(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１窒化物半導体層、活性層、第２窒化物半導体層を含む窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に形成された共振器面に接触する単結晶を含む窒化アルミニウムからなる第１保護膜と、該第１保護膜上に形成された酸化シリコンからなる第２保護膜とを有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記第１保護膜の膜厚は５〜１００ｎｍであり、共振器面の光導波路領域において、前記第１保護膜の最大膜厚よりも薄い領域を有し、
第２保護膜は、共振器面の光導波路領域近傍において、共振器面側の面及びその反対側の面に突出した厚膜部を有し、かつ前記第２保護膜の最大膜厚以外の領域の膜厚が、前記第１保護膜の最大膜厚よりも厚膜である窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
窒化物半導体層の表面にリッジが形成されており、第２保護膜が、該リッジの下方及びその近傍領域において、前記厚膜部を有してなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
第２保護膜の厚膜部は、共振器面において横長の楕円形状である請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
第２保護膜の厚膜部は、同一面における厚膜部以外の領域に対して膜厚が５％以上厚い請求項１〜３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
第２保護膜の厚膜部は、１００ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
共振器面側の面に形成された厚膜部の面積は、対向する面に形成された厚膜部の面積よりも小さい請求項１〜５のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
第１保護膜は、少なくとも共振器面の活性層に接触する領域が、第１保護膜の最大膜厚よりも膜厚が薄い請求項１〜６のいずれか１つ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、より詳細には、窒化物半導体層に形成された共振器面に保護膜を有する窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体レーザ素子では、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）又はへき開によって形成された共振器面はバンドギャップエネルギーが小さくなるため、出射光の吸収が端面で起こり、この吸収により端面に熱が発生し、高出力半導体レーザを実現するには寿命特性等に問題があった。このため、例えば、Ｓｉの酸化膜や窒化膜を、共振器端面の保護膜として形成する高出力半導体レーザの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、従来から、窒化物半導体レーザ素子では、チップ間のデバイス特性のばらつきを抑制するために共振器面に形成する保護膜の厚みを出射される光密度に応じて変化させる方法（例えば、特許文献２）、共振器内部にストライプ構造を採用し、ＦＦＰの単峰性を実現するために、その保護膜としてＳｉＯ２膜を用い、ストライプごとに保護膜の厚みを変動させる方法（例えば、特許文献３）等が採用されている。
【特許文献１】特開２００６−２２８８９２号公報
【特許文献２】特開平９−２８３８４３号公報
【特許文献３】特開２００２−３２９９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、窒化物半導体レーザ素子においては、共振器面での光吸収を抑制できる構造を採用したものがある。また、その性能等に応じた種々の保護膜の形態が試行されている。しかし、高出力半導体レーザを実現するためにはさらなる改良が必要となる。具体的には、保護膜の剥がれを抑制すること、さらに保護膜及び窒化物半導体層にクラックが発生することを抑制することである。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、保護膜の剥がれやクラックの発生等を抑制した信頼性の高い窒化物半導体レーザ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】
【０００５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、第１窒化物半導体層、活性層、第２窒化物半導体層を含む窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に形成された共振器面に接触する窒化アルミニウムからなる第１保護膜と、該第１保護膜上に形成された酸化シリコンからなる第２保護膜とを有する窒化物半導体レーザ素子であって、
第２保護膜は、共振器面側の面及びその面と対向する面に突出した厚膜部を有してなることを特徴とする。
【０００６】
第２保護膜の厚膜部は、共振器面の光導波路領域近傍に形成されてなることが好ましい。
窒化物半導体層の表面にリッジが形成されており、第２保護膜が、該リッジの下方及びその近傍において、前記厚膜部を有してなることが好ましい。
第２保護膜の厚膜部は、共振器面において横長の楕円形状であることが好ましい。
第２保護膜の厚膜部は、同一面における厚膜部以外の領域に対して膜厚が５％以上厚いことが好ましい。
【０００７】
第２保護膜の厚膜部は、１０００Å〜３０００Åの膜厚を有することが好ましい。
第２保護膜は、酸化物膜であることが好ましい。
共振器面側の面に形成された厚膜部の面積は、対向する面に形成された厚膜部の面積よりも小さいことが好ましい。
【０００８】
第１保護膜は、少なくとも共振器面の活性層に接触する領域が、第１保護膜の最大膜厚よりも膜厚が薄いことが好ましい。
第１保護膜は、六方晶系の結晶構造を有する材料で形成されてなることが好ましい。
第１保護膜は、共振器面と接触する側において、共振器面と同軸配向の結晶構造を有することが好ましい。
