(57)【要約】【課題】レーザ素子の信頼性を向上させることが可能な窒化物系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では、窒化物系半導体からなる半導体素子層２の光反射側端面２ｂ上に、光反射側端面２ｂ側から順に形成された第２変質防止層６１、界面層６２、第２反射率制御層６３からなる第２端面コート膜６が形成されており、第２変質防止層６１を構成する第１層６１ａ〜第４層６１ｄの膜厚は、それぞれ、第２反射率制御層６３を構成する低屈折率層６３ａの膜厚より小さいとともに高屈折率層６３ｂの膜厚より小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射側端面および光反射側端面を有する窒化物系半導体素子層と、
前記光反射側端面上に形成された変質防止層、および、前記変質防止層上に形成された反射率制御層を含む端面コート膜とを備え、
前記反射率制御層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とからなり、
前記変質防止層は、２層以上積層されているとともに、各層が、それぞれ、窒化物、酸化物または酸窒化物からなる誘電体層により構成されており、
前記変質防止層は、前記光反射側端面に接する窒化物からなる誘電体層により構成された第１層を有し、
前記変質防止層を構成する各層の厚みは、前記高屈折率層の厚みよりも小さいとともに前記低屈折率層の厚みよりも小さい、窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記変質防止層は、前記第１層の前記光反射側端面とは反対側に接する酸化物または酸窒化物からなる誘電体層により構成された第２層をさらに有する、請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記変質防止層は、前記第１層とは別に形成されるとともに前記第２層の前記第１層とは反対側に接する窒化物からなる誘電体層により構成された第３層をさらに有する、請求項２に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記変質防止層は、前記第３層の前記第２層とは反対側に接する酸化物からなる誘電体層により構成された第４層をさらに有する、請求項３に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記端面コート膜は、前記変質防止層と前記反射率制御層との間に形成され、酸化物または酸窒化物からなる界面層をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記低屈折率層は、酸化物または酸窒化物からなるとともに、前記高屈折率層は、窒化物または酸窒化物からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項７】
光出射側端面および光反射側端面を有する窒化物系半導体素子層と、前記光反射側端面上に形成された変質防止層、および、前記変質防止層上に形成された反射率制御層を含む端面コート膜とを含む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、
前記出射光を検出する光検出部とを備え、
前記反射率制御層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とからなり、
前記変質防止層は、２層以上積層されているとともに、各層が、それぞれ、窒化物、酸化物または酸窒化物からなる誘電体層により構成されており、
前記変質防止層は、前記光反射側端面に接する窒化物からなる誘電体層により構成された第１層を有し、
前記変質防止層を構成する各層の厚みは、前記高屈折率層の厚みよりも小さいとともに前記低屈折率層の厚みよりも小さい、光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体レーザ素子および光ピックアップ装置に関し、特に、共振器端面に誘電体多層膜が形成された窒化物系半導体レーザ素子および光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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、窒化物系半導体材料による発振波長λが約４０５ｎｍの青紫色半導体レーザが開発されている。
【０００３】
従来の窒化物系半導体レーザ素子では、一対の共振器端面を構成する光出射側端面および光反射側端面には、光反射側端面の方が光出射側端面より高反射率になるように、誘電体多層膜（端面コート膜）がそれぞれ形成されている。
【０００４】
特に、光反射側端面に形成される端面コート膜には、高い反射率が得られるように、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４およびＺｒＯ２等のうち２種類の誘電体からなる層をλ／４の光学膜厚（＝膜厚×屈折率）で交互に積層した反射膜が用いられることが多い。さらに、この反射膜と光反射側端面との間には、反射膜の剥離や窒化物系半導体と反射膜との反応を防止するために、反射膜とは異なる誘電体層が形成されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
上記特許文献１に記載されている窒化物系半導体レーザ素子では、たとえば、光反射側端面に、２０ｎｍの膜厚を有するＡｌｘＯｙからなる誘電体膜と４０ｎｍの膜厚を有するＡｌｘＯｙからなる誘電体膜とを形成した後、６７ｎｍの膜厚を有するＳｉＯ２と４４ｎｍの膜厚を有するＺｒＯ２とを交互に６ペア積層した反射ミラーが形成されている。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載されている窒化物系半導体レーザ装置では、たとえば、光反射側端面に、５１ｎｍの膜厚を有する窒化シリコン層を形成した後、６９ｎｍの膜厚を有する酸化物層と５１ｎｍの膜厚を有する窒化シリコン層とを交互に１２層形成し、最後に１３７ｎｍの膜厚を有する酸化物層が形成されている。
【０００７】
また、上記特許文献３に記載されている窒化物系半導体レーザ素子では、たとえば、光反射側端面に、８０ｎｍの膜厚を有するアモルファスの酸化アルミニウムを形成した後、７１ｎｍの膜厚を有する酸化シリコン膜と４６ｎｍの膜厚を有する酸化チタン膜とが交互に４層形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−０５９８９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９７３７号公報
【特許文献３】特開２００７−２４３０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１〜３に開示された従来の窒化物系半導体レーザ素子においても、光出力が大きい場合には光反射側の端面コート膜の劣化や剥離が生じやすく、特に、熱エネルギーおよび光エネルギーが相対的に大きい光反射側端面に近い側の端面コート膜の劣化が進行しやすいという不具合があった。また、端面コート膜の一部に劣化が生じると、屈折率の変動や光吸収の増加が生じた劣化領域が周囲に広がっていきやすく、端面コート膜全体としての光学特性にも影響を及ぼしやすいという不具合があった。その結果、レーザ素子の動作特性の安定性および信頼性が低下するという問題点があった。
【００１０】
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、高出力動作時における動作特性の安定性および信頼性を向上させることができる窒化物系半導体レーザ素子および光ピックアップ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１１】
上記目的を達成するために、本願発明者が鋭意検討した結果、従来の端面コート膜における反射膜と半導体素子との間に形成される誘電体多層膜を下記の構成とすることによって、高出力動作時であっても十分な信頼性を得ることができることを見出した。
【００１２】
すなわち、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、光出射側端面および光反射側端面を有する窒化物系半導体素子層と、光反射側端面上に形成された変質防止層、および、変質防止層上に形成された反射率制御層を含む端面コート膜とを備え、反射率制御層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とからなり、変質防止層は、２層以上積層されているとともに、各層が、それぞれ、窒化物、酸化物または酸窒化物からなる誘電体層により構成されており、変質防止層は、光反射側端面に接する窒化物からなる誘電体層により構成された第１層を有し、変質防止層を構成する各層の厚みは、高屈折率層の厚みよりも小さいとともに低屈折率層の厚みよりも小さい。
【００１３】
