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JP2008172088A - Semiconductor laser device - Google Patents

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JP2008172088A
JP2008172088A JP2007004826A JP2007004826A JP2008172088A JP 2008172088 A JP2008172088 A JP 2008172088A JP 2007004826 A JP2007004826 A JP 2007004826A JP 2007004826 A JP2007004826 A JP 2007004826A JP 2008172088 A JP2008172088 A JP 2008172088A
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JP
Japan
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semiconductor laser
refractive index
wavelength
film
laser device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007004826A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshitaka Shimamoto
敏孝 嶋本
Takeshi Yokoyama
毅 横山
Koji Makita
幸治 牧田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2007004826A priority Critical patent/JP2008172088A/en
Publication of JP2008172088A publication Critical patent/JP2008172088A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost integrated semiconductor laser device to which a coating film for an end surface of a resonator is applied, as a coating film suitable for obtaining high-output characteristics and high reliability, wherein the semiconductor laser device is also a multiwavelength semiconductor laser device comprising a plurality of semiconductor lasers having different oscillating wavelengths. <P>SOLUTION: In a semiconductor laser device, a semiconductor laser 1 having an oscillating wavelength λ1 and a semiconductor laser 2 having an oscillating wavelength λ2 are formed on the same substrate 101. Rear end surface 140 of each resonator of the lasers is covered with an end surface coating film 130, wherein the coating film 130 is formed by laminating, four cycles or more alternately from the end surface side, low refractive index dielectric layers having a refractive index of n1≤1.5 and high refractive index dielectric layers having a refractive index of n2≥2.3. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ディスクの光源等に用いる二波長半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a dual wavelength semiconductor laser device used for a light source of an optical disk or the like.

半導体レーザは、エレクトロニクスやオプトエレクトロニクスの多くの分野で広く使用されており、光デバイスとして不可欠なものである。特に、CD(コンパクトディスク)やDVD(デジタル多用途ディスク)などの光ディスク機器は、大容量の記録媒体として現在盛んに利用されている。DVDに用いる記録媒体(メディア)はCDの媒体に比べピット長及びトラック間隔が小さい。従って、用いる半導体レーザの波長もCDに比べDVDの方が短い。具体的には、CD用レーザの発振波長は780nm帯(765〜800nm)であるのに対し、DVD用レーザの発振波長は660nm帯(645〜665nm)である。従って、ひとつの光ディスク装置がCD及びDVDの両方の情報を検出するためには、780nm帯のレーザ(赤外半導体レーザ)及び660nm帯のレーザ(赤色半導体レーザ)の2つの光源が必要となる。近年、光ディスク装置を構成する光ピックアップ装置の小型化や軽量化のために、1つの半導体チップ中において2種類の波長のレーザ光を発光する二波長型の半導体レーザ素子が開発され普及しつつある。   Semiconductor lasers are widely used in many fields of electronics and optoelectronics, and are indispensable as optical devices. In particular, optical disc devices such as CD (compact disc) and DVD (digital versatile disc) are currently actively used as large-capacity recording media. A recording medium (media) used for a DVD has a smaller pit length and track interval than a CD medium. Therefore, the wavelength of the semiconductor laser used is shorter for DVD than for CD. Specifically, the oscillation wavelength of the CD laser is in the 780 nm band (765 to 800 nm), whereas the oscillation wavelength of the DVD laser is in the 660 nm band (645 to 665 nm). Therefore, in order for one optical disc apparatus to detect both CD and DVD information, two light sources of a 780 nm band laser (infrared semiconductor laser) and a 660 nm band laser (red semiconductor laser) are required. 2. Description of the Related Art In recent years, in order to reduce the size and weight of an optical pickup device that constitutes an optical disk device, a two-wavelength type semiconductor laser element that emits laser light of two types of wavelengths in one semiconductor chip has been developed and is becoming popular. .

さらに、記録容量の増加と共に記録速度の高速化が進んできており、その動向は特にCD用及びDVD用で顕著である。高速化するためには、半導体レーザ装置の高出力化が必要とされる。近年では、CD用赤外半導体レーザ装置やDVD用赤色半導体レーザ装置において、200〜300mW超の高出力が市場から要求されるに至っている。   Further, the recording speed is increasing with the increase in recording capacity, and the trend is particularly remarkable for CD and DVD. In order to increase the speed, it is necessary to increase the output of the semiconductor laser device. In recent years, in the infrared semiconductor laser device for CD and the red semiconductor laser device for DVD, a high output exceeding 200 to 300 mW has been required from the market.

図18(a)は従来の二波長半導体レーザ装置の上面斜視図であり、図18(b)は当該装置の要部平面図である。図18(a)及び(b)に示すように、従来の二波長半導体レーザ装置100は、660nm帯のレーザ光15をレーザ発光領域17から出射する赤色半導体レーザ10と780nm帯のレーザ光25をレーザ発光領域27からを出射する赤外半導体レーザ20の2つのレーザから構成されている。このレーザ装置100においては、赤色半導体レーザ10と赤外半導体レーザ20とを電気的に分離するために溝90が設けられている。また、レーザ装置100の上面側及び下面側に設けられたp側電極30及びn側電極40のそれぞれにバイアスを印加することによって、各レーザ10及び20を個別に動作させることができる。さらに、レーザ装置100は、レーザ光を取り出すための前方端面50と、共振器内部へ光を反射させるための後方端面60とを有している。前方端面50には端面膜70及び72が形成されていると共に、後方端面60には多層コート膜80が積層されている。   FIG. 18A is a top perspective view of a conventional two-wavelength semiconductor laser device, and FIG. 18B is a plan view of the main part of the device. As shown in FIGS. 18A and 18B, the conventional two-wavelength semiconductor laser device 100 emits the red semiconductor laser 10 that emits the laser beam 15 in the 660 nm band from the laser emission region 17 and the laser beam 25 in the 780 nm band. It is composed of two lasers, an infrared semiconductor laser 20 that emits from the laser emission region 27. In this laser device 100, a groove 90 is provided to electrically separate the red semiconductor laser 10 and the infrared semiconductor laser 20 from each other. Further, by applying a bias to each of the p-side electrode 30 and the n-side electrode 40 provided on the upper surface side and the lower surface side of the laser device 100, each laser 10 and 20 can be operated individually. Further, the laser device 100 has a front end face 50 for extracting laser light and a rear end face 60 for reflecting light into the resonator. End face films 70 and 72 are formed on the front end face 50, and a multilayer coat film 80 is laminated on the rear end face 60.

ところで、高出力化の有効な手段のひとつとして、非特許文献1には、半導体レーザの共振器を形成する2つの端面の反射率を非対称とする方法が記載されている。これは、光ディスク装置の書き込みに用いられる半導体レーザでは一般的な方法である。この方法は、共振器を形成する各端面を誘電体多層膜によりコーティングすることによって各端面の反射率を非対称にする方法であって、具体的には、共振器を形成する端面のうちレーザ光が出射される端面(前方端面)の反射率を10%程度の低反射率に設定する一方、その反対側の端面(後方端面)の反射率を85%程度の高反射率に設定する。   By the way, as one of effective means for increasing the output, Non-Patent Document 1 describes a method in which the reflectance of two end faces forming a resonator of a semiconductor laser is asymmetric. This is a common method for a semiconductor laser used for writing in an optical disk device. This method is a method of making the reflectance of each end face asymmetric by coating each end face forming the resonator with a dielectric multilayer film. Specifically, the laser beam is out of the end faces forming the resonator. Is set to a low reflectivity of about 10%, and the reflectivity of the opposite end face (rear end face) is set to a high reflectivity of about 85%.

尚、誘電体多層膜の反射率は、用いる誘電体の屈折率、層厚、及び積層する層数によって制御することができる。特許文献2は、二波長半導体レーザ装置において、共振器後方端面に低屈折率材料の薄膜及び高屈折率材料の薄膜を交互に積層した高反射リアコート膜を設けることを開示している。ここで、二波長化に対応して、両端面をコーティングする膜の厚さは、両半導体レーザダイオードの発振波長の平均値λ=(λ1+λ2)/2を用いて光学長d=(1/4+j)×λ(jは0以上の整数)により算出されている。これにより、赤色波長と赤外波長の両方について後方端面の反射率が75%以上になるように膜厚を設定することができる。   The reflectance of the dielectric multilayer film can be controlled by the refractive index of the dielectric used, the layer thickness, and the number of layers to be stacked. Patent Document 2 discloses that in a two-wavelength semiconductor laser device, a high-reflection rear coat film in which thin films of a low refractive index material and thin films of a high refractive index material are alternately stacked is provided on the rear end face of the resonator. Here, in correspondence with the dual wavelength, the thickness of the film that coats both end faces is obtained by using the average value λ = (λ1 + λ2) / 2 of the oscillation wavelengths of both semiconductor laser diodes and the optical length d = (1/4 + j ) × λ (j is an integer of 0 or more). Thereby, a film thickness can be set so that the reflectance of a back end surface may be 75% or more about both a red wavelength and an infrared wavelength.

以上のように、半導体レーザの高出力化に向けて動作電流を低減するためには、赤色(660nm帯)波長及び赤外(780nm帯)波長の両方について共振器の後方端面(リア側端面)を高反射率化してスロープ効率を向上させる必要がある。また、後方端面をコーティングする膜(リアコート膜)として低屈折率膜(SiO2 膜)及び高屈折率膜(α−Si:H膜(水素添加されたアモルファスシリコン膜))のペアを多周期に亘って積層することにより、後方端面を高反射率化することができる。また、低屈折率膜と高屈折率膜との間の屈折率の差が大きい程、後方端面を高反射率化することが可能となる。ここで、目標反射率としては両波長について85%以上であることが求められている。また、信頼性対策(端面劣化抑制)として、端面での光吸収損失を低減するために、コート膜材料としては消衰係数が0に近い材料を選ぶ必要がある。
特許第3290646号公報 特開2001−257413号公報 特開2004−327581号公報 伊賀健一編著、半導体レーザ、第1版、株式会社オーム社、p.238
As described above, in order to reduce the operating current toward increasing the output of the semiconductor laser, the rear end face (rear end face) of the resonator for both the red (660 nm band) wavelength and the infrared (780 nm band) wavelength. It is necessary to improve the slope efficiency by increasing the reflectance. In addition, a pair of a low refractive index film (SiO 2 film) and a high refractive index film (α-Si: H film (hydrogenated amorphous silicon film)) is formed in multiple cycles as a film (rear coat film) for coating the rear end face. By laminating over, the rear end face can be made highly reflective. In addition, the greater the difference in refractive index between the low refractive index film and the high refractive index film, the higher the reflectance of the rear end face. Here, the target reflectance is required to be 85% or more for both wavelengths. Further, as a measure against reliability (inhibition of end face deterioration), it is necessary to select a material having an extinction coefficient close to 0 as a coating film material in order to reduce light absorption loss at the end face.
Japanese Patent No. 3290646 JP 2001-257413 A JP 2004-327581 A Edited by Kenichi Iga, Semiconductor Laser, 1st Edition, Ohm Corporation, p. 238

前述のように、共振器の後方端面反射率を高反射率化する方法としては、一般的に低屈折率膜及び高屈折率膜を1ペアとし、ペア数を増やすことによって高反射率化を実現する方法がある。このとき、低屈折率膜と高屈折率膜との屈折率差が大きい程、反射率を高くすることができる。   As described above, as a method of increasing the reflectivity of the rear end face of the resonator, generally, a low-refractive index film and a high-refractive index film are used as one pair, and the number of pairs is increased to increase the reflectivity. There is a way to achieve it. At this time, the larger the refractive index difference between the low refractive index film and the high refractive index film, the higher the reflectance.

しかしながら、特許文献2に開示された端面コートプロセスで高屈折率材料として用いられているのは、a−Siやa−Si:H等の材料であるが、これらの材料の消衰係数はTa2 5 やNb2 5 等の材料と比べて大きいため、共振器端面における光吸収を引き起こし、その結果、高出力動作時に共振器端面で劣化を生じる可能性がある。尚、a−Si、a−Si:H、Ta2 5 及びNb2 5 の屈折率及び消衰係数の大小関係は下記の通りである。 However, materials such as a-Si and a-Si: H that are used as the high refractive index material in the end face coating process disclosed in Patent Document 2 are the extinction coefficients of these materials. Since it is larger than materials such as 2 O 5 and Nb 2 O 5 , it causes light absorption at the resonator end face, and as a result, there is a possibility that deterioration occurs at the resonator end face during high output operation. The magnitude relationship between the refractive index and extinction coefficient of a-Si, a-Si: H, Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 is as follows.

屈折率 a−Si>a−Si:H>Nb2 5 >Ta2 5
消衰係数 a−Si>a−Si:H>>Nb2 5 、Ta2 5
また、スパッタにより成膜したa−Si系の高屈折率膜においては酸化膜と比べて多数のパーティクルが発生するため、チャンバー内にパーティクルが堆積し、歩留りを低下させる要因となる。
Refractive index a-Si> a-Si: H> Nb 2 O 5 > Ta 2 O 5
Extinction coefficient a-Si >> a-Si: H >> Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5
In addition, in the a-Si-based high refractive index film formed by sputtering, a larger number of particles are generated than in the oxide film, so that the particles accumulate in the chamber and cause a decrease in yield.