共振器面が、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）又はＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、共振器面において、窒化物半導体層に第１保護膜を接触させて形成するとともに、さらにその上に上述した第２保護膜を形成することにより、第１保護膜において膜厚に変化が生じた場合においても、窒化物半導体層への密着性をより向上させることができ、第１保護膜の剥がれを確実に防止することができる。また、第２保護膜を上述した構成とすることにより、第１保護膜の膜厚の変化に応じて、第２保護膜の全体の膜厚を抑えながら、活性層周辺の必要とする領域にのみ、第２保護膜を厚膜にすることができる。これにより、第２保護膜の全体を厚膜化することによる第２保護膜材料の電極、基板部分への回り込み形成を採用せずに、保護膜の密着性を維持することができ、また放熱性の低下を防止することが可能となる。その結果、安定な動作を確保することができ、信頼性が高く、ＣＯＤレベルを向上させた高出力の窒化物半導体レーザ素子を提供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】
【００１０】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、例えば、典型的には図１に示すように、主として、第１窒化物半導体層１１、活性層１２及び第２窒化物半導体層１３からなる窒化物半導体層を含み、窒化物半導体層の対向する端面に共振器面が設けられて、共振器が形成されている。
【００１１】
このような窒化物半導体レーザ素子は、通常、窒化物半導体層が基板１０上に形成されており、第２窒化物半導体層１３の表面にリッジ１４が形成され、共振器面の全面に共振器面に接触する第１保護膜（図２（ａ）〜（ｃ）中、２５参照）及び第１保護膜２５上に形成された第２保護膜（図２（ａ）〜（ｃ）中、２６参照）が形成された構造をしている。また、埋込膜１５、ｐ電極１６、第３保護膜１７、ｐパッド電極１８、ｎ電極１９等が適宜形成されている。
【００１２】
第１保護膜２５は、図２（ａ）の活性層での断面図、図２（ｂ）の正面図及び図２（ｃ）の縦断面図に示すように、少なくとも共振器面の活性層に接触して形成されている膜であり、活性層１２（任意にその近傍領域）に接触する領域において、第１の保護膜の最大膜厚よりも薄膜に形成されている（図２（ｃ）中、２５ａ参照、以下、この薄膜で形成された領域を「薄膜の領域」と記すことがある）。
ここで、薄膜の領域２５ａは、共振器面のうち、いわゆる光導波路領域と呼ばれる領域であり、少なくとも活性層１２を含み、ＳＣＨ構造を採用した場合、活性層１２と、その上下に位置するガイド層の一部又は全部とを含む領域である。なお、光導波路領域をコア領域と呼ぶ場合もある。
【００１３】
また、薄膜の領域２５ａは、リッジ１４の下方の領域、通常、リッジ１４の下方の領域とその近傍領域、つまり、ＮＦＰに対応する領域、あるいはリッジ下方の領域とリッジの左右に拡がる領域とを含み、全幅がリッジ幅の１．５倍程度以下の幅を有する領域であることが適している。
この薄膜の領域２５ａは、例えば、幅Ｗ２（図２（ａ）参照）が、０．５μｍ〜３．０μｍ程度、好ましくは１．０μｍ〜２．０μｍ程度が挙げられる。高さＨ２（図２（ｃ）参照）は、活性層１２と同程度〜４０００Å程度であればよく、活性層と同程度〜２０００Å程度、好ましくは活性層と同程度〜１０００Å程度が挙げられる。
【００１４】
さらに、薄膜の領域２５ａの共振器面における平面形状は、通常、楕円又は円形状であるが、第１保護膜の膜質、第１保護膜の形成方法、第１保護膜の薄膜化方法等によって、四角形又は丸みを帯びた四角形としてもよい。なかでも、横長の楕円形状であることが好ましい。光導波路領域の形状に対応した薄膜の領域を形成することで、より効率よく、ＣＯＤレベルを高く保ったまま放熱性を向上させることができる。
【００１５】
薄膜の領域２５ａの薄膜の程度は、最大膜厚よりも薄ければよく、例えば、薄膜の領域の膜厚（図２（ａ）中、Ｄ４）が、最大膜厚（図２（ａ）中、Ｄ３）に対して５％程度以上、好ましくは１０％程度以上薄膜であることが適している。また、別の観点から、薄膜の領域２５ａは、１０Å程度以上薄く形成されていることが好ましい。薄膜の領域２５ａの膜厚は、最大膜厚の４０％以上であることが好ましい。また、別の観点から、薄膜領域２５ａは、２０Å以上、好ましくは３０Å以上の膜厚を有することが好ましい。この程度の膜厚を有する薄膜の領域であれば、他の領域よりも薄膜であっても、強度不足による劣化等を抑制し、安定した端面保護膜とすることができる。
【００１６】
なお、この薄膜の程度は、測定誤差又はばらつき等と区別するために、例えば、それぞれの領域における十点平均粗さ又は算術平均粗さ等を考慮するなどして、それぞれの領域の膜厚を測定又は決定することが適している。ただし、薄膜の領域が、後述するように傾斜的に薄膜となっている場合には、最も薄い領域と最大膜厚の膜厚が、上述のような関係を有していることが好ましい。第１保護膜をこのように薄膜とすることにより、その領域における窒化物半導体層との応力を低減することができ、窒化物半導体層にクラックが生じることを防止することができる。
【００１７】
薄膜の領域における第１保護膜は、その膜厚は必ずしも均一でなくてもよく、例えば、碗状又はドーム状に、傾斜的に薄膜領域が形成されていてもよいし、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域のみ段状に窪んでいてもよいし、薄膜の領域の第１保護膜表面が凹凸状に形成されていてもよい。
【００１８】
第１保護膜は、窒化物半導体層に形成された共振器面を被覆するものであるが、必ずしも共振器面の全面を被覆する必要はなく、少なくとも、共振器面の光導波路領域を被覆するものであればよい。また、第１保護膜は、共振器面以外の面を、部分的に被覆していてもよい（後述する第２膜及び第２保護膜も同様である）。
【００１９】
第１保護膜は、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮ等）又はフッ化物等が挙げられる。第１保護膜の結晶構造としては、六方晶系、立方晶系、斜方晶系のものなどが挙げられる。また、窒化物半導体と格子定数が近い（例えば、窒化物半導体との格子定数の差が１５％以下）ものであれば、結晶性の良好な保護膜を形成することができる。なかでも、六方晶系の結晶構造を有する材料による膜であることが好ましく、さらに、窒化物であることがより好ましい。また、別の観点では、レーザ素子の発振波長に対して吸収端のない材料により形成されることが好ましい。
【００２０】
第１保護膜の膜厚、つまり、最大膜厚の領域における膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、５０Å〜１０００Å、さらに、５０〜５００Åであることが好ましい。
