JP2012084753A

JP2012084753A - 窒化物系半導体レーザ素子及び光装置

Info

Publication number: JP2012084753A
Application number: JP2010231045A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Murayama; 佳樹村山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US20120093186A1; CN102457017A

Abstract

【課題】端面コート膜の剥離を抑制し、安定性の高い半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＧａＮからなる基板１の上面上に形成された窒化物系半導体からなる半導体素子層２を備え、レーザ光出射方向に対して直交する一対の共振器端面（出射側共振器面２ａ及び反射側共振器面２ｂ）が形成されている。出射側共振器面２ａ上には、ＡｌＮ層５１、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２、Ａｌ_２Ｏ_３層５３、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４及びＡｌ_２Ｏ_３層５５が順次形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物系半導体レーザ素子及び光装置に関し、特に、出射側共振器面に誘電体膜が形成された窒化物系半導体レーザ素子及び光装置に関する。

従来、半導体レーザは、光ディスクシステムや光通信システムなどの光源として広く用いられている。また、システムを構成する機器の高性能化に伴いレーザ素子特性の向上が要望されている。特に、高密度光ディスクシステムの光源として、レーザ光の短波長化や高出力化が望まれており、近年では、窒化物系半導体により、発振波長が約４０５ｎｍの青紫色半導体レーザ素子が開発されている。

特許文献１には、共振器の端面に形成されたＡｌ_２Ｏ_３等の誘電体膜からなる端面コート膜を備え、共振器の端面と端面コート膜との間にＡｌＮからなる密着層が形成された窒化物系半導体レーザ素子が開示されている。

特開２００６−２０３１６２号公報

上記特許文献１に開示された窒化物系半導体レーザ素子において、反射率を制御するために端面コート膜の厚みを調整する際に、端面コート膜の厚みを１００ｎｍ以上とする場合がある。この場合、端面コート膜の応力が増加するので、端面コート膜が共振器の端面から剥離しやすい。その結果、共振器端面における反射率が変動するので、レーザ光強度が不安定になるなどの不具合が生じる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、端面コート膜の剥離を抑制することが可能な半導体レーザ素子を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子は、発光層を含み、出射側共振器面と反射側共振器面とを有する窒化物系半導体からなる半導体素子層と、前記出射側共振器面上に形成された端面コート膜とを備え、前記端面コート膜は、前記出射側共振器面上に接して形成された窒化アルミニウムからなる第１誘電体膜と、前記第１誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第２誘電体膜と、前記第２絶縁膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第３誘電体膜と、前記第３絶縁膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第４誘電体膜と、前記第４絶縁膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第５誘電体膜とを有する。

なお、本発明において、出射側共振器面及び反射側共振器面は、窒化物系半導体レーザ素子の端部に形成された一対の共振器端面であって、それぞれの面から出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。即ち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が出射側共振器面、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が反射側共振器面である。

この窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、第１誘電体膜、酸化アルミニウムからなる第３誘電体膜及び第５誘電体膜の間に酸窒化アルミニウムからなる第２誘電体膜及び第４誘電体膜を形成しているので、酸化アルミニウム中の酸素が脱離しにくく、また、他の層に拡散しにくい。これにより、各層の変質を低減することができるので、出射側共振器面からの剥離を抑制することができるとともに、反射率が変化することも抑制することができる。

また、窒化アルミニウムからなる第１誘電体膜上に酸窒化アルミニウムからなる第２誘電体膜、酸化アルミニウムからなる第３誘電体膜、酸窒化アルミニウムからなる第４誘電体膜及び酸化アルミニウムからなる第５誘電体膜が順次積層されており、各層が共通のアルミニウムを含有している。これにより、各層の密着性が高まり、端面コート膜の剥離を抑制することができる。

また、端面コート膜を多層構造とすることにより、各層の膜厚を小さくすることができるので、各層の応力を小さくすることができる。これにより、端面コート膜全体の応力を小さくすることができるので、端面コート膜の剥離を抑制することができる。

これらの結果、出射側共振器面における端面コート膜の反射率の変動を抑制することができるので、窒化物系半導体レーザ素子の安定性を向上させることができる。

上記窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、前記端面コート膜は、前記第５誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第６誘電体膜と、前記第６誘電体膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第７誘電体膜とさらに有する。このように構成すれば、出射側共振器面からの剥離を抑制しながら、反射率の制御がさらに容易な端面コート膜を構成することができる。

