(57)【要約】【課題】  高出力化又は短波長化に対応できる端面保護膜を有する半導体レーザ素子を提供することである。【解決手段】  光共振器端面の少なくとも一方に、誘電体膜を有する半導体レーザ素子であって、前記誘電体膜は、同一元素からなる第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを前記半導体の端面側から順に形成されて成るものであり、前記第１の誘電体膜は単結晶から成る膜を含有しており、前記第２の誘電体膜はアモルファスから成る膜を含有する半導体レーザ素子である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光共振器端面の少なくとも一方に、誘電体膜を有する半導体レーザ素子であって、
前記誘電体膜は、同一元素からなる第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを半導体の端面側から順に形成されて成るものであり、
前記第１の誘電体膜は単結晶から成る膜を含有しており、
前記第２の誘電体膜はアモルファスから成る膜を含有しており、
前記第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とは組成比が略同一であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
光共振器端面の少なくとも一方に、誘電体膜を有する半導体レーザ素子であって、
前記誘電体膜は、同一元素からなる第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを半導体の端面側から順に形成されて成るものであり、
前記第１の誘電体膜は、半導体と誘電体膜との反応防止膜であり、前記第２の誘電体膜はレーザ光の反射膜であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１の誘電体膜は、単結晶から成る膜を含有しており、且つ前記第２の誘電体膜は、アモルファスから成る膜を含有している請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１の誘電体膜は、前記第２の誘電体膜よりも屈折率が低い請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第２の誘電体膜は、前記第１の誘電体膜よりも膜厚が大きい請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記誘電体膜の反射率は、２５％以下である請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記誘電体膜の反射率は、半導体レーザ素子の発振波長が略４００ｎｍである時には２０％以下である請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１の誘電体膜、及び第２の誘電体膜は、ＡｌとＯとを構成元素に有する請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１の誘電体膜と前記第２の誘電体膜とは、熱膨張係数が略一致する請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記誘電体膜は、最外層が窒化物である請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
光共振器端面の少なくとも一方に、誘電体膜を有する半導体レーザ素子であって、
前記誘電体膜は、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜と第３の誘電体膜とを半導体の端面側から順に形成されてなるものであり、
前記第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とは同一元素からなり、
前記第３の誘電体膜は、第１の誘電体膜及び第２の誘電体膜とは異なる元素を有するものであり、
前記第１の誘電体膜は、半導体と誘電体膜との反応防止膜であり、
前記第２の誘電体膜は第１の誘電体膜と第３の誘電体膜との応力緩和膜
であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記第１の誘電体膜及び第２の誘電体膜は、酸素を含有する請求項１１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記第１の誘電体膜の酸素含有量は、前記第２の誘電体膜の酸素含有量よりも多い請求項１２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記誘電体膜は、最外層が窒化物である請求項１１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項記載の半導体レーザ素子を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１６】
光学情報記録盤にレーザ光を集光照射し、その反射光を検出することにより、前記光学情報記録盤に記録された情報を再生する光学式情報再生装置であって、
請求項１乃至１４のいずれか１項記載の半導体レーザ素子を光源として用いることを特徴とする光学式情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関するものであり、特に、発振波長が６００ｎｍ以下の高出力半導体レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、光ディスクや光磁気ディスクの書き込み用として高出力の半導体レーザ素子が求められている。これらの半導体レーザ素子には、長時間、安定に基本モードで動作することが要求される。
【０００３】
また、光ディスクの高密度化に必要である短波長化を実現するために窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子が研究されている。窒化物半導体を用いたレーザ素子は、光ディスク用光源の他に、露光用光源、印刷機用光源、医療用光源、光通信システム用光源、測定等に利用することができる。また窒化物半導体からなるレーザ素子は、発振波長が４００ｎｍ以下の紫外領域での使用が可能となるためバイオ関連の励起用光原等としても期待されている。
【０００４】
特許文献１には、半導体レーザ素子の反射鏡面に厚さλ／２のＡｌ２Ｏ３膜を形成する構成や厚さλ／４のＡｌ２Ｏ３膜と、厚さλ／４のアモルファスシリコン膜とを交互に形成する構成が示されている。また特許文献２には、誘電体膜にＡｌ２Ｏ３を用いること、また形成条件が示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６２４９７
【特許文献２】特開２００２−３３５０５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、厚さλ／２ｎのＡｌ２Ｏ３膜を単一層で形成する場合、アモルファスのＡｌ２Ｏ３膜では出力３０ｍＷ以上の高出力駆動時に半導体素子と反応してしまい、端面劣化を起こしてしまう。また、単結晶のＡｌ２Ｏ３膜では応力が大きく駆動時の発熱により、このＡｌ２Ｏ３膜が半導体素子から剥がれてしまう等の問題があった。
また、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子においては、高出力、例えば３０ｍＷ以上で動作させると、光出射側の端面において単一膜で誘電体膜を形成した場合には端面破壊が起こりやすくなり、寿命が低下するという問題があった。更に、高出力で動作させる場合、スロープ効率が低ければ駆動電流が大きくなってしまうという問題があった。