窒化物半導体層における共振器面は、例えば、Ｍ軸、Ａ軸、Ｃ軸及びＲ軸配向が挙げられ、つまり、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）又はＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面、特にＭ軸配向であることが好ましい。ここでの共振器面とは、通常、上述したような光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域を含む領域を意味するが、このような特定の配向をしている共振器面は、少なくとも、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域以外の領域であればよい。また、このような領域のみならず、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域が上述した配向を有していてもよい。
【００２１】
従って、このような配向を有する端面に対して、第１保護膜（主として光導波路領域以外の領域における第１保護膜）は、Ｍ軸〈１−１００〉、Ａ軸〈１１−２０〉、Ｃ軸〈０００１〉及びＲ軸〈１−１０２〉配向と、この端面と同軸で配向された膜であることが好ましい。これにより、第１保護膜の膜質がより良好となり、半導体レーザ素子の駆動時においても、薄膜の領域を維持し又は増強しながら、窒化物半導体層へのクラックを防止すべく、応力を緩和させることができ、確実にＣＯＤレベルを向上させることができる。なかでも、第１保護膜（主として光導波路領域以外の領域における第１保護膜）は、Ｍ軸配向であることがより好ましい。ここで、Ｍ軸配向であるとは、単結晶で、精密にＭ軸に配向した状態（単結晶）のみならず、多結晶の状態、多結晶が混在するが、Ｍ軸に配向する部位を均一に含む状態、均一に分布して含む状態であってもよい。このように、多結晶状態である場合には、共振器面との格子定数の差異が厳格に表れず、その差異を緩和することができる。
【００２２】
また、第１保護膜がＭ軸配向の膜として形成された膜は、特に、後述するように、任意の薄膜化のための処理を、時間の制御によって容易に調節することができる。半導体レーザ素子の駆動時においても、より薄膜の領域における窒化物半導体層への応力を緩和することができる。
【００２３】
通常、窒化物半導体レーザ素子は、共振器面と同軸配向の保護膜を結晶性良く形成することが困難である。また、結晶性の良い保護膜を形成した場合でも、保護膜と窒化物半導体層との格子定数の差から、保護膜にクラックが生じやすい。さらに、クラックが生じない程度の薄膜の保護膜では、光密度の大きい窒化物半導体レーザにおいては十分に放熱することができない。一方、上述したような薄膜の領域を形成することにより、ウィンドウ効果が得られ、ＣＯＤレベルを高く保ったまま、放熱性を向上させることができる。また、薄膜により、結晶性の良い膜であっても保護膜へのクラックの発生を抑制することができる。さらに、駆動による熱が、最大膜厚の領域から好適に放熱させることができる。
【００２４】
第１保護膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と、全体又は部分的な酸化処理（熱処理）又は露光処理とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。なお、組み合わせの方法では、必ずしも同時又は連続的に成膜及び／又は処理しなくてもよく、成膜した後に、処理等を行ってもよいし、その逆でもよい。なかでも、ＥＣＲプラズマスパッタ法及びその後の熱処理の組み合わせが好ましい。
【００２５】
特に、第１保護膜として、上述したように、共振器面と同軸配向の膜を得るためには、その成膜方法にもよるが、成膜前に、共振器面の表面を窒素プラズマで処理する、成膜速度を比較的遅いレートに調整する、成膜時の雰囲気を、例えば、窒素雰囲気に制御する、成膜圧力を比較的低く調整するなどのいずれか１つ又は２以上を組み合わせて成膜を制御することが好ましい。
【００２６】
また、各方法での成膜時に窒素分圧、成膜圧力等の条件を変動させてもよい。
例えば、スパッタ法で成膜する際、ターゲットとして第１保護膜材料を用い、成膜レートを徐々に又は急激に増大させるか、ＲＦ電力を徐々に又は急激に増大（増大させる範囲が５０〜５００Ｗ程度）させるか、あるいはターゲットと基板との距離を徐々に又は急激に変化させる（変化させる範囲が元の距離の０．２〜３倍程度）方法、ターゲットとして第１保護膜材料を用いて成膜する際に圧力を徐々に又は急激に低下させる（低下させる圧力範囲が０．１〜２．０ｐａ程度）方法等が挙げられる。
【００２７】
具体的には、成膜速度を調整する際に、５Å／ｍｉｎ〜１００Å／ｍｉｎの範囲で成膜し、その後、これ以上の成膜速度で成膜することが好ましい。また、ＲＦ電力は、１００Ｗ〜６００Ｗで成膜し、その後（例えば、成膜速度の変更時に）これ以上のＲＦ電力で成膜することが好ましい。なお、この後、任意に熱処理又は露光処理を行ってもよい。
【００２８】
さらに、スパッタ法で成膜する際、基板の温度を徐々に又は急激に上昇または低下させる（変化させる温度範囲が５０〜５００℃程度）方法が挙げられる。
第１保護膜は、例えば、一旦、共振器面全面に所定の膜厚の保護膜を形成し、その後、公知のフォトリソグラフィ（例えば、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像及びポストベーク等）及びエッチング工程（アルカリ現像液によるウェットエッチング、塩素系ガスを用いるドライエッチング等）を利用して、あるいは、薄膜の領域にのみ露光又は熱処理など局所的に付し、第１保護膜の膜厚方向において部分的に薄膜化することができる。
【００２９】
露光等により第１保護膜の膜厚を薄膜化させる場合には、第１保護膜の酸化を防ぐために、その上に後述する第２保護膜を形成してから加工することが好ましい。この際、素子を駆動させることにより、光導波路領域の第１保護膜に局所的にレーザ光を露光してもよいし、外部からの露光によって薄膜領域を形成してもよい。公知のフォトリソグラフィ及びエッチング工程を利用して、共振器面における他の領域にのみ所定膜厚の第１保護膜を形成し、続いて、共振器面全面に同じ材料の第１保護膜を積層して、薄膜の領域を形成してもよい。また、共振器端面に第１保護膜を形成する前に、得られる第１保護膜の膜質、膜厚等を局所的に変化させることができるように、局所的に前処理等を施してもよい。さらに、これらの方法を任意に組み合わせてもよい。なお、露光、熱処理、前処理等を行う場合には、共振器面の局所的な劣化、変質等を防止するために、特に活性層及びその近傍領域を構成する窒化物半導体層に悪影響を与えない温度、例えば、９００℃程度以下とすることが好ましい。
【００３０】
