CN102763293B - 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

本发明提供一种在六方晶系第III族氮化物的半极性面上，具有可实现低阈值电流的激光谐振器的第III族氮化物半导体激光元件、及稳定制作该第III族氮化物半导体激光元件的方法。在位于第III族氮化物半导体激光元件(11)的阳极侧的第一面(13a)的四个角部，分别形成有缺口部(113a)等缺口部。缺口部(113a)等为为了分离元件(11)而设的刻划槽的一部分。刻划槽为由激光刻划器而形成，刻划槽的形状为通过控制激光刻划器而调整。例如，缺口部(113a)等的深度与第III族氮化物半导体激光元件(11)的厚度之比为0.05以上0.4以下，缺口部(113a)的端部的侧壁面的倾斜度为45度以上85度以下，缺口部(113b)的端部的侧壁面的倾斜度为10度以上30度以下。

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
本发明涉及第III族氮化物半导体激光元件、及制作第III族氮化物半导体激光元件的方法。
背景技术
专利文献1中公开有包括如下步骤的半导体元件的制造方法，上述步骤为设于半导体衬底上的半导体元件构造上形成第一辅助槽的步骤、在半导体元件构造上形成第二辅助槽的步骤、以及在沿第一辅助槽及第二辅助槽的分割方向上对半导体衬底及上述半导体元件构造进行分割的步骤。该制造方法中，在分割方向上，分离地设有多个第二辅助槽，多个第二辅助槽中，在至少一组邻接的第二辅助槽之间，相互隔开地设有至少两个第一辅助槽。而且，在上述分割步骤中，对两个第一辅助槽的隔离区域进行分割。非专利文献1中，公开有具有叠层缺陷密度较低且含有半极性面(10-11)的六方晶系GaN衬底、与设于该半极性面上的激光构造体的半导体激光元件。波导在六方晶系GaN衬底的c轴的倾斜方向延伸，且半导体激光的镜面通过反应性离子蚀刻(RIE，Reactive ion etching)而形成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-117494号公报
非专利文献
非专利文献1：Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46，(2007)L444
发明内容
在使用有c轴向m轴的方向倾斜的半极性面的支持基体的第III族氮化物半导体激光元件中，认为，当使激光波导沿由c轴及m轴所规定的面延伸时，能使阈值电流下降。然而，该激光波导的方向上，不存在适合作为谐振镜的结晶面，所以，在利用解理的现有技术中难以形成良好的谐振镜。谐振镜的制作中有时会使用反应性离子蚀刻(RIE)，但利用RIE法所形成的谐振镜的改善点在于，相对于激光波导的垂直性或干式蚀刻面的平坦性得到改善。就发明人所知，迄今为止，在上述的形成在半极性面上的同一第III族氮化物半导体激光元件中，尚不能同时实现在c轴的倾斜方向(倾斜方向)延伸的激光波导、与不使用干式蚀刻而形成谐振镜用端面。本发明为鉴在上述情形而研制的。本发明的目的在于提供一种在从六方晶系第III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的支持基体的半极性主面上，具有可实现低阈值电流的激光谐振器的第III族氮化物半导体激光元件、以及稳定的制作该第III族氮化物半导体激光元件的方法。
本发明的一方式的第III族氮化物半导体激光元件的特征在于，包括：激光构造体，包括包含六方晶系第III族氮化物半导体且具有半极性主面的支持基体及半导体区域，设于上述支持基体的上述半极性主面上；及电极，设于上述激光构造体的上述半导体区域上。上述半导体区域含有包含第一导电型的氮化镓系半导体的第一包覆层、包含第二导电型的氮化镓系半导体的第二包覆层以及设于上述第一包覆层与上述第二包覆层之间的活性层，上述第一包覆层、上述第二包覆层及上述活性层为沿上述半极性主面的法线轴而排列、上述活性层含有氮化镓系半导体层，上述支持基体的上述六方晶系第III族氮化物半导体的c轴为，相对于上述法线轴向上述六方晶系第III族氮化物半导体的m轴的方向以有限的角度α倾斜，上述激光构造体包含：与由上述六方晶系第III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴规定的m-n面交叉的第一及第二割断面、在与上述第一或第二割断面交叉的方向延伸的第一面、位于上述第一面的相反侧且沿上述第一面延伸的第二面及分别设于上述第一面与上述第一割断面交叉的第一边缘的两端的第一及第二缺口部，该第III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包含上述第一及第二割断面，上述第一割断面从上述第一边缘延伸至上述第二面的边缘，包含在上述第一缺口部的侧壁面内且连接至上述第一边缘的第一部分为相对于上述第一面以45度以上85度以下的范围内的第一倾斜角度的斜率向上述第二面侧倾斜，包含在上述第二缺口部的侧壁面内且连接至上述第一边缘的第二部分为相对于上述第一面以10度以上30度以下的范围内的第二倾斜角度的斜率向上述第二面侧倾斜，上述第一割断面具有在与上述第一边缘交叉的方向延伸的第二边缘，上述第二边缘具有位于上述第一面侧的端部，将从上述第一缺口部的底壁面起、直至在上述底壁面上从上述第一面沿上述第一面延伸的假想面为止的距离，除以上述第一面至上述第二面为止的距离所得的商处于0.05以上0.4以下的范围内，从上述第一边缘的端部起、直至在与上述第一边缘交叉的方向延伸的上述第一割断面的中心线为止的距离处于30μm以上100μm以下的范围内。
根据该第III族氮化物半导体激光元件，成为激光谐振器的第一及第二割断面为与由六方晶系第III族氮化物半导体的m轴及法线轴所规定的m-n面交叉，所以，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。因此，可提供具有能实现低阈值电流的激光谐振器的第III族氮化物半导体激光元件。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述角度α可处于45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围内。该第III族氮化物半导体激光元件中，在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面包含m面的可能性变高。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得期望的平坦性及垂直性的担心。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述角度α可处于63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围内。该第III族氮化物半导体激光元件中，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成为接近垂直在衬底主面的面的可能性变高。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得期望的平坦性及垂直性的担心。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述支持基体的厚度可为400μm以下。该第III族氮化物半导体激光元件中，可获得用于激光谐振器的良好的割断面。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述支持基体的厚度可处于50μm以上100μm以下的范围内。若厚度为50μm以上，则操作变得容易，且生产优良率提高。若为100μm以下，则进而可获得用于激光谐振器的良好的割断面。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述半极性主面可为从{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面在-4度以上+4度以下的范围倾斜的微倾斜面。根据该第III族氮化物半导体激光元件，这些典型的半极性面上，均可提供具有能构成该第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的第一及第二端面(割断面)。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述支持基体的叠层缺陷密度可为1×104cm-1以下。根据该第III族氮化物半导体激光元件，叠层缺陷密度为1×104cm-1以下，所以，因偶发事件破坏割断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述支持基体可包含GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一方。根据该第III族氮化物半导体激光元件，当使用包含这些氮化镓系半导体的衬底时，可获得能用作谐振器的第一及第二端面(割断面)。当使用AlN衬底或AlGaN衬底时，能增大偏光度，且能通过低折射率而强化光限制。当使用InGaN衬底时，可减小衬底与发光层的晶格失配率，从而可提高结晶品质。
