JP5054221B1 - Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯＤによる動作不良を低減できると共に放熱能力の低下も縮小できる構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】レーザ共振器となる第１及び第２の割断面２７、２９が、ｍ−ｎ面に交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、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有する。割断面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面等のへき開面とは異なる。半導体領域１９は、導波路ベクトルＬＧＶの方向に延在する第１〜第３領域１９ｂ〜１９ｄを含む。絶縁膜３１の開口３１ａは半導体領域１９の第３領域１９ｄのリッジ構造上に位置する。電極１５では、パッド電極１８の第１〜第３電極部１８ｂ〜１８ｄは、半導体領域１９の第１〜第３領域１９ｂ〜１９ｄ上にそれぞれ設けられている。第１電極部１８ｂは、割断面２７の縁に到達するアーム部１８ｂ＿ＡＲＭ１を有する。
【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。

特許文献１には、窒化物系半導体レーザ素子が記載されている。特許文献１における半導体レーザ素子は、製造工程を増加させずに劈開に起因する素子不良の判定を容易に行うことを可能にする。この窒化物系半導体レーザ素子は、ｃ面ｎ型ＧａＮ基板上に形成された窒化物系半導体各層と、劈開面からなる光出射面と、窒化物系半導体層上に形成されたｐ側パッド電極とを備える。ｐ側パッド電極は、光出射面３０ａとなる端部におけるリッジ部を覆わないように形成された切欠部を含む。また、ｐ側パッド電極は光出射面の縁から離れている。

特許文献２では、基板の半極性面上に形成された窒化物半導体レーザ素子が記載されている。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は、へき開により形成されない。

特開２０１０−２８０２０号公報 特許４４７５３５７号公報

発明者らの知見によれば、光共振器のための端面の縁にパッド電極の一辺が到達しているIII族窒化物半導体レーザ素子では、該端面上への誘電体多層膜の形成において、パッド電極の一辺で誘電体の異常成長が発生する可能性がある。この異常成長を避けるためにパッド電極の該一辺を全体にわたって光共振器のための端面の縁から離したIII窒化物半導体レーザ素子では、瞬時光学損傷（Catastrophic Optical Damage：COD）への耐性が高くなる。

発明者らの検討によれば、光出射面の近傍で発生された熱は、レーザ動作の際にパッド電極を介して拡散される。しかしながら、既に説明したように、端面に到達したパッド電極の一辺では誘電体の異常成長が生じる可能性がある。加えて、特許文献２に記載される窒化物半導体レーザ素子では、光共振器のための端面はへき開により形成されないので、この端面（つまり、へき開面ではない端面）に起因した異常成長の潜在的な要因が存在する。この点からも、パッド電極の一辺に起因する誘電体異常成長を抑制して、他の要因からの異常成長の誘発を避けたい。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ＣＯＤによる動作不良を低減できると共に放熱能力の低下も縮小できる構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

本発明に係る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る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み、該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器のための第１及び第２の端面を有するレーザ構造体と、（ｂ）前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた絶縁膜と、（ｃ）前記レーザ構造体の前記半導体領域及び前記絶縁膜上に設けられた電極と、（ｄ）前記第１の端面および第２の端面の上に設けられた誘電体多層膜とを備える。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、前記第１の端面から前記第２の端面への方向に延在する導波路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、前記半導体領域は、前記導波路軸の方向に延在する第１、第２及び第３領域を含み、前記第３領域は前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記半導体領域の前記第３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、前記絶縁膜は、前記半導体領域の前記第３領域上に開口を有し、前記電極は、オーミック電極及びパッド電極を含み、前記オーミック電極は、前記絶縁膜の前記開口を介して前記半導体領域の前記第３領域に接触を成し、前記パッド電極は、前記半導体領域の前記第１、第２及び第３領域上にそれぞれ設けられた第１、第２及び第３電極部を含み、前記第１電極部はそれぞれ第１アーム部を有し、前記第１アーム部は前記第１の端面の縁に到達すると共に、前記第３電極部は前記第１の端面の前記縁から離れている。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、電極はオーミック電極及びパッド電極を含む。このオーミック電極は絶縁膜の開口を介して半導体領域の第３領域に接触を成す。一方、パッド電極は半導体領域の第１、第２及び第３領域上にそれぞれ設けられた第１、第２及び第３電極部を含み、第１電極部における第１アーム部は、当該III族窒化物半導体レーザ素子おける第１の端面の縁に到達する。これ故に、半導体領域における第３領域に隣接する第１領域において、熱放散がパッド電極を介して可能になる。また、半導体領域においてレーザの主要動作を行う第３領域は第１の端面に到達し、この第１の端面の縁から第３電極部が離れている。これ故に、半導体領域の第３領域が到達する端部において、パッド電極の端面に起因する誘電体異常成長の影響が低減される。

