JP2010245469A - 半導体レーザ素子、それを用いた半導体レーザモジュール、および、半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、瞬時光学的損傷が発生する限界出力（ＣＯＤレベル）が向上したコート膜を配設することにより、高出力駆動時でも瞬時光学的熱損傷が起きにくく、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、酸化アルミニウム層を含むコート膜を光出射端面に有する半導体レーザ素子であって、上記酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるアルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量が１．２ｅＶ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子、それを用いた半導体レーザモジュール、および、半導体レーザ素子の製造方法に関する。さらに詳細には、光記録技術等に使用される可視光または短波長光を発する半導体レーザ素子に関する。

現在、光メディア記録装置のキーデバイスとして半導体レーザ素子が使用されている。かかる半導体レーザ素子においてレーザの高出力化を妨げる問題の一つとして、瞬時光学的損傷（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ：以下、「ＣＯＤ」と略すことがある）が挙げられる。

レーザ光は光出射端面から外部に出射されるが、この時レーザ光の一部が光出射端面で吸収されて熱に変換される。レーザ光の出力を大きくするに伴って、この発熱も増大する。そして、レーザ光の出力がある限界出力を超えると発熱により瞬時に半導体レーザ素子の光出射端面を構成する結晶が溶解し、発光停止に至る。この現象が瞬時光学損傷（ＣＯＤ）と呼ばれる現象である。

従来は、光出射端面に保護膜を設けるとともに、この保護膜を光学的反射膜となるように構成し、その反射率を制御することで、ＣＯＤが生じる限界出力（以下、「ＣＯＤレベル」と呼ぶことがある）を向上させ、閾値電流の低減および信頼性の向上を図っていた（例えば、特許文献１参照）。この保護膜（コート膜）としては、酸化アルミニウム層あるいは酸化アルミニウム層を含む多層膜が用いられる。

特開平１０−２４７７５６号公報

光メディア記録装置における近年の高速書き込みの要望に伴い、半導体レーザ素子にはレーザの高出力化が望まれている。しかし、高出力化により、半導体レーザ素子の光出射端面でのレーザの吸収と発熱の過程が活発になり、ＣＯＤが発生しやすくなるという問題があった。

そこで、本発明は、瞬時光学的損傷が発生する限界出力（ＣＯＤレベル）が向上したコート膜を配設することにより、高出力駆動時でも瞬時光学的熱損傷が起きにくく、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

本発明は、酸化アルミニウム層を含むコート膜を光出射端面に有する半導体レーザ素子であって、上記酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるアルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量が１．２ｅＶ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子である。

上記酸化アルミニウム層内の表面部と深部における酸素の１ｓ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量が１．３ｅＶ以下であることが好ましい。

上記酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるアルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量が０．４ｅＶ以下であることが好ましく、より好ましくは、０．６ｅＶ以下である。

上記半導体レーザ素子は、アルミニウムを含まない半導体材料からなる活性層を有し、アルミニウムを含む半導体材料からなるバリア層を有することが好ましい。また、上記半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板を有することが好ましい。

また、本発明は、少なくとも光を集光するための光学レンズと、光を外部に導く光ファイバと、上記の半導体レーザ素子とを一体化した半導体レーザモジュールにも関する。

また、本発明は、上記半導体レーザ素子の製造方法であって、上記酸化アルミニウム層が電子サイクロトロン共鳴スパッタリングで作製される、半導体レーザ素子の製造方法にも関する。

上記電子サイクロトロン共鳴スパッタリングのマイクロ波パワーが６００Ｗ以上の条件で上記酸化アルミニウム層が形成されることが好ましく、より好ましい電子サイクロトロン共鳴スパッタリングのマイクロ波パワーは７００Ｗ以上９００Ｗ以下である。

本発明の半導体レーザ素子はＣＯＤレベルが向上されているため、高出力駆動時でも瞬時光学的熱損傷が起きにくく、高い信頼性が得られる。また、本発明の半導体レーザ素子を用いることにより自由度の高い光学設計が可能となる。