なお、本発明において、「光出射側端面」および「光反射側端面」は、窒化物系半導体レーザ素子に形成されている一対の共振器端面に対して、それぞれの端面から出射されるレーザ光の光強度の大小関係により区別される。すなわち、端面から出射されるレーザ光の光強度が相対的に大きい方が光出射側端面であり、相対的に小さい方が光反射側端面である。また、本発明において、「反射率制御層」とは、実質的にレーザ光を反射する層を意味する広い概念である。また、本発明において、「高屈折率層」および「低屈折率層」は、反射率制御層を構成する２種類の誘電体層のうち、屈折率が相対的に大きい方が高屈折率層であり、屈折率が相対的に小さい方が低屈折率層である。
【００１４】
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では、上記のように、光反射側端面と反射率制御層との間に変質防止層を形成することにより、反射率制御層と光反射側端面との距離を離すことができるので、反射率制御層に作用する熱エネルギーおよび光エネルギーを低減することができる。その結果、反射率制御層を構成する各層が変質または劣化しにくくなるので、高出力動作時においても、光反射側端面からの端面コート膜の剥離、および、端面コート膜の特性反射率の変化を抑制し、窒化物系半導体レーザ素子の動作特性の安定性および信頼性を向上させることができる。
【００１５】
このとき、変質防止層においては、光反射側端面上に高屈折率層の膜厚よりも小さいとともに低屈折率層の膜厚よりも小さい層が複数積層されている。これにより、劣化しやすい共振器端面側において、変質防止層中の１層が変質または劣化した場合であってもその劣化が各層の界面で止まりやすいので、周囲の層が変質または劣化することを抑制することができる。また、変質防止層は、変質防止層を構成する層の膜厚が上記のように小さく設定されているので、端面コート膜全体の反射特性に影響を与えにくい。さらに、上記のように変質防止層中の１層が変質または劣化した場合であってもその領域が小さいので、変質防止層全体としての屈折率の変動も抑制される。これにより、端面コート膜全体の反射特性にも影響を与えにくくすることができる。
【００１６】
また、変質防止層を構成する各層の膜厚が上記のように小さいので、各層の応力を小さく抑えることができる。これにより、各層間での剥離も起こりにくく、さらに、その上に形成される厚い反射率制御層による応力も十分に緩和することができる。
【００１７】
また、変質防止層を構成する各層が窒化物、酸化物または酸窒化物からなるので、各層の変質がさらに周囲に広がりにくい。特に、窒化物または酸窒化物からなる層では、酸化物の場合に起こりえる層中からの酸素の抜けも発生しにくいので、窒化物または酸窒化物からなる層を用いるのが好ましい。
【００１８】
さらに、変質防止層の光反射側端面に接する第１層を窒化物からなる誘電体層によって構成することにより、窒化物系半導体素子層に対して外部の雰囲気や端面コート膜中に含まれる酸素の拡散を抑制することができる。これにより、窒化物系半導体素子層の光反射側端面が酸化しにくくなるので、光反射側端面においてレーザ光の吸収および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。その結果、光反射側端面における破壊的光学損傷（ＣＯＤ：Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）の発生を抑制することができる。
【００１９】
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、変質防止層は、第１層の光反射側端面とは反対側に接する酸化物または酸窒化物からなる誘電体層により構成された第２層をさらに有する。このように構成すれば、第１層よりも応力の小さな材料からなる第２層が第１層と接しているので、窒化物からなる第１層が有する応力を、第１層と接する第２層によって容易に緩和することができる。
【００２０】
この場合、好ましくは、変質防止層は、第１層とは別に形成されるとともに第２層の第１層とは反対側に接する窒化物からなる誘電体層により構成された第３層をさらに有する。このように構成すれば、変質防止層には、窒化物からなる誘電体層が複数（第１層および第３層の２層）含まれるので、窒化物系半導体層に対する外部の雰囲気や端面コート膜中に含まれる酸素の拡散をさらに抑制することができる。また、これらの窒化物からなる誘電体層の間に酸化物または酸窒化物からなる誘電体層（第２層）がさらに形成されていても、この酸化物または酸窒化物からなる誘電体層からは酸素が拡散しにくいので、この酸化物または酸窒化物からなる誘電体層の変質が抑制されるとともに、他の誘電体層の変質および光反射側端面の酸化も抑制することができる。
【００２１】
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第１層は、ＡｌＮである。このように構成すれば、ＡｌＮからなる窒化膜により、窒化物系半導体素子層（光反射側端面）に対して外部の雰囲気や端面コート膜中に含まれる酸素が拡散するのを容易に抑制することができる。
【００２２】
上記第３層を有する構成において、好ましくは、第２層は、Ａｌ２Ｏ３またはＡｌＯＮである。このように構成すれば、酸化膜であるＡｌ２Ｏ３または酸窒化膜であるＡｌＯＮを用いて、窒化物からなる第１層と第３層との間に加わる応力を緩和することができるので、第１層と第３層との剥れを抑制することができる。
【００２３】
上記第３層を有する構成において、好ましくは、第３層は、ＡｌＮである。このように構成すれば、ＡｌＮからなる窒化膜により、第２層に対して外部の雰囲気に含まれる酸素が拡散するのを容易に抑制することができる。これにより、窒化物系半導体素子層（光反射側端面）に対する外部の雰囲気や端面コート膜中に含まれる酸素が拡散されるのがさらに抑制されるので、変質防止層が光反射側端面から剥離するのを容易に抑制することができる。
【００２４】
上記第３層を有する構成において、好ましくは、変質防止層は、第３層の第２層とは反対側に接する酸化物からなる誘電体層により構成された第４層をさらに有する。このように構成すれば、酸化物からなる第４層を介して変質防止層の光反射側端面とは反対側の表面上に、反射率制御層を容易に形成することができる。
【００２５】
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、端面コート膜は、変質防止層と反射率制御層との間に形成され、酸化物または酸窒化物からなる界面層をさらに含む。このように構成すれば、反射率制御層と光反射側端面との距離を界面層の厚みの分だけ離すことができるので、反射率制御層に作用する熱エネルギーおよび光エネルギーを低減することができる。その結果、反射率制御層を構成する各層を変質しにくくさせることができる。また、界面層によって、変質防止層と反射率制御層との間に加わる応力を緩和することができるので、変質防止層と反射率制御層との剥れを抑制することができる。
【００２６】
この場合、好ましくは、界面層は、反射率制御層と接する層と、変質防止層と接する層とからなる。このように構成すれば、反射率制御層および変質防止層の各々の層との密着性に適した材料を用いて界面層を形成することができるので、反射率制御層および変質防止層の各々の層と界面層との剥れを抑制することができる。
【００２７】
上記界面層が反射率制御層および変質防止層の各々の層と接する層からなる構成において、好ましくは、反射率制御層と接する界面層を構成する層は、反射率制御層と同じ元素を含む。このように構成すれば、反射率制御層と接する界面層を構成する層と反射率制御層との間の密着性を容易に向上させることができる。
【００２８】
この場合、好ましくは、反射率制御層と接する界面層を構成する層は、ＳｉＯ２からなる。このように構成すれば、反射率制御層との密着性を向上させることが可能な層（界面層を構成する層）を容易に形成することができるのと同時に、光学的、熱的劣化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動作特性の信頼性をさらに向上させることができる。
【００２９】
上記界面層が反射率制御層および変質防止層の各々の層と接する層からなる構成において、好ましくは、変質防止層と接する界面層を構成する層は、変質防止層と同じ金属元素を含む。このように構成すれば、変質防止層と接する界面層を構成する層と変質防止層との間の密着性を容易に向上させることができる。
【００３０】
この場合、好ましくは、変質防止層と接する界面層を構成する層は、Ａｌ２Ｏ３からなる。このように構成すれば、変質防止層との密着性を向上させることが可能な層（界面層を構成する層）を容易に形成することができる。
【００３１】
上記端面コート膜が界面層を含む構成において、好ましくは、窒化物系半導体素子層は発光層をさらに有し、発光層が発するレーザ光の波長がλである場合に、界面層を構成する層の光学膜厚は、λ／４以上になるように設定されている。このように構成すれば、窒化物系半導体レーザ素子の動作特性の信頼性をさらに向上させることができる。
