CN1983748A - 氮化物半导体发光元件及氮化物半导体激光元件的制造方法 - Google Patents

氮化物半导体发光元件及氮化物半导体激光元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

在光射出部形成涂膜的氮化物半导体发光元件，是一种光射出部由氮化物半导体构成、与光射出部相接的涂膜由氧氮化物构成的氮化物半导体发光元件。还有一种氮化物半导体激光元件的制造方法，是制造在共振器端面形成涂膜的氮化物半导体激光元件的方法，包括通过解理形成共振器端面的工序和在共振器端面形成由氧氮化物构成的涂膜的工序。

Description

氮化物半导体发光元件及氮化物半导体激光元件的制造方法
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光元件及氮化物半导体激光元件的制造方法。
背景技术
一般，在半导体激光元件中，已知以共振器端面劣化为原因导致可靠性不好。共振器端面的劣化，由于不发光复合能级的存在造成共振器端面过度发热从而引起的。作为发生不发光复合能级的主要原因，举出共振器端面的氧化。
为此，特开平09-162496号公报(专利文献1)中，公布一种方法是在共振器端面形成由不含氧的氮化物构成的涂膜，从而防止共振器端面的氧化。另外，在特开2002-237648号公报(专利文献2)中公布了一种方法是在氮化物半导体激光元件的共振器端面，形成与共振器端面相同氮化物的电介质膜作为涂膜，从而降低不发光复合能级的方法。
已知有在共振器端面形成由这种氮化物构成的涂膜的方法。氮化物中特别是氮化铝(AlN)在化学性及热性上稳定，是优质的绝缘体，另外，热传导率高放热效果也大，因而，具有作为在半导体激光的共振器端面形成的涂膜优异的特征(例如，参照特开平03-209895号公报(专利文献3))。不过，不含氧的涂膜一般应力高，导致例如发生暗线(darkline)这样的劣化。
我们以实现即使高输出驱动时也不会导致以共振器端面劣化为原因的可靠性不好的氮化物半导体激光元件为目的，致力于在共振器端面形成由上述A1N构成的涂膜的技术开发。
首先，在氮化物半导体激光元件的光射出侧的共振器端面，采用ECR溅射法，在成膜温度为100℃的条件下，采用铝(Al)和氮气，形成由厚度50nm的AlN构成的涂膜。另外，在氮化物半导体激光元件的光反射侧的共振器端面形成由两层氧化硅膜和氧化钛膜构成的高反射膜，获得95％以上的高反射率。
对如此制作的氮化物半导体激光元件蚀刻前和蚀刻后(300小时、70℃、100mW、CW驱动)的COD(Cotastrophic Optical Damage)水平进行调查。所谓COD水平，意思是缓慢增加流经元件的电流，随着端面破坏而使振荡停止时的最大光输出值。还有，在本说明书中，COD水平用CW驱动下测定光输出-电流特性时的最大光输出值进行评价。在此，COD水平，用上述氮化物半导体激光元件的5个COD水平的平均值进行评价。
其结果是，在蚀刻前，在400mW的光输出下热饱和，在蚀刻后，由于COD引起共振器端面破坏，其COD水平为230mW左右。其结果如图11所示。
在该蚀刻后的COD水平降低，认为是由于氮化物半导体激光元件的构成光射出侧的共振器端面的氮化物半导体和构成涂膜的AlN的密接性降低，在其界面部分引起强烈发热，由于该发热而使共振器端面劣化。上述密接性的降低，认为是由于涂膜具有的内部应力、共振器端面和涂膜的热膨胀系数不同及振荡出激光时的发热而受到促进。
另外，在氮化物半导体激光二极管元件的作为光射出部的光摄取面形成由AlN构成的涂膜时，也往往是若氮化物半导体构成的光摄取面和由AlN构成的涂膜的密接性降低，则由于在这些界面形成的不发光中心等吸收光而使光摄取效率降低。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供能够提高蚀刻后的COD水平的氮化物半导体发光元件及氮化物半导体激光元件的制造方法。
本发明的氮化物半导体发光元件，是在光射出部形成涂膜的氮化物半导体发光元件，光射出部由氮化物半导体构成，与光射出部相接的涂膜由氧氮化物构成。
在此，本发明的氮化物半导体发光元件可以是氮化物半导体激光元件，光射出部可以是共振器端面。
另外，本发明的氮化物半导体发光元件，作为氧氮化物可以采用铝的氧氮化物或硅的氧氮化物。
另外，本发明的氮化物半导体发光元件，优选是氧氮化物中的氧含量为2原子％以上35原子％以下。
另外，本发明的氮化物半导体发光元件，更优选是氧氮化物中的氧含量为2原子％以上15原子％以下。
另外，本发明的氮化物半导体发光元件，可以在涂膜上形成由氧化物或氮化物构成的膜。
另外，本发明的氮化物半导体发光元件，由氮化物构成的膜可以为硅及铝至少一方的氮化物构成的膜。在此，由氮化物构成的膜为由硅的氮化物构成的膜时，由硅的氮化物构成的膜的厚度优选是为5nm以上。
另外，本发明的氮化物半导体发光元件，由氧化物构成的膜可以为由氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铪、氧化锆、氧化铌、氧化钽及氧化钇构成的群中选择的至少1种的膜。
另外，本发明的氮化物半导体发光元件，可以在涂膜上形成由氧氮化物构成的膜。在此，作为由氧氮化物构成的膜可以采用由硅或铝的氧氮化物构成的膜。
