光半導體器件的製作方法

2023-09-10 02:46:20

專利名稱：光半導體器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及作為光信息處理用的光源、光通信的信號源、光纖放大器的激勵光源用的半導體雷射器件；半導體光放大器(SOA)；超發光二極體(SLD)以及光調製器等半導體器件，特別是涉及用於這些器件的半導體元件的端面具有鍍膜的光半導體器件。
背景技術：
下面對光半導體器件中的半導體雷射器件進行說明。
圖53是示出現有半導體雷射器的波長與輸出功率的關係特性的略圖。
顯示出圖53的輸出功率依賴關係的半導體雷射器的前端面鍍了SiO2膜，後端面鍍了SiO2膜/無定形矽(以下用a-Si表示)多層膜，前端面的反射率為6％，後端面的反射率為94％。(例如參照非專利文獻1)。
如圖53所示，隨著光輸出功率從1mW至30mW變化，激射波長從780nm到786nm增長6nm。當將此波長變化換算成每單位輸出功率的波長變化時，為0.21nm/mW，當斜度效率為1mW/mA時，為0.21nm/mA。
此波長變化由注入電流增加所致的有源層的溫度升高引起，當換算成溫度時，比方說對AlGaAs系半導體雷射器約為0.2～0.3nm/℃，對InGaAsP系半導體雷射器約為0.4～0.7nm/℃(例如參照非專利文獻2)。
另外，由圖53可知，即使改變光輸出功率，激射波長也表現出780nm附近的值；即使改變光輸出功率，也就是改變注入電流，激射波長也只是以約0.21nm/mA的變化率連續變化。
另外，由於在半導體雷射器的前端面對波長λ而言只是設置了厚度為λ/4的SiO2膜，所以端面的反射率為6％左右，而不是1％以下的低反射率。
另外，用2層以上的電介質薄膜構成設置在端面的無反射鍍膜，第1層是具有鈍化作用的膜，第2層以上用λ/4無反射鍍膜構成的例子已被公開(例如參照專利文獻1)
另外還有揭示現有半導體雷射器的無反射膜的結構的記述。(例如參照專利文獻2、非專利文獻3)[專利文獻1]特開平3-293791號公報[專利文獻2]專利第3014208號公報[非專利文獻1]T.Ohtoshi et.Al.，「High-power visible GaAlAs lasers with self-aligned strip buried heterostructure」，J.Appl.Phys.，Vol.56，No.9，pp.2491-2496，1984[非專利文獻2]參考米津宏雄著，《光通信元件工程學(光通信素子工學)》，工學圖書，2版，pp.244-255[非專利文獻3]IEE Electronics Lett.Vol.31，No.31，pp.1574-1575[發明所要解決的課題]在這種結構的現有半導體雷射器中，低反射率的端面鍍膜的反射率高達6％左右。
或者，鍍膜的總膜厚在所期望的波長λ0的1/4以下的場合，雖然呈現1％以下的低反射率的波長λ0附近的波段寬度可以超過100nm，但因總膜厚薄，往往散熱不好，成為端面變壞的原因。
另外，當對所期望的波長λ0形成變為無反射鍍膜，並且為了散熱良好，製成所期望的波長λ0的1/4以上的厚度時，存在反射率對波長的關係特性變陡的問題。
圖54是示出現有半導體雷射器的無反射膜的結構的示意圖(例如，專利文獻2、非專利文獻3)在圖54中，200是現有的半導體雷射器，202是有效折射率為nc的半導體雷射元件，204是折射率為n01、膜厚為d01的第1層膜，它在半導體雷射元件202的端面形成。206是折射率為n02、膜厚為d02的第2層膜，它在第1層膜204的表面形成。208是折射率為n03、膜厚為d03的第3層膜，它在第2層膜206的表面形成。n0為與第3層膜208的表面相接觸的外界的折射率。
圖55是示出現有的無反射膜的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖55中，曲線a和曲線b示出了在半導體雷射元件202的有效折射率nc＝3.2時，波長λ0＝1.3μm附近的無反射膜的反射率與波長的關係特性曲線a是第1層膜204和第3層膜208由Al2O3構成，其折射率為n01＝n03＝1.6，第2層膜206由無定形矽(a-Si)形成，其折射率為n02＝3.2，各膜厚為d01＝d03＝90.23nm，d02＝8.25nm的場合的反射率。
曲線b是第1層膜204和第3層膜208由Al2O3構成，其折射率為n01＝n03＝1.6，第2層膜206由無定形矽(a-Si)形成，其折射率為n02＝3.2，各膜厚為d01＝d03＝90.23nm，d02＝199.43nm的場合的反射率。
當半導體雷射元件202的有效折射率為nc＝3.2時，nf＝(nc×n0)1/2＝1.78885。在波長λ0＝1.3μm的場合，λ0/4約為325nm。
曲線a的場合的3層膜的總膜厚(n01·d01+n02·d02+n03·d03)為314.5nm，大致等於λ0/4。在曲線a的場合，反射率在1％以下的低反射率的範圍寬達265nm，由於厚度不一定取充分厚，所以往往散熱不良，成為半導體雷射元件202的端面變壞的原因。
另外，關於曲線b，雖然可以使總膜厚增厚至約927nm以改善熱傳導，但反射率在1％以下的低反射率的範圍極窄，窄至55nm。
另外，迄今還有作為理想單層膜的替換膜，構成由2層膜或2層膜組成的無反射膜以使膜厚增加的方法。
例如，已有專利第3014208號的由3層膜組成的無反射鍍膜，當假定由3層膜組成的該無反射鍍膜的各鍍膜的折射率分別為n01、n02、n03，各鍍膜的膜厚分別為d01、d02、d03時，若將總膜厚(n01·d01+n02·d02+n03·d03)構成為所期望的波長λ0的1/4的整數倍，則特徵矩陣與理想的單層膜的等同。
另外，還存在2層膜中的使第1層的膜厚n01·d01、第2層的膜厚n02·d02分別為所期望的波長λ0的1/4，將這2層重疊起來的方法。
但是，將(n01·d01+n02·d02+n03·d03)構成為所期望的波長λ0的1/4的整數倍，或者使第1層的膜厚n01·d01、第2層的膜厚n02·d02分別為所期望的波長λ0的1/4，都存在材料的選擇自由度少，設計困難的問題。
本發明是為了解決上述問題而進行的發明，第1個目的是構成具有對在光半導體元件中傳播的光的波長的設計自由度高的低反射率覆蓋膜的光半導體器件，第2個目的是構成具有總膜厚超過所期望的波長λ0的1/4的覆蓋膜的、波長穩定性高的光半導體器件，第3個目的是構成溫度引起的波長變化小的光半導體器件。另外，第4個目的是構成具有總膜厚超過所期望的波長λ0的1/4、光半導體元件端面的熱損傷小的覆蓋膜的光半導體器件。
本發明的光半導體器件包括具有使光入射或射出的端面、具有等效折射率nc的光半導體元件；以及具有在該光半導體元件的端面上設置的、折射率為n1、當取係數a0為正實數時膜厚為a0×d1的第1覆蓋膜和在該第1覆蓋膜上設置的、折射率為n2、膜厚為a0×d2的第2覆蓋膜的覆蓋膜層，當使覆蓋膜層的表面上的自由空間的折射率為n0時，對於在光半導體元件中傳播的光的波長λ0而言，由該波長λ0、折射率n1和n2、膜厚a0×d1和a0×d2規定的振幅反射率的實部和虛部為0，並且在n1、n2中只有某一方小於nc與n0的乘積的平方根，根據此結構，可以對波長λ0而言製成與理想單層膜的替換膜不同的低反射覆蓋膜層。
(另外，本發明的光半導體器件具有半導體雷射器，在該半導體雷射器的端面具有低反射覆蓋膜，該低反射覆蓋膜的反射率在規定波長λ0處有極小值，該低反射覆蓋膜的折射率與膜厚的乘積之和超過半導體雷射器的規定的雷射波長λ0的1/4，並且在半導體雷射器的規定的雷射波長λ0附近的波段內，低反射覆蓋膜層的反射率在1％以下的波段寬度在55nm以上，因此可以構成具有散熱性好，即使改變環境溫度、注入電流，激射波長變化也小的半導體雷射器的光半導體器件。)(另外，本發明的光半導體器件具有半導體雷射器，該半導體雷射器的諧振腔端面的一個端面的反射率在規定波長λ0處有極小值，在隨波長變長而反射率降低的區域，使半導體雷射器的總損失與半導體雷射器的增益相等，因此可以構成即使改變環境溫度、注入電流，激射波長變化也小的半導體雷射器。)


圖1是本發明的一種實施形態的半導體雷射器的示意圖。
圖2是本發明的一種實施形態的半導體雷射器的示意圖。
圖3是示出本發明的一個實施例的反射率的計算結果的曲線圖。
圖4是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
圖5是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
圖6是示出本發明的一個實施例的反射率的計算結果的曲線圖。
圖7是示出本發明的一個實施例的反射率的計算結果的曲線圖。
圖8是示出本發明的半導體雷射器件的低反射鍍膜的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖9是示出本發明的半導體雷射器件的總損失與波長的關係特性的曲線圖。
圖10是示出本發明的半導體雷射器件的總損失和增益與波長的關係特性的曲線圖。
圖11是本發明的一種實施形態的半導體雷射器的剖面圖。
圖12是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器的低反射鍍膜的反射率的曲線圖。
圖13是示出本發明的實施形態的半導體雷射器件的激射波長與注入電流的關係特性的實驗結果的曲線圖。
圖14是示出本發明的一個實施例的反射率的曲線圖。
圖15是對諧振腔長度不同的半導體雷射器的總損失進行比較的曲線圖。
圖16是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器中的激射波長的實驗結果的曲線圖。
圖17是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的總損失與增益的關係的曲線圖。
圖18是示出本發明的一個實施例的激射波長與電流的關係特性的實驗結果的曲線圖。
圖19是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器中的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖20是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器的激射波長與電流的關係特性的實驗結果的曲線圖。
圖21是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的激射波長與工作電流的關係特性的實驗結果的曲線圖。
圖22是示出半導體雷射器的反射率與波長無依賴關係時的損失與增益的關係的示意圖。
圖23是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器的損失與增益的關係的示意圖。
圖24是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意性剖面圖。
圖25是示出現有的具有光纖光柵的半導體雷射器件的增益和損失的曲線圖。
圖26是示出現有的具有光纖光柵的半導體雷射器件的增益和損失的曲線圖。
圖27示出本發明的一種實施形態的具有光纖光柵的半導體雷射器件的增益和損失的曲線圖。
圖28是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖29是示出本發明的一個實施例的具有光纖光柵的半導體雷射器件的損失和增益的曲線圖。
圖30是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
圖31是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖32是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖33是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖34是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖35是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖36是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖37是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖38是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖39是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖40是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖41是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
圖42是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
圖43是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖44是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖45是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖46是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖47是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖48是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖49是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖50是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖51是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖52是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖53示出現有半導體雷射器的波長與輸出功率的關係特性的示意圖。
圖54是示出現有半導體雷射器的無反射膜的結構的示意圖。
圖55是示出現有的無反射膜的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖56是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖57是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖58是示出本發明的一個實施例的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
圖59是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器之一例的增益分布的曲線圖。
圖60是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的損失與增益的關係的略圖。
圖61是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的反射率與波長的關係特性和鏡面損失與波長的關係特性的曲線圖。
