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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023084658
(43)【公開日】2023-06-19
(54)【発明の名称】窒化物半導体レーザ素子
(51)【国際特許分類】
H01S 5/028 20060101AFI20230612BHJP
H01S 5/343 20060101ALI20230612BHJP
【ＦＩ】
H01S5/028
H01S5/343 610
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022152414
(22)【出願日】2022-09-26
(31)【優先権主張番号】P 2021198292
(32)【優先日】2021-12-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー
(72)【発明者】
【氏名】森住 知典
(72)【発明者】
【氏名】森藤 瑛之
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AA01
5F173AF03
5F173AH22
5F173AL02
5F173AL13
5F173AL14
5F173AP05
5F173AP32
5F173AP33
5F173AP78
5F173AR68
(57)【要約】
【課題】端面損傷の発生を抑制した窒化物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】第１導電型の第１窒化物半導体層と、該第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第２窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、該保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第１膜と、窒化膜からなる結晶性の第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜とを備える窒化物半導体レーザ素子。
【選択図】図１Ｃ
【解決手段】第１導電型の第１窒化物半導体層と、該第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第２窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、該保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第１膜と、窒化膜からなる結晶性の第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜とを備える窒化物半導体レーザ素子。
【選択図】図１Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導電型の第１窒化物半導体層と、該第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第２窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、
該保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第１膜と、窒化膜からなる結晶性の第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜とを備える窒化物半導体レーザ素子。
該保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第１膜と、窒化膜からなる結晶性の第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜とを備える窒化物半導体レーザ素子。
【請求項2】
前記第１膜がアルミニウムを含む酸化膜である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項3】
前記第３膜がアルミニウムを含む酸化膜である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項4】
前記第２膜がＡｌＮからなる膜である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項5】
前記第１膜の厚さが１０ｎｍ未満である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項6】
前記第３膜の厚さが前記第１膜の厚さの３倍以上である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項7】
前記第１膜及び前記第２膜が、前記第３膜よりも薄い請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項8】
前記第１膜は、絶縁膜からなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項9】
前記第３膜は、アモルファス構造の膜又はアモルファス構造と結晶構造とを含む膜である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項10】
前記第２膜の前記活性層と隣り合う領域における結晶の軸配向は、前記第２膜の前記第１窒化物半導体層と隣り合う領域及び／又は前記第２窒化物半導体層と隣り合う領域における結晶の軸配向と同じである請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項11】
前記保護膜は、前記第３膜の前記第２膜とは反対の側に設けられた第４膜を備え、
前記第４膜の厚さは、前記第３膜の厚さよりも大きい請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
前記第４膜の厚さは、前記第３膜の厚さよりも大きい請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項12】
前記保護膜は第１保護膜であり、
前記窒化物半導体レーザ素子は、前記光反射側端面に設けられた第２保護膜を備え、
前記第２保護膜は、前記光反射側端面と接触して配置されている第１部分と、前記第１部分と接触して配置されている第２部分と、を有し、
前記第１部分は、屈折率が相対的に低い膜と高い膜とを有する多層構造であり、
前記第２部分は、高屈折率膜と低屈折率膜とが交互に配置されてなる請求項１～１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
前記窒化物半導体レーザ素子は、前記光反射側端面に設けられた第２保護膜を備え、
前記第２保護膜は、前記光反射側端面と接触して配置されている第１部分と、前記第１部分と接触して配置されている第２部分と、を有し、
前記第１部分は、屈折率が相対的に低い膜と高い膜とを有する多層構造であり、
前記第２部分は、高屈折率膜と低屈折率膜とが交互に配置されてなる請求項１～１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項13】
前記第１部分は、前記光反射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第５膜と、窒化膜からなる結晶性の第６膜と、アルミニウムと酸素とを含む第７膜とを備える請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体レーザなどを励起光源として備え、この励起光源から出射された励起光を利用して照明などを行う発光装置が種々提案されている。
このような発光装置において、共振器面に形成される保護膜の剥離を防止した窒化物系半導体レーザ素子が提案されている（特許文献１）。
このような発光装置において、共振器面に形成される保護膜の剥離を防止した窒化物系半導体レーザ素子が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９－９９９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方、特に高出力が求められる半導体レーザにおいて、端面損傷（ＣＯＤ：catastrophic optical damage）が高出力化の限界要因のひとつとして挙げられている。このような限界を克服した、つまり、端面損傷の発生を抑制した、より高出力及び高性能の半導体レーザ素子が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の第１窒化物半導体層と、該第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第２窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、
該保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第１膜と、窒化膜からなる結晶性の第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜とを備える。
該保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第１膜と、窒化膜からなる結晶性の第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜とを備える。
【発明の効果】
【0006】
本発明の一実施形態によれば、端面損傷の発生を抑制した窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】本発明の一実施形態の窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。
【図2】保護膜及びその付近の高分解能透過電子顕微鏡像である。
【図3A】第３膜の電子線回折像である。
【図3B】第２膜の電子線回折像である。
【図3C】第１膜の電子線回折像である。
【図3D】窒化物半導体積層体の電子線回折像である。
【図4】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の例を示す断面図である。
【図5】光出射側端面の側の保護膜の別の例を示す部分拡大図である。
【図6】光反射側端面の側の保護膜の一例を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための方法を例示するものであって、本発明を以下の実施形態に特定するものではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
【0009】
本実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子（以下、半導体レーザ素子と記載することがある）を、図１Ａ～図１Ｃに示す。図１Ａは、本実施形態の窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの正面図である。図１Ｃは、図１ＡのＩＣ－ＩＣ線断面図である。図１Ａ及び図１Ｂにおいて、保護膜２４及び保護膜２５は省略している。