実施の形態１の半導体レーザ素子の断面図である。 実施の形態２の半導体レーザ素子の断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図である。 実施の形態１の半導体レーザ素子を半導体ウエハから分割する工程を説明するための図である。（ａ）は断面図であり、（ｂ）は斜視図である。 実施の形態１の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための斜視図である。 光出射端面の酸化アルミニウム層を形成する際のＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワーと、半導体レーザ素子のＣＯＤレベルとの関係を示すグラフである。 光出射端面の酸化アルミニウム層を形成する際のＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワーと、酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるアルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量との関係を示すグラフである。 光出射端面の酸化アルミニウム層を形成する際のＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワーと、酸化アルミニウム層内の表面部と深部における酸素の１ｓ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量との関係を示すグラフである。

＜実施の形態１＞
図１に示すように、本実施の形態の半導体レーザ素子は、その光出射端面１ａ側にＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）スパッタリングで蒸着した酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層２００が形成され、光反射端面１ｂ側には酸化アルミニウム層２００、Ｔａ₂Ｏ₅層２０１およびＳｉＯ₂層２０２からなるマルチコート膜が形成されている。

本実施の形態は、窓構造を用いた（赤外）半導体レーザ素子の光出射端面１ａにＥＣＲスパッタ装置を用いて設けられるコート膜として、性状を有する酸化アルミニウム層２００からなるコート膜を用いることを特徴としている。すなわち、酸化アルミニウム層２００は、Ｘ線光電子分光（X−ray Photoelectron Spectroscopy：以下、「ＸＰＳ」と略すことがある）を用いて測定した厚み方向のケミカルシフト量（アルミニウムまたは酸素の原子内結合エネルギーの変化量）が小さくなるように作製されていることにより、かかる酸化アルミニウム層２００をコート膜として蒸着した半導体レーザ素子の光出射端面１ａは、ＣＯＤレベルが高められたものとなっている。

本発明において、半導体レーザ素子の光出射端面に用いられる酸化アルミニウム層は、酸化アルミニウム層内の表面部と深部における、アルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギー（以下、「Ａｌ２ｐ結合エネルギ−」と略すことがある）の変化量が１．２ｅＶ以下であるという特性を有している。酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるＡｌ２ｐ結合エネルギーの変化量は、０．４ｅＶ以下であることがより好ましい。本発明者らにより、酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるＡｌ２ｐ結合エネルギーの変化量を１．２ｅＶ以下とすることにより、半導体レーザ素子のＣＯＤレベルが高められることが見出された。

なお、本発明において、酸化アルミニウム層内の表面部と深部とにおけるＡｌ２ｐ結合エネルギーの変化量とは、酸化アルミニウム層の表面部のＡｌ２ｐ結合エネルギーと、酸化アルミニウム層の深部のＡｌ２ｐ結合エネルギーとの差の絶対値を意味する。ここで、酸化アルミニウム層内の「表面部」とは、酸化アルミニウム層の最表面から約４〜１０ｎｍ深い部位と定義される。最表面では、自然コンタミの影響から正確な結合エネルギーの測定が出来ないからである。また、酸化アルミニウム層内の「深部」とは、光電子分光分析装置を用いてスパッタリングと分析を交互に繰り返したときに、アルミニウムの２ｐ光電子、酸素の１ｓ光電子のエネルギーを示すピーク信号が消える手前の部位、すなわち、酸化アルミニウム層と基板上に形成された半導体結晶との界面に接する部位（本実施の形態においては、酸化アルミニウム層２００と窓領域１１２との界面の酸化アルミニウム層側）と定義される。

また、上記酸化アルミニウム層内の表面部と深部における、酸素の１ｓ軌道電子と原子核の結合エネルギー（以下、「Ｏ１ｓ結合エネルギ−」と略すことがある）の変化量は、１．３ｅＶ以下であることが好ましく、さらに好ましくは、０．６ｅＶ以下である。酸化アルミニウム層内のＯ１ｓ光電子の結合エネルギーの変化量を１．３ｅＶ以下とすることにより、半導体レーザ素子のＣＯＤレベルが高められる。

