(57)【要約】【課題】半導体発光素子への不純物の付着を抑制することを課題とする。【解決手段】第１のクラッド層３０３と、第１のクラッド層３０３の上方に形成された活性層３０５と、活性層３０５の上方に形成された第２のクラッド層３０８と、を含む積層体と、前記積層体の光を放射する側の側面に形成され、少なくとも活性層３０５の第１の側面３０５Ａを覆う、厚さｄが３μｍ以上の誘電体膜２０１と、を有する窒化物系半導体発光素子を提供する。【選択図】図２
2011151310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の上方に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第２のクラッド層と、を含む積層体と、
前記積層体の光を放射する側の側面に形成され、少なくとも前記活性層の第１の側面を覆う、厚さが３μｍ以上の誘電体膜と、
を有する窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子において、
前記活性層の前記第１の側面の上辺から前記誘電体膜の上側の側面までの前記活性層に対して略垂直方向の距離をｈ、前記活性層の前記第１の側面から放射された光の前記活性層に対して略垂直方向の放射角度をθｖ、としたとき、
前記誘電体膜の厚さは、ｈｃｏｔ（θｖ／２）以下である窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子において、
前記誘電体膜は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、および、シリコーン系樹脂のいずれか１つからなる膜、または、いずれか２つ以上を組み合わせた多層膜からなる窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の窒化物系半導体発光素子をパッケージングした発光素子。
【請求項５】
請求項４に記載の発光素子において、
前記窒化物系半導体発光素子をフレームパッケージに搭載した発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体発光素子、および、窒化物系半導体発光素子をパッケージに搭載した発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムに代表されるＩＩＩ族窒化物半導体は、高効率の青紫色発光が得られることから、発光ダイオード(ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ)やレーザーダイオード(ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ：ＬＤ)材料として注目を浴びてきた。なかでも４０５ｎｍ帯のＬＤは、従来の６５０ｎｍ帯ＬＤよりもビームを小さく絞れるため、大容量光ディスク装置の光源として期待される。近年は、大画面テレビなどの普及に伴い、高品質動画再生のため青紫色再生系ＬＤへの需要が高まっている。
【０００３】
図７に典型的な窒化物系半導体発光素子（半導体レーザ）の構造を示す。この窒化物系半導体発光素子は、ＧａＮ基板１０１上に、ｎ型クラッド層１０２、光ガイド層１０３、活性層１０４、光ガイド層１０５、ｐ型クラッド層１０６をこの順に積層した積層構造を有し、ｐ型クラッド層１０６はリッジ状に加工されている。そして、リッジトップはストライプ状開口部を有する絶縁膜１０７でカバーされ、開口部にｐ型電極１０８が設けられている。電流狭窄はストライプ状電極でなされ、リッジ幅およびリッジ高さを調整することにより横モードの制御がなされる。レーザ光は、劈開により形成された共振器ミラー（図示せず）から放射される。
【０００４】
劈開によって形成された共振器ミラーには、端面保護膜として誘電体膜(図示せず)が形成される。波長帯域４０５ｎｍの青紫色半導体レーザの端面保護膜としては、例えばレーザ光を放射する側の面にはＡｌ２Ｏ３単層からなる低反射（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ：ＡＲ）膜、反対側の面にはＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２などの多層膜からなる高反射（Ｈｉｇｈ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ：ＨＲ）膜が利用される。このように構成することで、半導体表面を保護するとともに、発振しきい電流を低減し、ＡＲ膜を設けた面から効率よくレーザ光を放射させることが可能となる。
