JP2015159193A - 半導体発光素子およびその製造方法、並びに半導体発光素子用ウエハ - Google Patents

Abstract

【課題】共振面に起因する特性の低下を抑えた半導体発光素子およびその製造方法、並びに半導体発光素子用ウエハを提供することにある。
【解決手段】半極性面を有する基板と、前記基板の前記半極性面上に設けられた半導体層とを含む積層構造体を備え、前記積層構造体は、前記基板および前記半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有し、前記積層構造体の前記第１面には、第１切り欠き部が設けられ、前記積層構造体の前記第２面には、第２切り欠き部が設けられている半導体発光素子。
【選択図】図１

Description

本技術は、基板の半極性面に半導体層を有する半導体発光素子およびその製造方法、並びに半導体発光素子用ウエハに関する。

半導体レーザ等の半導体発光素子は、複数の素子領域を形成した基板、所謂、ウエハを切断して形成する。ウエハの切断は、例えば、以下のように行う。まず、ウエハの表面をけがき、ウエハに溝を形成する（例えば、特許文献１〜６参照）。次いで、この溝に力を加えると、ウエハは結晶方向にそって割れていく。このようなウエハの切断によって生じるへき開面が半導体レーザの共振面となり、半導体レーザの特性に大きく影響を与える。

ところで、近年では、緑色光（例えば波長５００ｎｍ〜５６０ｎｍにピークを有する光）を発生させる半導体レーザの開発が進んでいる（例えば、特許文献７）。例えば、ＧａＮからなる基板の半極性面上に半導体層を形成することにより、緑色光を得ることができる。

特開２０１３−９３６１９号公報 特開２０１２−１２４２７４号公報 特開２０１１−１３５０１５号公報 特開２００４−３１２０５０号公報 特開２００４−２４１５１５号公報 特開平４−２６２５８９号公報 特開２０１３−１６８３９３号公報

しかしながら、基板の半極性面に半導体層を形成したウエハでは、その切断工程で良好なへき開面（共振面）が得られず、半導体レーザの特性を低下させる虞があった。

本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、共振面に起因する特性の低下を抑えた半導体発光素子およびその製造方法、並びに半導体発光素子用ウエハを提供することにある。

本技術による半導体発光素子用ウエハは、半極性面を有する基板と、基板の半極性面上に設けられた半導体層とを含む積層構造体を備え、積層構造体は、基板および半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有し、積層構造体の第１面には、第１溝が設けられ、積層構造体の第２面には、第２溝が設けられているものである。

本技術の半導体発光素子用ウエハでは、積層構造体の第１面、第２面それぞれに溝（第１溝、第２溝）が設けられているので、ウエハを分離する際には、第１溝および第２溝双方から力が加わり、へき開面が形成される。

本技術による半導体発光素子は、半極性面を有する基板と、基板の半極性面上に設けられた半導体層とを含む積層構造体を備え、積層構造体は、基板および半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有し、積層構造体の第１面には、第１切り欠き部が設けられ、積層構造体の前記第２面には、第２切り欠き部が設けられているものである。

本技術の半導体発光素子では、積層構造体の第１面、第２面それぞれに切り欠き部（第１切り欠き部、第２切り欠き部）が設けられている。この第１切り欠き部および第２切り欠き部は、例えばウエハを分離する際に形成した溝（第１溝、第２溝）の跡である。

本技術による半導体発光素子の製造方法は、半極性面を有する基板を準備することと、基板の半極性面に半導体層を設けて、基板および半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有する積層構造体を形成することと、積層構造体の第１面に第１溝、積層構造体の第２面に第２溝を形成することと、第１溝および第２溝の延在方向に沿って、積層構造体を分離することとを含むものである。

本技術の半導体発光素子の製造方法では、積層構造体の第１面、第２面それぞれに溝（第１溝、第２溝）を形成するので、積層構造体を分離する際には、第１溝および第２溝双方から力が加わり、へき開面が形成される。

本技術の半導体発光素子およびその製造方法、並びに半導体発光素子用ウエハによれば、第１溝、第２溝双方からへき開面を形成するようにしたので、共振面の方向を半導体層の活性層に対して垂直方向に近づけることができる。よって、共振面に起因する特性の低下を抑えることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

本技術の一実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す平面図である。 図１に示した積層構造体の構成を表す斜視図である。 図１の前端面から見た切り欠き部の構成を表す平面図である。 図３Ａに示した切り欠き部の幅の他の例を表す平面図である。 図１に示した切り欠き部の構成を表す他の平面図である。 図１に示した切り欠き部の深さの一例を表す平面図である。 図１に示した上部電極の構成を表す平面図である。 図１に示した下部電極の構成を表す平面図である。 図１に示した半導体レーザの製造方法の一工程を表す斜視図である。 図８Ａに示したＢ−Ｂ線に沿った断面構成を表す図である。 図８Ａに続く工程を表す斜視図である。 基板の結晶面について説明するための斜視図である。 図１０Ａに示した結晶面とは異なる結晶面を表す斜視図である。 比較例に係る半導体レーザの共振面を表す模式図である。 図１に示した半導体レーザの共振面を表す模式図である。 図９に示した溝の配置の他の例１を表す平面図である。 図９に示した溝の配置の他の例２を表す平面図である。 図９に示した溝の配置の他の例３を表す平面図である。 図９に示した溝の配置の他の例４を表す平面図である。 図９に示した溝の配置の他の例５を表す平面図である。 図９に示した溝の深さの他の例を表す平面図である。 図９に示した溝の形状の他の例１を表す平面図である。 図９に示した溝の形状の他の例２を表す平面図である。 図９に示した溝の形状の他の例３を表す平面図である。 図１に示した切り欠き部の構成の他の例１を表す平面図である。 図１に示した切り欠き部の構成の他の例２を表す平面図である。 図１に示した切り欠き部の構成の他の例３を表す平面図である。 図１に示した切り欠き部の構成の他の例４を表す平面図である。 図１に示した切り欠き部の構成の他の例５を表す平面図である。 図１に示した切り欠き部の構成の他の例６を表す平面図である。 実験例１〜３に係る半導体レーザの製造方法の一工程を表す平面図である。 実験例４に係る半導体レーザの製造方法の一工程を表す平面図である。 実験例５に係る半導体レーザの製造方法の一工程を表す平面図である。 実験例１〜５の半導体レーザのΔθ⊥を測定した結果を表す図である。