【００３２】
上記端面コート膜が界面層を含む構成において、好ましくは、界面層を構成する層の厚みは、変質防止層を構成する各層の厚みよりも大きい。このように構成すれば、反射率制御層と光反射側端面との距離を容易に遠ざけることができる。
【００３３】
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、変質防止層を構成する各層は、同じ金属元素を含む。このように構成すれば、変質防止層を構成する各層間の密着性を向上させることができる。
【００３４】
上記第２層がＡｌ２Ｏ３またはＡｌＯＮである構成において、好ましくは、第２層は、ＡｌＯＮからなるとともに、ＡｌＯＮからなる第２層における窒素の組成比は、酸素の組成比よりも大きい。このように構成すれば、酸窒化物からなる誘電体層（第２層）は、酸化物や窒化物よりも膜密度が高く、元素の結合状態も強固であるため、変質しにくい。これにより、外部の雰囲気や端面コート膜中に含まれる酸素の拡散をより一層抑制することができる。また、ＡｌＯＮにおける窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きいので、第２層に含まれる酸素が第１層や第３層へ拡散する量を抑制することができる。
【００３５】
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、窒化物系半導体素子層は発光層をさらに有し、発光層が発するレーザ光の波長がλである場合に、変質防止層を構成する誘電体層からなる各層の光学膜厚は、それぞれ、λ／４以下になるように設定されている。このように構成すれば、変質防止層中の応力を小さくすることができるので、変質防止層中の各層が互いに剥離するのを抑制することができる。また、光反射側端面を出射したレーザ光は、変質防止層の厚みに影響されることなく透過して反射率制御層に達する。これにより、所望の反射率を有するように設定された反射率制御層の反射率制御機能が変質防止層によって影響されるのを容易に抑制することができる。
【００３６】
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、変質防止層を構成する誘電体層からなる各層は、それぞれ、約１０ｎｍ以上約３０ｎｍ以下の範囲の厚みを有する。このように構成すれば、変質防止層中の各層の応力を小さく抑えることができるので、変質防止層中の各層が互いに剥離するのを抑制することができる。
【００３７】
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、低屈折率層は、酸化物または酸窒化物からなるとともに、高屈折率層は、窒化物または酸窒化物からなる。このように構成すれば、窒化物または酸窒化物からなる高屈折率層に挟まれた酸化物からなる低屈折率層からは、酸素が拡散しにくくなる。その結果、低屈折率層の変質を抑制することができるとともに、光反射側端面の酸化も抑制することができる。
【００３８】
また、上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、反射率制御層を構成する高屈折率層および低屈折率層の光学膜厚は、それぞれ、λ／４であることが好ましい。このように構成すれば、反射率制御層における反射率を最大化することができる。
【００３９】
また、上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、低屈折率層および高屈折率層は、多結晶である。このように構成すれば、多結晶状態では、元素の結合状態もより強固となるため、各層の放熱性がより高くなるとともに、光エネルギーおよび熱エネルギーに対してより安定であるので、各層の膜質がさらに変化しにくくなる。
【００４０】
本発明によれば、高出力動作時における窒化物系半導体レーザ素子の動作特性の安定性および信頼性を向上させることができる。
【００４１】
この発明の第２の局面による光ピックアップ装置は、光出射側端面および光反射側端面を有する窒化物系半導体素子層と、光反射側端面上に形成された変質防止層、および、変質防止層上に形成された反射率制御層を含む端面コート膜とを含む窒化物系半導体レーザ素子と、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、出射光を検出する光検出部とを備え、反射率制御層は、交互に積層された高屈折率層と低屈折率層とからなり、変質防止層は、２層以上積層されているとともに、各層が、それぞれ、窒化物、酸化物または酸窒化物からなる誘電体層により構成されており、変質防止層は、光反射側端面に接する窒化物からなる誘電体層により構成された第１層を有し、変質防止層を構成する各層の厚みは、高屈折率層の厚みよりも小さいとともに低屈折率層の厚みよりも小さい。
【００４２】
この発明の第２の局面による光ピックアップ装置では、上記のように構成された窒化物系半導体レーザ素子を備えているので、窒化物系半導体レーザ素子が高出力動作を行う場合においても、光反射側端面からの端面コート膜の剥離、および、端面コート膜の特性反射率の変化が抑制されるので、窒化物系半導体レーザ素子の動作特性の安定性および信頼性が向上された光ピックアップ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】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の構造を説明するための模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第６実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第８実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第９実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が実装されたレーザ装置の概略的な構造を示した外観斜視図である。
【図８】本発明の第９実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が実装されたレーザ装置のキャンパッケージの蓋体を外した状態での上面図である。
【図９】本発明の第９実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が実装されたレーザ装置が内蔵された光ピックアップ装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４５】
（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、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の構造について説明する。なお、図１は、窒化物系半導体レーザ素子１００の断面図であって、レーザ光の出射方向（Ｌ方向）に対して平行な断面を示している。なお、図１は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面を示している。
【００４６】
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は、約４０５ｎｍの発振波長λを有しており、図１および図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および基板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。また、レーザ光の出射方向（Ｌ方向）に対してそれぞれ垂直に形成されている半導体素子層２の光出射側端面２ａおよび光反射側端面２ｂは、一対の共振器端面を構成している。
【００４７】
基板１は、約１００μｍの厚みを有し、約５×１０１８ｃｍ−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およびｐ側コンタクト層２８と、ｐ型クラッド層２７上に形成されている電流狭窄層２９とにより構成されている。なお、第１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およびキャップ層２６により本発明の「発光層」が構成されている。
【００４８】
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および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Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ、約５ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎおよび約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５×１０１８ｃｍ−３ドープされており、約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有している。