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。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、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。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、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の端面は、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ができる。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸が導波路軸の方向に法線軸に対してゼロより大きな角度で傾斜する。これ故に、第１及び第２の端面の各々はレーザ構造体における第１の面のエッジからレーザ構造体おける第２の面のエッジまで延在するけれども、へき開により形成されていない。

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、前記半導体領域の前記第３領域は、前記第１の端面から前記第２の端面への方向を示す導波路軸にそって延在するリッジ構造を有することが好適である。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、電極からの電流は、リッジ構造を介して導波路軸に沿った半導体領域の部分に案内される。リッジ構造が到達する端面の部分に位置合わせして、第３電極部を設けることが好ましい。

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適である。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、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く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。しかしながら、このような平坦性及び垂直性を有する端面でも、半極性面にエピタキシャル成長された半導体領域の層構造に応じて、端面は、へき開面に比べると平坦ではない。これ故に、共振器のための端面は、半導体領域の半導体層の界面で屈曲することがある。このような微視的なラフネスが端面に形成されると、端面上の誘電体多層膜に応力を生じさせる。このような品質の膜は、熱の影響を受けやすくなる。これ故に、パッド電極の構造による放熱はＣＯＤ耐性の向上に有効である。また、電極は、半導体領域の第３領域に、導波路軸の方向への凹みを形成する開口を有するので、光導波路の端面付近において誘電体多層膜の異常成長による影響を低減できる。

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。

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以上であることが好ましく、また１００μｍ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によれば、支持基体の厚さが５０μｍ以上であれば、当該レーザ素子のハンドリングが容易になり、生産歩留まりが向上する。支持基体の厚さが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。

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｝面のいずれかの面から−４度以上＋４度以下の範囲でオフした面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。

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。

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。

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好ましい。

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。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、前記活性層は、波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられた発光領域を含むことが好ましい。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、５００ｎｍ以上の発振波長を得るためには、活性層のＩｎＧａＮ層は０．２以上のインジウム組成を有することが必要となる。インジウム組成が増加すると、ＩｎＧａＮの格子定数が増大し、この結果、ＩｎＧａＮ層が格子ひずみを内包する。活性層及びその近傍の半導体層における応力が大きいとき、光共振器のための端面を形成する際の割断において、形成された端面が屈曲することがある。このような屈曲が端面にあると、パッド電極の縁における三次元核成長をきっかけとして、大きなエリアに異常成長が及ぶことがある。しかし、主要なレーザ動作を行う第３領域ではパッド電極の縁に起因する異常成長が低減されるので、光共振器のための端面における上記のような屈曲が誘電体の異常成長を発現させることを低減できる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体の前記ｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜することが好ましい。

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の端面が、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。

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の端面の各々には、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が好ましい。

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。

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度以下の範囲になることが好ましい。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。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第２電極部は第２アーム部を有し、前記第２アーム部は前記第１の端面の縁に到達することが好適である。

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１アーム部だけでなく、第２電極部の第２アーム部もまた、端面付近に設けられる。この両アーム部により、熱の拡散が可能になる。

