JP2012182295A - Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】しきい値電流の大きさのばらつきを低減する。
【解決手段】半導体レーザ素子１１は、六方晶系III族窒化物半導体からなり半極性主面１７ａを有する支持基板１７と、半極性主面１７ａ上に設けられた、窒化ガリウム系半導体からなる活性層２５を含むレーザ構造体１３とを備える。半極性主面１７ａは、六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面であるか、若しくは六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面に対してｃ軸の方向に−０．２度以上０．２度以下の範囲内で傾斜している。レーザ構造体１３は、レーザ共振器の共振端面を構成する一対の割断面２７，２９を有する。一対の割断面２７，２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸と、半極性主面１７ａの法線軸とによって規定される面とそれぞれ交差する。
【選択図】図１

Description

本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子に関するものである。

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。この半導体レーザのレーザ共振器のミラー面は、ドライエッチングにより形成されている。この文献には、レーザ共振器の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。

また、非特許文献２には、（１１−２２）面を主面とするＧａＮ基板上に作製された半導体レーザが記載されている。この半導体レーザのレーザ共振器のミラー面もまた、ドライエッチングにより形成されている。

また、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。この文献では、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。

Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35, (1996) L74-L76 Appl. Phys. Express 1 (2008) 091102 Jpn. 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、III族窒化物半導体レーザ素子の支持基板の主面が半極性面であり、その半極性面が、III族窒化物半導体のｃ軸に対してｍ軸の方向に傾斜している場合、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、しきい値電流を下げることができると考えている。すなわち、このようにレーザ導波路の延在方向を設定すると、III族窒化物半導体の遷移エネルギ（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となり、しきい値電流を下げることができる。

しかしながら、レーザ導波路の延在方向をこのように設定すると、ｃ面、ａ面又はｍ面といったへき開面をレーザ共振器の共振端面として利用できない。故に、従来の半導体レーザ素子では、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって共振端面を形成している。しかし、ＲＩＥによって形成された共振端面は、レーザ導波路に対する垂直性、平坦性、イオンダメージ等の点において、改善が望まれる。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。

このような問題点に対し、発明者は、III族窒化物半導体のｃ軸と、半極性主面の法線軸とによって規定される面に対して交差する割断面を形成し、この割断面を共振端面とすることによって、好適なレーザ発振が得られることを見出した。これにより、半導体レーザ素子のしきい値電流を下げることができる。しかしながら、このような共振端面を備える半導体レーザ素子を製造する際、製造ロット毎にしきい値電流の大きさがばらついてしまうと、上記効果を十分に享受することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、III族窒化物半導体基板のｍ軸の方向に傾斜した半極性面上に形成されたIII族窒化物半導体レーザ素子であって、III族窒化物半導体のｃ軸と、半極性主面の法線軸とによって規定される面に対して交差する割断面を共振端面とするものについて、しきい値電流の大きさのばらつきを低減することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明によるIII族窒化物半導体レーザ素子は、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板と、支持基板の半極性主面上に設けられた、窒化ガリウム系半導体からなる第１及び第２のクラッド層、並びに第１のクラッド層と第２のクラッド層との間に設けられた窒化ガリウム系半導体からなる活性層を含むレーザ構造体とを備え、支持基板の半極性主面が、六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面であるか、若しくは六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面に対してｃ軸の方向に−０．２度以上０．２度以下の範囲内で傾斜しており、レーザ構造体が、レーザ共振器の共振端面を構成する一対の割断面を有し、一対の割断面が、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸と、半極性主面の法線軸とによって規定される面とそれぞれ交差することを特徴とする。

発明者の実験によれば、支持基板の半極性主面と、六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面との成す角度が上記範囲内である場合に、しきい値電流の大きさのばらつきを低減することができる。

また、III族窒化物半導体レーザ素子は、支持基板の半極性主面が、六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面に対してｃ軸の方向に−０．１度以上０．１度以下の範囲内で傾斜していることを特徴としてもよい。支持基板の半極性主面と、六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面との成す角度がこの範囲内である場合に、しきい値電流の大きさのばらつきをより効果的に低減することができる。

