CN102668279B - Iii族氮化物半导体激光器元件及制作iii族氮化物半导体激光器元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种III族氮化物半导体激光器元件，其在六方晶系III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有可减少因返回光引起的干扰的激光谐振器。成为激光谐振器的第1及第2切断面(27、29)与m-n面交叉。III族氮化物半导体激光器元件(11)中，为了利用可实现低阈值电流的能带跃迁的发光，而具有在m-n面与半极性面(17a)的交叉线的方向延伸的激光波导路。第1及第2切断面(27、29)自第1面(13a)的边缘(13c)延伸至第2面(13b)的边缘(13d)。切断面(27、29)并非通过干式蚀刻形成，与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。角度α与角度β不同，角度α与角度β的差为0.1度以上。

Description

III族氮化物半导体激光器元件及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法
技术领域
本发明涉及一种III族氮化物半导体激光器元件及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。
背景技术
专利文献1中记载有激光器装置。若将自{0001}面向等价于[1-100]方向的方向以28.1度倾斜的面作为基板的主面，则2次解理面成为与主面及光谐振器面这两者垂直的{11-20}面，激光器装置成为长方体状。
专利文献2中记载有氮化物半导体装置。对用于解理的基板的背面进行研磨，将总层厚薄膜化为100μm左右。将电介质多层膜堆积在解理面上。
专利文献3中记载有氮化物系化合物半导体元件。氮化物系化合物半导体元件中使用的基板由穿透位错密度为3×106cm-2以下的氮化物系化合物半导体构成，穿透位错密度在面内大致均匀。
专利文献4中记载有氮化物系半导体激光器元件。氮化物系半导体激光器元件中，如下所示形成解理面。对于以自半导体激光器元件层到达n型GaN基板的方式通过蚀刻加工而形成的凹部，避开n型GaN基板的谐振器面的蚀刻加工时所形成的凸部，并且使用激光刻划器在与隆脊部的延伸方向正交的方向上以虚线状(约40μm的间隔)形成刻划槽。
而且，在刻划槽的位置对晶圆进行解理。此时，凸部等未形成刻划槽的区域以相邻的刻划槽为起点而被解理。结果，元件分离面分别形成为由n型GaN基板的(0001)面构成的解理面。
专利文献5中记载有发光元件。根据发光元件，容易实现长波长的发光，而无损在发光层的发光效率。
专利文献6中记载有氮化物系半导体激光器。该半导体激光器中，具有发光层的氮化物系半导体元件层形成在基板的主表面上。谐振器面形成在氮化物系半导体元件层的包含发光层的区域的端部，且在大致垂直于上述基板的主表面的方向上延伸。元件分离面由基板的解理面构成，相对于谐振器面以某一角度倾斜地延伸。
非专利文献1中记载有如下的半导体激光器：在半极性(10-11)面上将波导路设于倾斜方向，并利用反应性离子蚀刻法形成镜面。而且，非专利文献2中对于激光波导路的角度有所记载。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2001-230497号公报
专利文献2：日本专利特开2005-353690号公报
专利文献3：日本专利特开2007-184353号公报
专利文献4：日本专利特开2009-081336号公报
专利文献5：日本专利特开2008-235804号公报
专利文献6：日本专利特开2009-081336号公报
非专利文献
非专利文献1：Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46No.19(2007)L444
非专利文献2：III族氮化物半导体，1999年，培风馆、264页、赤崎勇编著
发明内容
发明要解决的问题
根据氮化镓系半导体的能带构造，存在可激光振荡的若干跃迁。根据发明人的观点，认为在使用c轴向m轴的方向倾斜的半极性面的支撑基体的III族氮化物半导体激光器元件中，当使激光波导路沿由c轴及m轴所界定的面延伸时，可降低阈值电流。该激光波导路的方向下，其中的跃迁能量(导带能量与价带能量的差)最小的模式能实现激光振荡，当该模式的振荡可实现时，可降低阈值电流。
然而，该激光波导路的方向下，因谐振镜的缘故，无法利用c面、a面或者m面等现有的解理面。因此，为了制作谐振镜，使用反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE)而形成有半导体层的干式蚀刻面。作为利用RIE法形成的谐振镜，期望在相对于激光波导路的垂直性、干式蚀刻面的平坦性或者离子损伤等方面进行改善。而且，当前的技术水平下用于获得良好的干式蚀刻面的工艺条件的导出成为较大的负担。
在使用c面的III族氮化物半导体激光器元件的制作中，当利用现有的解理面形成谐振镜时，通过在外延面侧的薄膜上形成刻划槽并且用刮刀对基板的背面进行挤压而制作解理面。据发明人所知，目前为止，在形成于上述半极性面上的III族氮化物半导体激光器元件中，在c轴的倾斜方向(OFF方向)延伸的激光波导路及不使用干式蚀刻而形成的谐振镜用端面这两者均未实现。
然而，如上所述，在沿c轴的倾斜方向(OFF方向)延伸的激光波导路的方向下，无法利用现有的解理面制作谐振镜。根据发明人的观点，在使用c轴向m轴的方向倾斜的半极性面的基板的III族氮化物半导体激光器元件中，可将与解理面不同的端面用作谐振镜。本申请的申请人进行了与包含用于光谐振器的切断面的III族氮化物半导体激光器元件相关的专利申请(日本专利特愿2009-144442号)。
在因谐振镜而使用与解理面不同的端面的半导体激光器中，对半导体激光器的返回光会大大影响半导体激光器的振荡特性，而导致半导体激光器的动作不稳定。因此，在氮化物系半导体激光器的模块中，需要遮光器。遮光器的追加会导致模块成本上升。而且，在来自氮化物系半导体激光器的激光经过光配件(透镜、滤光片、平面镜等)时也产生返回光。因这些返回光返回至半导体激光器的波导路内，氮化物系半导体激光器的动作变得不稳定。
根据发明人的实验，返回光中的大部分并非入射至活性层的端面，而是经由基板的端面入射至半导体激光器内。若能排除返回至基板端面的该分量，则可降低氮化物系半导体激光器中返回光的影响。
在专利文献6中，通过干式蚀刻制作谐振器端面，并且进行基板的解理而使c面露出于基板端面。该方法及构造中，制作步骤中需要干式蚀刻与解理这2个处理。而且，因利用解理面，因此由解理面构成的基板端面的角度，界定于由基板端面的解理面的法线与基板主面的法线所界定的平面上。
本发明的目的在于提供一种III族氮化物半导体激光器元件以及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，该III族氮化物半导体激光器元件在自六方晶系III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有可降低因返回光产生的干扰的激光谐振器。
用于解决问题的技术手段
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件具有：(a)激光器构造体，其包含由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体、及设于上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域；以及(b)电极，其设于上述激光器构造体的上述半导体区域上。上述半导体区域包含由第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，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴而向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向以有限的角度CALPHA倾斜，上述激光器构造体包含与m-n面交叉的第1及第2切断面，该m-n面由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定，该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器包含上述第1及第2切断面，上述激光器构造体包含第1及第2面，上述第1面为上述第2面的相反侧的面，上述第1及第2切断面自上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘。上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度为45度以上80度以下或者100度以上135度以下的范围，上述激光器构造体包含在上述支撑基体的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向上延伸，该波导路向量的方向自上述第1及第2切断面的一方朝向另一方，上述第1切断面在与上述m-n面正交的第1平面内相对于与上述波导路向量正交的基准面以角度β倾斜，上述角度β在上述第1切断面中的上述支撑基体的端面上被界定，上述第1切断面在与上述m-n面正交的第2平面内相对于上述基准面以角度α倾斜，上述角度α在上述第1切断面中的上述活性层的端面上被界定，上述角度α与上述角度β不同，上述角度α与上述角度β的差为0.1度以上。
根据该III族氮化物半导体激光器元件，作为激光谐振器的第1及第2切断面与m-n面交叉，该m-n面由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴所界定，因此，可设置在m-n面与半极性面的交叉线的方向延伸的激光波导路。而且，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面构成的可能性变高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，存在无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
第1切断面为与解理面不同的面，因此，该切断面在支撑基体的端面上相对于上述基准面(与波导路向量正交的面)以角度β倾斜，并且在活性层的端面上相对于该基准面以角度α倾斜。而且，作为该切断面，与其说是接近平面的面，不如说是角度α与角度β的差为0.1度以上的曲面。因此，上述切断面关于界定在上述基准面内的角度而倾斜，从而该切断面可减少因入射至切断面(活性层端面及基板端面)的返回光而产生的干扰的影响。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述角度β大于上述角度α。根据该III族氮化物半导体激光器元件，可减少到达支撑基体的端面且入射至基板内的返回光的量，而且可减小活性层的端面的角度α。而且，本发明的III族氮化物半导体激光器元件中，上述波导路向量可与a-n面的法线向量成0.1度以上的角度，该a-n面由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴及上述法线轴所界定。根据该III族氮化物半导体激光器元件，因激光波导路相对于a-n面的法线向量倾斜，因此变得能更强地抵抗因返回光的干扰而产生的影响。进而，本发明的III族氮化物半导体激光器元件中，上述角度α可为0.5度以下。当该角度过大时，激光振荡特性下降。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，优选，上述支撑基体的厚度为400μm以下。该III族氮化物半导体激光器元件中，适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，更优选，上述支撑基体的厚度为50μm以上100μm以下。若厚度为50μm以上，则操作变得容易，且生产合格率提高。若为100μm以下，则进一步适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，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轴的方向偏光。该III族氮化物半导体激光器元件中，可实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，该III族氮化物半导体激光器元件的LED模式下的光，在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向包含偏光分量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包含偏光分量I2，上述偏光分量I1大于上述偏光分量I2。根据该III族氮化物半导体激光器元件，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的光。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，更优选，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度为63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围。
