KR20060132483A - 다파장 레이저 다이오드 - Google Patents

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KR20060132483A
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히데또 이끼
신야 사또
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

제1 소자부 및 제2 소자부의 후단부면막에 일괄 형성된 후단부면막은, 후단부면 상에 굴절율이 n1의 제1 후단부면막 및 굴절율이 n2(>n1)의 제2 후단부면막을 1조로 하는 층이 1 또는 복수 적층된 제1 반사막과, 제1 반사막 상에 굴절율이 n3(≤n1)의 제3 후단부면막 및 굴절율이 n4(>n1)의 제4 후단부면막을 1조로 하는 층이 1 또는 복수 적층된 제2 반사막을 포함한다.
고반사율, 레이저 소자, 반사막, 굴절율

Description

다파장 레이저 다이오드{MULTIWAVELENGTH LASER DIODE}
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드의 단부면 구성도이다.
도 2는 도 1의 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 2 파장 레이저 다이오드의 제조 공정의 일부를 설명하기 위한 단부면도이다.
도 4는 종래의 후단부면막의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 후단부면막의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 전단부면막의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2의 전단부면막의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성도이다.
도 9는 도 8의 후단부면막의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성도이다.
도 11은 도 10의 전단부면막의 전단부면막의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성도이다.
도 13은 도 12의 전단부면막의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성도이다.
도 15는 도 14의 전단부면막의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판
20A: 제1 레이저 소자부
20B: 제2 레이저 소자부
21A, 21B: 반도체층
22A, 22B: 활성층
23A, 23B: 릿지부
24A: 제1 발광점
24B: 제2 발광점
25: 절연층
26A, 26B: p측 전극
27: n측 전극
28A, 28B: 배선층
31, 41: 후단부면막
32A, 42A: 제1 후단부면막
32B, 42B: 제2 후단부면막
33A, 43A: 제3 후단부면막
33B, 43B: 제4 후단부면막
44A: 제5 후단부면막
44B: 제6 후단부면막
51, 61, 71, 81: 전단부면막
52, 62, 72, 82: 고굴절율층
53, 63, 73, 83: 저굴절율층
특허 문헌1: 일본특허출원 제2001-257413호 공보
본 발명은 2005년 6월 17일 일본특허청에 제출된 일본특허출원 제 JP2005-178480호와 관련된 특허 대상을 포함하고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 편입된다.
본 발명은, 모놀리스 다파장 레이저 다이오드(monolithic multiwavelength laser diode)에 관한 것으로, 특히 고반사율측의 반사경막의 개량된 다파장 레이저 다이오드에 관한 것이다.
최근, 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)의 분야에서는, 동일 기판(또는 기체) 상에 발광 파장이 상이한 복수의 발광부를 갖는 다파장 레이저 소자의 개발이 활발에 행해지고 있다. 이 다파장 레이저 소자는, 예를 들면, 광 디스크 장치의 광원으로서 이용된다.
이러한 광 디스크장치에서는, 780nm 대의 레이저광이 CD(Compact Disk)의 재생에 이용되고, CD-R(CD Recordable), CD-RW(CD Rewritable) 혹은 MD(Mini Disk) 등의 기록 가능한 광 디스크의 기록·재생에 이용된다. 또한, 660nm 대의 레이저광이 DVD(Digital Versatile Disk)의 기록·재생에 이용되고 있다. 다파장 레이저 소자를 광 디스크 장치에 탑재함으로써, 기존의 광 디스크 중 어느 것에나, 기록 또는 재생이 가능하게 된다. 이와 같이 다파장을 이용하여, 용도를 확장하는 것이 가능하다.
이러한 모놀리스 다파장 레이저 소자에서는, 일반적으로, 단파장 레이저 소자와 마찬가지로, 레이저 소자의 단부면 전체에 각각의 레이저광의 파장 λ에 적합한 저반사경막과 고반사경막을 일괄 형성하고, 저반사경막측의 단부면으로부터 효율적으로 광을 취출하도록 되어 있다(특허 문헌1 참고). 이때, 고반사경막은, 고반사율을 얻기 위해서, 일반적으로, 저굴절율층과 고굴절율층을 교대로 적층시킨 다층 구조를 갖고 있다. 이 경우, 저굴절율층과 고굴절율층의 굴절율 차가 커지지도록 그 재료가 조합된다. 저굴절율층과 고굴절율층의 조합으로서, 일반적으로, 산화 알루미늄(Al2O3 굴절율: 1.65) 및 비정질 실리콘(Amorphous Silicon/a-Si 굴절율: 2.45)의 조합, 산화 알루미늄 및 산화 티탄(TiO2 굴절율: 2.45)의 조합 등이 이용되고 있다.
전자의 조합들에서는, 고굴절율 차가 얻어질 수 있다. 하지만, a-Si가 660nm 대에서 광을 흡수하기 때문에, 660nm 대에서 고반사율을 실현하는 것이 곤란하다. 또한, 후자의 조합에서는, 굴절율 차가 그다지 크지 않다. 따라서, 고굴절율층의 반사율이 좁은 대역에서만 높고, 660nm 대 및 780nm 대의 쌍방의 파장에서는 고반사율을 실현하는 것이 곤란하다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 소정의 파장대에서 고반사율을 실현할 수 있는 다파장 레이저 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다파장 레이저 다이오드는, 기판상에, 제1 파장의 레이저광을 발진하는 제1 소자부와, 제2 파장의 레이저광을 발진하는 제2 소자부를 갖는다. 제1 소자부 및 제2 소자부의 각각의 전단부면에는 전단부면막이, 후단부면에는 후단부면막이 각각 일괄 형성되어 있다. 후단부면막은, 후단부면 상에 굴절율이 n1의 제1 후단부면막 및 굴절율이 n2(>n1)의 제2 후단부면막을 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적층하여 구성된 제1 반사막과, 제1 반사막 상에 굴절율이 n3(≤n1)의 제3 후단부면막 및 굴절율이 n4(>n1)의 제4 후단부면막을 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적 층하여 구성된 제2 반사막을 갖는다.
본 발명의 다파장 레이저 다이오드에서는, 제1 소자부 및 제2 소자부에 각각 전류를 주입하면, 각각의 내부의 발광 영역에서 발광이 일어난다. 각각의 영역에서 발광한 광은, 전단부면막과, 상대적으로 저굴절율의 막(제1 후단부면막, 제3 후단부면막)과, 상대적으로 고굴절율의 막(제2 후단부면막, 제4 후단부면막)을 교대로 적층하여 이루어지는 후단부면막에 의해 반사된다. 그런 다음,레이저 발진이 생성된다. 전단부면막 중 제1 소자부측으로부터 제1 파장의 레이저광이 외부로 사출되고, 전단부면막 중 제2 소자부측으로부터 제2 파장의 레이저광이 외부로 사출된다.
