(57)【要約】【課題】出力が高く、受光面における戻り光の反射率の低い窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することができる窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた外部共振器型半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】光出射部が窒化物半導体からなる窒化物半導体レーザ素子であって、光出射部に酸窒化シリコンからなるコート膜が形成されており、光出射部から出射されるレーザ光の戻り光に対するコート膜の反射率が０．５％以下である窒化物半導体レーザ素子とおよびそれを用いた外部共振器型半導体レーザ装置である。【選択図】図２
2009231367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射部が窒化物半導体からなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記光出射部に酸窒化シリコンからなるコート膜が形成されており、
前記光出射部から出射されるレーザ光の戻り光に対する前記コート膜の反射率が０．５％以下であることを特徴とする、窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記コート膜に含有される窒素含有量が３原子％以上２０原子％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記光出射部と前記コート膜との間に酸窒化アルミニウムからなる中間膜が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記中間膜に含有される酸素含有量が５原子％以上３５原子％以下であることを特徴とする、請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記反射率が０．１％以下であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記コート膜に含有される窒素含有量が１０原子％以上１５原子％以下であることを特徴とする、請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記戻り光の波長が４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子と、前記窒化物半導体レーザ素子から出射したレーザ光の少なくとも一部を前記窒化物半導体レーザ素子に戻すための回折格子とを備えた、外部共振器型半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子および外部共振器型半導体レーザ装置に関し、特に、出力が高く、受光面における戻り光の反射率の低い窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することができる窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた外部共振器型半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超大容量かつ超高速のデータストレージ技術であるホログラフィックメモリ技術は、次世代の光メモリとして期待されており、実用化に向けて研究開発が盛んに行なわれてきている。ホログラフィックメモリのデータ読出しおよび書き込みには、可干渉性のあるレーザ光が用いられる。なかでも、半導体レーザ素子を用いると装置の大幅な小型化が可能となるため、半導体レーザ素子の利用に向けた研究開発が進行中である。
【０００３】
また、近年、波長４０５ｎｍ付近の青紫色のレーザ光を出射する窒化物半導体レーザ素子が従来のＤＶＤよりも記憶容量の大きい光ディスク（ＨＤ−ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ）用の光源として広く用いられるようになっている。
【０００４】
また、窒化物半導体レーザ素子をホログラフィックメモリの光源として用いる試みも行なわれている。しかしながら、ＨＤ−ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙといった光ディスクと異なり、干渉を利用してデータの読出しおよび書き込みを行なうホログラフィックメモリの光源には単一縦モード発振が必須である。さらに、記録媒体が環境温度や光源の出射強度によって膨張あるいは収縮した際に再現性良く記録および再生を行なうためには、光源から出射される光の波長を可変にする必要がある（たとえば、特開２００６−２６７５５４号公報参照）。
【０００５】
通常の半導体レーザ素子ではこのような単一縦モードと波長可変化を実現することはできないため、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）半導体レーザ素子や外部共振器型半導体レーザ装置を用いる必要がある。外部共振器型半導体レーザ装置はＤＦＢ半導体レーザ素子よりは比較的容易に作製することができるため、ホログラフィックメモリの光源として用いられることが多い。
【０００６】
ここで、外部共振器型半導体レーザ装置に求められる特性としては、出力が大きく、単一縦モード特性が良好であることが求められる。出力を大きくするためには、外部共振器型半導体レーザ装置の光源となる半導体レーザ素子の特性としても出力が大きいことが要求される。たとえば、特開２００５−１６７００８号公報には、外部共振器型半導体レーザ装置として３０ｍＷ以上の出力が必要であり、そのためには半導体レーザ素子の出力が４５ｍＷ以上であることが必要であることが記載されている（特開２００５−１６７００８号公報の段落［００４１］等参照）。
