半导体激光元件的制作方法

1.本公开涉及一种半导体激光元件。


背景技术：

2.以往，激光加工一直被实用化。为了扩大激光加工的用途，要求激光的高输出化。作为用于实现激光的高输出化和窄光束化的一个方法，提出了一种使用具有多个发光点来作为光源的半导体激光元件(也就是激光阵列元件)的方法。在该方法中，构建用于将来自半导体激光元件的多个激光进行合成的合成光学系统，通过半导体激光元件以及与半导体激光元件分离地配置的镜来形成外部谐振器。通过在这样的外部谐振器内配置合成光学系统，能够实现用于射出高输出且高光束质量的激光的激光装置。
3.在这样的外部谐振器型的激光装置所使用的半导体激光元件中，为了抑制激光在半导体激光元件的内部产生的谐振(也就是内部谐振)，要求极力地降低半导体激光元件的前侧端面(激光的主要的射出端面)的反射率。例如要求该反射率为1％以下。
4.作为多个激光的合成方法，例如存在将多个激光在空间上进行合成的空间合成法以及将具有互不相同的波长的多个激光聚光于相同的光轴上的波长合成法。为了将多个激光进行合成来实现窄光束化，与多个光轴互不相同的空间合成法相比，将多个激光聚光于相同的光轴上的波长合成法更有利。
5.另一方面，在上述外部谐振器内，为了实现波长合成，需要通过半导体激光元件来生成波长不同的多个激光。例如，通过将激光阵列元件有效利用为半导体激光元件，能够生成波长不同的多个激光。并且，为了生成较多的激光，也能够使用多个激光阵列元件。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2010-219436号公报


技术实现要素：

9.要求这样的激光阵列元件的前侧端面的反射率相对于多个不同的波长为1％以下。然而，在表示现有技术的文献(专利文献1等)中，未报告在50nm以上的宽的波长范围内能够设为1％以下的端面保护膜。因此，无法在激光阵列元件的所有发光点处使用同一端面保护膜。
10.本公开是为了解决这样的课题的发明，提供一种具备能够在宽的波长范围内实现1％以下的反射率的端面保护膜的半导体激光元件。
11.本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式具备半导体层叠体。半导体层叠体具有前侧端面和后侧端面，并且还具备端面保护膜。端面保护膜形成于半导体层叠体的前侧端面。端面保护膜具有配置于前侧端面的第一电介质层和层叠于第一电介质层的外侧的第二电介质层。第二电介质层具有层叠于第一电介质层的第一层、层叠于第一层的第二层、以及层叠于第二层的第三层。对于从半导体激光元件射出的激光的波长λ，第二层的折射率n2
比第一层的折射率n1及第三层的折射率n3高。第二层的膜厚为λ/(8n2)以上且3λ/(4n2)以下。
12.通过具有这样的结构的端面保护膜，能够在50nm以上的宽的波长范围内实现1％以下的反射率。因此，例如在将本公开所涉及的半导体激光元件用于进行波长合成的外部谐振器型的半导体激光装置中的情况下，无需针对射出激光的每个发光点改变端面保护膜的结构。因此，能够简化半导体激光装置的结构。与此相伴地，能够简化半导体激光装置的制造工序，因此能够使半导体激光装置的制造稳定化，并且能够实现半导体激光装置的低成本化。
13.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，第一电介质层包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的至少一层电介质膜。
14.由此，能够减少从端面保护膜的外侧向半导体层叠体的氧扩散。因此，能够抑制半导体层叠体的前侧端面的劣化。因而，能够实现半导体激光元件的长期动作。
15.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，端面保护膜包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的至少两层电介质膜。
16.由此，能够进一步减少从端面保护膜的外侧向半导体层叠体的氧扩散。因此，能够进一步抑制半导体层叠体的前侧端面的劣化。
17.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，第一电介质层包括sin膜、aln膜、sion膜、alon膜、al2o3膜、以及sio2膜中的至少一方。
18.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，第一层和第三层分别包括sio2膜和al2o3膜中的至少一方。
19.由此，能够实现折射率较低的第一层和第三层。
20.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，第二层包括aln膜、alon膜、tio2膜、nb2o5膜、zro2膜、ta2o5膜、以及hfo2膜中的至少一方。
21.由此，能够实现折射率较高的第二层。
