(57)【要約】 【課題】  保護膜形成時に気体分子が光出射端面に衝突するまたは結びつくことを抑え、かつ光出射端面近傍での漏れ電流の発生を抑制し、高出力な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体レーザ素子２１は、活性層２を有する半導体レーザチップ１の光出射端面１ａおよび１ｂに保護膜が形成されている。特に光出射端面１ａには、保護膜が光出射方向に向かってＳｉＣ膜１０１ａおよび第１の膜１０１ｂの順に形成されている。第１の膜１０１ｂの光出射方向の反対側に、Ｏ２が分解発生しないＳｉＣ膜１０１ａが形成されているので、Ｏ２の分圧が低い状態で半導体レーザチップの光出射端面１ａ上にＳｉＣ膜１０１ａが形成される。これによって高いエネルギーを有するＯ２が光出射端面１ａと衝突または結びつき、表面準位が生じて禁制帯幅が実質的に減少することを防ぐので、光出射端面１ａの光出射効率の低下を抑えることができる。【選択図】      図１
2008078246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザチップにおける光出射端面に、保護膜が形成される半導体レーザ素子において、
前記保護膜は、少なくとも一方の前記光出射端面の光出射方向に向かって炭化シリコン膜および第１の膜の順に形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１の膜は、アルミナ膜、ふっ化マグネシウム膜、窒化けい素膜、シリカ膜およびチタニア膜のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記炭化シリコン膜の膜厚は５Å以上２００Å以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記保護膜は、前記光出射端面の光出射方向に向かってシリコン膜、前記炭化シリコン膜および前記第１の膜の順に形成されていて、
前記シリコン膜の膜厚は５Å以上１５Å以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１の膜の光出射方向に、前記第１の膜とは異なる種類の第２の膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第２の膜は、アルミナ膜、ふっ化マグネシウム膜、窒化けい素膜、シリカ膜およびチタニア膜のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第２の膜がふっ化マグネシウム膜であることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１の膜がアルミナ膜であり、
前記第２の膜がふっ化マグネシウム膜であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子を製造する製造方法であって、
前記炭化シリコン膜は電子ビーム蒸着法によって形成されることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記保護膜は、一つのチャンバー内で形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出射端面に高い信頼性を有する保護膜が形成された半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６の概略図に示すように半導体レーザ素子２４は、たとえば活性層２を有するガリウムひ素（ＧａＡｓ）半導体レーザチップ１と、光出射端面１ａおよび１ｂに形成される保護膜１０１ａを含んで構成される。保護膜１０１ａには、熱伝導性に優れた膜として炭化けい素（ＳｉＣ）膜が用いられる（特許文献１参照）。また光出射端面の保護膜として端面を硫黄（Ｓ）処理した後でＳｉＣ膜が用いられる（特許文献２参照）。
【０００３】
