(57)【要約】【課題】光学損傷（ＣＯＤ）の発生を抑制する半導体レーザ及びその製造方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明の半導体レーザ装置は、光出射端面である第１端面８と、第１端面８とは反対側の第２端面９とを有する半導体レーザ装置であり、第１端面８と第２端面９のうち、少なくとも一方の端面に、窒化膜１０と、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜１１と、低反射膜１２（高反射膜１３）と、が端面側から順に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射端面である第１端面と、
前記第１端面とは反対側の第２端面とを有する半導体レーザ装置であって、
前記第１端面と前記第２端面のうち、少なくとも一方の端面に、
窒化膜と、
酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜と、
酸化膜と、が前記端面側から順に形成された、半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記分離膜は、Ｍｇ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎａのいずれかのフッ化物又はＳｉよりなる、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記窒化膜はＡｌ又はＳｉの窒化膜である、請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記窒化膜は膜厚が２０ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
光出射端面である第１端面と、当該第１端面とは反対側の第２端面とを有する半導体レーザ装置の製造方法であって、
（ａ）前記第１端面と前記第２端面のうち、少なくとも一方の端面上に、窒化膜を形成する工程と、
（ｂ）前記窒化膜上に、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜を形成する工程と、
（ｃ）前記分離膜上に、酸化膜を形成する工程と、
を備えた半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｂ）は、前記分離膜として、Ｍｇ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎａのいずれかのフッ化物又はＳｉの膜を形成する工程である、請求項５に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ａ）は、前記窒化膜として、Ａｌ又はＳｉの窒化膜を形成する工程である、請求項５又は６に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ａ）は、前記窒化膜を、２０ｎｍ以下の膜厚で形成する工程である、請求項５〜７のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ端面に形成される反射率制御膜の変質に起因する、端面の熔融劣化を防止した、半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置は、その内部で発生した光を効率的にレーザ装置外部へ射出するため、レーザ光を共振する両端面に反射率制御膜が形成される。ガリウム砒素基板、もしくは窒化ガリウム基板に半導体層を形成した半導体レーザにおいて、共振器端面で発生する光学損傷(ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）の防止は、レーザの光出力を高出力化する上で、重要な課題である。
【０００３】
一般に高出力が要求される半導体レーザでは、反射率制御膜として、光が射出する前端面側に反射率の低い低反射膜が形成され、その反対の後端面側に反射率の高い高反射膜が形成される。後端面側の高反射膜の反射率は通常６０％以上、好ましくは８０％以上である。前端面の反射率は単に低ければ良いわけではなく、半導体レーザ装置に要求される特性に応じて選定される。例えば、高出力半導体レーザでは３〜１５％程度の反射率が選定される。
【０００４】
反射率制御膜に酸化物が用いられる場合が多く、単層もしくは少なくとも２層以上の多層膜で構成され、蒸着、スパッタ、化学的気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition)等の手法を用いて形成される。
【０００５】
ＣＯＤが発生する要因として、半導体レーザの高出力動作時に、反射率制御膜から半導体層中へ酸素が拡散し、端面が酸化することで光吸収が発生し、光吸収に伴い端面の温度が上昇し、禁制帯幅が狭まることでさらに光吸収が起こるという、正帰還の発生が原因と考えられている。このような酸素の拡散を防止するため、反射率制御膜として用いる酸化物と半導体レーザの端面との間に酸素を含有しない窒化膜を挿入する方法が、特許文献１、２に示されている。
【０００６】
