KR20040018907A - 반도체 레이저장치 - Google Patents

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KR20040018907A
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Abstract

파이버 그레이팅을 사용하는 일 없이, 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출할 수 있는 반도체 레이저장치를 제공한다. 굴절률 n1인 제1 막(2)과 굴절률 n2인 제2 막(3)이 교대로 적층된 다층막(1)을, 제1 막(2)이 반도체 레이저소자(101)의 단면에 접하도록 형성한다. 제1 막(2) 및 제2 막(3)은, 반도체 레이저소자(101)의 실효굴절률 nc에 대하여, n1<(nc)1/2및 n2>(nc)1/2의 관계를 만족한다. 또한, 다층막(1)의 반사율 특성은, 소정파장영역에서 반사율이 극대가 되는 파장 λ1및 파장 λ1보다 저파장영역 및 높은 고파장영역에 각각 반사율이 극소가 되는 파장 λ2및 파장 λ3을 갖는다.

Description

반도체 레이저장치{SEMICONDUCTOR LASER DEVICE}
본 발명은, 반도체 레이저장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광 정보처리용의 광원, 광통신의 신호 또는 파이버앰프의 여기광원으로서 사용되는 반도체 레이저장치에 관한 것이다.
도 20은, 「파이버 그레이팅과 그 응용」(이노우에쿄우 저, 전자정보통신학회지 Vol. 85,. No.2, pp. 126-128, 2002년 2월)에 게재된 파이버 그레이팅 레이저이다. 도면의 파이버 그레이팅 레이저 52에서는, 광 파이버(53) 내에 반사율 Rfg의 파이버 그레이팅(54)이 설치되어 있다. 이것에 의해, 광 파이버(53) 내에 입사한 특정의 파장의 광은, 파이버 그레이팅(54)에 의해 반사된다. 한편, 반도체 레이저(55)는, 그 전단면(56)의 반사율 Rf가 저반사 또는 무반사이며, 후단면(57)의 반사율 Rr이 고반사가 되도록 구성되어 있다. 또한, 58은, 반도체 레이저(55)의 광도파영역이다. 이와 같이 함으로써, 파이버 그레이팅(54)과 반도체 레이저(55)의 후단면(57)의 사이에서 공진기를 구성하여, 레이저 광의 발진파장의 안정화를 도모하고 있다.
그러나, 이와 같은 파이버 그레이팅 레이저로는, 장치의 구조가 복잡하게 된다는 문제가 있었다. 또한, 반도체 레이저와 광 파이버를 결합시킬 필요가 있기 때문에, 반도체 레이저와 광 파이버와의 사이에서 결합손실이 생겨 버리는 등의 문제도 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점에 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 파이버 그레이팅을 사용하는 일 없이, 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출할 수 있는 반도체 레이저장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 기재로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 관한 반도체 레이저소자의 단면 부근의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 반도체 레이저소자의 단면 부근의 단면도이다.
도 3은 실시예 1에 관한 반도체 레이저소자의 단면 부근의 단면도이다.
도 4는 실시예 1의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 1의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 2에 관한 반도체 레이저소자의 단면 부근의 단면도이다.
도 9는 실시예 2의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예 2의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 11은 실시예 3에 관한 반도체 레이저소자의 단면 부근의 단면도이다.
도 12는 실시예 3의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예 3의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예 4에 관한 반도체 레이저소자의 단면 부근의 단면도이다.
도 15는 실시예 4의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 16은 실시예 4의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예 5에 관한 반도체 레이저소자의 단면 부근의 단면도이다.
도 18은 실시예 5의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 19는 실시예 5의 다층막에 관한 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.
도 20은 종래의 반도체 레이저의 구성도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 49, 17, 28, 36, 44 : 다층막
2, 5, 10, 18, 29, 37, 45 : 제1 막
3, 6, 11, 19, 30, 38, 46 : 제2 막
7, 12, 20, 31, 39, 47 : 제3 막
8, 13, 21, 32, 40, 48 : 제4 막
14, 22, 33, 41, 49 : 제5 막
15, 23, 34, 42, 50 : 제6 막
16, 24, 35, 43, 51 : 제7 막
25 : 제8 막26 : 제9 막
101 : 반도체 레이저소자102 : 외부공간
52 : 파이버 그레이팅 레이저53 : 광 파이버
54 : 파이버 그레이팅55 : 반도체 레이저
56 : 전단면57 : 후단면
58 : 광도파영역
본원 제1 국면에 관한 발명은, 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자와,
상기 반도체 레이저소자가 갖는 2개의 단면 중 적어도 한쪽에 형성된 다층막을 갖는 반도체 레이저장치에 있어서,
상기 다층막은, 굴절률 n1인 제1 막과 굴절률 n2인 제2 막이 교대로 적층된 구조를 가지며, 상기 제1 막이 상기 단면에 접하도록 형성되어 있고,
상기 굴절률 n1및 상기 굴절률 n2는, 하기 식의 관계를 만족하며,
[식 2]
n1<(nc)1/2
n2>(nc)1/2
상기 다층막의 반사율 특성은, 소정파장영역에서 반사율이 극대가 되는 파장 λ1및 파장 λ1보다 저파장영역 및 높은 고파장영역에서 각각 반사율이 극소가 되는 파장 λ2및 파장 λ3을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치에 관한 것이다.
여기서, 일본특허공개평 10-186104호 공보에는, 소요파장대역에서 반사율이 낮은 2개의 보톰(bottom)과, 그 동안에 반사율 피크를 갖는 다층 반사방지막이 개시되어 있다. 또한, 일본특허공개평 11-214799호 공보에는, 중심파장의 반사율이10-4%∼10%로서, 반사스펙트럼 특성이 중심파장의 양측에 극소값을 갖는 곡선형상인 다층막이 개시되어 있다. 또한, 일본특허공개평 2-241075호 공보에는, 반사율 파장의존성을 갖는 막이 형성된 반도체 레이저장치가 개시되어 있다.
그러나, 일본특허공개평 10-186104호 공보에 기재된 다층 반사방지막은, 넓은 파장대역에 걸쳐 저반사율을 확보하는 것을 목적으로 하고 있고, 2개의 보톰 및 피크 중 어디에서도 반도체 레이저의 발진을 억제하는 것이다. 한편, 본 발명은, 파이버 그레이팅을 사용하는 일 없이 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 발명에서의 다층막은, 후술하는 바와 같이, 반사율이 극대가 되는 파장 λ1로 반도체 레이저를 발진시키기 때문에, 상기 공보에서의 다층막과는 목적 및 효과를 다르게 한다.
