CN103329368A - Iii族氮化物半导体激光元件及iii族氮化物半导体激光元件的制造方法 - Google Patents

Iii族氮化物半导体激光元件及iii族氮化物半导体激光元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种可改善振荡成品率的结构的III族氮化物半导体激光元件。在第一及第二割断面（27、29）各自呈现支撑基体（17）的端面（17c）及半导体区域（19）的端面（19c）。激光结构体（13）包括第一及第二面（13a、13b），第一面（13a）为第二面（13b）的相反侧的面。第一及第二割断面（27、29）分别从第一面（13a）的边缘延伸至第二面（13b）的边缘。半导体区域（19）包含InGaN层（24）。半导体区域（19）可包含InGaN层（24）。割断面（29）包括设置于InGaN层（24）的端面（24a）的台阶（26）。台阶（26）沿着从该III族氮化物半导体激光元件（11）的一个侧面（22a）朝向另一个侧面（22b）的方向延伸。台阶（26）在割断面（27、29）中可形成于InGaN层（24）的端面（24a）的一部分或整体上。

Description

III族氮化物半导体激光元件及III族氮化物半导体激光元件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种III族氮化物半导体激光元件及III族氮化物半导体激光元件的制造方法。
背景技术
在专利文献1中，记载有氮化物系半导体激光。在该氮化物系半导体激光中，活性层形成于(11-22)面上。将与(11-22)面垂直的(1-100)面用作共振器端面，在防止压电极化造成的发光效率下降的同时容易制造激光共振器。由此，成品率较佳地制造低阈值电流的半导体激光。
在非专利文献1中记载有激光二极管。该激光在偏离角为58度的GaN(11-22)面上制成，且共振器端面利用干蚀刻(RIE)而形成。在非专利文献2中记载有激光二极管。该激光在偏离角为75度的GaN(20-21)面上制成，且共振器端面利用干蚀刻(RIE)而形成。在非专利文献3中记载有激光二极管。该激光在偏离角为80度的GaN(30-31)面上制成，且共振器端面利用干蚀刻(RIE)而形成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-128661号公报
专利文献2：日本专利4475357号公报
非专利文献
非专利文献1：Hirokuni Asamizu,Makoto Saito,Kenji Fujito,JamesS.Speck,Steven P.DenBaars,and Shuji Nakamura,「Demonstration of 426nm InGaN/GaN Laser Diodes Fabricated on Free-Standing Semipolar(11-22)Gallium Nitride Substrates,」Applied Physics Express1(2008)091102
非专利文献2：Anurag Tyagi1,Robert M.Farrell1,Kathryn M.Kelchner1,Chia-Yen Huang,Po Shan Hsu,Daniel A.Haeger,Matthew T.Hardy,Casey Holder,Kenji Fujito,Daniel A.Cohen,Hiroaki Ohta,JamesS.Speck,Steven P.DenBaars,and ShujiNakamura,「AlGaN-Cladding FreeGreen Semipolar GaN Based Laser Diode with a Lasing Wavelength of506.4nm,」Applied Physics Express 3(2010)011002
非专利文献3：「InGaN/GaN Blue Laser Diode Grown on Semipolar(30-31)Free-Standing GaN Substrates,」Po Shan Hsu1,Kathryn M.Kelchner,Anurag Tyagi,Robert M.Farrell,Daniel A.Haeger,Kenji Fujito,Hiroaki Ohta1,Steven P.DenBaars,James S.Speck,and Shuji Nakamura,Applied Physics Express 3(2010)052702
发明内容
发明要解决的课题
在非专利文献1～3中，利用干蚀刻(RIE)而形成用于光共振器的端面。因此，在端面上无法避免因应用干蚀刻而造成的损害。在专利文献1中，使用解理面作为用于光共振器的端面。因此，由于使激光条纹与解理方向一致，所以激光条纹的朝向的选择受到限定。
在发明人研究的半导体激光中，激光波导的朝向沿着与可解理的结晶轴不同的方向延伸。因此，在该半导体激光中，无法使用解理面作为用于光共振器的端面。根据发明人的尝试，可不使用干蚀刻面作为用于光共振器的端面，制造具有沿着与可解理的结晶轴不同的方向延伸的激光波导的半导体激光(专利文献2)。由于上述端面并非解理面，因此要求该端面的边缘的直线性更优异。由此，可改善振荡成品率。
本发明的目的在于，提供一种具有可改善振荡成品率的结构的III族氮化物半导体激光元件，此外，其目的在于提供一种可改善振荡成品率的III族氮化物半导体激光元件的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件包括：（a）激光结构体，包括由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体和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，沿着该III族氮化物半导体激光元件中的表示波导方向的波导轴的方向延伸，且设置于上述半导体区域上。在上述半导体区域中，第1氮化镓系半导体层、第2氮化镓系半导体层和活性层沿着上述半极性主面的法线轴排列，上述第1氮化镓系半导体层呈现第1导电型，上述第2氮化镓系半导体层呈现第2导电型，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴向上述波导轴的方向相对于上述法线轴以角度ALPHA倾斜，上述激光结构体包括与上述波导轴交叉的第1割断面及第2割断面，该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器包括上述第1割断面及第2割断面，在上述第1割断面及第2割断面各自呈现上述支撑基体的端面及上述半导体区域的端面，上述激光结构体包括第1面及第2面，且上述第1面为上述第2面的相反侧的面，上述第1割断面及第2割断面分别从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘，上述半导体区域包含InGaN层，上述第1割断面包括设置于上述InGaN层的端面的台阶，上述台阶沿着从该III族氮化物半导体激光元件的一侧面朝向另一侧面的方向延伸。
在该III族氮化物半导体激光元件中，在与解理面不同的割断面上，在半导体区域的InGaN层的端面设置有台阶。该台阶在割断面的制造时形成，且沿着从该III族氮化物半导体激光元件的一侧面朝向另一侧面的方向延伸。该台阶用于防止割断面的延伸方向较大地偏离理想的方向，且引导InGaN层的延伸方向。通过该台阶，在制造多个III族氮化物半导体激光元件时，作为光共振器，对割断面要求的垂直性的分布减小。
优选在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述台阶的宽度为180nm以下。在该III族氮化物半导体激光元件中，过大的台阶宽度使该台阶引起的反射增大。
优选在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度为45度以上且80度以下、或100度以上且135度以下的范围。在该III族氮化物半导体激光元件中，若为小于45度和超过135度的角度，则通过按压而形成的端面由m面或a面构成的可能性变高。此外，若为超过80度和小于100度的角度，则存在无法获得所需的平坦性及垂直性的顾虑。
优选在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述III族氮化物半导体的c轴在由上述法线轴及上述波导轴这两方规定的第1平面中与基准轴正交，上述半导体区域中的光射出的端面（但除了台阶）与和上述基准轴正交的基准面所成的角度在上述第1平面中成为(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
