JP2011082459A - Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】戻り光に起因するレーザ共振の不安定を低減可能なIII族窒化物半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】III族窒化物半導体レーザ素子１１の第１の端面２７は、そのへき開面においてスクライブ線からｃ軸の方向に延びる複数のへき開傷４９を有する。ｃ軸は、レーザ構造体１３の第１及び第２の面１３ａ、１３ｂに対して傾斜する。へき開傷４９は、第１の端面２７の発光エリア４７と異なるエリア４８を通過するが、ｃ軸の傾斜を利用してへき開傷を発光エリア４７の近くを通過させることができる。エリア４８は、スクライブ線４５ａの長さに合わせて、ｃ軸方向に延在する帯状の形状を有する。へき開傷４９のラフネスは、III族窒化物半導体レーザ素子１１の外部から第１の端面２７に向かう光ＬＥＸの少なくとも一部を反射して、III族窒化物半導体レーザ素子へ外部から入射する光の量を低減できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子に関する。

特許文献１には、エッチングによって共振器面を形成する半導体レーザが記載されている。基板上に半導体層を積層すると共に活性層上の電極を作製した後、素子分離用の溝を形成する。その後に、エッチングにより共振器面を作製する。

特開２０００−１０６４７０号公報

窒化ガリウム系半導体レーザでは、ｃ面ＧａＮ基板上に活性層を形成するとき、その共振器面としてｍ面を利用できる。この半導体レーザ素子を光学システムに組み込んで使用したとき、この半導体レーザ素子からのレーザ光の一部は、外部に物体によって反射されて、当該半導体レーザ素子へ戻る。この戻り光がまた素子内に入射するとき、戻り光がノイズを生成する。

この窒化ガリウム系半導体レーザでは、その共振器のための端面が、基板及び発光層ともに平滑な鏡面からなる。これ故に、レーザ光の外部からの戻り光がその端面においてほとんど反射することなく、素子内に入射する。入射した光は、レーザ導波路内で本来の共振光と干渉する。この干渉により、レーザ共振が不安定となり、当該窒化ガリウム系半導体レーザからのレーザ光が光学システムにおいてノイズの原因となる。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、戻り光に起因するレーザ共振の不安定を低減可能なIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することにある。

本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、（ａ）六方晶系III族窒化物半導体からなり半極性主面を有する支持基体と、（ｂ）前記支持基体の前記半極性主面上に設けられた半導体領域とを備える。前記支持基体及び前記半導体領域はレーザ構造体を構成し、前記レーザ構造体は、第１及び第２の端面を有すると共に、前記第１の端面から前記第２の端面に延在するレーザ導波路を含み、前記半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記半極性主面の法線軸に沿って配列されており、前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記第１の端面から前記第２の端面へ向かう導波路軸に交差する方向に対して前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記活性層は前記導波路軸に沿って延在する窒化ガリウム系半導体層を含み、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第１及び第２の端面を含み、前記レーザ構造体は第１及び第２の面を含み、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、前記第１の端面は、前記第１の面のエッジから前記第２の面のエッジまで延在し、前記第１の端面は、前記第１の端面のエッジに設けられたスクライブ線の向きに延在し、前記第１の端面は、前記活性層からの光が出射される発光エリアを有し、前記第１の端面はへき開面であり、また当該へき開面において前記スクライブ線から前記ｃ軸の方向に延びるへき開傷を有する。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１の端面は、そのへき開面においてスクライブ線からｃ軸の方向に延びるへき開傷を有する。ｃ軸は、レーザ構造体の第１及び第２の面に対して傾斜する。へき開傷は、第１の端面の発光エリアと異なるエリアを通過するけれども、ｃ軸の傾斜を利用してへき開傷を発光エリアの近くを通過させることができる。へき開傷は、III族窒化物半導体レーザ素子の外部からIII族窒化物半導体レーザ素子における第１の端面に向かう光の少なくとも一部を反射するために役立つ。このため、外部からIII族窒化物半導体レーザ素子へ入射する光の量を低減できる。これ故に、外部からの光によりレーザ発振の撹乱を低減でき、レーザ発振の安定性を向上できる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた第１の電極を更に備えることができる。前記支持基体は、前記法線軸及び前記導波路軸に直交する軸の方向に順に設けられた第１〜第３の部分を有し、前記レーザ導波路は前記第１の電極と前記支持基体の前記第２の部分との間に位置し、前記へき開傷は、前記支持基体の前記第２の部分の端面に位置することができる。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、レーザ導波路が第１の電極と支持基体の第２の部分との間に位置すると共に、へき開傷が支持基体の第２の部分の端面に位置する。これ故に、支持基体の第２の部分に入射するノイズ光を低減できる。支持基体の第２の部分はレーザ導波路に近いので、レーザ発振を安定化することに有効である。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記角度ＡＬＰＨＡは６５度以上８０度以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、スクライブ線の形成位置とｃ軸の傾斜との関係が良好である。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記レーザ導波路の中心面は前記第１及び第２の面に交差し、前記スクライブ線の端部と前記中心面との間隔は２０μｍ以上であることができる。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、間隔が２０μｍ以上であるとき、スクライブ線の端部をレーザ導波路から離すことができる。また、間隔が２０μｍ以上であれば、ｃ軸の傾斜によりへき開傷を発光エリアに近づけることができる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記半導体領域に主面上に設けられた絶縁膜を更に備えることができる。前記半導体領域は第１及び第２の光ガイド層を更に含み、前記第１の光ガイド層は前記支持基体と前記活性層との間に設けられ、前記活性層は、前記第１の光ガイド層と前記第２の光ガイド層との間に設けられ、前記活性層並びに前記第１及び第２の光ガイド層は発光層を構成し、前記絶縁膜は、前記導波路軸の方向に延在するストライプ状の開口を有し、前記へき開傷は、所定の領域を規定する境界と前記第１の端面との交差により規定される交差エリアから離れており、前記所定の領域は、前記発光層の縁から５μｍ以内であり前記開口のストライプ幅で前記導波路軸に沿って延在する。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、交差エリアから５μｍ以上の距離で離れるので、へき開傷が発光に与える影響を低減できる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体は、所定の貫通転位密度より大きい第１の貫通転位密度を有する第１の領域と前記所定の貫通転位密度より小さい第２の貫通転位密度を有する第２の領域とを含み、前記レーザ導波路は、前記支持基体の前記第２の領域上に設けられ、前記スクライブ線は、前記支持基体の前記第１の領域上に設けられる。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、大きな貫通転位密度の領域にスクライブ線を設けるので、貫通転位密度の大きな領域からへき開が進行するので、貫通転位密度により規定される結晶品質の程度を利用してへき開傷を形成できる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記導波路軸の方向に延在し前記レーザ構造体の形状を規定する第１及び第２の側面を更に備えることができる。前記第１及び第２の側面の延在方向は、前記第１及び第２の端面の延在方向に交差し、前記第１及び第２の側面の各々は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ面、ｍ面及びｃ面のへき開面の方向に延在する基準面に対して傾斜する。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１及び第２の側面がｃ面、ａ軸及びｍ軸の方向に延在する基準面に対して傾斜するので、第１及び第２の側面はｃ面、ｍ面やａ面といった低面指数のへき開面ではない。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１及び第２の側面の各々は割断面を含むことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ｍ面やａ面といった低面指数のへき開面を異なる割断面を含むことができる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記導波路軸の方向に延在し前記レーザ構造体の形状を規定する第１及び第２の側面を更に備えることができる。前記第１及び第２の側面の各々は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸、ａ軸又はｍ軸の方向に延在するへき開面を含む。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１及び第２の側面をへき開面により構成できる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記ｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜していることができる。或いは、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記ｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜していることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ａ軸及びｍ軸のいずれか一方への傾斜により、半極性面を得ることができる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記第１の端面上に設けられた誘電体多層膜を更に備えることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、へき開傷上に誘電体多層膜が設けられるけれども、誘電体多層膜はへき開傷の表面形状に応じた表面を有する。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、戻り光に起因するレーザ共振の不安定を低減可能なIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。

