JP4740037B2 - 窒化物半導体レーザ素子およびこれを備えた窒化物半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、端面出射型の半導体レーザ素子に関し、さらに詳細には、共振器端面のコート膜および共振器端面への水分拡散による共振器端面の劣化を抑制して高出力で長期間にわたり安定して動作する窒化物半導体レーザ素子およびこれを備えた窒化物半導体レーザ装置に関するものである。

近年、大容量記録を目的として、青色半導体レーザ素子である窒化物半導体レーザ素子を用いた光ディスクシステムが実用段階に入っている。これらの新規のディスクは二層ディスク対応によるさらなる高密度化および高速書込みを可能とするために、ＣＯＤレベルが高く、かつ長期間にわたり安定して動作する耐久性、信頼性が高く、高出力の窒化物半導体レーザ素子が必要とされている。ここで、ＣＯＤレベルとは、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ；瞬時光学損傷）が発生する臨界出力である。

従来のＣＤまたはＤＶＤの記録および再生を行うＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子では、レーザ光の出射面および反射面である共振器端面の劣化や光学的な損傷を防ぐためにＳｉＯ₂等の誘電体膜からなるコート膜を形成している。しかし、窒化物半導体レーザ素子にＥＢ蒸着器やスパッタ装置を用いてそのまま誘電体膜を形成した場合には、ＣＯＤレベルが低く、出力が低かった。そのため、共振器端面のコーティングの改善が求められている。

特許文献１では、半導体レーザを加熱し、劈開により形成される半導体レーザの共振器端面をＡｒプラズマ雰囲気に曝露して、共振器端面に存在する微小な凹凸や酸化物や汚染物質などを除去し、共振器端面を平坦化した上で誘電体からなる端面コート膜を成膜することで端面コート膜の共振器端面への密着性の向上を図り、共振器端面の劣化を抑制する半導体レーザの製造方法が提案されている。

また、特許文献２では、反射防止膜を、光半導体素子の半導体レーザ構造端面を環境雰囲気の酸素や水分から保護するものとするために、半導体レーザ構造端面に、半導体レーザ構造端面側から順にＳｉＮ_x／ＳｉＯ₂の２層からなる薄膜を形成した光半導体素子が提案されている。
特開２００２−３３５０５３号公報（第５頁−第７頁、第１図） 特開平７−３２６８２３号公報（第５頁−第７頁、第１図）

通常の窒化物半導体レーザ素子は、放熱板すなわちヒートシンクとして作用するサブマウント上に半田でマウントされ、さらにそのサブマウントが半導体レーザの支持体であるステム上にマウントされる。その後、窒化物半導体レーザ素子はステムのピンと金ワイヤーにより電気的に接続され、レーザ光を９０％以上透過するガラス窓のついたキャップにより大気、乾燥空気あるいは希ガスなどとともに封止される。

発明者が研究を重ねた結果、窒化物半導体レーザ素子の加熱や、共振器端面のプラズマ雰囲気への曝露による前処理を行うことにより、共振器端面の水分、カーボン、自然酸化膜等の汚染物質は除去できるものの、窒化物半導体レーザ素子をキャップによって封止するパッケージ封止後、時間の経過とともに共振器端面に形成した誘電体膜中を水分が拡散しており、この水分が共振器端面を劣化させる要因であることがわかった。

従来の共振器端面のプラズマ雰囲気への曝露による前処理を施した窒化物半導体レーザ素子を作製し、作製直後にスパッタリングＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；オージェ電子分光分析）により、誘電体膜中の水分濃度を深さ方向（大気側から共振器端面に向かう方向）に測定したところ、誘電体膜全体に渡り、水分濃度は検出限界以下であった。しかし、同じ窒化物半導体レーザ素子を３００時間程度放置した後、同様に水分濃度を測定したところ、誘電体膜の表面から半導体の共振器端面に向かって低下する濃度プロファイルで水分が検出された。この結果は、前処理により共振器端面に付着した水分等は除去されているものの、時間の経過とともに外部から誘電体膜の内部に水分が拡散していることを示している。作製直後の窒化物半導体レーザ素子と３００時間放置後の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを測定したところ、３００時間放置後のものでは作製直後のものと比べて低下していることが確認された。これは、誘電体膜内の水分がＣＯＤレベル低下の要因であることを示唆している。

