半導体レーザ素子
【課題】レーザ素子の信頼性を向上させることが可能な半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子（半導体レーザ素子）１０００は、光出射面１から近い順に、ＡｌＮ膜４１と、Ａｌ２Ｏ３膜４２と、ＡｌＮ膜４３とが形成された誘電体多層膜である第１変質防止層４０と、第１変質防止層４０の光出射面１側とは反対側の表面に形成されたＡｌ２Ｏ３膜５１とを備える。そして、レーザ光の波長がλであり、ＡｌＮ膜４１、Ａｌ２Ｏ３膜４２およびＡｌＮ膜４３の屈折率が、それぞれ、ｎ１、ｎ２およびｎ３である場合に、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１、Ａｌ２Ｏ３膜４２の厚みｔ２およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）に設定されている。
【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子（半導体レーザ素子）１０００は、光出射面１から近い順に、ＡｌＮ膜４１と、Ａｌ２Ｏ３膜４２と、ＡｌＮ膜４３とが形成された誘電体多層膜である第１変質防止層４０と、第１変質防止層４０の光出射面１側とは反対側の表面に形成されたＡｌ２Ｏ３膜５１とを備える。そして、レーザ光の波長がλであり、ＡｌＮ膜４１、Ａｌ２Ｏ３膜４２およびＡｌＮ膜４３の屈折率が、それぞれ、ｎ１、ｎ２およびｎ３である場合に、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１、Ａｌ２Ｏ３膜４２の厚みｔ２およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）に設定されている。
【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し、特に、発光層を有する半導体素子層を備えた半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザは、光ディスクシステムや光通信システムなどの光源として広く用いられている。また、システムを構成する機器の高性能化に伴い、要素部品としての半導体レーザの特性向上が要望されている。特に、高密度光ディスクシステムの光源として、レーザ光の短波長化や高出力化が望まれており、近年では、窒化物系材料により、発振波長が約４０５ｎｍの青紫色半導体レーザが開発されるとともに、その高出力化が検討されている。
【０００３】
一般的に、半導体レーザの高出力化を行う場合、製造プロセスにおいて、半導体レーザ素子の共振器における光出射面を低反射率にするとともに、光反射面を高反射率とする端面コート処理が施される。多くの半導体レーザでは、共振器の端面コート処理に、従来ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの酸化膜からなる誘電体膜が用いられてきた。しかし、この場合、レーザ光の発振中に、誘電体膜中の酸素が半導体層に拡散することにより半導体層が酸化されてしまい、半導体層と端面コート膜との界面に非発光再結合準位（発光エネルギが熱エネルギに変換される状態）が発生する。この結果、レーザ光が半導体層や端面コート膜に吸収されやすくなり、共振器端面の異常発熱に起因して光学損傷破壊（ＣＯＤ）が発生する不都合がある。また、酸素を有しない窒化膜からなる誘電体膜による端面コート処理が提案されている。しかし、一般的に、窒化膜が有する応力は、酸化膜の場合と比較して数倍〜数十倍も大きいために膜剥がれ（剥離）が生じやすく、その結果、共振器端面に割れや剥離を生じさせる不都合もある。
【０００４】
そこで、従来では、半導体層と酸化膜からなる端面コート膜との間に、窒化物からなる薄膜を形成する提案がなされている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記特許文献１には、光出射側の共振器端面に、酸化物からなる第１コート膜が形成されるとともに、光出射側の共振器端面と第１コート膜との間に挟まれるように窒化物からなる第２コート膜が形成された窒化物半導体発光素子が開示されている。この特許文献１に記載の窒化物半導体発光素子では、共振器端面に接触するように形成された窒化物からなる第２コート膜により、雰囲気にさらされる最表面の第１コート膜から半導体層（光出射側の共振器端面）へ酸素が供給されるのが抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２４３０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示された窒化物半導体発光素子では、約４００ｎｍの波長を有する光密度の大きい高エネルギのレーザ光が共振器端面から出射されるので、レーザ光が透過する第１コート膜および第２コート膜に発熱が生じる。この場合、第１コート膜と第２コート膜との界面では、発熱によって酸化物からなる第１コート膜から酸素が脱離する。また、雰囲気中の酸素が第１コート膜を透過して窒化物からなる第２コート膜に取り込まれやすいために、第２コート膜の窒素と、外部および第１コート膜から脱離した酸素とが置換される。これにより、第１コート膜と第２コート膜との界面が変質を起こす。なお、第２コート膜における窒素と酸素との置換の反応速度よりも、酸化物からなる第１コート膜から酸素が脱離する反応速度が大きい。このため、レーザ光の出射に伴って第１コート膜が次第に劣化し始める。この結果、レーザ素子の動作電流の上昇を招き、動作電流の上昇に伴うさらなる発熱に起因して共振器端面が破壊されやすくなる。特に、高出力化された半導体レーザでは、レーザの動作時間が長いほど上記の点が顕著となるので、レーザ素子の信頼性が低下するという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、レーザ素子の信頼性を向上させることが可能な半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の一の局面による半導体レーザ素子は、発光層を有する半導体素子層と、半導体素子層の発光層を含む領域の光出射側の端部に形成された第１共振器端面と、第１共振器端面上に、第１共振器端面側から第１窒化膜と、第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方を含む第１中間膜と、第２窒化膜とがこの順に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に形成され、第２酸化膜および第２酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２絶縁膜とを備え、発光層が発するレーザ光の波長がλであり、第１窒化膜の屈折率、第１中間膜の平均屈折率および第２窒化膜の屈折率が、それぞれ、ｎ１、ｎ２およびｎ３である場合に、第１窒化膜の厚みｔ１、第１中間膜の厚みｔ２および第２窒化膜の厚みｔ３は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）になるように設定されている。
【００１０】
なお、本発明において、光出射側の共振器端面は、一対に形成された共振器端面のそれぞれから出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射側の第１共振器端面である。また、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射側の第２共振器端面である。
【００１１】
この発明の一の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、光出射側の第１共振器端面上に、第１共振器端面側から第１窒化膜と、第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方を含む第１中間膜と、第２窒化膜とがこの順に形成された第１絶縁膜を備える。これにより、外側に配置された第２窒化膜により、第２絶縁膜中および雰囲気中に存在する酸素が第１絶縁膜中に取り込まれにくくなるので、第１中間膜と第１窒化膜との界面における酸素の脱離や、酸素と窒素との置換反応などが抑制される。すなわち、第１中間膜と第１窒化膜との界面が変質して劣化するのが抑制される。また、第１中間膜と第１窒化膜との界面に変質が生じた場合でも、第１窒化膜および第２窒化膜によって、第１中間膜内に広がる変質領域をこの領域内に留めることができるので、変質の拡大が抑制される。これにより、第１絶縁膜内の変質を最小限に抑制することができる。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光出射側の第１共振器端面および第１絶縁膜近傍における発熱が抑制されるので、第１共振器端面の破壊が抑制される。この結果、レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、第１絶縁膜上、すなわち、第１共振器端面とは反対側に位置する第１絶縁膜の表面上に形成された第２酸化膜および第２酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２絶縁膜の厚みを調整することにより、光出射側の第１共振器端面を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより、高出力化に対応したレーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、第１絶縁膜を構成する第１窒化膜の厚みｔ１、第１中間膜の厚みｔ２および第２窒化膜の厚みｔ３を、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）となるように設定することによって、第１絶縁膜を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光出射側の第１共振器端面を出射したレーザ光は、第１絶縁膜を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過して第２絶縁膜に達する。その結果、所望の反射率を有するように設定された第２絶縁膜の反射率制御機能が第１絶縁膜によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第１絶縁膜を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００１４】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化膜は、半導体素子層と接する。このように構成すれば、光出射側の第１共振器端面には第１窒化膜が接触しているので、第１中間膜中の第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方からの酸素が半導体素子層に取り込まれるのを、第１窒化膜により容易に抑制することができる。
【００１５】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化膜および第２窒化膜の少なくとも一方と、第１中間膜とは、同じ金属元素を含む。このように構成すれば、互いに接触する第１窒化膜と第１中間膜、および、互いに接触する第２窒化膜と第１中間膜の少なくとも一方は、同種の金属元素を含む材料であるので、接触の際の密着性を向上させることができる。この結果、第１窒化膜および第２窒化膜の少なくとも一方の膜剥がれ（剥離）を抑制することができる。
【００１６】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化膜および第２窒化膜は、それぞれ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む。このように構成すれば、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む窒化物は良好な絶縁性を有するので、第１窒化膜および第２窒化膜の絶縁性を向上させることができる。また、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含んだ窒化膜により、第１絶縁膜および半導体素子層に酸素が取り込まれるのを効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１酸化膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＮｂからなるグループより選択される少なくとも１つの元素を含む。このように構成すれば、上記の元素を含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、第１酸化膜の絶縁性を向上させることができる。また、第１酸化膜と、第１酸化膜を両側から挟み込む第１窒化膜および第２窒化膜とが上記グループより選択される共通の元素を共に含む場合には、第１酸化膜と、第１窒化膜および第２窒化膜との各膜間の密着性を向上させることができる。
【００１８】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１酸窒化膜は、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む。このように構成すれば、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、第１酸窒化膜の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌ元素を含む第１酸窒化膜を、Ａｌ元素を含む第１窒化膜および第２窒化膜とによって両側から挟み込む場合、各々の膜は同種の金属元素（Ａｌ元素）により容易に接触させることができるので、各膜間の密着性を向上させることができる。
【００１９】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１絶縁膜と第２絶縁膜との間に第３酸化膜および第３酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２中間膜がさらに形成されている。このように構成すれば、光出射側の第１共振器端面上に、第１窒化膜と第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方とからなる領域、および、第２窒化膜と第３酸化膜および第３酸窒化膜の少なくとも一方とからなる領域が光出射側の第１共振器端面から近い順に形成されて多層化されるので、第１共振器端面の破壊をより一層抑制することができる。
【００２０】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体素子層の発光層を含む領域の光反射側の端部に形成された第２共振器端面と、第２共振器端面上に、第２共振器端面側から第３窒化膜と、第４酸化膜および第４酸窒化膜の少なくとも一方を含む第３中間膜と、第４窒化膜とがこの順に形成された第３絶縁膜をさらに備える。このように構成すれば、雰囲気中からの酸素が、第４窒化膜により第３絶縁膜中に取り込まれにくくなるので、第３中間膜と第３窒化膜との界面が変質して劣化するのが抑制される。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光反射側の第２共振器端面および第３絶縁膜における発熱が抑制され、第２共振器端面の破壊も抑制される。この結果、レーザ素子の信頼性をより向上させることができる。
【００２１】
この場合、好ましくは、第３窒化膜の屈折率、第３中間膜の平均屈折率および第４窒化膜の屈折率が、それぞれ、ｎ５、ｎ６およびｎ７である場合に、第３窒化膜の厚みｔ５、第３中間膜の厚みｔ６および第４窒化膜の厚みｔ７は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ７＜λ／（４×ｎ７）になるように設定されている。このように構成すれば、たとえば、第３絶縁膜上、すなわち、光反射側の第２共振器端面とは反対側に位置する第３絶縁膜の表面上にレーザ光を反射する反射膜などを設けた場合、第３絶縁膜を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光反射側の第２共振器端面を出射したレーザ光は、第３絶縁膜を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過して反射膜に達するので、所望の反射率を有するように設定された反射膜の反射率制御機能が第３絶縁膜によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第３絶縁膜を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００２２】
また、この場合、好ましくは、第３窒化膜は、半導体素子層と接する。このように構成すれば、光反射側の第２共振器端面には第３窒化膜が接触しているので、第３中間膜中の第４酸化膜および第４酸窒化膜の少なくとも一方からの酸素が半導体素子層に取り込まれるのを、第３窒化膜により容易に抑制することができる。
【００２３】
また、この場合、好ましくは、第３窒化膜および第４窒化膜の少なくとも一方と、第３中間膜とは、同じ金属元素を含む。このように構成すれば、互いに接触する第３窒化膜と第３中間膜、および、互いに接触する第４窒化膜と第３中間膜の少なくとも一方は、同種の金属元素を含む材料であるので、接触の際の密着性を向上させることができる。この結果、第３窒化膜および第４窒化膜の少なくとも一方の膜剥がれ（剥離）を抑制することができる。
【００２４】
また、この場合、好ましくは、第３窒化膜および第４窒化膜は、それぞれ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む。このように構成すれば、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む窒化物は良好な絶縁性を有するので、第３窒化膜および第４窒化膜の絶縁性を向上させることができる。また、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含んだ窒化膜により、第３絶縁膜および半導体素子層に酸素が取り込まれるのを効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、この場合、好ましくは、第４酸化膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＮｂからなるグループより選択される少なくとも１つの元素を含む。このように構成すれば、上記の元素を含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、第４酸化膜の絶縁性を向上させることができる。また、第４酸化膜と、第４酸化膜を両側から挟み込む第３窒化膜および第４窒化膜とが上記グループより選択される共通の元素を共に含む場合には、第４酸化膜と、第３窒化膜および第４窒化膜との各膜間の密着性を向上させることができる。
【００２６】
また、この場合、好ましくは、第４酸窒化膜は、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む。このように構成すれば、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、第４酸窒化膜の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌ元素を含む第４酸窒化膜を、同じく、Ａｌ元素を含む第３窒化膜および第４窒化膜とによって両側から挟み込む場合には、各膜間の密着性を向上させることができる。
【００２７】
上記第３絶縁膜をさらに備える構成において、好ましくは、第３絶縁膜上に形成された多層反射膜をさらに備える。このように構成すれば、多層反射膜の厚みを調整することにより、光反射側の第２共振器端面を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。
【００２８】
なお、上記第２中間層を含む構成において、好ましくは、第２中間膜の平均屈折率がｎ４で、厚みがｔ４である場合に、ｔ４＜λ／（４×ｎ４）になるように設定されている。このように構成すれば、第２中間膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなるので、光出射側の第１共振器端面を出射したレーザ光は、第２中間膜の厚みに影響されることなく透過して第２絶縁膜に達する。これにより、所望の反射率を有するように設定された第２絶縁膜の反射率制御機能が第２中間膜によって影響されるのを容易に抑制することができる。
【００２９】
また、上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１中間膜は、第１酸化膜と第１酸窒化膜との両方を含む。すなわち、第１窒化膜と第２窒化膜との間には、第１酸化膜および第１酸窒化膜の両方が形成されている。このように構成すれば、第２絶縁膜中および雰囲気中に存在する酸素が第１絶縁膜中にさらに取り込まれにくくなるので、第１中間膜と第１窒化膜との界面が変質して劣化することをさらに抑制することができる。
【００３０】
また、この場合、好ましくは、第１中間膜は、第１酸化膜と、第１酸化膜を積層方向に挟む２つの第１酸窒化膜とからなる。このように構成すれば、第１絶縁膜が、窒化膜、酸窒化膜、酸化膜、酸窒化膜および窒化膜の順に積層されるので、第１絶縁膜中の組成が漸次変化することになる。その結果、第１絶縁膜中の各膜間の密着性をさらに向上させることができるので、複数の薄膜からなる第１絶縁膜の強度を維持することができる。
【００３１】
また、上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体素子層は、窒化物系半導体からなる。このように構成すれば、約５２５ｎｍ以下の短い発振波長を有し、かつ、高エネルギなレーザ光を出射する窒化物系半導体レーザ素子において、レーザ光出射時の発熱に起因した光出射側の第１共振器端面の破壊を効果的に抑制することができる。
【００３２】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化膜、第１中間膜および第２窒化膜は、それぞれ、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲の厚みを有する。このように構成すれば、第２絶縁膜の反射率制御機能が第１絶縁膜によって影響されるのをさらに容易に抑制することができるとともに、各膜の膜剥れ（剥離）などもさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、レーザ素子の信頼性を向上させることが可能な半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図２】図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に直交する面における断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の第１変形例による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図８】図７に示した窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に直交する面における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３６】
（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０００の構造について説明する。
【００３７】
本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０００では、図２に示すように、約１００μｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなる基板１０上に、発振波長λが約４０５ｎｍ帯を有する窒化物系半導体からなる半導体素子層２０が形成されている。
【００３８】
また、窒化物系半導体レーザ素子１０００は、図１に示すように、共振器の延びる方向（Ａ方向）の両端部に、それぞれ、光出射面１および光反射面２が形成されている。なお、光出射面１は、本発明の「第１共振器端面」の一例であり、光反射面２は、本発明の「第２共振器端面」の一例である。また、窒化物系半導体レーザ素子１０００の光出射面１および光反射面２には、製造プロセスにおける端面コート処理により、端面コート膜がそれぞれ形成されている。
【００３９】
