(57)【要約】【課題】高出力特性および信頼性の改善された窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】窒化ガリウム基板と、前記窒化ガリウム基板上に設けられた、発光層を含む窒化物半導体の多層膜と、を備え、前記窒化ガリウム基板及び前記多層膜は、同一へきかい面による光出射側端面と、同一へきかい面による光反射側端面と、をそれぞれ構成し、前記光出射側端面上に、第１保護窒化シリコン層を含む第１の膜が設けられ、前記光反射側端面上に、第２保護窒化シリコン層と前記第２保護窒化シリコン層上に設けられた酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した第２の膜と、がこの順に設けられたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置が提供される。【選択図】図１
2007109737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた、発光層を含む窒化物半導体の多層膜と、
を備え、
前記窒化ガリウム基板及び前記多層膜は、同一へきかい面による光出射側端面と、同一へきかい面による光反射側端面と、をそれぞれ構成し、
前記光出射側端面上に、第１保護窒化シリコン層を含む第１の膜が設けられ、
前記光反射側端面上に、第２保護窒化シリコン層と前記第２保護窒化シリコン層上に設けられた酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した第２の膜と、がこの順に設けられたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第２の膜は、前記酸化物層と前記窒化シリコン層とにより形成されたブラッグ反射器であり、
前記ブラッグ反射器を構成する窒化シリコン層の厚みは、前記光出射側端面から放出されるレーザ光の波長の４分の１以上で２分の１より小さいことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記光出射側端面及び前記光反射側端面の少なくともいずれかの最表面は、酸化物層であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項４】
窒化ガリウム基板上に発光層を含む窒化物半導体の多層膜を有するウェーハをバー状にへきかいすることにより、光出射側端面と光反射側端面とを形成する工程と、
前記光出射側端面上に、第１保護窒化シリコン層を少なくとも含む第１の膜を形成する工程と、
前記光反射側端面上に、第２保護窒化シリコン層と、酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した第２の膜と、をこの順に形成する工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１保護窒化シリコン層及び前記第２保護窒化シリコン層を形成する前に、プラズマ状態の不活性ガスにより前記端面の表面をクリーニングすることを特徴とする請求項１５記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【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装置及びその製造方法に関し、特に、窒化物半導体に隣接して反射率を制御する誘電体反射膜を備えた窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代ＤＶＤ（digital versatile disc）用途には、４００ナノメータ波長帯の青紫色半導体レーザ装置が用いられる。この波長帯を発光する半導体としては、窒化ガリウムなどの窒化物半導体がすぐれている。
【０００３】
窒化物半導体レーザ装置において高出力、高信頼性を実現するために光共振器であるストライプの両端面に誘電体反射膜を形成する技術開示例がある（特許文献１）。
【０００４】
この開示例においては、誘電体反射膜として、ＳｉＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２からなる材料のうち２種類を含む多層膜により反射膜を形成することを特徴としている。
【０００５】
しかし、このような構成の反射膜では窒化ガリウム系半導体との線膨張係数の差が大きすぎ、膜同士の密着性が不十分となり、反射膜が剥離しやすい。この結果、特性の変化や信頼性の低下を生じやすい。
【０００６】
