(57)【要約】【課題】チップに付着及び堆積する汚染物質を低減して発光素子の長寿命化及び動作の安定化を図るとともに、気密封止する構成を必要としない、または、厳密な制御を伴わず容易に気密封止することのできる発光素子を提供する。【解決手段】本発明は、レーザチップ１などに代表される発光素子のチップの光出射側の端面の最表面に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜５を形成する。光吸収膜５を形成することによって、出射される光によって反応して形成される汚染物質の付着及び堆積を抑制する。また、光吸収膜５を、金属と誘電体との混合物、または、２種類以上の誘電体の混合物で成す。これにより、光吸収膜５の光の吸収量を容易かつ厳密に制御することが可能となる。【選択図】図１
2010141125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射するチップを備えた発光素子において、
前記チップの光が出射される端面上の最表面に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜を備え、
当該光吸収膜が、金属と誘電体との混合物よりなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記金属が、金、白金、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム及びパラジウムの群より選ばれた、少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
光を出射するチップを備えた発光素子において、
前記チップの光が出射される端面上の最表面に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜を備え、
当該光吸収膜が、２種類以上の誘電体の混合物よりなることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
前記光吸収膜が、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム、タングステン、タンタル、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム及びパラジウムの群より選ばれた少なくとも一つの元素を含む酸化物を、前記誘電体の１つとして含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記酸化物が、化学量論的組成よりも酸素が少ない組成である酸素欠損酸化物であることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記光吸収膜が、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム、タングステン及びタンタルの群より選ばれた少なくとも一つの元素を含む窒化物を、前記誘電体の１つとして含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記窒化物が、化学量論的組成よりも窒素が少ない組成である窒素欠損窒化物であることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記チップが、当該チップの光が出射される端面に形成されるとともに当該端面を保護する保護膜を備え、前記光吸収膜が、当該保護膜の表面に形成されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項９】
前記保護膜が、アルミニウム、チタン、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム及びタンタルの群から選ばれた少なくとも一つの元素を含む酸化物より成る酸化物膜を備えることを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記保護膜が、アルミニウムの窒化物、ケイ素の窒化物、アルミニウムの酸窒化物、ケイ素の酸窒化物の少なくとも一つの化合物を含む膜を備えることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記チップが、レーザ光を出射するレーザチップであることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１２】
前記発光素子が、前記チップを気密封止しない構成であることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記発光素子が、フレームパッケージに前記チップを備えた構成であることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記発光素子が、ＨＨＬパッケージに前記チップを気密封止して備えることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記発光素子が、有機物を含む接着剤とともに前記チップを気密封止して備えることを特徴とする請求項１１または請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記チップが、窒化物系半導体から成る層を備えるものであることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関するものであり、特に、窒化物系半導体を用いたレーザ素子に代表される発光波長の短い半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族元素のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等と、Ｖ族元素のＮとの化合物である窒化物系半導体（例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮなど、またこれらの固溶体であるＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどを含む。なお、本願においてはこれらをまとめて窒化物系半導体と表現する）は、そのバンド構造や化学的安定性から、発光素子やパワーデバイス用の材料としての応用が期待されており、情報記録装置用の光源にもこの窒化物系半導体を適用することが注目されている。
【０００３】
このような窒化物系半導体を用いたレーザ素子に備えられるレーザチップは、基板上に窒化物系半導体の各層や電極などを積層して得られるウエハを劈開や分割等することによって得られる。そして、このウエハを劈開することによって得られる端面、特に光出射側の端面には、出射される光に対して透明な物質（例えば、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3など）から成る単層あるいはこれらを組み合わせた少数の層による保護膜（低反射膜）が形成される。一方、光出射側の端面と反対側の端面には、Ａｌ2Ｏ3およびＴａ2Ｏ5などを多層に積層するなどした反射率の大きな保護膜（高反射膜）が形成される。このように保護膜を形成することで、反射率を調整して効率よく光を出射させたり、酸化などの化学反応により端面が変質することを防止したりする。
【０００４】
また、このような保護膜の上に汚染物質が付着及び堆積する問題がある。特に５００ｎｍ以下の短波長の光を出射する発光素子においてこの問題が顕著となっている。これは、チップから出射される短波長の光によって、発光素子が備えるチップの近傍に存在するＳｉとＯの結合を有するシロキサンや、炭化水素化合物などが重合されて付着、堆積するためであり、短波長の光を出射する上述の窒化物系半導体を用いた発光素子においても問題となっている。
【０００５】
このチップに汚染物質が付着及び堆積する問題について図９のレーザチップの模式的な側面図を用いて説明する。図９に示すレーザチップ１００は、保護膜として上述した低反射膜１０１と、高反射膜１０２と、を備えており、レーザチップ１００の光出射側の端面において活性層１０３から出射された光は、低反射膜１０２を透過して破線で示すように端面から略垂直な方向に出射される。このとき、出射される光に反応した汚染物質１０４が低反射膜上に付着及び堆積してしまい、出射される光を吸収する。すると、駆動電流を大きくして光の出射量を維持する必要が生じ、このような駆動電流の増大によって素子寿命の悪化や発光素子の動作の不安定化が招来される。
【０００６】