또한, 상기 3개의 공보에 기재된 반사율 특성을 실현하는 제1 막의 굴절률은, 어느 쪽의 경우도 반도체 레이저소자의 실효굴절률 nc의 평방근보다도 크다. 따라서, 본 발명의 다층막과는 다른 것이다.
더욱이, 상기 3개의 공보에 기재된 막을 예를 들면 EB(Electron Beam) 증착법에 의해 형성한 경우, 반도체 레이저소자의 단면에서의 밀착성 불량이나 반도체 레이저소자로부터 발생하는 열에 대한 내성불량 등의 문제가 있었다. 한편, 본 발명에 의하면, 후술하는 바와 같이, 신뢰성에 뛰어난 반도체 레이저장치를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명과 이것들의 공보에 기재된 발명과는 다른 것이다.
본원 제2 국면에 관한 발명은, 제1 국면에 기재의 반도체 레이저장치에 있어서, 상기 파장 λ1에서의 반사율이 1% 이상이고, 상기 파장 λ2및 상기 파장 λ3에서의 반사율이 1% 미만인 것을 특징으로 한다.
본원 제3 국면에 관한 발명은, 제2 국면에 기재의 반도체 레이저장치에 있어서, 상기 파장 λ1에서의 반사율이 10∼20%의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
본원 제4 국면에 관한 발명은, 제1 국면 내지 제3 국면에 기재의 반도체 레이저장치에 있어서, 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지고, 상기 제2 막이 산화탄탈(Ta2O5)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본원 제5 국면에 관한 발명은, 제1 국면 내지 제3 국면에 기재의 반도체 레이저장치에 있어서, 상기 제1 막이 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지고, 상기 제2 막이 실리콘(Si)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본원 제6 국면에 관한 발명은, 제1 국면 내지 제3 국면에 기재의 반도체 레이저장치에 있어서, 상기 제1 막이 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고, 상기 제2 막이 산화탄탈(Ta2O5)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본원 제7 국면에 관한 발명은, 제1 국면 내지 제3 국면에 기재의 반도체 레이저장치에 있어서, 상기 제1 막이 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고, 상기 제2 막이 실리콘(Si)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(발명의 실시예)
본 발명에 관한 다층막은, 굴절률 n1인 제1 막과 굴절률 n2인 제2 막이 교대로 적층된 구조를 가지고 있고, 제1 막이 반도체 레이저소자의 단면에 접하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 다층막이, 반도체 레이저소자의 실효굴절률 nc의 평방근의 값((nc)1/2)보다도 작은 굴절률을 갖는 재료와, 이 값보다도 큰 굴절률을 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 제1 막의 굴절률 n1및 제2 막의 굴절률 n2가, 식 (1)의 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
[식 3]
n1<(nc)1/2
n2>(nc)1/2···(1)
이와 같은 구성으로 함으로써, 본 발명에 관한 다층막은, 소정파장영역에서 반사율이 극대가 되는 파장 λ1을 가지며, 또한, 파장 λ1보다 저파장영역 및 높은 고파장영역에 각각 반사율이 극소가 되는 파장 λ2및 파장 λ3을 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서, 예를 들면, 반도체 레이저에서, 레이저 광을 추출하기 전단면에 본 발명에 관한 다층막을 설치하여, 이것과 대향하는 후단면에 적당한 고반사율을 갖는 막을 설치함으로써, 반사율이 극대가 되는 파장 λ1의 부분에서 반도체 레이저의 발진을 행할 수 있다. 또한, 이 경우, 파장 λ1의 양측의 파장 λ2및 λ3에서 반사율이 극소가 되기 때문에, 레이저 광을 안정한 단일모드로 발진시키는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명에 관한 반도체 레이저소자의 단면 근방의 단면도의 일예이다. 도면에서, 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자(101)의 표면에는 다층막(1)이 형성되어 있다. 다층막(1)은, 굴절률 n1로 막두께 d1인 제1 막(2) 및 굴절률 n2로 막두께 d2인 제2 막(3)으로 이루어진다. 여기서, 제1 막(2)의 계면은, 반도체 레이저소자(101)의 예를 들면 전단면에 밀착하고 있다. 한편, 제2 막(3)의 표면은, 공기 또는 질소 또는 자유공간으로 이루어지는 외부공간(102)에 접하고 있다. 지금, 외부공간(102)의 굴절률 n0을 n0=1로 한다.
제1 막(2)의 위상변화를 Φ1로 하고, 제2 막(3)의 위상변화를 Φ2로 한다. 반도체 레이저소자(101)로부터 발진되는 광의 파장을 Φ로 하면, Φ1, Φ2는 각각 식 (2) 또는 식 (3)과 같이 나타난다.
[식 4]
Φ1=(2π/λ)n1d1···(2)
Φ2=(2π/λ)n2d2···(3)
또한, 진폭반사율 r는 식 (4)와 같이 나타난다. 한편, 식 (4)에서 i는 허수단위를 나타낸다.
[식 5]
한편, 전력반사율 R은 │ｒ│2로 나타나고, 식 (5) 및 (6)을 만족하는 경우에 전력반사율 R은 0이 된다.
[식 6]
nc-1+{(n1/n2)-(n2nc/n1)}tanΦ1tanΦ2=0···(5)
{(nc/n1)-n1}tanΦ1+{(nc/n2)-n2}tanΦ2=0···(6)
예를 들면, 반도체 레이저소자(101)의 실효굴절률 nc를 nc=3.37로 하고, 제1 막(2)을 굴절률 n1=1.62의 산화알루미늄(Al2O3), 제2 막(3)을 굴절률 n2=2.057의 산화탄탈(Ta2O5)로 한다. 또한, 반도체 레이저소자(101)의 발진파장을 λ=980nm로 한다. 이 경우, 제1 막(2)의 막두께가 71.34nm이고, 제2 막(3)의 막두께 86.20nm일 때에 무반사가 된다.
다음에, 저굴절률을 갖는 막과 고굴절률을 갖는 막으로 이루어지는 다층막을 교대로 중첩한 경우에 대하여 기술한다.
우선, 저굴절률을 갖는 막과 고굴절률을 갖는 막으로 이루어지는 다층막을 2단으로 적층시킨 다층막에 대하여 기술한다.