上記窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、前記第１誘電体膜及び前記第２誘電体膜の各々の膜厚は、前記第３誘電体膜、前記第４誘電体膜、前記第５誘電体膜、前記第６誘電体膜及び前記第７誘電体膜の各々の膜厚より小さい。このように構成すれば、出射側共振器面に近い第１誘電体膜及び第２誘電体膜の応力を相対的に低減させることができる。これにより、熱エネルギーや光エネルギーが集中し、変質しやすい第１誘電体膜及び第２誘電体膜の剥離を抑制することができる。

上記窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、前記第２誘電体膜は、前記第１誘電体膜の膜厚以上の膜厚を有する。このように構成すれば、第１誘電体膜の膜厚を他の層の膜厚以下にすることができるので、他の層よりも相対的に応力が大きい窒化アルミニウムからなる第１誘電体膜の応力を低減することができるので、特に、第１誘電体膜と第２誘電体膜との間の密着性が向上し、端面コート膜の剥離を抑制することができる。

この発明の第２の局面による光装置は、窒化物系半導体レーザ素子と、前記窒化物系半導体レーザ素子の出射光を制御する光学系とを備え、前記窒化物系半導体レーザ素子は、発光層を含み、出射側共振器面と反射側共振器面とを有する窒化物系半導体からなる半導体素子層と、前記出射側共振器面上に形成された端面コート膜とを有し、前記端面コート膜は、前記出射側共振器面上に形成された窒化アルミニウムからなる第１誘電体膜と、前記第１誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第２誘電体膜と、前記第２誘電体膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第３誘電体膜と、前記第３誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第４誘電体膜と、前記第４誘電体膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第５誘電体膜とを有する。

この光装置に搭載されている窒化物系半導体レーザ素子は、上記構成を備えているので、端面コート膜の剥離が抑制され、安定性を向上することができる。その結果、この窒化物系半導体レーザ素子を用いることにより、光装置の安定性を向上させることができる。

本発明によれば、動作時における端面コート膜の剥離を抑制することにより、安定性に優れた窒化物系半導体レーザ素子を提供することができる。また、この窒化物系半導体レーザ素子を搭載することにより、安定性に優れた光装置を提供することができる。

窒化物系半導体レーザ素子１００の光出射方向（Ｌ方向）に平行な断面図である。窒化物系半導体レーザ素子１００の光出射方向と直交する断面図である。窒化物系半導体レーザ素子２００の共振器方向（Ｌ方向）に沿った断面図である。３波長半導体レーザ装置３１０を備えた光ピックアップ装置３００の構成を示した概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００の構造を説明するための断面図である。図１は、図２のＢ−Ｂ線に沿った窒化物系半導体レーザ素子１００の光出射方向（Ｌ方向）に平行な断面を示している。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った窒化物系半導体レーザ素子１００の光出射方向と直交する断面を示している。

窒化物系半導体レーザ素子１００は、約４０５ｎｍの発振波長を有しており、図１及び図２に示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１の上面（（０００１）Ｇａ面）上に形成された窒化物系半導体からなる半導体素子層２、半導体素子層２上に形成されたｐ側電極３及び基板１の下面（（０００１）Ｎ面）上に形成されたｎ側電極４を備えている。半導体素子層２には、レーザ光出射方向（Ｌ方向＝［１−１００］方向）に対して直交する一対の共振器端面（出射側共振器面２ａ及び反射側共振器面２ｂ）が形成されている。

出射側共振器面２ａと反射側共振器面２ｂとの距離（共振器長）は約３００μｍであり、また、出射側共振器面２ａ及び反射側共振器面２ｂ上には、それぞれ、複数の誘電体膜が積層された第１端面コート膜５及び第２端面コート膜６が形成されている。なお、第１端面コート膜５は、本発明の「端面コート膜」の一例である。