【０００７】
また、外部共振器型半導体レーザ装置において、単一縦モード特性を良好にするためには、一般的には戻り光を多くすることが有効で、そのための１つの手法としては、外部共振器型半導体レーザ装置の光源となる半導体レーザ素子の受光面の低反射率化が挙げられる。なお、特開２００５−１６７００８号公報には、半導体レーザ素子の受光面における戻り光の反射率を０％〜１０％とすることによってレーザ光の単一縦モード化を実現することができ、なかでもその反射率を３％以下とすることが望ましいことが記載されている（特開２００５−１６７００８号公報の段落［００５０］等参照）。
【特許文献１】特開２００６−２６７５５４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６７００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、外部共振器型半導体レーザ装置の光源となる窒化物半導体レーザ素子においては、なるべく出力が高く、かつ受光面における戻り光の反射率がなるべく低いものを用いることが望ましい。
【０００９】
しかしながら、特開２００５−１６７００８号公報に記載の外部共振器型半導体レーザ装置の光源となる窒化物半導体レーザ素子の受光面における戻り光の反射率を低下させすぎるとその受光面を構成するコート膜の歩留まりが低下する危険性がある（特開２００５−１６７００８号公報の段落［００５０］等参照）。
【００１０】
また、窒化物半導体レーザ素子の出力を向上させるためのコート膜と受光面における戻り光の反射率を低減するためのコート膜とはその構成の点で必ずしも一致しない。
【００１１】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、出力が高く、受光面における戻り光の反射率の低い窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することができる窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた外部共振器型半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、光出射部が窒化物半導体からなる窒化物半導体レーザ素子であって、光出射部に酸窒化シリコンからなるコート膜が形成されており、光出射部から出射されるレーザ光の戻り光に対するコート膜の反射率が０．５％以下である窒化物半導体レーザ素子である。
【００１３】
ここで、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、コート膜に含有される窒素含有量が３原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射部とコート膜との間に酸窒化アルミニウムからなる中間膜が形成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、中間膜に含有される酸素含有量が５原子％以上３５原子％以下であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、上記の反射率が０．１％以下であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、コート膜に含有される窒素含有量が１０原子％以上１５原子％以下であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、戻り光の波長が４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明は、上記のいずれかの窒化物半導体レーザ素子と、窒化物半導体レーザ素子から出射したレーザ光の少なくとも一部を窒化物半導体レーザ素子に戻すための回折格子とを備えた外部共振器型半導体レーザ装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、出力が高く、受光面における戻り光の反射率の低い窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く作製することができる窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた外部共振器型半導体レーザ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２２】
図１に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な斜視断面図を示す。ここで、図１に示す窒化物半導体レーザ素子１００は、導電性基板１１上に、ｎ型窒化物半導体バッファ層１２、ｎ型窒化物半導体クラッド層１３、ｎ型窒化物半導体ガイド層１４、窒化物半導体活性層１５、ｐ型窒化物半導体ガイド層１６、ｐ型窒化物半導体クラッド層１７およびｐ型窒化物半導体コンタクト層１８が導電性基板１１側からこの順序で順次積層された積層構造体を有している。
【００２３】
また、窒化物半導体レーザ素子１００から出射されるレーザ光の水平方向における光閉じ込めのためにｐ型窒化物半導体クラッド層１７およびｐ型窒化物半導体コンタクト層１８の一部をストライプ状に除去することによって、ｐ型窒化物半導体クラッド層１７の一部を上方に突出させた構造のリッジストライプ部１９を有するリッジストライプ構造が設けられている。そして、電流をリッジストライプ部１９のみに注入するために、リッジストライプ部１９の両側に絶縁膜２０が形成されている。絶縁膜２０としては、たとえば酸化シリコンや酸化ジルコニウム等を用いることができる。
【００２４】
