(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器の光出射側端面にアルミニウムの酸窒化物からなるコート膜が形成され、
前記コート膜上にアルミニウムの酸化物膜が形成されており、
前記コート膜の厚さが６ｎｍ以上２００ｎｍ以下であって、
前記アルミニウムの酸化物膜の厚さが８０ｎｍ以上１０００ｎｍ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】
前記アルミニウムの酸化物膜の厚さが１６０ｎｍ以上１０００ｎｍ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】
前記コート膜の厚さが１２ｎｍ以上２００ｎｍ以下であ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】
前記コート膜の厚さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であ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５】
前記コート膜がアルミニウムの酸窒化物からなり、前記コート膜の酸素の含有量が２０原子％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。
【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に関し、特に、高出力駆動時の信頼性を向上することができる窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子のなかでも半導体レーザ素子はＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）またはＢｌｕｅ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｋなどの光学記憶メディアの信号の読み取り用および書き込み用の光源として利用される。半導体レーザ素子を書き込み用の光源として用いる場合は高速化・メディアの多層化による高容量化のために、より高出力の半導体レーザ素子が必要となる。そこで、これまでに高出力対応の、赤外、赤または青色などの各波長の窒化物半導体レーザ素子が開発されており、現在でもなお開発途上にある。
【０００３】
また、最近では、光学記憶メディアの信号の読み取り用および書き込み用の光源の他にも、蛍光体の励起光源として半導体レーザ素子を用い、照明として用いようとする研究開発も行われている。半導体レーザ素子を照明として用いる場合であっても、半導体レーザ素子の高効率化および高出力化を実現するに当たり、より高出力の半導体レーザ素子は重要である。
【０００４】
半導体レーザ素子の高出力化における大きな課題の一つとして、光出射側の端面の光出射部の劣化を原因とする信頼性不良が知られている。これは、光学損傷（ＣＯＤ:Catastrophic Optical Damage）として一般に知られており、光出射部が熱により融解して発振停止に陥る現象である。ＣＯＤが生じる光出力はＣＯＤレベルと言われる。ＣＯＤが生じるのは、光出射部がレーザ光を吸収する吸収領域になっているためとされ、吸収領域の原因となるのは、非発光再結合準位であると言われている。
【０００５】
ＣＯＤレベルを向上する手段としては、光出射部のバンドギャップを広げることでレーザ光に対して透明化する窓構造を形成する方法や光出射側の端面に誘電体膜をコートして保護する方法が一般に用いられている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２３７６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−３３５０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１３に、従来の窒化物半導体レーザ素子を７０℃の温度環境下でＣＷ（Continuous Wave）駆動して光出力が１００ｍＷという高出力のレーザ光を連続発振してエージング試験を行なったときのエージング時間と駆動電流との関係を示す。ここで、エージング時間が数十時間経過した後に駆動電流値が０になっているのは、その時点でレーザ光の発振が停止したことを表わしている。
【０００７】
レーザ光の発振が停止した窒化物半導体レーザ素子の光出射部を見ると、光出射部が融解してできたと思われる穴が生じており、光出射部の劣化により発振停止したものと考えられる。この従来の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面にはアルミニウム（Ａｌ）の窒化物からなるコート膜が５０ｎｍの厚さで形成されている。
【０００８】
なお、このような高出力駆動時の光出射部の劣化による信頼性の低下の問題は、窒化物半導体レーザ素子だけでなく、窒化物半導体発光ダイオード素子にも共通の問題であると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、高出力駆動時の信頼性を向上することができる窒化物半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、共振器の光出射側端面にアルミニウムの酸窒化物からなるコート膜が形成され、コート膜上にアルミニウムの酸化物膜が形成されており、コート膜の厚さが６ｎｍ以上２００ｎｍ以下であって、アルミニウムの酸化物膜の厚さが８０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である窒化物半導体レーザ素子である。ここで、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、アルミニウムの酸化物膜の厚さが１６０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、コート膜の厚さが１２ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、コート膜の厚さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ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、コート膜がアルミニウムの酸窒化物からなり、コート膜の酸素の含有量が２０原子％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高出力駆動時の信頼性を向上することができる窒化物半導体レーザ素子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】
