CN104737394A - Iii族氮化物半导体激光元件、制作iii族氮化物半导体激光元件的方法、评价iii族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法、评价刻划槽的方法 - Google Patents

Iii族氮化物半导体激光元件、制作iii族氮化物半导体激光元件的方法、评价iii族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法、评价刻划槽的方法 Download PDF

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Abstract

在III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的基板的半极性面上具有能够减少反馈光的扰乱的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器中，在角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围时，角度α1为10度以上且25度以下的范围，角度β1为0度以上且5度以下的范围。在与外延面靠近的第一面附近的第一端面中，在m-n面内，第一法线矢量ENV1与c+轴矢量VC+所成的角度具有接近角度α1的值(例如10度以上且25度以下的范围)。在基板背面附近的第一端面中，在m-n面内，第二法线矢量ENV2与c+轴矢量VC+所成的角度具有接近角度β1的值(例如0度以上且5度以下的范围)。

Description

III族氮化物半导体激光元件、制作III族氮化物半导体激光元件的方法、评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法、评价刻划槽的方法
技术领域
本发明涉及III族氮化物半导体激光元件、制作III族氮化物半导体激光元件的方法、评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法及评价刻划槽的方法。
背景技术
专利文献1公开了一种具有解理面及干刻面这双方的氮化物系半导体激光元件。专利文献2及专利文献3公开了一种在半极性面上制作的III族氮化物半导体激光元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-081336号公报
专利文献2：日本特开2011-003660号公报
专利文献3：日本特开2011-135016号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所示的氮化物系半导体激光元件包括：具有由(11-22)面构成的主表面的n型GaN基板；及形成在(11-22)面上且包含活性层的半导体激光元件层。在半导体激光元件层的一端面上设有谐振器用的端面，该端面沿着与n型GaN基板的主表面大致垂直的方向延伸。另一方面，n型GaN基板具备由该n型GaN基板的(0001)解理面构成的元件分离面，该元件分离面相对于谐振器的端面以约30度的角度倾斜。
在专利文献1所示的氮化物系半导体激光元件中，在通过干法刻蚀形成谐振器用的端面之后，通过解理形成n型GaN基板的(0001)解理面。因而，氮化物系半导体激光元件的制作用的工序复杂。
专利文献2公开了III族氮化物半导体激光元件。该III族氮化物半导体激光元件具有在III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的基板的半极性面上能够形成低阈值电流的激光谐振器。而且，专利文献3公开了一种III族氮化物半导体激光元件。该III族氮化物半导体激光元件使用III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的基板的半极性面，而且在与基板的半极性面平行的平面内规定激光谐振器用的端面的上端缘及下端缘的角度，并以使上端缘及下端缘的角度不同的方式形成激光谐振器端面。
根据发明者们的见解，在利用III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的基板的半极性面的半导体元件中，根据<0001>轴(或<000-1>轴)的朝向，端面的形态及端面的品质不同，能够对其进行控制。
本发明的一方面的目的在于提供一种在III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的基板的半极性面上，具有能够减少反馈光的扰乱的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器。而且，本发明的另一方面的目的在于提供一种制作该III族氮化物半导体激光器的方法。而且，本发明的又一方面的目的在于提供一种制作能够调整使激光射出、反射及/或透过的端面的品质的III族氮化物半导体激光元件的方法。本发明的再一方面的目的在于提供一种评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法。而且，本发明的再一方面的目的在于提供一种评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的形成所使用的刻划槽的方法。
用于解决课题的方案
本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件具备：(a)激光结构体，包括由六方晶系的III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支承基体及设置在所述支承基体的所述半极性主面上的半导体区域；和(b)电极，设置在所述激光结构体的所述半导体区域上，所述支承基体的所述III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向，所述<0001>轴方向由c+轴矢量表示，所述半导体区域具有包含氮化镓系半导体层的活性层，在所述支承基体的所述III族氮化物半导体的从所述c轴向所述III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向上，该c轴相对于所述半极性主面的法线轴成角度ALPHA，所述角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，所述激光结构体包括第一端面及第二端面，所述第一端面及所述第二端面与由所述III族氮化物半导体的m轴及所述法线轴规定的m-n面交叉，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面及所述第二端面，所述激光结构体包括第一面及第二面，所述第一面是所述第二面的相反侧的面，所述半导体区域位于所述第一面与所述支承基体之间，所述第一端面的第一法线矢量被规定在所述第一端面和所述第一面的第一边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第一法线矢量以角度α1倾斜，所述角度α1是10度以上且25度以下的范围，所述第一端面的第二法线矢量被规定在所述第一端面和所述第二面的第二边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第二法线矢量以角度β1倾斜，所述角度β1是0度以上且5度以下的范围，在所述第一端面及所述第二端面均现出所述支承基体的端面及所述半导体区域的端面。
根据该III族氮化物半导体激光元件，角度α1与角度β1不同。在与外延面靠近的第一面附近的第一端面中，在m-n面内，第一法线与c轴所成的角度具有接近于角度α1的值(例如10度以上且25度以下的范围的角度)。由于角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，该范围的角度能够将对光谐振器来说良好的角度赋予第一面附近的第一端面。而且，在基板背面面附近的第一端面中，在m-n面内，第二法线与c轴所成的角度具有接近于角度β1的值(例如0度以上且5度以下的范围的角度)。该范围的角度是角度α1及角度β1具有相同符号且角度α1的绝对值大于角度β1的绝对值。因而，能够将比光谐振器所用的良好的角度大的角度赋予第二面附近的第一端面。接近于外延面的第一面附近的第一端面(活性层的端面附近的端面区)的光反射比从第一面分离的第一端面的光反射能够更加有助于激光振荡，并且从第一面分离的第一端面的光反射难以作为噪声光起作用。
本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件具备：(a)激光结构体，包括由六方晶系的III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支承基体及设置在所述支承基体的所述半极性主面上的半导体区域；和(b)电极，设置在所述激光结构体的所述半导体区域上，所述支承基体的所述III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向，所述<0001>轴方向由c+轴矢量表示，所述半导体区域具有包含氮化镓系半导体层的活性层，在所述支承基体的所述III族氮化物半导体的从c轴向所述III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向上，该c轴相对于所述半极性主面的法线轴成角度ALPHA，所述角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，所述激光结构体包括第一端面及第二端面，所述第一端面及所述第二端面与由所述III族氮化物半导体的m轴及所述法线轴规定的m-n面交叉，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面及所述第二端面，所述激光结构体包括第一面及第二面，所述第一面是所述第二面的相反侧的面，所述半导体区域位于所述第一面与所述支承基体之间，所述第一端面的第一法线矢量被规定在所述第一端面和所述第一面的第一边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第一法线矢量以角度α1倾斜，所述第一端面的第二法线矢量被规定在所述第一端面和所述第二面的第二边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第二法线矢量以角度β1倾斜，所述角度α1与所述角度β1不同，所述角度α1及所述角度β1具有相同符号，所述角度α1的绝对值大于所述角度β1的绝对值，所述第一端面具有沿所述c轴与所述m轴的矢积的方向延伸的条纹状的结构，在所述第一端面及所述第二端面均现出所述支承基体的端面及所述半导体区域的端面。
根据该III族氮化物半导体激光元件，角度α1与角度β1不同。在与外延面靠近的第一面附近的第一端面中，在m-n面内，第一法线与c轴所成的角度具有接近于角度α1的值。而且，在基板背面面附近的第一端面中，在m-n面内，第二法线与c轴所成的角度具有接近于角度β1的值。在角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围时，角度α1及角度β1具有相同符号且角度α1的绝对值大于角度β1的绝对值。与外延面靠近的第一面附近的第一端面(活性层的端面附近的端面区)的光反射比从第一面分离的第一端面的光反射能够更良好地有助于激光振荡，并且从第一面分离的第一端面的光反射难以作为噪声光起作用。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述c+轴矢量包括所述半极性主面的所述法线轴的方向的法线分量和与所述半极性主面平行的方向的平行分量，所述激光结构体包括在所述支承基体的所述半极性主面上延伸的激光波导结构，所述c+轴矢量的所述平行分量朝着从所述第二端面向所述第一端面的方向，所述激光波导结构在所述c+轴矢量的所述平行分量的方向上延伸。
根据该III族氮化物半导体激光元件，c+轴矢量的平行分量朝着从第二端面向第一端面的方向时，在第一端面上，支承基体端面与c+轴矢量的平行分量所成的角度大于外延端面与c+轴矢量的平行分量所成的角度。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述c+轴矢量包括所述半极性主面的所述法线轴的方向的法线分量和与所述半极性主面平行的方向的平行分量，所述半导体区域包括由第一导电型的III族氮化物半导体构成的第一包层和由第二导电型的III族氮化物半导体构成的第二包层，所述活性层设置在所述第一包层与所述第二包层之间，所述第一包层、所述第二包层及所述活性层在所述半极性主面上外延生长并沿着所述c+轴矢量的所述法线分量的方向排列，所述第一包层、所述第二包层及所述活性层在所述c+轴矢量的所述平行分量的方向上延伸，所述第一包层、所述第二包层及所述活性层构成在所述支承基体的所述半极性主面上延伸的激光波导结构。
根据该III族氮化物半导体激光元件，第一包层、第二包层及活性层在半极性主面上外延生长而沿着c+轴矢量VC的所述法线分量的方向排列，因此半导体区域的晶轴与支承基体的晶轴相关联。在端面形成时，c+轴矢量的方向在半导体区域及支承基体中相关联。半导体区域及基板的断裂基于与晶轴的关联而进展。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述支承基体的所述III族氮化物半导体的所述c轴朝向<000-1>轴方向的反方向，所述<000-1>轴方向由c-轴矢量表示，所述第二端面的第三法线矢量被规定在所述第二端面和所述第一面的第三边缘上，所述c-轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第三法线矢量以角度α2倾斜，所述角度α2是从+10度到+25度的范围，所述第二端面的第四法线矢量被规定在所述第二端面和所述第二面的第四边缘上，所述c-轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第四法线矢量以角度β2倾斜，所述角度β2是从0度到+5度的范围，以使所述第一端面成为光出射面的方式设置所述第一端面及所述第二端面。