この具体例として、図９に示したレーザチップ１００を備えたレーザ素子の動作試験の結果を図１０に示す。また、図１０は、発振波長が４０５ｎｍのレーザ素子を光出力が１５ｍＷ、温度が７５℃でそれぞれ一定となるように駆動電流を制御して連続発振させたグラフである。図１０に示すように、発振開始後から徐々に大気中の汚染物質１０４が付着及び堆積して厚くなっていくために、駆動時間の経過とともに駆動電流が増大している。具体的には、動作開始直後の電流値は６０ｍＡ程度となっているが、５００時間駆動させたときの電流値は倍以上の１５０ｍＡ程度まで増大している。また、駆動電流が数１０ｍＡ単位で上下に変動し、動作が不安定なものとなっている。
【０００７】
この問題を防ぐために、例えばキャンパッケージのように、チップをキャップによって気密封止するとともに、気密封止する雰囲気を制御して汚染物質の混入を抑制する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、気密封止する前にプラズマによりクリーニングを行って汚染物質を除去する方法や、汚染物質を吸着させる吸着部材を気密封止したパッケージ内に備えることによって汚染物質を除去する方法が提案されている（特許文献２及び特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８９０１０号公報
【特許文献２】特開２００４−０４００５１号公報
【特許文献３】特開２００４−０１４８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの方法では、気密封止する雰囲気を厳密に制御する必要がある上に気密封止する構成が必要となるため、発光素子が巨大化する問題がある。そして、ＣＤ（Compact  Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の光ピックアップに代表される情報記録装置用の光源に適用しようとすると、その発光素子の大きさゆえに適用することが困難となってしまう。また、発光素子の構成を、気密封止することのないフレームパッケージなどにすれば、光ピックアップに適用することは容易となるが、使用時間の経過とともに図１に示すような汚染物質１０４が付着及び堆積していくために、素子寿命が悪化したり動作が不安定となったりする問題が生じてしまう。
【０００９】
また、チップを気密封止するタイプのパッケージを採用したとしても、パッケージ内でＡｇペーストやシリコーン系、エポキシ系などの有機系の接着剤を使用する必要があるために、これらの接着剤の成分が揮発して汚染物質となる。これについては、例えば、気密封止前にプラズマ等を照射して汚染物質を除去したり、気密封止を露点−１５℃以下の乾燥空気中で行い汚染物質の混入を抑制したりすることによって、汚染物質の付着及び堆積をある程度防ぐことができるが、プラズマ照射や封止雰囲気の厳密な管理などを行う必要があるために製造工程が煩雑化する。さらに、素子が動作する際の熱によって事後的に汚染物質が封止雰囲気中に揮発することもあるため、汚染物質の付着及び堆積を完全に防ぐことは困難となる。また、確実に気密封止できたか否かを確認する工程が必要となるとともに、確実な気密封止ができていない発光素子は廃棄せざるを得ないため、歩留まりも低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、チップに付着及び堆積する汚染物質を低減して発光素子の長寿命化及び動作の安定化を図るとともに、気密封止する構成を必要としない、または、厳密な制御を伴わず容易に気密封止することのできる発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の発光素子は、光を出射するチップを備えた発光素子において、前記チップの光が出射される端面上の最表面に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜を備え、当該光吸収膜が、金属と誘電体との混合物よりなることを特徴とする。
【００１２】
また、上記の発光素子において、前記金属が、金、白金、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム及びパラジウムの群より選ばれた、少なくとも一つの元素を含むこととしても構わない。これらの金属は、汚染物質の一つであるＳｉ系の物質の付着係数が低いため、汚染物質の付着を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の発光素子は、光を出射するチップを備えた発光素子において、前記チップの光が出射される端面上の最表面に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜を備え、
当該光吸収膜が、２種類以上の誘電体の混合物よりなることを特徴とする。
【００１４】
また、上記の発光素子において、前記光吸収膜が、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム、タングステン、タンタル、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム及びパラジウムの群より選ばれた少なくとも一つの元素を含む酸化物を、前記誘電体の１つとして含むこととしても構わない。
【００１５】
また、上記の発光素子において、前記酸化物が、化学量論的組成よりも酸素が少ない組成である酸素欠損酸化物であることとしても構わない。
【００１６】
また、上記の発光素子において、前記光吸収膜が、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム、タングステン及びタンタルの群より選ばれた少なくとも一つの元素を含む窒化物を、前記誘電体の１つとして含むこととしても構わない。
【００１７】
また、上記の発光素子において、前記窒化物が、化学量論的組成よりも窒素が少ない組成である窒素欠損窒化物であることとしても構わない。
【００１８】
また、上記の発光素子において、前記チップが、当該チップの光が出射される端面に形成されるとともに当該端面を保護する保護膜を備え、前記光吸収膜が、当該保護膜の表面に形成されることとしても構わない。
【００１９】
また、上記の発光素子において、前記保護膜が、アルミニウム、チタン、イットリウム、ケイ素、ニオブ、ハフニウム及びタンタルの群から選ばれた少なくとも一つの元素を含む酸化物より成る酸化物膜を備えることとしても構わない。
【００２０】
また、上記の発光素子において、前記保護膜が、アルミニウムの窒化物、ケイ素の窒化物、アルミニウムの酸窒化物、ケイ素の酸窒化物の少なくとも一つの化合物を含む膜を備えることとしても構わない。また、アルミニウムの窒化物またはアルミニウムの酸窒化物を、前記チップの端面に形成することとしても構わない。
【００２１】
このように構成することで、アルミニウムの窒化物やアルミニウムの酸窒化物がチップの端面に密着性よく密着するため、保護膜が剥がれることを抑制し、歩留まりを改善することができる。また、端面の変質を防ぐことが可能となり、それによる端面の破断を防ぐことができる。さらに、熱膨張係数が小さく防湿性のよいケイ素の窒化物やケイ素の酸窒化物を備えることによって、一定の光出力で動作させた時の駆動電流の上昇を防ぐことができる。
【００２２】
また、上記の発光素子において、前記チップが、レーザ光を出射するレーザチップであることとしても構わない。
【００２３】
また、上記の発光素子において、前記発光素子が、前記チップを気密封止しない構成であることとしても構わなく、フレームパッケージに前記チップを備えた構成であることとしても構わない。
【００２４】
また、上記の発光素子において、前記発光素子が、ＨＨＬパッケージに前記チップを気密封止して備えることとしても構わないし、キャンパッケージに前記チップを気密封止して備えることとしても構わない。
【００２５】
また、上記の発光素子において、前記発光素子が、有機物を含む接着剤とともに前記チップを気密封止して備えることとしても構わない。
【００２６】
また、上記の発光素子において、前記チップが、窒化物系半導体から成る層を備えるものであることとしても構わない。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の構成では、チップの光を出射する端面上に、出射される光の一部を吸収する光吸収膜を形成する。そのため、光吸収膜の表面、即ち、チップの光を出射する端面の最表面上に汚染物質が付着及び堆積することを抑制することができる。そのため、このような汚染物質が付着及び堆積することによって、出射される光の光出力が低減されることを防ぐことができる。また、光出力を保つために駆動電流を増加させる必要がなくなるため、発光素子の長寿命化を図ることができる。
【００２８】
