JP5443356B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関する。

ＤＶＤ（Digital Versatile Disc)用途を含む半導体レーザ装置では、レーザチップの光共振器を構成する端面に誘電体層からなる光反射層を設けている。この光反射層の光反射率を変化させることにより光ディスク駆動装置の要求を満たす光出力、及び信頼性を得ることが容易となる。
このような光反射層は、単層膜または多層膜を有する誘電体層を用いて構成することができる。誘電体層の材質としては、ＳｉＯ_２、ＳｉｘＮｙ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＴｉＯ_２、及びＺｒＯ_２などとすることができる。

レーザ光がこれらの誘電体層を介して外部に出射する場合、レーザ光の有するエネルギーが高いため、その表面には誘電分極により電荷がたまりやすい。また、半導体レーザ装置を構成するパッケージ部材、チップのマウント材、封止ガス、及び環境雰囲気中には、Ｓｉ有機化合物や炭化水素化合物が存在することが多い。レーザ光の発光波長が５００ｎｍ以下と短い場合、光ビームのエネルギーが高いためにＳｉ有機化合物や炭化水素化合物から発生した揮発ガスが容易に分解される。例えば、（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合によるポリマーであるシロキサン、（−Ｓｉ−ＯＨ）結合を含むシラノールなどのＳｉ有機化合物は、次世代ＤＶＤ用途に用いる５００ｎｍ以下の発光波長の光ビームにより容易に分解される。分解されたＳｉ、Ｏなどの原子、及びこれらの反応生成物は、光出射層の表面の電荷に吸着されやすく、例えばＳｉＯｘなどからなる堆積物を形成しやすい。このような堆積物は、光ディスク用途において重要なレーザ光の遠視野像（ＦＦＰ）を変動させる。また、光出力低下及び駆動電流変動などを生じ、信頼性を低下させる。

このため、次世代ＤＶＤ用半導体レーザモジュールでは、べーキングや水銀ランプ照射等により、パッケージ部品に付着した汚染源を可能な限り除去し、かつ外部からの汚染物質の混入を防ぐために気密封止する必要がある。この結果、モジュール組立工程は煩雑にならざるを得なかった。

半導体レーザモジュール内に汚染物質を吸着させる機能を設け、良好な特性及び長期信頼性を得ることが可能な技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、レーザモジュールの密閉容器に、例えばゼオライト吸着剤のようなガス吸着機能を有する物質を設け、炭化水素化合物などの汚染物質を除去可能としている。
しかしながら、この技術開示例ではレーザモジュール構造が複雑となり、量産性を高めることが困難である。

特開２００４−１４８２０号公報

光出射層表面に堆積物が生じることを抑制し、信頼性の改善が可能な半導体レーザ装置を提供する。

本発明の一態様によれば、活性層を含む積層体と、前記積層体により構成された光共振器の光出射端面に接触して設けられ、非アモルファス膜と窒素含有膜とを有する誘電体層と、前記誘電体層の表面及び内部の少なくともいずれかに設けられ１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有し、前記活性層から放出される光ビームの透過位置を覆うように設けられた金属膜からなる導電体部と、を有する光出射層と、を備え、前記非アモルファス膜は、前記光出射層の表面、または前記光出射層の前記表面と前記窒素含有膜との間に設けられ、前記光ビームは、前記導電体部を透過して放出されることを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。

第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置 チップ断面を説明する模式図 開放雰囲気中動作におけるＦＦＰを説明する図 第３の実施形態を説明する模式断面図 第４の実施形態を表す模式断面図 第５の実施形態を表す模式図 第６の実施形態を表す模式図 第７の実施形態にかかる半導体レーザ装置を説明する図 第８の実施形態を表す模式断面図 第９の実施形態を表す模式断面図

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態にかかる半導体レーザ装置を表す図である。すなわち、図１（ａ）は模式斜視図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｃ）は遠視野像を説明する図である。

チップは、ｎ型ＧａＮ基板１２上に、光ガイド層１６、活性層１８、光ガイド層２０、及びクラッド層２２などを含む窒化物系の積層体１５が形成された構造を有する。クラッド層２２の中間までをストライプ状のリッジとし、光の導波路２６とする。導波路２６の上部以外の表面を覆うように酸化物などの絶縁膜２３を形成する。この構造は、実屈折率型と言う。さらに、ストライプが延在する方向と垂直な面でチップへきかいを行い、鏡面状の端面を有する光共振器とする。光共振器の端面のうち、一方を光出射端面７０、他方を光反射端面７２とする。

