JP5195726B2 - Laser apparatus and manufacturing method of reflection film - Google Patents

Laser apparatus and manufacturing method of reflection film Download PDF

Info

Publication number
JP5195726B2
JP5195726B2 JP2009266030A JP2009266030A JP5195726B2 JP 5195726 B2 JP5195726 B2 JP 5195726B2 JP 2009266030 A JP2009266030 A JP 2009266030A JP 2009266030 A JP2009266030 A JP 2009266030A JP 5195726 B2 JP5195726 B2 JP 5195726B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
thickness
film
refractive index
reflectance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2009266030A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010045404A (en
Inventor
元 小路
昌博 米田
晴久 雙田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2009266030A priority Critical patent/JP5195726B2/en
Publication of JP2010045404A publication Critical patent/JP2010045404A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5195726B2 publication Critical patent/JP5195726B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4236Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/4245Mounting of the opto-electronic elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/17Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/176Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/02218Material of the housings; Filling of the housings
    • H01S5/02234Resin-filled housings; the housings being made of resin
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02251Out-coupling of light using optical fibres
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/023Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Description

本発明は、反射膜の製造方法、及び反射膜を用いたレーザ装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a reflective film, and a laser device using the reflective film.

反射すべき光の波長の1/4の光学膜厚を有する2種類以上の薄膜を積層した多層膜構造の反射膜が知られている。この多層膜構造の反射膜を、レーザダイオードの光共振器の端面に形成することにより、低しきい値化、高出力化等を図ることができる。   A reflection film having a multilayer structure in which two or more kinds of thin films having an optical film thickness of ¼ of the wavelength of light to be reflected is laminated is known. By forming the reflection film having the multilayer film structure on the end face of the optical resonator of the laser diode, it is possible to reduce the threshold value and increase the output.

一対の共振器端面を有する半導体レーザ装置のレーザ特性の指標となる基本的なパラメータとして、しきい値利得、外部微分量子効率、前後比、及びスロープ効率が挙げられる。しきい値利得gthは、
th=αi+(1/L)ln(1/(Rfr1/2
と定義される。ここで、αiは、光共振器内の内部損失、Lは共振器長、Rf及びRrは、それぞれ前端面及び後端面の反射率である。
Basic parameters that serve as indices of laser characteristics of a semiconductor laser device having a pair of resonator end faces include threshold gain, external differential quantum efficiency, front-to-back ratio, and slope efficiency. The threshold gain g th is
g th = α i + (1 / L) ln (1 / (R f R r ) 1/2 )
Is defined. Here, α i is the internal loss in the optical resonator, L is the resonator length, and R f and R r are the reflectivities of the front end face and the rear end face, respectively.

外部微分量子効率ηdは、
ηd=ηi×ln(1/R)/(αiL+ln(1/R))
と定義される。ここで、ηiは、内部量子効率であり、R=Rf=Rrと仮定した。
The external differential quantum efficiency η d is
η d = η i × ln (1 / R) / (α i L + ln (1 / R))
Is defined. Here, η i is the internal quantum efficiency, and R = R f = R r is assumed.

前後比rは、
r=((1−Rf)/(1−Rr))×(Rr/Rf1/2
と定義される。
スロープ効率Sdは、
d=1.24×ηd/λ
と定義される。ここで、λは、発振波長である。
The front-to-back ratio r is
r = ((1- Rf ) / (1- Rr )) * ( Rr / Rf ) 1/2
Is defined.
The slope efficiency S d is
S d = 1.24 × η d / λ
Is defined. Here, λ is an oscillation wavelength.

上記定義式から分かるように、反射率Rf及びRrが低下すると、外部微分量子効率ηd及びスロープ効率Sdは向上するが、しきい値利得gthが増加する。すなわち、しきい値電流が増加してしまう。特に、高温動作環境においては、しきい値電流の増加により光出力特性が損なわれる場合がある。 As can be seen from the above definition, when the reflectances R f and R r decrease, the external differential quantum efficiency η d and the slope efficiency S d improve, but the threshold gain g th increases. That is, the threshold current increases. In particular, in a high temperature operating environment, the light output characteristics may be impaired due to an increase in threshold current.

通常、レーザダイオードの特性評価は、大気もしくは不活性ガス雰囲気中で行われる。ところが、実際の動作時には、レーザダイオードを実装基板上に実装した後、樹脂等で被覆する。光共振器の反射端面を樹脂で被覆すると、反射率が低下し、しきい値利得gthが増加してしまう。このため、実際の使用環境下における光出力特性を評価することが困難である。 Usually, the characteristic evaluation of a laser diode is performed in the atmosphere or an inert gas atmosphere. However, in actual operation, the laser diode is mounted on a mounting substrate and then covered with a resin or the like. When the reflection end face of the optical resonator is covered with resin, the reflectance decreases and the threshold gain g th increases. For this reason, it is difficult to evaluate the light output characteristics in an actual use environment.

本発明の目的は、実際の使用環境に近い条件で半導体レーザ装置の特性評価を行うことが可能な反射膜の製造方法、及びレーザ装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a reflective film and a laser device capable of evaluating characteristics of a semiconductor laser device under conditions close to the actual use environment.

本発明の一観点によると、
光共振器を画定する2つの反射面を有する発振波長λ[nm]、実効屈折率n0のレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の少なくとも1つの反射面上に形成された酸化シリコンからなる厚さd1[nm]の第1の層と、
前記第1の層の表面上に形成された屈折率nSiのシリコンからなる厚さd2[nm]の第2の層と、
前記第2の層の表面上に形成された酸化シリコンからなる厚さd3[nm]の第3の層と
を有し、実効屈折率n0が3.18以上3.28以下であり、膜厚d1が、
(0.11−9.2×10-3R+2.2×10-42)λ/1.45±15
の範囲内であり、膜厚d2が、
(−8.7×10-3+3.5×10-3R−1.2×10-52)×(−3.6+17/nSi)λ±15
の範囲内であり、膜厚d3が、
(0.23−4.9×10-3R+7.7×10-52)λ/1.45±15
の範囲内であり、上式中のR[%]が15以上30以下であるレーザ装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A laser medium having an oscillation wavelength λ [nm] having two reflecting surfaces defining an optical resonator and an effective refractive index n 0 ;
A first layer having a thickness d 1 [nm] made of silicon oxide formed on at least one reflecting surface of the laser medium;
A second layer having a thickness d 2 [nm] made of silicon having a refractive index n Si formed on the surface of the first layer;
A third layer having a thickness d 3 [nm] made of silicon oxide formed on the surface of the second layer, and having an effective refractive index n 0 of 3.18 or more and 3.28 or less, The film thickness d 1 is
(0.11-9.2 × 10 −3 R + 2.2 × 10 −4 R 2 ) λ / 1.45 ± 15
And the film thickness d 2 is
(−8.7 × 10 −3 + 3.5 × 10 −3 R−1.2 × 10 −5 R 2 ) × (−3.6 + 17 / n Si ) λ ± 15
And the film thickness d 3 is
(0.23-4.9 × 10 −3 R + 7.7 × 10 −5 R 2 ) λ / 1.45 ± 15
In the above formula, there is provided a laser device in which R [%] in the above formula is 15 or more and 30 or less.

