 この発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚５ｎｍの酸化タンタル膜の耐湿性能を示すグラフである。 この発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚１０ｎｍの酸化タンタル膜の耐湿性能を示すグラフである。 この発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚２０ｎｍの酸化タンタル膜の耐湿性能を示すグラフである。 この発明の一実施の形態の半導体レーザに係る膜厚５０ｎｍの酸化タンタル膜の耐湿性能を示すグラフである。 この発明の一実施の形態に係る酸化タンタル膜の膜厚と反射率の変化との関係を示すグラフである。

符号の説明

２２ 共振器、 ３６ 半導体レーザ本体、 ３８ 酸化アルミニウム膜、 ４２ ５層膜、 ４０ 酸化シリコン膜。

Claims (5)

1. 主たる光の出射端面である前端面とこの前端面に対向する後端面とを有しこれら両端面の間が共振器とされた半導体レーザ本体と、
   この半導体レーザ本体の前端面または後端面上に配設されるとともに、第１の熱伝導率を有する第１の誘電体膜、もしくは前記第１の誘電体膜が上記前端面または後端面から最も離れた層に配設された多層膜により構成された反射率制御膜と、
   この反射率制御膜の上記第１の誘電体膜の上に配設されるとともに膜厚が２０ｎｍ以下であって上記第１の熱伝導率よりも小さい第２の熱伝導率を有する表面保護膜と、
   を備えた半導体レーザ装置。
2. 第１の誘電体膜がＡｌを含む誘電体もしくはシリコンの窒化物により形成されていることを特徴とした請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 表面保護膜が酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウムから選択される材料により形成された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。
4. 第１の誘電体膜が酸化アルミニウム膜であって、表面保護膜の膜厚が１０ｎｍ近傍であることを特徴とした請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
5. 前端面および後端面のいずれにも反射率制御膜と表面保護膜とが配設されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

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