该第III族氮化物半导体激光元件中，可还包含设于上述第一及第二割断面中的至少任一方的介电体多层膜。该第III族氮化物半导体激光元件中，破剖面均适于端面涂布。通过端面涂布能调整反射率。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述活性层可包含以产生360nm以上600nm以下的范围内的波长的光的方式而设置的发光区域。该第III族氮化物半导体激光元件中，通过利用半极性面，可获得有效利用有LED模式下的偏光的第III族氮化物半导体激光元件，从而可获得低阈值电流。
该第III族氮化物半导体激光元件中，上述活性层可包含以发出430nm以上550nm以下的范围内的光的方式而设置的量子阱构造。该第III族氮化物半导体激光元件中，通过利用半极性面，可低减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，且可产生波长430nm以上550nm以下的光。
本发明的另一方式为制作第III族氮化物半导体激光元件的方法。该方法的特征在于包括如下步骤：准备包含六方晶系第III族氮化物半导体且具有半极性主面的衬底；形成具有激光构造体、阳极电极、及阴极电极的衬底生产物，且该激光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衬底；在上述六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的方向对上述衬底生产物的第一面进行局部刻划，由此在上述第一面上设置多个刻划槽；通过对上述衬底生产物的第二面的挤压而进行上述衬底生产物的分离，从而形成另一衬底生产物及激光条；及，对上述激光条的端面进行加工之后，沿着在与上述六方晶系第III族氮化物半导体的a轴交叉的方向延伸且经过上述多个刻划槽的各个的切断面，切断上述加工后的激光条，从该加工后的激光条进行多个上述第III族氮化物半导体激光元件的分离。上述第一面为上述第二面的相反侧的面，上述半导体区域为位于上述第一面与上述衬底之间，上述激光条具有从上述第一面延伸至上述第二面且通过上述分离而形成的第一及第二端面，上述第一及第二端面构成该第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在上述激光构造体上，上述半导体区域包含含有第一导电型的氮化镓系半导体的第一包覆层、含有第二导电型的氮化镓系半导体的第二包覆层、及设于上述第一包覆层与上述第二包覆层之间的活性层，上述第一包覆层、上述第二包覆层及上述活性层为沿上述半极性主面的法线轴而排列，上述活性层含有氮化镓系半导体层，上述衬底的上述六方晶系第III族氮化物半导体的c轴为，相对于上述法线轴向上述六方晶系第III族氮化物半导体的m轴的方向以有限的角度α倾斜，上述第一及第二端面为与由上述六方晶系第III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所规定的m-n面交叉，上述刻划为使用激光刻划器进行，通过上述刻划，在上述第一面形成多个刻划槽，包含在上述刻划槽的侧壁面内且在上述刻划槽的一个端部连接至上述第一面的第一部分为，相对于上述第一面以45度以上85度以下的范围内的第一倾斜角度的斜率而倾斜，包含在该侧壁面内且在该刻划槽的另一个端部连接至上述第一面的第二部分为，相对于上述第一面以10度以上30度以下的范围内的第二倾斜角度的斜率而倾斜，从上述刻划槽的上述一个端部朝向上述另一个端部的方向为，与将上述六方晶系第III族氮化物半导体的c轴投影至上述半极性主面的方向交叉的方向，在形成上述另一衬底生产物及激光条的步骤中，沿从上述刻划槽的上述一个端部朝向上述另一个端部的方向，进行上述激光条的分离，将从上述刻划槽的底壁面起、直至在上述底壁面上从上述第一面沿上述第一面延伸的假想面为止的距离，除以从上述第一面至上述第二面为止的距离所得的商处于0.05以上0.4以下的范围内，从位于相邻并排的两个上述切断面之间的上述刻划槽的上述一个端部或上述另一个端部起、直至该两个切断面之间的中心面为止的距离为处于30μm以上100μm以下的范围内。
根据该方法，在六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的方向对衬底生产物的第一面进行刻划之后，通过对衬底生产物的第二面的挤压而进行衬底生产物的分离，从而形成另一衬底生产物及激光条。因此，能以与由六方晶系第III族氮化物半导体的m轴与法线轴所规定的m-n面交叉的方式，在激光条形成第一及第二端面。根据该端面的形成，可提供具有在第一及第二端面可构成该第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、垂直性或无离子损坏的谐振镜面。而且，该方法中，激光波导为在六方晶系第III族氮化物的c轴的倾斜的方向延伸，可提供该激光波导的谐振镜端面并非使用干式蚀刻面而形成。而且，通过激光刻划器可较好地控制刻划槽的形状或配置，所以，可容易且稳定地(以能减少平坦性或垂直性的偏差)形成具有谐振镜面的多个同一性质的元件，该谐振镜面具有能构成激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或无离子损坏。
该方法中，上述角度α可处于45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围内。在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面包含m面的可能性变高。而且，在超过80度小于100度的角度内，无法获得期望的平坦性及垂直性。
该方法中，上述角度α可处于63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围内。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呈现m面。而且，在超过80度小于100度的角度内，无法获得期望的平坦性及垂直性。
该方法中，在形成上述衬底生产物的上述步骤中，上述衬底可受到切片或研削加工，以使上述衬底的厚度成为400μm以下，上述第二面可为通过上述加工而形成的加工面、或为包含形成在上述加工面上的电极的面，在形成上述衬底生产物的上述步骤中，上述衬底可受到研磨，以使上述衬底的厚度成为50μm以上100μm以下，上述第二面可为通过上述研磨而形成的研磨面、或为包含形成在上述研磨面上的电极的面。在具有如此的厚度的衬底中，可以较佳的优良率而形成具有能够构成该第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、垂直性或无离子损坏的第一及第二端面。
该方法中，上述半极性主面可为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及{10-1-1}面中的任一方。在这些典型的半极性面中，也可提供具有能构成该第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、垂直性或无离子损坏的第一及第二端面。
该方法中，上述衬底可包含GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一方。根据该方法，当使用这些包含氮化镓系半导体的衬底时，可获得能用作谐振器的第一及第二端面。
本发明的各方式的上述目的及其它目的、特征以及优点，易在根据参照附图描述的本发明的良好实施方式的以下详细说明而明了。
发明效果
如以上说明所述，根据本发明的各方式，可提供一种在六方晶系第III族氮化物的半极性主面上具有可实现低阈值电流的激光谐振器的第III族氮化物半导体激光元件、及稳定地制作该第III族氮化物半导体激光元件的方法。
附图说明
图1为概略性地表示本实施方式的第III族氮化物半导体激光元件的构造的图。
图2(a)、(b)为表示第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(a)、(b)为表示第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为表示第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为表示本实施方式的制作第III族氮化物半导体激光元件的方法的主要步骤的步骤流程图。
图6(a)～(c)为示意性表示本实施方式的制作第III族氮化物半导体激光元件的方法的主要步骤的图。
图7(a)～(c)为不仅表示晶格的{20-21}面还表示谐振器端面的扫描型电子显微镜像的图。
图8为表示实施例1中所示的激光二极管的构造的图。
图9为表示所求得的偏光度ρ与阈值电流密度的关系的图。
图10为表示GaN衬底的c轴向m轴方向的倾斜角与振荡优良率的关系的图。
图11为表示叠层缺陷密度与振荡优良率的关系的图。
图12为表示衬底厚度与振荡优良率的关系的图。
图13为表示(20-21)面与另一面方位(指数)所成的角度的图。
图14为表示(20-21)面与(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的图。
图15为表示(20-21)面与(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的图。
图16为表示(20-21)面与(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的图。
图17为表示本实施方式的第III族氮化物半导体激光元件的一个缺口部的概略状况的图。
图18为表示本实施方式的第III族氮化物半导体激光元件的另一缺口部的概略状况的图。
图19为表示本实施方式的第III族氮化物半导体激光元件的制造过程中所生产的衬底表面的构造的图。