また、光吸収膜を混合物で構成すると、混合比を調整することによって光の吸収量を調整することが可能となる。そのため、光吸収が大きい材料（例えば金属など）のみから成る極薄い光吸収膜の厚さを調整することによって光の吸収量を調整する場合と比較して、光の吸収量を容易かつ厳密に調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明における実施形態について図１〜図８に基づき説明する。まず、本発明の基本構成について説明し、その後に各種実施例について説明する。
【００３０】
＜＜基本構成＞＞
本発明の基本構成について、まず図１を用いて説明する。図１は、本発明におけるレーザチップの構成の一例を示す模式的な側面図であり、従来のレーザチップの構成について示した図９に相当するものである。
【００３１】
図１に示すように、本発明では、活性層２よりレーザ光が出射されるレーザチップ１の光出射側の端面に低反射膜３、光出射側の端面と反対側の端面に高反射膜４を形成しており、特に光出射側の端面に形成される低反射膜３の表面に光吸収膜５を形成している。従来、光出射側の端面には出射される光の量を低減しないように出射される光に対して透明な材料のみを用いて低反射膜３を形成していたが、本発明では敢えてその低反射膜３の表面に、出射される光に対して透明ではない材料から成る光吸収膜５を形成することとする。
【００３２】
光吸収膜５は、金属と誘電体との混合物、もしくは、２種類以上の誘電体から成る。光吸収膜５に利用する金属として、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）などを用いても構わない。また、光吸収膜５に利用する誘電体として、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ケイ素（Ｓｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）などの酸化物を用いても構わないし、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、ケイ素（Ｓｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などの窒化物を用いても構わない。
【００３３】
また、上記の酸化物であって、化学量論的組成から酸素が少なくなる方向に組成がずれている酸化物（以下、酸素欠損酸化物とする）を用いても構わない。同様に、上記の窒化物であって、化学量論的組成から窒素が少なくなる方向に組成がずれている窒化物（以下、窒素欠損窒化物とする）を用いても構わない。
【００３４】
次に、光吸収膜５を形成したレーザチップを備えたレーザ素子の動作の一例について、図２を用いて説明する。図２は、図１の構成のレーザチップ１を備えたレーザ素子の動作試験の結果を示すグラフであり、従来のレーザ素子の動作試験の結果について示した図１０に相当するものである。また、図２は、発振波長が４０５ｎｍのレーザ素子を光出力が２０ｍＷ、温度が７５℃でそれぞれ一定となるように駆動電流を制御するとともに、レーザチップ１の気密封止を行わず、大気雰囲気中において連続発振させた場合のグラフである。
【００３５】
図２に示すように、本発明における光吸収膜５を低反射膜３の表面に形成することによって、駆動時間の経過に伴う駆動電流の上昇を抑制することが可能となるとともに、駆動電流を安定化させることが可能となる。本例の場合では、光出力を図１０の場合における１５ｍＷよりも増大させて汚染物質が反応しやすい条件としているにもかかわらず、駆動電流が発振開始後からほぼ変動せず、９０ｍＡ程度の一定かつ安定した値となっている。
【００３６】
これは、出射された光の一部が光吸収膜５で吸収されることで発生した熱によって、付着した汚染物質を再蒸発させられる、または、汚染物質の付着自体が防がれるために、汚染物質の付着及び堆積が抑制されているものと考えられる。そして、汚染物質の付着及び堆積を抑制することによって、長時間レーザ素子を駆動させても発光量の低下に伴う駆動電流の上昇を防ぐことが可能となり、レーザ素子の長寿命化を図ることが可能となる。
【００３７】
さらに、本発明の光吸収膜５は、複数の材料の混合物よりなる。特に、金属と誘電体との混合物や、２種類以上の誘電体の混合物から成る。そのため、混合物の混合比や膜厚によって、光の吸収量を容易かつ厳密に制御することが可能となる。
【００３８】
例えば、光吸収膜５として光の吸収量が大きい金属のみを用いる場合、光吸収膜５（金属膜）の僅かな厚みの変動によって光の吸収量が大きく変動する。そのため、光吸収膜５の光の吸収量が膜中で不均一になったり、光の吸収量が光吸収膜５ごと（チップごと）にばらついたりすることが生じる。特に、光の吸収量を小さくするために極薄い光吸収膜５を形成する場合などのように、膜厚の制御が困難になる場合ほど、この問題が生じやすくなる。
【００３９】
これに対して、本発明のように混合物を用いる場合、例えば光吸収膜５に光の吸収量の無い、もしくは、小さい誘電体と光の吸収量の大きい金属との混合物を用いる場合では、誘電体に含ませる金属の量で光の吸収量を調整することが可能となる。そのため、光の吸収量を小さくする場合であっても、誘電体に含ませる金属の量を低減させるだけで対応することが可能となる。即ち、光吸収膜５を極薄くして厚みを制御する必要がなくなる。したがって、光の吸収量が膜中で不均一となることや、光吸収膜５ごと（チップごと）に光の吸収量がばらつくことを抑制することが可能となる。
【００４０】
また、本発明による光吸収膜５をレーザチップ１に形成することによって、レーザチップ１の気密封止を行うことなく種々のパッケージに実装しても、駆動時間の経過に伴う駆動電流の増加を抑制することが可能となる。そして、短波長の光を発するレーザ素子においても気密封止を行わないパッケージを採用することが可能となり、レーザ素子の小型化を図ることができる。また、気密封止が必要なパッケージを採用することとしても、露点などの厳密な封止条件の制御を行う必要がなくなるため、容易にレーザ素子を作製することができる。
【００４１】
なお、これらの光吸収膜５を形成したチップの具体的な構成例や効果については後述する各実施例において詳細に説明する。また、上述した光吸収膜５の材料は一例であり、これ以外の材料であっても光吸収膜５として使用することが可能である。また、光吸収膜５を多層膜としても構わない。
【００４２】
また、本発明は短波長の光を発する発光素子全般に適用可能であり、レーザチップ１の他に、例えば発光ダイオードやスーパールミネッセンスダイオードなどの発光素子のチップに適用することとしても構わない。さらに、レーザチップに適用する場合においても、上述したようなレーザチップの端面（基板の各層を成長させる成長面に対して垂直な面）から光を出射する端面発光型のレーザチップにのみ適用するだけではなく、チップの端面と垂直な面（基板の各層を成長させる面と平行な面）から光を出射する面発光型のレーザチップにも適用することとしても構わない。いずれのチップに適用する場合も、光が出射される端面の最表面に光吸収膜５を形成することで、最表面に汚染物質が付着及び堆積することを防ぐことが可能となる。
【００４３】
また、複数の素子を組み合わせて成る素子に含まれる、短波長の光を出力するチップにも適用することが可能である。例えば、ホログラム素子や受光素子などの光学素子とともにレーザチップを備えるホログラムレーザや、短波長の光を発するチップと蛍光板とから成り白色のような複数の波長が混在した光を出力する発光素子などに備えられるチップに適用することとしても構わない。
【００４４】
また、短波長の光を発する材料から成る発光素子であれば、窒化物系半導体に限らず適用することが可能である。例えば、ＺｎＳｅ系や、ＺｎＯ系などの材料から成る発光素子に本発明を適用することとしても構わない。
【００４５】
また、端面に直接ＡｌＮ膜などの六方晶系の半導体膜を形成することとしても構わない。このように構成することによって、保護膜を密着させ剥がれを防止する効果や、保護膜が密着することによって端面がより強固に保護されるために特に高出力としたときに動作が安定する効果、を得ることができる。この効果について、図４のグラフを用いて説明する。図４は、図３に示すようなＡｌＮ膜３２を光出射側の端面に形成してその上にＡｌ2Ｏ3から成る低反射膜３３を形成した構成のレーザチップ３０を備えたレーザ素子の動作試験の結果である。また、図４は、発振波長が４３７ｎｍであるレーザ素子を光出力が１５ｍＷ、温度が７５℃でそれぞれ一定となるように駆動電流を制御するとともに、気密封止を行わず大気雰囲気中で連続発振させたグラフである。
【００４６】
