CN102341977B - Iii族氮化物半导体激光元件、及制作iii族氮化物半导体激光元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种III族氮化物半导体激光元件，其在六方晶系III族氮化物的c轴向m轴方向倾斜的支持基体的半极性面上，具有可实现低阈值电流的激光谐振器。激光构造体(13)中，第1面(13a)为第2面(13b)的相反侧的面，第1及第2割断面(27、29)从第1面(13a)的边缘(13c)延伸至第2面(13b)的边缘(13d)。而且，在例如第1割断面(27)的一端，具有从边缘(13c)延伸至边缘(13d)的刻划痕(SM1)，刻划痕(SM1)等具有从边缘(13c)延伸至边缘(13d)的凹形状。割断面(27、29)并非由干式蚀刻形成，与c面、m面或者a面这些目前为止的裂面不同。可利用能实现低阈值电流的能带跃迁的发光。

Description

III族氮化物半导体激光元件、及制作III族氮化物半导体激光元件的方法
技术领域
本发明关于一种III族氮化物半导体激光元件、及制作III族氮化物半导体激光元件的方法。
现有技术
在非专利文献1中，记载有在c面蓝宝石基板上制作的半导体激光。通过干式蚀刻形成半导体激光的镜面。公开有激光的共振镜面的显微镜照片，且记载有其端面的粗糙度为约50nm。
在非专利文献2中，记载有在(11-22)面GaN基板上制作的半导体激光。通过干式蚀刻形成半导体激光的镜面。
在非专利文献3中，记载有氮化镓系半导体激光。提出有将m面作为裂面(cleaved facets)而用于激光共振器，因此生成向基板的c轴的偏离方向偏光的激光。该文献中，具体记载有在非极性面扩大阱宽度，在半极性面缩小阱宽度。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35，(1996)L74-L76
非专利文献2：Appl.Phys.Express 1(2008)091102
非专利文献3：Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46，(2007)L789
发明内容
根据氮化镓系半导体的能带构造，存在可进行激光振荡的若干跃迁。根据发明者的见解，认为在使用c轴向m轴的方向倾斜的半极性面的支持基体的III族氮化物半导体激光元件中，使激光波导沿着由c轴及m轴所规定的面延伸时，可降低阈值电流。该激光波导的方向中，其中跃迁能量(传导带能量与价带能量的差)最小的模式可进行激光振荡，在该模式的振荡成为可能时，可降低阈值电流。
然而，在该激光波导的方向中，由于共振镜，故而无法利用c面、a面或m面的现有的裂面。因此，为了制作共振镜，使用反应离子蚀刻(RIE，reactive ion etching)形成半导体层的干式蚀刻面。期望以RIE法形成的共振镜在对于激光波导的垂直性、干式蚀刻面的平坦性或离子损伤(ion damage)的方面有所改善。并且，在现有的技术水准下创造出用以获得良好的干式蚀刻面的工序条件成为较大的负担。
据发明者所知，以往在形成在上述半极性面上的同一III族氮化物半导体激光元件中，未能同时实现在c轴的倾斜方向(偏离方向)上延伸的激光波导与不使用干式蚀刻而形成的共振镜用端面。
本发明鉴于上述情况而研制。本发明的目的在于提供一种III族氮化物半导体激光元件，其在从六方晶系III族氮化物的c轴向m轴方向倾斜的支持基体的半极性面上，具有可实现低阈值电流的激光谐振器，且提供一种制作该III族氮化物半导体激光元件的方法。
本发明的一个方案的III族氮化物半导体激光元件中，包含：(a)激光构造体，该激光构造体包括：由六方晶系III族氮化物半导体构成，且具有半极性主面的支持基体、以及设于上述支持基体的上述半极性主面上的半导体区域；以及(b)电极，该电极设于上述激光构造体的上述半导体区域上。上述半导体区域包括：由第1导电型氮化镓系半导体构成的第1包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、以及设于上述第1包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第1包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿着上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述支持基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以有限的角度ALPHA倾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范围，上述激光构造体包含与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴规定的m-n面交叉的第1及第2割断面，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包含上述第1及第2割断面，上述激光构造体包含第1及第2面，上述第2面为上述第1面的相反侧的面，上述半导体区域位于上述第1面与上述支持基体之间，上述第1及第2割断面分别从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘，上述激光构造体在上述第1割断面的一端，具有从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘的刻划痕，上述刻划痕具有从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘的凹形状。根据该III族氮化物半导体激光元件，在第1割断面的一端沿着从第1面的边缘延伸至第2面的边缘的凹形状的刻划痕而设有割断面，因此可预见割断面的垂直性或平坦性，割断面可具有足以作为谐振镜的垂直性及平坦性。由此，可提供具有可实现低阈值电流的激光谐振器的III族氮化物半导体激光元件。
该III族氮化物半导体激光元件中，在上述第1及第2割断面分别出现上述支持基体的端面及上述半导体区域的端面，上述半导体区域的上述活性层的端面与正交于由上述六方晶系氮化物半导体构成的支持基体的m轴的基准面所成角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴及m轴所规定的第1平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。根据该III族氮化物半导体激光元件，可具有关于从c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度而满足上述垂直性的端面。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述角度在与上述第1平面及上述法线轴正交的第2平面在-5度以上+5度以下的范围。根据该III族氮化物半导体激光元件，可具有关于与半极性面的法线轴垂直的面中所规定的角度而满足上述垂直性的端面。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述支持基体的厚度为50μm以上150μm以下。根据该III族氮化物半导体激光元件，若厚度为50μm以上，则操作变得容易，且生产良率(生産步留まり)提高。若为150μm以下，则进一步能够获得用于激光谐振器的优良的割断面。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在63度以上80度以下、或100度以上117度以下的范围。根据该III族氮化物半导体激光元件，在63度以上80度以下、或100度以上117度以下的范围内，通过挤压而形成的端面可获得接近垂直于基板主面的面的可能性升高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的危险。
该III族氮化物半导体激光元件中，来自上述活性层的激光向上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向偏光。根据该III族氮化物半导体激光元件，能实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。