另外，本发明的氮化物半导体发光元件，可以在涂膜上形成由氟化镁构成的膜。
再有，本发明的氮化物半导体激光元件的制造方法，是制造在共振器端面形成涂膜的氮化物半导体激光元件的方法，包括通过解理(Cleavage)形成共振器端面的工序和在共振器端面形成由氧氮化物构成的涂膜的工序。
另外，本发明的氮化物半导体激光元件的制造方法，氧氮化物可以采用氧化铝作为靶进行制作。
另外，本发明的氮化物半导体激光元件的制造方法，氧氮化物可以采用铝的氧氮化物作为靶进行制作。
根据本发明，能够提供可以提高蚀刻后的COD水平的氮化物半导体发光元件及氮化物半导体激光元件的制造方法。
该发明的上述及其他目的、特征、局面及优点，可以从参照附图进行理解的与该发明相关的以下详细说明中明确。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的氮化物半导体激光元件的优选一例的模式性剖视图。
图2是图1所示的本发明的实施方式1的氮化物半导体激光元件的共振器纵向的模式性侧视图。
图3是ECR溅射成膜装置的模式性构成图。
图4是表示利用AES对在与本发明的实施方式1相同条件下另行制作的铝的氧氮化物在厚度方向进行组成分析的结果的图。
图5是表示本发明的实施方式1的氮化物半导体激光元件蚀刻前和蚀刻后的COD水平的调查结果的图。
图6是表示本发明的实施方式1的氮化物半导体激光元件蚀刻后的光输出-电流特性的曲线。
图7是现有的氮化物半导体激光元件蚀刻后的光输出-电流特性的曲线。
图8是表示对本发明的实施方式1的氮化物半导体激光元件的由铝的氧氮化物构成的涂膜中氧含量的COD水平依存性进行调查的结果的图。
图9是表示利用AES对在与本发明的实施方式2的氮化物半导体激光元件的光射出侧的共振器端面形成的涂膜的组成在厚度方向进行测定的结果的图。
图10是表示利用AES对在与本发明的实施方式3的氮化物半导体激光元件的光射出侧的共振器端面形成的涂膜的组成在厚度方向进行测定的结果的图。
图11是比较现有的氮化物半导体激光元件蚀刻前和蚀刻后的COD水平的图。
最佳实施方式的说明
以下，关于本发明的实施方式进行说明。还有，在本发明的附图中，相同的参照符号表示相同部分或相当部分。
本发明是在光射出部形成涂膜的氮化物半导体发光元件，其中，光射出部由氮化物半导体构成，与光射出部相接的涂膜由氧氮化物构成。这样，本发明中，由于在光射出部形成由氧氮化物构成的膜，从而，由氮化物半导体构成的光射出部和由氧氮化物构成的涂膜的密接性提高，因而能够提高蚀刻后的氮化物半导体发光元件的COD水平。
在此，作为本发明的氮化物半导体发光元件，例如有氮化物半导体激光元件或氮化物半导体发光二极管元件等。另外，本发明的氮化物半导体发光元件为氮化物半导体激光元件时，光射出部相当于共振器端面，本发明的氮化物半导体发光元件为氮化物半导体发光二极管元件时，光射出部相当于光摄取面。还有，本发明的氮化物半导体激光元件，意思是至少活性层和包层由以AlxInyGazN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、x+y+z≠0)(从由铝、铟及钙构成的群中选择的至少1种3族元素与5族元素氮的化合物)为主成分的材料构成的半导体激光元件。另外，本发明中，所谓共振器端面，意思是指至少将在半导体基板上至少层叠活性层和包层的层叠体进行解理而形成的镜面。
另外，作为本发明采用的氧氮化物，例如采用铝的氧氮化物或硅的氧氮化物。在此，构成氧氮化物的氧含量优选为2原子％以上、35原子％以下。氧氮化物中的氧的含量低于2原子％时，由氮化物半导体构成的光射出部和由氧氮化物构成的涂膜的密接性降低，存在由于发热而使光射出部劣化的倾向。另外，氧氮化物中的氧含量多于35原子％时，由于涂膜中含有的氧而致使由氮化物半导体构成的光射出部被氧化，生成不发光复合能级，从而，有COD水平降低的倾向。构成氧氮化物的氧含量更优选为2原子％以上15原子％以下。
另外，本发明中采用的由氧氮化物构成的涂膜的厚度优选为1nm以上。涂膜的厚度低于1nm时，很难控制涂膜的厚度，有在光射出部部分地形不成涂膜之虞。另一方面，涂膜的厚度过厚时有应力出现问题的可能性，不过，我们认为即使涂膜厚度过厚，也不会损害本发明的效果。
还有，在本发明采用的由氧氮化物构成的涂膜上，可以形成用以控制反射率的由氧化物(例如，从由氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铪、氧化锆、氧化铌、氧化钽及氧化钇构成的群中选择的至少1种以上的氮化物等)和氮化物(例如，氮化铝及氮化硅的至少一方的氮化物等)构成的膜。另外，在本发明的由氧氮化物构成的涂膜上，可以形成由氟化镁(MgF)等氟化物构成的膜。另外，在本发明的由氧氮化物构成的涂膜上，作为由与底层涂膜的氧氮化物对比而氧的组成不同的氧氮化物构成的膜，可以形成由氧氮化硅或氧氮化铝等构成的膜。
例如，如表1所示，为了控制反射率，也可以把各种层进行组合。还有，表1中，作为与氮化物半导体的表面相接的第1层，采用由铝的氧氮化物构成的涂膜，不过，也可置换成由硅的氧氮化物构成的涂膜。
[表1]
    与氮化物半导体相接的第1层     在第1层上形成的第2层     在第2层上形成的第3层
材质 厚度 材质   厚度     材质   厚度
铝的氧氮化物(氧含量：2％) 20nm 氧化铝(Al2O3) 140nm - -