图20为表示本实施方式的第III族氮化物半导体激光元件的制造过程中所生产的激光条的端面侧的构成的图。
图21(a)、(b)为用于将先前的制造方法的剖面与本实施方式的制造方法的剖面进行比较的图。
图22为表示由本实施方式的制造方法所生产的激光条的端面侧的状态的图。
图23为表示缺口部的深度与激光元件的厚度之比、与振荡优良率的关系的图。
图24为表示缺口部的端部的位置、与振荡优良率的关系的图。
图25为表示缺口部的一个端部的倾斜角度、与振荡优良率的关系的图。
图26为表示缺口部的另一个端部的倾斜角度、与振荡优良率的关系的图。
具体实施方式
本发明的观点可通过参照作为示例所示的附图考虑到以下的详细说明而容易理解。继而，参照附图，对本发明的第III族氮化物半导体激光元件、及制作第III族氮化物半导体激光元件的方法的实施方式进行说明。如果可能，则对相同的部分标注相同的标号。
图1为概略地表示本实施方式的第III族氮化物半导体激光元件的构造的图。第III族氮化物半导体激光元件11虽具有增益导引型的构造，但本发明的实施方式中并不限定为增益导引型的构造。第III族氮化物半导体激光元件11中具有激光构造体13及电极15。激光构造体13中包含支持基体17、半导体区域19及绝缘膜31。支持基体17中包含六方晶系第III族氮化物半导体，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包含第一包覆层21、第二包覆层23及活性层25。第一包覆层21为包含第一导电型的氮化镓系半导体，例如包含n型AlGaN、n型InAlGaN等。第二包覆层23为包含第二导电型的氮化镓系半导体，例如包含p型AlGaN、p型InAlGaN等。活性层25设于第一包覆层21与第二包覆层23之间。活性层25含有氮化镓系半导体层，该氮化镓系半导体层例如为阱层25a。活性层25中包括含有氮化镓系半导体的阻挡层25b，阱层25a及阻挡层25b交替排列。阱层25a包含例如InGaN等，阻挡层25b包含例如GaN、InGaN等。活性层25可包含以发出波长为360nm以上600nm以下的光的方式而设置的量子阱构造。通过利用半极性面，可发出波长为430nm以上550nm以下的光。第一包覆层21、第二包覆层23及活性层25沿半极性主面17a的法线轴NX而排列。第III族氮化物半导体激光元件11中，激光构造体13包含与由六方晶系第III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所规定的m-n面交叉的第一割断面27及第二割断面29。
参照图1，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轴的方向。半极性主面17a平行于由正交坐标系S的X轴及Y轴所规定的既定的平面而延伸。而且，图1中描绘有代表性的c面Sc。支持基体17的六方晶系第III族氮化物半导体的c轴相对于法线轴NX而向六方晶系第III族氮化物半导体的m轴的方向以有限的角度α(ALPHA)倾斜。
绝缘膜31覆盖在激光构造体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包含六方晶系第III族氮化物半导体。绝缘膜31具有开口31a，开口31a沿半导体区域19的表面19a与上述m-n面的交叉线LIX的方向延伸，例如成为条纹形状。电极15经由开口31a而与半导体区域19的表面19a(例如第二导电型的接触层33)形成接触，且沿上述交叉线LIX的方向延伸。激光构造体13还包含波导111。波导111包含第一包覆层21、第二包覆层23及活性层25，且沿电极15在上述交叉线LIX的方向上延伸。波导111沿将六方晶系第III族氮化物半导体的c轴投影至半极性主面17a的方向(与六方晶系第III族氮化物半导体的a轴交叉的方向)而从第一割断面27延伸至第二割断面29。
第III族氮化物半导体激光元件11中，第一割断面27及第二割断面29与由六方晶系第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。第III族氮化物半导体激光元件11的激光谐振器包含第一及第二割断面27、29，激光波导从第一割断面27及第二割断面29中的一面向另一面延伸。激光构造体13具有沿与第一割断面27或第二割断面29交叉的方向延伸的第一面13a、及位于第一面13a的相反侧且沿第一面13a延伸的第二面13b。第一面13a为绝缘膜31的表面，第二面13b为包含在支持基体17且与电极41接合的面。第一及第二割断面27、29为从第一面13a的边缘13c延伸至第二面13b的边缘13d。第一及第二割断面27、29与目前为止的c面、m面或a面等解理面不同。
根据该第III族氮化物半导体激光元件11，构成激光谐振器的第一及第二割断面27、29与m-n面交叉。因此，可设置沿m-n面与半极性面17a的交叉线的方向延伸的激光波导。因此，第III族氮化物半导体激光元件11中具有可实现低阈值电流的激光谐振器。
第III族氮化物半导体激光元件11中包含n侧导光层35及p侧导光层37。n侧导光层35包含第一部分35a及第二部分35b，n侧导光层35包含例如GaN、InGaN等。p侧导光层37包含第一部分37a及第二部分37b，p侧导光层37包含例如GaN、InGaN等。载体阻挡层39设于例如第一部分37a与第二部分37b之间。在支持基体17的背面17b设有另一电极41，电极41覆盖在例如支持基体17的背面17b。
图2为表示第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为表示第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为表示由c轴及m轴所规定的面的示意图。参照图2(a)可知，在能带构造BAND的Γ点附近，传导带与价电子带之间的可能的跃迁有3个。A能带及B能带之间存在比较小的能量差。由传导带与A能带的跃迁Ea产生的发光为向a轴方向偏光，由传导带与B能带的跃迁Eb产生的发光为向将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)，表示有第III族氮化物半导体激光元件11的LED模式下的光的光谱。LED模式下的光中包含六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的方向上的偏光成分I1、与将六方晶系第III族氮化物半导体的c轴投影至主面的方向上的偏光成分I2，偏光成分I1大于偏光成分I2。偏光度ρ由(I1-I2)/(I1+I2)所规定。使用该第III族氮化物半导体激光元件11的激光谐振器，在LED模式下可激光振荡发光强度较大的模式下的光。
如图3所示，可还包括设于第一及第二割断面27、29中的至少一面、或两面的介电体多层膜43a、43b。割断面27、29均适于端面涂布。通过端面涂布可调整反射率。
如图3(b)所示，来自活性层25的激光光L向六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的方向偏光。该第III族氮化物半导体激光元件11中，能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一及第二割断面27、29与目前为止的c面、m面或a面等解理面不同。然而，第一及第二割断面27、29具有用于谐振器的、作为镜面的平坦性、垂直性。因此，使用第一及第二割断面27、29以及在这些割断面27、29之间延伸的激光波导，如图3(b)所示，利用比向将c轴投影至主面的方向偏光的跃迁Eb的发光更强的跃迁Ea的发光，可实现低阈值的激光振荡。
第III族氮化物半导体激光元件11中，第一及第二割断面27、29各自呈现出支持基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c，端面17c及端面19c由介电体多层膜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所成的角度β(BETA)由成分(β)1与成分(β)2而规定，该成分(β)1规定在由第III族氮化物半导体的c轴及m轴所规定的第一平面S1上，该成分(β)2规定在与第一平面S1(为了便于理解而未图示，可参照为“S1”)及法线轴NX正交的第二平面S2(为了便于理解而未图示，可参照为“S2”)上。在由第III族氮化物半导体的c轴及m轴所规定的第一平面S1中，成分(β)1可在(α-5)度以上(α+5)度以下的范围。图4中，该角度范围为表示为代表性的m面SM与参照面FA所成的角度。为了便于理解，图4中，代表性的m面SM为从激光构造体的内侧描绘至外侧。参照面FA沿活性层25的端面25c延伸。该第III族氮化物半导体激光元件11中，具有关于从c轴及m轴中的一方向另一方所获取的角度β而满足上述垂直性的端面。而且，在第二平面S2中，成分(β)2可在-5度以上+5度以下的范围。此处，β2＝(β)1 2+(β)2 2。此时，第III族氮化物半导体激光元件11的端面27、29为关于于与半极性面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，第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400μm以下。该第III族氮化物半导体激光元件中，可获得用于激光谐振器的良好的割断面。第III族氮化物半导体激光元件11中，进而，支持基体17的厚度DSUB可为50μm以上100μm以下。该第III族氮化物半导体激光元件11中，进而可获得用于激光谐振器的良好的割断面。而且，操作变得容易，且可提高生产优良率。
