(57)【要約】【課題】設計の自由度の高い光半導体素子のコーティング膜の設計方法を提供する。【解決手段】この発明に係る光半導体のコーティング膜の設計方法は、等価屈折率ｎｃを有する半導体レーザ１２の一方の端面に、屈折率ｎ1、膜厚ａ0×ｄ1の被覆膜と屈折率ｎ2、膜厚ａ0×ｄ2の被覆膜との基底コーティング膜対２２の上に、屈折率ｎ1、膜厚ａ1×ｄ1の被覆膜と屈折率ｎ2、膜厚ａ1×ｄ2の被覆膜とを一対とした第１コーティング膜対２４を重ねて、半導体レーザのレーザ光の波長λ０に対して、振幅反射率の実部及び虚部をゼロとするとともにｎ1，ｎ2のいずれか一方のみがｎcとｎ0との積の平方根より小さく、かつ被覆膜層各層のそれぞれの屈折率と膜厚との積により規定される値の総和をλ0／４の整数倍以外の値で、かつλ0／４より大きくしたものである。【選択図】図２
2011176380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等価屈折率ｎcを有する光半導体素子の光を入射または出射する端面に形成されるコーティング膜の設計方法であって、
屈折率がｎ1で係数ａ0を正の実数としたときに、膜厚がａ0×ｄ1である第１の被覆膜、およびこの第１の被覆膜上に形成され屈折率がｎ2で膜厚がａ0×ｄ2の第２の被覆膜、の屈折率と膜厚とを設定する工程と、
この第２の被覆膜の表面上に形成され、屈折率がｎ1で係数ａk（k＝１，２，・・，ｍ）を少なくとも一つがａ0と異なる正の実数としたときに膜厚をａk×ｄ1とする第３の被覆膜およびこの第３の被覆膜上に形成され、屈折率がｎ2で膜厚がａk×ｄ2の第４の被覆膜を有する被覆膜対を、k＝１，２，・・，ｍと変化させて順次さらにｍ対有する被覆膜層の屈折率と膜厚とを設定する工程と、
この被覆膜層の表面上の自由空間の屈折率をｎ0としたときに、光半導体素子を伝播する光の波長λ0に対して、ａk×ｄ1、ａk×ｄ2を含めて、波長λ0、屈折率ｎ1、ｎ2、膜厚ａ0×ｄ1、ａ0×ｄ2により規定される振幅反射率の実部及び虚部をゼロとする工程とを含み、
ｎ1，ｎ2のいずれか一方のみがｎcとｎ0との積の平方根より小さく、かつ被覆膜層各層のそれぞれの屈折率と膜厚との積により規定される値の総和をλ0／４の整数倍以外の値で、かつλ0／４より大きくすることを特徴とした光半導体素子のコーティング膜の設計方法。
【請求項２】
被覆膜層の最上層の被覆膜対の第４の被覆膜上に、屈折率がｎ1で係数ｂ1を正の実数としたときに厚みがｂ1×ｄ1の第５の被覆膜が、さらに形成されることを特徴とした請求項１記載の光半導体素子のコーティング膜の設計方法。
【請求項３】
被覆膜層が光半導体素子の端面と第１の被覆膜との間に、屈折率がｎ2で係数ｃ1を正の実数としたときに膜厚がｃ1×ｄ2の第６の被覆膜が、さらに形成されることを特徴とした請求項１記載の光半導体素子のコーティング膜の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光情報処理用の光源、光通信の信号源、ファイバアンプの励起光源として用いられる半導体レーザ装置、半導体光増幅器（ＳＯＡ、semiconductor optical amplifier）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ、superluminescent diode）、光変調器などの光半導体素子のコーティング膜の設計方法に係り、特にこれらに用いられる光半導体素子の端面に形成されるコーティング膜の設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の説明では光半導体装置のうち、半導体レーザ装置について説明する。
図５３は従来の半導体レーザの波長の出力依存性を示す模式図である。
図５３の出力依存性をしめす半導体レーザは、その前端面はＳiＯ2膜、後端面はＳiＯ2膜／アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと表記する）多層膜がそれぞれコーティングされ、前端面の反射率は６％、後端面の反射率は９４％となっている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
図５３に示されるように、光出力１ｍＷから３０ｍＷまで変化するに従い発振波長は７８０ｎｍ〜７８６ｎｍまで６ｎｍ長くなる。この波長の変化は、単位出力当たりの波長変化に換算すると０．２１ｎｍ／ｍＷとなり、スロープ効率が１ｍＷ／ｍＡとすると、０．２１ｎｍ／ｍＡとなる。
この波長変化は、注入電流増加による活性層の温度上昇が引き起こすものであり、温度に換算した場合、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザでは約０．２〜０．３ｎｍ／℃、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザで約０．４〜０．７ｎｍ／℃と言われている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
また図５３から分かるように、光出力を変化させても、発振波長は７８０ｎｍ近傍の値を示し、光出力つまり注入電流を変えても、約０．２１ｎｍ／ｍＡ程度で連続的に変化するのみであった。
さらに、半導体レーザの前端面には、波長λにたいして厚さがλ／４のＳiＯ２膜を設けたのみなので、端面の反射率は６％程度で、１％以下の低反射率ではない。
【０００５】
また、端面に設ける無反射コーティング膜を２層以上の誘電体薄膜で構成し、第１層はパッシベーション機能を果たす膜で、第２層以上はλ／４の無反射コーティング膜で構成する例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の半導体レーザの無反射膜の構成を示す記載がある。（例えば特許文献２、非特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２９３７９１号公報
【特許文献２】特許第３０１４２０８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Ohtoshi et. Al., “High-power visible GaAlAs lasers with self-aligned strip buried heterostructure”, J. Appl. Phys., Vol. 56, No. 9, pp.2491-2496, 1984
【非特許文献２】米津宏雄著、“光通信素子工学”、工学図書、２版、ｐ．２４４−２５５
【非特許文献３】IEE Electronics Lett. Vol. 31, No. 31, pp. 1574-1575
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような構成の従来の半導体レーザでは、低反射率の端面コーティング膜は高々反射率が６％程度になる。
あるいはコーティング膜のトータル膜厚が所望の波長λ0の１／４以下である場合には、１％以下の低反射率のとなる波長λ0近傍の波長領域幅が１００ｎｍを越えるようにすることが出来るが、トータル膜厚が薄いために放熱が悪く端面劣化の原因になる場合があった。
また所望の波長λ0で無反射になるコーティング膜を形成し、放熱をよくするために所望の波長λ0の１／４以上の厚さにすると、波長に対する反射率依存性が急峻になるなどの問題があった。
【０００９】
図５４は従来の半導体レーザの無反射膜の構成を示す模式図である（例えば特許文献２、非特許文献３）。
図５４において、２００は従来の半導体レーザで、２０２は実効屈折率がｎpの半導体レーザ素子、２０４は屈折率がｎ01、膜厚がｄ01の第１層膜で半導体レーザ２０２の端面に形成されている。２０６は屈折率がｎ02、膜厚がｄ02の第２層膜で、第１層膜２０４の表面に形成されている。２０８は屈折率がｎ03、膜厚がｄ03の第３層膜で、第２層膜２０６の表面に形成されている。ｎ0は第３層膜２０８の表面が接している外界の屈折率である。
【００１０】
図５５は、従来の無反射膜における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図５５において、曲線ａ、及び曲線ｂは、半導体レーザ素子２０２の実効屈折率がｎc＝３．２で、波長λ0＝１．３μｍ近傍における無反射膜の反射率の波長依存性を示している。
曲線ａは第１層膜２０４及び第３層膜２０８がＡｌ2Ｏ3により構成されその屈折率がｎ01＝ｎ03＝１．６、第２層膜２０６がアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）で形成されその屈折率が＝３．２となり、それぞれの膜厚がｄ01＝ｄ03＝９０．２３ｎｍ、ｄ02＝８．２５ｎｍとした場合の反射率である。
【００１１】
曲線ｂは第１層膜２０４及び第３層膜２０８がＡｌ2Ｏ3により構成されその屈折率がｎ01＝ｎ03＝１．６、第２層膜２０６がアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）で形成されその屈折率がｎ02＝３．２となり、それぞれの膜厚がｄ01＝ｄ03＝９０．２３ｎｍ、ｄ02＝１９９．４３ｎｍとした場合の反射率である。
半導体レーザ２０２の実効屈折率がｎc＝３．２とすると、ｎf＝（ｎc×ｎ0）１／２＝１．７８８８５である。波長λ0＝１．３μｍとした場合、λ0／４は約３２５ｎｍとなる。
曲線ａの場合の３層膜のトータル膜厚（ｎ01・ｄ01＋ｎ02・ｄ02＋ｎ03・ｄ03）が３１４．５ｎｍとなり、λ0／４とほぼ等しくなる。曲線ａの場合、反射率が１％以下の低反射率の範囲が２６５ｎｍと広くなるが、厚さが必ずしも十分厚くとれないので放熱が悪く半導体レーザ素子２０２の端面劣化の原因になる場合がある。
また曲線ｂでは、熱伝導をよくするためにトータル膜厚が約９２７ｎｍと厚くすることができるが、反射率が１％以下の低反射率の範囲が５５ｎｍと極端に狭くなる。
【００１２】
また、従来から、理想的単層膜の置き換えとして２層膜または３層膜による無反射膜を構成し、膜厚を厚くする方法はあった。
例えば特許第３０１４２０８号の３層膜による無反射コーティング膜があり、この３層膜による無反射コーティング膜は、各コーティング膜の屈折率をそれぞれｎ01、ｎ02、ｎ03、各コーティング膜の膜厚をそれぞれ、ｄ01、ｄ02、ｄ03、としたときに、トータル膜厚（ｎ01・ｄ01＋ｎ02・ｄ02＋ｎ03・ｄ03）を所望の波長λ0の１／４の整数倍に構成すれば、特性行列が理想的単層膜と等しくなるというものである。
また２層膜において、１層目の膜厚ｎ01・ｄ01、１層目の膜厚ｎ02・ｄ02をそれぞれ所望の波長λ0の１／４とし、これを２層重ねると言う方法もある。
しかし、（ｎ01・ｄ01＋ｎ02・ｄ02＋ｎ03・ｄ03）を所望の波長λ0の１／４の整数倍に構成することや、１層目の膜厚ｎ01・ｄ01、１層目の膜厚ｎ02・ｄ02をそれぞれ所望の波長λ0の１／４にすることに、材料的選択の自由度が少なく、設計が困難になる場合があった。
【００１３】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は、光半導体素子を伝播する光の波長に対して設計の自由度の高い低反射の被覆膜の設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る光半導体素子のコーティング膜の設計方法は、等価屈折率ｎｃを有する光半導体素子の光を入射または出射する端面に形成されるコーティング膜の設計方法であって、屈折率がｎ1で係数ａ0を正の実数としたときに、膜厚がａ0×ｄ1である第１の被覆膜、およびこの第１の被覆膜上に形成され屈折率がｎ2で膜厚がａ0×ｄ2の第２の被覆膜、の屈折率と膜厚とを設定する工程と、この第２の被覆膜の表面上に形成され、屈折率がｎ1で係数ａk（k＝１，２，・・，ｍ）を少なくとも一つがａ0と異なる正の実数としたときに膜厚をａk×ｄ1とする第３の被覆膜およびこの第３の被覆膜上に形成され、屈折率がｎ2で膜厚がａk×ｄ2の第４の被覆膜を有する被覆膜対を、k＝１，２，・・，ｍと変化させて順次さらにｍ対有する被覆膜層の屈折率と膜厚とを設定する工程と、この被覆膜層の表面上の自由空間の屈折率をｎ0としたときに、光半導体素子を伝播する光の波長λ0に対して、ａk×ｄ1、ａk×ｄ2を含めて、波長λ0、屈折率ｎ1、ｎ2、膜厚ａ0×ｄ1、ａ0×ｄ2により規定される振幅反射率の実部及び虚部をゼロとする工程とを含み、ｎ1，ｎ2のいずれか一方のみがｎcとｎ0との積の平方根より小さく、かつ被覆膜層各層のそれぞれの屈折率と膜厚との積により規定される値の総和をλ0／４の整数倍以外の値で、かつλ0／４より大きくするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係る光半導体素子のコーティング膜の設計方法は、以上に説明したような工程を含んでいるので、以下のような効果を有する。
この発明に係る光半導体素子のコーティング膜の設計方法においては、波長λ0に対して理想的単層膜の置き換えとは異なる低反射率コーティング膜を構成することができる。このため低反射率コーティング膜を構成する被覆膜層の材料選定の自由度を高めることができる。延いては所望の被覆膜層を備えた光半導体素子を簡単に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザの模式図である。
【図２】この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザの模式図である
【図３】この発明に係る一実施例の反射率の計算結果を示すグラフである。
【図４】この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
【図５】この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
【図６】この発明の一実施例の反射率の計算結果を示すグラフである。
【図７】この発明の一実施例の反射率の計算結果を示すグラフである。
【図８】この発明に係る半導体レーザ装置の低反射コーティング膜の反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図９】この発明に係る半導体レーザ装置のトータル損失の波長依存性を示すグラフである。
【図１０】この発明に係る半導体レーザ装置のトータル損失と利得の波長依存性を示すグラフである。
【図１１】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１２】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの低反射コーティング膜の反射率を示すグラフである。
【図１３】この実施の形態に係る半導体レーザ装置の発振波長の注入電流依存性の実験結果を示すグラフである。
【図１４】この発明の一実施例の反射率を示すグラフである。
【図１５】共振器長の相違による半導体レーザのトータル損失を比較したグラフである。
【図１６】この発明の一実施例の半導体レーザにおける発振波長の実験結果を示すグラフである。
【図１７】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置のトータル損失と利得との関係を示すグラフである。
【図１８】この発明の一実施例における発振波長の電流依存性の実験結果を示すグラフである。
【図１９】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおける反射率の波長依存性を示したグラフである。
【図２０】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの発振波長の電流依存性の実験結果を示すグラフである。
【図２１】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置における発信波長の動作電流依存性を示す実験結果のグラフである。
【図２２】半導体レーザの反射率に波長依存性がない場合の損失と利得の関係を示す模式図である。
【図２３】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの損失と利得の関係を示す模式図である。
【図２４】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式断面図である。
【図２５】従来のファイバグレーティングを有する半導体レーザ装置の利得と損失とを示すグラフである。
