JP3290646B2 - 半導体レーザ素子、その製造方法及び光ディスク装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理分野へ
の応用が期待される半導体レーザ素子及びその製造方法
並びに半導体レーザ素子を発光部に用いた光ディスク装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体レーザ素子におけるレー
ザ光の共振器端面には、端面反射膜が設けられている。
なかでも、レーザ光の出射面と対向する後方端面である
反射端面は、高い反射率が要求されるため、膜厚がλ／
４ｎ₁ の低屈折率膜と膜厚がλ／４ｎ₂ の高屈折率膜と
を交互に積層してなる高反射率の端面反射膜が形成され
る。ここで、λはレーザ光の発振波長を表わし、ｎ₁ は
低屈折率膜の波長λにおける屈折率を表わし、ｎ₂ は高
屈折率膜の波長λにおける屈折率を表わしている。

【０００３】端面反射膜を構成する低屈折率膜と高屈折
率膜とには、レーザ光の波長におけるそれぞれの吸収係
数が十分に小さいことが要求される。そのため、端面反
射膜を構成する低屈折率膜には、可視光領域及び紫外線
領域を含む広い帯域で吸収係数が小さい酸化シリコン
（ＳｉＯ₂ ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）が用
いられている。一方、端面反射膜を構成する高屈折率膜
には、レーザ光の波長により種々の誘電体材料が用いら
れている。

【０００４】例えば、波長が約７８０ｎｍのレーザ光を
出力するヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）か
らなる赤外又は赤色半導体レーザ素子には、その高屈折
率膜としてアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）が用いら
れている。ここで、アモルファスシリコンの波長７８０
ｎｍの光に対する吸収係数の値は４×１０⁴ ｃｍ^-1であ
る。

【０００５】また、この赤外又は赤色半導体レーザ素子
の光ディスク装置分野への応用例として、規格の４倍の
速度で且つ１回のみの書き込みが可能な４倍速ＣＤ−Ｒ
（ＣＤ−ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）用レーザ素子が挙げら
れる。４倍速ＣＤ−Ｒ用レーザ素子には、後方端面の端
面反射膜として酸化シリコンとアモルファスシリコンと
が組をなす積層膜が用いられている。例えば、２組（周
期）分の酸化シリコンとアモルファスシリコンとから端
面反射膜を構成することにより、反射率を９５％とする
ことができる。

【０００６】この端面反射膜を用いて、デューティ比が
５０％のパルス駆動時で１００ｍＷ、また、連続（Ｃｏ
ｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ：ＣＷ）駆動時で８０ｍＷ
の光出力を持つ４倍速ＣＤ−Ｒ用レーザ素子が実現され
ている。

【０００７】一方、波長が約６５０ｎｍのレーザ光を出
力する燐化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａ
ＩｎＰ）からなる赤色半導体レーザ素子の高屈折率膜に
は、アモルファスシリコンの代わりに、酸化チタン（Ｔ
ｉＯ₂ ）が用いられている。アモルファスシリコンを用
いない理由は、波長が６５０ｎｍ付近の光に対するアモ
ルファスシリコンの吸収係数が大きいため、これを端面
反射膜に用いた場合には、アモルファスシリコン層にお
ける光吸収が大きくなる。この光吸収に伴う温度上昇に
より、レーザ素子における共振器端面近傍の結晶性が劣
化して、素子の信頼性が低下するからである。

【０００８】そこで、波長が約６５０ｎｍの赤色半導体
レーザ素子には、端面反射膜として、酸化シリコンと比
べて屈折率が十分に大きく且つ吸収係数もアモルファス
シリコンよりも小さい酸化チタンを用いている。アモル
ファスシリコンの波長６５０ｎｍの光に対する吸収係数
の値が１×１０⁵ ｃｍ^-1であるのに対し、酸化チタンの
波長６５０ｎｍの光に対する吸収係数の値は２ｃｍ^-1で
ある。

【０００９】また、現在開発が進められている発振波長
が約４００ｎｍの青紫色半導体レーザ素子においても、
端面反射膜として酸化シリコンと酸化チタンとからなる
積層膜が用いられている。例えば、窒化アルミニウムイ
ンジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）からなる半導体レ
ーザ素子の端面反射膜として、酸化シリコンと酸化チタ
ンとからなる積層膜を用いた半導体レーザ素子が、Jpn.
J. Appl. Phys. Vol.38 (1999) pp. L184-L186に報告
されている。なお、酸化チタンの波長４００ｎｍの光に
対する吸収係数の値は２４００ｃｍ^-1である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年、光ディスク装置
用の半導体レーザ素子には、光ディスクへの記録速度の
向上を図るための高出力化と、記録密度の向上を図るた
めの短波長化とが要求されている。