【０００５】
なお、作製された半導体発光素子は、光学ピックアップに組み込みやすいようにＣＡＮパッケージに封入される。具体的には、半導体発光素子をヒートシンクに融着し、さらにヒートシンクをステムに融着した後、ガラス窓を有するキャップで封入する。このようなパッケージにすることで、組み立て作業中に半導体発光素子が破壊されることを防ぎ、また発光動作の放熱性を確保し安定動作させることが可能となる。
【０００６】
ここで、青紫色半導体発光素子は発振波長が４０５ｎｍと短く、レーザ光の光子エネルギーが３.０ｅＶと高い。このため、半導体発光素子が発光した光により雰囲気中の残留有機物が化学分解し、半導体発光素子の光を放射する側の面などに炭素またはシリコンなどの不純物が付着するという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献１には、ＣＡＮパッケージ内のシリコン有機化合物ガスの蒸気圧を制限することで、半導体発光素子への不純物の付着を抑制可能に構成した発光装置が記載されている。
【０００８】
また、特許文献２には、半導体発光素子をＣＡＮパッケージに封入後、７０℃以上に加熱しながら波長４２０ｎｍ以下の光をＣＡＮパッケージ内に照射し、ＣＡＮパッケージ内の有機物ガスを分解・消滅させることにより、発光動作時の半導体発光素子への不純物の付着を抑制するレーザ装置の製造方法が記載されている。
【０００９】
また、特許文献３には、半導体発光素子支持体に紫外光もしくはプラズマを照射して有機物を除去後、半導体発光素子をＣＡＮパッケージに封入する技術が記載されている。また、特許文献４には、オゾン雰囲気下で半導体発光素子をＣＡＮパッケージに封入後、ＣＡＮパッケージ内に紫外光を照射する技術が記載されている。
【００１０】
また、窒化物系半導体発光素子に関する技術として、特許文献５に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４-２８９０１０号公報
【特許文献２】特開２００６-３４４７２７号公報
【特許文献３】特開２００４-４００５１号公報
【特許文献４】特開２００４-２７３９０８号公報
【特許文献５】特開２００８−１８２２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＣＡＮパッケージは、レーザ安定動作の実現には有効であるが、ガラス窓付キャップが必要など、コスト面の欠点がある。そこで、光ディスク用途の赤色および赤外レーザにおいては、安価なフレームパッケージが主流となっている。フレームパッケージは、半導体発光素子を平坦な支持体に取り付ける構成で、ガラスキャップが不要なことや、封入のための溶接工程がないことなど、部材、工程費用の点で低コスト化に適したパッケージである。
【００１３】
このフレームパッケージを、青紫色半導体発光素子に適用することにより、大幅なコスト低減を図ることができると考えられる。
【００１４】
なお、このようなパッケージに半導体発光素子を搭載する場合においても、半導体発光素子が発光した光により雰囲気中の残留有機物が化学分解し、半導体発光素子に付着するという問題を解決する必要がある。
【００１５】
しかし、特許文献１乃至４は、いずれもＣＡＮパッケージに封入された半導体発光素子への不純物付着を抑制する技術を開示したものであり、フレームパッケージを適用した際の半導体発光素子への不純物の付着を抑制することはできない。
【００１６】
フレームパッケージの場合、半導体発光素子が大気中に露出される点がＣＡＮパッケージと大きく異なる。このため、半導体発光素子への不純物の付着は大気中の有機化合物ガスにより生じるため、パッケージ部材を清浄などしても、半導体発光素子への不純物の付着を抑制することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の上方に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成された第２のクラッド層と、を含む積層体と、前記積層体の光を放射する側の側面に形成され、少なくとも前記活性層の第１の側面を覆う、厚さが３μｍ以上の誘電体膜と、を有する窒化物系半導体発光素子が提供される。
【００１８】