圖62是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件中的激射波長對溫度和注入電流的關係特性的曲線圖。
圖63是示出現有半導體雷射器件中的激射波長對溫度和注入電流的關係特性的曲線圖。
圖64是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件中的光輸出功率—電流特性的溫度關係特性的曲線圖。
圖65是示出現有半導體雷射器件中的光輸出功率—電流特性的溫度關係特性的曲線圖。
圖66是示出本發明的實施形態的半導體雷射器件中以反射率為指標時的波長變化抑制效果的曲線圖。
圖67是示出本發明的實施形態的半導體雷射器件中以對應于波長變化的鏡面損失變化為指標時的波長變化抑制效果的曲線圖。
具體實施例方式
在下面的實施形態中，作為光半導體器件，例如以應用了半導體雷射元件作為光半導體元件的半導體雷射器件為例進行說明。
實施形態1。
圖1是本發明的一種實施形態的半導體雷射器的示意圖。
在圖1中，10是本實施形態的半導體雷射器，12是作為具有等效折射率nc的光半導體元件的半導體雷射元件，14是作為在該半導體雷射元件12的表面設置的覆蓋膜層的低反射鍍膜，它的一個界面與半導體雷射元件12的例如前端面緊密接觸，另一個界面與空氣層、氮氣層或真空層等折射率n0為n0＝1的自由空間接觸。
16是作為構成低反射鍍膜14的第1覆蓋膜的第1層鍍膜，用折射率為n1的材料設置，膜厚為d1。膜厚以通式表示時為a0×d1，在本實施形態中a0＝1。
18是作為構成低反射鍍膜14的第2覆蓋膜的第2層鍍膜，在本實施形態中，它的一個界面以與第1層鍍膜16緊密接觸的方式設置，另一個邊界面與自由空間接觸。第2層鍍膜18用折射率為n2的材料設置，膜厚為d2。膜厚以通式表示時為a0×d2，在本實施形態中a0＝1。
下面對低反射鍍膜14進行說明。
現在設從半導體雷射器射出的光中的所期望的波長為λ，第1層鍍膜16和第2層鍍膜18中的相位變化分別為φ1、φ2，φ1、φ2由下式表示。
φ1＝(2π·n1·d1)/λ (1)φ2＝(2π·n2·d2)/λ (2)這時，振幅反射率r用下式表示。
r＝(A-iB)/(C-iD) (3)其中A＝(nc-1)cosφ1cosφ2+{(n1/n2)-(n2·nc)/n1}sinφ1sinφ2(4)B＝((nc/n2)-n2)cosφ1sinφ2+((nc/n1)-n1)sinφ1cosφ2 (5)C＝(nc+1)cosφ1cosφ2-{(n1/n2)+(n2·nc)/n1} sinφ1sinφ2 (6)D＝((nc/n2)+n2)cosφ1sinφ2+((nc/n1)+n1)sinφ1cosφ2 (7)
另外，i為虛數單位。
於是，功率反射率R用|r|2表示。
這時，在滿足下面的(7)式和(8)式的場合，功率反射率R為0。
即nc-1+{(n1/n2)-(n2nc)/n1}tanφ1tanφ2＝0 (8)((nc/n1)-n1)tanφ1+((nc/n2)-n2)tanφ2＝0(9)還有，n1與n2的某一方小於(nc×n0)1/2，而另一方大於(nc×n0)1/2。現在，由於n0＝1，所以(nc)1/2位於n1與n2的值之間。
實施例1半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37，用Ta2O5形成第1層鍍膜16時其折射率n1＝2.057，用Al2O3形成第2層鍍膜18時其折射率n2＝1.62，若設假定的雷射波長λ0＝980nm，在第1層鍍膜16的膜厚d1為d1＝71.34nm，第2層鍍膜18的膜厚d2為d2＝86.20nm時無反射。當然，不限於這些膜厚的組合，在φ1和φ2為2π的整數倍時也無反射。在下面的實施形態中也是同樣的。
然後，關於無反射膜的結構，總膜厚(n1d1+n2d2)不是λ0/4的整數倍，特徵矩陣與理想的單層膜的不一致。因此，在選定鍍膜的n1、n2後可以用d1、d2進行調整，故具有鍍膜材料容易選擇、低反射膜的設計自由度變大的優點。進而，可以簡單地構成具有所期望的低反射覆蓋膜層的光半導體器件。
還有，所謂總膜厚指的是構成覆蓋膜的各層的膜厚與該層的折射率相乘的值的總和。
實施形態2.
圖2是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
圖2中的與圖1相同的符號表示相同或相當的部分。在以下各圖中，也是用相同的符號表示相同或相當的部分。
本實施形態的一種半導體雷射器件是在用折射率為n1的材料將膜厚形成為a0×d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a0×d2的鍍膜上，再重疊以用折射率為n1的材料將膜厚形成為a1×d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a1×d2的鍍膜為一對的鍍膜對，從而形成2重結構，製成低反射鍍膜14的半導體雷射器。
在圖2中，20是半導體雷射器件，22a是用折射率為n1的材料將膜厚形成為a0×d1的第1層鍍膜，22b是用折射率為n2的材料將膜厚形成為a0×d2的第2層鍍膜。由該第1層鍍膜22a和該第2層鍍膜22b形成基底鍍膜對22。
24是在基底鍍膜對22上設置的第1鍍膜對，24a是作為第3覆蓋膜的第3層鍍膜，是用折射率為n1的材料將膜厚形成為a1×d1的鍍膜。24b是作為第4覆蓋膜的第4層鍍膜，是用折射率為n2的材料將膜厚形成為a1×d2的鍍膜。
低反射鍍膜14由基底鍍膜對22和在其上設置的第1鍍膜對24構成。
其中，a0和a1為參數，是正實數。
無反射條件的導出與實施形態1的場合一樣，以使實施形態2的、設置有低反射鍍膜14的端面的振幅反射率r的實部和虛部為0來確定膜厚d1、d2。
即，以(10)式的振幅反射率r的實部和虛部為0來確定膜厚d1、d2。
r＝{(m11+m12)nc-(m21+m22)}/{(m11+m12)nc+(m21+m22)} (10)其中的參數滿足[式1]m11m12m21m22=cosa01-in1sina01-in1sina01cosa01cosa02-in2sina02-in2sina02cosa02]]>cosa11-in1sina11-in1sina11cosa11cosa12-in2sina12-in2sina12cosa12----(11)]]>另外，與實施形態一樣，設定n1與n2的某一方小於(nc×n0)1/2，而另一方大於(nc×n0)1/2。現在，由於n0＝1，所以設定成(nc)1/2存在於n1與n2的值之間。
實施例2
半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37，用Al2O3形成第1層鍍膜22a和第3層鍍膜24a時，其折射率n1＝1.62，用Ta2O5形成第2層鍍膜22b和第4層鍍膜24b時，其折射率n2＝2.057，若設假定的雷射波長λ0＝980nm，a0＝1.2，a1＝0.8，則在d1＝319.91nm，d2＝33.40nm時無反射。
圖3是示出作為本發明的一個實施例的實施例2的反射率的計算結果的曲線圖。
這時，雷射波長λ0＝980nm附近的反射率在1％以下的波段寬度如圖3所示，為36nm。
下面對在設置於半導體雷射器端面的基底鍍膜對上再重疊2重鍍膜對，從而製成3重層疊結構的低反射鍍膜的情形進行說明。
圖4是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
在該半導體雷射器件中，在由用折射率為n1的材料將膜厚形成為a0×d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a0×d2的鍍膜構成的基底鍍膜對上，形成以用折射率為n1的材料將膜厚形成為a1×d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a1×d2的鍍膜為一對的第1鍍膜對，在該第1鍍膜對上再以重疊方式形成以用折射率為n1的材料將膜厚形成為a2×d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a2×d2的鍍膜為一對的第2鍍膜對，從而製成使鍍膜對為3重的低反射鍍膜14。
在圖4中，30是半導體雷射器件，32是在第1鍍膜對24上形成的第2鍍膜對，32a是作為第3覆蓋膜的第5層鍍膜，是用折射率為n1的材料將膜厚形成為a2×d1的鍍膜。32b是作為第4覆蓋膜的第6層鍍膜，是用折射率為n2的材料將膜厚形成為a2×d2的鍍膜。
第2鍍膜對32由第5層鍍膜32a和第6層鍍膜32b構成。該第6層鍍膜32b的一個界面與第5層鍍膜32a緊密接觸，另一個界面與折射率為n0，在本實施形態中n0＝1的自由空間接觸。a2為參數，是正實數。
無反射條件的導出與實施形態1的場合一樣，以使設置有低反射鍍膜14的端面的振幅反射率r的實部和虛部為0來確定膜厚d1、d2。
另外，設定n1與n2的某一方小於(nc×n0)1/2，而另一方大於(nc×n0)1/2。現在，由於n0＝1，所以設定成(nc)1/2存在於n1與n2的值之間。
實施例3半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37，用Al2O3形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a時，其折射率n1＝1.62，用Ta2O5形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b時，其折射率n2＝2.057，若設假定的雷射波長λ0＝980nm，a0＝1.2，a1＝1.0，a2＝0.8，則在d1＝251.6nm，d2＝303.73nm時無反射。
這時，雷射波長λ0＝980nm附近的反射率在1％以下的波段寬度為20nm，與用4層鍍膜形成的低反射鍍膜14的場合相比，反射率在1％以下的波段寬度變窄。
下面，對採用該3重層疊的低反射鍍膜14的另一實施例進行說明。
實施例4半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37，用Al2O3形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a時，其折射率n1＝1.62，用Ta2O5形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b時，其折射率n2＝2.057，若設假定的雷射波長λ0＝980nm，a0＝1.2，a1＝1.0，a2＝0.8，則在d1＝64.86nm，d2＝61.60nm時無反射。
這時，雷射波長λ0＝980nm附近的反射率在1％以下的波段寬度寬達61nm。
本實施例4與上面的實施例3為相同的計算條件，但選擇了與實施例3不同的相位變化值φ1、φ2。
另外，本實施例的從第1層鍍膜22a至第6層鍍膜32b的總膜厚，即各層鍍膜的折射率與膜厚之乘積的總和為695.35nm，大於作為λ0/4的245nm。
下面對具有在以用折射率為n1的材料將膜厚形成為d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為d2的鍍膜為一對，利用參數a0、a1和a2改變厚度的3重層疊的低反射鍍膜上，再添加用折射率為n1的材料將膜厚形成為b1d1(參數b1為正實數)的、作為第5覆蓋膜的表面層鍍膜的低反射鍍膜14的半導體雷射器件的實施例5進行說明。
根據此結構，還能提高設置有覆蓋膜層的端面上的反射率與波長的關係特性的設計自由度。進而能夠簡單地構成包含具有更多類型的所期望的反射率與波長的關係特性的低反射覆蓋膜層的光半導體器件。
實施例5圖5是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
在圖5中，36是半導體雷射器件，38是用折射率為n1的材料將膜厚形成為b1d1的表面層鍍膜。
半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37，用Al2O3形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a、第5層鍍膜32a和表面層鍍膜38時，其折射率n1＝1.62，用Ta2O5形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b時，其折射率n2＝2.057，若設假定的雷射波長λ0＝980nm，a0＝1.0，a1＝0.5，a2＝1.5和b1＝3.5，則在d1＝32.07nm，d2＝70.75nm時無反射。
圖6是示出作為本發明的一個實施例的實施例5的反射率的計算結果的曲線圖。
這時，雷射波長λ0＝980nm附近的反射率在1％以下的波段寬度如圖6所示，為83nm，形成非常寬的波段寬度。
這時，從第1層鍍膜22a至表面層鍍膜38的總膜厚，即a0n1d1+a0n2d2+a1n1d1+a1n2d2+a2n1d1+a2n2d2+b1n1d1為774.36nm，大於λ0/4。
實施例6對圖4所示的採用3重層疊的低反射鍍膜14的另一實施例進行說明。
半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37，用a-Si形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a時，其折射率n1＝2.60，用Al2O3形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b時，其折射率n2＝1.65，若設假定的雷射波長λ0＝980nm，a0＝1.0，a1＝2.0，a2＝4.0，在d1＝29.50nm，d2＝37.89nm時無反射。
圖7是示出作為本發明的一個實施例的實施例6的反射率的計算結果的曲線圖。
這時，雷射波長λ0＝980nm附近的反射率在1％以下的波段寬度如圖7所示，為224.0nm，形成非常寬的波段寬度。
還有，這裡將a-Si的折射率取為2.60，這是考慮到藉助於引入氧等成膜條件容易實現a-Si具有3.0以下的折射率。
另外，同樣地，在本實施例的計算中，將Al2O3的折射率取為1.65進行計算。
如上所述，在本實施形態中，雖然對由以用折射率為n1的材料將膜厚形成為d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為d2的鍍膜為一對，藉助於參數a0、a1和a2改變了厚度的2重層疊和3重層疊的鍍膜對構成的低反射鍍膜14，以及在3重層疊的鍍膜對上再添加用折射率為n1的材料將膜厚形成為d1的鍍膜的低反射鍍膜14進行了說明，但這不限於2重、3重，也可以構成為使重數進一步增加的多重低反射鍍膜。
然後，與實施形態1一樣，關於無反射膜的結構，總膜厚(a0n1d1+a0n2d2+a1n1d1+a1n2d2+...+akn1d1+akn2d2+...)和(a0n1d1+a0n2d2+a1n1d1+a1n2d2+...+akn1d1+akn2d2+b1n1d1)不是λ0/4的整數倍，特徵矩陣與理想的單層膜的不一致。因此，在選定鍍膜的n1、n2後，可以用d1、d2進行調整，從而具有鍍膜材料選擇容易、低反射膜的設計自由度大的優點。
另外，在本實施形態中，藉助於對參數ak(k＝1、2、3、...)，例如a0、a1、a2、b1等的值進行各種選擇，可以自由度較高地對假定的雷射的所期望波長λ0附近的反射率在1％以下的波段寬度等反射率與波長的關係特性進行選擇，可以設定各種各樣的雷射輸出特性，能夠容易地構成多種多樣的半導體雷射器件。進而，可以簡單地構成包含具有所期望的反射率與波長的關係特性的低反射覆蓋膜層的光半導體器件。
實施形態3.