図４に示すように、ＡｌＮ膜３２を端面に形成したレーザチップ３０は、光出力が１５ｍＷで駆動電流が１５０ｍＡを越えるような場合でも、１０００時間以上破壊が生じることなく安定して動作することが可能となる。ただし、図３に示すようにこのレーザチップ３０には本発明の効果と区別するために図１に示す光吸収膜５を備えていない構成としているため、駆動時間の経過とともに駆動電流が上昇している。具体的には、発振開始から５００時間で３０ｍＡ程度も駆動電流が上昇している。しかしながら、図３に示した構成の低反射膜３３の表面に本発明における光吸収膜５を形成することとすれば、図２に示したように、駆動時間の経過に伴う電流の上昇を防ぐことが可能となる。
【００４７】
また、図１に示す高反射膜４の反射率を低下させることによってレーザチップ１の高反射膜４側からも少量の光を出力させ、その出力される少量の光に基づいた制御信号をフィードバックすることで駆動電流を制御するように発光素子を構成する場合において、光吸収膜５を高反射膜４の表面に形成することとしても構わない。
【００４８】
このように構成することによって、汚染物質が高反射膜４の表面に付着及び堆積することを防止することができるために、制御信号を作成するための光の出力を正確なものとすることができる。そのため、高反射膜４側から出力される光が汚染物質の付着及び堆積によって弱くなったことを発光素子からの発光が弱くなったものと誤認され、不適正に大きな電流が発光素子に供給されることを防ぐことが可能となる。
【００４９】
また、光吸収膜５に金属が含まれる場合、端面に直接光吸収膜５を形成してしまうと、光吸収膜５を介して電流がショートして活性層に電流が流れなくなるおそれがある。また、光吸収膜５から発生した熱が端面に損傷を与える可能性もあるため、端面近傍に光吸収膜５を形成することは好ましくない。さらに、汚染物質が付着する場所は保護膜３、４の表面であるため、端面近傍より保護膜の表面近傍に光吸収膜５を形成した方が、より汚染物質の付着及び堆積を防ぐことができるため好ましい。
【００５０】
＜＜実施例＞＞
次に、本発明の各実施例について説明する。
【００５１】
＜第一実施例＞
まず、第一実施例について図５を用いて説明する。図５は、第一実施例におけるレーザチップの構成の一例を示した模式的な斜視図及び側面図である。まず、図５（ａ）の斜視図に示すように、本実施例におけるレーザチップ１０は、ｎ型ＧａＮ基板１１上に積層される厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮから成るバッファ層１２と、バッファ層１２上に積層される厚さ２．３μｍのｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎから成るｎ型クラッド層１３と、ｎ型クラッド層１３上に積層される厚さ２０ｎｍのｎ型ＧａＮから成るｎ型ガイド層１４と、ｎ型ガイド層上に積層されるとともに厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮと厚さ８ｎｍのＧａＮとがＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮと積層される多重量子井戸活性層１５と、多重量子井戸活性層１５上に積層される厚さ７０ｎｍのＧａＮから成る保護層１６と、保護層１６上に積層される厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る電流ブロック層１７と、電流ブロック層１７上に積層されるとともに上部が所定の方向に延びたストライプ状となるｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎから成るｐ型クラッド層１８と、ｐ型クラッド層１８のストライプ状となった部分の上に積層される厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮから成るｐ型コンタクト層１９と、を備える。
【００５２】
これらの層１２〜１９は、基板１１上に順にエピタキシャル成長して成るものであり、ｐ型クラッド層１８の一部及びｐ型コンタクト層１９より成るストライプ状のリッジストライプ２０は、ｐ型コンタクト層１９まで順に各層１２〜１９をエピタキシャル成長させた後に、ｐ型クラッド層１８及びｐ型コンタクト層１９をエッチングによって除去することで形成される。また、本例におけるレーザチップ１０の発振波長は４０５ｎｍであり、リッジストライプ２０の幅は、１．２μｍ〜２．４μｍの間の値、例えば、１．５μｍ程度の値である。なお、照明用などの用途に用いるブロードエリアレーザの場合は、リッジストライプ２０の幅を３μｍ〜５０μｍ程度としても構わない。また、図５（ａ）に示すように、メサ形のリッジストライプ２０としても構わない。
【００５３】
また、レーザチップ１０は、リッジストライプ２０の両側を埋めるように形成されるＳｉＯ2／ＴｉＯ2から成る絶縁膜２１と、リッジストライプ２０及び絶縁膜上に形成されるＰｄ／Ｍｏ／Ａｕから成るｐ電極２２と、基板１１のバッファ層１２が積層された面と反対側の面に形成されるＨｆ／Ａｌから成るｎ電極２３と、を備える。
【００５４】
また、後述するが、リッジストライプ２０の延びる方向と略垂直の面（面Ａ及び面Ｂ）には、保護膜と、保護膜上に形成される光吸収膜と、を備える。なお、本実施例では、面Ａを光出射側の端面として図１に示したような低反射膜３及び光吸収膜５が形成されることとして、面Ｂには高反射膜４が形成されることとする。
【００５５】
このようなレーザチップ１０に備えられる窒化物半導体層１２〜１９の積層には、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いても構わないし、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法や、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法などの方法を用いても構わない。また、絶縁膜２１や保護膜３、４などの形成には、マグネトロンスパッタ法やＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ法などの各種スパッタ法やＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法を用いることができる。また、電極２１、２２などの金属膜の形成には、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法や、抵抗加熱蒸着法などの各種蒸着法や、上述した各種スパッタ法を用いることができる。また、光吸収膜５の形成には、光吸収膜に用いられる材料の種類に応じて適宜これらの方法から選択して使用することとしても構わない。
【００５６】
また、保護膜及び光吸収膜の構成について図５（ｂ）の側面図に示す。図５（ｂ）に示すように、低反射膜３として面Ａから順に酸窒化アルミニウム（ＡｌＯxＮ1-x（ただし、０＜ｘ＜１とする））膜３ａ、窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜３ｂ、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜３ｃが形成されており、ＡｌＯxＮ1-x膜３ａの厚さは２０ｎｍ、ＳｉＮ膜３ｂの厚さは２００ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3膜３ｃの厚さは１４０ｎｍとなっている。また、光吸収膜５はレーザ光の吸収がほとんど無い酸化チタン（ＴｉＯ2）とレーザ光の吸収量が大きい金（Ａｕ）との混合物より成り、混合比は１：１、厚さは９ｎｍとなっている。
【００５７】
一方、高反射膜は、面Ｂから順にＡｌＯxＮ1-x膜４ａ、ＳｉＮ膜４ｂを形成して、さらに酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜４ｃ及び酸化チタン（ＴｉＯ2）膜４ｄを四組組み合わせた膜をＳｉＯ2膜４ｃから順に形成する。そして、四組目のＴｉＯ2膜４ｄの上にさらにＳｉＯ2膜４ｅを形成する。このとき、ＡｌＯxＮ1-x膜４ａの厚さは２０ｎｍ、ＳｉＮ膜４ｂの厚さは８０ｎｍ、組になっているＳｉＯ2膜４ｃの厚さは７１ｎｍ、ＴｉＯ2膜４ｄの厚さは４６ｎｍであり、四組目のＴｉＯ2膜４ｄの上に形成されるＳｉＯ2膜４ｅの厚さは１４２ｎｍとなっている。
【００５８】
ここで、上述した保護膜３、４及び光吸収膜５の形成方法の一例について、ＥＣＲスパッタ法を用いた場合を例に挙げて説明する。まず、光出射側の端面に低反射膜３を形成するために、ウエハを劈開することによって得られるバーを、ＥＣＲスパッタ装置の成膜室に挿入する。ここでバーとは、図５に示したレーザチップの複数が一体となって接続されている状態を表しており、複数のレーザチップ１０が面Ａ及び面Ｂを揃えるようにして、リッジの延びる方向と略垂直な方向に一列に複数接続しているものを表すこととする。そして、このバーを図５に示すレーザチップ１０毎に分割することで、レーザチップ１０が得られる。なお、保護膜を形成する前にレーザチップ１０毎に分割することとしても構わない。
