JPWO2008090727A1 - 窒化物系半導体光素子 - Google Patents

Abstract

信頼性の高い高出力半導体レーザを提供する。一実施形態に係る半導体レーザは、Ｇａを構成元素として含むIII族窒化物半導体からなる活性層を有し、当該活性層の端面からレーザ光を出射する半導体レーザである。この半導体レーザは、レーザ光が出射される上記端面上に設けられており、誘電体膜からなる保護膜を備えている。前記端面に接する誘電体膜の一部の領域には、炭素が含まれている。

Description

本発明は、III族窒化物系半導体光素子に関する。

窒化ガリウムに代表されるIII族窒化物半導体は、高効率の青紫色発光が得られることから、発光ダイオード(light emitting diode, LED)やレーザーダイオード(laser diode, LD)の構成材料として注目を浴びてきた。なかでもＬＤは大容量光ディスク装置の光源として期待され、近年では書き込み用光源として高出力ＬＤの開発が精力的に進められている。

図７に典型的な窒化物ガリウム系レーザ構造を示す。ＧａＮ基板１０１上にｎ型クラッド層１０２、光ガイド層１０３，１０５、活性層１０４、ｐ型クラッド層１０６等のレーザ構造を積層後、ｐ型クラッド層１０６をドライエッチングによりリッジ状に加工し作製される。リッジ部（ridge part）は、ストライプ状開口部を有する絶縁膜１０７でカバーされ、開口部にｐ型電極１０８が設けられる。電流狭窄はストライプ状電極でなされ、リッジ幅およびリッジ高さを調整することにより横モードの制御がなされる。レーザ光は、劈開（ヘキカイ）により形成された共振ミラーから出射される。半導体レーザでは、一般に端面保護のため誘電体保護膜を形成する。高出力用途では出射効率を上げるため、出射側端面に低反射(Anti-reflecting, AR)膜、反対側の端面には高反射(High-reflecting, HR)膜を形成する。

一般的な端面保護膜材料の要件は、レーザ光の吸収がないこと、所望の反射率が得られること、および半導体との密着がよいこと等が挙げられる。また製造上の観点から制御性、生産性のよい成膜が可能であることも重要である。このような観点から一般的にスパッタ、ＣＶＤ、蒸着等の手法で成膜したＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等の酸化物、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２等のフッ化物、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４等の窒化物が用いられる。

なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献１（特開平１０−１９０１３９号公報）が挙げられる。
特開平１０−１９０１３９号公報

上述した誘電体膜をＡＲ膜としてレーザ出射端面に形成することによって、初期的にはＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）のない高出力特性が実現可能である。しかし、１００ｍＷ以上の高出力長時間駆動を行うと、ＣＯＤレベルの低下によって突発故障が発生してしまうという信頼性上の問題があった。本発明者は詳細な検討の結果、ＧａＮ系半導体レーザにおける高出力長時間駆動時のＣＯＤレベル劣化が保護膜中へのＧａ拡散に起因することを見出した。

本発明による窒化物系半導体光素子は、ガリウム（Ｇａ）を構成元素として含むIII族窒化物半導体からなる活性層を有し、上記活性層の端面からレーザ光を出射する窒化物系半導体光素子であって、上記レーザ光が出射される上記端面上に設けられ、単層または多層の誘電体膜からなる保護膜を備え、上記端面に接する上記誘電体膜の一部の領域には、炭素（Ｃ）が含まれていることを特徴とする。

Ｃを含有しない従来の保護膜の場合、次のメカニズムによりＣＯＤレベル劣化が発生する。劈開によって形成された共振器端面には、Ｇａの酸化物を主体とする層（自然酸化膜）が形成される。この上に誘電体膜を保護膜として堆積して得たレーザを高出力動作させると、半導体端面のＧａがイオン化してＧａ^＋となる。当該ガリウムイオンＧａ^＋が保護膜との界面において保護膜中の構造欠陥（酸素欠損等）に起因して誘起された電子を受け取って中性化すると、当該中性化されたＧａは保護膜中へと拡散する。この結果半導体端面が劣化、深い準位が発生し、これによりレーザ光の吸収による温度上昇が生じる。一方保護膜中にＣを添加すると、保護膜中に深い準位（たとえば、禁制帯の中央付近に形成されたエネルギー準位）が形成され、この準位が構造欠陥によって誘起された電子をトラップするため、Ｇａ^＋は中性化せずに拡散が抑制される。この結果深い準位が発生せず、ＣＯＤレベルの低下も抑制される。

