(57)【要約】【課題】高いＣＯＤレベルを維持しながら光出射側の共振器端面における反射率を上げることができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】光出射部上にコート膜および反射率調整膜がこの順序で形成された窒化物半導体発光素子であって、光出射部が窒化物半導体からなり、コート膜がアルミニウムの酸窒化物膜またはアルミニウムの窒化物膜からなり、反射率調整膜が酸化物膜からなる窒化物半導体発光素子とその窒化物半導体発光素子の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体の端面に端面コート膜が形成された窒化物半導体発光素子であって、
端面コート膜は、アルミニウムの窒化物、もしくはアルミニウムの酸窒化物であり、
前記端面コート膜は、酸素含有量が０原子％以上３５原子％以下であり、かつ、厚さ方向において酸素含有量が異なることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記端面コート膜上に酸化物の反射率調整膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物発光素子。
【請求項３】
前記端面コート膜の厚さが１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とするすくなくとも請求項１、２に記載の窒化物発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体発光素子の中でも窒化物半導体レーザ素子については、共振器端面におけるレーザ光の反射率を調節する等の目的のために、窒化物半導体レーザ素子の光出射部となる光出射側の共振器端面上にその共振器端面におけるレーザ光の反射率を１０％程度とするＡＲ（Anti-Reflectance）コート膜が形成され、光反射側の共振器端面上にそのレーザ光の反射率を８０〜１００％程度とするＨＲ（High-Reflectance）コート膜が形成されることがある（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開平９−１６２４９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７６４８号公報
【特許文献３】特開平３−２０９８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、窒化物半導体レーザ素子においては、光出射側の共振器端面におけるレーザ光の反射率を上げてミラーロスを少なくすることによって閾値を低くすることができる。また、窒化物半導体レーザ素子の光出射側の共振器端面はＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）によって破壊される可能性があるため、ＣＯＤレベル（光出射側の共振器端面がＣＯＤにより破壊するときの光出力）を上げる必要がある。
【０００４】
しかしながら、窒化物半導体レーザ素子の光出射側の共振器端面上にＡＲコート膜として酸化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、酸化チタン膜、酸化タンタル膜または酸化亜鉛膜などを単層で形成した場合には光出射側の共振器端面における反射率を十分に向上させることはできなかった。また、光出射側の共振器端面上に接するＡＲコート膜として酸化アルミニウム膜と酸化ケイ素膜との積層体による多層膜を形成した場合にはＣＯＤレベルが低いという問題があった。
【０００５】
また、従来においては、光出射側の共振器端面における反射率を上げた場合には、光出射側の共振器端面における光密度が大きくなるため、高いＣＯＤレベルを維持しながら光出射側の共振器端面における反射率を上げることは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高いＣＯＤレベルを維持しながら光出射側の共振器端面における反射率を上げることができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子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】
【０００７】
本発明は、窒化物半導体の端面に端面コート膜が形成された窒化物半導体発光素子であって、端面コート膜は、アルミニウムの窒化物、もしくはアルミニウムの酸窒化物であり、前記端面コート膜は、酸素含有量が０原子％以上３５原子％以下であり、かつ、厚さ方向において酸素含有量が異なることを特徴とする窒化物半導体発光素子である。
【０００８】
本発明は、前記端面コート膜上に酸化物の反射率調整膜が形成されていることを特徴とする窒化物発光素子である。
【０００９】
本発明は、前記端面コート膜の厚さが１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする窒化物発光素子である。
【００１０】
本発明は、光出射部上にコート膜および反射率調整膜がこの順序で形成された窒化物半導体発光素子であって、光出射部が窒化物半導体からなり、コート膜がアルミニウムの酸窒化物膜またはアルミニウムの窒化物膜からなり、反射率調整膜が酸化物膜からなる窒化物半導体発光素子である。
【００１１】
