JP4613374B2

JP4613374B2 - 半導体レーザ

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Application number: JP25347099A
Authority: JP
Inventors: 和生本田
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Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2011-01-19
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一の基板上に発振波長の異なる複数のレーザダイオードが形成された半導体レーザに関し、特に、各レーザダイオードの端面にレーザ出力を制御し、端面を保護するコート膜が形成された半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を照射して情報の記録または再生を行う光記録媒体（以下、光ディスクとする。）としては、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）、ミニディスク（ＭＤ）あるいはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等が挙げられる。上記のような光ディスクには、光ディスクの種類に応じて波長の異なる光が照射される。例えば、ＣＤの再生には７８０ｎｍ帯の波長の光が、また、ＤＶＤの再生には６５０ｎｍ帯の波長の光がそれぞれ用いられる。
【０００３】
したがって、種類の異なる光ディスクに対して互換性を有する光記録・再生装置には、発振波長の異なる複数の光源が必要となる。光記録・再生装置には光源として通常レーザダイオードが用いられるが、複数のレーザダイオードを別途に形成する場合には装置の小型化が困難となり、製造工程も複雑化する。
上記の問題を解決するため、同一の基板上に発振波長の異なる複数のレーザダイオードが形成された多重波長モノリシック半導体レーザの開発が進められている。
【０００４】
端面発光型の多重波長半導体レーザの構成について、図１（ａ）の斜視図および図１（ｂ）の上面図を参照して説明する。図１の半導体レーザは例えばｎ−ＧａＡｓからなる基板１上に、ＤＶＤ再生用の６５０ｎｍ帯の波長のレーザ光を出射するレーザダイオードＡと、ＣＤ再生用の７８０ｎｍ帯の波長のレーザ光を出射するレーザダイオードＢとを有する。レーザダイオードＡの光出射部とレーザダイオードＢの光出射部との間隔は２００μｍ以下、例えば１００μｍ程度とされることが多い。
【０００５】
レーザダイオードＡ部分には基板１上に例えばｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ−クラッド層２ａと、例えばＧａＩｎＰからなる活性層３ａと、例えばｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ−クラッド層４ａと、例えばｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層５ａとが順に積層されている。ｐ−クラッド層４ａの表面にはストライプ６ａを除き高抵抗層が形成されている。図示しないがキャップ層５ａの上部にはｐ型電極が形成され、基板１の下部にはｎ型電極が形成されている。
【０００６】
レーザダイオードＢ部分には基板１上に例えばｎ−ＡｌＧａＡｓからなるｎ−クラッド層２ｂと、例えばＡｌＧａＡｓからなる活性層３ｂと、例えばｐ−ＡｌＧａＡｓからなるｐ−クラッド層４ｂと、例えばｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層５ｂとが順に積層されている。ｐ−クラッド層４ｂの表面にはストライプ６ｂを除き高抵抗層が形成されている。図示しないが、キャップ層５ｂの上部にはｐ型電極が形成され、基板１の下部にはｎ型電極が形成されている。
【０００７】
レーザダイオードＡ、Ｂにおいて共振器は活性層３ａ、３ｂに形成される。また、高抵抗層はｐ−クラッド層４ａ、４ｂの表面にｎ型不純物をイオン注入することにより形成され、高抵抗層に挟まれたストライプ状の領域６ａ、６ｂは低抵抗層として残される。高抵抗層を選択的に形成することにより、図１（ｂ）に示すように利得導波構造（電流狭窄構造）となり、電流の流れる領域、すなわち光利得の生じる領域を制御することが可能となる。
【０００８】
図１（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌはフロント端面Ｆから出射するが、リア端面Ｒからも一部損失する。発光領域（光導波路）７の両端であるフロント端面Ｆおよびリア端面Ｒはミラー面となっている。
端面をミラー面とするには、通常、ウェハをへき開させる。あるいは、へき開させるかわりにエッチングによりミラー面を形成することもある。また、端面の反射率を制御したり、へき開面の劣化を防ぐ目的で、へき開面に例えば誘電体からなるコート膜が形成される場合もある。
【０００９】