図７の概略図に示すようにたとえば光出力２０ｍＷ以上の高出力半導体レーザ素子２５の場合、光出射端面１ａからの光出力Ｐｆを高く、光出射端面１ｂからの光出力Ｐｒを低くするために、光出射端面１ａの反射率は、光出射端面１ａに保護膜が形成されていない場合の反射率よりも低く、光出射端面１ｂの反射率は、光出射端面１ｂに保護膜が形成されていない場合の反射率よりも高くなるように保護膜が形成されている。たとえば光出射端面１ａにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）保護膜１０１ｈが形成される場合、光出射端面１ａの反射率が約１７％以下となるようにするのが一般的である。Ａｌ２Ｏ３保護膜１０１ｈの屈折率を１．６０、半導体レーザチップ１の屈折率を３．５０、発振波長を７８００Åとして計算すると、光出射端面１ａの反射率が１７％以下になるときの膜厚は６７０Å〜１７７０Åとなる。また光出射端面１ｂの保護膜として、屈折率が半導体レーザチップ１の屈折率よりも大きい保護膜を用いても、１層のみでは十分高い反射率が得られないので、光出射端面１ｂには、第１層保護膜１０２ａおよび第３層保護膜１０２ｃに厚さλ／４に相当するＡｌ２Ｏ３膜、第２層保護膜１０２ｂおよび第４層保護膜１０２ｄに厚さλ／４に相当するアモルファスけい素（Ｓｉ）膜が交互に積層され、第５層保護膜１０２ｅに厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜が積層される。ただしλは発振波長値である。これによって反射率が約８５％以上の多層高反射保護膜１００が得られる。
【０００４】
蒸着によって半導体レーザチップの光出射端面に酸化物の保護膜が形成される場合、一般的に真空蒸着装置が用いられる。蒸着開始直後から保護膜の材料である酸化物などから分解発生する酸素分子（Ｏ２）の分圧が高くなり、Ｏ２が半導体レーザチップの光出射端面と衝突するまたは結びつくことによって、表面準位が生じて禁制帯幅の実質的な減少を引き起こし、光出射端面の光出射効率が下がる。また半導体レーザチップの活性層およびその近傍層がアルミニウム（Ａｌ）を含んで構成されている場合、ＡｌはＯ２と結合しやすいので、光出射端面の光出射効率はさらに下がると考えられる。このようにして作製される半導体レーザ素子を高出力で動作させると、必要とされる信頼性が得られない場合がある。
【０００５】
高出力半導体レーザ素子の信頼性向上のために、図８の概略図に示すように半導体レーザ素子２６の場合、Ａｌ２Ｏ３保護膜１０１ｈに先立ってけい素（Ｓｉ）膜１０１ｉが蒸着によって形成されるので、蒸着時にＯ２が分解発生しないＳｉ膜１０１ｉがＡｌ２Ｏ３保護膜１０１ｈと光出射端面１ａとの間に存在することになる。Ｓｉは熱伝導性が高いので光出射端面１ａの放熱性は向上し、さらに蒸着開始直後からＯ２の分圧が低い状態で半導体レーザチップの光出射端面１ａにＳｉ膜１０１ｉが形成されるので、Ｏ２が光出射端面１ａと衝突するまたは結びつくことを抑えることができる。またＳｉ膜１０１ｉ内での漏れ電流発生によるレーザ発振特性への悪影響が及ばないように、Ｓｉ膜１０１ｉの膜厚を約２０Å（好ましくは５Å以上３０Å以下）としている（特許文献３参照）。
【０００６】
このことにより、半導体レーザチップ１の光出射端面１ａに所定の反射率を有する保護膜が蒸着によって形成される場合、蒸着時のＯ２が光出射端面１ａと衝突するまたは結びつくことを防ぎ、かつ光出射端面１ａ近傍での漏れ電流の発生も抑えられ、レーザ素子としての信頼性の向上を図ることが可能となる。
【０００７】
半導体レーザチップのへき開から、保護膜形成に至るまでの一連の工程について以下に述べる。図９の斜視図に示すようにｐ側に電極４およびｎ側に電極５が形成される半導体レーザウェハ３の特定素子の電極４ａと隣接する素子の電極４ｂとの間に、へき開線１１が形成され、図１０の斜視図に示すように発光部（チャネル）１０に直交する方向に半導体レーザウェハ３がへき開され、複数のバー状態の半導体レーザチップであるレーザバー１２に分割される。