【図２６】従来のファイバグレーティングを有する半導体レーザ装置の利得と損失とを示すグラフである。
【図２７】この発明の一実施の形態に係るファイバグレーティングを有する半導体レーザ装置の利得と損失とを示すグラフである。
【図２８】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図２９】この発明の一実施例のファイバグレーティングを伴う半導体レーザ装置の損失と利得を示すグラフである。
【図３０】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
【図３１】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３２】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３３】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３４】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３５】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３６】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３７】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３８】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図３９】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４０】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４１】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
【図４２】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
【図４３】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４４】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４５】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４６】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４７】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４８】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図４９】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５０】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５１】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５２】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５３】従来の半導体レーザの波長の出力依存性を示す模式図である。
【図５４】従来の半導体レーザの無反射膜の構成を示す模式図である。
【図５５】従来の無反射膜における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５６】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５７】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５８】この発明の一実施例に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図５９】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの一例の利得分布を示すグラフである。
【図６０】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の損失と利得との関係を示す模式図である。
【図６１】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の反射率の波長依存性とミラー損失の波長依存性を示すグラフである。
【図６２】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置における発振波長の温度及び注入電流に対する依存性を示すグラフである。
【図６３】従来の半導体レーザ装置における発振波長の温度及び注入電流に対する依存性を示すグラフである。
【図６４】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置における光出力−電流特性の温度依存性を示すグラフである。
【図６５】従来の半導体レーザ装置における光出力−電流特性の温度依存性を示すグラフである。
【図６６】この発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置において反射率を指標とした場合の波長変化抑制効果を示すグラフである。
【図６７】この発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置において波長変化に対するミラー損失変化を指標とした場合の波長変化抑制効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の実施の形態においては、光半導体装置として、例えば光半導体素子として半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置を例に挙げて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザの模式図である。
図１において、１０はこの実施の形態に係る半導体レーザで、１２は等価屈折率ｎcを有する光半導体素子としての半導体レーザ素子、１４はこの半導体レーザ素子１２の表面に配設された被覆膜層としての低反射コーティング膜で、一方の界面は半導体レーザ素子１２の、例えば前端面に密着して、他方の境界は空気層、窒素層あるいは真空層などの屈折率ｎ0が、ｎ0＝１である自由空間に接している。
【００１８】
１６は低反射コーティング膜１４を構成する第１の被覆膜としての第１層コーティング膜で、屈折率がｎ1の材料により配設され膜厚がｄ1である。膜厚は一般化して記載するとａ0×ｄ1であるが、この実施の形態ではａ0＝１としている。１８は低反射コーティング膜１４を構成する第２の被覆膜としての第２層コーティング膜で、この実施の形態では一方の境界は第１層コーティング膜１６に密着して配設され、他方の境界は自由空間に接している。第２層コーティング膜１８は屈折率がｎ2の材料により配設され、膜厚がｄ2である。膜厚は一般化して記載するとａ0×ｄ2であるが、この実施の形態ではａ0＝１である。
【００１９】
つぎに低反射コーティング膜１４について説明する。
今、半導体レーザから出射される光のうち所望の波長をλとし、第１層コーティング膜１６及び第２層コーティング膜１８における位相変化をそれぞれφ1、φ2とすると、φ1、φ2は次式のようになる。
φ1＝（２π・ｎ1・ｄ1）／λ      （１）
φ2＝（２π・ｎ2・ｄ2）／λ      （２）
このとき振幅反射率ｒは次式で表される。
ｒ＝（Ａ−ｉＢ）／（Ｃ−ｉＤ）  （３）
【００２０】
ここで、
Ａ＝（ｎc−１）cosφ1cosφ2
＋｛（ｎ1／ｎ2）−（ｎ2・ｎc）／ｎ1｝sinφ1sinφ2      （４）
Ｂ＝（（ｎc／ｎ2）−ｎ2）cosφ1 sinφ2
＋（（ｎc／ｎ1）−ｎ1）sinφ1 cosφ2                  （５）
Ｃ＝（ｎc＋１）cosφ1cosφ2
−｛（ｎ1／ｎ2）＋（ｎ2・ｎc）／ｎ1｝sinφ1sinφ2      （６）
Ｄ＝（（ｎc／ｎ2）＋ｎ2）cosφ1 sinφ2
＋（（ｎc／ｎ1）＋ｎ1）sinφ1 cosφ2                  （７）
である。またｉは虚数単位である。
【００２１】
そして、電力反射率Ｒは｜ｒ｜２で表される。
このとき次の（７）式及び（８）式を満たす場合に電力反射率Ｒはゼロとなる。
すなわち、
ｎc−１＋｛（ｎ1／ｎ2）−（ｎ2ｎc）／ｎ1｝tanφ1tanφ2=０    （８）
（（ｎc／ｎ1）−ｎ1）tanφ1＋（（ｎc／ｎ2）−ｎ2）tanφ2=０    （９）
である。
さらに、ｎ1とｎ2のいずれか一方が（ｎc×ｎ0）１／２より小さく、他方が（ｎc×ｎ0）１／２より大きいことである。いまはｎ0＝１であるので、ｎ1とｎ2の値の間に（ｎc）１／２があるということになる。
【００２２】
実施例１
半導体レーザの等価屈折率ｎc＝３．３７、第１層コーティング膜１６をＴa2Ｏ5で形成するとその屈折率はｎ1＝２．０５７、第２層コーティング膜１８をＡｌ2Ｏ3で形成するとその屈折率はｎ2＝１．６２となり、想定するレーザ光の波長λ0＝９８０nmとすると、第１層コーティング膜１６の膜厚ｄ1が、ｄ1＝７１．３４nmで、第２層コーティング膜１８の膜厚ｄ2が、ｄ2＝８６．２０nmの時に無反射となる。当然のことながらこれら膜厚の組み合わせに限らず、φ1及びφ2が２πの整数倍の時も無反射となる。これは以下の実施の形態の場合においても同様である。
【００２３】
そして、無反射膜の構成は、トータル膜厚（ｎ1ｄ1＋ｎ2ｄ2）がλ0／４の整数倍ではなく、特性行列が理想的単層膜とは一致しない。このためコーティング膜のｎ1、ｎ2を選定した後に、ｄ1、ｄ2で調整できるために、コーティング膜の材料選定が容易になり、低反射膜の設計の自由度が大きくなるという利点がある。延いては所望の低反射被覆膜層を備えた光半導体装置を簡単に構成することができる。
なお、トータル膜厚とは、被覆膜を構成する各層の膜厚にその層の屈折率を乗じた値の総和である。
【００２４】
実施の形態２．
図２は、この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
図２において、図１と同じ符号は同一のものか相当のものである。以下の各図においても、同じ符号は同一のものか相当のものである。
この実施の形態に係る一つの半導体レーザ装置は、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ0×ｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ0×ｄ2としたコーティング膜の上に、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ1×ｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ1×ｄ2としたコーティング膜とを一対としたコーティング膜対を、さらに重ねて２段構成として、低反射コーティング膜１４としたものである。
【００２５】
図２において、２０は半導体レーザ装置、２２ａは屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ0×ｄ1とした第１層コーティング膜、２２ｂは屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ0×ｄ2とした第２層コーティング膜である。これら第１層コーティング膜２２ａと第２層コーティング膜２２ｂとで基底コーティング膜対２２を形成している。
２４は基底コーティング膜対２２の上に配設された第１コーティング膜対で、２４ａは第３の被覆膜としての第３層コーティング膜で、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ1×ｄ1としたものである。２４ｂは第４の被覆膜としての第４層コーティング膜で屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ1×ｄ2としたものである。
低反射コーティング膜１４は基底コーティング膜対２２とこの上に配設された第１コーティング膜対２４とで構成されている。
ここでａ0、およびａ1はパラメータで正の実数である。
【００２６】
無反射条件の導出は実施の形態１の場合と同様で、実施の形態２の低反射コーティング膜１４が配設された端面の振幅反射率ｒの実部と虚部とがゼロになるように膜厚ｄ1、ｄ2を定める。
すなわち、（１０）式の振幅反射率ｒの実部と虚部とがゼロになるように膜厚ｄ1、ｄ2を定める。
ｒ＝｛（ｍ11＋ｍ12）ｎc−（ｍ21＋ｍ22）｝／
｛（ｍ11＋ｍ12）ｎc＋（ｍ21＋ｍ22）｝      （１０）
但し、
【００２７】
【数１】
2011176380.tif 000003
【００２８】
である。
また、実施の形態１と同様に、ｎ1とｎ2のいずれか一方が、（ｎc×ｎ0）１／２より小さく、他方が（ｎc×ｎ0）１／２より大きいとする。いまはｎ0＝１であるので、ｎ1とｎ2の値の間に（ｎc）１／２が存在するように設定する。
【００２９】
実施例２
半導体レーザの等価屈折率ｎc＝３．３７、第１層コーティング膜２２ａ及び第３層コーティング膜２４ａをＡｌ2Ｏ3で形成するとその屈折率はｎ1＝１．６２、第２層コーティング膜２２ｂ及び第４層コーティング膜２４ｂをＴa2Ｏ5で形成するとその屈折率はｎ2＝２．０５７となり、想定するレーザ光の波長λ0＝９８０nmとし、ａ0=１．２、ａ1＝０．８とすると、ｄ1＝３１９．９１nm、ｄ2＝３３．４０nmの時に無反射になる。
図３はこの発明に係る一実施例である実施例２の反射率の計算結果を示すグラフである。
【００３０】
このときレーザ光の波長λ0＝９８０nm近傍の反射率が１％以下になる波長領域幅は、図３に示されるように３６nmとなる。
次に半導体レーザ端面に配設された基底コーティング膜対の上にさらに２段のコーティング膜対を重ね、３段重ね構成の低反射コーティング膜としたものについて説明する。
【００３１】
図４は、この発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
この半導体レーザ装置においては、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ0×ｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ0×ｄ2としたコーティング膜からなる基底コーティング膜対の上に、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ1×ｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ1×ｄ2としたコーティング膜とを一対とした第１コーティング膜対を形成し、この第１コーティング膜対の上に屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ2×ｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ2×ｄ2としたコーティング膜とを一対とした第２コーティング膜対をさらに重ねて形成し、コーティング膜対を３段とし低反射コーティング膜１４としたものである。
【００３２】
図４において、３０は半導体レーザ装置、３２は第１コーティング膜対２４の上に形成された第２コーティング膜対で、３２ａは第３の被覆膜としての第５層コーティング膜で屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ2×ｄ1としたものである。３２ｂは第４の被覆膜としての第６層コーティング膜で屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ2×ｄ2としたものである。
第２コーティング膜対３２は第５層コーティング膜３２ａと第６層コーティング膜３２ｂで構成される。この第６層コーティング膜３２ｂの一方の界面は第５層コーティング膜３２ａに密着し、もう一方の界面は屈折率ｎ0、この実施の形態では、ｎ0＝１の自由空間に接している。ａ2はパラメータで正の実数である。
【００３３】
無反射条件の導出は実施の形態１の場合と同様で、低反射コーティング膜１４が配設された端面の振幅反射率ｒの実部と虚部とがゼロになるように膜厚ｄ1、ｄ2を定める。