青紫色半導体発光素子は光子エネルギーが高いため、放射した光により雰囲気中のシロキサンなどのシリコン有機化合物等が光化学分解し、ＳｉＯ２等の不純物となって半導体発光素子、特に、半導体発光素子の光放射面に付着する。
【００１９】
特許文献１には、ＳｉＯ２等への光化学分解の反応速度は光強度（光密度）の約２乗に比例し、光化学分解反応は二つの光子が関与する二光子過程であることが記載されている。ここで、半導体発光素子の活性層から放射される光は、ある角度を持って放射されるため、活性層の第１の側面から離れるに従い、光強度は弱くなる。すなわち、最も上記光化学分解反応が起きやすいのは、半導体発光素子の光放射面、すなわち半導体発光素子の光を放射する側の雰囲気ガスと接する面である。本発明は、上記構成により、この光放射面における光強度を低減している。
【００２０】
本発明の窒化物系半導体発光素子の場合、誘電体膜の雰囲気中に露出している面が光放射面となる。活性層から放射された光は誘電体膜中を進むに従い光強度が弱まっていくので、誘電体膜をより厚くすれば、誘電体膜の露出面（光放射面）における光強度を大幅に低減することができる。
【００２１】
かかる場合、半導体発光素子が放射した光による雰囲気中のシロキサンなどのシリコン有機化合物の光化学分解を抑制することができ、結果、半導体発光素子への不純物の付着、特に半導体発光素子の光放射面への不純物の付着を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体発光素子への不純物の付着を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の窒化物系半導体発光素子の一例を模式的に示した断面図である。
【図２】本実施形態の窒化物系半導体発光素子の一部の一例を模式的に示した断面図である。
【図３】フレームパッケージに搭載した青紫色レーザのＡＰＣ試験における動作電流変化を示す図である。
【図４】誘電体膜上における規格化光密度Ｓ０／Ｓ１の、誘電体膜厚依存性を示す図である。
【図５】本実施形態の窒化物系半導体発光素子作製の工程図の一例を模式的に示す図である。
【図６】窒化物系半導体発光素子のＡＰＣ試験における△Ｉｏｐの時間変化を示す図である。
【図７】一般的な窒化物系半導体発光素子の一例を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２５】
＜実施形態＞
図１および図２に、本実施形態の窒化物系半導体発光素子の一例として半導体レーザに適用した例を示す。図１は、本実施形態の窒化物系半導体発光素子の一例を模式的に示した断面図である。図中、紙面と垂直方向手前側に光が放射される。また、図２は、図１の窒化物系半導体発光素子のＸ−Ｘ´断面の一部を模式的に示した図である。図中、右から左方向に光が放射される。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の窒化物系半導体発光素子は、第１のクラッド層３０３と、第１のクラッド層３０３の上方に形成された活性層３０５と、活性層３０５の上方に形成された第２のクラッド層３０８と、を含む積層体を有する。
【００２７】
活性層３０５では、注入された電子とホールが再結合し、光を発光する。第１のクラッド層３０３および第２のクラッド層３０８は、活性層３０５の電子密度およびホール密度を高める機能を有する。本実施形態において、第１のクラッド層３０３、活性層３０５、および、第２のクラッド層３０８の構成は特段制限されない。例えば、第１のクラッド層３０３は、Ｓｉドープｎ型Ａｌｘ１ＧａＹ１Ｎ層（例：Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）であってもよい。活性層３０５は、ＩｎＸ２ＧａＹ２Ｎ（例：厚さ３ｎｍ）井戸層とＳｉドープＩｎＸ３ＧａＹ３Ｎ（例：Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層からなる３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層であってもよい。第２のクラッド層３０８は、ｐ型ＡｌＸ４ＧａＹ４Ｎ層（例：厚さ０.８μm）であってもよい。
【００２８】
