JP4947912B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、光共振器端面の反射面上に誘電体膜を備えた半導体レーザ素子に関する。

従来、光共振器端面の反射面上に誘電体膜を備えた半導体レーザ素子が知られている。この半導体レーザ素子では、光共振器端面の反射面上に誘電体膜を形成することにより、レーザ発振光が光共振器端面の反射面から出射するのを抑制してレーザ発振光の出射効率を向上させている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、半導体レーザ素子の端面（光共振器端面）の反射面上に、８３ｎｍの厚みを有する酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜と５１ｎｍの厚みを有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜とをこの順番で３回積層した誘電体反射鏡（誘電体膜）を備えた半導体レーザ素子が開示されている。この特許文献１では、誘電体反射鏡における４８５ｎｍの波長を有する光の反射率を９２％とすることが可能であるとともに、４６０ｎｍ〜５２０ｎｍの波長を有する光の反射率を９０％とすることが可能である。

特開平６−９７５７０号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された誘電体反射鏡を、４６０ｎｍ〜５２０ｎｍよりも広い範囲の波長を有する多波長の半導体レーザ素子に適用した場合には、共振器端面の反射面側の反射率を大きくするのが困難であるという問題点がある。具体的には、上記特許文献１の誘電体反射鏡を、青色半導体レーザ素子部（４１０ｎｍ）および赤色半導体レーザ素子部（６６０ｎｍ）からなる２波長半導体レーザ素子の共振器端面の反射面側に用いた場合には、誘電体反射鏡（誘電体膜）における４１０ｎｍの波長を有する光の反射率、および、６６０ｎｍの波長を有する光の反射率の両方の反射率を大きくするのが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、広い波長範囲で異なる発振波長を有する光を出射する場合にも、光共振器端面の反射面側の反射率を大きくすることが可能な半導体レーザ素子を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体レーザ素子は、第１の発振波長を有する第１半導体レーザ素子部と、第１半導体レーザ素子部と一体的に形成され、第１の発振波長とは異なる第２の発振波長を有する第２半導体レーザ素子部と、第１半導体レーザ素子部および第２半導体レーザ素子部の光共振器端面の反射面上に形成され、酸化ニオブを含有する第１誘電体膜とを備える。

この一の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、第１半導体レーザ素子部および第２半導体レーザ素子部の光共振器端面の反射面上に、少なくとも酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する第１誘電体膜を設けることによって、たとえば、第１誘電体膜を酸化チタン（ＴｉＯ_２）のみにより形成する場合に比べて、第１誘電体膜の屈折率を大きくすることができるので、広い発振波長の範囲において光の反射率を大きくすることができる。これにより、第１半導体レーザ素子部および第２半導体レーザ素子部が広い波長範囲の異なる発振波長を有する光を出射する場合に、両方の光に対して光共振器端面の反射面における反射率を大きくすることができる。

上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１誘電体膜は、酸化ニオブおよび酸化チタンからなる。このように構成すれば、たとえば、第１誘電体膜を約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）により形成した場合に、第１誘電体膜の屈折率を約２．８にすることができるので、酸化チタン（ＴｉＯ_２）のみからなる第１誘電体膜の屈折率（約２．０）に比べて、第１誘電体膜の屈折率を容易に大きくすることができる。

上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、 第１誘電体膜の屈折率よりも小さい屈折率を有する第２誘電体膜をさらに備え、第１半導体レーザ素子部の第１の発振波長と第２半導体レーザ素子部の第２の発振波長との中心波長をλとし、第１誘電体膜および第２誘電体膜の屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２とした場合、第１誘電体膜の厚みｔ１および第２誘電体膜の厚みｔ２は、それぞれ、ｔ１＝λ／（４×ｎ１）、ｔ２＝λ／（４×ｎ２）により設定される。このように構成すれば、第１誘電体膜と第２誘電体膜との積層構造による光の反射を大きくすることができるので、容易に、光共振器端面の反射面における反射率を大きくすることができる。

