JP2015005614A - Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法 - Google Patents

Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザ共振器を構成する端面における垂直性を調整可能にする、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。【解決手段】基板生産物ＳＰは、III族窒化物半導体レーザ素子１１のための素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）の配列ＡＲＹを有する。配列ＡＲＹはレーザバーを作成できるような第１方向への素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）の一次元配列を含み、オーミック電極は半導体領域１９上において第１方向に交差する第２方向に延在する。六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した配列軸の方向に素子エリアが配列されて素子エリア配列Ｄ（ＡＲＥＡ）を構成する。後の工程で、六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した延在方向に傾斜させてスクライブマーク列６５を作成できる。【選択図】図７

Description

本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に関する。
特許文献１は、窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を開示する。非特許文献１は、ドライエッチングにより共振器ミラーを形成することを開示する。
特開２０１１−００３６６０号
JJAP 46(2007)L444
特許文献１は、窒化物半導体レーザ素子を（２０−２１）面ＧａＮ基板上に作製することを開示する。窒化物半導体レーザ素子の光導波路がＧａＮ基板のｃ軸を（２０−２１）面の基板主面上に投影した投影ｃ軸の方向に延在するとき、ｃ面、ａ面やｍ面といった劈開面（低面指数のファセット）を光共振器に利用できない。この窒化物半導体レーザ素子では、光共振器のための端面を形成するために、スクライブマークの形成とこのマークに合わせた押圧とを行う。
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成する端面における垂直性を調整可能にする、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を目的とする。
本発明は、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）III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を備え、前記III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を準備する工程と、（ｂ）前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、（ｃ）前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物に押圧を行うこと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。前記半導体領域は活性層を含み、前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に沿って前記III族窒化物半導体の前記［−１０１０］軸に向けて前記半極性主面の前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であり、前記レーザバーは、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する第１及び第２の端面を有し、前記第１端面及び前記第２端面は前記分離により形成され、前記第１端面及び前記第２端面は前記ｍ−ｎ面に交差し、前記スクライブマークは、前記III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在する。
このIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法（以下「作製方法」）によれば、スクライブマークが六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準に角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延びるので、このゼロより大きな角度ＰＨＩにより、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する端面における垂直性を調整できる。
本発明に係る作製方法では、前記角度ＰＨＩは０．１度以上であることが好ましい。この作製方法によれば、角度ＰＨＩの下限は、アライメントずれに起因して角度ＰＨＩがゼロに近づき過ぎるのを回避することを可能にする。この回避と共に、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する端面における垂直性を調整することも可能になる。
本発明に係る作製方法では、前記基板生産物は第１面及び第２面を有し、前記第１面は前記第２面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第１面と前記基板との間に位置し、前記スクライブマークを形成する工程では、前記基板生産物の前記第１面をスクライブすることが好ましい。
この作製方法によれば、ゼロより大きな角度ＰＨＩで六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準に傾斜した延在軸の方向に沿って延びるようにスクライブマークをエピ面に形成するので、延在軸を傾斜させることによる制御性能（端面形成における制御性）を向上できる。
本発明に係る作製方法では、前記基板生産物は、前記半導体領域上に設けられたオーミック電極を備え、前記オーミック電極は、前記III族窒化物半導体のｃ軸を前記半極性主面に射影した射影ｃ軸の方向に延在することが好ましい。
この作製方法によれば、オーミック電極が射影ｃ軸の方向に延在するので、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する端面として劈開面を利用できない。
本発明に係る作製方法では、前記基板生産物を準備する工程において、前記基板には当該基板の厚さを１００μｍ以下にするように加工が施されていることが好ましい。この作製方法によれば、この加工により、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する端面の形成が容易になる。
本発明に係る作製方法では、前記基板生産物は第１面及び第２面を有し、前記第１面は前記第２面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第１面と前記基板との間に位置し、前記基板生産物を用意する工程において、前記基板は、加工により当該基板の厚さを薄くされ、前記加工はスライス又は研削であり、前記第１端面及び前記第２端面の各々は前記第１面のエッジから前記第２面のエッジまで延在し、前記第２面は、前記加工により形成された加工面と、前記加工面上に形成された電極を含む面との何れかであることができる。
この作製方法によれば、基板の厚さを加工により薄くすることは、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する端面に所望の品質を与えるために有効である。
本発明に係る作製方法では、前記半極性主面は、（２０−２１）面と（２０−２−１）面との何れかの面方位から、前記III族窒化物半導体のｍ面の方向に−４度以上＋４度以下の範囲で傾斜した傾斜面であり、前記半導体領域の前記活性層は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備えることができる。
この作製方法によれば、上記の面方位の半極性面の利用は、半導体領域の活性層が波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発生することに好適である。
本発明に係る作製方法では、前記半極性主面は、（２０−２１）面と（２０−２−１）面との何れかであることができる。この作製方法によれば、上記の面方位の半極性面の利用は、半導体領域の活性層が波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発生することに好適である。
本発明に係る作製方法では、前記基板の材料は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの何れかを含むことができる。
この作製方法によれば、上記のようなIII族窒化物の利用は、基板の半極性主面の法線軸に対してIII族窒化物半導体の［０００１］軸が六方晶系III族窒化物半導体の［−１０１０］軸の方向に傾斜するときにIII族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器にｍ−ｎ面に交差する端面を形成することを可能にする。
本発明に係る作製方法では、前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、前記スクライブマークはスクライブ溝を含むことができる。この作製方法によれば、角度ＰＨＩで傾斜した方向に延在するスクライブ溝を形成することが容易になる。
本発明に係る作製方法では、前記スクライブは、前記角度ＰＨＩで傾斜した方向に前記レーザスクライバのレーザビームを前記基板生産物に対して相対的に走査することによって行われることが好ましい。この作製方法によれば、レーザビームの相対的な走査の方向を調整することにより、角度ＰＨＩで傾斜した方向に延在するスクライブマークを形成できる。
本発明に係る作製方法では、前記レーザスクライバの前記レーザビームの走査は、前記III族窒化物半導体の前記［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した走査軸の方向に行われることが好ましい。
この作製方法によれば、［１−２１０］軸の方向に対してゼロより大きな角度で走査方向を設定することは、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する端面における垂直性を調整することを可能にする。
本発明に係る作製方法では、前記走査軸の方向と前記［１−２１０］軸の方向との成す角度は０．１度以上であることが好ましい。この作製方法によれば、走査軸の傾斜の下限は、アライメントずれに起因して走査方向の傾斜角がゼロに近づき過ぎることの回避を可能にする。この回避と共に、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する端面における垂直性を調整することも可能になる。
本発明に係る作製方法では、前記素子エリアの配列は、前記III族窒化物半導体の前記［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した配列軸の方向に配列される複数の列を含み、前記配列の各列は素子エリアの一次元配列を含むことが好ましい。
この作製方法によれば、ゼロより大きな角度で六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にして傾斜した配列軸の方向に素子エリアが配列されて素子エリア配列を構成するので、スクライブマークの延在方向を傾斜させることが容易になる。
本発明に係る作製方法では、前記基板生産物において、前記素子エリアの配列は、前記射影ｃ軸の方向に延在する複数の行を含み、前記配列の各行は、前記素子エリアの一次元の配置を含み、前記基板生産物は、前記素子エリアにそれぞれ設けられた複数のパッド電極を含み、前記素子エリアの前記パッド電極は、前記行において、ゼロより大きな角度で前記III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にして傾斜した配列軸の方向に沿って配列されていることが好ましい。
この作製方法によれば、配列の行において素子エリアのパッド電極を上記の配列軸の方向に配列させることによって、スクライブマークの延在方向を傾斜させると共にレーザ共振器のための端面の品質を制御することを可能にする。
本発明に係る作製方法では、前記III族窒化物半導体レーザ素子はリッジ構造を有することが好ましい。この作製方法によれば、リッジ構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を作製できる。
本発明に係る作製方法では、前記半導体領域の前記活性層は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体層を備え、前記半導体領域の前記活性層は、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有することが好ましい。この作製方法によれば、幅広い発光波長範囲において、インジウム均一性に優れた活性層を提供できる。
本発明は、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）III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、前記III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、（ｂ）前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、（ｃ）前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物に押圧を行うこと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。前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体のｍ軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に沿って、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸に向けて前記半極性主面の前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であり、前記レーザバーは、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する第１及び第２の端面を有し、前記第１端面及び前記第２端面は前記分離により形成され、前記第１端面及び前記第２端面は前記ｍ−ｎ面に交差し、前記スクライブマークは、前記III族窒化物半導体のｃ軸を前記半極性主面に射影した射影ｃ軸に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在する。
この作製方法によれば、スクライブマークが六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸を半極性主面に射影した射影ｃ軸に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで半極性面上において傾斜した延在軸の方向に延びるので、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する端面における垂直性を調整できる。