また、ｎ1とｎ2のいずれか一方が、（ｎc×ｎ0）１／２より小さく、他方が（ｎc×ｎ0）１／２より大きく設定する。いまはｎ0＝１であるので、ｎ1とｎ2の値の間に（ｎc）１／２が存在するように設定する。
【００３４】
実施例３
半導体レーザの等価屈折率ｎc＝３．３７、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ及び第５層コーティング膜３２ａをＡｌ2Ｏ3で形成するとその屈折率はｎ1＝１．６２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂをＴa2Ｏ5で形成するとその屈折率はｎ2＝２．０５７となり、想定するレーザ光の波長λ0＝９８０nmとし、ａ0=１．２、ａ1＝１．０、ａ2＝０．８とすると、ｄ1＝２５１．６５nm、ｄ2＝３０３．７３nmの時に無反射になる。
このときレーザ光の波長λ0＝９８０nm近傍の反射率が１％以下になる波長領域幅は、２０nmとなり、４層のコーティング膜で形成された低反射コーティング膜１４の場合よりも反射率が１％以下になる波長領域幅が狭くなっている。
さらにこの３段重ねの低反射コーティング膜１４を使用したもう一つの実施例について説明する。
【００３５】
実施例４
半導体レーザの等価屈折率ｎc＝３．３７、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ及び第５層コーティング膜３２ａをＡｌ2Ｏ3で形成するとその屈折率はｎ1＝１．６２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂをＴa2Ｏ5で形成するとその屈折率はｎ2＝２．０５７となり、想定するレーザ光の波長λ0＝９８０nmとし、ａ0=１．２、ａ1＝１．０、ａ2＝０．８とすると、ｄ1＝６４．８６nm、ｄ2＝６１．６０nmの時に無反射になる。
【００３６】
このときレーザ光の波長λ0＝９８０nm近傍の反射率が１％以下になる波長領域幅は、61nmとなり広いものとなる。
この実施例４は先の実施例３と同じ計算条件であるが実施例３と異なる位相変化の値φ1、φ2を選定したものである。
なお、この実施例４の第１層コーティング膜２２ａから第６層コーティング膜３２ｂまでのトータル膜厚つまり各層コーティング膜の屈折率と膜厚との積の総和は６９５．３５ｎｍとなり、λ0／４である２４５ｎｍより大きくなっている。
次に屈折率ｎ1の材料で膜厚をｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をｄ2としたコーティング膜とを一対とし、パラメータａ0、ａ1、及びａ2により厚さを変えた３段重ねの低反射コーティング膜にさらに、屈折率ｎ1の材料で膜厚をｂ1ｄ1（パラメータｂ1は正の実数）とした第５の被覆膜としての表面層コーティング膜を加えた低反射コーティング膜１４を備えた半導体レーザ装置の実施例５について説明する。
この構成により、さらに被覆膜層が配設された端面における反射率の波長依存性の設定の自由度を高めることができる。延いてはより広範な所望の反射率の波長依存性を有する低反射被覆膜層を備えた光半導体装置を簡単に構成することができる。
【００３７】
実施例５
図５はこの発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
図５において、３６は半導体レーザ装置、３８は屈折率ｎ1の材料で膜厚をｂ1ｄ1とした表面層コーティング膜である。
半導体レーザの等価屈折率ｎc＝３．３７、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、第５層コーティング膜３２a及び表面層コーティング膜３８をＡｌ2Ｏ3で形成するとその屈折率はｎ1＝１．６２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂをＴa2Ｏ5で形成するとその屈折率はｎ2＝２．０５７となり、想定するレーザ光の波長λ0＝９８０nmとし、ａ0=１．０、ａ1＝０．５、ａ2＝１．５及びｂ1＝３．５とすると、ｄ1＝３２．０７nm、ｄ2＝７０．７５nmの時に無反射になる。
【００３８】
図６はこの発明の一実施例である実施例５の反射率の計算結果を示すグラフである。
このときレーザ光の波長λ0＝９８０nm近傍の反射率が１％以下になる波長領域幅は、図６に示される如く８３nmとなり非常に広い波長領域幅になっている。
このとき第１層コーティング膜２２ａから表面層コーティング膜３８までのトータル膜厚、つまりａ0ｎ1ｄ1＋ａ0ｎ2ｄ2＋ａ1ｎ1ｄ1＋ａ1ｎ2ｄ2＋ａ2ｎ1ｄ1＋ａ2ｎ2ｄ2＋ｂ1ｎ1ｄ1は７７４．３６nmであり、λ0／４よりも大きくなっている。
【００３９】
実施例６
図４に示した、３段重ねの低反射コーティング膜１４を使用したもう一つの実施例について説明する。
半導体レーザの等価屈折率ｎc＝３．３７、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、及び第５層コーティング膜３２ａをａ−Ｓｉで形成するとその屈折率はｎ1＝２．６０、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂをＡｌ2Ｏ3で形成するとその屈折率はｎ2＝１．６５、想定するレーザ光の波長λ0＝９８０nmとし、ａ0=１．０、ａ1＝２．０、及びａ2＝４．０とすると、ｄ1＝２９．５０nm、ｄ2＝３７．８９nmの時に無反射になる。
【００４０】
図７はこの発明の一実施例である実施例６の反射率の計算結果を示すグラフである。
このときレーザ光の波長λ0＝９８０nm近傍の反射率が１％以下になる波長領域幅は、図７に示される如く、２２４．０nmとなり非常に広い波長領域幅になっている。
なお、ここでａ−Ｓｉの屈折率を２．６０としたが、これはａ−Ｓｉが酸素導入等の製膜条件によって３．０以下の屈折率を持つように容易に実現できることを考慮したものである。
また同様に、この実施例の計算において、Ａｌ2Ｏ3の屈折率を１．６５として計算している。
【００４１】
以上述べたように、この実施の形態においては、屈折率ｎ1の材料で膜厚をｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をｄ2としたコーティング膜とを一対とし、パラメータａ0、ａ1、及びａ2により厚さを変えた、２段重ね及び３段重ねのコーティング膜対からなる低反射コーティング膜１４、さらに３段重ねのコーティング膜対にさらに屈折率ｎ1の材料で膜厚をｄ1としたコーティング膜を加えた低反射コーティング膜１４について説明したが、これは２段、３段にとどまらずさらに段数を増加させた多段の低反射コーティング膜としても構成することができる。
【００４２】
そして、実施の形態１と同様に、無反射膜の構成は、トータル膜厚（ａ0ｎ1ｄ1＋ａ0ｎ2ｄ2＋ａ1ｎ1ｄ1＋ａ1ｎ2ｄ2＋・・・＋ａkｎ1ｄ1＋ａkｎ2ｄ2＋・・・・）及び（ａ0ｎ1ｄ1＋ａ0ｎ2ｄ2＋ａ1ｎ1ｄ1＋ａ1ｎ2ｄ2＋・・・＋ａkｎ1ｄ1＋ａkｎ2ｄ2＋ｂ1ｎ1ｄ1）がλ0／４の整数倍ではなく、特性行列が理想的単層膜とは一致しない。このためコーティング膜のｎ1、ｎ2を選定した後に、ｄ1、ｄ2で調整できるために、コーティング膜の材料選定が容易になり、低反射膜の設計の自由度が大きくなるという利点がある。
【００４３】
さらに、この実施の形態においては、パラメータａk（k＝１，２，３，・・）、例えばａ0、ａ1、ａ2、ｂ1等の値を様々に選択することにより、想定するレーザ光の所望の波長λ0近傍の反射率が１％以下になる波長領域幅など、反射率の波長依存性を比較的自由度高く選択することができ、様々なレーザの出力特性を設定することができて、多様な半導体レーザ装置を容易に構成することができる。延いては所望の反射率の波長依存性を有する低反射被覆膜層を備えた光半導体装置を簡単に構成することができる。
【００４４】
実施の形態３．
図８はこの発明に係る半導体レーザ装置の低反射コーティング膜の反射率の波長依存性を示すグラフである。
図８において、この半導体レーザ装置は所望の波長λ0において無反射または反射率が極小となるようにし、その他の波長においては反射率がより高くなるようになっており、半導体レーザ装置この様な反射率の波長依存性を持つように無反射膜または低反射膜を構成することは、実施の形態１や実施の形態２に記載した低反射コーティング膜を構成することにより容易に実現することができる。
【００４５】
半導体レーザのトータル損失（あるいは総損失）αtは、内部損失αin、共振器長Ｌ、レーザ光の出射の前端面反射率Ｒf、及び後端面反射率Ｒrにより式（１２）の様に表すことができる。すなわち
αt＝αin＋（１／（２Ｌ））ｌｎ（１／（ＲfＲr））      （１２）
図９はこの発明に係る半導体レーザ装置のトータル損失αtの波長依存性を示すグラフである。
前端面反射率Ｒfが、所望の波長λ0において反射率が極小となる場合には、図９に示すように、この波長λ0において損失が極大となる波長依存性を有することになる。
【００４６】
図１０はこの発明に係る半導体レーザ装置のトータル損失αtと利得ｇの波長依存性を示すグラフである。
図１０において、実線は利得ｇ1、ｇ2、ｇ3を示す曲線、破線はトータル損失αtを示す曲線である。曲線ｇ1は注入電流が小さいときまたは低温の時、曲線ｇ3は注入電流が大きいときまたは高温の時で、曲線ｇ2は曲線ｇ1と曲線ｇ3の中間的な条件の時である。
【００４７】
曲線ｇ1の場合にはλ1において、利得とトータル損失が等しくなり、曲線ｇ3の場合にはλ4において利得とトータル損失が等しくなっていて、それぞれの波長においてレーザ発振を行う。
曲線ｇ2の場合は、波長λ0を挟んで、λ2とλ3の２箇所において利得とトータル損失が等しくなっていて、λ2とλ3でレーザ発振が可能となる。
すなわち、まず注入電流が小さいかまたは低温であるために発熱による温度上昇が小さいときは、曲線ｇ1の場合に示したように少ない利得で済み、波長λ0の短波長側でのみ損失と利得が等しくなり、半導体レーザは発振することとなる。
曲線ｇ1の場合よりも温度状態が高いかまたは注入電流が増加して温度上昇が増したときは、曲線ｇ2に示すように多くの利得を必要とするため、波長λ0を挟んで短波長側と長波長側の２箇所で利得と損失とが等しくなる。従って、この場合には半導体レーザはλ2とλ3の２波長で発振する。
【００４８】
さらに、温度が高いか注入電流が増えて温度上昇が大きくなったときには曲線ｇ3に示すように波長λ0の長波長側でのみ利得と損失とが等しくなり、半導体レーザは波長λ4で発振する。
この様に、所望の波長λ0において反射率が極小となるようにし、かつ波長λ0を挟んで短波長側と長波長側の２箇所で利得と損失とが等しくなるように無反射膜を構成し半導体レーザ端面に配設することにより、２波長で発振する半導体レーザ装置を構成することができる。
【００４９】
実施例７
図１１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。
図１１において、４０は半導体レーザ、４２はこの半導体レーザ４０のｎ型ＧａＡｓ基板（以下“ｎ型”を“ｎ−”、“ｐ型”を“ｐ−”と表記する）、４４はｎ−ＧａＡｓ基板４２上に配設されたｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、４６はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層上に配設されたアンドープのｎ側ＡｌＧａＡｓガイド層、４８はｎ側ＡｌＧａＡｓガイド層４６の上に配設されたアンドープのｎ側ＧａＡｓガイド層、５０はｎ側ＧａＡｓガイド層４８上に配設された量子井戸構造の活性層で、活性層５０はアンドープＩｎＧａＡｓ量子井戸層５０ａとアンドープＧａＡｓバリア層５０ｂを有している。
【００５０】
５２は活性層５０の上に配設されたアンドープのｐ側ＧａＡｓガイド層、５４はｐ側ＧａＡｓガイド層５２の上に配設されたアンドープのｐ側ＡｌＧａＡｓガイド層、５６はｐ側ＡｌＧａＡｓガイド層５４の上に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５８はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５６の上に配設されたｐ−ＧａＡｓキャップ層で、ｐ側ＡｌＧａＡｓガイド層５４とｐ−ＧａＡｓキャップ層５８とによりリッジ型の光導波路を形成し、この光導波路の両端面で共振器を構成している。この実施例の共振器長は１５００μｍで、発振波長は９８０ｎｍである。
【００５１】
６０はＳｉ3Ｎ4絶縁膜で、ｐ−ＧａＡｓキャップ層５８に電流経路となる開口部６０ａが形成されている。６２はＳｉ3Ｎ4絶縁膜６０上に配設されたｐ側電極でＳｉ3Ｎ4絶縁膜６０の開口部６０ａを介してｐ−ＧａＡｓキャップ層５８と接触している。６４はｎ−ＧａＡｓ基板４２の裏面側に配設されたｎ側電極、６６は金線、６８は光導波路を含むリッジ領域、７０はリッジ領域６８の両側に設けられた低屈折率領域、７２はリッジ領域６８に対して低屈折率領域７０の両外側に設けられた高屈折率領域である。
【００５２】
リッジ領域６８の外側に低屈折率領域７０を設けているのでレーザ光はリッジ領域６８に効率的に閉じ込めることができる。また電流の閉じ込めは、Ｓｉ3Ｎ4絶縁膜６０に開口部６０ａを設けることで可能となる。低屈折率領域７０の外側に高屈折率領域７２を設け、高屈折率領域７２の上に金線６６をワイヤボンドする構成としている。
【００５３】
そして光導波路の前端面に低反射コーティング膜（図示せず）を設けている。
低反射コーティング膜の構成は、実施の形態１の低反射コーティング膜１４と同じ構成で、半導体レーザの等価屈折率ｎcをｎc＝３．３７、第１層コーティング膜１６を屈折率ｎ1がｎ1＝１．６２のＡｌ2Ｏ3により２４０ｎｍの膜厚に形成し、第２層コーティング膜１８を屈折率ｎ2がｎ2＝２．０５７のＴａ2Ｏ5により１８３ｎｍの膜厚に形成した。後端面反射率Ｒrは９８％である。
なおこの半導体レーザ４０はファイバアンプ励起用９８０ｎｍ半導体レーザであるが、これの限るものではない。
【００５４】
図１２は、この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの低反射コーティング膜の反射率を示すグラフである。
λ0＝９８０ｎｍ近傍の１％以下の低反射率領域幅は約５２ｎｍである。
図１３はこの実施の形態に係る半導体レーザ装置の発振波長の注入電流依存性の実験結果を示すグラフである。
図１３において、注入電流を増加してゆくと約１００ｍＡ近傍で波長が１５ｎｍだけ急激に長波長領域に遷移している。つまり一つの半導体レーザで１５ｎｍ離れた２波長の光を出射することができる。さらに詳細に実験した結果、１％以下の低反射率領域幅が約５５ｎｍより狭くなると２波長発振が可能であることが明らかになった。
【００５５】
実施例８
この実施例は、半導体レーザの構成は実施例７と同じにし、低反射コーティング膜の構成を実施の形態２に記載した、６層構成の低反射コーティング膜とした場合である。
第１層、第３層、及び第５層のコーティング膜に屈折率ｎ1がｎ1＝１．６２のＡｌ2Ｏ3を使用し、第２層、第４層、及び第６層のコーティング膜に屈折率ｎ2がｎ2＝２．０５７のＴａ2Ｏ5を使用し、その膜厚を、
第１層／第２層／第３層／第４層／第５層／第６層＝２４．２ｎｍ／１９６．３ｎｍ／３０．２ｎｍ／２４５．４ｎｍ／３６．２ｎｍ／２９４．５ｎｍとしたものである。
図１４はこの発明の一実施例である実施例８の反射率を示すグラフである。
図１４に示すように、１％以下の低反射率領域幅が２８ｎｍと狭くなるので、レーザ光の波長変化が１５ｎｍ以上の変化が可能となる。
【００５６】
実施例９
この実施例は、実施例７の半導体レーザの共振器長が１５００μｍであったのに対して、この実施例９では共振器長を９００μｍとしたものである。
前端面の低反射コーティング膜の構成は、実施の形態１の低反射コーティング膜１４と同じ構成で、半導体レーザの等価屈折率ｎcをｎc＝３．３７、第１層コーティング膜１６を屈折率ｎ1がｎ1＝１．６２のＡｌ2Ｏ3により２４０ｎｍの膜厚に形成し、第２層コーティング膜１８を屈折率ｎ2が２．０５７のＴａ2Ｏ5により１８３ｎｍの膜厚に形成した。また後端面反射率Ｒrは９８％である。
【００５７】
先に示した式（１２）の右辺第２項はミラー損失と言われるものであり、共振器長に反比例する。従って共振器長を１５００μｍから９００μｍにすると、ミラー損失は増大する。
図１５は共振器長の相違による半導体レ―ザのトータル損失を比較したグラフである。
