CN102934302A - Iii族氮化物半导体激光器元件、iii族氮化物半导体激光器元件的制作方法 - Google Patents

Iii族氮化物半导体激光器元件、iii族氮化物半导体激光器元件的制作方法 Download PDF

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Abstract

提供一种可提高谐振镜的平坦性且可降低阈值电流的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法。将基板产物(SP)的刻划槽(65a)的方向对准支撑装置(71)的边缘(71b)的延伸方向，以支撑装置(71)的边缘(71b)为基准将基板产物(SP)定位。基板产物(SP)以沿边缘(71b)延伸的基准线(X坐标A1)为界分为第1区域(70a)及第2区域(70b)。利用支撑面(70a)支撑基板产物(SP)的第1区域(70a)并按压第2区域(70b)而进行基板产物(SP)的分离，形成另一基板产物(SP1)及激光条(LB1)。将致断装置(69)的边缘(69a)的方向对准边缘(71b)的延伸方向，自与第2面(63b)交叉的方向将致断装置(69)的边缘(69a)抵压到基板产物(SP)。

Description

III族氮化物半导体激光器元件、III族氮化物半导体激光器元件的制作方法
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III族氮化物半导体激光器元件的制作方法。
背景技术
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器。通过干式蚀刻而形成半导体激光器的镜面。公开有激光器的谐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器。通过干式蚀刻而形成半导体激光器的镜面。
在非专利文献3中，记载有氮化镓系半导体激光器。提出为了将m面作为解理面(cleaved facets)用于激光谐振器，而生成沿基板的c轴的倾斜方向偏光的激光。在该文献中，具体而言记载了在非极性面扩大阱宽、在半极性面缩小阱宽的情形。
在先技术文献
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
发明要解决的问题
根据氮化镓系半导体的能带结构，存在可激光振荡的若干跃迁。根据发明人的见解，认为在使用c轴向m轴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，使激光波导沿着由c轴及m轴规定的面延伸时，可降低阈值电流。在该激光波导的方向下，其中跃迁能量(导带能量与价带能量的差)最小的模式可进行激光振荡，且在可进行该模式的振荡时，能够降低阈值电流。
然而，在该激光波导的方向下，无法将c面、a面或m面等现有的解理面用于谐振镜。因此，为制作谐振镜，利用反应性离子蚀刻(RIE、Reactive Ion Etching)形成半导体层的干式蚀刻面。以RIE法形成的谐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的方面期望得到改善。此外，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。
据本发明人所知，迄今为止在形成于上述半极性面上的同一III族氮化物半导体激光器元件中，尚未实现向c轴的倾斜方向(OFF方向/偏离方向)延伸的激光波导与不使用干式蚀刻而形成的谐振镜用端面。
本申请发明人进行过与本案发明相关的日本专利申请(JP特愿2009-144442号)。
本发明鉴于上述情况研制而成。本发明的目的在于提供一种在自六方晶系III族氮化物的c轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上具有可降低阈值电流的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器元件，此外，提供一种可提高该III族氮化物半导体激光器元件的谐振镜的平坦性且可降低阈值电流的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法。
用于解决问题的手段
本发明的一个方式涉及制作III族氮化物半导体激光器元件的方法。该方法包括以下步骤：(a)形成具有激光器构造体的基板产物，该激光器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基板以及形成于上述半极性主面上的半导体区域；(b)刻划上述基板产物的第1面，形成向上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向延伸的刻划标记；以及(c)在形成上述刻划标记后，支撑上述基板产物的第1区域，并且不支撑上述基板产物的第2区域而对该第2区域进行按压，由此进行上述基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。上述基板产物由预定的基准线分为上述第1及第2区域的两区域，上述第1及第2区域彼此相邻，上述按压对上述基板产物的第2面进行，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1面与上述基板之间，上述激光条具有自上述第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器元件的激光谐振器，上述基板产物包括设置于上述激光器构造体上的阳极电极及阴极电极，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包覆层以及设置于上述第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，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA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轴及上述法线轴规定的m-n面交叉。
根据该方法，基板产物分为分离时受到支撑的基板产物的一侧区域(第1区域)与分离时未受到支撑而受到按压的基板产物的另一侧区域(第2区域)。通过一面支撑基板产物的一侧区域一面按压基板产物的另一侧区域而进行基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条。因此在先于上述按压进行支撑时，虽然支撑基板产物的一侧的部分，但基板产物的另一侧因未受支撑而成为自由端。
在按压时，对基板产物的第2区域进行按压，沿着按压线对基板产物施加剪切力。在进行该按压时，以沿着按压线的基准线为分界线而划分的第2区域的两部分受到不同的力。在按压期间，受到支撑的第1区域至基板产物的第2区域上的按压部之间的第1部分，受到弯曲力矩及剪切力的作用，而在第2部分未产生弯曲力矩，也未受到剪切力。因此，在通过对第1部分与第2部分的分界线施加剪切力而进行的分离中，生成端面的主要力为剪切力。根据该方法，可提高III族氮化物半导体激光器元件的谐振镜的平坦性。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，上述角度ALPHA为45度以上80度以下或者100度以上135度以下的范围。根据该制作方法，未达45度及超过135度的角度下，通过按压而形成的端面由m面构成的可能性变高。此外，超过80度而未达100度的角度下，无法获得所期望的平坦性及垂直性。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，上述角度ALPHA为63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围。根据该制作方法，未达63度及超过117度的角度下，存在通过按压而形成的端面的一部分出现m面的可能性。此外，超过80度而未达100度的角度下，无法获得所期望的平坦性及垂直性。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，上述刻划标记沿着由上述法线轴与上述a轴方向规定的a-n面，自上述第1面向上述第2面的方向延伸。根据该制作方法，沿着a-n面自第1面向第2面的方向延伸的刻划标记引导端面的形成。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，在形成上述基板产物的上述步骤中，对上述基板实施加工以使上述基板的厚度成为50μm以上，上述加工为切片或研磨，上述第2面为通过上述加工而形成的加工面或包含形成于上述加工面上的电极的面。根据该制作方法，若基板厚度为50μm以上，则操作变得容易，生产合格率提高。如此厚度的基板中，能以良好的合格率形成可构成该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、垂直性或无离子损伤的第1及第2端面。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，在形成上述基板产物的上述步骤中，对上述基板实施加工以使上述基板的厚度为115μm以下。根据该制作方法，若上述基板的厚度为115μm以下，则可获得用于激光谐振器的优质切断面，因此更为优选。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，上述刻划使用激光刻划器进行，上述刻划标记包含刻划槽，上述刻划槽沿着由上述法线轴与上述a轴方向规定的a-n面，自上述第1面向上述第2面的方向延伸。根据该制作方法，刻划槽沿着自第1面朝向基板的方向延伸。通过基板产物的切断而形成另一基板产物及激光条，该切断的传递由向上述深度方向延伸的刻划槽引导。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，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。根据该制作方法，通过该III族氮化物半导体激光器元件，在这些典型的半极性面中可提供能够构成该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的第1及第2端面。
