CN101884148B - 半导体激光元件 - Google Patents

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Abstract

一种能够提高激光元件的可靠性的半导体激光元件。上述半导体激光元件(1000)具备：具有发光层(25)的半导体元件层(20)；在半导体元件层的包含发光层的区域的光射出侧的端部形成的第一共振器端面(1)；在第一共振器端面上，从第一共振器端面侧开始依次形成第一氮化膜(41)、含有第一氧化膜(42)的第一中间膜和第二氮化膜(43)而成的第一绝缘膜(40)；在第一绝缘膜上形成的含有第二氧化膜(51)的第二绝缘膜(51)。

Description

半导体激光元件
技术领域
本发明涉及一种半导体激光元件，特别是涉及具备具有发光层的半导体元件层的半导体激光元件。
背景技术
现有技术中，半导体激光器作为光盘系统、光通信系统等的光源而被广泛应用。而且，随着构成系统的设备的性能提高，也期望提高作为关键部件的半导体激光器的特性。特别地，作为高密度光盘系统的光源，希望能够实现激光光束的短波长化、高输出化等。近年来，利用氮化物类材料，开发出了振动波长大约为405nm的青紫色半导体激光器，同时亦对其高输出化进行了调查。
通常，在进行半导体激光器的高输出化的情况下，在制造工艺方面，在使半导体激光元件的共振器的光射出面成为低反射率的同时，实施使光反射面成为高反射率的端面涂层处理。多数的半导体激光器，在共振器的端面涂层处理时，现有技术是使用包含SiO2、Al2O3等的氧化膜而形成的电介质膜。然而，这种情况下，在激光的激发过程中，由于电介质膜中的氧扩散到半导体层中使得半导体层被氧化，半导体层与端面涂层膜的界面处产生了不发光复合能级(光能转化为热能的状态)。结果，会产生激光很容易被半导体层和端面涂层膜吸收、由于共振器端面的异常发热而引起光学损伤破坏(COD)的不良状况。此外，还提出了利用由不含氧的氮化膜形成的电介质膜进行端面涂层处理。然而，一般情况下，由于氮化膜所具有的应力，与氧化膜的情况相比要大数倍至数十倍，因此容易发生膜剥落(剥离)，这个结果就导致共振器端面还会产生割裂或剥离的缺陷。
于是，一直以来提出了在半导体层和由氧化膜形成的端面涂层膜之间形成由氮化物形成的薄膜。举例来说，在特开2007-243023号公报中公开了这样的半导体激光元件。
上述特开2007-243023号公报中，公开了一种氮化物半导体发光元件，其在光射出侧的共振器端面形成有由氧化物形成的第一涂层膜，并且以夹在光射出侧的共振器端面和第一涂层膜之间的方式形成有由氮化物形成的第二涂层膜。在特开2007-243023号公报中记载的这种氮化物半导体发光元件，通过以与共振器端面接触的方式形成的由氮化物形成的第二涂层膜，能够抑制从暴露在气氛中的最表面的第一涂层膜向半导体层(光射出侧的共振器端面)提供氧。
但是，上述特开2007-243023号公报所公开的氮化物半导体发光元件中，从共振器端面射出具有大约400nm的波长、光密度大、高能量的激光，所以激光所透过的第一涂层膜和第二涂层膜会发热。这种情况下，在第一涂层膜和第二涂层膜的界面处，由于发热而氧从由氧化物形成的第一涂层膜脱离。此外，由于气氛中的氧很容易透过第一涂层膜而进入由氮化物形成的第二涂层膜，因此第二涂层膜中的氮与外部和从第一涂层膜脱离的氧发生置换。由此，第一涂层膜和第二涂层膜的界面发生变质。另外，与第二涂层膜中的氮与氧的置换反应速度相比，氧从由氧化物形成的第一涂层膜中脱离的反应速度更快。因此，伴随着激光的射出，第一涂层膜开始逐渐劣化。结果，导致激光元件的动作电流上升，随着动作电流的上升而进一步发热，致使共振器端面更容易被破坏。尤其是高输出化的半导体激光元件中，由于激光器的动作时间越长上述的缺点越显著，所以激光元件的可靠性低下是一个问题。
发明内容
本发明为了解决上述的问题而完成，本发明的一个目的在于，提供一种能够提高激光元件的可靠性的半导体激光元件。
根据本发明一方面的半导体激光元件，其具备：具有发光层的半导体元件层；在半导体元件层的包含发光层的区域的光射出侧的端部形成的第一共振器端面；在第一共振器端面上，从第一共振器端面侧开始依次形成第一氮化膜、包含第一氧化膜和第一氮氧化膜中至少之一的第一中间膜、第二氮化膜而成的第一绝缘膜；和在第一绝缘膜上形成的、包含第二氧化膜和第二氮氧化膜中至少之一的第二绝缘膜，在发光层发出的激光的波长为λ，第一氮化膜的折射率、第一中间膜的平均折射率和第二氮化膜的折射率分别为n1、n2和n3的情况下，第一氮化膜的厚度t1、第一中间膜的厚度t2和第二氮化膜的厚度t3被分别设定为t1＜λ/(4×n1)、t2＜λ/(4×n2)和t3＜λ/(4×n3)。
此外，在本发明中，通过从形成为一对的共振器端面的各个射出的激光光强度的大小关系来区分光射出侧的共振器端面。即，相对的激光射出强度大的一侧是光射出侧的第一共振器端面。而相对的激光射出强度小的一侧是光反射侧的第二共振器端面。
基于本发明一方面的半导体激光元件，如上所述，在光射出侧的第一共振器端面上具备：从第一共振器端面侧依次形成第一氮化膜、至少包含第一氧化膜和第一氮氧化膜之一的第一中间膜、和第二氮化膜而成的第一绝缘膜。由此，利用在外侧配置的第二氮化膜，第二绝缘膜中和气氛中存在的氧难以进入第一绝缘膜中，所以抑制了第一中间膜和第一氮化膜的界面中的氧脱离、和氧与氮的置换反应等。即，抑制了第一中间膜与第一氮化膜的界面发生变质而劣化。此外，即使在第一中间膜和第一氮化膜的界面发生变质的情况下，通过第一氮化膜和第二氮化膜，在第一中间膜内扩大的变质区域被限制在该区域内，所以抑制了变质的扩大。由此，能够将第一绝缘膜内的变质抑制在最小限度内。因此，即使在激光器射出光达到高输出化的情况下，也能够抑制光射出侧的第一共振器端面和第一绝缘膜附近的发热，所以抑制了第一共振器端面的破坏。其结果是，能够提高激光元件的可靠性。
此外，在第一绝缘膜上，即通过对位于与第一共振器端面相反一侧的第一绝缘膜的表面上形成的含有第二氧化膜和第二氮氧化膜中至少一个的第二绝缘膜的厚度进行调整，能够很容易地控制从光射出侧的第一共振器端面射出的激光的反射率。由此，能够提高对应于高输出化的激光元件的可靠性。
此外，通过将构成第一绝缘膜的第一氮化膜的厚度t1、第一中间膜的厚度t2和第二氮化膜的厚度t3分别设定为t1＜λ/(4×n1)、t2＜λ/(4×n2)和t3＜λ/(4×n3)，使得构成第一绝缘膜的各个膜的厚度变得小于λ/(4×n)。由此，从光射出侧的第一共振器端面射出的激光，不受构成第一绝缘膜的各膜的厚度影响地透过并到达第二绝缘膜。其结果是，能够很容易地抑制被设定为具有所期望的反射率的第二绝缘膜的反射率控制机能受到第一绝缘膜的影响。此外，因为构成第一绝缘膜的各个膜的厚度较薄，所以由膜形成之后的应力所引起的膜剥落(剥离)也能够得到抑制。
在根据上述一方面的半导体激光元件中，优选第一氮化膜与半导体元件层相接。通过这样的结构，由于第一氮化膜与光射出侧的第一共振器端面相接触，所以通过第一氮化膜能够容易地抑制来自第一中间膜中的第一氧化膜和第一氮氧化膜中至少一方的氧进入半导体元件层。
在根据上述一方面的半导体激光元件中，优选地第一氮化膜和第二氮化膜中的至少一个与第一中间膜含有相同的金属元素。通过这样的结构，相互接触的第一氮化膜和第一中间膜、和互相接触的第二氮化膜和第一中间膜中的至少一方，由于含有相同的金属元素，所以能够提高接触时的密接性。其结果是，能够抑制第一氮化膜和第二氮化膜中的至少一层膜发生剥落(剥离)。
在基于上述一方面的半导体激光元件中，优选地第一氮化膜和第二氮化膜分别含有Al和Si中的至少一种。通过这样的结构，因为含有Al和Si中的至少一种的氮化物具有良好的绝缘性，所以能够提高第一氮化膜和第二氮化膜的绝缘性。此外，利用含有Al和Si中的至少一种的氮化膜，可以有效地抑制氧进入第一绝缘膜和半导体元件层。
在基于上述一方面的半导体激光元件中，优选地第一氧化膜含有选自Al、Si、Zr、Ta、Hf和Nb中的至少一种元素。通过这样的结构，由于含有上述元素的氧化物具有良好的绝缘性，所以能够提高第一氧化膜的绝缘性。此外，在第一氧化膜与从两侧夹着第一氧化膜的第一氮化膜和第二氮化膜均含有选自上述组中的共同的元素的情况下，能够提高第一氧化膜与第一氮化膜和第二氮化膜的各膜之间的密接性。
在基于上述一方面的半导体激光元件中，优选第一氮氧化膜含有Al和Si中的至少一种。通过这样的结构，由于含有Al和Si中至少一种的氧化物具有良好的绝缘性，因此能够提高第一氮氧化膜的绝缘性。此外，在由含有Al元素的第一氮化膜和第二氮化膜从两侧夹着含有Al元素的第一氮氧化膜的情况下，由于各个膜含有相同的金属元素(Al元素)而能够很容易地相接触，因此能够提高各膜间的密接性。