本発明の窒化物半導体レーザ素子では、第１保護膜の上に、さらに膜質、材料又は組成の異なる第２保護膜（例えば、図２(ａ）、（ｃ）中、２６参照）が積層されている。第２保護膜は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物が挙げられ、なかでもＳｉＯ２膜が好ましい。また、第２保護膜は、単層構造、積層構造のどちらを用いてもよい。例えば、Ｓｉの酸化物の単層、Ａｌの酸化物の単層、Ｓｉの酸化物とＡｌの酸化物の積層構造等が挙げられる。このような膜が形成されていることにより、第１保護膜をより強固に共振器面に密着させることができる。また、部分的に厚膜とすることにより、その領域において、第１保護膜をより強力に押さえ込み、密着性を良好にすることができるとともに、意図しない領域、つまり、電極、基板部分への第２保護膜材料の回り込み形成等を回避することができるために、その部分からも効率的に放熱させることができ、放熱性の低下を防止することが可能となる。その結果、安定な動作を確保することができ、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
【００３１】
第２保護膜の膜厚は、特に限定されることなく、保護膜として機能し得る膜厚とすることが適しており、例えば、第１保護膜と第２保護膜との総膜厚が、２μｍ程度以下となるものが好ましい。
【００３２】
第２保護膜は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、少なくとも活性層１２（任意にその近傍領域）に対向する領域、言い換えると、共振器面の光導波路領域近傍、つまり、第１保護膜の薄膜の領域に対応した位置及びそれと反対側の面の双方に突出した厚膜部（図２（ａ）の２６ａ参照）を有している。この厚膜部は、第２保護膜において、活性層１２（任意にその近傍領域）以外の領域の膜厚（以下、単に「他の領域」と記すことがある）よりも厚膜である。ここで、共振器面の光導波路領域近傍とは、共振器面における活性層を含む光導波路領域と、その領域を完全に被覆するようなその周辺領域を意味し、これは、第２保護膜の厚膜部における縦方向（窒化物半導体層の積層方向）の範囲を定義する。なお、第２保護膜の厚膜部における横方向（窒化物半導体層の幅方向）の範囲は、例えば、上述したように、リッジの下方及びその近傍、つまり、少なくともリッジ幅以上の幅を有し、リッジ幅に相当する領域と、その領域を完全に被覆するようなその周辺領域として定義することができる。
【００３３】
厚膜部２６ａの活性層に対向する面側において、幅Ｗ２（図２（ａ）参照）は、０．５μｍ〜３．０μｍ程度、好ましくは１．０μｍ〜２．０μｍ程度が挙げられる。高さＨ２（図２（ｃ）参照）は、活性層１２と同程度〜４０００Å程度、活性層と同程度〜２０００Å程度、好ましくは活性層と同程度〜１０００Å程度が挙げられる。
厚膜部２６ａの活性層に対向する面とは反対側の面において、例えば、全幅がリッジ幅の１．７倍程度以下の幅を有する領域であることが適している。具体的には、幅Ｗ１（図２（ｂ）参照）が、０．５５μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは１．０５μｍ〜５μｍ程度が挙げられる。高さＨ１（図２（ｃ）参照）は、活性層１２と同程度〜９０００Å程度、活性層と同程度〜７０００Å程度、好ましくは活性層と同程度である６００Å程度〜５０００Å程度が挙げられる。
【００３４】
このように、厚膜部２６ａの共振器面側における形状は、第１保護膜の薄膜の領域と略同一であり、その反対側の面では、薄膜の領域を完全に覆う程度であることが好ましい。言い換えると、共振器面側の面に形成された厚膜部の面積は、対向する面に形成された厚膜部の面積よりも小さいことが好ましい。
【００３５】
厚膜部２６ａの厚膜の程度は、他の領域の膜厚に対して厚ければよく、例えば、厚膜部の膜厚（図２（ａ）中、Ｄ１）が、他の領域の膜厚（図２（ａ）中、Ｄ２）に対して２％程度以上、好ましくは５％程度以上厚膜であることが適している。また、別の観点から、厚膜部２６ａは、１００Å程度以上厚く形成されていることが好ましい。なお、第２保護膜の膜厚Ｄ２は、特に限定されることなく、保護膜として機能し得る膜厚とすることが適しており、例えば、第１保護膜と第２保護膜との総膜厚が、２μｍ程度以下、好ましくは膜厚Ｄ２が１０００Å〜４０００Å程度、膜厚Ｄ１が膜厚Ｄ２よりも５０〜１０００Å程度厚くなるものが好ましい。なお、活性層側の突出とそれと反対側の突出との程度は、同程度でもよいし、異なっていてもよい。
【００３６】
この厚膜部は、上述した薄膜の領域と同様に、十点平均粗さ等を考慮して膜厚を測定／決定することが適しており、傾斜的、段状、凹凸状に形成されていてもよい。
第２保護膜は、上述した第１保護膜と同様、例示した公知の方法等を利用して形成することができる。特に、第２保護膜は、アモルファスの膜として形成することが好ましく、そのために、その成膜方法にもよるが、成膜速度をより早いレートに調整する、成膜時の雰囲気を、例えば、酸素雰囲気に制御する、成膜圧力をより高く調整するなどのいずれか１つ又は２以上を組み合わせて成膜を制御することが好ましい。酸素雰囲気に制御する場合、吸収をもたない程度に酸素を導入することが好ましい。具体的には、スパッタ装置でＳｉターゲットを用いて成膜し、酸素の流量は、３〜２０ｓｃｃｍ、ＲＦ電力は、３００〜８００Ｗ程度で成膜することが挙げられる。
【００３７】
また、第１保護膜及び第２保護膜はいずれも、共振器面の出射側のみならず、反射側に形成していてもよく、両者において、材料、膜厚等を異ならせてもよい。反射側の第２保護膜としては、Ｓｉの酸化物とＺｒの酸化物との積層構造、Ａｌの酸化物とＺｒの酸化物との積層構造、Ｓｉの酸化物とＴｉの酸化物との積層構造、Ａｌの酸化物とＳｉの酸化物とＺｒの酸化物との積層構造、Ｓｉの酸化物とＴａの酸化物とＡｌの酸化物の積層構造等が挙げられる。所望の反射率に合わせて適宜その積層周期等を調整することができる。
【００３８】
また、上述した第１保護膜と第２保護膜との間に、任意に第２膜を形成してもよい（例えば、図７中、２５’参照）。第２膜は、第１保護膜（以下、第１膜と称する場合がある）と同一材料で異軸配向、異なる材料で同軸配向、異なる材料で異軸配向、同一材料で同軸配向のいずれの結晶構造を有するものでもよい。なかでも、第１保護膜をＡｌＮ、第２膜をＧａＮとするような異なる材料であり、同軸配向の結晶構造とするものが好ましい。これにより結晶性のよい保護膜とし、保護膜同士の剥がれを抑制することができる。また、第２膜の膜厚は上述した第１保護膜（第１膜）と同程度であることが好ましく、さらに、上述した第１保護膜（第１膜）と同様の薄膜領域を有しているものが好ましい。全体において同一膜厚、つまり、先に形成された保護膜の薄膜領域を引き継いで、光導波路領域（コア領域）周辺が窪んでいる形状とすることが好ましい。
【００３９】
第２膜は、上述した保護膜と同様に形成することができる。
