JP2009016465A - 窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物半導体レーザ素子をＯｐｅｎ−Ａｉｒパッケージで動作させた場合においても、電圧上昇を引き起こすことなく、安定に長時間動作することができる窒化物半導体発光素子とその製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体基板であるｎ型ＧａＮ基板１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に形成されたｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層とを備え、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８の下のｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層１０６からなるｐ型窒化物半導体層に形成された電流注入領域の上方に、窒化シリコン膜から構成される保護膜１１３が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

従来の窒化物半導体レーザ素子の製造方法について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、従来の窒化物半導体レーザ素子内部の概略図であり、図１１は、従来の窒化物半導体レーザ素子の外観図である。

従来の窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、窒化物半導体レーザチップ４０３を放熱用のサブマウント４０２にハンダ４０６を用いて接着した後、窒化物半導体レーザチップ４０３が接着されたサブマウント４０２を、保持基体（ステム）４０１上に、ハンダ（図示せず）により接着する。そして、保持基体（ステム）４０１に形成されているピン４０５と窒化物半導体レーザチップ４０３とを、ワイヤー４０４によって電気的に接続する。次に、水分を除去することによって、たとえば露点を−２０℃以下に制御した空気（以下、乾燥空気と称す。）で満たした作業ボックスの中で、図１１に示すように、レーザ光を透過するガラスレンズ４０７ａ付きのキャップ４０７を用いて、乾燥空気とともに窒化物半導体レーザチップを封止し、窒化物半導体レーザ素子を製造していた。このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子は、乾燥空気中で動作される。

通常、窒化物半導体レーザ素子が乾燥空気中で動作される場合、３０００時間以上、安定に動作することができる。しかしながら、乾燥空気で封止した場合であっても、たとえば、封止が十分でなく、わずかに乾燥空気がリークして大気（水分を含んだ、露点を管理していない空気）がキャップ内に入ってしまうことがある。このようにキャップ内に大気が入ってしまった場合、１００〜１０００時間程度の動作で、電圧が大きく上昇するという現象が見られ、中には、電圧が１Ｖ以上も上昇する素子や、さらに劣化が進んで発振停止する素子もある。

ところで、窒化物半導体レーザチップ４０３を、キャップ４０７により乾燥空気とともに封止しないで、大気雰囲気下、すなわち、水分を含んだ、露点を管理していない空気下（以下、ＯＰＥＮ−Ａｉｒパッケージと称す。）で動作させた場合にも、乾燥空気がリークして大気がキャップ内に入った場合と同様の現象が見られる。このような現象は、従来より実用化されてきたＧａＡｓ系レーザ素子においては見られない現象であり、窒化物半導体レーザ素子において特有の現象である。このように、窒化物半導体レーザ素子の組み立て工程や使用中に、たとえば、過度な応力がかかるなどによって、乾燥空気のリークが起こり、大気がキャップ内に入ってしまった場合には、電圧が上昇し、故障の原因となってしまうという問題がある。

本発明は、窒化物半導体発光素子をＯｐｅｎ−Ａｉｒパッケージで動作させた場合において、電圧上昇を引き起こすことなく、長時間安定に動作することができる窒化物半導体発光素子とその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の局面における窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に形成されたｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層とを備え、窒化物半導体層は、電流が注入される電流注入領域を有しており、電流注入領域の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜が形成されていることを特徴とする。

この第１の局面による窒化物半導体発光素子では、上記のように、電流注入領域の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜が形成されているので、窒化物半導体発光素子を大気雰囲気下で動作させたとしても、大気中の水分に含まれる水素が電流注入領域に到達することを抑制することができる。これにより、水素が電流注入領域を透過、拡散することによって、電流注入領域が高抵抗化し、窒化物半導体発光素子の電圧が上昇することを抑制することができるので、長時間安定に動作することができる。

上記第１の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、電流注入領域の上方に、電極および／または電極パッドが形成されており、保護膜は、電極および／または電極パッドの上方に形成されている。このように構成すれば、電極および／または電極パッドの上方に保護膜が形成されるので、大気中の水分に含まれる水素の浸透を効果的に防ぐことができるため、容易に、窒化物半導体発光素子の電圧上昇を抑制することができ、長時間安定に動作することができる。

上記第１の局面による窒化物半導体発光素子において、電流注入領域は、リッジストライプ構造としてもよい。

この発明の第２の局面における窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に形成されたｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層とを備え、ｐ型窒化物半導体層の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜が形成されていることを特徴とする。

上記第２の局面による窒化物半導体発光素子では、上記のように、ｐ型窒化物半導体層の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜が形成されているので、窒化物半導体発光素子を大気雰囲気下で動作させたとしても、大気中の水分に含まれる水素がｐ型窒化物半導体層に到達することを抑制することができる。これにより、水素がｐ型窒化物半導体層を透過、拡散することによって、ｐ型窒化物半導体層が高抵抗化し、窒化物半導体発光素子の電圧が上昇することを抑制することができので、長時間安定に動作することができる。

上記第１および第２の局面による窒化物半導体発光素子において、好ましくは、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の厚みが６ｎｍ以上である。このように構成すれば、大気中の水分に含まれる水素が窒化物半導体層に到達することを、容易に、抑制することができる。

上記第１および第２の局面による窒化物半導体発光素子において、酸窒化シリコン膜が、一般式ＳｉＯ_1-xＮ_xで表されるとき、酸窒化シリコン膜の窒素の組成比ｘが０．１以上であることが好ましい。このように構成すれば、大気中の水分に含まれる水素が窒化物半導体層に到達することを、容易に、抑制することができる。

この発明の第３の局面における窒化物半導体発光素子の製造方法は、窒化物半導体基板上に、ｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層を形成する工程と、窒化物半導体層に、電流が注入される電流注入領域を形成する工程と、電流注入領域の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜を形成する工程とが含まれていることを特徴とする。

上記第３の局面における窒化物半導体発光素子の製造方法では、電流注入領域の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜を形成する工程が含まれているので、得られた窒化物半導体発光素子を大気雰囲気下で動作させたとしても、大気中の水分に含まれる水素が電流注入領域に到達することを抑制することができる。これにより、水素が電流注入領域を透過、拡散することによって、電流注入領域が高抵抗化し、電圧が上昇することを抑制することができので、長時間安定に動作することができる。