在本发明的一个方式的制作方法中，关于上述半极性主面，也可将自{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度以下的范围的倾斜的面作为上述主面。根据该制作方法，在自这些典型的半极性面的微倾斜面中，可提供能够构成该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的第1及第2端面。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，上述基板由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。根据该制作方法，在使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能够用作谐振器的第1及第2端面。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，上述第1及第2端面各自的上述活性层的端面相对与上述基板的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轴规定的第1平面上形成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。根据该制作方法，对于自c轴及m轴中的一个向另一个所取的角度，能够以良好的合格率形成具有上述垂直性的端面。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，上述角度在与上述第1平面及上述法线轴正交的第2平面上成为-5度以上+5度以下的范围。根据该制作方法，对于与半极性面的法线轴垂直的面上所规定的角度，能以良好的合格率形成具有上述垂直性的端面。
在本发明的一个方式的制作方法中优选，在形成上述刻划标记的上述步骤中，对上述基板产物的第1面进行刻划，形成向上述六方晶系III族氮化物半导体的上述a轴方向延伸的多条刻划槽，且上述多条刻划槽以与上述激光谐振器的方向交叉的元件宽度的n倍(n=1、2、3、4、…)的间距排列。因利用半极性面，可通过压电电场的下降与发光层区域的结晶质量的提高来提高量子效率。
本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件包括：(a)激光器构造体，其包括由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体以及设置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，其设置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包覆层以及设置于上述第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，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述激光器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切断面，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，上述第1及第2切断面分别在上述支撑基体的端面具有沿着自上述第1及第2面的一个朝向另一个的方向延伸的条纹状结构。
本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件包括：(a)激光器构造体，其包括由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体以及设置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，其设置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包覆层以及设置于上述第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，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，上述激光器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切断面，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面系为上述第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，上述第1及第2切断面各自的上述支撑基体的端面包含剪切面。
根据该III族氮化物半导体激光器元件，由于作为激光谐振器的第1及第2切断面与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴规定的m-n面交叉，因此，可设置沿着m-n面与半极性面的交叉线的方向延伸的激光波导。因此，可提供具有可形成低阈值电流的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器元件。此外，当切断面具有上述条纹状表面形态时，可提高III族氮化物半导体激光器元件的谐振镜的活性层端面及其附近的平坦性。根据发明人的实验，当通过本案的制作方法而形成作为激光谐振器的第1及第2切断面时，切断面具有上述表面形态。该切断面的平坦性优异，且优异的平坦性有助于降低阈值电流。
在本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件中优选，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45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围。该III族氮化物半导体激光器元件，在未达45度及超过135度的角度下，通过按压而形成的端面由m面构成的可能性升高。此外，超过80而未达100度的角度下，存在无法获得所期望的平坦性及垂直性的担忧。
在本发明的另一方式的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50μm以上。根据该III族氮化物半导体激光器元件，若厚度为50μm以上，则操作变得容易，从而可有助于生产合格率的提高。
在本发明的另一方式的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115μm以下。根据该III族氮化物半导体激光器元件，可获得用于激光谐振器的切断面。
在本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件中优选，上述半极性主面为自{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。根据该III族氮化物半导体激光器元件，在这些典型的半极性面的微倾斜面中可提供能够构成该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的第1及第2端面。
在本发明的另一方式的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，在这些典型的半极性面中，可提供能够构成该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的第1及第2端面。
在本发明的另一方式的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，可获得能够用作谐振器的第1及第2端面。当使用AlN基板或AlGaN基板时，可增大偏光度，此外，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，从而可提高结晶质量。
自本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件中优选，还包括设置于上述第1及第2切断面的至少一个上的电介质多层膜。在该III族氮化物半导体激光器元件中，也可在断裂面应用端面涂布，且通过该端面涂布可调整反射率。
在本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件中优选，上述活性层包含以产生波长360nm以上600nm以下的光的方式设置的发光区域。该III族氮化物半导体激光器元件可通过利用半极性面，而获得有效利用LED模式的偏光的III族氮化物半导体激光器元件，可获得低阈值电流。发光区域可为例如单一量子阱结构、多重量子阱结构及成块结构中的任一个。
