JP2008244454A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量を低減し、信頼性の改善が可能な半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】第１導電型の基板と、前記基板の上に設けられ、活性層と、リッジ形状の導波路を有する第２導電型のクラッド層と、を少なくとも含む窒化物系半導体の積層体と、前記積層体により構成される光共振器の一方の端面に設けられ、反射率が４０％以上で６０％以下である第１の膜と、前記光共振器の他方の端面に設けられ、前記第１の膜よりも高い反射率を有する第２の膜と、を備え、前記光共振器の長さは４００μｍ以下であり、前記一方の端面が光出射面されたことを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関する。

青紫色レーザ光を放射する窒化物系半導体は、融点及び窒素の平衡蒸気圧が高く、融液からのバルク結晶の成長が容易でない。このために発光層を含む窒化物系半導体の積層体をエピタキシャル成長させる場合大口径ＧａＮ基板を用いることが困難であり、ウェーハ当たりの半導体レーザ素子チップの収量は少ない。チップ収量を上げるにはチップサイズの縮小が必要であるが、単に光共振器長を短くするだけでは電流密度が増加し発熱などによる劣化が生じやすくなる。このためにしきい値電流の低減など電流密度の低減が必要になる。
発光層における光の閉じこめを効果的に行うことによりしきい値電流の低減化が図られた窒化物系半導体発光素子に関する技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、ｐ型クラッド層の厚みを０．３μｍ未満とし垂直横モードにおける高次モードをカットオフし、しきい値電流の低減を図っている。
特開２００２−９４１９０号公報

発熱量を低減し、信頼性の改善が可能な半導体レーザ装置を提供する。

本発明の一態様によれば、第１導電型の基板と、前記基板の上に設けられ、活性層と、リッジ形状の導波路を有する第２導電型のクラッド層と、を少なくとも含む窒化物系半導体の積層体と、前記積層体により構成される光共振器の一方の端面に設けられ、反射率が４０％以上で６０％以下である第１の膜と、前記光共振器の他方の端面に設けられ、前記第１の膜よりも高い反射率を有する第２の膜と、を備え、前記光共振器の長さは４００μｍ以下であり、前記一方の端面が光出射面とされたことを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、活性層を含む窒化物系半導体の積層体と、前記積層体により構成される光共振器の光出射面に接触して設けられ、媒質内波長以上の厚さを有する窒化シリコンからなる第１の誘電体と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。

発熱量を低減し、信頼性の改善が可能な半導体レーザ装置が提供される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置を表し、図１（ａ）は模式斜視図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ線に沿った模式断面図である。ｎ型ＧａＮ基板１２上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１６、活性層１８、ｐ^＋型ＡｌＧａＮからなるオーバーフロー防止層１９、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２、ｐ^＋型ＧａＮコンタクト層２４をこの順序でエピタキシャル成長する。この窒化物系半導体の積層体は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用いて形成することができる。

なお、本明細書において、窒化物系半導体とは、（Ａｌ_ｘＢ_１−ｘ）_ｙＧａ_ｚＩｎ_{１−ｙ−ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｙ＋ｚ≦１）からなる半導体をいい、さらにＶ族元素としてＡｓやＰなどを含むものや、ｐ型あるいはｎ型の不純物を含むものも窒化物系半導体に包含されるものとする。

ｐ^＋型ＧａＮコンタクト層２４及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２の中間までをストライプ状のリッジに形成した後、リッジの上部以外の表面を覆うようにＳｉＯ_２などの絶縁膜２３を形成する。リッジは幅がＷ、高さがＨであるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２からなる導波路２６及び同じ幅Ｗであるｐ^＋型ＧａＮコンタクト層２４を有する。
ｐ^＋型ＧａＮコンタクト層２４の上部にはｐ側電極２８、ｎ型ＧａＮ基板１２の下部にはｎ側電極１０を設ける。ｐ側電極２８は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕなどの単層、積層、またはこれらの合金とすることができる。また、ｎ側電極１０は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌなどの単層、積層、またはこれらの合金とすることができる。

