JP2010109144A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】誘電膜間の密着性のさらなる向上が可能な半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子１００は、活性層２５を有する半導体素子層２０と、半導体素子層２０の活性層２５を含む領域の端部に形成された光出射面１および光反射面２からなる共振器端面と、光出射面１の表面上に形成されたＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１の光出射面１とは反対側の表面上に形成されたＡｌＯＸＮＹ（０≦Ｘ＜１．５、０＜Ｙ≦１）膜４２とを備える。そして、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２との界面３は、凹凸形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、発光層を有する半導体素子層を備えた半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
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。
そこで、従来、レーザ素子の共振器端面に端面コート処理を施すことにより高出力化がなされた半導体レーザ素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、光出射側の共振器端面に、酸化膜からなる第１の誘電膜と、窒化膜や酸窒化膜からなる第２の誘電膜とがこの順に積層された半導体レーザ素子が開示されている。この特許文献１に記載の半導体レーザ素子では、第１の誘電膜の外側に第１の誘電膜と熱膨張係数が近い第２の誘電膜を形成することによって、第１の誘電膜と第２の誘電膜との密着性が向上され、かつ、窒素が含有された酸窒化膜からなる第２の誘電膜により半導体レーザ素子の放熱性が向上されるので、レーザ光の高出力化が可能となるように構成されている。また、この半導体レーザ素子では、誘電体多層膜の放熱性をさらに向上させるために、酸化膜よりも熱伝導率の大きな窒化膜を第１の誘電膜に用いる試みがなされている。
特開２００７−２０１３７３号公報
上記特許文献１に開示された半導体レーザ素子では、第１の誘電膜の外側に第１の誘電膜と熱膨張係数が近い第２の誘電膜を形成することによって、誘電膜同志の密着性は、ある程度は向上されると考えられる。一方、高出力化が求められる半導体レーザ素子では、共振器端面における発熱や熱吸収に起因して誘電膜が膜剥れを生じやすい傾向にあるため、誘電膜間の密着性のさらなる向上が求められる。
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、誘電膜間の密着性のさらなる向上が可能な半導体レーザ素子およびその製造方法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
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体レーザ素子は、発光層を有する半導体素子層と、半導体素子層の発光層を含む領域の端部に形成された共振器端面と、共振器端面のうちの光出射側の端面の表面上に形成されたＡｌＮからなる第１絶縁膜と、端面とは反対側の第１絶縁膜の表面上に形成されたＡｌＯＸＮＹ（０≦Ｘ＜１．５、０＜Ｙ≦１）からなる第２絶縁膜とを備え、第１絶縁膜と第２絶縁膜との界面は、凹凸形状を有する。
なお、本発明において、光出射側の端面は、半導体レーザ素子端部に形成された一対の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、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射側の端面である。また、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射側の端面である。また、本発明では、第２絶縁膜のＡｌＯＸＮＹを構成する酸素の組成比（Ｘ）および窒素の組成比（Ｙ）の組み合わせにおいて、たとえば、Ｙが限りなく０に近づく場合、Ｘは１．５に限りなく近づく。この場合、第２絶縁膜（ＡｌＯＸＮＹ膜）は、限りなくＡｌ２Ｏ３膜に機械的な性質が近づくので、酸素の組成比（Ｘ）の範囲を０≦Ｘ＜１．５のように明記している。
この発明の第１の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、光出射側の端面の表面上にＡｌＮからなる第１絶縁膜とＡｌＯＸＮＹからなる第２絶縁膜とを備え、第１絶縁膜と第２絶縁膜との界面を凹凸形状を有するように構成することによって、第１絶縁膜と第２絶縁膜とは、凹凸形状を有する界面により互いに接触するので、第１絶縁膜と第２絶縁膜とが凹凸形状などの無い平坦な接触界面の状況下で互いに接触させる場合と比較して、凹凸形状が形成される分、第１絶縁膜と第２絶縁膜とをより広い表面積を介して互いに接触させることができる。これにより、誘電膜間の密着性をより一層向上させることができる。
また、光出射側の共振器端面の表面上にＡｌＮからなる第１絶縁膜とＡｌＯＸＮＹからなる第２絶縁膜とを備えることによって、第２絶縁膜の厚みを調整することにより、光出射側の端面を出射するレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより、高出力化に対応した半導体レーザ素子を容易に形成することができる。
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、凹凸形状は、複数の凹部および凸部を含み、発光層が発するレーザ光の波長がλであり、第１絶縁膜および第２絶縁膜の平均屈折率がそれぞれ、ｎ１およびｎ２である場合、界面における凹部の底部から凹部と隣り合う凸部の頂部までの高さの最大値Ｈは、Ｈ＜λ／ｎ１かつＨ＜λ／ｎ２であるように設定されている。このように構成すれば、界面における複数の凹凸の大きさが、λ／ｎ１およびλ／ｎ２よりも小さくなるので、光出射側の端面を出射したレーザ光は、凹凸形状の状態に影響されることなく透過して第２絶縁膜を透過する。これにより、所望の反射率を有するように設定された第２絶縁膜の反射率制御機能が界面の凹凸形状によって影響されるのを容易に抑制することができる。
また、上記のように構成すれば、ＡｌＮとＡｌＯＸＮＹとの界面におけるレーザ光の反射率が低下するので、レーザ光を光出射側の端面から効率よく出射させることができる。
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、ＡｌＯＸＮＹにおいて、Ｘ＜Ｙである。このように構成すれば、共振器端面に端面コート処理を行う際に、第２絶縁膜と第１絶縁膜との界面が凹凸形状を有する状態で第２絶縁膜を第１絶縁膜上に形成することができる。この結果、第２絶縁膜を第１絶縁膜に対して密着性が良好な状態で形成することができる。また、上記のように構成した場合、第２絶縁膜に含まれる酸素の第１絶縁膜に拡散する量を抑制することができる。これにより、第１絶縁膜から半導体素子層へ酸素が拡散するのが抑制されるので、光出射側の端面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。
