KR20040022155A - 반도체 광소자장치 및 그것을 사용한 반도체 레이저 모듈 - Google Patents

Abstract

복수의 막인 토탈막두께가 λ/4와는 다른 값인 경우에서도, 무반사막의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 반도체 광소자장치를 제공한다. 무반사막을, 각각 굴절률이 1보다도 큰 값을 갖는 복수의 막으로서, 반도체 광소자의 실효굴절률의 평방근의 값보다도 높은 값의 굴절률을 갖는 고반사율막(제1 막(7), 제3 막(9), 제5 막(11))과, 반도체 레이저의 실효굴절률의 평방근의 값보다도 낮은 값의 굴절률을 갖는 저굴절률막(제2 막(8), 제4 막(10), 제6 막(12), 제7 막(13))을 사용하여 구성된 복수의 막에 의해 구성한다. 이 복수의 막은, 복수의 막 각각이 단일한 조성으로 이루어짐과 동시에, 복수의 막의 조성의 종류가 3 이상이고, 또한, 전체로서 진폭반사율의 실수부와 허수부가 모두 제로가 되도록 구성되어 있다.

Description

반도체 광소자장치 및 그것을 사용한 반도체 레이저 모듈{SEMICONDUCTOR OPTICAL DEVICE AND SEMICONDUCTOR LASER MODULE USING THE SEMICONDUCTOR OPTICAL DEVICE}

본 발명은 광을 출사하는 반도체 광소자를 구비한 반도체 광소자장치 및 그것이 사용된 반도체 레이저 모듈에 관한 것이다.

우선 도 19를 사용하여, 일본특허공개 2001-196685 공보에 개시된 종래의 반도체 광소자장치의 구성을 설명한다. 종래의 반도체 광소자장치는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 반도체 광소자의 일례인 실효굴절률이 n_c인 반도체 레이저(101)와 반도체 레이저(101)의 광의 출사면에 접하여 설치된 무반사막을 구비하고 있다.

또한, 무반사막은, 반도체 레이저(101)의 단면에 접하여 설치되고, 굴절률이 n₁이고 또한 막두께가 d₁인 제1 막(102), 제1 막(102)의 단면에 접하여 설치되며, 굴절률이 n₂이고 또한 막두께가 d₂인 제2 막(103) 및 제2 막(103)의 단면에 접하여 설치되며, 굴절률이 n₃이고 또한 막두께가 d₃인 제3 막(104)을 구비하고 있다.

도 20에는, 실효굴절률이 n_c=3.2인 반도체 레이저에 사용된 무반사막의 반사율의 파장의존성의 데이터가 표시되어 있다. 도 20에 나타내는 데이터는, 파장 λ=1.3um의 광을 반도체 레이저가 출사했을 때의 무반사막의 반사율의 파장의존성의 데이터이다.

도 20의 데이터 105는, 굴절률이 n₁=1.6이고 또한 막두께 d₁=106.2nm인 알루미나, 굴절률 n₂=3.2이고 또한 막두께 d₂=10.6nm인 비결정질 실리콘 및 굴절률 n₃=1.45 및 막두께 d₃=73.9nm인 석영에 의해 구성된 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 데이터이다.

또한, 도 20의 데이터 106은, 굴절률 n₁=1.6이고 또한 막두께 d₁=512.5nm인 알루미나, 굴절률 n₂=3.2이고 또한 막두께 d₂=10.6nm인 비결정질 실리콘 및 굴절률 n₃=1.45 및 막두께 d₃=73.9nm인 석영에 의해 구성된 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 데이터이다.

반도체 레이저(101)의 실효굴절률 n_c=3.2인 경우, 그 평방근의 굴절률은 n_f=1.78885이다. 또한, 파장 λ=1.3um인 광에서는, 파장 λ의 1/4은 325nm가 된다.

전술한 3종류의 막의 토탈막두께(d₁×n₁+d₂×n₂+d₃×n₃)가 λ의 1/4과 거의 같은 경우에는, 파장의존성을 나타내는 데이터 105에 나타내는 바와 같이, 무반사막이 1% 이하인 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 257nm가 된다.

한편, 무반사막의 열 전도율을 높이기 위해, 3종류의 막의 토탈막두께(d₁×n₂+d₂×n₂+d₃×n₃)를 약 961nm로 하면, 파장의존성을 나타내는 데이터 106에 나타내는 바와 같이, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 78nm가 된다.

종래의 반도체 광소자장치는, 반도체 광소자의 일례인 반도체 레이저의 무반사막에, 전술한 3종류의 막이 사용되고 있다. 그렇지만, 그 3종류의 막의 토탈막두께(각 층마다 막두께와 굴절률을 곱한 총합)를 λ/4 이외의 λ/4인 정수배의 값으로 하면, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 극단적으로 좁아진다. 보다 구체적으로 말하면, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위를 100nm 이상으로 하는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 따라서, 일본특허공개 2001-196685 공보에 개시된 종래의 반도체 광소자장치에서는, 토탈막두께를 λ/4와는 다른 값으로 할 수 없다.

그래서, 전술한 일본특허공개 2001-196685 공보에 개시된 종래의 반도체 광소자장치에 생기는 문제를 해결하는 수단으로서, 본원의 발명자들은, 본원의 출원시에 비공개의 기술로서, 조성이 다른 2종류의 막의 진폭반사율의 실수부와 허수부를 각각 제로(0)로 한다는 설계수법에 의해 무반사막을 형성하는 것을 검토하고 있다. 이 설계수법에 의하면, 조성이 다른 2종류의 막의 토탈막두께를 λ/4와는 다른 값으로 하는 것이 가능하게 된다.

그렇지만, 이 설계수법으로는, 무반사막을 구성하는 막이 2종류뿐이기 때문에, 반도체 광소자장치의 무반사막의 설계의 자유도를 향상시킬 수 없다. 이 설계수법으로는, 예를 들면, 진폭반사율의 실수부와 허수부가 각각 제로가 되는 2종류의 막 이외에, 3종류번째의 막으로서, 반도체 레이저의 열을 효율적으로 방사하는 것을 가능하게 하는 막을 설치할 수 없다.

본 발명은, 전술한 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 복수의 막인 토탈막두께가 λ/4와는 다른 값인 경우에서도, 무반사막의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있는 반도체 광소자장치 및 그것이 사용된 반도체 레이저 모듈을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 파장 λ에서 반사율이 제로가 되는 2층 구조의 무반사막에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명에 관한 파장 λ에서 반사율이 제로가 되는 4층 구조의 무반사막에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 실시예 1의 반도체 레이저의 무반사막을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 실시예 1의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 5는 실시예 1의 다른 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 6은 실시예 2의 반도체 레이저의 무반사막을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 실시예 2의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 8은 실시예 2의 다른 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 9는 실시예 3의 반도체 레이저의 무반사막을 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 실시예 3의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 11은 실시예 3의 다른 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 12는 실시예 3의 또 다른 예의 반도체 레이저의 무반사막을 설명하기 위한 도면이다.

도 13은 실시예 3의 또 다른 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 14는 실시예 3의 다른 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 15는 실시예 4의 무반사막을 갖는 반도체 레이저와 파이버 그레이팅을 구비한 반도체 레이저 모듈을 나타내는 도면이다.

도 16은 실시예 4의 반도체 레이저 모듈에서의, 반도체 레이저의 이득과 손실과 관계를 나타내는 도면이다.

도 17은 실시예 4의 반도체 레이저 모듈에서, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 좁은 무반사막을 사용한 경우에, 이득의 분포가 파장이 작은 측으로 이동했을 때의, 반도체 레이저의 이득과 손실과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 18은 실시예 4의 반도체 레이저 모듈에서, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 넓은 경우의, 반도체 레이저의 이득과 손실과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 19는 종래의 반도체 광소자의 무반사막을 설명하기 위한 도면이다.

도 20은 종래의 반도체 광소자의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 21은 실시예 5의 반도체 레이저의 무반사막을 설명하기 위한 도면이다.