時間の経過とともにＣＯＤレベルが低下すると、高出力化と高耐久性が実現できなくなる。図９は、作製直後の上述の窒化物半導体レーザ素子をエージングし、定期的に取り出してＣＯＤレベルを測定した結果を示すグラフである。図９は横軸がエージング時間、縦軸がＣＯＤレベルである。また、エージング条件は雰囲気温度７０℃、出力６０ｍＷ、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ；連続発振）駆動であり、ＣＯＤレベルの測定条件は５０ｎｓ、ｄｕｔｙ５０％、室温、ｐｕｌｓｅ測定である。この結果より、３００時間経過後のＣＯＤレベルが２００ｍＷであり、３００時間経過後では２００ｍＷ以上の高出力化は不可であることがわかる。

半導体レーザ素子の共振器端面のうち、レーザ光出射側の端面に形成された誘電体膜に拡散する水分は、基本的に大気中に存在し、ステム、キャップ、半導体レーザ素子自体の表面にも付着している。したがって、半導体レーザ素子をたとえ水分を含まない希ガスなどとともに封止しても、ステム、キャップ、半導体レーザ素子自体から蒸発してくる水分が濃度勾配により誘電体膜中を経て共振器端面から半導体レーザ素子の半導体積層体へ拡散する。誘電体膜中の水分はそれ自体がレーザ光を吸収するとともに、詳しい機構は不明ながら、誘電体膜に吸収中心を形成してレーザ光を吸収させる。吸収されたレーザ光は、非常に高い発熱を引き起こす。この発熱によって半導体レーザ素子の端面部分が高温になることで、比較的低い光出力であっても光学損傷による端面劣化を引き起こし、半導体レーザ素子が破壊に至ることがわかる。以上のことから、誘電体膜から共振器端面への水分の拡散を防ぐことが、半導体レーザ素子の耐久性、信頼性向上に、必要不可欠であることがわかる。しかし、封止装置全体を水分除去のために低露点に管理する場合には、装置が大掛かりになり相当の費用を要する等のデメリットがある。

また、特許文献２に開示されているように、ＳｉＮ_x／ＳｉＯ₂からなる薄膜を直接半導体結晶に接して形成する技術においては、半導体結晶がＧａＮ系結晶である場合には、ＳｉＯ₂の酸素がＧａと置換され界面で非常によく反応して端面劣化を引き起こす問題があった。ＧａＮ系半導体と接する界面にＳｉＮ_xが形成されている場合でも、光学膜としてのＳｉＮ_xは薄くせざるを得ないため、ＳｉＮ_xを透過して酸素とＧａが置換反応を引き起こす問題があった。一方、光学膜としてのＳｉＮ_xが厚く、半導体がＧａＮ系結晶である場合には、厚いＳｉＮ_xに亀裂が発生し、また剥離を起こし、それらを通過した酸素とＧａが置換反応を引き起こす問題がある。

本発明はこのような問題に鑑み、窒化物半導体レーザ素子のレーザ光出射側および反射側の共振器端面の誘電体膜上に吸湿防止膜を形成し、誘電体膜および窒化物半導体積層体の内部への水分の拡散を低減することを特徴とする半導体素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、複数の窒化物半導体層からなる窒化物半導体積層体と、この窒化物半導体積層体を劈開して形成された互いに平行な２個の端面と、この２個の端面の上に設けられた誘電体からなるコート膜とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、前記コート膜のいずれの上にも吸湿防止層を設けたことを特徴とする。

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記吸湿防止層が、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｙ、Ｓｒ、ＮｂおよびＴａの窒化物のうち、少なくとも１個からなることを特徴とする。

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記吸湿層が前記窒化物のうち１個からなる単層であることを特徴とする。

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記吸湿層が前記窒化物のいずれかからなる層を複数備えることを特徴とする。

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記吸湿防止層の厚さが１０Å以上１００Å以下であることを特徴とする。

また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子と、前記窒化物半導体レーザ素子を覆うキャップとを備えた窒化物半導体レーザ装置において、前記キャップが前記窒化物半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を通過させる孔を有し、前記窒化物半導体レーザ素子が前記キャップ外の雰囲気と触れていることを特徴とする。

