JP2012023402A - Group iii nitride semiconductor laser element, and method of manufacturing group iii nitride semiconductor laser element - Google Patents

Group iii nitride semiconductor laser element, and method of manufacturing group iii nitride semiconductor laser element Download PDF

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Katsushi Akita
勝史 秋田
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Takamichi Sumitomo
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Koji Katayama
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride semiconductor laser element having a laser resonator capable of having a low threshold current on a semipolar plane of a support base body in which a c-axis of a hexagonal group III nitride is inclined in an m-axis direction.SOLUTION: First and second fractured faces 27, 29 to form a laser resonator intersect with an m-n plane. A group III nitride semiconductor laser element 11 has a laser waveguide extending in a direction of a line of an intersection between the m-n plane and a semipolar plane 17a. For this reason, it is feasible to make use of emission by a band transition enabling a low threshold current. In a laser structure 13, a first surface 13a is an opposite side of a second surface 13b. The first and second fractured faces 27, 29 extend from an edge 13c of the first surface 13a to an edge 13d of the second surface 13b. The fractured faces 27, 29 are not formed by dry etching and are different from past cleavage faces such as c-planes, m-planes, or a-planes.

Description

本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor laser device and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor laser device.

非特許文献1には、c面サファイア基板上に作製された半導体レーザが記載されている。ドライエッチングにより半導体レーザのミラー面が形成される。レーザの共振ミラー面の顕微鏡写真が掲載され、その端面の粗さが約50nmであることが記載されている。   Non-Patent Document 1 describes a semiconductor laser fabricated on a c-plane sapphire substrate. A mirror surface of the semiconductor laser is formed by dry etching. A photomicrograph of the resonant mirror surface of the laser is published, and it is described that the roughness of the end surface is about 50 nm.

非特許文献2には、(11−22)面GaN基板上に作製された半導体レーザが記載されている。ドライエッチングにより半導体レーザのミラー面が形成される。   Non-Patent Document 2 describes a semiconductor laser fabricated on a (11-22) plane GaN substrate. A mirror surface of the semiconductor laser is formed by dry etching.

非特許文献3には、窒化ガリウム系半導体レーザが記載されている。へき開面(cleaved facets)としてm面をレーザ共振器に利用するために、基板のc軸のオフ方向に偏光したレーザ光を生成することを提案している。この文献には、具体的には、無極性面では井戸幅を拡げること、半極性面では井戸幅を狭めることが記載されている。   Non-Patent Document 3 describes a gallium nitride based semiconductor laser. In order to use the m-plane as a cleaved facets for a laser resonator, it has been proposed to generate laser light polarized in the off direction of the c-axis of the substrate. Specifically, this document describes that the well width is increased on the nonpolar plane and the well width is decreased on the semipolar plane.

Jpn.J. Appl. Phys. Vol. 35, (1996) L74-L76Jpn.J.Appl.Phys.Vol. 35, (1996) L74-L76 Appl.Phys. Express 1 (2008) 091102Appl.Phys.Express 1 (2008) 091102 Jpn.J. Appl. Phys. Vol. 46, (2007) L789Jpn.J.Appl.Phys.Vol. 46, (2007) L789

窒化ガリウム系半導体のバンド構造によれば、レーザ発振可能ないくつかの遷移が存在する。発明者の知見によれば、c軸がm軸の方向に傾斜した半極性面の支持基体を用いるIII族窒化物半導体レーザ素子では、c軸及びm軸によって規定される面に沿ってレーザ導波路を延在させるとき、しきい値電流を下げることができると考えている。このレーザ導波路の向きでは、これらのうち遷移エネルギ(伝導帯エネルギと価電子帯エネルギとの差)の最も小さいモードがレーザ発振可能になり、このモードの発振が可能になるとき、しきい値電流を下げることができる。   According to the band structure of a gallium nitride semiconductor, there are several transitions that can cause laser oscillation. According to the inventor's knowledge, in a group III nitride semiconductor laser device using a semipolar surface supporting substrate whose c-axis is inclined in the direction of the m-axis, the laser beam is guided along a plane defined by the c-axis and the m-axis. We believe that the threshold current can be lowered when extending the waveguide. In the direction of this laser waveguide, the mode with the smallest transition energy (difference between conduction band energy and valence band energy) can be laser-oscillated, and when this mode can be oscillated, the threshold is set. The current can be lowered.

しかしながら、このレーザ導波路の向きでは、共振器ミラーのために、c面、a面又はm面という従来のへき開面を利用することはできない。これ故に、共振器ミラーの作製のために、反応性イオンエッチング(RIE)を用いて半導体層のドライエッチング面を形成してきた。RIE法で形成された共振器ミラーは、レーザ導波路に対する垂直性、ドライエッチング面の平坦性又はイオンダメージの点で、改善が望まれている。また、現在の技術レベルにおける良好なドライエッチング面を得るためのプロセス条件の導出が大きな負担となる。   However, in this laser waveguide orientation, a conventional cleavage plane such as c-plane, a-plane or m-plane cannot be used for the resonator mirror. For this reason, the dry etching surface of the semiconductor layer has been formed using reactive ion etching (RIE) for the fabrication of the resonator mirror. A resonator mirror formed by the RIE method is desired to be improved in terms of perpendicularity to a laser waveguide, flatness of a dry etching surface, or ion damage. In addition, derivation of process conditions for obtaining a good dry etching surface at the current technical level is a heavy burden.

発明者が知る限りにおいて、これまで、上記の半極性面上に形成された同一のIII族窒化物半導体レーザ素子において、c軸の傾斜方向(オフ方向)に延在するレーザ導波路とドライエッチングを用いずに形成された共振器ミラー用端面との両方が達成されていない。   As far as the inventor knows, in the same group III nitride semiconductor laser element formed on the above semipolar plane, a laser waveguide extending in the c-axis tilt direction (off direction) and dry etching have so far been made. Both the end face for the resonator mirror formed without using the above are not achieved.

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものである。本発明の目的は、六方晶系III族窒化物のc軸からm軸の方向に傾斜した支持基体の半極性面上において、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することにあり、またこのIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances. It is an object of the present invention to provide a group III nitride having a laser resonator that enables a low threshold current on the semipolar plane of a support base inclined from the c-axis to the m-axis direction of hexagonal group III nitride. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device, and to provide a method for manufacturing the group III nitride semiconductor laser device.

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、及び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を含むレーザ構造体と、(b)前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた電極とを備える。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、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、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、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸の方向に前記法線軸に対して有限な角度ALPHAで傾斜しており、前記レーザ構造体は、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸及び前記法線軸によって規定されるm−n面に交差する第1及び第2の割断面を含み、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の割断面を含み、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及び第2の割断面は、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する。   A group III nitride semiconductor laser device according to one aspect of the present invention includes: (a) a support base made of a hexagonal group III nitride semiconductor and having a semipolar main surface; and the semipolar main surface of the support base A laser structure including the semiconductor region provided; and (b) an electrode provided on the semiconductor region of the laser structure. The semiconductor region includes a first cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a first conductivity type, a second cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a second conductivity type, the first cladding layer, and the first cladding layer. The first cladding layer, the second cladding layer and the active layer are arranged along a normal axis of the semipolar main surface. The active layer includes a gallium nitride based semiconductor layer, and the c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor of the support base is the normal axis in the direction of the m axis of the hexagonal group III nitride semiconductor. The laser structure is inclined at a finite angle ALPHA, and the laser structure intersects the mn plane defined by the m-axis and the normal axis of the hexagonal group III nitride semiconductor. The group III nitride semiconductor laser The laser resonator of the element includes the first and second fractured surfaces, the laser structure includes first and second surfaces, and the first surface is a surface opposite to the second surface. The first and second fractured surfaces extend from an edge of the first surface to an edge of the second surface.

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、レーザ共振器となる第1及び第2の割断面が、六方晶系III族窒化物半導体のm軸及び法線軸によって規定されるm−n面に交差するので、m−n面と半極性面との交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。   According to this group III nitride semiconductor laser device, the first and second fractured surfaces serving as laser resonators are in the mn plane defined by the m axis and the normal axis of the hexagonal group III nitride semiconductor. Since they intersect, a laser waveguide extending in the direction of the intersecting line between the mn plane and the semipolar plane can be provided. Therefore, a group III nitride semiconductor laser device having a laser resonator that enables a low threshold current can be provided.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記法線軸と前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸との成す角度は、45度以上80度以下又は100度以上135度以下の範囲であることが好ましい。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, an angle formed between the normal axis and the c axis of the hexagonal group III nitride semiconductor is in a range of 45 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 135 degrees. It is preferable that

このIII族窒化物半導体レーザ素子では、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。   In this group III nitride semiconductor laser device, there is a high possibility that the end face formed by pressing is an m-plane at angles less than 45 degrees and greater than 135 degrees. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記法線軸と前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸との成す角度は、63度以上80度以下又は100度以上117度以下の範囲であることが更に好ましい。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, an angle formed between the normal axis and the c axis of the hexagonal group III nitride semiconductor is in a range of not less than 63 degrees and not more than 80 degrees, or not less than 100 degrees and not more than 117 degrees. More preferably.

このIII族窒化物半導体レーザ素子では、63度以上80度以下又は100度以上117度以下の範囲では、押圧により形成される端面が、基板主面に垂直に近い面が得られ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。   In this group III nitride semiconductor laser device, in the range of 63 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 117 degrees, there is a high possibility that the end face formed by pressing is nearly perpendicular to the substrate main surface. Become. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の厚さは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。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the thickness of the support base is preferably 400 μm or less. This group III nitride semiconductor laser device is suitable for obtaining a high-quality fractured surface for a laser resonator.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の厚さは50μm以上100μm以下であることが更に好ましい。厚さ50μm以上であれば、ハンドリングが容易になり、生産歩留まりが向上する。100μm以下であれば、レーザ共振器のための良質な割断面を得るために更に好適である。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the thickness of the support base is more preferably 50 μm or more and 100 μm or less. When the thickness is 50 μm or more, handling becomes easy and production yield is improved. If it is 100 micrometers or less, it is further suitable in order to obtain the good-quality split surface for a laser resonator.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層からのレーザ光は、前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向に偏光している。このIII族窒化物半導体レーザ素子において、低しきい値電流を実現できるバンド遷移は偏光性を有する。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the laser light from the active layer is polarized in the a-axis direction of the hexagonal group III nitride semiconductor. In this group III nitride semiconductor laser device, a band transition capable of realizing a low threshold current has polarization.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、当該III族窒化物半導体レーザ素子におけるLEDモードにおける光は、前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向に偏光成分I1と、前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸を主面に投影した方向に偏光成分I2を含み、前記偏光成分I1は前記偏光成分I2よりも大きい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、LEDモードにおいて大きな発光強度のモードの光を、レーザ共振器を用いてレーザ発振させることができる。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the light in the LED mode of the group III nitride semiconductor laser device includes the polarization component I1 in the direction of the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor and the hexagonal The polarization component I2 is included in a direction in which the c-axis of the crystal group III nitride semiconductor is projected onto the principal surface, and the polarization component I1 is larger than the polarization component I2. According to this group III nitride semiconductor laser element, light having a large emission intensity in the LED mode can be laser-oscillated using the laser resonator.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は、{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好ましい。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the semipolar main surface includes {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1. } Any of the surfaces is preferred.

