JP5670040B2 - Iii族窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
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角度ALPHA、値(μm)
65度、 11.8;
70度、 14.6;
75度、 19.3;
80度、 28.8。
上記の値は、5/sin(90−ALPHA)により計算される。
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の少なくとも発光層の端面には、半導体レーザに適用可能な程度の垂直性及び平坦性の共振ミラーを形成できると共に、これらの端面67a、67bにおける発光エリアの除く帯状のエリアには、スクライブ線に応じたへき開傷を形成できる。
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。
引き続く説明から理解されるように、この割断面は、レーザの共振器として適用できる程度の品質を有しているので、素子側面として純分に利用可能である。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。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。
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。
レーザダイオードの側面は、光共振器のための端面に求められるほど厳格な平坦性及び垂直性を必要しないので、上記の範囲よりも広い範囲の傾斜角においても、割断によりレーザダイオードの側面を形成できることが示される。
図11に示されたデータは以下のものである。
積層欠陥密度(cm−1)、歩留まり
500 80
1000 75
4000 70
8000 65
10000 20
50000 2。
レーザダイオードの側面は、光共振器のための端面に求められるほど厳格な平坦性及び垂直性を必要しないので、上記の範囲よりも広い範囲の積層欠陥密度においても、割断によりレーザダイオードの側面を形成できることが示される。
図12に示されたデータは以下のものである。
基板厚、歩留まり
48 10
80 65
90 70
110 45
150 48
200 30
400 20。
レーザダイオードの側面は、光共振器のための端面に求められるほど厳格な平坦性及び垂直性を必要しないので、上記の範囲よりも広い範囲においても、割断によりレーザダイオードの側面を形成できることが示される。
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素子の側面が形成された。これらの側面のための面方位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。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。
Claims (12)
- 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り半極性主面を有する支持基体と、
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と、
を備え、
前記支持基体及び前記半導体領域はレーザ構造体を構成し、
前記レーザ構造体は、第1及び第2の端面を有すると共に、前記第1の端面から前記第2の端面に延在するレーザ導波路を含み、
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の端面へ向かう導波路軸に交差する方向に前記法線軸に対して角度ALPHAで傾斜しており、
前記活性層は前記導波路軸に沿って延在する窒化ガリウム系半導体層を含み、
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第1及び第2の端面を含み、
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の端面は、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し、
前記第1の端面は、前記第1の端面のエッジに設けられたスクライブ線の向きに延在し、
前記第1の端面は、前記活性層からの光が出射される発光エリアを有し、
前記第1の端面はへき開面であり、また当該へき開面において前記スクライブ線から前記c軸の方向に延びるへき開傷を有し、前記へき開傷は、前記発光エリアと異なるエリアを通過する、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子。 - 前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた第1の電極を更に備え、
前記支持基体は、前記法線軸及び前記導波路軸に直交する軸の方向に順に設けられた第1〜第3の部分を有し、
前記レーザ導波路は前記第1の電極と前記支持基体の前記第2の部分との間に位置し、
前記へき開傷は、前記支持基体の前記第2の部分の端面に位置する、ことを特徴とする請求項1に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。 - 前記角度ALPHAは65度以上80度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
- 前記レーザ導波路の中心を規定する中心面は、前記第1及び第2の面に交差し、
前記スクライブ線の端部と前記中心面との間隔は20μm以上である、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III族窒化物半導体レーザ素子。 - 前記半導体領域の主面上に設けられた絶縁膜を更に備え、
前記半導体領域は第1及び第2の光ガイド層を更に含み、
前記第1の光ガイド層は前記支持基体と前記活性層との間に設けられ、
前記活性層は、前記第1の光ガイド層と前記第2の光ガイド層との間に設けられ、
前記活性層並びに前記第1及び第2の光ガイド層は発光層を構成し、
前記絶縁膜は、前記導波路軸の方向に延在するストライプ状の開口を有し、
前記へき開傷は、所定の領域を規定する境界と前記第1の端面との交差により規定される交差エリアから離れており、
前記所定の領域は、前記発光層の縁から5μm以内であり前記開口のストライプ幅で前記導波路軸に沿って延在する、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III族窒化物半導体レーザ素子。 - 前記支持基体は、所定の貫通転位密度より大きい第1の貫通転位密度を有する第1の領域と前記所定の貫通転位密度より小さい第2の貫通転位密度を有する第2の領域とを含み、
前記レーザ導波路は、前記支持基体の前記第2の領域上に設けられ、
前記スクライブ線は、前記支持基体の前記第1の領域上に設けられる、ことを特徴とする請求項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。 - 前記導波路軸の方向に延在し前記レーザ構造体の形状を規定する第1及び第2の側面を更に備え、
前記第1及び第2の側面の延在方向は、前記第1及び第2の端面の延在方向に交差し、
前記第1及び第2の側面の各々は、前記六方晶系III族窒化物半導体のa面、m面及びc面のへき開面の方向に延在する基準面に対して傾斜する、ことを特徴とする請求項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。 - 前記第1及び第2の側面の各々は割断面を含む、ことを特徴とする請求項7に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
- 前記導波路軸の方向に延在し前記レーザ構造体の形状を規定する第1及び第2の側面を更に備え、
前記第1及び第2の側面の各々は、前記六方晶系III族窒化物半導体のc軸、a軸又はm軸の方向に延在するへき開面を含む、ことを特徴とする請求項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。 - 前記c軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のa軸の方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項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。
- 前記c軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のm軸の方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項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。
- 前記第1の端面上に設けられた誘電体多層膜を更に備える、ことを特徴とする請求項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。
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