JPS61207091A - 半導体レ−ザ素子 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、長寿命化を図った半導体レーザ素子に関する
ものである。

〈従来の技術〉 たとえば、発振波長７８０ｎｍ帯のＧａＡ克Ａｓ系半導
体レーザ素子は光出力５＋ｎＷ以下の低出力レベルでは
、既に高い信頼性が保障されるに至り、デジタル・オー
ディオディスクやレーザ・ディスク等の光情報処理シス
テム用光源として大量に使用されている。しかしながら
、近年、書き込み可能なレーザ・ディスク用光源として
光出力３０　ｍＷ上の高出力が得られる半導体レーザの
需要が急速に高まってきている。

ところで、半導体レーザ素子の高出力化のために最も広
く用いられている方法は、端面保護膜の反射率の非対称
化である。即ち、この方法は、光出力を取り出す前面側
の端面には反射率の低い誘電体膜を被覆し、裏面側には
反射率の高い誘電体膜を被覆することにより、微分効率
の改善とキングレベルの向上を図るものである。具体的
には前面側端面にはＡ克ｔ　ｏ　ａあるいはＳ　ｉ、Ｎ
４等を厚さλ／４（λ：発振波長）だけ電子ビーム蒸着
法あるいはスパッタリング蒸着法あるいはプラズマＣｖ
Ｄ（化学的気相成長）法等により被覆を行ない、裏面に
はＡｉ、ｔ　０３あるいは５ｌｔＮ４とａ　　Ｓｉ：Ｈ
ｔを交互に厚さλ／４づつ計４層前面の場合と同様の方
法にて被覆を行なう。このような端面保護膜を形成する
ことにより、前面側保護膜の反射率は約６％、裏面側保
護膜の反射率は約９０％が得られる。こうすることによ
り、通常行なわれている両端面に厚さλ／２のＡ　Ｌ　
ｔ　ｏ　３あるいはＳ　ｉｔ　Ｎ　４を一層被覆した場
合に比較して、微分効率、キンクレベル共に約２倍以上
の改善がなされ、半導体レーザの高出力化が実現された
。

しかしながら、実用化のための高い信頼性は必ずしも十
分に得られるには至っていないのが実状である。即ち、
先の方法にて端面保護膜が被覆された半導体レーザ素子
を例えば雰囲気温度５０℃。

光出力３０ｍＷの定出力状態にて高温加速寿命試験を行
なった場合、その駆動電流は第３図の曲線群（ａ）に示
すように、駆動時間にほぼリニアに増加したり、ある時
間を境に急激に増加する傾向にあった。

そこで、本発明者は、これら劣化した半導体レーザ素子
をＥＢｒＣ法により劣化解析を行なったところ、劣化箇
所はすべての素子において、厚さλ／４のＡＩ、　ｔ　
ｏ　ｓの保護膜を一層だけ被覆した前面側端面付近のス
トライブ部でのみ劣化を示し、この曲面側端面付近のス
トライブ部はＥＩ３１Ｇ強度が中央部に比べて弱くなっ
ており、Ａ　Ｉ、　ｔ　Ｏ３とａ　　Ｓ＋：ｌ−１ｔを
交互に４層被覆した裏面側端面では劣化は全く観察され
なかった。この劣化パターンは端面保護膜を被覆しない
場合に発生する酸化による劣化パターンと同じタイプで
あり、高出力動作の場合は端面保護膜を一層被覆しただ
けでは、高光密度あるいは高電流注入により、酸化抑制
効果は十分でないことがわかった。この傾向は保護膜に
Ｓ　ｉｔ　Ｎ　４を用いた場合にも同様であった。一方
、Ａ　、９．ｏ３．　ａ　　Ｓ　−二Ｈｙの多層膜は高
反射率化のみならず、酸化の抑制にも効果的であること
が解析により確認された。

〈発明の目的〉 そこで、本発明の目的は、半導体レーザ素子の前面側端
面の酸化を抑制することにより、半導体レーザ素子の長
寿命化を達成することにある。

〈発明の構成〉 本発明は、上記解析結果をもとに発明されたものである
。即ち、高出力半導体レーザにおいて、前面側端面にも
低反射率を有する誘電体多層膜を被覆することにより、
端面の酸化を抑制し、レーザの長寿命化を図るものであ
る。より詳しくは、共振器両端面に被覆される端面保護
膜が、交互に被覆された屈折率の低い第１の誘電体膜と
屈折率の高い第２の誘電体膜の少なくとも２種類の誘電
体膜からなる多層誘電体膜よりなり、かつ、少なくとも
一方の端面に被覆された上記多層誘電体膜の反射率を３
０％以下の光透過膜としたことを特徴とするものである
。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は７８０ｎｍ帯ＧａＡ１．Ａｓ半導体レーザチッ
プ１の両端面２．５に多層誘電体膜Ｆ、Ｂを被覆した様
子を示している。上記多層誘電体膜Ｆは、半導体レーザ
チップｌの前面側端面２に屈折率１．８のＡ　Ｉ、　＊
　ｏ　ｓからなる第１の誘電体膜３１と屈折率３．９の
ａ−９ｉ：Ｈｚからなる第２の誘電体膜４２と屈折率１
．８のＡｉ、ｔ０３からなる第１の誘電体膜３３を３層
被覆して形成している。他方、上記多層誘電体膜Ｂは、
半導体レーザチップｌの裏面側端面５にＡ　Ｉ、ｔ　Ｏ
３からなる第１の誘電体膜６１゜６３とａ−９ｉ：Ｈ，
からなる第２の誘電体膜８２゜８４を交互に４層被覆し
て形成している。この被覆はスパッタリング蒸着法によ
り行なった。