ここで、基板１は、約１００μｍの厚みを有し、約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有する酸素がドープされている。また、基板１の上面上に形成された半導体素子層２は、基板１側から順に形成されたｎ型バッファ層２０、ｎ型クラッド層２１、ｎ型キャリアブロック層２２、ｎ側光ガイド層２３、活性層２４、ｐ側光ガイド層２５、キャップ層２６、ｐ型クラッド層２７及びｐ側コンタクト層２８により構成されている。なお、本実施形態では、ｎ型キャリアブロック層２２、ｎ側光ガイド層２３、活性層２４、ｐ側光ガイド層２５及びキャップ層２６により本発明の「発光層」が構成されている。

ｎ型バッファ層２０、ｎ型クラッド層２１、ｎ型キャリアブロック層２２及びｎ側光ガイド層２３は、それぞれ、約１００ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ、約２μｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ、約５ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎ及び約１００ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮから構成されている。また、上記ｎ型の各層２０〜２２には、Ｇｅが約５×１０^１８ｃｍ^−３ドープされており、約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有している。

活性層２４は、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる４層の障壁層と、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎからなる３層の井戸層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有している。

ｐ側光ガイド層２５、キャップ層２６及びｐ側コンタクト層２８は、それぞれ、約１００ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮ、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎ及び約１０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎから構成されている。

ｐ型クラッド層２７は、Ｍｇが約４×１０^１９ｃｍ^−３ドープされ、約５×１０^１７ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなる。また、ｐ型クラッド層２７は、約８０ｎｍの厚みを有する平坦部２７ａと、約３２０ｎｍの高さ及び約１．５μｍの幅を有し、平坦部２７ａから突出した凸部２７ｂとを備えている。凸部２７ｂは、ストライプ状に形成されており、出射側共振器面２ａ及び反射側共振器面２ｂに対して垂直なＬ方向に延びている。また、ｐ側コンタクト層２８は、凸部２７ｂ上にのみ形成されており、ｐ型クラッド層２７の凸部２７ｂ及びｐ側コンタクト層２８からリッジ部２ｃが形成されている。なお、図２に示すように、リッジ部２ｃは、素子中央から一方の側面側に偏った位置に形成されており、窒化物系半導体レーザ素子１００は、左右非対称な断面形状を有している。また、ｐ型クラッド層２７の平坦部２７ａの上面上及びリッジ部２ｃの側面上には、約２５０ｎｍの厚みを有し、ＳｉＯ_２からなる電流狭窄層２９が形成されている。

半導体素子層２上には、電流狭窄層２９から露出されたｐ側コンタクト層２８上に形成されたｐ側オーミック電極３１と、ｐ側オーミック電極３１及び電流狭窄層２９上に形成されたｐ側パッド電極３２とからなるｐ側電極３が形成されている。ｐ側オーミック電極３１は、ｐ側コンタクト層２８側から順に形成された約１０ｎｍの厚みを有するＰｔ層及び約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層からなる。

また、ｐ側パッド電極３２は、ｐ側オーミック電極３１及び電流狭窄層２９側から順に形成された約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層及び約３μｍの厚みを有するＡｕ層からなる。また、ｐ型クラッド層２７の平坦部２７ａの上方には、ｐ側パッド電極３２のワイヤボンド部（図示せず）が形成されている。また、ｎ側電極４は、基板１の下面上に、基板１側から順に形成された、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層、約２０ｎｍの厚みを有するＰｄ層及び約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなる。

第１端面コート膜５は、出射側共振器面２ａ側から順に形成された約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層５１、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２（０≦ｘ＜１．５、０＜ｙ＜１、ｘ＜ｙ）、約３０ｎｍの厚みを有するＡｌ_２Ｏ_３層５３、約４０ｎｍの厚みを有するＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４（０≦ｘ＜１．５、０＜ｙ＜１、ｘ＜ｙ）及び約２８ｎｍの厚みを有するＡｌ_２Ｏ_３層５５からなる。