【０００８】
次に図１１の斜視図に示すようにレーザバー１２がレーザバー固定装置１３に電極面を重ねるようにセットされる。その場合すべてのレーザバー１２において、光出射端面１ａおよび光出射端面１ｂが同じ向きとなるようにセットされる。次にレーザバー固定装置１３に固定されたレーザバー１２の光出射端面１ａおよび光出射端面１ｂに、所定の反射率を有する保護膜が形成される。
【０００９】
【特許文献１】特開平４−３２２８５号公報
【特許文献２】特開平６−２６８３２７号公報
【特許文献３】特開２００２-１６４６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
熱伝導性のよいＳｉＣ膜を単膜で用いる場合、反射率は２０％程度までしか下げることができない。また成膜条件によっては吸収のある膜になり、ＣＯＤ（Catastrophic      Optical Damage）レベルを下げる。また図８に示すようにＡｌ２Ｏ３保護膜１０１ｈなどの蒸着時に気体分子を発生させる保護膜に先立って、Ａｌ２Ｏ３保護膜１０１ｈと光出射端面１ａとの間にＳｉ膜１０１ｉが形成される場合、Ｓｉ膜１０１ｉで光吸収が起こり、Ｓｉ膜１０１ｉの膜厚のばらつきによってＣＯＤレベルが低下する可能性がある。さらに図１２の概略図に示すように電極４および電極５の材料としてＡｕを使用する半導体レーザ素子２７の場合、ＡｕとＳｉ膜１０１ｉとが反応し、光出射端面１ａ側にＡｕが拡散する場合がある。活性層２の発光点位置２ａをこえてＳｉと反応したＡｕ６が存在する場合、拡散したＡｕ６によって漏れ電流が発生しやすくなり、レーザ素子の発振特性に悪影響を及ぼす。またプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法では、結晶がプラズマ中にさらされることによって、プラズマのガスで結晶がスパッタされ、表面に結晶欠陥が生じ、端面にダメージを与えＣＯＤレベルが低下する可能性がある。
【００１１】
本発明の目的は、保護膜形成時に気体分子が光出射端面に衝突するまたは結びつくことを抑え、かつ光出射端面近傍での漏れ電流の発生を抑制し、高出力な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、半導体レーザチップにおける光出射端面に、保護膜が形成される半導体レーザ素子において、
前記保護膜は、少なくとも一方の前記光出射端面の光出射方向に向かって炭化シリコン膜および第１の膜の順に形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００１３】
また本発明は、前記第１の膜は、アルミナ膜、ふっ化マグネシウム膜、窒化けい素膜、シリカ膜およびチタニア膜のうちいずれか１つであることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記炭化シリコン膜の膜厚は５Å以上２００Å以下であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記保護膜は、前記光出射端面の光出射方向に向かってシリコン膜、前記炭化シリコン膜および前記第１の膜の順に形成されていて、
前記シリコン膜の膜厚は５Å以上１５Å以下であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記第１の膜の光出射方向に、前記第１の膜とは異なる種類の第２の膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記第２の膜は、アルミナ膜、ふっ化マグネシウム膜、窒化けい素膜、シリカ膜およびチタニア膜のうちいずれか１つであることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記第２の膜がふっ化マグネシウム膜であることを特徴とする。