22.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，端面保护膜的反射率在包括激光的波长的、50nm以上的波长范围内为1.0％以下。
23.由此，例如在将本公开所涉及的半导体激光元件用于进行波长合成的外部谐振器型的半导体激光装置中的情况下，无需针对射出激光的每个发光点改变端面保护膜的结构。因此，能够简化半导体激光装置的结构。与此相伴地，能够简化半导体激光装置的制造工序，因此能够使半导体激光装置的制造稳定化，并且能够实现半导体激光装置的低成本化。
24.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，端面保护膜的反射率在包括激光的波长的、50nm以上的波长范围内为0.5％以下。
25.由此，例如在将本公开所涉及的半导体激光元件用于进行波长合成的外部谐振器型的半导体激光装置中的情况下，无需针对射出激光的每个发光点改变端面保护膜的结构。因此，能够简化半导体激光装置的结构。与此相伴地，能够简化半导体激光装置的制造工序，因此能够使半导体激光装置的制造稳定化，并且能够实现半导体激光装置的低成本化。
26.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，半导体层叠体由氮
化镓系材料形成。
27.由此，能够实现射出具有390nm以上且530nm以下左右的带宽的波长的激光的半导体激光元件。另外，氮化镓系材料可能存在由于来自端面的氧扩散而导致的劣化问题，但通过本公开的端面保护膜，能够减少从端面的氧扩散。因此，能够提高半导体激光元件的可靠性。
28.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，半导体层叠体由砷化镓系材料形成。
29.由此，能够实现射出具有750nm以上且1100nm以下左右的红外带宽的波长的激光的半导体激光元件。
30.在本公开所涉及的半导体激光元件的一个方式中，也可以是，具有多个发光点，多个发光点分别射出激光。
31.由此，能够实现能够射出多个激光的小型的激光光源。通过将这样的半导体激光元件用于进行波长合成的外部谐振器型的半导体激光装置中，能够实现小型的半导体激光装置。
32.根据本公开，能够提供一种具备能够在宽的波长范围内实现1％以下的反射率的端面保护膜的半导体激光元件。
附图说明
33.图1是示出第一实施方式所涉及的半导体激光元件的结构的示意性的截面图。
34.图2是示出第一实施方式所涉及的端面保护膜的反射率波长依赖性的曲线图。
35.图3是示出第一实施方式所涉及的端面保护膜的第二电介质层的反射率波长依赖性的曲线图。
36.图4是将图3的一部分放大后的曲线图。
37.图5是示出应用了第一实施方式所涉及的半导体激光元件的半导体激光装置的结构的示意性的俯视图。
38.图6是示出第二实施方式所涉及的半导体激光元件的结构的示意性的截面图。
39.图7是示出第三实施方式所涉及的半导体激光元件的结构的示意性的截面图。
具体实施方式
40.下面，参照附图来对本公开的实施方式进行说明。此外，下面说明的实施方式均表示本公开的一个具体例。因而，在下面的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素以及构成要素的配置位置、连接方式等是一个例子，主旨并非限定本公开。
41.另外，各图是示意图，并不一定严格地如图示的那样。因而，各图中的比例尺等未必一致。此外，在各图中，对实质上相同的构成要素标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。
42.另外，在本说明书中，“上方”和“下方”这样的用语不是指绝对的空间识别中的上方向(铅垂上方)和下方向(铅垂下方)，而是作为由基于层叠结构中的层叠顺序的相对位置关系所限定的用语。另外，“上方”和“下方”这样的用语不仅适用于两个构成要素彼此隔开间隔地配置且在两个构成要素之间存在其它构成要素的情况，还适用于两个构成要素以彼
此接触的状态进行配置的情况。
43.(第一实施方式)
44.对第一实施方式所涉及的半导体激光元件进行说明。
45.[1-1.整体结构]
[0046]
首先，使用图1对本实施方式所涉及的半导体激光元件的整体结构进行说明。图1是示出本实施方式所涉及的半导体激光元件1的结构的示意性的截面图。在图1中，示出沿着半导体激光元件1所具备的半导体层叠体50的层叠方向(图1的上下方向)和激光的谐振方向(图1的左右方向)的截面。
[0047]
半导体激光元件1是射出激光的半导体发光元件。如图1所示，半导体激光元件1具备半导体层叠体50和端面保护膜1f。在本实施方式中，半导体激光元件1还具备端面保护膜1r、第一电极56以及第二电极57。
[0048]
[1-1-1.半导体层叠体和电极的结构]
[0049]
半导体层叠体50是构成半导体激光元件1的多个半导体层层叠而成的层叠体。如图1所示，半导体层叠体50具有作为相向的端面的前侧端面50f和后侧端面50r。在前侧端面50f和后侧端面50r分别配置有端面保护膜1f和1r。