本発明によれば、高出力動作におけるＣＯＤレベルの低下が抑制された、信頼性の高い窒化物系半導体光素子が実現される。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの構造を模式的に示す断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、実施例に係るレーザ構造の作製工程を示す図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施例に係るレーザ構造の作製工程を示す図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、実施例に係るレーザ構造の作製工程を示す図である。 図５は、Ａｌ_２Ｏ_３/半導体界面の炭素濃度と素子寿命の関係を示すグラフである。 図６は、炭素を含まないＡｌ_２Ｏ_３保護膜を用いた場合の発振波長と素子寿命の関係を示す図である。 図７は、リッジ型導波路構造を有する従来の半導体レーザの構造を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明による窒化物系半導体光素子の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明による窒化物系半導体光素子の一実施形態を示す断面図である。図１（ａ）は、共振器方向に垂直な断面から見た素子構造の概略図を示している。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のｘ−ｘ'線の位置における共振器方向に平行な断面のレーザ出射端面近傍を示す。本実施形態においては、窒化物系半導体光素子の一例として半導体レーザを示している。

この半導体レーザは、Ｇａを構成元素として含むIII族窒化物半導体からなる活性層を有し、当該活性層の端面からレーザ光を出射する半導体レーザであって、レーザ光が出射される上記端面上に設けられ、誘電体膜からなる保護膜を備えている。上記端面に接する誘電体膜の一部の領域には、炭素が含まれている。

より詳細には、この半導体レーザは、ｎ型ＧａＮ基板２０１上にＳｉドープｎ型ＧａＮ層２０２（Ｓｉ濃度４×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ１μｍ）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層２０３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型ＧａＮ光閉じ込め層２０４、Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）を井戸層としＳｉドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０^１８ｃｍ_−３、厚さ４ｎｍ）をバリア層として含む３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層２０５（活性層）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ（Ｍｇ濃度２×１０^１９ｃｍ^−３、厚さ１０μｍ）からなるキャップ層２０６、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０^１９ｃｍ^−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型ＧａＮ光閉じ込め層２０７、ｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層２０８、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０^２０ｃｍ^−３、厚さ０．０２μｍ）からなるｐ型ＧａＮコンタクト層２０９が積層した構造を有する。

ｐ型クラッド層２０８とｐ型コンタクト層２０９はドライエッチングを用いたリッジ構造がストライプ状に形成されている。リッジトップのｐ型コンタクト層２０９の上面に、ｐ型電極２１４が、ｎ型ＧａＮ基板２０１の下部にｎ型電極２１６が、それぞれ設けられている。劈開によって形成された共振器端面には誘電体保護膜が形成されている。ここでレーザ光出射側端面にはＡＲ膜２１１（保護膜）、反対側の端面にはＨＲ膜を形成する。
各端面の反射率は誘電体材料の屈折率、膜厚、層数を適切に選択することにより１％から９８％の範囲で制御可能である。ＨＲ膜の反射率は７０％以上、より好適には９０％以上とすることが望ましい。ＡＲ膜２１１の反射率は７０％未満とすることが好ましく、より好適には１％以上５０％以下、さらに好適には５％以上３０％以下の範囲とすることが望ましい。

ＡＲ膜２１１は多層の誘電体膜からなり、少なくとも半導体光素子本体（以下、単に「半導体」と呼ぶ。）に接する誘電体膜２１１ａ（第１の誘電体膜）の当該半導体光素子本体との界面近傍に炭素（Ｃ）が添加されている。誘電体膜２１１ａ中の炭素が含まれている領域の炭素濃度は、好ましくは０．０１ａｔ．％（原子数濃度）以上、より好ましくは０．１ａｔ．％以上１０ａｔ．％以下である。これによって高出力レーザ動作による誘電体膜中へのＧａ拡散が抑制される。なおＣ濃度が高すぎると炭素のクラスターができてしまうため、レーザ特性を悪化させる。