该III族氮化物半导体激光元件中，该III族氮化物半导体激光元件的LED模式下的光在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上包含偏光成分I1，并在将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向上包含偏光成分I2，上述偏光成分I1大于上述偏光成分I2。根据该III族氮化物半导体激光元件，可使用激光谐振器而激光振荡LED模式下发光强度较大的模式下的光。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述半极性主面是从{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面偏离-4度以上+4度以下的范围的微倾斜面。根据该III族氮化物半导体激光元件，在从上述典型的半极性面偏离的微倾斜面上，也可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的第1及第2端面。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述半极性主面是{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面。根据该III族氮化物半导体激光元件，上述典型的半极性面上，也可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的第1及第2端面。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述支持基体的层错密度为1×104cm-1以下。根据该III族氮化物半导体激光元件，因层错密度为1×104cm-1以下，因此，因偶发事件损坏割断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述支持基体由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。根据该III族氮化物半导体激光元件，当使用由上述氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作谐振器的第1及第2端面。当使用AlN基板或者AlGaN基板时，可增大偏光度，且通过低折射率可强化光束缚。当使用InGaN基板时，可减小基板与发光层的晶格失配率，且可提高结晶品质。
该III族氮化物半导体激光元件中，进而包括设于上述第1及第2割断面中至少任一面上的介电多层膜。根据该III族氮化物半导体激光元件，也可对断裂面适用端面涂布。通过端面涂布，可调整反射率。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述活性层中包含以发出波长360nm以上600nm以下的光的方式而设置的发光区域。根据该III族氮化物半导体激光元件，通过半极性面的利用，可获得有效利用LED模式的偏光的III族氮化物半导体激光元件，从而可获得低阈值电流。
该III族氮化物半导体激光元件中，上述活性层中包含以发出波长430nm以上550nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。根据该III族氮化物半导体激光元件，通过半极性面的利用，可减小压电电场且提高发光层区域的结晶品质，由此可提高量子效率，且可产生波长430nm以上550nm以下的光。
本发明的另一方案的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，包含：(a)激光构造体，该激光构造体包括：由六方晶系III族氮化物半导体构成，且具有半极性主面的支持基体、以及设于上述支持基体的上述半极性主面上的半导体区域；以及(b)电极，该电极设于上述激光构造体的上述半导体区域上，上述半导体区域包括：由第1导电型氮化镓系半导体构成的第1包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、以及设于上述第1包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第1包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿着上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层包含氮化镓系半导体层，上述支持基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以有限的角度ALPHA倾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范围，上述激光构造体包含第1及第2面，上述第2面为上述第1面的相反侧的面，上述半导体区域位于上述第1面与上述支持基体之间，上述激光构造体具有第1及第2刻划痕，上述第1及第2刻划痕设于该激光构造体的端部且沿由上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴规定的平面延伸，上述第1及第2刻划痕具有从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘的凹形状，上述激光构造体的上述端部具有将上述第1及第2刻划痕各自的边缘与上述第1及第2面各自的边缘连结的割断面，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包含上述割断面。根据该III族氮化物半导体激光元件，沿着在第1割断面的一端从第1面的边缘延伸至第2面的边缘的凹形状的刻划痕而设有割断面，因此可预见割断面的垂直性或平坦性，割断面可具有足以作为谐振镜的垂直性及平坦性。由此，可提供具有可实现低阈值电流的激光谐振器的III族氮化物半导体激光元件。
本发明的另一方案的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，其包括如下工序：(a)准备由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的基板的工序；(b)形成包含激光构造体、阳极电极及阴极电极的基板产物的工序，其中上述激光构造体包含形成于上述半极性主面上的半导体区域与上述基板；(c)将上述基板产物的第1面在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上局部刻划的工序；以及(d)通过对上述基板产物的第2面的挤压而进行上述基板产物的分离，形成其他基板产物及激光棒的工序。上述第1面是上述第2面的相反侧的面，上述半导体区域位于上述第1面与上述基板之间，上述激光棒具有从上述第1面延伸至上述第2面且通过上述分离而形成的第1及第2端面，上述第1及第2端面构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器，上述阳极电极及阴极电极形成于上述激光构造体上，上述半导体区域包括：由第1导电型氮化镓系半导体构成的第1包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层及设于上述第1包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，上述第1包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，上述活性层含有氮化镓系半导体层，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以有限的角度ALPHA倾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范围，上述第1及第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴规定的m-n面交叉，上述第1及第2端面各自的上述活性层的端面相对于与由上述六方晶系氮化物半导体构成的支持基体的m轴正交的基准面，在由上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度，在上述刻划工序中，沿上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴形成多个刻划贯通孔，上述刻划贯通孔从上述基板产物的上述第1面贯通至上述第2面，并具有在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上延伸的形状。根据该方法，设置从上述基板产物的上述第1面贯通于上述第2面的刻划贯通孔，进行上述基板产物的分离，因此，通过该分离而形成的端面可提供具有能从第1面侧跨及第2面侧而构成激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的共振镜面。
该制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，上述刻划贯通孔使用激光刻划器通过从上述激光构造体的上述第1面、或者上述第2面照射激光而形成。根据该方法，可从第1面或者第2面中的任一面照射激光，尤其是，如果从上述第2面照射激光，则可减少外延面的损伤或碎片。