在基于上述一方面的半导体激光元件中，优选在第一绝缘膜和第二绝缘膜之间还形成有至少含有第三氧化膜和第三氮氧化膜之一的第二中间膜。通过这样的结构，由于在光射出侧的第一共振器端面上，由第一氮化膜和至少第一氧化膜与第一氮氧化膜的一种所形成的区域、和由第二氮化膜和至少第三氧化膜与第三氮氧化膜的一种所形成的区域，按照从光射出侧的第一共振器端面由近及远的顺序依次形成而多层化，因此能够进一步抑制第一共振器表面的破坏。
这种情况下，优选第二中间膜的平均折射率为n4、厚度为t4的情况下，设定为t4＜λ/(4×n4)。通过这样的结构，第二中间膜的厚度变得小于λ/(4×n)，因此从光射出侧的第一共振器端面射出的激光，不受第二中间膜的厚度的影响地透过并到达第二绝缘膜。由此，能够很容易地抑制被设定为具有所期望的反射率的第二绝缘膜的反射率控制机能受到第二中间膜的影响。
在基于上述一方面的半导体激光元件中，优选第一中间膜含有第一氧化膜和第一氮氧化膜两者。即，在第一氮化膜和第二氮化膜之间，形成有第一氧化膜和第一氮氧化膜两者。通过这样的结构，由于第二绝缘膜中和气氛中存在的氧变得不能再进入第一绝缘膜，所以能够进一步抑制第一中间膜和第一氮化膜的界面发生变质而劣化。
在上述第一中间膜含有第一氧化膜和第一氮氧化膜的结构中，优选第一中间膜由第一氧化膜和在层积方向上夹着第一氧化膜的两个第一氮氧化膜构成。通过这样的结构，第一绝缘膜按照氮化膜、氮氧化膜、氧化膜、氮氧化膜和氮化膜的顺序层积，所以第一绝缘膜中的组成逐渐发生变化。其结果是，能够进一步提高第一绝缘膜中各膜之间的密接性，因此能够保持由多层的薄膜构成的第一绝缘膜的强度。
在基于上述一方面的半导体激光元件中，优选还具备：在半导体元件层的包含发光层的区域的光反射侧端部形成的第二共振器端面；和在第二共振器端面上，从第二共振器端面侧开始依次形成第三氮化膜、至少含有第四氧化膜和第四氮氧化膜之一的第三中间膜、和第四氮化膜而成的第三绝缘膜。通过这种结构，来自气氛中的氧难以通过第四氮化膜进入第三绝缘膜中，从而能够抑制第三中间膜和第三氮化膜的界面发生变质而劣化。因此，即使在射出的激光达到高输出化的情况下，也能够抑制光反射侧的第二共振器端面和第三绝缘膜的发热，抑制第二共振器端面的破坏。因此，能够进一步提高激光元件的可靠性。
在进一步具备上述第三绝缘膜的结构中，优选第三氮化膜的折射率、第三中间膜的平均折射率和第四氮化膜的折射率分别为n5、n6和n7的情况下，第三氮化膜的厚度t5、第三中间膜的厚度t6和第四氮化膜的厚度t7分别被设定为：t5＜λ/(4×n5)、t6＜λ/(4×n6)和t7＜λ/(4×n7)。通过这样的结构，例如，在第三绝缘膜上，即在位于与光反射侧的第二共振器端面相反侧的第三绝缘膜的表面上设置有反射激光的反射膜等的情况下，构成第三绝缘膜的各个膜的厚度小于λ/(4×n)。由此，从光反射侧的第二共振器端面射出的激光能够不受构成第三绝缘膜的各膜的厚度的影响而透过并到达反射膜，所以能够抑制被设定为具有所期望的反射率的反射膜的反射率控制机能受到第三绝缘膜的影响。此外，构成第三绝缘膜的各膜的厚度较薄，因而也能够抑制膜形成之后由于应力引起的膜剥落(剥离)。
在进一步具备上述第三绝缘膜的结构中，优选第三氮化膜与半导体元件层接触。通过这样的结构，第三氮化膜与光反射侧的第二共振器端面相接触，所以利用第三氮化膜能够容易地抑制来自第三中间膜中的第四氧化膜和第四氮氧化膜的至少一方的氧进入半导体元件层。
在进一步具备上述第三绝缘膜的结构中，优选第三氮化膜与第四氮化膜的至少一方含有与第三中间膜相同的金属元素。通过这样的结构，相互接触的第三氮化膜与第三中间膜、和相互接触的第四氮化膜和第三中间膜的至少一方，由于是含有同种类金属元素的材料，在接触时能够提高密接性。因此，能够抑制第三氮化膜和第四氮化膜的至少一个发生膜剥落(剥离)。
在进一步具备上述第三绝缘膜的结构中，优选第三氮化膜与第四氮化膜分别含有Al与Si中的至少一个。通过这样的结构，由于含有Al和Si中至少一个的氮化物具有良好的绝缘性，所以能够提高第三氮化膜与第四氮化膜的绝缘性。此外，通过含有Al和Si中至少一种的氮化膜，能够有效地抑制氧进入第三绝缘膜和半导体元件层。
在进一步具备上述第三绝缘膜的结构中，优选第四氧化膜含有选自Al、Si、Zr、Ta、Hf和Nb中的至少一种元素。通过这样的结构，由于含有上述元素的氧化物具有良好的绝缘性，所以能够提高第四氧化膜的绝缘性。此外，在第四氧化膜和从两侧夹着第四氧化膜的第三氮化膜和第四氮化膜均含有选自上述组中的共同的元素的情况下，能够提高第四氧化膜与第三氮化膜和第四氮化膜的各膜之间的密接性。
在进一步具备上述第三绝缘膜的结构中，优选第四氮氧化膜含有Al和Si中的至少一种。通过这样的结构，含有Al和Si中至少一种的氧化物具有良好的绝缘性，所以能够提高第四氮氧化膜的绝缘性。此外，在含有Al元素的第四氮氧化膜被同样地含有Al元素的第三氮化膜和第四氮化膜从两侧夹着的情况下，能够提高各膜间的密接性。
在进一步具备上述第三绝缘膜的结构中，优选进一步具备在第三绝缘膜上形成的多层反射膜。通过这样的结构，通过调整多层反射膜的厚度，能够很容易地控制从光反射侧的第二共振器端面射出的激光的反射率。
在基于上述一方面的半导体激光元件中，优选半导体元件层由氮化物类半导体形成。通过这样的结构，在能够射出具有大约525nm以下的短振动波长且高能量的激光的氮化物类半导体激光元件中，能够有效地抑制激光发光时的发热而引起的光射出侧的第一共振器端面的破坏。
在基于上述一方面的半导体激光元件中，优选第一氮化膜、第一中间膜和第二氮化膜分别具有1nm以上20nm以下范围内的厚度。通过这样的结构，能够更加容易地抑制第二绝缘膜的反射率控制机能受到第一绝缘膜影响，进一步能够抑制各膜发生膜剥落(剥离)。
附图说明
图1用于说明基于本发明的第一实施方式的半导体激光元件的结构的、半导体激光元件的沿着共振器方向的面的截面图。
图2表示图1所示的氮化物类半导体激光元件的与共振器方向正交的面的截面图。
图3用于说明基于本发明的第一实施方式的第一变形例的半导体激光元件的结构的、半导体激光元件的沿着共振器方向的面的截面图。
图4用于说明基于本发明的第二实施方式的半导体激光元件的结构的、半导体激光元件的沿着共振器方向的面的截面图。
图5用于说明基于本发明的第三实施方式的半导体激光元件的结构的、半导体激光元件的沿着共振器方向的面的截面图。
图6用于说明基于本发明的第四实施方式的半导体激光元件的结构的、半导体激光元件的沿着共振器方向的面的截面图。
图7用于说明基于本发明的第五实施方式的半导体激光元件的结构的、半导体激光元件的沿着共振器方向的面的截面图。
图8表示图7所示的氮化物类半导体激光元件的与共振器方向正交的面的截面图。
具体实施方式
下面基于附图说明本发明的实施例。
(第一实施例)
首先，参考图1和图2说明基于本发明的第一实施方式的氮化物类半导体激光元件1000的结构。
基于本发明的第一实施方式的氮化物类半导体激光元件1000中，如图2所示，在基板10上形成有由具有振动波长λ为大约405nm带域的氮化物类半导体形成的半导体元件层20，该基板10具有大约100μm的厚度、并且由掺杂有具有约5×1018cm-3的载流子浓度的Si的n型GaN形成。
此外，如图1所示，氮化物类半导体激光元件1000，在共振器延伸的方向(A方向)的两端部分别形成有光射出面1和光反射面2。而且，光射出面1是本发明“第一共振器端面”的一个例子，光反射面2是本发明“第二共振器端面”的一个例子。此外，在氮化物类半导体激光元件1000的光射出面1和光反射面2，通过制造工艺中的端面涂层处理，分别形成有端面涂层膜。
此处，在第一实施方式中，如图1所示，在氮化物类半导体激光元件1000的光射出面1上，从光射出面1开始由近及远形成有由：与光射出面1接触的具有大约10nm厚度的AlN膜41、与AlN膜41接触的具有大约10nm厚度的Al2O3膜42、以及与Al2O3膜42接触的具有大约10nm厚度的AlN膜43层积而形成的多层电介质膜、即第一防变质层40。并且，在第一防变质层40上，形成有与第一防变质层40接触的具有大约70nm厚度的Al2O3膜51。而且，第一防变质层40是本发明的“第一绝缘膜”的一个例子。此外，AlN膜41是本发明的“第一氮化膜”的一个例子，Al2O3膜42是本发明的“第一氧化膜”和“第一中间膜”的一个例子，AlN膜43是本发明的“第二氮化膜”的一个例子。此外，Al2O3膜51是本发明的“第二氧化膜”和“第二绝缘膜”的一个例子。在第一实施例中，通过AlN膜41、Al2O3膜42和AlN膜43，具有能够抑制第一防变质层40本身和光射出面1随着激光的射出而变质的功能。此外，Al2O3膜51具有控制反射率的功能，通过Al2O3膜51光射出面1的激光的反射率可以设定为具有大约8％。