ところが、窒化膜は膜の内部応力が強いために微小なクラックが生じて剥離しやすく、半導体層との密着性が低いという課題があった。その点、特許文献３には、窒化膜の膜厚を２０ｎｍ以下とすることによって、内部応力の問題が解決可能であると示されている。すなわち、窒化膜は密着性の観点から極薄い膜として形成される。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１６２４９６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１８０８８号公報
【特許文献３】特開２００７−１０３８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
反射率制御膜を形成する過程で、窒化膜が酸化してしまうという問題点がある。例えば、半導体レーザの端面に窒化膜として窒化アルミニウムを形成し、その後、反射率制御膜として酸化アルミニウムを形成するとき、半導体レーザを装置内から取出さない場合であっても、酸素と触れるために窒化アルミニウムが酸化する。金属のターゲットを用い、酸素と反応させて酸化アルミニウムを形成する場合は、装置内に導入する酸素で窒化アルミニウムが酸化してしまう。
【０００９】
また、酸化物のターゲットを用いた場合には、例えば蒸着法であれば電子ビーム、スパッタ法であればアルゴンイオンを衝突させるとターゲットの酸素が真空中に飛び出す。通常、電子ビームやアルゴンイオンをターゲットに衝突させても、ターゲット表面の清浄化や成膜の安定性を目的として、一定時間はシャッター等により遮蔽するため、すぐには半導体レーザに反射率制御膜が形成されない。その間、真空中へ飛び出した酸素によって窒化アルミニウムが酸化し、半導体レーザへの酸素の拡散抑制効果が低下してしまう。
【００１０】
このように、レーザ端面に窒化膜、酸素を含む反射率制御膜が順に形成された従来の半導体レーザでは、酸素を含まない窒化膜の形成が困難であった。そのため、レーザを高出力で動作させた際に窒化膜から半導体層へ酸素が拡散し、ＣＯＤが発生していた。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑み、ＣＯＤの発生を抑制する半導体レーザ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る半導体レーザ装置は、光出射端面である第１端面と、第１端面とは反対側の第２端面とを有する半導体レーザ装置であって、第１端面と第２端面のうち、少なくとも一方の端面に、窒化膜と、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜と、酸化膜と、が端面側から順に形成されている。
【００１３】
又、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、光出射端面である第１端面と、第１端面とは反対側の第２端面とを有する半導体レーザ装置の製造方法であって、（ａ）第１端面と第２端面のうち少なくとも一方の端面上に、窒化膜を形成する工程と、（ｂ）窒化膜上に、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜を形成する工程と、（ｃ）分離膜上に、酸化膜を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体レーザ装置では、第１端面と第２端面のうち、少なくとも一方の端面に、窒化膜と、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜と、酸化膜と、が端面側から順に形成されている。当該分離膜を設けたことにより、酸化膜の形成過程において窒化膜の酸化を防止することが出来る。そのため、半導体レーザ装置を高出力で動作させた場合であっても、第１端面又は第２端面が酸化せず、ＣＯＤの発生を抑制することが出来る。
【００１５】
又、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、窒化膜上に、酸素及び窒素を含有しない半導体又は絶縁体からなる分離膜を形成する工程と、分離膜上に、酸化膜を形成する工程と、を備える。これにより、酸化膜の形成過程において窒化膜の酸化を防止することが出来る。そのため、半導体レーザ装置を高出力で動作させた場合であっても、第１端面又は第２端面が酸化せず、ＣＯＤの発生を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態１）
＜構成＞
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す断面構成図である。
【００１７】
実施の形態１に係る半導体レーザ装置では、窒化ガリウム基板１の上に、ｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型クラッド層４、ｐ型電極６が順に積層されている。又、窒化ガリウム基板１の裏面には、ｎ型電極５が形成されている。
【００１８】
又、半導体レーザ装置は、レーザ光７が出射する側の端面である前端面８と、それとは反対の側の端面である後端面９を備えている。
【００１９】
さらに、前端面８にはレーザ光７の出射方向に、酸素を含有しない窒化膜１０、酸素及び窒素を含有しない分離膜１１、低反射膜１２が順に積層されている。
【００２０】
酸素を含有しない窒化膜１０としては、例えば窒化アルミニウムや窒化シリコンが用いられる。窒化アルミニウムの結晶構造は、窒化ガリウム基板１と同様六方晶系であり、格子定数も似ていることから、半導体レーザとの密着性が良い。なお、膜厚は内部応力を考慮して２０ｎｍ以下とする。
