JPH0451581A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は半導体レーザ装置に係わり、特に共振器端面
に反射率制御用膜を有し発振されるレーザ光の高出力化
が図られている半導体レーザ装置に関する。

（従来の技術） 第２図は、この種の従来の半導体レーザ装置の概略的な
断面図である。

同図に示すように、ｎ−型基板１０上にはｎ型クラッド
層１２、活性層１４、ｐ−型クラッド層１６、キャップ
層１８、及びｐ−型オーミック電極２０が順次形成され
、ｎ−型基板ｌＯの裏面にはロー型オーミック電極２２
が形成されており、さらに二つの端面２４Ａ及び２４Ｂ
により共振器２４が構成されている。

端面２４Ａ及び２４Ｂの一方、図では２４Ｂ側に反射率
制御用膜２５が設けられ、発振されるレーザ光の出力を
高めている。反射率制御用膜２５は屈折率の異なる２種
類の薄膜２Ｂ及び２８を交互に二層以上積層させること
によって高反射膜化することにより、ざらにレーザ光の
出力を高められる。

反射率制御用膜２５を構成する薄膜のうち、端面２４Ｂ
に接する薄膜２６は屈折率ｎの小さい薄膜材料で構成さ
れ、例えばＳ　ｉ　０２　　（ｎ”＝　１．５）、Ａ１
２０３　　（ｎｚ　１．７）　、Ｓ　１３　Ｎ４　　（
ｎｚ　１．８）が良く用いられる。又、薄膜２８は屈折
率の大きい薄膜材料で構成され、例えばアモルファス５
ｉ（ｎｚ３，２）を用いることが一般的である。又、５
ｉｎ２を薄膜２６に用いた場合には、薄膜２８にＡ１□
０３やＳｉ３Ｎ４を用い、例えば４層以上の多層な反射
率制御用膜を構成して高反射膜化した例もある。

上記した薄膜材料の共振器端面２４Ｂ上における形成方
法は、真空蒸着法（Ｓ　１０２　）　％スパッタ法（Ａ
１２０３、Ｓｉ、Ｎ４、アモルファスＳｉ）が用いられ
る。

ところで、半導体レーザ装置を用いた一般的なシステム
では、一定の光出力を得るために光取出し面とは反対側
にモニタ用受光素子を設け、これにより、Ａ　Ｐ　Ｃ（
Ａｕｔｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　）駆動を行っ
ている。例えば第２図に示す半導体レーザ装置であると
、光取出し面は端面２４Ａ側であり、もう一方の端面２
４Ｂ側にモニタ用受光素子が設けられる。即ち、反射率
制御用膜側にモニタ用受光素子が設けられる。

しかし、反射率制御用膜の反射率が高まるにつれ、モニ
タ用受光素子に対して放射される光出力は減少する。こ
のためにモニタ用受光素子を、反射率制御用膜に、より
近づけなければならなくなる。例えば反射率が８０％程
度のを持つ半導体レーザ装置に、モニタ用受光素子とし
て通常のＩ　ｎＧａＡｓ系ＰＩＮフォトダイオードを設
けた場合、０．０５　［ｍＡ］以上のモニタ電流を得る
ためには、半導体レーザ装置の端面２８と図示せぬモニ
タ用受光素子の受光面との距離を１　［ｍｍ１未満とな
るように設計しなければならない。これは光学設計上、
大きな制約となる。

例えば、第２図に示した半導体レーザ装置において、反
射率制御用膜を構成する薄膜の一つにアモルファスＳｉ
を用いた場合、二層構造膜であったとしても反射率は８
０％を超えてしまうので、光学設計上、上記のような制
約を受ける。

又、アモルファスＳｉは、真空蒸着法によっても形成で
きるが、スパッタ法よりスループ・ソトの良い真空蒸着
法でアモルファスＳｔを形成すると、蒸着速度や屈折率
の制御が困難であり、化学的、物理的にも不安定な膜と
なる。このため、信頼性の面で劣る半導体レーザ装置が
製造されてしまう。