此外，在第一实施方式中，在AlN膜41、Al2O3膜42和AlN膜43的折射率分别为n1(＝约2.15)、n2(＝约1.68)和n3(＝约2.15)的情况下，AlN膜41的厚度t1(＝约10nm)、Al2O3膜42的厚度t2(＝约10nm)和AlN膜43的厚度t3(＝约10nm)，分别设定为具有t1＜λ/(4×n1)、t2＜λ/(4×n2)和t3＜λ/(4×n3)的关系。
也就是说，在第一实施方式中，具有约为405nm振动波长λ的半导体元件层20中，AlN膜41的厚度t1优选形成为t1＜大约47nm。此外，AlN膜43的厚度t3优选形成为t3＜大约47nm。而且，氮化膜(AlN膜41和43)更为优选的是形成为具有大约1nm～大约20nm范围的厚度。此外，对于Al2O3膜42的厚度t2，优选形成为t2＜大约60nm，尤其是优选形成为具有大约1nm～大约20nm范围的厚度。
此外，如图1中所示，在氮化物类半导体激光元件1000的光反射面2上，按照从光反射面2由近及远的顺序形成有由：与光反射面2接触的具有大约10nm厚度的AlN膜61、和与AlN膜61接触的具有大约10nm厚度的Al2O3膜62层积而成的多层电介质膜、即第二防变质层60。并且，在第二防变质层60上形成有与Al2O3膜62接触的具有大约140nm厚度的SiO2膜63。而且，在SiO2膜63上形成有多层反射膜64，其为与SiO2膜63接触的作为低折射率膜的具有大约70nm厚度的SiO2膜、和作为高折射率膜的具有大约50nm厚度的ZrO2膜相互交替地各层积6层而形成的具有大约720nm厚度的多层电介质膜。此外，多层反射膜64具有控制反射率的功能，通过多层反射膜64可以将光反射面2的激光反射率设定为具有大约98％的高反射率。
此外，在第一实施例中，在AlN膜61、Al2O3膜62和SiO2膜63的折射率分别为n5(＝约2.15)、n6(＝约1.68)和n8(＝约1.48)的情况下，将AlN膜61的厚度t5(＝约10nm)、Al2O3膜62的厚度t6(＝约10nm)和SiO2膜63的厚度t8(＝约140nm)分别设定为具有t5＜λ/(4×n5)、t6＜λ/(4×n6)和t8≒λ/(2×n8)的关系。
此外，在氮化物类半导体激光元件1000的半导体元件层20中，如图2所示，在基板10的上表面上形成有n型层21，其具有大约100nm厚度、并且由掺杂了具有大约5×1018cm-3掺杂量的Si的n型GaN形成。此外，在n型层21上形成有n型包覆层22，其具有大约400nm的厚度、并且由掺杂了具有大约5×1018cm-3掺杂量和大约5×1018cm-3载流子浓度的Si的n型Al0.07Ga0.93N形成。
此外，n型包覆层22上形成有n型载流子阻挡(block)层23，其具有大约5nm厚度、并且由掺杂了具有大约5×1018cm-3掺杂量和大约5×1018cm-3载流子浓度的Si的n型Al0.16Ga0.84N形成。此外，在n型载流子阻挡层23上形成有n型光引导层24，其具有大约100nm厚度、并且由掺杂了具有大约5×1018cm-3掺杂量和大约5×1018cm-3载流子浓度的Si的n型GaN形成。此外，在n型光引导层24上形成有活性层25。该活性层25具备：由具有大约20nm厚度的未掺杂In0.02Ga0.98N形成的4层障壁层和、具有大约3nm厚度的未掺杂In0.1Ga0.9N形成的3层阱层相互交替层积而成的MQW结构。
此外，如图2中所示，在活性层25上形成有p型光引导层26，其具有大约100nm厚度、并且由掺杂有具有大约4×1019cm-3掺杂量和大约5×1017cm-3载流子浓度的Mg的p型GaN形成。在p型光引导层26上形成有p型覆盖层27，其具有大约20nm的厚度、并且由掺杂有具有大约4×1019cm-3掺杂量和大约5×1017cm-3载流子浓度的Mg的p型Al0.16Ga0.84N形成。
此外，在p型覆盖层27上形成有p型包覆层28，其具有凸部28a和凸部28a以外的平坦部28b，并且由掺杂有具有大约4×1019cm-3掺杂量和大约5×1017cm-3载流子浓度的Mg的p型Al0.07Ga0.93N形成。该p型包覆层28的平坦部28b在凸部28a的左右两侧具有大约80nm的厚度。此外，从p型包覆层28的平坦部28b的上面到凸部28a的上面，具有大约320nm的高度，并且凸部28a具有大约1.5μm的宽度。
此外，在p型包覆层28的凸部28a上形成有p型接触层29，其具有大约10nm厚度、并且由掺杂有具有大约4×1019cm-3掺杂量和大约5×1017cm-3载流子浓度的Mg的p型In0.02Ga0.98N形成。通过该p型接触层29和p型包覆层28的凸部28a，构成具有一个侧面30a和与一个侧面30a处于相反位置的另一个侧面30b的脊部30。此外，脊部30，在下部具有大约1.5μm的宽度，形成在[1-100]方向(作为激光发射方向的图1的A方向)延伸的形状。此处，在包含位于脊部30的下方的活性层25的部分，形成有在[1-100]方向(图1的A方向)上延伸的波导路，由该波导路与光射出面1和光反射面2构成共振器。此外，n型层21、n型包覆(clad)层22、n型载流子阻挡层23、n型光引导层24、活性层25、p型光引导层26、p型覆盖层27、p型包覆层28和p型接触层29分别是本发明的“半导体元件层”的一个例子。此外，活性层25是本发明的“发光层”的一个例子。
此外，如图2中所示，在构成脊部30的p型接触层29上，从下层侧向上层侧依次形成有具有大约5nm厚度的Pt层、具有大约100nm厚度的Pd层、和具有大约150nm厚度的Au层而构成的p侧欧姆(omhic)电极31。此外，在p侧欧姆电极31的上表面以外的区域上，形成有由具有大约250nm厚度的SiO2膜(绝缘膜)形成的电流阻挡层32。此外，在电流阻挡层32上的规定区域中，以与p侧欧姆电极31的上表面接触的方式，由从下层侧向上层侧的方向依次形成的具有大约100nm厚度的Ti层、具有大约100nm厚度的Pd层、和具有大约3μm厚度的Au层构成的p侧衬垫电极33。
此外，如图2所示，在n型GaN基板10的下表面上，形成有n侧电极34。该n侧电极34由具有大约10nm厚度的Al层、具有大约20nm厚度的Pt层和具有大约300nm厚度的Au层从n型GaN基板10的下表面开始由近及远依次层积而构成。
其次，参照图1和图2，说明基于第一实施方式的氮化物类半导体激光元件1000的制造工艺。
首先，如图2中所示，在基板10上，采用金属有机化学气相外延(MOVPE)法，依次形成具有大约100nm厚度的n型层21、具有大约400nm厚度的n型包覆层22、具有大约5nm厚度的n型载流子阻挡层23、具有大约100nm厚度的n型光引导层24、和具有大约90nm总厚度的活性层25。此外，在活性层25上依次形成具有大约100nm厚度的p型光引导层26、具有大约20nm厚度的p型覆盖层27、具有大约400nm厚度的p型包覆层28、和具有大约10nm厚度的p型接触层29。之后，进行p型化退火处理和通过蚀刻完成脊部30的形成之后，利用真空蒸镀法分别形成p侧欧姆电极31、电流阻挡层32和p侧衬垫电极33。此外，在基板10的下表面上，通过真空蒸镀法形成n侧电极34。
接下来，对构成氮化物类半导体激光元件1000(参照图1)的共振器端面和端面涂层膜的形成方法进行说明。首先，通过在规定的部分使用激光或机械式划线器，在与脊部30的延伸方向(图1中的A方向)正交的方向上形成划线痕。在除了脊部30的部分，该划线痕形成为虚线状。
此处，在第一实施方式中，沿着划线痕将形成有上述半导体激光器结构的基板10劈开，形成分离为条状的结构。之后，将形成有劈开面的条状的基板导入电子回旋共振(ECR)溅射成膜装置。
此外，通过将ECR等离子体照射在由劈开面形成的光射出面1(参照图1)上而净化光射出面1。ECR等离子体是在N2气氛中产生的。此时，光射出面1(参照图1)被轻微蚀刻。而且这时不向溅射目标施加RF功率。之后，通过ECR溅射法，在光射出面1依次形成第一防变质层40和Al2O3膜51(参照图1)。
此外，与上述净化光射出面1的工序同样，通过将ECR等离子体照射到由劈开面形成的光反射面2(参照图1)上而净化光反射面2。此时，光反射面2被轻微蚀刻。而且这时不向溅射目标施加RF功率。之后，通过ECR溅射法，在光反射面2上依次形成第二防变质层60、SiO2膜63和多层反射膜64(参照图1)。
之后，通过沿着与脊部30延伸的方向(图1中的A方向)平行的方向分离条状的基板10，由此形成芯片化的氮化物类半导体激光元件1000。