在本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件中优选，上述活性层包含以产生波长430nm以上550nm以下的光的方式设置的量子阱结构。该III族氮化物半导体激光器元件可通过利用半极性面，而降低压电电场以及提高发光层区域的结晶质量，从而提高量子效率，适于产生波长430nm以上550nm以下的光。
在本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件中优选，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。在该III族氮化物半导体激光器元件中，可提供低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。使c轴向m轴方向倾斜的半导体激光器元件可利用该跃迁。
在本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件中优选，该III族氮化物半导体激光器元件中的LED模式的光包含在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上的偏光分量I1以及在将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影到主面的方向上的偏光分量I2，且上述偏光分量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，在c轴向m轴方向倾斜的基板主面上设置有激光器构造体，因此，可使用激光谐振器对LED模式中较大发光强度模式的光进行激光振荡。
在本发明的另一方式的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。该堆垛层错密度可降低因偶发情况而有损切断面的平坦性及/或垂直性的可能性。
在本发明的另一方式的III族氮化物半导体激光器元件中优选，在上述第1及第2切断面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和与由上述六方晶系氮化物半导体构成的支撑基体的m轴正交的基准面所成的角度，在由上述III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第1平面上成为(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。该III族氮化物半导体激光器元件可提供对于自c轴及m轴中的一个向另一个所取的角度满足上述垂直性的端面。
在本发明的另一方式的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平面上成为-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具有对于在与半极性面的法线轴垂直的面中所规定的角度满足上述垂直性的端面。
本发明的上述目的及其它目的、特征以及优点可根据参照附图进行的本发明的优选实施方式的以下详细叙述，而更容易明确。
发明效果
如以上说明，根据本发明的一个方式，可提供在自六方晶系III族氮化物的c轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上具有可降低阈值电流的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器元件。此外，根据本发明的另一方式，可提供能够提高该III族氮化物半导体激光器元件的谐振镜的平坦性且可降低阈值电流的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法。
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器元件的结构的图。
图2是表示III族氮化物半导体激光器元件的活性层中的能带结构的图。
图3是表示III族氮化物半导体激光器元件的活性层中的发光的偏光的图。
图4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5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6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7是说明制作本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的方法中的切断方法(A)的图。
图8是说明制作本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的方法中的切断方法(B)的图。
图9是表示晶格中的{20-21}面及谐振器端面的光学显微镜像的图。
图10是表示实施例所示的激光二极管的结构的图。
图11是表示用于由方法(A)制作的激光谐振器的切断面与激光条纹间的角度分布的图。
图12是表示包含由方法(A)及方法(B)制作的激光谐振器的半导体激光器的振荡阈值电流的分布的图。
图13是表示GaN基板的c轴向m轴方向的倾斜角与谐振器合格率的关系的图。
图14是表示基板厚度与谐振器合格率的关系的图。
图15是表示求出的偏光度ρ与阈值电流密度的关系的图。
图16是表示(20-21)面、(-101-6)面及(-1016)面上的原子配置的图。
图17是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面上的原子配置的图。
图18是表示(20-21)面、(-101-8)面及(-1018)面上的原子配置的图。
具体实施方式
通过参照作为例示所示的附图且考虑以下的详细叙述，可容易地理解本发明的见解。接下来，参照附图对本发明的III族氮化物半导体激光器元件、III族氮化物半导体激光器元件的制作方法的实施方式进行说明。在可能的情况下，对相同部分标注相同符号。
图1是概略性表示本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的结构的图。III族氮化物半导体激光器元件11具有隆脊结构，但本发明的实施方式并不限定于隆脊结构。III族氮化物半导体激光器元件11包括激光器构造体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设置于支撑基体17的半极性主面17a上。电极15设置于激光器构造体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，由例如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，由例如p型AlGaN、p型InAlGaN等构成。活性层25设置于第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为例如阱层25a。活性层25包括由氮化镓系半导体构成的势垒层25b，且阱层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可具有以产生波长360nm以上600nm以下的光的方式设置的量子阱结构。通过利用半极性面，可产生波长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沿着半极性主面17a的法线轴NX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面交叉的第1切断面27及第2切断面29。
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轴方向。半极性主面17a平行于由直角坐标系S的X轴及Y轴规定的预定平面而延伸。此外，在图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轴在六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向上相对法线轴NX以非0的角度ALPHA倾斜。
III族氮化物半导体激光器元件11还包括绝缘膜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沿着半导体区域19的表面19a与上述m-n面的交叉线LIX的方向延伸，呈现例如条纹形状。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)接触，且沿着上述交叉线LIX方向延伸。III族氮化物半导体激光器元件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，沿着上述交叉线LIX方向延伸。
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规定的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，激光波导自第1切断面27及第2切断面29中的一个向另一个延伸。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不同于c面、m面或a面等之前的解理面。