이때, 후단부면막 중 후단부면측의 막(제1 반사막)은 방열 기능 및 반사 기능을 갖는다. 후단부면막 중 외부측의 막(제2 반사막)은 고반사 기능을 갖는 것이 바람직하다. 제1 반사막이 이러한 기능을 갖기 위해서는, 제1 후단부면막이 방열성이 좋은 재료, 가령, Al2O3 또는 AlN을 포함하고, 제2 후단부면막이 열 안정성 및 굴절율이 높은 재료, 가령, TiO2를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 반사막이 상기한 바와 같은 기능을 갖기 위해서는, 제3 후단부면막이 저굴절율의 재료, 예를 들면 SiO2(굴절율: 1.45), 제4 후단부면막이 고굴절율의 재료, 예를 들면 TiO2(굴절율: 2.45)을 각각 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
제3 후단부면막이 제1 후단부면막과 마찬가지의 재료, 예를 들면, Al2O3 또는 AlN을 포함하여 구성되는 경우에는, 제3 후단부면막과 제4 후단부면막의 굴절율 차가 크게 되도록, 제4 후단부면막은 TiO2보다도 더 고굴절율의 재료, 예를 들면 a-Si(굴절율: 3.65)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 제2 반사막의 외측에 방열 기능 및 반사 기능을 갖는 제3 반사막을 설치하도록 하여도 된다. 이 제3 반사막은, 제2 반사막 상에 굴절율이 n5(≤n1)의 제5 후단부면막(상대적으로 저굴절율의 막) 및 굴절율이 n6(>n1)의 제6 후단부면막(상대적으로 고굴절율의 막)을 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적층하여 구성되어 있다. 제3 반사막은 제1 반사막과 마찬가지의 재료에 의해 구성된다.
이와 같이, 후단부면막을 복수의 반사막으로 구성함으로써, 개개의 반사막의 배치, 층 수, 재료 등을 선택하는 폭을 넓어지는 것이 가능해진다. 그 결과, 어떤 재료의 불리한 특징이 배치, 총 층수, 다른 재료를 가지고 개선될 수 있다. 예를 들면, 후단부면막의 반사율을 향상시키기 위해 저굴절율의 막으로서 SiO2 막을 이용하고자 하는 경우에는, 후단부면막 중 후단부면측의 저반사율의 막으로서, SiO2막보다도 더 높은 방열성과 더 빠른 성막 속도를 갖는 Al2O3 막 또는 AlN 막을 이용하도록 한다. 이에 의해, 방열성이나 성막 속도를 개선하고, 후단부면막의 반사율이 광대역에서 높게 될 수 있다. 따라서, 실용적인 범위 내의 방열성이나 성막 속도로, 소정의 파장 대역에서의 고반사율이 얻어진다.
본 발명의 구체예의 다파장 레이저 다이오드에 의하면, 복수의 반사막으로 이루어진 후단부면막이 제공된다. 그러므로, 후단부면막의 반사율은 광대역에서 높을 수 있다. 이에 의해, 고반사율이 소정의 파장대(제1 파장 및 제2 파장을 포 함하는 파장대)에서 실현될 수 있다. 예를 들어, 고반사율은 660nm 대 및 780nm 대로 실현될 수 있다.
본 발명에 대한 다른 및 추가적인 목적, 특징 및 이점은 후속하는 설명을부터 보다 더 명백해질 것이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
〔제1 실시 형태〕
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드의 단부면 구성을 나타내는 것이다. 도 2는, 도 1의 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성을 나타내는 것이다. 또한, 도 1은, 도 2의 A-A 화살 표시 방향의 단부면 구성을 나타내는 것이다. 또한, 도 1 및 도 2는 모식적으로 표현한 것이며, 실제의 치수, 형상과는 다르다.
2 파장 레이저 다이오드 소자는, 기판(10) 상에 제1 소자부(20A) 및 제2 소자부(20B)를 배열하여 이루어지는 모놀리스 레이저 소자(monolithic laser diode device)이다.
(제1 소자부(20A))
제1 소자부(20A)는, 660nm 대의 광을 출사 가능한 레이저 다이오드이며, 알루미늄·갈륨·인듐·인(AlGaInP)계 III-V 족 화합물 반도체에 의해 구성된다. 여기서 말하는 알루미늄·갈륨· 인듐·인계 III-V 족 화합물 반도체란, 단주기형 주기표에 있어서의 3B 족 원소 중의 적어도 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In)과, 단주기형 주기표에 있어서의 5B 족 원소 중의 적어도 인(P)을 포함하는 반도체를 가리킨다.
제1 소자부(20A)는, 기판(10) 상에 반도체층(21A)를 성장시킨 것이다. 이 반도체층(21A) 내에는, n형 클래드층, 활성층(22A), p형 클래드층 및 p측 컨택트층이 포함된다. 또한, 활성층(22A) 이외의 층은 특히 도시하지 않았다.
구체적으로는, 기판(10)은, 예를 들면 n형 GaP에 의해 구성되고, 두께는, 예를 들면, 100μm 정도이다.
n형 클래드층은, 예를 들면 두께가 1.5μm의 n형 AlGaInP에 의해 구성된다. 활성층(22A)는, 예를 들면 두께가 40nm의, 상호 조성이 상이한 AlxGayIn1-x-yP(단, x≥0 및 y≥0)에 의해 각각 형성된 웰층과 배리어층의 다중 양자 웰 구조를 갖는다. p형 클래드층은, 예를 들면, 두께가 1.5μm의 p형 AlGaInP에 의해 구성된다. p측 컨택트층은, 예를 들면, 두께가 0.5μm의 p형 GaP에 의해 구성된다. p형 클래드층의 일부 및 p측 컨택트층은, 공진기 방향으로 연장하는 스트라이프 형상의 릿지부(23A)를 갖고 있고, 이에 따라 전류 협착이 이루어지도록 되어 있다. 또한, 활성층(22A) 중 릿지부(23A)에 대응하는 영역이 제1 발광점(24A)으로 되어 있다.
릿지부(23A)의 측면으로부터 p형 클래드층의 표면까지의 연속한 표면(이하, "표면 A") 상에는, 절연층(25)이 설치되어 있다. 절연층(25)은, 예를 들면, 300nm 정도의 SiO2, ZrOx 또는 SiN 등의 절연 재료에 의해 구성된다. 절연층(25)은 제1 소자부(20A)의 반도체층(21A)과, 제2 소자부(20B)의 반도체층(21B)(후술)을 전기적 으로 절연한다. 또한, 절연층(25)은 릿지부(23A) 및 릿지부(23B)(후술)의 상면으로부터 활성층(22A)으로만 전류가 흐르도록 허용한다. 따라서, 절연층(25)은 소자 분리 기능과 전류 협착 기능을 갖는다.
릿지부(23A)의 상면(p측 컨택트층의 표면)부터 절연층(25)의 표면까지의 연속한 표면상에는 p측 전극(26A)가 설치되어 있다. p측 전극(26A)은 p측 컨택트층과 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 기판(10)의 이면에는 n측 전극(27)이 설치되어 있고, 기판(10)과 전기적으로 접속되어 있다.
p측 전극(26A) 상에 배선층(28A)이 설치되어 있고, p측 전극(26A)에 전기적으로 접속되어 있다. p측 전극(26A)은 배선층(28A)과 전기적으로 접속된 배선(도시 생략)을 통해 플러스측 전원(도시 생략)에 접속되어 있다. n측 전극(27)은 배선(도시 생략)과 전기적으로 접속되어 있고, 그 배선을 통해 마이너스측 전원(도시 생략)에 접속되어 있다. p측 전극(26A) 및 n측 전극(27A)은, 예를 들면, 두께 15nm의 Ti/두께 50nm의 Pt/두께 300nm의 Au를, 이 순으로 적층하여 이루어지는 다층 구조를 갖는다. 배선층(28A)는, 예를 들면, 두께 8.7μm의 Au에 의해 구성된다.
(제2 소자부(20B))
제2 소자부(20B)는 780nm의 광을 출사 가능한 레이저 다이오드이며, 갈륨·비소(GaAs)계 III-V족 화합물 반도체에 의해 구성된다. 여기서 말하는 갈륨·비소계 III-V족 화합물 반도체란 단주기형 주기표에 있어서의 3B 족 원소 중의 적어도 갈륨(Ga)과, 단주기형 주기표에 있어서의 5B 족 원소 중의 적어도 비소(As)를 포함 하는 것을 가리킨다.