半導体レーザに流す電流を増していくと、ある電流でレーザー発振が始まる。これ以降は、電流に比例して光出力が増加していくが、この光出力増加分（ΔＰ）に対する電流増加分（ΔＩ）の比（ΔＰ／ΔＩ）を（発振）スロープ効率とよぶ。スロープ効率の大きな半導体レーザでは、小さな電流増加で大きな光出力増加を得ることができるため、高出力動作時の駆動電流を小さくすることが可能である。駆動電流が上昇すると半導体レーザには熱が発生する。このような熱が発生すると結晶の劣化が促進され、結晶が破壊されてしまう。その対策として出射（フロント）端面の反射率を下げること、スロープ効率を高くすることが考えられる。スロープ効率を高くすれば、駆動電流の上昇を抑えることができる。出射（フロント）端面の反射率やスロープ効率は誘電体膜の屈折率と厚みで制御可能である。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、高出力化又は短波長化に対応できる端面保護膜を有する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】
【０００８】
本発明の半導体レーザ素子は、光共振器端面の少なくとも一方に、誘電体膜を有する半導体レーザ素子であって、前記誘電体膜は、同一元素からなる第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを半導体の端面側から順に形成されて成るものであり、前記第１の誘電体膜は単結晶から成る膜を含有しており、前記第２の誘電体膜はアモルファスから成る膜を含有することを特徴とする。更に、前記第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とは組成比が略同一である。
【０００９】
上記構造であれば、半導体レーザ素子の共振器端面に直接接している第１の誘電体膜に単結晶から成る膜を含有するため、端面の半導体層が分解することを抑制することができる。好ましくは前記第１の誘電体膜は単結晶膜からなる。これによって、分解抑制力が向上する。更に、該第１の誘電体膜上にアモルファスから成る膜を含有する第２の誘電体膜を有することで半導体層と誘電体膜との密着力を維持することができる。好ましくは前記第２の誘電体膜はアモルファス膜からなる。
【００１０】
本発明の半導体レーザ素子は、光共振器端面の少なくとも一方に、誘電体膜を有する半導体レーザ素子であって、前記誘電体膜は、同一元素からなる第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを半導体の端面側から順に形成されて成るものであり、前記第１の誘電体膜は、半導体と誘電体膜との反応防止膜であり、前記第２の誘電体膜は、レーザ光の反射膜であることを特徴とする。
【００１１】
上記構造であれば、半導体レーザ素子の共振器端面に直接接している第１の誘電体膜によって半導体層の端面が誘電体膜と反応して分解することを抑制することができ、且つ、該第１の誘電体膜上にレーザ光の反射膜からなる第２の誘電体膜を有することで光閉じ込めの調整を再現性良く容易に行うことができる。特に活性層にＩｎを含有する窒化物半導体においては、共振器端面の前記活性層が分解しやすいため、このような構成が有効となる。
【００１２】
前記半導体レーザ素子において、前記第１の誘電体膜は、単結晶から成る膜を含有しており、且つ前記第２の誘電体膜は、アモルファスから成る膜を含有している。第１の誘電体膜には微結晶や多結晶を含んでいても良い。
【００１３】
前記半導体レーザ素子において、前記第１の誘電体膜は、前記第２の誘電体膜よりも屈折率が低い。これは第２の誘電体膜がアモルファスから成る膜を含有するか、若しくはアモルファスから成る膜であるため、第２の誘電体膜では酸素欠損が発生していると考えられる。これによって、誘電体膜の密着性を確保することができる。
【００１４】
前記半導体レーザ素子において、前記第２の誘電体膜は、前記第１の誘電体膜よりも膜厚が大きいことが好ましい。これにより第２の誘電体膜は外部からの酸素進入を抑止する酸素ブロック層となるからである。
【００１５】
前記半導体レーザ素子において、前記誘電体膜の反射率は、２５％以下である。半導体レーザ素子の光共振器端面であって、光出射（フロント）側端面に形成される誘電体膜の反射率を２５％以下とすることで、高出力レーザを実現することができる。
【００１６】
前記半導体レーザ素子において、前記誘電体膜の反射率は、半導体レーザ素子の発振波長が略４００ｎｍである時には２０％以下である。これによって窒化物半導体レーザ素子においても、高出力レーザを実現することができる。
【００１７】
前記半導体レーザ素子において、前記第１の誘電体膜、及び第２の誘電体膜は、ＡｌとＯとを構成元素に有する。このような構成であれば、単結晶膜とアモルファス膜とを連続して形成することが出来る。また、単結晶膜とアモルファス膜とを交互に積層するペア構造を容易に行うことが出来る。
【００１８】
前記半導体レーザ素子において、前記第１の誘電体膜と前記第２の誘電体膜とは、熱膨張係数が略一致する。前記第１の誘電体膜と前記第２の誘電体膜とは、同一材料からなり、熱膨張係数が一致するため誘電体膜内にクラックが発生することを抑制することができる。
【００１９】
前記半導体レーザ素子において、前記誘電体膜は、最外層が窒化物である。このような構成であれば、外気の酸素が第１の誘電体膜や第２の誘電体膜、更には半導体内に侵入することを防止することができる。また、最外層以外の誘電体膜に酸素を含有する場合には、それらの層からの酸素脱離を防止することができる。これにより半導体レーザ素子の連続駆動時の誘電体膜の光反射率を維持することが可能となる。
【００２０】
本発明の半導体レーザ素子は、光共振器端面の少なくとも一方に、誘電体膜を有する半導体レーザ素子であって、前記誘電体膜は、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜と第３の誘電体膜とを半導体の端面側から順に形成されてなるものであり、前記第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とは同一元素からなり、前記第３の誘電体膜は、第１の誘電体膜及び第２の誘電体膜とは異なる元素を有するものであり、前記第１の誘電体膜は、半導体と誘電体膜との反応防止膜であり、前記第２の誘電体膜は第１の誘電体膜と第３の誘電体膜との応力緩和膜であることを特徴とする。本発明では第３の誘電体膜を反射ミラーと示す場合がある。
【００２１】
上記構造であれば、半導体レーザ素子の共振器端面に直接接している第１の誘電体膜によって半導体層の端面が誘電体膜と反応して分解することを抑制することができ、且つ、第２の誘電体膜を有することにより、その外側に所望の誘電体膜として第３の誘電体膜を容易に形成することができるため、光閉じ込めの強弱調整を行うことが可能となる。
【００２２】
前記半導体レーザ素子において、前記第１の誘電体膜及び第２の誘電体膜は、酸素を含有する。
【００２３】
前記半導体レーザ素子において、前記第１の誘電体膜の酸素含有量は、前記第２の誘電体膜の酸素含有量よりも多い。
【００２４】
前記半導体レーザ素子において、前記誘電体膜は、最外層が窒化物である。
【００２５】
本発明において、組成比が略同一とは、組成比が完全に一致する必要はなく、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜の共通する含有物質の含有量が±７％の範囲であることが好ましい。
【００２６】
本発明において、第１の誘電体膜が単結晶から成る膜を含有する場合に、その単結晶から成る膜の含有率は７５％以上である。好ましくは８０％以上である。
【００２７】
本発明において、前記第２の誘電体膜がアモルファスから成る膜を含有する場合に、そのアモルファスから成る膜の含有率は７５％以上である。但し、発光領域においては、前記アモルファスから成る膜の含有率は６０％以上であればよい。
【００２８】