上記第３の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、電流注入領域の上方に電極および／または電極パッドを形成する工程と、電極および／または電極パッドの上方に、保護膜を形成する工程とが含まれていることを特徴とする。このように構成すれば、電極および／または電極パッドの上方に保護膜が形成されるので、大気中の水分に含まれる水素が、電流注入領域に到達することを効果的に防ぐことができる。

上記第３の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、電流注入領域がリッジストライプ構造となるように、窒化物半導体層にリッジストライプ構造を形成する工程が含まれていてもよい。

この発明の第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法は、窒化物半導体基板上に、ｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層を形成する工程と、ｐ型窒化物半導体層の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜を形成する工程とが含まれていることを特徴とする。

上記第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法では、上記のように、ｐ型窒化物半導体層の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜を形成する工程が含まれているので、得られた窒化物半導体発光素子を大気雰囲気下で動作させたとしても、大気中の水分に含まれる水素がｐ型窒化物半導体層に到達することを抑制することができる。これにより、水素がｐ型窒化物半導体層を透過、拡散することによって、ｐ型窒化物半導体層が高抵抗化し、電圧が上昇することを抑制することができので、長時間安定に動作することができる。

上記第３および第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の厚みが６ｎｍ以上となるように、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜を形成する工程が含まれている。このように構成すれば、大気中の水分に含まれる水素が窒化物半導体層に到達することを、容易に、抑制することができる。

上記第３および第４の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、酸窒化シリコン膜が、一般式ＳｉＯ_1-xＮ_xで表されるとき、酸窒化シリコン膜の窒素の組成比ｘが０．１以上となるように酸窒化シリコン膜を形成する工程が含まれている。このように構成すれば、大気中の水分に含まれる水素が窒化物半導体層に到達することを、容易に、抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、窒化物半導体発光素子を大気雰囲気下（Ｏｐｅｎ−Ａｉｒパッケージ）で動作させた場合においても、電圧上昇を引き起こすことなく、長時間安定に動作をすることができる窒化物半導体発光素子を提供することができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザチップの斜視図である。図２は、図１に示した窒化物半導体レーザチップを用いてパッケージ実装した窒化物半導体レーザ素子の概略図である。

第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子は、ｐ型窒化物半導体層を有しており、このｐ型窒化物半導体層には、少なくとも活性層とクラッド層が含まれている。この活性層とクラッド層は、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）からなる群から選択された少なくとも１種の３族元素と、５族元素である窒素との化合物であって、下記一般式（１）で表される化合物を主成分とする材料から構成されている。さらに、第１の実施形態にかかるｐ型窒化物半導体層は、下記一般式（１）で表される材料に、マグネシウム（Ｍｇ）あるいはベリリウム（Ｂｅ）等がドーピングされることによって、ｐ型伝導を示すように形成されている。
Ａｌ_kＩｎ_lＧａ_mＮ ・・・（１）
式（１）中、ｋは０≦ｋ≦１の正数であり、ｌは０≦ｌ≦１の正数であり、ｍは０≦ｍ≦１の正数であり、ｋ、ｌ、ｍは、ｋ＋ｌ＋ｍ＝１を満たす。

具体的には、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子は、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０１の表面に、厚さ０．２μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＮバッファ層１０２と、厚さ２．２μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95ＩｎＮクラッド層１０３と、厚さ２０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＮガイド層１０４と、ＩｎＧａＮからなる厚さ８ｎｍの障壁層とＩｎＧａＮからなる厚さ５ｎｍの井戸層とから構成される層を、ｐ型窒化物半導体層側に形成される最終の層がＧａＮとなるように３層積層させた厚さ７０ｎｍのＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層１０５と、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7ＩｎＮ層１０６と、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95ＩｎＮクラッド層１０７と、厚さ０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８とが順に積層され、形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板は、本発明の「窒化物半導体基板」の一例である。

本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子から発振されるレーザ光の波長は、ＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層１０５の混晶比によって、たとえば３５０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲で適宜調節することができる。第１の実施形態では、４０５ｎｍの波長のレーザ光が発振するように調節を行った。

そして、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８は、それぞれの一部が除去されることによって、リッジストライプ部１１１が形成されている。すなわち、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７は、その一部がストライプ状の突出部となるように、それ以外の部分が除去されている。また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７に形成された突出部の上面に形成された部分のみが残るように、それ以外の部分は除去されている。このようにして、共振器長方向（Ｙ方向）に延伸するようにストライプ状のリッジストライプ部１１１が形成されている。第１の実施形態では、リッジストライプ部１１１のストライプの幅（Ｘ方向の幅）は、１．２μｍ〜２．４μｍであり、好ましくは約１．５μｍである。

さらに、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８の上面には、ｐ型電極１１５が設けられている。このｐ型電極１１５は、ｐ型コンタクト層１０８に接触するように形成された厚さ５０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）から構成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７の上面には、リッジストライプ部１１１の形成箇所を除く部分に絶縁膜１０９が設けられている。この絶縁膜１０９は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７に接触するように形成されており、厚さ２００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ₂）と、厚さ５０ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）とを順に積層した２層から構成されている。さらに、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７の上面およびｐ型電極１１５の上面には、ｐ型電極パッド１１０が形成されている。このｐ型電極パッド１１０は、絶縁膜１０９側から厚さ２０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）と、厚さ２００ｎｍの金（Ａｕ）とを、順に積層した２層から構成されている。

第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体層に、電流が注入される電流注入領域を有している。一般的に、電流は、窒化物半導体層の活性層領域に注入される。すなわち、電流注入領域とは、電流が注入される活性層領域のことである。たとえば、第１の実施形態のようなリッジストライプ型の窒化物半導体レーザ素子では、リッジストライプ部直下のｐ型窒化物半導体層領域が電流注入領域となる。すなわち、第１の実施形態において、電流注入領域である活性層領域は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８の下のｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層の１０６部分となる。なお、電流注入領域は、電流が注入されることによって発光する。すなわち、電流注入領域は、発光領域でもあり、第１の実施形態では、リッジストライプ部直下の活性層領域が発光領域となる。