特許文献1においては、第1の誘電体層と酸化ニオブからなる第2の誘電体層とを用いたリアコート膜により共振器端面での高反射率化を実現すると共に共振器端面での光吸収損失を低減する方法が開示されている。但し、当該特許文献は発振波長を400nm又は400nmよりも短い波長に限定し、対象を単色の青紫色レーザとすることを記載しており、多波長レーザへの応用については記載されていない。   In Patent Document 1, a rear coat film using a first dielectric layer and a second dielectric layer made of niobium oxide achieves high reflectivity at the resonator end face and absorbs light at the resonator end face. A method for reducing losses is disclosed. However, this patent document describes that the oscillation wavelength is limited to a wavelength of 400 nm or shorter than 400 nm, and the target is a monochromatic blue-violet laser, and the application to a multi-wavelength laser is not described.

特許文献3には、少なくとも40%以上の反射率を達成する、酸化タンタル(Ta2 5 )膜を含む多層コート膜の例が示されている。この多層コート膜によると、酸化タンタルの消衰係数がゼロに近いため、共振器端面での光吸収損失を低減することができる。また、低屈折率材料であるSiO2 と高屈折率材料であるTa2 5 とを積層しているため、高反射率化が可能である。この場合、単色の半導体レーザであれば、その発振波長のみについて高反射率化できれば良い。しかしながら、二波長以上の多波長半導体レーザの場合、両発振波長について高反射率化することが求められるため、高反射率化できる波長帯域を広く確保する必要がある。SiO2 とTa2 5 とのペアを用いる場合、図11に見られるように、ペア数を増やすことによって赤色波長(660nm)での反射率向上が見込まれるが、その代わりとして高反射率化できる波長帯域は徐々に狭くなる。その結果、赤外波長(780nm)での反射率はペア数が増えるにつれて、低下してしまう。すなわち、酸化タンタル(Ta2 5 )は単色の半導体レーザのリアコート材料として有用であるが、二波長半導体レーザのリアコート材料には向いていない。 Patent Document 3 shows an example of a multilayer coating film including a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film that achieves a reflectance of at least 40% or more. According to this multilayer coating film, since the extinction coefficient of tantalum oxide is close to zero, the light absorption loss at the resonator end face can be reduced. Further, since SiO 2 which is a low refractive index material and Ta 2 O 5 which is a high refractive index material are laminated, a high reflectance can be achieved. In this case, in the case of a monochromatic semiconductor laser, it is sufficient that the reflectance can be increased only for the oscillation wavelength. However, in the case of a multi-wavelength semiconductor laser having two or more wavelengths, it is required to increase the reflectivity for both oscillation wavelengths, so it is necessary to ensure a wide wavelength band that can increase the reflectivity. When using a pair of SiO 2 and Ta 2 O 5 , as shown in FIG. 11, an increase in the reflectance at the red wavelength (660 nm) is expected by increasing the number of pairs. The possible wavelength band is gradually narrowed. As a result, the reflectance at the infrared wavelength (780 nm) decreases as the number of pairs increases. That is, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) is useful as a rear coat material for a monochromatic semiconductor laser, but is not suitable for a rear coat material for a two-wavelength semiconductor laser.

また、非特許文献1は、高出力動作を得るための一般的な技術を説明するに留まり、複数の発振波長を有する半導体レーザを同一基板上に形成した多波長半導体レーザ装置に好適な高出力動作条件を開示しているとは言い難い。   Non-Patent Document 1 merely describes a general technique for obtaining a high output operation, and a high output suitable for a multiwavelength semiconductor laser device in which semiconductor lasers having a plurality of oscillation wavelengths are formed on the same substrate. It is hard to say that the operating conditions are disclosed.

そこで、本発明の目的は、発振波長の異なる複数の半導体レーザからなる多波長半導体レーザ装置であって、高出力特性と高信頼性とを得るために適した共振器端面コート膜が施された集積化半導体レーザ装置を、製造コストを増やすことなく提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is a multi-wavelength semiconductor laser device including a plurality of semiconductor lasers having different oscillation wavelengths, and a resonator end face coating film suitable for obtaining high output characteristics and high reliability is provided. It is to provide an integrated semiconductor laser device without increasing the manufacturing cost.

前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ装置は、第1の発振波長λ1の第1の半導体レーザと第2の発振波長λ2(λ1<λ2)の第2の半導体レーザとが同一基板上に形成された集積化半導体レーザ装置であって、前記基板上に積層された複数の半導体層から構成される共振器と、前記共振器の後方端面を覆う反射膜とを備え、前記反射膜は、前記後方端面側から第1の誘電体層と第2の誘電体層とを交互に4周期以上積層することによって形成されており、前記第1の誘電体層の第1の屈折率n1は1.5以下であり、前記第2の誘電体層の第2の屈折率n2は2.3以上であり、前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層はそれぞれ、少なくとも前記第1の発振波長λ1及び前記第2の発振波長λ2において0.001cm-1以下の消衰係数を有し、前記後方端面の反射率は前記第1の発振波長λ1及び前記第2の発振波長λ2の両波長において85%以上である。 In order to achieve the above object, a semiconductor laser device according to the present invention includes a first semiconductor laser having a first oscillation wavelength λ1 and a second semiconductor laser having a second oscillation wavelength λ2 (λ1 <λ2). An integrated semiconductor laser device formed on the same substrate, comprising: a resonator composed of a plurality of semiconductor layers stacked on the substrate; and a reflective film covering a rear end face of the resonator, The reflective film is formed by alternately stacking four or more periods of the first dielectric layer and the second dielectric layer from the rear end face side, and the first refraction of the first dielectric layer is made. The index n1 is 1.5 or less, the second refractive index n2 of the second dielectric layer is 2.3 or more, and the first dielectric layer and the second dielectric layer are respectively At least 0.001 at the first oscillation wavelength λ1 and the second oscillation wavelength λ2. m -1 have the following extinction coefficient, reflectivity of the rear facet is 85% or more in the first two wavelength oscillation wavelength λ1 and the second oscillation wavelength .lambda.2.

本発明の半導体レーザ装置において、さらに望ましくは、前記共振器の前記後方端面の反射率を前記第1の発振波長λ1及び前記第2の発振波長λ2の両波長において90%以上に設定する。   In the semiconductor laser device of the present invention, more preferably, the reflectance of the rear end face of the resonator is set to 90% or more at both the first oscillation wavelength λ1 and the second oscillation wavelength λ2.

本発明の半導体レーザ装置において、膜厚計算波長をλとして、前記第1の誘電体層の厚さはλ/(4×n1)であり、前記第2の誘電体層の厚さはλ/(4×n2)であることが好ましい。   In the semiconductor laser device of the present invention, when the film thickness calculation wavelength is λ, the thickness of the first dielectric layer is λ / (4 × n1), and the thickness of the second dielectric layer is λ / It is preferable that it is (4 × n2).

本発明の半導体レーザ装置において、前記反射膜は、1周期目の前記第1の誘電体層と前記後方端面との間に第3の屈折率n3を持つAl2 3 膜を有することが好ましい。この場合、膜厚計算波長をλとして、前記Al2 3 膜の厚さはλ/(8×n3)であり、1周期目の前記第1の誘電体層の厚さはλ/(8×n1)であり、1周期目の前記第2の誘電体層の厚さはλ/(4×n2)であることが好ましく、2周期目以降の前記第1の誘電体層の厚さはλ/(4×n1)であり、2周期目以降の前記第2の誘電体層の厚さはλ/(4×n2)であることがさらに好ましい。 In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the reflection film has an Al 2 O 3 film having a third refractive index n3 between the first dielectric layer in the first period and the rear end face. . In this case, the film thickness calculation wavelength is λ, the thickness of the Al 2 O 3 film is λ / (8 × n3), and the thickness of the first dielectric layer in the first period is λ / (8 Xn1), and the thickness of the second dielectric layer in the first cycle is preferably λ / (4 × n2), and the thickness of the first dielectric layer in the second cycle and thereafter is preferably More preferably, λ / (4 × n1), and the thickness of the second dielectric layer after the second period is λ / (4 × n2).

本発明の半導体レーザ装置において、前記膜厚計算波長λは660nm以上で且つ720nm未満であることが好ましく、前記膜厚計算波長λは670nm以上で且つ710nm未満であることがさらに好ましい。   In the semiconductor laser device of the present invention, the film thickness calculation wavelength λ is preferably 660 nm or more and less than 720 nm, and the film thickness calculation wavelength λ is more preferably 670 nm or more and less than 710 nm.

本発明の半導体レーザ装置において、前記複数の半導体層はIII-V族化合物半導体を含み、前記第1の誘電体層は酸化シリコン(SiO2 )又は酸化アルミニウム(Al2 3 )を含み、前記第2の誘電体層は酸化ニオブ(Nb2 5 )又は酸化ジルコニア(ZrO2 )を含むことが好ましい。 In the semiconductor laser device of the present invention, the plurality of semiconductor layers include a group III-V compound semiconductor, the first dielectric layer includes silicon oxide (SiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), The second dielectric layer preferably contains niobium oxide (Nb 2 O 5 ) or zirconia oxide (ZrO 2 ).

本発明の半導体レーザ装置において、前記第1の発振波長λ1は645nm以上で且つ665nm以下であり、前記第2の発振波長λ2は765nm以上で且つ800nm以下であることが好ましい。   In the semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the first oscillation wavelength λ1 is not less than 645 nm and not more than 665 nm, and the second oscillation wavelength λ2 is not less than 765 nm and not more than 800 nm.

本発明の半導体レーザ装置において、前記第1の発振波長λ1の前記第1の半導体レーザの活性層はAlGaInP系半導体材料を含み、前記第2の発振波長λ2の前記第2の半導体レーザの活性層はAlGaAs系半導体材料を含むことが好ましい。   In the semiconductor laser device of the present invention, the active layer of the first semiconductor laser having the first oscillation wavelength λ1 includes an AlGaInP-based semiconductor material, and the active layer of the second semiconductor laser having the second oscillation wavelength λ2. Preferably includes an AlGaAs-based semiconductor material.

本発明によると、第1の発振波長λ1が例えば645〜665nmであり、第2の発振波長λ2が例えば765〜800nmである二波長半導体レーザ装置において、例えば660nm以上で且つ720nm未満、より望ましくは例えば670nm以上で且つ710nm未満の膜厚計算波長λを用いて、共振器の後方端面を覆う反射膜として、低屈折率(屈折率n1≦1.5)の誘電体層と高屈折率(屈折率n2≧2.3)の誘電体層とをそれぞれ所定の厚さだけ繰り返し堆積することによって、λ1及びλ2の両波長において85%以上の高反射率を実現することが可能となる。   According to the present invention, in a two-wavelength semiconductor laser device in which the first oscillation wavelength λ1 is, for example, 645 to 665 nm and the second oscillation wavelength λ2 is, for example, 765 to 800 nm, for example, 660 nm or more and less than 720 nm, more preferably For example, a dielectric film having a low refractive index (refractive index n1 ≦ 1.5) and a high refractive index (refractive index) are used as a reflective film covering the rear end face of the resonator using a film thickness calculation wavelength λ of 670 nm or more and less than 710 nm. By repeatedly depositing the dielectric layers having a ratio n2 ≧ 2.3) by a predetermined thickness, a high reflectance of 85% or more can be realized at both wavelengths λ1 and λ2.

また、本発明によると、特に、低屈折率材料として酸化シリコン(SiO2 )、高屈折率材料として酸化ニオブ(Nb2 5 )を用いた場合には、各誘電体操の消衰係数がほぼゼロとなるため、共振器の後方端面での光吸収損失を低減でき、それにより端面劣化を抑制することができる。 Further, according to the present invention, particularly when silicon oxide (SiO 2 ) is used as the low refractive index material and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) is used as the high refractive index material, the extinction coefficient of each dielectric operation is almost equal. Since it becomes zero, it is possible to reduce the light absorption loss at the rear end face of the resonator, thereby suppressing the end face deterioration.

以上のように、本発明によると、端面コート膜の構造を複雑にすることなく、共振器の後方端面において高反射率化及び低損失化を実現し、それによってスロープ効率を向上させて動作電流を低減することができる。すなわち、本発明によると、高出力動作に適し且つ信頼性の高い端面コート膜が施された集積化半導体レーザ装置を低コストで容易に提供することができる。   As described above, according to the present invention, high reflectivity and low loss are realized on the rear end face of the resonator without complicating the structure of the end face coat film, thereby improving the slope efficiency and operating current. Can be reduced. In other words, according to the present invention, it is possible to easily provide an integrated semiconductor laser device provided with an end face coating film suitable for high output operation and having high reliability at low cost.

以下、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に、本実施形態の集積化半導体レーザ装置の上方斜視図を示す。尚、本実施形態の集積化半導体レーザ装置は、660nm帯に発振波長を有する赤色半導体レーザと、780nm帯に発振波長を有する赤外半導体レーザとを同一基板上に形成した二波長半導体レーザ装置の一例である。   FIG. 1 is a top perspective view of the integrated semiconductor laser device of this embodiment. The integrated semiconductor laser device of this embodiment is a dual wavelength semiconductor laser device in which a red semiconductor laser having an oscillation wavelength in the 660 nm band and an infrared semiconductor laser having an oscillation wavelength in the 780 nm band are formed on the same substrate. It is an example.