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、これら典型的な半極性面において、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の第1及び第2の端面を提供できる。   According to this group III nitride semiconductor laser device, the first and second flatness and perpendicularity sufficient to configure the laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device on these typical semipolar planes. Two end faces can be provided.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は、{20−21}面、{10−11}面、{20−2−1}面、及び{10−1−1}面のいずれかの半極性面から、m面方向に−4度以上+4度以下の範囲の微傾斜を有する面も前記主面として好適である。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the semipolar main surface includes {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1. } A plane having a slight inclination in a range of −4 degrees or more and +4 degrees or less in the m-plane direction from any semipolar plane of the plane is also suitable as the main plane.

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、これら典型的な半極性面からの微傾斜面において、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の第1及び第2の端面を提供できる。   According to this group III nitride semiconductor laser device, the flatness and perpendicularity sufficient to configure the laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device on the slightly inclined surface from these typical semipolar planes. First and second end surfaces of the first and second end surfaces can be provided.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の積層欠陥密度は1×10cm−1以下であることが好ましい。 In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the stacking fault density of the support base is preferably 1 × 10 4 cm −1 or less.

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、積層欠陥密度が1×10cm−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。 According to this group III nitride semiconductor laser device, since the stacking fault density is 1 × 10 4 cm −1 or less, there is a low possibility that the flatness and / or the perpendicularity of the fractured section will be disturbed due to accidental circumstances.

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、GaN、AlGaN、AlN、InGaN及びInAlGaNのいずれかからなることができる。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the support base may be made of any one of GaN, AlGaN, AlN, InGaN, and InAlGaN.

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、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、共振器として利用可能な第1及び第2の端面を得ることができる。AlN基板又は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。   According to this group III nitride semiconductor laser device, when using a substrate made of these gallium nitride semiconductors, the first and second end faces that can be used as a resonator can be obtained. When an AlN substrate or an AlGaN substrate is used, the degree of polarization can be increased, and light confinement can be enhanced by a low refractive index. When an InGaN substrate is used, the lattice mismatch rate between the substrate and the light emitting layer can be reduced, and the crystal quality can be improved.

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の割断面の少なくともいずれか一方に設けられた誘電体多層膜を更に備えることができる。   The group III nitride semiconductor laser device according to the present invention may further include a dielectric multilayer film provided on at least one of the first and second fractured faces.

このIII族窒化物半導体レーザ素子においても、破断面にも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。   Also in this group III nitride semiconductor laser device, an end face coat can be applied to the fracture surface. The reflectance can be adjusted by the end face coating.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、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。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の利用により、LEDモードの偏光を有効に利用したIII族窒化物半導体レーザ素子を得ることができ、低しきい値電流を得ることができる。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the active layer may include a quantum well structure provided to generate light having a wavelength of 360 nm to 600 nm. This group III nitride semiconductor laser device can obtain a group III nitride semiconductor laser device that effectively utilizes polarized light in the LED mode by utilizing a semipolar plane, and can obtain a low threshold current.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、波長430nm以上550nm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更に好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の利用により、ピエゾ電界の低減と発光層領域の結晶品質向上によって量子効率を向上させることが可能となり、波長430nm以上550nm以下の光の発生に好適である。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, it is more preferable that the active layer includes a quantum well structure provided to generate light having a wavelength of 430 nm or more and 550 nm or less. This group III nitride semiconductor laser device can improve quantum efficiency by reducing the piezoelectric field and improving the crystal quality of the light emitting layer region by utilizing a semipolar plane, and can generate light with a wavelength of 430 nm to 550 nm. Is preferred.

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の割断面の各々には、前記支持基体の端面及び前記半導体領域の端面が現れており、前記半導体領域の前記活性層における端面と前記六方晶系窒化物半導体からなる支持基体のm軸に直交する基準面との成す角度は、前記III族窒化物半導体のc軸及びm軸によって規定される第1平面において(ALPHA−5)度以上(ALPHA+5)度以下の範囲の角度を成す。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, an end surface of the support base and an end surface of the semiconductor region appear in each of the first and second fractured surfaces, and the active layer of the semiconductor region The angle formed between the end face in FIG. 5 and the reference plane perpendicular to the m-axis of the support base made of the hexagonal nitride semiconductor is (ALPHA) in the first plane defined by the c-axis and m-axis of the group III nitride semiconductor. −5) An angle in the range of not less than ALPHA + 5 degrees.

このIII族窒化物半導体レーザ素子は、c軸及びm軸の一方から他方に取られる角度に関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。   This group III nitride semiconductor laser device has an end surface that satisfies the above-described perpendicularity with respect to an angle taken from one of the c-axis and the m-axis to the other.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記角度は、前記第1平面及び前記法線軸に直交する第2平面において−5度以上+5度以下の範囲であることが好ましい。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the angle is preferably in the range of −5 degrees or more and +5 degrees or less in the first plane and the second plane orthogonal to the normal axis.

このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の法線軸に垂直な面において規定される角度に関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。   This group III nitride semiconductor laser device has an end face that satisfies the above-described perpendicularity with respect to an angle defined in a plane perpendicular to the normal axis of the semipolar plane.

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記電極は所定の軸の方向に延在しており、前記第1及び第2の割断面は前記所定の軸に交差する。   In the group III nitride semiconductor laser device according to the present invention, the electrode extends in the direction of a predetermined axis, and the first and second fractured surfaces intersect the predetermined axis.

本発明の別の側面は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る。この方法は、(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基板を準備する工程と、(b)前記半極性主面上に形成された半導体領域と前記基板とを含むレーザ構造体、アノード電極、及びカソード電極を有する基板生産物を形成する工程と、(c)前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向に前記基板生産物の第1の面を部分的にスクライブする工程と、(d)前記基板生産物の第2の面への押圧により前記基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程とを備える。前記第1の面は前記第2の面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第1の面と前記基板との間に位置し、前記レーザバーは、前記第1の面から前記第2の面まで延在し前記分離により形成された第1及び第2の端面を有し、前記第1及び第2の端面は当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、前記アノード電極及びカソード電極は、前記レーザ構造体上に形成され、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、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、前記基板の前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸の方向に前記法線軸に対して有限な角度ALPHAで傾斜しており、前記第1及び第2の端面は、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸及び前記法線軸によって規定されるm−n面に交差する。   Another aspect of the present invention relates to a method for fabricating a group III nitride semiconductor laser device. This method includes (a) a step of preparing a substrate made of a hexagonal group III nitride semiconductor and having a semipolar main surface; and (b) a semiconductor region formed on the semipolar main surface and the substrate. Forming a substrate product having a laser structure, an anode electrode, and a cathode electrode comprising (c) a first surface of the substrate product in the direction of the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor; A step of partially scribing; and (d) separating the substrate product by pressing the substrate product against a second surface to form another substrate product and a laser bar. The first surface is a surface opposite to the second surface, the semiconductor region is located between the first surface and the substrate, and the laser bar extends from the first surface to the first surface. The first and second end faces extending to the second face and formed by the separation, wherein the first and second end faces constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element, An anode electrode and a cathode electrode are formed on the laser structure, and the semiconductor region is formed of a first cladding layer made of a first conductivity type gallium nitride semiconductor and a second conductivity type gallium nitride semiconductor. A second clad layer; and an active layer provided between the first clad layer and the second clad layer, the first clad layer, the second clad layer, and the active layer. Are arranged along the normal axis of the semipolar principal surface. The active layer includes a gallium nitride based semiconductor layer, and the c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor of the substrate is in the direction of the m axis of the hexagonal group III nitride semiconductor with respect to the normal axis. The first and second end faces intersect the mn plane defined by the m-axis and the normal axis of the hexagonal group III nitride semiconductor.

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の第1の面をスクライブした後に、基板生産物の第2の面への押圧により基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する。これ故に、六方晶系III族窒化物半導体のm軸と法線軸とによって規定されるm−n面に交差するように、レーザバーに第1及び第2の端面が形成される。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、垂直性又はイオンダメージの無い共振ミラー面が提供される。   According to this method, after the first surface of the substrate product is scribed in the direction of the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor, the substrate product is separated by pressing the substrate product against the second surface. To form another substrate product and laser bar. Therefore, the first and second end faces are formed on the laser bar so as to intersect the mn plane defined by the m-axis and the normal axis of the hexagonal group III nitride semiconductor. According to this end face formation, the first and second end faces are provided with a mirror mirror surface having sufficient flatness, perpendicularity, or ion damage sufficient to constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element. The

また、この方法では、レーザ導波路は、六方晶系III族窒化物のc軸の傾斜の方向に延在しており、このレーザ導波路を提供できる共振器ミラー端面をドライエッチング面を用いずに形成している。   In this method, the laser waveguide extends in the direction of the c-axis inclination of the hexagonal group III nitride, and the cavity mirror end face that can provide this laser waveguide is not used as a dry etching surface. Is formed.

本発明に係る方法では、前記基板生産物を形成する前記工程において、前記基板は、前記基板の厚さが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、前記第2の面は前記加工により形成された加工面であることができる。もしくは、前記加工面上に形成された電極を含む面であることができる。   In the method according to the present invention, in the step of forming the substrate product, the substrate is subjected to processing such as slicing or grinding so that the thickness of the substrate is 400 μm or less, and the second surface is It can be a processed surface formed by processing. Alternatively, it can be a surface including an electrode formed on the processed surface.

本発明に係る方法では、前記基板生産物を形成する前記工程において、前記基板は、前記基板の厚さが50μm以上100μm以下になるように研磨され、前記第2の面は前記研磨により形成された研磨面であることができる。もしくは、前記研磨面上に形成された電極を含む面であることができる。   In the method according to the present invention, in the step of forming the substrate product, the substrate is polished so that the thickness of the substrate is 50 μm or more and 100 μm or less, and the second surface is formed by the polishing. It can be a polished surface. Alternatively, it can be a surface including an electrode formed on the polished surface.

このような厚さの基板では、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できる程度の十分な平坦性、垂直性又はイオンダメージの無い第1及び第2の端面を歩留まりよく形成できる。   With the substrate having such a thickness, the first and second end faces having sufficient flatness, perpendicularity, or ion damage sufficient to constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element can be formed with high yield. .

本発明に係る方法では、前記角度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。   In the method according to the present invention, the angle ALPHA may be in the range of 45 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 135 degrees. If the angle is less than 45 degrees or more than 135 degrees, there is a high possibility that the end face formed by pressing is an m-plane. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, desired flatness and perpendicularity cannot be obtained.