该III族氮化物半导体激光元件包含相对于在第1平面中规定的角度满足上述垂直性的端面。
优选在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述III族氮化物半导体的c轴在由上述法线轴及上述波导轴规定的第1平面中与基准轴正交。上述半导体区域中的光射出的端面（但除了台阶）与和上述基准轴正交的基准面所成的角度在与上述第1平面及上述法线轴这两方正交的第2平面中成为-5度以上且+5度以下的范围。
该III族氮化物半导体激光元件包含相对于在与半极性面的法线轴垂直的面中规定的角度满足上述垂直性的端面。
优选在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述InGaN层内含变形。根据该III族氮化物半导体激光元件，内含变形的InGaN层利于规定台阶的位置。
优选在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述InGaN层的铟组成可以是0.10以上。根据该III族氮化物半导体激光元件，在铟组成为0.10以上时，能够使在InGaN层中内含的变形增大，从而可利于产生台阶。
在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述InGaN层的铟组成可以是0.50以下。根据该III族氮化物半导体激光元件，若铟组成超过0.50，则InGaN层的结晶性变差。
优选在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述InGaN层的厚度为1nm以上。根据该III族氮化物半导体激光元件，在InGaN层的厚度为1nm以上时，能够使内含的变形增大，从而可利于产生台阶。
优选在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述InGaN层的厚度为10nm以下。根据该III族氮化物半导体激光元件，在InGaN层的厚度超过10nm时，存在难以再现性较佳地形成结晶质量良好的InGaN的可能性。
本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件可进一步包括设置于上述第1割断面上的电介质多层膜。上述台阶的宽度可以是80nm以下。根据该III族氮化物半导体激光元件，在台阶的宽度为80nm以下时，电介质多层膜的形状也变得非常好。
在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述InGaN层可设置于上述支撑基体与上述活性层之间。根据该III族氮化物半导体激光元件，可使InGaN层的位置脱离活性层。
在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述活性层可设置于上述支撑基体与上述InGaN层之间。根据该III族氮化物半导体激光元件，可使InGaN层的位置脱离活性层。InGaN层的追加不会对支撑基体与活性层之间的外延膜的生长中的结晶质量产生影响。
在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述InGaN层可以是上述活性层的InGaN阱层。根据该III族氮化物半导体激光元件，用于发出比较长的波长的光的阱层可兼用作用于台阶的生成的InGaN层。
在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向倾斜，且上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度可以是63度以上且80度以下、或100度以上且117度以下的范围。根据该III族氮化物半导体激光元件，该角度范围的半极性面在铟捕获方面优异，因此利于InGaN层的形成。此外，上述倾斜方向是对于光学各向异性良好的方向。
在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述半极性主面可以是在-4度以上且+4度以下的范围内偏离{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面和{10-1-1}面中的任一面的倾斜面。根据该III族氮化物半导体激光元件，在与这些典型的半极性面偏离的微倾斜面中，可提供足以构成该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器的程度的平坦性及垂直性的端面。
在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述半极性主面可以是{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面和{10-1-1}面中的任一面。根据该III族氮化物半导体激光元件，在这些典型的半极性面中，可提供足以构成该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器的程度的平坦性及垂直性的端面。
在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述活性层可包含以产生波长480nm以上的光的方式设置的发光区域。根据该III族氮化物半导体激光元件，波长480nm以上的长波长的发光可在利用半极性的III族氮化物半导体激光元件中良好地实现。在本发明的一个方面的III族氮化物半导体激光元件中，上述活性层可包含以产生波长550nm以下的光的方式设置的发光区域。
本发明的另一个方面是一种III族氮化物半导体激光元件的制造方法。该方法可包括如下步骤：(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）形成基板产物，该基板产物具有包括在上述半极性主面上形成的半导体区域和上述基板的激光结构体、第1电极、以及第2电极；（c）在与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴向上述半极性主面的投影方向垂直的方向上，对上述基板产物进行划线；以及（d）通过对上述基板产物的按压而进行上述基板产物的分离，形成其他基板产物及激光棒。在上述半导体区域中，第1氮化镓系半导体层、活性层及第2氮化镓系半导体层沿着上述半极性主面的法线轴排列，上述第1氮化镓系半导体层呈现第1导电型，上述第2氮化镓系半导体层呈现第2导电型，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴向该III族氮化物半导体激光元件中的表示波导方向的波导轴的方向相对于上述半极性主面的上述法线轴以角度ALPHA倾斜，上述第1电极在上述激光结构体上沿着上述波导轴的方向延伸，上述激光棒具有通过上述分离而形成的第1端面及第2端面，上述波导轴朝向从上述第1端面向上述第2端面的方向，上述激光结构体包含第1面及第2面，且上述第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，为了该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器而设置上述第1端面及第2端面，上述半导体区域包含InGaN层，上述第1端面包括设置于上述InGaN层的端面的台阶，上述台阶沿着与上述波导轴及上述法线轴交叉的方向延伸。
根据该制造方法，半导体区域包含InGaN层，且具有第1端面及第2端面的激光棒通过分离而形成。在半导体区域内形成InGaN层，并且在该InGaN层的端面，在利用分离制成端面时形成台阶。该台阶沿着从该III族氮化物半导体激光元件的一侧面朝向另一侧面的方向延伸。通过该台阶的延伸，引导端面生成的方向，从而在制造多个III族氮化物半导体激光元件时，可使对作为光共振器的端面所要求的垂直性的分布范围减小。
在本发明的另一方面的制造方法中，上述角度ALPHA可以是45度以上且80度以下、或100度以上且135度以下的范围。根据该制造方法，在小于45度和超过135度的角度中，通过按压而形成的端面由m面或a面构成的可能性变高。此外，在超过80度和未满100度的角度中，存在无法获得所需的平坦性及垂直性的顾虑。
在本发明的另一方面的制造方法中，上述InGaN层的厚度处于1nm以上且10nm以下的范围，上述InGaN层设置于上述基板与上述活性层之间，且在对上述基板产物进行划线的上述步骤中，可对上述基板产物的第2面进行划线，在形成其他基板产物及激光棒的上述步骤中，可朝向上述基板产物的第1面进行按压。
根据该制造方法，在对第2面(基板背面)进行划线，并且对第1面(外延面)进行按压时，可在上述InGaN层中形成可引导割断方向的台阶。