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記オーミック電極はＰｄを含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、Ｐｄ電極は、酸化性に富む半極性面においても電気的接触を提供できる。

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の端面はへき開面とは異なり、また前記第２の端面はへき開面とは異なる。

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。

以上説明したように、本発明によれば、ＣＯＤによる動作不良を低減できると共に放熱能力の低下も小さくできる構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子が提供される。

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活性層からの光の偏光を示す図面である。 図３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４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模式的に示す図面である。 図６は、パッド電極及びオーミック電極の配列を示す図面である。 図７は、実施例２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。 図８は、結晶格子における｛２０−２１｝面及びレーザ端面を示す図面である。 図９は、構造（Ａ）及び構造（Ｂ）の割断面上に成長した誘電体多層膜の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。 図１０は、半導体領域上のパッド電極破断面上に成膜された誘電体の断面を示す図である。 図１１は、割断面の半導体領域上に形成された段差の電子顕微鏡像を示す図面である。

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、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。

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、リッジ構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、リッジ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、例えば波長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ができる。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。レーザ構造体１３は、光共振器のための第１の割断面２７及び第２の割断面２９を含む。支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、第１の割断面２７から第２の割断面２９への方向に延在する導波路軸の方向に半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。

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。レーザ構造体１３の第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。絶縁膜３１の一端部のエッジは第１の割断面２７に到達しており、また絶縁膜３１の他端部のエッジは第２の割断面２９に到達している。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。

半導体領域１９は、第１、第２及び第３領域１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを含み、第１〜第３領域１９ｂ〜１９ｄは、導波路軸（導波路ベクトルＬＧＶで表される軸）の方向に延在する。この導波路軸は、第１の端面２７から第２の端面２９への方向を示すに沿って延在する。第３領域１９ｄは第１領域１９ｂと第２領域１９ｃとの間に設けられる。絶縁膜３１の開口３１ａは半導体領域１９の第３領域１９ｄ上に位置する。第３領域１９ｄは半導体領域１９のリッジ構造を含むことができる。

電極１５は、オーミック電極１６及びパッド電極１８を含む。オーミック電極１６は、絶縁膜３１の開口３１ａを介して半導体領域１９の第３領域１９ｄにオーミック接触を成す。パッド電極１８は第１、第２及び第３電極部１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを含み、第１〜第３電極部１８ｂ〜１８ｄは、半導体領域１９の第１〜第３領域１９ｂ〜１９ｄ上にそれぞれ設けられている。オーミック電極１６は例えばＰｄを含むことができる。Ｐｄ電極は、酸化性に富む半極性面においても電気的接触を提供できる。パッド電極１８は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなることができる。

第１電極部１８ｂは第１アーム部１８ｂ＿ＡＲＭ１を有し、このアーム部１８ｂ＿ＡＲＭ１は割断面２７の縁に到達する。第３電極部１８ｄは第１の端面２７の縁１３ｃから離れている。また、本実施例では、第２電極部１８ｃは第２アーム部１８ｃ＿ＡＲＭ１を有することができ、このアーム部１８ｃ＿ＡＲＭ１は第１の端面２７の縁に到達する。

第１電極部１８ｂはアーム部１８ｂ＿ＡＲＭ２を有し、このアーム部１８ｂ＿ＡＲＭ２は割断面２９の縁に到達する。また、第２電極部１８ｃはアーム部１８ｃ＿ＡＲＭ２を有することができ、このアーム部１８ｃ＿ＡＲＭ２は第２の端面２９の縁に到達する。

III族窒化物半導体レーザ素子１１は、図１に示されるように、第１及び第２の割断面２７、２９それぞれに設けられた誘電体多層膜４３、４４を更に備える。割断面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。