以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（半導体レーザ）
２．変形例（ウエハに形成する溝の例）
３．実施例

＜実施の形態＞
［半導体レーザ１の構造］
図１は、本技術の一実施の形態に係る半導体レーザ１（半導体発光素子）の概略構成を平面視で表したものである。この半導体レーザ１は、端面発光型の半導体レーザであり、図１は、光が出射される端面（後述の図２の前端面Ｓ１）から見た半導体レーザ１の構成を表している。

半導体レーザ１は、基板１１、半導体層２０および絶縁層３１がこの順に積層された積層構造体１０を有している。図２は、この積層構造体１０の概略構成を斜視的に表したものである。積層構造体１０の上面Ｆ１（第１面）および下面Ｆ２（第２面）は、基板１１、半導体層２０および絶縁層３１の積層方向に対向する積層構造体１０の一対の面である。半導体レーザ１では、積層構造体１０の上面Ｆ１に上部電極３２、積層構造体１０の下面Ｆ２に下部電極３３がそれぞれ設けられている（図１）。半導体層２０には、リッジ部２０Ａが設けられており、このリッジ部２０Ａの延在方向に積層構造体１０の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２が存在する。即ち、リッジ部２０Ａの延在方向が共振器方向であり、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２は共振器端面（共振面）である。半導体レーザ１では、前端面Ｓ１から光が出射されるようになっている。リッジ部２０Ａの両側には、リッジ部２０Ａから離間して凸部２０Ｂが設けられている。半導体層２０は、基板１１に近い位置から、例えば、下部クラッド層２１、活性層２２、上部クラッド層２３およびコンタクト層２４をこの順に有している。

本明細書において、基板１１および半導体層２０の積層方向をＺ方向、共振器方向をＹ方向、半導体レーザ１の幅方向（共振器方向と直交する方向）をＸ方向という。

基板１１は、例えばＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体により構成されている。基板１１には、例えば、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＩｎＮ，ＡｌＧａＩｎＮ，ＢＧａＩｎＮおよびＢＡｌＧａＩｎＮ等を用いるようにしてもよい。この基板１１の一方の面は、半極性面１１Ａで構成されており、この半極性面１１Ａに接して半導体層２０が設けられている。半極性面１１Ａとしては、｛２０−２１｝面，｛１０−１１｝面，｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面等の結晶面が挙げられる。半極性面１１Ａは、｛２０−２１｝面，｛１０−１１｝面，｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面等から−４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面を含んでいる。ここでは、ＧａＮからなる基板１１の半極性面１１Ａが、｛２０−２１｝面により構成されている場合について説明する。

下部クラッド層２１は、例えばｎ型のＡｌＧａＮまたは、ｎ型のＡｌＧａＩｎＮ等により構成されている。活性層２２は、例えば、アンドープのＧａＩｎＮ等で構成された井戸層およびバリア層を交互に積層してなる多重量子井戸構造を有している。井戸層を構成するＧａＩｎＮの組成比とバリア層を構成するＧａＩｎＮの組成比とは互いに異なる。活性層２２の井戸層およびバリア層は、ＡｌＧａＩｎＮ等により構成するようにしてもよい。上部クラッド層２３は、例えば、ｐ型のＡｌＧａＮまたは、ｐ型のＡｌＧａＩｎＮ等により構成されている。コンタクト層２４は、例えば、ｐ型のＧａＮにより構成されている。半導体層２０は、これらの層に加えて、例えば、基板１１と下部クラッド層２１との間のバッファ層（図示せず）、下部クラッド層２１と活性層２２との間の下部ガイド層（図示せず）、および活性層２２と上部クラッド層２３との間の上部ガイド層（図示せず）等を含んでいてもよい。

帯状のリッジ部２０Ａは、半導体層２０の上部、具体的には、上部クラッド層２３の上部およびコンタクト層２４に設けられている。このリッジ部２０Ａの両側面には、絶縁層３１が設けられている。リッジ部２０Ａは、Ｘ方向の屈折率差を利用して、Ｘ方向の光閉じ込めを行うものである。このリッジ部２０Ａが、半導体層２０のうち、その両側の部分（絶縁層３１）と共に光導波路を構成している。リッジ部２０Ａは、半導体層２０へ注入される電流を狭窄する機能も有しており、活性層２２のうち、リッジ部２０Ａ（光導波路）の直下の部分が電流注入領域となる。この電流注入領域が発光領域２２Ａとなる。

リッジ部２０Ａと同一方向に延在する凸部２０Ｂは、半導体レーザ１の電気容量を調整するためのものである。凸部２０Ｂは、例えば半導体層２０の上部クラッド層２３に設けられている。この凸部２０Ｂを設けることにより、リッジ部２０Ａ直上の上部電極３２に比べて、凸部２０Ｂ上の上部電極３２をＺ方向に突出させることが可能となる。これにより、リッジ部２０Ａ直上の上部電極３２の損傷を防ぐことができる。

