(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層と、
ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層に挟まれた活性層とからなり、III-Ｖ族窒化物半導体からなる共振器と、
前記共振器の端面に配置され酸化ニオブからなる誘電体層を含む反射膜とを有し、
発振波長は、０．４μｍ又は０．４μｍよりも短い半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記活性層は、Ｉｎを含む請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記反射膜は、前記共振器の端面を覆っている請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記反射膜は、第１の誘電体層と、酸化ニオブからなる第２の誘電体層とを有する請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第２の誘電体層の屈折率は、前記第１の誘電体層の屈折率よりも大きい請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
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請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
発振波長が０．４μｍ又は０．４μｍ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、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層に挟まれたIII-Ｖ族窒化物半導体からなる活性層とを成長させる工程と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層と前記活性層とを成長させた基板を劈開又はエッチングすることにより共振器の端面を形成する工程と、
前記共振器の端面に酸化ニオブからなる誘電体層を含む反射膜を形成する工程とを備えた半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
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請求項７に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
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、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層に挟まれた活性層とからなり、III-Ｖ族窒化物半導体からなる共振器と、前記共振器の端面に配置され酸化ニオブからなる誘電体層を含む反射膜とを有し、発振波長が０．４μｍ又は０．４μｍよりも短い光ディスク装置。
【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、その製造方法及び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７８０ｎｍ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（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−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（ＡｌＧａＩｎＰ）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（ＴｉＯ2 ）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７８０ｎｍ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、本発明に係る半導体レーザ素子は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれたIII-Ｖ族窒化物半導体からなる活性層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に配置され活性層を含む共振器と、共振器の端面に配置され酸化ニオブを含む反射膜とを有し、発振波長は、０．４μｍ又は０．４μｍよりも短いことを特徴とする。
【００１８】
本発明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】
本発明の半導体レーザ素子において、活性層はＩｎを含むことが好ましい。
【００２０】
本発明の半導体レーザ素子において、反射膜は共振器の端面を覆っていることが好ましい。
【００２１】
本発明の半導体レーザ素子において、反射膜は、第１の誘電体層と、酸化ニオブを含む第２の誘電体層とを有することが好ましい。
【００２２】
この場合に、第２の誘電体層の屈折率は、第１の誘電体層の屈折率よりも大きいことが好ましい。
【００２３】
また、この場合に、第１の誘電体層は、酸化シリコン又は酸化アルミニウムを含むことが好ましい。
【００２４】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、発振波長が０．４μｍ又は０．４μｍよりも短い半導体レーザ素子の製造方法を対象とし、基板の上に、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれたIII-Ｖ族窒化物半導体からなる活性層とを成長させる工程と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層と活性層とを成長させた基板を劈開又はエッチングすることにより共振器の端面を形成する工程と、共振器の端面に酸化ニオブを含む反射膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法によると、ｎ型半導体層とｐ型半導体層と活性層とを成長させた基板を劈開又はエッチングすることにより、各半導体層及び活性層を含む基板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、本発明の半導体レーザ素子を実現できる。
【００２６】
本発明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。
【００２７】
本発明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。
【００２８】
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光を検出する光検出部とを備え、半導体レーザ素子は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれたIII-Ｖ族窒化物半導体からなる活性層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に配置され活性層を含む共振器と、共振器の端面に配置され酸化ニオブを含む反射膜とを有し、発振波長が０．４μｍ又は０．４μｍよりも短いことを特徴とする。
【００２９】
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。
【００３０】
【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。
【００３１】
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。
【００３２】
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（ＡｌＧａＮ）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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９３．９％の反射率を得ることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
さらに、高出力化とは別に、発振波長が４００ｎｍ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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
まず、成膜装置の概略構成を説明する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
成膜室２３の上部には、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）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。
【００４６】
次に、成膜方法を説明する。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
本実施形態においては、アルゴンの供給量を約１０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ  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８ｎｍ／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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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２４００ｃｍ-1であるのに対し、酸化ニオブは１０９ｃｍ-1を示している。
【００５６】
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２．９５であるのに対し、酸化ニオブは２．５２を示している。
【００５７】
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-1〜１０4 ｃｍ-1以上の場合である。吸収係数の値が１０4 ｃｍ-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３７０ｎｍ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。
【００５８】
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１３０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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
また、低屈折率膜１３ａと高屈折率膜１３ｂ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。
【００６２】
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（Ａｌ2Ｏ3）を用いてもよい。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
（参考例）
以下、本発明の参考例について説明する。
【００６６】
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、本参考例においては、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。
【００６７】
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１５０ｍＷ、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。
【００６８】
そこで、本参考例においては、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（Ｎｂ2Ｏ5）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。
【００６９】
図５は本発明の参考例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。
【００７０】
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（ＡｌＧａＡｓ）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（ＡｌＧａＡｓ）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、本参考例においても、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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／４ｎ2 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。
【００７４】
本参考例によると、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。
【００７５】
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 ｃｍ-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。
【００７６】
なお、本参考例の一変形例として、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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８０】
図６は本発明の第２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２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。
【００８１】
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５０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４０が設けられている。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
また、第２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前述した参考例に係る赤外又は赤色半導体レーザ素子を用いれば、１６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。
【００８７】
【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】  本発明の参考例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２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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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