窒化物半導体レーザ素子１０は、端面発光レーザ素子である。窒化物半導体レーザ素子１０は、第１窒化物半導体層１１と、第２窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１１と第２窒化物半導体層１２との間に配置される活性層１３と、保護膜２４とを備える。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２は、活性層１３の第２窒化物半導体層１２の側の面と交わる面として、光出射側端面１４及び光反射側端面１５を有する。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２を含む積層体を、窒化物半導体積層体と記載することがある。
保護膜２４は、光出射側端面１４に設けられている。保護膜２４は、光出射側端面１４の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む第１膜２１と、窒化膜からなる第２膜２２と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜２３とを備える。第１膜２１及び第２膜２２は結晶性の膜である。
このような構成を備えることにより、窒化物半導体レーザ素子１０の端面損傷の発生を抑制することができる。この効果が得られる理由としては次のことが考えられる。まず、保護膜２４における第１膜２１が酸素を含む膜であるために、駆動時に抵抗が変化しにくく、抵抗の低下を避けることができる。また、第３膜２３が酸素を含む膜であることにより、第３膜２３の酸化を抑制することができる。さらに、窒化膜である第２膜２２が、第１膜２１と第３膜２３との間に存在するために、第２膜２２が大気中又は雰囲気中の酸素と反応して酸化し、膨張することを抑制することができる。第１膜２１が結晶性の膜であるために、第２膜２２を結晶性の膜として形成しやすく、また、第１膜２１と窒化物半導体積層体の端面との酸化反応が起こりにくい。そして、第２膜２２が結晶性の膜であるために、酸素に対するバリア膜として機能させることができ、第３膜２３又は窒化物半導体レーザ素子１０の外からの酸素による光出射側端面１４の酸化を抑制することができる。これらの結果、端面損傷（ＣＯＤ）の発生を有効に低減することができると考えられる。端面損傷の発生を低減することにより、窒化物半導体レーザ素子１０の長寿命化を図ることが可能となる。このような効果は、特に高出力の窒化物半導体レーザ素子１０において顕著である。
高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、光密度が２ＭＷ／ｃｍ２以上の素子である。窒化物半導体レーザ素子１０の光密度は２００ＭＷ／ｃｍ２以下であってもよい。高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、横モードがマルチモードの場合に出力が１Ｗ以上の素子であり、５Ｗ以上の素子であってもよい。高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、横モードがシングルモードの場合に出力が０．１Ｗ以上の素子である。窒化物半導体レーザ素子１０の出力は３Ｗ以下であってもよい。
窒化物半導体レーザ素子１０は、端面発光レーザ素子である。窒化物半導体レーザ素子１０は、第１窒化物半導体層１１と、第２窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１１と第２窒化物半導体層１２との間に配置される活性層１３と、保護膜２４とを備える。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２は、活性層１３の第２窒化物半導体層１２の側の面と交わる面として、光出射側端面１４及び光反射側端面１５を有する。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２を含む積層体を、窒化物半導体積層体と記載することがある。
保護膜２４は、光出射側端面１４に設けられている。保護膜２４は、光出射側端面１４の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む第１膜２１と、窒化膜からなる第２膜２２と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜２３とを備える。第１膜２１及び第２膜２２は結晶性の膜である。
このような構成を備えることにより、窒化物半導体レーザ素子１０の端面損傷の発生を抑制することができる。この効果が得られる理由としては次のことが考えられる。まず、保護膜２４における第１膜２１が酸素を含む膜であるために、駆動時に抵抗が変化しにくく、抵抗の低下を避けることができる。また、第３膜２３が酸素を含む膜であることにより、第３膜２３の酸化を抑制することができる。さらに、窒化膜である第２膜２２が、第１膜２１と第３膜２３との間に存在するために、第２膜２２が大気中又は雰囲気中の酸素と反応して酸化し、膨張することを抑制することができる。第１膜２１が結晶性の膜であるために、第２膜２２を結晶性の膜として形成しやすく、また、第１膜２１と窒化物半導体積層体の端面との酸化反応が起こりにくい。そして、第２膜２２が結晶性の膜であるために、酸素に対するバリア膜として機能させることができ、第３膜２３又は窒化物半導体レーザ素子１０の外からの酸素による光出射側端面１４の酸化を抑制することができる。これらの結果、端面損傷（ＣＯＤ）の発生を有効に低減することができると考えられる。端面損傷の発生を低減することにより、窒化物半導体レーザ素子１０の長寿命化を図ることが可能となる。このような効果は、特に高出力の窒化物半導体レーザ素子１０において顕著である。
高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、光密度が２ＭＷ／ｃｍ２以上の素子である。窒化物半導体レーザ素子１０の光密度は２００ＭＷ／ｃｍ２以下であってもよい。高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、横モードがマルチモードの場合に出力が１Ｗ以上の素子であり、５Ｗ以上の素子であってもよい。高出力の窒化物半導体レーザ素子１０は、例えば、横モードがシングルモードの場合に出力が０．１Ｗ以上の素子である。窒化物半導体レーザ素子１０の出力は３Ｗ以下であってもよい。
【0010】
（第１窒化物半導体層１１、活性層１３、第２窒化物半導体層１２）
第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２はこの順に積層されている。これらの半導体層を含む窒化物半導体積層体は、基板１６上に形成することができる。
第１窒化物半導体層１１は、第１導電型を示し、第２窒化物半導体層１２は、第２導電型を示す。第１導電型としては、ｎ型又はｐ型のいずれでもよい。第２導電型は、第１導電型と異なる導電型を意味する。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体層によって形成することができる。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０１６／ｃｍ３～１×１０２１／ｃｍ３の範囲で含有することができる。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２には、アンドープ層が含まれていてもよい。アンドープ層とは、ｎ型又はｐ型を示す不純物が意図的にドープされていない層を指す。アンドープ層は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等の分析結果において検出限界を越えない不純物濃度であるか、不純物濃度が１×１０１６／ｃｍ３未満である層であってもよい。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、いずれも半導体層を１層のみ有していてもよいが、２層以上有していることが好ましい。
第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２によって形成される半導体レーザの発振ピーク波長は、２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下が挙げられる。
第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２はこの順に積層されている。これらの半導体層を含む窒化物半導体積層体は、基板１６上に形成することができる。
第１窒化物半導体層１１は、第１導電型を示し、第２窒化物半導体層１２は、第２導電型を示す。第１導電型としては、ｎ型又はｐ型のいずれでもよい。第２導電型は、第１導電型と異なる導電型を意味する。第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体層によって形成することができる。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０１６／ｃｍ３～１×１０２１／ｃｍ３の範囲で含有することができる。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２には、アンドープ層が含まれていてもよい。アンドープ層とは、ｎ型又はｐ型を示す不純物が意図的にドープされていない層を指す。アンドープ層は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等の分析結果において検出限界を越えない不純物濃度であるか、不純物濃度が１×１０１６／ｃｍ３未満である層であってもよい。第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２は、いずれも半導体層を１層のみ有していてもよいが、２層以上有していることが好ましい。
第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２によって形成される半導体レーザの発振ピーク波長は、２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下が挙げられる。
【0011】
（第１窒化物半導体層１１）
第１窒化物半導体層１１は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体からなる多層構造とすることができる。第１窒化物半導体層１１としては、第１窒化物半導体層１１が基板１６上に形成される場合、下地層、クラッド層、クラック防止層、中間層、光ガイド層等を有するものが挙げられる。これら以外の半導体層を含んでいてもよい。
第１窒化物半導体層１１は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体からなる多層構造とすることができる。第１窒化物半導体層１１としては、第１窒化物半導体層１１が基板１６上に形成される場合、下地層、クラッド層、クラック防止層、中間層、光ガイド層等を有するものが挙げられる。これら以外の半導体層を含んでいてもよい。
【0012】
（活性層１３）
活性層１３は、量子井戸構造を有する。活性層１３は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。
活性層１３は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物半導体からなる多層構造とすることができる。活性層１３が多重量子井戸構造である場合、第１窒化物半導体層１１側から順に、井戸層、中間障壁層、井戸層を含むものが挙げられる。複数の井戸層及び複数の中間障壁層を有していてもよい。井戸層は例えばＩｎＧａＮ層である。中間障壁層は、例えばＩｎＧａＮ層またはＧａＮ層である。活性層１３は、例えばアンドープ層である。