本発明にかかる窒化物半導体発光素子は、電流注入領域、または、電極、または、電極パッド、または、電極および電極パッドの上方に、窒化シリコン膜、または、酸窒化シリコン膜、または、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜から構成される保護膜が形成されている。第１の実施形態では、図１に示すように、ｐ型電極パッド１１０の上面に保護膜１１３が形成されている。このように、保護膜１１３を形成することによって、ｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体レーザ素子を大気中で動作させた場合に、大気中の水分に含まれる水素がｐ型窒化物半導体層に到達することを抑制することができる。これにより、水素がｐ型窒化物半導体層を透過、拡散することによって、ｐ型窒化物半導体層が高抵抗化し、電圧を上昇することを抑制することができる。

そして、保護膜１１３には、ワイヤーボンディング窓１１４が形成されている。このワイヤーボンディング窓１１４は、保護膜１１３の下にあるｐ型電極パッド１１０と後述のワイヤーをボンディングするための窓である。保護膜１１３は絶縁膜であるために、ｐ型電極パッド１１０の全面を覆ってしまうと、ワイヤーによって電流注入することができなくなるために設けられているものである。

さらに、ｎ型ＧａＮ基板１０１上面の各層の積層側と反対側の表面には、ｎ型電極１１２が形成されている。このｎ型電極１１２は、ｎ型ＧａＮ基板１０１に接触するように形成されており、厚さ３０ｎｍのハフニウム（Ｈｆ）と、厚さ２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）と、厚さ３０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）と、厚さ５０ｎｍの白金（Ｐｔ）と、厚さ２００ｎｍの金（Ａｕ）とを積層した５層から構成されている。

次に、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明する。

まず、厚さ４５０μｍ（２インチウエハー）のｎ型ＧａＮ基板１０１上に、たとえばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜装置を用いて、厚さ０．２μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＮバッファ層１０２と、厚さ２．２μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95ＩｎＮクラッド層１０３と、厚さ２０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＮガイド層１０４を順に積層し、成膜する。

次に、ＩｎＧａＮからなる厚さ８ｎｍの障壁層とＩｎＧａＮからなる厚さ５ｎｍの井戸層とから構成される層を、ｐ型窒化物半導体層側に形成される最終の層がＧａＮとなるように３層積層させて厚さ７０ｎｍのＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層１０５を形成する。続いて、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7ＩｎＮ層１０６と、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95ＩｎＮクラッド層１０７と、厚さ０．２μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８を順に積層して、成膜する。その後、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８上に、電子ビーム（ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ））蒸着法により、厚さ５０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）形成し、ｐ型電極１１５を形成する。

次に、フォトリソ工程でリッジストライプ部１１１を形成するために、ｐ型電極１１５上にストライプ状のマスクを形成し、たとえばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法を用いて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７の途中までの深さとなるように、ｐ型電極１１５およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７をエッチングする。エッチング深さは、デバイスに要求される仕様に基づき決定されるものであるが、第１の実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７の底部付近までエッチングを行った。このようにして、リッジストライプ部１１１を形成する。

次に、リッジストライプ部１１１とｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７の上面に、ＥＢ蒸着法やスパッタ法等を用いて、厚さ２００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ₂）と、厚さ５０ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）から構成される絶縁膜１０９を形成する。そして、ｐ型電極１１５上に形成されたリッジストライプ状のマスクと絶縁膜１０９をリフトオフ法により除去した後、ＥＢ蒸着法等により、絶縁膜１０９およびｐ型電極１１５の上方に、絶縁膜１０９側から厚さ２０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）と、厚さ２００ｎｍの金（Ａｕ）とを順に積層して、ｐ型電極パッド１１０を形成する。

次に、フォトリソ工程により、ｐ型電極パッド１１０の上面のワイヤーボンディング窓１１４が形成される部分に、レジストによるマスクを形成しておく。続いて、ｐ型電極パッド１１０上に、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ法によって、保護膜１１３を形成する。第１の実施形態では、保護膜１１３は、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の２層構造とし、ｐ型電極パッドに接するように窒化シリコン膜を形成し、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成する。

ここで、保護膜の作製方法について説明する。保護膜の作製は、たとえば、ＥＣＲスパッタ法のような反応性スパッタ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＥＢ蒸着法などにより形成することができる。第１の実施形態では、ＥＣＲスパッタ法を用いて、保護膜を作製した。ＥＣＲスパッタ法による保護膜の作製方法を、図９を参照しながら説明する。図９は、ＥＣＲスパッタ成膜装置の模式的な構成図である。

ＥＣＲスパッタ法とは、ＥＣＲにより発生したプラズマを利用し、そのプラズマの周囲に配置したターゲットに電圧を印可して、プラズマ中のイオンをターゲットに加速入射させることでスパッタリング現象を生ぜしめ、放出したターゲット粒子を近傍に設置した試料の表面に付着させることにより薄膜を形成する方法である。なお、本発明において、試料の表面に形成された薄膜が保護膜となる。

ＥＣＲスパッタ成膜装置は、図９に示すように、成膜室３００と、磁気コイル３０３と、マイクロ波導入窓３０２とを備えている。成膜室３００にはガス導入口３０１およびガス排気口３０９が設置されており、成膜室３００内にはＲＦ電源３０８に接続されたターゲット３０４とヒータ３０５とが設置されている。また、成膜室３００内には試料台３０７が設置されており、試料台３０７上には、薄膜（保護膜）を形成したい試料３０６を設置する。なお、磁気コイル３０３はプラズマを生成するのに必要な磁場を発生させるために設けられており、ＲＦ電源３０８はターゲット３０４をスパッタするために用いられる。また、マイクロ波導入窓３０２よりマイクロ波３１０が成膜室３００内に導入される。

本発明にかかる保護膜を形成するためのターゲット３０４としては、シリコンターゲットまたは酸化シリコンターゲットが用いられる。たとえば、窒化シリコン膜を形成する場合、ターゲット３０４としてシリコンターゲットを設置し、ガス導入口３０１から成膜室３００内に窒素ガスを５．５ｓｃｃｍの流量で導入し、さらに、プラズマを効率よく発生させて成膜速度を大きくするためにアルゴンガスを４０．０ｓｃｃｍの流量で導入する。そして、プラズマの生成に必要なマイクロ波を印加し、シリコンターゲットに所定の電圧を印加する。これにより、試料台３０７に設置された試料３０６の表面に窒化シリコン膜を形成することができる。なお、成長室３００内に窒素を導入する代わりに、酸素を導入すれば、酸化シリコン膜を形成することができる。