【００１９】
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。
【００２０】
本発明者が鋭意検討した結果、窒化物半導体発光素子の光出射部にアルミニウムの窒化物またはアルミニウムの酸窒化物からなる第１コート膜を形成し、その第１コート膜上にアルミニウムの酸化物からなる第２コート膜を８０ｎｍ以上の厚さで形成することによって、窒化物半導体発光素子の高出力駆動時の信頼性を十分に向上できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００２１】
また、本発明者は、第２コート膜の厚さが１３０ｎｍ以上である場合には、窒化物半導体発光素子の高出力駆動時の信頼性をより向上できることを見いだした。
【００２２】
また、本発明者は、第２コート膜の厚さが１５０ｎｍ以上である場合には、窒化物半導体発光素子の高出力駆動時の信頼性をさらに向上できることを見いだした。
【００２３】
また、本発明者は、第２コート膜の厚さが１６０ｎｍ以上である場合には、窒化物半導体発光素子の高出力駆動時の信頼性を特に向上できることを見いだした。
【００２４】
さらに、本発明者が鋭意検討した結果、アルミニウムの窒化物またはアルミニウムの酸窒化物からなる第１コート膜の厚さを６ｎｍ以上、１２ｎｍ以上、５０ｎｍ以上に設定するにつれて窒化物半導体発光素子の高出力駆動時の信頼性を向上することができる傾向にあることが判明した。したがって、アルミニウムの窒化物またはアルミニウムの酸窒化物からなる第１コート膜の厚さは６ｎｍ以上であることが好ましく、１２ｎｍ以上であることがより好ましく、５０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。
【００２５】
また、第１コート膜の厚さが厚すぎる場合には、第１コート膜が剥がれやすくなるため、第１コート膜の厚さは２００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２コート膜の厚さは、厚くても剥がれやすくはならないが、生産性の観点から１０００ｎｍ以下に設定される。
【００２６】
また、第１コート膜がアルミニウムの酸窒化物からなる場合であって、第１コート膜の酸素の含有量が第１コート膜を構成する原子全体の２０原子％よりも多い場合には窒化物半導体発光素子の光出射部にアルミニウムの酸化物からなる膜を直接形成したことと同様の結果となって高出力駆動時の信頼性を十分に向上させることができないことから、アルミニウムの酸窒化物からなる第１コート膜の酸素の含有量は第１コート膜を構成する原子全体の２０原子％以下であることが好ましい。
【００２７】
ここで、本発明の窒化物半導体発光素子としては、たとえば、窒化物半導体レーザ素子または窒化物半導体発光ダイオード素子などがある。また、本発明の窒化物半導体発光素子は、基板上に形成された活性層とクラッド層とがアルミニウム、インジウムおよびガリウムからなる群から選択された少なくとも１種の３族元素と５族元素である窒素との化合物を５０質量％以上含む材料から構成されている半導体発光素子のことを意味する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の模式的な断面図を示す。ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子１０は、ｎ型ＧａＮからなる半導体基板１１上に、ｎ型ＧａＮからなる厚さ０．２μｍのバッファ層２１、ｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる厚さ２．３μｍのｎ型クラッド層２２、ｎ型ＧａＮからなる厚さ０．０２μｍのｎ型ガイド層２３、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮと厚さ８ｎｍのＧａＮからなる多重量子井戸活性層２４、ＧａＮからなる厚さ７０ｎｍの保護層２５、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる厚さ２０ｎｍのｐ型電流ブロック層２６、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる厚さ０．５μｍのｐ型クラッド層２７およびｐ型ＧａＮからなる厚さ０．１μｍのｐ型コンタクト層２８が半導体基板１１側からこの順序で積層された構成を有している。なお、上記の各層の層厚および混晶比は適宜調節されるものであり、本発明の本質とは関係がない。また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子１０から発振されるレーザ光の波長は多重量子井戸活性層２４の混晶比によって、たとえば３７０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲で適宜調節することができる。なお、本実施の形態においては、４０５ｎｍの波長のレーザ光が発振するように調節される。また、多重量子井戸活性層２４には、ＡｓまたはＰなどの５族元素の少なくとも１種が０．