活性層１３は、得たい窒化物半導体レーザ素子の発振波長に応じて、その組成を適宜調整することができる。例えば、井戸層を、ＩｎｘＧａ１－ｘＮ等からなる層とすることができる。Ｉｎ組成比ｘは、０．０１から０．５０の範囲から選択することができる。これによって、半導体レーザの発振ピーク波長を、３６０ｎｍから７００ｎｍの範囲に設定することができる。井戸層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮからなる層であってもよい。
活性層１３は、量子井戸構造を有する。活性層１３は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。
活性層１３は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ等の窒化物半導体からなる多層構造とすることができる。活性層１３が多重量子井戸構造である場合、第１窒化物半導体層１１側から順に、井戸層、中間障壁層、井戸層を含むものが挙げられる。複数の井戸層及び複数の中間障壁層を有していてもよい。井戸層は例えばＩｎＧａＮ層である。中間障壁層は、例えばＩｎＧａＮ層またはＧａＮ層である。活性層１３は、例えばアンドープ層である。
活性層１３は、得たい窒化物半導体レーザ素子の発振波長に応じて、その組成を適宜調整することができる。例えば、井戸層を、ＩｎｘＧａ１－ｘＮ等からなる層とすることができる。Ｉｎ組成比ｘは、０．０１から０．５０の範囲から選択することができる。これによって、半導体レーザの発振ピーク波長を、３６０ｎｍから７００ｎｍの範囲に設定することができる。井戸層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮからなる層であってもよい。
【0013】
（第２窒化物半導体層１２）
第２窒化物半導体層１２は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体からなる多層構造とすることができる。第２窒化物半導体層１２としては、クラッド層、光ガイド層等を有するものが挙げられる。これら以外の半導体層を含んでいてもよい。
端面発光レーザ素子を構成する限り、第２窒化物半導体層１２の表面、つまり上面は、リッジ１２ａを有していてもよいし、第２窒化物半導体層１２の中に、当該分野で公知の電流狭窄層が配置されていてもよい。例えば、第２窒化物半導体層１２がｐ型の半導体層であり、その上面にリッジ１２ａが形成されている。第２窒化物半導体層１２がｎ型の半導体層であってもよい。
リッジ１２ａは、光導波路領域として機能するものであり、その幅は１μｍ以上３０μｍ以下が挙げられる。リッジ１２ａの幅は、窒化物半導体レーザ素子１０を高出力で駆動する場合には、１．５μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。リッジ１２ａの高さは、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。第２窒化物半導体層１２を構成する層の厚さ、材料等を調整することにより、光閉じ込めの程度を適宜調整することができる。リッジ１２ａは、共振器方向の長さが２００μｍ以上５０００μｍ以下とすることができる。リッジ１２ａは、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は４５度以上９０度未満が挙げられる。
第２窒化物半導体層１２は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体からなる多層構造とすることができる。第２窒化物半導体層１２としては、クラッド層、光ガイド層等を有するものが挙げられる。これら以外の半導体層を含んでいてもよい。
端面発光レーザ素子を構成する限り、第２窒化物半導体層１２の表面、つまり上面は、リッジ１２ａを有していてもよいし、第２窒化物半導体層１２の中に、当該分野で公知の電流狭窄層が配置されていてもよい。例えば、第２窒化物半導体層１２がｐ型の半導体層であり、その上面にリッジ１２ａが形成されている。第２窒化物半導体層１２がｎ型の半導体層であってもよい。
リッジ１２ａは、光導波路領域として機能するものであり、その幅は１μｍ以上３０μｍ以下が挙げられる。リッジ１２ａの幅は、窒化物半導体レーザ素子１０を高出力で駆動する場合には、１．５μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。リッジ１２ａの高さは、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。第２窒化物半導体層１２を構成する層の厚さ、材料等を調整することにより、光閉じ込めの程度を適宜調整することができる。リッジ１２ａは、共振器方向の長さが２００μｍ以上５０００μｍ以下とすることができる。リッジ１２ａは、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は４５度以上９０度未満が挙げられる。
【0014】
第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２は、それぞれ、積層面の結晶面は特に限定されず、Ｃ面｛０００１｝、Ｍ面｛１－１００｝、Ａ面｛１１－２０｝、Ｒ面｛１－１０２｝のいずれでもよく、これら以外の面であってもよい。例えば、第２窒化物半導体層１２の上面はＣ面である。なお、結晶面及び方向を表す場合に、結晶学の記法によれば１の逆方向は１の上にバーを記載するところを、便宜上「－１」と表記する。また、個別方位は［］、集合方位は＜＞、個別面は（）、集合面は｛｝でそれぞれ示す。
【0015】
（光出射側端面１４及び光反射側端面１５）
光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、活性層１３の光導波路領域又はＮＦＰ（ニア・フィールド・パターン）に対応する領域の両側の光出射面１４ａ及び光反射面を少なくとも含む半導体層の端面である。光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２の積層面（図１ＡのＸ－Ｙ面）に対して交差する面である。光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、半導体層の積層方向（図１Ａの矢印Ｚの方向）に対して傾斜していてもよいが、平行であることが好ましい。また、半導体層の積層面（図１ＡのＸ－Ｙ面）に対して垂直に交わっていることが好ましい。光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、互いに対向する面であり、平行に配置していることが好ましい。光出射側端面１４と光反射側端面１５との間に共振器が形成されている。ここでの平行は、±５度以内の差を含む。ここでの垂直は、±５度以内の差を含む。
光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、Ｍ面｛１－１００｝、Ａ面｛１１－２０｝、Ｃ面｛０００１｝、Ｒ面｛１－１０２｝のいずれでもよく、これ以外の面であってもよい。例えば、光出射側端面１４はＭ面である。光出射側端面１４及び光反射側端面１５がＭ面である場合、劈開によってこれらの面を得てもよい。劈開は、例えば、レーザ加工によって凹部を形成した後、押圧することによって行うことができる。レーザ加工の走査方向と劈開の進行方向は同じでもよく異なっていてもよい。光出射側端面１４は、厳密なＭ面でなくてもよい。
光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、活性層１３の光導波路領域又はＮＦＰ（ニア・フィールド・パターン）に対応する領域の両側の光出射面１４ａ及び光反射面を少なくとも含む半導体層の端面である。光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、第１窒化物半導体層１１、活性層１３及び第２窒化物半導体層１２の積層面（図１ＡのＸ－Ｙ面）に対して交差する面である。光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、半導体層の積層方向（図１Ａの矢印Ｚの方向）に対して傾斜していてもよいが、平行であることが好ましい。また、半導体層の積層面（図１ＡのＸ－Ｙ面）に対して垂直に交わっていることが好ましい。光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、互いに対向する面であり、平行に配置していることが好ましい。光出射側端面１４と光反射側端面１５との間に共振器が形成されている。ここでの平行は、±５度以内の差を含む。ここでの垂直は、±５度以内の差を含む。
光出射側端面１４及び光反射側端面１５は、Ｍ面｛１－１００｝、Ａ面｛１１－２０｝、Ｃ面｛０００１｝、Ｒ面｛１－１０２｝のいずれでもよく、これ以外の面であってもよい。例えば、光出射側端面１４はＭ面である。光出射側端面１４及び光反射側端面１５がＭ面である場合、劈開によってこれらの面を得てもよい。劈開は、例えば、レーザ加工によって凹部を形成した後、押圧することによって行うことができる。レーザ加工の走査方向と劈開の進行方向は同じでもよく異なっていてもよい。光出射側端面１４は、厳密なＭ面でなくてもよい。
【0016】
（保護膜２４）
保護膜２４（第１保護膜）は、光出射側端面１４上において、光出射側端面１４の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む第１膜２１と、窒化膜からなる第２膜２２と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜２３とを備える。第１膜２１及び第２膜２２は結晶性の膜である。
光出射側端面１４に設けられた保護膜２４は、半導体層に形成された共振器面を被覆するものであるが、必ずしも光出射側端面１４の全面を被覆しなくてもよい。保護膜２４は、少なくとも、共振器面の光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域、つまり、活性層１３及びその上下層の一部に及ぶ領域の端面である光出射面１４ａを被覆する。保護膜２４は、光出射側端面１４の全面を被覆してもよい。保護膜２４の一部が、共振器面以外の面、例えば、半導体層の上面、側面等に配置されていてもよい。保護膜２４を構成する第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３は、それぞれ、窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長に対して透光性の材料で形成される。
保護膜２４（第１保護膜）は、光出射側端面１４上において、光出射側端面１４の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む第１膜２１と、窒化膜からなる第２膜２２と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜２３とを備える。第１膜２１及び第２膜２２は結晶性の膜である。
光出射側端面１４に設けられた保護膜２４は、半導体層に形成された共振器面を被覆するものであるが、必ずしも光出射側端面１４の全面を被覆しなくてもよい。保護膜２４は、少なくとも、共振器面の光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域、つまり、活性層１３及びその上下層の一部に及ぶ領域の端面である光出射面１４ａを被覆する。保護膜２４は、光出射側端面１４の全面を被覆してもよい。保護膜２４の一部が、共振器面以外の面、例えば、半導体層の上面、側面等に配置されていてもよい。保護膜２４を構成する第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３は、それぞれ、窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長に対して透光性の材料で形成される。