図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。 図２は、III族窒化物半導体レーザ素子における端面を示す図面である。 図３は、III族窒化物半導体レーザ素子における端面に向けて入射すする外部光ＬＥＸと発光エリアから出射される出力光ＬＯＵＴを示す図面である。 図４は、III族窒化物半導体レーザ素子において共振器のための端面上にそれぞれ設けられた誘電体多層膜を示す図面である。 図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す工程フロー図である。 図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。 図７は、結晶格子における｛２０−２１｝面を示すと共に、割断により形成された側面の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。 図８は、実施例１に示されたレーザーダイオードの構造を示す図面である。 図９は、ストライプコア型のＧａＮ基板の上面を示す図面である。 図１０は、ＧａＮ基板のｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角と発振歩留まりとの関係を示す図面である。 図１１は、積層欠陥密度と発振歩留まりとの関係を示す図面である。 図１２は、基板厚みと発振歩留まりとの関係を示す図面である。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。図２は、III族窒化物半導体レーザ素子における端面を示す図面である。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、利得ガイド型の構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、利得ガイド型の構造に限定されるものではなく、例えば、リッジ構造等であっても良い。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、レーザ構造体１３及び電極１５を備える。レーザ構造体１３は、第１及び第２の端面２７、２９を有すると共に、第１の端面２７から第２の端面２９への方向に延在するレーザ導波路を含む。レーザ構造体１３は、支持基体１７及び半導体領域１９を含む。支持基体１７は、六方晶系III族窒化物半導体からなり、また半極性主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。半導体領域１９は、支持基体１７の半極性主面１７ａ上に設けられている。電極１５は、レーザ構造体１３の半導体領域１９上に設けられる。半導体領域１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第２のクラッド層２３は、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は導波路軸ＷＸに沿って延在する窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａ及び障壁層２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は、波長３６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光を発生するように設けられた量子井戸構造を含むことができる。半極性面の利用により、波長４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の発生に好適である。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸ（ベクトルＮＶ）に沿って配列されている。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１及び第２の端面２７、２９を含む。第１の端面２７は第１の端面２７のエッジに設けられたスクライブ線４５ａの向きに延在する。また、第２の端面２９は第２の端面２９のエッジに設けられたスクライブ線４５ｂの向きに延在する。

図１及び図２を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。半極性主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、図１には、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、第１の端面２７から第２の端面２９へ向かう導波路軸ＷＸに交差する方向に法線軸ＮＸに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。傾斜の方向は六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及びａ軸のいずれか一方の方向である。図２を参照すると、第１の端面２７は、活性層２５からの光が出射される発光エリア４７を有する。第１の端面２７は例えばへき開面であり、また当該へき開面においてスクライブ線４５ａからｃ軸の方向に延びる複数のへき開傷４９を有する。図２に示されるへき開傷４９は素子１１の端から端まで延在するように描かれているが、これは一例である。

III族窒化物半導体レーザ素子１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１はレーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａを覆っており、半導体領域１９は絶縁膜３１と支持基体１７との間に位置する。支持基体１７は六方晶系III族窒化物半導体からなる。絶縁膜３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記の平面Ｒとの交差線ＬＩＸの方向に延在し、例えば所定幅のストライプ形状を成す。電極１５は、開口３１ａを介して半導体領域１９の表面１９ａ（例えば第２導電型のコンタクト層３３）に接触を成しており、上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。半導体領域１９には、ストライプ幅の開口幅でキャリアが供給される。レーザ導波路はストライプ開口に沿って延在する。

III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１及び第２の端面２７、２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸又はａ軸と法線軸ＮＸとによって規定される平面Ｒに交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１及び第２の端面２７、２９を含み、第１の割断面２７及び第２の割断面２９の一方から他方に、導波路軸ＷＸが延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。第１及び第２の端面２７、２９は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。第１及び第２の端面２７、２９はｍ面又はａ面といったへき開面であることができる。

III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。キャリアブロック層３９は、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられる。支持基体１７の裏面１７ｂには別の電極４１が設けられ、電極４１は例えば支持基体１７の裏面１７ｂを覆っている。