さらに、ストライプが延在する方向と垂直な面でへきかいし、光共振器を形成する。へきかいにより窒化物系半導体の積層体の端面は、鏡面状となり光共振器とできる。この構造は、導波路２６により水平横方向への光閉じこめが制御されたいわゆる実屈折率導波型半導体レーザ装置である。

光共振器の光出射面７０には、屈折率の異なる２つの誘電体膜を交互に積層した第１の膜５４が設けられる。２つの誘電体膜の厚みの和は１ペア当たり２分の１波長相当の長さとし、反射光が強め合うブラッグ反射器とする。なお、誘電体の媒質内波長λｇはλ_０／ｎ（但しｎは屈折率）と短縮される。このために、それぞれの誘電体の厚みが媒質内波長で除算され、２つの和を２分の１となるように厚みが設定される。

本実施形態において、光出射面７０の第１の膜５４の反射率は４０％以上かつ６０％以下とする。光ビーム８０は、光出射面７０及び第１の膜５４を通過後広がりながら放射される。また、光出射面７０の反対側の光反射面７２に形成される第２の膜６４の反射率を６０％よりも大きく、すなわち第１の膜５４よりも高い高反射膜とする。

この場合、例えば、図１（ｃ）において活性層１８側から、窒化シリコン／酸化物の誘電体膜を交互に形成する。窒化シリコン５０はＳｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４などとする。また酸化物５２は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２などとする。窒化シリコン及びＳｉＯ_２の厚みを共に４分の１波長とする場合、窒化シリコン及びＳｉＯ_２の屈折率は、それぞれ約２．０、約１．５であるので、厚みＴ１、Ｔ２をそれぞれ５１、６８ｎｍとするとブラッグ反射器とできる。

図１（ｃ）では合計７層の例を表し、最も外側である窒化シリコンは厚みＴ７を変えて第１の膜５４の反射率を調整する。半導体レーザ素子が４００〜４１０ｎｍの波長範囲であれば、図１（ｃ）のような構造により反射率を４０〜６０％の範囲内とすることができる。

また、第２の膜６４の反射率は第１の膜５４よりも高くし、光出射面７０からの光出力を高める。例えば、８層以上の構成として９０％以上の反射率とすることが好ましく、より多層として９５％以上とするとより好ましい。図１（ｃ）は８層の例を表し、光反射面７２側から厚みＳ１の窒化シリコン５０及び厚みＳ２のＳｉＯ_２５２を交互に４分の１波長の厚みで積層し、最も外側のＳｉＯ_２５２は厚みＳ８を変えて第２の膜６４の反射率を調整する。

図２は、本実施形態にかかる半導体レーザ装置のシミュレーションによる光出力の電流依存性を表すグラフ図である。図２において、縦軸は光出射面７０からの光出力（ｍＷ）、横軸は動作電流（ｍＡ）である。また第１の膜５４の反射率は、２０、３０、４０、５０、６０、７０％と変えている。なお、光共振器長Ｌは４００μｍ、第２の膜６４の反射率を９５％としている。しきい値電流は、反射率が２０％の場合に約２９ｍＡ、４０％で約２７．５ｍＡ、６０％で約２６．５ｍＡと低下しほぼ飽和する。

他方、光出力が１５ｍＷとなる電流は、反射率が２０％で約４０ｍＡ、４０％で約４０．２ｍＡ、６０％で約４３ｍＡと増大し、７０％では約４６．５ｍＡとより急激に増大する。

図２から１５ｍＷ出力における動作電流を低くするには低反射率が好ましいが、しきい値電流を低くするには高反射率が好ましいことになる。また本図から、発熱量は反射率によって変化することが理解できる。

図３はシミュレーションによる発熱量の反射率依存性を表すグラフ図である。
本図において、縦軸は光出力が１０ｍＷにおける単位面積当たりの発熱量（Ｊ／ｍ^２）、横軸は反射率（％）である。光共振器長Ｌは、３００、３５０、４００、５００、６００μｍと変えている。なお、図３の発熱量は、反転分布状態にしてレーザ発振を生じるまでに消費される電力量及び導波路２３におけるジュール発熱からシミュレーションにより求めた。