このように、本発明の半導体レーザ素子では、ＣＯＤレベルをより向上させるために、第１保護膜を、窒化物膜であって、共振器面と同軸配向とすることが好ましい。しかしながら、第１保護膜の膜厚を厚くすると、第１保護膜と窒化物半導体層との格子定数差から第１保護膜にクラックが発生しやすいという新たな問題が生じる。そこで、第１保護膜の膜厚をクラックが入らないような膜厚にとどめるとともに、第２保護膜をアモルファスの膜によって形成することが好ましい。これにより、第１保護膜と窒化物半導体層との界面における応力をより緩和させながら、第１保護膜の密着性をより向上させ、さらに、必要な部位にのみ第２保護膜を厚膜として形成することにより、不要な箇所への第２保護膜の形成を防止し、より放熱性等を向上させることができる。
【００４０】
本発明の窒化物半導体レーザ素子を形成するために用いる基板は、絶縁性基板であってもよいし、導電性基板であってもよい。基板としては、例えば、第１主面及び／又は第２主面に０°以上１０°以下のオフ角を有する窒化物半導体基板であることが好ましい。その膜厚は、例えば、５０μｍ以上、１０ｍｍ以下が挙げられる。なお、例えば、特開２００６−２４７０３号公報に例示されている種々の基板等の公知の基板、市販の基板等を用いてもよい。
窒化物半導体基板は、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。
【００４１】
窒化物半導体層としては、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のものを用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。また、ｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。
【００４２】
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。
窒化物半導体層は、ｎ側半導体層とｐ側半導体層に光の光導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが好ましい。但し、本発明は、これらの構造に限定されるものではない。
【００４３】
また、活性層は、保護膜よりバンドギャップエネルギーが小さいものであることが好ましい。本発明において、保護膜のバンドギャップエネルギーを活性層より大きいもので形成すことにより、端面のバンドギャップエネルギーを広げ、言い換えると、共振器面付近の不純物準位を広げ、ウィンドウ構造を形成することにより、ＣＯＤレベルをより向上させることができる。
【００４４】
また、本発明では、特に発振波長が２２０ｎｍ〜５００ｎｍのものにおいて、保護膜の剥がれを防止し、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性良く成長させることができるので好ましい。
【００４５】
窒化物半導体層、つまり、ｐ側半導体層の表面には、リッジが形成されている。リッジは、光導波路領域として機能するものであり、その幅は１．０μｍ〜３０．０μｍ程度である。さらに、レーザ光を単一光の光源として使用する場合には、１．０μｍ〜３．０μｍ程度が好ましい。その高さ（エッチングの深さ）は、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。また、ｐ側半導体層を構成する層の膜厚、材料等を調整することにより、光閉じ込めの程度を適宜調整することができる。リッジは、共振器方向の長さが２００μｍ〜５０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。また、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は４５°〜９０°程度が適当である。
【００４６】
通常、窒化物半導体層の表面及びリッジの側面にわたって、埋込膜が形成されている。つまり、埋め込み膜は、窒化物半導体層上であって、窒化物半導体層と、後述する電極とが直接接触して、電気的な接続をとる領域以外の領域に形成されている。なお、窒化物半導体層と電極との接続領域としては、特にその位置、大きさ、形状等は限定されず、窒化物半導体層の表面の一部、例えば、窒化物半導体層の表面に形成されるストライプ状のリッジ上面のほぼ全面が例示される。
【００４７】
埋込膜は、一般に、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな絶縁材料によって形成されている。屈折率は、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。例えば、埋込膜は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の絶縁膜又は誘電体膜の単層又は積層構造が挙げられる。また、埋込膜は、単結晶であってもよいし、多結晶又はアモルファスであってもよい。このように、リッジの側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面にわたって保護膜が形成されていることにより、窒化物半導体層、特にｐ側半導体層に対する屈折率差を確保して、活性層からの光の漏れを制御することができ、リッジ内に効率的に光閉じ込めができるとともに、リッジ基底部近傍における絶縁性をより確保することができ、リーク電流の発生を回避することができる。
【００４８】
埋め込み膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理（熱処理）とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。
【００４９】
ｐ電極は、窒化物半導体層及び埋込膜上に形成されることが好ましい。ｐ電極が最上層の窒化物半導体層及び保護膜上に連続して形成されていることにより、保護膜の剥がれを防止することができる。特に、リッジ側面までｐ電極を形成することにより、リッジ側面に形成された埋込膜について有効に剥がれを防止することができる。
【００５０】
ｐ電極及びｎ電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。ｐ電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、５００〜５０００Å程度が適当である。電極は、少なくとも第１及び第２半導体層又は基板上にそれぞれ形成していればよく、さらにこの電極上にパッド電極等、単数又は複数の導電層を形成してもよい。
【００５１】
なお、ｐ電極及びｎ電極は、図３に示したように、基板に対して同じ面側に形成されていてもよい。
また、埋込膜上には、第３保護膜１７が形成されていることが好ましい。このような第３保護膜は、少なくとも窒化物半導体層表面において埋込膜上に配置していればよく、埋込膜を介して又は介さないで、窒化物半導体層の側面及び／又は基板の側面又は表面等をさらに被覆していることが好ましい。第３保護膜は、埋込膜で例示したものと同様の材料で形成することができる。これにより、絶縁性のみならず、露出した側面又は表面等を確実に保護することができる。