圖8是示出本發明的半導體雷射器件的低反射鍍膜的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖8中，該半導體雷射器件在所期望的波長λ0處無反射或反射率極小，而在其他波長處反射率較高，藉助於構成實施形態1、實施形態2中所述的低反射鍍膜，能夠使構成無反射膜或低反射膜的情況容易實現，從而使半導體雷射器件具有這樣的反射率與波長的關係特性。
半導體雷射器的總損失αt可以用內部損失αin、諧振腔長度L、雷射出射的前端面的反射率Rf和後端面的反射率Rr表示為式(12)那樣。即αt＝αin+(1/(2L))1n(1/(RfRr))(12)圖9是示出本發明的半導體雷射器件的總損失αt與波長的關係特性的曲線圖。
當前端面的反射率Rf在所期望的波長λ0處為極小時，如圖9所示，具有在該波長λ0處損失為極大的與波長的關係特性。
圖10是示出本發明的半導體雷射器件的總損失αt和增益g與波長的關係特性的曲線圖。
在圖10中，實線是表示增益g1、g2、g3的曲線，虛線是表示總損失αt的曲線。曲線g1是注入電流小時或低溫時的增益曲線，曲線g3是注入電流大時或高溫時的增益曲線，曲線g2是在曲線g1與曲線g3的中間的條件下的增益曲線。
在曲線g1的場合，在λ1處增益與總損失變得相等，在曲線g3的場合，在λ4處增益與總損失變得相等，分別在各自的波長處進行受激發射。
在曲線g2的場合，在夾著λ0的λ2和λ3兩個波長處增益與總損失變得相等，因此能夠在λ2和λ3產生受激發射。
即，首先，當由於注入電流小或在低溫下，從而發熱引起的溫升小時，如曲線g1的場合所示，有較小的增益即可，只在λ0的短波長側損失與增益變得相等，半導體雷射器發生激射。
當與曲線g1的場合相比，溫度高或注入電流增加而溫升增加時，如曲線g2所示，必須有較高的增益，故在夾著λ0的短波長側和長波長側的兩個波長處增益與損失變得相等。因此，這時半導體雷射器在λ2和λ3兩個波長處發生激射。
進而，在溫度高或注入電流增加，溫升大時，如曲線g3所示，只在λ0的長波長側損失與增益變得相等，半導體雷射器在波長λ4處發生激射。
這樣，通過構成在所期望的波長λ0處反射率成為極小、並且在夾著λ0的短波長側和長波長側的兩個波長處增益與損失變得相等那樣的無反射膜，並將其設置在半導體雷射器的端面，可以製成在2個波長處激射的半導體雷射器件。
實施例7圖11是本發明的一種實施形態的半導體雷射器的剖面圖。
在圖11中，40是半導體雷射器，42是該半導體雷射器40的n型GaAs襯底(以下將「n型」記作「n-」，將「p型」記作「p-」)，44是在n-GaAs襯底42上設置的n-AlGaAs限制層，46是在n-AlGaAs限制層42上設置的無摻雜的n側AlGaAs波導層，48是在n側AlGaAs波導層46上設置的無摻雜n側GaAs波導層，50是在n側GaAs波導層48上設置的量子阱結構的有源層，有源層50包含無摻雜InGaAs量子阱層50a和無摻雜GaAs勢壘層50b。
52是在有源層50上設置的無摻雜的p側GaAs波導層，54是在p側GaAs波導層52上設置的無摻雜的p側AlGaAs波導層，56是在p側AlGaAs波導層54上設置的p-AlGaAs限制層，58是在p-AlGaAs限制層56上設置的p-GaAs壓蓋層，藉助於p側AlGaAs波導層54和p-GaAs壓蓋層58形成脊型光波導，由該光波導的兩端面構成諧振腔。本實施例的諧振腔長度為1500μm，激射波長為980nm。
60是Si3N4絕緣膜，在p-GaAs壓蓋層58上形成構成電流路徑的開口部60a。62是在Si3N4絕緣膜60上設置的p側電極，經Si3N4絕緣膜60的開口部60a與p-GaAs壓蓋層58接觸。64是在n-GaAs襯底42的背面側設置的n側電極，66是金絲，68是包含光波導的脊型區，70是在脊型區68的兩側設置的低折射率區，72是在低折射率區70的相對於脊型區68的兩外側設置的高折射率區。
由於在脊型區68的外側設置了低折射率區70，所以能夠將雷射有效地限制在脊型區68內。另外，藉助於在Si3N4絕緣膜60上設置開口部60a可以進行電流的限制。製成在低折射率區70的外側設置高折射率區72，在高折射率區72上鍵合金絲66的結構。
然後，在光波導的前端面設置低反射鍍膜(未圖示)。低反射鍍膜的結構是與實施形態1的低反射鍍膜14相同的結構，半導體雷射器的等效折射率nc為nc＝3.37，用折射率n1＝1.62的Al2O3形成膜厚為240nm的第1層鍍膜16，用折射率n2＝2.057的Ta2O5形成膜厚為183nm的第2層鍍膜18。後端面的反射率Rr為98％。
另外，該半導體雷射器40是光纖放大器激勵用的980nm的半導體雷射器，但不限於此。
圖12是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器的低反射鍍膜的反射率的曲線圖。
λ0＝980nm附近的1％以下的低反射率的波段寬度約為52nm。
圖1 3是示出該實施形態的半導體雷射器件的激射波長與注入電流的關係特性的實驗結果的曲線圖。
在圖13中，當增加注入電流時，在約100mA附近，波長急劇向長波長區移動15nm。也就是說，在一個半導體雷射器中，可以射出相距15nm的2個波長的光。進而，詳細的實驗結果表明，當1％以下的低反射率的波段寬度比約55nm窄時可以發生2個波長的激射。
實施例8本實施例是使半導體雷射器的結構與實施例7的相同，將低反射鍍膜的結構製成實施形態2所述的6層結構的低反射鍍膜的情形。
對第1層、第3層和第5層鍍膜使用折射率n1＝1.62的Al2O3，對第2層、第4層和第6層鍍膜使用折射率n2＝2.057的Ta2O5，使它們的膜厚為第1層/第2層/第3層/第4層/第5層/第6層＝24.2nm/196.3nm/30.2nm/245.4nm/36.2nm/294.5nm。
圖14是示出作為本發明的一個實施例的實施例8的反射率的曲線圖。
如圖14所示，由於1％以下的低反射率的波段寬度窄至28nm，所以雷射的波長變化可以在15nm以上。
實施例9關於本實施例，與實施例7的半導體雷射器的諧振腔長度為1500μm相對照，在本實施例9中，諧振腔長度為900μm。
前端面的低反射鍍膜的結構是與實施形態1的低反射鍍膜1 4相同的結構，半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37，用折射率n1＝1.62的Al2O3形成膜厚為240nm的第1層鍍膜16，用折射率n2為2.057的Ta2O5形成膜厚為183nm的第2層鍍膜18。另外，後端面的反射率Rr為98％。
前面示出的式(12)的右邊第2項是稱為鏡面損失的項，與諧振腔長度成反比。因此，使諧振腔長度從1500μm變為900μm，鏡面損失增大。
圖15是對諧振腔長度不同的半導體雷射器的總損失進行比較的曲線圖。
圖16是示出作為本發明的一個實施例的實施例9的半導體雷射器中的激射波長的實驗結果的曲線圖。
實施例9的端面低反射鍍膜的結構是與實施例7的端面低反射鍍膜相同的結構，但諧振腔長度從1500μm變為900μm，圖16所示的激射波長與注入功率的關係特性的實驗結果表明，半導體雷射器的激射波長變化為41nm，藉助於縮短諧振腔的長度，增大了激射波長的變化。一個半導體雷射器能夠射出相距41nm的光，從而有效地形成2個波長的雷射器。進而，可以簡單地用其諧振腔長度L滿足L≤1500μm的一個半導體雷射器構成能激射兩個波長的光的半導體雷射器。
不言而喻，如果進一步縮短諧振腔的長度，可以射出波長離得更遠的光。另外，同樣地，諧振腔長度短時，即使1％以下的低反射的波段寬度超過55nm，也能引起波長變化。
如上所述，在本實施形態中，藉助於構成在規定波長λ0處反射率極小，並在夾著波長λ0的短波長側和長波長側兩個波長處增益與損失變得相等的低反射膜，在半導體雷射器的出射前端面上設置該低反射膜，可以構成在一個半導體雷射器中，在兩個波長處激射的半導體雷射器件。進而，可以簡單地構成用一個半導體雷射器能激射兩個波長的光的半導體雷射器。
實施形態4.
在通信中使用的半導體雷射器需要波長變化小的穩定的特性。一般說來，若端面上的鍍膜的總膜厚在規定波長的1/4以下，則由於呈現1％以下的低反射率的波段寬度超過100nm，所以雖可減小波長變化，但因總膜厚較薄，往往散熱不良、成為端面變壞的原因。
圖17是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的總損失與增益的關係的曲線圖。
該半導體雷射器件具有在半導體雷射器的出射端面側設置實施形態1或2中所述的低反射鍍膜的結構，在規定波長λ0處反射率極小，並且如圖17所示，在規定波長λ0的短波長側總損失與增益變得相等，當由式(12)表示的總損失與增益g(λ)在長波長側的波長λ處滿足式(13)時，能抑制波長變化。
αin+(1/(2L))1n(1/(RfRr))＞g(λ) (13)另外，與此相反，當在規定波長λ0的長波長側總損失與增益變得相等時，若在波長λ0的短波長側的波長λ處使式(13)成立，同樣能抑制波長變化。
而且，詳細的研究結果表明，若在規定波長λ0附近，呈現1％以下的低反射率的波段寬度在55nm以上，式(13)成立，可以構成不發生10nm以上的波長變化的半導體雷射器。
實施例10由於式(13)左邊第2項的鏡面損失與諧振腔長度成反比，所以當諧振腔長度加長時鏡面損失減小。本實施例10的半導體雷射器是與實施例7所示的圖11相同結構的半導體雷射器，半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37。只是將諧振腔長度形成為1800μm，並且將出射前端面的低反射鍍膜製成實施形態1中已說明的2層結構的低反射鍍膜。
關於低反射鍍膜的結構，通過形成膜厚為240nm的、折射率n1＝1.62的Al2O3作為第1層鍍膜，形成膜厚為183nm的、折射率n2＝2.057的Ta2O5作為第2層鍍膜，在激射波長附近呈現1％以下的低反射率的波段寬度約為52nm。
圖18是示出作為本發明的一個實施例的實施例10的激射波長與電流的關係特性的實驗結果的曲線圖。
在圖18中，即使改變注入電流，或者改變環境溫度，也看不出有10nm左右的波長變化。
本實施例雖是諧振腔長度為1800μm的情形，但與實施形態的有關的發明卻不限於此。另外，加長諧振腔長度時，在激射波長附近呈現1％以下的低反射率的波段寬度變得更窄，也能抑制波長變化。
如上所述，在本實施形態的半導體雷射器中，藉助於在波長λ0的短波長側、長波長側的某一方使半導體雷射器的總損失與半導體雷射器的增益相等，在另一方的短波長側或長波長側使半導體雷射器的總損失大於半導體雷射器的增益，可以構成即使改變環境溫度、注入電流，激射波長變化也小的半導體雷射器。
另外，藉助於在半導體雷射器的端面形成低反射鍍膜，確保在規定波長λ0處有極小值的反射率與波長的關係特性，同時使呈現1％以下的低反射率的波段寬度在55nm以上，可以構成對溫度變化、注入功率變化波長變動小的、穩定的半導體雷射器件。
進而，可以簡單地構成激射波長穩定的半導體雷射器。
實施形態5.