また、本発明の窒化物半導体発光素子においては、反射率調整膜が酸化アルミニウム膜と酸化ケイ素膜との積層体からなることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の窒化物半導体発光素子においては、コート膜中の酸素の含有量が０原子％以上３５原子％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発光素子においては、窒化物半導体発光素子から発光する光に対する光出射部の反射率が１８％以上であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の窒化物半導体発光素子においては、光反射側に、酸化アルミニウム膜と、酸化ケイ素膜と酸化タンタル膜との積層体と、がこの順序で形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の窒化物半導体発光素子においては、光反射側に、酸化アルミニウム膜と、窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜との積層体と、がこの順序で形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、光出射部上にコート膜および反射率調整膜がこの順序で形成された窒化物半導体発光素子を製造するための方法であって、光出射部上にアルミニウムの酸窒化物膜またはアルミニウムの窒化物膜からなるコート膜を形成する工程と、コート膜上に酸化物膜からなる反射率調整膜を形成する工程と、を含む、窒化物半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】
ここで、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、反射率調整膜として酸化アルミニウム膜と酸化ケイ素膜との積層体を形成することが好ましい。
【００１８】
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、コート膜がアルミニウムの酸窒化物膜からなる場合には、コート膜はターゲットに酸化アルミニウムを用いて形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高いＣＯＤレベルを維持しながら光出射側の共振器端面における反射率を上げることができる窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法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】
【００２０】
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。
【００２１】
図１に、本発明の窒化物半導体発光素子の一例である窒化物半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＧａＮからなる半導体基板１０１上に、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型バッファ層１０２、厚さ２．３μｍのｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層１０３、厚さ０．０２μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０４、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮと厚さ８ｎｍのＧａＮからなる多重量子井戸層と厚さ７０ｎｍのＧａＮからなる保護層とからなる多重量子井戸活性層１０５、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなるｐ型電流ブロック層１０６、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層１０７および厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０８が半導体基板１０１側からこの順序でエピタキシャル成長により積層された構成を有している。
【００２２】
なお、上記の各層の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から発振されるレーザ光の波長は多重量子井戸活性層１０５の混晶比によって、たとえば３７０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下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、波長４０５ｎｍのレーザ光が発振するように調節されている。
【００２３】
また、窒化物半導体レーザ素子１００は、ｐ型クラッド層１０７およびｐ型コンタクト層１０８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１１１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１１１のストライプの幅は、たとえば１．２μｍ〜２．４μｍ程度であり、代表的には１．５μｍ程度である。なお、窒化物半導体レーザ素子１００のリッジストライプ部１１１のストライプの幅はこれに限定されるものではなく、上記のストライプの幅をたとえば２μｍ〜１００μｍ程度とすることによって窒化物半導体レーザ素子１００を照明用途などに使用されるブロードエリア型の窒化物半導体レーザ素子に適用することもできる。