根据该III族氮化物半导体激光元件，角度α2与角度β2不同。在距外延面远的第二面附近的第二端面中，在m-n面内，第三法线与c轴所成的角度具有接近于角度β2的值(例如0度以下且+5度以上的范围的角度)。由于角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，该范围的角度能够将来自外部的反馈光的向外部的反射所用的良好的角度赋予第二面附近的第二端面。因而，距外延面远的第二面附近的第二端面(基板端面附近的端面区)的光反射能够有助于激光振荡的稳定性的提高。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述支承基体的厚度为100μm以下。根据该III族氮化物半导体激光元件，在这样的厚度的基板中，能够以良好的成品率形成可构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性的第一端面。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，来自所述活性层的激光向所述III族氮化物半导体的a轴的方向偏光。在该III族氮化物半导体激光元件中，能够实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，该III族氮化物半导体激光元件的LED模式的光包括所述III族氮化物半导体的a轴的方向上的偏光分量I1和将所述III族氮化物半导体的c轴投影到了主面的方向上的偏光分量I2，所述偏光分量I1大于所述偏光分量I2。根据该III族氮化物半导体激光元件，在LED模式中，能够使用激光谐振器使较大的发光强度的模式的光激光振荡。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述半极性主面相对于{20-21}面处于-4度以上且+4度以下的范围。根据该III族氮化物半导体激光元件，在该典型性的相对于半极性面的微倾斜面中，能够提供一种可构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第一及第二端面。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述半极性主面包括{20-21}面。根据该III族氮化物半导体激光元件，在该典型性的半极性面中，能够提供一种可构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第一及第二端面。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述支承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元件，由于堆垛层错密度为1×104cm-1以下，因此由于偶发性的情况而端面谐振器的平坦性及/或垂直性紊乱的可能性低。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述支承基体由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。根据该III族氮化物半导体激光元件，在使用由这些氮化镓系半导体构成的基板时，能够得到可用作谐振器的第一及第二端面。在使用AlN基板或AlGaN基板时，能够增大偏光度，而且通过低折射率能够强化光束缚。在使用InGaN基板时，能够减小基板与发光层的晶格失配率，能够提高结晶品质。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述III族氮化物半导体激光元件还具备在所述第一端面及所述第二端面中的至少任一方设置的电介质多层膜。在该III族氮化物半导体激光元件中，在断裂面也能够应用端面涂敷。通过端面涂敷能够调整反射率。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述活性层包括被设置成产生波长360nm以上且600nm以下的光的发光区域。该III族氮化物半导体激光元件通过半极性面的利用，能够得到有效地利用了LED模式的偏光的III族氮化物半导体激光元件，能够得到低阈值电流。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述活性层包括被设置成产生波长430nm以上且550nm以下的光的量子阱结构。该III族氮化物半导体激光元件通过半极性面的利用，通过压电电场的减少和发光层区域的结晶品质提高而能够提高量子效率，有益于波长430nm以上且550nm以下的光的产生。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述III族氮化物半导体激光元件具有增益波导结构。优选的是，所述III族氮化物半导体激光元件还具备设置在所述半导体区域上的绝缘膜。所述电极通过所述绝缘膜的开口而与所述半导体区域接触，所述角度α1及所述角度β1被规定在通过规定所述增益波导结构的所述绝缘膜的所述开口的宽度的中心且与所述支承基体的所述半极性主面正交的轴上。该III族氮化物半导体激光元件应用于具有增益波导结构的激光元件。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述激光结构体的所述半导体区域具有脊形结构。所述角度α1及所述角度β1被规定在通过所述脊形结构的上表面的宽度的中心且与所述支承基体的所述半极性主面正交的轴上。该III族氮化物半导体激光元件应用于具有脊形结构的激光元件。
在本发明的一方面的III族氮化物半导体激光元件中，优选的是，所述第一端面及所述第二端面从所述第一面的所述第一边缘延伸至所述第二面的所述第二边缘，所述第一及第二端面各自的所述活性层的端面在由所述III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第一平面及与所述法线轴正交的第二平面上，成-5度以上且+5度以下的范围的角度。
该III族氮化物半导体激光元件关于从c轴及m轴的一方至另一方所取的角度，除了端面满足垂直性之外，关于在与半极性面的法线轴垂直的面上规定的角度，具有满足上述垂直性的端面。
本发明的另一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法包括：(a)准备由六方晶系的III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的基板的工序；(b)形成具有激光结构体及电极的基板产品的工序，该激光结构体包括形成在所述半极性主面上的半导体区域和所述基板；以及(c)进行所述基板产品的分离的工序，所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向，所述<0001>轴方向由c+轴矢量表示，在进行所述基板产品的分离时，向所述基板产品的第一面进行刻划并施加向所述基板产品的第二面的按压，形成角度α1为10度以上且25度以下的范围、角度β1为0度以上且5度以下的范围的激光棒及其他基板产品，所述刻划在与c+轴矢量交叉的方向上进行，所述激光棒具有第一面及第二面，所述第一面是所述第二面的相反侧的面，所述激光棒具有第一端面及第二端面，所述第一端面及所述第二端面从所述第一面延伸至所述第二面且通过所述分离而形成，所述第一端面及所述第二端面构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器，所述第一端面及所述第二端面与由所述III族氮化物半导体的m轴及所述半极性主面的法线轴规定的m-n面交叉，所述第一端面的第一法线矢量被规定在所述第一端面和所述第一面的第一边缘上，所述c+轴矢量在从所述III族氮化物半导体的[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第一法线矢量以所述角度α1倾斜，所述第一端面的第二法线矢量被规定在所述第一端面和所述第二面的第二边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第二法线矢量以所述角度β1倾斜，所述半导体区域包括活性层，所述活性层包括氮化镓系半导体层，所述半导体区域位于所述第一面与所述基板之间，所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴在所述III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向上相对于所述法线轴成大于0的角度ALPHA，所述角度ALPHA为71度以上且79度以下，所述电极形成在所述激光结构体上。
根据该制作III族氮化物半导体激光元件的方法，角度α1与角度β1不同。在与外延面靠近的第一面附近的第一端面中，在m-n面内，第一法线与c轴所成的角度具有接近于角度α1的值(例如10度以上且25度以下的范围的角度)。由于角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，该范围的角度能够将光谐振器所用的良好的角度赋予第一面附近的第一端面。而且，在基板背面面附近的第一端面中，在m-n面内，第二法线与c轴所成的角度具有接近于角度β1的值(例如0度以上且5度以下的范围的角度)。由于角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，角度α1及角度β1具有相同符号且角度α1比角度β1大，因此能够将比光谐振器所用的良好的角度大的角度赋予第二面附近的第一端面。因而，与外延面靠近的第一面附近的第一端面(活性层的端面附近的端面区)的光反射比从第一面分离的第一端面的光反射更加有助于激光振荡，并且从第一面分离的第一端面的光反射难以作为噪声光起作用。
在本发明的另一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述刻划使用激光刻划器进行，通过所述刻划来形成刻划槽，所述刻划槽的长度比由所述III族氮化物半导体的a轴及所述法线轴规定的a-n面与所述第一面的交叉线的长度短。
根据该制作方法，通过基板产品的分离，形成其他基板产品及激光棒。该分离使用比激光棒用的分离线短的刻划槽而引起。
在本发明的另一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，通过所述刻划形成刻划槽，所述刻划槽从所述半导体区域的表面到达所述基板，所述刻划槽具有所述半导体区域的表面上的开口和到达所述基板的底部，由所述刻划槽的所述开口的一端和所述刻划槽的所述底部的一端规定的基准平面在由所述III族氮化物半导体的a轴及所述法线轴规定的a-n面的方向上延伸。
根据该制造方法，由刻划槽的开口的端和刻划槽的底部的端规定的基准平面可以相对于a-n面实质上平行。虽然因c轴相对于基板的主面的倾斜而导致刻划槽向延伸方向弯曲，但是该刻划槽的弯曲的减少有助于规定端面的形状。
在本发明的另一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，在形成所述基板产品的所述工序中，所述基板通过加工而被研磨成使所述基板的厚度成为100μm以下，所述第二面是通过所述加工而形成的加工面或者包含在所述加工面上形成的电极的面。
根据该制作方法，在这样的厚度的基板中，能够以良好的成品率形成可构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的满足充分的平坦性、垂直性的第一及第二端面。
在本发明的另一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述半极性主面包括{20-21}面。根据该制作方法，能够向使用该典型的半极性面的III族氮化物半导体激光元件提供可构成激光谐振器的程度的满足充分的平坦性、垂直性的第一及第二端面。
在本发明的另一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，所述基板由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。根据该制作方法，在使用这些由氮化镓系半导体构成的基板时，能够得到可用作谐振器的第一及第二端面。
本发明的又一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法包括：(a)准备具有第一面及该第一面的相反侧的第二面且包含六方晶系的III族氮化物半导体的结晶体的一个或多个物体的工序；(b)以多个加工条件对所述物体进行形成所述III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的加工处理，来形成从所述第一面的边缘延伸的第一加工端面的工序；(c)在从所述第一面及所述第一加工端面中的一方朝向另一方的轴的方向上以横切所述边缘的方式对所述第一面及所述第一加工端面进行激光束的相对的扫描，使用该激光束的扫描进行所述第一加工端面的评价的工序；(d)根据所述评价的结果，基于所述多个加工条件来决定加工条件的工序；(e)准备具有由III族氮化物半导体构成的主面的基板的工序；(f)准备具有在所述基板的所述主面上生长的半导体区域、所述基板及电极的基板产品的工序；以及(g)使用所述决定的加工条件进行所述基板产品的所述加工处理，并由所述基板产品形成其他基板产品及激光棒的工序，所述激光棒具有由所述加工处理形成的第一端面及第二端面，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面及所述第二端面，所述III族氮化物半导体的所述结晶体向所述加工端面露出，在所述第一加工端面的所述评价中，根据所述激光束的扫描的结果来求出沿着所述轴的方向的加工端面角度，所述加工端面角度被规定为所述第一加工端面相对于沿着所述第一面延伸的基准面所成的角度。
在该制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，在对物体(例如试料)以多个加工条件进行形成光谐振器用的端面的加工处理而形成了上述第一加工端面之后，如上所述使用激光束扫描对第一面及第一加工端面进行激光束的相对的扫描而进行第一加工端面的评价。根据该评价，从激光束反射光能够得到以第一面为基准的第一加工端面的角度的倾向(即，第一加工端面的垂直性)。基于该评价结果，基于多个加工条件能够估计出所希望的加工条件。使用所希望的加工条件，对基板产品实施加工处理，并由基板产品能够形成其他基板产品及激光棒。根据该制作方法，提供一种谐振器端面的制造方法，根据该制造方法，在接近所希望的品质处能够实现特性分布。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，形成所述第一加工端面的所述工序包括：以多个刻划条件进行所述物体的所述第一面的刻划的工序；在对所述物体的所述第一面进行了刻划之后，按压所述物体的所述第二面，形成具有在从所述物体的所述第一面到所述第二面的方向上延伸的第一断裂面的第一部分和具有在从所述物体的所述第一面到所述第二面到达方向上延伸的第二断裂面的第二部分的工序；以及按压所述物体的所述第二面，形成具有在从所述物体的所述第一面到所述第二面的方向上延伸的第一断裂面的第一部分和具有在从所述物体的所述第一面到所述第二面的方向上延伸的第二断裂面的第二部分的工序，选择所述一个加工条件的所述工序包括从所述多个刻划条件中选择一个刻划条件的工序。优选的是，形成所述其他基板产品及所述激光棒的所述工序包括：使用所述选择的刻划条件对所述基板产品的第一面进行刻划的工序；和通过向所述基板产品的第二面的按压来进行所述基板产品的分离，形成所述其他基板产品及所述激光棒的工序。优选的是，进行所述第一加工端面的评价的所述工序包括作为所述第一加工端面而进行所述第一断裂面的评价的工序。所述激光棒具有第一面及第二面，所述第一面是所述第二面的相反侧的面，所述第一端面及所述第二端面从所述激光棒的所述第一面延伸至所述第二面，所述半导体区域位于所述第一面与所述基板之间。
在该制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，在利用多个刻划条件对物体(例如试料)进行形成光谐振器用的端面的加工处理而形成了上述第一加工端面之后，对第一面及第一加工端面进行激光束的相对的扫描而使用激光束的扫描进行第一加工端面的评价。根据该评价，从激光束扫描能得到以第一面为基准的第一加工端面的角度的倾向(即，第一加工端面的垂直性)。基于该评价结果，根据多个刻划条件能够估计出所希望的刻划条件。使用所希望的刻划条件，对基板产品实施加工处理，并能够由基板产品形成其他基板产品及激光棒。根据该制作方法，能提供在接近所希望的品质之处具有特性分布的制造方法。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述激光束的所述扫描使用激光显微镜进行。根据该制作方法，激光显微镜使端面的评价容易。在本发明的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述刻划使用激光刻划器进行。根据该制作方法，激光刻划器使刻划的控制容易。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述刻划条件包括激光刻划器的扫描速度。根据该制作方法，扫描速度的调整对于本件的刻划的控制有效。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述基板的所述主面相对于与所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴正交的基准面倾斜。该制作方法应用于基板的主面相对于与基板的III族氮化物半导体的c轴正交的基准面倾斜的方式。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述基板的所述主面相对于与所述基板的所述III族氮化物半导体的a轴正交的基准面倾斜。该制作方法应用于基板的主面相对于与基板的III族氮化物半导体的a轴正交的基准面倾斜的方式。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述基板的所述主面相对于与所述基板的所述III族氮化物半导体的m轴正交的基准面倾斜。该制作方法能够应用于基板的主面相对于与基板的III族氮化物半导体的m轴正交的基准面倾斜的方式。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述基板由III族氮化物半导体构成且具有半极性主面，所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向，所述<0001>轴方向由c+轴矢量表示，所述基板产品具有激光结构体以及形成在所述激光结构体上的阳极电极和阴极电极，所述c+轴矢量包括所述半极性主面的法线轴的方向的法线分量和与所述半极性主面平行的方向的平行分量，所述半导体区域包括由第一导电型的III族氮化物半导体构成的第一包层、活性层及由第二导电型的III族氮化物半导体构成的第二包层，所述活性层设置在所述第一包层与所述第二包层之间，所述第一包层、所述第二包层及所述活性层在所述半极性主面上外延生长并沿着所述c+轴矢量的所述法线分量的方向排列，所述第一包层、所述第二包层及所述活性层在所述c+轴矢量的所述平行分量的方向上延伸，所述第一包层、所述第二包层及所述活性层构成在所述基板的所述半极性主面上延伸的激光波导结构。