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，III族氮化物半导体激光器元件11具有能够实现低阈值电流的激光谐振器。
如图1的虚线圆内所示，切断面27、29在支撑基体17的端面具有沿着自第1及第2面13a、13b中的一个朝向另一个的方向延伸的条纹状结构。当切断面27、29包含具有上述条纹状结构的表面形态时，可提高III族氮化物半导体激光器元件11的谐振镜的活性层端面及其附近的平坦性。根据发明人的实验，当将下文所述的制作方法应用于激光谐振器的制作时，在大多数情况下，可对切断面27、29提供上述表面形态。这些切断面27、29各自的支撑基体17的端面可包含剪切面。此外，这些切断面27、29各自的半导体区域19的端面可包含剪切面。此时，切断面27、29的平坦性优异，该优异的平坦性可降低阈值电流。平坦性是与可基于激光条纹的方向降低阈值的能带跃迁不同的技术性贡献。通过提高切断面27、29的平坦性，可提高激光谐振器的性能。
切断面27、29的条纹状结构可利用扫描式电子显微镜或光学显微镜进行观测，且形成于通过下文所述的制作方法的切断而形成的支撑基体的端面上。条纹状结构的外观上的条纹图案为微细的槽状结构或微细的隆脊结构，且这些结构物沿着自第1及第2面13a、13b中的一个朝向另一个的方向延伸。根据使用扫描式电子显微镜进行的有关氮化镓系半导体的估测，槽状结构的深度为例如0.05μm~0.50μm左右的范围，此外，隆脊结构的高度为例如0.05μm~0.50μm左右的范围。条纹间隔为例如0.5μm~5.0μm左右的范围。
III族氮化物半导体激光器元件11中，切断面27包含第1凹部40a。第1凹部40a沿着由法线轴NX与a轴方向规定的a-n面，此外沿着III族氮化物半导体激光器元件11的侧面(与切断面27、29不同)20a，自第1面13a向第2面13b的方向延伸。该第1凹部40a通过切断而由刻划标记形成。沿着a-n面在自第1面(外延面)13a朝向支撑基体17的方向上延伸的刻划标记，引导切断传递的方向。第1凹部40a以自外延面到达支撑基体17的方式设置。此外，第1切断面27包括第2凹部40b，第2凹部40b自第1面13a向第2面13b的方向延伸。第2凹部40b沿着a-n面且沿着III族氮化物半导体激光器元件11的侧面(与切断面27、29不同)20b延伸。在第1切断面27上出现有光波导的端面(例如活性层25的端面)，且在第1切断面27上，活性层25的端面位于凹部40a、40b之间。这些凹部40a、40b分别通过切断而由刻划标记形成。沿着a-n面在自第1面(外延表面)13a朝向支撑基体17的方向上延伸的这些刻划标记，可引导切断传递的方向。另外，切断面29也与切断面27相同，可具有凹部42a、42b。
如图1所示，III族氮化物半导体激光器元件11具有隆脊结构。在隆脊结构中，第2导电型接触层33形成条纹形状，第2包覆层23包含覆盖基底半导体层的平坦部、以及与第2导电型接触层33的形状同样呈现条纹形状的隆脊部。此外，III族氮化物半导体激光器元件11包含n侧光导层35及p侧光导层37。n侧光导层35包含第1部分35a及第2部分35b，n侧光导层35由例如GaN、InGaN等构成。p侧光导层37包含第1部分37a及第2部分37b，p侧光导层37由例如GaN、InGaN等构成。载流子阻挡层39设置于例如第1部分37a与第2部分37b之间。在支撑基体17的背面17b设置有另一电极41，电极41覆盖例如支撑基体17的背面17b。
图2是表示III族氮化物半导体激光器元件的活性层的能带结构的图。图3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4是示意性表示由c轴及m轴规定的剖面的图。参照图2的(a)部，在能带结构BAND的Γ点附近，可在导带与价带之间进行的跃迁有3个。A能带及B能带为相对较小的能量差。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轴投影到主面的方向偏光。关于激光振荡，跃迁Ea的阈值小于跃迁Eb的阈值。
参照图2的(b)部，表示有III族氮化物半导体激光器元件11中的LED模式的光的光谱。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轴投影到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)所规定。使用该III族氮化物半导体激光器元件11的激光谐振器，可使LED模式中发光强度较大的模式的光进行激光振荡。
如图3所示，可还包括在第1及第2切断面27、29的至少一个上或者分别设置的电介质多层膜43a、43b。断裂面27、29也可使用端面涂布。通过端面涂布，可调整反射率。
如图3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轴方向偏光。在该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不同于c面、m面或a面等之前的解理面。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，可使用第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，如图3的(b)部所示，利用比向将c轴投影到主面的方向偏光的跃迁Eb的发光更强的跃迁Ea的发光，进行低阈值的激光振荡。
III族氮化物半导体激光器元件11中，在第1及第2切断面27、29上，分别出现有支撑基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c，且端面17c及端面19c由电介质多层膜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BETA，由在III族氮化物半导体的c轴及m轴所规定的第1平面S1上规定的分量(BETA)1、和在与第1平面S1及法线轴NX正交的第2平面S2上规定的分量(BETA)2所规定。分量(BETA)1优选在由III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第1平面S 1上为(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围。在图4中，该角度范围以代表性的m面SM与参照面FA所成的角度表示。为了便于理解，代表性的m面SM在图4中自激光器构造体的内侧至外侧进行描绘。参照面FA沿着活性层25的端面25c延伸。该III族氮化物半导体激光器元件11具有对于自c轴及m轴中的一个向另一个所取的角度BETA满足上述垂直性的端面。此外，分量(BETA)2优选在第2平面S2上为-5度以上+5度以下的范围。在此，BETA2=(BETA)1 2+(BETA)2 2。此时，III族氮化物半导体激光器元件11的端面27、29对于在与半极性面17a的法线轴NX垂直的面上规定的角度满足上述垂直性。
再次参照图1，在III族氮化物半导体激光器元件11中，支撑基体17的厚度DSUB优选为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质的切断面。III族氮化物半导体激光器元件11中，支撑基体17的厚度DSUB更优选为50μm以上115μm以下。该III族氮化物半导体激光器元件11中，更加适于获得用于激光谐振器的优质的切断面。此外，操作变得容易，从而可提高生产合格率。
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ALPHA优选为45度以上，此外，优选为80度以下。此外，角度ALPHA优选为100度以上，此外，优选为135度以下。在未达45度及超过135度的角度下，通过按压而形成的端面由m面构成的可能性变高。此外，在超过80度而未达100度的角度下，存在无法获得所期望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，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优选为63度以上，此外，优选为80度以下。此外，角度ALPHA优选为100度以上，此外，优选为117度以下。未达63度及超过117度的角度下，存在通过按压而形成的端面的一部分出现m面的可能性。此外，超过80度而未达100度的角度下，存在无法获得所期望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}面中的任一面。进而，相对这些面以-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也可作为上述主面。在这些典型的半极性面17a上，可提供能构成该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。此外，在遍及这些典型的面取向的角度的范围内可获得示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。由于堆垛层错密度为1×104cm-1以下，因此，因偶发情况而有损切断面的平坦性及/或垂直性的可能性较低。支撑基板17的堆垛层错密度可通过利用阴极发光法观察生长前的基板而估测。在阴极发光中观察由电子束激发的载流子的发光过程，若存在堆垛层错，则其附近载流子会非发光再结合，因此观察到暗线状。例如，可求出该暗线的每单位长度的密度(线密度)并定义为堆垛层错密度。在此，为分析堆垛层错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透射型电子显微镜。利用透射型电子显微镜自a轴方向观察试样剖面时，自基板朝向试样表面向m轴方向伸展的缺陷为支撑基体所含的堆垛层错，可以与阴极发光法时同样地求出堆垛层错的线密度。