一方、酸窒化シリコン膜を形成する場合、シリコンターゲットが設置された成膜室３００に酸素ガスを導入しながら、マイクロ波を印加して酸素プラズマを生成し、シリコンターゲットを酸素プラズマにさらすことにより、シリコンターゲットの表面から数ｎｍ程度の深さまで、シリコンターゲットを酸化させる（ステップ１）。これにより、一時的に酸化シリコンからなるターゲットを作製する。次に、成膜室３００に窒素ガスとアルゴンガスを導入し、マイクロ波を印加してプラズマ状態にし、酸化シリコンからなるターゲットをスパッタすることにより、試料台３０７に設置された試料に酸窒化シリコン膜を形成する（ステップ２）。このとき、窒素ガスと酸素ガスのガス比率を変更することによって、酸窒化シリコン膜の酸素含有量を変更することができる。

しかしながら、上述のように、シリコンターゲットを用いて酸窒化シリコン膜を形成する場合、成膜室３００内に酸素ガスを導入すると、シリコンの酸化性が高いために、酸素の含有量の少ない酸窒化シリコン膜を形成する場合において、酸素と窒素の組成を制御することが困難となり、再現性も低くなる傾向にある。この場合、Ｓｉ_pＯ_q（ただし、０＜ｐ＜１、０＜ｑ＜０．６７、ｐ＋ｑ＝１）の組成式で表わされる酸化状態の低い酸化シリコンをターゲット３０４として用いて、成膜室３００内に酸素ガスを導入せず、窒素ガスのみを導入しながら、プラズマの生成に必要なマイクロ波を印加し、酸化シリコンターゲットに所定の電圧を印加すれば、酸素の含有量の少ない酸窒化シリコン膜を比較的容易に形成することができる。また、上記のＳｉ_pＯ_q（ただし、０＜ｐ＜１、０＜ｑ＜０．６７、ｐ＋ｑ＝１）の組成式で表わされる酸化状態の低い酸化シリコンからなるターゲットを用いる代わりに、酸素の含有量の少ない酸窒化シリコンからなるターゲットを用いた場合にも、同様の効果が得られる。

また、上述のようにして酸窒化シリコン膜中の酸素および窒素の含有量、すなわち、組成比を調整する以外に、成膜室内の真空度、または、成膜温度、または、真空度と成膜温度の両方等の成膜条件を変化させることによっても、酸窒化シリコン膜における酸素の含有量を変化させることができ、酸窒化シリコン膜の組成を容易に変化させることができる。なお、成膜室内の真空度は低い方が酸窒化シリコン膜に酸素が導入されやすく、成膜温度は高い方が酸窒化シリコン膜に酸素が導入されにくい傾向がある。

また、成膜室の内壁を酸化させる、あるいは、成膜室の内壁に酸化シリコンを形成した後、成膜室内にアルゴンガスと窒素ガスとを導入し、シリコンターゲットを用いてスパッタ法等により成膜すると、成膜室の内壁の酸素がプラズマにより離脱するので、酸窒化シリコン膜からなる保護膜を形成することもできる。なお、上述のような反応性スパッタ法で、アルゴンガスを用いてターゲットをスパッタする場合、作製した保護膜にアルゴンが微量（０％〜１０％程度）含まれていることがあるが、本発明では、作製した保護膜にアルゴンが含まれていてもいなくても、どちらの場合であっても、本発明にかかる窒化物半導体発光素子に適用することができる。

また、保護膜を形成する前に、窒化物半導体層、または、電極、または、電極パッドと、保護膜の密着性を改善するために、たとえば、上述のステップ１とステップ２の間において、窒化物半導体層、または、電極、または、電極パッドの表面のクリーニングを行ってもよい。クリーニングは、加熱することによって行ってもよいし、アルゴンプラズマ、または、窒素プラズマ、または、アルゴンと窒素の混合ガスプラズマを照射することによってクリーニングを行ってもよい。さらに、加熱によるクリーニングとプラズマ照射によるクリーニングの両方を組み合わせて行ってもよい。なお、プラズマ照射によってクリーニングを行う場合、アルゴンプラズマを照射した後に、窒素プラズマを照射する、あるいは、その逆の順番で照射する２段階クリーニングを行ってもよい。また、アルゴンと窒素以外に、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）等の希ガスを用いてもよい。

加熱によるクリーニング方法としては、たとえば、保護膜を形成する直前の窒化物半導体発光素子を成膜装置内に設置し、１００℃〜５００℃の温度で加熱して、窒化物半導体層、または、電極、または、電極パッドの表面に付着している酸化膜や不純物などを除去する。プラズマ照射によるクリーニング方法としては、窒化物半導体層、または、電極、または、電極パッドの表面に、アルゴンプラズマまたは窒素プラズマ等を照射することによってクリーニングを行う。また、加熱しながらプラズマ照射を行ってもよい。なお、クリーニングに続けて行う保護膜の形成工程は、１００℃〜５００℃の温度に加熱した状態で行うことが好ましいが、特に加熱を行わずに、保護膜を形成してもよい。

第１の実施形態にかかる保護膜の具体的な作製方法としては、図９のターゲット３０４としてシリコンターゲットを用いて、ガス導入口３０１から成膜室３００内に窒素ガスを５．５ｓｃｃｍの流量で導入し、さらに、プラズマを効率よく発生させて成膜速度を大きくするためにアルゴンガスを４０．０ｓｃｃｍの流量で導入する。そして、シリコンターゲットをスパッタするために、シリコンターゲットに５００ＷのＲＦ電源３０８を印加し、プラズマの生成に必要な５００Ｗのマイクロ波パワーを印加して、成膜速度０．１７ｎｍ／秒で、波長６３３ｎｍの光の屈折率が２．０であり、厚みが５００ｎｍである窒化シリコン膜と、光の屈折率が１．４であり、厚みが２００ｎｍである酸化シリコン膜からなる２層構造の保護膜１１３を形成する。

そして、保護膜１１３を形成した後、ワイヤーボンディング窓１１４部のマスクと保護膜１１３とを、リフトオフ法により除去することによって、ワイヤーボンディング窓１１４を形成する。

