(57)【要約】【課題】半導体レーザの共振器端面と反射膜との界面近傍において劣化が起こりにくく、しきい値電流が低く、歩留まりの高い半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】共振器端面に密着して、層厚がλ／２（λは媒質内波長）のＳｉＯ２膜４０を配設し、このＳｉＯ２膜４０の上に、ＳｉＯ２膜４０に密着する第１層は層厚がλ／４のａ−Ｓｉ膜４２ａと第２層は層厚がλ／４のＳｉＯ２膜４２ｂとから構成される二重誘電体膜４２を適宜重ねることにより、前部高反射率膜２８或いは後部高反射率膜３０を構成する。【選択図】図１
2010226056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、
この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と上記化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の正整数倍を２で除した厚みを有する誘電体膜と、
この誘電体膜上に配設され、上記誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、上記第１層が上記第２の屈折率と上記出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４の厚みを有し、上記第２層が上記第３の屈折率と上記出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４の厚みを有する第１の二重誘電体膜と、
を備えた半導体レーザ装置。
【請求項２】
互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、
この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と上記化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の１／２５以下の厚みを有する誘電体膜と、
この誘電体膜上に配設され、上記誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、上記第１層が上記第２の屈折率と上記出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４の厚みを有し、上記第２層が上記第３の屈折率と上記出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４の厚みを有する第１の二重誘電体膜と、
を備えた半導体レーザ装置。
【請求項３】
第１の二重誘電体膜が複数層配設されたことを特徴とした請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、
この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と上記化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の正整数倍を２で除した厚みを有する誘電体膜と、
この誘電体膜上に配設され、上記誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、上記第１層が上記第２の屈折率と上記出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４を越えかつ上記第２の媒質内波長の１／２未満の厚みを有し、上記第２層が上記第３の屈折率と上記出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４未満の厚みを有する第２の二重誘電体膜と、
を備えた半導体レーザ装置。
【請求項５】
互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、
この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と上記化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の１／２５以下の厚みを有する誘電体膜と、
この誘電体膜上に配設され、上記誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、上記第１層が上記第２の屈折率と上記出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４を越えかつ上記第２の媒質内波長の１／２未満の厚みを有し、上記第２層が上記第３の屈折率と上記出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４未満の厚みを有する第２の二重誘電体膜と、
を備えた半導体レーザ装置。
【請求項６】
互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、
この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と上記化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の正整数倍を２で除した厚みを有する誘電体膜と、
この誘電体膜上に配設され、上記誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、上記第１層が上記第２の屈折率と上記出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４未満の厚みを有し、上記第２層が上記第３の屈折率と上記出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４を越えかつ上記第３の媒質内波長の１／２未満の厚みを有する第３の二重誘電体膜と、
を備えた半導体レーザ装置。
【請求項７】
互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、
この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と上記化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の１／２５以下の厚みを有する誘電体膜と、
この誘電体膜上に配設され、上記誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、上記第１層が上記第２の屈折率と上記出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４未満の厚みを有し、上記第２層が上記第３の屈折率と上記出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４を越えかつ上記第３の媒質内波長の１／２未満の厚みを有する第３の二重誘電体膜と、
を備えた半導体レーザ装置。
【請求項８】
第２の二重誘電体膜あるいは第３の二重誘電体膜の上にさらに、第１の二重誘電体膜が１層または複数層配設されたことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ装置に係り、特に、光通信に使用され、波長が１２５０ｎｍ以上で半導体レーザの共振器端面に誘電体膜を備えた半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信需要量の飛躍的な増加に伴って、通信システムの大容量化が図られてきている。
光通信の伝送系においては信号光として、主に１．３μｍ帯の信号光と１．５５μｍ帯の信号光が使用されている。
【０００３】
１．５５μｍ帯の信号光は光ファイバ損失が小さく長距離通信系の信号光として使用される。これは都市間通信（幹線系）とよばれて、例えば東京−大阪間のように大都市間の通信に使用される。