従って、アモルファスＳｉを真空蒸着法で形成すること
は実用的でない。

又、Ａｌ２Ｏ３やＳｉ３Ｎ、も同様に真空蒸着法での形
成が難しいものであり、さらに屈折率も１．７〜１．８
と小さいため、４層程度以上積層しないと反射率向上の
効果が少ない。形成される薄膜の総数は、膜の均一性、
膜間応力、歩留り、工程時間等を考慮すると極力少ない
ことが望ましい。

（参考文献：特開昭６４−３３９８７、特開平１−１８
４１１９３）（発明が解決しようとする課８） 以上説明したように従来の反射率制御用膜を共振器端面
に有する半導体レーザ装置では、反射率制御用膜を構成
する薄膜に屈折率の大きいアモルファスＳｉが用いられ
ているため、反射率が高くなりすぎ光学設計上の制約を
提起する。又、Ａ１□０３やＳｉ３Ｎ４を用いると、こ
れらの材料の屈折率が小さいために反射率が低くなりす
ぎ、所望の反射率にするには多層に積層させる必要が生
じる。しかも、これらのアモルファス５ｉ１Ａ１２０３
　、Ｓ　ｉ、Ｎ４は、スループットが良好な真空蒸着法
による形成が難しく、これらの形成にあたり真空蒸着法
を選択しずらいといった問題があった。

この発明は上記のような点に鑑みて為されたもので、そ
の目的は、反射率制御用膜を共振器端面に有する半導体
レーザ装置において、反射率制御用膜を構成する薄膜に
、その屈折率が適当であり、しかもスパッタ法、真空蒸
着法による形成が双方とも容易、かつ化学的、物理的に
も安定である薄膜が用いられ、高出力なレーザ光を発振
でき、しかも高信頼性を誇り、光学設計における制約も
この発明の半導体レーザ装置は、反射率制御用膜を共振
器端面に有する半導体レーザ装置において、前記反射率
制御用膜が少なくとも第１の薄膜と第２の薄膜との積層
構造から成り、前記第１の薄膜の膜厚は前記半導体レー
ザ装置の発振波長をλ、前記第１の薄膜の屈折率をｎと
した時（λ／４ｎ）に設定され、かっｎ≦１．８であり
、前記第２の薄膜の膜厚は前記半導体レーザ装置の発振
波長をλ、前記第２の薄膜の屈折率をｎとした時（λ／
４ｎ）に設定され、かつ１．９≦ｎ≦２．６であること
を特徴とする。

さらに、前記第２の薄膜は酸化ジルコニウム、酸化セシ
ウム、硫化亜鉛のいずれか一つであることを特徴とする
。

（作用） 上記のような半導体レーザ装置によれば、特に第２の薄
膜の屈折率ｎか（１，９≦ｎ≦２．６）の範囲にあり、
このような屈折率を持つ第２の薄膜と、屈折率ｎが（１
，８≧ｎ）の範囲にある第１の薄膜とを積層して反射率
制御用膜を得る。これにより、反射率制御用膜の反射率
が光学設計上の制約を受けない適当なものとされる。

上記屈折率の範囲を実現できる薄膜には、酸化ジルコニ
ウム：屈折率的２，０ 酸化セシウム：屈折率的２，２〜２．５硫　化　亜　鉛
：屈折率的２．２〜２．３がある。

これらの薄膜はいずれも、真空蒸着法により形成されて
も蒸着速度や屈折率の制御性が良い。

しかも化学的、物理的にも安定な膜である。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を一実施例により説明す
る。

第１図は、この発明の実施例に係わる半導体レーザ装置
の概略的な断面図である。

同図に示すように、ｎ−型基板ｌＯ上にはｎ型クラッド
層１２が形成されており、クラッド層１２上には活性層
１４が形成されている。活性層１４上にはｐ−型クラッ
ド層１６が形成されており、クラッド層１Ｂ上にはキャ
ップ層１８が形成されている。キャップ層１８上にはｐ
−型オーミック電極２０形成され、一方、ｎ−型基板１
０の裏面にはｎ−型オーミック電極２２が形成されてい
る。