ここで、第１実施形態では、図１に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０００の光出射面１上には、光出射面１から近い順に、光出射面１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜４２と、Ａｌ２Ｏ３膜４２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４３とが積層された誘電体多層膜である第１変質防止層４０が形成されている。そして、第１変質防止層４０上には、第１変質防止層４０に接触するように約７０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜５１が形成されている。なお、第１変質防止層４０は、本発明の「第１絶縁膜」の一例である。また、ＡｌＮ膜４１は、本発明の「第１窒化膜」の一例であり、Ａｌ２Ｏ３膜４２は、本発明の「第１酸化膜」および「第１中間膜」の一例であり、ＡｌＮ膜４３は、本発明の「第２窒化膜」の一例である。また、Ａｌ２Ｏ３膜５１は、本発明の「第２酸化膜」および「第２絶縁膜」の一例である。第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１、Ａｌ２Ｏ３膜４２およびＡｌＮ膜４３により、第１変質防止層４０自身および光出射面１がレーザ光の出射に伴って変質するのを抑制する機能を有する。また、Ａｌ２Ｏ３膜５１は反射率を制御する機能を有し、Ａｌ２Ｏ３膜５１により光出射面１でのレーザ光の反射率が約８％を有するように設定されている。
【００４０】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１、Ａｌ２Ｏ３膜４２およびＡｌＮ膜４３の屈折率が、それぞれ、ｎ１（＝約２．１５）、ｎ２（＝約１．６８）およびｎ３（＝約２．１５）である場合、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１（＝約１０ｎｍ）、Ａｌ２Ｏ３膜４２の厚みｔ２（＝約１０ｎｍ）およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３（＝約１０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）の関係を有するように設定されている。
【００４１】
すなわち、第１実施形態では、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１が、ｔ１＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましい。また、ＡｌＮ膜４３の厚みｔ３が、ｔ３＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましい。なお、窒化膜（ＡｌＮ膜４１および４３）は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３膜４２の厚みｔ２については、ｔ２＜約６０ｎｍであるように形成されるのが好ましく、特に約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【００４２】
また、図１に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０００の光反射面２上には、光反射面２から近い順に、光反射面２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜６２とが積層された誘電体多層膜である第２変質防止層６０が形成されている。そして、第２変質防止層６０上には、Ａｌ２Ｏ３膜６２に接触する約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６３が形成されている。また、ＳｉＯ２膜６３上には、ＳｉＯ２膜６３に接触する低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と高屈折率膜として約５０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２膜とが交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する誘電体多層膜である多層反射膜６４が形成されている。また、多層反射膜６４は反射率を制御する機能を有し、多層反射膜６４により光反射面２でのレーザ光の反射率が約９８％の高反射率を有するように設定されている。
【００４３】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜６１、Ａｌ２Ｏ３膜６２およびＳｉＯ２膜６３の屈折率が、それぞれ、ｎ５（＝約２．１５）、ｎ６（＝約１．６８）およびｎ８（＝約１．４８）である場合、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５（＝約１０ｎｍ）、Ａｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ６（＝約１０ｎｍ）およびＳｉＯ２膜６３の厚みｔ８（＝約１４０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ８≒λ／（２×ｎ８）の関係を有するように設定されている。
【００４４】
また、窒化物系半導体レーザ素子１０００の半導体素子層２０は、図２に示すように、基板１０の上面上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層２１が形成されている。また、ｎ型層２１上には、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層２２が形成されている。
【００４５】
また、ｎ型クラッド層２２上には、約５ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなるｎ型キャリアブロック層２３が形成されている。また、ｎ型キャリアブロック層２３上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層２４が形成されている。また、ｎ型光ガイド層２４上には、活性層２５が形成されている。この活性層２５は、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる４層の障壁層と、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる３層の井戸層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有している。
【００４６】
また、図２に示すように、活性層２５上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層２６が形成されている。ｐ型光ガイド層２６上には、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなるｐ型キャップ層２７が形成されている。
【００４７】
また、ｐ型キャップ層２７上には、凸部２８ａと凸部２８ａ以外の平坦部２８ｂとを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層２８が形成されている。このｐ型クラッド層２８の平坦部２８ｂは、凸部２８ａの左右両側において約８０ｎｍの厚みを有している。また、ｐ型クラッド層２８の平坦部２８ｂの上面から凸部２８ａの上面までは、約３２０ｎｍの高さを有するとともに、凸部２８ａの幅は、約１．５μｍを有している。
【００４８】
また、ｐ型クラッド層２８の凸部２８ａ上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層２９が形成されている。このｐ型コンタクト層２９とｐ型クラッド層２８の凸部２８ａとによって、一方側面３０ａと、一方側面３０ａとは反対側に位置する他方側面３０ｂとを有するリッジ部３０が構成されている。また、リッジ部３０は、下部において約１．５μｍの幅を有し、［１−１００］方向（レーザ光の出射方向である図１のＡ方向）に延びる形状に形成されている。ここで、リッジ部３０の下方に位置する活性層２５を含む部分に、［１−１００］方向（図１のＡ方向）に延びる導波路が形成されており、この導波路と光出射面１および光反射面２とによって共振器が構成されている。なお、ｎ型層２１、ｎ型クラッド層２２、ｎ型キャリアブロック層２３、ｎ型光ガイド層２４、活性層２５、ｐ型光ガイド層２６、ｐ型キャップ層２７、ｐ型クラッド層２８およびｐ型コンタクト層２９は、それぞれ、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、活性層２５は、本発明の「発光層」の一例である。
【００４９】
また、図２に示すように、リッジ部３０を構成するｐ型コンタクト層２９上には、下層側から上層側に向かって、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とがこの順に形成されたｐ側オーミック電極３１が形成されている。また、ｐ側オーミック電極３１の上面以外の領域上には、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜（絶縁膜）からなる電流ブロック層３２が形成されている。また、電流ブロック層３２上の所定領域には、ｐ側オーミック電極３１の上面に接触するように、下層側から上層側に向かって、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層とがこの順に形成されたｐ側パッド電極３３が形成されている。
【００５０】
また、図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の下面上には、ｎ側電極３４が形成されている。このｎ側電極３４は、ｎ型ＧａＮ基板１０下面側から近い順に積層された、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とから構成されている。
【００５１】
次に、図１および図２を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０００の製造プロセスについて説明する。
【００５２】
まず、図２に示すように、基板１０上に、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、約１００ｎｍの厚みを有するｎ型層２１、約４００ｎｍの厚みを有するｎ型クラッド層２２、約５ｎｍの厚みを有するｎ型キャリアブロック層２３、約１００ｎｍの厚みを有するｎ型光ガイド層２４、約９０ｎｍの合計厚みを有する活性層２５を順次形成する。また、活性層２５に、約１００ｎｍの厚みを有するｐ型光ガイド層２６、約２０ｎｍの厚みを有するｐ型キャップ層２７、約４００ｎｍの厚みを有するｐ型クラッド層２８、および約１０ｎｍの厚みを有するｐ型コンタクト層２９を順次形成する。その後、ｐ型化アニール処理とエッチングによるリッジ部３０の形成とを行った後、ｐ側オーミック電極３１、電流ブロック層３２およびｐ側パッド電極３３を真空蒸着法によりそれぞれ形成する。また、基板１０の下面上に、真空蒸着法によりｎ側電極３４を形成する。
【００５３】
次に、窒化物系半導体レーザ素子１０００（図１参照）を構成する共振器端面と端面コート膜との形成方法について説明する。まず、所定の箇所にレーザあるいは機械式スクライブにより、リッジ部３０の延びる方向（図１におけるＡ方向）に直交する方向にスクライブ傷を形成する。このスクライブ傷は、リッジ部３０を除く部分に、破線状に形成される。
【００５４】
ここで、第１実施形態では、上述の半導体レーザ構造を形成した基板１０をスクライブ傷に沿って劈開を行い、バー状態に分離された構造を形成する。その後、劈開面が形成されたバー状態の基板を、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタ成膜装置に導入する。
【００５５】
また、ＥＣＲプラズマを劈開面からなる光出射面１（図１参照）に照射することにより、光出射面１を清浄化する。ＥＣＲプラズマは、Ｎ２ガス雰囲気中で発生させる。このとき、光出射面１（図１参照）は軽微にエッチングされる。なお、その際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、ＥＣＲスパッタ法により、光出射面１に第１変質防止層４０およびＡｌ２Ｏ３膜５１（図１参照）を順次形成する。
【００５６】
また、上述の光出射面１を清浄化する工程と同様に、ＥＣＲプラズマを劈開面からなる光反射面２（図１参照）に照射することにより、光反射面２を清浄化する。このとき、光反射面２は軽微にエッチングされる。なお、その際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、ＥＣＲスパッタ法により、光反射面２に第２変質防止層６０、ＳｉＯ２膜６３および多層反射膜６４（図１参照）を形成する。
【００５７】
その後、バー状態の基板１０をリッジ部３０の延びる方向（図１におけるＡ方向）に平行な方向に分離することにより、チップ化された窒化物系半導体レーザ素子１０００が形成される。
【００５８】
このように、第１実施形態では、ＥＣＲプラズマを照射することにより、劈開後の光出射面１および光反射面２に対して清浄化を行う工程を備えることによって、導波路端面近傍の劣化やＣＯＤが発生するのが抑制された窒化物系半導体レーザ素子１０００が容易に形成されることが可能である。このようにして、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０００が形成される。
【００５９】
第１実施形態では、上記のように、光出射面１上に、光出射面１から近い順に、ＡｌＮ膜４１と、Ａｌ２Ｏ３膜４２と、ＡｌＮ膜４３とが形成された第１変質防止層４０を備える。これにより、外側に配置されたＡｌＮ膜４３により、Ａｌ２Ｏ３膜５１中および雰囲気中に存在する酸素が第１変質防止層４０に取り込まれにくくなるので、Ａｌ２Ｏ３膜４２とＡｌＮ膜４１との界面における酸素の脱離や、酸素と窒素との置換反応などが抑制される。すなわち、Ａｌ２Ｏ３膜４２とＡｌＮ膜４１との界面が変質して劣化するのが抑制される。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光出射面１および第１変質防止層４０近傍における発熱が抑制されるので、光出射側の共振器端面（光出射面１）の破壊が抑制される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子１０００の信頼性を向上させることができる。なお、上記効果は、約５２５ｎｍ以下の短い発振波長でかつ高エネルギを有するレーザ光を出射する半導体レーザ素子に対して特に有効である。
【００６０】
また、上記のように構成した場合に、Ａｌ２Ｏ３膜４２とＡｌＮ膜４１との界面に変質が生じた場合でも、ＡｌＮ膜４３によってＡｌ２Ｏ３膜４２内に広がる変質領域をＡｌ２Ｏ３膜４２内に留めることができるので、変質の拡大が抑制される。これにより、第１変質防止層４０の変質を最小限に抑制することができる。
【００６１】
また、第１変質防止層４０上、すなわち、光出射面１とは反対側に位置する第１変質防止層４０の表面上に形成されたＡｌ２Ｏ３膜５１の厚みを調整することにより、光出射面１を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより、高出力化に対応した窒化物系半導体レーザ素子１０００の信頼性を向上させることができる。
【００６２】
また、第１変質防止層４０を構成するＡｌＮ膜４１の厚みｔ１、Ａｌ２Ｏ３膜４２の厚みｔ２およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３を、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）となるように設定することによって、第１変質防止層４０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光出射面１を出射したレーザ光は、第１変質防止層４０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過してＡｌ２Ｏ３膜５１に達する。その結果、所望の反射率（約８％）を有するように設定されたＡｌ２Ｏ３膜５１の反射率制御機能が第１変質防止層４０によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第１変質防止層４０を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００６３】
また、第１実施形態では、第１変質防止層４０のＡｌＮ膜４１は半導体素子層２０と接する。これにより、光出射面１にはＡｌＮ膜４１が接触しているので、Ａｌ２Ｏ３膜４２の酸素が半導体素子層２０に取り込まれるのを、ＡｌＮ膜４１により容易に抑制することができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３と、Ａｌ２Ｏ３膜４２とが、同じＡｌ元素を含む。これにより、互いに接触するＡｌＮ膜４１とＡｌ２Ｏ３膜４２、および、互いに接触するＡｌＮ膜４３とＡｌ２Ｏ３膜４２とは、それぞれ、同種の金属元素（Ａｌ元素）を含む材料であるので、接触の際の密着性を向上させることができる。この結果、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３の膜剥がれ（剥離）を抑制することができる。
【００６５】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３が、それぞれ、Ａｌを含む。これにより、Ａｌを含む窒化物は良好な絶縁性を有するのでＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌを含んだ窒化膜により、第１変質防止層４０および半導体素子層２０に酸素が取り込まれるのを効果的に抑制することができる。
【００６６】
また、第１実施形態では、Ａｌ２Ｏ３膜４２がＡｌを含む。これにより、Ａｌを含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、Ａｌ２Ｏ３膜４２の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌを含むＡｌ２Ｏ３膜４２と、Ａｌ２Ｏ３膜４２を両側から挟み込むＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３とを同種の金属元素（Ａｌ元素）により容易に接触させることができるので、各膜間の密着性を向上させることができる。
【００６７】
また、第１実施形態では、活性層２５を含む半導体素子層２０は、窒化物系半導体からなる。これにより、約４０５ｎｍ帯の短い発振波長を有し、かつ、高エネルギなレーザ光を出射する窒化物系半導体レーザ素子１０００において、特にレーザ光出射時の発熱に起因した光出射側の共振器端面（光出射面１）の破壊を効果的に抑制することができる。
【００６８】
また、第１実施形態では、第２変質防止層６０を構成するＡｌＮ膜６１の厚みｔ５およびＡｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ６を、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）およびｔ６＜λ／（４×ｎ６）となるように設定することによって、第２変質防止層６０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光反射面２を出射したレーザ光は、第２変質防止層６０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過する。また、ＳｉＯ２膜６３の厚みｔ８は、ｔ８≒λ／（２×ｎ８）となるように設定されているので、ＳｉＯ２膜６３においてもレーザ光は実質的に反射されない。その結果、所望の反射率（約９８％）を有するように設定された多層反射膜６４の反射率制御機能が第２変質防止層６０によって影響されるのを容易に抑制することができる。
【００６９】
また、第２変質防止層６０を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００７０】
（第１実施形態の第１変形例）
図３を参照して、この第１実施形態の第１変形例では、上記第１実施形態と異なり、第１変質防止層４０に接触するように約９５ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜５２が形成されている。なお、ＳｉＯ２膜５２は、本発明の「第２酸化膜」および「第２絶縁膜」の一例である。
【００７１】
なお、第１実施形態の第１変形例による窒化物系半導体レーザ素子１００５のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００７２】
第１実施形態の第１変形例では、上記のように、第１変質防止層４０上、すなわち、光出射面１とは反対側に位置する第１変質防止層４０の表面上に形成されたＳｉＯ２膜５２の厚みを調整することにより、光出射面１を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより上記第１実施形態と同様に、高出力化に対応した窒化物系半導体レーザ素子１００５の信頼性を向上させることができる。なお、この第１変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７３】
（第２実施形態）
図４を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態で用いたＡｌ２Ｏ３膜４２のかわりに、酸窒化膜であるＡｌＯＸＮＹ膜４４を用いるとともに、第１変質防止層４０とＡｌ２Ｏ３膜５１との間に酸窒化膜であるＡｌＯＸＮＹ膜４５を用いた場合について説明する。なお、ＡｌＯＸＮＹ膜４４は、本発明の「第１酸窒化膜」および「第１中間膜」の一例である。また、ＡｌＯＸＮＹ膜４５は、本発明の「第３酸窒化膜」および「第２中間膜」の一例である。なお、以降の説明では、ＡｌＯＸＮＹ膜４４およびＡｌＯＸＮＹ膜４５を、それぞれ、ＡｌＯＮ膜４４およびＡｌＯＮ膜４５として記載する。
【００７４】
ここで、第２実施形態では、図４に示すように、窒化物系半導体レーザ素子２０００の光出射面１上には、光出射面１から近い順に、光出射面１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜４４と、ＡｌＯＮ膜４４に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４３とが積層された誘電体多層膜である第１変質防止層２４０が形成されている。また、第１変質防止層２４０上には、第１変質防止層２４０に接触するように、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜４５と、約７０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜５１とが形成されている。すなわち、第２実施形態では、光出射面１上に、光出射面１から近い順に、窒化膜および酸窒化膜が交互に２層ずつ積層されている。なお、第１変質防止層２４０は、本発明の「第１絶縁膜」の一例である。
【００７５】
また、第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜４４および４５の屈折率が、それぞれ、ｎ２およびｎ４（＝約１．６８〜約２．１５の範囲の値（Ａｌ２Ｏ３とＡｌＮとの混合比で決定されるため））である場合、ＡｌＯＮ膜４４の厚みｔ２（＝約１０ｎｍ）およびＡｌＯＮ膜４５の厚みｔ４（＝約１０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ４＜λ／（４×ｎ４）の関係を有するように設定されている。
【００７６】
すなわち、第２実施形態では、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、ＡｌＯＮ膜４４および４５の厚みｔ２およびｔ４が、それぞれ、ｔ２＜約４７ｎｍ〜約６０ｎｍの範囲、および、ｔ４＜約４７ｎｍ〜約６０ｎｍの範囲で形成されるのが好ましい。ここで、ＡｌＯＮの屈折率は、Ａｌ２Ｏ３とＡｌＮとの混合比により約１．６８〜約２．１５の範囲に決定されるので、ＡｌＯＮ膜４４および４５の厚みｔ２およびｔ４には、上記範囲が存在する。なお、酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４４および４５）は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【００７７】
なお、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子２０００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００７８】