该III族氮化物半导体激光器元件中，在63度以上80度以下或者100度以上117度以下的范围内，通过挤压而形成的端面成为接近垂直于基板主面的面的可能性变高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，存在无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，优选，上述半极性主面为{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器元件，这些典型的半极性面上，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件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。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，作为上述半极性主面，自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一半极性面向m面方向具有-4度以上+4度以下的范围的微倾斜的面也可良好地作为上述主面。
根据该III族氮化物半导体激光器元件，在自这些典型的半极性面的微倾斜面中，可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器元件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。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，优选，上述支撑基体的堆垛层错密度为1×104cm-1以下。
根据该III族氮化物半导体激光器元件，堆垛层错密度为1×104cm-1以下，因此因偶发事件损坏切断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述支撑基体可由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一方构成。
根据该III族氮化物半导体激光器元件，当使用由这些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，可提高偏光度，且可通过低折射率而强化光束缚。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。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，可还包括设于上述第1及第2切断面中的至少一方上的电介质多层膜。
该III族氮化物半导体激光器元件中，也可对断裂面也适用端面涂布。通过端面涂布，可调整反射率。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述活性层可包含以发出波长360nm以上600nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。该III族氮化物半导体激光器元件通过半极性面的利用可获得有效利用了LED模式的偏光的III族氮化物半导体激光器元件，从而可获得低阈值电流。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，更优选，上述活性层包含以产生波长为430nm以上550nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。该III族氮化物半导体激光器元件通过半极性面的利用而可减小压电电场且提高发光层区域的结晶质量，从而可提高量子效率，且适于产生波长430nm以上550nm以下的光。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述第1及第2切断面上分别出现上述支撑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中的端面与正交于由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的m轴的基准面所成的角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的第1平面中成(CALPHA-5)度以上(CALPHA+5)度以下的范围的角度。
该III族氮化物半导体激光器元件中具有关于自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。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，优选，上述角度在与上述第1平面及上述法线轴正交的第2平面上处于-5度以上+5度以下的范围。
该III族氮化物半导体激光器元件中，具有关于与半极性面的法线轴垂直的面上所界定的角度满足上述垂直性的端面。
本发明的一个方式的III族氮化物半导体激光器元件中，上述电极在预定轴的方向延伸，上述第1及第2切断面与上述预定轴交叉。
本发明的另一个方式涉及一种制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。该方法包括如下步骤：(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；(b)形成具有激光器构造体、阳极电极及阴极电极的基板产物，该激光器构造体包含形成在上述半极性主面上的半导体区域与上述基板；(c)在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向，对上述基板产物的第1面进行局部刻划；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，形成另一基板产物及激光条。上述第1面为上述第2面的相反侧的面，上述半导体区域位于上述第2面与上述基板之间，上述激光条自上述第1面延伸至上述第2面，通过上述分离而形成，具有上述III族氮化物半导体激光器元件的第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器元件的激光谐振器，上述阳极电极及阴极电极形成在上述激光器构造体上，上述半导体区域包含由第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而向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向以有限的角度CALPHA倾斜，上述第1及第2端面与m-n面交叉，该m-n面由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定。上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度系在45度以上80度以下或者100度以上135度以下的范围，上述激光器构造体包含在上述基板的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向上延伸，该波导路向量的方向自上述第1及第2端面的一方朝向另一方，上述第1端面在与上述m-n面正交的第1平面内相对于与上述波导路向量正交的基准面以角度β倾斜，上述角度β在上述第1端面中的上述基板的端面上被界定，上述第1端面在与上述m-n面正交的第2平面内相对于上述基准面以角度α倾斜，上述角度α在上述第1端面中的上述活性层的端面上被界定，上述角度α与上述角度β不同，上述角度α及上述角度β具有相同的符号，上述角度α与上述角度β的差为0.1度以上。
根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向刻划基板产物的第1面之后，通过对基板产物的第2面的挤压而进行基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。因此，以与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴与法线轴所界定的m-n面交叉的方式，在激光条形成第1及第2端面。通过该端面形成，可对第1及第2端面提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器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坏的谐振镜面。
而且，该方法中，激光波导路在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向延伸，未使用干式蚀刻面而形成能提供该激光波导路的谐振镜端面。
第1切断面为与解理面不同的面，因此该切断面在支撑基体的端面上相对于上述基准面(与波导路向量正交的面)以角度β倾斜，而且在活性层的端面上相对于该基准面以角度α倾斜。而且，作为该切断面，与其说是接近于平面的面，不如说是角度α与角度β的差为0.1度以上的曲面。因此，上述切断面关于上述基准面内所界定的角度倾斜，因此，该切断面可减少因入射至切断面(活性层端面及基板端面)的返回光而产生的干扰的影响。
本发明的另一个方式的方法中，上述角度β大于上述角度α。根据该方法，可减少到达支撑基体的端面且入射至基板内的返回光的量，而且可减小活性层的端面的角度α。而且，本发明的另一个方式的方法中，上述波导路向量可与a-n面的法线向量成0.1度以上的角度，该a-n面由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴及上述法线轴所界定。根据该方法，因激光波导路相对于a-n面的法线向量倾斜，因此变得能更强地抵抗因返回光的干扰而产生的影响。进而，本发明的另一个方式的方法中，上述角度α可为0.5度以下。当该角度过大时，激光振荡特性下降。
本发明的另一个方式的方法中，在形成上述基板产物的上述步骤中，上述基板受到切片或者研削的加工，以使上述基板的厚度成为400μm以下，上述第2面可为通过上述加工而形成的加工面。或者，可为包含形成在上述加工面上的电极的面。
本发明的另一个方式的方法中，在形成上述基板产物的上述步骤中，上述基板被研磨成使上述基板的厚度成为50μm以上100μm以下，上述第2面可为通过上述研磨而形成的研磨面。或者，可为包含形成在上述研磨面上的电极的面。
在这种厚度的基板中，能够以良好的合格率而形成具有能构成该III族氮化物半导体激光器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坏的第1及第2端面。
