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】この青紫色半導体レーザ素子１００（半導体レーザ素子）は、光出射面２ａを有する半導体素子層と、端面コート膜８とを備える。端面コート膜８は、窒素を含む窒化物からなり光出射面２ａに接するＡｌＮ膜３１と、ＡｌＮ膜３１の光出射面２ａとは反対側に形成され、各々が酸窒化物からなるＡｌＯＮ膜３２、３３および３４とを含む。そして、ＡｌＮ膜３１に近い側に位置するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率は、ＡｌＮ膜３１から見てＡｌＯＮ膜３２よりも遠い側に位置するＡｌＯＮ膜３３および３４の酸素含有率よりも小さい。
【解決手段】この青紫色半導体レーザ素子１００（半導体レーザ素子）は、光出射面２ａを有する半導体素子層と、端面コート膜８とを備える。端面コート膜８は、窒素を含む窒化物からなり光出射面２ａに接するＡｌＮ膜３１と、ＡｌＮ膜３１の光出射面２ａとは反対側に形成され、各々が酸窒化物からなるＡｌＯＮ膜３２、３３および３４とを含む。そして、ＡｌＮ膜３１に近い側に位置するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率は、ＡｌＮ膜３１から見てＡｌＯＮ膜３２よりも遠い側に位置するＡｌＯＮ膜３３および３４の酸素含有率よりも小さい。
【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、共振器面上に端面コート膜が形成され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レーザ素子特性の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、窒化物系半導体により、発振波長が約４０５ｎｍの青紫色半導体レーザ素子が開発されるとともに、レーザ素子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素子では、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して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、出射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。そこで、酸素原子を有しない窒化膜からなる誘電体膜のみを用いた端面コート膜が提案されているが、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れが生じやすく、出射端面に割れや剥離を生じさせる不都合がある。
【０００４】
そこで、従来では、窒化膜と酸化膜とを用いて端面コート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、光出射面上に、酸化物からなる第１コート膜（酸化膜）が形成されるとともに、光出射面と第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（窒化膜）が形成された窒化物半導体発光素子が開示されている。この窒化物半導体発光素子では、共振器面（光出射面）に直接接触する窒化物からなる第２コート膜により、雰囲気に曝される最表面の第１コート膜から半導体層（光出射面）へ酸素が供給されることが抑制されている。
【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】
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光出射面から出射されるので、レーザ光が透過する第２コート膜および第１コート膜には発熱が生じる。この場合、第２コート膜と第１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盛んに脱離するのと同時に、第２コート膜の窒素と第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（酸化）を起こしやすくなる。ここで、第２コート膜における窒素と酸素とが置換する反応速度よりも、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ため、レーザ光の出射に伴って第１コート膜から先に劣化（酸化）し始める。このように、窒化膜と酸化膜とを用いて端面コート膜を形成した場合であっても、端面コート膜の劣化とともに光吸収が増大してしまい、光吸収の増加に起因した反射率の低下がさらなる光吸収を助長する。したがって、光出射面にはＣＯＤが生じやすいと考えられる。特に、高出力化された半導体レーザ素子では、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および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体レーザ素子は、活性層を含み、出射側共振器面と反射側共振器面とを有する半導体素子層と、出射側共振器面の表面上に形成された端面コート膜とを備え、端面コート膜は、窒素を含む窒化物からなり出射側共振器面に接する第１窒化膜と、第１窒化膜の出射側共振器面とは反対側に形成され、各々が酸窒化物からなる複数の酸窒化膜とを含み、複数の酸窒化膜のうちの第１窒化膜に近い側に位置する第１酸窒化膜の酸素含有率は、第１窒化膜から見て第１酸窒化膜よりも遠い側に位置する第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい。
【００１０】
なお、本発明において、出射側共振器面は、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出射側共振器面である。また、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が反射側共振器面である。
【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、端面コート膜は、第１窒化膜の出射側共振器面とは反対側に形成され、各々が酸窒化物からなる複数の酸窒化膜を含んでおり、複数の酸窒化膜のうちの第１窒化膜に近い側に位置する第１酸窒化膜の酸素含有率は、第１窒化膜から見て第１酸窒化膜よりも遠い側に位置する第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい。これにより、多層化された酸窒化膜によって、雰囲気中に存在する酸素が第１窒化膜中により取り込まれにくくなる。また、複数の酸窒化膜間に酸化膜が配置されていたとしても、酸化膜から脱離する酸素を酸化膜よりも第１窒化膜寄りに配置された単層または多層化された酸窒化膜によって、第１窒化膜中により取り込まれにくくなる。この際、出射側共振器面により近い側の酸窒化膜（第１酸窒化膜）が有する酸素含有率が、出射側共振器面からより遠い側の酸窒化膜（第２酸窒化膜）が有する酸素含有率よりも小さいので、第１窒化膜および半導体素子層へ酸素が拡散することをより確実に抑制することができる。すなわち、端面コート膜内のみならず端面コート膜と光出射面との界面における変質が最小限に抑制されるので、レーザ出射光を高出力化した場合でも出射側共振器面および端面コート膜における光吸収が効果的に抑制されて共振器面の光学損傷破壊（ＣＯＤ）が抑制される。この結果、半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、上記一の局面による半導体レーザ素子では、端面コート膜が複数の酸窒化膜を含んでいるので、端面コート膜を完全な窒化膜の多層膜構造として構成する場合と異なり、個々の酸窒化膜の厚みを調整することにより、出射側共振器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。さらには、一般的に大きな膜応力を有する窒化膜と小さな膜応力を有する酸化膜とのおおよそ中間程度の大きさの膜応力である酸窒化膜を設けている分、端面コート膜内の第１窒化膜に対する応力差を適切に緩和させることができる。これにより、膜剥れなどを生じさせずに第１窒化膜を出射側共振器面に接触させて出射側共振器面における放熱性を向上させることができる。この結果、高出力化に対応した半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
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酸窒化膜の屈折率は、第２酸窒化膜の屈折率よりも大きい。ここで、一般的に、屈折率が大きい材料は光と相互作用しやすい材料であり、バンドギャップが小さい材料であることを意味する。また、バンドギャップが小さい材料は、誘電率（絶縁性）が大きい性質を有する。したがって、出射側共振器面により近い位置に配置された第１酸窒化膜が相対的に大きな誘電率（絶縁性）を有することによって、半導体レーザ素子における半導体のｐｎ接合間に、第１酸窒化膜を介したリーク電流が発生することを効果的に抑制することができる。したがって、リーク電流の発生が抑制される分、半導体素子層中に効率よく電流を流すことができる。その結果、半導体レーザ素子のスロープ効率を向上させることができる。また、その他の効果として、同じレーザ光出力を得る場合であっても動作電圧をより低電圧に維持した状態で半導体レーザ素子を駆動させることができる。
【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酸窒化膜は、第１窒化膜の出射側共振器面とは反対側の表面に接触する酸窒化膜を含み、第１窒化膜に接触する第１酸窒化膜の酸素含有率は、複数の酸窒化膜の内で最も小さい。このように構成すれば、第１窒化膜に接する第１酸窒化膜の酸素含有率が最も小さいので、他の複数の第２酸窒化膜から脱離する酸素が第１窒化膜中に取り込まれる傾向をより一層弱めることができる。また、第１酸窒化膜が第１窒化膜に接触しているので、たとえ第１酸窒化膜と第１窒化膜との界面に変質が生じた場合であっても、第１窒化膜によって出射側共振器面への変質の拡大を抑制することができる。これにより、半導体素子層へ酸素が拡散することをより確実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、端面コート膜の最表面には、第２酸窒化膜が配置されており、端面コート膜の最表面に配置された第２酸窒化膜の酸素含有率は、複数の酸窒化膜の内で最も大きい。このように構成すれば、より大きな酸素含有率を有する第２酸窒化膜により、出射側共振器面から出射されたレーザ光の反射率を容易に制御することができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、少なくとも端面コート膜の最表面に配置された第２酸窒化膜により、出射側共振器面における反射率が制御される。このように、端面コート膜の最表面に配置された第２酸窒化膜の厚みを適宜調整することにより、出射側共振器面を出射したレーザ光の反射率を所望の値に制御することができる。
【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窒化膜と複数の酸窒化膜の各々とは、共通の金属元素を含む。このように構成すれば、端面コート膜を構成する各膜同士が、同種の金属元素を含む誘電体材料であるので、各膜同士が接触する際の密着性を向上させることができる。この結果、端面コート膜を構成する各膜同士の膜剥れを抑制することができる。
【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、端面コート膜は、出射側共振器面側から窒化膜と酸窒化膜とが交互に配置されており、第１窒化膜以外の２つの酸窒化膜間に挟まれる第２窒化膜から見て、第１窒化膜側に隣接する第１酸窒化膜の酸素含有率は、第２窒化膜の第１酸窒化膜とは反対側に隣接する第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい。このように構成すれば、半導体素子層へ酸素が拡散するのを抑制する目的で第１窒化膜以外の位置に第２窒化膜を設けた場合においても、第２窒化膜との応力差が比較的小さい酸窒化膜を第２窒化膜の両隣に配置しているので、第２窒化膜が膜剥れを起こすことを容易に抑制することができる。さらには、第２窒化膜の両隣に隣接する第１酸窒化膜および第２酸窒化膜に上記のような酸素含有率差を持たせているので、第１窒化膜および半導体素子層へ酸素が拡散しにくい効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子を共振器方向と平行に切断した際の縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子を共振器方向と垂直に切断した際の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子における端面コート膜を形成する際に、原料ガス中における酸素ガスの流量比率（％）と、成膜された酸窒化膜の屈折率との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子を共振器方向と平行に切断した際の縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による青紫色半導体レーザ素子を共振器方向と平行に切断した際の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の構造について説明する。なお、青紫色半導体レーザ素子１００は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例である。
【００２２】
青紫色半導体レーザ素子１００は、約４０５ｎｍの発振波長を有しており、図１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酸素ドープのｎ型ＧａＮ基板１の表面上に、活性層１５を含む複数の窒化物系半導体層からなる半導体素子層２が形成されている。また、半導体素子層２の上面上にｐ側電極４が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ基板１の下面上にｎ側電極５が形成されている。