端面に形成されるコート膜（誘電体膜）としては、例えばＡｌ₂Ｏ₃、アモルファスシリコン、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄の単層膜あるいはこれらの膜を積層させた多層膜が用いられる。これらのコート膜の膜厚を変化させることにより、端面の反射率を調整することができる。通常、フロント端面Ｆを低反射率（例えば３０％以下）とし、リア端面Ｒを高反射率（例えば５０％以上、好適には７０％以上）とする。エネルギー変換効率やフロント／リアの出力比などは端面の反射率に依存する。したがって、端面の反射率を制御するコート膜は、半導体レーザの設計パラメータとして重要なもののひとつである。
【００１０】
端面にコート膜を形成する場合、端面の反射率はコート膜の膜厚の増加に伴い、周期的に変動する。発振波長をλとしたとき、端面に形成するコート膜の膜厚を、λ／４あるいはその倍数に基づいて設計すると、反射率は極大値あるいは極小値となる。したがって、成膜ばらつき等に起因する反射率の変動を最小限に抑えることができる。
例えば、図１のレーザダイオードＡにおいて、発振波長λが６５０ｎｍであり、屈折率ｎ₁が１．６２であるＡｌ₂Ｏ₃を用いてフロント端面Ｆに誘電体膜８を形成する場合、誘電体膜８の膜厚ｄ₈を、
ｄ₈＝（λ／２）／ｎ₁≒２００．６（ｎｍ）・・・（１）
あるいはその倍数とすれば、安定した反射率が得られる。
【００１１】
また、リア端面Ｒについては高反射率とする必要があるが、上記のＡｌ₂Ｏ₃等を単層で用いた場合には、いずれも反射率が５０％未満となるため、複層のコート膜を形成する。例えば図１のレーザダイオードＡについて、発振波長λが６５０ｎｍであり、１層目の誘電体膜９ａとして例えばＡｌ₂Ｏ₃膜を、２層目の誘電体膜９ｂとして例えばアモルファスシリコン膜を形成する場合には、各層の膜厚を例えば以下のように決定する。
【００１２】
屈折率ｎ₁が１．６２であるＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚ｄ_9aを、
ｄ_9a＝（λ／４）／ｎ₁≒１００．３（ｎｍ）・・・（２）
あるいはその倍数とし、屈折率ｎ₂が３．２５であるアモルファスシリコン膜の膜厚ｄ_9bを、
ｄ_9b＝（λ／４）／ｎ₂≒５０．０（ｎｍ）・・・（３）
あるいはその倍数とする。
上記のように、端面に形成される誘電体膜の膜厚をλ／４の整数倍あるいはその組み合わせに基づいて決定することにより、誘電体膜の成膜のばらつき等に起因した膜厚や屈折率のばらつきがある場合にも、安定した反射率が得られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
多重波長モノリシック半導体レーザの場合、理想的には、発振波長の異なるレーザダイオードのそれぞれに上記の従来の設計による誘電体膜を形成することが望ましい。
しかしながらその場合、端面コートを複数回行う必要があり、製造工程の複雑化が問題となる。
【００１４】
例えば、ＣＤ再生用のレーザダイオードとＤＶＤ再生用のレーザダイオードとを同一基板上に形成する場合には、まず、いずれか一方、例えばＤＶＤ用（波長６５０ｎｍ帯）のレーザダイオードの端面をマスキングした状態で、ＣＤ用（波長７８０ｎｍ帯）のレーザダイオードの端面に誘電体膜を形成する。その後、ＤＶＤ用レーザダイオードの端面のマスキングを除去し、ＣＤ用のレーザダイオードの端面をマスキングしてから、ＤＶＤ用のレーザダイオードの端面に誘電体膜を形成する。このような端面コートをフロント端面とリア端面の両方に行う必要がある。リア端面には通常、複層の誘電体膜が形成されるため、特に製造工程数が増加する。
【００１５】
上記のように製造工程数が増加するのを避けるため、端面コートの最適波長を一方のレーザダイオードに合わせ、同一基板上の複数のレーザダイオードに同時に端面コートを形成する方法もある。しかしながら、この場合、設計の基準とした波長のレーザダイオードにおいては成膜ばらつきに対して安定した反射率が得られるが、他方のレーザダイオードにおいては成膜ばらつきに対する反射率の安定性が犠牲となる。
【００１６】
モノリシックに形成された複数のレーザダイオードのそれぞれにおいて、端面の誘電体膜の反射率の変動を少なくするため、レーザダイオードの発振波長のうち最小値と最大値の間の所定の値（仮想の波長）を基準としてコート膜の設計を行う方法も考えられる。例えば、各レーザダイオードの発振波長の相加平均値である波長に対してコート膜の膜厚を最適化すれば、各レーザダイオードにおいて端面の反射率の変動が適度に抑制され、かつ、１回の端面コートで複数のレーザダイオードの端面にコート膜を形成することができる。
【００１７】
しかしながら、上記のように各発振波長の相加平均値、あるいは各発振波長のほぼ中間の波長に合わせた端面コートの設計によれば、各発振波長における反射率は極値近傍の値となるが、極値とすることはできないため、反射率の変動が問題となる場合もある。特に、各発振波長の波長差が大きい場合には、反射率の極値からのずれが大きくなるため、成膜ばらつき等による反射率の変動が顕著となりやすい。また、発振波長が短波長の場合にも反射率の変動は大きくなりやすい。
【００１８】
以上のように、多重波長モノリシック半導体レーザにおいて、レーザダイオードのそれぞれに反射率の変動が最小となる端面コートを形成するには、マスキング等の作業が必要となり製造工程数が増加する。しかしながら、発振波長の異なる複数のレーザダイオードに共通の膜厚の端面コートを施すと、製造工程の煩雑化は避けられるが、反射率の変動を十分に抑制することができなくなる。