また、第１のクラッド層３０３と活性層３０５と第２のクラッド層３０８とを含む積層体は、例えば、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板３０１上に形成されてもよい。そして、この積層体は、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３０２、第１のクラッド層３０３、ｎ型ＧａＮ光閉じ込め層３０４、活性層３０５、キャップ層３０６、ｐ型ＧａＮ光閉じ込め層３０７、第２のクラッド層３０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０９、Ｐｄ／Ｐｔからなるｐコンタクト３１２が、この順に積層した構造であってもよい。
【００２９】
第２のクラッド層３０８とｐ型ＧａＮコンタクト層３０９はドライエッチングを用いたリッジ構造がストライプ状に形成されている。リッジトップのｐ型ＧａＮコンタクト層３０９の上方にはｐ型電極３１３が、ｎ型ＧａＮ基板３０１の下部にはｎ型電極３１６が、それぞれ設けられている。
【００３０】
また、図２に示すように、本実施形態の窒化物系半導体発光素子は、第１のクラッド層３０３と、活性層３０５と、第２のクラッド層３０８とを含む積層体の光を放射する側の側面（図２中、左側の面）に形成され、少なくとも活性層３０５の第１の側面３０５Ａを覆う誘電体膜２０１を有する。
【００３１】
誘電体膜２０１の厚さｄは、３μｍ以上である。なお、誘電体膜２０１の厚さｄの上限は、活性層３０５の第１の側面３０５Ａの上辺（図２中、紙面に対して垂直方向に伸びた辺）から誘電体膜２０１の上側の側面２０１Ａまでの活性層３０５に対して略垂直方向の距離をｈ、活性層３０５の第１の側面３０５Ａから放射された光の活性層３０５に対して略垂直方向の放射角度をθｖ、としたとき、ｈｃｏｔ（θｖ／２）以下であってもよい。すなわち、誘電体膜２０１の厚さｄは、３μｍ≦ｄ≦ｈｃｏｔ（θｖ／２）であってもよい。
【００３２】
誘電体膜２０１は、光、特に半導体発光素子が放射する光に対して吸収、劣化のないものであればよく、厚膜化によりはがれや割れの生じない材料が望ましい。例えば、誘電体膜２０１は、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより形成されるＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、および、ポッティングやインクジェットにより付着されるシリコーン系樹脂のいずれか１つからなる膜、または、いずれか２つ以上を組み合わせた多層膜とすることができる。誘電体膜２０１は、レーザ光に対する端面反射率が１〜３０％とすることが望ましいが、上述のような材料からなる膜を適宜組み合わせることによって所定の屈折率を有する誘電体膜２０１を安定して形成することができる。
【００３３】
なお、第１のクラッド層３０３と、活性層３０５と、第２のクラッド層３０８とを含む積層体の光を放射する側の側面（図２中、左側の面）と反対側の面に、ＨＲ膜（図示せず）を形成してもよい。ＨＲ膜は低屈折率な誘電体膜と高屈折率な誘電体膜を組み合わせた多層膜とすることができ、レーザ光に対する反射率が７０〜９９％とすることが望ましい。ＨＲ膜には、スパッタ、蒸着、ＣＶＤなどにより形成されるＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５等の酸化物、ＭｇＦ２、ＣａＦ２等のフッ化物、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４等の窒化物、シリコーン系樹脂などの有機膜、を用いることができる。
【００３４】
このような本実施形態の窒化物系半導体発光素子の製造方法は特段制限されず、あらゆる従来技術を利用して実現することができる。
【００３５】
例えば、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）装置などの成長装置を利用して、基板上に、第１のクラッド層３０３と、第１のクラッド層３０３の上方に形成される活性層３０５と、活性層３０５の上方に形成される第２のクラッド層３０８と、を含む積層体を形成した後、この積層体の光を放射する側の面に、例えば真空蒸着法やスパッタリング法を利用して所定の厚さの誘電体膜２０１を形成することで、製造することができる。
【００３６】
その後、従来技術を利用して、この窒化物系半導体発光素子をフレームパッケージ、ＣＡＮパッケージなどのあらゆるパッケージに搭載することができる。
【００３７】
次に、本実施形態の窒化物系半導体発光素子の作用効果について説明する。
【００３８】