【００２３】
また、半導体素子層２には、共振器の延びる方向（Ａ方向）と直交する方向（Ｂ方向、Ｃ方向）に延びる一対の共振器面（光出射面２ａおよび光反射面２ｂ）が形成されている。ここで、光出射面２ａおよび光反射面２ｂは、一対に形成された共振器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面２ａ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面２ｂである。また、光出射面２ａの表面上には、端面コート膜８が形成されるとともに、光反射面２ｂの表面上には、端面コート膜９が形成されている。なお、光出射面２ａおよび光反射面２ｂは、それぞれ、本発明の「出射側共振器面」および「反射側共振器面」の一例である。
【００２４】
端面コート膜８は、複数の無機誘電体層が光出射面２ａ上に所定の順序で積層された多層膜構造（４層構造）を有している。具体的には、端面コート膜８は、光出射面２ａに接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜３１と、ＡｌＮ膜３１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３２と、ＡｌＯＮ膜３２に接触する約２０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３３と、ＡｌＯＮ膜３３に接触する約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３４とからなる。なお、ＡｌＮ膜３１は、本発明の「第１窒化膜」の一例であり、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４は、本発明の「複数の酸窒化膜」を構成する各々の酸窒化膜の一例である。
【００２５】
ここで、窒化膜であるＡｌＮ膜３１は、約７０質量％以上の含有率からなるアルミニウムと、約１０質量％以上約３０質量％未満の含有率からなる窒素とによって主に構成されている膜である。ただし、ＥＤＳなどの元素分析装置が有する測定誤差の範囲において、ごく微量（約３質量％以下）の酸素が検出される場合もある。一方、酸窒化膜としてのＡｌＯＮ膜は、ＡｌＸＯＹＮＺ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の組成式で表されるアルミニウム化合物である。なお、添え字のｘ、ｙおよびｚは、各々の元素の組成比を示している。ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４については、約５０質量％以上の含有率からなるアルミニウムと、約１０質量％以上約２５質量％未満の含有率からなる窒素と、約３質量％以上約３０％以下の含有率からなる酸素とによって主に構成されている膜である。
【００２６】
また、端面コート膜８を構成する各膜は、共通のＡｌ金属元素を含んでいる。そして、ＡｌＮ膜３１、ＡｌＯＮ膜３２およびＡｌＯＮ膜３３の３層は、光出射面２ａの酸化を防止する機能を有するとともに、ＡｌＯＮ膜３４は、光出射面２ａにおけるレーザ光の反射率を制御する機能を有している。また、ＡｌＯＮ膜３４の表面が出射端面の最表面３ａとなる。
【００２７】
ここで、第１実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の各々の酸窒化膜における酸素含有率は、それぞれ、約４．５質量％、約９．５質量％および約２５質量％である。つまり、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３とでは、ＡｌＮ膜３１に近いＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率が、ＡｌＮ膜３１から見てＡｌＯＮ膜３２よりも遠いＡｌＯＮ膜３３の酸素含有率よりも小さい。また、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３４とでは、ＡｌＮ膜３１に近いＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率が、ＡｌＮ膜３１から見てＡｌＯＮ膜３２よりも遠いＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率よりも小さい。さらには、ＡｌＯＮ膜３３および３４を比較しても、ＡｌＯＮ膜３３の酸素含有率がＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率よりも小さい。また、ＡｌＮ膜３１に接するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率は、３つの酸窒化膜中で最も小さい。反対に、最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率は、３つの酸窒化膜中で最も大きい。なお、ＡｌＯＮ膜３２は、本発明の「第１酸窒化膜」の一例であり、ＡｌＯＮ膜３３および３４は、本発明の「第２酸窒化膜」の一例である。また、ＡｌＯＮ膜３３および３４の関係においては、ＡｌＯＮ膜３３が本発明の「第１酸窒化膜」の一例であり、ＡｌＯＮ膜３４が本発明の「第２酸窒化膜」の一例である。
【００２８】
また、第１実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３との酸素含有率差（＝約５質量％）よりも、ＡｌＯＮ膜３３とＡｌＯＮ膜３４との酸素含有率差（＝約１５．５質量％）が大きい。
【００２９】
また、第１実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の各々の酸窒化膜の屈折率は、それぞれ、約１．９８、約１．９３および約１．６８である。ここで、酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜）を成膜する際に、原料となる窒素（Ｎ２）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスの流量比（混合比）を変化させた場合に、各々のＯ２ガス割合の条件下で成膜された酸窒化膜が有する屈折率を図３に示す。図３には、混合ガス中のＯ２ガスの割合（流量比）に対する酸窒化膜の屈折率の変化を示している。これにより、酸窒化膜に含まれる酸素含有率が小さいほど屈折率が高まることがわかる。つまり、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４間では、各々の酸窒化膜における酸素含有率の大小関係（酸素含有率において、ＡｌＯＮ膜３２＜ＡｌＯＮ膜３３＜ＡｌＯＮ膜３４である関係）とは対照的に、ＡｌＮ膜３１により近い酸窒化膜ほど屈折率が高まる関係（屈折率において、ＡｌＯＮ膜３２＞ＡｌＯＮ膜３３＞ＡｌＯＮ膜３４である関係）を有している。これにより、光出射面２ａにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約１２．３％に設定されている。
【００３０】
また、端面コート膜９についても、複数の無機誘電体層が光反射面２ｂ上に所定の順序で積層された多層膜構造（１１層構造）を有している。具体的には、端面コート膜９は、光反射面２ｂに接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜５１と、ＡｌＮ膜５１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜５２と、ＡｌＯＮ膜５２に接触する約４０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜５３と、ＡｌＯＮ膜５３に接触する約３５８ｎｍの合計厚みを有する多層反射膜５５とからなる。
【００３１】
ここで、多層反射膜５５は、ＡｌＯＮ膜５３に近い側から順に、高屈折率膜として約４５ｎｍを有するＺｒＯ２膜（屈折率＝約２．１５）および低屈折率膜として約６２．５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜（屈折率＝約１．６５）とが交互に３層ずつ積層された約３２３ｎｍの厚みを有する多層膜６０と、多層膜６０に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２膜６１（屈折率＝約２．１５）と、ＺｒＯ２膜６１に接触する約５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜６２（屈折率＝約１．６５）とからなる。なお、屈折率の小さいＡｌ２Ｏ３膜６２の表面が反射端面の最表面３ｂとなる。多層膜６０、ＺｒＯ２膜６１およびＡｌ２Ｏ３膜６２からなる多層反射膜５５によって、光反射面２ｂにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約７５％となるように設定されている。
【００３２】
半導体素子層２については、図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約１００ｎｍの厚みを有するＧｅドープｎ型ＧａＮからなるｎ型層１１が形成されている。ｎ型層１１上には、約４００ｎｍの厚みを有するＧｅドープｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１２が形成されている。ｎ型クラッド層１２上には、約５ｎｍの厚みを有するＧｅドープｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型キャリアブロック層１３が形成されている。ｎ型キャリアブロック層１３上には、約１００ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮからなるｎ側光ガイド層１４が形成されている。ｎ側光ガイド層１４上には、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎＧａＮからなる４層の障壁層（図示せず）と、約３ｎｍの厚みを有するＩｎ組成の高いアンドープＩｎＧａＮからなる３層の量子井戸層（図示せず）とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１５が形成されている。
【００３３】
活性層１５上には、約１００ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮからなるｐ側光ガイド層１６が形成されている。ｐ側光ガイド層１６上には、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌＧａＮからなるｐ型キャップ層１７が形成されている。ｐ型キャップ層１７上には、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１８が形成されている。ｐ型クラッド層１８は、［１−１００］方向（Ａ方向）にストライプ状に延びる約１．５μｍの幅を有する凸部１８ａと、凸部１８ａの両側に広がる平坦部１８ｂとを含んでいる。ここで、平坦部１８ｂは、凸部１８ａの両側において約８０ｎｍの厚みを有しており、凸部１８ａは、約４００ｎｍの高さを有している。
【００３４】
また、ｐ型クラッド層１８の凸部１８ａ上には、約１０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎＧａＮからなるｐ側コンタクト層１９が形成されている。このｐ側コンタクト層１９とｐ型クラッド層１８の凸部１８ａとによって、Ａ方向にストライプ状に延びるリッジ部２ｃが構成されている。ここで、リッジ部２ｃは、電流注入部を構成し、リッジ部２ｃの下方の活性層１５を含む領域には、リッジ部２ｃに沿って［１−１００］方向（Ａ方向）にストライプ状に延びる光導波路が形成される。なお、半導体素子層２を構成する材料は、本発明の「窒化物系半導体」の一例である。
【００３５】
また、ｐ型クラッド層１８の凸部１８ａの側面上および平坦部１８ｂの上面上には、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる電流ブロック層２１が形成されている。電流ブロック層２１は、光出射面２ａおよび光反射面２ｂ近傍領域以外のリッジ部２ｃの上面（ｐ側コンタクト層１９の上面）を露出するように形成されている。
【００３６】
ｐ側電極４は、リッジ部２ｃの上面に接触するように形成されたオーミック電極４ａと、オーミック電極４ａおよび電流ブロック層２１上に形成されたｐ側パッド電極４ｂとから構成されている。オーミック電極４ａでは、ｐ側コンタクト層１９側から、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層がこの順に積層されている。また、ｐ側パッド電極４ｂでは、オーミック電極４ａおよび電流ブロック層２１側から、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層、約３μｍの厚みを有するＡｕ層がこの順に積層されている。また、ｎ側電極５では、ｎ型ＧａＮ基板１側から、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層がこの順に積層されている。
【００３７】
次に、図１および図２を参照して、青紫色半導体レーザ素子１００の製造プロセスについて説明する。
【００３８】
まず、図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、ｎ型層１１、ｎ型クラッド層１２、ｎ型キャリアブロック層１３、ｎ側光ガイド層１４および活性層１５を順次形成する。また、活性層１５上に、ｐ側光ガイド層１６、ｐ型キャップ層１７、ｐ型クラッド層１８およびｐ側コンタクト層１９を順次形成する。その後、ｐ型化アニール処理およびエッチングによりリッジ部２ｃの形成を行う。
【００３９】
その後、リッジ部２ｃ上にオーミック電極４ａを形成するとともに、真空蒸着法により電流ブロック層２１を形成する。オーミック電極４ａ上の電流ブロック層２１を除去することによりオーミック電極４ａの上面を露出させた後、オーミック電極４ａの上面に接触するように電流ブロック層２１上にｐ側パッド電極４ｂを形成する。また、ｎ型ＧａＮ基板１の下面上に、真空蒸着法によりｎ側電極５を形成する。このようにして、青紫色半導体レーザ素子１００のウェハが作製される。