此外，支撑基体17可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。当使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能够用作谐振器的端面27、29。当使用AlN或AlGaN基板时，可增大偏光度，此外，可通过低折射率强化光束缚。当使用InGaN基板时，可减小基板与发光层的晶格失配率，从而可提高结晶质量。
图5是表示本实施方式的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法的主要步骤的图。参照图6的(a)部，表示有基板51。在步骤S 101中，准备用以制作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。
在步骤S 102中，形成基板产物SP。在图6的(a)部，基板产物SP描绘成大致圆板形的构件，但基板产物SP的形状并不限定于此。为获得基板产物SP，首先于步骤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，使半导体区域53形成于半极性主面51a上。为形成半导体区域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设置于氮化镓系半导体区域57与氮化镓系半导体区域61之间，此外，可包含活性层、光导层及电子阻挡层等。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沿着半极性主面51a的法线轴NX排列。这些半导体层进行外延生长。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形成例如条纹形状。
在步骤S104中，在激光器构造体55上形成有阳极电极58a及阴极电极58b。此外，在基板51的背面形成电极前，研磨用于结晶生长的基板的背面，形成所期望的厚度DSUB的基板产物SP。电极的形成中，例如阳极电极58a形成于半导体区域53上，并且阴极电极58b形成于基板51的背面(研磨面)51b上。阳极电极58a沿X轴方向延伸，阴极电极58b覆盖背面51b的整面。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1面63a与基板51之间。
在步骤S 105中，如图6的(b)部所示，刻划基板产物SP的第1面63a。该刻划使用激光刻划器10a进行。通过刻划而形成刻划槽65a。在图6的(b)部，形成有5条刻划槽，使用激光束LB进行刻划槽65b的形成。刻划槽65a的长度短于由六方晶系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，对交叉线AIS的一部分照射激光束LB。通过照射激光束LB，而使沿预定方向延伸且到达半导体区域的槽形成于第1面63a上。刻划槽65a可形成于例如基板产物SP的一边缘。刻划槽65a沿着法线轴a-n面在自第1面63a朝向第2面63b的方向上延伸。该刻划槽65a在自第1面63a朝向基板51的方向上延伸。通过按压基板产物SP，自基板产物SP形成另一基板产物及激光条，该切断的传递由在上述深度方向上延伸的刻划槽65a引导。另外，在图6的(b)部，基板产物描绘成圆盘状的形状，但基板产物的形状并不限定于此。
在图6的(c)部，形成有激光条LB0。在按压前，将基板产物SP置于两片具有可挠性的薄膜(例如可挠性薄膜)FLM1、FLM2之间，且可挠性薄膜可使用例如聚氯乙烯等。按压使用例如所谓刮刀等致断装置69进行。致断装置69包含向一个方向延伸的边缘69a、及规定边缘69a的至少两个刮刀面69b、69c。此外，基板产物S P1的按压在支撑装置71上进行。支撑装置71包含支撑面71a与边缘71b，且支撑面71a终止于边缘71b。该支撑装置71可进行基板产物SP1的悬臂支撑。在图6的(c)部，能够以使逐次形成的激光条位于支撑面71a上的方式支撑基板产物，但也能以使逐次形成的基板产物位于支撑面71a上的方式支撑基板产物。
在步骤S106中，如图6的(c)部所示，通过按压该基板产物的第2面63b而分离基板产物，形成基板产物S P1及激光条LB1。将基板产物S P1的刻划槽65a的方向对准支撑装置71的边缘71b的延伸方向，并以支撑装置71的边缘71b为基准定位基板产物SP。继而引起切断的刻划槽65a并不位于支撑面71a上。
参照图7继续对上述分离进行说明。如图7的(a)部所示，基板产物SP以沿着边缘71b延伸的基准线(X坐标A1)为分界线，分为第1区域70a及第2区域70b。在基板产物SP上，第1区域70a及第2区域70b彼此相邻，且第1区域70a包含由上述基准线(X坐标A1)规定的基板产物SP的一侧部分的全部，第2区域70b包含由上述基准线规定的基板产物SP的另一侧部分的全部。
利用支撑装置71支撑第1区域70a，且不支撑第2区域71b而按压第2区域70b，由此将基板产物SP分离，形成另一基板产物SP1及激光条LB1。将致断装置69的边缘69a的方向对准边缘71b的延伸方向，自与第2面63b交叉的方向使致断装置69的边缘69a抵压到基板产物SP。交叉方向优选为与第2面63b大致垂直的方向。由此通过基板产物SP的分离而形成另一基板产物SP1及激光条LB1。通过抵压而形成具有第1及第2端面67a、67b的激光条LB1，且在这些端面67a、67b，激光波导的端面具有可适用于半导体激光器的谐振镜的垂直性及平坦性。
在图7的(a)部所示的激光条的制作方法(参照「方法A 」)中，基板产物SP由被基准线(X坐标A1)划分的两个区域构成。在该基板产物SP上形成刻划标记后，以不由支撑面71a支撑形成有刻划标记的面63a上的坐标(X坐标C1附近)的相反侧的面的方式，在支撑装置71上进行基板产物SP的定位。在定位后，通过一面支撑基板产物SP的一侧区域70a一面沿着基板产物SP的另一侧区域70b的按压线(X坐标C1)进行按压，而进行基板产物SP的分离，如图6的(c)部所示，形成另一基板产物S P1及激光条LB1。当先于上述按压进行支撑时，虽然支撑基板产物SP的一侧的区域70a，但基板产物SP的另一侧的区域70b未受支撑而成为自由端FE。
在按压时，当对准基板产物SP的另一侧的区域70b的按压线进行按压时，根据以下说明可理解，以按压线为基准，对第2区域70b中的两个部分施加不同的力。为了对此进行说明，以按压线(X坐标C1)为基准将第2区域70b分为第1及第2部分70c、70d，第2区域70b中的第1部分70c与第2区域70b中的第2部分70d及第1区域70a相邻，且位于它们之间。通过上述按压，使第1部分70c与第2部分70d的分界处受到剪切力。在按压期间中，如图7的(b)部及(c)部概略性所示，在被支撑的第1区域70a至基板产物SP的第2区域70b上的按压线之间的第1部分70c，同时作用有弯曲力矩及剪切力，而在第2部分70d，未产生弯曲力矩，也未受到剪切力。根据该切断方法，谐振镜的平坦性得以提高，在切断面产生剪切力的断裂为特征的形态(例如图9的(a)部)。图7的(c)部表示弯曲力矩自剪切力的施加线至支撑装置71的单个支撑体的边缘71b为止单调降低。该弯曲力矩的方向在按压线附近朝向不利于切断的方向。按压引起的基板产物的变形在施加线的位置足够小，且基板产物的翘曲方向朝上。另外，在图7的(b)部及(c)部，为了便于理解而假设弯曲力矩在基板产物内线性变化，但弯曲力矩的变化并不限定于此。
另一方面，在图8的(a)部所示的激光条的制作方法(参照「方法B」)中，基板产物SP的两侧受到支撑，基板产物SP由以两个边缘71b(X坐标A2、B2)的间隔D分离的两个支撑体所支撑。按压在间隔D的一半(D/2)位置(X坐标C2)进行。如图8的(b)部所示，剪切应力在按压线(X坐标C2)的两侧向相互反向施加。如图8的(c)部所示，弯曲力矩施加在按压线(X坐标C2)的两侧，在按压线(X坐标C2)上取最大值，且自该最大值向两边缘71b(X坐标A2、B2)降低。该弯曲力矩朝向有助于切断的方向。按压引起的基板产物的变形在施加线的位置处足够大，且基板产物的翘曲方向朝下。因此，切断通过弯曲力矩及剪切力而产生。根据图7及图8的比较，表现出在两个激光条的制作中基板产物SP内的弯曲力矩及剪切应力的分布彼此不同。
一面参照图7及图8一面对使用方法(A)与方法(B)的制作方法的原理的不同之处进行说明。
在方法(B)中，弯曲力矩的分布在刮刀的正下方(X坐标C2)成为最大。因此，可认为在方法(B)中，因弯曲力矩的负荷而产生的拉伸应力作用于基板，结果不断产生断裂而制成激光条。
另一方面，在方法(A)中，弯曲力矩在刮刀的正下方为0。弯曲力矩随着自刮刀的中心接近致断装置的支撑台的边缘(bed knife，底刀)而不断增加，但通过该弯曲力矩而作用于半导体外延区域的应力为压缩应力，因此不利于产生断裂。此外，剪切力自刮刀的中心起直至支撑台(底刀)的边缘以恒定的大小进行作用。因此，可认为在方法(A)中，剪切力作用于基板，结果不断产生断裂而制成激光条。
其与在通过剪切力而制作的端面产生剪切破坏的特征性条纹状形态并不矛盾。条纹状形态可利用光学显微镜观察到，其自半导体外延区域的下方延伸至基板背面，此外，支持上述断裂的机理。