上記第２誘電体膜を備える半導体レーザ素子において、好ましくは、第１半導体レーザ素子部および第２半導体レーザ素子部の光共振器端面の反射面上に、第１誘電体膜および第２誘電体膜が交互に複数回積層されている。このように構成すれば、第１誘電体膜および第２誘電体膜を交互に積層した構造により光の反射をより大きくすることができるので、光共振器端面の反射面における光の反射率をより大きくすることができる。

上記第２誘電体膜を備える半導体レーザ素子において、好ましくは、第２誘電体膜は、酸化シリコンからなる。このように構成すれば、第１誘電体膜を酸化ニオブおよび酸化チタンにより形成した場合に、容易に、第１誘電体膜よりも屈折率の小さい酸化シリコンからなる第２誘電体膜を形成することができる。

上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１半導体レーザ素子部は、青色半導体レーザ素子部を含み、第２半導体レーザ素子部は、赤色半導体レーザ素子部を含む。このように構成すれば、光共振器端面の反射面側の反射率が大きい青色半導体レーザ素子部および赤色半導体レーザ素子部を備える２波長の半導体レーザ素子を得ることができる。

上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１半導体レーザ素子部および第２半導体レーザ素子部の光共振器端面の出射面上に形成され、第１誘電体膜よりも屈折率の小さい第３誘電体膜をさらに備える。このように構成すれば、光共振器端面の出射面の反射率を、光共振器端面の反射面の反射率に比べて小さくすることができるので、光共振器端面からの光の出射効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による２波長半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図２は、図１に示した第１実施形態による２波長半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。まず、図１および図２を参照して、第１実施形態による２波長半導体レーザ素子１の構造について説明する。

第１実施形態による２波長半導体レーザ素子１では、図１に示すように、約４１０ｎｍの発振波長を有する青色半導体レーザ素子部２と、約６６０ｎｍの発振波長を有する赤色半導体レーザ素子部３とが接合されることにより形成されている。具体的には、青色半導体レーザ素子部２の主表面２ａの一部上に、ＡｕＳｎ合金からなる接合層４を介して、赤色半導体レーザ素子部３の裏面３ｃに設けられた電極（図示せず）が接合されている。また、青色半導体レーザ素子部２の主表面２ａの赤色半導体レーザ素子部３が形成されていない領域上には、青色半導体レーザ用電極２ｄおよび赤色半導体レーザ用電極２ｅが所定の間隔を隔てて形成されている。また、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３の光共振器端面の反射面２ｂおよび３ａ上には、高屈折率誘電体膜５が形成されている。また、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３の光共振器端面の出射面２ｃおよび３ｂ上には、低屈折率誘電体膜６が形成されている。なお、２波長半導体レーザ素子１は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例であり、青色半導体レーザ素子部２は、本発明の「第１半導体レーザ素子部」の一例である。また、赤色半導体レーザ素子部３は、本発明の「第２半導体レーザ素子部」の一例である。

ここで、第１実施形態では、高屈折率誘電体膜５は、図２に示すように、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜５ａと、約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜５ｂとにより形成されている。なお、酸化シリコン膜５ａは、本発明の「第２誘電体膜」の一例であり、酸化チタン膜５ｂは、本発明の「第１誘電体膜」の一例である。また、酸化シリコン膜５ａ、および、酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂは、交互に５層ずつ積層されている。また、酸化シリコン膜５ａは、約１．４７の屈折率を有している。また、酸化シリコン膜５ａの膜厚ｔ３は、青色半導体レーザ素子部２の発振波長（約４１０ｎｍ）と、赤色半導体レーザ素子部３の発振波長（約６６０ｎｍ）との中心波長λ１を、λ１＝（４１０＋６６０）／２＝約５００ｎｍとして、中心波長λ１および酸化シリコン膜５ａの屈折率ｎ３（約１．４７）を用いて、以下のように設定されている。すなわち、酸化シリコン膜５ａは、膜厚ｔ３＝λ１／（４×ｎ３）＝５００／（４×１．４７）＝約８５ｎｍを有している。また、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂは、約２．８の屈折率を有している。また、酸化チタン膜５ｂの膜厚ｔ４は、青色半導体レーザ素子部２の発振波長（約４１０ｎｍ）と、赤色半導体レーザ素子部３の発振波長（約６６０ｎｍ）との中心波長λ１（約５００ｎｍ）、および、酸化チタン膜５ｂの屈折率ｎ４（約２．８）を用いて、以下のように設定されている。すなわち、酸化チタン膜５ｂは、膜厚ｔ４＝λ１／（４×ｎ４）＝５００／（４×２．８）＝約４５ｎｍを有している。また、低屈折率誘電体膜６は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜６ａにより形成されている。なお、酸化アルミニウム膜６ａは、本発明の「第３誘電体膜」の一例である。また、酸化アルミニウム膜６ａは、一層のみ形成されている。また、酸化アルミニウム膜６ａは、約１．６５の屈折率および約９０ｎｍの厚みを有している。

