JP5787069B2 - 多波長半導体レーザ素子 - Google Patents
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Description
1.実施の形態
中間屈折率層が後端面膜の最表面側に設けられている例
2.変形例
低屈折率層が複数層で構成されている例
中間屈折率層が後端面膜の後端面側にも設けられている例
図1(A)は、本技術による一実施の形態に係る2波長半導体レーザ素子1の平面構成を表すものである。図1(B)は、図1(A)の2波長半導体レーザ素子1のA−A矢視方向の断面構成を表すものである。図1(A),(B)は模式的に表したものであり、実際の寸法,形状とは異なっている。なお、2波長半導体レーザ素子1は、特許請求の範囲の「多波長半導体レーザ素子」の一具体例に相当する。
第1素子部20Aは、発振波長がλAの半導体レーザ素子である。λAは、具体的には、650nm帯の波長である。第1素子部20Aは、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン(AlGaInP)系III−V族化合物半導体により構成されている。ここでいうアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン系III−V族化合物半導体とは、短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともアルミニウム(Al),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)と、短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともリン(P)とを含むものを指す。
第2素子部20Bは、発振波長がλB(λA<λB)の半導体レーザ素子である。λBは、具体的には、790nm帯の波長である。第2素子部20Bは、ガリウム・ヒ素(GaAs)系III−V族化合物半導体により構成されている。ここでいうガリウム・ヒ素系III−V族化合物半導体とは、短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともガリウム(Ga)と、短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともヒ素(As)とを含むものを指す。
2波長半導体レーザ素子1は、さらに、図1(A)に示したように、第1素子部20Aおよび第2素子部20Bの延在方向(共振器方向)に対して垂直な面(前端面S1および後端面S2)に、一対の前端面膜30および後端面膜40を備える。
(下地層41が省略されている場合)
屈折率 光学膜厚
低屈折率層42: nA λC/4
高屈折率層43: nB λC/4
中間屈折率層44: nC λC/4
λA<λC<λB
nA<nC<nB
(下地層41が設けられている場合)
屈折率 光学膜厚
下地層41に接する低屈折率層42: nA (λC/4)−(下地層41の光学膜厚)
下地層41に接しない低屈折率層42: nA λC/4
高屈折率層43: nB λC/4
中間屈折率層44: nC λC/4
このような構成を有する2波長半導体レーザ素子1は、例えば次のようにして製造することができる。
次に、本実施の形態の2波長半導体レーザ素子1の作用および効果について説明する。
(第1変形例)
上記実施の形態では、第1素子部20Aの発振波長λAが650nm帯となっており、第2素子部20Bの発振波長λBが790nm帯となっていたが、第1素子部20Aおよび第2素子部20Bの発振波長λA,λBが上記とは異なる波長帯となっていてもよい。ただし、発振波長λA,λBは、後端面膜40に含まれる各層の光学膜厚λC/4を調整することにより、発振波長λA,λBを含む波長帯での後端面膜40の反射率を平坦化することができる範囲内となっていることが必要である。実際に、出願人は、発振波長λA,λBが300nm以上900nm以下となっていれば、発振波長λA,λBを含む波長帯での後端面膜40の反射率を均一にすることができることを確認している。
上記実施の形態では、低屈折率層42が単層で構成されていたが、複数の層で構成されていてもよい。例えば、図8に示したように、低屈折率層42が、屈折率がnAの第1屈折率層42Aと、屈折率がnCの第2屈折率層42Bとを後端面S2側から積層してなる積層体となっていてもよい。下地層41が省略されている場合には、第1屈折率層42Aおよび第2屈折率層42Bの合計の光学膜厚は、λC/4となっている。なお、下地層41が省略されている場合、後端面S2に最も近い第1屈折率層42Aが後端面S2に接している。また、下地層41が設けられている場合には、下地層41に接しない低屈折率層42において、第1屈折率層42Aおよび第2屈折率層42Bの合計の光学膜厚は、λC/4となっており、下地層41に接する低屈折率層42においては、第1屈折率層42Aおよび第2屈折率層42Bの合計の光学膜厚が(λC/4)−(下地層41の光学膜厚)となっている。このとき、第1屈折率層42AがSiO2膜で構成され、第2屈折率層42BがAl2O3膜またはMgO膜で構成されている。例えば、図9の上段および下段に例示したように、第1屈折率層42AがSiO2膜で構成され、第2屈折率層42BがAl2O3膜で構成されていてもよい。また、例えば、図10の上段および下段に例示したように、第1屈折率層42AがAl2O3膜で構成され、第2屈折率層42BがTa2O5膜で構成されていてもよい。
上記実施の形態において、例えば、図11に示したように、低屈折率層42の代わりに、中間屈折率層45が設けられていてもよい。この場合には、図11に示したように、下地層41を省略することが可能である。なお、以下の説明では、下地層41が省略されており、後端面S2に最も近い中間屈折率層45が後端面S2に接しているものとする。
屈折率 光学膜厚
中間屈折率層45: nD λC/4