上記構造をもってレーザを発振する共振器２４が構成さ
れる。共振器端面２４Ａ及び２４Ｂの一方、図では２４
Ｂ側に反射率制御用膜３０が設けられ、発振されるレー
ザ光の出力が高められる。反射率制御用膜３０は屈折率
の異なる２種類の第１層薄膜３２及び第２層薄膜３４に
よって構成され、共振器端面２４Ｂに接する第１層薄膜
３２には屈折率ｎが小さい薄膜を、第２層薄膜３４には
屈折率ｎが大きい薄膜を、それぞれ用いる。

ところで、反射率制御用膜３０自体の反射率Ｒは一般的
に、次のような式により表わされる。

（１）式は大気中において適用される。

（１）式において、ｎｏは活性層１４の屈折率、ｎｌは
第１層薄膜３２の屈折率、ｎ２は第２層薄膜３４の屈折
率をそれぞれ表している。

例えば第１層薄膜３２を５ｉＯｚで構成した場合、ｎ、
は約１．５であり、活性層１４をＩｎＰ系やＧａＡｓ系
で構成した場合、ｎｏは約３．２程度である。この点を
考慮し、反射率Ｒとして最適な４０％〜７０％を実現す
るためには、（１）式より、第２層薄膜３４の屈折率ｎ
２が１，９≦ｎ２≦２．６の範囲にあることが望ましい
。

この実施例では、第１層薄膜３２に５ｉｎ２（屈折率ｎ
々Ｉ２５）を、一方、第２層薄膜３４には、酸化ジルコ
ニウム（以下ＺｒＯ□と称す；屈折率ｎ々２，０）を用
いる。

又、これらの膜厚は半導体レーザ装置の発振波長をλと
した時、それぞれλ／　４　ｎとなるように設定する。

例えば半導体レーザ装置の発振波長λを１．３［μｍ］
と仮定すると、第１層薄膜３２（ＳｉＯ２）の膜厚は２
１７０　ｒ人コに設定され、第２層薄膜３４（ＺｒＯ２
）の膜厚は１６３０　［入］に設定される。

この実施例では、第１層薄膜３２にＳｉＯ２を、第２層
薄膜３４にＺｒＯ２を、それぞれ用いることにより反射
率制御用膜３０自体の反射率に約５５％が得られる。そ
して、半導体レーザ装置の端面２８と図示せぬモニタ用
受光素子の受光面との距離か１．５　［ｍｍコ程度あっ
ても、０．１　　［ｍＡ１以上のモニタ電流が確保され
ている。

又、その製造方法としては、半導体基板上に、レーザを
発振できるように各種半導体層、例えば上記のクラッド
層、活性層、キャップ層等を順次積層形成した後、基板
の表面上方及び裏面に電極を形成する。電極形成後、レ
ーザ・バー　あるいはチップ状に襞間することにより共
振器を得る。次いで、共振器の一方の端面に、真空蒸着
法、例えば電子ビーム蒸着法を用いてＳｉＯ□から成る
第１層薄膜３２を形成し、次いで、第１層薄膜３２上に
、例えば電子ビーム真空蒸着法を用いてＺｒＯ□から成
る第２層薄膜３４を形成することにより、この実施例に
係わる半導体レーザ装置か製造される。

尚、ＺｒＯ２は、真空蒸着法、例えば電子ビーム真空蒸
着法であってもスパッタ法のいずれでも形成でき、いず
れの方法とも蒸着速度、屈折率とも制御性が良好である
。

しかもＺｒＯ□は、化学的、物理的にも極めて安定な材
料である。この点を証明する例としては、大気中で４３
０［”Ｃ］　　５分間の加熱を行なっても屈折率には全
く変化か見られないといった実験結果が得られている。