第２実施形態では、上記のように、光出射面１上に、光出射面１から近い順に、ＡｌＮ膜４１と、ＡｌＯＮ膜４４と、ＡｌＮ膜４３とが形成された第１変質防止層２４０を備える。これにより、外側に配置されたＡｌＮ膜４３により、ＡｌＯＮ膜４４中および雰囲気中に存在する酸素が第１変質防止層２４０に取り込まれにくくなるので、ＡｌＯＮ膜４４とＡｌＮ膜４１との界面における酸素の脱離や、酸素と窒素との置換反応などが抑制される。すなわち、ＡｌＯＮ膜４４とＡｌＮ膜４１との界面が変質して劣化するのが抑制される。特に、ＡｌＯＮ膜４４などの酸窒化膜は、Ａｌ２Ｏ３膜などの酸化膜よりも酸素原子の含有率が小さいので、上記の反応はより軽微になると考えられる。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光出射面１および第１変質防止層２４０近傍における発熱が抑制されるので、共振器端面（光出射面１）の破壊がさらに抑制される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子２０００の信頼性をさらに向上させることができる。
【００７９】
なお、ＡｌＯＮ膜４４とＡｌＮ膜４１との界面に変質が生じた場合でも、ＡｌＮ膜４３によってＡｌＯＮ膜４４内に広がる変質領域をＡｌＯＮ膜４４内に留めることができるので、変質の拡大が抑制される。これにより、第１変質防止層２４０の変質を最小限に抑制することができる。
【００８０】
また、第１変質防止層２４０を構成するＡｌＮ膜４１の厚みｔ１、ＡｌＯＮ膜４４の厚みｔ２およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３を、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）となるように設定することによって、第１変質防止層２４０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光出射面１を出射したレーザ光は、第１変質防止層２４０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過してＡｌ２Ｏ３膜５１に達する。その結果、所望の反射率（約８％）を有するように設定されたＡｌ２Ｏ３膜５１の反射率制御機能が第１変質防止層２４０によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第１変質防止層２４０を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００８１】
また、第２実施形態では、第１変質防止層２４０とＡｌ２Ｏ３膜５１との間に酸窒化膜であるＡｌＯＮ膜４５がさらに形成されている。これにより、光出射面１上に、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＮ膜４４とからなる領域、および、ＡｌＮ膜４３とＡｌＯＮ膜４５とからなる領域が光出射面１から近い順に形成されて多層化されるので、光出射側の共振器端面（光出射面１）の破壊をより一層抑制することができる。
【００８２】
また、第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜４５の厚みｔ４についてもｔ４＜λ／（４×ｎ４）となるように設定されている。これにより、光出射面１を出射したレーザ光は、ＡｌＯＮ膜４５の厚みにも影響されることなく透過してＡｌ２Ｏ３膜５１に達する。その結果、反射率を制御するＡｌ２Ｏ３膜５１の反射率制御機能が第１変質防止層２４０によって影響されるのを容易に抑制することができる。
【００８３】
また、第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜４４がＡｌを含む。これにより、Ａｌを含む酸窒化物は良好な絶縁性を有するので、ＡｌＯＮ膜４４の絶縁性を向上させることができる。また、ＡｌＯＮ膜４４と、ＡｌＯＮ膜４４を両側から挟み込むＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３とを同種の金属元素（Ａｌ元素）により容易に接触させることができるので、各々の膜同士の密着性を向上させることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
（第３実施形態）
図５を参照して、この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、光反射面２側に、窒化膜および酸化膜が多層化された誘電体多層膜である第２変質防止層１６０が形成される場合について説明する。なお、第２変質防止層１６０は、本発明の「第３絶縁膜」の一例である。
【００８５】
ここで、第３実施形態では、図５に示すように、窒化物系半導体レーザ素子３０００の光反射面２上には、光反射面２から近い順に、光反射面２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜６２と、Ａｌ２Ｏ３膜６２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜７３とが積層された誘電体多層膜である第２変質防止層１６０が形成されている。なお、ＡｌＮ膜６１は、本発明の「第３窒化膜」の一例であり、Ａｌ２Ｏ３膜６２は、本発明の「第４酸化膜」および「第３中間膜」の一例であり、ＡｌＮ膜７３は、本発明の「第４窒化膜」の一例である。第３実施形態では、ＡｌＮ膜６１、Ａｌ２Ｏ３膜６２およびＡｌＮ膜７３により、第２変質防止層１６０自身および光反射面２がレーザ光の反射に伴って変質するのを抑制する機能を有する。
【００８６】
また、第２変質防止層１６０上、すなわち、光反射面２とは反対側に位置する第２変質防止層１６０の表面上には、ＡｌＮ膜７３に接触するように約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６３が形成されている。また、ＳｉＯ２膜６３上には、ＳｉＯ２膜６３に接触する低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と高屈折率膜として約５０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２膜とが交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する誘電体多層膜である多層反射膜６４が形成されている。
【００８７】
また、第３実施形態では、ＡｌＮ膜６１、Ａｌ２Ｏ３膜６２およびＡｌＮ膜７３の屈折率が、それぞれ、ｎ５（＝約２．１５）、ｎ６（＝約１．６８）およびｎ７（＝約２．１５）である場合、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５（＝約１０ｎｍ）、Ａｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ６（＝約１０ｎｍ）およびＡｌＮ膜７３の厚みｔ７（＝約１０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ７＜λ／（４×ｎ７）の関係を有するように設定されている。
【００８８】
すなわち、第３実施形態では、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５が、ｔ５＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましい。また、ＡｌＮ膜７３の厚みｔ６が、ｔ６＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましい。なお、窒化膜（ＡｌＮ膜６１および７３）は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ７については、ｔ７＜約６０ｎｍであるように形成されるのが好ましく、特に約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【００８９】
なお、第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００９０】
第３実施形態では、上記のように、光反射面２上に、光反射面２から近い順に、ＡｌＮ膜６１と、Ａｌ２Ｏ３膜６２と、ＡｌＮ膜７３とが形成された第２変質防止層１６０を備える。これにより、外側に配置されたＡｌＮ膜７３により、酸化物からなる多層反射膜６４中および雰囲気中に存在する酸素が第２変質防止層１６０に取り込まれにくくなるので、Ａｌ２Ｏ３膜６２とＡｌＮ膜６１との界面が変質して劣化するのが抑制される。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光反射面２および第２変質防止層１６０における発熱が抑制されるので、光反射側の共振器端面（光反射面２）の破壊が抑制される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子３０００の信頼性をより向上させることができる。
【００９１】
なお、Ａｌ２Ｏ３膜６２とＡｌＮ膜６１との界面に変質が生じた場合でも、ＡｌＮ膜７３によってＡｌ２Ｏ３膜６２内に広がる変質領域をＡｌ２Ｏ３膜６２内に留めることができるので、変質の拡大が抑制される。これにより、第２変質防止層１６０の変質を最小限に抑制することができる。
【００９２】
また、第２変質防止層１６０を構成するＡｌＮ膜６１の厚みｔ５、Ａｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ６およびＡｌＮ膜７３の厚みｔ７を、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ７＜λ／（４×ｎ７）となるように設定することによって、第２変質防止層１６０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光反射面２を一旦出射したレーザ光は、第２変質防止層１６０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過して多層反射膜６４に達する。これにより、所望の反射率（約９８％）を有するように設定された多層反射膜６４の反射率制御機能が第２変質防止層１６０によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第２変質防止層１６０を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００９３】
また、第３実施形態では、第２変質防止層１６０のＡｌＮ膜６１が半導体素子層２０と接する。これにより、光反射面２にはＡｌＮ膜６１が接触しているので、Ａｌ２Ｏ３膜６２の酸素が半導体素子層２０に取り込まれるのを、ＡｌＮ膜６１により容易に抑制することができる。
【００９４】
また、第３実施形態では、ＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３と、Ａｌ２Ｏ３膜６２とが、同じＡｌ元素を含む。これにより、互いに接触するＡｌＮ膜６１とＡｌ２Ｏ３膜６２、および、互いに接触するＡｌＮ膜７３とＡｌ２Ｏ３膜６２とは、それぞれ、同種の金属元素（Ａｌ元素）を含む材料であるので、接触の際の密着性を向上させることができる。この結果、ＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３の膜剥がれ（剥離）を抑制することができる。
【００９５】
また、第３実施形態では、ＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３が、それぞれ、Ａｌを含む。これにより、Ａｌ含む窒化物は良好な絶縁性を有するので、ＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌを含んだ窒化膜により、第２変質防止層１６０および半導体素子層２０に酸素が取り込まれるのを効果的に抑制することができる。
【００９６】
また、第３実施形態では、Ａｌ２Ｏ３膜６２がＡｌを含む。これにより、Ａｌを含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、Ａｌ２Ｏ３膜６２の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌ２Ｏ３膜６２と、Ａｌ２Ｏ３膜６２を両側から挟み込むＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３とは、共通の元素（Ａｌ）を含んでいるので、各膜間の密着性を向上させることができる。
【００９７】
また、第３実施形態では、第２変質防止層１６０上に、ＡｌＮ膜７３に接するＳｉＯ２膜６３を介して多層反射膜６４を備える。これにより、多層反射膜６４の厚みを調整することにより、光反射面２における第２変質防止層１６０を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００９８】
（第４実施形態）
図６を参照して、この第４実施形態では、上記第１実施形態と異なり、窒化物系半導体レーザ素子４０００を構成する第１変質防止層３４０が、２つの窒化膜とこの２つの窒化膜に挟まれる酸化膜および酸窒化膜とから形成されるとともに、第２変質防止層２６０が、窒化膜、酸窒化膜および酸化膜が順次積層された構成を備える場合について説明する。
【００９９】
ここで、第４実施形態では、図６に示すように、窒化物系半導体レーザ素子４０００の光出射面１上には、光出射面１から近い順に、光出射面１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜８１と、ＡｌＯＮ膜８１に接触する約２．５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜８２と、Ａｌ２Ｏ３膜８２に接触する約２．５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜８３と、ＡｌＯＮ膜８３に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４３とが積層された誘電体多層膜である第１変質防止層３４０が形成されている。そして、第１変質防止層３４０上には、第１変質防止層３４０に接触するように約７３ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜５１が形成されている。なお、ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３は、本発明の「第１中間膜」の一例であるとともに、それぞれ、本発明の「第１酸窒化膜」、「第１酸化膜」および「第１酸窒化膜」の一例である。また、Ａｌ２Ｏ３膜５１により光出射面１でのレーザ光の反射率が約８％を有するように設定されている。
【０１００】
また、第４実施形態では、ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３が有する平均屈折率がｎ２である場合、ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３が有する合計厚みｔ２（＝約１０ｎｍ）は、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）の関係を有するように設定されている。ここで、上記３層（ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３）からなる多層膜の平均屈折率ｎ２は、Ａｌ２Ｏ３とＡｌＮとの混合比により約１．６８〜約２．１５の範囲に決定されるので、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、合計厚みｔ２が、ｔ２＜約４７ｎｍ（ＡｌＮが約１００％）〜約６０ｎｍ（Ａｌ２Ｏ３が約１００％）の範囲で形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。
【０１０１】
また、図６に示すように、窒化物系半導体レーザ素子４０００の光反射面２上には、光反射面２から近い順に、光反射面２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜８４と、ＡｌＯＮ膜８４に接触する約５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜８５とが積層された誘電体多層膜である第２変質防止層２６０が形成されている。そして、第２変質防止層２６０上には、Ａｌ２Ｏ３膜８５に接触する約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６３が形成されている。また、ＳｉＯ２膜６３上には、ＳｉＯ２膜６３に接触する低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と高屈折率膜として約５０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２膜とが交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する誘電体多層膜である多層反射膜６４が形成されている。また、多層反射膜６４により光反射面２でのレーザ光の反射率が約９８％の高反射率を有するように設定されている。
【０１０２】
また、第４実施形態では、ＡｌＮ膜６１、ＡｌＯＮ膜８４およびＡｌ２Ｏ３膜８５の屈折率が、それぞれ、ｎ５（＝約２．１５）、ｎ６（＝約１．６８〜約２．１５）およびｎ９（＝約１．６８）である場合、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５（＝約１０ｎｍ）、ＡｌＯＮ膜８４の厚みｔ６（＝約５ｎｍ）およびＡｌ２Ｏ３膜８５の厚みｔ９（＝約５ｎｍ）は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ９＜λ／（４×ｎ９）の関係を有するように設定されている。
【０１０３】
なお、第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子４０００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【０１０４】
第４実施形態では、上記のように、ＡｌＮ膜４１とＡｌＮ膜４３との間に、ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３が形成されている。これにより、Ａｌ２Ｏ３膜５１中および雰囲気中に存在する酸素が第１変質防止層３４０中にさらに取り込まれにくくなるので、ＡｌＯＮ膜８１とＡｌＮ膜４１との界面が変質して劣化することをさらに抑制することができる。
【０１０５】
また、第４実施形態では、ＡｌＮ膜４１とＡｌＮ膜４３との間において、ＡｌＯＮ膜８１およびＡｌＯＮ膜８３がＡｌ２Ｏ３膜８２を積層方向に挟むように形成されている。これにより、第１変質防止層３４０が、窒化膜（ＡｌＮ膜４１）、酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜８１）、酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜８２）、酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜８３）および窒化膜（ＡｌＮ膜４３）の順に積層されるので、第１変質防止層３４０中の組成が漸次変化することになる。その結果、第１変質防止層３４０中の各膜間の密着性をさらに向上させることができるので、複数の薄膜からなる第１変質防止層３４０の強度を維持することができる。
【０１０６】
また、第４実施形態では、第２変質防止層２６０を構成するＡｌＮ膜６１の厚みｔ５、ＡｌＯＮ膜８４の厚みｔ６およびＡｌ２Ｏ３膜８５の厚みｔ９を、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ９＜λ／（４×ｎ９）となるように設定することによって、第２変質防止層２６０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光反射面２を出射したレーザ光は、第２変質防止層２６０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過する。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１０７】
（第５実施形態）
図７および図８を参照して、本発明の第５実施形態による窒化物系半導体レーザ素子５０００の構造について説明する。この第５実施形態では、上記第１実施形態と異なり、発振波長λが約３６５ｎｍである紫外光半導体レーザを用いている。
【０１０８】
ここで、第５実施形態では、図７に示すように、窒化物系半導体レーザ素子５０００の光出射面１上には、光出射面１０１から近い順に、光出射面１０１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＨｆＯ２膜１４２と、ＨｆＯ２膜１４２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４３とが積層された誘電体多層膜である第１変質防止層４４０が形成されている。そして、第１変質防止層４４０上には、第１変質防止層４４０に接触するように約１００ｎｍの厚みを有するＨｆＯ２膜１５１が形成されている。なお、第１変質防止層４４０は、本発明の「第１絶縁膜」の一例である。また、ＨｆＯ２膜１４２は、本発明の「第１酸化膜」および「第１中間膜」の一例であり、ＨｆＯ２膜１５１は、本発明の「第２酸化膜」および「第２絶縁膜」の一例である。また、ＨｆＯ２膜１５１により光出射面１０１でのレーザ光の反射率が約８％を有するように設定されている。
【０１０９】
また、第５実施形態では、ＡｌＮ膜４１、ＨｆＯ２膜１４２およびＡｌＮ膜４３の屈折率が、それぞれ、ｎ１（＝約２．１５）、ｎ２（＝約１．９５）およびｎ３（＝約２．１５）である場合、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１（＝約１０ｎｍ）、ＨｆＯ２膜１４２の厚みｔ２（＝約１０ｎｍ）およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３（＝約１０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）の関係を有するように設定されている。
【０１１０】
すなわち、第５実施形態では、約３６５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層１２０では、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１が、ｔ１＜約４２ｎｍであるように形成されるのが好ましい。また、ＡｌＮ膜４３の厚みｔ３が、ｔ３＜約４２ｎｍであるように形成されるのが好ましい。なお、窒化膜（ＡｌＮ膜４１および４３）は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。また、ＨｆＯ２膜１４２の厚みｔ２については、ｔ２＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましく、特に約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【０１１１】
また、図７に示すように、窒化物系半導体レーザ素子５０００の光反射面１０２上には、光反射面１０２から近い順に、光反射面１０２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＨｆＯ２膜１６２とが積層された誘電体多層膜である第２変質防止層３６０が形成されている。そして、第２変質防止層３６０上には、ＨｆＯ２膜１６２に接触する約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６３が形成されている。ＳｉＯ２膜６３上には、ＳｉＯ２膜に接触する低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と高屈折率膜として約４０ｎｍの厚みを有するＨｆＯ２膜とが交互に８層ずつ積層された約８８０ｎｍの厚みを有する誘電体多層膜である多層反射膜１６４が形成されている。また、多層反射膜１６４により光反射面１０２でのレーザ光の反射率が約９８％の高反射率を有するように設定されている。
【０１１２】
また、第５実施形態では、ＡｌＮ膜６１、ＨｆＯ２膜１６２およびＳｉＯ２膜６３の屈折率が、それぞれ、ｎ５（＝約２．１５）、ｎ６（＝約１．９５）およびｎ８（＝約１．４８）である場合、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５（＝約１０ｎｍ）、ＨｆＯ２膜１６２の厚みｔ６（＝約１０ｎｍ）およびＳｉＯ２膜６３の厚みｔ８（＝約１００ｎｍ）は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ８＜λ／（２×ｎ８）の関係を有するように設定されている。