【００４９】
活性層２４は、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ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Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ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。
【００５０】
ｐ側光ガイド層２５、キャップ層２６および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Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎ、および、約１０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎから構成されている。
【００５１】
ｐ型クラッド層２７は、Ｍｇが約４×１０１９ｃｍ−３ドープされ、約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ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の高さおよび約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、光出射側端面２ａおよび光反射側端面２ｂに対して垂直なＬ方向（［１−１００］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および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の上面上およびリッジ部２ｃの側面上には、約２５０ｎｍの厚みを有し、ＳｉＯ２からなる電流狭窄層２９が形成されている。
【００５２】
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および電流狭窄層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層および約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および電流狭窄層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、および、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３２ａが形成されている。
【００５３】
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、および、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなる。
【００５４】
光出射側端面２ａ上には、複数の誘電体層が積層された第１端面コート膜５が形成されている。第１端面コート膜５は、光出射側端面２ａ側から順に形成された約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮからなる第１変質防止層５１と、約８２ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３からなる第１反射率制御層５２とからなる。また、第１端面コート膜５の反射率は、上記構成により、約８％に設定されている。
【００５５】
ここで、第１実施形態では、光反射側端面２ｂ上には、複数の誘電体層が積層された第２端面コート膜６が形成されている。第２端面コート膜６は、光反射側端面２ｂ側から順に形成された第２変質防止層６１と、約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる界面層６２と、第２反射率制御層６３とからなる。なお、界面層６２の光学膜厚は、λ／４（界面層６２の屈折率をｎとした場合、界面層６２の物理膜厚はλ／（４×ｎ）である）以上となるように設定されている。なお、第２端面コート膜６は、本発明の「端面コート膜」の一例であり、第２変質防止層６１および第２反射率制御層６３は、それぞれ、本発明の「変質防止層」および「反射率制御層」の一例である。
【００５６】
また、第１実施形態では、第２変質防止層６１は、光反射側端面２ｂ側から順に形成され、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮからなる第１層６１ａと、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３からなる第２層６１ｂと、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮからなる第３層６１ｃと、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３からなる第４層６１ｄとから構成されている。また、第２反射率制御層６３は、第２変質防止層６１側から順に形成された、約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる低屈折率層６３ａと、約５０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２からなる高屈折率層６３ｂとを交互に６層ずつ積層した構成を有している。ここで、第１層６１ａ〜第４層６１ｄまでの各々の層の光学膜厚は、λ／４（各層の屈折率をｎとした場合、各層の物理膜厚はλ／（４×ｎ）である）以下になるように設定されている。また、低屈折率層６３ａおよび高屈折率層６３ｂの各々の光学膜厚は、λ／４（各層の屈折率をｎとした場合、各層の物理膜厚はλ／（４×ｎ）である）となるように設定されている。なお、第１層６１ａ、第２層６１ｂ、第３層６１ｃおよび第４層６１ｄは、本発明の「誘電体層」および「変質防止層を構成する各層」の一例である。
【００５７】
上記構成によって、第２端面コート膜６の反射率は、約９８％に設定されている。そして、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。
【００５８】
次に、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の製造プロセスについて説明する。
【００５９】
窒化物系半導体レーザ素子１００の製造プロセスでは、図１および図２を参照して、まず、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、約４００μｍの厚みを有する基板１上に、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、約４００ｎｍの厚みを有するｐ型クラッド層２７およびｐ側コンタクト層２８を順次形成した後、ｐ型化アニール処理を行う。
【００６０】
次に、真空蒸着法を用いてストライプ状のｐ側オーミック電極３１を形成した後、ｐ側オーミック電極３１が形成された領域以外のｐ側コンタクト層２８およびｐ型クラッド層２７を約３２０ｎｍの深さまでエッチングする。これにより、ｐ型クラッド層２７の平坦部２７ａを約８０ｎｍの厚さにするとともに、ｐ型クラッド層２７およびｐ側コンタクト層２８からなるストライプ状のリッジ部２ｃが形成される。また、ｐ型クラッド層２７の平坦部２７ａの上面上およびリッジ部２ｃの側面上に電流狭窄層２９を形成する。
【００６１】
次に、真空蒸着法を用いて、ｐ側オーミック電極３１および電流狭窄層２９上にｐ側パッド電極３２を形成する。また、基板１の下面側を研磨等することにより基板１の厚みを約１００μｍとした後、基板１の下面上に、真空蒸着法によりｎ側電極４を形成する。
【００６２】
次に、上記各層が形成された基板１をストライプ状リッジ部２ｃの延びる方向（Ｌ方向）に対して垂直な方向に劈開して分離することにより、基板１をバー状に加工する。この劈開工程により得られる互いに平行な一対の劈開面により、各レーザ素子の共振器端面を構成する光出射側端面２ａおよび光反射側端面２ｂが形成される。
【００６３】
次に、上記劈開面に第１端面コート膜５および第２端面コート膜６を形成する。まず、上記バー状の基板１を電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタ成膜装置に導入し、ＥＣＲプラズマを劈開面からなる光出射側端面２ａに照射する。これにより、光出射側端面２ａを清浄化する。このとき、ＥＣＲプラズマは、Ｎ２ガス雰囲気中で発生させ、スパッタターゲットには、ＲＦパワーを印加しない。
【００６４】