さらに、窒化物半導体においては、特に端面近傍において深い準位形成による非発光再結合が生じやすい。この非発光再結合が端面におけるキャリアを減少させ、光吸収を大とする。これらが温度上昇を生じ、端面近傍のバンドギャップシュリンクを生じるので、一層光吸収を大とする。この正帰還作用によって、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）を生じるので、利用できる最大光出力は低下する。  
なお、窒化物半導体とは異なる半導体を用いた半導体レーザを封止するパッケージの雰囲気に酸素ガスを含ませる技術が開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−６９１３号公報
【特許文献２】米国特許第5,392,305号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高出力特性および信頼性の改善された窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた、発光層を含む窒化物半導体の多層膜と、
を備え、
前記窒化ガリウム基板及び前記多層膜は、同一へきかい面による光出射側端面と、同一へきかい面による光反射側端面と、をそれぞれ構成し、
前記光出射側端面上に、第１保護窒化シリコン層を含む第１の膜が設けられ、
前記光反射側端面上に、第２保護窒化シリコン層と前記第２保護窒化シリコン層上に設けられた酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した第２の膜と、がこの順に設けられたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
窒化ガリウム基板上に、発光層を含む窒化物半導体の多層膜を成長してウェーハを形成する工程と、
前記ウェーハをバー状にへきかいすることにより、光出射側端面と光反射側端面とを形成する工程と、
前記光出射側端面上に、第１保護窒化シリコン層を少なくとも含む低反射膜を形成する工程と、
前記光反射側端面上に、第２保護窒化シリコン層と、酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した高反射膜と、をこの順に形成する工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高出力特性および信頼性の改善された窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の第１具体例にかかる窒化物半導体レーザ装置の模式斜視図である。  
また、図２は中央部ＡＡ’に沿った模式垂直断面図である。
ＧａＮ（窒化ガリウム）基板１２の上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ＧａＮ光ガイド層１６、量子井戸構造発光層１８、ＧａＮ光ガイド層２０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２、ｐ＋型ＧａＮコンタクト層２４が、この順序で積層されている。
【００１１】
また、図２に表したように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２は、いわゆる「リッジ導波路」の形状に微細加工されており、リッジ部３０と、非リッジ部３２とから構成されている。リッジ側面３４及び、非リッジ部３２の上面は、絶縁膜２６が設けられており、半導体層の保護と、横方向水平方向の高次モード制御をしている。この構造は、例えば「屈折率導波型」と呼ばれる。
【００１２】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２２からなるリッジ部３０の上部には、ｐ型ＧａＮコンタクト層２４が設けられており、ｐ側電極２８との接触抵抗を低減している。さらに、ｎ型ＧａＮ基板１２の裏面側には、ｎ側電極１０が設けられている。
【００１３】
窒化物半導体レーザ装置においては、ＢｘＡｌｙＧａｚＩｎ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）により表される半導体からなる多層膜が、サファイヤやＳｉＣ（炭化珪素）など異種基板の上に結晶成長される場合も考えられる。しかし、一般に、これらの異種基板は格子定数が窒化物半導体とは非常に異なるために、結晶欠陥が多い。これに対して、本具体例においては、格子定数の差が小であるＧａＮ基板１２が用いられるので、結晶性においてすぐれている。また、線膨張係数やヤング率も窒化シリコンと近い。これに対して、サファイヤ基板はＧａＮ基板の２倍以上の線膨張率を有するので、窒化シリコンとの密着性は悪く、膜の剥離が起こりやすい。  
【００１４】
また、ＧａＮ基板の熱伝導率は約１３０ｗ／ｍｋであり、サファイヤ基板より約一桁大きい。従って、ＧａＮ基板を用いる本具体例においては、光密度が高い端面近傍で発生する熱を拡散する効果を大きくできる。