本實施形態5與實施形態4一樣，也是關於在通信中使用的半導體雷射器中具有波長變化小的穩定的特性的半導體雷射器的結構的實施形態。
本實施形態5不是在實施形態4中已闡明的為確保在規定波長λ0附近呈現1％以下的低反射率的波段寬度在55nm以上，而在半導體雷射器的出射端面側設置實施形態1或2所述的低反射鍍膜的半導體雷射器，而是具有使半導體雷射器的光波導軸對諧振腔端面略微傾斜的結構的半導體雷射器。
該半導體雷射器是實施例7的圖11所示的結構，但有如下2點不同半導體雷射器的脊型光波導軸對諧振腔端面傾斜1.5°，以及在出射前端面形成膜厚為545nm的Al2O3鍍膜。
圖19是示出本實施形態的半導體雷射器的反射率與波長的關係特性的曲線圖。為進行比較，在圖19中還畫出了不使諧振腔端面對半導體雷射器的光波導軸傾斜的場合的反射率與波長的關係特性。
在圖19中，曲線a是使半導體雷射器的光波導軸對諧振腔端面傾斜1.5°時的反射率，曲線b是不使諧振腔端面對光波導軸傾斜時的反射率。還有，在出射前端面上形成了膜厚為545nm的Al2O3鍍膜。
由圖19可知，通過使半導體雷射器的光波導軸對諧振腔端面傾斜1.5 °，呈現1％以下的低反射率的波段寬度擴展至160nm。
圖20是示出本實施形態的半導體雷射器的激射波長與電流的關係特性的實驗結果的曲線圖。
在圖20中，以環境溫度為參數的研究結果不認為改變注入電流，或者改變環境溫度，會有超過10nm的波長變化。
如上所述，在本實施形態的半導體雷射器中，通過使半導體雷射器的光波導軸對諧振腔端面略微傾斜，使呈現1％以下的低反射率的波段寬度在55nm以上，從而能夠構成對溫度變化、注入功率變化波長變動小的、穩定的半導體雷射器件。
實施形態6.
本實施形態的半導體雷射器件具有使呈現無反射的波長處於由半導體雷射器的有源層決定的激射波長的長波長側的結構。
即，通過使半導體雷射器的激射波長短于波長λ0，能夠構成即使改變環境溫度、改變注入電流，激射波長的變化也小的的半導體雷射器。進而，可以構成不依賴使用條件，激射波長穩定的半導體雷射器件。
例如，對於在諧振腔長度為900μm的半導體雷射器的出射端面上形成由實施形態1所述的2層鍍膜組成的低反射鍍膜14的結構，利用電子束蒸發在半導體雷射器端面上形成膜厚為240nm的Al2O3鍍膜作為第1層鍍膜16，形成膜厚為183nm的Ta2O5鍍膜作為第2層鍍膜18，從而使在λ0為965nm處反射率極小。
圖21是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的激射波長與工作電流的關係特性的實驗結果的曲線圖。
據圖21可知，以環境溫度為參數對半導體雷射器的激射波長進行研究的結果表明激射波長几乎不變。
另外，由於激射波長在955nm附近，所以激射波長存在於反射率呈現極小值的λ0的短波長側。
下面對在本實施形態的半導體雷射器中激射波長變化較小的情形進行說明。
圖22是示出波長與半導體雷射器的反射率無關時的損失與增益的關係的示意圖。
在圖22中，虛線a10表示總損失，實線b10、b20表示增益。另外，S10是低溫下的總增益，Sh0是高溫下的總增益，皆是與注入電流成正比的值。
一般說來，越是高溫，注入電流轉換成增益的比例就越低，因此越是高溫，越需要大的注入電流。如圖22所示，在該半導體雷射器中，在低溫狀態下在波長λ10處，以及在高溫狀態下在波長λh0處發生激射，因此溫度引起的波長變化正比於(λh0-λ10)/(Sh0-S10)。通常，對AlGaAs系半導體雷射器，為約0.2～0.3nm/℃這樣大的值，對InGaAs系半導體雷射器，為約0.4～0.7nm/℃這樣大的值。
圖23是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器的損失與增益的關係的示意圖。
在圖23中，虛線a1表示總損失，實線b1、b2表示增益。另外，S1是低溫下的總增益，Sh是高溫下的總增益，皆是與注入電流成正比的值。
另一方面，在本實施形態的半導體雷射器中，如圖23所示，在低溫狀態下在波長λ1處，以及在高溫狀態下在波長λh處發生激射，因此溫度引起的波長變化正比於(λh-λ1)/(Sh-S1)。然而，由於這是在如虛線a1所示那樣總損失隨波長增加的區域內，所以得到Sh＞＞S1。
因此，當波長與總損失有關時，溫度引起的波長變化如式(14)所示，變得比波長與總損失無關時的小。即(λh-λl)/(Sh-Sl)＜(λh0-λ10)/(Sh0-S10) (14)以上對波長與損失無關的情形進行了說明，可是波長的變化程度也隨損失對波長的依賴程度而變。即，損失隨波長增加得越大，越能抑制波長隨溫度的變化和波長隨注入電流的變化。
實施形態7.
圖24是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意性剖面圖。
在圖24中，80是半導體雷射器件，82是半導體雷射器，84是與半導體雷射器82的出射端面相向、與雷射光軸一致地設置的透鏡，86是經透鏡84與半導體雷射器82的出射端面相向、與雷射光軸一致地設置的光纖。
88是在半導體雷射器82的後端面上設置的鍍膜，其反射率為Rr。90是在半導體雷射器82的前端面設置的低反射鍍膜，其反射率為Rf。92是半導體雷射器82的光波導區，94是在光纖86中設置的光纖光柵，其反射率為Rfg。
在該半導體雷射器82中，作為低反射鍍膜使用了實施形態1和2中所述的低反射鍍膜，低反射鍍膜90具有在規定波長λ0處有極小值的反射率，呈現1％以下的低反射率的波段寬度在55nm以上。
該半導體雷射器件80，藉助於為使半導體雷射器82的激射波長穩定，在光纖86內設置光纖光柵94以使特定波長的光反射，並且使半導體雷射器82的前端面為低反射或無反射，以及使半導體雷射器82的後端面有高反射率，在光纖光柵94與半導體雷射器82的後端面之間構成諧振腔。另外，透鏡84用於使來自半導體雷射器82的光高效率地入射至光纖86內。
下面對其工作進行說明。
圖25和圖26是示出現有的具有光纖光柵的半導體雷射器件的增益和損失的曲線圖。
在圖25中，光纖光柵對特定波長λfg的反射率為Rfg，而對其他波長的反射率幾乎為0。因此，在波長λfg處損失變小，通常半導體雷射器在該波長處發生激射。
但是，由於例如當環境溫度低時，增益分布向短波長移動，所以如圖26所示，由半導體雷射器前端面的鍍膜決定的損失往往比由光纖光柵決定的損失小。這時，不是在波長λfg，而是在λLD發生激射。
這時，將引起波長λLD的光強對波長λfg的光強之比，亦即邊模抑制比變小，或者半導體雷射器在由光纖光柵決定的波長以外發生激射的情形。
在本實施形態中，藉助於在半導體雷射器的出射前端面設置低反射鍍膜，並且使該低反射鍍膜的呈現1％以下的低反射率的波段寬度在55nm以上，可以抑制由半導體雷射器前端面的鍍膜的反射率與波長的關係特性決定的激射，能夠防止邊模抑制比減小。進而，能夠簡單地構成在由光纖光柵規定的激射波長處穩定地發生激射的半導體雷射器件。
圖27示出本發明的一種實施形態的具有光纖光柵的半導體雷射器件的增益和損失的曲線圖。
在圖27中，藉助於使該半導體雷射器82的前端面的低反射鍍膜90具有呈現1％以下的低反射率的例如100nm以上的波段寬度，即使在改變環境溫度或注入電流時，也能夠不在由半導體雷射器82的前端面的低反射鍍膜90決定的波長處發生激射，而在由光纖光柵決定的波長處發生激射。進而，能夠構成激射波長穩定的半導體雷射器件。
實施形態8.
本實施形態的半導體雷射器件，與實施形態7一樣，是具有光纖光柵的半導體雷射器件，其基本結構與實施形態7的相同。
但是，在半導體雷射器82的前端面上設置的低反射鍍膜90的結構卻不同，將其設定成當反射率呈現極小的規定波長λ0比光纖光柵的波長λfg短時，低反射鍍膜90的反射率在波長λ0的長波長側比在其短波長側上升緩慢，而當反射率呈現極小的規定波長λ0比光纖光柵的波長λfg長時，低反射鍍膜90的反射率在波長λ0的短波長側比在其長波長側下降緩慢。
按照這一構成，可以增大邊模抑制比，可以使半導體雷射器件在由光纖光柵的波長λfg決定的激射波長處穩定地發生激射。進而，能夠簡單地構成在由光纖光柵規定的激射波長處穩定地發生激射的半導體雷射器件。
實施例11本實施例11是在等效折射率nc＝3.37的半導體雷射器的前端面上形成實施形態2中所述的4層膜的低反射鍍膜90。
低反射鍍膜90的結構是作為第1層，形成膜厚為25.23nm、折射率n1＝1.62的Al2O3膜，作為第2層，形成膜厚為24.69nm、折射率n2＝2.057的Ta2O5膜，作為第3層，形成膜厚為37.84nm、折射率n1＝1.62的Al2O3膜，作為第4層，形成膜厚為37.04nm、折射率n2＝2.057的Ta2O5膜的結構。
圖28是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖28中，在波長λ0＝980nm處反射率為0，隨著向短波長側和長波長側偏離，反射率增加。但是，反射率的增加不是以波長λ0＝980nm為中心地對稱，而是伴隨長波長側的波長變化的反射率變化比起伴隨短波長側的波長變化的反射率變化，變化得要緩慢。
圖29是示出作為本發明的一個實施例的實施例11的具有光纖光柵的半導體雷射器件的損失和增益的曲線圖。
在圖29中，虛線是總損失αt，實線是增益g。另外，λ0是反射率為極小的波長，λfg是光纖光柵的波長。
如圖29所示，總損失的變化在波長λ0的長波長側比較緩慢。因此，當將光纖光柵的波長λfg設定在呈現低反射或無反射的波長λ0的長波長側時，半導體雷射器的增益在短波長處難以變得與損失相等，從而邊模抑制比增大。
實施形態9.