一方１．３μｍ帯の信号光は光ファイバ損失は大きいが波長分散が少なく、短距離通信系の信号光として使用される。これは例えば、都市内通信とよばれ大都市内の通信に使用されている。また１．３μｍ帯の信号光は、アクセス系と呼ばれる基地局−各家庭間の通信にも使用される。
これらの信号光を含む波長が１．２５μｍ以上の信号光を発生させる長波長半導体レーザも低動作電流で高速応答が求められている。
【０００４】
光通信用の長波長半導体レーザは、通常、端面出射型半導体レーザが使用される。端面出射型半導体レーザは、結晶を劈開もしくはエッチングにより互いに対向する一対の端面を形成し、これら端面での反射により光を往復させレーザ発振に必要な光帰還を得るのが一般的である。このような半導体レーザはファブリ・ペロー型半導体レーザとして知られている。
また、これ以外に回折格子を利用した分布帰還型半導体レーザや分布反射型半導体レーザといったレーザが知られているが、これらのレーザも回折格子による光帰還に加え端面における反射を利用する構造となっているものが多い。
例えばファブリ・ペロー型半導体レーザの半導体レーザ本体は、ｎ型クラッド層、活性層、およびｐ型クラッド層の積層構造の共振器を有している。この共振器の前端面はＡｌ２Ｏ３からなる厚さλ／２の単層膜が形成されている。
ここでλは媒質内波長であり、λ＝（半導体レーザ本体から出射される光の真空中の波長）÷（レーザ光が伝播する媒質の屈折率）で定義される。
【０００５】
共振器端面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さλ／２の単層膜が形成されている場合は、端面における光の反射率は共振器を構成する半導体と空気との屈折率によって決定される。例えば半導体の屈折率が３．２の場合、反射率は３０％程度となる。
また、共振器の後端面には例えば、ＳｉＯ２膜とＳｉ膜からなる多層膜が形成されている。各々の層厚をλ／４として、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ膜、およびＳｉＯ２膜の３層を積層した多層膜の場合、反射率は約６０%となる。ＳｉＯ２膜の外側に、さらに同様のＳｉ膜とＳｉＯ２膜の２層を積層すると、反射率は約９０％となる。
また例えば分布帰還型半導体レーザの場合では、共振器の活性層に沿って回折格子が設けられるとともに、前端面には反射防止膜が、後端面には先のファブリ・ペロー型半導体レーザと同様の高反射膜が形成される。
【０００６】
一般に、半導体レーザは一定以上の電流を流すとレーザ発振をする。このときの電流値をしきい値電流という。しきい値電流はレーザの発光に寄与しない電流であり、一般には低い方が望ましい。しきい値電流は、電流注入によって生じる利得と共振器損失とがつりあう電流値に相当する。ここで、共振器損失は内部損失（吸収損失など）とミラー損失の和である。
ミラー損失は端面の反射率が低いほど大きいので、端面の反射率を上げることによりミラー損失が減少し、しきい値電流を下げることができる。
また、分布帰還型半導体レーザや分布反射型半導体レーザでは、回折格子が光に与える影響の度合い（規格化結合係数）もミラー損失に大きな影響を与えるが端面反射率も大きな影響を与える。ただ規格化結合係数については、これを高くすることによりミラー損失を低減することが可能である。
【０００７】
しかし、いすれの半導体レーザにおいても端面の反射率を上げると端面における光密度が増加する。
例えばファブリ・ペロー型半導体レーザにおいて、前端面反射率３０％、後端面反射率６０％のファブリ・ペロー型半導体レーザと比較して、前端面反射率６０％、後端面反射率９０％のファブリ・ペロー型半導体レーザの前端面における光密度は、同一光出力時において約２倍となる。
また、前端面を反射防止膜、後端面を高反射膜とした分布帰還型半導体レーザにおいては、後端面における回折格子の位相にも依存するが、後端面の光密度が高くなる素子が多い。特にしきい値電流を低下させるために規格化結合係数を大きくした場合や後端面の反射率を高くした場合には、この傾向が顕著となり、規格化結合係数１．４、前端面反射率０％、後端面反射率９０％とした場合の後端面における光密度は前端面のそれより最大で約7倍となる。
【０００８】
一方、半導体と端面コート膜の界面は、一般に界面準位が多く最もレーザの劣化が発生しやすい箇所であり、この部分で光の電界強度が極大となるように端面コート膜が設計されている場合にはレーザの劣化を招きやすくなる。
例えばファブリ・ペロー型半導体レーザの共振器においては、共振器後端面には次のような高反射膜が配設される。すなわち、共振器後端面に媒質内波長λの１／４の厚みを有する第１層のＳｉＯ２膜を密着し、この上にλ／４の厚みの第２層のアモルファスＳｉ（以下、ａ−Ｓｉと記載する。）膜を重ね、さらにこの上にλ／４の厚みの第３層のＳｉＯ２膜を重ねた高反射膜である。
この高反射膜は言い換えれば、共振器後端面上に、端面に密着するλ／４の厚みの低屈折率膜、λ／４の厚みの高屈折率膜およびλ／４の厚みの低屈折率膜により構成されていることになる。
【０００９】
この場合、共振器後端面近傍と反射膜とにおける電界強度分布は、共振器後端面と第１層のＳｉＯ２膜との界面で極大となり、第１層のＳｉＯ２膜と第２層のａ−Ｓｉ膜との界面で極小となり、第２層のａ−Ｓｉ膜と第３層のＳｉＯ２膜との界面で極大となり、第３層のＳｉＯ２膜と空気層との界面において極小となる。
第２層のａ−Ｓｉ膜と第３層のＳｉＯ２膜との界面での極大値は共振器後端面と第１層のＳｉＯ２膜との界面での極大値よりも小さくなるので、異種材料により形成される界面での電界強度は、共振器後端面と第１層のＳｉＯ２膜との界面において最も高くなる。
例えば公知の長波長レーザの高反射膜の構成は、劈開法によって形成された端面上に、ＳｉＯ２／アモルファスＳｉ／ＳｉＯ２／アモルファスＳｉ／ＳｉＯ２の５層構造を用いるもので、これにより反射率が９０％以上得られている。或いは端面上にＳｉＮからなるλ／４膜を形成し、この上にアモルファスＳｉ／ＳｉＮ／アモルファスＳｉ／ＳｉＮを多層し、ＳｉＮ／アモルファスＳｉ／ＳｉＮ／アモルファスＳｉ／ＳｉＮの５層構造で反射率９０％の高反射膜が形成されている（例えば特許文献１、段落番号００５６−００５７参照）。
この場合の高反射膜の構成は、端面に密着するλ／４の厚みの低屈折率膜、λ／４の厚みの高屈折率膜、λ／４の厚みの低屈折率膜、λ／４の厚みの高屈折率膜、およびλ／４の厚みの低屈折率膜の５層により構成されていることになる。
【００１０】
共振器端面の界面における電界強度を小さくするために次のような構成を有する半導体レーザが知られている。
この構成は、ＧａＡｌＡｓ系半導体レーザの発光端面に、レーザ素子の屈折率と略等しい屈折率を有するアモルファスシリコン（屈折率ｎｃ〜３．５）で形成された膜厚値がλ／４ｎｃの誘電体膜を設け、このアモルファスシリコンの誘電体膜上に密着させてＳｉＯ２膜等の低屈折率（ｎｄ）の誘電体膜からなる厚さλ／２ｎｄの低屈折率反射膜と高屈折率からなる高屈折率反射膜が交互に複数組設けられたものである。この構成により発光端面での光の電界強度を最低値にするとしている（例えば、特許文献２、第２頁左下欄および右下欄）。
【００１１】
また、レーザの発振波長が約７４０ｎｍの半導体レーザーにおいて、端面に接して光学的な厚さがλ／２のＡｌ２Ｏ３膜或いはＳｉＯ２膜を設け、光学的厚さがλ／４のＴｉＯ２層とＳｉＯ２層とを順次配設した積層ペアを、λ／２のＡｌ２Ｏ３膜或いはＳｉＯ２膜の上に、出射端面側には３ペアを、反対側の反射面側には６ペア積層した例が開示されている（例えば、特許文献３、段落番号００１０−００１１）。