本発明の光ピックアップ装置は、上述した半導体レーザ素子を有することを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００２９】
本発明の光学式情報再生装置は、光学情報記録盤にレーザ光を集光照射し、その反射光を検出することにより、前記光学情報記録盤に記録された情報を再生する光学式情報再生装置であって、上述した半導体レーザ素子を光源として用いることを特徴とする光学式情報再生装置である。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、光共振器端面の劣化や光学損傷（COD ; catastrophic optical damage）を抑制することで、高出力の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】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１、図２は本実施形態に係る窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子の構造を模式的に示す断面図である。
【００３２】
本実施形態の半導体レーザ素子は、図１に示すように第１主面１００ａと第２主面１００ｂとを有する基板１００の第１主面上に窒化物半導体層としてｎ型窒化物半導体層２００と、活性層２０５と、ｐ型窒化物半導体層２１０とを順に積層しており、前記基板１００と窒化物半導体層との劈開端面を略一致させている半導体レーザ素子であって、光共振器端面には図２に示すように誘電体膜１１０を有するものである。この誘電体膜１１０は窒化物半導体層及び基板の劈開端面に形成されたものが好ましい。
【００３３】
又、図５は、誘電体膜の模式的斜視図を示している。前記光共振器端面には光出射（フロント）側端面と光反射（リア）側端面があり、本実施形態では光出射側端面に前記誘電体膜１１０を有するものであるが、光反射側端面にも誘電体膜を有するものが好ましい。該誘電体膜１１０は、同一元素からなる第１の誘電体膜１１１と第２の誘電体膜１１２とを窒化物半導体層の端面側から順に備えている。第１の誘電体膜１１１は単結晶膜からなり、前記第２の誘電体膜１１２はアモルファス膜からなることが好ましい。
【００３４】
前記ｐ型窒化物半導体層２１０にはストライプ状のリッジ部と、その上にｐ電極２３０とを備えており、基板１００の第２主面１００ｂにはｎ電極２３２を備えている対向電極構造の半導体レーザ素子である。
【００３５】
前記誘電体膜１１０には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｇａ、Ｍｇからなる群より選ばれた少なくとも一種を含有している。好ましくは、これらの元素の酸化物であって、ＡｌｘＯｙ（１＜ｘ、１＜ｙ）、ＳｉＯｘ（１＜ｘ）、ＮｂｘＯｙ（１＜ｘ、１＜ｙ）、ＴｉＯｘ（１＜ｘ）、ＺｒＯｘ（１＜ｘ）等である。一例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２等である。
【００３６】
前記誘電体膜は、超薄膜評価装置（日立製：ＨＤ−２０００）によって電子線回折像を測定した結果がシングルスポットであるものをアモルファス膜と言う。また、上記装置によって誘電体膜の結晶性を測定した結果、回折パターンで２以上の多数スポットがあるものを単結晶膜と言う。半導体レーザ素子の誘電体膜が形成されている端面に対して垂直に切断することで露出した誘電体膜にスポットを当てて測定をする。
【００３７】
第１の誘電体膜は、半導体と誘電体膜との反応防止膜であることが好ましい。特に窒化物半導体レーザ素子においては、活性層にＩｎを含有する層を備えており、光共振器端面にある活性層のＩｎが誘電体膜と反応したり、又は分解してしまう恐れがあったが、前記反応防止膜を設けることでこのような問題は抑制される。
更に、第２の誘電体膜は、レーザ光の反射膜であることが好ましい。これによって、光共振器内での光閉じ込めを調整することができる。反応防止膜である第１の誘電体膜を形成することによって、この第２の誘電体膜を反射膜とすることが可能になっている。
【００３８】
第１の誘電体膜の膜厚は、３０Å以上５００Å以下である。好ましくは５０Å以上３００Å以下である。第１の誘電体膜の膜厚を上記範囲にすることで、膜剥がれをおこすことなく反応防止機能と有することができる。
【００３９】
第２の誘電体膜の膜厚は、５００Å以上２０００Å以下である。好ましくは７００Å以上１７５０Å以下である。更に好ましくは第１の誘電体膜と第２の誘電体膜との合計膜厚が１２００Å以上１８００Å以下である。第２の誘電体膜の膜厚を上記範囲にすることで、所望の反射率を容易に制御することができる。
【００４０】
また、発振波長λが略４００ｎｍである場合には、第１の誘電体膜は屈折率１．６５以下、第２の誘電体膜は屈折率１．６５より高くする。これによって、ＣＯＤレベルを向上することができる。尚、本願明細書では略４００ｎｍとは３９０ｎｍ〜４１５ｎｍとする。
【００４１】
誘電体膜の形成には真空蒸着法やスパッタリング法などの成膜法を用いる。スパッタ成膜装置として、例えばＥＣＲスパッタリング装置やマグネトロンスパッタリング装置、高周波スパッタ装置を用いる。
【００４２】
前記誘電体膜１１０の成膜方法の一例を以下に示す。基板上に半導体層を積層したウェハーをウェハー形状からバー形状として光共振器端面を形成した半導体を成膜治具にセットした後、成膜装置で誘電体膜の成膜を行う。ここでは、ＥＣＲ成膜装置で誘電体膜の成膜を行う。原料には希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）と酸素ガス、金属ターゲットを用いる。この金属ターゲットには純度３Ｎ（９９．９％）以上のＡｌやＺｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔｉ等を用いる。Ａｌであれば純度５Ｎ（９９．９９９％）以上の材料を使用して誘電体膜を形成することが好ましい。
【００４３】
第１の誘電体膜の成膜は、第２の誘電体膜を成膜する場合に比べて、酸素量を増やして成膜を行う。第１の誘電体膜の成膜は、マイクロ波を３００〜８００Ｗ以下、Ｒｆを３００〜８００Ｗ以下、希ガスの流量を１０〜５０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）以下、酸素ガスの流量を５〜２０ｓｃｃｍとする。この条件で成膜することで、第１の誘電体膜は単結晶化する。
第２の誘電体膜の成膜は、マイクロ波を３００〜８００Ｗ以下、Ｒｆを３００〜８００Ｗ以下、希ガスの流量を１０〜５０ｓｃｃｍ以下、酸素ガスの流量を２〜１０ｓｃｃｍであって、前記第１の誘電体膜を成膜する場合の酸素ガスの流量よりも小さいものとする。この条件で成膜することで、第２の誘電体膜はアモルファスから成る膜を含有したものとすることができる。また、酸素ガスの流量を５ｓｃｃｍ未満とすることで第２の誘電体膜はアモルファス膜とすることができる。第２の誘電体膜は第１の誘電体膜と比べて同一の金属に対する酸素含有量が等しいもの、又は少ないものである。
他の成膜条件としては、成膜雰囲気の圧力は０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下とする。更に前記第１の誘電体膜の堆積速度は１ｎｍ／ｍｉｎ以上とする。前記第２の誘電体膜の堆積速度は５ｎｍ／ｍｉｎ以上とする。これによって単結晶から成る膜とアモルファスから成る膜とを成膜することができる。
前記誘電体膜は、光出射（フロント）側端面と光反射（リア）側端面に同時で成膜してもよく、また別々の条件で成膜しても構わない。
【００４４】