【００５９】
ＥＣＲスパッタ装置へバーを挿入すると、次に窒素ガスを５．２ｃｃｍの流量で導入し、酸素ガスも０．１ｃｃｍの流量で導入する。そして、プラズマを発生させるためにアルゴンガスを２０．０ｃｃｍの流量で導入する。また、Ａｌターゲットに５００ＷのＲＦ（Radio Frequency）パワーを印加し、アルゴンプラズマの発生のためにマイクロ波パワーを５００Ｗ印加して、ＡｌＯxＮ1-x膜３ａを形成する。なお、ｘについては窒素ガス及び酸素ガスの流量を適宜変更することで制御することができる。
【００６０】
次に、ターゲットをＳｉに切り替えるとともに、窒素ガスを５ｃｃｍ流してＳｉＮ３ｂ膜を形成する。そして、再度ターゲットをＡｌに切り替えるとともに酸素ガスを５．８ｃｃｍ流してＡｌ2Ｏ3膜３ｃを形成する。なお、このときもアルゴンガスを２０．０ｃｃｍ流しており、Ｓｉ、Ａｌターゲットには５００ＷのＲＦパワーを印加し、アルゴンプラズマの発生のためにマイクロ波パワーを５００Ｗ印加する。
【００６１】
そして、ターゲットをＴｉとＡｕとの混合物に切り替えるとともに、酸素ガスを６ｃｃｍ流して酸化チタン（ＴｉＯ2）と金（Ａｕ）との混合物より成る膜３ｃを形成する。なお、このときもアルゴンガスを２０．０ｃｃｍ流しており、ＴｉとＡｕとの混合物のターゲットには５００ＷのＲＦパワーを印加し、アルゴンプラズマの発生のためにマイクロ波パワーを５００Ｗ印加する。
【００６２】
また、高反射膜４の形成も同様に行い、ＥＣＲスパッタ装置を用いて順に、ＡｌＯxＮ1-x膜４ａ、ＳｉＮ膜４ｂ、ＳｉＯ2膜４ｃ及びＴｉＯ2膜４ｄの組み合わせを４組、ＳｉＯ2膜４ｅ、を順に形成する。そして、保護膜３、４及び光吸収膜５が形成されたバーを分割することで、図５に示すようなレーザチップ１０が得られる。
【００６３】
次に、得られたレーザチップ１０を実装したレーザ素子の一例について説明する。本実施例では、気密封止を行わないフレームパッケージに実装する場合について図６を用いて説明する。図６は、本実施例におけるレーザ素子の模式的な斜視図である。
【００６４】
図６に示すように、本実施例におけるレーザ素子６０は、レーザチップ１０と、レーザチップ１０が固着されるサブマウント６１と、サブマウント６１が固着されるフレーム６２と、フレーム６２と一体となりフレーム６２の両端に備えられる放熱フィン６３と、レーザチップ１０に電力を供給するためのリードピン６４と、リードピン６４ａ〜６４ｃとフレーム６２とを一体として保持する樹脂モールド６５と、を備えている。
【００６５】
サブマウント６１、フレーム６２及び放熱フィン６３は銅や鉄などの金属材料より成っており、レーザチップ１０で発生した熱はサブマウント６１を介してフレーム６２や放熱フィンに伝達され、放熱される構成となっている。また、本実施例では三つのリードピン６４ａ〜６４ｃが備えられる構成となっており、中央のリードピン６４ｂがフレーム６２と接続し、両端の二つのリードピン６４ａ、６４ｃは樹脂モールド６５で固定されることによって、フレーム６２と一体になっている。
【００６６】
そして、このように構成されるレーザ素子６０に電力を供給して連続発振させた結果が基本構成において示した図２であり、駆動時間の経過に伴う駆動電流の増大が抑制される。即ち、レーザ素子６０を気密封止しない構成としても、汚染物質の付着及び堆積を抑制することが可能となる。したがって、駆動時間の経過に伴って駆動電流を増大させる必要が生じるために素子寿命が短くなることや、動作が不安定となることを防ぐことが可能となる。
【００６７】
また、本実施例では、レーザチップ１０を気密封止する構成が不要であるためにレーザ素子６０の小型化を図ることができる。そのため、ＣＤやＤＶＤの光ピックアップに代表される情報記録装置用の光源にも容易に適用することが可能となる。
【００６８】
＜第二実施例＞
次に、第二実施例について図７を用いて説明する。本実施例は、レーザチップの気密封止を要するキャンパッケージにレーザチップを実装するものであり、図７は、本実施例におけるレーザ素子の模式的な斜視図である。なお、本実施例で使用するレーザチップ１０ａは、ほぼ第一実施例で示した図５のレーザチップと同様の構成であるが、高反射膜４の反射率が７０％〜８０％程度となっている。例えば、図５に示したレーザチップ１０よりも高反射膜４を形成する膜の数を減少させたり、一部の膜の厚みを変更したりするなどの設計変更がなされているものとする。
【００６９】
また、本実施例では、低反射膜の表面だけでなく高反射膜の表面にも光吸収膜が形成されているものとする。この膜は、第一実施形態と同様に酸化チタン（ＴｉＯ2）と金（Ａｕ）との混合物より成るものとし、混合比は１：１、厚さは９ｎｍであるものとする。
【００７０】
図７に示すように、本実施例におけるレーザ素子７０は、レーザチップ１０ａと、レーザチップ１０ａが固着されるサブマウント７１と、サブマウント７１が固着されるブロック部７２と、レーザチップ１０ａの高反射膜側から出射される光を受けて制御信号を作成するフォトダイオード７３と、ワイヤ７４ａによってフォトダイオード７３と電気的に接続されるピン７５ａと、ワイヤ７４ｂによってレーザチップ１０ａと電気的に接続されるピン７５ｂと、ブロック部７２とフォトダイオード７３とが一方の面上に配置されピン７４ａ、７５ｂがその一方の面と反対側の他方の面とを貫通して配置されるステム７６と、ステム７６の他方の面に接続してフォトダイオード７３及びレーザチップ１０ａの共通の電極となるピン７５ｃと、ステム７６の一方の面に接続して気密封止するキャップ７７と、キャップ７７に備えられるとともにレーザチップ１０ａの低反射膜側から出射された光が透過するガラス窓７８と、を備える。また、ブロック部７２とステム７６とは一体となって成型されており、銅や鉄などの金属材料から成っている。また、キャップ７７やピン７４ａ〜７４ｃも同様に金属材料より成っている。
【００７１】
また、この構成において、レーザチップ１０ａとサブマウント７１との接着は半田によって行われ、サブマウント７１とブロック部７２及びフォトダイオード７３とステム７６との接続はＡｇペーストが用いられており、それぞれが電気的に接続されている。Ａｇペーストは有機物系接着剤を含んでいるため、キャップ７７をステム７６に接着することによって気密封止しても、封止雰囲気内に有機物が漂うこととなる。そして、従来のレーザ素子の構成であれば、この有機物が汚染物質となってレーザチップの光出射側の端面に付着及び堆積する問題を低減するために、気密封止する乾燥空気の露点を厳密に制御（例えば、−３５℃以下）していた。
【００７２】
しかしながら、本実施例のようにレーザチップ１０ａの保護膜の表面に光吸収膜を備える構成であれば、封止雰囲気内に有機物が漂っていても、上述したように汚染物質となって付着及び堆積することを防ぐことができる。したがって、封止雰囲気を厳密に制御し、有機物の蒸気圧を抑制することを要せずに気密封止することが可能となる。そのため、製造工程の簡略化を図ることができる。また、Ａｇペーストだけでなく、エポキシ系やシリコーン系など他の有機物系接着剤を用いたとしても汚染物質の付着及び堆積を防ぐことができるため、パッケージ内の設計の自由度を確保することができる。
【００７３】
また、本実施例では、レーザチップ１０ａの高反射膜側から出射される光をフォトダイオード７３が受けて、制御信号を作成するとともにピン７５ａを介してレーザ素子７０の駆動装置（不図示）にフィードバックする構成としている。ここで、光が出射される高反射膜側にも汚染物質が付着及び堆積するおそれがあるが、本実施例では高反射膜の表面にも光吸収膜を形成する構成としているため、汚染物質の付着及び堆積が防止される。
【００７４】
したがって、フォトダイオード７３が受ける光が汚染物質の影響を受けないものとなり、誤った制御信号を駆動装置にフィードバックすることを防ぐことができる。特に、高反射膜側から出力される光が汚染物質の付着及び堆積によって弱くなったことをレーザ素子７０の出力が低下したものと誤認し、不適正に大きな電流をレーザ素子７０に供給することを防ぐことが可能となる。
【００７５】
なお、図７に示すレーザ素子７０の構成において、レーザチップ１０ａ及びサブマウント７１と、サブマウント７１及びブロック部７２と、がそれぞれ直接的に接続されており、電気的にもそれぞれ接続されている構成としているが、レーザチップ１０ａとブロック部７２とをワイヤを用いて電気的に接続する構成としても構わない。
【００７６】