絶縁層３１は、リッジ部２０Ａの側面から上部クラッド層２３上にわたって設けられている。この絶縁層３１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）または窒化シリコン（ＳｉＮ）等により構成されている。

一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２は、Ｙ方向に対向しており、上面Ｆ１および下面Ｆ２をつないでいる。上面Ｆ１および下面Ｆ２をつなぐとともに、Ｘ方向に対向する一対の面は、積層構造体１０の側面である。前端面Ｓ１および後端面Ｓ２は、例えばウエハの切断工程によって形成されたへき開面である。前端面Ｓ１はレーザ光を出射する面であり、後端面Ｓ２はレーザ光を反射する面である。前端面Ｓ１および後端面Ｓ２は、平坦性が高く、かつ、半導体層２０の活性層２２に対して垂直方向に設けられていることが好ましい。これにより、半導体レーザ１の特性を向上させることができる。前端面Ｓ１および後端面Ｓ２の表面には多層反射膜（図示せず）が設けられている。前端面Ｓ１に設けられた多層反射膜は、前端面Ｓ１での反射率が例えば１０％程度になるように調整された低反射率膜であり、後端面Ｓ２に設けられた多層反射膜は、後端面Ｓ２での反射率が例えば９５％程度になるように調整された高反射率膜である。

積層構造体１０の上面Ｆ１は、例えば半導体層２０（コンタクト層２４）および絶縁層３１により構成されている。詳細には、リッジ部２０Ａではコンタクト層２０Ａが、リッジ部２０Ａ以外の部分では絶縁層３１が積層構造体１０の上面Ｆ１に露出されている。積層構造体１０の下面Ｆ２は、例えば、基板１１の下面（半極性面１１Ａと反対の面）により構成されている。

本実施の形態では、この積層構造体１０の上面Ｆ１および下面Ｆ２双方に、切り欠き部（上部切り欠き部１０ＫＵ、下部切り欠き部１０ＫＤ）が設けられている。詳細は後述するが、これにより、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２の方向を半導体層２０の活性層２２に対して垂直方向に近づけることができる。

上部切り欠き部１０ＫＵ（第１切り欠き部），下部切り欠き部１０ＫＤ（第２切り欠き部）は、ウエハ（後述の図８Ａのウエハ１Ａ）に設けた溝（後述の図９の溝１２Ｕ，１２Ｄ）の跡である。詳細は後述するが、溝に沿ってウエハを切断することにより、半導体レーザ１が得られるようになっている。

積層構造体１０の上面Ｆ１には上部切り欠き部１０ＫＵが、下面Ｆ２には下部切り欠き部１０ＫＤがそれぞれ設けられている。この上部切り欠き部１０ＫＵ，下部切り欠き部１０ＫＤは、例えば略直方体の積層構造体１０の上面Ｆ１および下面Ｆ２の角部それぞれに設けられている。即ち、上部切り欠き部１０ＫＵ，下部切り欠き部１０ＫＤは、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２に露出されている。積層構造体１０には、例えば上部切り欠き部１０ＫＵおよび下部切り欠き部１０ＫＤが４つずつ設けられている。例えば、４つの上部切り欠き部１０ＫＵのうち２つは、上面Ｆ１から前端面Ｓ１にかけて設けられ、残りの２つは上面Ｆ１から後端面Ｓ２にかけて設けられている。４つの下部切り欠き部１０ＫＤのうち２つは、下面Ｆ２から前端面Ｓ１にかけて設けられ、残りの２つは下面Ｆ２から後端面Ｓ２にかけて設けられている。上部切り欠き部１０ＫＵ，下部切り欠き部１０ＫＤの平面（ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面）形状は、例えば四角形状である（図２）。

図３Ａは、上部切り欠き部１０ＫＵ，下部切り欠き部１０ＫＤのＸ方向の配置を表している。上部切り欠き部１０ＫＵの幅Ｗ_U（Ｘ方向の距離）および下部切り欠き部１０ＫＤの幅Ｗ_Dは、例えば略同じである。Ｘ方向の、隣り合う上部切り欠き部１０ＫＵの間隔（ピッチＰ_U）および隣り合う下部切り欠き部１０ＫＤの間隔（ピッチＰ_D）は例えば互いに同じである。前端面Ｓ１および後端面Ｓ２から見て、例えば、上部切り欠き部１０ＫＵと下部切り欠き部１０ＫＤとは対向している。幅Ｗ_U，Ｗ_Dは例えば５０μｍ〜１００μｍである。

図３Ｂに示したように、下部切り欠き部１０ＫＤの幅Ｗ_Dを上部切り欠き部１０ＫＵの幅Ｗ_Uよりも大きくしてもよい。

図４は、上部切り欠き部１０ＫＵ，下部切り欠き部１０ＫＤのＹ方向の配置を表している。Ｙ方向の、隣り合う上部切り欠き部１０ＫＵの間隔および隣り合う下部切り欠き部１０ＫＤの間隔は、例えば互いに同じである。積層構造体１０の側面から見て、例えば、上部切り欠き部１０ＫＵと下部切り欠き部１０ＫＤとは対向している。

上部切り欠き部１０ＫＵの深さＨ_U（Ｚ方向の距離）と下部切り欠き部１０ＫＤの深さＨ_Dとは、同じであってもよいが（図３）、図５に示したように、下部切り欠き部１０ＫＤの深さＨ_Dが、上部切り欠き部１０ＫＵの深さＨ_Uよりも大きいことが好ましい。例えば深さＨ_Dは、深さＨ_Uの１倍〜１０倍である。深さＨ_U，Ｈ_Dは、例えば５μｍ〜５０μｍである。例えば、上部切り欠き部１０ＫＵは、絶縁層３１、半導体層２０および基板１１にわたって設けられ、下部切り欠き部１０ＫＤは、基板１１に設けられている。