光出射端面７０の上には光出射層５４が形成され、光反射端面７２の上には光反射層６４が形成されている。活性層１８からの放出光は光出射層５４を介して光出射領域５６から光ビーム８０となって外部へ放出される。

また、図１（ｃ）は、光ビーム８０の遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）を説明する図である。光ビーム８０は、光出射端面７０から垂直方向及び水平方向に発散し楕円状断面を保ちながら進む。光強度が最大値の５０％となる放射角は、活性層１８に垂直な方向でθｖ（度）、水平方向でθｈ（度）で表す。光ディスク用途では、光ビーム８０の断面は、真円に近いほど好ましいが、図１（ｂ）のような活性層中心面に関して垂直方向に非対称な構造のためにθｖがθｈよりも大きな楕円断面形状となることが多い。

図２は、半導体レーザ装置のチップを説明する模式図である。すなわち、図２（ａ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面、図２（ｂ）は光出射層の変形例、図２（ｃ）は比較例の断面、図２（ｄ）は比較例の光ビームの光出射領域近傍の部分模式断面図である。

図２（ａ）に表す本実施形態を構成するチップ５において、光出射端面７０には、例えば積層体１５（屈折率：２．５〜２．７）側から４分の１波長（厚さ：略５０ｎｍ）のＳｉＮ膜（屈折率：略２．１）５０と、４分の１波長（厚さ略７０ｎｍ）のＳｉＯ_２膜（屈折率：略１．５）５２と、が４層ずつ交互に積層された誘電体層５３と、表面のＳｉＯ_２膜５２の上に設けられた導電体部５９と、を有する光出射層５４を構成している。なお、ＳｉＮ膜５０はＳｉ_３Ｎ_４膜をも含むものとする。

略３．２×１０^−６／℃の線膨張係数を有するＳｉＮ膜５０と、略３．１７×１０^−６／℃の線膨張係数を有する光出射端面７０と、を接触させると、熱膨張及び熱収縮における応力が低減でき、密着性を高めることが容易となる。また、ＳｉＮ膜５０と光出射端面７０とは共にＮを有するので、その界面においてダングリング・ボンドを低減し、非発光再結合中心密度を低減可能である。このために、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage)発生レベルの低下を抑制することが容易である。

光出射端面７０とは反対側の光反射端面７２には、例えば４分の１波長のＳｉＮ膜５０が６層と、４分の１波長のＳｉＯ_２膜５２が５層と、が交互に積層された誘電体層から構成された光反射層６４が設けられている。光出射層５４の反射率を略４５％とし、且つ光反射層６４の反射率を略９０％とした。

なお、本実施形態では、ＳｉＮ膜５０及びＳｉＯ_２膜５２の厚さをそれぞれの媒質内波長の４分の１波長としたが、反射層の構成はこれに限定されない。ＳｉＮ膜５０及びＳｉＯ_２膜５２の一対の厚さの和を、２分の１波長とするブラッグ反射器としてもよい。また、それぞれの膜の厚さをこれらに限定せず、全体として誘電体層５３が所望の反射率を有するようにしてもよい。

導電体部５９の材質は、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｐｔ、及びＰｄなどの金属とすることができる。またその厚さを、例えば１〜２０ｎｍとすると、光ビーム８０の吸収を殆ど生じることなく導電性を保つことができる。

図２（ｃ）の比較例において、光ビーム８０が誘電体層のみからなる光出射層１５４から出射する場合、光ビーム８０が通過する光出射層１５４は誘電分極を生じ、その表面の光出射領域近傍に電荷が蓄積しやすくなる。このため、半導体レーザチップの 周囲にＳｉ有機化合物や炭化水素化合物が存在していると、分解されたＳｉ、Ｏなどの原子、及びこれらの反応生成物は、光出射層１５４の表面の電荷に吸着されやすく、図２（ｄ）に表すように、例えばＳｉＯｘなどからなる堆積物１６０を形成しやすい。

これに対して、導電体部５９としてＡｕを用いた本実施形態では光出射領域５６と比較して十分に広い面積である導電体部５９の表面全体に電荷が拡散可能であり、Ｓｉ、Ｏなどの原子、及びこれらの反応生成物は、図２（ａ）にドット線で表すように導電体部５９の表面に広がって吸着され、光出射領域近傍に堆積物が集中して形成されることを抑制できる。

導電体部５９をＡｕとした図２（ａ）の構造のチップ５を、開放雰囲気にて、ケース温度（Ｔｃ）が７５℃、光出力（Ｐｏ）が２０ｍＷにおいて定出力通電試験を行ったところ、軸ずれなどＦＦＰの変化を生じなかった。また、動作電流の変動を生じなかった。さらに、ＳＥＭ（Scanning Electron Micrpscope：走査型電子顕微鏡）により光出射層５４表面の光出射領域５６の近傍に堆積物は観測されなかった。

