JPH09260777A - 半導体レーザー装置 - Google Patents

半導体レーザー装置

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JPH09260777A
JPH09260777A JP7190096A JP7190096A JPH09260777A JP H09260777 A JPH09260777 A JP H09260777A JP 7190096 A JP7190096 A JP 7190096A JP 7190096 A JP7190096 A JP 7190096A JP H09260777 A JPH09260777 A JP H09260777A
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JP
Japan
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face
semiconductor laser
dielectric film
wavelength
film
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JP7190096A
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English (en)
Inventor
Masahiro Kume
雅博 粂
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 端面コート誘電体膜形成に要する時間を短く
し、製造工程の効率を高め、端面コート誘電体膜の膜厚
のばらつきを十分に小さくし、端面コート誘電体膜形成
の際の半導体レーザー素子の共振器端面の温度上昇に伴
う特性劣化を少なくし、半導体レーザー素子から端面コ
ート誘電体膜を剥がれにくくして信頼性を高める。 【解決手段】 半導体レーザー素子1の共振器端面に光
学長が100分の1波長より長く10分の1波長より短
い膜厚の例えば酸化アルミニウム,酸化シリコン、窒化
シリコン、酸化チタン等からなる前端面コート誘電体膜
2と後端面コート誘電体膜3とを被着している。この端
面コート誘電体膜2,3の膜厚は、好ましくは光学長が
50分の1波長より長く13分の1波長より短く設定す
る。さらに好ましくは、光学長が50分の1波長より長
く20分の1波長より短く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクやレー
ザープリンタ等の光情報処理装置や光ファイバ通信等に
用いられる半導体レーザー装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体レーザー装置は、コンパク
トディスク(CD)等の光ディスクの光源に広く用いら
れている。光ディスクからデータを読み取るのみのCD
やコンピュータ用のCD−ROMに用いられる半導体レ
ーザー装置は、現在波長780nmの砒化ガリウムアル
ミニウム(GaAlAs)を材料としている。
【0003】このCD用半導体レーザー装置では、Ga
AlAs半導体結晶を劈開することによってレーザー共
振器ミラーを形成している。劈開することによって形成
したレーザー共振器ミラーの反射率は、レーザー光に対
するGaAlAs結晶と空気の屈折率によって決まり、
約0.32となる。読み取り用のCD用半導体レーザー
装置としては、一般にこの反射率で用いられるが、結晶
表面をむき出しのままにすると、動作中にGaAlAs
半導体結晶の表面が酸化され、半導体レーザー装置が徐
々に劣化する。これを防いで長寿命の半導体レーザー装
置を実現するために、レーザー共振器ミラー面に酸化ア
ルミニウムや酸化シリコン等の透明な単層の誘電体膜を
形成する方法が採られ、これに関してはLadanyら
の報告がある(Applied Physics Le
tters,Vol.30,No.2,p87,197
7)。
【0004】図1に半導体レーザー素子のレーザー共振
器ミラー面を誘電体膜で被覆した半導体レーザー装置の
斜視図を示す。この半導体レーザー装置は、チップ状の
半導体レーザー素子1のレーザー共振器ミラー面(以
下、共振器端面と呼ぶ)に前端面コート誘電体膜2およ
び後端面コート誘電体膜3を被着したところを示す。半
導体レーザー素子1のレーザー共振器ミラー面の両共振
器端面に前端面コート誘電体膜2および後端面コート誘
電体膜3をそれぞれ形成すると、半導体レーザー素子1