その後、ＥＣＲスパッタ法により、光出射側端面２ａ上にＡｌＮからなる第１変質防止層５１を形成する。このとき、ＡｒおよびＮ２のガス雰囲気中で、マイクロ波パワーを印加することによりＥＣＲプラズマを発生させながら、ＡｌターゲットにＲＦパワーを印加することによりスパッタする。
【００６５】
次に、ＥＣＲスパッタ法により、第１変質防止層５１上にＡｌ２Ｏ３からなる第１反射率制御層５２を形成する。このとき、ＡｒおよびＯ２のガス雰囲気中で、マイクロ波パワーを印加することによりＥＣＲプラズマを発生させながら、ＡｌターゲットにＲＦパワーを印加することによりスパッタする。
【００６６】
次に、光出射側端面２ａの清浄化プロセスと同様に、光反射側端面２ｂの清浄化を行った後、ＥＣＲスパッタ法により、光反射側端面２ｂ上にＡｌＮからなる第１層６１ａ、Ａｌ２Ｏ３からなる第２層６１ｂ、ＡｌＮからなる第３層６１ｃおよびＡｌ２Ｏ３からなる第４層６１ｄを順次形成する。なお、ＡｌＮからなる第１層６１ａおよび第３層６１ｃの形成条件は、同じくＡｌＮからなる第１変質防止層５１の形成条件と同様である。また、Ａｌ２Ｏ３からなる第２層６１ｂおよび第４層６１ｄの形成条件は、同じくＡｌ２Ｏ３からなる第１反射率制御層５２の形成条件と同様である。このようにして、反射側端面２ｂ上に第１層６１ａ〜第４層６１ｄからなる第２変質防止層６１が形成される。
【００６７】
次に、ＥＣＲスパッタ法により、第２変質防止層６１上にＳｉＯ２からなる界面層６２を形成する。このとき、ＡｒおよびＯ２のガス雰囲気中で、マイクロ波パワーを印加することによりＥＣＲプラズマを発生させながら、ＳｉターゲットにＲＦパワーを印加することによりスパッタする。
【００６８】
次に、ＥＣＲスパッタ法により、界面層６２上にＳｉＯ２からなる低屈折率層６３ａと、ＺｒＯ２からなる高屈折率層６３ｂとを交互に６層ずつ形成する。なお、ＳｉＯ２からなる低屈折率層６３ａの形成条件は、同じくＳｉＯ２からなる界面層６２の形成条件と同様である。また、高屈折率層６３ｂの形成時には、ＡｒおよびＯ２のガス雰囲気中で、マイクロ波パワーを印加することによりＥＣＲプラズマを発生させながら、ＺｒターゲットにＲＦパワーを印加することによりスパッタする。このようにして、界面層６２上に低屈折率層６３ａと高屈折率層６３ｂとからなる第２反射率制御層６３が形成される。
【００６９】
最後に、バー状の基板１をストライプ状リッジ部２ｃの延びる方向（Ｌ方向）に対して平行な方向に分離することにより、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００が形成される。
【００７０】
第１実施形態では、上記のように、光反射側端面２ｂと第２反射率制御層６３との間に第２変質防止層６１を形成することにより、第２反射率制御層６３と光反射側端面２ｂとの距離を離すことができるので、第２反射率制御層６３に作用する熱エネルギーおよび光エネルギーを低減することができる。その結果、第２反射率制御層６３を構成する各層６３ａおよび６３ｂが、変質または劣化しにくくなるので、高出力動作時においても、光反射側端面２ｂからの第２端面コート膜６の剥離、および、第２端面コート膜６の特性反射率の変化を抑制し、窒化物系半導体レーザ素子１００の動作特性の安定性および信頼性を向上させることができる。
【００７１】
このとき、第２変質防止層６１においては、各層の膜厚が光反射側端面２ｂ上に高屈折率層６３ｂの膜厚より小さいとともに低屈折率層６３ａの膜厚よりも小さい第１層６１ａ〜第４層６１ｄが積層されている。これにより、劣化しやすい光反射側端面２ｂ側において、第２変質防止層６１を構成する第１層６１ａ〜第４層６１ｄの内の１層が変質または劣化した場合であってもその劣化が第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層での界面で止まりやすいので、周囲の層が変質または劣化することを抑制することができる。また、第２変質防止層６１は、第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層の膜厚が上記ように小さく設定されているので第２端面コート膜６全体の反射特性に影響を与えにくい。さらに、上記のように第２変質防止層６１を構成する第１層６１ａ〜第４層６１ｄの内の１層が変質または劣化した場合であってもその領域が小さいので、第２変質防止層６１全体としての屈折率の変動も抑制される。これにより、第２端面コート膜６全体の反射特性にも影響を与えにくくすることができる。
【００７２】
特に、第１層６１aおよび第３層６１ｃをＡｌＮとすることによって、ＡｌＮからなる窒化膜により、光反射側端面２ｂに対して外部の雰囲気や第２端面コート膜６中に含まれる酸素が拡散するのを容易に抑制することができる。また、第１層６１aと第３層６１ｃとに挟まれる第２層６１ｂをＡｌ２Ｏ３とすることによって、ＡｌＮからなる第１層６１ａと第３層６１ｃとの間に加わる応力を緩和することができるので、第１層６１ａと第３層６１ｃとの剥れを抑制することができる。さらには、第４層６１ｄをＡｌ２Ｏ３とすることによって、ＡｌＮからなる第３層６１ｃと界面層６２との間に加わる応力を、第４層６１ｄを介して緩和することができる。これにより、第２変質防止層６１が光反射側端面２ｂから剥離するのを容易に抑制することができる。
【００７３】
また、第２変質防止層６１を構成する第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層の膜厚が上記のように小さくされているので、第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層の応力を小さく抑えることができる。これにより、第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層間での剥離も起こりにくく、さらに、その上に形成される厚い第２反射率制御層６３による応力も十分に緩和することができる。また、第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層の膜厚はいずれも１０ｎｍであって、第２変質防止層６１を構成する各層の光学膜厚がそれぞれλ／４以下であるので、第２変質防止層６１の応力を小さくすることができる。これにより、第２変質防止層６１の剥離も生じにくくさせることができる。さらには、光反射側端面２ｂを出射したレーザ光は、第２変質防止層６１を構成する第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層の厚みに影響されることなく透過して第２反射率制御層６３に達する。これにより、所望の反射率を有するように設定された第２反射率制御層６３の反射率制御機能が第２変質防止層６１によって影響されるのを容易に抑制することができる。
【００７４】
また、第２変質防止層６１を構成する第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層が窒化物または酸化物からなるので、第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層の変質がさらに周囲に広がりにくい。特に、窒化物からなる第１層６１ａおよび第３層６１ｃでは、層中からの酸素の抜けも発生しない。
【００７５】
さらに、第２変質防止層６１の光反射側端面２ｂに接する第１層６１ａを窒化物（ＡｌＮ）からなる誘電体層によって構成することにより、半導体素子層２に対して外部の雰囲気や第２端面コート膜６中に含まれる酸素の拡散を抑制することができる。これにより、半導体素子層２の光反射側端面２ｂが酸化しにくくなるので、光反射側端面２ｂにおいてレーザ光の吸収および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。その結果、光反射側端面２ｂにおけるＣＯＤの発生を抑制することができる。
【００７６】
また、第１実施形態では、第２変質防止層６１中に、窒化物（ＡｌＮ）からなる誘電体層として、第１層６１ａとは別に第３層６１ｃも含んでいるので、半導体素子層２に対する外部の雰囲気や第２端面コート膜６中に含まれる酸素の拡散をさらに抑制することができる。また、酸化物からなる第２層６１ｂが窒化物からなる第１層６１ａと第３層６１ｃとの間に形成されているので、第２層６１ｂからは酸素が拡散しにくく、第２層６１ｂの変質が抑制されるとともに、他の誘電体層の変質および光反射側端面２ｂの酸化も抑制することができる。
【００７７】
