JP5042609B2 - 窒化物系半導体素子 - Google Patents

Description

この発明は、窒化物系半導体素子に関し、特に、少なくとも窒化物系半導体層を含む素子部を備えた窒化物系半導体素子に関する。

従来、窒化物系半導体素子として、窒化物系半導体層をそれぞれ含む半導体レーザ素子、発光ダイオード素子およびＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ（金属）−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（絶縁体）−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（半導体））型の電界効果トランジスタ素子などが知られている。

また、従来では、半導体レーザ素子は、その共振器端面が劣化すれば、信頼性が低下することが知られている。この半導体レーザ素子の共振器端面の劣化は、非発光再結合準位の発生により共振器端面が過度に発熱することによって起こるとされている。なお、非発光再結合準位が発生する主な原因としては、半導体レーザ素子の共振器端面の酸化が挙げられる。

そこで、従来では、半導体レーザ素子の共振器端面が酸化するのを抑制するために、共振器端面上に酸窒化アルミニウムからなる保護膜が形成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）。

特許第２７４３１０６号公報

ところで、アモルファス膜は、結晶化された膜に比べて膜密度が低いので、非常に多くの欠陥などの異常個所を含んでいる。このため、上記特許文献１の構成において、半導体レーザ素子の共振器端面の酸化を抑制するための保護膜がアモルファス膜であれば、保護膜の欠陥などの異常個所を介して酸素や水分が拡散するので、外部からの酸素や水分の共振器端面への浸入を抑制するのが困難になる。これにより、半導体レーザ素子の共振器端面上に保護膜を形成したとしても、その保護膜がアモルファス膜であれば、共振器端面が酸化して非発光再結合準位が発生することに起因して、共振器端面が劣化するという不都合がある。したがって、半導体レーザ素子の共振器端面の劣化を抑制するためには、結晶化された高品質の膜からなる保護膜を共振器端面上に形成する必要がある。

しかしながら、一般的に、半導体レーザ素子の共振器端面上への保護膜の形成は、電極層の形成後に行っている。このため、半導体レーザ素子の共振器端面上に保護膜を形成する際には、成膜温度を約５００℃以下（好ましくは、約３００℃以下）に設定する必要がある。これにより、半導体レーザ素子の共振器端面上に形成される保護膜には、アモルファス膜ほどではないが、多くの欠陥や転移などの異常個所が発生する。なお、半導体レーザ素子の共振器端面上に形成される保護膜が多結晶膜である場合にも、その保護膜としての多結晶膜に多くの結晶粒界などの異常個所が発生する。したがって、半導体レーザ素子の共振器端面上に形成される保護膜がアモルファス膜である場合と同様、共振器端面が劣化するという不都合が生じる。その結果、半導体レーザ素子（窒化物系半導体素子）の信頼性が低下するという問題点がある。

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、この発明の目的は、信頼性を向上させることが可能な窒化物系半導体素子を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による窒化物系半導体素子は、少なくとも窒化物系半導体層を含む素子部と、その素子部に含まれる窒化物系半導体層の所定面上に形成され、結晶化されたアルミニウムの窒化物、酸化物または酸窒化物からなるコーティング膜とを備えている。そして、コーティング膜には、シリコン、イットリウム、タンタリウム、ハフニウム、ランタニウム、チタニウム、ジルコニウム、ニオビウムおよびバナジウムからなるグループより選択される少なくとも１つの添加物が添加されている。

この一の局面による窒化物系半導体素子では、上記のように、素子部に含まれる窒化物系半導体層の所定面上に、結晶化されたアルミニウムの窒化物、酸化物または酸窒化物からなるコーティング膜を形成するとともに、そのコーティング膜に、シリコン、イットリウム、タンタリウム、ハフニウム、ランタニウム、チタニウム、ジルコニウム、ニオビウムおよびバナジウムからなるグループより選択される少なくとも１つの添加物を添加することによって、コーティング膜の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所に添加物が濃化するので、コーティング膜の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所を介した酸素や水分の拡散を抑制することができる。これにより、外部からの酸素や水分がコーティング膜を通過して素子部（窒化物系半導体層の所定面）にまで侵入するのを抑制することができるので、素子部（窒化物系半導体層の所定面）が酸化するなどして劣化するのを抑制することができる。その結果、窒化物系半導体素子の信頼性を向上させることができる。

ここで、窒化物系半導体層を含む半導体レーザ素子部を備えた窒化物系半導体素子（半導体レーザ素子）に本発明を適用する場合には、半導体レーザ素子部の共振器端面となる窒化物系半導体層の所定面上にコーティング膜を形成することにより、半導体レーザ素子部の共振器端面が劣化するのを抑制することができる。なお、本発明において、半導体レーザ素子とは、少なくとも活性層およびクラッド層がＡｌＩｎＧａＮ系の材料によって構成された半導体レーザ素子を意味する。また、共振器端面とは、窒化物系半導体層（少なくとも活性層およびクラッド層）を含む半導体レーザ素子部に形成されたレーザ発振に不可欠な鏡面のことを意味する。この共振器端面は、窒化物系半導体層（少なくとも活性層およびクラッド層）を劈開やエッチングすることによって得られる。また、窒化物系半導体層を含む発光ダイオード素子部を備えた窒化物系半導体素子（発光ダイオード素子）に本発明を適用する場合には、発光ダイオード素子部の光出射面となる窒化物系半導体層の所定面上にコーティング膜を形成することにより、発光ダイオード素子の光出射面が劣化するのを抑制することができる。これらの結果、半導体レーザ素子や発光ダイオード素子の信頼性を向上させることができる。さらに、半導体レーザ素子や発光ダイオード素子を歩留りよく作製することができる。

また、窒化物系半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成される窒化物系半導体素子（ＭＩＳ型の電界効果トランジスタ素子）に本発明を適用する場合には、窒化物系半導体層とゲート電極との間にコーティング膜を形成するとともに、そのコーティング膜をゲート絶縁膜として機能させれば、ゲート絶縁膜の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所に添加物が濃化することにより、ゲート絶縁膜の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所を介したリーク電流の発生を抑制することができる。

上記一の局面による窒化物系半導体素子において、好ましくは、コーティング膜の厚みは、６ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に設定されている。このように構成すれば、コーティング膜の厚みが小さくなり過ぎることに起因して、窒化物系半導体層の所定面上にコーティング膜を形成することによる効果が得られなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、コーティング膜の厚みが大きくなり過ぎることに起因して、コーティング膜にひび割れなどが発生するという不都合が生じるのを抑制することができる。ここで、本発明のコーティング膜は、結晶化されているため、アモルファス膜に比べて強い内部応力を有している。したがって、コーティング膜の厚みが大きくなり過ぎるとコーティング膜にひび割れなどが発生しやすくなるため、コーティング膜の厚みの上限を１５０ｎｍに設定するのが好ましい。さらに、コーティング膜の厚みが大きくなり過ぎることに起因して、コーティング膜の表面の平坦性が低下するという不都合が生じるのも抑制することができる。