本発明の他の観点によると、
反射面を有し、屈折率n0が3.18以上3.28以下である光学媒質を準備する工程と、
反射すべき光の波長λ及び反射率R[%]を決定する工程と、
前記光学媒質の反射面上に、酸化シリコンからなる厚さd1[nm]の第1の層であって、該厚さd1が、
(0.11−9.2×10-3R+2.2×10-42)λ/1.45±15
の範囲内である第1の層を形成する工程と、
前記第1の層の表面上に、屈折率nSiのシリコンからなる厚さd2[nm]の第2の層であって、該厚さd2が、
(−8.7×10-3+3.5×10-3R−1.2×10-52)×(−3.6+17/nSi)λ±15
の範囲内である第2の層を形成する工程と、
前記第2の層の表面上に、酸化シリコンからなる厚さd3[nm]の第3の層であって、該厚さd3が、
(0.23−4.9×10-3R+7.7×10-52)λ/1.45±15
の範囲内である第3の層を形成する工程と
を有する反射膜の製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Providing an optical medium having a reflective surface and having a refractive index n 0 of 3.18 or more and 3.28 or less;
Determining the wavelength λ and reflectance R [%] of the light to be reflected;
On the reflective surface of the optical medium, a first layer made of silicon oxide and having a thickness d 1 [nm], the thickness d 1 being
(0.11-9.2 × 10 −3 R + 2.2 × 10 −4 R 2 ) λ / 1.45 ± 15
Forming a first layer within a range of
On the surface of the first layer, a second layer having a thickness d 2 [nm] made of silicon having a refractive index n Si , the thickness d 2 being
(−8.7 × 10 −3 + 3.5 × 10 −3 R−1.2 × 10 −5 R 2 ) × (−3.6 + 17 / n Si ) λ ± 15
Forming a second layer within the range of
On the surface of the second layer, a third layer made of silicon oxide and having a thickness d 3 [nm], the thickness d 3 being
(0.23-4.9 × 10 −3 R + 7.7 × 10 −5 R 2 ) λ / 1.45 ± 15
And a step of forming a third layer that falls within the range is provided.

第1〜第3の層の膜厚を上述の式を満足するように選ぶと、空気中に配置されている場合の反射率と、樹脂封止した後の反射率との差を小さくすることができる。   When the film thicknesses of the first to third layers are selected so as to satisfy the above formula, the difference between the reflectance when arranged in the air and the reflectance after resin sealing is reduced. Can do.

反射膜の外部媒質が取り替えられた場合でも、特定の波長の光に対する反射率の変動幅を少なくすることができる。この反射膜をレーザダイオードの光共振器の端面に適用すると、大気中でしきい値を測定することにより、樹脂封止後のしきい値を高精度に予測することが可能になる。   Even when the external medium of the reflective film is replaced, the fluctuation range of the reflectance with respect to light of a specific wavelength can be reduced. When this reflection film is applied to the end face of the optical resonator of the laser diode, the threshold value after resin sealing can be predicted with high accuracy by measuring the threshold value in the atmosphere.

第1の実施例による光学装置の断面図である。It is sectional drawing of the optical apparatus by a 1st Example. 第2の実施例による半導体レーザ装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor laser apparatus by a 2nd Example. 第2の実施例及び比較例による半導体レーザ装置の、樹脂封止前後のしきい値の変動幅の温度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature characteristic of the fluctuation range of the threshold value before and behind resin sealing of the semiconductor laser device by the 2nd example and a comparative example. 第3の実施例による光学装置の断面図である。It is sectional drawing of the optical apparatus by a 3rd Example. 第3の実施例による光学装置の反射膜に用いられる多層膜の膜厚を示すグラフである。It is a graph which shows the film thickness of the multilayer film used for the reflective film of the optical apparatus by a 3rd Example. 第3の実施例及び比較例による反射膜を適用した半導体レーザ装置の、樹脂封止前後のしきい値の変動幅の温度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature characteristic of the fluctuation range of the threshold value before and behind resin sealing of the semiconductor laser device to which the reflective film according to the third example and the comparative example is applied.

図1は、本発明の第1の実施例による反射膜の断面図を示す。屈折率n0の光学媒質1の反射面上に、積層構造を有する反射膜5が形成されている。反射膜5は、屈折率n1の第1の層2と屈折率n2の第2の層3とが交互にk組積層され、最上の第2の層3の表面上に、屈折率n1の第3の層4が形成された積層構造を有する。ここで、kは、正の整数である。 FIG. 1 is a sectional view of a reflective film according to a first embodiment of the present invention. A reflective film 5 having a laminated structure is formed on the reflective surface of the optical medium 1 having a refractive index n 0 . The reflective film 5 is formed by alternately stacking k sets of first layers 2 having a refractive index n 1 and second layers 3 having a refractive index n 2 on the surface of the uppermost second layer 3. It has a laminated structure in which one third layer 4 is formed. Here, k is a positive integer.

反射すべき光の波長をλとしたとき、第1の層2の膜厚d1は、
1=(λ/4+(λ/2)×N1)/n1 (N1は0または正の整数)・・・(65)
である。第2の層3の膜厚d2は、
2=(λ/4+(λ/2)×N2)/n2 (N2は0または正の整数)・・・(66)
である。
When the wavelength of light to be reflected is λ, the film thickness d 1 of the first layer 2 is
d 1 = (λ / 4 + (λ / 2) × N 1 ) / n 1 (N 1 is 0 or a positive integer) (65)
It is. The film thickness d 2 of the second layer 3 is
d 2 = (λ / 4 + (λ / 2) × N 2 ) / n 2 (N 2 is 0 or a positive integer) (66)
It is.

外部の媒質(第3の層4に接している媒質)の屈折率がns1である場合とns2である場合との反射率が等しくなるように反射膜5を設計する方法について説明する。第3の層4の膜厚d3は、
3=d+(λ/2n1)×N3 (N3は0または正の整数)・・・(67)
及び、
A method for designing the reflective film 5 so that the reflectance of the external medium (medium in contact with the third layer 4) is ns 1 and ns 2 is equal will be described. The film thickness d 3 of the third layer 4 is
d 3 = d + (λ / 2n 1 ) × N 3 (N 3 is 0 or a positive integer) (67)
as well as,

(kは0または正の整数)
を満足するように選択されている。
(K is 0 or a positive integer)
Have been selected to satisfy.

波長λの光に対する反射膜5の反射率R[%]は、   The reflectance R [%] of the reflective film 5 with respect to light of wavelength λ is

と表される。ここで、nsは、第3の層4に接触している外部媒質の屈折率である。 It is expressed. Here, ns is the refractive index of the external medium in contact with the third layer 4.

式(68)を満足するように第3の層4の膜厚を設定しておくと、式(69)からわかるように、外部媒質の屈折率がns1の場合の反射率と、屈折率がns2の場合の反射率とが等しくなる。例えば、ns1=1とし、ns2を、反射膜5の実際の使用時における外部媒質の屈折率に等しくしておくと、大気中または不活性ガス中における反射膜5の反射率が、実際の使用時における反射率に等しくなる。 If the film thickness of the third layer 4 is set so as to satisfy Expression (68), as can be seen from Expression (69), the reflectance and the refractive index when the refractive index of the external medium is ns 1 are obtained. Is equal to the reflectivity when ns 2 . For example, when ns 1 = 1 and ns 2 is set equal to the refractive index of the external medium when the reflective film 5 is actually used, the reflectivity of the reflective film 5 in the atmosphere or in an inert gas is actually It becomes equal to the reflectance when using.

このため、大気中で反射率の評価実験を行うことにより、実際の使用時における反射率を高精度で予測することができる。なお、第1の層2、第2の層3、及び第3の層4を、これらの膜厚が上述の計算で得られた理想膜厚と等しくなるように成膜することは困難である。現実的には、各層の膜厚が、理想膜厚から±20%程度相違している場合であっても、良好な効果が得られるであろう。従って、本明細書において、薄膜の「膜厚」は、計算式により与えられる理想膜厚から±20%増減した膜厚を含むものとする。   For this reason, the reflectance at the time of actual use can be predicted with high accuracy by conducting an evaluation experiment of the reflectance in the atmosphere. Note that it is difficult to form the first layer 2, the second layer 3, and the third layer 4 so that these film thicknesses are equal to the ideal film thickness obtained by the above calculation. . Actually, even when the thickness of each layer is different from the ideal thickness by about ± 20%, a good effect will be obtained. Therefore, in this specification, the “film thickness” of a thin film includes a film thickness that is increased or decreased by ± 20% from an ideal film thickness given by a calculation formula.