また、サブマウント７１及びステム７６と、フォトダイオード７３及びステム７６と、のそれぞれの接続について、Ａｇペーストを用いる代わりに半田を用いることとしても構わない。なお、このように構成すると、従来ではＡｇペーストに含まれる有機系の接着剤が揮発するおそれがなくなるため、封止雰囲気中の有機物系接着剤の蒸気圧を制御することが不要となり、気密封止する乾燥空気の露点の制御を若干緩く（例えば、−１５℃以下）することができる効果が得られていた。
【００７７】
これに対し、本発明の構成では、根本的に露点の制御自体を不要とすることができるため、Ａｇペースト及び半田のいずれを用いた場合でも大幅な製造工程の簡略化を図ることができる。また、Ａｇペーストを用いるか否かに限らず、従来はキャップ７７とステム７６との気密封止（例えば、溶接による）が十分でなければ安定した動作をすることができないために、気密封止が十分であるか否かを厳密に確認する確認工程を要し、かつ、歩留まりが低かった。しかしながら、本発明の構成では、気密封止が不十分でも汚染物質の付着及び堆積を防止することができるため、確認工程の削減や歩留まりの向上を図ることができる。
【００７８】
＜第三実施例＞
次に、第三実施例について図８を用いて説明する。本実施例は、第一実施例におけるレーザチップ１０と同様のレーザチップ１０を、気密封止を要するＨＨＬ（High Heat Load）パッケージに実装したものである。また、図８は本実施例におけるレーザ素子の模式的な斜視図である。なお、このＨＨＬパッケージは、照明などの用途に使用されるワットクラスの高出力を可能とするパッケージである。
【００７９】
図８に示すように、本実施例におけるレーザ素子８０は、複数のレーザチップ１０と、レーザチップ１０が固着されるサブマウント８１と、サブマウントが固着されるとともに放熱を行うヒートスプレッダー８２と、レーザチップ１０などのパッケージ内部に備えられる素子に電力を供給する配線が備えられる配線板８３と、ヒートスプレッダー８１や配線板８２が内部に固着される本体部８４と、本体部８４を貫通するとともに本体部８４内部に備えられた素子と電気的に接続するリードピン８５と、本体部８４と接続して気密封止するキャップ８６と、キャップ８６に備えられるとともにレーザチップ１０の低反射膜側から出射された光が透過するガラス窓８７と、を備える。
【００８０】
また、このレーザ素子８０の内部には、配線や、本体部の内部の温度を監視するサーミスタ、温度を下げるペルチェ素子、発光量を監視するフォトダイオードなどが備えられることがあるが、図８では簡単のためにこれらの部材を省略して示している。なお、複数備えられているリードピン８５は、それぞれの素子やレーザチップ１０と対応しており、対応するリードピン８５に電力を供給することでそれぞれの素子が動作する。また、内部の温度や光出力から得られる制御信号もこのリードピンを介して出力され、レーザ素子８０の駆動装置（不図示）にフィードバックされる。
【００８１】
レーザ素子８０をこのような構成とすると、複数の素子を本体に固着する必要があるために、接着する箇所が複数存在することとなり、接着剤の使用量が多くなる。また、内部の配線は有機物であるビニルによって被覆されているため、汚染物質の発生源が多数存在することとなる。
【００８２】
また、キャップ８６や本体部８４は銅や鉄などの金属から成っており、キャップ８６と本体部８４との接続は溶接や低温半田などによって行われる。しかし、ＨＨＬパッケージは第二実施例において示したキャンパッケージと比較して接続が難しく、封止不良となる場合が多く発生するため従来は歩留まりが悪くなっていた。また、低温半田を用いて接続する場合、低温半田に含まれて接続面の金属の酸化皮膜などを除去して清浄な面とするためのフラックスが有機物であるロジンを含むものであるため、これによっても汚染物質が発生していた。
【００８３】
しかしながら、本実施例のようにレーザチップ１０の保護膜の表面に光吸収膜を備える構成とすれば、内部に有機物が漂ったり接続が不完全であったりしても、汚染物質がレーザチップに付着及び堆積することが防止されるため、問題なく駆動させることができる。具体的には、キャップ８６と本体部８４との接続が失敗することによる封止不良によって歩留まりが低下することや、レーザチップに汚染物質が付着及び堆積することによって駆動電流を増大させる必要が生じたり動作が不安定となったりすることを防ぐことができる。
【００８４】
なお、第二実施例と同様に、パッケージ内部にフォトダイオードを備えレーザチップの高反射膜側から光を受ける構成とする場合は、レーザチップの構成を第二実施例と同様のものとしても構わない。即ち、高反射膜の反射率を７０％〜８０％とするとともに、高反射膜の表面に光吸収膜を形成することとしても構わない。
【００８５】
また、光ピックアップなどの情報記録装置用の光源に用いられるホログラムレーザ素子も、上述したＨＨＬパッケージと同様にレーザチップの他に複数の素子（信号検出用のフォトダイオードやホログラム素子などの光学素子）をパッケージ内に含む構成であるが、このような構成の場合にも、本実施例のように保護膜の表面に光吸収膜を形成したレーザチップを設けることができる。そして、不完全な気密封止による歩留まりの低下や、レーザチップに汚染物質が付着及び堆積することによって駆動電流を増大させる必要が生じたり動作が不安定となったりすることを防ぐ効果を得ることができる。
【００８６】
＜第四実施例＞
上述した第一〜第三実施例では、主にチップの構成やパッケージの構成についての実施例を示したが、以下の第四実施例〜第七実施例では、窒化物系半導体からなるレーザチップの光出射側の端面に形成する低反射膜及び光吸収膜の構成における実施例を示す。なお、以下では低反射膜及び光吸収膜の構成のみ示すこととするが、チップや高反射膜の構成やパッケージの構成については、どのような構成であっても構わない。また、以下に示す膜の組み合わせはそれぞれ一例に過ぎず、これ以外の組み合わせでも本発明の効果を得ることは可能である。
【００８７】
第四実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜を、光出射側の端面から窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜／窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜／酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜の順に形成したものとする。そして、低反射膜を構成する最上面の膜であるＡｌ2Ｏ3膜上に、光吸収膜としてレーザ光の吸収がほとんど無い酸化チタン（ＴｉＯ2）とレーザ光の吸収量が大きい白金（Ｐｔ）との混合物から成る膜を形成している。混合比は１：１である。また、それぞれの膜の厚さは、ＡｌＮ膜が２０ｎｍ、ＳｉＮ膜が３００ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3膜が８０ｎｍ、ＴｉＯ2とＰｔとの混合物の膜が８ｎｍである。
【００８８】
光出射側の端面に形成するＡｌＮ膜は、チップを構成する窒化物系半導体や低反射膜を構成する他の膜と強固に密着する。そのため、このＡｌＮ膜を形成することで、端面から低反射膜が剥がれることを防止することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。さらに、光出射側の端面とＡｌＮ膜とが密着することによって、端面に酸化などの反応が生じて変質することを抑制することができる。そして、端面の変質を防ぐことにより端面の表面における非輻射再結合の発生が抑制されるため、急激に非輻射再結合が増加することにより発生する熱によって端面が溶けて破断するＣＯＤ（catastrophic optical damage）の発生が防止され、安定した動作を行うことが可能となる。なお、上述したＡｌＯxＮ1-xもＡｌＮと同様の特性を有しており、この材料から成る膜を利用しても同様の効果を得ることができる。
【００８９】
また、ＳｉＮ膜は熱膨張係数が小さいため、熱を発生する光吸収膜を備えたとしても保護膜の構成を保持することができる。また、防湿性にも優れるため、端面が水分によって変質することを防ぐことができる。そのため、安定した動作（特に、光出力を一定とした場合における駆動時間に伴う駆動電流の上昇の防止）を行うことが可能となる。なお、酸窒化ケイ素（ＳｉＯxＮ1-x（ただし、０＜ｘ＜１とする））もＳｉＮと同様の特性を有しており、この材料から成る膜を利用しても同様の効果を得ることができる。そして、上述した光出射側の端面にＡｌＯxＮ1-xもしくはＡｌＮを形成する構造と併用した構造、即ち、光吸収膜とＡｌＯxＮ1-xもしくはＡｌＮの間にＳｉＯxＮ1-xもしくはＳｉＮを挟んだ構造とすると、より安定した動作を行うことが可能となるため好ましい。
【００９０】