【０１１３】
また、窒化物系半導体レーザ素子５０００の半導体素子層１２０は、図８に示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１０の上面上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＧｅがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層１２１が形成されている。また、ｎ型層１２１上には、約７００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＧｅがドープされたｎ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎからなるｎ型クラッド層１２２が形成されている。
【０１１４】
また、ｎ型クラッド層１２２上には、約１０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるｎ側キャリアブロック層１２３が形成されている。また、ｎ側キャリアブロック層１２３上には、約１５０ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＧｅがドープされたｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型光ガイド層１２４が形成されている。また、ｎ型光ガイド層１２４上には、活性層１２５が形成されている。この活性層１２５は、約１０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなる２層の障壁層と、約１８ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮからなる単層の井戸層とが交互に積層されたSＱＷ構造を有している。
【０１１５】
また、図８に示すように、活性層１２５上には、約１５０ｎｍの厚みを有するとともに、約３×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約７×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｐ型光ガイド層１２６が形成されている。ｐ型光ガイド層１２６上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、アンドープＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるｐ側キャリアブロック層１２７が形成されている。
【０１１６】
また、ｐ側キャリアブロック層１２７上には、凸部１２８ａと凸部１２８ａ以外の平坦部１２８ｂとを有するとともに、約３×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約７×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎからなるｐ型クラッド層１２８が形成されている。このｐ型クラッド層１２８の平坦部１２８ｂは、凸部１２８ａの左右両側において約８０ｎｍの厚みを有している。また、ｐ型クラッド層１２８の平坦部１２８ｂの上面から凸部１２８ａの上面までは、約３２０ｎｍの高さを有するとともに、凸部１２８ａの幅は、約１．５μｍを有している。
【０１１７】
また、ｐ型クラッド層１２８の凸部１２８ａ上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１２９が形成されている。このｐ型コンタクト層１２９とｐ型クラッド層１２８の凸部１２８ａとによって、一方側面１３０ａと、一方側面１３０ａとは反対側に位置する他方側面１３０ｂとを有するリッジ部１３０が構成されている。また、リッジ部１３０は、下部において約１．５μｍの幅を有し、［１−１００］方向（レーザ光の出射方向である図７のＡ方向）に延びる形状に形成されている。ここで、リッジ部１３０の下方に位置する活性層１２５を含む部分に、［１−１００］方向（図７のＡ方向）に延びる導波路が形成されており、この導波路と光出射面１０１および光反射面１０２とによって共振器が構成されている。なお、ｎ型層１２１、ｎ型クラッド層１２２、ｎ側キャリアブロック層１２３、ｎ型光ガイド層１２４、活性層１２５、ｐ型光ガイド層１２６、ｐ側キャリアブロック層１２７、ｐ型クラッド層１２８およびｐ型コンタクト層１２９は、それぞれ、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、活性層１２５は、本発明の「発光層」の一例である。
【０１１８】
なお、第５実施形態による窒化物系半導体レーザ素子５０００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【０１１９】
第５実施形態では、上記のように、光出射面１０１上に形成されている端面コート膜の第１酸化膜および第２酸化膜として、第１実施形態で用いたＡｌ２Ｏ３膜４２およびＡｌ２Ｏ３膜５１に代えて、それぞれ、ＨｆＯ２膜１４２および１５１を用いている。ここで、ＨｆＯ２の吸収端は、紫外領域以下（λ＝約３００ｎｍ以下）であるので、紫外光（λ＝３６５ｎｍ）を出射する窒化物系半導体レーザ素子５０００においては、光出射面１０１上に形成されている端面コート膜での光吸収を抑制することができるので、光出射面１０１から効率よく光を取り出すことができる。
【０１２０】
また、第５実施形態では、光反射面１０２上に形成されている端面コート膜の第２変質防止層３６０において、第１実施形態で用いたＡｌ２Ｏ３膜６２に代えてＨｆＯ２膜１６２を用いており、多層反射膜１６４中においても、第１実施形態で用いたＡｌ２Ｏ３膜に代えてＨｆＯ２膜を用いている。これにより、光出射面１０１上に形成されている端面コート膜と同様に、光反射面１０２上に形成されている端面コート膜での光吸収を抑制することができるので、光反射面１０２において効率よく光を反射することができる。
【０１２１】
また、ＨｆＯ２膜の膜応力は、Ａｌ２Ｏ３の膜応力よりも容易に小さくすることができるので、光出射面１０１および光反射面１０２上に形成された各端面コート膜における剥離をより抑制することができる。さらに、ＨｆＯ２膜の膜密度は、Ａｌ２Ｏ３の膜密度よりも容易に大きくすることができるので、高エネルギのレーザ光が照射された場合に生じる変質をより抑制することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子５０００の信頼性をより向上させることができる。第５実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１２２】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【０１２３】
たとえば、上記第１〜第５実施形態では、半導体素子層２０（１２０）を、窒化物系半導体層により構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体素子層を、窒化物系半導体層以外の半導体層により構成してもよい。
【０１２４】
また、上記第１〜第５実施形態では、第１窒化膜（ＡｌＮ膜４１）および第２窒化膜（ＡｌＮ膜４３）を、それぞれ、ＡｌＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第１および第２窒化膜を、Ｓｉ元素などを含む窒化物により形成してもよい。この変形例の場合、たとえば、第１窒化膜および第２窒化膜にはそれぞれＳｉ３Ｎ４からなる窒化膜を用いることができる。この場合には、第１窒化膜および第２窒化膜は約２．１の屈折率を有するので、第１窒化膜および第２窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４８ｎｍに形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【０１２５】
また、上記第１〜第５実施形態では、第１窒化膜（ＡｌＮ膜４１）および第２窒化膜（ＡｌＮ膜４３）を共にＡｌＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、第１窒化膜と第２窒化膜とが異なる金属元素を含む窒化膜としてもよい。
【０１２６】
また、上記第１および第３実施形態では、第１酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜４２）をＡｌ２Ｏ３膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第１酸化膜を、Ｓｉ元素、Ｚｒ元素、Ｔａ元素、Ｈｆ元素およびＮｂ元素などを含む酸化物により形成してもよい。この変形例において、第１酸化膜を約１．４８の屈折率を有するＳｉＯ２膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約６８ｎｍに形成されるのが好ましい。また、第１酸化膜を約２．２８の屈折率を有するＺｒＯ２膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約４４ｎｍに形成されるのが好ましい。また、第１酸化膜を約２．２５の屈折率を有するＴａ２Ｏ５膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約４５ｎｍに形成されるのが好ましい。また、第１酸化膜を約１．９５の屈折率を有するＨｆＯ２膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約４７ｎｍに形成されるのが好ましい。また、第１酸化膜を約２．３５の屈折率を有するＮｂ２Ｏ５膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約４３ｎｍに形成されるのが好ましい。また、上記例示した各第１酸化膜においても、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。
【０１２７】
また、上記第２実施形態では、第１酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４４）をＡｌＯＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記酸窒化膜を、Ｓｉ元素などを含む酸窒化物により形成してもよい。この変形例において、たとえば、第１酸窒化膜をＳｉＯＸＮＹ（以降、ＳｉＯＮと記載する）からなる酸窒化膜とした場合、ＳｉＯＮの屈折率は、ＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４との混合比により約１．４８〜約２．１の範囲に決定されるので、第１酸窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４８ｎｍ（ＳｉＯ２が約１００％）〜約６８ｎｍ（Ｓｉ３Ｎ４が約１００％）の範囲で形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。
【０１２８】
また、上記第４実施形態では、第１窒化膜（ＡｌＮ膜４１）と第２窒化膜（ＡｌＮ膜４３）との間に形成される第１中間膜を第１酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜８２）と、第１酸化膜を積層方向に挟む２つの第１酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜８１およびＡｌＯＮ膜８３）とから構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、例えば、第１中間膜が第１酸化膜および第１酸窒化膜を１層づつ含むなど、第１中間膜が第１酸化膜および第１酸窒化膜の両方を含む他の組み合わせであってもよい。
【０１２９】
また、上記第２実施形態では、第２窒化膜（ＡｌＮ膜４３）と第２酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜５１）との間に第２中間膜として第３酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４５）を形成する例について示したが、本発明はこれに限らず、第２中間膜としてＡｌ２Ｏ３膜やＳｉＯ２膜などの酸化膜を形成してもよい。なお、第２中間膜として用いるＡｌ２Ｏ３膜やＳｉＯ２膜などの酸化膜は、本発明の「第３酸化膜」の一例である。あるいは、この第２中間膜は、第３酸窒化膜および上記第３酸化膜の両方を含んでいてもよい。
【０１３０】
また、上記第２実施形態では、第１酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４４）および第３酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４５）をともにＡｌＯＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、第１酸窒化膜と第３酸窒化膜とが異なる金属元素を含む酸窒化膜としてもよい。
【０１３１】
また、上記第１〜第４実施形態では、光出射面１の反射率を制御する第２絶縁膜として酸化膜であるＡｌ２Ｏ３膜５１またはＳｉＯ２膜５２を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、第２絶縁膜に、酸窒化膜であるＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などを用いてもよい。なお、第２絶縁膜として用いるＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などの酸窒化膜は、本発明の「第２酸窒化膜」の一例である。あるいは、第２絶縁膜を第２酸化膜と上記第２酸窒化膜との両方を含むように構成してもよい。
【０１３２】
また、上記第１〜第４実施形態では、光出射面１の反射率を制御するＡｌ２Ｏ３膜５１の厚みを約７０ｎｍまたは約７３ｎｍ（第２実施形態では約６０ｎｍ）に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、Ａｌ２Ｏ３膜５１の厚みを上記以外の厚みになるように形成してもよい。
【０１３３】
また、上記第１実施形態の第１変形例では、光出射面１の反射率を制御するＳｉＯ２膜５２の厚みを約７０ｎｍに形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜５２の厚みを上記以外の厚みになるように形成してもよい。
【０１３４】
また、上記第３実施形態では、第３窒化膜（ＡｌＮ膜６１）および第４窒化膜（ＡｌＮ膜７３）を、それぞれ、ＡｌＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第３および第４窒化膜を、Ｓｉ元素などを含む窒化物により形成してもよい。この変形例の場合も、たとえば、第４窒化膜および第５窒化膜にはそれぞれＳｉ３Ｎ４からなる窒化膜を用いることができる。この場合には、第３窒化膜および第４窒化膜は約２．１の屈折率を有するので、第３窒化膜および第４窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４８ｎｍに形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【０１３５】
また、上記第３実施形態では、第３窒化膜（ＡｌＮ膜６１）および第４窒化膜（Ａｌ２Ｏ３膜７３）をともにＡｌＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、第３窒化膜と第４窒化膜とが異なる金属元素を含む窒化膜としてもよい。
【０１３６】
また、上記第３実施形態では、第４酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜６２）をＡｌ２Ｏ３膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第４酸化膜を、上記第１実施形態の第１酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜４２）と同様に、Ｓｉ元素、Ｚｒ元素、Ｔａ元素、Ｈｆ元素およびＮｂ元素などを含む酸化物により形成してもよい。この場合、第４酸化膜の厚みは、上記第１実施形態の第１酸化膜と同様に設定することができる。
【０１３７】
また、上記第３実施形態では、第３窒化膜（ＡｌＮ膜６１）と第４窒化膜（ＡｌＮ膜７３）との間に挟まれる第４酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜６２）を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、第３窒化膜と第４窒化膜との間に、ＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などの酸窒化膜からなる第３中間膜を形成してもよい。なお、第３中間膜として用いるＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などの酸窒化膜は、本発明の「第４酸窒化膜」の一例である。この変形例の場合も上記第２実施形態と同様に、たとえば上記第４酸窒化膜がＡｌＯＮからなる場合、第４酸窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４７ｎｍ〜約６０ｎｍの範囲で形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。また、上記第４酸窒化膜がＳｉＯＮからなる場合、第４酸窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４８ｎｍ（ＳｉＯ２が約１００％）〜約６８ｎｍ（Ｓｉ３Ｎ４が約１００％）の範囲で形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。このように構成しても、ＡｌまたはＳｉを含む酸窒化物は良好な絶縁性を有するので、上記ＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などの絶縁性を向上させることができる。さらには、ＡｌＯＮ膜を、Ａｌ元素を含む第３窒化膜および第４窒化膜とによって両側から挟み込む場合、各々の膜は共通の元素（Ａｌ）を含んでいるので、各膜間の密着性を向上させることができる。
【０１３８】
また、上記第３実施形態では、第３窒化膜（ＡｌＮ膜６１）と第４窒化膜（ＡｌＮ膜７３）との間に挟まれる第３中間膜を第４酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜６２）で構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、第３中間膜は、第４酸化膜および上記第４酸窒化膜の両方を含んでいてもよい。
【０１３９】
また、上記第１〜第４実施形態では、光反射面２側の反射率を制御する多層反射膜６４を、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜が交互に６層ずつ積層して形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜を交互に６層以外の数に積層して形成してもよい。また、多層反射膜として、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜以外の他の屈折率を有する、異なる２種類の絶縁膜を組み合わせてもよい。
【０１４０】
また、上記第５実施形態では、紫外光半導体レーザ５０００の光出射面１０１上の端面コート膜の第１酸化膜（ＨｆＯ２膜１４２）および第２酸化膜（ＨｆＯ２膜１６２）をＨｆＯ２膜で構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、吸収端が紫外領域以下（λ＝約３００ｎｍ以下）であるＴａ元素、Ｍｇ元素およびＹ元素などを含む酸化物（Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３など）および酸窒化物（ＴａＯＸＮＹ、ＭｇＯＸＮＹおよびＹＯＸＮＹなど）により形成してもよい。
【０１４１】
また、上記第５実施形態では、紫外光半導体レーザ５０００の光反射面１０２上の端面コート膜の第２変質防止層３６０および多層反射膜１６４中の酸化膜をＨｆＯ２膜で構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、吸収端が紫外領域以下（λ＝約３００ｎｍ以下）であるＴａ元素、Ｍｇ元素およびＹ元素などを含む酸化物（Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３など）および酸窒化物（ＴａＯＸＮＹ、ＭｇＯＸＮＹおよびＹＯＸＮＹなど）、あるいは、Ａｌ元素、Ｍｇ元素、Ｙ元素およびＬａ元素などを含む弗化物（ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＹＦ２およびＬａＦなど）により形成してもよい。
【０１４２】
また、上記第５実施形態では、光反射面１０２の反射率を制御する多層反射膜１６４を、ＳｉＯ２膜およびＨｆＯ２膜が交互に８層ずつ積層して形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜およびＨｆＯ２膜を交互に８層以外の数に積層して形成してもよい。また、多層反射膜として、ＳｉＯ２膜およびＨｆＯ２膜以外の他の屈折率を有する異なる２種類の絶縁膜（たとえば、上記Ｔａ元素、Ｍｇ元素およびＹ元素などを含む酸化物および酸窒化物やＡｌ元素、Ｍｇ元素、Ｙ元素およびＬａ元素などを含む弗化物など）を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１４３】
１、１０１ 光出射面（第１共振器端面）
２、１０２ 光反射面（第２共振器端面）
２０ 半導体素子層
２１ ｎ型層（半導体素子層）
２２ ｎ型クラッド層（半導体素子層）
２３ ｎ型キャリアブロック層（半導体素子層）
２４ ｎ型光ガイド層（半導体素子層）
２５ 活性層（半導体素子層、発光層）
２６ ｐ型光ガイド層（半導体素子層）
２７ ｐ型キャップ層（半導体素子層）
２８ ｐ型クラッド層（半導体素子層）
２９ ｐ型コンタクト層（半導体素子層）
４０、２４０、３４０、４４０ 第１変質防止層（第１絶縁膜）
４１ ＡｌＮ膜（第１窒化膜）
４２、８２ Ａｌ２Ｏ３膜（第１酸化膜、第１中間膜）
４３ ＡｌＮ膜（第２窒化膜）
４４、８１、８３ ＡｌＯＮ膜（第１酸窒化膜、第１中間膜）
４５ ＡｌＯＮ膜（第３酸窒化膜、第２中間膜）
５１ Ａｌ２Ｏ３膜（第２酸化膜、第２絶縁膜）
５２ ＳｉＯ２膜（第２酸化膜、第２絶縁膜）
６０、１６０、２６０、３６０ 第２変質防止層（第３絶縁膜）
６１ ＡｌＮ膜（第３窒化膜）
６２ Ａｌ２Ｏ３膜（第４酸化膜、第３中間膜）
６３ ＳｉＯ２膜
６４、１６４ 多層反射膜
７３ ＡｌＮ膜（第４窒化膜）
８４ ＡｌＯＮ膜
８５ Ａｌ２Ｏ３膜
１４２ ＨｆＯ２膜（第１酸化膜、第１中間膜）
１５１ ＨｆＯ２膜（第２酸化膜、第２絶縁膜）
１６２ ＨｆＯ２膜（第４酸化膜、第３中間膜）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、発光層を有する半導体素子層を備えた半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザは、光ディスクシステムや光通信システムなどの光源として広く用いられている。また、システムを構成する機器の高性能化に伴い、要素部品としての半導体レーザの特性向上が要望されている。特に、高密度光ディスクシステムの光源として、レーザ光の短波長化や高出力化が望まれており、近年では、窒化物系材料により、発振波長が約４０５ｎｍの青紫色半導体レーザが開発されるとともに、その高出力化が検討されている。
【０００３】
一般的に、半導体レーザの高出力化を行う場合、製造プロセスにおいて、半導体レーザ素子の共振器における光出射面を低反射率にするとともに、光反射面を高反射率とする端面コート処理が施される。多くの半導体レーザでは、共振器の端面コート処理に、従来ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの酸化膜からなる誘電体膜が用いられてきた。しかし、この場合、レーザ光の発振中に、誘電体膜中の酸素が半導体層に拡散することにより半導体層が酸化されてしまい、半導体層と端面コート膜との界面に非発光再結合準位（発光エネルギが熱エネルギに変換される状態）が発生する。この結果、レーザ光が半導体層や端面コート膜に吸収されやすくなり、共振器端面の異常発熱に起因して光学損傷破壊（ＣＯＤ）が発生する不都合がある。また、酸素を有しない窒化膜からなる誘電体膜による端面コート処理が提案されている。しかし、一般的に、窒化膜が有する応力は、酸化膜の場合と比較して数倍〜数十倍も大きいために膜剥がれ（剥離）が生じやすく、その結果、共振器端面に割れや剥離を生じさせる不都合もある。