第１実施形態では、上記のように、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３の光共振器端面の反射面２ｂおよび３ａ上に、約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜５ｂを設けることによって、たとえば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）のみにより形成する膜の屈折率（約２．０）に比べて、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂの屈折率（約２．８）を大きくすることができるので、広い発振波長の範囲において光の反射率を大きくすることができる。また、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜５ａと、約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜５ｂとをλ１／（４×ｎ）（λ１：中心波長、ｎ：屈折率）の厚み（約８５ｎｍ、約４５ｎｍ）に設定して交互に積層することによって、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３の光共振器端面の反射率をより大きくすることができる。これにより、約４１０ｎｍの発振波長を有する青色半導体レーザ素子部２および約６６０ｎｍの発振波長を有する赤色半導体レーザ素子部３の発振光を反射する場合に、両方の光に対して光共振器端面の反射面２ｂおよび３ａ側の反射率を大きくすることができる。

また、第１実施形態では、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３の光共振器端面の出射面２ｃおよび３ｂ上に、酸化チタン膜５ｂよりも屈折率の小さい酸化アルミニウム膜６ａを設けることによって、光共振器端面の出射面２ｃおよび３ｂの反射率を、光共振器端面の反射面２ｂおよび３ａの反射率に比べて小さくすることができるので、光共振器端面からの光の出射効率を向上させることができる。

次に、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による２波長半導体レーザ素子１の製造プロセスについて説明する。

まず、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３を準備する。そして、青色半導体レーザ素子部２の主表面２ａの一部上に、ＡｕＳｎ合金からなる接合層４を介して赤色半導体レーザ素子部３を接合する。この際、青色半導体レーザ素子部２の主表面２ａに形成された赤色半導体レーザ用電極２ｅに、赤色半導体レーザ素子部３の裏面３ｃに形成された電極（図示せず）をＡｕＳｎ合金からなる接合層４を介して接合する。その後、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３の光共振器端面の反射面２ｂおよび３ａ上に、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）蒸着法により、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜５ａを約８５ｎｍの厚みで蒸着する。そして、酸化シリコン膜５ａ上に、ＥＢ蒸着法により、約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する酸化チタン膜５ｂを約４５ｎｍの厚みで蒸着する。その後、酸化シリコン膜５ａと、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂとを交互に４回ずつ積層する。そして、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３の光共振器端面の出射面２ｃおよび３ｂ上に、スパッタ法により、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜６ａを約９０ｎｍの厚みで形成する。