本實施形態9是將已述的實施形態2的實施例5進一步擴展的實施形態。
在本實施形態9中，與實施形態2的實施例5一樣，在由用折射率為n1的材料將膜厚形成為a0×d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a0×d2的鍍膜構成的基底鍍膜對上，再通過改變k，即，使k＝1、2...、m，層疊m對而形成具有折射率為n1，當取係數ak(k＝1、2、...、m)為正實數時膜厚為ak×d1的第3覆蓋膜和在該第3覆蓋膜上設置的、折射率為n2，膜厚為ak×d2的第4覆蓋膜的覆蓋膜對，在最上層的覆蓋膜對的第4覆蓋膜的表面上形成用折射率為n1的材料將膜厚形成為b1×d1的第5覆蓋膜。
然後，在本實施形態9中，增添了一個7層膜的實施例，並且提出了進一步擴展成9層膜的實施例。
圖30是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
在圖30中，100是半導體雷射器件，102是在第2鍍膜對32上形成的第3鍍膜對，102a是作為第3覆蓋膜的第7層鍍膜，是用折射率為n1的材料將膜厚形成為a3d1的鍍膜。102b是作為第4覆蓋膜的第8層鍍膜，是用折射率為n2的材料將膜厚形成為a3d2的鍍膜。a3為參數，是正實數。
38是作為用折射率為n1的材料將膜厚形成為b1d1(參數b為正實數)的第5覆蓋膜的表面層鍍膜。
第3鍍膜對102由第7層鍍膜102a和第8層鍍膜102b構成。表面層鍍膜38的一個界面與第8層鍍膜102b緊密接觸，另一個界面在本實施形態中與折射率n0＝1的自由空間接觸。
無反射條件的導出與實施形態2的場合一樣，以使設置有低反射鍍膜14的端面的振幅反射率r的實部和虛部為0，來確定膜厚d1、d2。
另外，設定n1與n2的某一方小於(nc×n0)1/2，而另一方大於(nc×n0)1/2。現在，由於n0＝1，所以設定成(nc)1/2存在於n1與n2的值之間。
特別是在本實施形態中，將用具有小於(nc×n0)1/2的折射率的材料構成的鍍膜與半導體雷射元件12的端面緊密接觸構成了低反射鍍膜14。
藉助於這樣進行構成，低反射膜的設計自由度增大，這一點與已敘述的實施形態相同。
另外，由於能夠容易地構成反射率在1％以下的低反射區非常寬的覆蓋膜，所以易於作為傳播多個波長的光的光半導體器件的覆蓋膜使用。
另外，由於反射率在1％以下的低反射區非常寬，並且能夠容易地使覆蓋膜的總膜厚比相當於所傳播的光的波長的1/4的膜厚(以下稱為λ0/4膜厚)為厚，所以能夠構成光半導體元件的端面上的導熱性良好、熱損傷小的光半導體器件。進而，可以構成能進行寬波段的光傳播、熱穩定性優良的光半導體器件。
另外，當對實施形態7中所述的、在設置有光纖光柵的半導體雷射器件中使用的半導體雷射器的出射端面上應用本實施形態所述的、反射率在1％以下的低反射區非常寬的覆蓋膜時，由於能夠在寬的波長範圍內使光纖光柵的損失比由半導體雷射器端面的反射率求出的損失小，所以能夠抑制由半導體雷射器的增益和端面反射率決定的半導體雷射器本身的激射，進而能夠防止邊模抑制比減小，能夠構成雷射特性良好的半導體雷射器件。
實施例12本實施例12形成為與圖5所示結構相同的結構。
在圖5中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n1＝1.62的氧化鋁(Al2O3)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a、第5層鍍膜32a和表面層鍍膜38。
用折射率n2＝2.057的氧化鈦(Ta2O5)形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b。
當使第1層鍍膜22a的膜厚D1為a0×d1、第2層鍍膜22b的膜厚D2為a0×d2、第3層鍍膜24a的膜厚D3為a1×d1、第4層鍍膜24b的膜厚D4為a1×d2、第5層鍍膜32a的膜厚D5為a2×d1、第6層鍍膜32b的膜厚D6為a2×d2、表面層鍍膜38的膜厚Ds為b1×d1時，在取a0＝0.8，a1＝2.0，a2＝2.0以及b1＝2.0，使氧化鋁和氧化鈦各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.695388，φ2＝1.05768時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D1＝53.56nm，D2＝64.16nm，D3＝133.90nm，D4＝160.40nm，D5＝133.90nm，D6＝160.40nm 以及 Ds＝133.90nm(以下簡單地記為 D1/D2/D3/D4/D5/D6/Ds＝53.56/64.16/133.90/160.40/133.90/160.40/133.90nm)，總膜厚(n1×D1+n2×D2+n1×D3+n2×D4+n1×D5+n2×D6+n1×Ds)為1529.38nm。厚達λ0/4膜厚245nm的約6.2倍，這是非常厚的。
圖31是示出本發明的實施例12的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖31可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達150nm。
實施例13當將實施例12的半導體雷射器與前述光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0在呈浴缸形狀的反射率分布的中心。亦即，半導體雷射器的光波長λ0最好與反射率為1％的波段寬度的中心波長一致。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例12的相同，取a0＝0.8，a1＝2.0，a2＝2.0以及b1＝2.0，使氧化鋁和氧化鈦各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.695388，φ2＝1.05768，以使波長λ＝944nm處無反射。
另外，這時，在a0、a1、a2和b1的值以及相位變化φ1、φ2的值與實施例12相同的場合，d1、d2的值與呈現無反射的波長變化對應地變化，因此，各層的膜厚D1、D2、D3、D4、D5、D6、Ds的值發生變化。
即，各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/Ds＝51.59/61.80/128.98/154.51/128.98/154.51/128.98nm。在下面所述的其他實施例中也是同樣的。
圖32是示出本發明的實施例13的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖32中，反射率在1％以下的波段寬度為144nm。
實施例14本實施例14形成為與圖30所示結構相同的結構。
在圖30中，半導體雷射器的等效折射率nc＝3.37，用折射率n1＝1.62的氧化鋁(Al2O3)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a、第5層鍍膜32a、第7層鍍膜102a和表面層鍍膜38。
用折射率n2＝2.057的氧化鈦(Ta2O5)形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b、第6層鍍膜32b和第8層鍍膜102b。
當使第1層鍍膜22a的膜厚D1為a0×d1、第2層鍍膜22b的膜厚D2為a0×d2、第3層鍍膜24a的膜厚D3為a1×d1、第4層鍍膜24b的膜厚D4為a1×d2、第5層鍍膜32a的膜厚D5為a2×d1、第6層鍍膜32b的膜厚D6為a2×d2、第7層鍍膜102a的膜厚D7為a3×d1、第8層鍍膜102b的膜厚D8為a3×d2以及表面層鍍膜38的膜厚Ds為b1×d1時，在取a0＝0.8，a1＝2.15，a2＝1.8，a3＝2.08以及b1＝2.0，氧化鋁和氧化鈦各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.471712，φ2＝1.3307時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7/D8/Ds＝36.33/80.72/97.64/216.94/81.75/181.62/94.47/209.87/90.83nm。
於是，總膜厚(n1×D1+n2×D2+n1×D3+n2×D4+n1×D5+n2×D6+n1×D7+n2×D8+n1×Ds)為2067.32nm。達λ0/4膜厚245nm的約8.4倍，這是非常厚的。
圖33是示出本發明的一個實施例14的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖33可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達127nm。
實施例15當將實施例14的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例1 4的相同，取a0＝0.8，a1＝2.15，a2＝1.8，a3＝2.08以及b1＝2.0，使氧化鋁和氧化鈦各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.471712，φ2＝1.3307，以使λ＝945nm處無反射。
另外，這時，各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7/D8/Ds＝35.04/77.84/94.16/209.19/78.83/175.13/91.09/202.38/87.59nm。
圖34是示出本發明的實施例15的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖34中，反射率在1％以下的波段寬度為122nm。
實施例16
本實施例16形成為與圖5所示結構相同的結構。與實施例12的不同在於用折射率n2＝2.954的矽(Si)形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b這一點，而用折射率n1＝1.62的氧化鋁(Al2O3)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a、第5層鍍膜32a和表面層鍍膜38這一點則與實施例12相同。
在本實施例16中，當取a0＝0.66，a1＝2.5，a2＝2.0以及b1＝2.0，氧化鋁和氧化鈦各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.561105，φ2＝1.33856時，能使光波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/Ds＝35.65/46.65/135.06/176.69/108.05/141.35/108.05nm。
另外，總膜厚為1703.92nm。達λ0/4膜厚245nm的約7.0倍，這是非常厚的。
圖35是示出本發明的一個實施例16的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖35可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達127nm。
實施例17當將實施例16的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例16的相同，取a0＝0.66，a1＝2.5，a2＝2.0以及b1＝2.0，使氧化鋁和矽各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.561105，φ2＝1.33856，以使λ＝993nm處無反射。
另外，這時，各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/Ds＝36.13/47.27/136.85/179.03/109.48/143.23/109.48nm。
圖36是示出本發明的實施例17的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖36中，反射率在1％以下的波段寬度為129nm。
實施例18本實施例18為與圖5所示結構相同的結構。與實施例12的不同在於用折射率n1＝1.45的石英(SiO2)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a、第5層鍍膜32a和表面層鍍膜38這一點，而用折射率n2＝2.057的氧化鈦(Ta2O5)形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b這一點，則與實施例12相同。
在本實施形態16中，當取a0＝0.74，a1＝2.0，a2＝2.0以及b1＝2.0，石英和氧化鈦各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.516451，φ2＝1.33632時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/Ds＝41.11/74.98/111.11/202.65/111.11/202.65/111.11nm。
另外，總膜厚為1530.87nm。達λ0/4膜厚245nm的約6.2倍，這是非常厚的。
圖37是示出本發明的一個實施例18的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖37可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達137nm。
實施例19當將實施例18的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例18的相同，取a0＝0.74，a1＝2.0，a2＝2.0以及b1＝2.0，使石英和氧化鈦各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.516451，φ2＝1. 33632，以使λ＝978nm處無反射。
另外，這時，各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/Ds＝41.03/74.83/110.88/202.34/110.88/202.34/110.88nm。
圖38是示出本發明的一個實施例19的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖38中，反射率在1％以下的波段寬度為137nm。
實施例20本實施例20為與圖5所示結構相同的結構。與實施例12的不同在於用折射率n1＝1.45的石英(SiO2)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a、第5層鍍膜32a和表面層鍍膜38，以及用折射率n2＝2.954的矽(Si)形成第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b。
在本實施形態20中，當取a0＝0.55，a1＝2.3，a2＝2.0以及b1＝2.0，石英和矽各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.570164，φ2＝1.4274時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/Ds＝33.73/41.45/141.06/173.34/122.66/150.73/122.66nm。
另外，總膜厚為1688.92mm。達λ0/4膜厚245nm的約6.9倍，這是非常厚的。
圖39是示出本發明的一個實施例20的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖39可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達112nm。
實施例21當將實施例20的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例20的相同，取a0＝0.55，a1＝2.3，a2＝2.0以及b1＝2.0，使石英和矽各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.570164，φ2＝1.4274，以使波長λ＝992nm處無反射。
另外，這時，各層的膜厚為D1/D2/D3/D4/D5/D6/Ds＝34.15/41.96/142.79/175.47/124.16/152.58/124.16nm。
圖40是示出本發明的一個實施例21的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖40中，反射率在1％以下的波段寬度為114nm。
實施形態10.