【００１５】
次に、半導体レーザ装置の特性及び信頼性上に大きく影響する誘電体反射膜に関して説明する。  
図１及び図２に例示したように、窒化物半導体レーザ装置４０のリッジ部３０は、ストライプ形状をなしている。半導体レーザ装置のビームは、このストライプの下方に横水平方向（Ｘ方向）に閉じ込めがなされる。つまり、このストライプに沿ったＺ軸方向に光共振器が構成されている。この光共振器の共振面は、へきかいなどにより形成された光損失の小さい鏡面（ミラー）であることが好ましい。
【００１６】
図１には、光出射側端面として２層構成の低反射膜（第１の膜）５４を設け、光反射側端面として１４層構成の高反射膜（第２の膜）６４を設けた本具体例が例示されている。  
また、図３は、図１に例示される窒化物半導体レーザ装置のＢＢ’に沿う模式垂直断面図である。
【００１７】
光共振器を形成する端面のうち光出射側端面７０には、第１保護窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層５０及び酸化シリコン（ＳｉＯ２）層５２がこの順に各１層ずつ積層された低反射膜５４が形成されている。
【００１８】
また、光共振器を形成する端面のうち光反射側端面７２には、第２保護窒化シリコン層６０が隣接して設けられている。さらに、酸化シリコンのような酸化物層６２と窒化シリコン層６１とが交互に積層され、合計１４層で構成された高反射膜６４が形成されている。低反射膜の構成は２層に限定されない。１層であっても、また３層以上であっても良い。
【００１９】
高反射膜の構成は１４層に限定されない。ペア数が多いとより高反射率が得られるが、要求に合わせて必要ペア数を決定することができる。なお、ＧａＮ、窒化シリコン、酸化シリコンの屈折率は、それぞれ約２．６、２．０〜２．１、約１．５である。
【００２０】
半導体レーザ装置においては、より高い出力を得るために誘電体反射膜の反射率を光出射側において低くし、光反射側において高くすることが望ましい。こうすると、光出射側でより大なる光出力を外部に取り出すことができる。例えば、光反射側の光反射率を９０％以上とし、光出射側の光反射率を１０％以下とすることにより、光出射側からより大きな出力を取り出せる。
【００２１】
また、本具体例においては、光共振面となる両端面に隣接して窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層が配置されている。この点について説明する。  
ＧａＮの線膨張係数は、約３．１７×１０−６／℃であり、ヤング率は、２．９０×１０１１Ｎ／ｍ２である。一方、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）  の線膨張係数である３．２０×１０−６／℃、及びヤング率である３．５０×１０１１Ｎ／ｍ２との差が小さい。これをＧａＡｓと比較するとより明らかである。すなわち、ＧａＡｓの線膨張係数は５．９０×１０−６／℃であり、ヤング率は８．５５×１０１０Ｎ／ｍ２であるので、窒化シリコンとの差が大きい。
【００２２】
従って、ＧａＡｓ系に対しては、窒化シリコンは線膨張係数やヤング率が異なりすぎるので、発光層へ直接被着すると密着性が不十分となり膜はがれなどを生じるので好ましくない。むしろＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３が好ましい。
【００２３】
一方、ＧａＮやＩｎＧａＡｌＮ系などの窒化物半導体に対しては、線膨張係数やヤング率が近い窒化シリコンが好ましく、ＳｉＯ２，ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３などは好ましくない。特に本具体例においては、窒化物半導体からなる発光層は同種材料であるＧａＮ基板上に結晶成長されているので、ＧａＮ基板と線膨張係数やヤング率が近い窒化シリコン層との密着性は極めて良好である。
【００２４】
次に、窒化シリコンのもうひとつの特質について説明する。これは、半導体レーザ装置の最大光出力に関連している。すなわち、窒化物半導体レーザ装置においては、光共振器を構成する端面近傍に深い準位の非発光再結合中心を生じやすい。この再結合により、端面近傍においてキャリアが減少し光吸収が増加すると共に温度が上昇する。このような温度上昇はバンドギャップシュリンクを招き、ますます光吸収を増加させる。この作用は、正帰還であるのでついには温度上昇が結晶溶融などを引き起こす。これらは、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）を生じるので、最大光出力は低下する。
【００２５】