上記一の局面による窒化物系半導体素子において、好ましくは、コーティング膜における添加物の組成比をｘとした場合、添加物の組成比ｘは、０＜ｘ≦０．２を満たしている。このように構成すれば、コーティング膜における添加物の組成比ｘが高くなり過ぎることに起因して、コーティング膜がアモルファス状態になるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、コーティング膜の膜質が低下するのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、コーティング膜における添加物の組成比ｘは、０．００２＜ｘ≦０．１を満たしている。このように構成すれば、コーティング膜における添加物の組成比ｘが低くなり過ぎることに起因して、コーティング膜に添加物を添加することによる効果が得られなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、コーティング膜における添加物の組成比ｘが高くなり過ぎることに起因して、コーティング膜がアモルファス状態になるという不都合が生じるのをより抑制することができる。

上記一の局面による窒化物系半導体素子において、好ましくは、コーティング膜上には、窒化物膜、酸化物膜および酸窒化物膜のうちの少なくとも１つの膜が形成されている。このように構成すれば、コーティング膜と、そのコーティング膜上に形成された窒化物膜、酸化物膜および酸窒化物膜のうちの少なくとも１つの膜との両方によって、素子部（窒化物系半導体層の所定面）への外部からの酸素や水分の浸入を抑制することができる。これにより、素子部（窒化物系半導体層の所定面）が酸化するなどして劣化するのをより抑制することができる。

上記一の局面による窒化物系半導体素子において、好ましくは、素子部は、一対の共振器端面を有する半導体レーザ素子部を含み、コーティング膜は、半導体レーザ素子部の少なくとも一方の共振器端面上に形成されている。このように構成すれば、半導体レーザ素子部の共振器端面が劣化するのを容易に抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子部を備えた窒化物系半導体素子（半導体レーザ素子）の信頼性を容易に向上させることができる。

上記一の局面による窒化物系半導体素子において、好ましくは、素子部は、光出射面を有する発光ダイオード素子部を含み、コーティング膜は、発光ダイオード素子部の光出射面上に形成されている。このように構成すれば、発光ダイオード素子部の光出射面が劣化するのを容易に抑制することができる。これにより、発光ダイオード素子部を備えた窒化物系半導体素子（発光ダイオード素子）の信頼性を容易に向上させることができる。

上記一の局面による窒化物系半導体素子において、好ましくは、素子部は、窒化物系半導体層上に形成されたゲート電極をさらに含み、コーティング膜は、窒化物系半導体層とゲート電極との間に形成されている。このように構成すれば、ＭＩＳ型の電界効果トランジスタ素子のゲート絶縁膜としてコーティング膜を機能させることができる。この場合、リーク電流の発生を抑制することが可能なゲート絶縁膜（コーティング膜）を容易に得ることができる。

以上のように、本発明によれば、信頼性を向上させることが可能な窒化物系半導体素子を容易に得ることができる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した平面図であり、図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体素子としての半導体レーザ素子の構造について説明する。

第１実施形態による半導体レーザ素子（発振波長：約４０５ｎｍ）は、図１に示すように、一対の共振器端面１ａおよび１ｂを有する半導体レーザ素子部１を備えている。この半導体レーザ素子部１の一方の共振器端面１ａは、光出射側に位置しているとともに、他方の共振器端面１ｂは、光反射側に位置している。また、半導体レーザ素子部１は、共振器方向に延びるように形成されたストライプ状のリッジ部１ｃを有している。なお、半導体レーザ素子部１は、本発明の「素子部」の一例である。また、共振器端面１ａおよび１ｂは、本発明の「所定面」の一例である。

半導体レーザ素子部１の具体的な構造としては、図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮからなるｎ型バッファ層１２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮからなるｎ型クラッド層１３およびｎ型ＡｌＧａＩｎからなるｎ型ガイド層１４が順次形成されている。ｎ型ガイド層１４上には、複数のＡｌＧａＩｎＮ層（図示せず）を含む多重量子井戸構造の活性層１５が形成されている。

また、活性層１５上には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型ガイド層１６が形成されているとともに、そのｐ型ガイド層１６上には、凸部と平坦部とを有するｐ型ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型クラッド層１７が形成されている。ｐ型クラッド層１７の凸部上には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型コンタクト層１８が形成されている。そして、ｐ型コンタクト層１８とｐ型クラッド層１７の凸部とによって、ストライプ状のリッジ部１ｃが構成されている。このリッジ部１ｃの共振器方向と直交する方向の幅は、約１．２μｍ〜約２．４μｍ（たとえば、約１．５μｍ）に設定されている。

また、ｐ型クラッド層１７の平坦部上には、リッジ部１ｃの側面を覆うように、ＳｉＯ₂などからなる絶縁層１９が形成されている。絶縁層１９上には、ｐ型コンタクト層１８（リッジ部１ｃ）の上面と接触するように、ｐ側電極層２０が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面上には、ｎ側電極層２１が形成されている。

そして、上記した各層（１２〜２１）によって、第１実施形態の半導体レーザ素子部１が構成されている。また、上記した各層（１２〜１８）の組成比は、適宜調節されるものであり、本発明の本質とは関係ない。また、上記した半導体レーザ素子部１の構造では、活性層１５の組成比を調節することにより、約３７０ｎｍ〜約４６０ｎｍの範囲内で発振波長を調節することができる。なお、ｎ型バッファ層１２、ｎ型クラッド層１３、ｎ型ガイド層１４、活性層１５、ｐ型ガイド層１６、ｐ型クラッド層１７およびｐ型コンタクト層１８は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。

ここで、第１実施形態では、図１に示すように、半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａ上に、結晶化されたアルミニウムの酸窒化物からなるコーティング膜２が形成されているとともに、そのコーティング膜２に、シリコン（添加物）が添加されている。この第１実施形態のコーティング膜２の組成は、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）となる。

また、第１実施形態では、コーティング膜２におけるシリコン（添加物）の組成比ｘが、０．００２＜ｘ≦０．１を満たすように設定されている。具体的には、第１実施形態では、ｗ＝０．３４、ｘ＝０．０１、ｙ＝０．０５、ｚ＝０．６に設定されている。上記したコーティング膜２の組成比は、ＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて求めることができる。なお、コーティング膜２における酸素の組成比ｙは、ＴＥＭ−ＥＤＸ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などを用いて求めることもできる。

さらに、第１実施形態では、コーティング膜２の厚みが、６ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に設定されている。具体的には、第１実施形態では、コーティング膜２の厚みが約２０ｎｍに設定されている。

また、第１実施形態では、コーティング膜２上に、約１４０ｎｍの厚みを有する酸化アルミニウム（アルミナ）膜３が形成されている。なお、酸化アルミニウム膜３は、本発明の「酸化物膜」の一例である。