他方、導電体部が誘電体層の表面にオーバーコートされず、ＳｉＯ_２膜１５２が露出した光出射層１５４を有する図２（ｃ）の比較例のチップを、開放雰囲気にて、同一の条件で通電試験を行ったところ、ＦＦＰの軸ずれを生じ、時間経過にともなって反射率が変化し動作電流の上下変動を生じた。また、通電後の光出射領域近傍をＳＥＭ観察すると、図２（ｄ）のような堆積物１６０が局所的に生じていた。この堆積物１６０を電界放射型オージェ電子分光法を用いて分析を行ったところ、Ｓｉ及びＯなどの成分が検出されたことから、アモルファス状のＳｉＯｘがその成分のひとつであることが判明した。このような堆積物１６０が大きくなるにともない光ビームの光出力の低下及びＦＦＰの変化がより顕著になり、光ディスク駆動装置の要求を満たすことができない。

これに対して本実施形態ではＳｉ及びＯの反応生成物が光出射領域５６の近傍に堆積することを抑制でき、長時間通電においてもＦＦＰが安定し、且つ光出力低下及び動作電流の変動が抑制され、信頼性が改善された半導体レーザ装置が提供される。

なお、堆積物１６０は、炭化水素化合物などの分解により生じたＣなどによっても生じることがあるが、本実施形態の導電体部５９により、このような堆積物の抑制が容易となる。

また、図２（ｂ）は、第１の実施形態の光出射層５４の変形例である。導電体部５９が積層体１５に直接接触しないようにすれば、導電体部５９を、例えば誘電体層５３の中間に設けてもよい。図２（ｂ）では、ＳｉＮ膜５０の中間にＡｌの薄い膜を設けている。Ａｌのように酸化しやすい金属の場合、表面にＳｉＮ膜５０またはＳｉＯ_２膜５２などを設けると開放雰囲気中での酸化を抑制できる。
導電体部５９が光出射層５４の内部に設けられていても、光出射層５４の表面電位を均一にすることが可能であり、図２（ａ）の実施形態と同様の効果を得ることができる。

第２の実施形態は、導電体部５９を触媒作用を有する金属とした半導体レーザ装置である。触媒作用を有する金属として、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、及びＩｒなどを用いることができる。

図３は、開放雰囲気中動作におけるＦＦＰを説明する図である。すなわち、図３（ａ）は第２の実施形態におけるＦＦＰ、図３（ｂ）は比較例のＦＦＰ、図３（ｃ）は開放雰囲気のパッケージの模式断面図、図３（ｄ）は光出射領域近傍の部分模式断面図である。なお、通電条件は、いずれもＴｃ＝７５℃、Ｐｏ＝２０ｍＷ（一定出力）とした。

図３（ｃ）のように、パッケージは、鉄系または銅系材料からなるステム９０の上に、ＡｌＮなど絶縁材料からなるサブマウント９２が接着されている。また、サブマウント９２の上にチップ５の積層体１５側が接着されている。開放雰囲気とするために、キャップ９１にはガラスが接着されておらず気密封止しない。光ビーム８０は、図３（ｄ）に示す方向へ放出される。

図３（ｂ）に表す比較例では、８１６時間経過後、ＦＦＰのピークは約４度の軸ずれを生じた。すなわち、半導体レーザ装置は垂直方向に対称形状ではないので堆積物１６０は非対称形状となりやすく、垂直方向に軸ずれを生じる。また、ＳｉＯｘなどの堆積物１６０の生成により、光出射層５４の反射率が変動し、光出力及び動作電流が変動を生じやすい。

他方、図２（ａ）の構造において導電体部５９をＰｔとした本実施形態では、図３（ａ）に表すように８１６時間経過後、ＦＦＰの軸ずれを殆ど生じておらず、光出力及び動作電流の変動も殆ど生じていない。開放雰囲気のパッケージを用いた場合、部品実装のために使用する接着剤などから放出されるＳｉ有機化合物などを含むガスが外部から入り込む可能性がある。しかしながら、分解されたＳｉ、Ｏ、及びこれらによる反応生成物などがＰｔの表面に吸着され、さらに成長または堆積しようとしても、Ｐｔが反応生成物を分解するなどの触媒作用により反応生成物の堆積を抑制することが可能である。このように開放雰囲気など厳しい使用環境では、触媒作用を有する導電体部５９を備えることにより堆積物抑制作用をより高め信頼性をより改善可能である。