図2は、上記第1の実施例による反射膜を用いた第2の実施例による半導体レーザ装置の断面図を示す。上部が開口した外枠10内にプラットホーム13が配置されている。プラットホーム13は、例えばシリコン基板により構成される。プラットホーム13の表面上に、レーザダイオード8及びフォトダイオード14が搭載されている。レーザダイオード8は、例えばInGaAsP/InP系の発振波長1.3μmのファブリペロー型レーザ装置である。この光共振器の等価屈折率n0は3.23である。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the second embodiment using the reflective film according to the first embodiment. A platform 13 is disposed in the outer frame 10 having an open top. The platform 13 is constituted by a silicon substrate, for example. On the surface of the platform 13, a laser diode 8 and a photodiode 14 are mounted. The laser diode 8 is an InGaAsP / InP-based Fabry-Perot laser device having an oscillation wavelength of 1.3 μm, for example. The equivalent refractive index n 0 of this optical resonator is 3.23.

レーザダイオード8の光共振器の両端面には、上記第1の実施例による反射膜5A及び5Bが成膜されている。図1における第1の層2及び第3の層4はSiO2で形成され、その屈折率n1は1.45であり、第2の層3はSiで形成され、その屈折率n2は3.8である。SiO2膜及びSi膜は、例えばイオンアシスト蒸着、プラズマ励起型化学気相成長、熱化学気相成長、またはスパッタリング等により形成することができる。 Reflective films 5A and 5B according to the first embodiment are formed on both end faces of the optical resonator of the laser diode 8. The first layer 2 and the third layer 4 in FIG. 1 are made of SiO 2 , the refractive index n 1 is 1.45, the second layer 3 is made of Si, and the refractive index n 2 is 3.8. The SiO 2 film and the Si film can be formed by, for example, ion-assisted vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, thermal chemical vapor deposition, or sputtering.

反射膜5Bを透過して後方に放射されたレーザ光は、フォトダイオード14に入射する。フォトダイオード14の出力信号を測定することにより、レーザダイオード8の発振状況を監視することができる。   Laser light transmitted through the reflective film 5B and emitted backward enters the photodiode 14. By measuring the output signal of the photodiode 14, the oscillation state of the laser diode 8 can be monitored.

反射膜5Aを透過して前方に放射されたレーザ光の一部は、光ファイバ12に入射する。光ファイバ12は、プラットフォーム13の表面上に載置され、押え板15により、その位置が固定されている。光ファイバ12は、外枠10の側面を貫通して、外枠10の外まで導出されている。光ファイバ12の、外枠10を貫通する部分は、ホルダ11で保護されている。   A part of the laser light transmitted through the reflection film 5 </ b> A and emitted forward enters the optical fiber 12. The optical fiber 12 is placed on the surface of the platform 13, and its position is fixed by a press plate 15. The optical fiber 12 passes through the side surface of the outer frame 10 and is led out of the outer frame 10. A portion of the optical fiber 12 that penetrates the outer frame 10 is protected by a holder 11.

フォトダイオード14、レーザダイオード8、及び光ファイバ12の端部を、封止樹脂16が覆う。封止樹脂16は、例えばシリコーン樹脂等で形成される。シリコーン樹脂の屈折率は、1.38である。外枠10の開口部は、蓋17で塞がれている。外枠10の底に、複数の信号入出力用端子18が取り付けられている。   Sealing resin 16 covers the ends of the photodiode 14, the laser diode 8, and the optical fiber 12. The sealing resin 16 is formed of, for example, a silicone resin. The refractive index of the silicone resin is 1.38. The opening of the outer frame 10 is closed with a lid 17. A plurality of signal input / output terminals 18 are attached to the bottom of the outer frame 10.

式(44)及び式(45)から、図1における第1の層2の膜厚d1は224nm、第2の層2の膜厚d2は86nmとなる。なお、ここでは、N1=N2=0とした。式(68)のns1=1、ns2=1.38とすると、cos2Δ=0.395になる。これから、第3の層4の膜厚d3は、一例として、127nmと求められる。このとき、式(69)から、反射率R[%]は、76.7%となる。 From the equations (44) and (45), the film thickness d 1 of the first layer 2 in FIG. 1 is 224 nm, and the film thickness d 2 of the second layer 2 is 86 nm. Here, N 1 = N 2 = 0. When ns 1 = 1 and ns 2 = 1.38 in the equation (68), cos 2 Δ = 0.395 is obtained. From this, the film thickness d 3 of the third layer 4 is determined to be 127 nm as an example. At this time, from the equation (69), the reflectance R [%] is 76.7%.

図3は、上記第2の実施例によるレーザダイオードの、樹脂封止前後のしきい値の変化を、動作温度の関数として示す。横軸は、動作温度を単位℃で表し、縦軸はシリコーン樹脂で封止する前後のしきい値の変動幅を単位%で表す。グラフ中の実線aは、上記第2の実施例によるレーザダイオードのしきい値変動幅を示し、実線bは、図1に示す第3の層4を設けない反射膜を用いたレーザダイオードのしきい値変動幅を示す。   FIG. 3 shows the change in threshold value before and after resin sealing of the laser diode according to the second embodiment as a function of operating temperature. The horizontal axis represents the operating temperature in units of ° C., and the vertical axis represents the fluctuation range of the threshold value before and after sealing with silicone resin in unit%. The solid line a in the graph indicates the threshold fluctuation width of the laser diode according to the second embodiment, and the solid line b indicates the laser diode using the reflective film without the third layer 4 shown in FIG. Indicates the threshold fluctuation range.

第1の実施例による反射膜を用いた場合には、しきい値変動幅が5%以下である。これに対し、第3の層を設けない場合には、しきい値変動幅が20〜45%程度になる。このように、第1の実施例の反射膜を用いることにより、樹脂封止前後のしきい値変動幅を少なくすることができる。特に、動作温度が高い場合に、その効果が高いことがわかる。   When the reflective film according to the first embodiment is used, the threshold fluctuation width is 5% or less. On the other hand, when the third layer is not provided, the threshold fluctuation range is about 20 to 45%. Thus, by using the reflective film of the first embodiment, the threshold fluctuation range before and after resin sealing can be reduced. In particular, it can be seen that the effect is high when the operating temperature is high.

これは、第1の実施例による反射膜の大気中における反射率と、樹脂封止後における反射率とがほぼ等しいためである。図1に示す第3の層4を用いない場合には、大気中における反射率と樹脂封止後における反射率とが異なるため、樹脂封止前後でしきい値が大きく変動する。第1の実施例による反射膜を用いると、大気中でレーザダイオードのしきい値を評価し、樹脂封止後のしきい値を高精度に予測することができる。   This is because the reflectance in the atmosphere of the reflective film according to the first embodiment is substantially equal to the reflectance after resin sealing. When the third layer 4 shown in FIG. 1 is not used, since the reflectance in the air is different from the reflectance after resin sealing, the threshold value greatly fluctuates before and after resin sealing. When the reflective film according to the first embodiment is used, the threshold value of the laser diode can be evaluated in the atmosphere, and the threshold value after resin sealing can be predicted with high accuracy.

上記第2の実施例では、図1の第1及び第2の層2及び3として、SiO2とSiを用いたが、その他の材料、例えばAl、Si、Ti、Zn、Mg、またはLiの酸化物、窒化物、または弗化物を用いてもよい。また、反射膜をレーザダイオードの光共振器端面に形成する場合には、端面に直接接する第1の層を絶縁材料で形成することが好ましい。 In the second embodiment, SiO 2 and Si are used as the first and second layers 2 and 3 in FIG. 1, but other materials such as Al, Si, Ti, Zn, Mg, or Li are used. Oxides, nitrides, or fluorides may be used. When the reflective film is formed on the end face of the optical resonator of the laser diode, it is preferable that the first layer that is in direct contact with the end face is formed of an insulating material.