本発明に係る方法では、更に好ましくは前記角度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。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。   In the method according to the present invention, more preferably, the angle ALPHA can be in the range of 63 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 117 degrees. If the angle is less than 63 degrees or more than 117 degrees, the m-plane may appear in a part of the end face formed by pressing. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, desired flatness and perpendicularity cannot be obtained.

本発明に係る方法では、前記半極性主面は、{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好ましい。   In the method according to the present invention, the semipolar principal surface is any one of {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. Preferably there is.

これら典型的な半極性面においても、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、垂直性又はイオンダメージの無い第1及び第2の端面を提供できる。   Even in these typical semipolar planes, it is possible to provide the first and second end faces without flatness, perpendicularity, or ion damage sufficient to constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element.

本発明に係る方法では、前記半極性主面は、{20−21}面、{10−11}面、{20−2−1}面、及び{10−1−1}面のいずれかの半極性面から、m面方向に−4度以上+4度以下の範囲の微傾斜を有する面も前記主面として好適である。   In the method according to the present invention, the semipolar principal surface is any one of {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. A plane having a slight inclination in a range of −4 degrees or more and +4 degrees or less in the m-plane direction from the semipolar plane is also suitable as the main surface.

これら典型的な半極性面からの微傾斜面においても、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、垂直性又はイオンダメージの無い第1及び第2の端面を提供できる。   Even on these slightly inclined surfaces from the typical semipolar plane, the first and second layers do not have sufficient flatness, perpendicularity, or ion damage that can constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device. Can provide end face.

本発明に係る方法では、前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、前記スクライブによりスクライブ溝が形成され、前記スクライブ溝の長さは、前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸及び前記法線軸によって規定されるa−n面と前記第1の面との交差線の長さよりも短い。   In the method according to the present invention, the scribe is performed using a laser scriber, a scribe groove is formed by the scribe, and the length of the scribe groove is defined by the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor and the scribe groove. It is shorter than the length of the intersection line between the a-n plane defined by the normal axis and the first plane.

この方法によれば、基板生産物の割断により、別の基板生産物及びレーザバーが形成される。この割断は、レーザバーの割断線に比べて短いスクライブ溝を用いて引き起こされる。   According to this method, another substrate product and a laser bar are formed by cleaving the substrate product. This cleaving is caused by using a scribe groove that is shorter than the cleaving line of the laser bar.

本発明に係る方法では、前記第1及び第2の端面の各々における前記活性層の端面は、前記六方晶系窒化物半導体からなる支持基体のm軸に直交する基準面に対して、前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸及びm軸によって規定される平面において(ALPHA−5)度以上(ALPHA+5)度以下の範囲の角度を成すことができる。   In the method according to the present invention, the end face of the active layer in each of the first and second end faces is in the hexagonal direction with respect to a reference plane perpendicular to the m-axis of the support base made of the hexagonal nitride semiconductor. An angle in the range of (ALPHA-5) degrees or more and (ALPHA + 5) degrees or less can be formed on a plane defined by the c-axis and m-axis of the crystal group III nitride semiconductor.

この方法によれば、c軸及びm軸の一方から他方に取られる角度に関して、上記の垂直性を有する端面を形成できる。   According to this method, the end face having the above-described perpendicularity can be formed with respect to an angle taken from one of the c-axis and the m-axis to the other.

本発明に係る方法では、前記基板は、GaN、AlN、AlGaN、InGaN及びInAlGaNのいずれかからなることができる。この方法によれば、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、共振器として利用可能な第1及び第2の端面を得ることができる。   In the method according to the present invention, the substrate may be made of any one of GaN, AlN, AlGaN, InGaN, and InAlGaN. According to this method, when using a substrate made of these gallium nitride based semiconductors, the first and second end faces usable as a resonator can be obtained.

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。   The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.

以上説明したように、本発明によれば、六方晶系III族窒化物のc軸がm軸の方向に傾斜した支持基体の半極性面上において、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有するIII族窒化物半導体レーザ素子が提供される、また、本発明によれば、このIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法が提供される。   As described above, according to the present invention, the laser resonance that enables a low threshold current on the semipolar plane of the support base in which the c-axis of the hexagonal group III nitride is inclined in the direction of the m-axis. There is provided a group III nitride semiconductor laser device having a cavity, and according to the present invention, a method for producing the group III nitride semiconductor laser device is provided.

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。FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment. 図2は、III族窒化物半導体レーザ素子における活性層におけるバンド構造を示す図面である。FIG. 2 is a drawing showing a band structure in an active layer in a group III nitride semiconductor laser device. 図3は、III族窒化物半導体レーザ素子の活性層における発光の偏光を示す図面である。FIG. 3 is a drawing showing the polarization of light emission in the active layer of the group III nitride semiconductor laser device. 図4は、III族窒化物半導体レーザ素子の端面と活性層のm面との関係を示す図面である。FIG. 4 is a drawing showing the relationship between the end face of the group III nitride semiconductor laser device and the m-plane of the active layer. 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。FIG. 5 is a process flow diagram showing the main steps of the method of manufacturing the group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment. 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。FIG. 6 is a drawing schematically showing main steps of a method for producing a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment. 図7は、結晶格子における{20−21}面を示すと共に、共振器端面の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。FIG. 7 is a drawing showing a scanning electron microscope image of the resonator end face while showing the {20-21} plane in the crystal lattice. 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。FIG. 8 is a drawing showing the structure of the laser diode shown in Example 1. 図9は、求めた偏光度ρとしきい値電流密度の関係を示す図面である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the obtained degree of polarization ρ and the threshold current density. 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。FIG. 10 is a drawing showing the relationship between the inclination angle of the c-axis in the m-axis direction of the GaN substrate and the oscillation yield. 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。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between stacking fault density and oscillation yield. 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。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the substrate thickness and the oscillation yield. 図13は、(20−21)面と他の面方位(指数)との成す角度を示す図面である。FIG. 13 is a view showing an angle formed by the (20-21) plane and another plane orientation (index). 図14は、(20−21)面と(−101−6)面及び(−1016)面における原子配置を示す図面である。FIG. 14 is a drawing showing atomic arrangements in the (20-21) plane, the (−101-6) plane, and the (−1016) plane. 図15は、(20−21)面と(−101−7)面及び(−1017)面における原子配置を示す図面である。FIG. 15 is a drawing showing atomic arrangements in the (20-21) plane, the (−101-7) plane, and the (−1017) plane. 図16は、(20−21)面と(−101−8)面及び(−1018)面における原子配置を示す図面である。FIG. 16 is a drawing showing atomic arrangements in the (20-21) plane, the (−101-8) plane, and the (−1018) plane.

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III族窒化物半導体レーザ素子を作製する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。   The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the group III nitride semiconductor laser device and the method for manufacturing the group III nitride semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.

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。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、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では、レーザ構造体13は、六方晶系III族窒化物半導体のm軸及び法線軸NXによって規定されるm−n面に交差する第1の割断面27及び第2の割断面29を含む。   FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment. Although group III nitride semiconductor laser device 11 has a gain guide type structure, the embodiment of the present invention is not limited to the gain guide type structure. The group III nitride semiconductor laser device 11 includes a laser structure 13 and an electrode 15. The laser structure 13 includes a support base 17 and a semiconductor region 19. The support base 17 is made of a hexagonal group III nitride semiconductor and has a semipolar main surface 17a and a back surface 17b. The semiconductor region 19 is provided on the semipolar main surface 17 a of the support base 17. The electrode 15 is provided on the semiconductor region 19 of the laser structure 13. The semiconductor region 19 includes a first cladding layer 21, a second cladding layer 23, and an active layer 25. The first cladding layer 21 is made of a first conductivity type gallium nitride semiconductor, and is made of, for example, n-type AlGaN, n-type InAlGaN, or the like. The second cladding layer 23 is made of a second conductivity type gallium nitride based semiconductor, for example, p-type AlGaN, p-type InAlGaN, or the like. The active layer 25 is provided between the first cladding layer 21 and the second cladding layer 23. The active layer 25 includes a gallium nitride based semiconductor layer, and this gallium nitride based semiconductor layer is, for example, a well layer 25a. The active layer 25 includes barrier layers 25b made of a gallium nitride semiconductor, and the well layers 25a and the barrier layers 25b are alternately arranged. The well layer 25a is made of, for example, InGaN, and the barrier layer 25b is made of, for example, GaN, InGaN, or the like. The active layer 25 can include a quantum well structure provided to generate light having a wavelength of 360 nm to 600 nm. Use of a semipolar plane is suitable for generation of light having a wavelength of 430 nm or more and 550 nm or less. The first cladding layer 21, the second cladding layer 23, and the active layer 25 are arranged along the normal axis NX of the semipolar principal surface 17a. In the group III nitride semiconductor laser device 11, the laser structure 13 includes the first fractured surface 27 and the first section 27 intersecting the mn plane defined by the m axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor. 2 split sections 29 are included.

図1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、六方晶系III族窒化物半導体のm軸の方向に法線軸NXに対して有限な角度ALPHAで傾斜している。   Referring to FIG. 1, an orthogonal coordinate system S and a crystal coordinate system CR are depicted. The normal axis NX is directed in the direction of the Z axis of the orthogonal coordinate system S. The semipolar principal surface 17a extends in parallel to a predetermined plane defined by the X axis and the Y axis of the orthogonal coordinate system S. FIG. 1 also shows a representative c-plane Sc. The c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor of the support base 17 is inclined at a finite angle ALPHA with respect to the normal axis NX in the m-axis direction of the hexagonal group III nitride semiconductor.

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m−n面との交差線LIXの方向に延在し、例えば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。   Group III nitride semiconductor laser device 11 further includes an insulating film 31. The insulating film 31 covers the surface 19 a of the semiconductor region 19 of the laser structure 13, and the semiconductor region 19 is located between the insulating film 31 and the support base 17. The support base 17 is made of a hexagonal group III nitride semiconductor. The insulating film 31 has an opening 31a. The opening 31a extends in the direction of the intersection line LIX between the surface 19a of the semiconductor region 19 and the mn plane, and has, for example, a stripe shape. The electrode 15 is in contact with the surface 19a (for example, the second conductivity type contact layer 33) of the semiconductor region 19 through the opening 31a, and extends in the direction of the intersection line LIX. In the group III nitride semiconductor laser device 11, the laser waveguide includes the first cladding layer 21, the second cladding layer 23, and the active layer 25, and extends in the direction of the intersection line LIX.

III族窒化物半導体レーザ素子11では、第1の割断面27及び第2の割断面29は、六方晶系III族窒化物半導体のm軸及び法線軸NXによって規定されるm−n面に交差する。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の割断面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、レーザ導波路が延在している。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の割断面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の割断面27、29は、c面、m面又はa面といったこれまでのへき開面とは異なる。   In the group III nitride semiconductor laser device 11, the first fractured surface 27 and the second fractured surface 29 intersect the mn plane defined by the m-axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor. To do. The laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device 11 includes first and second fractured faces 27 and 29, and a laser waveguide is provided from one of the first fractured face 27 and the second fractured face 29 to the other. It is extended. The laser structure 13 includes a first surface 13a and a second surface 13b, and the first surface 13a is a surface opposite to the second surface 13b. The first and second fractured surfaces 27 and 29 extend from the edge 13c of the first surface 13a to the edge 13d of the second surface 13b. The first and second fractured surfaces 27 and 29 are different from conventional cleavage planes such as c-plane, m-plane, or a-plane.