本発明は、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）III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、（ｂ）前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、（ｃ）前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物に押圧を行うこと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。前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体のｍ軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に沿って、前記III族窒化物半導体の前記［−１０１０］軸の方向に前記半極性主面の前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であり、前記レーザバーは、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する第１及び第２の端面を有し、前記第１端面及び前記第２端面は前記分離により形成され、前記第１端面及び前記第２端面は前記ｍ−ｎ面に交差し、前記スクライブマークは、前記ｍ−ｎ面及び前記半極性主面に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在する。
この作製方法によれば、スクライブマークが、ｍ−ｎ面に直交すると共に半極性主面に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで前記半極性主面において傾斜した延在軸の方向に沿って延びるので、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する端面における垂直性を調整できる。
本発明は、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）III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、前記III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、（ｂ）前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、（ｃ）前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物に押圧を行うこと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。前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体の前記［−１０１０］軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に沿って、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸の方向に前記半極性主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であり、前記レーザバーは、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する第１及び第２の端面を有し、前記第１端面及び前記第２端面は前記分離により形成され、前記第１端面及び前記第２端面は前記ｍ−ｎ面に交差し、前記配列では、前記素子エリアが第１方向に配列されており、前記基板生産物は、前記半導体領域上において前記第１方向に交差する第２方向に延在するオーミック電極を含み、前記オーミック電極の延在方向は、前記レーザ共振器の向きを規定し、前記スクライブマークは、前記オーミック電極の前記延在方向に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延びる。
この作製方法によれば、スクライブマークが、オーミック電極の延在方向に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで半極性主面において傾斜した延在軸の方向に延びるので、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する端面における垂直性を調整できる。
本発明に係る作製方法では、前記スクライブマークを形成する工程では、前記基板生産物の半導体領域をスクライブし、前記角度ＰＨＩは０．１度以上であることが好ましい。
この作製方法によれば、角度ＰＨＩの下限は、アライメントずれに起因してスクライブマークの傾斜角がゼロに近づき過ぎることを避けることを可能にする。この回避と共に、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する端面における垂直性を調整することも可能になる。また、角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在するスクライブマークを、活性層を含む半導体領域のエピ面に形成するので、傾斜した延在軸による端面の垂直性に関して制御性を増す。
本発明に係る作製方法では、前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、前記スクライブマークはスクライブ溝を含み、前記スクライブは、前記角度ＰＨＩで傾斜した方向に、前記レーザスクライバの前記レーザビームを前記基板生産物に対して相対的に走査することによって行われることが好ましい。この作製方法によれば、レーザビームの相対的な走査の方向を調整することにより、角度ＰＨＩで傾斜した方向に延在するスクライブマークを形成できる。
本発明は、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）第１面及び該第１面に反対側の第２面を有しておりIII族窒化物半導体の結晶体を含む一又は複数の評価対象物を準備する工程と、（ｂ）前記評価対象物をスクライブして、前記III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ導波路の向きを示す導波路軸方向に交差し互いに異なるスクライブ方向に延在する複数のスクライブマーク列を形成する工程と、（ｃ）前記スクライブマーク列を形成した後に、前記III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を前記評価対象物に行って、前記評価対象物に前記第１面及び前記第２面の一方から他方まで延在する加工端面を形成する工程と、（ｄ）前記加工端面の評価を行う工程と、（ｅ）前記評価の結果から、スクライブマーク列の配列方向（又は走査方向）を示すマーク列方向を決定する工程と、（ｆ）III族窒化物半導体からなる主面を有する基板と、前記主面上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、前記導波路軸方向に延在するレーザ導波路及びオーミック電極を含むIII族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、（ｇ）前記マーク列方向に前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、（ｈ）前記スクライブマークを形成した後に前記基板生産物に押圧を行って、前記基板生産物から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。
この作製方法によれば、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ導波路の向きを示す導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在する複数のスクライブマーク列を形成した後に、光共振器のための端面を形成する加工処理をスクライブマークに合わせて押圧を行って加工端面を形成する。この加工端面の評価を行う。この評価結果に基づきスクライブマークの向きを決定する。これ故に、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する端面における垂直性を調整できる。
本発明に係る作製方法では、前記スクライブマーク列の向きは、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかの方向であることができる。
（ａ）前記III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向。
（ｂ）前記III族窒化物半導体のｃ軸を前記半極性主面に射影した射影ｃ軸に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向。
（ｃ）前記III族窒化物半導体の前記［−１０１０］軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に直交すると共に前記半極性主面に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向。
（ｄ）前記オーミック電極の前記延在方向に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向。
この作製方法によれば、スクライブマーク列の延在方向を上記の（ａ）〜（ｄ）のいずれかの方向に基準して規定できる。
本発明に係る作製方法では、前記結晶体は、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含むことができる。この作製方法によれば、評価に用いる評価対象物がレーザ構造体を含むとき、幾何学的な端面角度の評価だけでなく、電気的な評価を行うことも可能にする。
本発明に係る作製方法では、前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、前記スクライブマークはスクライブ溝を含むことができる。この作製方法によれば、上記の導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在する複数のスクライブマーク列を形成することを可能にする。
本発明に係る作製方法では、前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜していることが好ましい。この作製方法によれば、半極性面を用いる半導体レーザ素子の作製条件の設定を可能にする。
本発明に係る作製方法では、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が好ましい。この作製方法によれば、上記の傾斜角によって示される面方位を用いて、半極性面に起因する様々な寄与を半導体レーザ素子の作製に利用できる。
本発明に係る作製方法では、前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸の方向に前記主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、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が好ましい。この作製方法によれば、インジウム組成の取り込み及び均一性に優れた面方位において半導体レーザ素子を作製できる。
本発明は、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）第１面及び該第１面に反対側の第２面を有しておりIII族窒化物半導体の結晶体を含む一又は複数の評価対象物を準備する工程と、（ｂ）前記評価対象物をスクライブして、前記III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ導波路の向きを示す導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在する複数のスクライブマーク列を形成する工程と、（ｃ）前記スクライブマーク列を形成した後に、前記III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を前記評価対象物に行って、前記評価対象物に前記第１面及び前記第２面の一方から他方まで延在する加工端面を形成する工程と、（ｄ）前記加工端面の評価を行って、前記スクライブマーク列の配列方向と前記加工端面の延在方向との関係を見積もる工程と、（ｆ）前記評価の見積り結果から、前記スクライブマーク列の配列方向を決定する工程と、（ｇ）III族窒化物半導体からなる主面を有する基板と、前記主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、（ｈ）決定された配列方向を用いて前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、（ｉ）前記スクライブマークを形成した後に、押圧を前記基板生産物に行って、前記基板生産物から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。
この作製方法によれば、導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在する複数のスクライブマーク列を形成した後に、光共振器のための端面を形成する加工処理をスクライブマークに合わせて行って加工端面を形成する。この加工端面の評価において、スクライブマーク列の配列方向と加工端面の延在方向との関係を見積もる。この見積り結果に基づきスクライブ向きの条件を決定できる。これ故に、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する端面における垂直性を調整できる。
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、（ａ）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おいて導波路軸の方向に延在するオーミック電極とを備える。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III族窒化物半導体のｃ軸は、前記III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対してゼロより大きな角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記レーザ構造体は、前記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面に交差する端面を含み、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端面を含み、前記レーザ構造体は第１及び第２面を含み、前記第１面は前記第２面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第１面と前記支持基体との間に設けられ、前記レーザ構造体は、前記端面において前記半導体領域から前記支持基体への方向に延在すると共に前記第１面のエッジに位置するスクライブ跡を含み、前記スクライブ跡の延在方向は、前記III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にして傾斜している。
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、スクライブマークが、ゼロより大きな角度ＰＨＩでIII族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準に傾斜した延在軸の方向に沿って延びるので、この角度ＰＨＩにより、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する端面における垂直性を調整できる。
以上説明したように、本発明によれば、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成する端面における垂直性を調整可能にする、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を提供できる。