在本发明的另一方面的制造方法中，上述InGaN层的厚度处于1nm以上且10nm以下的范围，上述InGaN层设置于上述基板与上述活性层之间，在对上述基板产物进行划线的上述步骤中，可对上述基板产物的第1面进行划线，在形成其他基板产物及激光棒的上述步骤中，可朝向上述基板产物的第2面进行按压。
根据该制造方法，在对第1面(外延面)进行划线，并且朝向第2面(基板背面)进行按压时，可在上述InGaN层中形成可引导割断方向的台阶。
在本发明的另一方面的制造方法中，上述InGaN层的厚度处于1nm以上且10nm以下的范围，上述活性层设置于上述基板与上述InGaN层之间，在对上述基板产物进行划线的上述步骤中，可对上述基板产物的第1面进行划线，在形成其他基板产物及激光棒的上述步骤中，可朝向上述基板产物的第2面进行按压。
根据该制造方法，在对第1面(外延面)进行划线，并且朝向第2面(基板背面)进行按压时，可在InGaN层中形成可引导割断方向的台阶。
在本发明的另一方面的制造方法中，上述InGaN层为上述活性层的InGaN阱层，且在对上述基板产物进行划线的上述步骤中，可对上述基板产物的第1面进行划线，在形成其他基板产物及激光棒的上述步骤中，可朝向上述基板产物的第2面进行按压。
根据该制造方法，在对第1面(外延面)进行划线，并且朝向第2面(基板背面)进行按压时，可在InGaN层中形成可引导割断方向的台阶。
本发明的上述目的及其他目的、特征、以及优点根据参照附图进行的本发明的较佳实施方式的以下的详细记述而更容易明确。
发明效果
如以上说明，根据本发明，提供一种具有可改善振荡成品率的结构的III族氮化物半导体激光元件。此外，根据本发明，提供一种可改善振荡成品率的III族氮化物半导体激光元件的制造方法。
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元件的结构的图。
图2是表示III族氮化物半导体激光元件中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元件的活性层的发光的偏光的图。
图4是表示III族氮化物半导体激光元件的端面与活性层的m面的关系的图。
图5是表示本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的制造方法的主要步骤的步骤流程图。
图6是示意性地表示本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的制造方法的主要步骤的图。
图7是表示与InGaN层的位置相关的实施例的图。
图8是表示晶格的{20-21}面且表示共振器端面的扫描式电子显微镜像的图。
图9是表示实施例1的器件结构及外延结构的图。
图10是表示实施例1的器件结构及外延结构的图。
图11是表示实施例1的器件结构及外延结构的图。
图12是示意性地表示包含InGaN层的基板产物的图。
图13是示意性地表示不含InGaN层的基板产物的图。
具体实施方式
本发明的见解通过参照作为例示表示的附图，且考虑以下详细的记述便可容易理解。接着，参照附图并对本发明的III族氮化物半导体激光元件及III族氮化物半导体激光元件的制造方法的实施方式进行说明。在可能的情况下，对同一部分标注同一标号。
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元件的结构的图。III族氮化物半导体激光元件11包含增益波导型的结构，但本发明的实施方式并不限定于增益波导型的结构。III族氮化物半导体激光元件11包括激光结构体13及电极15。激光结构体13包括支撑基体17及外延半导体区域19(记作“半导体区域19”)。支撑基体17具有由六方晶系的氮化镓系半导体构成的半极性主面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设置于激光结构体13的半导体区域19上，且沿着该III族氮化物半导体激光元件11的表示波导方向的波导轴(波导向量WV)的方向延伸。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包括第1导电型III族氮化物半导体层且例如由n型AlGaN、n型InAlGaN的氮化镓系半导体层等构成。第2包覆层23包括第2导电型III族氮化物半导体层且例如由p型AlGaN、p型InAlGaN的氮化镓系半导体层构成。活性层25设置于第1包覆层21与第2包覆层23之间，且包括发光区域。活性层25包含氮化镓系半导体层，且该氮化镓系半导体层例如为阱层25a。活性层25包括由氮化镓系半导体构成的障壁层25b，且阱层25a及障壁层25b为交替排列。阱层25a例如由InGaN、InAlGaN等构成，障壁层25b例如由GaN、InGaN、InAlGaN等构成。活性层25可包含量子阱结构。在实施例中，活性层25的振荡波长例如可以是480nm以上且可以是550nm以下，但并不限定于此。通过利用氮化镓系半导体膜18的半极性面，使可进行长波长的发光的InGaN层的生长良好。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。此外，半导体区域19可包含缓冲层32及接触层33。激光结构体13包括沿着与波导轴交叉的方向延伸的第1割断面27及第2割断面29。例如这些割断面27、29从激光结构体13的半导体区域19的主面19a的边缘延伸至激光结构体13的支撑基体17的背面。第1割断面及第2割断面27、29与解理面不同。在III族氮化物半导体激光元件11的动作中，割断面27、29与光的反射或光的透射相关。
在第1割断面及第2割断面27、29各自呈现有支撑基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c。激光结构体13包括第1面及第2面13a、13b，且第1面13a为第2面13b的相反侧的面。第1割断面及第2割断面27、29分别从第1面13a的边缘延伸至第2面13b的边缘。半导体区域19包含InGaN层24。图1的(b)部分及(c)部分是表示割断面29的附近的侧面图，割断面27也可具有与割断面29相同的结构。半导体区域19可包含InGaN层24。割断面29包括设置于InGaN层24的端面24a的台阶26。台阶26沿着从该III族氮化物半导体激光元件11的一侧面22a朝向另一侧面22b的方向延伸。台阶26可在割断面27、29中，形成在InGaN层24的端面24a的一部分或整个面上。在图1的(b)部分所示的实施例中，InGaN层24设置于第2包覆层23及活性层25与绝缘膜31之间，更具体而言，设置于第2包覆层23与接触层33之间。此外，在图1的(c)部分所示的实施例中，InGaN层24设置于活性层25及第1包覆层21与支撑基体17之间，更具体而言，设置于第1包覆层21与缓冲层32之间。
在该III族氮化物半导体激光元件11中，在与解理面不同的割断面27、29中，在半导体区域19的InGaN层24的端面24a上设置有台阶26。该台阶26在割断面27、29的制造时形成，且沿着从该III族氮化物半导体激光元件11的一侧面22a朝向另一侧面22b的方向延伸。该台阶26用于引导割断面27、29的延伸方向。通过该台阶26，在制造多个III族氮化物半导体激光元件11时，作为光共振器而对割断面27、29要求的垂直性的分布范围变小。
优选台阶26的宽度WS为180nm以下。在该III族氮化物半导体激光元件中，过大的台阶宽度将使该台阶26造成的漫反射增大。根据预先推算，在振荡波长为480nm时，氮化镓系半导体内的有效波长(推算折射率为2.54)为189nm左右。此外，在振荡波长为550nm时，氮化镓系半导体内的有效波长为217nm左右。在台阶26的宽度小于氮化镓系半导体内的有效波长时，割断面上的光不会有效地受到成为折射率的变化的台阶26的影响。在振荡波长的范围从蓝变为绿时，优选台阶26的宽度为180nm以下。
在III族氮化物半导体激光元件11中，优选InGaN层24内含变形。InGaN层24内含变形利于台阶26的形成，使用内含变形的InGaN利于规定台阶26的位置。
InGaN层24的铟组成可以是0.10以上。在该铟组成为0.10以上时，可增大在InGaN层24中内含的变形，从而利于产生台阶26。此外，InGaN层24的铟组成可以是0.50以下。若该铟组成超过0.50，则InGaN层的结晶性变差。
InGaN层24的厚度D在法线轴NX的方向上进行规定，且优选为1nm以上。此时，可增大在InGaN层24中内含的变形，从而可减少台阶26的产生。此外，InGaN层24的厚度D优选为10nm以下。在该厚度D超过10nm时，存在难以再现性较佳地形成结晶质量良好的InGaN的可能性。