また本発明は、前記第１の膜がアルミナ膜であり、
前記第２の膜がふっ化マグネシウム膜であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記半導体レーザ素子を製造する製造方法であって、
前記炭化シリコン膜は電子ビーム蒸着法によって形成されることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
また本発明は、前記保護膜は、一つのチャンバー内で形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半導体レーザチップの光出射端面の保護膜は、光出射方向に向かって、ＳｉＣ膜および第１の膜の順に形成されている。
【００２１】
第１の膜の光出射方向の反対側に、Ｏ２が分解発生しないＳｉＣ膜が形成されているので、Ｏ２の分圧が低い状態で半導体レーザチップの光出射端面上にＳｉＣ膜が形成され、高いエネルギーを有するＯ２が光出射端面と衝突または結びつくことによって、表面準位が生じて禁制帯幅の実質的な減少を引き起こし、光出射端面の光出射効率が下がることを抑えることができる。さらに光出射方向に酸化膜が形成される際に、Ｏ２が分解してＯ２の分圧が大きくなっても、Ｏ２が光出射端面と衝突または結びつくことを防止することができる。こうして保護膜形成時に光出射端面の光出射効率の低下を抑えることができる。特に半導体レーザチップがＡｌを含んで構成される活性層を有している場合には、ＡｌはＯ２と結合しやすいので、光出射端面の光出射効率の低下を効果的に抑えることができる。Ｏ２のみならず窒素（Ｎ２）またはフッ素（Ｆ２）も反応によって界面準位を作り光吸収による熱が発生する可能性がある。
【００２２】
ＳｉＣ膜はＳｉ膜よりも禁制帯幅が広いため光吸収が小さいので、膜厚のばらつきによってＣＯＤレベルが低下することを防ぐことができ、またＳｉ膜よりも厚く形成されることによって外部からのＯ２の拡散防止効果を高めることができる。たとえばＳｉ膜を用いた場合に生じる電極材料である金（Ａｕ）の光出射端面への拡散はなくなり、レーザ光出射端面近傍での漏れ電流が抑えられ、レーザ素子としての信頼性向上を図ることが可能となる。
【００２３】
さらにＳｉＣ膜の光出射方向に第１の膜が形成されていることによって、光出射端面１ａの反射率はＳｉＣ膜を単膜で用いる場合よりも低くなる。
【００２４】
また本発明によれば、第１の膜はＡｌ２Ｏ３膜、ふっ化マグネシウム（ＭｇＦ２）膜、窒化けい素（ＳｉＮｘ）膜、シリカ（ＳｉＯ２）膜およびチタニア（ＴｉＯ２）膜のうちいずれか１つである。第１の膜としてこれらの膜を使用すれば、第１の膜の屈折率は半導体レーザチップの屈折率よりも低いので、光出射端面の反射率を膜厚に関わらず保護膜が形成されていない場合の反射率よりも低くすることができる。したがって光出射端面からの光出力を高くすることができる。
【００２５】
また本発明によれば、ＳｉＣ膜の膜厚は５Å以上２００Å以下である。５Å未満ではＯ２、Ｎ２またはＦ２を遮断するための層としての機能を果たさず、２００Åを超えると光吸収による影響が大きくなり、光出射端面の光出射効率が低下するので半導体レーザ素子の出力が低くなる。
【００２６】
また本発明によれば、光出射端面の保護膜は、光出射方向に向かって、Ｓｉ膜、ＳｉＣ膜および第１の膜の順に形成されており、Ｓｉ膜の膜厚は５Å以上１５Å以下である。
【００２７】
ＳｉＣ膜の炭素（Ｃ）と半導体レーザチップ結晶とが接触した場合、深い準位を作り光吸収による熱が発生する可能性があるが、極薄いＳｉ膜を挟むことで炭素と結晶との接触を防ぐことができる。Ｓｉ膜が極薄であれば、たとえばＡｕ電極を用いる場合に生じるＡｕの拡散は低減され、光出射端面近傍での漏れ電流が抑えられるので、半導体レーザ素子としての信頼性向上を図ることが可能になる。５Å未満の場合はＳｉＣ膜のＣの影響が半導体レーザチップ結晶に及んでしまい、１５Åを超える場合はＳｉ膜の光吸収による影響が大きくなり、また光出射端面へのＡｕ拡散が生じてしまうという不都合がある。