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。 図２は、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平面図である。 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。 図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の共振器端面を概略的に示す図面である。 図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。 図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。 図７は、本実施の形態に係る基板生産物を示す平面図である。 図８は、本実施例におけるIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。 図９は、軸ＳＣＮＡＸ、スクライブマーク列、及び結晶軸の関係を模式的に示す図面である。 図１０は、ずれ角φＦＲＣの平均値と角度φ０との関係を示す図面である。 図１１は、ずれ角φＦＲＣの標準偏差σと角度φ０との関係を示す図面である。 図１２は、いくつかの条件で作製したレーザバーに関して、スクライブ角度φ０と発振しきい値電流の平均値及び標準偏差との関係を示す図面である。 図１３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における主要な工程を示す図面である。 図１４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における主要な工程を示す図面である。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体レーザ素子、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。及びIII族窒化物半導体レーザ素子を評価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。
（第１の実施形態）
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、レーザ構造体１３及びオーミック電極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、六方晶系のIII族窒化物半導体からなる半極性主面１７ａを有し、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は活性層２５を含み、活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含む。
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、本実施例では、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し、例えば平坦な面であることができる。また、図１には、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。本実施例では、支持基体１７のIII族窒化物半導体の＜０００１＞軸の方向を示すｃ＋軸ベクトル（単位ベクトル）は、III族窒化物半導体のｍ軸及びａ軸のいずれかの結晶軸の方向に、法線ベクトルＮＶ（単位ベクトル）に対して傾斜する。ｃ＋軸ベクトルはｃ＋軸ベクトルＶＣ＋として表されており、＜０００−１＞軸の方向はｃ＋軸ベクトルと逆方向であり、ｃ−軸ベクトルＶＣ−（単位ベクトル）で表される。図１に示される実施例では、支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体の［０００１］軸は、六方晶系III族窒化物半導体の[−１０１０]軸の方向に法線軸ＮＸに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。この［０００１］軸の向きは、ｃ＋軸ベクトルＶＣ＋によって示される。一実施例では、この角度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ができ、この範囲では、上記の傾斜角によって示される面方位を用いて、半極性面に起因する様々な寄与を半導体レーザ素子の作製に利用できる。また、この角度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が望ましく、この範囲では、インジウムの取り込み及び均一性に優れた面方位を用いて半導体レーザ素子を作製できる。さらに、この角度ＡＬＰＨＡは、７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であることが好ましい。
レーザ構造体１３は、共振器のための第１端面２７及び第２端面２９を含む。共振器のためのレーザ導波路は、第２端面２９から第１端面２７まで半極性面１７ａに沿って延在しており、導波路ベクトルＷＶは第２端面２９から第１端面２７への方向を示す。レーザ構造体１３の第１及び第２の端面２７、２９は、III族窒化物半導体の結晶軸（例えばｍ軸）及び法線軸ＮＸによって規定される基準面に交差する。図１では、第１及び第２端面２７、２９は六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸（ａ軸）及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面（ａ−ｎ面）に交差している。
支持基体１７のIII族窒化物半導体の＜０００１＞軸の方向を示すｃ＋軸ベクトルは、法線軸ＮＸの方向を示す法線ベクトルＮＶに対してIII族窒化物半導体のｍ軸の結晶軸の方向に６３度以上８０度以下の範囲の傾斜角で傾斜しているとき、この角度範囲の半極性面は、インジウムを含むIII族窒化物半導体においてインジウム組成の空間的均一性を提供でき、また高いインジウム組成を可能にする。
半導体領域１９の第１端面１９ｃ上に、窒化物半導体レーザダイオード１１の光共振器のための第１反射膜４３ａが設けられる。半導体領域１９の第２端面１９ｄ上に、該窒化物半導体レーザダイオード１１の光共振器のための第２反射膜４３ｂが設けられる。
第１及び第２端面２７、２９の各々には、支持基体１７の端面１７ｃ及び半導体領域１９の端面１９ｃが現れている。レーザ構造体１３は第１面（エピ面）１３ａ及び第２面（基板裏面）１３ｂを含む。第１面１３ａは第２面１３ｂの反対側の面である。半導体領域１９は第１面１３ａと支持基体１７との間に位置する。
図１及び図２を参照すると、オーミック電極１５はIII族窒化物半導体のｃ軸を半極性主面１７ａに射影した射影ｃ軸（射影［０００１］）の方向に延在する。オーミック電極１５が射影ｃ軸の方向に延在するので、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する端面２７、２９として劈開面を利用できない。
レーザ構造体１３はスクライブ跡２０ａを含み、このスクライブ跡２０ａは、端面２７において半導体領域１９から支持基体１７への方向に延在すると共に第１面（エピ面）１３ａの第１エッジ１３ｃに位置する。スクライブ跡２０ａはレーザ構造体１３の一方の側面２４ａからレーザ導波路ＬＤＷＧへの向かう方向に延在する。また、レーザ構造体１３はスクライブ跡２０ｂを含み、このスクライブ跡２０ｂは、端面２７において半導体領域１９から支持基体１７への方向に延在すると共に第１面（エピ面）１３ａの第１エッジ１３ｃに位置する。スクライブ跡２０ｂはレーザ構造体１３の他方の側面２４ｂからレーザ導波路ＬＤＷＧへの向かう方向に延在する。スクライブ跡２０ａ、２０ｂは、後ほど行われる製造方法の説明で示されるスクライブマークの片割れであり、スクライブ跡２０ａ、２０ｂの延在方向ＳＬＣは、III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度（以下、この角度を「ＰＨＩ」として参照する）で傾斜した延在軸に沿って延びている。本実施例では、III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向は、レーザ構造体１３のオーミック電極１５が半導体領域１９に接触を成す第１面１３ａのエッジ１３ｃの延在方向ＥＤＧ１に対してゼロ近傍の角度範囲（例えば−０．１度から＋０．１度の範囲）にほぼ収まる。スクライブ跡２０ａ、２０ｂの延在方向ＳＬＣは、射影ｃ軸の直交する平面に対して角度ＰＨＩ未満の角度で傾斜している。上記の説明は、端面２７を参照しながら行われるけれども、この説明は、端面２９に適用されることができ、端面２９にはスクライブ跡２２ａ、２２ｂが、スクライブ跡２０ａ、２０ｂ対応するように設けられている。
スクライブ跡（製造工程においてはスクライブマーク）２０ａ、２０ｂは、第１面１３ａに設けられている。ゼロより大きな角度ＰＨＩで六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向に対して傾斜した延在軸の方向に沿って並ぶスクライブマークをエピ面に形成するので、延在軸の傾斜により制御性（端面形成における制御性）を向上できる。
傾斜の基準は、スクライブマーク列の向きは、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかの方向であることができる。
（ａ）上記の実施例で用いられた、III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸。
（ｂ）III族窒化物半導体のｃ軸を半極性主面１７ａに射影した射影ｃ軸に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸。
（ｃ）III族窒化物半導体の［−１０１０］軸及び半極性主面１７ａの法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に直交すると共に半極性主面に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸。
（ｄ）オーミック電極１５の延在方向に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸。
これらの基準は、以下の作製方法に係る説明において、スクライブマーク列の延在方向を示すものとして参照される。共振器端面は、［１−２１０］軸に延在することが好ましいが、外部からの戻り光の低減等の理由により［１−２１０］軸に対して傾斜させることが良い場合もある。
このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、スクライブ跡２０ａ、２０ｂが、ゼロより大きな角度ＰＨＩでIII族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準に傾斜した延在軸ＳＬＣの方向に沿って延びるので、この角度ＰＨＩにより、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する端面２７（２９）における垂直性を調整できる。一実施例では、角度ＰＨＩは０．１度以上であることができる。角度ＰＨＩの下限は、アライメントずれに起因して角度ＰＨＩがゼロに近づき過ぎるのを回避することを可能にする。この回避と共に、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する端面における垂直性を調整することも可能になる。なお、スクライブマークは第２面１３ｂに形成されるときは、スクライブ跡２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂは、第２面（基板面）１３ｂの第２エッジ１３ｄに位置する。
半導体領域１９は、第１のクラッド層２１及び第２のクラッド層２３を含む。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。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、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体層を備えることができる。活性層２５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、ｚ軸の方向に井戸層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発光領域、例えば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、活性層２５は、波長４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の発生に好適である。さらには、活性層２５は、緑光の波長領域、例えば波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲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。法線軸ＮＸは法線ベクトルＮＶの方向へ延びる。支持基体１７のIII族窒化物半導体のｃ軸Ｃｘはｃ＋軸ベクトルＶＣ＋の方向に延びる。
ｃ＋軸ベクトルＶＣ＋は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸの方向の法線成分と半極性主面１７ａに平行な方向の平行成分とを有する。レーザ構造体１３は、支持基体１７の半極性主面１７ａ上に延在するレーザ導波路構造を含む。ｃ＋軸ベクトルＶＣ＋の平行成分は第２端面２９から第１端面２７への方向を向き、レーザ導波路構造はｃ＋軸ベクトルＶＣ＋の平行成分（射影ｃ軸）の方向に延在する。
また、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上にエピタキシャルに成長されてｃ＋軸ベクトルＶＣ＋の法線成分（法線軸ＮＸ）の方向に沿って配列されている。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、ｃ＋軸ベクトルＶＣ＋の平行成分（射影ｃ軸）の方向に延在する。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、支持基体１７の半極性主面１７ａ上に延在するレーザ導波路構造を構成することができる。この構造では、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５が半極性主面１７ａ上にエピタキシャルに成長されてｃ＋軸ベクトルＶＣ＋の法線成分の方向に沿って配列されるので、半導体領域１９の結晶軸の向きが支持基体１７の結晶軸の向きと実質的に同じになると共に半極性主面１７ａの面方位が半導体領域１９の半導体層の表面の面方位と実質的に同じになる。
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１は、レーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａ上に設けられ、また表面１９ａを覆っている。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を有する。開口３１ａは、例えばストライプ形状を成す。本実施例のようにｃ軸がｍ軸（ａ軸）の方向に傾斜するとき、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記のｍ−ｎ面（ａ−ｎ面）との交差線の方向に延在する。交差線は導波路ベクトルＷＶの向きに延在する。
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、また上記の交差線の方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ素子１１は利得導波路構造を有することができる。電極１５は、絶縁膜３１の開口３１ａを通して半導体領域１９の表面に接触を成す。