図１６はこの発明の一実施例である実施例９の半導体レーザにおける発振波長の実験結果を示すグラフである。
【００５８】
実施例９は実施例７と端面の低反射率コーティング膜と同じ構成であるが、共振器長を１５００μｍから９００μｍもので、図１６に示される発振波長の注入電力依存性の実験結果は、半導体レーザの発振波長の変化は４１ｎｍとなり、共振器長の長さを短くすることで、発振波長の変化を大きくなっていることが分かる。一つの半導体レーザが４１ｎｍ離れた光を出射でき、２波長レーザとして有効である。延いては共振器長ＬがＬ≦１５００μｍである一つの半導体レーザで二波長の光を発振できる半導体レーザを簡単に構成することができる。
共振器長さをさらに短くすれば、さらに波長の離れた光を出射できることは言うまでもない。また同様に、共振器長が短い場合は、１％以下の低反射波長領域幅が５５ｎｍを越えても波長変化を起こさせることは可能である。
【００５９】
以上のように、この実施の形態では、所定の波長λ0において反射率が極小で、かつ波長λ0を挟んで短波長側と長波長側の２箇所で利得と損失とが等しくなる低反射膜を構成し、半導体レーザの出射前端面にこの低反射膜を配設することにより、一つに半導体レーザにおいて２波長で発振する半導体レーザ装置を構成することができる。延いては一つの半導体レーザで二波長の光を発振できる半導体レーザを簡単に構成することができる。
【００６０】
実施の形態４．
通信用として使用される半導体レーザは波長変化の少ない安定した特性が必要となる。一般に、端面におけるコーティング膜のトータル膜厚が所定の波長の１／４以下であれば、１％以下の低反射率となる波長領域幅が１００ｎｍを越えるので、波長変化を少なくすることは可能であるが、トータル膜厚が薄いために放熱が悪く、端面劣化の原因となる場合がある。
【００６１】
図１７はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置のトータル損失と利得との関係を示すグラフである。
この半導体レーザ装置は、実施の形態１または２で述べた低反射コーティング膜を半導体レーザの出射端面側に配設した構成を有し、所定の波長λ0において、反射率を極小にするとともに、図１７のように所定の波長λ0の短波長側でトータル損失と利得とが等しくなり、式（１２）で示したトータル損失と利得ｇ（λ）が長波長側の波長λにおいて式（１３）を満たせば波長変化を抑制することが可能となる。
αin＋（１／（２Ｌ））ｌｎ（１／（ＲfＲr））  ＞ｇ（λ）    （１３）
【００６２】
また逆に、所定の波長λ0の長波長側でトータル損失と利得とが等しくなった場合は、波長λ0の短波長側の波長λにおいて、式（１３）を満たせば、同様に波長変化を抑制することが可能となる。
そして詳細に検討した結果、所定の波長λ0の近傍において、１％以下の低反射率となる波長領域幅が５５ｎｍ以上あれば式（１３）が満足され、１０ｎｍ以上の波長変化が生じない半導体レーザを構成することができることが明らかになった。
【００６３】
実施例１０
式（１３）左辺第２項のミラー損失は共振器長に反比例するので共振器長が長くなるとミラー損失は小さくなる。この実施例１０の半導体レーザは実施例７に示された図１１と同じ構成の半導体レーザで、半導体レーザの等価屈折率ｎcはｎc＝３．３７である。ただ共振器長を１８００μｍとするとともに、出射前端面の低反射コーティング膜を実施の形態１で説明した２層構造の低反射コーティング膜としたものである。
【００６４】
低反射コーティング膜の構造は、第１層コーティング膜として屈折率ｎ1がｎ1＝１．６２のＡｌ2Ｏ3を膜厚２４０ｎｍに形成し、第２層コーティング膜として屈折率ｎ2がｎ2＝２．０５７のＴａ2Ｏ5を膜厚１８３ｎｍに形成したもので、発振波長の近傍の１％以下の低反射率を示す波長領域幅が約５２ｎｍであった。
図１８はこの発明の一実施例である実施例１０における発振波長の電流依存性の実験結果を示すグラフである。
【００６５】
図１８において、注入電流を変化させても、また周囲温度を変化させても１０ｎｍ程度の波長変化は認められない。
この実施例は共振器長が１８００μｍの場合であるが、実施の形態に係る発明はこれに限るものではない。また共振器長が長くなると発振波長の近傍の１％以下の低反射率を示す波長領域幅がより狭くなっても波長変化は抑制される。
【００６６】
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザにおいては、波長λ0の短波長側、長波長側のいずれか一方において半導体レーザの総損失と半導体レーザの利得とを等しくし、他方の短波長側または長波長側において半導体レーザの総損失を半導体レーザの利得よりも大きくすることにより、周囲温度や注入電流を変えても発振波長変化の少ない半導体レーザを構成することができる。
さらに半導体レーザの端面に低反射コーティング膜を形成し、所定の波長λ0に極小値を有する反射率の波長依存性を確保するとともに、１％以下の低反射率となる波長領域幅を５５ｎｍ以上にすることにより、温度変化や注入電力量の変化に対して波長変動が少なく安定した半導体レーザ装置を構成することができる。
延いては発振波長の安定した半導体レーザを簡単に構成することができる。
【００６７】
実施の形態５．
この実施の形態５も実施の形態４と同様に、通信用として使用される半導体レーザにおいて波長変化の少ない安定した特性を有する半導体レーザの構成に係るものである。
この実施の形態５は、実施の形態４で明らかになった、所定の波長λ0の近傍において、１％以下の低反射率となる波長領域幅が５５ｎｍ以上確保するための構成を、実施の形態１または２で述べた低反射コーティング膜を半導体レーザの出射端面側に配設するものではなく、半導体レーザの光導波路の軸を共振器端面に対して少し傾ける構成を有する半導体レーザである。
【００６８】
この半導体レーザは実施例７の図１１に示された構成で、半導体レーザのリッジ型光導波路の軸が共振器端面に対して１．５°偏倚していることと出射前端面にＡｌ2Ｏ3の膜厚が４５４ｎｍのコーティング膜が形成されていることの２点で異なっている。
図１９はこの実施の形態に係る半導体レーザにおける反射率の波長依存性を示したグラフである。図１９には比較のために、半導体レーザの光導波路の軸に対して共振器端面を傾けない場合の反射率の波長依存性も記載している。
【００６９】
図１９において、曲線ａは半導体レーザの光導波路の軸を共振器端面に対して１．５°偏倚させた場合の反射率、曲線ｂは光導波路の軸に対して共振器端面を傾けない場合の反射率である。ともに出射前端面にはＡｌ2Ｏ3のコーティング膜を膜厚４５４ｎｍで形成している。
図１９から分かるように、半導体レーザの光導波路の軸を共振器端面に対して１．５°偏倚させることにより、１％以下の低反射率となる波長領域幅が１６０ｎｍに拡大していることが分かる。
【００７０】
図２０はこの実施の形態に係る半導体レーザの発振波長の電流依存性の実験結果を示すグラフである。
図２０において、周囲温度をパラメータとして検討した結果、注入電流を変化させても、また周囲温度を変化させても１０ｎｍを越える波長変化は認められない。
【００７１】
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザにおいては、半導体レーザの光導波路の軸を共振器端面に対して少し偏倚させることにより、１％以下の低反射率となる波長領域幅を５５ｎｍ以上にすることにより、温度変化や注入電力量の変化に対して波長変動が少なく安定した半導体レーザ装置を構成することができる。
【００７２】
実施の形態６．
この実施の形態に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザの活性層から決まる発振波長よりも無反射となる波長を長波長側にした構成を有する。
すなわち波長λ0よりも半導体レーザの発振波長を短くしたもので、周囲温度や注入電流を変えても発振波長の変化の少ない半導体レーザを構成することができる。延いては使用条件によらず発振波長の安定した半導体レーザ装置を構成することができる。
例えば、実施の形態１に記載した２層のコーティング膜からなる低反射コーティング膜１４を、共振器長が９００μｍの半導体レーザの出射端面に形成した構成において、電子ビーム蒸着により第１層コーティング膜１６として半導体レーザ端面にＡｌ2Ｏ3のコーティング膜を２４０ｎｍの膜厚で形成し、第２層コーティング膜１８として、Ｔａ2Ｏ5のコーティング膜を１８３ｎｍの膜厚で形成し、λ0が９６５ｎｍにおいて、反射率が極小となるようにした。
【００７３】
図２１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置における発信波長の動作電流依存性を示す実験結果のグラフである。
図２１において、半導体レーザの発振波長を周囲温度をパラメータとして調べた結果、ほとんど発振波長が変化しないことが分かる。
また発振波長は９５５ｎｍの近傍にあるので、発振波長は反射率が極小値を示すλ0より短波長側に存在している。
【００７４】
次にこの実施の形態の半導体レーザに発振波長の変化が少ないことについて説明する。
図２２は半導体レーザの反射率に波長依存性がない場合の損失と利得の関係を示す模式図である。
図２２において、破線ａ10はトータル損失を、実線ｂ10、ｂ20は利得を示す。またＳl0は低温における総利得、Ｓh0は高温における総利得であり、それぞれ注入電流に比例する値である。
一般には高温ほど注入電流が利得に変換される割合が低下するため、高温ほど多くの注入電流が必要となる。図２２に示されるように、この半導体レーザにおいては、低温状態では波長λl0で、また高温状態においては波長λh0で発振するので、温度に対する波長変化は（λh0−λl0）／（Ｓh0−Ｓl0）に比例する。通常はＡｌＧａＡｓ系半導体レーザでは約０．２〜０．３ｎｍ／℃、ＩｎＧａＡｓ系半導体レーザでは約０．４〜０．７ｎｍ／℃と言った大きな値になる。
【００７５】
図２３はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの損失と利得の関係を示す模式図である。
図２３において、破線ａ1はトータル損失を、実線ｂ1、ｂ2は利得を示す。またＳlは低温における総利得、Ｓhは高温における総利得であり、それぞれ注入電流に比例する値である。
一方この実施の形態に係る半導体レーザにおいては、図２３に示されるように、低温状態では波長λlで、また高温状態では波長λhで発振するので、温度に対する波長変化は（λh−λl）／（Ｓh−Ｓl）に比例する。ところが破線ａで示されるようにトータル損失が波長とともに増加する領域にあるので、Ｓh＞＞Ｓlとなる。
【００７６】
このためトータル損失に波長依存性がある場合の温度に対する波長変化は、式（１４）に示されるようにトータル損失に波長依存性がない場合に比べて小さくなる。すなわち
（λh−λl）／（Ｓh−Ｓl）＜（λh0−λl0）／（Ｓh0−Ｓl0）    （１４）
となる。
以上の説明では、波長依存性がない場合について説明したが、損失が波長依存性を有する程度によっても、波長変化の程度が変わる。つまり、波長に対する損失増加が大きいほど波長の温度変化及び波長の注入電流による変化を抑制することができる。
【００７７】
実施の形態７．
図２４はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式断面図である。
図２４において、８０は半導体レーザ装置、８２は半導体レーザ、８４は半導体レーザ８２の出射端面に対向しレーザ光の光軸に合わせて配設されたレンズ、８６はレンズ８４を介して半導体レーザ８２の出射端面に対向しレーザ光の光軸に合わせて配設された光ファイバである。
【００７８】
８８は半導体レーザ８２の後端面に配設されたコーティング膜で、その反射率はＲrである。９０は半導体レーザ８２の前端面に配設された低反射コーティング膜で、その反射率はＲfである。９２は半導体レーザ８２の光導波路領域、９４は光ファイバ８６に設けられたファイバグレーティングで、その反射率はＲfgである。
【００７９】
この半導体レーザ８２では、低反射コーティング膜として実施の形態１及び２に記載した低反射コーティング膜を使用する。低反射コーティング膜９０は所定の波長λ0において極小値を有する反射率をもち、１％以下の低反射率となる波長領域幅を５５ｎｍ以上にしたものである。
この半導体レーザ装置８０は、半導体レーザ８２の発振波長を安定化させるために光ファイバ８６内にファイバグレーティング９４を設けて、特定の波長の光を反射させて、かつ半導体レーザ８２の前端面を低反射または無反射に、また半導体レーザ８２の後端面を高反射率にすることで、ファイバグレーティング９４と半導体レーザ８２の後端面との間で共振器を構成している。またレンズ８４は半導体レーザ８２からの光を効率よく光ファイバ８６内に入射させるためのものである。
【００８０】
次に動作について説明する。
図２５及び図２６は従来のファイバグレーティングを有する半導体レーザ装置の利得と損失とを示すグラフである。
図２５において、ファイバグレーティングは特定の波長λfgに対して反射率はＲfgであるが、その他の波長に対しては反射率はほぼゼロである。このため波長λfgで損失が小さくなり通常はこの波長で半導体レーザは発振する。
しかしながら、例えば周囲温度が低いときは、利得分布が短波長に変位するため、図２６に示されるように、ファイバグレーティングによって決まる損失より半導体レーザ前端面のコーティング膜によって決まる損失の方が小さくなる場合がある。このときには、波長λfgではなく波長λLDで発振する。
【００８１】
このとき波長λfgの光強度に対する波長λLDの光強度の比であるサイドモード抑圧比が小さくなってしまう場合やファイバグレーティングによって決まる波長以外で半導体レーザが発振してしまうと言うことが起きる。
この実施の形態では半導体レーザの出射前端面に低反射コーティング膜をもうけるとともにこの低反射コーティング膜の１％以下の低反射率となる波長領域幅を５５ｎｍ以上にしたもので、半導体レーザの前端面のコーティング膜の反射率の波長依存性で決まる発振を抑制することができ、サイドモード抑圧比が小さくなることを防ぐことができる。延いてはファイバーグレーティングによって規定される発振波長で安定して発振する半導体レーザ装置を簡単に構成することができる。
【００８２】
図２７はこの発明の一実施の形態に係るファイバグレーティングを有する半導体レーザ装置の利得と損失とを示すグラフである。
図２７において、この半導体レーザ８２の前端面の低反射コーティング膜９０を１％以下の低反射率となる波長領域幅を、例えば１００ｎｍ以上有するものとしたので、周囲温度または注入電流を変えたときでも、半導体レーザ８２の前端面の低反射コーティング膜９０で決まる波長で発振することはなく、ファイバグレーティングで決まる波長で発振させることができる。延いては発振波長の安定した半導体レーザ装置を構成することができる。
【００８３】
実施の形態８．
この実施の形態の半導体レーザ装置は、実施の形態７と同様にファイバグレーティングを有する半導体レーザ装置で、基本構成は実施の形態７と同じである。ただ、半導体レーザ８２の前端面に配設された低反射コーティング膜９０の構成が異なり、反射率が極小になる所定の波長λ0がファイバグレーティングの波長λfgより短い場合には、低反射コーティング膜９０の反射率が波長λ0の長波長側で短波長側より緩やかに上昇し、反射率が極小になる所定の波長λ0がファイバグレーティングの波長λfgより長い場合には、低反射コーティング膜９０の反射率が波長λ0の短波長側で長波長側より緩やかに下降するように設定したものである。
【００８４】
この構成により、サイドモード抑圧比が大きくとることができ、ファイバグレーティングの波長λfgにより定まる発振波長で、半導体レーザ装置を安定に発振させることができる。延いてはファイバーグレーティングによって規定される発振波長で安定して発振する半導体レーザ装置を簡単に構成することができる。
【００８５】
実施例１１
この実施例１１は、等価屈折率ｎcがｎc＝３．３７の半導体レーザの前端面に、実施の形態２に記載した４層膜の低コーティング膜９０を形成したものである。
低コーティング膜９０の構成は、第１層として屈折率ｎ1＝１．６２のＡｌ2Ｏ3膜を膜厚２５．２３ｎｍ形成し、第２層として屈折率ｎ2＝２．０５７のＴａ2Ｏ5膜を膜厚２４．６９ｎｍ形成し、第３層として屈折率ｎ1＝１．６２のＡｌ2Ｏ3膜を膜厚３７．８４ｎｍ形成し、第４層として屈折率ｎ2＝２．０５７のＴａ2Ｏ5膜を膜厚３７．０４ｎｍ形成したものである。
【００８６】