また、III族窒化物半導体レーザ素子は、支持基板が、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることを特徴としてもよい。

また、III族窒化物半導体レーザ素子は、活性層が、４３０ｎｍ以上６００ｎｍ以下のフォトルミネッセンス波長を有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してもよい。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６００ｎｍ以下の光の発生に好適である。

本発明によれば、III族窒化物半導体基板のｍ軸の方向に傾斜した半極性面上に形成されたIII族窒化物半導体レーザ素子であって、III族窒化物半導体のｃ軸と、半極性主面の法線軸とによって規定される面に対して交差する割断面を共振端面とするものについて、しきい値電流の大きさのばらつきを低減することができる。

図１は、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の一実施形態として、半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。 図２（ａ）は、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２（ｂ）は、半導体レーザ素子におけるＬＥＤモードの発光スペクトルを示す図である。 図３は、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。 図４は、半導体レーザ素子を模式的に示す斜視図である。 図５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６は、本実施形態に係る半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示すフローチャートである。 図７（ａ）ないし図７（ｃ）は、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である。 図８は、六方晶III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面に対するｃ軸方向への半極性主面の傾斜角、リッジ構造の高さ、リッジ構造の幅、評価数、レーザ発振が確認された素子の数、しきい値電流の平均値、しきい値電流の最大値、しきい値電流の最小値、及び歩留まりの各数値を示す図表である。 図９は、縦軸をしきい値電流の最小値とし、横軸を｛２０−２１｝面に対するｃ軸方向への半極性主面の傾斜角として、図８の数値をプロットしたグラフを示している。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるIII族窒化物半導体レーザ素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の一実施形態として、半導体レーザ素子１１の構造を概略的に示す図面である。本実施形態の半導体レーザ素子１１は、リッジガイド型の構造を有する。図１に示されるように、半導体レーザ素子１１は、レーザ構造体１３、電極１５及び４１、並びに支持基板１７を備える。支持基板１７は、六方晶系III族窒化物半導体からなり、半極性主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。

レーザ構造体１３は、支持基板１７の半極性主面１７ａ上に設けられている。レーザ構造体１３は、第１の半導体領域２１と、第２の半導体領域２３と、活性層２５とを含む。第１の半導体領域２１は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、一例としては、ｎ型ＧａＮからなるバッファ層２１ａ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮからなる下部クラッド層（第１のクラッド層）２１ｂ、及びｎ型ＩｎＧａＮ等からなる光ガイド層２１ｃを含む。第２の半導体領域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からなる電子ブロック層２３ａ、ｐ型ＩｎＧａＮからなる光ガイド層２３ｂ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮからなる上部クラッド層（第２のクラッド層）２３ｃ、及びｐ型ＧａＮからなるコンタクト層２３ｄを含む。

また、レーザ構造体１３は、光導波方向に延びるリッジ部２６を有する。リッジ部２６は、一対の側面２６ａ，２６ｂを有しており、側面２６ａと側面２６ｂとの間隔（すなわちリッジ部２６の横幅）は、例えば２μｍである。リッジ部２６は、レーザ構造体１３を構成する各半導体層のうち、光ガイド層２３ｂの一部、上部クラッド層２３ｃ、及びコンタクト層２３ｄを含む。このリッジ部２６により、活性層２５付近において幅方向の屈折率差が生じ、レーザ発振のための光導波路が形成される。

活性層２５は、第１の半導体領域２１と第２の半導体領域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を更に含んでおり、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または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６００ｎｍ以下の光の発生に好適である。

図１には、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。半極性主面１７ａの法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸に平行である。換言すれば、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対して平行に延在する。また、図１には、支持基板１７を構成する六方晶系III族窒化物半導体のｃ面Ｓｃが示されている。支持基板１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、該半導体のｍ軸の方向に、法線軸ＮＸに対して有限な角度αだけ傾斜している。