【０００４】
そこで、従来では、半導体層と酸化膜からなる端面コート膜との間に、窒化物からなる薄膜を形成する提案がなされている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記特許文献１には、光出射側の共振器端面に、酸化物からなる第１コート膜が形成されるとともに、光出射側の共振器端面と第１コート膜との間に挟まれるように窒化物からなる第２コート膜が形成された窒化物半導体発光素子が開示されている。この特許文献１に記載の窒化物半導体発光素子では、共振器端面に接触するように形成された窒化物からなる第２コート膜により、雰囲気にさらされる最表面の第１コート膜から半導体層（光出射側の共振器端面）へ酸素が供給されるのが抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２４３０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示された窒化物半導体発光素子では、約４００ｎｍの波長を有する光密度の大きい高エネルギのレーザ光が共振器端面から出射されるので、レーザ光が透過する第１コート膜および第２コート膜に発熱が生じる。この場合、第１コート膜と第２コート膜との界面では、発熱によって酸化物からなる第１コート膜から酸素が脱離する。また、雰囲気中の酸素が第１コート膜を透過して窒化物からなる第２コート膜に取り込まれやすいために、第２コート膜の窒素と、外部および第１コート膜から脱離した酸素とが置換される。これにより、第１コート膜と第２コート膜との界面が変質を起こす。なお、第２コート膜における窒素と酸素との置換の反応速度よりも、酸化物からなる第１コート膜から酸素が脱離する反応速度が大きい。このため、レーザ光の出射に伴って第１コート膜が次第に劣化し始める。この結果、レーザ素子の動作電流の上昇を招き、動作電流の上昇に伴うさらなる発熱に起因して共振器端面が破壊されやすくなる。特に、高出力化された半導体レーザでは、レーザの動作時間が長いほど上記の点が顕著となるので、レーザ素子の信頼性が低下するという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、レーザ素子の信頼性を向上させることが可能な半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の一の局面による半導体レーザ素子は、発光層を有する半導体素子層と、半導体素子層の発光層を含む領域の光出射側の端部に形成された第１共振器端面と、第１共振器端面上に、第１共振器端面側から第１窒化膜と、第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方を含む第１中間膜と、第２窒化膜とがこの順に形成された第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に形成され、第２酸化膜および第２酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２絶縁膜とを備え、発光層が発するレーザ光の波長がλであり、第１窒化膜の屈折率、第１中間膜の平均屈折率および第２窒化膜の屈折率が、それぞれ、ｎ１、ｎ２およびｎ３である場合に、第１窒化膜の厚みｔ１、第１中間膜の厚みｔ２および第２窒化膜の厚みｔ３は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）になるように設定されている。
【００１０】
なお、本発明において、光出射側の共振器端面は、一対に形成された共振器端面のそれぞれから出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射側の第１共振器端面である。また、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射側の第２共振器端面である。
【００１１】
この発明の一の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、光出射側の第１共振器端面上に、第１共振器端面側から第１窒化膜と、第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方を含む第１中間膜と、第２窒化膜とがこの順に形成された第１絶縁膜を備える。これにより、外側に配置された第２窒化膜により、第２絶縁膜中および雰囲気中に存在する酸素が第１絶縁膜中に取り込まれにくくなるので、第１中間膜と第１窒化膜との界面における酸素の脱離や、酸素と窒素との置換反応などが抑制される。すなわち、第１中間膜と第１窒化膜との界面が変質して劣化するのが抑制される。また、第１中間膜と第１窒化膜との界面に変質が生じた場合でも、第１窒化膜および第２窒化膜によって、第１中間膜内に広がる変質領域をこの領域内に留めることができるので、変質の拡大が抑制される。これにより、第１絶縁膜内の変質を最小限に抑制することができる。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光出射側の第１共振器端面および第１絶縁膜近傍における発熱が抑制されるので、第１共振器端面の破壊が抑制される。この結果、レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、第１絶縁膜上、すなわち、第１共振器端面とは反対側に位置する第１絶縁膜の表面上に形成された第２酸化膜および第２酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２絶縁膜の厚みを調整することにより、光出射側の第１共振器端面を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより、高出力化に対応したレーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、第１絶縁膜を構成する第１窒化膜の厚みｔ１、第１中間膜の厚みｔ２および第２窒化膜の厚みｔ３を、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）となるように設定することによって、第１絶縁膜を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光出射側の第１共振器端面を出射したレーザ光は、第１絶縁膜を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過して第２絶縁膜に達する。その結果、所望の反射率を有するように設定された第２絶縁膜の反射率制御機能が第１絶縁膜によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第１絶縁膜を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００１４】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化膜は、半導体素子層と接する。このように構成すれば、光出射側の第１共振器端面には第１窒化膜が接触しているので、第１中間膜中の第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方からの酸素が半導体素子層に取り込まれるのを、第１窒化膜により容易に抑制することができる。
【００１５】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化膜および第２窒化膜の少なくとも一方と、第１中間膜とは、同じ金属元素を含む。このように構成すれば、互いに接触する第１窒化膜と第１中間膜、および、互いに接触する第２窒化膜と第１中間膜の少なくとも一方は、同種の金属元素を含む材料であるので、接触の際の密着性を向上させることができる。この結果、第１窒化膜および第２窒化膜の少なくとも一方の膜剥がれ（剥離）を抑制することができる。
【００１６】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化膜および第２窒化膜は、それぞれ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む。このように構成すれば、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む窒化物は良好な絶縁性を有するので、第１窒化膜および第２窒化膜の絶縁性を向上させることができる。また、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含んだ窒化膜により、第１絶縁膜および半導体素子層に酸素が取り込まれるのを効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１酸化膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＮｂからなるグループより選択される少なくとも１つの元素を含む。このように構成すれば、上記の元素を含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、第１酸化膜の絶縁性を向上させることができる。また、第１酸化膜と、第１酸化膜を両側から挟み込む第１窒化膜および第２窒化膜とが上記グループより選択される共通の元素を共に含む場合には、第１酸化膜と、第１窒化膜および第２窒化膜との各膜間の密着性を向上させることができる。
【００１８】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１酸窒化膜は、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む。このように構成すれば、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、第１酸窒化膜の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌ元素を含む第１酸窒化膜を、Ａｌ元素を含む第１窒化膜および第２窒化膜とによって両側から挟み込む場合、各々の膜は同種の金属元素（Ａｌ元素）により容易に接触させることができるので、各膜間の密着性を向上させることができる。
【００１９】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１絶縁膜と第２絶縁膜との間に第３酸化膜および第３酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２中間膜がさらに形成されている。このように構成すれば、光出射側の第１共振器端面上に、第１窒化膜と第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方とからなる領域、および、第２窒化膜と第３酸化膜および第３酸窒化膜の少なくとも一方とからなる領域が光出射側の第１共振器端面から近い順に形成されて多層化されるので、第１共振器端面の破壊をより一層抑制することができる。
【００２０】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体素子層の発光層を含む領域の光反射側の端部に形成された第２共振器端面と、第２共振器端面上に、第２共振器端面側から第３窒化膜と、第４酸化膜および第４酸窒化膜の少なくとも一方を含む第３中間膜と、第４窒化膜とがこの順に形成された第３絶縁膜をさらに備える。このように構成すれば、雰囲気中からの酸素が、第４窒化膜により第３絶縁膜中に取り込まれにくくなるので、第３中間膜と第３窒化膜との界面が変質して劣化するのが抑制される。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光反射側の第２共振器端面および第３絶縁膜における発熱が抑制され、第２共振器端面の破壊も抑制される。この結果、レーザ素子の信頼性をより向上させることができる。
【００２１】
この場合、好ましくは、第３窒化膜の屈折率、第３中間膜の平均屈折率および第４窒化膜の屈折率が、それぞれ、ｎ５、ｎ６およびｎ７である場合に、第３窒化膜の厚みｔ５、第３中間膜の厚みｔ６および第４窒化膜の厚みｔ７は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ７＜λ／（４×ｎ７）になるように設定されている。このように構成すれば、たとえば、第３絶縁膜上、すなわち、光反射側の第２共振器端面とは反対側に位置する第３絶縁膜の表面上にレーザ光を反射する反射膜などを設けた場合、第３絶縁膜を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光反射側の第２共振器端面を出射したレーザ光は、第３絶縁膜を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過して反射膜に達するので、所望の反射率を有するように設定された反射膜の反射率制御機能が第３絶縁膜によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第３絶縁膜を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００２２】
また、この場合、好ましくは、第３窒化膜は、半導体素子層と接する。このように構成すれば、光反射側の第２共振器端面には第３窒化膜が接触しているので、第３中間膜中の第４酸化膜および第４酸窒化膜の少なくとも一方からの酸素が半導体素子層に取り込まれるのを、第３窒化膜により容易に抑制することができる。
【００２３】
また、この場合、好ましくは、第３窒化膜および第４窒化膜の少なくとも一方と、第３中間膜とは、同じ金属元素を含む。このように構成すれば、互いに接触する第３窒化膜と第３中間膜、および、互いに接触する第４窒化膜と第３中間膜の少なくとも一方は、同種の金属元素を含む材料であるので、接触の際の密着性を向上させることができる。この結果、第３窒化膜および第４窒化膜の少なくとも一方の膜剥がれ（剥離）を抑制することができる。
【００２４】
また、この場合、好ましくは、第３窒化膜および第４窒化膜は、それぞれ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む。このように構成すれば、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む窒化物は良好な絶縁性を有するので、第３窒化膜および第４窒化膜の絶縁性を向上させることができる。また、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含んだ窒化膜により、第３絶縁膜および半導体素子層に酸素が取り込まれるのを効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、この場合、好ましくは、第４酸化膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＮｂからなるグループより選択される少なくとも１つの元素を含む。このように構成すれば、上記の元素を含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、第４酸化膜の絶縁性を向上させることができる。また、第４酸化膜と、第４酸化膜を両側から挟み込む第３窒化膜および第４窒化膜とが上記グループより選択される共通の元素を共に含む場合には、第４酸化膜と、第３窒化膜および第４窒化膜との各膜間の密着性を向上させることができる。
【００２６】
また、この場合、好ましくは、第４酸窒化膜は、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む。このように構成すれば、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、第４酸窒化膜の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌ元素を含む第４酸窒化膜を、同じく、Ａｌ元素を含む第３窒化膜および第４窒化膜とによって両側から挟み込む場合には、各膜間の密着性を向上させることができる。
【００２７】
上記第３絶縁膜をさらに備える構成において、好ましくは、第３絶縁膜上に形成された多層反射膜をさらに備える。このように構成すれば、多層反射膜の厚みを調整することにより、光反射側の第２共振器端面を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。
【００２８】
なお、上記第２中間層を含む構成において、好ましくは、第２中間膜の平均屈折率がｎ４で、厚みがｔ４である場合に、ｔ４＜λ／（４×ｎ４）になるように設定されている。このように構成すれば、第２中間膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなるので、光出射側の第１共振器端面を出射したレーザ光は、第２中間膜の厚みに影響されることなく透過して第２絶縁膜に達する。これにより、所望の反射率を有するように設定された第２絶縁膜の反射率制御機能が第２中間膜によって影響されるのを容易に抑制することができる。
【００２９】
また、上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１中間膜は、第１酸化膜と第１酸窒化膜との両方を含む。すなわち、第１窒化膜と第２窒化膜との間には、第１酸化膜および第１酸窒化膜の両方が形成されている。このように構成すれば、第２絶縁膜中および雰囲気中に存在する酸素が第１絶縁膜中にさらに取り込まれにくくなるので、第１中間膜と第１窒化膜との界面が変質して劣化することをさらに抑制することができる。
【００３０】
また、この場合、好ましくは、第１中間膜は、第１酸化膜と、第１酸化膜を積層方向に挟む２つの第１酸窒化膜とからなる。このように構成すれば、第１絶縁膜が、窒化膜、酸窒化膜、酸化膜、酸窒化膜および窒化膜の順に積層されるので、第１絶縁膜中の組成が漸次変化することになる。その結果、第１絶縁膜中の各膜間の密着性をさらに向上させることができるので、複数の薄膜からなる第１絶縁膜の強度を維持することができる。
【００３１】
また、上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体素子層は、窒化物系半導体からなる。このように構成すれば、約５２５ｎｍ以下の短い発振波長を有し、かつ、高エネルギなレーザ光を出射する窒化物系半導体レーザ素子において、レーザ光出射時の発熱に起因した光出射側の第１共振器端面の破壊を効果的に抑制することができる。
【００３２】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化膜、第１中間膜および第２窒化膜は、それぞれ、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲の厚みを有する。このように構成すれば、第２絶縁膜の反射率制御機能が第１絶縁膜によって影響されるのをさらに容易に抑制することができるとともに、各膜の膜剥れ（剥離）などもさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、レーザ素子の信頼性を向上させることが可能な半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図２】図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に直交する面における断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の第１変形例による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図８】図７に示した窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に直交する面における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３６】
（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０００の構造について説明する。
【００３７】
本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０００では、図２に示すように、約１００μｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなる基板１０上に、発振波長λが約４０５ｎｍ帯を有する窒化物系半導体からなる半導体素子層２０が形成されている。
【００３８】
また、窒化物系半導体レーザ素子１０００は、図１に示すように、共振器の延びる方向（Ａ方向）の両端部に、それぞれ、光出射面１および光反射面２が形成されている。なお、光出射面１は、本発明の「第１共振器端面」の一例であり、光反射面２は、本発明の「第２共振器端面」の一例である。また、窒化物系半導体レーザ素子１０００の光出射面１および光反射面２には、製造プロセスにおける端面コート処理により、端面コート膜がそれぞれ形成されている。
【００３９】
ここで、第１実施形態では、図１に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０００の光出射面１上には、光出射面１から近い順に、光出射面１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜４２と、Ａｌ２Ｏ３膜４２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４３とが積層された誘電体多層膜である第１変質防止層４０が形成されている。そして、第１変質防止層４０上には、第１変質防止層４０に接触するように約７０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜５１が形成されている。なお、第１変質防止層４０は、本発明の「第１絶縁膜」の一例である。また、ＡｌＮ膜４１は、本発明の「第１窒化膜」の一例であり、Ａｌ２Ｏ３膜４２は、本発明の「第１酸化膜」および「第１中間膜」の一例であり、ＡｌＮ膜４３は、本発明の「第２窒化膜」の一例である。また、Ａｌ２Ｏ３膜５１は、本発明の「第２酸化膜」および「第２絶縁膜」の一例である。第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１、Ａｌ２Ｏ３膜４２およびＡｌＮ膜４３により、第１変質防止層４０自身および光出射面１がレーザ光の出射に伴って変質するのを抑制する機能を有する。また、Ａｌ２Ｏ３膜５１は反射率を制御する機能を有し、Ａｌ２Ｏ３膜５１により光出射面１でのレーザ光の反射率が約８％を有するように設定されている。
【００４０】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１、Ａｌ２Ｏ３膜４２およびＡｌＮ膜４３の屈折率が、それぞれ、ｎ１（＝約２．１５）、ｎ２（＝約１．６８）およびｎ３（＝約２．１５）である場合、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１（＝約１０ｎｍ）、Ａｌ２Ｏ３膜４２の厚みｔ２（＝約１０ｎｍ）およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３（＝約１０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）の関係を有するように設定されている。
【００４１】
すなわち、第１実施形態では、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１が、ｔ１＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましい。また、ＡｌＮ膜４３の厚みｔ３が、ｔ３＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましい。なお、窒化膜（ＡｌＮ膜４１および４３）は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３膜４２の厚みｔ２については、ｔ２＜約６０ｎｍであるように形成されるのが好ましく、特に約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【００４２】