【0017】
（第１膜２１）
第１膜２１は、光出射側端面１４に接触して配置されている膜である。「接触」とは、第１膜２１が共振器面に直接接触しているのみならず、本発明の効果を有する程度に、共振器面に薄膜が形成された上に第１膜２１が形成されていてもよい。例えば、共振器面への前処理、成膜開始時の雰囲気等により形成された薄膜が存在してもよい。このような薄膜の厚さは、例えば第１膜２１の厚さ未満である。このような薄膜の厚さは、例えば３ｎｍ以下であってもよく、１ｎｍ以下であってもよい。このような薄膜は、例えばガリウム（Ｇａ）と酸素（Ｏ）を含む。
第１膜２１は、アルミニウム（Ａｌ）を含む酸化膜、Ｇａを含む酸化膜、ＡｌとＧａを含む酸化膜のいずれかであってよい。Ａｌを含む酸化膜としては、酸化アルミニウムからなる膜が挙げられ、例えばＡｌ２Ｏ３からなる膜である。Ｇａを含む酸化膜としては、酸化ガリウムからなる膜が挙げられ、例えばＧａ２Ｏ３からなる膜である。ＡｌとＧａを含む酸化膜としては、酸化アルミニウムガリウムからなる膜が挙げられ、例えばＡｌＧａＯからなる膜である。このような膜とすることで、半導体レーザ素子の駆動時に抵抗の変化を抑制することができる。また、第１膜２１がＡｌを含む酸化膜であることにより、結晶性を有する膜を容易に形成することができる。第１膜２１は、例えばＡｌ２Ｏ３からなる膜である。第１膜２１は、絶縁膜であってよい。
第１膜２１は、結晶性を有する膜（単結晶、多結晶等）である。単結晶は、材料中で格子定数の変動がほとんどなく、格子面傾斜がほとんどない。つまり、材料中で原子配列が規則的に並び、長距離的な秩序が保たれている。多結晶とは、多数の微小な単結晶、つまり微結晶から構成されている。このような膜の結晶性は、電子線による回折像によって判定することができる。膜に電子線を入射することによって、格子定数の大きさ及び面方向に対応して、電子線回折像が表れる。例えば、単結晶の場合は、規則正しく回折点が並んで観察される。多結晶の場合は、微結晶から構成されるため、それぞれの格子面の向きがそろっておらず、回折点が複雑に合わさった状態で見られたり、デバイリングが見られたりする。一方、アモルファスの場合、原子配列が長距離に周期的な構造をもたないため、電子線回折が起こらない。従って、回折像に回折点がない状態で観察される。電子線回折像の観察は、膜が形成されている端面に対して膜の断面が露出するように切断し、電子線を当てて行うことができる。結晶性が異なることは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等による断面観察、酸又はアルカリ溶液等の適当なエッチャントでのエッチングレートの差異からも確認することができる。高分解能透過電子顕微鏡法（high-resolution transmission electron microscopy：ＨＲＴＥＭ）による像によって、原子配列を確認してもよい。
第１膜２１は、光出射側端面１４に接触して配置されている膜である。「接触」とは、第１膜２１が共振器面に直接接触しているのみならず、本発明の効果を有する程度に、共振器面に薄膜が形成された上に第１膜２１が形成されていてもよい。例えば、共振器面への前処理、成膜開始時の雰囲気等により形成された薄膜が存在してもよい。このような薄膜の厚さは、例えば第１膜２１の厚さ未満である。このような薄膜の厚さは、例えば３ｎｍ以下であってもよく、１ｎｍ以下であってもよい。このような薄膜は、例えばガリウム（Ｇａ）と酸素（Ｏ）を含む。
第１膜２１は、アルミニウム（Ａｌ）を含む酸化膜、Ｇａを含む酸化膜、ＡｌとＧａを含む酸化膜のいずれかであってよい。Ａｌを含む酸化膜としては、酸化アルミニウムからなる膜が挙げられ、例えばＡｌ２Ｏ３からなる膜である。Ｇａを含む酸化膜としては、酸化ガリウムからなる膜が挙げられ、例えばＧａ２Ｏ３からなる膜である。ＡｌとＧａを含む酸化膜としては、酸化アルミニウムガリウムからなる膜が挙げられ、例えばＡｌＧａＯからなる膜である。このような膜とすることで、半導体レーザ素子の駆動時に抵抗の変化を抑制することができる。また、第１膜２１がＡｌを含む酸化膜であることにより、結晶性を有する膜を容易に形成することができる。第１膜２１は、例えばＡｌ２Ｏ３からなる膜である。第１膜２１は、絶縁膜であってよい。
第１膜２１は、結晶性を有する膜（単結晶、多結晶等）である。単結晶は、材料中で格子定数の変動がほとんどなく、格子面傾斜がほとんどない。つまり、材料中で原子配列が規則的に並び、長距離的な秩序が保たれている。多結晶とは、多数の微小な単結晶、つまり微結晶から構成されている。このような膜の結晶性は、電子線による回折像によって判定することができる。膜に電子線を入射することによって、格子定数の大きさ及び面方向に対応して、電子線回折像が表れる。例えば、単結晶の場合は、規則正しく回折点が並んで観察される。多結晶の場合は、微結晶から構成されるため、それぞれの格子面の向きがそろっておらず、回折点が複雑に合わさった状態で見られたり、デバイリングが見られたりする。一方、アモルファスの場合、原子配列が長距離に周期的な構造をもたないため、電子線回折が起こらない。従って、回折像に回折点がない状態で観察される。電子線回折像の観察は、膜が形成されている端面に対して膜の断面が露出するように切断し、電子線を当てて行うことができる。結晶性が異なることは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等による断面観察、酸又はアルカリ溶液等の適当なエッチャントでのエッチングレートの差異からも確認することができる。高分解能透過電子顕微鏡法（high-resolution transmission electron microscopy：ＨＲＴＥＭ）による像によって、原子配列を確認してもよい。
【0018】
図２に、保護膜２４及びその付近の高分解能透過電子顕微鏡像の例を示す。図２の図中右下の線は５ｎｍを示す線である。図２に示す窒化物半導体積層体は活性層１３を含む。図３Ａは、図２のＡで示す円における電子線回折像であり、第３膜２３の電子線回折像である。図３Ｂは、図２のＢで示す円における電子線回折像であり、第２膜２２の電子線回折像である。図３Ｃは、図２のＣで示す円における電子線回折像であり、第１膜２１の電子線回折像である。図３Ｄは、図２のＤで示す円における電子線回折像であり、窒化物半導体積層体の電子線回折像である。図３Ｃから、第１膜２１は結晶質であり、すなわち第１膜２１は結晶性を有する膜であることが確認された。
【0019】
第１膜２１の結晶構造としては、例えば、立方晶系、正方晶系又は六方晶系等が挙げられる。第１膜２１の材料、結晶性、配向性等は、第１膜２１を形成する光出射側端面１４の材料、結晶性、配向性等に応じて選択することができる。結晶性を有する膜としては、単結晶及び／又は多結晶を一部に含む膜、又は、単結晶及び／又は多結晶のみにより構成される膜が挙げられる。つまり、第１膜２１は、必ずしも厳密に単結晶又は多結晶となっていなくてもよく、これらに近い結晶構造又はこれらの結晶構造の特性を示す程度の結晶構造を有しているものであってもよい。第１膜２１は、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域と、活性層１３の側面側、第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１２の厚さ方向における活性層１３から遠い側との間で結晶性が異なっていてもよい。第１膜２１は、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域において、厚さ方向では、実質的に全域において結晶性であることが好ましい。厚さ方向において実質的に全域とは、隣接する膜等との間におけるそれらの境界が判別し難い領域を除いた残りの領域の全体を指す。例えば、第１膜２１は、多結晶を少なくとも一部に含む膜である。第１膜２１は、活性層１３の主面に対して交差し且つ光出射側端面１４に対して交差する方向（例えば、それぞれ垂直に交差する方向）に切断した断面の観察において、活性層１３と隣り合う領域の半分以上が多結晶で構成されている膜であってよい。
第１膜２１の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が挙げられ、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がより好ましい。第１膜２１の厚さが小さいほど、結晶性の良好な膜として形成し易い傾向がある。第１膜２１の厚さは、５ｎｍ以上又は６ｎｍ以上とすることができ、８ｎｍ以上であってもよい。第１膜２１の厚さが５ｎｍ以上であることにより、窒化物半導体レーザ素子１０のさらなる長寿命化が可能である。これは、第２膜２２の結晶性が向上するためと考えられる。第１膜２１の厚さは、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下又は１０ｎｍ未満であってもよい。例えば、第１膜２１の厚さは、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。第１膜２１の厚さは、１０ｎｍ未満であってもよく、５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であってもよい。第１膜２１の厚さとは、活性層１３の主面と平行な方向における長さを指す。第２膜２２の厚さ及び第３膜２３の厚さについても同様に、活性層１３の主面と平行な方向における長さを指す。
第１膜２１の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が挙げられ、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がより好ましい。第１膜２１の厚さが小さいほど、結晶性の良好な膜として形成し易い傾向がある。第１膜２１の厚さは、５ｎｍ以上又は６ｎｍ以上とすることができ、８ｎｍ以上であってもよい。第１膜２１の厚さが５ｎｍ以上であることにより、窒化物半導体レーザ素子１０のさらなる長寿命化が可能である。これは、第２膜２２の結晶性が向上するためと考えられる。第１膜２１の厚さは、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下又は１０ｎｍ未満であってもよい。例えば、第１膜２１の厚さは、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。第１膜２１の厚さは、１０ｎｍ未満であってもよく、５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であってもよい。第１膜２１の厚さとは、活性層１３の主面と平行な方向における長さを指す。第２膜２２の厚さ及び第３膜２３の厚さについても同様に、活性層１３の主面と平行な方向における長さを指す。
【0020】
第１膜２１は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、パルススパッタ法、電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、レーザアブレーション法、化学気相蒸着（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法を用いることができる。あるいはこれらの方法と、全体又は部分的な前処理を組み合わせてもよい。前処理としては、例えば、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）又はプラズマの照射、酸素もしくはオゾンガスの照射、酸化処理（熱処理）、露光処理のいずれか１種以上を用いることができる。