この場合、Ｐｔは不均一系触媒としてＳｉ有機化合物のような汚染源の吸着・分解・除去などの作用を有する。なお、Ｐｔの厚さは、例えば１〜２０ｎｍとすることができる。また、図３（ｄ）に表すように、Ｐｔからなる導電体部５９が連続膜ではなく微粒子状部分を有していてもその触媒作用を維持可能である。

気密封止を行わないでも長期安定動作が可能な本実施形態の半導体レーザ装置は、パッケージ部品点数を低減可能であり、実装工程が簡素化できるので量産性に富む。その結果として低価格化が容易となる。

図４は、第３の実施形態を説明する模式断面図である。
本実施形態では、光出射層５４を構成する誘電体層５３の少なくとも１つを非アモルファス膜５８とする。本図において、導電体部５９に隣接する誘電体層５３の表面側を非アモルファス膜５８とする。非アモルファス膜５８の材質としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＴｉＯ_２（光触媒作用を有する）、ＴａＯ_２、ＺｒＯ_２、及びＴｉＮのように、酸化物、窒化物、及び酸窒化物などとできる。

このうち、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などは、レーザ照射することにより、少なくとも一部が結晶化または多結晶化可能であり、Ｏの透過の抑制が容易となる。なお、本明細書において、結晶化領域または多結晶化領域を少なくとも一部に有し、残余の一部がアモルファス領域である膜も「非アモルファス膜」に含めることにする。

誘電体層５３がアモルファス膜であると、酸素（Ｏ）が透過可能である。仮に薄い導電体層があってもピンホールなどからＯが透過可能である。透過したＯは、例えばＳｉＮ膜を構成するＳｉと反応してＳｉＯｘなどを形成可能であり、光出射層５４の反射率を変動させる場合がある。本実施形態では、誘電体層５３の内部へのＯの進入を抑制し、誘電体層５３の組成を安定に保つことが容易である。Ｏによる組成変化を生じやすい誘電体膜の外側に非アモルファス膜５８を設ければ、より効果的にＯの進入を抑制できる。すなわち、本図のように、Ｐｔに隣接して設けることがより好ましい。このようにして、光出射層５４の反射率の変動がより低減され、かつ光出力及び動作電流の変動が低減され、長期信頼性が改善可能な半導体レーザ装置が提供される。

第３の実施形態においては、非アモルファス膜５８を設け誘電体層内へのＯの進入を抑制した。しかしながら、Ｏが誘電体層内へ進入しても、酸化膜内にとどまり窒化膜にまで到達しないようにすれば、誘電体層の光学的特性の変化を抑制可能である。

図５は、第４の実施形態を表す模式断面図である。すなわち、図５（ａ）は誘電体層の表面をＡｌ_２Ｏ_３膜とした場合、図５（ｂ）は誘電体層がＴａＯ_２膜を含む場合である。
図５（ａ）において、ＳｉＮ膜５０とＳｉＯ_２膜５２とを積層した上に、Ａｌ_２Ｏ_３膜５１を設けている。Ａｌ_２Ｏ_３膜５１の厚さは略２分の１波長（１２０ｎｍ）に相当しており、Ａｌ_２Ｏ_３膜５１を設けても光出射層５４の反射率は約４５％のままで変化しない。一方、Ａｌ_２Ｏ_３膜５１を設けたことにより、Ｐｔなどの導電体部５９からＳｉＮ膜５０までの距離を１９０ｎｍ以上とすることが容易である。この結果、Ｏが進入した場合でも、ＳｉＮ層５０に到達するまでの時間を長く延ばすことができる。進入したＯがＳｉＮ膜５０に到達しない限り屈折率等の光学特性は変化しないため、光出射層５４の反射率や、光出射層５４を介して出射する光ビーム８０の形状も変化しない。

また、図５（ｂ）において、積層体１５にはＳｉＮ膜５０が隣接するが、導電体部５９側をＳｉＯ_２膜５２とＴａＯ_２膜５５とが積層された構造とし、それぞれの厚さは略４分の１波長とする。低屈折率（略１.５）のＳｉＯ_２膜５２と、高屈折率（略２.２）のＴａＯ_２膜５５と、を積層することにより、光出射層５４の反射率は約５０％となっている。積層されたＳｉＯ_２膜５２とＴａＯ_２膜５５との厚さの総和は約４００ｎｍであり、例えば図４と比べてと十分に厚くできる。最表面からＯが進入した場合でも、ＳｉＮ膜５０にまで到達する量を抑制できる。また、ＳｉＯ_２膜５２およびＴａＯ_２膜５５中にＯが混入しても屈折率等の光学特性は変化しないため、光出射層５４の反射率や、光出射層５４を介して出射する光ビーム８０の形状も変化しない。