０１原子％以上１０原子％以下含まれていてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子１０は、ｐ型クラッド層２７およびｐ型コンタクト層２８の一部が除去されて、ストライプ状のリッジストライプ部１３が共振器長方向に延伸するように形成されている。ここで、リッジストライプ部１３のストライプの幅は、たとえば１．２〜２．４μｍ程度であり、代表的には１．５μｍ程度である。また、ストライプの幅が数十μｍの照明用途のブロードエリア型の窒化物半導体レーザ素子などにも本発明は適用することができる。また、ｐ型コンタクト層２８の表面にはＭｏ層とＡｕ層の積層体からなるｐ電極１４が設けられ、ｐ電極１４の下部にはリッジストライプ部１３を除いてＳｉＯ2層とＴｉＯ2層の積層体からなる絶縁膜１２が設けられている。また、半導体基板１１の上記の窒化物半導体層の積層側と反対側の表面にはＨｆ層とＡｌ層の積層体からなるｎ電極１５が形成されている。
【００３０】
図２に、図１に示す本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向の模式的な側面図を示す。ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子１０の光反射側の端面１７および光出射部である光出射側の端面１６は、たとえば、上記の半導体基板上にバッファ層などの上記の窒化物半導体層を順次積層し、リッジストライプ部を形成した後に、絶縁膜、ｐ電極およびｎ電極をそれぞれ形成したウエハをダイヤモンドポイントによるスクライブおよびブレークの手法により劈開することによって形成することができる。この劈開による劈開面が図２に示す互いに平行な端面１６および端面１７となる。
【００３１】
そして、光出射側の端面１６には第１コート膜として厚さ６ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜３１が形成され、アルミニウムの酸窒化物膜３１上に第２コート膜として厚さ８０ｎｍのアルミニウムの酸化物膜３２が形成されており、反射率は７％となっている。
【００３２】
また、光反射側の端面１７には厚さ６ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜３３が形成され、アルミニウムの酸窒化物膜３３上には厚さ８０ｎｍのアルミニウムの酸化物膜３４が形成され、アルミニウムの酸化物膜３４上には厚さ７１ｎｍの酸化シリコン膜と厚さ４６ｎｍの酸化チタン膜とを１ペアとして４ペア積層（酸化シリコン膜から積層開始）した後に最表面に厚さ１４２ｎｍの酸化シリコン膜が積層された反射率９５％以上の高反射膜３５が形成されている。
【００３３】
上記のアルミニウムの酸窒化物膜３１、アルミニウムの酸化物膜３２、アルミニウムの酸窒化物膜３３、アルミニウムの酸化物膜３４および高反射膜３５はそれぞれ、たとえば以下に説明するＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタリング法により形成することができるが、他の各種スパッタリング法、ＥＢ(Electron Beam)蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより形成することもできる。
【００３４】
図３に、ＥＣＲスパッタリング装置の一例の模式的な構成図を示す。ここで、ＥＣＲスパッタリング装置４０は、大きく分けて、成膜炉５０とプラズマ生成室６０とから構成されている。成膜炉５０にはガス導入口５１およびガス排気口５６が設置されており、成膜炉５０内にはターゲット５２、加熱用ヒータ５３、試料台５４およびシャッタ５５が設置されている。また、試料台５４上には上記劈開後の試料６６が設置されており、試料６６は端面１６または端面１７に成膜を行なうことができる向きでホルダ（図示せず）に取り付けられている。また、ガス排気口５６には真空ポンプ（図示せず）が取り付けられており、ここから成膜炉５０内のガスを排気することができる。また、ターゲット５２にはＲＦ電源５７が接続されている。
【００３５】
また、プラズマ生成室６０にはガス導入口６１およびマイクロ波導入口６２が設置されており、プラズマ生成室６０内にはマイクロ波導入窓６３および磁気コイル６４が設置されている。そして、マイクロ波導入口６２から導入されたマイクロ波６５がマイクロ波導入窓６３を経て導入されることにより、ガス導入口６１から導入されたガスからプラズマが生成される。
【００３６】
このような構成のＥＣＲスパッタリング装置４０を用いて、まず、図２に示す光出射側の端面１６に厚さ６ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜３１を形成し、引き続き、アルミニウムの酸窒化物膜３１上に厚さ８０ｎｍのアルミニウムの酸化物膜３２を形成する。
【００３７】
具体的には、まず、成膜炉５０内に窒素ガスを５．５ｓｃｃｍの流量で導入し、酸素ガスを１．５ｓｃｃｍの流量で導入し、さらに、プラズマを効率よく発生させて成膜速度を大きくするためにアルゴンガスを２０．０ｓｃｃｍの流量で導入する。次に、アルミニウムからなるターゲット５２をスパッタリングするためにターゲット５２にＲＦパワーを５００Ｗ印加し、プラズマの生成に必要なマイクロ波パワーを５００Ｗ印加したところ、成膜レートが１．７Å／秒で、波長４０５ｎｍの光の屈折率が２．１、酸素含有量が２０原子％であるアルミニウムの酸窒化物膜３１を形成することができる。なお、アルミニウムの酸窒化物膜３１中を構成するアルミニウム、窒素および酸素の含有量（原子％）はたとえばＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy）によって測定することができる。また、ＴＥＭ−ＥＤＸ（Transmission Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）によっても測定することができる。