【００１９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、同一の基板上に材料・組成の異なる複数の活性層が形成され、発振波長の異なる複数のレーザ光を出射可能である半導体レーザであって、複数の活性層の端面に反射率の変動の少ない誘電体膜が形成された半導体レーザを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、同一半導体基板に形成され、それぞれ組成の異なる複数の活性層を有し、発振波長の異なる複数のレーザ光を出射する、複数のレーザ領域を有する半導体レーザであって、
ミラー面を規定する、前記複数のレーザ領域のレーザ光出射側の後端面に、複数の異なる屈折率を持つ、複数の膜を積層した、前記複数のレーザ領域に対して共通の１つのコート膜を有し、
前記複数の膜を積層したコート膜は前記複数のレーザ光の複数の波長に関して反射率が極値となるように光学的膜厚を制御されて形成されている、
半導体レーザが提供される。
【００２１】
好ましくは、本発明の半導体レーザにおいて、前記複数の膜を積層したコート膜は、層数がｊ（ｊは２以上の自然数）であり、前記発振波長の数をｋ（ｋは２以上の自然数）、前記発振波長をλ_i（ｉは２からｋまでの自然数）、発振波長λ_iにおける前記ｊ層目のコート膜の屈折率をｎ_ij、前記ｊ層目のコート膜の膜厚をｄ_jとしたとき、発振波長λ_iにおいてそれぞれ、下記式が成り立つ。
Σｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／４
（ｍ_iは整数）
【００２２】
本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であり、ａ、ｂが整数のとき、
λ₁＝ａ（λ₂−λ₁）かつ λ₂＝ｂ（λ₂−λ₁）
が成り立つことを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体レーザは、好適には、前記コート膜は誘電体からなることを特徴とする。
本発明の半導体レーザは、好適には、前記コート膜の少なくとも１層は、前記発振波長およびその近傍の波長において、屈折率が波長に依存して変化する波長分散特性を有することを特徴とする。本発明の半導体レーザは、さらに好適には、前記発振波長およびその近傍の波長において、前記波長分散特性を有する前記コート膜は、ＴｉＯ₂系、ＳｒＴｉＯ₃系、カルコゲナイト系、ＬｉＮｂＯ₃を含むＬｉＮｂＯ系、ＰｂＴｉＯ系、ＰＬＺＴ系（Ｐｂ_yＬａ_1-yＺｒ_xＴｉ_1-xＯ₃）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）のいずれかを含有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２、ｍ₂−ｍ₁が偶数であり、発振波長λ₁、λ₂における反射率がともに極大値となることを特徴とする。
あるいは、本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２、ｍ₂−ｍ₁が奇数であり、発振波長λ₁、λ₂における反射率の一方が極大値、他方が極小値となることを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ６５０ｎｍ、７８０ｎｍの近傍であることを特徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ７８０ｎｍ、８４０ｎｍの近傍であることを特徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ８４０ｎｍ、９８０ｎｍの近傍であることを特徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁が４０５ｎｍの近傍、λ₂が６７５ｎｍまたは６３０ｎｍの近傍であることを特徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ５２０ｎｍ、６５０ｎｍの近傍であることを特徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁が３６０ｎｍの近傍、λ₂が４２０ｎｍまたは４０５ｎｍの近傍であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の半導体レーザは、好適には、前記発振波長のうち少なくとも１つにおける反射率は、前記コート膜を形成しない場合と同程度以下の低反射率であり、他の少なくとも１つの発振波長における反射率は相対的に高反射率であることを特徴とする。本発明の半導体レーザは、さらに好適には、前記低反射率はほぼ３０％以下であり、前記高反射率はほぼ５０％以上であることを特徴とする。
本発明の半導体レーザは、好適には、前記活性層は、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層との層間の接合部に形成されていることを特徴とする。本発明の半導体レーザは、好適には、前記活性層は電流狭窄構造を有することを特徴とする。
【００２７】