また、第１実施形態では、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３との間に、酸化物（ＳｉＯ２）からなる界面層６２が形成されているので、第２反射率制御層６３と光反射側端面２ｂとの距離を界面層６２の厚みの分だけ離すことができる。これにより、第２反射率制御層６３に作用する熱エネルギーおよび光エネルギーを低減することができるので、第２反射率制御層６３を構成する低屈折率層６３ａおよび高屈折率層６３ｂが変質しにくくなる。これにより、界面層６２が第２端面コート膜６の光反射特性に影響するのを抑制することができる。また、界面層６２によって、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３との間に加わる応力を緩和することができるので、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３との剥れを抑制することができる。また、ＳｉＯ２からなる界面層６２によって、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３との密着性を向上されるのと同時に、光学的、熱的劣化が抑制されるので、窒化物系半導体レーザ素子１００の動作特性の信頼性をさらに向上させることができる。
【００７８】
また、第１実施形態では、第２反射率制御層６３（低屈折率層６３ａ）と接する界面層６２が、低屈折率層６３ａと同じＳｉ元素を含むことによって、界面層６２と低屈折率層６３ａとの間の密着性を向上させることができる。
【００７９】
また、第１実施形態では、界面層６２の厚み（約１４０ｎｍ）を、第２変質防止層６１を構成する第１層６１a〜第４層６１ｄの各層の厚み（約１０ｎｍ）よりも大きく構成することによって、第２反射率制御層６３と光反射側端面２ｂとの距離を容易に遠ざけることができる。
【００８０】
また、第１実施形態では、高屈折率層６３ｂとして多結晶となりやすいＺｒＯ２を用いているので、放熱性がより高くなるとともに光エネルギーおよび熱エネルギーに対してより安定であって、高屈折率層６３ｂの膜質が変化しにくい。
【００８１】
また、第１実施形態では、第２反射率制御層６３を構成する高屈折率層６３ｂおよび低屈折率層６３ａの光学膜厚は、それぞれ、λ／４であるので、第２反射率制御層６３における反射率を最大化することができる。
【００８２】
ここで、この窒化物系半導体レーザ素子１００に対して、４５０ｍＷのパルス光出力（パルス幅３０ｎｍ、デューティー比５０％、８０℃）の条件で寿命試験を行ったところ、動作電流の上昇が抑制されて、３０００時間以上の平均故障寿命（ＭＴＴＦ）を実現することができた。以上の結果、本実施形態の窒化物系半導体レーザ素子１００では、高出力動作時においても、光反射側端面２ｂからの第２端面コート膜６の剥離、および、第２端面コート膜６の特性反射率の変化を抑制し、動作特性の安定性および信頼性を向上させることができることが確認できた。
【００８３】
（第２実施形態）
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では、図１を参照して、第２変質防止層６１中の第２層６１ｂは、約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯｘＮｙ（ただし、ｘ＜ｙ）からなり、ＡｌＮからなる第３層６１ｃは、約３０ｎｍの厚みを有している。
【００８４】
また、ＡｌＯｘＮｙからなる第２層６１ｂの形成には、Ａｒ、Ｏ２およびＮ２のガス雰囲気中で、マイクロ波パワーを印加することによりＥＣＲプラズマを発生させながら、ＺｒターゲットにＲＦパワーを印加することによりＺｒターゲットをスパッタすることにより行う。
【００８５】
その他の窒化物系半導体レーザ素子２００の構成および製造プロセスは、窒化物系半導体レーザ素子１００の構成および製造プロセスと同様である。
【００８６】
第２実施形態では、上記のように、第２変質防止層６１中の第２層６１ｂが、酸化物や窒化物よりも膜密度が高い酸窒化物（ＡｌＯｘＮｙ）から構成されている。これにより、元素の結合状態もより強固となるので、変質しにくく、さらに、外部の雰囲気や第２端面コート膜６中に含まれる酸素の拡散をより一層抑制することができる。
【００８７】
また、第２実施形態では、第２層６１ｂのＡｌＯｘＮｙにおける窒素の組成比（ｙ）が酸素の組成比（ｘ）よりも大きいので、第２層６１ｂに含まれる酸素が第１層６１ａや第３層６１ｃへ拡散する量を抑制することができる。
【００８８】
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。また、この窒化物系半導体レーザ素子２００に対して、上記第１実施形態と同様の条件で寿命試験を行ったところ、動作電流の上昇が抑制されて、３０００時間以上のＭＴＴＦが得られることが確認できた。
【００８９】
（第３実施形態）
図１および図３を参照して、第３実施形態について説明する。なお、図３は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３００の構造を説明するための断面図であって、レーザ光の出射方向に対して平行な断面を示している。なお、図１（第１実施形態）と同様の構成に対しては、図３においても同じ番号を付している。
【００９０】
本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３００では、第２変質防止層６１の構成において、第３層６１ｃを形成することなく、第２層６１ｂ上に第４層６１ｄが直接形成されている。その他の窒化物系半導体レーザ素子３００の構成および製造プロセスは、窒化物系半導体レーザ素子２００と同様である。
【００９１】
第３実施形態では、上記のように、第２変質防止層６１が第１層６１ａ、第２層６１ｂおよび第４層６１ｄの３層から構成されているので、窒化物系半導体レーザ素子２００（図１参照）中の４層から構成されている第２変質防止層６１よりも容易に形成することができる。
【００９２】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。また、この窒化物系半導体レーザ素子３００に対して、上記第１実施形態と同様の条件で寿命試験を行ったところ、動作電流の上昇が抑制されて、３０００時間以上のＭＴＴＦが得られることが確認できた。
【００９３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子４００では、図１を参照して、第２反射率制御層６３中の高屈折率層６３ｂは、約５３ｎｍの厚みを有するＡｌＯｘＮｙ（ただし、ｘ＜ｙ）からなる。
【００９４】
また、ＡｌＯｘＮｙからなる高屈折率層６３ｂの形成条件は、上記第２実施形態の同じくＡｌＯｘＮｙからな第２層６１ｂの形成条件と同様である。その他の窒化物系半導体レーザ素子４００の構成および製造プロセスは、窒化物系半導体レーザ素子１００の構成および製造プロセスと同様である。
【００９５】
第４実施形態では、上記のように、高屈折率層６３ｂが酸化物や窒化物からなる誘電体層よりも膜密度が高い酸窒化物から構成されている。これにより、元素の結合状態もより強固となるので、変質しにくく、さらに、外部の雰囲気や第２端面コート膜６中に含まれる酸素の拡散をより一層抑制することができる。
【００９６】
なお、第４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。また、この窒化物系半導体レーザ素子４００に対して、上記第１実施形態と同様の条件で寿命試験を行ったところ、動作電流の上昇が抑制されて、３０００時間以上のＭＴＴＦが得られることが確認できた。
【００９７】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による窒化物系半導体レーザ素子５００では、図１を参照して、第２反射率制御層６３中の高屈折率層６３ｂは、約４７ｎｍの厚みを有するＡｌＮからなる。また、ＡｌＮからなる高屈折率層６３ｂの形成条件は、第１実施形態の同じくＡｌＮからなる第１層６１ａの形成条件と同様である。その他の窒化物系半導体レーザ素子５００の構成および製造プロセスは、窒化物系半導体レーザ素子１００の構成および製造プロセスと同様である。
【００９８】
第５実施形態では、上記のように、高屈折率層６３ｂが酸化物よりも膜密度が高い酸窒化物から構成されている。これにより、元素の結合状態もより強固となるので、変質しにくく、さらに、外部の雰囲気や第２端面コート膜６中に含まれる酸素の拡散をより一層抑制することができる。
【００９９】
なお、第５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。また、この窒化物系半導体レーザ素子５００に対して、上記第１実施形態と同様の条件で寿命試験を行ったところ、動作電流の上昇が抑制され、３０００時間以上のＭＴＴＦが得られることが確認できた。
【０１００】
（第６実施形態）
図４を参照して、第６実施形態について説明する。なお、図４は、本発明の第６実施形態による窒化物系半導体レーザ素子６００の構造を説明するための断面図であって、レーザ光の出射方向に対して平行な断面を示している。なお、図１（第１実施形態）と同様の構成に対しては、図４においても同じ番号を付している。
【０１０１】