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、光出射側の端面とは反対側の第２絶縁膜の表面上に形成され、酸化膜または窒化膜のいずれか一方からなる第３絶縁膜をさらに備える。このように構成すれば、第３絶縁膜の厚みを調整することにより、光出射側の端面を出射するレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより、高出力化に対応した半導体レーザ素子をより容易に形成することができる。
この発明の第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法は、発光層を有する半導体素子層を形成する工程と、半導体素子層の発光層を含む領域の端部に共振器端面を形成する工程と、共振器端面のうちの光出射側の端面の表面上に、端面側からＡｌＮからなる第１絶縁膜とＡｌＯＸＮＹ（０≦Ｘ＜１．５、０＜Ｙ≦１）からなる第２絶縁膜とを第１絶縁膜と第２絶縁膜との界面が凹凸形状を有するように形成する工程とを備える。
この発明の第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法は、上記のように、光出射側の端面の表面上に、共振器端面の表面側からＡｌＮからなる第１絶縁膜とＡｌＯＸＮＹからなる第２絶縁膜とを第１絶縁膜と第２絶縁膜との界面が凹凸形状を有するように形成する工程を備えることによって、第１絶縁膜と第２絶縁膜とは、凹凸形状を有する界面により互いに接触するので、第１絶縁膜と第２絶縁膜とが凹凸形状などの無い平坦な接触界面の状況下で互いに接触させる場合と比較して、凹凸形状が形成される分、より広い表面積を介して互いに接合される。これにより、誘電膜間の密着性をより一層向上させることができる。
上記第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、第１絶縁膜と第２絶縁膜とを形成する工程は、ＥＣＲプラズマ法により、界面が凹凸形状を有するように第１絶縁膜と第２絶縁膜とを形成する工程を含む。このように構成すれば、容易に第１絶縁膜と第２絶縁膜との界面が凹凸形状を有するように第１絶縁膜と第２絶縁膜とを形成することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図２および図３は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００の構造について説明する。
本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００では、図２に示すように、約１００μｍの厚みを有するとともに約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有する酸素ドープのｎ型（０００１）面ＧａＮ基板１０の表面上に、発振波長が約４０５ｎｍを有する半導体素子層２０が形成されている。
また、窒化物系半導体レーザ素子１００は、図１に示すように、共振器方向（Ａ方向）の両端部に、それぞれ、光出射面１および光反射面２が形成されている。なお、光出射面１は、本発明の「光出射側の端面」の一例である。また、窒化物系半導体レーザ素子１００の光出射面１および光反射面２には、製造プロセスにおける端面コート処理により、誘電体多層膜４０および６０がそれぞれ形成されている。
ここで、第１実施形態では、図１に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１００の光出射面１には、光出射面１から近い順に、光出射面１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＸＮＹ膜４２とからなる誘電体多層膜４０が形成されている。そして、誘電体多層膜４０に接触する約６０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜５１が形成されている。なお、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＯＸＮＹ膜４２は、それぞれ、本発明の「第１絶縁膜」および「第２絶縁膜」の一例であり、Ａｌ２Ｏ３膜５１は、本発明の「第３絶縁膜」の一例である。第１実施形態では、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＯＸＮＹ膜４２により、レーザ光の出射に伴う熱影響や光吸収に起因して誘電体多層膜４０自身および光出射面１が変質するのを抑制することが可能に構成されている。また、Ａｌ２Ｏ３膜５１は反射率を制御する機能を有し、Ａｌ２Ｏ３膜５１により光出射面１側でのレーザ光の反射率が約８％を有するように設定されている。
また、第１実施形態では、図３に示すように、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２とが互いに接する界面３を微視的に見た場合、界面３は、ＡｌＯＸＮＹ膜４２側から見て複数の凹部３ａと凸部３ｂとによって凹凸形状を有している。また、この凹凸形状は、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２とが互いに接する界面３においてＢ方向（図２参照）およびＣ方向に平面的な広がりを有するように形成されている。
ここで、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＯＸＮＹ膜４２の屈折率が、それぞれ、ｎ１（＝約２．１０）およびｎ２（＝約１．６０〜約２．１０の範囲の値（ＡｌＯＸＮＹにおいて０≦Ｘ＜１．５、０＜Ｙ≦１の値をとるため）である場合、界面３を形成する凹部３ａの底部から凸部３ｂの頂部までの高さの最大値Ｈ１（図３参照）は、Ｈ１＜λ／ｎ１であり、かつ、Ｈ１＜λ／ｎ２の関係を有するように設定されるのが好ましい。したがって、第１実施形態では、凹部３ａの底部から凸部３ｂの頂部までの高さの平均値が約５ｎｍとなるように凹凸形状を形成している。これにより、光出射面１から出射されるレーザ光が界面３の凹凸形状の影響を受けることなく外部に出射されることが可能に構成されている。
なお、約４０５ｎｍの発振波長λを有する半導体素子層２０では、界面３を形成する凹部３ａの底部から凸部３ｂの頂部までの高さの最大値Ｈ１が、Ｈ１＜約１９３ｎｍであるように形成されるのが好ましい。
また、第１実施形態では、ＡｌＯＸＮＹ膜４２は、窒素の組成比（Ｙ）が酸素の組成比（Ｘ）よりも大きく（Ｘ＜Ｙ）構成されている。これにより、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２との界面３に凹凸形状が形成されやすくなるように構成されている。