図２（ｂ）は、III族窒化物半導体レーザ素子１１の端面を示す図面である。図２（ｂ）を参照すると、走査型電子顕微鏡像が示されている。この像から、へき開傷が、ベクトルＶＣで示されるｃ軸の方向に延在している。一方、光導波路が、矢印Ａ１及びＡ２で示されるエピタキシャル層に位置するとき、光導波路端面の共振器エリアＣＶＴは、へき開傷の延在エリアに比べて優れた平坦性を有する。

図３は、端面２７に向けて入射すする外部光ＬＥＸと発光エリア４７から出射される出力光ＬＯＵＴを示す図面である。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、第１の端面２７は、そのへき開面においてスクライブ線からｃ軸の方向に延びる複数のへき開傷４９を有する。ｃ軸は、レーザ構造体１３の第１及び第２の面１３ａ、１３ｂに対して傾斜する。へき開傷４９は、第１の端面２７の発光エリア４７と異なるエリア４８を通過するけれども、ｃ軸の傾斜を利用してへき開傷を発光エリア４７の近くを通過させることができる。ここで、エリア４８は、スクライブ線４５ａの長さに合わせて、ｃ軸方向に延在する帯状の形状を有する。へき開傷４９のラフネスは、III族窒化物半導体レーザ素子１１の外部から第１の端面２７に向かう光ＬＥＸの少なくとも一部を反射する。このため、III族窒化物半導体レーザ素子へ外部から入射する光の量を低減できる。これ故に、外部からの光ＬＥＸによりレーザ発振の撹乱を低減でき、レーザ発振の安定性を向上できる。第１の端面２７において、エリア４８のラフネスは、発光エリア４７のラフネスよい大きい。

III族窒化物半導体レーザ素子１１の第１の電極１５は、レーザ構造体１３の半導体領域１９上に設けられており、支持基体１７は第１〜第３の部分１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有し、これらの部分１８ａ〜１８ｃは法線軸ＮＸ及び導波路軸ＷＸに直交する軸の方向（例えばｃ軸の傾斜方向）に順に配列される。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ導波路は第１の電極１５と支持基体１７の第２の部分１８ｂとの間に位置する。へき開傷４９は、支持基体１７の第２の部分１８ｂの端面に位置し、この端面は端面２７の一部である。これ故に、支持基体１７の第２の部分１８ｂに入射するノイズ光を低減できる。第２の部分１８ｂはレーザ導波路に近いので、レーザ発振を安定化することに有効である。

また、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、角度ＡＬＰＨＡは６５度以上８０度以下の範囲にあることができる。スクライブ線４５ａの形成位置とｃ軸の傾斜との関係が良好である。

III族窒化物半導体レーザ素子１１では、スクライブ線４５ａの端部４４ａとレーザ導波路の中心面ＲＣとの間隔Ｄ１は２０μｍ以上であることができる。ここで、レーザ導波路の中心面ＲＣは第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂに（例えば直角の角度で）交差する。中心面ＲＣは、第１の電極１５のために絶縁膜３１に設けられた開口３１ａの中心を通過することができる。間隔Ｄ１が２０μｍ以上であるとき、スクライブ線の端部をレーザ導波路から離すことができる。また、間隔Ｄ１が２０μｍ以上の波にで調整すると共にｃ軸の傾斜を利用することにより、へき開傷を発光エリアに近づけることができる。

III族窒化物半導体レーザ素子１１では、ｎ側光ガイド層３５は支持基体１７と活性層２５との間に設けられる。活性層２５は、ｎ側光ガイド層３５とｐ側光ガイド層３７との間に設けられる。活性層３５並びに光ガイド層３５、３７は発光層３８を構成する。へき開傷４９は、所定の領域を規定する境界と第１の端面２７との交差により規定される交差エリアから離れている。ここで、所定のエリアは、導波路軸ＷＸに沿って延在する領域として以下のように規定される。法線軸方向には、発光層３８の縁から５μｍ以内。法線軸方向に直交する方向には、絶縁膜３１の開口３１ａのストライプ幅内。へき開傷４９が、所定のエリアから５μｍ以上の距離で離れるので、発光に与える影響を低減できる。

開口３１ａの中央線から半径５μｍの半円領域を端面２７において規定する。このとき、半円領域の円周に接しｃ軸方向に延在する線分とエピ面１３ａとの交差点から、レーザ導波路の中心面ＲＣは以下の値で隔置される：
角度ＡＬＰＨＡ、値（μｍ）
６５度、 １１．８；
７０度、 １４．６；
７５度、 １９．３；
８０度、 ２８．８。
上記の値は、５／ｓｉｎ（９０−ＡＬＰＨＡ）により計算される。

図４は、III族窒化物半導体レーザ素子１１において第１及び第２の端面２７、２９上にそれぞれ設けられた誘電体多層膜４３ａ、４３ｂを示す図面である。図４に示されるように、第１及び第２の端面２７、２９の少なくとも一方、又はそれぞれに設けられた誘電体多層膜４３ａ、４３ｂを更に備えることができる。端面２７、２９にも端面コートを適用できる。端面コートにより共振器のための反射率を調整できる。へき開傷４９上に誘電体多層膜４３ａ、４３ｂが設けられるけれども、誘電体多層膜４３ａ、４３ｂはへき開傷４９の表面形状に応じた表面を有する。

レーザ共振器のための第１及び第２の端面２７、２９は、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面であることができる。第１及び第２の端面２７、２９は共振器のためのミラーとしての平坦性、垂直性を有する。これ故に、第１及び第２の端面２７、２９と、これらの端面２７、２９間に延在するレーザ導波路とを用いてレーザ発振が可能になる。

III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１及び第２の端面２７、２９の各々には、支持基体１７の端面１７ｃ及び半導体領域１９の端面１９ｃが現れており、端面１７ｃ及び端面１９ｃは誘電体多層膜４３ａで覆われている。支持基体１７の端面１７ｃ及び活性層２５における端面２５ｃの法線ベクトルＮＡと活性層２５のｍ軸ベクトルＭＡとの成す角度は非常に小さく、理想的な形成ではこれらのベクトルは同じ向きである。