根据该制作方法，第一包层、第二包层及活性层在半极性主面上外延生长并沿着c+轴矢量的法线分量的方向排列，因此半导体区域的晶轴与支承基体的晶轴相关联。在端面形成时，c+轴矢量的朝向在半导体区域及支承基体中相关联。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴在所述III族氮化物半导体的m轴的方向上相对于所述基板的所述主面的法线轴以角度倾斜，所述第一端面及第二端面与由所述III族氮化物半导体的m轴及所述法线轴规定的m-n面交叉。该制作方法能够应用于基板的III族氮化物半导体的c轴相对于法线轴而向III族氮化物半导体的m轴的方向以角度倾斜的方式。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，在从所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴朝向所述III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向上使该c轴相对于所述主面的法线轴以角度ALPHA倾斜，所述角度ALPHA可以设为71度以上且79度以下的范围。该制作方法能够应用于在从基板的III族氮化物半导体的c轴朝向III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向上该c轴相对于主面的法线轴以上述角度ALPHA倾斜的方式。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述基板的所述主面相对于{20-21}面处于-4度以上且+4度以下的范围。在该制作方法中，在从该典型的半极性面的微倾斜面中，能够形成可构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性的端面。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴在所述III族氮化物半导体的a轴的方向上相对于所述基板的所述主面的法线轴以角度倾斜，所述第一端面及第二端面与由所述III族氮化物半导体的a轴及所述法线轴规定的a-n面交叉。该制作方法能够应用于基板的III族氮化物半导体的c轴向III族氮化物半导体的a轴的方向相对于法线轴以大于0的角度倾斜的方式。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述基板的所述主面沿着与所述基板的所述III族氮化物半导体的c面、a面及m面中的任一面取向平行的基准面延伸。该制作方法能够应用于基板的主面沿着与基板的III族氮化物半导体的c面、a面及m面的任一个面取向平行的基准面延伸的方式。
在本发明的再一方面的制作III族氮化物半导体激光元件的方法中，优选的是，所述物体包括III族氮化物基板，所述III族氮化物基板的厚度为400μm以下。在该制作方法中，不仅能够评价端面的加工条件，而且也能够评价激光结构体的结构与端面的品质的关系。
本发明的再一方面的评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法包括：(a)准备具有第一面及该第一面的相反侧的第二面且包含六方晶系III族氮化物半导体的结晶体的物体的工序；和(b)在从所述第一面及所述加工端面中的一方朝向另一方的轴的方向上以横切所述边缘的方式对所述第一面及所述加工端面进行激光束的扫描，使用该激光束的扫描进行所述加工端面的评价的工序，所述物体具备在III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的加工条件下形成的加工端面，所述加工端面沿着与所述第一面及所述第二面交叉的平面延伸，所述III族氮化物半导体的所述结晶体在所述加工端面露出，在所述加工端面的所述评价中，根据所述激光束的扫描来求出沿着所述轴的方向的加工端面角度，所述加工端面角度被规定为所述加工端面相对于沿着所述第一面延伸的基准面所成的角度。该制造方法能够与物体的结构及/或加工条件相关联地进行加工端面的评价。
本发明的再一方面的评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法包括：(a)准备具有第一面及该第一面的相反侧的第二面且包含六方晶系III族氮化物半导体的结晶体的物体的工序；(b)在某加工条件下对所述物体进行形成所述III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的加工处理，而形成从所述第一面的边缘延伸的第一加工端面的工序；及(c)在从所述第一面及所述第一加工端面的一方朝向另一方的轴的方向上以横切所述边缘的方式相对地向所述第一面及所述第一加工端面进行激光束的扫描，使用该扫描的激光束来进行所述第一加工端面的评价的工序。所述III族氮化物半导体的所述结晶体在所述加工端面露出，在所述第一加工端面的所述评价中，根据所述激光束的扫描的结果来求出沿着所述轴方向的多个位置的加工端面角度，所述加工端面角度被规定为所述第一加工端面与沿着所述第一面延伸的基准面所成的角度。
在该评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法中，以加工条件对物体(例如试料)进行形成光谐振器用的端面的加工处理而形成了上述第一加工端面之后，如上所述对第一面及第一加工端面进行激光束的相对的扫描而使用激光束反射光进行第一加工端面的评价。根据该评价，根据激光束的扫描结果能得到以第一面为基准的第一加工端面的角度的倾向(即，第一加工端面的垂直性)。根据该评价方法，能够与加工条件建立对应地研究端面的品质。
本发明的再一方面的评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法还包括：(d)准备具有由III族氮化物半导体构成的主面的基板的工序；(e)准备具有在所述基板的所述主面上生长的半导体区域、所述基板及电极的基板产品的工序；以及(f)在所述评价之后，使用基于所述加工条件而决定的所希望的加工条件来进行所述基板产品的所述加工处理，并由所述基板产品形成其他基板产品及激光棒的工序。所述激光棒具有通过所述加工处理形成的第一端面，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面。
在上述评价方法中，在与加工条件建立对应地研究了端面的品质之后，使用基于该加工条件而决定的所希望的加工条件来实施基板产品的加工处理，并由基板产品能够形成其他基板产品及激光棒。根据该评价方法，在III族氮化物半导体激光元件的制造中，能够得到与所希望的品质相符的特性分布。
本发明的再一方面的评价刻划槽的方法，该刻划槽用于III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的形成，所述评价刻划槽的方法包括：(a)在III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的刻划加工条件下，将激光束向包含六方晶系III族氮化物半导体的结晶体的物体的表面照射，在该表面形成刻划槽的工序；(b)观察该刻划槽的断面形状的工序；(c)根据所述断面形状进行所述刻划槽的延伸方向的估计的工序；以及(d)基于所述估计的结果，获得所述刻划槽的延伸方向与刻划加工条件的关系的工序。
另外，优选的是，评价刻划槽的方法包括：(e)准备具有由III族氮化物半导体构成的主面的基板的工序；(f)准备具有在所述基板的所述主面上生长的半导体区域、所述基板及电极的基板产品的工序；(g)在所述估计之后，使用基于所述刻划加工条件而决定的刻划加工条件，在所述基板产品上进行刻划槽的形成的工序；以及(h)在形成了所述刻划槽之后，通过所述基板产品的按压来形成其他基板产品及激光棒的工序。所述激光棒具有通过所述按压形成的第一端面，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面。
本发明的上述目的及其他的目的、特征、以及优点通过参照附图推进的本发明的良好的实施方式的以下的详细的记述，更容易理解。
发明效果
如以上说明那样，根据本发明的一方面，提供一种具有使用III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的基板的半极性面能够减少反馈光的扰乱的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器。而且，根据本发明的另一方面，提供一种制作该III族氮化物半导体激光器的方法。
根据本发明的又一方面，提供一种制作能够调整使激光射出、反射及/或透过的端面的品质的III族氮化物半导体激光元件的方法。而且，根据本发明的再一方面，提供一种评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法。
根据本发明的再一方面，提供一种评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的形成所使用的刻划槽的方法。
附图说明
图1是简要表示本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的结构的附图。
图2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附图。
图3是示意性地表示由c轴及m轴规定的元件断面的附图。
图4是表示制作本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的方法的主要工序的附图。
图5是示意性地表示制作本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的方法的主要工序的附图。
图6是表示实施例的激光结构体及外延基板的结构的附图。
图7是表示刻划槽的形成的附图。
图8是表示加工用激光的扫描速度与刻划槽的弯曲的关系的附图。
图9是表示制作的激光棒的谐振镜的角度评价的附图。
图10是表示通过激光显微镜来观察以条件B制作的激光棒的谐振镜端面的像的附图。
图11是表示通过参照图9说明的评价方法求出的以条件(B)制作的激光棒端面的垂直性的附图。
图12是表示氮化镓的晶体结构即六方晶系的晶格的附图。
图13示出通过计算求出与外延生长用的GaN基板的{20-21}面成90度左右的角度的面取向(与a面不同的方位)的列表的结果。
图14是示意性地表示与激光反馈光相关的配置的附图。
图15是表示制作本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的方法的主要工序的附图。
图16是表示评价本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法的主要工序的附图。
图17是表示评价本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法的主要工序的附图。
图18是表示评价本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的刻划槽的方法的主要工序的附图。
具体实施方式
本发明的见解通过参照作为例示所示的附图并考虑以下的详细的记述而能够容易理解。接着，参照附图，说明III族氮化物半导体激光元件、制作III族氮化物半导体激光元件的方法、评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法及评价刻划槽的方法的本发明的实施方式。在可能的情况下，对于同一部分标注同一标号。
(第一实施方式)
图1是简要表示本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的结构的附图。III族氮化物半导体激光元件11具备激光结构体13及欧姆电极15。激光结构体13包含支承基体17及半导体区域19。支承基体17具有由六方晶系的III族氮化物半导体构成的半极性主面17a，且具有背面17b。半导体区域19设置在支承基体17的半极性主面17a上。电极15设置在激光结构体13的半导体区域19上。半导体区域19包含活性层25，活性层25包含氮化镓系半导体层。
参照图1，描绘正交坐标系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。而且，在图1中，描绘出代表性的c面Sc。在本实施例中，表示支承基体17的III族氮化物半导体的<0001>轴的方向的c+轴矢量(单位矢量)向III族氮化物半导体的m轴及a轴的任一晶轴的方向，相对于法线矢量NV(单位矢量)倾斜。c+轴矢量被表示为c+轴矢量VC+，<000-1>轴的方向是c+轴矢量的反方向，由c-轴矢量VC-(单位矢量)表示。在图1所示的实施例中，支承基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c+轴矢量VC+向六方晶系III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向相对于法线轴NX以角度ALPHA倾斜。该角度ALPHA优选为71度以上且79度以下。
激光结构体13包括谐振器用的第一端面27及第二端面29。谐振器用的激光波导从第二端面29沿着半极性面17a延伸到第一端面27，波导矢量WV表示从第二端面29朝向第一端面27的方向。激光结构体13的第一及第二端面27、29与由III族氮化物半导体的晶轴(例如m轴)及法线轴NX规定的基准面交叉。在图1中，第一及第二端面27、29与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴(a轴)及法线轴NX规定的m-n面(a-n面)交叉。
表示支承基体17的III族氮化物半导体的<0001>轴的方向的c+轴矢量相对于表示法线轴NX的方向的法线矢量NV向III族氮化物半导体的m轴的晶轴的方向以63度以上且80度以下的范围的倾角倾斜时，该角度范围的半极性面在包含铟的III族氮化物半导体中，能够提供铟组分的空间的均匀性，而且能够形成为高的铟组分。
在半导体区域19的第一端面19c上设有氮化物半导体激光二极管11的光谐振器用的第一反射膜43a。在半导体区域19的第二端面19d上设有该氮化物半导体激光二极管11的光谐振器用的第二反射膜43b。