また、図１に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１００の光反射面２には、光反射面２から近い順に、光反射面２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１と、ＡｌＮ膜６１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜６２と、Ａｌ２Ｏ３膜６２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６３と、ＡｌＮ膜６３に接触する約６０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜６４と、Ａｌ２Ｏ３膜６４に接触する約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜６５と、ＳｉＯ２膜６５に接触するとともに低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜および高屈折率膜として約５０ｎｍを有するＺｒＯ２膜が交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する多層反射膜６６とからなる誘電体多層膜６０が形成されている。また、多層反射膜６６は反射率を制御する機能を有しており、多層反射膜６６により光反射面２側でのレーザ光の反射率が約９８％の高反射率を有するように設定されている。
また、半導体素子層２０は、図２に示すように、ｎ型（０００１）面ＧａＮ基板１０上に、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＧｅドープｎ型ＧａＮからなるｎ型層２１が形成されている。また、ｎ型層２１上には、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＧｅドープｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層２２が形成されている。
また、ｎ型クラッド層２２上には、約５ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＧｅドープｎ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなるｎ型キャリアブロック層２３が形成されている。また、ｎ型キャリアブロック層２３上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、アンドープＧａＮからなるｎ側光ガイド層２４が形成されている。また、ｎ側光ガイド層２４上には、活性層２５が形成されている。活性層２５は、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる４層の障壁層と、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる３層の井戸層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有している。
また、図２に示すように、活性層２５上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、アンドープＧａＮからなるｐ側光ガイド層２６が形成されている。ｐ側光ガイド層２６上には、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、アンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなるキャップ層２７が形成されている。
また、キャップ層２７上には、凸部２８ａと凸部２８ａ以外の平坦部２８ｂとを有するとともに、アンドープ約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層２８が形成されている。このｐ型クラッド層２８の平坦部２８ｂは、凸部２８ａの両側において約８０ｎｍの厚みを有している。また、ｐ型クラッド層２８の平坦部２８ｂから凸部２８ａまでは、約３２０ｎｍの高さを有するとともに、凸部２８ａの幅は、約１．５μｍを有している。
また、ｐ型クラッド層２８の凸部２８ａ上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、アンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ側コンタクト層２９が形成されている。このｐ側コンタクト層２９とｐ型クラッド層２８の凸部２８ａとによってリッジ３０が構成されている。また、リッジ３０は、下部において約１．５μｍの幅を有し、［１−１００］方向（図１のＡ方向）に延びる形状に形成されている。ここで、リッジ３０の下方に位置する活性層２５を含む部分に、［１−１００］方向（図１のＡ方向）に延びる光導波路が形成されている。なお、ｎ型層２１、ｎ型クラッド層２２、ｎ型キャリアブロック層２３、ｎ側光ガイド層２４、ｐ側光ガイド層２６、キャップ層２７、ｐ型クラッド層２８およびｐ側コンタクト層２９は、それぞれ、本発明の「半導体素子層」の一例である。また、活性層２５は、本発明の「発光層」および「半導体素子層」の一例である。
また、図２に示すように、リッジ３０を構成するｐ側コンタクト層２９上には、下層側から順に約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層と約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｐ側オーミック電極３１が形成されている。また、ｐ側オーミック電極３１の上面以外の領域上には、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる電流ブロック層３２が形成されている。また、電流ブロック層３２上の所定領域には、ｐ側オーミック電極３１の上面に接触するように、下層側から順に約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層と約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と約３μｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｐ側パッド電極３３が形成されている。
また、図２に示すように、ｎ型（０００１）面ＧａＮ基板１０の下面上には、ｎ型（０００１）面ＧａＮ基板１０の下面側から近い順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側電極３４が形成されている。
次に、図１〜図３を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００の製造プロセスについて説明する。
まず、図２に示すように、ｎ型（０００１）面ＧａＮ基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型層２１、ｎ型クラッド層２２、ｎ型キャリアブロック層２３、ｎ側光ガイド層２４および活性層２５を順次形成する。また、活性層２５上に、ｐ側光ガイド層２６、キャップ層２７、ｐ型クラッド層２８およびｐ側コンタクト層２９を順次形成する。その後、ｐ型化アニール処理およびエッチングによりリッジ３０の形成を行った後、ｐ側オーミック電極３１、電流ブロック層３２およびｐ側パッド電極３３を真空蒸着法によりそれぞれ形成する。また、ｎ型（０００１）面ＧａＮ基板１０の下面上に、真空蒸着法によりｎ側電極３４を形成する。