次に、上記第１実施形態の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂの反射率に関する効果を確認するために行った実験（実施例１および比較例１）について説明する。この比較実験では、上記した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、酸化シリコン膜５ａと酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂとを交互に積層した高屈折率誘電体膜５を備える上記第１実施形態に対応する実施例１による２波長半導体レーザ素子１を実際に作製した。また、実施例１に対する比較例１として、図３に示すように、青色半導体レーザ素子部２および赤色半導体レーザ素子部３の光共振器端面の反射面２ｂおよび３ａ上に、ＥＢ蒸着法を用いて、酸化シリコン膜１０５ａ（膜厚：約８５ｎｍ）と酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１０５ｂ（膜厚：約６３ｎｍ）とを交互に積層した高屈折率誘電体膜１０５を備える２波長半導体レーザ素子１０１を作製した。なお、比較例１による２波長半導体レーザ素子１０１の上記した以外の構造は、実施例１による２波長半導体レーザ素子１の構造と同様になるように作製した。そして、上記実施例１および比較例１による２波長半導体レーザ素子１および１０１の光共振器端面の反射面２ｂおよび３ａ上に形成した高屈折率誘電体膜５および１０５の反射率を測定した。その結果を図４および図５に示す。

図４および図５を参照して、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂを用いた実施例１による反射率は、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１０５ｂを用いた比較例１の反射率に比べて、広い発振波長の範囲において、大きくなることが判明した。具体的には、酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂを用いた実施例１による反射率は、図４に示すように、青色半導体レーザ素子部２の発振波長（約４１０ｎｍ）において約８４％であるとともに、赤色半導体レーザ素子部３の発振波長（約６６０ｎｍ）において約６２％であった。また、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１０５ｂを用いた比較例１による反射率は、図５に示すように、青色半導体レーザ素子部２の発振波長（約４１０ｎｍ）において約２０％であるとともに、赤色半導体レーザ素子部３の発振波長（約６６０ｎｍ）において約２６％であった。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、酸化チタン膜５ｂに約５質量％の酸化ニオブを含有することにより、酸化チタン膜５ｂの屈折率（約２．８）を、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１０５ｂの屈折率（約２．０）よりも大きくすることが可能となるので、酸化ニオブを含有する酸化チタン膜５ｂを用いた実施例１による反射率は、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１０５ｂを用いた比較例１の反射率に比べて、広い発振波長の範囲において、大きくなったと考えられる。

（第２参考形態）
図６は、本発明の第２参考形態によるモノリシック２波長半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図７は、図６に示した第２参考形態によるモノリシック２波長半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。まず、図６および図７を参照して、第２参考形態によるモノリシック２波長半導体レーザ素子１０の構造について説明する。

第２参考形態によるモノリシック２波長半導体レーザ素子１０では、図６に示すように、約７８０ｎｍの発振波長を有する赤外半導体レーザ素子部１１と、約６６０ｎｍの発振波長を有する赤色半導体レーザ素子部１２とが一体的に形成されている。また、赤外半導体レーザ素子部１１と赤色半導体レーザ素子部１２との間には、赤外半導体レーザ素子部１１と赤色半導体レーザ素子部１２とを電気的に分離するための分離溝１３が形成されている。また、赤外半導体レーザ素子部１１の主表面１１ｃには、電極１１ｄが形成されている。また、赤色半導体レーザ素子部１２の主表面１２ｃには、電極１２ｄが形成されている。また、赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２の光共振器端面の反射面１１ａおよび１２ａ上には、高屈折率誘電体膜１４が形成されている。また、赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２の光共振器端面の出射面１１ｂおよび１２ｂ上には、低屈折率誘電体膜１５が形成されている。なお、モノリシック２波長半導体レーザ素子１０は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例であり、赤外半導体レーザ素子部１１は、本発明の「第１半導体レーザ素子部」の一例である。また、赤色半導体レーザ素子部１２は、本発明の「第２半導体レーザ素子部」の一例である。