本実施形態における前記窒化物半導体層は、基板１００側からｎ型窒化物半導体層２００、活性層２０５、ｐ型窒化物半導体層２１０の順に形成されたものであるが、本発明はこれに限定されず、基板側からｐ型窒化物半導体層、活性層、ｎ型窒化物半導体層の順に形成されたものであってもよい。また活性層２０５は多重量子井戸構造、又は単一量子井戸構造とする。前記窒化物半導体層は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とで、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。これは活性層よりバンドギャップの大きい光ガイド層を活性層の上下に備えることで光の導波路を構成するものである。
【００４５】
前記窒化物半導体層は、一般式をＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）とする。これに加えて、ＩＩＩ族元素としてＢを一部に有することもできる。またＶ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換することもできる。ｎ型窒化物半導体層にはｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素、あるいはＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有している。またｐ型窒化物半導体層にはｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。不純物の濃度は５×１０１６／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下の範囲でドープされることが好ましい。
【００４６】
前記窒化物半導体層の成長方法としては、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。また、窒化物半導体は、種々の窒化物半導体の成長方法を使用目的により適宜選択して成長させることが好ましい。
【００４７】
以下、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法として窒化物半導体を用いて説明するが、本発明は以下の構成に限定されるわけではない。以下の条件で形成された窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図を図１１に示す。
【００４８】
（第１の工程）
まず、第１主面１００ａと第２主面１００ｂとを有する基板１００を準備する。この基板１００には、第１の主面、及び／又は第２の主面に０．０５０〜１．００のオフ角を有する基板１００を用いる。該基板１００の膜厚は５０μｍ以上１ｍｍ以下とするが、好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下とする。窒化物半導体の成長用基板としては窒化物半導体基板１００を用いることが好ましい。窒化物半導体基板１００の製造方法には、ＭＯＣＶＤ法や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、溶融法等がある。
【００４９】
窒化物半導体基板１００の第１主面は、Ｃ（０００１）面、Ｍ（１−１００）面、Ａ（１１−２０）面であることが好ましい。前記窒化物半導体基板１００の第１主面をＣ（０００１）面とすれば、第２主面は（０００−１）面となる。前記窒化物半導体基板１００における単位面積あたりの転位数はＣＬ観察やＴＥＭ観察で５×１０６／ｃｍ２以下である。また前記窒化物半導体基板１００は、２軸結晶法による（０００２）回折Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（Full Width at Half Maximum）が２分以下、好ましくは１分以下である。前記窒化物半導体基板１００の曲率半径は、１ｍ以上である。
前記窒化物半導体基板の第１の主面、及び／又は第２の主面を研磨や研削、レーザー照射によって０．０５０〜１．００、好ましくは０．１０〜０．７０のオフ角を形成する。この範囲でオフ角が形成されていれば、レーザ素子の発振波長が３６５ｎｍ以下の紫外領域から５００ｎｍ以上の長波長領域に至る範囲で素子特性を安定させることができる。具体的には、チップ内での活性層の組成分布を均一にすることができる。尚、本明細書において、面指数を表す括弧内のバー（−）は、後ろの数字の上に付すべきバーを表すものとする。  
【００５０】
（第２の工程）
次に、オフ角を有する窒化物半導体基板の第１主面１００ａ上に窒化物半導体層を成長させる。以下の各層をＭＯＣＶＤ法により、減圧〜大気圧の条件で成長させる。前記窒化物半導体層は、前記窒化物半導体基板１００の第１主面上にｎ型窒化物半導体層２００、次に活性層２０５、更にｐ型窒化物半導体層２１０の順で積層されている。窒化物半導体基板１００の第１主面１００ａ上に積層されるｎ型窒化物半導体層２００は多層膜である。第１のｎ型窒化物半導体層２０１としてはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．５）、好ましくはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．３）である。具体的な成長条件としては、反応炉内での成長温度を１０００℃以上、圧力を６００Ｔｏｒｒ以下とする。また、第１のｎ型窒化物半導体層２０１はクラッド層としての機能させることもできる。膜厚は０．５〜５μｍである。次に第２のｎ型窒化物半導体層２０２を形成する。該第２のｎ側窒化物半導体層は光ガイド層として機能するＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）である。膜厚は０．５〜５μｍである。
前記ｎ型窒化物半導体層中には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）から成る中間層を介した構成とすることもできる。また、該中間層は単一層構造、または多層積層構造である。
【００５１】
次に活性層２０５は、少なくともＩｎを含有している一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を有する。Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となる。また長波長側の発光も可能であり３６０ｎｍ〜５８０ｎｍまでが発光可能となる。また、活性層を量子井戸構造で形成すると発光効率が向上する。ここで、井戸層の組成はＩｎの混晶が０＜ｘ≦０．５である。井戸層の膜厚としては、３０〜２００オングストローム、好ましくは３０〜１００オングストロームである。障壁層の膜厚としては、２０〜３００オングストローム、好ましくは７０〜２００オングストロームである。前記活性層の多重量子井戸構造は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。
【００５２】
次に、活性層上にｐ型窒化物半導体層２１０を積層する。第１のｐ型窒化物半導体層２１１としてはｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）である。第１のｐ型窒化物半導体層はｐ側電子閉じ込め層として機能する。次に第２のｐ型窒化物半導体層２１２としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、第３のｐ型窒化物半導体層２１３としてｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．５）である。第３のｐ型窒化物半導体層は超格子構造であることが好ましく、クラッド層として機能する。具体的には、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）層とＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１、ｘ＜ｙ）層とから成る。第４のｐ型窒化物半導体層２１４としてｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を順に形成する。また、これらの半導体層にＩｎを混晶させてもよい。前記第１のｐ型窒化物半導体層２１１は省略可能である。前記各層の膜厚としては、３０Å〜５μｍである。