도 22는 실시예 5의 제1 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 23은 실시예 5의 제2 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 24는 실시예 5의 제3 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 25는 실시예 5의 제4 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도시한 도면이다.

도 26은 실시예 5의 제5 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 27은 실시예 5의 제6 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 28은 실시예 6의 반도체 레이저의 무반사막을 설명하기 위한 도면이다.

도 29는 실시예 6의 제1 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 30은 실시예 6의 제2 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 31은 실시예 6의 제3 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 32는 실시예 6의 제4 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 33은 실시예 6의 제5 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 34는 실시예 6의 제6 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 35는 실시예 7의 반도체 레이저의 무반사막을 설명하기 위한 도면이다.

도 36은 실시예 7의 제1 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 37은 실시예 7의 제2 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 38은 실시예 7의 제3 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 39는 실시예 7의 제4 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 40은 실시예 7의 제5 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

도 41은 실시예 7의 제6 예의 반도체 레이저의 무반사막의 반사율의 파장의존성을 나타내는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1, 3, 7, 14, 21, 28 : 제1 막2, 4, 8, 15, 22, 29 : 제2 막

5, 9, 16, 23, 30 : 제3 막6, 10, 17, 24 : 제4 막

11, 18, 25, 42 : 제5 막12, 19, 26, 43 : 제6 막

13, 20, 27, 44 : 제7 막31 : 반도체 레이저

32 : 공간200 : 반도체 소자장치

201 : 반도체 레이저202 : 반사막

203 : 무반사막204 : 광도파로영역

205 : 렌즈206 : 광파이버

207 : 파이버 그레이팅

본 발명의 반도체 광소자장치는, 반도체 광소자와, 반도체 광소자가 출사한 출사광이 입사됨과 동시에, 특정한 파장의 광에 대하여, 입사광과 입사광이 반사된 반사광을 간섭시켜, 광의 반사율을 실질적으로 제로로 하는 무반사막을 구비하고 있다.

또한, 무반사막은, 각각 굴절률이 1보다도 큰 값을 갖는 복수의 막으로서, 반도체 광소자의 실효굴절률의 평방근의 값보다도 높은 값의 굴절률을 갖는 고굴절률막과, 반도체 광소자의 실효굴절률의 평방근의 값보다도 낮은 값의 굴절률을 갖는 저굴절률막을 사용하여 구성된 복수의 막에 의해 구성되어 있다.

또한, 복수의 막은, 복수의 막 각각이 단일한 조성으로 이루어짐과 함께, 복수의 막의 조성의 종류가 3 이상이고, 또한, 전체로서 진폭반사율의 실수부와 허수부가 모두 제로로 되도록 구성되어 있다.

상기한 구성에 의하면, 막의 조성의 종류가 3 이상으로 구성된 복수의 막 중 굴절률만이 기지(旣知)이며 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류인 막 이외의 막과, 막두께 및 굴절률이 모두 기지의 막을 사용하여, 복수의 막의 전체의 진폭반사율의 실수부와 허수부가 모두 제로가 되도록, 전술한 특정한 2종류의 막 각각의 막두께를 결정하는 설계수법을 사용할 수 있다.

이 설계수법에 의하면, 무반사막이 2종류의 막으로 구성되고, 그 2종류의 막의 진폭반사율의 실수부와 허수부가 모두 제로가 되도록 설계하는 본원의 발명자들이 이전부터 검토하고 있는 수법에 비해, 무반사막의 설계의 자유도가 향상된다.

복수의 막은, 각각의 막두께와 굴절률과의 곱의 총합이, 반도체 광소자가 출사하는 광의 1/4 파장보다도 큰 것이 바람직하다.

이와 같이, 복수의 막 각각의 막두께와 굴절률과의 곱의 총합이, 반도체 광소자가 출사하는 광의 1/4 파장보다도 큰 경우에, 전술한 무반사막의 설계수법을 사용하면, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위, 용이하게, 종래의 무반사막보다도 넓게 할 수 있다.

또한, 복수의 막 중 반도체 광소자에 인접하도록 설치된 인접막은, 다른 막보다도 열 전도율이 큰 것이 바람직하다. 또한, 인접막으로서는, 질화알루미늄이 적합하다.

상기한 구성에 의하면, 반도체 광소자의 열을 효율적으로 방출하는 것이 실현된 반도체 광소자장치를, 상기 설계수법을 사용하여 용이하게 설계할 수 있다.

또한, 복수의 막 중 반도체 광소자에 인접하도록 설치된 인접막인 제1 층막을 반도체 광소자의 실효굴절률의 평방근의 값보다도 작은 굴절률을 갖는 재료에 의해 구성하는 것이 바람직하다.

더욱이, 전술한 제1 층막 및 제1 층막에 인접하도록 설치된 제2 층막의 각각을, 전술한 반도체 광소자의 실효굴절률의 평방근의 값보다도 작은 굴절률을 갖는 재료에 의해 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 구성에 의하면, 제1 층막 및 제2 층막 각각 내에서의 광의 흡수 및 제1 층막과 제2 층막과의 계면에서의 광의 흡수를 억제할 수 있다. 그 때문에, 제1 층막~제2 층막의 사이에서의 광의 흡수에 기인하는 열화가 생기기 어려운 반도체 광소자를, 상기 설계방법을 사용하여 용이하게 설계할 수 있다.

또한, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 100nm 이상이다.

상기한 구성에 의하면, 통상의 상태에서의 반도체 광소자가 출사하는 광의 파장의 변화에 유연하게 적응할 수 있다.

또한, 전술한 반도체 광소자는, 반도체 레이저, 반도체 증폭기, 수퍼 루미네센스 다이오드 및 반도체 광변조기 중 어느 하나라도 된다.

본 발명의 반도체 레이저 모듈은, 전술한 반도체 광소자가 반도체 레이저인 반도체 광소자장치를 사용한 반도체 레이저 모듈이다. 반도체 레이저 모듈은, 반도체 소자장치의 외부에 설치된 무반사막의 반사율보다도 높은 반사율을 갖는 제1 반사막과, 반도체 소자장치의 무반사막이 설치되어 있는 단면과는 다른 측의 단면에 설치된, 소정의 파장의 광에 대하여 무반사막의 반사율보다도 높은 반사율을 갖는 제2 반사막을 구비하고 있다.

또한, 제1 반사막 및 제2 반사막 각각에서 반사된 특정한 파장의 광은 무반사막을 투과한다. 그것에 의해, 제1 반사막과 제2 반사막과의 사이에서 광이 발진한다.

상기한 구성에 의하면, 전술한 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 종래의 무반사막보다도 넓어진 무반사막을 이용하여, 반도체 레이저 자신의 이득과 무반사막의 반사율에 의해 정해지는 발진을 억제할 수 있다.

본 발명의 반도체 레이저 모듈은, 제1 반사막은, 광 파이버 내에 설치된 파이버 그레이팅 또는 필터인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 복수의 막인 토탈막두께가 λ/4와는 다른 값인 경우에서도, 무반사막의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

[발명의 실시예]

이하, 도면에 근거하여 본 발명의 실시예의 반도체 광소자장치를 설명한다.

(실시예 1)

이하, 본 실시예의 반도체 광소자장치의 기본이 되는 「특정한 파장 λ에서 무반사가 되는 2층 구조의 무반사막」에 대하여 설명한다.

도 1에 나타내는 2층 구조의 무반사막은, 굴절률이 n₁이고 또한 막두께가 d₁인 제1 막(1)과 굴절률이 n₂이고 또한 막두께가 d₂인 제2 막(2)으로 이루어지는 2층 구조막 및 실효굴절률이 n_c인 반도체 레이저(31)가, 굴절률이 1인 공기 또는 질소 등의 공간(32) 내에 설정되어 있다.

광의 파장을 λ, 미지수인 제1 막(1) 및 제2 막(2) 각각의 위상을 Φ₁및 Φ₂로 하면, 다음 식 (1a), (1b)가 성립한다.