図1に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置においては、基板101上に、第1の半導体レーザ1と第2の半導体レーザ2とが一体的に形成されている。基板101上における第1の半導体レーザ1の形成領域には、第1導電型(例えばn型:以下同様)のクラッド層102、活性層103、第2導電型(例えばP型:以下同様)の第一クラッド層104、エッチング停止層105、第2導電型の第二クラッド層106、コンタクト層107及び絶縁層108が順次積層されている。また、第2の半導体レーザ2も第1の半導体レーザ1と同様の構成であり、基板101上における第2の半導体レーザ2の形成領域には、第1導電型のクラッド層122、活性層123、第2導電型の第三クラッド層124、エッチング停止層125、第2導電型の第四クラッド層126、コンタクト層127及び絶縁層108が順次積層されている。   As shown in FIG. 1, in the semiconductor laser device of this embodiment, a first semiconductor laser 1 and a second semiconductor laser 2 are integrally formed on a substrate 101. In the formation region of the first semiconductor laser 1 on the substrate 101, a cladding layer 102 of the first conductivity type (for example, n-type: the same applies hereinafter), an active layer 103, and a second conductivity type (for example, P type: the same applies hereinafter) The first cladding layer 104, the etching stopper layer 105, the second conductivity type second cladding layer 106, the contact layer 107, and the insulating layer 108 are sequentially stacked. The second semiconductor laser 2 has the same configuration as that of the first semiconductor laser 1, and the first conductive type cladding layer 122 and the active layer 123 are formed in the formation region of the second semiconductor laser 2 on the substrate 101. The second conductivity type third cladding layer 124, the etching stopper layer 125, the second conductivity type fourth cladding layer 126, the contact layer 127, and the insulating layer 108 are sequentially stacked.

第1の半導体レーザ1の形成領域に設けられた絶縁層108は、第2導電型の第二クラッド層106及びコンタクト層107等から構成された台形状の凸部であるリッジストライプ構造の側面と、当該リッジストライプ構造の形成領域を除くエッチング停止層105の上面とを被覆している。当該リッジストライプ構造の上を含む絶縁層108の上には、第2導電型の第一電極(例えばp側電極)109が配置されており、これにより、当該リッジストライプ構造内へキャリア(ホール)を注入することができる。   The insulating layer 108 provided in the formation region of the first semiconductor laser 1 includes a side surface of a ridge stripe structure which is a trapezoidal convex portion formed of a second conductivity type second cladding layer 106, a contact layer 107, and the like. The upper surface of the etching stopper layer 105 excluding the formation region of the ridge stripe structure is covered. On the insulating layer 108 including the ridge stripe structure, a second conductivity type first electrode (for example, p-side electrode) 109 is arranged, whereby carriers (holes) are formed in the ridge stripe structure. Can be injected.

同様に、第2の半導体レーザ2の形成領域に設けられた絶縁層108は、第2導電型の第四クラッド層126及びコンタクト層127等から構成された台形状の凸部であるリッジストライプ構造の側面と、当該リッジストライプ構造の形成領域を除くエッチング停止層125の上面とを被覆している。当該リッジストライプ構造の上を含む絶縁層108の上には、第2導電型の第二電極(例えばp側電極)129が配置されており、これにより、当該リッジストライプ構造内へキャリア(ホール)を注入することができる。   Similarly, the insulating layer 108 provided in the formation region of the second semiconductor laser 2 is a ridge stripe structure which is a trapezoidal convex portion composed of a second conductivity type fourth cladding layer 126, a contact layer 127, and the like. And the upper surface of the etching stopper layer 125 excluding the region where the ridge stripe structure is formed. On the insulating layer 108 including the ridge stripe structure, a second conductivity type second electrode (for example, a p-side electrode) 129 is arranged, and thereby, carriers (holes) are formed in the ridge stripe structure. Can be injected.

基板101の裏面には第1導電型の電極(例えばn側電極)110が配置されている。第1の半導体レーザ1及び第2の半導体レーザ2のそれぞれにおいてリッジストライプ構造に直交する方向に形成されている共振器の2つの端面は、それぞれ、誘電体膜(端面コート膜)131及び130によってコーティングされている。具体的には、レーザ光が出射される出射面(前方端面141)は誘電体膜131によってコーティングされており、前方端面141の反対側に位置する後方端面140は誘電体膜130によってコーティングされている。   A first conductivity type electrode (for example, an n-side electrode) 110 is disposed on the back surface of the substrate 101. The two end faces of the resonator formed in the direction perpendicular to the ridge stripe structure in each of the first semiconductor laser 1 and the second semiconductor laser 2 are formed by dielectric films (end face coat films) 131 and 130, respectively. It is coated. Specifically, an emission surface (front end surface 141) from which laser light is emitted is coated with a dielectric film 131, and a rear end surface 140 located on the opposite side of the front end surface 141 is coated with a dielectric film 130. Yes.

尚、本実施形態の半導体レーザ装置において、リッジストライプ構造は、図1に示すような台形状断面を持つ構造に限定されるものではなく、例えば側面を略垂直に立ち上げた長方形状断面を持つ構造、つまり直方体状構造であってもよい。   In the semiconductor laser device of the present embodiment, the ridge stripe structure is not limited to a structure having a trapezoidal cross section as shown in FIG. 1, and has, for example, a rectangular cross section with its side surfaces raised substantially vertically. It may be a structure, that is, a rectangular parallelepiped structure.

また、本実施形態の半導体レーザ装置において、第1の半導体レーザ1と第2の半導体レーザ2とを電気的に分離するために分離溝150が設けられている。これにより、第1の半導体レーザ1のp側電極109とn側電極110との間、及び第2の半導体レーザ2のp側電極129とn側電極110との間に、個々にバイアスを印加することによって、第1の半導体レーザ1及び第2の半導体レーザ2を個別に動作させることができる。   In the semiconductor laser device of this embodiment, a separation groove 150 is provided to electrically separate the first semiconductor laser 1 and the second semiconductor laser 2. Thereby, a bias is individually applied between the p-side electrode 109 and the n-side electrode 110 of the first semiconductor laser 1 and between the p-side electrode 129 and the n-side electrode 110 of the second semiconductor laser 2. By doing so, the first semiconductor laser 1 and the second semiconductor laser 2 can be operated individually.

また、本実施形態の半導体レーザ装置において、第1の半導体レーザ1の発振波長λ1と第2の半導体レーザ2の発振波長λ2とは互いに異なる。例えば、第1の半導体レーザ1は660nm帯のレーザ光を出射する赤色半導体レーザであり、第2の半導体レーザ2は780nm帯のレーザ光を出射する赤外半導体レーザであってもよい。   In the semiconductor laser device of this embodiment, the oscillation wavelength λ1 of the first semiconductor laser 1 and the oscillation wavelength λ2 of the second semiconductor laser 2 are different from each other. For example, the first semiconductor laser 1 may be a red semiconductor laser that emits 660 nm band laser light, and the second semiconductor laser 2 may be an infrared semiconductor laser that emits 780 nm band laser light.

また、本実施形態の半導体レーザ装置は、前述のように、レーザ光を取り出すための前方端面141と、共振器内部へ光を反射させるための後方端面140とを有している。また、前方端面141及び後方端面140のそれぞれの反射率を制御するために、前方端面141及び後方端面140には端面コート膜として所望の反射率を持つ誘電体膜131及び130が形成されている。誘電体膜131及び130のそれぞれの反射率は、後述するように、誘電体膜131及び130に用いる誘電体材料の屈折率、誘電体膜131及び130の厚さ、並びに誘電体膜131及び130を構成する積層体の層数等によって制御することができる。   Further, as described above, the semiconductor laser device of the present embodiment has the front end surface 141 for extracting laser light and the rear end surface 140 for reflecting light into the resonator. In addition, in order to control the respective reflectances of the front end surface 141 and the rear end surface 140, dielectric films 131 and 130 having a desired reflectance are formed on the front end surface 141 and the rear end surface 140 as end surface coating films. . As will be described later, the reflectivities of the dielectric films 131 and 130 are the refractive index of the dielectric material used for the dielectric films 131 and 130, the thickness of the dielectric films 131 and 130, and the dielectric films 131 and 130, respectively. It can be controlled by the number of layers of the laminate constituting the.

以下、本実施形態の半導体レーザ装置のより具体的な構造について説明する。図2(a)及び(b)は本実施形態の半導体レーザ装置における個々の半導体レーザのリッジストライプ構造に直交する方向に沿った断面図の一例を示しており、図2(a)は赤色半導体レーザの断面図であり、図2(b)は赤外半導体レーザの断面図である。   Hereinafter, a more specific structure of the semiconductor laser device of this embodiment will be described. 2A and 2B show an example of a cross-sectional view along a direction orthogonal to the ridge stripe structure of each semiconductor laser in the semiconductor laser device of this embodiment, and FIG. 2A shows a red semiconductor. FIG. 2B is a cross-sectional view of an infrared semiconductor laser.

図2(a)に示すように、本実施形態の赤色半導体レーザにおいては、例えばn型GaAsよりなる厚さ100μmの基板201上に、例えばn型(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pからなる厚さ2μmのn型クラッド層202、例えば(Al0.5 Ga0.5 0.5 In0.5 Pからなる厚さ0.01μmの光ガイド層203、例えばAlGaInP/GaInPを含む多重量子井戸(MQW)構造からなる量子井戸活性層204(例えば井戸層の厚さが6nmであり、障壁層の厚さが7nmであり、3つの井戸層から構成される)、例えば(Al0.5 Ga0.5 0.5 In0.5 Pからなる厚さ0.01μmの光ガイド層205、例えばp型(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pからなる厚さ0.3μmのp型第一クラッド層206、例えばp型Ga0.5 In0.5 Pからなる厚さ0.007μmのエッチング停止層207、p型(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pからなる厚さ1.0μmのp型第二クラッド層208、例えば厚さ0.05μmのp型Ga0.5 In0.5 P層209、例えばp型GaAsからなる厚さ0.1μmのコンタクト層210、及び、例えばSiO2 からなる厚さ1.0μmの絶縁層220が順次積層されている。絶縁層220は、p型第二クラッド層208、p型Ga0.5 In0.5 P層209及びコンタクト層210からなる台形状の凸部であるリッジストライプ構造215の側面と、リッジストライプ構造215が形成されていないエッチング停止層207の上面とを被覆している。リッジストライプ構造215の上を含む絶縁層220の上には、例えばTi/Pt/Auからなる厚さ1μmのp側電極211が形成されており、これにより、リッジストライプ構造215内へキャリア(ホール)を注入することができる。また、n型GaAs基板201の裏面には、例えばAuGe/Ni/Au/Ti/Auからなる厚さ0.5μmのn側電極212が形成されている。 As shown in FIG. 2A, in the red semiconductor laser of the present embodiment, for example, n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P is formed on a substrate 201 made of n-type GaAs and having a thickness of 100 μm. An n-type cladding layer 202 having a thickness of 2 μm, for example, a light guide layer 203 having a thickness of 0.01 μm made of (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P, for example, a quantum having a multiple quantum well (MQW) structure containing AlGaInP / GaInP. Well active layer 204 (for example, the well layer has a thickness of 6 nm, the barrier layer has a thickness of 7 nm, and is composed of three well layers), for example, (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P An optical guide layer 205 having a thickness of 0.01 μm, for example, a p-type first cladding layer 206 having a thickness of 0.3 μm made of p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P, for example, p-type Ga 0.5 In 0.5 An etching stop layer 207 made of P having a thickness of 0.007 μm, a p-type second cladding layer 208 made of p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P and having a thickness of 1.0 μm, for example, a p-type having a thickness of 0.05 μm A type Ga 0.5 In 0.5 P layer 209, a contact layer 210 made of, for example, p-type GaAs having a thickness of 0.1 μm, and an insulating layer 220 made of, for example, SiO 2 having a thickness of 1.0 μm are sequentially stacked. The insulating layer 220 is formed with a side surface of a ridge stripe structure 215 that is a trapezoidal convex portion including a p-type second cladding layer 208, a p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 209, and a contact layer 210, and a ridge stripe structure 215. The upper surface of the etching stopper layer 207 not covered is covered. A 1 μm-thick p-side electrode 211 made of, for example, Ti / Pt / Au is formed on the insulating layer 220 including the ridge stripe structure 215, whereby carriers (holes) are formed in the ridge stripe structure 215. ) Can be injected. Further, an n-side electrode 212 having a thickness of 0.5 μm made of, for example, AuGe / Ni / Au / Ti / Au is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 201.

尚、本実施形態において、上記赤色半導体レーザの共振器の長さ、幅及び厚さはそれぞれ1200μm、120μm及び80μmである。また、リッジストライプ構造215の幅及び高さは約2.5μm及び約1.15μmである。   In the present embodiment, the length, width and thickness of the resonator of the red semiconductor laser are 1200 μm, 120 μm and 80 μm, respectively. The width and height of the ridge stripe structure 215 are about 2.5 μm and about 1.15 μm.