窒化物半導体レーザ素子の端面に設けられたコート膜に水分が含まれると、コート膜中にレーザ光の吸収中心が形成され、レーザ光の吸収によりコート膜が発熱し、窒化物半導体レーザ素子の耐久性が低下するが、本発明によると、窒化物半導体レーザ素子周辺の雰囲気に含まれる水分ならびに窒化物半導体レーザ装置を構成するステム、キャップおよび窒化物半導体レーザ素子自体の表面から蒸発する水分がコート膜中および窒化物半導体積層体中に拡散するのを吸湿防止層によって防ぐことができ、窒化物半導体レーザ素子の耐久性を向上させることができる。

また、本発明によると、窒化物半導体レーザ素子のコート膜上に設けた吸湿防止層によって、コート膜等に水分が拡散するのと防ぐことができるため、窒化物半導体レーザ素子を希ガスなどで封止する必要がない。よって、窒化物半導体レーザ装置において窒化物半導体レーザ素子を覆うキャップにはレーザ光を通過させる孔を設けておけばよく、ガラスなどからなる窓を設けなくてもよい。これにより、窒化物半導体レーザ素子の耐久性を向上させつつ、窒化物半導体レーザ装置の製造工程を簡略化することができ、また、キャップの構造を簡単なものとできるため材料費を削減することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の側面図、図２は窒化物半導体レーザ素子の平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４はウェハの三面図、図５はキャップを外した状態の窒化物半導体レーザ装置の斜視図、図６は窒化物半導体レーザ装置の外観斜視図である。

窒化物半導体レーザ素子１０は、図１に示すように、ＧａＮ基板１１上に窒化物半導体積層体２０が形成されている。窒化物半導体積層体２０には、図２に示すように光導波路のリッジ部１５が形成され、リッジ部１５を含めた窒化物半導体積層体２０上にはｐ電極１３が設けられている。ＧａＮ基板１１の窒化物半導体積層体２０が形成された面と反対側の面（以下裏面とする）にはｎ電極１４が設けられている。また、窒化物半導体レーザ素子１０は、劈開によって形成されたレーザ光の出射側共振器端面１６および反射側共振器端面１７を備える。これらの共振器端面１６、１７により、窒化物半導体積層体２０は共振器として動作する。出射側共振器端面１６にはＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；低反射）コート膜１８が、反射側共振器端面１７にはＨＲ（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；高反射）コート膜１９が形成されている。ＡＲコート膜１８は、Ａｌ₂Ｏ₃／ＴｉＯ₂の２層からなり、ＨＲコート膜１９はＡｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂の１０層からなる。

窒化物半導体積層体２０の構造を詳細に説明する。窒化物半導体積層体２０は、図３に示すように厚さ１００μｍのＧａＮ基板１１上に形成されており、ＧａＮ基板１１側から厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮ層２１と厚さ２．５μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎクラッド２２と、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮガイド層２３と、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層が３層および厚さ８ｎｍのＧａＮ障壁層が４層それぞれ交互に積層されて成る多重量子井戸活性層２４と、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ蒸発防止層２５と、厚さ０．０８μｍのｐ型ＧａＮガイド層２６と、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ_0.062Ｇａ_0.938Ｎクラッド層２７と、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２８が順に積層されて成る。なお、多重量子井戸活性層２４は、ＧａＮ基板１１側から障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で形成される。ｐ型Ａｌ_0.062Ｇａ_0.938Ｎクラッド層２７とｐ型ＧａＮコンタクト層２８は気相エッチングによりリッジ部１５が加工され、電流狭窄のために絶縁膜１２によりパターニングされている。

次に、窒化物半導体レーザ素子１０の製造方法について説明する。まず、ＧａＮ基板１１上にＭＯＣＶＤ装置によって図３に示された順番でｎ型ＧａＮ層２１からｐ型ＧａＮコンタクト層２８まで窒化物半導体積層体２０を形成する。その後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；誘導結合プラズマ）などの気相エッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層２８およびｐ型Ａｌ_0.062Ｇａ_0.938Ｎクラッド層２７にリッジ部１５を加工し、電流狭窄のために絶縁膜１２をｐ型ＧａＮコンタクト層２８の上面以外の窒化物半導体積層体２０の上面に形成する。絶縁膜１２は、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂などからなるものである。続いてｐ電極１３を形成し、ＧａＮ基板１１を裏面からＧａＮ基板１１の厚さが１００μｍ程度になるまで研削、研磨する。この研磨工程でＧａＮ基板１１の裏面にできたダメージ層をＲＩＥなどの気相エッチングでエッチングし除去したあと、ＧａＮ基板１１側からＴｉ／Ａｌの順に積層されたｎ電極１４をＥＢ蒸着により形成し、図４に示すウェハ３０が完成する。