이때, 진폭반사율 r는 다음 식 (2)로 나타난다.

이 진폭반사율 r의 실수부와 허수부가 각각 제로로 될 때의, 미지수인 제1 막(1) 및 제2 막(2) 각각의 막두께 d₁및 막두께 d₂를 산출한다. 반대로 말하면, 산출된 제1 막(1) 및 제2 막(2) 각각의 막두께 d₁및 막두께 d₂를 갖는 2층 구조의 막은, 진폭반사율이 제로인 무반사막이 된다.

또한, 전력반사율 R은, │r│²로 나타난다. 이때, 다음 식 (3a)(3b)를 만족하는 경우에 전력반사율 R은 제로가 된다.

예를 들면, 반도체 레이저(31)의 실효굴절률 n_c를 n_c=3.37로 하고, 제1 막(1)을 Ta₂O₅(n₂=2.057), 제2 막(2)을 Al₂O₃(n1=1.62) 및 광의 파장을 980nm로 하면, 제1 막(1)의 막두께 d₁및 제2 막의 막두께 d₂가 각각 71.34nm 및 86.20nm일 때, 제1 막(1) 및 제2 막(2)으로 이루어지는 2층 구조의 막은, 진폭반사율의 실수부와 허수부가 각각 제로가 된다.

다음에, 전술한 제1 막(1) 및 제2 막(2)으로 이루어지는 2층 구조의 무반사막을 또 2단 겹치게 한 4층 구조의 무반사막에 대하여 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 실효굴절률이 n_c인 반도체 레이저(31)와, 4층 구조의 무반사막이, 굴절률이 1인 공기 또는 질소 등의 공간(32) 내에 설치되어 있다.

4층 구조의 무반사막은, 굴절률이 n₁로 이루어지고 또한 막두께가 Ad₁인 제1 막(3), 굴절률이 n₂이고 또한 막두께가 Ad₂인 제2 막(4), 굴절률이 n₁이며 또한 막두께가 Bd₁인 제3 막(5) 및 굴절률이 n₂이고 또한 막두께가 Bd₂인 제4 막(6)에 의해 구성되어 있다.

전술한 A 및 B는, 소정의 파라미터이다. 4층 구조의 무반사막의 진폭반사율의 실수부와 허수부가 각각 제로로 될 때의, 4층 구조의 무반사막의 각 막의 막두께의 산출수법에는, 상기 2층 구조의 무반사막인 경우와 동일한 수법을 사용하는 것이 가능하다. 요컨대, 다음 식 (3c)(3d)를 사용하여, 진폭반사율 r의 실수부와 허수부가 각각 제로로 될 때의, 막두께 d₁및 막두께 d₂를 산출한다.

예를 들면, 반도체 레이저의 실효굴절률 n_c는, n_c=3.37인 것으로 한다. 또한, 제1 막(3) 및 제3 막(5)은, 각각 Al₂O₃(n₁=1.62)에 의해 구성되어 있는 것으로 한다. 또한, 제2 막(4) 및 제4 막(6)은, 각각 Ta₂O₅(n₂=2.057)에 의해 구성되어 있는 것으로 한다.

또한, 광의 파장은 980nm인 것으로 한다. 더욱이, 예를 들면, 파라미터는, A=1.2 및 B=0.8인 것으로 한다. 미지수인 제1 막 및 제3 막의 막두께 d₁및 제2 막 및 제4 막의 막두께 d₂가, 각각 36.20nm 및 27.17nm일 때, 4층 구조의 무반사막은, 진폭반사율 r가 제로가 된다.

더욱이, 굴절률 n₃이고 또한 막두께 d₃인 다른 재료가, 상기 2층 구조에 더 부가된 무반사막에 대하여 설명한다. 이 무반사막의 설계에서는, 다른 막의 막두께 d₃의 값이 미리 주어져 있다. 요컨대, 이 무반사막의 설계에서는, 다음 식 (4) 및 (5)로 나타내는 다른 재료의 위상 Φ₃은 기지된 것으로서 취급된다.

또한, 제1 막 및 제2 막 각각의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂는 미지수이다. 2층 구조에 다른 재료가 부가된 무반사막에서도, 전술한 2층 구조의 무반사막의 설계수법과 동일한 수법, 즉, 진폭반사율 r의 실수부와 허수부를 각각 제로로 하는 수법을 사용함으로써, 막두께 d₁및 막두께 d₂가 산출된다.

그것에 의해, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막에, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 기지인 특정한 1종류의 다른 막이 부가되어, 특정한 파장 λ에 대하여 진폭반사율 r가 거의 제로로 되는 무반사막을 구성하는 특정한 2종류의 막의 막두께가 결정된다.

또한, 5층 구조의 무반사막의 설계수법으로서는, 식 (6)이 사용된다. 이 식 (6)을 사용한 경우에도, 식 (3c)에서 나타내는 진폭반사율 r의 실수부와 허수부가 각각 제로가 되도록, 막두께 d₁및 막두께 d₂가 산출된다.

그것에 의해, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막이2단 겹쳐진 4층 구조로, 굴절률이 기지이며 또한 막두께가 기지인 특정한 1종류의 막이 부가되어, 특정한 파장 λ에 대하여 진폭반사율이 거의 제로가 되는 무반사막을 구성하는 특정한 2종류의 막의 막두께가 결정된다.

또한, 7층 구조의 무반사막의 설계수법으로는, 식 (7)이 사용된다. 이 식 (7)을 사용한 경우에도, 식 (3c)에서 나타내는 진폭반사율 r의 실수부와 허수부가 각각 제로가 되도록, 막두께 d₁및 막두께 d₂가 산출된다.

그것에 의해, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막이 3단 겹쳐진 6층 구조로, 굴절률이 기지이며 또한 막두께가 기지인 특정한 1종류의 막이, 부가되어, 특정한 파장 λ에 대하여 진폭반사율이 거의 제로가 되는 무반사막을 구성하는 특정한 2종류의 막의 막두께가 결정된다.

이하, 본 실시예의 7층 구조의 무반사막을 갖는 반도체 광소자장치를 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 7층 구조의 반도체 광소자장치는, 반도체 레이저(31)와, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막이 3단 겹쳐진 6층 구조로, 굴절률이 기지이며 또한 막두께가 기지인 특정한 1종류의 막이 부가된 무반사막이, 굴절률이 1인 공기 또는 질소 등의 공간(32) 내에 설치되도록 구성되어 있다.

무반사막은, 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제1 막(7)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Ad₁), 알루미나(Al₂O₃)인 제2 막(8)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Ad₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제3 막(9)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Bd₁), 알루미나(Al₂O₃)인 제4 막(10)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Bd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제5 막(11)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Cd₁) 및 알루미나(Al₂O₃)인 제6 막(12)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Cd₂)인 6층 구조와,석영(SiO₂)인 제7 막(13)(굴절률 n₃=1.45 및 막두께 d₃=50nm)으로 구성되어 있다. 이때, 막두께를 나타내는 식 중의 대수 A, B 및 C는, 전술한 소정의 파라미터이다.

전술한 7층 구조의 무반사막에 의하면, A=2.85, B=2.0 및 C=2.0이고, 산화탄탈 및 알루미나의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂가 각각 0.485352 및 0.872841일 때, 파장 λ=980nm에서, 무반사막의 진폭반사율 r의 실수부와 허수부를 각각 제로로 할 수 있다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막=Ad₁/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/d₃=104.89nm/239.50nm/73.60nm/168.07nm/73.60nm/168.07nm/50nm가 된다.

따라서, 각 층의 막두께와 굴절률을 곱해 합한 것의 총합의 토탈막두께는 1523.59nm이다. 이 값은, 광의 파장 λ의 1/4인 막두께 245nm의 약 6.2배이다. 따라서, 토탈막두께는, 종래에 비교하여 매우 큰 것으로 되어 있다.