本发明的另一个方式的方法中，上述角度CALPHA可为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面构成的可能性变高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，无法获得所需的平坦性及垂直性。
本发明的另一个方式的方法中，更优选，上述角度CALPHA为63度以上80度以下及100度以上117度以下的范围。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度且小于100度的角度内，无法获得所需的平坦性及垂直性。
本发明的另一个方式的方法中，优选，上述半极性主面为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面。
在这些典型的半极性面上，也可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器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坏的第1及第2端面。
本发明的另一个方式的方法中，作为上述半极性主面，自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一半极性面向m面方向具有-4度以上+4度以下的范围的微倾斜的面也可良好地作为上述主面。
在自这些典型的半极性面的微倾斜面中，也可提供具有能构成该III族氮化物半导体激光器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坏的第1及第2端面。
本发明的另一个方式的方法中，上述刻划使用激光刻划器而进行，通过上述刻划而形成刻划槽，上述刻划槽的长度短于由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴及上述法线轴所界定的a-n面与上述第1面的交叉线的长度。
根据该方法，通过基板产物的切断，形成另一基板产物及激光条。该切断使用比激光条的切断线更短的刻划槽而产生。
本发明的另一个方式的方法中，上述第1及第2端面各自的上述活性层的端面，可相对于与由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的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轴所界定的平面中成(CALPHA-5)度以上(CALPHA+5)度以下的范围的角度。
根据该方法，可形成关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度而具有上述垂直性的端面。
本发明的另一个方式的方法中，上述基板可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一方构成。根据该方法，当使用由这些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。
本发明的上述目的以及其它目的、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地明了。
发明效果
如以上所说明，根据本发明，提供一种III族氮化物半导体激光器元件，其在六方晶系III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有不仅能减少因返回光而产生的干扰而且能实现低阈值电流的激光谐振器。此外，根据本发明，提供一种制作该III族氮化物半导体激光器元件的方法。
附图说明
图1是概略性地表示本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的构造的图。
图2是表示切断面的形状的一例的图。
图3是表示III族氮化物半导体激光器元件的活性层的能带构造的图。
图4是表示III族氮化物半导体激光器元件的活性层的发光的偏光的图。
图5是表示III族氮化物半导体激光器元件的端面与活性层的m面的关系的图。
图6是表示制作本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的步骤流程图。
图7是示意性表示制作本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的图。
图8是表示晶格的{20-21}面以及谐振器端面的扫描型电子显微镜像的图。
图9是表示实施例1所示的激光二极管的构造的图。
图10是表示求得的偏光度ρ与阈值电流密度的关系的图。
图11是表示GaN基板的c轴向m轴方向的倾斜角与振荡合格率的关系的图。
图12是表示堆垛层错密度与振荡合格率的关系的图。
图13是表示基板厚度与振荡合格率的关系的图。
图14是表示(20-21)面与其他面取向(指数)所成的角度的图。
图15是示意性表示具有隆脊构造的折射率导引激光器的构造的图。
图16是示意性表示进行切断的装置及切断面的图。
图17是表示III族氮化物半导体激光器元件中与端面的倾斜相对应而不同的返回光的影响的图。
图18是表示返回光对本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的影响的图。
图19是表示端面上的偏离角度α与返回光的往返次数的关系的图。
图20是表示设定基板的厚度T、角度θ、半导体芯片宽度W时所获得的、角度θ与端面的偏离角度α及β之间的关系的图。
图21是示意性表示本实施方式的切断面的形成过程的图。
图22是表示(20-21)面、(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的图。
图23是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的图。
图24是表示(20-21)面、(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的图。
符号说明
11                III族氮化物半导体激光器元件
13                激光器构造体
13a               第1面
13b               第2面
13c、13d          边缘
15                电极
17                支撑基体
17a               半极性主面
17b               支撑基体背面
17c               支撑基体端面
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                 势垒层
27、29              切断面
CALPHA              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                  载流子阻挡层
41                  电极
43a、43b            电介质多层膜
MA                  m轴向量
GAMMA               角度
DSUB                支撑基体厚度
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                  激光器构造体
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            刻划槽
65b            刻划槽
LB             激光束
SP1            基板产物
LB1            激光条
69             刮刀
69a            边缘
69b、69c       刮刀面
70             支撑装置
70a            支撑面
70b            凹部
具体实施方式
本发明的观点可参照作为例示表示的附图且考虑到以下详细描述而容易地理解。继而，参照附图，对III族氮化物半导体激光器元件、及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法的实施方式进行说明。可能的情况下，对相同的部分标注相同的符号。
图1是概略性地表示本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的构造的图。III族氮化物半导体激光器元件11虽具有增益导引型的构造，但本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器元件11具有激光器构造体13及电极15。激光器构造体13包含支撑基体17及半导体区域19。支撑基体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设于支撑基体17的半极性主面17a上。电极15设于激光器构造体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势垒层25b，阱层25a及势垒层25b交替排列。阱层25a由例如InGaN等构成，势垒层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以下的光的方式设置的量子阱构造。通过利用半极性面，有助于产生波长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而排列。III族氮化物半导体激光器元件11中，激光器构造体13包含与m-n面交叉的第1切断面27及第2切断面29，该m-n面由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所界定。
参照图1，描绘有直角坐标系S及结晶坐标系CR。法线轴NX朝向直角坐标系S的Z轴的方向。半极性主面17a平行于由直角坐标系S的X轴及Y轴所界定的预定平面而延伸。而且，图1中描绘有代表性的c面Sc。支撑基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对于法线轴NX而向六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向以有限的角度CALPHA倾斜。
III族氮化物半导体激光器元件11还具有绝缘膜31。绝缘膜31覆盖激光器构造体13的半导体区域19的表面19a，半导体区域19位于绝缘膜31与支撑基体17之间。支撑基体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的方向上延伸，形成为例如条纹形状。电极15经由开口31a而与半导体区域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的方向上延伸。III族氮化物半导体激光器元件11中，激光波导路包含第1包覆层21、第2包覆层23及活性层25，且在上述交叉线LIX的方向上延伸。例如，在增益导引型激光器中，绝缘膜31的开口31a具有例如条纹形状，激光波导路的方向朝向该条纹开口的延伸方向。而且，在隆脊型激光器中，激光器构造体13的半导体区域19具有隆脊构造，激光波导路的方向朝向该隆脊构造的延伸方向。波导路向量LGV表示激光波导路的方向。
III族氮化物半导体激光器元件11中，第1切断面27及第2切断面29与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所界定的m-n面交叉。III族氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器包含第1及第2切断面27、29，激光波导路自第1切断面27及第2切断面29中的一方向另一方延伸。激光器构造体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切断面27、29自第1面13a的边缘13c延伸至第2面13b的边缘13d。第1及第2切断面27、29与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。图1中，为了不使图变得复杂，而简单地描绘切断面27的形状。