【００１１】しかしながら、従来の発振波長が約７８０
ｎｍの赤外又は赤色半導体レーザ素子に用いられている
酸化シリコンとアモルファスシリコンとの積層体からな
る端面反射膜や、発振波長が約６５０ｎｍの赤色半導体
レーザ素子に用いられている酸化シリコンと酸化チタン
との積層体からなる端面反射膜は、レーザ素子の高出力
化に対応することができないという問題がある。

【００１２】また、発振波長が約４００ｎｍの青紫色半
導体レーザ素子にも用いられている酸化シリコンと酸化
チタンとの積層体からなる端面反射膜は、レーザ素子の
短波長化に対応することができないという問題もある。

【００１３】これは、各半導体レーザ素子の出射光にお
ける高屈折率膜における光の吸収係数が十分に小さいと
はいえないため、レーザ素子の高出力化を図ると、高屈
折率膜の光吸収による温度上昇が顕著となって、半導レ
ーザ素子、特に活性領域における共振器端面の近傍部分
の結晶構造が劣化するからである。

【００１４】同様に、発振波長を４００ｎｍ以下とする
ような短波長化を図る場合に、従来の酸化シリコンとの
積層膜からなる端面反射膜では対応が困難となる。これ
は、酸化チタンの吸収係数が短波長の領域では大きく増
大するためである。

【００１５】本発明は、前記従来の問題を解決し、半導
体レーザ素子の高出力化又は短波長化に対応できる端面
反射膜を得られるようにすることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、半導体レーザ素子の端面反射膜を構成す
る高屈折率膜に酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）を用いる構成と
する。

【００１７】具体的に、本発明に係る第１の半導体レー
ザ素子は、複数の半導体層により形成された共振器と、
共振器の端面に形成された酸化ニオブを含む反射膜とを
備えている。

【００１８】第１の半導体レーザ素子によると、共振器
の端面に形成された反射膜に例えば酸化チタンよりも光
の吸収係数が小さい酸化ニオブを含むため、レーザ光の
吸収が酸化チタンの場合よりも少なくなるので、該反射
膜の温度上昇が抑制される。このため、半導体層におけ
る共振器の端面近傍部分の結晶構造の劣化を防止できる
ので、レーザ素子の高出力化又は短波長化が可能とな
る。

【００１９】本発明に係る第２の半導体レーザ素子は、
複数の半導体層により形成された共振器と、共振器の端
面に形成され、第１の誘電体層及び屈折率が第１の誘電
体層よりも大きい第２の誘電体層を含む反射膜とを備
え、第２の誘電体層は酸化ニオブからなる。

【００２０】第２の半導体レーザ素子によると、第１の
半導体レーザ素子と同様の効果を得られる上に、反射膜
が酸化ニオブからなる高屈折率膜と酸化ニオブよりも屈
折率が小さい第１の誘電体層とから構成されているた
め、反射率を確実に高めることができる。

【００２１】本発明に係る第３の半導体レーザ素子は、
複数の半導体層により形成された共振器と、共振器の端
面に形成され、第１の誘電体層及び屈折率が第１の誘電
体層よりも大きい第２の誘電体層を交互に積層してなる
反射膜とを備え、少なくとも共振器の端面側に位置する
第２の誘電体層は酸化ニオブからなる。

【００２２】第３の半導体レーザ素子によると、第２の
半導体レーザ素子における反射膜が積層されているた
め、反射率がより一層向上する。さらに、発振波長が赤
色領域のレーザ素子の場合には、反射膜における共振器
の端面と反対側、すなわち外側に位置する第２の誘電体
層に酸化ニオブよりも高屈折率の誘電体、例えば酸化チ
タン等を用いると、酸化チタンの吸収係数も赤色領域に
おいてはそれ程大きくないため、反射膜の反射率を大き
くできる。

【００２３】第２又は第３の半導体レーザ素子におい
て、第１の誘電体層が酸化シリコン又は酸化アルミニウ
ムからなることが好ましい。

【００２４】第１〜第３の半導体レーザ素子において、
共振器の発振波長が約４００ｎｍか又は４００ｎｍより
も短いことが好ましい。

【００２５】第１〜第３の半導体レーザ素子において、
複数の半導体層がIII-Ｖ族窒化物半導体からなることが
好ましい。

【００２６】本発明に係る第１の半導体レーザ素子の製
造方法は、基板の上に複数の半導体層を順次成長させる
ことにより、共振器構造を形成する工程と、複数の半導
体層が成長した基板を劈開又はエッチングすることによ
り複数の半導体層から共振器端面を露出する工程と、露
出した共振器端面の上に、酸化ニオブを含む反射膜を形
成する工程とを備えている。

【００２７】第１の半導体レーザ素子の製造方法による
と、複数の半導体層が成長した基板を劈開又はエッチン
グすることにより、該複数の半導体層から共振器端面を
露出し、露出した共振器端面の上に酸化ニオブを含む反
射膜を形成するため、本発明の第１の半導体レーザ素子
を実現できる。