이때, 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 베스터브(bathtub) 형상에 가깝게 되어 있다. 또한, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는, 177nm로 되어 있다. 따라서, 본 실시예의 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는, 종래의 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여, 매우 넓게 되어 있다.

후술하는 바와 같이, 반도체 레이저와 파이버 그레이팅을 조합한 경우에는, 원하는 파장 λ(예를 들면 980nm)를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는것이 바람직하다.

이 경우에는, 산화탄탈 및 알루미나의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂를 각각 0.488994 및 0.859283으로 하고, 파장 λ=940nm에서 반사율이 제로가 되도록 무반사막을 설계하면 된다.

또한, 이때 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막=Ad₁/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/d₃=101.36nm/226.16nm/71.13nm/158.71nm/71.13nm/158.71nm/50nm이다.

전술한 원하는 파장 λ(예를 들면 980nm)을 베스터브형상의 반사율 분포의 중심으로 한 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 5에 나타낸다. 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 166nm이다. 따라서, 이 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는, 종래의 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여, 매우 넓게 되어 있다.

(실시예 2)

다음에, 실시예 2의 반도체 광소자장치를 도 6∼도 8을 사용하여 설명한다.

본 실시예의 반도체 광소자장치는, 반도체 레이저(31)와, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막이 3단 겹쳐진 6층 구조로, 굴절률이 기지이며 또한 막두께가 기지인 특정한 1종류의 막이 부가된 무반사막이, 굴절률이 1인 공기 또는 질소 등의 공간(32) 내에 설치되도록 구성되어 있다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 무반사막은, 산화탄탈(Ta₂O₅)의 제1 막(14)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Ad₁), 알루미나(Al₂O₃)인 제2 막(15)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Ad2), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제3 막(16)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Bd₁), 알루미나(Al₂O₃)인 제4 막(17)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Bd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제5 막(18)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Cd₁), 알루미나(Al₂O₃)인 제6 막(19)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Cd₂) 및 질화알루미늄(AlN)인 제7 막(20)(굴절률 n₃=2.072, 막두께 d₃=50nm)을 구비하고 있다. 이때, 막두께를 나타내는 식 중의 대수 A, B 및 C는, 소정의 파라미터이다.

상기한 구성에 의하면, A=2.7, B=3.0 및 C=2.0이고, 산화탄탈 및 알루미나의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂가 각각 0.671597 및 0.482534일 때, 파장 λ=980nm에서, 무반사막의 진폭반사율의 실수부와 허수부를 각각 제로로 할 수 있다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막=Ad₁/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/d₃=137.49nm/125.44nm/152.77nm/139.37nm/101.85nm/92.92nm/50nm이다. 따라서, 토탈막두께는 1489.7nm이다. 이 값은, λ/4에 해당하는 값 245nm인 약 6.1배이다. 종래의 반도체 광소자장치에 비교하여 매우 막두께가 큰 것으로 되어 있다.

이때, 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가까워진다. 또한, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의범위는 145nm이다. 따라서, 본 실시예의 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는, 종래의 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여, 매우 넓게 되어 있다.

또한, 원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 알루미나의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂를 각각 0.685788 및 0.470145로 하고, 파장 λ의 938nm에서 반사율을 제로로 하도록 무반사막을 설계하면 된다.

또한, 이때, 각 막(9)의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막=Ad₁/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/d₃=134.38nm/116.98nm/149.31nm/129.88nm/99.54nm/86.65/50nm이다.

전술한 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 8에 나타낸다. 이 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 141nm이다. 따라서, 이 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는, 종래의 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여, 매우 넓게 되어 있다.

(실시예 3)

다음에, 실시예 3의 반도체 광소자장치를 도 9∼도 12를 사용하여 설명한다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 반도체 광소자장치는, 반도체 레이저(31)와, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막이 3단 겹쳐진 6층 구조로, 굴절률이 기지이며 또한 막두께가 기지인 특정한 1종류의 막이 부가된 무반사막이, 굴절률이 1인 공기 또는 질소 등의 공간(32) 내에 설치되어 있다.

또한, 무반사막은, 질화알루미늄(AlN)의 제1 막(21)(굴절률 n₃=2.072, 막두께 d₃=50nm), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제2 막(22)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Ad₁), 알루미나(Al₂O₃)인 제3 막(23)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Ad₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제4 막(24)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Bd₁), 알루미나(Al₂O₃)인 제5 막(25)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Bd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제6 막(26)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Cd₁) 및 알루미나(Al₂O₃)인 제7 막(27)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Cd₂)을 구비하고 있다. 또한, 제1 막(21)을 구성하는 질화알루미늄(AlN)의 막두께는, 50nm이다.

본 실시예의 무반사막에는, 질화알루미늄, 산화탄탈 및 알루미나의 3종류의 재료가 사용되고 있다. 질화알루미늄의 열 전도율은, 약 1.8W/cm/℃이다. 산화탄탈의 열 전도율은, 약 0.1W/cm/℃이다. 알루미나의 열 전도율은, 약 O.2W/cm/℃이다. 따라서, 3개의 재료 중에 질화알루미늄의 열 전도율이 가장 높다.

또한, A=2.0, B=2.0 및 C=2.0이고, 산화탄탈 및 알루미나의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂가 각각 0.449531 및 0.991758일 때, 파장 λ=980nm에서, 무반사막은 진폭반사율의 실수부와 허수부가 제로가 된다. 또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막=50nm/68.17nm/190.97nm/68.17nm/190.97nm/68.17nm/190.97nm이다.

그 때문에, 토탈막두께는 1452.26nm이다. 토탈막두께는, 파장 λ의 1/4의 값인 245nm의 약 5.9배이다. 이 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 10에 나타낸 바와 같이 베스터브 형상에 가까워진다. 또한, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 152nm이다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 알루미나의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂를 각각 0.449325 및 1.00016으로 하고, 파장 λ=962nm에서, 무반사막의 진폭반사율의 실수부와 허수부를 각각 제로로 하도록 무반사막을 설계하면 된다.

또한, 이때, 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막=d₃/Ad₁/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=50nm/55.89nm/189.05nm/66.89nm/189.05nm/66.89nm/189.05nm이다. 이 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 11에 나타낸다. 이 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 151nm가 된다.

다음에, 제1 막인 질화알루미늄(AlN)이 120nm인 무반사막을 도 12에 나타낸다.

도 12에서, 무반사막은, 질화알루미늄(AlN)의 제1 막(28)(굴절률 n₃=2.072, 막두께 d₃=120nm), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제2 막(29)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Ad₁), 알루미나(Al₂O₃)인 제3 막(30)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Ad₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제4막(41)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Bd₁), 알루미나(Al₂O₃)의 제5 막(42)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Bd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제6 막(43)(굴절률 n₁=2.057, 막두께=Cd₁) 및 알루미나(Al₂O₃)인 제7 막(44)(굴절률 n₂=1.62, 막두께=Cd₂)을 구비하고 있다.

또한, A=0.9, B=2.0 및 C=2.0이고, 산화탄탈 및 알루미나의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂가 각각 0.726468 및 0.860316일 때, 파장 λ=980nm에서, 무반사막은, 진폭반사율의 실수부와 허수부가 각각 제로가 된다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막=d₃/Ad₁/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=120nm/49.58nm/74.55nm/110.17nm/165.66nm/110.17nm/165.66이다. 따라서, 전술한 무반사막의 토탈막두께는 1461.38nm이다. 즉, 토탈막두께는, λ/4인 245nm의 약 6.0배이다. , 따라서, 종래의 무반사막에 비교하여, 토탈막두께가 매우 무반사막으로 되어 있다.

이 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가까워지고 있다. 또한, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 범위는 150nm이다. 따라서, 종래의 무반사막에 비교하여 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 범위가 매우 넓게 되어 있다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우에는, 산화탄탈 및 알루미나의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂각각을 0.7005 및 0.891134로 하고, 파장 λ=947nm에서 무반사막의 반사율을 제로로 하도록, 무반사막을 설계하면 된다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막=d₃/Ad₁/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=120nm/46.20nm/74.62nm/102.66nm/165.82nm/102.66nm/165.82nm이다. 이 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 14에 나타낸다. 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 범위는 153nm가 된다.