根据该III族氮化物半导体激光器元件11，构成激光谐振器的第1及第2切断面27、29与m-n面交叉。因此，可设置在m-n面与半极性面17a的交叉线的方向延伸的激光波导路。因此，III族氮化物半导体激光器元件11变得具有可实现低阈值电流的激光谐振器。
该III族氮化物半导体激光器元件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CALPHA为45度以上80度以下或者100度以上135度以下的范围，激光器构造体13包含在支撑基体17的半极性主面17a上延伸的激光波导路。该激光波导路在波导路向量LGV的方向延伸，该波导路向量LGV的方向自上述第1及第2切断面27、29中的一方朝向另一方。
图2是表示切断面的形状的一例的图。图2中，为了不使图变得复杂，未描绘刻划痕迹。而且，为了表示角度α、β的大小的关系，在图2的(a)部~图2的(c)部所示的剖面中表示切断面的线以直线描绘，而实际的切断面上并不限于直线。图2的(a)部是表示III族氮化物半导体激光器元件11的剖面图。图2的(b)部是表示III族氮化物半导体激光器元件11的活性层的剖面图。图2的(c)部是表示III族氮化物半导体激光器元件11的背面的平面图。图2的(a)部的剖面图沿图2的(c)部所示的II-II线而获得。图2的(b)部的剖面图沿图2的(a)部所示的I-I线而获得。参照图2的(a)部可知，切断面27相对于a-n面以角度θ倾斜。参照图2的(b)部可知，切断面27相对于a-n面以角度α倾斜。参照图2的(c)部可知，切断面27相对于a-n面以角度β倾斜。如图2所示，切断面倾斜。角度α及角度β具有相同的符号。第1切断面27为与解理面不同的面，因此，该切断面27在支撑基体17的端面上以角度β倾斜，而且在活性层的端面上以角度α倾斜。而且，切断面27整体相对于a-n面倾斜。而且，切断面27与其说是接近平面的面，不如说是角度α与角度β的差为0.1度以上的曲面。切断面27关于上述基准面内所界定的角度α、β倾斜，因此，该切断面27可降低因入射至切断面(例如活性层端面及基板端面)的返回光而产生的干扰的影响。角度α例如大于0度，而且角度α例如为0.5度以下。角度β例如大于0度，而且角度β例如为5度以下。
再次参照图1，激光器构造体13的支撑基体17具有设于一个切断面(例如第1切断面27)上的凹部。图1中，表示有具有例示的形状的凹部28、30。凹部28、30自支撑基体17的背面17b延伸。凹部28、30设于第1面13a的边缘13c的一部分。而且，凹部28、30的末端28a、30a与第2面13b的边缘13d相隔。
凹部28、30沿由六方晶系III族氮化物半导体的a轴及法线轴NX所界定的a-n面延伸。因此，露出于切断面27的活性层端面可具有更优良的平坦性。凹部28、30与切断前的刻划槽相对应，故为刻划痕迹。凹部28自侧面20b沿a-n面延伸。凹部28位于侧面20b的一端。凹部30自侧面20a沿a-n面延伸。凹部30位于侧面20a的一端。如此，在支撑基体17的背面17b设有刻划痕迹，因此，刻划槽设于基板背面17b。通过刮刀对基板背面的相反侧的薄膜侧进行挤压而能引起断裂。如此设置的切断面具有可用作用于光谐振器的端面的程度的优良的平坦性、垂直性。
凹部28、30与刻划槽相关联。为了向激光器构造体13提供用于谐振器的切断面，刻划槽有助于导引切断行进的方向。刻划槽形成在基板(支撑基体17)的背面，而且对激光器构造体13的第2面13b进行挤压。用于切断的挤压力对准刻划槽的排列而施加在第2面(外延面)13b，因此，与第1面13a的边缘13c相比，第2面13b的边缘13d形成为更靠近刻划槽的排列线及a-n面，自排列线(a-n面)的偏离较小。另一方面，第1面13a的边缘13c也同样沿刻划槽的排列线形成，但与第2面13b的边缘13c相比，该边缘13c自排列线(a-n面)的偏离较大。切断面27包含将边缘13c、13d及凹部28、30的边缘连接的面。在边缘13d与凹部28的边缘之间，延伸有切断面的一部分。在边缘13d与凹部30的边缘之间，延伸有切断面的一部分。在凹部28、30的边缘之间，延伸有切断面的一部分。
切断面27与m-n面的交叉线(在切断面27上，自第2面13b的边缘13d的一点直至第1面13a的边缘13c的一点为止，以与主面17a正交的方式界定的线)、与a-n面之间的间隔(界定在X轴方向的距离)，自边缘13d向边缘13c的方向增加。换言之，边缘13c上的一点(例如某Y坐标Y1)与边缘13d上的一点(Y坐标Y1)所连成的线段相对于a-n面倾斜。该线段上的一点与自该一点向a-n面的垂线的底部的距离(垂线的长度)向Z轴的负方向增加。而且，当上述Y坐标Y1位于刻划痕迹28的侧缘28b附近的位置、刻划痕迹30的侧缘30b附近的位置、及侧缘28b与侧缘30b的中央位置时，界定有3根线段。这些线段并不平行，在边缘13d上，这3根线段的上述距离(垂线的长度)例如自侧面20a及侧面20b中的一方向另一方增加。而且，在边缘13c上，这3点的上述距离(垂线的长度)在同一Z坐标上自例如侧面20a及侧面20b中的一方向另一方增加。该增加的方向对应于切断的行进方向。
凹部28、30的侧缘28b、30b与经过绝缘膜31的开口31a及活性层25的发光区域且界定在法线轴NX的方向的基准面相隔。
本实施例中，激光器构造体13的支撑基体17可具有设于另一切断面(例如第2切断面29)且对应于刻划槽的凹部32。凹部32例如沿III族氮化物半导体激光器元件11的侧面20a延伸。凹部32也与凹部30同样包含刻划痕迹。凹部32也可具有与例如凹部30相同的形状。凹部32也与凹部30同样沿a-n面延伸。
刻划槽有助于导引切断行进的方向。例如支撑基体17的厚度比刻划槽的深度更薄时，凹部30、32有时到达半导体区域19。切断面29也可具有与切断面27相同的形状。
III族氮化物半导体激光器元件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。载流子阻挡层39设于例如第1部分37a与第2部分37b之间。在支撑基体17的背面17b设有另一电极41，电极41覆盖例如支撑基体17的背面17b。
图3是表示III族氮化物半导体激光器元件的活性层的能带构造的图。图4是表示III族氮化物半导体激光器元件11的活性层25的发光的偏光的图。图5是示意性地表示c轴及m轴所界定的剖面的图。参照图3的(a)部可知，在能带构造BAND的Γ点附近，导带与价带之间的可能的跃迁有3个。A能带及B能带为比较小的能量差。导带与A能带的跃迁Ea所产生的发光向a轴方向偏光，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3的(b)部，表示有III族氮化物半导体激光器元件11的LED模式下的光的光谱。LED模式的光包含六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向的偏光分量I1、及将六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向的偏光分量I2，偏光分量I1大于偏光分量I2。偏光度ρ由(I1-I2)/(I1+I2)所界定。使用该III族氮化物半导体激光器元件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4所示，可还包含设于第1及第2切断面27、29中的至少一方或者两者上的电介质多层膜43a、43b。断裂面27、29上均可使用端面涂布。通过端面涂布，可调整反射率。
如图4的(b)部所示，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轴的方向偏光。该III族氮化物半导体激光器元件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切断面27、29与c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。然而，第1及第2切断面27、29具有用于谐振器的作为镜面的平坦性、垂直性。因此，使用第1及第2切断面27、29与在这些切断面27、29间延伸的激光波导路，如图4的(b)部所示，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器元件11中，第1及第2切断面27、29各自出现支撑基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c，端面17c及端面19c被电介质多层膜43a覆盖。支撑基体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所成的角度GAMMA由分量(GAMMA)1与分量(GAMMA)2所界定，该分量(GAMMA)1界定在由III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的平面S1上，该分量(GAMMA)2界定在与平面S1及法线轴NX正交的平面S2上。优选的是，分量(GAMMA)1在由III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的平面S1中处于(CALPHA-5)度以上(CALPHA+5)度以下的范围。在图5中，该角度范围表示为代表性的m面SM与参照面FA所成的角度。为了便于理解，在图5中，自激光器构造体的内侧直至外侧而描绘代表性的m面SM。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器元件11具有关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度GAMMA满足上述垂直性的端面。而且，优选，分量(GAMMA)2在平面S2中处于-5度以上+5度以下的范围。此处，GAMMA2=(GAMMA)1 2+(GAMMA)2 2。此时，III族氮化物半导体激光器元件11的端面27、29关于在与半极性面17a的法线轴NX垂直的面上所界定的角度满足上述垂直性。
再次参照图1，III族氮化物半导体激光器元件11中，优选支撑基体17的厚度DSUB为400μm以下。该III族氮化物半导体激光器元件中，适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。III族氮化物半导体激光器元件11中，更优选支撑基体17的厚度DSUB为50μm以上100μm以下。该III族氮化物半导体激光器元件11中，更适于获得用于激光谐振器的优良的切断面。而且，操作变得容易，且可提高生产合格率。
III族氮化物半导体激光器元件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CALPHA优选45度以上，而且优选80度以下。而且，角度CALPHA优选100度以上，而且优选135度以下。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面构成的可能性变高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，存在无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
III族氮化物半导体激光器元件11中，进而，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CALPHA优选63度以上，而且优选80度以下。而且，角度CALPHA优选100度以上，而且优选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度且小于100度的角度内，存在无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。