ここで、第２参考形態では、図７に示すように、高屈折率誘電体膜１４は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜１４ａと、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜１４ｂと、約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_３）を含有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜１４ｃとにより形成されている。なお、酸化シリコン膜１４ｂは、本発明の「第２誘電体膜」の一例であり、酸化チタン膜１４ｃは、本発明の「第１誘電体膜」の一例である。また、酸化アルミニウム膜１４ａは、赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２の光共振器端面の反射面１１ａおよび１２ａに接触するように、一層のみ形成されている。この酸化アルミニウム膜１４ａは、約１．６５の屈折率を有している。また、酸化アルミニウム膜１４ａの膜厚ｔ５は、赤外半導体レーザ素子部１１の発振波長（約７８０ｎｍ）と、赤色半導体レーザ素子部１２の発振波長（約６６０ｎｍ）との中心波長λ２を、λ２＝（６６０＋７８０）／２＝約７２０ｎｍとして、中心波長λ２および酸化アルミニウム膜１４ａの屈折率ｎ５（約１．６５）を用いて、以下のように設定されている。すなわち、酸化アルミニウム膜１４ａは、膜厚ｔ５＝λ２／（４×ｎ５）＝７２０／（４×１．６５）＝約１０９ｎｍを有している。また、酸化シリコン膜１４ｂ、および、酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃは、交互に５層ずつ積層されている。また、酸化シリコン膜１４ｂは、約１．４７の屈折率を有している。また、酸化シリコン膜１４ｂの膜厚ｔ６は、赤外半導体レーザ素子部１１の発振波長（約７８０ｎｍ）と、赤色半導体レーザ素子部１２の発振波長（約６６０ｎｍ）との中心波長λ２（約７２０ｎｍ）、および、酸化シリコン膜１４ｂの屈折率ｎ６（約１．４７）を用いて、以下のように設定されている。すなわち、酸化シリコン膜１４ｂは、膜厚ｔ６＝λ２／（４×ｎ６）＝７２０／（４×１．４７）＝約１２２ｎｍを有している。また、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃは、約２．８の屈折率を有している。また、酸化チタン膜１４ｃの膜厚ｔ７は、赤外半導体レーザ素子部１１の発振波長（約７８０ｎｍ）と、赤色半導体レーザ素子部１２の発振波長（約６６０ｎｍ）との中心波長λ２（約７２０ｎｍ）、および、酸化チタン膜１４ｃの屈折率ｎ７（約２．８）を用いて、以下のように設定されている。すなわち、酸化チタン膜１４ｃは、膜厚ｔ７＝λ２／（４×ｎ７）＝７２０／（４×２．８）＝約６４ｎｍを有している。また、低屈折率誘電体膜１５は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜１５ａにより形成されている。なお、酸化アルミニウム膜１５ａは、本発明の「第３誘電体膜」の一例である。また、酸化アルミニウム膜１５ａは、一層のみ形成されている。また、酸化アルミニウム膜１５ａは、約１．６５の屈折率および約７７．５ｎｍの厚みを有している。

第２参考形態では、上記のように、赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２の光共振器端面の反射面１１ａおよび１２ａ上に、約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜１４ｃを設けることによって、たとえば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）のみにより形成する膜の屈折率（約２．０）に比べて、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃの屈折率（約２．８）を大きくすることができるので、広い発振波長の範囲において光の反射率を大きくすることができる。また、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜１４ｂと、約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜１４ｃとをλ２／（４×ｎ）（λ２：中心波長、ｎ：屈折率）の厚み（約１２２ｎｍ、約６４ｎｍ）に設定して交互に積層することによって、赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２の光共振器端面の反射率をより大きくすることができる。これにより、約７８０ｎｍの発振波長を有する赤外半導体レーザ素子部１１および約６６０ｎｍの発振波長を有する赤色半導体レーザ素子部１２の発振光を反射する場合に、両方の光に対して光共振器端面の反射面１１ａおよび１２ａ側の反射率を大きくすることができる。

なお、第２参考形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図６および図７を参照して、本発明の第２参考形態によるモノリシック２波長半導体レーザ素子１０の製造プロセスについて説明する。

まず、一体的に形成された赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２を準備する。そして、赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２の光共振器端面の反射面１１ａおよび１２ａ上に、スパッタ法により、酸化アルミニウム膜１４ａを約１０９ｎｍの厚みで形成する。その後、酸化アルミニウム膜１４ａ上に、ＥＢ蒸着法により、酸化シリコン膜１４ｂを約１２２ｎｍの厚みで蒸着する。そして、酸化シリコン膜１４ｂ上に、ＥＢ蒸着法により、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃを約６４ｎｍの厚みで蒸着する。その後、酸化シリコン膜１４ｂと、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃとを交互に４回ずつ積層する。そして、赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２の光共振器端面の出射面１１ｂおよび１２ｂ上に、スパッタ法により、酸化アルミニウム膜１５ａを約７７．５ｎｍの厚みで形成する。