上記第2の実施例では、ファブリペロー型レーザを例にとって説明したが、第1の実施例による反射膜は、その他のレーザダイオード、例えば分布帰還型レーザダイオード、分布ブラッグ反射型レーザダイオードに適用することも可能である。   In the second embodiment, the Fabry-Perot laser has been described as an example. However, the reflective film according to the first embodiment is applied to other laser diodes such as a distributed feedback laser diode and a distributed Bragg reflection laser diode. It is also possible.

通常の材料の屈折率は1以上であるため、式(68)のns1及びns2は共に1以上である。また、一般的にレーザダイオードの発振波長域で使用され得る反射膜材料の屈折率は4以下である。このため、一般的には、
1≦(ns1×ns2)≦16・・・(70)
と考えられる。
Since the refractive index of a normal material is 1 or more, both ns 1 and ns 2 in formula (68) are 1 or more. In general, the refractive index of a reflective film material that can be used in the oscillation wavelength region of a laser diode is 4 or less. For this reason, in general,
1 ≦ (ns 1 × ns 2 ) ≦ 16 (70)
it is conceivable that.

この条件と、式(68)から、   From this condition and equation (68),

及び as well as

が得られる。すなわち、図1の第3の層4の膜厚をd3とした時、膜厚d3は、式(67)、(71)、及び(72)を満足するように制約を受ける。例えば、k=1、n0=3.23、n1=1.45、n2=3.8の場合、
49nm≦d≦138nm、または、311nm≦d≦411nm・・・(73)
が得られる。
Is obtained. That is, when the film thickness of the third layer 4 in FIG. 1 is d 3 , the film thickness d 3 is restricted so as to satisfy the expressions (67), (71), and (72). For example, if k = 1, n 0 = 3.23, n 1 = 1.45, n 2 = 3.8,
49 nm ≦ d ≦ 138 nm, or 311 nm ≦ d ≦ 411 nm (73)
Is obtained.

上記第2の実施例では、レーザダイオードの反射端面に適用する反射膜について説明したが、第1の実施例による反射膜は、レーザダイオード以外の屈折率ns1の光学媒質の反射面上に形成してもよい。このとき、反射膜を屈折率ns2の光学媒質で覆う。反射膜がレーザダイオードに適用されている場合には、そのレーザダイオードの発振波長が、この反射膜の反射すべき光の波長に相当する。反射膜が、光学媒質の反射端面上に形成されている場合には、その反射膜の反射すべき光の波長は、下記の方法で特定することができる。 In the second embodiment, the reflection film applied to the reflection end face of the laser diode has been described. However, the reflection film according to the first embodiment is formed on the reflection surface of the optical medium having the refractive index ns 1 other than the laser diode. May be. At this time, the reflective film is covered with an optical medium having a refractive index of ns 2 . When the reflection film is applied to a laser diode, the oscillation wavelength of the laser diode corresponds to the wavelength of light to be reflected by the reflection film. When the reflection film is formed on the reflection end face of the optical medium, the wavelength of light to be reflected by the reflection film can be specified by the following method.

図1に示す第1の層2及び第2の層3の光学膜厚は、共に、
λ/4+(λ/2)×N (Nは0または正の整数)・・・(74)
である。ここで、光学膜厚とは、実際の膜厚に、その膜の屈折率を乗じた膜厚を意味する。反射膜を構成する第1の層2と第2の層3の膜厚を測定し、光学膜厚を求める。この第1及び第2の層の光学膜厚に対し、式(74)のNを種々変化させて波長λを特定する。このとき、第1の層に関するNと第2の層に関するNとは、等しくなくてもよい。
The optical film thicknesses of the first layer 2 and the second layer 3 shown in FIG.
λ / 4 + (λ / 2) × N (N is 0 or a positive integer) (74)
It is. Here, the optical film thickness means a film thickness obtained by multiplying the actual film thickness by the refractive index of the film. The film thicknesses of the first layer 2 and the second layer 3 constituting the reflection film are measured, and the optical film thickness is obtained. The wavelength λ is specified by variously changing N in the equation (74) with respect to the optical film thicknesses of the first and second layers. At this time, N regarding the first layer and N regarding the second layer may not be equal.

反射すべき波長が特定されると、ns1=1を代入した式(68)、及び式(67)から、図1に示す第3の層4の好適な膜厚d3を求めることができる。このように形成された反射膜においては、屈折率が1の雰囲気中、例えば大気中における反射率と、屈折率ns2の媒質中における反射率とが等しい。このため、大気中で反射率を評価することにより、屈折率ns2の媒質中における反射率を高精度に予測することができる。 When the wavelength to be reflected is specified, a suitable film thickness d 3 of the third layer 4 shown in FIG. 1 can be obtained from Expression (68) and Expression (67) in which ns 1 = 1 is substituted. . In the reflective film formed in this way, the reflectance in an atmosphere having a refractive index of 1, for example, in the atmosphere, and the reflectance in a medium having a refractive index of ns 2 are equal. For this reason, the reflectance in the medium having the refractive index ns 2 can be predicted with high accuracy by evaluating the reflectance in the atmosphere.

次に、本発明の第3の実施例による光学装置の構成について説明する。上記第1の実施例の反射膜は、基本的に、対象とする光の波長の1/4の厚さの膜の積層を含んでいる。第3の実施例による反射膜は3層構造を有し、各膜の厚さは波長の1/4にこだわることなく決定される。   Next, the configuration of the optical apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. The reflective film of the first embodiment basically includes a stack of films having a thickness of ¼ of the wavelength of light of interest. The reflective film according to the third embodiment has a three-layer structure, and the thickness of each film is determined without sticking to ¼ of the wavelength.

図4に、第3の実施例による光学装置の断面図を示す。光学媒質20の表面上に、第1の層21、第2の層22、及び第3の層23が積層されている。第1〜第3の層21〜23の3層により反射膜24が構成される。光学媒質20は、等価屈折率3.23、発振波長1.31μmのレーザダイオードであり、第1の層21及び第3の層23は、屈折率1.45のSiO2で形成され、第2の層22は、屈折率3.8のシリコンで形成されている。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of the optical device according to the third embodiment. A first layer 21, a second layer 22, and a third layer 23 are stacked on the surface of the optical medium 20. The reflective film 24 is constituted by three layers of the first to third layers 21 to 23. The optical medium 20 is a laser diode having an equivalent refractive index of 3.23 and an oscillation wavelength of 1.31 μm, and the first layer 21 and the third layer 23 are made of SiO 2 having a refractive index of 1.45, The layer 22 is made of silicon having a refractive index of 3.8.

第1〜第3の層21〜23の膜厚を種々変化させて、上記3層構造の反射膜24を大気中に置いた場合の波長1.31μm及びその近傍の波長の光に対する反射率と、屈折率1.38の樹脂で被覆した場合のそれとを計算により求めた。   The film thicknesses of the first to third layers 21 to 23 are changed variously, and the reflectance with respect to light having a wavelength of 1.31 μm and a wavelength in the vicinity thereof when the reflective film 24 having the three-layer structure is placed in the atmosphere; Then, it was obtained by calculation when it was coated with a resin having a refractive index of 1.38.