【００２８】第１の半導体レーザ素子の製造方法におい
て、反射膜を形成する工程が、反射膜を、屈折率が酸化
ニオブよりも小さい第１の誘電体層と、酸化ニオブから
なる第２の誘電体層とを含む積層構造とする工程を含む
ことが好ましい。このようにすると、本発明の第２又は
第３の半導体レーザ素子を実現できる。

【００２９】第１の半導体レーザ素子の製造方法におい
て、反射膜をスパッタ法又は反応性スパッタ法により形
成することが好ましい。

【００３０】第１の半導体レーザ素子の製造方法におい
て、複数の半導体層がIII-Ｖ族窒化物半導体からなるこ
とが好ましい。

【００３１】本発明に係る光ディスク装置は、半導体レ
ーザ素子を含む発光部と、発光部から出射されたレーザ
光をデータが記録された記録媒体上に集光する集光光学
部と、記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する
光検出部とを備え、半導体レーザ素子は、複数の半導体
層により形成された共振器と、共振器の端面に形成され
た酸化ニオブを含む反射膜とを有している。

【００３２】本発明の光ディスク装置によると、発光部
を構成する半導体レーザ素子が、共振器の端面に形成さ
れた酸化ニオブを含む反射膜を有しているため、発光部
が半導体レーザ素子の高出力化又は短波長化に対応する
ことができるようになる。

【００３３】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００３４】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導
体レーザ素子であって、発振波長が約４００ｎｍの青紫
色半導体レーザ素子を示している。

【００３５】図１に示すように、半導体レーザ素子１０
には、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる障壁層
と窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる井戸
層とにより構成される量子井戸活性層１１が少なくとも
ｎ型とｐ型の各窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａ
Ｎ）からなる光ガイド層に上下方向から挟まれてなる共
振器１２が形成されている。

【００３６】共振器１２におけるレーザ光１００の出射
端面１０ａと反対側の反射端面１０ｂには、端面反射膜
１３が設けられている。

【００３７】端面反射膜１３は、共振器１２の端面側か
ら順次形成された、第１の誘電体層としての酸化シリコ
ン（ＳｉＯ₂ ）からなる低屈折率膜１３ａと、第２の誘
電体層としての酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）からなる高屈折
率膜１３ｂとにより構成される単位反射膜１３０を複数
含むように構成されている。

【００３８】低屈折率膜１３ａ及び高屈折率膜１３ｂの
膜厚、並びに単位反射膜１３０の数は、半導体レーザ素
子の仕様によってそれぞれ適当な値を設定することがで
きる。例えば、膜厚が約６８ｎｍの酸化シリコンと膜厚
が約４０ｎｍの酸化ニオブとからなる単位反射膜１３０
を３組分形成することにより、端面反射膜１３に約９
３．９％の反射率を得ることができる。

【００３９】ここで、発振波長が約４００ｎｍのレーザ
光に対する反射膜の高屈折率膜１３ｂに、従来のように
酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）を用いても、酸化ニオブの場合
と同程度の反射率を得ることは可能である。

【００４０】しかしながら、第１の実施形態は、端面反
射膜１３の高屈折率膜１３ｂに酸化ニオブを用いている
ため、酸化ニオブの光の吸収係数が酸化チタンよりも小
さいので、共振器１３の端面近傍の温度上昇を抑制でき
る。その結果、量子井戸活性層１１及びその周辺部の結
晶性が劣化しにくくなり、半導体レーザ素子の高出力化
が可能となる。なお、活性層を量子井戸構造としたが、
必ずしも量子井戸構造を採る必要はない。

【００４１】さらに、高出力化とは別に、発振波長が４
００ｎｍ以下の紫外領域にまで短波長化を進める場合で
あっても、紫外半導体レーザ素子用の端面反射膜１３に
酸化シリコンと酸化チタンとからなる単位反射膜１３０
を用いると、酸化チタンの光吸収によって半導体レーザ
素子に劣化が生じる。一方、第１の実施形態において
は、紫外領域であっても、光の吸収係数が酸化チタンよ
りも酸化ニオブの方が小さいため、短波長化による素子
の劣化をも低減できる。

【００４２】また、酸化ニオブは、外部から侵入する水
又は水素等が、レーザ素子の内部に拡散するのを防止す
る保護膜としても機能する。発振波長に約４００ｎｍの
青紫色光を得られる半導体材料として有望視されている
III-Ｖ族窒化物半導体は、特に水素によって電気的特性
が劣化しやすいという性質を有しているが、本実施形態
に係る半導体レーザ素子は、共振器端面の一方が水素の
侵入を防ぐ酸化ニオブにより覆われているため、外部か
らの水素等の不純物拡散による半導体レーザ素子の劣化
を防止できる。