【００４０】
次に、青紫色半導体レーザ素子１００（図１参照）を構成する共振器面と端面コート膜（誘電体多層膜）との形成方法について説明する。
【００４１】
まず、上述の半導体レーザ構造が形成されたウェハの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２ｃを除く部分に、破線状のスクライブ傷を形成する。そして、ウェハをスクライブ傷に沿って劈開することにより一対の共振器面（光出射面２ａおよび光反射面２ｂ）を形成する。その後、共振器面が形成されたバー状態のウェハを、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。
【００４２】
そして、ＥＣＲプラズマを５分間の間、上記劈開によって形成された光出射面２ａ（図１参照）に照射することにより、光出射面２ａを清浄化する。ＥＣＲプラズマは、約０．０２ＰａのＮ２ガス雰囲気中で、マイクロ波出力５００Ｗの条件で発生させる。このとき、光出射面２ａは軽微にエッチングされる。この際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、光出射面２ａの表面に端面コート膜８を形成する。
【００４３】
ここで、第１実施形態では、図１に示すように、まず、ＥＣＲプラズマ法を用いて、光出射面２ａの表面上にＡｌＮ膜３１を形成する。なお、ＥＣＲプラズマは、金属ターゲットにＡｌを用いるとともに、約０．０２ＰａのＮ２ガス、Ｏ２ガスおよびＡｒガス雰囲気中で、マイクロ波出力５００ＷおよびＲＦパワー５００Ｗの各条件で発生させる。続いて、ＡｌＮ膜３１の表面上にＡｌＯＮ膜３２を形成する。なお、Ｎ２ガスを約２ｓｃｃｍ〜約６ｓｃｃｍおよびＯ２ガスを約０．１ｓｃｃｍ〜約４ｓｃｃｍの流量範囲で流すとともに、Ｎ２ガスおよびＯ２ガスの流量比を上記の範囲内で変化させることにより、ＡｌＯＮ膜３２における酸素および窒素の組成比を制御する。続いて、酸素および窒素の組成比を制御しながらＡｌＯＮ膜３２の表面上にＡｌＯＮ膜３３を形成する。さらに、酸素および窒素の組成比を制御しながらＡｌＯＮ膜３３の表面上にＡｌＯＮ膜３４を形成する。このようにして、光出射面２ａ上に４層構造からなる端面コート膜８が形成される。
【００４４】
また、上述の光出射面２ａを清浄化する工程と同様に、ＥＣＲプラズマを５分間の間、劈開面からなる光反射面２ｂ（図１参照）に照射することにより、光反射面２ｂを清浄化する。このとき、光反射面２ｂは軽微にエッチングされる。なお、プラズマ照射の際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、ＥＣＲプラズマ法により、光反射面２ｂにＡｌＮ膜５１、ＡｌＯＮ膜５２、ＡｌＯＮ膜５３および多層反射膜５５を順次積層する。このようにして、光反射面２ｂ上に端面コート膜９が形成される。
【００４５】
最後に、端面コート膜８および９が形成されたバー状態のウェハをリッジ部２ｃに沿ってチップ状に分離することにより青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。
【００４６】
第１実施形態では、上記のように、端面コート膜８は、ＡｌＮ膜３１の光出射面２ａとは反対側に形成され、各々がＡｌの酸窒化物（ＡｌＯＮ）からなるＡｌＯＮ膜３２、３３および３４を含んでいる。そして、この複数の酸窒化膜のうちのＡｌＮ膜３１に近い側に位置するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率（約４．５質量％）は、ＡｌＮ膜３１から見てＡｌＯＮ膜３２よりも遠い側に位置するＡｌＯＮ膜３３（約９．５質量％）およびＡｌＯＮ３４（約２５質量％）の酸素含有率よりも小さい。また、ＡｌＯＮ膜３３および３４を比較しても、ＡｌＯＮ膜３３の酸素含有率がＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率よりも小さい。これにより、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４に亘り多層化された酸窒化膜によって、雰囲気中に存在する酸素が光出射面２ａに接するＡｌＮ膜３１中により取り込まれにくくなる。この際、ＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率がＡｌＯＮ膜３３および３４の各々の酸素含有率よりも小さいので、ＡｌＮ膜３１および半導体素子層２へ酸素が拡散することをより確実に抑制することができる。すなわち、端面コート膜８内のみならず端面コート膜８と光出射面２ａとの界面における変質が最小限に抑制されるので、レーザ出射光を高出力化した場合でも光出射面２ａおよび端面コート膜８における光吸収が効果的に抑制されて光出射面２ａにＣＯＤが生じることが抑制される。この結果、青紫色半導体レーザ素子１００の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、端面コート膜８がＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の３層からなるので、端面コート膜を完全な窒化膜の多層膜構造として構成する場合と異なり、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の各層の厚みを調整することにより、光出射面２ａおける反射率（発振波長に対して約１２．３％）を容易に制御することができる。さらには、一般的に大きな膜応力を有する窒化膜と小さな膜応力を有する酸化膜とのおおよそ中間程度（約６０％程度）の大きさの膜応力である酸窒化膜を端面コート膜８中に設けている分、端面コート膜８内のＡｌＮ膜３１に対する応力差をＡｌＯＮ膜３２、３３および３４により適切に緩和させることができる。これにより、膜剥れなどを生じさせずにＡｌＮ膜３１を光出射面２ａに接触させて光出射面２ａにおける放熱性を向上させることができる。この結果、高出力化に対応した青紫色半導体レーザ素子１００の信頼性を向上させることができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２の屈折率（約１．９８）は、ＡｌＯＮ膜３３の屈折率（約１．９３）およびＡｌＯＮ膜３４の屈折率（約１．６８）よりも大きい。一般的に、屈折率が大きい材料は光と相互作用しやすい材料であり、バンドギャップが小さい材料である。また、バンドギャップが小さい材料は、誘電率（絶縁性）が大きい性質を有する。したがって、光出射面２ａにより近い位置に配置されたＡｌＯＮ膜３２が相対的に大きな誘電率（絶縁性）を有することによって、青紫色半導体レーザ素子１００におけるｐｎ接合間に、ＡｌＯＮ膜３２を介したリーク電流が発生することを効果的に抑制することができる。したがって、リーク電流の発生が抑制される分、半導体素子層２中にｐ側電極４からｎ側電極５に向かって効率よく電流を流すことができる。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００のスロープ効率を向上させることができる。また、その他の効果として、同じレーザ光出力を得る場合であっても動作電圧をより低電圧に維持した状態で青紫色半導体レーザ素子１００を駆動させることができる。
【００４９】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜３１に接するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率（約４．５質量％）は、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の内で最も小さいので、他の酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜３３および３４）から脱離する酸素がＡｌＮ膜３１中に取り込まれる傾向をより一層弱めることができる。また、たとえＡｌＯＮ膜３２とＡｌＮ膜３１との界面に変質が生じた場合であっても、ＡｌＮ膜３１によって光出射面２ａへの変質の拡大を抑制することができる。これにより、半導体素子層２へ酸素が拡散することをより確実に抑制することができる。
【００５０】
また、第１実施形態では、端面コート膜８の最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率は、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の内で最も大きいので、より多くの酸素を含むＡｌＯＮ膜３４により、光出射面２ａ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。また、最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３４の厚みを適宜調整することにより、光出射面２ａから出射されたレーザ光の反射率を所望の値に制御することができる。
【００５１】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜３１とＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の各々とは、共通のＡｌ元素を含むので、端面コート膜８を構成する各膜同士が同じＡｌ元素を含む誘電体材料である点で、各膜同士が接触する際の密着性を向上させることができる。この結果、端面コート膜８を構成する各膜同士の膜剥れを抑制することができる。
【００５２】
また、第１実施形態では、半導体素子層２を構成する各層に窒化物系半導体を用いている。このように、ＧａＡｓ系半導体などからなる赤色や赤外半導体レーザ素子などと比較して、より短波長（４００ｎｍ帯）のレーザ光が出射され、かつ、高出力化が要求される青紫色半導体レーザ素子１００においても、共振器面（光出射面２ａ）における光学損傷破壊（ＣＯＤ）の発生を抑制することができるので、半導体レーザの高出力化および長寿命化を図ることができる。
【００５３】
また、第１実施形態の製造プロセスでは、ＥＣＲプラズマを照射して劈開後の光出射面２ａおよび光反射面２ｂに対して清浄化を行っている。これにより、光導波路近傍における共振器面の劣化やＣＯＤが発生するのが抑制された青紫色半導体レーザ素子１００を容易に形成することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子２００について説明する。この青紫色半導体レーザ素子２００では、図４に示すように、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３との間にＡｌＮ膜２３１が挿入されて端面コート膜２０８が形成されている。なお、図中において、第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。なお、ＡｌＮ膜２３１は、本発明の「第２窒化膜」の一例である。また、青紫色半導体レーザ素子２００は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例である。
【００５５】
詳細に説明すると、端面コート膜２０８は、光出射面２ａに接触するＡｌＮ膜３１と、ＡｌＮ膜３１に接触する約２０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３２と、ＡｌＯＮ膜３２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜２３１と、ＡｌＮ膜２３１に接触する約２５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３３と、ＡｌＯＮ膜３３に接触する約４５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３４とからなる５層構造を有している。つまり、端面コート膜２０８においては、光出射面２ａ側から窒化膜と酸窒化膜とが交互に配置されている。また、第１実施形態と同様に、ＡｌＯＮ膜３４の表面が出射端面の最表面３ａとなる。この場合も、最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率（約２５％）は、複数の酸窒化膜中で最も大きい。
【００５６】
第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３との間にＡｌＮ膜２３１を挿入し、かつ、ＡｌＯＮ膜３４の厚みを約４５ｎｍに設定することにより、光出射面２ａにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約１２．７％に設定されている。
【００５７】
また、端面コート膜２０９については、複数の無機誘電体層が光反射面２ｂ上に所定の順序で積層された多層膜構造（１９層構造）を有している。具体的には、端面コート膜２０９は、光反射面２ｂに接触するＡｌＮ膜５１と、ＡｌＮ膜５１に接触するＡｌＯＮ膜５２と、ＡｌＯＮ膜５２に接触するＡｌＯＮ膜５３と、ＡｌＯＮ膜５３に接触する約７８８ｎｍの合計厚みを有する多層反射膜２５５とからなる。
【００５８】
ここで、多層反射膜２５５は、ＡｌＯＮ膜５３に近い側から順に、約４５ｎｍを有するＺｒＯ２膜（屈折率＝２．１５）および約６２．５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜（屈折率＝１．６５）とが交互に７層ずつ積層された約７５３ｎｍの厚みを有する多層膜６５と、多層膜６５に接触するＺｒＯ２膜６１と、ＺｒＯ２膜６１に接触するＡｌ２Ｏ３膜６２とからなる。なお、なお、屈折率の小さいＡｌ２Ｏ３膜６２の表面が反射端面の最表面３ｂとなる。多層膜６５、ＺｒＯ２膜６１およびＡｌ２Ｏ３膜６２からなる多層反射膜２５５によって、光反射面２ｂにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約９６．４％となるように設定されている。
【００５９】