【００５３】
反応終了後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃以上の温度でアニーリングして、ｐ型窒化物半導体層を低抵抗化する。
前記ｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層には組成比がお互いに異なる２層からなる超格子構造を有する構成であっても構わない。
【００５４】
（第３の工程）
窒化物半導体基板１００上に窒化物半導体層を積層したウェハーを反応容器から取り出す。次に、ｎ型窒化物半導体層２００をエッチングにより露出させる。このエッチングにより共振器長の長さは２００μｍ〜１５００μｍ、チップ幅は１５０μｍ〜５００μｍとするように形成される。ｎ型窒化物半導体層の露出面は特に限定するのもではないが本実施形態では第１のｎ型窒化物半導体層２０１まで露出する。これによって、窒化物半導体基板とその上に形成する窒化物半導体層との応力緩和の効果がある。該工程は省略することが可能である。このエッチングと同時に光出射側端面付近にＷ型溝１２０を形成してもよい。このＷ型溝によって迷光が端面から放出されることを抑制する。また前記エッチングと同時に素子の四隅に劈開補助溝を形成してもよい。この劈開補助溝によってウェハーからバー化、更にはチップ化が容易になる。エッチングにはＲＩＥ法を用いＣｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４ガス等によりエッチングする。
【００５５】
次に、前記ｐ型窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部を形成する。導波路領域であるリッジ部の幅は１．０μｍ〜３０．０μｍとする。シングルモードのレーザ光とする場合のリッジ部の幅は１．０μｍ〜３．０μｍとするのが好ましい。リッジ部の高さ（エッチングの深さ）は、少なくとも第３のｐ型窒化物半導体層２１３を露出する範囲であればよく、第１のｐ型窒化物半導体層２１１まで露出してもよい。
【００５６】
その後、前記ｐ型窒化物半導体層の露出面に第１の絶縁膜２２０を形成する。該第１の絶縁膜２２０はリッジの側面に形成することが好ましい。この第１の絶縁膜２２０とは窒化物半導体層よりも屈折率が小さく、絶縁性の材料から選ばれるものである。具体例としては、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物、もしくは窒化物である。
【００５７】
その後、前記第４のｐ型窒化物半導体層２１４の表面にｐ電極２３０を形成する。好ましくは、第４のｐ型窒化物半導体層２１４上にのみｐ電極２３０を形成する。ｐ電極としては、多層構造とする。例えばＮｉとＡｕから成る２層構造であれば、まず第４のｐ型窒化物半導体層上にＮｉを５０Å〜２００Åの膜厚で形成し、次にＡｕを５００Å〜３０００Åの膜厚で形成する。また、ｐ電極を３層構造とする場合にはＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ、又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｄの順に形成する。ｐ電極を３層構造とする場合の膜厚は、ＮｉとＡｕは２層構造と同じ膜厚として、最終層となるＰｔやＰｄは５００Å〜５０００Åである。またｐ電極２３０を形成した後、オーミックアニールを行っても良い。アニール条件としては、アニール温度を３００℃以上、好ましくは５００℃以上とする。またアニールを行う雰囲気を窒素及び／又は酸素を含有する条件とする。
ｐ電極２３０の端面は半導体層の光出射側端面と略一致するものが好ましいが、図３に示すようにｐ電極２３０の端面が光出射側端面から１０μｍ程度離れていても構わない。
【００５８】
次に、前工程で露出したｎ型窒化物半導体層の側面等に第２の絶縁膜２４０を形成する。この第２の絶縁膜はＺｒＯ２、ＳｉＯ２、その他にはＶ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物から成る。
【００５９】
次に、ｐ電極２３０の上にパッド電極２５０を形成する（図３）。尚、図３に示す窒化物半導体レーザ素子の平面図では第１の絶縁膜２２０、第２の絶縁膜２４０を省略している。また前記パッド電極はＮｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層体とすることが好ましい。例えば、前記パッド電極はｐ電極側からＷ／Ｐｄ／ＡｕやＰｔ／Ｔｉ／Ａｕ、又はＮｉ／Ｔｉ／Ａｕの順に形成する。パッド電極の膜厚は特に限定されないが、最終層のＡｕの膜厚を１０００Å以上とする。
【００６０】
（第４の工程）
その後、前記窒化物半導体基板の第２主面１００ｂに上述したｎ電極２３２を形成する。基板の第２主面側から研磨を行うことによって基板の膜厚を１００μｍ以下とする。次にｎ電極をスパッタ等により多層で形成する。ｎ電極２３２は、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ｒｕからなる群より選択される少なくとも１つを含む合金または層構造を用いることができる。好ましくはＶ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ、Ｒｈ／Ａｌからなる２層構造、あるいは３層構造である。また、ｎ電極の表面上にバリア目的でＴｉ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｒｈ、又はこれらの酸化物や窒化物を積層してもよい。チップの実装強度を強めることができる。
ｎ電極の膜厚は、例えば第１の層にはＶを用いて膜厚１００Åで形成する。第２の層にはＰｔを用いて膜厚２０００Å、第３の層にはＡｕを用いて膜厚３０００Åで形成する。スパッタの他にはＣＶＤや蒸着等で形成してもよい。またｎ電極を形成した後、５００℃以上でアニールを行ってもよい。
【００６１】
ｎ電極２３２を形成した後、更にメタライズ電極を形成することもできる。該メタライズ電極としてはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｉ、Ａｕ／Ｇｅ等を用いる。
【００６２】
ｎ電極２３２を形成した後、ストライプ状のｐ電極２３０に垂直な方向であって、窒化物半導体層の共振器端面を形成するためにウェハーをバー状に分割する。ここで、共振器端面は、Ｍ面（１−１００）やＡ面（１１−２０）とする。ウェハーをバー状に分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク、又はプレスブレイクがある。
【００６３】
また、ウェハーの分割工程を２段階で行っても良い。この方法によって、共振器端面を歩留まり良く形成することができる。まず基板の第１主面側、又は第２主面側からエッチング等により予め劈開補助溝を形成する。該劈開補助溝はチップ化する素子の各四隅に形成する。これによって、劈開方向が屈曲することを抑制することができる。次にブレイカーによりウェハーをバー状に分割する。
【００６４】
（第５の工程）
次に共振器端面に上述した誘電体膜１１０を形成する。光出射側端面に誘電体膜１１０を形成した窒化物半導体レーザ素子の平面図を図４に示す。この誘電体膜１１０は光出射側端面に第１の誘電体膜１１１、第２の誘電体膜１１２を順に形成した後、光反射側端面にも誘電体膜１１０'を形成する構成もある。光光出射側端面に誘電体膜１１０が成膜されている窒化物半導体レーザ素子の斜視図を図６に示す。その他には図７に示すように窒化物半導体レーザ素子の側面にも前記誘電体膜１１０が回り込んでいるものがある。このような構成であれば、窒化物半導体の端面のみならず、側面の劣化も防止することができる。更には図８に示すように電極を覆うように誘電体膜が回り込んでいるものがある。このような構成であれば、効果的に側面の劣化も防止することができる。