【００４３】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明す
る。

【００４４】図２は本発明の第１の実施形態に係る半導
体レーザ素子の製造方法であって、スパッタ法による端
面反射膜の製造方法を模式的に示している。ここでは、
スパッタ成膜装置として、例えばマグネトロンスパッタ
リング装置を用いる。

【００４５】まず、成膜装置の概略構成を説明する。

【００４６】図２に示すように、マグネトロンスパッタ
リング装置２０は、壁面の上部に設けられたガス導入口
２１と該ガス導入口２１と対向する壁面の下部に設けら
れた排気口２２とを持つ成膜室２３を有している。

【００４７】成膜室２３の底部には陽極２４が設置され
ており、陽極２４上には、成膜対象であるレーザ素子形
成体１０Ａが各共振器１２の反射端面１０ｂを上方に向
けて保持されている。ここで、レーザ素子形成体１０Ａ
は、あらかじめ複数の共振器１２が形成された短冊状の
半導体ウエハであって、共振器長方向とほぼ垂直な方向
で劈開されて、反射端面１０ｂを露出している。

【００４８】成膜室２３の上部には、酸化ニオブ（Ｎｂ
₂Ｏ₅）からなる板状のターゲット材２５が陽極２４と対
向するように保持された平板型マグネトロン電極２６が
設けられている。これにより、レーザ素子形成体１０Ａ
の露出した反射端面１０ｂはターゲット材２５と対向す
る。

【００４９】次に、成膜方法を説明する。

【００５０】まず、減圧された成膜室２３に、ガス導入
口２１からアルゴン（Ａｒ）を主成分とするプラズマ生
成用ガスを導入する。続いて、ターゲット材２５に高周
波電力を印加して、ターゲット材２５の表面近傍にプラ
ズマを発生させる。このとき、ターゲット材２５に衝突
するアルゴンイオンによって、ターゲット材２５の表面
がスパッタリングされることにより、陽極２４上に保持
されたレーザ素子形成体１０Ａの反射端面１０ｂ上に誘
電体膜が成膜される。第１の実施形態においては、一例
として、酸化シリコンからなる低屈折率膜１３ａと酸化
ニオブからなる高屈折率膜１３ｂとにより構成される単
位反射膜１３０を３組分形成する。

【００５１】なお、低屈折率膜１３ａは、ターゲット材
２５をシリコン（Ｓｉ）とし、プラズマ生成用ガスをア
ルゴン（Ａｒ）とし且つ反応性ガスを酸素（Ｏ₂ ）とす
る反応性スパッタ法を用いる。

【００５２】一方、高屈折率膜１３ｂは、酸化ニオブか
らなるターゲット材２５をアルゴンイオンによってスパ
ッタリングする場合には、成膜される酸化ニオブの酸素
の組成が化学量論比よりも小さくなりやすい。従って、
酸化ニオブの酸素の欠損を防止するために、成膜時の導
入ガスとしてアルゴンガスと共に酸素ガスを供給するこ
とが望ましい。

【００５３】本実施形態においては、アルゴンの供給量
を約１０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃ
ｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）とし、酸
素の供給量を約４０ｓｃｃｍとしている。また、成膜中
の成膜室２３の圧力を約０．１Ｐａとし、高周波電力を
１ｋＷ程度に設定している。これらの条件により、約８
ｎｍ／ｍｉｎの堆積速度で且つほとんど酸素の欠損がな
い酸化ニオブからなる高屈折率膜１３ｂを形成すること
ができる。

【００５４】なお、高屈折率膜１３ｂの生成用のターゲ
ット材２５に酸化ニオブを用いたが、これに代えて、金
属ニオブ（Ｎｂ）をターゲット材２５とし、酸素ガスを
反応性ガスとする反応性スパッタ法により成膜してもよ
い。

【００５５】また、端面反射膜１３の成膜は、酸化シリ
コンからなる低屈折率膜１３ａと酸化ニオブからなる高
屈折率膜１３ｂとの界面汚染を防止するため、真空一環
プロセスにより形成することが望ましい。このために
は、酸化シリコン用の成膜室と酸化ニオブ用の成膜室と
を備えたマルチチャンバ構成のスパッタ装置、又は１つ
の成膜室に酸化シリコンの原料と酸化ニオブの原料とを
有するマルチソース構成のスパッタ装置を用いることが
望ましい。

【００５６】このように、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）は、
比較的簡単に低光吸収で且つ高屈折率の誘電体膜を形成
できるため、青紫色半導体レーザ素子に限らず、赤色半
導体レーザ素子等の他の波長領域のレーザ光を出力する
レーザ素子にも容易に適用できる。