しかし、ＧａＮ基板と、窒化物半導体から構成された素子の端面に窒化シリコンが被着されていると、窒化シリコンも窒素（Ｎ）を含有しているために、ダングリング・ボンドが少なく非発光再結合中心の密度を低減できる。従って、光吸収と温度上昇との連鎖的正帰還を低減できるので、ＣＯＤ低下を抑制できる。
【００２６】
以上説明したように、本具体例においては、異種基板や酸化物系誘電体反射膜よりもＧａＮに近い線膨張係数を有した窒化シリコン層を、ＧａＮ基板上の窒化物半導体からなる多層膜の端面上に形成することにより膜の密着性が改善され、かつＣＯＤレベルも改善される。この結果、高出力特性及び信頼性が改善された窒化物半導体レーザ装置が可能となる。
【００２７】
次に、第１具体例における低反射膜及び高反射膜の構造、特性について説明する。  
図４は、光出射側端面に設けられた低反射膜５４における反射率の波長依存性（シミュレーションによる）を表すグラフ図である。  
この場合、反射率は、４００〜４１０ナノメータの波長範囲において、５％を設計値としている。例えば、第１保護窒化シリコン層５０の厚みは５１ナノメータ、酸化物（ＳｉＯ２）層５２厚みは１５３ナノメータとすることができる。この結果、図４に例示されるように、３９０〜４３０ナノメータの広い波長範囲において約５％の低反射率が実現できている。
【００２８】
図５は、光反射側端面に設けられた高反射膜６４における反射率の波長依存性（シミュレーションによる）を表すグラフ図である。  
この場合、反射率は、４００〜４１０ナノメータの波長範囲において、９３％となる設計である。第２保護窒化シリコン層６０の厚みは５１ナノメータとする。酸化物層６２の厚みは６９ナノメータ、窒化シリコン層６１の厚みは５１ナノメータとし、これを交互に合計１２積層し、最後の酸化物層の厚みのみ１３７ナノメータとする。この結果、３９０〜４２０ナノメータの広い波長範囲において９３％以上の反射率が得られた。この構造は、屈折率の異なる２種類の誘電体ペアを２分の１波長の厚みとし、このペアを積層することにより、反射光を強めあういわゆるブラッグ（Bragg）反射器である。
【００２９】
なお、第１保護窒化シリコン層５０及び第２保護窒化シリコン層６０には、端面を保護し、窒化物半導体の端面近傍における深い準位を低減することにより非発光再結合を抑制する作用を持たせている。もちろん、第１保護窒化シリコン層及び第２保護窒化シリコン層は低反射膜及び高反射膜を構成する窒化シリコン層の一部となり反射率制御作用も有する。
【００３０】
なお、上記の高反射膜においては、窒化シリコン層及び酸化物層の厚みはそれぞれ４分の１波長とすることができるが、これに限定されることはない。２種の誘電体間における屈折率差によって反射が生じるのであるから、ＧａＮと線膨張係数の近い窒化シリコン層の厚みを４分の１波長以上とし、酸化物層の厚みを４分の１波長以下とすることもできる。また、ＳｉＯ２層に限定されず、Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２などの酸化物であっても良い。全体の反射率はシミュレーションにより算出することができる。
【００３１】
なお、最上層は酸化膜層でなくともよいが、酸化膜層とするほうが発光層近傍におけるハイドロカーボンなどの堆積を抑制できる。これについては、後に詳述する。
【００３２】
次に、本具体例の製造工程について説明する。  
図６は、ウェーハ形成からチップへきかいまでの工程要部を表すフロー図である。  
まず、ＧａＮ基板上に窒化物半導体多層膜、電極などを形成するウェーハ工程を実施する（ステップＳ２００）。このウェーハをレーザスクライブなどにより、バー状にへきかい、分離することにより共振器端面を形成する（Ｓ２０２）。
【００３３】
続いて、端面がプラズマに対向するように、バーを基板ホルダ８０上に配列し、被着すべき端面の表面を２０〜３０ｅＶのエネルギーでプラズマ状態としたアルゴンにより、ＥＣＲスパッタ装置内でクリーニングする（Ｓ２０４）。このあと、光出射側端面７０上に第１保護窒化シリコン層５０を５１ナノメータ、続いて酸化物層５２を１５３ナノメータの厚みだけ順に形成する（Ｓ２０６）。酸化物層形成後、２０〜３０ｅＶのエネルギーでプラズマ状態とされたアルゴンによりクリーニングを行う（Ｓ２０８）。このクリーニングにより最外側酸化物層表面の有機物のような汚れは除去される。もし、最外側酸化膜上にＥＣＲによる膜形成時または膜形成後に生じた汚れがあると、後に説明するように、レーザ放射によりチャージアップなどを起こしこれら汚れが発光点近傍に 堆積しやすい。これに対して、上述したように、アルゴンによるクリーニングを行うことにより、汚れの堆積が抑制できる。
【００３４】