図5は、大気中に配置した場合の反射率と樹脂封止した場合の反射率とがほぼ等しくなり、かつ対象とする光の波長が変動した場合の反射率の変動が比較的少ないという条件を満足する膜厚の組み合わせを、反射率R[%]の関数として示す。横軸は反射率Rを単位%で表し、縦軸は膜厚を単位nmで表す。図中の実線a1、a2、及びa3は、それぞれ第1、第2、及び第3の層21、22、及び23の膜厚を示す。   FIG. 5 shows the condition that the reflectance when arranged in the atmosphere is substantially equal to the reflectance when resin-sealed, and that the reflectance varies relatively little when the wavelength of the target light varies. The film thickness combinations satisfying the above are shown as a function of the reflectance R [%]. The horizontal axis represents the reflectance R in unit%, and the vertical axis represents the film thickness in unit nm. Solid lines a1, a2, and a3 in the figure indicate the film thicknesses of the first, second, and third layers 21, 22, and 23, respectively.

一般的に、レーザダイオードの劈開面と空気との界面の反射率は30%程度である。通常、レーザダイオードに適用される反射膜は、劈開面と空気との界面の反射率以下とされる。このため、図5の反射率の上限を30%としている。また、反射率が15%以下となる領域では、所望の解が得られなかった。すなわち、3層構造の反射膜を用いる場合には、反射膜の設計値を15%以上とすることが好ましい。このため、図5の反射率の下限を15%としている。   In general, the reflectance at the interface between the cleavage plane of a laser diode and air is about 30%. Usually, the reflective film applied to the laser diode is set to have a reflectance equal to or lower than the interface between the cleavage plane and the air. For this reason, the upper limit of the reflectance in FIG. 5 is set to 30%. Further, a desired solution could not be obtained in a region where the reflectance was 15% or less. That is, when a reflective film having a three-layer structure is used, the design value of the reflective film is preferably 15% or more. For this reason, the lower limit of the reflectance in FIG. 5 is set to 15%.

第1の層21の膜厚d1(曲線a1)を反射率R[%]の2次式で近似すると、
1=(0.11−9.2×10-3R+2.2×10-42)λ0/n1・・・(75)
となる。ここで、λ0は対象とする光の波長、すなわち1.31μmであり、n1は第1の層21の屈折率、すなわち1.45である。なお、膜厚d1は波長λ0にほぼ比例すると考えられるため、膜厚d1を波長λ0の一次式として表した。
When the film thickness d 1 (curve a1) of the first layer 21 is approximated by a quadratic expression of the reflectance R [%],
d 1 = (0.11-9.2 × 10 −3 R + 2.2 × 10 −4 R 2 ) λ 0 / n 1 (75)
It becomes. Here, λ 0 is the wavelength of the target light, that is, 1.31 μm, and n 1 is the refractive index of the first layer 21, that is, 1.45. Incidentally, it is considered that the thickness d 1 is approximately proportional to the wavelength lambda 0, representing the thickness d 1 as a primary expression of the wavelength lambda 0.

同様に、第2の層22の膜厚d2(曲線a2)は、
2=(−8.7×10-3+3.5×10-3R−1.2×10-52)×(−3.6+17/n2)λ0・・・(76)
と近似される。ここで、n2は第2の層22の屈折率、すなわち3.8である。なお、(−3.6+17/n2)の項は、屈折率n2を3.6から3.85まで変化させて得られた図5と同様のグラフから導き出された項である。
Similarly, the film thickness d 2 (curve a2) of the second layer 22 is
d 2 = (− 8.7 × 10 −3 + 3.5 × 10 −3 R−1.2 × 10 −5 R 2 ) × (−3.6 + 17 / n 2 ) λ 0 (76)
Is approximated by Here, n 2 is the refractive index of the second layer 22, that is, 3.8. The term (−3.6 + 17 / n 2 ) is a term derived from the same graph as FIG. 5 obtained by changing the refractive index n 2 from 3.6 to 3.85.

実際に、プラズマ励起型化学気相成長、スパッタリング等により形成したシリコン膜の屈折率は、成膜条件のばらつき等により、概ね3.6〜3.85の範囲内で変動する。従って、第2の層22の膜厚は、実際の成膜条件に適合した屈折率n2を式(76)に代入して決定することが好ましい。 Actually, the refractive index of a silicon film formed by plasma enhanced chemical vapor deposition, sputtering, or the like varies within a range of approximately 3.6 to 3.85 due to variations in film forming conditions. Therefore, it is preferable to determine the film thickness of the second layer 22 by substituting the refractive index n 2 suitable for the actual film formation conditions into the equation (76).

第3の層23の膜厚d3(曲線a3)は、
3=(0.23−4.9×10-3R+7.7×10-52)λ0/n3・・・(77)
と近似される。ここで、n3は第3の層23の屈折率、すなわち1.45である。
The film thickness d 3 (curve a3) of the third layer 23 is
d 3 = (0.23-4.9 × 10 −3 R + 7.7 × 10 −5 R 2 ) λ 0 / n 3 (77)
Is approximated by Here, n 3 is the refractive index of the third layer 23, that is, 1.45.

また、各膜厚d1〜d3が、式(75)〜(77)から求まる値を中心として±15nmの範囲(図5の破線の範囲)で増減した場合、計算結果によると、反射率は±3%程度の範囲内で変動する。例えば、反射率が25%となるように膜厚を設定した場合、膜厚の15nm程度の変動により反射率が22%と28%との間で変動する。この程度の反射率の変動は、許容範囲内である。 Further, when the film thicknesses d 1 to d 3 increase or decrease within a range of ± 15 nm (the range indicated by the broken line in FIG. 5) around the values obtained from the equations (75) to (77), Fluctuates within a range of about ± 3%. For example, when the film thickness is set so that the reflectance is 25%, the reflectance varies between 22% and 28% due to the fluctuation of the film thickness of about 15 nm. This variation in reflectivity is within an acceptable range.

また、各膜厚d1〜d3が、目標値から±15nm程度増減した場合、レーザダイオードを空気中に配置した場合の反射率と樹脂封止した場合の反射率との差は、高々2%程度であるという計算結果が得られた。これに対し、単層反射膜を用いた場合には、その差は10%にもなる。すなわち、各膜厚d1〜d3が±15nmの範囲で増減しても、空気中における反射率と樹脂封止後の反射率との差を小さくするという十分な効果が期待される。例えば、反射率を26%としたい場合の好適な膜厚d1、d2、及びd3は、それぞれ28.2nm以下、66.2〜96.2nm、及び121.2〜151.2nmとなる。 Further, the respective film thickness d 1 to d 3, when increased or decreased order of ± 15 nm from the target value, the difference between the reflectance in the case where the laser diode was sealed reflectivity and a resin sealing of when placed in the air, most 2 The calculation result was about%. On the other hand, when a single-layer reflective film is used, the difference is 10%. That is, even when the film thicknesses d 1 to d 3 increase or decrease within a range of ± 15 nm, a sufficient effect of reducing the difference between the reflectance in the air and the reflectance after resin sealing is expected. For example, when it is desired to set the reflectance to 26%, preferable film thicknesses d 1 , d 2 , and d 3 are 28.2 nm or less, 66.2 to 96.2 nm, and 121.2 to 151.2 nm, respectively. .

なお、第1の層21の膜厚を目標値から−15nmだけ薄くすると、膜厚d1が0nmになってしまう場合がある。ただし、実際には第1の層21を成膜するため、現実には膜厚d1が0nmになることはなく、0nmよりも厚くなる。現実的には、少なくとも2nm以上の膜厚になるであろう。 Note that if the thickness of the first layer 21 is reduced by −15 nm from the target value, the thickness d 1 may become 0 nm. However, since the first layer 21 is actually formed, the film thickness d 1 does not actually become 0 nm but becomes thicker than 0 nm. In reality, the film thickness will be at least 2 nm or more.