即ち、ＡｌＮ層５１は、出射側共振器面２ａに接して形成されている。ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２は、ＡｌＮ層５１の光出射側端面２ａとは反対側の表面に接して形成されている。Ａｌ_２Ｏ_３層５３は、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２のＡｌＮ層５１とは反対側の表面に接して形成されている。ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４は、Ａｌ_２Ｏ_３層５３のＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２とは反対側の表面に接して形成されている。Ａｌ_２Ｏ_３層５５は、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４のＡｌ_２Ｏ_３層５３とは反対側の表面に接して形成されている。なお、ＡｌＮ層５１、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２、Ａｌ_２Ｏ_３層５３、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４及びＡｌ_２Ｏ_３層５５は、それぞれ、本発明の「窒化アルミニウムからなる第１誘電体膜」、「酸窒化アルミニウムからなる第２誘電体膜」、「酸化アルミニウムからなる第３誘電体膜」、「酸窒化アルミニウムからなる第４誘電体膜」及び「酸化アルミニウムからなる第５誘電体膜」の一例である。

また、ＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２は、共に、上記発光層の配向と同じく、［０００１］方向に配向した多結晶の膜から構成されている。また、Ａｌ_２Ｏ_３層５３及び５５は、共に、アモルファスの膜から構成されている。

ここで、ＡｌＮ層５１の屈折率は２．０５１であり、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２及び５４の屈折率は１．９３３であり、Ａｌ_２Ｏ_３層５３よび５５の屈折率は１．６４９であって、上記構成により、第１端面コート膜５の反射率は、約２６％（λ＝４０５ｎｍ）に設定されている。

また、第２端面コート膜６は、反射側共振器面２ｂ側から順に形成された約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層６１、約１８０ｎｍの厚みを有するＡｌ_２Ｏ_３層６２、約４５ｎｍの厚みを有するＺｒＯ_２層６３、約６２ｎｍの厚みを有するＡｌ_２Ｏ_３層６４、約４５ｎｍの厚みを有するＺｒＯ_２層６５、約６２ｎｍの厚みを有するＡｌ_２Ｏ_３層６６及び約４５ｎｍの厚みを有するＺｒＯ_２層６７、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層６８からなる。

即ち、ＡｌＮ層６１は、反射側共振器面２ｂに接して形成されている。Ａｌ_２Ｏ_３層６２は、ＡｌＮ層６１の反射側共振器面２ｂとは反対側の表面に接して形成されている。ＺｒＯ_２層６３は、Ａｌ_２Ｏ_３層６２のＡｌＮ層６１とは反対側の表面に接して形成されている。Ａｌ_２Ｏ_３層６４は、ＺｒＯ_２層６３のＡｌ_２Ｏ_３層６２とは反対側の表面に接して形成されている。ＺｒＯ_２層６５は、Ａｌ_２Ｏ_３層６４のＺｒＯ_２層６３とは反対側の表面に接して形成されている。Ａｌ_２Ｏ_３層６６は、ＺｒＯ_２層６５のＡｌ_２Ｏ_３層６４とは反対側の表面に接して形成されている。ＺｒＯ_２層６７は、Ａｌ_２Ｏ_３層６６のＺｒＯ_２層６５とは反対側の表面に接して形成されている。ＡｌＮ層６８は、ＺｒＯ_２層６７のＡｌ_２Ｏ_３層６６とは反対側の表面に接して形成されている。

ここで、ＡｌＮ層６１及び６８の屈折率は２．０５１であり、Ａｌ_２Ｏ_３層６２、６４及び６６の屈折率は１．６４９であり、ＺｒＯ_２層６３、６５及び６７の屈折率は２．１５０であって、上記構成により、第２端面コート膜６の反射率は、約７４％（λ＝４０５ｎｍ）に設定されている。

また、上記構成によって、第１端面コート膜５の反射率は、第２端面コート膜６の反射率よりも小さく設定されているので、第１端面コート膜５側から出射されるレーザ光の強度は、第２端面コート膜６側から出射されるレーザ光の強度よりも大きくなるように構成されている。

この窒化物系半導体レーザ素子１００では、上記のように、ＡｌＮ層５１、Ａｌ_２Ｏ_３層５３及び５５の間にそれぞれＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２及び５４を形成しているので、Ａｌ_２Ｏ_３層５３及び５５中の酸素が脱離しにくく、また、他の層に拡散しにくい。これにより、各層の変質を低減することができるので、端面コート膜５の出射側共振器面２ａからの剥離を抑制することができるとともに、反射率が変化することも抑制することができる。

また、ＡｌＮ層５１上にＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２、Ａｌ_２Ｏ_３層５３、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４及びＡｌ_２Ｏ_３層５５が順次積層されており、各層が共通のアルミニウムを含有している。これにより、各層の密着性が高まり、端面コート膜５の剥離を抑制することができる。