また、半導体レーザ装置において多層コートを行う際に、奇数番目の層としてＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などの誘電体を、偶数番目の層としてＳｉをコートしていたが、Ｓｉが最上層になると酸化されやすいので、発振波長８３００ÅのＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系半導体レーザのキャビティ端面に順次、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３を積層し、最上層にＡｌ２Ｏ３層を設け、Ｓｉの酸化を防いだ例が記載されている（例えば、特許文献４、第１頁右欄から第２頁左欄）。
【００１２】
また、発熱量の大きい高出力タイプの半導体レーザ素子の端面に、Ａｌ２Ｏ３膜に変えてＡｌＮ膜を密着して使用した例が開示されている（例えば、特許文献５）。
このように、しきい値電流を下げるためには、共振器端面における反射率を高くしたり、回折格子の規格化結合係数を大きくすることにより、共振器端面における光密度が増加する。さらに共振器端面と反射膜との界面における光の電界強度が極大となる構成の場合には、共振器端面における光密度が高いことに加え光の電界強度が極大となる場合には、半導体レーザの劣化が一層生じやすくなるなど信頼性が大きく低下する場合がある。さらに共振器端面と反射膜との界面における機械的強度が低い場合には半導体レーザ装置の組立の際の加熱によって、界面において剥離が発生し、このために歩留まりが低下する場合があった。このように上記の従来の半導体レーザの構成では、しきい値電流を低くすることと高い信頼性を得ることとの両立が困難で、歩留まりも低くなる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−２９００５２号公報
【特許文献２】特開昭６３−２２０５８９号公報
【特許文献３】特開平７−４５９１０号公報
【特許文献４】特開昭６０−１３０１８７号公報
【特許文献５】実開昭６３−１６２５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上のように従来の長波長半導体レーザにおける高反射膜の構成においては、特許文献１におけるように、高反射膜の構成が、端面に密着するλ／４の厚みの低屈折率膜、λ／４の厚みの高屈折率膜、λ／４の厚みの低屈折率膜、λ／４の厚みの高屈折率膜、およびλ／４の厚みの低屈折率膜の５層により構成されている場合には、共振器端面と第１層の低屈折率膜との界面における光の電界強度が必ずしも極小値にならず、むしろ電界強度が高くなってしまうという場合があるという問題点がある。
【００１５】
また特許文献２におけるように、共振器端面にａ−Ｓｉを成膜した場合には共振器を構成する半導体とａ−Ｓｉの密着性が必ずしもよくない。レーザチップをパッケージに組み立てる際にはハンダ付けによる熱が加わるため、共振器端面へのａ−Ｓｉ膜の密着性が悪い場合には、その熱応力により共振器端面のａ−Ｓｉ膜が剥がれてしまう場合があるという問題があった。さらに高反射膜を構成する時には低屈折率膜と高屈折率膜とのペアを多数対重ねる必要があるが、共振器端面へのａ−Ｓｉ膜の密着性が悪いと低屈折率膜と高屈折率膜とのペアを多数対重ねることが難しくなる場合があり、歩留まりが下がるという問題点がある。
【００１６】
また特許文献３におけるように、高屈折膜をＴｉＯ２層とし低屈折率膜をＳｉＯ２層としこの積層ペアを重ねることにより高反射膜を構成するとすれば、特許文献３記載の波長の３倍以上の波長を有する長波長レーザの場合には、屈折率が２程度しかないＴｉＯ２と例えば屈折率が１．４０〜１．４５のＳｉＯ２との組み合わせで８０％以上の反射率を得るためには、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜との対を７対積層する必要がある。この場合、端面コート膜の厚さが、極めて厚くなり組立時の熱応力により膜剥がれが起きやすくなるという問題点があった。
【００１７】
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は半導体レーザの共振器端面と反射膜との界面近傍において劣化が起こりにくく、しきい値電流が低く、歩留まりの高い半導体レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明に係る半導体レーザ装置は、互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の正整数倍を２で除した厚みを有する誘電体膜と、この誘電体膜上に配設され、誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、第１層が第２の屈折率と出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４の厚みを有し、第２層が第３の屈折率と出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４の厚みを有する第１の二重誘電体膜と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係る半導体レーザ装置においては、誘電体膜がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるので共振器端面と誘電体膜との界面および誘電体膜と第１の二重誘電体膜の第１層であるａ−Ｓｉとの界面それぞれにおける接着強度が高く、第１の二重誘電体膜を強固に積層することができ、高反射率膜を歩留まりよく形成することができる。さらに共振器端面と誘電体膜との界面および誘電体膜と第１の二重誘電体膜の第１層であるａ−Ｓｉとの界面それぞれにおける光の電界強度が極小値を示し、これらの界面における光の吸収が抑制され、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）の発生を抑制することができる。延いてはしきい値電流が低く、共振器端面と反射膜との界面近傍において劣化が起こりにくく信頼性が高く、歩留まりの高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図２】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの前部高反射膜近傍の部分断面図である。
【図３】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部高反射膜近傍の部分断面図である。
【図４】この発明に係る実施の形態１の半導体レーザの高反射膜における光の電界強度を説明した模式図である。
【図５】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部高反射膜近傍の部分断面図である。
【図６】この発明に係る実施の形態２の半導体レーザの高反射膜における光の電界強度を説明した模式図である。
【図７】この発明に係る誘電体膜の厚みに対する界面での電界強度を示すグラフである。
【図８】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部高反射膜近傍の部分断面図である。
【図９】この発明に係る実施の形態３の半導体レーザの高反射膜における光の電界強度を説明した模式図である。
【図１０】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部高反射膜近傍の部分断面図である。
【図１１】この発明に係る実施の形態４の半導体レーザの高反射膜における光の電界強度を説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
以下の説明において、半導体レーザはファブリ・ペロー型半導体レーザを一例として説明するが、分布帰還型半導体レーザや分布反射型半導体レーザに適用しても同様の効果がある。
図１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。なお以下の図において同じ符号は同一のものか相当のものを示す。
