(57)【要約】 【課題】ＣＯＤレベルの向上及び窒化物半導体発光装置の高出力動作時の長期信頼性を得られるようにする。【解決手段】窒化物半導体発光装置は、発光層を含む複数の窒化物半導体層からなり、互いに対向する共振器端面を有する積層構造体４０と、共振器端面３０の少なくとも一方に形成された誘電体からなる複数の保護膜とを備えている。複数の保護膜のうち共振器端面３０と接する第１の保護膜３１は、酸素を含まない材料からなり、第１の保護膜３１における共振器端面３０と反対側の面上に形成された第２の保護膜３２は、第１の保護膜３１よりも結晶化温度が低いアルミニウムを含む材料からなり、第２の保護膜における第１の保護膜と反対側の面上に形成され、表面が露出する第３の保護膜３３は、第２の保護膜よりも結晶化温度が高い材料からなる。【選択図】図３
2010135516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含む複数の窒化物半導体層からなり、互いに対向する共振器端面を有する積層構造体と、
前記共振器端面の少なくとも一方に形成された誘電体からなる複数の保護膜とを備え、
前記複数の保護膜のうち前記共振器端面と接する第１の保護膜は、酸素を含まない材料からなり、
前記第１の保護膜における前記共振器端面と反対側の面上に形成された第２の保護膜は、前記第１の保護膜よりも結晶化温度が低いアルミニウムを含む材料からなり、
前記第２の保護膜における前記第１の保護膜と反対側の面上に形成され、表面が露出する第３の保護膜は、前記第２の保護膜よりも結晶化温度が高い材料からなることを特徴とする窒化物半導体発光装置。
【請求項２】
前記第３の保護膜は、それぞれ材料が異なる２層以上の膜からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項３】
前記第３の保護膜の表面部分の結晶化温度は１０００℃以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項４】
前記複数の保護膜は前記共振器端面の両面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項５】
前記第３の保護膜は二酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項６】
前記第２の保護膜は酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項７】
前記第１の保護膜は窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項８】
前記窒化アルミニウムは、その結晶配向性において、前記共振器端面に対して結晶軸が９０°異なる配向面を主に有していることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項９】
前記窒化アルミニウムの消衰係数は、前記発光層から出射される発光光の発振波長帯において０．００５以下であることを特徴とする請求項７又は８記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項１０】
前記窒化アルミニウムの膜厚は、４ｎｍ以上且つ２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項１１】
前記複数の保護膜の反射率は、１８％未満であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記複数の保護膜の反射率は、８％以上且つ１３％未満であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光装置に関し、特に共振器端面に保護膜を設けた窒化物半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク装置用の光源として、各種の半導体発光装置が広範に利用されている。そのなかでも、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を用いた青紫色半導体発光装置は、赤色域又は、赤外域の光と比べ、光ディスク上における集光スポット径を小さくすることが可能となる短波長域（４００ｎｍ帯）で発光し、光ディスクの再生又は記録密度の向上に有効であり、次世代高密度光ディスク（Ｂｌｕｅ−Ｒａｙ−Ｄｉｓｃ）に対する光源として、世の中に広まりつつあり、必要不可欠となってきている。
【０００３】
青紫色半導体発光装置を用いる光ディスクには高密度化及び高速書き込みを可能とするために、高い信頼性を有する高出力青紫色半導体レーザ装置が必要とされている。従来のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）に用いるヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）系、又はリン化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）系半導体レーザ装置においては、共振器端面の劣化及び光学的損傷（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ：ＣＯＤ）を防ぐために酸化物からなる誘電体膜を共振器端面に保護膜として形成している。
【０００４】
しかしながら、青紫色ＧａＮ系レーザ装置の場合、酸化物からなる端面保護膜を共振器端面に形成すると、端面保護膜中及び大気中の酸素によって共振器端面又は密着層が酸化して、半導体レーザ装置の劣化の原因となる。
【０００５】
青紫色ＧａＮ系レーザ装置の端面保護膜に関して、端面保護膜に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる層を設けて、端面から酸素を分離することにより、端面の酸化による劣化を改善する試みが、例えば特許文献１等に記載されている。
【０００６】