本发明的各方案涉及的上述目的及其它目的、特征、以及优点，可根据参照附图说明的本发明的优选实施方式的以下详细描述而容易明地确。
发明效果
如以上说明所述，根据本发明的各方案，可提供一种III族氮化物半导体激光元件，其在六方晶系III族氮化物的c轴向m轴方向倾斜的支持基体的半极性面上，具有可实现低阈值电流的激光谐振器，而且，根据本发明的各方案，可提供一种制作III族氮化物半导体激光元件的方法。
附图说明
图1是概略性表示本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的构造的图。
图2是表示III族氮化物半导体激光元件的活性层的能带构造的图。
图3是表示III族氮化物半导体激光元件的活性层的发光的偏光的图。
图4是表示III族氮化物半导体激光元件的端面与活性层的m面的关系的图。
图5是表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光元件的方法的主要工序的工序流程图。
图6是示意性地表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光元件的方法的主要工序的图。
图7是表示实施例所示的激光二极管的构造的图。
图8是用于说明现有的刻划槽的形成方法的图。
图9是表示从外延面观察到的通过现有的刻划槽的形成方法形成的端面的形状的图。
图10是表示从侧面观察到的通过现有的刻划槽的形成方法形成的III族氮化物半导体激光元件的端面的形状的图。
图11是用于说明从现有的刻划槽形成的III族氮化物半导体激光元件的端面的形状的图。
图12是用于说明使用现有的刻划槽制作的激光棒的端面的形成过程的图。
图13是表示本实施方式的刻划贯通孔的形状的图。
图14是表示(20-21)面与其他面方位(指数)所成的角度的图。
图15是用于将具有使用现有的刻划槽时的端面的角度偏离的元件的个数、与具有使用本实施方式的刻划贯通孔时的端面的角度偏离的元件的个数进行比较的图。
图16是表示GaN基板的c轴向m轴方向的倾斜角与振荡良率的关系的图。
图17是表示层错密度与振荡良率的关系的图。
图18是表示(20-21)面、(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的图。
图19是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的图。
图20是表示(20-21)面、(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的图。
具体实施方式
本发明的观点可通过参照作为例示而表示的附图且考虑以下详细描述而容易地理解。继而，参照附图的同时，说明本发明的III族氮化物半导体激光元件、及制作III族氮化物半导体激光元件的方法的实施方式。在可能的情况下，对相同的部分标注相同的符号。
图1是示意性表示本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的构造的图。III族氮化物半导体激光元件11具有增益导引型的构造，但本发明的实施方式并不限于增益导引型的构造。III族氮化物半导体激光元件11具有激光构造体13及电极15。激光构造体13包含支持基体17及半导体区域19。支持基体17由六方晶系III族氮化物半导体构成，且具有半极性主面17a及背面17b。半导体区域19设于支持基体17的半极性主面17a上。电极15设于激光构造体13的半导体区域19上。半导体区域19包含第1包覆层21、第2包覆层23、及活性层25。第1包覆层21由第1导电型氮化镓系半导体构成，例如由n型AlGaN、n型InAlGaN等构成。第2包覆层23由第2导电型氮化镓系半导体构成，例如由p型AlGaN、p型InAlGaN等构成。活性层25设于第1包覆层21与第2包覆层23之间。活性层25包含氮化镓系半导体层，该氮化镓系半导体层例如为阱层25a。活性层25包含由氮化镓系半导体构成的障壁层25b，阱层25a及障壁层25b交替排列。阱层25a由例如InGaN等构成，障壁层25b由例如GaN、InGaN等构成。活性层25可包含以发出波长360nm以上600nm以下的光的方式而设的量子阱构造。通过半极性面的利用，可发出波长430nm以上550nm以下的光。第1包覆层21、第2包覆层23及活性层25沿半极性主面17a的法线轴NX排列。III族氮化物半导体激光元件11中，激光构造体13包含与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所规定的m-n面交叉的第1割断面27及第2割断面29。
参照图1可知，描绘有正交坐标系S及结晶坐标系CR。法线轴NX朝向正交坐标系S的Z轴方向。半极性主面17a平行于由正交坐标系S的X轴及Y轴所规定的预定平面延伸。而且，图1中描绘有代表性的c面Sc。支持基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于法线轴NX向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以有限的角度ALPHA倾斜。
III族氮化物半导体激光元件11中进而具有绝缘膜31。绝缘膜31覆盖激光构造体13的半导体区域19的表面19a，半导体区域19位于绝缘膜31与支持基体17之间。支持基体17由六方晶系III族氮化物半导体构成。绝缘膜31具有开口31a，开口31a在半导体区域19的表面19a与上述m-n面的交叉线LIX的方向延伸，且形成为例如条纹形状。电极15经由开口31a与半导体区域19的表面19a(例如第2导电型接触层33)形成接触，且在上述交叉线LIX的方向延伸。III族氮化物半导体激光元件11中，激光波导包含第1包覆层21、第2包覆层23及活性层25，且在上述交叉线LIX的方向延伸。
III族氮化物半导体激光元件11中，第1割断面27及第2割断面29与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所规定的m-n面交叉。III族氮化物半导体激光元件11的激光谐振器包含第1及第2割断面27、29，且激光波导从第1割断面27及第2割断面29中的一方向另一方延伸。激光构造体13包含第1面13a及第2面13b，第1面13a为第2面13b的相反侧的面。第1及第2割断面27、29从第1面13a的边缘13c延伸至第2面13b的边缘13d。第1及第2割断面27、29与c面、m面或者a面这些目前为止的裂面不同。
根据该III族氮化物半导体激光元件11，构成激光谐振器的第1及第2割断面27、29与m-n面交叉。因此，可设置延伸于m-n面与半极性面17a的交叉线的方向的激光波导。因此，III族氮化物半导体激光元件11具有可实现低阈值电流的激光谐振器。
III族氮化物半导体激光元件11包含n侧导光层35及p侧导光层37。n侧导光层35包含第1部分35a及第2部分35b，n侧导光层35由例如GaN、InGaN等构成。p侧导光层37包含第1部分37a及第2部分37b，p侧导光层37由例如GaN、InGaN等构成。载体阻挡层39例如设于第1部分37a与第2部分37b之间。在支持基体17的背面17b设有另一电极41，电极41覆盖例如支持基体17的背面17b。
激光构造体13中，在第1割断面27的一端具有从III族氮化物半导体激光元件11的元件表面11a的边缘13c延伸至元件背面11b的边缘13d的刻划痕SM1，在第1割断面27的另一端具有从III族氮化物半导体激光元件11的元件表面11a的边缘13c延伸至元件背面11b的边缘13d的刻划痕SM2。而且，在第2割断面29侧同样地，激光构造体13具有刻划痕SM3、SM4。刻划痕SM1、SM2、SM3、SM4具有从III族氮化物半导体激光元件11的元件表面11a延伸至元件背面11b的凹形状。而且，刻划痕SM1、SM2、SM3、SM4分别设于激光构造体13的端部(与m-n面交叉的端部)，且沿由法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的a轴规定的平面延伸。激光构造体13的上述端部(与m-n面交叉的端部)存在具有第1割断面27的部分、及具有第2割断面29的部分。第1割断面27是将刻划痕SM1及刻划痕SM2各自的边缘13e及13f、与元件表面11a及元件背面11b各自的边缘13c及13d连结的面，第2割断面29是将刻划痕SM3及刻划痕SM4各自的边缘、与元件表面11a及元件背面11b各自的边缘13c及13d连结的面。如此，沿着从III族氮化物半导体激光元件11的元件表面11a延伸至元件背面11b的凹形状的刻划痕SM1等，设有第1及第2割断面27、29，因此可预见割断面的垂直性或平坦性，第1及第2割断面27、29可具有足以作为谐振镜的垂直性及平坦性。