제2 소자부(20B)는, 제1 발광 소자(20A)와 마찬가지로, 기판(10) 상에 반도체층(21B)를 성장시킨 것이다. 반도체층(21B) 내에는, n형 클래드층, 활성층(22B), p형 클래드층 및 p측 컨택트층이 포함된다. 또한, 활성층(22B) 이외의 층은 특히 도시하지 않았다.
구체적으로, n형 클래드층은, 예를 들면 두께가 1.5μm의 n형 AlGaAs에 의해 구성된다. 활성층(22B)은, 예를 들면, 두께가 35nm의 조성이 상이한 AlxGa1-xAs(단, x≥0)에 의해 각각 형성된 웰층(well layer)과 배리어층(barrier layer)으로 이루어진 다중 양자 웰 구조를 갖는다. p형 클래드층은, 예를 들면 두께가 1.0μm의 p형 AlGaAs에 의해 구성된다. p측 컨택트층은, 예를 들면, 두께가 0.5μm의 p형 GaAs에 의해 구성된다. p형 클래드층의 일부 및 p측 컨택트층은 공진기 방향으로 연장하는 스트라이프 형상의 릿지부(23B)를 갖고 있고, 이에 따라 전류 협착이 이루어진다. 또한, 활성층(22B) 중 릿지부(23B)에 대응하는 영역이 제2 발광점(24B)으로 되어있다.
릿지부(23B)의 측면으로부터 p형 클래드층의 표면까지의 연속한 표면(이하, "표면 B") 상에는, 상기한 절연층(25)이 설치되어 있다.
릿지부(23B)의 상면(p측 컨택트층의 표면)부터 절연층(25)의 표면까지의 연속한 표면상에는 p측 전극(26B)이 설치되어 있다. p측 전극(26B)은 p측 컨택트층과 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 기판(10)의 이면에는 상기한 n측 전극(27)이 설치되어 있고, 기판(10)과 전기적으로 접속되어 있다.
p측 전극(26B) 상에 배선층(28B)이 설치되어 있고, p측 전극(26B) 상과 전기적으로 접속되어 있다. p측 전극(26B)은 배선층(28B)과 전기적으로 접속된 배선(도시 생략)을 통해 플러스측 전원(도시 생략)에 접속되어 있다. 여기서, p측 전극(26B)은, 예를 들면, 두께 15 nm의 Ti/두께 50nm의 Pt/두께 300nm의 Au를, 이 순으로 적층하여 구성된다. 배선층(28B)는, 예를 들면, 두께 4.5μm의 Au에 의해 구성된다.
(전단부면막 및 후단부면막)
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 소자부(20A)의 릿지부(23A)의 연장 방향(축 방향)에 대하여 수직인 면(제2 소자부(20B)의 릿지부(23B)의 연장 방향(축 방향)에 대하여 수직인 면)에는, 한 쌍의 반사경막이 각각 일괄 형성되어 있다.
한 쌍의 반사경막의 반사측의 막(후단부면막(31))은, 후단부면 상에 굴절율 n1, 막 두께 λo의 제1 후단부면막(32A) 및 굴절율 n2(>n1), 막 두께 λo의 제2 후단부면막(32B)을 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적층하여 구성된 제1 반사막(32)과, 제1 반사막(32) 상에 굴절율 n3(≤n1), 막 두께 λo의 제3 후단부면막(33A) 및 굴절율 n4(>n1), 막 두께 λo의 제4 후단부면막(33B)를 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적층하여 구성된 제2 반사막(33)을 갖는다.
구체적으로는, 제1 후단부면막(32A)는 Al2O3(열전도율: 0.2, 굴절율 n1:1.65)또는 AlN(열전도율: 2.85, 굴절율 n1:2.11), 제2 후단부면막(32B)는 TiO2(굴절율 n2:2.45(>n1))을 각각 포함하여 구성된다. Al2O3 및 AlN은 각각, 방열성이 높고 굴절율이 낮은 성질을 갖는다. 한편, TiO2는, 굴절율 및 열 안정성(열로 변형하기 어려움)이 높다고 하는 성질을 갖는다. 또한, SiN(굴절율: 2.0)은 굴절율이 크지만, 열에 대한 응력이 크고, 열 안정성이 낮기 때문에 제2 후단부면막(32B)에 이용하는 것은 바람직하지 못하다. 이에 의해, 제1 반사막(32)은 방열 기능 및 반사 기능을 갖는다. 제3 후단부면막(33A)는 SiO2(열전도율: 0.125, 굴절율 n3:1.45(<n1))로 구성된다. 제4 후단부면막(33B)은 TiO2(굴절율 n4:2.45(>n1))으로 구성된다. SiO2와 TiO2의 굴절율 차는 1.0보다 크기 때문에, 제2 반사막(33)은 고반사 기능을 갖는다.
그런데, 상기한 SiO2는, 굴절율이 매우 낮아 반사막의 재료로서 적합하게 이용된다. 반면, SiO2는, 성막 속도가 매우 느리고 처리량이 낮은 성질이 있다. 그 때문에, 처리량을 향상시키기 위해서는 SiO2의 사용을 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시의 형태에서는, 상기한 바와 같이 SiO2 및 고굴절율의 TiO2와 조합하여 적은 적층 수로 고반사율의 제2 반사막(33)을 형성한다. 이에 의해, SiO2의 사용을 삭감하고, 처리량을 향상된다. 또한, SiO2 정도의 저굴절율이 필요가 없는 제1 반사막(32)에서는, 저굴절율의 층으로서 SiO2 대신에 성막 속도가 빠른 Al2O3 또는 AlN을 이용함으로써, 더욱 처리량을 향상시키도록되어 있다. 또한, SiO2는 방열성이나 열 안정성이 Al2O3에 비해 약간 낮기 때문에, SiO2를 포함하는 막을 후단부면에서 멀리하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시의 형태에서는, SiO2를 포함하는 제2 반사막(33)과 후단부면 사이에 방열성이 높은 제1 반사막(32)을 설치하여, 열의 영향을 완화하도록 되어 있다.
이와 같이, 후단부면막(31)을 복수의 반사막(제1 반사막(32) 및 제2 반사막(33))으로 구성함으로써, 개개의 반사막의 배치, 층수, 재료 등을 선택하는 폭이 확장될 수 있다. 이에 의해, 상기한 바와 같이, 어떤 재료의 불리한 특징은 배치, 층수, 다른 재료로 개선될 수 있다.
한편, 주 출사측의 막(전단부면막(51))은, 전단부면 상에 소정의 두께의 고굴절율층(52)과, 고굴절율층(52)의 두께에 대응하는 두께의 저굴절율층(53)을, 이 순으로 적층하여 구성된 다층 구조를 갖고, 제1 규격을 충족시키도록 조정된다.
구체적으로는, 고굴절율층(52)이 Al2O3층, 저굴절율층(53)이 SiO2 층에 의해 각각 구성되어 있다. Al2O3층의 두께는, 660nm 또는 780nm을 4n(n은 굴절율)으로 나눈 값이나, 660nm과 780nm의 합을 2로 나눈 평균값을 4n으로 나눈 값(레이저광의 파장의 함수로부터 유도되는 값)과는 달리, 30nm 이상 60nm 이하로 되어 있다. 예를 들면, Al2O3층의 두께가 30nm 일 때 SiO2층의 두께는 85nm 이상120nm 이하이고, Al2O3층의 두께가 50nm 일 때 SiO2층의 두께는 50nm 이상 70nm 이하이고, Al2O3층의 두께가 60nm 일 때 SiO2층의 두께는 40nm 이상 80nm 이하이다.