이때, 본 실시예의 무반사막으로서는 제1 막의 질화알루미늄막의 막두께가 50nm 및 120nm인 경우를 나타냈지만, 제1 막인 질화알루미늄막의 막두께는, 이 값에 한정되는 것은 아니며, 다른 값이어도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이때, 상기 실시예 1∼3의 무반사막을 구성하는 복수의 막은, 각각의 막두께와 굴절률과의 곱의 총합이, 반도체 광레이저가 출사하는 광의 1/4파장보다도 큰 경우에, 전술한 무반사막의 설계수법을 사용하면, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위를, 용이하게, 종래의 무반사막보다도 넓게 할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 복수의 막 중 반도체 광소자에 인접하도록 설치된 인접막은, 다른 막보다도 열 전도율이 큰 것이 바람직하다. 본 실시예의 반도체 소자장치에서는, 인접막으로서, 질화알루미늄이 사용되는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 하면, 반도체 레이저의 열을 효율적으로 방출하는 것이 실현된 반도체 광소자장치를, 상기 설계수법을 사용하여 용이하게 설계할 수 있다.

또한, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 100nm 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 통상의 상태에서의 반도체 광소자가 출사하는 광의 파장의 변화에 유연하게 적응할 수 있다.

(실시예 4)

다음에, 본 발명의 실시예의 반도체 레이저 모듈을, 도 15∼도 18을 사용하여 설명한다. 도 15에는, 반도체 레이저와 파이버 그레이팅을 구비한 반도체 레이저 모듈이 표시되어 있다.

본 실시예의 반도체 레이저 모듈은, 도 15에 나타내는 바와 같이, 반도체 레이저(201)와, 반사율이 R_f이고, 반도체 레이저(201)의 전단면측에 설치된 무반사막(203) 및 반도체 레이저(201)의 광도파로영역(204)으로 이루어지는 반도체 소자장치(200)와, 반사율이 R_r이며, 반도체 레이저(201)의 후단면측에 설치된 반사막(202)과, 광도파로영역(204)에서 출사한 광이 통과하는 렌즈(205)와, 렌즈(205)가 통과한 광이 도입되는 광파이버(206)와, 광파이버(206)의 광통로에 설치된 반사율이 R_fg인 파이버 그레이팅(207)을 구비하고 있다.

본 실시예의 반도체 레이저 모듈은, 반도체 레이저(201)의 발진파장을 안정화시키기 위해, 광파이버(206) 내에 파이버 그레이팅(207)이 설치되어 있다. 그 때문에, 광파이버(206) 내에 도입된 특정한 파장의 광이 파이버 그레이팅(207)에서 반사된다.

또한, 무반사막(203)이 실시예 1∼3 중 어느 하나의 무반사막으로 구성되어 있다. 또한, 반사막(202)이 무반사막(203)보다도 높은 반사율의 막으로 구성되어있다. 또한, 파이버 그레이팅(207)이, 무반사막(203)보다도 높은 반사율의 막으로 구성되어 있다. 그것에 의해, 파이버 그레이팅(207)과 반사막(202)과의 사이에서 광이 공진하도록, 파이버 그레이팅(207)과 반사막(202)에 의해 공진기가 구성되어 있다. 또한, 렌즈(205)는, 반도체 레이저(201)에서 출사한 광을 효율적으로 광파이버(206)의 광통로 내에 도입하기 위한 것이다.

도 16에는, 파이버 그레이팅(207)이 설치된 본 실시예의 반도체 레이저 모듈의, 반도체 레이저의 이득과 손실과의 관계가 표시되어 있다. 파이버 그레이팅(207)은, 특정한 파장 λ_fg에 대해서는 반사율 R_fg이다. 따라서, 파이버 그레이팅(207)은, 특정한 파장 λ_fg이외의 파장에 대해서는 반사율은 거의 제로이다. 이 때문에, 도 16에 나타내는 바와 같이, 특정한 파장 λ_fg에서 반도체 레이저의 손실이 국소적으로 극단적으로 작아진다. 도 16에 나타내는 이득의 데이터와 손실의 데이터 중 국소적으로 작아져 있는 부분이 교차한다. 그 결과, 통상에서는, 특정한 파장 λ_fg일 때 반도체 레이저 모듈은 발진한다.

그렇지만, 예를 들면, 주위 온도가 낮을 때는, 반도체 레이저의 이득의 분포가 파장이 작은 측으로 이동한다. 그 때문에, 도 17에 나타내는 바와 같이, 파이버 그레이팅(207)으로 정해지는 반도체 레이저의 손실보다도, 무반사막(203)에 의해 정해지는 반도체 레이저의 손실의 쪽이 작아지는 경우가 있다. 이때, 도 17에 나타내는 이득의 데이터와 손실의 데이터 중 국소적으로 작게 되어 있는 부분 이외의 부분이 교차한다. 그 때문에, 반도체 레이저 모듈은, 파장 λ_fg가 아니라 파장 λ_LD로 발진한다. 그 결과, 파장 λ_fg의 광의 강도에 대한 파장 λ_LD의 광의 강도의 비인 사이드 모드 억압비가 작아져 버린다는 문제, 또는, 전술한 바와 같은 파이버 그레이팅(207)의 손실로 정해지는 파장 이외의 파장으로 반도체 레이저가 발진해 버린다는 문제가 생긴다.

본 실시예의 반도체 레이저 모듈은, 도 18에 나타내는 바와 같이, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 범위가 100nm 이상인 무반사막(203)이 반도체 레이저(201)의 전단면측에 설치되어 있다. 그 때문에, 도 18에 나타내는 손실의 데이터는, 도 16및 도 17의 손실의 데이터와 같이 급격하게 휘어진 부분을 갖는 곡선은 아니며, 완만하게 평탄한 모양의 곡선으로 되어 있다. 그 결과, 넓은 범위의 파장에서 파이버 그레이팅(207)으로 정해지는 반도체 레이저의 손실을 무반사막(203)의 반사율로 정해지는 반도체 레이저의 손실보다도 작게 할 수 있다. 즉, 이득의 분포가 다소 파장이 작은 측으로 이동하든지, 다소파장이 큰 측으로 이동하든지, 이득의 데이터와 손실의 데이터 중 국소적으로 작아져 있는 부분이 교차한다. 따라서, 도 17에 나타내는 파장 λ_LD로 발진하는 것을 억제할 수 있음과 동시에, 반도체 레이저(201)의 사이드 모드 억압비가 작아지는 것을 방지할 수 있다.

이때, 상기 실시예 1∼4 각각의 반도체 광소자장치로서는, 무반사막이 7층 구조인 것을 예로 하여 설명했다. 그렇지만, 본 발명의 무반사막의 구조는, 7층 구조에 한정되는 것은 아니며, 3종류 이상의 굴절률을 갖는 복수의 막이 설치되는 구조이면, 9층 구조 또는 11층 구조 등, 어떤 층 구조라도 된다.