像这样，按照第一实施方式，由于具备通过照射ECR等离子体对劈开后的光射出面1和光反射面2进行净化的工序，能够很容易地形成能抑制波导路端面附近劣化或COD的发生的氮化物类半导体激光元件1000。由此，形成基于第一实施方式的氮化物类半导体激光元件1000。
在第一实施例中，如上所述，在光射出面1上具有按照从光射出面1由近及远的顺序依次形成AlN膜41、Al2O3膜42和AlN膜43而成的第一防变质层40。由此，通过配置在外侧的AlN膜43，Al2O3膜51中和气氛中存在的氧难以进入第一防变质层40，从而能够抑制Al2O3膜42和AlN膜41的界面中的氧脱离、和氧与氮的置换反应等。也就是说，抑制了Al2O3膜42和AlN膜41的界面发生变质劣化。故而，即使在使激光器的出射光高输出化的情况下，也能够抑制光射出面1和第一防变质层40附近的发热，因此抑制了光射出侧的共振器端面(光射出面1)的破坏。其结果是，能够提高氮化物类半导体激光元件1000的可靠性。而且上述效果，尤其对于射出大约525nm以下的短振动波长并具有高能量的激光的半导体激光元件格外有效。
此外，在上述结构的情况下，即使在Al2O3膜42和AlN膜41的界面发生变质的情况，通过AlN膜43也能够将在Al2O3膜42内扩展的变质区域限制在Al2O3膜42内，从而能够抑制变质的扩大。因此，能够将第一防变质层40的变质抑制在最小限度内。
此外，通过调整在第一防变质层40上、即在位于与光射出面1相反一侧的第一防变质层40的表面上形成的Al2O3膜51的厚度，能够很容易地控制从光射出面1射出的激光的反射率。由此，能够提高对应于高输出化的氮化物类半导体激光元件1000的可靠性。
此外，由于将构成第一防变质层40的AlN膜41的厚度t1、Al2O3膜42的厚度t2和AlN膜43的厚度t3分别设定为t1＜λ/(4×n1)、t2＜λ/(4×n2)和t3＜λ/(4×n3)，构成第一防变质层40的各个膜的厚度变得小于λ/(4×n)。由此，从光射出面1射出的激光不受构成第一防变质层40的各膜厚度影响地透过而到达Al2O3膜51。其结果是，能够很容易抑制被设定为具有所期望的反射率(约8％)的Al2O3膜51的反射率控制功能受到第一防变质层40影响。此外，由于构成第一防变质层40的各膜的厚度较薄，故而膜形成之后的应力所引起的膜剥落(剥离)等也能够得到抑制。
此外，在第一实施方式中，第一防变质层40的AlN膜41与半导体元件层20相接触。由此，由于AlN膜41与光射出面1相接触，所以利用AlN膜41能够很容易地抑制Al2O3膜42的氧进入半导体元件层20。
此外，在第一实施方式中，AlN膜41和AlN膜43、与Al2O3膜42含有相同的Al元素。由此，由于相互接触的AlN膜41和Al2O3膜42、以及互相接触的AlN膜43和Al2O3膜42，分别是包含同种类金属元素(Al元素)的材料，能够提高接触时的密接性。其结果是，能够抑制AlN膜41和AlN膜43的剥落(剥离)。
此外，在第一实施方式中，AlN膜41和AlN膜43分别含有Al。由此，因含有Al的氮化物具有良好的绝缘性，所以能够提高AlN膜41和AlN膜43的绝缘性。此外，利用含有Al的氮化膜可以有效地抑制氧进入第一防变质层40和半导体元件层20。
此外，在第一实施方式中，Al2O3膜42含有Al。由此，因含有Al的氧化物具有良好的绝缘性，能够提高Al2O3膜42的绝缘性。此外，由于含有Al的Al2O3膜42与从两侧夹着Al2O3膜42的AlN膜41和AlN膜43含有同种类的金属元素(Al元素)而能够容易地相接触，因而能够提高各膜间的密接性。
此外，在第一实施方式中，含有活性层25的半导体元件层20由氮化物类半导体形成。由此，在能够射出具有大约405nm带域的短振动波长并且高能量的激光的氮化物类半导体激光元件1000中，能够有效地抑制尤其是在激光射出时的发热引起的光射出侧的共振器端面(光射出面1)的破坏。
此外，在第一实施方式中，通过将构成第二防变质层60的AlN膜61的厚度t5和Al2O3膜62的厚度t6分别设定为t5＜λ/(4×n5)、和t6＜λ/(4×n6)，构成第二防变质层60的各个膜的厚度变得小于λ/(4×n)。由此，从光反射面2出射的激光能够不受构成第二防变质层60的各膜的厚度影响而透过。此外，将SiO2膜63的厚度t8设定为t8≒λ/(2×n8)，因此即使在SiO2膜63中，激光实质上也不发生反射。其结果是，能够很容易地抑制设定为具有所期望的反射率(大约98％)的多层反射膜64的反射率控制功能受到第二防变质层60的影响。
此外，构成第二防变质层60的各膜的厚度较薄，从而能够抑制膜形成后由应力引起的膜剥落(剥离)。
(第一实施方式的第一变形例)
参照图3，该第一实施方式的第一变形例与上述第一实施方式不同，以与第一防变质层40相接触的方式形成有具有厚度大约95nm的SiO2膜52。并且，SiO2膜52是作为本发明的“第二氧化膜”和“第二绝缘膜”的一个例子。
此外，基于第一实施方式的第一变形例的氮化物类半导体激光元件1005的其它结构和制造过程与第一实施方式相同。
如上所述，第一实施方式的第一变形例，通过调整形成在第一防变质层40上、即在位于与光射出面1相反一侧位置的第一防变质层40的表面上的SiO2膜52的厚度，能够很容易地控制射出光射出面1的激光的反射率。故而与上述第一实施方式相同，能够提高对应于高输出化的氮化物类半导体激光元件1005的可靠性。此外，该第一变形例的其它效果与上述第一实施方式相同。
(第二实施方式)
参照图4，说明在该第二实施方式中，取代上述第一实施方式中使用的Al2O3膜42，而采用作为氮氧化膜的AlOXNY膜44，并且在第一防变质层40和Al2O3膜51之间采用作为氮氧化膜的AlOXNY膜45的情况。并且，AlOXNY膜44是作为本发明的“第一氮氧化膜”和“第一中间膜”的例子。此外，AlOXNY膜45是作为本发明的“第三氮氧化膜”和“第二中间膜”的例子。并且，在以下的说明中，AlOXNY膜44和AlOXNY膜45分别记载为AlON膜44和AlON膜45。
此处，在第二实施方式中，如图4中所示，在氮化物类半导体激光元件2000的光射出面1上，按照从光射出面1由近及远的顺序，依次层积与光射出面1接触的具有大约10nm厚度的AlN膜41、与AlN膜41接触的具有大约10nm厚度的AlON膜44和与AlON膜44接触的具有大约10nm厚度的AlN膜43而形成的作为电介质多层膜的第一防变质层240。此外，在第一防变质层240上以与第一防变质层240接触的方式形成有具有大约10nm厚度的AlON膜45和具有大约70nm厚度的Al2O3膜51。也就是说，在第二实施方式中，在光射出面1上按照从光射出面1由近及远的顺序，氮化膜和氮氧化膜相互交替地各层积有两层。此外，第一防变质层240是作为本发明的“第一绝缘膜”的一例。
此外，在第二实施方式中，在ALON膜44和45的折射率分别为n2和n4(＝约1.68～约2.15范围的值(由Al2O3与AlN的混合比例决定))的情况下，AlON膜44的厚度t2(＝约10nm)和AlON膜45的厚度t4(＝约10nm)分别设定为具有t2＜λ/(4×n2)、t4＜λ/(4×n4)的关系。
也就是说，在第二实施方式中，在具有大约405nm振动波长λ的半导体元件层20中，AlON膜44和45的厚度t2与t4优选分别形成为t2＜约47nm～约60nm的范围，和t4＜约47nm～约60nm的范围。此处，由于AlON的折射率由Al2O3与AlN的混合比例决定为在约1.68～约2.15的范围内，关于AlON膜44和45的厚度t2与t4，上述范围存在。此外，氮氧化膜(AlON膜44和45)优选具有约1nm～约20nm的范围的厚度。
此外，根据第二实施方式的氮化物类半导体激光元件2000的其它结构和制造工艺与上述第一实施方式相同。
在第二实施方式中，如上所述，在光射出面1上，具备按照从光射出面1由近及远依次形成AlN膜41、AlON膜44和AlN膜43而成的第一防变质层240。由此，利用配置在外侧的AlN膜43，存在于ALON膜44和气氛中的氧难以进入第一防变质层240，因此能够抑制ALON膜44和AlN膜41的界面的氧脱离以及氧与氮发生置换反应等。也就是说，能够抑制AlON膜44和AlN膜41的界面发生变质劣化。特别是，由于AlON膜44等的氮氧化膜与Al2O3膜等的氧化膜相比氧原子的含有率小，因此可以认为上述反应会变得更轻微。因而，即使在激光器出射光达到高输出化的情况下，也能够抑制光射出面1和第一防变质层240附近的发热，因此抑制了共振器端面(光射出面1)的破坏。其结果是，能够提高氮化物类半导体激光元件2000的可靠性。
此外，即使在AlON膜44与AlN膜41的界面发生变质的情况下，由于利用AlN膜43也能够将在AlON膜44内扩大的变质区域限制在AlON膜44内部，从而能够抑制变质的扩大。因此，能够将第一防变质层240的变质抑制在最小限度内。