次に、厚み４５０μｍのｎ型ＧａＮ基板１０１を研削、研磨して、厚み１３０μｍのｎ型ＧａＮ基板とする。続いて、ｎ型ＧａＮ基板１０１上面の各層の積層側と反対側の表面に、ＥＢ蒸着法によって、厚さ３０ｎｍのハフニウム（Ｈｆ）、厚さ２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）、厚さ３０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）、厚さ５０ｎｍの白金（Ｐｔ）、厚さ２００ｎｍの金（Ａｕ）を順に積層して、ｎ型電極１１２を形成する。

次に、上述のようにして作製した円盤状のウエハーを劈開してバー状にする。第１の実施形態では、劈開面として、｛１−１００｝面を選択した。続いて、劈開面にコート膜の形成を行う。具体的には、ＥＣＲスパッタ法により、光出射側の劈開端面に接するように、厚さ２０ｎｍの酸窒化アルミニウム層（ＡｌＯＮ）と、厚さ１５０ｎｍの窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）と、厚さ１４０ｎｍの酸化アルミニウム層（Ａｌ₂Ｏ₃）の積層構造を形成する。一方、光反射側の劈開端面に接するように、厚さ２０ｎｍの酸窒化アルミニウム層（ＡｌＯＮ）と、厚さ１５０ｎｍの窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）と、厚さ１４０ｎｍの酸化アルミニウム層（Ａｌ₂Ｏ₃）の積層構造を形成した後、厚さ７１ｎｍの酸化シリコン膜と厚さ４６ｎｍの酸化チタン膜を１ペアとして、最表面が酸化シリコン膜となるように、４ペア分積層させた後、最表面に、厚みが１４２ｎｍとなるように酸化シリコン膜を形成して、高反射膜を形成する。その後、バー状の素子を窒化物半導体レーザチップに分割する。なお、本発明において、劈開することによって形成された鏡面（劈開端面）を共振器端面とする。

上記のように作製し、チップ化した窒化物半導体レーザチップを、図２に示した窒化物半導体レーザチップ２０３に用いて、窒化物半導体レーザ素子を作製する。具体的には、窒化物半導体レーザチップ２０３を放熱用のサブマウント（ＳｉＣ）２０２にハンダ（金錫）２０６を用いて接着し、その後、窒化物半導体レーザチップ２０３の接着されたサブマウント２０２を、保持基体（ステム）２０１上に、ハンダ（金錫）（図示せず）により接着する。その後、保持基体（ステム）２０１に形成されているピン２０５と窒化物半導体レーザチップ２０３をワイヤー２０４により電気的に接続する。このとき、ワイヤー２０４は、窒化物半導体レーザチップ２０３側において、図１で示したワイヤーボンディング窓１１４に接続されている。つまり、窒化物半導体レーザチップ２０３のｐ型電極パッド１１０と保持基体（ステム）２０１のピン２０５がワイヤー２０４によって接続された状態となっている。

次に、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子のエージング試験について、図３〜４を参照しながら説明する。上述のようにして作製した第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子を用いて、エージング試験を行い、ＯＰＥＮ−Ａｉｒパッケージで、窒化物半導体レーザチップ２０３を動作させたときの、駆動電圧の変化を調べた。その結果を、図３および図４に示す。図３は、後述する比較例１の窒化物半導体レーザ素子のエージング試験結果であり、図４は、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子のエージング試験結果である。

（比較例１）
第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の比較として、保護膜１１３が形成されていない窒化物半導体レーザ素子を作製し、第１の実施形態と同様にチップ化し、比較例１の窒化物半導体レーザチップを形成した。そして、上記と同様に、保持基体（ステム）上にマウントして、比較例１の窒化物半導体レーザ素子を形成した。

（エージング試験）
第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子、および、比較例１の窒化物半導体レーザ素子を用いて、エージング試験を行った。エージング試験は、温度７０℃、湿度２０％〜４０％の大気雰囲気下で、印加電圧１０ｍＷ、連続（ＣＷ）駆動の条件で行った。なお、第１の実施形態では、図２に示した状態、すなわち、キャップが取り付けられていない状態の窒化物半導体レーザ素子を用いて、エージング試験を行った。

図３に示すように、比較例１の窒化物半導体レーザ素子では、約１００時間でＶ_op（動作電圧）が約１Ｖも上昇した素子があった。一方、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子では、図４に示すように、Ｖ_op（動作電圧）の上昇が起こっている素子はみられず、１０００時間以上安定に動作していた。この結果から、窒化物半導体レーザ素子を大気雰囲気下で駆動させた場合においても、保護膜１１３を形成することによって、Ｖ_op（動作電圧）の上昇が起こらず、安定に動作できることがわかった。

上記のように、保護膜１１３を形成することにより、窒化物半導体レーザ素子を大気雰囲気下で動作させた場合においても、Ｖ_op（動作電圧）の上昇が起こらず、安定に動作することができるメカニズムについて、下記のように考察した。

乾燥空気に対して大気は、多くの水分（Ｈ₂Ｏ、−Ｈ基、−ＯＨ基）を含んでいる。比較例１の窒化物半導体レーザ素子では、保護膜が形成されていないため、大気中の水分に含まれる水素が、比較例１の窒化物半導体レーザ素子の最表面にあるｐ型電極パッド１１０およびｐ型電極１１５を透過し、拡散する。拡散した水素は、ｐ型電極パッド１１０の下面に形成されている絶縁膜１０９に到達し、絶縁膜１０９を透過、拡散する。さらに、水素は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８を透過、拡散し、さらにｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層１０６を透過、拡散する。このように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層１０６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８に水素が拡散することによって、少なくとも１つの層において、拡散した水素が、その層に含まれているＭｇドーパントを補償して、高抵抗化したと考えられる。

一方、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子は、保護膜１１３が形成されているため、大気中の水分に含まれる水素が、保護膜に含まれている窒化シリコン膜のＳｉ基と結合するなどによって、保護膜中に留まり、拡散が抑制されていると考えられる。このため、水素が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層１０６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１０７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８のいずれの層にも到達することはなく、水素がＭｇドーパントを補償することによる高抵抗化を抑制することができると考えられる。このように、電流注入が行なわれるｐ型窒化物半導体層上に保護膜１１３を形成することによって、ｐ型窒化物半導体層の高抵抗化によるＶ_op（動作電圧）の上昇が抑制され、窒化物半導体レーザチップを安定に動作することが可能となる。なお、ｐ型窒化物半導体層にアルミニウムが含まれている方が、また、アルミニウムの含有量が多い方が、電圧上昇を引き起こしやすい傾向がある。