このウェハ３０をバー状に分割し、共振器端面を備えた窒化物半導体レーザバーとする。分割は、スクライブポイント３１においてリッジ部１５の長手方向に垂直な方向に行う。ウェハ３０がバー分割されると劈開によって形成された共振器端面が大気に暴露され、水分、自然酸化膜、カーボンなどの汚染物質が付着する。したがって、これらの汚染物質がコート膜を形成する前の共振器端面に付着するのを最小限に留めるため、劈開後、数時間以内に蒸着装置に入れて真空状態を保つ必要がある。

次に、窒化物半導体レーザバーの出射側共振器端面１６にＥＢ蒸着装置にてＡＲコート膜１８を形成する。本実施形態において、ＡＲコート膜１８は誘電体膜からなるものであり、出射側共振器端面１６側から順にＡｌ₂Ｏ₃／ＴｉＯ₂の２層構造である。

ＡＲコート膜１８は、まずＡｌ₂Ｏ₃ターゲットを用いてＡｌ₂Ｏ₃を形成した後、Ｔｉ₃Ｏ₅ターゲットを用いて酸素雰囲気で厚さ１７ｎｍのＴｉＯ₂を形成する。これらの膜の厚さは４０５ｎｍの波長の光のＡＲコート膜１８を通じた出射側共振器端面１６からの前面透過率が５％となる設計値となっている。なお、ＡＲコート膜１８は、ＴｉＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃の単層からなるものであっても、他の誘電体膜の単層または複数の層からなるものであってもよい。

次に、窒化物半導体レーザバーの反射側共振器端面１７に、ＨＲコート膜１９を形成する。ＨＲコート膜は誘電体膜からなるものであり、反射側共振器端面１７側から順にＡｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂の１０層構造であり、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の多層コートが基本的な反射膜としての役割を果たしている。また、Ａｌ₂Ｏ₃膜は、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の多層コートの保護膜としての役割を果たしている。

ＨＲコート膜１９を形成するＳｉＯ₂は反射側共振器端面１７のＧａＮのＧａと置換され界面で非常によく反応して端面劣化を引き起こし、またＴｉＯ₂はＧａＮと直接接すると、反応などにより光吸収し発熱し、膜自体の劣化を起こすことがある。このため、ＧａＮに対して安定なＡｌ₂Ｏ₃を保護膜として反射側共振器端面１７上に形成する。本実施形態ではＨＲコート膜１９のＡｌ₂Ｏ₃の厚さは６０Å程度である。なお、Ａｌ₂Ｏ₃の厚さは１０Å以上２００Å以下が好ましく、１０Å以上１００Å以下がより好ましい。厚さが１０Å未満では、均一な膜になりにくく、保護膜としての効果が小さいからであり、１００Åより厚い場合、特に２００Åより厚い場合反射率の低下を引き起こすからである。なお、保護膜としてのＡｌ₂Ｏ₃は必ずしも設けなくてもよい。

本実施形態において、ＡＲコート膜１８およびＨＲコート膜１９の上にはそれぞれ第１の吸湿防止層４１および第２の吸湿防止層４２が形成されている。第１の吸湿防止層４１および第２の吸湿防止層４２は、いずれもコート膜１８、１９側から順にＳｉＮ／ＴｉＮの２層構造である。窒素雰囲気中で窒化物半導体レーザバーを１５０℃程度に保持し、ターゲットとしてＳｉおよびＴｉ₃Ｏ₅を用いて、ＳｉＮ／ＴｉＮの順にそれぞれ厚さ２０Åに形成した。ここで、ＳｉＮおよびＴｉＮの厚さはいずれも１０Å以上１００Å以下が好ましい。他の多くの誘電体膜と同様に、厚さが１０Å未満では均一な膜になりにくく、吸湿防止層としての機能を成さないからである。逆に厚さが１００Åを超える場合は、膜厚方向に均一なアモルファス膜が得られにくく、アモルファス相からずれて一部微結晶化した領域で光吸収を引き起こし、発熱につながるからである。なお、第１の吸湿防止層４１、第２の吸湿防止層４２、ＡＲコート膜１８およびＨＲコート膜１９の成膜装置としては、ＥＢ蒸着装置、スパッタ蒸着装置などが好ましい。