続いて、バーの反対側の共振面をプラズマに対向するように基板ホルダ上に配列し、２０〜３０ｅＶでプラズマ状態とされたアルゴンによるクリーニング（Ｓ２１０）後、５１ナノメータの第２保護窒化シリコン層６０を形成する。さらに、６９ナノメータ厚の酸化物層６２と５１ナノメータ厚の窒化シリコン層６１とを交互に合計１２層形成し、最後に酸化物層を１３７ナノメータとする（Ｓ２１２）。層数は合計１４となる。このあと、プラズマ状態のアルゴンによるクリーニングを行う（Ｓ２１４）。このクリーニングにより最外側酸化物層表面の有機物のような汚れは除去できる。このあと、レーザスクライブなどを用いてチップへきかいを行う（Ｓ２１６）。なお、図６に例示されたフロー図においては、低反射膜、高反射膜の順に形成しているが、この逆の順序であってもよい。
【００３５】
図７は、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ装置を表す模式図である。本装置においては、方形導波管９０により導かれた２．４５ＧＨｚの電磁波により放電を起こさせ、共振器軸方向に印加された磁場Ｂ及び回転電界Ｅにより電子を回転させプラズマ８２を発生する。この結果、冷陰極、高真空状態（０．０１〜０．２Ｐａ）下でプラズマ８２を発生できる。なお、共振器軸方向磁場Ｂは、磁気コイル９２により発生される。
【００３６】
また、反応室８４は真空ポンプ８５により排気されており、アルゴンガス、酸素ガス、窒素ガスが上流から必要に応じて導入される。シリコンや金属などからなる高純度ターゲット９８は、電源９６に接続されている。
【００３７】
図８は、ＥＣＲスパッタ工程におけるバー１００の配列状態を表す模式斜視図である。バー１００は、端面７０をプラズマ８２に接するように、基板ホルダ８０上に垂直に配置される。シリコンなどの高純度ターゲット９８をプラズマ８２によりスパッタしてバー１００の端面に窒化シリコン層や酸化物層などの誘電体を被着する。なお、反対側の端面７２（図示せず）に成膜後、バーは破線部分をスクライブして、チップ１０２に分離される。
【００３８】
図９は、このようにして形成された窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４），Ａｌ２Ｏ３，酸化シリコン（ＳｉＯ２）における屈折率の波長依存性を表す実測グラフ図である。  
ＥＣＲプラズマは０．０１〜０．２Ｐａの低ガス圧で、高密度プラズマ（５〜１０ｍＡ／ｃｍ２）が発生できる。この結果、低ダメージで緻密、平滑、高品質薄膜が形成できる。半導体レーザ装置における誘電体反射膜のように、膜厚を薄く、屈折率を精密に制御し、発光層へのダメージを抑制するには、ＥＣＲスパッタ膜は適している。
【００３９】
例えば、ＥＣＲスパッタによる窒化シリコン膜は、ダイヤモンド並みの硬さであり、硬い結晶といわれるＧａＮ基板との整合性にすぐれている。またこの窒化シリコン膜の弗酸耐性はプラズマＣＶＤによる窒化シリコン膜の約１０倍で、水分や水素に対してもバリア性が高く、緻密な膜であることを示している。
【００４０】
次に、ＥＣＲスパッタ膜における内部応力が窒素ガス流量により制御できることを説明する。  
図１０は、窒化物半導体の多層膜端面上に形成されたＥＣＲスパッタ膜（窒化シリコン）の内部応力の実測値の窒素ガス流量依存性を表すグラフ図である。縦軸は窒化シリコン膜の内部応力（ＧＰａ）を表し、横軸は窒素ガス流量（ｓｃｃｍ）を表す。パラメータは形成温度であり、室温（ＲＴ）、及び３００℃とした。
【００４１】
いずれの温度においても、窒素流量は５ｓｃｃｍ近傍において内部応力が最大となり、例えば３００℃におけるごとく高温形成膜では引っ張り応力（Ｔｅｎｓｉｌｅ）とできる。一方、窒素流量が５ｓｃｃｍ以下の領域では、内部応力は窒素流量の低下とともに低下し、４ｓｃｃｍ近傍以下では圧縮応力（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）となる。また、窒素流量が５ｓｃｃｍ以上の領域においても内部応力は低下し６ｓｃｃｍ近傍以上において圧縮応力となっている。
【００４２】
このように、温度と窒素流量を制御することにより、各層の内部応力を制御できるので、窒化物半導体に対して応力歪の小さい積層反射膜を形成することができる。
【００４３】
以上説明したように、窒化物半導体発光層を含む光出射側端面７０及び光反射側端面７２に隣接して、線膨張係数及びヤング率が近い窒化シリコン層を配置することにより、反射膜の密着性が改善された。さらに、ダングリング・ボンド低減により非発光再結合を抑制できるのでＣＯＤレベルも改善できた。この結果、高出力特性が改善され、信頼性が改善された窒化物半導体レーザ装置が提供された。例えば、周囲温度が７５℃において、１２０ｍＷ出力パルス駆動条件下で２，０００時間以上の平均寿命が得られている。これは、次世代ＤＶＤ記録要求を充分に満たす。なお、サファイヤなどの異種基板ではなく、発光層と同種材料であるＧａＮ基板１２を用いることによって、反射膜の密着性などの機械的強度が改善できている。