[0050]
半导体层叠体50具有基板51、第一半导体层52、活性层53、第二半导体层54以及接触层55。在本实施方式中，半导体层叠体50由氮化镓类材料形成。由此，能够实现射出具有390nm以上且530nm以下左右的带宽的波长的激光的半导体激光元件1。
[0051]
基板51是作为半导体层叠体50的基材的板状构件。在本实施方式中，基板51是厚度为100μm的gan单晶基板。此外，基板51的厚度并不限定于100μm，例如也可以是50μm以上且120μm以下。另外，形成基板51的材料并不限定于gan单晶体，也可以是蓝宝石、sic等。
[0052]
第一半导体层52是配置于基板51的上方的第一导电型的半导体层。在本实施方式中，第一半导体层52是配置于基板51的一个主面的n型的半导体层，包括n型包层。n型包层是由厚度为1μm的n-al
0.2
ga
0.8
n构成的层。此外，n型包层的结构并不限定于此。n型包层的厚度可以为0.5μm以上，组成可以为n-al
x
ga
1-x
n(0《x《1)。
[0053]
活性层53是配置于第一半导体层52的上方的发光层。在本实施方式中，活性层53具有两层作为量子阱活性层的阱层，所述量子阱活性层是由in
0.18
ga
0.82
n构成的厚度为5nm的阱层与由gan构成的厚度为10nm的势垒层交替地层叠而成的量子阱活性层。通过具备这样的活性层53，半导体激光元件1能够射出波长约为450nm的蓝色激光。活性层53的结构并不限定于此，只要是由in
x
ga
1-xn(0《x《1)构成的阱层与由al
x
inyga
1-x-y
n(0≤x+y≤1)构成的势垒层交替地层叠而成的量子阱活性层即可。此外，活性层53也可以包括形成于量子阱活性层的上方和下方中的至少一方的引导层。在本实施方式中，阱层的数量为两层，但也可以为一层以上且四层以下。另外，可以适当地以能够产生390nm以上且530nm以下的波长中的期望波长的光的方式选择阱层的in组成。
[0054]
第二半导体层54是配置于活性层53的上方的第二导电型的半导体层。第二导电型是与第一导电型不同的导电型。在本实施方式中，第二半导体层54是p型的半导体层，包括p型包层。p型包层是由p-al
0.2
ga
0.8
n构成的厚度为3nm的层与由gan构成的厚度为3nm的层交替地各层叠100层而成的超晶格层。p型包层的结构并不限定于此，也可以是由al
x
ga
1-x
n(0《x《1)构成的厚度为0.3μm以上且1μm以下的层。
[0055]
此外，p型包层也可以由algan以外的材料形成。p型包层也可以由具有适用于将光封闭在活性层53中的折射率的其它材料形成。
[0056]
接触层55是与第二电极57欧姆接触的第二导电型的半导体层。在本实施方式中，接触层55是p型的半导体层，是厚度为10nm的由p-gan构成的层。此外，接触层55的结构并不限定于此。接触层55的厚度可以为5nm以上。
[0057]
此外，在本实施方式中，在第二半导体层54和接触层55形成有一个以上的脊部。活性层53的与各脊部对应的区域(也就是活性层53的位于各脊部的下方的区域)成为发光点，射出激光。
[0058]
第一电极56是配置于基板51的下方的主面(也就是未配置第一半导体层52等的主面)的电极。在本实施方式中，第一电极56是从基板51侧起依次层叠有ti、pt以及au的层叠膜。第一电极56的结构并不限定于此。第一电极56也可以是层叠有ti和au的层叠膜。
[0059]
第二电极57是配置于接触层55上的电极。在本实施方式中，第二电极57具有与接触层55欧姆接触的p侧电极以及配置于p侧电极上的焊盘电极。
[0060]
p侧电极是从接触层55侧起依次层叠有pd和pt的层叠膜。p侧电极的结构并不限定于此。p侧电极例如也可以是由cr、ti、ni、pd、pt以及au中的至少一方形成的单层膜或多层膜。
[0061]
焊盘电极是配置于p侧电极的上方的焊盘状的电极。在本实施方式中，焊盘电极是从p侧电极侧起依次层叠有ti和au的层叠膜，所述焊盘电极配置于脊部及其周边。焊盘电极的结构并不限定于此。焊盘电极例如也可以是ti、pt以及au的层叠膜、ni以及au的层叠膜，另外，也可以是其它金属的层叠膜。
[0062]
此外，半导体层叠体50除了以上的层以外还可以具有覆盖脊部的侧壁等的sio2膜等绝缘膜等，但在图1中未进行图示。
[0063]
[1-1-2.端面保护膜1f及1r的结构]
[0064]
端面保护膜1f是配置于半导体层叠体50的前侧端面50f的保护膜。端面保护膜1f保护半导体层叠体50的前侧端面50f，并且降低前侧端面50f处的激光的反射率。端面保护膜1f具有第一电介质层10和第二电介质层20。
[0065]
第一电介质层10是配置于前侧端面50f的电介质层。第一电介质层10可以包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的至少一层电介质膜。由此，能够减少从前侧端面50f方向朝向半导体层叠体50的氧扩散。因此，能够抑制半导体层叠体的前侧端面的劣化。因而，能够实现半导体激光元件的长期动作。