このIII族窒化物半導体レーザ素子11によれば、レーザ共振器を構成する第1及び第2の割断面27、29がm−n面に交差する。これ故に、m−n面と半極性面17aとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ素子11は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。   According to the group III nitride semiconductor laser device 11, the first and second fractured surfaces 27 and 29 constituting the laser resonator intersect with the mn plane. Therefore, it is possible to provide a laser waveguide extending in the direction of the intersecting line between the mn plane and the semipolar plane 17a. Therefore, the group III nitride semiconductor laser device 11 has a laser resonator that enables a low threshold current.

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。   The group III nitride semiconductor laser device 11 includes an n-side light guide layer 35 and a p-side light guide layer 37. The n-side light guide layer 35 includes a first portion 35a and a second portion 35b, and the n-side light guide layer 35 is made of, for example, GaN, InGaN, or the like. The p-side light guide layer 37 includes a first portion 37a and a second portion 37b, and the p-side light guide layer 37 is made of, for example, GaN, InGaN, or the like. The carrier block layer 39 is provided, for example, between the first portion 37a and the second portion 37b. Another electrode 41 is provided on the back surface 17b of the support base 17, and the electrode 41 covers, for example, the back surface 17b of the support base 17.

図2は、III族窒化物半導体レーザ素子における活性層におけるバンド構造を示す図面である。図3は、III族窒化物半導体レーザ素子11の活性層25における発光の偏光を示す図面である。図4は、c軸及びm軸によって規定される断面を模式的に示す図面である。図2(a)を参照すると、バンド構造BANDのΓ点近傍では、伝導帯と価電子帯との間の可能な遷移は、3つある。Aバンド及びBバンドは比較的小さいエネルギ差である。伝導帯とAバンドとの遷移Eaによる発光はa軸方向に偏光しており、伝導帯とBバンドとの遷移Ebによる発光はc軸を主面に投影した方向に偏光している。レーザ発振に関して、遷移Eaのしきい値は遷移Ebのしきい値よりも小さい。   FIG. 2 is a drawing showing a band structure in an active layer in a group III nitride semiconductor laser device. FIG. 3 is a drawing showing the polarization of light emission in the active layer 25 of the group III nitride semiconductor laser device 11. FIG. 4 is a drawing schematically showing a cross section defined by the c-axis and the m-axis. Referring to FIG. 2A, there are three possible transitions between the conduction band and the valence band near the Γ point of the band structure BAND. The A band and the B band are relatively small energy differences. The light emission due to the transition Ea between the conduction band and the A band is polarized in the a-axis direction, and the light emission due to the transition Eb between the conduction band and the B band is polarized in the direction projected on the principal plane. Regarding the laser oscillation, the threshold value of the transition Ea is smaller than the threshold value of the transition Eb.

図2(b)を参照すると、III族窒化物半導体レーザ素子11におけるLEDモードにおける光のスペクトルが示されている。LEDモードにおける光は、六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向の偏光成分I1と、六方晶系III族窒化物半導体のc軸を主面に投影した方向の偏光成分I2を含み、偏光成分I1は偏光成分I2よりも大きい。偏光度ρは(I1−I2)/(I1+I2)によって規定される。このIII族窒化物半導体レーザ素子11のレーザ共振器を用いて、LEDモードにおいて大きな発光強度のモードの光をレーザ発振させることができる。   Referring to FIG. 2B, a light spectrum in the LED mode in the group III nitride semiconductor laser device 11 is shown. The light in the LED mode includes a polarization component I1 in the direction of the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor and a polarization component I2 in a direction of projecting the c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor on the main surface, The polarization component I1 is larger than the polarization component I2. The degree of polarization ρ is defined by (I1−I2) / (I1 + I2). By using the laser resonator of this group III nitride semiconductor laser device 11, light in a mode with a large emission intensity can be laser-oscillated in the LED mode.

図3に示されるように、第1及び第2の割断面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。破断面27、29にも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。   As shown in FIG. 3, dielectric multilayer films 43 a and 43 b provided on at least one of the first and second fractured surfaces 27 and 29, or each of them, may be further provided. An end face coat can also be applied to the fracture surfaces 27 and 29. The reflectance can be adjusted by the end face coating.

図3(b)に示されるように、活性層25からのレーザ光Lは六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向に偏光している。このIII族窒化物半導体レーザ素子11において、低しきい値電流を実現できるバンド遷移は偏光性を有する。レーザ共振器のための第1及び第2の割断面27、29は、c面、m面又はa面といったこれまでのへき開面とは異なる。しかしながら、第1及び第2の割断面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の割断面27、29とこれらの割断面27、29間に延在するレーザ導波路とを用いて、図3(b)に示されるように、c軸を主面に投影した方向に偏光する遷移Ebの発光よりも強い遷移Eaの発光を利用して低しきい値のレーザ発振が可能になる。   As shown in FIG. 3B, the laser light L from the active layer 25 is polarized in the a-axis direction of the hexagonal group III nitride semiconductor. In this group III nitride semiconductor laser device 11, the band transition capable of realizing a low threshold current has polarization. The first and second fractured surfaces 27 and 29 for the laser resonator are different from conventional cleavage planes such as c-plane, m-plane or a-plane. However, the first and second fractured surfaces 27 and 29 have flatness and perpendicularity as mirrors for the resonator. Therefore, using the first and second split sections 27 and 29 and the laser waveguide extending between the split sections 27 and 29, the c-axis is mainly used as shown in FIG. Low threshold laser oscillation is possible by using light emission of transition Ea stronger than light emission of transition Eb polarized in the direction projected onto the surface.

III族窒化物半導体レーザ素子11では、第1及び第2の割断面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BETAは、III族窒化物半導体のc軸及びm軸によって規定される第1平面S1において規定される成分(BETA)と、第1平面S1(理解を容易にするために図示しないが「S1」として参照する)及び法線軸NXに直交する第2平面S2(理解を容易にするために図示しないが「S2」として参照する)において規定される成分(BETA)とによって規定される。成分(BETA)は、III族窒化物半導体のc軸及びm軸によって規定される第1平面S1において(ALPHA−5)度以上(ALPHA+5)度以下の範囲であることが好ましい。この角度範囲は、図4において、代表的なm面Sと参照面Fとの成す角度として示されている。代表的なm面Sが、理解を容易にするために、図4において、レーザ構造体の内側から外側にわたって描かれている。参照面Fは、活性層25の端面25cに沿って延在する。このIII族窒化物半導体レーザ素子11は、c軸及びm軸の一方から他方に取られる角度BETAに関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。また、成分(BETA)は第2平面S2において−5度以上+5度以下の範囲であることが好ましい。ここで、BETA=(BETA) +(BETA) である。このとき、III族窒化物半導体レーザ素子11の端面27、29は、半極性面17aの法線軸NXに垂直な面において規定される角度に関して上記の垂直性を満たす。 In the group III nitride semiconductor laser device 11, the end surface 17c of the support base 17 and the end surface 19c of the semiconductor region 19 appear in each of the first and second fractured surfaces 27 and 29, and the end surface 17c and the end surface 19c are It is covered with a dielectric multilayer film 43a. An angle BETA formed by the normal vector NA of the end face 17c of the support substrate 17 and the end face 25c of the active layer 25 and the m-axis vector MA of the active layer 25 is defined by the c-axis and m-axis of the group III nitride semiconductor. A component (BETA) 1 defined in one plane S1, a first plane S1 (not shown for ease of understanding, but referred to as “S1”) and a second plane S2 orthogonal to the normal axis NX (understand For the sake of simplicity, it is defined by the component (BETA) 2 defined in (not shown but referred to as “S2”). The component (BETA) 1 is preferably in the range of (ALPHA-5) degrees to (ALPHA + 5) degrees in the first plane S1 defined by the c-axis and m-axis of the group III nitride semiconductor. This angle range is shown in FIG. 4 as an angle formed by a representative m-plane SM and the reference plane F A. A representative m-plane SM is depicted from the inside to the outside of the laser structure in FIG. 4 for ease of understanding. The reference plane F A extends along the end face 25c of the active layer 25. This group III nitride semiconductor laser device 11 has an end surface that satisfies the above-described perpendicularity with respect to an angle BETA taken from one of the c-axis and the m-axis to the other. In addition, the component (BETA) 2 is preferably in the range of −5 degrees or more and +5 degrees or less in the second plane S2. Here, BETA 2 = (BETA) 1 2 + (BETA) 2 2 . At this time, the end faces 27 and 29 of the group III nitride semiconductor laser device 11 satisfy the above-described perpendicularity with respect to an angle defined in a plane perpendicular to the normal axis NX of the semipolar surface 17a.

再び図1を参照すると、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、レーザ共振器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。   Referring again to FIG. 1, in the group III nitride semiconductor laser device 11, the thickness DSUB of the support base 17 is preferably 400 μm or less. This group III nitride semiconductor laser device is suitable for obtaining a high-quality fractured surface for a laser resonator. In the group III nitride semiconductor laser device 11, the thickness DSUB of the support base 17 is more preferably 50 μm or more and 100 μm or less. This group III nitride semiconductor laser device 11 is further suitable for obtaining a high-quality fractured surface for the laser resonator. Moreover, handling becomes easy and production yield can be improved.

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。また、角度ALPHAは100度以上であることが好ましく、また135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。   In the group III nitride semiconductor laser device 11, the angle ALPHA formed by the normal axis NX and the c axis of the hexagonal group III nitride semiconductor is preferably 45 degrees or more, and preferably 80 degrees or less. The angle ALPHA is preferably 100 degrees or more, and preferably 135 degrees or less. If the angle is less than 45 degrees or more than 135 degrees, there is a high possibility that the end face formed by pressing is an m-plane. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained.

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。   In group III nitride semiconductor laser device 11, the angle ALPHA formed by normal axis NX and c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor is preferably 63 degrees or more and 80 degrees or less. It is preferable. The angle ALPHA is preferably 100 degrees or more, and is preferably 117 degrees or less. If the angle is less than 63 degrees or more than 117 degrees, the m-plane may appear in a part of the end face formed by pressing. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained.

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。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端面が得られる。   The semipolar principal surface 17a can be any one of {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. Furthermore, a surface slightly inclined from these surfaces within a range of −4 degrees or more and +4 degrees or less is also suitable as the main surface. In these typical semipolar surfaces 17a, the first and second end surfaces 27 and 29 having sufficient flatness and perpendicularity that can constitute the laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device 11 can be provided. In addition, in the range of angles over these typical plane orientations, an end face exhibiting sufficient flatness and perpendicularity can be obtained.