さらに、窒化物半導体レーザ素子１００に電流を注入するための電極として、導電性基板１１の裏面上にｎ電極２２が形成されており、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１８の表面上にｐ電極２１が形成されている。
【００２５】
また、図１においては、導電性基板１１上に上記の各層が形成された後に劈開することにより形成された光出射側の共振器端面２５が存在している。本発明において、光出射部は窒化物半導体レーザ素子からレーザ光が出射する部分のことを意味するが、この例においては、光出射側の共振器端面２５が光出射部に相当する。なお、光出射側の共振器端面２５は、リッジストライプ部１９の下方に位置する窒化物半導体活性層１５の共振器端面となる。
【００２６】
なお、上記の各層を構成する窒化物半導体の種類、混晶比、厚さ、積層数および積層順序等の構成は上記の構成に限定されず、適宜設定することができる。また、本発明において、窒化物半導体としては、たとえば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）およびＩｎ（インジウム）からなる群から選択された少なくとも１種のＩＩＩ族元素とＶ族元素であるＮ（窒素）との化合物を用いることができる。
【００２７】
また、本発明において、ｐ型窒化物半導体としては、たとえば、ボロン等のｐ型ドーパントがドープされた上記の窒化物半導体を用いることができる。また、本発明において、ｎ型窒化物半導体としては、たとえば、リン等のｎ型ドーパントがドープされた上記の窒化物半導体を用いることができる。
【００２８】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子１００から出射されるレーザ光の戻り光（窒化物半導体レーザ素子１００から一旦出射した後にたとえば回折格子で回折すること等によって窒化物半導体レーザ素子１００に戻ってくるレーザ光）の波長は４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲内となる。
【００２９】
図２に、図１に示す窒化物半導体レーザ素子１００の模式的な斜視図を示す。ここで、図２に示すように、窒化物半導体レーザ素子１００は、レーザ光の主な出射面となる光出射側の共振器端面２５とレーザ光の主な反射面となる光反射側の共振器端面２３とを有している。
【００３０】
また、光出射側の共振器端面２５の表面上には酸窒化シリコンからなるコート膜２６が形成されている。一方、光反射側の共振器端面２３の表面上には窒化物半導体レーザ素子１００の光反射側においてレーザ光の反射率を高くするための高反射膜２４が形成されている。
【００３１】
ここで、本発明においては、光出射部から出射されるレーザ光の戻り光のコート膜２６の表面における反射率が０．５％以下であることを特徴の１つとしている。このような構成とすることによって、窒化物半導体レーザ素子１００を外部共振器型半導体レーザ装置の光源として用いた場合に、窒化物半導体レーザ素子１００の受光面となるコート膜２６のレーザ光の戻り光に対する反射率を０．５％以下と低反射率化することができるため、レーザ光の戻り光を多くすることができることから、窒化物半導体レーザ素子１００の単一縦モード特性を極めて良好なものとすることができる。
【００３２】
また、本発明においては、レーザ光の戻り光の反射率を０．５％以下とするために酸窒化シリコンからなるコート膜２６を用いている点を特徴の１つとしている。このような構成とすることにより、コート膜２６を構成する酸窒化シリコンの窒素含有量を調節することによって容易にコート膜２６の反射率を制御することができることから、窒化物半導体レーザ素子１００の歩留まりの低下を有効に抑制することができる。
【００３３】
図３に、酸窒化シリコンからなるコート膜２６の屈折率ｎと反射率（％）との関係を示す。図３において、横軸は酸窒化シリコンからなるコート膜２６の屈折率ｎを示しており、縦軸はコート膜２６の反射率（％）を示している。また、図３においては、コート膜２６の厚さを４０５／４／ｎに設定したときの波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率がプロットされている。また、図３においては、酸窒化シリコンからなるコート膜２６の屈折率ｎと反射率（％）との関係を計算および実測の双方から求めている。
【００３４】
なお、図３における計算のグラフは、屈折率ｎsの透明体上に屈折率ｎのコート膜２６を形成する際に、コート膜２６の膜厚ｄをλ／（４ｎ）としたときに、最小反射率（ｎ2−ｎs）2／（ｎ2＋ｎs）2の式から求めた。ここで、ｎs＝２．５３とした。
【００３５】
また、図３における実測のデータは、上記にしたがい、実際に反射率を最小にすべく、酸窒化シリコンの酸素量によってコート膜２６の屈折率ｎを変えて、コート膜２６の膜厚ｄをλ／（４ｎ）として窒化物半導体レーザ素子の共振器端面にコート膜２６を形成した際の反射率を上記の計算のグラフ上にプロットした。
【００３６】
図３に示すように、波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率を０．５％以下とするためには酸窒化シリコンからなるコート膜２６の屈折率ｎを１．４８以上１．７１以下の範囲内に設定する必要があることがわかる。
【００３７】
屈折率が１．４８以上１．７１以下の範囲内にある材料としては、屈折率が１．４８程度の酸化シリコン（ＳｉＯ2）や１．６８程度の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）がある。しかしながら、酸窒化シリコンの代わりに、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムを用いた場合には反射率を０．５％以下とすることはできるが、その屈折率の制御が容易ではないため、窒化物半導体レーザ素子の歩留まりが悪くなるという問題がある。