【００２４】
また、ｐ型コンタクト層１０８の表面にはＰｄ層とＭｏ層とＡｕ層の積層体からなるｐ電極１１０が設けられ、ｐ電極１１０の下部にはリッジストライプ部１１１の形成箇所を除いてＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜との積層体からなる絶縁膜１０９が設けられている。また、半導体基板１０１の上記の層の積層側と反対側の表面にはＨｆ膜とＡｌ膜の積層体からなるｎ電極１１２が形成されている。
【００２５】
図２に、図１に示す窒化物半導体レーザ素子１００の共振器長方向の模式的な側面図を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子１００の光出射側の共振器端面１１３には厚さ６ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜からなるコート膜１１４が形成されており、コート膜１１４上には厚さ１１７ｎｍの酸化アルミニウム膜１１５が形成されている。また、酸化アルミニウム膜１１５上には厚さ７１ｎｍの酸化ケイ素膜１２２が形成されており、酸化ケイ素膜１２２上には厚さ６０ｎｍの酸化アルミニウム膜１１６が形成されている。ここで、本実施の形態においては、酸化アルミニウム膜１１５、酸化ケイ素膜１２２および酸化アルミニウム膜１１６により反射率調整膜１２１が構成されている。また、コート膜１１４の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は２．１であり、酸化アルミニウム膜１１５の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．６８である。また、酸化ケイ素膜１２２の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．４３であり、酸化アルミニウム膜１１６の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．６８である。このような構成とすることにより、窒化物半導体レーザ素子１００から発振する波長４０５ｎｍのレーザ光に対する光出射側の共振器端面１１３における反射率を３０％程度に制御することができる。
【００２６】
また、窒化物半導体レーザ素子１００の光反射側の共振器端面１１７には厚さ６ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜１１８、厚さ１１７ｎｍの酸化アルミニウム膜１１９、および、厚さ７１ｎｍの酸化ケイ素膜と厚さ４６ｎｍの酸化チタン膜とを１ペアとして４ペア積層（酸化ケイ素膜から積層開始）した後に最表面に厚さ１４２ｎｍの酸化ケイ素膜が積層された高反射膜１２０がこの順序で形成されている。ここで、アルミニウムの酸窒化物膜１１８の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は２．１であり、酸化アルミニウム膜１１９の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．６８である。また、高反射膜１２０を構成する酸化ケイ素膜の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．４３であり、高反射膜１２０を構成する酸化チタン膜の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は２．４である。このような構成とすることにより、窒化物半導体レーザ素子１００から発振する波長４０５ｎｍのレーザ光に対する光反射側の共振器端面１１７における反射率を９５％程度に制御することができる。
【００２７】
また、窒化物半導体レーザ素子１００の光反射側の共振器端面１１７には上記の構成の膜以外にも、屈折率の異なる複数の膜を用いることによって、反射率を９５％程度にすることが可能である。たとえば、窒化物半導体レーザ素子１００の光反射側の共振器端面１１７に厚さ６ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜、厚さ１１７ｎｍの酸化アルミニウム膜をこの順で形成した後に、厚さ７１ｎｍの酸化ケイ素膜と厚さ５１ｎｍの酸化タンタル膜とを１ペアとして６ペア積層（酸化ケイ素膜から積層開始）した積層体を形成し、最表面に厚さ１２０ｎｍの酸化アルミニウム膜が形成された多層膜を形成することができる。ここで、波長４００ｎｍの光に対する酸化タンタル膜の屈折率は２．０である。
【００２８】
また、窒化物半導体レーザ素子１００の光反射側の共振器端面１１７に厚さ６ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜、厚さ１１７ｎｍの酸化アルミニウム膜をこの順で形成した後に、厚さ４８ｎｍの窒化ケイ素膜と厚さ７１ｎｍの酸化ケイ素膜とを１ペアとして７ペア積層（窒化ケイ素膜から積層開始）した積層体を形成し、最表面に厚さ１４２ｎｍの酸化ケイ素膜が形成された多層膜を形成することができる。ここで、波長４００ｎｍの光に対する窒化ケイ素膜の屈折率は２．１である。
【００２９】