なお、図５（ｂ）では、ＳｉＯ_２膜５２とＴａＯ_２膜５５との積層構造について説明したが、この他にも、ＳｉＯ_２膜とＺｒＯ_２膜の積層構造を用いることもできる。すなわち、２種類あるいはそれ以上の酸化物層を積層した積層構造を用いることができる。
また、Ｐｔと隣接する膜は、低屈折率膜でも、高屈折率膜でも良く、所定の反射率が得られるように膜厚を調整すれば良い。図５（ｂ）では、Ｐｔと隣接する膜をＳｉＯ_２膜５２としたが、例えば、ＳｉＯ_２膜５２の上にさらに２分の１波長のＴａＯ_２膜を設けてからＰｔを設けても良い。この場合、光出射層５４の反射率を変えること無く、Ｐｔと隣接する膜をＴａＯ_２膜とすることが可能であり、同時に、ＳｉＯ_２膜とＴａＯ_２膜の厚さの総和を、例えば約５００ｎｍ以上にすることもできる。

以上のように、第４の実施形態では様々な膜構成とすることが可能であり、Ｏの進入を防ぐに十分な酸化膜厚を確保しつつ、所定の反射率が得られるように膜構成を調整すれば良く、例えば全ての膜を酸化膜から構成しても構わない。

図６は、第５の実施形態を表す図である。すなわち、図６（ａ）は模式断面図、図６（ｂ）はそのＦＦＰを表すグラフ図である。
本実施形態の半導体レーザ装置は、開放雰囲気中にチップ５がマウントされたフレーム型パッケージ（オープンパッケージ）を用いている。リード９６の上にモニタ用フォトダイオード（光検出用素子）９８及びサブマウント９７がマウントされ、サブマウント９７の上にチップ５がマウントされている。

通常、モニタ用フォトダイオードは、光反射層６４側に設けられる。発光波長が５００ｎｍよりも波長が短いと、光反射層６４を介して放出された光が樹脂からなるキャップ９５の内表面９５ａを変質・変色させ、その反射率が変化して、モニタ用フォトダイオードへの入射光強度が変動するこのため、光出射層５４からの光ビーム８０の光強度を精度良くモニタすることが困難となることがある。

これに対して、本実施形態では、モニタ用フォトダイオード９８をチップ５の光出射層５４側に設ける。図６（ｂ）に表すＦＦＰのように、光ビーム８０は垂直方向角度が略１５度以上の裾部分がフォトダイオード９８に入射可能である。他方、光ピックアップでは垂直方向角度が１５度よりも小さい範囲で使用するので実用上問題を生じない。このようにして、光ビーム８０の強度を精度良くモニタ可能となる。

フレーム型パッケージは多数個取りのリードフレームを用いており、チップマウント、ワイヤボンディング、及び樹脂モールドなどの工程を短時間で処理可能である。このような実装工程はＣＡＮ型パッケージの実装工程よりも量産性に富んでいる。また、導電体部５９を有した光出射層５４を備えた本実施形態では堆積物が抑制可能であるので、気密封止型パッケージを用いるよりも量産性をさらに高めることが可能である。

さらに、フレーム型半導体レーザ装置は、小型化及び実装基板への取り付けが容易である。このために、小型かつ量産性に富む光ディスク駆動装置が可能となる。

図７は、第６の実施形態を表す模式図である。すなわち、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）その第１変形例、図７（ｃ）は第２変形例、図７（ｄ）はチップの断面図である。
図７（ａ）では、チップの光反射層６４から出射した光ビーム８１は、モニタ用フォトダイオード９８により受光可能である。光ビーム８１は、キャップ９５の内表面９５ａにおいて反射されてフォトダイオード９８に入射してもよい。この場合、光ビーム８１の光強度を低く保つか、内表面９５ａに反射膜を設けることなどにより樹脂の変質・変色を抑制することができる。なお、光反射層６４は、光反射端面７２に接触して設けられた反射側の誘電体層６４と、誘電体層６４の表面及び内部の少なくともいずれかに設けられた反射側の導電体部５９と、を有している。

また、図７（ｂ）に表す第１変形例では、光反射層６４を介して後方へ放出された光ビーム８１を直接フォトダイオード９８で受光可能である。このために、樹脂などからなるキャップ内表面における変質・変色を生じない。さらにキャップを省略可能である。さらに、図７（ｃ）に表す第２変形例では、サブマウントとフォトダイオード９９ａとをＳｉ基板上に一体化したＳｉサブマウント９９を用いることにより部品点数の削減が可能である。