なお、本発明において、酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるＯ１ｓ結合エネルギ−の変化量とは、酸化アルミニウム層の表面部のＯ１ｓ結合エネルギ−と、酸化アルミニウム層の深部のＯ１ｓ結合エネルギ−との差の絶対値を意味する。酸化アルミニウム層内の「表面部」および「深部」の定義は上記と同様である。

上記Ａｌ２ｐ結合エネルギー（アルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギー）およびＯ１ｓ結合エネルギー（酸素の１ｓ軌道電子と原子核の結合エネルギー）は、上記ＸＰＳを用いて測定することができる。

例えば、ＸＰＳでは、真空中で試料にＸ線を照射したときに、試料表面から放出される光電子（本発明では、アルミニウムの２ｐ光電子および酸素の１ｓ光電子）のエネルギーを測定することで、軌道電子と原子核の結合エネルギーを算出することができる。そして、ＸＰＳ分析装置には、アルゴンイオンビーム等により表面を彫る（スパッタリング）装置がついているため、分析とスパッタリングを交互に繰り返すことで試料の深さ方向の分析を行うことができる。

より具体的な例としては、ＸＰＳ分析装置を用いて、酸化アルミニウム層２００の最表面から窓領域１１２との界面までの範囲に対して、約４．７ｎｍ（ＳｉＯ₂換算）刻みでのスパッタリングと分析を繰り返し、最初のスパッタリング後の分析（最表面から約４．７ｎｍの深さの部位での分析）により求めた結合エネルギーを酸化アルミニウム層２００の「表面」の結合エネルギーとし、光電子（アルミニウムの２ｐ光電子または酸素の１ｓ光電子）のエネルギーを示すピーク信号が消える直前の分析により求めた結合エネルギーを酸化アルミニウム層２００の「深部」の結合エネルギーとして、両者の差から結合エネルギーの変化量を算出することができる。

本発明の半導体レーザ素子は、アルミニウムを含まない半導体材料からなる活性層を有し、アルミニウムを含む半導体材料からなるバリア層を有することが好ましい。アルミニウムを含まない半導体材料としては、例えばＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、が挙げられる。活性層を構成する半導体材料としてアルミニウムを含まない材料を用いるのは、活性層にアルミニウムを含むとアルミニウムは融点が低いため温度の上がる活性層にもちいると、一般的に結晶欠陥密度が増加することによりレーザ発振の際にダークライン発生が起こりやすくなり、半導体レーザ発振の寿命を悪化させるためである。またアルミニウムを含む半導体材料としては、例えばＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓが挙げられる。バリア層を構成する半導体材料としてアルミニウムを含む材料を用いるのは、バリア層は電子およびホールを閉じ込めるために活性層とのバンドギャップ差を確保する必要性があり、一般的に上記の材料はＡｌの組成比が上昇すると、バンドギャップが広くなるためである。

本発明の半導体レーザ素子の基板としては、ＧａＡｓ基板を用いることが好ましい。ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰなどの活性層もしくはクラッド層を構成する材料との格子整合がとりやすいためである。

（半導体レーザ素子の製造方法）
図３〜１３は、本実施の形態の半導体レーザ素子の各製造工程を示す断面図である。本実施の形態の（赤外）半導体レーザ素子の製造工程を図３〜１３を用いて説明する。まず、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着法）装置を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２、厚み５ｎｍの２重量子井戸層を含むＡｌＧａＡｓ系ＭＱＷ層（多重量子井戸層）１０３、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０４、ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０５、Ｇａ_0.25Ｉｎ_0.25Ｐ_0.5中間層１０６、ＧａＡｓコンタクト層１０７を順次積層した半導体ウエハを作製する。なお、ＭＱＷ層１０３としては、少なくとも２つ以上の井戸層を含むＭＱＷ層（例えば、四重量子井戸層を含むＭＱＷ層）を用いることができ、該井戸層の厚みは５ｎｍ以下とすることが好ましい。