誘電体膜２１１ａ中で炭素（Ｃ）が含有されている領域は半導体との界面近傍のみで良い。炭素（Ｃ）による深い準位はレーザ光を吸収するため初期ＣＯＤレベルの低下を招く。そのため、Ｃ濃度が１ａｔ．％以上の領域が誘電体膜２１１ａの厚みの１／２よりも薄い領域に限定されるような濃度分布を有することが好ましい。すなわち、誘電体膜２１１ａ中の、炭素濃度が１ａｔ．％以上の領域は、レーザ出射端面からの距離が誘電体膜２１１ａの厚みの１／２未満である領域に限られていることが好ましい。こうすることで初期ＣＯＤレベルの低下を抑制しつつ、高出力長時間駆動が可能となる。なお、上述の如く、炭素のクラスターの生成を抑制する観点からは、当該領域のＣ濃度は、１０ａｔ．％以下にすることが好ましい。

誘電体膜２１１ａには、酸化物、窒化物、酸窒化膜、フッ化物系の誘電体膜を用いることができる。上記Ｃ添加による効果はこれらの膜種には依存しないものの、端面に形成された自然酸化膜を良好に保護するという観点から、酸化物もしくは酸窒化物の使用が好ましい。さらに、膜と半導体の密着性を高めるという観点から、Ｔｉを含む酸化膜（ＴｉＯ_２，ＳｒＴｉＯ_３等）、酸窒化膜(ＴｉＯ_１−ｘＮ_ｘ等)がより好ましい。

酸化チタン系の材料を誘電体膜２１１ａに用いた場合、レーザ出射端面の最表面は誘電体膜２１１ａとは異なる誘電体膜２１１ｂ（第２の誘電体膜）で覆う多層構造を採用するのが望ましい。誘電体膜２１１ｂは、誘電体膜２１１ａより大きなバンドギャップを有する誘電体によって形成することができる。特に４０５ｎｍ帯のレーザでは、雰囲気に含まれる有機不純物とレーザ光による光化学反応とによって端面が汚染される。誘電体膜２１１ｂを設けない場合、酸化チタンの光触媒機能によって、端面汚染が顕在化する。これはレーザ出射側の最表面をバンドギャップの大きな膜で終端することによって抑制される。したがって、この誘電体膜２１１ｂにはＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２等の、誘電体膜２１１ａの構成材料よりもバンドギャップの大きな酸化物系材料を用いることが望ましい。

一般的に酸化チタン系材料は、３．２ｅＶ程度と比較的小さいバンドギャップを有しているため、４０５ｎｍ帯（３９５〜４１０ｎｍ，３．１〜３．０ｅＶ）のレーザにおいても自然放出光(発振閾値未満の光出力)の短波長成分を吸収してしまい、初期的なＣＯＤレベルが低下することがある。そのため酸化チタン系材料を誘電体膜２１１ａに用いる場合、その膜厚はなるべく薄いほうが初期ＣＯＤレベルの低下を抑制することができる。しかしながら薄すぎると制御性が悪化するため、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましい。加えて前面反射率を５％以上とすることによって閾値光出力を低減することができ、初期ＣＯＤレベルの低下をさらに抑制可能である。

誘電体膜２１１ｂは厚すぎると誘電体膜２１１ａ、および半導体との熱膨張係数差に起因して剥がれを生じることがあり、薄すぎると膜厚制御性が困難となるため、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下が望ましい。１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の厚さの酸化チタン系の誘電体膜２１１ａを用いた場合、誘電体膜２１１ｂには反射率制御の観点からはＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等低屈折率材料が好ましく、熱膨張係数差の観点からＡｌ_２Ｏ_３がより好ましい。例えば４０５ｎｍ帯のレーザであれば、誘電体膜２１１ａに１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さのＴｉＯ_２（屈折率２．３〜２．７）を用い、誘電体膜２１１ｂに１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌ_２Ｏ_３（屈折率１．６〜１．７）を用いることにより反射率は１〜２５％の範囲で制御可能である。

本実施形態によれば、少なくとも半導体との界面近傍に炭素（Ｃ）を含有する端面保護膜をレーザ出射端面に設けたことにより、保護膜中へのＧａ拡散を抑制し、１００ｍＷ以上の高出力下でも安定した長時間駆動が可能となる。また、本実施形態の半導体レーザは、少なくとも界面近傍にＣを含有するＴｉと酸素を含む第１の誘電体膜２１１ａをレーザ出射端面に設け、当該第１の誘電体膜２１１ａを覆うように形成され、かつ第１の誘電体膜２１１ａよりも大きなバンドギャップを有する第２の誘電体膜２１１ｂを設けたことにより、保護膜中へのＧａ拡散を抑制しつつ、膜剥がれや端面の汚染の少ない高出力高信頼動作が可能となる。