また、第１実施形態では、半導体レーザ素子部１の光反射側の共振器端面１ｂ上にも、半導体レーザ素子部１の光出射側と同様、コーティング膜４および酸化アルミニウム（アルミナ）膜５が順次形成されている。光反射側のコーティング膜４は、光出射側のコーティング膜２と同様の組成および厚みを有している。すなわち、光反射側のコーティング膜４は、結晶化されたＡｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｗ＝０．３４、ｘ＝０．０１、ｙ＝０．０５、ｚ＝０．６）膜からなるとともに、約２０ｎｍの厚みを有している。また、光反射側の酸化アルミニウム膜５は、約１２０ｎｍの厚みを有している。なお、酸化アルミニウム膜５は、本発明の「酸化物膜」の一例である。

また、光反射側の酸化アルミニウム膜５上には、高反射膜６が形成されている。この高反射膜６は、５つの酸化シリコン膜（図示せず）と４つの酸化チタン膜（図示せず）とが１つずつ交互に積層された構造を有している。そして、最表面に位置する酸化シリコン膜の厚みが約１４２ｎｍに設定されているとともに、その最表面に位置する酸化シリコン膜以外の酸化シリコン膜の厚みが約７１ｎｍに設定されている。また、酸化チタン膜の厚みが約４６ｎｍに設定されている。

第１実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａ上に、結晶化されたアルミニウムの酸窒化物からなるコーティング膜２を形成するとともに、その光出射側のコーティング膜２に、シリコンを添加することによって、光出射側のコーティング膜２の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所にシリコンが濃化するので、光出射側のコーティング膜２の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所を介した酸素や水分の拡散を抑制することができる。これにより、外部からの酸素や水分が光出射側のコーティング膜２を通過して半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａにまで侵入するのを抑制することができるので、光出射側の共振器端面１ａが酸化するなどして劣化するのを抑制することができる。さらに、半導体レーザ素子部１の光反射側の共振器端面１ｂ上に、光出射側のコーティング膜２と同様のコーティング膜４を形成することによって、光反射側の共振器端面１ｂに酸素や水分が浸入するのを抑制することができるので、光反射側の共振器端面１ｂが酸化するなどして劣化するのも抑制することができる。その結果、半導体レーザ素子部１を備えた半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができるとともに、その半導体レーザ素子を歩留りよく作製することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、コーティング膜２（４）の厚みを、約２０ｎｍに設定することによって、コーティング膜２（４）の厚みが小さくなり過ぎることに起因して、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａ（１ｂ）上にコーティング膜２（４）を形成することによる効果が得られなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、コーティング膜２（４）の厚みが大きくなり過ぎることに起因して、コーティング膜２（４）にひび割れなどが発生するという不都合が生じるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、コーティング膜２（４）におけるシリコンの組成比ｘを、０．０１に設定することによって、コーティング膜２（４）におけるシリコンの組成比ｘが低くなり過ぎることに起因して、コーティング膜２（４）にシリコンを添加することによる効果が得られなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、コーティング膜２（４）におけるシリコンの組成比ｘが高くなり過ぎることに起因して、コーティング膜２（４）がアモルファス状態になるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、コーティング膜２（４）の膜質が低下するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光出射側において、コーティング膜２上に、酸化アルミニウム膜３を形成することによって、コーティング膜２および酸化アルミニウム膜３の両方により、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａへの外部からの酸素や水分の浸入を抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａが酸化するなどして劣化するのをより抑制することができる。なお、酸化アルミニウム膜３は、反射率を制御する機能も有している。

また、第１実施形態では、上記のように、光反射側において、コーティング膜４上に、酸化アルミニウム膜５を形成することによって、コーティング膜４および酸化アルミニウム膜５の両方により、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ｂへの外部からの酸素や水分の浸入を抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ｂが酸化するなどして劣化するのをより抑制することができる。なお、酸化アルミニウム膜５は、反射率を制御する機能も有している。

図３は、図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。図４は、図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子のコーティング膜を形成する際に用いるＥＣＲスパッタ装置の構造を示した概略図である。次に、図１〜図４を参照して、第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。

まず、複数の半導体レーザ素子部１（図２参照）が一体化された構造体（図示せず）を形成する。すなわち、図２に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１１上に、窒化物系半導体各層１２〜１８を順次形成する。この後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて、ｐ型コンタクト層１８およびｐ型クラッド層１７の所定領域を除去することによって、ストライプ状のリッジ部１ｃを形成する。そして、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ｐ型クラッド層１７の平坦部上に、リッジ部１ｃの側面を覆うように、絶縁層１９を形成する。次に、蒸着法などを用いて、絶縁層１９上に、ｐ型コンタクト層１８（リッジ部１ｃ）の上面と接触するように、ｐ側電極層２０を形成する。また、蒸着法などを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面上に、ｎ側電極層２１を形成する。

次に、図３に示すように、上記した工程で形成された構造体（図示せず）を劈開することによって、一対の共振器端面（劈開面）１ａおよび１ｂを有するバー状の構造体２５を形成する。

次に、図４に示すＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ装置３０を用いて、図３に示した構造体２５の共振器端面１ａ上に、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、結晶化されたＡｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｗ＝０．３４、ｘ＝０．０１、ｙ＝０．０５、ｚ＝０．６）膜からなる光出射側のコーティング膜２（図１参照）を形成する。

ここで、ＥＣＲスパッタ装置３０は、図４に示すように、プラズマ生成室３１と、そのプラズマ生成室３１に連結された成膜室３２とを備えている。ＥＣＲスパッタ装置３０のプラズマ生成室３１には、プラズマの生成に必要な磁場を発生させるための磁気コイル３３が設けられている。また、プラズマ生成室３１には、プラズマ生成室３１の内部にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入窓３４が設けられている。ＥＣＲスパッタ装置３０の成膜室３２には、導入口３２ａおよび排出口３２ｂが形成されている。また、成膜室３２の内部には、高周波電源３４が接続されたＡｌＳｉからなるターゲット３５が配置される。また、成膜室３２の内部には、構造体２５を保持するためのホルダ３６が設けられている。

そして、構造体２５の共振器端面１ａ上に光出射側のコーティング膜２（図１参照）を形成する際には、まず、構造体２５の共振器端面１ａがターゲット３５側に向くように、成膜室３２の内部に構造体２５を配置する。その後、成膜室３２の内部を真空排気する。

次に、窒素（Ｎ₂）ガス（流量：約５．２ｓｃｃｍ）、酸素（Ｏ₂）ガス（流量：約０．５ｓｃｃｍ）およびアルゴン（Ａｒ）ガス（流量：約１０．０ｓｃｃｍ）を成膜室３２の内部に導入しながら、プラズマ生成室３１の内部においてプラズマを生成する。このプラズマ生成室３１の内部のプラズマは、プラズマ生成室３１の内部に磁場を発生させた状態でマイクロ波を導入することによって得られる。また、同時に、ターゲット３５に対して電圧を印加する。この際、高周波パワー、マイクロ波パワーおよび成膜温度を、それぞれ、約５００Ｗ、約５００Ｗおよび約２００℃以上に設定する。この場合の成膜速度は、約０．１６ｎｍ／ｓｅｃとなる。なお、窒素ガスおよび酸素ガスに加えてアルゴンガスを導入したのは、プラズマを効率よく生成して成膜速度を速くするためである。また、成膜温度を約２００℃以上に設定することによって、形成される膜（コーティング膜２）の結晶性が高くなる。