本発明者は、窒化物系半導体発光素子（以下、単に「半導体発光素子」という場合がある）について種々検討をおこなった結果、誘電体膜２０１を厚くすることにより、半導体発光素子への不純物の付着、特に半導体発光素子の光を放射する側の面（以下、「光放射面」という）への不純物の付着を抑制できることを見出した。
【００３９】
先に述べたように、青紫色半導体発光素子は光子エネルギーが高く、長期間の発光において、光により雰囲気中のシロキサンなどのシリコン有機化合物等が光化学分解し、ＳｉＯ２等の不純物となって半導体発光素子、特に、半導体発光素子の光放射面に付着する。結果、光放射面の反射率が不純物の付着にともなって変化し、図３に示すように駆動電流が変動する現象が生じる。
【００４０】
特許文献１によれば、ＳｉＯ２等への光化学分解の反応速度は光強度（光密度）の約２乗に比例し、光化学分解反応は二つの光子が関与する二光子過程であることが記載されている。ここで、半導体発光素子の活性層３０５から放射される光は、ある角度を持って放射されるため、活性層３０５の第１の側面３０５Ａから離れるに従い、光強度は弱くなる。すなわち、最も上記光化学分解反応が起きやすいのは、半導体発光素子の光放射面、すなわち半導体発光素子の光を放射する側の雰囲気ガスと接する面である。本実施形態の半導体発光素子は、この光放射面における光強度を低減可能に構成している。
【００４１】
ここで、本実施形態の場合、誘電体膜２１０の雰囲気中に露出している面２０１Ｂ（図２参照）が光放射面であることに留意する必要がある。
【００４２】
上述の通り、半導体発光素子の活性層３０５から放射される光は、ある角度を持って放射されるため、活性層３０５の第１の側面３０５Ａから離れるに従い、光強度は弱くなる。すなわち、誘電体膜２０１をより厚くすれば、露出面（光放射面）２０１Ｂにおける光強度を大幅に低減することができる。かかる場合、半導体発光素子が放射した光による雰囲気中のシロキサンなどのシリコン有機化合物の光化学分解を抑制することができ、結果、半導体発光素子への不純物の付着、特に半導体発光素子の光放射面への不純物の付着を抑制することができる。
【００４３】
以下、青紫色レーザを例に、本実施形態の作用効果をより詳細に説明する。
【００４４】
図１に示すように、光は、第１のクラッド層３０３と、活性層３０５と、第２のクラッド層３０８と、を含む積層体の光を放射する側の側面（図に示す面）において楕円状の極めて狭い範囲（楕円Ａ）から放射される。楕円Ａの長径は活性層３０５に対して平行方向で、そのサイズは電流狭窄幅ｔｈと同程度である。また短径は活性層３０５に対して垂直方向で、そのサイズは活性層３０５の厚さｔｖと同程度となる。
【００４５】
光ディスク用途の青紫色レーザでは、光ピックアップにおける集光効率などを勘案し、ｔｈとして１〜３μｍ、ｔｖとして０．１〜０.２μｍが典型的に用いられる。
【００４６】
活性層３０５から放射された光は、図２に示すように、活性層３０５に対して垂直な方向（図中、上下方向）、および平行な方向（図中、紙面に対して垂直方向）にそれぞれある角度をもって放射される。すなわち放射された光は誘電体膜２０１中を広がりながら伝播する。なお、青紫色レーザの場合、垂直方向の典型的な放射角度は１５°以上２５°以下、水平方向の典型的な放射角度は７°以上１０°以下の範囲にある。
【００４７】
このような場合、半導体発光素子の露出面（光放射面）２０１Ｂにおける光強度（光密度）は、誘電体膜２０１の厚さの関数となる。具体的には、第１のクラッド層３０３と、活性層３０５と、第２のクラッド層３０８と、を含む積層体の光を放射する側の側面（図１に示す面）におけるレーザ光面積をＳ０、誘電体膜２０１の露出面（光放射面）２０１Ｂにおけるレーザ光面積をＳ１、とした時、Ｓ０／Ｓ１は、露出面（光放射面）２０１Ｂでの規格化光密度に相当する。
【００４８】
なお、レーザ光面積Ｓ０は、径がtｈ（μm）とtｖ（μm）の楕円として、以下の（１）式で示される。
【００４９】
【数１】
2011151310.tif 000003
【００５０】
一方、レーザ光面積Ｓ１は、誘電体膜２０１の厚さをｄ（μm）、垂直および水平放射角をそれぞれθＶ、θｈとすると、以下の（２）式で示される。
【００５１】
【数２】
2011151310.tif 000004
【００５２】
ここで、図４に、垂直放射角を２０°、水平放射角を９°とした時のＳ０／Ｓ１と誘電体膜の厚さｄ（μｍ）との関係を示す。図からわかるように、誘電体膜２０１の厚さｄを３μｍ以上とすることにより、誘電体膜２０１を設けない場合（ｄ＝０、Ｓ０＝Ｓ１）に比べて、半導体発光素子の雰囲気ガスと接する面における光密度を１/１０以下に低減することができる。すなわち、光化学分解速度を１/１００以下に抑えることができる。