誘電体多層膜４３は、支持基体１７の一端面及び半導体領域１９の一端面上に設けられ、これらの端面は割断面２７を構成する。誘電体多層膜４３のための堆積物は、電極１５（パッド電極１８）の一端面上にも設けられる。また、誘電体多層膜４４は、支持基体１７の他端面及び半導体領域１９の他端面上に設けられ、これらの端面は割断面２９を構成する。誘電体多層膜４４のための堆積物は、電極１５（パッド電極１８）の他端面上に設けられる。

このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、電極１５はオーミック電極１６及びパッド電極１８を含む。このオーミック電極１６は絶縁膜３１の開口３１ａを介して半導体領域１９の第３領域１９ｄに接触を成す。一方、パッド電極１８は、半導体領域１９の第１〜第３領域１９ｂ〜１９ｄ上にそれぞれ設けられた第１、第２及び第３電極部１５ｂ〜１５ｄを含む。第１電極部１５ｂにおける第１アーム部１８ｂ＿ＡＲＭ１は、当該III族窒化物半導体レーザ素子１１おける第１の端面１９ｂの縁に到達する。これ故に、半導体領域１９における第３領域１９ｄに隣接する第１領域１９ｂにおいて、熱放散がパッド電極１８を介して可能になる。また、半導体領域１９においてレーザの主要動作を行う第３領域１９ｄは第１の割断面２７に到達する一方で、この第１の割断面２７の縁から第３電極部１５ｄが離れている。これ故に、第３領域１９ｄが到達する端部２７において、パッド電極１８の辺に起因する誘電体異常成長の影響が低減される。

また、パッド電極１８が割断面２７のリッジ構造の周囲に設けられるので、パッド電極１０のアーム部に働きによる放熱効果のため、レーザ端面及びその付近における温度上昇を防げる。これにより端面コート劣化やＣＯＤを抑制でき、レーザ素子の長寿命化が可能になる。

オーミック電極１６の厚さは例えば20ｎｍ〜100ｎｍ程度であり、パッド電極１８の厚さは例えば0.2μｍ〜1μｍ程度である。誘電体多層膜４３（誘電体多層膜４４も同様に）は、電極１５の端面上にも成長され、特にオーミック電極１６に比べて厚いパッド電極１８の端面に、誘電体多層膜の異常成長が生じやすい。このため、レーザ動作を行う光導波路を含む半導体領域１９内の部分領域１９ｄの直上に位置するオーミック電極１６上に、パッド電極１８を設けない。該領域１９ｄに隣接する半導体領域１９内の他の領域１９ｂ、１９ｃの少なくともいずれか一方上に、パッド電極１９のアーム部を設けている。このアーム部を介して、レーザ動作を行う光導波路を含む領域１９ｄにおいて発生される熱を放散される。

電極１５からの電流は、導波路軸に沿った半導体領域部分１９ｄにリッジ構造を介して案内される。リッジ構造が到達する端面の部分に位置合わせして、第３電極部１８ｄを設けることが好ましい。

パッド電極１８の一部に切り欠きがあり、リッジ部周囲でパッド電極１８が割断面２７、２９から離れている。反射率を上げるために酸化膜蒸着による端面コートを行う場合、平坦な半導体面上には平坦な誘電体多層膜が成長されるけれども、パッド電極１８上では三次元核成長になり平坦な膜が得られない。パッド電極１８の端面上に堆積される誘電体と平坦な誘電体多層膜部との品質差（結晶性、温度特性）により、コート膜のひび割れやはがれが起こり、素子動作の不良を引き起こす可能性を高める。本実施の形態のようなパッド電極を形成した場合、特に温度が上がりやすいリッジ部周辺で三次元核成長が抑制でき、コート膜品質が維持できる。

活性層２５は、波長５００ｎｍ以上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５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の発生に好適である。

このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、５００ｎｍ以上の発振波長を得るためには、活性層２５のＩｎＧａＮ層は０．２以上のインジウム組成を有することが必要となる。インジウム組成が増加すると、ＩｎＧａＮの格子定数が増大し、この結果、ＩｎＧａＮ層が格子ひずみを内包する。活性層２５及びその近傍の半導体層における応力が増大するとき、光共振器のための端面２７、２９を形成する際に割断において、該端面２７、２９が屈曲することがある。このような屈曲があると、パッド電極１８の端面において三次元角成長をきっかけとして、大きなエリアに異常成長が生じることがある。しかし、主要なレーザ動作を行う第３領域１９ｄではパッド電極１８の端面に起因する異常成長が低減されるので、光共振器のための端面２７、２９における上記のような屈曲が誘電体の異常成長にまで発展する可能性を低減できる。

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に対してゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。

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、本実施例では、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の反対側である。第１及び第２の割断面２７、２９は、第１の面１３ａの縁（エッジ）１３ｃから第２の面１３ｂの縁（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。

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。

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。

図２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。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では、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。このバンド構造を反映して、III族窒化物半導体レーザ素子１１におけるＬＥＤモードにおける光遷移には、２つのスペクトルが可能である。偏光度ρは（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）によって規定されるとき、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。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。

図２の（ａ）部に示されるように、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２の（ａ）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。

図３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の（ｂ）部を参照すると、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４３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が規定される。この角度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。ここで、ＢＥＴＡ^２＝（ＢＥＴＡ）_１ ^２＋（ＢＥＴＡ）_２ ^２である。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、図３において、代表的なｍ面Ｓ_Ｍと参照面Ｆ_Ａとの成す角度として示されている。代表的なｍ面Ｓ_Ｍが、理解を容易にするために、図３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_Ａ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）_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。

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。

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。

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。

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半極性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。

III族窒化物半導体レーザ素子１１では、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。

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を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図５の（ａ）部を参照すると、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。

工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図５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。

必要な場合は、半導体領域５３にリッジ構造を形成することができ、リッジ構造はストライプ形状を成す。これに従えば、引き続く工程では、リッジ構造を形成すると共に、パターン形成されたオーミック電極とパターン形成されたパッド電極を形成する。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。リッジ構造の形成から絶縁膜５４の形成までの工程は、リフトオフ法を適用できる。この後に、パターン形成されたオーミック電極とパターン形成されたパッド電極を形成する。具体的には、工程Ｓ１０４では、レーザ構造体５５上に、アノード電極５８及びカソード電極６０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５８が半導体領域５３上に形成されると共に、カソード電極６０が基板５１の裏面（研磨面）５１ｂ上に形成される。アノード電極５８はオーミック電極５８ａ及びパッド電極５８ｂを含み、オーミック電極５８ａは絶縁膜５４の開口５４ａを介して半導体領域５３のコンタクト層に接触を成す。パッド電極５８ｂ及びオーミック電極５８ａは絶縁膜５４上に形成される。アノード電極５８はＸ軸方向に延在し、カソード電極６０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。

オーミック電極５８ａは例えばＰｄ、Ｎｉ／Ａｕ等からなり、オーミック電極５８ａの形成には例えばリフトオフ法が適用される。パッド電極５８ｂは例えばＴｉ／Ａｕ等からなり、パッド電極５８ｂの形成には例えばフォトリソグラフィ法が適用される。図６は、基板生産物ＳＰのアノード電極の配列及びリッジストライプの配列を示す図面である。オーミック電極５８ａは、図６に示されるように、例えば所定の軸の方向に延在するストライプ形状を有する。パッド電極５８ｂは、図６に示されるように、所定の軸に交差する方向に配列された第１電極部ＡＮ１、第２の電極部ＡＮ２及び第３の電極部ＡＮ３を有する。第１電極部ＡＮ１及び第２電極部ＡＮ２は、所定の軸の方向に延在する。第３の電極部ＡＮ３は第１電極部ＡＮ１と第２電極部ＡＮ２との間に設けられる。第３の電極部ＡＮ３は、第１電極部ＡＮ１と第２電極部ＡＮ２との間に所定の間隔で配列される部分を有しており、この結果、第１電極部ＡＮ１と第２電極部ＡＮ２との間には開口が規定される。第１電極部ＡＮ１、第２の電極部ＡＮ２及び第３の電極部ＡＮ３はストライプ導電体を構成する。ストライプ導電体の間にはギャップＧＡＰが設けられる。ストライプ導電体は所定の軸の方向に延在する一方で、所定の軸の方向に交差する方向（交差方向）に間隔ＧＡＰで配列される。ストライプ導電体は所定の間隔で配列された開口を有する。交差方向には、個々のストライプ導電体の開口が配列され、この開口の配列方向に延在し割断位置を示すラインＢＲＥＡＫが規定される。所定の間隔は例えばレーザ共振器長に関連している。ストライプ導電体の開口のサイズは例えば幅２０μｍであり、長さ２０μｍである。