이러한 구성을 갖는 2 파장 레이저 다이오드는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
우선, 제1 소자부(20A)의 레이저 구조를 제조한다. 이를 위해, 기판(10) 상의 반도체층(21A)를, 예를 들면, MOCVD 법에 의해 형성한다. 이때, AlGaInP 계 반도체의 원료로서는, 예를 들면, 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리메틸갈륨(TMG), 트리메틸인듐(TMIn), 포스핀(PH3)을 이용한다. 도너 불순물의 원료로서는 예를 들면, 셀레늄화 수소(H2Se)를 이용한다. 억셉터 불순물의 원료로서는, 예를 들면, 디메틸아연(DMZn)을 이용한다.
구체적으로는, 우선, 기판(10) 상에, n측 컨택트층, n형 클래드층, 활성층(22A), p형 클래드층 및 p형 컨택트층을, 이 순으로 적층하여 반도체층(21A)를 형성한다. 계속해서, p측 컨택트층 및 p형 클래드층을, 예를 들면, 드라이 에칭법에 의해 가는 띠상의 볼록부로 되도록 패터닝하여, 릿지부(23A)를 형성한다.
다음으로, 제2 소자부(20B)의 레이저 구조를 제조한다. 이를 위해, 기판(10)상의 반도체층(21B)을, 예를 들면, MOCVD 법에 의해 형성한다. 이때, GaAs 계 반도체의 원료로서는, 예를 들면, TMA, TMG, TMIn, AsH3을 이용한다. 도너 불순물의 원료로서는, 예를 들면, H2Se를 이용한다. 억셉터 불순물의 원료로서는, 예를 들면, DMZn을 이용한다.
구체적으로는, 우선, 기판(10) 상에, n측 컨택트층, n형 클래드층, 활성층(22B), p형 클래드층 및 p형 컨택트층을, 이 순으로 적층하여 반도체층(21B)을 형성한다. 계속해서, p측 컨택트층 및 p형 클래드층을, 예를 들면, 드라이 에칭법에 의해 가는 띠상의 볼록부로 되도록 패터닝하여, 릿지부(23B)를 형성한다. 이에 의해, 도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(10) 상에, 제1 소자부(20A)의 레이저 구조와, 제2 소자부(20B)의 레이저 구조가 배열된다.
다음으로, 릿지부(23A, 23B)의 상면, 및 표면 A, B 상에 절연 재료, 예를 들면, SiN을 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성한 후, 도 3b에 도시한 바와 같이, 절연 재료 중 릿지부(23A, 23B)의 상면에 대응하는 영역을 에칭에 의해 제거한다. 이에 의해, 표면 A, B 상에 절연층(25)이 형성된다.
다음으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 릿지부(23A)의 p측 컨택트층의 표면으로부터 절연층(25)의 표면까지의 연속한 표면상에 p측 전극(26A) 및 배선층(28A)을, 이 순으로 적층하여 형성한다. 또한, 릿지부(23B)의 p측 컨택트층의 표면으로부터 절연층(25)의 표면까지의 연속한 표면상에 p측 전극(26B) 및 배선층(28B)을, 이 순으로 적층하여 형성한다. 또한, 기판(10)의 이면에 n측 전극(27)을 형성한다.
다음으로, 릿지부(23A, 23B)의 연장 방향과 수직인 면에서 벽개한다. 그 후에, 그 벽개면에 전단부면막(31) 및 후단부면막(32)을 일괄 형성한다. 이와 같이 하여, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드가 제조된다.
다음으로, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드의 작용·효과에 대하여 설명한다.
본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드에서는, p측 전극(26A, 26B)과 n측 전극(27) 사이에 소정의 전압이 인가되면, 활성층(22A, 22B)에 전류가 주입되어, 전자-정공 재결합에 의해서 발광이 발생한다. 각각의 활성층(22A, 22B)에서 발광한 광은, 전단부면막(30) 및 후단부면막(31)에 의해서 반사되고 레이저 발진이 생성된다. 그리하여, 전단부면막(30) 중 제1 소자부(20A) 측으로부터는 파장 660nm의 레이저광이, 전단부면막(30) 중 제2 소자부(20B) 측으로부터는 파장 780nm의 레이저광이 각각 외부에 사출된다. 이와 같이, 제1 소자부(20A)와 제2 소자부(20B)는 서로 다른 파장의 레이저광을 출사할 수 있다.
그런데, 후단부면막(31)은, 상기한 바와 같이 후단부면에 일괄 형성된 단일의 구성을 갖는다. 따라서, 레이저광이 출사되는 부위에 따라서 재료나, 막 두께, 층 구조 등이 조정된 복수의 구성을 갖는 것은 아니다. 그 때문에, 단일의 구성으로 쌍방의 파장의 레이저광에 대하여 실용 범위 내의 반사율(90% 이상)을 실현하는 것이 필요하다.
일반적으로, 단일의 구성의 후단부면막은, 한쪽의 레이저광의 파장 λ1과, 다른 쪽의 레이저광의 파장 λ2를 더하여 2로 나눈 중간 파장(λ1+λ2)/2을 λo라고 하면, 반사율이 높고 막 두께가 λo인 막 및 반사율이 낮고 막 두께 λo인 막을 1조로서, 이것을 복수 적층한 구조를 갖는다. 이러한 구조를 갖는 후단부면막에서는, 실용 범위 내의 반사율의 파장 대역이 협소해진다. 그러므로, 후단부면막을 구성하는 개개의 막의 막 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되면 , 적어도 한쪽의 레이저광의 파장 대에서의 반사율이 실용 범위보다도 낮게 되어, 수율이 저하할 우려가 있다.
예를 들면, 도 4에 예시한 바와 같이, 반사율이 높은 막은 막 두께 720nm의 Al2O3막에 의해, 반사율이 낮은 막은 막 두께 720nm의 TiO2 막에 의해 각각 구성되고, 이것들의 막을 1조로서 이것을 5층으로 적층하여 이루어지는 후단부면막에서는, 실용 범위 내의 반사율의 파장 대역의 양단이, 정확히 한쪽의 레이저광의 파장 660nm와 다른 쪽의 레이저광의 파장 780nm이 된다. 따라서, 실용 범위 내의 반사율에 대응하는 파장 대역이 매우 협소함을 확인할 수 있다. 또한, 이에 수반하여, 660nm 대 및 780nm 대 중 어디에 있더라도, 대응하는 반사율을 실용 범위의 하한의 반사율(90%)로 된다. 그 때문에, 후단부면막을 구성하는 개개의 막의 막 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되면, 적어도 한쪽의 레이저광의 파장 대에서의 반사율이 실용 범위보다도 낮게 되어, 수율이 저하할 우려가 있다.
한편, 본 실시의 형태의 후단부면막은, 복수의 반사막(제1 반사막(32) 및 제2 반사막(33))으로 구성된 후단부면막(31)을 갖추도록 구성된다. 그러므로, 개개의 반사막의 배치, 층 수, 재료 등을 선택하는 폭이 확장될 수 있다. 이에 의해, 실용 범위 내의 반사율의 파장 대역이 넓어질 수 있다.