光共振器長Ｌが短くなるにつれて、反射率依存性が強くなる。また、反射率が４０％よりも低いまたは６０％よりも高い場合発熱量の増加が急峻となるので、４０〜６０％の範囲が好ましい。特に、光共振器長Ｌが４００μｍでは反射率が４５〜５５％で発熱量が１４４．９Ｊ／ｍ^２と略極小とできる。通常よく用いられる光出射面７０の反射率は２０％以下であり、Ｌが５００μｍかつ２０％反射率の場合の発熱量は１４５．３Ｊ／ｍ^２ であるので本実施形態の方が低い。このために信頼性を保ちつつＬを２０％短く、すなわちチップ収量を２５％多くできる。また光共振器長Ｌが３５０μｍでは反射率が４５〜５５％で発熱量が１４８．１Ｊ／ｍ^２と略極小とできる。この発熱量は、Ｌが５００μｍかつ１０％反射率の場合よりも低い。このために信頼性を保ちつつＬを３０％短く、すなわちチップ収量を４３％多くできる。

光共振器長Ｌが３００μｍでは、反射率が５０〜５５％で発熱量が１５２．３Ｊ／ｍ^２と略極小とできる。すなわち、第１の膜５４の反射率は４０％以上かつ６０％以下とすることが好ましく、反射率を４５％以上かつ５５％以下とするとより好ましい。本実施形態においては光出射面７０の光反射率を４０〜６０％の間に制御することによりしきい値電流を低減し発熱を抑制している。

他方、光出射面７０からの光出力を高くするために、反射率が２０％以下の反射膜を用いる比較例において、単に光共振器長を短くしてチップサイズ縮小を行うと単位面積当たりの発熱量は大きくなる。例えば、光共振器長が３００μｍの場合、反射率を２０％とすると発熱量は１６６．６Ｊ／ｍ^２となり、極小値の約１０９％となる。書き換え用途においては約５％の低反射率とする場合さらに発熱量が大きくなる。すなわち、反射率を低く保ったまま光共振器長を短くすると信頼性の低下を生じることがある。

ところで、次世代ＤＶＤ再生専用の光ピックアップにおける半導体レーザ装置の最大定格光出力は１５ｍＷであり、図２において、反射率を４０％以上かつ６０％以下とすれば、約４３ｍＡ以下の低い動作電流で１５ｍＷ出力が実現できる。動作電流を増加すれば光出力をより大きくできるが、光ピックアップを低消費電力で動作させるには低電流動作がより好ましい。

また、図３は光共振器長Ｌを短くすると発熱量が増加することを表している。例えば光共振器長Ｌを３００μｍ以下とすると、反射率を４０％以上かつ６０％以下の範囲としても単位面積当たりの発熱量は１５２．３Ｊ／ｍ^２よりも大きくなる。この場合、光共振器長Ｌは発熱量の許容範囲に応じて決めるのがよい。すなわち、光ピックアップの光学系結合効率が高くできる場合、定格光出力が１５ｍＷより低くてもよく、光共振器長Ｌを３００μｍより短くしても信頼性を確保することが可能となる。

さらに、図２に表されるように、光出力を大きくしていくと、反射率の増大に対して動作電流が急激に増大するようになり、発熱量も急激に増大するようになる。従って、４０％以上かつ６０％以下の反射率であっても光出力が１５ｍＷ以下で使用することが好ましい。

ここで、図１（ｂ）に表す断面構造についてより詳細に説明する。ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．１）クラッド層１４の厚みは、例えば１．５μｍとし、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１６の厚みは、例えば０．０７μｍとする。活性層１８は、Ｉｎ_ｗＧａ_１−ｗＮ（０．０６≦ｗ≦０．２）からなる井戸層及びＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０．０１≦ｂ≦０．０５）からなる障壁層から構成される単一または多重量子井戸構造とする。量子井戸構造とすると、キャリアが井戸内に閉じこめられ易くなり発光効率が改善され、発熱が抑制される。

ｐ型ＧａＮ光ガイド層２０の厚みを、例えば０．０３μｍとし、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２のＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０≦ｙ≦０．１）からなる導波路２３における高さＨを、例えば０．４５μｍとする。また、ｐ^＋型ＧａＮコンタクト層２４の厚みを、例えば０．１μｍとする。