なお、上記のコート膜１１４、反射率調整膜１２１、アルミニウムの酸窒化物膜１１８、酸化アルミニウム膜１１９および高反射膜１２０は、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劈開することによって劈開面である共振器端面１１３および共振器端面１１７がそれぞれ露出した試料を作製し、その試料の共振器端面１１３上および共振器端面１１７上にそれぞれ形成される。
【００３０】
上記のコート膜１１４および反射率調整膜１２１を形成する前に成膜装置内において共振器端面１１３をたとえば１００℃以上の温度で加熱することによって、共振器端面１１３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、共振器端面１１３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共振器端面１１３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、共振器端面１１３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、共振器端面１１３に形成される上記のコート膜１１４および反射率調整膜１２１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上記のコート膜１１４および反射率調整膜１２１を形成してもよい。
【００３１】
また、上記のコート膜１１４および反射率調整膜１２１は、たとえば以下に説明するＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ法により形成することができるが、他の各種スパッタ法、またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法あるいはＥＢ（Electron Beam）蒸着法などにより形成することもできる。
【００３２】
図３に、ＥＣＲスパッタ成膜装置の一例の模式的な構成図を示す。ここで、ＥＣＲスパッタ成膜装置は、成膜室２００と、磁気コイル２０３と、マイクロ波導入窓２０２とを備えている。成膜室２００にはガス導入口２０１およびガス排気口２０９が設置されており、成膜室２００内にはＲＦ電源２０８に接続されたＡｌターゲット２０４とヒータ２０５とが設置されている。また、成膜室２００内には試料台２０７が設置されており、試料台２０７上には上記の試料２０６が設置されている。なお、磁気コイル２０３はプラズマを生成するのに必要な磁場を発生させるために設けられており、ＲＦ電源２０８はＡｌターゲット２０４をスパッタするために用いられる。また、マイクロ波導入窓２０２よりマイクロ波２１０が成膜室２００内に導入される。
【００３３】
そして、ガス導入口２０１から成膜室２００内に窒素ガスを５．５ｓｃｃｍの流量で導入し、酸素ガスを１．０ｓｃｃｍ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。なお、成長室２００内における窒素ガスと酸素ガスの比率を変更することによって上記のコート膜１１４中の酸素の含有量を変更することができる。また、Ａｌターゲット２０４をスパッタするためにＡｌターゲット２０４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印加すると、成膜レートが１．７Å／秒で、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が２．１であるアルミニウムの酸窒化物からなるコート膜１１４を形成することができる。
【００３４】
なお、コート膜１１４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、コート膜１１４を構成する酸素の含有量は、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。
【００３５】
図４に、上記と同一の条件および同一の方法で別途作製したアルミニウムの酸窒化物をＡＥＳにより厚さ方向に組成の分析をした結果を示す。ここで、ＡＥＳによるアルミニウムの含有量、酸素の含有量および窒素の含有量はそれぞれ、ＡＥＳ信号強度をもとに、各元素のピークの感度を考慮して求めた値である。ここでは、アルミニウムの原子％と酸素の原子％と窒素の原子％との合計が１００原子％となるようにし、アルミニウム、酸素および窒素以外のアルゴンなどの他の微量に含まれる元素は除いている。
【００３６】
図４に示すように、このアルミニウムの酸窒化物を構成するアルミニウムの含有量は３４．８原子％、酸素の含有量は３．８原子％および窒素の含有量は６１．４原子％で厚さ方向にほぼ一定であることがわかる。なお、図４には示していないが、極微量のアルゴンも検出された。
【００３７】
次に、コート膜１１４上に酸化アルミニウム膜１１５をＥＣＲスパッタ法により形成する。ここで、酸化アルミニウム膜１１５は、たとえば以下のようにして作製される。まず、図３に示すＥＣＲスパッタ成膜装置において、上記のコート膜１１４の形成後に、ガス導入口２０１から成膜室２００内に酸素ガスを６．５ｓｃｃｍ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４０ｓｃｃｍの流量で導入する。そして、Ａｌターゲット２０４をスパッタするためにＡｌターゲット２０４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印加する。これにより、成膜レートが２０ｎｍ／秒で、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．６８である酸化アルミニウム膜１１５が形成される。