なお、青紫色半導体レーザ素子２００のその他の構成は、第１実施形態と同様である。また、青紫色半導体レーザ素子２００の製造プロセスでは、第１実施形態と同様のプロセスを用いて端面コート膜２０８および２０９をそれぞれ形成する。その他の製造プロセスについては、第１実施形態の製造プロセスと同様である。
【００６０】
青紫色半導体レーザ素子２００では、上記のように、端面コート膜２０８は、光出射面２ａ側から順にＡｌＮ膜３１、ＡｌＯＮ膜３２、ＡｌＮ膜２３１およびＡｌＯＮ膜３３のように、窒化膜と酸窒化膜とが交互に配置されている。そして、ＡｌＮ膜２３１から見て、ＡｌＮ膜３１側に隣接するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率は、ＡｌＮ膜２３１の反対側に隣接するＡｌＯＮ膜３３の酸素含有率よりも小さい。このように、半導体素子層２へ酸素が拡散するのを抑制する目的でＡｌＮ膜３１以外の位置にＡｌＮ膜２３１を設けた場合においても、ＡｌＮ膜２３１との応力差が比較的小さいＡｌＯＮ膜３２および３３をＡｌＮ膜２３１の両隣に配置しているので、ＡｌＮ膜２３１が膜剥れを起こすことを容易に抑制することができる。さらには、ＡｌＮ膜２３１の両隣に隣接するＡｌＯＮ膜３２および３３に上記のような酸素含有率差を持たせているので、ＡｌＮ膜３１および半導体素子層２へ酸素が拡散しにくい効果をさらに高めることができる。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。
【００６１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による青紫色半導体レーザ素子３００について説明する。この青紫色半導体レーザ素子３００では、図５に示すように、光出射面２ａの表面上に９層構造を有する端面コート膜３０８が形成されている。なお、図中において、第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。また、青紫色半導体レーザ素子３００は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例である。
【００６２】
詳細に説明すると、端面コート膜３０８は、光出射面２ａに接触するＡｌＮ膜３１と、ＡｌＮ膜３１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３３と、ＡｌＯＮ膜３３に接触する約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３４と、ＡｌＯＮ膜３４に接触する約５５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０１と、ＡｌＯＮ膜３０１に接触する約６５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０２と、ＡｌＯＮ膜３０２に接触する約４５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０３と、ＡｌＯＮ膜３０３に接触する約４０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０４と、ＡｌＯＮ膜３０４に接触する約４０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０５と、ＡｌＯＮ膜３０５に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０６とからなる。ここで、ＡｌＯＮ膜３０６の表面が出射端面の最表面３ａとなる。また、最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３０６の酸素含有率は、複数の酸窒化膜中で最も大きい。なお、ＡｌＯＮ膜３０１〜３０６は、本発明の「複数の酸窒化膜」を構成する各々の酸窒化膜の一例である。また、ＡｌＯＮ膜３０６は、本発明の「第２酸窒化膜」の一例である。
【００６３】
ここで、第３実施形態では、ＡｌＯＮ膜３０１、３０３および３０５の各々の酸窒化膜における酸素含有率は、共に約４．５質量％であり、屈折率は、共に約１．９８である。一方、ＡｌＯＮ膜３０２、３０４および３０６の各々の酸窒化膜における酸素含有率は、共に約２５質量％であり、屈折率は、共に約１．６８である。つまり、相対的に酸素含有率の小さい（屈折率の大きい）酸窒化膜と、相対的に酸素含有率の大きい（屈折率の小さい）酸窒化膜とを交互に配置している。そして、酸素含有率の大きいＡｌＯＮ膜３０６を約１０ｎｍの厚みに調整して端面コート膜３０８を終端させている。このように、端面コート膜３０８では、ＡｌＮ膜３１とＡｌＯＮ膜３３とＡｌＯＮ膜３４とによって、光出射面２ａへ酸素が拡散することを抑制しつつ、ＡｌＯＮ膜３０１〜３０６までの各層によって反射率の制御を行っている。これにより、光出射面２ａにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約３５．５％に設定されている。
【００６４】
なお、青紫色半導体レーザ素子３００のその他の構成は、第１実施形態と同様である。また、青紫色半導体レーザ素子３００の製造プロセスでは、第１実施形態と同様のプロセスを用いて端面コート膜３０８を形成する。その他の製造プロセスについては、第１実施形態の製造プロセスと同様である。また、第３実施形態の効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
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。
【００６６】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４を、酸素含有率が約４．５質量％、約９．５質量％および約２５質量％であるようにそれぞれ構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。酸素含有率が光出射面２ａに近いほど相対的に小さく、光出射面２ａから遠ざかるほど相対的に大きい関係を満たすならば、各酸窒化膜を、上記した含有率以外の酸素含有率を有するように構成してもよい。また、光出射面２ａ上にＡｌＮ層、ＡｌＯＮ層ｏｎ１、ＡｌＯＮ層ｏｎ２、ＡｌＯＮ層ｏｎ３、ＡｌＯＮ層ｏｎ４、ＡｌＯＮ層ｏｎ５（ここで、ｏｎ１〜５は、ＡｌＮ層から見た各酸窒化膜の積層順序を示した符号である）を順次形成した態様において、ＡｌＯＮ層ｏｎ１の酸素含有率がＡｌＯＮ層ｏｎ２よりも小さければ、ＡｌＯＮ層ｏｎ３、ＡｌＯＮ層ｏｎ４、ＡｌＯＮ層ｏｎ５の各酸素含有率が光出射面２ａから遠ざかるほど相対的に大きくなっていなくてもよい。たとえば、酸素含有率が、ＡｌＯＮ層ｏｎ１＜ＡｌＯＮ層ｏｎ２＜ＡｌＯＮ層ｏｎ４＜ＡｌＯＮ層ｏｎ３＜ＡｌＯＮ層ｏｎ５の関係となっていてもよい。ＡｌＯＮ層ｏｎ３の酸素含有率がＡｌＯＮ層ｏｎ４の酸素含有率よりも大きくても、ＡｌＯＮ層ｏｎ１の酸素含有率がＡｌＯＮ層ｏｎ２の酸素含有率よりも小さいため酸素の拡散を防止することができる。ただし、酸素含有率が光出射面２ａに近いほど相対的に小さく、光出射面２ａから遠ざかるほど相対的に大きい関係（ＡｌＯＮ層ｏｎ１＜ＡｌＯＮ層ｏｎ２＜ＡｌＯＮ層ｏｎ３＜ＡｌＯＮ層ｏｎ４＜ＡｌＯＮ層ｏｎ５）を満たした方が、酸素の拡散防止の効果をより高めることができるのでより好ましい。
【００６７】
また、上記第２実施形態では、端面コート膜２０８において光出射面２ａ側から窒化膜と酸窒化膜とを交互に２回繰り返して配置した例について示したが、本発明はこれに限られない。窒化膜と酸窒化膜とを交互に３回以上繰り返してもよい。ただし、少なくとも端面コート膜の最表面３ａには、所定の厚みを有する酸窒化膜を配置して終端させることが好ましい。これにより、端面コート膜の反射率が所望の値に制御される。
【００６８】
また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「複数の酸窒化膜」を構成する各酸窒化膜の酸素含有率を、各膜中で厚み方向（レーザ光の出射方向）に略一定であるように構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の「複数の酸窒化膜」のうちの少なくとも１つの酸窒化膜において、酸素含有率を、光出射面２ａに近い領域から厚み方向に沿って遠ざかるにしたがって徐々に増加させるように構成してもよい。ただし、傾斜組成を有する酸窒化膜が有する酸素含有率の最小値よりも、光出射面２ａに近い側の酸窒化膜が有する酸素含有率の最大値が等しいかまたは小さいことが必要である。さらには、傾斜組成を有する酸窒化膜よりも光出射面２ａから見て遠い側に配置される酸窒化膜においては、傾斜組成を有する酸窒化膜における酸素含有率の最大値よりも、酸素含有率の最小値が等しいかまたは大きいことが必要である。また、傾斜組成を有する酸窒化膜が複数層に亘って形成されていてもよい。
【００６９】
また、上記第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３との間に窒化膜であるＡｌＮ膜２３１を挿入した例について示したが、本発明はこれに限られない。窒化膜に微量の酸素が含有されて、若干酸窒化膜寄りの化学的性質を有する膜であってもよい。若干の酸素を含有させることにより、ＡｌＯＮ膜３２と、酸窒化膜に近づけられたＡｌＮ膜２３１と、ＡｌＯＮ膜３３およびＡｌＯＮ膜３４とを用いて、端面コート膜２０８の反射率をより容易に制御することができる。
【００７０】
また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「第１窒化膜」をＡｌＮ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れない。Ａｌ元素以外の、たとえば、Ｓｉ元素を含む窒化膜を用いることができる。また、本発明の「複数の酸窒化膜」の各々についてもＡｌＯＮ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れない。Ａｌ元素以外の、たとえば、Ｓｉ元素、Ｚｒ元素、Ｔａ元素、Ｈｆ元素、Ｎｂ元素またはＴｉ元素などを含む酸窒化膜を用いることができる。
【００７１】
また、上記第１〜第３実施形態の製造プロセスでは、ＥＣＲスパッタ成膜装置を用いて本発明の「端面コート膜」を形成したが、本発明ではこれに限らず、他の成膜方法により端面コート膜を形成してもよい。
【００７２】
また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「半導体レーザ素子」を窒化物系半導体からなる青紫色半導体レーザ素子１００、２００および３００に適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。青紫色半導体レーザ素子以外の、たとえば、青色半導体レーザ素子や緑色半導体レーザ素子に対して本発明の「端面コート膜」を形成してもよい。あるいは、窒化物系半導体レーザ素子以外の、ＧａＡｓ系半導体やＧａＩｎＰ系半導体からなる半導体レーザ素子（赤色ＬＤや赤外ＬＤなど）に対して本発明の「端面コート膜」を形成してもよい。
【００７３】
また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「端面コート膜」を備えた半導体レーザ素子について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、本発明の「端面コート膜」を備えた半導体レーザ素子を、ＣＤ、ＤＶＤまたはＢＤなどの光ディスクの記録または再生を行う光ディスク装置に搭載される半導体レーザ装置の光源に適用してもよい。さらには、本発明の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置を用いて、プロジェクタ装置などの光装置を構成してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
２ 半導体素子層
２ａ 光出射面（出射側共振器面）
２ｂ 光反射面（反射側共振器面）
３ａ 最表面
８、２０８、３０８ 端面コート膜
３１ ＡｌＮ膜（第１窒化膜）
３２ ＡｌＯＮ膜（第１酸窒化膜）
３３ ＡｌＯＮ膜（第１酸窒化膜、第２酸窒化膜）
３４、３０６ ＡｌＯＮ膜（第２酸窒化膜）
１００、２００、３００ 青紫色半導体レーザ素子（半導体レーザ素子）
２３１ ＡｌＮ膜（第２窒化膜）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、共振器面上に端面コート膜が形成され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レーザ素子特性の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、窒化物系半導体により、発振波長が約４０５ｎｍの青紫色半導体レーザ素子が開発されるとともに、レーザ素子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素子では、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して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、出射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。そこで、酸素原子を有しない窒化膜からなる誘電体膜のみを用いた端面コート膜が提案されているが、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れが生じやすく、出射端面に割れや剥離を生じさせる不都合がある。
【０００４】
そこで、従来では、窒化膜と酸化膜とを用いて端面コート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、光出射面上に、酸化物からなる第１コート膜（酸化膜）が形成されるとともに、光出射面と第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（窒化膜）が形成された窒化物半導体発光素子が開示されている。この窒化物半導体発光素子では、共振器面（光出射面）に直接接触する窒化物からなる第２コート膜により、雰囲気に曝される最表面の第１コート膜から半導体層（光出射面）へ酸素が供給されることが抑制されている。
