JP2008172088A

JP2008172088A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2008172088A
Application number: JP2007004826A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Shimamoto; 敏孝嶋本; Takeshi Yokoyama; 毅横山; Koji Makita; 幸治牧田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】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低コストで提供する。
【解決手段】発振波長λ１の半導体レーザ１と発振波長λ２の半導体レーザ２とが同一基板１０１上に形成されている。各レーザの共振器の後方端面１４０は端面コート膜１３０によって覆われている。端面コート膜１３０は、端面側から低屈折率誘電体層（屈折率ｎ１≦１．５）と高屈折率誘電体層（屈折率ｎ２≧２．３）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いる。
【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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Ｔａ₂Ｏ₅やＮｂ₂Ｏ₅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、Ｔａ₂Ｏ₅及びＮｂ₂Ｏ₅の屈折率及び消衰係数の大小関係は下記の通りである。

屈折率ａ−Ｓｉ＞ａ−Ｓｉ：Ｈ＞Ｎｂ₂Ｏ₅＞Ｔａ₂Ｏ₅
消衰係数ａ−Ｓｉ＞ａ−Ｓｉ：Ｈ＞＞Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅
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。

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。

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（Ｔａ₂Ｏ₅）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Ｔａ₂Ｏ₅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Ｔａ₂Ｏ₅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（Ｔａ₂Ｏ₅）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ａｌ₂Ｏ₃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Ａｌ₂Ｏ₃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。

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。

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（Ａｌ₂Ｏ₃）を含み、前記第２の誘電体層は酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）又は酸化ジルコニア（ＺｒＯ₂）を含むことが好ましい。

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。

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。

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。

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（Ｎｂ₂Ｏ₅）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる厚さ２μｍのｎ型クラッド層２０２、例えば（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ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（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる厚さ０．０１μｍの光ガイド層２０５、例えばｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる厚さ０．３μｍのｐ型第一クラッド層２０６、例えばｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる厚さ０．００７μｍのエッチング停止層２０７、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ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Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ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Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ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。

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。

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（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ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（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる厚さ０．３μｍのｐ型第三クラッド層２２６、例えばｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる厚さ０．０１μｍのエッチング停止層２２７、例えばｐ型（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐｐ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Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ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Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ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。

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。

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。

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Ａｌ₂Ｏ₃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。

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。

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）、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅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、Ｎｂ₂Ｏ₅やＴａ₂Ｏ₅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、Ｎｂ₂Ｏ₅やＴａ₂Ｏ₅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。

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Ｔａ₂Ｏ₅（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Ｔａ₂Ｏ₅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Ｔａ₂Ｏ₅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／Ｔａ₂Ｏ₅積層構造を用いることは非常に困難である。

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Ｎｂ₂Ｏ₅（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Ｎｂ₂Ｏ₅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Ｎｂ₂Ｏ₅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Ｔａ₂Ｏ₅と比べて大きいＮｂ₂Ｏ₅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。

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Ｔａ₂Ｏ₅及びＮｂ₂Ｏ₅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、Ｔａ₂Ｏ₅を用いた場合とＮｂ₂Ｏ₅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Ｔａ₂Ｏ₅層の厚さは６６０／（４×２．２０）ｎｍであり、１ペア中のＮｂ₂Ｏ₅層の厚さは６６０／（４×２．３０）ｎｍである。また、高屈折率材料としてＴａ₂Ｏ₅及びＮｂ₂Ｏ₅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。

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Ｔａ₂Ｏ₅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Ｎｂ₂Ｏ₅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。

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、Ｎｂ₂Ｏ₅層が好適である。また、Ｎｂ₂Ｏ₅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。

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Ｔａ₂Ｏ₅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Ｎｂ₂Ｏ₅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／Ｔａ₂Ｏ₅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／Ｎｂ₂Ｏ₅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／Ｔａ₂Ｏ₅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／Ｎｂ₂Ｏ₅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／Ｔａ₂Ｏ₅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／Ｎｂ₂Ｏ₅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。