【００２８】
また本発明によれば、第１の膜の光出射方向に第２の膜が形成されている。２種類の異なる屈折率の膜を使用することによって、光出射端面の反射率の制御性が高まり、光出射端面からの光出力を高くすることができる。
【００２９】
また本発明によれば、第２の膜は、Ａｌ２Ｏ３膜、ＭｇＦ２膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ２膜およびＴｉＯ２膜のうちいずれか１つである。第２の膜としてこれらの膜を使用すれば、第２の膜の屈折率は半導体レーザチップの屈折率よりも低いので、光出射端面の反射率を膜厚に関わらず保護膜が形成されていない場合の反射率よりも低くすることができ、光出射端面からの光出力を高くすることができる。
【００３０】
また本発明によれば、第２の膜は、ＭｇＦ２膜である。
ＭｇＦ２は、波長５５０ｎｍでの屈折率が１．３８と非常に小さく、高品質の安定した薄膜が形成される実用的な低反射用薄膜材料であるので、光出射端面からの光出力を高くすることができる。
【００３１】
また本発明によれば、第１の膜はＡｌ２Ｏ３膜であり、第２の膜はＭｇＦ２膜である。
Ａｌ２Ｏ３は波長７８０ｎｍでの屈折率が１．６０であり、ＭｇＦ２は波長５５０ｎｍでの屈折率が１．３８である。この２種類の膜を用いれば、出射端面における、波長６６０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲での反射率が４％以上９％以下となり、従来に比べて反射率の制御性が高まる。
【００３２】
また本発明によれば、ＳｉＣ膜は電子ビーム蒸着法によって形成されるので、光出射端面へのダメージを抑えることができ、光出射端面からの光出力を高くすることができる。
【００３３】
また本発明によれば、光出射端面に形成されるすべての膜は、一つのチャンバー内で形成される。
【００３４】
光出射端面に形成される膜が同一装置内において大気開放されることなく連続して形成されるので、光出射端面が受けるダメージが少なく、かつＳｉ膜内または光出射端面における漏れ電流の発生が低減された半導体レーザ素子が、従来と略同じ工程によって作製されることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明に係る半導体レーザ素子は、以下のようにして作製される。図９に示すようにｐ側に電極４およびｎ側に電極５が形成される半導体レーザウェハ３の特定素子の電極４ａと隣接する素子の電極４ｂとの間に、へき開線１１が形成され、図１０に示すように発光部（チャネル）１０に直交する方向に半導体レーザウェハ３がへき開され、複数のバー状の半導体レーザチップであるレーザバー１２に分割される。
【００３６】
次に図１１に示すようにレーザバー１２がレーザバー固定装置１３に電極面を重ねるようにセットされる。その場合すべてのレーザバー１２において、光出射端面１ａおよび光出射端面１ｂが同じ向きとなるようにセットされる。次にレーザバー固定装置１３に固定されたレーザバー１２の光出射端面１ａおよび光出射端面１ｂに、所定の反射率を有する保護膜が形成される。
【００３７】
図１は本発明の実施の第１形態である半導体レーザ素子２１を示す概略図である。半導体レーザ素子２１は、活性層２を有する半導体レーザチップ１の光出射端面１ａおよび１ｂに、保護膜が形成されている。光出射端面１ａには、保護膜が光出射方向に向かってＳｉＣ膜１０１ａおよび第１の膜１０１ｂの順に形成されていて、ＳｉＣ膜１０１ａが形成される成膜速度は０．１Å／ｓ〜５Å／ｓ、成膜時の基板温度は２５０℃〜３００℃である。第１の膜１０１ｂの光出射方向の反対側に、Ｏ２が分解発生しないＳｉＣ膜１０１ａが形成されているので、Ｏ２の分圧が低い状態で半導体レーザチップの光出射端面１ａ上にＳｉＣ膜１０１ａが形成される。