【００３８】
続いて、窒素ガスの導入を停止し、酸素ガスを６．６ｓｃｃｍの流量で導入し、アルゴンガスを４０．０ｓｃｃｍの流量で導入して、アルミニウムからなるターゲット５２をスパッタリングするためにターゲット５２にＲＦパワーを５００Ｗ印加し、プラズマの生成に必要なマイクロ波パワーを５００Ｗ印加したところ、成膜レートが３．０Å／秒でアルミニウムの酸化物膜３２を形成することができる。
【００３９】
なお、アルミニウムの酸窒化物膜３１を形成する前に成膜装置内において端面１６をたとえば１００℃以上５００℃以下の温度で加熱することによって、端面１６に付着している酸化膜や不純物などを除去してクリーニングすることが好ましいが、本発明においては特に行なわなくてもよい。また、アルミニウムの酸窒化物膜３１を形成する前の端面１６にたとえばアルゴンまたは窒素のプラズマを照射することで端面１６のクリーニングを行なってもよいが、本発明においては特に行なわなくてもよい。また、アルミニウムの酸窒化物膜３１を形成する前の端面１６を加熱しながらプラズマ照射することも可能である。また、上記のプラズマの照射に関しては、たとえば、アルゴンのプラズマを照射した後に続けて窒素のプラズマを照射することも可能であり、その逆の順番でプラズマを照射してもよい。アルゴンと窒素以外にも、たとえば、ヘリウム、ネオン、キセノンまたはクリプトンなどの希ガスを用いることもできる。また、端面１６に形成されるアルミニウムの酸窒化物膜３１の形成についても、たとえば１００℃以上５００℃以下の温度で加熱した状態で行なうことが好ましいが、本発明においては特に加熱をしない状態でアルミニウムの酸窒化物膜３１を形成してもよい。
【００４０】
また、本発明において、アルミニウムの酸窒化物膜３１の上に形成される酸化物膜は酸窒化物膜の形成方法とは異なる方法で形成してもよく、たとえば、アルミニウムの酸窒化物膜３１をＥＣＲスパッタリング法で形成した後、アルミニウムの酸化物膜３２をＥＢ（Electron Beam）蒸着法などにより形成してもよい。
【００４１】
続いて、上記のアルミニウムの酸窒化物膜３１およびアルミニウムの酸化物膜３２の形成後は、上記のＥＣＲスパッタリング法などにより光反射側の端面１７にアルミニウムの酸窒化物膜３３、アルミニウムの酸化物膜３４および高反射膜３５をこの順序で形成する。また、これらの膜の形成前にも加熱によるクリーニングおよび／またはプラズマ照射によるクリーニングを行なうことが好ましい。
【００４２】
ただし、劣化が問題となるのは光出射側の端面の一部である光出射部であり、光反射側の端面は光出射側に比べて光密度が小さいために劣化が問題とならない場合が多い。したがって、本発明においては、光反射側の端面に形成される膜の構成は特に限定されず、光反射側の端面には膜を形成しなくてもよい。
【００４３】
また、光出射側の端面および光反射側の端面に上記の膜を形成した後には加熱処理を行なってもよい。これにより、上記の膜に含まれる水分の除去や加熱処理による膜質の向上を期待することができる。加熱処理の方法としては、ヒータ加熱や紫外などのレーザ照射が可能である。
【００４４】
以上のようにして、上記の試料の光出射側の端面１６にアルミニウムの酸窒化物膜３１およびアルミニウムの酸化物膜３２を順次形成し、光反射側の端面１７にアルミニウムの酸窒化物膜３３、アルミニウムの酸化物膜３４および高反射膜３５を順次形成した後にチップ状に分割することによって窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００４５】
このようにして得られた本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子について７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷのレーザ光を連続発振させることによりエージング試験を行なった。その結果を図４に示す。図４に示すように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、５００時間が経過しても、エージング試験を行なった７個の窒化物半導体レーザ素子すべてがレーザ光の発振を停止することなく駆動している。
【００４６】
比較のために、光出射側のアルミニウムの酸化物膜３２および光反射側のアルミニウムの酸化物膜３４の厚さをそれぞれ４０ｎｍとしたこと以外は本実施の形態と同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。そして、このようにして得られた比較のための窒化物半導体レーザ素子について本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子と同様にしてエージング試験を行なった。その結果を図５に示す。図５に示すように、比較のための窒化物半導体レーザ素子についてはエージング試験を行なった６個の窒化物半導体レーザ素子すべてが６０時間以内に発振停止している。これらの発振停止した窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面を観察すると、熱で融解したと思われる穴が形成されていた。
【００４７】
さらに、比較のために、光出射側のアルミニウムの酸窒化物膜３１および光反射側のアルミニウムの酸窒化物膜３３の厚さをそれぞれ３ｎｍとしたこと以外は本実施の形態と同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。そして、このようにして得られた比較のための窒化物半導体レーザ素子について７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が６５ｍＷの低出力のレーザ光を連続発振させることによりエージング試験を行なった。その結果を図６に示す。図６に示すように、この比較のための窒化物半導体レーザ素子についてはエージング試験を行なった１０個の窒化物半導体レーザ素子すべてが４００時間まで発振停止することなく正常に駆動している。