도 2는, 본 발명에 관한 반도체 레이저소자의 단면 근방의 단면도의 일예이다. 도면에서, 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자(101)의 표면에는 다층막(4)이 형성되어 있다. 다층막(4)은, 굴절률 n1로 막두께 Ad1인 제1 막(5), 굴절률 n2로 막두께 Ad2인 제2 막(6), 굴절률 n1로 막두께 Bd1인 제3 막(7) 및 굴절률 n2로 막두께 Bd2인 제4 막(8)으로 이루어진다. 여기서, A 및 B는 변수이다.
다층막 4에서, 제1 막(5)의 계면은, 반도체 레이저소자(101)의 예를 들면 전단면에 밀착하고 있다. 한편, 제4 막(8)의 표면은, 공기 또는 질소 또는 자유공간으로 이루어지는 외부공간(102)에 접하고 있다. 지금, 외부공간(102)의 굴절률 n0을 n=1로 한다.
상기 다층막의 구성에서의 무반사 조건의 도출은, 전술한 경우와 같이 하여 행하면 된다. 즉, 식 (7)에서 나타나는 진폭반사율 r의 실수부 및 허수부가 제로가 되도록 d1 및 d2를 구함으로써, 제1 막, 제2 막, 제3 막 및 제4 막에 대하여, 각각의 막두께를 결정하면 된다.
[식 7]
예를 들면, 반도체 레이저소자(101)의 실효굴절률 nc를 nc=3.37로 하고, 제1 막(5) 및 제3 막(7)을 굴절률 n1=1.62의 산화알루미늄(Al2O3), 제26 막 및 제4 막(8)을 굴절률 n2=2.057의 산화탄탈(Ta2O5)로 한다. 또한, 반도체 레이저소자(101)의 발진파장을 λ=980nm로 한다. 이 경우, A=1.2 및 B=0.8로 하면, d1=319.91nm 및 d2=33.40nm일 때 무반사가 된다.
(실시예 1)
본 실시예에 관한 다층막은, 저굴절률 재료로서의 산화알루미늄(Al2O3)과, 고굴절 재료로서의 산화탄탈(Ta2O5)로 이루어지는 7층의 막인 것을 특징으로 한다.
도 3은, 본 실시예에 관한 반도체 레이저소자의 단면 근방의 단면도의 일예이다. 도면에서, 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자(101)의 표면에는, 본 실시예에 관한 다층막(9)이 형성되어 있다. 다층막(9)은, 굴절률 n2로 막두께 Od2인 제1 막(10), 굴절률 n1로 막두께 Ad1인 제2 막(11), 굴절률 n2로 막두께 Ad2인 제3 막(12), 굴절률 n1로 막두께 Bd1인 제4 막(13), 굴절률 n2로 막두께 Bd2인 제5 막(14), 굴절률 n1로 막두께 Cd1인 제6 막(15) 및 굴절률 n2로 막두께 Cd2인 제7 막(16)을 갖는다. 여기서, O, A, B 및 C는 변수이다.
다층막(9)에서, 제1 막(10)의 계면은, 반도체 레이저소자(101)의 전단면에밀착하고 있다. 한편, 제7 막(16)의 표면은, 공기 또는 질소 또는 자유공간으로 이루어지는 외부공간(102)에 접하고 있다. 지금, 외부공간(102)의 굴절률 n0을 n0=1로 한다. 또한, 제1 막(10), 제3 막(12), 제5 막(14) 및 제7 막(16)의 굴절률 n2와, 제2 막(11), 제4 막(13) 및 제6 막(15)의 굴절률 n1과는 달리, n1>n2이라고 한다. 즉, 본 실시예에 관한 다층막(9)은, 저굴절률을 갖는 막 상에, 고굴절률을 갖는 막과 저굴절률을 갖는 막으로 이루어지는 다층막이 3층으로 적층한 구조를 갖는다.
본 실시예에 관한 다층막에 대한 무반사 조건의 도출은, 전술한 경우와 동일하다. 예를 들면, 반도체 레이저소자(101)의 실효굴절률 nc를 nc=3.37로 한다. 제2 막(11), 제4 막(13) 및 제6 막(15)을 굴절률 n2=2.057의 산화탄탈(Ta2O5)로 하고, 제1 막(10), 제3 막(12), 제5 막(14) 및 제7 막(16)을 굴절률 n1=1.62의 산화알루미늄(Al2O3)으로 한다. 이 경우, O=0.15, A=2.5, B=2.5 및 C=1.75로 하면, 산화탄탈(Ta2O5)의 위상변화가 Φ1=0.302723이고, 산화알루미늄(Al2O3)의 위상변화가 Φ2=0.961829일 때, 파장 λ3=980nm에서 무반사가 되며, 파장 λ1=890nm에서 반사율은 극대값을 갖는다. 또한, 제1∼제7의 각 막에 대하여, d1=13.84nm d2=57.38nm, d3=231.51nm d4=57.38nm, d5=231.51nm, d6=40.17nm 및 d7=162.06nm가 된다. 이때의 반사율의 파장의존성을 도 4에 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관한 다층막의 반사율은, 파장λ1=890nm에서 극대가 되어 1% 이상의 반사율을 갖는다. 그리고, 파장 λ1로부터 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격하게 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다. 도 4의 예에서는, 파장 λ3에서의 반사율은 0이고, 파장 λ2에서의 반사율도 1% 미만이다.
따라서, 본 실시예에 관한 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 설치하여, 이것과 대향하는 후단면에 적당한 고반사율을 갖는 막을 설치함으로써, 890nm 부근의 파장으로 안정하여 반도체 레이저의 발진을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 다층막에 의하면, 저반사율을 갖는 파장영역 중에 반사율이 커지는 특정한 파장을 설정해 놓았으므로, 이 특정한 파장의 광을 반사시킬 수 있다. 반사시킨 광은, 반도체 레이저소자의 내부에서 반복하여 반사시켜 증폭시킴으로써 레이저발진이 가능해진다. 따라서, 파이버 그레이팅을 사용함으로써, 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출하는 것이 가능해진다.
또한, 발진파장 λ가 다른 반도체 레이저에 사용하는 경우에는 이하와 같이 하면 된다. 예를 들면, λ=980nm인 반도체 레이저에서는, 다층막의 반사율이 파장 980nm에서 극대하게 되도록 하면 된다.