第III族氮化物半导体激光元件11中，法线轴NX与六方晶系第III族氮化物半导体的c轴所成的角度α可为45度以上，且可为80度以下。而且，角度α可为100度以上，且可为135度以下。在小于45度及超过135度的角度内，通过挤压而形成的端面包含m面的可能性变高。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得期望的平坦性及垂直性的担心。
第III族氮化物半导体激光元件11中，法线轴NX与六方晶系第III族氮化物半导体的c轴所成的角度α可为63度以上，且可为80度以下。而且，角度α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呈现m面。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得期望的平坦性及垂直性的担心。
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，从这些面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也可用作上述主面。这些典型的半极性面17a上，可提供具有能构成该第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一及第二割断面27、29。而且，在跨及这些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。
第III族氮化物半导体激光元件11中，支持基体17的叠层缺陷密度可为1×104cm-1以下。因叠层缺陷密度为1×104cm-1以下，所以，因偶发事件而破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可包含GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一方。当使用包含这些氮化镓系半导体的衬底时，可获得能用作谐振器的第一及第二割断面27、29。当使用AlN或AlGaN衬底时，可提高偏光度，且通过低折射率可强化光限制。当使用InGaN衬底时，可减小衬底与发光层的晶格失配率，从而可提高结晶品质。
激光构造体13中还具有缺口部113a、缺口部113b、缺口部113c及缺口部113d。缺口部113a设于第一面13a与第一割断面27交叉的边缘13c的一端，缺口部113b设于边缘13c的另一端。再者，缺口部113c具有与缺口部113a相同的构成，缺口部113d具有与缺口部113b相同的构成，所以，以下，为了简化说明，省略缺口部113c及缺口部113d的说明。缺口部113a及缺口部113b等缺口部为第III族氮化物半导体激光元件11的制造过程中通过激光刻划器10a而设的刻划槽的一部分。缺口部113a～缺口部113d可为如上所述的缺口部，但也可为激光构造体13中设于第一面13a的四个角部(或边缘13c等边缘的两端)的凹陷部，而且，也可为激光构造体13中设于第一面13a的四个角部(或边缘13c等边缘的两端)的凹部。图17中表示缺口部113a的构成，图18中表示缺口部113b的构成。
首先，参照图17对缺口部113a进行说明。包含在缺口部113a的侧壁面内且连接在边缘13c的部分115a为，相对于第一面13a，以处于45度以上85度以下的范围内的倾斜角度β1的斜率而向第二面13b侧倾斜。更具体而言，倾斜角β1为，缺口部113a的侧壁面的部分115a与第一割断面27交叉而成的边缘的切线DF1(与边缘13c的交点上的切线)、与边缘13c之间的角度。第一割断面27具有边缘13e，边缘13e在与边缘13c交叉的方向延伸。边缘13e具有位于第一面13a侧的端部117a。将从缺口部113a的底壁面起、直至在该底壁面上从第一面13a沿第一面13a延伸的假想面123a为止的距离(LENGTH1)，除以从第一面13a至第二面13b为止的距离(THICKNESS1)所得的商(LENGTH1/THICKNESS1)为处于0.05以上0.4以下的范围内。再者，从假想面123a直至缺口部113a的底壁面为止的距离中、例如最大的值可用作距离LENGTH1。而且，从第一面13a直至第二面13b为止的距离中、例如最大的值可用作距离THICKNESS1。可使用从边缘13e的端部117a沿边缘13e而延伸至假想面123a的假想线段121a的长度，而代替距离LENGTH1。缺口部113a的底壁面与假想面123a可平行。
继而，参照图18对缺口部113b进行说明。包含在缺口部113b的侧壁面内且连接在边缘13c的部分115b，为相对于第一面13a，以处于10度以上30度以下的范围内的倾斜角度β2的斜率而向第二面13b侧倾斜。更具体而言，倾斜角β2为，缺口部113b的侧壁面的部分115b与第一割断面27交叉而成的边缘的切线DF2(与边缘13c的交点上的切线)、与边缘13c之间的角度。倾斜角度β1大于倾斜角度β2。第一割断面27具有边缘13f，边缘13f在与边缘13c交叉的方向延伸。边缘13f具有位于第一面13a侧的端部117b。将缺口部113b的底壁面起、直至在该底壁面上从第一面13a沿第一面13a延伸至假想面123b为止的距离(LENGTH2)，除以从第一面13a至第二面13b为止的距离(THICKNESS1)所得的商(LENGTH2/THICKNESS1)，为处于0.05以上0.4以下的范围内。再者，从假想面123b直至缺口部113b的底壁面为止的距离中、例如最大的值可用作距离LENGTH2。而且，从第一面13a直至第二面13b为止的距离中、例如最大的值可用作距离THICKNESS1。可使用从边缘13f的端部117b沿边缘13f延伸至假想面123b的假想线段121b的长度，而代替距离LENGTH2。缺口部113b的底壁面与假想面123b可平行。
而且，从端部119a直至第一割断面27的中心线CE1(参照图1)为止的距离为处于30μm以上100μm以下的范围内，从端部119b直至第一割断面27的中心线CE1为止的距离也处于30μm以上100μm以下的范围内。中心线CE1为在第一割断面27上位于边缘13e与边缘13f之间且在与边缘13c交叉的方向延伸。中心线CE1为平行于边缘13e或边缘13f而延伸。从中心线CE1直至边缘13e为止的距离与从中心线CE1直至边缘13f为止的距离的差较微小，两距离可大致相等。
图5为表示本实施方式的制作第III族氮化物半导体激光元件的方法的主要步骤的图。参照图6(a)可知，表示有衬底51。步骤S101中，准备用于制作第III族氮化物半导体激光元件的衬底51。衬底51的六方晶系第III族氮化物半导体的c轴(向量VC)为相对于法线轴NX而向六方晶系第III族氮化物半导体的m轴方向(向量VM)以有限的角度α倾斜。因此，衬底51具有包含六方晶系第III族氮化物半导体的半极性主面51a。
步骤S102中，形成衬底生产物SP。图6(a)中，衬底生产物SP描绘成大致圆板形的构件，但衬底生产物SP的形状并不限定于此。为了获得衬底生产物SP，首先，在步骤S103中形成激光构造体55。激光构造体55中包含半导体区域53及绝缘膜54，在步骤S103中，半导体区域53形成于半极性主面51a上。为了形成半导体区域53，在半极性主面51a上依次成长第一导电型的氮化镓系半导体区域57、发光层59、及第二导电型的氮化镓系半导体区域61。氮化镓系半导体区域57中可包含例如n型包覆层，氮化镓系半导体区域61中可包含例如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，而且，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及第二导电型的氮化镓系半导体区域61为沿半极性主面51a的法线轴NX而排列。这些半导体层为外延成长。半导体区域53上被绝缘膜54覆盖。绝缘膜54包含例如氧化硅。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，在激光构造体55上形成阳极电极58a及阴极电极58b。而且，在衬底51的背面形成电极之前，对结晶成长中所使用的衬底的背面进行研磨，而形成具有期望的厚度DSUB的衬底生产物SP。形成电极时，例如使阳极电极58a形成在半导体区域53上，并且使阴极电极58b形成在衬底51的背面(研磨面)51b上。阳极电极58a沿X轴方向延伸，阴极电极58b覆盖在整个背面51b。通过这些步骤形成衬底生产物SP。衬底生产物SP包括第一面63a及位于其相反侧的第二面63b。半导体区域53位于第一面63a与衬底51之间。
步骤S105中，如图6(b)所示，对衬底生产物SP的第一面63a进行刻划。该刻划为使用激光刻划器10a而进行。通过刻划而形成多个刻划槽65a。图6(b)中，已形成有5个刻划槽，进而使用激光束LB形成刻划槽65b。刻划槽65a的长度比由六方晶系第III族氮化物半导体的a轴及法线轴NX所规定的a-n面与第一面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，使第一面63a上形成沿特定的方向延伸且到达半导体区域的槽。刻划槽65a可形成在例如衬底生产物SP的一边缘。