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，且端面67a、67b分别自第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轴方向上刻划基板产物SP的第1面63a之后，按压基板产物SP的第2面63b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LB 1上形成第1及第2端面67a、67b。根据该端面的形成，可提供在第1及第2端面67a、67b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。
此外，在该方法中，所形成的激光波导向六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向延伸。形成无需使用干式蚀刻面便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SP的切断而形成新的基板产物SP1及激光条LB1。在步骤S107中，反复进行按压分离，制作多个激光条。该切断可使用短于激光条LB 1的切断线BREAK的刻划槽65a进行。
在步骤S108中，在激光条LB1的端面67a、67b形成电介质多层膜，从而形成激光条产物。在步骤S109中，将该激光条产物分离成各个半导体激光器的芯片。
在本实施方式的制造方法中，角度ALPHA可为45度以上80度以下及100度以上135度以下的范围。未达45度及超过135度的角度下，将导致通过按压而形成的端面由m面构成的可能性升高。此外，超过80度而未达100度的角度下，则有无法获得所期望的平坦性及垂直性的担忧。角度ALPHA优选为63度以上80度以下及100度以上117度以下的范围。未达45度及超过135度的角度下，存在通过按压而形成的端面的一部分中出现m面的可能性。此外，超过80度而未达100度的角度下，有无法获得所期望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}面中的任一个。进而，相对这些面以-4度以上+4度以下的范围微倾斜的面也可作为上述主面。在这些典型的半极性面中，能够以可构成该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平坦性及垂直性提供用于激光谐振器的端面。
此外，基板51可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。当使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能够用作激光谐振器的端面。基板51优选由GaN构成。
在形成基板产物SP的步骤S 104中，用于结晶生长的半导体基板可以使基板厚度为400μm以下的方式实施切片或研磨等加工，使第2面63b成为由研磨形成的加工面。在该基板厚度下，能以良好的合格率形成可构成该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平坦性、垂直性或无离子损伤的端面67a、67b。第2面63b为由研磨形成的研磨面，且更优选为经研磨使基板厚度为115μm以下。此外，为了相对容易地处理基板产物SP，基板厚度优选为50μm以上。
在本实施方式的激光器端面的制造方法中，激光条LB 1中也规定有参照图3所说明的角度BETA。在激光条LB 1中，角度BETA的分量(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的说明中的第1平面S 1对应的面)优选为(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围。激光条LB 1的端面67a、67b对于自c轴及m轴中的一个向另一个所取的角度BETA的角度分量，满足上述垂直性。此外，角度BETA的分量(BETA)2在第2平面(与图3所示的第2平面S2对应的面)中优选为-5度以上+5度以下的范围。此时，激光条LB 1的端面67a、67b对于在与半极性面51a的法线轴NX垂直的面中所规定的角度BETA的角度分量，满足上述垂直性。
端面67a、67b通过对半极性面51a上外延生长的多个氮化镓系半导体层进行按压引起的断裂而形成。因是半极性面51a上的外延膜，因此端面67a、67b并非之前用作谐振镜的c面、m面或a面之类的低面指数的解理面。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，并观察切断面的垂直性。基板使用自通过HVPE法较厚生长的(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抛光，背面为经研磨抛光的梨皮面状态。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轴投影到基板主面的方向垂直地施加划线后，通过图7所示的方法进行按压，将基板切断。
图9的(a)部为自正面观察切断面的光学显微镜像。根据发明人对该显微镜像及其它实验结果的观察，切断面具有良好的平坦性，此外，相对于半极性主面显示良好的垂直性。尤其，切断面在作为较小区域的波导附近显示良好的平坦性。参照图9的(a)部，在区域FR1表示由刻划标记形成的凹部。此外，在区域FR2表示切断面的条纹状结构。条纹状结构的外观上的条纹图案为微细的槽状结构或微细的隆脊结构，这些结构物在自外延面及基板背面中的一个朝向另一个的方向上延伸。该条纹状结构具有剪切破坏的特征性条纹状形态，本实施例的切断所产生的断裂机理取决于剪切力。该条纹状形态可通过光学显微镜进行观察，特征在于自半导体外延区域的下方延伸至基板背面。根据使用扫描式电子显微镜进行的估测，槽状结构的深度为例如0.05μm~0.50μm左右的范围，此外，隆脊结构的高度为例如0.05μm~0.50μm左右的范围。条纹的间隔为例如0.5μm~5.0μm左右的范围。
通过扫描式电子显微镜观察由断裂形成的切断面的活性层的端面附近的结果，未观察到显着的凹凸。因此，活性层的端面附近的平坦性(凹凸的大小)推定为20nm以下。进而，切断面对于试样表面的垂直性为-5度~+5度的范围内。
(实施例2)
在实施例1中，已知在具有半极性{20-21}面的GaN基板上与将c轴投影到基板主面的方向垂直地施加划线并进行按压而获得的切断面相对于基板主面具有平坦性及垂直性。因此，为分析该切断面的作为激光谐振器的有效性，如下所述，通过有机金属气相生长法而生长图10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)。准备基板71。基板71制作如下GaN基板，该GaN基板使用晶圆切片装置自利用HVPE法较厚生长的(0001)GaN结晶块向m轴方向以0度~90度的范围的角度进行切取，具有c轴向m轴方向的倾斜角度ALPHA为0度~90度范围的所期望的倾斜角。例如当以75度的角度切取时，获得{20-21}面GaN基板，且在图7的(b)部所示的六方晶系晶格中由参照符号71a表示。
将该基板71配置于反应炉内的基座上后，以如下的生长顺序生长外延层。首先生长厚度1000nm的n型GaN72。其次，生长厚度1200nm的n型InAlGaN包覆层73。继而，生长厚度200nm的n型GaN导引层74a及厚度65nm的无掺杂InGaN导引层74b后，生长由GaN厚度15nm/InGaN厚度3nm构成的3周期MQW75。然后，生长厚度65nm的无掺杂InGaN导引层76a、厚度20nm的p型AlGaN阻挡层77a及厚度200nm的p型GaN导引层76b。继而，生长厚度400nm的p型InAlGaN包覆层77b。最后，生长厚度50nm的p型GaN接触层78。
使SiO2的绝缘膜79在接触层78上成膜后，使用光刻法通过湿式蚀刻而形成宽度10μm的条纹窗WIN。在此，以如下的2种方法形成条纹方向的接触窗。激光条纹为：(1)M方向(接触窗沿着由c轴及m轴规定的预定面的方向)；及(2)A方向:<11-20>方向。
形成条纹窗后，蒸镀由Ni/Au构成的p侧电极80a与由Ti/Al构成的焊盘电极。然后，使用金刚石研磨液研磨GaN基板(GaN晶圆)的背面，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使用显微镜而进行。显微镜可使用光学显微镜或扫描式电子显微镜。在GaN基板(GaN晶圆)的背面(研磨面)，通过蒸镀而形成有由Ti/Al/Ti/Au构成的n侧电极80b。
针对这两种激光条纹制作谐振镜时，使用利用波长355nm的YAG激光的激光刻划器。使用激光刻划器进行断裂的情况与使用金刚石刻划的情况相比，可提高振荡芯片合格率。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。形成的刻划槽为例如长度30μm、宽度10μm、深度40μm的槽。以800μm间距通过基板的绝缘膜开口部位并对外延表面直接照射激光，从而形成刻划槽。谐振器长度为600μm。
在形成刻划标记后，使用致断装置由基板产物制作激光条。通过将刻划槽的位置对准致断刮刀的中心位置，自基板产物的基板背面抵压刮刀，而制作激光条。此时，通过以下二种方法制作激光条。
「方法A 」：一面通过致断装置的支撑台(例如底刀)支撑基板产物的一侧的外延面，一面自基板产物的基板背面抵压刮刀的方法。
「方法B 」：一面通过致断装置的支撑台(例如底刀)支撑基板产物的两侧的外延面，一面自基板产物的基板背面抵压刮刀的方法。