図８は、第７の実施形態を説明する図である。すなわち、図８（ａ）は半導体レーザチップの模式断面図、図８（ｂ）はその端面反射率を表すグラフ図、図８（ｃ）は変形例のチップ模式断面図、である。
図８（ａ）において、光出射層５４と、光反射層６４と、は、光ビームの方向に沿って略対称に積層された構造としている。すなわち、光出射層５４の反射率と、光反射層６４の反射率と、は、略同一となる。したがって、前方へ放出される光ビーム８０と後方へ放出される光ビーム８１とは略同じ光出力となり、第１から第６の実施形態よりも、後方により多くの光ビームを放出させることができる。

本実施形態では、例えば、光出射層５４及び光反射層６４は、それぞれ４分の１波長（略５０ｎｍ）のＳｉＮ膜５０と、４分の１波長（略７０ｎｍ）のＳｉＯ_２膜５２とが交互に積層された誘電体層から構成されているが、第１の実施形態とは異なり、最表面側ＳｉＯ_２層５６だけは２分の１波長（略１４０ｎｍ）の厚さとしている。さらに、その外側にはＰｔからなる導電体部５９が設けられている。

図８（ｂ）には端面反射率（％）の距離依存性を示す。横軸に表す距離（ｎｍ）は、光出射端面７０、または光反射端面７２から外側へ向かう距離を表す。積層を重ねるごとに、反射率は周期的に増減するが、最表面側ＳｉＯ_２層５６の厚さを略２分の１波長とすることで、反射率がピークとなるように設定することができる。この結果、本実施形態では、光出射層５４、及び光反射層６４の反射率は、例えばともに略７０％と高くできる。

光出射端面７０の（前方）反射率と光反射端面７２の（後方）反射率との積を大きくすると、レーザチップの発振閾値電流を低減できる。本実施形態では、光出射端面７０からの光出力を所望のキンクレベル以上に保ちつつ、前方反射率と後方反射率をともに高く設定可能であるので、発振閾値電流がより低減でき長期信頼性を改善することが容易となる。

通常、フォトダイオード９８にはＳｉを用いるが、次世代ＤＶＤ用途に用いる５００ｎｍ以下の波長帯ではＳｉフォトダイオードの受光感度が低く、十分なモニタ電流が得られない場合がある。また、例えば光出射層５４の反射率を略４５％、光反射層６４の反射率を略９０％と設定し、前方へ放出される光ビーム８０と後方へ放出される光ビーム８１との光出力の比率を略８対１などとすることが多い。

これに対して、第７の実施形態では、前方へ放出される光ビーム８０と後方へ放出される光ビーム８１との光出力を略同一とし、モニタ電流の変動をより少なくすることが容易となり、より信頼性の高いＤＶＤ用半導体レーザ装置を提供することが可能である。なお、光出射層５４及び光反射層６４を構成する誘電体膜のそれぞれの厚さは、図８（ａ）及び図８（ｂ）に限定されない。すなわち、光出力を所望のキンクレベル以上に保ちつつ、光出射端面７０の反射率と光反射端面７２の反射率との積を大きくするように設定してもよい。あるいは、所望の信頼性が確保される範囲内において、光出射端面７０の反射率と光反射端面７２の反射率との積を小さくするように設定してもよい。

図８（ｃ）に示す変形例では、４分の１波長（略５０ｎｍ）のＳｉＮ膜５０と、４分の１波長（略７０ｎｍ）のＳｉＯ_２膜５２とを交互に積層した後、２分の１波長（略１２０ｎｍ）のＡｌ_２Ｏ_３膜５７、さらに４分の１波長のＳｉＯ_２膜５２を積層している。本変形例でも、反射率はピークとなるように設定されており、光出射層５４、光反射層６４の反射率は、ともに略７０％である。本変形例では、導電体部５９との密着性により優れるＳｉＯ_２膜５２を誘電体層の最表面側に設けると同時に、Ｏの進入をより抑制できるＡｌ_２Ｏ_３膜５７をＳｉＯ_２膜５２の間に設けている。この結果、最表面からのＯの進入を抑制できると同時に、Ｏが進入した場合にもＳｉＮ膜５０に到達するまでの時間を長く延ばすことが可能であり、誘電体層の光学的特性の変化をより抑制することができる。