如以上所说明，在InGaN层24设置于支撑基体17与活性层25之间时，可使InGaN层24的位置脱离活性层25。此外，在活性层25设置于支撑基体17与InGaN层24之间时，可使InGaN层24的位置脱离活性层25。InGaN层24的追加不会对在支撑基体17上生长的活性层25这样的外延膜的生长中的结晶质量产生影响。进而，InGaN层24可以是活性层25的InGaN阱层。此时，用于发出比较长的波长的光的阱层可兼用作用于台阶26的生成的InGaN层。
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与由正交坐标系S的X轴及Y轴规定的预定平面平行地延伸。此外，在图1中，描绘有支撑基体17的代表性的c面Sc。此外，向量VC表示支撑基体17的c轴的方向。在一实施例中，支撑基体17的c轴(及半导体区域19的III族氮化物半导体的c轴)向波导轴的方向相对于法线轴NX以大于零的角度ALPHA倾斜。在一实施例中，支撑基体17的c轴向m轴的方向倾斜。在III族氮化物半导体激光元件11中，激光结构体13包括与由支撑基体17的m轴及法线轴NX规定的m-n面交叉的割断面27、29。
III族氮化物半导体激光元件11进一步包括绝缘膜31。绝缘膜31覆盖激光结构体13的半导体区域19的表面19a，且半导体区域19位于绝缘膜31与支撑基体17之间。绝缘膜31包含开口31a，且开口31a沿着波导向量WV所示的方向延伸。在本实施例中，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，且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导电型的接触层33)构成接触，且沿着上述交叉线LIX的方向延伸。在III族氮化物半导体激光元件11中，激光波导包含第1包覆层21、第2包覆层23及活性层25，且沿着上述交叉线LIX的方向延伸。
在III族氮化物半导体激光元件11中，第1割断面27及第2割断面29与由波导轴(波导向量WV)及法线轴NX规定的基准面交叉。在本实施例中，第1割断面27及第2割断面29与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX规定的m-n面交叉。III族氮化物半导体激光元件11的激光共振器包括第1割断面及第2割断面27、29，且激光波导从第1割断面27及第2割断面29的一个面延伸至另一面。激光结构体13包括第1面13a及第2面13b，且第1面13a为第2面13b的相反侧的面。第1割断面及第2割断面27、29从第1面13a的边缘13c延伸至第2面13b的边缘13d。各第1割断面及第2割断面27、29包括半导体区域19的端面19c及支撑基体17的端面17c。在本实施例中，半导体区域19的端面19c不同于解理面(c面、m面或a面这样的之前的解理面)。
在III族氮化物半导体激光元件11中，如图1所示，割断面27、29中的至少任一个可包括划线轨迹20。在本实施例中，划线轨迹20在一侧面22b中，从半导体区域19的主面19a(第1面13a)到达支撑基体17，此外相同的划线轨迹20也可设置于另一侧面22a。作为其他实施例，划线轨迹可在侧面22a、22b中的至少任一个中，在从第2面13b朝向第1面13a的方向上从支撑基体17的背面17b延伸。划线轨迹20规定割断面的延伸方向。
此外，根据该III族氮化物半导体激光元件11，构成激光共振器的第1割断面及第2割断面27、29与m-n面交叉。因此，可设置沿着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元件11具有可实现低阈值电流的激光共振器。
III族氮化物半导体激光元件11包括n侧光导层35及p侧光导层37。n侧光导层35包括第1部分35a及第2部分35b，且n侧光导层35例如由GaN、InGaN等构成。p侧光导层37包括第1部分37a及第2部分37b，且p侧光导层37例如由GaN、InGaN等构成。载波阻挡层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例如设置于支撑基体17的背面17b。
图2是表示III族氮化物半导体激光元件中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元件11的活性层25中的发光的偏光的图。图4是示意性地表示由c轴及m轴规定的剖面的图。参照图2的(a)部分，在能带结构BAND的Γ点附近，传导带与价电子带之间的有可能的跃迁有3种。A能带及B能带为较小的能量差。传导带与A能带的跃迁Ea造成的发光向a轴方向偏光，传导带与B能带的跃迁Eb造成的发光向将c轴投影于主面的方向偏光。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)部分，表示III族氮化物半导体激光元件11的LED模式下的光的光谱。LED模式下的光包括六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向的偏光成分I1及将六方晶系III族氮化物半导体的c轴投影于主面的方向的偏光成分I2，偏光成分I1大于偏光成分I2。偏光度ρ由(I1-I2)/(I1+I2)规定。可使用该III族氮化物半导体激光元件11的激光共振器，在LED模式下使较大发光强度的模式的光进行激光振荡。
如图3所示，可进一步包括设置于第1割断面及第2割断面27、29中的至少一面或各个面上的电介质多层膜43a、43b。割断面27、29也可应用端面涂布。可通过端面涂布而调整反射率。在台阶26的宽度WS为80nm以下时，电介质多层膜43a、43b的形状极为良好。
如图3的(b)部分所示，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。用于激光共振器的第1割断面及第2割断面27、29与c面、m面或a面这样的之前的解理面不同。但是，第1割断面及第2割断面27、29具有作为用于共振器的反射镜的平坦性、垂直性。因此，可使用第1割断面及第2割断面27、29和在这些割断面27、29之间延伸的激光波导，如图3的(b)部分所示，通过比跃迁Eb的发光强的跃迁Ea的发光而进行低阈值的激光振荡，该跃迁Eb向将c轴投影于主面的方向偏光。
在III族氮化物半导体激光元件11中，在第1割断面及第2割断面27、29各自呈现有支撑基体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。
如图3所示，第1平面S1是由法线轴及波导向量WV(在图3中朝向X轴的方向)规定的平面。当c轴向波导轴的方向倾斜时，可在第1平面S1的规定中取代法线轴而求出支撑基体17的III族氮化物半导体的c轴。III族氮化物半导体的c轴在第1平面S1中与某一基准轴RAX正交。例如在c轴向m轴方向倾斜时，该基准轴RAX与m轴等效。与该基准轴RAX正交的基准面(在上述例中为m面)与半导体区域19中的光射出的端面(例如活性层25的端面25c)所成的角度以BETA进行参考。例如在上述c轴向m轴方向倾斜时，角度BETA与由端面19c及活性层25的端面25c的法线向量NA和III族氮化物半导体的m轴向量MA所成的角度规定的角度一致。角度BETA由在第1平面S1中规定的成分(BETA)1和在与第1平面S1及法线轴NX这两方正交的第2平面S2中规定的成分(BETA)2规定。成分(BETA)1优选在第1平面S1中为(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围。该角度范围在图4中作为代表性的m面SM与参照面FA所成的角度进行表示。为易于理解，代表性的m面SM在图4中从激光结构体的内侧向外侧而描绘。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元件11包含对于从c轴及m轴中的一个轴朝向另一个轴所取的角度BETA满足上述垂直性的端面。此外，成分(BETA)2优选在第2平面S2中为-5度以上且+5度以下的范围。这里，BETA2=(BETA)1 2+(BETA)2 2。此时，III族氮化物半导体激光元件11的割断面27、29对于在与半极性面17a的法线轴NX垂直的面中所规定的角度，满足上述垂直性。
再次参照图1，在III族氮化物半导体激光元件11中，支撑基体17的厚度DSUB优选为400μm以下。在该III族氮化物半导体激光元件中，适于获得用于激光共振器的优质的割断面。在III族氮化物半导体激光元件11中，支撑基体17的厚度DSUB进一步优选为50μm以上且100μm以下。在该III族氮化物半导体激光元件11中，进一步适于获得用于激光共振器的优质的割断面。此外，操作变得容易，能够提高生产成品率。