これによって高いエネルギーを有するＯ２が光出射端面１ａと衝突または結びつき、表面準位が生じて禁制帯幅が実質的に減少することを防ぐので、光出射端面１ａの光出射効率の低下を抑えることができる。たとえば第１の膜１０１ｂとして酸化膜が形成される際に、Ｏ２が分解発生してＯ２の分圧が大きくなっても、Ｏ２が光出射端面１ａと衝突または結びつくことを防止することができる。特に半導体レーザチップ１がＡｌを含んで構成される活性層２を有している場合には、ＡｌはＯ２と結合しやすいので、光出射端面１ａの光出射効率の低下を効果的に抑えることができる。Ｏ２のみならずＮ２またはＦ２も反応によって界面準位を作り光吸収による熱が発生する可能性がある。さらにＳｉＣ膜の光出射方向に第１の膜が形成されていることによって、光出射端面１ａの反射率はＳｉＣ膜を単膜で用いる場合よりも低くなる。
【００３８】
第１の膜１０１ｂは、Ａｌ２Ｏ３膜、ＭｇＦ２膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ２膜およびＴｉＯ２膜のいずれかである。これらの膜の屈折率は半導体レーザチップ１の屈折率よりも低いので、光出射端面１ａの反射率を膜厚に関わらず保護膜が形成されていない場合の反射率よりも低くすることができる。またＳｉＣ膜１０１ａは膜厚が５Å以上２００Å以下になるように形成される。５Å未満ではＯ２、Ｎ２またはＦ２を遮断するための層としての機能を果たさず、２００Åを超えると光吸収による影響が大きくなり、光出射端面１ａの光出射効率が低下するので半導体レーザ素子２１の出力が低くなる。
【００３９】
光出射端面１ａの保護膜は一つのチャンバー内で電子ビーム蒸着法によって形成され、光出射端面１ａにおける保護膜の形成が完了した後、レーザバー固定装置１３を１８０°反転させて光出射端面１ｂに多層高反射保護膜１００が形成される。
【００４０】
光出射端面１ｂには、第１層保護膜１０２ａおよび第３層保護膜１０２ｃに厚さλ／４に相当するＡｌ２Ｏ３膜、第２層保護膜１０２ｂおよび第４層保護膜１０２ｄに厚さλ／４に相当するアモルファスＳｉ膜が交互に形成され、第５層保護膜１０２ｅに厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜が形成される。ただしλは波長値である。これによって反射率が約８５％以上の多層高反射保護膜１００が得られる。
【００４１】
図２は第１の膜１０１ｂをＡｌ２Ｏ３膜としたときのＡｌ２Ｏ３膜の膜厚と光出射端面１ａの反射率との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は反射率を、横軸はＡｌ２Ｏ３膜の膜厚を示す。ＳｉＣ膜１０１ａの膜厚を１００Åで固定し、半導体レーザチップ１の屈折率が３．５０、Ａｌ２Ｏ３膜の屈折率が１．６０、レーザ発振波長が７８０ｎｍである場合の計算結果である。第１の膜１０１ｂであるＡｌ２Ｏ３膜の膜厚ｄを変化させることによって、光出射端面１ａの反射率は変化する。光出射端面１ａにＡｌ２Ｏ３保護膜が形成される場合、光出射端面１ａの反射率が約１７％以下となるようにするのが一般的であり、Ａｌ２Ｏ３保護膜の膜厚は、光出射端面１ａの反射率が１７％以下になるようにＡｌ２Ｏ３保護膜１０１ｈが形成される。図２によれば反射率が１７％以下になるときの第１の膜１０１ｂの膜厚は約７３０Å〜１８４０Åとなる。
【００４２】
図３は本発明の実施の第２形態である半導体レーザ素子２２を示す概略図である。光出射端面１ａには、保護膜が光出射方向に向かってＳｉ膜１０１ｆ、ＳｉＣ膜１０１ａおよび第１の膜１０１ｂの順に形成されている。第１の膜１０１ｂの光出射方向の反対側に、Ｏ２が分解発生しないＳｉ膜１０１ｆおよびＳｉＣ膜１０１ａが形成されているので、Ｏ２の分圧が低い状態で半導体レーザチップの光出射端面１ａ上にＳｉ膜１０１ｆおよびＳｉＣ膜１０１ａが形成される。これによって高いエネルギーを有するＯ２が光出射端面１ａと衝突または結びつき、表面準位が生じて禁制帯幅が実質的に減少することを防ぐので、光出射端面１ａの光出射効率の低下を抑えることができる。たとえば第１の膜１０１ｂとして酸化膜が形成される際に、Ｏ２が分解発生してＯ２の分圧が大きくなっても、Ｏ２が光出射端面１ａと衝突または結びつくことを防止することができる。特に半導体レーザチップ１がＡｌを含んで構成される活性層２を有している場合には、ＡｌはＯ２と結合しやすいので、光出射端面１ａの光出射効率の低下を効果的に抑えることができる。Ｏ２のみならずＮ２またはＦ２も反応によって界面準位を作り光吸収による熱が発生する可能性がある。