さらに、活性層１８及びｐ型ＧａＮ光ガイド層２０の間に設けられるオーバーフロー防止層１９はＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＮ（ｙ＜ｚ）からなり、厚みを、例えば０．０１μｍとする。もし、キャリアのオーバーフローが多く活性層１８での再結合が起こりにくければ、しきい値電流を低下させ発熱を抑制することが困難となる。本実施形態では反射率を４０％以上かつ６０％以下としてしきい値を低減するので、オーバーフロー防止層１９によりキャリアを活性層１８内に効率よく閉じこめることが好ましい。

例えば、オーバーフロー防止層１９のアルミニウム組成比ｚをｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２における組成比ｙより大きい０．２程度とすることによりバンドギャップが広くできてキャリアの漏れを低減できる。さらにｐ型アクセプタ濃度を、例えば１×１０^２０ｃｍ^−３以上とすることにより、活性層１８の界面の伝導帯側ヘテロ障壁を大きくする。このために電子のオーバーフローを一層抑制でき好ましい。

また、光出力が１５ｍＷ以下であると電流分布を均一とすることが容易となり、横方向モードの高次モード発生が抑制される。この結果、１００ｍＷ以上の光出力の場合のようなキンクが生じにくいので導波路２６の幅Ｗを１．５〜２．５μｍと広くできる。

本実施形態によれば、１５ｍＷ光出力における動作電流を低くでき、光ピックアップの半導体レーザ駆動回路を低消費電力かつ小型とできる。また、発熱量を低減しつつ光共振器長Ｌを短くできる。すなわち、信頼性を保ちつつチップサイズの縮小が可能となる。このために、ウェーハサイズを大きくするのが困難であるＧａＮ基板を用いてもチップ収量を多くでき、特に再生用途の次世代ＤＶＤの拡大する用途への対応が容易となる。例えばＨＤＴＶ（High Definition television）画像記録、コンピュータの大容量記録、アミューズメントなどの再生用途への応用が広がる。

図４は、本発明の第２の実施形態を説明するため、光出射面７０の発光点近傍を拡大した模式断面図を表す。ｎ型ＧａＮ光ガイド層１６及びｐ型ＧａＮ光ガイド層２０は、単一または多重量子井戸構造である活性層１８の両側に設けられ、薄い活性層１８からの光を活性層１８に対して垂直な方向に広げている。例えば、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１６の厚みは７０ｎｍ、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２０の厚みは３０ｎｍの厚みとされる。

本実施形態において、光出射面７０に接触して窒化シリコン５０からなる第１の誘電体が設けられる。窒化シリコン５０の厚みＴ１を媒質内波長（λ_g1）の１波長以上とする。窒化シリコンの屈折率を２．０８とし、窒化物系半導体レーザ装置の発光波長を４０５ｎｍとすると、λ_g1は１９４ｎｍとなるのでＴ１は１９４ｎｍ以上となる。

窒化シリコン５０からなる第１の誘電体の上には、第２の誘電体である酸化物層５２及び第３の誘電体である窒化シリコン５１が交互に積層され、反射波を強め合うブラッグ反射器が構成される。図４では４分の１波長の厚みの酸化物５２及び窒化シリコン５１がペアで２組積層されている。酸化物５２を屈折率が１．５である二酸化シリコンとすれば、４０５ｎｍにおける媒質内波長λ_g2は２７０ｎｍとなる。このために、４分の１波長は、酸化物５２の厚みＴ２で６８ｎｍ、窒化シリコン５１の厚みＴ３で４９ｎｍとなり、このペアが２組のブラッグ反射器を構成する。

なお、酸化物５２及び窒化シリコン５１の厚みの和（Ｔ２＋Ｔ３）が２分の１波長に相当したブラッグ反射器であっても、低屈折率から高屈折率への境界面での１８０度の位相変化に、反射波間の光路差による１８０度の位相変化が加算されて各境界面での反射波面を同位相とし反射率を高めることができる。