工程Ｓ１０５では、図５の（ｂ）部に示されるように、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５の（ｂ）部では、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。

工程Ｓ１０６では、図５の（ｃ）部に示されるように、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７０は、支持面７０ａと凹部７０ｂとを含み、凹部７０ｂは一方向に延在する。凹部７１ｂは、支持面７０ａ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７０の凹部７０ｂの延在方向に合わせて、基板生産物ＳＰ１を支持装置７０上において凹部７０ｂに位置決めする。凹部７０ｂ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。

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。基板生産物は図６に示されたラインＢＲＥＡＫで分離される。端面６７ａでは、レーザストライプを規定する半導体部分の直上では、パッド電極が端面６７ａに到達していない。また、端面６７ｂでは、レーザストライプを規定する半導体部分の直上では、パッド電極が端面６７ｂに到達していない。

この方法では、図５及び図６に示されるように、電極５８はオーミック電極５８ａ及びパッド電極５８ｂを含む。このオーミック電極５９ａは絶縁膜５４の開口５４ａを介して半導体領域の第３領域５３ｄに接触を成す。一方、パッド電極５８ｂは、半導体領域５３の第１、第２及び第３領域５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ上にそれぞれ設けられた第１、第２及び第３電極部５６ｂ、５６ｃ、５６ｄを含む。第１電極部５６ｂにおけるアーム部ＡＲＭは、当該III族窒化物半導体レーザ素子おける端面６７ａ（或いは端面６７ｂ）の縁に到達する。これ故に、半導体領域５３における第３領域５３ｄに隣接する第１領域５３ｂにおいて、熱放散がパッド電極５８を介して可能になる。また、半導体領域５３においてレーザの主要動作を行う第３領域５３ｄは第１の端面６７ａに到達し、この第１の端面６７ａの縁から第３電極部５６ｄが離れている。これ故に、第３領域５３ｄが到達する端部において、パッド電極５８ｂの辺に起因する誘電体異常成長の影響が低減される。

また、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。

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。

工程Ｓ１０８では、オフセット構造のパッド電極を有するレーザバー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。端面６７ａでは、レーザストライプを規定する半導体部分の直上では、パッド電極が端面６７ａに到達していないので、この半導体部分の直上ではパッド電極端面における異常成長の発生が低減される。この半導体部分の両側に設けられた半導体部分の各直上には、パッド電極５８ｂが端面６７ａに到達して、パッド電極５８ｂのアーム部ＡＲＭを構成する。これらのアーム部ＡＲＭは、レーザストライプを規定する半導体部分において発生された熱の放散に役立つ。また、端面６７ｂでは、レーザストライプを規定する半導体部分の直上では、パッド電極５８ｂが端面６７ｂに到達していない。この半導体部分の両側に設けられた半導体部分の各直上には、パッド電極５８ｂが端面６７ｂに到達して、パッド電極５８ｂのアーム部ＡＲＭを構成する。これらのアーム部ＡＲＭは、レーザストライプを規定する半導体部分において発生された熱の放散に役立つ。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。