図１の半導体レーザ１０の断面図は半導体レーザの導波路方向に並行する断面における断面図で、矢印は半導体レーザ１０の出射光１２である。
この半導体レーザ１０は、発振波長が１２５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲の長波長半導体レーザである。
半導体レーザ１０は、例えばｎ型（以下ｎ型は「ｎ−」、ｐ型は「ｐ−」、特に不純物を注入していない真性の場合は「ｉ−」と記載する。）のＩｎＰ基板１４とこのＩｎＰ基板１４の上に順次配設されたｎ−ＩｎＰのｎ型クラッド層１６、ＩｎＧａＡｓＰの活性層１８、およびｐ−ＩｎＰのｐ型クラッド層２０が配設され、ｎ型クラッド層１６、活性層１８、およびｐ型クラッド層２０によって共振器２２が形成されている。またｐ型クラッド層２０の表面上にはｐ電極３２が、ＩｎＰ基板１４の裏面上にはｎ電極３４がそれぞれ配設されている。
【００２２】
半導体レーザ本体３６は、ＩｎＰ基板１４、このＩｎＰ基板１４の上に配設された共振器２２、ｐ電極３２、及びｎ電極３４により構成されている。
レーザ光を出射する側の共振器２２の前端面を含む劈開面をここでは半導体レーザ本体３６の前端面２４とし、半導体レーザ本体３６を介して前端面２４と互いに対向する劈開面をここでは半導体レーザ本体３６の後端面２６とする。そして半導体レーザ本体３６の前端面２４の表面に密着して前部高反射膜２８が配設され、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して後部高反射膜３０が配設されている。
半導体レーザ本体３６の構造は、例えば活性層にＡｌＧａＩｎＡｓを用いた場合の半導体レーザでは、ｎ−ＩｎＰのｎ型クラッド層とＡｌＧａＩｎＡｓ活性層との間にｎ−ＡｌＩｎＡｓ層を、ｐ−ＩｎＰのｐ型クラッド層とＡｌＧａＩｎＡｓ活性層との間にｐ−ＡｌＩｎＡｓ層を挟んだ構造が知られている。
【００２３】
図２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの前部高反射膜近傍の部分断面図である。
前部高反射膜２８は、反射率が例えば６０％の場合、次のような構成となっている。
半導体レーザ本体３６の前端面２４に密着して誘電体膜としての、例えば膜厚がλ／２のＳｉＯ２膜４０が配設される。
ここでλは媒質内波長で、先にも定義したがλ＝（半導体レーザ本体から出射される光の真空中の波長）÷（レーザ光が伝播する媒質の屈折率）であり、レーザ光が伝播する媒質により、λは変化する。以下の説明においてもλは媒質内波長を意味する。
【００２４】
次いで、このＳｉＯ２膜４０の上に第１の二重誘電体膜としての二重誘電体膜４２が２対重ねて配設されている。
二重誘電体膜４２は、ＳｉＯ２膜４０に密着した第１層目の層厚がλ／４のａ−Ｓｉ膜４２ａと、このａ−Ｓｉ膜４２ａの上に重ねて配設された第２層目の層厚がλ／４のＳｉＯ２膜４２ｂとから構成されている。二重誘電体膜４２を２対重ねて配設する場合には二重誘電体膜４２を構成する第１層目の誘電体膜と第２層目の誘電体膜が同じ順序になるように２対重ねられている。
従って前部高反射膜２８は、半導体レーザ本体３６の前端面２４の上に、半導体レーザ本体３６の前端面２４に密着したＳｉＯ２膜４０、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、ＳｉＯ２膜４２ｂ、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、およびＳｉＯ２膜４２ｂの順序で重ねて配設されている。
【００２５】
ＳｉＯ２の屈折率は１．４０〜１．４５であるので、発振波長が１２５０ｎｍ〜１６５０ｎｍであるとすると、ＳｉＯ２膜４０は約４２０ｎｍ〜６００ｎｍ程度の厚みとなる。
またａ−Ｓｉの屈折率は３〜３．４であるので、ａ−Ｓｉ膜４２ａは約９０ｎｍ〜１４０ｎｍ、ＳｉＯ２膜４２ｂの厚みは約２１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。
また共振器２２の長さは用途に応じて種々あるが、概ね２００μｍ〜１５００μｍ程度である。共振器２２を構成するＩｎＰの屈折率は３．２程度で、ＩｎＧａＡｓＰとＡｌＧａＩｎＡｓはいずれも３．２〜３．５程度である。従って共振器２２の屈折率はａ−Ｓｉ膜４２ａとほぼ等しい屈折率を有している。
【００２６】
図３はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部高反射膜近傍の部分断面図である。
後部高反射膜３０は、反射率が例えば９０％の場合、次のような構成となっている。
半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して誘電体膜としての、例えば層厚がλ／２のＳｉＯ２膜４０が配設される。次いで、このＳｉＯ２膜４０の上に二重誘電体膜４２が３対重ねて配設されている。
従って後部高反射膜３０は、半導体レーザ本体３６の後端面２６の上に、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着したＳｉＯ２膜４０、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、ＳｉＯ２膜４２ｂ、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、ＳｉＯ２膜４２ｂ、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、およびＳｉＯ２膜４２ｂの順序で重ねて配設されている。
【００２７】
この構成では半導体レーザ本体３６の前端面２４や後端面２６に密着する誘電体膜としてＳｉＯ２膜４０を使用している。これは半導体との密着性がよく、使用実績のある材料であり、かつ次に重ねられる層（この例の場合はａ−Ｓｉ膜４２ａ）の屈折率よりも小さければよい。従って、例えばＡｌ２Ｏ３やＳｉ３Ｎ４やＡｌＮなどでもよい。
また二重誘電体膜４２の第２層目としてＳｉＯ２膜４２ｂが使用されているが、この層もａ−Ｓｉ膜４２ａより屈折率が低い材料であればよいので、ＳｉＯ２膜に変えてＡｌ２Ｏ３膜を使用してもよい。
【００２８】
従来のファブリ・ペロー型半導体レーザでは、共振器の前端面にＡｌ２Ｏ３の厚さλ／２の単層膜が形成されている場合は反射率が３０％程度で、共振器の後端面に各層厚がλ／４のＳｉＯ２膜、Ｓｉ膜、およびＳｉＯ２膜の３層を積層した膜の場合は反射率が約６０%となる。
この実施の形態においては、前部高反射膜２８の反射率が６０％で、後部高反射膜３０の反射率が９０％であるので、従来のファブリ・ペロー型半導体レーザと比較してミラー損失が低減され、しきい値電流の低い半導体レーザを得ることが可能である。
なおレーザ光の出射端面である前部高反射膜２８に比べて後部高反射膜３０の反射率が高くなるので、二重誘電体膜４２を重ねる対の数が多くなり、後部高反射膜３０の全層厚が厚くなるが、全層厚が２μｍを越えると組立時の熱応力により、膜の剥がれが起きやすくなる。このため後部高反射膜３０の全層厚は２μｍ以下になることが望ましい。
この構成のように二重誘電体膜４２の第１層目としてａ−Ｓｉ膜４２ａが使用されているが、ａ−Ｓｉは屈折率が高いので後部高反射膜３０の厚みを２μｍ以下にしたい場合であっても、１．３ｎｍ帯や１．５ｎｍ帯の半導体レーザにおいて８０％以上の反射率を得ることができる。
【００２９】
図４はこの発明に係る実施の形態１の半導体レーザの高反射膜における光の電界強度を説明した模式図である。
図４における高反射膜は、一例として後部高反射膜３０について説明しているが、前部高反射膜２８においても同様である。
図４において、曲線４６は光の電界強度分布を示している。曲線４６の上に凸の部分はそれぞれ光の電界強度の極大値を示し、下端はそれぞれ極小値を示している。