これにより、同一基板上に形成された発振波長の異なる複数のレーザダイオードのそれぞれにおいて、端面の反射率を安定させることが可能となる。本発明の半導体レーザによれば、各レーザダイオードに共通の膜厚のコート膜が形成されるため、製造工程を簡略化することが可能である。また、コート膜の膜厚は各発振波長に対して最適化されているため、成膜ばらつきによる膜厚あるいは屈折率の変動があった場合にも、安定した反射率が得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の半導体レーザおよび光学部品用コート膜の実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１（ａ）は本実施形態の半導体レーザの斜視図であり、図１（ｂ）は対応する上面図である。図１の半導体レーザは例えばｎ−ＧａＡｓからなる基板１上に、ＤＶＤ再生用の６５０ｎｍ帯の波長のレーザ光を出射するレーザダイオードＡと、ＣＤ再生用の７８０ｎｍ帯の波長のレーザ光を出射するレーザダイオードＢとを有する。レーザダイオードＡの光出射部とレーザダイオードＢの光出射部との間隔は２００μｍ以下、例えば１００μｍ程度とされることが多い。
【００３１】
レーザダイオードＡ部分には基板１上に例えばｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ−クラッド層２ａと、例えばＧａＩｎＰからなる活性層３ａと、例えばｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ−クラッド層４ａと、例えばｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層５ａとが順に積層されている。ｐ−クラッド層４ａの表面にはストライプ６ａを除き高抵抗層が形成されている。図示しないがキャップ層５ａの上部にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜からなるｐ型電極が形成されている。
【００３２】
レーザダイオードＢ部分には基板１上に例えばｎ−ＡｌＧａＡｓからなるｎ−クラッド層２ｂと、例えばＡｌＧａＡｓからなる活性層３ｂと、例えばｐ−ＡｌＧａＡｓからなるｐ−クラッド層４ｂと、例えばｐ−ＧａＡｓからなるキャップ層５ｂとが順に積層されている。ｐ−クラッド層４ｂの表面にはストライプ６ｂを除き高抵抗層が形成されている。図示しないが、キャップ層５ｂの上部にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜からなるｐ型電極が形成されている。また、レーザダイオードＡ部分およびレーザダイオードＢ部分に共通して、基板１の下部にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜からなるｎ型電極が形成されている。
【００３３】
レーザダイオードＡ、Ｂにおいて共振器は活性層３ａ、３ｂに形成される。また、高抵抗層はｐ−クラッド層４ａ、４ｂの表面にｎ型不純物をイオン注入することにより形成され、高抵抗層に挟まれたストライプ状の領域６ａ、６ｂは低抵抗層として残される。高抵抗層を選択的に形成することにより、図１（ｂ）に示すように利得導波構造（電流狭窄構造）となり、電流の流れる領域、すなわち光利得の生じる領域を制御することが可能となっている。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、フロント端面ＦにはレーザダイオードＡ部分およびレーザダイオードＢ部分に共通して、屈折率ｎ₁が１．６２であるＡｌ₂Ｏ₃からなり、膜厚ｄ₈が１２０４ｎｍである誘電体膜８が形成されている。
また、リア端面ＲにはレーザダイオードＡ部分およびレーザダイオードＢ部分に共通して、Ａｌ₂Ｏ₃からなり膜厚ｄ_9aが１１００ｎｍである１層目の誘電体膜９ａが形成されている。さらに、その表面に屈折率ｎ₂が３．２５であるアモルファスシリコンからなり、膜厚ｄ_9bが５０ｎｍである２層目の誘電体膜９ｂが形成されている。これらの誘電体膜８、９ａ、９ｂは例えばスパッタリング等の方法により成膜される。
本実施形態の半導体レーザによれば、フロント端面の誘電体膜８およびリア端面の誘電体膜９ａ、９ｂの膜厚はいずれも、レーザダイオードＡ、Ｂの発振波長における反射率が極大となるように設定されている。
【００３５】
本実施形態の半導体レーザのフロント端面に形成される誘電体膜８の膜厚と反射率との関係を図２（ａ）に示す。また、誘電体膜８が形成されたフロント端面における、波長と反射率との関係を図２（ｂ）に示す。図２は、レーザダイオードＡ（発振波長λ₁＝６５０ｎｍ）の共振器の屈折率を３．４５、レーザダイオードＢ（発振波長λ₂＝７８０ｎｍ）の共振器の屈折率を３．５９として計算を行った結果である。
【００３６】
レーザダイオードＡ（発振波長λ₁＝６５０ｎｍ）については、前述した（１）式から、誘電体膜８の膜厚ｄ₈が２００．６ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となる。同様な計算から、レーザダイオードＢ（発振波長λ₂＝７８０ｎｍ）については誘電体膜８の膜厚₈が２４０．７ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となる。