本変形例では、導電体部５９と隣接する誘電体層としてＳｉＯ_２膜、Ｏの進入をより抑制できる誘電体層としてＡｌ_２Ｏ_３膜を用いる構造について説明したが、他にも様々な誘電体層の組合せを用いることができる。さらには、各積層膜の厚さについても、４分の１波長や、２分の１波長の厚さに限定する必要は無く、所望の反射率が得られるように適宜調整することが可能である。

なお、第１〜第７の実施形態において、非アモルファス膜５８を図４のように設けることも可能である。さらに、非アモルファス膜５８の位置は図４に限定されない。
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、第８の実施形態にかかる半導体レーザ装置の模式断面図である。図９（ａ）において、導電体部５９は光出射層５４の表面ではなく内部に設けられている。本図のように、非アモルファス膜５８は、導電体部５９に隣接し導電体部５９と光出射層５４の表面側に最も近いＳｉＮ膜５０との間に設けられていてもよい。この非アモルファス膜５８は、Ｏによる組成変化を生じやすいＳｉＮ膜５０などの誘電体膜よりも外側に設けられているので、Ｏが内部に進入することを抑制し反射率の変動が低減できる。なお、「窒素含有膜」はＯの進入により組成変化を生じやすい。ＡｌＮなどの窒化膜、ＳｉＯＮやＡｌＯＮなどで表される酸窒化膜を、ＳｉＮ膜５０の代わりに用いる場合にも、本発明は適用可能である。

また、図９（ｂ）において、非アモルファス膜５８と、導電体部５９と、の間にＳｉＯ_２膜５２が設けられている。このように、導電体部５９と、非アモルファス膜５８と、が互いに離間していてもよい。すなわち、非アモルファス膜５８はＯによる組成変化を生じやすいＳｉＮ膜５０などの誘電体膜よりも外側に設けられているので、Ｏが内部に進入することを抑制し反射率の変動が低減できる。
さらに、図９（ｃ）のように、非アモルファス膜５８が導電体部５９よりも外側であっても、誘電体層５４内部へのＯの進入を抑制することができる。

なお、図１に表す第１及び第２の実施形態、図５に表す第４の実施形態、図６に表す第５の実施形態、図７に表す第６の実施形態、及び図８に表す第７の実施形態において、図９に表す非アモルファス膜５８を適用することができる。すなわち、非アモルファス膜５８を、光出射層５４の最表面、または最表面からＳｉＮ膜までの間に設けると、ＯがＳｉＮ膜まで到達することが抑制される。すなわち、非アモルファス膜５８は酸素ブロック層として機能し、光出射層５４の反射率の変動を低減可能となる。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第９の実施形態にかかる半導体レーザ装置の模式断面図である。
導電体部５９は、Ｐｔのような触媒作用を有するものとする。この場合、光ビーム８０により分解されたＳｉ、Ｏ、ＣＯ、有機物、及び反応生成物などが吸着力の高いＰｔ上に吸着されても、Ｐｔの強い酸化作用により除去され、それらの堆積が抑制される。しかしながら、Ｐｔのような金属触媒膜であっても、さらに長い時間が経過すると、有機物、Ｓｉ、及び反応生成物などが次第に蓄積されその表面を広く覆うようになる。このために、Ｐｔの酸化能力が低下する。この状態は、触媒の「失活」と呼ばれる。

図１０（ａ）では、導電体部５９と、ＳｉＯ_２膜５２と、の間に酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜６０が設けられている。すなわち、ＴｉＯ_２膜６０は、光出射端面７０と接触する側とは反対側となる誘電体層５３の面を構成している。ＴｉＯ_２膜６０は、バンドギャップ以上のエネルギーを有する光を吸収し、正孔−電子ペアを発生する。このために、活性酸素を放出して有機物や反応生成物などからなる堆積物を分解、除去可能である。本実施形態では、ＴｉＯ_２膜６０の一部が露出するように、ＴｉＯ_２膜６０の上にＰｔのような導電体部５９が設けられ、光ビーム８０により照射されたＴｉＯ_２膜６０が光触媒として作用する。なお、このような光触媒としては、例えばＳｒＴｉＯ_３などのチタン酸塩やＺｎＯ（酸化亜鉛）膜などを用いてもよい。

なお、導電体部５９を光ビーム８０により照射すると、図３（ｄ）のように微粒子状とすることができる。このために、微粒子状に分散して配置された導電体部５９を取り囲む領域ではＴｉＯ_２膜６０が露出され、図１０（ａ）のような断面構造とできる。なお、導電体部５９に、例えばパターニング法などを用いた微小開口を形成してもよい。光ビーム８０が照射され、露出したＴｉＯ_２膜６０の部分から発生した活性酸素などは、隣接した導電体部５９近傍で酸化反応を促進する。このために、導電体部５９の表面の堆積物が分解され、除去される。