【００５７】図３（ａ）及び図３（ｂ）は分光エリプソ
メータによる評価結果であって、第１の実施形態に係る
酸化ニオブからなる高屈折率膜の光の吸収係数及び屈折
率の波長分散を、比較用であって反応性スパッタ法によ
る酸化チタンからなる高屈折率膜とそれぞれ対比させて
示している。

【００５８】図３（ａ）に示すように、実線で示す酸化
ニオブの吸収係数は、波長が短くなるにつれて単調に増
加するものの、破線で示す酸化チタンと比較すると、そ
の値は大幅に小さいことが分かる。例えば、４００ｎｍ
の波長における吸収係数を比較すると、酸化チタンが２
４００ｃｍ^-1であるのに対し、酸化ニオブは１０９ｃｍ
^-1を示している。

【００５９】一方、図３（ｂ）に示すように、酸化ニオ
ブの屈折率は波長が短くなるにつれて単調に増加する
が、酸化チタンと比較すると若干小さい値を示してい
る。このように、屈折率は、酸化チタンの方が酸化ニオ
ブよりも大きい値を示しており、例えば、４００ｎｍの
波長における屈折率を比較すると、酸化チタンが２．９
５であるのに対し、酸化ニオブは２．５２を示してい
る。

【００６０】一般に、光吸収に伴うレーザ素子の劣化が
問題となるのは、光の吸収係数の値が１０³ ｃｍ^-1〜１
０⁴ ｃｍ^-1以上の場合である。吸収係数の値が１０⁴ ｃ
ｍ^-1以下の領域を端面反射膜１３の材料として使用可能
な波長領域であるとすると、酸化チタンの場合は約３７
０ｎｍ以下の波長には対応できないのに対し、酸化ニオ
ブの場合は３４０ｎｍ付近まで対応可能であることが分
かる。

【００６１】なお、図３（ｂ）に示すように、酸化ニオ
ブの屈折率は酸化チタンの屈折率と比べて若干小さい値
ではあるが、低屈折率膜１３ａを構成する酸化シリコン
（ＳｉＯ₂ ）の屈折率と比べて十分に大きい値であるた
め、酸化シリコンと酸化ニオブとからなる単位反射膜１
３０を用いることにより、端面反射膜１３に十分な反射
率を得ることができる。

【００６２】図４は第１の実施形態に係る半導体レーザ
素子の端面反射膜における波長が４００ｎｍの光に対す
る反射率の膜厚依存性を示している。ここでは、膜厚が
λ／４ｎ₁ により決定される約６８ｎｍの酸化シリコン
からなる低屈折率膜１３ａと、膜厚がλ／４ｎ₂ により
決定される約４０ｎｍの酸化ニオブからなる高屈折率膜
１３ｂとにより構成される単位反射膜１３０を３組分積
層することにより、反射率が約９３．９％となる端面反
射膜１３を得ている。ここで、λは４００ｎｍであり、
ｎ₁ は酸化シリコンの波長４００ｎｍにおける屈折率で
あり、ｎ₂ は酸化ニオブの波長４００ｎｍにおける屈折
率である。

【００６３】なお、第１の実施形態においては、酸化ニ
オブの成膜方法として、マグネトロンスパッタ装置を用
いたが、これに限らず、ＥＣＲスパッタ装置、高周波ス
パッタ装置又はヘリコンスパッタ装置等を用いてもよ
い。

【００６４】また、低屈折率膜１３ａと高屈折率膜１３
ｂとからなる単位反射膜１３０は、端面側に低屈折率膜
１３ａを設けると、該低屈折率膜１３ａと接する半導体
層との間で屈折率に差が生じて、反射率が大きくなる。
しかしながら、反射率は低下するものの、端面側に高屈
折率膜１３ｂを設ける構成、又は単位反射膜１３０の外
側の膜を１組の膜の一方のみで終わらせる構成、すなわ
ち端面側と外側との双方に低屈折率膜１３ａ若しくは高
屈折率膜１３ｂを設ける構成であっても、本発明の効果
を損なうことはない。

【００６５】また、低屈折率膜１３ａには酸化シリコン
を用いたが、これに代えて、酸化アルミニウム（Ａｌ₂
Ｏ₃）を用いてもよい。

【００６６】また、共振器１２における反射端面１０ｂ
と反対側の出射端面１０ａにも、保護膜として、低屈折
率である酸化シリコン又は酸化アルミニウムを設けても
よい。

【００６７】 また、発振波長が約４００ｎｍの青紫色
半導体レーザ素子の半導体材料に窒化ガリウムを主な組
成とするIII-Ｖ族窒化物半導体を用いたが、これに限ら
れず、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）
又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等のII−VI族化合物半導体を用
いてもよい。

【００６８】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について説明する。

【００６９】前述の第１の実施形態においては、短波長
化に対応できる高反射率膜に酸化ニオブを用いたが、第
２の実施形態においては、発振波長が赤外から赤色の長
波長の半導体レーザ素子の高出力化に対応できるように
する。