구체적으로는, 산화탄탈(Ta2O5)의 위상변화 Φ1을 Φ1=0.302723으로 하고, 산화알루미늄(Al2O3)의 위상변화 Φ2를 Φ2=0.961829로 한다. 이와 같이 함으로써, 도5에 나타내는 바와 같이, 파장 λ1=980nm에서 반사율을 극대로 할 수 있다. 이때의 반사율은 2.6% 정도이다. 또한, 전술한 예와 같이, 파장 λ1로부터 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3이 극소가 된다. 도 5의 예에서는, 파장 λ3에서의 반사율은 0이고, 파장 λ2에서의 반사율도 1% 미만이다. 한편, 제1∼제7의 각 막에 대하여, d1=15.29nm, d2=63.18nm, d3=254.90nm, d4=63.18nm, d5=254.90nm, d6=44.23nm 및 d7=178.4nm가 된다.
또한, 반도체 레이저의 발진파장 λ에 대응하는 파장 λ1에서의 반사율의 값을 크게 하는 경우에는 이하와 같이 하면 된다.
예를 들면, O=0.15, A=2.7, B=2.6 및 C=1.65로 하면, 산화탄탈(Ta2O5)의 위상변화가 Φ1=0.674125이고, 산화알루미늄(Al2O3)의 위상변화가 Φ2=1.29275일 때, 파장 λ3=980nm에서 무반사가 되고, 파장 λ1=899nm에서 반사율은 극대값을 갖는다.
이때의 반사율의 파장의존성을 도 6에 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 파장 λ1=899nm에서의 반사율은 9% 정도로, 도 4 및 도 5의 예보다는 커져 있다. 이 경우, 제1∼제7의 각 막에 대하여, d1=18.67nm, d2=138.01nm, d3=336.06nm, d4=132.90nm, d5=323.61nm, d6=84.34nm 및 d7=205.37nm가 된다.
본 실시예에 관한 다층막을 반도체 레이저의 전단면에 형성하여 사용하는 경우에는, 파장 λ1에서의 반사율의 극대값은 10%∼20% 정도인 것이 바람직하다. 반사율이 낮게 너무 낮아지면 안정하여 레이저 광을 추출하는 것이 곤란하게 되고, 한편, 반사율이 너무 높아지면 추출하는 광의 양이 적어지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 파장 λ1에서는, 반사율은 될 수 있는 한 급격히 피크가 되는 것이 바람직하다. 즉, 파장 λ1로부터 조금이라도 벗어나면 반사율이 급격히 저하하는 반사율 곡선을 그리는 것이 바람직하다.
한편, 반사율의 극소값은 0(무반사)인 것이 바람직하며, 특히, 파장 λ2및 파장 λ3에서의 반사율 중 어느 것이나 0이 되는 것이 바람직하다. 또한, 파장 λ2및 파장 λ3에서는, 반사율 곡선은 될 수 있는 한 폭이 넓은 것으로 되는 것이 바람직하다. 즉, 파장 λ1에서의 반사율 변화와는 달리, 파장 λ2또는 파장 λ3으로부터 벗어나도 반사율의 변화가 완만한 편이 바람직하다.
또한, 파장 980nm에서 반사율이 극대가 되도록 하기 위해서는, 산화탄탈(Ta2O5)의 위상변화 Φ1을 Φ1=0.674125로 하고, 산화알루미늄(Al2O3)의 위상변화 Φ2를 Φ2=1.29275로 하여, 파장 1068nm에서 무반사가 되도록 하면 된다. 이와 같이 함으로써, 도 7에 나타내는 바와 같이, 파장 λ1=980nm에서 반사율을 극대로 할 수 있다. 이 경우, 제1∼제7의 각 막에 대하여, d1=20.35nm, d2=150.41nm, d3=366.23nm, d4=144.83nm, d5=352.67nm, d6=91.91nm 및 d7=223.81nm가 된다.
본 실시예에서는, 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 형성하는 예에 대하여 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 특정한 파장의 광을 안정하여 추출하는 것을 목적으로 하는 것이면, 본 실시예에 관한 다층막을 사용할 수 있다. 예를 들면, 용도에 따라서는, 반도체 레이저소자의 후단면에만 형성해도 되고, 전단면 및 후단면의 양쪽에 형성해도 된다.
본 실시예에서의 다층막은, 예를 들면, 반도체 레이저소자의 단면에 EB(Electron Beam) 증착법, 스퍼터링법 또는 열 CVD법 등에 의해 형성할 수 있다. 본 실시예에 의한 다층막이면, 반도체 레이저 단면에의 밀착성이 양호하고, 장시간 경과해도 박리 등의 문제가 발생하지는 않는다. 또한, 광의 흡수에 의해 발생하는 열에 대한 내성도 양호하다.
(실시예 2)
본 실시예에 관한 다층막은, 저굴절률 재료로서의 산화알루미늄(Al2O3)과, 고굴절 재료로서의 산화탄탈(Ta2O5)로 이루어지는 9층의 막인 것을 특징으로 한다.
도 8은, 본 실시예에 관한 반도체 레이저소자의 단면 근방의 단면도의 일예이다. 도면에서, 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자(101)의 표면에는, 본 실시예에 관한 다층막(17)이 형성되어 있다. 다층막(17)은, 굴절률 n2로 막두께 Od2인 제1 막(18), 굴절률 n1로 막두께 Ad1인 제2 막(19), 굴절률 n2로 막두께 Ad2인 제3막(20), 굴절률 n1로 막두께 Bd1인 제4 막(21), 굴절률 n2로 막두께 Bd2인 제5 막(22), 굴절률 n1로 막두께 Cd1인 제6 막(23), 굴절률 n2로 막두께 Cd2인 제7 막(24), 굴절률 n1로 막두께 Dd1인 제8 막(25) 및 굴절률 n2로 막두께 Dd2인 제7 막(26)을 갖는다. 여기서, O, A, B, C 및 D는 변수이다.
다층막(17)에서, 제1 막(18)의 계면은, 반도체 레이저소자(101)의 전단면에 밀착하고 있다. 한편, 제9 막(26)의 표면은, 공기 또는 질소 또는 자유공간으로 이루어지는 외부공간(102)에 접하고 있다. 지금, 외부공간(102)의 굴절률 n0을 n0=1로 한다. 또한, 제1 막(18), 제3 막(20), 제5 막(22), 제7 막(24) 및 제9 막(26)의 굴절률 n2와, 제2 막(19), 제4 막(21), 제6 막(23) 및 제8 막(25)의 굴절률 n1과는 달리, n1>n2이라고 한다. 즉, 본 실시예에 관한 다층막(17)은, 저굴절률을 갖는 막의 위에, 고굴절률을 갖는 막과 저굴절률을 갖는 막으로 이루어지는 다층막이 4층으로 적층한 구조를 갖는다.