【００３８】
すなわち、酸化シリコンおよび酸化アルミニウムの屈折率の値を上記で記載したが、これらの屈折率は成膜条件によって変動し得る。また、酸化シリコンおよび酸化アルミニウムの屈折率はそれぞれ１．４８以上１．７１以下の範囲の境界値に比較的近い。したがって、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムを用いてコート膜を形成した場合には、成膜条件等の何らかの要因でコート膜の屈折率が変動したときには、上記の屈折率の範囲から外れてしまうことが多くなるため、窒化物半導体レーザ素子の歩留まりが悪くなる。
【００３９】
図４に、酸窒化シリコンからなるコート膜２６の屈折率ｎと窒素含有量（原子％）との関係を示す。図４において、横軸は酸窒化シリコンからなるコート膜２６の窒素含有量（原子％）を示しており、縦軸はそのコート膜２６の屈折率ｎを示している。なお、本発明において、窒素含有量（原子％）は、酸窒化シリコンからなるコート膜２６中のシリコン原子の原子％と、酸素原子の原子％と、窒素原子の原子％との合計（１００原子％）に対する窒素原子の原子％の割合（原子％）である。
【００４０】
図４に示すように、酸窒化シリコンからなるコート膜２６の屈折率ｎは、窒素含有量（原子％）を調節することによって容易に制御することができる。したがって、本発明においては、レーザ光の戻り光の反射率が０．５％以下であるコート膜２６を容易にかつ安定に得ることができる。
【００４１】
また、本発明においては、図３に示すように、コート膜２６の屈折率を１．５４以上１．６４以下とすることにより、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムを用いて作製されたコート膜では実現することができない０．１％以下の反射率（波長４０５ｎｍのレーザ光（戻り光）に対する反射率）を実現することもできる。
【００４２】
図５に、酸窒化シリコンからなるコート膜中の窒素含有量（原子％）と反射率（％）との関係を示す。横軸は酸窒化シリコンからなるコート膜２６の窒素含有量（原子％）を示しており、縦軸はそのコート膜２６の反射率（％）を示している。なお、図５に示される反射率は、コート膜２６の厚さを４０５／４／ｎに設定したときの波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率となっている。また、図５に示される関係は、図３および図４の関係から導き出したものである。
【００４３】
図５に示すように、酸窒化シリコンからなるコート膜２６中の窒素含有量（原子％）が３原子％以上２０原子％以下である場合に、このコート膜２６の波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率は０．５％以下となることがわかる。また、酸窒化シリコンからなるコート膜２６中の窒素含有量（原子％）が１０原子％以上１５原子％以下である場合に、このコート膜２６の波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率は０．１％以下となることがわかる。
【００４４】
このように、本発明においては、窒化物半導体レーザ素子１００の光出射側の共振器端面２５に形成されるコート膜２６の材質に酸窒化シリコンを用い、コート膜２６中の窒素含有量（原子％）を３原子％以上２０原子％以下とすることによって波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率を容易かつ安定に０．５％以下とすることができる。また、コート膜２６中の窒素含有量（原子％）を１０原子％以上１５原子％以下とすることによって波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率を容易かつ安定に０．１％以下とすることができる。
【００４５】
したがって、本発明においては、レーザ光の戻り光に対する反射率が０．５％以下、好ましくは０．１％以下の低い反射率のコート膜２６を容易かつ安定に形成することができるため、外部共振器型半導体レーザ装置の光源に好適な窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く製造することができる。
【００４６】
なお、上記においては、戻り光として波長４０５ｎｍのレーザ光を想定した場合について述べたが、波長４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲内のレーザ光が戻り光である場合にも同様の議論が成立する。すなわち、酸窒化シリコンからなるコート膜２６の窒素含有量を３原子％以上２０原子％以下とすることによって波長４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の戻り光に対する反射率を０．５％以下とすることができ、酸窒化シリコンからなるコート膜２６の窒素含有量を１０原子％以上１５原子％以下とすることによって波長４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の戻り光に対する反射率を０．１％以下とすることができる。
【００４７】
図６に、本発明の窒化物半導体レーザ素子１００のコート膜２６の反射率を測定するための反射率測定装置の一例の模式的な構成を示す。ここで、反射率測定装置は、白色光源６１と、光強度検出器６４と、白色光源６１からの入射光を所定の方向に反射するためのハーフミラー６３と、白色光源６１からの入射光を集光するための対物レンズ６５と、対物レンズ６５に対向するステージ６７とを有している。
【００４８】
このような構成の反射率測定装置を用いて窒化物半導体レーザ素子１００のコート膜２６の反射率はたとえば以下のようにして測定される。まず、反射率測定装置のステージ６７上に窒化物半導体レーザ素子１００を光出射側のコート膜２６が対物レンズ６５側を向くようにして設置する。
