JP4793489B2 - Iii族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法 - Google Patents
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Description
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。
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と垂直にスクライブ溝を設け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(NH3)、シラン(SiH4)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。
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
7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
積層欠陥密度(cm−1)、歩留まり
500 80
1000 75
4000 70
8000 65
10000 20
50000 2
基板厚、歩留まり
48 10
80 65
90 70
110 45
150 48
200 30
400 20
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。
図21(a)及び図21(b)は、(20−21)GaN基板を含む基板生産物の表面に、c軸を基板主面に投影した方向DIR2と垂直な方向DIR1にスクライブ溝を形成し、ブレードを用いてブレイキングした後のレーザバーを主面側(スクライブ溝が形成された面側)から光学顕微鏡を用いて観察した結果である。図21(a)には、本実施形態に係るブレイキング方法を用いない従来のブレイキング方法によって形成されたレーザバーLBC1が示されており、図21(b)には本実施形態に係るブレイキング方法によって形成されたレーザバーLBC2(例えばレーザバーLB1に対応)が示されている。ブレイキングは、図中に示す方向DIR1の向きに行われた。方向DIR2は、スクライブ溝が形成された面に六方晶系III族窒化物半導体のc軸を投影した方向である。
LENGTH1(LENGTH2,3も同様であり、以下、単にLENGTHという)とTHICKNESS1(THICKNESS2も同様であり、以下、単にTHICKNESSという)の比LENGTH/THICKNESSと、発振歩留まりとの関係を調べた結果、図23が得られた。THICKNESSを、60μm、100μmの2種類とした。本実施例では、発振歩留まりについては、(しきい値電流1000mA以下での発振チップ数)/(測定チップ数)とした。図23に示す結果は、積層欠陥密度が1×104(cm−1)以下の基板を用い、LE1及びLE2を何れも50μmとし(LE1=LE2であり、以下、LE1及びLE2を、単に、LEという)、傾斜角度BETA1(傾斜角度BETA3)及び傾斜角度BETA2(傾斜角度BETA4)を何れも30度として得られたものである。図23から、LENGTH/THICKNESSの値が0.4を超えると、発振歩留まりが半減することが分かる。これは、LENGTH/THICKNESSの値を小さくすると、スクライブ溝先端の応力集中が増大し、平坦な割断面が容易に得られることに因ると考えられる。また、LENGTH/THICKNESSの値が0.05よりも小さくなると急激に発振歩留まりが低下することが分かる。これは、スクライブ溝が浅すぎたために、割断をガイドする役割を果たせなかったことに因る。以上の結果から、LENGTH/THICKNESSの値は0.05以上0.4以下の範囲内が好適であることがわかる。図23に示されたデータは以下のものである(ここでは、特に、LENGTH/THICKNESSを“R”と記し、THICKNESSを“T”と記す)。
R、 T=60μmの T=100μmの
発振歩留まり、 発振歩留まり
0.03 53 39
0.05 69 54
0.1 81 70
0.15 78 72
0.2 65 54
0.25 53 46
0.3 47 44
0.5 34 36
0.8 39 38
LEと発振歩留まりとの関係を調べた結果、図24が得られた。図24に示す結果は、積層欠陥密度が1×104(cm−1)以下の基板を用い、THICKNESSを80μmとし、LENGTHを20μmとし、傾斜角度BETA1(傾斜角度BETA3)及び傾斜角度BETA2(傾斜角度BETA4)を何れも30度として得られたものである。発振歩留まりの定義については、上記と同様である。図24から、LEが30μmよりも小さくなると急激に発振歩留まりが低下することが分かる。これは、導波路とスクライブ溝を近づけすぎたことにより、導波路下の活性層がレーザ照射によるダメージを受けたことに因る。また、LEが100μmを超えると、発振歩留まりが半減することが分かる。これは、長いスクライブ溝のほうが容易に割断をガイドすることに因る。以上のことから、LEは30μm以上100μm以下が好適だとわかる。図24に示されたデータは以下のものである。
LE、 発振歩留まり
10 10
20 31
30 64
40 66
60 45
80 46
100 37
150 26