また、端面保護膜の構成を、結晶構造を有する窒化アルミニウム膜と、アモルファス構造を含む二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜とすることにより、クラック発生を抑制し、ＣＯＤレベルを向上する試みが、例えば特許文献２等に記載されている。
【０００７】
また、端面保護膜の構成を端面側から窒化アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）／二酸化ケイ素／酸化アルミニウムとすることにより、光出射部の端面反射率が１８％以上となり且つ、閾値電流が低減し、また、第１の保護膜に窒化アルミニウム膜を用いることにより、端面酸化による劣化を改善でき、高いＣＯＤレベルを実現する試みが、例えば、特許文献３等に記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１０３８１４号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８５２３号公報
【特許文献３】特開２００７−３１８０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
青紫色ＧａＮ系発光装置を高出力で安定して動作させるには、共振器端面における非発光再結合による光吸収を低減し、且つ高い光出力に耐えうる安定な端面保護膜を形成する必要がある。
【０００９】
しかしながら、前記従来の窒化物半導体発光装置は、以下のような問題を有している。
特許文献１に記載されているＡｌＮからなる保護膜は、端面酸化の課題を改善し、ＣＯＤレベル及び信頼性を向上することが可能となるものの、第２の保護膜にＡｌ２Ｏ３を用いることにより、長時間のレーザ装置の動作後に第２の保護膜における大気との界面のＡｌ2Ｏ3が結晶化を引き起こし、安定したレーザ動作を阻害するおそれがある。
【００１０】
特許文献２に記載されている端面保護膜は、その構成をＡｌＮ／ＳｉＯ２とすることにより、端面酸化の課題を改善し、ＣＯＤレベルを向上することが可能となるものの、ＡｌＮ膜とＳｉＯ２膜とを接する構成とすると、同一方向の圧縮応力がかかることにより、レーザ装置動作中の急速な劣化を引き起こすおそれがある。
【００１１】
また、特許文献３に記載されている端面保護膜は、その構成をＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３とし、光出射部の端面反射率を１８％以上とすることにより閾値電流を低減することは可能となるものの、外気と触れる外側の保護膜をＡｌ２Ｏ３膜とすることにより、レーザ装置の動作中に大気界面のＡｌ２Ｏ３膜の結晶化を引き起こし、また、端面反射率を１８％以上とすることにより、光出射部の共振器端面の光密度が上昇し、ＣＯＤレベルを低下することになる。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、その目的は、ＣＯＤレベルの向上及び窒化物半導体発光装置の高出力動作時の長期信頼性を得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化物半導体発光装置を、複数の端面保護膜のうち、外気に接する外側の保護膜に結晶化温度が最も高い材料を用いる構成とする。
【００１４】
具体的に、本発明に係る窒化物半導体発光装置は、発光層を含む複数の窒化物半導体層からなり、互いに対向する共振器端面を有する積層構造体と、共振器端面の少なくとも一方に形成された誘電体からなる複数の保護膜とを備え、複数の保護膜のうち共振器端面と接する第１の保護膜は、酸素を含まない材料からなり、第１の保護膜における共振器端面と反対側の面上に形成された第２の保護膜は、第１の保護膜よりも結晶化温度が低いアルミニウムを含む材料からなり、第２の保護膜における第１の保護膜と反対側の面上に形成され、表面が露出する第３の保護膜は、第２の保護膜よりも結晶化温度が高い材料からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の窒化物半導体発光装置によると、表面が露出する第３の保護膜は、第２の保護膜よりも結晶化温度が高い材料からなるため、エネルギーが高い青紫色レーザ光の長時間照射に起因する保護膜の変質が抑制され、且つ、保護膜の変質によるレーザ特性の変化を防ぐことができる。また、第１の保護膜が酸素を含まない材料からなるため、発光装置動作中の端面保護膜及び大気から共振器端面への酸素の透過が抑制されるので、共振器端面における劣化を低減することが可能となる。
【００１６】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第３の保護膜は、それぞれ材料が異なる２層以上の膜からなることが好ましい。
【００１７】
このように、外気と触れる最表面の層に結晶化温度の高い材料を用いれば、他の層の材料を自由に設定することが可能となり、反射率の調整を容易に実施することが可能となる。
【００１８】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第３の保護膜の表面部分の結晶化温度は１０００℃以上であることが好ましい。
【００１９】
このようにすると、エネルギーが高い青紫色レーザ光に長時間照射されるような発光装置動作後においても、大気との界面である最表面の第３の保護膜の変質を防ぎ、保護膜の変質によるレーザ特性の変化を防ぐことができる。
【００２０】
本発明の窒化物半導体発光装置において、複数の保護膜は共振器端面の両面に形成されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、共振器端面の保護膜の変質を抑制し、保護膜の変質によるレーザ特性の変化を防ぐことができる。さらに、第１の保護膜に酸素を含まない膜を備えることにより、共振器端面への酸素透過を抑制し、共振器端面における劣化を抑制することが可能となる。