図３に示されるように、III族窒化物半導体レーザ素子１１は、導波路軸ＷＸの方向に延在しレーザ構造体１３の形状を規定する第１及び第２の側面４６ａ、４６ｂを更に備える。III族窒化物半導体レーザ素子１１の一形態では、これらの側面４６ａ、４６ｂの各々は、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸、ａ軸又はｍ軸の方向に延在する。この形態では、側面４６ａ、４６ｂをへき開面により構成できる。側面４６ａ、４６ｂは、レーザ構造体１３の第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂに対して、ｃ軸の傾斜角に応じて傾斜する。これ故に、端面２７の形は、直方体というより平行四辺形に近い形状を成す。例えば、へき開面がｍ面であるとき、側面はａ面又はｃ面であり、へき開面がａ面であるとき、側面はｍ面又はｃ面であることができる。

或いは、III族窒化物半導体レーザ素子１１の別の形態では、第１及び第２の側面４６ａ、４６ｂの各々は、六方晶系III族窒化物半導体のａ面、ｍ面及びｃ面のへき開面の方向に延在する基準面に対して傾斜することができる。この形態では、第１及び第２の側面４６ａ、４６ｂがａ軸及びｍ軸の方向に延在する基準軸に直交する基準面に交差する。これ故に、第１及び第２の側面４６ａ、４６ｂはｍ面やａ面といった低面指数のへき開面ではない。このような形態では、第１及び第２の側面４６ａ、４６ｂの各々は割断面を含むことができる。

引き続いて、スクライブ線の形成及び押圧により作製される割断面の形成を説明する。この形態では、図１に示されるように、支持基体１７の厚さＤＳＵＢは４００μｍ以下であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子では、レーザ共振器のための良質な割断面を得るために好適である。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１７の厚さＤＳＵＢ（図１参照）は５０μｍ以上１００μｍ以下であることが更に好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１では、側面のための良質な割断面を得るために更に好適である。また、ハンドリングが容易になり、生産歩留まりを向上させることができる。

III族窒化物半導体レーザ素子１１では、法線軸ＮＸと六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは４５度以上であることが好ましく、また８０度以下であることが好ましい。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面がｍ面からなる可能性が高くなる。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。

III族窒化物半導体レーザ素子１１では、更に好ましくは、法線軸ＮＸと六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは６３度以上であることが好ましく、また８０度以下であることが好ましい。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが好ましく、また１１７度以下であることが好ましい。６３度未満及び１１７度を越える角度では、押圧により形成される側面の一部に、ｍ面が出現する可能性がある。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。

半極性主面１７ａは、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの面から−４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面も前記主面として好適である。これら典型的な半極性面１７ａにおいて、当該III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性の第１及び第２の端面２７、２９を提供できるので、側面として十分に使用できる。また、これらの典型的な面方位にわたる角度の範囲において、十分な平坦性及び垂直性を示す側面が得られる。

III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１７の積層欠陥密度は１×１０^４ｃｍ^−１以下であることができる。積層欠陥密度が１×１０^４ｃｍ^−１以下であるので、偶発的な事情により割断面の平坦性及び／又は垂直性が乱れる可能性が低い。また、支持基体１７は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、側面として利用可能な端面２７、２９を得ることができる。ＡｌＮ又はＡｌＧａＮ基板を用いるとき、偏光度を大きくでき、また低屈折率により光閉じ込めを強化できる。ＩｎＧａＮ基板を用いるとき、基板と発光層との格子不整合率を小さくでき、結晶品質を向上できる。

図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図６（ａ）を参照すると、基板５１が示されている。工程Ｓ１０１では、III族窒化物半導体レーザ素子の作製のための基板５１を準備する。基板５１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸（ベクトルＶＣ）は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸方向に法線軸ＮＸに対して有限な角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。これ故に、基板５１は、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面５１ａを有する。

工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図６（ａ）では、基板生産物ＳＰはほぼ円板形の部材として描かれているけれども、基板生産物ＳＰの形状はこれに限定されるものではない。基板生産物ＳＰを得るために、まず、工程Ｓ１０３では、レーザ構造体５５を形成する。レーザ構造体５５は、半導体領域５３及び基板５１を含んでおり、工程Ｓ１０３では、半導体領域５３は半極性主面５１ａ上に形成される。半導体領域５３を形成するために、半極性主面５１ａ上に、第１導電型の窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１を順に成長する。窒化ガリウム系半導体領域５７は例えばｎ型クラッド層を含み、窒化ガリウム系半導体領域６１は例えばｐ型クラッド層を含むことができる。発光層５９は窒化ガリウム系半導体領域５７と窒化ガリウム系半導体領域６１との間に設けられ、また活性層、光ガイド層及び電子ブロック層等を含むことができる。窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１は、半極性主面５１ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。これらの半導体層はエピタキシャル成長される。半導体領域５３上は、絶縁膜５４で覆われている。絶縁膜５４は例えばシリコン酸化物からなる。絶縁膜５４の開口５４ａを有する。開口５４ａは例えばストライプ形状を成す。

工程Ｓ１０４では、レーザ構造体５５上に、アノード電極５８ａ及びカソード電極５８ｂが形成される。また、基板５１の裏面に電極を形成する前に、結晶成長に用いた基板の裏面を研磨して、所望の厚さＤＳＵＢの基板生産物ＳＰを形成する。電極の形成では、例えばアノード電極５８ａが半導体領域５３上に形成されると共に、カソード電極５８ｂが基板５１の裏面（研磨面）５１ｂ上に形成される。アノード電極５８ａはＸ軸方向に延在し、カソード電極５８ｂは裏面５１ｂの全面を覆っている。これらの工程により、基板生産物ＳＰが形成される。基板生産物ＳＰは、第１の面６３ａと、これに反対側に位置する第２の面６３ｂとを含む。半導体領域５３は第１の面６３ａと基板５１との間に位置する。