次に、上記ＧａＡｓコンタクト層１０７の上にＳｉ₃Ｎ₄層１０８を形成する。Ｓｉ₃Ｎ₄層１０８は、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma−Chemical Vapor Deposition）スパッタなどで成膜することができる。さらに、そのＳｉ₃Ｎ₄層１０８上にレジスト１０９を塗布し、本実施の形態では幅４０μｍ、間隔１１００μｍのストライプ上にＳｉ₃Ｎ₄層１０８をフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト１０９をパターニングし、パターニングされたレジスト１０９をマスクとしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）にてストライプ状にＳｉ₃Ｎ₄層１０８を除去し、ＧａＡｓコンタクト層１０７の一部を露出させる（図３参照）。

次に、有機洗浄でレジスト１０９を除去した後、ＧａＡｓコンタクト層１０７およびＳｉ₃Ｎ₄層１０８の全面を覆うようにＺｎＯ／ＳｉＯ₂混合層１１０をスパッタ装置で蒸着し、ＧａＡｓコンタクト層１０７とＳｉ₃Ｎ₄層１０８とＺｎＯ／ＳｉＯ₂混合層１１０の合計の厚みが５０ｎｍとなるようにした。さらに、上記ＺｎＯ／ＳｉＯ₂混合層１１０上の全面にカバーとしてＳｉＯ₂層１１１を２００ｎｍの厚みで蒸着させる（図４参照）。

このようにして得られる半導体レーザ素子の製造材料となる半導体ウエハに対して、５６０℃２時間のアニールを行いＺｎをＭＱＷ層１０３を突き抜ける程度に拡散させ、窓領域１１２を形成する（図５参照）。窓領域１１２形成時のＺｎ拡散距離はＭＱＷ層１０３から０．５μｍほど拡散させ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層１０２の中で止めるように調整される。

上記アニールの終わったウエハに対してＨＦのウェットエッチングを３０秒ほど行い、ウエハ表面に形成されたＳｉ₃Ｎ₄層１０８およびＺｎＯ／ＳｉＯ₂混合層１１０を除去する。

次に、再びウエハ表面全体をＳｉＯ₂層１１３で覆い、フォトリソグラフィー技術を用いてＳｉＯ₂上にレジストのストライプを形成する。この場合はステッパーを用い窓形成領域のストライプと直交するように、幅２μｍ、ピッチ１１０μｍのレジストストライプを形成する。上記レジストストライプをマスクとして、反応性イオンエッチングを行い、レジストストライプに沿ってウエハに蒸着されたＳｉＯ₂層１１３のストライプを形成し、有機洗浄、アッシングによってレジストを除去する（図６参照）。

さらに、形成されたＳｉＯ₂層１１３をマスクとして誘導結合プラズマエッチング装置（ＩＣＰエッチング装置）でエッチングし、上記ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０５までエッチングを行い、リッジストライプを形成する。その後ＳｉＯ₂層１１３をＢＨＦのウエットエッチングで除去する（図７参照）。

再び、上記半導体ウエハ全体にＳｉＯ₂層１１４を蒸着させ（図８参照）、上記Ｚｎを拡散してＭＱＷ層を無秩序化した領域（窓領域１１２）以外のリッジストライプの上部に存在するＳｉＯ₂層１１４のみを除去し、ＳｉＯ₂層１１４の下部に電流非注入領域を形成する（図９参照）。

電流非注入領域については少なくとも窓領域１１２を覆うように形成する。なお、本実施の形態では窓領域１１２の幅（図９（ａ）の横方向の厚さ）が４０μｍであるのに合わせ、ＳｉＯ₂層１１４によって形成される電流非注入領域も幅が４０μｍとなるように形成した。電流非注入領域を形成するためには、窓領域１１２以外の部分のＳｉＯ₂層１１４をＢＨＦなどのウェットエッチングもしくは反応性イオンエッチングで除去するのが望ましい。

次に基板の裏側から薄く削り、スパッタ、ＥＢ蒸着等でＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ層１１７、Ｍｏ層１１８、Ａｕ層１１９をＥＢ蒸着もしくはスパッタ装置で蒸着し、Ｎ側電極を形成する。このときＮ電極とｎＧａＡｓ基板との間のオーミック接合をとるために、４４０℃で１５分ほどアニールするのが望ましい。