【００５２】
なお、窒化物半導体層の側面から、埋込膜１５、ｐ電極１６及び第３保護膜１７の上面には、ｐパッド電極１８が形成されていることが好ましい。
第１保護膜（第１膜、第２膜）及び第２保護膜は、共振器面から第２窒化物半導体層表面にかけて連続して形成されていてもよい。窒化物半導体層表面に形成された第１及び／又は第２保護膜とｐ電極、埋込膜及びｐ側パッド電極とは離間していてもよいし、接していてもよいし、被覆していてもよい。好ましくは、第１及び／又は第２保護膜が埋込膜及びｐ電極を被覆するものである。これにより、埋込膜やｐ電極の剥がれを防止することができる。
【００５３】
第２窒化物半導体層表面に形成された保護膜の膜厚は、共振器面に形成された第１及び第２保護膜の膜厚よりも薄いものが好ましい。半導体層表面に形成された保護膜の膜厚が共振器面の第１及び第２保護膜の膜厚と同程度の厚さやそれ以上に形成すると、特に、第１保護膜にクラックが発生することがあるが、それを防止することができる。
第２窒化物半導体層表面に形成された保護膜は、窒化物半導体層の結晶面と同軸配向であることが好ましく、特にＣ軸配向であることが好ましい。これにより半導体層表面と保護膜との密着性を良好なものとすることができる。
【００５４】
第１及び／又は第２保護膜が共振器面から半導体層表面にかけて形成される場合、その角部において、共振器面及び半導体層表面と異なる結晶面を有するように形成することが好ましい。これにより、保護膜の剥がれが起こりやすい角部において、局所的に応力がかかるのを抑制し、共振器面と保護膜の間の応力が緩和されることで保護膜の剥がれを防止することができる。また、第１及び／又は第２保護膜が共振器面から基板の裏面（窒化物半導体層が形成される面と逆の面）にわたるように形成されていてもよい。その場合にも、上述した場合と同様に、共振器面と基板裏面の間に異なる結晶面を有していてもよい。
【００５５】
また、例えば、窒化物半導体レーザ素子をサブマウント、ステム等の支持部材に実装し、支持部材にキャップ部材が接合されることによって、窒化物半導体レーザ装置が得られる。キャップ部材が接合されて封止される際の雰囲気は、窒素雰囲気、大気雰囲気、希ガス元素又は酸素を含有するもの（含有割合が０〜２０％）等が挙げられる。なお、キャップ封止した後、薄膜の領域を形成する場合にも封止雰囲気は特に限定されない。
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５６】
実施例１
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図１及び図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｃ面を成長面とするＧａＮ基板１０上に、第１窒化物半導体層（例えば、ｎ側）１１、活性層１２及び表面にリッジ１４が形成された第２窒化物半導体層（例えば、ｐ側）１４をこの順に積層しており、Ｍ面を共振器面とする共振器が形成されて構成されている。
このような窒化物半導体レーザ素子は、共振器面に第１保護膜（図２（ａ）、（ｃ）中、２５参照）及び第２保護膜（図２（ａ）、（ｃ）中、２６参照）、さらに、埋込膜１５、ｐ電極１６、ｎ電極１９、第３保護膜１７、ｐパッド電極１８等が形成されている。
【００５７】
共振器面は、主としてＭ軸配向を有する窒化物半導体層により形成されており、第１保護膜２５は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、少なくとも一方の共振器面において、その共振器面と同軸、つまり、Ｍ軸配向しており、さらにその上に、第２保護膜２６が形成されている。
【００５８】
第１保護膜２５はＡｌＮからなり、膜厚Ｄ３が１００Å程度である。第１保護膜２５は、活性層１２と、その上下の第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１４にわたる領域、かつリッジ１４の下方及びその左右にわたる領域に、薄膜の領域２５ａを有している。この薄膜の領域２５ａは、例えば、保護膜２５の膜厚Ｄ４が５０Å程度、窪みの深さが５０Å程度、その幅Ｗ２が２．０μｍ程度、高さＨ２が７００Å程度である。
【００５９】
第２保護膜２６はＳｉＯ２からなり、膜厚Ｄ２が３０００Å程度である。第２保護膜２６は、活性層に対向する側において、その上下の第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１４にわたる領域、かつリッジ１４の下方及びその左右にわたる領域、つまり、第１保護膜２５の薄膜の領域２５ａに対応して突出している。また、活性層とは反対側の面に、活性層側の突出よりも若干大面積の突出が形成され、これらによって厚膜部２６ａが形成されている。厚膜部２６ａは、例えば、膜厚Ｄ１が３１５０Å程度、その幅Ｗ１が３．０μｍ程度、高さＨ１が４０００Å程度である。また、活性層側の突出は５０Å程度、それと反対側の突出は１００Å程度である。
【００６０】
この窒化物半導体レーザ素子は、以下のように製造することができる。
まず、窒化ガリウム基板を準備する。この窒化ガリウム基板上に、１１６０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを４×１０18／cm3ドープしたＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎよりなる層を膜厚２μｍで成長させる。なお、このｎ側クラッド層は超格子構造とすることもできる。
【００６１】
続いて、シランガスを止め、１０００℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層を０．１７５μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層にｎ型不純物をドープしてもよい。
次に、温度を９００℃にして、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる井戸層を７０Åの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００６２】
温度を１０００℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ側キャップ層を１００Åの膜厚で成長させる。なお、このｐ側キャップ層は省略可能である。
【００６３】
続いて、Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を０．１４５μｍの膜厚で成長させる。