図２８はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の反射率の波長依存性を示すグラフである。
図２８において、波長λ0＝９８０ｎｍで反射率はゼロとなり、短波長側及び長波長側にずれるにつれて反射率は増加する。ただし反射率の増加は波長λ0＝９８０ｎｍを中心として対象ではなく、長波長側の波長の変化に伴う反射率の変化の方が短波長側の波長の変化に伴う反射率の変化に比べて緩やかに変化している。
図２９はこの発明の一実施例である実施例１１のファイバグレーティングを伴う半導体レーザ装置の損失と利得を示すグラフである。
【００８７】
図２９において、破線はトータル損失αt、実線は利得gである。またλ0は反射率が極小になる波長で、λfgはファイバグレーティングの波長である。
図２９に示されるように、トータル損失の変化は波長λ0の長波長側で緩やかになる。従って、ファイバグレーティングの波長λfgを低反射または無反射となる波長λ0より長波長側に設定すると半導体レーザの利得が短波長では損失と等しくなりにくくサイドモード抑圧比が大きくとれることになる。
【００８８】
実施の形態９．
この実施の形態９は、既に述べた実施の形態２の実施例５をさらに拡張したものである。
この実施の形態９は、実施の形態２の実施例５と同様に、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ0×ｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ0×ｄ2としたコーティング膜からなる基底コーティング膜対の上に、屈折率がｎ1で係数ａk（k＝１，２，・・，ｍ）を正の実数としたときに膜厚がａk×ｄ1である第３の被覆膜とこの第３の被覆膜上に配設された屈折率がｎ2で膜厚がａk×ｄ2の第４の被覆膜とを有する被覆膜対を、k＝１，２，・・，ｍと変化させてさらにｍ対重ねて形成し、最上層の被覆膜対の第４の被覆膜表面に、屈折率ｎ1の材料で膜厚をｂ1×ｄ1とした第５の被覆膜を形成するものである。
【００８９】
そしてこの実施の形態９では、７層膜の実施例を増やすとともに、９層膜にさらに拡張した実施例を提示した。
図３０はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
図３０において、１００は半導体レーザ装置、１０２は第２コーティング膜対３２の上に形成された第３コーティング膜対で、１０２ａは第３の被覆膜としての第７層コーティング膜で、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ3ｄ1としたものである。１０２ｂは第４の被覆膜としての第８層コーティング膜で、屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ3ｄ2としたものである。ａ3はパラメータで正の実数である。
【００９０】
３８は屈折率ｎ1の材料で膜厚をｂ1ｄ1（パラメータｂ1は正の実数）とした第５の被覆膜としての表面層コーティング膜である。
第３コーティング膜対１０２は第７層コーティング膜１０２ａと第８層コーティング膜１０２ｂで構成される。表面層コーティング膜３８の一方の界面は第８層コーティング膜１０２ｂに密着し、もう一方の界面は、この実施の形態では、屈折率ｎ0がｎ0＝１の自由空間に接している。
無反射条件の導出は実施の形態２の場合と同様で、低反射コーティング膜１４が配設された端面の振幅反射率ｒの実部と虚部とがゼロになるように膜厚ｄ1、ｄ2を定める。
【００９１】
また、ｎ1とｎ2のいずれか一方が、（ｎc×ｎ0）１／２より小さく、他方が（ｎc×ｎ0）１／２より大きく設定する。いまはｎ0＝１であるので、ｎ1とｎ2の値の間に（ｎc）１／２が存在するように設定する。
特にこの実施の形態では、（ｎc×ｎ0）１／２より小さい屈折率を有した材料で構成されるコーティング膜を半導体レーザ素子１２の端面に密着させて低反射コーティング膜１４を構成している。
この様に構成することにより、低反射膜の設計の自由度が高くなることは既に述べた実施の形態と同様である。
さらに反射率が１％以下になる低反射領域が非常に広い被覆膜を容易に構成できるので、複数波長の光を伝播させる光半導体装置の被覆膜として使用しやすくなる。
【００９２】
また、反射率が１％以下になる低反射領域が非常に広く、かつ被覆膜のトータル膜厚を伝播する光の波長の１／４に相当する膜厚（以下、λ0／４膜厚という）より容易に厚くすることができるので、光半導体素子の端面における熱伝導性がよく熱劣化の少ない光半導体装置を構成することができる。延いては、広い波長領域の光の伝播が可能で熱安定性の優れた光半導体装置を構成することができる。
また、実施の形態７において記載した、ファイバグレーティングを設けた半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザの出射端面に、この実施の形態で述べる反射率が１％以下になる低反射領域が非常に広い被覆膜を使用すると、広い波長範囲に亘ってファイバグレーティングの損失を半導体レーザ端面反射率で求まる損失よりも小さくできるので、半導体レーザの利得と端面反射率から決まる半導体レーザ自身の発振を抑制でき、延いてはサイドモード抑圧比が小さくなるのを防ぐことができ、レーザ特性の良い半導体レーザ装置を構成することができる。
【００９３】
実施例１２
この実施例１２は図５に示された構成と同じ構成になる。
図５において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、第５層コーティング膜３２a及び表面層コーティング膜３８を屈折率がｎ1＝１．６２のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する。
第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを、屈折率がｎ2＝２．０５７の酸化タンタル（Ｔa2Ｏ5）で形成する。
【００９４】
第１層コーティング膜２２ａの膜厚Ｄ1をａ0×ｄ1、第２層コーティング膜２２ｂの膜厚Ｄ2をａ0×ｄ2、第３層コーティング膜２４ａの膜厚Ｄ3をａ1×ｄ1、第４層コーティング膜２４ｂの膜厚Ｄ4をａ1×ｄ2、第５層コーティング膜３２aの膜厚Ｄ5をａ2×ｄ1、第６層コーティング膜３２ｂの膜厚Ｄ6をａ2×ｄ2、表面層コーティング膜３８の膜厚Ｄsをｂ1×ｄ1としたとき、ａ0=０．８、ａ1＝２．０、ａ2＝２．０及びｂ1＝２．０とし、アルミナ及び酸化タンタルそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．６９５３８８、φ2＝１．０５７６８であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【００９５】
またこのとき各層の膜厚は、Ｄ1＝５３．５６nm、Ｄ2＝６４．１６nm、Ｄ3＝１３３．９０nm、Ｄ4＝１６０．４０nm、Ｄ5＝１３３．９０nm、Ｄ6＝１６０．４０nm、及びＤs＝１３３．９０nmとなり（以下、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄs＝５３．５６／６４．１６／１３３．９０／１６０．４０／１３３．９０／１６０．４０／１３３．９０nmのように略記する）、トータル膜厚（ｎ1×Ｄ1＋ｎ2×Ｄ2＋ｎ1×Ｄ3＋ｎ2×Ｄ4＋ｎ1×Ｄ5＋ｎ2×Ｄ6＋ｎ1×Ｄs）は１５２９．３８nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約６．２倍と非常に厚くなっている。
【００９６】
図３１はこの発明の一実施例１２に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３１から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１５０nmと広くなっている。
【００９７】
実施例１３
実施例１２の半導体レーザを先に述べたようなファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。つまり半導体レーザの光の波長λ0と反射率が１％である波長領域幅の中心波長とを合致させることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには低反射コーティング膜１４の構成は実施例１２と同じにして、ａ0=０．８、ａ1＝２．０、ａ2＝２．０及びｂ1＝２．０とし、アルミナ及び酸化タンタルそれぞれの位相変化φ1、φ2を、φ1＝０．６９５３８８、φ2＝１．０５７６８とし、波長λ＝９４４nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、実施例１２とａ0、ａ1、ａ2、及びｂ1の値、および位相変化φ1、φ2の値が同じである場合、無反射となる波長が変化するに対応して、ｄ1、ｄ2の値が変化し、従って、各層の膜厚Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4、Ｄ5、Ｄ6、Ｄsの値が変化する。
【００９８】
すなわち、各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄs＝５１．５９／６１．８０／１２８．９８／１５４．５１／１２８．９８／１５４．５１／１２８．９８nmとなる。これは以下に述べる他の実施例においても同様である。
図３２はこの発明の一実施例１３に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３２において、反射率が１％以下の波長領域幅は１４４nmである。
【００９９】
実施例１４
この実施例１４は図３０に示された構成と同じ構成になる。
図３０において、半導体レーザの等価屈折率ｎc＝３．３７とし、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、第５層コーティング膜３２a、第７層コーティング膜１０２ａ、及び表面層コーティング膜３８を、屈折率がｎ1＝１．６２のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する。
第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ、第６層コーティング膜３２ｂ、及び第８層コーティング膜１０２ｂを屈折率がｎ2＝２．０５７の酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）で形成する。
【０１００】
第１層コーティング膜２２ａの膜厚Ｄ1をａ0×ｄ1、第２層コーティング膜２２ｂの膜厚Ｄ2をａ0×ｄ2、第３層コーティング膜２４ａの膜厚Ｄ3をａ1×ｄ1、第４層コーティング膜２４ｂの膜厚Ｄ4をａ1×ｄ2、第５層コーティング膜３２aの膜厚Ｄ5をａ2×ｄ1、第６層コーティング膜３２ｂの膜厚Ｄ6をａ2×ｄ2、第７層コーティング膜３８の膜厚Ｄ7をａ3×ｄ1、第８層コーティング膜１０２ｂの膜厚Ｄ8をａ3×ｄ２、そして表面層コーティング膜３８の膜厚Ｄsをｂ1×ｄ1としたとき、ａ0=０．８、ａ1＝２．１５、ａ2＝１．８、ａ3＝２．０８及びｂ1＝２．０とし、アルミナ及び酸化タンタルそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．４７１７１２、φ2＝１．３３０７であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１０１】
またこのときの各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄ7／Ｄ８／Ｄs＝３６．３３／８０．７２／９７．６４／２１６．９４／８１．７５／１８１．６２／９４．４７／２０９．８７／９０．８３nmである。
そしてトータル膜厚（ｎ1×Ｄ1＋ｎ2×Ｄ2＋ｎ1×Ｄ3＋ｎ2×Ｄ4＋ｎ1×Ｄ5＋ｎ2×Ｄ6＋ｎ1×Ｄ7＋ｎ2×Ｄ8＋ｎ1×Ｄs）は２０６７．２３nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約８．４倍と非常に厚くなっている。
図３３はこの発明の一実施例１４に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３３から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１２７nmと広くなっている。
【０１０２】
実施例１５
実施例１４の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例１４と同じにして、ａ0=０．８、ａ1＝２．１５、ａ2＝１．８、ａ3＝２．０８及びｂ1＝２．０とし、アルミナ及び酸化タンタルそれぞれの位相変化φ1、φ2を、φ1＝０．４７１７１２、φ2＝１．３３０７とし、波長λ＝９４５nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄ7／Ｄ８／Ｄs＝３５．０４／７７．８４／９４．１６／２０９．１９／７８．８３／１７５．１３／９１．０９／２０２．３８／８７．５９nmである。
図３４はこの発明の一実施例１５に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３４において、反射率が１％以下の波長領域幅は１２２nmである。
【０１０３】
実施例１６
この実施例１６は図５に示された構成と同じ構成になる。実施例１２との相違は、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを、屈折率がｎ2＝２．９５４のシリコン（Ｓｉ）で形成する点で、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、第５層コーティング膜３２a及び表面層コーティング膜３８を屈折率がｎ1＝１．６２のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する点は実施例１２と同じである。
この実施例１６では、ａ0=０．６６、ａ1＝２．５、ａ2＝２．０及びｂ1＝２．０とし、アルミナ及びシリコンそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．５６１１０５、φ2＝１．３３８５６であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１０４】
またこのとき各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄs＝３５．６５／４６．６５／１３５．０６／１７６．６９／１０８．０５／１４１．３５／１０８．０５nmとなる。
また、トータル膜厚は１７０３．９２nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約７．０倍と非常に厚くなっている。
図３５はこの発明の一実施例１６に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３５から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１２７nmと広くなっている。
【０１０５】
実施例１７
実施例１６の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例１６と同じにして、ａ0=０．６６、ａ1＝２．５、ａ2＝２．０及びｂ1＝２．０とし、アルミナ及びシリコンそれぞれの位相変化φ1、φ2を、φ1＝０．５６１１０５、φ2＝１．３３８５６とし、波長λ＝９９３nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄs＝３６．１３／４７．２７／１３６．８５／１７９．０３／１０９．４８／１４３．２３／１０９．４８nmである。
図３６はこの発明の一実施例１７に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３４において、反射率が１％以下の波長領域幅は１２９nmである。
【０１０６】
実施例１８
この実施例１８は図５に示された構成と同じ構成になる。実施例１２との相違は、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、第５層コーティング膜３２a及び表面層コーティング膜３８を屈折率がｎ1＝１．４５の石英（ＳｉＯ2）で形成する点で、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを屈折率がｎ2＝２．０５７の酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）で形成する点は実施例１２と同じである。