次に、Ｐ側電極として、Ｔｉ層１１５およびＡｕ層１１６をスパッタ装置などで蒸着する（図１０参照）。次に、先ほど蒸着したＴｉ、Ａｕを下地としてメッキ１２０をつけるが、後で半導体レーザ素子の長さに分割するときのために、窓形成領域１１２の上部にはメッキ１２０はつけない（図１１参照）。

次に、窓領域の間に共振器長さＬおきにケガキをいれ、半導体ウエハをバー１２１に分割する（図１２参照）。本実施の形態では、共振器長さＬを１１００μｍとして分割を行った。

分割された半導体レーザ素子のバー１２１を光出射端面１ａ側を一様にそろえてレーザバー固定冶具１２２に並べる（図１３参照）。

（コート膜の形成）
次に、分割されたバー１２１の光出射端面１ａにＥＣＲスパッタ装置を用いて厚さ８７ｎｍの酸化アルミニウム層２００を蒸着し、本実施の形態の半導体レーザ素子の発振波長である７８０ｎｍにおける光出射端面１ａの反射率を８％に設定する。この酸化アルミニウム層２００を蒸着する時のＥＣＲスパッタリングの条件は、Ａｒ：４０ｓｃｃｍ、Ｏ₂：９．５ｓｃｃｍ、マイクロ波パワー８００Ｗとした（図１３および図１参照）。

本発明においては、半導体レーザ素子の光出射端面側に形成される酸化アルミニウム層が、電子サイクロトロン共鳴スパッタリング法で作製されることが好ましい。その際、電子サイクロトロン共鳴のマイクロ波パワーが６００Ｗ以上の条件で成膜されることが好ましく、さらに好ましくは、７００Ｗ以上９００Ｗ以下である。電子サイクロトロン共鳴のマイクロ波パワーを６００Ｗ以上とすることにより、酸化アルミニウム層内の表面部と深部のＡｌ２ｐ結合エネルギーの変化量を１．２ｅＶ以下とすることができ、Ｏ１ｓ結合エネルギーの変化量を１．３ｅＶ以下とすることができ、ひいては、ＣＯＤレベルを３００ｍＷ以上に高めることができるためである。

次に、上記レーザバー固定冶具１２２を反対に向け、再びＥＣＲスパッタ装置を用いて、光反射端面１ｂにＡｌ₂Ｏ₃層２００ａを光反射端面１ｂの反射率と非対称になるように形成する。本実施の形態では、光反射端面１ｂにＡｌ₂Ｏ₃層２００ａを約１１８ｎｍの厚さで蒸着し、光反射端面１ｂの反射率が１０％となるようにする（図１参照）。

次に、光反射端面１ｂに、ＥＢ蒸着装置を用いて、Ｔａ₂Ｏ₅層２０１とＳｉＯ₂層２０２とが繰り返し積層されたマルチコート層を形成し、光反射端面１ｂの反射率を９０％とした。ここで、ＳｉＯ₂層はｎ＝１．４５（ｎは屈折率を示す。以下同様。）として厚さ１３４ｎｍとし、Ｔａ₂Ｏ₅層はｎ＝２．１６として厚さ９０ｎｍとした（図１参照）。

さらに、上記Ｔａ₂Ｏ₅層２０１とＳｉＯ₂層２０２とが繰り返し積層されたマルチコート層が形成された光反射端面１ｂに、再びＥＣＲスパッタ装置を用いて、Ａｌ₂Ｏ₃層２００ｂを約２３６ｎｍの厚さで蒸着し、光出射端面１ａの反射率が９０％以上となるようにした（図１参照）。

次に、光出射端面１ａおよび光反射端面１ｂにコート膜が形成されたバー１２１を、一つ一つの半導体レーザ素子（半導体レーザチップ）に分割する。本実施の形態では、半導体レーザ素子のチップ幅Ｗ（図１３参照）を１１００μｍとして分割を行った。