図２（ａ）に示すように、誘電体膜８の膜厚をほぼ１２００ｎｍにしたとき、２つの発振波長の差による位相のずれが２πとなる。このときの波長と反射率との関係を図２（ｂ）に示した。図２（ｂ）に示すように、レーザダイオードＡ、Ｂのいずれの発振波長においても反射率が極大となる。したがって、両方のレーザダイオードにおいて反射率の変動が抑制される。
【００３７】
ここで、上記の発振波長λ₁、λ₂および反射率が極大となる膜厚ｄ₈との間には以下のような関係が成り立つ。ｎ₁はλ₁およびλ₂におけるＡｌ₂Ｏ₃の屈折率である。
ｎ₁・ｄ₈／λ₁＝ｍ₁／４（ｍ₁は整数）・・・（４）
ｎ₁・ｄ₈／λ₂＝ｍ₂／４（ｍ₂は整数）・・・（５）
また、λ₁とλ₂は以下の関係をほぼ満たしている。
λ₁＝ａ（λ₂−λ₁）かつ λ₂＝ｂ（λ₂−λ₁）
（ａおよびｂは整数）・・・（６）
ｍ₁−ｍ₂が偶数の場合には、発振波長λ₁、λ₂に対して反射率がともに極大値となる。ｍ₁−ｍ₂が奇数の場合には、発振波長λ₁、λ₂の一方に対して反射率が極大値となり、他方に対して反射率が極小値となる。
【００３８】
同一の基板上に形成された複数のレーザダイオードの発振波長が上記の（４）〜（６）の関係を満たすとき、各レーザダイオードの端面の反射率を極値とすることができる。したがって、実用化されている他の発振波長の組み合わせの場合についても、上記の本実施形態と同様に、成膜ばらつき等による反射率の変動を防止することができる。
例えば、レーザダイオードの発振波長の組み合わせがλ₁＝７８０ｎｍ、λ₂＝８４０ｎｍの場合、あるいはλ₁＝８４０ｎｍ、λ₂＝９８０ｎｍの場合などにも、同様の効果が得られる。
【００３９】
また、３つ以上の異なる発振波長のレーザ光を出射するモノリシックレーザについても、上記の（４）〜（６）の関係を満たせば、同様に各発振波長において反射率の変動を防止することができる。
上記の本実施形態において、誘電体膜８の膜厚が１２００ｎｍの倍数である場合にもλ₁、λ₂の両方で反射率が極大となるが、同一の反射率が得られる複数の膜厚のうち、最小の値を膜厚とするのが好ましい。これにより、成膜時間を短縮して生産効率を上げることができ、また、膜厚の増大により成膜ばらつきが顕著となるのを防止することができる。
【００４０】
（実施形態２）
上記の実施形態１の半導体レーザにおいて、フロント端面の誘電体膜８に波長分散のある材料を用いると、誘電体膜８を薄膜化することが可能となる。実施形態１のＡｌ₂Ｏ₃にかえて、例えばＴｉＯ₂系材料（波長６５０ｎｍにおける屈折率ｎ_3a＝２．４５７、波長７８０ｎｍにおける屈折率ｎ_3b＝２．３６）を用いた場合の誘電体膜８の膜厚と反射率との関係を図３（ａ）に示す。
【００４１】
前述した（１）式と同様な計算から、レーザダイオードＡ（発振波長λ₁＝６５０ｎｍ）については誘電体膜８の膜厚ｄ₈が１３２．３ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となる。また、レーザダイオードＢ（発振波長λ₂＝７８０ｎｍ）については誘電体膜８の膜厚ｄ₈が１６５．３ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となる。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、誘電体膜８の膜厚をほぼ６６１ｎｍにしたとき、２つの発振波長の差による位相のずれが２πとなる。このときの波長と反射率との関係を図３（ｂ）に示した。図３（ｂ）に示すように、レーザダイオードＡ、Ｂのいずれの発振波長においても反射率が極大となる。したがって、両方のレーザダイオードにおいて反射率の変動が抑制される。
【００４３】
本実施形態の場合にも、実施形態１の（４）〜（６）式に示す関係が満たされている。具体的には、
ｎ_3a・ｄ₈／λ₁＝ｍ₁／４（ｍ₁は整数）・・・（４’）
ｎ_3b・ｄ₈／λ₂＝ｍ₂／４（ｍ₂は整数）・・・（５’）
λ₁＝ａ（λ₂−λ₁）かつ λ₂＝ｂ（λ₂−λ₁）
（ａおよびｂは整数）・・・（６）
となる。波長分散のある材料を用いる場合にも、各発振波長における光学長（光学的膜厚）が、位相差の観点からλ／４の整数倍となっていれば、反射率の変動を防止することができる。
本実施形態によれば、実施形態１に比較して誘電体膜８が薄膜化される。したがって、膜種を適宜選択すれば成膜時間を短縮することも可能である。
【００４４】
（実施形態３）
図１に示す実施形態１の半導体レーザについて、リア端面に形成される誘電体膜９ａ、９ｂの膜厚と反射率との関係を図４（ａ）に示す。また、誘電体膜９ａ、９ｂが形成されたリア端面について、波長と反射率との関係を図４（ｂ）に示す。
前述したように、１層目の誘電体膜９ａはＡｌ₂Ｏ₃（屈折率ｎ₁＝１．６２）からなり、膜厚は１１００ｎｍである。２層目の誘電体膜９ｂはアモルファスシリコン（屈折率ｎ₂＝３．２５）からなり、膜厚は５０ｎｍである。
【００４５】
実施形態１において前述したように、１層目のＡｌ₂Ｏ₃膜については、発振波長λ₁＝６５０ｎｍに対して膜厚ｄ_9aが２００．６ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となり、発振波長λ₂＝７８０ｎｍに対して膜厚ｄ_9bが２４０．７ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となる。したがって、反射率の極大値が得られる膜厚にはほぼ４０ｎｍの差があり、両方の発振波長に対して反射率を安定させることは困難である。