また、図１に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０００の光反射面２上には、光反射面２から近い順に、光反射面２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜６２とが積層された誘電体多層膜である第２変質防止層６０が形成されている。そして、第２変質防止層６０上には、Ａｌ２Ｏ３膜６２に接触する約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６３が形成されている。また、ＳｉＯ２膜６３上には、ＳｉＯ２膜６３に接触する低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と高屈折率膜として約５０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２膜とが交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する誘電体多層膜である多層反射膜６４が形成されている。また、多層反射膜６４は反射率を制御する機能を有し、多層反射膜６４により光反射面２でのレーザ光の反射率が約９８％の高反射率を有するように設定されている。
【００４３】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜６１、Ａｌ２Ｏ３膜６２およびＳｉＯ２膜６３の屈折率が、それぞれ、ｎ５（＝約２．１５）、ｎ６（＝約１．６８）およびｎ８（＝約１．４８）である場合、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５（＝約１０ｎｍ）、Ａｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ６（＝約１０ｎｍ）およびＳｉＯ２膜６３の厚みｔ８（＝約１４０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ８≒λ／（２×ｎ８）の関係を有するように設定されている。
【００４４】
また、窒化物系半導体レーザ素子１０００の半導体素子層２０は、図２に示すように、基板１０の上面上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層２１が形成されている。また、ｎ型層２１上には、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層２２が形成されている。
【００４５】
また、ｎ型クラッド層２２上には、約５ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなるｎ型キャリアブロック層２３が形成されている。また、ｎ型キャリアブロック層２３上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層２４が形成されている。また、ｎ型光ガイド層２４上には、活性層２５が形成されている。この活性層２５は、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる４層の障壁層と、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる３層の井戸層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有している。
【００４６】
また、図２に示すように、活性層２５上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層２６が形成されている。ｐ型光ガイド層２６上には、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなるｐ型キャップ層２７が形成されている。
【００４７】
また、ｐ型キャップ層２７上には、凸部２８ａと凸部２８ａ以外の平坦部２８ｂとを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層２８が形成されている。このｐ型クラッド層２８の平坦部２８ｂは、凸部２８ａの左右両側において約８０ｎｍの厚みを有している。また、ｐ型クラッド層２８の平坦部２８ｂの上面から凸部２８ａの上面までは、約３２０ｎｍの高さを有するとともに、凸部２８ａの幅は、約１．５μｍを有している。
【００４８】
また、ｐ型クラッド層２８の凸部２８ａ上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層２９が形成されている。このｐ型コンタクト層２９とｐ型クラッド層２８の凸部２８ａとによって、一方側面３０ａと、一方側面３０ａとは反対側に位置する他方側面３０ｂとを有するリッジ部３０が構成されている。また、リッジ部３０は、下部において約１．５μｍの幅を有し、［１−１００］方向（レーザ光の出射方向である図１のＡ方向）に延びる形状に形成されている。ここで、リッジ部３０の下方に位置する活性層２５を含む部分に、［１−１００］方向（図１のＡ方向）に延びる導波路が形成されており、この導波路と光出射面１および光反射面２とによって共振器が構成されている。なお、ｎ型層２１、ｎ型クラッド層２２、ｎ型キャリアブロック層２３、ｎ型光ガイド層２４、活性層２５、ｐ型光ガイド層２６、ｐ型キャップ層２７、ｐ型クラッド層２８およびｐ型コンタクト層２９は、それぞれ、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、活性層２５は、本発明の「発光層」の一例である。
【００４９】
また、図２に示すように、リッジ部３０を構成するｐ型コンタクト層２９上には、下層側から上層側に向かって、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とがこの順に形成されたｐ側オーミック電極３１が形成されている。また、ｐ側オーミック電極３１の上面以外の領域上には、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜（絶縁膜）からなる電流ブロック層３２が形成されている。また、電流ブロック層３２上の所定領域には、ｐ側オーミック電極３１の上面に接触するように、下層側から上層側に向かって、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層とがこの順に形成されたｐ側パッド電極３３が形成されている。
【００５０】
また、図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の下面上には、ｎ側電極３４が形成されている。このｎ側電極３４は、ｎ型ＧａＮ基板１０下面側から近い順に積層された、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とから構成されている。
【００５１】
次に、図１および図２を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０００の製造プロセスについて説明する。
【００５２】
まず、図２に示すように、基板１０上に、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、約１００ｎｍの厚みを有するｎ型層２１、約４００ｎｍの厚みを有するｎ型クラッド層２２、約５ｎｍの厚みを有するｎ型キャリアブロック層２３、約１００ｎｍの厚みを有するｎ型光ガイド層２４、約９０ｎｍの合計厚みを有する活性層２５を順次形成する。また、活性層２５に、約１００ｎｍの厚みを有するｐ型光ガイド層２６、約２０ｎｍの厚みを有するｐ型キャップ層２７、約４００ｎｍの厚みを有するｐ型クラッド層２８、および約１０ｎｍの厚みを有するｐ型コンタクト層２９を順次形成する。その後、ｐ型化アニール処理とエッチングによるリッジ部３０の形成とを行った後、ｐ側オーミック電極３１、電流ブロック層３２およびｐ側パッド電極３３を真空蒸着法によりそれぞれ形成する。また、基板１０の下面上に、真空蒸着法によりｎ側電極３４を形成する。
【００５３】
次に、窒化物系半導体レーザ素子１０００（図１参照）を構成する共振器端面と端面コート膜との形成方法について説明する。まず、所定の箇所にレーザあるいは機械式スクライブにより、リッジ部３０の延びる方向（図１におけるＡ方向）に直交する方向にスクライブ傷を形成する。このスクライブ傷は、リッジ部３０を除く部分に、破線状に形成される。
【００５４】
ここで、第１実施形態では、上述の半導体レーザ構造を形成した基板１０をスクライブ傷に沿って劈開を行い、バー状態に分離された構造を形成する。その後、劈開面が形成されたバー状態の基板を、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタ成膜装置に導入する。
【００５５】
また、ＥＣＲプラズマを劈開面からなる光出射面１（図１参照）に照射することにより、光出射面１を清浄化する。ＥＣＲプラズマは、Ｎ２ガス雰囲気中で発生させる。このとき、光出射面１（図１参照）は軽微にエッチングされる。なお、その際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、ＥＣＲスパッタ法により、光出射面１に第１変質防止層４０およびＡｌ２Ｏ３膜５１（図１参照）を順次形成する。
【００５６】
また、上述の光出射面１を清浄化する工程と同様に、ＥＣＲプラズマを劈開面からなる光反射面２（図１参照）に照射することにより、光反射面２を清浄化する。このとき、光反射面２は軽微にエッチングされる。なお、その際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、ＥＣＲスパッタ法により、光反射面２に第２変質防止層６０、ＳｉＯ２膜６３および多層反射膜６４（図１参照）を形成する。
【００５７】
その後、バー状態の基板１０をリッジ部３０の延びる方向（図１におけるＡ方向）に平行な方向に分離することにより、チップ化された窒化物系半導体レーザ素子１０００が形成される。
【００５８】
このように、第１実施形態では、ＥＣＲプラズマを照射することにより、劈開後の光出射面１および光反射面２に対して清浄化を行う工程を備えることによって、導波路端面近傍の劣化やＣＯＤが発生するのが抑制された窒化物系半導体レーザ素子１０００が容易に形成されることが可能である。このようにして、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０００が形成される。
【００５９】
第１実施形態では、上記のように、光出射面１上に、光出射面１から近い順に、ＡｌＮ膜４１と、Ａｌ２Ｏ３膜４２と、ＡｌＮ膜４３とが形成された第１変質防止層４０を備える。これにより、外側に配置されたＡｌＮ膜４３により、Ａｌ２Ｏ３膜５１中および雰囲気中に存在する酸素が第１変質防止層４０に取り込まれにくくなるので、Ａｌ２Ｏ３膜４２とＡｌＮ膜４１との界面における酸素の脱離や、酸素と窒素との置換反応などが抑制される。すなわち、Ａｌ２Ｏ３膜４２とＡｌＮ膜４１との界面が変質して劣化するのが抑制される。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光出射面１および第１変質防止層４０近傍における発熱が抑制されるので、光出射側の共振器端面（光出射面１）の破壊が抑制される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子１０００の信頼性を向上させることができる。なお、上記効果は、約５２５ｎｍ以下の短い発振波長でかつ高エネルギを有するレーザ光を出射する半導体レーザ素子に対して特に有効である。
【００６０】
また、上記のように構成した場合に、Ａｌ２Ｏ３膜４２とＡｌＮ膜４１との界面に変質が生じた場合でも、ＡｌＮ膜４３によってＡｌ２Ｏ３膜４２内に広がる変質領域をＡｌ２Ｏ３膜４２内に留めることができるので、変質の拡大が抑制される。これにより、第１変質防止層４０の変質を最小限に抑制することができる。
【００６１】
また、第１変質防止層４０上、すなわち、光出射面１とは反対側に位置する第１変質防止層４０の表面上に形成されたＡｌ２Ｏ３膜５１の厚みを調整することにより、光出射面１を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより、高出力化に対応した窒化物系半導体レーザ素子１０００の信頼性を向上させることができる。
【００６２】
また、第１変質防止層４０を構成するＡｌＮ膜４１の厚みｔ１、Ａｌ２Ｏ３膜４２の厚みｔ２およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３を、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）となるように設定することによって、第１変質防止層４０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光出射面１を出射したレーザ光は、第１変質防止層４０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過してＡｌ２Ｏ３膜５１に達する。その結果、所望の反射率（約８％）を有するように設定されたＡｌ２Ｏ３膜５１の反射率制御機能が第１変質防止層４０によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第１変質防止層４０を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００６３】
また、第１実施形態では、第１変質防止層４０のＡｌＮ膜４１は半導体素子層２０と接する。これにより、光出射面１にはＡｌＮ膜４１が接触しているので、Ａｌ２Ｏ３膜４２の酸素が半導体素子層２０に取り込まれるのを、ＡｌＮ膜４１により容易に抑制することができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３と、Ａｌ２Ｏ３膜４２とが、同じＡｌ元素を含む。これにより、互いに接触するＡｌＮ膜４１とＡｌ２Ｏ３膜４２、および、互いに接触するＡｌＮ膜４３とＡｌ２Ｏ３膜４２とは、それぞれ、同種の金属元素（Ａｌ元素）を含む材料であるので、接触の際の密着性を向上させることができる。この結果、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３の膜剥がれ（剥離）を抑制することができる。
【００６５】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３が、それぞれ、Ａｌを含む。これにより、Ａｌを含む窒化物は良好な絶縁性を有するのでＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌを含んだ窒化膜により、第１変質防止層４０および半導体素子層２０に酸素が取り込まれるのを効果的に抑制することができる。
【００６６】
また、第１実施形態では、Ａｌ２Ｏ３膜４２がＡｌを含む。これにより、Ａｌを含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、Ａｌ２Ｏ３膜４２の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌを含むＡｌ２Ｏ３膜４２と、Ａｌ２Ｏ３膜４２を両側から挟み込むＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３とを同種の金属元素（Ａｌ元素）により容易に接触させることができるので、各膜間の密着性を向上させることができる。
【００６７】
また、第１実施形態では、活性層２５を含む半導体素子層２０は、窒化物系半導体からなる。これにより、約４０５ｎｍ帯の短い発振波長を有し、かつ、高エネルギなレーザ光を出射する窒化物系半導体レーザ素子１０００において、特にレーザ光出射時の発熱に起因した光出射側の共振器端面（光出射面１）の破壊を効果的に抑制することができる。
【００６８】
また、第１実施形態では、第２変質防止層６０を構成するＡｌＮ膜６１の厚みｔ５およびＡｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ６を、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）およびｔ６＜λ／（４×ｎ６）となるように設定することによって、第２変質防止層６０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光反射面２を出射したレーザ光は、第２変質防止層６０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過する。また、ＳｉＯ２膜６３の厚みｔ８は、ｔ８≒λ／（２×ｎ８）となるように設定されているので、ＳｉＯ２膜６３においてもレーザ光は実質的に反射されない。その結果、所望の反射率（約９８％）を有するように設定された多層反射膜６４の反射率制御機能が第２変質防止層６０によって影響されるのを容易に抑制することができる。
【００６９】
また、第２変質防止層６０を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００７０】
（第１実施形態の第１変形例）
図３を参照して、この第１実施形態の第１変形例では、上記第１実施形態と異なり、第１変質防止層４０に接触するように約９５ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜５２が形成されている。なお、ＳｉＯ２膜５２は、本発明の「第２酸化膜」および「第２絶縁膜」の一例である。
【００７１】
なお、第１実施形態の第１変形例による窒化物系半導体レーザ素子１００５のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００７２】
第１実施形態の第１変形例では、上記のように、第１変質防止層４０上、すなわち、光出射面１とは反対側に位置する第１変質防止層４０の表面上に形成されたＳｉＯ２膜５２の厚みを調整することにより、光出射面１を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより上記第１実施形態と同様に、高出力化に対応した窒化物系半導体レーザ素子１００５の信頼性を向上させることができる。なお、この第１変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７３】
（第２実施形態）
図４を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態で用いたＡｌ２Ｏ３膜４２のかわりに、酸窒化膜であるＡｌＯＸＮＹ膜４４を用いるとともに、第１変質防止層４０とＡｌ２Ｏ３膜５１との間に酸窒化膜であるＡｌＯＸＮＹ膜４５を用いた場合について説明する。なお、ＡｌＯＸＮＹ膜４４は、本発明の「第１酸窒化膜」および「第１中間膜」の一例である。また、ＡｌＯＸＮＹ膜４５は、本発明の「第３酸窒化膜」および「第２中間膜」の一例である。なお、以降の説明では、ＡｌＯＸＮＹ膜４４およびＡｌＯＸＮＹ膜４５を、それぞれ、ＡｌＯＮ膜４４およびＡｌＯＮ膜４５として記載する。
【００７４】
ここで、第２実施形態では、図４に示すように、窒化物系半導体レーザ素子２０００の光出射面１上には、光出射面１から近い順に、光出射面１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜４４と、ＡｌＯＮ膜４４に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４３とが積層された誘電体多層膜である第１変質防止層２４０が形成されている。また、第１変質防止層２４０上には、第１変質防止層２４０に接触するように、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜４５と、約７０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜５１とが形成されている。すなわち、第２実施形態では、光出射面１上に、光出射面１から近い順に、窒化膜および酸窒化膜が交互に２層ずつ積層されている。なお、第１変質防止層２４０は、本発明の「第１絶縁膜」の一例である。
【００７５】
また、第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜４４および４５の屈折率が、それぞれ、ｎ２およびｎ４（＝約１．６８〜約２．１５の範囲の値（Ａｌ２Ｏ３とＡｌＮとの混合比で決定されるため））である場合、ＡｌＯＮ膜４４の厚みｔ２（＝約１０ｎｍ）およびＡｌＯＮ膜４５の厚みｔ４（＝約１０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ４＜λ／（４×ｎ４）の関係を有するように設定されている。
【００７６】
すなわち、第２実施形態では、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、ＡｌＯＮ膜４４および４５の厚みｔ２およびｔ４が、それぞれ、ｔ２＜約４７ｎｍ〜約６０ｎｍの範囲、および、ｔ４＜約４７ｎｍ〜約６０ｎｍの範囲で形成されるのが好ましい。ここで、ＡｌＯＮの屈折率は、Ａｌ２Ｏ３とＡｌＮとの混合比により約１．６８〜約２．１５の範囲に決定されるので、ＡｌＯＮ膜４４および４５の厚みｔ２およびｔ４には、上記範囲が存在する。なお、酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４４および４５）は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【００７７】
なお、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子２０００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００７８】
第２実施形態では、上記のように、光出射面１上に、光出射面１から近い順に、ＡｌＮ膜４１と、ＡｌＯＮ膜４４と、ＡｌＮ膜４３とが形成された第１変質防止層２４０を備える。これにより、外側に配置されたＡｌＮ膜４３により、ＡｌＯＮ膜４４中および雰囲気中に存在する酸素が第１変質防止層２４０に取り込まれにくくなるので、ＡｌＯＮ膜４４とＡｌＮ膜４１との界面における酸素の脱離や、酸素と窒素との置換反応などが抑制される。すなわち、ＡｌＯＮ膜４４とＡｌＮ膜４１との界面が変質して劣化するのが抑制される。特に、ＡｌＯＮ膜４４などの酸窒化膜は、Ａｌ２Ｏ３膜などの酸化膜よりも酸素原子の含有率が小さいので、上記の反応はより軽微になると考えられる。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光出射面１および第１変質防止層２４０近傍における発熱が抑制されるので、共振器端面（光出射面１）の破壊がさらに抑制される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子２０００の信頼性をさらに向上させることができる。
【００７９】
なお、ＡｌＯＮ膜４４とＡｌＮ膜４１との界面に変質が生じた場合でも、ＡｌＮ膜４３によってＡｌＯＮ膜４４内に広がる変質領域をＡｌＯＮ膜４４内に留めることができるので、変質の拡大が抑制される。これにより、第１変質防止層２４０の変質を最小限に抑制することができる。
【００８０】
また、第１変質防止層２４０を構成するＡｌＮ膜４１の厚みｔ１、ＡｌＯＮ膜４４の厚みｔ２およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３を、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）となるように設定することによって、第１変質防止層２４０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光出射面１を出射したレーザ光は、第１変質防止層２４０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過してＡｌ２Ｏ３膜５１に達する。その結果、所望の反射率（約８％）を有するように設定されたＡｌ２Ｏ３膜５１の反射率制御機能が第１変質防止層２４０によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第１変質防止層２４０を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００８１】
また、第２実施形態では、第１変質防止層２４０とＡｌ２Ｏ３膜５１との間に酸窒化膜であるＡｌＯＮ膜４５がさらに形成されている。これにより、光出射面１上に、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＮ膜４４とからなる領域、および、ＡｌＮ膜４３とＡｌＯＮ膜４５とからなる領域が光出射面１から近い順に形成されて多層化されるので、光出射側の共振器端面（光出射面１）の破壊をより一層抑制することができる。
【００８２】
また、第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜４５の厚みｔ４についてもｔ４＜λ／（４×ｎ４）となるように設定されている。これにより、光出射面１を出射したレーザ光は、ＡｌＯＮ膜４５の厚みにも影響されることなく透過してＡｌ２Ｏ３膜５１に達する。その結果、反射率を制御するＡｌ２Ｏ３膜５１の反射率制御機能が第１変質防止層２４０によって影響されるのを容易に抑制することができる。