【００２１】
すなわち、窒化膜１０はＡｌ又はＳｉの窒化膜を含む。これにより、レーザ端面への酸素の拡散を防止し、ＣＯＤを抑制することが出来る。
【００２２】
すなわち、窒化膜１０は膜厚が２０ｎｍ以下である。これにより、内部応力に耐える窒化膜１０を形成することが出来る。
【００２３】
分離膜１１は、酸素及び窒素を含有しない半導体あるいは絶縁体の膜であり、半導体としてシリコン、絶縁体としてはフッ化マグネシウムなどのフッ化物絶縁体が用いられる。
【００２４】
すなわち、分離膜１１は、Ｍｇ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎａのいずれかのフッ化物又はＳｉよりなる。これにより、酸化膜１２の形成過程において窒化膜１０が酸化することを抑止することが出来る。
【００２５】
低反射膜１２は、酸化膜であり、３〜１５％程度の低反射率になるよう形成される。例えば酸化アルミニウムの単層が用いられる。
【００２６】
高反射膜１３も、低反射膜１２と同様に酸化膜であり、６０％以上又は８０％以上の高反射率になるよう形成される。例えば酸化シリコン膜及び酸化タンタル膜を積層した多層膜を用いれば、反射率を８０％以上と高くすることが出来る。
【００２７】
例えば、窒化膜１０として窒化アルミニウム、分離膜１１としてシリコン、低反射膜１２として酸化アルミニウムの単層を用いて、発振波長が４００ｎｍの半導体レーザ装置を形成する場合を考える。
【００２８】
この場合は、窒化アルミニウム（屈折率２．１）の膜厚を１０ｎｍ、シリコン（屈折率４．３）の膜厚を２ｎｍ、酸化アルミニウム（屈折率１．６４）の膜厚を９４ｎｍとすれば、光出射端面の反射率を約１０％に調整することが出来る。又、酸化アルミニウムの膜厚を７５ｎｍから１１０ｎｍの間で変化させることで、約３％〜１５％の反射率の低反射膜を実現できる。
【００２９】
なお、シリコンは波長４００ｎｍで光吸収するため、膜厚を薄くすべきであるが、膜として形成するには１．５ｎｍ以上は必要であるため、膜厚２ｎｍとした。
【００３０】
次に、窒化膜１０として窒化アルミニウム、分離膜１１としてフッ化マグネシウム、低反射膜１２として酸化アルミニウムの単層を用い、発振波長が４００ｎｍの半導体レーザ装置を形成する場合を考える。
【００３１】
この場合は、窒化アルミニウム（屈折率２．１）の膜厚を１０ｎｍ、フッ化マグネシウム（屈折率１．４）の膜厚を２ｎｍ、酸化アルミニウム（屈折率１．６４）の膜厚を８４ｎｍとすれば、光出射端面での反射率が約１０％となる。又、酸化アルミニウムの膜厚を６５ｎｍから１００ｎｍの間で変化させることで、約３％〜１５％の反射率の低反射膜を実現できる。
【００３２】
以上の説明では、光出射端面である前端面８のみに、窒化膜１０と分離膜１１を形成する様子を説明したが、前端面８に代えて又は前端面８とともに、後端面９においても、端面と高反射膜１３の間に窒化膜１０、分離膜１１を形成しても良い。図２は、前端面８と後端面９の両方に窒化膜１０、分離膜１１を形成した半導体レーザ装置を示す断面構成図である。
【００３３】
すなわち、実施の形態１に係る半導体レーザ装置では、光出射端面である第１端面としての前端面８と、第１端面とは反対側の第２端面としての後端面９を有する半導体レーザ装置であって、前端面８と後端面９のうち、少なくとも一方の端面に、窒化膜１０と、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜１１と、酸化膜としての低反射膜１２（高反射膜１３）、が端面側から順に形成されている。分離膜１１を設けたことにより、低反射膜１２又は高反射膜１３の形成過程において窒化膜１０の酸化を防止することが出来る。そのため、半導体レーザ装置を高出力で動作させた場合であっても、前端面８又は後端面９近傍が酸化せず、ＣＯＤの発生を抑制することが出来る。
【００３４】
＜製造方法＞
次に、図１に示した実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００３５】
窒化ガリウム基板１上にｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型クラッド層４、ｐ型電極を順に積層する。窒化ガリウム基板１の裏面にはｎ型電極５を形成する。
【００３６】
次に、前端面８に窒化膜１０を形成する。窒化膜１０としては、Ａｌ、Ｓｉの窒化膜を使用することが出来る。例えば窒化アルミニウムを用いる。窒化アルミニウム膜は、成膜中の残留水分により酸素が混入することを防ぐため、例えばロードロック機構を備えた電子サイクロトロン共鳴（ECR:Electron Cyclotron Resonance)のスパッタ法により形成することが出来る。なお、膜厚は内部応力を考慮して２０ｎｍ以下とする。
【００３７】
すなわち、実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法において、窒化膜１０としてＡｌ又はＳｉの窒化膜を形成する。これにより、レーザ端面への酸素の拡散を防止し、ＣＯＤを抑制することが出来る。
【００３８】
又、窒化膜１０を、２０ｎｍ以下の膜厚で形成する。これにより、内部応力に耐える窒化膜１０を形成することが出来る。
【００３９】