在第一及第二端面27、29上均现出支承基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c。激光结构体13包括第一面(外延面)13a及第二面(基板背面)13b。第一面13a是第二面13b的相反侧的面。半导体区域19位于第一面13a与支承基体17之间。第一端面27的第一法线矢量ENV1(单位矢量)被规定在第一端面27与第一面(外延面)13a的第一边缘13c上。c+轴矢量VC+在从III族氮化物半导体的[-1010]轴朝向c轴的方向上，在m-n面内相对于第一法线矢量ENV1以角度α1倾斜。第一端面27的第二法线矢量ENV2(单位矢量)被规定在第一端面27与第二面(基板背面)13b的第二边缘13d上。c+轴矢量VC+在从III族氮化物半导体的[-1010]轴朝向c轴的方向上，在m-n面内相对于第二法线矢量ENV2以角度β1倾斜。角度α1与角度β1不同。角度α1及角度β1具有相同符号。角度α1的绝对值大于角度β1的绝对值。在第二端面29中，也能够规定在第一面13a及第二面13b的边缘处规定的上述那样的角度，这些角度能够满足与上述同样的角度的关系。第一端面27具有沿c轴与m轴的矢积的方向延伸的条纹状的结构。条纹状的结构是通过低指数面与非低指数面、或者非低指数面彼此交叉而形成的阶梯差。而且，根据发明者们的观察，条纹状的结构具有例如20nm以下的阶梯差。
根据该III族氮化物半导体激光元件11，角度α1与角度β1不同。在与外延面靠近的第一面13a附近的第一端面27中，在m-n面内，第一法线ENV1与c+轴矢量VC+所成的角度具有接近于角度α1的值。而且，在基板背面面17b附近的第一端面27中，在m-n面内，第二法线ENV2与c+轴矢量VC+所成的角度具有接近角度β1的值。能够制作出在角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围时，角度α1及角度β1具有相同符号且角度α1的绝对值大于角度β1的绝对值时，能够减少反馈光的扰乱的激光谐振器。
另外，在角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围时，在该角度范围内，优选角度α1为10度以上且25度以下的范围，角度β1为0度以上且5度以下的范围。根据该III族氮化物半导体激光元件11，角度α1与角度β1不同。在与外延面靠近的第一面13a附近的第一端面27中，在m-n面内，第一法线矢量ENV1与c+轴矢量VC+所成的角度具有接近于角度α1的值(例如10度以上且25度以下的范围的角度)。由于角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，该范围的角度能够将光谐振器所用的良好的角度赋予第一面13a附近的第一端面27。而且，在基板背面面17b附近的第一端面27中，在m-n面内，第二法线矢量ENV2与c+轴矢量VC+所成的角度具有接近于角度β1的值(例如0度以上且5度以下的范围的角度)。在该范围的角度ALPHA中，角度α1及角度β1具有相同符号且角度α1的绝对值大于角度β1的绝对值，因此能够将比光谐振器所用的良好的角度大的角度赋予第二面13b附近的第一端面27。因而，与外延面靠近的第一面13a附近的第一端面(活性层的端面附近的端面区)27的光反射能够比从第一面13a分离的第一端面27的光反射更加有助于激光振荡，并且从第一面13a分离的第一端面27的光反射向与激光波导不同的方向行进，未成为噪声源。在本实施例中，角度(α1+ALPHA)处于81～104度的范围，角度(β1+ALPHA)处于71～84度的范围。在第二端面29中，也能够规定在第一面13a及第二面13b的边缘处规定的上述那样的角度，这些角度能够满足与上述同样的角度的关系。
半导体区域19包含第一包层21及第二包层23。活性层25设置在第一包层21与第二包层23之间。第一包层21由第一导电型的氮化镓系半导体构成，例如由n型AlGaN、n型InAlGaN等构成。第二包层23由第二导电型的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的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，在z轴的方向上，阱层25a及势垒层25b交替排列。阱层25a例如由InGaN等构成，势垒层25b例如由GaN、InGaN等构成。活性层25可以包含被设置成产生波长360nm以上且600nm以下的光的发光区域例如量子阱结构。通过半极性面的利用，活性层25有利于波长430nm以上且550nm以下的光的产生。而且，活性层25有利于绿光的波长区域、例如波长500nm以上且550nm以下的波长范围的光的产生。第一包层21、第二包层23及活性层25沿着半极性主面17a的法线轴NX排列。法线轴NX向法线矢量NV的方向延伸。支承基体17的III族氮化物半导体的c轴Cx沿c+轴矢量VC+的方向延伸。
c+轴矢量VC+具有半极性主面17a的法线轴NX的方向的法线分量和与半极性主面17a平行的方向的平行分量。激光结构体13包括在支承基体17的半极性主面17a上延伸的激光波导结构。c+轴矢量VC+的平行分量朝向从第二端面29向第一端面27的方向，激光波导结构在c+轴矢量VC+的平行分量的方向上延伸。根据该III族氮化物半导体激光元件11，在c+轴矢量VC+的平行分量朝着从第二端面29向第一端面27的方向时，在第一端面27中，支承基体端面17a与c+轴矢量VC+的平行分量所成的角度大于外延端面与c+轴矢量的平行分量所成的角度。
另外，第一包层21、第二包层23及活性层25在半极性主面17a上外延生长而沿着c+轴矢量VC+的法线分量的方向排列。第一包层21、第二包层23及活性层25在c+轴矢量VC+的平行分量的方向上延伸。第一包层21、第二包层23及活性层25能够构成在支承基体17的半极性主面17a上延伸的激光波导结构。在该结构中，第一包层21、第二包层23及活性层25在半极性主面17a上外延生长而沿c+轴矢量VC+的法线分量的方向排列，因此半导体区域19的晶轴与支承基体17的晶轴关联。c+轴矢量VC+的朝向在半导体区域19及支承基体17中相关联，能提供优质的端面形成。
III族氮化物半导体激光元件11还具备绝缘膜31。绝缘膜31设置在激光结构体13的半导体区域19的表面19a上，而且覆盖表面19a。半导体区域19位于绝缘膜31与支承基体17之间。支承基体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例如呈条纹形状。如本实施例那样c轴向m轴(a轴)的方向倾斜时，开口31a沿着半导体区域19的表面19a与上述m-n面(a-n面)的交叉线的方向延伸。交叉线沿波导矢量WV的方向延伸。
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)接触，沿上述交叉线的方向延伸。在III族氮化物半导体激光元件11中，激光波导包含第一包层21、第二包层23及活性层25，而且沿上述交叉线的方向延伸。
III族氮化物半导体激光元件11可以具有增益波导结构。电极15通过绝缘膜31的开口31a而与半导体区域19的表面形成接触。角度α1及角度β1被规定在通过规定增益波导结构的电极15的宽度及绝缘膜31的开口31a的宽度的中心且与支承基体17的半极性主面17a正交的轴上。开口31a的朝向或电极15的朝向能够规定增益波导的朝向。
另外，III族氮化物半导体激光元件11能够应用于具有脊形结构24的激光元件。III族氮化物半导体激光元件11例如构成为激光结构体13的半导体区域19具有脊形结构24。电极15与脊形结构24的上表面24a形成接触。角度α1及角度β1被规定在通过脊形结构24的上表面24a的宽度的中心且与支承基体17的半极性主面17a正交的轴上。脊形结构24能够控制向活性层25供给的电流的分布宽度，并能够控制光的束缚，能够调整在激光波导中传播的光与载波的相互作用的程度。
在III族氮化物半导体激光元件11中，半导体区域19包含由III族氮化物构成的接触层33和由III族氮化物构成的光引导层37。光引导层37设置在活性层25与接触层33之间，而且设置在活性层25与包层23之间。脊形结构24优选具有被设置成包含接触层33、光引导层37的一部分的高度HR。脊形结构24的高度HR对向活性层25供给的电流进行引导而容易调整活性层25内的电流分布宽度。
在支承基体17的背面17b设置另一电极41，电极41例如覆盖支承基体17的背面17b。III族氮化物半导体激光元件15还可以具备在欧姆电极15上设置的焊盘电极42。焊盘电极42例如可以由金构成，欧姆电极15与半导体区域19的上表面19a形成接触，而且可以包含例如Pd电极。
在III族氮化物半导体激光元件11中，支承基体17具有第一基体端面17c，该基体端面17c与半导体区域19的端面19c相连。第一反射膜43a设置在第一基体端面17c上。支承基体17具有第二基体端面17d，该基体端面17d与半导体区域19的端面19d相连。第二反射膜43b设置在第二基体端面17d上。在该方式中，第一反射膜43a及第二反射膜43b分别从半导体区域19的第一端面19c及第二端面19d连续地到达第一基体端面17c及第二基体端面17d上。
第一反射膜43a及第二反射膜43b均可以由例如电介质多层膜构成。在接下来的说明中，第一反射膜43a及第二反射膜43b分别作为第一电介质多层膜43a及第二电介质多层膜43b进行参照。
在III族氮化物半导体激光元件11中，第一端面27及第二端面29可以均不是在解理中形成的端面。在本案中，为了将第一端面27及第二端面29与低指数的解理面进行区别，有时将第一端面27及第二端面29作为第一割断面27及第二割断面29进行参照。第一割断面27及第二割断面29与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴(a轴)及法线轴NX规定的m-n面(a-m面)交叉。III族氮化物半导体激光元件11的激光谐振器包含第一及第二割断面27、29，激光波导从第一割断面27及第二割断面29中的一方向另一方延伸。激光结构体13包含第一面13a及第二面13b，第一面13a是第二面13b的相反侧的面。第一及第二割断面27、29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c面、m面或a面等目前为止的解理面不同。
根据该III族氮化物半导体激光元件11，构成激光谐振器的第一及第二割断面27、29与m-n面交叉。因而，能够设置沿m-n面与半极性面17a的交叉线的方向延伸的激光波导。因而，III族氮化物半导体激光元件11具有能够形成低阈值电流的激光谐振器。
对III族氮化物半导体激光元件11的光波导结构进行说明。III族氮化物半导体激光元件11包含n侧的光引导层35及p侧的光引导层37。n侧光引导层35包含第一部分35a及第二部分35b，n侧光引导层35例如由GaN、InGaN等构成。p侧光引导层37包含第一部分37a及第二部分37b，p侧光引导层37例如由GaN、InGaN等构成。载流子阻挡层39例如设置在第一部分37a与第二部分37b之间。
图2是表示III族氮化物半导体激光元件11的活性层25的发光的偏光的附图。如图2所示，电介质多层膜43a、43b分别设于第一及第二端面27、29。
如图2的(b)部所示，来自朝向本实施方式的晶轴的(沿着m-n面的)方向的激光波导的活性层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。在该III族氮化物半导体激光元件11中，能够实现低阈值电流的能带跃迁具有偏光性。激光谐振器用的第一及第二端面27、29与c面、m面或a面等到目前为止的解理面不同。然而，第一及第二端面27、29具有谐振器用的作为反射镜的平坦性、垂直性。因而，使用第一及第二端面27、29和在这些端面27、29间延伸的激光波导，如图2的(b)部所示，利用比向将c轴投影到了主面的方向偏光的跃迁产生的发光I2更强的跃迁产生的发光I1，能够进行低阈值的激光振荡。优选III族氮化物半导体激光元件11的LED模式的光在III族氮化物半导体的a轴的方向上包括偏光分量I1，在将III族氮化物半导体的c轴投影到了主面的方向上包括偏光分量I2，偏光分量I1大于所述偏光分量I2。
在III族氮化物半导体激光元件11中，在第一及第二端面27、29均现出支承基体17的端面17c及半导体区域19的端面19c，端面17c及端面19c由电介质多层膜43a覆盖。支承基体17的端面17c及活性层25的端面25c的法线矢量NA与活性层25的m轴矢量MA所成的角度GAMMA由分量(GAMMA)1和分量(GAMMA)2规定，所述分量(GAMMA)1被规定在由III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第一平面S1上，所述分量(GAMMA)2被规定在与第一平面S1及法线轴NX正交的第二平面S2上。优选分量(GAMMA)1在由III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第一平面S1上是(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围。该角度范围被理解为沿着活性层25的端面25c延伸的参照面与m面所成的角度。该III族氮化物半导体激光元件11具有关于从c轴及m轴的一方向另一方所取的角度GAMMA而满足上述垂直性的端面。而且，优选分量(GAMMA)2在第二平面S2中为-5度以上且+5度以下的范围。在此，GAMMA2＝(GAMMA)1 2+(GAMMA)2 2。此时，III族氮化物半导体激光元件11的端面27、29关于被规定在与半极性面17a的法线轴NX垂直的面上的角度，满足上述垂直性。
图3是示意性地表示沿着由c轴及m轴规定的线而在激光波导的延伸方向上所取的断面的附图。图3示出已经说明的第一端面27的角度α1及角度β1的关系。角度α1与矢量ENV1和c+轴矢量VC+的内积相关联。角度β1与矢量ENV2和c+轴矢量VC+的内积相关联。
在III族氮化物半导体激光元件11中，支承基体17的III族氮化物半导体的c轴朝向<000-1>轴方向的反方向。使用由c-轴矢量VC-表示的<000-1>轴方向，第二端面29的第三法线矢量ENV3(单位矢量)被规定在第二端面29与第一面(外延面)13a的第三边缘13e上。c-轴矢量VC-在从支承基体17的III族氮化物半导体的[-1010]轴朝向c轴的方向上，在m-n面内相对于第三法线矢量ENV3以角度α2倾斜。角度α2可以为例如+10度以上且+25度以下的范围。
另外，第二端面29的第四法线矢量ENV4(单位矢量)被规定在第二端面29与第二面(基板背面)13b的第四边缘13f上。c-轴矢量VC-在从支承基体17的III族氮化物半导体的[-1010]轴朝向c轴的方向上，在m-n面内相对于第四法线矢量ENV4以角度β2倾斜。角度β2可以为例如0度以上且+5度以下的范围。
根据该III族氮化物半导体激光元件11，角度α2与角度β2不同。在与外延面靠近的第一面13a附近的第二端面29中，在m-n面内，第三法线矢量ENV3与c-轴矢量VC-所成的角度具有与角度α2接近的值(例如10度以上且25度以下的范围的角度)。由于角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，该范围的角度能够将光谐振器所用的良好的角度赋予第一面13a附近的第二端面29。而且，在基板背面面17b附近的第二端面29中，在m-n面内，第四法线矢量ENV4与c-轴矢量VC-所成的角度具有接近于角度β2的值(例如0度以上且5度以下的范围的角度)。与外延面靠近的第一面13a附近的第二端面(活性层的端面附近的端面区)29的光反射比从第一面13a分离的第二端面29的光反射更加有助于激光振荡。由于角度α2及角度β2具有相同符号且角度α2的绝对值大于角度β2的绝对值，上述角度ALPHA能够将比光谐振器所用的良好的角度大的角度赋予第二面13b附近的第二端面29。
再次参照图1，在III族氮化物半导体激光元件11中，支承基体17的厚度优选为400μm以下。在该III族氮化物半导体激光元件中，有利于得到激光谐振器用的优质的割断面。在III族氮化物半导体激光元件11中，支承基体17的厚度更优选为100μm以下。在该III族氮化物半导体激光元件11中，更有利于得到激光谐振器用的优质的割断面。而且，厚度50μm以上的话，容易处理，能够提高生产成品率。