在III族氮化物半导体激光元件11中，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度ALPHA优选为45度以上且优选为80度以下。此外，角度ALPHA优选为100度以上且优选为135度以下。在小于45度及超过135度的角度中，通过按压而形成的端面由m面构成的可能性升高。此外，在超过80度且小于100度的角度中，存在无法获得所需的平坦性及垂直性的顾虑。
在III族氮化物半导体激光元件11中，作为进一步良好的角度，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度以上且优选为80度以下。此外，角度ALPHA优选为100度以上且优选为117度以下。在该角度范围中，可减小活性层的压电极化。此外，由于活性层的生长中的In捕获好，所以活性层的In组成的可变范围宽。因此，利于获得长波长的发光。此外，由于In捕获好，所以利于形成InGaN层24。
半极性主面17a可以是{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面和{10-1-1}中的任一面。进而，在-4度以上且+4度以下的范围内与这些面微倾斜的面也可作为半极性的主面。在这些典型的半极性面17a中，能够提供可足以构成该III族氮化物半导体激光元件11的激光共振器的程度的平坦性及垂直性的第1割断面及第2割断面27、29。此外，在遍及这些典型的平面方向的角度的范围内，可获得表示充分的平坦性及垂直性的端面。
支撑基体17可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。在使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，能够获得可用作共振器的割断面27、29。
图5是表示本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的制造方法的主要步骤的图。若参照图6的(a)部分，则表示有基板51。在步骤S101中，准备用于III族氮化物半导体激光元件的制造的基板51。基板51的六方晶系III族氮化物半导体的c轴(向量VC)向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向(向量VM)相对于法线轴NX以有限的角度ALPHA倾斜。因此，基板51具有由六方晶系III族氮化物半导体构成的半极性主面51a。
在步骤S102中形成基板产物SP。在图6的(a)部分，基板产物SP描绘为大致圆板形的构件，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，在步骤S103中，形成激光结构体55。激光结构体55包括半导体区域53及III族氮化物基板51，在步骤S103中，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上依次使第1导电型的氮化镓系半导体区域57、发光层59和第2导电型的氮化镓系半导体区域61生长。氮化镓系半导体区域57例如可包含n型包覆层，氮化镓系半导体区域61例如可包含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，且可包含活性层、光导层及电子阻挡层等。第1导电型的氮化镓系半导体区域57、发光层59和第2导电型的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例如由氧化硅构成。具有绝缘膜54的开口54a。开口54a例如形成条纹形状。
如图6的(a)部分所示，半导体区域53包含规定在激光棒的端面形成台阶的位置的InGaN层52。在一实施例中，半导体区域53可以以InGaN层52设置于基板51与发光层59之间的方式形成。此时，可使InGaN层52的位置脱离发光层59。在其他实施例中，半导体区域53可以以发光层59设置于基板51与InGaN层52之间的方式形成。此时，可使InGaN层52的位置脱离发光层59。InGaN层52的追加不会对基板51上生长的发光层59这样的外延膜的生长中的结晶质量产生影响。在另一其他实施例中，在半导体区域53中，InGaN层52可以是发光层59的InGaN阱层。此时，用于发出比较长的波长的光的阱层可兼用作用于台阶26的生成的InGaN层。在必要的情况下，InGaN层52可位于第2导电型的氮化镓系半导体区域61内和/或可位于氮化镓系半导体区域57内。
在步骤S104中，在激光结构体55上形成沿着波导轴的方向延伸的阳极电极58a及阴极电极58b。此外，在基板51的背面形成电极前，对用于结晶生长的基板的背面进行研磨，从而形成所需厚度DSUB的基板产物SP。在电极的形成中，例如阳极电极58a形成于半导体区域53上，且阴极电极58b形成于III族氮化物基板51的背面(研磨面)51b上。阳极电极58a沿着X轴方向延伸，阴极电极58b覆盖背面51b的大致整面。通过这些步骤而形成基板产物SP。基板产物SP包括第1面63a和位于该第1面63a的相反侧的第2面63b。半导体区域53位于第1面63a与III族氮化物基板51之间。
在步骤S105中，如图6的(b)部分所示，对基板产物SP的第1面63a进行划线。该划线沿着六方晶系III族氮化物半导体的c轴向半极性主面的投影方向进行。此外，该划线使用激光刻划器10a进行。通过划线而形成划线槽65a。划线槽65a沿着通过与波导轴交叉的方向及基板51的主面的法线方向规定的平面延伸。在图6的(b)部分中，已形成有五个划线槽，且使用激光束LB进一步形成划线槽65b。划线槽65a的长度沿着通过六方晶系III族氮化物半导体的a轴及法线轴NX规定的a-n面，且比a-n面与第1面63a的交叉线AIS的长度短，对交叉线AIS的一部分进行激光束LB的照射。通过激光束LB的照射，在第1面63a中形成沿着特定方向延伸且到达半导体区域的槽。划线槽65a例如可形成于基板产物SP的一个边缘上。划线槽65a沿着支撑基体的解理方向延伸。
在步骤S106中，如图6的(c)部分所示，通过朝向基板产物SP的第2面63b的按压而进行基板产物SP的分离，从而形成基板产物SP1及激光棒LB1。例如利用刀片69这样的断裂装置进行按压。刀片69包括沿着一个方向延伸的刀刃69a和规定刀刃69a的至少两个刀面69b、69c。从与第2面63b交叉的方向，将断裂装置的刀刃抵接到基板产物SP1。优选地，交叉方向为与第2面63b大致垂直的方向。由此，进行基板产物SP的分离，形成基板产物SP1及激光棒LB1。通过抵接而形成具有第1端面及第2端面67a、67b的激光棒LB1，且这些端面67a、67b中至少发光层的一部分具有可应用于半导体激光的共振镜的程度的垂直性及平坦性。
根据该方法，在六方晶系III族氮化物半导体的a轴方向上，对基板产物SP的第1面63a进行划线后，通过朝向基板产物SP的第2面63b的按压而进行基板产物SP的分离，从而形成新的基板产物SP1及激光棒LB1。因此，以与m-n面交叉的方式，在激光棒LB1中形成第1端面及第2端面67a、67b。根据该端面形成，由第1端面及第2端面67a、67b提供可足以构成该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器的程度的平坦性及垂直性。
此外，在该方法中，所形成的激光波导沿着六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜方向延伸。未使用干蚀刻面而形成可提供该激光波导的共振镜端面。
根据该方法，通过基板产物SP1的断裂而形成新的基板产物SP1及激光棒LB1。在步骤S107中，反复进行基于按压的分离，制造多个激光棒。该割断是利用比激光棒LB1的分离线BREAK短的划线槽65a而产生。
接着，说明基于割断的激光棒的形成方法。形成于InGaN层52的位置上的台阶可通过InGaN的In组成或厚度的相关条件、或者划线的条件进行控制。
制造方法例如可采用下述的方法。在图7中，表示有实际的割断线48及理想的割断线46。如图7的(a)部分所示，在半导体区域53中，在InGaN层52a位于发光层59内的阱层与基板51之间(InGaN层52a位于比阱层接近基板的位置)的基板产物中，可对第2面63b(基板51的背侧)进行划线，且对第1面63a(外延面)进行刀片65的抵接。与InGaN层52a的位置对应地，在割断面中在阱层与基板51之间的区域形成台阶54a。根据发明人的仔细观察，即使在阱层包含较大的铟组成的InGaN层时，在该阱层中也形成台阶，但阱层中的台阶的宽度小于不包含InGaN层52a的情形。此外，在该方式中，可对第1面63a(外延面)进行划线，且对第2面63b(基板51的背侧)进行刀片65的抵接。此时，也与InGaN层52a的位置对应地，在割断面中在阱层与基板51之间的区域形成台阶54a。