【００４８】
しかしながら、この窒化物半導体レーザ素子について、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を連続発振させることによりエージング試験を行なったところ、図７に示すように、エージング試験を行なった７個の窒化物半導体レーザ素子すべてが２０時間以内に発振停止している。これらの発振停止した窒化物半導体レーザ素子の光出射部を観察すると、熱で融解したと思われる穴が形成されていた。
【００４９】
一方、上記のエージング試験を５００時間行なった後の本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子についても光出射部の劣化を調査したが、劣化は確認されなかった。
【００５０】
したがって、ＣＷ駆動で光出力が６５ｍＷ程度の低出力であれば、光出射側のアルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さが３ｎｍと薄い場合であっても十分な長期信頼性が得られるが、ＣＷ駆動で光出力が１００ｍＷ程度の高出力となると長期的な信頼性が得られないということがわかった。
【００５１】
なお、比較のための窒化物半導体レーザ素子について、ＣＷ駆動で光出力が６５ｍＷの低出力駆動のエージング試験で長期的な信頼性が得られたのは、アルミニウムの酸窒化膜が密着層として機能し、光出射側の端面との密着性が良好であったためと考えられる。しかしながら、ＣＷ駆動で光出力が１００ｍＷという高出力駆動時においては、アルミニウムの酸窒化膜が単に密着層として機能するだけでは不十分といえる。
【００５２】
以上から、アルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さを６ｎｍ、かつ、アルミニウムの酸化物膜の厚さを８０ｎｍとすることによって、高出力駆動時において光出射部の劣化を原因とする信頼性不良の発生を低減することができ、高出力駆動時の長期的な信頼性を改善することができることがわかった。
【００５３】
つまり、光出射部に形成されるアルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さとアルミニウムの酸化物膜３２の厚さを十分に厚くすることで、これらの膜の厚さが薄い場合には不十分であった高出力駆動時の長期的な信頼性を得ることができる。
【００５４】
次に、高出力駆動時の長期的な信頼性を得るために必要な厚さを調査するために、アルミニウムの酸窒化物膜３１とアルミニウムの酸化物膜３２の厚さを変えてエージング試験を行なった。
【００５５】
図８に、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さを６ｎｍに固定し、アルミニウムの酸窒化物膜３１上に形成されるアルミニウムの酸化物膜３２の厚さを変化させて、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を連続発振させたときに５００時間後に正常に駆動している窒化物半導体レーザ素子の割合とアルミニウムの酸化物膜３２の厚さとの関係を示す。
【００５６】
図８に示すように、光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さが６ｎｍである場合には、アルミニウムの酸窒化物膜３１上に形成されるアルミニウムの酸化物膜３２の厚さが８０ｎｍ以上である場合には高出力駆動時においても長期的な信頼性を得ることができることが確認された。
【００５７】
次に、アルミニウムの酸化物膜３２の厚さをそれぞれ８０ｎｍ、１６０ｎｍおよび２４０ｎｍとし、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を５００時間連続発振させたときのＣＯＤレベルを比較した。その結果、それぞれの厚さについて５個の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルの平均は、アルミニウムの酸化物膜３２の厚さが８０ｎｍのときに２５８ｍＷ、１６０ｎｍのときに３４０ｍＷ、２４０ｎｍのときに３４６ｍＷであった。したがって、アルミニウムの酸化物膜３２の厚さは８０ｎｍ以上であることが好ましく、１６０ｎｍ以上であることがより好ましいことが確認された。
【００５８】
続いて、図９に、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さを変化させ、アルミニウムの酸窒化物膜３１上に形成されるアルミニウムの酸化物膜３２の厚さを８０ｎｍに固定して、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を連続発振させたときに５００時間後に正常に駆動している窒化物半導体レーザ素子の割合とアルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さとの関係を示す。
【００５９】
図９に示すように、光出射側の端面のアルミニウムの酸化物膜３２の厚さが８０ｎｍである場合には、アルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さを６ｎｍ以上としたときに高出力駆動時においても長期的な信頼性を得ることができることが確認された。
【００６０】