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Ｎｂ₂Ｏ₅（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Ｔａ₂Ｏ₅（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Ｔａ₂Ｏ₅を用いることは困難である。

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）／Ｎｂ₂Ｏ₅（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／Ｎｂ₂Ｏ₅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。

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。

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。

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。

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。

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Ｔａ₂Ｏ₅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／Ｔａ₂Ｏ₅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Ｔａ₂Ｏ₅層の厚さをλ／（４×（Ｔａ₂Ｏ₅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。

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／Ｔａ₂Ｏ₅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。

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Ｎｂ₂Ｏ₅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／Ｎｂ₂Ｏ₅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Ｎｂ₂Ｏ₅層の厚さをλ／（４×（Ｎｂ₂Ｏ₅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。

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／Ｔａ₂Ｏ₅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／Ｎｂ₂Ｏ₅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。

図１７は、リア側端面コート膜として、ＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅積層構造（図１３の計算に用いた構造）及びＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅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／Ｔａ₂Ｏ₅積層構造及びＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅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／Ｎｂ₂Ｏ₅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。

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Ａｌ₂Ｏ₃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Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅又はＮｂ₂Ｏ₅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Ａｌ₂Ｏ₃を用いると、Ａｌ₂Ｏ₃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、Ａｌ₂Ｏ₃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。

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Ａｌ₂Ｏ₃及びＮｂ₂Ｏ₅又はＺｒＯ₂等を用いることができる。

但し、Ａｌ₂Ｏ₃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Ａｌ₂Ｏ₃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Ａｌ₂Ｏ₃膜（屈折率ｎ３）を膜厚λ／（８×ｎ３）で堆積した後、当該Ａｌ₂Ｏ₃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Ｎｂ₂Ｏ₅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Ｎｂ₂Ｏ₅膜上に形成される、ＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅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Ｎｂ₂Ｏ₅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。

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Ｎｂ₂Ｏ₅に代えてＺｒＯ₂を用いてもよい。

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Ａｌ₂Ｏ₃膜を成膜した場合には、２０ｎｍ／分程度の高い堆積レートでＡｌ₂Ｏ₃膜を成膜できるので、生産性が向上する。

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Ｎｂ₂Ｏ₅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Ａｌ₂Ｏ₃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。

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。

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。

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。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。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。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。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。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。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。図８は、膜厚計算波長λを６６０ｎｍとして、ＧａＡｓ上にＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅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。図９は、膜厚計算波長λを６６０ｎｍとして、ＧａＡｓ上にＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅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。図１０は、膜厚計算波長λを６６０ｎｍとして、ＧａＡｓ上にＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅積層構造及びＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅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。図１１は、半導体レーザの共振器端面にＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅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。図１２は、半導体レーザの共振器端面にＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅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。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／Ｔａ₂Ｏ₅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。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／Ｔａ₂Ｏ₅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。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／Ｎｂ₂Ｏ₅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。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／Ｎｂ₂Ｏ₅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。図１７は、ＧａＡｓ上にＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅積層構造を５ペア成膜した場合及びＧａＡｓ上にＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅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。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。

符号の説明

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
１０９ｐ側第一電極
１１０ｎ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
１２９ｐ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
２０２ｎ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
２０６ｐ型第一クラッド層
２０７エッチング停止層
２０８ｐ型第二クラッド層
２０９ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層
２１０コンタクト層
２１１ｐ側電極
２１２ｎ側電極
２１５リッジストライプ構造
２２０絶縁層
２２２ｎ型クラッド層
２２３光ガイド層
２２４量子井戸活性層
２２５ＡｌＧａＡｓ光ガイド層
２２６ｐ型第三クラッド層
２２７エッチング停止層
２２８ｐ型第四クラッド層
２２９ｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層
２３０コンタクト層
２３１ｐ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

Claims

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。
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。
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Ａｌ₂Ｏ₃膜を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
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Ａｌ₂Ｏ₃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。
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。
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。
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（Ａｌ₂Ｏ₃）を含み、
前記第２の誘電体層は酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）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。
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。
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。