图2是表示III族氮化物半导体激光元件的活性层的能带构造的图式。图3是表示III族氮化物半导体激光元件11的活性层25的发光的偏光的图。图4是示意性表示由c轴及m轴规定的剖面的图。参照图2(a)可知，在能带构造BAND的Γ点附近，传导带与价带之间的可能的跃迁有3个。A能带及B能带具有比较小的能量差。因传导带与A能带的跃迁Ea所产生的发光向a轴方向偏光，因传导带与B能带的跃迁Eb所产生的发光向将c轴投影至主面的方向偏光。关于激光振荡，跃迁Ea的阈值小于跃迁Eb的阈值。
参照图2(b)可知，表示有III族氮化物半导体激光元件11的LED模式下的光的光谱。LED模式下的光包含在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的偏光成分I1，在将六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向的偏光成分I2，偏光成分I1大于偏光成分I2。偏光度ρ由(I1-I2)/(I1+I2)规定。使用该III族氮化物半导体激光元件11的激光谐振器，可激光振荡LED模式下发光强度较大的模式的光。
如图3所示，可进而包括设于第1及第2割断面27、29中的至少一个、或者两者上的介电多层膜43a、43b。第1及第2割断面27、29均可适于端面涂布。通过端面涂布，可调整反射率。
如图3(b)所示，来自活性层25的激光L向六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向偏光。该III族氮化物半导体激光元件11中，可实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。用于激光谐振器的第1及第2割断面27、29与c面、m面或者a面这些目前为止的裂面不同。然而，第1及第2割断面27、29具有用于谐振器的作为平面镜的平坦性、垂直性。因此，使用第1及第2割断面27、29及延伸于上述第1及第2割断面27、29之间的激光波导，如图3(b)所示，利用跃迁Ea的发光，可实现低阈值的激光振荡，该跃迁Ea的发光比向将c轴投影至主面的方向偏光的跃迁Eb的发光更强。
III族氮化物半导体激光元件11中，在第1及第2割断面27、29分别出现支持基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c，端面17c及端面19c被介电多层膜43a覆盖。支持基体17的端面17c及活性层25的端面25c的法线向量NA与活性层25的m轴向量MA所成角度BETA，由成分(BETA)1及成分(BETA)2规定，该成分(BETA)1规定于由III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第1平面S1，该成分(BETA)2规定于与第1平面S1(为了便于理解而未图标，但可参照为“S1”)及法线轴NX正交的第2平面S2(为了便于理解而未图标，但可参照为“S2”)上。成分(BETA)1在由III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第1平面S1上可在(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围。该角度范围，在图4中，表示为代表性的m面SM与参照面FA所成角度。为了便于理解，图4中，代表性的m面SM从激光构造体的内侧跨及外侧而描绘。参照面FA沿活性层25的端面25c延伸。该III族氮化物半导体激光元件11具有关于从c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度BETA而满足上述垂直性的端面。而且，成分(BETA)2在第2平面S2上可在-5度以上+5度以下的范围。此处，BETA2＝(BETA)1 2+(BETA)2 2。此时，III族氮化物半导体激光元件11的端面(第1及第2割断面27、29)关于与半极性面17a的法线轴NX垂直的面上所规定的角度而满足上述垂直性。
再次参照图1可知，III族氮化物半导体激光元件11中，支持基体17的厚度DSUB可为50μm以上150μm以下。因III族氮化物半导体激光元件11的支持基体17具有此厚度，对于包含III族氮化物半导体激光元件11的基板产物(后述的基板产物SP)，容易形成与刻划痕SM对应的刻划贯通孔(参照图6所示的后述的刻划贯通孔65a)。如下文所述，使用该刻划贯通孔而得的端面(割断面)可用作具有充分的垂直性及平坦性的良好的谐振镜。因此，III族氮化物半导体激光元件11的第1及第2割断面27、29可成为良好的谐振镜。
III族氮化物半导体激光元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成角度ALPHA可为45度以上，且可为80度以下。而且，角度ALPHA可为100度以上，且可为135度以下。在小于45度及超过135度的角度，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的危险。
III族氮化物半导体激光元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA可为63度以上，且可为80度以下。而且，角度ALPHA可为100度以上，且可为117度以下。在小于63度及超过117度的角度内，在通过挤压而形成的端面的一部分可能会出现m面。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的危险。
半极性主面17a可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面。进而，从上述面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也可作为上述主面。在上述典型的半极性面17a，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光元件11的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第1及第2端面(第1及第2割断面27、29)。而且，在跨及上述典型的面方位的角度的范围内，可获得表现出充分的平坦性及垂直性的端面。
III族氮化物半导体激光元件11中，支持基体17的层错密度可为1×104cm-1以下。因层错密度为1×104cm-1以下，故而，因偶发事件损坏割断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。而且，支持基体17可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。当使用由上述氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作谐振器的端面(第1及第2割断面27、29)。当使用AlN或者AlGaN基板时，可增大偏光度，且通过低折射率可强化光束缚。当使用InGaN基板时，可减小基板与发光层的晶格失配率，且可提高结晶品质。
图5是表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光元件的方法的主要工序的图。参照图6(a)可知，表示有基板51。工序S101中，准备用于制作III族氮化物半导体激光元件的基板51。基板51的六方晶系III族氮化物半导体的c轴(向量VC)相对于法线轴NX向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向(向量VM)以有限的角度ALPHA倾斜。因此，基板51具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面51a。
工序S102中，形成基板产物SP。图6(a)中，基板产物SP描绘成大致圆板形的构件，但基板产物SP的形状并不限于此。为了获得基板产物SP，首先，在工序S103中形成激光构造体55。激光构造体55包含半导体区域53及基板51，在工序S103中，在半极性主面51a上形成半导体区域53。为了形成半导体区域53，在半极性主面51a上依次成长第1导电型氮化镓系半导体区域57、发光层59、及第2导电型氮化镓系半导体区域61。氮化镓系半导体区域57可包含例如n型包覆层，氮化镓系半导体区域61可包含例如p型包覆层。发光层59可设于氮化镓系半导体区域57与氮化镓系半导体区域61之间，且包含活性层、导光层及电子阻挡层等。氮化镓系半导体区域57、发光层59、及第2导电型氮化镓系半导体区域61沿半极性主面51a的法线轴NX排列。上述半导体层外延成长。半导体区域53上由绝缘膜54覆盖。绝缘膜54由例如硅氧化物构成。绝缘膜54具有开口54a。开口54a形成为例如条纹形状。