後部高反射膜３０とその近傍における光の電界強度の分布は、半導体レーザ本体３６とＳｉＯ２膜４０との境界において光の電界強度は極小値を示し、ＳｉＯ２膜４０と第１対目の二重誘電体膜４２のａ−Ｓｉ膜４２ａとの境界においても極小値を示し、第１対目の二重誘電体膜４２と第２対目の二重誘電体膜４２との境界、第２対目の二重誘電体膜４２と第３対目の二重誘電体膜４２との境界、および第３対目の二重誘電体膜４２の空気の露呈面において極小値を示している。
【００３０】
一方それぞれの二重誘電体膜４２の第１層のａ−Ｓｉ膜４２ａと第２層のＳｉＯ２膜４２ｂとの境界において光の電界強度が極大値を示している。
半導体レーザ本体３６の後端面２６上に配設された後部高反射膜３０とその近傍における各層の構成を屈折率に関して述べると、後部高反射膜３０は、半導体レーザ本体３６の共振器２２に密着する層厚がλ／２の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４０）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、および層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）から構成されている。
そしてこの構成を有するので、半導体レーザ本体３６の共振器２２と層厚がλ／２の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４０）との界面における光の電界強度が極小値を示し、図４に示されるような光の電界強度分布を示すのである。
【００３１】
本来異種材料の界面では光の吸収が生じやすい。半導体レーザの劣化の主要因のひとつとして異種材料界面における光の吸収とそれに伴う発熱が知られている。このような劣化の中で最もよく知られているのがＣＯＤで、半導体材料と反射膜第１層との界面における光吸収により発生しやすい。
異種材料界面における光の吸収を抑制するためには、その部分における光子密度を低減することが有効である。光子密度が低ければ光の吸収が起こりにくいからである。光子密度は光の電界強度によって決定され、光の電界強度が高い部分は光子密度が大きい。このため異種材料界面における光の電界強度を下げることが半導体レーザの劣化の抑制に有効である。
【００３２】
従ってこの実施の形態１に係る後部高反射膜３０の構成では、半導体レーザ本体３６の後端面２６の上に、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着したＳｉＯ２膜４０、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、ＳｉＯ２膜４２ｂ、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、ＳｉＯ２膜４２ｂ、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、およびＳｉＯ２膜４２ｂを有し、反射率の高い高反射膜が構成され、ミラー損失を少なくして半導体レーザのしきい値電流をさげるとともに、さらに半導体レーザ本体３６の共振器２２と層厚がλ／２の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４０）との界面における光の電界強度を極小にすることにより、この界面における光子密度を低減し、光吸収とそれに伴う発熱を少なくして、半導体レーザ本体３６の共振器２２端面とＳｉＯ２膜４０との界面におけるＣＯＤの発生を抑制することができる。すなわちしきい値電流の低減とCODの発生の抑制とを両立させることが可能となる。
【００３３】
しかも半導体レーザ本体３６の共振器２２を構成する半導体材料とＳｉＯ２膜４０との密着性が高く機械的強度が高い。同様にＳｉＯ２膜４０とａ−Ｓｉ膜４２ａとの界面における密着性も高く機械的強度も高い。このため後部高反射膜３０を半導体レーザ本体３６の後端面２６の上に強固に積層することができる。従って後部高反射膜３０を構成する二重誘電体膜４２を多く積層しても、組立の際の加熱により半導体レーザ本体３６の後端面２６からの後部高反射膜３０の剥離の発生を抑制でき、製品の歩留まりを高めることができる。
【００３４】
なおこれまでの説明ではファブリ・ペロー型半導体レーザを一例として説明したが、レーザ光の出射端面側に、例えば共振器を構成する材料の屈折率の平方根に近い屈折率を有する材料の膜、例えば層厚がλ／４のＳｉ３Ｎ４膜を反射防止膜として使用し、後端面に後部高反射膜３０と同様の反射膜を形成することにより、ファブリ・ペロー型半導体レーザである半導体レーザ１０と同様の効果がある。
とくに分布帰還型半導体レーザにおいては後部高反射膜側で光密度が高くなるが、共振器と後部高反射膜との界面における光の電界強度を低くすることができるので、レーザの劣化を抑制することができる。また後部高反射膜が半導体レーザ本体の端面から剥離することを抑制することができる。
【００３５】
また分布反射型半導体レーザでは、共振器の後端面側に配設された活性層に連続して、活性層の出射端面側にパッシブ導波路が接続され、このパッシブ導波路に沿って回折格子が形成されている構成であるが、パッシブ導波路側の出射端面に反射防止膜が形成され、後端面側に、実施の形態１の後部高反射膜３０と同様の反射膜を形成することにより、ファブリ・ペロー型半導体レーザである半導体レーザ１０と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
以上のようにこの発明に係る半導体レーザ装置は、互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の正整数倍を２で除した厚みを有する誘電体膜と、この誘電体膜上に配設され、誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、第１層が第２の屈折率と出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４の厚みを有し、第２層が第３の屈折率と出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４の厚みを有する第１の二重誘電体膜と、を備えたものである。
【００３７】
この構成により誘電体膜がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるので共振器端面と誘電体膜との界面および誘電体膜と第１の二重誘電体膜の第１層であるａ−Ｓｉとの界面における接着強度が高く、第１の二重誘電体膜を強固に積層することができ、高反射率膜を歩留まりよくの形成することができる。さらに共振器端面と誘電体膜との界面および誘電体膜と第１の二重誘電体膜の第１層であるａ−Ｓｉとの界面それぞれにおける光の電界強度が極小値を示し、これらの界面における光の吸収が抑制され、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）の発生を抑制することができる。延いてはしきい値電流が低く、共振器端面と反射膜との界面近傍において劣化が起こりにくく信頼性が高く、歩留まりの高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【００３８】
実施の形態２．
図５はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部高反射膜近傍の部分断面図である。
この実施の形態２の説明は、後部高反射膜において説明するが、前部高反射膜に適用しても同様の効果がある。
図５において、後部反射膜５０は、二重誘電体膜４２が３対重ねて配設されていることは実施の形態１の後部反射膜３０と同じであるが、後部反射膜３０では半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して層厚がλ／２のＳｉＯ２膜４０が配設され、この上に重ねて二重誘電体膜４２が３対配設されているのに対して、後部反射膜５０においては、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して誘電体膜としての、ＳｉＯ２の薄膜、例えば層厚がλ／２５のＳｉＯ２膜５２が配設され、この上に重ねて二重誘電体膜４２が３対配設されている。