【００７０】例えば、規格の１６倍の速度で且つ１回の
書き込みが可能な１６倍速ＣＤ−Ｒ用レーザ素子におい
ては、デューティ比が５０％のパルス駆動時で１５０ｍ
Ｗ、また、ＣＷ駆動時で１１０ｍＷの光出力が要求され
ており、従来の酸化シリコンからなる低屈折率膜とアモ
ルファスシリコンからなる高屈折率膜とから構成される
端面反射膜では十分な信頼性を得ることができない。

【００７１】そこで、第２の実施形態においては、端面
反射膜に用いる第１の誘電体層と第２の誘電体層とをそ
れぞれ酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）と酸化ニオブ（Ｎｂ₂
Ｏ₅）とにより構成することによって、１６倍速ＣＤ−
Ｒ用の赤外又は赤色半導体レーザ素子の長期信頼性を得
られるようになる。

【００７２】図５は本発明の第２の実施形態に係る半導
体レーザ素子であって、発振波長が約７８０ｎｍの赤外
又は赤色半導体レーザ素子を示している。

【００７３】図５に示すように、半導体レーザ素子３０
には、例えば、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡ
ｓ）からなる障壁層とヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からな
る井戸層とにより構成される量子井戸活性層３１が少な
くともｎ型とｐ型の各ヒ化アルミニウムガリウム（Ａｌ
ＧａＡｓ）からなる光ガイド層に上下方向から挟まれて
なる共振器３２が形成されている。なお、第２の実施形
態においても、活性層を量子井戸構造としたが、必ずし
も量子井戸構造を採る必要はない。

【００７４】共振器３２におけるレーザ光１００の出射
端面３０ａと反対側の反射端面３０ｂには、端面反射膜
３３が設けられている。

【００７５】端面反射膜３３は、共振器３２の端面側か
ら順次形成された、第１の誘電体層としての酸化シリコ
ンからなる低屈折率膜３３ａと、第２の誘電体層として
の酸化ニオブからなる高屈折率膜３３ｂとにより構成さ
れる単位反射膜３３０を複数含むように構成されてい
る。

【００７６】低屈折率膜３３ａ及び高屈折率膜３３ｂの
膜厚、並びに単位反射膜３３０の数は、半導体レーザ素
子の仕様によってそれぞれ適当な値を設定することがで
きる。例えば、反射端面３０ｂ上に、膜厚が膜厚がλ／
４ｎ₁ により決定される酸化シリコンと、膜厚がλ／４
ｎ₂ により決定される酸化ニオブとを２組分形成するこ
とにより、端面反射膜３３に約８５％の反射率を得るこ
とができる。

【００７７】第２の実施形態によると、共振器３２の反
射端面３０ｂに形成された端面反射膜３３の高屈折率膜
３３ｂに酸化ニオブを用いているため、該酸化ニオブの
光の吸収係数はアモルファスシリコンよりも小さいの
で、共振器３３の端面近傍の温度上昇が抑制される。そ
の結果、量子井戸活性層３１及びその周辺部の結晶性が
劣化しにくくなり、半導体レーザ素子の高出力化が可能
となる。

【００７８】これは、波長が７８０ｎｍの光に対するア
モルファスシリコンの光の吸収係数の値が４×１０⁴ ｃ
ｍ^-1であるのに対し、酸化ニオブの光の吸収係数の値は
１０ ^-3ｃｍ^-1以下とほぼ０であるため、端面反射膜３３
における光吸収を大きく低減できるからである。

【００７９】なお、第２の実施形態の一変形例として、
端面反射膜３３における２組目の高屈折率膜３３ｂの酸
化ニオブに代えて、水素を含むアモルファスシリコンで
ある水素化アモルファスシリコン（α−Ｓｉ：Ｈ）を用
いてもよい。このようにすると、端面反射膜３３の反射
率を約９０％にすることができる。

【００８０】以上のことから、赤外又は赤色半導体レー
ザ素子の高出力化を図る場合には、２組分の単位反射膜
３３０のすべての高屈折率膜３３ｂに酸化ニオブを用い
れば良く、さらには３組以上の単位反射膜３３０からな
る端面反射膜３３を設ければ良い。

【００８１】また、それ程の高出力が要求されない場
合、例えば４倍速ＣＤ−Ｒ用のレーザ素子の場合は、所
定の注入電流量で高反射率を得られるように、複数の単
位反射膜３３０の反射端面３０ｂ側の１組目を除く外側
の高屈折率膜３３ｂに、酸化ニオブよりも屈折率が大き
い誘電体を用いるようにしても良い。