【００２２】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第３の保護膜は二酸化ケイ素からなることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、第３の保護膜は結晶化温度が高く、また屈折率をアルミニウムを含む第２の保護膜より小さく設定することができるため、エネルギーが高い青紫色レーザ光に長時間照射されるような発光装置動作中においても、大気との界面である最表面の第３の保護膜の変質を防ぎ、保護膜の変質によるレーザ特性の変化を防ぐことができる。また、端面反射率を膜厚のばらつきに対して安定して１８％未満に設定することが可能となる。
【００２４】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第２の保護膜は酸化アルミニウムからなることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、酸化アルミニウムは熱伝導率が良いため、共振器端面に集中する熱を端面保護膜を通じて放熱することができ、発光装置動作中の端面破壊レベルの低下を抑制することが可能となる。
【００２６】
本発明の窒化物半導体発光装置において、第１の保護膜は窒化アルミニウムからなることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、発光装置動作中の端面保護膜及び大気から共振器端面への酸素の透過が抑制され、共振器端面における劣化を低減することが可能となる。また、窒化アルミニウム膜を共振器端面に接する構成とすると、共振器端面側の第２の保護膜の変質を抑制することが可能となる。
【００２８】
この場合に、窒化アルミニウムは、その結晶配向性において、共振器端面に対して結晶軸が９０°異なる配向面を主に有していることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、保護膜を緻密な構造とすることができ、発光装置動作中の酸素透過を抑制し、共振器端面における劣化を低減することが可能となる。
【００３０】
さらにこの場合に、窒化アルミニウムの消衰係数は、発光層から出射される発光光の発振波長帯において０．００５以下であることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、光出射部における端面保護膜による光の吸収を低減することができ、ＣＯＤレベルの向上及び発光装置動作中のＣＯＤレベルの低下を抑制をすることが可能となる。
【００３２】
本発明の窒化物半導体発光装置において、窒化アルミニウムの膜厚は、４ｎｍ以上且つ２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
第１の保護膜である窒化アルミニウム膜を４ｎｍ以上とすると、窒化アルミニウムの膜厚ばらつきによる共振器端面部の酸素透過性のばらつきを抑制し、特にＣＯＤレベルのばらつきを抑制することが可能となる。また、窒化アルミニウム膜を２０ｎｍ以下とすると、窒化アルミニウム膜が有する消衰係数によるレーザ光の吸収を低減でき、レーザ装置動作中のＣＯＤレベルの低下を膜厚が厚い場合より小さくすることが可能となる。
【００３４】
本発明の窒化物半導体発光装置において、複数の保護膜の反射率は、１８％未満であることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、反射率を保護膜がない状態の１８％未満に設定することができ、光出射部の共振器端面における光密度を小さく設定することが可能となる。
【００３６】
さらに本発明の窒化物半導体発光装置において、複数の保護膜の反射率は、８％以上且つ１３％未満であることが好ましい。
【００３７】
このように、端面反射率を８％以上とすると、ノイズ特性の悪化を抑制することができ、また１３％未満とすると、光出射部の端面部の光密度を小さく設定することが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る窒化物半導体発光装置によると、結晶化温度が低いアルミニウムを含む第２の保護膜の結晶化を抑制できると共に、光出射部の共振器端面への酸素の透過を抑制することができ、レーザ共振器端面の劣化及び低レベルでのＣＯＤの発生を抑制することが可能となり、レーザ装置の高出力動作時の長期信頼性を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
(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。
【００４０】
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の共振器方向に垂直な方向の断面構成を示している。
【００４１】
図１に示すように第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置は、厚さが約８０μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型基板１０の主面上に形成され、厚さが１．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１１、厚さが０．０１６μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層１２、ウエル層が７ｎｍでバリア層が１３ｎｍのＩｎＧａＮからなる多重量子井戸活性層１３、厚さが０．０６μｍのＩｎＧａＮからなる光ガイド層１４、厚さが０．１μｍのｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型光ガイド層１５、厚さが０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１６及び厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１７が順次形成されている。以下、これらのｎ型クラッド層１１からｐ型コンタクト層１７の各半導体層を積層構造体４０と呼ぶ。
【００４２】
なお、上記の膜厚は一例に過ぎず、本実施形態はこれに限定されない。
【００４３】
前記のうち、ｐ型クラッド層１６の一部及びｐ型コンタクト層１７は、共振器方向に沿って伸びるリッジストライプ形状に加工されている。リッジストライプの幅は例えば１．４μｍ程度であり、共振器長は例えば８００μｍであり、チップ幅は例えば２００μｍである。