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の表面を覆っている。絶縁膜３１のうちリッジ部２６の頂部を覆う部分には、開口３１ａが形成されている。電極１５は、開口３１ａを介してレーザ構造体１３の表面（例えばコンタクト層２３ｄ）に対しオーミック接触を成している。支持基板１７の裏面１７ｂには、別の電極４１が裏面１７ｂを覆うように設けられ、電極４１は、支持基板１７に対しオーミック接触を成している。

また、レーザ構造体１３は、光導波方向と交差する一対の割断面２７（第１の割断面）及び２９（第２の割断面）を有する。割断面２７及び２９は、支持基板１７を構成する六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸と、半極性主面１７ａの法線軸ＮＶとを含む所定平面Ｓｖに対して交差するように（好ましくは、略直交するように）形成されている。割断面２７及び２９は、リッジ部２６によって形成される光導波路の両端に位置し、レーザ共振器の一方および他方の共振端面をそれぞれ構成する。なお、割断面２７及び２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といった従来のへき開面ではない。

この半導体レーザ素子１１では、レーザ共振器を構成する割断面２７及び２９が所定平面Ｓｖと交差しているので、この所定平面Ｓｖと半極性主面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。すなわち、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ことができるので、半導体レーザ素子１１のしきい値電流を下げることができる。

図２（ａ）は、半導体レーザ素子１１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２（ｂ）は、半導体レーザ素子１１におけるＬＥＤモードの発光スペクトルを示す図である。図３は、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、半導体レーザ素子１１を模式的に示す斜視図である。図５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）に示されるように、バンド構造Ｂａ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つ存在する。また、ＡバンドとＢバンドとのエネルギ差は比較的小さい。そして、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、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する。なお、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。

また、図２（ｂ）に示されるように、ＬＥＤモードの光は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸方向の偏光成分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とを含む。偏光成分Ｉ１の光強度は、偏光成分Ｉ２の光強度より大きい。なお、偏光度ρは、（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）によって定義される。

また、半導体レーザ素子１１では、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面に沿ってレーザ導波路が延在しているので、図３に示されるように、このレーザ導波路内において共振するレーザ光は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に偏光する。また、レーザ共振器のための割断面２７及び２９は、前述したようにｃ面、ｍ面又はａ面といった従来のへき開面とは異なるが、レーザ共振器のためのミラーとしての平坦性、垂直性を有する。したがって、割断面２７及び２９と、これらの間に延在するレーザ導波路とによって、図３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。

ここで、図４に示されるように、割断面２７及び２９の各々には、支持基板１７の端面１７ｃ及びレーザ構造体１３の端面１３ｃが現れている。支持基板１７の端面１７ｃ及び活性層２５の端面２５ｃのそれぞれにおける法線ベクトルＮＡと、活性層２５のｍ軸ベクトルＭＡとの成す角度β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の面内に規定される図示しない成分β_１と、第１平面Ｓ１及び法線軸ＮＸのそれぞれと直交する第２平面Ｓ２の面内に規定される図示しない成分β_２とに分解される。成分β_１は、上述した角度αに対して±０．２度の範囲内に含まれることが好ましい。なお、この成分β_１は、図５において、代表的なｍ面Ｓｍと、活性層２５の端面２５ｃに沿って延在する参照面Ｆ_Ａとの成す角度として示されている。また、成分β_２は、±５度の範囲内に含まれることが好ましい。このとき、半導体レーザ素子１１の割断面２７及び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。

なお、図４に示されるように、半導体レーザ素子１１は、割断面２７及び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及び４３ｂを更に備えることができる。これらの誘電体多層膜４３ａ及び４３ｂによって、反射率を好適に調整できる。

再び図１を参照する。支持基板１７の厚さＤ_ＳＵＢは、４００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上１００μｍ以下であることが更に好ましい。このような厚さは、レーザ共振器のための良質な割断面２７及び２９を得るために好適である。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。

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αは、７５度±０．２度の範囲内に含まれる。換言すれば、半極性主面１７ａは、｛２０−２１｝面であるか、或いは、｛２０−２１｝面に対してｃ軸の方向に−０．２度以上０．２度以下の範囲内で傾斜している。この典型的な半極性面１７ａにおいて、当該半導体レーザ素子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割断面２７及び２９を提供できる。