铝的氧氮化物(氧含量：5％) 10nm 铝的氧氮化物(氧含量：10％) 5nm 氧化铝(Al2O3) 140nm
铝的氧氮化物(氧含量：11％) 50nm 氧化硅(SiO2) 120nm - -
铝的氧氮化物(氧含量：15％) 6nm 氧化钛(TiO2) 50nm - -
铝的氧氮化物(氧含量：5％) 10nm 氧化钽(Ta2O5) 100nm - -
铝的氧氮化物(氧含量：5％) 10nm 氧化钇(Y2O5) 230nm - -
铝的氧氮化物(氧含量：5％) 80nm 氧化锆(ZrO2) 100nm - -
铝的氧氮化物(氧含量：2％) 20nm 氮化硅(Si3N4) 20nm 氧化硅(SiO2) 140nm
铝的氧氮化物(氧含量：4％) 20nm 氮化硅(Si3N4) 20nm 氧化铝(Al2O3) 120nm
铝的氧氮化物(氧含量：3％) 25nm 氮化硅(Si3N4) 150nm - -
铝的氧氮化物(氧含量：4％) 20nm 氮化硅(Si3N4) 150nm 氧化铝(Al2O3) 120nm
铝的氧氮化物(氧含量：7％) 20nm 硅的氧氮化物(氧含量：5％) 150nm - -
铝的氧氮化物(氧含量：7％) 20nm 氮化硅(Si3N4) 20nm 硅的氧氮化物(氧含量：5％) 150nm
另外，本发明的氮化物半导体发光元件为氮化物半导体激光元件时，利用包括通过解理形成共振器端面的工序和在共振器端面形成由氧氮化物构成的涂膜的工序的方法，能够制作本发明的氮化物半导体激光元件。
在此，涂膜由铝的氧氮化物构成时，涂膜例如可以在成膜室内设置由氧化铝构成的靶材，向该成膜室内只导入氮气，利用反应性溅射法形成。采用这种氧化铝构成的靶材时，即使并非有意地向成膜室内导入氧气，也可以形成氧氮化物。
还有，采用反应性溅射装置时，即使不采用由氧化铝构成的靶材，也能够通过在成膜室内设置由铝构成的靶材后向成膜室内导入氧气，外加微波而生成等离子，使由铝构成的靶材表面氧化，从而在其表面制作由氧化铝构成的靶材。
例如，可以按照以下步骤，采用由铝构成的靶材来生成铝的氧氮化物。
步骤1
向设置着由铝构成的靶材的反应性溅射装置的成膜室内导入氧气，外加微波，将由铝构成的靶材暴露在氧等离子中，由此从由铝构成的靶材表面使之氧化几nm左右，形成由氧化铝构成的靶材。
步骤2
其后，向成膜室内导入氮气和氩气，外加微波成为等离子状态，对由氧化铝构成的靶材进行溅射，从而能够形成铝的氧氮化物。
另外，为了清洁氮化物半导体表面，也可以把氮化物半导体表面暴露在氩等离子、氮等离子或氩和氮的混合气体等离子中的工序纳入步骤1和步骤2之间。
另外，在形成由铝的氧氮化物构成的涂膜时，由于铝的氧化性高，因而在向成膜室内导入氧气时，有一种倾向是氧含量少的氧氮化物的组成的控制及再现性困难，不过，通过采用由AlxOy(其中，0＜x＜1、0＜y＜0.6、x+y＝1)的组成式表示的氧化状态低的氧化铝作为靶材，向成膜室内不导入氧气只导入氮气，便能够比较容易地形成氧含量少的铝的氧氮化物。再有，采用由氧含量少的铝的氧氮化物构成的靶材取代采用由AlxOy(其中，0＜x＜1、0＜y＜0.6、x+y＝1)的组成式表示的氧化状态低的氧化铝构成的靶材时，也能够获得同样的效果。
另外，通过变化成膜室内的真空度及/或成膜温度等成膜条件，也能够变化氧氮化物中氧含量，从而变化氧氮化物的组成。还有一种倾向是，成膜室内的真空度低则容易往氧氮化物中摄入氧，成膜温度高则很难往氧氮化物中摄入氧。
另外，若使成膜室内壁氧化、或在成膜室内壁形成氧化铝后，向成膜室内导入氩气或氮气，采用由Al构成的靶材(Al靶材)利用溅射法成膜，则成膜室内壁的氧经由等离子而脱离，因而可以形成由铝的氧氮化物构成的涂膜。
另外，上述中，以脊形条型(ridge stripe)的氮化物半导体激光元件为例进行了说明，不过，本发明的宗旨是涉及在从氮化物半导体将氮化物半导体内部所发生的光摄取到外部时的光摄取面上施行的涂膜。因此，本发明并不限定于脊形条型的氮化物半导体激光元件，例如，也能够有效地适用于面发光激光的光摄取面的涂膜及氮化物半导体发光二极管元件的光摄取面(氮化物半导体表面、或芯片分割时的解理面或被分割的侧面)的涂膜等。
(实施方式1)
图1表示本实施方式的氮化物半导体激光元件的优选例的模式性剖视图。在此，本实施方式的氮化物半导体激光元件100，在n型GaN基板101上，具有从n型GaN基板101侧按如下顺序层叠以下层的结构：n型AlGaInN缓冲层102；n型AlGaInN包层103；n型AlGaInN导向层104；n型AlGaInN多级量子井活性层105；p型AlGaInN导向层106；p型AlGaInN包层107及p型AlGaInN接触层108。还有，上述各层的混晶比可适宜调节，与本发明的本质无关。另外，从本实施方式的氮化物半导体激光元件振荡出的激光的波长能够根据AlGaInN多级量子井活性层105的混晶比，在例如370nm～470nm的范围适宜调节。本实施方式中，调节为振荡出405nm波长的激光。
还有，本实施方式中，基板的材料采用了GaN，不过，本发明中基板的材料也可以采用例如AIGaN或AlN。
