JPH09260777A

JPH09260777A - 半導体レーザー装置

Info

Publication number: JPH09260777A
Application number: JP7190096A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kume; 雅博粂
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-03

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（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅ
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（Ａｌ₂Ｏ₃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

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。