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1×10cm−1以下であることができる。積層欠陥密度が1×10cm−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、共振器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。 In the group III nitride semiconductor laser device 11, the stacking fault density of the support base 17 can be 1 × 10 4 cm −1 or less. Since the stacking fault density is 1 × 10 4 cm −1 or less, there is a low possibility that the flatness and / or perpendicularity of the fractured section will be disturbed due to accidental circumstances. The support base 17 can be made of any one of GaN, AlN, AlGaN, InGaN, and InAlGaN. When these gallium nitride semiconductor substrates are used, end faces 27 and 29 that can be used as resonators can be obtained. When an AlN or AlGaN substrate is used, the degree of polarization can be increased, and light confinement can be enhanced by a low refractive index. When an InGaN substrate is used, the lattice mismatch rate between the substrate and the light emitting layer can be reduced, and the crystal quality can be improved.

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(ベクトルVM)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。   FIG. 5 is a drawing showing the main steps of the method for producing a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment. Referring to FIG. 6A, a substrate 51 is shown. In step S101, a substrate 51 for preparing a group III nitride semiconductor laser device is prepared. The c-axis (vector VC) of the hexagonal group III nitride semiconductor of the substrate 51 is inclined at a finite angle ALPHA with respect to the normal axis NX in the m-axis direction (vector VM) of the hexagonal group III nitride semiconductor. ing. Therefore, the substrate 51 has a semipolar main surface 51a made of a hexagonal group III nitride semiconductor.

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とを含んでおり、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。   In step S102, a substrate product SP is formed. In FIG. 6A, the substrate product SP is depicted as a substantially disk-shaped member, but the shape of the substrate product SP is not limited to this. In order to obtain the substrate product SP, first, in step S103, the laser structure 55 is formed. The laser structure 55 includes a semiconductor region 53 and a substrate 51. In step S103, the semiconductor region 53 is formed on the semipolar main surface 51a. In order to form the semiconductor region 53, a first conductivity type gallium nitride based semiconductor region 57, a light emitting layer 59, and a second conductivity type gallium nitride based semiconductor region 61 are sequentially grown on the semipolar main surface 51a. The gallium nitride based semiconductor region 57 can include, for example, an n-type cladding layer, and the gallium nitride based semiconductor region 61 can include, for example, a p-type cladding layer. The light emitting layer 59 is provided between the gallium nitride based semiconductor region 57 and the gallium nitride based semiconductor region 61, and may include an active layer, a light guide layer, an electron blocking layer, and the like. The gallium nitride based semiconductor region 57, the light emitting layer 59, and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor region 61 are arranged along the normal axis NX of the semipolar principal surface 51a. These semiconductor layers are epitaxially grown. The semiconductor region 53 is covered with an insulating film 54. The insulating film 54 is made of, for example, silicon oxide. An opening 54 a of the insulating film 54 is provided. The opening 54a has, for example, a stripe shape.

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。   In step S <b> 104, the anode electrode 58 a and the cathode electrode 58 b are formed on the laser structure 55. Further, before forming the electrode on the back surface of the substrate 51, the back surface of the substrate used for crystal growth is polished to form a substrate product SP having a desired thickness DSUB. In the formation of the electrodes, for example, the anode electrode 58a is formed on the semiconductor region 53, and the cathode electrode 58b is formed on the back surface (polishing surface) 51b of the substrate 51. The anode electrode 58a extends in the X-axis direction, and the cathode electrode 58b covers the entire back surface 51b. Through these steps, the substrate product SP is formed. The substrate product SP includes a first surface 63a and a second surface 63b located on the opposite side thereof. The semiconductor region 53 is located between the first surface 63 a and the substrate 51.

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、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、六方晶系III族窒化物半導体のa軸及び法線軸NXによって規定されるa−n面と第1の面63aとの交差線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。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。スクライブ溝65aは例えば基板生産物SPの一エッジに形成されることができる。   In step S105, as shown in FIG. 6B, the first surface 63a of the substrate product SP is scribed. This scribing is performed using a laser scriber 10a. A scribe groove 65a is formed by scribing. In FIG. 6B, five scribe grooves have already been formed, and the formation of the scribe groove 65b is advanced using the laser beam LB. The length of the scribe groove 65a is shorter than the length of the intersection line AIS between the a-n plane and the first plane 63a defined by the a-axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor. The laser beam LB is irradiated on a part of the AIS. By irradiation with the laser beam LB, a groove extending in a specific direction and reaching the semiconductor region is formed in the first surface 63a. The scribe groove 65a can be formed at one edge of the substrate product SP, for example.

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は少なくとも発光層の一部は半導体レーザの共振ミラーに適用可能な程度の垂直性及び平坦性を有する。   In step S106, as shown in FIG. 6C, the substrate product SP is separated by pressing the substrate product SP against the second surface 63b to form the substrate product SP1 and the laser bar LB1. The pressing is performed using a breaking device such as a blade 69. The blade 69 includes an edge 69a extending in one direction and at least two blade surfaces 69b and 69c defining the edge 69a. The substrate product SP1 is pressed on the support device 71. The support device 71 includes a support surface 71a and a recess 71b, and the recess 71b extends in one direction. The recess 71b is formed in the support surface 71a. The substrate product SP1 is positioned on the recess 71b on the support device 71 by aligning the direction and position of the scribe groove 65a of the substrate product SP1 with the extending direction of the recess 71b of the support device 71. The edge of the breaking device is aligned with the extending direction of the recess 71b, and the edge of the breaking device is pressed against the substrate product SP1 from the direction intersecting the second surface 63b. The intersecting direction is preferably substantially perpendicular to the second surface 63b. Thereby, the substrate product SP is separated to form the substrate product SP1 and the laser bar LB1. By pressing, the laser bar LB1 having the first and second end faces 67a and 67b is formed, and these end faces 67a and 67b are at least perpendicular to the light emitting layer and applicable to the resonant mirror of the semiconductor laser. It has flatness.

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。このXZ面は、六方晶系III族窒化物半導体のm軸及び法線軸NXによって規定されるm−n面に対応する。   The formed laser bar LB1 has first and second end surfaces 67a and 67b formed by the above separation, and each of the end surfaces 67a and 67b extends from the first surface 63a to the second surface 63b. Exists. Therefore, the end faces 67a and 67b constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element and intersect the XZ plane. This XZ plane corresponds to the mn plane defined by the m-axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor.

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−n面に交差するように、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。   According to this method, after scribing the first surface 63a of the substrate product SP in the direction of the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor, the substrate product SP is pressed against the second surface 63b. The product SP is separated to form a new substrate product SP1 and a laser bar LB1. Therefore, the first and second end faces 67a and 67b are formed on the laser bar LB1 so as to intersect the mn plane. This end face formation provides sufficient flatness and perpendicularity to the extent that a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element can be formed on the first and second end faces 67a and 67b.

また、この方法では、形成されたレーザ導波路は、六方晶系III族窒化物のc軸の傾斜の方向に延在している。ドライエッチング面を用いずに、このレーザ導波路を提供できる共振器ミラー端面を形成している。   Further, in this method, the formed laser waveguide extends in the direction of the inclination of the c-axis of the hexagonal group III nitride. A resonator mirror end face capable of providing this laser waveguide is formed without using a dry etching surface.

この方法によれば、基板生産物SP1の割断により、新たな基板生産物SP1及びレーザバーLB1が形成される。工程S107では、押圧による分離を繰り返して、多数のレーザバーを作製する。この割断は、レーザバーLB1の割断線BREAKに比べて短いスクライブ溝65aを用いて引き起こされる。   According to this method, a new substrate product SP1 and a laser bar LB1 are formed by cleaving the substrate product SP1. In step S107, separation by pressing is repeated to produce a large number of laser bars. This cleaving is caused by using a scribe groove 65a shorter than the breaking line BRAK of the laser bar LB1.

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。   In step S108, a dielectric multilayer film is formed on the end faces 67a and 67b of the laser bar LB1 to form a laser bar product. In step S109, the laser bar product is separated into individual semiconductor laser chips.

本実施の形態に係る製造方法では、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、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でレーザ共振器のための端面を提供できる。   In the manufacturing method according to the present embodiment, the angle ALPHA can be in the range of 45 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 135 degrees. If the angle is less than 45 degrees or more than 135 degrees, there is a high possibility that the end face formed by pressing is an m-plane. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained. More preferably, the angle ALPHA can be in the range of 63 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 117 degrees. If the angle is less than 45 degrees or more than 135 degrees, the m-plane may appear in a part of the end face formed by pressing. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained. The semipolar principal surface 51a can be any one of {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. Furthermore, a surface slightly inclined from these surfaces within a range of −4 degrees or more and +4 degrees or less is also suitable as the main surface. In these typical semipolar planes, it is possible to provide an end face for the laser resonator with sufficient flatness and perpendicularity that can constitute the laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device.

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。   The substrate 51 can be made of any one of GaN, AlN, AlGaN, InGaN, and InAlGaN. When these gallium nitride semiconductor substrates are used, an end face that can be used as a laser resonator can be obtained. The substrate 51 is preferably made of GaN.

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レーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性、垂直性又はイオンダメージの無い端面67a、67b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。   In step S104 for forming the substrate product SP, the semiconductor substrate used for crystal growth was subjected to processing such as slicing or grinding so that the substrate thickness was 400 μm or less, and the second surface 63b was formed by polishing. It can be a machined surface. With this substrate thickness, end faces 67a and 67b free from flatness, perpendicularity, or ion damage sufficient to constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device can be formed with high yield. More preferably, the second surface 63b is a polished surface formed by polishing, and is polished to have a substrate thickness of 100 μm or less. In order to handle the substrate product SP relatively easily, the substrate thickness is preferably 50 μm or more.

本実施の形態に係るレーザ端面の製造方法では、レーザバーLB1においても、図3を参照しながら説明された角度BETAが規定される。レーザバーLB1では、角度BETAの成分(BETA)は、III族窒化物半導体のc軸及びm軸によって規定される第1平面(図3を参照した説明における第1平面S1に対応する面)において(ALPHA−5)度以上(ALPHA+5)度以下の範囲であることが好ましい。レーザバーLB1の端面67a、67bは、c軸及びm軸の一方から他方に取られる角度BETAの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。また、角度BETAの成分(BETA)は、第2平面(図3に示された第2平面S2に対応する面)において−5度以上+5度以下の範囲であることが好ましい。このとき、レーザバーLB1の端面67a、67bは、半極性面51aの法線軸NXに垂直な面において規定される角度BETAの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。 In the laser end face manufacturing method according to the present embodiment, the angle BETA described with reference to FIG. 3 is also defined for the laser bar LB1. In the laser bar LB1, the component (BETA) 1 of the angle BETA 1 is in a first plane (surface corresponding to the first plane S1 in the description with reference to FIG. 3) defined by the c-axis and the m-axis of the group III nitride semiconductor. It is preferably in the range of (ALPHA-5) degrees to (ALPHA + 5) degrees. The end faces 67a and 67b of the laser bar LB1 satisfy the above-described perpendicularity with respect to the angle component of the angle BETA taken from one of the c-axis and the m-axis to the other. Further, the component (BETA) 2 of the angle BETA is preferably in the range of −5 degrees or more and +5 degrees or less on the second plane (the plane corresponding to the second plane S2 shown in FIG. 3). At this time, the end faces 67a and 67b of the laser bar LB1 satisfy the above-described perpendicularity with respect to the angle component of the angle BETA defined by the plane perpendicular to the normal axis NX of the semipolar surface 51a.