예를 들면, 도 5에 예시한 바와 같이, 제1 후단부면막(32A)은 막 두께 720nm의 Al2O3막에 의해, 제2 후단부면막(32B)은 막 두께 720nm의 TiO2막에 의해, 제3 후단부면막(33A)은 막 두께 720nm의 SiO2막에 의해, 제4 후단부면막(33B)이 막 두께 720nm의 TiO2막에 의해 각각 구성되고, 제1 후단부면막(32A) 및 제2 후단부면막(32B)을 1조, 제3 후단부면막(33A) 및 제4 후단부면막(33B)를 3조 적층하여 이루어지는 후단부면막(31)에서는, 실용 범위 내의 반사율의 파장 대역의 양단이 620nm∼810nm로 된다. 따라서, 실용 범위 내의 반사율에 대응하는 파장 대역이 매우 넓고, 충분한 마진을 갖는다. 또한, 이것에 수반하여, 660nm 대 및 780nm 대 중 어디에 있더라도 95%라는 고반사율이 얻어지고, 실용 범위의 하한의 반사율(90%)을 크게 상회하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 의해, 후단부면막(31)을 구성하는 개개의 막의 막 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되었다고 해도, 실용 범위의 하한의 반사율을 하회할 우려는 없고, 수율이 저하할 우려도 없다.
또한, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드 소자에서는, 후단부면막(31)에 대한 SiO2의 사용을 줄이도록 하였다. 따라서, 2 파장 레이저 다이오드 소자는 고반사율 및 충분한 마진을 가질 뿐만 아니라, 실용적인 범위 내의 방열성을 가지며, 처리량을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드에 따르면, 복수의 반사막(제1 반사막(32) 및 제2 반사막(33))으로 구성된 후단부면막(31)을 갖추 도록 했다. 따라서, 방열성이나 성막 속도가 개선되고, 후단부면막(31)의 반사율을 광대역에서 높게 할 수 있다. 그 결과, 실용적인 범위 내의 방열성이나 성막 속도로, 660nm 대 및 780nm 대 중 어디에 있더라도 고반사율을 실현할 수 있다.
전단부면막(51)은 상기한 바와 같이 후단부면에 일괄 형성된 단일의 구성을 갖는다. 따라서, 전단부면막(51)은 레이저광이 출사되는 부위에 따라서 재료나, 두께, 층 구조 등이 조정된 복수의 구성을 갖는 것은 아니다. 그 때문에, 단일의 구성으로 쌍방의 파장의 레이저광에 대하여 소정의 규격을 만족하는 반사율(여기서는, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율이 함께 6% 이상 8% 이하라는 규격(이하, "제1 규격")을 실현하는 것이 필요하다.
일반적으로, 단일의 구성의 전단부면막은 단층 구조, 또는 한쪽의 레이저광의 파장 λ1과, 다른 쪽의 레이저광의 파장 λ2를 더하여 2로 나눈 중간 파장(λ1+λ2)/2을 λo라고 하면, 두께 λo의 고굴절율층 및 두께 λo의 저굴절율층을 1조로서 이것을 1 또는 복수 적층한 구조를 갖는다. 이러한 구조를 갖는 전단부면막에서는, 2 파장 레이저 소자로부터 출사되는 레이저광의 각각의 파장대에서의 반사율을 독립적으로 제어할 수 없다. 그 때문에, 만약 개개의 파장대에 대하여 규격대로의 반사율을 얻을 수 있다고 해도, 규격에 대한 두께의 마진이 거의 없는 실정이며, 그 결과, 단층 구조의 두께나, 다층 구조를 구성하는 개개의 층의 두께가 제조 오차 등에 의해 변동된다. 따라서, 어느 하나의 레이저광의 파장대에서의 반사율이 규격으로부터 벗어나 버려, 수율이 저하할 우려가 있다. 특히, 660nm 대 및 780nm 대의 2 파장 레이저 소자에서는, 제조 오차 등을 고려하면, 소정의 규격을 만족하는 층 구조를 형성하는 것은 매우 곤란하다.
예를 들면, 도 6에 예시한 바와 같이, Al2O3로 이루어진 단층 구조의 전단부면막에서는, 상기한 규격을 만족하는 두께는 330nm이며, 이때의 반사율은 규격의 상한인 8%가 되고 있다. 그 때문에, 전단부면막을 구성하는 개개의 층의 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되는 경우, 적어도 한쪽의 레이저광의 파장대에서의 반사율이 규격으로부터 떨어져, 수율이 저하할 우려가 있다. 따라서, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율을 소정의 규격에 적합게 하는 것은 매우 곤란하다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드에서, 단일의 구성의 전단부면막(51)은, 전단부면 상에 고굴절율층(52)과 저굴절율층(53)을, 이 순으로 적층하여 구성됨과 함께, 고굴절율층의 두께가 레이저광의 파장의 함수가 아닌 값으로 되도록 구성되어 있기 때문에, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율을 비교적 자유롭게 제어하는 것이 가능해지고, 이것들의 파장대에서의 반사율에 대한 두께의 마진을 크게 할 수 있다.
예를 들면, 도 7에 예시한 바와 같이, 고굴절율층(52)이 두께 50nm의 Al2O3층인 경우에는, 저굴절율층(53)은 두께 50nm 이상 70nm 이하의 SiO2층이면 상기 규격을 만족한다. 그 외에, 도시하지 않지만, 고굴절율층(52)이 두께 45nm의 Al2O3층인 경우에는, 저굴절율층(53)은 두께 60nm 이상 90nm 이하의 SiO2층이면 상기 규격을 만족하고, 고굴절율층(52)이 두께 60nm의 Al2O3층인 경우에는, 저굴절율층(53)은 두께 40nm 이상 80nm 이하의 SiO2층이면 좋다. 이와 같이, 고굴절율층(52)이 두께 45nm 이상 60nm 이하의 Al2O3층인 경우에는, 상기 규격을 만족하는 것이 가능하고, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율에 대한 두께의 마진이 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 7의 전단부면막(31)의 두께는 도 6의 전단부면막과 비교하고 매우 얇은 것도 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 2 파장 레이저 다이오드에 따르면, 고굴절율층(52)과 저굴절율층(53)을 이 순으로 적층하여 이루어지는 전단부면막(51)을 포함한다. 또한, 고굴절율층(52)의 두께를 레이저광의 파장의 함수가 아닌 값이다. 따라서, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율에 대한 두께의 마진이 커진다. 이에 의해, 다층 구조를 구성하는 개개의 층의 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되었다고 해도, 어느 하나의 레이저광의 파장대에서의 반사율이 규격으로부터 떨어지는 우려는 없고, 수율이 저하하는 우려도 없다. 그 결과, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율을 소정의 규격에 적합하다.
또한, 전단부면막(51)을 다층 구조로 했기 때문에, 단층 구조인 경우와 비교하여, 그 두께를 얇게 할 수 있다.
〔제2 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드에 대하여 설명한다. 도 8은, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성을 나타내는 것이다. 또한, 도 8은 모식적으로 표한 것이며, 실제의 치수, 형상과는 다르다.
2 파장 레이저 다이오드는, 상기 제1 실시 형태의 구성과 대비하면, 후단부면막(41)을 갖추는 점에서 상이하다. 따라서, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성·작용·효과의 기재에 대해서는 생략하고, 이하, 주로 후단부면막(41)에 대하여 설명한다.
후단부면막(41)은, 후단부면 상에 굴절율 n1, 막 두께 λo의 제1 후단부면막(42A) 및 굴절율 n2(>n1), 막 두께 λo의 제2 후단부면막(42B)을 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적층하여 구성된 제1 반사막(42)과, 제1 반사막(42) 상에 굴절율 n3(≤n1), 막 두께 λo의 제3 후단부면막(43A) 및 굴절율 n4(>n1), 막 두께 λo의 제4 후단부면막(43B)을 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적층하여 구성된 제2 반사막(43)과, 제2 반사막(43) 상에 굴절율 n5(≤n1), 막 두께λo의 제5 후단부면막(44A) 및 굴절율 n6(>n1), 막 두께 λo의 제6 후단부면막(44B)을 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적층하여 구성된 제3 반사막(44)을 갖는다.