なお、端面に直接、ＳｉＯxＮ1-xもしくはＳｉＮを形成し、その上に光吸収膜を形成する二層構造としても構わない。さらに、端面とＳｉＯxＮ1-xもしくはＳｉＮの間に、酸化物膜（例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタンなど）や窒化物膜（例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタンなど）などの他の膜を形成しても構わないし、ＳｉＯxＮ1-xもしくはＳｉＮと光吸収膜の間に、酸化物膜や窒化物膜などの他の膜を形成しても構わない。以上のように、端面と最表面の光吸収膜の間に、ＳｉＯxＮ1-xもしくはＳｉＮを挟む構造であれば、非気密パッケージにおいて問題となる水分に対する防湿性や、汚染物質の一つであるＳｉ系の物質の付着を、同時に改善することができるため、好ましい。
【００９１】
また、低反射膜の表面に光吸収膜であるＴｉＯ2とＰｔとの混合物の膜を形成することで、汚染物質が低反射膜及び光吸収膜上に付着及び堆積することを防ぐことができる。そのため、駆動時間の経過に伴って駆動電流を増大させる必要が生じたり動作が不安定となったりすることを防ぐ効果を得ることができる。そして、以上のように保護膜及び光吸収膜を形成することによって、大気雰囲気中でレーザ素子を駆動させたとしても長寿命かつ安定した動作を行うことが可能となる。
【００９２】
なお、光吸収膜であるＴｉＯ2とＰｔとの混合物の膜の厚さを、１ｎｍ、５ｎｍ、１５ｎｍと変化させても上述した効果と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
＜第五実施例＞
第五実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からＡｌＮ膜／ＳｉＮ膜／Ａｌ2Ｏ3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最上面の膜であるＡｌ2Ｏ3膜上に、光吸収膜としてレーザ光の吸収がほとんど無い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とレーザ光の吸収量が大きい白金（Ｐｔ）との混合物の膜を形成する。混合比は２：１である。また、それぞれの膜の厚さは、ＡｌＮ膜が６ｎｍ、ＳｉＮ膜が１００ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3膜が２００ｎｍ、ＡｌＮとＰｔとの混合物の膜が１２ｎｍである。
【００９４】
ＡｌＮとＰｔとの混合物の膜の作製にもスパッタ法を利用することが可能である。例えば、上述したようなＥＣＲスパッタ装置において、窒素ガスとアルゴンガスとを導入するとともにＡｌ及びＰｔの混合物のターゲットを用いてスパッタを行うことにより容易に作製することができる。
【００９５】
このように、低反射膜及びＡｌＮとＰｔとの混合物から成る光吸収膜を備える構成としても、上述した第一〜第四実施例と同様の効果が得られる。特に、低反射膜を端面に強固に密着させることによる効果や、汚染物質が低反射膜及び光吸収膜上に付着及び堆積することを防ぐことによる効果を得ることができる。また、本実施例のようにＡｌＮ膜やＳｉＮ膜を第四実施例よりも薄く構成しても、同様の効果を得ることができる。
【００９６】
＜第六実施例＞
第六実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四及び第五実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からＡｌＮ膜／ＳｉＮ膜／Ａｌ2Ｏ3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最上面の膜であるＡｌ2Ｏ3上に、光吸収膜としてＡｌＯx（０＜ｘ＜１．５）で表されるアルミニウムの酸素欠損酸化物と白金（Ｐｔ）との混合物の膜を形成する。混合比は１：１である。ここで、ＡｌＯxは化学量論的組成であるＡｌ：Ｏ＝２：３の組成から酸素が少なくなる方向に組成がずれているものである。また、それぞれの膜の厚さは、ＡｌＮ膜が２０ｎｍ、ＳｉＮ膜が３００ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3膜が８０ｎｍ、ＡｌＯxとＰｔとの混合物の膜が３０ｎｍである。
【００９７】
上述したように、Ａｌ2Ｏ3は出射されるレーザ光に対してほぼ透明であるが、ＡｌＯxのような酸素欠損酸化物とすることで光を吸収するようになる。また、金属であるＰｔも光を吸収する。そのため、ＡｌＯxとＰｔとの混合物の膜を、光吸収膜として用いることができる。
【００９８】
ＡｌＯxとＰｔとの混合物の膜の作製方法としては、例えば、第一実施例において示した例のようにＥＣＲスパッタ装置を用いる場合では、まずターゲットをＡｌとＰｔとの混合物とする。そして、ＡｌＯxとＰｔとの混合物の膜を形成する際の酸素ガスの流量を、通常のＡｌ2Ｏ3膜を形成する場合の酸素ガスの流量（例えば、５．８ｃｃｍ）よりも小さいもの（例えば、４ｃｃｍ）とする。これにより、容易にＡｌＯxとＰｔとの混合物の膜を得ることができる。なお、アルゴンガスの流量や供給する電力などの他の条件については第一実施例で示した条件と同様のものとしても構わない。即ち、アルゴンガスの流量を２０ｃｃｍ、ＡｌとＰｔとの混合物のターゲットに与えるＲＦパワーを５００Ｗ、プラズマ発生用のマイクロ波パワーを５００Ｗとしても構わない。
【００９９】
このように低反射膜及びＡｌＯxとＰｔとの混合物から成る光吸収膜を構成しても、上述した第一〜第五実施例と同様に、低反射膜を端面に強固に密着させることによる効果や、汚染物質が低反射膜及び光吸収膜上に付着及び堆積することを防ぐことによる効果を得ることができる。
【０１００】
さらに、本実施例で光吸収膜として用いているＡｌＯxとＰｔとの混合物の膜は、混合比のみならず、組成のｘの値と膜厚とによっても光の吸収量を制御することができる。そのため、光の吸収量をより容易かつ厳密に調整することが可能となる。
【０１０１】
また、スパッタ装置を用いて作製する場合、Ａｌ、Ｓｉ及びＡｌとＰｔとの混合物のそれぞれのターゲットをセットして、供給するアルゴン、酸素、窒素の各ガスの流量を適宜変更するだけで低反射膜及び光吸収膜を形成することができるため、連続した工程で成膜を行うことができる。
【０１０２】
なお、上記のＡｌＯxの代わりに、ＳｉＯx（０＜ｘ＜２）で表されるケイ素の酸素欠損酸化物を、光吸収膜に含ませることとしても構わない。また、ＳｉＯxを含む光吸収膜の厚さを、例えば６ｎｍとしても構わない。ここで、ＳｉＯxは化学量論的組成であるＳｉ：Ｏ＝１：２の組成から酸素が少なくなる方向に組成がずれているものである。このようにＳｉＯxとＰｔとの混合物の膜を光吸収膜として用いたとしても、ＡｌＯxとＰｔとの混合物の膜を光吸収膜として用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
また、上記の酸素欠損酸化物の代わりに、例えばＡｌＮx（０＜ｘ＜１）で表されるアルミニウムの窒素欠損窒化物を、光吸収膜に含ませることとしても構わない。また例えば、ＳｉＮx（０＜ｘ＜１．３３…）で表されるケイ素の窒素欠損酸化物を光吸収膜に含ませることとしても構わない。ここで、ＡｌＮxは化学量論的組成であるＡｌ：Ｎ＝１：１の組成から窒素が少なくなる方向に組成がずれているものであり、ＳｉＮxは化学量論的組成であるＳｉ：Ｎ＝３：４の組成から窒素が少なくなる方向に組成がずれているものである。
【０１０４】
ＡｌＮは、出射される光のごくわずかしか光を吸収しない。しかしながら、上述した酸素欠損酸化物と同様に、窒素欠損窒化物とすることで光を吸収する量を増大させることが可能となる。スパッタ装置を用いた作製方法も酸素欠損酸化物と同様であり、窒素ガスの流量を、通常のＡｌＮ膜を作製する場合の流量よりも小さくすることによって容易に作製することができる。また、ＳｉＮxは窒素欠損窒化物ではあるが、光の吸収量は小さいものとなる。そのため、ＳｉＮxに光を吸収させようとする場合は、ｘの値をより小さくすることが好ましい。
【０１０５】
＜第七実施例＞
第七実施例では、光出射側の端面に形成される低反射膜の材料を第四〜第六実施例と同様のものとしている。即ち、光出射側の端面からＡｌＮ膜／ＳｉＮ膜／Ａｌ2Ｏ3膜の順に形成したものとする。そして、本実施例では低反射膜を構成する最上面の膜であるＡｌ2Ｏ3上に、光吸収膜としてＡｌＯx（０＜ｘ＜１．５）で表されるアルミニウムの酸素欠損酸化物とＳｉＯx（０＜ｘ＜２）で表されるケイ素の酸素欠損酸化物との混合物の膜を形成する。ここで、ＡｌＯxは化学量論的組成であるＡｌ：Ｏ＝２：３の組成から酸素が少なくなる方向に組成がずれているものであり、ＳｉＯxは化学量論的組成であるＳｉ：Ｏ＝１：２の組成から酸素が少なくなる方向に組成がずれているものである。また、それぞれの膜の厚さは、ＡｌＮ膜が２０ｎｍ、ＳｉＮ膜が３００ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3膜が８０ｎｍ、ＡｌＯxとＳｉＯxとの混合物の膜が２５ｎｍである。