【００４９】
次に、白色光源６１から入射光を出射し、白色光源６１から出射された入射光はハーフミラー６３に反射した後に対物レンズ６５を通過して、窒化物半導体レーザ素子１００のコート膜２６の表面に対して垂直に入射する。
【００５０】
そして、窒化物半導体レーザ素子１００のコート膜２６の表面に入射した入射光は、コート膜２６の表面で反射して反射光となり、反射光は対物レンズ６５およびハーフミラー６３を順次通過して光強度検出器６４に入射する。光強度検出器６４に入射した反射光は、光強度検出器６４においてその強度が測定される。
【００５１】
そして、上述のようにして測定された反射光の強度から、下記の式（１）によってコート膜２６の反射率（％）が算出される。
【００５２】
コート膜２６の反射率（％）＝（コート膜２６の反射光の強度）×（リファレンスの反射率（％））／（リファレンスの反射光の強度）  …（１）
なお、リファレンスとしては、反射率および反射光の強度が既知であるものを特に限定なく用いることができ、たとえばアルミニウム（Ａｌ）ミラー等を用いることができる。
【００５３】
また、白色光源６１としては、たとえば、重水素ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等をそれぞれ単体であるいは複数種組み合わせて用いることができる。
【００５４】
また、対物レンズ６５として、たとえば反射型対物レンズを用いることで窒化物半導体レーザ素子１００の光反射側の端面からの反射光の影響を防ぐことができる。なお、光出射側のコート膜２６の反射率の測定時には、光反射側の高反射膜２４の反射率を低下させておくことが、光反射側の端面からの反射光の影響を防ぐ観点から好ましい。
【００５５】
なお、図２に示す光反射側の共振器端面２３の表面上に形成される高反射膜２４としては、たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる層を単層で、または複数層積層して形成した膜等を用いることができる。
【００５６】
図７に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な斜視図を示す。ここで、図７に示す構成の窒化物半導体レーザ素子１００においては、レーザ光の主な出射面となる光出射側の共振器端面２５の表面上に酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７が形成されており、その中間膜２７の表面上に酸窒化シリコンからなるコート膜２６が形成されている点に特徴がある。
【００５７】
図７に示す構成の窒化物半導体レーザ素子１００においても、酸窒化シリコンからなるコート膜２６の窒素含有量を３原子％以上２０原子％以下とすることによって波長４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のレーザ光（戻り光）に対する反射率を０．５％以下とすることができ、酸窒化シリコンからなるコート膜２６の窒素含有量を１０原子％以上１５原子％以下とすることによって波長４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のレーザ光（戻り光）に対する反射率を０．１％以下とすることができる。
【００５８】
図７に示す構成の窒化物半導体レーザ素子１００において、酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７中の酸素含有量（原子％）は５原子％以上３５原子％以下とすることが好ましく、５原子％以上３０原子％以下とすることがより好ましい。酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７中の酸素含有量（原子％）が５原子％以上３５原子％以下である場合、特に５原子％以上３０原子％以下である場合には、窒化物半導体レーザ素子１００の最大出力が高くなる傾向にある。なお、本発明において、酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７中の酸素含有量（原子％）は、酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７中のアルミニウム原子の原子％と、酸素原子の原子％と、窒素原子の原子％との合計（１００原子％）に対する酸素原子の原子％の割合（原子％）のことである。
【００５９】
図２または図７に示される構成の窒化物半導体レーザ素子１００の製造方法の一例を以下に説明する。
【００６０】
まず、円板状の導電性基板１１の表面上に、ｎ型窒化物半導体バッファ層１２、ｎ型窒化物半導体クラッド層１３、ｎ型窒化物半導体ガイド層１４、窒化物半導体活性層１５、ｐ型窒化物半導体ガイド層１６、ｐ型窒化物半導体クラッド層１７およびｐ型窒化物半導体コンタクト層１８を導電性基板１１側からこの順序でたとえばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等によりエピタキシャル成長してウエハを形成する。
【００６１】
次に、ｐ型窒化物半導体クラッド層１７およびｐ型窒化物半導体コンタクト層１８の一部をストライプ状にエッチング等することによってリッジストライプ部１９を形成する。そして、リッジストライプ部１９の両側に絶縁膜２０を形成するとともに、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１８の表面上にｐ電極２１を形成し、導電性基板１１の裏面上にｎ電極２２を形成する。
【００６２】
続いて、上記のｎ電極２２の形成後のウエハをリッジストライプ部１９の伸長方向と直交する方向に劈開することによって、棒状のレーザバーを作製する。このときレーザバーの両側の劈開面がそれぞれ光出射側の共振器端面２５および光反射側の共振器端面２３となる。