工序S104中，在激光构造体55上形成阳极电极58a及阴极电极58b。而且，在基板51的背面形成电极之前，对结晶成长中使用的基板的背面进行研磨，形成所需的厚度DSUB的基板产物SP。形成电极时，例如，阳极电极58a形成于半导体区域53上，且阴极电极58b形成于基板51的背面(研磨面)51b上。阳极电极58a在X轴方向延伸，阴极电极58b覆盖整个背面51b。通过上述工序形成基板产物SP。基板产物SP包含第1面63a、及位于其相反侧的第2面63b。半导体区域53位于第1面63a与基板51之间。
工序S105中，如图6(b)所示，刻划基板产物SP的第1面63a。该刻划使用激光刻划器10a而进行。通过刻划而形成多个刻划贯通孔65a。图6(b)中，已形成有若干刻划贯通孔，使用激光束LB而形成刻划贯通孔65b。刻划贯通孔65a等是从第1面63a贯通于第2面63b的贯通孔，从第1面63a(或者第2面63b)观察时，具有在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向延伸的形状。即，六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上的刻划贯通孔65a等的宽度，比与六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向正交的方向上的宽度更长。六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上的刻划贯通孔65a等的宽度可设为例如50μm以上300μm以下，与六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向正交的方向上的刻划贯通孔65a等的宽度可设为例如5μm以上15μm以下。
多个刻划贯通孔65a等沿着六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向以例如400μm左右的间距形成。包含在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向并排形成的多个刻划贯通孔65a的多列，沿着由六方晶系III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的面，以大致等间隔的间距形成于基板产物SP上。
在后述的1次及2次断裂中，因III族氮化物半导体激光元件11从基板产物SP分离，使得刻划贯通孔65a等成为III族氮化物半导体激光元件11所具有的刻划痕SM1等。
刻划贯通孔65a等的长度比六方晶系III族氮化物半导体的a轴及法线轴NX规定的a-n面与第1面63a的交叉线AIS的长度更短，对交叉线AIS的一部分照射激光束LB。通过激光束LB的照射，在第1面63a形成延伸于特定的方向且到达半导体区域的贯通孔。刻划贯通孔65a等可形成于例如基板产物SP的一个边缘。
工序S106中，如图6(c)所示，通过对基板产物SP的第2面63b的挤压而进行基板产物SP的分离，形成基板产物SP1及激光棒LB1。挤压使用例如刮刀69等致断装置而进行。用于形成该激光棒LB1等的致断(1次断裂)在y轴方向行进。刮刀69包含在一个方向延伸的边缘69a、及规定边缘69a的至少2个刮刀面69b、69c。而且，基板产物SP1的挤压在支持装置71上进行。支持装置71包含支持面71a与凹部71b，凹部71b在一个方向延伸。凹部71b形成于支持面71a。使基板产物SP1的刻划贯通孔65a的朝向及位置与支持装置71的凹部71b的延伸方向一致，使基板产物SP1定位于支持装置71上的凹部71b。使致断装置的边缘的朝向与凹部71b的延伸方向一致，而使致断装置的边缘从与第2面63b交叉的方向抵压基板产物SP1。交叉方向可为与第2面63b大致垂直的方向。由此，进行基板产物SP的分离，形成基板产物SP1及激光棒LB1。通过抵压，形成具有第1及第2端面67a、67b的激光棒LB1，上述端面67a、67b中，至少发光层的一部具有可适用于半导体激光的谐振镜的程度的垂直性及平坦性。
所形成的激光棒LB1具有通过上述分离而形成的第1及第2端面67a、67b，端面67a、67b分别从第1面63a延伸至第2面63b。因此，端面67a、67b构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器，且与XZ面交叉。该XZ面与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX规定的m-n面对应。
根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向刻划基板产物SP的第1面63a之后，通过对基板产物SP的第2面63b的挤压而进行基板产物SP的分离，形成新的基板产物SP1及激光棒LB1。因此，以与m-n面交叉的方式，在激光棒LB1形成第1及第2端面67a、67b。通过该端面的形成，可向第1及第2端面67a、67b提供能构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性。
而且，该方法中，所形成的激光波导在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向延伸。不使用干式蚀刻面，形成可提供该激光波导的谐振镜端面。
根据该方法，通过基板产物SP1的割断而形成新的基板产物SP1及激光棒LB1。工序S107中，反复通过挤压而进行分离，从而制作多个激光棒。该割断使用比激光棒LB1的割断线BREAK更短的刻划贯通孔65a而产生。
工序S108中，在激光棒LB1的端面67a、67b形成介电多层膜，从而形成激光棒产物。工序S109中，将该激光棒产物分离成各个半导体激光的芯片(2次断裂)。
本实施方式的制造方法中，角度ALPHA可于45度以上80度以下及100度以上135度以下的范围。在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的危险。角度ALPHA可在63度以上80度以下及100度以上117度以下的范围。在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面的一部分可能会出现m面。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得所需的平坦性及垂直性的危险。半极性主面51a可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面。进而，从上述面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也可作为上述主面。上述典型的半极性面上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性、且用于激光谐振器的端面。
而且，基板51可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。当使用由上述氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能用作激光谐振器的端面。基板51可由GaN构成。
在形成基板产物SP的工序S104中，结晶成长中所使用的半导体基板受到切片或者研削加工，以使基板厚度成为50μm以上150μm以下，第2面63b可为通过研磨而形成的加工面。该基板厚度下，容易形成刻划贯通孔65a，且可以良好的良率形成具有能构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者无离子损伤的端面67a、67b。
本实施方式的激光端面的制造方法中，激光棒LB1上也规定有参照图3而说明的角度BETA。激光棒LB1上，角度BETA的成分(BETA)1在由III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第1平面(与参照图3说明的第1平面S1对应的面)可在(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围。激光棒LB1的端面67a、67b关于从c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度BETA的角度成分而满足上述垂直性。而且，角度BETA的成分(BETA)2在第2平面(与图3所示的第2平面S2对应的面)可在-5度以上+5度以下的范围。此时，激光棒LB1的端面67a、67b关于与半极性面51a的法线轴NX垂直的面上规定的角度BETA的角度成分满足上述垂直性。
端面67a、67b通过对半极性面51a上外延成长的多个氮化镓系半导体层的挤压所产生的断裂而形成。因半极性面51a上的外延膜的原因，端面67a、67b并非目前为止用作谐振镜的c面、m面、或者a面这样的低面指数的裂面。然而，在半极性面51a上的外延膜的积层的断裂中，端面67a、67b具有适宜用作谐振镜的平坦性及垂直性。