[0066]
另外，第一电介质层10与半导体层叠体50的前侧端面50f直接连接(也就是以与前侧端面50f接触的方式形成)。因此，通过使用具有与半导体层叠体50的结晶性相同的结晶性的氮化膜或氮氧化膜来作为第一电介质层10，能够提高前侧端面50f的保护性能。在本实施方式中，第一电介质层10包括alon膜。更具体地说，第一电介质层10是由厚度为20nm左右的alon膜构成的单层膜。此外，第一电介质层10的结构并不限定于此。第一电介质层10例如可以是sion等其它氮氧化膜，也可以是aln膜、sin膜等氮化膜。
[0067]
第二电介质层20是层叠于第一电介质层10的外侧的电介质层，具有层叠于第一电介质层的第一层21、层叠于第一层21的第二层22、以及层叠于第二层22的第三层23。对于从半导体激光元件1射出的激光的波长λ，第二层22的折射率n2比第一层21的折射率n1及第三
层23的折射率n3高，第二层22的膜厚为λ/(8n2)以上且3λ/(4n2)以下。由此，能够实现在宽的波长范围内具有1％以下的反射率的端面保护膜1f。在此，使用图2对端面保护膜1f的反射率波长依赖性进行说明。图2是示出本实施方式所涉及的端面保护膜1f的反射率波长依赖性的曲线图。在图2中示出了通过计算求出的曲线图。图2的纵轴和横轴分别表示反射率和波长。如图2所示，端面保护膜1f的反射率在包括激光的波长的、50nm以上的波长范围内为1％以下。更详细地说，端面保护膜1f的反射率在包括激光的波长的、50nm以上的波长范围内为0.5％以下。在图2所示的例子中，在400nm以上且500nm以下左右的100nm以上的波长范围内，得到0.5％以下的反射率。
[0068]
在本实施方式中，第一层21是厚度为100nm左右的al2o3膜。第一层21只要是折射率比第二层22的折射率低的电介质膜即可，例如可以包括sio2膜和al2o3膜中的至少一方。由此，能够实现折射率较低的第一层21。
[0069]
在本实施方式中，第二层22是厚度为50nm左右的zro2膜。第二层22只要是折射率比第一层21及第三层23的折射率高的电介质膜即可。例如，在第一层21和第三层23为al2o3膜或sio2膜的情况下，第二层22可以包括aln膜、alon膜、tio2膜、nb2o5膜、zro2膜、ta2o5膜以及hfo2膜中的至少一方。另外，第二层22也可以包括sin膜、sion膜中的至少一方。由此，能够实现折射率较高的第二层22。
[0070]
在本实施方式中，第三层23是厚度为100nm左右的sio2膜。第三层23只要是折射率比第二层22的折射率低的电介质膜即可，例如可以包括sio2膜和al2o3膜中的至少一方。由此，能够实现折射率较低的第三层23。
[0071]
端面保护膜1r是配置于半导体层叠体50的后侧端面50r的保护膜。端面保护膜1r保护半导体层叠体50的后侧端面50r，并且提高后侧端面50r处的激光的反射率。在本实施方式中，在将激光的波长设为λ的情况下，端面保护膜1r是多对的厚度为λ/(4n)左右的sio2膜及zro2膜层叠而成的多层膜。在此，n表示各电介质膜的折射率。由此，能够使端面保护膜1r处的激光的反射率为90％以上。此外，端面保护膜1r的结构并不限定于此，只要是能够得到所期望的反射率的结构即可，也可以是层叠有多对的sio2膜及ta2o5膜、sio2膜及alon膜、sio2膜及aln膜、sio2膜及tio2膜、sio2膜及hfo2膜、sio2膜及nb2o5膜等的结构。另外，在上述各对中，也可以使用al2o3膜来作为低折射率膜。另外，在端面保护膜1r中，也可以与端面保护膜1f同样地包括氮化膜和氮氧化膜中的至少一方。
[0072]
[1-2.端面保护膜1f的作用和效果]
[0073]
接着，在与比较例进行比较的同时使用图3和图4对本实施方式所涉及的端面保护膜1f的作用和效果进行说明。图3是示出本实施方式所涉及的端面保护膜1f的第二电介质层20的反射率波长依赖性的曲线图。图4是将图3的一部分放大后的曲线图。在图3和图4中示出了通过计算求出的曲线图。图3和图4的纵轴和横轴分别表示反射率和波长。在图3和图4中还一并示出比较例的端面保护膜的反射率波长依赖性。图3和图4所示的实线的曲线图表示本实施方式所涉及的由三层膜构成的第二电介质层20的反射率。另外，图3和图4所示的单点划线和双点划线的曲线图分别表示第一比较例的单层膜和第二比较例的双层膜的反射率。
[0074]
在第一比较例的单层膜的情况下，如图3和图4所示，能够实现0.3％左右的低反射率，但得到低反射率的波长范围窄。具体地说，反射率为0.5％以下的波长范围为10nm左右，
反射率为1％以下的波长范围为20nm左右。另外，在第二比较例的双层膜的情况下，能够实现0.1％以下的低反射率，但在该情况下也是，与第一比较例同样地得到低反射率的波长范围窄。
[0075]