支持基板１７の積層欠陥密度は、１×１０^４ｃｍ^−１以下であることが好ましい。これにより、偶発的な事情によって割断面２７及び２９の平坦性及び／又は垂直性が乱れる可能性を低減できる。また、支持基板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、共振端面として利用可能な割断面２７及び２９を得ることができる。ＡｌＮ又はＡｌＧａＮ基板を用いるとき、偏光度を大きくでき、また低屈折率により光閉じ込めを強化できる。ＩｎＧａＮ基板を用いるとき、基板と発光層との格子不整合率を小さくでき、結晶品質を向上できる。

図６は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１１を作製する方法の主要な工程を示すフローチャートである。また、図７（ａ）ないし図７（ｃ）は、半導体レーザ素子１１を作製する方法の主要な工程を示す図である。図７（ａ）を参照すると、六方晶系III族窒化物半導体からなる基板５１が示されている。工程Ｓ１１では、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αだけ傾斜している。これ故に、基板５１は、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面５１ａを有する。

工程Ｓ１２では、基板生産物ＳＰを形成する。図７（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Ｓ１３では、レーザ構造体５５を基板５１の半極性主面５１ａ上に形成する。すなわち、半導体領域５７と、活性層５９と、半導体領域６１とを半極性主面５１ａ上に順に成長させる。半導体領域５７は、例えばｎ型ＧａＮからなるバッファ層、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮからなる下部クラッド層（第１のクラッド層）、及びｎ型ＩｎＧａＮ等からなる光ガイド層を含む。また、半導体領域６１は、例えばｐ型ＡｌＧａＮからなる電子ブロック層、ｐ型ＩｎＧａＮからなる光ガイド層、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮからなる上部クラッド層（第２のクラッド層）、及びｐ型ＧａＮからなるコンタクト層を含む。そして、半導体領域６１をエッチングすることにより、リッジ構造５３を形成する。その後、レーザ構造体５５の表面を、絶縁膜５４によって覆う。絶縁膜５４は例えばシリコン酸化物からなる。そして、絶縁膜５４に開口５４ａを形成する。

工程Ｓ１４では、レーザ構造体５５のリッジ構造５３上にアノード電極５８ａを形成し、基板５１の裏面５１ｂ上にカソード電極５８ｂを形成する。なお、カソード電極５８ｂを形成する前に、基板５１の裏面５１ｂを研磨して、基板５１の厚さを所望の厚さＤ_ＳＵＢとするとよい。アノード電極５８ａは所定方向（光導波方向）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。

工程Ｓ１５では、図７（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７（ｂ）では、５つのスクライブ溝６５ａ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レーザ構造体５５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の一つのエッジに形成されることができる。

工程Ｓ１６では、図７（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とを含む。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ＳＰ１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。押し当てにより、一対の割断面６７ａ及び６７ｂを有するレーザバーＬＢ１が形成され、これらの割断面６７ａ及び６７ｂは、少なくとも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。また、割断面６７ａ及び６７ｂの各々は、レーザバーＬＢ１の第１の面６３ａから第２の面６３ｂにまで延在する。これ故に、割断面６７ａ及び６７ｂは、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振端面を構成し、ＸＺ面と交差する。なお、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所定平面Ｓｖに対応する。

この方法によれば、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブした後に、基板生産物ＳＰ１の第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰ１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、所定平面Ｓｖに交差するように、レーザバーＬＢ１に割断面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。

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。

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Ｓ１７では、押圧による分離を繰り返して、多数のレーザバーＬＢ１を作製する。この割断は、レーザバーＬＢ１の割断線Ｌｂに比べて短いスクライブ溝６５ａを用いて引き起こされる。

工程Ｓ１８では、レーザバーＬＢ１の端面（割断面）６７ａ及び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Ｓ１９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。

本実施の形態に係る製造方法では、角度αは、７５±０．２度の範囲内に含まれることが好ましい。このような範囲の角度αによって、所望の平坦性及び垂直性が好適に得られる。そして、半極性主面５１ａは、｛２０−２１｝面であることができる。更に、これらの面から−０．２度以上＋０．２度以下の範囲で微傾斜した面も半極性主面５１ａとして好適である。この典型的な半極性面によって、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を有する、レーザ共振器のための共振端面を提供できる。