次に、上記第２参考形態の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃの反射率に関する効果を確認するために行った実験（参考例２および比較例２）について説明する。この確認実験では、上記した第２参考形態と同様のプロセスを用いて、酸化アルミニウム膜１４ａと、酸化シリコン膜１４ｂと、酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃとを含む高屈折率誘電体膜１４を備える上記第２参考形態に対応する参考例２によるモノリシック２波長半導体レーザ素子１０を実際に作製した。また、参考例２に対する比較例２として、図８に示すように、赤外半導体レーザ素子部１１および赤色半導体レーザ素子部１２の光共振器端面の反射面１１ａおよび１２ａ上に、酸化アルミニウム膜１１４ａ（膜厚：約１０９ｎｍ）と、酸化シリコン膜１１４ｂ（膜厚：約１２２ｎｍ）と、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１１４ｃ（膜厚：約９０ｎｍ）とを含む高屈折率誘電体膜１１４を備えるモノリシック２波長半導体レーザ素子１１０を作製した。なお、比較例２によるモノリシック２波長半導体レーザ素子１１０の上記した以外の構造は、参考例２によるモノリシック２波長半導体レーザ素子１０の構造と同様になるように作製した。そして、上記参考例２および比較例２によるモノリシック２波長半導体レーザ素子１０および１１０の光共振器端面の反射面１１ａおよび１２ａ上に形成した高屈折率誘電体膜１４および１１４の反射率を測定した。その結果を図９および図１０に示す。

図９および図１０を参照して、約５質量％の酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃを用いた参考例２による反射率は、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１１４ｃを用いた比較例２の反射率に比べて、広い発振波長の範囲において、大きくなることが判明した。具体的には、酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃを用いた参考例２による反射率は、図９に示すように、赤色半導体レーザ素子部１２の発振波長（約６６０ｎｍ）において約１００％であるとともに、赤外半導体レーザ素子部１１の発振波長（約７８０ｎｍ）において約１００％であった。また、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１１４ｃを用いた比較例２による反射率は、図１０に示すように、赤色半導体レーザ素子部１２の発振波長（約６６０ｎｍ）において約８７％であるとともに、赤外半導体レーザ素子部１１の発振波長（約７８０ｎｍ）において約９０％であった。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、酸化チタン膜１４ｃに約５質量％の酸化ニオブを含有することにより、酸化チタン膜１４ｃの屈折率（約２．８）を、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１１４ｃの屈折率（約２．０）よりも大きくすることが可能となるので、酸化ニオブを含有する酸化チタン膜１４ｃを用いた参考例２による反射率は、酸化ニオブを含有しない酸化チタン膜１１４ｃを用いた比較例２の反射率に比べて、広い発振波長の範囲において、大きくなったと考えられる。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態および実施例では、青色半導体レーザ素子部および赤色半導体レーザ素子部からなる２波長半導体レーザ素子や、赤外半導体レーザ素子部および赤色半導体レーザ素子部からなるモノリシック２波長半導体レーザ素子に適用する例について説明したが、本発明はこれに限らず、青色半導体レーザ素子部および赤色半導体レーザ素子部の組合せや、赤外半導体レーザ素子部および赤色半導体レーザ素子部の組合せ以外の組合せからなる多波長の半導体レーザ素子にも適用可能である。

また、上記実施形態および実施例では、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜に含有した例を示したが、本発明はこれに限らず、酸化ニオブを酸化チタン以外の材質からなる膜に含有させるようにしてもよい。

また、上記実施形態および実施例では、酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜に約５質量％の酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有した例を示したが、本発明はこれに限らず、酸化チタン膜に約５質量％以外の質量％で酸化ニオブを含有してもよい。