(实施例)
利用有机金属气相成长法成长图7所示的激光二极管。原料系使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)。准备基板71。在基板71上，从利用HVPE法较厚地成长的(0001)GaN锭在m轴方向在0度～90度的范围的角度而使用晶片切片装置进行切取，制作具有c轴向m轴方向的倾斜角度ALPHA为0度～90度的范围的所需的倾斜角的GaN基板。例如，当以75度的角度切取时，可获得{20-21}面GaN基板。
在成长之前，为了调查基板的层错密度，通过阴极发光法观察基板。阴极发光中，观察通过电子束所激发的载体的发光过程，若存在积层缺陷，则因其附近的载体会非发光再结合，因而可观察到暗线状。求出该暗线的单位长度的密度(线密度)，定义为层错密度。此处，为了调查层错密度，使用非破坏测定的阴极发光法，但也可使用破坏测定的穿透型电子显微镜。穿透型电子显微镜中，从a轴方向观察试样剖面时，从基板在m轴方向向试样表面延伸的缺陷是支持基体中所含的积层缺陷，与阴极发光法的情形相同，可求出积层缺陷的线密度。
将该基板71配置于反应炉内的晶座上之后，按照以下的成长顺序成长外延层。首先，成长厚度为1000nm的n型GaN72。继而，成长厚度为1200nm的n型InAlGaN包覆层73。接着，成长厚度为200nm的n型GaN导引层74a及厚度为65nm的无掺杂InGaN导引层74b，然后，成长由厚度为15nm的GaN/厚度为3nm的InGaN而构成的3周期MQW75。接着，成长厚度为65nm的p型的InGaN导引层76a、厚度为20nm的p型AlGaN阻挡层77a及厚度为200nm的p型的InGaN导引层76b。继而，成长厚度为400nm的p型InAlGaN包覆层77b。最后，成长厚度为50nm的p型GaN接触层78。
在将SiO2的绝缘膜79成膜于接触层78上之后，使用光微影技术通过湿式蚀刻而形成宽度为10μm的条纹孔。此处，在M方向(接触孔沿着由c轴及m轴规定的预定的面的方向)形成条纹方向的接触孔。
形成条纹孔之后，蒸镀由Ni/Au构成的p侧电极80a及由Ti/Al构成的焊垫电极。接着，使用钻石浆料而研磨GaN基板(GaN晶片)的背面，直至80μm(或者60μm)，从而制作背面为镜面状态的基板产物。此时，使用接触式膜厚计测定基板产物的厚度。厚度的测定也可从试样剖面利用显微镜而进行。显微镜可使用光学显微镜、或扫描型电子显微镜。在GaN基板(GaN晶片)的背面(研磨面)，通过蒸镀而形成由Ti/Al/Ti/Au构成的n侧电极80b。
针对激光棒纹制作谐振镜时，使用采用波长为355nm的YAG激光的激光刻划器。当使用激光刻划器而断裂时，与使用钻石刻划的情形相比，可提高振荡芯片良率。作为从基板产物SP的第1面63a直至第2面63b的刻划贯通孔65a等的形成方法，使用以下方法(A)、(B)：
基板厚度(μm) 激光输出(mW) 激光扫描速度(mm/s)
方法(A)    80        250        1
方法(B)    60        250        1
再者，通过如下方法(C)，不仅形成刻划贯通孔，也形成刻划槽SL1、SL2(参照图8等)，上述刻划槽SL1、SL2形成于基板产物SP的第1面63a但不到达第2面63b。刻划槽SL1、SL2是形成于第1面63a但不到达基板产物SP的第2面63b的槽。将具有该刻划槽SL1、SL2的III族氮化物半导体激光元件，特别称作III族氮化物半导体激光元件111。
基板厚度(μm) 激光输出(mW) 激光扫描速度(mm/s)
方法(C)  80        100        5
以400μm的间距穿过基板的绝缘膜开口部位而向外延表面直接照射激光，由此形成刻划贯通孔及刻划槽。谐振器长度设为600μm。形成的刻划贯通孔例如为长度200μm、宽度12μm，刻划槽例如为长度200μm、宽度8μm、深度40μm左右。
利用扫描型电子显微镜观察因断裂而形成的割断面可知，未观察到明显的凹凸。因此，可推断，割断面的平坦性(凹凸的大小)为20nm以下。进而，割断面对于试样表面的垂直性在±5度的范围内。
在激光棒的端面通过真空蒸镀法涂布介电多层膜。介电多层膜由SiO2与TiO2交替积层而构成。膜厚分别在50～100nm的范围调整，设计成反射率的中心波长在500～530nm的范围。将一侧的反射面设为10周期，将反射率的设计值设计为约95％，将另一侧的反射面设计为6周期，将反射率的设计值设计为约80％。
在室温下通电而进行评估。电源使用脉宽为500ns、占空比为0.1％的脉冲电源，使探针落于表面电极而通电。进行光输出测定时，利用光电二极管检测出来自激光棒端面的发光，调查电流-光输出特性(I-L特性)。测定发光波长时，使来自激光棒端面的发光穿过光纤，使用光谱分析仪作为检测器而进行光谱测定。调查偏光状态时，使来自激光棒的发光穿过偏光板而旋转，从而调查出偏光状态。观测LED模式光时，将光纤配置于激光棒表面侧，由此测定从表面放出的光。
在所有的激光下确认振荡后的偏光状态后可知，向a轴方向偏光。振荡波长为500～530nm。
图8是通过方法(C)对基板产物SP形成有刻划槽的基板的示意图。再者，图8中，为了便于理解，除了用于1次断裂的朝向y方向的刻划槽(刻划槽SL1)，也形成用于2次断裂的朝向x方向的刻划槽(刻划槽SL2)，但实际的制程中，用于2次断裂的刻划槽SL2在1次断裂之后形成。
图9表示对于1次、2次断裂结束后芯片化的半极性面上LD(III族氮化物半导体激光元件111)的外延面的利用光学显微镜观察的结果。图9中，断裂的行进方向为y方向。根据图9可知，断裂的龟裂(图中符号D1所示)是从与波导垂直的方向(y方向)向c轴方向(是将c轴投影至外延面的方向D2，与-x方向对应)改变而进展。结果，可预测，无法获得与波导垂直的谐振镜，导致振荡良率下降或振荡阈值电流增大。如此，通过方法(C)而形成刻划槽SL1、SL2的技术中，谐振镜的品质有时不稳定。
图10中表示对该半极性面上的LD(III族氮化物半导体激光元件111)的端面(z-x剖面)进行观察的结果。图10(a)是表示观察III族氮化物半导体激光元件111的外延面的表面的图，图10(b)是表示观察图10(a)所示的区域D3内的III族氮化物半导体激光元件111的侧面的图。根据图10可知，当龟裂从刻划槽SL1向深度方向(-z方向)行进时，龟裂并非向平行于刻划槽SL1的深度方向的方向D4行进，而使向垂直于c轴(图中符号D5所示的方向)的方向行进。即，刻划槽SL1的下侧出现c面。如此，将波导设于倾斜方向的半极性面上的LD(III族氮化物半导体激光元件111)的谐振镜形成时，容易推断，在刻划槽SL1的下侧出现低指数的裂面是端面不良的原因。
图11中表示随着龟裂向垂直于波导的方向(y方向)行进，端面的深度方向上的状态如何变化的情况。如上所述，在形成有刻划槽SL1的区域内，端面是由与通过刻划而形成的外延面比较垂直的面、及刻划槽SL1的下侧出现的c面该两个面而构成，且具有作为二面的交线的边缘。如图11所示，若龟裂在y方向行进而到达未形成刻划槽的区域(在图11中为200μm＜y＜400μm)，则构成端面的上述两个面以使边缘逐渐消失的方式平滑地连接。结果，端面成为曲面。
发明者根据图11所示的结果，如图12所示理解龟裂行进的机理。再者，根据发明者的观点可知，在断裂时抵压刮刀一侧(基板背面D8侧)的表面，通过刮刀的挤压，出现笔直的边缘。如上所述，在刻划槽的背面D8侧(图中符号D6所示的区域)出现c面。在图中符号D7所示的区域，若龟裂到达未形成刻划槽的区域(图中符号D7所示的区域)，则端面曲面化，背面通过刮刀的挤压而出现笔直的边缘，因此结果，外延面上出现的龟裂的方向改变向-x方向而行进。
可知，在使用上述方法(C)的情形时，未稳定地获得垂直于波导的谐振镜的原因，较大可能是因刻划槽SL1的基板背面侧出现的c面。因此，认为，若抑制刻划槽SL1的基板背面侧的c面的出现，则可稳定地获得垂直于波导的谐振镜，且发现上述方法(A)、(B)，即，使用上述激光刻划器形成从外延面直至基板背面的贯通孔(刻划贯通孔65a等)而实现断裂。
图13(a)及图13(b)是通过方法(A)而得的样品(激光棒LB1等)的光学显微镜照片。图13(a)是从外延面获得的观察结果，图13(b)是从端面获得的观察结果。观察图13(a)，未看到如图9所示的、谐振镜从垂直于波导的方向偏离的角度偏离。此时，根据图13(b)可知，确实形成有贯通孔。再者，可确认，方法(B)中也形成有贯通孔(刻划贯通孔65a)。图14(a)中表示该样品(激光棒LB1等)的波导附近的端面状况的观察结果。端面与外延面大致垂直，而且与目前为止的裂面不同。为了找到该端面的候补，通过计算求出与(20-21)面成90度左右的角度的面指数。参照图14(b)可知，以下的角度及面指数相对于(20-21)面具有90度左右的角度。