本発明の第６実施形態による窒化物系半導体レーザ素子６００では、第２変質防止層６１が、第１層６１ａと、約３０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３からなる第２層６１ｂと、第３層６１ｃの３層によって構成されている。そして、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３との間に、複数（２層）の酸化膜を積層した界面層６５が形成されている。すなわち、界面層６５は、第２変質防止層６１（ＡｌＮからなる第３層６１ｃ）の表面に、光反射側端面２ｂ側から順に、約６０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３からなる第１界面層６５ａと、約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる第２界面層６５ｂとが積層されている。また、第２界面層６５ｂの光反射側端面２ｂとは反対側の表面には、第２反射率制御層６３のＳｉＯ２からなる低屈折率層６３ａが接している。また、第１界面層６５ａおよび第２界面層６５ｂの各々の層の光学膜厚は、λ／４以上となるように設定されている。
【０１０２】
なお、窒化物系半導体レーザ素子６００のその他の構成は、窒化物系半導体レーザ素子１００の構成と同様である。また、窒化物系半導体レーザ素子６００の製造プロセスは、ＥＣＲスパッタ法により、第２変質防止層６１上に、Ａｌ２Ｏ３からなる第１界面層６５ａとＳｉＯ２からなる第２界面層６５ｂとをこの順に積層して界面層６５を形成する点を除いて、窒化物系半導体レーザ素子１００の製造プロセスと同様である。
【０１０３】
第６実施形態では、上記のように、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３との間に界面層６５が形成されているので、第２反射率制御層６３と光反射側端面２ｂとの距離が増す分、第２反射率制御層６３に作用する熱エネルギーおよび光エネルギーが低減されるので、第２反射率制御層６３を構成する低屈折率層６３ａおよび高屈折率層６３ｂを変質しにくくさせることができる。
【０１０４】
また、第６実施形態では、界面層６５が、Ａｌ２Ｏ３からなる第１界面層６５ａとＳｉＯ２からなる第２界面層６５ｂとによって構成されているので、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３との間に加わる応力を十分に緩和することができる。これにより、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３とが互いに膜剥れを起こすのを抑制することができる。
【０１０５】
また、第６実施形態では、第２変質防止層６１のＡｌＮからなる第３層６１ｃと第１界面層６５ａとが接するとともに、第２界面層６５ｂと第２反射率制御層６３のＳｉＯ２からなる低屈折率層６３ａとが接することにより、第３層６１ｃと第１界面層６５ａとは同じＡｌ元素によって密着性が良好であるとともに、第２界面層６５ｂと低屈折率層６３ａとは同じＳｉ元素をもつＳｉＯ２膜によって密着性が高くなるので、界面層６５によって第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３とが互いに膜剥れを起こすのを確実に抑制することができる。
【０１０６】
なお、第６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。また、この窒化物系半導体レーザ素子６００に対して、上記第１実施形態と同様の条件で寿命試験を行ったところ、動作電流の上昇が抑制されて、３０００時間以上のＭＴＴＦが得られることが確認できた。
【０１０７】
（第７実施形態）
図５を参照して、第７実施形態について説明する。なお、図５は、本発明の第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７００の構造を説明するための断面図であって、レーザ光の出射方向に対して平行な断面を示している。なお、図４（第６実施形態）と同様の構成に対しては、図５においても同じ番号を付している。
【０１０８】
本発明の第７実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７００では、第２反射率制御層６６が、約６３ｎｍの厚みを有するＳｉＯｘＮｙ（ただし、ｘ＜ｙ）からなる低屈折率層６６ａと、約５０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２からなる高屈折率層６３ｂとを交互に７層ずつ積層した構成を有している。また、低屈折率層６６ａおよび高屈折率層６３ｂの各々の光学膜厚は、λ／４となるように設定されている。これにより、第２端面コート膜６の反射率は、約９４％に設定されている。なお、第２反射率制御層６６は、本発明の「反射率制御層」の一例である。
【０１０９】
なお、窒化物系半導体レーザ素子７００のその他の構成および製造プロセスは、窒化物系半導体レーザ素子６００の構成と同様である。
【０１１０】
第７実施形態では、上記のように、第２反射率制御層６６の低屈折率層６６ａが酸化物からなる誘電体層よりも膜密度が高い酸窒化物からなる誘電体層（ＳｉＯｘＮｙ）により構成されているので、低屈折率層６６ａ自身の劣化を抑制できるのに加えて、外部の雰囲気から取り込まれた酸素や、高屈折率層６３ｂを構成する酸化膜であるＺｒＯ２からの酸素が、光反射側端面２ｂから半導体素子層２に対して拡散するのを抑制することができる。
【０１１１】
なお、第７実施形態のその他の効果は、上記第６実施形態と同様である。また、この窒化物系半導体レーザ素子７００に対して、上記第１実施形態と同様の条件で寿命試験を行ったところ、動作電流の上昇が抑制されて、３０００時間以上のＭＴＴＦが得られることが確認できた。
【０１１２】
（第８実施形態）
図６を参照して、第８実施形態について説明する。なお、図６は、本発明の第８実施形態による窒化物系半導体レーザ素子８００の構造を説明するための断面図であって、レーザ光の出射方向に対して平行な断面を示している。なお、図４（第６実施形態）と同様の構成に対しては、図６においても同じ番号を付している。
【０１１３】
本発明の第８実施形態による窒化物系半導体レーザ素子８００では、第２変質防止層６１と第２反射率制御層６３との間に、酸窒化膜および酸化膜を積層した界面層６７が形成されている。すなわち、界面層６７は、第２変質防止層６１の表面に、光反射側端面２ｂ側から順に、約５３ｎｍの厚みを有するＡｌＯｘＮｙ（ただし、ｘ＜ｙ）からなる第１界面層６７ａと、約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる第２界面層６５ｂとが積層されている。また、第１界面層６７ａの光学膜厚は、λ／４以上となるように設定されている。
【０１１４】
なお、窒化物系半導体レーザ素子８００のその他の構成および製造プロセスは、窒化物系半導体レーザ素子６００の構成と同様である。
【０１１５】
第８実施形態では、上記のように、界面層６７の第１界面層６７ａが酸化物からなる誘電体層よりも膜密度が高い酸窒化物からなる誘電体層（ＡｌＯｘＮｙ）により構成されているので、低屈折率層６６ａ自身の劣化を抑制できるのに加えて、外部の雰囲気から取り込まれた酸素や、第２界面層６５ｂを構成する酸化膜であるＳｉＯ２からの酸素が、光反射側端面２ｂから半導体素子層２に対して拡散するのを抑制することができる。
【０１１６】
なお、第８実施形態のその他の効果は、上記第６実施形態と同様である。また、この窒化物系半導体レーザ素子８００に対して、上記第１実施形態と同様の条件で寿命試験を行ったところ、動作電流の上昇が抑制されて、３０００時間以上のＭＴＴＦが得られることが確認できた。
【０１１７】
（第９実施形態）
図２および図７〜図９を参照して、本発明の第９実施形態によるレーザ装置９５０を備えた光ピックアップ装置９００について説明する。
【０１１８】
本発明の第９実施形態によるレーザ装置９５０は、導電性材料からなり、略丸型のキャンパッケージ本体９５３と、給電ピン９５１ａ、９５１ｂ、９５１ｃおよび９５２と、蓋体９５４とを備えている。また、キャンパッケージ本体９５３には、上記第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００が設けられており、蓋体９５４により封止されている。蓋体９５４には、レーザ光を透過する材料からなる取り出し窓９５４ａが設けられている。また、給電ピン９５２は、機械的および電気的にキャンパッケージ本体９５３と接続されている。給電ピン９５２は接地端子として用いられる。キャンパッケージ本体９５３の外部に延びる給電ピン９５１ａ、９５１ｂ、９５１ｃ、９５２の一端は、それぞれ図示しない駆動回路に接続される。
【０１１９】
キャンパッケージ本体９５３と一体化された導電性の支持部材９５５上には、導電性のサブマウント９５５ａが設けられている。支持部材９５５およびサブマウント９５５ａは、導電性および熱伝導性に優れた材料からなる。窒化物系半導体レーザ素子１００は、レーザ光の出射方向Ｘがレーザ装置９５０の外側（取り出し窓９５４ａ側）に向かうとともに、窒化物系半導体レーザ素子１００の発光点（図２に示したリッジ部２ｃの下方に形成される導波路）がレーザ装置９５０の中心線に位置するように接合されている。