また、上記実施形態および実施例では、高屈折率誘電体膜および低屈折率誘電体膜をＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３を用いて形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、高屈折率誘電体膜および低屈折率誘電体膜をＺｒＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２およびＣａＦ_２などを用いて形成してもよい。

本発明の第１実施形態による２波長半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。 図１に示した第１実施形態による２波長半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。 図１に示した第１実施形態の比較例１による２波長半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。 図１に示した第１実施形態の実施例１による光共振器端面の反射面の反射率を測定した結果を示したグラフである。 図１に示した第１実施形態の比較例１による光共振器端面の反射面の反射率を測定した結果を示したグラフである。 本発明の第２参考形態によるモノリシック２波長半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。 図６に示した第２参考形態によるモノリシック２波長半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。 図６に示した第２参考形態の比較例２によるモノリシック２波長半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。 図６に示した第２参考形態の参考例２による光共振器端面の反射面の反射率を測定した結果を示したグラフである。 図６に示した第２参考形態の比較例２による光共振器端面の反射面の反射率を測定した結果を示したグラフである。

１ ２波長半導体レーザ素子（半導体レーザ素子）
２ 青色半導体レーザ素子部（第１半導体レーザ素子部）
２ｂ 反射面
２ｃ 出射面
３ 赤色半導体レーザ素子部（第２半導体レーザ素子部）
３ａ 反射面
３ｂ 出射面
５ａ 酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜（第２誘電体膜）
５ｂ 酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜（第１誘電体膜）
６ 低屈折率誘電体膜
６ａ 酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜（第３誘電体膜）
１０ モノリシック２波長半導体レーザ素子（半導体レーザ素子）
１１ 赤外半導体レーザ素子部（第１半導体レーザ素子部）
１１ａ 反射面
１１ｂ 出射面
１２ 赤色半導体レーザ素子部（第２半導体レーザ素子部）
１２ａ 反射面
１２ｂ 出射面
１４ｂ 酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜（第２誘電体膜）
１４ｃ 酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜（第１誘電体膜）
１５ 低屈折率誘電体膜
１５ａ 酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜（第３誘電体膜）

Claims (6)

1. 第１の発振波長を有する第１半導体レーザ素子部と、
   前記第１の発振波長とは異なる第２の発振波長を有する第２半導体レーザ素子部と、
   前記第１半導体レーザ素子部および前記第２半導体レーザ素子部の光共振器端面の反射面上に、交互に複数回積層されている第１誘電体膜と第２誘電体膜とを備え、
   前記第１誘電体膜は、酸化ニオブを含有し、
   前記第２誘電体膜は、前記第１誘電体膜の屈折率よりも小さい屈折率を有し、
   前記第１半導体レーザ素子部上に前記第２半導体レーザ素子部が接合され、
   前記第１半導体レーザ素子部上の前記第２半導体レーザ素子部が接合されていない領域には、前記第１半導体レーザ素子部用の電極と前記第２半導体レーザ素子部用の電極が、前記第１半導体レーザ素子部の光共振器方向に所定の間隔を隔てて形成されている、半導体レーザ素子。
2. 前記第１誘電体膜は、酸化ニオブおよび酸化チタンからなる、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記第１半導体レーザ素子部の前記第１の発振波長と前記第２半導体レーザ素子部の前記第２の発振波長との中心波長をλとし、前記第１誘電体膜および前記第２誘電体膜の屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２とした場合、
   前記第１誘電体膜の厚みｔ１および前記第２誘電体膜の厚みｔ２は、それぞれ、ｔ１＝λ／（４×ｎ１）、ｔ２＝λ／（４×ｎ２）により設定される、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記第２誘電体膜は、酸化シリコンからなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
5. 前記第１半導体レーザ素子部は、青色半導体レーザ素子部を含み、
   前記第２半導体レーザ素子部は、赤色半導体レーザ素子部を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
6. 前記第１半導体レーザ素子部および前記第２半導体レーザ素子部の光共振器端面の出射面上に形成され、前記第１誘電体膜よりも屈折率の小さい第３誘電体膜をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
   

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