【００４４】
リッジストライプの上面には、ｐ型コンタクト層１７と接するようにパラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）からなるｐ側コンタクト電極１９が形成されている。また、リッジストライプ部以外のｐ型クラッド層１６が露出した部分の上面には、誘電体膜１８が形成されており、リッジストライプ部のｐ側コンタクト電極１９の上及び誘電体膜１８の上にチタン（Ｔｉ）／Ｐｔ／金（Ａｕ）からなるｐ側配線電極２０が形成されている。また、基板１０の裏面には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側コンタクト電極２１が形成されている。
【００４５】
以下、本発明の第１の実施形態に示した窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【００４６】
まず、窒化物半導体発光を装置を構成する積層構造体４０を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりｎ型基板１０の主面上に形成する。
【００４７】
次に、例えばプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法等を用いて積層構造体４０の上面に、リッジストライプ構造を形成するためのマスクとして使用するＳｉＯ２等からなる誘電体膜を形成し、リソグラフィ法により、誘電体膜におけるリッジストライプ部を除く領域をフッ酸（ＨＦ）等を用いてエッチングする。リッジストライプ部に残った誘電体膜をマスクとして、例えばＩＳＭ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｓｕｐｅｒ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ）ドライエッチング装置等を用いて、ｐ型クラッド層１６の途中までエッチングして、リッジストライプ形状を形成する。その後、マスクに使用した誘電体膜を除去し、積層構造体４０の上の全面に例えばＳｉＯ２等からなる誘電体膜を形成する。その後、リッジストライプ部のみをリソグラフィ法により開口し、誘電体膜をフッ酸（ＨＦ）等を用いてエッチングする。この際に、誘電体膜１８が電流阻止層として形成される。続いて、金属蒸着により、ｐ側コンタクト電極１９に使用するＰｄ／Ｐｔを形成し、その後リフトオフ法によりリッジストライプ部の上面を除く金属を除去して、ｐ側コンタクト電極１９を形成する。さらに、金属蒸着によりｐ側配線電極２０を形成する。
【００４８】
続いて、ｎ型基板１０の裏面側を研磨し、厚さを約８０μｍにまで削った後、金属蒸着により、ｎ側コンタクト電極２１を形成する。以上の工程により図１に示すような積層構造体４０を形成することができる。
【００４９】
続いて、スクライブ装置及びブレーキング装置等により、ｎ型基板１０の（１０１−０）面に沿って一次劈開を行い、本実施形態においては、長さが８００μｍのレーザ共振器を形成する。この際に、粘着シートの上に劈開前のレーザ装置を固定し、またレーザ装置の上面にも保護シートを配置することによりレーザ装置を保護して劈開を実施する。従って、レーザ装置の共振器端面は一次劈開を実施する際に、粘着シート及び保護シートで挟まれており、また、一次劈開を実施した後に粘着シート等に触れるおそれがあるため、該粘着シート等に含まれる成分がレーザ共振器端面に付着するおそれがある。粘着シート等に含まれる成分としてはシロキサン系があり、シロキサンにはケイ素（Ｓｉ）が含まれているため、共振器端面にＳｉが付着することにより、ＧａＮ系窒化物発光装置の長期信頼性に大きな影響を与えるおそれがある。よって本実施形態では、Ｓｉを含まない粘着シート及び保護シートを用いて、一次劈開を実施している。
【００５０】
続いて、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置を用いて共振器端面に誘電体膜からなる保護膜を形成する端面コート工程について説明する。
【００５１】
図２にＥＣＲ装置の断面構造を示す。本装置は、ＥＣＲプラズマを発生させるプラズマ室１０４、成膜室１０５、ターゲット材１１０及びプラズマ室１０４の周囲に設けられた磁場を形成するための磁気コイル１１２を備えている。ターゲット材１１０は、高周波（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）電源１１３に接続されており、スパッタ量がＲＦ電源１１３により制御可能である。本実施形態においては、ターゲット材１１０は高純度のアルミニウム（Ａｌ）を使用している。マイクロ波導入口１０３からマイクロ波が導入され、さらにプラズマ室１０４には、導入窓１０６を通じてマイクロ波が導入される。マイクロ波と磁気コイル１１２による磁場とにより、ＥＣＲプラズマが生成される。また、成膜室１０５は、排気口１０２を通じて真空排気がなされ、さらにガス導入口１０１を通じて、アルゴン（Ａｒ）ガス、酸素（Ｏ２）ガス及び窒素（Ｎ２）ガスが導入される。さらに、成膜室１０５内の試料台１１１の上には、一次劈開したレーザ装置を含むレーザバーが共振器端面をＥＣＲプラズマに照射されるように成膜室１０５に搬入及び配置される。プラズマ室１０４の内側には、ＥＣＲプラズマからプラズマ室１０４を保護する目的で石英からなる部材で内側が覆われており、石英部材として、エンドプレート１０７、インナーチューブ１０８及び該インナーチューブ１０８の上下に窓プレート１０９が配置されている。
【００５２】
保護膜を形成する前に、Ａｒガスからなるプラズマクリーニング処理を実施することにより、レーザ共振器端面の清浄化処理を実施することが好ましい。清浄化処理は、ＥＣＲ装置においてターゲット材１１０にバイアス電圧を印加しない状態で、プラズマ照射するのみであれば、ターゲット材１１０がスパッタされない状態となるため、無バイアスの状態でプラズマを発生させることによって実現可能となる。この清浄化処理は、Ａｒガスのみでなく、ＡｒガスとＮ２ガスとの混合ガスで実施してもよい。