半极性主面17a可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一方。进而，自这些面以-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也可良好地作为上述主面。这些典型的半极性面17a中，可提供具有能够构成该III族氮化物半导体激光器元件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27、29。而且，在跨及这些典型的面取向的角度的范围内，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器元件11中，支撑基体17的堆垛层错密度可为1×104cm-1以下。堆垛层错密度为1×104cm-1以下，从而因偶发事件损坏切断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。而且，支撑基体17可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一方构成。当使用由这些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27、29。当使用AlN或者AlGaN基板时，可提高偏光度，且可通过低折射率而强化光束缚。当使用InGaN基板时，可减小基板与发光层的晶格失配率，可提高结晶品质。
图6是表示本实施方式的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法的主要步骤的图。参照图7的(a)部，表示有基板51。步骤S101中，准备用于制作III族氮化物半导体激光器元件的基板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而向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向(向量VM)以有限的角度CALPHA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。
步骤S102中，形成基板产物SP。图7的(a)部中，基板产物SP被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，在步骤S103中，形成激光器构造体55。激光器构造体55包含半导体区域53及基板51，在步骤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上依序生长第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，且可包含活性层、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。这些半导体层被外延生长。半导体区域53上被绝缘膜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。
步骤S104中，在激光器构造体55上形成阳极电极58a及阴极电极58b。而且，在于基板51的背面形成电极之前，对结晶生长中所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形成在半导体区域53上，而且阴极电极58b形成在基板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。通过这些步骤形成基板产物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2面63b与基板51之间。
步骤S105中，如图7的(b)部所示，在基板产物SP的第1面63a进行刻划。该刻划使用激光刻划器10a进行。通过刻划而形成刻划槽65a。图7的(b)部中，已经形成5个刻划槽，使用激光束LB形成刻划槽65b。刻划槽65a的长度比由六方晶系III族氮化物半导体的a轴及法线轴NX所界定的a-n面与第1面63a的交叉线AIS的长度短，交叉线AIS的一部分受到激光束LB的照射。通过激光束LB的照射，在第1面63a上形成在特定方向延伸且到达半导体区域的槽。刻划槽65a可形成在例如基板产物SP的一个边缘。而且，可形成沿交叉线AIS排列的多个刻划槽。为了形成各个刻划槽，激光束LB大致垂直地入射至第1面63a。
刻划槽65a有助于导引切断行进的方向。刻划槽65a具有深度(Z轴方向的值)、宽度(Y轴方向的值)及长度(X轴方向的值)，而且，关于深度及长度方向沿a-n面延伸。为了向激光器构造体55提供用于谐振器的切断面，刻划槽65a有助于导引切断行进的方向，形成在基板(支撑基体17)51的背面51a且对激光器构造体55的第2面65b进行挤压。切断以刻划槽65a为起点在自第1面63a朝向第2面63b的方向行进，且也在与其交叉的方向行进。
步骤S106中，如图7的(c)部所示，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S P1及激光条LB1。挤压使用例如刮刀69等致断装置而进行。刮刀69包含在一个方向延伸的边缘69a、以及界定边缘69a的至少2个刮刀面69b、69c。而且，基板产物S P1的挤压在支撑装置70上进行。支撑装置70包含支撑面70a与凹部70b，凹部70b在一个方向延伸。凹部70b形成在支撑面70a上。使基板产物S P1的刻划槽65a的朝向及位置对准支撑装置70的凹部70b的延伸方向，从而使基板产物S P1在支撑装置70上定位于凹部70b。使致断装置的边缘的朝向对准凹部70b的延伸方向，而自与第2面63b交叉的方向使致断装置的边缘抵压在基板产物SP1。交叉方向优选与第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及激光条LB1。通过抵压，形成具有第1及第2端面67a、67b的激光条LB1，这些端面67a、67b，在至少发光层的一部分具有可适用于半导体激光器的谐振镜的程度的垂直性及平坦性。
为了导引切断行进的方向，在基板51的背面51b形成刻划槽的排列，而且对激光器构造体55的第2面63b进行挤压。切断以刻划槽为起点而在自第1面63a朝向第2面63b的方向(例如Z轴方向)行进，而且也在与其交叉的方向(例如Y轴方向)行进。
当沿着由a轴及法线轴所界定的平面而在基板背面形成刻划槽及其排列，并且通过刮刀对薄膜侧的挤压而形成断裂时，在保持可适用于激光谐振器的平坦性及垂直性的同时，可向切断面提供略微的倾斜，可提高半极性面上的半导体激光器中对返回光的耐性。
在刻划基板产物SP1的步骤中，能够以与III族氮化物半导体激光器元件的元件宽度等值的间距形成刻划槽。因以元件宽度的间距形成刻划槽，从而在Y轴方向的切断的行进中，以每个元件的距离而进行切断的导引。因此，可期待在切断的生成方向进行切实的导引。以与元件宽度相等的间距排列的刻划槽有助于导引切断行进的方向、且控制用于切断面的略微的倾斜。而且，可使位于这些刻划槽间的激光条纹的端面的质量变得良好。
所形成的激光条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各自从第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器元件的激光谐振器，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所界定的m-n面相对应。
根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向刻划基板产物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及激光条LB1。因此，以与m-n面交叉的方式，在激光条LB1形成第1及第2端面67a、67b。通过该端面形成，第1及第2端面67a、67b可具有能够构成该III族氮化物半导体激光器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，所形成的激光波导路在六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜的方向延伸。不使用干式蚀刻面，便形成可提供该激光波导路的谐振镜端面。
根据该方法，通过基板产物SP1的切断，形成新的基板产物SP1及激光条LB1。步骤S107中，反复通过挤压进行分离，而制作多个激光条。该切断使用比激光条LB1的切断线BREAK更短的刻划槽65a而产生。
步骤S108中，在激光条LB1的端面67a、67b形成电介质多层膜，而形成激光条产物。步骤S109中，将该激光条产物分离成各个半导体激光器的芯片。半导体激光器的芯片上形成用于该半导体激光器的一对侧面。
本实施方式的制造方法中，角度CALPHA可在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面构成的可能性变高。而且，在超过80度且小于100度的角度内，存在无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。角度CALPHA优选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，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度且小于100度的角度内，存在无法获得所需的平坦性及垂直性的担忧。半极性主面51a可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一方。进而，自这些面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也可良好地作为上述主面。这些典型的半极性面上，可提供具有充分的平坦性及垂直性的用于激光谐振器的端面，其程度能够构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器。
而且，基板51可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一方构成。当使用由这些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。优选基板51由GaN构成。
在形成基板产物SP的步骤S104中，结晶生长中所使用的半导体基板受到如切片或者研削的加工以使基板厚度成为400μm以下，且第2面63b可为通过研磨而形成的加工面。在该基板厚度下，能够以良好的合格率形成具有充分平坦性、垂直性或者无离子损坏的端面67a、67b，其程度足够能构成该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器。第2面63b为通过研磨而形成的研磨面，研磨后若基板厚度为100μm以下则更佳。而且，为了能比较容易地处理基板产物SP，基板厚度优选50μm以上。
本实施方式的激光器端面的制造方法中，激光条LB1上也界定有角度GAMMA，其已在参照图4时说明。激光条LB 1中，角度GAMMA的分量(GAMMA)1优选在由III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的第1平面(与参照图4的说明中的平面S1相对应的面)中为(CALPHA-5)度以上(CALPHA+5)度以下的范围。激光条LB1的端面67a、67b关于自c轴及m轴中的一方向另一方获取的角度GAMMA的角度分量，满足上述垂直性。而且，角度GAMMA的分量(GAMMA)2优选在第2平面(与图4所示的第2平面S2相对应的面)中为-5度以上+5度以下的范围。此时，激光条LB1的端面67a、67b关于在与半极性面51a的法线轴NX垂直的面上所界定的角度GAMMA的角度分量，满足上述垂直性。