端面67a、67bは、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、端面67a、67bは、これまで共振器ミラーとして用いられてきたc面、m面、又はa面といった低面指数のへき開面ではない。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、端面67a、67bは、共振器ミラーとして適用可能な平坦性及び垂直性を有する。   The end faces 67a and 67b are formed by a break by pressing against a plurality of gallium nitride based semiconductor layers epitaxially grown on the semipolar surface 51a. Because of the epitaxial film on the semipolar surface 51a, the end surfaces 67a and 67b are not cleaved surfaces with a low index such as the c-plane, m-plane, or a-plane that have been used as resonator mirrors. However, in the break of the lamination of the epitaxial film on the semipolar surface 51a, the end surfaces 67a and 67b have flatness and perpendicularity applicable as resonator mirrors.

(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。
Example 1
A semipolar plane GaN substrate was prepared as follows, and the perpendicularity of the fractured surface was observed. As the substrate, a {20-21} plane GaN substrate cut out at an angle of 75 degrees in the m-axis direction from a (0001) GaN ingot grown thick by the HVPE method was used. The main surface of the GaN substrate was mirror-finished and the back surface was polished and finished in a satin state. The thickness of the substrate was 370 μm.

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。   On the back side of the matte state, a diamond pen was used to put a marking line perpendicular to the direction in which the c-axis was projected onto the main surface of the substrate, and then pressed to cleave the substrate. In order to observe the perpendicularity of the obtained fractured surface, the substrate was observed from the a-plane direction using a scanning electron microscope.

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。   FIG. 7A is a scanning electron microscope image obtained by observing the fractured surface from the a-plane direction, and the right end surface is the fractured surface. It can be seen that the split section has flatness and perpendicularity with respect to the semipolar principal surface.

(実施例2)
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。そこでこの割断面をレーザの共振器としての有用性を調べるため、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)、シラン(SiH)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。
(Example 2)
In Example 1, in a GaN substrate having a semipolar {20-21} plane, a fractured surface obtained by pressing with a marking line perpendicular to the direction in which the c-axis is projected onto the substrate main surface is formed on the substrate main surface. On the other hand, it was found to have flatness and perpendicularity. Therefore, in order to investigate the usefulness of this split section as a laser resonator, the laser diode shown in FIG. 8 was grown by metal organic vapor phase epitaxy as follows. Trimethylgallium (TMGa), trimethylaluminum (TMAl), trimethylindium (TMIn), ammonia (NH 3 ), and silane (SiH 4 ) were used as raw materials. A substrate 71 was prepared. A substrate 71 is cut out from a (0001) GaN ingot grown thick by HVPE using a wafer slicing device at an angle in the range of 0 to 90 degrees in the m-axis direction, and an inclination angle ALPHA of c-axis in the m-axis direction. However, a GaN substrate having a desired off angle in the range of 0 to 90 degrees was produced. For example, when cut at an angle of 75 degrees, a {20-21} plane GaN substrate is obtained, which is indicated by reference numeral 71a in the hexagonal crystal lattice shown in FIG. 7B.

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。   Before the growth, the substrate was observed by the cathodoluminescence method in order to investigate the stacking fault density of the substrate. In cathodoluminescence, the emission process of carriers excited by an electron beam is observed, but if a stacking fault exists, carriers are not re-emitted in the vicinity, and thus are observed as dark lines. The density per unit length of the dark line (linear density) was determined and defined as the stacking fault density. Here, in order to investigate the stacking fault density, the cathodoluminescence method of nondestructive measurement was used, but a transmission electron microscope of destructive measurement may be used. In the transmission electron microscope, when the sample cross section is observed from the a-axis direction, a defect extending in the m-axis direction from the substrate toward the sample surface is a stacking fault included in the support base, and as in the case of the cathodoluminescence method. The line density of stacking faults can be determined.

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。   After this substrate 71 was placed on the susceptor in the reactor, an epitaxial layer was grown by the following growth procedure. First, n-type GaN 72 having a thickness of 1000 nm was grown. Next, an n-type InAlGaN cladding layer 73 having a thickness of 1200 nm was grown. Subsequently, after growing an n-type GaN guide layer 74a having a thickness of 200 nm and an undoped InGaN guide layer 74b having a thickness of 65 nm, a three-period MQW 75 composed of a GaN thickness of 15 nm / InGaN thickness of 3 nm was grown. Subsequently, an undoped InGaN guide layer 76a having a thickness of 65 nm, a p-type AlGaN blocking layer 77 having a thickness of 20 nm, and a p-type GaN guide layer 76b having a thickness of 200 nm were grown. Next, a p-type InAlGaN cladding layer 77 having a thickness of 400 nm was grown. Finally, a p-type GaN contact layer 78 having a thickness of 50 nm was grown.

SiO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2通りにストライプ方向のコンタクト窓を形成した。レーザストライプが(1)M方向(コンタクト窓がc軸及びm軸によって規定される所定の面に沿った方向)のものと、(2)A方向:<11−20>方向、のものである。 After an insulating film 79 of SiO 2 was formed on the contact layer 78, a stripe window having a width of 10 μm was formed by wet etching using photolithography. Here, contact windows in the stripe direction were formed in the following two ways. Laser stripes are (1) in the M direction (the contact window is along a predetermined plane defined by the c-axis and m-axis) and (2) in the A direction: <11-20> direction. .

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。   After forming the stripe window, a p-side electrode 80a made of Ni / Au and a pad electrode made of Ti / Al were deposited. Next, the back surface of the GaN substrate (GaN wafer) was polished with diamond slurry to produce a substrate product with the back surface in a mirror state. At this time, the thickness of the substrate product was measured using a contact-type film thickness meter. The thickness may be measured by a microscope from a sample cross section. As the microscope, an optical microscope or a scanning electron microscope can be used. An n-side electrode 80b made of Ti / Al / Ti / Au was formed on the back surface (polished surface) of the GaN substrate (GaN wafer) by vapor deposition.

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。   A laser scriber using a YAG laser having a wavelength of 355 nm was used to manufacture the resonator mirror for these two types of laser stripes. When a break is made using a laser scriber, it is possible to improve the oscillation chip yield compared to the case where diamond scribe is used. The following conditions were used for forming the scribe grooves: laser light output 100 mW; scanning speed 5 mm / s. The formed scribe groove was, for example, a groove having a length of 30 μm, a width of 10 μm, and a depth of 40 μm. A scribe groove was formed by directly irradiating the epitaxial surface with laser light through an insulating film opening portion of the substrate at a pitch of 800 μm. The resonator length was 600 μm.

ブレードを用いて、共振ミラー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、レーザバーを作製した。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)はレーザストライプを(1)M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81a、81bが示される。端面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(2)<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、a面から構成される。   Using a blade, a resonant mirror was prepared by cleaving. A laser bar was produced by breaking on the back side of the substrate by pressing. More specifically, FIG. 7 (b) and FIG. 7 (c) show the relationship between the crystal orientation and the cleavage plane for the {20-21} -plane GaN substrate. FIG. 7B shows a case where laser stripes are provided in the (1) M direction, and end faces 81a and 81b for the laser resonator are shown together with the semipolar surface 71a. The end surfaces 81a and 81b are substantially orthogonal to the semipolar surface 71a, but are different from conventional cleavage surfaces such as the conventional c-plane, m-plane, or a-plane. FIG. 7C shows a case where laser stripes are provided in the (2) <11-20> direction, and end faces 81c and 81d for the laser resonator are shown together with the semipolar surface 71a. The end surfaces 81c and 81d are substantially orthogonal to the semipolar surface 71a and are composed of a-planes.

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、(1)および(2)のそれぞれにおいて、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度の範囲内であった。   As a result of observing the fractured surface formed by the break with a scanning electron microscope, no remarkable unevenness was observed in each of (1) and (2). From this, the flatness (size of irregularities) of the fractured surface is estimated to be 20 nm or less. Further, the perpendicularity of the cut surface to the sample surface was within a range of ± 5 degrees.

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とTiO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。 A dielectric multilayer film was coated on the end face of the laser bar by vacuum deposition. The dielectric multilayer film was configured by alternately laminating SiO 2 and TiO 2 . Each film thickness was adjusted in the range of 50 to 100 nm and designed so that the central wavelength of the reflectance was in the range of 500 to 530 nm. The reflective surface on one side was set to 10 periods, the design value of reflectivity was designed to about 95%, the reflective surface on the other side was set to 6 periods, and the design value of reflectivity was about 80%.

通電による評価を室温にて行った。電源には、パルス幅500ns、デューティ比0.1%のパルス電源を用い、表面電極に針を落として通電した。光出力測定の際には、レーザバー端面からの発光をフォトダイオードによって検出して、電流−光出力特性(I−L特性)を調べた。発光波長を測定する際には、レーザバー端面からの発光を光ファイバに通し、検出器にスペクトルアナライザを用いてスペクトル測定を行った。偏光状態を調べる際には、レーザバーからの発光に偏光板を通して回転させることで、偏光状態を調べた。LEDモード光を観測する際には、光ファイバをレーザバー表面側に配置することで、表面から放出される光を測定した。   Evaluation by energization was performed at room temperature. As a power source, a pulse power source having a pulse width of 500 ns and a duty ratio of 0.1% was used, and electricity was applied by dropping a needle on the surface electrode. When measuring the optical output, the light emission from the end face of the laser bar was detected by a photodiode, and the current-optical output characteristic (IL characteristic) was examined. When measuring the emission wavelength, the light emitted from the end face of the laser bar was passed through an optical fiber, and the spectrum was measured using a spectrum analyzer as a detector. When examining the polarization state, the polarization state was examined by rotating the light emitted from the laser bar through the polarizing plate. When observing the LED mode light, the light emitted from the surface was measured by arranging the optical fiber on the laser bar surface side.

全てのレーザで発振後の偏光状態を確認した結果、a軸方向に偏光していることがわかった。発振波長は500〜530nmであった。   As a result of confirming the polarization state after oscillation in all lasers, it was found that the laser beam was polarized in the a-axis direction. The oscillation wavelength was 500 to 530 nm.