【００４６】
一方、本実施形態によれば、１層目の誘電体膜９ａの膜厚を１１００ｎｍとすることにより、発振波長λ₁、λ₂のそれぞれに対して反射率がほぼ極小となり、２つの発振波長の差による位相のずれが２πに近くなる。さらに、２層目のアモルファスシリコン膜９ｂについては、（３）式に示したように、発振波長λ₁＝６５０ｎｍに対して膜厚が５０．０ｎｍのときに反射率が極大となる。また、同様な計算から発振波長λ₂＝７８０ｎｍに対しては、膜厚が６０．０ｎｍのときに反射率が極大となる。
【００４７】
ここで、本実施形態の場合には、以下に示す関係がλ₁およびλ₂（ｉ＝１または２）について、それぞれ満たされている。
Σｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／４（ｍ_iは整数）・・・（７）
（但し、ｎ_ijは発振波長λ_iにおけるｊ層目の誘電体膜の屈折率を表し、ｄ_jはｊ層目の誘電体膜の膜厚を表す。）
また、前述した（６）式の関係も成り立っている。
【００４８】
リア端面の誘電体膜を上記の構成とした場合について、波長と反射率との関係を図４（ｂ）に示した。図４（ｂ）に示すように、レーザダイオードＡ、Ｂのいずれの発振波長においても反射率がほぼ極大となり、反射率の変動が抑制される。したがって、レーザダイオードＡ、Ｂの両方に対して７０％以上の安定した反射率が得られる。
【００４９】
（実施形態４）
端面に形成するコート膜を複層とする場合、実施形態３とは逆に、２層目の誘電体膜の膜厚を１層目の誘電体膜の膜厚より大きくすることもできる。例えば、１層目にＡｌ₂Ｏ₃膜を膜厚１１０ｎｍで、２層目にアモルファスシリコン膜を膜厚５４０ｎｍで形成した場合の膜厚と反射率との関係を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、誘電体膜９ａ、９ｂの膜厚を上記の組み合わせとすることにより、発振波長λ₁＝６５０ｎｍ、発振波長λ₂＝７８０ｎｍの両方に対して反射率をほぼ極大とすることができる。
【００５０】
前述した（２）式のように、１層目の誘電体膜（Ａｌ₂Ｏ₃膜）９ａについては、発振波長λ₁＝６５０ｎｍに対して膜厚が１００．３ｎｍおよびその倍数のときに、反射率が極小となる。同様な計算から、発振波長λ₂＝７８０ｎｍに対しては、膜厚が１２０．４ｎｍおよびその倍数のときに、反射率が極小となる。Ａｌ₂Ｏ₃膜９ａの膜厚を１１０ｎｍとすることにより、発振波長λ₁、λ₂の両方に対して反射率が極小値近傍となる。
【００５１】
さらに、２層目の誘電体膜（アモルファスシリコン膜）９ｂについては、（３）式に示したように、発振波長λ₁＝６５０ｎｍに対して膜厚が５０．０ｎｍおよびその奇数倍のときに反射率が極大となる。また、同様な計算から発振波長λ₂＝７８０ｎｍに対しては、膜厚が６０．０ｎｍおよびその奇数倍のときに反射率が極大となる。アモルファスシリコン膜９ｂの膜厚を５４０ｎｍとすることにより、２つの発振波長の差による位相のずれがほぼ２πとなる。また、発振波長λ₁、λ₂の両方に対して反射率がほぼ極大値となる。
【００５２】
リア端面の誘電体膜を上記の構成とした場合について、波長と反射率との関係を図５（ｂ）に示した。図５（ｂ）に示すように、レーザダイオードＡ、Ｂのいずれの発振波長においても反射率がほぼ極大となり、反射率の変動が抑制される。したがって、レーザダイオードＡ、Ｂの両方に対して７０％以上の安定した反射率が得られる。
【００５３】
本実施形態によれば、リア端面に形成される誘電体膜９ａ、９ｂの膜厚の合計が６５０ｎｍとなり、実施形態３の場合の１１５０ｎｍに比較して半分近くまで誘電体膜を薄膜化することができる。したがって、誘電体膜の構成材料の組み合わせによっては、成膜時間を短縮することも可能である。
【００５４】
（実施形態５）
上記の実施形態３のリア端面に形成される誘電体膜において、誘電体膜９ａあるいは９ｂに波長分散のある材料を用いると、誘電体膜を薄膜化することが可能となる。実施形態３の１層目の誘電体膜（Ａｌ₂Ｏ₃膜）９ａにかえて、例えばＴｉＯ₂系材料（波長６５０ｎｍにおける屈折率ｎ_4a＝２．３３７、波長７８０ｎｍにおける屈折率ｎ_4b＝２．３１６）を用い、膜厚を７６０ｎｍとした。また、２層目の誘電体膜９ｂはアモルファスシリコン（屈折率ｎ₂＝３．２５）からなる膜厚５５ｎｍの層とした。この場合の誘電体膜９ａ、９ｂの膜厚と反射率との関係を図６（ａ）に示す。
【００５５】
前述した（１）式と同様な計算から、レーザダイオードＡ（発振波長λ₁＝６５０ｎｍ）については１層目の誘電体膜（ＴｉＯ₂膜）９ａの膜厚ｄ_9aが１３９．１ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となる。また、レーザダイオードＢ（発振波長λ₂＝７８０ｎｍ）についてはＴｉＯ₂膜９ａの膜厚ｄ_9aが１６８．４ｎｍおよびその倍数のときに反射率が極大となる。図６（ａ）に示すように、ＴｉＯ₂膜９ａの膜厚をほぼ７６０ｎｍにしたとき、発振波長λ₁、λ₂のそれぞれに対して反射率がほぼ極小となり、２つの発振波長の差による位相のずれが２πとなる。
【００５６】