プラズマ生成室３１の内部にプラズマが生成されると、ターゲット３５がスパッタされてスパッタ粒子が生成されるとともに、そのスパッタ粒子が構造体２５の共振器端面１ａに向かって放出される。そして、構造体２５の共振器端面１ａに向かって放出されたスパッタ粒子は、窒素ガスおよび酸素ガスと化学反応を起こす。その結果、スパッタ粒子と窒素ガスおよび酸素ガスとの化学反応により生成されたＡｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_zが構造体２５の共振器端面１ａ上に堆積する。このようにして、構造体２５の共振器端面１ａ上に、結晶化されたＡｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｗ＝０．３４、ｘ＝０．０１、ｙ＝０．０５、ｚ＝０．６）膜からなる光出射側のコーティング膜２（図１参照）が形成される。この光出射側のコーティング膜２の約４０５ｎｍの波長の光に対する屈折率は、約２．１３である。なお、光出射側のコーティング膜２（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）のシリコンの組成比ｘ（アルミニウムの組成比ｗ）の調節は、ＡｌＳｉからなるターゲット３５におけるシリコンの含有量を調節することによって行う。また、光出射側のコーティング膜２（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）の酸素の組成比ｙ（窒素の組成比ｚ）は、成膜中に導入される窒素ガスおよび酸素ガスの比率を調節することによって行う。

ここで、上記したように、光出射側のコーティング膜２（図１参照）を形成する際には、窒素ガスおよび酸素ガスに加えて、アルゴンガスも成膜室３２の内部に導入している。したがって、光出射側のコーティング膜２には、アルゴンが含有されることになる。ただし、第１実施形態では、光出射側のコーティング膜２に含有されるアルゴンが極微量であるため、コーティング膜２の組成を、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）としている。

なお、光出射側のコーティング膜２（図１参照）を形成する際には、ＥＣＲスパッタ装置３０の成膜室３２の内部において、約１００℃以上の温度条件下で構造体２５を加熱することによって、構造体２５の共振器端面１ａに付着している酸化物などの不純物を予め除去（クリーニング）するのが好ましい。そして、光出射側のコーティング膜２の形成は、クリーニング後に、構造体２５が約１００℃以上に加熱された状態で続けて行うのが好ましい。

また、アルゴンガスのプラズマ、窒素ガスのプラズマおよびアルゴンおよび窒素を含む混合ガスのプラズマのいずれかを構造体２５の共振器端面１ａに対して照射することによって、構造体２５の共振器端面１ａのクリーニングを行ってもよい。また、プラズマを照射することによりクリーニングを行う場合には、アルゴンガスのプラズマを照射した後に窒素ガスのプラズマを照射してもよいし、窒素ガスのプラズマを照射した後にアルゴンガスのプラズマを照射してもよい。また、アルゴンガスや窒素ガス以外にも、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）およびクリプトン（Ｋｒ）などの希ガスを用いてもよい。また、プラズマを照射することによりクリーニングを行う際には、構造体２５を加熱してもよいし、構造体２５を加熱しなくてもよい。なお、クリーニングを行う際に構造体２５を加熱する場合には、クリーニング後に、構造体２５が約１００℃以上に加熱された状態でコーティング膜２の形成を続けて行うのが好ましい。

次に、図４に示したＥＣＲスパッタ装置３０を用いて、構造体２５の共振器端面１ｂ上に、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、結晶化されたＡｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｗ＝０．３４、ｘ＝０．０１、ｙ＝０．０５、ｚ＝０．６）膜からなる光反射側のコーティング膜４（図１参照）を形成する。なお、光反射側のコーティング膜４の形成条件は、上記した光出射側のコーティング膜２の形成条件と同様である。

なお、光反射側のコーティング膜４（図１）を形成する際にも、構造体２５の共振器端面１ｂのクリーニングを行ってもよい。ただし、半導体レーザ素子にいおて、光反射側の共振器端面１ｂは光出射側の共振器端面１ａに比べて光密度が低いので、光反射側の共振器端面１ｂが劣化したとしても影響は少ない。したがって、構造体２５の光反射側の共振器端面１ｂのクリーニングは行わなくても問題はない。

次に、図１に示すように、スパッタ法、ＣＶＤ法または蒸着法を用いて、光出射側のコーティング膜２上に、約１４０ｎｍの厚みを有する酸化アルミニウム膜３を形成する。この後、スパッタ法、ＣＶＤ法または蒸着法を用いて、光反射側のコーティング膜４上に、約１２０ｎｍの厚みを有する酸化アルミニウム膜５を形成した後、その酸化アルミニウム膜５上に、高反射膜６を形成する。なお、高反射膜６を形成する際には、５つの酸化シリコン膜（図示せず）と４つの酸化チタン膜（図示せず）とを１つずつ交互に積層する。さらに、最表面に位置する酸化シリコン膜の厚みが約１４２ｎｍになるように、かつ、最表面に位置する酸化シリコン膜以外の酸化シリコン膜の厚みが約７１ｎｍになるように形成する。また、酸化チタン膜の厚みが約４６ｎｍになるように形成する。

最後に、素子分離（チップ化）を行うことによって、第１実施形態による半導体レーザ素子が形成される。なお、素子分離前または素子分離後に、加熱処理を行ってもよい。これにより、コーティング膜２および４の内部の水分が除去されるとともに、コーティング膜２および４の膜質が向上する。

第１実施形態の製造プロセスでは、上記のように、ＥＣＲスパッタ装置３０を用いることによって、高真空中においてもプラズマを生成することができるとともに、構造体２５（窒化物系半導体各層１２〜１８）にダメージが入るのを抑制しながら、高密度なコーティング膜２および４を形成することができる。

次に、第１実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。

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じ製造プロセスを用いて、２０個の半導体レーザ素子を作製した。

また、比較例として、コーティング膜にシリコンが添加されていない半導体レーザ素子を２０個作製した。この比較例としての半導体レーザ素子のコーティング膜は、上記した第１実施形態の製造プロセスにおいて、シリコンを含まないアルミニウムのみからなるターゲットが装着されたＥＣＲスパッタ装置を用いて形成した。このように形成した比較例の半導体レーザ素子のコーティング膜の組成は、Ａｌ_wＯ_yＮ_z（ｗ＋ｙ＋ｚ＝１、ｗ＝０．３５、ｙ＝０．０５、ｚ＝０．６）であった。なお、比較例の半導体レーザ素子のコーティング膜以外の構造は、上記第１実施形態と同じにした。