このようにして、Ｐｔなど金属触媒の失活が抑制され、その強い触媒作用をより長く維持可能となる。微粒子状となった導電体部５９の領域が不連続となると、表面電荷が導電体部５９の表面に十分には拡散しなくなることがある。しかしながら、ＴｉＯ_２膜６０の光触媒作用により有機物や反応生成物の堆積を抑制することができる。このようにして、高い酸化能力を有するＰｔなどの金属からなる触媒と、光照射により酸化能力を生じる酸化チタンからなる光触媒と、により堆積物の生成が抑制され信頼性がより改善された半導体レーザ装置が提供される。

なお、ＴｉＯ_２膜６０に隣接するＳｉＯ_２膜５２などの酸化物膜を非アモルファス膜とするとＯの進入を抑制でき、誘電体層５３の反射率変動を低減可能である。

また、図１０（ｂ）では、微粒子状の導電体部５９に隣接してＴｉＯ_２からなる非アモルファス膜５８が設けられている。ＴｉＯ_２からなる非アモルファス膜５８は光触媒膜として作用可能である。このようにすると、より簡素な構造で、光触媒作用により導電体部５９上への反応生成物の堆積を抑制しつつ、ＯがＳｉＮ膜５９へ到達することが抑制される。このために、誘電体層５３の反射率の変動がより低減可能となる。

本発明は、５００ｎｍ以下の波長範囲の光を放射可能な窒化物系半導体レーザ装置に限定されるものではない。例えば赤色波長範囲の光を放射可能なＩｎＡｌＧａＰ系、赤〜赤外光波長範囲の光を放射可能なＡｌＧａＡｓ系、及び１．３〜１．６μｍの波長範囲の光を放射可能なＩｎＰ系材料からなる半導体レーザ装置であってもよい。

以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら本発明はこれら実施形態に限定されない。本発明を構成する積層体、活性層、誘電体層、導電体部、光出射層、光反射層、非アモルファス膜、パッケージ、フォトダイオードの材質、サイズ、形状、配置などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。

長時間通電においてもＦＦＰが安定し、且つ光出力低下及び動作電流の変動が抑制され、信頼性が改善された半導体レーザ装置が提供される。この半導体レーザ装置は、ＤＶＤなど光ディスク駆動装置に用いることができ、産業上のメリットは多大である。

５ チップ、１５ 積層体、１８ 活性層、５０ ＳｉＮ膜（窒素含有膜）、５２ ＳｉＯ_２膜、５３ 誘電体層、５４ 光出射層、５６ 光反射層、５８ 非アモルファス膜、５９ 導電体部、６０ 酸化チタン膜、７０ 光出射端面、８０、８１ 光ビーム、９８ フォトダイオード

Claims (11)

1. 活性層を含む積層体と、
   前記積層体により構成された光共振器の光出射端面に接触して設けられ、非アモルファス膜と窒素含有膜とを有する誘電体層と、前記誘電体層の表面及び内部の少なくともいずれかに設けられ１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有し、前記活性層から放出される光ビームの透過位置を覆うように設けられた金属膜からなる導電体部と、を有する光出射層と、
   を備え、
   前記非アモルファス膜は、前記光出射層の表面、または前記光出射層の前記表面と前記窒素含有膜との間に設けられ、
   前記光ビームは、前記導電体部を透過して放出されることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記光出射端面に接触する前記誘電体層の面は、窒素含有膜からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記誘電体層は、前記導電体部と前記光出射端面との間に設けられ、酸化物膜を少なくとも有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記酸化物膜は、異なる屈折率を有する少なくとも２つの酸化物層が積層されたことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ装置。
5. 前記導電体部の面積は、前記光ビームが透過する面積よりも広いことをことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
6. 前記導電体部は、触媒作用を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
7. 前記導電体部は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、及びＩｒのうちいずれかを有することを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ装置。
8. 前記導電体部は、微粒子状に分散された領域を有し、
   光ビームは、前記分散された領域から出射されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
9. 光検出素子をさらに備え、
   前記光検出素子は、前記光出射端面と対向する光反射端面に設けられた光反射層を介して放出された光ビームの一部を受光可能なことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
10. 前記光反射層は、前記光反射端面に接触して設けられた反射側誘電体層と、前記反射側誘電体層の表面及び内部の少なくともいずれかに設けられた反射側導電体部と、を有することを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ装置。
11. 光検出素子をさらに備え、
    前記光検出素子は、前記光出射層を介して前記活性層から放出された光ビームの一部を受光可能なことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
    

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