另外，本实施方式的氮化物半导体激光元件100，其形成是去除部分p型AlGaInN包层107及p型AlGaInN接触层108，使条带状的脊形条部111向共振器纵向延伸。在此，脊形条部111的条带宽度例如为1.2～2.4μm左右，代表性的是1.5μm左右。还有，本说明书中，以脊形条部111的条带宽度为1.2～2.4μm左右进行了示例，不过，本发明，对于照明用途等使用的宽带(脊形条部111的条带宽度为2～100μm左右)型的氮化物半导体激光元件也能够正好适用。
另外，在p型AlGaInN接触层108表面设有p电极110，在p电极110的下部除了脊形条部111的形成部位以外还设有绝缘膜109。另外，在n型GaN基板101的上述层的与层叠侧相反侧的表面形成有n电极112。
图2表示图1所示本实施方式的氮化物半导体激光元件的共振器纵向的模式性剖视图。在此，在本实施方式的氮化物半导体激光元件100的作为光射出部的光射出侧的共振器端面113上，形成有厚度50nm由铝的氧氮化物构成的涂膜114，在光反射侧的共振器端面115上，以如下顺序形成有高反射膜118，即层叠厚6nm的铝的氧氮化物膜116、厚80nm的氧化铝膜117、以及以厚71nm的氧化硅膜和厚46nm的氧化钛膜为1副而层叠了4副(从氧化硅膜开始层叠)之后，在最外面层叠厚142nm的氧化硅膜。
还有，在n型GaN基板上顺次层叠n型AlGaInN缓冲层等上述半导体层并形成脊形条部之后，将分别形成了绝缘膜、p电极及n电极的晶片进行解理，从而制作分别露出作为解理面的共振器端面113及共振器端面115的试样，上述的涂膜114、铝的氧氮化物膜116、氧化铝膜117及高反射膜118，在该试样的共振器端面113及共振器端面115上分别被形成。
优选是在形成上述涂膜114前，在成膜装置内以例如100℃以上500℃以下的温度加热共振器端面113，由此将附着在共振器端面113上的氧化膜和杂质等去除、清洁，但在本发明中也不是非得进行。另外，还可以对共振器端面113照射例如氩或氮的等离子，从而进行共振器端面113的清洁，不过，本发明中也可以不特别进行。另外，还可以一边加热共振器端面113一边照射等离子。另外，关于上述等离子的照射，例如，也可以照射氩等离子后继续照射氮等离子，也可以按照与其相反的顺序照射等离子。除了氩和氮以外，还能够采用例如氦、氖、氙或氪等惰性气体。另外，关于在共振器端面113上形成的上述涂膜114的形成，也优选以例如100℃以上500℃以下的温度来进行加热的状态下进行，不过，本发明中，在没有特别加热的状态下也可以形成上述涂膜114。
另外，上述涂膜114，能够利用例如以下说明的ECR(ElectronCyclotron Resonance)溅射法形成，不过，利用其他各种溅射法、或CVD(Chemical Vapor Deposition)或EB(Electron Beam)蒸镀法等也能够形成。
图3表示ECR溅射成膜装置的模式性构成图。在此，ECR溅射成膜装置，具备成膜室200、磁线圈203、微波导入窗202。在成膜室200设置有气体导入口201及气体排气口209，在成膜室200内设置有与RF电源208连接的Al靶材204和加热器205。另外，在成膜200内设置有试样台207，在试样台207上设置有上述试样206。还有，磁线圈203其设置是用以使生成等离子所需的磁场发生，RF电源208的采用是用于溅射Al靶材204。另外，从微波导入窗202将微波210导入成膜室200内。
然后，从气体导入口201向成膜室200内以5.5sccm的流量导入氮气，以1.0sccm的流量导入氧气，再有，为了高效地使等离子发生以增大成膜速度而以20.0sccm的流量导入氩气。还有，通过变更成膜室200内的氮气和氧气的比率，能够变更上述涂膜114中的氧含量。另外，为了溅射Al靶材204而对Al靶材204外加RF功率500W，外加等离子生成所必需的微波功率500W后，能够以成膜速度1.7/秒，形成波长633nm的光的折射率为2.0的由铝的氧氮化物构成的涂膜114。构成涂膜114的铝、氮及氧含量(原子％)能够利用例如AES(Auger Electron Spectroscopy)测定。另外，构成涂膜114的氧含量也可以利用TEM-EDX(TransmissionElectron Microscoty-Energy Dispersive X-rayspectroscopy)测定。
图4表示利用AES对在与上述相同条件下另行制作的铝的氧氮化物在厚度方向进行组成分析的结果。在此，利用AES测定的铝含量、氧含量及氮含量分别考虑AES信号强度、主要考虑各元素的峰值灵敏度而求得。在此，以铝的原子％、氧的原子％和氮的原子％的总合为100原子％，不包括除铝、氧及氮以外的氩等其他微量含有的元素。
如图4所示，可知构成该铝的氧氮化物的铝含量为34.8原子％，氧含量为3.8原子％及氮含量为61.4原子％，在厚度方向为大致均匀的组成。还有，虽然图4中未示出，但检测到了极微量的氩。
另外，光反射侧的共振器端面115的铝的氧氮化物膜116、氧化铝膜117及高反射膜118也与上述涂膜114同样能够利用ECR溅射法形成。另外，优选在这些膜形成前也利用加热进行清洁及/或利用等离子照射进行清洁。其中，共振器端面的劣化出现问题的是光密度大的光射出侧，光反射侧的共振器端面比光射出侧光密度小，因此大多情况劣化不出现问题。因而，本发明中，在光射出侧的共振器端面形成由氧氮化物构成的涂膜即可，在光反射侧的共振器端面可以不形成由铝的氧氮化物等构成的膜。另外，本实施方式中，在光反射侧的共振器端面115上形成厚度6nm的铝的氧氮化物116，不过，铝的氧氮化物116的厚度例如为50nm厚也没有问题。