工程Ｓ１０５では、図６（ｂ）に示されるように、基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブする。このスクライブは、レーザスクライバ１０ａを用いて行われる。スクライブによりスクライブ溝６５ａが形成される。図６（ｂ）では、基板生産物のエッジに５つのスクライブ溝が既に形成されており、レーザビームＬＢを用いてスクライブ溝６５ｂの形成が進められている。スクライブ溝６５ａの長さは、交差線ＡＩＳの長さよりも短く、交差線ＡＩＳの一部分にレーザビームＬＢの照射が行われる。交差線ＡＩＳは、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸又はａ軸及び法線軸ＮＸによって規定される平面と第１の面６３ａとの交差により規定される。レーザビームＬＢの照射により、特定の方向に延在し半導体領域に到達する溝が第１の面６３ａに形成される。また、スクライブ溝６５ａは、例えば基板生産物ＳＰの一エッジにだけでなくなく、レーザ素子の幅のピッチでレーザ素子毎に基板生産物ＳＰの表面の内側にも形成される。これによりレーザ素子毎にスクライブ溝を形成できる。

工程Ｓ１０６では、図６（ｃ）に示されるように、基板生産物ＳＰの第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰの分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。押圧は、例えばブレード６９といったブレイキング装置を用いて行われる。ブレード６９は、一方向に延在するエッジ６９ａと、エッジ６９ａを規定する少なくとも２つのブレード面６９ｂ、６９ｃを含む。また、基板生産物ＳＰ１の押圧は支持装置７１上において行われる。支持装置７１は、支持面７１ａと凹部７１ｂとを含み、凹部７１ｂは一方向に延在する。凹部７１ｂは、支持面７１ａに形成されている。基板生産物ＳＰ１のスクライブ溝６５ａの向き及び位置を支持装置７１の凹部７１ｂの延在方向に合わせて、基板生産物ＳＰ１を支持装置７１上において凹部７１ｂに位置決めする。凹部７１ｂの延
在方向にブレイキング装置のエッジの向きを合わせて、第２の面６３ｂに交差する方向からブレイキング装置のエッジを基板生産物ＳＰ１に押し当てる。交差方向は好ましくは第２の面６３ｂにほぼ垂直方向である。これによって、基板生産物ＳＰの分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。押し当てにより、第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂを有するレーザバーＬＢ１が形成され、これらの端面６７ａ、６７ｂの少なくとも発光層の端面には、半導体レーザに適用可能な程度の垂直性及び平坦性の共振ミラーを形成できると共に、これらの端面６７ａ、６７ｂにおける発光エリアの除く帯状のエリアには、スクライブ線に応じたへき開傷を形成できる。

形成されたレーザバーＬＢ１は、上記の分離により形成された第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂを有し、端面６７ａ、６７ｂの各々は、第１の面６３ａから第２の面６３ｂにまで延在する。これ故に、端面６７ａ、６７ｂは、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、ＸＺ面に交差する。端面６７ａ、６７ｂは、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸又はａ軸に直交する面に沿って延在し、へき開面である。

この方法によれば、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブした後に、基板生産物ＳＰの第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰの分離を行って、新たな基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。これ故に、ｍ軸又はａ軸に交差するように、レーザバーＬＢ１に第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂが形成される。この端面形成によれば、第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂに当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性が提供されると共に、当該III族窒化物半導体レーザ素子毎のスクライブ線に応じたへき開傷を形成できる。

工程Ｓ１０８では、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂに誘電体多層膜を形成して、レーザバー生産物を形成する。工程Ｓ１０９では、このレーザバー生産物を個々の半導体レーザのチップに分離する。

ｃ軸がａ軸又はｍ軸の方向に傾斜しているけれども、レーザバー生産物を個々の半導体レーザのチップに分離するときに、実質的に直方体形状の半導体素子を作製することができる。この半導体素子の側面は、へき開面と異なる割断面からなる。この割断面を得るためには、へき開面の形状と同様に、スクライブ線の形成とこれに引き続き押圧を行う。この割断面を得るための角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲であることができる。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面がｍ面からなる可能性が高くなる。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。更に好ましくは、角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面の一部に、ｍ面が出現する可能性がある。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。半極性主面５１ａは、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの面から−４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面も前記主面として好適である。これら典型的な半極性面において、十分な平坦性及び垂直性で当該III族窒化物半導体レーザ素子のための側面を提供できる。

また、基板５１は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、レーザ共振器として利用可能な端面を得ることができる。基板５１は好ましくはＧａＮからなる。

基板生産物ＳＰを形成する工程Ｓ１０４において、結晶成長に使用された半導体基板は、基板厚が４００μｍ以下になるようにスライス又は研削といった加工が施され、第２の面６３ｂが研磨により形成された加工面であることができる。この基板厚では、当該III族窒化物半導体レーザ素子の側面を構成できる程度の十分な平坦性、垂直性の側面を歩留まりよく形成できる。第２の面６３ｂが研磨により形成された研磨面であり、研磨されて基板厚が１００μｍ以下であれば更に好ましい。また、基板生産物ＳＰを比較的容易に取り扱うためには、基板厚が５０μｍ以上であることが好ましい。

III族窒化物半導体レーザ素子の側面は、ダイシング等により作製される加工面であってもよいが、半極性面５１ａ上にエピタキシャルに成長された複数の窒化ガリウム系半導体層への押圧によるブレイクによって形成される。半極性面５１ａ上へのエピタキシャル膜であるが故に、III族窒化物半導体レーザ素子の側面がへき開面又は割断面であることができる。これらへき開面又は割断面は、ダイシング等により作製された加工面ではない。しかしながら、半極性面５１ａ上へのエピタキシャル膜の積層のブレイクにおいて、III族窒化物半導体レーザ素子の側面は平坦性及び垂直性を有する。割断面の作製の具体例を示すために、引き続く実施例を説明する。