【００８２】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００８３】図６は本発明の第３の実施形態に係る光デ
ィスク装置の構成を模式的に表わしている。図６におい
て、第３の実施形態に係る光ディスク装置は、本発明の
半導体レーザ素子、すなわち、第１の実施形態に係る青
紫色半導体レーザ素子を光ディスク装置の発光部４１に
用いている。

【００８４】図６に示すように、光ディスク装置には、
発光部４１を構成する半導体レーザ素子の出射端面と、
所望のデータが記録された記録媒体である光ディスク５
０のデータ保持面とが互いに対向するように設けられ、
発光部４１と光ディスク５０との間には、集光光学部４
０が設けられている。

【００８５】集光光学部４０は、発光部４１側から順に
設けられた、該発光部４１から出射される出射光５１を
平行光とするコリメータレンズ４２と、平行光を３本の
ビーム（図示せず）に分割する回折格子４３と、出射光
５１を透過し且つ光ディスク５０からの反射光５２の光
路を変更するハーフプリズム４４と、３本のビームを光
ディスク５０上に集光させる集光レンズ４５とを有して
いる。ここでは、発光光５１として波長が約４００ｎｍ
のレーザ光を用いている。

【００８６】光ディスク５０上に集光された３本のビー
ムは径がそれぞれ０．４μｍ程度のスポット形状とな
る。この３つのスポットの位置によって検出される光デ
ィスク５０の半径方向の位置ずれを、集光レンズ４５を
適当に移動させることにより修正する駆動系回路４６が
設けられている。

【００８７】ハーフプリズム４４からの反射光５２の光
路上には反射光５２を絞る受光レンズ４７と、焦点の位
置ずれを検出するシリンドリカルレンズ４８と、集光さ
れた反射光５２を電気信号に変換する光検出部としての
フォトダイオード素子４９とが設けられている。

【００８８】このように、発光光５１を光ディスク５０
に導く集光光学部４０、及び光ディスク５０により反射
した反射光５２を受光するフォトダイオード素子４９と
を備えた光ディスク装置の発光部４１を構成する半導体
レーザ素子は、アモルファスシリコンや酸化チタンより
も光の吸収係数が小さい酸化ニオブを出射端面と反対側
の端面である端面反射膜の高屈折率膜に用いている。こ
のため、発振波長が約４００ｎｍ又は４００ｎｍ以下と
なる短波長化を図る場合に、発光部４１の長期信頼性、
ひいては光ディスク装置の長期信頼性を得ることができ
る。

【００８９】また、第３の実施形態の一変形例として、
発光部４１を構成する半導体レーザ素子に第２の実施形
態に係る赤外又は赤色半導体レーザ素子を用いれば、１
６倍速ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置として長期信頼性を得
ることができる。

【００９０】

【発明の効果】本発明に係る半導体レーザ素子及びその
製造方法によると、反射膜におけるレーザ光の吸収が低
減するため、該反射膜の温度上昇が抑制されるので、半
導体層における共振器の端面近傍部分の結晶構造の劣化
を防止でき、レーザ素子の高出力化又は短波長化が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る青紫色半導体レ
ーザ素子を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る青紫色半導体レ
ーザ素子の反射端面の製造方法を示す模式図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に
係る青紫色半導体レーザ素子の端面反射膜における高屈
折率膜の波長依存性を示し、（ａ）は光の吸収係数を示
すグラフであり、（ｂ）は屈折率を示すグラフである。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る青紫色半導体レ
ーザ素子の端面反射膜における波長が４００ｎｍの光に
対する反射率の膜厚依存性を示すグラフである。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る赤外又は赤色半
導体レーザ素子を示す斜視図である。

【図６】本発明の第３の実施形態に係る光ディスク装置
を示す模式的な構成図である。

【符号の説明】

１０ 半導体レーザ素子 １０ａ 出射端面 １０ｂ 反射端面 １０Ａ レーザ素子形成体 １１ 量子井戸活性層 １２ 共振器 １３ 端面反射膜 １３ａ 低屈折率膜（第１の誘電体層） １３ｂ 高屈折率膜（第２の誘電体層） １３０ 単位反射膜 ２０ マグネトロンスパッタリング装置 ２１ ガス導入口 ２２ 排気口 ２３ 成膜室 ２４ 陽極 ２５ ターゲット材 ２６ 平板型マグネトロン電極 ３０ 半導体レーザ素子 ３０ａ 出射端面 ３０ｂ 反射端面 ３１ 量子井戸活性層 ３２ 共振器 ３３ 端面反射膜 ３３ａ 低屈折率膜（第１の誘電体層） ３３ｂ 高屈折率膜（第２の誘電体層） ３３０ 単位反射膜 １００ レーザ光 ４０ 集光光学部 ４１ 発光部 ４２ コリメータレンズ ４３ 回折格子 ４４ ハーフプリズム ４５ 集光レンズ ４６ 駆動系回路 ４７ 受光レンズ ４８ シリンドリカルレンズ ４９ フォトダイオード素子（光検出部） ５０ 光ディスク ５１ 発光光 ５２ 反射光