ところで、ＡｌＩｎＧａＡｓ系半導体レーザ（０．９８ｎｍ帯）に関しては、ＣＯＤレベルの低下を抑制する保護膜材料として酸化物系、窒化物系、炭化物系材料を混合した誘電体薄膜(Ａｌ_ｘＳｉ_ｙＴａ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_ｍＮ_ｎＣ_{１−ｍ−ｎ})が上記特許文献１に報告されている。同文献によると、Ａｌ_２Ｏ_３(酸化物材料)、ＳｉＮ_ｘ(窒化物材料)、ＴａＣ（炭化物材料）単体では、以下のような長所、短所があり、混合することによってそれぞれの短所を補うことができるとしている。なお、同文献には上記混合薄膜はＡｌＩｎＧａＮ系半導体レーザ（４００ｎｍ帯）にも適用可能と記載されているが、その場合の組成比等の記載は無い。
・Ａｌ_２Ｏ_３(酸化物材料):化学的には安定であるが、成膜ダメージが導入されやすい。
・ＳｉＮ_ｘ（窒化物材料）:成膜ダメージは少ないが、誘電体/半導体界面の密着性が劣る。
・ＴａＣ（炭化物材料）:界面の密着性は優れているが、誘電体/半導体界面での相互拡散が生じやすく、熱的安定性に問題がある。

一方、ＧａＮ系半導体レーザでは成膜ダメージの影響は少ないため、上記Ａｌ_２Ｏ_３(酸化物材料)を保護膜として用いた場合でも初期的にはＣＯＤのない高出力特性が安定して得られるが、高出力長時間駆動時にはやはり突発故障が発生し得る。その素子寿命は成膜ダメージには依存せず、発振波長に強く依存する（図６)。図６のグラフから、発振波長４１０ｎｍ以下で波長が短いほど寿命が短くなることがわかる。発振波長が短くなるほど短寿命化することから、短波長帯固有の劣化要因が存在することが推測された。この点、本実施形態によれば、発振波長が４１０ｎｍ以下である場合にも、素子寿命の長い半導体レーザを実現することが可能である。

第一の実施例として、本発明によるリッジストライプレーザについて記す。図２〜図４を参照しつつ、本実施例による半導体レーザの製造方法を説明する。基板としてｎ型ＧａＮ(０００１)基板３０１を用いた。素子構造の作製には３００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いた。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用い、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎソースとしてそれぞれトリメチルガリウム(ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム(ＴＭＡ)、トリメチルインジウム(ＴＭＩ)、ｎ型ドーパントにシラン(ＳｉＨ_４)、ｐ型ドーパントにビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Ｃｐ_２Ｍｇ)を用いた。

ｎ型ＧａＮ基板３０１を成長装置に投入後、ＮＨ_３を供給しながら基板を昇温し、成長温度まで達した時点で成長を開始した。Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３０２(Ｓｉ濃度４×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ１μｍ)、Ｓｉドープｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ(Ｓｉ濃度４×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ２μｍ)からなるｎ型クラッド層３０３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ(Ｓｉ濃度４×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ０．１μｍ)からなるｎ型光閉じ込め層３０４、Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ(厚さ３ｎｍ)井戸層とＳｉドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ(Ｓｉ濃度１×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ４ｎｍ)バリア層からなる３周期多重量子井戸(ＭＱＷ)層３０５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなるキャップ層３０６、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ(Ｍｇ濃度２×１０^１９ｃｍ^−３、厚さ０．１μｍ)からなるｐ型光閉じ込め層３０７を順次堆積した。

ひきつづきＭｇドープｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ(Ｍｇ濃度１×１０^１９ｃｍ^−３、厚さ０．５μｍ)からなるｐ型クラッド層３０８を堆積し、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ(Ｍｇ濃度１×１０^２０ｃｍ^−３、厚さ０．０２μｍ)からなるコンタクト層３０９を堆積した（図２（ａ））。ＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃，ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ，ＮＨ_３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて，ＡｌＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃，ＴＭＡ供給量３６μｍｏｌ／ｍｉｎ，ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ，ＮＨ_３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて、それぞれおこなった。ＩｎＧａＮ系ＭＱＷ層の成長は、基板温度８００℃，ＴＭＧ供給量８μｍｏｌ／ｍｉｎ，ＮＨ_３０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにておこない、このとき、ＴＭＩｎ供給量は井戸層で４８μｍｏｌ／ｍｉｎ、バリア層で３μｍｏｌ／ｍｉｎとした。

上記のように作製したレーザウエハ上にＳｉＯ_２層３１０を形成し（図２（ｂ））、フォトリソグラフィーにより幅１．３μｍのＳｉＯ_２ストライプ３１１を形成した（図２（ｃ））。このＳｉＯ_２ストライプ３１１をマスクとしてドライエッチングによりｐクラッド層３０８を一部除去し、リッジ構造を形成した（図３（ａ））。引続きＳｉＯ_２マスク３１１を除去し、あらたにＳｉＯ_２層３１２をウエハ全面に堆積した。次にレジスト３１３を厚く塗布し（図３（ｂ））、酸素プラズマ中でエッチバックによりリッジトップの頭出しをおこなった（図３（ｃ））。

リッジトップのＳｉＯ_２をバッファードフッ酸で除去後、Ｐｄ／Ｐｔ層３１４を電子ビームで堆積し、リフトオフによりｐコンタクトを形成した。次に窒素雰囲気中６００℃で３０秒のＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）をおこないｐオーミック電極を形成した（図４（ａ））。この後、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚１００ｎｍのＰｔ膜、膜厚２μｍのＡｕ膜をスパッタにより堆積し、カバー電極３１５とした（図４（ｂ））。上記ｐ電極工程の後、ウエハ裏面を１００μｍ厚まで薄膜化し、膜厚５ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜、膜厚２０ｎｍのＡｌ膜、膜厚１０ｎｍのＴｉ膜、膜厚５００ｎｍのＡｕ膜をこの順で真空蒸着しｎ電極とした。電極形成後の試料をストライプに垂直な方向に劈開し、共振器長６００μｍのレーザバーを形成した。

上記レーザバーをＲＦマグネトロンスパッタ装置に導入し、出射端面に後述のＡＲ膜２１１を形成した。次に、レーザーバーを一旦スパッタ装置から取り出した後、再びスパッタ装置にて反対側の端面にＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２多層膜からなる反射率９５％のＨＲ膜を形成した。その後素子分離をおこない、素子幅３００μｍのレーザチップを作製した。

ＡＲコーティング材料にはＡｌ_２Ｏ_３単層膜（２２ｎｍ厚）を用いた。スパッタターゲットは高純度Ａｌ_２Ｏ_３を用いた。半導体との界面近傍においてＡＲ膜２１１中にＣをドーピングするためにプラズマガスとして、まずＡｒと（Ｏ_２＋ＣＯ_２）との混合ガスを用いた。所望の膜厚の１／５程度を成膜した後、一旦プラズマを落として成膜を中断した。そして、再度Ａｒ＋Ｏ_２の混合ガスを用いて所望の膜厚まで成膜した。ここでＡｒ流量(３０ｓｃｃｍ)とトータルの流量（４５ｓｃｃｍ）は一定であり、Ｏ_２とＣＯ_２の比率を変化させることでＡｌ_２Ｏ_３膜中のＣ量を変化させた。前端面の反射率は波長４０５ｎｍで約１５％と見積もられた。

以上の工程により得られたレーザチップをヒートシンクに融着し、評価素子とした。典型的なレーザ初期特性は、発振波長４０５ｎｍ、発振しきい電流密度３．２ｋＡ／ｃｍ^２、しきい電圧４．０Ｖであった。これらの素子について１５０ｍＷの信頼性試験をおこない素子寿命を評価した。