【００３８】
続いて、酸化アルミニウム膜１１５上に酸化ケイ素膜１２２をＥＣＲスパッタ法により形成する。ここで、酸化ケイ素膜１２２は、たとえば以下のようにして作製される。まず、図３に示すＥＣＲスパッタ成膜装置において、Ａｌターゲット２０４をＳｉターゲットに変更する。そして、上記の酸化アルミニウム膜１１５の形成後に、ガス導入口２０１から成膜室２００内に酸素ガスを７．５ｓｃｃｍ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２０ｓｃｃｍの流量で導入する。そして、ＳｉターゲットをスパッタするためにＳｉターゲットに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印加する。これにより、成膜レートが２０ｎｍ／秒で、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．４３である酸化ケイ素膜１２２が形成される。
【００３９】
次いで、酸化ケイ素膜１２２上に酸化アルミニウム膜１１６をＥＣＲスパッタ法により形成する。ここで、酸化アルミニウム膜１１６は、たとえば以下のようにして作製される。まず、図３に示すＥＣＲスパッタ成膜装置において、酸化ケイ素膜１２２の形成に用いられたＳｉターゲットをＡｌターゲットに変更する。そして、ガス導入口２０１から成膜室２００内に酸素ガスを６．５ｓｃｃｍ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４０ｓｃｃｍの流量で導入する。そして、ＡｌターゲットをスパッタするためにＡｌターゲットに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印加する。これにより、成膜レートが２０ｎｍ／秒で、波長４００ｎｍの光に対する屈折率が１．６８である酸化アルミニウム膜１１６が形成される。これにより、コート膜１１４上に、酸化アルミニウム膜１１５、酸化ケイ素膜１２２および酸化アルミニウム膜１１６からなる反射率調整膜１２１が形成されている。
【００４０】
また、光反射側の共振器端面１１７上のアルミニウムの酸窒化物膜１１８、酸化アルミニウム膜１１９および高反射膜１２０も上記のコート膜１１４等と同様にＥＣＲスパッタ法などにより形成することができる。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。ただし、光出射部の劣化が問題となるのは光密度の大きい光出射側であり、光反射側は光出射側に比べて光密度が小さいため、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、光反射側の共振器端面１１７にはアルミニウムの酸窒化物膜などの膜は設けなくてもよい。また、本実施の形態においては、光反射側の共振器端面１１７には厚さ６ｎｍのアルミニウムの酸窒化物膜１１８が形成されているが、アルミニウムの酸窒化物膜１１８の厚さはたとえば５０ｎｍと厚くしても問題はない。
【００４１】
また、光出射側の共振器端面１１３および光反射側の共振器端面１１７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。
【００４２】
以上のようにして、上記の試料の光出射側の共振器端面１１３上にコート膜１１４、酸化アルミニウム膜１１５、酸化ケイ素膜１２２および酸化アルミニウム膜１１６をこの順序で形成し、光反射側の共振器端面１１７上にアルミニウムの酸窒化物膜１１８、酸化アルミニウム膜１１９および高反射膜１２０をこの順序で形成した後にチップ状に分割することによって、図１に示す窒化物半導体レーザ素子１００が得られる。
【００４３】
図５に上記構成の窒化物半導体レーザ素子１００の光出射側の共振器端面１１３における反射スペクトルの理論計算結果を示す。図５に示すように、窒化物半導体レーザ素子１００の光出射側の共振器端面１１３においては波長４０５ｎｍの光に対して３０％程度の高い反射率が得られることがわかる。
【００４４】
図６に上記構成の窒化物半導体レーザ素子１００の光出射側の共振器端面１１３における反射スペクトルの実際の測定結果を示す。図６に示すように、窒化物半導体レーザ素子１００の光出射側の共振器端面１１３においては波長４０５ｎｍの光に対して３０％程度の高い反射率が得られており、図５に示す理論計算結果とほぼ同じ結果が得られていることがわかる。
【００４５】
なお、図５に示す反射スペクトルの理論計算結果は、窒化物半導体レーザ素子１００を構成する各層の厚さと波長４００ｎｍの光に対する屈折率とを測定し、理論計算により求めた。ここでは、エリプソメトリー法により、窒化物半導体レーザ素子１００を構成する各層の厚さと波長４００ｎｍの光に対する屈折率とを求めた。また、図６に示す実際の反射スペクトルは、白色光を分光し、各波長の光に対する反射率を測定することによって求めた。
【００４６】
上記構成の窒化物半導体レーザ素子１００のエージング（８０℃、ＣＷ駆動、光出力４０ｍＷ、３００時間）後のＣＯＤレベルについて調査した。その結果を図７に示す。図７に示すように、上記エージング後の窒化物半導体レーザ素子１００のＣＯＤレベルは３５０〜４００ｍＷ程度であり、非常に高い値であることがわかった。