【００６３】
そして、レーザバーの光反射側の共振器端面２３の表面上に高反射膜２４を形成するとともに、光出射側の共振器端面２５の表面上に酸窒化シリコンからなるコート膜２６を形成（図７に示す構成の窒化物半導体レーザ素子１００を製造する場合には中間膜２７を形成した後にコート膜２６を形成）する。ここで、高反射膜２４、コート膜２６および中間膜２７はそれぞれ、たとえばＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法等により形成することができる。
【００６４】
その後、コート膜２６の形成後のレーザバーをリッジストライプ部１９の伸長方向と平行な方向に切断して分割することにより、図２または図７に示す構成の窒化物半導体レーザ素子１００が得られる。
【００６５】
以上のようにして得られた窒化物半導体レーザ素子１００については、たとえばサブマウントおよびステムにそれぞれ半田付けして接着した後にワイヤボンディングして、キャップシールで封止してもよい。
【００６６】
図８に、本発明の窒化物半導体レーザ素子１００を用いた外部共振器型半導体レーザ装置の一例の模式的な構成を示す。ここで、外部共振器型半導体レーザ装置は、窒化物半導体レーザ素子１００と、コリメートレンズ３２および回折格子３３を有している。
【００６７】
ここで、光源である窒化物半導体レーザ素子１００から出射したレーザ光はコリメートレンズ３２を通って回折格子３３に入射する。回折格子３３は回転機構を有しているため回折格子３３に入射したレーザ光の角度θに応じて特定の波長のレーザ光が１次回折光３４として出力される。
【００６８】
１次回折光３４はコリメートレンズ３２を通って窒化物半導体レーザ素子１００に戻り光として入射する。この窒化物半導体レーザ素子１００に入射する戻り光によって窒化物半導体レーザ素子１００は単一縦モードのレーザ光を出射するようになる。そして、その単一縦モードのレーザ光の波長は戻り光として入射された１次回折光３４の波長に等しくなる。したがって、回折格子３３を回転させることによって、１次回折光３４の波長を変えて、窒化物半導体レーザ素子１００から出射される単一縦モードのレーザ光の波長を変えることもできる。最終的に０次回折光３５が外部共振器型半導体レーザ装置の出力光となり、その波長は単一である。
【００６９】
外部共振器型半導体レーザ装置に求められる特性としては、高出力、かつ単一縦モード特性に優れた出力光が出射されることである。本発明においては、外部共振器型半導体レーザ装置の光源として、波長４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のレーザ光（戻り光）に対する反射率が０．５％以下、好ましくは０．１％以下の酸窒化シリコンからなる低反射率のコート膜２６が光出射側の共振器端面２５に形成された窒化物半導体レーザ素子１００を用いているため、高出力、かつ単一縦モード特性に優れた出力光を実現することができる。
【実施例】
【００７０】
＜実施例１＞
本発明の実施例１の窒化物半導体レーザ素子１００は、図１に示す構成と同様の積層構成となっており、ｎ型ＧａＮからなる導電性基板１１上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮからなる厚さ２００ｎｍのｎ型窒化物半導体バッファ層１２と、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる厚さ２．５μｍのｎ型窒化物半導体クラッド層１３と、Ｓｉドープｎ型ＧａＮからなる厚さ１００ｎｍのｎ型窒化物半導体ガイド層１４とが順次積層されている。
【００７１】
また、ｎ型窒化物半導体ガイド層１４上には窒化物半導体活性層１５が積層されている。ここで、窒化物半導体活性層１５は、ノンドープのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚さ２５ｎｍの最初の障壁層、ノンドープのＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる厚さ４ｎｍの井戸層とノンドープのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚さ８ｎｍの障壁層との２層の積層体を１周期として３周期積層した３重量子井戸、ノンドープのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる厚さ２５ｎｍの最後の障壁層、厚さ５０ｎｍのノンドープのＧａＮ層および厚さ５０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層がｎ型窒化物半導体ガイド層１４側からこの順序で積層されて構成されている。
【００７２】
そして、窒化物半導体活性層１５上には、Ｍｇドープｐ型ＧａＮからなる厚さ１００ｎｍのｐ型窒化物半導体ガイド層１６、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる厚さ５５０ｎｍのｐ型窒化物半導体クラッド層１７、Ｍｇドープｐ型ＧａＮからなるｐ型窒化物半導体コンタクト層１８が窒化物半導体活性層１５側からこの順序で積層されて構成されている。
【００７３】
また、リッジストライプ部１９は、ｐ型窒化物半導体クラッド層１７およびｐ型窒化物半導体コンタクト層１８の一部がストライプ状にエッチングされることによって形成されており、その幅は１．４μｍである。
【００７４】
リッジストライプ部１９の両側にはリッジストライプ部１９以外に電流が注入されないように絶縁膜２０が形成されている。絶縁膜２０は厚さ１５０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜と厚さ５０ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ2）膜とから構成されている。