第１膜２１は、なかでも、パルススパッタ法またはＥＣＲスパッタ法によって成膜することが好ましい。例えば、ＥＣＲスパッタ装置を用いて成膜することができる。これにより、第１膜２１を良好な結晶性の膜として得ることができる。第１膜２１を、ＥＣＲスパッタ装置を用いて形成する場合、形成時の酸素流量は１．３３×１０－７ｍ３／ｓ以上が好ましい。第１膜２１を形成する前に前処理を行ってもよい。前処理としては、光出射側端面１４を酸素プラズマで処理することが挙げられる。パルススパッタ法としては、酸化物のターゲットを用いる方法、非酸化物のターゲットを用いて酸素ガス又はプラズマ等を照射しながら又は酸素雰囲気中で間欠的にスパッタする方法等が挙げられる。ＥＣＲスパッタ法は、パルススパッタ法よりも、成膜時の温度を低くすることができる傾向がある。これによって、後述する電極の特性劣化を抑制することができる。
第１膜２１は、なかでも、パルススパッタ法またはＥＣＲスパッタ法によって成膜することが好ましい。例えば、ＥＣＲスパッタ装置を用いて成膜することができる。これにより、第１膜２１を良好な結晶性の膜として得ることができる。第１膜２１を、ＥＣＲスパッタ装置を用いて形成する場合、形成時の酸素流量は１．３３×１０－７ｍ３／ｓ以上が好ましい。第１膜２１を形成する前に前処理を行ってもよい。前処理としては、光出射側端面１４を酸素プラズマで処理することが挙げられる。パルススパッタ法としては、酸化物のターゲットを用いる方法、非酸化物のターゲットを用いて酸素ガス又はプラズマ等を照射しながら又は酸素雰囲気中で間欠的にスパッタする方法等が挙げられる。ＥＣＲスパッタ法は、パルススパッタ法よりも、成膜時の温度を低くすることができる傾向がある。これによって、後述する電極の特性劣化を抑制することができる。
【0021】
このように、第１膜２１を、酸素を含む膜として、光出射側端面１４に接触させて形成することにより、窒化物半導体レーザ素子１０を駆動させた場合に、抵抗の変化を抑制することができる。また、第１膜２１を、結晶性の膜として形成することにより、第２膜２２を結晶性の膜として形成し易い。また、第１膜２１の厚さが比較的小さいこと、例えば第３膜２３より薄いことにより、光出射側端面１４において、窒化物半導体レーザ素子１０の駆動時に、駆動による熱に起因する応力を緩和することができる。また、光出射側端面１４と保護膜２４との密着性を向上させることができる。
【0022】
（第２膜２２）
第２膜２２は、第１膜２１に接触して配置されている膜である。第２膜２２は、窒化膜である。窒化膜としては、具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなる膜が挙げられる。なかでも、ＡｌＮ膜が好ましい。ＡｌＮ膜はＥＣＲスパッタ法により形成することができるため、例えば、第１膜２１と第２膜２２を共にＥＣＲスパッタ装置を用いて形成することができる。第１膜２１と第２膜２２は、連続して成長させることができる。
第２膜２２は結晶性を有する膜である。これにより、酸素のバリア膜としての作用を効果的に果たすことができる。第２膜２２の配向としては、厚さ方向において、Ｍ軸＜１－１００＞、Ａ軸＜１１－２０＞、Ｃ軸＜０００１＞及びＲ軸＜１－１０２＞配向のいずれかであってよく、これ以外の配向であってもよい。例えば、窒化物半導体積層体のＭ軸に対して第２膜２２がＣ軸配向している。この場合、窒化物半導体積層体のＭ軸と第２膜２２のＣ軸が平行である。第２膜２２の活性層１３と隣り合う領域における結晶の軸配向は、第２膜２２の第１窒化物半導体層１１と隣り合う領域及び／又は第２窒化物半導体層１２と隣り合う領域における結晶の軸配向と同じであってよい。これにより、第２膜２２を良好な結晶性で形成し易い。例えば、第２膜２２において、活性層１３と隣り合う領域と、第１窒化物半導体層１１及び／又は第２窒化物半導体層１２と隣り合う領域とは共にＣ軸配向している。例えば、第２膜２２の活性層１３と隣り合う領域におけるＣ軸と、第２膜２２の第１窒化物半導体層１１及び／又は第２窒化物半導体層１２と隣り合う領域のＣ軸とは、平行である。第２膜２２の特定の層（例えば活性層１３）と隣り合う領域とは、第２膜２２のうち、その層の一方の主面を延長した延長面（仮想面）と他方の主面を延長した延長面（仮想面）とに挟まれた領域を指す。第２膜２２は、その全体に亘って、結晶の軸配向が同じであってよい。第２膜２２の各領域の結晶性は、活性層１３の主面に対して交差する方向（例えば垂直な方向）に切断した断面を用いて評価することができる。
第２膜２２の厚さは、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下が挙げられ、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよく、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。第２膜２２をこのような範囲の厚さとすることにより、結晶性の良好な膜を得ることができ、酸素のバリア膜としての作用を効果的に果たすことができる。第２膜２２の厚さが５０ｎｍ以下であることで、クラックの発生を抑制しやすいと考えられる。保護膜２４の反射率を調整するために、第２膜２２の厚さは５０ｎｍより大きくてもよい。
第２膜２２は、スパッタ法、ＥＣＲスパッタ法等の公知の方法によって成膜することができる。スパッタ法としては、窒化物のターゲットを用いる方法、非窒化物のターゲットを用いて窒素ガス又はプラズマ等を照射しながら又は窒素雰囲気中でスパッタする方法等が挙げられる。
図２に示す第２膜２２の例について、図３Ｂから、第２膜２２は結晶質であり、すなわち第２膜２２は結晶性を有する膜であることが確認された。
第２膜２２は、第１膜２１に接触して配置されている膜である。第２膜２２は、窒化膜である。窒化膜としては、具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなる膜が挙げられる。なかでも、ＡｌＮ膜が好ましい。ＡｌＮ膜はＥＣＲスパッタ法により形成することができるため、例えば、第１膜２１と第２膜２２を共にＥＣＲスパッタ装置を用いて形成することができる。第１膜２１と第２膜２２は、連続して成長させることができる。
第２膜２２は結晶性を有する膜である。これにより、酸素のバリア膜としての作用を効果的に果たすことができる。第２膜２２の配向としては、厚さ方向において、Ｍ軸＜１－１００＞、Ａ軸＜１１－２０＞、Ｃ軸＜０００１＞及びＲ軸＜１－１０２＞配向のいずれかであってよく、これ以外の配向であってもよい。例えば、窒化物半導体積層体のＭ軸に対して第２膜２２がＣ軸配向している。この場合、窒化物半導体積層体のＭ軸と第２膜２２のＣ軸が平行である。第２膜２２の活性層１３と隣り合う領域における結晶の軸配向は、第２膜２２の第１窒化物半導体層１１と隣り合う領域及び／又は第２窒化物半導体層１２と隣り合う領域における結晶の軸配向と同じであってよい。これにより、第２膜２２を良好な結晶性で形成し易い。例えば、第２膜２２において、活性層１３と隣り合う領域と、第１窒化物半導体層１１及び／又は第２窒化物半導体層１２と隣り合う領域とは共にＣ軸配向している。例えば、第２膜２２の活性層１３と隣り合う領域におけるＣ軸と、第２膜２２の第１窒化物半導体層１１及び／又は第２窒化物半導体層１２と隣り合う領域のＣ軸とは、平行である。第２膜２２の特定の層（例えば活性層１３）と隣り合う領域とは、第２膜２２のうち、その層の一方の主面を延長した延長面（仮想面）と他方の主面を延長した延長面（仮想面）とに挟まれた領域を指す。第２膜２２は、その全体に亘って、結晶の軸配向が同じであってよい。第２膜２２の各領域の結晶性は、活性層１３の主面に対して交差する方向（例えば垂直な方向）に切断した断面を用いて評価することができる。
第２膜２２の厚さは、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下が挙げられ、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよく、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。第２膜２２をこのような範囲の厚さとすることにより、結晶性の良好な膜を得ることができ、酸素のバリア膜としての作用を効果的に果たすことができる。第２膜２２の厚さが５０ｎｍ以下であることで、クラックの発生を抑制しやすいと考えられる。保護膜２４の反射率を調整するために、第２膜２２の厚さは５０ｎｍより大きくてもよい。
第２膜２２は、スパッタ法、ＥＣＲスパッタ法等の公知の方法によって成膜することができる。スパッタ法としては、窒化物のターゲットを用いる方法、非窒化物のターゲットを用いて窒素ガス又はプラズマ等を照射しながら又は窒素雰囲気中でスパッタする方法等が挙げられる。
図２に示す第２膜２２の例について、図３Ｂから、第２膜２２は結晶質であり、すなわち第２膜２２は結晶性を有する膜であることが確認された。
【0023】
（第３膜２３）
第３膜２３は、第２膜２２に接触して配置されている膜である。第３膜２３は、ＡｌとＯとを含む膜である。第３膜２３は、Ａｌを含む酸化膜又はＡｌを含む酸窒化膜であってよい。第３膜２３は、酸化アルミニウムからなる膜であってよい。このような膜とすることで、第３膜２３が酸化することを抑制することができるため、窒化物半導体積層体に酸素が到達する可能性を低減することができる。Ａｌを含む酸化膜は、Ａｌを含む酸窒化膜よりも、窒化物半導体レーザ素子１０の駆動時に第３膜２３の酸化が進行しにくいと考えられる。その結果、窒化物半導体レーザ素子１０のさらなる長寿命化を図ることが可能となる。第３膜２３は、例えばＡｌ２Ｏ３からなる膜である。
第３膜２３は、第２膜２２に接触して配置されている膜である。第３膜２３は、ＡｌとＯとを含む膜である。第３膜２３は、Ａｌを含む酸化膜又はＡｌを含む酸窒化膜であってよい。第３膜２３は、酸化アルミニウムからなる膜であってよい。このような膜とすることで、第３膜２３が酸化することを抑制することができるため、窒化物半導体積層体に酸素が到達する可能性を低減することができる。Ａｌを含む酸化膜は、Ａｌを含む酸窒化膜よりも、窒化物半導体レーザ素子１０の駆動時に第３膜２３の酸化が進行しにくいと考えられる。その結果、窒化物半導体レーザ素子１０のさらなる長寿命化を図ることが可能となる。第３膜２３は、例えばＡｌ２Ｏ３からなる膜である。
【0024】
第３膜２３は、結晶性を有する膜であってもよいし、アモルファス構造を含む膜であってもよい。アモルファス構造は、結晶における原子配列のような周期的構造をもたないもの、つまり原子配列が不規則、長距離秩序がないものを意味する。第３膜２３は、アモルファス構造の膜又はアモルファス構造と結晶構造とを含む膜であることが好ましく、なかでもアモルファス構造のみからなる膜であることが好ましい。これにより、第３膜２３の厚さを第１膜２１及び／又は第２膜２２の厚さよりも大きくし易い。また、窒化物半導体レーザ素子１０の駆動によって、第３膜２３の一部、例えば、活性層１３側の一部が結晶性を有する膜となってもよい。これにより、窒化物半導体レーザ素子１０のさらなる長寿命化を図ることができると考えられる。例えば第３膜２３がＡｌ２Ｏ３からなる膜である場合に、このような結晶化が生じ得る。
【0025】