另外，在共振器端面形成上述膜之后，可以进行加热处理。由此能够期待上述膜中含有的水分的去除和由于加热处理带来的膜质的提高。
如上所述，在上述试样的光射出侧的共振器端面113形成涂膜114，在光反射侧的共振器端面115上按照铝的氧氮化物膜116、氧化铝膜117及高反射膜118这样的顺序形成上述膜后，分割成芯片状，从而获得本实施方式的氮化物半导体激光元件。
关于本实施方式的氮化物半导体激光元件蚀刻前和蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的COD水平进行了调查。其结果由图5显示。如图5所示，可知蚀刻前的COD水平为400mW左右，就连蚀刻后也为350mW左右，几乎没有劣化。
另外，图6表示上述蚀刻后本实施方式的氮化物半导体激光元件的光输出-电流特性的曲线。如图6所示，可知300小时蚀刻后，本实施方式的氮化物半导体激光元件热饱和，也没有发现光射出侧的共振器端面113的破坏。当然，蚀刻前本实施方式的氮化物半导体激光元件的光输出在400mW时热饱和，也没有发现光射出侧的共振器端面113的破坏。
另外，图7表示在光射出侧的共振器端面形成由AlN构成的涂膜的现有的氮化物半导体激光元件在300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的光输出-电流特性的曲线。如图7所示，现有的氮化物半导体激光元件中，在光输出250mW左右发生了由于COD引起的共振器端面的破坏。因此，如上述结果所表明，可知在光射出侧的共振器端面形成由铝的氧氮化物构成的涂膜的本实施方式的氮化物半导体激光元件，与在光射出侧的共振器端面形成由AlN构成的涂膜的现有的氮化物半导体激光元件相比较，蚀刻后的COD水平提高。
如此，在光射出侧的共振器端面形成由氧氮化物构成的涂膜时未发现蚀刻后的COD水平降低的，被认为是由于共振器端面和涂膜的密接性提高。氮化物半导体和由氧氮化物构成的涂膜的密接性，比氮化物半导体和AlN等氮化物构成的涂膜的密接性高，被认为是由于铝和钙等3族元素与氧的强大的结合能量发挥作用。也就是说，被认为由于氧氮化物中含有的氧，与氮化物半导体中含有的铝和钙等这些3族元素具有强大的结合而使密接性提高。若打个比方，则认为氧发挥了像胶合剂一样的作用。也就是说，这被认为是提高氮化物半导体和由氧氮化物构成的涂膜的密接性的方法。
接下来，对本实施方式的氮化物半导体激光元件的由铝的氧氮化物构成的涂膜中氧含量的COD水平依存性进行调查。其结果如图8所示。在此，使由铝的氧氮化物构成的涂膜中的氧含量从0原子％变化到50原子％，测定300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的本实施方式的氮化物半导体激光元件的COD水平。使涂膜中的氧含量变化时，因为基本上是氧和氮都与铝结合，所以涂膜中的铝含量(原子％)几乎不变，只是增加氧含量(原子％)的分量，减少氮含量(原子％)。
另外，图8中，○表示氮化物半导体激光元件不发生COD而热饱和时的光输出-电流特性的光输出的峰值位置，COD水平为比其值高的值。另外，图8中，×表示氮化物半导体激光元件实际发生COD，其值为COD水平。
如图8所示，可知由铝的氧氮化物构成的涂膜的氧含量为2原子％以上35原子％以下时，光输出在300mW以上热饱和，显示出非常良好的特性。因此，在光射出侧的共振器端面形成的涂膜的氧含量优选为2原子％以上35原子％以下。此时处于蚀刻后的COD水平提高的倾向。作为其理由，被认为是由于由氮化物半导体构成的共振器端面和由铝的氧氮化物构成的涂膜的密接性提高，因共振器端面的氧化而引起的不发光复合能级的生成不会对COD水平造成影响。另外，氧含量低于2原子％时，被认为是由于由氮化物半导体构成的共振器端面和由铝的氧氮化物构成的涂膜的密接性下降，从而因发热而使共振器端面劣化。另外，氧含量多于35原子％时，被认为是由于涂膜中含有的氧而使由氮化物半导体构成的共振器端面的部分被氧化，生成不发光复合能级，所以导致COD水平的降低。
(实施方式2)
本实施方式的氮化物半导体激光元件，除了变更形成于光射出侧的共振器端面的涂膜的构成及形成于光反射侧的共振器端面的膜的构成以外，具有与实施方式1的氮化物半导体激光元件同样的构成。
在此，在本实施方式的氮化物半导体激光元件中，在光射出侧的共振器端面，形成由铝的氧氮化物构成的厚度6nm的涂膜。另外，在光反射侧的共振器端面，在与光射出侧的共振器端面的涂膜相同条件下形成厚度12nm的铝的氧氮化物膜，在该铝的氧氮化物膜上形成高反射膜，该高反射膜是以厚度81nm的氧化硅膜和厚度54nm的氧化钛膜为1副而层叠了4副(从氧化硅膜开始层叠)之后，在最外面层叠厚度162nm的氧化硅膜而成。
图9表示利用AES对在本实施方式的氮化物半导体激光元件的光射出侧的共振器端面形成的涂膜的组成在厚度方向进行测定的结果。如图9所示，该涂膜中铝含量为33.6原子％，氧含量为35.2原子％及氮含量为31.2原子％，在厚度方向为大致均匀的组成。