傾斜角度BETA1と発振歩留まりとの関係を調べた結果、図25が得られた。図25に示す結果は、積層欠陥密度が1×104(cm−1)以下の基板を用い、THICKNESSを80μmとし、LENGTHを20μmとし、LEを50μmとし、傾斜角度BETA2を30度として得られたものである。発振歩留まりの定義については、上記と同様である。図25から、傾斜角度BETA1が45度以上85度以下の時に発振歩留まりが高いことが分かる。また、傾斜角度BETA2と発振歩留まりとの関係を調べた結果、図26が得られた。図26に示す結果は、積層欠陥密度が1×104(cm−1)以下の基板を用い、THICKNESSを80μmとし、LENGTHを20μmとし、LEを50μmとし、傾斜角度BETA3を45度として得られたものである。発振歩留まりの定義については、上記と同様である。図26から、傾斜角度BETA2が10度以上30度以下の時に発振歩留まりが高いことが分かる。これは、傾斜角度BETA2<傾斜角度BETA1とすることで割断下流側への応力集中が増大し、スクライブ溝と平行に割断線が進展し易くなることに因ると考えられる。以上のことから、傾斜角度BETA1(傾斜角度BETA3)は45度以上85度以下、傾斜角度BETA2(傾斜角度BETA4)は10度以上30度以下が好適であるとわかる。図25に示されたデータは以下のものである。
BETA1、発振歩留まり
18 42
27 46
45 74
63 78
76 74
84 72
また、図26に示されたデータは以下のものである。
BETA2、発振歩留まり
7 69
14 76
18 78
27 71
45 49
63 39
76 31
Claims (5)
- 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ことによって、複数のスクライブ溝を前記第1の面に設ける工程と、
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、
前記レーザバーの端面を加工した後に、前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸に交差する方向に延びており前記複数のスクライブ溝のそれぞれを通る切断面に沿って前記加工後のレーザバーを切断して、この加工後のレーザバーから複数の前記III族窒化物半導体レーザ素子の分離を行う工程と
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面に交差しており、
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複数のスクライブ溝が前記第1の面に形成され、
前記スクライブ溝の側壁面に含まれており前記スクライブ溝の一の端部において前記第1の面に接続する第1の部分は、前記第1の面に対し45度以上85度以下の範囲内にある第1の傾斜角度の勾配で傾斜し、当該側壁面に含まれており当該スクライブ溝の他の端部において前記第1の面に接続する第2の部分は、前記第1の面に対し10度以上30度以下の範囲内にある第2の傾斜角度の勾配で傾斜しており、
前記スクライブ溝の前記一の端部から前記他の端部に向かう方向は、前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸を前記半極性主面に投影した方向と交差する方向であり、
前記別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程では、前記スクライブ溝の前記一の端部から前記他の端部に向かう方向に、前記レーザバーの分離が進行され、
前記スクライブ溝の底壁面から、前記底壁面上において前記第1の面に沿って前記第1の面から延びる仮想面までの距離を、前記第1の面から前記第2の面までの距離で割った商は、0.05以上0.4以下の範囲内にあり、
隣り合う並列する二つの前記切断面の間にある前記スクライブ溝の前記一の端部又は前記他の端部から、当該二つの切断面の間の中心面までの距離は、30μm以上100μm以下の範囲内にあり、
前記半極性主面は、{20−21}面、及び{20−2−1}面のいずれかであり、
前記基板は、GaNからなる、ことを特徴とする方法。 - 前記角度ALPHAは、45度以上80度以下又は100度以上135度以下の範囲内にある、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。
- 前記角度ALPHAは、63度以上80度以下又は100度以上117度以下の範囲内にある、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された方法。
- 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、又は前記加工面の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1〜請求項3のいずれか一項に記載された方法。 - 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、又は前記研磨面の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1〜請求項4のいずれか一項に記載された方法。
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