次に、アルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さをそれぞれ６ｎｍ、１２ｎｍおよび５０ｎｍとし、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を５００時間連続発振させたときのＣＯＤレベルを比較した。その結果、それぞれの厚さについて５個の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルの平均は、アルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さが６ｎｍのときに２５８ｍＷ、１２ｎｍのときに３５６ｍＷ、５０ｎｍのときに４８７ｍＷであった。したがって、アルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さは６ｎｍ以上であることが好ましく、１２ｎｍ以上であることがより好ましく、５０ｎｍ以上であることがさらに好ましいことが確認された。
【００６１】
以上の結果を考慮すると、アルミニウムの酸窒化物膜３１の厚さが６ｎｍ以上であり、かつ、その上のアルミニウムの酸化物膜３２の厚さが８０ｎｍ以上である場合には、高出力駆動時においても光出射部の劣化を引き起こすことなく長期的な信頼性が得られると考えられる。
【００６２】
（実施の形態２）
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側および光反射側の端面に形成される膜の構成を変更したことならびに発振されるレーザ光の波長を４１０ｎｍとしたこと以外は、実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
【００６３】
ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側および光反射側の端面にそれぞれ厚さ６ｎｍのアルミニウムの窒化物膜を形成し、それぞれのアルミニウムの窒化物膜上に厚さ８０ｎｍのアルミニウムの酸化物膜が形成されている。なお、光出射側の反射率は７％に設定されている。なお、アルミニウムの窒化物膜およびアルミニウムの酸化物膜はＥＣＲスパッタリング法で形成している。具体的には、実施の形態１でアルミニウムの酸窒化物膜を形成する際に導入した酸素ガスを導入することなく成膜を行なった。アルミニウムの窒化物膜は他にも各種スパッタ法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などで形成することが可能である。また、光反射側の端面においては、アルミニウムの酸化物膜上に実施の形態１と同一の構成の高反射膜が形成されている。
【００６４】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子について、実施の形態１と同一の方法および同一の条件でエージング試験を行なった。その結果を図１０に示す。図１０に示すように、エージング試験を行なった１４個の本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子すべてが２００時間が経過しても、レーザ光の発振を停止することなく駆動していることが確認され、高出力駆動時の長期的な信頼性が得られることがわかった。
【００６５】
（実施の形態３）
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側および光反射側の端面に形成される膜の構成を変更したことならびに発振されるレーザ光の波長を４００ｎｍとしたこと以外は、実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
【００６６】
ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側および光反射側の端面にそれぞれ厚さ１２ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜を形成し、それぞれのアルミニウムの窒化物膜上に厚さ８０ｎｍのアルミニウムの酸化物膜が形成されている。なお、光出射側の反射率は１０％に設定されている。また、光反射側の端面においては、アルミニウムの酸化物膜上に実施の形態１と同一の構成の高反射膜が形成されている。
【００６７】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子について、実施の形態１と同一の方法および同一の条件でエージング試験を行なった。その結果を図１１に示す。図１１に示すように、エージング試験を行なった５個の本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子すべてが８００時間が経過しても、レーザ光の発振を停止することなく駆動していることが確認され、高出力駆動時の長期的な信頼性が得られることがわかった。
【００６８】
（実施の形態４）
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側および光反射側の端面に形成される膜の構成を変更したことならびに発振されるレーザ光の波長を３９０ｎｍとしたこと以外は、実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
【００６９】
ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側および光反射側の端面にそれぞれ厚さ５０ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜を形成し、それぞれのアルミニウムの窒化物膜上に厚さ１６０ｎｍのアルミニウムの酸化物膜が形成されている。なお、光出射側の反射率は６％である。また、光反射側の端面においては、アルミニウムの酸化物膜上に実施の形態１と同一の構成の高反射膜が形成されている。
【００７０】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子について、実施の形態１と同一の方法および同一の条件でエージング試験を行なった。その結果を図１２に示す。図１２に示すように、エージング試験を行なった８個の本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子すべてが１０００時間が経過しても、レーザ光の発振を停止することなく駆動していることが確認され、高出力駆動時の長期的な信頼性を改善することができることがわかった。