【００７５】
また、リッジストライプ部１９に電流注入を行なうためのｐ電極２１は、Ｐｄ膜、Ｍｏ膜およびＡｕ膜がリッジストライプ部１９側からこの順に積層された構成となっている。ｎ型ＧａＮからなる導電性基板１１の裏面にはＨｆ膜、Ａｌ膜、Ｍｏ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜がリッジストライプ部１９側からこの順に積層された構成のｎ電極２２が形成されている。
【００７６】
上記の積層構成を有する本発明の実施例１の窒化物半導体レーザ素子１００の共振器端面にはそれぞれ図２に示す膜と同様の構成の膜が形成されている。ここで、光出射側の共振器端面２５には酸窒化シリコンからなるコート膜２６が形成されており、コート膜２６中の窒素含有量は１０原子％であり、厚さは６７ｎｍであり、屈折率は１．５９であった。
【００７７】
コート膜２６は、ＥＣＲスパッタリング法により形成されており、成膜条件は、ターゲットがシリコン、アルゴンガスのガス流量が２０ｓｃｃｍ、窒素ガスのガス流量が４．５ｓｃｃｍ、酸素ガスのガス流量が２ｓｃｃｍ、ＲＦパワーが５００Ｗおよびマイクロ波パワーが５００Ｗであった。また、コート膜２６中の窒素含有量はＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy）によって測定した。ここで、窒素含有量は、シリコン原子の原子％と、酸素原子の原子％と、窒素原子の原子％との合計（１００原子％）に対する窒素原子の原子％の割合（原子％）として算出した。
【００７８】
また、光反射側の共振器端面２３には酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜と酸化チタン（ＴｉＯ2）膜との多層膜である高反射膜２４が形成されており、本発明の実施例１の窒化物半導体レーザ素子１００の光出射部から出射する波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率が９５％になるように設定されている。
【００７９】
また、コート膜２６の反射率の測定には、ＦＥ−３０００型反射分光形（大塚電子株式会社製）を用いて白色光をコート膜２６の上側から入射し、その反射光の強度を測定して上記の式（１）から算出した。ここで、リファレンスとしてはアルミニウムミラーを用いた。その結果、波長４０５ｎｍのレーザ光に対するコート膜２６の反射率は０．１％であった。
【００８０】
なお、本発明の実施例１の窒化物半導体レーザ素子１００の共振器長は８００μｍであり、その幅（共振器長に直交する方向の長さ）は２００μｍであった。
【００８１】
以上の構成の本発明の実施例１の窒化物半導体レーザ素子１００について、室温で特性を測定したところ、閾値電流値が４８ｍＡで、出力が２００ｍＷまで破壊することなくレーザ光が出射することが確認された。さらに、８０℃の雰囲気で、出力が６０ｍＷの条件で連続駆動試験を行なったところ、１０００時間まで故障することなく駆動し続けることが確認された。
【００８２】
上記の構成の本発明の実施例１の窒化物半導体レーザ素子１００を図８に示す構成の外部共振器型半導体レーザ装置の光源に用いたところ、出力が４０ｍＷまで単一縦モードの光が出射されることが確認できた。
【００８３】
一方、比較例として、コート膜２６に代えて、光出射側の共振器端面に反射率が１．２％のＡｌ2Ｏ3からなるコート膜を形成したこと以外は本発明の実施例１と同一の構成とした窒化物半導体レーザ素子を光源に用いた図８に示す構成の外部共振器型半導体レーザ装置を作製した。そして、この比較例の外部共振器型半導体レーザ装置の特性について評価したところ、出力が２０ｍＷまで単一縦モードの光が出射されることが確認されたが、それ以上になると複数の縦モードの光になってしまった。これは、比較例の外部共振器型半導体レーザ装置の光源である窒化物半導体レーザ素子の光出射側の共振器端面に形成されたコート膜の反射率１．２％が十分に低くないためであると考えられる。
【００８４】
したがって、光出射側の共振器端面に形成されるコート膜の反射率を０．１％以下にまで低下させることができる本発明の窒化物半導体レーザ素子はより高出力で単一縦モードのレーザ光が得られるため外部共振器型半導体レーザ装置の光源に有用である。
【００８５】
＜実施例２＞
本発明の実施例２の窒化物半導体レーザ素子は、図７に示すように、光出射側の共振器端面２５とコート膜２６との間に酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７が形成されていること以外は実施例１の窒化物半導体レーザ素子１００と同一の構成となっている。
【００８６】
ここで、コート膜２６中の窒素含有量は１０原子％であり、厚さは５４ｎｍであり、屈折率は１．５９であった。また、中間膜２７の酸素含有量は１５％であり、厚さは２０ｎｍであり、屈折率は１．９０であった。
【００８７】
コート膜２６は、ＥＣＲスパッタリング法により形成されており、成膜条件は実施例１と同様である。また、コート膜２６中の窒素含有量も実施例１と同様にＡＥＳによって測定されており、窒素含有量は、シリコン原子の原子％と、酸素原子の原子％と、窒素原子の原子％との合計（１００原子％）に対する窒素原子の原子％の割合（原子％）として算出した。
【００８８】
また、中間膜２７も、ＥＣＲスパッタリング法により形成されており、成膜条件は、ターゲットがアルミニウム、アルゴンガスのガス流量が２０ｓｃｃｍ、窒素ガスのガス流量が５．５ｓｃｃｍ、酸素ガスのガス流量が０．４ｓｃｃｍ、ＲＦパワーが５００Ｗおよびマイクロ波パワーが５００Ｗであった。また、中間膜２７中の酸素含有量もＡＥＳによって測定した。ここで、酸素含有量は、アルミニウム原子の原子％と、酸素原子の原子％と、窒素原子の原子％との合計（１００原子％）に対する酸素原子の原子％の割合（原子％）として算出した。