具体的面指数    相对于{20-21}面的角度
(-1016)         92.46度
(-1017)         90.10度
(-1018)         88.29度
依赖于各面指数的劈裂性或、刻划时激光的垂直性(±5度左右)，考虑如此的高指数面可作为端面的可能性。
根据从利用方法(A)～(C)所得的样品(激光棒LB1等)的外延面进行观察的结果，对从排列有刻划贯通孔(刻划槽)的线(图12的y轴)偏离的端面的角度偏离GAMMA进行测定的结果如图15所示。图15所示的柱状图表NU11、NU12、NU13表示通过方法(A)形成刻划贯通孔65a时的结果，柱状图表NU21、NU22表示通过方法(B)形成刻划贯通孔65a时的结果，柱状图表NU31、NU32、NU33表示通过方法(C)形成刻划槽SL1等时的结果。根据图15可确认，在通过形成刻划贯通孔65a等的方法(方法(A)及方法(B))所得的样品(激光棒LB1等)中，角度偏离GAMMA减少。图15所示的数据如下。
Figure BPA00001425783300251
再者，各方法(A)～(C)中的角度偏离GAMMA的平均值、标准偏差如下所示。
           平均值      标准偏差
方法(A)    0.67        0.63
方法(B)    0.63        0.57
方法(C)    1.38        0.57
而且，使用方法(A)测定III族氮化物半导体激光元件11的GaN基板(支持基体17)的c轴向m轴方向的倾斜角与振荡良率的关系。其测定结果如图16所示。本实施例中，关于振荡良率，定义为(振荡芯片数)/(测定芯片数)。而且，图16所示的测定结果是使用层错密度为1×104(cm-1)以下的GaN基板而得到的。根据图16可知，当倾斜角为45度以下时，振荡良率极其低。该倾斜角度区域内，若龟裂行进到达未形成刻划贯通孔65a等(与刻划痕SM1等对应)的区域，则出现劈裂性较强的m面，因此，通过与图12相同的机理，端面对于波导的垂直性会恶化。结果，认为振荡良率会下降。由此，GaN基板(支持基体17)的倾斜角度的范围最优选为63度以上80度以下。再者，在具有该结晶上等价的端面的角度范围、即100度以上117度以下的范围，也可获得相同的结果。图16所示的数据如下。
Figure BPA00001425783300261
使用方法(A)调查层错密度与振荡良率的关系后，可获得图17所示的结果。关于振荡良率的定义，与上述相同。根据图17可知，若GaN基板(支持基体17)的层错密度超过1×104(cm-1)，则振荡良率会急遽下降。而且，利用光学显微镜观察端面状态可知，振荡良率下降的样品中，端面的凹凸较剧烈，未获得平坦的端面。认为，因积层缺陷的存在，导致割裂难度存在差异。因此，GaN基板(支持基体17)中所含的层错密度必须为1×104(cm-1)以下。再者，本实施例中，利用光学显微镜可确认，在刻划时从外延面(基板产物SP的第1面63a)照射激光，形成到达基板背面的刻划贯通孔65a等，而从基板背面(基板产物SP的第2面63b)照射激光形成到达外延面的刻划贯通孔65a等，由此，减少外延面的损伤或碎片。通过该方法，可能提高LD(III族氮化物半导体激光元件11)的良率。图17所示的数据如下。
Figure BPA00001425783300271
图18是表示(20-21)面、(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的图。图19是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的图。图20是表示(20-21)面、(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的图。如图18～图20所示，箭头所示的局部的原子配置表示电荷为中性的原子的排列，周期性地呈现电性为中性的原子配置。关于可获得相对于成长面比较垂直的面的理由，可能为，周期性地呈现该电荷为中性的原子排列，因而割断面的生成变得比较稳定。
通过包含上述实施例的多种实验，角度ALPHA可在45度以上80度以下及100度以上135度以下的范围。为了提高振荡芯片良率，角度ALPHA可在63度以上80度以下及100度以上117度以下的范围。典型的半极性主面可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一个。进而，可为从上述半极性面偏离的微倾斜面。例如，半极性主面可为，从{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面向m面方向在-4度以上+4度以下的范围倾斜的微倾斜面。
优选实施方式中已利用附图说明了本发明的原理，但本领域技术人员了解，本发明可不脱离其原理而对配置以及细节进行变更。本发明并不限定于本实施方式中公开的特定的构成。因此，对于由权利要求及其精神的范围而来的所有修正以及变更请求保护。
产业上的可利用性
本发明是一种III族氮化物半导体激光元件、及制作III族氮化物半导体激光元件的方法，该III族氮化物半导体激光元件中，在六方晶系III族氮化物的c轴向m轴方向倾斜的支持基体的半极性面上，具有能实现低阈值电流的激光谐振器。
符号说明
11 III族氮化物半导体激光元件
11a元件表面
11b元件背面
13 激光构造体
13a第1面
13b第2面
13c、13d边缘
15 电极
17 支持基体
17a半极性主面
17b支持基体背面
17c支持基体端面
19 半导体区域
19a半导体区域表面
19c半导体区域端面
21 第1包覆层
23 第2包覆层
25 活性层
25a阱层
25b障壁层
27、29割断面
ALPHA角度
Sc c面
NX法线轴
31绝缘膜
31a绝缘膜开口
35n侧导光层
37p侧导光层
39载体阻挡层
41电极
43a、43b介电多层膜
MA m轴向量
BETA角度
DSUB支持基体厚度
51基板
51a半极性主面
SP基板产物
57氮化镓系半导体区域
59发光层
61氮化镓系半导体区域
53半导体区域
54绝缘膜
54a绝缘膜开口
55激光构造体
58a阳极电极
58b阴极电极
63a第1面
63b第2面
10a激光刻划器
65a刻划贯通孔
65b刻划贯通孔
LB激光束
SP1基板产物
LB1激光棒
69刮刀
69a边缘
69b、69c  刮刀面
71支持装置
71a支持面
71b凹部
SM1、SM2、SM3、SM4刻划痕

Claims (17)

1.一种III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，包含：
激光构造体，该激光构造体包括：由六方晶系III族氮化物半导体构成，且具有半极性主面的支持基体、以及设于上述支持基体的上述半极性主面上的半导体区域；以及
电极，该电极设于上述激光构造体的上述半导体区域上，
上述半导体区域包括：
由第1导电型氮化镓系半导体构成的第1包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、以及设于上述第1包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，
上述第1包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿着上述半极性主面的法线轴排列，
上述活性层包含氮化镓系半导体层，
上述支持基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以有限的角度ALPHA倾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范围，
上述激光构造体包含与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴规定的m-n面交叉的第1及第2割断面，
该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包含上述第1及第2割断面，
上述激光构造体包含第1及第2面，上述第2面为上述第1面的相反侧的面，
上述半导体区域位于上述第1面与上述支持基体之间，
上述第1及第2割断面分别从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘，
上述激光构造体在上述第1割断面的一端，具有从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘的刻划痕，
上述刻划痕具有从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘的凹形状。