（実施例１）
以下の通り、半極性面ＧａＮ基板を準備し、割断面の垂直性を観察した。基板には、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴットからｍ軸方向に７５度の角度で切り出した｛２０−２１｝面ＧａＮ基板を用いた。ＧａＮ基板の主面は鏡面仕上げであり、裏面は研削仕上げされた梨地状態であった。基板の厚さは３７０μｍであった。

梨地状態の裏面側に、ダイヤモンドペンを用いて、ｃ軸を基板主面に投影した方向に垂直にケガキ線を入れた後、押圧して基板を割断した。得られた割断面の垂直性を観察するため、走査型電子顕微鏡を用いてａ面方向から基板を観察した。

図７（ａ）は、割断面をａ面方向から観察した走査型電子顕微鏡像であり、右側の端面（側面として設けられる面）が割断面である。割断面は半極性主面に対して、平坦性及び垂直性を有することがわかる。

（実施例２）
引き続く説明から理解されるように、この割断面は、レーザの共振器として適用できる程度の品質を有しているので、素子側面として純分に利用可能である。実施例１では、半極性｛２０−２１｝面を有するＧａＮ基板において、ｃ軸を基板主面に投影した方向に垂直にケガキ線を入れて押圧して得た割断面は、基板主面に対して平坦性及び垂直性を有することがわかった。以下の通り、図８に示されるレーザーダイオードを有機金属気相成長法により成長した。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ_３）、シラン（ＳｉＨ_４）を用いた。基板７１を準備した。基板７１には、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴットからｍ軸方向に０度から９０度の範囲の角度でウェハスライス装置を用いて切り出し、ｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角度ＡＬＰＨＡが、０度から９０度の範囲の所望のオフ角を有するＧａＮ基板を作製した。例えば、７５度の角度で切り出したとき、｛２０−２１｝面ＧａＮ基板が得られ、図７（ｂ）に示される六方晶系の結晶格子において参照符号７１ａによって示されている。

成長前に、基板の積層欠陥密度を調べるため、カソードルミネッセンス法によって、基板を観察した。カソードルミネッセンスでは、電子線によって励起されたキャリアの発光過程を観察するが、積層欠陥が存在すると、その近傍ではキャリアが非発光再結合するので、暗線状に観察される。その暗線の単位長さあたりの密度（線密度）を求め、積層欠陥密度と定義した。ここでは、積層欠陥密度を調べるために、非破壊測定のカソードルミネッセンス法を用いたが、破壊測定の透過型電子顕微鏡を用いてもよい。透過型電子顕微鏡では、ａ軸方向から試料断面を観察したとき、基板から試料表面に向かってｍ軸方向に伸びる欠陥が、支持基体に含まれる積層欠陥であり、カソードルミネッセンス法の場合と同様に、積層欠陥の線密度を求めることができる。

この基板７１を反応炉内のサセプタ上に配置した後に、以下の成長手順でエピタキシャル層を成長した。まず、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ７２を成長した。次に、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７３を成長した。引き続き、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層７４ａ及び厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７４ｂを成長した後に、ＧａＮ厚さ１５ｎｍ／ＩｎＧａＮ厚さ３ｎｍから構成される３周期ＭＱＷ７５を成長した。続いて、厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７６ａ、厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮブロック層７７及び厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮガイド層７６ｂを成長した。次に、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７を成長した。最後に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層７８を成長した。

ＳｉＯ_２の絶縁膜７９をコンタクト層７８上に成膜した後に、フォトリソグラフィを用いて幅１０μｍのストライプ窓をウェットエッチングにより形成した。ここで、以下のようにストライプ方向にコンタクト窓を形成した。レーザストライプがＡ方向：＜１１−２０＞方向に向く。

ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側電極８０ａとＴｉ／Ａｌから成るパッド電極を蒸着した。次いで、ＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面をダイヤモンドスラリーを用いて研磨し、裏面がミラー状態の基板生産物を作製した。このとき、接触式膜厚計を用いて基板生産物の厚みを測定した。厚みの測定には、試料断面からの顕微鏡によっても行っても良い。顕微鏡には、光学顕微鏡や、走査型電子顕微鏡を用いることができる。ＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面（研磨面）にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るｎ側電極８０ｂを蒸着により形成した。

これら２種類のレーザストライプに対する共振器ミラーの作製には、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いるレーザスクライバを用いた。レーザスクライバを用いてブレイクした場合には、ダイヤモンドスクライブを用いた場合と比較して、発振チップ歩留まりを向上させることが可能である。スクライブ溝の形成条件として以下のものを用いた：レーザ光出力１００ｍＷ；走査速度は５ｍｍ／ｓ。形成されたスクライブ溝は、例えば、長さ３０μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝であった。８００μｍピッチで基板の絶縁膜開口箇所を通してエピ表面に直接レーザ光を照射することによって、スクライブ溝を形成した。共振器長は６００μｍとした。半導体レーザのための共振ミラーをへき開により形成した。

次いで、ブレードを用いて、半導体レーザのための側面を割断により作製した。基板裏側に押圧によりブレイクすることによって、レーザチップを作製した。より具体的に、｛２０−２１｝面のＧａＮ基板について、結晶方位と割断面との関係を示したものが、図７（ｂ）と図７（ｃ）である。図７（ｂ）は、レーザ素子のための側面８１ａ、８１ｂが半極性面７１ａと共に示される。側面８１ａ、８１ｂは半極性面７１ａにほぼ直交しているが、従来のｃ面、ｍ面又はａ面等のこれまでのへき開面とは異なる。図７（ｃ）はレーザストライプを＜１１−２０＞方向に設けた場合であり、半極性面７１ａと共にレーザ共振器のための端面８１ｃ、８１ｄが示される。端面８１ｃ、８１ｄは、半極性面７１ａにほぼ直交しており、本実施例ではａ面から構成される。

ブレイクによって形成された割断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、顕著な凹凸は観察されなかった。このことから、割断面の平坦性（凹凸の大きさ）は、２０ｎｍ以下と推定される。更に、割断面の試料表面に対する垂直性は、−５度から＋５度の範囲内であった。

レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングした。誘電体多層膜は、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を交互に積層して構成した。膜厚はそれぞれ、５０〜１００ｎｍの範囲で調整して、反射率の中心波長が５００〜５３０ｎｍの範囲になるように設計した。片側の反射面を１０周期とし、反射率の設計値を約９５％に設計し、もう片側の反射面を６周期とし、反射率の設計値を約８０％とした。

図９は、実施の形態において使用可能なＧａＮ基板の一構造を示す図面である。基板１１は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位密度が第１の貫通転位密度より大きい複数の第１の領域１２ａと、ｃ軸方向に伸びる貫通転位密度が第１の貫通転位密度より小さい複数の第２の領域１２ｂとを含むことができる。基板１１の主面１１ａには第１および第２の領域１２ａ、１２ｂが現れている。基板１１の主面１１ａにおいて、第１および第２の領域１２ａ、１２ｂの幅は、それぞれ、例えば５００マイクロメートル及び５０００マイクロメートルである。第１および第２の領域１２ａ、１２ｂは所定の方向に交互に配置されている。基板が窒化ガリウムからなるとき、所定の方向は該窒化ガリウムのａ軸またはｍ軸の方向であることができる。このとき、このＧａＮ基板は、図９に示されるように、ストライプコア型ＧａＮ主面を示す。第１および第２の領域１２ａ、１２ｂは、ａ軸またはｍ軸とｃ軸とによって規定される面に沿って延在することができる。

第１の領域１２ａは高転位密度の欠陥集中領域の半導体部であり、第２の領域１２ｂは低転位密度の欠陥低減領域の半導体部である。基板１１の低転位密度の領域に窒化物系半導体発光素子を作製することによって、発光素子の発光効率、信頼性を向上させることができる。第２の領域１２ｂの貫通転位密度は１×１０^７ｃｍ^−２未満であると、実用に十分な信頼性をもつ半導体レーザが得られる。

このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、大きな貫通転位密度の領域１２ａにスクライブ線を設けることが良い。このため、貫通転位密度の大きな領域１２ａからへき開が進行するので、貫通転位密度により規定される結晶品質の程度を利用してへき開傷を形成できる。また、このへき開傷は、ｃ軸方向に形成される。

半導体レーザのための側面を割断により作製できることを示す。垂直な側面の半導体レーザの利点としては例えば以下のものがある。半導体レーザ光は互いに向かい合う反射鏡（共振器）の間で励起、増幅されていく。活性層がこの割断面である反射面に垂直に配置していれば活性層に沿って増幅されながら進行した光は結晶端の反射面で反射され、向きを１８０度変えて進行する。この反射面である側面が垂直であれば、対向した反射面で光がロスすることなく往復するが、垂直からずれていくに従い、反射した光の光路が共振器からずれ、対向する反射面に垂直に向かうことができなくなるため、ロスが増加していく。したがって、反射面値なる側面は垂直であることが望ましい。半導体レーザのための側面に適用する割断面の品質を評価するために、割断面を光共振器の端面として有するレーザダイオードを作製した。ＧａＮ基板のｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角と発振歩留まりとの関係を調べた結果、図１０が得られた。本実施例では、発振歩留まりについては、（発振チップ数）／（測定チップ数）と定義した。また、図１０は、基板の積層欠陥密度が１×１０^４（ｃｍ^−１）以下の基板であり、かつレーザストライプが（１）Ｍ方向のレーザにおいて、プロットしたものである。図１０から、オフ角が４５度以下では、発振歩留まりが極めて低いことがわかる。端面状態を光学顕微鏡で観察した結果、４５度より小さい角度では、ほとんどのチップでｍ面が出現し、垂直性が得られないことがわかった。また、オフ角が６３度以上８０度以下の範囲では、垂直性が向上し、発振歩留まりが５０％以上に増加することがわかる。これらの事実から、ＧａＮ基板のオフ角度の範囲は、６３度以上８０度以下が最適である。なお、この結晶的に等価な端面を有することになる角度範囲である、１００度以上１１７度以下の範囲でも、同様の結果が得られる。
図１０に示されたデータは以下のものである。
傾斜角、歩留まり
10 0.1
43 0.2
58 50
63 65
66 80
71 85
75 80
79 75
85 45
90 35。
レーザダイオードの側面は、光共振器のための端面に求められるほど厳格な平坦性及び垂直性を必要しないので、上記の範囲よりも広い範囲の傾斜角においても、割断によりレーザダイオードの側面を形成できることが示される。

積層欠陥密度と発振歩留まりとの関係を調べた結果、図１１が得られた。発振歩留まりの定義については、上記と同様である。図１１から、積層欠陥密度が１×１０^４（ｃｍ^−１）を超えると急激に発振歩留まりが低下することがわかる。また、端面状態を光学顕微鏡で観察した結果、発振歩留まりが低下したサンプルでは、端面の凹凸が激しく平坦な割断面が得られていないことがわかった。積層欠陥の存在によって、割れ易さに違いが出たことが原因と考えられる。このことから、基板に含まれる積層欠陥密度が１×１０^４（ｃｍ^−１）以下である必要がある。
図１１に示されたデータは以下のものである。
積層欠陥密度（ｃｍ^−１）、歩留まり
500 80
1000 75
4000 70
8000 65
10000 20
50000 2。
レーザダイオードの側面は、光共振器のための端面に求められるほど厳格な平坦性及び垂直性を必要しないので、上記の範囲よりも広い範囲の積層欠陥密度においても、割断によりレーザダイオードの側面を形成できることが示される。

基板厚みと発振歩留まりとの関係を調べた結果、図１２が得られた。発振歩留まりの定義については、上記と同様である。また、図１２では、基板の積層欠陥密度１×１０^４（ｃｍ^−１）以下であり、かつレーザストライプが（１）Ｍ方向のレーザにおいて、プロットした。図１２から、基板厚みが１００μｍよりも薄く５０μｍよりも厚いときに、発振歩留まりが高い。これは、基板厚みが１００μｍよりも厚いと、割断面の垂直性が悪化することによる。また、５０μｍよりも薄いと、ハンドリングが困難で、チップが破壊され易くなることによる。これらのことから、基板の厚みは、５０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。
図１２に示されたデータは以下のものである。
基板厚、歩留まり
48 10
80 65
90 70
110 45
150 48
200 30
400 20。
レーザダイオードの側面は、光共振器のための端面に求められるほど厳格な平坦性及び垂直性を必要しないので、上記の範囲よりも広い範囲においても、割断によりレーザダイオードの側面を形成できることが示される。