【００８９】
また、実施例１と同様にして、本発明の実施例２の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の中間膜２７とコート膜２６との積層膜の反射率を測定したところ、本発明の実施例２の窒化物半導体レーザ素子１００の光出射部から出射する波長４０５ｎｍのレーザ光に対する反射率は０．５％であった。
【００９０】
以上の構成の本発明の実施例２の窒化物半導体レーザ素子１００について、室温で特性を測定したところ、閾値電流値が５０ｍＡで、出力が４００ｍＷまで破壊することなくレーザ光が出射することが確認された。さらに、８０℃の雰囲気で、出力が６０ｍＷの条件で連続駆動試験を行なったところ、１０００時間まで故障することなく駆動し続けることが確認された。
【００９１】
また、実施例１と同様にして、本発明の実施例２の窒化物半導体レーザ素子１００を図８に示す構成の外部共振器型半導体レーザ装置の光源に用いたところ、出力が３０ｍＷまで単一縦モードの光が出射されることが確認できた。
【００９２】
実施例２のように、酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７を用いることによって窒化物半導体レーザ素子の最大出力を大きくすることができる。ただし、酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７を用いた場合には、中間膜２７を用いない場合と比べて、実現可能な反射率は大きくなる。しかしながら、本実施例で示したとおり、光出射側の反射率を０．５％以下とした場合には高出力で単一縦モードのレーザ光を出射する外部共振器型半導体レーザ装置を得ることができる。
【００９３】
また、酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７の厚さを本実施例の２０ｎｍから薄くする、あるいは酸素含有量を本実施例の１５％から多くすることによって実現可能な反射率を小さくすることができる。しかしながら、中間膜２７の厚さが薄くなる、あるいは酸素含有量が多くなると、酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７の機能である窒化物半導体レーザ素子１００の最大出力を高める効果が低くなるため、最大出力に問題がない範囲で中間膜２７の厚さおよび酸素含有量を調節することが好ましい。
【００９４】
上記の事情を鑑みると、酸窒化アルミニウムからなる中間膜２７の酸素含有量は３５原子％以下であることが好ましく、３０原子％以下であることがより好ましい。ここで、酸素含有量は、上記と同様に、アルミニウム原子の原子％と、酸素原子の原子％と、窒素原子の原子％との合計（１００原子％）に対する酸素原子の原子％の割合（原子％）を意味する。
【００９５】
今回開示された実施の形態および実施例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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の窒化物半導体レーザ素子および外部共振器型半導体レーザ装置は、ホログラフィックメモリ等の光ディスク用途、光通信システム、電子情報機器、照明システム等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な斜視断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な斜視図である。
【図３】酸窒化シリコンからなるコート膜の屈折率ｎと反射率（％）との関係を示す図である。
【図４】酸窒化シリコンからなるコート膜の屈折率ｎと窒素含有量（原子％）との関係を示す図である。
【図５】酸窒化シリコンからなるコート膜中の窒素含有量（原子％）と反射率（％）との関係を示す図である。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子のコート膜の反射率を測定するための反射率測定装置の一例の模式的な構成図である。
【図７】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な斜視図である。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子を用いた外部共振器型半導体レーザ装置の一例の模式的な構成図である。
【符号の説明】
【００９８】
１１  導電性基板、１２  ｎ型窒化物半導体バッファ層、１３  ｎ型窒化物半導体クラッド層、１４  ｎ型窒化物半導体ガイド層、１５  窒化物半導体活性層、１６  ｐ型窒化物半導体ガイド層、１７  ｐ型窒化物半導体クラッド層、１８  ｐ型窒化物半導体コンタクト層、１９  リッジストライプ部、２０  絶縁膜、２１  ｐ電極、２２  ｎ電極、２３，２５  共振器端面、２４  高反射膜、２６  コート膜、２７  中間膜、３２  コリメートレンズ、３３  回折格子、３４  １次回折光、３５  ０次回折光、６１  白色光源、６３  ハーフミラー、６４  光強度検出器、６５  対物レンズ、６７  ステージ、１００  窒化物半導体レーザ素子。
【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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【図７】
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【図８】
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