最も外側の酸化物５２の厚みＴ６をλ_g2／３とすれば反射率を４０％、λ_g2／２とすれば反射率を５０％とできるように最も外側の誘電体の厚みにより第１の膜（反射層）５５全体の反射率を制御できる。光出射面７０側の反射率を変化させると、しきい値電流が低減され単位面積あたりの発熱が抑制され、信頼性を改善できる。

ここで、１層目の窒化シリコン５０の厚みと反射率の関係について説明する。図４の構造において、窒化シリコン５０の厚みを、λ_g1／４、３λ_g1／４、７λ_g1／４と変える。また、２層目をλ_g2／４の厚みの二酸化シリコン５２、３層目をλ_g1／４の厚みの窒化シリコン５１、４層目をλ_g2／４の厚みの二酸化シリコン５２、５層目をλ_g1／４の厚みの窒化シリコン５１、６層目をλ_g2／４の厚みの二酸化シリコン５２とする。光反射面７２側の第２の膜６４の反射率を９０％以上とするが、本発明はこれに限定されない。

図５は、λ_g1／４の厚みの窒化シリコン５０を含む６層の第１の膜５５における反射率を表すグラフ図であり、図５（ａ）は波長３９０〜４２０ｎｍにおける反射率（％）の波長依存性、図５（ｂ）は光出射面７０からの距離Ｘ（ｎｍ）における反射率である。図５の構造は４分の１波長の窒化シリコン及び二酸化シリコンが交互に積層されたブラッグ反射器を含む。第１の膜５５の６層合計の厚みは３４８ｎｍである。また、窒化物系半導体の積層体１５の屈折率は２．５〜２．７であるがここでは２．５として反射率のシミュレーションを行っている。

積層体１５が誘電体を介さず直接空気と接触している場合、反射率は約１８％となり１、２層中で距離Ｘとともに低下し、２層及び３層の境界面で約２％と極小となる。３層及び４層の境界面で約３０％と極大となり、さらに４層及び５層の境界面で約５３％と極大となる。このために図５（ｂ）のように、２〜５３％の範囲の反射率を実現できる。

図６は３λ_g1／４の厚みの窒化シリコン５０を含む６層の第１の膜５５における反射率を表すグラフ図である。第１の膜５５の６層合計の厚みは４４２ｎｍとなる。図６（ｂ）のように、３λ_g1／４の厚みの中に約１８％の反射率極大点が２つでき、２〜５３％の範囲の反射率が実現できる。

図７はλ_g1の厚みの窒化シリコン５０を含む６層の第１の膜５５における反射率を表すグラフ図である。第１の膜５５の６層合計の厚みは４９２ｎｍとなる。図７（ｂ）のように、λ_g1の厚みの中に約１８％の反射率極大点が３つでき、０〜６５％の範囲の反射率が実現できる。この場合、５層目までの厚みをそれぞれの媒質内波長で除算した総和が２になり、６層目の厚みをゼロより大きくλ_g2／４以下とすると反射率を３８〜６５％の範囲で調整することができる。

図８は７λ_g1／４の厚みの窒化シリコン５０を含む６層の第１の膜５５における反射率を表すグラフ図である。第１の膜５５の６層合計の厚みは６３８ｎｍとなる。図８（ｂ）のように、７λ_g1／４の窒化シリコン５０の中に約１８％の反射率極大点が４つでき、２〜５４％の範囲の反射率が実現できる。また、図７（ａ）及び図８（ａ）に表すように、第１の誘電体である窒化シリコン５０の厚みがλ_g1以上と厚くても３９０〜４２０ｎｍの範囲の波長変動に対して反射率変動を小さくできている。

ところで、膜が薄い方が膜形成時間を短くできるので、所望の反射率とする場合、窒化シリコン５０を図５（ｂ）または図６（ｂ）のように薄くするのが一般的である。しかしながら、窒化物系半導体レーザ装置においては第１の膜５５が薄いと信頼性が不十分となることがある。