此外，通过将构成第一防变质层240的AlN膜41的厚度t1、AlON膜44的厚度t2和AlN膜43的厚度t3分别设定为t1＜λ/(4×n1)、t2＜λ/(4×n2)以及t3＜λ/(4×n3)，由此构成第一防变质层240的各个膜的厚度变得小于λ/(4×n)。由此，从光射出面1射出的激光不受到构成第一防变质层240的各个膜的厚度影响地透过，并到达Al2O3膜51。其结果是，能够很容易地抑制被设定为具有所期望反射率(约8％)的Al2O3膜51的反射率控制机能受到第一防变质层240的影响。此外，由于构成第一防变质层240的各膜的厚度较薄，从而能够抑制在膜形成之后由于应力所引起的膜剥落(剥离)。
此外，在第二实施方式中，在第一防变质层240和Al2O3膜51之间进一步形成氮氧化膜即AlON膜45。因此，在光射出面1上，由AlN膜41和AlON膜44形成的区域、以及由AlN膜43和AlON膜45形成的区域，按照从光射出面1由近及远的顺序形成多层化，从而能够更进一步抑制光射出侧的共振器端面(光射出面1)的破坏。
此外，在第二实施方式中，AlON膜45的厚度t4也设定为t4＜λ/(4×n4)。由此，从光射出面1出射的激光也能够不受AlON膜45的厚度的影响而透过，并到达Al2O3膜51。其结果是，能够很容易地抑制控制反射率的Al2O3膜51的反射率控制机能受到第一防变质层240的影响。
此外，在第二实施方式中，AlON膜44含有Al。由此，由于含有Al的氮氧化物具有良好的绝缘性，从而能够提高AlON膜44的绝缘性。此外，由于AlON膜44与从两侧夹着AlON膜44的AlN膜41和AlN膜43含有同种类的金属元素(Al元素)，所以能够很容易地相接触，从而能够提高各个膜之间的密接性。此外，第二实施方式中的其它效果与上述第一实施方式相同。
(第三实施方式)
参照图5说明在第三实施方式中，与上述第一实施方式不同，在光反射面2的侧面形成有由氮化膜和氧化膜多层化而形成的电介质多层膜、即第二防变质层160的情况。并且，第二防变质层160是本发明“第三绝缘膜”的一个例子。
此处，在第三实施方式中，如图5所示，在氮化物类半导体激光元件3000的光反射面2上，按照从光反射面2由近及远的顺序形成有由与光反射面2接触的具有大约10nm厚度的AlN膜61、与AlN膜61接触的具有大约10nm厚度的Al2O3膜62、和与Al2O3膜62接触的具有大约10nm厚度的AlN膜73层积而成的电介质多层膜、即第二防变质层160。并且，AlN膜61是本发明“第三氮化膜”的一个例子，Al2O3膜62是本发明“第四氧化膜”和“第三中间膜”的一个例子，AlN膜73是本发明“第四氮化膜”的一个例子。在第三实施方式中，通过AlN膜61、Al2O3膜62和AlN膜73，第二防变质层160自身和光反射面2具有能够抑制伴随着反射激光而变质的功能。
此外，在第二防变质层160上，也就是在位于与光反射面2相反一侧位置的、第二防变质层160的表面上，以与AlN膜73接触的方式形成有具有大约140nm厚度的SiO2膜63。此外，在SiO2膜63上，与SiO2膜63接触的作为低折射率膜的具有大约70nm厚度的SiO2膜和作为高折射率膜的具有大约50nm厚度的ZrO2膜相互交替地各层积有6层而形成具有约720nm厚度的电介质多层膜、即多层反射膜64。
此外，在第三实施方式中，在AlN膜61、Al2O3膜62和AlN膜73的折射率分别设定为n5(＝约2.15)、n6(＝约1.68)和n7(＝约2.15)的情况下，AlN膜61的厚度t5(＝约10nm)、Al2O3膜62的厚度t6(＝约10nm)和AlN膜73的厚度t7(＝约10nm)分别设定为具有t5＜λ/(4×n5)、t6＜λ/(4×n6)以及t7＜λ/(4×n7)的关系。
也就是说，在第三实施方式中，具有大约405nm振动波长λ的半导体元件层20中，AlN膜61的厚度t5优选形成为t5＜约47nm。此外，AlN膜73的厚度t6优选形成为t6＜约47nm。此外，氮化膜(AlN膜61和73)优选形成为具有约1nm～约20nm范围的厚度。此外，Al2O3膜62的厚度t7优选形成为t7＜约60nm，尤其优选的是具有约1nm～约20nm的范围的厚度。
此外，基于第三实施方式的氮化物类半导体激光元件3000的其它结构和制造工艺与上述第一实施方式相同。
在第三实施方式中，如上所述，在光反射面2上，具有按照从光反射面2由近及远的顺序形成AlN膜61、Al2O3膜62和AlN膜73而构成的第二防变质层160。因此，利用配置在外侧的AlN膜73，由氧化物形成的多层反射膜64中和气氛中存在的氧难以进入第二防变质层160，所以能够抑制Al2O3膜62与AlN膜61的界面发生变质而劣化。因此，即使在激光出射光达到高输出化的情况下，也能够抑制光反射面2和第二防变质层160的发热，从而能够抑制光反射侧的共振器端面(光反射面2)的破坏。其结果是，能够进一步提高氮化物类半导体激光元件3000的可靠性。
而且，即使在Al2O3膜62与AlN膜61的界面发生变质的情况下，由于利用AlN膜73也能够将在Al2O3膜62内扩大的变质区域限制在Al2O3膜62内，因此抑制变质的扩大。由此，能够将第二防变质层160的变质限制在最小限度内。
此外，通过将构成第二防变质层160的AlN膜61的厚度t5、Al2O3膜62的厚度t6和AlN膜73的厚度t7分别设定为t5＜λ/(4×n5)、t6＜λ/(4×n6)和t7＜λ/(4×n7)，使构成第二防变质层160的各个膜的厚度小于λ/(4×n)。由此，一旦激光从光反射面2射出，就能够不受到构成第二防变质层160的各膜的厚度影响地透过并到达多层反射膜64。由此，能够很容易地抑制被设定为具有所期望的反射率(98％)的多层反射膜64的反射率控制功能受到第二防变质层160的影响。此外，由于构成第二防变质层160的各膜的厚度较薄，从而也能够抑制膜形成后由于应力引起的膜剥落(剥离)等。
此外，在第三实施方式中，第二防变质层160的AlN膜61与半导体元件层20相接。由此，由于光反射面2与AlN膜61接触，所以利用AlN膜61能够很容易地抑制Al2O3膜62的氧进入半导体元件层20。
此外，在第三实施方式中，AlN膜61和AlN膜73、与Al2O3膜62含有相同的Al元素。由此，相互接触的AlN膜61与Al2O3膜62，以及互相接触的AlN膜73和Al2O3膜62，分别是含有同种类金属元素(Al元素)的材料，所以能够提高接触时的密接性。其结果是，能够抑制AlN膜61和AlN膜73的剥落(剥离)。
此外，在第三实施方式中，AlN膜61和AlN膜73分别含有Al。由此，因含有Al的氮化物具有良好的绝缘性，从而能够提高AlN膜61和AlN膜73的绝缘性。此外，利用含有Al的氮化膜，可以有效地抑制氧进入第二防变质层160和半导体元件层20。
此外，在第三实施方式中，Al2O3膜62含有Al。由此，因含有Al的氧化物具有良好的绝缘性，所以能够提高Al2O3膜62的绝缘性。此外，由于Al2O3膜62与从两侧夹着Al2O3膜62的AlN膜61和AlN膜73含有相同的金属元素(Al)，因此能够提高各膜之间的密接性。
此外，在第三实施方式中，在第二防变质层160上，隔着与AlN膜73接触的SiO2膜63具有多层反射膜64。由此，通过调整多层反射膜64的厚度，能够很容易地控制从在光反射面2上的第二防变质层160所射出的激光的反射率。并且，第三实施方式的其它效果与上述第一实施方式相同。
(第四实施方式)
参照图6说明在第四实施方式中，与上述第一实施方式不同的情况：构成氮化物类半导体激光元件4000的第一防变质层340，由两个氮化膜、和被该两个氮化膜所夹着的氧化膜和氮氧化膜形成，并且，第二防变质层260具备氮化膜、氮氧化膜和氧化膜依次层积的结构。
此处，在第四实施方式中，如图6所示，在氮化物类半导体激光元件4000的光射出面1上形成有，按照从光射出面1由近及远的顺序，依次由与光射出面1接触的具有大约10nm厚度的AlN膜41、与AlN膜41接触的具有大约5nm厚度的AlON膜81、与AlON膜81接触的具有大约2.5nm厚度的Al2O3膜82、与Al2O3膜82接触的具有大约2.5nm厚度的AlON膜83、和与AlON膜83接触的具有大约10nm厚度的AlN膜43层积而形成的电介质多层膜、即第一防变质层340。此外，在第一防变质层340上，以与第一防变质层340相接触的方式形成有具有大约73nm厚度的Al2O3膜51。并且，AlON膜81、Al2O3膜82和AlON膜83是本发明“第一中间膜”的一个例子，并且分别是本发明“第一氮氧化膜”、“第一氧化膜”和“第一氮氧化膜”的一个例子。此外，通过Al2O3膜51，光射出面1处的激光反射率被设定为大约8％。