次に、第１の実施形態にかかる保護膜１１３を構成する窒化シリコン膜の厚みと歩留まりの関係について、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の保護膜を構成する窒化シリコン膜の厚みと歩留まりの関係を示す図であり、図６は、図５に示した窒化シリコン膜の厚みと歩留まりの関係を示す図の一部を拡大して示した図である。

（サンプルの作製）
保護膜１１３中の窒化シリコン膜の厚みが１μｍ〜５００μｍとなるように窒化物半導体レーザチップを作製し、得られた窒化物半導体レーザチップを用いて、窒化物半導体レーザ素子を作製した。

（エージング試験）
上記の窒化物半導体レーザ素子を用いて、温度７０℃、湿度２０％〜４０％の大気雰囲気下で、印加電圧１０ｍＷ、連続（ＣＷ）駆動の条件で、エージング試験を行った。なお、エージング試験は、上述と同様に、図２に示した状態、すなわち、キャップが取り付けられていない状態で行った。

（歩留まり評価）
上述のように、エージング試験を行い、１０００時間以上の駆動で、電圧上昇を起こさなかった窒化物半導体レーザ素子の歩留まりを調査した。

図５に示すように、窒化シリコン膜の厚みが厚くなるほど、歩留まりが高くなる傾向にあった。また、図６に示すように、窒化シリコン膜の厚みが６ｎｍのとき、歩留まりは約７０％となり、歩留まりが大幅に上昇した。この結果から、窒化物半導体レーザ素子を長時間安定に動作させるためには、好ましくは、窒化シリコン膜の厚みは６ｎｍ以上である。なお、窒化シリコン膜の厚みが６ｎｍ未満である場合、窒化シリコン膜の厚みが薄いために厚さの制御が困難となり、窒化シリコン膜が形成されない部分が生じる可能性がある。このため、窒化シリコン膜の形成が不完全な部分から、大気中の水分に含まれる水素がｐ型窒化物半導体層に、容易に、到達することができる。これにより、水素がｐ型窒化物半導体層を透過、拡散することによって、ｐ型窒化物半導体層が高抵抗化し、電圧が上昇するために、歩留まりが低下すると考えられる。また、図５に示すように、１０００時間以上にわたって、窒化物半導体レーザ素子のＶ_op（動作電圧）の上昇を抑制し、長時間安定に動作させるためには、好ましくは、窒化シリコン膜の厚みは８０ｎｍ以上であり、より好ましくは３００ｎｍ以上である。なお、ここでは、保護膜１１３中の窒化シリコンの厚みについて説明したが、酸窒化シリコン膜の場合においても、上述と同様に、酸窒化シリコン膜の厚み６ｎｍ以上で効果が得られる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態では、保護膜１１３を、厚さ５００ｎｍの酸窒化シリコン膜（ＳｉＯ_1-xＮ_x）の単層からなる保護膜１１３ｂとして、第２の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子を作製した。この保護膜１１３ｂのオージェ解析を行った結果、保護膜１１３ｂ（酸窒化シリコン膜（ＳｉＯ_1-xＮ_x））の窒素の組成比ｘは、０．６であった。このような保護膜１１３ｂを有する第２の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子を、上述の第１の実施形態と同様にしてエージング試験を行った。その結果、第２の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子においても、第１の実施形態と同様に、エージングによる電圧上昇は見られず、長時間安定して動作できることが確認できた。なお、第２の実施形態において、保護膜１１３を保護膜１１３ｂとした以外は、第１の実施形態と同様の構成である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本発明の第３の実施形態では、保護膜１１３を、ｐ型電極パッド１１０の上面に形成された厚さ３００ｎｍの酸窒化シリコン膜と、酸窒化シリコン膜の上面に形成された厚さ１２０ｎｍの酸化シリコン膜の２層からなる保護膜１１３ｃとして、第３の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子を作製した。この保護膜１１３ｃのオージェ解析の結果、保護膜１１３ｃに含まれる酸窒化シリコン膜（ＳｉＯ_1-xＮ_x）の窒素の組成比ｘは０．８であった。このような保護膜１１３ｃを有する第３の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子について、第１の実施形態と同様にして、エージング試験を行った。その結果、第３の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子についても、エージングによる電圧上昇は見られず、長時間安定して動作できることが確認できた。なお、第３の実施形態において、保護膜１１３を保護膜１１３ｃとした以外は、第１の実施形態と同様の構成である。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本発明の第４の実施形態では、保護膜１１３を、ｐ型電極パッド１１０の上面に形成された厚さ５０ｎｍの酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜の上面に形成された厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜の２層からなる保護膜１１３ｄとして、第４の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子を作製した。このような保護膜１１３ｄを有する第４の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子について、第１の実施形態と同様にして、エージング試験を行った。その結果、第４の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子についても、エージングによる電圧上昇は見られず、長時間安定して動作できることが確認できた。なお、第４の実施形態において、保護膜１１３を保護膜１１３ｄとした以外は、第１の実施形態と同様の構成である。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本発明の第５の実施形態では、保護膜１１３を、ｐ型電極パッド１１０の上面に形成された厚さ５０ｎｍの酸化シリコン膜と、この酸化シリコン膜の上面に形成された厚さ３００ｎｍの窒化シリコン膜と、窒化シリコン膜の上面に形成された厚さ１２０ｎｍの酸化シリコン膜の３層からなる保護膜１１３ｅとして、第５の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子を作製した。このような保護膜１１３ｅを有する第５の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子について、第１の実施形態と同様にして、エージング試験を行った。その結果、第５の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子についても、エージングによる電圧上昇は見られず、長時間安定して動作できることが確認できた。なお、第５の実施形態において、保護膜１１３を保護膜１１３ｅとした以外は、第１の実施形態と同様の構成である。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本発明の第６の実施形態では、保護膜１１３を、厚さ１５０ｎｍの窒化シリコン膜の単層からなる保護膜１１３ｆとして、第６の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子を作製した。このような保護膜１１３ｆを有する第６の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子について、第１の実施形態と同様にして、エージング試験を行った。その結果、第６の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子についても、エージングによる電圧上昇は見られず、長時間安定して動作できることが確認できた。なお、第６の実施形態において、保護膜１１３を保護膜１１３ｆとした以外は、第１の実施形態と同様の構成である。