在III族氮化物半导体激光元件11中，以低面指数表示的解理面未利用于谐振器用的端面。这样的端面在本说明书中为了与解理面进行区别而作为割断面被参照。根据发明者们的见解，为了割断面的利用，法线轴NX与六方晶系III族氮化物半导体的c轴所成的角度优选为45度以上，而且优选为80度以下。而且，该角度优选为100度以上，而且优选为135度以下。小于45度及超过135度的角度的话，通过按压形成的端面由m面构成的可能性升高。而且，超过80度且小于100度的角度的话，可能无法得到所希望的平坦性及垂直性。
在III族氮化物半导体激光元件11中，从断裂面的形成的观点出发，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71度以上，而且优选为79度以下。小于71度的角度的话，无法将c面解理的引导作用利用于割断，因此割断面的平坦性及垂直性存在劣化的可能性。而且，超过79度的角度的话，可能无法得到能够减少反馈光的扰乱的激光谐振器。
在III族氮化物半导体激光元件11中，III族氮化物半导体的c轴向氮化物半导体的m轴的方向倾斜时，实用的面取向及角度范围至少包括以下的面取向及角度范围。例如，支承基体17的主面17a可以从{20-21}面以-4度以上且+4度以下的范围倾斜。而且，支承基体17的主面17a可以是{20-21}面。
在III族氮化物半导体激光元件11中，倾角ALPHA优选为71度以上。小于该倾角ALPHA的话，无法将c面解理的引导作用利用于割断，因此割断面的平坦性及垂直性可能会劣化。而且，倾角ALPHA优选为79度以上。超过该倾角ALPHA时，可能无法得到能够减少反馈光的扰乱的激光谐振器。
支承基体17可以由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，能够得到可用作谐振器的割断面27、29。
支承基体17的主面17a可以为GaN，而且支承基体17可以为GaN单晶体。根据该III族氮化物半导体激光元件，通过使用了GaN主面的激光结构体的实现，能够实现例如上述波长范围(从蓝色到绿色的波长范围)的发光。而且，在使用AlN或AlGaN基板时，能够增大偏光度，而且通过低折射率能够使光束缚强化。在使用InGaN基板时，能够减小基板与发光层的晶格失配率，能够提高结晶品质。而且，在III族氮化物半导体激光元件11中，支承基体17的堆垛层错密度可以为1×104cm-1以下。由于堆垛层错密度为1×104cm-1以下，因此因偶发的情况而割断面的平坦性及/或垂直性可能会紊乱。
图4是表示制作本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的方法的主要工序的附图。参照图5的(a)部，示出基板51。在本实施例中，基板51的c轴向m轴的方向倾斜。在工序S101中，准备III族氮化物半导体激光元件的制作用的基板51。基板51的六方晶系III族氮化物半导体的c轴(矢量VC+)相对于法线轴NX向六方晶系III族氮化物半导体的m轴方向(矢量VM)的方向以大于0的角度ALPHA倾斜。因而，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。在本实施方式的制造方法中，主面51a的角度ALPHA可以为例如71度以上且79度以下的范围。
在工序S102中，形成基板产品SP。在图5的(a)部，基板产品SP虽然描绘成基本圆板形的部件，但是基板产品SP的形状没有限定于此。
为了得到基板产品SP，首先，在工序S103中，形成激光结构体55。激光结构体55包含半导体区域53及基板51。半导体区域53形成在半极性主面51a上。为了形成半导体区域53，在半极性主面51a上依次生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包含例如n型包层，氮化镓系半导体区域61可以包含例如p型包层。发光层59设置在氮化镓系半导体区域57与氮化镓系半导体区域61之间，而且可以包含活性层、光引导层及电子阻挡层等。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沿着半极性主面51a的法线轴NX排列。上述半导体层在主面51a上进行外延生长。半导体区域53上由绝缘膜54覆盖。绝缘膜54例如由硅氧化物构成。绝缘膜54具有开口54a。开口54a例如呈条纹形状。参照图5的(a)部时，描绘波导矢量WV，在本实施例中，该矢量WV与m-n面平行地延伸。在必要的情况下，在绝缘膜54的形成之前，可以在半导体区域53上形成脊形结构，可以与绝缘膜54的形成一起地在半导体区域53形成脊形结构，也可以与绝缘膜54的形成及电极的形成一起地在半导体区域53形成脊形结构。这样构成的脊形结构可以包含被加工成脊形形状的氮化镓系半导体区域61。半导体区域53的厚度可以为例如3～4μm。
在工序S104中，在激光结构体55上形成阳极电极58a及阴极电极58b。而且，在基板51的背面形成电极之前，对晶体生长所使用的基板的背面进行研磨，形成所希望的厚度DSUB的基板产品SP。在电极的形成中，例如阳极电极58a形成在半导体区域53上，并且阴极电极58b形成在基板51的背面(研磨面)51b上。阳极电极58a沿X轴方向延伸，阴极电极58b将背面51b的整面覆盖。通过上述工序，形成基板产品SP。基板产品SP包含第一面63a和位于其相反侧的第二面63b。半导体区域53位于第一面63a与基板51之间。
接着，在工序S105中，形成具有激光谐振器用的端面的激光棒。端面具有预定范围的端面角度。在本实施例中，由基板产品SP来制作激光棒。激光棒具有能够形成电介质多层膜的一对端面。接着，说明激光棒及端面的制作的一例。
在工序S106中，如图5的(b)部所示，对基板产品SP的第一面63a形成刻划槽。基板51的六方晶系III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向。该<0001>轴方向由c+轴矢量表示。在本实施方式中，刻划优选在与c+轴矢量交叉的方向上进行。而且，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5的(b)部，已经形成5个刻划槽，使用激光束LB来进行刻划槽65b的形成。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规定的a-n面与第一面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，向特定的方向延伸且到达基板的槽形成于第一面63a。刻划槽65a可以形成在例如基板产品SP的一边缘，而且，刻划槽可以以与激光芯片的宽度相符的间距排列。
通过刻划形成刻划槽65a，该刻划槽65a从半导体区域53的表面到达基板51。如图5的(d)部所示，刻划槽65a具有半导体区域53的表面的开口66a和到达基板51的底部66b。由刻划槽65a的开口66a的一端和刻划槽65a的底部66b的最深端规定的基准平面能够在由III族氮化物半导体的a轴及法线轴NX规定的a-n面的方向上延伸。刻划槽65a优选在深度方向上不弯曲而基本平行。该刻划槽65a的弯曲的方向与c轴的倾斜方向相关联。该刻划槽65a的弯曲的减少有助于规定端面67a、67b的形状。
在工序S107中，如图5的(c)部所示，在由片12a、12b夹持基板产品SP之后，通过向基板产品SP的第二面63b的按压来进行基板产品SP的分离，形成基板产品SP1及激光棒LB1。按压例如使用刀片69等致断装置进行。刀片69包含向一个方向延伸的边缘69a和对边缘69a进行规定的至少2个刀片面69b、69c。而且，基板产品SP1的按压在支承装置71上进行。支承装置71包含支承面71a和凹部71b，凹部71b向一个方向延伸。凹部71b形成于支承面71a。使基板产品SP1的刻划槽65a的朝向及位置与支承装置71的凹部71b的延伸方向一致，将基板产品SP1在支承装置71上定位于凹部71b。使致断装置的边缘的方向与凹部71b的延伸方向一致，从与第二面63b交叉的方向将致断装置的边缘压紧于基板产品SP1。优选使交叉方向与第二面63b基本垂直。由此，进行基板产品SP的分离，形成基板产品SP1及激光棒LB1。通过压紧，形成具有第一及第二端面67a、67b的激光棒LB1，在这些端面67a、67b中，至少发光层的一部分具有能够应用于半导体激光的谐振反射镜的程度的垂直性及平坦性。
形成的激光棒LB1具有通过上述分离而形成的第一及第二端面67a、67b，端面67a、67b分别从第一面63a延伸至第二面63b。因而，端面67a、67b能够构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器，且与XZ面交叉。该XZ面对应于由III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX规定的m-n面。在激光棒LB0、LB1分别示出波导矢量WV。波导矢量WV朝着从端面67a向端面67a的方向。在图5的(c)部，激光棒LB0为了表示c轴矢量VC的方向而局部剖切地表示。波导矢量WV与c轴矢量VC+成锐角。
第一及第二端面67a、67b分别从第一面63a的边缘延伸至第二面63b的边缘。第一端面67a的第一法线矢量ENV1被规定在第一端面67a与第一面(外延面)63a的边缘上。c+轴矢量VC+在从III族氮化物半导体的[-1010]轴朝向c轴的方向上，在m-n面内相对于第一法线矢量ENV1成角度α1。而且，第一端面67a的第二法线矢量ENV2被规定在第一端面67a与第二面(基板背面)63b的边缘上。c+轴矢量VC+在从III族氮化物半导体的[-1010]轴朝向c轴的方向上，在m-n面内相对于第二法线矢量ENV2成角度β1。
刻划及致断优选以使角度α1为10度以上且25度以下的范围、并且角度β1为0度以上且5度以下的范围的方式进行。
根据该制作方法，角度α1与角度β1不同。在与外延面靠近的第一面67a附近的第一端面67a，法线矢量ENV1与c轴所成的角度在m-n面内具有接近于角度α1的值(例如10度以上且25度以下的范围的角度)。由于角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，该范围的角度能够将光谐振器所用的良好的角度赋予第一面63a附近的第一端面67a。而且，在基板背面面63b附近的第一端面67a中，第二法线矢量ENV2与c轴所成的角度在m-n面内具有接近于角度β1的值(例如0度以上且5度以下的范围的角度)。与外延面靠近的第一面63a附近的第一端面(活性层的端面附近的端面区)67a的光反射比从第一面63a分离且靠近第二面63b的第一端面67a的光反射更加有助于激光振荡。由于角度α1及角度β1具有相同符号且角度α1大于角度β1，该范围的角度ALPHA能够将比光谐振器所用的良好的角度更大的角度赋予第二面63b附近的第一端面67a。
另外，根据该方法，沿着六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向在基板产品SP的第一面63a上刻划之后，通过向基板产品SP的第二面63b的按压而进行基板产品SP的分离，形成新的基板产品SP1及激光棒LB1。因而，以与m-n面交叉的方式在激光棒LB1形成第一及第二端面67a、67b。根据该端面形成，能够向第一及第二端面67a、67b提供可构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性及垂直性。形成的激光波导沿着六方晶系III族氮化物的c轴的倾斜的方向延伸。在该方法中，形成能够提供该激光波导的谐振镜端面。
根据该方法，通过基板产品SP1的割断，形成新的基板产品SP1及激光棒LB1。在工序S107中，反复进行基于按压的分离，从而制作多个激光棒。该割断使用与激光棒LB1的割断线BREAK相比短的刻划槽65a而产生。
在工序S108中，在激光棒LB1的端面67a、67b形成电介质多层膜，形成激光棒产品。该工序例如以下那样进行。首先，在激光棒LB1的端面67a、67b的任一方形成电介质多层膜。接着，在激光棒LB1的端面67a、67b的任另一方形成电介质多层膜。前侧的电介质多层膜的反射率小于后侧的电介质多层膜的反射率时，从该前侧射出较多的激光束，在该后侧将激光束的大部分反射。
在工序S109中，将该激光棒产品分离成各个半导体激光器的芯片。
而且，基板51可以由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。在使用这些由氮化镓系半导体构成的基板时，能够得到可用作激光谐振器的端面。基板51优选由GaN构成。
在形成基板产品SP时，晶体生长所使用的半导体基板以使基板厚成为400μm以下的方式实施切片或磨削这样的加工，第二面63b可以是通过研磨而形成的加工面。在该基板厚中，在使用割断时，能够以良好的成品率得到可构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器的程度的充分的平坦性、垂直性。而且，在使用割断时，能够形成没有离子损伤的端面67a、67b。第二面63b优选为通过研磨而形成的研磨面。而且，为了比较容易地处理基板产品SP，基板厚优选为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，也规定了参照图2说明的角度GAMMA。在激光棒LB1中，角度GAMMA的分量(GAMMA)1在由III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第一平面(与参照图2说明的第一平面S1对应的面)上优选为(ALPHA-5)度以上且(ALPHA+5)度以下的范围。激光棒LB1的端面67a、67b关于从c轴及m轴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在第二平面(与图2所示的第二平面S2对应的面)上优选为-5度以上且+5度以下的范围。此时，激光棒LB1的端面67a、67b关于在与半极性面51a的法线轴NX垂直的面上规定的角度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按压所引起的断裂而形成。由于是半极性面51a上的外延膜，端面67a、67b不是目前为止被用作谐振镜的c面、m面、或a面这样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具有作为谐振镜可以应用的平坦性及垂直性。
本实施方式的III族氮化物半导体激光元件使用具有向m轴的方向倾斜的c轴的支承基体。该III氮化物半导体激光元件具备沿着由c轴及m轴规定的面延伸的激光波导时，示出低阈值电流。然而，在该波导的方向上，无法制作利用了解理面的谐振镜。
根据发明者们的见解，在利用III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的基板的半极性面的半导体元件中，通过制造方法的控制，根据<0001>轴(或<000-1>轴)的方向而能够调整端面的品质。
作为该控制的一例，发明者们利用激光刻划器在基板产品上形成刻划槽时，估计到通过使加工用激光的扫描速度上升，能够提高刻划槽相对于基板产品的主面的垂直性及平坦性。
通过这样的控制，能够制作利用低阈值电流可进行激光振荡的谐振镜面。利用本实施方式的方法得到的谐振镜都由与以往的解理面不同的多个解理面构成，而且与目前为止的谐振镜完全不同。因而，能够排除向半导体激光的反馈光中的经由支承基体的端面向激光内入射的分量，因此能够减少半导体激光中的反馈光的影响。
在几个现有技术中，使用反应性离子蚀刻(RIE)这样的干法刻蚀来制作谐振镜。另一方面，在本实施方式中，通过刻划及按压来制作谐振镜。在使用这些方法的谐振镜的制作中，在大多数的情况下，根据端面的外观的观察、几何学的角度的测定·评价、激光振荡的可否、或阈值电流的大小等，来估计谐振器端面的品质。因而，潜在地要求发现在垂直性或平坦性的点上满足的制造条件的适当的评价方法。而且，在将通过向基板的按压而制作的端面(割断面)用作谐振镜的III族氮化物半导体激光元件中，希望能够提供更稳定的品质的谐振镜的制作方法，希望发现对该制作方法有用的端面评价方法。
(实施例1)