【００４７】
また、コート膜１１４を形成せずに光出射側の共振器端面１１３上に上記構成の反射率調整膜１２１を直接形成したこと以外は窒化物半導体レーザ素子１００と同一の構成とした比較例の窒化物半導体レーザ素子を作製した。そして、比較例の窒化物半導体レーザ素子のエージング（８０℃、ＣＷ駆動、光出力４０ｍＷ、３００時間）後のＣＯＤレベルについて調査した。その結果を図１０に示す。図１０に示すように、上記エージング後の比較例の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルは２００〜２５０ｍＷ程度であり、上記構成の窒化物半導体レーザ素子１００よりもＣＯＤレベルが大幅に低くなる結果となった。
【００４８】
このように、窒化物半導体レーザ素子１００が比較例の窒化物半導体レーザ素子と比べてエージング後のＣＯＤレベルが高くなることについて考えられる理由としては、光出射側の共振器端面１１３上にコート膜１１４を形成することによって、光出射側の共振器端面１１３とコート膜１１４との界面の非発光センターの数が減少したこと、および／または、光出射側の共振器端面１１３とコート膜１１４との密着性が良好であること、が挙げられる。
【００４９】
次に、窒化物半導体レーザ素子１００のコート膜１１４中の酸素の含有量のＣＯＤレベル依存性を調査した。その結果を図８に示す。ここでは、コート膜１１４中の酸素の含有量を０原子％から５０原子％まで変化させて、３００時間エージング（３００時間、８０℃、光出力１００ｍＷ、ＣＷ駆動）後の窒化物半導体レーザ素子１００のＣＯＤレベルを測定した。なお、コート膜１１４中の酸素の含有量を変化させた場合、基本的に酸素も窒素もアルミニウムと結合するため、コート膜１１４中のアルミニウムの含有量（原子％）はほとんど変化せず、酸素の含有量（原子％）が増加した分だけ、窒素の含有量（原子％）が減少することになる。
【００５０】
図８に示すように、コート膜１１４の酸素の含有量が０原子％以上３５原子％以下である場合、特にコート膜１１４の酸素の含有量が２原子％以上３０原子％以下である場合には、ＣＯＤレベルが３００ｍＷ以上となってＣＯＤレベルが非常に高くなる傾向にあることがわかる。したがって、光出射側の共振器端面１１３上に形成されるコート膜１１４における酸素の含有量は０原子％以上３５原子％以下であることが好ましく、２原子％以上３０原子％以下であることがより好ましい。この場合にはエージング後のＣＯＤレベルが向上する傾向にある。なお、コート膜１１４中の酸素の含有量が０原子％であるときにはコート膜１１４はアルミニウムの窒化物膜から形成されており、酸素の含有量が０原子％よりも大きい場合にはコート膜１１４はアルミニウムの酸窒化物膜から形成されていることは言うまでもない。
【００５１】
図８に示すように、光出射側の共振器端面１１３上に形成されるコート膜１１４中の酸素の含有量を０原子％以上３５原子％以下とした場合にＣＯＤレベルを高くすることができる理由としては、窒化物半導体からなる共振器端面１１３とコート膜１１４との密着性が向上し、共振器端面１１３の酸化による非発光再結合準位の生成がＣＯＤレベルに影響を与えないためと考えられる。
【００５２】
また、酸素の含有量が０原子％である場合には、ＣＯＤレベルが若干低下している。これは、コート膜１１４を構成するアルミニウムの窒化物が大きな内部応力を有することから、共振器端面１１３とコート膜１１４との密着性が低下することによるものと考えられる。しかしながら、本発明者は、アルミニウムの窒化物からなるコート膜１１４中に窒化ケイ素を含めた場合には、ＣＯＤレベルが向上することを見いだした。これは、窒化ケイ素がアルミニウムの窒化物の内部応力を緩和していることによるものと考えられる。
【００５３】
また、コート膜１１４中の酸素の含有量が３５原子％よりも多い場合には、コート膜１１４中に含まれる酸素のために窒化物半導体からなる共振器端面１１３の一部が酸化されて非発光再結合準位が生成されるため、ＣＯＤレベルの低下が引き起こされたものと考えられる。
【００５４】
図９（ａ）に、光出射側の共振器端面１１３上に厚さ２４ｎｍのアルミニウムの窒化物膜からなるコート膜１１４、厚さ６４ｎｍの酸化ケイ素膜、厚さ２４ｎｍのアルミニウムの窒化物膜および厚さ２４ｎｍの酸化アルミニウム膜を順次形成したこと以外は上記の窒化物半導体レーザ素子１００と同一の構成とした窒化物半導体レーザ素子の他の一例の光出射側の共振器端面１１３における反射スペクトルの理論計算結果を示す。ここで、アルミニウムの窒化物膜の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は２．１であり、酸化ケイ素膜の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．４３であり、酸化アルミニウム膜の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．６８である。
【００５５】