在两种方法中，致断刮刀的中心与支撑台(底刀)的边缘间的间隔均为450μm。
使用刮刀，通过切断而制作谐振镜。通过按压基板背面侧而使其断裂，由此制作激光条。更具体而言，对于{20-21}面的GaN基板表示结晶取向与激光器端面的关系的图是图9的(b)部与图9的(c)部。图9的(b)部中按照本实施方式朝向m轴方向的倾斜方向设置激光条纹，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，但不同于现有的c面、m面或a面等之前的解理面。激光条纹的方向不同于图9的(c)部所示的激光条纹的方向。图9的(c)部中使激光条纹朝向a轴方向，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。
对于利用上述方法(A)及方法(B)制作的激光条，使用光学显微镜测量谐振镜的角度偏离。包含多个半导体外延膜的半导体外延区域在基板产物的基板上生长。在激光振荡中，谐振器内往返的光主要在半导体外延区域中传递。因此，谐振镜的角度偏离的测量如图11的(a)部所示，可通过估测在切断面表现出的半导体外延区域的剖面的角度偏离而进行。图11的(a)部中为表示条纹波导的位置，而以虚线表示图10所示的窗WIN。图11的(b)部是表示角度偏离的分布与激光条的制作方法的关系的柱状图。横轴表示以半导体外延区域的与条纹波导的方向垂直的方向为基准的谐振镜的偏离角△θ。测定结果表示由方法(A)制作的激光条的谐振镜的角度偏离的分布中心与由方法(B)所得的激光条的角度偏离的分布相比偏离角接近0。由方法(A)及(B)制作的激光条的谐振镜的角度偏离的平均值及标准偏差为以下值。
方法、平均值(deg.)、标准偏差(deg.)。
方法(A)：0.42        0.93。
方法(B)：1.02        1.26。
根据该结果可知，通过利用方法(A)制作激光条，可稳定地形成角度偏离较小(偏离角的中心为0的分布)的谐振镜。纵轴表示密度，该密度由(该角度范围的计数值)/(总计数值)规定。
方法(A)。
Figure BDA00002545399500291
方法(B)。
Figure BDA00002545399500301
进而，在室温下对利用方法(A)及(B)制作的激光条进行通电的评价。电源使用脉冲宽度500ns、占空比0.1%的脉冲电源，且将探针抵住表面电极进行通电。在光输出测定时，通过光电二极管检测来自激光条端面的发光，分析电流-光输出特性(I-L特性)。
图12是利用方法(A)及(B)制作的激光条的振荡阈值电流的分布的柱状图。若根据振荡阈值电流的分布求出利用方法(A)及(B)制作的激光条的振荡阈值电流的平均值，则成为以下的值。
方法(A)：484mA。
方法(B)：554mA。
根据该结果可知，通过利用方法(A)制作激光条，可降低振荡阈值电流。可认为这是通过方法(A)改善了谐振镜的垂直性、平坦性的结果。纵轴是表示密度，该密度的定义依据图11的定义。「Ith(mA)」表示毫安单位的阈值电流。
方法(A)。
方法(B)。
Figure BDA00002545399500312
图13是表示GaN基板的c轴向m轴方向的倾斜角ALPHA(OFF角)与谐振器的合格率的关系的图。在本实施例中，谐振器合格率在各倾斜角中定义为(外延面内的偏离角的大小为1度以下的谐振器数)/(偏离角已测量的所有谐振器数)。根据图13可知，当使用倾斜角为45度~80度的范围的半极性面时，谐振器合格率无较大变化。
Figure BDA00002545399500313
Figure BDA00002545399500321
图14是表示基板厚度与谐振器合格率的关系的图。参照图14，当基板产物的厚度小于50μm时，会因操作困难而存在激光条易受破坏的可能性。根据发明人的见解，当基板产物的厚度为50μm以上时，可使操作无明显困难。基板产物的厚度为115μm为止的范围内，可制作激光条。若厚度超过100μm，则谐振器合格率开始下降。根据该实验及其它结果，基板产物的厚度优选为50μm以上100μm以下的范围。
Figure BDA00002545399500322
通过真空蒸镀法对激光条的端面涂布电介质多层膜。电介质多层膜通过SiO2与TiO2交替积层而构成。膜厚分别调整为50~100nm的范围，且设计成反射率的中心波长为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%。
在室温下进行通电的评价。电源使用脉冲宽度500ns、占空比0.1%的脉冲电源，使探针落在表面电极而进行通电。在测定光输出时，通过光电二极管检测来自激光条端面的发光，分析电流-光输出特性(I-L特性)。在测定发光波长时，使来自激光条端面的发光通过光纤，检测器使用光谱分析仪进行光谱测定。在分析偏光状态时，通过使来自激光条的发光通过偏光板进行旋转而分析偏光状态。在观测LED模式光时，通过将光纤配置于激光条表面侧而测定自表面释放的光。
在所有的激光器中确认振荡后的偏光状态，结果可知向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(自然释放光)的偏光状态。将a轴方向的偏光分量设为I1，将m轴投影到主面的方向的偏光分量设为I2，将(I1-I2)/(I1+I2)定义为偏光度ρ。分析如此求出的偏光度ρ与阈值电流密度的最小值的关系，结果获得图15。根据图15可知在偏光度为正的情形时，在(1)激光条纹M方向的激光器中阈值电流密度下降较大。即，可知在偏光度为正(I1>I2)且在倾斜方向设置波导时，阈值电流密度大幅度下降。
(实施例3)
实施例2，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，通过刻划槽的形成与按压而形成光谐振器用的端面。为发现这些端面的候补，而通过计算求出与(20-21)面成90度左右的角度且与a面不同的面取向。参照图14，以下的角度及面取向相对(20-21)面具有90度左右的角度。
具体的面指数、相对{20-21}面的角度。
(-1016)：92.46度。
(-1017)：90.10度。
(-1018)：88.29度。
图16是表示(20-21)面、(-101-6)面及(-1016)面上的原子配置的图。图17是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面上的原子配置的图。图18是表示(20-21)面、(-101-8)面及(-1018)面上的原子配置的图。如图16~图18所示，箭头所示的局部的原子配置是表示电荷呈中性的原子排列，电性呈中性的原子配置周期性出现。获得对于生长面比较垂直的面的原因存在如下可能性：认为通过该电荷呈中性的原子排列周期性出现，而使切断面的生成变得比较稳定。
根据包含上述实施例1~实施例3在内的各种实验，角度ALPHA可为45度以上80度以下及100度以上135度以下的范围。为提高振荡芯片合格率，而可使角度ALPHA为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}面中的任一面。进而可为自这些半极性面的微倾斜面。半极性主面可为自例如{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及{10-1-1}面中的任一面向m面方向以-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
根据本实施方式，可提供在六方晶系III族氮化物的自c轴向m轴方向倾斜的支撑基体的半极性面上具有可降低阈值电流的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器元件。此外，根据本实施方式，可提供能够提高该III族氮化物半导体激光器元件的谐振镜的平坦性且可降低阈值电流的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法。
符号说明
11III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
ALPHA角度
Sc c面
NX法线轴
31绝缘膜
31a绝缘膜开口
35n侧光导层
37p侧光导层
39载流子阻挡层
41电极
43a、43b电介质多层膜
MA m轴向量
BETA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
SP 1基板产物
LB 1激光条
69致断装置(刮刀)
69a边缘
69b、69c  刮刀面
71支撑装置
71a支撑面
71b边缘

Claims (24)

1.一种III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其包括如下步骤：
形成具有激光器构造体的基板产物，该激光器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基板以及形成于上述半极性主面上的半导体区域；
刻划上述基板产物的第1面，形成向上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向延伸的刻划标记；以及
在形成上述刻划标记后，支撑上述基板产物的第1区域，并且不支撑上述基板产物的第2区域而对该第2区域进行按压，由此进行上述基板产物的分离，形成另一基板产物及激光条，
上述基板产物由预定的基准线分为上述第1及第2区域的两区域，
上述第1及第2区域彼此相邻，
上述按压对上述基板产物的第2面进行，