关于本实施方式的氮化物半导体激光元件，也与实施方式1同样，对300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的COD水平进行调查。其结果是，确认蚀刻后的本实施方式的氮化物半导体激光元件的COD水平，光输出在330mW热饱和，与在光射出侧的共振器端面形成由AlN构成的涂膜的现有的氮化物半导体激光元件在300小时蚀刻后的COD水平相比有所提高。
(实施方式3)
本实施方式的氮化物半导体激光元件，除了变更形成于光射出侧的共振器端面的涂膜的构成及形成于光反射侧的共振器端面的膜的构成以外，具有与实施方式1的氮化物半导体激光元件同样的构成。
在此，在本实施方式的氮化物半导体激光元件中，在光射出侧的共振器端面，形成由铝的氧氮化物构成的厚度100nm的涂膜。另外，在光反射侧的共振器端面，在与光射出侧的共振器端面的涂膜相同条件下形成厚度20nm的铝的氧氮化物膜，在该铝的氧氮化物膜上形成高反射膜，高反射膜是以厚度81nm的氧化硅膜和厚度54nm的氧化钛膜为1副而层叠了4副(从氧化硅膜开始层叠)之后，在最外面层叠厚度162nm的氧化硅膜而形成。
图10表示利用AES对在本实施方式的氮化物半导体激光元件的光射出侧的共振器端面形成的涂膜的组成在厚度方向进行测定的结果。如图10所示，该涂膜中铝含量为34原子％，氧含量为12原子％及氮含量为54原子％，在厚度方向形成大致均匀的组成。
关于本实施方式的氮化物半导体激光元件，也与实施方式1同样，对300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的COD水平进行调查。其结果是，确认蚀刻后的本实施方式的氮化物半导体激光元件的COD水平，光输出在333mW热饱和，比在光射出侧的共振器端面形成由AlN构成的涂膜的现有的氮化物半导体激光元件在300小时蚀刻后的COD水平提高。
(实施方式4)
本实施方式的氮化物半导体激光元件，除了变更形成于光射出侧的共振器端面的涂膜的构成及形成于光反射侧的共振器端面的膜的构成以外，具有与实施方式1的氮化物半导体激光元件同样的构成。
在此，在本实施方式的氮化物半导体激光元件中，在光射出侧的共振器端面，形成由铝的氧氮化物构成的厚度12nm的涂膜(氧含量为35原子％)之后，在该涂膜上形成厚度60nm的氧化铝膜。另外，在光反射侧的共振器端面，在与光射出侧的共振器端面的涂层相同条件下形成厚度6nm的铝的氧氮化物膜，在该铝的氧氮化物膜上，形成厚度80nm的氧化铝膜，再按照以厚度81nm的氧化硅膜和厚度54nm的氧化钛膜为1副而层叠了4副(从氧化硅膜开始层叠)之后，在最外面层叠厚度162nm的氧化硅膜这样的顺序形成高反射膜。
关于本实施方式的氮化物半导体激光元件，也与实施方式1同样，对300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的COD水平进行了调查。其结果是，确认蚀刻后的本实施方式的氮化物半导体激光元件的COD水平，光输出在336mW热饱和，比在光射出侧的共振器端面形成由AlN构成的涂膜的现有的氮化物半导体激光元件在300小时蚀刻后的COD水平提高。
(实施方式5)
本实施方式的氮化物半导体激光元件，除了调节为振荡出460nm波长的激光、变更形成于光射出侧的共振器端面的涂膜的构成及形成于光反射侧的共振器端面的膜的构成以外，具有与实施方式1的氮化物半导体激光元件同样的构成。还有，振荡出的激光的波长，通过变更AlGaInN多级量子井活性层的AlGaInN混晶比进行调节。
在此，在本实施方式的氮化物半导体激光元件中，在光射出侧的共振器端面，形成由铝的氧氮化物构成的厚度50nm的涂膜，把反射率调节到10％左右。另外，在光反射侧的共振器端面，在与光射出侧的共振器端面的涂层相同条件下形成厚度6nm的铝的氧氮化物膜，在该铝的氧氮化物膜上，形成厚度80nm的氧化铝膜，再按照以厚度81nm的氧化硅膜和厚度54nm的氧化钛膜为1副而层叠了4副(从氧化硅膜开始层叠)之后，在最外面层叠厚度162nm的氧化硅膜这样的顺序形成高反射膜。
关于本实施方式的氮化物半导体激光元件，也与实施方式1同样，对300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的COD水平进行调查。其结果是，确认蚀刻后的本实施方式的氮化物半导体激光元件的COD水平，光输出在343mW热饱和，比在光射出侧的共振器端面形成由AlN构成的涂膜的现有的氮化物半导体激光元件在300小时蚀刻后的COD水平提高。
振荡出460nm波长的激光的本实施方式的氮化物半导体激光元件能够作为照明设备的激发光源使用。
(实施方式6)
本实施方式的氮化物半导体激光元件，除了变更形成于光射出侧的共振器端面的涂膜的构成及形成于光反射侧的共振器端面的膜的构成以外，具有与实施方式1的氮化物半导体激光元件同样的构成。
在此，在本实施方式的氮化物半导体激光元件中，在光射出侧的共振器端面形成由硅的氧氮化物构成的厚度12nm的涂膜。另外，在光反射侧的共振器端面，在与光射出侧的共振器端面的涂膜相同条件下形成厚度20nm的硅的氧氮化物膜，在那个硅的氧氮化物膜上形成高反射膜，高反射膜是以厚度81nm的氧化硅膜和厚度54nm的氧化钛膜为1副、层叠了4副(从氧化硅膜开始层叠)之后，在最外面层叠厚度162nm的氧化硅膜而形成。
利用AES对在本实施方式的氮化物半导体激光元件的光射出侧的共振器端面形成的涂膜的组成在厚度方向进行了测定，该涂膜中铝含量为34原子％，氧含量为3原子％及氮含量为63原子％，在厚度方向形成大致均匀的组成。