最後に、チップをｐ側を下部としてＡｌＮを材料としたサブマウントにダイボンドを行い、レーザチップの付いたサブマウントをステムといわれる端子にダイボンドを行いステムとレーザチップとの配線をＡｕワイヤーで接続する。最後に半導体レーザチップを保護する意味合いでキャップをつけ、半導体レーザ素子は完成する。

＜実施の形態２＞
本実施の形態の（赤外）半導体レーザ素子は図２に示すような構成であり、光出射端面１ａ側に酸化アルミニウム層２００に加えてＳｉＯ₂層２０２を有する点のみが実施の形態１と異なっている。本実施の形態では、光出射端面１ａ側のコート膜を２層構造とすることにより、２層の屈折率の平均値が活性層の屈折率の平方根からはなれるため、反射スペクトルの波形がなだらかになるためコート膜の厚みの変動に対する反射率の変動を抑制することができる。

本実施の形態の製造方法は、半導体レーザ素子の光出射端面１ａおよび光反射端面１ｂにコート膜を蒸着する前までの工程（図３〜図１３）は、実施の形態１と全く同一であるため、これらについては説明を省略する。実施の形態１と同様にして、レーザバー固定冶具１２２に並べられた半導体レーザ素子のバー１２１の光出射端面１ａに、ＥＣＲスパッタ装置を用いて厚さ８７ｎｍの酸化アルミニウム層２００と、厚さ７５ｎｍＳｉＯ₂層２０２を蒸着し、本実施の形態の半導体レーザ素子の発振波長７８０ｎｍにおいて光出射端面１ａの反射率が８％となるように設定する（図２参照）。この酸化アルミニウム層２００を蒸着する時のＥＣＲスパッタリングの条件は、Ａｒ流量を４０ｓｃｃｍ、Ｏ₂流量を９．５ｓｃｃｍ、マイクロ波パワーを８００Ｗとした。

次に、上記レーザバー固定冶具１２２を反対に向け、再びＥＣＲスパッタ装置を用いて、光反射端面１ｂにＡｌ₂Ｏ₃層２００ａを光反射端面１ｂの反射率と非対称になるように形成する。本実施の形態では、光反射端面１ｂにＡｌ₂Ｏ₃層２００ａを約１１８ｎｍの厚さで蒸着し、光反射端面１ｂの反射率が１０％となるようにした（図２参照）。

次に、Ａｌ₂Ｏ₃層２００ａが蒸着された光反射端面１ｂに、さらにＥＢ蒸着装置を用いてＴａ₂Ｏ₅層２０１とＳｉＯ₂層２０２とが繰り返し積層されたマルチコート層を形成し、光反射端面１ｂの反射率を９０％とした。ここで、ＳｉＯ₂層はｎ＝１．４５として厚さ１３４ｎｍとし、Ｔａ₂Ｏ₅層はｎ＝２．１６として厚さ９０ｎｍとした（図２参照）。

さらに、上記Ｔａ₂Ｏ₅層２０１とＳｉＯ₂層２０２とが繰り返し積層されたマルチコート層が形成された光反射端面１ｂに、再びＥＣＲスパッタ装置を用いて、Ａｌ₂Ｏ₃層２００ｂを約２３６ｎｍの厚さで蒸着し、光出射端面１ａの反射率が９０％を維持したまま保護膜となるようにした（図２参照）。

半導体レーザ素子の光出射端面１ａおよび光反射端面１ｂにコート膜を形成した後の工程は、再び実施の形態１と共通であるため説明は省略する。

（半導体レーザ素子の評価）
実施の形態１の半導体レーザ素子について、光出射端面１ａに酸化アルミニウム層２００を蒸着する際のＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワー（上記実施の形態１では、８００Ｗに設定されている。）を５００Ｗ、６００Ｗ、７００Ｗ、９００Ｗに変えたものも作製し、ＣＯＤレベルの評価と、酸化アルミニウム層２００の表面部と深部におけるＡｌ２ｐ結合エネルギーおよびＯ１ｓ結合エネルギーの変化量の評価を行った。