此外，在第四实施方式中，在AlON膜81、Al2O3膜82和AlON膜83所具有的平均折射率为n2的情况下，AlON膜81、Al2O3膜82和AlON膜83具有的总厚度t2(＝约10nm)被设定为具有t2＜λ/(4×n2)的关系。此处，由于上述3层(AlON膜81、Al2O3膜82和AlON膜83)所形成的多层膜的平均折射率n2根据Al2O3和AlN的混合比例决定在大约1.68～约2.15的范围内，所以在具有大约405nm的振动波长λ的半导体元件层20中，总厚度t2优选形成在t2＜约47nm(AlN约占100％)～约60nm(Al2O3约占100％)的范围，特别是优选形成为具有约1nm～约20nm范围的厚度。
另外，如图6所示，在氮化物类半导体激光元件4000的光反射面2形成有，按照从光反射面2由近及远的顺序，由与光反射面2接触的具有大约10nm厚度的AlN膜61、与AlN膜61接触的具有大约5nm厚度的AlON膜84、和与AlON膜84接触的具有大约5nm厚度的Al2O3膜85层积而形成的电介质多层膜、即第二防变质层260。并且，在第二防变质层260上形成有与Al2O3膜85接触的具有大约140nm厚度的SiO2膜63。另外，在SiO2膜63上形成有，与SiO2膜63接触的作为低折射率膜的具有大约70nm厚度的SiO2膜和作为高折射率膜的具有大约50nm厚度的ZrO2膜相互交替地各层积有6层而形成的具有大约720nm厚度的电介质多层膜、即多层反射膜64。此外，利用多层反射膜64可以将光反射面2的激光的反射率设定为具有大约98％的高反射率。
此外，在第四实施方式中，在AlN膜61、AlON膜84和Al2O3膜85的折射率分别为n5(＝约2.15)、n6(＝约1.68～约2.15)和n9(＝约1.68)的情况下，AlN膜61的厚度t5(＝约10nm)、AlON膜84的厚度t6(＝约5nm)和Al2O3膜85的厚度t9(＝约5nm)分别被设定为具有t5＜λ/(4×n5)、t6＜λ/(4×n6)和t9＜λ/(4×n9)的关系。
而且，基于第四实施方式的氮化物类半导体激光元件4000的其它结构和制造工艺与上述第一实施方式相同。
在第四实施方式中，如上所述，在AlN膜41和AlN膜43之间，形成有AlON膜81、Al2O3膜82和AlON膜83。由此，Al2O3膜51中和气氛中存在的氧更加难以进入第一防变质层340中，从而能够进一步抑制AlON膜81与AlN膜41的界面发生变质而劣化。
此外，在第四实施方式中，在AlN膜41和AlN膜43之间，AlON膜81和AlON膜83按照沿层积方向夹着Al2O3膜82的方式形成。由此，第一防变质层340通过依次层积氮化膜(AlN膜41)、氮氧化膜(AlON膜81)、氧化膜(Al2O3膜82)、氮氧化膜(AlON膜83)和氮化膜(AlN膜43)而成，因此第一防变质层340中的组成是逐渐变化的。其结果是，能够进一步提高第一防变质层340中各膜间的密接性，从而能够维持由多层薄膜形成的第一防变质层340的强度。
此外，在第四实施方式中，因为构成第二防变质层260的AlN膜61的厚度t5、AlON膜84的厚度t6和Al2O3膜85的厚度t9被设定为分别具有t5＜λ/(4×n5)、t6＜λ/(4×n6)和t9＜λ/(4×n9)的关系，构成第二防变质层260的各个膜的厚度变得小于λ/(4×n)。由此，从光反射面2射出的激光能够不受构成第二防变质层260的各膜的厚度影响地透过。此外，第四实施方式中的其它效果与上述第一实施方式相同。
(第五实施方式)
参照图7和图8，说明基于本发明第五实施方式的氮化物类半导体激光元件5000的构造。在该第五实施方式中，与上述第一实施方式不同的是采用振动波长λ约为365nm的紫外光半导体激光器。
此处，在第五实施方式中，如图7所示，在氮化物类半导体激光元件5000的光射出面1上形成有，按照从光射出面101由近及远的顺序，层叠与光射出面101接触的具有大约10nm厚度的AlN膜41、与AlN膜41接触的具有大约10nm厚度的HfO2膜142、和与HfO2膜142接触的具有大约10nm厚度的AlN膜43而形成的电介质多层膜、即第一防变质层440。并且，在第一防变质层440上以与第一防变质层440接触的方式形成有具有大约100nm厚度的HfO2膜151。此外，第一防变质层440是本发明“第一绝缘膜”的一个例子。此外，HfO2膜142是本发明“第一氧化膜”和“第一中间膜”的一个例子，HfO2膜151是本发明“第二氧化膜”和“第二绝缘膜”的一个例子。此外，利用HfO2膜151，光射出面101处的激光的反射率被设定为具有大约8％的反射率。
此外，在第五实施方式中，在AlN膜41、HfO2膜142和AlN膜43的折射率分别为n1(＝约2.15)、n2(＝约1.95)和n3(＝约2.15)的情况下，AlN膜41的厚度t1(＝约10nm)、HfO2膜142的厚度t2(＝约10nm)和AlN膜43的厚度t3(＝约10nm)被设定为分别具有t1＜λ/(4×n1)、t2＜λ/(4×n2)和t3＜λ/(4×n3)的关系。
也就是说，在第五实施方式中，在具有大约365nm的振动波长λ的半导体元件层120中，AlN膜41的厚度t1优选形成为t1＜约42nm。此外，AlN膜43的厚度t3优选形成为t3＜约42nm。并且，氮化膜(AlN膜41和43)优选形成为具有约1nm～约20nm范围的厚度。此外，对于HfO2膜142的厚度t2优选形成为t2＜约47nm，特别是，优选具有约1nm～约20nm范围的厚度。
此外，如图7所示，在氮化物类半导体激光元件5000的光反射面102上形成有，按照从光反射面102由近及远的顺序，层积与光反射面102接触的具有大约10nm厚度的AlN膜61、和与AlN膜61接触的具有大约10nm厚度的HfO2膜162而形成的电介质多层膜、即第二防变质层360。并且，在第二防变质层360上，形成有与HfO2膜162接触的具有大约100nm厚度的SiO2膜63。在SiO2膜63上形成有，与SiO2膜接触的作为低折射率膜的具有大约70nm厚度的SiO2膜和作为高折射率膜的具有大约40nm厚度的HfO2膜相互交替地个层积8层而形成的具有大约880nm厚度的电介质多层膜、即多层反射膜164。此外，利用多层反射膜164可以将光反射面102的激光反射率设定为具有大约98％的高反射率。
此外，在第五实施方式中，在AlN膜61、HfO2膜162和SiO2膜63的折射率分别为n5(＝约2.15)、n6(＝约1.95)和n8(＝约1.48)的情况下，AlN膜61的厚度t5(＝约10nm)、HfO2膜162的厚度t6(＝约10nm)和SiO2膜63的厚度t8(＝约100nm)被设定为分别具有t5＜λ/(4×n5)、t6＜λ/(4×n6)和t8＜λ/(2×n8)的关系。
此外，如图8中所示，氮化物类半导体激光元件5000的半导体元件层120，在由n型GaN形成的基板10的上表面形成有n型层121，其具有大约100nm的厚度、并且由掺杂有具有大约5×1018cm-3掺杂量的Ge的n型GaN形成。此外，在n型层121上形成有n型包覆层122，其具有大约700nm的厚度、并且由掺杂有具有大约5×1018cm-3掺杂量和大约5×1018cm-3载流子浓度的Ge的n型Al0.10Ga0.90N形成。
此外，在n型包覆层122上，形成有具有大约10nm厚度的由无掺杂Al0.20Ga0.80N形成的n侧载流子阻挡层123。此外，在n侧载流子阻挡层123上，形成有具有大约150nm厚度的、由掺杂有具有大约5×1018cm-3掺杂量和大约5×1018cm-3载流子浓度的Ge的n型Al0.03Ga0.97N形成的n型光引导层124。此外，在n型光引导层124上形成有活性层125。该有活性层125具有：由具有大约10nm厚度的由无掺杂Al0.06Ga0.94N形成的2层障壁层、与具有大约18nm厚度的由无掺杂GaN形成的单层的阱层相互交替层积而成的SQW结构。
此外，如图8所示，在活性层125上形成有p型光引导层126，其具有大约150nm厚度、并且由掺杂有具有大约3×1019cm-3掺杂量和大约7×1017cm-3载流子浓度的Mg的p型Al0.03Ga0.97N形成。在p型光引导层126上形成有具有大约10nm厚度的、由无掺杂Al0.20Ga0.80N形成的p侧载流子阻挡层127。
此外，在p侧载流子阻挡层127上形成有p型包覆层128，其具有凸部128a和凸部128a以外的平坦部128b，并且由掺杂有具有大约3×1019cm-3掺杂量和大约7×1017cm-3载流子浓度的Mg的p型Al0.10Ga0.90N形成。该p型包覆层128的平坦部128b在凸部128a的左右两侧具有大约80nm的厚度。此外，从p型包覆层128的平坦部128b的上面到凸部128a的上面具有大约320nm的高度，并且凸部128a具有大约1.5μm的宽度。