【００６５】
半導体３００の光出射側端面に第１の誘電体膜１１１と第２の誘電体膜１１２から成る誘電体膜１１０を形成した後、光反射側端面に反射ミラー３１０を形成する（図５ａ）。この反射ミラー３１０とは８５％以上の反射率を有するものであって、低屈折率層と高屈折率層とのペア構造である。反射側端面の反射率は好ましくは９０％以上、更に好ましくは９５％以上とする。
【００６６】
他の構成として半導体３００の光反射側端面から順に第１の誘電体膜１１１'と第２の誘電体膜１１２'とから成る誘電体膜１１０'を形成した後に反射ミラー３１０を形成する構成がある。このような構成によって寿命特性が向上する（図５ｂ）。
【００６７】
更に、他の構成として半導体３００の光出射側端面に誘電体膜１１０を形成した後、その表面にも反射ミラー３１０を形成してもよい（図５ｃ）。反射ミラーは低屈折率層と高屈折率層とのペア構成であって、例えばＳｉＯ２とＺｒＯ２とのペア構成がある。このペア数は２〜１０であって、好ましくは３〜８、更に好ましくは６とする。その他の材料としてはＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。
【００６８】
（第６の工程）
バー形状の半導体の共振器端面に誘電体膜を形成した後、バー形状からチップ化して窒化物半導体レーザ素子を形成する。窒化物半導体レーザ素子はチップ化した後の形状は矩形状であって、該矩形状の共振器長は６５０μｍ以下とする。以上より、得られる窒化物半導体レーザ素子はＣＯＤレベルが１Ｗ以上であって、Ｋｉｎｋパワーが５００ｍＷとなる。また寿命試験（Tc=７０℃、CWで出力１００ｍＷ）を行った結果、５０００時間以上の結果を得ることができた。
更に本発明では接触抵抗を低減した対向電極構造の窒化物半導体レーザ素子であって、接触抵抗率は１．０Ｅ−３Ωｃｍ２以下となる。
【００６９】
以下、実施例として窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子について説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能であることは言うまでもない。
【００７０】
［実施例１］
基板は、Ｃ面を主面とするウエハ状のＧａＮ基板１００を用いる。基板としては特にこれに限定されるものではなく、必要に応じてＲ面、Ａ面を主面とするＧａＮ基板を用いる。
【００７１】
（ｎ型クラッド層２０１）次に、ＭＯＣＶＤ装置に前記ＧａＮ基板を搬送する。炉内の雰囲気温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎよりなるｎ型クラッド層を膜厚２．０μｍで成長させる。
【００７２】
（ｎ型光ガイド層２０２）次に、ｎ型クラッド層と略同じ温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１９μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【００７３】
（活性層２０５）次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、ＳｉドープのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を８０Åの膜厚で成長させる。この操作を２回繰り返し、最後にＳｉドープのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させて総膜厚５８０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００７４】
（ｐ型電子閉じ込め層２１１）同様の温度で、Ｎ２雰囲気中で、ＭｇドープのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層を３０Åの膜厚で成長させる。次いで、Ｈ２雰囲気中で、ＭｇドープのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層を７０Åの膜厚で成長させる。
【００７５】
（ｐ型光ガイド層２１２）次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を０．１３μｍの膜厚で成長させる。
【００７６】
（ｐ型クラッド層）続いて、アンドープのＡｌ０．０８Ｇａ０．９２ＮよりなるＡ層を８０Åの膜厚で成長させ、その上にＭｇドープのＧａＮよりなるＢ層を８０Åの膜厚で成長させる。これを２８回繰り返してＡ層とＢ層とを交互に積層させて、総膜厚０．４５μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層を成長させる。
【００７７】
（ｐ型コンタクト層２１３）最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇドープのＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすればｐ電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００７８】
以上のようにしてＧａＮ基板上に窒化物半導体を成長させて積層構造体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に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Ｃｌ２ガスによりエッチングし、ｎ型クラッド層の表面を露出させる。また、このとき、Ｗ型溝を光出射側端面付近に形成する。
【００７９】
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィ技術により保護膜の上に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ装置によりＣＨＦ３ガスを用いたエッチングによりストライプ状のＳｉ酸化物からなる保護膜を形成する。このＳｉ酸化物の保護膜をマスクとしてＣｌ２ガスとＳｉＣｌ４ガスとを用いて半導体層をエッチングして、活性層よりも上にリッジストライプが形成される。このとき、リッジの幅は１．４μｍとなるようにする。
【００８０】
ＳｉＯ２マスクを形成させた状態で、ｐ型半導体層表面にＺｒＯ２よりなる第１の絶縁膜を膜厚約１０００Åで形成する。第１の絶縁膜を形成した後、ウエハを６００℃で熱処理する。このように、ＳｉＯ２以外の材料を第１の絶縁膜として形成する場合、第１の絶縁膜形成後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上１２００℃以下で熱処理することにより、絶縁膜材料を安定化させるコトができる。熱処理後、バッファード液に浸漬して、リッジストライプの上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、リッジの上面は露出され、リッジの側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
【００８１】
次にｐ型コンタクト層上にＮｉ−Ａｕから成るｐ電極２３０を形成する。Ｎｉの膜厚は１００Å、Ａｕの膜厚は１５００Åとする。その後、６００℃で熱処理をする（省略可能）。次に第２の絶縁膜としてＳｉＯ２をレーザ素子の側面に形成する。更に、前記ｐ電極上にｐパッド電極としてＮｉ−Ｔｉ−Ａｕの順に形成する。次に、ＧａＮ基板を研磨して約８５μｍの膜厚になるよう調整後、基板裏面にＶ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚を１００Å、２０００Å、３０００Åで積層したｎ電極を形成する。