また、III族窒化物半導体レーザ素子１１は、リッジ構造を有するレーザ素子に適用されることができる。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、例えばレーザ構造体１３の半導体領域１９がリッジ構造を有するように構成される。オーミック電極１５は、リッジ構造の上面に接触を成す。リッジ構造は、活性層２５に供給される電流の分布幅を制御できると共に光の閉じ込めを制御でき、レーザ導波路を伝搬する光とキャリアとの相互作用の程度を調整できる。
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、半導体領域１９は、III族窒化物からなるコンタクト層３３と、III族窒化物からなる光ガイド層３７とを含む。光ガイド層３７は活性層２５とコンタクト層３３との間に設けられ、また活性層２５とクラッド層２３との間に設けられる。リッジ構造はコンタクト層３３と光ガイド層３７の一部とを含むように設けられた高さを有することが好ましい。リッジ構造の高さは活性層２５に供給される電流をガイドして活性層２５内での電流分布幅の調整を容易にする。
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。III族窒化物半導体レーザ素子１５は、オーミック電極１５上に設けられたパッド電極４２を更に備えることができる。パッド電極４２は例えば金からなることができ、オーミック電極１５は半導体領域１９の上面１９ａに接触を成しており、また例えばＰｄ電極を含むことが好ましい。
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１７は第１基体端面１７ｃを有し、この基体端面１７ｃは半導体領域１９の端面１９ｃに繋がれている。第１反射膜４３ａは第１基体端面１７ｃ上に設けられている。支持基体１７は第２基体端面１７ｄを有し、この基体端面１７ｄは半導体領域１９の端面１９ｄに繋がれている。第２反射膜４３ｂは第２基体端面１７ｄ上に設けられる。この形態においては、第１反射膜４３ａ及び第２反射膜４３ｂは、それぞれ、半導体領域１９の第１端面１９ｃ及び第２端面１９ｄから連続して第１基体端面１７ｃ及び第２基体端面１７ｄ上に至る。
第１反射膜４３ａ及び第２反射膜４３ｂの各々は、例えば誘電体多層膜によって構成されることができる。引き続く説明では、第１反射膜４３ａ及び第２反射膜４３ｂは、それぞれ、第１誘電体多層膜４３ａ及び第２誘電体多層膜４３ｂとして参照する。
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１端面２７及び第２端面２９の各々は、へき開では形成されない端面であることができる。本件では、第１端面２７及び第２端面２９を低指数のへき開面と区別するために、第１端面２７及び第２端面２９を第１割断面２７及び第２割断面２９として参照することもある。第１割断面２７及び第２割断面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸（ａ軸）及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面（ａ−ｍ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割断面２７、２９を含み、第１割断面２７及び第２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面１３ａ及び第２面１３ｂを含み、第１面１３ａは第２面１３ｂの反対側の面である。第１及び第２割断面２７、２９は、第１面１３ａのエッジ１３ｃから第２面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。第１及び第２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。
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。
III族窒化物半導体レーザ素子１１における光導波構造について説明する。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｎ側の光ガイド層３５及びｐ側の光ガイド層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。
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３の（ａ）部及び図４に示されるように、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１及び第２端面２７、２９の各々には、支持基体１７の端面１７ｃ及び半導体領域１９の端面１９ｃが現れており、端面１７ｃ及び端面１９ｃは誘電体多層膜４３ａで覆われている。支持基体１７の端面１７ｃ及び活性層２５における端面２５ｃの法線ベクトルＮＡと活性層２５のｍ軸ベクトルＭＡとの成す角度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）１と、第１平面Ｓ１及び法線軸ＮＸに直交する第２平面Ｓ２において規定される成分（ＢＥＴＡ）２とによって規定される。成分（ＢＥＴＡ）１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、活性層２５の端面２５ｃに沿って延在する参照面とｍ面との成す角度として理解される。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）２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、ＢＥＴＡ２＝（ＢＥＴＡ）１ ２＋（ＢＥＴＡ）２ ２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。
図３の（ａ）部に示されるように、本実施の形態の結晶軸の（ｍ−ｎ面に沿った）方向に向きづけられたレーザ導波路の活性層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端面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の端面２７、２９は共振器のための,ミラーとしての平坦性、垂直性を有する。これ故に、第１及び第２端面２７、２９とこれらの端面２７、２９間に延在するレーザ導波路とを用いて、図３の（ｂ）部に示されるように、ｃ軸を主面に投影した方向に偏光する遷移による発光Ｉ２よりも強い遷移による発光Ｉ１を利用して低しきい値のレーザ発振が可能になる。III族窒化物半導体レーザ素子１１におけるＬＥＤモードにおける光は、III族窒化物半導体のａ軸の方向に偏光成分Ｉ１と、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、偏光成分Ｉ１は偏光成分Ｉ２よりも大きいことが好ましい。
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の厚さは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、厚さ５０μｍ以上では、ハンドリングが容易になり、生産歩留まりを向上させることができる。
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、低面指数で示されるへき開面を共振器のための端面に利用しない。このような端面は、この明細書では、へき開面と区別するために割断面として参照される。発明者らの知見によれば、割断面の利用のためには、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、この角度は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。
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、破断面の形成の観点から、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７１度以上であることが好ましく、また７９度以下であることが好ましい。角度ＡＬＰＨＡが７１度以上であるとき成分（ＢＥＴＡ）２を所望の範囲の値にすることが容易となる。また、角度ＡＬＰＨＡが７９度以下であるとき成分（ＢＥＴＡ）１を所望の範囲の値にすることが容易となる。
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、III族窒化物半導体のｃ軸が窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜するとき、実用的な面方位及び角度範囲は、少なくとも以下の面方位及び角度範囲を含む。例えば、支持基体１７の主面１７ａが、｛２０−２１｝面から−４度以上＋４度以下の範囲で傾斜する傾斜面であることが好ましい。半導体領域１９の活性層２５にIII族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を用いるとき、上記の面方位の半極性面の利用は、半導体領域の活性層が波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発生することに好適である。また、半極性主面１７ａは、（２０−２１）面と（２０−２−１）面との何れかであることが好ましい。上記の面方位の半極性面の利用は、半導体領域の活性層が波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発生することに好適である。
支持基体１７（後ほど説明される基板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、共振器として利用可能な割断面２７、２９を得ることができる。また、上記のようなIII族窒化物の利用は、基板の半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに対してIII族窒化物半導体の［０００１］軸が六方晶系III族窒化物半導体の［−１０１０］軸の方向に傾斜するときにIII族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器にｍ−ｎ面に交差する端面２７、２９を形成することを可能にする。
支持基体１７の主面１７ａはＧａＮであることができ、また支持基体１７はＧａＮ単結晶体であることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ＧａＮ主面を用いたレーザ構造体の実現により、例えば上記の波長範囲（青色から緑色までの波長範囲）における発光を実現できる。また、ＡｌＮ又はＡｌＧａＮ基板を用いるとき、偏光度を大きくでき、またその低い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。また、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１×１０４ｃｍ−１以下であることができる。積層欠陥密度が１×１０４ｃｍ−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。
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の（ａ）部を参照すると、基板５１が示されている。本実施例では、基板５１のｃ軸がｍ軸の方向に傾斜している。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）の方向に法線軸ＮＸに対してゼロより大きい角度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。本実施の形態に係る製造方法では、主面５１ａの角度ＡＬＰＨＡは、例えば７１度以上７９度以下の範囲であることができる。
工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図６の（ａ）部では、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において、レーザ構造体５５を形成する。レーザ構造体５５は、半導体領域５３及び基板５１を含む。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主面５１ａ上に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は開口５４ａを有する。開口５４ａは例えばストライプ形状を成す。図６の（ａ）部を参照すると、導波路ベクトルＷＶが描かれており、本実施例では、このベクトルＷＶはｍ−ｎ面に平行に延在する。必要な場合には、絶縁膜５４の形成に先立って、半導体領域５３にリッジ構造を形成しても良く、絶縁膜５４の形成と共に半導体領域５３にリッジ構造を形成しても良く、絶縁膜５４の形成及び電極の形成と共に半導体領域５３にリッジ構造を形成しても良い。このように形成されたリッジ構造は、リッジ形状に加工された窒化ガリウム系半導体領域６１を含むことができる。半導体領域５３の厚みは例えば３〜４μｍであることができる。
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５１の裏面を研磨（或いは、予め薄く基板をスライス）して、所望の厚さＤＳＵＢの基板生産物ＳＰを形成する。基板５１には当該基板５１の厚さを１００μｍ以下にするように加工が施されることが好ましい。この加工により、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する端面の形成が容易になる。また、基板５１の厚さは、当該基板５１の取り扱い容易性から、５０μｍ以上であることが好ましい。
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（或いは、ｃ軸を半極性主面５１ａ上に射影した方向「射影ｃ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面６３ａと、これに反対側に位置する第２面６３ｂとを含む。半導体領域５３は第１面６３ａと基板５１との間に位置する。上記のような作製の結果、基板生産物ＳＰは、半導体領域１９上に設けられたオーミック電極５８ｃを備える。基板生産物ＳＰは、図６の（ａ）部に示されるように、本実施例において作製されるIII族窒化物半導体レーザ素子がリッジ構造を有するように形成される。オーミック電極５８ｃはリッジ構造の上面に位置する。オーミック電極５８ｃは、好適な実施例では、上記の射影ｃ軸の方向に延在する。オーミック電極５８ｃが射影ｃ軸の方向に延在するIII族窒化物半導体レーザ素子では、そのレーザ共振器を構成する端面として劈開面を利用できない。
図７は、基板生産物を示す平面図である。図７に示されるように、基板生産物ＳＰは、III族窒化物半導体レーザ素子１１のための素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）の配列ＡＲＹを有する。配列ＡＲＹは、引き続く工程においてレーザバーを作成できるような第１方向への素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）の一次元配列を含み、オーミック電極は半導体領域１９上において第１方向に交差する第２方向に延在する。また、素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）の配列ＡＲＹは、この実施例では、III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した配列軸の方向に延在する複数の列を含むことができ、各列は素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）の一次元配置を含む。［１−２１０］軸の方向は、作製される共振器端面の期待される延在方向に対応する。この作製方法によれば、六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した配列軸の方向に素子エリアが配列されて素子エリア配列Ｄ（ＡＲＥＡ）を構成するので、後の工程で、延在方向を傾斜させてスクライブマーク列６５を形成することが容易になる。