第３膜２３の厚さは、第１膜２１の厚さよりも厚いことが好ましい。第３膜２３の厚さは、第２膜２２の厚さよりも薄くてもよいが、厚いことが好ましい。第３膜２３の厚さは、第１膜２１の厚さの３倍以上が挙げられ、１０倍以上であってもよい。第３膜２３の厚さは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下がより好ましい。第３膜２３をこのような範囲の厚さとすることにより、保護膜２４としての総厚さを増大させることができるために、窒化物半導体レーザ素子１０の外からの酸素が保護膜２４を通過して窒化物半導体積層体に到達する可能性を低減することが可能である。これにより、長寿命化に有利に作用させることができると考えられる。特に、第１膜２１及び第２膜２２がそれらの機能を果たすために第３膜２３よりも薄い膜として形成された場合に、より顕著な効果を得ることができる。第３膜２３の厚さは、（λ／２ｎ３）×２の±２５％の範囲内の厚さとしてよい。λは窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長であり、ｎ３は発振波長λにおける第３膜２３の屈折率である。これにより、第３膜２３の厚さをそれより小さくする場合と比較して、窒化物半導体レーザ素子１０の長寿命化が可能となる。これは、保護膜２４の厚さを大きくすることにより、窒化物半導体レーザ素子１０の内部から進行する破壊が保護膜２４の外表面に到達するまでの時間を長くできるためと考えられる。図４に示すように、保護膜２４の一部は窒化物半導体積層体の上面側および／または下面側に設けられていてもよい。図４は、窒化物半導体レーザ素子１０の別の例を示す断面図である。このように保護膜２４を設けることにより、窒化物半導体積層体の上面側および／または下面側において保護膜２４の厚みの分だけ破壊が窒化物半導体レーザ素子１０の外表面に到達するまでの距離を長くすることができると考えられる。したがって、窒化物半導体レーザ素子１０の長寿命化が可能である。
【0026】
保護膜２４は、第３膜２３の外側に設けられた他の膜をさらに含んでいてもよい。これにより、保護膜２４の厚さを大きくし、窒化物半導体レーザ素子１０の長寿命化を図ってもよい。図５に示すように、保護膜２４は、第３膜２３の外側に設けられた第４膜２６を有してよい。図５は、光出射側端面１４の側の保護膜２４の別の例を示す部分拡大図である。第４膜２６は、第３膜２３の第２膜２２とは反対の側に設けられている。第４膜２６の厚さは、第３膜２３の厚さよりも大きくてよい。第４膜２６を設けることで、設けない場合と比較して、窒化物半導体レーザ素子１０の内部から進行する破壊が保護膜２４の外表面に到達するまでの距離を長くすることができる。第４膜２６の発振波長λにおける屈折率は、第３膜２３の発振波長λにおける屈折率よりも小さくてよい。例えば、第３膜２３の厚さをλ／２ｎ３の±２０％の範囲内の厚さとし、第４膜２６の厚さをλ／２ｎ４の±５％の範囲内の厚さとすることができる。ｎ４は発振波長λにおける第４膜２６の屈折率である。第４膜２６としては、例えば酸化シリコン（例えばＳｉＯ２）からなる膜が挙げられる。これにより、光吸収による初期特性の悪化や発熱を抑えることができるという利点がある。保護膜２４の最も外側に位置する膜が第３膜２３であってもよい。保護膜２４において、第２膜２２と第３膜２３との間に他の膜が配置されていてもよい。
第３膜２３は、スパッタ法、ＥＣＲスパッタ法等の公知の方法によって形成することができる。例えば、ＥＣＲスパッタ装置を用いて形成することができる。第１膜２１及び第３膜２３をＥＣＲスパッタ装置を用いて形成する場合、第３膜２３の形成時の酸素流量は、第１膜２１の形成時の酸素流量よりも少ない。これにより、第１膜２１を結晶性の膜として形成し、第３膜２３をアモルファス構造の膜として形成することができる。
図２に示す第３膜２３の例について、図３Ａから、第３膜２３は非晶質であり、すなわち第３膜２３はアモルファス構造の膜であることが確認された。
第３膜２３は、スパッタ法、ＥＣＲスパッタ法等の公知の方法によって形成することができる。例えば、ＥＣＲスパッタ装置を用いて形成することができる。第１膜２１及び第３膜２３をＥＣＲスパッタ装置を用いて形成する場合、第３膜２３の形成時の酸素流量は、第１膜２１の形成時の酸素流量よりも少ない。これにより、第１膜２１を結晶性の膜として形成し、第３膜２３をアモルファス構造の膜として形成することができる。
図２に示す第３膜２３の例について、図３Ａから、第３膜２３は非晶質であり、すなわち第３膜２３はアモルファス構造の膜であることが確認された。
【0027】
このような構成を備えることにより、窒化物半導体レーザ素子１０の端面損傷の発生を抑制することができ、窒化物半導体レーザ素子１０の長寿命化を図ることが可能となる。
【0028】
（保護膜２５）
光反射側端面１５には、保護膜２５（第２保護膜）が設けられている。保護膜２５は、光出射側端面１４側の保護膜２４と異なる又は同じ膜構造を有する。窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長に対する保護膜２５の反射率は、窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長に対する保護膜２４の反射率よりも高い。
光反射側端面１５側の保護膜２５は、上述した第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３の多層膜と同じ膜を有してもよい。保護膜２５は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物（特に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２等）、窒化物（特に、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮ等）又はフッ化物及びこれらの２種以上の組み合わせ等による膜であってもよい。第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３の多層膜と同じ膜を形成する場合、光出射側端面１４側の保護膜２４とは、異なる厚さ等で形成してもよい。保護膜２５は、窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長に対して透光性の材料及び／又は反射する材料により形成されることが好ましい。保護膜２５は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
光反射側端面１５には、保護膜２５（第２保護膜）が設けられている。保護膜２５は、光出射側端面１４側の保護膜２４と異なる又は同じ膜構造を有する。窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長に対する保護膜２５の反射率は、窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長に対する保護膜２４の反射率よりも高い。
光反射側端面１５側の保護膜２５は、上述した第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３の多層膜と同じ膜を有してもよい。保護膜２５は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物（特に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２等）、窒化物（特に、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮ等）又はフッ化物及びこれらの２種以上の組み合わせ等による膜であってもよい。第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３の多層膜と同じ膜を形成する場合、光出射側端面１４側の保護膜２４とは、異なる厚さ等で形成してもよい。保護膜２５は、窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長に対して透光性の材料及び／又は反射する材料により形成されることが好ましい。保護膜２５は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
【0029】
例えば、光反射側端面１５上の保護膜２５としては、Ｓｉの酸化物とＺｒの酸化物との積層膜、Ａｌの酸化物とＺｒの酸化物との積層膜、Ｓｉの酸化物とＴｉの酸化物との積層膜、Ａｌの酸化物とＳｉの酸化物とＺｒの酸化物との積層膜、Ｓｉの酸化物とＴａの酸化物とＡｌの酸化物の積層膜等が挙げられる。所望の反射率に合わせて適宜その積層周期等を調整することができる。
このような保護膜２５の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば、１００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下、さらに、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が挙げられる。例えば、保護膜２５の厚さは保護膜２４の厚さよりも大きい。
このような保護膜２５の厚さは、特に限定されるものではなく、例えば、１００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下、さらに、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が挙げられる。例えば、保護膜２５の厚さは保護膜２４の厚さよりも大きい。
【0030】
保護膜２５は、例えば、多層膜である。多層膜は、屈折率が相対的に低い膜と高い膜とを交互に積層した構造を有することができる。多層膜のうち光反射側端面１５と接する膜は、屈折率が相対的に低い膜であってもよく、屈折率が相対的に高い膜であってもよい。図６に示すように、保護膜２５は、光反射側端面１５と接触して配置されている第１部分２５ａと、第１部分２５ａと接触して配置されている第２部分２５ｂと、を有することができる。図６は、光反射側端面１５側の保護膜２５の一例を示す部分拡大図である。保護膜２５の厚さは、λ／４ｎの奇数倍の±５％であることが好ましく、λ／４ｎの奇数倍であることがさらに好ましい。これにより、窒化物半導体レーザ素子１０を駆動した際に光反射側端面１５で発生する光学損傷の発生確率を低減することができる。なお、λは窒化物半導体レーザ素子１０の発振波長であり、ｎは発振波長λにおける各膜の屈折率である。保護膜２５における厚さとは、活性層１３の主面と平行な方向における長さを指す。第２部分２５ｂは、高屈折率膜２５４と低屈折率膜２５５とが交互に配置されてなる。第１部分２５ａは、１以上の膜からなる。第１部分２５ａにおける第２部分２５ｂと接する膜は、高屈折率膜２５４および低屈折率膜２５５のいずれの屈折率とも異なる屈折率を有する。第１部分２５ａと第２部分２５ｂとを組み合わせることで、第１部分２５ａと第２部分２５ｂとの界面で光を反射させることができ、保護膜２５の反射率を向上させることができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子１０の光出力を向上させることができる。光反射側端面１５から第１部分２５ａと第２部分２５ｂとの界面までの距離は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、保護膜２５の反射率をより向上させることができ、窒化物半導体レーザ素子１０の光出力をより向上させることができる。なお、ここでの距離とは最短距離を指す。保護膜２５は、第１部分２５ａと第２部分２５ｂのみから構成されてもよく、さらに別の膜を有していてもよい。
【0031】