또한, 실시예 1∼4 각각의 무반사막의 파라미터인 A, B 및 C는, 각 실시예의 무반사막 각각에 있어서 일례인 소정의 수치가 표시되어 있다. 그렇지만, 본 발명의 무반사막의 파라미터는, 각 실시예의 무반사막에 사용한 소정의 수치에 한정되는 것은 아니다. 무반사막의 파라미터가 다른 수치라도, 진폭반사율의 실수부와 허수부를 각각 제로로 할 수 있는 값이면, 실시예 1∼4의 무반사막과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이때, 실시예 1∼4 각각의 반도체 광소자장치는, 무반사막을 구성하는 복수의 막의 굴절률이 3종류인 경우를 예로 하여 설명되었다. 그렇지만, 복수의 막 중의 특정한 2종류의 막 이외의 막의 위상조건, 즉 막두께를 미리 설정해 두면, 무반사막을 구성하는 복수의 막의 굴절률이 4종류 이상인 경우라도, 특정한 2종류의 막을 전술한 수법, 즉, 복수의 막의 진폭반사율의 실수부와 허수부를 제로로 하는 수법에 의해 막두께가 결정된 무반사막이면, 실시예 1∼4의 무반사막과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 실시예 1∼3의 반도체 광소자장치 각각은, 반도체 광소자의 일례로서 반도체 레이저가 사용되고 있는 예가 표시되었지만, 반도체 광소자로서는 반도체 증폭기, 수퍼 루미네센스 다이오드 또는 광변조기 등의 반도체 광소자라도, 반도체 레이저의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시예 1∼4의 반도체 광소자장치에서는, 반도체 광소자가 출사하는 광의 파장으로서는, 980nm 근방의 값을 사용했지만, 반도체 광소자가 출사하는 광의 파장은, 이 값에 한정되는 것은 아니며, 가시광, 원적외선 및 적외선 등이라도,실시예 1∼4 각각의 반도체 광소자장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

전술한 바와 같은 실시예 1∼3에서는, EB(Electron Beam) 증착법에 의해 막형성된 막을 사용하고 반도체 광소자장치가 구성되어 있었다. 그렇지만, EB 증착법으로는 막두께의 제어성이 양호하지 않은 경우가 있다. 따라서, 이하의 실시예 5∼7에서는, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 스퍼터법을 사용함으로써 막두께 등의 제어성이 향상한 반도체 광소자장치가 설명된다.

단, ECR 스퍼터법을 사용하는 경우에는, 원인은 불명확하지만, 알루미나(Al₂O₃)와 산화탄탈(Ta₂O₅)과의 접합성이 양호하지 않다. 따라서, 실시예 3∼7에서는, 석영(SiO₂)과 산화탄탈(Ta₂O₅)과의 접합력이 이용된 반도체 광소자장치가 사용된다.

이때, 실시예 5∼7의 반도체 광소자장치가 실시예 4에서 설명된 반도체 레이저에 사용된 경우에는, 실시예 1∼3의 반도체 광소자장치가 실시예 4의 반도체 레이저에 의해 얻어지는 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이하의 실시예 5∼7의 각각에 있어서는, 실시예 1∼3에서 설명한 2층 구조 외에 2종류의 막이 부가된 무반사막이지만, 이 무반사막에 대해서도 동일하게 실시예 1∼3에서 설명한 2층 구조인 무반사막의 설계수법과 동일한 수법, 즉, 진폭반사율 r의 실수부와 허수부를 각각 제로로 하는 수법을 사용함으로써, 후술하는 막두께 d₁및 막두께 d₂가 산출된다.

(실시예 5)

다음에, 실시예 5의 반도체 광소자장치를 도 21∼도 27을 사용하여 설명한다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 반도체 광소자장치는, 반도체 레이저(31)와 무반사막이, 굴절률이 1인 공기 또는 질소 등의 공간(32) 내에 설치되어 있다. 무반사막은, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막이 2단 겹쳐진 4층 구조로 굴절률이 기지이며 또한 막두께가 기지인 특정한 2종류의 막이 부가되어 있다.

보다 구체적으로는, 무반사막은, 도 21에 나타내는 바와 같이, 알루미나(Al₂O₃)인 제1 막(45)(굴절률 n₃=1.629, 막두께 d₃), 석영(SiO₂)인 제2 막(46)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Ad2), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제3 막(47)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Bd₁), 석영(SiO₂)인 제4 막(48)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Bd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제5 막(49)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Cd₁) 및 석영(SiO₂)인 제6 막(50)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Cd₂)으로 구성되어 있다. 이때, 막두께를 나타내는 식 중의 대수 A, B 및 C는 전술한 실시예 1~3과 마찬가지로, 소정의 파라미터이다.

우선, 제1 막(45)인 알루미나(Al₂O₃)의 막두께 d₃이 10nm인 경우의 무반사막이 설명된다. 이때, 본 실시예 및 그것 이후의 실시예에서는, ECR 스퍼터법에 의한 막형성이 행해진 경우에서의 각 층의 굴절률의 일례가 표시되어 있다.

본 실시예의 무반사막에 의하면, A=0.18, B=1.99 및 C=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ1 및 위상 φ2가 각각 0.581355 및 0.899203일 때, 파장 λ=980nm로, 무반사막의 진폭반사율의 실수부와 허수부를 모두 제로로 할 수 있다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=10/17.01/87.08/188.07/87.52/189.02nm가 된다.

따라서, 토탈막두께는 962.91nm이다. 이 값은, 광의 파장 λ의 1/4인 막두께 245nm의 약 3.9배이다. 이때, 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 22에 나타내는 바와 같이 베스터브 형상에 가깝게 되어 있다. 따라서, 전술한 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는, 217nm이고, 종래의 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여 매우 넓게 되어 있다.

또한, 원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 Φ₁및 위상 Φ₂를 각각 0.580136 및 0.908343으로 하고, 파장 λ의 945nm에서 반사율을 제로로 하도록 무반사막을 설계하면 된다.

또한, 이때의 각 막(9)의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막 d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=10/16.57/83.80nm/183.20nm/84.22nm/184.12nm이다.

전술한 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 23에 나타낸다. 이 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 213nm이다.

다음에, 제1 막(45)인 알루미나(Al₂O₃)의 막두께 d₃이 20nm인 무반사막에 대하여 설명한다. 전술한 무반사막에 의하면, A=0.12, B=1.90 및 C=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂가 각각 0.601513 및 0.911814일 때, 파장 λ=980nm로, 반사율이 제로가 된다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=20/11.50/86.03/182.08/90.56/191.67nm가 된다. 토탈막두께는, 970.19nm이고, 파장 λ의 1/4의 값인 245nm의 약 4.0배이다.

따라서, 전술한 무반사막은, 종래의 무반사막에 비교하여, 토탈막두께가 매우 두꺼운 것으로 되어 있다. 이때, 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 24에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가깝게 되어 있다. 또한, 전술한 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 범위는 220nm이다. 따라서, 전술한 무반사막은, 종래의 무반사막에 비교하여, 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 범위는 매우 넓게 되어 있다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂를 각각 0.596734 및 0.925211로 하고, 파장 λ=935nm에서 무반사막의 반사율을 제로로 하도록, 무반사막을 설계하면 된다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=20/11.13/81.43/176.28/85.71/185.55nm이다. 전술한 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 25에 나타낸다. 무반사막이 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 215nm가 된다.

더욱이, 제1 막(45)인 알루미나(Al₂O₃)의 막두께 d₃이 40nm인 무반사막에 대하여 설명한다. 무반사막은, A=0.02, B=1.50 및 C=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂가 각각 0.789974 및 0.884697일 때, 파장 λ=980nm에서 반사율이 제로가 된다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=40/1.86/89.20/139.48/118.93/185.97nm가 된다. 이 무반사막의 토탈막두께는, 982.13nm이고, 파장 λ의 1/4인 245nm의 약 4.0배가 된다. 따라서, 이 토탈막두께는, 종래의 무반사막의 토탈막두께에 비교하여 매우 두꺼운 것으로 되어 있다.

이때의 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 26에 나타낸 바와 같이, 베스터브 형상에 가깝게 되어 있다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위는 218nm이고, 이 범위는, 종래의 무반사막의 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여 매우 넓다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂를 각각 0.774569 및 0.901877로 하고, 파장 λ=927nm에서 무반사막의 반사율을 제로로 하도록 무반사막을 설계한다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂=40/1.79/82.73/134.50/110.31/179.33nm이다. 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 27에 나타낸다. 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 208nm가 된다.

이때, 전술한 6층 구조의 무반사막의 설계수법으로는, 다음에 나타내는 식 (8)이 사용된다. 이 식 (8)을 사용한 경우에도, 식 (3c)에서 나타내는 진폭반사율 r의 실수부와 허수부가 각각 제로가 되도록, 막두께 d₁및 막두께 d₂가 산출된다.