また、素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）の配列は、射影ｃ軸の方向に延在する複数の行を含むことができ、各行は素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）の一次元の配置を含むことができる。基板生産物ＳＰは、素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）にそれぞれ設けられた複数のパッド電極４２の配列を含む。素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）のパッド電極４２は、配列ＡＲＹにおいて、III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した配列軸の方向に沿って配列されている。この作製方法によれば、配列ＡＲＹの行において素子エリアＤ（ＡＲＥＡ）のパッド電極４２を上記の配列軸の方向に配列させるので、スクライブマーク列の延在方向を傾斜させることが容易になり、またレーザ共振器端面の品質（傾斜角に係る垂直性）を制御することを可能にする。
ゼロより大きな角度ＰＨＩで六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準に傾斜した延在軸の方向に沿って延在するスクライブマーク列６５を第１面６３ａ（エピ面）に形成するので、傾斜した延在軸による制御性（端面形成における制御性）を向上できる。
次いで、工程Ｓ１０５では、レーザ共振器のための端面を有するレーザバーを形成する。端面は所定範囲の端面角度を有する。本実施例では、基板生産物ＳＰからレーザバーを作製する。レーザバーは、誘電体多層膜を形成可能な一対の端面（共振器端面）を有する。引き続き、レーザバー及び端面の作製の一例を説明する。
工程Ｓ１０６では、図６の（ｂ）部に示されるように、基板生産物ＳＰの第１の面６３ａにスクライブ溝を形成する。基板５１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は＜０００１＞軸方向に向く。この＜０００１＞軸方向がｃ＋軸ベクトルによって表される。本実施の形態においてスクライブは、ｃ＋軸ベクトルに交差する方向に行われることが好ましい。スクライブによりスクライブマークが形成される。スクライブマークは、スクライブ溝６５ａを含む。図６の（ｂ）部では、５つのスクライブ溝の列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面６３ａとの交差線ＡＩＳの長さよりも短い。レーザビームＬＢの照射により、特定の方向に延在し基板に到達する溝が第１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、またスクライブ溝は、レーザチップ幅（レーザ導波路に垂直な方向に係る素子長）に合わせたピッチで配列されていてもよく、このスクライブ溝配列を用いる作製では、図１に示されるようにスクライブ跡を窒化物素子に残すことができる。スクライブ溝は、素子長の整数倍のピッチで配列されていることもできる。
基板生産物ＳＰのエピ面をスクライブして、作製したい共振器端面の延在方向に対して傾斜する方向にスクライブマークを配列させる。本実施例では、図７に示されるように、スクライブマークは、III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在する。スクライブは、レーザスクライバ１０ａを用いて行われる。レーザスクライバ１０ａの利用は、角度ＰＨＩで傾斜した方向に延在するスクライブ溝を形成することが容易にする。
レーザスクライバ１０ａを用いたスクライブマークの形成は、例えば以下のように行われる。レーザスクライブは、ゼロより大きな角度で傾斜した方向にレーザスクライバのレーザビームＬＢを基板生産物ＳＰに対して相対的に走査することによって行われる。この方法によれば、レーザビームの相対的な走査の方向を調整することにより、基板生産物ＳＰ上には、走査方向に対応した角度で傾斜した方向に延在するスクライブマークを形成できる。
図７を参照すると、基板生産物ＳＰのエピ面をスクライブして、作製したい共振器端面の延在方向に対して傾斜する方向にスクライブマークを配列させている。この配列において、複数のスクライブマーク列６５は実質的に平行であって、これらのスクライブマーク列６５のスクライブマーク６５ｃは、形成されるべき割断面の延在方向に対して傾斜する方向に延びる。形成されるべき割断面の延在方向にレーザビームＬＢの走査方向を合わせた後にレーザ１０ａの走査方向を所望の角度だけ変更してスクライバレーザビームＬＢを走査すると、走査方向に対応したスクライブマーク列６５を形成できる。
本実施例では、レーザビームＬＢの走査は、III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した走査軸（例えば図７に示された軸ＳＣＮＡＸ）の方向に行われる。［１−２１０］軸の方向に対してゼロより大きな角度で走査方向を設定することは、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する端面における垂直性を調整することを可能にする。走査軸ＳＣＮＡＸの方向と［１−２１０］軸の方向との成す角度は０．１度以上であることができる。走査軸ＳＣＮＡＸの傾斜の下限は、レーザスクライバ１０ａと基板生産物ＳＰとの間のアライメントずれに起因して走査方向の傾斜角がゼロに近づき過ぎることを避けることを可能にする。この回避と共に、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する端面における垂直性を調整することも可能になる。
スクライブマーク列６５の向きに関して、傾斜の基準は、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかの方向であることができる。
（ａ）上記の実施例で用いられた、基板のIII族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸。
（ｂ）III族窒化物半導体のｃ軸を基板の半極性主面１７ａに射影した射影ｃ軸に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸。
（ｃ）III族窒化物半導体の［−１０１０］軸及び基板の半極性主面１７ａの法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に直交すると共に半極性主面に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸。
（ｄ）オーミック電極の延在方向に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸。
これらの基準は、以下の作製方法に係る説明において、スクライブマーク列の延在方向を示すものとして参照される。共振器端面は、［１−２１０］軸に延在することが好ましい。また、スクライブマーク列の傾斜の角度は０．１度以上であることが好ましい。角度の下限はアライメントずれに起因して角度ＰＨＩがゼロに近づき過ぎるのを回避することを可能にする。この回避と共に、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する端面における垂直性を調整することも可能になる。また、本実施例では、スクライブマークを形成する際には、基板生産物ＳＰの第１面（エピ面）６３ａをスクライブする。
上記のように作製されたスクライブマーク列６５は、上記のいずれかを基準にして０．１度以上の角度ＰＨＩを成して延在する。スクライブマーク列６５の傾斜角の下限は、スクライブマーク列６５と上記基準との成す角度ＰＨＩがゼロに近づき過ぎるのを回避することを可能にする。この回避と共に、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する端面における垂直性を調整することも可能になる。製造工程において可能な場合には、角度ＰＨＩの下限は０．０５度であることができる。
図６の（ｄ）部に示されるように、スクライブによりスクライブ溝６５ａが形成され、該スクライブ溝６５ａは半導体領域５３の表面から基板５１に到達する。スクライブ溝６５ａは、半導体領域５３の表面における開口６６ａと基板５１に到達する底部６６ｂとを有する。スクライブ溝６５ａの開口６６ａの端とスクライブ溝６５ａの底部６６ｂの最深端とによって規定される基準平面は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面の方向に延在することができる。
工程Ｓ１０７では、図６の（ｃ）部に示されるように基板生産物ＳＰをシート１２ａ、１２ｂに挟んだ後に、基板生産物ＳＰの第２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。本実施例では、図６の（ｃ）部及び図７に示されるように、押圧はスクライブマーク列の延在方向を示すベクトル及びIII族窒化物半導体の法線軸ＮＸとによって規定される平面と第２面との交線の位置に行われる。
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では、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。
このIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法（以下「作製方法」）によれば、スクライブマークが六方晶系III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準に角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在するので、このゼロより大きな角度ＰＨＩにより、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する端面における垂直性を調整できる。
形成されたレーザバーＬＢ１は、上記の分離により形成された第１及び第２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でき、ＸＺ面に交差する。このＸＺ面は、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。レーザバーＬＢ０、ＬＢ１の各々に、導波路ベクトルＷＶが示されている。導波路ベクトルＷＶは、端面６７ｂから端面６７ａの方向に向いている。図６の（ｃ）部において、レーザバーＬＢ０は、ｃ軸ベクトルＶＣの向きを示すために一部破断して示されている。導波路ベクトルＷＶはｃ軸ベクトルＶＣ＋と鋭角を成す。
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面６３ａをスクライブした後に、基板生産物ＳＰの第２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。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。この方法では、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に比べて短く割断線に対して傾いたスクライブ溝６５ａを用いて引き起こされる。
スクライブマーク列６５が、III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在するように形成されており、このスクライブマーク列６５の一つにブレードを合わせて、レーザバーを作製する。このような手順で作製されたレーザバーでは、正常なブレイキングにより生成された共振器端面の角度（Ｘ−Ｙ面に平行な面内における角度）は、スクライブマーク列６５の傾斜角未満であって且つ［１−２１０］軸に対してゼロ度以上である範囲に収まる。レーザバーを作製する方法によれば、スクライブマーク列が［１−２１０］軸の方向を基準に角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在するので、このゼロより大きな角度ＰＨＩにより、レーザバーのレーザ共振器端面における垂直性を調整できる。また、好ましくは、角度ＰＨＩは０．１度以上である。角度ＰＨＩの下限は、偶発的な理由により角度ＰＨＩがゼロに近づき過ぎることを回避できる。この回避と共に、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する端面における垂直性を調整できる。
工程Ｓ１０８では、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂに誘電体多層膜を形成して、レーザバー生産物を形成する。この工程は、例えば以下のように行われる。まず、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂのいずれか一方に誘電体多層膜を形成する。次いで、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂのいずれか他方に誘電体多層膜を形成する。フロント側の誘電体多層膜の反射率が、リア（背面）側の誘電体多層膜の反射率より小さいとき、このフロント（前端面）側からレーザ光の多くは出射され、このリア側でレーザ光の大部分は反射される。
工程Ｓ１０９において、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。
また、基板５１の材料は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、レーザ共振器として利用可能な端面を得ることができる。基板５１は好ましくはＧａＮからなる。
基板生産物ＳＰを形成する際に、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、割断を使用するとき、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、垂直性を歩留まりよく得られる。また、割断を使用するとき、イオンダメージの無い端面６７ａ、６７ｂを形成できる。第２の面６３ｂが研磨により形成された研磨面であることが好ましい。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。
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）１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）２は、第２平面（図２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。
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。
本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。その一例では、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を説明し、その説明によれば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。しかし、発明者らは、（２０−２１）面上に作製した半導体レーザ素子において、ｃ軸及びｍ軸によって規定される面に交差する共振器ミラーを形成する際に、スクライブ溝を（２０−２１）面のａ軸の方向から微小な角度だけ回転させた方向に延在させることにより、共振器ミラーの品質ばらつきが低減されることを見出した。本方法を用いれば、半導体レーザ素子の製造において、発振しきい値電流のばらつきを抑制することが可能となる。