そして、第１実施形態および比較例の各々の半導体レーザ素子について、７５℃、２００ｍＷ（デューティ比：５０％、パルス幅：３０ｎｓ）の条件下でエージング試験を行った。その結果、エージング実施時間が３００時間を超えた時点で破壊せずに試験を続けることが可能であった半導体レーザ素子の個数は、第１実施形態が１９個（歩留り：９５％）であったのに対して、比較例が１４個（歩留り：７０％）であった。これにより、コーティング膜にシリコンを添加した第１実施形態の半導体レーザ素子では、コーティング膜にシリコンを添加しない場合に比べて信頼性が向上することを確認することができた。

なお、上記した結果から、コーティング膜にシリコンを添加した第１実施形態の半導体レーザ素子では、コーティング膜の結晶欠陥、転移および結晶粒界などにシリコンが濃化したために、コーティング膜の結晶欠陥、転移および結晶粒界などを介した酸素や水分の拡散が抑制されたと考えられる。これにより、コーティング膜にシリコンを添加した第１実施形態の半導体レーザ素子では、外部からの酸素や水分がコーティング膜を通過して共振器端面にまで侵入するのを抑制することができたので、共振器端面が酸化するなどして劣化するのを抑制することができたと考えられる。

次に、第１実施形態の半導体レーザ素子の構成において、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜からなるコーティング膜におけるシリコンの組成比ｘを変化させて、上記したエージング試験を行った。その結果、コーティング膜におけるシリコンの組成比ｘが０．０４≦ｘ≦０．２の範囲内であれば、歩留りが高く（８０％以上）なることが判明した。その一方、コーティング膜におけるシリコンの組成比ｘが０．２を超えると、半導体レーザ素子の破壊強度が低下することが判明した。ここで、破壊強度とは、半導体レーザ素子をＣＷ駆動で動作させる場合において、半導体レーザ素子に印加する電流を徐々に大きくして光出力を増大させていったときに、共振器端面が破壊されて光が出射されなくなった時点における光出力のことである。なお、コーティング膜におけるシリコンの組成比ｘが０．２を超えている半導体レーザ素子のエージング試験前の破壊強度は、５００ｍＷ程度であり、光出力が約５００ｍＷになった時点で共振器端面が破壊する。

上記した結果から、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜からなるコーティング膜におけるシリコンの組成比ｘが０．２を超えると、コーティング膜がアモルファス状態に変化して、コーティング膜の膜質が低下すると考えられる。これにより、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜からなるコーティング膜におけるシリコンの組成比ｘは、０．２以下（０＜ｘ≦０．２）であることが好ましく、０．１以下（０＜ｘ≦０．１）であればより好ましい。なお、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜からなるコーティング膜におけるシリコンの組成比ｘが０．００２以下になると、コーティング膜にシリコンを添加することによる効果が得られにくいと考えられる。このため、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜からなるコーティング膜におけるシリコンの組成比ｘは、０．００２よりも高いことが好ましい。したがって、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜からなるコーティング膜におけるシリコンの組成比ｘとしては、０．００２＜ｘ≦０．１の範囲内に設定するのが最も好ましい。

（第２実施形態）
図５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示した平面図である。次に、図５を参照して、第２実施形態による半導体レーザ素子（窒化物系半導体素子）の構造について説明する。なお、第２実施形態の半導体レーザ素子部１の構造は、上記第１実施形態の半導体レーザ素子部１の構造と同じである。

第２実施形態による半導体レーザ素子では、図５に示すように、半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａ上に、結晶化されたアルミニウムの窒化物からなるコーティング膜４２が約５０ｎｍの厚みで形成されているとともに、そのコーティング膜４２に、シリコンが添加されている。この第２実施形態の光出射側のコーティング膜４２の組成は、Ａｌ_wＳｉ_xＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｚ＝１、ｗ＝０．３５、ｘ＝０．０５、ｚ＝０．６）である。また、光出射側のコーティング膜４２上には、約１８０ｎｍの厚みを有する窒化シリコン膜４３が形成されている。なお、窒化シリコン膜４３は、本発明の「窒化物膜」の一例である。

また、第２実施形態では、半導体レーザ素子部１の光反射側の共振器端面１ｂ上に、結晶化されたアルミニウムの窒化物からなるコーティング膜４４が約１２ｎｍの厚みで形成されているとともに、そのコーティング膜４４に、シリコンが添加されている。この第２実施形態の光反射側のコーティング膜４４の組成は、光出射側のコーティング膜４２の組成と同じであり、Ａｌ_wＳｉ_xＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｚ＝１、ｗ＝０．３５、ｘ＝０．０５、ｚ＝０．６）である。また、光反射側のコーティング膜４４上には、約１００ｎｍの厚みを有する酸窒化シリコン膜４５が形成されている。なお、酸窒化シリコン膜４５は、本発明の「酸窒化物膜」の一例である。

また、酸窒化シリコン膜４５上には、高反射膜４６が形成されている。この高反射膜４６は、５つの酸化シリコン膜（図示せず）と４つの酸化チタン膜（図示せず）とが１つずつ交互に積層された構造を有している。そして、最表面に位置する酸化シリコン膜の厚みが約１６２ｎｍに設定されているとともに、その最表面に位置する酸化シリコン膜以外の酸化シリコン膜の厚みが約８１ｎｍに設定されている。また、酸化チタン膜の厚みが約５４ｎｍに設定されている。

第２実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａ上に、結晶化されたアルミニウムの窒化物からなるコーティング膜４２を形成するとともに、その光出射側のコーティング膜４２に、シリコンを添加することによって、光出射側のコーティング膜４２の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所にシリコンが濃化するので、光出射側のコーティング膜４２の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所を介した酸素や水分の拡散を抑制することができる。これにより、外部からの酸素や水分が光出射側のコーティング膜４２を通過して半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａにまで侵入するのを抑制することができるので、光出射側の共振器端面１ａが酸化するなどして劣化するのを抑制することができる。さらに、半導体レーザ素子部１の光反射側の共振器端面１ｂ上に、光出射側のコーティング膜４２と同様のコーティング膜４４を形成することによって、光反射側の共振器端面１ｂに酸素や水分が浸入するのを抑制することができるので、光反射側の共振器端面１ｂが酸化するなどして劣化するのも抑制することができる。その結果、上記第１実施形態と同様、半導体レーザ素子部１を備えた半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができるとともに、その半導体レーザ素子を歩留りよく作製することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、コーティング膜４２（４４）の厚みを、約５０ｎｍ（約１２ｎｍ）に設定することによって、コーティング膜４２（４４）の厚みが小さくなり過ぎることに起因して、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａ（１ｂ）上にコーティング膜４２（４４）を形成することによる効果が得られなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、コーティング膜４２（４４）の厚みが大きくなり過ぎることに起因して、コーティング膜４２（４４）にひび割れなどが発生するという不都合が生じるのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、コーティング膜４２（４４）におけるシリコンの組成比ｘを、０．０５に設定することによって、コーティング膜４２（４４）におけるシリコンの組成比ｘが低くなり過ぎることに起因して、コーティング膜４２（４４）にシリコンを添加することによる効果が得られなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、コーティング膜４２（４４）におけるシリコンの組成比ｘが高くなり過ぎることに起因して、コーティング膜４２（４４）がアモルファス状態になるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、コーティング膜４２（４４）の膜質が低下するのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、光出射側において、コーティング膜４２上に、窒化シリコン膜４３を形成することによって、コーティング膜４２および窒化シリコン膜４３の両方により、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａへの外部からの酸素や水分の浸入を抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａが酸化するなどして劣化するのをより抑制することができる。なお、窒化シリコン膜４３は、反射率を制御する機能も有している。