(실시예 6)

다음에, 실시예 6의 반도체 광소자장치를 도 28∼도 34를 사용하여 설명한다.

도 28에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 반도체 광소자장치는, 반도체 레이저(31)와 무반사막이, 굴절률이 1인 공기 또는 질소 등의 공간(32) 내에 설치된다. 무반사막은, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막이 3단 겹쳐진 6층 구조에 굴절률이 기지이며 또한 막두께가 기지인 특정한 2종류의 막이 부가되어 있다.

도 28에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 무반사막은, 알루미나(Al₂O₃)인 제1 막(51)(굴절률 n₃=1.629, 막두께 d₃), 석영(SiO₂)인 제2 막(52)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Ad₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제3 막(53)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Bd₁), 석영(SiO₂)인 제4 막(54)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Bd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제5 막(55)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Cd₁), 석영(SiO₂)인 제6 막(56)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Cd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제7 막(57)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Dd₁) 및 석영(SiO₂)인 제8 막(58)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Dd₂)에 의해 구성되어 있다.

우선, 제1 막(51)인 알루미나(Al₂O₃)의 막두께 d₃이 10nm인 무반사막에 대하여 설명한다.

전술한 무반사막은, A=0.50, B=2.00, C=2.00 및 D=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂가 각각 0.356965 및 1.03993일 때, 파장 λ=980nm에서 반사율을 제로로 할 수 있다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂=10/54.65/53.74/218.60/53.74/218.60/53.74/218.60nm가 된다. 이 무반사막의 토탈막두께는, 1404.65nm이고, 파장 λ의 1/4인 245nm의 약 5.7배이다.

따라서, 이 토탈막두께는, 종래의 무반사막의 토탈막두께에 비교하여 매우 두껍다. 이때, 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 29에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가깝게 되어 있다. 또한, 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 116nm이고, 그 범위는 종래의 무반사막의 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위와 비교하여 매우 넓은 것이다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₁을 각각 0.357013 및 1.0386으로 하고, 파장 λ=971nm에서 무반사막의 반사율을 제로로 하면 된다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂=10/54.08/53.26/216.31/53.26/216.31/53.26/216.31nm이다. 전술한 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 30에 나타낸다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 115nm이다.

다음에, 제1 막(51)인 알루미나(Al₂0₃)의 막두께 d₃이 20nm인 무반사막에 대하여 설명한다. 무반사막은, A=0.42, B=2.00, C=2.00 및 D=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂가 각각 0.355425 및 1.03088일 때, 파장 λ=980nm에서 반사율이 제로가 된다.

또한, 이때의 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂=20/45.51/53.51/216.70/53.51/216.70/53.51/216.70nm가 된다. 토탈막두께는, 1397.48nm이고, 파장 λ의 1/4인 245nm의약 5.7배이다.

따라서, 이 토탈막두께는, 종래의 무반사막의 토탈막두께에 비교하여 매우 큰 값이다. 이때의 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 31에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가깝게 되어 있다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 116nm이고, 이 값은, 종래의 무반사막의 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여 매우 큰 값이다.

원하는 파장 λ=98nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂를 각각 0.35537 및 1.02959로 하고, 파장 λ=975nm에서 무반사막의 반사율을 제로로 하도록 무반사막을 설계한다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막, /제6 막/제7막/제8막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂=20/45.22/53.23/215.32/53.23/215.32/53.23/215.32nm이다. 전술한 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 32에 나타낸다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 115nm이다.

더욱이, 제1 막(51)인 알루미나(Al₂O₃)의 막두께 d₃이 40nm인 무반사막에 대하여 설명한다. 무반사막은, A=0.30, B=1.95, C=2.00 및 D=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂가 각각 0.356112 및 1.00038일 때, 파장 λ=980nm에서 반사율이 제로가 된다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂=40/31.54/52.27/205.03/53.61/210.28/53.61/210.28nm가 된다. 토탈막두께는, 1370.80nm이고, 파장 λ의 1/4인 245nm의 약 5.6배가 된다.

따라서, 이 토탈막두께는, 종래의 무반사막의 토탈막두께에 비교하여 매우 두껍다. 이때 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 33에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가깝게 되어 있다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 110nm이고, 그 범위는 종래의 무반사막의 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여 매우 넓다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂를 각각 0.356344 및 1.0013으로 하고, 파장 λ=983nm에서, 무반사막의 반사율을 제로로 하도록 무반사막을 설계한다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂=40/31.67/512.47/205.85/53.81/211.12/53.81/211.12nm이다. 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 34에 나타낸다. 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 111nm이다.

또한, 전술한 8층 구조의 무반사막의 설계수법으로는, 다음에 나타내는 식 (9)가 사용된다. 이 식 (9)를 사용한 경우에도, 식 (3c)에서 나타내는 진폭반사율 r의 실수부와 허수부가 각각 제로가 되도록, 막두께 d₁및 막두께 d₂가 산출된다.

(실시예 7)

다음에, 실시예 7의 반도체 광소자장치를 도 35∼도 41을 사용하여 설명한다.

도 35에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 반도체 광소자장치는, 반도체 레이저(31)와 무반사막이, 굴절률이 1인 공기 또는 질소 등의 공간(32) 내에 설치된다. 무반사막은, 굴절률이 기지이고 또한 막두께가 미지인 특정한 2종류의 막이 4단 겹쳐진 8층 구조로 굴절률이 기지이며 또한 막두께가 기지인 특정한 2종류의 막이 부가되어 있다.

도 35에 나타내는 바와 같이, 알루미나(Al₂O₃)인 제1 막(59)(굴절률 n₃=1.629, 막두께 d₃), 석영(SiO₂)인 제2 막(60)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Ad₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제3 막(61)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Bd₁), 석영(SiO₂)인 제4 막(62)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Bd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제5 막(63)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Cd₁), 석영(SiO₂)인 제6 막(64)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Cd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제7 막(65)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Dd₁), 석영(SiO₂)인 제8 막(66)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Dd₂), 산화탄탈(Ta₂O₅)인 제9 막(67)(굴절률 n₁=2.072, 막두께=Ed₁) 및 석영(SiO₂)인 제10 막(68)(굴절률 n₂=1.484, 막두께=Ed₂)으로 구성되어 있다.

우선, 제1 막(59)인 알루미나(Al₂O₃)의 막두께 d₃이 10nm인 무반사막에 대하여 설명한다.

전술한 무반사막은, A=0.62, B=2.00, C=2.00, D=2.00 및 E=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂가 각각 0.276571 및 1.1374일 때, 파장 λ=980nm에서 반사율이 제로가 된다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막/제9막/제10막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂/Ed₁/Ed₂=10/74.12/41.64/239.09/41.64/239.09/51.64/239.09/41.64/239.09nm가 된다. 토탈막두께는, 1890.63nm이고, 파장 λ의 1/4인 245nm의 약 7.7배이다. 따라서, 이 토탈막두께는, 종래의 무반사막의 토탈막두께에 비교하여 매우 큰 값으로 되어 있다.

이때의 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 36에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가깝게 되어 있다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 79nm이고, 그 값은 종래의 무반사막의 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여 큰 값으로 되어 있다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂를 각각 0.276804 및 1.13636으로 하고, 파장 λ=971nm에서 무반사막의 반사율을 제로로 하도록 무반사막을 설계한다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막/제9막/제10막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂/Ed₁/Ed₂=10/73.37/41.29/236.67/41.29/236.67/41.29/236.67/41.29/236.67nm이다. 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 37에 나타낸다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 77nm이다.