上記第3の実施例では、図5からわかるように、第1の層21の膜厚d1の取りうる範囲は40nm以下である。従来の多層反射膜では、各層の厚さが1/4波長を基準に決定されるため、一般的なレーザダイオードに用いられる反射膜の各層の膜厚は220nm以上である。光学媒体に接する第1の層の膜厚を40nm以下としていることは、第3の実施例の大きな特徴といえる。 In the third embodiment, as can be seen from FIG. 5, the possible range of the film thickness d 1 of the first layer 21 is 40 nm or less. In the conventional multilayer reflective film, the thickness of each layer is determined on the basis of a quarter wavelength, so the thickness of each layer of the reflective film used in a general laser diode is 220 nm or more. It can be said that the film thickness of the first layer in contact with the optical medium is 40 nm or less is a great feature of the third embodiment.

なお、第3の実施例では、光学媒質の実効屈折率を3.23とした場合について考察したが、光学媒質の屈折率が3.23±0.05の範囲内である場合に、好適な膜厚は、上述の式(75)〜(77)で近似することができる。   In the third embodiment, the case where the effective refractive index of the optical medium is set to 3.23 has been considered. However, it is preferable when the refractive index of the optical medium is within the range of 3.23 ± 0.05. The film thickness can be approximated by the above formulas (75) to (77).

上記第3の実施例では、光学媒質に接する第1の層21をSiO2で形成し、その上の第2の層22をシリコンで形成し、その上の第3の層23をSiO2で形成した。その他の材料についても、好ましい膜厚の組み合わせを計算により求めた。以下、他の材料を用いた場合の第1〜第3の変形例による光学装置の膜厚の組み合わせについて説明する。なお、第1〜第3の変形例で使用される光学媒質の屈折率は、第3の実施例の場合と同様である。 In the third embodiment, the first layer 21 in contact with the optical medium is formed of SiO 2 , the second layer 22 thereon is formed of silicon, and the third layer 23 thereon is formed of SiO 2 . Formed. For other materials, a preferable combination of film thicknesses was obtained by calculation. Hereinafter, combinations of the film thicknesses of the optical devices according to the first to third modifications in the case where other materials are used will be described. The refractive index of the optical medium used in the first to third modifications is the same as that in the third embodiment.

まず、第3の実施例の第1の変形例について説明する。第1の変形例においては、図4の第1の層21及び第3の層23を酸化アルミニウムで形成し、第2の層22をシリコンで形成する。なお、酸化アルミニウムで形成された第1及び第3の層の屈折率n1及びn3を1.72とした。 First, a first modification of the third embodiment will be described. In the first modification, the first layer 21 and the third layer 23 in FIG. 4 are formed of aluminum oxide, and the second layer 22 is formed of silicon. The refractive indexes n 1 and n 3 of the first and third layers made of aluminum oxide were 1.72.

第1の層21の好適な膜厚d1、第2の層22の好適な膜厚d2、及び第3の層23の好適な膜厚d3は、それぞれ、
1=(1.7×10-3+1.1×10-3R+3.1×10-52)λ0/n1
2=(2.3×10-2+3.5×10-3R−5.6×10-52)×(−1.4+8.9/n2)λ0
3=(0.21−1.9×10-3R+2.1×10-52)λ0/n3・・・(78)
となる。
Suitable film thickness d 1 of the first layer 21, a suitable thickness d 3 of the second preferred thickness d 2 of the layer 22, and third layer 23, respectively,
d 1 = (1.7 × 10 −3 + 1.1 × 10 −3 R + 3.1 × 10 −5 R 2 ) λ 0 / n 1
d 2 = (2.3 × 10 −2 + 3.5 × 10 −3 R−5.6 × 10 −5 R 2 ) × (−1.4 + 8.9 / n 2 ) λ 0
d 3 = (0.21−1.9 × 10 −3 R + 2.1 × 10 −5 R 2 ) λ 0 / n 3 (78)
It becomes.

この場合の、各膜厚の許容範囲は、上述の式から求められた目標膜厚d1〜d3の±15nmである。また、第1の層の膜厚の上限は60nmである。例えば、反射率を26%にするための好適な膜厚d1、d2、及びd3は、それぞれは、23.8〜53.8nm、75.8〜105.8nm、及び117.5〜147.5nmとなる。 In this case, the allowable range of each film thickness is ± 15 nm of the target film thicknesses d 1 to d 3 obtained from the above formula. The upper limit of the film thickness of the first layer is 60 nm. For example, suitable film thicknesses d 1 , d 2 , and d 3 for setting the reflectance to 26% are 23.8 to 53.8 nm, 75.8 to 105.8 nm, and 117.5 to 147.5 nm.

次に、第3の実施例の第2の変形例について説明する。第2の変形例においては、図4の第1の層21を酸化シリコンで形成し、第2の層22をシリコンで形成し、第3の層23を酸化アルミニウムで形成する。すなわち、n1=1.45、n2=3.6〜3.85、n3=1.72である。 Next, a second modification of the third embodiment will be described. In the second modification, the first layer 21 of FIG. 4 is formed of silicon oxide, the second layer 22 is formed of silicon, and the third layer 23 is formed of aluminum oxide. That is, n 1 = 1.45, n 2 = 3.6 to 3.85, and n 3 = 1.72.

第1の層21の好適な膜厚d1、第2の層22の好適な膜厚d2、及び第3の層23の好適な膜厚d3は、それぞれ、
1(−3.1×10 −5 +3.6×10 −3 R−3.5×10 −5 λ0/n1
2(3.5×10 −2 +2.5×10 −3 R−3.6×10 −5 )×(−2.6+1.4/n2)λ0
3=(0.21−1.9×10-3R+2.1×10-52)λ0/n3・・・(79)
となる。
Suitable film thickness d 1 of the first layer 21, a suitable thickness d 3 of the second preferred thickness d 2 of the layer 22, and third layer 23, respectively,
d 1 = (− 3.1 × 10 −5 + 3.6 × 10 −3 R−3.5 × 10 −5 R 2 ) λ 0 / n 1
d 2 = (3.5 × 10 −2 + 2.5 × 10 −3 R-3.6 × 10 −5 R 2 ) × (−2.6 + 1.4 / n 2 ) λ 0
d 3 = (0.21−1.9 × 10 −3 R + 2.1 × 10 −5 R 2 ) λ 0 / n 3 (79)
It becomes.

この場合の、各膜厚の許容範囲は、上述の式から求められた目標膜厚d1〜d3の±15nmである。また、第1の層の膜厚の上限は40nmである。例えば、反射率を26%にするための好適な膜厚d1、d2、及びd3は、それぞれは、20.4〜50.4nm、73.4〜103.4nm、及び117.5〜147.5nmとなる。 In this case, the allowable range of each film thickness is ± 15 nm of the target film thicknesses d 1 to d 3 obtained from the above formula. Moreover, the upper limit of the film thickness of the first layer is 40 nm. For example, suitable film thicknesses d 1 , d 2 , and d 3 for setting the reflectance to 26% are 20.4 to 50.4 nm, 73.4 to 103.4 nm, and 117.5 to 147.5 nm.

次に、第3の実施例の第3の変形例について説明する。第3の変形例においては、図4の第1の層21を酸化アルミニウムで形成し、第2の層22をシリコンで形成し、第3の層23を酸化シリコンで形成する。すなわち、n1=1.72、n2=3.6〜3.85、n3=1.45である。 Next, a third modification of the third embodiment will be described. In the third modification, the first layer 21 of FIG. 4 is formed of aluminum oxide, the second layer 22 is formed of silicon, and the third layer 23 is formed of silicon oxide. That, n 1 = 1.72, n 2 = 3.6~3.85, an n 3 = 1.45.