【００７１】
なお、上記においては、窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動時の信頼性について確認したが、窒化物半導体ダイオード素子の光出射部である発光面に上記の第１コート膜および第２コート膜を形成した場合でも上記の結果と同様の結果が得られると考えられる。
【００７２】
（実施の形態５）
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側および光反射側の端面に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
【００７３】
ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面に厚さ２０ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、その上に厚さ１５０ｎｍのアルミニウムの酸化物膜が形成されており、光出射側の端面に形成された膜の反射率は５％となっている。
【００７４】
また、光反射側の端面には、厚さ２０ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、その上に厚さ１１０ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、その上に、厚さ７１ｎｍの酸化シリコン膜と厚さ４６ｎｍの酸化チタン膜とを１ペアとして４ペア積層（酸化シリコン膜から積層開始）された後に最表面に厚さ１４２ｎｍの酸化シリコン膜が形成されており、光反射側の端面に形成された膜の反射率は９５％以上となっている。
【００７５】
なお、アルミニウムの酸窒化物膜およびアルミニウムの酸化物膜はそれぞれＥＣＲスパッタリング法で形成されている。
【００７６】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子について、実施の形態１と同様にして、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を連続発振させることによってエージング試験を行なった。その結果を図１４に示す。図１４に示すように、エージング試験を行なった４個の本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子すべてが２５００時間が経過しても、レーザ光の発振を停止することなく駆動していることが確認され、高出力駆動時の長期的な信頼性が得られることがわかった。
【００７７】
また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子について、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を５００時間連続発振させたときのＣＯＤレベルを測定したところ、５個の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルの平均は３３８ｍＷであった。
【００７８】
また、実施の形態１で述べたように、光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜上のアルミニウムの酸化物膜の厚さが８０ｎｍのときに２５８ｍＷ、１６０ｎｍのときに３４０ｍＷ、２４０ｎｍのときに３４６ｍＷであったことから、光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜上のアルミニウムの酸化物膜の厚さが１５０ｎｍ以上の場合には８０ｎｍのときよりも高出力駆動時の長期的な信頼性を大きく改善することができるといえる。
【００７９】
（実施の形態６）
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光出射側および光反射側の端面に形成される膜の構成を変更したこと以外は、実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成を有している。
【００８０】
ここで、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の端面に厚さ２０ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、その上に厚さ１３０ｎｍのアルミニウムの酸化物膜が形成されており、光出射側の端面に形成された膜の反射率は１２．５％となっている。
【００８１】
また、光反射側の端面には、厚さ２０ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、その上に厚さ１１０ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜が形成され、その上に、厚さ７１ｎｍの酸化シリコン膜と厚さ４６ｎｍの酸化チタン膜とを１ペアとして４ペア積層（酸化シリコン膜から積層開始）された後に最表面に厚さ１４２ｎｍの酸化シリコン膜が形成されており、光反射側の端面に形成された膜の反射率は９５％以上となっている。
【００８２】
なお、アルミニウムの酸窒化物膜およびアルミニウムの酸化物膜はそれぞれＥＣＲスパッタリング法で形成されている。
【００８３】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子について、実施の形態１と同様にして、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を連続発振させることによってエージング試験を行なった。その結果を図１５に示す。図１５に示すように、エージング試験を行なった８個の本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子すべてが１２００時間が経過しても、レーザ光の発振を停止することなく駆動していることが確認され、高出力駆動時の長期的な信頼性が得られることがわかった。