【００５３】
次に、誘電体膜２０１の厚さをｈｃｏｔ（θｖ／２）以下とすることによる作用効果について説明する。
【００５４】
誘電体膜２０１の厚さが厚すぎると、活性層３０５に対して垂直な方向（図２中、上下方向）にある角度をもって放射された光は、露出面（光放射面）２０１Ｂのみならず、誘電体膜２０１の上側の側面２０１Ａからも放射されてしまうため、放射パターンに乱れが生じる。
【００５５】
本実施形態の半導体発光素子は、誘電体膜２０１の厚さをｈｃｏｔ（θｖ／２）以下とすることにより、活性層３０５から放射された光が、誘電体膜２０１の上側の側面２０１Ａから放射されるのを回避可能に構成している。
【００５６】
このような本実施形態の窒化物系半導体発光素子によれば、窒化物系半導体発光素子が大気中に露出された状態で使用しても、窒化物系半導体発光素子、特に、光放射面への不純物の付着を抑制することができる。すなわち、本実施形態の窒化物系半導体発光素子が大気中に露出されるパッケージ、例えばフレームパッケージなどを適用した場合においても、窒化物系半導体発光素子、特に、光放射面への不純物の付着を抑制することができる。
【００５７】
なお、本実施形態の窒化物系半導体発光素子は、当然、ＣＡＮパッケージを適用することもできる。かかる場合、ＣＡＮパッケージ内の有機物ガスの除去、低減などの処理を行う必要がないため、効率よくパッケージングを行うことが可能となる。
【００５８】
＜実施例＞
本実施形態の第１の実施例として、リッジストライプレーザについて記す。
【００５９】
＜＜窒化物系半導体発光素子の製造＞＞
図５に本実施例の窒化物系半導体発光素子の工程図を示す。
【００６０】
基板としてｎ型ＧａＮ（０００１）基板を用いた。素子構造の作製には３００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いた。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用い、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースとしてそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｎ型ドーパントにシラン（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパントにビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００６１】
ｎ型ＧａＮ基板３０１を成長装置に投入後、ＮＨ３を供給しながらｎ型ＧａＮ基板３０１を昇温し、成長温度まで達した時点で成長を開始した。すなわち、図５（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＮ基板３０１上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３０２（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）と、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層３０３と、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層３０４と、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層およびＳｉドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層からなる３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３０５と、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ１０ｎｍ）からなるキャップ層３０６と、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型ＧａＮ光閉じ込め層３０７と、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．８μｍ）からなるｐ型クラッド層３０８と、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ２０ｎｍ）からなるＰ型ＧａＮコンタクト層３０９と、順次堆積した。