본 실시예에 관한 다층막에 대한 무반사조건의 도출은, 전술한 경우와 동일하다. 예를 들면, 반도체 레이저소자의 실효굴절률 nc를 nc=3.37로 한다. 제2 막(19), 제4 막(21), 제6 막(23) 및 제8 막(25)을 굴절률 n2=2.057의 산화탄탈(Ta2O5)로 하고, 제1 막(18), 제3 막(20), 제5 막(22), 제7 막(24) 및 제9 막(26)을 굴절률 n1=1.62의 산화알루미늄(Al2O3)으로 한다. 이 경우, O=0.15,A=2.7, B=2.6, C=1.65 및 D=2.0으로 하면, 산화탄탈(Ta2O5)의 위상변화가 Φ1=0.189374이고, 산화알루미늄(Al2O3)의 위상변화가 Φ2=1.07147일 때, 파장 λ3=980nm에서 무반사가 되어, 파장 λ1=891nm에서 반사율은 극대값을 갖는다. 또한, 제1∼제9의 각 막에 대하여, d1=15.47nm, d2=38.7nm, d3=278.53nm, d4=37.33nm, d5=268.2nm, d6=23.69nm, d7=170.21nm, d8=28.72nm 및 d9=206.32nm가 된다. 이때의 반사율의 파장의존성을 도 9에 나타낸다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관한 다층막의 반사율은, 파장 λ1=891nm에서 극대가 되어 7% 이상의 반사율을 갖는다. 그리고, 파장 λ1로부터 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다. 도 9의 예에서는, 파장 λ3에서의 반사율은 0이고, 파장 λ2에서의 반사율도 1% 정도이다.
따라서, 본 실시예에 관한 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 설치하고, 이것과 대향하는 후단면에 적당한 고반사율을 갖는 막을 설치함으로써, 891nm 부근의 파장으로 안정하게 반도체 레이저의 발진을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 다층막에 의하면, 저반사율을 갖는 파장영역 중에 반사율이 커지는 특정한 파장을 설정해 놓았으므로, 이 특정한 파장의 광을 반사시킬 수 있다. 반사시킨 광은, 반도체 레이저소자의 내부에서 반복하여 반사시켜 증폭시킴으로써 레이저 발진이 가능해진다. 따라서, 파이버 그레이팅을 사용하는 일없이, 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출하는 것이 가능해진다.
또한, 발진파장 λ가 다른 반도체 레이저에 사용하는 경우에는 이하와 같이 하면 된다. 예를 들면, λ=980nm인 반도체 레이저에서는, 다층막의 반사율이 파장 980nm에서 극대가 되도록 하면 된다.
구체적으로는, 산화탄탈(Ta2O5)의 위상변화 Φ1을 Φ1=0.189374로 하고, 산화알루미늄(Al2O3)의 위상변화 Φ2를 Φ2=1.07147로 한다. 이와 같이 함으로써, 도 10에 나타내는 바와 같이, 파장 λ1=980nm에서 반사율을 극대로 할 수 있다. 또한, 전술한 예와 같이, 파장 λ1에서 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다. 도 10의 예에서는, 파장 λ3에서의 반사율은 0이고, 파장 λ2에서의 반사율도 1% 정도이다. 한편, 제1∼제9의 각 막에 대하여, d1=17.02nm, d2=42.65nm, d3=306.38nm, d4=41.07nm, d5=295.04nm, d6=26.06nm, d7=187.24nm, d8=31.59nm 및 d9=226.95nm가 된다.
본 실시예에 관한 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 형성하여 사용하는 경우에는, 파장 λ1에서의 반사율의 극대값은 10%∼20% 정도인 것이 바람직하다. 반사율이 너무 낮아지면 안정하게 레이저 광을 추출하는 것이 곤란하게 되고, 한편, 반사율이 너무 높아지면 추출하는 광의 양이 적어지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 파장 λ1에서는, 반사율은 될 수 있는 한 급격히 피크가 되는 것이 바람직하다. 즉, 파장 λ1로부터 조금이라도 벗어나면 반사율이 급격히 저하하는 반사율 곡선을 그리는 것이 바람직하다.
한편, 반사율의 극소값은 0(무반사)인 것이 바람직하고, 특히, 파장 λ2및 파장 λ3에서의 반사율 중 어느 것이나 0이 되는 것이 바람직하다. 또한, 파장 λ2및 파장 λ3에서는, 반사율 곡선은 될 수 있는 한 폭이 넓은 것으로 되는 것이 바람직하다. 즉, 파장 λ1에서의 반사율 변화와는 달리, 파장 λ2또는 파장 λ3으로부터 벗어나도 반사율의 변화가 완만한 편이 바람직하다.
본 실시예에서는, 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 형성하는 예에 대하여 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 특정한 파장의 광을 안정하게 추출하는 것을 목적으로 하는 것이면, 본 실시예에 관한 다층막을 사용할 수 있다. 예를 들면, 용도에 따라서는, 반도체 레이저소자의 후단면에만 형성해도 되며, 전단면 및 후단면의 양쪽에 형성해도 된다.
본 실시예에서의 다층막은, 예를 들면, 반도체 레이저소자의 단면에 EB(Electron Beam) 증착법, 스퍼터링법 또는 열 CVD법 등에 의해 형성할 수 있다. 본 실시예에 의한 다층막이면, 반도체 레이저소자 단면에의 밀착성이 양호하고, 장시간 경과해도 박리 등의 문제가 발생하지는 않는다. 또한, 광의 흡수에 의해 발생하는 열에 대한 내성도 양호하다.
(실시예 3)
본 실시예에 관한 다층막은, 저굴절률 재료로서의 산화알루미늄(Al2O3)과, 고굴절 재료로서의 실리콘(Si)으로 이루어지는 7층의 막인 것을 특징으로 한다.