また、基板生産物ＳＰを形成する工程Ｓ１４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割断面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。

なお、割断面６７ａ及び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。半極性主面５１ａ上へのエピタキシャル膜であるが故に、割断面６７ａ及び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、半極性主面５１ａ上に成長したエピタキシャル膜からなる積層構造のブレイクによって形成される割断面６７ａ及び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。

（実施例１）上述した実施形態の方法によって複数の半導体レーザ素子を作製し、各素子を評価した結果について説明する。図８は、本実施例における、六方晶III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面に対するｃ軸方向への半極性主面の傾き角度（度）、発振波長（ｎｍ）、しきい値電流（ｍＡ）、及び発振歩留まり（％）の各数値を示す図表である。また、図９は、縦軸をしきい値電流（ｍＡ）とし、横軸を｛２０−２１｝面に対するｃ軸方向への半極性主面の傾き角度（度）として、図８の数値をプロットしたグラフを示している。

図８及び図９に示されるように、支持基板の半極性主面と、六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面との成す角度が−０．２度以上０．２度以下の範囲内である場合に、しきい値電流の大きさが１２０ｍＡ以下となり顕著に低くなっている。また、支持基板の半極性主面と、六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面との成す角度が−０．１度以上０．１度以下の範囲内である場合に、しきい値電流の大きさが８０ｍＡ以下となり更に低くなっている。

この結果から、支持基板の半極性主面が、六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面であるか、若しくは六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面に対してｃ軸の方向に−０．２度以上０．２度以下の範囲内で傾斜している場合に、しきい値電流の大きさを顕著に低減できることがわかる。なお、このような結果は、次の作用によるものと考えられる。すなわち、一対の割断面においてレーザ共振端面として働く｛−１０１７｝面は、｛２０−２１｝面に対して９０．１０１度の角度を成す。半極性主面が｛２０−２１｝面に対して大きく傾くと、この｛−１０１７｝面が割断面内に出現しにくくなり、割断面の平滑性が損なわれてしまう。その結果、しきい値電流値が増大してしまう。これに対し、半極性主面が｛２０−２１｝面に対して−０．２度以上０．２度以下の範囲内にあれば、｛−１０１７｝面が割断面内に好適に出現し、平滑なレーザ共振端面を得ることができ、しきい値電流を効果的に下げることができる。

１０ａ…レーザスクライバ、１１…半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１５…電極、１７…支持基板、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…裏面、２１…第１の半導体領域、２３…第２の半導体領域、２５…活性層、２６…リッジ部、２７，２９…割断面、３１…絶縁膜、４１…電極、Ｅａ…遷移、Ｅｂ…遷移、Ｆ_Ａ…参照面、ＬＢ…レーザビーム、Ｌｂ…割断線、Ｓｃ…ｃ面、Ｓｍ…ｍ面。

Claims (4)

1. 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板と、
   前記支持基板の前記半極性主面上に設けられた、窒化ガリウム系半導体からなる第１及び第２のクラッド層、並びに前記第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窒化ガリウム系半導体からなる活性層を含むレーザ構造体と
   を備え、
   前記支持基板の前記半極性主面が、前記六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面であるか、若しくは前記六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面に対してｃ軸の方向に−０．２度以上０．２度以下の範囲内で傾斜しており、
   前記レーザ構造体が、レーザ共振器の共振端面を構成する一対の割断面を有し、
   前記一対の割断面が、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸と、前記半極性主面の法線軸とによって規定される面とそれぞれ交差する、
   ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子。
2. 前記支持基板の前記半極性主面が、前記六方晶系III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面に対してｃ軸の方向に−０．１度以上０．１度以下の範囲内で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物半導体レーザ素子。
3. 前記支持基板が、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または２に記載のIII族窒化物半導体レーザ素子。
4. 前記活性層が、４３０ｎｍ以上６００ｎｍ以下のフォトルミネッセンス波長を有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１〜３のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体レーザ素子。

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