フロントページの続き (72)発明者 宮永 良子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 政勝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 粂 雅博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 平山 福一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−97570（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−7589（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−31106（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−111792（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−7225（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−283843（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−182526（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−186656（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−167231（ＪＰ，Ａ) 特開2000−216476（ＪＰ，Ａ) 特表 平５−502310（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振波長が約４００ｎｍか又は４００ｎ
   ｍよりも短い半導体レーザ素子であって、 複数の半導体層により形成された共振器と、 前記共振器の端面に第１の誘電体層を介在させて形成さ
   れ、酸化ニオブからなる第２の誘電体層を含む反射膜と
   を備え、 酸化ニオブの前記発振波長に対する吸収係数は酸化チタ
   ンの前記発振波長に対する吸収係数よりも小さいことを
   特徴とする半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 発振波長が約４００ｎｍか又は４００ｎ
   ｍよりも短い半導体レーザ素子であって、 複数の半導体層により形成された共振器と、 前記共振器の端面に該端面側から順次形成され、第１の
   誘電体層及び屈折率が前記第１の誘電体層よりも大きい
   第２の誘電体層を含む反射膜とを備え、 前記第２の誘電体層は酸化ニオブからなり、酸化ニオブ
   の前記発振波長に対する吸収係数は酸化チタンの前記発
   振波長に対する吸収係数よりも小さいことを特徴とする
   半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 発振波長が約４００ｎｍか又は４００ｎ
   ｍよりも短い半導体レーザ素子であって、 複数の半導体層により形成された共振器と、 前記共振器の端面に該端面側から順次形成され、第１の
   誘電体層及び屈折率が前記第１の誘電体層よりも大きい
   第２の誘電体層を交互に積層してなる反射膜とを備え、 前記第２の誘電体層は酸化ニオブからなり、酸化ニオブ
   の前記発振波長に対する吸収係数は酸化チタンの前記発
   振波長に対する吸収係数よりも小さいことを特徴とする
   半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記第１の誘電体層は酸化シリコン又は
   酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜
   ３のうちのいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 前記複数の半導体層はIII-Ｖ族窒化物半
   導体からなることを特徴とする請求項１〜４のうちのい
   ずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記複数の半導体層はII-VI族化合物半
   導体からなることを特徴とする請求項１〜４のうちのい
   ずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
7. 【請求項７】 前記反射膜を構成する酸化ニオブにおけ
   る波長が４００ｎｍの光に対する吸収係数は２４００ｃ
   ｍ^-1未満であることを特徴とする請求項１〜６のうちの
   いずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
8. 【請求項８】 発振波長が約４００ｎｍか又は４００ｎ
   ｍよりも短い半導体レーザ素子の製造方法であって、 基板の上に複数の半導体層を順次成長させることによ
   り、共振器構造を形成する工程と、 前記複数の半導体層が成長した基板を劈開又はエッチン
   グすることにより、前記複数の半導体層から共振器端面
   を露出する工程と、 露出した前記共振器端面の上に、第１の誘電体層と酸化
   ニオブからなる第２の誘電体層を順次堆積して、前記第
   １の誘電体層及び第２の誘電体層を含む反射膜を形成す
   る工程とを備え、 酸化ニオブの発振波長に対する吸収係数は酸化チタンの
   前記発振波長に対する吸収係数よりも小さいことを特徴
   とする半導体レーザ素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記第１の誘電体層は屈折率が酸化ニオ
   ブよりも小さく、 前記反射膜を形成する工程は、前記反射膜を、前記第１
   の誘電体層と前記第２の誘電体層とを交互に積層してな
   る積層構造とする工程を含むことを特徴とする請求項８
   に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記反射膜は、スパッタ法又は反応性
    スパッタ法により形成することを特徴とする請求項８又
    は９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記複数の半導体層はIII-Ｖ族窒化物
    半導体からなることを特徴とする請求項８〜１０のうち
    のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 半導体レーザ素子を含む発光部と、 前記発光部から出射されたレーザ光をデータが記録され
    た記録媒体上に集光する集光光学部と、 前記記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光
    検出部とを備え、 前記半導体レーザ素子は、発振波長が約４００ｎｍか又
    は４００ｎｍよりも短い半導体レーザ素子であって、 複数の半導体層により形成された共振器と、 前記共振器の端面に第１の誘電体層を介在させて形成さ
    れ、酸化ニオブからなる第２の誘電体層を含む反射膜と
    を有し、 酸化ニオブの発振波長に対する吸収係数は酸化チタンの
    前記発振波長に対する吸収係数よりも小さいことを特徴
    とする光ディスク装置。