【００８３】
また、第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜４４がＡｌを含む。これにより、Ａｌを含む酸窒化物は良好な絶縁性を有するので、ＡｌＯＮ膜４４の絶縁性を向上させることができる。また、ＡｌＯＮ膜４４と、ＡｌＯＮ膜４４を両側から挟み込むＡｌＮ膜４１およびＡｌＮ膜４３とを同種の金属元素（Ａｌ元素）により容易に接触させることができるので、各々の膜同士の密着性を向上させることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
（第３実施形態）
図５を参照して、この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、光反射面２側に、窒化膜および酸化膜が多層化された誘電体多層膜である第２変質防止層１６０が形成される場合について説明する。なお、第２変質防止層１６０は、本発明の「第３絶縁膜」の一例である。
【００８５】
ここで、第３実施形態では、図５に示すように、窒化物系半導体レーザ素子３０００の光反射面２上には、光反射面２から近い順に、光反射面２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜６２と、Ａｌ２Ｏ３膜６２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜７３とが積層された誘電体多層膜である第２変質防止層１６０が形成されている。なお、ＡｌＮ膜６１は、本発明の「第３窒化膜」の一例であり、Ａｌ２Ｏ３膜６２は、本発明の「第４酸化膜」および「第３中間膜」の一例であり、ＡｌＮ膜７３は、本発明の「第４窒化膜」の一例である。第３実施形態では、ＡｌＮ膜６１、Ａｌ２Ｏ３膜６２およびＡｌＮ膜７３により、第２変質防止層１６０自身および光反射面２がレーザ光の反射に伴って変質するのを抑制する機能を有する。
【００８６】
また、第２変質防止層１６０上、すなわち、光反射面２とは反対側に位置する第２変質防止層１６０の表面上には、ＡｌＮ膜７３に接触するように約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６３が形成されている。また、ＳｉＯ２膜６３上には、ＳｉＯ２膜６３に接触する低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と高屈折率膜として約５０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２膜とが交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する誘電体多層膜である多層反射膜６４が形成されている。
【００８７】
また、第３実施形態では、ＡｌＮ膜６１、Ａｌ２Ｏ３膜６２およびＡｌＮ膜７３の屈折率が、それぞれ、ｎ５（＝約２．１５）、ｎ６（＝約１．６８）およびｎ７（＝約２．１５）である場合、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５（＝約１０ｎｍ）、Ａｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ６（＝約１０ｎｍ）およびＡｌＮ膜７３の厚みｔ７（＝約１０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ７＜λ／（４×ｎ７）の関係を有するように設定されている。
【００８８】
すなわち、第３実施形態では、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５が、ｔ５＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましい。また、ＡｌＮ膜７３の厚みｔ６が、ｔ６＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましい。なお、窒化膜（ＡｌＮ膜６１および７３）は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ７については、ｔ７＜約６０ｎｍであるように形成されるのが好ましく、特に約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【００８９】
なお、第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００９０】
第３実施形態では、上記のように、光反射面２上に、光反射面２から近い順に、ＡｌＮ膜６１と、Ａｌ２Ｏ３膜６２と、ＡｌＮ膜７３とが形成された第２変質防止層１６０を備える。これにより、外側に配置されたＡｌＮ膜７３により、酸化物からなる多層反射膜６４中および雰囲気中に存在する酸素が第２変質防止層１６０に取り込まれにくくなるので、Ａｌ２Ｏ３膜６２とＡｌＮ膜６１との界面が変質して劣化するのが抑制される。したがって、レーザ出射光を高出力化した場合でも光反射面２および第２変質防止層１６０における発熱が抑制されるので、光反射側の共振器端面（光反射面２）の破壊が抑制される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子３０００の信頼性をより向上させることができる。
【００９１】
なお、Ａｌ２Ｏ３膜６２とＡｌＮ膜６１との界面に変質が生じた場合でも、ＡｌＮ膜７３によってＡｌ２Ｏ３膜６２内に広がる変質領域をＡｌ２Ｏ３膜６２内に留めることができるので、変質の拡大が抑制される。これにより、第２変質防止層１６０の変質を最小限に抑制することができる。
【００９２】
また、第２変質防止層１６０を構成するＡｌＮ膜６１の厚みｔ５、Ａｌ２Ｏ３膜６２の厚みｔ６およびＡｌＮ膜７３の厚みｔ７を、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ７＜λ／（４×ｎ７）となるように設定することによって、第２変質防止層１６０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光反射面２を一旦出射したレーザ光は、第２変質防止層１６０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過して多層反射膜６４に達する。これにより、所望の反射率（約９８％）を有するように設定された多層反射膜６４の反射率制御機能が第２変質防止層１６０によって影響されるのを容易に抑制することができる。また、第２変質防止層１６０を構成する各膜の厚みが薄いので、膜形成後の応力に起因した膜剥がれ（剥離）なども抑制することができる。
【００９３】
また、第３実施形態では、第２変質防止層１６０のＡｌＮ膜６１が半導体素子層２０と接する。これにより、光反射面２にはＡｌＮ膜６１が接触しているので、Ａｌ２Ｏ３膜６２の酸素が半導体素子層２０に取り込まれるのを、ＡｌＮ膜６１により容易に抑制することができる。
【００９４】
また、第３実施形態では、ＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３と、Ａｌ２Ｏ３膜６２とが、同じＡｌ元素を含む。これにより、互いに接触するＡｌＮ膜６１とＡｌ２Ｏ３膜６２、および、互いに接触するＡｌＮ膜７３とＡｌ２Ｏ３膜６２とは、それぞれ、同種の金属元素（Ａｌ元素）を含む材料であるので、接触の際の密着性を向上させることができる。この結果、ＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３の膜剥がれ（剥離）を抑制することができる。
【００９５】
また、第３実施形態では、ＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３が、それぞれ、Ａｌを含む。これにより、Ａｌ含む窒化物は良好な絶縁性を有するので、ＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌを含んだ窒化膜により、第２変質防止層１６０および半導体素子層２０に酸素が取り込まれるのを効果的に抑制することができる。
【００９６】
また、第３実施形態では、Ａｌ２Ｏ３膜６２がＡｌを含む。これにより、Ａｌを含む酸化物は良好な絶縁性を有するので、Ａｌ２Ｏ３膜６２の絶縁性を向上させることができる。また、Ａｌ２Ｏ３膜６２と、Ａｌ２Ｏ３膜６２を両側から挟み込むＡｌＮ膜６１およびＡｌＮ膜７３とは、共通の元素（Ａｌ）を含んでいるので、各膜間の密着性を向上させることができる。
【００９７】
また、第３実施形態では、第２変質防止層１６０上に、ＡｌＮ膜７３に接するＳｉＯ２膜６３を介して多層反射膜６４を備える。これにより、多層反射膜６４の厚みを調整することにより、光反射面２における第２変質防止層１６０を出射したレーザ光の反射率を容易に制御することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００９８】
（第４実施形態）
図６を参照して、この第４実施形態では、上記第１実施形態と異なり、窒化物系半導体レーザ素子４０００を構成する第１変質防止層３４０が、２つの窒化膜とこの２つの窒化膜に挟まれる酸化膜および酸窒化膜とから形成されるとともに、第２変質防止層２６０が、窒化膜、酸窒化膜および酸化膜が順次積層された構成を備える場合について説明する。
【００９９】
ここで、第４実施形態では、図６に示すように、窒化物系半導体レーザ素子４０００の光出射面１上には、光出射面１から近い順に、光出射面１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜８１と、ＡｌＯＮ膜８１に接触する約２．５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜８２と、Ａｌ２Ｏ３膜８２に接触する約２．５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜８３と、ＡｌＯＮ膜８３に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４３とが積層された誘電体多層膜である第１変質防止層３４０が形成されている。そして、第１変質防止層３４０上には、第１変質防止層３４０に接触するように約７３ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜５１が形成されている。なお、ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３は、本発明の「第１中間膜」の一例であるとともに、それぞれ、本発明の「第１酸窒化膜」、「第１酸化膜」および「第１酸窒化膜」の一例である。また、Ａｌ２Ｏ３膜５１により光出射面１でのレーザ光の反射率が約８％を有するように設定されている。
【０１００】
また、第４実施形態では、ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３が有する平均屈折率がｎ２である場合、ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３が有する合計厚みｔ２（＝約１０ｎｍ）は、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）の関係を有するように設定されている。ここで、上記３層（ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３）からなる多層膜の平均屈折率ｎ２は、Ａｌ２Ｏ３とＡｌＮとの混合比により約１．６８〜約２．１５の範囲に決定されるので、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、合計厚みｔ２が、ｔ２＜約４７ｎｍ（ＡｌＮが約１００％）〜約６０ｎｍ（Ａｌ２Ｏ３が約１００％）の範囲で形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。
【０１０１】
また、図６に示すように、窒化物系半導体レーザ素子４０００の光反射面２上には、光反射面２から近い順に、光反射面２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜８４と、ＡｌＯＮ膜８４に接触する約５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜８５とが積層された誘電体多層膜である第２変質防止層２６０が形成されている。そして、第２変質防止層２６０上には、Ａｌ２Ｏ３膜８５に接触する約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６３が形成されている。また、ＳｉＯ２膜６３上には、ＳｉＯ２膜６３に接触する低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と高屈折率膜として約５０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２膜とが交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する誘電体多層膜である多層反射膜６４が形成されている。また、多層反射膜６４により光反射面２でのレーザ光の反射率が約９８％の高反射率を有するように設定されている。
【０１０２】
また、第４実施形態では、ＡｌＮ膜６１、ＡｌＯＮ膜８４およびＡｌ２Ｏ３膜８５の屈折率が、それぞれ、ｎ５（＝約２．１５）、ｎ６（＝約１．６８〜約２．１５）およびｎ９（＝約１．６８）である場合、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５（＝約１０ｎｍ）、ＡｌＯＮ膜８４の厚みｔ６（＝約５ｎｍ）およびＡｌ２Ｏ３膜８５の厚みｔ９（＝約５ｎｍ）は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ９＜λ／（４×ｎ９）の関係を有するように設定されている。
【０１０３】
なお、第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子４０００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【０１０４】
第４実施形態では、上記のように、ＡｌＮ膜４１とＡｌＮ膜４３との間に、ＡｌＯＮ膜８１、Ａｌ２Ｏ３膜８２およびＡｌＯＮ膜８３が形成されている。これにより、Ａｌ２Ｏ３膜５１中および雰囲気中に存在する酸素が第１変質防止層３４０中にさらに取り込まれにくくなるので、ＡｌＯＮ膜８１とＡｌＮ膜４１との界面が変質して劣化することをさらに抑制することができる。
【０１０５】
また、第４実施形態では、ＡｌＮ膜４１とＡｌＮ膜４３との間において、ＡｌＯＮ膜８１およびＡｌＯＮ膜８３がＡｌ２Ｏ３膜８２を積層方向に挟むように形成されている。これにより、第１変質防止層３４０が、窒化膜（ＡｌＮ膜４１）、酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜８１）、酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜８２）、酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜８３）および窒化膜（ＡｌＮ膜４３）の順に積層されるので、第１変質防止層３４０中の組成が漸次変化することになる。その結果、第１変質防止層３４０中の各膜間の密着性をさらに向上させることができるので、複数の薄膜からなる第１変質防止層３４０の強度を維持することができる。
【０１０６】
また、第４実施形態では、第２変質防止層２６０を構成するＡｌＮ膜６１の厚みｔ５、ＡｌＯＮ膜８４の厚みｔ６およびＡｌ２Ｏ３膜８５の厚みｔ９を、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ９＜λ／（４×ｎ９）となるように設定することによって、第２変質防止層２６０を構成する各々の膜の厚みがλ／（４×ｎ）よりも小さくなる。これにより、光反射面２を出射したレーザ光は、第２変質防止層２６０を構成する各膜の厚みに影響されることなく透過する。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１０７】
（第５実施形態）
図７および図８を参照して、本発明の第５実施形態による窒化物系半導体レーザ素子５０００の構造について説明する。この第５実施形態では、上記第１実施形態と異なり、発振波長λが約３６５ｎｍである紫外光半導体レーザを用いている。
【０１０８】
ここで、第５実施形態では、図７に示すように、窒化物系半導体レーザ素子５０００の光出射面１上には、光出射面１０１から近い順に、光出射面１０１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＨｆＯ２膜１４２と、ＨｆＯ２膜１４２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４３とが積層された誘電体多層膜である第１変質防止層４４０が形成されている。そして、第１変質防止層４４０上には、第１変質防止層４４０に接触するように約１００ｎｍの厚みを有するＨｆＯ２膜１５１が形成されている。なお、第１変質防止層４４０は、本発明の「第１絶縁膜」の一例である。また、ＨｆＯ２膜１４２は、本発明の「第１酸化膜」および「第１中間膜」の一例であり、ＨｆＯ２膜１５１は、本発明の「第２酸化膜」および「第２絶縁膜」の一例である。また、ＨｆＯ２膜１５１により光出射面１０１でのレーザ光の反射率が約８％を有するように設定されている。
【０１０９】
また、第５実施形態では、ＡｌＮ膜４１、ＨｆＯ２膜１４２およびＡｌＮ膜４３の屈折率が、それぞれ、ｎ１（＝約２．１５）、ｎ２（＝約１．９５）およびｎ３（＝約２．１５）である場合、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１（＝約１０ｎｍ）、ＨｆＯ２膜１４２の厚みｔ２（＝約１０ｎｍ）およびＡｌＮ膜４３の厚みｔ３（＝約１０ｎｍ）は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）の関係を有するように設定されている。
【０１１０】
すなわち、第５実施形態では、約３６５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層１２０では、ＡｌＮ膜４１の厚みｔ１が、ｔ１＜約４２ｎｍであるように形成されるのが好ましい。また、ＡｌＮ膜４３の厚みｔ３が、ｔ３＜約４２ｎｍであるように形成されるのが好ましい。なお、窒化膜（ＡｌＮ膜４１および４３）は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。また、ＨｆＯ２膜１４２の厚みｔ２については、ｔ２＜約４７ｎｍであるように形成されるのが好ましく、特に約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【０１１１】
また、図７に示すように、窒化物系半導体レーザ素子５０００の光反射面１０２上には、光反射面１０２から近い順に、光反射面１０２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＨｆＯ２膜１６２とが積層された誘電体多層膜である第２変質防止層３６０が形成されている。そして、第２変質防止層３６０上には、ＨｆＯ２膜１６２に接触する約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６３が形成されている。ＳｉＯ２膜６３上には、ＳｉＯ２膜に接触する低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と高屈折率膜として約４０ｎｍの厚みを有するＨｆＯ２膜とが交互に８層ずつ積層された約８８０ｎｍの厚みを有する誘電体多層膜である多層反射膜１６４が形成されている。また、多層反射膜１６４により光反射面１０２でのレーザ光の反射率が約９８％の高反射率を有するように設定されている。
【０１１２】
また、第５実施形態では、ＡｌＮ膜６１、ＨｆＯ２膜１６２およびＳｉＯ２膜６３の屈折率が、それぞれ、ｎ５（＝約２．１５）、ｎ６（＝約１．９５）およびｎ８（＝約１．４８）である場合、ＡｌＮ膜６１の厚みｔ５（＝約１０ｎｍ）、ＨｆＯ２膜１６２の厚みｔ６（＝約１０ｎｍ）およびＳｉＯ２膜６３の厚みｔ８（＝約１００ｎｍ）は、それぞれ、ｔ５＜λ／（４×ｎ５）、ｔ６＜λ／（４×ｎ６）およびｔ８＜λ／（２×ｎ８）の関係を有するように設定されている。
【０１１３】
また、窒化物系半導体レーザ素子５０００の半導体素子層１２０は、図８に示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１０の上面上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＧｅがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層１２１が形成されている。また、ｎ型層１２１上には、約７００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＧｅがドープされたｎ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎからなるｎ型クラッド層１２２が形成されている。
【０１１４】
また、ｎ型クラッド層１２２上には、約１０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるｎ側キャリアブロック層１２３が形成されている。また、ｎ側キャリアブロック層１２３上には、約１５０ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＧｅがドープされたｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型光ガイド層１２４が形成されている。また、ｎ型光ガイド層１２４上には、活性層１２５が形成されている。この活性層１２５は、約１０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなる２層の障壁層と、約１８ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮからなる単層の井戸層とが交互に積層されたSＱＷ構造を有している。
【０１１５】
また、図８に示すように、活性層１２５上には、約１５０ｎｍの厚みを有するとともに、約３×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約７×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｐ型光ガイド層１２６が形成されている。ｐ型光ガイド層１２６上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、アンドープＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるｐ側キャリアブロック層１２７が形成されている。
【０１１６】
また、ｐ側キャリアブロック層１２７上には、凸部１２８ａと凸部１２８ａ以外の平坦部１２８ｂとを有するとともに、約３×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約７×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎからなるｐ型クラッド層１２８が形成されている。このｐ型クラッド層１２８の平坦部１２８ｂは、凸部１２８ａの左右両側において約８０ｎｍの厚みを有している。また、ｐ型クラッド層１２８の平坦部１２８ｂの上面から凸部１２８ａの上面までは、約３２０ｎｍの高さを有するとともに、凸部１２８ａの幅は、約１．５μｍを有している。
【０１１７】
また、ｐ型クラッド層１２８の凸部１２８ａ上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１２９が形成されている。このｐ型コンタクト層１２９とｐ型クラッド層１２８の凸部１２８ａとによって、一方側面１３０ａと、一方側面１３０ａとは反対側に位置する他方側面１３０ｂとを有するリッジ部１３０が構成されている。また、リッジ部１３０は、下部において約１．５μｍの幅を有し、［１−１００］方向（レーザ光の出射方向である図７のＡ方向）に延びる形状に形成されている。ここで、リッジ部１３０の下方に位置する活性層１２５を含む部分に、［１−１００］方向（図７のＡ方向）に延びる導波路が形成されており、この導波路と光出射面１０１および光反射面１０２とによって共振器が構成されている。なお、ｎ型層１２１、ｎ型クラッド層１２２、ｎ側キャリアブロック層１２３、ｎ型光ガイド層１２４、活性層１２５、ｐ型光ガイド層１２６、ｐ側キャリアブロック層１２７、ｐ型クラッド層１２８およびｐ型コンタクト層１２９は、それぞれ、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、活性層１２５は、本発明の「発光層」の一例である。