在其他制造方法中，如图7的(b)部分所示，在半导体区域53中，在发光层59的阱层位于InGaN层52b与基板51之间(InGaN层52b比阱层靠上)的基板产物中，可对第1面63a(外延面)进行划线，且对第2面63b(基板51的背侧)进行刀片65的抵接。与InGaN层52b的位置对应地，在割断面中在阱层与基板51之间的区域形成台阶54b。
在另一其他制造方法中，如图7的(c)部分所示，在半导体区域53中发光层59的阱层包含InGaN层52c(InGaN层52c位于阱层)的基板产物中，可对第1面63a(外延面)进行划线，且对第2面63b(基板51的背侧)进行刀片65的抵接。在InGaN层52c的位置形成有台阶54c。若台阶54c为180nm以下，则对波导的光的影响较小。此外，若台阶54c为80nm以下，则端面涂布的异常减少，因此更好。在该方式中，由于InGaN阱层的In组成或厚度由激光振荡的目标波长决定，因此台阶54c的形成可由划线的条件进行控制。
所形成的激光棒LB1具有通过上述分离而形成的第1端面及第2端面67a、67b，且端面67a、67b分别从第1面63a延伸至第2面63b。因此，端面67a、67b构成该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器，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。
根据这些制造方法，半导体区域53包含InGaN层52a～52c，且通过分离而形成激光棒LB0、LB1。在半导体区域53内形成InGaN层52a～52c，且在该InGaN层52a～52c的端面67a、67b中，在利用分离而制造端面时形成台阶54a～54c。该台阶54a～54c遍及激光棒的端面67a、67b的一部分或整体而形成，且沿着从激光棒的端面67a、67b的一侧面朝向另一侧面的方向延伸。通过该台阶54a～54c的延伸而引导端面生成的方向，在制造多个III族氮化物半导体激光元件时，可减小对作为光共振器的端面67a、67b要求的垂直性的分布。
在步骤S108中，在激光棒LB1的端面67a、67b中形成电介质多层膜，从而形成激光棒产物。在步骤S109中，将该激光棒产物分离成各个半导体激光的芯片。
在本实施方式的制造方法中，角度ALPHA可以是45度以上且80度以下及100度以上且135度以下的范围。若为小于45度及超过135度的角度，则通过按压而形成的端面由m面构成的可能性升高。此外，若为超过80度且小于100度的角度，则存在无法获得所需的平坦性及垂直性的顾虑。作为进一步优选，角度ALPHA可以是63度以上且80度以下及100度以上且117度以下的范围。该角度范围可减小活性层的压电极化。此外，由于活性层的生长中的In捕获好，所以活性层的In组成的可变范围宽。因此，利于获得长波长的发光。此外，由于In捕获好，所以利于InGaN层24的形成。半极性主面51a可以是{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面和{10-1-1}面中的任一面。进而，也可将在-4度以上且+4度以下的范围内与这些面微倾斜的面作为上述主面。在这些典型的半极性面中，能够以可足以构成该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器的程度的平坦性及垂直性提供用于激光共振器的端面。
此外，基板51可包含GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个。在使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，可获得能够用作激光共振器的端面。基板51可由GaN构成。
在形成基板产物SP的步骤S104中，用于结晶生长的半导体基板以基板厚度成为400μm以下的方式实施切片或磨削这样的加工，且第2面63b可以是通过研磨而形成的加工面。若为该基板厚度，则可成品率较佳地形成端面67a、67b，该端面67a、67b具有可足以构成该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器的程度的平坦性、垂直性。第2面63b为通过研磨而形成的研磨面，且经研磨，基板厚度为100μm以下则更好。此外，为比较容易处理基板产物SP，基板厚度优选为50μm以上。
在本实施方式的激光端面的制造方法中，在激光棒LB1中也规定参照图3进行了说明的角度BETA。在激光棒LB1中，角度BETA的成分(BETA)1可在由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S1对应的面)中为(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围。激光棒LB1的端面67a、67b对于从c轴及m轴的中的一个朝向另一个所取的角度BETA的角度成分，满足上述垂直性。此外，角度BETA的成分(BETA)2可在第2平面(与图3所示的第2平面S2对应的面)中为-5度以上且+5度以下的范围。此时，激光棒LB1的端面67a、67b对于在与半极性面51a的法线轴NX垂直的面中规定的角度BETA的角度成分，满足上述垂直性。
通过朝向在半极性面51a上生长成外延的多个氮化镓系半导体层的按压引起的断裂，形成端面67a、67b。由于是朝向半极性面51a上的外延膜，所以端面67a、67b的半导体区域53的端面并非是之前用作共振镜的c面、m面、或a面这样的低平面指数的解理面。然而，在朝向半极性面51a上的外延膜的积层的断裂中，端面67a、67b具有可用作共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，观察割断面的垂直性。在基板中使用从利用HVPE(hydride vapor-phase epitaxy，氢化物气相外延)法生长得较厚的(0001)GaN锭中沿着m轴方向以75度的角度切取的{20-21}面GaN基板。GaN基板的主面为镜面加工，背面为经磨削加工的粗面状态。基板的厚度为370μm。
在基板主面上使外延层生长，且通过背面研磨使厚度为80μm。在外延面中利用激光刻划器，与将c轴投影于基板主面的方向垂直地形成划线槽后，从基板背面进行按压而将基板割断。为观察所获得的割断面的垂直性，使用扫描式电子显微镜而从a面方向观察基板。
图8的(a)部分为从a面方向观察割断面的扫描式电子显微镜像，右侧的端面为割断面。可知割断面相对于半极性主面具有平坦性及垂直性，并且形成有台阶。
为研究作为具有该端面的激光共振器的可用性，如以下的实施例那样，利用有机金属气相生长法使激光二极管生长。在原料中，使用三甲基镓(TMGa，trimethylgallium)、三甲基铝(TMAl，trimethylaluminium)、三甲基铟(TMIn，trimethylindium)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)、双环戊二烯基镁(Cp2Mg，bis-cyclopentadienyl magnesium)。准备GaN基板。就该GaN基板而言，从利用HVPE法生长得较厚的(0001)GaN锭中沿着m轴方向以0度至90度范围的角度使用晶圆切片装置进行切取，制造c轴朝向m轴方向的倾斜角度ALPHA具有0度至90度范围的所需的偏离角的GaN基板。例如在以75度的角度进行切取时，可获得{20-21}面GaN基板，且在图8的(b)部分所示的六方晶系的晶格中由参照标号71a表示。图8的(c)部分表示沿着<11-20>方向设置激光条纹的方式，且与半极性面71a一并表示用于激光共振器的端面81c、81d。端面81c、81d与半极性面71a大致正交，且由a面构成。
(实施例2)
制造图9的(a)部分所示的激光二极管DEV1。为制造振荡波长为520nm能带的LD结构，准备相当于m75度偏离的(20-21)面GaN基板。在包含氨及氢的气体环境、摄氏1050度的基板温度、10分钟期间的条件下，在GaN基板上保持进行前处理(热清洗)。之后，在GaN基板上，在摄氏1050度的基板温度下使n型GaN层生长。在将基板温度下降至摄氏840度后，在GaN基板上使n型InAlGaN(In组成为0.02、Al组成为0.09)包覆层进行生长。包覆层的厚度为1.5μm。在包覆层上使InGaN光导层(In组成：0.03)进行生长。在光导层上使多量子阱发光层进行生长。InGaN阱层的厚度为3nm，In组成为0.30。GaN障壁层的厚度为15nm。阱层的生长温度为摄氏740度，障壁层的生长温度为摄氏840度。在多量子阱发光层上，以摄氏840度的基板温度使InGaN光导层(In组成：0.03)进行生长。之后，将基板温度上升至摄氏1000度，使p型AlGaN电子阻挡层(Al组成为0.12)进行生长。在将基板温度下降至摄氏840度后，使p型InAlGaN(In组成为0.02、Al组成为0.09)包覆层进行生长，且在其上使p型GaN接触层进行生长，使得外延半导体区域改选。