次に、図2(b)に示すように、本実施形態の赤外半導体レーザにおいては、基板201上に、例えばn型(Al0.5 Ga0.5 0.5 In0.5 Pからなる厚さ2μmのn型クラッド層222、例えばAlGaAsからなる厚さ0.01μmの光ガイド層223、例えばAlGaAsを含む多重量子井戸(MQW)構造からなる量子井戸活性層224(例えば井戸層の厚さが3nm、障壁層の厚さが7nmであり、2つの井戸層から構成される)、例えばAlGaAsからなる厚さ0.01μmの光ガイド層225、例えばp型(Al0.5 Ga0.5 0.5 In0.5 Pからなる厚さ0.3μmのp型第三クラッド層226、例えばp型Ga0.5 In0.5 Pからなる厚さ0.01μmのエッチング停止層227、例えばp型(Al0.5 Ga0.5 0.5 In0.5 Pp型からなる厚さ1.0μmのp型第四クラッド層228、例えば厚さ0.05μmのp型Ga0.5 In0.5 P層229、例えばp型GaAsからなる厚さ0.1μmのコンタクト層230、及び、絶縁層220が順次積層されている。絶縁層220は、p型第四クラッド層228、p型Ga0.5 In0.5 P層229及びコンタクト層230からなる台形状の凸部であるリッジストライプ構造235の側面と、リッジストライプ構造235が形成されていないエッチング停止層227の上面とを被覆している。リッジストライプ構造235の上を含む絶縁層220の上には、例えばTi/Pt/Auからなる厚さ1μmのp側電極231が形成されており、これにより、リッジストライプ構造235内へキャリア(ホール)を注入することができる。 Next, as shown in FIG. 2B, in the infrared semiconductor laser of the present embodiment, the n-type having a thickness of 2 μm made of, for example, n-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P is formed on the substrate 201. The cladding layer 222, for example, an optical guide layer 223 made of AlGaAs and having a thickness of 0.01 μm, for example, a quantum well active layer 224 having a multiple quantum well (MQW) structure containing AlGaAs (for example, a well layer having a thickness of 3 nm, a barrier layer The optical guide layer 225 having a thickness of 7 μm and composed of two well layers, for example, AlGaAs and having a thickness of 0.01 μm, for example, p-type (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.5 In 0.5 P, having a thickness of 0 p-type third cladding layer 226 of .3Myuemu, for example, p-type Ga 0.5 an in 0.5 consists P having a thickness of 0.01μm etch stop layer 227, for example, p-type (Al 0.5 Ga 0.5) 0.5 in 0.5 P P-type fourth cladding layer 228 having a thickness of 1.0μm made of the mold, for example, a thickness of 0.05 .mu.m p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 229, a p-type thickness 0.1μm contact layer 230 made of GaAs, Insulating layers 220 are sequentially stacked. The insulating layer 220 is formed with a side surface of a ridge stripe structure 235 which is a trapezoidal convex portion including a p-type fourth cladding layer 228, a p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 229, and a contact layer 230, and a ridge stripe structure 235. The upper surface of the etching stopper layer 227 not covered is covered. On the insulating layer 220 including the ridge stripe structure 235, a p-side electrode 231 having a thickness of 1 μm made of, for example, Ti / Pt / Au is formed. As a result, carriers (holes) are formed in the ridge stripe structure 235. ) Can be injected.

尚、本実施形態において、上記赤外半導体レーザの共振器の長さ、幅及び厚さはそれぞれ1200μm、120μm及び80μmである。また、リッジストライプ構造235の幅及び高さは約2.5μm及び約1.15μmである。   In this embodiment, the length, width and thickness of the resonator of the infrared semiconductor laser are 1200 μm, 120 μm and 80 μm, respectively. The width and height of the ridge stripe structure 235 are about 2.5 μm and about 1.15 μm.

図3(a)及び(b)は本実施形態の半導体レーザ装置における個々の半導体レーザの共振器に平行な方向(共振器方向)に沿ったリッジストライプ内部の断面図の一例を示しており、図3(a)は赤色半導体レーザの断面図であり、図3(b)は赤外半導体レーザの断面図である。尚、図3(a)及び(b)において、図2(a)及び(b)に示す断面図と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIGS. 3A and 3B show an example of a cross-sectional view inside the ridge stripe along a direction (resonator direction) parallel to the resonator of each semiconductor laser in the semiconductor laser device of this embodiment. FIG. 3A is a cross-sectional view of a red semiconductor laser, and FIG. 3B is a cross-sectional view of an infrared semiconductor laser. In FIGS. 3A and 3B, the same components as those in the cross-sectional views shown in FIGS.

図3(a)及び(b)に示すように、各半導体レーザの共振器を構成する半導体層の積層構造は、前述の通り(図2(a)及び(b)に示した通り)であるが、各半導体レーザにおいてCOD(Catastrophic Optical Damage )による端面破壊を防止して高出力動作を得るために、赤色半導体レーザの共振器端面近傍には窓領域301が設けられていると共に赤外半導体レーザや321の共振器端面近傍には窓領域321が設けられている。また、窓領域301及び321へのキャリアの注入を防止するために、窓領域301及び321の上には絶縁層220が被覆されている。尚、赤色半導体レーザの共振器は、その前面にレーザ光を取り出すための前方端面341を有していると共に、その後面に共振器内部へ光を反射させるための後方端面340を有している。また、赤外半導体レーザの共振器は、その前面にレーザ光を取り出すための前方端面351を有していると共に、その後面に共振器内部へ光を反射させるための後方端面350を有している。ここで、各レーザの前方端面341及び351の反射率を制御するために、前方端面341及び351には例えばSiO2 やAl2 3 等の誘電体からなる端面コート膜331が形成されている。また、各レーザの後方端面340及び350の反射率を制御するために、後方端面340及び350には誘電体からなる多層構造を持つ端面コート膜330が形成されている。端面コート膜331及び330のそれぞれの反射率は、後述するように、端面コート膜331及び330に用いる誘電体材料の屈折率、端面コート膜331及び330の厚さ、並びに端面コート膜331及び330を構成する積層体の層数等によって制御することができる。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the laminated structure of the semiconductor layers constituting the resonator of each semiconductor laser is as described above (as shown in FIGS. 2A and 2B). However, in order to prevent end face destruction due to COD (Catastrophic Optical Damage) in each semiconductor laser and obtain a high output operation, a window region 301 is provided in the vicinity of the cavity end face of the red semiconductor laser and an infrared semiconductor laser. A window region 321 is provided in the vicinity of the resonator end face of 321 and 321. In addition, an insulating layer 220 is coated on the window regions 301 and 321 in order to prevent carrier injection into the window regions 301 and 321. The resonator of the red semiconductor laser has a front end surface 341 for extracting laser light on the front surface, and a rear end surface 340 for reflecting light to the inside of the resonator on the rear surface. . The resonator of the infrared semiconductor laser has a front end surface 351 for extracting laser light on the front surface thereof, and a rear end surface 350 for reflecting light to the inside of the resonator on the rear surface. Yes. Here, in order to control the reflectance of the front end faces 341 and 351 of each laser, an end face coating film 331 made of a dielectric material such as SiO 2 or Al 2 O 3 is formed on the front end faces 341 and 351. . Further, in order to control the reflectance of the rear end faces 340 and 350 of each laser, an end face coat film 330 having a multilayer structure made of a dielectric is formed on the rear end faces 340 and 350. As described later, the reflectances of the end surface coating films 331 and 330 are as follows. The refractive index of the dielectric material used for the end surface coating films 331 and 330, the thicknesses of the end surface coating films 331 and 330, and the end surface coating films 331 and 330 are as follows. It can be controlled by the number of layers of the laminate constituting the.

本実施形態では、各レーザの後方(リア側)端面340及び350に形成されている端面コート膜330の反射率を85%以上、より好ましくは90%以上に設定するために、端面コート膜330として、低屈折率材料層と高屈折率材料層との多層構造を用いている。その理由は、後方端面340及び350での反射率(リア側反射率)を向上させることによって、スロープ効率(Se)向上や動作電流(Iop)低減等の特性向上が見込まれるからである。図4及び図5に、リア側反射率を変化させた際の特性変化(300mW光出力時の動作電流(Iop)及びスロープ効率(Se))を示す。ここで、図4は赤色半導体レーザの特性変化を示し、図5は赤外半導体レーザの特性変化を示す。本願発明者らは、リア側反射率を85%以上に設定することによって、赤色半導体レーザ及び赤外半導体レーザの両方において、Se及びIopが飽和傾向になることを見出した。この知見に基づき、本実施形態では、各レーザの発振波長に対する最適なリア側反射率として85%以上を選択することが好ましい。これにより、赤色半導体レーザにおいてSeについては1.1W/A以上、Iopについては400mA以下を達成できると共に、赤外半導体レーザにおいてSeについては0.92W/A以上、Iopについては370mA以下を達成できる。以上のように、リア側反射率を赤色・赤外の両波長で85%以上、さらに好ましくは90%以上に設定することによって、消費電力を大幅に低減することができる。   In this embodiment, in order to set the reflectance of the end face coat film 330 formed on the rear (rear side) end faces 340 and 350 of each laser to 85% or more, more preferably 90% or more, the end face coat film 330 is set. As described above, a multilayer structure of a low refractive index material layer and a high refractive index material layer is used. The reason is that by improving the reflectivity (rear side reflectivity) at the rear end faces 340 and 350, it is expected that characteristics such as slope efficiency (Se) improvement and operating current (Iop) reduction will be improved. 4 and 5 show characteristic changes when the rear side reflectance is changed (operating current (Iop) and slope efficiency (Se) at 300 mW light output). Here, FIG. 4 shows a characteristic change of the red semiconductor laser, and FIG. 5 shows a characteristic change of the infrared semiconductor laser. The inventors of the present application have found that Se and Iop tend to be saturated in both the red semiconductor laser and the infrared semiconductor laser by setting the rear side reflectance to 85% or more. Based on this knowledge, in this embodiment, it is preferable to select 85% or more as the optimum rear side reflectance with respect to the oscillation wavelength of each laser. As a result, it is possible to achieve 1.1 W / A or more for Se and 400 mA or less for Iop in the red semiconductor laser, and 0.92 W / A or more for Se and 370 mA or less for Iop in the infrared semiconductor laser. . As described above, the power consumption can be greatly reduced by setting the rear-side reflectance to 85% or more, more preferably 90% or more, for both the red and infrared wavelengths.

リア側の端面コート膜330を構成する高屈折率材料としては、アモルファスシリコン(α−Si)、水素添加アモルファスシリコン(α−Si:H)、Nb2 5 、Ta2 5 等が挙げられる。図6に、これらの高屈折率材料の屈折率nの波長依存性を示し、図7に、これらの高屈折率材料の消衰係数kの波長依存性を示す。図7に示すように、シリコン系材料(α−Si、α−Si:H)は目的とする赤色波長(例えば660nm)や赤外波長(例えば780nm)において消衰係数が無視できない値を持つのに対して、Nb2 5 やTa2 5 の消衰係数はこれらの波長において無視できるレベルである。また、Nb2 5 やTa2 5 にはシリコン系材料と異なり、成膜に伴って発生するパーティクルが少ないという利点がある。 Examples of the high refractive index material constituting the rear end face coating film 330 include amorphous silicon (α-Si), hydrogenated amorphous silicon (α-Si: H), Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and the like. . FIG. 6 shows the wavelength dependence of the refractive index n of these high refractive index materials, and FIG. 7 shows the wavelength dependence of the extinction coefficient k of these high refractive index materials. As shown in FIG. 7, the silicon-based material (α-Si, α-Si: H) has a value whose extinction coefficient cannot be ignored at a target red wavelength (eg, 660 nm) or infrared wavelength (eg, 780 nm). On the other hand, the extinction coefficients of Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 are negligible at these wavelengths. Further, unlike silicon-based materials, Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 have the advantage that fewer particles are generated during film formation.