高屈折率層43: nB λC/4
中間屈折率層44: nC λC/4
nD=nC<nB
(1)
基板上にモノリシックに形成された第1素子部および第2素子部と、
前記第1素子部および前記第2素子部のそれぞれの後端面に一括形成された後端面膜と
を備え、
前記第1素子部は、発振波長がλ1の発光素子部であり、
前記第2素子部は、発振波長がλ2(λ1<λ2)の発光素子部であり、
前記後端面膜は、屈折率がn1の低屈折率層と屈折率がn3(n1<n3)の高屈折率層の組み合わせを1組とする層がN組(N≧2)積層された層と、屈折率がn2(n1<n2<n3)の中間屈折率層とを後端面側から順に含んでおり、かつSi膜とは異なる膜で構成され、
前記低屈折率層、前記高屈折率層および前記中間屈折率層の光学膜厚は、λ1とλ2の間の波長をλ3としたときに、λ3/4となっている
多波長半導体レーザ素子。
(2)
屈折率n1は、1.4以上1.5未満の値であり、
屈折率n2は、1.5以上1.7以下の値であり、
屈折率n3は、2.0以上2.5以下の値である
(1)に記載の多波長半導体レーザ素子。
(3)
前記低屈折率層は、SiO2層であり、
前記高屈折率層は、Ta2O5層、TiO2層、ZnO層、HfO2層、CeO2層またはNb2O膜であり、
前記中間屈折率層は、Al2O3層またはMgO層である
(2)に記載の多波長半導体レーザ素子。
(4)
前記低屈折率層は、SiO2層と、Al2O3層またはMgO層とが積層されたものであり、
前記高屈折率層は、Ta2O5層、TiO2層、ZnO層、HfO2層、CeO2層またはNb2O層であり、
前記中間屈折率層は、Al2O3層またはMgO層である
(2)に記載の多波長半導体レーザ素子。
(5)
前記後端面に最も近い前記低屈折率層は、前記後端面に接している
(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の多波長半導体レーザ素子。
(6)
前記後端面膜は、前記後端面と前記後端面に最も近い低屈折率層との間に、屈折率がn4(n1<n4<n3)の下地層と、屈折率がn1の第2低屈折率層と、屈折率がn3の第2高屈折率層とを前記後端面側から順に含み、
前記第2高屈折率層の光学膜厚は、λ3/4となっており、
前記第2低屈折率層の光学膜厚は、(λ3/4)−(前記下地層の光学膜厚)となっており、
前記下地層の光学膜厚は、当該下地層および前記第2低屈折率層の合計の光学膜厚がλ3/4となるように調整された厚さとなっている
(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の多波長半導体レーザ素子。
(7)
基板上にモノリシックに形成された第1素子部および第2素子部と、
前記第1素子部および前記第2素子部のそれぞれの後端面に一括形成された後端面膜と
を備え、
前記第1素子部は、発振波長がλ1の発光素子部であり、
前記第2素子部は、発振波長がλ2(λ1<λ2)の発光素子部であり、
前記後端面膜は、屈折率がn1の第1低屈折率層と屈折率がn3(n1<n3)の高屈折率層の組み合わせを1組とする層をN組(N≧2)積層させたものと、屈折率がn1の第2低屈折率層とを後端面側から順に含んでおり、かつSi膜とは異なる膜で構成され、
前記第1低屈折率層、前記高屈折率層および前記第2低屈折率層の光学膜厚は、λ1とλ2の間の波長をλ3としたときに、λ3/4となっている
多波長半導体レーザ素子。
(8)
屈折率n1は、1.5以上1.7以下の値であり、
屈折率n3は、2.0以上2.5以下の値であり、
(7)に記載の多波長半導体レーザ素子。
(9)
前記第1低屈折率層および前記第2低屈折率層はともに、Al2O3層またはMgO層であり、
前記高屈折率層は、Ta2O5層、TiO2層、ZnO層、HfO2層、CeO2層またはNb2O層である
(8)に記載の多波長半導体レーザ素子。
(10)
前記後端面に最も近い第1低屈折率層は、前記後端面に接している
(7)に記載の多波長半導体レーザ素子。
Claims (3)
- 基板上にモノリシックに形成された第1素子部および第2素子部と、
前記第1素子部および前記第2素子部のそれぞれの後端面に一括形成された後端面膜と
を備え、
前記第1素子部は、発振波長がλ1の発光素子部であり、
前記第2素子部は、発振波長がλ2(λ1<λ2)の発光素子部であり、
前記後端面膜は、屈折率がn1の低屈折率層と屈折率がn3(n1<n3)の高屈折率層の組み合わせを1組とする層がN組(N≧2)積層された層と、屈折率がn2(n1<n2<n3)の中間屈折率層とを後端面側から順に含んでおり、かつSi膜とは異なる膜で構成され、
前記低屈折率層、前記高屈折率層および前記中間屈折率層の光学膜厚は、λ1とλ2の間の波長をλ3としたときに、λ3/4となっており、
前記後端面膜は、前記後端面と前記後端面に最も近い低屈折率層との間に、屈折率がn 4 (n 1 <n 4 <n 3 )の下地層と、屈折率がn 1 の第2低屈折率層と、屈折率がn 3 の第2高屈折率層とを前記後端面側から順に含み、
前記第2高屈折率層の光学膜厚は、λ 3 /4となっており、
前記第2低屈折率層の光学膜厚は、(λ 3 /4)−(前記下地層の光学膜厚)となっており、
前記下地層の光学膜厚は、当該下地層および前記第2低屈折率層の合計の光学膜厚がλ 3 /4となるように調整された厚さとなっている
多波長半導体レーザ素子。 - 屈折率n1は、1.4以上1.5未満の値であり、
屈折率n2は、1.5以上1.7以下の値であり、
屈折率n3は、2.0以上2.5以下の値である
請求項1に記載の多波長半導体レーザ素子。 - 前記低屈折率層は、SiO2層であり、
前記高屈折率層は、Ta2O5層、TiO2層、ZnO層、HfO2層、CeO2層またはNb 2 O 5 膜であり、
前記中間屈折率層は、Al2O3層またはMgO層である
請求項2に記載の多波長半導体レーザ素子。
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