（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態について、図７を参照しながら説明する。図７は、本発明の第７の実施形態にかかる窒化物半導体レーザチップの斜視図である。本発明の第７の実施形態では、図７に示すように、リッジストライプ部１１１の全部と、リッジストライプ部１１１近傍であって、ｐ型電極パッド１１０の上面の一部に保護膜１１６が形成されている。

第７の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子について、第１の実施形態と同様にして、エージング試験を行った。その結果、第７の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子についても、エージングによる電圧上昇は見られず、安定して動作できることが確認できた。この結果から、エージングによる電圧上昇を抑制し、長時間安定した動作を得るためには、少なくともリッジストライプ部１１１上を保護膜で覆っていればよいと考えられる。また、ｐ型電極パッド１１０の上面に形成される保護膜１１６は、リッジストライプ部１１１の端と保護膜１１６の端の距離（ｄ）が、３μｍ以上となるように形成されていることが好ましい。このように保護膜１１６が形成されていることによって、第７の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子を長時間安定して駆動させることができる。なお、第７の実施形態において、保護膜１１６の構造が保護膜１１３の構造と異なる以外は、第１の実施形態と同様の構成である。また、保護膜１１６の層構造は、保護膜１１３および１１３ｂ〜ｆの層構造と同様の構成とすることができる。

（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について、図８を参照しながら説明する。図８は、本発明の第８の実施形態にかかる窒化物半導体レーザチップの斜視図である。本発明の第８の実施形態では、図８に示すように、電流注入領域であるリッジストライプ部１１１の一部と、ｐ型電極パッド１１０の上面の一部を覆うように保護膜１１７が形成されている。すなわち、図８に示すように、保護膜１１７は、共振器方向（Ｙ方向）の長さ（Ｌ２）が、共振器長（Ｌ１）（リッジストライプ部１１１の共振器方向の長さ）よりも短くなるように形成されている。

第８の実施形態では、保護膜１１７の共振器方向（Ｙ方向）の長さ（Ｌ２）を変化させた窒化物半導体レーザ素子について、第１の実施形態と同様に、エージング試験を行った。その結果、Ｌ２／Ｌ１≧０．３のとき、エージングによる電圧上昇は見られず、長時間安定して動作できることが確認できた。また、Ｌ２／Ｌ１の値が１に近いほど、その効果は大きくなった。このことより、電流注入領域であるリッジストライプ部１１１の上方において、少なくともリッジストライプ部１１１の３０％以上が保護膜で覆われていれば、エージングによる電圧上昇を抑制する効果が得られる。なお、リッジストライプ部１１１の端と保護膜１１７の端の距離（ｄ）は、好ましくは、３μｍ以上である。また、第８の実施形態では、保護膜１１７の構造が保護膜１１３の構造と異なる以外は、第１の実施形態と同様の構成である。また、保護膜１１７の層構造は、保護膜１１３および１１３ｂ〜ｆの層構造と同様の構成とすることができる。

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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

たとえば、第１〜第８の実施形態では、窒化物半導体発光素子として、窒化物半導体レーザ素子を例に用いて説明したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体発光ダイオード素子等であってもよい。また、上記第１〜第８の実施形態では、窒化物半導体レーザ素子として、リッジストライプ型の窒化物半導体レーザ素子を例に用いて説明したが、本発明はこれに限らず、面発光型の窒化物半導体レーザ素子等であってもよい。なお、面発光型の窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体発光ダイオード素子では、光透過性電極の下部のｐ型窒化物半導体層領域を電流注入領域といい、光取り出し面（発光面）が発光領域となる。

また、上記の第１〜第８の実施形態では、窒化物半導体基板としてＧａＮ基板を用いた構成を例に示したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＮ基板等であってもよい。

また、上記第１〜第８の実施形態では、電流注入領域の上方に保護膜が形成される構成例に用いて示したが、本発明はこれに限らず、ｐ型窒化物半導体層の上方に保護膜が形成される構成であってもよい。このように構成した場合においても、窒化物半導体発光素子を大気中で動作させた場合に、大気中に含まれる水素がｐ型窒化物半導体層に到達することを抑制することができる。これにより、水素がｐ型窒化物半導体層を浸透、拡散することによって、ｐ型窒化物半導体層が高抵抗し、窒化物半導体発光素子の電圧が上昇することを抑制することができるので、長時間安定に動作することができる。なお、このとき、ｐ型窒化物半導体層の上方に形成される保護膜は、第１〜第８の実施形態の保護膜と同様の構成とすることができる。

また、上記の第２および第３の実施形態では、保護膜を構成する酸窒化シリコン膜（ＳｉＯ_1-xＮ_x）の窒素の組成比ｘが、０．６もしくは０．８である構成を例に用いて示したが、本発明はこれに限らず、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯ_1-xＮ_x）の窒素の組成比ｘは、０＜ｘ≦１、好ましくは０．１≦ｘ≦１、より好ましくは０．４≦ｘ≦１であればよい。なお、窒素含有量の測定方法としては、オージェ解析（ＡＥＳ）を例に用いて示したが、ＴＥＭ(透過電子線回折顕微鏡)のＥＤＸ測定（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置）等でもよい。なお、本発明において、酸窒化シリコン膜中の窒素組成比ｘとは、酸窒化シリコン膜が形成される際のスパッタ膜などに含まれるアルゴンや不純物は含まず、酸素と窒素の含有量の比から求められた値を示す。

本発明に用いられる保護膜は、上記の第１〜第８の実施形態において示した保護膜に限らず、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜それぞれを積層して多層構造としてもよい。また、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜を積層した多層構造であってもよい。なお、酸窒化シリコン膜を積層して多層構造の保護膜を形成する場合、保護膜の厚み方向、すなわち窒化物半導体層の積層方向に対して、各層における酸窒化シリコン膜の酸素含有量（窒素含有量）が異なるように形成してもよいし、各層の酸素含有量（窒素含有量）が段階的に変化するように形成してもよい。本発明に用いられる保護膜として、電極との密着性や応力などの面から、たとえば、表１に示すような保護膜が挙げられる。なお、表１に示したいずれの層構造の保護膜においても、上述と同様の効果が得られる。