本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、ｍ軸の方向に傾斜したｃ軸を有する支持基体を用いる。このIII窒化物半導体レーザ素子が、ｃ軸及びｍ軸によって規定される面に沿って延在するレーザ導波路を備えるとき、低いしきい値電流を示す。しかし、このレーザ導波路の向きでは、劈開面を利用した共振器ミラーを作製することができない。それ故に、これまではドライエッチング（反応性イオンエッチング：ＲＩＥ）を用いて共振器ミラーを作製してきた。しかしながら、このＲＩＥ法で作製された共振器ミラーは垂直性、平坦性に関して改善されるべきものを有する。これに対して、共振器ミラーとして、基板生産物への押圧により、劈開面と異なる割断面を作製した利用する方法を発明者らは見出している。引き続き、この押圧法により、安定した品質を有する共振器ミラーを作製することについて説明する。
その制御の一例として、発明者らは、レーザスクライバで基板生産物にスクライブ溝を形成する際に、加工用レーザ光の走査方向を調整して、形成されるべき共振器端面の延在方向に対してスクライブ溝の配列の延在方向を基板生産物の主面において傾ける。これにより、共振器端面の品質を調整できることを見出している。このような制御により、低しきい値電流でレーザ発振を可能とする共振器ミラー面の作製が可能になる。本実施の形態に従う方法で得られる共振器ミラーは、いずれも従来の劈開面とは異なる面方位の端面で構成されており、またこれまでの共振器ミラーとは全く異なる。
発明者らの実験によれば、例えば（２０−２１）面上に作製した半導体レーザ素子において、ｃ軸及びｍ軸によって規定される面に交差する共振器ミラーを形成する際に、スクライブ溝列の延在方向を（２０−２１）面のａ軸の方向を基準に微小な角度だけ基板主面の法線軸の周りに回転させた方向に延在させることにより、共振器ミラーの品質ばらつきが低減される。以下の実施例及び発明者らの他の実験から、半導体レーザ素子の製造において、発振しきい値電流のばらつきを低減できることを理解できる。
（実施例１）
以下の通り、レーザ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（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。基板７１として、｛２０−２１｝ＧａＮ基板を準備した。このＧａＮ基板は、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴットからｍ軸方向に７５度の範囲の角度でウエハスライス装置を用いて切り出して作製可能である。
この基板を反応炉内のサセプタ上に配置した後に、図８に示されるレーザ構造体のためのエピタキシャル層を以下の成長手順で成長する。基板７１を成長炉に配置した後に、まず、基板７１上にｎ型ＧａＮ層（厚さ：１０００ｎｍ）７２を成長した。次に、ｎ型クラッド層（例えばＩｎＡｌＧａＮ、厚さ：１５００ｎｍ）７３をｎ型ＧａＮ層７２上に成長する。引き続き、発光層を作製した。まず、光ガイド層（例えばｎ型ＧａＮ、厚さ：２００ｎｍ）７４ａ及び光ガイド層（例えばアンドープＩｎＧａＮ、厚さ：６５ｎｍ）７４ｂをｎ型クラッド層７３上に成長した。次いで、活性層７５を成長する。この活性層７５は、ＩｎＧａＮ（井戸層、厚さ：３ｎｍ）及びＧａＮ（障壁層、厚さ：１５ｎｍ）から構成され、例えば３周期からなる多重量子井戸構造を有する。この後に、光ガイド層（例えばアンドープＩｎＧａＮ、厚さ：６５ｎｍ）７６ａ、電子ブロック層（例えばｐ型ＡｌＧａＮ、厚さ２０ｎｍ）７６ｂ及び光ガイド層（例えばｐ型ＧａＮ、厚さ２００ｎｍ）７６ｃを活性層７５上に順に成長する。次に、ｐ型クラッド層（例えばＩｎＡｌＧａＮ及び／又はＡｌＧａＮ、厚さ：４００ｎｍ）７７を発光層上に成長する。最後に、コンタクト層（例えば、ｐ型ＧａＮ厚さ：５０ｎｍ）７８をｐ型クラッド層７７上に成長した。これらのエピタキシャル成長によりエピタキシャル基板ＥＰを形成する。
このエピタキシャル基板ＥＰを用いて、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によりリッジ構造を作製する。例えば、幅２μｍのリッジ構造を作製するために、フォトリソグラフィによって幅２μｍのポジ型レジストによってマスクを形成する。レーザ導波路方向は、ｃ軸を主面に投影した投影成分の方向に平行になるように向き付けした。ドライエッチングには、例えば塩素ガス（Ｃｌ２）を用いた。Ｃｌ２を用いたドライエッチングによってリッジ構造を作製する。リッジ構造のためのエッチング深さは、例えば０．７μｍであり、本実施例ではＡｌＧａＮブロック層が露出するまでエピタキシャル基板の半導体領域のエッチングを行う。エッチングの後に、レジストマスクを除去した。フォトリソグラフィを用いて約幅２μｍのストライプマスクをリッジ構造上に残した。ストライプマスクの向きはリッジ構造の向きに合わせた。この後に、リッジ側面にＳｉＯ２を真空蒸着法で形成する。絶縁膜の蒸着の後に、リフトオフ法によってリッジ上のシリコン酸化膜（例えばＳｉＯ２膜）を除去して、ストライプ状開口部を有する絶縁膜７９を形成する。
次いで、アノード電極及びカソード電極を形成して、基板生産物を作製する。具体的には、絶縁膜７９を形成した後、ｐ側電極８０ａ及びｎ側電極８０ｂを作製して基板生産物を作製する。このために、ｐ側電極８０ａを真空蒸着法によって作製する。ｐ側電極８０ａは例えばＮｉ／Ａｕであった。ｐ側電極８０ａはストライプ形状を成し、リッジ構造の向きに延在する。本実施例では、リッジ構造の向きは、ｃ軸をＧａＮ基板主面に投影した方向（投影ｃ軸方向）に延在している。この後に、エピタキシャル基板の裏面、つまりＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面を研磨して、８０μｍまで薄くする。裏面の研磨は、ダイヤモンドスラリーを用いて行われた。研磨面には、ｎ側電極８０ｂを蒸着により形成する。ｎ側電極８０ｂはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成る。
この基板生産物からスクライブによってレーザバーを作製するために、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを照射可能なレーザスクライバを用いたが、レーザ光源はこれに限定されるものではない。４００μｍピッチで基板の絶縁膜、もしくは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。スクライブ溝のピッチは、半導体レーザの素子幅であり、例えば４００μｍである。レーザスクライバのレーザビームの走査速度は例えば５ｍｍ／ｓであり、レーザパワーは例えば１００ｍＷである。ブレードを用いて、共振器ミラーを割断により作製した。基板生産物の裏面の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。押圧は、例えばブレイキング装置を用いて行われる。ブレイキング装置のブレード押込み量は、例えば６０μｍである。
この後に、端面コートを行った。端面コートとして、シリコン酸化膜（例えばＳｉＯ２）／タンタル酸化膜（例えばＴａ２Ｏ５）を組み合せた誘電体多層膜を用いた。レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングする際には、誘電体多層膜を例えばＳｉＯ２とＴｉＯ２を交互に積層して構成する。それぞれの膜厚は、例えば５０〜１００ｎｍの範囲で調整して反射率の中心波長が例えば５００〜５３０ｎｍの範囲になるように設計する。
（実施例２）
レーザスクライバでエピ表面（例えば第１面）にスクライブ溝を形成する条件の実験について説明する。まず、レーザスクライバにおいて、基板のａ軸方向がレーザビームの走査方向に平行になるように基板生産物の位置合わせを行う。次に、この配置位置から基板主面の法線軸の周りに微小な角度φだけ基板生産物を基板生産物のエピ面に平行な面内において回転させる。角度φは、本実施例では、図２に示すように、基板（支持基体）のIII族窒化物半導体の[０００１]軸をエピ面に投影した投影軸（投影［０００１］軸）から該III族窒化物半導体の[１−２１０]軸（或いは、形成されるべき割断の進行方向を示すベクトルＦＶの向き）に向かう方向への回転角度として規定される。この角度φは、該III族窒化物半導体の[１−２１０]軸とレーザビームの走査方向との成す角度に対応しており、また、該III族窒化物半導体の[１−２１０]軸とスクライブマーク列との成す角度に対応する。
基板の[１−２１０]軸の方向は、例えば劈開によってａ面を露出させることにより知ることができる。レーザ導波路からスクライブ溝先端までの間隔がいずれも一定の距離だけ離れるようにレーザスクライブの開始点を決定した後、レーザビームを走査して基板生産物のエピ面にスクライブ溝の配列を形成する。
また、基板生産物において[−１２−１０]軸方向に延在する走査軸と基板生産物の端部との交差部の一方にもスクライブ溝を形成する。発明者らの知見によれば、このようにスクライブ溝の配列を形成することにより、スクライブ後のブレイクにおいて、基板生産物の割断を、スクライブ溝配列の延在方向よりも[１−２１０]軸の延在方向に寄った方向に進行させることができる。好適な条件では、基板生産物の割断は、ほぼ [１−２１０]軸の延在方向に沿って進行するようになる。換言すれば、III族窒化物半導体の[１−２１０]軸の方向に対して正の角度で傾斜させる方向にスクライブマーク列を形成するとき、当該スクライブマーク列に合わせた押圧により、基板生産物の割断は、スクライブマーク列の延在方向を基準にしてゼロより小さい角度で傾斜する方向に進行する。例えば、割断の進行方向の傾斜角の絶対値は、[１−２１０]軸の方向の周りに割断面が延在するような範囲にある。既に説明したように、スクライブ溝の配列は、図７に示されている。図９を参照すると、軸ＳＣＮＡＸがスクライブマーク配列方向を示し、スクライブマーク配列方向の傾斜角の向きを矢印ＡＲＲＯＷ１が示す。矢印ＡＲＲＯＷ２は、角度の定義における正の向きを示す。
発明者らは、様々な角度φ０でスクライブ溝列を形成している。これらの角度のスクライブ溝列を用いて作製したレーザバーの共振器ミラーの品質を評価している。その品質の評価の一例は以下のように行われる。基板生産物の法線軸に直交する第２平面内における、端面の垂直からのずれ角φＦＲＣを見積もる。具体的には、品質評価では、各レーザバー内の全チップに関するずれ角の平均値とその標準偏差を評価指標として用いる。
ずれ角φＦＲＣは、基板の[０００１]軸をエピ面に投影した投影ｃ軸から[１−２１０]軸の方向に、割断の進行方向を示すベクトルＦＶと基板の[１−２１０]軸との成す角度として規定される。このずれ角φＦＲＣは、光学顕微鏡による各チップの観察像を画像処理することで計測されることができる。
図１０は、角度φ０とずれ角φＦＲＣの平均値との関係を示す。図１０によれば、ずれ角φＦＲＣの平均値は、わずかなシフトを除いて、角度φ０と概ね一致することが示される。このほぼ一致は、割断がスクライブ溝に案内されていることを示す結果と考えられる。ずれ角φＦＲＣは、[１−２１０]軸を基準に正若しくは負の値、又はゼロを取り得る。図１０の結果は、角度φ０より大きな角度で割断が進行することがあり、また角φ０より小さな角度で割断が進行することがあることを示している。また、図１０の結果からは、角度φ０の大きさに応じて割断の進行方向を調整できることも理解できる。図１０の直線は、最小自乗法による相関を示す一次式であり、スクライブ角度φ０を「ｘ」で表し、ずれ角φＦＲＣを「ｙ」で表すとき、ｙ＝０．９７３８×ｘ―０．１０９９という関係が導かれる。ここで、相関係数Ｒ２は０．７４３５である。
図１１は、角度φ０とずれ角φＦＲＣの標準偏差σとの関係を示す。図１１によれば、ずれ角φＦＲＣの標準偏差σは、角度φ０がゼロから負の値を取るとき急激に増加する。一方、ずれ角φＦＲＣの標準偏差σは、角度φ０がゼロから正の方向に増加しても大きく変化しない。これらの傾向は、角度φ０が負の値を取ると、端面のずれ角がレーザバー内で大きくばらついてしまうことを意味しており、ずれ角φＦＲＣのばらつきを抑制するためには角度φ０が正の角度範囲であることが望ましい。発明者らの実験によれば、角度φ０が０．１度以上の値を取る時に、レーザバー内の端面のずれ角のばらつきを低減できる。また、角度φ０が０．０５度以上であってもよい。
発明者らの知見によれば、（２０−２１）面上に作製した半導体レーザ素子において、ｃ軸及びｍ軸によって規定される面に交差する共振器ミラーを形成する際には、端面のずれ角φＦＲＣは図１０に示されるように、スクライブマーク列の延在方向に沿って進行するよりは、むしろスクライブマーク列から[１−２１０]軸への方向に変位した方向に進行する傾向（割断の性質）にある。スクライブ溝の配列を正値の角度φ０の向きに延在させることにより、割断の進行方向と、割断の際のスクライブ溝によるガイド作用は、上記の性質（割断の性質）を打ち消すように働き、この結果、均一な品質の共振器ミラーの形成が可能になっている。
図１０及び図１１に示された数値は以下のものである。
角度φ０、角度φＦＲＣの平均値、角度φＦＲＣの標準偏差。
-0.46、 -0.44、 0.89。
-0.40、 -1.00、 1.21。
-0.34、 -0.42、 0.70。
-0.23、 -0.88、 0.85。
-0.23、 -0.20、 0.54。
-0.17、 0.72、 0.37。
-0.12、 -0.16、 0.23。
-0.11、 -0.14、 0.35。
-0.11、 -0.24、 0.24。
-0.11、 -0.30、 0.46。
-0.06、 -0.13、 0.24。
0.00、 -0.14、 0.20。
0.00、 0.07、 0.13。
0.11、 -0.20、 0.18。
0.11、 -0.18、 0.16。
0.12、 0.40、 0.15。
0.29、 -0.31、 0.11。
0.29、 0.30、 0.14。
0.29、 0.27、 0.12。
0.58、 0.70、 0.15。
0.77、 0.05、 0.30。
0.97、 0.76、 0.27。
2.34、 2.34、 0.29。
（実施例３）
０．３度、０．６度、０．７度、１．３度の角度φ０で作製したレーザバーを通電により評価している。その評価は室温（例えば摂氏２５度）で行われる。電源の印加には、パルス幅５００ｎｓ、デューティ比０．１％のパルス電源を用い、レーザバーの表面電極（アノード電極）に針を当てて、電流３００ｍＡを上限にレーザバー内の半導体レーザに通電を行う。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）を調べる。
図１２は、上記の各条件で作製したレーザバーに関して、スクライブ角度φ０と発振しきい値電流の平均値及び標準偏差との関係を示す。図１２の（ａ）部は、発振しきい値電流の平均値を示し、図１２の（ｂ）は、発振しきい値電流の標準偏差を示す。
角度φ０（単位、degree）、発振チップ数、平均値（ｍＡ）、標準偏差(ｍＡ)。
０．３度、 １８２、 ６４、 ３４。
０．６度、 １９９、 ８６、 ３７。
０．７度、 ２５３、 ６４、 ３０。
１．３度、 ２２０、 ９２、 ４６。
図１２の（ｂ）部を参照すると、角度１度を超えるような角度φ０では、発振しきい値電流のばらつきが大きくなる傾向を示す。この傾向は、図１２において、角度φ０が正の方向に大きくなるにつれて、共振器端面のずれ角φＦＲＣのばらつきが緩やかに大きくなる傾向と整合する。発振しきい値電流の標準偏差が例えば４０ｍＡ以下になると見込まれる角度φ０の範囲は、０．１度以上であり、かつ１．０度以下である。
図１３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における主要な工程を示す図面である。
工程Ｓ２０１では、第１面及び該第１面に反対側の第２面を有しておりIII族窒化物半導体の結晶体（又は窒化物体）を含む一又は複数の評価対象物を準備する。この結晶体は、押圧により割断の発生を模擬するためのものであって、例えば評価したい半導体素子の作製に用いる面方位のIII族窒化物基板、窒化ガリウム系半導体基板、やＧａＮ基板であっても良い。このような結晶体を用いるときには、ブレイクにより生成された端面の幾何学的な角度を評価できる。或いは、結晶（又は窒化物体）体は、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、この半極性主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含むことができる。評価に用いる評価対象物がレーザ構造体を含むとき、端面角度の評価だけでなく、電気的な評価を行うことも可能にする。