在使SiO2这样的绝缘膜成膜后，在该绝缘膜上通过湿蚀刻而形成宽度10μm的条纹窗。由条纹窗的方向规定的波导的方向规定于c轴的偏离方向上。
通过蒸镀而形成由Ni/Au构成的p侧电极和由Ti/Au构成的焊垫电极。在对基板的背面进行研磨后，通过蒸镀而形成由Ti/Al构成的n侧电极及由Ti/Au构成的焊垫电极。以800μm的间隔进行分离而形成端面(割断面)。在端面上形成由SiO2/TiO2构成的电介质多层膜。通过这些步骤而制造增益波导型激光。端面的形成以如下方式进行。在外延半导体区域的表面(外延面)利用激光刻划器形成划线槽后，利用断裂器从基板的背面将刀片抵住。
为进行比较，在(20-21)面GaN基板上制造InGaN阱层的In组成为0.07且波长为400nm能带的激光二极管。该InGaN阱层的生长温度为摄氏840度。
在实施例2的条件下制造的激光二极管的端面，通过扫描式电子显微镜(SEM)进行观察，在InGaN阱层的端面的位置观测到台阶。根据穿透式电子显微镜(TEM)的观察，台阶的宽度为约15nm～约60nm。在使用光学显微镜观察芯片表面时，图9的(b)部分所示的角度偏差VAR为0度～1.5度以下的范围内。
在比较例的条件下制造的激光二极管的端面，通过扫描式电子显微镜(SEM)进行观察时未观测到台阶。分布有图9的(b)部分所示的角度偏差，且处于0度～1.5度以内的角度的比率为总数的约10%，该值比实施例还差。
在实施例的条件下制造的激光二极管中，阱层的铟组成较高，因此在InGaN阱层中变形较大。以高变形的InGaN为起点形成台阶，关于断裂发展的方向，可认为由划线抑制了偏差。
(实施例3)
制造图10所示的激光二极管DEV2。以位于实施例2的p型包覆层与p型接触层之间的方式，形成p型InGaN层(In组成为0.20)。该p型InGaN层的厚度为5nm。p型InGaN层的生长温度为摄氏860度。
为形成端面，在外延面中利用激光刻划器形成划线槽后，利用断裂器从基板背面将刀片抵住。
在实施例3的条件下制造的激光二极管的端面，利用扫描式电子显微镜(SEM)进行观察，在p型InGaN层的端面的位置观测到台阶。此外，也在发光层的附近观测到台阶。根据穿透式电子显微镜(TEM)的观察，发光层附近的台阶的宽度为约0nm～约30nm。与实施例2中的值相比存在减少的倾向。可认为其原因在于，由于端面形成时的断裂从外延面发展，所以通过在p型InGaN层中产生的台阶而使发光层附近断裂时的形状接近理想的断裂的方向。
若对在实施例2及实施例3的条件下制造的激光二极管以脉宽500nsec及占空比0.1%进行脉冲通电，则两者的阈值电流均为800mA左右，初始特性中未发现显著差异。可认为其原因在于，由于台阶的宽度充分小于半导体区域内波长，所以对光的放大造成的不良影响较小。此外，关于在实施例3的条件下制造的激光二极管，可认为由于p型InGaN层的配置位置比p型包覆层位于外侧，所以对波导中的电场分布产生的不良影响也较小。
若对在实施例2及实施例3的条件下制造的激光二极管进行长期的通电测试，则在实施例3的条件下制造的激光二极管更好。可认为由于实施例3中形成有多个台阶，所以对端面涂布的负担较小。
(实施例4)
制造图11所示的激光二极管DEV3。以位于实施例2的p型包覆层与n型GaN层之间的方式，形成n型InGaN层(In组成为0.20)。该n型InGaN层的厚度为5nm。n型InGaN层的生长温度为摄氏860度。
为形成端面，在外延面上利用激光刻划器形成划线槽后，利用断裂器从基板背面将刀片抵住(方式1)。此外，在基板背面利用激光刻划器形成划线槽后，利用断裂器使刀片抵住基板背面(方式2)。
在这些方式的条件下制造的激光二极管的端面，利用扫描式电子显微镜(SEM)进行观察，在n型InGaN层的端面的位置观测到台阶。此外，在发光层的附近也观测到台阶。在方式1的制造中的台阶的宽度大于方式2的制造中的台阶的宽度。在以方式2制造的端面中，存在发光层中的台阶小的倾向。可认为其原因在于，在方式2中发光层在n型InGaN层之后出现断裂。在任一方式中，发光层中的台阶均小于无n型InGaN层的情形。以方式2的条件制造的激光二极管的激光特性与以实施例3的条件制造的激光二极管的激光特性大致相等。
参照图12及图13说明本实施方式。图12的(a)部分是示意性地表示基板产物的图，图12的(b)部分是表示基板产物的侧面的图。如图12所示，半导体区域55包含如上述说明的InGaN层52。由于InGaN层52内含变形，所以在端面的形成时，在形成的端面上形成台阶54。通过该台阶，减少了实际的割断线与AIS线的偏离的扩大，振荡成品率提升。
图13的(a)部分是示意性地表示基板产物的图，图13的(b)部分是表示基板产物的侧面的图。如图13所示，半导体区域56不包含如半导体区域55这样的InGaN层52。由于在刀片69抵接的面中，断裂FRC的开始部位由刀片69规定，所以断裂比较笔直地进行。另一方面，在形成划线槽65a的面中，断裂从AIS线偏离。若一旦出现偏离，则偏离伴随着断裂的进行而不断扩大，且在其次的划线槽65a附近返回至AIS线。在半极性GaN中具有光学各向异性，通过沿着将c轴投影于主面的方向形成波导而实现较大的光学增益。在该结构中，用于光共振器的端面并不是解理面。因此，与解理面相比，获得端面相对于波导的垂直性更难。
通过包括上述实施例的各种实验，角度ALPHA可以是45度以上且80度以下及100度以上且135度以下的范围。
为提高振荡芯片成品率，将c轴的倾斜规定在m轴的方向的角度ALPHA可以是63度以上且80度以下及100度以上且117度以下的范围。典型的半极性主面可以是{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面和{10-1-1}面中的任一面。进而，可以是与这些半极性面微倾斜的面。例如半极性主面可以是从{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面和{10-1-1}面中的任一面在m面方向上以-4度以上+4度以下的范围偏离的微倾斜面。存在可认为获得对于生长面比较垂直的割断面的原因在于通过周期性地出现该电荷为中性的原子排列，从而割断面的生成变得较稳定的可能性。
在优选的实施方式中图示说明了本发明的原理，但本领域技术人员应认识到本发明只要不脱离这样的原理，则可在配置及详细内容中可进行变更。本发明并不限定于在本实施方式中公开的特定结构。因此，对在权利要求范围及其主旨的范围内得出的全部修正及变更请求权利。
产业上的可利用性
如以上说明，根据本实施方式，提供一种具有可改善振荡成品率的结构的III族氮化物半导体激光元件。此外，根据本实施方式，提供一种可改善振荡成品率的III族氮化物半导体激光元件的制造方法。
标号说明
11…III族氮化物半导体激光元件、13…激光结构体、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、24…InGaN层、25…活性层、25a…阱层、25b…障壁层、27、29…割断面、ALPHA…角度、Sc…c面、NX…法线轴、31…绝缘膜、31a…绝缘膜开口、35…n侧光导层、37…p侧光导层、39…载波阻挡层、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、52…InGaN层、54…台阶、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…激光结构体、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…划线槽、65b…划线槽、LB…激光束、SP1…基板产物、LB1…激光棒、69…刀片、69a…刀刃、69b、69c…刀面。

Claims (21)

1.一种III族氮化物半导体激光元件，包括：
激光结构体，包括由六方晶系III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支撑基体和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，沿着该III族氮化物半导体激光元件中的表示波导方向的波导轴的方向延伸，且设置于上述半导体区域上；