また、本発明に用いられる保護膜には、上記の第１および第３〜第５の実施形態に示したように、酸化シリコン等の絶縁性膜が含まれていてもよいし、第２および第６実施形態に示したように、酸化シリコン等の絶縁性膜が含まれていなくてもよい。なお、酸化シリコン以外に、酸化チタン、酸化シリコン、酸化ニオビウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等を用いてもよい。

本発明に用いられる保護膜は、酸窒化シリコン膜よりも窒化シリコン膜の方が、好適に用いることができる。たとえば、同じ厚みの窒化シリコン膜と酸窒化シリコン膜を用いた場合、窒素の含有量が多いほど、電圧の上昇を抑制する効果が高く、窒素含有量がより多い窒化シリコン膜の方が電圧上昇抑制効果は大きい。すなわち、窒化シリコン膜は、酸窒化シリコン膜よりも薄い厚みで、酸窒化シリコン膜と同等の効果を得ることができる。

また、本発明に用いられる窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜には、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタリウム（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、チタニウム（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）等から選択される少なくとも１種以上の添加物が添加されていてもよい。このとき、添加物の添加量は、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の１０％以下であることが好ましい。

また、上記の第１〜第８の実施形態では、モリブデン（Ｍｏ）および金（Ａｕ）から構成される電極パッド、および、パラジウム（Ｐｄ）から構成されるｐ型電極、および、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）から構成されるｎ型電極を例に用いて示したが、本発明はこれに限らず、電極パッドおよび電極は、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）等の金属材料から構成されるものであればよい。

また、上記の第１〜第８の実施形態では、窒化物半導体層の上面に形成される絶縁膜として、酸化シリコンおよび酸化チタンから構成される絶縁膜を例に用いて示したが、本発明はこれに限らず、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化シリコン、酸化ニオビウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等の絶縁材料から構成されるものであればよい。

また、上記第１〜第８の実施形態では、キャップが取り付けられていない状態でエージング試験を行ったが、エージングによるワイヤーの劣化を防ぐために、ワイヤー保護用として、レンズが付いていないキャップを保持基体に圧着により取り付けておいてもよい。

は、本発明の第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザチップの斜視図である。 は、図１に示した窒化物半導体レーザチップを用いてパッケージ実装した窒化物半導体レーザ素子の概略図である。 は、比較例１の窒化物半導体レーザ素子のエージング試験結果である。 は、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子のエージング試験結果である。 は、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の保護膜を構成する窒化シリコン膜の厚みと歩留まりの関係を示す図である。 は、図５に示した窒化シリコン膜の厚みと歩留まりの関係を示す図の一部を拡大して示した図である。 は、本発明の第７の実施形態にかかる窒化物半導体レーザチップの斜視図である。 は、本発明の第８の実施形態にかかる窒化物半導体レーザチップの斜視図である。 は、ＥＣＲスパッタ成膜装置の模式的な構成図である。 は、従来の窒化物半導体レーザ素子内部の概略図である。 は、従来の窒化物系半導体レーザ素子の外観図である。

符号の説明

１０１ ｎ型ＧａＮ基板（窒化物半導体基板）
１０２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＮバッファ層
１０３ ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95ＩｎＮクラッド層
１０４ ｎ型ＡｌＧａＩｎＮガイド層１０４
１０５ ＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層
１０６ ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7ＩｎＮ層
１０７ ｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95ＩｎＮクラッド層
１０８ ｐ型ＡｌＧａＩｎＮコンタクト層１０８
１０９ 絶縁膜
１１０ ｐ型パッド電極
１１１ リッジストライプ部
１１２ ｎ型電極
１１３、１１６、１１７ 保護膜
１１４ ワイヤーボンディング窓
１１５ ｐ型電極
２０１、４０１ 保持基体（ステム）
２０２、４０２ サブマウント
２０３、４０３ 窒化物半導体レーザチップ
２０４、４０４ ワイヤー
２０５、４０５ ピン
２０６、４０７ ハンダ
４０７ａ ガラスレンズ

Claims (12)

1. 窒化物半導体基板と、
   前記窒化物半導体基板上に形成されたｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層とを備え、
   前記窒化物半導体層は、電流が注入される電流注入領域を有しており、
   前記電流注入領域の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜が形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
2. 前記電流注入領域の上方に、電極および／または電極パッドが形成されており、前記保護膜は、前記電極および／または前記電極パッドの上方に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記電流注入領域が、リッジストライプ構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 窒化物半導体基板と、
   前記窒化物半導体基板上に形成されたｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層とを備え、
   前記ｐ型窒化物半導体層の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜が形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
5. 前記窒化シリコン膜または前記酸窒化シリコン膜の厚みが６ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
6. 前記酸窒化シリコン膜が、一般式ＳｉＯ_1-xＮ_xで表されるとき、前記酸窒化シリコン膜の窒素の組成比ｘが０．１以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
7. 窒化物半導体基板上に、ｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層を形成する工程と、
   前記窒化物半導体層に、電流が注入される電流注入領域を形成する工程と、
   前記電流注入領域の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜を形成する工程とが含まれていることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
8. 前記電流注入領域の上方に、電極および／または電極パッドを形成する工程と、
   前記電極および／または前記電極パッドの上方に、前記保護膜を形成する工程とが含まれていることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
9. 前記電流注入領域がリッジストライプ構造となるように、前記窒化物半導体層にリッジストライプ構造を形成する工程が含まれていることを特徴とする請求項７または８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
10. 窒化物半導体基板上に、ｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層を形成する工程と、
    前記ｐ型窒化物半導体層の上方に、窒化シリコン膜および／または酸窒化シリコン膜から構成される保護膜を形成する工程とが含まれていることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
11. 前記窒化シリコン膜または前記酸窒化シリコン膜の厚みが６ｎｍ以上となるように、前記窒化シリコン膜または前記酸窒化シリコン膜を形成する工程が含まれていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
12. 前記酸窒化シリコン膜が、一般式ＳｉＯ_1-xＮ_xで表されるとき、前記酸窒化シリコン膜の窒素の組成比ｘが０．１以上となるように、前記酸窒化シリコン膜を形成する工程が含まれていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

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