端面67a、67b通过因对半极性面51a上外延生长的多个氮化镓系半导体层的挤压所产生的断裂而形成。由于是半极性面51a上的外延膜，端面67a、67b并非目前为止用作谐振镜的c面、m面、或者a面等低面指数的解理面。然而，在半极性面51a上的外延膜的积层的断裂中，端面67a、67b具有可适用作谐振镜的平坦性及垂直性。
(实施例1)
如下所述，准备半极性面GaN基板，观察切断面的垂直性。基板使用自利用HVPE法而较厚地生长的(0001)GaN结晶块向m轴方向以75度的角度切取的{20-21}面GaN基板。GaN基板的主面经过镜面精加工，背面经过研削加工后成为梨皮面状态。基板的厚度为370μm。
在梨皮面状态的背面侧，使用金刚石笔与将c轴投影至基板主面的方向垂直地施加划线之后，进行挤压而切断基板。为了观察所得的切断面的垂直性，使用扫描型电子显微镜自a面方向观察基板。
图8的(a)部为自a面方向观察切断面的扫描型电子显微镜(SEM)像，右侧的端面为切断面。该切断面在该SEM样本的剖面上具有平坦性及垂直性。
(实施例2)
在实施例1中可知，在具有半极性{20-21}面的GaN基板上，与将c轴投影至基板主面的方向垂直地施加划线并进行挤压后所得的切断面，相对于基板主面具有平坦性及垂直性。因此，为了调查该切断面作为激光器的谐振器的有用性，如下所述，利用有机金属气相生长法生长图9所示的激光二极管。原料使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)。准备了基板71。在基板71上，自利用HVPE法较厚地生长的(0001)GaN结晶块向m轴方向以0度~90度的范围的角度而使用晶圆切片装置进行切取，制作c轴向m轴方向的倾斜角度CALPHA为0度~90度的范围的所需倾斜角的GaN基板。例如，当以75度的角度切取时，可获得{20-21}面GaN基板，在图8的(b)部所示的六方晶系的晶格中由参照符号71a表示。
在生长前，为了调查基板的堆垛层错密度，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流子的发光过程，若存在堆垛层错，则因其附近的载流子会非发光再结合，从而可观察到暗线状。求出该暗线的单位长度的密度(线密度)，定义为堆垛层错密度。此处，为了调查堆垛层错密度，使用非破坏测定的阴极发光法，但也可使用破坏测定的透射型电子显微镜。透射型电子显微镜中，自a轴方向观察试样剖面时，自基板在m轴方向朝向试样表面伸展的缺陷为支撑基体中所含的堆垛层错，与阴极发光法的情形相同，可求出堆垛层错的线密度。
将该基板71配置在反应炉内的基座上之后，按照以下的生长顺序生长外延层。首先，生长厚度为1000nm的n型GaN72。继而，生长厚度为1200nm的n型InAlGaN包覆层73。继而，生长厚度为200nm的n型GaN导引层74a及厚度为65nm的无掺杂InGaN导引层74b，之后，生长由厚度为15nm的GaN/厚度为3nm的InGaN构成的3周期MQW75。然后，生长厚度为65nm的无掺杂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GaN导引层76b。接着，生长厚度为400nm的p型InAlGaN包覆层77b。最后，生长厚度为50nm的p型GaN接触层78。
将SiO2的绝缘膜79成膜在接触层78上之后，使用光刻法通过湿式蚀刻而形成宽度为10μm的条纹孔。此处，以如下的2种方式形成条纹方向的接触孔。即，激光条纹为：(1)M方向(接触孔沿着由c轴及m轴所界定的预定面的方向)；以及(2)A方向：<11-20>方向。
形成条纹孔之后，蒸镀由Ni/Au构成的p侧电极80a及由Ti/Al构成的焊盘电极。继而，使用金刚石研磨液研磨GaN基板(GaN晶圆)的背面，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。厚度的测定也可自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晶圆)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。
针对这2种激光条纹制作谐振镜时，使用了采用波长为355nm的YAG激光的激光刻划器。当使用激光刻划器而断裂时，与使用金刚石刻划的情形相比，可提高振荡芯片合格率。作为刻划槽的形成条件，使用以下条件：激光输出为100mW；扫描速度为5mm/s。所形成的刻划槽，例如是长度为30μm、宽度为10μm、深度为40μm的槽。以800μm的间距经过基板的绝缘膜开口部位向外延表面直接照射激光，由此形成刻划槽。谐振器长度设为600μm。
使用刮刀，通过切断而制作谐振镜。在基板背侧通过挤压而使其断裂，由此制作激光条。更具体而言，关于{20-21}面的GaN基板表示结晶取向与切断面的关系的图为图8的(b)部与图8的(c)部。图8的(b)部表示激光条纹设于(1)M方向的情形，且表示有半极性面71a以及用于激光谐振器的端面81a、81b。端面81a、81b与半极性面71a大致正交，但与现有的c面、m面或者a面等目前为止的解理面不同。图8的(c)部是表示激光条纹设于(2)<11-20>方向的情形，且表示有半极性面71a以及用于激光谐振器的端面81c、81d。端面81c、81d与半极性面71a大致正交，由a面构成。
利用扫描型电子显微镜观察因断裂而形成的切断面，结果在(1)及(2)中均未观察到明显的凹凸。因此，可推断切断面的平坦性(凹凸的大小)为20nm以下。进而，切断面对于试样表面的垂直性在±5度的范围内。
在激光条的端面通过真空蒸镀法涂布电介质多层膜。电介质多层膜由SiO2与TiO2交替积层而构成。膜厚分别在50~100nm的范围调整，而设计成反射率的中心波长处于500~530nm的范围。将一侧的反射面设计为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，使探针落在表面电极而通电。进行光输出测定时，利用光电二极管检测出来自激光条端面的发光，调查电流-光输出特性(I-L特性)。测定发光波长时，使来自激光条端面的发光通过光纤，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，使来自激光条的发光通过偏光板而旋转，从而调查出偏光状态。观测LED模式光时，将光纤配置在激光条表面侧，由此测定自表面放出的光。
在所有的激光器中确认了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。
在所有的激光器中测定LED模式(自然放出光)的偏光状态。设a轴的方向的偏光分量为I1，将m轴投影至主面的方向的偏光分量为I2，将(I1-I2)/(I1+I2)定义为偏光度ρ。如此，调查求得的偏光度ρ与阈值电流密度的最小值的关系后，可获得图10。根据图10可知，当偏光度为正时，(1)激光条纹M方向的激光器中，阈值电流密度大幅下降。即，可知当偏光度为正(I1>I2)、且在倾斜方向设有波导路时，阈值电流密度大幅下降。
图10所示的数据如下。
调查GaN基板的c轴向m轴方向的倾斜角与振荡合格率的关系后，可获得图11。本实施例中，关于振荡合格率，定义为(振荡芯片数)/(测定芯片数)。而且，图11为对基板的堆垛层错密度为1×104(cm-1)以下的基板、且激光条纹为(1)M方向的激光器进行描绘的图。根据图11可知，当倾斜角为45度以下时，振荡合格率极低。利用光学显微镜观察端面状态后可知，在小于45度的角度内，几乎所有的芯片上出现m面，未获得垂直性。而且可知，在倾斜角为63度以上80度以下的范围内，垂直性提高，振荡合格率增加至50%以上。根据这些情况，GaN基板的倾斜角度的范围最优选为63度以上80度以下。另外，在具有该结晶上等价的端面的角度范围、即100度以上117度以下的范围内，也可获得同样的结果。
图11所示的数据如下。
倾斜角  合格率
10、    0.1。
43、    0.2。
58、    50。
63、    65。
66、    80。
71、    85。
75、    80。
79、    75。
85、    45。
90、    35。
调查堆垛层错密度与振荡合格率的关系后，可获得图12。关于振荡合格率的定义，与上述相同。根据图12可知，若堆垛层错密度超过1×104(cm-1)，则振荡合格率急剧下降。而且，利用光学显微镜观察端面状态之后可知，在振荡合格率下降的样本中，端面的凹凸激烈，未获得平坦的切断面。认为是因堆垛层错的存在而导致切断难度存在差异。因此，基板中所含的堆垛层错密度必需为1×104(cm-1)以下。
图12所示的数据如下。
堆垛层错密度(cm-1)、合格率。
500、                  80。
1000、                 75。
4000、                 70。
8000、                 65。
10000、                20。
50000、                2。
调查基板厚度与振荡合格率的关系后，可获得图13。关于振荡合格率的定义，与上述相同。而且，图13中在基板的堆垛层错密度1×104(cm-1)以下、且激光条纹为(1)M方向的激光器中进行描绘。根据图13可知，当基板厚度薄于100μm且厚于50μm时，振荡合格率较高。其原因在于，若基板厚度厚于100μm，则切断面的垂直性会恶化。而且，若薄于50μm，则操作困难，芯片容易破坏。因上述原因，基板的厚度最优选为50μm以上100μm以下。
图13所示的数据如下。
基板厚度、合格率。
48、        10。
80、        65。
90、        70。
110、        45。
150、        48。
200、        30。
400、        20。
(实施例3)
实施例2中，在具有{20-21}面的GaN基板上，生长用于半导体激光器的多个外延膜。如上所述，通过刻划槽的形成及挤压而形成光谐振器用的端面。为了找出这些端面的候补，形成与(20-21)面成90度左右的角度，通过计算而求出与a面不同的面取向。参照图14可知，以下的角度及面取向相对于(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。
(实施例4)
在具有半极性{20-21}面的GaN基板上，与将c轴投影至基板主面的方向垂直地施加划线并进行挤压而得的切断面，相对于基板主面具有平坦性及垂直性。为了调查该切断面用作激光器的谐振器的有用性，如下所述，利用有机金属气相生长法生长激光二极管。原料使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)。基板使用利用HVPE法而生长的{20-21}面GaN基板。
将该基板配置在反应炉内的基座上之后，按照以下的生长顺序生长外延基板。该外延基板含有图15所示的外延层。首先，生长厚度为1000nm的n型GaN层。继而，生长厚度为1200nm的n型InAlGaN包覆层。然后，生长厚度为200nm的n型GaN导引层及厚度为115nm的无掺杂InGaN导引层，之后生长量子阱构造。该量子阱构造中包含由GaN势垒层(厚度为15nm)/InGaN阱层(厚度为3nm)构成的2周期MQW。接着，生长厚度为65nm的无掺杂InGaN导引层、厚度为20nm的p型AlGaN阻挡层、厚度为50nm的p型InGaN导引层、及厚度为200nm的p型GaN导引层。继而，生长厚度为400nm的p型InAlGaN包覆层。最后，生长厚度为50nm的p型GaN接触层。
为了制作宽度为2μm的隆脊构造，利用光刻法，通过宽度为2μm的正型光阻剂设置掩模。激光波导路方向平行于将c轴投影至主面的投影分量的方向。通过使用Cl2的干式蚀刻，制作隆脊构造。蚀刻深度设为0.7μm，对外延基板的半导体区域进行蚀刻，直至AlGaN阻挡层露出为止。蚀刻之后，除去光阻剂掩模。使用光刻法，使宽度约2μm的条纹掩模保留在隆脊构造上。条纹掩模的方向与隆脊构造的方向一致。此后，在隆脊侧面使用真空蒸镀法蒸镀SiO2。蒸镀绝缘膜之后，通过剥离(lift-off)法除去隆脊上的SiO2，而形成具有条纹状开口部的绝缘膜。继而，形成阳极电极及阴极电极，制作基板产物。