図５は、Ａｌ_２Ｏ_３／半導体界面のＣ濃度と素子寿命の関係を示す図である。膜中のＣ濃度は堆積した膜を２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）測定することにより決定した。図５より明らかなように、Ａｌ_２Ｏ_３/半導体界面のＣ濃度が０．１ａｔ．％より高くなると突発劣化が抑制され、素子寿命が急激に改善されることがわかる。この改善効果の要因を調べるため、ＡＲ膜２１１中のＣ濃度０．０３ａｔ．％の素子と０．１ａｔ．％の素子を８０℃、出力１００ｍＷで１００時間駆動し、透過型電子顕微鏡による断面観察分析（断面ＴＥＭ−ＥＤＸ）によりＡＲ端面近傍の分析を行った。この結果Ｃ濃度０．０３ａｔ．％の素子ではＡＲ膜２１１中にＧａが検出されたのに対し、Ｃ濃度０．１ａｔ．％の素子ではＧａは検出されなかった。これらの結果より、ＡＲ膜２１１/半導体界面のＣ濃度を０．１ａｔ．％以上とすることで、Ｇａの拡散を防ぎ、半導体側の非発光中心濃度の増加を抑制することが可能となることがわかった。

ＡＲ端面において誘電体膜２１１ａとしてＴｉＯ_２層（３９ｎｍ厚）、誘電体膜２１１ｂとして、Ａｌ_２Ｏ_３層（２５ｎｍ厚）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして半導体レーザを作製し評価した。比較のため、ＡＲ保護膜をＴｉＯ_２単層（４３ｎｍ厚）とした素子も作成した。ここでＴｉＯ_２/半導体界面のＧａ濃度は３％(ａｔ．％)であった。前面反射率は２層（ＴｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３）ＡＲ素子で約１５％、単層（ＴｉＯ_２）ＡＲ素子で約１６％と見積もられた。

１５０ｍＷの信頼性試験を行ったところ、どちらの素子も１０００ｈ未満で突発劣化は発生しなかった。しかし、ＴｉＯ_２単層ＡＲ素子では駆動電流の変動が確認され、劣化素子の端面をＴＥＭ観察したところ、端面にＳｉを含む堆積物が確認された。

２層（ＴｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３）ＡＲ素子と実施例１に記載の単層（Ａｌ_２Ｏ_３）ＡＲ素子について２００ｍＷの信頼性評価を行った。その結果、どちらの素子も１０００ｈ未満で突発劣化は発生しなかった。しかし、Ａｌ_２Ｏ_３単層ＡＲ素子の中に、約８００ｈを経過した時点でスロープ効率が劣化している素子があった。劣化した素子のＴＥＭ観察を行ったところ、Ａｌ_２Ｏ_３と半導体の膜剥がれが生じていることが判った。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば上記実施形態においては保護膜が多層の誘電体膜からなる例を示したが、保護膜は単層の誘電体膜からなっていてもよい。

Claims (7)

1. ガリウム（Ｇａ）を構成元素として含むIII族窒化物半導体からなる活性層を有し、前記活性層の端面からレーザ光を出射する窒化物系半導体光素子であって、
   前記レーザ光が出射される前記端面上に設けられ、単層または多層の誘電体膜からなる保護膜を備え、
   前記端面に接する前記誘電体膜の一部の領域には、炭素が含まれていることを特徴とする窒化物系半導体光素子。
2. 請求項１に記載の窒化物系半導体光素子において、
   前記端面に接する前記誘電体膜中の、炭素濃度が１ａｔ．％以上の領域は、前記端面からの距離が当該誘電体膜の厚みの１／２未満である領域に限られている窒化物系半導体光素子。
3. 請求項２記載の窒化物系半導体光素子において、前記領域の炭素濃度は、１０ａｔ．％以下である窒化物系半導体光素子。
4. 請求項１記載の窒化物系半導体光素子において、
   前記炭素が含まれている前記領域の炭素濃度は、０．１ａｔ．％以上１０ａｔ．％以下である窒化物系半導体光素子。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の窒化物系半導体光素子において、
   前記保護膜は、
   前記端面に接し、チタン（Ｔｉ）を含む酸化物からなる第１の誘電体膜と、
   前記第１の誘電体膜上に設けられ、前記第１の誘電体膜よりもバンドギャップの大きな誘電体からなる第２の誘電体膜と、
   によって構成されている窒化物系半導体光素子。
6. 請求項５記載の窒化物系半導体光素子において、前記第１の誘電体膜は、酸化チタン系材料からなり、前記第１の誘電体膜の厚みが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲内である窒化物系半導体光素子。
7. 請求項５または６記載の窒化物系半導体光素子において、前記第２の誘電体膜の厚みが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である窒化物系半導体光素子。

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