【００３９】
すなわち、後部高反射膜５０は、反射率が例えば９０％の場合、次のような構成となっている。
半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して層厚がλ／２５のＳｉＯ２膜５２が配設される。次いで、このＳｉＯ２膜５２の上に二重誘電体膜４２が３対重ねて配設されている。
従って後部高反射膜５０は、半導体レーザ本体３６の後端面２６の上に、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着した層厚がλ／２５の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜５２）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、および層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）から構成されている。
【００４０】
この構成では半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着する誘電体膜としてＳｉＯ２膜５２を使用している。これは実施の形態１と同様に例えばＳｉ３Ｎ４や、Ａｌ２Ｏ３や、ＡｌＮなどでもよい。
この実施の形態２の構成では半導体レーザ本体３６とａ−Ｓｉ膜４２ａとはほぼ同じ程度の屈折率を有しており、例え薄いＳｉＯ２膜５２が半導体レーザ本体３６とａ−Ｓｉ膜４２ａと間に介在していたとしても、光の電界強度の分布は半導体レーザ本体３６とａ−Ｓｉ膜４２ａの仕様により決定される。
【００４１】
図６はこの発明に係る実施の形態２の半導体レーザの高反射膜における光の電界強度を説明した模式図である。
図６において、後部高反射膜５０とその近傍における光の電界強度の分布は曲線４６で示され、後部高反射膜５０の光の電界強度は、半導体レーザ本体３６とＳｉＯ２膜５２との界面が極小値ではなく、ＳｉＯ２膜５２と第１対目の二重誘電体膜４２のａ−Ｓｉ膜４２ａとの境界において極小値を示し、第１対目の二重誘電体膜４２と第２対目の二重誘電体膜４２との境界、第２対目の二重誘電体膜４２と第３対目の二重誘電体膜４２との境界、および第３対目の二重誘電体膜４２の空気の露呈面において極小値を示している。一方それぞれの二重誘電体膜４２の第１層のａ−Ｓｉ膜４２ａと第２層のＳｉＯ２膜４２ｂとの境界において光の電界強度が極大値を示している。
半導体レーザ本体３６の共振器２２とλ／２５厚みの低屈折率膜（ＳｉＯ２膜５２）との界面における光の電界強度は極小値ではないが、ＳｉＯ２膜５２の厚みが薄いので、ＳｉＯ２膜５２と第１対目の二重誘電体膜４２のａ−Ｓｉ膜４２ａとの境界における極小値に近接した値を示す。
【００４２】
図７はこの発明に係る誘電体膜の厚みに対する界面での電界強度を示すグラフである。
図７において横軸は媒質内波長に対する層厚の比、即ち層厚／媒質内波長であり、縦軸は界面での規格化電界強度を示している。横軸が０．２５、即ち層厚がλ／４の時の界面での規格化された電界強度を１としている。
すなわち図５及び図６において説明すると、ＳｉＯ２膜５２の膜厚がλ／４の時に、半導体レーザ本体３６の共振器２２とＳｉＯ２膜５２との界面における光の電界強度が極大値である１であることを示している。
【００４３】
実施の形態１の場合、半導体レーザ本体３６の共振器２２の端面に厚みがλ／２のＳｉＯ２膜４０が配設されているが、ａ−Ｓｉが熱伝導率が高いのに対して、ＳｉＯ２は熱伝導率が低く、共振器２２と後部高反射膜３０との界面における発生熱の放熱が順調に行われがたい場合がある。このような場合には、ＳｉＯ２膜を薄くすることによって熱伝導をよくすることが考えられる。
この実施の形態２ではこの考えに基づき厚みを薄くしたＳｉＯ２膜５２を配設している。
先にも記載したが、半導体レーザ本体３６の共振器２２とＳｉＯ２膜５２との界面では、光の電界強度は最小値にならず、ＳｉＯ２膜５２の厚みにより、先の図７において示した界面での規格化電界強度を有することになる。従ってＳｉＯ２膜５２の厚みの上限値は光の電界強度を何処まで許容できるかにより決定される。
【００４４】
この実施の形態では、例えば層厚をλ／２５としていることは次の理由による。
従来のファブリ・ペロー型半導体レーザの場合、前端面の反射率を３０％、後端面の反射率を６０％とした半導体レーザと比較して、実施の形態１において示した前端面の反射率を６０％、後端面の反射率を９０％とした半導体レーザでは後端面における光密度は２倍高くなる。従って光の電界強度を従来の半導体レーザの１／２にすれば、同等の信頼性を確保することができる。
図７を参照して、界面における規格化電界強度が１／２となる膜厚は、層厚／媒質内波長の値が概ね０．０４のところであり、これは即ち層厚がλ／２５であることを示している。
この実施の形態２ではＳｉＯ２膜５２の厚みを、例えばλ／２５としているが、ＳｉＯ２膜５２の膜厚をλ／２５以下とすることにより、共振器２２と後部高反射膜３０との界面における発生熱の放熱を一層よくするとともに、共振器２２とＳｉＯ２膜５２との界面における光の電界強度をより低くすることができる。延いてはＣＯＤに対する信頼性がより高い半導体レーザを構成することができる。
【００４５】
従ってこの実施の形態２に係る後部高反射膜５０の構成では、半導体レーザ本体３６の後端面２６の上に、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着したＳｉＯ２膜５２、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、ＳｉＯ２膜４２ｂ、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、ＳｉＯ２膜４２ｂ、ａ−Ｓｉ膜４２ａ、およびＳｉＯ２膜４２ｂの順序で重ねて配設された構成を有しているので、反射率の高い高反射膜が構成され、ミラー損失を少なくして半導体レーザのしきい値電流を低減することができる。さらに、半導体レーザ本体３６の共振器２２と薄い低屈折率膜（ＳｉＯ２膜５２）との界面における光の電界強度をできるだけ極小値に近づけることにより光吸収とそれに伴う発熱を少なくして、さらに半導体レーザ本体３６の共振器２２端面とＳｉＯ２膜５２との界面近傍における放熱を良くして、ＣＯＤに対する信頼性を高めることができる。
【００４６】
以上のようにこの発明に係る半導体レーザ装置は、互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の１／２５以下の厚みを有する誘電体膜と、この誘電体膜上に配設され、誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、第１層が第２の屈折率と出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４の厚みを有し、第２層が第３の屈折率と出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４の厚みを有する第１の二重誘電体膜と、を備えたものである。
【００４７】