上部電極３２は、積層構造体１０の上面Ｆ１のうち、半導体層２０のリッジ部２０Ａ上を含む領域に設けられている。上部電極３２は、例えば、リッジ部２０Ａ直上に設けられたオーミック電極３２Ａと、オーミック電極３２Ａよりも広い領域にわたって設けられたパッド電極３２Ｂとにより構成されている。この上部電極３２は、半導体層２０のコンタクト層２４に電気的に接続されている。オーミック電極３２Ａは、例えば半導体層２０に近い位置から、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｕおよびＰｔをこの順に積層することにより構成されており、パッド電極３２Ｂは、例えば、半導体層２０に近い位置から、ＮｉまたはＰｄと、Ａｕとをこの順に積層することにより構成されている。下部電極３３は、基板１１の下面に設けられており、基板１１に電気的に接続されている。下部電極３３は、例えば、基板１１に近い位置から、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕをこの順に積層することにより構成されている。

図６は上部電極３２の平面構成を、図７は下部電極３３の平面構成をそれぞれ表したものである。上部電極３２（パッド電極３２Ｂ）は上部切り欠き部１０ＫＵを避けて（図６）、下部電極３３は下部切り欠き部１０ＫＤを避けて（図７）それぞれ設けられていることが好ましい。換言すれば、平面視で上部電極３２は上部切り欠き部１０ＫＵとの非重畳領域に、下部電極３３は下部切り欠き部１０ＫＤとの非重畳領域にそれぞれ設けられていることが好ましい。

［半導体レーザ１の製造方法］
このような構成を有する半導体レーザ１は、例えば、次のようにして製造することができる（図８Ａ，図８Ｂ，図９）。図８Ｂは、図８Ａに示したＢ−Ｂ線に沿った断面の構成を表すものである。

まず、複数の素子領域を設けたウエハ１Ａを形成する（図８Ａ）。ウエハ１Ａは、例えば、以下のようにして形成する。まず、基板１１の半極性面１１Ａをサーマルクリーニングにより、洗浄する。次いで、半極性面１１Ａ上に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、下部クラッド層２１、発光層２２、上部クラッド層２３およびコンタクト層２４を順次成長させて、半導体層２０を形成する。続いて、コンタクト層２４上にマスク（図示せず）を形成し、このマスクを利用して例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）法によりコンタクト層２４および上部クラッド層２３の一部を選択的に除去する。これにより半導体層２０にリッジ部２０Ａおよび凸部２０Ｂが形成される。

半導体層２０を形成した後、上部クラッド層２３上およびコンタクト層２４上に、例えば蒸着法またはスパッタリング法を用いて絶縁材料を成膜する。その後、この絶縁材料にリッジ部２０Ａの上面に対応する開口部を設けることにより、絶縁膜３１を形成する。これにより積層構造体１０が形成される。

次いで、積層構造体１０の上面Ｆ１に素子領域毎に上部電極３２を形成する。続いて、例えば、基板１１の下面を例えばラッピングおよびポリッシングした後、基板１１の下面（積層構造体１０の下面Ｆ２）に素子領域毎に下部電極３３を形成する（図８Ａ，図８Ｂ）。

下部電極３３を設けた後、積層構造体１０の上面Ｆ１に複数の上溝１２Ｕ（第１溝）、下面Ｆ２に複数の下溝１２Ｄ（第２溝）をレーザ照射またはポイントスクライブ等を用いて形成する（図９）。この上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄを形成する工程は所謂けがき工程である。詳細は後述するが、ここで、上面Ｆ１および下面Ｆ２双方の面に溝（上溝１２Ｕ、下溝１２Ｄ）を設けておくことにより、へき開面（半導体レーザ１の前端面Ｓ１，後端面Ｓ２）の方向を活性層２２に対して垂直方向に近づけることができる。この上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄを有するウエハ１Ａが、本技術の半導体発光素子用ウエハの一具体例に対応する。

上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄは、Ｘ方向に延在しており、この延在方向に沿って、所定の間隔で複数の上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄを形成していく。上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄは、例えば、平面（ＸＹ平面）視で同じ位置となるように、各素子領域の角部に対応する位置に形成する。具体的には、上溝１２Ｕの長さ（Ｘ方向の距離、後述の長さ１２Ｌ_U）と下溝１２Ｄの長さ（後述長さ１２Ｌ_D）とは同じであり、Ｘ方向に隣り合う上溝１２Ｕの間隔（後述のピッチ１２Ｐ_U）と隣り合う下溝１２Ｄの間隔（後述のピッチ１２Ｐ_D）とは同じである。Ｙ方向に隣り合う上溝１２Ｕの間隔と隣り合う下溝１２Ｄの間隔とも同じである。上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄの長さは、例えば、１０μｍ〜１００μｍであり、上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄの幅（Ｙ方向の距離）は２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。下溝１２Ｄの長さを上溝１２Ｕの長さよりも大きくしてもよい。下溝１２Ｄの深さ（Ｚ方向の距離、後述の深さ１２Ｈ_D）を上溝１２Ｕの深さ（後述の深さ１２Ｈ_U）よりも大きく形成することが好ましい。上溝１２Ｕの深さおよび下溝１２Ｄの深さは、例えば５μｍ〜５０μｍである。上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄの段面（ＸＺ断面およびＹＺ断面）形状は、四角形状であることが好ましい。このような上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄは、例えばレーザ照射またはダイヤモンドカッターにより形成する。ドライエッチングを用いて上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄを形成するようにしてもよい。