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1面与上述基板之间，
上述激光条具有自上述第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器元件的激光谐振器，
上述基板产物包括设置于上述激光器构造体上的阳极电极及阴极电极，
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包覆层以及设置于上述第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，
上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA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轴及上述法线轴规定的m-n面交叉。
2.如权利要求1所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其中，上述角度ALPHA为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围。
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的制作方法，其中，上述角度ALPHA为63度以上80度以下或100度以上117度以下的范围。
4.如权利要求1至3中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其中，上述刻划标记沿着由上述法线轴与上述a轴方向规定的a-n面，自上述第1面向上述第2面的方向延伸。
5.如权利要求1至4中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其中，
在形成上述基板产物的上述步骤中，对上述基板实施加工以使上述基板的厚度成为50μm以上，
上述加工为切片或研磨，
上述第2面为通过上述加工而形成的加工面或包含形成于上述加工面上的电极的面。
6.如权利要求1至5中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其中，
上述刻划使用激光刻划器进行，
上述刻划标记包含刻划槽，
上述刻划槽沿着由上述法线轴与上述a轴方向规定的a-n面，自上述第1面向上述第2面的方向延伸。
7.如权利要求1至6中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其中，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度以下的范围的倾斜。
8.如权利要求1至7中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，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。
9.如权利要求1至8中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其中，上述基板由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。
10.如权利要求1至9中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其中，上述第1及第2端面各自的上述活性层的端面相对与上述基板的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轴规定的第1平面上形成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
11.如权利要求10所述的III族氮化物半导体激光器元件的制作方法，其中，上述角度在与上述第1平面及上述法线轴正交的第2平面上，成为-5度以上+5度以下的范围。
12.一种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撑基体以及设置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，其设置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包覆层以及设置于上述第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，
上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，
上述激光器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切断面，
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，
上述第1及第2切断面分别在上述支撑基体的端面具有沿着自上述第1及第2面的一个朝向另一个的方向延伸的条纹状结构。
13.一种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撑基体以及设置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，其设置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包覆层以及设置于上述第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，
上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对上述法线轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向以角度ALPHA倾斜，
上述激光器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切断面，
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，
上述第1及第2切断面各自的上述支撑基体的端面包含剪切面。
14.如权利要求12或13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轴所成的角度为45度以上80度以下或100度以上135度以下的范围。
15.如权利要求12至14中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，
在上述第1及第2切断面中分别出现有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和与由上述六方晶系III族氮化物半导体构成的支撑基体的m轴正交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轴规定的第1平面上，成为(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
16.如权利要求15所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，上述角度在与上述第1平面及上述法线轴正交的第2平面上，成为-5度以上+5度以下的范围。
17.如权利要求12至16中任一项所述的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}面中的任一面以-4度以上+4度以下的范围倾斜的微倾斜面。
18.如权利要求12至17中任一项所述的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。
19.如权利要求12至18中任一项所述的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中的任一个构成。
20.如权利要求12至19中任一项所述的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。
21.如权利要求12至20中任一项所述的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轴方向偏光。
22.如权利要求12至21中任一项所述的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中的LED模式的光包含在上述六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上的偏光分量I1以及在将上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影到主面的方向上的偏光分量I2，且上述偏光分量I1大于上述偏光分量I2。
23.如权利要求12至22中任一项所述的III族氮化物半导体激光器元件，其中，还包括设置于上述第1及第2切断面中的至少一个上的电介质多层膜。
24.如权利要求12至23中任一项所述的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360nm以上600nm以下的光的方式设置的发光区域。
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