【００４４】
図１１は、第２実施例にかかる窒化物半導体レーザ装置の模式断面図である。同図については、図３に例示した第１具体例と同様の構成要素には、同一番号を付して詳細な説明を省略する。  
本具体例においては、低反射膜５４を４層とし、反射率を１０％と設計した。光出射面７０側から、第１窒化保護シリコン層５０、酸化物層５２、窒化シリコン層５１、酸化物層５２が順に積層され、低反射膜５４が構成されている。
【００４５】
図１２は、この光出射側端面に設けられた低反射膜の反射率の波長依存性を表すグラフ図である。  
３９５〜４０５ナノメータの波長において、約１０％の反射率が得られている。低反射膜５４の反射率を１０％と高くすると、外部光学系からの戻り光に対する半導体レーザ装置の特性変動が低減できる。例えば、戻り光ノイズなどが低減できるので、光ディスク読み取りエラーを低減できる。なお、光反射側端面に設けられた高反射膜６４は第１具体例と同様とする。
【００４６】
次に、誘電体反射膜上に生じる汚れについて説明する。  
レーザ装置からのビームは高エネルギーを有している。高エネルギーを有するビームなどにより、長時間駆動後にハイドロカーボンなどが、発光点付近に堆積している現象がごくまれに観察される。  
【００４７】
図１３は、大出力動作による高温加速試験を行った比較例を表す模式斜視図である。  
また、図１４は、その比較例の模式断面図である。なお、これらの図面についても、図１乃至図１２と同様の構成要素には同一番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００４８】
定格出力動作範囲を超す高温加速試験において、ハイドロカーボンなどの有機物がレーザ光によるチャージアップなどにより発光点付近に堆積物１１０を生じることがある。ＧａＮ系材料は、抵抗率が高いことからチャージアップしやすい傾向がある。しかしながら、反射膜形成後にアルゴンなどの不活性ガスを２０〜３０ｅＶでプラズマ状態とし、主として最外側層の表面をクリーニングすることにより、これらは大幅に低減できる。さらにハイドロカーボン堆積を抑制するには、パッケージへの封止雰囲気に酸素ガスを含ませると良い。
【００４９】
図１５は、直径が約５．６ミリメータのパッケージの組み込まれた窒化物半導体レーザ装置を表す模式部分切断斜視図である。チップ１０２が、ステム１１０内に組み込まれ、ガラス窓１１２を備えたキャップ１１４により気密封止される。そして、パッケージ内には、酸素を含んだ窒素ガス、不活性ガスなどが充填されている。
【００５０】
この場合、酸素ガスは微量ではあるが、誘電体反射膜が薄いこともあり、窒化シリコン層の酸化を抑制するために、最外側層は酸化物層であることがより好ましい。すなわち、誘電体反射膜構成においては、その最外側層は酸化物層であることが好ましい。
【００５１】
さらに、図１５により、チップマウント時において線膨張歪が低減できることを説明する。チップ１０２を、ステム１１０またはＡｌＮやＳｉＣなどのサブマウント（図示せず）にマウントする場合、２００〜３５０℃と昇温する。例えば、３５０℃でマウントする場合、ＥＣＲスパッタ膜を約１７５℃で形成するとマウント時における線膨張による歪を、室温形成膜の約半分とすることができる。この結果、機械的強度が増すので、信頼性が改善できる。ＥＣＲスパッタ膜に形成温度は、室温からマウント温度の範囲で選択できる。
【００５２】
次に、第３具体例にかかる窒化物半導体発光装置について説明する。  
図１６は、第３具体例にかかる窒化物半導体発光装置の模式断面図である。  
炭化珪素（ＳｉＣ）基板（図示せず）上に、ＡｌＧａＮバッファ層１２４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６、ＩｎＧａＮ系発光層１２８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１３０、ｐ型ＧａＮコンタクト層１３２を成長する。続いて、分離溝１３８を形成し、本図における分離溝１３８の右側のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６の上部を除去する。さらに、ｐ型ＧａＮコンタクト層１３２を図のようにパターニングにより加工し、その上にｐ側電極１３４を形成する。一方、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６の分離溝３１を隔てて露出しているｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２６の上には、ｎ側電極１４０を形成する。
【００５３】