次に、１０００℃でアンドープＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
【００６４】
最後に、１０００℃で、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。
このようにして窒化物半導体を成長させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面にＳｉＯ2よりなる保護膜を形成して、共振器面に平行な方向における幅が８００μｍのストライプ状の構造を形成する。この部分がレーザ素子の共振器本体となる。共振器長は、２００μｍ〜５０００μｍ程度の範囲であることが好ましい。
【００６５】
次に、ｐ側コンタクト層の表面にストライプ状のＳｉＯ２よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりエッチングし、ストライプ状の光導波路領域であるリッジ部を形成する。
【００６６】
このリッジ部の側面をＺｒＯ２からなる絶縁層で保護する。
次いで、ｐ側コンタクト層及び絶縁層の上の表面にＮｉ（１００Å）／Ａｕ（１０００Å）／Ｐｔ（１０００Å）よりなるｐ電極を形成する。ｐ電極を形成した後、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ2）からなる保護膜２４０をｐ電極の上及び埋込膜の上及び半導体層の側面に０．５μｍの膜厚で、スパッタリングにより成膜する。ｐ電極を形成した後、６００℃でオーミックアニールを行う。
次に、保護膜で覆われていない露出しているｐ電極上に連続して、Ｎｉ（８０Å）／Ｐｄ（２０００Å）／Ａｕ（８０００Å）で形成し、ｐパッド電極を形成する。
その後、基板厚みが８０μｍになるように窒化物半導体層の成長面と反対側の面から研磨を行う。
【００６７】
研磨した面に、Ｔｉ（１５０Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（３０００Å）よりなるｎ電極を形成する。
ｎ電極とｐ電極及びｐパッド電極とを形成したウェハ状の窒化物半導体基板の第１の主面側に凹部溝をけがきによって形成する。この凹部溝は、例えば、深さを１０μｍとする。また、共振器面と平行方向に、側面から５０μｍ、垂直方向に１５μｍの幅とする。次に、この凹部溝を劈開補助線として窒化物半導体基板のｎ電極の形成面側からバー状に劈開し、劈開面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を共振器面とする。共振器長は８００μｍとし、その後、ｐ電極に平行な方向で、バーをチップ化することで半導体レーザ素子とする。
【００６８】
続いて、共振器面を、窒素プラズマを用いて表面処理を行う。続いて、ＥＣＲスパッタ装置にて、Ａｌターゲットを用い、Ａｒの流量が３０ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量が１０ｓｃｃｍ、マイクロ波電力５００Ｗ、ＲＦ電力２５０Ｗの条件で、ＡｌＮからなる第１保護膜（１００Å）を形成する。
続いて、ＡｌＮの第１保護膜の上に、出射側の端面に、ＥＣＲスパッタ装置にて、Ｓｉターゲットを用い、酸素の流量が５ｓｃｃｍ、マイクロ波電力５００Ｗ、ＲＦ電力５００Ｗの条件でＳｉＯ２からなる第２保護膜を２９００Å成膜する。
また、反射側には、出射側と同様の成膜条件で、ＡｌＮを１００Å成膜し、ＳｉＯ２を２９００Å成膜し、その上に（ＳｉＯ２／ＺｒＯ２）を（６７０Å／４４０Å）で６周期成膜してもよい。
【００６９】
続いて、レーザ素子に電圧を印加し、雰囲気、動作時間、動作電圧、動作電流等を調整しながら形成されたＡｌＮからなる保護膜のいわゆるコア領域に局所的にレーザ光を露光する。これにより、コア領域がレーザ光により発熱し、その上に形成された第１保護膜が薄膜化されるとともに、第２保護膜が第１保護膜の薄膜化に伴って、活性層側に突出し、一方、活性層の反対面側においても、レーザ光によって露光された部分のみＳｉＯ２膜が厚膜化し、第２保護膜のコア領域が厚膜化する。
【００７０】
得られた半導体レーザ素子について、Ｔｃ＝８０℃、Ｐｏ＝３２０ｍＷ、発振波長４０６ｎｍで連続発振した後の光出力を測定した。
比較のために、ＡｌＮからなる第１保護膜を形成し、第２保護膜において、活性層側に突出せず、一方、活性層の反対面側のみにおいて、ＳｉＯ２膜からなる第２保護膜が厚膜化したものを形成する以外は、実質的に上述した半導体レーザ素子と同様の製造方法でレーザ素子を形成し、同様の条件で、連続発振後の光出力を測定し、評価した。
【００７１】
それらの結果を図４に示す。実線で示したデータが本発明の第２保護膜の局所的な厚膜を有するレーザ素子のＩ−Ｌ特性を示し、点線で示したデータが、比較例である第２保護膜の活性層側に厚膜部を有さないレーザ素子のＩ−Ｌ特性を示すものである。
図４によれば、第２保護膜の局所的な厚膜を有する本発明の保護膜を備えるレーザ素子において、ＣＯＤレベルが、第２保護膜の活性層側に厚膜部を有さないレーザ素子に対して、著しく高いことが分かった。
【００７２】
また、別の比較のために、ＡｌＮからなる第１保護膜及びＳｉＯ２からなる第２保護膜に代えて、共振器面に薄膜の領域も、表面に厚膜部も形成されていないＡｌ２Ｏ３膜（膜厚：１５００Å）の単層膜を、ＥＣＲスパッタ法により形成する以外は、実質的に上述した半導体レーザ素子と同様の製造方法でレーザ素子を形成し、同様の条件で、連続発振後の光出力を測定した。
【００７３】
その結果を図５に示す。
図５によれば、薄膜の領域及び双方に突出した厚膜部を有さないレーザ素子では、上述した第１及び第２保護膜を備えるレーザ素子よりもＣＯＤレベルの低下がさらに著しく大きいことが分かった。
【００７４】
このように、共振器面に対して、薄膜の領域を有する第１保護膜及び厚膜部を有する第２保護膜を形成することにより、共振器面を構成する窒化物半導体層の発光部分に対して、応力を生じさせることなく、窒化物半導体にクラックが生じず、共振器面との密着性が良好で、剥がれを防止し、ひいては、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
【００７５】
なお、得られた窒化物半導体レーザ素子の保護膜を検証するために、ｎ−ＧａＮ基板（Ｍ軸配向：Ｍ面）上に、上記と同様の材料及び実質的に同様の成膜方法で、ＡｌＮからなる第１保護膜を１００Å成膜し、さらにその上にＳｉＯ２からなる第２保護膜を１５００Å積層し、これらの膜の軸配向性を、ＸＲＤ装置（使用Ｘ線：ＣｕＫα線（λ＝０．１５４ｎｍ）、モノクロメータ：Ｇｅ(２２０)、測定方法：ωスキャン、ステップ幅：０．０１°、スキャンスピード：０．４秒／ステップ）を用いて測定した。その結果、強度の高いＭ軸配向性を示すＡｌＮに由来するピークが現れ、１８°付近のＣ軸配向性を有するＡｌＮに由来するピークはほとんど見られず、Ｍ軸配向性を有することが確認された。