구체적으로는, 제1 후단부면막(42A)은 Al2O3(열전도율: 0.2, 굴절율 n1:1.65) 또는 AlN(열전도율: 2.85, 굴절율 n1:2.11), 제2 후단부면막(42B)은 TiO2(굴절율 n2:2.45(>n1))을 각각 포함하여 구성된다. 이에 의해, 제1 반사막(42)은, 제1 반사막(32)과 마찬가지로, 방열 기능 및 반사 기능을 갖는다. 제3 후단부면막(43A)는 Al2O3(열전도율: 0.2, 굴절율 n3:1.65(=n1)) 또는 AlN(열전도율: 2.85, 굴절율 n3:2.11(<n1)), 제4 후단부면막(43B)은 a-Si(굴절율 n4:3.65(>n1)을 각각 포함하여 구성된다. a-Si와 TiO2의 굴절율 차는 2.2가 되므로, 제2 반사막(43)은 고반사 기능을 갖는다. 제5 후단부면막(44A)는 Al2O3(열전도율: 0.2, 굴절율 n5: 1.65(=n1)) 또는 AlN(열전도율: 2.85, 굴절율 n1:2.11(<n1)), 제6 후단부면막(44B)는 TiO2(굴절율 n6:2.45(>n1))을 각각 포함하여 구성된다. 이에 의해, 제3 반사막(44)은, 제1 반사막(42)와 마찬가지로, 방열 기능을 가짐과 동시에, 반사 기능을 갖는다.
그런데, 상기한 a-Si는 660nm 대에서 광을 흡수한다고 하는 성질을 갖는다. 그 때문에, a-Si 층을 후단부면에서 멀리하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시의 형태에서는, 상기한 바와 같이, a-Si층과 후단부면 사이에 제1 반사막(42)을 형성함으로써, 광의 흡수를 완화하여, 660nm 대에서 고반사율을 실현할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이, 후단부면막(41)을 복수의 반사막(제1 반사막(42), 제2 반사막(43) 및 제3 반사막(43))으로 구성함으로써, 개개의 반사막의 배치, 층 수, 재료 등을 선택하는 폭을 넓어지는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 상기한 바와 같이, 어떤 재료가 불리한 특징을 배치, 층 수, 다른 재료를 가지고 개선할 수가 있다. 그 결과, 실용적인 범위 내의 방열성이나 성막 속도로, 실용 범위 내의 반사율의 파장 대역을 넓힐 수 있다.
도 9는 후단부면막(41)의 일 구체예를 나타내는 것이다. 도 9의 후단부면막(41)은 제1 후단부면막(42A)이 막 두께 720nm의 Al2O3막, 제2 후단부면막(42B)이 막 두께 720nm의 TiO2막, 제3 후단부면막(43A)이 막 두께 720nm의 Al2O3막, 제4 후단부면막(43B)이 막 두께 720nm의 a-Si막, 제5 후단부면막(44A)이 막 두께 720nm의 Al2O3막, 제6 후단부면막(42B)이 막 두께 720nm의 TiO2 막에 의해 각각 구성된다. 후단부면막(41)은 제1 후단부면막(42A) 및 제2 후단부면막(42B)을 2조, 제3 후단부면막(43A) 및 제4 후단부면막(43B)를 1조, 제5 후단부면막(44A) 및 제6 후단부면막(44B)을 2조 적층한 구조를 갖는다.
이와 같이, a-Si 막을 후단부면에서 떨어진 장소에 설치함으로써, 실용 범위 내의 반사율의 파장 대역의 양단이, 620nm∼900nm이다. 따라서, 실용 범위 에 대응하는 반사율의 파장 대역이 매우 넓고, 충분한 마진을 갖고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 이것에 수반하여, 660nm 대 및 780nm 대 중 어디에 있더라도 97%라는 고반사율이 얻어지고, 실용 범위의 하한의 반사율(90%)을 크게 상회하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 의해, 후단부면막(41)을 구성하는 개개의 막의 막 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되었다고 해도, 실용 범위의 하한의 반사율을 하회할 우려는 없고, 수율이 저하할 우려도 없다.
또한, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드에서는, 제1 반사막(42) 및 제3 반사막(42)이 방열 기능을 갖고 있고, 또한, 후단부면막(31)에 SiO2를 사용하지 않는다. 그러므로, 고반사율 및 충분한 마진을 갖질 뿐만 아니라, 실용적인 범위 내의 방열성을 갖지며, 수율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드에 의하면, 복수의 반사막(제1 반사막(42), 제2 반사막(43) 및 제3 반사막(44))으로 구성된 후 단부면막(41)을 포함한다. 따라서, 방열성 및 성막 속도를 개선되고, 후단부면막(41)의 반사율을 광대역에서 높게 할 수 있다. 그 결과, 실용적인 범위 내의 방열성 및 성막 속도로, 660nm 대 및 780nm 대 중 어디에 있더라도 고반사율을 실현할 수 있다.
〔제3 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드에 대하여 설명한다. 도 10은, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성을 나타내는 것이다. 또한, 도 10은 모식적으로 표한 것이며, 실제의 치수, 형상과는 다르다.
2 파장 레이저 다이오드는, 상기 제1 실시 형태의 구성과 대비하면, 전단부면막(61)을 갖추는 점에서 상이하다. 따라서, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성·작용·효과의 기재에 대해서는 생략하며, 이하, 주로 전단부면막(61)에 대하여 설명한다.
전단부면막(61)은, 전단부면 상에 소정의 두께의 고굴절율층(62)과, 고굴절율층(62)의 두께에 따른 두께의 저굴절율층(63)을, 이 순으로 적층하여 구성된 다층 구조를 갖고, 660nm 대에서의 반사율이 6% 이상 8% 이하, 780nm 대에서의 반사율이 20% 이상이라는 규격(이하, "제2 규격")을 충족시키도록 조정되어 있다.
구체적으로는, 전단부면막(61)은, 상기 제1 실시 형태의 전단부면막(51)과 마찬가지로, 고굴절율층(62)이 Al2O3층, 저굴절율층(63)이 SiO2층에 의해 각각 구성되어 있다. Al2O3층 및 SiO2층은 각각 레이저광의 파장의 함수로부터 유도되는 값 과는 다른 두께를 갖고 있다. 예를 들면, Al2O3층의 두께는 210nm 이상 230nm 이하, SiO2층의 두께는 70nm 이상 110nm 이하로 되어있다.
도 11은 전단부면막(61)의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 것이다. 도 11에 예시한 바와 같이, 고굴절율층(62)이 두께 220nm의 Al2O3층인 경우에는, 저굴절율층(63)은 두께 80nm 이상 110nm 이하의 SiO2층이면 상기 규격을 만족한다. 그 외에, 도시하지는 않았지만, 고굴절율층(62)이 두께 210nm의 Al2O3층인 경우에는, 저굴절율층(63)은 두께 75nm 이상 105nm 이하의 SiO2층이면 상기 규격을 만족한다. 고굴절율층(62)이 두께 230nm의 Al2O3층인 경우에는, 저굴절율층(63)은 두께 70nm 이상 100nm 이하의 SiO2층이면 좋다. 이와 같이, 고굴절율층(62)이 두께 210nm 이상 230nm 이하의 Al2O3층인 경우에는, 상기 규격을 만족하는 것이 가능하고, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율에 대한 두께의 마진이 큰 것이 확인할 수 있다.