【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】
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光出射面から出射されるので、レーザ光が透過する第２コート膜および第１コート膜には発熱が生じる。この場合、第２コート膜と第１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盛んに脱離するのと同時に、第２コート膜の窒素と第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（酸化）を起こしやすくなる。ここで、第２コート膜における窒素と酸素とが置換する反応速度よりも、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ため、レーザ光の出射に伴って第１コート膜から先に劣化（酸化）し始める。このように、窒化膜と酸化膜とを用いて端面コート膜を形成した場合であっても、端面コート膜の劣化とともに光吸収が増大してしまい、光吸収の増加に起因した反射率の低下がさらなる光吸収を助長する。したがって、光出射面にはＣＯＤが生じやすいと考えられる。特に、高出力化された半導体レーザ素子では、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および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体レーザ素子は、活性層を含み、出射側共振器面と反射側共振器面とを有する半導体素子層と、出射側共振器面の表面上に形成された端面コート膜とを備え、端面コート膜は、窒素を含む窒化物からなり出射側共振器面に接する第１窒化膜と、第１窒化膜の出射側共振器面とは反対側に形成され、各々が酸窒化物からなる複数の酸窒化膜とを含み、複数の酸窒化膜のうちの第１窒化膜に近い側に位置する第１酸窒化膜の酸素含有率は、第１窒化膜から見て第１酸窒化膜よりも遠い側に位置する第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい。
【００１０】
なお、本発明において、出射側共振器面は、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出射側共振器面である。また、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が反射側共振器面である。
【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、端面コート膜は、第１窒化膜の出射側共振器面とは反対側に形成され、各々が酸窒化物からなる複数の酸窒化膜を含んでおり、複数の酸窒化膜のうちの第１窒化膜に近い側に位置する第１酸窒化膜の酸素含有率は、第１窒化膜から見て第１酸窒化膜よりも遠い側に位置する第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい。これにより、多層化された酸窒化膜によって、雰囲気中に存在する酸素が第１窒化膜中により取り込まれにくくなる。また、複数の酸窒化膜間に酸化膜が配置されていたとしても、酸化膜から脱離する酸素を酸化膜よりも第１窒化膜寄りに配置された単層または多層化された酸窒化膜によって、第１窒化膜中により取り込まれにくくなる。この際、出射側共振器面により近い側の酸窒化膜（第１酸窒化膜）が有する酸素含有率が、出射側共振器面からより遠い側の酸窒化膜（第２酸窒化膜）が有する酸素含有率よりも小さいので、第１窒化膜および半導体素子層へ酸素が拡散することをより確実に抑制することができる。すなわち、端面コート膜内のみならず端面コート膜と光出射面との界面における変質が最小限に抑制されるので、レーザ出射光を高出力化した場合でも出射側共振器面および端面コート膜における光吸収が効果的に抑制されて共振器面の光学損傷破壊（ＣＯＤ）が抑制される。この結果、半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、上記一の局面による半導体レーザ素子では、端面コート膜が複数の酸窒化膜を含んでいるので、端面コート膜を完全な窒化膜の多層膜構造として構成する場合と異なり、個々の酸窒化膜の厚みを調整することにより、出射側共振器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。さらには、一般的に大きな膜応力を有する窒化膜と小さな膜応力を有する酸化膜とのおおよそ中間程度の大きさの膜応力である酸窒化膜を設けている分、端面コート膜内の第１窒化膜に対する応力差を適切に緩和させることができる。これにより、膜剥れなどを生じさせずに第１窒化膜を出射側共振器面に接触させて出射側共振器面における放熱性を向上させることができる。この結果、高出力化に対応した半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
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酸窒化膜の屈折率は、第２酸窒化膜の屈折率よりも大きい。ここで、一般的に、屈折率が大きい材料は光と相互作用しやすい材料であり、バンドギャップが小さい材料であることを意味する。また、バンドギャップが小さい材料は、誘電率（絶縁性）が大きい性質を有する。したがって、出射側共振器面により近い位置に配置された第１酸窒化膜が相対的に大きな誘電率（絶縁性）を有することによって、半導体レーザ素子における半導体のｐｎ接合間に、第１酸窒化膜を介したリーク電流が発生することを効果的に抑制することができる。したがって、リーク電流の発生が抑制される分、半導体素子層中に効率よく電流を流すことができる。その結果、半導体レーザ素子のスロープ効率を向上させることができる。また、その他の効果として、同じレーザ光出力を得る場合であっても動作電圧をより低電圧に維持した状態で半導体レーザ素子を駆動させることができる。
【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酸窒化膜は、第１窒化膜の出射側共振器面とは反対側の表面に接触する酸窒化膜を含み、第１窒化膜に接触する第１酸窒化膜の酸素含有率は、複数の酸窒化膜の内で最も小さい。このように構成すれば、第１窒化膜に接する第１酸窒化膜の酸素含有率が最も小さいので、他の複数の第２酸窒化膜から脱離する酸素が第１窒化膜中に取り込まれる傾向をより一層弱めることができる。また、第１酸窒化膜が第１窒化膜に接触しているので、たとえ第１酸窒化膜と第１窒化膜との界面に変質が生じた場合であっても、第１窒化膜によって出射側共振器面への変質の拡大を抑制することができる。これにより、半導体素子層へ酸素が拡散することをより確実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、端面コート膜の最表面には、第２酸窒化膜が配置されており、端面コート膜の最表面に配置された第２酸窒化膜の酸素含有率は、複数の酸窒化膜の内で最も大きい。このように構成すれば、より大きな酸素含有率を有する第２酸窒化膜により、出射側共振器面から出射されたレーザ光の反射率を容易に制御することができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、少なくとも端面コート膜の最表面に配置された第２酸窒化膜により、出射側共振器面における反射率が制御される。このように、端面コート膜の最表面に配置された第２酸窒化膜の厚みを適宜調整することにより、出射側共振器面を出射したレーザ光の反射率を所望の値に制御することができる。
【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窒化膜と複数の酸窒化膜の各々とは、共通の金属元素を含む。このように構成すれば、端面コート膜を構成する各膜同士が、同種の金属元素を含む誘電体材料であるので、各膜同士が接触する際の密着性を向上させることができる。この結果、端面コート膜を構成する各膜同士の膜剥れを抑制することができる。
【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、端面コート膜は、出射側共振器面側から窒化膜と酸窒化膜とが交互に配置されており、第１窒化膜以外の２つの酸窒化膜間に挟まれる第２窒化膜から見て、第１窒化膜側に隣接する第１酸窒化膜の酸素含有率は、第２窒化膜の第１酸窒化膜とは反対側に隣接する第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい。このように構成すれば、半導体素子層へ酸素が拡散するのを抑制する目的で第１窒化膜以外の位置に第２窒化膜を設けた場合においても、第２窒化膜との応力差が比較的小さい酸窒化膜を第２窒化膜の両隣に配置しているので、第２窒化膜が膜剥れを起こすことを容易に抑制することができる。さらには、第２窒化膜の両隣に隣接する第１酸窒化膜および第２酸窒化膜に上記のような酸素含有率差を持たせているので、第１窒化膜および半導体素子層へ酸素が拡散しにくい効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子を共振器方向と平行に切断した際の縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子を共振器方向と垂直に切断した際の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子における端面コート膜を形成する際に、原料ガス中における酸素ガスの流量比率（％）と、成膜された酸窒化膜の屈折率との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子を共振器方向と平行に切断した際の縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による青紫色半導体レーザ素子を共振器方向と平行に切断した際の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の構造について説明する。なお、青紫色半導体レーザ素子１００は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例である。
【００２２】
青紫色半導体レーザ素子１００は、約４０５ｎｍの発振波長を有しており、図１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酸素ドープのｎ型ＧａＮ基板１の表面上に、活性層１５を含む複数の窒化物系半導体層からなる半導体素子層２が形成されている。また、半導体素子層２の上面上にｐ側電極４が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ基板１の下面上にｎ側電極５が形成されている。
【００２３】
また、半導体素子層２には、共振器の延びる方向（Ａ方向）と直交する方向（Ｂ方向、Ｃ方向）に延びる一対の共振器面（光出射面２ａおよび光反射面２ｂ）が形成されている。ここで、光出射面２ａおよび光反射面２ｂは、一対に形成された共振器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面２ａ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面２ｂである。また、光出射面２ａの表面上には、端面コート膜８が形成されるとともに、光反射面２ｂの表面上には、端面コート膜９が形成されている。なお、光出射面２ａおよび光反射面２ｂは、それぞれ、本発明の「出射側共振器面」および「反射側共振器面」の一例である。
【００２４】
端面コート膜８は、複数の無機誘電体層が光出射面２ａ上に所定の順序で積層された多層膜構造（４層構造）を有している。具体的には、端面コート膜８は、光出射面２ａに接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜３１と、ＡｌＮ膜３１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３２と、ＡｌＯＮ膜３２に接触する約２０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３３と、ＡｌＯＮ膜３３に接触する約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３４とからなる。なお、ＡｌＮ膜３１は、本発明の「第１窒化膜」の一例であり、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４は、本発明の「複数の酸窒化膜」を構成する各々の酸窒化膜の一例である。
【００２５】
ここで、窒化膜であるＡｌＮ膜３１は、約７０質量％以上の含有率からなるアルミニウムと、約１０質量％以上約３０質量％未満の含有率からなる窒素とによって主に構成されている膜である。ただし、ＥＤＳなどの元素分析装置が有する測定誤差の範囲において、ごく微量（約３質量％以下）の酸素が検出される場合もある。一方、酸窒化膜としてのＡｌＯＮ膜は、ＡｌＸＯＹＮＺ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の組成式で表されるアルミニウム化合物である。なお、添え字のｘ、ｙおよびｚは、各々の元素の組成比を示している。ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４については、約５０質量％以上の含有率からなるアルミニウムと、約１０質量％以上約２５質量％未満の含有率からなる窒素と、約３質量％以上約３０％以下の含有率からなる酸素とによって主に構成されている膜である。
【００２６】
また、端面コート膜８を構成する各膜は、共通のＡｌ金属元素を含んでいる。そして、ＡｌＮ膜３１、ＡｌＯＮ膜３２およびＡｌＯＮ膜３３の３層は、光出射面２ａの酸化を防止する機能を有するとともに、ＡｌＯＮ膜３４は、光出射面２ａにおけるレーザ光の反射率を制御する機能を有している。また、ＡｌＯＮ膜３４の表面が出射端面の最表面３ａとなる。