この実施例１８では、ａ0=０．７４、ａ1＝２．０、ａ2＝２．０及びｂ1＝２．０とし、石英及び酸化タンタルそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．５１６４５１、φ2＝１．３３６３２であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１０７】
またこのとき各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄs＝４１．１１／７４．９８／１１１．１１／２０２．６５／１１１．１１／２０２．６５／１１１．１１nmとなる。
また、トータル膜厚は１５３０．８７nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約６．２倍と非常に厚くなっている。
図３７はこの発明の一実施例１８に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３７から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１３７nmと広くなっている。
【０１０８】
実施例１９
実施例１８の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例１８と同じにして、ａ0=０．７４、ａ1＝２．０、ａ2＝２．０及びｂ1＝２．０とし、石英及び酸化タンタルそれぞれの位相変化φ1、φ2を、φ1＝０．５１６４５１、φ2＝１．３３６３２とし、波長λ＝９７８nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄs＝４１．０３／７４．８３／１１０．８８／２０２．３４／１１０．８８／２０２．３４／１１０．８８nmである。
図３８はこの発明の一実施例１９に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３８において、反射率が１％以下の波長領域幅は１３７nmである。
【０１０９】
実施例２０
この実施例２０は図５に示された構成と同じ構成になる。実施例１２との相違は、第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、第５層コーティング膜３２a及び表面層コーティング膜３８を屈折率がｎ1＝１．４５の石英（ＳｉＯ2）で形成すること、及び第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを屈折率がｎ2＝２．９５４のシリコン（Ｓｉ）で形成することである。
この実施例２０では、ａ0=０．５５、ａ1＝２．３、ａ2＝２．０及びｂ1＝２．０とし、石英及びシリコンそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．５７０１６４、φ2＝１．４２７４であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１１０】
またこのとき各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄs＝３３．７３／４１．４５／１４１．０６／１７３．３４／１２２．６６／１５０．７３／１２２．６６nmとなる。
また、トータル膜厚は１６８８．９２nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約６．９倍と非常に厚くなっている。
図３９はこの発明の一実施例２０に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図３９から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１１２nmと広くなっている。
【０１１１】
実施例２１
実施例２０の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例２０と同じにして、ａ0=０．５５、ａ1＝２．３、ａ2＝２．０及びｂ1＝２．０とし、石英及びシリコンそれぞれの位相変化φ1、φ2を、φ1＝０．５７０１６４、φ2＝１．４２７４とし、波長λ＝９９２nmで無反射とすればよい。
【０１１２】
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄs＝３４．１５／４１．９６／１４２．７９／１７５．４７／１２４．１６／１５２．５８／１２４．１６nmである。
図４０はこの発明の一実施例２１に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図４０において、反射率が１％以下の波長領域幅は１１４nmである。
【０１１３】
実施の形態１０．
この実施の形態１０は、半導体レーザ素子１２の端面に、屈折率ｎ2の材料で膜厚をｃ1×ｄ1（ｃ1は正の実数）とした第６の被覆膜としての予備層コーティング膜を先に形成し、この予備層コーティング膜の上に、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ0×ｄ1としたコーティング膜と屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ0×ｄ2としたコーティング膜からなる基底コーティング膜対を形成し、この基底コーティング膜対の上に、屈折率がｎ1で係数ａk（k＝１，２，・・，ｍ）を正の実数としたときに膜厚がａk×ｄ1である第３の被覆膜とこの第３の被覆膜上に配設された屈折率がｎ2で膜厚がａk×ｄ2の第４の被覆膜とを有する被覆膜対を、k＝１，２，・・，ｍと変化させてさらにｍ対重ねて形成するものである。
【０１１４】
図４１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
図４１において、１１０は半導体レーザで、半導体レーザ素子１２の端面上に７層のコーティング膜が形成されている。
１１２は予備層コーティング膜で、予備層コーティング膜１１２は半導体レーザ素子１２の端面に密着して形成され、予備層コーティング膜１１２の界面上には屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ0×ｄ1とした第１層コーティング膜２２ａが密着して形成されている。
【０１１５】
第１層コーティング膜２２ａ上には、屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ0×ｄ2とした第２層コーティング膜２２ｂが形成され基底コーティング膜対２２を形成している。この基底コーティング膜対２２上には、屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ1×ｄ1とした第３層コーティング膜２４ａと屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ1×ｄ2とした第４層コーティング膜２４ｂとを一対とした第１コーティング膜対２４、及び屈折率ｎ1の材料で膜厚をａ2×ｄ1とした第５層コーティング膜３２ａと屈折率ｎ2の材料で膜厚をａ2×ｄ2とした第６層コーティング膜３２ｂとを一対とした第２コーティング膜対３２をさらに重ねて形成し、コーティング膜対を３段とし、予備コーティング膜１１２と合わせて７層のコーティング膜からなる低反射コーティング膜１４が形成されている。
第６層コーティング膜３２ｂの一方の界面は第５層コーティング膜３２ａに密着し、もう一方の界面は、この実施の形態では、屈折率ｎ0がｎ0＝１の自由空間に接している。
【０１１６】
図４２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。
図４２において、１２０は半導体レーザ装置である。
半導体レーザ装置１２０は、半導体レーザ素子１２の端面に密着して形成された予備層コーティング膜１１２上に基底コーティング膜対２２、第１コーティング膜対２４、第２コーティング膜対３２が形成され、さらにこの第２コーティング膜対３２の上に第３コーティング膜対１０２が形成され、予備コーティング膜１１２と合わせて９層のコーティング膜からなる低反射コーティング膜１４が形成されている。
第３コーティング膜対１０２の第８層コーティング膜１０２ｂは一方の界面が第７層コーティング膜１０２ａに密着し、もう一方の界面は、この実施の形態では、屈折率ｎ0がｎ0＝１の自由空間に接している。
図４１で示された低反射コーティング膜１４も、図４２で示された低反射コーティング膜１４もともに、無反射条件の導出は実施の形態２の場合と同様で、低反射コーティング膜１４が配設された端面の振幅反射率ｒの実部と虚部とがゼロになるように膜厚ｄ1、ｄ2を定める。
【０１１７】
また、ｎ1とｎ2のいずれか一方が、（ｎc×ｎ0）１／２より小さく、他方が（ｎc×ｎ0）１／２より大きく設定する。いまはｎ0＝１であるので、ｎ1とｎ2の値の間に（ｎc）１／２が存在するように設定する。
特にこの実施の形態では、（ｎc×ｎ0）１／２より小さい屈折率を有した材料で構成されるコーティング膜を半導体レーザ素子１２の端面に密着させて低反射コーティング膜１４を構成している。
この様に構成することにより、この実施の形態１０においても、実施の形態９と同様の効果を奏する。
【０１１８】
さらに、例えば（ｎc×ｎ0）１／２より小さい屈折率を有した材料で構成されるコーティング膜を半導体レーザ素子１２の端面に密着させて低反射コーティング膜１４を構成する場合には、半導体レーザ素子１２の端面に最も近接しているコーティング膜（実施の形態９では第１層コーティング膜２２ａ、実施の形態１０では予備層コーティング膜１１２）の膜厚が強く反射率分布に影響する。
このために、実施の形態９の効果に加えて、実施の形態９の様に第１層コーティング膜２２ａと第２層コーティング膜２２ｂとを対で設定する必要がある場合に比べて、この実施の形態１０では、半導体レーザ素子１２の端面に最も近接しているコーティング膜を比較的自由度高く設定できるので、反射率が１％以下となる部分の形状をより自由に設定することができるという効果がある。例えば反射率が１％以下となる部分のバスタブ形状をより端正な形状にすることが出来る。
したがって、被覆膜層が配設された端面における反射率の波長依存性の設定の自由度をさらに高めることができる。延いてはより広範な所望の反射率の波長依存性を有する低反射被覆膜層を備えた光半導体装置を簡単に構成することができる。
さらに、光半導体素子の端面に最も近接する被覆膜の屈折率が、この被覆膜の上層に隣接する被覆膜の屈折率よりも小さくしたもので、この構成により、被覆膜の膜厚を厚く構成しかつ低反射領域を広くすることができる。延いては熱伝導特性がよく光半導体素子の端面における熱劣化の少ない光半導体装置を構成することができる。
さらに光半導体素子の端面に最も近接して配設された被覆膜をアルミナにより、またこのアルミナの被覆膜に隣接して配設された被覆膜を酸化タンタルによりそれぞれ構成したもので、簡単な材料構成で被覆膜の膜厚を厚く構成しかつ低反射領域を広くすることができる。延いては光半導体素子の端面における熱劣化の少ない光半導体装置を安価に提供することができる。
【０１１９】
実施例２２
この実施例２２は図４１に示された７層膜の構成である。
図４１において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、予備層コーティング膜１１２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを、屈折率がｎ2＝１．６２のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する。
第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、及び第５層コーティング膜３２ａを屈折率がｎ1＝２．０５７の酸化タンタル（Ｔa2Ｏ5）で形成する。
予備層コーティング膜１１２の膜厚Ｄ0をｃ1×ｄ2、第１層コーティング膜２２ａの膜厚Ｄ1をａ0×ｄ1、第２層コーティング膜２２ｂの膜厚Ｄ2をａ0×ｄ2、第３層コーティング膜２４ａの膜厚Ｄ3をａ1×ｄ1、第４層コーティング膜２４ｂの膜厚Ｄ4をａ1×ｄ2、第５層コーティング膜３２ａの膜厚Ｄ5をａ2×ｄ1、第６層コーティング膜３２ｂの膜厚Ｄ6をａ2×ｄ2としたとき、ｃ1＝０．３８、ａ0=２．０、ａ1＝２．０、及びａ2＝２．０とし、酸化タンタル及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．５２５６８、φ2＝０．９６３２８３であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１２０】
またこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝３５．２４／７９．７２／１８５．４９／７９．７２／１８５．４９／７９．７２／１８５．４９nmとなり、トータル膜厚（ｎ2×Ｄ0＋ｎ1×Ｄ1＋ｎ2×Ｄ2＋ｎ1×Ｄ3＋ｎ2×Ｄ4＋ｎ1×Ｄ5＋ｎ2×Ｄ6）は１４５０．５０nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約５．９倍と非常に厚くなっている。
図４３はこの発明の一実施例２２に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図４３から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１５０nmと広くなっている。
【０１２１】
実施例２３
実施例２２の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例２２と同じにして、ｃ1＝０．３８、ａ0=２．０、ａ1＝２．０、及びａ2＝２．０とし、酸化タンタル及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．５２５６８、φ2＝０．９６３２８３とし、波長λ＝９５６nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝３４．３８／７７．７７／１８０．９５／７７．７７／１８０．９５／７７．７７／１８０．９５nmである。
図４４はこの発明の一実施例２３に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図４４において、反射率が１％以下の波長領域幅は１４６nmである。
【０１２２】
実施例２４
この実施例２４は図４２に示された９層膜の構成である。
図４２において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、予備層コーティング膜１１２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ、第６層コーティング膜３２ｂ、及び第８層コーティング膜１０２ｂを、屈折率がｎ2＝１．６２のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する。
第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、第５層コーティング膜３２ａ、及び第７層コーティング膜１０２ａを屈折率がｎ1＝２．０５７の酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）で形成する。
【０１２３】
予備層コーティング膜１１２の膜厚Ｄ0をｃ1×ｄ2、第１層コーティング膜２２ａの膜厚Ｄ1をａ0×ｄ1、第２層コーティング膜２２ｂの膜厚Ｄ2をａ0×ｄ2、第３層コーティング膜２４ａの膜厚Ｄ3をａ1×ｄ1、第４層コーティング膜２４ｂの膜厚Ｄ4をａ1×ｄ2、第５層コーティング膜３２ａの膜厚Ｄ5をａ2×ｄ1、第６層コーティング膜３２ｂの膜厚Ｄ6をａ2×ｄ2、第７層コーティング膜１０２ａの膜厚Ｄ7をａ3×ｄ1、第８層コーティング膜１０２ｂの膜厚Ｄ8をａ3×ｄ2としたとき、ｃ1＝０．５８、ａ0=２．０、ａ1＝２．０、ａ2＝２．０及びａ3＝２．０とし、酸化タンタル及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．３８２０４２、φ2＝１．０５１６５であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１２４】
またこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄ7／Ｄ8＝５８．７３／５７．９４／２０２．５０／５７．９４／２０２．５０／５７．９４／２０２．５０／５７．９４／２０２．５０nmとなり、トータル膜厚（ｎ2×Ｄ0＋ｎ1×Ｄ1＋ｎ2×Ｄ2＋ｎ1×Ｄ3＋ｎ2×Ｄ4＋ｎ1×Ｄ5＋ｎ2×Ｄ6＋ｎ1×Ｄ7＋ｎ2×Ｄ8）は１８８４．０６nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約７．７倍と非常に厚くなっている。
図４５はこの発明の一実施例２４に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図４５から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１００nmと広くなっている。
【０１２５】
実施例２５
実施例２４の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例２４と同じにして、ｃ1＝０．５８、ａ0=２．０、ａ1＝２．０、ａ2＝２．０及びａ3＝２．０とし、酸化タンタル及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．３８２０４２、φ2＝１．０５１６５であるとき、波長λ＝９７８nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄ7／Ｄ8＝５８．６１／５７．８２／２０２．０９／５７．８２／２０２．０９／５７．８２／２０２．０９／５７．８２／２０２．０９nmである。
図４６はこの発明の一実施例２５に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図４６において、反射率が１％以下の波長領域幅は１００nmである。
【０１２６】
実施例２６
この実施例２６は図４１に示された７層膜の構成である。
図４１において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、予備層コーティング膜１１２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを、屈折率がｎ2＝１．６２のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する。
第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、及び第５層コーティング膜３２ａを屈折率がｎ1＝２．９５４のシリコン（Ｓｉ）で形成する。
この実施例２６では、ｃ1＝０．７５、ａ0=１．９８、ａ1＝２．０、及びａ2＝２．０とし、シリコン及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．１８２１１４、φ2＝１．０８９０２であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１２７】
またこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝７８．６４／１９．０４／２０７．６０／１９．２３／２０９．７０／１９．２３／２０９．７０nmとなり、トータル膜厚は１３１２．９９nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約５．４倍と非常に厚くなっている。
図４７はこの発明の一実施例２６に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図４７から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１４０nmと広くなっている。
【０１２８】
実施例２７
実施例２６の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例２６と同じにして、ｃ1＝０．７５、ａ0=１．９８、ａ1＝２．０、及びａ2＝２．０とし、シリコン及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．１８２１１４、φ2＝１．０８９０２であるとき、波長λ＝１００２nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝８０．４０／１９．４７／２１２．２６／１９．６６／２１４．４１／１９．６６／２１４．４１nmである。
図４８はこの発明の一実施例２７に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図４８において、反射率が１％以下の波長領域幅は１４３nmである。
【０１２９】
実施例２８
この実施例２８は図４１に示された７層膜の構成である。
図４１において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、予備層コーティング膜１１２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを、屈折率がｎ2＝１．４５の石英（ＳｉＯ2）で形成する。
第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、及び第５層コーティング膜３２ａを屈折率がｎ1＝２．０５７の酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）で形成する。
この実施例２８では、ｃ1＝０．２、ａ0=２．７、ａ1＝２．０、及びａ2＝２．０とし、酸化タンタル及び石英それぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．３０２０２５、φ2＝１．０７０５であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１３０】
またこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝２３．０３／６１．８３／３１０．９１／４５．８０／２３０．３０／４５．８０／２３０．３０nmとなり、トータル膜厚は１４３７．６９nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約５．９倍と非常に厚くなっている。
図４９はこの発明の一実施例２８に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図４９から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１３４nmと広くなっている。
【０１３１】
実施例２９
実施例２８の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例２８と同じにして、ｃ1＝０．２、ａ0=２．７、ａ1＝２．０、及びａ2＝２．０とし、酸化タンタル及び石英それぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．３０２０２５、φ2＝１．０７０５であるとき、波長λ＝９６６nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝２２．７０／６０．９５／３０６．４６／４５．１５／２２７．０１／４５．１５／２２７．０１nmである。
図５０はこの発明の一実施例２９に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図５０において、反射率が１％以下の波長領域幅は１３３nmである。
【０１３２】
実施例３０
この実施例３０は図４１に示された７層膜の構成である。
図４１において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、予備層コーティング膜１１２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを、屈折率がｎ2＝１．４５の石英（ＳｉＯ2）で形成する。
第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、及び第５層コーティング膜３２ａを屈折率がｎ1＝２．９５４のシリコン（Ｓｉ）で形成する。
この実施例３０では、ｃ1＝０．５、ａ0=２．５、ａ1＝２．０、及びａ2＝２．０とし、シリコン及び石英それぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．１３１０５１、φ2＝１．１６１５８であるとき、波長λ0＝９８０nmで無反射とすることができる。
【０１３３】
またこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝６２．４７／１７．３０／３１２．３７／１３．８４／２４９．９０／１３．８４／２４９．９０nmとなり、トータル膜厚は１４０１．１０nmである。これはλ0/4膜厚２４５nmの約５．７倍と非常に厚くなっている。
図５１はこの発明の一実施例３０に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図５１から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域幅は１３４nmと広くなっている。
【０１３４】
実施例３１
実施例３０の半導体レーザをファイバグレーティングと組み合わせる場合には、半導体レーザの光の波長λ0をバスタブ形状をした反射率分布の中心にすることが望ましい。
この場合、λ0＝９８０nmを反射率が１％である波長領域幅の中心波長とするためには、低反射コーティング膜１４の構成は実施例３０と同じにして、ｃ1＝０．５、ａ0=２．５、ａ1＝２．０、及びａ2＝２．０とし、シリコン及び石英それぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．１３１０５１、φ2＝１．１６１５８であるとき、波長λ＝９６９nmで無反射とすればよい。
なおこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝６１．７７／１７．１０／３０８．８６／１３．６８／２４７．０９／１３．６８／２４７．０９nmである。
図５２はこの発明の一実施例３１に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図５２において、反射率が１％以下の波長領域幅は１３２nmである。
【０１３５】
実施の形態１１．
この実施の形態１１は、実施の形態６をさらに発展させたものである。
この実施の形態１１に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザの活性層から決まる発振波長よりも無反射となる波長を長波長側にした構成を有する。すなわち半導体レーザの共振器の出射端面に被覆膜を設けて反射率が所定の波長λ0に対応して極小値を有するようにし、半導体レーザの利得が最大になる波長を被覆膜層の反射率が極小となる波長よりも短波長側に設定することにより、波長が長くなるにつれて端面の反射率が低くなる領域において、半導体レーザの総損失と半導体レーザの利得とが等しくしたものである。
そしてこの半導体レーザ装置の被覆膜の構成を、実施の形態１０において提示した構成にしている。すなわちこの実施の形態１１の半導体レーザ装置の構成は、図４１に示した７層構成の低反射コーティング膜１４を有する半導体レーザ装置１１０あるいは図４２に示した９層構成の低反射コーティング膜１４を有する半導体レーザ装置１２０の構成をしている。
【０１３６】
実施例３２
この実施例３２は図４１に示された７層膜の構成である。
図４１において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、予備層コーティング膜１１２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを、屈折率がｎ2＝１．６３のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する。
第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、及び第５層コーティング膜３２ａを屈折率がｎ1＝２．００の酸化タンタル（Ｔa2Ｏ5）で形成する。
【０１３７】
予備層コーティング膜１１２の膜厚Ｄ0をｃ1×ｄ2、第１層コーティング膜２２ａの膜厚Ｄ1をａ0×ｄ1、第２層コーティング膜２２ｂの膜厚Ｄ2をａ0×ｄ2、第３層コーティング膜２４ａの膜厚Ｄ3をａ1×ｄ1、第４層コーティング膜２４ｂの膜厚Ｄ4をａ1×ｄ2、第５層コーティング膜３２ａの膜厚Ｄ5をａ2×ｄ1、第６層コーティング膜３２ｂの膜厚Ｄ6をａ2×ｄ2としたとき、ｃ1＝０．３０、ａ0=１．７５、ａ1＝２．００、及びａ2＝２．００とし、酸化タンタル及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．７８８２３９、φ2＝０．８２６９４３であるとき、波長λ0＝１０００nmで無反射とすることができる。
【０１３８】
またこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝２４．２２／１０９．７７／１４１．３０／１２５．４５／１６１．４９／１２５．４５／１６１．４９nmとなり、トータル膜厚（ｎ2×Ｄ0＋ｎ1×Ｄ1＋ｎ2×Ｄ2＋ｎ1×Ｄ3＋ｎ2×Ｄ4＋ｎ1×Ｄ5＋ｎ2×Ｄ6）は１５１７．６０nmである。これはλ0/4膜厚２５０nmの約６．１倍と非常に厚くなっている。
図５６はこの発明の一実施例３２に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図５６から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域は９５４ｎｍから１１１４ｎｍに亘っており、反射率が１％以下の波長領域の中心波長は１０３４ｎｍである。したがって無反射となる波長１０００nmは反射率が１％以下の波長領域の中心波長の短波長側に存在する。
【０１３９】
このように無反射となる波長が、反射率が１％以下の波長領域の中心波長よりも短波長側に存在する場合には、長波長側に存在する場合よりも、低反射コーティング膜１４を構成する材料の屈折率や膜厚などが設計値から多少ばらついたとしても、低反射コーティング膜１４の反射率の設計値からの偏差への影響が少なくなる。このために低反射コーティング膜１４の材料選定、装着など実際的な製造が行いやすくなる。これは以下に述べる実施例３３及び実施例３４においても同様である。
【０１４０】
実施例３３
この実施例３３も図４１に示された７層膜の構成である。
図４１において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、予備層コーティング膜１１２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ及び第６層コーティング膜３２ｂを、屈折率がｎ2＝１．６３のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する。
第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、及び第５層コーティング膜３２ａを屈折率がｎ1＝２．００の酸化タンタル（Ｔa2Ｏ5）で形成する。
予備層コーティング膜１１２の膜厚Ｄ0をｃ1×ｄ2、第１層コーティング膜２２ａの膜厚Ｄ1をａ0×ｄ1、第２層コーティング膜２２ｂの膜厚Ｄ2をａ0×ｄ2、第３層コーティング膜２４ａの膜厚Ｄ3をａ1×ｄ1、第４層コーティング膜２４ｂの膜厚Ｄ4をａ1×ｄ2、第５層コーティング膜３２ａの膜厚Ｄ5をａ2×ｄ1、第６層コーティング膜３２ｂの膜厚Ｄ6をａ2×ｄ2としたとき、ｃ1＝０．２０、ａ0=１．８０、ａ1＝２．１０、及びａ2＝２．００とし、酸化タンタル及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．８００８４５、φ2＝０．７８５７８１であるとき、波長λ0＝１０００nmで無反射とすることができる。
【０１４１】
またこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6＝１５．３４／１１４．７１／１３８．１０／１３３．８３／１６１．１２／１２７．４６／１５３．４５nmとなり、トータル膜厚（ｎ2×Ｄ0＋ｎ1×Ｄ1＋ｎ2×Ｄ2＋ｎ1×Ｄ3＋ｎ2×Ｄ4＋ｎ1×Ｄ5＋ｎ2×Ｄ6）は１５１４．８５nmである。これはλ0/4膜厚２５０nmの約６．１倍と非常に厚くなっている。
図５７はこの発明の一実施例３３に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図５７から分かるように、反射率の波長依存性はＵ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域は９４４ｎｍから１０９８ｎｍに亘っており、反射率が１％以下の波長領域の中心波長は１０２１ｎｍである。したがって無反射となる波長１０００nmは反射率が１％以下の波長領域の中心波長の短波長側に存在する。
【０１４２】
実施例３４
この実施例３４は図４２に示された９層膜の構成である。
図４２において、半導体レーザ素子１２の等価屈折率ｎc＝３．３７とし、予備層コーティング膜１１２、第２層コーティング膜２２ｂ、第４層コーティング膜２４ｂ、第６層コーティング膜３２ｂ、及び第８層コーティング膜１０２ｂを、屈折率がｎ2＝１．６３のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）で形成する。
第１層コーティング膜２２ａ、第３層コーティング膜２４ａ、第５層コーティング膜３２ａ、及び第７層コーティング膜１０２ａを屈折率がｎ1＝２．００の酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）で形成する。
【０１４３】
予備層コーティング膜１１２の膜厚Ｄ0をｃ1×ｄ2、第１層コーティング膜２２ａの膜厚Ｄ1をａ0×ｄ1、第２層コーティング膜２２ｂの膜厚Ｄ2をａ0×ｄ2、第３層コーティング膜２４ａの膜厚Ｄ3をａ1×ｄ1、第４層コーティング膜２４ｂの膜厚Ｄ4をａ1×ｄ2、第５層コーティング膜３２ａの膜厚Ｄ5をａ2×ｄ1、第６層コーティング膜３２ｂの膜厚Ｄ6をａ2×ｄ2、第７層コーティング膜１０２ａの膜厚Ｄ7をａ3×ｄ1、第８層コーティング膜１０２ｂの膜厚Ｄ8をａ3×ｄ2としたとき、ｃ1＝０．５８、ａ0=１．９５、ａ1＝２．００、ａ2＝２．００及びａ3＝２．００とし、酸化タンタル及びアルミナそれぞれの位相変化φ1、φ2が、φ1＝０．４０４６５、φ2＝１．１２０５４であるとき、波長λ0＝１０００nmで無反射とすることができる。
【０１４４】
またこのとき、各層の膜厚は、Ｄ0／Ｄ1／Ｄ2／Ｄ3／Ｄ4／Ｄ5／Ｄ6／Ｄ7／Ｄ8＝６３．４６／６２．７９／２１３．３５／６４．４０／２１８．８２／６４．４０／２１８．８２／６４．４０／２１８．８２nmとなり、トータル膜厚（ｎ2×Ｄ0＋ｎ1×Ｄ1＋ｎ2×Ｄ2＋ｎ1×Ｄ3＋ｎ2×Ｄ4＋ｎ1×Ｄ5＋ｎ2×Ｄ6＋ｎ1×Ｄ7＋ｎ2×Ｄ8）は２０３３．２２nmである。これはλ0/4膜厚２５０nmの約８．１倍と非常に厚くなっている。
図５８はこの発明の一実施例３４に係る半導体レーザの端面における反射率の波長依存性を示すグラフである。
図５８から分かるように、反射率の波長依存性はＷ字状をしたバスタブ形状に近く反射率が１％以下の波長領域は９７９ｎｍから１１２１ｎｍに亘っており、反射率が１％以下の波長領域の中心波長は１０５０ｎｍである。したがって無反射となる波長１０００nmは反射率が１％以下の波長領域の中心波長の短波長側に存在する。
【０１４５】
実施例３２，３３及び３４は実施の形態１０に示した低反射コーティング膜１４を有する半導体レーザ装置の構成であるが、半導体レーザ装置の低反射コーティング膜の構成が必ずしも実施の形態１０の低反射コーティング膜の構成でなくても良く、実施の形態１、２、および９において述べた低反射コーティング膜を使用しても良いし、また１層の低反射コーティング膜を使用しても良い。
図５９はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの一例の利得分布を示すグラフである。
この図５９に示されている半導体レーザ１２の利得が最大になる波長、つまり利得ピーク波長は約９７２ｎｍである。
なお、この利得分布を示すグラフは端面の低反射コーティング膜１４を設ける前のものであり、後に述べる従来の半導体レーザ装置においても同様の利得分布を示していると考えることができる。
【０１４６】
この半導体レーザ１２の利得ピーク波長を、低反射コーティング膜１４が形成された出射端面における反射率が無反射となる波長１０００ｎｍより、常に短波長側になるように設定する。これにより波長が長くなるにつれて半導体レーザ装置の損失が増大する波長領域において、半導体レーザ１２の利得と半導体レーザ装置の損失とを等しくすることが出来る。その結果、周囲温度及び注入電流が変化した場合における半導体レーザ装置の発振波長の変化を小さくすることができる。
図６０はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の損失と利得との関係を示す模式図である。
図６０において、実線ａ1はこの発明に係る半導体レーザ装置のトータル損失を、実線ｂ1、ｂ2はこの発明に係る半導体レーザ装置の利得を示す。またＳlは低温における総利得、Ｓhは高温における総利得であり、それぞれ注入電流に比例する値である。
【０１４７】
なお、比較のために従来の９８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置について、トータル損失を破線ａ10により、利得を破線ｂ10、ｂ20により示す。またＳl0は従来の半導体レーザ装置についての低温における総利得、Ｓh0は従来の半導体レーザ装置についての高温における総利得であり、それぞれ注入電流に比例する値である。
従来の半導体レーザ装置においては、トータル損失である破線ａ10は波長の変化にほとんど依存しない。低温時に利得とトータル損失が等しくなるのはＡ点であるため波長λl0で発振する。高温時にはバンドギャップの収縮により長波長から利得が発生し、このため利得と損失が等しくなるのはＢ点となり、波長λh0で発振する。したがって発振波長差はλh0−λl0である。
一方、この実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、ミラー損失に波長依存性があり、しかも実線ａ1で示されるように波長が長くなるにつれてトータル損失が増加する。このためにＣ点で示されるように低温時では小さな利得で損失と等しくなり、波長λlで発振する。高温時は逆に大きな利得を必要とし、Ｄ点で示されるλhで発振することになる。したがって発振波長差はλh−λlである。
ここで図６０から明らかなように、λh−λl＜λh0−λl0である。
【０１４８】
従来の半導体レーザ装置における高温時と低温時の利得の差はＳh0−Ｓl0であり、この実施の形態に係る半導体レーザ装置における高温時と低温時の利得の差はＳh−Ｓlである。そしてＳh−Ｓl＞Ｓh0−Ｓl0である。
したがって、温度変化または注入電流変化に対する波長変化を、従来の半導体レーザ装置とこの実施の形態に係る半導体レーザ装置とにおいて比較すると、
（λh−λl）／（Ｓh−Ｓl）＜＜（λh0−λl0）／（Ｓh0−Ｓl0）
となり、この実施の形態に係る半導体レーザ装置の温度変化及び注入電流変化に対する波長変化は従来の半導体レーザ装置のそれに比べて極端に小さくすることができる。
【０１４９】
図６１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の反射率の波長依存性とミラー損失の波長依存性を示すグラフである。
図６１において比較のために従来の半導体レーザ装置の反射率の波長依存性とミラー損失の波長依存性を示している。
図６１におけるＡ群の曲線はミラー損失の値で、実線a1はこの実施の形態に係る半導体レーザ装置のミラー損失の波長依存性を、また破線a2は従来の半導体レーザ装置のミラー損失の波長依存性を示している。
またＢ群の曲線は反射率の値で、実線b1はこの実施の形態に係る半導体レーザ装置の反射率の波長依存性を、また破線b2は従来の半導体レーザ装置の反射率の波長依存性を示している。
図６１に示されるように、従来の半導体レーザ装置のミラー損失の値および反射率の値は、それほど波長に依存しないものになっている。
【０１５０】
一方、この実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、波長が長くなるにつれて、反射率の値は小さくなり、逆にミラー損失の値は大きくなっている。
図６１に示されたこの実施の形態に係る半導体レーザ装置の、波長変化に対するミラー損失の変化Δα／Δλは約０．１８ｃｍ−１／ｎｍである。
図６２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置における発振波長の温度及び注入電流に対する依存性を示すグラフである。
温度は５℃から８５℃まで１０段階変化させ、注入電流は１００ｍＡから６００ｍＡまで変化させ、５０ｍＡ間隔で測定している。
図６２においては、温度が５℃、注入電流が１００ｍＡの場合から温度が８５℃、６００ｍＡの場合までの間の発振波長の変化ΔλLは１１．２ｎｍである。
図６３は従来の半導体レーザ装置における発振波長の温度及び注入電流に対する依存性を示すグラフである。この実施の形態に係る半導体レーザ装置の発振波長の、温度及び注入電流に対する依存性と比較のために示している。
【０１５１】
測定方法はこの実施の形態に係る半導体レーザ装置の場合と同じである。
図６３においては、温度が５℃、注入電流が１００ｍＡの場合から温度が８５℃、６００ｍＡの場合までの間の発振波長の変化ΔλLは３３．５ｎｍである。
図６２と図６３との比較からこの実施の形態に係る半導体レーザ装置では従来の半導体レーザ装置に比べて温度及び注入電流に対する発振波長の変化はおおよそ１／３程度となっている。
【０１５２】
図６４はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置における光出力−電流特性（以下、Ｐ−Ｉ特性、という。）の温度依存性を示すグラフである。
Ｐ−Ｉ特性の測定は温度２５℃から８５℃まで１０段階で変化させて連続動作（ＣＷ）で行われた。
図６５は従来の半導体レーザ装置におけるＰ−Ｉ特性の温度依存性を示すグラフである。
従来の従来の半導体レーザ装置におけるＰ−Ｉ特性の測定も、この実施の形態に係る半導体レーザ装置の場合と同様に実施されている。
この実施の形態の半導体レーザ装置におけるＰ−Ｉ特性と半導体レーザ装置におけるＰ−Ｉ特性を比較すると、この実施の形態の半導体レーザ装置においては従来の半導体レーザ装置よりもＰ−Ｉ特性の曲線群が粗に分散しているおり、しきい値電流の変化が大きい。
【０１５３】
図６４及び図６５のＰ−Ｉ特性ならびに、図６２及び図６３の発振波長の温度及び注入電流に対する依存性から勘案すると、この実施の形態の半導体レーザ装置においては、バンドフィルタリング効果によりしきい値電流変化が大きくなる代わりに発振波長変化が抑制されていることになる。
図６６はこの発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置において反射率を指標とした場合の波長変化抑制効果を示すグラフである。
この実施の形態に係る半導体レーザ装置において、種々の利得ピーク波長を有する半導体レーザと低反射コーティング膜とを有する半導体レーザ装置に対して各々発振波長変化が抑制されているが、図６６においては従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下になる出射端面の反射率を一つの指標として発振波長変化の効果を判定している。
【０１５４】
図６６において、○印のものが従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下なったもので、□印のものは従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下にならなかったものである。したがって半導体レーザ装置の出射端面の反射率がおおよそ４％以下になると、従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下になっている。図６６の破線が反射率４％の境界線で、矢印が望ましい領域を示している。
【０１５５】
図６７はこの発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置において波長変化に対するミラー損失変化を指標とした場合の波長変化抑制効果を示すグラフである。
図６７においては、利得ピーク波長近傍における波長変化に対するミラー損失変化Δα／Δλを一つの指標として、従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下になる場合のΔα／Δλにより発振波長変化の効果を判定している。
図６７の○印のものが従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下なったもので、□印のものは従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下にならなかったものである。したがって半導体レーザ装置の波長変化に対するミラー損失変化Δα／Δλが０．１３ｃｍ−１／ｎｍ以上になると、従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下になっている。
【０１５６】
以上述べたように、この実施の形態においては、半導体レーザの共振器の出射端面に被覆膜を設けて反射率が所定の波長λ0に対応して極小値を有するようにし、半導体レーザの利得が最大になる波長が被覆膜層の反射率が極小となる波長よりも短波長側に設定することにより、波長が長くなるにつれて反射率が低くなる領域において、半導体レーザの総損失と半導体レーザの利得とを等しくすることにより、周囲温度及び注入電流が変化した場合における半導体レーザ装置の発振波長の変化を小さくすることができる。
さらに、出射端面の反射率をおおよそ４％以下にし、かつ利得波長近傍の波長変化に対するミラー損失変化Δα／Δλを０．１３ｃｍ−１／ｎｍ以上にすることにより従来の半導体レーザ装置に比べて発振波長変化が１／２以下になり、顕著な発振波長変化の抑制効果を有する半導体レーザ装置を構成することができる。
【０１５７】
以上述べた実施の形態においては、９層の低反射コーティング膜まで記載したが、さらに多層の膜構成でも良い。
またパラメータａk、ｂ1、ｃ1はここに記載したものに限定するものではない。
また各実施の形態の光半導体装置の伝播する光を、９８０nm近傍の光を例として、記述しているが、この波長に限らず、他の波長の可視光、赤外線、遠赤外線にも実施することができる。
また、ここでは例として半導体レーザ装置を例として説明したが、他の光半導体装置、例えば半導体光増幅器（ＳＯＡ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、光変調器などに適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
以上のように、この発明は、光情報処理用の光源、光通信の信号源、ファイバアンプの励起光源として用いられる半導体レーザ装置、半導体光増幅器、スーパールミネッセントダイオード、光変調器などの光半導体素子のコーティング膜の設計方法に係り、特にこれらに用いられる光半導体素子の端面に配設されるコーティング膜の設計方法に適している。
【符号の説明】
【０１５９】
１２  半導体レーザ素子、    １６、２２ａ  第１層コーティング膜、 １８、２２ｂ  第２層コーティング膜、    １４  低反射コーティング膜、 ２４ａ  第３層コーティング膜、    ３２ａ  第５層コーティング膜、    １０２ａ  第７層コーティング膜、    ２４ｂ  第４層コーティング膜、    ３２ｂ  第６層コーティング膜、    １０２ｂ  第８層コーティング膜、    ２４  第１コーティング膜対、    ３２  第２コーティング膜対、    １０２  第３コーティング膜対、    ３８  表面層コーティング膜、    ９４  ファイバグレーティング、    １１２  予備層コーティング膜。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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