关于本实施方式的氮化物半导体激光元件，也与实施方式1同样，测定了300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的COD水平。其结果是，确认蚀刻后的本实施方式的氮化物半导体激光元件的COD水平，光输出在302mW热饱和，比在光射出侧的共振器端面形成由AlN构成的涂膜的现有的氮化物半导体激光元件的300小时蚀刻后的COD水平提高。
另外，本实施方式中，也与实施方式1同样，调查了涂膜中氧含量的COD水平依存性。即，使由硅的氧氮化物构成的涂膜中的氧含量从0原子％变化到50原子％，测定300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的本实施方式的氮化物半导体激光元件的COD水平。在此，使涂膜中的氧含量变化时，因为基本上是氧和氮都与硅结合，所以涂膜中的硅含量(原子％)几乎不变化，只是增加氧含量(原子％)的分量，减少氮含量(原子％)。
其结果是，关于涂膜中氧含量的COD水平依存性，也显示出与图8所示铝的氧氮化物的情况几乎相同的倾向。即，在光射出侧的共振器端面形成的涂膜的氧含量为2原子％以上35原子％以下时，有蚀刻后的COD水平提高的倾向。
(实施方式7)
本实施方式的氮化物半导体激光元件，除了变更形成于光射出侧的共振器端面的涂膜的构成及形成于光反射侧的共振器端面的膜的构成以外，具有与实施方式1的氮化物半导体激光元件同样的构成。
在此，在本实施方式的氮化物半导体激光元件中，在光射出侧的共振器端面，形成由铝的氧氮化物构成的厚度25nm的涂膜，再在该涂膜上形成由硅的氮化物构成的厚度150nm的膜。另外，在光反射侧的共振器端面，在与光射出侧的共振器端面的涂膜相同条件下形成厚度25nm的铝的氧氮化物膜和在其上形成厚度50nm的硅的氮化物膜，在该硅的氮化物膜上形成高反射膜，高反射膜是以厚度81nm的氧化硅膜和厚度54nm的氧化钛膜为1副而层叠了4副(从氧化硅膜开始层叠)之后，在最外面层叠厚度162nm的氧化硅膜。
利用AES对在本实施方式的氮化物半导体激光元件的光射出侧的共振器端面形成的由铝所氧氮化物构成的涂膜的组成在厚度方向进行了测定，该涂膜中铝含量为34原子％，氧含量为3原子％及氮含量为63原子％，在厚度方向形成大致均匀的组成。
关于本实施方式的氮化物半导体激光元件，也与实施方式1同样，测定了300小时蚀刻(300小时、70℃、100mW、CW驱动)后的COD水平。其结果是，确认蚀刻后的本实施方式的氮化物半导体激光元件的COD水平，光输出在350mW热饱和，比在光射出侧的共振器端面形成由AlN构成的涂膜的现有的氮化物半导体激光元件的300小时蚀刻后的COD水平提高。
还有，因为由硅的氮化物构成的膜厚为5nm以下时，很难制作均匀的膜，所以由硅的氮化物构成的膜厚优选为5nm以上。
另外，长时间蚀刻本发明的实施方式的氮化物半导体激光元件时，有由于放置氮化物半导体激光元件的空气中所存在的水分等而使由铝的氧氮化物构成的涂膜被氧化、膜的折射率发生变化等之虞。为此，若考虑涂膜的防湿性，则由硅的氮化物构成的膜的厚度优选为40nm以上。另外，若考虑成膜的时间等，则由硅的氮化物构成的膜的厚度优选为300nm以下。
另外，本实施方式中，是在由铝的氧氮化物构成的膜上形成由硅的氮化物构成的膜，不过，本发明中，也可以形成由硅的氧氮化物构成的膜来取代由硅的氮化物构成的膜。在由铝的氧氮化物构成的膜上形成由硅的氧氮化物构成的膜时，若考虑涂膜的防湿性，则由硅的氧氮化物构成的膜中的氧含量优选为40原子％以下。另外，由硅的氧氮化物构成的膜的厚度，基于与上述由硅的氮化物构成的膜的情况同样的理由，优选为5nm以上，更优选是为40nm以上。另外，由硅的氧氮化物构成的膜的厚度，基于与上述由硅的氮化物构成的膜的情况同样的理由，优选是为300nm以下。
再有，制作氮化物半导体激光元件(第1氮化物半导体激光元件)是在光射出侧的共振器端面形成厚度25nm的由铝的氧氮化物构成的涂膜，在该涂膜上形成厚度150nm的由硅的氮化物构成的膜，再在由硅的氮化物构成的膜上形成厚度30nm的由铝的氧化物构成的膜。
另外，制作氮化物半导体激光元件(第2氮化物半导体激光元件)是在光射出侧的共振器端面形成厚度25nm的由铝的氧氮化物构成的涂膜，在该涂膜上形成厚度150nm的由硅的氮化物构成的膜，再在由硅的氮化物构成的膜上形成厚度150nm的由铝的氧化物构成的膜。
另外，制作氮化物半导体激光元件(第3氮化物半导体激光元件)是在光射出侧的共振器端面形成厚度25nm的由铝的氧氮化物构成的涂膜，在该涂膜上形成厚度150nm的由硅的氮化物构成的膜，再在由硅的氮化物构成的膜上形成厚度30nm的由硅的氧化物构成的膜。
另外，制作氮化物半导体激光元件(第4氮化物半导体激光元件)是在光射出侧的共振器端面形成厚度25nm的由铝的氧氮化物构成的涂膜，在该涂膜上形成厚度150nm的由硅的氮化物构成的膜，再在由硅的氮化物构成的膜上形成厚度150nm的由硅的氧化物构成的膜。
在如上制作的第1氮化物半导体激光元件、第2氮化物半导体激光元件、第3氮化物半导体激光元件及第4氮化物半导体激光元件中，也能够获得与上述同样的结果。