另一方面，如本实施方式所涉及的第二电介质层20那样，在使用高折射率膜来作为第二层22的三层膜的情况下，如图4所示，能够降低低反射率的波长范围内的反射率的波长依赖性。因而，能够在宽的波长范围内实现低反射率。因此，例如在将本实施方式所涉及的半导体激光元件1使用于进行波长合成的外部谐振器型的半导体激光装置中的情况下，无需针对射出激光的每个发光点改变端面保护膜的结构。因而，能够简化半导体激光装置的结构。与此相伴地，能够简化半导体激光装置的制造工序，因此能够使半导体激光装置的制造稳定化，并且能够实现半导体激光装置的低成本化。
[0076]
在此，对在本实施方式所涉及的第二电介质层20中能够实现宽的范围的低反射率的理由进行说明。在本实施方式所涉及的第二电介质层20中，通过使光路长度(也就是第二电介质层20的厚度方向上的光路长度)比单层膜和双层膜中的该光路长度增加，能够使反射率取极小值的波长中的接近450nm的两个波长接近420nm左右和480nm左右。在此，波长λ为420nm这一点处的极小值是由于第二电介质层20的厚度方向上的光路长度为λ/4的倍数而产生的极小值，并且波长λ为480nm这一点处的极小值是由于第二电介质层20的厚度方向上的光路长度为λ/2的倍数而产生的极小值。
[0077]
并且，为了抑制420nm与480nm之间的波长的反射率，使用高折射率膜来作为第二层22。
[0078]
通过以上的方法，能够实现能够在宽的波长范围内得到低反射率的第二电介质层20。
[0079]
然而，仅通过具有三层结构的第二电介质层20无法实现能够应用于高输出的半导体激光元件的端面保护膜。能够应用于高输出的半导体激光元件的端面保护膜即使在半导体激光元件的长时间的可靠性试验中也需要能够减小前侧端面50f的破坏。因此，在本实施方式所涉及的端面保护膜1f中，具备配置于第二电介质层20与前侧端面50f之间的第一电介质层10。由此，在端面保护膜1f中，能够实现可靠性和上述反射率特性这两方。
[0080]
另外，在本实施方式中，半导体层叠体50由氮化镓类材料形成。
[0081]
由此，能够实现射出具有390nm以上且530nm以下左右的带宽的波长的激光的半导体激光元件1。另外，氮化镓系材料可能存在由于来自端面的氧扩散而劣化的问题，但通过本实施方式所涉及的端面保护膜1f，能够减少从前侧端面50f的氧扩散。因此，能够提高半导体激光元件1的可靠性。
[0082]
[1-3.制造方法]
[0083]
接着，对本实施方式所涉及的半导体激光元件1的制造方法进行说明。
[0084]
首先，形成半导体层叠体50。在形成半导体层叠体50时，首先准备基板51，并依次层叠第一半导体层52、活性层53及第二半导体层54、接触层55。在本实施方式中，在基板51上依次层叠n型包层、活性层53、p型包层以及接触层55。各层的成膜例如能够通过有机金属气相沉积法(mocvd)来进行。
[0085]
接着，在第二半导体层54和接触层55形成脊部。脊部例如能够通过icp(inductive coupled plasma：电感耦合等离子体)型的反应性离子蚀刻等形成。
[0086]
如以上那样，能够形成半导体激光元件1的半导体层叠体50。
[0087]
接着，例如通过等离子体cvd法等来形成sio2膜等绝缘膜。通过湿蚀刻等将绝缘膜中的脊部的上表面的至少一部分去除。
[0088]
接着，例如通过真空蒸镀法等在脊部上形成第二电极57。
[0089]
接着，例如通过真空蒸镀法等在基板51的下表面形成第一电极56。
[0090]
接着，在半导体层叠体50的前侧端面50f和后侧端面50r分别形成端面保护膜1f和端面保护膜1r。在分别在前侧端面50f和后侧端面50r形成各电介质膜时，例如使用固体源ecr(electron cyclotron resonance：电子回旋共振)溅射等离子体成膜装置。由此，能够抑制在形成电介质膜时对各端面造成损伤。
[0091]
如上所述，能够制造本实施方式所涉及的半导体激光元件1。
[0092]
[1-4.应用例]
[0093]
接着，对本实施方式所涉及的半导体激光元件1的应用例进行说明。本实施方式所涉及的半导体激光元件1例如能够应用于进行波长合成的外部谐振器型的半导体激光装置中。下面，使用图5对应用半导体激光元件1的半导体激光装置进行说明。图5是示出应用了本实施方式所涉及的半导体激光元件1的半导体激光装置2的结构的示意性的俯视图。
[0094]
如图5所示，半导体激光装置2具备半导体激光元件1a及1b、光学透镜91a及91b、衍射光栅95、以及部分反射镜97。
[0095]
半导体激光元件1a及1b分别是本实施方式所涉及的半导体激光元件1的一例。半导体激光元件1a及1b是激光阵列元件，分别具有n个(n为2以上的整数)发光点e
11
～e
1n
以及n个发光点e
21
～e
2n
。这些发光点分别射出激光。通过基于包括后述的衍射光栅95的外部谐振器的波长选择作用，来决定从各发光点射出的激光的波长。半导体激光元件1a从发光点e
11
～e
1n
分别射出互不相同的波长λ
11
～λ
1n
的激光。半导体激光元件1b从发光点e
21
～e
2n