【００５３】
まず、光出射端面側の保護膜について図３を用いて説明する。図３は共振器長方向に平行な方向の断面である。
【００５４】
保護膜を形成する前に清浄化処理を実施し、その後、ＡｒガスとＮ２ガスとを成膜室１０５に導入してプラズマを発生させ、ターゲット材１１０にバイアス電圧を印加することにより、積層構造体４０の共振器端面３０に第１の保護膜３１としてＡｌＮ膜を堆積する。
【００５５】
次に、第１の保護膜３１を形成した後に、ＡｒガスとＯ２ガスとを同じ成膜室１０５に導入し、同様の方法で第２の保護膜３２として、Ａｌ２Ｏ３膜を堆積する。さらに、第２の保護膜３２を形成した後に、ＡｒガスとＯ２ガスとを別の成膜室１０５に導入し、ターゲット材１１０をＳｉとし、同様の方法で第３の保護膜３３として、本実施形態においては、ＳｉＯ２膜を堆積する。なお、本実施形態においては、第１の保護膜３１及び第２の保護膜３２としてＡｌＮ膜及びＡｌ２Ｏ３膜を形成するためのターゲット材１１０はＡｌであり、Ａｌターゲット室での処理とする。第３の保護膜３３として、ＳｉＯ２膜を形成するためにターゲット材１１０はＳｉであり、Ｓｉターゲット室で処理する。また、第３の保護膜３３はマグネトロンスパッタリングにより形成してもよく、その際のターゲット材にはＳｉＯ２からなるターゲット材を使用する。
【００５６】
図４に従来の構造である共振器端面３０にＡｌ２Ｏ３からなる保護膜３４を形成した断面構成を示す。この場合、レーザ装置の長期の動作後に保護膜３４におけるレーザ共振器端面側には、結晶化領域３４ａが形成され、この形成された結晶化領域３４ａがレーザ装置の劣化の原因となる。これは保護膜３４であるＡｌ２Ｏ３膜の結晶化温度が低く、青紫レーザ光のエネルギーが強いため、長時間の照射により、特にエネルギーの高いと考えられる共振器端面部とコート構造の最表面の大気との界面にＡｌ２Ｏ３からなる保護膜３４の変質が生じるためである。結晶化温度とは、アモルファス状態の膜が結晶化する温度のことを指し、アモルファス状態で歪みの自由度が高く、歪みエネルギーが小さい膜ほど結晶化温度が高く、結晶化温度が高いことはすなわち安定なアモルファス状態を指す。最も歪みエネルギーが小さい膜はＳｉＯ２であり、代表的な酸化物からなる誘電体膜の結晶化温度を［表１］に示す。
【００５７】
【表１】
2010135516.tif 000003
【００５８】
本実施形態においては、安定なＡｌＮ膜を共振器端面３０と接する構成とすることにより、Ａｌ２Ｏ３膜の共振器端面側の変質を抑制することが可能となる。
【００５９】
また、ＡｌＮ膜により、大気から第２の保護膜３２及び第３の保護膜３３を介した共振器端面３０への酸素の透過を抑制することができるため、レーザ装置の動作中のレーザ共振器端面の劣化及びＣＯＤの発生を抑制することが可能となる。
【００６０】
次に、第２の保護膜３２としてＡｌ2Ｏ3膜を形成することにより、Ａｌ2Ｏ3膜は熱伝導率が良いため、共振器端面３０の発光部に集中する熱を保護膜を通じて放熱することができるので、レーザ装置の動作中の端面破壊レベルの低下を抑制することが可能となる。
【００６１】
また、第２の保護膜３２はＡｌ2Ｏ3膜だけでなく、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ)、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ3)、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）又は五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）等を用いることができ、さらに熱伝導率が高い材料であることが望ましい。
【００６２】
また、ＡｌＯ2膜はＡｌＮ膜に対して応力方向が異なることも特徴である。仮に第２の保護膜３２にＳｉＯ2膜を形成する場合は、第１保護膜３１のＡｌＮと応力の方向が同一の引っ張り応力となり、端面保護膜にかかる応力が増大、すなわちレーザ共振器端面３０への応力が増大することにより、レーザ装置の動作中の劣化が急速に発生するため、第２の保護膜３２には圧縮応力を有した材料を使用することが望ましい。
【００６３】
次に、第３の保護膜３３にＳｉＯ2膜を構成することにより、図４に示すように共振器端面３０にＡｌ2Ｏ3からなる保護膜３４を形成する場合に、長時間のレーザ装置の動作後に保護膜３４の最表面の大気との界面側に結晶化領域３４ｂが形成されるという課題を解決することができる。
【００６４】
これは、Ａｌ2Ｏ3膜の結晶化温度が低く、且つ青紫レーザ光のエネルギーが強いため、長時間の照射により、特にエネルギーが高い共振器端面部と、端面保護膜の最表面と大気との界面にＡｌ2Ｏ3からなる保護膜の変質が生じるために起こると考えられる。結晶化温度が高いＳｉＯ2膜を、図３に示すように第３の保護膜３３として構成することにより、Ａｌ2Ｏ3からなる保護膜の変質を抑制することが可能となる。
【００６５】
また、図３に示すように、本実施形態においては、ＡｌＮからなる第１の保護膜３１を形成した後に、第２の保護膜３２としてＡｌ２Ｏ3膜を形成し、さらに第３の保護膜３３としてＳｉＯ２を形成した場合、光出射部の端面反射率は第１の保護膜３１、第２の保護膜３２及び第３の保護膜３３の各膜厚により制御することが可能である。図５に膜厚ばらつきに対する端面反射率のばらつきを評価した結果を示す。端面保護膜を本実施形態の組み合わせとすることにより、図５に示すように膜厚ばらつきに対して端面反射率のばらつきが小さい端面コート構造とすることができるので、本実施形態では、レーザ光に対する反射率を１８％未満、好ましくは１２％と設定している。なかでも、出射部の共振器端面の反射率は８％以上１３％未満に設定することが望ましい。
【００６６】