【０１２０】
給電ピン９５１ａ、９５１ｂおよび９５１ｃは、それぞれ、絶縁リング９５１ｚによりキャンパッケージ本体９５３と電気的に絶縁されている。給電ピン９５１ａは、ワイヤ９７１を介して、窒化物系半導体レーザ素子１００のｐ側パッド電極３２（ｐ側電極３）のワイヤボンド部３２ａの上面に接続されている。また、給電ピン９５１ｃは、ワイヤ９７２を介して、サブマウント９５５ａの上面に接続されている。
【０１２１】
また、図９に示すように、光ピックアップ装置９００は、窒化物系半導体レーザ素子１００が実装されたレーザ装置９５０と、偏光ビームスプリッタ（偏光ＢＳ）９６１、コリメータレンズ９６２、ビームエキスパンダ９６３、λ／４板９６４、対物レンズ９６５およびシリンドリカルレンズ９６６を有する光学系９６０と、光検出部９７０を備えている。
【０１２２】
光学系９６０において、偏光ＢＳ９６１は、窒化物系半導体レーザ素子１００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９８０から帰還するレーザ光を全反射する。コリメータレンズ９６２は、偏光ＢＳ９６１を透過した窒化物系半導体レーザ素子１００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９６３は、凹レンズ、凸レンズおよびアクチュエータ（図示せず）から構成されている。アクチュエータは図示しないサーボ回路からのサーボ信号に応じて凹レンズおよび凸レンズの距離を変化させる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子１００から出射されたレーザ光の波面状態が補正される。
【０１２３】
λ／４板９６４は、コリメータレンズ９６２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９６４は光ディスク９８０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、窒化物系半導体レーザ素子１００から出射されるレーザ光の直線偏光の方向に直交する。それにより、光ディスク９８０から帰還するレーザ光は、偏光ＢＳ９６１によって略全反射される。対物レンズ９６５は、λ／４板９６４を透過したレーザ光を光ディスク９８０の表面（記録層）上に収束させる。なお、対物レンズ９６５は、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およびチルトサーボ信号）に応じて図示しない対物レンズアクチュエータにより、フォーカス方向、トラッキング方向およびチルト方向に移動可能である。
【０１２４】
偏光ＢＳ９６１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９６６および光検出部９７０が配置されている。シリンドリカルレンズ９６６は、入射されるレーザ光に非点収差作用を付与する。光検出部９７０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９７０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およ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。フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号およびチルトエラー信号により、ビームエキスパンダ９６３のアクチュエータおよび対物レンズアクチュエータがフィードバック制御される。このようにして、本発明の第９実施形態による光ピックアップ装置９００が構成される。
【０１２５】
第９実施形態では、上記のように、光ピックアップ装置９００に、上記第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００を用いているので、高出力動作時においても、光反射側端面２ｂからの第２端面コート膜６の剥離、および、第２端面コート膜６の特性反射率の変化が抑制されるので、窒化物系半導体レーザ素子１００の動作特性の安定性および信頼性が向上された光ピックアップ装置９００を得ることができる。
【０１２６】
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および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１２７】
たとえば、上記第１〜第８実施形態では、第２変質防止層６１中の第１層６１ａ〜第４層６１ｄの各層がいずれも同じ元素（Ａｌ）の酸化物、窒化物または酸窒化物から構成されていたが、本発明はこれに限らず、各層を異なる元素の酸化物、窒化物または酸窒化物から構成してもよい。また、第２変質防止層６１を酸化物からなる層を含まない構成、すなわち、窒化物または酸窒化物からなる層のみで構成してもよい。
【０１２８】
また、上記第１〜第９実施形態では、第２変質防止層６１は、３層または４層からなり、酸化物、窒化物または酸窒化物からなる層の積層膜から構成されていたが、本発明はこれに限らず、２層あるいは５層以上の積層膜としてもよい。
【０１２９】
また、上記第１〜第６、第８および第９実施形態では、第２反射率制御層６３が低屈折率層６３ａと高屈折率層６３ｂとを交互に６層ずつ形成した構成を有していたが、本発明はこれに限らず、６層以外の積層数としてもよい。
【０１３０】
また、上記第１〜第９実施形態では、第２端面コート膜６を構成する各層を構成する誘電体材料として、窒化物ではＡｌＮを、酸化物では、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２またはＺｒＯ２を、酸窒化物ではＡｌＯｘＮｙおよびＳｉＯｘＮｙをそれぞれ用いたが、本発明はこれに限らず、別の金属元素の窒化物、酸化物または酸窒化物を用いてもよい。たとえば、各誘電体材料としては、窒化物ではＳｉなどの窒化物を、また、酸化物や酸窒化物ではＺｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＮｂなどの酸化物や酸窒化物を、それぞれ用いることができる。
【０１３１】
また、上記第１〜第５実施形態では、ＳｉＯ２からなる酸化膜を用いて界面層６２を形成したが、本発明はこれに限らず、Ｚｒ、ＴａおよびＮｂなどを含む酸化膜を用いてもよい。
【０１３２】
また、上記第８実施形態では、界面層６７を構成する第１界面層６７ａにＡｌＯｘＮｙを用いたが、本発明はこれに限らず、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＮｂなどを含む酸窒化膜を用いて第１界面層６７ａを構成してもよい。
【０１３３】
また、上記第１〜第９実施形態では、１層または２層からなる界面層を形成したが、本発明はこれに限らず、３層以上の誘電体層を用いて界面層を形成してもよい。たとえば、界面層を３層にて構成する場合、変質防止層から反射率制御層に向かって、酸化膜、酸窒化膜および酸化膜の順に積層して界面層を構成するのが好ましい。
【０１３４】
また、上記第１〜第９実施形態では、ＥＣＲスパッタ法によって第１端面コート膜５および第２端面コート膜６の各層を形成していたが、本発明はこれに限らず、他の成膜方法を用いて形成してもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
１  基板
２  半導体素子層
２ａ  出射側端面
２ｂ  光反射側端面
２ｃ  リッジ部
３  ｐ側電極
４  ｎ側電極
５  第１端面コート膜
６  第２端面コート膜（端面コート膜）
２２  ｎ型キャリアブロック層（発光層）
２３  ｎ側光ガイド層（発光層）
２４  活性層（発光層）
２５  ｐ側光ガイド層（発光層）
２６  キャップ層（発光層）
５１  第１変質防止層
５２  第１反射率制御層
６１  第２変質防止層（変質防止層）
６１ａ  第１層（誘電体層、変質防止層を構成する各層）
６１ｂ  第２層（誘電体層、変質防止層を構成する各層）
６１ｃ  第３層（誘電体層、変質防止層を構成する各層）
６１ｄ  第４層（誘電体層、変質防止層を構成する各層）
６２、６５  界面層
６３、６６  第２反射率制御層（反射率制御層）
６３ａ  低屈折率層
６３ｂ  高屈折率層
【図１】
2010153810.tif 000003
【図２】
2010153810.tif 000004
【図３】
2010153810.tif 000005
【図４】
2010153810.tif 000006
【図５】
2010153810.tif 000007
【図６】
2010153810.tif 000008
【図７】
2010153810.tif 000009
【図８】
2010153810.tif 000010
【図９】
2010153810.tif 000011