次に、窒化物系半導体レーザ素子１００（図１参照）を構成する共振器端面と誘電体多層膜との形成方法について説明する。
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３０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端面（光出射面１および光反射面２）を形成する。その後、共振器端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。
そして、ＥＣＲプラズマを５分間の間、劈開面からなる光出射面１（図１参照）に照射することにより、光出射面１を清浄化する。ＥＣＲプラズマは、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１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１の表面に誘電体多層膜４０を形成する。
ここで、第１実施形態では、図３に示すように、まず、ＥＣＲプラズマ法を用いて、光出射面１の表面にＡｌＮ膜４１を形成する。なお、ＥＣＲプラズマは、約０．０２ＰａのＮ２ガスおよびＯ２ガス雰囲気中で、マイクロ波出力５００Ｗの条件で発生させる。続いて、ＡｌＮ膜４１の表面にＡｌＯＸＮＹ膜４２を形成する。なお、ＡｌＯＸＮＹ膜４２を形成する際、スパッタターゲットへＲＦパワー５００Ｗを印加することにより、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２との界面３に凹凸形状が形成されながらＡｌＯＸＮＹ膜４２が堆積される。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、ＡｌＯＸＮＹ膜４２における酸素および窒素の組成比を制御する。このようにして誘電体多層膜４０を形成する。
その後、ＥＣＲプラズマ法により、誘電体多層膜４０（図１参照）の表面に、Ａｌ２Ｏ３膜５１を形成する。
また、上述の光出射面１を清浄化する工程と同様に、ＥＣＲプラズマを５分間の間、劈開面からなる光反射面２（図１参照）に照射することにより、光反射面２を清浄化する。このとき、光反射面２は軽微にエッチングされる。なお、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２にＡｌＮ膜６１、Ａｌ２Ｏ３膜６２、ＡｌＮ膜６３、Ａｌ２Ｏ３膜６４、ＳｉＯ２膜６５および多層反射膜６６を順次積層することにより誘電体多層膜６０（図１参照）を形成する。
最後に、バー状態のウェハを共振器方向に沿って素子分割を行うことにより、チップ化された窒化物系半導体レーザ素子１００が多数形成される。
第１実施形態では、上記のように、光出射面１の表面上に、界面３が凹凸形状を有するようにＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２とをこの順に形成することによって、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２とは、凹凸形状を有する界面３により互いに接触するので、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２とが凹凸形状などの無い平坦な接触界面の状況下で互いに接触させる場合と比較して、凹凸形状が形成される分、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２とをより広い表面積を介して互いに接触させることができる。これにより、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２との間の密着性をより一層向上させることができる。
また、光出射面１の表面上にＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２とを備えることによって、ＡｌＯＸＮＹ膜４２の厚みを調整することにより、光出射面１を出射するレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより、高出力化に対応した窒化物系半導体レーザ素子１００を容易に形成することができる。
また、第１実施形態では、界面３の凹凸形状は複数の凹部３ａおよび凸部３ｂからなり、活性層２５が発するレーザ光の波長がλであり、ＡｌＮ膜４１およびＡｌＯＸＮＹ膜４２の平均屈折率をそれぞれ、ｎ１およびｎ２とした場合、界面３における凹部３ａの底部から凹部３ａと隣り合う凸部３ｂの頂部までの高さの最大値Ｈ１を、Ｈ１＜λ／ｎ１かつＨ１＜λ／ｎ２であるように設定することによって、界面３における複数の凹凸の大きさ（凹部３ａの底部から凹部３ａと隣り合う凸部３ｂの頂部までの高さ）が、λ／ｎ１およびλ／ｎ２よりも小さくなるので、光出射面１を出射したレーザ光は、凹凸形状の状態に影響されることなく界面３を透過してＡｌＯＸＮＹ膜４２を透過する。これにより、所望の反射率を有するように設定されたＡｌＯＸＮＹ膜４２の反射率制御機能が、界面３の凹凸形状によって影響されるのを容易に抑制することができる。
また、第１実施形態では、界面３が上記Ｈ１＜λ／ｎ１かつＨ１＜λ／ｎ２に設定された凹凸形状を有することによって、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２との界面３におけるレーザ光の反射率が低下するので、レーザ光を光出射面１から効率よく出射させることができる。
また、第１実施形態では、ＡｌＯＸＮＹ膜４２における窒素の組成比（Ｙ）を酸素の組成比（Ｘ）よりも大きく（Ｘ＜Ｙ）することによって、共振器端面に端面コート処理を行う際に、ＡｌＯＸＮＹ膜４２とＡｌＮ膜４１との界面３が凹凸形状を有する状態でＡｌＯＸＮＹ膜４２をＡｌＮ膜４１の表面上に形成することができる。この結果、ＡｌＯＸＮＹ膜４２をＡｌＮ膜４１に対して密着性が良好な状態で形成することができる。
また、ＡｌＯＸＮＹ膜４２の窒素の組成比が酸素の組成比よりも大きいので、ＡｌＯＸＮＹ膜４２に含まれる酸素がＡｌＮ膜４１へ拡散する量を抑制することができる。これにより、ＡｌＮ膜４１から半導体素子層２０へ酸素が拡散するのが抑制されるので、光出射面１におけるＣＯＤの発生を抑制することができる。
また、第１実施形態では、ＡｌＯＸＮＹ膜４２の光出射面１とは反対側の表面上に形成されたＡｌ２Ｏ３膜５１を備えることによって、Ａｌ２Ｏ３膜５１の厚みを調整することにより、光出射面１を出射するレーザ光の反射率を容易に制御することができる。これにより、高出力化に対応した窒化物系半導体レーザ素子１００をより容易に形成することができる。
また、第１実施形態の製造プロセスでは、ＥＣＲプラズマ法により、ＡｌＮ膜４１の表面にＡｌＯＸＮＹ膜４２を形成することによって、容易に、ＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜４２との界面３が凹凸形状を有するように形成することができる。