第１部分２５ａは、屈折率が相対的に低い膜と高い膜とを有する多層構造であることが好ましい。これにより、保護膜２５の反射率をさらに向上させることができる。例えば、第１部分２５ａにおける屈折率が相対的に低い膜と第２部分２５ｂの高屈折率膜２５４とが接する。もしくは、第１部分２５ａにおける屈折率が相対的に高い膜と第２部分２５ｂの低屈折率膜２５５とが接していてもよい。第２部分２５ｂのうち第１部分２５ａと接する膜は、第１部分２５ａのうち第２部分２５ｂと接する膜の屈折率よりも高い屈折率を有する膜であることが好ましく、第１部分２５ａを構成するいずれの膜の屈折率よりも高い屈折率を有する膜であることがより好ましい。これにより、保護膜２５の反射率をさらに向上させることができる。第２部分２５ｂの低屈折率膜２５５は、例えばシリコン酸化膜（例えばＳｉＯ２膜）とすることができる。第２部分２５ｂの高屈折率膜２５４は、例えばタンタル酸化膜（例えばＴａ２Ｏ５）とすることができる。
【0032】
第１部分２５ａは、第５膜２５１、第６膜２５２及び第７膜２５３を有してよい。第１部分２５ａは、光反射側端面１５の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第５膜２５１と、窒化膜からなる結晶性の第６膜２５２と、アルミニウムと酸素とを含む第７膜２５３とを有していてよい。第５膜２５１は、第１膜２１について述べた材料、厚さ、形成方法などを採用することができる。第６膜２５２は、第２膜２２について述べた材料、厚さ、形成方法などを採用することができる。第７膜２５３は、第３膜２３について述べた材料、厚さ、形成方法などを採用することができる。第１部分２５ａは光反射側端面１５と接する部分であるので、このような第５膜２５１、第６膜２５２及び第７膜２５３を有することにより、保護膜２４と同様の効果を期待できる。第５膜２５１は、光反射側端面１５と接触して配置してよい。第５膜２５１、第６膜２５２及び第７膜２５３の厚さは、それぞれ、λ／４ｎ以下であってよい。これにより、第１部分２５ａと第２部分２５ｂとの界面を光反射側端面１５の比較的近くに配置することができ、保護膜２５の反射率をより向上させることができ、窒化物半導体レーザ素子１０の光出力をより向上させることができる。例えば、第１部分２５ａは、第５膜２５１、第６膜２５２及び第７膜２５３のみからなる。
【0033】
（基板１６）
基板１６は、絶縁性基板であってもよいし、導電性基板であってもよい。基板１６としては、例えばＧａＮ等からなる窒化物半導体基板を用いることができる。基板１６の半導体層形成面である第１主面は、Ｃ面、Ｒ面、Ｍ面等が挙げられ、例えばＣ面である。第１主面及び／又は第１主面の反対側の第２主面に０°以上１０°以下のオフ角を有していてもよい。基板１６の厚さは、１０μｍ以上１０ｍｍ以下が挙げられる。
基板１６は、絶縁性基板であってもよいし、導電性基板であってもよい。基板１６としては、例えばＧａＮ等からなる窒化物半導体基板を用いることができる。基板１６の半導体層形成面である第１主面は、Ｃ面、Ｒ面、Ｍ面等が挙げられ、例えばＣ面である。第１主面及び／又は第１主面の反対側の第２主面に０°以上１０°以下のオフ角を有していてもよい。基板１６の厚さは、１０μｍ以上１０ｍｍ以下が挙げられる。
【0034】
（埋込膜１８、第１電極１７、第２電極１９、パッド電極２０）
窒化物半導体レーザ素子１０は、第２窒化物半導体層１２の上面、例えば、リッジ１２ａの側面とリッジ１２ａの側面から連続する第２窒化物半導体層１２の上面に埋込膜１８を設けることができる。
埋込膜１８は、第２窒化物半導体層１２よりも屈折率が小さな材料によって形成されていることが好ましい。埋込膜１８は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の絶縁膜の単層膜又は多層膜が挙げられる。埋込膜１８は、第１膜２１の成膜方法として例示した当該分野で公知の方法によって形成することができる。
窒化物半導体レーザ素子１０は、第２窒化物半導体層１２の上面、例えば、リッジ１２ａの側面とリッジ１２ａの側面から連続する第２窒化物半導体層１２の上面に埋込膜１８を設けることができる。
埋込膜１８は、第２窒化物半導体層１２よりも屈折率が小さな材料によって形成されていることが好ましい。埋込膜１８は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の絶縁膜の単層膜又は多層膜が挙げられる。埋込膜１８は、第１膜２１の成膜方法として例示した当該分野で公知の方法によって形成することができる。
【0035】
第１窒化物半導体層１１の下面、例えば、基板１６がある場合には、基板１６の下面に第１電極１７を設けることができる。基板１６が半導体基板である場合は、基板１６は第１窒化物半導体層１１と同じ導電型を有する。第１電極１７は、例えば、基板１６の下面のほぼ全域に設けられる。
第２窒化物半導体層１２の上面、例えば、リッジ１２ａの上面には、第２電極１９を設けることができ、さらにその上にパッド電極２０を設けることができる。
第１電極１７及び第２電極１９は、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｄ等の金属又は合金、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎから選択される少なくとも１種を含む導電性酸化物等の単層膜又は多層膜によって形成することができる。導電性酸化物の例としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ-ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等が挙げられる。電極の厚さは、通常、半導体レーザ素子の電極として機能し得る厚さであればよい。例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。
第２窒化物半導体層１２の上面、例えば、リッジ１２ａの上面には、第２電極１９を設けることができ、さらにその上にパッド電極２０を設けることができる。
第１電極１７及び第２電極１９は、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｄ等の金属又は合金、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎから選択される少なくとも１種を含む導電性酸化物等の単層膜又は多層膜によって形成することができる。導電性酸化物の例としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ-ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等が挙げられる。電極の厚さは、通常、半導体レーザ素子の電極として機能し得る厚さであればよい。例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。
【0036】
第１電極１７及び第２電極１９は、窒化物半導体積層体の第１主面側と第２主面側にそれぞれ設けられていてもよく、第１主面側または第２主面側のいずれか一方に両方が設けられていてもよい。
埋込膜１８、第１電極１７、第２電極１９、パッド電極２０は、上述した保護膜２４と離間していてもよいし、接していてもよい。埋込膜１８、第１電極１７、第２電極１９、パッド電極２０は、保護膜２４を被覆していてもよく、保護膜２４に被覆されていてもよい。埋込膜１８及び第２電極１９は、保護膜２４に被覆されていることが好ましい。これにより、埋込膜１８及び第２電極１９の剥がれを抑制することができる。
埋込膜１８、第１電極１７、第２電極１９、パッド電極２０は、上述した保護膜２４と離間していてもよいし、接していてもよい。埋込膜１８、第１電極１７、第２電極１９、パッド電極２０は、保護膜２４を被覆していてもよく、保護膜２４に被覆されていてもよい。埋込膜１８及び第２電極１９は、保護膜２４に被覆されていることが好ましい。これにより、埋込膜１８及び第２電極１９の剥がれを抑制することができる。
【0037】
（実施例）
図１Ａ～図１Ｃに示す半導体レーザ素子として、発振波長のピークが４４５ｎｍ程度の窒化ガリウム系の半導体レーザ素子を作製した。
半導体レーザ素子となるエピタキシャルウエハーの作製にはＭＯＣＶＤ装置を用いた。原料には、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）、シランガス、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を適宜用いた。
Ｃ面を成長面とするｎ型ＧａＮ基板（基板１６）上に、第１窒化物半導体層１１としてｎ側半導体層と、活性層１３と、第２窒化物半導体層１２としてｐ側半導体層とを成長させ、ｐ側半導体層の表面に、共振器長に平行な方向における長さが１２００μｍのストライプ状のリッジ１２ａを形成した。
次いで、ｐ側半導体層の上の表面に第２電極１９としてＩＴＯ（２００ｎｍ）からなるｐ電極を形成し、リッジ１２ａの側面及びその外側のｐ側半導体層の上面に、ＳｉＯ２からなる埋込膜１８を形成した。埋込膜１８は、その一部がｐ電極を部分的に覆うように形成した。
ｐ電極上に連続して、Ｎｉ（８ｎｍ）／Ｐｄ（２００ｎｍ）／Ａｕ（４００ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（７００ｎｍ）で、パッド電極２０を形成した。
その後、基板１６を、厚さが８０μｍになるように第１窒化物半導体層１１の成長面と反対側の面から研磨し、研磨した面に、第１電極１７としてＴｉ（８ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）よりなるｎ電極を形成した。続いて、基板１６のｎ電極の形成面側からバー状に劈開し、劈開面を共振器面、つまり、光出射側端面１４及び光反射側端面１５とした。
得られたバーの光出射側端面１４及び光反射側端面１５を、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、酸素プラズマに晒して表面処理を行った。この際、例えば、Ｏ２の流量を３．３３×１０－７ｍ３／ｓとし、マイクロ波５００Ｗにて、１０分間処理した。
その後、光出射側端面１４に、Ａｌターゲットを用い、Ａｒの流量が５×１０－７ｍ３／ｓ、酸素の流量が１．６７×１０－７ｍ３／ｓ、マイクロ波５００Ｗで、Ａｌ２Ｏ３からなる第１膜２１を形成した。酸素ガスを窒素ガスに変更して、同様に、第２膜２２を形成し、続いて、窒素ガスを酸素ガスに変更して、同様に、第３膜２３を形成することにより、保護膜２４を形成した。実施例１、２及び比較例の半導体レーザ素子において、第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３は、それぞれ表１に示す厚さで形成した。実施例１、２及び比較例の半導体レーザ素子において、保護膜２４の反射率はいずれも１５％程度だった。第１膜２１の形成時の酸素流量は１．６７×１０－７ｍ３／ｓとし、第３膜２３の形成時の酸素流量は８．３３×１０－８ｍ３／ｓとした。光反射側端面１５には、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とを交互に複数積層した多層構造を含む保護膜２５を形成した。
その後、劈開面に垂直な方向でバーを割断することで、窒化物半導体レーザ素子１０とした。
実施例１、２及び比較例の半導体レーザ素子をそれぞれ７個作製し、光密度：約３６ＭＷ／ｃｍ２にて約４か月連続発振させることにより、ライフ試験を行い、頓死個数を測定した。
その結果、実施例１では３個、実施例２では０個、比較例では５個であった。
図１Ａ～図１Ｃに示す半導体レーザ素子として、発振波長のピークが４４５ｎｍ程度の窒化ガリウム系の半導体レーザ素子を作製した。
半導体レーザ素子となるエピタキシャルウエハーの作製にはＭＯＣＶＤ装置を用いた。原料には、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）、シランガス、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を適宜用いた。