また、第２実施形態では、上記のように、光反射側において、コーティング膜４４上に、酸窒化シリコン膜４５を形成することによって、コーティング膜４４および酸窒化シリコン膜４５の両方により、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ｂへの外部からの酸素や水分の浸入を抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ｂが酸化するなどして劣化するのをより抑制することができる。なお、酸窒化シリコン膜４５は、反射率を制御する機能も有している。

次に、第２実施形態の効果を確認するために、上記した第１実施形態の効果を確認するために行った実験（エージング試験）と同様の実験を行った。その結果、第２実施形態では、歩留りが９０％となり、高い信頼性が得られることを確認することができた。

（第３実施形態）
図６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示した平面図である。次に、図６を参照して、第３実施形態による半導体レーザ素子（窒化物系半導体素子）の構造について説明する。なお、第３実施形態の半導体レーザ素子部１の構造は、上記第１実施形態の半導体レーザ素子部１の構造と同じである。また、第３実施形態の半導体レーザ素子部１の光反射側の共振器端面１ｂ上に形成された各層（４〜６）の構造は、上記第１実施形態の半導体レーザ素子部１の光反射側の共振器端面１ｂ上に形成された各層（４〜６）の構造と同様である。

第３実施形態による半導体レーザ素子では、図６に示すように、半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａ上に、結晶化されたアルミニウムの酸化物からなるコーティング膜５２が約８０ｎｍの厚みで形成されているとともに、そのコーティング膜５２に、シリコンが添加されている。この第３実施形態の光出射側のコーティング膜５２の組成は、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_y（ｗ＋ｘ＋ｙ＝１、ｗ＝０．２、ｘ＝０．２、ｚ＝０．６）である。また、光出射側のコーティング膜５２上には、約８０ｎｍの厚みを有する酸窒化シリコン膜５３が形成されている。なお、酸窒化シリコン膜５３は、本発明の「酸窒化物膜」の一例である。

第３実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａ上に、結晶化されたアルミニウムの酸化物からなるコーティング膜５２を形成するとともに、その光出射側のコーティング膜５２に、シリコンを添加することによって、光出射側のコーティング膜５２の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所にシリコンが濃化するので、光出射側のコーティング膜５２の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所を介した酸素や水分の拡散を抑制することができる。これにより、外部からの酸素や水分が光出射側のコーティング膜５２を通過して半導体レーザ素子部１の光出射側の共振器端面１ａにまで侵入するのを抑制することができるので、光出射側の共振器端面１ａが酸化するなどして劣化するのを抑制することができる。さらに、半導体レーザ素子部１の光反射側の共振器端面１ｂ上に、上記第１実施形態と同様のコーティング膜４を形成することによって、光反射側の共振器端面１ｂに酸素や水分が浸入するのを抑制することができるので、光反射側の共振器端面１ｂが酸化するなどして劣化するのも抑制することができる。その結果、上記第１実施形態と同様、半導体レーザ素子部１を備えた半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができるとともに、その半導体レーザ素子を歩留りよく作製することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、コーティング膜５２の厚みを、約８０ｎｍに設定することによって、コーティング膜５２の厚みが小さくなり過ぎることに起因して、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａ上にコーティング膜５２を形成することによる効果が得られなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、コーティング膜５２の厚みが大きくなり過ぎることに起因して、コーティング膜５２にひび割れなどが発生するという不都合が生じるのを抑制することができる。

なお、第３実施形態のＡｌ_wＳｉ_xＯ_y膜からなるコーティング膜５２は、その厚みが約１５０ｎｍを超えると表面の平坦性が低下する。この場合には、光が散乱されるという不都合が生じる場合がある。したがって、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_y膜からなるコーティング膜５２の厚みとしては、１５０ｎｍ以下に設定するのが好ましい。

また、第３実施形態では、上記のように、コーティング膜５２におけるシリコンの組成比ｘを、０．２に設定することによって、コーティング膜５２におけるシリコンの組成比ｘが低くなり過ぎることに起因して、コーティング膜５２にシリコンを添加することによる効果が得られなくなるという不都合が生じるのを抑制することができる。また、コーティング膜５２におけるシリコンの組成比ｘが高くなり過ぎることに起因して、コーティング膜５２がアモルファス状態になるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、コーティング膜の膜質が低下するのを抑制することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、光出射側において、コーティング膜５２上に、酸窒化シリコン膜５３を形成することによって、コーティング膜５２および酸窒化シリコン膜５３の両方により、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａへの外部からの酸素や水分の浸入を抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子部１の共振器端面１ａが酸化するなどして劣化するのをより抑制することができる。なお、酸窒化シリコン膜５３は、反射率を制御する機能も有している。

なお、第３実施形態の光出射側のコーティング膜５２としてのＡｌ_wＳｉ_xＯ_y膜は、アモルファスになりやすいことが知られている。ただし、スパッタ法などでコーティング膜５２を形成する際に、成膜室の内部の真空度を高くすることにより、多結晶のＡｌ_wＳｉ_xＯ_y膜（コーティング膜５２）を容易に形成することができる。

次に、第３実施形態の効果を確認するために、上記した第１実施形態の効果を確認するために行った実験（エージング試験）と同様の実験を行った。その結果、第３実施形態では、歩留りが８０％となり、高い信頼性が得られることを確認することができた。

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態による発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。次に、図７を参照して、第４実施形態による窒化物系半導体素子としての発光ダイオード素子の構造について説明する。

第４実施形態による発光ダイオード素子では、図７に示すように、光出射面６０ａを有する発光ダイオード素子部６０を備えている。なお、発光ダイオード素子部６０は、本発明の「素子部」の一例であり、光出射面６０ａは、本発明の「所定面」の一例である。

発光ダイオード素子部６０の具体的な構造としては、半導体基板６１上に、ｎ型窒化物系半導体層６２、窒化物系半導体層を含む活性層６３、ｐ型窒化物系半導体層６４が順次形成されている。なお、ｎ型窒化物系半導体層６２、活性層６３およびｐ型窒化物系半導体層６４は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。また、ｐ型窒化物系半導体層６４の上面上の一部には、ｐ側電極層６５が形成されている。また、半導体基板６１の裏面上には、ｎ側電極層６６が形成されている。