第1の層21の好適な膜厚d1、第2の層22の好適な膜厚d2、及び第3の層23の好適な膜厚d3は、それぞれ、
1=(0.12−1.2×10-2R+3.2×10-42)λ0/n1
2(−2.7×10 −2 +3.4×10 −3 R+2.4×10 −5 )×(−3.8+2.8/n2)λ0
3=(0.23−4.9×10-3R+7.7×10-52)λ0/n3・・・(80)
となる。
Suitable film thickness d 1 of the first layer 21, a suitable thickness d 3 of the second preferred thickness d 2 of the layer 22, and third layer 23, respectively,
d 1 = (0.12-1.2 × 10 −2 R + 3.2 × 10 −4 R 2 ) λ 0 / n 1
d 2 = (− 2.7 × 10 −2 + 3.4 × 10 −3 R + 2.4 × 10 −5 R 2 ) × (−3.8 + 2.8 / n 2 ) λ 0
d 3 = (0.23-4.9 × 10 −3 R + 7.7 × 10 −5 R 2 ) λ 0 / n 3 (80)
It becomes.

この場合の、各膜厚の許容範囲は、上述の式から求められた目標膜厚d1〜d3の±15nmである。また、第1の層の膜厚の上限は50nmである。例えば、反射率を26%にするための好適な膜厚d1、d2、及びd3は、それぞれは、0.9〜30.9nm、69.6〜99.6nm、及び121.2〜151.2nmとなる。 In this case, the allowable range of each film thickness is ± 15 nm of the target film thicknesses d 1 to d 3 obtained from the above formula. Moreover, the upper limit of the film thickness of the first layer is 50 nm. For example, suitable film thicknesses d 1 , d 2 , and d 3 for achieving a reflectance of 26% are 0.9 to 30.9 nm, 69.6 to 99.6 nm, and 121.2 to 151.2 nm.

上述のように、第1〜第3の層の材料の組み合わせを変えると、各層の好適な膜厚も変わる。種々の材料の組み合わせについて、図5と同様のグラフを求めることにより、樹脂封止前の反射率と樹脂封止後の反射率との差の小さな3層反射膜を得ることが可能になる。   As described above, when the combination of the materials of the first to third layers is changed, the preferable film thickness of each layer also changes. By obtaining a graph similar to FIG. 5 for various material combinations, it is possible to obtain a three-layer reflective film having a small difference between the reflectance before resin sealing and the reflectance after resin sealing.

図6は、第3の実施例(第1〜第3の変形例を含む)による反射膜を図2に示すレーザダイオードに適用した場合の、樹脂封止前と樹脂封止後とのしきい値の変動量を、樹脂封止前のしきい値に対する比率で示す。横軸及び縦軸は、図3のそれらと同様である。   FIG. 6 shows the threshold values before and after resin sealing when the reflective film according to the third embodiment (including the first to third modifications) is applied to the laser diode shown in FIG. The fluctuation amount of the value is shown as a ratio to the threshold value before resin sealing. The horizontal and vertical axes are the same as those in FIG.

図6中の折れ線群cが、第3の実施例による3層反射膜を用いた場合のしきい値の変動幅を示し、折れ線群dが、従来の単層反射膜を用いた場合のしきい値の変動幅を示す。従来の場合には、樹脂封止することによりしきい値が20%以上上昇している。これに対し、第3の実施例による3層反射膜を用いた場合には、しきい値変動率が±5%以下である。このように、第3の実施例による3層反射膜を用いることにより、樹脂封止することによって生ずるしきい値の変動を抑制することができる。   The broken line group c in FIG. 6 shows the fluctuation range of the threshold when the three-layer reflective film according to the third embodiment is used, and the broken line group d is a case where the conventional single-layer reflective film is used. Indicates the fluctuation range of the threshold value. In the conventional case, the threshold value is increased by 20% or more by resin sealing. On the other hand, when the three-layer reflective film according to the third embodiment is used, the threshold fluctuation rate is ± 5% or less. Thus, by using the three-layer reflective film according to the third embodiment, it is possible to suppress fluctuations in the threshold value caused by resin sealing.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

1、20 光学媒質
2、21 第1の層
3、22 第2の層
4、23 第3の層
5、24 反射膜
10 外枠
11 ホルダ
12 光ファイバ
13 プラットホーム
14 フォトダイオード
15 押え板
16 封止樹脂
17 蓋
18 信号入出力用端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,20 Optical medium 2,21 1st layer 3,22 2nd layer 4,23 3rd layer 5,24 Reflective film 10 Outer frame 11 Holder 12 Optical fiber 13 Platform 14 Photodiode 15 Presser plate 16 Sealing Resin 17 Lid 18 Signal input / output terminal

Claims (4)