また、第１端面コート膜５を多層構造とすることにより、各層の膜厚を小さくすることができるので、各層の応力を小さくすることができる。これにより、第１端面コート膜５全体の応力を小さくすることができるので、端面コート膜５の剥離を抑制することができる。

また、この窒化物系半導体レーザ素子１００では、出射側共振器面２ａ上にＡｌＮ層５１が形成されているので、窒化物系半導体からなる半導体素子層２に対して外部雰囲気やＡｌ_２Ｏ_３層５３及び５５から酸素が拡散することを抑制することができる。これにより、出射側共振器面２ａにおいて、レーザ光の吸収や発熱の原因となる非発光再結合準位が発生しにくくなるので、第１端面コート膜５における破壊的光学損傷（ＣＯＤ：ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌＤａｍａｇｅ）の発生を抑制することができる。

これらの結果、出射側共振器面２ａにおける端面コート膜５の反射率の変動を抑制することができるので、窒化物系半導体レーザ素子１００の安定性を向上させることができる。

また、ＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２の各々の膜厚は、Ａｌ_２Ｏ_３層５３、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４及びＡｌ_２Ｏ_３層５５の各々の膜厚より小さい。このように構成すれば、出射側共振器面２ａに近いＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２の応力を相対的に低減させることができる。これにより、熱エネルギーや光エネルギーが集中し、変質しやすいＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２の剥離を抑制することができる。

また、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２は、ＡｌＮ層５１の膜厚以上の膜厚を有している。即ち、ＡｌＮ層５１の膜厚を他の層の膜厚以下に設定されているので、他の層よりも相対的に応力が大きいＡｌＮ層５１の応力を低減することができる。これにより、特に、ＡｌＮ層５１とＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２との間の密着性が向上し、剥離を抑制することができる。

また、レーザ光の発振波長（４０５ｎｍ）に対する第１端面コート膜５の反射率は、２５％以上の値に設定されているので、出射側共振器面２ａに熱エネルギーや光エネルギーが集中することを抑制することができる。これにより、第１端面コート膜５の各層が変質しにくく、剥離を抑制することができる。

また、この窒化物系半導体レーザ素子１００では、出射側共振器面２ａと反射側共振器面２ｂとの距離は、３００μｍ以下の値に設定されているので、窒化物系半導体レーザ素子１００の温度が上昇しやすくなる。共振器長の短い窒化物系半導体レーザ素子では、光出射側の端面コート膜が変質しやすくなるが、この窒化物系半導体レーザ素子１００では、上記構成を備えた第１端面コート膜５を有しているので、第１端面コート膜５の変質及び剥離を効果的に抑制することができる。

また、ＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２は、共に、上記発光層の配向と同じく、［０００１］方向に配向した多結晶の膜から構成されているので、各層での密着性を高めることができる。これにより、上記発光層に近く、熱エネルギーや光エネルギーが集中し、変質しやすいＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２の剥離を抑制することができる。

また、Ａｌ_２Ｏ_３層５３及び５５は、共に、アモルファスの膜から構成されているので、ＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２が多結晶の膜となることにより大きくなった応力を緩和することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子２００の構造を説明するための断面図であって、窒化物系半導体レーザ素子２００のレーザ光出射方向（Ｌ方向）に平行な断面を示している。

ここで、窒化物系半導体レーザ素子２００では、出射側共振器面２ａ上の第１端面コート膜５の構成が、窒化物系半導体レーザ素子１００の第１端面コート膜５の構成と比べて、Ａｌ_２Ｏ_３層５３、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４及びＡｌ_２Ｏ_３層５５の膜厚を、それぞれ、約３３ｎｍ、約５６ｎｍ及び約６５ｎｍと変更している。また、Ａｌ_２Ｏ_３層５５のＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４とは反対側の表面に接して約１７ｎｍの厚みを有するＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５６（０≦ｘ＜１．５、０＜ｙ＜１、ｘ＜ｙ）が形成されているとともに、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５６のＡｌ_２Ｏ_３層５５とは反対側の表面に接して約３８ｎｍの厚みを有するＡｌ_２Ｏ_３層５７が形成されている。なお、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５６及びＡｌ_２Ｏ_３層５７は、それぞれ、本発明の「酸窒化アルミニウムからなる第６誘電体膜」及び「酸化アルミニウムからなる第７誘電体膜」の一例である。