リア側端面コート膜330を、低屈折率材料層としてのSiO2 (屈折率1.48)層と高屈折率材料層としてのTa2 5 (屈折率2.20)層とを1ペアとして、ペア数3〜6の範囲で構成した場合におけるリア側端面コート膜の反射率がペア数によってどのように変化するかを計算した結果を図8に示す。尚、膜厚計算波長λを660nmとして、1ペア中のSiO2 層の厚さは660/(4×1.48)nmであり、1ペア中のTa2 5 層の厚さは660/(4×2.20)nmである。また、各ペア中において低屈折率材料層としてのSiO2 層を端面側(GaAs上)に設けるものとする。図8に示すように、低屈折率材料としてSiO2 、高屈折率材料としてTa2 5 を用いた場合、赤色波長(660nm)でのリア側反射率は、3ペアで87%、4ペアで93%、5ペアで96%、6ペアで98%となり、ペア数を増やすに従って高反射率化が可能となる。一方、赤外波長(780nm)でのリア側反射率は、3ペアで65%、4ペアで61%、5ペアで49%、6ペアで26%となり、ペア数を増やすに従って反射率が低くなる。従って、本実施形態の高出力二波長半導体レーザ装置においてリア側端面コート膜330としてSiO2 /Ta2 5 積層構造を用いることは非常に困難である。 The rear side end face coating film 330 is composed of a pair of a SiO 2 (refractive index 1.48) layer as a low refractive index material layer and a Ta 2 O 5 (refractive index 2.20) layer as a high refractive index material layer. FIG. 8 shows the result of calculating how the reflectance of the rear side end face coating film varies depending on the number of pairs when it is configured in the range of 3 to 6 pairs. Note that the thickness calculation wavelength λ is 660 nm, the thickness of the SiO 2 layer in one pair is 660 / (4 × 1.48) nm, and the thickness of the Ta 2 O 5 layer in one pair is 660 / (4 × 2.20) nm. In each pair, a SiO 2 layer as a low refractive index material layer is provided on the end face side (on GaAs). As shown in FIG. 8, when SiO 2 is used as the low refractive index material and Ta 2 O 5 is used as the high refractive index material, the rear side reflectance at the red wavelength (660 nm) is 87% for 3 pairs, 4 pairs. 93%, 5 pairs 96%, and 6 pairs 98%. As the number of pairs increases, the reflectance can be increased. On the other hand, the rear side reflectance at the infrared wavelength (780 nm) is 65% for 3 pairs, 61% for 4 pairs, 49% for 5 pairs, and 26% for 6 pairs, and the reflectance decreases as the number of pairs increases. Become. Therefore, it is very difficult to use the SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure as the rear end face coat film 330 in the high-power two-wavelength semiconductor laser device of this embodiment.

次に、リア側端面コート膜330を、低屈折率材料層としてのSiO2 (屈折率1.48)層と高屈折率材料層としてのNb2 5 (屈折率2.30)層とを1ペアとして、ペア数3〜6の範囲で構成した場合におけるリア側端面コート膜の反射率がペア数によってどのように変化するかを算出した結果を図9に示す。尚、膜厚計算波長λを660nmとして、1ペア中のSiO2 層の厚さは660/(4×1.48)nmであり、1ペア中のNb2 5 層の厚さは660/(4×2.30)nmである。また、各ペア中において低屈折率材料層としてのSiO2 層を端面側(GaAs上)に設けるものとする。図9に示すように、低屈折率材料としてSiO2 、高屈折率材料としてNb2 5 を用いた場合、赤色波長(660nm)でのリア側反射率は、3ペアで91%、4ペアで96%、5ペアで98%、6ペアで99%となり、ペア数を増やすに従って高反射率化が可能となる。一方、赤外波長(780nm)でのリア側反射率は、3ペアで77%、4ペアで80%、5ペアで80%、6ペアで77%となり、赤外波長でも80%近い反射率が得られている。すなわち、SiO2 との屈折率差がTa2 5 と比べて大きいNb2 5 は、本実施形態の高出力二波長半導体レーザ装置におけるリア側端面コート膜330の高屈折率材料層として使用することが可能である。 Next, the rear end face coating film 330 is formed by combining an SiO 2 (refractive index 1.48) layer as a low refractive index material layer and an Nb 2 O 5 (refractive index 2.30) layer as a high refractive index material layer. FIG. 9 shows the result of calculating how the reflectance of the rear side end face coat film varies depending on the number of pairs when one pair is configured in the range of 3 to 6 pairs. In addition, assuming that the film thickness calculation wavelength λ is 660 nm, the thickness of the SiO 2 layer in one pair is 660 / (4 × 1.48) nm, and the thickness of the Nb 2 O 5 layer in one pair is 660 / (4 × 2.30) nm. In each pair, a SiO 2 layer as a low refractive index material layer is provided on the end face side (on GaAs). As shown in FIG. 9, when SiO 2 is used as the low refractive index material and Nb 2 O 5 is used as the high refractive index material, the rear side reflectance at the red wavelength (660 nm) is 91% for 3 pairs and 4 pairs. 96%, 5 pairs are 98%, and 6 pairs are 99%. As the number of pairs increases, the reflectance can be increased. On the other hand, the reflectance on the rear side at infrared wavelength (780 nm) is 77% for 3 pairs, 80% for 4 pairs, 80% for 5 pairs, 77% for 6 pairs, and nearly 80% for infrared wavelengths. Is obtained. That is, Nb 2 O 5 having a refractive index difference with SiO 2 larger than that of Ta 2 O 5 is used as a high refractive index material layer for the rear side end face coating film 330 in the high power dual wavelength semiconductor laser device of this embodiment. Is possible.

次に、リア側端面コート膜において低屈折率材料としてSiO2 を用い、高屈折率材料としてTa2 5 及びNb2 5 のそれぞれを用いた場合におけるリア側反射率を計算し、Ta2 5 を用いた場合とNb2 5 を用いた場合との間で、リア側反射率85%以上を達成できる波長幅(帯域幅)の比較をペア数3〜6の範囲で行った結果を図10に示す。尚、膜厚計算波長λを660nmとして、1ペア中のSiO2 層の厚さは660/(4×1.48)nmであり、1ペア中のTa2 5 層の厚さは660/(4×2.20)nmであり、1ペア中のNb2 5 層の厚さは660/(4×2.30)nmである。また、高屈折率材料としてTa2 5 及びNb2 5 のいずれを用いた場合でも、各ペア中において低屈折率材料層としてのSiO2 層を端面側(GaAs上)に設けるものとする。 Next, the SiO 2 used in the rear facet coating film as a low refractive index material, to calculate the rear-side reflectance in the case of using each of the Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 as a high refractive index material, Ta 2 O 5 between the case of using a Nb 2 O 5 in the case of using a result of performing a range comparing pairs C 3-6 wavelength width can achieve 85% or more rear-side reflectance (bandwidth) Is shown in FIG. Note that the thickness calculation wavelength λ is 660 nm, the thickness of the SiO 2 layer in one pair is 660 / (4 × 1.48) nm, and the thickness of the Ta 2 O 5 layer in one pair is 660 / (4 × 2.20) nm, and the thickness of the Nb 2 O 5 layer in one pair is 660 / (4 × 2.30) nm. In addition, regardless of whether Ta 2 O 5 or Nb 2 O 5 is used as the high refractive index material, an SiO 2 layer as a low refractive index material layer is provided on the end face side (on GaAs) in each pair. .

ところで、高出力二波長半導体レーザ装置においては、赤色レーザ及び赤外レーザの両方の波長においてリア側反射率を高くすることが必要となる。一般に、赤色レーザの発振波長λ1としては645〜665nmの範囲の波長が用いられ、赤外レーザの発振波長λ2としては765〜800nmの範囲の波長が用いられている。従って、λ1とλ2との間隔は最大で155nmとなるため、リア側反射率85%以上の帯域幅を155nm以上確保することが必要である。しかしながら、図10に示すように、低屈折率材料としてSiO2 、高屈折率材料としてTa2 5 を用いた場合、リア反射率85%以上の帯域幅は、3ペアで66nm、4ペアで136nm、5ペアで149nm、6ペアで153nmとなり、前述の条件は6ペアでも満足されていない。それに対して、低屈折率材料としてSiO2 、高屈折率材料としてNb2 5 を用いた場合、図10に示すように、リア反射率85%以上の帯域幅は、3ペアで153nm、4ペアで186nm、5ペアで193nm、6ペアで195nmとなり、前述の条件を満たすためには4ペア以上積層すれば良い。 By the way, in the high-power two-wavelength semiconductor laser device, it is necessary to increase the rear side reflectance at the wavelengths of both the red laser and the infrared laser. In general, a wavelength in the range of 645 to 665 nm is used as the oscillation wavelength λ1 of the red laser, and a wavelength in the range of 765 to 800 nm is used as the oscillation wavelength λ2 of the infrared laser. Therefore, since the maximum distance between λ1 and λ2 is 155 nm, it is necessary to secure a bandwidth with a rear side reflectance of 85% or more of 155 nm or more. However, as shown in FIG. 10, when SiO 2 is used as the low refractive index material and Ta 2 O 5 is used as the high refractive index material, the bandwidth of the rear reflectivity of 85% or more is 66 nm for 3 pairs and 4 pairs. 136 nm, 5 pairs are 149 nm, 6 pairs are 153 nm, and the above conditions are not satisfied even with 6 pairs. On the other hand, when SiO 2 is used as the low refractive index material and Nb 2 O 5 is used as the high refractive index material, as shown in FIG. The pairs are 186 nm, 5 pairs are 193 nm, and 6 pairs are 195 nm. In order to satisfy the above-described conditions, four or more pairs may be stacked.

以上のように、前述の条件を満たすことができるリア側端面コート膜330の成膜時間をできる限り短くして高スループット化を実現するためには、Nb2 5 層が好適である。また、Nb2 5 層をSiO2 層と組み合わせて用いる場合には、前述の条件を満たすことができるペア数を抑え、それによりリア側端面コート膜330の総膜厚を低減することができるため、信頼性に悪影響を及ぼす応力値を低減することもできる。 As described above, the Nb 2 O 5 layer is suitable for realizing a high throughput by shortening the film formation time of the rear side end face coating film 330 that can satisfy the above-described conditions as much as possible. Further, when the Nb 2 O 5 layer is used in combination with the SiO 2 layer, the number of pairs that can satisfy the above-described conditions can be suppressed, and thereby the total film thickness of the rear side end face coat film 330 can be reduced. Therefore, the stress value that adversely affects the reliability can be reduced.

以上のシミュレーション結果を考慮し、低屈折率材料層としてのSiO2 層と高屈折率材料層としてのTa2 5 層とをペアとするリア側端面コート膜(ペア数:5)と、低屈折率材料層としてのSiO2 層と高屈折率材料層としてのNb2 5 層とをペアとするリア側端面コート膜(ペア数:4)とをそれぞれ形成して、各リア側端面コート膜の反射率を測定した結果を図11及び図12に示す。ここで、図11がSiO2 /Ta2 5 積層構造を持つリア側端面コート膜の反射率の測定結果であり、図12がSiO2 /Nb2 5 積層構造を持つリア側端面コート膜の反射率の測定結果である。図11に示すように、SiO2 /Ta2 5 積層構造(ペア数:5)を持つリア側端面コート膜では、リア側反射率85%以上の帯域幅Δλは154nmであるのに対して、図12に示すように、SiO2 /Nb2 5 積層構造(ペア数:4)を持つリア側端面コート膜では、リア側反射率85%以上の帯域幅Δλは192nmである。すなわち、図11及び図12に示す実測値は図10に示す計算結果と良く一致しており、SiO2 /Ta2 5 積層構造を持つリア側端面コート膜におけるリア側反射率85%以上の帯域幅Δλと比較して、SiO2 /Nb2 5 積層構造を持つリア側端面コート膜におけるリア側反射率85%以上の帯域幅Δλは広い。 Considering the above simulation results, a rear side end face coating film (number of pairs: 5) having a pair of a SiO 2 layer as a low refractive index material layer and a Ta 2 O 5 layer as a high refractive index material layer, and a low Each rear side end face coat is formed by forming a rear side end face coat film (number of pairs: 4) in which an SiO 2 layer as a refractive index material layer and an Nb 2 O 5 layer as a high refractive index material layer are paired. The results of measuring the reflectance of the film are shown in FIGS. Here, FIG. 11 shows the measurement results of the reflectance of the rear side end face coat film having the SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure, and FIG. 12 shows the rear side end face coat film having the SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structure. It is a measurement result of reflectance. As shown in FIG. 11, in the rear side end face coating film having a SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure (number of pairs: 5), the bandwidth Δλ having a rear side reflectance of 85% or more is 154 nm. As shown in FIG. 12, in the rear side end face coating film having the SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structure (number of pairs: 4), the bandwidth Δλ having a rear side reflectance of 85% or more is 192 nm. That is, the actual measurement values shown in FIG. 11 and FIG. 12 are in good agreement with the calculation results shown in FIG. 10, and the rear side reflectance of the rear side end coat film having the SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure is 85% or more. Compared with the bandwidth Δλ, the bandwidth Δλ having a rear side reflectance of 85% or more in the rear side end face coat film having the SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structure is wide.

このように、低屈折率材料としてSiO2 (屈折率1.48)、高屈折率材料としてNb2 5 (屈折率2.3)を用いてリア側端面コート膜を構成した場合には、赤色・赤外の両波長において85%以上のリア側反射率を十分に確保することができる。一方、高屈折率材料としてTa2 5 (屈折率2.2)を用いてリア側端面コート膜を構成した場合には、リア側反射率85%以上の帯域幅Δλが狭いため、当該リア側端面コート膜を二波長半導体レーザ装置に適用することは非常に困難となる。尚、本実施形態では、共振器の後方端面内の1点における反射率についてこれまで述べてきているが、実際には、共振器の後方端面内において反射率分布(つまりリア側端面コート膜330の膜厚分布)が生じるため、プロセスマージンを確保する上でも高屈折率材料としてTa2 5 を用いることは困難である。 Thus, when the rear side end face coating film is configured using SiO 2 (refractive index 1.48) as a low refractive index material and Nb 2 O 5 (refractive index 2.3) as a high refractive index material, A rear side reflectance of 85% or more can be sufficiently secured at both the red and infrared wavelengths. On the other hand, when the rear end face coat film is formed using Ta 2 O 5 (refractive index 2.2) as a high refractive index material, the bandwidth Δλ having a rear side reflectance of 85% or more is narrow. It becomes very difficult to apply the side end face coating film to the two-wavelength semiconductor laser device. In the present embodiment, the reflectance at one point in the rear end face of the resonator has been described so far. However, actually, the reflectance distribution (that is, the rear side end face coat film 330) is present in the rear end face of the resonator. Therefore, it is difficult to use Ta 2 O 5 as a high refractive index material in order to secure a process margin.