また、第２保護膜では、特定の角度付近に配向性を示すピークはほとんど見られず、アモルファス構造であることが確認された。
【００７６】
実施例２〜６
この実施例では、ＡｌＮからなる第１保護膜と、ＳｉＯ２からなり、両側に突出した厚膜部を有する第２保護膜とを、膜厚を変更して形成する以外、実施例１と同様にレーザ素子を作製した。
得られたレーザ素子は、表１に示す第１保護膜及び第２保護膜の組成及び膜厚のものであった。
【００７７】
【表１】
0005681338.tif 000002
【００７８】
これらのレーザ素子において、実施例１と同様の評価を行った。その結果の一部を図６に示す。図６において、実線は実施例３、破線は実施例２の結果を示す。
図６では、実施例２及び３のいずれも、実施例１のレーザ素子と同様に、ＣＯＤレベルが良好であることが分かった。また、図示していないが、実施例４〜６についても、実施例１と同様にＣＯＤレベルが向上し、寿命特性が良好であることが分かる。
なお、これら実施例から、第１保護膜の膜厚はより薄いほうが、厚いよりもＣＯＤレベルの向上に有利な傾向があることが分かった。また、第２保護膜の膜厚の薄厚によって、第１保護膜の膜厚に応じてよりＣＯＤレベルの向上に影響を与える傾向があることが分かった。
【００７９】
実施例７
この実施例では、ＡｌＮからなる第１保護膜にレーザ光を露光するのに代えて、ＡｌＮからなる第１保護膜を形成した後、公知の方法、例えば、レジストを共振器面上のＡｌＮ膜上全面に塗布し、９０℃にて３０分間大気中でプリベークし、いわゆるコア領域にのみ開口するマスクを用いて露光し、現像及びポストベークを行うことにより、レジストのコア領域に開口を形成し、ドライエッチングを利用して、コア領域のＡｌＮ膜を薄膜化し、レジストを除去した後、薄膜の領域を有する第１保護膜上に第２保護膜として、ＳｉＯ２膜を実施例１と同様に２５００Å成膜し、レーザ光の露光を行って、両側に突出する厚膜部を有する第２保護膜を形成する以外は、実施例１と同様にレーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、実施例１と同様の効果が得られる。
【００８０】
実施例８
実施例８では、第２保護膜２６をＡｌ２Ｏ３（膜厚１１００Å）で形成する以外、実施例１と同様にレーザ素子を形成する。
実施例１と同様の条件でＡｌＮ保護膜を形成し、続いて、出射側の端面にスパッタ装置でＡｌターゲットを用いて、酸素の流量が５ｓｃｃｍ、ＲＦ電力５００Ｗの条件でＡｌ２Ｏ３からなる第２保護膜を１１００Å成膜する。
得られたレーザ素子においては、実施例１と同様の効果が得られる。
【００８１】
実施例９
実施例９では、図７に示すような窒化物半導体レーザ素子を形成する。
具体的には、保護膜２５（第１膜）は、ＡｌＮからなり、膜厚１００Å程度である。第２膜２５’は、ＧａＮからなり、膜厚１００Å程度である。第２保護膜は、Ａｌ２Ｏ３からなり、膜厚１１００Å程度である。また、保護膜２５に形成された薄膜の領域の膜厚が７０Å程度、最大膜厚が１００Å程度、すなわち薄膜の領域において３０Å程度の窪みを有する。薄膜の領域の幅が２．０μｍ程度、高さが５００Å程度で形成される。さらに、第２膜２５’にも、同様の大きさの薄膜の領域を有する。第２保護膜２６の厚膜部は２５００Å程度、それ以外の領域の膜厚は２４００Å程度、最表面における幅が２．１μｍ程度、高さが６００Å程度で形成される。それ以外は、実施例１と同様にレーザ素子を形成する。
【００８２】
つまり、実施例１と同様の条件で、ＡｌＮ保護膜を形成し、続いて、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、Ａｒの流量が３０ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量が１０ｓｃｃｍ、マイクロ波電力５００Ｗ、ＲＦ電力２５０Ｗ、成膜速度５０Å／ｍｉｎの条件で、ＧａＮからなる第２膜２５’を形成する。
続いて、第２膜の上に、出射側の端面にスパッタ装置でＡｌターゲットを用いて、酸素の流量が５ｓｃｃｍ、ＲＦ電力５００Ｗの条件でＡｌ２Ｏ３からなる第２保護膜を成膜する。
得られたレーザ素子においては、実施例１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、レーザダイオード素子（ＬＤ）のみならず、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、スーパーフォトルミネセンスダイオード等の発光素子、太陽電池、光センサ等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられるような、保護膜と半導体層との密着性を確保する必要がある窒化物半導体素子に広く適用することができる。特に、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、露光用途、測定、バイオ関連の励起用光源等における窒化物半導体レーザ素子に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ素子の保護膜を説明するための活性層での断面図、（ａ）、正面図（ｂ）及び縦断面図（ｃ）である。
【図３】本発明の別の窒化物半導体レーザ素子の保護膜を説明するための要部の概略断面図である。
【図４】本発明の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを示すグラフである。
【図５】本発明の窒化物半導体レーザ素子に対する比較のレーザ素子のＣＯＤレベルを示すグラフである。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを示すグラフである。
【図７】本発明の窒化物半導体レーザ素子の保護膜を説明するための要部の概略断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０  基板
１１  第１窒化物半導体層
１２  活性層
１３  第２窒化物半導体層
１４  リッジ
１５  埋込膜
１６  ｐ電極
１７  第３保護膜
１８  ｐ側パッド電極
１９  ｎ電極
２５  第１保護膜（第１膜）
２５’  第２膜
２５ａ  薄膜の領域
２６  第２保護膜
２６ａ  厚膜部
【図１】
0005681338.tif 000003
【図２】
0005681338.tif 000004
【図３】
0005681338.tif 000005
【図４】
0005681338.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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