Ｃ面を成長面とするｎ型ＧａＮ基板（基板１６）上に、第１窒化物半導体層１１としてｎ側半導体層と、活性層１３と、第２窒化物半導体層１２としてｐ側半導体層とを成長させ、ｐ側半導体層の表面に、共振器長に平行な方向における長さが１２００μｍのストライプ状のリッジ１２ａを形成した。
次いで、ｐ側半導体層の上の表面に第２電極１９としてＩＴＯ（２００ｎｍ）からなるｐ電極を形成し、リッジ１２ａの側面及びその外側のｐ側半導体層の上面に、ＳｉＯ２からなる埋込膜１８を形成した。埋込膜１８は、その一部がｐ電極を部分的に覆うように形成した。
ｐ電極上に連続して、Ｎｉ（８ｎｍ）／Ｐｄ（２００ｎｍ）／Ａｕ（４００ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（７００ｎｍ）で、パッド電極２０を形成した。
その後、基板１６を、厚さが８０μｍになるように第１窒化物半導体層１１の成長面と反対側の面から研磨し、研磨した面に、第１電極１７としてＴｉ（８ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）よりなるｎ電極を形成した。続いて、基板１６のｎ電極の形成面側からバー状に劈開し、劈開面を共振器面、つまり、光出射側端面１４及び光反射側端面１５とした。
得られたバーの光出射側端面１４及び光反射側端面１５を、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、酸素プラズマに晒して表面処理を行った。この際、例えば、Ｏ２の流量を３．３３×１０－７ｍ３／ｓとし、マイクロ波５００Ｗにて、１０分間処理した。
その後、光出射側端面１４に、Ａｌターゲットを用い、Ａｒの流量が５×１０－７ｍ３／ｓ、酸素の流量が１．６７×１０－７ｍ３／ｓ、マイクロ波５００Ｗで、Ａｌ２Ｏ３からなる第１膜２１を形成した。酸素ガスを窒素ガスに変更して、同様に、第２膜２２を形成し、続いて、窒素ガスを酸素ガスに変更して、同様に、第３膜２３を形成することにより、保護膜２４を形成した。実施例１、２及び比較例の半導体レーザ素子において、第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３は、それぞれ表１に示す厚さで形成した。実施例１、２及び比較例の半導体レーザ素子において、保護膜２４の反射率はいずれも１５％程度だった。第１膜２１の形成時の酸素流量は１．６７×１０－７ｍ３／ｓとし、第３膜２３の形成時の酸素流量は８．３３×１０－８ｍ３／ｓとした。光反射側端面１５には、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とを交互に複数積層した多層構造を含む保護膜２５を形成した。
その後、劈開面に垂直な方向でバーを割断することで、窒化物半導体レーザ素子１０とした。
【表1】
その結果、実施例１では３個、実施例２では０個、比較例では５個であった。
【0038】
このような結果から、第１膜２１、第２膜２２及び第３膜２３を備えることにより、窒化物半導体レーザ素子１０の端面損傷の発生を抑制することができることが確認された。また、これにより、窒化物半導体レーザ素子１０の長寿命化を図ることが可能となることが確認された。
【0039】
本明細書でこれまで説明してきた内容を通し、以下の技術事項が開示される。
（項１）第１導電型の第１窒化物半導体層と、該第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第２窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、
該保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第１膜と、窒化膜からなる結晶性の第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜とを備える窒化物半導体レーザ素子。
（項２）前記第１膜がアルミニウムを含む酸化膜である項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項３）前記第３膜がアルミニウムを含む酸化膜である項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項４）前記第２膜がＡｌＮからなる膜である項１～３のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項５）前記第１膜の厚さが１０ｎｍ未満である項１～４のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項６）前記第３膜の厚さが前記第１膜の厚さの３倍以上である項１～５のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項７）前記第１膜及び前記第２膜が、前記第３膜よりも薄い項１～６のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項８）前記第１膜は、絶縁膜からなる項１～７のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項９）前記第３膜は、アモルファス構造の膜又はアモルファス構造と結晶構造とを含む膜である項１～８のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１０）前記第２膜の前記活性層と隣り合う領域における結晶の軸配向は、前記第２膜の前記第１窒化物半導体層と隣り合う領域及び／又は前記第２窒化物半導体層と隣り合う領域における結晶の軸配向と同じである項１～９のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１１）前記保護膜は、前記第３膜の前記第２膜とは反対の側に設けられた第４膜を備え、
前記第４膜の厚さは、前記第３膜の厚さよりも大きい項１～１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１２）前記保護膜は第１保護膜であり、
前記窒化物半導体レーザ素子は、前記光反射側端面に設けられた第２保護膜を備え、
前記第２保護膜は、前記光反射側端面と接触して配置されている第１部分と、前記第１部分と接触して配置されている第２部分と、を有し、
前記第１部分は、屈折率が相対的に低い膜と高い膜とを有する多層構造であり、
前記第２部分は、高屈折率膜と低屈折率膜とが交互に配置されてなる項１～１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１３）前記第１部分は、前記光反射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第５膜と、窒化膜からなる結晶性の第６膜と、アルミニウムと酸素とを含む第７膜とを備える項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１）第１導電型の第１窒化物半導体層と、該第１導電型とは異なる導電型である第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置される活性層と、該活性層の前記第２窒化物半導体層の側の面と交わる光出射側端面及び光反射側端面と、前記光出射側端面に設けられた保護膜とを備え、
該保護膜は、前記光出射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第１膜と、窒化膜からなる結晶性の第２膜と、アルミニウムと酸素とを含む第３膜とを備える窒化物半導体レーザ素子。
（項２）前記第１膜がアルミニウムを含む酸化膜である項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項３）前記第３膜がアルミニウムを含む酸化膜である項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項４）前記第２膜がＡｌＮからなる膜である項１～３のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項５）前記第１膜の厚さが１０ｎｍ未満である項１～４のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項６）前記第３膜の厚さが前記第１膜の厚さの３倍以上である項１～５のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項７）前記第１膜及び前記第２膜が、前記第３膜よりも薄い項１～６のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項８）前記第１膜は、絶縁膜からなる項１～７のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項９）前記第３膜は、アモルファス構造の膜又はアモルファス構造と結晶構造とを含む膜である項１～８のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１０）前記第２膜の前記活性層と隣り合う領域における結晶の軸配向は、前記第２膜の前記第１窒化物半導体層と隣り合う領域及び／又は前記第２窒化物半導体層と隣り合う領域における結晶の軸配向と同じである項１～９のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１１）前記保護膜は、前記第３膜の前記第２膜とは反対の側に設けられた第４膜を備え、
前記第４膜の厚さは、前記第３膜の厚さよりも大きい項１～１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１２）前記保護膜は第１保護膜であり、
前記窒化物半導体レーザ素子は、前記光反射側端面に設けられた第２保護膜を備え、
前記第２保護膜は、前記光反射側端面と接触して配置されている第１部分と、前記第１部分と接触して配置されている第２部分と、を有し、
前記第１部分は、屈折率が相対的に低い膜と高い膜とを有する多層構造であり、
前記第２部分は、高屈折率膜と低屈折率膜とが交互に配置されてなる項１～１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（項１３）前記第１部分は、前記光反射側端面の側から順に、アルミニウム及び／又はガリウムと酸素とを含む結晶性の第５膜と、窒化膜からなる結晶性の第６膜と、アルミニウムと酸素とを含む第７膜とを備える項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【符号の説明】
【0040】
１０ 窒化物半導体レーザ素子
１１ 第１窒化物半導体層
１２ 第２窒化物半導体層
１２ａ リッジ
１３ 活性層
１４ 光出射側端面
１４ａ 光出射面
１５ 光反射側端面
１６ 基板
１７ 第１電極
１８ 埋込膜
１９ 第２電極
２０ パッド電極
２４、２５ 保護膜
２１ 第１膜
２２ 第２膜
２３ 第３膜
２６ 第４膜
２５ａ 第１部分
２５ｂ 第２部分
２５１ 第５膜
２５２ 第６膜
２５３ 第７膜
２５４ 高屈折率膜
２５５ 低屈折率膜
１１ 第１窒化物半導体層
１２ 第２窒化物半導体層
１２ａ リッジ
１３ 活性層
１４ 光出射側端面
１４ａ 光出射面
１５ 光反射側端面
１６ 基板
１７ 第１電極
１８ 埋込膜
１９ 第２電極
２０ パッド電極
２４、２５ 保護膜
２１ 第１膜
２２ 第２膜
２３ 第３膜
２６ 第４膜
２５ａ 第１部分
２５ｂ 第２部分
２５１ 第５膜
２５２ 第６膜
２５３ 第７膜
２５４ 高屈折率膜
２５５ 低屈折率膜
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5】
【図6】