また、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５６の屈折率は１．９３３であり、Ａｌ_２Ｏ_３層５７の屈折率は１．６４９であって、上記構成により、窒化物系半導体レーザ素子２００の第１端面コート膜５の反射率は、約３５％（λ＝４０５ｎｍ）に設定されている。以上の変更点以外は、窒化物系半導体レーザ素子２００は、窒化物系半導体レーザ素子１００と同様の構成を備えている。

窒化物系半導体レーザ素子２００では、第１端面コート膜５は、窒化物系半導体レーザ素子１００の第１端面コート膜５の構成に対して、さらに、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５６とＡｌ_２Ｏ_３層５７とを備えている。これにより、出射側共振器面２ａからの剥離を抑制しながら、反射率の制御がさらに容易な第１端面コート膜５を構成することができる。

また、ＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２の膜厚は、それぞれ、Ａｌ_２Ｏ_３層５３、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５４、Ａｌ_２Ｏ_３層５５、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５６及びＡｌ_２Ｏ_３層５７の膜厚より小さい。これにより、出射側共振器面２ａに近いＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２の応力を相対的に低減させることができるので、熱エネルギーや光エネルギーが集中し、変質しやすいＡｌＮ層５１及びＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層５２の剥離を抑制することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態による光ピックアップ装置３００の構成を説明するための構成図である。なお、光ピックアップ装置３００は、本発明の「光装置」の一例である。

光ピックアップ装置３００は、図１２に示すように、３波長半導体レーザ装置３１０と、３波長半導体レーザ装置３１０から出射されたレーザ光を調整する光学系３２０と、レーザ光を受光する光検出部３３０とを備えている。

３波長半導体レーザ装置３１０には、上記窒化物系半導体レーザ素子２００と、約６５０ｎｍの波長を有する赤色光及び約７８０ｎｍの波長を有する赤外光のレーザ光を出射する赤色／赤外２波長半導体レーザ素子（図示せず）とが搭載されており、３つの波長のレーザ光を別々に出射することができる。

光学系３２０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２１、コリメータレンズ３２２、ビームエキスパンダ３２３、λ／４板３２４、対物レンズ３２５、シリンドリカルレンズ３２６及び光軸補正素子３２７を有している。ＰＢＳ３２１は、３波長半導体レーザ装置３１０から出射されるレーザ光を全透過するとともに、光ディスクＤＩから帰還するレーザ光を全反射する。コリメータレンズ３２２は、ＰＢＳ３２１を透過した３波長半導体レーザ装置３１０からのレーザ光を平行光に変換する。ビームエキスパンダ３２３は、凹レンズ、凸レンズ及びアクチュエータ（図示せず）から構成されている。アクチュエータは後述するサーボ回路からのサーボ信号に応じて、凹レンズ及び凸レンズの距離を変化させることにより、３波長半導体レーザ装置３１０から出射されたレーザ光の波面状態を補正する機能を有している。

λ／４板３２４は、コリメータレンズ３２２によって略平行光に変換された直線偏光のレーザ光を円偏光に変換する。また、λ／４板３２４は光ディスクＤＩから帰還する円偏光のレーザ光を直線偏光に変換する。この場合の直線偏光の偏光方向は、３波長半導体レーザ装置３１０から出射されるレーザ光の直線偏光の方向に直交する。これにより、光ディスクＤＩから帰還するレーザ光は、ＰＢＳ３２１によって略全反射される。対物レンズ３２５は、λ／４板３２４を透過したレーザ光を光ディスクＤＩの表面（記録層）上に収束させる。なお、対物レンズ３２５は、対物レンズアクチュエータ（図示せず）により、後述するサーボ回路からのサーボ信号（トラッキングサーボ信号、フォーカスサーボ信号及びチルトサーボ信号）に応じて、フォーカス方向、トラッキング方向及びチルト方向に移動可能にされている。