【００６２】
ＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて行った。また、ＡｌＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃、ＴＭＡ供給量３６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて行った。また、ＩｎＧａＮ成長は、基板温度８００℃、ＴＭＧ供給量８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにおいて、ＴＭＩ供給量は井戸層で４８μｍｏｌ／ｍｉｎ、バリア層で３μｍｏｌ／ｍｉｎとして行った。
【００６３】
上記のように作製した積層体の上に、図５（ｂ）に示すようにＳｉＯ２膜３１０を形成後、図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーにより幅１．３μｍのストライプ状のＳｉＯ２膜３１０を形成した。
【００６４】
その後、ストライプ状のＳｉＯ２膜３１０をマスクとしたドライエッチングによりｐ型クラッド層３０８およびｐ型ＧａＮコンタクト層３０９を一部除去し、図５（ｃ）に示すようなリッジ構造を形成した。そして、ストライプ状のＳｉＯ２膜３１０を除去し、あらたにＳｉＯ２膜３１１を全面に堆積することで、図５（ｄ）に示す構造を得た。
【００６５】
次に、ＳｉＯ２膜３１１の上にレジスト（図示せず）を厚く塗布後、酸素プラズマ中でエッチバックにより、リッジトップのレジストを除去した。その後、リッジトップのＳｉＯ２膜３１１をバッファードフッ酸で除去し、続いて、Ｐｄ／Ｐｔを電子ビームで堆積した。そして、リフトオフにより、リッジトップのＰｄ／Ｐｔを残したｐコンタクト３１２を形成後、窒素雰囲気中６００℃で３０秒のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を行い、ｐオーミック電極を形成した。
【００６６】
その後、この上に、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜、厚さ２μｍのＡｕ膜をスパッタにより堆積し、ｐ型カバー電極３１３とした。また、積層体裏面（ウエハ裏面）の研磨を行い、ウエハ厚を１００μｍ厚まで薄膜化し、厚さ５ｎｍのＴｉ膜、厚さ２０ｎｍのＡｌ膜、厚さ１０ｎｍのＴｉ膜、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜をこの順で真空蒸着し、ｎ型電極（図示せず）とした。
【００６７】
そして、電極形成後のウエハをストライプに垂直な方向に劈開して、共振器長４００μｍのレーザバーを形成した。
【００６８】
続いて、上記方法により作製した構造体の端面に誘電体膜２０１を形成した。具体的には、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）マグネトロンスパッタ装置を使用し、レーザ光を放射する側の面に、ＳｉＯ２からなる膜を堆積した。なお、誘電体膜２０１の膜厚は、０.２μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、６μｍの５水準とした。
【００６９】
誘電体膜２０１を形成後、誘電体膜２０１を形成した構造体を一旦装置から取り出した後、再びＲＦマグネトロンスパッタ装置を使用して、誘電体膜２０１を形成した面と反対側の面に、ＳｉＯ２/ＴｉＯ２多層膜からなる反射率９０％のＨＲ膜を形成した。その後素子分離を行い、素子幅２００μｍのレーザチップ（窒化物系半導体発光素子）を作製した。
【００７０】
＜＜試験１＞＞
以上の工程により得られたレーザチップをＳｉヒートシンクに銀ペーストで融着し、さらにフレームパッケージにヒートシンクを銀ペースとで融着してレーザ素子を得た。これらのレーザ素子を、市販の光ディスク装置に組み込み、さらに光ディスク装置を８０℃に保った恒温槽に設置してＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）試験を実施した。恒温槽内は大気雰囲気とした。ＡＰＣ試験のレーザ出力は、０.３ｍＷ、１ｍＷ、３ｍＷ、１０ｍＷ、２０ｍＷの５水準とし、レーザの駆動はＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）で行った。なお、一般に半導体レーザ素子は、作成状のばらつきからθｖが分布する。ＡＰＣ試験では、それぞれの試験水準でθｖが１５°から２５°の範囲で均等に分布するように選別した素子群を用いた。