この構成により、誘電体膜がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるので共振器端面と誘電体膜との界面および誘電体膜と第１の二重誘電体膜の第１層であるａ−Ｓｉとの界面における接着強度が高く、第１の二重誘電体膜を強固に積層することができ、高反射率膜を歩留まりよく形成することができる。さらに誘電体膜は第１の屈折率と化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の１／２５以下の厚みを有するので、共振器端面と誘電体膜との界面における光の電界強度を極小値に近接させることにより、この界面での光の吸収を抑制するとともに、この界面近傍の放熱を良くして、ＣＯＤの発生をより一層抑制することができる。延いてはしきい値電流が低く、共振器端面と反射膜との界面近傍において劣化が起こりにくく信頼性の高い、歩留まりの高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【００４８】
実施の形態３．
図８はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部高反射膜近傍の部分断面図である。
この実施の形態３の説明は、後部高反射膜において説明するが、前部高反射膜に適用しても同様の効果がある。
図８において、後部反射膜６０は、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して誘電体膜としての、例えば層厚がλ／２のＳｉＯ２膜４０が配設される。次いで、このＳｉＯ２膜４０の上に第２の二重誘電体膜としての、二重誘電体膜６２が１対重ねて配設され、この二重誘電体膜６２の上に二重誘電体膜４２が２対重ねて配設されている。
【００４９】
二重誘電体膜６２はＳｉＯ２膜４０に密着した第１層目の層厚が、例えば３λ／８のａ−Ｓｉ膜６２ａと、このａ−Ｓｉ膜６２ａの上に重ねて配設された第２層目の層厚がλ／８のＳｉＯ２膜６２ｂとから構成されている。
すなわち、後部高反射膜６０は、次のような構成となっており、反射率は９０％から多少変化している。
後部高反射膜６０は、半導体レーザ本体３６の共振器２２に密着する層厚がλ／２の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４０）、層厚が３λ／８の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜６２ａ）、層厚がλ／８の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜６２ｂ）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、および層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）から構成されている。
【００５０】
図９はこの発明に係る実施の形態３の半導体レーザの高反射膜における光の電界強度を説明した模式図である。
図９において、後部高反射膜６０とその近傍における光の電界強度の分布は曲線４６で示されている。
後部高反射膜６０とその近傍における光の電界強度分布は、半導体レーザ本体３６とＳｉＯ２膜４０との境界において光の電界強度は極小値を示し、ＳｉＯ２膜４０と第１対目の二重誘電体膜６２のａ−Ｓｉ膜６２ａとの境界においても極小値を示し、第１対目の二重誘電体膜６２と第２対目の二重誘電体膜４２との境界、第２対目の二重誘電体膜４２と第３対目の二重誘電体膜４２との境界、および第３対目の二重誘電体膜４２の空気の露呈面において極小値を示している。これは実施の形態１の後部高反射膜３０と同じである。
またそれぞれの二重誘電体膜４２の第１層のａ−Ｓｉ膜４２ａと第２層のＳｉＯ２膜４２ｂとの境界において光の電界強度が極大値を示している。これは実施の形態１の後部高反射膜３０と同じである。
【００５１】
しかしながら、第１対目の二重誘電体膜６２のａ−Ｓｉ膜６２ａとＳｉＯ２膜６２ｂとの界面における光の電界強度は極大値ではなく、極大値よりも低減されている。
実施の形態１の説明においても述べたように、ＣＯＤを抑制するためには異種材料界面における光の電界強度を下げることが有効である。特に実施の形態１および２において示した構成により半導体レーザ本体３６の共振器２２を構成する半導体材料と後部或いは前部高反射膜との境界での光の電界強度が低減された場合、次いで電界強度が高くなっている異種材料界面は、第１対目の二重誘電体膜の第１層と第２層との界面であり、実施の形態１の後部高反射膜３０で云えば、第１対目の二重誘電体膜４２のａ−Ｓｉ膜４２ａとＳｉＯ２膜４２ｂとの界面である。
この界面における電界強度を下げるために、実施の形態３では二重誘電体膜６２では第１層を層厚が３λ／８の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜６２ａ）とし、第２層を層厚がλ／８の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜６２ｂ）とすることにより、これらの界面が光の電界強度の極大値の位置と一致しないようにしている。
【００５２】
なおここでは、第１層の層厚を３λ／８、第２層の層厚をλ／８としているが、これに限らず、第１層がλ／４を越えかつλ／２未満の厚みを有し、第２層がλ／４未満の厚みを有すればよい。
さらにこの実施の形態では第１層の層厚を厚く、第２層の層厚を薄くしているがこれに限らず、第１層の層厚を薄く、第２層の層厚を厚くしても良い。
すなわち第１層がλ／４未満の厚みを有し、第２層がλ／４を越えかつλ／２未満の厚みを有する構成でも同様の効果がある。
さらに二重誘電体膜６２の第１層と第２層の厚みを変化させることにより、高反射膜全体としての反射率を比較的自由に選択することができて、高反射膜の設計の自由度を高めることができる。
【００５３】
以上のようにこの発明に係る半導体レーザ装置は、互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の正整数倍を２で除した厚みを有する誘電体膜と、この誘電体膜上に配設され、誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、第１層が第２の屈折率と出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４を越えかつ第２の媒質内波長の１／２未満の厚みを有し、第２層が第３の屈折率と出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４未満の厚みを有する第２の二重誘電体膜と、を備えたものである。
【００５４】
また、この発明に係る半導体レーザ装置は、互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と上記化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の正整数倍を２で除した厚みを有する誘電体膜と、この誘電体膜上に配設され、誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、第１層が第２の屈折率と出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４未満の厚みを有し、第２層が第３の屈折率と出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４を越えかつ第３の媒質内波長の１／２未満の厚みを有する第３の二重誘電体膜と、を備えたものである。
【００５５】
この構成により、実施の形態１の効果に加えて、第２の二重誘電体膜を構成する異種材料界面における光の電界強度を低減することができ、さらにＣＯＤに対する信頼性を高めることができる。延いては共振器端面と反射膜との界面近傍において劣化が起こりにくくし、しきい値電流が低く、歩留まりの高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【００５６】
実施の形態４．
図１０はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの後部高反射膜近傍の部分断面図である。