此外，在p型包覆层128的凸部128a上形成有p型接触层129，其具有大约10nm厚度、并且由掺杂有具有大约4×1019cm-3掺杂量和大约5×1017cm-3载流子浓度的Mg的p型In0.02Ga0.98N形成。由该p型接触层129和p型包覆层128的凸部128a形成脊部130，其具有一个侧面130a、和位于与一个侧面130a相反侧位置的另一个侧面130b。此外，脊部130，下部具有大约1.5μm的宽度，形成为在[1-100]方向上(作为激光出射方向的图7的A方向)延伸的形状。此处，在包含位于脊部130的下方的活性层125的部分，形成有在[1-100]方向上(图7中A方向)延伸的波导路，并且由该波导路与光射出面101和光反射面102构成共振器。此外，n型层121、n型包覆层122、n侧载流子阻挡层123、n型光引导层124、活性层125、p型光引导层126、p侧载流子阻挡层127、p型包覆层128和p型接触层129分别是本发明的“半导体元件层”的一个例子。此外，活性层125是本发明的“发光层”的一个例子。
此外，基于第五实施方式的氮化物类半导体激光元件5000的其它结构和制造工艺与上述第一实施方式相同。
在第五实施方式中，如上所述，作为在光射出面101上形成的端面涂层膜的第一氧化膜和第二氧化膜，分别使用HfO2膜142和151来取代在第一实施方式中使用的Al2O3膜42和Al2O3膜51。此处，由于HfO2的吸收限为紫外区域以下(λ＝约300nm以下)，所以在射出紫外光(λ＝365nm)的氮化物类半导体激光元件5000中，能够抑制在光射出面101上形成的端面涂层膜对光的吸收，从而能够更有效地从光射出面101获得光。
此外，在第五实施方式中，在光反射面102上形成的端面涂层膜的第二防变质层360中，使用HfO2膜162取代第一实施方式中采用的Al2O3膜62，在多层反射膜164中也使用HfO2膜取代第一实施方式中采用的Al2O3膜。由此，与在光射出面101上形成的端面涂层膜同样，能够抑制在光反射面102上形成的端面涂层膜对光的吸收，从而在光反射面102能够更有效地反射光。
此外，HfO2膜的应力与Al2O3膜的应力相比能够更容易减小，因此能够抑制在光射出面101和光反射面102上形成的各端面涂层膜的剥离。此外，HfO2膜的膜密度与Al2O3膜的膜密度相比能够更容易增大，所以能够抑制在高能量的激光照射的情况下发生变质。其结果是，能够提高氮化物类半导体激光元件5000的可靠性。第五实施方式的其它效果与上述第一实施方式相同。
此外，现在所公开的实施方式，全部都是示例而不能被认为是限制性内容。本发明的范围并不是上述实施方式的说明，而是由权利要求所示的范围表示，而且与权利要求的范围具有均等的含义和范围内的全部变更也包括在本发明的范围内。
例如，在上述第一～第五实施方式中，表示半导体元件层20(120)由氮化物类半导体层构成的例子，而本发明并不局限于此，也可以采用氮化物类半导体层之外的半导体层构成半导体元件层。
此外，在上述第一～第五实施方式中，第一氮化膜(AlN膜41)和第二氮化膜(AlN膜43)分别以AlN膜为例，但本发明并不局限于此，上述第一和第二氮化膜也可以使用含有Si元素等的氮化物形成。在这种变形例的情况下，例如，第一氮化膜和第二氮化膜可以分别采用由Si3N4形成的氮化膜。在这种情况下，第一氮化膜和第二氮化膜具有大约2.1的折射率，所以第一氮化膜和第二氮化膜的厚度t优选形成为t＜约48nm，特别是，优选具有约1nm～约20nm范围的厚度。
此外，在上述第一～第五实施方式中，第一氮化膜(AlN膜41)和第二氮化膜(AlN膜43)都以AlN膜为例，但本发明并不局限于此，第一氮化膜和第二氮化膜也可以形成为含有不同金属元素的氮化膜。
此外，在上述第一和第三实施方式中，第一氧化膜(Al2O3膜42)以Al2O3为例，但本发明并不局限于此，上述第一氧化膜也可以由含有Si元素、Zr元素、Ta元素、Hf元素和Nb元素等的氧化物形成。在这种变形例中，在具有大约1.48的折射率的SiO2膜作为第一氧化膜的情况下，第一氧化膜的厚度t优选形成为t＜约68nm。此外，在具有约2.28的折射率的ZrO2膜作为第一氧化膜的情况下，第一氧化膜的厚度t优选形成为t＜约44nm。此外，在具有约2.25的折射率的Ta2O5膜作为第一氧化膜的情况下，第一氧化膜的厚度t优选形成为t＜约45nm。此外，在具有约1.95的折射率的HfO2膜作为第一氧化膜的情况下，第一氧化膜的厚度t优选形成为t＜约47nm。此外，在具有约2.35的折射率的Nb2O5膜作为第一氧化膜的情况下，第一氧化膜的厚度t优选形成为t＜约43nm。此外，对于上述示例的各第一氧化膜，尤其优选的是形成为具有约1nm～20nm范围内的厚度。
此外，在上述第二实施方式中，第一氮氧化膜(AlON膜44)以AlON膜为例，但本发明并不局限于此，上述第一氮氧化膜也可以由含有Si元素等的氮氧化物形成。在这种变形例中，例如，在由SiOXNY(以下记载为SiON)形成的氮氧化膜作为第一氮氧化膜的情况下，SiON的折射率由SiO2和Si3N4的混合比例决定为在约1.48～约2.1的范围内，因此第一氮氧化膜的厚度t优选形成在t＜约48nm(SiO2约占100％)～约68nm(Si3N4约占100％)的范围内，尤其优选的是形成为具有约1nm～约20nm范围的厚度。
此外，在上述第四实施方式中，表示出在第一氮化膜(AlN膜41)和第二氮化膜(AlN膜43)之间形成的第一中间膜是，由第一氧化膜(Al2O3膜82)和在层积方向上夹着第一氧化膜的2个第一氮氧化膜(AlON膜81和AlON膜83)构成的例子，但本发明并不局限于此，例如，第一中间膜也可以含有第一氧化膜和第一氮氧化膜各一层等，第一中间膜含有第一氧化膜和第一氮氧化膜两者的其它组合。
此外，在上述第二实施方式中，表示出在第二氮化膜(AlN膜43)和第二氧化膜(Al2O3膜51)之间形成第三氮氧化膜(AlON膜45)作为第二中间膜的例子，但本发明并不局限于此，Al2O3膜、SiO2膜的氧化膜也可以作为第二中间膜。此外，采用Al2O3膜、SiO2膜等的氧化膜作为第二中间膜是本发明“第三氧化膜”的一个例子。或者，该第二中间膜也可以含有第三氮氧化膜和上述第三氧化膜两者。
此外，在上述第二实施方式中，表示出第一氮氧化膜(AlON膜44)和第三氮氧化膜(AlON膜45)均为AlON膜的例子，但本发明并不局限于此，第一氮氧化膜和第三氮氧化膜也可以是含有不同金属元素的氮氧化膜。
此外，在上述第一～第四实施方式中，表示出采用作为氧化膜的Al2O3膜51或SiO2膜52作为控制光射出面1的反射率的第二绝缘膜的例子，但本发明并不局限于此，第二绝缘膜也可以采用作为氮氧化膜的AlON膜、SiON膜等。此外，用作第二绝缘膜的AlON膜、SiON膜等的氮氧化膜是本发明“第二氮氧化膜”的一个例子。或者，第二绝缘膜也可以构成为含有第二氧化膜和上述第二氮氧化膜两者。
此外，在上述第一～第四实施方式中，表示出控制光射出面1的反射率的Al2O3膜51的厚度形成为约70nm或约73nm(第二实施方式中为约60nm)的例子，但本发明并不局限于此，Al2O3膜51的厚度也可以形成为上述厚度以外的厚度。
此外，在上述第一实施方式的第一变形例中，表示出控制光射出面1的反射率的SiO2膜52的厚度形成为约70nm的例子，然而本发明并不局限于此，SiO2膜52的厚度也可以形成为上述以外的厚度。
此外，在上述第三实施方式中，表示出第三氮化膜(AlN膜61)和第四氮化膜(AlN膜73)分别形成为AlN膜的例子，但本发明并不局限于此，上述第三和第四氮化膜也可以由含有Si元素等的氮化物形成。在这种变形例的情况下，例如，第三氮化膜和第四氮化膜也能够分别采用由Si3N4形成的氮化膜。在这种情况下，第三氮化膜和第四氮化膜具有大约2.1的折射率，所以第三氮化膜和第四氮化膜的厚度t优选形成为t＜约48nm，尤其优选的是具有约1nm～约20nm范围的厚度。
此外，在上述第三实施方式中，表示出第三氮化膜(AlN膜61)和第四氮化膜(AlN膜73)均由AlN膜形成的例子，但本发明并不局限于此，第三氮化膜和第四氮化膜也可以是含有不同金属元素的氮化膜。
此外，在上述第三实施方式中，表示出Al2O3膜作为第四氧化膜(Al2O3膜62)的例子，但本发明并不局限于此，与上述第一实施方式的第一氧化膜(Al2O3膜42)同样，也可以由含有Si元素、Zr元素、Ta元素、Hf元素和Nb元素等的氧化物形成上述第四氧化膜。这种情况下，第四氧化膜的厚度可以设定为与上述第一实施方式的第一氧化膜相同。