図９は平均寿命を説明する図である。本図において、縦軸は高温通電試験により半導体レーザ装置の光出力を一定とするための動作電流が初期値の１３０％となる時間を寿命と定義し、求めた全数の平均寿命を表す。横軸は窒化物層５０をλ_g1／４で正規化した厚みを表す。窒化シリコン層５０の厚みが（λ_g1／４）×４では平均寿命が約１００時間であり、厚みが大きくなるに従い平均寿命が改善される。 他方、窒化シリコン５０の厚みがλ_g1よりも小さくなると劣化の進行が早い。

図１０は、高温通電試験における動作電流を表し、図１０（ａ）は第２の実施形態、図１０（ｂ）は比較例である。縦軸は動作電流（ｍＡ）、横軸は通電時間（ｈ）を表す。なお、ケース温度（Ｔｃ）は７５℃であり、０〜５時間は光出力が５０ｍＷ、５時間以降は光出力が８０ｍＷである。また、反射率は約７％である。本実施形態の第１の膜５５において、窒化シリコン５０の厚みを７λ_g1／４とし、その上にλ_g2／２の二酸化シリコンを設けている。また、比較例において、窒化シリコンの厚みは３λ_g1／４とし、その上に０．０４λ_g2の二酸化シリコンを設けている。

比較例の場合、動作電流は次第に増加し平均寿命は約６０時間であり次世代ＤＶＤには不十分である。これに対して、第２の実施形態において動作電流の変動は小さく平均寿命は約８００時間（Ｔｃ＝７５℃）となり、次世代ＤＶＤに用いることができる。

第２の実施形態は、図１の構造を有し窒化シリコン５０の厚みＴ１をλ_g1以上とする。すなわち、図７及び図８に表す反射率に対応している。さらに、窒化シリコン５０の上にブラッグ反射器を設けると、光出射面７０が空気に接している場合の約１８％よりも高い反射率に制御できしきい値電流を低減できる。このため、単位面積あたりの発熱量を低減でき、信頼性をより高めることができる。

また、窒化シリコン５０は光出射面７０に接触して設けられている。窒化シリコンの線膨張係数は約３．２×１０^―6／℃であり、ＧａＮの３．１７×１０^―6／℃と近い。これに対して、二酸化シリコンでは７．０×１０^―6／℃、酸化アルミニウムでは６．７×１０^―6／℃であり、酸化物の線膨張係数はＧａＮの２倍以上と大きい。このために、製造プロセス、動作状態における膨張及び収縮に対して窒化シリコン５０及び光出射面７０の境界は物理的に安定しており、剥離や歪みの抑制が可能である。さらに、窒化シリコン５０が厚いほど線膨張係数の大きい酸化物５２と光出射面７０との間隔を広げることができ、窒化シリコン５０及び光出射面７０の界面をより安定にできる。このため平均寿命を高めることができる。

また、第２の実施形態では、窒化シリコン５０及び活性層１８の界面が共に窒素を含有しており、ダングリング・ボンドが少なく非発光再結合中心の密度を低減できる。このために、光吸収及び温度上昇の連鎖的正帰還を低減し、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）低下を抑制できる。

さらに、窒化シリコン及び酸化物などの誘電体は光ビーム放射領域近傍に誘電分極を生じている。他方、半導体レーザ装置の製造工程において用いられる、例えばシリコーン系材料などが分解し、光ビーム及び熱を伴う化学反応により生成物を生じやすくなる。このため、例えばシリコン酸化物などを生じ、光ビーム放射領域近傍において誘電分極を生じた誘電体表面に堆積しやすくなる。この堆積物は、反射率を変化させ、ＦＦＰ（Far Field Pattern）を乱し、光出力低下など特性変化を生じる。

ところで、光ビームは垂直かつ水平方向に広がる。図４において、垂直方向の広がり角Ｆｖは、例えば１５〜３０度である。活性層１８、これを挟むｐ型ＧａＮ光ガイド層２０及びｎ型ＧａＮ光ガイド層１６の厚みの和を、１００〜２００ｎｍとすると、光ビーム８０は上下に広がって進むので、光出射面７０から離れるほど光密度を低減できる。また、光出射面７０に近いほど高温である。このため、窒化シリコン５０が厚いほど化学反応を抑制し堆積を抑制できる。このように１波長よりも厚い窒化シリコン５０を光出射面７０に接触させた第２の実施形態により、信頼性が改善された半導体レーザ装置が提供される。