形成条纹孔之后，蒸镀由Ni/Au构成的p侧电极AND及由Ti/Au构成的焊盘电极。继而，使用金刚石研磨液对GaN基板(GaN晶圆)的背面进行研磨，制作背面为镜面状态的基板产物。在GaN基板(GaN晶圆)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CTD。
针对这些激光条纹制作谐振镜时，使用了采用波长为355nm的YAG激光的激光刻划器。当使用激光刻划器形成刻划槽而断裂时，与使用金刚石刻划的情形相比，可提高振荡芯片合格率。作为刻划槽的形成条件，使用如下条件：
激光输出为100mW
扫描速度为5mm/s。
在该条件下形成的刻划槽例如是长度为30μm、宽度为10μm、深度为40μm的槽。以400μm的间隔在基板的表面通过电极的开口部直接照射激光，由此周期性地形成刻划槽。谐振器长度设为600μm。
如图16的(a)部所示，使用刮刀，通过切断而制作谐振镜。在图16的(a)部，虚线所示的LN1表示自与{20-21}面垂直的面即{10-1-7}倾斜了几度的面、例如为{10-1-6}面，虚线LN2表示刻划槽的排列线。虚线LN2在例如a轴的方向延伸，而且，刻划槽沿由基板的主面的法线轴与基板的a轴所界定的a-n面延伸。在基板背面侧的端部通过挤压而断裂，由此制作激光条。图16的(b)部示意性地表示切断面。在半极性面上将与平行于将c轴投影至主面的方向而设的激光波导路垂直的端面作为镜面，通过该方法，形成用于激光谐振器的切断面CVT。该切断面CVT与现有的c面主面或m面主面上的激光器中为了光谐振器而成为端面的m面、a面或者c面等解理面不同。切断面CVT上出现因切断而分离的刻划槽的残留部分(刻划痕迹64a)。自刻划槽65a的一端离开虚线LN2的切断面通过下一个刻划槽65a而返回至虚线(刻划线的排列线)LN2。因此，切断面形成为成凸状弯曲的形状。因基板产物的外延面上被施加挤压，因此基板下端的弯曲大于半导体区域上端的弯曲。
与以上说明的方法相同，在激光条的端面通过真空蒸镀法涂布电介质多层膜。电介质多层膜由SiO2与TiO2交替积层而构成。在50~100nm的范围内调整膜厚，而使反射率的中心波长调整为500~530nm的波长范围。将一侧的反射面设计为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%。电介质多层膜的表面成为反映基底的切断面的形状的形状，因此，对于已说明的切断面的角度、形状的相关界定，也适用于电介质多层膜的表面。
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，使探针落在表面电极而通电。进行光输出测定时，利用光电二极管检测出来自激光条端面的发光，调查电流-光输出特性(I-L特性)。测定发光波长时，使来自激光条端面的发光通过光纤，使用光谱分析仪作为检测器而进行光谱测定。振荡波长为500~530nm。
调查氮化物系半导体激光器中的返回光的影响。对半导体激光器进行电性特性评估之后，通过扫描型电子显微镜调查激光条的主面的端面所成的角度。对波导路向量与基板表面侧的活性层端面的法线向量所成的角度α进行界定，而且，对波导路向量与基板背面侧的端面的法线向量所成的角度β进行界定。调查这些角度与相对强度噪声(Relative Intensity Noise，RIN)的关联。结果表示，因角度α与β不同，相对强度噪声得到改善。可知，当角度β与角度α的差为0.1度以上时，相对强度噪声良好。进而，当角度β大于角度α时(β＞α)，相对强度噪声良好。对此认为，返回光中的、比活性层更接近基板背面侧的分量，当返回至激光器芯片内时，在不平行于波导路的方向散射，由此，可减少返回光的不良影响。为了变得更好，使半导体激光器的端面与波导路的交叉角度α设定为在活性层端面的位置大致垂直，而且，在基板端面的位置设定为大于交叉角度α的交叉角度β，由此，可获得得到进一步改善的相对强度噪声。
参照图17说明返回光的影响。图17的(a)部表示具有向与专利文献6同样的方向倾斜的端面的半导体激光器。在激光器构造体的外延面形成有阳极电极AN1，在激光器构造体的基板背面形成在阴极电极CT1。活性层AL1自端面CC1延伸至端面CC2。而且，表示有入射至相互不同的位置的3个返回光LR1、LR2、LR3。返回光LR1大致入射至活性层的端面。返回光LR1直接入射至活性层，因此该光在波导路内通过形成在活性层上下的光束缚构造而受到全反射且在波导路内传播。为了防止此现象，角度θ必需为10度以上的值。然而，当将角度θ为10度以上的端面用于光谐振器时，阈值电流会大幅增加。入射至与活性层端面分离的端面的返回光LR2、LR3在基板背面受到反射，反射分量返回至活性层。
图17的(b)部表示出具有向与本案实施例相同的方向倾斜的端面的半导体激光器。在激光器构造体的外延面形成有阳极电极AN2，在激光器构造体的基板背面形成有阴极电极。活性层AL2自端面BC1延伸至端面BC2。表示出3个返回光LR4、LR5、LR6，它们入射至与活性层AL2的高度大致相同但元件的宽度方向相互不同的位置。返回光LR5入射至大致活性层的端面。返回光LR5直接入射至活性层，但横向上未受到光束缚，在元件内，在与光波导路WG的延伸方向不同的方向传播。因此，通过微小的倾斜角α、β，对于返回光可获得比较大的耐性。入射至与活性层端面分离的端面的返回光LR4、LR6，在元件内，也与返回光LR4同样地在与光波导路WG的延伸方向不同的方向传播。
以下，对于实施方式中所说明的、具有以角度(θ、α(α<β)、β(β1、β2))倾斜的切断面的氮化物系半导体激光器下的返回光的影响进行说明。参照图18的(a)部可知，在激光器构造体的外延面形成有阳极电极AN3，在激光器构造体的基板背面形成有阴极电极CT3。活性层AL2自端面BC1延伸至端面BC2。与图17的(a)部及图17的(b)部同样，返回光LR1~LR3返回至端面。活性层位置接近于被挤压的外延表面，因此，角度α较小。因此，返回光LR1引起的阈值的上升较小。虽然不是毫无返回光的影响，但是返回光LR1入射至最表面上。参照图18的(b)部、图18的(c)部及图18的(d)部，在返回光LR2、LR3入射的位置，端面的倾斜度(β1<β2)比较大，因此，光的行进方向与波导路方向不同。因此，入射的返回光无法导波，因此，不会带来与阈值的上升相关的影响。到达半导体激光器的侧面的光几乎不反射，而是散射且衰减。该氮化物半导体激光器中，在呈现激光波导路的端面上自外延面朝向基板背面的方向延伸的线上，该倾斜角向该方向缓缓变大((α<β1<β2))。
(实施例5)
自剖面观察时，当端面的倾斜角度θ为0度时，对活性层位置上的端面的倾斜角度α、与光的谐振器内的往返次数的关系进行调查。图19是表示端面的偏离角度α与返回光的往返次数的关系的图。当角度α为0.2度以上时，光的往返次数成为1次以下。因此，当角度θ=0度时，若角度α小于0.2度，则相对于返回光较弱，而阈值较低。当角度α为0.2度以上时，相对于返回光变强。当角度α为0.5度以下时，因角度α产生的阈值的上升为实用中可接受的范围内。
对于参照图18说明的、具有以角度(θ、α、β)倾斜的切断面的氮化物系半导体激光器中的返回光的影响进行说明。在用于说明的氮化物系半导体激光器中，端面的纵倾斜角度θ、活性层位置上的端面的横倾斜角度α、背面附近的基板端面的位置上的端面的横倾斜角度β并非为零，角度α与角度β不同(θ≠0度、α≠β≠0)。给出基板的厚度T、角度θ、半导体芯片的宽度W，调查角度α及角度β可取的值。活性层位置上的端面的横倾斜角度α以如下方式界定。
α=arctan(Lα/W)，此处，Lα=(外延膜的厚度)×tanθ。
基板端面的位置上的端面的横倾斜角度β以如下方式界定。
β=arctan(Lβ/W)，此处，Lβ＝(整体厚度=外延膜的厚度+基板厚度)×tanθ。
作为典型的值，设自活性层至外延膜表面为止的距离L1α=1μm，自活性层至基板主面为止的距离L2α=2μm，外延膜的厚度Lα=L1α+L2α，基板厚度DSUB=100μm、芯片宽度为200μm时，可获得如图20所示的依存性。另外，角度θ在包覆层与导引层的全反射角即约10度以下的范围内调查。结果，当角度θ=0.4度时，可获得角度α=0.003度、角度β=0.2度。因此，当角度θ=0.4度以上时，角度α小于0.2度，角度β大于0.2度。这表示大致可制作需要的端面。具有该端面的氮化物半导体激光器对返回光的抵抗能力较强，其阈值较低。
参照图21，对于实现这些端面的方法以在{20-21}面上制作的半导体激光器为例进行说明。在设有平行于将c轴投影至主面的方向的波导路的氮化物半导体激光器中，与基板主面垂直的面在c轴的正方向所朝的端面上为面CP1(例如{-1017}面)。然而，{20-21}面上所制作的半导体激光器中，与该面CP1相比，断裂时更容易出现靠近面CP1的另一面CP2(例如{-1016}面或{10-1-6}面等面指数的结晶面)。在基板背面设有刻划槽之后，如图21的(a)部所示，将刮刀抵在基板产物的表面(外延面)而进行基板产物的断裂。虚线DL表示自刮刀在外延面接触的位置沿{10-1-6}面的位置。切断时的龟裂BK1如图21的(b)部所示，自刻划槽行进。与面指数{-1017}所示的面相比，面指数{-1016}所示的面更容易切断，因此，如图21的(c)部所示，在出现容易切断的面的方向，龟裂BK2自刻划槽65a的排列的线离开而行进。而且，如图21的(d)部所示，龟裂靠近相邻的槽。当龟裂BK3靠近相邻的槽时，如图21的(e)部所示，龟裂BK4与槽相连，完成基板产物的切断。此时，外延表面侧受到来自刮刀的挤压力而切断，因此切断线接近于直线，而大致呈一直线状，另一方面，与其相比，基板背面的切断线弯曲。因此，如图21的(f)部所示，可实现本实施方式中所示的端面形状。本实施方式并不限于上述方式的范围，在本实施方式所记载的半极性面的倾斜角度内，可对切断面提供预定范围的倾斜。在与{20-21}面不同的半极性面上所制作的半导体激光器中，在基板背面形成有沿a-n面延伸的刻划槽的列之后，对基板产物的表面(外延面侧)进行挤压。在a-n面与基板产物的表面的交叉线附近，出现容易切断的面。与上述相同，在出现容易切断的面的方向上，龟裂弯曲地行进。
图22是表示(20-21)面、(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的图。图23是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的图。图24是表示(20-21)面、(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的图。如图22~图24所示，箭头所示的局部的原子配置是表示电荷性质为中性的原子的排列，且周期性地出现电性为中性的原子配置。关于可获得相对于生长面比较垂直的面的理由，可能为，因周期性地出现该电荷性质为中性的原子排列，从而切断面的生成变得比较稳定。
通过包含上述实施例1~3的多种实验，角度CALPHA可在45度以上80度以下及100度以上135度以下的范围。为了提高振荡芯片合格率，角度CALPHA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}面中的任一方。进而，可为自这些半极性面的微倾斜面。例如，半极性主面可为，自{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。
在优选实施方式中图示说明了本发明的原理，但本领域技术人员可知本发明可在不脱离其原理的情况下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所公开的特定构成。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申请专利权。
产业利用性
如以上所说明，根据本实施方式，提供一种III族氮化物半导体激光器元件，其在六方晶系III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的支撑基体的半极性面上，具有可减少因返回光而产生的干扰且可实现低阈值电流的激光谐振器，而且，根据本实施方式，提供一种制作该III族氮化物半导体激光器元件的方法。