【００２７】
ここで、第１実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の各々の酸窒化膜における酸素含有率は、それぞれ、約４．５質量％、約９．５質量％および約２５質量％である。つまり、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３とでは、ＡｌＮ膜３１に近いＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率が、ＡｌＮ膜３１から見てＡｌＯＮ膜３２よりも遠いＡｌＯＮ膜３３の酸素含有率よりも小さい。また、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３４とでは、ＡｌＮ膜３１に近いＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率が、ＡｌＮ膜３１から見てＡｌＯＮ膜３２よりも遠いＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率よりも小さい。さらには、ＡｌＯＮ膜３３および３４を比較しても、ＡｌＯＮ膜３３の酸素含有率がＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率よりも小さい。また、ＡｌＮ膜３１に接するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率は、３つの酸窒化膜中で最も小さい。反対に、最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率は、３つの酸窒化膜中で最も大きい。なお、ＡｌＯＮ膜３２は、本発明の「第１酸窒化膜」の一例であり、ＡｌＯＮ膜３３および３４は、本発明の「第２酸窒化膜」の一例である。また、ＡｌＯＮ膜３３および３４の関係においては、ＡｌＯＮ膜３３が本発明の「第１酸窒化膜」の一例であり、ＡｌＯＮ膜３４が本発明の「第２酸窒化膜」の一例である。
【００２８】
また、第１実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３との酸素含有率差（＝約５質量％）よりも、ＡｌＯＮ膜３３とＡｌＯＮ膜３４との酸素含有率差（＝約１５．５質量％）が大きい。
【００２９】
また、第１実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の各々の酸窒化膜の屈折率は、それぞれ、約１．９８、約１．９３および約１．６８である。ここで、酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜）を成膜する際に、原料となる窒素（Ｎ２）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスの流量比（混合比）を変化させた場合に、各々のＯ２ガス割合の条件下で成膜された酸窒化膜が有する屈折率を図３に示す。図３には、混合ガス中のＯ２ガスの割合（流量比）に対する酸窒化膜の屈折率の変化を示している。これにより、酸窒化膜に含まれる酸素含有率が小さいほど屈折率が高まることがわかる。つまり、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４間では、各々の酸窒化膜における酸素含有率の大小関係（酸素含有率において、ＡｌＯＮ膜３２＜ＡｌＯＮ膜３３＜ＡｌＯＮ膜３４である関係）とは対照的に、ＡｌＮ膜３１により近い酸窒化膜ほど屈折率が高まる関係（屈折率において、ＡｌＯＮ膜３２＞ＡｌＯＮ膜３３＞ＡｌＯＮ膜３４である関係）を有している。これにより、光出射面２ａにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約１２．３％に設定されている。
【００３０】
また、端面コート膜９についても、複数の無機誘電体層が光反射面２ｂ上に所定の順序で積層された多層膜構造（１１層構造）を有している。具体的には、端面コート膜９は、光反射面２ｂに接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜５１と、ＡｌＮ膜５１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜５２と、ＡｌＯＮ膜５２に接触する約４０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜５３と、ＡｌＯＮ膜５３に接触する約３５８ｎｍの合計厚みを有する多層反射膜５５とからなる。
【００３１】
ここで、多層反射膜５５は、ＡｌＯＮ膜５３に近い側から順に、高屈折率膜として約４５ｎｍを有するＺｒＯ２膜（屈折率＝約２．１５）および低屈折率膜として約６２．５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜（屈折率＝約１．６５）とが交互に３層ずつ積層された約３２３ｎｍの厚みを有する多層膜６０と、多層膜６０に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＺｒＯ２膜６１（屈折率＝約２．１５）と、ＺｒＯ２膜６１に接触する約５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜６２（屈折率＝約１．６５）とからなる。なお、屈折率の小さいＡｌ２Ｏ３膜６２の表面が反射端面の最表面３ｂとなる。多層膜６０、ＺｒＯ２膜６１およびＡｌ２Ｏ３膜６２からなる多層反射膜５５によって、光反射面２ｂにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約７５％となるように設定されている。
【００３２】
半導体素子層２については、図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約１００ｎｍの厚みを有するＧｅドープｎ型ＧａＮからなるｎ型層１１が形成されている。ｎ型層１１上には、約４００ｎｍの厚みを有するＧｅドープｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１２が形成されている。ｎ型クラッド層１２上には、約５ｎｍの厚みを有するＧｅドープｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型キャリアブロック層１３が形成されている。ｎ型キャリアブロック層１３上には、約１００ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮからなるｎ側光ガイド層１４が形成されている。ｎ側光ガイド層１４上には、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎＧａＮからなる４層の障壁層（図示せず）と、約３ｎｍの厚みを有するＩｎ組成の高いアンドープＩｎＧａＮからなる３層の量子井戸層（図示せず）とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１５が形成されている。
【００３３】
活性層１５上には、約１００ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮからなるｐ側光ガイド層１６が形成されている。ｐ側光ガイド層１６上には、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌＧａＮからなるｐ型キャップ層１７が形成されている。ｐ型キャップ層１７上には、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１８が形成されている。ｐ型クラッド層１８は、［１−１００］方向（Ａ方向）にストライプ状に延びる約１．５μｍの幅を有する凸部１８ａと、凸部１８ａの両側に広がる平坦部１８ｂとを含んでいる。ここで、平坦部１８ｂは、凸部１８ａの両側において約８０ｎｍの厚みを有しており、凸部１８ａは、約４００ｎｍの高さを有している。
【００３４】
また、ｐ型クラッド層１８の凸部１８ａ上には、約１０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎＧａＮからなるｐ側コンタクト層１９が形成されている。このｐ側コンタクト層１９とｐ型クラッド層１８の凸部１８ａとによって、Ａ方向にストライプ状に延びるリッジ部２ｃが構成されている。ここで、リッジ部２ｃは、電流注入部を構成し、リッジ部２ｃの下方の活性層１５を含む領域には、リッジ部２ｃに沿って［１−１００］方向（Ａ方向）にストライプ状に延びる光導波路が形成される。なお、半導体素子層２を構成する材料は、本発明の「窒化物系半導体」の一例である。
【００３５】
また、ｐ型クラッド層１８の凸部１８ａの側面上および平坦部１８ｂの上面上には、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる電流ブロック層２１が形成されている。電流ブロック層２１は、光出射面２ａおよび光反射面２ｂ近傍領域以外のリッジ部２ｃの上面（ｐ側コンタクト層１９の上面）を露出するように形成されている。
【００３６】
ｐ側電極４は、リッジ部２ｃの上面に接触するように形成されたオーミック電極４ａと、オーミック電極４ａおよび電流ブロック層２１上に形成されたｐ側パッド電極４ｂとから構成されている。オーミック電極４ａでは、ｐ側コンタクト層１９側から、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層がこの順に積層されている。また、ｐ側パッド電極４ｂでは、オーミック電極４ａおよび電流ブロック層２１側から、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層、約３μｍの厚みを有するＡｕ層がこの順に積層されている。また、ｎ側電極５では、ｎ型ＧａＮ基板１側から、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層がこの順に積層されている。
【００３７】
次に、図１および図２を参照して、青紫色半導体レーザ素子１００の製造プロセスについて説明する。
【００３８】
まず、図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、ｎ型層１１、ｎ型クラッド層１２、ｎ型キャリアブロック層１３、ｎ側光ガイド層１４および活性層１５を順次形成する。また、活性層１５上に、ｐ側光ガイド層１６、ｐ型キャップ層１７、ｐ型クラッド層１８およびｐ側コンタクト層１９を順次形成する。その後、ｐ型化アニール処理およびエッチングによりリッジ部２ｃの形成を行う。
【００３９】
その後、リッジ部２ｃ上にオーミック電極４ａを形成するとともに、真空蒸着法により電流ブロック層２１を形成する。オーミック電極４ａ上の電流ブロック層２１を除去することによりオーミック電極４ａの上面を露出させた後、オーミック電極４ａの上面に接触するように電流ブロック層２１上にｐ側パッド電極４ｂを形成する。また、ｎ型ＧａＮ基板１の下面上に、真空蒸着法によりｎ側電極５を形成する。このようにして、青紫色半導体レーザ素子１００のウェハが作製される。
【００４０】
次に、青紫色半導体レーザ素子１００（図１参照）を構成する共振器面と端面コート膜（誘電体多層膜）との形成方法について説明する。
【００４１】
まず、上述の半導体レーザ構造が形成されたウェハの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２ｃを除く部分に、破線状のスクライブ傷を形成する。そして、ウェハをスクライブ傷に沿って劈開することにより一対の共振器面（光出射面２ａおよび光反射面２ｂ）を形成する。その後、共振器面が形成されたバー状態のウェハを、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。
【００４２】
そして、ＥＣＲプラズマを５分間の間、上記劈開によって形成された光出射面２ａ（図１参照）に照射することにより、光出射面２ａを清浄化する。ＥＣＲプラズマは、約０．０２ＰａのＮ２ガス雰囲気中で、マイクロ波出力５００Ｗの条件で発生させる。このとき、光出射面２ａは軽微にエッチングされる。この際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、光出射面２ａの表面に端面コート膜８を形成する。
【００４３】
ここで、第１実施形態では、図１に示すように、まず、ＥＣＲプラズマ法を用いて、光出射面２ａの表面上にＡｌＮ膜３１を形成する。なお、ＥＣＲプラズマは、金属ターゲットにＡｌを用いるとともに、約０．０２ＰａのＮ２ガス、Ｏ２ガスおよびＡｒガス雰囲気中で、マイクロ波出力５００ＷおよびＲＦパワー５００Ｗの各条件で発生させる。続いて、ＡｌＮ膜３１の表面上にＡｌＯＮ膜３２を形成する。なお、Ｎ２ガスを約２ｓｃｃｍ〜約６ｓｃｃｍおよびＯ２ガスを約０．１ｓｃｃｍ〜約４ｓｃｃｍの流量範囲で流すとともに、Ｎ２ガスおよびＯ２ガスの流量比を上記の範囲内で変化させることにより、ＡｌＯＮ膜３２における酸素および窒素の組成比を制御する。続いて、酸素および窒素の組成比を制御しながらＡｌＯＮ膜３２の表面上にＡｌＯＮ膜３３を形成する。さらに、酸素および窒素の組成比を制御しながらＡｌＯＮ膜３３の表面上にＡｌＯＮ膜３４を形成する。このようにして、光出射面２ａ上に４層構造からなる端面コート膜８が形成される。
【００４４】
また、上述の光出射面２ａを清浄化する工程と同様に、ＥＣＲプラズマを５分間の間、劈開面からなる光反射面２ｂ（図１参照）に照射することにより、光反射面２ｂを清浄化する。このとき、光反射面２ｂは軽微にエッチングされる。なお、プラズマ照射の際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、ＥＣＲプラズマ法により、光反射面２ｂにＡｌＮ膜５１、ＡｌＯＮ膜５２、ＡｌＯＮ膜５３および多層反射膜５５を順次積層する。このようにして、光反射面２ｂ上に端面コート膜９が形成される。
【００４５】
最後に、端面コート膜８および９が形成されたバー状態のウェハをリッジ部２ｃに沿ってチップ状に分離することにより青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。