のレーザー共振器ミラーの反射率は、前端面コート誘電
体膜2および後端面コート誘電体膜3の屈折率とその膜
厚によって変化する。
【0005】図2に半導体レーザー素子1の共振器端面
に形成する端面コート誘電体膜の膜厚(光学長)に対す
る反射率を示す。膜厚は光の波長に対する膜の光学長
(膜厚×屈折率)を単位にしてある。すなわち、光学長
0.5の時の膜の実際の厚さdは光の真空中の波長を
λ、膜の屈折率をnとすると、d=0.5×λ/nとな
る。反射率は光学長0.5の周期で変化する。半導体レ
ーザー装置のしきい電流値や微分効率等の電流−光出力
特性は、レーザー共振器ミラーの反射率によって大きく
変わり、また寿命やCDに用いたときにしばしば問題と
なるレーザー光の雑音特性もミラー反射率に大きく依存
する。
【0006】一般に、反射率が下がるにつれてしきい電
流値が増大し、微分効率も増大する。雑音特性に関して
は、反射率が下がると雑音が増大する。したがって、C
Dに用いる半導体レーザー装置では、端面コート誘電体
膜を形成した後も端面コート誘電体膜がない時と同じ反
射率である0.32にするために、端面コート誘電体膜
の膜厚をその光学長が0.5(2分の1波長)となる膜
厚が選ばれる。例えば、端面コート誘電体膜材料として
酸化アルミニウムを用いた場合、その屈折率は約1.6
5であるから、波長780nmに対して、膜厚は236
nmとなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザー結晶の
共振器端面に端面コート誘電体膜を形成するために、一
般にスパッタ法や気相堆積法(CVD法)が用いられる
が、膜厚を精密に制御する必要があるため、堆積速度を
遅くして行う。例えば、スパッタ法で酸化アルミニウム
を共振器端面に被着する場合は、その速度は0.05n
m/秒以下であるため、2分の1波長の膜厚に端面コー
ト誘電体膜を被着するのに要する時間は1時間以上とな
る。
【0008】このように長時間スパッタを行うと、作成
される前端面コート誘電体膜2および後端面コート誘電
体膜3の膜厚のばらつきが大きくなったり、半導体レー
ザー素子1の共振器端面の温度が上昇して、半導体レー
ザー装置に特性劣化等の悪影響を及ぼすことになる。ま
た、1台の製造装置の処理できる数量が制限され、量産
時には製造装置の必要台数が増すという問題がある。な
お、このような問題に対し、堆積速度を速くすることが
考えられるが、スパッタ法では速度を上げることが困難
で、せいぜい0.1nm/秒が限度であり、レーザー共
振器端面に端面コート誘電体膜を被着するのに要する時
間はそれほど短縮することができなかった。
【0009】また、2分の1波長というように厚い膜厚
の前端面コート誘電体膜2および後端面コート誘電体膜
3を付けたときの問題点として、半導体レーザー結晶か
らなる半導体レーザー素子1の熱膨張係数と前端面コー
ト誘電体膜2および後端面コート誘電体膜3の熱膨張係
数が異なるため、半導体レーザー素子1の共振器端面に
対する前端面コート誘電体膜2および後端面コート誘電
体膜3の被着膜厚が厚いと、半導体レーザー素子1の共
振器端面から前端面コート誘電体膜2および後端面コー
ト誘電体膜3が剥がれやすいという問題がある。
【0010】本発明の第1の目的は、端面コート誘電体
膜形成に要する時間を短くすることができ、製造工程の
効率を高めることができる半導体レーザー装置を提供す
ることである。本発明の第2の目的は、端面コート誘電
体膜形成に要する時間を短くすることができて、端面コ
ート誘電体膜の膜厚のばらつきを十分に小さくできると
ともに、端面コート誘電体膜形成の際の半導体レーザー
素子の共振器端面の温度上昇に伴う特性劣化を少なくす
ることができる半導体レーザー装置を提供することであ
る。
【0011】本発明の第3の目的は、半導体レーザー素
子から端面コート誘電体膜が剥がれにくく、信頼性の高
い半導体レーザー装置を提供することである。本発明の
第4の目的は、端面コート誘電体膜が保護膜としての機
能を損なうことなく、端面コート誘電体膜がないときと
ほとんど同じ反射率を実現することができ、端面コート
誘電体膜がないときとほとんど同じレーザー特性を実現
することができる半導体レーザー装置を提供することで
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、この発明の半導体レーザー装置は、半導体レーザー
素子の少なくとも一方の共振器端面に光学長が100分
の1波長より長く10分の1波長より短い膜厚の端面コ