反射率を低くすると、光ピックアップ装置に使用する際の戻り光ノイズによる課題が発生する。図６に相対雑音強度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）のフロント端面の反射率に対する依存性を示す。光ピックアップ装置の設計にもよるが、戻り光ノイズの観点から、図６に示すようにＲＩＮは−１２５ｄB／Ｈｚ以下とする必要があるため、反射率は８％以上とすることが望ましい。また、反射率を高くすると、閾値電流値の低減などの利点も多く存在するが、光出射部の光密度が大きくなるため、高い出力動作に必須である高いＣＯＤレベルを満足することが困難になる。
【００６７】
図７にＣＯＤレベルのフロント端面の反射率依存性を示す。図７に示すように例えばＣＯＤレベルが１０００ｍＷであることを実現するには反射率は１３％未満が望ましい。
【００６８】
また、ＡｌＮからなる第１の保護膜３１の膜厚は、４ｎｍ以上２０ｎｍ以下に設定することが望ましい。なぜなら、ＡｌＮ膜を４ｎｍ以上とすることにより、ＡｌＮ膜の膜厚ばらつきによる共振器端面の酸素透過性のばらつきを抑制することが可能となり、特にＣＯＤレベルのばらつきを抑制することが可能となるからである。また、ＡｌＮ膜を２０ｎｍ以下とすることにより、ＡｌＮ膜が有する消衰係数によるレーザ光の吸収を低減できるため、レーザ装置の動作中のＣＯＤレベルの低下を膜厚が厚い場合よりも小さくすることが可能となるからである。
【００６９】
また、ＡｌＮからなる第１の保護膜３１の消衰係数は、０．００５以下であることが望ましい。なぜなら、消衰係数を０．００５以下と設定することにより、光出射部における端面保護膜による光の吸収を低減することができるからである。
【００７０】
図８に本実施形態における消衰係数とＣＯＤレベルの相関図を示す。図８に示すように特にレーザ装置動作中のＣＯＤレベル低下の抑制を消衰係数を０．００５以下と設定することにより、３００ｍＷ以下にすることが可能となる。ここで、レーザ動作条件は連続発振出力（ＣＷ）が１６０ｍＷ、動作温度が７０℃、動作時間が３００時間である。
【００７１】
図９に本実施形態に係るＮ2分圧とＡｌＮ膜の成膜レートとの相関図を示す。第１膜であるＡｌＮ膜を堆積する際に、図９に示すようにＮ2分圧が高い状態で成膜することにより、成膜レートの低減が実現できる。成膜レートを低減すると、共振器端面の結晶軸の状態が反映されず、ＡｌＮ膜が成長しやすい結晶軸での成長モードが支配的になることにより、窒化物半導体の共振器端面と結晶軸が９０°異なる結晶軸のＣ軸［０００１］方向に配向した結晶膜を得ることができるため、より緻密な膜構成を実現することが可能となる。光出射端面側の保護膜をＣ軸配向したＡｌＮ結晶膜とすることにより、構成原子間のボンド長が短く、保護膜が緻密であることから、レーザ動作中の共振器端面と保護膜界面への酸素透過をさらに抑制することが可能となる。
【００７２】
また同時に、Ｎ2分圧が高くＡｒ分圧が低い成膜条件のため、プラズマ室１０４内のＡｒガスによるプラズマダメージが抑制され、石英部材（エンドプレート１０７、インナーチューブ１０８及び窓プレート１０９）のエッチングによる磨耗を抑制することが可能となる。これは、Ａｒの質量が比較的大きいため、石英部材がプラズマにさらされてエッチングが進行するためである。石英部材の主成分であるＳｉ及びＯがレーザ共振器端面３０と保護膜との界面に付着することを抑制することが可能となる。
【００７３】
これにより、界面でのＳｉＯＸの形成等によるレーザ光の光吸収が抑制され、端面の発熱及び劣化を抑制することが可能となる。
【００７４】
次に、光反射端面側の反射膜について説明する。光出射端面側と同様に反射膜形成前の清浄化処理を実施し、その後、ＡｒガスとＯ2ガスを成膜室１０５に導入し、第１膜の例えばＡｌ2Ｏ3膜を堆積する。引き続き、成膜室を変更し、例えばＳｉＯ2及びＺｒＯ2の多層膜により構成される反射膜を形成し、最表面は例えばＺｒＯ2膜で終端する。Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2及びＺｒＯ2の各膜厚を調整することにより、レーザ光に対する反射率を９０％以上とする。
【００７５】
続いて、レーザバーを二次劈開することにより、レーザチップを得ることができる。
【００７６】
次に、実装工程について説明する。前述したレーザチップを半田材がついた例えばＡｌＮ又はＳｉＣからなるサブマウントに実装し、その後ステムに実装される。続いて、電流供給のためのＡｕワイヤをｐ側配線電極２０と、ｎ側コンタクト電極２１に接続されるサブマウントの配線電極とにそれぞれ接続する。最後に、レーザチップを外気と遮断するために、レーザ光取出し窓が付いたキャップを融着し、レーザ装置を実現することができる。
【００７７】
本実施形態により作製した窒化物発光装置を室温で動作させたところ、閾値電流が３０ｍＡ、スロープ効率が１．５Ｗ／Ａ、発振波長は４０５ｎｍであり、連続発振することを確認している。また、高温・高出力条件（７０℃、１６０ｍＷ）でＣＷ駆動による信頼性試験を実施したところ、１０００時間以上の安定動作が可能である。
【００７８】
以上、レーザ共振器端面の保護膜構造をＡｌＮ／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2構造とすると、最表面が結晶化温度が高いＳｉＯ2で形成されることにより、Ａｌ2Ｏ3からなる保護膜の結晶化を抑制することが可能となり、長時間のレーザ動作後に安定したデバイス特性を実現することが可能となる。また、レーザ共振器端面との界面に構成されたＡｌＮ膜により、レーザ共振器端面への酸素透過を抑制することができるため、光吸収の低減、レーザ共振器端面の劣化及び低レベルでのＣＯＤの発生を抑制することが可能となる。また、応力のバランスが良いため、強い圧縮応力がかかること等により発生していたレーザ装置の動作中の急速劣化を抑制することが可能となる。
【００７９】
以上により、端面保護膜の結晶化を抑制することができ、さらに、ＣＯＤレベルの向上及びレーザ動作中のＣＯＤレベルの低下を抑制することにより、信頼性及び耐久性を飛躍的に向上することが可能となる。
【００８０】
（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１０を参照しながら説明する。
【００８１】
図１０は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の共振器長方向に平行な方向の断面構成を示している。