（実施例３）
実施例２では、｛２０−２１｝面を有するＧａＮ基板上に、半導体レーザのための複数のエピタキシャル膜を成長した。上記のように、スクライブ溝の形成と押圧とによって素子の側面が形成された。これらの側面のための面方位の候補を見いだすために、（２０−２１）面に９０度近傍の角度を成し、ａ面とは異なる面方位を計算により求めた。以下の角度及び面方位が、（２０−２１）面に対して９０度近傍の角度を有する。具体的な面指数、｛２０−２１｝面に対する角度
（−１０１６）： ９２．４６度；
（−１０１７）： ９０．１０度；
（−１０１８）： ８８．２９度。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５…電極、１７…支持基体、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…支持基体裏面、１７ｃ…支持基体端面、１９…半導体領域、１９ａ…半導体領域表面、１９ｃ…半導体領域端面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…キャリアブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、ＭＡ…ｍ軸ベクトル、ＢＥＴＡ…角度、ＤＳＵＢ…支持基体厚さ、５１…基板、５１ａ…半極性主面、ＳＰ…基板生産物、５７…窒化ガリウム系半導体領域、５９…発光層、６１…窒化ガリウム系半導体領域、５３…半導体領域、５４…絶縁膜、５４ａ…絶縁膜開口、５５…レーザ構造体、５８ａ…アノード電極、５８ｂ…カソード電極、６３ａ…第１の面、６３ｂ…第２の面、１０ａ…レーザスクライバ、６５ａ…スクライブ溝、６５ｂ…スクライブ溝、ＬＢ…レーザビーム、ＳＰ１…基板生産物、ＬＢ１…レーザバー、６９…ブレード、６９ａ…エッジ、６９ｂ、６９ｃ…ブレード面、７１…支持装置、７１ａ…支持面、７１ｂ…凹部

Claims (12)

1. III族窒化物半導体レーザ素子であって、
   六方晶系III族窒化物半導体からなり半極性主面を有する支持基体と、
   前記支持基体の前記半極性主面上に設けられた半導体領域と
   を備え、
   前記支持基体及び前記半導体領域はレーザ構造体を構成し、
   前記レーザ構造体は、第１及び第２の端面を有すると共に、前記第１の端面から前記第２の端面に延在するレーザ導波路を含み、
   前記半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、
   前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記半極性主面の法線軸に沿って配列されており、
   前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記第１の端面から前記第２の端面へ向かう導波路軸に交差する方向に前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、
   前記活性層は前記導波路軸に沿って延在する窒化ガリウム系半導体層を含み、
   当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第１及び第２の端面を含み、
   前記レーザ構造体は第１及び第２の面を含み、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、
   前記第１の端面は、前記第１の面のエッジから前記第２の面のエッジまで延在し、
   前記第１の端面は、前記第１の端面のエッジに設けられたスクライブ線の向きに延在し、
   前記第１の端面は、前記活性層からの光が出射される発光エリアを有し、
   前記第１の端面はへき開面であり、また当該へき開面において前記スクライブ線から前記ｃ軸の方向に延びるへき開傷を有する、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子。
2. 前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた第１の電極を更に備え、
   前記支持基体は、前記法線軸及び前記導波路軸に直交する軸の方向に順に設けられた第１〜第３の部分を有し、
   前記レーザ導波路は前記第１の電極と前記支持基体の前記第２の部分との間に位置し、
   前記へき開傷は、前記支持基体の前記第２の部分の端面に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
3. 前記角度ＡＬＰＨＡは６５度以上８０度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
4. 前記レーザ導波路の中心を規定する中心面は、前記第１及び第２の面に交差し、
   前記スクライブ線の端部と前記中心面との間隔は２０μｍ以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
5. 前記半導体領域に主面上に設けられた絶縁膜を更に備え、
   前記半導体領域は第１及び第２の光ガイド層を更に含み、
   前記第１の光ガイド層は前記支持基体と前記活性層との間に設けられ、
   前記活性層は、前記第１の光ガイド層と前記第２の光ガイド層との間に設けられ、
   前記活性層並びに前記第１及び第２の光ガイド層は発光層を構成し、
   前記絶縁膜は、前記導波路軸の方向に延在するストライプ状の開口を有し、
   前記へき開傷は、所定の領域を規定する境界と前記第１の端面との交差により規定される交差エリアから離れており、
   前記所定の領域は、前記発光層の縁から５μｍ以内であり前記開口のストライプ幅で前記導波路軸に沿って延在する、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
6. 前記支持基体は、所定の貫通転位密度より大きい第１の貫通転位密度を有する第１の領域と前記所定の貫通転位密度より小さい第２の貫通転位密度を有する第２の領域とを含み、
   前記レーザ導波路は、前記支持基体の前記第２の領域上に設けられ、
   前記スクライブ線は、前記支持基体の前記第１の領域上に設けられる、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
7. 前記導波路軸の方向に延在し前記レーザ構造体の形状を規定する第１及び第２の側面を更に備え、
   前記第１及び第２の側面の延在方向は、前記第１及び第２の端面の延在方向に交差し、
   前記第１及び第２の側面の各々は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ面、ｍ面及びｃ面のへき開面の方向に延在する基準面に対して傾斜する、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
8. 前記第１及び第２の側面の各々は割断面を含む、ことを特徴とする請求項７に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
9. 前記導波路軸の方向に延在し前記レーザ構造体の形状を規定する第１及び第２の側面を更に備え、
   前記第１及び第２の側面の各々は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸、ａ軸又はｍ軸の方向に延在するへき開面を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
10. 前記ｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
11. 前記ｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
12. 前記第１の端面上に設けられた誘電体多層膜を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。