以上に説明してきたように、本実施形態の二波長半導体レーザ装置における両発振波長においてリア側反射率85%以上の帯域幅を広く確保するためには、リア側端面コート膜330の低屈折率材料の屈折率は1.5以下であり、リア側端面コート膜330の高屈折率材料の屈折率は2.3以上であることが必要となる。すなわち、具体的な膜構成例であるSiO2 (屈折率1.48)/Nb2 5 (屈折率2.3)積層構造における屈折率差が少なくとも必要であり、当該屈折率差を持つSiO2 /Nb2 5 積層構造を用いる場合でもペア数が4以上であることが必要である。 As described above, the low refractive index of the rear side end face coat film 330 is required to ensure a wide bandwidth of 85% or more of the rear side reflectance at both oscillation wavelengths in the dual wavelength semiconductor laser device of the present embodiment. The refractive index of the material is 1.5 or less, and the refractive index of the high refractive index material of the rear side end face coating film 330 is required to be 2.3 or more. That is, at least a refractive index difference in a laminated structure of SiO 2 (refractive index 1.48) / Nb 2 O 5 (refractive index 2.3), which is a specific film configuration example, is necessary. Even when the 2 / Nb 2 O 5 laminated structure is used, the number of pairs needs to be 4 or more.

尚、本実施形態において、リア側端面コート膜330の高屈折率材料層の屈折率は3.0以下であることが好ましい。その理由は、屈折率が3.0を越える誘電体材料においては、消衰係数がゼロに近い透明波長域が長波長側へとシフトしてしまうため、赤色波長帯(645〜665nm)及び赤外波長帯(765〜800nm)において消衰係数が大きくなる恐れがあるからである。一例として、Siの屈折率は3.5と高い反面、赤色波長帯での消衰係数は0.3〜0.4cm-1と非常に大きくなり、光吸収による損失が大きくなってしまう。また、端面コート膜での光吸収は発熱につながり、CODによる端面破壊を誘発する恐れもある。 In the present embodiment, the refractive index of the high refractive index material layer of the rear side end face coating film 330 is preferably 3.0 or less. The reason for this is that, in a dielectric material having a refractive index exceeding 3.0, the transparent wavelength region whose extinction coefficient is close to zero shifts to the longer wavelength side, so the red wavelength band (645 to 665 nm) and red This is because the extinction coefficient may increase in the outer wavelength band (765 to 800 nm). As an example, while the refractive index of Si is as high as 3.5, the extinction coefficient in the red wavelength band is very large as 0.3 to 0.4 cm −1, and the loss due to light absorption becomes large. Further, the light absorption in the end face coating film leads to heat generation, which may induce end face destruction due to COD.

一方、本実施形態において、リア側端面コート膜330の低屈折率材料層の屈折率について、下限は特に指定しない。これは、前記高屈折率材料との屈折率差を大きくするためには、低屈折率材料の屈折率はできる限り小さい方が望ましいからである。前述した透明波長域についても、低屈折率材料は紫外波長帯と比べて赤色波長帯及び赤外波長帯において消衰係数がゼロに近い値を持つため、光吸収についても問題とならない。一例として、屈折率が1.48程度であるSiO2 の消衰係数は赤色波長帯でほぼゼロとなり、光吸収による損失は無視できるレベルとなる。 On the other hand, in this embodiment, the lower limit is not particularly specified for the refractive index of the low refractive index material layer of the rear side end face coating film 330. This is because the refractive index of the low refractive index material is desirably as small as possible in order to increase the refractive index difference from the high refractive index material. Also in the transparent wavelength region described above, the low refractive index material has a value near zero for the extinction coefficient in the red wavelength band and the infrared wavelength band as compared with the ultraviolet wavelength band. As an example, the extinction coefficient of SiO 2 having a refractive index of about 1.48 is almost zero in the red wavelength band, and the loss due to light absorption is negligible.

また、本実施形態において、リア側端面コート膜330を構成する低屈折率材料層及び高屈折率材料層は、少なくとも赤色波長帯(645〜665nm)及び赤外波長帯(765〜800nm)において0に近い消衰係数、具体的には0.001cm-1以下の消衰係数を持つことが好ましい。 In this embodiment, the low-refractive index material layer and the high-refractive index material layer constituting the rear side end face coat film 330 are 0 at least in the red wavelength band (645 to 665 nm) and the infrared wavelength band (765 to 800 nm). It is preferable to have an extinction coefficient close to 0, specifically, an extinction coefficient of 0.001 cm -1 or less.

続いて、本実施形態における膜厚計算波長の設定について説明する。従来、赤色レーザの発振波長に対するリア側反射率を安定して高反射率に維持するため、膜厚計算波長を660nmに設定することにより、赤色レーザの発振波長に対して十分な反射率マージンを設けていた。この場合、赤外レーザの発振波長に対しては、赤色レーザの発振波長と比較して反射率マージンは低下してしまう。そこで、この対策として、本実施形態では、膜厚計算波長を従来と比べて長波長方向にシフトさせてもよい。以下、その理由について説明する。   Next, setting of the film thickness calculation wavelength in the present embodiment will be described. Conventionally, in order to stably maintain the high reflectivity on the rear side with respect to the oscillation wavelength of the red laser, a sufficient reflectance margin for the oscillation wavelength of the red laser can be obtained by setting the film thickness calculation wavelength to 660 nm. It was provided. In this case, with respect to the oscillation wavelength of the infrared laser, the reflectance margin is reduced as compared with the oscillation wavelength of the red laser. Therefore, as a countermeasure, in this embodiment, the film thickness calculation wavelength may be shifted in the long wavelength direction as compared with the conventional case. The reason will be described below.

図13は、リア側端面コート膜において低屈折率材料としてSiO2 を用い、高屈折率材料としてTa2 5 を用いた場合に、膜厚計算波長(λ)の変化に応じてリア側反射率プロファイルがどのように変化するかを計算した結果を示している。尚、当該計算は膜厚計算波長λを660nm〜720nmの範囲内で変化させて実施した。また、SiO2 /Ta2 5 積層構造を5ペア形成してリア側端面コート膜を構成し、1ペア中のSiO2 層の厚さをλ/(4×(SiO2 の屈折率))[nm]とし、1ペア中のTa2 5 層の厚さをλ/(4×(Ta2 5 の屈折率))[nm]とし、各ペア中において低屈折率材料層としてのSiO2 層を端面側(GaAs上)に設けた。 FIG. 13 shows the reflection on the rear side according to the change of the film thickness calculation wavelength (λ) when SiO 2 is used as the low refractive index material and Ta 2 O 5 is used as the high refractive index material in the rear end face coating film. The calculation result of how the rate profile changes is shown. The calculation was performed by changing the film thickness calculation wavelength λ within the range of 660 nm to 720 nm. Further, five pairs of SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structures are formed to form the rear side end face coating film, and the thickness of the SiO 2 layer in one pair is λ / (4 × (refractive index of SiO 2 )) [Nm], the thickness of the Ta 2 O 5 layer in one pair is λ / (4 × (the refractive index of Ta 2 O 5 )) [nm], and SiO as a low refractive index material layer in each pair Two layers were provided on the end face side (on GaAs).

図14は、図13に示す結果のうち、赤色波長(660nm)及び赤外波長(780nm)のそれぞれに対するリア側反射率の膜厚計算波長(λ)への依存性を示している。図14に示すように、膜厚計算波長λを660nmから長波長側へシフトさせると、赤外波長に対するリア側反射率(以下、赤外反射率という)が上昇するのに対して、赤色波長に対するリア側反射率(以下、赤色反射率という)は低下するというトレードオフの関係が存在する。また、SiO2 /Ta2 5 積層構造を用いた場合には、膜厚計算波長λを670nm〜710nmに設定することによって、赤色反射率及び赤外反射率を共に85%以上に設定することができる。しかしながら、赤色反射率及び赤外反射率を共に90%以上の高反射率に設定することができる膜厚計算波長λの範囲は小さい。 FIG. 14 shows the dependence of the rear-side reflectance on the film thickness calculation wavelength (λ) for each of the red wavelength (660 nm) and the infrared wavelength (780 nm) among the results shown in FIG. As shown in FIG. 14, when the film thickness calculation wavelength λ is shifted from 660 nm to the long wavelength side, the rear-side reflectance with respect to the infrared wavelength (hereinafter referred to as infrared reflectance) increases, whereas the red wavelength There is a trade-off relationship that the rear-side reflectance (hereinafter referred to as red reflectance) with respect to is reduced. In addition, when the SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure is used, both the red reflectance and the infrared reflectance are set to 85% or more by setting the film thickness calculation wavelength λ to 670 nm to 710 nm. Can do. However, the range of the film thickness calculation wavelength λ in which both the red reflectance and the infrared reflectance can be set to a high reflectance of 90% or more is small.

図15は、リア側端面コート膜において低屈折率材料としてSiO2 を用い、高屈折率材料としてNb2 5 を用いた場合に、膜厚計算波長(λ)の変化に応じてリア側反射率プロファイルがどのように変化するかを計算した結果を示している。尚、当該計算は膜厚計算波長λを660nm〜720nmの範囲内で変化させて実施した。また、SiO2 /Nb2 5 積層構造を4ペア形成してリア側端面コート膜を構成し、1ペア中のSiO2 層の厚さをλ/(4×(SiO2 の屈折率))[nm]とし、1ペア中のNb2 5 層の厚さをλ/(4×(Nb2 5 の屈折率))[nm]とし、各ペア中において低屈折率材料層としてのSiO2 層を端面側(GaAs上)に設けた。 FIG. 15 shows a case where SiO 2 is used as the low refractive index material and Nb 2 O 5 is used as the high refractive index material in the rear end face coat film, and the rear side reflection is performed according to the change in the film thickness calculation wavelength (λ). The calculation result of how the rate profile changes is shown. The calculation was performed by changing the film thickness calculation wavelength λ within the range of 660 nm to 720 nm. Also, four pairs of SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structures are formed to form the rear end face coating film, and the thickness of the SiO 2 layer in one pair is λ / (4 × (refractive index of SiO 2 )) [Nm], the thickness of the Nb 2 O 5 layer in one pair is λ / (4 × (refractive index of Nb 2 O 5 )) [nm], and SiO as a low refractive index material layer in each pair Two layers were provided on the end face side (on GaAs).

図16は、図15に示す結果のうち、赤色波長及び赤外波長のそれぞれに対するリア側反射率の膜厚計算波長(λ)への依存性を示している。SiO2 /Ta2 5 積層構造を用いた場合と同様に、図16に示すように、膜厚計算波長λを660nmから長波長側へシフトさせると、赤外波長に対するリア側反射率(以下、赤外反射率という)が上昇するのに対して、赤色波長に対するリア側反射率(以下、赤色反射率という)は低下するというトレードオフの関係が存在する。また、SiO2 /Nb2 5 積層構造を用いた場合には、膜厚計算波長λを660nm〜720nmの範囲に設定することによって、赤色反射率及び赤外反射率を共に85%以上に設定することができる。さらに、膜厚計算波長λを670nm〜710nmの範囲に設定することによって、赤色反射率及び赤外反射率を共に90%以上に設定することができる。 FIG. 16 shows the dependence of the rear side reflectance on the film thickness calculation wavelength (λ) with respect to each of the red wavelength and the infrared wavelength among the results shown in FIG. 15. As in the case of using the SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure, when the film thickness calculation wavelength λ is shifted from 660 nm to the long wavelength side as shown in FIG. There is a trade-off relationship that the rear side reflectance (hereinafter referred to as the red reflectance) with respect to the red wavelength is lowered while the infrared reflectance is increased. In addition, when the SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structure is used, both the red reflectance and the infrared reflectance are set to 85% or more by setting the film thickness calculation wavelength λ in the range of 660 nm to 720 nm. can do. Furthermore, by setting the film thickness calculation wavelength λ within the range of 670 nm to 710 nm, both the red reflectance and the infrared reflectance can be set to 90% or more.