分别射出互不相同的波长λ
21
～λ
2n
的激光。半导体激光元件1a及1b以使各激光在同一平面内传播的方式配置。
[0096]
光学透镜91a及91b是将分别从半导体激光元件1a及1b射出的激光聚光于衍射光栅95上的光学元件。此外，光学透镜91a及91b也可以具有使各激光成为准直的功能。另外，半导体激光装置2也可以在光学透镜91a及91b之外还具备使各激光成为准直的准直透镜。
[0097]
衍射光栅95是对波长互不相同的多个激光进行合波的波长色散元件。通过适当地设定向衍射光栅95入射的多个激光的波长及入射角度、以及衍射光栅95的狭缝的间隔，能够将多个传播方向不同的激光合成于大致相同的光轴上。
[0098]
部分反射镜97是与各半导体激光元件的后侧端面之间形成外部谐振器的镜，作为射出激光的输出耦合器(output coupler)发挥功能。部分反射镜97的反射率和透过率根据各半导体激光元件的增益等适当地设定即可。
[0099]
对具有以上那样的结构的半导体激光装置2的动作进行说明。各半导体激光元件1a及1b当被供给电流时，射出n个激光。从半导体激光元件1a射出的n个激光通过光学透镜91a而聚光于衍射光栅95上的聚光点，从半导体激光元件1b射出的n个激光通过光学透镜91b而聚光于衍射光栅95上的该聚光点。透过了衍射光栅95的各激光通过衍射光栅95被衍射，在大致相同的光轴上传播并去向部分反射镜97。去到部分反射镜97的各激光的一部分被部分反射镜97反射，经由衍射光栅95、光学透镜91a或91b而返回到射出该激光的半导体
激光元件。像这样，在各半导体激光元件的后侧端面50r与部分反射镜97之间形成外部谐振器。另一方面，透过了部分反射镜97的激光成为半导体激光装置2的输出光，例如能够通过配置于输出光的光轴上的光纤等得到高输出的激光。
[0100]
在有效利用部分反射镜97来形成外部谐振器的基础上，需要抑制各半导体激光元件中的内部谐振。为了抑制各半导体激光元件中的内部谐振，需要极力减少各半导体激光元件的前侧端面50f处的光的反射。因此，需要使配置于前侧端面50f的端面保护膜1f的反射率为1％以下。此外，端面保护膜1f的反射率进一步优选为0.5％以下。由此，能够更进一步抑制各半导体激光元件中的内部谐振。
[0101]
作为光的合成方法，例如存在一种在图5所示的半导体激光装置2中使用的波长合成法和将光在空间上进行合成的空间合成法。为了实现窄光束化，与空间合成法相比，聚光于相同的光轴上的波长合成法更有利。如图5所示，由于半导体激光元件1a的波长为λ
11
的激光和波长为λ
1n
的激光的光路长度以及相对于衍射光栅95的入射角不同，因此射出不同的波长的光。另外，在配置于与半导体激光元件1a不同的位置的半导体激光元件1b中也是，由于光路长度及相对于衍射光栅95的入射角与半导体激光元件1a中不同，因此射出不同的波长的光。像这样，为了通过利用波长合成法将多个激光进行合成来增加光输出，需要较多的波长的激光。
[0102]
在本实施方式所涉及的半导体激光元件1a及1b中，能够将端面保护膜1f的反射率设为在包括多个激光的波长的宽的波长范围内为1％以下。因此，无需改变各半导体激光元件的端面保护膜1f的各发光点的结构。并且，半导体激光元件1a及1b的各端面保护膜的结构也能够共同化。因此，能够简化半导体激光装置2的结构。与此相伴地，能够简化半导体激光装置2的制造工序，因此能够使半导体激光装置的制造稳定化，并且能够实现半导体激光装置的低成本化。并且，在本实施方式所涉及的端面保护膜1f中，具备配置于第二电介质层20与前侧端面50f之间的第一电介质层10，因此即使在使各半导体激光元件以高输出长时间地动作的情况下，也能够减小前侧端面50f的破坏。因而，能够实现高输出且可靠性高的半导体激光装置。
[0103]
另外，半导体激光元件1a及1b分别是激光阵列元件，具有多个发光点，多个发光点分别射出激光。
[0104]
由此，能够实现能够射出多个激光的小型的激光光源。通过在进行波长合成的外部谐振器型的半导体激光装置2中使用半导体激光元件1a及1b，能够实现小型的半导体激光装置。
[0105]
此外，半导体激光装置2具备两个半导体激光元件1a及1b，但半导体激光装置2所具备的半导体激光元件的个数并不限定于此，可以是一个，也可以是三个以上。另外，在半导体激光装置2中，各半导体激光元件具有多个发光点，但各半导体激光元件也可以具有单一的发光点。
[0106]
(第二实施方式)
[0107]
对第二实施方式所涉及的半导体激光元件进行说明。本实施方式所涉及的半导体激光元件主要在第一电介质层的结构上与第一实施方式所涉及的半导体激光元件1不同。下面，使用图6，以与实施方式1所涉及的半导体激光元件1的不同点为中心来对本实施方式所涉及的半导体激光元件进行说明。
[0108]
图6是示出本实施方式所涉及的半导体激光元件101的结构的示意性的截面图。在图6中，示出了沿着半导体激光元件101所具备的半导体层叠体50的层叠方向和激光的谐振方向的截面。
[0109]