在上述半导体区域中，第1氮化镓系半导体层、第2氮化镓系半导体层和活性层沿着上述半极性主面的法线轴排列，
上述第1氮化镓系半导体层呈现第1导电型，
上述第2氮化镓系半导体层呈现第2导电型，
上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴向上述波导轴的方向相对于上述法线轴以角度ALPHA倾斜，
上述激光结构体包括与上述波导轴交叉的第1割断面及第2割断面，
该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器包括上述第1割断面及第2割断面，
在上述第1割断面及第2割断面各自呈现上述支撑基体的端面及上述半导体区域的端面，
上述激光结构体包括第1面及第2面，且上述第1面为上述第2面的相反侧的面，
上述第1割断面及第2割断面分别从上述第1面的边缘延伸至上述第2面的边缘，
上述半导体区域包含InGaN层，
上述第1割断面包括设置于上述InGaN层的端面的台阶，
上述台阶沿着从该III族氮化物半导体激光元件的一侧面朝向另一侧面的方向延伸。
2.如权利要求1所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述台阶的宽度为180nm以下，
在上述波导轴的方向上规定上述台阶的宽度。
3.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述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度以上且80度以下、或100度以上且135度以下的范围。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述InGaN层的铟组成为0.10以上且0.50以下。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述InGaN层的厚度为1nm以上且10nm以下。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
还包括设置于上述第1割断面上的电介质多层膜，
上述台阶的宽度为80nm以下。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述III族氮化物半导体的c轴在由上述III族氮化物半导体的c轴及上述波导轴规定的第1平面中与基准轴正交，
上述半导体区域中的光射出的端面与和上述基准轴正交的基准面所成的角度在与上述第1平面及上述法线轴两者正交的第2平面中成为-5度以上且+5度以下的范围。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述III族氮化物半导体的c轴在由上述III族氮化物半导体的c轴及上述波导轴两者规定的第1平面中与基准轴正交，
上述半导体区域中的光射出的端面与和上述基准轴正交的基准面所成的角度在上述第1平面中成为(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围的角度。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述InGaN层设置于上述支撑基体与上述活性层之间。
10.如权利要求1至8中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述活性层设置于上述支撑基体与上述InGaN层之间。
11.如权利要求1至8中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述InGaN层为上述活性层的InGaN阱层。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述法线轴与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度为63度以上且80度以下、或100度以上且117度以下的范围，
上述支撑基体的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴向上述六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向倾斜。
13.如权利要求1至11中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述半极性主面是在-4度以上且+4度以下的范围内偏离{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面和{10-1-1}面中的任一面的倾斜面。
14.如权利要求1至13中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述半极性主面是{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面和{10-1-1}面中的任一面。
15.如权利要求1至14中的任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其中，
上述活性层包括以产生波长为480nm以上且550nm以下的光的方式设置的发光区域。
16.一种III族氮化物半导体激光元件的制造方法，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；
形成基板产物，该基板产物具有包括在上述半极性主面上形成的半导体区域和上述基板的激光结构体、第1电极、以及第2电极；
在与上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴向上述半极性主面的投影方向垂直的方向上，对上述基板产物进行划线；以及
通过对上述基板产物的按压而进行上述基板产物的分离，形成其他基板产物及激光棒，
在上述半导体区域中，第1氮化镓系半导体层、活性层及第2氮化镓系半导体层沿着上述半极性主面的法线轴排列，
上述第1氮化镓系半导体层呈现第1导电型，
上述第2氮化镓系半导体层呈现第2导电型，
上述基板的上述六方晶系III族氮化物半导体的c轴向该III族氮化物半导体激光元件中的表示波导方向的波导轴的方向相对于上述半极性主面的上述法线轴以角度ALPHA倾斜，
上述第1电极在上述激光结构体上沿着上述波导轴的方向延伸，
上述激光棒具有通过上述分离而形成的第1端面及第2端面，
上述波导轴朝向从上述第1端面到上述第2端面的方向，
上述激光结构体包含第1面及第2面，且上述第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，
为了该III族氮化物半导体激光元件的激光共振器而设置上述第1端面及第2端面，
上述半导体区域包含InGaN层，
上述第1端面包括设置于上述InGaN层的端面的台阶，
上述台阶沿着与上述波导轴及上述法线轴交叉的方向延伸。
17.如权利要求16所述的III族氮化物半导体激光元件的制造方法，其中，
上述角度ALPHA为45度以上且80度以下、或100度以上且135度以下的范围。
18.如权利要求16或17所述的III族氮化物半导体激光元件的制造方法，其中，
上述InGaN层的厚度为1nm以上且10nm以下，
上述InGaN层设置于上述基板与上述活性层之间，
在对上述基板产物进行划线的上述步骤中，对上述基板产物的第2面进行划线，
在形成其他基板产物及激光棒的上述步骤中，朝向上述基板产物的第1面进行按压。
19.如权利要求16或17所述的III族氮化物半导体激光元件的制造方法，其中，
上述InGaN层的厚度为1nm以上且10nm以下，
上述InGaN层设置于上述基板与上述活性层之间，
在对上述基板产物进行划线的上述步骤中，对上述基板产物的第1面进行划线，
在形成其他基板产物及激光棒的上述步骤中，对上述基板产物的第2面进行按压。
20.如权利要求16或17所述的III族氮化物半导体激光元件的制造方法，其中，
上述InGaN层的厚度为1nm以上且10nm以下，
上述活性层设置于上述基板与上述InGaN层之间，
在对上述基板产物进行划线的上述步骤中，对上述基板产物的第1面进行划线，
在形成其他基板产物及激光棒的上述步骤中，对上述基板产物的第2面进行按压。
21.如权利要求16或17所述的III族氮化物半导体激光元件的制造方法，其中，
上述InGaN层为上述活性层的InGaN阱层，
在对上述基板产物进行划线的上述步骤中，对上述基板产物的第1面进行划线，
在形成其他基板产物及激光棒的上述步骤中，对上述基板产物的第2面进行按压。
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