そして、上記した各層（６２〜６６）によって、第４実施形態の発光ダイオード素子部６０が構成されている。また、発光ダイオード素子部６０の光出射面６０ａは、ｐ型窒化物系半導体層６４の上面の所定領域（ｐ側電極層６５が形成されていない領域）によって構成されている。

ここで、第４実施形態では、発光ダイオード素子部６０の光出射面６０ａ上に、結晶化されたアルミニウムの酸窒化物からなるコーティング膜（保護膜）６７が形成されているとともに、そのコーティング膜６７に、シリコン（添加物）が添加されている。この第４実施形態のコーティング膜６７の組成は、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦０．２）である。

なお、第４実施形態のコーティング膜６７の形成方法は、上記第１実施形態のコーティング膜２の形成方法と同様である。

第４実施形態では、上記のように、発光ダイオード素子部６０の光出射面６０ａ上に、結晶化されたアルミニウムの酸窒化物からなるコーティング膜６７を形成するとともに、そのコーティング膜６７に、シリコンを添加することによって、コーティング膜６７の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所にシリコンが濃化するので、コーティング膜６７の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所を介した酸素や水分の拡散を抑制することができる。これにより、外部からの酸素や水分がコーティング膜６７を通過して発光ダイオード素子部６０の光出射面６０ａにまで侵入するのを抑制することができるので、光出射面６０ａが酸化するなどして劣化するのを抑制することができる。その結果、発光ダイオード素子部６０を備えた発光ダイオード素子の信頼性を向上させることができるとともに、その発光ダイオード素子を歩留りよく作製することができる。

（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態によるＭＩＳ型のＨＦＥＴ素子の構造を示した断面図である。次に、図８を参照して、第５実施形態による窒化物系半導体素子としてのＭＩＳ型のＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ヘテロ構造電界効果トランジスタ）素子の構造について説明する。

第５実施形態によるＭＩＳ型のＨＦＥＴ素子では、図８に示すように、半導体基板７１上に、ＧａＮ層７２およびＡｌＧａＮ層７３が順次形成されている。ＡｌＧａＮ層７３上には、ソース電極７４およびドレイン電極７５が互いに所定の間隔を隔てて配置されている。また、ＡｌＧａＮ層７３上のソース電極７４とドレイン電極７５との間の領域には、金属からなるゲート電極７６が形成されている。なお、ＧａＮ層７２およびＡｌＧａＮ層７３は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。また、第５実施形態における「素子部」とは、ＧａＮ層７２、ＡｌＧａＮ層７３、ソース電極７４、ドレイン電極７５およびゲート電極７６を含む構造体のことである。

ここで、第５実施形態では、ＡｌＧａＮ層７３とゲート電極７６との間に、ゲート絶縁膜として機能するコーティング膜７７が形成されている。このゲート絶縁膜として機能するコーティング膜７７は、シリコン（添加物）が添加されているとともに、結晶化されたアルミニウムの酸窒化物からなる膜によって構成されている。第５実施形態のゲート絶縁膜として機能するコーティング膜７７の組成は、Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦０．２）である。

なお、第５実施形態のゲート絶縁膜として機能するコーティング膜７７の形成方法は、上記第１実施形態のコーティング膜２の形成方法と同様である。

第５実施形態では、上記のように、結晶化されたアルミニウムの酸窒化物からなるゲート絶縁膜（コーティング膜７７）に、シリコンを添加することによって、ゲート絶縁膜（コーティング膜７７）の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所にシリコンが濃化するので、ゲート絶縁膜（コーティング膜７７）の結晶欠陥、転移および結晶粒界などの異常個所を介したリーク電流の発生を抑制することができるとともに、信頼性を向上させることができる。

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５実施形態では、半導体レーザ素子、発光ダイオード素子およびＭＩＳ型のＨＦＥＴ素子に本発明を適用する例について説明したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子、発光ダイオード素子およびＭＩＳ型のＨＦＥＴ素子以外の窒化物系半導体素子にも適用可能である。

また、上記第１〜第５実施形態では、添加物としてのシリコンが添加されたコーティング膜を用いたが、本発明はこれに限らず、シリコン以外の添加物がコーティング膜に添加されていてもよい。

具体的には、イットリウム（Ｙ）、タンタリウム（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタニウム（Ｌａ）、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオビウム（Ｎｂ）およびバナジウム（Ｖ）からなるグループより選択されるシリコン（Ｓｉ）以外の１つの添加物がコーティング膜に添加されていれば、シリコンがコーティング膜に添加されている場合と同様の効果を得ることができる。また、上記したグループより選択されるシリコン以外の１つの添加物とシリコンとがコーティング膜に添加されていてもよいし、上記したグループより選択されるシリコン以外の２つ以上の添加物とシリコンとがコーティング膜に添加されていてもよい。また、上記したグループより選択されるシリコン以外の２つ以上の添加物がコーティング膜に添加されていてもよい。

なお、コーティング膜にシリコン以外の１つの添加物を添加する場合にも、コーティング膜にシリコンのみを添加する場合と同様、コーティング膜における添加物の組成比ｘが、０＜ｘ≦０．２（好ましくは、０．００２＜ｘ≦０．１）を満たすように設定するのが好ましい。また、コーティング膜に２つ以上の添加物を添加する場合には、コーティング膜における２つ以上の添加物の合計の組成比ｘが、０＜ｘ≦０．２（好ましくは、０．００２＜ｘ≦０．１）を満たすように設定するのが好ましい。さらに、コーティング膜にシリコン以外の１つの添加物を添加する場合やコーティング膜に２つ以上の添加物を添加する場合にも、コーティング膜にシリコンのみを添加する場合と同様、コーティング膜の厚みを６ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に設定するのが好ましい。