以下，对衬底生产物SP的第一面63a的构成进行具体说明。图19中表示衬底生产物SP的第一面63a的构成的一例。图19中，例示出第一面63a中所含的区域E1内的构成。图19所例示的区域E1内的构成为整个第一面63a上的构成，并不限定于特定的区域。如图19所示，在第一面63a上，多个阳极电极58a例如并排设置，且在邻接的两个阳极电极58a之间，多个刻划槽65a例如以等间隔而设置。衬底生产物SP包含多个波导(对应于波导111)，各个波导在半导体区域53内沿阳极电极58a延伸。阳极电极58a的延伸方向为将六方晶系第III族氮化物半导体的c轴投影至半极性主面51a(或第一面63a)的方向，且为与六方晶系第III族氮化物半导体的a轴交叉的方向。多个刻划槽65a为，在与阳极电极58a的延伸方向交叉的方向(六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的延伸方向)以间隔P1(例如300μm以上500μm以下的范围内的间隔，可为400μm左右)配置，而且，沿阳极电极58a的延伸方向以间隔P2(例如400μm以上800μm以下的范围内的间隔，可为600μm左右)配置。如此，可通过激光刻划器10a使刻划槽65a规则地且准确地形成在衬底生产物SP的第一表面63a上，所以，可减少从衬底生产物SP分离的激光条LB1等(进而为第III族氮化物半导体激光元件11)的形状的偏差。
返回至图6进行说明。步骤S106中，如图6(c)所示，通过对衬底生产物SP的第二面63b的挤压而进行衬底生产物SP的分离，从而形成衬底生产物SP1及激光条LB1。挤压为使用例如刮刀69等切割装置而进行。刮刀69包含延伸在一个方向的边缘69a、及规定边缘69a的至少2个刮刀面69b、69c。而且，衬底生产物SP1的挤压为在支持装置71上进行。支持装置71包含支持面71a及凹部71b，凹部71b延伸在一个方向。凹部71b形成在支持面71a上。使衬底生产物SP1的刻划槽65a的朝向及位置与支持装置71的凹部71b的延伸方向一致，使衬底生产物SP1定位于支持装置71上的凹部71b。使切割装置的边缘的朝向与凹部71b的延伸方向一致，而从与第二面63b交叉的方向将切割装置的边缘抵压在衬底生产物SP1。交叉方向可为与第二面63b大致垂直的方向。由此，进行衬底生产物SP的分离，从而形成衬底生产物SP1及激光条LB1。通过抵压而形成具有第一及第二端面67a、67b的激光条LB1，这些端面67a、67b上，至少发光层的一部分具有可适于半导体激光的谐振镜的程度的垂直性及平坦性。
所形成的激光条LB1具有通过上述分离而形成的端面67a、67b，且端面67a、67b各自为从第一面63a延伸至第二面63b。因此，端面67a、67b构成该第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面与由六方晶系第III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX所规定的m-n面相对应。
根据该方法，在六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的方向对衬底生产物SP的第一面63a进行刻划之后，通过对衬底生产物SP的第二面63b的挤压而进行衬底生产物SP的分离，从而形成新的衬底生产物SP1及激光条LB1。因此，以与m-n面交叉的方式，在激光条LB1上形成端面67a、67b。通过该端面形成，端面67a、67b具有能构成该第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第III族氮化物的c轴的倾斜的方向延伸。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，通过衬底生产物SP1的割断而形成新的衬底生产物SP1及激光条LB1。步骤S107中，反复通过挤压而进行分离，从而制作多个激光条。该割断为使用比激光条LB1的割断线BREAK更短的刻划槽65a而进行。
图20中例示出激光条LB1的端面67a的构成。缺口部DE1为在形成激光条LB1等激光条时(以下有时称作切割)，(通过在步骤S106及步骤S107中进行从衬底生产物SP等分离出激光条LB1等的处理而)从刻划槽65a而形成的，且为在形成激光条之前构成刻划槽65a的部分。因此，以下，可将缺口部DE1称作刻划槽65a。再者，以下，将缺口部DE1替换成刻划槽65a的记载，与缺口部DE1的记载相同，所以，为了简化说明而省略。
缺口部DE1与阳极电极58a交替配置在与阳极电极58a的延伸方向交叉的方向DIR1(与将六方晶系第III族氮化物半导体的c轴投影至上述半极性主面51a的方向交叉的方向，也可称作六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的延伸方向)。步骤S106及步骤S107中，激光条LB1等激光条的分离为沿方向DIR1，从图中符号U所示一侧向图中符号D所示一侧进行。从刻划槽65a的一个端部(图中符号U所示一侧的端部)朝向另一个端部(图中符号D所示一侧的端部)的方向DIR1为，与将六方晶系第III族氮化物半导体的c轴投影至半极性主面51a的方向交叉的方向(也可称作六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的延伸方向)。
缺口部DE1具有：第一部分(对应于端部119a，以下称作U侧部分)，其包含在缺口部DE1的侧壁面内，在缺口部DE1的一个端部(图中符号U所示一侧的端部)连接在第一面63a；以及，第二部分(对应于端部119b，以下称作D侧部分)，其包含在缺口部DE1的侧壁面内，在缺口部DE1的另一个端部(图中符号D所示一侧的端部)连接在第一面63a。缺口部DE1的侧壁面的U侧部分为，相对于第一面63a，以处于45度以上85度以下的范围内的倾斜角度β3(对应于倾斜角度β1)的斜率而倾斜。缺口部DE1的侧壁面的D侧部分为，相对于第一面63a，以处于10度以上30度以下的范围内的倾斜角度β4(对应于倾斜角度β2)的斜率而倾斜。倾斜角度β3大于倾斜角度β4。将从缺口部DE1的底壁面起、直至在底壁面上从第一面63a沿第一面63a延伸的假想面123c为止的距离(LENGTH3)，除以从第一面63a至第二面63b为止的距离(THICKNESS2)所得的商(LENGTH3/THICKNESS2)，为处于0.05以上0.4以下的范围内。
激光条LB1等激光条在后述的步骤S108中经过加工之后，在后述的步骤S109中，沿着在与六方晶系第III族氮化物半导体的a轴交叉的方向延伸且经过多个刻划槽65a的各个的切断面L1而被切断，分离成多个第III族氮化物半导体激光元件11。切断面L1为以例如间隔P1且例如等间隔地并排。从位于相邻并排的两个切断面L1之间的刻划槽65a的U侧部分、直至该两个切断面L1之间的中心面CE2为止的距离LE1为处于30μm以上100μm以下的范围内。从位于相邻并排的两个切断面L1之间的刻划槽65a的D侧部分、直至该两个切断面L1之间的中心面CE2为止的距离LE2也处于30μm以上100μm以下的范围内。中心面CE2为邻接地并排的两个切断面L1之间的中心面，且在与六方晶系第III族氮化物半导体的a轴交叉的方向延伸。中心线CE2与端面67a的交线与上述中心线CE1相对应。缺口部DE1由切断面L1切断，由此，形成缺口部113a及缺口部113b。
从而，通过激光刻划器10a可较好地控制刻划槽65a的形状及配置，所以，可容易且稳定地形成包括具有能构成激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性或无离子损坏的谐振镜面的多个同一性质的元件(能减少平坦性及垂直性的偏差)。再者，刻划槽65a的形状也可大致成为具有平坦的底面的船体的形状。也可为如下：图中符号D所示一侧的端部对应于船头，图中符号U所示一侧的端部对应于船尾。
步骤S108中，在激光条LB1的端面67a、67b形成介电体多层膜，从而形成激光条生产物。步骤S109中，将该激光条生产物分离成各个半导体激光的芯片。更具体而言，步骤S109中，沿切断面L1切断激光条生产物，从而从该激光条生产物分离出多个第III族氮化物半导体激光元件11。
本实施方式的制造方法中，角度α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包含m面的可能性变高。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得期望的平坦性及垂直性的担心。角度α可为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呈现m面。而且，在超过80度小于100度的角度内，有无法获得期望的平坦性及垂直性的担心。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，从这些面在-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也可用作上述主面。这些典型的半极性面，能够以能构成该第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提供用于激光谐振器的端面。
而且，衬底51可包含GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一方。当使用包含这些氮化镓系半导体的衬底时，可获得能用作激光谐振器的端面。衬底51可包含GaN。
在形成衬底生产物SP的步骤S104中，结晶成长中所使用的半导体衬底受到切片或研削等加工，以使衬底厚成为400μm以下。第二面63b可为通过研磨而形成的加工面。该衬底厚度下，可以良好的优良率而形成具有能构成该第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、垂直性或无离子损坏的端面67a、67b。第二面63b可为通过研磨而形成的研磨面，进而，研磨后衬底厚度可为100μm以下。而且，为了能比较容易地对衬底生产物SP进行处理，衬底厚度可为50μm以上。