続いて、この上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄを利用してウエハ１Ａを切断し、バー状に分割する。具体的には、基板１１が半導体層２０側に反るような力を加え、上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄにこの力を集中させることにより、ウエハ１ＡをＸ方向（上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄの延在方向）に沿って分割する。これにより、半導体レーザ素子１の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２が形成される。

この後、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２の多層反射膜を形成する。最後に、バー状の素子をダイシングする。これにより、図１に示した半導体レーザ１が完成する。

[半導体レーザ１の動作]
半導体レーザ１では、上部電極３２および下部電極３３に所定の電流が供給されると、リッジ部２０Ａにより電流狭窄された電流が活性層２２の電流注入領域（発光領域２２Ａ）に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２で反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、前端面Ｓ１側からビームとして外部に出射される。

[半導体レーザ１の作用・効果]
ここで、半導体レーザ１は、ウエハ１Ａを切断する際に積層構造体１０の上面Ｆ１および下面Ｆ２双方に溝（上溝１２Ｕ，下溝１２Ｄ）を形成するので、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２が活性層２２に対して垂直方向に近づくように形成される。以下、これについて説明する。

図１０Ａは、ＧａＮの結晶構造を表したものである。ＧａＮは、Ｇａ原子４０ＧとＮ原子４０Ｎとからなる六方晶の結晶構造を有している。この結晶構造では、ｃ軸に直交するｃ面４１（｛０００１｝面）が極性面であり、ｍ軸に直交するｍ面４２（｛１０-１０｝面）が無極性面である。ｃ軸をｍ軸方向に所定の角度傾けた軸方向を法線方向とする面は、４１ｃ面と４２ｍ面との中間的な面であり、半極性面と呼ばれる。図１０Ｂには、ｃ軸をｍ軸方向に７５度傾けた軸方向を法線方向とする半極性面４３（｛２０-２１｝面）を示す。

ｃ面４１およびｍ面４２等には、これらに垂直な低指数結晶面が存在する。具体的には、ｃ面４１とｍ面４２とは垂直の関係にあり、ａ面（｛１１-２０｝面）はｃ面４１およびｍ面４２と垂直の関係にある。したがって、基板のｃ面４１またはｍ面４２上に半導体層を形成した後、ウエハをへき開すると、ｃ面４１またはｍ面４２に垂直な低指数結晶面が露出されて前端面および後端面を構成する。この前端面および後端面は平坦であり、かつ、活性層に対して略垂直方向に形成される。

一方、基板の半極性面４３には、これに垂直な低次元の結晶面が存在しない。このため、基板の半極性面４３上に半導体層を形成したウエハでは、へき開性が低下する。特に、この傾向は、半極性面が｛２０-２１｝面，｛１０−１１｝面，｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面である場合に顕著である。

図１１は、比較例に係る半導体レーザ１００の構成を模式的に表したものである。半導体レーザ１００は、基板の半極性面（図１０Ｂの半極性面４３）上に半導体層を有する積層構造体１０を含んでいる。この半導体レーザ１００は、積層構造体１０の上面Ｆ１のみに溝（例えば図９の上溝１２Ｕ）を設けた後、へき開して形成したものであり、積層構造体１０の一方の面（上面Ｆ１）に切り欠き部１０ＫＵを有している。このような半導体レーザ１００では、へき開性の低下に起因して、平坦性が低く、かつ、共振面（前端面Ｓ１および後端面）が活性層２２に対して垂直方向からずれやすい。具体的には、ｃ軸方向に対して垂直な端面が露出されやすい。このような共振面の平坦性および垂直性が低い半導体レーザ１００は、その特性が低下する。例えば、端面の垂直性が高い半導体レーザでは、活性層２２に対して略平行方向にレーザ光が出射されるのに対して、半導体レーザ１００では基板側に傾くように、レーザ光Ｌが出射される（図１１）。即ち、Δθ⊥が大きくマイナス側にずれる。ここで、Δθ⊥は、結晶成長方向ＦＦＰ（Far Field Pattern）中心の活性層面からのずれ角度を表している。マイナスのΔθ⊥では、前端面Ｓ１での光カップリング効率が低下し、しきい値電流値（Ｉｔｈ）が上昇する。また、へき開性の低いウエハは、素子間での特性のばらつき、およびへき開時の断層の発生等の課題を抱えている。

これに対し、半導体レーザ１は、ウエハ１Ａの上面Ｆ１および下面Ｆ２双方に溝（上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄ）を設けた後、へき開して形成する。このため、上面Ｆ１および下面Ｆ２の両方から力が加わり、上溝１２Ｕと下溝１２Ｄとがつながろうとする力が生じる。これにより、図１２に示したように、ｃ軸方向に対して垂直な結晶面の露出が抑えられ、へき開面（前端面Ｓ１および後端面Ｓ２）の方向が活性層２２（半導体層２０）に対して垂直な方向に近づく。よって、共振面（前端面Ｓ１および後端面Ｓ２）の垂直性の低さに起因した半導体レーザ特性の低下を抑えることができる。例えば、半導体レーザ１では、レーザ光Ｌが活性層２２と略平行方向に出射され、Δθ⊥をゼロに近づけることが可能となる。これにより、Ｉｔｈの上昇を抑えることもできる。この他、導波光損失および反射率の低下が抑えられるので、スロープ効率およびＦＦＰ等の半導体レーザ特性を向上させることも可能である。また、半導体レーザ１では、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２の平坦性が向上するので、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge）レベル、ＣＯＤ（Catastrophic optical damage）レベルおよび信頼性等を向上させることが可能となる。更に、素子間での上記特性のばらつきや、へき開時の半導体層２０の断層を防ぐことも可能である。