次に、コート膜１８、１９を形成したバーを、リッジ部１５の長手方向に平行な方向へのスクライブにてチップ分割して窒化物半導体レーザ素子１０とし、図５に示すようにサブマウント５２上に半田５３にてマウントする。半田５３としては、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどを用いることができる。次に窒化物半導体レーザ素子１０をマウントしたサブマウント５２を、ステム５１上にマウント５６を介してＡｕＳｎなどの半田（不図示）を用いてマウントする。

Ａｕワイヤーからなる配線５５で、窒化物半導体レーザ素子１０のｐ電極１３とステム５１のピン５４とを、およびサブマウント５２とマウント５６とを結線し、図６で示したように、ガラス窓５９が設けられたキャップ５８で乾燥空気とともに封止することで、窒化物半導体レーザ装置５０が完成する。窒化物半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、ガラス窓５９を通じて外部に出射される。

このようにして得られた窒化物半導体レーザ装置５０は、窒化物半導体レーザ素子１０に第１の吸湿防止層４１および第２の吸湿防止層４２を設けることにより、誘電体膜であるコート膜１８、１９の内部のみならず、共振器端面１６、１７を通じてＧａＮ基板１１および窒化物半導体積層体２０に雰囲気中の水分ならびにステム５１、キャップ５８および窒化物半導体レーザ素子１０自体の表面から蒸発してくる水分が拡散するのを防ぐことができる。そのため、コート膜１８、１９への吸収中心の形成、吸収されたレーザ光による発熱およびこの発熱による共振器端面１６、１７の劣化を防止することができ、窒化物半導体レーザ素子１０のみならず窒化物半導体レーザ装置５０の耐久性すなわち長期信頼性を向上させることができる。

また、雰囲気中の水分や、ステム５１等の表面から蒸発した水分があっても、その水分が窒化物半導体レーザ素子１０の内部に拡散するのを吸湿防止層４１、４２によって防ぐことができるため、窒化物半導体レーザ素子１０を希ガスなどとともに封止する必要がなく、レーザ光の出射する孔を有し、ガラス窓５９のないキャップ５８を用いることができる。したがって、封止に用いる希ガスなどが不要となり、窒化物半導体レーザ装置５０の製造プロセス工程の面、材料の費用の面でも非常にメリットが大きい。

なお、本実施形態において、第１の吸湿防止層４１および第２の吸湿防止層４２は同じ構造でなくてもよい。吸湿防止層４１、４２としては、上述のＳｉＮ／ＴｉＮの２層構造のものに限られず、ＳｉＮまたはＴｉＮの単層でもよい。また、ＩＶ族元素であるＣ、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎの窒化物や、金属元素であるＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｙ、Ｓｒ、ＮｂおよびＴａの窒化物のいずれかの単層もしくはこれらの単層を複数積層したものであってもよい。複数の層からなるものの場合、同じ材料からなる層を複数有するものであってもよい。

反射率５％として設計した厚さ８０ｎｍの単層のＡｌ₂Ｏ₃からなるＡＲコート膜と、、反射側共振器端面側から順にＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂／ＳｉＯ₂の９層からなるＨＲコート膜を備え、第１の吸湿防止層および第２の吸湿層として単層のＳｉＮを両コート膜の上に備えた本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子を用いた上述の構造の窒化物半導体レーザ装置を、雰囲気温度６０℃、出力３０ｍＷ、ＣＷ駆動でＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ；定出力制御）でエージング試験を行った。比較例として、同様のＡＲコート膜およびＨＲコート膜を備え、吸湿防止層を形成していない窒化物半導体レーザ素子を用いた窒化物半導体レーザ装置に関しても、同様の条件でエージング試験を行った。