以上は、反射層が６層の場合について説明した。しかし本発明はこれに限定されない。誘電体を多層とするとより高い反射率を得ることができる。また、１８％よりも低い反射率とする場合、第１の窒化シリコン５０をλ_g1以上とし、２層目の二酸化シリコン５２の厚みを０より大きく、λ_g2／４より小さい範囲で調整することにより反射率を０〜１８％の間に制御することができる。さらに、窒化シリコン５０のみの反射層において、厚みＴ１をλ_g1以上とすると、７〜１８％の範囲で反射率を制御できる。このような低反射層を備えた半導体レーザ装置は書き換え用の次世代ＤＶＤ用途に有用である。

さらに、第２の実施形態における第１の膜５５の構成を用いると、第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の信頼性をより改善できる。すなわち、光出射面７０に接触する窒化シリコン５０の厚みを媒質内波長以上とするので動作電流の変動を抑制し平均寿命を満たすことが容易となる。

また、図７の構成とすれば、６層目となる二酸化シリコンの厚みＴ６を４５０〜４８０ｎｍの間で変化すると反射率を４０〜６０％の間で制御でき、４５５〜４７５ｎｍの間で変化すると反射率を４５〜５５％の間で制御できる。さらに、図８の構成とすれば、６層目となる二酸化シリコンの厚みＴ６を５７５〜６１０ｎｍの間で変化すると反射率を４０〜５４％の間で制御することができる。このため、単位面積当たりの発熱量の低減が容易となり、信頼性を保ちつつチップサイズを縮小できる。すなわち、次世代ＤＶＤの特性要求を満たし、量産性に富む半導体レーザ装置を提供することができる。

以上、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれら実施形態に限定されない。半導体レーザ装置を構成するエピタキシャル成長半導体積層体、基板、誘電体、絶縁膜、導波路、電極、光共振器などの材質、形状、サイズ、配置などに関して、当業者が設計変更を行ったものであっても本発明の主旨を逸脱しない限り本発明に包含される。

第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の模式図。 第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の光出力の動作電流依存性を表すグラフ図。 第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置の発熱量の反射率依存性を表すグラフ図。 第２の実施形態にかかる半導体レーザ装置の発光点近傍を拡大した模式断面図。 反射率を表すグラフ図。 反射率を表すグラフ図。 第２の実施形態の反射率を表すグラフ図。 第２の実施形態の反射率を表すグラフ図。 平均寿命の窒化シリコン膜厚依存性を表すグラフ図。 高温動作試験の動作電流を表すグラフ図。

符号の説明

１２ ｎ型ＧａＮ基板、１８ 活性層、１９ オーバーフロー防止層、２２ ｐ^＋型ＡｌＧａＮクラッド層、２３ 絶縁膜、２６ 導波路、５０ 窒化シリコン、５２ 酸化物、５４、５５ 第１の膜、６４ 第２の膜、７０ 光出射面、７２ 光反射面

Claims (5)

1. 第１導電型の基板と、
   前記基板の上に設けられ、活性層と、リッジ形状の導波路を有する第２導電型のクラッド層と、を少なくとも含む窒化物系半導体の積層体と、
   前記積層体により構成される光共振器の一方の端面に設けられ、反射率が４０％以上で６０％以下である第１の膜と、
   前記光共振器の他方の端面に設けられ、前記第１の膜よりも高い反射率を有する第２の膜と、
   を備え、
   前記光共振器の長さは４００μｍ以下であり、
   前記一方の端面が光出射面とされたことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記第１の膜は、前記一方の端面に接触して設けられ、媒質内波長以上の厚みの窒化シリコンを有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記第１の膜の反射率は、４５％以上で５５％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記第１及び第２の膜は、屈折率の異なる２種類の誘電体を含むブラッグ反射器を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
5. 活性層を含む窒化物系半導体の積層体と、
   前記積層体により構成された光共振器の光出射面に接触して設けられ、媒質内波長以上の厚みを有する窒化シリコンからなる第１の誘電体と、
   を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。

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