続いて、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１３０上でｐ側電極が形成されていない領域に窒化シリコン層と酸化物層（例えば酸化シリコン層）からなる反射層１３６を形成する。さらに、レーザリフトオフ法などを用いて、炭化珪素基板を剥離し、ＡｌＧａＮバッファ層１２４上に、窒化シリコン層と酸化物層からなる反射層１２２、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層１２０を順次形成し窒化物半導体発光装置が完成する。
【００５４】
ＩｎＧａＮ系発光層１２８からの放射光は、反射層１２２及び反射層１３６により形成される共振器により共振を起こすので、いわゆるスーパールミネッセントＬＥＤ（Light Emitting Diode）として動作する。この場合、下側に位置する反射層１２２のみでも良い。いずれの場合でも反射層により高輝度かつ共振した光が、図１６に矢印で例示されるごとく、窒化物半導体発光装置の上方へ放射される。
【００５５】
本具体例においても、ＡｌＧａＮバッファ層１２４には窒化シリコン層が隣接して配置され、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１３０には窒化シリコン層が隣接して配置される。このため、非発光再結合による無効電流が低減でき、かつ線膨張係数の差が小さいために密着性がよい。この結果、高出力で信頼性が改善されたスーパールミネッセントＬＥＤが提供される。
【００５６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。  
しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。窒化物半導体レーザ装置、窒化物半導体発光装置を構成する、半導体多層膜、反射膜、パッケージなど各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、またＥＣＲスパッタ膜やプラズマクリーニングなどのプロセスに関して、当業者が各種の変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＡｌｙＧａｚＩｎ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。また、導電型を制御するために添加される各種の不純物のいずれかをさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１具体例にかかる窒化物半導体レーザ装置の模式斜視図である。
【図２】図１における一点鎖線ＡＡ’に沿った垂直断面を表す模式図である。
【図３】図１における一点鎖線ＢＢ’に沿った垂直断面を表す模式図である。
【図４】第１具体例における低反射膜（第１の膜）の反射率の波長依存性を表すグラフ図である。
【図５】第１具体例における高反射膜（第２の膜）の反射率の波長依存性を表すグラフ図である。
【図６】第１具体例にかかる窒化物半導体レーザ装置における製造工程の要部を表すフロー図である。
【図７】ＥＣＲスパッタ装置の要部を表わす模式図である。
【図８】バーの配列状態を表す模式斜視図である。
【図９】本具体例に適用するＥＣＲスパッタ膜屈折率の波長依存性を表すグラフ図である。
【図１０】ＥＣＲスパッタ膜における内部応力（実測）の窒素ガス流量依存性を表すグラフ図である。
【図１１】本発明の第２具体例にかかる窒化物半導体レーザ装置の模式断面図である。
【図１２】第２具体例における低反射膜の反射率の波長依存性を表すグラフ図である。
【図１３】比較例を表す模式斜視図である。
【図１４】比較例の模式垂直断面図である。
【図１５】本具体例にかかる窒化物半導体レーザ装置の模式部分切断斜視図である。
【図１６】本発明の第３具体例にかかる窒化物半導体発光装置の模式断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１２    ＧａＮ基板、１８    量子井戸発光層、５０    第１保護窒化シリコン層
５２    酸化物層、５４    低反射膜（第１の膜）、６０    第２保護窒化シリコン層
６１    窒化シリコン層、６２    酸化物層、６４    高反射膜（第２の膜）
７０    光出射側端面、７２    光反射側端面、１００  バー、１０２  チップ
１２２  反射膜、１２４  ＡｌＧａＮバッファ層、１２６  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１２８  ＩｎＧａＮ系発光層、１３０  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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