これら多層誘電体膜Ｆ、Ｈの反射率は膜厚を制御するこ
とにより決定され、上記実施例においては、前面側の多
層誘電体＠Ｆの反射率を約５％、裏面側の多層誘電体膜
Ｂの反射率を約９５％に設定した。この反射率を得るた
めの各層の厚さは、前面側ではＡ　７１　ｔ　Ｏｓの誘
電体膜３１は２６５０人、ａ　　Ｓｉ：Ｈｔの誘電体膜
４２は１００人、Ａ１．ｔｏ３の誘電体膜３３は２１６
３人の厚さに被覆を行なう。この厚さの組み合わせをし
た場合の反射率の波長依存性を第２図（ａ）に示す。レ
ーザの発振波長７８００人で約５％の反射率が得られる
ことが分かる。この組合わせは一例であり、他の組合わ
せによっても同じ反射率を得ることが可能である。

一方、裏面側の多層誘電体膜ＢはＡ　ｌ　ｔ　Ｏｓの誘
電体膜６１．ａ　　Ｓｉ：Ｈｔの誘電体膜８２、Ａ　１
．　ｔ　Ｏ３の誘電体膜６３、ａ−８ｉ：Ｉ−［ｔの誘
電体膜８４を各々厚さλ／４だけ被覆することにより、
約９５％の反射率が得られる。その様子を第２図（ｂ）
に示す。実際に被覆したところ、前面の多層誘電体膜Ｆ
で７％、裏面の多層誘電体膜Ｂで９４％の反射率が得ら
れ、計算とよい一致を示していた。

この半導体レーザ素子を５０’Ｃ，３０ｍＷの条件にて
高温加速寿命試験を行なったところ、駆動電流は第３図
中の曲線群（ｂ）に示すように極めて安定な走行をして
おり、前面側端面２に被覆した多層誘電体膜Ｆが長期に
わたって端面での酸化を極めて有効に抑制していること
が認められた。また、出力を５０ｍＷにしてもほとんど
安定な走行をしていた。

本発明を適応することにより、従来一般的に行なわれて
いた前面側端面にλ／４相当厚のＡＬ。

Ｏｌからなる誘電体膜を一層被覆した場合の半導体レー
ザ素子の故障率が半分以下に低減され、長寿命化が実現
された。

上記実施例ではスパッタリング蒸着法により被覆を行な
ったが、その他の蒸着法、例えば電子ビーム蒸着法、プ
ラズマＣＶＤ法等を用いてもかまわない。また、裏面の
第４層目の誘電体膜８４のＳｉの保護のために、λ／２
相当厚のＡ　Ｉ、　ｔ　ｏ　３を被覆してもかまわない
。また、本発明は高出方半導体レーザのみならず、低出
力用半導体レーザにも適用し得、また、ＧａＡ１．Ａｓ
系半導体レーザ以外にも適用し得ろことは言うまでもな
い。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、本発明によれば、屈折率の低
い第１の誘電体膜と屈折率の高い第２の誘電体膜の少な
くとも２種類の誘電体膜を交互に被覆してなる多層誘電
体膜を両端面の保護膜としているので、両端面、特に前
面側端面での酸化を極めて有効に抑制でき、長寿命化を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図（ａ）。 第２図（ｂ）は夫々多層誘電体膜の波長−反射率特性図
、第３図は走行時間−駆動電流特性図である。 １・・・半導体レーザチップ、２．５・・・端面、Ｆ。 Ｂ・・・多層誘電体膜、３１，３３，６１．６３・・・
第１の誘電体膜、４２，８２．８４・・・第２の誘電体
膜。 特　許　出　願　人　　シャープ株式会社代　理　人　
弁理士　前出　葆　外２名第２図（ｏ） 第２図（ｂ） ５００　　　　６００　　　　７００　　　　８００　
　　　９００　　　　１０００　　　１１０ＯｉＬ　　
長１ｎｍｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）共振器両端面に被覆される端面保護膜は、交互に
   被覆された屈折率の低い第１の誘電体膜と屈折率の高い
   第２の誘電体膜の少なくとも２種類の誘電体膜からなる
   多層誘電体膜よりなり、かつ、少なくとも一方の端面に
   被覆された上記多層誘電体膜の反射率を３０％以下の光
   透過膜としたことを特徴とする半導体レーザ素子。