その後、分離膜１１、低反射膜１２を順に形成する。分離膜１１にはＭｇ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎａのいずれかのフッ化物又はＳｉを用いることが出来る。低反射膜１２は例えば酸化アルミニウムの単層である。これらも、窒化膜１０と同一の成膜チャンバ内で形成すれば、成膜途中で大気にさらすことなく形成することが出来る。なお、後端面９側においても同様に、分離膜１１、低反射膜１２を形成し、その後高反射膜１３を形成することとしても良い。
【００４０】
すなわち、分離膜として、Ｍｇ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎａのいずれかのフッ化物又はＳｉの膜を形成する。これにより、酸化膜１２（１３）の形成過程において窒化膜１０が酸化することを抑止することが出来る。
【００４１】
又、半導体レーザ装置の後端面９には高反射膜１３を形成する。なお、後端面９に対しても前端面８側と同様にして窒化膜１０、分離膜１１を順に形成し、その後高反射膜１３を形成することとしても良い。これにより、半導体レーザ装置が高出力で動作した際に生じる、後端面９に対する酸素拡散を抑えることが出来る。
【００４２】
すなわち、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法は、光出射端面である第１端面としての前端面８と、前端面８とは反対側の第２端面としての後端面９とを有する半導体レーザ装置の製造方法であって、（ａ）前端面８と後端面９のうち、少なくとも一方の端面上に、窒化膜１０を形成する工程と、（ｂ）窒化膜１０上に、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜１１を形成する工程と、（ｃ）分離膜１１上に、酸化膜としての低反射膜１２（高反射膜１３）を形成する工程と、を備えた。分離膜１１を設けたことにより、低反射膜１２又は高反射膜１３の形成過程において窒化膜１０の酸化を防止することが出来る。そのため、半導体レーザ装置を高出力で動作させた場合であっても、前端面８又は前端面９近傍が酸化せず、ＣＯＤの発生を抑制することが出来る。
【００４３】
＜効果＞
実施の形態１に係る半導体レーザ装置では、光出射端面である第１端面としての前端面８と、第１端面とは反対側の第２端面としての後端面９とを有する半導体レーザ装置であって、前端面８と後端面９のうち、少なくとも一方の端面に、窒化膜１０と、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜１１と、酸化膜としての低反射膜１２（高反射膜１３）、が端面側から順に形成されている。分離膜１１を設けたことにより、低反射膜１２又は高反射膜１３の形成過程において窒化膜１０の酸化を防止することが出来る。そのため、半導体レーザ装置を高出力で動作させた場合であっても、前端面８又は後端面９近傍が酸化せず、ＣＯＤの発生を抑制することが出来る。
【００４４】
さらに、分離膜１１は、Ｍｇ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎａのいずれかのフッ化物又はＳｉよりなる。これにより、酸化膜１２の形成過程において窒化膜１０が酸化することを抑止することが出来る。
【００４５】
又、窒化膜１０はＡｌ又はＳｉの窒化膜である。これにより、レーザ端面への酸素の拡散を防止し、ＣＯＤを抑制することが出来る。
【００４６】
さらに、窒化膜１０は膜厚が２０ｎｍ以下である。これにより、内部応力に耐える窒化膜１０を形成することが出来る。
【００４７】
又、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法は、光出射端面である第１端面としての前端面８と、前端面８とは反対側の第２端面としての後端面９を有する半導体レーザ装置の製造方法であって、（ａ）前端面８と後端面９のうち、少なくとも一方の端面に、窒化膜１０を形成する工程と、（ｂ）窒化膜１０上に、酸素及び窒素を含有しない、半導体又は絶縁体からなる分離膜１１を形成する工程と、（ｃ）分離膜１１上に、酸化膜としての低反射膜１２（高反射膜１３）を形成する工程と、を備えた。分離膜１１を設けたことにより、低反射膜１２又は高反射膜１３の形成過程において窒化膜１０の酸化を防止することが出来る。そのため、半導体レーザ装置を高出力で動作させた場合であっても、前端面８又は後端面９近傍が酸化せず、ＣＯＤの発生を抑制することが出来る。
【００４８】
又、実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法において、分離膜１１として、Ｍｇ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎａのいずれかのフッ化物又はＳｉの膜を形成する。これにより、酸化膜１２の形成過程において窒化膜１０が酸化することを抑止することが出来る。
【００４９】
さらに、窒化膜１０としてＡｌ又はＳｉの窒化膜を形成する。これにより、レーザ端面への酸素の拡散を防止し、ＣＯＤを抑制することが出来る。
【００５０】
又、窒化膜１０を、２０ｎｍ以下の膜厚で形成する。これにより、内部応力に耐える窒化膜１０を形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
８  前端面、９  後端面、１０  窒化膜、１１  分離膜、１２  低反射膜、１３  高反射膜。
【図１】
2010140926.tif 000003
【図２】
2010140926.tif 000004