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。

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。

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２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２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。

（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。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とき、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。

（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７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_３）、シラン（ＳｉＨ_４）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８の（ａ）部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。

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。摂氏９００度で、厚さ１１００ｎｍのｎ型（Ｓｉドープ）ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７２を基板７１上に成長し、Ｉｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１１である。摂氏１０００度で、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層７３ａを成長すると共に摂氏８７０度で厚さ１００ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７３ｂを成長した後に、３周期のＭＱＷ７４を成長した。ＧａＮ障壁層の成長温度は摂氏８４０度であり、ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は摂氏７４０度である。ＧａＮ障壁層の厚さは１０ｎｍである。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは３ｎｍであり、Ｉｎ組成は０．３０である。摂氏８７０度で厚さ１００ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７５ａを成長し、摂氏８９０度で厚さ２０ｎｍのｐ型（Ｍｇドープ）ＡｌＧａＮブロック層７６を成長する。摂氏８８０度で厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮガイド層７５ｂを成長した。摂氏８８０度で厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７を成長し、Ｉｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１１である。摂氏８８０度で、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層７８を成長した。

ＳｉＯ_２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。レーザストライプは、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）である。

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８０ｂを蒸着した。次いで、ダイヤモンドスラリーを用いてＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面を研磨し、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８０ｃを蒸着により形成した。

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。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。

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、図８の（ａ）部と図８の（ｂ）部は結晶方位と割断面との関係を示している。図８の（ａ）部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８の（ｂ）部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。

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によれば、端面顕著な凹凸は観察されない。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〜＋５度の範囲内であった。

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した。誘電体多層膜は、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２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。

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。

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の波長範囲内にある。

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、偏光度が正の場合に、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。

（実施例３）
実施例２の製造方法を用いてエピタキシャル基板を作製すると共に、ｐ側電極及びｎ側電極を形成する。ｐ側電極の形成では、２つの構造（Ａ）及び（Ｂ）を作製する。
構造（Ａ）では、本実施の形態において説明したように、パッド電極は２つのアーム部を有する（以下、「切り欠き有り構造」として参照する）。
構造（Ｂ）では、パッド電極の一辺は、全体に亘って、共振器のための端面に到達する（以下、「切り欠き無し構造」として参照する）。
これらの構造（Ａ）及び構造（Ｂ）の端面に、Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２の誘電体多層膜を成長した。一方側の端面の反射率は９０％であり、他方側の端面の反射率は８０％である。図９の（ａ）部は、構造（Ａ）の割断面上に成長した誘電体多層膜の走査型電子顕微鏡像を示し、図９の（ｂ）部は、構造（Ｂ）の割断面上に成長した誘電体多層膜の走査型電子顕微鏡像を示す。

構造（Ｂ）では、図１０に示されるように、割断面の半導体領域上に残るパッド電極の破断面上にも誘電体が成膜されており、この誘電体は成長異常を起こしている。成長異常の影響のため、レーザ導波路の端面において、意図した反射率の誘電体膜が得られない。

構造（Ａ）では、パッド電極のアーム部が割断面のエッジの一部に到達して電極端面を構成するけれども、構造（Ａ）において割断面のエッジに位置する電極端面が、構造（Ｂ）に比べて短い。これ故に、構造（Ａ）においては、誘電体多層膜の異常成長の発生頻度が低減される。構造（Ｂ）のレーザデバイスでは誘電体多層膜に異常成長が生じると、レーザ発振せず、誘電体多層膜の形成工程の後においては、構造（Ａ）のレーザデバイスに対して構造（Ｂ）の歩留りが５０％低下する。

構造（Ａ）及び構造（Ｂ）のレーザデバイスに、通電による寿命試験を行う。寿命試験の結果によれば、構造（Ａ）のレーザデバイスのデバイス寿命は、構造（Ｂ）のレーザデバイスの寿命に比べて２００％伸びる。