如以下那样，激光二极管通过有机金属气相生长法而生长。原料使用了三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)、双环戊二烯基镁(Cp2Mg)。作为基板71，准备了{20-21}GaN基板。该GaN基板能够从以HVPE法而较厚地生长的(0001)GaN晶锭向m轴方向以75度的范围的角度使用晶圆切片装置切取并制作。
在将该基板配置于反应炉内的基座上之后，按照以下的生长顺序生长图6所示的激光结构体用的外延层。在将基板71配置于生长炉之后，首先，在基板71上生长出n型GaN层(厚度：500nm)72。接着，使n型包层(例如InAlGaN，厚度：2000nm)73在n型GaN层72上生长。接着，制作出发光层。首先，使n型光引导层(例如GaN，厚度：200nm)74a及n型光引导层(例如InGaN，厚度：150nm)74b在n型包层73上生长。接着，使活性层75生长。该活性层75由InGaN(阱层，厚度：3nm)及GaN(势垒层，厚度：15nm)构成，具有例如由3周期构成的多重量子阱结构。然后，使无掺杂光引导层(例如InGaN，厚度：50nm)76a、电子阻挡层(例如p型AlGaN，厚度100nm)76b及p型光引导层(例如GaN，厚度200nm)76c在活性层75上生长。接着，使p型包层(例如InAlGaN及/或AlGaN，厚度：400nm)77在发光层上生长。最后，使p型接触层(例如GaN，厚度：50nm)78在p型包层77上生长。通过它们的外延生长而生长出外延基板EP。
使用该外延基板EP，通过光刻法及蚀刻法来制作脊形结构。例如，为了制作宽度2μm的脊形结构，通过光刻来形成宽度2μm的正型抗蚀剂的掩膜。激光波导方向以与将c轴投影到了主面的投影分量的方向平行的方式建立方向。在干法刻蚀中，使用了例如氯气(Cl2)。通过使用了Cl2的干法刻蚀来制作脊形结构。脊形结构用的蚀刻深度例如是0.7μm，在本实施例中，进行外延基板的半导体区域的蚀刻直至AlGaN阻挡层露出为止。在蚀刻之后，将抗蚀剂掩膜除去。使用光刻，将宽度约2μm的条纹掩膜残留在脊形结构上。条纹掩膜的方向与脊形结构的方向一致。然后，利用真空蒸镀法在脊形侧面上形成SiO2。在绝缘膜的蒸镀之后，通过剥离法将脊上的氧化硅膜(例如SiO2膜)除去，形成具有条纹状开口部的绝缘膜79。接着，形成阳极电极及阴极电极，制作基板产品。具体而言，在形成了绝缘膜79之后，制作p侧电极80a及n侧电极80b而制作基板产品。因此，通过真空蒸镀法制作了p侧电极80a。p侧电极80a例如为Ni/Au。对该外延基板的背面进行研磨，减薄至80μm。背面的研磨使用金刚石研磨液进行。通过蒸镀在研磨面上形成n侧电极80b。n侧电极80b由Ti/Al/Ti/Au构成。
为了通过刻划由该基板产品制作激光棒，使用了能够照射波长355nm的YAG激光的激光刻划器，但是激光源没有限定于此。以400μm间距向基板的绝缘膜、或通过绝缘膜开口部位向外延表面直接照射激光束，由此形成了刻划槽。刻划槽的间距是半导体激光的元件宽度，例如为400μm。激光刻划器的激光束的扫描速度为例如5mm/s，激光功率为例如100mW。使用刀片，通过割断制作了谐振镜。通过基板产品的背面的按压而断裂，由此制作了激光棒。按压例如使用致断装置进行。致断装置的刀片压入量例如为60μm。
然后，进行了端面涂敷。作为端面涂敷，使用了将氧化硅膜(例如SiO2)/氧化钽膜(例如Ta2O5)组合而成的电介质多层膜。通过真空蒸镀法在激光棒的端面上涂敷电介质多层膜时，将电介质多层膜与例如SiO2和TiO2交替层叠而构成。各自的膜厚在50～100nm的范围内调整而设计成使反射率的中心波长成为500～530nm的范围。
(实施例2)
说明利用激光刻划器在外延表面(例如第一面)上形成刻划槽的条件的实验。图7是表示刻划槽的形成的附图。利用由GaN基板的m轴及(20-21)面的法线轴规定的m-n面的断面来观察以两种条件形成的刻划槽的断面形状。关于以两种条件形成的刻划槽，示出利用由支承基体的m轴及法线轴规定的m-n面的断面观察了槽形状的结果。图7的(a)部表示以条件A(激光输出33mW及扫描速度3mm/s)形成的刻划槽的断面，槽的深度约为18μm。而且，图7的(b)部是以条件B(激光输出100mW，扫描速度11mm/s)形成的刻划槽，槽的深度约为24μm。观察图7的(a)部时，在刻划槽的最底部，刻划槽相对于外延面的法线轴弯曲，其垂直性下降。随着从外延面向基板背面的方向行进，刻划槽使槽的行进方向从外延面的法线轴的方向变化为基板的GaN的c-轴的方向。根据发明者们的实验，该行进方向的变化是与刻划加工用激光的扫描方向无关地始终向相同的方向弯曲，由此依赖于结晶方位的现象。另一方面，在图7的(b)部所示的刻划槽中，未观察到延伸方向的垂直性的降低。根据它们的比较，发明者们发现了通过使激光刻划时的加工用激光的扫描速度上升，能够实现刻划槽相对于外延面的垂直性的提高及形成的端面的平坦性的提高。
通过以下的方法评价激光输出33mW、100mW的各情况下的加工用激光的扫描速度与刻划槽的垂直性的关系。首先，准备例如扫描型电子显微镜的像(例如SEM照片)。在该SEM照片上，描绘通过在外延面上形成刻划痕的位置和在最底部形成刻划痕的位置的参照直线或参照线段(参照线)，并且也描绘外延面的法线。求出该直线与法线所成的角度。基于该角度，能够评价刻划槽相对于外延面的垂直性。在必要的情况下，能够在基板背面形成刻划槽，该槽相对于基板背面的垂直性也可以同样地进行评价。
图8是表示加工用激光的扫描速度与刻划槽的弯曲的关系的附图。根据图8的(b)部所示的结果及发明者们的其他的实验结果，与激光输出相比，刻划槽的弯曲与激光扫描速度的关系更密切。如图8的(a)部所示，由参照线与法线所成的角度规定刻划槽的弯曲。参照图8的(b)部，在加工用激光的扫描速度为6mm/s以上时，能够使纵轴所示的偏移角实质上为0。而且，与激光输出无关，在加工用激光的扫描速度为8mm/s以上时，能够稳定地将偏移角基本减少至0。根据上述结果，扫描速度优选为6mm/s以上，而且扫描速度更优选为8mm/s以上。而且，在考虑能够间歇地稳定地形成刻划槽的扫描速度时，优选为30mm/s以下。
图8所示的结果也存在依赖于激光刻划器的机种的可能性，因此优选导出加工用激光的扫描速度与刻划槽的弯曲的关系，并根据该关系来决定所希望的加工用激光的扫描速度。而且，优选导出加工用激光的扫描速度及激光输出与刻划槽的弯曲的关系，并根据该关系来决定所希望的加工用激光的扫描速度。
(实施例3)
使用条件A及条件B来形成刻划槽，在室温下进行制作成的激光棒的评价(通电试验)。作为电源，使用脉冲宽度500ns、占空比0.1％的脉冲电源。在实验中，探头用金属针与激光表面电极(阳极)接触，并且使激光棒的背面电极(阴极电极)与金属制的台接触。通过该配置，对激光棒进行通电。在光输出测定中，利用光电二极管接收来自激光棒端面的发光，并测定其光电流。基于该测定，调查电流-光输出特性(I-L特性)。以条件A及条件B制作的激光棒的振荡阈值电流的平均值和标准偏差如以下所示。
条件，振荡片数，平均值(mA)，标准偏差(mA)。
条件A：191，101.7，37.1。
条件B：196，82.2，23.4。
根据该结果，以条件(B)制作激光棒，由此能够使振荡阈值电流的平均值及标准偏差均减少。这可理解为利用条件(B)来改善刻划槽的垂直性及平坦性，由此谐振镜的品质也实现稳定化。而且，激光制作的成品率也提高。
(实施例4)
进行制作的激光棒的谐振镜的角度评价。该角度评价使用激光显微镜。实施例的激光显微镜搭载波长488nm的Ar离子激光器。
如图9的(a)部示意性所示，在支承台上使激光棒倾斜地进行观察。该倾斜在本实施例中为约45度的角度。在从激光棒的加工端面及激光棒的第一面的一方朝向另一方的方向上，以横切激光棒的第一面及加工端面相遇的边缘的方式对第一面及第一加工端面进行激光束的相对的扫描，使用该扫描的激光束的反射光来进行加工端面的评价。根据通过这样的激光束的扫描得到的观察数据来制作Z-X剖视图。在Z-X剖视图中，以外延面或基板背面为基准面，能够评价谐振镜的垂直性。
图9的(b)部作为观察例示出评价了在c面GaN基板上制作的激光棒的结果。该激光棒具有由m面构成的谐振镜。图9的(b)部的横轴与激光束的扫描方向相关联，示出从激光棒的加工端面及激光棒的第一面的一方朝向另一方的方向上的坐标。左侧的纵轴表示相对于支承台的支承面的法线方向上的坐标，右侧的纵轴表示以激光棒的第一面为基准而规定的加工端面的角度。图9的(b)部的右侧的纵轴表示该激光棒的谐振镜从外延面到基板背面大致垂直地形成的情况。
使用该评价方法，观察利用条件B制作的激光棒的谐振镜。图10示出通过激光显微镜观察以条件B制作的激光棒的谐振镜端面的像。参照图10，在刻划槽的下方(支承基体侧)的端面上，在从元件表面(例如外延面)与激光棒的端面的交线即边缘的方向倾斜了大约30度的方向上形成条纹状的图案。而且，参照图10，在未形成刻划槽的区域的端面上，在元件表面(例如外延面)与激光棒的端面的交线即边缘的方向上，形成条纹状的图案。
接着，图11是表示通过参照图9说明的评价方法而求出的利用条件B制作的激光棒端面的评价结果(垂直性)的附图。图11的(a)部所示的激光显微镜的观察数据在图11的(b)部所示的配置中测定，示出在与激光波导对应的位置(通过激光出射区的线上)基于沿着m-n面扫描的激光显微镜的数据评价了激光棒的结果。根据图11，m-n面内的以外延面为基准面的激光棒端面的角度在外延面的边缘的位置处表示约90度的值之后，在从外延面向基板背面的方向上大致单调地减少，在基板背面的边缘的位置处表示约80度的值。
这样，利用激光束的扫描能够评价激光棒端面的垂直性。该评价在本实施例中，虽然使用通过激光刻划器形成的刻划槽评价了通过按压形成的激光棒端面，但是评价的对象物没有限定于此，该评价方法也可以应用于例如通过干法刻蚀形成的谐振器端面的评价。而且，评价的对象物的属性没有限定为特定的面取向或偏移角范围，关于基板的厚度等其他的要因的影响，也应用于光谐振器用的激光棒端面的评价。
(实施例5)
关于实施例4所示的实验结果，基于使用了III族氮化物半导体的晶体结构或晶格常数的简单的计算进行考察。图12示出氮化镓的晶体结构的六方晶系晶格。参照图12考察时，可以认为在实施例4所示的刻划槽的下方的端面形成的条纹状图案是通过支承基体的(-1-120)面与激光棒端面交叉而形成的阶梯差。
接着，图13表示通过计算求出与外延生长用的GaN基板的{20-21}面成90度左右的角度的面取向(与a面不同的方位)的列表的结果。图13的(a)部图示(-101m)面(m＝1，2，…)与(20-21)面所成的角度作为密勒指数m的函数。在图13的(b)部所示的配置中通过计算求出的面取向中，GaN的c面与(20-21)面大约成75.1度的角度。参照图13，可认为实施例4所示的外延面与激光棒端面的交线的边缘的方向上行进的条纹状图案是例如通过(-101m)面与(-101(m+1))面交叉而形成的阶梯差。而且，在根据激光显微镜的观察数据而制作的断面(例如参照图9)的观察中，在激光棒端面无法确认显著的凹凸结构，因此上述阶梯差可以估计为20nm以下。
反复进行其他多个实验的结果是，在本实施例中得到的激光棒端面在基板背面与激光棒端面的交线即边缘的位置处，估计与外延面成75度以上且80度以下的角度。而且，通过本实施例得到的激光棒端面在外延面与激光棒端面的交线即边缘的位置处，估计与外延面成85度以上且100度以下的角度。
另外，考虑到向半导体激光的反馈光中的大部分不是在活性层的端面而是在支承基体的端面反射而向半导体激光的波导内入射的情况时，在本实施例中得到的激光棒端面在基板背面的位置以基板背面为基准而倾斜10度左右的角度，因此在氮化物系半导体激光中有助于反馈光的影响的减少。而且，在本实施例中满足上述角度品质的激光棒端面通过来自基板产品的激光棒的一次的分离能够形成，因此能够简化制造工序，伴随于此也能够抑制制造成本。
图14是示意性地表示关于激光反馈光的配置的附图。如图14所示，在使用c+轴矢量侧的激光棒端面作为光出射面时，向半导体激光的支承基体入射的反馈光的一部分被向外反射，并且通过入射到半导体激光内的反馈光的一部分由于光的折射而朝向从光波导分离的基板背面行进。通过该反馈光的反射及折射的方向，能够减少反馈光到达位于支承基体上方的半导体区域的情况，本实施方式的端面结构能够有助于反馈光噪声的减少。
(第二实施方式)
图15是表示制作本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的方法的主要工序的附图。
在该制作方法中，在工序S201中，准备包含III族氮化物的结晶体的一或多个物体。该物体具有第一面及该第一面的相反侧的第二面。在工序S202中，将形成III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的加工处理应用于物体，形成从物体的第一面的边缘延伸的第一加工端面。可以对多个物体分别应用多个加工条件，形成各个加工端面。III族氮化物半导体的结晶体向加工端面露出。在工序S203中，对于第一面及第一加工端面进行激光束的相对的扫描，使用该扫描的激光束的反射光进行第一加工端面的评价。上述扫描以激光束从上述第一面及加工端面的一方向另一方的方向上横切边缘的方式照射进行。为了相对的扫描，能够使激光源移动、能够使物体移动、或者能够使激光源及物体双方移动。在第一加工端面的评价中，如实施例4的例示那样，根据反射光求出从物体的第一面及第一加工端面中的一方朝向另一方的沿轴方向的多个位置处的加工端面角度。加工端面角度被规定为第一加工端面上的各个位置处的切平面相对于沿第一面延伸的基准面所成的角度。在工序S204中，根据评价的结果，基于多个加工条件来得到所希望的加工条件。通过到此为止的工序，进行端面的评价。该评价方法没有限定为通过刻划形成及按压的致断而制作的谐振器端面的评价。
接着，在工序S205中，准备半导体激光的制作所使用的基板。该基板可以具有由III族氮化物半导体构成的主面。在工序S206中，准备基板产品。该基板产品具有基板、在该基板主面上生长的半导体区域及电极。该准备通过例如已经在实施例中说明的基板产品的制作来实现。在工序S207中，使用所希望的加工条件进行了基板产品的加工处理之后，由基板产品形成其他基板产品及激光棒。该激光棒包括通过加工处理而形成的第一端面，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器具备第一端面。
在制作该III族氮化物半导体激光元件的方法中，以多个加工条件对物体(例如试料)进行形成光谐振器用的端面的加工处理而形成了上述第一加工端面之后，如上述那样对第一面及第一加工端面进行激光束的相对的扫描而使用激光束反射光进行第一加工端面的评价。根据该评价，能够根据激光束反射光得到以第一面为基准的第一加工端面的角度的倾向(即，第一加工端面的垂直性)。基于该评价结果，基于多个加工条件能够估计所希望的加工条件。使用所希望的加工条件，对基板产品实施加工处理，并能够由基板产品形成其他基板产品及激光棒。根据该制作方法，能提供在接近所希望的品质之处具有特性分布的制造方法。这有助于成品率提高。
作为优选的实施例，在形成第一加工端面的工序(工序S202)中，在工序S202-1中，以多个刻划条件进行物体的第一面的刻划。在工序S202-2中，在对物体的第一面进行了刻划之后，按压物体的第二面，形成通过在从物体的第一面到第二面的方向上延伸的断裂而产生的端面。而且，在进行第一加工端面的评价的工序(工序S203)中，在工序S203-1中，作为第一加工端面而进行第一断裂面的评价。该实施例的第一及第二断裂面分别从激光棒的第一面延伸至第二面。而且，在选择一个加工条件的工序(工序S204)中，在工序S204-1中根据多个刻划条件来决定所希望的刻划条件。在形成其他基板产品及激光棒的工序(工序S207)中，在工序S207-1中，使用决定的刻划条件对基板产品的第一面进行刻划。在工序S207-2中，通过向基板产品的第二面的按压而进行基板产品的分离，形成其他基板产品及激光棒。
在该制作方法中，在多个刻划条件下对物体(例如试料)进行形成光谐振器用的端面的加工处理而形成了上述第一加工端面之后，如上所述对第一面及第一加工端面进行激光束的相对的扫描而使用激光束反射光进行第一加工端面的评价。根据该评价，根据激光束反射光能够得到以第一面为基准的第一加工端面的角度变化的倾向(即，第一加工端面的垂直性)。基于该评价结果，根据多个刻划条件能够估计所希望的刻划条件。使用所希望的刻划条件，对基板产品实施加工处理，并由基板产品能够形成其他基板产品及激光棒。根据该制作方法，能提供在接近所希望的品质之处具有特性分布的制造方法。这有助于成品率提高。