Claims (26)

1.一种III族氮化物半导体激光器元件，其包括：
激光器构造体，其包含由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体、及设于上述支撑基体的上述半极性主面上的半导体区域；以及
电极，其设于上述激光器构造体的上述半导体区域上，
上述半导体区域含有由第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，
上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴，相对于上述法线轴而向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向以角度CALPHA倾斜，
上述激光器构造体包含与m-n面交叉的第1及第2切断面，该m-n面由上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所界定，
该III族氮化物半导体激光器元件的激光谐振器包含上述第1及第2切断面，
上述激光器构造体包含第1及第2面，上述第1面为上述第2面的相反侧的面，
上述第1及第2切断面分别自上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘，
上述角度CALPHA处于45度以上80度以下或者100度以上135度以下的范围，
上述激光器构造体包含在上述支撑基体的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向上延伸，该波导路向量的方向自上述第1及第2切断面的一方朝向另一方，
上述第1切断面在与上述m-n面正交的一个平面内相对于与上述波导路向量正交的基准面以角度β倾斜，上述角度β在上述第1切断面中的上述支撑基体的端面上被界定，
上述第1切断面在与上述m-n面正交的另一平面内相对于上述基准面以角度α倾斜，上述角度α在上述第1切断面中的上述活性层的端面上被界定，
上述角度α与上述角度β不同，上述角度α及上述角度β具有相同的符号，上述角度α与上述角度β的差为0.1度以上。
2.如权利要求1所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述角度β大于上述角度α。
3.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述波导路向量与a-n面的法线向量成0.1度以上的角度，该a-n面由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴及上述法线轴所界定。
4.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述角度α为0.5度以下。
5.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述支撑基体的厚度为400μm以下。
6.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述支撑基体的厚度为50μm以上100μm以下。
7.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，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轴的方向偏光。
8.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，
该III族氮化物半导体激光器元件的LED模式下的光，包含上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上的偏光分量I1、及将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向上的偏光分量I2，
上述偏光分量I1大于上述偏光分量I2。
9.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度处于63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围。
10.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述半极性主面为自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面在-4度以上+4度以下的范围内倾斜的倾斜面。
11.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述半极性主面为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面。
12.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述支撑基体的堆垛层错密度为1×104cm-1以下。
13.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述支撑基体由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一方构成。
14.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，还包括设于上述第1及第2切断面中的至少一方上的电介质多层膜。
15.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述活性层包含以产生波长为360nm以上600nm以下的光的方式而设置的发光区域。
16.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述活性层包含以产生波长为430nm以上550nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。
17.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，
上述第1及第2切断面上分别出现上述支撑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中的端面与正交于由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的m轴的基准面所成的角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴及m轴所界定的平面中成(CALPHA-5)度以上(CALPHA+5)度以下的范围的角度。
18.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述激光器构造体具有隆脊构造。
19.一种制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其包括如下步骤：
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；
形成具有激光器构造体、阳极电极及阴极电极的基板产物，该激光器构造体包含形成在上述半极性主面上的半导体区域与上述基板；
在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向，对上述基板产物的第1面进行局部刻划；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，形成另一基板产物及激光条，
上述第1面为上述第2面的相反侧的面，
上述半导体区域位于上述第2面与上述基板之间，
上述激光条自上述第1面延伸至上述第2面，通过上述分离而形成，具有上述III族氮化物半导体激光器元件的第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器元件的激光谐振器，
上述阳极电极及阴极电极形成在上述激光器构造体上，
上述半导体区域含有由第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，相对于上述法线轴而向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向以角度CALPHA倾斜，
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轴及上述法线轴所界定的m-n面交叉，
上述角度CALPHA处于45度以上80度以下或者100度以上135度以下的范围，
上述激光器构造体包含在上述基板的上述半极性主面上延伸的激光波导路，上述激光波导路在波导路向量的方向上延伸，该波导路向量的方向自上述第1及第2端面的一方朝向另一方，
上述第1端面在与上述m-n面正交的一个平面内相对于与上述波导路向量正交的基准面以角度β倾斜，上述角度β在上述第1端面中的上述基板的端面上被界定，
上述第1端面在与上述m-n面正交的另一平面内相对于上述基准面以角度α倾斜，上述角度α在上述第1端面中的上述活性层的端面上被界定，
上述角度α与上述角度β不同，上述角度α及上述角度β具有相同的符号，上述角度α与上述角度β的差为0.1度以上。
20.如权利要求19所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中，上述角度β大于上述角度α。
21.如权利要求19或20所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中，上述波导路向量与a-n面的法线向量成0.1度以上的角度，该a-n面由上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴及上述法线轴所界定。
22.如权利要求19或20所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中，上述角度CALPHA处于63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围。
23.如权利要求19或20所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中，
在形成上述基板产物的上述步骤中，上述基板受到切片或者研削的加工，以使上述基板的厚度成为400μm以下，
上述第2面为通过上述加工而形成的加工面、或者包含形成在上述加工面上的电极的面。
24.如权利要求19或20所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中，
在形成上述基板产物的上述步骤中，上述基板被研磨成使上述基板的厚度成为50μm以上100μm以下，
上述第2面为通过上述研磨而形成的研磨面、或者包含形成在上述研磨面上的电极的面。
25.如权利要求19或20所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中，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撑基体的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轴所界定的平面中成(CALPHA-5)度以上(CALPHA+5)度以下的范围的角度。
26.如权利要求19或20所述的制作III族氮化物半导体激光器元件的方法，其中，上述基板由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一方构成。
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