また、上記第１〜第５実施形態では、ＥＣＲスパッタ法を用いてコーティング膜を形成したが、本発明はこれに限らず、ＥＣＲスパッタ法以外の方法を用いてコーティング膜を形成してもよい。たとえば、ＥＣＲスパッタ法以外のスパッタ法、ＣＶＤ法、および、電子ビーム蒸着法などを用いてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、コーティング膜上に、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜のうちのいずれか１つの膜を形成したが、本発明はこれに限らず、コーティング膜上に、酸化アルミニウム膜以外の酸化物膜を形成してもよいし、窒化シリコン膜以外の窒化物膜を形成してもよいし、酸窒化シリコン膜以外の酸窒化物膜を形成してもよい。なお、酸化アルミニウム膜以外の酸化物膜としては、酸化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ニオブ膜、酸化タンタル膜、酸化イットリウム膜、および、アルミニウムとシリコンとの酸化物（ＡｌＳｉＯ）膜などがある。また、窒化シリコン膜以外の窒化物膜としては、窒化アルミニウム膜などがあり、酸窒化シリコン膜以外の酸窒化物膜としては、酸窒化アルミニウム膜などがある。また、コーティング膜上に、酸化物膜、窒化物膜および酸窒化物膜のうちの２つ以上の膜を形成してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板を用いたが、本発明はこれに限らず、ＡｌＮ基板またはＡｌＧａＮ基板を用いてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、リッジ部の共振器方向と直交する方向の幅を約１．２μｍ〜約２．４μｍに設定したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子を照明装置として用いる場合には、リッジ部の共振器方向と直交する方向の幅を約５μｍ〜約３０μｍに設定してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、光出射側および光反射側の両方の共振器端面上にコーティング膜を形成したが、本発明はこれに限らず、光反射側の共振器端面上にはコーティング膜を形成せずに、光出射側の共振器端面上にのみコーティング膜を形成してもよい。この場合、光反射側の共振器端面は光出射側の共振器端面に比べて光密度が低いので、光反射側の共振器端面が劣化したとしても影響は少ない。

また、上記第１実施形態では、ＥＣＲスパッタ装置によるコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）の形成において、ＡｌＳｉからなるターゲットを用いたが、本発明はこれに限らず、ＡｌＳｉＯからなるターゲットを用いてもよい。この場合には、酸素ガスを成膜室の内部に意図的に導入することなく、コーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）を形成することが可能となる。すなわち、上記したコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）の形成方法では、窒素ガスのみを成膜室の内部に導入することによりコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）を形成することが可能となる。ここで、アルミニウムは、酸化性が比較的高いことが知られている。このため、酸素ガスを導入しながら酸素の組成比ｙが低いコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）を形成しようとする場合には、組成制御が困難になり、再現性よくコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）を形成するのが困難になるという不都合がある。したがって、酸素の組成比ｙが低いコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）を形成する場合には、成膜室の内部に酸素ガスを導入せずに、酸化状態の低いＡｌＳｉＯからなるターゲットを用いるのが好ましい。なお、ＡｌＳｉＯＮからなるターゲットを用いてもよい。

さらに、ＡｌＳｉからなるターゲットを用いる場合において、成膜室の内壁を酸化させた状態で成膜すれば、成膜室の内壁に付着した酸素がプラズマによって離脱されるので、成膜室の内部に酸素ガスを導入することなく、コーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）を形成することが可能となる。なお、この場合には、成膜時に、成膜室の内部に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入する。また、上記の場合、成膜室の内壁上にＡｌ₂Ｏ₃膜を形成した状態で成膜してもよい。

なお、コーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）の酸素の組成比ｙは、成膜室の真空度や成膜温度によっても変化する。このため、成膜条件（成膜室の真空度や成膜温度）を調節することによっても、コーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）の酸素の組成比ｙを変化させることができる。具体的には、成膜室の真空度を低くすれば、コーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）の酸素の組成比ｙを高くすることができる。その一方、成膜温度を高くすれば、コーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）の酸素の組成比ｙを低くすることができる。

上記したように、第１実施形態のコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）は、種々の方法を用いて形成することができる。

また、上記第４実施形態では、発光ダイオード素子部の光出射面上にコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）のみを形成したが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード素子部の光出射面上にコーティング膜（Ａｌ_wＳｉ_xＯ_yＮ_z膜）を形成し、そのコーティング膜上に酸化物膜などをさらに形成してもよい。

本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。 図１の１００−１００線に沿った断面図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための平面図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子のコーティング膜を形成する際に用いるＥＣＲスパッタ装置の構造を示した概略図である。 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示した平面図である。 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示した平面図である。 本発明の第４実施形態による発光ダイオード素子の構造を示した断面図である。 本発明の第５実施形態によるＭＩＳ型のＨＦＥＴ素子の構造を示した断面図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ素子部（素子部）
１ａ、１ｂ 共振器端面（所定面）
２、４、４２、４４、５２、６７、７７ コーティング膜
３、５ 酸化アルミニウム膜（酸化物膜）
１２ ｎ型バッファ層（窒化物系半導体層）
１３ ｎ型クラッド層（窒化物系半導体層）
１４ ｎ型ガイド層（窒化物系半導体層）
１５、６３ 活性層（窒化物系半導体層）
１６ ｐ型ガイド層（窒化物系半導体層）
１７ ｐ型クラッド層（窒化物系半導体層）
１８ ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体層）
４３ 窒化シリコン膜（窒化物膜）
４５、５３ 酸窒化シリコン膜（酸窒化物）
６０ 発光ダイオード素子部（素子部）
６０ａ 光出射面（所定面）
６２ ｎ型窒化物系半導体層（窒化物系半導体層）
６４ ｐ型窒化物系半導体層（窒化物系半導体層）
７２ ＧａＮ層（窒化物系半導体層）
７３ ＡｌＧａＮ層（窒化物系半導体層）
７６ ゲート電極

Claims (6)

1. 少なくとも窒化物系半導体層を含む素子部と、
   前記素子部に含まれる窒化物系半導体層の所定面上に形成され、結晶化されたアルミニウムの窒化物、酸化物または酸窒化物からなるコーティング膜とを備え、
   前記コーティング膜には、シリコン、イットリウム、タンタリウム、ハフニウム、ランタニウム、チタニウム、ジルコニウム、ニオビウムおよびバナジウムからなるグループより選択される少なくとも１つの添加物が添加されており、
   前記素子部は、一対の共振器端面を有する半導体レーザ素子部を含み、
   前記コーティング膜は、前記半導体レーザ素子部の少なくとも一方の共振器端面上に形成されていることを特徴とする窒化物系半導体素子。
2. 前記コーティング膜上には、窒化物膜、酸化物膜および酸窒化物膜のうちの少なくとも１つの膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
3. 少なくとも窒化物系半導体層を含む素子部と、
   前記素子部に含まれる窒化物系半導体層の所定面上に形成され、結晶化されたアルミニウムの窒化物、酸化物または酸窒化物からなるコーティング膜とを備え、
   前記コーティング膜には、シリコン、イットリウム、タンタリウム、ハフニウム、ランタニウム、チタニウム、ジルコニウム、ニオビウムおよびバナジウムからなるグループより選択される少なくとも１つの添加物が添加されており、
   前記素子部は、光出射面を有する発光ダイオード素子部を含み、
   前記コーティング膜は、前記発光ダイオード素子部の光出射面上に形成されていることを特徴とする窒化物系半導体素子。
4. 前記コーティング膜の厚みは、６ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系半導体素子。
5. 前記コーティング膜における前記添加物の組成比をｘとした場合、前記添加物の組成比ｘは、０＜ｘ≦０．２を満たしてい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系半導体素子。
6. 前記コーティング膜における前記添加物の組成比ｘは、０．００２＜ｘ≦０．１を満たしていることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体素子。

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