【００８２】
本実施形態は、光反射端面側の保護膜形成工程のみ第１の実施形態と異なるため、それ以外の説明は省略する。
【００８３】
光反射端面側の保護膜の形成方法について説明する。
【００８４】
光出射端面側の保護膜の形成の場合と同様に保護膜形成前に清浄化処理を実施し、その後、ＡｒガスとＮ2ガスとを成膜室１０５に導入し、第１の保護膜にＡｌＮ膜３１を堆積する。
【００８５】
引き続き、同じ成膜室において、ＡｒガスとＯ2ガスとを成膜室に導入し、第２の保護膜にＡｌ2Ｏ3膜３２を形成する。さらに、第３の保護膜として、成膜室を変更し、ＳｉＯ2及びＺｒＯ2からなる多層膜３７を６周期、さらに、最表面にＳｉＯ2膜３３を形成することにより、光反射端面を形成する。また、それぞれの各膜厚を調整することにより、レーザ光に対する反射率を９０％以上とする。
【００８６】
光出射側と同様に第１の保護膜にＡｌＮ膜３１を形成することにより、第２保護膜であるＡｌ2Ｏ3膜３２の共振器端面側の結晶化を抑制することが可能となると共に、共振器端面への酸素の透過を抑制することができるため、レーザ装置の動作中に光反射端面側で発生する共振器端面の劣化を防止することが可能となる。また、最表面に結晶化温度が高いＳｉＯ2膜３３を形成することにより、大気界面における結晶化を防ぐことができ、安定したレーザ装置動作が可能となる。
【００８７】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図１１を参照しながら説明する。
【００８８】
図１１は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の共振器長方向に平行な方向の断面構成を示している。
【００８９】
本実施形態は、一次劈開工程以降の、光出射端面側の保護膜形成工程のみが第１の実施形態と異なるため、それ以外の説明は省略する。
【００９０】
光出射端面側の保護膜の形成方法について説明する。
【００９１】
まず、保護膜形成前の清浄化処理を実施し、その後、ＡｒガスとＮ2ガスとを成膜室１０５に導入して、プラズマを発生させ、ターゲット材１１０にバイアス電圧を印加することにより、レーザ共振器端面３０に第１の保護膜３１としてＡｌＮ膜を堆積する。
【００９２】
次に、第１の保護膜３１を形成した後に、ＡｒガスとＯ2ガスとを同じ成膜室１０５に導入し、同様の方法で第２の保護膜３２として、Ａｌ2Ｏ3膜を堆積する。さらに、第２の保護膜３２を形成した後に、同様の方法で第３の保護膜３８として、ＳｉＯ2膜/Ａｌ2Ｏ3膜を順次形成する。その後、第３の保護膜の最表面膜３３として結晶化温度が高いＳｉＯ2膜を堆積する。
【００９３】
なお、本実施形態では、第１の保護膜としてＡｌＮ、第２の保護膜及び第３の保護膜としてＡｌ2Ｏ3膜を形成する場合に、ターゲット材１１０はＡｌであり、Ａｌターゲット室での処理とする。第３の保護膜の最表面として、ＳｉＯ2膜を形成する場合には、ターゲット材１１０はＳｉであり、Ｓｉターゲット室での処理とする。また、第３の保護膜はマグネトロンスパッタリングにより形成してもよく、その際のターゲット材にはＳｉＯ2ターゲット材を使用する。
【００９４】
また、第３の保護膜のＳｉＯ2膜／Ａｌ2Ｏ3膜は反射率、熱伝導率及び応力の観点からその構造を選択することが可能であり、ＡｌＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、ＳｉＮ膜及びＡｌＯＮ膜又はＮｂ2Ｏ5膜、ＺｒＯ2膜、ＳｉＯ2膜、ＴｉＯ2膜及びＴａ2Ｏ5膜等であってもよく、また、２層構造だけでなく、３層以上の構造であっても構わない。また、上記の中でも熱伝導率が高い材料であることが望ましい。
【００９５】
第１の保護膜３１としてＡｌＮ膜を形成することにより、図４に示すレーザ共振器端面３０にＡｌ2Ｏ3保護膜３４を構成する従来の構造である場合に、長時間のレーザ装置の動作後に発生していたＡｌ2Ｏ3からなる保護膜３４のレーザ共振器端面側に結晶化領域３４ａが形成される課題を解決することができる。
【００９６】
このことは、第２の保護膜であるＡｌ2Ｏ3膜の結晶化温度が低く、青紫レーザ光のエネルギーが強いため、長時間の照射により、特にエネルギーが高いと考えられる共振器端面部とコート構造最表面の大気界面部においてＡｌ2Ｏ3保護膜の変質が生じるためと考えられる。
【００９７】
また、大気から第２の保護膜３２及び第３の保護膜３３を介した共振器端面への酸素の透過をＡｌＮ膜の形成により抑制できるため、レーザ装置の動作中のレーザ共振器端面の劣化及び低レベルでのＣＯＤの発生を抑制することが可能となる。
【００９８】
次に、第２の保護膜３２にＡｌ2Ｏ3膜を形成すると、Ａｌ2Ｏ3は熱伝導率が高く、レーザ共振器端面３０に集中する熱を端面保護膜を通じて放熱することができるため、レーザ装置動作中の端面破壊レベルの低下を抑制することが可能となる。
【００９９】
次に、第３の保護膜の最表面膜３３にＳｉＯ2膜を形成すると、図４に示すようにレーザ共振器端面３０にＡｌ2Ｏ3からなる保護膜３４を構成する場合に、長時間のレーザ装置の動作後に保護膜３４の最表面の大気界面側に結晶化領域３４ｂが形成されるという課題を解決することができる。
【０１００】
これは、前記と同様にＡｌ2Ｏ3の結晶化温度が低く、且つ青紫レーザ光のエネルギーが強いため、長時間の照射により、特にエネルギーが高い共振器端面部とコート構造の最表面の大気との界面にＡｌ2Ｏ3からなる保護膜の変質が生じるためと考えられる。結晶化温度が高いＳｉＯ2膜を、図１１に示すように第３の保護膜の最表面膜３３として構成することにより、Ａｌ2Ｏ3からなる保護膜の変質を抑制することが可能となる。
【０１０１】
また、図１１に示すように、本実施形態においてはＡｌＮからなる第１の保護膜３１を形成した後に、第２の保護膜３２としてＡｌ2Ｏ3膜を形成し、さらに第３の保護膜３８に複数の膜からなる複層構造を形成し、さらに第３の保護膜の表面層３３にＳｉＯ2膜を形成することにより、第３の保護膜にＳｉＯ2のみを構成する場合と比較して、特に反射率に関して設計自由度が大幅に向上し、反射率を自由に設定することが可能となり、所望のレーザ装置特性を実現することが可能となる。