（ＣＯＤレベル）
ＣＯＤレベルの評価においては、半導体レーザ素子に流す電流を増加することにより光出力を徐々に増加させ、光出射端面の破壊により発振が止まったときの光出力値をＣＯＤレベルとして測定した。なお、半導体レーザ素子の発光は、ＣＷ（Continuous Wave Oscillation：連続発信）駆動で行い、各々の半導体レーザ素子５個のＣＯＤレベルの平均値で評価した。ＣＯＤレベルには、無負荷の状態から素子に徐々に電流を増していったときにＣＯＤが発生する静的ＣＯＤレベルと、長時間動作の途中でＣＯＤが発生する動的ＣＯＤレベルがあるが、ここでは、静的ＣＯＤレベルの測定を行っている。

図１４に、実施の形態１の半導体レーザ素子において、光出射端面の酸化アルミニウム層２００を形成する際のＥＣＲ（光電子サイクロトロン共鳴）スパッタリングのマイクロ波パワー（Ｗ）を５００Ｗ、６００Ｗ、７００Ｗ、８００Ｗ、９００Ｗと変化させたときの、半導体レーザ素子のＣＯＤレベル（ｍＷ）をグラフで示す。

図１４の結果から、光出射端面の酸化アルミニウム層２００を形成する際のＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワーを６００Ｗ以上とすることにより、半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを３００ｍＷ以上に高めることができることが分かる。

（酸化アルミニウム層内の結合エネルギーの変化量）
酸化アルミニウム層２００内の表面部と深部におけるＡｌ２ｐ結合エネルギーおよびＯ１ｓ結合エネルギーの変化量の評価には、ＸＰＳ分析装置（ＵＬＶＡＣ ＰＨＩ製 Ｑｕａｎｔｅｒａ ＳＸＭ）を用いた。以下に測定条件を記す。

［共通の測定条件］
Ｘ線源：モノクロＡｌ−Ｋα
光電子取出角度：４５°
分析範囲：５０μｍφ
Ｘ線：２５Ｗ−１５ｋＶ
Ａｒスパッタ条件：１ｋＶ（１ｍｍ×１ｍｍ）〜ＳｉＯ₂換算で約４．７ｎｍ／ｍｉｎ のスパッタレート
［アルミニウムの２ｐ光電子のエネルギー測定条件］
取得エネルギー：６６〜８６ｅＶ
パスエネルギー：１１２ｅＶ
ステップ：０．１ｅＶ
スイープ（Sweep）数：１０
［酸素の１ｓ光電子のエネルギー測定条件］
取得エネルギー：５２２〜５４２ｅＶ
パスエネルギー：１１２ｅＶ
ステップ：０．１ｅＶ
スイープ（Sweep）数：１０

上記の条件でＸＰＳ分析装置を用いた測定を行い、酸化アルミニウム層２００の表面部と深部における、Ａｌ２ｐ結合エネルギーの変化量およびＯ１ｓ結合エネルギーの変化量を算出した。具体的には、酸化アルミニウム層２００の最表面から窓領域１１２との界面までの範囲に対して、約４．７ｎｍ（ＳｉＯ₂換算）刻みでのスパッタリングと分析を繰り返し、最初のスパッタリング後の分析（最表面から約４．７ｎｍの深さの部位での分析）により求めた結合エネルギーを酸化アルミニウム層２００の「表面」の結合エネルギーとし、光電子（アルミニウムの２ｐ光電子または酸素の１ｓ光電子）のエネルギーを示すピーク信号が消える直前の分析により求めた結合エネルギーを酸化アルミニウム層２００の「深部」の結合エネルギーとして、両者の差から結合エネルギーの変化量を算出した。

図１５に、実施の形態１の半導体レーザ素子において、光出射端面の酸化アルミニウム層２００を形成する際のＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワーを５００Ｗ、６００Ｗ、７００Ｗ、８００Ｗ、９００Ｗと変化させたときの、それぞれの場合における、光出射端面の酸化アルミニウム層２００の表面部と深部におけるＡｌ２ｐ結合エネルギー（アルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギー）の変化量をグラフで示す。