도 11은, 본 실시예에 관한 반도체 레이저소자의 단면 부근의 단면도의 일예이다. 도면에서, 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자(101)의 표면에는, 본 실시예에 관한 다층막(28)이 형성되어 있다. 다층막(28)은, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 막으로 이루어진다. 제1 막(29)은, 굴절률 1.62로 막두께 Od2인 산화알루미늄(Al2O3)막이다. 제2 막(30)은, 굴절률 2.954로 막두께 Ad1인 실리콘(Si)막이다. 제3 막(31)은, 굴절률 1.62로 막두께 Ad2인 산화알루미늄(Al2O3)막이다. 제4 막(32)은, 굴절률 2.954로 막두께 Bd1인 실리콘(Si)막이다. 제5 막(33)은, 굴절률 1.62로 막두께 Bd2인 산화알루미늄(Al2O3)막이다. 제6 막(34)은, 굴절률 2.954로 막두께 Cd1인 실리콘(Si)막이다. 그리고, 제7 막(35)은, 굴절률 1.62로 막두께 Cd2인 산화알루미늄(Al2O3)막이다. 여기서, O, A, B 및 C는 변수이다.
다층막(28)에서, 제1 막(29)의 계면은, 반도체 레이저소자(101)의 전단면에 밀착하고 있다. 한편, 제7 막(35)의 표면은, 공기 또는 질소 또는 자유공간으로 이루어지는 외부공간(102)에 접하고 있다. 그리고, 본 실시예에 관한 다층막(28)은, 저굴절률을 갖는 막의 위에, 고굴절률을 갖는 막과 저굴절률을 갖는 막으로 이루어지는 다층막이 3층에 적층한 구조를 갖는다.
본 실시예에 관한 다층막에 대한 무반사 조건의 도출은, 실시예 1의 경우와 동일하게 하여 행하면 된다. 예를 들면, 반도체 레이저소자의 실효굴절률 nc를 nc=3.37로 한다. 또한, O=0.8, A=4.0, B=4.0 및 C=2.72로 하면, 실리콘(Si)의 위상변화가 Φ1=0.230093이고, 산화알루미늄(Al2O3)의 위상변화가 Φ2=1.12632일 때, 파장 λ2=980nm에서 무반사가 되고, 파장 λ1=1045nm에서 반사율은 극대값을 갖는다. 또한, d1=86.75nm, d2=48.60nm, d3=433.76nm, d4=48.60nm, d5=433.76nm, d6=33.05nm 및 d7=294.96nm가 된다. 이때의 반사율의 파장의존성을 도 12에 나타낸다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관한 다층막의 반사율은, 파장 λ1=1045nm에서 극대로 되어 17% 정도의 반사율을 갖는다. 그리고, 파장 λ로부터 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다. 도 12의 예에서는, 파장 λ2및 파장 λ3에서의 반사율은 어느 것이나 0이 된다.
따라서, 본 실시예에 관한 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 설치하고, 이것과 대향하는 후단면에 적당한 고반사율을 갖는 막을 설치함으로써, 1045nm 부근의 파장으로 안정하게 반도체 레이저의 발진을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 다층막에 의하면, 저반사율을 갖는 파장영역 중에 반사율이 커지는 특정한 파장을 설정해 놓았으므로, 이 특정한 파장의 광을 반사시킬 수 있다. 반사시킨 광은, 반도체 레이저소자의 내부에서 반복하여 반사시켜 증폭시킴으로써 레이저발진이 가능해진다. 따라서, 파이버 그레이팅을 사용하는 일 없이, 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출하는 것이 가능해진다.
또한, 발진파장 λ가 다른 반도체 레이저에 사용하는 경우에는 이하와 같이 하면 된다. 예를 들면, λ=980nm인 반도체 레이저에서는, 다층막의 반사율이 파장 980nm에서 극대가 되도록 하면 된다.
구체적으로는, 실리콘(Si)의 위상변화 Φ1을 Φ1=0.230093으로 하고, 산화알루미늄(Al2O3)의 위상변화 Φ2를 Φ2=1.12632로 하여, 파장 919nm에서 무반사가 되도록 하면 된다. 이와 같이 함으로써, 도 13에 나타내는 바와 같이, 파장 λ1=980nm에서 반사율을 극대로 할 수 있다. 이 경우의 반사율은 17% 정도이다. 또한, 전술한 예와 동일하게, 파장 λ1로부터 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다. 도 13의 예에서는, 파장 λ2및 파장 λ3에서의 반사율은 어느 것이나 0이 된다. 한편, 제1∼제7의 각 막에 대하여, d1=81.35nm, d2=45.57nm, d3=406.76nm, d4=45.57nm, d5=406.76nm, d6=30.99nm 및 d7=276.60nm이다.
본 실시예에서는, 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 형성하는 예에 대하여 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 특정한 파장의 광을 안정하게 추출하는 것을 목적으로 하는 것이면, 본 실시예에 관한 다층막을 사용할수 있다. 예를 들면, 용도에 따라서는, 반도체 레이저소자의 후단면에만 형성해도 되며, 전단면 및 후단면의 양쪽에 형성해도 된다.
본 실시예에서의 다층막은, 예를 들면, 반도체 레이저소자의 단면에 EB(Electron Beam) 증착법, 스퍼터링법 또는 열 CVD법 등에 의해 형성할 수 있다. 본 실시예에 의한 다층막이면, 반도체 레이저 단면에의 밀착성이 양호하고, 장시간 경과해도 박리 등의 문제가 발생하지는 않는다. 또한, 광의 흡수에 의해 발생하는 열에 대한 내성도 양호하다.
(실시예 4)
본 실시예에 관한 다층막은, 저굴절률 재료로서의 산화실리콘(SiO2)과, 고굴절 재료로서의 산화탄탈(Ta2O5)로 이루어지는 7층의 막인 것을 특징으로 한다.
도 14는, 본 실시예에 관한 반도체 레이저소자의 단면 근방의 단면도의 일예이다. 도면에서, 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자(101)의 표면에는, 본 실시예에 관한 다층막(36)이 배치되어 있다. 다층막(36)은, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 막으로 이루어진다. 제1 막(37)은, 굴절률 1.45로 막두께 Od2인 산화실리콘(SiO2)막이다. 제2 막(38)은, 굴절률 2.057로 막두께 Ad1인 산화탄탈(Ta2O5)막이다. 제3 막(39)은, 굴절률 1.45로 막두께 Ad2인 산화실리콘(SiO2)막이다. 제4 막(40)은, 굴절률 2.057로 막두께 Bd1인 산화탄탈(Ta2O5)막이다. 제5 막(41)은, 굴절률 1.45로 막두께 Bd2인 산화실리콘(SiO2)막이다. 제6 막(42)은, 굴절률 2.057로 막두께 Cd1인 산화탄탈(Ta2O5)막이다. 그리고, 제7 막(43)은, 굴절률 1.45로 막두께 Cd2인 산화실리콘(SiO2)막이다. 여기서, O, A, B 및 C는 변수이다.