다음에, 제1 막(59)인 알루미나(Al₂O₃)인 막두께 d₃이 20nm인 무반사막에 대하여 설명한다. 전술한 무반사막은, A=0.54, B=2.00, C=2.00, D=2.00 및 E=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂가 각각 0.2754045 및 1.1399일 때, 파장 λ=980nm에서 반사율이 제로가 된다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막/제9막/제10막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂/Ed₁/Ed₂=20/64.70/41.41/239.61/41.41/239.61/41.41/239.61/41.41/239.61nm가 된다. 토탈막두께는, 1894.13nm이고, 파장 λ의 1/4인 막두께에 비교하여 매우 큰 값으로 되어 있다.

이때의 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 38에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가깝게 된다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 80nm이고, 이 값은 종래의 무반사막의 1% 이하의 저반사율로 기능하는파장의 범위에 비교하여 큰 값이다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂를 각각 0.275567 및 1.137.54로 하고, 파장 λ=971nm에서, 무반사막의 반사율을 제로로 하도록 무반사막을 설계한다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막/제9막/제10막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂/Ed₁/Ed₂=20/63.97/41.11/236.92/41.11/236.92/41.11/236.92/41.11/236.92nm이다. 이 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 39에 나타낸다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 79nm이다.

다음에, 제1 막(59)인 알루미나(Al₂O₃)의 막두께 d₃이 40nm인 무반사막에 대하여 설명한다. 전술한 무반사막은, A=0.40, B=2.00, C=2.00, D=2.00 및 E=2.00이고, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂가 각각 0.275565 및 1.11479일 때, 파장 λ=980nm에서 반사율이 제로가 된다.

또한, 이때, 각 층의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막/제9막/제10막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂/Ed₁/Ed₂=40/46.87/41.49/234.34/41.49/234.34/41.49/234.34/41.49/234.34nm가 된다. 토탈막두께는, 1869.63nm이고, 파장 λ의 1/4인 245nm의 약 7.6배가 된다. 따라서, 이 토탈막두께는, 종래의 무반사막의 토탈막두께에 비교하여 매우 큰 값으로 되어 있다.

이때의 무반사막의 반사율의 파장의존성은, 도 40에 나타내는 바와 같이, 베스터브 형상에 가깝게 된다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 79nm이고, 이 값은 종래의 무반사막의 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위에 비교하여 큰 값이다.

원하는 파장 λ=980nm를 베스터브 형상의 반사율 분포의 중심으로 하는 경우는, 산화탄탈 및 석영의 위상 φ₁및 위상 φ₂를 각각 0.275663 및 1.11367로 하고, 파장 λ=977nm에서, 무반사막의 반사율을 제로로 하도록 무반사막을 설계한다.

또한, 이때의 각 막의 막두께는, 제1 막/제2 막/제3 막/제4 막/제5 막/제6 막/제7막/제8막/제9막/제10막=d₃/Ad₂/Bd₁/Bd₂/Cd₁/Cd₂/Dd₁/Dd₂/Ed₁/Ed₂=40/46.68/41.37/233.38/41.37/233.38/41.37/233.38/41.37/233.38nm이다. 이 무반사막의 반사율의 파장의존성을 도 41에 나타낸다. 이 무반사막은, 1% 이하의 저반사율로 기능하는 파장의 범위가 78nm이다.

또한, 전술한 10층 구조의 무반사막의 설계수법으로는, 다음에 나타내는 식 (10)이 사용된다. 이 식 (10)을 사용한 경우에도, 식 (3c)에서 나타내는 진폭반사율 r의 실수부와 허수부가 각각 제로가 되도록, 막두께 d₁및 막두께 d₂가 산출된다.

또한, 실시예 5∼7 각각의 무반사막의 파라미터인 A, B, C, D 및 E는, 각 실시예의 무반사막 각각에 있어서 일례의 소정의 수치가 표시되어 있다. 그렇지만, 본 발명의 무반사막의 파라미터는, 각 실시예의 무반사막에 사용한 소정의 수치에 한정되는 것은 아니다. 무반사막의 파라미터가 다른 수치라도, 진폭반사율의 실수부와 허수부를 각각 제로로 할 수 있는 값이면, 실시예 5∼7의 무반사막과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시예 5∼7 각각의 반도체 광소자장치는, 무반사막을 구성하는 복수의 막의 굴절률이 3종류인 경우를 예로 하여 설명되었다. 그렇지만, 복수의 막 중 특정한 2종류의 막 이외의 막의 위상조건, 즉 막두께를 미리 설정해 두면, 무반사막을 구성하는 복수의 막의 굴절률이 4종류 이상인 경우라도, 특정한 2종류의 막을 전술한 수법, 즉, 복수의 막의 진폭반사율의 실수부와 허수부를 제로로 하는 수법에 의해 막두께가 결정된 무반사막이면, 실시예 5∼7의 무반사막과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시예 5∼7에서는, 제1 막인 알루미나의 막두께가 10nm, 20nm 및 40nm인 경우의 무반사막을 나타냈지만, 알루미나의 막두께는 이들 값에 한정되는 것은 아니다.

또한, 실시예 5∼7에서는, 무반사막이 6층 구조, 8층 구조 및 10층 구조인 것을 나타냈지만, 12층 구조 이상의 짝수층이라도, 실시예 5∼7의 무반사막에 의해 얻어지는 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시예 5∼7의 반도체 광소자장치에서는, 반도체 광소자가 출사하는 빛의 파장으로는, 980nm 근방의 값을 사용했지만, 반도체 광소자가 출사하는 빛의 파장은, 이 값에 한정되는 것은 아니며, 가시광, 원적외선 및 적외선 등이라도, 실시예 5∼7 각각의 반도체 광소자장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 실시예 5∼7의 반도체 광소자장치 각각은, 반도체 광소자의 일례로서 반도체 레이저가 사용되고 있는 예가 표시되었지만, 반도체 광소자로서는 반도체 증폭기, 수퍼 루미네센스 다이오드 또는 광변조기 등의 반도체 광소자라도, 반도체 레이저인 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이번 개시된 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명만이 아니며 특허청구의 범위에 의해 표시되고, 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

본 발명에 의하면, 복수의 막의 토탈막두께가 λ/4와는 다른 값인 경우에서도, 무반사막의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 반도체 광소자와,

   그 반도체 광소자가 출사한 출사광이 입사됨과 동시에, 특정한 파장의 광에 대하여, 입사광과 그 입사광이 반사된 반사광을 간섭시켜, 광의 반사율을 실질적으로 제로로 하는 무반사막을 구비하고,

   그 무반사막은,

   각각 굴절률이 1보다도 큰 값을 갖는 복수의 막으로서, 상기 반도체 광소자의 실효굴절률의 평방근의 값보다도 높은 값의 굴절률을 갖는 고굴절률막과, 상기 반도체 광소자의 실효굴절률의 평방근의 값보다도 낮은 값의 굴절률을 갖는 저굴절률막을 사용하여 구성된 복수의 막으로 이루어지며,

   그 복수의 막은, 그 복수의 막 각각이 단일한 조성으로 이루어짐과 동시에, 복수의 막의 조성의 종류가 3이상이고, 전체로서 진폭반사율의 실수부와 허수부가 모두 제로가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 광소자장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 막 중 상기 반도체 광소자에 인접하도록 설치된 인접막은, 다른 막보다도 열 전도율이 큰 것을 특징으로 하는 반도체 광소자장치.
3. 상기 반도체 광소자가 반도체 레이저인 청구항 1에 기재된 반도체 광소자장치와,

   상기 반도체 소자장치의 외부에 설치된 상기 무반사막의 반사율보다도 높은 반사율을 갖는 제1 반사막과,

   상기 반도체 소자장치의 상기 무반사막이 설치되어 있는 단면과는 다른 단면에 설치되고, 소정의 파장의 광에 대하여 상기 무반사막의 반사율보다도 높은 반사율을 갖는 제2 반사막을 구비하며,

   상기 제1 반사막 및 상기 제2 반사막 각각에서 반사된 특정한 파장의 광은, 상기 무반사막을 투과함과 동시에, 상기 제1 반사막과 상기 제2 반사막과의 사이에서 발진하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 모듈.