如图6所示，本实施方式所涉及的半导体激光元件101具备半导体层叠体50、端面保护膜101f及1r、第一电极56、以及第二电极57。
[0110]
本实施方式所涉及的端面保护膜101f具有第一电介质层110和第二电介质层120。
[0111]
本实施方式所涉及的第一电介质层110包括多个电介质膜。如图6所示，第一电介质层110具有第一保护层111、第二保护层112以及第三保护层113。
[0112]
第一保护层111是与半导体层叠体50的前侧端面50f直接连接的电介质膜。第一保护层111也可以包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的电介质膜。在本实施方式中，第一保护层111包括alon膜。更具体地说，第一保护层111是由厚度为20nm左右的alon膜构成的单层膜。此外，第一保护层111的结构并不限定于此。第一保护层111例如可以是sion等其它氮氧化膜，也可以是aln膜、sin膜等氮化膜。
[0113]
第二保护层112是层叠于第一保护层111的电介质膜。在本实施方式中，第二保护层112是由厚度为10nm左右的al2o3膜构成的单层膜。此外，第二保护层112的结构并不限定于此。第二保护层112例如也可以是sio2等其它电介质膜。
[0114]
第三保护层113是层叠于第二保护层112的电介质膜。第三保护层113可以包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的电介质膜。在本实施方式中，第三保护层113是由厚度为15nm左右的aln膜构成的单层膜。此外，第三保护层113的结构并不限定于此。第三保护层113例如可以是sin等其它氮化膜，也可以是alon膜、sion膜等氮氧化膜。
[0115]
如图6所示，第二电介质层120具有第一层121、第二层122以及第三层123。本实施方式所涉及的第一层121是由厚度为100nm左右的sio2膜构成的单层膜。本实施方式所涉及的第二层122是由厚度为50nm左右的ta2o5膜构成的单层膜。本实施方式所涉及的第三层123具有与实施方式1所涉及的第三层23同样的结构。
[0116]
此外，第二电介质层120的结构并不限定于此。第一层121和第三层123只要是折射率比第二层122的折射率低的电介质膜即可，也可以是al2o3膜等其它电介质膜。另外，第二层122只要是折射率比第一层121及第三层123的折射率高的电介质膜即可，也可以是sin膜、sion膜、tio2膜、nb2o5膜、hfo2膜、aln膜、alon膜等。
[0117]
通过具有以上那样的结构的半导体激光元件101，也起到与实施方式1所涉及的半导体激光元件1相同的效果。
[0118]
另外，本实施方式所涉及的端面保护膜101f包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的至少两层的电介质膜。更详细地说，端面保护膜101f中的第一电介质层110包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的至少两层电介质膜。由此，与实施方式1所涉及的端面保护膜1f相比，能够进一步减少从前侧端面50f方向朝向半导体层叠体50的氧扩散。因此，能够进一步抑制半导体层叠体50的前侧端面50f的劣化。因而，能够实现能够进行进一步的长期动作的半导体激光元件101。
[0119]
(第三实施方式)
[0120]
对第三实施方式所涉及的半导体激光元件进行说明。本实施方式所涉及的半导体激光元件与第二实施方式所涉及的半导体激光元件101的不同点在于，端面保护膜的第二
电介质层包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的电介质膜。下面，使用图7，以与实施方式2所涉及的半导体激光元件101的不同点为中心来对本实施方式所涉及的半导体激光元件进行说明。
[0121]
图7是示出本实施方式所涉及的半导体激光元件201的结构的示意性的截面图。在图7中，示出沿着半导体激光元件201所具备的半导体层叠体50的层叠方向和激光的谐振方向的截面。
[0122]
如图7所示，本实施方式所涉及的半导体激光元件201具备半导体层叠体50、端面保护膜201f及1r、第一电极56、以及第二电极57。
[0123]
本实施方式所涉及的端面保护膜201f具有第一电介质层210和第二电介质层220。
[0124]
本实施方式所涉及的第一电介质层210包括多个电介质膜。如图7所示，第一介电层210包括第一保护层211和第二保护层212。
[0125]
第一保护层211是与半导体层叠体50的前侧端面50f直接连接的电介质膜。第一保护层211包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的电介质膜。在本实施方式中，第一保护层211包括alon膜。更具体地说，第一保护层211是由厚度为20nm左右的alon膜构成的单层膜。此外，第一保护层211的结构并不限定于此。第一保护层211例如可以是sion等其它氮氧化膜，也可以是aln膜、sin膜等氮化膜。