다층막(36)에서, 제1 막(37)의 계면은, 반도체 레이저소자(101)의 전단면에 밀착하고 있다. 한편, 제7 막(43)의 표면은, 공기 또는 질소 또는 자유공간으로 이루어지는 외부공간(102)에 접하고 있다. 그리고, 본 실시예에 관한 다층막(36)은, 저굴절률을 갖는 막의 위에, 고굴절률을 갖는 막과 저굴절률을 갖는 막으로 이루어지는 다층막이 3층으로 적층한 구조를 갖는다.
본 실시예에 관한 다층막에 대한 무반사조건의 도출은, 실시예 1의 경우와 동일하게 하여 행하면 된다. 예를 들면, 반도체 레이저소자의 실효굴절률 nc를 nc=3.37로 한다. 또한, O=0.08, A=2.3, B=3.0 및 C=1.95로 하면, 산화탄탈(Ta2O5)의 위상변화가 Φ1=0.261517이고, 산화실리콘(SiO2)의 위상변화가 Φ2=1.25002일 때, 파장 λ3=980nm에서 무반사가 되고, 파장 λ1=879nm에서 반사율은 극대값을 갖는다. 또한, d1=10.76nm, d2=45.61nm, d3=30.26nm, d4=59.49nm, d5=403.38nm, d6=38.67nm 및 d7=262.20nm가 된다. 이때의 반사율의 파장의존성을 도 15에 나타낸다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관한 다층막의 반사율은, 파장 λ1=879nm에서 극대로 되어 9% 정도의 반사율을 갖는다. 그리고, 파장 λ1로부터 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다. 도 15의 예에서는, 파장 λ3에서의 반사율은 0이고, 파장 λ2에서의 반사율도 1% 미만이다.
따라서, 본 실시예에 관한 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 설치하고, 이것과 대향하는 후단면에 적당한 고반사율을 갖는 막을 설치함으로써, 897nm 부근의 파장으로 안정하게 반도체 레이저의 발진을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 다층막에 의하면, 저반사율을 갖는 파장영역 중에 반사율이 커지는 특정한 파장을 설정해 놓았으므로, 이 특정한 파장의 광을 반사시킬 수 있다. 반사시킨 광은, 반도체 레이저소자의 내부에서 반복하여 반사시켜 증폭시킴으로써 레이저 발진이 가능해진다. 따라서, 파이버 그레이팅을 사용하는 일 없이, 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출하는 것이 가능해진다.
또한, 발진파장 λ가 다른 반도체 레이저에 사용하는 경우에는 이하와 같이 하면 된다. 예를 들면, λ=980nm인 반도체 레이저에서는, 다층막의 반사율이 파장 980nm에서 극대가 되도록 하면 된다.
구체적으로는, 산화탄탈(Ta2O5)의 위상변화 Φ1을 Φ1=0.261517로 하고, 산화실리콘(SiO2)의 위상변화 Φ2를 Φ2=1.25002로 하여, 파장 1093nm에서 무반사가 되도록 하면 된다. 이와 같이 함으로써, 도 16에 나타낸 바와 같이, 파장 λ1=980nm에서반사율을 극대로 할 수 있다. 또한, 이 경우, 전술한 예와 마찬가지로, 파장 λ1로부터 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다. 도 16의 예에서는, 파장 λ3에서의 반사율은 0이고, 파장 λ2에서의 반사율도 1% 미만이다. 한편, 제1∼제7의 각 막에 대하여, d1=12.00nm, d2=50.87nm, d3=344.92nm, d4=66.35nm, d5=449.90nm, d6=43.13nm 및 d7=292.43nm이다.
본 실시예에서는, 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 형성하는 예에 대하여 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 특정한 파장의 광을 안정하게 추출하는 것을 목적으로 하는 것이면, 본 실시예에 관한 다층막을 사용할 수 있다. 예를 들면, 용도에 따라서는, 반도체 레이저소자의 후단면에만 형성해도 되며, 전단면 및 후단면의 양쪽에 형성해도 된다.
본 실시예에서의 다층막은, 예를 들면, 반도체 레이저소자의 단면에 EB(Electron Beam) 증착법, 스퍼터링법 또는 열 CVD법 등에 의해 형성할 수 있다. 본 실시예에 의한 다층막이면, 반도체 레이저 단면에의 밀착성이 양호하고, 장시간 경과해도 박리 등의 문제가 발생하지는 않는다. 또한, 광의 흡수에 의해 발생하는 열에 대한 내성도 양호하다.
(실시예 5)
본 실시예에 관한 다층막은, 저굴절률 재료로서의 산화실리콘(SiO2)과, 고굴절 재료로서의 실리콘(Si)으로 이루어지는 7층의 막인 것을 특징으로 한다.
도 17은, 본 실시예에 관한 반도체 레이저 단면 근방의 단면도의 일예이다. 도면에서, 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자(101)의 표면에는, 본 실시예에 관한 다층막(44)이 형성되어 있다. 다층막(44)은, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 막으로 이루어진다. 제1 막(45)은, 굴절률 1.45로 막두께 Od2인 산화실리콘(SiO2)막이다. 제2 막(46)은, 굴절률 2.954로 막두께 Ad1인 실리콘(Si)막이다. 제3 막(47)은, 굴절률 1.45로 막두께 Ad2인 산화실리콘(SiO2)막이다. 제4 막(48)은, 굴절률 2.954로 막두께 Bd1인 실리콘(Si)막이다. 제5 막(49)은, 굴절률 1.45로 막두께 Bd2인 산화실리콘(SiO2)막이다. 제6 막(50)은, 굴절률 2.954로 막두께 Cd1인 실리콘(Si)막이다. 그리고, 제7 막(51)은, 굴절률 1.45로 막두께 Cd2인 산화실리콘(SiO2)막이다. 여기서, O, A, B 및 C는 변수이다.
다층막(44)에서, 제1 막(45)의 계면은, 반도체 레이저소자(101)의 전단면에 밀착하고 있다. 한편, 제7 막(51)의 표면은, 공기 또는 질소 또는 자유공간으로 이루어지는 외부공간(102)에 접하고 있다. 그리고 실시예에 관한 다층막(44)은, 저굴절률을 갖는 막의 위에, 고굴절률을 갖는 막과 저굴절률을 갖는 막으로 이루어지는 다층막이 3층으로 적층한 구조를 갖는다.