図９（ｂ）に、光出射側の共振器端面１１３上に厚さ３ｎｍのアルミニウムの窒化物膜からなるコート膜１１４、厚さ１１７ｎｍの酸化アルミニウム膜、厚さ７１ｎｍの酸化ケイ素膜、厚さ６０ｎｍの酸化アルミニウム膜、厚さ７１ｎｍの酸化ケイ素膜および厚さ６０ｎｍの酸化アルミニウム膜を順次形成したこと以外は上記の窒化物半導体レーザ素子１００と同一の構成とした窒化物半導体レーザ素子の他の一例の光出射側の共振器端面１１３における反射スペクトルの理論計算結果を示す。ここで、アルミニウムの窒化物膜の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は２．１であり、酸化アルミニウム膜の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．６８であり、酸化ケイ素膜の波長４００ｎｍの光に対する屈折率は１．４３である。
【００５６】
図５、図９（ａ）および図９（ｂ）を比較すれば明らかなように、光出射側の共振器端面１１３上の膜の構成を変更することによって、反射率の制御が可能となることがわかる。
【００５７】
なお、本発明において議論されるアルミニウムの酸窒化物は、ＡｌＮの中に酸化アルミニウムが混在している場合、ＡｌＮの中にアルミニウムの酸窒化物の結晶として存在する場合、または、ＡｌＮの中に酸化アルミニウムおよびアルミニウムの酸窒化物が存在する場合等があるが、本発明においてはいずれの形態をとっていてもよい。
【００５８】
また、上記の実施の形態においてはアルミニウムの酸窒化物からなるコート膜の酸素の含有量が厚さ方向にほぼ一定である場合について説明したが、厚さ方向に酸素の含有量がグレーデッドに変化する、若しくは酸素の含有量が異なる多層構造のコート膜が形成されていてもよい。
【００５９】
また、上記において、コート膜１１４の厚さは１ｎｍ以上であることが好ましい。コート膜１１４の厚さが１ｎｍ未満である場合には、コート膜１１４の厚さの制御が困難となり、光出射側の共振器端面１１３上にコート膜１１４が形成されないおそれがある。また、コート膜１１４の厚さが厚すぎる場合にはコート膜１１４の内部の応力が問題となる可能性はあるが、コート膜１１４が厚すぎても本発明の効果が損なわれることはないものと考えられる。ただし、コート膜１１４の厚さの制御性および光出射側の共振器端面１１３における反射率の制御性を向上する観点からは、コート膜１１４の厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
上記構成の窒化物半導体レーザ素子１００のＣＯＤレベルは光出射側の共振器端面１１３上のコート膜１１４に大きく影響され、コート膜１１４上の反射率調整膜１２１にはあまり影響されない。したがって、本発明においては、反射率調整膜１２１は、光出射側の共振器端面１１３における反射率だけを考えて比較的自由に設計することができるため、設計の自由度が格段に向上することになる。
【００６１】
また、上記において、コート膜１１４がアルミニウムの酸窒化物膜からなる場合には、コート膜１１４は、たとえば、成膜室内に酸化アルミニウムからなるターゲットを設置し、この成膜室内に窒素ガスのみを導入して、反応性スパッタ法により形成することもできる。このように酸化アルミニウムからなるターゲットを用いた場合には、成膜室内に意図的に酸素ガスを導入しなくても、アルミニウムの酸窒化物膜の形成が可能となる。
【００６２】
また、上記において、アルミニウムの酸窒化物膜からなるコート膜１１４を形成する場合には、アルミニウムの酸化性が高いため、成膜室内に酸素ガスを導入した場合において酸素の含有量の少ない酸窒化物の組成の制御および再現性は困難となる傾向にある。しかしながら、ＡｌxＯy（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．６、ｘ＋ｙ＝１）の組成式で表わされる酸化状態の低い酸化アルミニウムをターゲットとして用い、成膜室内に酸素ガスを導入せず窒素ガスのみを導入することによって、酸素の含有量の少ないアルミニウムの酸窒化物膜を比較的容易に形成することができる。さらに、上記のＡｌxＯy（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．６、ｘ＋ｙ＝１）の組成式で表わされる酸化状態の低い酸化アルミニウムからなるターゲットを用いる代わりに、酸素の含有量の少ないアルミニウムの酸窒化物からなるターゲットを用いた場合にも同様の効果が得られる。
【００６３】
また、成膜室内の真空度および／または成膜温度などの成膜条件を変化させることによっても、アルミニウムの酸窒化物膜における酸素の含有量を変化させることができるためにアルミニウムの酸窒化物膜の組成を変化させることができる。なお、成膜室内の真空度は低い方がアルミニウムの酸窒化物膜に酸素が取り込まれやすく、成膜温度は高い方がアルミニウムの酸窒化物膜に酸素が取り込まれにくい傾向がある。
【００６４】
また、成膜室の内壁を酸化させる、または、成膜室の内壁に酸化アルミニウムを形成した後、成膜室内にアルゴンガスと窒素ガスとを導入し、Ａｌからなるターゲット（Ａｌターゲット）を用いてスパッタ法などにより成膜した場合には、成膜室の内壁の酸素がプラズマにより離脱するため、アルミニウムの酸窒化物膜からなるコート膜１１４を形成することが可能である。
【００６５】
また、本発明において、窒化物半導体としては、たとえば、ＡｌＩｎＧａＮ（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）を主成分（全体の５０質量％以上）とする窒化物半導体を用いることができる。
【００６６】