【００４６】
第１実施形態では、上記のように、端面コート膜８は、ＡｌＮ膜３１の光出射面２ａとは反対側に形成され、各々がＡｌの酸窒化物（ＡｌＯＮ）からなるＡｌＯＮ膜３２、３３および３４を含んでいる。そして、この複数の酸窒化膜のうちのＡｌＮ膜３１に近い側に位置するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率（約４．５質量％）は、ＡｌＮ膜３１から見てＡｌＯＮ膜３２よりも遠い側に位置するＡｌＯＮ膜３３（約９．５質量％）およびＡｌＯＮ３４（約２５質量％）の酸素含有率よりも小さい。また、ＡｌＯＮ膜３３および３４を比較しても、ＡｌＯＮ膜３３の酸素含有率がＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率よりも小さい。これにより、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４に亘り多層化された酸窒化膜によって、雰囲気中に存在する酸素が光出射面２ａに接するＡｌＮ膜３１中により取り込まれにくくなる。この際、ＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率がＡｌＯＮ膜３３および３４の各々の酸素含有率よりも小さいので、ＡｌＮ膜３１および半導体素子層２へ酸素が拡散することをより確実に抑制することができる。すなわち、端面コート膜８内のみならず端面コート膜８と光出射面２ａとの界面における変質が最小限に抑制されるので、レーザ出射光を高出力化した場合でも光出射面２ａおよび端面コート膜８における光吸収が効果的に抑制されて光出射面２ａにＣＯＤが生じることが抑制される。この結果、青紫色半導体レーザ素子１００の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、端面コート膜８がＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の３層からなるので、端面コート膜を完全な窒化膜の多層膜構造として構成する場合と異なり、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の各層の厚みを調整することにより、光出射面２ａおける反射率（発振波長に対して約１２．３％）を容易に制御することができる。さらには、一般的に大きな膜応力を有する窒化膜と小さな膜応力を有する酸化膜とのおおよそ中間程度（約６０％程度）の大きさの膜応力である酸窒化膜を端面コート膜８中に設けている分、端面コート膜８内のＡｌＮ膜３１に対する応力差をＡｌＯＮ膜３２、３３および３４により適切に緩和させることができる。これにより、膜剥れなどを生じさせずにＡｌＮ膜３１を光出射面２ａに接触させて光出射面２ａにおける放熱性を向上させることができる。この結果、高出力化に対応した青紫色半導体レーザ素子１００の信頼性を向上させることができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２の屈折率（約１．９８）は、ＡｌＯＮ膜３３の屈折率（約１．９３）およびＡｌＯＮ膜３４の屈折率（約１．６８）よりも大きい。一般的に、屈折率が大きい材料は光と相互作用しやすい材料であり、バンドギャップが小さい材料である。また、バンドギャップが小さい材料は、誘電率（絶縁性）が大きい性質を有する。したがって、光出射面２ａにより近い位置に配置されたＡｌＯＮ膜３２が相対的に大きな誘電率（絶縁性）を有することによって、青紫色半導体レーザ素子１００におけるｐｎ接合間に、ＡｌＯＮ膜３２を介したリーク電流が発生することを効果的に抑制することができる。したがって、リーク電流の発生が抑制される分、半導体素子層２中にｐ側電極４からｎ側電極５に向かって効率よく電流を流すことができる。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００のスロープ効率を向上させることができる。また、その他の効果として、同じレーザ光出力を得る場合であっても動作電圧をより低電圧に維持した状態で青紫色半導体レーザ素子１００を駆動させることができる。
【００４９】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜３１に接するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率（約４．５質量％）は、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の内で最も小さいので、他の酸窒化膜（ＡｌＯＮ膜３３および３４）から脱離する酸素がＡｌＮ膜３１中に取り込まれる傾向をより一層弱めることができる。また、たとえＡｌＯＮ膜３２とＡｌＮ膜３１との界面に変質が生じた場合であっても、ＡｌＮ膜３１によって光出射面２ａへの変質の拡大を抑制することができる。これにより、半導体素子層２へ酸素が拡散することをより確実に抑制することができる。
【００５０】
また、第１実施形態では、端面コート膜８の最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率は、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の内で最も大きいので、より多くの酸素を含むＡｌＯＮ膜３４により、光出射面２ａ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。また、最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３４の厚みを適宜調整することにより、光出射面２ａから出射されたレーザ光の反射率を所望の値に制御することができる。
【００５１】
また、第１実施形態では、ＡｌＮ膜３１とＡｌＯＮ膜３２、３３および３４の各々とは、共通のＡｌ元素を含むので、端面コート膜８を構成する各膜同士が同じＡｌ元素を含む誘電体材料である点で、各膜同士が接触する際の密着性を向上させることができる。この結果、端面コート膜８を構成する各膜同士の膜剥れを抑制することができる。
【００５２】
また、第１実施形態では、半導体素子層２を構成する各層に窒化物系半導体を用いている。このように、ＧａＡｓ系半導体などからなる赤色や赤外半導体レーザ素子などと比較して、より短波長（４００ｎｍ帯）のレーザ光が出射され、かつ、高出力化が要求される青紫色半導体レーザ素子１００においても、共振器面（光出射面２ａ）における光学損傷破壊（ＣＯＤ）の発生を抑制することができるので、半導体レーザの高出力化および長寿命化を図ることができる。
【００５３】
また、第１実施形態の製造プロセスでは、ＥＣＲプラズマを照射して劈開後の光出射面２ａおよび光反射面２ｂに対して清浄化を行っている。これにより、光導波路近傍における共振器面の劣化やＣＯＤが発生するのが抑制された青紫色半導体レーザ素子１００を容易に形成することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子２００について説明する。この青紫色半導体レーザ素子２００では、図４に示すように、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３との間にＡｌＮ膜２３１が挿入されて端面コート膜２０８が形成されている。なお、図中において、第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。なお、ＡｌＮ膜２３１は、本発明の「第２窒化膜」の一例である。また、青紫色半導体レーザ素子２００は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例である。
【００５５】
詳細に説明すると、端面コート膜２０８は、光出射面２ａに接触するＡｌＮ膜３１と、ＡｌＮ膜３１に接触する約２０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３２と、ＡｌＯＮ膜３２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜２３１と、ＡｌＮ膜２３１に接触する約２５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３３と、ＡｌＯＮ膜３３に接触する約４５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３４とからなる５層構造を有している。つまり、端面コート膜２０８においては、光出射面２ａ側から窒化膜と酸窒化膜とが交互に配置されている。また、第１実施形態と同様に、ＡｌＯＮ膜３４の表面が出射端面の最表面３ａとなる。この場合も、最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３４の酸素含有率（約２５％）は、複数の酸窒化膜中で最も大きい。
【００５６】
第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３との間にＡｌＮ膜２３１を挿入し、かつ、ＡｌＯＮ膜３４の厚みを約４５ｎｍに設定することにより、光出射面２ａにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約１２．７％に設定されている。
【００５７】
また、端面コート膜２０９については、複数の無機誘電体層が光反射面２ｂ上に所定の順序で積層された多層膜構造（１９層構造）を有している。具体的には、端面コート膜２０９は、光反射面２ｂに接触するＡｌＮ膜５１と、ＡｌＮ膜５１に接触するＡｌＯＮ膜５２と、ＡｌＯＮ膜５２に接触するＡｌＯＮ膜５３と、ＡｌＯＮ膜５３に接触する約７８８ｎｍの合計厚みを有する多層反射膜２５５とからなる。
【００５８】
ここで、多層反射膜２５５は、ＡｌＯＮ膜５３に近い側から順に、約４５ｎｍを有するＺｒＯ２膜（屈折率＝２．１５）および約６２．５ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜（屈折率＝１．６５）とが交互に７層ずつ積層された約７５３ｎｍの厚みを有する多層膜６５と、多層膜６５に接触するＺｒＯ２膜６１と、ＺｒＯ２膜６１に接触するＡｌ２Ｏ３膜６２とからなる。なお、なお、屈折率の小さいＡｌ２Ｏ３膜６２の表面が反射端面の最表面３ｂとなる。多層膜６５、ＺｒＯ２膜６１およびＡｌ２Ｏ３膜６２からなる多層反射膜２５５によって、光反射面２ｂにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約９６．４％となるように設定されている。
【００５９】
なお、青紫色半導体レーザ素子２００のその他の構成は、第１実施形態と同様である。また、青紫色半導体レーザ素子２００の製造プロセスでは、第１実施形態と同様のプロセスを用いて端面コート膜２０８および２０９をそれぞれ形成する。その他の製造プロセスについては、第１実施形態の製造プロセスと同様である。
【００６０】
青紫色半導体レーザ素子２００では、上記のように、端面コート膜２０８は、光出射面２ａ側から順にＡｌＮ膜３１、ＡｌＯＮ膜３２、ＡｌＮ膜２３１およびＡｌＯＮ膜３３のように、窒化膜と酸窒化膜とが交互に配置されている。そして、ＡｌＮ膜２３１から見て、ＡｌＮ膜３１側に隣接するＡｌＯＮ膜３２の酸素含有率は、ＡｌＮ膜２３１の反対側に隣接するＡｌＯＮ膜３３の酸素含有率よりも小さい。このように、半導体素子層２へ酸素が拡散するのを抑制する目的でＡｌＮ膜３１以外の位置にＡｌＮ膜２３１を設けた場合においても、ＡｌＮ膜２３１との応力差が比較的小さいＡｌＯＮ膜３２および３３をＡｌＮ膜２３１の両隣に配置しているので、ＡｌＮ膜２３１が膜剥れを起こすことを容易に抑制することができる。さらには、ＡｌＮ膜２３１の両隣に隣接するＡｌＯＮ膜３２および３３に上記のような酸素含有率差を持たせているので、ＡｌＮ膜３１および半導体素子層２へ酸素が拡散しにくい効果をさらに高めることができる。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。
【００６１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による青紫色半導体レーザ素子３００について説明する。この青紫色半導体レーザ素子３００では、図５に示すように、光出射面２ａの表面上に９層構造を有する端面コート膜３０８が形成されている。なお、図中において、第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。また、青紫色半導体レーザ素子３００は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例である。
【００６２】
詳細に説明すると、端面コート膜３０８は、光出射面２ａに接触するＡｌＮ膜３１と、ＡｌＮ膜３１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３３と、ＡｌＯＮ膜３３に接触する約５０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３４と、ＡｌＯＮ膜３４に接触する約５５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０１と、ＡｌＯＮ膜３０１に接触する約６５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０２と、ＡｌＯＮ膜３０２に接触する約４５ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０３と、ＡｌＯＮ膜３０３に接触する約４０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０４と、ＡｌＯＮ膜３０４に接触する約４０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０５と、ＡｌＯＮ膜３０５に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＮ膜３０６とからなる。ここで、ＡｌＯＮ膜３０６の表面が出射端面の最表面３ａとなる。また、最表面３ａに配置されたＡｌＯＮ膜３０６の酸素含有率は、複数の酸窒化膜中で最も大きい。なお、ＡｌＯＮ膜３０１〜３０６は、本発明の「複数の酸窒化膜」を構成する各々の酸窒化膜の一例である。また、ＡｌＯＮ膜３０６は、本発明の「第２酸窒化膜」の一例である。