半極性と誘電体多層膜の異常成長とについて説明する。半極性主面を有する基板を用いて半導体レーザ素子を作製するとき、発明者らの知見によれば、レーザバーの形成の際に割断面に段差が形成される。この段差は、レーザ構造体に含まれる複数の半導体層の界面に沿ってその一部分に形成される。この段差が形成されると、導波路軸に対する垂直からの割断面のズレを抑えて、発振歩留りを向上させることができる。図１１は、ストライプ形状の電極ＳＴの端部付近におけるレーザ端面に拡大写真を示す。この端面における段差は、基板主面の延在する方向に沿った長さと、導波路軸の方向に沿った幅とによって規定される。段差の幅が８０ｎｍを超えるとき、電流注入による発熱が段差部分で生じて、図１１に示されるように、端面コートにひび割れが発生する。このようなレーザデバイスは動作しなくなる。しかしながら、レーザデバイスが、部分的にオフセットされている切り欠き有り構造のパッド電極を有するとき、構造（Ａ）は半極性基板で特に有利に働く。

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。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＣＯＤによる動作不良を低減できると共に放熱能力の低下も縮小できる構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。

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…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、４３、４４…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、５８…アノード電極、５８ａ…オーミック電極、５８ｂ…パッド電極、６０…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、７０…支持装置、７０ａ…支持面、７０ｂ…凹部。

Claims (17)

1. 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る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の上に設けられた半導体領域を含み、該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器のための第１及び第２の端面を有するレーザ構造体と、
   前記レーザ構造体の前記半導体領域の上に設けられた絶縁膜と、
   前記レーザ構造体の前記半導体領域及び前記絶縁膜の上に設けられた電極と、
   前記第１の端面および第２の端面の上に設けられた誘電体多層膜と、
   を備え、
   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、前記第１の端面から前記第２の端面への方向に延在する導波路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、
   前記半導体領域は、前記導波路軸の方向に延在する第１、第２及び第３領域を含み、
   前記第３領域は前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、
   前記半導体領域の前記第３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、
   前記絶縁膜は、前記半導体領域の前記第３領域の上に開口を有し、
   前記電極は、オーミック電極及びパッド電極を含み、
   前記オーミック電極は、前記絶縁膜の前記開口を介して前記半導体領域の前記第３領域に接触を成し、
   前記パッド電極は、前記半導体領域の前記第１、第２及び第３領域の上にそれぞれ設けられた第１、第２及び第３電極部を含み、
   前記第１電極部は第１アーム部を有し、
   前記第１アーム部は前記第１の端面の縁に到達すると共に、前記第３電極部は前記第１の端面の前記縁から離れている、III族窒化物半導体レーザ素子。
2. 前記角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上であり且つ８０度以下、又は、１００度以上であり且つ１３５度以下の範囲である、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
3. 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の端面は、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、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。
4. 前記角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上であり且つ８０度以下、又は、１００度以上であり且つ１１７度以下の範囲である、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。
5. 前記支持基体の厚さは４００μｍ以下である、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。
6. 前記支持基体の厚さは、５０μｍ以上１００μｍ以下である、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。
7. 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、前記法線軸に沿って配列されており、
   前記半導体領域の前記第３領域は、前記導波路軸にそって延在するリッジ構造を有する、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。
8. 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面である、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。
9. 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、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。
10. 前記支持基体は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなる、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。
11. 前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、
    前記活性層は、波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられた発光領域を含む、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。
12. 前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体の前記ｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜する、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。
13. 前記第１及び第２の端面の各々には、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III族窒化物半導体からなる支持基体のｍ軸に直交する参照面との成す角度は、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、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。
14. 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、請求項１３に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
15. 前記第２電極部は第２アーム部を有し、
    前記第２アーム部は前記第１の端面の縁に到達する、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。
16. 前記オーミック電極はＰｄを含む、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。
17. 前記第１の端面はへき開面とは異なる、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。