【００４３】
第１の膜１０１ｂは、Ａｌ２Ｏ３膜、ＭｇＦ２膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ２膜およびＴｉＯ２膜のいずれかである。これらの膜の屈折率は半導体レーザチップ１の屈折率よりも低いので、光出射端面１ａの反射率を膜厚に関わらず保護膜が形成されていない場合の反射率よりも低くすることができる。またＳｉ膜１０１ｆの膜厚は５Å以上１０Å以下になるように形成される。ＳｉＣ膜１０１ａのＣと半導体レーザチップ１とが接触した場合、深い準位を作り光吸収による熱が発生する可能性があるが、５Å〜１０Åの膜厚のＳｉ膜１０１ｆを挟むことによってＣと半導体レーザチップ１との接触を防ぐことができる。Ｓｉ膜１０１ｆが極薄であれば、たとえばＡｕ電極を用いる場合に生じるＡｕの拡散は低減され、光出射端面近傍での漏れ電流が抑えられるので、半導体レーザ素子２２の信頼性向上を図ることが可能になる。膜厚が５Å未満の場合は、ＳｉＣ膜１０１ａのＣの影響が半導体レーザチップ１に及んでしまい、１５Åを超える場合は、Ｓｉ膜１０１ｆの光吸収による影響が大きくなり、また光出射端面１ａへのＡｕ拡散が生じてしまうという不都合がある。またＳｉＣ膜１０１ａは膜厚が５Å以上２００Å以下になるように形成される。５Å未満ではＯ２、Ｎ２またはＦ２を遮断するための層としての機能を果たさず、２００Åを超えると光吸収による影響が大きくなり、光出射端面１ａの光出射効率が低下するので半導体レーザ素子２１の出力が低くなる。
【００４４】
光出射端面１ａの保護膜は一つのチャンバー内で電子ビーム蒸着法によって形成され、光出射端面１ａにおける保護膜の形成が完了した後、レーザバー固定装置１３を１８０°反転させて光出射端面１ｂに多層高反射保護膜１００が形成される。光出射端面１ｂには、第１層保護膜１０２ａおよび第３層保護膜１０２ｃに厚さλ／４に相当するＡｌ２Ｏ３膜、第２層保護膜１０２ｂおよび第４層保護膜１０２ｄに厚さλ／４に相当するアモルファスＳｉ膜が交互に形成され、第５層保護膜１０２ｅに厚さλ／２に相当するＡｌ２Ｏ３膜が形成される。ただしλは波長値である。これによって反射率が約８５％以上の多層高反射保護膜１００が得られる。
【００４５】
図４は本発明の実施の第３形態である半導体レーザ素子２３を示す概略図である。光出射端面１ａには、保護膜が光出射方向に向かってＳｉＣ膜１０１ａ、第１の膜１０１ｂおよび第２の膜１０１ｇの順に形成されている。ＳｉＣ膜１０１ａの膜厚は５〜２００Åである。第１の膜１０１ｂおよび第２の膜１０１ｇは、Ａｌ２Ｏ３膜、ＭｇＦ２膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ２膜およびＴｉＯ２膜のいずれかであり、第１の膜１０１ｂおよび第２の膜は異なる種類の膜である。光出射端面１ａにおける保護膜の形成が完了した後、レーザバー固定装置１３を１８０°反転させて光出射端面１ｂに、本発明の実施の第１形態と同様に多層高反射保護膜１００が形成される。
【００４６】