또한, 도 11의 전단부면막(61)에서는, 전단부면막(61)의 두께가 305nm∼325nm의 사이에 설정되어 있을 때, 660nm 대의 반사율이 규격의 범위 내(6% 이상 8% 이하의 범위 내)로 거의 일정하게 되어있다. 따라서, 저굴절율층(63)의 두께를 85nm∼105nm의 사이에서 변화시키면, 660nm 대의 반사율을 변화시키지 않고, 780nm 대의 반사율을 변화시켜 규격의 범위 내(20% 이상)에 설정할 수 있다. 이로부터, 고굴절율층(62)의 두께를 소정의 두께로 함과 동시에, 저굴절율층(63)의 두께를 변 화시킴으로써, 660nm 대 및 780nm 대의 반사율을 독립적으로 제어할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드에 따르면, 고굴절율층(62)과 저굴절율층(63)을, 이 순으로 적층하여 이루어지는 전단부면막(61)을 포함한다. 또한, 고굴절율층(62)의 두께를 레이저광의 파장의 함수가 아닌 값으로 되도록 했기 때문에, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율에 대한 두께의 마진이 커진다. 이에 의해, 다층 구조를 구성하는 개개의 층의 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되었다고 해도, 어느 하나의 레이저광의 파장대에서의 반사율이 규격으로부터 떨어질 우려가 없고, 수율이 저하할 우려도 없다. 그 결과, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율을 소정의 규격에 적합하게 할 수 있다.
또한, 고굴절율층(62)의 두께를 소정의 두께로 함과 동시에, 저굴절율층(63)의 두께를 변화시킴으로써, 660nm 대 및 780nm 대의 반사율을 독립적으로 제어할 수 있다.
〔제4 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드에 대하여 설명한다. 도 12는, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성을 나타내는 것이다. 또한, 도 12는 모식적으로 표시한 것이며, 실제의 치수, 형상과는 다르다.
2 파장 레이저 다이오드는, 상기 제1 실시 형태의 구성과 대비하면, 전단부면막(71)을 갖춘다는 점에서 상이하다. 따라서, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성·작용·효과의 기재에 대해서는 생략하고, 이하, 주로 전단부면막(71)에 대하여 설명한다.
전단부면막(71)은, 전단부면 상에 소정의 두께의 고굴절율층(72)과, 고굴절율층(72)의 두께에 대응하는 두께의 저굴절율층(73)을 가진다. 고굴절율층(72)이 저굴절율층(73) 사이에 설치된 다층 구조를 갖고, 제1 규격을 충족시키도록 조정되어 있다.
구체적으로는, 전단부면막(71)은, 상기 제1 실시 형태의 전단부면막(51)과는 달리, 고굴절율층(72)이 TiO2층, 저굴절율층(73)이 Al2O3층에 의해 각각 구성되어 있다. TiO2층 및 Al2O3층은 각각, 레이저광의 파장의 함수로부터 유도되는 값과는 다른 두께를 갖고 있다. 예를 들면, TiO2층의 두께는 10nm 이상 15 nm 이하, Al2O3층의 두께는 15nm 이상 100nm 이하로 되어 있다.
도 13은, 전단부면막(71)의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 것이다. 도 13에 예시한 바와 같이, 고굴절율층(72)이 두께 12.5nm의 TiO2층인 경우에는, 저굴절율층(73)은 두께 15nm 이상 100nm 이하의 Al2O3층이면 상기 규격을 만족한다. 그 외에, 도시하지 않지만, 고굴절율층(72)이 두께 10nm의 TiO2층인 경우에는, 저굴절율층(73)은 두께 15nm 이상 100nm 이하의 Al2O3층이면 상기 규격을 만족하고, 고굴절율층(72)이 두께 15 nm의 TiO2층인 경우에는, 저굴절율층(73)은 두께 15nm 이상 100nm 이하의 Al2O3층이면 좋다. 이와 같이, 고굴절율층(72)이 두께 10nm 이상 15nm 이하의 TiO2층인 경우에는, 상기 규격을 만족하는 것이 가능하고, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율에 대한 두께의 마진이 큰 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드에 따르면, 고굴절율층(72)와 저굴절율층(73)을 포함하여 구성된 전단부면막(71)을 포함한다. 또한, 고굴절율층(72)의 두께를 레이저광의 파장의 함수가 아닌 값으로 되도록 했기 때문에, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율에 대한 두께의 마진이 커져, 이에 의해, 다층 구조를 구성하는 개개의 층의 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되었다고 해도, 어느 하나의 레이저광의 파장대에서의 반사율이 규격으로부터 떨어질 우려는 없고, 수율이 저하할 우려도 없다. 그 결과, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율을 소정의 규격에 적합하다.
〔제5 실시 형태〕
다음으로, 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 2 파장 레이저 다이오드에 대하여 설명한다. 도 14는, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드의 평면 구성을 나타내는 것이다. 또한, 도 14는 모식적으로 표시한 것이며, 실제의 치수, 형상과는 다르다.
이 2 파장 레이저 다이오드는, 상기 제4 실시 형태의 구성과 대비하면, 전단부면막(81)을 갖추는 점에서 상이하다. 따라서,상기 제4 실시 형태와 마찬가지의 구성·작용·효과의 기재에 대해서는 생략하고, 이하, 주로 전단부면막(81)에 대하 여 설명한다.
전단부면막(81)은, 전단부면 상에 소정의 두께의 고굴절율층(82)과, 고굴절율층(82)의 두께에 따른 두께의 저굴절율층(83)을 가진다. 또한, 고굴절율층(82)이 저굴절율층(83) 사이에 설치된 다층 구조를 갖고, 660nm 대에서의 반사율이 6% 이상, 780nm 대에서의 반사율이 6% 이상 8% 이하라는 규격(이하, "제3 규격")을 충족시키도록 조정되어 있다.
구체적으로는, 전단부면막(81)은, 상기 제4 실시 형태와 마찬가로, 고굴절율층(82)이 TiO2층, 저굴절율층(83)이 Al2O3층에 의해 각각 구성되어 있다. TiO2층 및 Al2O3층은 각각, 레이저광의 파장의 함수로부터 유도되는 값과는 다른 두께를 갖고 있다. 예를 들면, TiO2층의 두께는 55nm 이상 65nm 이하, Al2O3층의 두께는 15nm 이상 100nm 이하로 되어 있다.
도 15는, 전단부면막(81)의 반사율 분포의 일 구체예를 나타내는 것이다. 도 15에 예시한 바와 같이, 고굴절율층(82)이 두께 60nm의 TiO2층인 경우에는, 저굴절율층(83)은 두께 55nm 이상 65nm 이하의 Al2O3층이면 상기 규격을 만족한다. 그외에, 도시하지 않지만, 고굴절율층(82)이 두께 55nm의 TiO2층인 경우에는, 저굴절율층(83)은 두께 15nm 이상 100nm 이하의 Al2O3층이면 상기 규격을 만족한다. 고굴절율층(82)이 두께 65nm의 TiO2층인 경우에는, 저굴절율층(83)은 두께 15nm 이상 100nm 이하의 Al2O3층이면 좋다. 이와 같이, 고굴절율층(82)이 두께 55nm 이상 65nm 이하의 TiO2층인 경우에는, 상기 규격을 만족하는 것이 가능하고, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율에 대한 두께의 마진이 큰 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 15의 전단부면막(81)에서는, 전단부면막(81)의 두께가 적어도 150nm∼200nm 사이에 설정되어 있을 때, 780nm 대의 반사율이 규격의 범위 내(6% 이상 8% 이하의 범위 내)로 거의 일정하게 되어 있기 때문에, 저굴절율층(83)의 두께를 적어도 90nm∼140nm의 사이에서 변화시키면, 780nm 대의 반사율을 변화시키지 않고, 660nm 대의 반사율을 변화시켜 규격의 범위 내(6% 이상)에 설정할 수 있다.