本实施方式的激光端面的制造方法中，激光条LB1上也规定由参照图3而说明的角度β。激光条LB1上，角度β的成分(β)1可在由第III族氮化物半导体的c轴及m轴所规定的第一平面(与参照图3说明的第一平面S1对应的面)中处于(α-5)度以上(α+5)度以下的范围。激光条LB1的端面67a、67b为关于从c轴及m轴中的一方向另一方所获取的角度β的角度成分而满足上述垂直性。而且，角度β的成分(β)2可在第二平面(与图3所示的第二平面S2相对应的面)中处于-5度以上+5度以下的范围。此时，激光条LB1的端面67a、67b为关于在与半极性面51a的法线轴NX垂直的面上所规定的角度β的角度成分而满足上述垂直性。
端面67a、67b为通过外延地成长在半极性面51a上的多个氮化镓系半导体层的挤压而进行的断裂而形成。因为半极性面51a上的外延膜，故端面67a、67b并非为目前为止用作谐振镜的c面、m面、或a面等低面指数的解理面。然而，在半极性面51a上的外延膜的叠层的断裂中，端面67a、67b具有适于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衬底，观察割断面的垂直性。衬底为从使用利用HVPE法较厚地成长的(0001)GaN锭在m轴方向以75度的角度切取的{20-21}面GaN衬底。GaN衬底的主面为受到镜面精加工，背面为受到研削精加工而成为梨皮状态。衬底的厚度为370μm。
在梨皮状态的背面侧，使用金刚石笔，在与将c轴投影至衬底主面的方向垂直地形成刻划槽之后，进行挤压而割断衬底。为了观察所得的割断面的垂直性，而使用扫描型电子显微镜而从a面方向观察衬底。
图7(a)为从a面方向观察割断面的扫描型电子显微镜像，右侧的端面为割断面。可知，割断面对于半极性主面具有平坦性及垂直性。
(实施例2)
实施例1中可知，在具有半极性{20-21}面的GaN衬底上，与将c轴投影至衬底主面的方向垂直地设置刻划槽且进行挤压而得的割断面为，相对于衬底主面而具有平坦性及垂直性。因此，为了得知将该割断面用作激光的谐振器的有用性，如下所述，使图8所示的激光二极管通过有机金属气相成长法成长。原料可使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)。准备衬底71。衬底71上，从利用HVPE法较厚地成长的(0001)GaN锭在m轴方向以0度至90度的范围的角度使用晶圆切片装置进行切取，制作GaN衬底，该GaN衬底具有c轴向m轴方向的倾斜角度α具有0度至90度的范围的期望的倾斜角。例如，当以75度的角度切取时，获得{20-21}面GaN衬底，在图7(b)所示的六方晶系的晶格中由参照符号71a表示。
为了在成长前得知衬底的叠层缺陷密度，通过阴极发光法观察衬底。在阴极发光法中，对通过电子线而激发的载体的发光过程观察，若存在叠层缺陷，则其附近的载体会非发光再结合，所以，观察到呈暗线状。求出该暗线的单位长度的密度(线密度)，定义为叠层缺陷密度。此处，为了得知叠层缺陷密度而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，当从a轴方向观察试样剖面时，从衬底向试样表面在m轴方向延伸的缺陷为包含在支持基体内的叠层缺陷，可与阴极发光法相同地求出叠层缺陷的线密度。
将该衬底71配置在反应炉内的基座上之后，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。继而，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之后，成长由厚度为15nm的GaN/厚度为3nm的InGaN而构成的3周期MQW75。继而，成长厚度为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。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。
使SiO2的绝缘膜79成膜在接触层78上之后，使用光微影技术通过湿式蚀刻而形成宽度为10μm的条纹状孔。此处，如以下的2个方向形成条纹方向的接触孔。激光条纹为位于(1)M方向(接触孔沿着由c轴及m轴所规定的既定的面的方向)/以及(2)A方向：<11-20>方向。
形成条纹状孔之后，蒸镀包含Ni/Au而成的p侧电极80a及包含Ti/Al而成的焊垫电极。然后，对GaN衬底(GaN晶圆)的背面使用金刚石浆料进行研磨，制作背面成镜面状态的衬底生产物。此时，使用接触式膜厚计测定衬底生产物的厚度。厚度的测定也可使用显微镜从试样剖面而进行。作为显微镜，可使用光学显微镜、或扫描型电子显微镜。在GaN衬底(GaN晶圆)的背面(研磨面)，通过蒸镀而形成包含Ti/Al/Ti/Au而成的n侧电极80b。
针对这些2种激光条纹制作谐振镜时，为使用采用波长为355nm的YAG激光的激光刻划器。当使用激光刻划器进行断裂的情形时，与使用金刚石刻划的情形相比，能提高振荡芯片优良率。作为刻划槽的形成条件，可使用以下条件：激光光输出为100mW；扫描速度为5mm/s。所形成的刻划槽例如为长度为30μm、宽度为10μm、深度为40μm的槽。以400μm之间距穿过衬底的绝缘膜开口部位而对外延表面直接照射激光光，由此，形成刻划槽。谐振器长度设为600μm。
使用刮刀，通过割断而制作谐振镜。在衬底背侧通过挤压而进行断裂，由此制作激光条。更具体而言，对于{20-21}面的GaN衬底，表示结晶方位与割断面的关系的为图7(b)与图7(c)。图7(b)中表示激光条纹设于(1)M方向的情形，且表示有半极性面71a及用于激光谐振器的端面81a、81b。端面81a、81b为与半极性面71a大致正交，但与先前的c面、m面或a面等目前为止的解理面不同。图7(c)中表示激光条纹设于(2)<11-20>方向的情形，且表示有半极性面71a及用于激光谐振器的端面81c、81d。端面81c、81d为与半极性面71a大致正交，且由a面构成。
对通过断裂而形成的割断面利用扫描型电子显微镜进行观察，在(1)及(2)的各个中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为±5度的范围内。
在激光条的端面，通过真空蒸镀法涂布介电体多层膜。介电体多层膜为由SiO2与TiO2交替叠层而构成。设计为，膜厚分别在50nm以上100nm以下的范围内调整，而使反射率的中心波长处于500nm以上530nm以下的范围内。将一侧的反射面设为10周期，将反射率的设计值设为约95％，将另一侧的反射面设为6周期，将反射率的设计值设为约80％。
在室温下通电而进行评估。电源为使用脉宽为500ns、占空比为0.1％的脉冲电源，将探针落至表面电极而通电。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，求出电流-光输出特性(I-L特性)。当测定发光波长时，使来自激光条端面的发光穿过光纤，在检测器中使用光谱分析仪进行光谱测定。求出偏光状态时，使来自激光条的发光穿过偏光板而旋转，由此求出偏光状态。当观测LED模式下的光时，将光纤配置在激光条表面侧，由此测定出从表面放出的光。
对所有的在激光下振荡后的偏光状态进行确认后，可知，为向a轴方向偏光。振荡波长为处于500nm以上530nm以下的范围内。
对所有的在激光下的LED模式(从然放出光)下的偏光状态进行测定。令a轴的方向上的偏光成分为I1，设将m轴投影至主面的方向上的偏光成分为I2，将(I1-I2)/(I1+I2)定义为偏光度ρ。由此，求出所得的偏光度ρ与阈值电流密度的最小值的关系后，可获得图9。根据图9可知，当偏光度为正的情形时，(1)激光条纹M方向的激光下，阈值电流密度大幅降低。也即，可知，当偏光度为正(I1＞I2)、且在倾斜方向设有波导的情形时，阈值电流密度大幅降低。图9所示的数据为以下的数据。
求出GaN衬底的c轴向m轴方向的倾斜角与振荡优良率的关系之后，可获得图10。本实施例中，针对振荡优良率，为定义为(振荡芯片数)/(测定芯片数)。而且，图10中为在衬底的叠层缺陷密度为1×104(cm-1)以下的衬底、且激光条纹在(1)M方向的激光的条件下进行绘制。根据图10可知，当倾斜角为45度以下时，振荡优良率极其低。利用光学显微镜观察端面状态可知，在小于45度的角度内，几乎所有芯片上均呈现m面，未获得垂直性。而且可知，当倾斜角处于63度以上80度以下的范围时，垂直性提高，振荡优良率增加至50％以上。根据这些情况可知，GaN衬底的倾斜角度的范围适宜为63度以上80度以下。再者，在具有该结晶方面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10所示的数据为如下所示。
求出叠层缺陷密度与振荡优良率的关系，可获得图11。关于振荡优良率的定义，为与上述相同。根据图11可知，若叠层缺陷密度超过1×104(cm-1)，则振荡优良率会急剧地降低。而且，利用光学显微镜观察端面状态，可知，在振荡优良率降低的样本中，端面的凹凸比较强烈，未获得平坦的割断面。认为其原因在于，因存在叠层缺陷，故割断的容易程度有所差别。因此，衬底中所含的叠层缺陷密度需要为1×104(cm-1)以下。图11所示的数据为如下所示。
求出衬底厚度与振荡优良率的关系，可获得图12。关于振荡优良率的定义，与上述相同。而且，图12中为在衬底的叠层缺陷密度为1×104(cm-1)以下、且激光条纹为(1)M方向的激光的条件下进行绘制。根据图12可知，当衬底厚度比100μm更薄且比50μm更厚时，振荡优良率较高。其原因在于，若衬底厚度比100μm更厚，则割断面的垂直性会劣化。而且，其原因在于，若比50μm更薄，则操作困难，且芯片变得容易破坏。由在这些原因，衬底的厚度适宜为50μm以上100μm以下。图12所示的数据为如下所示。