また、第１実施形態の製造プロセスでは、ＥＣＲプラズマを照射することにより、劈開後の光出射面１および光反射面２に対して清浄化を行うことによって、清浄化により、光導波路近傍における共振器端面の劣化やＣＯＤが発生するのが抑制された窒化物系半導体レーザ素子１００を容易に形成することができる。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図５は、図４に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した拡大断面図である。図４および図５を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、光反射面２側にも、窒化膜と酸窒化膜とによって多層化された誘電体多層膜７０が形成される場合について説明する。
ここで、第２実施形態では、図４に示すように、窒化物系半導体レーザ素子２００の光反射面２には、光反射面２から近い順に、光反射面２に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜７１と、ＡｌＮ膜７１に接触する約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＸＮＹ膜７２とからなる誘電体多層膜７０が形成されている。第２実施形態では、ＡｌＮ膜７１およびＡｌＯＸＮＹ膜７２により、レーザ光の反射に伴う熱影響や光吸収に起因して誘電体多層膜７０自身および光反射面２が変質するのを抑制する機能を有している。
また、第２実施形態では、図５に示すように、ＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２とが互いに接する界面４を微視的に見た場合、界面４は、ＡｌＯＸＮＹ膜７２側から見て複数の凹部４ａと凸部４ｂとによって凹凸形状を有している。また、この凹凸形状は、ＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２とが互いに接する界面４においてＢ方向（図５参照）およびＣ方向に平面的な広がりを有するように形成されている。
ここで、ＡｌＮ膜７１およびＡｌＯＸＮＹ膜７２の屈折率が、それぞれ、ｎ３（＝約２．１０）およびｎ４（＝約１．６０〜約２．１０の範囲）である場合、界面４を形成する凹部４ａから凸部４ｂまでの高さの最大値Ｈ２（図５参照）は、Ｈ２＜λ／ｎ３であり、かつ、Ｈ２＜λ／ｎ４の関係を有するように設定されるのが好ましい。したがって、第２実施形態では、凹部４ａの底部から凸部４ｂの頂部までの高さの平均値が約５ｎｍとなるように凹凸形状を形成している。これにより、光反射面２において反射されるレーザ光が界面４の凹凸形状の影響を受けることなく半導体素子層２０の内部に向かって反射されることが可能に構成されている。なお、界面４を形成する凹部４ａの底部から凸部４ｂの頂部までの高さの最大値Ｈ２が、Ｈ２＜約１９３ｎｍであるように形成されるのが好ましい。
なお、第２実施形態では、ＡｌＯＸＮＹ膜４２に加えて、ＡｌＯＸＮＹ膜７２も、窒素の組成比（Ｙ）が酸素の組成比（Ｘ）よりも大きく（Ｘ＜Ｙ）構成されている。これにより、ＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２との界面４に凹凸形状が形成されやすくなるように構成されている。
また、第２実施形態では、誘電体多層膜７０の光反射面２と反対側の表面には、誘電体多層膜７０に接触する約６０ｎｍの厚みを有するＡｌ２Ｏ３膜８１と、Ａｌ２Ｏ３膜８１に接触する約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜８２と、ＳｉＯ２膜８２に接触するとともに低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜および高屈折率膜として約５０ｎｍを有するＺｒＯ２膜が交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する多層反射膜８３とからなる誘電体多層膜８０が形成されている。また、多層反射膜８３は反射率を制御する機能を有しており、多層反射膜８３により光反射面２側でのレーザ光の反射率が約９８％の高反射率を有するように設定されている。
なお、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子２００のその他の構造は上記第１実施形態と同様である。また、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子２００の製造プロセスについても、上記第１実施形態と同様の製造プロセスを用いて光反射面２の表面に、ＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２とをこの順に積層して誘電体多層膜７０を形成する。これにより、界面４が凹凸形状を有するように形成される。
第２実施形態では、上記のように、光反射面２の表面上に、界面４が凹凸形状を有するようにＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２とをこの順に形成することによって、ＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２とは、凹凸形状を有する界面４により互いに接触するので、ＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２とが凹凸形状などの無い平坦な接触界面の状況下で互いに接触させる場合と比較して、凹凸形状が形成される分、ＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２とをより広い表面積を介して互いに接触させることができる。これにより、光出射面１のみならず光反射面２においても、ＡｌＮ膜７１とＡｌＯＸＮＹ膜７２との間の密着性をより一層向上させることができる。
また、第２実施形態では、界面４の凹凸形状は複数の凹部４ａおよび凸部４ｂからなり、ＡｌＮ膜７１およびＡｌＯＸＮＹ膜７２の平均屈折率をそれぞれ、ｎ３およびｎ４とした場合、界面４における凹部４ａの底部から隣り合う凸部４ｂの頂部までの高さの最大値Ｈ２を、Ｈ２＜λ／ｎ３かつＨ２＜λ／ｎ４であるように設定することによって、界面４における複数の凹凸の大きさ（凹部４ａの底部から隣り合う凸部４ｂの頂部までの高さ）が、λ／ｎ３およびλ／ｎ４よりも小さくなるので、光反射面２を出射するレーザ光は、凹凸形状の状態に影響されることなく界面４を透過してＡｌＯＸＮＹ膜７２を透過する。これにより、所望の反射率を有するように設定された多層反射膜８３の反射率制御機能が、界面４の凹凸形状によって影響されるのを容易に抑制することができる。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。
（第２実施形態の第１変形例）
図６は、本発明の第２実施形態の第１変形例による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図６を参照して、この第２実施形態の第１変形例では、上記第２実施形態と異なり、ＡｌＯＸＮＹ膜７２とＳｉＯ２膜８２との間にＡｌ２Ｏ３膜８１が形成されない場合について説明する。