【００８２】
次に、窒化物半導体層側からブレーキングして、劈開することでバー形状とする。窒化物半導体層の劈開面は、窒化物半導体のＭ面（１１−００面）となっており、この面を共振器面とする。
【００８３】
（誘電体膜１１０）
上記のように形成されたバー形状の窒化物半導体の光出射側端面に誘電体膜を設ける。  光出射側端面には、ＥＣＲスパッタ装置を用いて酸素等の活性ガスのプラズマを用い共振器端面をクリーニングした後、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを形成する。本実施例では誘電体膜１１０をＡｌｘＯｙとする。金属ターゲットに５ＮのＡｌを用い、Ａｒの流量を１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１０ｓｃｃｍとして、マイクロ波パワー６００Ｗ、ＲＦ６００Ｗの条件で第１の誘電体膜１１１を２０ｎｍの膜厚で成膜する。次に、Ａｒの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を３ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー４５０Ｗ、ＲＦ４５０Ｗの条件で第２の誘電体膜１１２を１３０ｎｍの膜厚で成膜する。ここで、４０５ｎｍの光に対して前記第１の誘電体膜の屈折率は１．６３であって、前記第２の誘電体膜の屈折率は１．６７である。
【００８４】
（誘電体膜１１０'）
次に、光反射側端面にはＡｌｘＯｙからから成る誘電体膜１１０'を形成した後、ＳｉＯ２とＺｒＯ２から成る反射ミラー３１０を形成する。
ＥＣＲスパッタ装置を用いて酸素等の活性ガスのプラズマを用いて反射側端面をクリーニングした後、誘電体膜１１０'を以下の条件で形成する。Ａｌ源には金属ターゲットのＡｌを用いる。まずＡｒの流量を１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー６００Ｗ、ＲＦ６００Ｗの条件で第１の誘電体膜１１１'を２０ｎｍ成膜した後、Ａｒの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を３ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー４５０Ｗ、ＲＦ４５０Ｗの条件で第２の誘電体膜１１２'を４０ｎｍ成膜し、Ａｌ２Ｏ３からなる保護膜を形成する。ここで、４０５ｎｍの光に対して前記第１の誘電体膜の屈折率は１．６３であって、前記第２の誘電体膜の屈折率は１．６７である。
【００８５】
その後、ＳｉＯ２をＳｉターゲットを用い、Ａｒの流量を２０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を７ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー５００Ｗ、ＲＦ５００Ｗの条件により膜厚６７ｎｍで形成する。次にＺｒＯ２をＺｒターゲットと用い、Ａｒの流量を２０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を２７．５ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー５００Ｗ、ＲＦ５００Ｗの条件により膜厚４４ｎｍで形成する。上記条件でＳｉＯ２とＺｒＯ２を交互に６ペア積層して反射ミラー３１０を形成する。
【００８６】
その後、バー形状の半導体からチップ化して矩形状の窒化物半導体レーザ素子を形成する。共振器長は６００μｍ、チップ幅を２００μｍとする。以上より、得られる窒化物半導体レーザ素子は図９に示すようにＣＯＤレベルが８００ｍＷ以上である。比較例として図１０には本実施例の前記誘電体膜を有さない窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを示す。横軸は駆動電流を示し、縦軸はＫｉｎｋパワーを示す。また本実施例では、Ｋｉｎｋパワーが４００ｍＷとなる。寿命試験（Ｔｃ＝７０℃、ＣＷで出力１００ｍＷ）を行った結果、５０００時間以上の結果を得ることができた。また本実施例における窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値電流密度３．５ｋＡ／ｃｍ２、ＣＷ駆動時で１５０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００８７】
［実施例２］
実施例１において、光出射側端面の誘電体膜１１０を以下の構成とする他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を形成する。ＥＣＲスパッタ装置を用いる。酸素等の活性ガスのプラズマを用いて光出射側端面をクリーニングした後、ＡｌｘＯｙから成る第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とを形成する。まず、金属ターゲットに５ＮのＡｌを用い、Ａｒの流量を１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー６００Ｗ、ＲＦ６００Ｗの条件で第１の誘電体膜を２０ｎｍの膜厚で成膜する。その後、金属ターゲットに５ＮのＡｌを用い、Ａｒの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を３ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー４５０Ｗ、ＲＦ４５０Ｗの条件で第２の誘電体膜を１００ｎｍの膜厚で成膜する。ここで、４０５ｎｍの光に対して前記第１の誘電体膜の屈折率は１．６３であって、前記第２の誘電体膜の屈折率は１．６７である。以上より得られた窒化物半導体レーザ素子は実施例１とほぼ同様の特性を示す。
【００８８】
［実施例３］
実施例１において、誘電体膜を以下の構成とする他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を形成する。
光出射側端面には、ＥＣＲスパッタ装置を用いて酸素等の活性ガスのプラズマを用い光出射側端面をクリーニングした後、金属ターゲットに５ＮのＡｌを用い、Ａｒの流量を１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー６００Ｗ、ＲＦ６００Ｗの条件で第１の誘電体膜１１１を２０ｎｍ成膜した後、金属ターゲットに５ＮのＡｌを用い、Ａｒの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を３ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー４５０Ｗ、ＲＦ４５０Ｗの条件で第２の誘電体膜を４０ｎｍ成膜することで、誘電体膜１１０を形成する。ここで、４０５ｎｍの光に対して前記第１の誘電体膜の屈折率は１．６３であって、前記第２の誘電体膜の屈折率は１．６７である。
【００８９】
次に、Ａｌ２Ｏ３を金属ターゲットにＡｌを用い、Ａｒの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を３ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー４５０Ｗ、ＲＦ４５０Ｗの条件で膜厚６０ｎｍで形成する。その後、ＺｒＯ２をＺｒから成るターゲットを用い、Ａｒの流量を２０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を２７．５ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー５００Ｗ、ＲＦ５００Ｗの条件で膜厚４４ｎｍで形成する。上記条件でＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２を交互に２ペア積層して反射ミラー３１０を形成する。