ート誘電体膜を被着している。この端面コート誘電体膜
の膜厚は、好ましくは光学長が50分の1波長より長く
13分の1波長より短く設定する。さらに好ましくは、
光学長が50分の1波長より長く20分の1波長より短
く設定する。また、端面コート誘電体膜としては、酸化
アルミニウム,酸化シリコン,窒化シリコンおよび酸化
チタンのうちの何れかの材料が用いられる。
【0013】図3に端面コート誘電体膜として例えば、
単層の酸化アルミニウム膜(Al23 単層膜)をレー
ザー共振器端面に被着させた時の膜厚(光学長)と反射
率の関係を示す。膜厚の光学長が長くなるにつれて、反
射率は減少するが、光学長が100分の1波長の時で反
射率は0.32、10分の1波長の時で0.24であ
り、この範囲内では、端面コート誘電体膜がないときと
ほとんど同じ反射率を実現することができ、端面コート
誘電体膜がないときとほとんど同じレーザー特性を実現
することができ、半導体レーザー装置の特性に端面コー
ト誘電体膜の膜厚の違いによる大きな変化はない。10
分の1波長の厚さの膜を付けることで、2分の1波長の
時の5分の1の時間で被着できることになり、大幅な時
間短縮が可能になる。その結果、端面コート誘電体膜の
膜厚のばらつきを十分に小さくでき、また生産効率を高
めることができ、さらに端面コート誘電体膜形成の際の
半導体レーザー素子の共振器端面の温度上昇に伴う特性
劣化を少なくすることができる。また13分の1波長の
厚さでは反射率は0.27、20分の1波長では0.3
0となり、半導体レーザー装置の特性の変化はさらに小
さく抑えることができる。特に、雑音特性に関しては反
射率が低下する程悪化するので反射率を下げすぎない方
がよい。
【0014】膜の厚さは従来の5分の1以下(酸化アル
ミニウムの例では47.2nm以下)と薄くなるので、
熱歪による膜の剥離も低減することができる。100分
の1波長以上の膜厚にしたのは、これ以下の薄い膜にす
ると均一な厚さの膜が形成し難くなってきて、端面コー
ト誘電体膜が保護膜としての機能を十分に果たすことが
できなくなるからである。膜厚を50分の1波長以上と
すると、膜の均一性がさらに高まり、保護機能が一層高
まる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1と図3を用いて説明する。図1に本発明が適用
される半導体レーザー装置の斜視図を示す。この半導体
レーザー装置は、チップ状の半導体レーザー素子1のレ
ーザー共振器ミラーの前端面および後端面(前後のミラ
ー面)に単層の前端面コート誘電体膜2と後端面コート
誘電体膜3とがそれぞれ被着されている。
【0016】上記の半導体レーザー装置では、レーザー
共振器の前端面および後端面には、それぞれ前端面コー
ト誘電体膜2および後端面誘電体膜3を形成するが、前
端面コート誘電体膜2および後端面誘電体膜3の反射率
を同一にするとは限らない。したがって、本発明のよう
な膜厚の端面コート誘電体膜は一方のレーザー共振器の
端面にのみ用いることもありうる。
【0017】例えば、レーザー共振器の前端面からレー
ザー光を出射させ、後端面からはレーザー光を出射させ
ないような構造の場合には、レーザー光を出射させる方
の前端面は、反射率を劈開時と同じ0.32の反射率に
近い値とすることが必要であるので、本発明のような膜
厚の端面コート誘電体膜が被着される。一方、後端面に
ついては、半導体レーザー装置の発光効率を高める上で
は、反射率を高めてレーザー光を出射させない方が良い
ので、単層膜に代えて例えば多層膜が被着されることが
ある。
【0018】図3に酸化アルミニウムからなる端面コー
ト誘電体膜を共振器端面に被着した時の反射率を示す。
ここで、酸化アルミニウムからなる端面コート誘電体膜
の屈折率は1.65であり、半導体レーザー素子1を構
成するGaAlAs結晶の屈折率は3.6である。端面
コート誘電体膜の膜厚の光学長が100分の1波長の時
の反射率は0.32、10分の1波長の時は0.24と
なる。
【0019】同様の計算を行えば、酸化シリコンからな
る端面コート誘電体膜(屈折率1.45)では、100
分の1波長で反射率0.32、10分の1波長で0.2
5、窒化シリコンからなる端面コート誘電体膜(屈折率
1.9)では、100分の1波長で反射率0.32、1
0分の1波長で0.24となる。図4に反射率を0.3
2より下げていったときのしきい電流の上昇する割合を
示す。反射率が0.24まで下がるとしきい電流は約1
0%上昇し、0.27では3%に抑えられる。また0.