ここで、第２実施形態の第１変形例では、図６に示すように、窒化物系半導体レーザ素子２１０の光反射面２には、光反射面２から近い順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜７１と、約６０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＸＮＹ膜２７２とからなる誘電体多層膜２７０が形成されている。さらに、誘電体多層膜２７０の光反射面２と反対側の表面には、約１４０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜８２と、約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜および約５０ｎｍを有するＺｒＯ２膜が交互に６層ずつ積層された約７２０ｎｍの厚みを有する多層反射膜８３とからなる誘電体多層膜２８０が形成されている。なお、誘電体多層膜２８０によって、光反射面２側でのレーザ光の反射率が約９８％に維持される。なお、第２実施形態の第１変形例による窒化物系半導体レーザ素子２１０のその他の構造および製造プロセスは、上記第２実施形態と同様である。
第２実施形態の第１変形例では、上記のように、誘電体多層膜２７０のＡｌＯＸＮＹ膜２７２（厚み約６０ｎｍ）に接触するように誘電体多層膜２８０を形成することによって、上記第２実施形態における誘電体多層膜７０と比較してＡｌ２Ｏ３膜８１を形成しない分、誘電体多層膜２７０形成時の製造プロセスを簡素化させることができる。さらには、誘電体多層膜２７０と誘電体多層膜２８０とからなる端面コート膜の合計厚みを低減することができる。
（第２実施形態の第２変形例）
図７は、本発明の第２実施形態の第２変形例による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図７を参照して、この第２実施形態の第２変形例では、上記第２実施形態と異なり、ＡｌＯＸＮＹ膜７２とＡｌ２Ｏ３膜８１との間にＡｌＮ膜をさらに形成する場合について説明する。
ここで、第２実施形態の第２変形例では、図７に示すように、窒化物系半導体レーザ素子２２０の光反射面２には、光反射面２から近い順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜７１と、約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＸＮＹ膜７２と、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜２７３とからなる誘電体多層膜２７５が形成されている。なお、第２実施形態の第２変形例による窒化物系半導体レーザ素子２２０のその他の構造および製造プロセスは、上記第２実施形態と同様である。
第２実施形態の第２変形例では、上記のように、誘電体多層膜２７５を、ＡｌＮ膜７１、ＡｌＯＸＮＹ膜７２およびＡｌＮ膜２７３により構成することによって、酸化拡散抑制材料であるＡｌＮにより、誘電体多層膜８０のＡｌ２Ｏ３膜８１などに含まれる酸素が光反射面２に向かって拡散するのをより一層抑制することができる。
（第２実施形態の第３変形例）
図８は、本発明の第２実施形態の第３変形例による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図８を参照して、この第２実施形態の第３変形例では、上記第２実施形態と異なり、ＡｌＯＸＮＹ膜７２とＳｉＯ２膜８２との間に、Ａｌ２Ｏ３膜８１の代わりにＡｌＮ膜とＡｌＯＮ膜とをこの順に形成する場合について説明する。
ここで、第２実施形態の第３変形例では、図８に示すように、窒化物系半導体レーザ素子２３０の光反射面２には、光反射面２から近い順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜７１と、約３０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＸＮＹ膜７２と、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜２７３と、約６０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＸＮＹ膜２７４とからなる誘電体多層膜２７６が形成されている。そして、誘電体多層膜２７６に接触するようにＳｉＯ２膜８２と多層反射膜８３（ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜の６ペア）とからなる誘電体多層膜２９０が形成されている。なお、第２実施形態の第３変形例による窒化物系半導体レーザ素子２３０のその他の構造および製造プロセスは、上記第２実施形態と同様である。
第２実施形態の第３変形例では、上記のように、誘電体多層膜２７６を、ＡｌＮ膜７１、ＡｌＯＸＮＹ膜７２、ＡｌＮ膜２７３およびＡｌＯＸＮＹ膜２７４により構成することによって、上記第２実施形態の第２変形例の効果に加えて、窒化膜（ＡｌＮ膜２７３）と酸化膜（ＳｌＯ２膜８２）とが酸窒化膜（ＡｌＯＸＮＹ膜２７４）を介して積層されるので、窒化膜と酸窒化膜、および、酸窒化膜と酸化膜のそれぞれの接触界面において互いの密着性を向上させることができる。
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図９を参照して、この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、光出射面１に窒化膜と酸窒化膜とからなる誘電体多層膜３４０のみが形成されている場合について説明する。
ここで、第３実施形態では、図９に示すように、窒化物系半導体レーザ素子３００の光出射面１には、光出射面１から近い順に、光出射面１に接触する約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜４１と、ＡｌＮ膜４１に接触する約７０ｎｍの厚みを有するＡｌＯＸＮＹ膜３４２とからなる誘電体多層膜３４０のみが形成されている。すなわち、第３実施形態では、上記第１実施形態で示したＡｌ２Ｏ３膜５１が端面コート膜（誘電体多層膜３４０）の最表面に形成されていない。なお、誘電体多層膜３４０により、光出射面１におけるレーザ出射光の反射率は約８％に設定される。なお、第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３００のその他の構造（光反射面２側の端面コート膜の構造など）および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
第３実施形態では、上記のように、光出射面１にＡｌＮ膜４１とＡｌＯＸＮＹ膜３４２とからなる誘電体多層膜３４０のみを形成することによって、上記第１実施形態におけるＡｌ２Ｏ３膜５１を形成しない分、誘電体多層膜３４０形成時の製造プロセスを簡素化させることができるとともに、誘電体多層膜３４０の合計厚みを低減することができる。
［実施例］
図１０および図１１は、図１に示した第１実施形態おける窒化物系半導体レーザ素子の光出射面側に形成した誘電体多層膜の様子を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察した顕微鏡写真である。図１２および図１３は、図１に示した第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験の結果を示した図である。図１および図１０〜図１３を参照して、上記第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験について説明する。なお、図１０は、窒化物系半導体レーザ素子の側面から素子の幅方向（図２のＢ方向）に沿って誘電体多層膜の様子を観察した場合の顕微鏡写真であり、図１１は、窒化物系半導体レーザ素子の下面から素子の厚み方向（図２のＣ方向）に沿って誘電体多層膜の様子を観察した場合の顕微鏡写真である。