ＰＢＳ３２１により全反射されるレーザ光の光軸に沿うように、シリンドリカルレンズ３２６、光軸補正素子３２７及び光検出部３３０が配置されている。シリンドリカルレンズ３２６は、入射されるレーザ光に非点収差作用を付与する。光軸補正素子３２７は、回折格子により構成されており、シリンドリカルレンズ３２６を透過した青紫色、赤色及び赤外の各レーザ光の０次回折光のスポットが後述する光検出部３３０の検出領域上で一致するように配置されている。

光検出部３３０は、受光したレーザ光の強度分布に基づいて再生信号を出力する。ここで、光検出部３３０は再生信号とともに、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号及びチルトエラー信号が得られるように所定のパターンの検出領域を有する。このようにして、３波長半導体レーザ装置３１０を備えた光ピックアップ装置３００が構成される。

３波長半導体レーザ装置３１０から出射されたレーザ光は、上記のように、ＰＢＳ３２１、コリメータレンズ３２２、ビームエキスパンダ３２３、λ／４板３２４、対物レンズ３２５、シリンドリカルレンズ３２６及び光軸補正素子３２７により調整された後、光検出部３３０の検出領域上に照射される。

ここで、光ディスクＤＩに記録されている情報を再生する場合には、光ディスクＤＩの種類に応じて選択された窒化物系半導体レーザ素子２００及び赤色／赤外２波長半導体レーザ素子から出射されるレーザパワーが一定になるように制御しながら、光ディスクＤＩの記録層にレーザ光を照射するとともに、光検出部３３０から出力される再生信号を得ることができる。また、同時に出力されるフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号及びチルトエラー信号により、ビームエキスパンダ３２３のアクチュエータと対物レンズ３２５を駆動する対物レンズアクチュエータとを、それぞれ、フィードバック制御することができる。

また、光ディスクＤＩに情報を記録する場合には、光ディスクＤＩの種類に応じて選択された窒化物系半導体レーザ素子２００及び赤色／赤外２波長半導体レーザ素子から出射されるレーザパワーを記録すべき情報に基づいて制御しながら、光ディスクＤＩにレーザ光を照射する。これにより、光ディスクＤＩの記録層に情報を記録することができる。また、上記同様、光検出部３３０から出力されるフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号及びチルトエラー信号により、ビームエキスパンダ３２３のアクチュエータと対物レンズ３２５を駆動する対物レンズアクチュエータとを、それぞれ、フィードバック制御することができる。

このようにして、３波長半導体レーザ装置３１０を備えた光ピックアップ装置３００を用いて、光ディスクＤＩへの記録及び再生を行うことができる。

光ピックアップ装置３００の３波長半導体レーザ装置３１０では、上記窒化物系半導体レーザ素子２００を備えているので、安定性及び信頼性を向上させることができる。光ピックアップ装置３００のその他の効果については、窒化物系半導体レーザ素子２００と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子の共振器長は３００μｍであったが、本発明はこれに限らず、より共振器長が長くてもよい。

また、上記実施形態では、ＡｌＮ層５１は発光層と同じく［０００１］方向に配向した多結晶である例を示したが、本発明はこれに限らず、別の方向に配向していてもよく、あるいはアモルファスや微結晶であってもよい。

また、上記実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３層５３及び５５はアモルファスである例を示したが、本発明はこれに限らず、多結晶や微結晶であってもよい。

また、上記実施形態では、リッジ部２ｃが［１−１００］方向に延びるようにｎ型（０００１）面ＧａＮ基板１の主表面上に半導体素子層２を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ａ面（（１１−２０）面）やｍ面（（１−１００）面）などの面方位からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に半導体素子層を形成して窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。特に、ａ面やｍ面などの非極性面からなる主表面上に半導体素子層を形成した場合、半導体素子層には［０００１］方向に沿って延びるリッジ部が形成されるとともに、半導体素子層のｃ面（（０００１）面及び（０００−１）面）を共振器端面とすることができる。なお、ｎ型ＧａＮ基板のａ面やｍ面上に半導体素子層を結晶成長させることにより、活性層に発生するピエゾ電場をより一層低減させることができるので、発光効率がより向上された窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。また、上記ｃ面からなる主表面上に半導体素子層を形成した場合、たとえば、半導体素子層に［１１−２０］方向に沿って延びるリッジ部を形成することも可能であり、この場合、半導体素子層の（１１−２０）面及び（−１−１２０）面を共振器端面とすることができる。また、上記ｃ面からなる主表面上に半導体素子層を形成した場合、半導体素子層に［１−１００］方向に沿って延びるリッジ部を形成することも可能であり、この場合、半導体素子層の（１−１００）面及び（−１１００）面を共振器端面とすることができる。