【０１０２】
なお、第１の実施形態から第３の実施形態に関して以下のことがいえる。
【０１０３】
Ｐ側コンタクト電極１９は、動作電圧の低減のため、ｐ型コンタクト層１７とのコンタクト抵抗を低減することができ、また密着性が良好な材料が形成されていることが望ましい。本実施形態では、Ｐｄ／Ｐｔとしている。また、ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｄ／モリブデン（Ｍｏ）又はＰｄ／Ａｕ等の組み合わせであっても、コンタクト抵抗が低く、密着性が良好であるため、同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
なお、本実施形態では、ＧａＮ基板の例を示したが、他の材料系、例えばサファイア基板、サファイア基板上の横方向選択成長基板（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒ Ｇｒｏｗｔｈ：ＥＬＯＧ）又はエアブリッジ横方向選択成長基板（Ａｉｒ−Ｂｒｉｄｇｅｄ Ｌａｔｅｒａｌ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｌｏｗｔｈ：ＡＢＬＥＧ）、ＧａＮ基板上のＥＬＯＧ、レーザリフトオフによりサファイアを除去したＧａＮテンプレート基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、Ｓｉ基板、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板、ＮＧＯ（ＮｂＧａＯ３）基板又はＬＧＯ（ＬｉＧａＯ３）基板等を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、窒化物半導体発光装置を例にとって説明したが、他の材料系、例えばＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系又はＩｎＧａＡｓＰ系の半導体発光装置にも適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の窒化物半導体発光装置は、結晶化温度が低いアルミニウムを含む第２の保護膜の結晶化を抑制できると共に、光出射部の共振器端面への酸素の透過を抑制することができ、レーザ共振器端面の劣化及び低レベルでのＣＯＤの発生を抑制することが可能となり、レーザ装置の高出力動作時の長期信頼性を得られ、特に共振器端面に保護膜を設けた窒化物半導体発光装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１〜第３の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の共振器方向に垂直な方向における模式的な構成断面図である。
【図２】ＥＣＲスパッタ装置の模式的な構成断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光装置の共振器方向に平行な方向における模式的な構成断面図である。
【図４】従来の窒化物半導体発光装置における長時間の発光装置動作後の共振器方向に平行な方向における模式的な構成断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る端面反射率の発振波長依存性であり、端面反射率と膜厚ばらつきとの関係を示したグラフである。
【図６】相対雑音強度（ＲＩＮ）とフロント端面反射率の関係を示したグラフである。
【図７】キンクレベルとフロント端面反射率の関係を示したグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る第１の保護膜の消衰係数とＣＯＤレベルの低下の関係を示したグラフである。
【図９】本発明の第１〜第３の実施形態に係る、第１の保護膜であるＡｌＮ膜を堆積する際のＮ２分圧と成膜レートの関係を示したグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る、窒化物半導体発光装置の共振器方向に平行な方向における模式的な構成断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る、窒化物半導体発光装置の共振器方向に平行な方向における模式的な構成断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  ｎ型基板
１１  ｎ型クラッド層
１２  ｎ型光ガイド層
１３  多重量子井戸活性層
１４  光ガイド層
１５  ｐ型光ガイド層
１６  ｐ型クラッド層
１７  ｐ型コンタクト層
１８  誘電体膜
１９  ｐ側コンタクト電極
２０  ｐ側配線電極
２１  ｎ側コンタクト電極
３０  レーザ共振器端面
３１  第１の保護膜
３２  第２の保護膜
３３  第３の保護膜
３４  保護膜
３４ａ  レーザ共振器端面側の結晶化領域
３４ｂ  最表面の大気界面側の結晶化領域
３７  多層膜
３８  第３の保護膜
４０  積層構造体
１０１  ガス導入口
１０２  排気口
１０３  マイクロ波導入口
１０４  プラズマ室
１０５  成膜室
１０６  導入窓
１０７  エンドプレート
１０８  インナーチューブ
１０９  窓プレート
１１０  ターゲット
１１１  試料台
１１２  磁気コイル
１１３  ＲＦ電源
【図１】
2010135516.tif 000004
【図２】
2010135516.tif 000005
【図３】
2010135516.tif 000006
【図４】
2010135516.tif 000007
【図５】
2010135516.tif 000008
【図６】
2010135516.tif 000009
【図７】
2010135516.tif 000010
【図８】
2010135516.tif 000011
【図９】
2010135516.tif 000012
【図１０】
2010135516.tif 000013
【図１１】
2010135516.tif 000014