この確認実験では、まず、上記した第１実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、上記第１実施形態に対応する実施例による窒化物系半導体レーザ素子１００（図１参照）を作製した。この際、光出射面１側から順に、ＡｌＮ膜とＡｌＯＸＮＹ膜とをＥＣＲプラズマ法により積層した後、ＡｌＯＸＮＹ膜の表面にＡｌ２Ｏ３膜を形成して光出射面１の端面コート処理を行った。
そして、上記実施例による窒化物系半導体レーザ素子１００の、光出射面１の各誘電体膜内（分析ポイントＡ〜Ｃ：図１２参照）における酸素および窒素の組成を分析測定した。なお、組成の分析には、エネルギ分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）法を用いて行った。
また、各誘電体膜が有する応力値についても調べた。具体的には、上記実施例において各誘電体膜を形成した条件と同様の条件（温度、圧力および雰囲気ガスの流量比など）により、Ｓｉ基板上にＡｌＮ膜、ＡｌＯＸＮＹ膜およびＡｌ２Ｏ３膜を個別に形成した。そして、誘電体膜が形成されていない場合のＳｉ基板の反りと、各誘電体膜がそれぞれ形成された後のＳｉ基板の反りとを測定したデータに基づいて、各誘電体膜が有する応力値を算出した。
図１３を参照して、まず、分析ポイントＡにおける酸素と窒素のとの組成比を比べた場合、分析ポイントＡはＡｌＮ膜であるために、窒素の割合が顕著であることが確認された。一方、分析ポイントＢでは、酸素よりも窒素の割合が多いＡｌＯＸＮＹ膜が形成されているのが確認された。この際、図１０および図１１に示すように、ＡｌＮ膜とＡｌＯＸＮＹ膜との界面には、複数の凹部と凸部とによる凹凸形状が形成されているのが確認された。したがって、ＡｌＮ膜の表面に、酸素よりも窒素の割合が多いＡｌＯＸＮＹ膜をＥＣＲプラズマ法を用いて形成することにより、凹凸形状が形成されやすい条件下でＡｌＮ膜の表面にＡｌＯＸＮＹ膜を積層することが可能であると考えられる。なお、図１０および図１１において、顕微鏡写真を図面として貼り付ける際に若干鮮明度が低下したために、ＡｌＯＸＮＹ膜とＡｌ２Ｏ３膜との境界面が判別しづらくなっている（図中破線位置）が、実際の顕微鏡写真では、ＡｌＯＸＮＹ膜とＡｌ２Ｏ３膜との境界面も判別可能である観察結果を得ている。
次に、各誘電体膜の応力を算出した結果、ＡｌＮ膜とＡｌ２Ｏ３膜とでは応力値に約１０倍の差がみられた。一方、ＡｌＯＸＮＹ膜は、ＡｌＮ膜とＡｌ２Ｏ３膜とのおおよそ中間的な応力値（約６０％）を有するのが確認された。したがって、上記実施例による窒化物系半導体レーザ素子１００（図１参照）では、ＡｌＮ膜とＡｌ２Ｏ３膜との間にＡｌＯＸＮＹ膜を挟むことによって、ＡｌＯＸＮＹ膜がＡｌＮ膜とＡｌ２Ｏ３膜との大きな応力差を緩和することが可能であることが分かった。これにより、膜剥れなどを生じさせずにＡｌＮ膜（窒化膜）を光出射面１に接触させて光出射面１における放熱性を向上させることと、Ａｌ２Ｏ３膜（酸化膜）を最表面に配置してレーザ出射光の反射率を適切に制御することとが両立可能な誘電体多層膜を形成できることが確認された。
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。
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、半導体素子層２０を窒化物系半導体層により構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体素子層を、窒化物系半導体層以外の半導体材料を用いて構成してもよい。
また、上記第１〜第３実施形態の製造プロセスでは、ＥＣＲプラズマ法を用いて共振器端面（光出射面１および光反射面２）にＡｌＮ膜とＡｌＯＸＮＹ膜とをこの順に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＡｌＮ膜を形成した後、エッチング加工などによりＡｌＮ膜の表面に凹凸形状を形成した状態でＡｌＯＸＮＹ膜を形成してもよい。なお、エッチングの条件を適宜調整することにより、凹部の底部から隣り合う凸部の頂部までの高さの最大値Ｈが、Ｈ＜λ／ｎ（ｎ：絶縁膜の平均屈折率）であるような凹凸形状を形成することが可能である。
また、上記第１実施形態では、光出射面１側の反射率を制御する絶縁膜に、酸化膜であるＡｌ２Ｏ３膜５１を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、Ｓｉ元素、Ｚｒ元素、Ｔａ元素、Ｈｆ元素およびＮｂ元素などを含む酸化化合物により絶縁膜を形成してもよい。また、上記酸化膜以外として、窒化膜であるたとえばＳｉ３Ｎ４膜などを形成してもよい。なお、Ｓｉ３Ｎ４膜は、本発明の「第３絶縁膜」の一例である。また、上記酸化膜および窒化膜とは異なる、たとえば酸窒化膜であるＡｌＯＮ膜やＳｉＯＮ膜などを用いてもよい。
また、上記第３実施形態では、光反射面２側の端面コート膜を上記第１実施形態（誘電体多層膜６０）と同様に構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、光反射面２側の端面コート膜を、上記第２実施形態で用いた端面コート膜（誘電体多層膜７０および８０の組み合わせ）と同様に構成してもよいし、上記第２実施形態の第１変形例で用いた端面コート膜（誘電体多層膜２７０および２８０の組み合わせ）と同様に構成してもよい。あるいは、光反射面２側の端面コート膜を、上記第２実施形態の第２変形例で用いた端面コート膜（誘電体多層膜２７５および８０の組み合わせ）と同様に構成してもよいし、上記第２実施形態の第３変形例で用いた端面コート膜（誘電体多層膜２７６および８０の組み合わせ）と同様に構成してもよい。
また、上記第３実施形態およびその変形例では、ＡｌＯＸＮＹ膜３４２が約７０ｎｍの厚みを有するように形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、光出射面１での反射率は、形成されるＡｌＯＸＮＹ膜３４２の厚みによって周期的に変化するので、所望の反射率を得るためのＡｌＯＸＮＹ膜３４２の厚みは、上記７０ｎｍ以外にも存在する。
また、上記第１〜第３実施形態では、光反射面２側の反射率を制御する多層反射膜（６６および８３）を、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜が交互に６層ずつ積層して形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜を交互に６層以外の数に積層して形成してもよい。また、多層反射膜として、ＳｉＯ２膜およびＺｒＯ２膜以外の他の屈折率を有する、異なる２種類の絶縁膜を組み合わせてもよい。たとえば、ＳｉＯ２膜およびＴａ２Ｏ５膜からなる多層反射膜を用いてもよいし、ＳｉＯ２膜およびＨｆ２Ｏ膜からなる多層反射膜を用いてもよい。あるいは、ＳｉＯ２膜およびＮｂ２Ｏ５膜からなる多層反射膜を用いてもよいし、ＳｉＯ２膜およびＴｉＯ２膜からなる多層反射膜を用いてもよい。また、Ａｌ２Ｏ３膜およびＴａ２Ｏ５膜からなる多層反射膜を用いてもよいし、Ａｌ２Ｏ３膜およびＨｆ２Ｏ膜からなる多層反射膜を用いてもよい。あるいは、Ａｌ２Ｏ３膜およびＮｂ２Ｏ５膜からなる多層反射膜を用いてもよいし、Ａｌ２Ｏ３膜およびＴｉＯ２膜からなる多層反射膜などを用いてもよい。