また、上記第３実施形態では、３波長半導体レーザ装置３１０を用いた光ディスク装置の例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体レーザ素子のみを搭載した光ディスク装置であってもよい。

また、上記第３実施形態では、光ディスク装置を用いた例を示したが、本発明の光装置はこれに限らず、本発明の窒化物系半導体レーザ素子を搭載した光ピックアップや、赤色半導体レーザ素子及び緑色半導体レーザ素子を搭載したＲＧＢ３波長半導体レーザ装置を用いたプロジェクタや表示装置であってもよい。

また、本発明では、第２端面コート膜６の構成については、ＡｌＯ_ｘＮ_ｙやＳｉＯ_２、Ｈｆ_２Ｏ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５及びＴｉＯ_２等の他の材料からなる誘電体層も含めて、適宜選択して多層構造を形成することができる。

１基板
２半導体素子層
２ａ出射側共振器面
２ｂ反射側共振器面
２０ｎ型バッファ層
２１ｎ型クラッド層
２２ｎ型キャリアブロック層（発光層）
２３ｎ側光ガイド層（発光層）
２４活性層（発光層）
２５ｐ側光ガイド層（発光層）
２６キャップ層（発光層）
２７ｐ型クラッド層
２８ｐ側コンタクト層
５第１端面コート膜（端面コート膜）
５１ＡｌＮ層（窒化アルミニウムからなる第１誘電体膜）
５２ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層（酸窒化アルミニウムからなる第２誘電体膜）
５３Ａｌ_２Ｏ_３層（酸化アルミニウムからなる第３誘電体膜）
５４ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層（酸窒化アルミニウムからなる第４誘電体膜）
５５Ａｌ_２Ｏ_３層（酸化アルミニウムからなる第５誘電体膜）
５６ＡｌＯ_ｘＮ_ｙ層（酸窒化アルミニウムからなる第６誘電体膜）
５７Ａｌ_２Ｏ_３層（酸化アルミニウムからなる第７誘電体膜）
６第２端面コート膜

Claims

発光層を含み、出射側共振器面と反射側共振器面とを有する窒化物系半導体からなる半導体素子層と、
前記出射側共振器面上に形成された端面コート膜とを備え、
前記端面コート膜は、前記出射側共振器面上に接して形成された窒化アルミニウムからなる第１誘電体膜と、前記第１誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第２誘電体膜と、前記第２誘電体膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第３誘電体膜と、前記第３誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第４誘電体膜と、前記第４誘電体膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第５誘電体膜とを有する、窒化物系半導体レーザ素子。
前記端面コート膜は、前記第５誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第６誘電体膜と、前記第６誘電体膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第７誘電体膜とさらに有する、請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
前記第１誘電体膜及び前記第２誘電体膜の各々の膜厚は、前記第３誘電体膜、前記第４誘電体膜、前記第５誘電体膜、前記第６誘電体膜及び前記第７誘電体膜の各々の膜厚より小さい、請求項２に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
前記第２誘電体膜は、前記第１誘電体膜の膜厚以上の膜厚を有する、請求項３に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
窒化物系半導体レーザ素子と、前記窒化物系半導体レーザ素子の出射光を制御する光学系とを備え、
前記窒化物系半導体レーザ素子は、発光層を含み、出射側共振器面と反射側共振器面とを有する窒化物系半導体からなる半導体素子層と、前記出射側共振器面上に形成された端面コート膜とを有し、
前記端面コート膜は、前記出射側共振器面上に形成された窒化アルミニウムからなる第１誘電体膜と、前記第１誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第２誘電体膜と、前記第２誘電体膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第３誘電体膜と、前記第３誘電体膜上に形成された酸窒化アルミニウムからなる第４誘電体膜と、前記第４誘電体膜上に形成された酸化アルミニウムからなる第５誘電体膜とを有する、光装置。