激光束的扫描优选应用激光显微镜。激光显微镜使光谐振器用的端面的评价容易。而且，刻划能够应用激光刻划器。激光刻划器能够使刻划的控制容易。刻划条件可以包含激光刻划器的扫描速度，还可以包含激光功率。扫描速度的调整对于本件的刻划的控制有效。
作为能够应用端面的评价的对象物，也可以应用相对于与基板的III族氮化物半导体的c轴正交的基准面倾斜的主面的基板。应用于基板的主面相对于与基板的III族氮化物半导体的c轴正交的基准面倾斜的方式。
作为能够应用端面的评价的对象物，也可以应用相对于与基板的III族氮化物半导体的a轴正交的基准面倾斜的主面的基板。应用于基板的主面相对于与基板的III族氮化物半导体的a轴正交的基准面倾斜的方式。
作为能够应用端面的评价的对象物，也可以应用相对于与基板的III族氮化物半导体的m轴正交的基准面倾斜的主面的基板。也可以应用于基板的主面相对于与基板的III族氮化物半导体的m轴正交的基准面倾斜的方式。
作为能够应用端面的评价的对象物，也可以应用由III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的基板。在该半极性面上，第一包层、第二包层及活性层外延生长并沿着c+轴矢量的法线分量的方向排列，第一包层、第二包层及活性层在c+轴矢量的平行分量的方向上延伸，构成在半极性主面上延伸的激光波导结构。根据该制作方法，第一包层、第二包层及活性层在半极性主面上外延生长而沿着c轴矢量VC的法线分量的方向排列，因此半导体区域的晶轴与支承基体的晶轴相关联。在端面形成时，c+轴矢量的方向在半导体区域及支承基体处相关联。
上述评价方法能够应用于基板的III族氮化物半导体的c轴在III族氮化物半导体的m轴的方向上相对于基板主面的法线轴以角度倾斜而第一及第二端面与m-n面交叉的方式。而且，可以应用于基板的III族氮化物半导体的c轴在III族氮化物半导体的a轴的方向上相对于法线轴以角度倾斜，第一及第二端面与由III族氮化物半导体的a轴及基板主面的法线轴规定的a-n面交叉的方式。a-n面与m-n面正交。
上述评价方法可以应用于基板的主面沿着与基板的III族氮化物半导体的c面、a面及m面中的任一面取向平行的基准面延伸的方式。该制作方法可以应用于基板的主面沿着与基板的III族氮化物半导体的c面、a面及m面中的任一面取向平行的基准面延伸的方式。
作为评价对象的物体包含III族氮化物基板，该III族氮化物基板的厚度可以为400μm以下。加工条件可以包含基板使用不同的厚度的基板的情况。III族氮化物基板的厚度可以为例如50μm以上且100μm以下。不仅能够评价端面的加工条件，而且也能够评价激光结构体的结构与端面的关系。
图16是表示评价本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法的主要工序的附图。在参照图15说明的制作方法中说明的基板面取向也应用于本实施例。
在图16所示的端面的评价方法中，在工序S301中，准备包含六方晶系III族氮化物半导体的结晶体的物体。该物体具备在III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的加工条件下形成的加工端面、第一面、该第一面的相反侧的第二面。加工端面沿着与第一面及第二面交叉的平面延伸。III族氮化物半导体的结晶体在加工端面露出。在工序S302中，以在从物体的第一面及加工端面的一方朝向另一方的轴方向上横切边缘的方式对第一面及加工端面进行激光束的扫描，使用该扫描的激光束的反射光进行加工端面的评价。在该评价时，根据反射光求出沿着上述轴方向的加工端面角度，该加工端面角度被规定为加工端面的切平面相对于沿着第一面延伸的基准面所成的角度。根据该评价方法，能与物体的结构及/或加工条件相关联地提供加工端面的评价。
图17是表示评价本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法的主要工序的附图。在参照图15说明的制作方法中说明过的基板面取向也应用于本实施例。
在图17所示的端面的评价方法中，在工序S401中，准备包含六方晶系III族氮化物的结晶体的物体。该物体具备第一面和该第一面的相反侧的第二面。在工序S402中，以某加工条件对物体进行形成III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的加工处理，而形成从第一面的边缘延伸的第一加工端面。在工序S403中，以在从物体的第一面及加工端面的一方朝向另一方的轴方向上横切边缘的方式对第一面及加工端面进行激光束的扫描，使用该扫描的激光束的反射光进行加工端面的评价。在该评价时，根据反射光来求出沿着上述轴方向的加工端面角度，该加工端面角度被规定为加工端面相对于沿着第一面延伸的基准面所成的角度。
根据该评价方法，以多个加工条件对物体(例如试料)进行形成光谐振器用的端面的加工处理而形成了上述第一加工端面之后，如上所述对第一面及第一加工端面进行激光束的相对的扫描而使用激光束反射光进行第一加工端面的评价。根据该评价，根据激光束反射光能够得到以第一面为基准的第一加工端面的角度的倾向(即，第一加工端面的垂直性)。根据该评价方法，能够与加工条件建立对应地研究端面的品质。
在必要的情况下，在工序S404中，准备具有由III族氮化物半导体构成的主面的基板。在工序S405中，准备具有在基板主面上生长的半导体区域、基板及电极的基板产品。在工序S406中，在评价之后，使用基于加工条件而决定的所希望的加工条件进行基板产品的加工处理，由基板产品形成其他基板产品及激光棒。该激光棒具有通过加工处理而形成的第一端面。III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括第一端面。
在上述评价方法中，在与加工条件对应地研究了端面的品质之后，使用基于该加工条件而决定的所希望的加工条件来实施基板产品的加工处理，并由基板产品能够形成其他基板产品及激光棒。根据该评价方法，在III族氮化物半导体激光元件的制造中能够得到与所希望的品质相符的分布。而且，通过评价方法的使用，能够提高制造成品率。
图18是表示评价本实施方式的III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的刻划槽的方法的主要工序的附图。参照图15说明的制作方法中说明的基板面取向也应用于本实施例。
在图18所示的端面的评价方法中，在工序S501中，利用III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的刻划加工条件将激光束向包含六方晶系III族氮化物半导体的结晶体的物体的表面照射，在该表面形成刻划槽。在工序S502中，得到该刻划槽的断面形状。在工序S503中，通过观察(例如使用SEM或光学显微镜的观察)根据得到的断面形状，来估计刻划槽的延伸方向。在工序S504中，基于该估计结果，决定刻划槽的延伸方向与刻划加工条件的关系。
另外，在该评价方法中，在必要的情况下，在工序S505中，准备具有由III族氮化物半导体构成的主面的基板。在工序S506中，准备具有在基板主面上生长的半导体区域、基板及电极的基板产品。在工序S507中，在评价之后，使用基于刻划加工条件而决定的所希望的刻划加工条件，对基板产品进行刻划槽的形成。在工序S508中，在形成了刻划槽之后，通过基板产品的按压来形成其他基板产品及激光棒。该激光棒具有通过上述加工处理而形成的第一端面。该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括第一端面。
本发明没有限定为本实施方式公开的特定的结构。
产业利用性
如以上说明那样，根据本实施方式，提供一种在III族氮化物的c轴向m轴的方向倾斜的基板的半极性面上具有能够减少反馈光的扰乱的激光谐振器的III族氮化物半导体激光器。而且，根据本发明，提供一种制作该III族氮化物半导体激光器的方法。
根据本实施方式，提供一种制作能够调整使激光束出射、反射及/或透过的端面的品质的III族氮化物半导体激光元件的方法。而且，根据本实施方式，提供一种评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法。
根据本实施方式，提供一种评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的形成所使用的刻划槽的方法。
标号说明
11…III族氮化物半导体激光元件，13…激光结构体，13a…第一面，13b…第二面，13c、13d…边缘，15…电极，17…支承基体，17a…半极性主面，17b…支承基体背面，17c…支承基体端面，19…半导体区域，19a…半导体区域表面，19c…半导体区域端面，21…第一包层，23…第二包层，25…活性层，25a…阱层，25b…势垒层，27、29…端面，ALPHA…角度，Sc…c面，NX…法线轴，31…绝缘膜，31a…绝缘膜开口，35…n侧光引导层，37…p侧光引导层，39…载流子阻挡层，41…电极，43a、43b…电介质多层膜，MA…m轴矢量，GAMMA…角度，51…基板，51a…半极性主面，SP…基板产品，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…基板产品，LB1…激光棒，69…刀片，69a…边缘，69b、69c…刀片面，71…支承装置，71a…支承面，71b…凹部。

Claims (41)

1.一种III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
具备：激光结构体，包括由六方晶系的III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支承基体及设置在所述支承基体的所述半极性主面上的半导体区域；和
电极，设置在所述激光结构体的所述半导体区域上，
所述支承基体的所述III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向，
所述<0001>轴方向由c+轴矢量表示，
所述半导体区域具有包含氮化镓系半导体层的活性层，
在所述支承基体的所述III族氮化物半导体的从所述c轴向所述III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向上，该c轴相对于所述半极性主面的法线轴成角度ALPHA，所述角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，
所述激光结构体包括第一端面及第二端面，所述第一端面及所述第二端面与由所述III族氮化物半导体的m轴及所述法线轴规定的m-n面交叉，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面及所述第二端面，
所述激光结构体包括第一面及第二面，所述第一面是所述第二面的相反侧的面，所述半导体区域位于所述第一面与所述支承基体之间，
所述第一端面的第一法线矢量被规定在所述第一端面和所述第一面的第一边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第一法线矢量以角度α1倾斜，所述角度α1是10度以上且25度以下的范围，
所述第一端面的第二法线矢量被规定在所述第一端面和所述第二面的第二边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第二法线矢量以角度β1倾斜，所述角度β1是0度以上且5度以下的范围，
在所述第一端面及所述第二端面均现出所述支承基体的端面及所述半导体区域的端面。
2.一种III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
具备：激光结构体，包括由六方晶系的III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的支承基体及设置在所述支承基体的所述半极性主面上的半导体区域；和
电极，设置在所述激光结构体的所述半导体区域上，
所述支承基体的所述III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向，
所述<0001>轴方向由c+轴矢量表示，
所述半导体区域具有包含氮化镓系半导体层的活性层，
在所述支承基体的所述III族氮化物半导体的从c轴向所述III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向上，该c轴相对于所述半极性主面的法线轴成角度ALPHA，所述角度ALPHA为71度以上且79度以下的范围，
所述激光结构体包括第一端面及第二端面，所述第一端面及所述第二端面与由所述III族氮化物半导体的m轴及所述法线轴规定的m-n面交叉，该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面及所述第二端面，
所述激光结构体包括第一面及第二面，所述第一面是所述第二面的相反侧的面，所述半导体区域位于所述第一面与所述支承基体之间，
所述第一端面的第一法线矢量被规定在所述第一端面和所述第一面的第一边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第一法线矢量以角度α1倾斜，
所述第一端面的第二法线矢量被规定在所述第一端面和所述第二面的第二边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第二法线矢量以角度β1倾斜，
所述角度α1与所述角度β1不同，所述角度α1及所述角度β1具有相同符号，所述角度α1的绝对值大于所述角度β1的绝对值，
所述第一端面具有沿所述c轴与所述m轴的矢积的方向延伸的条纹状的结构，
在所述第一端面及所述第二端面均现出所述支承基体的端面及所述半导体区域的端面。
3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述c+轴矢量包括所述半极性主面的所述法线轴的方向的法线分量和与所述半极性主面平行的方向的平行分量，
所述激光结构体包括在所述支承基体的所述半极性主面上延伸的激光波导结构，
所述c+轴矢量的所述平行分量朝着从所述第二端面向所述第一端面的方向，所述激光波导结构在所述c+轴矢量的所述平行分量的方向上延伸。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述c+轴矢量包括所述半极性主面的所述法线轴的方向的法线分量和与所述半极性主面平行的方向的平行分量，
所述半导体区域包括由第一导电型的III族氮化物半导体构成的第一包层和由第二导电型的III族氮化物半导体构成的第二包层，所述活性层设置在所述第一包层与所述第二包层之间，
所述第一包层、所述第二包层及所述活性层在所述半极性主面上外延生长并沿着所述c+轴矢量的所述法线分量的方向排列，
所述第一包层、所述第二包层及所述活性层在所述c+轴矢量的所述平行分量的方向上延伸，所述第一包层、所述第二包层及所述活性层构成在所述支承基体的所述半极性主面上延伸的激光波导结构。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述支承基体的所述III族氮化物半导体的所述c轴朝向<000-1>轴方向的反方向，
所述<000-1>轴方向由c-轴矢量表示，
所述第二端面的第三法线矢量被规定在所述第二端面和所述第一面的第三边缘上，所述c-轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第三法线矢量以角度α2倾斜，所述角度α2是从+10度到+25度的范围，
所述第二端面的第四法线矢量被规定在所述第二端面和所述第二面的第四边缘上，所述c-轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第四法线矢量以角度β2倾斜，所述角度β2是从0度到+5度的范围，