また、上記第１〜第３実施形態では、リッジ３０が［１−１００］方向に延びるようにｎ型（０００１）面ＧａＮ基板１０の主表面上に半導体素子層２０を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ａ面（（１１−２０）面）やｍ面（（１−１００）面）などの面方位からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に半導体素子層を形成して窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。特に、ａ面やｍ面などの非極性面からなる主表面上に半導体素子層を形成した場合、半導体素子層には［０００１］方向に沿って延びるリッジが形成されるとともに、半導体素子層の（０００１）面および（０００−１）面が、本発明の「共振器端面」となる。なお、ｎ型ＧａＮ基板のａ面やｍ面上に半導体素子層を結晶成長させることにより、活性層に発生するピエゾ電場をより一層低減させることができるので、発光効率がより向上された窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。また、上記ｃ面からなる主表面上に半導体素子層を形成した場合、たとえば、半導体素子層に［１１−２０］方向に沿って延びるリッジを形成することも可能であり、この場合、半導体素子層の（１１−２０）面および（−１−１２０）面が、それぞれ、本発明の「共振器端面」となる。また、上記ｃ面からなる主表面上に半導体素子層を形成した場合、半導体素子層に［１−１００］方向に沿って延びるリッジを形成することも可能であり、この場合、半導体素子層の（１−１００）面および（−１１００）面が、それぞれ、本発明の「共振器端面」となる。
本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。 図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した拡大断面図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 図４に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した拡大断面図である。 本発明の第２実施形態の第１変形例による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 本発明の第２実施形態の第２変形例による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 本発明の第２実施形態の第３変形例による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 図１に示した第１実施形態おける窒化物系半導体レーザ素子の光出射面側に形成した誘電体多層膜の様子をＴＥＭを用いて観察した顕微鏡写真である。 図１に示した第１実施形態おける窒化物系半導体レーザ素子の光出射面側に形成した誘電体多層膜の様子をＴＥＭを用いて観察した顕微鏡写真である。 図１に示した第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験の結果を示した図である。 図１に示した第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験の結果を示した図である。
符号の説明
１ 光出射面（光出射側の端面）
３ 界面
２０ 半導体素子層
２１ ｎ型層（半導体素子層）
２２ ｎ型クラッド層（半導体素子層）
２３ ｎ型キャリアブロック層（半導体素子層）
２４ ｎ型光ガイド層（半導体素子層）
２５ 活性層（半導体素子層、発光層）
２６ ｐ型光ガイド層（半導体素子層）
２７ ｐ型キャップ層（半導体素子層）
２８ ｐ型クラッド層（半導体素子層）
２９ ｐ型コンタクト層（半導体素子層）
４１ ＡｌＮ膜（第１絶縁膜）
４２ ＡｌＯＸＮＹ膜（第２絶縁膜）
５１ Ａｌ２Ｏ３膜（第３絶縁膜）

Claims (6)

  1. 発光層を有する半導体素子層と、
    前記半導体素子層の前記発光層を含む領域の端部に形成された共振器端面と、
    前記共振器端面のうちの光出射側の端面の表面上に形成されたＡｌＮからなる第１絶縁膜と、
    前記端面とは反対側の前記第１絶縁膜の表面上に形成されたＡｌＯＸＮＹ（０≦Ｘ＜１．５、０＜Ｙ≦１）からなる第２絶縁膜とを備え、
    前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との界面は、凹凸形状を有する、半導体レーザ素子。
  2. 前記凹凸形状は、複数の凹部および凸部を含み、
    前記発光層が発するレーザ光の波長がλであり、前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜の平均屈折率がそれぞれ、ｎ１およびｎ２である場合、前記界面における前記凹部の底部から前記凹部と隣り合う前記凸部の頂部までの高さの最大値Ｈは、Ｈ＜λ／ｎ１かつＨ＜λ／ｎ２であるように設定されている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. 前記ＡｌＯＸＮＹにおいて、Ｘ＜Ｙである、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
  4. 前記光出射側の端面とは反対側の前記第２絶縁膜の表面上に形成され、酸化膜または窒化膜のいずれか一方からなる第３絶縁膜をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  5. 発光層を有する半導体素子層を形成する工程と、
    前記半導体素子層の前記発光層を含む領域の端部に共振器端面を形成する工程と、
    前記共振器端面のうちの光出射側の端面の表面上に、前記端面側からＡｌＮからなる第１絶縁膜とＡｌＯＸＮＹ（０≦Ｘ＜１．５、０＜Ｙ≦１）からなる第２絶縁膜とを、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との界面が凹凸形状を有するように形成する工程とを備える、半導体レーザ素子の製造方法。
  6. 前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とを形成する工程は、ＥＣＲプラズマ法により、前記界面が凹凸形状を有するように前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とを形成する工程を含む、請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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