还有，第1氮化物半导体激光元件、第2氮化物半导体激光元件、第3氮化物半导体激光元件及第4氮化物半导体激光元件的光反射侧的共振器端面上的膜结构，与上述实施方式7的氮化物半导体激光元件的光反射侧的共振器端面上的膜结构相同。
还有，本发明中讨论的铝的氧氮化物，有在AlN中混杂氧化铝的情况、在AlN中作为铝的氧氮化物的结晶而存在的情况、或者在AlN中有氧化铝及铝的氧氮化物存在的情况，不过，本发明中可以选取任意方式。
另外，在上述实施方式中，关于由铝的氧氮化物构成的涂膜的氧含量在厚度方向大致一定的情况进行了说明，不过，也可以由在厚度方向氧含量平缓变化、或者氧含量不同的多层结构形成。
另外，在上述实施方式中，主要就由硅的氧氮化物或铝的氧氮化物构成的膜作为涂膜而使用的情况进行了说明，不过，也可以采用硅和铝的混合物作为靶材进行溅射，从而由含有铝和硅的铝-硅的氧氮化物构成的膜作为涂膜来使用。
此时，通过控制作为靶材的硅和铝混合物中硅和铝的组成，能够控制涂膜的组成。另外，以上就采用硅和铝的混合物作为靶材使用的情况进行了说明，不过，在利用溅射的成膜法等中，可以不采用硅和铝的混合物作为靶材，而使由硅构成的靶材和由铝构成的靶材呈蜂窝状和交错均等排列，对它们同时溅射，从而能够将含有铝和硅的铝-硅的氧氮化物所构成的膜作为涂膜形成。
本发明，例如能够利用于从紫外振荡出绿色区域的波长的光的氮化物半导体激光元件元件、用于高输出用途的条宽数十μm左右的宽带型氮化物半导体激光元件、或从紫外振荡出红色区域的波长的光的氮化物半导体激光元件元件等。
再有，本发明，在氮化物半导体激光元件中，即使在端面形成窗结构(例如，如GaAs类半导体激光元件中使用的通过使活性层端面附近的组成平均化从而增大其附近带隙宽度，使COD水平提高的结构)的情况下，在其端面形成本发明中的涂膜也被认为有效。
对本发明进行了详细说明、示例，不过，应该明确的是这只是例示，并没有限定，发明的精神和范围只由附加的专利要求范围限定。

Claims (15)

1.一种氮化物半导体发光元件，是在光射出部形成有涂膜的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述光射出部由氮化物半导体构成，与所述光射出部相接的涂膜由氧氮化物构成。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氮化物半导体发光元件为氮化物半导体激光元件，所述光射出部为共振器端面。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氧氮化物为铝的氧氮化物或硅的氧氮化物。
4.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氧氮化物中的氧含量为2原子％以上35原子％以下。
5.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氧氮化物中的氧含量为2原子％以上15原子％以下。
6.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，在所述涂膜上形成有由氧化物或氮化物构成的膜。
7.根据权利要求6所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氮化物构成的膜为硅及铝的至少一种的氮化物构成的膜。
8.根据权利要求7所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氮化物构成的膜为硅的氮化物构成的膜，所述硅的氮化物构成的膜的厚度为5nm以上。
9.根据权利要求6所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氧化物构成的膜为从由氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铪、氧化锆、氧化铌、氧化钽及氧化钇构成的群中选择的至少1种的膜。
10.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，在所述涂膜上形成有由氧氮化物构成的膜。
11.根据权利要求10所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，所述氧氮化物构成的膜为由硅或铝的氧氮化物构成的膜。
12.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，在所述涂膜上形成有由氟化镁构成的膜。
13.一种氮化物半导体激光元件的制造方法，是制造在共振器端面形成有涂膜的氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，包括通过解理形成所述共振器端面的工序、和在所述共振器端面形成由氧氮化物构成的涂膜的工序。
14.根据权利要求13所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，其特征在于，所述氧氮化物采用氧化铝作为靶进行制作。
15.根据权利要求13所述的氮化物半导体激光元件的制造方法，其特征在于，所述氧氮化物采用铝的氧氮化物作为靶进行制作。
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