図17は、リア側端面コート膜として、SiO2 /Ta2 5 積層構造(図13の計算に用いた構造)及びSiO2 /Nb2 5 積層構造(図15の計算に用いた構造)のそれぞれを用いた場合における、660nm〜720nmの膜厚計算波長λに対してリア側反射率85%以上を達成できる波長範囲(帯域幅)をプロットした結果を示している。図17に示すように、膜厚計算波長λを長波長側にシフトすることによって、SiO2 /Ta2 5 積層構造及びSiO2 /Nb2 5 積層構造のいずれを用いた場合にも帯域幅は少しずつ広がっていくことが分かる。すなわち、膜厚計算波長λを長波長化することは、赤色反射率及び赤外反射率のいずれについても高反射率化の点で有利となる。以上の結果を総合すると、本実施形態において、赤色・赤外の両波長帯に対してリア側反射率を85%以上の高反射率にするためには、リア側端面コート膜330として、例えばSiO2 /Nb2 5 積層構造を用いると共に、膜厚計算波長λを例えば670〜710nmに設定することが好ましい。 FIG. 17 shows SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure (structure used in the calculation of FIG. 13) and SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structure (structure used in the calculation of FIG. 15) as the rear side end face coating film. The results of plotting the wavelength range (bandwidth) in which the rear-side reflectance of 85% or more can be achieved with respect to the film thickness calculation wavelength λ of 660 nm to 720 nm when each of the above is used. As shown in FIG. 17, by shifting the film thickness calculation wavelength λ to the long wavelength side, the band can be obtained regardless of whether the SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure or the SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structure is used. It can be seen that the width gradually increases. That is, increasing the film thickness calculation wavelength λ is advantageous in terms of increasing the reflectance for both the red reflectance and the infrared reflectance. Summing up the above results, in the present embodiment, in order to make the rear side reflectance as high as 85% or higher for both the red and infrared wavelength bands, as the rear side end face coating film 330, for example, It is preferable to use a SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structure and set the film thickness calculation wavelength λ to, for example, 670 to 710 nm.

ところで、本実施形態において、共振器端面において共振器を構成する半導体層と接する誘電体膜(低屈折率材料層)としては、SiO2 層に代えてAl2 3 層を用いることが好ましい。以下、その理由について説明する。まず、酸化物であるAl2 3 、SiO2 、Ta2 5 又はNb2 5 等からなる誘電体膜は、その堆積方法にも依存するが、応力が小さく、半導体レーザの端面コート膜に適している。また、応力の観点からは、端面コート膜の膜厚はより薄い方が好適と言える。ここで、共振器端面に接する材料としてAl2 3 を用いると、Al2 3 の熱伝導率がSiO2 の熱伝導率よりも大きいため、共振器端面での放熱が良くなり、高出力動作時の信頼性が高くなる。また、Al2 3 膜はSiO2 膜よりもGaAsへの密着性が良く、耐環境性が優れているので、レーザチップを気密しないパッケージへの実装も可能となり、信頼性向上効果が大きい。 By the way, in this embodiment, it is preferable to use an Al 2 O 3 layer instead of the SiO 2 layer as the dielectric film (low refractive index material layer) in contact with the semiconductor layer constituting the resonator at the resonator end face. The reason will be described below. First, a dielectric film made of oxides such as Al 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5, Nb 2 O 5, etc. depends on the deposition method, but the stress is small, and the end face coating film of a semiconductor laser Suitable for From the viewpoint of stress, it can be said that it is preferable that the end face coat film has a smaller thickness. Here, if Al 2 O 3 is used as a material in contact with the resonator end face, the heat conductivity of Al 2 O 3 is larger than that of SiO 2 , so that heat dissipation at the resonator end face is improved and high output is achieved. Increases reliability during operation. Further, since the Al 2 O 3 film has better adhesion to GaAs than the SiO 2 film and has excellent environmental resistance, the laser chip can be mounted in a package that is not airtight, and the reliability improvement effect is great.

一方、低屈折率誘電体膜(低屈折率材料層)としてSiO2 層を用いた場合において、前述のようにレーザ共振器端面に直接SiO2 を接触させると、端面劣化を引き起こす可能性があるので、本実施形態のリア側端面コート膜330の低屈折率材料及び高屈折率材料としてそれぞれAl2 3 及びNb2 5 又はZrO2 等を用いることができる。 On the other hand, when a SiO 2 layer is used as the low refractive index dielectric film (low refractive index material layer), if SiO 2 is brought into direct contact with the end face of the laser resonator as described above, end face deterioration may occur. Therefore, Al 2 O 3, Nb 2 O 5, ZrO 2, or the like can be used as the low refractive index material and the high refractive index material of the rear side end face coating film 330 of the present embodiment, respectively.

但し、Al2 3 の屈折率はSiO2 の屈折率と比べて高いため、低屈折率材料としてAl2 3 を用いると、低屈折率材料と高屈折率材料との間の屈折率差は小さくなり、リア側反射率の高反射率化には不利である。そこで、本実施形態において、リア側端面コート膜330を形成する際に、膜厚計算波長をλとして、まず、リア側端面直上にAl2 3 膜(屈折率n3)を膜厚λ/(8×n3)で堆積した後、当該Al2 3 膜上にSiO2 膜(屈折率n1)を膜厚λ/(8×n1)で堆積し、その後、当該SiO2 膜上に高屈折率材料層としてNb2 5 膜(屈折率n2)を膜厚λ/(4×n2)で堆積することによって、信頼性の高いリア側端面コート膜330を形成できる。ここで、リア側端面コート膜330の反射率をさらに上げるためには、1周期目のNb2 5 膜上に形成される、SiO2 /Nb2 5 積層構造のペア数を増やしていけば良い。但し、2周期目以降のSiO2 膜の膜厚はλ/(4×n1)であり、2周期目以降のNb2 5 膜の厚さはλ/(4×n2)である。また、この場合においても、赤色・赤外の両波長帯に対してリア側反射率を85%以上の高反射率にするためには、膜厚計算波長λを例えば670〜710nmに設定することが好ましい。 However, since the refractive index of Al 2 O 3 is higher than the refractive index of SiO 2, the use of for Al 2 O 3 low refractive index material, the refractive index difference between the low refractive index material and a high refractive index material This is disadvantageous for increasing the rear side reflectance. Therefore, in the present embodiment, when the rear side end face coat film 330 is formed, the film thickness calculation wavelength is set to λ, and an Al 2 O 3 film (refractive index n3) is first formed on the rear side end face with a film thickness λ / ( 8 × n3), a SiO 2 film (refractive index n1) is deposited on the Al 2 O 3 film with a film thickness λ / (8 × n1), and then a high refractive index is formed on the SiO 2 film. By depositing an Nb 2 O 5 film (refractive index n2) with a film thickness λ / (4 × n2) as a material layer, a highly reliable rear end face coat film 330 can be formed. Here, in order to further increase the reflectance of the rear side end face coating film 330, the number of pairs of SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structures formed on the Nb 2 O 5 film in the first period should be increased. It ’s fine. However, the thickness of the SiO 2 film after the second cycle is λ / (4 × n1), and the thickness of the Nb 2 O 5 film after the second cycle is λ / (4 × n 2). Also in this case, the film thickness calculation wavelength λ should be set to, for example, 670 to 710 nm in order to obtain a high reflectance of 85% or more for the rear side reflectance in both the red and infrared wavelength bands. Is preferred.

また、本実施形態において、リア側端面コート膜330の高屈折率材料としてNb2 5 に代えてZrO2 を用いてもよい。 In this embodiment, ZrO 2 may be used in place of Nb 2 O 5 as a high refractive index material for the rear side end face coating film 330.

また、本実施形態において、リア側端面コート膜330を構成する前述の低屈折率材料層及び高屈折率材料層のそれぞれについては、電子サイクロトロン共鳴(ECR)スパッタ、マグネトロンスパッタ、電子ビーム蒸着(EB蒸着)等によって堆積することができる。特に、ECRスパッタを用いた場合には、純度の高い金属(Al、Ta、Nb等)や純度の高いSiをターゲットに用いることができるため、光吸収のない誘電体膜を高い堆積レートで形成することが可能であるので、好適である。特に、金属Alをターゲットとして用いると共に反応性ガスとしてO2 を用いてECRスパッタによりAl2 3 膜を成膜した場合には、20nm/分程度の高い堆積レートでAl2 3 膜を成膜できるので、生産性が向上する。 In this embodiment, each of the low refractive index material layer and the high refractive index material layer constituting the rear side end face coating film 330 is subjected to electron cyclotron resonance (ECR) sputtering, magnetron sputtering, electron beam evaporation (EB). It can be deposited by vapor deposition) or the like. In particular, when ECR sputtering is used, a high-purity metal (Al, Ta, Nb, etc.) or high-purity Si can be used as a target, so that a dielectric film without light absorption is formed at a high deposition rate. This is preferable. In particular, when an Al 2 O 3 film is formed by ECR sputtering using metal Al as a target and O 2 as a reactive gas, the Al 2 O 3 film is formed at a high deposition rate of about 20 nm / min. Since the film can be formed, productivity is improved.

また、本実施形態において、リア側端面コート膜330の堆積レートをさらに向上させるためには、共振器の露出端面に接する膜についてはECRスパッタにより成膜し、その上に形成する膜についてはECRスパッタ装置以外の成膜装置を用いて成膜する。すなわち、共振器端面に接する膜としては、不純物量が少なく光吸収のない誘電体膜が必要となるため、当該膜をECRスパッタを用いて形成することが好適である。また、ECRスパッタ装置を用いてNb2 5 等の高屈折率材料からなる膜を成膜する場合、ECRスパッタ装置を用いてAl2 3 やSiO2 等の低屈折率材料からなる膜を成膜する場合と比較して、堆積レートが遅くなる。そこで、共振器端面となる半導体層表面にECRスパッタにより誘電体膜(低屈折率材料層)を成膜した後は、その上に形成する膜についてはECRスパッタ装置以外の他のスパッタ装置やスパッタ以外の高い堆積レートを持つ成膜手法を用いて成膜してもよい。 In this embodiment, in order to further improve the deposition rate of the rear end face coat film 330, the film in contact with the exposed end face of the resonator is formed by ECR sputtering, and the film formed thereon is ECR. Film formation is performed using a film forming apparatus other than the sputtering apparatus. That is, as the film in contact with the end face of the resonator, a dielectric film with a small amount of impurities and no light absorption is required. Therefore, it is preferable to form the film by using ECR sputtering. When a film made of a high refractive index material such as Nb 2 O 5 is formed using an ECR sputtering apparatus, a film made of a low refractive index material such as Al 2 O 3 or SiO 2 is formed using an ECR sputtering apparatus. The deposition rate is slower than in the case of film formation. Therefore, after a dielectric film (low refractive index material layer) is formed on the surface of the semiconductor layer serving as the resonator end face by ECR sputtering, the film formed on the dielectric film (sputtering apparatus other than the ECR sputtering apparatus or sputtering) is formed. The film may be formed using a film forming method having a high deposition rate other than the above.

以上のように、本発明の集積化半導体レーザ装置においては、低屈折率誘電体膜(屈折率n1≦1.5)と高屈折率誘電体膜(屈折率n2≧2.3)とを繰り返し堆積することによって、高出力動作に適した信頼性の高いリア側端面コート膜を容易に得ることができる。   As described above, in the integrated semiconductor laser device of the present invention, the low refractive index dielectric film (refractive index n1 ≦ 1.5) and the high refractive index dielectric film (refractive index n2 ≧ 2.3) are repeated. By depositing, a highly reliable rear side end face coating film suitable for high output operation can be easily obtained.

本発明の集積化半導体レーザ装置は、例えば、高出力二波長半導体レーザ装置を必要とする光記録装置等の光源として有用であり、また、その他、レーザ医療等の光源に応用した場合にも有用である。   The integrated semiconductor laser device of the present invention is useful, for example, as a light source for an optical recording device that requires a high-power two-wavelength semiconductor laser device, and is also useful when applied to other light sources such as laser medicine. It is.