【０１１８】
なお、第５実施形態による窒化物系半導体レーザ素子５０００のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【０１１９】
第５実施形態では、上記のように、光出射面１０１上に形成されている端面コート膜の第１酸化膜および第２酸化膜として、第１実施形態で用いたＡｌ２Ｏ３膜４２およびＡｌ２Ｏ３膜５１に代えて、それぞれ、ＨｆＯ２膜１４２および１５１を用いている。ここで、ＨｆＯ２の吸収端は、紫外領域以下（λ＝約３００ｎｍ以下）であるので、紫外光（λ＝３６５ｎｍ）を出射する窒化物系半導体レーザ素子５０００においては、光出射面１０１上に形成されている端面コート膜での光吸収を抑制することができるので、光出射面１０１から効率よく光を取り出すことができる。
【０１２０】
また、第５実施形態では、光反射面１０２上に形成されている端面コート膜の第２変質防止層３６０において、第１実施形態で用いたＡｌ２Ｏ３膜６２に代えてＨｆＯ２膜１６２を用いており、多層反射膜１６４中においても、第１実施形態で用いたＡｌ２Ｏ３膜に代えてＨｆＯ２膜を用いている。これにより、光出射面１０１上に形成されている端面コート膜と同様に、光反射面１０２上に形成されている端面コート膜での光吸収を抑制することができるので、光反射面１０２において効率よく光を反射することができる。
【０１２１】
また、ＨｆＯ２膜の膜応力は、Ａｌ２Ｏ３の膜応力よりも容易に小さくすることができるので、光出射面１０１および光反射面１０２上に形成された各端面コート膜における剥離をより抑制することができる。さらに、ＨｆＯ２膜の膜密度は、Ａｌ２Ｏ３の膜密度よりも容易に大きくすることができるので、高エネルギのレーザ光が照射された場合に生じる変質をより抑制することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子５０００の信頼性をより向上させることができる。第５実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１２２】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【０１２３】
たとえば、上記第１〜第５実施形態では、半導体素子層２０（１２０）を、窒化物系半導体層により構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体素子層を、窒化物系半導体層以外の半導体層により構成してもよい。
【０１２４】
また、上記第１〜第５実施形態では、第１窒化膜（ＡｌＮ膜４１）および第２窒化膜（ＡｌＮ膜４３）を、それぞれ、ＡｌＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第１および第２窒化膜を、Ｓｉ元素などを含む窒化物により形成してもよい。この変形例の場合、たとえば、第１窒化膜および第２窒化膜にはそれぞれＳｉ３Ｎ４からなる窒化膜を用いることができる。この場合には、第１窒化膜および第２窒化膜は約２．１の屈折率を有するので、第１窒化膜および第２窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４８ｎｍに形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【０１２５】
また、上記第１〜第５実施形態では、第１窒化膜（ＡｌＮ膜４１）および第２窒化膜（ＡｌＮ膜４３）を共にＡｌＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、第１窒化膜と第２窒化膜とが異なる金属元素を含む窒化膜としてもよい。
【０１２６】
また、上記第１および第３実施形態では、第１酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜４２）をＡｌ２Ｏ３膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第１酸化膜を、Ｓｉ元素、Ｚｒ元素、Ｔａ元素、Ｈｆ元素およびＮｂ元素などを含む酸化物により形成してもよい。この変形例において、第１酸化膜を約１．４８の屈折率を有するＳｉＯ２膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約６８ｎｍに形成されるのが好ましい。また、第１酸化膜を約２．２８の屈折率を有するＺｒＯ２膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約４４ｎｍに形成されるのが好ましい。また、第１酸化膜を約２．２５の屈折率を有するＴａ２Ｏ５膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約４５ｎｍに形成されるのが好ましい。また、第１酸化膜を約１．９５の屈折率を有するＨｆＯ２膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約４７ｎｍに形成されるのが好ましい。また、第１酸化膜を約２．３５の屈折率を有するＮｂ２Ｏ５膜とした場合、第１酸化膜の厚みｔは、ｔ＜約４３ｎｍに形成されるのが好ましい。また、上記例示した各第１酸化膜においても、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。
【０１２７】
また、上記第２実施形態では、第１酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４４）をＡｌＯＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記酸窒化膜を、Ｓｉ元素などを含む酸窒化物により形成してもよい。この変形例において、たとえば、第１酸窒化膜をＳｉＯＸＮＹ（以降、ＳｉＯＮと記載する）からなる酸窒化膜とした場合、ＳｉＯＮの屈折率は、ＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４との混合比により約１．４８〜約２．１の範囲に決定されるので、第１酸窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４８ｎｍ（ＳｉＯ２が約１００％）〜約６８ｎｍ（Ｓｉ３Ｎ４が約１００％）の範囲で形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するように形成されるのがより好ましい。
【０１２８】
また、上記第４実施形態では、第１窒化膜（ＡｌＮ膜４１）と第２窒化膜（ＡｌＮ膜４３）との間に形成される第１中間膜を第１酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜８２）と、第１酸化膜を積層方向に挟む２つの第１酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜８１およびＡｌＯＮ膜８３）とから構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、例えば、第１中間膜が第１酸化膜および第１酸窒化膜を１層づつ含むなど、第１中間膜が第１酸化膜および第１酸窒化膜の両方を含む他の組み合わせであってもよい。
【０１２９】
また、上記第２実施形態では、第２窒化膜（ＡｌＮ膜４３）と第２酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜５１）との間に第２中間膜として第３酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４５）を形成する例について示したが、本発明はこれに限らず、第２中間膜としてＡｌ２Ｏ３膜やＳｉＯ２膜などの酸化膜を形成してもよい。なお、第２中間膜として用いるＡｌ２Ｏ３膜やＳｉＯ２膜などの酸化膜は、本発明の「第３酸化膜」の一例である。あるいは、この第２中間膜は、第３酸窒化膜および上記第３酸化膜の両方を含んでいてもよい。
【０１３０】
また、上記第２実施形態では、第１酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４４）および第３酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜４５）をともにＡｌＯＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、第１酸窒化膜と第３酸窒化膜とが異なる金属元素を含む酸窒化膜としてもよい。
【０１３１】
また、上記第１〜第４実施形態では、光出射面１の反射率を制御する第２絶縁膜として酸化膜であるＡｌ２Ｏ３膜５１またはＳｉＯ２膜５２を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、第２絶縁膜に、酸窒化膜であるＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などを用いてもよい。なお、第２絶縁膜として用いるＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などの酸窒化膜は、本発明の「第２酸窒化膜」の一例である。あるいは、第２絶縁膜を第２酸化膜と上記第２酸窒化膜との両方を含むように構成してもよい。
【０１３２】
また、上記第１〜第４実施形態では、光出射面１の反射率を制御するＡｌ２Ｏ３膜５１の厚みを約７０ｎｍまたは約７３ｎｍ（第２実施形態では約６０ｎｍ）に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、Ａｌ２Ｏ３膜５１の厚みを上記以外の厚みになるように形成してもよい。
【０１３３】
また、上記第１実施形態の第１変形例では、光出射面１の反射率を制御するＳｉＯ２膜５２の厚みを約７０ｎｍに形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜５２の厚みを上記以外の厚みになるように形成してもよい。
【０１３４】
また、上記第３実施形態では、第３窒化膜（ＡｌＮ膜６１）および第４窒化膜（ＡｌＮ膜７３）を、それぞれ、ＡｌＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第３および第４窒化膜を、Ｓｉ元素などを含む窒化物により形成してもよい。この変形例の場合も、たとえば、第４窒化膜および第５窒化膜にはそれぞれＳｉ３Ｎ４からなる窒化膜を用いることができる。この場合には、第３窒化膜および第４窒化膜は約２．１の屈折率を有するので、第３窒化膜および第４窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４８ｎｍに形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。
【０１３５】
また、上記第３実施形態では、第３窒化膜（ＡｌＮ膜６１）および第４窒化膜（Ａｌ２Ｏ３膜７３）をともにＡｌＮ膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、第３窒化膜と第４窒化膜とが異なる金属元素を含む窒化膜としてもよい。
【０１３６】
また、上記第３実施形態では、第４酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜６２）をＡｌ２Ｏ３膜とした例について示したが、本発明はこれに限らず、上記第４酸化膜を、上記第１実施形態の第１酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜４２）と同様に、Ｓｉ元素、Ｚｒ元素、Ｔａ元素、Ｈｆ元素およびＮｂ元素などを含む酸化物により形成してもよい。この場合、第４酸化膜の厚みは、上記第１実施形態の第１酸化膜と同様に設定することができる。
【０１３７】
また、上記第３実施形態では、第３窒化膜（ＡｌＮ膜６１）と第４窒化膜（ＡｌＮ膜７３）との間に挟まれる第４酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜６２）を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、第３窒化膜と第４窒化膜との間に、ＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などの酸窒化膜からなる第３中間膜を形成してもよい。なお、第３中間膜として用いるＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などの酸窒化膜は、本発明の「第４酸窒化膜」の一例である。この変形例の場合も上記第２実施形態と同様に、たとえば上記第４酸窒化膜がＡｌＯＮからなる場合、第４酸窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４７ｎｍ〜約６０ｎｍの範囲で形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。また、上記第４酸窒化膜がＳｉＯＮからなる場合、第４酸窒化膜の厚みｔは、ｔ＜約４８ｎｍ（ＳｉＯ２が約１００％）〜約６８ｎｍ（Ｓｉ３Ｎ４が約１００％）の範囲で形成されるのが好ましく、特に、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの範囲の厚みを有するのがより好ましい。このように構成しても、ＡｌまたはＳｉを含む酸窒化物は良好な絶縁性を有するので、上記ＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などの絶縁性を向上させることができる。さらには、ＡｌＯＮ膜を、Ａｌ元素を含む第３窒化膜および第４窒化膜とによって両側から挟み込む場合、各々の膜は共通の元素（Ａｌ）を含んでいるので、各膜間の密着性を向上させることができる。
【０１３８】
また、上記第３実施形態では、第３窒化膜（ＡｌＮ膜６１）と第４窒化膜（ＡｌＮ膜７３）との間に挟まれる第３中間膜を第４酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜６２）で構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、第３中間膜は、第４酸化膜および上記第４酸窒化膜の両方を含んでいてもよい。
【０１３９】
また、上記第１〜第４実施形態では、光反射面２側の反射率を制御する多層反射膜６４を、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜が交互に６層ずつ積層して形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜を交互に６層以外の数に積層して形成してもよい。また、多層反射膜として、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜以外の他の屈折率を有する、異なる２種類の絶縁膜を組み合わせてもよい。
【０１４０】
また、上記第５実施形態では、紫外光半導体レーザ５０００の光出射面１０１上の端面コート膜の第１酸化膜（ＨｆＯ２膜１４２）および第２酸化膜（ＨｆＯ２膜１６２）をＨｆＯ２膜で構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、吸収端が紫外領域以下（λ＝約３００ｎｍ以下）であるＴａ元素、Ｍｇ元素およびＹ元素などを含む酸化物（Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３など）および酸窒化物（ＴａＯＸＮＹ、ＭｇＯＸＮＹおよびＹＯＸＮＹなど）により形成してもよい。
【０１４１】
また、上記第５実施形態では、紫外光半導体レーザ５０００の光反射面１０２上の端面コート膜の第２変質防止層３６０および多層反射膜１６４中の酸化膜をＨｆＯ２膜で構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、吸収端が紫外領域以下（λ＝約３００ｎｍ以下）であるＴａ元素、Ｍｇ元素およびＹ元素などを含む酸化物（Ｔａ２Ｏ５、ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３など）および酸窒化物（ＴａＯＸＮＹ、ＭｇＯＸＮＹおよびＹＯＸＮＹなど）、あるいは、Ａｌ元素、Ｍｇ元素、Ｙ元素およびＬａ元素などを含む弗化物（ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＹＦ２およびＬａＦなど）により形成してもよい。
【０１４２】
また、上記第５実施形態では、光反射面１０２の反射率を制御する多層反射膜１６４を、ＳｉＯ２膜およびＨｆＯ２膜が交互に８層ずつ積層して形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜およびＨｆＯ２膜を交互に８層以外の数に積層して形成してもよい。また、多層反射膜として、ＳｉＯ２膜およびＨｆＯ２膜以外の他の屈折率を有する異なる２種類の絶縁膜（たとえば、上記Ｔａ元素、Ｍｇ元素およびＹ元素などを含む酸化物および酸窒化物やＡｌ元素、Ｍｇ元素、Ｙ元素およびＬａ元素などを含む弗化物など）を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１４３】
１、１０１ 光出射面（第１共振器端面）
２、１０２ 光反射面（第２共振器端面）
２０ 半導体素子層
２１ ｎ型層（半導体素子層）
２２ ｎ型クラッド層（半導体素子層）
２３ ｎ型キャリアブロック層（半導体素子層）
２４ ｎ型光ガイド層（半導体素子層）
２５ 活性層（半導体素子層、発光層）
２６ ｐ型光ガイド層（半導体素子層）
２７ ｐ型キャップ層（半導体素子層）
２８ ｐ型クラッド層（半導体素子層）
２９ ｐ型コンタクト層（半導体素子層）
４０、２４０、３４０、４４０ 第１変質防止層（第１絶縁膜）
４１ ＡｌＮ膜（第１窒化膜）
４２、８２ Ａｌ２Ｏ３膜（第１酸化膜、第１中間膜）
４３ ＡｌＮ膜（第２窒化膜）
４４、８１、８３ ＡｌＯＮ膜（第１酸窒化膜、第１中間膜）
４５ ＡｌＯＮ膜（第３酸窒化膜、第２中間膜）
５１ Ａｌ２Ｏ３膜（第２酸化膜、第２絶縁膜）
５２ ＳｉＯ２膜（第２酸化膜、第２絶縁膜）
６０、１６０、２６０、３６０ 第２変質防止層（第３絶縁膜）
６１ ＡｌＮ膜（第３窒化膜）
６２ Ａｌ２Ｏ３膜（第４酸化膜、第３中間膜）
６３ ＳｉＯ２膜
６４、１６４ 多層反射膜
７３ ＡｌＮ膜（第４窒化膜）
８４ ＡｌＯＮ膜
８５ Ａｌ２Ｏ３膜
１４２ ＨｆＯ２膜（第１酸化膜、第１中間膜）
１５１ ＨｆＯ２膜（第２酸化膜、第２絶縁膜）
１６２ ＨｆＯ２膜（第４酸化膜、第３中間膜）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を有する半導体素子層と、
前記半導体素子層の前記発光層を含む領域の光出射側の端部に形成された第１共振器端面と、
前記第１共振器端面上に、前記第１共振器端面側から第１窒化膜と、第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方を含む第１中間膜と、第２窒化膜とがこの順に形成された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成され、第２酸化膜および第２酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２絶縁膜とを備え、
前記発光層が発するレーザ光の波長がλであり、前記第１窒化膜の屈折率、前記第１中間膜の平均屈折率および前記第２窒化膜の屈折率が、それぞれ、ｎ１、ｎ２およびｎ３である場合に、前記第１窒化膜の厚みｔ１、前記第１中間膜の厚みｔ２および前記第２窒化膜の厚みｔ３は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）になるように設定されている、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１窒化膜は、前記半導体素子層と接する、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１窒化膜および前記第２窒化膜の少なくとも一方と、前記第１中間膜とは、同じ金属元素を含む、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１窒化膜および前記第２窒化膜は、それぞれ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１酸化膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＮｂからなるグループより選択される少なくとも１つの元素を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１酸窒化膜は、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との間に第３酸化膜および第３酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２中間膜がさらに形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記半導体素子層の前記発光層を含む領域の光反射側の端部に形成された第２共振器端面と、
前記第２共振器端面上に、前記第２共振器端面側から第３窒化膜と、第４酸化膜および第４酸窒化膜の少なくとも一方を含む第３中間膜と、第４窒化膜とがこの順に形成された第３絶縁膜をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１】
発光層を有する半導体素子層と、
前記半導体素子層の前記発光層を含む領域の光出射側の端部に形成された第１共振器端面と、
前記第１共振器端面上に、前記第１共振器端面側から第１窒化膜と、第１酸化膜および第１酸窒化膜の少なくとも一方を含む第１中間膜と、第２窒化膜とがこの順に形成された第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成され、第２酸化膜および第２酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２絶縁膜とを備え、
前記発光層が発するレーザ光の波長がλであり、前記第１窒化膜の屈折率、前記第１中間膜の平均屈折率および前記第２窒化膜の屈折率が、それぞれ、ｎ１、ｎ２およびｎ３である場合に、前記第１窒化膜の厚みｔ１、前記第１中間膜の厚みｔ２および前記第２窒化膜の厚みｔ３は、それぞれ、ｔ１＜λ／（４×ｎ１）、ｔ２＜λ／（４×ｎ２）およびｔ３＜λ／（４×ｎ３）になるように設定されている、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１窒化膜は、前記半導体素子層と接する、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１窒化膜および前記第２窒化膜の少なくとも一方と、前記第１中間膜とは、同じ金属元素を含む、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１窒化膜および前記第２窒化膜は、それぞれ、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１酸化膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、ＨｆおよびＮｂからなるグループより選択される少なくとも１つの元素を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１酸窒化膜は、ＡｌおよびＳｉの少なくとも一方を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との間に第３酸化膜および第３酸窒化膜の少なくとも一方を含む第２中間膜がさらに形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記半導体素子層の前記発光層を含む領域の光反射側の端部に形成された第２共振器端面と、
前記第２共振器端面上に、前記第２共振器端面側から第３窒化膜と、第４酸化膜および第４酸窒化膜の少なくとも一方を含む第３中間膜と、第４窒化膜とがこの順に形成された第３絶縁膜をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２１８５７８（Ｐ２００９−２１８５７８Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２５７２（Ｐ２００９−２２５７２）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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