【００６３】
ここで、第３実施形態では、ＡｌＯＮ膜３０１、３０３および３０５の各々の酸窒化膜における酸素含有率は、共に約４．５質量％であり、屈折率は、共に約１．９８である。一方、ＡｌＯＮ膜３０２、３０４および３０６の各々の酸窒化膜における酸素含有率は、共に約２５質量％であり、屈折率は、共に約１．６８である。つまり、相対的に酸素含有率の小さい（屈折率の大きい）酸窒化膜と、相対的に酸素含有率の大きい（屈折率の小さい）酸窒化膜とを交互に配置している。そして、酸素含有率の大きいＡｌＯＮ膜３０６を約１０ｎｍの厚みに調整して端面コート膜３０８を終端させている。このように、端面コート膜３０８では、ＡｌＮ膜３１とＡｌＯＮ膜３３とＡｌＯＮ膜３４とによって、光出射面２ａへ酸素が拡散することを抑制しつつ、ＡｌＯＮ膜３０１〜３０６までの各層によって反射率の制御を行っている。これにより、光出射面２ａにおけるレーザ光の反射率は、発振波長に対して約３５．５％に設定されている。
【００６４】
なお、青紫色半導体レーザ素子３００のその他の構成は、第１実施形態と同様である。また、青紫色半導体レーザ素子３００の製造プロセスでは、第１実施形態と同様のプロセスを用いて端面コート膜３０８を形成する。その他の製造プロセスについては、第１実施形態の製造プロセスと同様である。また、第３実施形態の効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
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。
【００６６】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２、３３および３４を、酸素含有率が約４．５質量％、約９．５質量％および約２５質量％であるようにそれぞれ構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。酸素含有率が光出射面２ａに近いほど相対的に小さく、光出射面２ａから遠ざかるほど相対的に大きい関係を満たすならば、各酸窒化膜を、上記した含有率以外の酸素含有率を有するように構成してもよい。また、光出射面２ａ上にＡｌＮ層、ＡｌＯＮ層ｏｎ１、ＡｌＯＮ層ｏｎ２、ＡｌＯＮ層ｏｎ３、ＡｌＯＮ層ｏｎ４、ＡｌＯＮ層ｏｎ５（ここで、ｏｎ１〜５は、ＡｌＮ層から見た各酸窒化膜の積層順序を示した符号である）を順次形成した態様において、ＡｌＯＮ層ｏｎ１の酸素含有率がＡｌＯＮ層ｏｎ２よりも小さければ、ＡｌＯＮ層ｏｎ３、ＡｌＯＮ層ｏｎ４、ＡｌＯＮ層ｏｎ５の各酸素含有率が光出射面２ａから遠ざかるほど相対的に大きくなっていなくてもよい。たとえば、酸素含有率が、ＡｌＯＮ層ｏｎ１＜ＡｌＯＮ層ｏｎ２＜ＡｌＯＮ層ｏｎ４＜ＡｌＯＮ層ｏｎ３＜ＡｌＯＮ層ｏｎ５の関係となっていてもよい。ＡｌＯＮ層ｏｎ３の酸素含有率がＡｌＯＮ層ｏｎ４の酸素含有率よりも大きくても、ＡｌＯＮ層ｏｎ１の酸素含有率がＡｌＯＮ層ｏｎ２の酸素含有率よりも小さいため酸素の拡散を防止することができる。ただし、酸素含有率が光出射面２ａに近いほど相対的に小さく、光出射面２ａから遠ざかるほど相対的に大きい関係（ＡｌＯＮ層ｏｎ１＜ＡｌＯＮ層ｏｎ２＜ＡｌＯＮ層ｏｎ３＜ＡｌＯＮ層ｏｎ４＜ＡｌＯＮ層ｏｎ５）を満たした方が、酸素の拡散防止の効果をより高めることができるのでより好ましい。
【００６７】
また、上記第２実施形態では、端面コート膜２０８において光出射面２ａ側から窒化膜と酸窒化膜とを交互に２回繰り返して配置した例について示したが、本発明はこれに限られない。窒化膜と酸窒化膜とを交互に３回以上繰り返してもよい。ただし、少なくとも端面コート膜の最表面３ａには、所定の厚みを有する酸窒化膜を配置して終端させることが好ましい。これにより、端面コート膜の反射率が所望の値に制御される。
【００６８】
また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「複数の酸窒化膜」を構成する各酸窒化膜の酸素含有率を、各膜中で厚み方向（レーザ光の出射方向）に略一定であるように構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の「複数の酸窒化膜」のうちの少なくとも１つの酸窒化膜において、酸素含有率を、光出射面２ａに近い領域から厚み方向に沿って遠ざかるにしたがって徐々に増加させるように構成してもよい。ただし、傾斜組成を有する酸窒化膜が有する酸素含有率の最小値よりも、光出射面２ａに近い側の酸窒化膜が有する酸素含有率の最大値が等しいかまたは小さいことが必要である。さらには、傾斜組成を有する酸窒化膜よりも光出射面２ａから見て遠い側に配置される酸窒化膜においては、傾斜組成を有する酸窒化膜における酸素含有率の最大値よりも、酸素含有率の最小値が等しいかまたは大きいことが必要である。また、傾斜組成を有する酸窒化膜が複数層に亘って形成されていてもよい。
【００６９】
また、上記第２実施形態では、ＡｌＯＮ膜３２とＡｌＯＮ膜３３との間に窒化膜であるＡｌＮ膜２３１を挿入した例について示したが、本発明はこれに限られない。窒化膜に微量の酸素が含有されて、若干酸窒化膜寄りの化学的性質を有する膜であってもよい。若干の酸素を含有させることにより、ＡｌＯＮ膜３２と、酸窒化膜に近づけられたＡｌＮ膜２３１と、ＡｌＯＮ膜３３およびＡｌＯＮ膜３４とを用いて、端面コート膜２０８の反射率をより容易に制御することができる。
【００７０】
また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「第１窒化膜」をＡｌＮ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れない。Ａｌ元素以外の、たとえば、Ｓｉ元素を含む窒化膜を用いることができる。また、本発明の「複数の酸窒化膜」の各々についてもＡｌＯＮ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れない。Ａｌ元素以外の、たとえば、Ｓｉ元素、Ｚｒ元素、Ｔａ元素、Ｈｆ元素、Ｎｂ元素またはＴｉ元素などを含む酸窒化膜を用いることができる。
【００７１】
また、上記第１〜第３実施形態の製造プロセスでは、ＥＣＲスパッタ成膜装置を用いて本発明の「端面コート膜」を形成したが、本発明ではこれに限らず、他の成膜方法により端面コート膜を形成してもよい。
【００７２】
また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「半導体レーザ素子」を窒化物系半導体からなる青紫色半導体レーザ素子１００、２００および３００に適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。青紫色半導体レーザ素子以外の、たとえば、青色半導体レーザ素子や緑色半導体レーザ素子に対して本発明の「端面コート膜」を形成してもよい。あるいは、窒化物系半導体レーザ素子以外の、ＧａＡｓ系半導体やＧａＩｎＰ系半導体からなる半導体レーザ素子（赤色ＬＤや赤外ＬＤなど）に対して本発明の「端面コート膜」を形成してもよい。
【００７３】
また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「端面コート膜」を備えた半導体レーザ素子について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、本発明の「端面コート膜」を備えた半導体レーザ素子を、ＣＤ、ＤＶＤまたはＢＤなどの光ディスクの記録または再生を行う光ディスク装置に搭載される半導体レーザ装置の光源に適用してもよい。さらには、本発明の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置を用いて、プロジェクタ装置などの光装置を構成してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
２ 半導体素子層
２ａ 光出射面（出射側共振器面）
２ｂ 光反射面（反射側共振器面）
３ａ 最表面
８、２０８、３０８ 端面コート膜
３１ ＡｌＮ膜（第１窒化膜）
３２ ＡｌＯＮ膜（第１酸窒化膜）
３３ ＡｌＯＮ膜（第１酸窒化膜、第２酸窒化膜）
３４、３０６ ＡｌＯＮ膜（第２酸窒化膜）
１００、２００、３００ 青紫色半導体レーザ素子（半導体レーザ素子）
２３１ ＡｌＮ膜（第２窒化膜）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含み、出射側共振器面と反射側共振器面とを有する半導体素子層と、
前記出射側共振器面の表面上に形成された端面コート膜とを備え、
前記端面コート膜は、窒素を含む窒化物からなり前記出射側共振器面に接する第１窒化膜と、前記第１窒化膜の前記出射側共振器面とは反対側に形成され、各々が酸窒化物からなる複数の酸窒化膜とを含み、
前記複数の酸窒化膜のうちの前記第１窒化膜に近い側に位置する第１酸窒化膜の酸素含有率は、前記第１窒化膜から見て前記第１酸窒化膜よりも遠い側に位置する第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１酸窒化膜の屈折率は、前記第２酸窒化膜の屈折率よりも大きい、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１酸窒化膜は、前記第１窒化膜の前記出射側共振器面とは反対側の表面に接触する酸窒化膜を含み、
前記第１窒化膜に接触する前記第１酸窒化膜の酸素含有率は、前記複数の酸窒化膜の内で最も小さい、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記端面コート膜の最表面には、前記第２酸窒化膜が配置されており、
前記端面コート膜の最表面に配置された前記第２酸窒化膜の酸素含有率は、前記複数の酸窒化膜の内で最も大きい、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】
少なくとも前記端面コート膜の最表面に配置された前記第２酸窒化膜により、前記出射側共振器面における反射率が制御される、請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１窒化膜と前記複数の酸窒化膜の各々とは、共通の金属元素を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記端面コート膜は、前記出射側共振器面側から窒化膜と酸窒化膜とが交互に配置されており、
前記第１窒化膜以外の２つの前記酸窒化膜間に挟まれる第２窒化膜から見て、前記第１窒化膜側に隣接する前記第１酸窒化膜の酸素含有率は、前記第２窒化膜の前記第１酸窒化膜とは反対側に隣接する前記第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい、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１】
活性層を含み、出射側共振器面と反射側共振器面とを有する半導体素子層と、
前記出射側共振器面の表面上に形成された端面コート膜とを備え、
前記端面コート膜は、窒素を含む窒化物からなり前記出射側共振器面に接する第１窒化膜と、前記第１窒化膜の前記出射側共振器面とは反対側に形成され、各々が酸窒化物からなる複数の酸窒化膜とを含み、
前記複数の酸窒化膜のうちの前記第１窒化膜に近い側に位置する第１酸窒化膜の酸素含有率は、前記第１窒化膜から見て前記第１酸窒化膜よりも遠い側に位置する第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１酸窒化膜の屈折率は、前記第２酸窒化膜の屈折率よりも大きい、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１酸窒化膜は、前記第１窒化膜の前記出射側共振器面とは反対側の表面に接触する酸窒化膜を含み、
前記第１窒化膜に接触する前記第１酸窒化膜の酸素含有率は、前記複数の酸窒化膜の内で最も小さい、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記端面コート膜の最表面には、前記第２酸窒化膜が配置されており、
前記端面コート膜の最表面に配置された前記第２酸窒化膜の酸素含有率は、前記複数の酸窒化膜の内で最も大きい、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】
少なくとも前記端面コート膜の最表面に配置された前記第２酸窒化膜により、前記出射側共振器面における反射率が制御される、請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１窒化膜と前記複数の酸窒化膜の各々とは、共通の金属元素を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記端面コート膜は、前記出射側共振器面側から窒化膜と酸窒化膜とが交互に配置されており、
前記第１窒化膜以外の２つの前記酸窒化膜間に挟まれる第２窒化膜から見て、前記第１窒化膜側に隣接する前記第１酸窒化膜の酸素含有率は、前記第２窒化膜の前記第１酸窒化膜とは反対側に隣接する前記第２酸窒化膜の酸素含有率よりも小さい、請求項１〜６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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２７２３９（Ｐ２０１２−２２７２３９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１６８１（Ｐ２０１１−９１６８１）
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０４４６４０７０）三洋オプテックデザイン株式会社 (315)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０４４６４０７０）三洋オプテックデザイン株式会社 (315)
【Ｆターム（参考）】
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