図1は本発明の一実施形態に係る集積化半導体レーザ装置(二波長半導体レーザ装置)の上方斜視図である。FIG. 1 is a top perspective view of an integrated semiconductor laser device (dual wavelength semiconductor laser device) according to an embodiment of the present invention. 図2(a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置における個々の半導体レーザのリッジストライプ構造に直交する方向に沿った断面構成の一例を示す図であり、図2(a)は赤色半導体レーザの断面図であり、図2(b)は赤外半導体レーザの断面図である。2A and 2B are views showing an example of a cross-sectional configuration along a direction orthogonal to the ridge stripe structure of each semiconductor laser in the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. a) is a sectional view of a red semiconductor laser, and FIG. 2B is a sectional view of an infrared semiconductor laser. 図3(a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置における個々の半導体レーザの共振器に平行な方向(共振器方向)に沿ったリッジストライプ内部の断面図であり、図3(a)は赤色半導体レーザの断面図であり、図3(b)は赤外半導体レーザの断面図である。3A and 3B are cross-sectional views inside the ridge stripe along a direction (resonator direction) parallel to the resonator of each semiconductor laser in the semiconductor laser device according to one embodiment of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view of a red semiconductor laser, and FIG. 3B is a cross-sectional view of an infrared semiconductor laser. 図4は赤色半導体レーザにおいてリア側反射率を変化させた際の動作電流及びスロープ効率(300mWパルス出力時)の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing changes in operating current and slope efficiency (when 300 mW pulse is output) when the rear-side reflectance is changed in a red semiconductor laser. 図5は赤外半導体レーザにおいてリア側反射率を変化させた際の動作電流及びスロープ効率(300mWパルス出力時)の変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing changes in operating current and slope efficiency (when 300 mW pulse is output) when the rear-side reflectance is changed in an infrared semiconductor laser. 図6は半導体レーザにおける端面コート膜として、一般に用いられている誘電体膜の屈折率(n)の波長依存性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the wavelength dependence of the refractive index (n) of a dielectric film generally used as an end face coating film in a semiconductor laser. 図7は半導体レーザにおける端面コート膜として、一般に用いられている誘電体膜の消衰係数(k)の波長依存性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the wavelength dependence of the extinction coefficient (k) of a dielectric film generally used as an end face coating film in a semiconductor laser. 図8は、膜厚計算波長λを660nmとして、GaAs上にSiO2 /Ta2 5 積層構造を3〜6ペア成膜した場合における反射率プロファイルを計算した結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a result of calculating a reflectance profile when a film thickness calculation wavelength λ is 660 nm and 3 to 6 pairs of SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structures are formed on GaAs. 図9は、膜厚計算波長λを660nmとして、GaAs上にSiO2 /Nb2 5 積層構造を3〜6ペア成膜した場合における反射率プロファイルを計算した結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a result of calculating a reflectance profile when a film thickness calculation wavelength λ is 660 nm and 3 to 6 pairs of SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structures are formed on GaAs. 図10は、膜厚計算波長λを660nmとして、GaAs上にSiO2 /Ta2 5 積層構造及びSiO2 /Nb2 5 積層構造をそれぞれ3〜6ペア成膜した場合における反射率85%以上を達成できる帯域幅を計算した結果を示す図である。FIG. 10 shows a reflectance of 85% when the film thickness calculation wavelength λ is 660 nm and 3 to 6 pairs of SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structure and SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structure are formed on GaAs. It is a figure which shows the result of having calculated the bandwidth which can achieve the above. 図11は、半導体レーザの共振器端面にSiO2 /Ta2 5 積層構造を5ペア成膜した場合における反射率の測定結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the measurement results of reflectivity when five pairs of SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structures are formed on the cavity end face of the semiconductor laser. 図12は、半導体レーザの共振器端面にSiO2 /Nb2 5 積層構造を4ペア成膜した場合における反射率の測定結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the measurement results of the reflectance when four pairs of SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structures are formed on the cavity end face of the semiconductor laser. 図13は、膜厚計算波長λを660nm〜720nmの範囲内で変化させて、GaAs上にSiO2 /Ta2 5 積層構造を5ペア成膜した場合における反射率プロファイルを計算した結果を示す図である。FIG. 13 shows the result of calculating the reflectance profile when five pairs of SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structures are formed on GaAs by changing the film thickness calculation wavelength λ within the range of 660 nm to 720 nm. FIG. 図14は、膜厚計算波長λを660nm〜720nmの範囲内で変化させて、GaAs上にSiO2 /Ta2 5 積層構造を5ペア成膜した場合における赤色反射率及び赤外反射率を計算した結果を示す図である。FIG. 14 shows the red reflectance and the infrared reflectance when five pairs of SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structures are formed on GaAs by changing the film thickness calculation wavelength λ within a range of 660 nm to 720 nm. It is a figure which shows the calculated result. 図15は、膜厚計算波長λを660nm〜720nmの範囲内で変化させて、GaAs上にSiO2 /Nb2 5 積層構造を4ペア成膜した場合における反射率プロファイルを計算した結果を示す図である。FIG. 15 shows the result of calculating the reflectance profile when four pairs of SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structures are formed on GaAs by changing the film thickness calculation wavelength λ within the range of 660 nm to 720 nm. FIG. 図16は、膜厚計算波長λを660nm〜720nmの範囲内で変化させて、GaAs上にSiO2 /Nb2 5 積層構造を5ペア成膜した場合における赤色反射率及び赤外反射率を計算した結果を示す図である。FIG. 16 shows the red reflectance and infrared reflectance in the case where five pairs of SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structures are formed on GaAs by changing the film thickness calculation wavelength λ within a range of 660 nm to 720 nm. It is a figure which shows the calculated result. 図17は、GaAs上にSiO2 /Ta2 5 積層構造を5ペア成膜した場合及びGaAs上にSiO2 /Nb2 5 積層構造を4ペア成膜した場合のそれぞれにおける、660nm〜720nmの膜厚計算波長λに対してリア側反射率85%以上を達成できる帯域幅を計算した結果を示す図である。FIG. 17 shows 660 nm to 720 nm when 5 pairs of SiO 2 / Ta 2 O 5 laminated structures are formed on GaAs and when 4 pairs of SiO 2 / Nb 2 O 5 laminated structures are formed on GaAs. It is a figure which shows the result of having calculated the bandwidth which can achieve rear side reflectance 85% or more with respect to film thickness calculation wavelength (lambda). 図18(a)は従来の二波長半導体レーザ装置の上面斜視図であり、図18(b)は当該装置の要部平面図である。FIG. 18A is a top perspective view of a conventional two-wavelength semiconductor laser device, and FIG. 18B is a plan view of the main part of the device.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1の半導体レーザ
2 第2の半導体レーザ
10 赤色半導体レーザ
15、25 レーザ光
17、27 レーザ発光領域
20 赤外半導体レーザ
30、40 電極
50 前方端面
60 後方端面
70、72 端面膜
80 多層コート膜
90 溝
100 レーザ装置
101 基板
102 クラッド層
103 活性層
104 第一クラッド層
105 エッチング停止層
106 第二クラッド層
107 コンタクト層
108 絶縁層
109 p側第一電極
110 n側電極
122 クラッド層
123 活性層
124 第三クラッド層
125 エッチング停止層
126 第四クラッド層
127 コンタクト層
129 p側第二電極
130、131 端面コート膜
140、141 共振器端面
150 分離溝
201 基板
202 n型クラッド層
203 光ガイド層
204 量子井戸活性層
205 光ガイド層
206 p型第一クラッド層
207 エッチング停止層
208 p型第二クラッド層
209 p型Ga0.5 In0.5 P層
210 コンタクト層
211 p側電極
212 n側電極
215 リッジストライプ構造
220 絶縁層
222 n型クラッド層
223 光ガイド層
224 量子井戸活性層
225 AlGaAs光ガイド層
226 p型第三クラッド層
227 エッチング停止層
228 p型第四クラッド層
229 p型Ga0.5 In0.5 P層
230 コンタクト層
231 p側電極
235 リッジストライプ構造
301、321 窓領域
330、331 端面コート膜
340、341、350、351 共振器端面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st semiconductor laser 2 2nd semiconductor laser 10 Red semiconductor laser 15, 25 Laser light 17, 27 Laser emission area 20 Infrared semiconductor laser 30, 40 Electrode 50 Front end surface 60 Rear end surface 70, 72 End surface film 80 Multilayer coating Film 90 Groove 100 Laser device 101 Substrate 102 Cladding layer 103 Active layer 104 First cladding layer 105 Etching stop layer 106 Second cladding layer 107 Contact layer 108 Insulating layer 109 P-side first electrode 110 N-side electrode 122 Cladding layer 123 Active layer 124 Third cladding layer 125 Etching stop layer 126 Fourth cladding layer 127 Contact layer 129 P-side second electrode 130, 131 End surface coating film 140, 141 Resonator end surface 150 Separation groove 201 Substrate 202 N-type cladding layer 203 Light guide layer 204 amount Child well active layer 205 Optical guide layer 206 p-type first cladding layer 207 etching stop layer 208 p-type second cladding layer 209 p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 210 contact layer 211 p-side electrode 212 n-side electrode 215 ridge stripe structure 220 insulating layer 222 n-type cladding layer 223 light guide layer 224 quantum well active layer 225 AlGaAs light guide layer 226 p-type third cladding layer 227 etching stop layer 228 p-type fourth cladding layer 229 p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 230 Contact layer 231 P-side electrode 235 Ridge stripe structure 301, 321 Window region 330, 331 End face coating film 340, 341, 350, 351 Resonator end face

Claims (9)

第1の発振波長λ1の第1の半導体レーザと第2の発振波長λ2(λ1<λ2)の第2の半導体レーザとが同一基板上に形成された集積化半導体レーザ装置であって、
前記基板上に積層された複数の半導体層から構成される共振器と、
前記共振器の後方端面を覆う反射膜とを備え、
前記反射膜は、前記後方端面側から第1の誘電体層と第2の誘電体層とを交互に4周期以上積層することによって形成されており、
前記第1の誘電体層の第1の屈折率n1は1.5以下であり、
前記第2の誘電体層の第2の屈折率n2は2.3以上であり、
前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層はそれぞれ、少なくとも前記第1の発振波長λ1及び前記第2の発振波長λ2において0.001cm-1以下の消衰係数を有し、
前記後方端面の反射率は前記第1の発振波長λ1及び前記第2の発振波長λ2の両波長において85%以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
An integrated semiconductor laser device in which a first semiconductor laser having a first oscillation wavelength λ1 and a second semiconductor laser having a second oscillation wavelength λ2 (λ1 <λ2) are formed on the same substrate,
A resonator composed of a plurality of semiconductor layers stacked on the substrate;
A reflective film covering the rear end face of the resonator,
The reflective film is formed by alternately laminating four or more periods of the first dielectric layer and the second dielectric layer from the rear end face side,
A first refractive index n1 of the first dielectric layer is 1.5 or less;
A second refractive index n2 of the second dielectric layer is 2.3 or more;
Each of the first dielectric layer and the second dielectric layer has an extinction coefficient of 0.001 cm −1 or less at least at the first oscillation wavelength λ1 and the second oscillation wavelength λ2.
A reflectance of the rear end face is 85% or more at both of the first oscillation wavelength λ1 and the second oscillation wavelength λ2.
請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
膜厚計算波長をλとして、前記第1の誘電体層の厚さはλ/(4×n1)であり、前記第2の誘電体層の厚さはλ/(4×n2)であることを特徴とする半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1,
The thickness of the first dielectric layer is λ / (4 × n1), and the thickness of the second dielectric layer is λ / (4 × n2), where λ is the film thickness calculation wavelength. A semiconductor laser device.
請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
前記反射膜は、1周期目の前記第1の誘電体層と前記後方端面との間に第3の屈折率n3を持つAl2 3 膜を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 1,
The semiconductor laser device, wherein the reflective film includes an Al 2 O 3 film having a third refractive index n3 between the first dielectric layer in the first period and the rear end face.
請求項3に記載の半導体レーザ装置において、
膜厚計算波長をλとして、前記Al2 3 膜の厚さはλ/(8×n3)であり、1周期目の前記第1の誘電体層の厚さはλ/(8×n1)であり、1周期目の前記第2の誘電体層の厚さはλ/(4×n2)であることを特徴とする半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 3,
When the film thickness calculation wavelength is λ, the thickness of the Al 2 O 3 film is λ / (8 × n3), and the thickness of the first dielectric layer in the first period is λ / (8 × n1). And the thickness of the second dielectric layer in the first period is λ / (4 × n2).
請求項4に記載の半導体レーザ装置において、
2周期目以降の前記第1の誘電体層の厚さはλ/(4×n1)であり、2周期目以降の前記第2の誘電体層の厚さはλ/(4×n2)であることを特徴とする半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 4,
The thickness of the first dielectric layer after the second period is λ / (4 × n1), and the thickness of the second dielectric layer after the second period is λ / (4 × n2). There is a semiconductor laser device.
請求項2、4又は5のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置において、
前記膜厚計算波長λは660nm以上で且つ720nm未満であることを特徴とする半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 2, 4 or 5,
The semiconductor laser device, wherein the film thickness calculation wavelength λ is 660 nm or more and less than 720 nm.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置において、
前記複数の半導体層はIII-V族化合物半導体を含み、
前記第1の誘電体層は酸化シリコン(SiO2 )又は酸化アルミニウム(Al2 3 )を含み、
前記第2の誘電体層は酸化ニオブ(Nb2 5 )又は酸化ジルコニア(ZrO2 )を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6,
The plurality of semiconductor layers include a III-V compound semiconductor,
The first dielectric layer includes silicon oxide (SiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ),
The semiconductor laser device, wherein the second dielectric layer contains niobium oxide (Nb 2 O 5 ) or zirconia oxide (ZrO 2 ).
請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1の発振波長λ1は645nm以上で且つ665nm以下であり、
前記第2の発振波長λ2は765nm以上で且つ800nm以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
In the semiconductor laser device according to claim 1,
The first oscillation wavelength λ1 is 645 nm or more and 665 nm or less,
The semiconductor laser device, wherein the second oscillation wavelength λ2 is 765 nm or more and 800 nm or less.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第1の発振波長λ1の前記第1の半導体レーザの活性層はAlGaInP系半導体材料を含み、
前記第2の発振波長λ2の前記第2の半導体レーザの活性層はAlGaAs系半導体材料を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
In the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 8,
The active layer of the first semiconductor laser having the first oscillation wavelength λ1 includes an AlGaInP-based semiconductor material,
An active layer of the second semiconductor laser having the second oscillation wavelength λ2 includes an AlGaAs-based semiconductor material.
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