また、本発明において、反射率調整膜１２１は酸化物から形成されるものであれば特に限定はされないが、なかでも、反射率調整膜１２１としては酸化アルミニウム膜と酸化ケイ素膜との積層体を用いることが好ましい。反射率調整膜１２１が酸化アルミニウム膜と酸化ケイ素膜との積層体からなる場合には反射率調整膜１２１を構成するそれぞれの膜の厚さの変動に対する光出射側の共振器端面１１３における反射率の変動が小さくなるためその反射率を制御性良く再現することができる傾向にある。なお、本発明において、反射率調整膜１２１を構成する酸化アルミニウム膜と酸化ケイ素膜との積層体は、少なくとも１層の酸化アルミニウム膜と少なくとも１層の酸化ケイ素膜とが交互に積層されていればよい。
【００６７】
また、本発明において、窒化物半導体レーザ素子１００から発振されるレーザ光（たとえば、３７０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長の光）に対する光出射側の共振器端面１１３における反射率が１８％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましく、４０％以上であることがさらに好ましい。光出射側の共振器端面１１３における上記の反射率が１８％以上である場合には一般的に共振器端面１１３における光密度が上昇するため高いＣＯＤレベルが得られにくくなるが、本発明においては共振器端面１１３上にアルミニウムの酸窒化物膜またはアルミニウムの窒化物膜からなるコート膜が形成されていることから、高いＣＯＤレベルを得ることができる傾向にある。また、光出射側の共振器端面１１３における上記の反射率が３０％以上である場合、特に４０％以上である場合には、反射率調整膜１２１を酸化アルミニウム膜と酸化ケイ素膜との積層体から構成することによって、反射率調整膜１２１を構成する各膜厚に対する反射率の変化量を小さくすることができるため、歩留まりが高くなる傾向にある。
【００６８】
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】
【００６９】
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、高出力用途に用いられるストライプ幅が数十μｍ程度のブロードエリア型の窒化物半導体レーザ素子、または紫外から赤色領域の波長の光を発振する窒化物半導体発光ダイオード素子などの窒化物半導体発光素子に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の窒化物半導体発光素子の一例である窒化物半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図２】図１に示す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スパッタ成膜装置の一例の模式的な構成図である。
【図４】本発明の実施の形態のコート膜と同一の条件で別途作製したアルミニウムの酸窒化物をＡＥＳにより厚さ方向に組成の分析をした結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の共振器端面における反射スペクトルの理論計算結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の光出射側の共振器端面における反射スペクトルの実際の測定結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のエージング後のＣＯＤレベルについて調査した結果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の窒化物半導体レーザ素子のコート膜中の酸素の含有量のＣＯＤレベル依存性を調査した結果を示す図である。
【図９】（ａ）は本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の光出射側の共振器端面における反射スペクトルの理論計算結果を示す図であり、（ｂ）は本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の光出射側の共振器端面における反射スペクトルの理論計算結果を示す図である。
【図１０】比較例の窒化物半導体レーザ素子のエージング後のＣＯＤレベルについて調査した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００  窒化物半導体レーザ素子、１０１  半導体基板、１０２  ｎ型バッファ層、１０３  ｎ型クラッド層、１０４  ｎ型ガイド層、１０５  多重量子井戸活性層、１０６  ｐ型電流ブロック層、１０７  ｐ型クラッド層、１０８  ｐ型コンタクト層、１０９  絶縁膜、１１０  ｐ電極、１１１  リッジストライプ部、１１２  ｎ電極、１１３，１１７  共振器端面、１１４  コート膜、１１５，１１６，１１９  酸化アルミニウム膜、１１８  アルミニウムの酸窒化物膜、１２０  高反射膜、１２１  反射率調整膜、１２２  酸化ケイ素膜、２００  成膜室、２０１  ガス導入口、２０２  マイクロ波導入窓、２０３  磁気コイル、２０４  Ａｌターゲット、２０５  ヒータ、２０６  試料、２０７  試料台、２０８  ＲＦ電源、２０９  ガス排気口、２１０  マイクロ波。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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