【０１０６】
上述したように、酸素欠損酸化物であるＡｌＯxおよびＳｉＯxは光を吸収する。そのため、ＡｌＯxとＳｉＯxとの混合物の膜も、光吸収膜として用いることができる。
【０１０７】
ＡｌＯxとＳｉＯxとの混合物の膜の作製方法としては、例えば、第一実施例において示した例のようにＥＣＲスパッタ装置を用いる場合では、まずターゲットをＡｌとＳｉとの混合物とする。そして、ＡｌＯxとＳｉＯxとの混合物の膜を形成する際の酸素ガスの流量を例えば３ｃｃｍとする。これにより、容易にＡｌＯxとＳｉＯxとの混合物の膜を得ることができる。なお、アルゴンガスの流量や供給する電力などの他の条件については第一実施例で示した条件と同様のものとしても構わない。即ち、アルゴンガスの流量を２０ｃｃｍ、ＡｌとＰｔとの混合物のターゲットに与えるＲＦパワーを５００Ｗ、プラズマ発生用のマイクロ波パワーを５００Ｗとしても構わない。
【０１０８】
このように低反射膜及びＡｌＯxとＳｉＯxとの混合物から成る光吸収膜を構成しても、上述した第一〜第六実施例と同様に、低反射膜を端面に強固に密着させることによる効果や、汚染物質が低反射膜及び光吸収膜上に付着及び堆積することを防ぐことによる効果を得ることができる。
【０１０９】
さらに、本実施例で光吸収膜として用いているＡｌＯxとＳｉＯxとの混合物の膜は、混合比のみならず、組成のｘの値と膜厚とによっても光の吸収量を制御することができる。そのため、光の吸収量をより容易かつ厳密に調整することが可能となる。
【０１１０】
また、スパッタ装置を用いて作製する場合、Ａｌ、Ｓｉ及びＡｌとＳｉとの混合物のそれぞれのターゲットをセットして、供給するアルゴン、酸素、窒素の各ガスの流量を適宜変更するだけで低反射膜及び光吸収膜を形成することができるため、連続した工程で成膜を行うことができる。
【０１１１】
また、上記の酸素欠損酸化物の代わりに、例えばＡｌＮx（０＜ｘ＜１）で表されるアルミニウムの窒素欠損窒化物とＳｉＮx（０＜ｘ＜１．３３…）で表されるケイ素の窒素欠損酸化物の混合物を光吸収膜としても構わない。上述したように、窒素欠損窒化物であるＡｌＮxおよびＳｉＮxも光を吸収するため、光吸収膜として用いることができる。
【０１１２】
＜変形例＞
なお、上述した第一〜第七実施例に示す光吸収膜の構成は一例に過ぎず、光吸収膜を２種類以上の材料の混合物で成す構成である限り、どのような組み合わせでも構わないものとする。ただし、光の吸収量を容易かつ厳密に調整するという観点から、誘電体を含む混合物とする（金属のみからなる混合物とはしない）こととすると、好ましい。また、混合物に含まれる材料のうち、少なくとも１つは、チップから出射される光を吸収可能なものとする。
【０１１３】
また、上述した第一〜第七実施例において、低反射膜を三種類の膜によって構成した例について示したが、一または二種類の膜から成ることとしても構わないし、四種類以上としても構わない。また、保護膜として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ及びＹから選ばれた少なくとも一つの元素を含む酸化物や、ＡｌやＳｉの窒化物、ＡｌやＳｉの酸窒化物を含むものとしても構わない。
【０１１４】
また、上述した第四〜第七実施例では低反射膜側の構成についてのみ述べたが、高反射膜側からも一部の光を出射する構成とする場合において、それぞれの光吸収膜を高反射膜の表面に構成することとしても構わない。このように構成することによって、高反射膜側にも汚染物質が付着及び堆積することを防止することができる。また、高反射膜が形成される端面に、直接ＡｌＮ膜、ＡｌＯxＮ1-x膜のような密着性を高める膜を高反射膜の一部として形成することとしても構わない。さらに、高反射膜に、ＳｉＮやＳｉＯxＮ1-x膜を備える構成としても構わない。
【０１１５】
また、光吸収膜を備えるとともに、保護膜をＳｉＮやＳｉＯxＮ1-xを含んだもので構成することによって、より駆動電流の上昇を低減することが可能となるため、これらの材料から成る膜を保護膜に備えることが好ましい。特に、ＳｉＯxＮ1-x膜を用いた場合は、２０ｎｍ以上の厚さのＳｉＯxＮ1-x膜を備えることで駆動電流の上昇を抑制する効果が得られる。そのため、ＳｉＯxＮ1-x膜を２０ｎｍ以上備える構成、さらには８０ｎｍ以上備える構成とすると好ましい。
【０１１６】
また、光吸収膜の厚さｔについて、０ｎｍ＜ｔ≦２００ｎｍの範囲であれば好ましい。１００ｎｍ以上では、光が吸収される割合が大きくなり、光取り出し効率が低下してしまう。なお、より好ましい条件としては０ｎｍ＜ｔ≦１００ｎｍであり、さらに好ましい条件としては０ｎｍ＜ｔ≦２０ｎｍである。また、光吸収膜は少しでも付着していれば効果を得ることができる。
【０１１７】
また、光吸収膜に含まれる金属が二種類以上であっても構わない。また、光吸収膜を、金属と誘電体との混合物の膜と、２種類以上の誘電体の混合物の膜と、を組み合わせた複合膜としても構わない。また、この組み合わせに限らず、混合物の膜と、金属膜や窒素欠損窒化物、酸素欠損酸化物などの膜と、を組み合わせた複合膜としても構わない。
【０１１８】
また、光吸収膜として用いる材料の一つとして、Ａｕ、Ｐｔ，Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｕなどを用いると、汚染物質の一つであるＳｉ系の物質の付着係数が低減され、付着しにくくなるために好ましい。例えば、光吸収膜を複合膜とする場合、最表面の膜にこれらの金属を含む膜を用いることとすると、好適に汚染物質の付着及び堆積を抑制する効果が得られるため好ましい。
【０１１９】
また、上述した第一〜第七実施例では光吸収膜の形成方法としてスパッタを用いたが、他の方法を用いても構わない。例えば、複数の蒸着源を同時に蒸発することができる蒸着装置を用いてもよい。また、混合物から成る光吸収膜を構成するそれぞれの物質を別々に交互に積層したあと、光や熱など何らかのエネルギーを与えることで相互に拡散を発生させることで混合物を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、半導体発光素子に関するものであり、特に、窒化物系半導体を用いた短波長の光を出射するレーザ素子に代表される、光出射部にＳｉ酸化物などの汚染物質が付着及び堆積する発光波長である半導体発光素子に関する。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】は、本発明の実施形態におけるレーザチップの模式的な側面図である。
【図２】は、本発明の実施形態におけるレーザ素子の動作試験の結果を示すグラフである。
【図３】は、ＡｌＮ膜を備えたレーザチップの模式的な側面図である。
【図４】は、図３に示すレーザチップを備えたレーザ素子の動作試験の結果を示すグラフである。
【図５】は、本発明の第一実施例におけるレーザチップの模式的な斜視図及び側面図である。
【図６】は、本発明の第一実施例におけるレーザ素子の模式的な斜視図である。
【図７】は、本発明の第二実施例におけるレーザ素子の模式的な斜視図である。
【図８】は、本発明の第三実施例におけるレーザ素子の模式的な斜視図である。
【図９】は、従来のレーザチップの模式的な側面図である。
【図１０】は、従来のレーザ素子の動作試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２２】
１、１０  レーザチップ
２    活性層
３    低反射膜
３ａ  ＡｌＯxＮ1-x膜
３ｂ  ＳｉＮ膜
３ｃ  Ａｌ2Ｏ3
４    高反射膜
４ａ  ＡｌＯxＮ1-x膜
４ｂ  ＳｉＮ膜
４ｃ  ＳｉＯ2膜
４ｄ  ＴｉＯ2膜
４ｅ  ＳｉＯ2膜
５    光吸収膜
１１  基板
１２  バッファ層
１３  ｎ型クラッド層
１４  ｎ型ガイド層
１５  多重量子井戸活性層
１６  保護層
１７  電流ブロック層
１８  ｐ型クラッド層
１９  ｐ型コンタクト層
２０  リッジストライプ
２１  絶縁膜
２２  ｐ電極
２３  ｎ電極
【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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【図９】
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【図１０】
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