【００９０】
次に、光反射側端面にはＥＣＲスパッタ装置を用いて酸素等の活性ガスのプラズマを用い共振器端面をクリーニングした後、金属ターゲットにＡｌを用い、Ａｒの流量を１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー６００Ｗ、ＲＦ６００Ｗの条件で第１の誘電体膜１１１'を２０ｎｍ成膜した後、金属ターゲットにＡｌを用い、Ａｒの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を３ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー４５０Ｗ、ＲＦ４５０Ｗの条件で第２の誘電体膜１１２'を４０ｎｍ成膜することでＡｌ２Ｏ３からなる誘電体膜１１０'を形成する。
【００９１】
次に、金属ターゲットにＡｌを用い、Ａｒの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を３ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー４５０Ｗ、ＲＦ４５０Ｗの条件で膜厚６０ｎｍの低屈折率膜を形成する。その後、金属ターゲットにＺｒを用い、Ａｒの流量を２０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を２７．５ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー５００Ｗ、ＲＦ５００Ｗの条件で膜厚４４ｎｍの高屈折率膜を形成する。上記条件でＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２を交互に６ペア積層して反射ミラー３１０を形成する。
その後、バー形状の半導体からチップ化して共振器長３００μｍ、チップ幅２００μｍである矩形状の窒化物半導体レーザ素子を形成する。以上より、得られる窒化物半導体レーザ素子はＣＯＤレベルが３５０ｍＷ以上であって、Ｋｉｎｋパワーが１００ｍＷとなる。また寿命試験（Ｔｃ＝７０℃、ＣＷで出力２０ｍＷ）を行った結果、２００００時間以上の結果を得ることができる。また本実施例における窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値電流密度４．２ｋＡ／ｃｍ２、ＣＷ駆動時で５０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００９２】
［実施例４］
実施例１において、光反射側端面の誘電体膜を以下の構成とする他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を形成する。              
光反射側端面には、ＥＣＲスパッタ装置を用いて酸素等の活性ガスのプラズマを用い光反射側端面をクリーニングした後、Ａｌ２Ｏ３をＡｒの流量を１５ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー６００Ｗ、ＲＦ６００Ｗの条件で第１の誘電体膜を２０ｎｍ成膜した後、Ａｒの流量を１０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を３ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー４５０Ｗ、ＲＦ４５０Ｗの条件で第２の誘電体膜を４０ｎｍ成膜して、Ａｌ２Ｏ３からなる誘電体膜を形成する。ここで、４０５ｎｍの光に対して前記第１の誘電体膜の屈折率は略１．６３であって、前記第２の誘電体膜の屈折率は略１．６７である。
【００９３】
次に、マグネトロンスパッタ装置を用いてＳｉＯ２をＡｒの流量を５０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を５ｓｃｃｍ、ＲＦ５００Ｗの条件で膜厚６７ｎｍの低屈折率膜を形成する。その後、ＺｒＯ２をＡｒの流量を５０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１０ｓｃｃｍ、ＲＦ５００Ｗの条件で膜厚４６ｎｍの高屈折率膜を形成する。上記条件でＳｉＯ２とＺｒＯ２を交互に６ペア積層して反射ミラー３１０を形成する。以上より得られた窒化物半導体レーザ素子は実施例１とほぼ同様の特性を示す。
【００９４】
［実施例５］
実施例１において、光反射側端面の誘電体膜を以下の構成とする他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を形成する。
第１の誘電体膜を２００Åの膜厚で形成し、第２の誘電体膜を１０００Åの膜厚で形成し、ＺｒＯ２を４４０Åの膜厚で形成し、次に（Ａｌ２Ｏ３を６００Å、ＺｒＯ２を４４０Å）を７ペア形成する。最後にＡｌ２Ｏ３を１２００Åの膜厚で形成する。以上より得られた窒化物半導体レーザ素子は寿命特性に優れたものである。
【００９５】
［実施例６］
実施例１において、光反射側端面の誘電体膜を以下の構成とする他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を形成する。
第１の誘電体膜を２００Åの膜厚で形成し、第２の誘電体膜を１０００Åの膜厚で形成し、ＺｒＯ２を４４０Åの膜厚で形成し、次に（Ａｌ２Ｏ３を６００Å、ＺｒＯ２を４４０Å）を７ペア形成する。最後にＡｌ２Ｏ３を１０００Å、ＡｌＮを２００Åの膜厚で形成する。以上より得られた窒化物半導体レーザ素子は寿命特性に優れたものである。
【００９６】
［実施例７］
実施例１において、光反射側端面の誘電体膜を以下の構成とする他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を形成する。
フロント端面に第１の誘電体膜を２００Åの膜厚で形成し、第２の誘電体膜を８００Åの膜厚で形成し、更に第１の誘電体膜と同じ形成条件で膜厚が２００Åの誘電体膜を順に形成する。以上より得られた窒化物半導体レーザ素子は寿命特性に優れたものである。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の半導体レーザ素子は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、露光用途、測定等に利用することができる。また、特定波長に感度を有する物質に半導体レーザから得た光を照射することで、その物質の有無または位置を検出することができるバイオ関連の励起用光源等に利用することもできる。その他には、医療用光源やディスプレイ用光源としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る誘電体膜の模式的断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図７】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図９】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを示す図である。
【図１０】従来の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００…基板、１１０…誘電体膜、２００…ｎ型窒化物半導体層、２０５…活性層、２１０…ｐ型窒化物半導体層、２２０…第１の絶縁膜、２３０…ｐ電極、２３２…ｎ電極、２４０…第２の絶縁膜、２５０…パッド電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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