【００７１】
図６は、誘電体膜２０１の膜厚ｄを変えたときの動作電流の時間変化を示す図である。光出力は１０ｍＷとした。なお、通常の光ディスクにおける再生動作時のレーザ出力は５ｍＷ以下であり、本試験の出力水準は通常使用条件を十分カバーするものである。図中、△ＩＯＰは、各時間における動作電流をＩＯＰ、ＡＰＣ開始時の動作電流をＩＯＰ０としたときの振幅変動△ＩＯＰ＝（ＩＯＰ−ＩＯＰ０）／ＩＯＰ０である。
【００７２】
図６より明らかなように、誘電体膜２０１の膜厚ｄが０.２μｍ、１μｍのレーザ素子は、ＡＰＣ時間が経過するにつれて動作電流が振動を伴って増加した。ＡＰＣ試験後にレーザ素子を取り出し、光放射面を観察したところ、レーザ光放射部に黒色の異物の付着を確認した。付着物の組成をＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で評価し、ＳｉＯＸからなることが判明した。これより、ＡＰＣ試験を実施した光ディスク装置内にシリコン有機物ガスが存在し、レーザ光により光分解したことにより付着物が堆積したと推定される。
【００７３】
一方、誘電体膜２０１の厚さｄが２μｍのレーザ素子は、動作電流の振動が見られた。特に、４００時間経過した時点において、振幅が大きくなった。
【００７４】
これに対し、誘電体膜２０１の厚さｄを３μｍとしたレーザ素子は、１０００時間までに振動構造は見られず、△ＩＯＰの振れ幅も８％と低い。信頼度の観点で、１０００時間経過後に△ＩＯＰ＜３０％であれば実用上の問題がないが、これを十分にクリアしている。
【００７５】
一方、誘電体膜２０１の厚さｄを６μｍとした試験において（図６に示さず）、θｖが１９°を超える素子で初期の垂直放射パターンに乱れが観察された。θｖ＝２０°に対するｈｃｏｔ（θｖ／２）は、ｈ＝０．９μｍとして５．４μｍであることから、これらのレーザ素子は、光フィールドがチップ上面にかかるため放射パターンに乱れが生じたものと考えられる。
【００７６】
＜＜試験２＞＞
試験１と同様の手段により作成した、誘電体膜２０１の厚さｄが２μｍ、３μｍのレーザ素子について、光出力を０.３ｍＷ、１ｍＷ、３ｍＷ、１０ｍＷ、２０ｍＷと変化させたときのＡＰＣ試験を実施した。各試験水準における１０００時間駆動後の△ＩＯＰを表１に示す。
【００７７】
【表１】
2011151310.tif 000005
【００７８】
光出力３ｍＷ以下の条件で、誘電体膜２０１の厚さｄが２μｍおよび３μｍのレーザ素子とも１０００時間の試験期間で△ＩＯＰが４％の範囲内との結果を得た。先に述べたように、光分解反応速度は光出力の２乗に比例するため、光出力３ｍＷでは反応速度は１０ｍＷ出力時の１／１０以下に低下することとなり、上記結果もこの見積もりから理解される。
【００７９】
一方、２０ｍＷ出力では、ｄが２μｍのレーザ素子の場合、動作電流の振動周期が１３０時間程度と１０ｍＷ時よりも短くなること、また６００時間経過時点で△ＩＯＰが３０％を超えることがわかった。
【００８０】
これに対し、ｄが３μｍのレーザ素子の場合、１０００時間経過時点で、△ＩＯＰは２２％以下に収まっており、２０ｍＷにおいても十分な信頼度を有すことが示された。
【符号の説明】
【００８１】
２０１    誘電体膜
２０１Ａ  誘電体膜２０１の上側の側面
２０１Ｂ  誘電体膜２１０の雰囲気中に露出している面
３０１    ｎ型ＧａＮ基板
３０２    Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
３０３    第１のクラッド層
３０４    ｎ型ＧａＮ光閉じ込め層
３０５    活性層
３０５Ａ  活性層３０５の第１の側面
３０６    キャップ層
３０７    ｐ型ＧａＮ光閉じ込め層
３０８    第２のクラッド層
３０９    ｐ型ＧａＮコンタクト層
３１０    ＳｉＯ２膜
３１１    ＳｉＯ２膜
３１２    ｐコンタクト
３１３    ｐ型電極
３１６    ｎ型電極
【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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