この実施の形態４の説明は、後部高反射膜において説明するが、前部高反射膜に適用しても同様の効果がある。
図１０において、後部反射膜７０は、半導体レーザ本体３６の後端面２６に密着して誘電体膜としての例えば層厚がλ／２５のＳｉＯ２膜５２が配設される。次いでこのＳｉＯ２膜５２の上に二重誘電体膜６２が１対重ねて配設され、この二重誘電体膜６２の上に二重誘電体膜４２が２対重ねて配設されている。
すなわち、後部高反射膜７０は、次のような構成となっており、反射率は９０％から多少変化している。
後部高反射膜７０は、半導体レーザ本体３６の共振器２２に密着する層厚がλ／２５の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜５２）、層厚が３λ／８の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜６２ａ）、層厚がλ／８の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜６２ｂ）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）、層厚がλ／４の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜４２ａ）、および層厚がλ／４の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜４２ｂ）から構成されている。
【００５７】
図１１はこの発明に係る実施の形態４の半導体レーザの高反射膜における光の電界強度を説明した模式図である。
図１１において、後部高反射膜７０とその近傍における光の電界強度の分布は曲線４６で示されている。
後部高反射膜７０とその近傍の電界強度分布は、半導体レーザ本体３６とＳｉＯ２膜５２との界面が極小値ではなく、ＳｉＯ２膜５２と第１対目の二重誘電体膜６２のａ−Ｓｉ膜６２ａとの境界において極小値を示し、第１対目の二重誘電体膜６２と第２対目の二重誘電体膜４２との境界、第２対目の二重誘電体膜４２と第３対目の二重誘電体膜４２との境界、および第３対目の二重誘電体膜４２の空気の露呈面において極小値を示している。
また第２対目および第３対目の二重誘電体膜４２の第１層のａ−Ｓｉ膜４２ａと第２層のＳｉＯ２膜４２ｂとの境界において光の電界強度が極大値を示しているが、第１対目の二重誘電体膜６２のａ−Ｓｉ膜６２ａとＳｉＯ２膜６２ｂとの界面における光の電界強度は極大値ではなく、極大値よりも低減されている。
【００５８】
半導体レーザ本体３６の共振器２２の端面２６に密着しているＳｉＯ２膜５２は、その熱伝導率がａ−Ｓｉの熱伝導率に比べて小さいので、薄い方が放熱がよい。ＳｉＯ２膜５２の層厚は実施の形態２において述べた如くλ／２５以下にするのが望ましい。
この構成により、実施の形態２に記載した効果を有する。
さらに、第１対目の二重誘電体膜６２のａ−Ｓｉ膜６２ａとＳｉＯ２膜６２ｂとの界面における光の電界強度は極大値ではなく、極大値よりも低減されている。半導体レーザ本体３６の共振器２２を構成する半導体材料と後部或いは前部高反射膜との境界での光の電界強度が低減された場合、次いで電界強度が高くなっている異種材料界面は、第１対目の二重誘電体膜の第１層と第２層との界面であり、この界面における電界強度を下げるために、実施の形態３では二重誘電体膜６２では第１層を層厚が３λ／８の高屈折率膜（ａ−Ｓｉ膜６２ａ）とし第２層を層厚がλ／８の低屈折率膜（ＳｉＯ２膜６２ｂ）とすることにより、これらの界面が光の電界強度の極値の位置と一致しないようにしている。
なお、第１対目の二重誘電体膜６２のａ−Ｓｉ膜６２ａとＳｉＯ２膜６２ｂの厚みは実施の形態３で述べたのと同様に決定される。
従って実施の形態４に係る発明は、実施の形態２の効果に加えて実施の形態３の効果をも兼ね備えている。
【００５９】
以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置は、互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と上記化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の１／２５以下の厚みを有する誘電体膜と、この誘電体膜上に配設され、誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、第１層が第２の屈折率と出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４を越えかつ第２の媒質内波長の１／２未満の厚みを有し、第２層が第３の屈折率と出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４未満の厚みを有する第２の二重誘電体膜と、を備えたものである。
【００６０】
またこの発明に係る半導体レーザ装置は、互いに対向する共振器端面を有する化合物半導体レーザ本体と、この化合物半導体レーザ本体の共振器端面に密着して配設され、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるとともに、この材料の第１の屈折率と化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の１／２５以下の厚みを有する誘電体膜と、この誘電体膜上に配設され、誘電体膜に近接した第１層がアモルファスシリコンにより形成され、この第１層の上に配設された第２層がアモルファスシリコンの第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する材料により構成されるとともに、第１層が第２の屈折率と出射光の波長から定まる第２の媒質内波長の１／４未満の厚みを有し、第２層が第３の屈折率と出射光の波長から定まる第３の媒質内波長の１／４を越えかつ第３の媒質内波長の１／２未満の厚みを有する第３の二重誘電体膜と、を備えたものである。
【００６１】
この構成により、誘電体膜がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちのいずれかひとつの材料により形成されるので共振器端面と誘電体膜との界面および誘電体膜と第１の二重誘電体膜の第１層であるａ−Ｓｉとの界面における接着強度が高く、第１の二重誘電体膜を強固に積層することができ、高反射率膜を歩留まりよく形成することができる。さらに誘電体膜は第１の屈折率と化合物半導体レーザ本体の出射光の波長から定まる第１の媒質内波長の１／２５以下の厚みを有するので、共振器端面と誘電体膜との界面における光の電界強度を極小値に近づけることによりこの界面での光の吸収を抑制するとともに、この界面近傍の放熱を良くして、ＣＯＤの発生をより一層抑制することができる。
さらに第２の二重誘電体膜を構成する異種材料界面における光の電界強度を低減することができ、さらにＣＯＤに対する信頼性を高めることができる。延いてはしきい値電流が低く、共振器端面と反射膜との界面近傍において劣化が起こりにくく信頼性が高く、歩留まりの高い半導体レーザ装置を提供することができる。
なお以上の各実施の形態において、ＣＯＤを抑制することが可能となるので耐久性が向上し、しきい値電流が低くなるのでエネルギー消費の削減に繋がり、歩留まりが向上し、環境負荷を低減するなどの効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置は、光通信システムなどの使用に対して有用である。
【符号の説明】
【００６３】
３６  半導体レーザ本体、    ４０  ＳｉＯ２膜、    ４２  二重誘電体膜、    ５２  ＳｉＯ２膜、    ６２  二重誘電体膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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