(实施例3)
实施例2中，在具有{20-21}面的GaN衬底上，成长用于半导体激光的多个外延膜。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)面呈90度左右的角度，通过计算而求出与a面不同的面方位。参照图13可知，以下的角度及面方位相对于(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。
图14为表示(20-21)面与(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的图。图15为表示(20-21)面与(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的图。图16为表示(20-21)面与(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的图。如图14至图16所示，箭头所示的局部的原子配置为表示电荷上成中性的原子的排列，且周期性地呈现出电性上成中性的原子配置。获得相对于成长面比较垂直的面的理由可能为，因周期性地呈现出该电荷上成中性的原子排列，故割断面的生成变得比较稳定。
通过包含上述实施例1～3在内的各种实验，角度α可处于45度以上80度以下及100度以上135度以下的范围。为了提高振荡芯片优良率，角度α可处于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，可为从这些半极性主面倾斜的微倾斜面。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。
(实施例4)
图21(a)及图21(b)为，对于于包含(20-21)GaN衬底的衬底生产物的表面，在与将c轴投影至衬底主面的方向DIR2垂直的方向DIR1形成刻划槽、且使用刮刀进行切割之后的激光条，从主面侧(形成有刻划槽的面侧)，利用光学显微镜进行观察的结果。图21(a)中表示出通过未使用本实施方式的切割方法的先前的切割方法而形成的激光条LBC1，图21(b)中表示出通过本实施方式的切割方法而形成的激光条LBC2(例如对应于激光条LB1)。切割为沿图中所示的方向DIR1的朝向而进行。方向DIR2为将六方晶系第III族氮化物半导体的c轴投影至形成有刻划槽的面的方向。
根据图21(a)可知，通过切割，刻划槽成为缺口部DE2，根据图21(b)可知，通过切割，刻划槽成为缺口部DE3。缺口部DE3为与缺口部DE1相对应。根据图21(a)可知，从缺口部DE2的侧壁面SF1在方向DIR1进行切割，从而形成端面SF2，该端面SF2到达邻接的缺口部DE2的端部，而通过该切割所形成的端面SF2相对于侧壁面SF1较大地倾斜。也即，可知，在包含侧壁面SF1及端面SF2的谐振镜上，形成有倾斜度不同的部分。如此，谐振镜在与衬底平行的面内包含倾斜度不同的部分，所以，反射率降低，随之，激光的振荡阈值增大的可能性较高。另一方面，根据图21(b)可知，从缺口部DE3的侧壁面SF3在方向DIR1进行切割，从而形成端面SF4，该端面SF4到达邻接的缺口部DE3的端部，而通过该切割所形成的端面SF4为与侧壁面SF3大致平行。也即，图21(b)所示的情形为与图21(a)不同，在谐振镜上无法确认有倾斜度不同的部分。也即，若使用本实施方式的切割方法，则所形成的谐振镜具有充分的平坦性及垂直性，所以可制作一定的阈值电流以下的振荡优良率较高的第III族氮化物半导体激光元件。图22中表示对图21(b)所示的激光条LBC2从端面侧利用光学显微镜进行观察的结果。再者，图22中所示的方向DIR1为与图21中所示的方向DIR1的朝向相反。
(实施例5)
求出LENGTH1(LENGTH2、3也相同，以下简称为LENGTH)与THICKNESS1(THICKNESS2也相同，以下简称为THICKNESS)之比LENGTH/THICKNESS、与振荡优良率的关系，可获得图23。将THICKNESS分为60μm、100μm这2种。本实施例中，对于振荡优良率，设为(阈值电流1000mA以下的振荡芯片数)/(测定芯片数)。图23所示的结果为使用叠层缺陷密度为1×104(cm-1)以下的衬底，将LE1及LE2均设为50μm(LE1＝LE2，以下将LE1及LE2简称为LE)，将倾斜角度β1(倾斜角度β3)及倾斜角度β2(倾斜角度β4)均设为30度而获得。根据图23可知，若LENGTH/THICKNESS的值超过0.4，则振荡优良率会减半。其原因在于，若LENGTH/THICKNESS的值减小，则刻划槽前端的应力集中会增大，容易获得平坦的割断面。而且，可知，若LENGTH/THICKNESS的值小于0.05，则振荡优良率会急剧地降低。其原因在于，因刻划槽过浅，故无法起到导引割断的作用。根据以上结果可知，LENGTH/THICKNESS的值可为0.05以上0.4以下的范围内。图23所示的数据为如下所示(此处，特别将LENGTH/THICKNESS记作“R”，将THICKNESS记作“T”)。
(实施例6)
求出LE与振荡优良率的关系，可获得图24。图24所示的结果为使用叠层缺陷密度为1×104(cm-1)以下的衬底，将THICKNESS设为80μm，将LENGTH设为20μm，将倾斜角度β1(倾斜角度β3)及倾斜角度β2(倾斜角度β4)均设为30度而获得。关于振荡优良率的定义，与上述相同。根据图24可知，若LE小于30μm，则振荡优良率会急剧地降低。其原因在于，因波导与刻划槽过度接近，导致波导下的活性层因激光照射而受损。而且，可知，若LE超过100μm，则振荡优良率会减半。其原因在于，较长的刻划槽容易导引割断。根据以上内容可知，LE可为30μm以上100μm以下。图24所示的数据为如下所示。
(实施例7)
求出倾斜角度β1与振荡优良率的关系，可获得图25。图25所示的结果为使用叠层缺陷密度为1×104(cm-1)以下的衬底，将THICKNESS设为80μm，将LENGTH设为20μm，将LE设为50μm，将倾斜角度β2设为30度而获得。关于振荡优良率的定义与上述相同。根据图25可知，当倾斜角度β1为45度以上85度以下时振荡优良率较高。而且，求出倾斜角度β2与振荡优良率的关系，可获得图26。图26所示的结果为使用叠层缺陷密度为1×104(cm-1)以下的衬底，将THICKNESS设为80μm，将LENGTH设为20μm，将LE设为50μm，将倾斜角度β3设为45度而获得。关于振荡优良率的定义为与上述相同。根据图26可知，当倾斜角度β2为10度以上30度以下时振荡优良率较高。其原因在于，因倾斜角度β2＜倾斜角度β1所以向割断下游侧的应力集中增大，割断线容易平行于刻划槽而行进。根据以上内容可知，倾斜角度β1(倾斜角度β3)可为45度以上85度以下，倾斜角度β2(倾斜角度β4)可为10度以上30度以下。图25所示的数据如下所示。
而且，图26所示的数据为如下所示。
如以上的说明，通过形成形状得到控制的虚线刻划槽，可改善使用有割断面的谐振镜的质量，而可制作某种一定的阈值电流以下的振荡优良率较高的半极性上LD。
以上，在良好的实施方式中对本发明的原理进行图示说明，但本领域技术人员了解，本发明可在不脱离上述原理的范围内对配置及细节上进行变更。本发明并不限定于本实施方式中所公开的特定构成。因此，对由权利要求书及其精神的范围而来的所有修正及变更申请专利权。
工业实用性
本发明为一种在六方晶系第III族氮化物的半极性主面上具有可实现低阈值电流的激光谐振器的第III族氮化物半导体激光元件、以及稳定地制作该第III族氮化物半导体激光元件的方法。
标号说明
11…III族氮化物半导体激光元件、13…激光构造体、13a…第一面、13b…第二面、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…第一包覆层、23…第二包覆层、25…活性层、25a…阱层、25b…阻挡层、27、29…割断面、α(ALPHA)…角度、Sc…c面、NX…法线轴、31…绝缘膜、31a…绝缘膜开口、35…n侧导光层、37…p侧导光层、39…载体阻挡层、41…电极、43a、43b…介电体多层膜、MA…m轴向量、β(BETA)…角度、DSUB…支持基体厚度、51…衬底、51a…半极性主面、SP…衬底生产物、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…第一面、63b…第二面、10a…激光刻划器、65a…刻划槽、65b…刻划槽、LB…激光束、SP1…衬底生产物、LB1…激光条、69…刮刀、69a…边缘、69b、69c…刮刀面、71…支持装置、71a…支持面、71b…凹部、β1(BETA1)、β2(BETA2)…角度、111…波导、113a，113b，113c，113d，DE1，DE2…缺口部、115a，115b…部分、117a，117b，119a，119b…端部、121a，121b…假想线段、123a，123b，123c…假想面、13e，13f…边缘、CE1…中心线、CE2…中心面、DF1，DF2…切线、L1…切断面、LBC1，LBC2…激光条、SF1，SF3…侧壁面、SF2，SF4…端面。

Claims (18)

1.一种第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，包括：
激光构造体，包括：包含六方晶系第III族氮化物半导体且具有半极性主面的支持基体；和设于上述支持基体的上述半极性主面上的半导体区域；及