工程Ｓ２０２では、評価対象物をスクライブして、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ導波路の向きを示す導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在する複数のスクライブマーク列を形成する。例えば実施例において説明されたように、角度φ０として、０．３度、０．６度、０．７度、１．３度といった正、負又はゼロの角度値を用いることができる。スクライブマークはスクライブ溝を含む。スクライブマークの形成は、例えばレーザスクライバの利用により行われる。レーザスクライバは、導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在しレーザバー作製評価のための複数のスクライブマーク列を形成することを可能にする。
工程Ｓ２０３では、スクライブマーク列を形成した後に、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を上記の評価対象物に行って、評価対象物に加工端面を形成する。加工端面は、評価対象物の第１面及び第２面の一方から他方まで延在する。加工端面の形成は、例えば実施例に例示されたブレードを用いた押圧を評価対象物に行うことにより実現される。
工程Ｓ２０４では、加工端面の評価を行う。この評価は、例えば実施例における角度φＦＲＣの平均値及び／又は標準偏差の算出等により行われる。さらに、この評価として、例えばしきい値電流の測定を行うこともできる。
工程Ｓ２０５では、上記の評価の結果から、スクライブマーク列の向き示すマーク列方向（例えば角度φ０の決定値）を決定する。この決定は、マーク列方向自体の決定だけでなく、角度の下限の決定や角度の上限の決定であってもよい。
工程Ｓ２０６では、基板生産物を形成する。基板生産物は、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板と、基板主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、また導波路軸方向に延在するレーザ導波路及びオーミック電極を含むIII族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する。
工程Ｓ２０７では、基板生産物をマーク列方向にスクライブして、スクライブマークを形成する。この形成には、例えばレーザスクライバを用いることができる。
工程Ｓ２０８では、スクライブマークを形成した後に基板生産物に押圧を行って、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成する。
この作製方法によれば、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ導波路の向きを示す導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在する複数のスクライブマーク列を形成した後に、光共振器のための端面を形成する加工処理をスクライブマークに合わせて押圧を行って加工端面を形成する。この加工端面の評価を行う。この評価結果に基づきスクライブマーク列の配列条件を決定できる。これ故に、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する端面における垂直性を調整できる。
この作製方法においては、スクライブマーク列の向きは、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかの方向であることができる。
（ａ）III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度φ０で傾斜した延在軸の方向。
（ｂ）III族窒化物半導体のｃ軸を半極性の基板主面に射影した射影ｃ軸に直交する基準面に対してゼロより大きな角度φ０で傾斜した延在軸の方向。
（ｃ）III族窒化物半導体の［−１０１０］軸及び半極性の基板主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に直交すると共に基板主面に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向。
（ｄ）オーミック電極の延在方向に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向。
既に説明したように、基板のIII族窒化物半導体の［０００１］軸は、基板主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜していることができる。半極性面を用いる半導体レーザ素子の作製条件の設定を可能にする。また、この角度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ができる。さらに、基板のIII族窒化物半導体の［０００１］軸がIII族窒化物半導体の［−１０１０］軸の方向に基板主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜するとき、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が好ましい。
図１４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における主要な工程を示す図面である。
工程Ｓ３０１では、第１面及び該第１面に反対側であって平行な第２面を有しておりIII族窒化物半導体の結晶体を含む一又は複数の評価対象物を準備する。工程Ｓ３０２では、この評価対象物をスクライブして、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ導波路の向きを示す導波路軸方向に交差し互いに異なるスクライブ方向に延びレーザバー作製評価のための複数のスクライブマーク列を形成する。工程Ｓ３０３では、スクライブマーク列を形成した後に、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を評価対象物に行って、加工端面を形成する。加工端面は、評価対象物に第１面及び第２面の一方から他方まで延在する。工程Ｓ３０４では、加工端面の評価を行って、スクライブマーク列の配列方向と加工端面の延在方向との関係を見積もる。工程Ｓ３０５では、評価の見積り結果から、スクライブマーク列の配列方向を決定する。工程Ｓ３０６では、基板生産物を形成する。この基板生産物は、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板と、前記主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含む。基板生産物は、また、III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する。工程Ｓ３０７では、決定された配列方向を用いて基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する。工程Ｓ３０８では、スクライブマークを形成した後に、押圧を基板生産物に行って、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成する。この作製方法によれば、導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在する複数のスクライブマーク列を形成した後に、光共振器のための端面を形成する加工処理をスクライブマークに合わせて押圧を行って加工端面を形成する。この加工端面の評価において、スクライブマーク列の配列方向と加工端面の延在方向との関係を見積もる。この見積り結果に基づきスクライブ条件を決定できる。これ故に、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する端面における垂直性を調整できる。
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。
以上説明したように、本実施の形態によれば、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成する端面における垂直性を調整可能にする、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を提供できる。
１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５…電極、１７…支持基体、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…支持基体裏面、１７ｃ…支持基体端面、１９…半導体領域、１９ａ…半導体領域表面、１９ｃ…半導体領域端面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…端面、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、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面、６３ｂ…第２面、１０ａ…レーザスクライバ、６５ａ…スクライブ溝、６５ｂ…スクライブ溝、ＬＢ…レーザビーム、ＳＰ１…基板生産物、ＬＢ１…レーザバー、６９…ブレード、６９ａ…エッジ、６９ｂ、６９ｃ…ブレード面、７１…支持装置、７１ａ…支持面、７１ｂ…凹部。

Claims (30)

  1. III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
    III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、前記III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を準備する工程と、
    前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、
    前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物に押圧を行うこと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、
    前記半導体領域は活性層を含み、
    前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に沿って前記III族窒化物半導体の前記［−１０１０］軸に向けて前記半極性主面の前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であり、
    前記レーザバーは、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する第１端面及び第２端面を有し、前記第１端面及び前記第２端面は前記分離により形成され、
    前記第１端面及び前記第２端面は前記ｍ−ｎ面に交差し、
    前記スクライブマークは、前記III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在する、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  2. 前記角度ＰＨＩは０．１度以上である、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  3. 前記基板生産物は第１面及び第２面を有し、前記第１面は前記第２面の反対側の面であり、
    前記半導体領域は前記第１面と前記基板との間に位置し、
    前記スクライブマークを形成する工程では、前記基板生産物の前記第１面をスクライブする、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を作製する方法。
  4. 前記基板生産物は、前記半導体領域上に設けられたオーミック電極を備え、
    前記オーミック電極は、前記III族窒化物半導体のｃ軸を前記半極性主面に射影した射影ｃ軸の方向に延在する、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を作製する方法。
  5. 前記基板生産物を準備する工程において、前記基板には当該基板の厚さを１００μｍ以下にするように加工が施されている、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を作製する方法。
  6. 前記基板生産物は第１面及び第２面を有し、前記第１面は前記第２面の反対側の面であり、
    前記半導体領域は前記第１面と前記基板との間に位置し、
    前記基板生産物を準備する工程において、
    前記基板は、加工により当該基板の厚さを薄くされ、前記加工はスライス又は研削であり、
    前記第１端面及び前記第２端面の各々は前記第１面のエッジから前記第２面のエッジまで延在し、
    前記第２面は、前記加工により形成された加工面と、前記加工面上に形成された電極を含む面との何れかである、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を作製する方法。
  7. 前記半極性主面は、（２０−２１）面と（２０−２−１）面との何れかの半極性面から、前記III族窒化物半導体のｍ面の方向に−４度以上＋４度以下の範囲で傾斜した傾斜面であり、
    前記半導体領域の前記活性層は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備える、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を作製する方法。
  8. 前記半極性主面は、（２０−２１）面と（２０−２−１）面との何れかである、請求項７に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  9. 前記基板は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの何れかを備える、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を作製する方法。
  10. 前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、
    前記スクライブマークはスクライブ溝を含む、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を作製する方法。
  11. 前記スクライブは、前記角度ＰＨＩで傾斜した方向にレーザスクライバのレーザビームを前記基板生産物に対して相対的に走査することによって行われる、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を作製する方法。
  12. 前記レーザスクライバの前記レーザビームの走査は、前記III族窒化物半導体の前記［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した走査軸の方向に行われる、請求項１１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  13. 前記走査軸の方向と前記［１−２１０］軸の方向との成す角度は０．１度以上である、請求項１２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  14. 前記素子エリアの配列は、前記III族窒化物半導体の前記［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した配列軸の方向に配列される複数の列を含み、前記配列の各列は素子エリアの一次元配列を含む、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を作製する方法。