まず、３０個の比較例の窒化物半導体レーザ素子についてエージングに伴うＩｏｐ（駆動電流）の変化を測定した結果を図７に示す。図７は横軸をエージング時間、縦軸をＩｏｐとしたグラフである。Ｉｏｐが少し波打ちながら上昇し、２００時間程度でほとんどの素子が破壊に至っている。Ｉｏｐが波打つのは、水分が徐々に共振器端面から窒化物半導体積層体の内部に拡散するために、共振器端面での光吸収が大きくなり、発熱が増大し素子の破壊が進みＩｏｐが上昇しているためであると考えられる。また、エージングが完了した素子の共振器端面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）、ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；エネルギー分散型Ｘ線分光装置）にて測定すると、水分が検出された。

次に、３０個の本発明にかかる吸湿防止層を形成した窒化物半導体レーザ素子についてエージングに伴うＩｏｐの変化を測定した結果を図８に示す。図８では、図７と異なり１０００時間以上のエージングによってもＩｏｐの波打ちも見られない。したがって、本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子は、長時間エージングを行ってもＩｏｐが安定しており、長期間にわたり安定して動作する高い耐久性、信頼性を有することがわかった。これは、吸湿防止層により水分の共振器端面から窒化物半導体積層体の内部への拡散が防止されたためと考えられる。この原因に関して詳細はわかっていないが、窒化物特有の密な膜質が寄与していると考えられる。さらに、エージングが完了した素子の共振器端面をＳＥＭ、ＥＤＸで測定したが水分は検出限界以下であった。

なお、図７および図８において、エージング開始当初から全くＩｏｐが流れていないものが各々数個ずつ見られるが、これは全く動作しないものであり、現在の技術ではどのような窒化物半導体レーザ素子の製造時にもある程度の確率で現れる。

本発明の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の側面図 本発明の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の平面図 図２のＡ−Ａ断面図 本発明の実施形態にかかるウェハの三面図 本発明の実施形態にかかるキャップを外した状態の窒化物半導体レーザ装置の斜視図 本発明の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ装置の外観斜視図 吸湿防止層を形成していない窒化物半導体レーザ素子のエージングに伴うＩｏｐの変化を示すグラフ 吸湿防止層を形成した、本発明の実施例にかかる窒化物半導体レーザ素子のエージングに伴うＩｏｐの変化を示すグラフ 従来の窒化物半導体レーザ素子のエージングに伴うＣＯＤレベルの変化を示すグラフ

符号の説明

１０ 窒化物半導体レーザ素子
１１ ＧａＮ基板
１２ 絶縁膜
１３ ｐ電極
１４ ｎ電極
１５ リッジ部
１６ 出射側共振器端面
１７ 反射側共振器端面
１８ ＡＲコート膜
１９ ＨＲコート膜
２０ 窒化物半導体積層体
２１ ｎ型ＧａＮ層
２２ ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎクラッド
２３ ｎ型ＧａＮガイド層
２４ 多重量子井戸活性層
２５ ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ蒸発防止層
２６ ｐ型ＧａＮガイド層
２７ ｐ型Ａｌ_0.062Ｇａ_0.938Ｎクラッド層
２８ ｐ型ＧａＮコンタクト層
３０ ウェハ
３１ スクライブポイント
４１ 第１の吸湿防止層
４２ 第２の吸湿防止層
５０ 窒化物半導体レーザ装置
５１ ステム
５２ サブマウント
５３ 半田
５４ ピン
５５ 配線
５７ ピン
５８ キャップ
５９ ガラス窓

Claims (3)

1. 複数の窒化物半導体層からなる窒化物半導体積層体と、この窒化物半導体積層体を劈開して形成された互いに平行な２個の端面と、この２個の端面の上に設けられた保護層と誘電体からなるコート膜とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、
   前記保護層がＡｌ ₂ Ｏ ₃ であって、前記コート膜のいずれの上にもＳｉＮ／ＴｉＮからなる吸湿防止層を設けたことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
2. 前記吸湿防止層の厚さが１０Å以上１００Å以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子と、前記窒化物半導体レーザ素子を覆うキャップとを備えた窒化物半導体レーザ装置において、
   前記キャップが前記窒化物半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を通過させる孔を有し、前記窒化物半導体レーザ素子が前記キャップ外の雰囲気と触れていることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
   
   

Images