이로부터, 고굴절율층(82)의 두께를 소정의 두께로 하고, 저굴절율층(83)의 두께를 변화시킴으로써, 660nm 대 및 780nm 대의 반사율을 독립적으로 제어할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 실시의 형태의 2 파장 레이저 다이오드에 따르면, 고굴절율층(82)과 저굴절율층(83)을 포함하여 구성된 전단부면막(81)을 갖춤과 동시에, 고굴절율층(82)의 두께를 레이저광의 파장의 함수가 아닌 값으로 되도록 했기 때문에, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율에 대한 두께의 마진이 커져, 이에 의해, 다층 구조를 구성하는 개개의 층의 두께가 제조 오차 등에 의해 변동되었다고 해도, 어느 하나의 레이저광의 파장대에서의 반사율이 규격으로부터 떨어지는 우려는 없고, 수율이 저하하는 우려도 없다. 그 결과, 660nm 대 및 780nm 대에서의 반사율을 소정의 규격에 적합하게 할 수 있다.
또한, 고굴절율층(82)의 두께를 소정의 두께로 하고, 저굴절율층(83)의 두께를 변화시킴으로써, 660nm 대 및 780nm 대의 반사율을 독립적으로 제어할 수 있다.
이상, 실시 형태를 예를 들어 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 변형가능하다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 본 발명을 2 파장 레이저 다이오드에 적용하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 다파장의 레이저 다이오드에 있어서도 적용가능하다. 이때, 660nm 대 및 780nm 대 이외의 파장대의 레이저광이 반사되는 후단부면막을, 상기한 전단부면막(31, 41)을 일괄 형성하도록 해도 좋고, 별개에 형성하도록 하여도 된다. 또한, 660nm 대 및 780nm 대 이외의 파장대의 레이저광이 출사되기 전 단부면막을 상기한 전단부면막(51, 61, 71, 81)과 일괄 형성하도록 해도 좋고, 별개에 형성하도록 하여도 된다. 또한, 660nm 대 및 780nm 대 중 적어도 한쪽의 레이저광이 복수 출사되는 타입의 레이저 다이오드에 있어서도 적용가능하다.
또한,상기 실시 형태에서는, 제1 소자부(20A)로서 AlGaInP계 III-V족 화합물 레이저 다이오드를, 제2 소자부(20B)로서 GaAs계 III-V족 화합물 레이저 다이오드를 각각 예를 들어, 이들의 조성 및 구성에 대하여 구체적으로 예시하여 설명했지만, 본 발명은, 다른 조성이나 구조를 갖는 레이저 다이오드에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있는 것이다.
본 발명의 다파장 레이저 다이오드에 따르면, 복수의 반사막으로 구성된 후 단부면막을 갖추 도록 했기 때문에, 후단부면막의 반사율을 광대역에서 높게 할 수 있다. 이에 의해, 소정의 파장대(제1 파장 및 제2 파장을 포함하는 파장대)로 고반사율을 실현할 수가 있어, 예를 들면, 660nm 대 및 780nm 대에서 고반사율을 실현할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판과,
    상기 기판 상에 형성된 제1 파장의 레이저광을 발진하는 제1 소자부와,
    상기 기판 상에 형성된 제2 파장의 레이저광을 발진하는 제2 소자부와,
    상기 제1 소자부의 전단부의 전단부면과 및 상기 제2 소자부의 전단부면에 일괄 형성된 전단부면막과,
    상기 제1 소자부의 후단부면 및 상기 제2 소자부의 후단부면에 일괄 형성된 후단부면막
    을 포함하고,
    상기 후단부면막은 상기 후단부면 상에 굴절율이 n1의 제1 후단부면막 및 굴절율이 n2(>n1)의 제2 후단부면막을 1조로 하는 층이 1 또는 복수 적층된 제1 반사막과,
    상기 제1 반사막 상에 굴절율이 n3(≤n1)의 제3 후단부면막 및 굴절율이 n4(>n1)의 제4 후단부면막을 1조로 하는 층이 1 또는 복수 적층된 제2 반사막을 갖는 다파장 레이저 다이오드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 후단부면막은 Al2O3막 또는 AlN 막을 포함하고,
    상기 제2 후단부면막은 TiO2막을 포함하고,
    상기 제3 후단부면막은 SiO2막을 포함하고,
    상기 제4 후단부면막은 TiO2막을 포함하는 다파장 레이저 다이오드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 후단부면막은 상기 제2 반사막 상에 굴절율이 n5(≤n1)의 제5 후단부면막 및 굴절율이 n6(>n1)의 제6 후단부면막을 1조로 하는 층을 1 또는 복수 적층하여 구성된 제3 반사막
    을 더 포함하고,
    상기 제1 후단부면막이 Al2O3막 또는 AlN막을 포함하고,
    상기 제2 후단부면막은 TiO2막을 포함하고,
    상기 제3 후단부면막은 Al2O3막 또는 AlN막을 포함하고,
    상기 제4 후단부면막은 a-Si막을 포함하고,
    상기 제5 후단부면막은 Al2O3막 또는 AlN막을 포함하고,
    상기 제6 후단부면막은 TiO2막을 포함하는 다파장 레이저 다이오드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전단부면막은 상기 전단부면 상에 소정의 두께를 갖는 고굴절율층과, 상기 고굴절율층의 두께에 대응하는 두께를 갖는 저굴절율층을 포함하는 다파장 레이저 다이오드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고굴절율층은 두께 30nm 이상 60nm 이하의 Al2O3층이고,
    상기 저굴절율층은 두께 40nm 이상 120nm 이하의 SiO2층인 다파장 레이저 다이오드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 SiO2층의 두께는,
    상기 Al2O3층의 두께가 약 30nm 일 때, 85nm 이상120nm 이하이고,
    상기 Al2O3층의 두께가 50nm 일 때, 50nm 이상 70nm 이하이고,
    상기 Al2O3층의 두께가 60nm 일 때, 40nm 이상 80nm 이하인 다파장 레이저 다이오드.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 고굴절율층은 두께 10nm 이상 15 nm 이하의 TiO2층 이고,
    상기 저굴절율층은 두께 15nm 이상 100nm 이하의 Al2O3층인 다파장 레이저 다이오드.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 고굴절율층은 두께 210nm 이상 230nm 이하의 Al2O3층이고,
    상기 저굴절율층은 두께 70nm 이상 110nm 이하의 SiO2층인 다파장 레이저 다이오드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 SiO2층의 두께는,
    상기 Al2O3층의 두께가 210nm 일 때에 80nm 이상 110nm 이하이고,
    상기 Al2O3층의 두께가 220nm 일 때에 75nm 이상 105nm 이하이고,
    상기 Al2O3층의 두께가 230nm 일 때에 70nm 이상 100nm 이하인 다파장 레이저 다이오드.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 고굴절율층은 두께 55nm 이상 65nm 이하의 TiO2층이고,
    상기 저굴절율층은 두께 15nm 이상 100nm 이하의 Al2O3층인 다파장 레이저 다이오드.
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