【００８４】
また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子について、７０℃の温度環境下でＣＷ駆動して光出力が１００ｍＷの高出力のレーザ光を５００時間連続発振させたときのＣＯＤレベルを測定したところ、５個の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルの平均は３２０ｍＷであった。
【００８５】
また、実施の形態１で述べたように、光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜上のアルミニウムの酸化物膜の厚さが８０ｎｍのときに２５８ｍＷ、１３０ｎｍのときに３３８ｍＷ、１６０ｎｍのときに３４０ｍＷ、２４０ｎｍのときに３４６ｍＷであったことから、光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜上のアルミニウムの酸化物膜の厚さが１３０ｎｍ以上の場合には８０ｎｍのときよりも高出力駆動時の長期的な信頼性を大きく改善することができるといえる。
【００８６】
今回開示された実施の形態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】
【００８７】
本発明は、たとえば、紫外から緑色領域の波長の光を発振する窒化物半導体レーザ素子およびストライプ幅が数十μｍの照明用途に用いられるブロードエリア型の窒化物半導体レーザ素子などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図２】図１に示す本発明の実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向の模式的な側面図である。
【図３】ＥＣＲスパッタリング装置の一例の模式的な構成図である。
【図４】実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図５】比較のために作製された窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図６】比較のために作製された窒化物半導体レーザ素子について低出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図７】比較のために作製された窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図８】光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜の厚さを６ｎｍに固定し、アルミニウムの酸窒化物膜上に形成されるアルミニウムの酸化物膜の厚さを変化して作製した窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図９】光出射側の端面のアルミニウムの酸窒化物膜の厚さを変化させ、アルミニウムの酸窒化物膜上に形成されるアルミニウムの酸化物膜の厚さを８０ｎｍに固定して作製した窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図１０】実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図１１】実施の形態３の窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図１２】実施の形態４の窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図１３】従来の窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図１４】実施の形態５の窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【図１５】実施の形態６の窒化物半導体レーザ素子について高出力駆動のエージング試験を行なった結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０  窒化物半導体レーザ素子、１１  半導体基板、１２  絶縁膜、１３  リッジストライプ部、１４  ｐ電極、１５  ｎ電極、１６，１７  端面、２１  バッファ層、２２  ｎ型クラッド層、２３  ｎ型ガイド層、２４  多重量子井戸活性層、２５  保護層、２６
ｐ型電流ブロック層、２７  ｐ型クラッド層、２８  ｐ型コンタクト層、３１，３３  アルミニウムの酸窒化物膜、３２，３４  アルミニウムの酸化物膜、３５  高反射膜、４０  ＥＣＲスパッタリング装置、５０  成膜炉、５１，６１  ガス導入口、５２  ターゲット、５３  加熱用ヒータ、５４  試料台、５５  シャッタ、５６  ガス排気口、５７  ＲＦ電源、６０  プラズマ生成室、６２  マイクロ波導入口、６３  マイクロ波導入窓、６４  磁気コイル、６５  マイクロ波、６６  試料。
【図１】
0005430826.tif 000002
【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】
0005430826.tif 000010
【図１０】
0005430826.tif 000011
【図１１】
0005430826.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005430826.tif 000014
【図１４】
0005430826.tif 000015
【図１５】
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