以使所述第一端面成为光出射面的方式设置所述第一端面及所述第二端面。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述支承基体的厚度为100μm以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
来自所述活性层的激光向所述III族氮化物半导体的a轴的方向偏光。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
该III族氮化物半导体激光元件的LED模式的光包括所述III族氮化物半导体的a轴的方向上的偏光分量I1和将所述III族氮化物半导体的c轴投影到了主面的方向上的偏光分量I2，
所述偏光分量I1大于所述偏光分量I2。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述半极性主面相对于{20-21}面处于-4度以上且+4度以下的范围。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述半极性主面包括{20-21}面。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述支承基体的堆垛层错密度为1×104cm-1以下。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述支承基体由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述III族氮化物半导体激光元件还具备在所述第一端面及所述第二端面中的至少任一方设置的电介质多层膜。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述活性层包括被设置成产生波长360nm以上且600nm以下的光的发光区域。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述活性层包括被设置成产生波长430nm以上且550nm以下的光的量子阱结构。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述第一端面及所述第二端面从所述第一面的所述第一边缘延伸至所述第二面的所述第二边缘，
所述半导体区域的所述活性层的端面和与由所述氮化物半导体构成的支承基体的m轴正交的基准面所成的角度，在由所述III族氮化物半导体的c轴及m轴规定的第一平面及与所述法线轴正交的第二平面内，成为-5度以上且+5度以下的范围。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述III族氮化物半导体激光元件具有增益波导结构，
所述III族氮化物半导体激光元件还具备设置在所述半导体区域上的绝缘膜，
所述电极通过所述绝缘膜的开口而与所述半导体区域接触，
所述角度α1及所述角度β1被规定在通过规定所述增益波导结构的所述绝缘膜的所述开口的宽度的中心且与所述支承基体的所述半极性主面正交的轴上。
18.根据权利要求1～16中任一项所述的III族氮化物半导体激光元件，其特征在于，
所述激光结构体的所述半导体区域具有脊形结构，
所述角度α1及所述角度β1被规定在通过所述脊形结构的上表面的宽度的中心且与所述支承基体的所述半极性主面正交的轴上。
19.一种制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
包括：准备由六方晶系的III族氮化物半导体构成且具有半极性主面的基板的工序；
形成具有激光结构体及电极的基板产品的工序，该激光结构体包括形成在所述半极性主面上的半导体区域和所述基板；以及
进行所述基板产品的分离的工序，
所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向，
所述<0001>轴方向由c+轴矢量表示，
在进行所述基板产品的分离时，向所述基板产品的第一面进行刻划并施加向所述基板产品的第二面的按压，形成角度α1为10度以上且25度以下的范围、角度β1为0度以上且5度以下的范围的激光棒及其他基板产品，
所述刻划在与c+轴矢量交叉的方向上进行，
所述激光棒具有第一面及第二面，所述第一面是所述第二面的相反侧的面，
所述激光棒具有第一端面及第二端面，所述第一端面及所述第二端面从所述第一面延伸至所述第二面且通过所述分离而形成，
所述第一端面及所述第二端面构成该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器，
所述第一端面及所述第二端面与由所述III族氮化物半导体的m轴及所述半极性主面的法线轴规定的m-n面交叉，
所述第一端面的第一法线矢量被规定在所述第一端面和所述第一面的第一边缘上，所述c+轴矢量在从所述III族氮化物半导体的[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第一法线矢量以所述角度α1倾斜，
所述第一端面的第二法线矢量被规定在所述第一端面和所述第二面的第二边缘上，所述c+轴矢量在从所述[-1010]轴朝向所述c轴的方向上在所述m-n面内相对于所述第二法线矢量以所述角度β1倾斜，
所述半导体区域包括活性层，所述活性层包括氮化镓系半导体层，
所述半导体区域位于所述第一面与所述基板之间，
所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴在所述III族氮化物半导体的[-1010]轴的方向上相对于所述法线轴成大于0的角度ALPHA，所述角度ALPHA为71度以上且79度以下，
所述电极形成在所述激光结构体上。
20.根据权利要求19所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述刻划使用激光刻划器进行，
通过所述刻划来形成刻划槽，所述刻划槽的长度比由所述III族氮化物半导体的a轴及所述法线轴规定的a-n面与所述第一面的交叉线的长度短。
21.根据权利要求19或20所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
通过所述刻划形成刻划槽，
所述刻划槽从所述半导体区域的表面到达所述基板，
所述刻划槽具有所述半导体区域的表面上的开口和到达所述基板的底部，
由所述刻划槽的所述开口的一端和所述刻划槽的所述底部的一端规定的基准平面在由所述III族氮化物半导体的a轴及所述法线轴规定的a-n面的方向上延伸。
22.根据权利要求19～21中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
在形成所述基板产品的所述工序中，所述基板通过加工而被研磨成使所述基板的厚度成为100μm以下，
所述第二面是通过所述加工而形成的加工面或者包含在所述加工面上形成的电极的面。
23.根据权利要求19～22中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述半极性主面相对于{20-21}面处于-4度以上且+4度以下的范围。
24.根据权利要求19～23中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板由GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中的任一个构成。
25.一种制作III族氮化物半导体激光元件的方法，包括：
准备具有第一面及该第一面的相反侧的第二面且包含六方晶系的III族氮化物半导体的结晶体的一个或多个物体的工序；
以多个加工条件对所述物体进行形成所述III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的加工处理，来形成从所述第一面的边缘延伸的第一加工端面的工序；
在从所述第一面及所述第一加工端面中的一方朝向另一方的轴的方向上以横切所述边缘的方式对所述第一面及所述第一加工端面进行激光束的相对的扫描，使用该激光束的扫描进行所述第一加工端面的评价的工序；
根据所述评价的结果，基于所述多个加工条件来决定加工条件的工序；
准备具有由III族氮化物半导体构成的主面的基板的工序；
准备具有在所述基板的所述主面上生长的半导体区域、所述基板及电极的基板产品的工序；以及
使用所述决定的加工条件进行所述基板产品的所述加工处理，并由所述基板产品形成其他基板产品及激光棒的工序，
所述激光棒具有由所述加工处理形成的第一端面及第二端面，
该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面及所述第二端面，
所述III族氮化物半导体的所述结晶体向所述加工端面露出，
在所述第一加工端面的所述评价中，根据所述激光束的扫描的结果来求出沿着所述轴的方向的加工端面角度，
所述加工端面角度被规定为所述第一加工端面相对于沿着所述第一面延伸的基准面所成的角度。
26.根据权利要求25所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
形成所述第一加工端面的所述工序包括：
以多个刻划条件进行所述物体的所述第一面的刻划的工序；和
在对所述物体的所述第一面进行了刻划之后，通过按压将所述物体的所述第二面分离，形成在从所述物体的所述第一面到所述第二面的方向上延伸的第一断裂面的工序，
形成所述其他基板产品及所述激光棒的所述工序包括：
使用所述决定的刻划条件对所述基板产品的第一面进行刻划的工序；和
通过向所述基板产品的第二面的按压来进行所述基板产品的分离，形成所述其他基板产品及所述激光棒的工序，
进行所述第一加工端面的评价的所述工序包括作为所述第一加工端面而进行所述第一断裂面的评价的工序，
所述激光棒具有第一面及第二面，所述第一面是所述第二面的相反侧的面，
所述第一端面及所述第二端面从所述激光棒的所述第一面延伸至所述第二面，
所述半导体区域位于所述第一面与所述基板之间。
27.根据权利要求26所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述激光束的所述扫描使用激光显微镜进行。
28.根据权利要求26或27所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述刻划使用激光刻划器进行。
29.根据权利要求26～28中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述刻划条件包括激光刻划器的扫描速度。
30.根据权利要求25～29中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板由III族氮化物半导体构成且具有半极性主面，
所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴朝向<0001>轴方向，
所述<0001>轴方向由c+轴矢量表示，
所述基板产品具有激光结构体以及形成在所述激光结构体上的阳极电极和阴极电极，
所述c+轴矢量包括所述半极性主面的法线轴的方向的法线分量和与所述半极性主面平行的方向的平行分量，
所述半导体区域包括由第一导电型的III族氮化物半导体构成的第一包层、活性层及由第二导电型的III族氮化物半导体构成的第二包层，所述活性层设置在所述第一包层与所述第二包层之间，
所述第一包层、所述第二包层及所述活性层在所述半极性主面上外延生长并沿着所述c+轴矢量的所述法线分量的方向排列，
所述第一包层、所述第二包层及所述活性层在所述c+轴矢量的所述平行分量的方向上延伸，所述第一包层、所述第二包层及所述活性层构成在所述基板的所述半极性主面上延伸的激光波导结构。
31.根据权利要求25～30中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板的所述主面相对于与所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴正交的基准面倾斜。
32.根据权利要求25～31中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板的所述主面相对于与所述基板的所述III族氮化物半导体的a轴正交的基准面倾斜。
33.根据权利要求25～32中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板的所述主面相对于与所述基板的所述III族氮化物半导体的m轴正交的基准面倾斜。
34.根据权利要求25～33中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴在所述III族氮化物半导体的m轴的方向上相对于所述基板的所述主面的法线轴以角度倾斜，
所述第一端面及第二端面与由所述III族氮化物半导体的m轴及所述法线轴规定的m-n面交叉。
35.根据权利要求25～33中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板的所述主面相对于{20-21}面处于-4度以上且+4度以下的范围。
36.根据权利要求25～29中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板的所述III族氮化物半导体的c轴在所述III族氮化物半导体的a轴的方向上相对于所述基板的所述主面的法线轴以角度倾斜，
所述第一端面及第二端面与由所述III族氮化物半导体的a轴及所述法线轴规定的a-n面交叉。
37.根据权利要求25～29中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述基板的所述主面沿着与所述基板的所述III族氮化物半导体的c面、a面及m面中的任一面取向平行的基准面延伸。
38.根据权利要求25～37中任一项所述的制作III族氮化物半导体激光元件的方法，其特征在于，
所述物体包括III族氮化物基板，
所述III族氮化物基板的厚度为400μm以下。
39.一种评价III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的方法，包括：
准备具有第一面、第二面及以从所述第一面的边缘延伸的方式形成的加工端面且包含六方晶系III族氮化物半导体的结晶体的物体的工序；和
在从所述第一面及所述加工端面中的一方朝向另一方的轴的方向上以横切所述边缘的方式对所述第一面及所述加工端面进行激光束的扫描，使用该激光束的扫描进行所述加工端面的评价的工序，
所述第二面位于所述第一面的相反侧，
所述加工端面在III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的加工条件下形成，
所述III族氮化物半导体的所述结晶体在所述加工端面露出，
在所述加工端面的所述评价中，根据所述激光束的扫描来求出沿着所述轴的方向的加工端面角度，
所述加工端面角度被规定为所述加工端面相对于沿着所述第一面延伸的基准面所成的角度。
40.一种评价刻划槽的方法，该刻划槽用于III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的端面的形成，所述评价刻划槽的方法包括：
在III族氮化物半导体激光元件的光谐振器用的刻划加工条件下，将激光束向包含六方晶系III族氮化物半导体的结晶体的物体的表面照射，在该表面形成刻划槽的工序；
观察该刻划槽的断面形状的工序；
根据所述断面形状进行所述刻划槽的延伸方向的估计的工序；以及
基于所述估计的结果，获得所述刻划槽的延伸方向与刻划加工条件的关系的工序。
41.根据权利要求40所述的评价刻划槽的方法，其特征在于，
包括：准备具有由III族氮化物半导体构成的主面的基板的工序；
准备具有在所述基板的所述主面上生长的半导体区域、所述基板及电极的基板产品的工序；
在所述估计之后，使用基于所述刻划加工条件决定的刻划加工条件在所述基板产品上进行刻划槽的形成的工序；以及
在形成了所述刻划槽之后，通过所述基板产品的按压来形成其他基板产品及激光棒的工序，
所述激光棒具有通过所述按压形成的第一端面，
该III族氮化物半导体激光元件的激光谐振器包括所述第一端面。
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