全てのレーザでLEDモード(自然放出光)の偏光状態を測定した。a軸の方向の偏光成分をI1、m軸を主面に投影した方向の偏光成分をI2とし、(I1−I2)/(I1+I2)を偏光度ρと定義した。こうして、求めた偏光度ρとしきい値電流密度の最小値の関係を調べた結果、図9が得られた。図9から、偏光度が正の場合に、(1)レーザストライプM方向のレーザでは、しきい値電流密度が大きく低下することがわかる。すなわち、偏光度が正(I1>I2)で、かつオフ方向に導波路を設けた場合に、しきい値電流密度が大幅に低下することがわかる。
図9に示されたデータは以下のものである。
しきい値電流 しきい値電流
偏光度、(M方向ストライプ)、(<11−20>ストライプ)
0.08 64 20
0.05 18 42
0.15 9 48
0.276 7 52
0.4 6
The polarization state of LED mode (spontaneously emitted light) was measured with all lasers. The polarization component in the a-axis direction was defined as I1, the polarization component in the direction in which the m-axis was projected onto the principal surface was defined as I2, and (I1-I2) / (I1 + I2) was defined as the degree of polarization ρ. Thus, FIG. 9 was obtained as a result of investigating the relationship between the obtained degree of polarization ρ and the minimum value of the threshold current density. From FIG. 9, it can be seen that, when the degree of polarization is positive, (1) the laser current in the direction of the laser stripe M greatly reduces the threshold current density. That is, it can be seen that the threshold current density is greatly reduced when the degree of polarization is positive (I1> I2) and the waveguide is provided in the off direction.
The data shown in FIG. 9 is as follows.
Threshold current Threshold current polarization degree, (M direction stripe), (<11-20> stripe)
0.08 64 20
0.05 18 42
0.15 9 48
0.276 7 52
0.4 6

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(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
As a result of examining the relationship between the inclination angle of the c-axis in the m-axis direction of the GaN substrate and the oscillation yield, FIG. 10 was obtained. In this example, the oscillation yield was defined as (number of oscillation chips) / (number of measurement chips). FIG. 10 is a plot of a substrate having a stacking fault density of 1 × 10 4 (cm −1 ) or less and a laser stripe of (1) M direction laser. FIG. 10 shows that the oscillation yield is very low when the off angle is 45 degrees or less. As a result of observing the end face state with an optical microscope, it was found that at an angle smaller than 45 degrees, the m-plane appeared in most of the chips and verticality could not be obtained. It can also be seen that when the off angle is in the range of 63 degrees to 80 degrees, the verticality is improved and the oscillation yield is increased to 50% or more. From these facts, the optimum range of the off-angle of the GaN substrate is 63 degrees or more and 80 degrees or less. Similar results can be obtained even in the range of 100 degrees to 117 degrees, which is the angle range in which the crystallographically equivalent end faces are provided.
The data shown in FIG. 10 is as follows.
Inclination angle, yield
10 0.1
43 0.2
58 50
63 65
66 80
71 85
75 80
79 75
85 45
90 35

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(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(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
As a result of investigating the relationship between the stacking fault density and the oscillation yield, FIG. 11 was obtained. The definition of the oscillation yield is the same as described above. From FIG. 11, it can be seen that when the stacking fault density exceeds 1 × 10 4 (cm −1 ), the oscillation yield rapidly decreases. In addition, as a result of observing the end face state with an optical microscope, it was found that the sample having a reduced oscillation yield did not have a flat split surface with severe end face unevenness. The cause is thought to be a difference in the ease of cracking due to the presence of stacking faults. For this reason, the stacking fault density contained in the substrate needs to be 1 × 10 4 (cm −1 ) or less.
The data shown in FIG. 11 is as follows.
Stacking fault density (cm −1 ), yield
500 80
1000 75
4000 70
8000 65
10000 20
50000 2

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(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
As a result of investigating the relationship between the substrate thickness and the oscillation yield, FIG. 12 was obtained. The definition of the oscillation yield is the same as described above. Moreover, in FIG. 12, the stacking fault density of the substrate is 1 × 10 4 (cm −1 ) or less, and the laser stripe is plotted in the (1) M direction laser. From FIG. 12, when the substrate thickness is thinner than 100 μm and thicker than 50 μm, the oscillation yield is high. This is because if the substrate thickness is thicker than 100 μm, the perpendicularity of the fractured surface deteriorates. On the other hand, when the thickness is less than 50 μm, handling is difficult and the chip is easily broken. For these reasons, the optimal thickness of the substrate is 50 μm or more and 100 μm or less.
The data shown in FIG. 12 is as follows.
Substrate thickness, yield
48 10
80 65
90 70
110 45
150 48
200 30
400 20

(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光共振器用の端面が形成された。これらの端面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。図13を参照すると、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。
(Example 3)
In Example 2, a plurality of epitaxial films for a semiconductor laser were grown on a GaN substrate having a {20-21} plane. As described above, the end face for the optical resonator was formed by forming and pressing the scribe groove. In order to find candidates for these end faces, a plane orientation different from the a-plane was formed by calculation at an angle close to 90 degrees with respect to the (20-21) plane. Referring to FIG. 13, the following angles and plane orientations have an angle in the vicinity of 90 degrees with respect to the (20-21) plane.
Specific plane index, angle with respect to {20-21} plane (−1016): 92.46 degrees;
(-1017): 90.10 degrees;
(-1018): 88.29 degrees.

図14は、(20−21)面と(−101−6)面及び(−1016)面における原子配置を示す図面である。図15は、(20−21)面と(−101−7)面及び(−1017)面における原子配置を示す図面である。図16は、(20−21)面と(−101−8)面及び(−1018)面における原子配置を示す図面である。図14〜図16に示されるように、矢印によって示される局所的な原子配置は電荷的に中性な原子の配列を示し、電気的中性の原子配置が周期的に出現している。成長面に対し、比較的垂直な面が得られる理由は、この電荷的に中性な原子配列が周期的に現れることで、割断面の生成が比較的安定となっていることが考えられる可能性がある。   FIG. 14 is a drawing showing atomic arrangements in the (20-21) plane, the (−101-6) plane, and the (−1016) plane. FIG. 15 is a drawing showing atomic arrangements in the (20-21) plane, the (−101-7) plane, and the (−1017) plane. FIG. 16 is a drawing showing atomic arrangements in the (20-21) plane, the (−101-8) plane, and the (−1018) plane. As shown in FIGS. 14 to 16, the local atomic arrangement indicated by the arrow indicates a charge-neutral atomic arrangement, and an electrically neutral atomic arrangement appears periodically. The reason why a plane that is relatively perpendicular to the growth plane can be obtained is that this charge-neutral atomic arrangement appears periodically, which suggests that the generation of the split section is relatively stable. There is sex.

上記の実施例1〜3を含めた様々な実験によって、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。発振チップ歩留を向上させるためには、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。典型的な半極性主面、{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、これらの半極性面からの微傾斜面であることができる。例えば、半極性主面は、{20−21}面、{10−11}面、{20−2−1}面、及び{10−1−1}面のいずれかの面から、m面方向に−4度以上+4度以下の範囲でオフした微傾斜面であることができる。   According to various experiments including Examples 1 to 3 described above, the angle ALPHA can be in the range of 45 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 135 degrees. In order to improve the oscillation chip yield, the angle ALPHA can be in the range of 63 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 117 degrees. It can be any of a typical semipolar principal surface, {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. Furthermore, it can be a slightly inclined surface from these semipolar surfaces. For example, the semipolar principal surface is the m-plane direction from any one of {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. Further, it can be a slightly inclined surface that is turned off within a range of −4 degrees or more and +4 degrees or less.

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。   While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Group III nitride semiconductor laser element, 13 ... Laser structure, 13a ... 1st surface, 13b ... 2nd surface, 13c, 13d ... Edge, 15 ... Electrode, 17 ... Support base | substrate, 17a ... Semipolar main Surface, 17b ... Back surface of supporting substrate, 17c ... End surface of supporting substrate, 19 ... Semiconductor region, 19a ... Surface of semiconductor region, 19c ... End surface of semiconductor region, 21 ... First cladding layer, 23 ... Second cladding layer, 25 ... Active Layer, 25a ... well layer, 25b ... barrier layer, 27, 29 ... broken section, ALPHA ... angle, Sc ... c-plane, NX ... normal axis, 31 ... insulating film, 31a ... insulating film opening, 35 ... n-side light guide Layer, 37 ... p-side light guide layer, 39 ... carrier block layer, 41 ... electrode, 43a, 43b ... dielectric multilayer, MA ... m-axis vector, BETA ... angle, DSUB ... support substrate thickness, 51 ... substrate, 51a ... Semipolar main surface SP ... substrate product, 57 ... gallium nitride based semiconductor region, 59 ... light emitting layer, 61 ... gallium nitride based semiconductor region, 53 ... semiconductor region, 54 ... insulating film, 54a ... insulating film opening, 55 ... laser structure, 58a ... Anode electrode, 58b ... Cathode electrode, 63a ... First surface, 63b ... Second surface, 10a ... Laser scriber, 65a ... Scribe groove, 65b ... Scribe groove, LB ... Laser beam, SP1 ... Substrate product, LB1 ... Laser bar, 69 ... Blade, 69a ... Edge, 69b, 69c ... Blade surface, 71 ... Support device, 71a ... Support surface, 71b ... Recess

Claims (25)