さらに、２層目のアモルファスシリコン膜９ｂについては、（３）式に示したように、発振波長λ₁＝６５０ｎｍに対して膜厚ｄ_9bが５０．０ｎｍのときに反射率が極大となる。また、同様な計算から発振波長λ₂＝７８０ｎｍに対しては、膜厚ｄ_9bが６０．０ｎｍのときに反射率が極大となる。したがって、誘電体膜９ｂの膜厚ｄ_9bを５５ｎｍとし、９ａ、９ｂの膜厚の合計を８１５ｎｍとすることにより、発振波長λ₁、λ₂の両方に対して反射率はほぼ極大となる。
【００５７】
リア端面の誘電体膜を上記の構成とした場合について、波長と反射率との関係を図６（ｂ）に示した。図６（ｂ）に示すように、レーザダイオードＡ、Ｂのいずれの発振波長においても反射率がほぼ極大となり、反射率の変動が抑制される。したがって、レーザダイオードＡ、Ｂの両方に対して安定した反射率が得られる。
【００５８】
本実施形態の場合にも、実施形態１の（６）式および実施形態３の（７）式に示す関係が満たされている。リア端面についても、各発振波長における光学長が、位相差の観点からλ／４の整数倍となっていれば、波長分散のある材料を用いることができる。
本実施形態によれば、実施形態３に比較して誘電体膜９ａ、９ｂの膜厚の合計を薄くすることができる。したがって、膜種の組み合わせ、あるいは成膜方法によっては成膜時間を短縮することも可能である。
【００５９】
（実施形態６）
上記の実施形態１〜５においては、それぞれ発振波長λ₁、λ₂に対する反射率が同じ程度となる場合を示したが、多層コートの場合には１層目の誘電体膜の膜厚を制御することにより、各発振波長に対する反射率を異ならせることも可能である。
例えば、実施形態３に示すＡｌ₂Ｏ₃膜とアモルファスシリコン膜とを積層させた膜構成において、Ａｌ₂Ｏ₃膜の膜厚を変更した例を図７（ａ）および（ｂ）に示す。図７（ａ）はＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚を１０１０ｎｍとした場合の波長と反射率との関係を示し、図７（ｂ）はＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚を９６０ｎｍとした場合の波長と反射率との関係を示す。
図７（ａ）および（ｂ）においてはいずれも、一方の発振波長でノンコートの端面反射率にほぼ等しい３０％強となり、他方の発振波長で５０％以上の高反射率が実現されている。
【００６０】
端面の反射率を変化させた場合、レーザ特性のうち、発振しきい値電流の他に微分効率も変化するため、動作電流などにも影響が生じる。これにより、用途に応じた特性に調整することが可能となる。
例えば、リア端面の反射率を高くすると、より多くの光をフロント端面から放出させることが可能となるため、大出力のレーザに好適となる。一方、フロント端面の反射率を高くすると、戻り光による出力の変動が抑制されるため、アイソレータが不要となる。また、フロントおよびリアの両端面の反射率を高くすると、発振しきい値電流を下げ、それに伴い微分効率を下げることができるため、出力制御が容易となる。
【００６１】
本発明の半導体レーザの実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、上記の実施形態においては６５０ｎｍ帯と７８０ｎｍ帯の波長の組み合わせの場合を示したが、他の波長の組み合わせであってもよい。また、ブロードエリア型、垂直共振器型の半導体レーザ等にも適用可能である。活性層の導波構造は電流狭窄構造に限定されず、屈折率導波構造など他の構造であってもよい。
また、本発明の半導体レーザに設けられる端面コートを、複数の特定の波長の光を透過する光学部品の表面に形成することにより、光学部品の反射率を制御することが容易となる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザによれば、発振波長の異なる複数のレーザ光を出射可能である半導体レーザにおいて、活性層の端面の反射率の変動を抑制し、各発振波長においてレーザ光の出力を安定させることが可能となる。
本発明の光学部品用コート膜によれば、複数の特定の波長の光を透過する光学部品において、表面の反射率の変動を抑制し、表面の反射率の制御を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は従来および本発明の実施形態１〜６に示す半導体レーザの斜視図であり、（ｂ）は対応する上面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係り、（ａ）は半導体レーザのフロント端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射率との関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係り、（ａ）は半導体レーザのフロント端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射率との関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態３に係り、（ａ）は半導体レーザのリア端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射率との関