本實施形態10首先在半導體雷射元件12的端面上形成用折射率為n2的材料將膜厚形成為c1×d1(c1為正實數)的、作為第6覆蓋膜的預備層鍍膜，在該預備層鍍膜上形成由用折射率為n1的材料將膜厚形成為a0×d1的鍍膜和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a0×d2的鍍膜構成的基底鍍膜對，再通過改變k，即，使k＝1、2、...、m，在該基底鍍膜對上層疊m對而形成具有折射率為n1、當使係數ak(k＝1、2、...、m)為正實數時膜厚為ak×d1的第3覆蓋膜和在該第3覆蓋膜上設置的折射率為n2、膜厚為ak×d2的第4覆蓋膜的覆蓋膜對。
圖41是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
在圖41中，110是半導體雷射器，在半導體雷射元件12的端面上形成了7層鍍膜。
112是預備層鍍膜，預備層鍍膜112與半導體雷射元件12的端面緊密接觸而形成，用折射率為n1的材料將膜厚形成為a0×d1的第1層鍍膜22a與預備層鍍膜112的界面緊密接觸而形成。
在第1層鍍膜22a上形成用折射率為n2的材料將膜厚形成為a0×d2的第2層鍍膜22b，從而形成基底鍍膜對22。進而在該基底鍍膜對22上，層疊形成以用折射率為n1的材料將膜厚形成為a1×d1的第3層鍍膜24a和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a1×d2的第4層鍍膜26b為一對的第1鍍膜對24，以及以用折射率為n1的材料將膜厚形成為a2×d1的第5層鍍膜32a和用折射率為n2的材料將膜厚形成為a2×d2的第6層鍍膜32b為一對的第2鍍膜對32，從而形成由將鍍膜對製成3重，加上預備層鍍膜112為7層的鍍膜構成的低反射鍍膜14。
第6層鍍膜32b的一個界面與第5層鍍膜32a緊密接觸，另一個界面在本實施形態中與折射率n0為n0＝1的自由空間接觸。
圖42是本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的示意圖。
在圖42中，120是半導體雷射器件。
在半導體雷射器件120中，在與半導體雷射元件12的端面緊密接觸而形成的預備層鍍膜112上形成基底鍍膜對22、第1鍍膜對24、第2鍍膜對32，進而在該第2鍍膜對32上形成第3鍍膜對102，從而形成由加上預備層鍍膜112為9層的鍍膜構成的低反射鍍膜14。
第3鍍膜對102的第8層鍍膜102b的一個界面與第7層鍍膜102a緊密接觸，另一個界面在本實施形態中與折射率n0為n0＝1的自由空間接觸。
圖41中示出的低反射鍍膜14也好，圖42中示出的低反射鍍膜14也好，其無反射條件的導出均與實施形態2的場合一樣，以使設置有低反射鍍膜14的端面的振幅反射率r的實部和虛部為0，來確定膜厚d1、d2。
另外，設定n1與n2的某一方小於(nc×n0)1/2，而另一方大於(nc×n0)1/2。現在，由於n0＝1，所以設定成(nc)1/2存在於n1與n2的值之間。
特別是在本實施形態中，使由具有小於(nc×n0)1/2的折射率的材料構成的鍍膜與半導體雷射元件12的端面緊密接觸來構成低反射鍍膜14。
藉助於如此進行構成，在本實施形態10中，也能產生與實施形態9相同的效果。
另外，在例如使由具有小於(nc×n0)1/2的折射率的材料構成的鍍膜與半導體雷射元件12的端面緊密接觸來構成低反射鍍膜14的場合，最接近於半導體雷射元件12的端面的鍍膜(在實施形態9中為第1層鍍膜22a，在實施形態10中為預備層鍍膜112)的膜厚強烈地影響反射率分布。
因此，除具有實施形態9的效果外，由於與像實施形態9那樣必須成對地設定第1層鍍膜22a和第2層鍍膜22b的場合相比，在本實施形態10中，能夠以較大的自由度設定最接近於半導體雷射元件12的端面的鍍膜，所以還具有能更自由地設定反射率為1％以下的部分的形狀這樣的效果。例如可以使反射率為1％以下的部分的浴缸形狀成為更規則的形狀。
因此，能夠進一步增加設置有覆蓋膜層的端面上的反射率與波長的關係特性的設定自由度。進而能夠簡單地構成包含具有更廣範圍的所期望的反射率與波長的關係特性的低反射覆蓋膜層的光半導體器件。
另外，藉助於與光半導體元件的端面最接近的覆蓋膜的折射率比與該覆蓋膜的上層鄰接的覆蓋膜的折射率低，按照此結構，可以將覆蓋膜增厚來構成，並且能加寬低反射區。進而可以構成導熱特性良好、光半導體元件端面上的熱損傷小的光半導體器件。
還有，藉助於用氧化鋁構成與光半導體元件的端面最接近地設置的覆蓋膜，以及用氧化鈦構成與該氧化鋁覆蓋膜相鄰接地設置的覆蓋膜，可以用簡單的材料結構使覆蓋膜厚度增厚來構成，並且能加寬低反射區。進而能夠以低成本提供光半導體元件端面上的熱損傷小的光半導體器件。
實施例22本實施例22是圖41所示的7層膜結構。
在圖41中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n2＝1.62的氧化鋁(Al2O3)形成預備層鍍膜112、第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b。
用折射率n1＝2.057的氧化鈦(Ta2O5)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a。
當使預備層鍍膜112的膜厚D0為c1×d2、第1層鍍膜22a的膜厚D1為a0×d1、第2層鍍膜22b的膜厚D2為a0×d2、第3層鍍膜24a的膜厚D3為a1×d1、第4層鍍膜24b的膜厚D4為a1×d2、第5層鍍膜32a的膜厚D5為a2×d1、第6層鍍膜32b的膜厚D6為a2×d2時，在取c1＝0.38，a0＝2.0，a1＝2.0以及a2＝2.0，氧化鈦和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.52568，φ2＝0.963283時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝35.24/79.72/185.49/79.72/185.49/79.72/185.49nm，總膜厚(n2×D0+n1×D1+n2×D2+n1×D3+n2×D4+n1×D5+n2×D6)為1450.50nm。達λ0/4膜厚245nm的約5.9倍，這是非常厚的。
圖43是示出本發明的一個實施例22的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖43可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達150nm。
實施例23當將實施例22的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例22的相同，取c1＝0.38，a0＝2.0，a1＝2.0以及a2＝2.0，使氧化鈦和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.52568，φ2＝0.963283，以使波長λ＝956nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝34.38/77.77/180.95/77.77/180.95/77.77/180.95nm。
圖44是示出本發明的一個實施例23的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖44中，反射率在1％以下的波段寬度為146nm。
實施例24本實施例24是圖42所示的9層膜結構。
在圖42中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n2＝1.62的氧化鋁(Al2O3)形成預備層鍍膜112、第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b、第6層鍍膜32b和第8層鍍膜102b。
用折射率n1＝2.057的氧化鈦(Ta2O5)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a、第5層鍍膜32a和第7層鍍膜102a。
當使預備層鍍膜112的膜厚D0為c1×d2、第1層鍍膜22a的膜厚D1為a0×d1、第2層鍍膜22b的膜厚D2為a0×d2、第3層鍍膜24a的膜厚D3為a1×d1、第4層鍍膜24b的膜厚D4為a1×d2、第5層鍍膜32a的膜厚D5為a2×d1、第6層鍍膜32b的膜厚D6為a2×d2、第7層鍍膜102a的膜厚D7為a3×d1、第8層鍍膜102b的膜厚D8為a3×d2時，在取c1＝0.58，a0＝2.0，a1＝2.0，a2＝2.0以及a3＝2.0，氧化鈦和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.382024，φ2＝1.05165時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7/D8＝58.73/57.94/202.50/57.94/202.50/57.94/202.50/57.94/202.50nm，總膜厚(n2×D0+n1×D1+n2×D2+n1×D3+n2×D4+n1×D5+n2×D6+n1×D7+n2×D8)為1884.06nm。達λ0/4膜厚245nm的約7.7倍，這是非常厚的。
圖45是示出本發明的一個實施例24的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖45可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達100nm。
實施例25當將實施例24的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例24的相同，取c1＝0.58，a0＝2.0，a1＝2.0，a2＝2.0以及a3＝2.0，氧化鈦和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.382042，φ2＝1.05165時，在波長λ＝978nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7/D8＝58.61/57.82/202.09/57.82/202.09/57.82/202.09/57.82/202.09nm。
圖46是示出本發明的一個實施例25的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖46中，反射率在1％以下的波段寬度為100nm。
實施例26本實施例26是圖41所示的7層膜結構。
在圖41中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n2＝1.62的氧化鋁(Al2O3)形成預備層鍍膜112、第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b。
用折射率n1＝2.954的矽(Si)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a。
在本實施例26中，當取c1＝0.75，a0＝1.98，a1＝2.0以及a2＝2.0，矽和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.182114，φ2＝1.08902時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝78.64/19.04/207.60/19.23/209.70/19.23/209.70nm，總膜厚為1312.99nm。達λ0/4膜厚245nm的約5.4倍，這是非常厚的。
圖47是示出本發明的一個實施例26的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖47可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達140nm。
實施例27當將實施例26的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例26的相同，當取c1＝0.75，a0＝1.98，a1＝2.0以及a2＝2.0，矽和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.182114，φ2＝1.08902時，在波長λ＝1002nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝80.40/19.47/212.26/19.66/214.41/19.66/214.41nm。
圖48是示出本發明的一個實施例27的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖48中，反射率在1％以下的波段寬度為143nm。
實施例28
本實施例28是圖41所示的7層膜結構。
在圖41中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n2＝1.45的石英(SiO2)形成預備層鍍膜112、第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b。
用折射率n1＝2.057的氧化鈦(Ta2O5)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a。
在本實施例28中，當取c1＝0.2，a0＝2.7，a1＝2.0以及a2＝2.0，氧化鈦和石英各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.302025，φ2＝1.0705時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝23.03/61.83/310.91/45.80/230.30/45.80/230.30nm，總膜厚為1437.69nm。達λ0/4膜厚245nm的約5.9倍，這是非常厚的。
圖49是示出本發明的一個實施例28的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖49可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達134nm。
實施例29當將實施例28的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例28的相同，當取c1＝0.2，a0＝2.7，a1＝2.0以及a2＝2.0，氧化鈦和石英各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.302025，φ2＝1.0705時，在波長λ＝966nm處可無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝22.70/60.95/306.46/45.15/227.01/45.15/227.01nm。
圖50是示出本發明的一個實施例29的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖50中，反射率在1％以下的波段寬度為133nm。
實施例30本實施例30是圖41所示的7層膜結構。
在圖41中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n2＝1.45的石英(SiO2)形成預備層鍍膜112、第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b。
用折射率n1＝2.954的矽(Si)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a。
在本實施例30中，當取c1＝0.5，a0＝2.5，a1＝2.0以及a2＝2.0，矽和石英各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.131051，φ2＝1.16158時，能使波長λ0＝980nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝62.47/17.30/312.37/13.84/249.90/13.84/249.90nm，總膜厚為1401.10nm。達λ0/4膜厚245nm的約5.7倍，這是非常厚的。
圖51是示出本發明的一個實施例30的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖51可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段寬度寬達134nm。
實施例31當將實施例30的半導體雷射器與光纖光柵組合時，最好使半導體雷射器的光波長λ0成為呈浴缸形狀的反射率分布的中心。
這時，為使λ0＝980nm是反射率為1％的波段寬度的中心波長，可以使低反射鍍膜14的結構與實施例30的相同，當取c1＝0.5，a0＝2.5，a1＝2.0以及a2＝2.0，矽和石英各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.131051，φ2＝1.16158時，在波長λ＝969nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝61.77/17.10/308.86/13.68/247.09/13.68/247.09nm。
圖52是示出本發明的一個實施例31的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
在圖52中，反射率在1％以下的波段寬度為132nm。
實施形態11.