[0126]
第二保护层212是层叠于第一保护层211的电介质膜。在本实施方式中，第二保护层212是由厚度为10nm左右的al2o3膜构成的单层膜。此外，第二保护层212的结构并不限定于此。第二保护层212例如也可以是sio2等其它电介质膜。
[0127]
如图7所示，第二电介质层220具有第一层221、第二层222以及第三层223。本实施方式所涉及的第一层221是由厚度为100nm左右的sio2膜构成的单层膜。本实施方式所涉及的第二层222是由厚度为30nm左右的aln膜构成的单层膜。本实施方式所涉及的第三层223具有与实施方式1所涉及的第三层23相同的结构。
[0128]
此外，第二电介质层220的结构并不限定于此。第一层221和第三层223只要是折射率比第二层222的折射率低的电介质膜即可，也可以是al2o3膜等其它电介质膜。另外，第二层222只要是折射率比第一层221及第三层223的折射率高的氮化膜或氮氧化膜即可，也可以是sin膜、sion膜、alon膜等。
[0129]
通过具有以上那样的结构的半导体激光元件201，也起到与实施方式1所涉及的半导体激光元件1同样的效果。
[0130]
另外，本实施方式所涉及的端面保护膜201f包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的至少两层电介质膜。更详细地说，在本实施方式中，第一电介质层210和第二电介质层220分别包括由氮化膜和氮氧化膜中的至少一方构成的电介质膜。由此，与实施方式1所涉及的端面保护膜1f相比，能够进一步减少从端面保护膜101f向半导体层叠体50的氧扩散。因此，能够进一步抑制半导体层叠体50的前侧端面50f的劣化。因而，能够实现能够进行进一步的长期动作的半导体激光元件201。
[0131]
(变形例等)
[0132]
以上，基于各实施方式对本公开所涉及的半导体激光元件进行了说明，但本公开并不限定于所述各实施方式。
[0133]
例如，在上述实施方式1中，第一电介质层10是aln膜，但第一电介质层10的结构并
不限定于此。第一电介质层10例如也可以包括sin膜、aln膜、sion膜、alon膜、al2o3膜以及sio2膜中的至少一方。
[0134]
另外，第一电介质层、第一层、第二层以及第三层也可以分别包括材质不同的多个层。在第一电介质层为单层膜的情况下，为了保护半导体层叠体的端面，可以使用氮化膜或氮氧化膜来作为第一电介质层。具体地说，也可以使用aln膜、alon膜、sin膜、sion膜等来作为第一电介质层。
[0135]
另外，在上述各实施方式中，示出了半导体层叠体由氮化镓系材料形成且端面保护膜在400nm波段附近为低反射率的例子，但端面保护膜的结构并不限定于此。例如，也可以是，半导体层叠体由algainp系材料形成，端面保护膜在红色波段(600nm以上且700nm以下的带宽)中具有低反射率。另外，也可以是，半导体层叠体由砷化镓系材料形成，端面保护膜在红外波段(750nm以上且1100nm以下的带宽)为低反射率。
[0136]
另外，各端面保护膜可以使用固体源ecr溅射等离子体成膜装置以外的溅射装置、蒸镀装置等来形成，也可以使用利用了pld(pulse laser deposition：脉冲激光沉积)、ald(atomic layer deposition：原子层沉积)等的烧蚀成膜装置、利用了mocvd等的外延生长装置等来形成。
[0137]
另外，在半导体激光装置2中，作为波长色散元件，使用了透过型的衍射光栅95，但波长色散元件并不限定于此。作为波长色散元件，例如也可以使用棱镜、反射型的衍射光栅等。
[0138]
另外，对上述各实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形所得到的方式、通过在不脱离本公开的主旨的范围内将上述各实施方式中的构成要素以及功能任意地组合而实现的方式也包含在本公开中。
[0139]
产业上的可利用性
[0140]
本公开的半导体激光元件例如能够利用于尤其需要w级(瓦特级)的大输出的工业用照明、设施照明、车载用前照灯、激光加工机等工业用的激光设备以及激光显示器、投影仪等图像显示装置的光源。
[0141]
附图标记说明
[0142]
1、1a、1b、101、201：半导体激光元件；1f、1r、101f、201f：端面保护膜；2：半导体激光装置；10、110、210：第一电介质层；20、120、220：第二电介质层；21、121、221：第一层；22、122、222：第二层；23、123、223：第三层；50：半导体层叠体；50f：前侧端面；50r：后侧端面；51：基板；52：第一半导体层；53：活性层；54：第二半导体层；55：接触层；56：第一电极；57：第二电极；91a、91b：光学透镜；95：衍射光栅；97：部分反射镜；111、211：第一保护层；112、212：第二保护层；113：第三保护层。