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態４に係り、（ａ）は半導体レーザのリア端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射率との関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態５に係り、（ａ）は半導体レーザのリア端面に形成される誘電体膜の膜厚と反射率との関係を示す図、（ｂ）は波長と反射率との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態６に係り、（ａ）および（ｂ）は波長と反射率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…基板、２ａ、２ｂ…ｎ−クラッド層、３ａ、３ｂ…活性層、４ａ、４ｂ…ｐ−クラッド層、５ａ、５ｂ…キャップ層、６ａ、６ｂ…ストライプ、７…発光領域（光導波路）、８…フロント端面の誘電体膜、９ａ…リア端面の１層目の誘電体膜、９ｂ…リア端面の２層目の誘電体膜。

Claims

同一半導体基板に形成され、それぞれ組成の異なる複数の活性層を有し、発振波長の異なる複数のレーザ光を出射する、複数のレーザ領域を有する半導体レーザであって、
ミラー面を規定する、前記複数のレーザ領域のレーザ光出射側の後端面に、複数の異なる屈折率を持つ、複数の膜を積層した、前記複数のレーザ領域に対して共通の１つのコート膜を有し、
前記複数の膜を積層したコート膜は前記複数のレーザ光の複数の波長に関して反射率が極値となるように光学的膜厚を制御されて形成されている、
半導体レーザ。
前記複数の膜を積層したコート膜は、層数がｊ（ｊは２以上の自然数）であり、前記発振波長の数をｋ（ｋは２以上の自然数）、前記発振波長をλ_i（ｉは２からｋまでの自然数）、発振波長λ_iにおける前記ｊ層目のコート膜の屈折率をｎ_ij、前記ｊ層目のコート膜の膜厚をｄ_jとしたとき、発振波長λ_iにおいてそれぞれ、
Σｎ_ij・ｄ_j／λ_i＝ｍ_i／４
（ｍ_iは整数）
が成り立つ
請求項１記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２であり、ａ、ｂが整数のとき、
λ₁＝ａ（λ₂−λ₁）、かつ、
λ₂＝ｂ（λ₂−λ₁）
が成り立つ、
請求項２記載の半導体レーザ。
前記コート膜は誘電体からなる、
請求項２記載の半導体レーザ。
前記複数の層が積層されて形成されたコート膜の少なくとも１層は、前記発振波長およびその近傍の波長において、屈折率が波長に依存して変化する波長分散特性を有する、
請求項２記載の半導体レーザ。
前記発振波長およびその近傍の波長において、前記波長分散特性を有する前記コート膜は、ＴｉＯ₂系、ＳｒＴｉＯ₃系、カルコゲナイト系、ＬｉＮｂＯ₃を含むＬｉＮｂＯ系、ＰｂＴｉＯ系、ＰＬＺＴ系（Ｐｂ_yＬａ_1-yＺｒ_xＴｉ_1-xＯ₃）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）のいずれかを含有する、
請求項５記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２、ｍ₂−ｍ₁が偶数であり、発振波長λ₁、λ₂における反射率がともに極大値となる、
請求項２記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２、ｍ₂−ｍ₁が奇数であり、発振波長λ₁、λ₂における反射率の一方が極大値、他方が極小値となる、
請求項２記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ６５０ｎｍ、７８０ｎｍの近傍である、
請求項３記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ７８０ｎｍ、８４０ｎｍの近傍である、
請求項３記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ８４０ｎｍ、９８０ｎｍの近傍である、
請求項３記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁が４０５ｎｍの近傍、λ₂が６７５ｎｍまたは６３０ｎｍの近傍である、
請求項３記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁、λ₂がそれぞれ５２０ｎｍ、６５０ｎｍの近傍である、
請求項３記載の半導体レーザ。
前記発振波長の数ｋが２であり、前記発振波長λ₁が３６０ｎｍの近傍、λ₂が４２０ｎｍまたは４０５ｎｍの近傍である、
請求項３記載の半導体レーザ。
前記発振波長のうち少なくとも１つにおける反射率は、前記コート膜を形成しない場合と同程度以下の低反射率であり、他の少なくとも１つの発振波長における反射率は相対的に高反射率である、
請求項２記載の半導体レーザ。
前記低反射率はほぼ３０％以下であり、前記高反射率はほぼ５０％以上である、
請求項１５記載の半導体レーザ。
前記活性層は、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層との層間の接合部に形成されている、
請求項１記載の半導体レーザ。
前記活性層は電流狭窄構造を有する、
請求項１記載の半導体レーザ。