加えて、[２０-２１]面の半極性面１１Ａを有する基板１１を用いる際には、下溝１２Ｄ（下部切り欠き部１０ＫＤ）を、上溝１２Ｕ（上部切り欠き部１０ＫＵ）よりも深く形成することにより、より前端面Ｓ１および後端面Ｓ２の垂直性を高めることができる。下溝１２Ｄの長さ（下部切り欠き部１０ＫＤの幅Ｗ_D）を、上溝１２Ｕの長さ（上部切り欠き部１０ＫＵの幅Ｗ_U）よりも長く（大きく）した場合にも同様により前端面Ｓ１および後端面Ｓ２の垂直性を高めることができる。これは、低次元の結晶面が露出されやすい前端面Ｓ１および後端面Ｓ２を、深いまたは長い下溝１２Ｄにより強い力で矯正することができるためである。

以上のように本実施の形態では、上溝１２Ｕ、下溝１２Ｄ双方からへき開面を形成するようにしたので、共振面（前端面Ｓ１および後端面Ｓ２）の方向を活性層２２（半導体層２０）に対して垂直方向に近づけることができる。よって、共振面に起因する特性の低下を抑えることが可能となる。

以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜変形例＞
図１３Ａ〜図１４Ｂは、ウエハ１Ａの上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄの配置例を表したものである。図１３Ａ〜図１３ＣはＸ方向の、図１４Ａおよび図１４ＢはＹ方向の配置例をそれぞれ表している。上溝１２Ｕと下溝１２Ｄとは、平面（ＸＹ平面）視で、互いに異なる位置に配置されていてもよい。例えば、図１３Ａに示したように、Ｘ方向において上溝１２Ｕと下溝１２Ｄとが非対向であってもよい。Ｘ方向の上溝１２Ｕのピッチ１２Ｐ_Uと下溝１２Ｄのピッチ１２Ｐ_Dとが異なっていてもよい。図１３Ｂに示したように、上溝１２Ｕの長さ１２Ｌ_Uと下溝１２Ｄの長さ１２Ｌ_Dとが異なっていてもよい。下溝１２Ｄが、Ｘ方向に連続していてもよい（図１３Ｃ）。

Ｙ方向において、上溝１２Ｕと下溝１２Ｄとが非対向であってもよい（図１４Ａ，図１４Ｂ）。

図１５に示したように、上溝１２Ｕの深さ１２Ｈ_Uが下溝１２Ｄの深さ１２Ｈ_Dよりも大きくてもよい。

図１６Ａ〜図１６Ｃは、上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄの断面（ＸＺ断面）形状の例を表している。上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄの断面形状は、例えば、三角形状であってもよく（図１６Ａ）、あるいは、台形状であってもよい（図１６Ｂ）。上溝１２Ｕの平面形状と下溝１２Ｄの平面形状とが異なっていてもよい（図１６Ｃ）。

上記上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄの配置および断面形状に対応して、半導体レーザ１の上部切り欠き部１２ＫＵおよび下部切り欠き部１２ＫＤが形成される。即ち、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２から見て、上部切り欠き部１２ＫＵと下部切り欠き部１２ＫＤとが非対向であってもよく、側面から見て上部切り欠き部１２ＫＵと下部切り欠き部１２ＫＤとが非対向であってもよい（図示せず）。下部切り欠き部１２ＫＤが、下面Ｆ２に連続して設けられていてもよい。上部切り欠き部１２ＫＵの深さＷ_Uが下部切り欠き部１２ＫＤの深さＷ_Dよりも大きくてもよい。上部切り欠き部１２ＫＵおよび下部切り欠き部１２ＫＤの平面形状が三角形状または台形状であってもよく、上部切り欠き部１２ＫＵの平面形状と下部切り欠き部１２ＫＤの平面形状とが異なっていてもよい。

図１７〜図２２は、上部切り欠き部１２ＫＵおよび下部切り欠き部１２ＫＤの他の例を表したものである。

複数の上部切り欠き部１２ＫＵ（または下部切り欠き部１０ＫＤ）の中で、その幅（図３の幅Ｗ_Uまたは幅Ｗ_D）が互いに異なっていてもよい（図１７）。上部切り欠き部１２ＫＵおよび下部切り欠き部１０ＫＤは積層体１０の角部から離間した位置に設けられていてもよい（図１８〜図２２）。積層体１０の角部から離間した位置に設けられた上部切り欠き部１２ＫＵおよび下部切り欠き部１０ＫＤの幅が同じであってもよく（図１８）、異なっていてもよい（図１９）。１つの積層体１０に存在する上部切り欠き部１２ＫＵおよび下部切り欠き部１０ＫＤの数は、いくつであってもよく（図２０）、１つの積層体１０に、例えば上部切り欠き部１２ＫＵおよび下部切り欠き部１０ＫＤが２つずつ設けられていてもよい。１つの積層体１０に存在する上部切り欠き部１２ＫＵの数と下部切り欠き部１０ＫＤの数とが異なっていてもよい（図２１）。下部切り欠き部１２ＫＤが、下面Ｆ２に連続して設けられており、かつ、上部切り欠き部１２ＫＵが積層体１０（上面Ｆ１）の角部から離間した位置に設けられていてもよい（図２２）。