电极，设于上述激光构造体的上述半导体区域上；
上述半导体区域含有：包含第一导电型的氮化镓系半导体的第一包覆层、包含第二导电型的氮化镓系半导体的第二包覆层以及设于上述第一包覆层与上述第二包覆层之间的活性层；
上述第一包覆层、上述第二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；
上述支持基体的上述六方晶系第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第III族氮化物半导体的m轴的方向以有限的角度ALPHA倾斜，
上述激光构造体包含：与由上述六方晶系第III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所规定的m-n面交叉的第一割断面及第二割断面、在与上述第一割断面或第二割断面交叉的方向延伸的第一面、位于上述第一面的相反侧且沿上述第一面延伸的第二面及分别设于上述第一面与上述第一割断面交叉的第一边缘的两端的第一缺口部及第二缺口部；
该第III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包含上述第一割断面及第二割断面；
上述第一割断面从上述第一边缘延伸至上述第二面的边缘；
包含在上述第一缺口部的侧壁面内、且连接至上述第一边缘的第一部分相对于上述第一面以45度以上85度以下的范围内的第一倾斜角度的斜率向上述第二面侧倾斜；
包含在上述第二缺口部的侧壁面内、且连接至上述第一边缘的第二部分相对于上述第一面以10度以上30度以下的范围内的第二倾斜角度的斜率向上述第二面侧倾斜；
上述第一割断面具有在与上述第一边缘交叉的方向延伸的第二边缘；
上述第二边缘具有位于上述第一面侧的端部；
将从上述第一缺口部的底壁面起、直至在上述底壁面上从上述第一面沿上述第一面延伸的假想面为止的距离，除以从上述第一面至上述第二面为止的距离所得的商处于0.05以上0.4以下的范围内；
从上述第一边缘的端部起、直至在与上述第一边缘交叉的方向延伸的上述第一割断面的中心线为止的距离处于30μm以上100μm以下的范围内。
2.根据权利要求1的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述角度ALPHA处于45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范围内。
3.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述角度ALPHA处于63度以上80度以下、或100度以上117度以下的范围内。
4.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述支持基体的厚度为400μm以下。
5.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述支持基体的厚度处于50μm以上100μm以下的范围内。
6.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述半极性主面为从{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及{10-1-1}面中的任一面以-4度以上+4度以下的范围倾斜的微倾斜面。
7.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述支持基体的叠层缺陷密度为1×104cm-1以下。
8.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述支持基体包含GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一种。
9.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
还具有设于上述第一割断面及第二割断面中的至少任一方上的介电体多层膜。
10.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述活性层包含以产生360nm以上600nm以下的范围内的波长的光的方式而设置的发光区域。
11.根据权利要求1或2的第III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
上述活性层包含以产生430nm以上550nm以下的范围内的光的方式而设置的量子阱构造。
12.一种第III族氮化物半导体激光元件的制作方法，其特征在于，其包括如下步骤：
准备包含六方晶系第III族氮化物半导体且具有半极性主面的衬底；
形成具有激光构造体、阳极电极及阴极电极的第一衬底生产物，该激光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衬底；
在上述六方晶系第III族氮化物半导体的a轴的方向对上述第一衬底生产物的第一面进行局部刻划，由此在上述第一面上设置多个刻划槽；
通过上述第一衬底生产物对第二面的挤压而进行上述第一衬底生产物的分离，从而形成第二衬底生产物及激光条；及
对上述激光条的端面进行加工之后，沿着在与上述六方晶系第III族氮化物半导体的a轴交叉的方向延伸且经过上述多个刻划槽的各个的切断面，切断上述加工后的激光条，从该加工后的激光条进行多个上述第III族氮化物半导体激光元件的分离；
上述第一面为上述第二面的相反侧的面；
上述半导体区域位于上述第一面与上述衬底之间；
上述激光条具有从上述第一面延伸至上述第二面且通过上述分离而形成的第一及第二端面；
上述第一及第二端面构成该第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在上述激光构造体上；
上述半导体区域包含含有第一导电型的氮化镓系半导体的第一包覆层、含有第二导电型的氮化镓系半导体的第二包覆层及设于上述第一包覆层与上述第二包覆层之间的活性层；
上述第一包覆层、上述第二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；
上述衬底的上述六方晶系第III族氮化物半导体的c轴为，相对于上述法线轴向上述六方晶系第III族氮化物半导体的m轴的方向以有限的角度ALPHA倾斜；
上述第一及第二端面与由上述六方晶系第III族氮化物半导体的m轴及上述法线轴所规定的m-n面交叉；
上述刻划是使用激光刻划器进行的；
通过上述刻划，在上述第一面形成多个刻划槽；
包含在上述刻划槽的侧壁面内、且在上述刻划槽的一个端部连接至上述第一面的第一部分相对于上述第一面以45度以上85度以下的范围内的第一倾斜角度的斜率而倾斜；
包含在该侧壁面内、且在该刻划槽的另一个端部连接在上述第一面的第二部分相对于上述第一面以10度以上30度以下的范围内的第二倾斜角度的斜率倾斜；
从上述刻划槽的上述一个端部朝向上述另一个端部的方向为与将上述六方晶系第III族氮化物半导体的c轴投影至上述半极性主面的方向交叉的方向；
在形成上述第二衬底生产物及激光条的步骤中，沿从上述刻划槽的上述一个端部朝向上述另一个端部的方向，进行上述激光条的分离，
将从上述刻划槽的底壁面起、直至在上述底壁面上从上述第一面沿上述第一面延伸的假想面为止的距离，除以从上述第一面至上述第二面为止的距离所得的商为处于0.05以上0.4以下的范围内；
从位于相邻并排的两个上述切断面之间的上述刻划槽的上述一个端部或上述另一个端部起、直至两个该切断面之间的中心面为止的距离为处于30μm以上100μm以下的范围内。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，
上述角度ALPHA处于45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范围内。
14.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，
上述角度ALPHA处于63度以上80度以下、或100度以上117度以下的范围内。
15.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，
在形成上述第一衬底生产物的上述步骤中，上述衬底被实施切片或研削加工，以使上述衬底的厚度为400μm以下；
上述第二面为通过上述切片或研削加工而形成的加工面、或包含形成在上述加工面上的电极的面。
16.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，
在形成上述第一衬底生产物的上述步骤中，上述衬底被研磨，以使上述衬底的厚度为50μm以上100μm以下；
上述第二面为通过上述研磨而形成的研磨面、或包含形成在上述研磨面上的电极的面。
17.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，
上述半极性主面为{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及{10-1-1}面中的任一方。
18.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，
上述衬底包含GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一种。
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