2.如权利要求1所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
在上述第1及第2割断面分别出现上述支持基体的端面及上述半导体区域的端面，
上述半导体区域的上述活性层的端面与正交于由上述六方晶系氮化物半导体构成的支持基体的m轴的基准面所成角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第1平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
3.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述半导体区域的上述活性层的端面与正交于由上述六方晶系氮化物半导体构成的支持基体的m轴的基准面所成角度在与上述第1平面及上述法线轴正交的第2平面在-5度以上+5度以下的范围。
4.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述支持基体的厚度为50μm以上150μm以下。
5.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度在63度以上80度以下、或100度以上117度以下的范围。
6.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
来自上述活性层的激光向上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向偏光。
7.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
该III族氮化物半导体激光元件的LED模式下的光，在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上包含偏光成分I1，并在将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向上包含偏光成分I2，
上述偏光成分I1大于上述偏光成分I2。
8.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述半极性主面是从{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及{10-1-1}面中的任一面偏离-4度以上+4度以下的范围的微倾斜面。
9.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述半极性主面是{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及{10-1-1}面中的任一面。
10.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述支持基体的层错密度为1×104cm-1以下。
11.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述支持基体由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。
12.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
还包括设于上述第1及第2割断面中至少任一面的介电多层膜。
13.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述活性层中包含以发出波长360nm以上600nm以下的光的方式而设置的发光区域。
14.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述活性层中包含以发出波长430nm以上550nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。
15.一种III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，包含：
激光构造体，该激光构造体包括：由六方晶系III族氮化物半导体构成，且具有半极性主面的支持基体、以及设于上述支持基体的上述半极性主面上的半导体区域；以及
电极，该电极设于上述激光构造体的上述半导体区域上，
上述半导体区域包括：
由第1导电型氮化镓系半导体构成的第1包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层、以及设于上述第1包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，
上述第1包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿着上述半极性主面的法线轴排列，
上述活性层包含氮化镓系半导体层，
上述支持基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以有限的角度ALPHA倾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范围，
上述激光构造体包含第1及第2面，上述第2面为上述第1面的相反侧的面，
上述半导体区域位于上述第1面与上述支持基体之间，
上述激光构造体具有第1及第2刻划痕，上述第1及第2刻划痕设于该激光构造体的端部且沿由上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴规定的平面延伸，
上述第1及第2刻划痕具有从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘的凹形状，
上述激光构造体的上述端部具有将上述第1及第2刻划痕各自的边缘与上述第1及第2面各自的边缘连结的割断面，
该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包含上述割断面。
16.一种制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，其包括如下工序：
准备由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的基板的工序；
形成包含激光构造体、阳极电极及阴极电极的基板产物的工序，其中上述激光构造体包含形成于上述半极性主面上的半导体区域与上述基板；
将上述基板产物的第1面在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上局部刻划的工序；以及
通过对上述基板产物的第2面的挤压而进行上述基板产物的分离，形成其他基板产物及激光棒的工序，
上述第1面是上述第2面的相反侧的面，
上述半导体区域位于上述第1面与上述基板之间，
上述激光棒具有从上述第1面延伸至上述第2面且通过上述分离而形成的第1及第2端面，
上述第1及第2端面构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器，
上述阳极电极及阴极电极形成于上述激光构造体上，
上述半导体区域包括：由第1导电型氮化镓系半导体构成的第1包覆层、由第2导电型氮化镓系半导体构成的第2包覆层及设于上述第1包覆层与上述第2包覆层之间的活性层，
上述第1包覆层、上述第2包覆层及上述活性层沿上述半极性主面的法线轴排列，
上述活性层含有氮化镓系半导体层，
上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以有限的角度ALPHA倾斜，
上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范围，
上述第1及第2端面与由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴规定的m-n面交叉，
上述第1及第2端面各自的上述活性层的端面相对于与由上述六方晶系氮化物半导体构成的支持基体的m轴正交的基准面，在由上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度，
在上述刻划工序中，沿上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴形成多个刻划贯通孔，上述刻划贯通孔从上述基板产物的上述第1面贯通至上述第2面，并具有在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上延伸的形状。
17.如权利要求16所述的方法，其中，
上述刻划贯通孔是通过使用激光刻划器从上述激光构造体的上述第1面、或者上述第2面进行激光照射而形成的。
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