  15. 前記基板生産物において、前記素子エリアの配列は、前記III族窒化物半導体のｃ軸を前記半極性主面に射影した射影ｃ軸の方向に延在する複数の行を含み、
    前記配列の各行は、前記素子エリアの一次元の配置を含み、
    前記基板生産物は、前記素子エリアにそれぞれ設けられた複数のパッド電極を含み、
    前記素子エリアの前記パッド電極は、前記行において、前記III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度で傾斜した配列軸の方向に沿って配列されている、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を作製する方法。
  16. 前記III族窒化物半導体レーザ素子はリッジ構造を有する、請求項１〜請求項１５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を作製する方法。
  17. 前記半導体領域の前記活性層は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体層を備え、
    前記半導体領域の前記活性層は、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有する、請求項１〜請求項１６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を作製する方法。
  18. III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
    III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、前記III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、
    前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、
    前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物に押圧を行うこと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、
    前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体のｍ軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に沿って、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸に向けて前記半極性主面の前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であり、
    前記レーザバーは、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する第１端面及び第２端面を有し、前記第１端面及び前記第２端面は前記分離により形成され、
    前記第１端面及び前記第２端面は前記ｍ−ｎ面に交差し、
    前記スクライブマークは、前記III族窒化物半導体のｃ軸を前記半極性主面に射影した射影ｃ軸に直交する基準面に対して角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在し、前記角度ＰＨＩはゼロより大きい、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  19. III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
    III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、
    前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、
    前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物に押圧を行うこと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、
    前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体のｍ軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に沿って、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸の方向に前記半極性主面の前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であり、
    前記レーザバーは、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する第１端面及び第２端面を有し、前記第１端面及び前記第２端面は前記分離により形成され、
    前記第１端面及び前記第２端面は前記ｍ−ｎ面に交差し、
    前記スクライブマークは、前記ｍ−ｎ面及び前記半極性主面に直交する基準面に対して角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延在し、前記角度ＰＨＩはゼロより大きい、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  20. III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
    III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、前記III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、
    前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、
    前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物に押圧を行うこと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、
    前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に沿って、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸の方向に前記半極性主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは７１度以上７９度以下又は１０１度以上１０９度以下の範囲であり、
    前記レーザバーは、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する第１端面及び第２端面を有し、前記第１端面及び前記第２端面は前記分離により形成され、
    前記第１端面及び前記第２端面は前記ｍ−ｎ面に交差し、
    前記配列では、前記素子エリアが第１方向に配列されており、
    前記基板生産物は、前記半導体領域上において前記第１方向に交差する第２方向に延在するオーミック電極を含み、
    前記オーミック電極の延在方向は、前記レーザ共振器の向きを規定し、
    前記スクライブマークは、前記オーミック電極の前記延在方向に直交する基準面に対して角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向に沿って延び、前記角度ＰＨＩはゼロより大きい、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  21. 前記スクライブマークを形成する工程では、前記基板生産物の前記半導体領域をスクライブし、
    前記角度ＰＨＩは０．１度以上である、請求項１８〜請求項２０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を作製する方法。
  22. 前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、
    前記スクライブマークはスクライブ溝を含み、
    前記スクライブは、前記角度ＰＨＩで傾斜した方向に、前記レーザスクライバのレーザビームを前記基板生産物に対して相対的に走査することによって行われる、請求項１８〜請求項２１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を作製する方法。
  23. III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
    第１面及び該第１面に反対側の第２面を有しておりIII族窒化物半導体の結晶体を含む一又は複数の評価対象物を準備する工程と、
    前記評価対象物をスクライブして、前記III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ導波路の向きを示す導波路軸方向に交差し互いに異なるスクライブ方向に延在しておりレーザバー作製評価のための複数のスクライブマーク列を形成する工程と、
    前記スクライブマーク列を形成した後に、前記III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を前記評価対象物に行って、前記評価対象物に前記第１面及び前記第２面の一方から他方まで延在する加工端面を形成する工程と、
    前記加工端面の評価を行う工程と、
    前記評価の結果から、前記スクライブマーク列の向きを示すマーク列方向を決定する工程と、
    III族窒化物半導体からなる主面を有する基板と、前記主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、前記導波路軸方向に延在するレーザ導波路及びオーミック電極を含むIII族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、
    前記マーク列方向に前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを形成する工程と、
    前記スクライブマークを形成した後に前記基板生産物に押圧を行って、前記基板生産物から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、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  24. 前記スクライブマーク列の向きは、以下の（ａ）〜（ｄ）のいずれかの方向、
    （ａ）前記III族窒化物半導体の［１−２１０］軸の方向を基準にゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向、
    （ｂ）前記III族窒化物半導体のｃ軸を半極性主面に射影した射影ｃ軸に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向、
    （ｃ）前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に直交すると共に前記半極性主面に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向、
    （ｄ）前記オーミック電極の延在方向に直交する基準面に対してゼロより大きな角度ＰＨＩで傾斜した延在軸の方向、
    を基準にして規定される、請求項２３に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  25. 前記結晶体は、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、前記半極性主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含む、請求項２３又は請求項２４に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  26. 前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、
    前記スクライブマークはスクライブ溝を含む、請求項２３〜請求項２５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を作製する方法。
  27. 前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜している、請求項２３〜請求項２６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を作製する方法。
  28. 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、請求項２７に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  29. 前記基板の前記III族窒化物半導体の［０００１］軸は、前記III族窒化物半導体の［−１０１０］軸の方向に前記主面の法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、
    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、請求項２３〜請求項２６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を作製する方法。
  30. III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
    第１面及び該第１面に反対側の第２面を有しておりIII族窒化物半導体の結晶体を含む一又は複数の評価対象物を準備する工程と、
    前記評価対象物をスクライブして、前記III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ導波路の向きを示す導波路軸方向に交差し互いに異なる方向に延在しておりレーザバー作製評価のための複数のスクライブマーク列を形成する工程と、
    前記スクライブマーク列を形成した後に、前記III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を前記評価対象物に行って、前記評価対象物に前記第１面及び前記第２面の一方から他方まで延在する加工端面を形成する工程と、
    前記加工端面の評価を行って、前記スクライブマーク列の配列方向と前記加工端面の延在方向との関係を見積もる工程と、
    前記評価の見積り結果から、前記スクライブマーク列の配列方向を決定する工程と、
    III族窒化物半導体からなる主面を有する基板と、前記主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を含み、III族窒化物半導体レーザ素子のための素子エリアの配列を有する基板生産物を形成する工程と、
    決定された配列方向を用いて前記基板生産物をスクライブして、スクライブマークを前記基板生産物に形成する工程と、
    前記スクライブマークを形成した後に、押圧を前記基板生産物に行って、前記基板生産物から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、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
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