本實施形態11是對實施形態6的進一步發展。
本實施形態11的半導體雷射器件具有使呈現無反射的波長處於由半導體雷射器的有源層決定的激射波長的長波長側的結構。即藉助於在半導體雷射器的諧振腔的出射端面上設置覆蓋膜，使反射率在規定波長λ0處有極小值，將半導體雷射器的增益為最大的波長設定在覆蓋膜層的反射率為極小的波長的短波長側，使得在端面的反射率隨波長變長而減小的區域中半導體雷射器的總損失與半導體雷射器的增益相等。
然後，將該半導體雷射器件的覆蓋膜的結構製成在實施形態10中提出的結構。即，將本實施形態11的半導體雷射器件的結構製成具有圖41所示的7層結構的低反射鍍膜14的半導體雷射器件110的結構，或者製成具有圖42所示的9層結構的低反射鍍膜14的半導體雷射器件120的結構。
實施例32本實施例32是圖41所示的7層膜結構。
在圖41中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n2＝1.63的氧化鋁(Al2O3)形成預備層鍍膜112、第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b。
用折射率n1＝2.00的氧化鈦(Ta2O5)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a。
當使預備層鍍膜112的膜厚D0為c1×d2、第1層鍍膜22a的膜厚D1為a0×d1、第2層鍍膜22b的膜厚D2為a0×d2、第3層鍍膜24a的膜厚D3為a1×d1、第4層鍍膜24b的膜厚D4為a1×d2、第5層鍍膜32a的膜厚D5為a2×d1、第6層鍍膜32b的膜厚D6為a2×d2時，在取c1＝0.30，a0＝1.75，a1＝2.0以及a2＝2.00，氧化鈦和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.788239，φ2＝0.826943時，能使波長λ0＝1000nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝24.22/109.77/141.30/125.45/161.49/125.45/161.49nm，總膜厚(n2×D0+n1×D1+n2×D2+n1×D3+n2×D4+n1×D5+n2×D6)為1517.60nm。達λ0/4膜厚250nm的約6.1倍，這是非常厚的。
圖56是示出本發明的一個實施例32的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖56可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段從954nm至1114nm，反射率在1％以下的波段的中心波長為1034nm。因此，呈現無反射的波長1000nm處於反射率在1％以下的波段的中心波長的短波長側。
在這種呈現無反射的波長處於反射率在1％以下的波段的中心波長的短波長側的場合，與處於長波長側的場合相比，即使構成低反射鍍膜14的材料的折射率、膜厚等與設計值多少有些偏差，對低反射鍍膜14的反射率與設計值的偏離的影響也小。因此，低反射鍍膜14的材料選擇、安裝等實際製造容易進行。在下面敘述的實施例33和實施例34中也是同樣的。
實施例33本實施例33也是圖41所示的7層膜結構。
在圖41中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n2＝1.63的氧化鋁(Al2O3)形成預備層鍍膜112、第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b和第6層鍍膜32b。
用折射率n1＝2.00的氧化鈦(Ta2O5)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a和第5層鍍膜32a。
當使預備層鍍膜112的膜厚D0為c1×d2、第1層鍍膜22a的膜厚D1為a0×d1、第2層鍍膜22b的膜厚D2為a0×d2、第3層鍍膜24a的膜厚D3為a1×d1、第4層鍍膜24b的膜厚D4為a1×d2、第5層鍍膜32a的膜厚D5為a2×d1、第6層鍍膜32b的膜厚D6為a2×d2時，在取c1＝0.20，a0＝1.80，a1＝2.10以及a2＝2.00，氧化鈦和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.800845，φ2＝0.785781時，能使波長λ0＝1000nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6＝15.34/114.71/138.10/133.83/161.12/127.46/153.45nm，總膜厚(n2×D0+n1×D1+n2×D2+n1×D3+n2×D4+n1×D5+n2×D6)為1514.85nm。達λ0/4膜厚250nm的約6.1倍，這是非常厚的。
圖57是示出本發明的一個實施例33的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖57可知，反射率與波長的關係特性近似於呈U字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段從944nm至1098nm，反射率在1％以下的波段的中心波長為1021nm。因此，呈現無反射的波長1000nm處於反射率在1％以下的波段的中心波長的短波長側。
實施例34本實施例34是圖42所示的9層膜結構。
在圖42中，半導體雷射元件12的等效折射率nc＝3.37，用折射率n2＝1.63的氧化鋁(Al2O3)形成預備層鍍膜112、第2層鍍膜22b、第4層鍍膜24b、第6層鍍膜32b和第8層鍍膜102b。
用折射率n1＝2.00的氧化鈦(Ta2O5)形成第1層鍍膜22a、第3層鍍膜24a、第5層鍍膜32a和第7層鍍膜102a。
當使預備層鍍膜112的膜厚D0為c1×d2、第1層鍍膜22a的膜厚D1為a0×d1、第2層鍍膜22b的膜厚D2為a0×d2、第3層鍍膜24a的膜厚D3為a1×d1、第4層鍍膜24b的膜厚D4為a1×d2、第5層鍍膜32a的膜厚D5為a2×d1、第6層鍍膜32b的膜厚D6為a2×d2、第7層鍍膜102a的膜厚D7為a3×d1、第8層鍍膜102b的膜厚D8為a3×d2時，在取c1＝0.58，a0＝1.95，a1＝2.00，a2＝2.00以及a3＝2，00，氧化鈦和氧化鋁各自的相位變化φ1、φ2為φ1＝0.40465，φ2＝1.12054時，能使波長λ0＝1000nm處無反射。
另外，這時各層的膜厚為D0/D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7/D8＝63.46/62.79/213.35/64.40/218.82/64.40/218.82/64.40/218.82nm，總膜厚(n2×D0+n1×D1+n2×D2+n1×D3+n2×D4+n1×D5+n2×D6+n1×D7+n2×D8)為2033.22nm。達λ0/4膜厚250nm的約8.1倍，這是非常厚的。
圖58是示出本發明的一個實施例34的半導體雷射器的端面上的反射率與波長的關係特性的曲線圖。
由圖58可知，反射率與波長的關係特性近似於呈W字形的浴缸形狀，反射率在1％以下的波段從979nm至1121nm，反射率在1％以下的波段的中心波長為1050nm。因此，呈現無反射的波長1000nm處於反射率在1％以下的波段的中心波長的短波長側。
實施例32、32和34雖然是具有實施形態10所示的低反射鍍膜14的半導體雷射器件的結構，但半導體雷射器件的低反射鍍膜的結構不一定是實施形態10的低反射鍍膜的結構，也可以使用實施形態1、2和9中所述的低反射鍍膜，或者也可以使用單層的低反射鍍膜。
圖59是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器之一例的增益分布的曲線圖。
該圖59所示的半導體雷射器12的增益為最大的波長，亦即增益峰值波長約為972nm。
另外，表示該增益分布的曲線是設置端面低反射鍍膜14之前的分布，可以認為在後面將述及的現有的半導體雷射器件中也顯示出同樣的增益分布。
該半導體雷射器12的增益峰值波長總是被設定在形成了低反射鍍膜14的出射端面上的反射率呈現無反射的波長1000nm的短波長側。據此，在半導體雷射器件的損失隨波長變長而增加的波段，可以使半導體雷射器12的增益與半導體雷射器件的損失相等。其結果是，能夠減小環境溫度和注入電流變化時半導體雷射器件的激射波長的變化。
圖60是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的損失與增益的關係的略圖。
在圖60中，實線a1表示本發明的半導體雷射器件的總損失，實線b1、b2表示本發明的半導體雷射器件的增益。另外，S1是低溫下的總增益，Sh是高溫下的總增益，皆為與注入電流成正比的值。
另外，為進行比較，對於現有的980nm波段的半導體雷射器件，用虛線a10表示其總損失，用虛線b10、b20表示其增益。另外，S10是現有的半導體雷射器件在低溫下的總增益，Sh0是現有的半導體雷射器件在高溫下的總增益，皆為與注入電流成正比的值。
對於現有的半導體雷射器件，表示總損失的虛線a10幾乎與波長的變化無關。低溫時，由於增益與總損失變得相等的點是A點，所以在波長λ10處發生激射。高溫時，由於帶隙減小，故增益從長波長發生，因此，增益與損失相等的點變為B點，因而在波長λh0處發生激射。因此，激射波長差為λh0-λ10。
另一方面，在本實施形態的半導體雷射器件中，鏡面損失與波長有關，並且如實線a1所示，隨著波長變長，總損失增加。因此，如C點所示，低溫時在低的增益下增益與損失相等，在波長λ1處發生激射。在高溫時，相反地需要高的增益，在由D點表示的λh處發生激射。因此，激射波長差為λh-λ1這裡，由圖60可知，λh-λ1＜λh0-λ10。
現有的半導體雷射器件的高溫時與低溫時的增益差為Sh0-S10，本實施形態的半導體雷射器件中在高溫時與低溫時的增益差為Sh-S1。於是有Sh-S1＞Sh0-S10。
因此，當對現有的半導體雷射器件與本實施形態的半導體雷射器件比較由溫度變化或注入電流變化引起的波長變化時，有
(λh-λ1)/(Sh-S1)＜＜(λh0-λ10)/(Sh0-S10)能夠使本實施形態的半導體雷射器件的由溫度變化和注入電流變化引起的波長變化遠遠小於現有的半導體雷射器件的這一變化。
圖61是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的反射率與波長的關係特性和鏡面損失與波長的關係特性的曲線圖。
為了比較，在圖61中還示出了現有的半導體雷射器件的反射率與波長的關係特性和鏡面損失與波長的關係特性。
圖61中的A組曲線是鏡面損失的值，實線a1表示本實施形態的半導體雷射器件的鏡面損失與波長的關係特性，虛線a2表示現有的半導體雷射器件的鏡面損失與波長的關係特性。
另外，B組曲線是反射率的值，實線b1表示本實施形態的半導體雷射器件的反射率與波長的關係特性，虛線b2表示現有的半導體雷射器件的反射率與波長的關係特性。
如圖61所示，現有的半導體雷射器件的鏡面損失值和反射率的值不那麼依賴于波長。
另一方面，對於本實施形態的半導體雷射器件，隨著波長變長反射率的值減小，與此相反，鏡面損失的值增大。
圖61所示的本實施形態的半導體雷射器件的由波長變化引起的鏡面損失的變化Δα/Δλ約為0.18cm-1/nm。
圖62是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件的激射波長對溫度和注入電流的關係特性的曲線圖。
溫度從5℃到85℃分10級變化，注入電流從100mA變化到600mA，以50mA的間隔進行測量。