又、フッ化アンモニウム溶液中でのエツチング速度にお
いても、５ｉｎ２やＳＬ、Ｎ４に比較して約１／３〜１
１５といった実験結果も得ている。

尚、第１層薄膜３２にＳｉＯ２を用いた理由は、ＳｉＯ
２が、真空蒸着法でもスパッタ法のいずれの方法でも蒸
着速度、屈折率とも制御性を良好として形成できること
による。又、第１層薄膜３２に５ｉｎ２を用いることで
、第１層薄膜３２〜第２層薄膜３４の形成を、共に真空
蒸着法で形成、あるいは共にスパッタ法で形成、いずれ
かの形成方法を選択可能ともなり製造上の自由度が高ま
る。

上記構成の半導体レーザ装置であると、光学設計上、製
造上の双方において、自由度が高く、しかも、反射率制
御用膜は化学的、物理的にも極めて安定な薄膜により構
成される。これにより、高信頼性で汎用性に富む半導体
レーザ装置となる。

尚、上記実施例では、第１層薄膜３２としてＳｉｏ２を
用いたが、これに限られることはなく、例えば５ｉｉＮ
＜等のような屈折率が１．８以下の材料であっても良い
。一方、第２層薄膜３４もＺｒＯ２に限られることはな
く、屈折率が１．９≦０２≦２．６の範囲にあり、望ま
しくは真空蒸着法、スパッタ法のいずれの方法でも蒸着
速度、屈折率とも制御性良く形成でき、しかも化学的、
物理的に安定な材料であれば良い。

これらのような屈折率、形成方法の条件を満たせる材料
としてはＺｒＯ７の他、例えば酸化セシウム（ＣｅＯ２
；屈折率ｎ≦２．２〜２．５）、硫化亜鉛（ＺｎＳ；屈
折率ｎ≦　２．２〜２．３）等が挙げられる。これらの
材料を薄膜３４に用いても、反射率制御用膜３０自体の
反射率を４０〜７０％程度の好適な範囲に設定できる。

又、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＺｎＳ等が持つような屈折率
の範囲１．９≦０２≦２．６であると、反射率制御用膜
３０を第１層薄膜３２と第２層薄膜３４との二層構造だ
けで反射率４０〜７０％が実現される。これにより、形
成される薄膜の総数を少なくすることができ、膜の均一
性の向上、膜間応力の低減、歩留りの向上、工程時間の
短縮等も併せて実現できる。

［発明の効果コ 以上説明したようにこの発明によれば、反射率制御用膜
を共振器端面に有する半導体レーザ装置において、反射
率制御用膜を構成する薄膜にその屈折率が適当であり、
しかもスパッタ法、真空蒸着法による形成が双方とも容
易、かつ化学的、物理的にも安定である薄膜が用いられ
、高出力なレーザ光を発振でき、しかも高信頼性で光学
設計における制約も少ない半導体レーザ装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わる半導体レザ装置の
概略的な断面図、第２図は従来の半導体レーザ装置の概
略的な断面図である。 ２４・・・共振器、２４＾、２４Ｂ・・・共振器端面、
３０・・・反射率制御用膜、３２・・・第１層薄膜、３
４・・・第２層薄膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反射率制御用膜を共振器端面に有する半導体レー
   ザ装置において、 前記反射率制御用膜が少なくとも第１の薄膜と第２の薄
   膜との積層構造から成り、 前記第１の薄膜の膜厚は前記半導体レーザ装置の発振波
   長をλ、前記第１の薄膜の屈折率をｎとした時（λ／４
   ｎ）に設定され、かつｎ≦１．８であり、 前記第２の薄膜の膜厚は前記半導体レーザ装置の発振波
   長をλ、前記第２の薄膜の屈折率をｎとした時（λ／４
   ｎ）に設定され、かつ１．９≦ｎ≦２．６であることを
   特徴とする半導体レーザ装置。
2. （２）前記第２の薄膜は酸化ジルコニウム、酸化セシウ
   ム、硫化亜鉛のいずれか一つであることを特徴とする請
   求項（１）記載の半導体レーザ装置。