＜実施例＞
以下、本技術の具体的な実験例について説明する。

（実験例１）
図２３に示したように、積層構造体１０の上面Ｆ１に上溝１２Ｕ、下面Ｆ２に下溝１２Ｄを設けた後、ウエハ１Ａをへき開して半導体レーザを作製した。上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄは共に、長さ１２Ｌ_U，１２Ｌ_Dを５０μｍ、ピッチ１２Ｐ_U，１２Ｐ_Dを１００μｍ、深さ１２Ｈ_U，１２Ｈ_Dを１０μｍとして形成した。上溝１２Ｕおよび下溝１２Ｄは平面（ＸＹ平面）視で同じ位置になるように形成した。

（実験例２）
上溝１２Ｕの深さ１２Ｈ_Dを１０μｍ、下溝１２Ｄの深さ１２Ｈ_Dを２０μｍとしたことを除き、実験例１と同様にして半導体レーザを作製した。

（実験例３）
上溝１２Ｕの深さ１２Ｈ_Uを１０μｍ、下溝１２Ｄの深さ１２Ｈ_Dを４０μｍとしたことを除き、実験例１と同様にして半導体レーザを作製した。

（実験例４）
図２４に示したように、下面Ｆ２の下溝１２ＤをＸ方向に連続して形成した。下溝１２Ｄの深さ１２Ｈ_Dは１０μｍとした。このことを除き、実験例１と同様にして半導体レーザを作製した。

（実験例５）
図２５に示したように、積層構造体１０の上面Ｆ１のみに上溝１２Ｕを設けた後、ウエハ１００Ａをへき開して半導体レーザを作製した。上溝１２Ｕは、長さ１２Ｌ_Uを５０μｍ、ピッチ１２Ｐ_Uを１００μｍ、深さ１２Ｈ_Uを４０μｍとして形成した。

図２６は、実験例１〜５の半導体レーザでΔθ⊥を測定した結果を表すものである。図２６（Ａ）は実験例１、図２６（Ｂ）は実験例２、図２６（Ｃ）は実験例３、図２６（Ｄ）は実験例４、図２６（Ｅ）は実験例５の結果をそれぞれ表している。上面Ｆ１のみに上溝１２Ｕを形成した場合にはΔθ⊥が大きくマイナス側に偏る（図２６（Ｅ））。これに対し、上面Ｆ１に加えて下面Ｆ２にも下溝１２Ｄを形成することにより、Δθ⊥がマイナス側からプラス側にシフトし、ゼロに近づく（図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ））。実験例１〜３の比較から、下溝１２Ｄの深さ１２Ｈ_Dを大きくし、下溝１２Ｄの深さ１２Ｈ_Dが上溝１２Ｕの深さ１２Ｈ_Uよりも大きいときに、Δθ⊥がよりゼロに収束していくことが確認できた。

実験例１〜５では、Ｉｔｈを測定してΔＩｔｈ８０％を求めた。ΔＩｔｈ８０％は、Ｉｔｈの値のうち、高い側２０％を除く最大値と最小値との差分である。実験例５のΔＩｔｈ８０％を１としたとき、実験例１のΔＩｔｈ８０％は０．８４、実験例２のΔＩｔｈ８０％は０．５３、実験例３のΔＩｔｈ８０％は０．４１、実験例４のΔＩｔｈ８０％は１．４であった。実験例１〜３は、実験例５と比較してΔＩｔｈ８０％が小さくなっている。即ち、Ｉｔｈのばらつきを抑えることができる。実験例１と実験例４との比較から、下溝１２Ｄの深さ１２Ｈ_Uが同じ場合には、下溝１２Ｄを所定の間隔（ピッチ１２Ｐ_D）で形成した方（実験例１）が、下溝１２Ｄを連続して形成する（実験例４）よりもＩｔｈの値がばらつきにくいことがわかる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件等は限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。

加えて、上記実施の形態では、半導体レーザ１が１つのリッジ部２０Ａを有する場合について説明したが、半導体レーザ１に複数のリッジ部２０Ａが設けられていてもよい。

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）半極性面を有する基板と、前記基板の前記半極性面上に設けられた半導体層とを含む積層構造体を備え、前記積層構造体は、前記基板および前記半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有し、前記積層構造体の前記第１面には、第１切り欠き部が設けられ、前記積層構造体の前記第２面には、第２切り欠き部が設けられている半導体発光素子。
（２）前記積層構造体は、前記第１面および前記第２面をつなぐ一対の端面を有し、前記一対の端面は共振面である前記（１）に記載の半導体発光素子。
（３）前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部の少なくとも一方は、前記端面に露出されている前記（２）に記載の半導体発光素子。
（４）前記端面から見て、前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部は対向している前記（３）に記載の半導体発光素子。
（５）前記積層構造体は、前記第１面および前記第２面をつなぐとともに前記端面に交差する一対の側面を有し、前記側面から見て、前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部は対向している前記（２）乃至（４）のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子。
（６）前記積層構造体は、前記第１面および前記第２面をつなぐとともに前記端面に交差する一対の側面を有し、前記側面から見て、前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部は非対向である前記（２）乃至（４）のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子。
（７）前記第１切り欠き部は、前記半導体層から前記基板にわたって設けられている前記（１）乃至（６）のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子。
（８）前記第２切り欠き部の深さは、前記第１切り欠き部の深さよりも大きい前記（７）に記載の半導体発光素子。
（９）前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部の平面形状は、四角形状である前記（１）乃至（８）のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子。
（１０）前記半極性面は｛２０−２１｝面である前記（１）乃至（９）のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子。
（１１）前記第１面、前記第２面それぞれに電極を有する前記（１）乃至（１０）のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子。
（１２）前記電極は、平面視で前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部との非重畳領域に設けられている前記（１１）に記載の半導体発光素子。
（１３）半極性面を有する基板と、前記基板の前記半極性面上に設けられた半導体層とを含む積層構造体を備え、前記積層構造体は、前記基板および前記半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有し、前記積層構造体の前記第１面には、第１溝が設けられ、前記積層構造体の前記第２面には、第２溝が設けられている半導体発光素子用ウエハ。
（１４）前記第２溝は、その延在方向に沿って所定の間隔で複数設けられている前記（１３）に記載の半導体発光素子用ウエハ。
（１５）前記第１溝および前記第２溝は、互いに同一方向に延在している前記（１３）または（１４）に記載の半導体発光素子用ウエハ。
（１６）前記第１溝および前記第２溝は、平面視で同じ位置に設けられている前記（１３）乃至（１５）のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子用ウエハ。
（１７）半極性面を有する基板を準備することと、前記基板の前記半極性面に半導体層を設けて、前記基板および前記半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有する積層構造体を形成することと、前記積層構造体の前記第１面に第１溝、前記積層構造体の前記第２面に第２溝を形成することと、前記第１溝および前記第２溝の延在方向に沿って、前記積層構造体を分離することとを含む半導体発光素子の製造方法。
（１８）前記第１溝および前記第２溝をレーザ照射により形成する前記（１７）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（１９）更に、前記積層構造体を分離した後、前記積層構造体の分離面に多層反射膜を形成する前記（１７）または（１８）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（２０）更に、分離した前記積層構造体を、前記延在方向と垂直な方向に切断してダイシングを行う前記（１７）乃至（１９）のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子の製造方法。