此外，在上述第三实施方式中，表示出形成有夹在第三氮化膜(AlN膜61)和第四氮化膜(AlN膜73)之间的第四氧化膜(Al2O3膜62)的例子，但本发明并不局限于此，在第三氮化膜和第四氮化膜之间，也可以形成由AlON膜和SiON膜等的氮氧化膜构成的第三中间膜。并且，用作第三中间膜的AlON膜和SiON膜等的氮氧化膜是本发明“第四氮氧化膜”的一个例子。在这一变形例的情况下也与上述第二实施方式相同，例如在上述第四氮氧化膜是由AlON形成的情况下，第四氮氧化膜的厚度t优选形成为t＜约47nm～约60nm的范围，尤其优选的是具有约1nm～约20nm范围的厚度。此外，在上述第四氮氧化膜由SiON形成的情况下，第四氮氧化膜的厚度t优选形成在t＜约48nm(SiO2约占100％)～约68nm(Si3N4约占100％)的范围内，尤其优选的是形成为具有约1nm～约20nm范围的厚度。通过这样的结构，含有Al或Si的氮氧化物具有良好的绝缘性，所以能够提高上述AlON膜、SiON膜等的绝缘性。此外，在由含有Al元素的第三氮化膜和第四氮化膜从两侧夹着AlON膜的情况下，由于各个膜含有共同的元素(Al)，因此能够提高各膜之间的密接性。
此外，在上述第三实施方式中，表示出由第四氧化膜(Al2O3膜62)构成夹在第三氮化膜(AlN膜61)和第四氮化膜(AlN膜73)之间的第三中间膜的例子，但本发明并不局限于此，第三中间膜也可以包含第四氧化膜和上述第四氮氧化膜。
此外，在上述第一～第四实施方式中，表示出SiO2膜和ZrO2膜相互交替地各层积有6层而形成控制光反射面2一侧的反射率的多层反射膜64的例子，但本发明并不局限于此，也可以以6层以外的其它数目相互交替地层积SiO2膜和ZrO2膜而形成。此外，也可以将SiO2膜和ZrO2膜之外的具有其它折射率的不同的两种绝缘膜组合来形成多层反射膜。
此外，在上述第五实施方式中，表示出以HfO2膜形成紫外光半导体激光器5000的光射出面101上的端面涂层膜的第一氧化膜(HfO2膜142)和第二氧化膜(HfO2膜162)的例子，但本发明并不局限于此，也可以使用含有吸收限在紫外区域以下(λ＝约300nm以下)的Ta元素、Mg元素和Y元素等的氧化物(Ta2O5、MgO和Y2O3等)和氮氧化物(TaOXNY、MgOXNY和YOXNY等)来形成。
此外，在上述第五实施方式中，表示出由HfO2膜形成紫外光半导体激光器5000的光反射面102上的端面涂层膜的第二防变质层360和多层反射膜164中的氧化膜的例子，但本发明并不局限于此，也可以使用含有吸收限在紫外区域以下(λ＝约300nm以下)的Ta元素、Mg元素和Y元素等的氧化物(Ta2O5、MgO和Y2O3等)和氮氧化物(TaOXNY、MgOXNY和YOXNY等)、或者也可以由含有Al元素、Mg元素、Y元素和La元素等的氟化物(AlF3、MgF2、YF2和LaF等)形成。
此外，在上述第五实施方式中，表示出SiO2膜和HfO2膜相互交替地各层积8层而形成控制光反射面102的反射率的多层反射膜164的例子，但本发明并不局限于此，也可以以8层以外的其它数目相互交替地层积而形成SiO2膜和HfO2膜。此外，也可以组合SiO2膜和HfO2膜之外的具有其它折射率的不同的两种绝缘膜(例如，含有上述Ta元素、Mg元素和Y元素等的氧化物和氮氧化物、含有Al元素、Mg元素、Y元素和La元素等的氟化物等)来形成多层反射膜。

Claims (20)

1.一种半导体激光元件，具备：
具有发光层的半导体元件层；
在所述半导体元件层的包含所述发光层的区域的光射出侧的端部形成的第一共振器端面；
在所述第一共振器端面上，从所述第一共振器端面侧开始依次形成第一氮化膜、包含第一氧化膜和第一氮氧化膜中至少之一的第一中间膜、第二氮化膜而成的第一绝缘膜；和
在所述第一绝缘膜上形成的、包含第二氧化膜和第二氮氧化膜中至少之一的第二绝缘膜，
在所述发光层发出的激光的波长为λ，所述第一氮化膜的折射率、所述第一中间膜的平均折射率和所述第二氮化膜的折射率分别为n1、n2和n3的情况下，所述第一氮化膜的厚度t1、所述第一中间膜的厚度t2和所述第二氮化膜的厚度t3被分别设定为t1＜λ/(4×n1)、t2＜λ/(4×n2)和t3＜λ/(4×n3)。
2.如权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第一氮化膜与所述半导体元件层相接。
3.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第一氮化膜和所述第二氮化膜的至少一个与所述第一中间膜含有相同的金属元素。
4.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第一氮化膜和所述第二氮化膜分别含有Al与Si中的至少一个。
5.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第一氧化膜含有选自Al、Si、Zr、Ta、Hf和Nb中的至少一种元素。
6.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第一氮氧化膜含有Al和Si中的至少一种。
7.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于：
在所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间，还形成有包含第三氧化膜和第三氮氧化膜中的至少一个的第二中间膜。
8.如权利要求7所述的半导体激光元件，其特征在于：
在所述第二中间膜的平均折射率为n4、厚度为t4的情况下，设定t4＜λ/(4×n4)。
9.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第一中间膜包含所述第一氧化膜和所述第一氮氧化膜两者。
10.如权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第一中间膜由所述第一氧化膜、和在层积方向上夹着所述第一氧化膜的两层所述第一氮氧化膜构成。
11.如权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于，还具备：
在所述半导体元件层的包含所述发光层的区域的光反射侧的端部形成的第二共振器端面；和
在所述第二共振器端面上，从所述第二共振器端面侧开始依次形成第三氮化膜、包含第四氧化膜和第四氮氧化膜的至少之一的第三中间膜、和第四氮化膜而成的第三绝缘膜。
12.如权利要求11所述的半导体激光元件，其特征在于：
在所述第三氮化膜的折射率、所述第三中间膜的平均折射率和所述第四氮化膜的折射率分别为n5、n6和n7的情况下，所述第三氮化膜的厚度t5、所述第三中间膜的厚度t6和所述第四氮化膜的厚度t7分别被设定为：t5＜λ/(4×n5)、t6＜λ/(4×n6)和t7＜λ/(4×n7)。
13.如权利要求11或12所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第三氮化膜与所述半导体元件层相接。
14.如权利要求11或12所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第三氮化膜和所述第四氮化膜中的至少一个与所述第三中间膜含有相同的金属元素。
15.如权利要求11或12所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第三氮化膜和所述第四氮化膜分别含有Al和Si中的至少一种。
16.如权利要求11或12所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第四氧化膜含有选自Al、Si、Zr、Ta、Hf和Nb中的至少一种元素。
17.如权利要求11或12所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第四氮氧化膜含有Al和Si中的至少一种。
18.如权利要求11或12所述的半导体激光元件，其特征在于：
还具备在所述第三绝缘膜上形成的多层反射膜。
19.如权利要求1、2、11或12所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述半导体元件层由氮化物类半导体形成。
20.如权利要求1、2、11或12所述的半导体激光元件，其特征在于：
所述第一氮化膜、所述第一中间膜和所述第二氮化膜分别具有1nm以上20nm以下范围的厚度。
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