본 실시예에 관한 다층막에 대한 무반사 조건의 도출은, 실시예 1의 경우와동일하게 하여 행하면 된다. 예를 들면, 반도체 레이저의 실효굴절률 nc를 nc=3.37로 한다. 또한, O=0.4, A=3.5, B=1.75 및 C=2.5로 하면, 실리콘(Si)의 위상변화가 Φ1=0.104677이고, 산화실리콘(SiO2)의 위상변화가 Φ2=1.15475일 때, 파장 λ=980nm에서 무반사가 되고, 파장 λ=1099nm에서 반사율은 극대값을 갖는다. 또한, d1=49.69nm, d2=19.34nm, d3=434.75nm, d4=9.67nm, d5=217.37nm, d6=13.82nm 및 d7=310.53nm가 된다. 이때의 반사율의 파장의존성을 도 18에 나타낸다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 관한 다층막의 반사율은, 파장 λ1=1099nm에서 극대가 되고, 파장 λ1에서 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다.
따라서, 본 실시예에 관한 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 설치하고, 이것과 대향하는 후단면에 적당한 고반사율을 갖는 막을 설치함으로써, 1099nm 부근의 파장으로 안정하게 반도체 레이저의 발진을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 다층막에 의하면, 저반사율을 갖는 파장영역 중에 반사율이 커지는 특정한 파장을 설정해 놓았으므로, 이 특정한 파장의 광을 반사시킬 수 있다. 반사시킨 광은, 반도체 레이저소자의 내부에서 반복하여 반사시켜 증폭시킴으로써 레이저 발진이 가능해진다. 따라서, 파이버 그레이팅을 사용하는 일 없이, 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출하는 것이 가능해진다.
또한, 발진파장 λ가 다른 반도체 레이저에 사용하는 경우에는 이하와 같이 하면 된다. 예를 들면, λ=980nm인 반도체 레이저에서는, 다층막의 반사율이 파장 980nm에서 극대가 되도록 하면 된다.
구체적으로는, 실리콘(Si)의 위상변화 Φ1을 Φ1=0.104677로 하고, 산화실리콘(SiO2)의 위상변화 Φ2를 Φ2=1.15475로 하여, 파장 874nm에서 무반사가 되도록 하면 된다. 이와 같이 함으로써, 도 19에 나타내는 바와 같이, 파장 λ1=980nm에서 반사율을 극대로 할 수 있다. 또한, 이 경우, 전술한 예와 같이, 파장 λ1로부터 단파장측 또는 장파장측으로 조금이라도 벗어나면 급격히 반사율이 저하하여, 파장 λ2및 파장 λ3에서 극소가 된다. 한편, 제1∼제7의 각 막에 대하여, d1=44.31nm, d2=17.25nm, d3=387.72nm, d4=8.63nm, d5=193.86nm, d6=12.32nm 및 d7=276.95nm이다.
본 실시예에서는, 다층막을 반도체 레이저소자의 전단면에 형성하는 예에 대하여 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 특정한 파장의 광을 안정하게 추출하는 것을 목적으로 하는 것이면, 본 실시예에 관한 다층막을 사용할 수 있다. 예를 들면, 용도에 따라서는, 반도체 레이저소자의 후단면에만 형성해도 되며, 전단면 및 후단면의 양쪽에 형성해도 된다.
본 실시예에서의 다층막은, 예를 들면, 반도체 레이저소자의 단면에 EB(Electron Beam) 증착법, 스퍼터링법 또는 열 CVD법 등에 의해 형성할 수 있다. 본 실시예에 의한 다층막이면, 반도체 레이저 단면에의 밀착성이 양호하고, 장시간경과해도 박리 등의 문제가 발생하는 것은 아니다. 또한, 광의 흡수에 의해 발생하는 열에 대한 내성도 양호하다.
실시예 1∼5에서 사용한 변수 O, A, B, C 및 D는, 본 명세서에서 기재한 값에 한정되는 것은 아니다. 이것들의 변수에 다른 값을 사용한 경우이어도 동일한 반사율 곡선을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서의 다층막은, 실시예 1∼5에서 나타낸 7층 또는 9층에 적층된 다층막에 한정되는 것은 아니다. 2층 이상의 막이 적층된 것이면 다른 다층막이어도 된다.
더욱이, 본 발명에 관한 다층막에 대하여 반사율이 극대가 되는 파장은, 실시예 1∼5에서 나타낸 파장에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 의하면, 가시광선, 원적외선 또는 적외선 등의 파장영역에서, 다층막의 반사율이 극대값을 가지도록 설정할 수 있어, 소망으로 하는 특정한 파장의 광을 발진시키는 목적에 대하여 유효하게 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 파이버 그레이팅을 사용하는 일 없이, 반도체 레이저소자 자체로부터 파장변화가 적은 레이저 광을 안정하게 추출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 다층막은, 반도체 레이저소자의 단면에의 밀착성이 양호하므로, 장시간 경과해도 박리 등의 문제가 발생하지는 않는다. 또한, 광의 흡수에 의해 발생하는 열에 대한 내성도 양호하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 신뢰성에 뛰어난 반도체 레이저장치를 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 실효굴절률이 nc인 반도체 레이저소자와,
    상기 반도체 레이저소자가 갖는 2개의 단면 중 적어도 한쪽에 형성된 다층막을 갖는 반도체 레이저장치에 있어서,
    상기 다층막은, 굴절률 n1인 제1 막과 굴절률 n2인 제2 막이 교대로 적층된 구조를 가지며, 상기 제1 막이 상기 단면에 접하도록 형성되어 있고,
    상기 굴절률 n1및 상기 굴절률 n2는, 하기 식의 관계를 만족하며,
    [식 1]
    n1<(nc)1/2
    n2>(nc)1/2
    상기 다층막의 반사율 특성은, 소정파장영역에서 반사율이 극대가 되는 파장 λ1및 파장 λ1보다 저파장영역 및 높은 고파장영역에서 각각 반사율이 극소가 되는 파장 λ2및 파장 λ3을 가진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장 λ1에서의 반사율이 1% 이상이고, 상기 파장 λ2및 상기 파장 λ3에서의 반사율이 1% 미만인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파장 λ1에서의 반사율이 10∼20%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
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