１・・・半導体レーザ、１Ａ・・・ウエハ、１０・・・積層構造体、１０ＫＵ・・・上部切り欠き部、１０ＫＤ・・・下部切り欠き部、Ｆ１・・・上面、Ｆ２・・・下面、Ｓ１・・・前端面、Ｓ２・・・後端面、１１・・・基板、１２Ｕ・・・上溝、１２Ｄ・・・下溝、２０・・・半導体層、２０Ａ・・・リッジ部、２０Ｂ・・・凸部、２１・・・下部クラッド層、２２・・・活性層、２３・・・上部クラッド層、２４・・・コンタクト層、３１・・・絶縁層、３２・・・上部電極、３３・・・下部電極。

Claims (20)

1. 半極性面を有する基板と、前記基板の前記半極性面上に設けられた半導体層とを含む積層構造体を備え、
   前記積層構造体は、前記基板および前記半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有し、
   前記積層構造体の前記第１面には、第１切り欠き部が設けられ、
   前記積層構造体の前記第２面には、第２切り欠き部が設けられている
   半導体発光素子。
2. 前記積層構造体は、前記第１面および前記第２面をつなぐ一対の端面を有し、
   前記一対の端面は共振面である
   請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部の少なくとも一方は、前記端面に露出されている
   請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記端面から見て、前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部は対向している
   請求項３に記載の半導体発光素子。
5. 前記積層構造体は、前記第１面および前記第２面をつなぐとともに前記端面に交差する一対の側面を有し、
   前記側面から見て、前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部は対向している
   請求項２に記載の半導体発光素子。
6. 前記積層構造体は、前記第１面および前記第２面をつなぐとともに前記端面に交差する一対の側面を有し、
   前記側面から見て、前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部は非対向である
   請求項２に記載の半導体発光素子。
7. 前記第１切り欠き部は、前記半導体層から前記基板にわたって設けられている
   請求項１に記載の半導体発光素子。
8. 前記第２切り欠き部の深さは、前記第１切り欠き部の深さよりも大きい
   請求項７に記載の半導体発光素子。
9. 前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部の平面形状は、四角形状である
   請求項１に記載の半導体発光素子。
10. 前記半極性面は｛２０−２１｝面である
    請求項１に記載の半導体発光素子。
11. 前記第１面、前記第２面それぞれに電極を有する
    請求項１に記載の半導体発光素子。
12. 前記電極は、平面視で前記第１切り欠き部および前記第２切り欠き部との非重畳領域に設けられている
    請求項１１に記載の半導体発光素子。
13. 半極性面を有する基板と、前記基板の前記半極性面上に設けられた半導体層とを含む積層構造体を備え、
    前記積層構造体は、前記基板および前記半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有し、
    前記積層構造体の前記第１面には、第１溝が設けられ、
    前記積層構造体の前記第２面には、第２溝が設けられている
    半導体発光素子用ウエハ。
14. 前記第２溝は、その延在方向に沿って所定の間隔で複数設けられている
    請求項１３に記載の半導体発光素子用ウエハ。
15. 前記第１溝および前記第２溝は、互いに同一方向に延在している
    請求項１３に記載の半導体発光素子用ウエハ。
16. 前記第１溝および前記第２溝は、平面視で同じ位置に設けられている
    請求項１３に記載の半導体発光素子用ウエハ。
17. 半極性面を有する基板を準備することと、
    前記基板の前記半極性面に半導体層を設けて、前記基板および前記半導体層の積層方向に対向する第１面および第２面を有する積層構造体を形成することと、
    前記積層構造体の前記第１面に第１溝、前記積層構造体の前記第２面に第２溝を形成することと、
    前記第１溝および前記第２溝の延在方向に沿って、前記積層構造体を分離することと
    を含む半導体発光素子の製造方法。
18. 前記第１溝および前記第２溝をレーザ照射により形成する
    請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
19. 更に、
    前記積層構造体を分離した後、前記積層構造体の分離面に多層反射膜を形成する
    請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
20. 更に、
    分離した前記積層構造体を、前記延在方向と垂直な方向に切断してダイシングを行う
    請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。

Images