在圖62中，從溫度為5℃、注入電流為100mA的場合到溫度為85℃、注入電流為600mA的場合之間的激射波長變化ΔλL為11.2nm。
圖63是示出現有半導體雷射器件的激射波長對溫度和注入電流的關係特性的曲線圖。為與本實施形態的半導體雷射器件的激射波長對溫度和注入電流的關係特性進行比較而示出。
測量方法與本實施形態的半導體雷射器件的場合相同。
在圖63中，從溫度為5℃、注入電流為100mA的場合到溫度為85℃、注入電流為600mA的場合之間的激射波長變化ΔλL為33.5nm。
根據圖62與圖63的比較，本實施形態的半導體雷射器件與現有的半導體雷射器件相比，前者的溫度和注入電流引起的激射波長變化約為後者的1/3左右。
圖64是示出本發明的一種實施形態的半導體雷射器件中的光輸出功率—電流特性(以下稱P-I特性)的溫度關係特性的曲線圖。
P-I特性的測量在溫度從25℃到85℃分10級變化，連續工作(CW)的條件下進行。
圖65是示出現有的半導體雷射器件的P-I特性的溫度關係特性的曲線圖。
現有的半導體雷射器件的P-I特性的測量也與本實施形態的半導體雷射器件的場合同樣地進行。
當將本實施形態的半導體雷射器件中的P-I特性與現有的半導體雷射器件中的P-I特性進行比較時，與現有的半導體雷射器件相比，本實施形態的半導體雷射器件的P-I特性曲線組分散得較粗，閾值電流的變化較大。
當從圖64和圖65的P-I特性以及圖62和圖63的激射波長對溫度和注入電流的關係特性出發進行考慮時，在本實施形態的半導體雷射器件中，雖然由於帶通濾波效應其閾值電流變化增大，但抑制了激射波長的變化。
圖66是示出本發明的實施形態的半導體雷射器件中以反射率為指標時的波長變化的抑制效果的曲線圖。
在本實施形態的半導體雷射器件之中具有各種增益峰值波長的半導體雷射器和具有低反射鍍膜的半導體雷射器件中，抑制了各種激射波長變化，但在圖66中，以與現有的半導體雷射器件相比其激射波長變化在1/2以下的出射端面的反射率作為一個指標，對激射波長變化的效果進行了判定。
在圖66中，符號○表示的是與現有的半導體雷射器件相比激射波長變化在1/2以下者，符號□表示的是與現有的半導體雷射器件相比激射波長變化不在1/2以下者。因此，當半導體雷射器件的出射端面的反射率在大約4％以下時，與現有的半導體雷射器件相比激射波長變化在1/2以下。圖66中的虛線是反射率為4％的界線，箭頭表示所希望的區域。
圖67是示出本發明的實施形態的半導體雷射器件中以波長變化引起的鏡面損失變化為指標時的波長變化抑制效果的曲線圖。
在圖67中，以增益峰值波長附近的波長變化引起的鏡面損失的變化Δα/Δλ作為一個指標，利用與現有的半導體雷射器件相比激射波長變化在1/2以下時的Δα/Δλ，對激射波長變化的效果進行了判定。
圖67中的符號○表示的是與現有的半導體雷射器件相比，激射波長變化在1/2以下者，符號□表示的是與現有的半導體雷射器件相比，激射波長變化不在1/2以下者。因此，當半導體雷射器件的波長變化引起的鏡面損失變化Δα/Δλ在0.13cm-1/nm以上時，與現有的半導體雷射器件相比，激射波長變化在1/2以下。
如上所述，在本實施形態中，藉助於在半導體雷射器的諧振腔的出射端面上設置覆蓋膜使反射率在規定波長λ0處有極小值，半導體雷射器的增益為最大的波長設定在覆蓋膜的反射率為極小的波長的短波長側，藉助於在隨波長變長反射率減小的區域使半導體雷射器的總損失與半導體雷射器的增益相等，可以減小環境溫度和注入電流變化時的半導體雷射器件的激射波長的變化。
另外，藉助於使出射端面的反射率在大約4％以下，並且使增益峰值波長附近的波長變化引起的鏡面損失的變化Δα/Δλ在0.13cm-1/nm以上，與現有的半導體雷射器件相比，激射波長變化在1/2以下，可以構成具有明顯的激射波長變化抑制效果的半導體雷射器件。
在以上所述的實施形態中，敘述了直至9層的低反射鍍膜，但也可以是更多層的膜結構。
另外，參數ak、b1、c1不限定於此處所記述的。
另外，對各實施形態的光半導體器件所傳播的光以980nm附近的光為例進行了敘述，但不限於此波長，也可以對其他波長的可見光、紅外線、遠紅外線實施。
另外，這裡，作為例子，以半導體雷射器件為例進行了說明，但不言而喻，也可應用於其他光半導體器件，例如半導體光放大器(SOA)、超發光二極體(SLD)、光調製器等。
由於本發明的光半導體器件具有如上說明的結構，所以具有如下的效果。
在本發明的光半導體器件中，包括具有使光入射或射出的端面、具有等效折射率nc的光半導體元件；以及具有在該光半導體元件的端面上設置的、折射率為n1、當取係數a0為正實數時膜厚為a0×d1的第1覆蓋膜和在該第1覆蓋膜上設置的，折射率為n2、膜厚為a0×d2的第2覆蓋膜的覆蓋膜層，當使覆蓋膜層的表面上的自由空間的折射率為n0時，對於在光半導體元件中傳播的光的波長λ0，由該波長λ0、折射率n1和n2、膜厚a0×d1和a0×d2規定的振幅反射率的實部和虛部為0，並且在n1、n2中只有某一方小於nc與n0的乘積的平方根，根據此結構，可以設置對波長λ0而言與理想單層膜的代替膜不相同的低反射覆蓋膜層。因此，能夠增加低反射覆蓋膜層的材料選擇的自由度。進而可以簡單地構成具有所期望的低反射覆蓋膜層的光半導體器件。
(另外，本發明的光半導體器件具有半導體雷射器，在該半導體雷射器的端面上具有低反射覆蓋膜，該低反射覆蓋膜的反射率在規定波長λ0處有極小值，該低反射覆蓋膜的折射率與膜厚的乘積之和超過半導體雷射器的規定的雷射波長λ0的1/4，並且在半導體雷射器的規定的雷射波長λ0附近的波段內，低反射覆蓋膜的反射率在1％以下的波段寬度在55nm以上，以此可以構成具有散熱性好，即使改變環境溫度、注入電流，激射波長變化也小的半導體雷射器的光半導體器件。進而，可以簡單地構成具有激射波長穩定的半導體雷射器的光半導體器件。)(另外，本發明的光半導體器件具有半導體雷射器，該半導體雷射器的諧振腔端面的一個端面的反射率在規定波長λ0處有極小值，在隨著波長變長反射率降低的區域，使半導體雷射器的總損失與半導體雷射器的增益相等，可以構成即使改變環境溫度、注入電流，激射波長變化也小的半導體雷射器。進而，可以簡單地構成激射波長穩定的半導體雷射器。)
權利要求
1.一種光半導體器件，其特徵在於包括具有使光入射或射出的端面、具有等效折射率nc的光半導體元件；以及具有在該光半導體元件的端面上設置的、折射率為n1、當取係數a0為正實數時膜厚為a0×d1的第1覆蓋膜和在該第1覆蓋膜上設置的、折射率為n2、膜厚為a0×d2的第2覆蓋膜的覆蓋膜層，使上述覆蓋膜層的表面上的自由空間的折射率為n0時，對於在上述光半導體元件中傳播的光的波長λ0而言，由該波長λ0、上述折射率n1和n2、上述膜厚a0×d1和a0×d2規定的振幅反射率的實部和虛部為0，並且在上述n1、n2中只有某一方小於上述nc與n0的乘積的平方根。
2.如權利要求1所述的光半導體器件，其特徵在於覆蓋膜層還通過改變k，即，使k＝1、2、...、m而包含m對在第2覆蓋膜的表面上依次設置的，具有折射率為n1，當取係數ak(k＝1、2、...、m)為正實數時膜厚為ak×d1的第3覆蓋膜和在該第3覆蓋膜上設置的、折射率為n2，膜厚為ak×d2的第4覆蓋膜的覆蓋膜對，並且通過包括ak×d1和ak×d2來規定振幅反射率。
3.如權利要求2所述的光半導體器件，其特徵在於覆蓋膜層還包含在最上層的覆蓋膜對的第4覆蓋膜上的折射率為n1，當取係數b1為正實數時膜厚為b1×d1的第5覆蓋膜。
4.如權利要求1至3的任何1項所述的光半導體器件，其特徵在於將光半導體元件定為半導體雷射器，在該半導體雷射器的出射前端面上設置覆蓋膜層，並且在該半導體雷射器的規定的激射光波長λ0的長波側和短波側這兩側，半導體雷射器的總損失與半導體雷射器的增益變得相等。
5.如權利要求1至3的任何1項所述的光半導體器件，其特徵在於將光半導體元件定為半導體雷射器，在該半導體雷射器的出射前端面上設置覆蓋膜層，並且在該半導體雷射器的波長λ0的短波長側、長波長側的某一側，半導體雷射器的總損失與半導體雷射器的增益變得相等，在為另一側的短波長側或長波長側，半導體雷射器的總損失大於半導體雷射器的增益。
6.如權利要求1至3的任何1項所述的光半導體器件，其特徵在於將光半導體元件定為半導體雷射器，在該半導體雷射器的出射前端面上設置覆蓋膜層，並且半導體雷射器的激射波長比波長λ0短。
7.如權利要求1至3的任何1項所述的光半導體器件，其特徵在於將光半導體元件定為半導體雷射器，在該半導體雷射器的出射前端面上設置覆蓋膜層，還與上述半導體雷射器的出射前端面相向地設置光纖光柵，並且在半導體雷射器的規定的雷射波長λ0附近的波段內，上述覆蓋膜層的反射率在1％以下的波段寬度在55nm以上。
8.如權利要求1至3的任何1項所述的光半導體器件，其特徵在於將光半導體元件定為半導體雷射器，在該半導體雷射器的出射前端面上設置覆蓋膜層，還與上述半導體雷射器的出射前端面相向地設置光纖光柵，並且當上述光纖光柵的反射波長比半導體雷射器的規定的雷射波長λ0長時，上述覆蓋膜層的反射率在波長λ0的長波長側比在波長λ0的短波長側上升緩慢，當上述光纖光柵的反射波長比半導體雷射器的規定的雷射波長λ0短時，上述覆蓋膜層的反射率在波長λ0的短波長側比在波長λ0的長波長側下降緩慢。
9.一種光半導體器件，其特徵在於；具有半導體雷射器，在該半導體雷射器的端面具有低反射覆蓋膜，該低反射覆蓋膜的反射率在規定波長λ0處有極小值，該低反射覆蓋膜的折射率與膜厚的乘積之和超過半導體雷射器的規定的雷射波長λ0的1/4，並且在半導體雷射器的規定的雷射波長λ0附近的波段內，上述低反射覆蓋膜層的反射率在1％以下的波段寬度在55nm以上。
10.一種光半導體器件，其特徵在於；具有半導體雷射器，該半導體雷射器的諧振腔端面的一個端面的反射率在規定波長λ0處有極小值，在隨波長變長反射率降低的區域，上述半導體雷射器的總損失與半導體雷射器的增益變得相等。
11.如權利要求2所述的光半導體器件，其特徵在於覆蓋膜層還包含在光半導體元件的端面與第1覆蓋膜之間的折射率為n2，當取係數c1為正實數時膜厚為c1×d2的第6覆蓋膜。
12.如權利要求1至3以及11的任何1項所述的光半導體器件，其特徵在於最靠近光半導體元件端面的覆蓋膜的折射率比與該該覆蓋膜的上層相鄰接的覆蓋膜的折射率小。
13.如權利要求3或11所述的光半導體器件，其特徵在於覆蓋膜層中的各覆蓋膜的折射率與膜厚的乘積之總和超過波長λ0的1/4，並且在傳播於光半導體元件中的光的波長λ0附近的波段內，上述覆蓋膜層的反射率在1％以下的波段寬度在100nm以上。
14.如權利要求13所述的光半導體器件，其特徵在於將光半導體元件定為半導體雷射器，在該半導體雷射器的出射前端面上設置覆蓋膜層，並且還與上述半導體雷射器的出射前端面相向地設置光纖光柵。
15.如權利要求3或11所述的光半導體器件，其特徵在於將光半導體元件定為半導體雷射器，在該半導體雷射器的出射前端面上設置覆蓋膜層，並且上述覆蓋膜層的反射率為極小的波長處於上述覆蓋膜層的反射率在1％以下的波段寬度的中心波長的短波長側，並且上述半導體雷射器的增益為最大的波長處於上述覆蓋膜層的反射率為極小的波長的短波長側。
全文摘要
本發明的課題是構成具有設計自由度高的低反射率的覆蓋膜的光半導體器件。本發明的光半導體器件系在具有等效折射率nc的半導體雷射器12的一個端面上設置具有折射率為n1、膜厚為d1的第1層鍍膜16和折射率為n2、膜厚為d2的第2層鍍膜18的低反射鍍膜14，該低反射鍍膜14以如下方式製成在使第2層鍍膜18的表面上的自由空間的折射率為n0時，在半導體雷射器的規定的雷射波長λ0處，由該波長λ0、折射率n1和n2、膜厚d1和d2規定的振幅反射率的實部和虛部為0，並且在n1、n2中只有某一方小於nc與n0的乘積的平方根。
文檔編號H01S5/028GK1444317SQ03120129
公開日2003年9月24日 申請日期2003年3月7日 優先權日2002年3月8日
發明者原君男, 川崎和重 申請人:三菱電機株式會社