図１５の結果から、ＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワーを６００Ｗ以上とすることにより、酸化アルミニウム層内のＡｌ２ｐ光電子の結合エネルギーの変化量が１．２ｅＶ以下となることが分かる。

図１６に、実施の形態１の半導体レーザ素子において、光出射端面の酸化アルミニウム層２００を形成する際のＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワーを５００Ｗ、６００Ｗ、７００Ｗ、８００Ｗ、９００Ｗと変化させたときの、それぞれの場合における、光出射端面の酸化アルミニウム層２００の表面部と深部におけるＯ１ｓ結合エネルギー（酸素の１ｓ軌道電子と原子核の結合エネルギー）の変化量をグラフで示す。

図１６の結果から、ＥＣＲスパッタリングのマイクロ波パワーを６００Ｗ以上とすることにより、酸化アルミニウム層内のＯ１ｓ光電子の結合エネルギーの変化量が１．３ｅＶ以下となることが分かる。

本発明の半導体レーザの実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、上記の実施形態においては７８０ｎｍ帯の半導体レーザの場合を示したが、他の波長レーザであってもよい。また、ブロードエリア型、垂直共振器型の半導体レーザ等にも適用可能である。活性層の導波構造は屈折率導波構造に限定されず、造電流狭窄構造など他の構造であってもよい。また、本発明の半導体レーザに設けられるようなコート膜を、複数の特定の波長の光を透過する光学部品の表面に形成することにより、光学部品の光による損傷閾値を上げることが容易となる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

今回開示された実施の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。

本発明の半導体レーザ素子、および、それを用いた半導体レーザモジュールは、光記録技術等に好適に使用される。

１ａ 光出射端面、１ｂ 光反射端面、１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板、１０２ ｎ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層、１０３ ＭＱＷ層、１０４ （Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、１０５ ＧａＩｎＰエッチングストップ層、１０６ Ｇａ_0.25Ｉｎ_0.25Ｐ_0.5中間層、１０７ ＧａＡｓコンタクト層、１０８ Ｓｉ₃Ｎ₄層、１０９ レジスト、１１０ ＺｎＯ／ＳｉＯ₂混合層、１１１，１１３，１１４ ＳｉＯ₂層、１１２ 窓領域、１１５ Ｔｉ層、１１６ Ａｕ層、１１７ Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ層、１１８ Ｍｏ層、１１９ Ａｕ層、１２０ メッキ、１２１ バー、１２２ レーザバー固定冶具、２００，２００ａ，２００ｂ 酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層、２０１ Ｔａ₂Ｏ₅層、２０２ ＳｉＯ₂層。

Claims (10)

1. 酸化アルミニウム層を含むコート膜を光出射端面に有する半導体レーザ素子であって、 前記酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるアルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量が１．２ｅＶ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記酸化アルミニウム層内の表面部と深部における酸素の１ｓ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量が１．３ｅＶ以下である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記酸化アルミニウム層内の表面部と深部におけるアルミニウムの２ｐ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量が０．４ｅＶ以下である、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記酸化アルミニウム層内の表面部と深部における酸素の１ｓ軌道電子と原子核の結合エネルギーの変化量が０．６ｅＶ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
5. 前記半導体レーザ素子はアルミニウムを含まない半導体材料からなる活性層を有し、アルミニウムを含む半導体材料からなるバリア層を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
6. 前記半導体レーザ素子が、ＧａＡｓ基板を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
7. 少なくとも光を集光するための光学レンズと、光を外部に導く光ファイバと、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザ素子とを一体化した半導体レーザモジュール。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法であって、前記酸化アルミニウム層が電子サイクロトロン共鳴スパッタリングで作製される、半導体レーザ素子の製造方法。
9. 前記電子サイクロトロン共鳴スパッタリングのマイクロ波パワーが６００Ｗ以上の条件で前記酸化アルミニウム層が形成される、請求項８に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
10. 前記電子サイクロトロン共鳴スパッタリングのマイクロ波パワーが７００Ｗ以上９００Ｗ以下の条件で前記酸化アルミニウム層が形成される、請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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