光共振器を画定する2つの反射面を有する発振波長λ[nm]、実効屈折率n0のレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の少なくとも1つの反射面上に形成された酸化シリコンからなる厚さd1[nm]の第1の層と、
前記第1の層の表面上に形成された屈折率nSiのシリコンからなる厚さd2[nm]の第2の層と、
前記第2の層の表面上に形成された酸化シリコンからなる厚さd3[nm]の第3の層と
を有し、実効屈折率n0が3.18以上3.28以下であり、膜厚d1が、
(0.11−9.2×10-3R+2.2×10-42)λ/1.45±15
の範囲内であり、膜厚d2が、
(−8.7×10-3+3.5×10-3R−1.2×10-52)×(−3.6+17/nSi)λ±15
の範囲内であり、膜厚d3が、
(0.23−4.9×10-3R+7.7×10-52)λ/1.45±15
の範囲内であり、上式中のR[%]が15以上30以下であるレーザ装置。
A laser medium having an oscillation wavelength λ [nm] having two reflecting surfaces defining an optical resonator and an effective refractive index n 0 ;
A first layer having a thickness d 1 [nm] made of silicon oxide formed on at least one reflecting surface of the laser medium;
A second layer having a thickness d 2 [nm] made of silicon having a refractive index n Si formed on the surface of the first layer;
A third layer having a thickness d 3 [nm] made of silicon oxide formed on the surface of the second layer, and an effective refractive index n 0 of 3.18 or more and 3.28 or less, The film thickness d 1 is
(0.11-9.2 × 10 −3 R + 2.2 × 10 −4 R 2 ) λ / 1.45 ± 15
And the film thickness d 2 is
(−8.7 × 10 −3 + 3.5 × 10 −3 R−1.2 × 10 −5 R 2 ) × (−3.6 + 17 / n Si ) λ ± 15
And the film thickness d 3 is
(0.23-4.9 × 10 −3 R + 7.7 × 10 −5 R 2 ) λ / 1.45 ± 15
A laser device in which R [%] in the above formula is 15 or more and 30 or less.
反射面を有し、屈折率n0が3.18以上3.28以下である光学媒質を準備する工程と、
反射すべき光の波長λ及び反射率R[%]を決定する工程と、
前記光学媒質の反射面上に、酸化シリコンからなる厚さd1[nm]の第1の層であって、該厚さd1が、
(0.11−9.2×10-3R+2.2×10-42)λ/1.45±15
の範囲内である第1の層を形成する工程と、
前記第1の層の表面上に、屈折率nSiのシリコンからなる厚さd2[nm]の第2の層であって、該厚さd2が、
(−8.7×10-3+3.5×10-3R−1.2×10-52)×(−3.6+17/nSi)λ±15
の範囲内である第2の層を形成する工程と、
前記第2の層の表面上に、酸化シリコンからなる厚さd3[nm]の第3の層であって、該厚さd3が、
(0.23−4.9×10-3R+7.7×10-52)λ/1.45±15
の範囲内である第3の層を形成する工程と
を有する反射膜の製造方法。
Providing an optical medium having a reflective surface and having a refractive index n 0 of 3.18 or more and 3.28 or less;
Determining the wavelength λ and reflectance R [%] of the light to be reflected;
On the reflective surface of the optical medium, a first layer made of silicon oxide and having a thickness d 1 [nm], the thickness d 1 being
(0.11-9.2 × 10 −3 R + 2.2 × 10 −4 R 2 ) λ / 1.45 ± 15
Forming a first layer within a range of
On the surface of the first layer, a second layer having a thickness d 2 [nm] made of silicon having a refractive index n Si , the thickness d 2 being
(−8.7 × 10 −3 + 3.5 × 10 −3 R−1.2 × 10 −5 R 2 ) × (−3.6 + 17 / n Si ) λ ± 15
Forming a second layer within the range of
On the surface of the second layer, a third layer made of silicon oxide and having a thickness d 3 [nm], the thickness d 3 being
(0.23-4.9 × 10 −3 R + 7.7 × 10 −5 R 2 ) λ / 1.45 ± 15
And forming a third layer within the range of the method.
光共振器を画定する2つの反射面を有する発振波長λ[nm]、実効屈折率n0のレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の少なくとも1つの反射面上に形成された酸化アルミニウムからなる厚さd1[nm]の第1の層と、
前記第1の層の表面上に形成された屈折率nSiのシリコンからなる厚さd2[nm]の第2の層と、
前記第2の層の表面上に形成された酸化アルミニウムからなる厚さd3[nm]の第3の層と
を有し、実効屈折率n0が3.18以上3.28以下であり、膜厚d1が、
(1.7×10-3+1.1×10-3R+3.1×10-52)×λ/1.72±15
の範囲内であり、膜厚d2が、
(2.3×10-2+3.5×10-3R−5.6×10-52)×(−1.4+8.9/nSi)λ±15
の範囲内であり、膜厚d3が、
(0.21−1.9×10-3R+2.1×10-52)λ/1.72±15
の範囲内であり、上式中のR[%]が15以上30以下であるレーザ装置。
A laser medium having an oscillation wavelength λ [nm] having two reflecting surfaces defining an optical resonator and an effective refractive index n 0 ;
A first layer having a thickness d 1 [nm] made of aluminum oxide formed on at least one reflecting surface of the laser medium;
A second layer having a thickness d 2 [nm] made of silicon having a refractive index n Si formed on the surface of the first layer;
A third layer having a thickness d 3 [nm] made of aluminum oxide formed on the surface of the second layer, and an effective refractive index n 0 of 3.18 or more and 3.28 or less, The film thickness d 1 is
(1.7 × 10 −3 + 1.1 × 10 −3 R + 3.1 × 10 −5 R 2 ) × λ / 1.72 ± 15
And the film thickness d 2 is
(2.3 × 10 −2 + 3.5 × 10 −3 R−5.6 × 10 −5 R 2 ) × (−1.4 + 8.9 / n Si ) λ ± 15
And the film thickness d 3 is
(0.21-1.9 × 10 −3 R + 2.1 × 10 −5 R 2 ) λ / 1.72 ± 15
A laser device in which R [%] in the above formula is 15 or more and 30 or less.
反射面を有し、屈折率n0が3.18以上3.28以下である光学媒質を準備する工程と、
反射すべき光の波長λ及び反射率R[%]を決定する工程と、
前記光学媒質の反射面上に、酸化アルミニウムからなる厚さd1[nm]の第1の層であって、該厚さd1が、
(1.7×10-3+1.1×10-3R+3.1×10-52)×λ/1.72±15
の範囲内である第1の層を形成する工程と、
前記第1の層の表面上に、屈折率nSiのシリコンからなる厚さd2[nm]の第2の層であって、該厚さd2が、
(2.3×10-2+3.5×10-3R−5.6×10-52)×(−1.4+8.9/nSi)λ±15
の範囲内である第2の層を形成する工程と、
前記第2の層の表面上に、酸化アルミニウムからなる厚さd3[nm]の第3の層であって、該厚さd3が、
(0.21−1.9×10-3R+2.1×10-52)λ/1.72±15
の範囲内である第3の層を形成する工程と
を有する反射膜の製造方法。
Providing an optical medium having a reflective surface and having a refractive index n 0 of 3.18 or more and 3.28 or less;
Determining the wavelength λ and reflectance R [%] of the light to be reflected;
On the reflective surface of the optical medium, a first layer made of aluminum oxide and having a thickness d 1 [nm], the thickness d 1 being
(1.7 × 10 −3 + 1.1 × 10 −3 R + 3.1 × 10 −5 R 2 ) × λ / 1.72 ± 15
Forming a first layer within a range of
On the surface of the first layer, a second layer having a thickness d 2 [nm] made of silicon having a refractive index n Si , the thickness d 2 being
(2.3 × 10 −2 + 3.5 × 10 −3 R−5.6 × 10 −5 R 2 ) × (−1.4 + 8.9 / n Si ) λ ± 15
Forming a second layer within the range of
On the surface of the second layer, there is a third layer made of aluminum oxide and having a thickness d 3 [nm], and the thickness d 3 is
(0.21-1.9 × 10 −3 R + 2.1 × 10 −5 R 2 ) λ / 1.72 ± 15
And forming a third layer within the range of the method.
JP2009266030A 1999-03-16 2009-11-24 Laser apparatus and manufacturing method of reflection film Expired - Lifetime JP5195726B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009266030A JP5195726B2 (en) 1999-03-16 2009-11-24 Laser apparatus and manufacturing method of reflection film

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1999070346 1999-03-16
JP7034699 1999-03-16
JP2009266030A JP5195726B2 (en) 1999-03-16 2009-11-24 Laser apparatus and manufacturing method of reflection film

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20902099A Division JP4497251B2 (en) 1998-09-08 1999-07-23 Manufacturing method of semiconductor laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010045404A JP2010045404A (en) 2010-02-25
JP5195726B2 true JP5195726B2 (en) 2013-05-15

Family

ID=42016464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009266030A Expired - Lifetime JP5195726B2 (en) 1999-03-16 2009-11-24 Laser apparatus and manufacturing method of reflection film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5195726B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0793474B2 (en) * 1988-03-01 1995-10-09 松下電器産業株式会社 Semiconductor laser device
JP3014208B2 (en) * 1992-02-27 2000-02-28 三菱電機株式会社 Semiconductor optical device
JP3399049B2 (en) * 1992-10-27 2003-04-21 松下電器産業株式会社 Semiconductor laser device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010045404A (en) 2010-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1630532B1 (en) Wavelength detector
US7106775B2 (en) Semiconductor laser devices
JP4983346B2 (en) Semiconductor light emitting device
EP0647995B1 (en) Optimizing output characteristics of a tunable external cavity laser
JP3856300B2 (en) Semiconductor laser element
US8233514B2 (en) Semiconductor laser device
JP4497251B2 (en) Manufacturing method of semiconductor laser
JP5195726B2 (en) Laser apparatus and manufacturing method of reflection film
JP2006351692A (en) Surface-emitting laser, its manufacturing method, and apparatus
US7267893B2 (en) Optical multilayer film and optical semiconductor device including the same
KR100754956B1 (en) Semiconductor laser device and laser system
JP2004087815A (en) Semiconductor laser device
EP0845819A1 (en) Yttrium aluminum oxide coatings for active semiconductor optical devices
US20040047383A1 (en) Semiconductor optical device and semiconductor laser module using the semiconductor optical device
Choi et al. Single-material Bragg reflectors and their applications in VCSELs
JP2003101126A (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
KR100528857B1 (en) Semiconductor optical device and semiconductor laser module using the semiconductor optical device
US7577173B2 (en) Semiconductor laser device having a low reflection film of stable reflectance
JPH07326823A (en) Optical semiconductor element and its manufacture
JP2020031239A5 (en)
US20060115227A1 (en) Method of designing thickness of coating film and semiconductor photonic device
JP2002118322A (en) Optical device having high reflectivity film
JP6624154B2 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
JP2008508697A (en) Luminescent diode with antireflection layer sequence
JP2004014997A (en) Semiconductor laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091124

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120509

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120529

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120723

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120904

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121022

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121127

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121205

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130121

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160215

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5195726

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

EXPY Cancellation because of completion of term