30では1%のしきい値上昇に抑えられる。また、反射
率を0.32より下げていったときの雑音特性を図5に
示す。図5の縦軸は相対強度雑音(RIN)を示してお
り、−125dB/Hz以下であればCD等の光ディス
クに使用できるが、低ければ低い程光ディスクの再生信
号の品質がよくなる。
【0020】レーザー共振器端面への酸化アルミニウム
の被着は、スパッタ法で行った。50分の1波長膜厚
(実際の膜厚は約9.5nm)で端面コート誘電体膜を
レーザー共振器の両端面に被着したときに、レーザー特
性の変化は見られず、被着に要する時間は200秒と大
幅な短縮が可能となった。また、寿命試験の結果従来の
2分の1波長膜厚の半導体レーザー装置と同等の信頼性
が確認され、コート誘電体膜を薄くすることによる寿命
への悪影響は見られなかった。図6に示すように100
分の1波長膜厚のものでも、寿命は問題なかった。さら
に、CDからの信号読み取りのときに問題となるレーザ
ー光の雑音についても、実際に光ピックアップに搭載し
て問題はなかった。
【0021】なお、以上の説明では誘電体材料を酸化ア
ルミニウムで構成した例で説明したが、その他の誘電体
材料である酸化シリコンや窒化シリコンあるいは酸化チ
タンについても同様に実施可能である。また本発明は、
劈開時と同じ反射率にするための端面コートに用いる誘
電体の単層膜の全てに適用することができる。また、半
導体レーザー装置は波長が780nmのGaAlAs系
に限られることはなく、波長が1μm帯のGaInAs
P系、600nm帯のGaAlInP系や400から5
00nm帯のZnSeやGaN系半導体レーザー装置に
も適用することができる。
【0022】
【発明の効果】本発明の半導体レーザー装置によれば、
光学長が100分の1波長より長く10分の1波長より
短い膜厚の端面コート誘電体膜を用いるので、その被着
時間を従来例の5分の1から50分の1と大幅に短縮す
ることができ、製造工程の効率を大幅に向上させること
ができる。また、長時間にわたる被着によって膜厚のば
らつきが増大したり、温度が上昇して半導体レーザー素
子の特性を劣化させるといった悪影響を少なくすること
ができる。また、膜が厚くなってくると剥離しやすくな
るが、従来よりも薄い膜厚となるので、そのおそれを少
なくできる。また、端面コート誘電体膜が保護膜として
の機能を損なうことなく、端面コート誘電体膜がないと
きとほとんど同じ反射率を実現することができ、端面コ
ート誘電体膜がないときとほとんど同じレーザー特性を
実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における半導体レーザー装
置の構造を示す斜視図である。
【図2】端面コート誘電体膜の膜厚に対する反射率を示
す特性図である。
【図3】本発明の実施の形態における半導体レーザー装
置の端面コート誘電体膜の反射率を示す特性図である。
【図4】反射率に対するしきい電流の増加を示す特性図
である。
【図5】反射率に対する雑音特性を示す特性図である。
【図6】光出力の経時変化(寿命特性)を示す特性図で
ある。
【符号の説明】
1 半導体レーザー素子 2 前端面コート誘電体膜 3 後端面コート誘電体膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザー素子の少なくとも一方の
    共振器端面に、光学長が100分の1波長より長く10
    分の1波長より短い膜厚の端面コート誘電体膜を被着し
    たことを特徴とする半導体レーザー装置。
  2. 【請求項2】 半導体レーザー素子の少なくとも一方の
    共振器端面に、光学長が50分の1波長より長く13分
    の1波長より短い膜厚の端面コート誘電体膜を被着した
    ことを特徴とする半導体レーザー装置。
  3. 【請求項3】 半導体レーザー素子の少なくとも一方の
    共振器端面に、光学長が50分の1波長より長く20分
    の1波長より短い膜厚の端面コート誘電体膜を被着した
    ことを特徴とする半導体レーザー装置。
  4. 【請求項4】 端面コート誘電体膜が酸化アルミニウ
    ム,酸化シリコン,窒化シリコンおよび酸化チタンのう
    ちの何れかの材料からなることを特徴とする請求項1,
    2または3記載の半導体レーザー装置。
JP7190096A 1996-03-27 1996-03-27 半導体レーザー装置 Pending JPH09260777A (ja)

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