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、及び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を含むレーザ構造体と、
前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた電極と
を備え、
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、
前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、
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、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸の方向に前記法線軸に対して有限な角度ALPHAで傾斜しており、
前記レーザ構造体は、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸及び前記法線軸によって規定されるm−n面に交差する第1及び第2の割断面を含み、
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の割断面を含み、
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及び第2の割断面は、それぞれ前記第1の面のエッジから前記第2の面のエッジまで延在する、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子。
A group III nitride semiconductor laser device comprising:
A support structure made of a hexagonal group III nitride semiconductor and having a semipolar main surface; and a laser structure including a semiconductor region provided on the semipolar main surface of the support base;
An electrode provided on the semiconductor region of the laser structure,
The semiconductor region includes a first cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a first conductivity type, a second cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a second conductivity type, the first cladding layer, and the first cladding layer. An active layer provided between the two clad layers,
The first cladding layer, the second cladding layer, and the active layer are arranged along a normal axis of the semipolar principal surface,
The active layer includes a gallium nitride based semiconductor layer,
The c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor of the support base is inclined at a finite angle ALPHA with respect to the normal axis in the m-axis direction of the hexagonal group III nitride semiconductor,
The laser structure includes first and second fractured surfaces intersecting an mn plane defined by the m-axis and the normal axis of the hexagonal group III nitride semiconductor,
The laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device includes the first and second split sections,
The laser structure includes first and second surfaces, wherein the first surface is a surface opposite the second surface;
The group III nitride semiconductor laser device, wherein each of the first and second fractured sections extends from an edge of the first surface to an edge of the second surface.
前記法線軸と前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸との成す角度は、45度以上80度以下又は100度以上135度以下の範囲である、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。   The angle formed by the normal axis and the c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor is in a range of 45 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 135 degrees. Group III nitride semiconductor laser device. 前記法線軸と前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸との成す角度は、63度以上80度以下又は100度以上117度以下の範囲である、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。   The angle formed by the normal axis and the c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor is in a range of 63 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 117 degrees. Item III nitride semiconductor laser device according to Item 2. 前記支持基体の厚さは400μm以下である、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。   4. The group III nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a thickness of the support base is 400 μm or less. 5. 前記支持基体の厚さは、50μm以上100μm以下である、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。   The group III nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein a thickness of the support base is 50 µm or more and 100 µm or less. 前記活性層からのレーザ光は、前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向に偏光している、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。   The laser light from the active layer is polarized in the direction of the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor, according to any one of claims 1 to 5. Group III nitride semiconductor laser device. 当該III族窒化物半導体レーザ素子におけるLEDモードにおける光は、前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向に偏光成分I1と、前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸を主面に投影した方向に偏光成分I2を含み、
前記偏光成分I1は前記偏光成分I2よりも大きい、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。
The light in the LED mode of the group III nitride semiconductor laser element has a polarization component I1 in the direction of the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor and the c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor as principal surfaces. Including the polarization component I2 in the direction projected onto
7. The group III nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the polarization component I1 is larger than the polarization component I2.
前記半極性主面は、{20−21}面、{10−11}面、{20−2−1}面、及び{10−1−1}面のいずれかの面から−4度以上+4度以下の範囲でオフした微傾斜面である、ことを特徴とする請求項1〜請求項7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。   The semipolar principal surface is -4 degrees or more +4 from any one of {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. 8. The group III nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the III-nitride semiconductor laser device is a slightly inclined surface that is turned off within a range of less than or equal to a degree. 前記半極性主面は、{20−21}面、{10−11}面、{20−2−1}面、及び{10−1−1}面のいずれかである、ことを特徴とする請求項1〜請求項8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。   The semipolar principal surface is any one of {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. The group III nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 8. 前記支持基体の積層欠陥密度は1×10cm−1以下である、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。 10. The group III nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a stacking fault density of the support base is 1 × 10 4 cm −1 or less. 前記支持基体は、GaN、AlGaN、AlN、InGaN及びInAlGaNのいずれかからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項10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. The group III nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the support base is made of any one of GaN, AlGaN, AlN, InGaN, and InAlGaN. 前記第1及び第2の割断面の少なくともいずれか一方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。   The group III nitride according to any one of claims 1 to 11, further comprising a dielectric multilayer film provided on at least one of the first and second fractured faces. Semiconductor laser device. 前記活性層は、波長360nm以上600nm以下の光を発生するように設けられた発光領域を含む、ことを特徴とする請求項1〜請求項12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。   The group III nitride according to any one of claims 1 to 12, wherein the active layer includes a light emitting region provided to generate light having a wavelength of 360 nm to 600 nm. Semiconductor laser element. 前記活性層は、波長430nm以上550nm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、ことを特徴とする請求項1〜請求項13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。   The group III nitride according to any one of claims 1 to 13, wherein the active layer includes a quantum well structure provided to generate light having a wavelength of 430 nm to 550 nm. Semiconductor laser device. 前記第1及び第2の割断面の各々には、前記支持基体の端面及び前記半導体領域の端面が現れており、
前記半導体領域の前記活性層における端面と前記六方晶系窒化物半導体からなる支持基体のm軸に直交する基準面との成す角度は、前記III族窒化物半導体のc軸及びm軸によって規定される第1平面において(ALPHA−5)度以上(ALPHA+5)度以下の範囲の角度を成す、ことを特徴とする請求項1〜請求項14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。
In each of the first and second fractured faces, an end face of the support base and an end face of the semiconductor region appear,
An angle formed between an end face of the active layer in the semiconductor region and a reference plane perpendicular to the m-axis of the support base made of the hexagonal nitride semiconductor is defined by the c-axis and the m-axis of the group III nitride semiconductor. The group III nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 14, wherein the first plane forms an angle in a range of (ALPHA-5) degrees to (ALPHA + 5) degrees. Laser element.
前記角度は、前記第1平面及び前記法線軸に直交する第2平面において−5度以上+5度以下の範囲になる、ことを特徴とする請求項15に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。   16. The group III nitride semiconductor laser device according to claim 15, wherein the angle is in a range of not less than −5 degrees and not more than +5 degrees in the first plane and a second plane orthogonal to the normal axis. . III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
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基板を準備する工程と、
前記半極性主面上に形成された半導体領域と前記基板とを含むレーザ構造体、アノード電極、及びカソード電極を有する基板生産物を形成する工程と、
前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向に前記基板生産物の第1の面を部分的にスクライブする工程と、
前記基板生産物の第2の面への押圧により前記基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程と
を備え、
前記第1の面は前記第2の面の反対側の面であり、
前記半導体領域は前記第1の面と前記基板との間に位置し、
前記レーザバーは、前記第1の面から前記第2の面にまで延在し前記分離により形成された第1及び第2の端面を有し、
前記第1及び第2の端面は当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、
前記アノード電極及びカソード電極は、前記レーザ構造体上に形成され、
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、
前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記基板の前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸の方向に前記法線軸に対して有限な角度ALPHAで傾斜しており、
前記第1及び第2の端面は、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸及び前記法線軸によって規定されるm−n面に交差する、ことを特徴とする方法。
A method for producing a group III nitride semiconductor laser device, comprising:
Preparing a substrate composed of a hexagonal group III nitride semiconductor and having a semipolar main surface;
Forming a substrate structure having a laser structure including a semiconductor region formed on the semipolar main surface and the substrate, an anode electrode, and a cathode electrode;
Partially scribing the first surface of the substrate product in the direction of the a-axis of the hexagonal III-nitride semiconductor;
Separating the substrate product by pressing on the second surface of the substrate product to form another substrate product and a laser bar,
The first surface is a surface opposite to the second surface;
The semiconductor region is located between the first surface and the substrate;
The laser bar has first and second end surfaces extending from the first surface to the second surface and formed by the separation,
The first and second end faces constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element,
The anode electrode and the cathode electrode are formed on the laser structure;
The semiconductor region includes a first cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a first conductivity type, a second cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a second conductivity type, the first cladding layer, and the first cladding layer. An active layer provided between the two clad layers,
The first cladding layer, the second cladding layer, and the active layer are arranged along a normal axis of the semipolar principal surface,
The active layer includes a gallium nitride based semiconductor layer,
The c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor of the substrate is inclined at a finite angle ALPHA with respect to the normal axis in the m-axis direction of the hexagonal group III nitride semiconductor,
The first and second end faces intersect the mn plane defined by the m-axis and the normal axis of the hexagonal group III nitride semiconductor.
前記角度ALPHAは、45度以上80度以下又は100度以上135度以下の範囲である、ことを特徴とする請求項17に記載された方法。   The method according to claim 17, wherein the angle ALPHA is in a range of 45 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 135 degrees. 前記角度ALPHAは、63度以上80度以下又は100度以上117度以下の範囲である、ことを特徴とする請求項17又は請求項18に記載された方法。   The method according to claim 17 or 18, wherein the angle ALPHA is in a range of 63 degrees to 80 degrees or 100 degrees to 117 degrees. 前記基板生産物を形成する前記工程において、前記基板は、前記基板の厚さが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、
前記第2の面は前記加工により形成された加工面、又は前記加工面に上に形成された電極を含む面である、ことを特徴とする請求項17〜請求項19のいずれか一項に記載された方法。
In the step of forming the substrate product, the substrate is subjected to processing such as slicing or grinding so that the thickness of the substrate is 400 μm or less,
The second surface according to any one of claims 17 to 19, wherein the second surface is a processed surface formed by the processing or a surface including an electrode formed on the processed surface. The described method.
前記基板生産物を形成する前記工程において、前記基板は、前記基板の厚さが50μm以上100μm以下になるように研磨され、
前記第2の面は前記研磨により形成された研磨面、又は前記研磨面に上に形成された電極を含む面である、ことを特徴とする請求項17〜請求項20のいずれか一項に記載された方法。
In the step of forming the substrate product, the substrate is polished so that the thickness of the substrate is 50 μm or more and 100 μm or less,
The said 2nd surface is a surface containing the electrode formed on the grinding | polishing surface formed by the said grinding | polishing, or the said grinding | polishing surface, It is any one of Claims 17-20 characterized by the above-mentioned. The described method.
前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、
前記スクライブによりスクライブ溝が形成され、前記スクライブ溝の長さは、前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸及び前記法線軸によって規定されるa−n面と前記第1の面との交差線の長さよりも短い、ことを特徴とする請求項17〜請求項21のいずれか一項に記載された方法。
The scribe is performed using a laser scriber,
A scribe groove is formed by the scribe, and the length of the scribe groove is an intersection of the a-n plane defined by the a-axis and the normal axis of the hexagonal group III nitride semiconductor and the first surface. The method according to any one of claims 17 to 21, wherein the method is shorter than the length of the line.
前記半極性主面は、{20−21}面、{10−11}面、{20−2−1}面、及び{10−1−1}面のいずれかである、ことを特徴とする請求項17〜請求項22のいずれか一項に記載された方法。   The semipolar principal surface is any one of {20-21} plane, {10-11} plane, {20-2-1} plane, and {10-1-1} plane. The method according to any one of claims 17 to 22. 前記第1及び第2の端面の各々における前記活性層の端面は、前記六方晶系窒化物半導体からなる支持基体のm軸に直交する基準面に対して、前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸及びm軸によって規定される平面において(ALPHA−5)度以上(ALPHA+5)度以下の範囲の角度を成す、ことを特徴とする請求項17〜請求項23のいずれか一項に記載された方法。   The end face of the active layer in each of the first and second end faces is the hexagonal group III nitride semiconductor with respect to a reference plane perpendicular to the m-axis of the support base made of the hexagonal nitride semiconductor. 24. An angle in the range of (ALPHA-5) degrees or more and (ALPHA + 5) degrees or less is formed in a plane defined by the c-axis and m-axis of the above. Way. 前記基板は、GaN、AlGaN、AlN、InGaN及びInAlGaNのいずれかからなる、ことを特徴とする請求項17〜請求項24のいずれか一項に記載された方法。   The method according to any one of claims 17 to 24, wherein the substrate is made of any one of GaN, AlGaN, AlN, InGaN, and InAlGaN.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001230497A (en) * 1999-12-06 2001-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nitride semiconductor device
JP2005353690A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nitride semiconductor light-emitting element
JP2007184353A (en) * 2006-01-05 2007-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nitride-based compound semiconductor element and manufacturing method thereof
JP2008235804A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Rohm Co Ltd Light-emitting element
JP2009081336A (en) * 2007-09-27 2009-04-16 Sanyo Electric Co Ltd Nitride-based semiconductor laser element and its manufacturing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001230497A (en) * 1999-12-06 2001-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nitride semiconductor device
JP2005353690A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nitride semiconductor light-emitting element
JP2007184353A (en) * 2006-01-05 2007-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nitride-based compound semiconductor element and manufacturing method thereof
JP2008235804A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Rohm Co Ltd Light-emitting element
JP2009081336A (en) * 2007-09-27 2009-04-16 Sanyo Electric Co Ltd Nitride-based semiconductor laser element and its manufacturing method

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