本発明の実施の第１形態である半導体レーザ素子２１とほぼ同じ構成であるが、第１の膜１０１ｂの光出射方向に第２の膜１０１ｇが形成されている構成が異なる。２種類の異なる屈折率の膜を使用することによって、光出射端面１ａの反射率の制御性が高まる。光出射端面１ａからの光出力を高くすることができる。また第２の膜１０１ｇの屈折率は半導体レーザチップの屈折率よりも低いので、光出射端面１ａの反射率を膜厚に関わらず保護膜が形成されていない場合の反射率よりも低くすることができ、光出射端面１ａからの光出力を高くすることができる。特にＭｇＦ２は、波長５５０ｎｍでの屈折率が１．３８と非常に小さく、高品質の安定した薄膜が形成される実用的な低反射用薄膜材料であるので、光出射端面１ａからの光出力を高くすることができる。
【００４７】
図５は発振波長と光出射端面１ａの反射率との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は反射率を、横軸は発振波長を示す。たとえば第１の膜１０１ｂとして屈折率が１．６０のＡｌ２Ｏ３膜、第２の膜１０１ｇとして屈折率が１．３８のＭｇＦ２膜を用いて、屈折率が３．００のＳｉＣ膜を１００Åと固定し、第１の膜１０１ｂの膜厚が７５０Å、第２の膜１０１ｇの膜厚が５３０Åに形成された場合、図５に示すように波長が７２０ｎｍ程度のときに反射率が最小となり、波長が６６０ｎｍと７８０ｎｍのときの反射率は約４％となる。２波長レーザを考慮した場合、反射率の波長依存性が平坦になるため、制御性が向上する。また第１の膜１０１ｂの膜厚を薄く、かつ第２の膜１０１ｇの膜厚を厚くすることによって、保護膜全体での反射率を高くすることができる。たとえば第１の膜１０１ｂが０Å、第２の膜１０１ｇが１２７０Åに形成された場合、６６０ｎｍと７８０ｎｍのときの反射率は共に約９％となる。
【００４８】
本実施例において、ＳｉＣ膜１０１ａの光出射方向と反対側に、同じ構造のＳｉＣ膜などが形成されていても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の第１形態である半導体レーザ素子２１を示す概略図である。
【図２】アルミナ膜の膜厚と反射率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の第２形態である半導体レーザ素子２２を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の第３形態である半導体レーザ素子２３を示す概略図である。
【図５】発振波長と反射率との関係を示すグラフである。
【図６】従来の半導体レーザ素子２４を示す概略図である。
【図７】従来の半導体レーザ素子２５を示す概略図である。
【図８】従来の半導体レーザ素子２６を示す概略図である。
【図９】従来の半導体レーザ素子の製造方法を説明する斜視図である。
【図１０】従来の半導体レーザ素子の製造方法を説明する斜視図である
【図１１】従来の半導体レーザ素子の製造方法を説明する斜視図である
【図１２】従来の半導体レーザ素子２７の光出射端面１ａを示す概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  半導体レーザチップ
１ａ，１ｂ  光出射端面
２  活性層
２１，２２，２３  半導体レーザ素子
１００  多層高反射保護膜
１０１ａ  炭化シリコン膜
１０１ｂ  第１の膜
１０１ｆ  シリコン膜
１０１ｇ  第２の膜
１０２ａ  第１層保護膜
１０２ｂ  第２層保護膜
１０２ｃ  第３層保護膜
１０２ｄ  第４層保護膜
【図１】
2008078246.tif 000003
【図２】
2008078246.tif 000004
【図３】
2008078246.tif 000005
【図４】
2008078246.tif 000006
【図５】
2008078246.tif 000007
【図６】
2008078246.tif 000008
【図７】
2008078246.tif 000009
【図８】
2008078246.tif 000010
【図９】
2008078246.tif 000011
【図１０】
2008078246.tif 000012
【図１１】
2008078246.tif 000013
【図１２】
2008078246.tif 000014