KR20120099138A - Ⅲ족 질화물 반도체 레이저 소자, 및 ⅲ족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법 - Google Patents

Ⅲ족 질화물 반도체 레이저 소자, 및 ⅲ족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법 Download PDF

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유스케 요시즈미
심페이 다카기
다카토시 이케가미
마사키 우에노
고지 가타야마
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

육방정계 III족 질화물의 c축이 m축의 방향으로 경사진 지지 기체의 반극성면상에 있어서, 피드백 광에 의한 교란의 저감을 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖는 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제공한다. 레이저 공진기가 되는 제1 및 제2 할단면(27, 29)이 m-n면에 교차한다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, 저임계치 전류를 가능하게 하는 밴드 천이의 발광을 이용하기 위해서, m-n면과 반극성면(17a)의 교차선의 방향으로 연장하는 레이저 도파로를 갖는다. 제1 및 제2 할단면(27, 29)은, 제1 면(13a)의 에지(13c)로부터 제2 면(13b)의 에지(13d)까지 연장된다. 할단면(27, 29)은, 드라이 에칭에 의해 형성되지 않고, c면, m면 또는 a면 등의 지금까지의 벽개면과는 상이하다. 각도 α는 각도 β와 상이하고, 각도 α와 각도 β의 차이가 0.1도 이상이다.

Description

Ⅲ족 질화물 반도체 레이저 소자, 및 Ⅲ족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법{GROUP-III NITRIDE SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT, AND METHOD OF MANUFACTURING GROUP-III NITRIDE SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT}
본 발명은, III족 질화물 반도체 레이저 소자, 및 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 레이저 장치가 기재되어 있다. {0001}면으로부터 [1-100]방향으로 등가인 방향을 향하여 28.1도로 경사진 면을 기판의 주면(主面)으로 하면, 2차 벽개면은, 주면 및 광공진기면의 양쪽에 대하여 수직인 {11-20}면이 되고, 레이저 장치는 직방체형이 된다.
특허문헌 2에는, 질화물 반도체 장치가 기재되어 있다. 벽개를 위한 기판의 이면을 연마하여 총 층두께를 100 ㎛ 정도로 박막화한다. 벽개면에 유전체 다층막을 퇴적한다.
특허문헌 3에는, 질화물계 화합물 반도체 소자가 기재되어 있다. 질화물계 화합물 반도체 소자에 이용하는 기판은, 3×106 ㎝- 2이하인 관통 전위 밀도의 질화물계 화합물 반도체로 이루어지고, 관통 전위 밀도가 면내에서 대략 균일하다.
특허문헌 4에는, 질화물계 반도체 레이저 소자가 기재되어 있다. 질화물계 반도체 레이저 소자에서는, 이하와 같이 벽개면을 형성한다. 반도체 레이저 소자층으로부터 n형 GaN 기판에 도달하도록 에칭 가공에 의해 형성된 오목부에 대하여, n형 GaN 기판의 공진기면의 에칭 가공시에 형성되는 볼록부를 피하면서, 레이저 스크라이버를 이용하여, 리지부가 연장되는 방향과 직교하는 방향에 파선형(약 40 ㎛ 간격)으로 스크라이브 홈을 형성한다. 그리고, 웨이퍼를, 스크라이브 홈의 위치에서 벽개한다. 또한, 이 때, 볼록부 등의 스크라이브 홈이 형성되어 있지 않은 영역은, 인접하는 스크라이브 홈을 기점으로 하여 벽개된다. 이 결과, 소자 분리면은, 각각, n형 GaN 기판의 (0001)면을 포함하는 벽개면으로서 형성된다.
특허문헌 5에는, 발광 소자가 기재되어 있다. 발광 소자에 따르면, 발광층에 있어서의 발광 효율을 손상하지 않고, 장파장의 발광을 용이하게 얻을 수 있다.
특허문헌 6에는, 질화물계 반도체 레이저가 기재되어 있다. 이 반도체 레이저에 있어서, 발광층을 갖는 질화물계 반도체 소자층이 기판의 주표면 상에 형성된다. 공진기면이, 질화물계 반도체 소자층의 발광층을 포함하는 영역의 단부에 형성되어 있고, 상기 기판의 주표면에 대하여 대략 수직인 방향으로 연장된다. 소자 분리면이 기판의 벽개면을 포함하고, 공진기면에 대하여 어떤 각도로 경사져 연장된다.
비특허문헌 1에는, 반극성 (10-11)면상에서, 도파로를 오프 방향으로 설치하여, 반응성 이온 에칭법으로 미러를 형성한 반도체 레이저가 기재되어 있다. 또한, 비특허문헌 2에는, 레이저 도파로의 각도에 대해서 기재되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2001-230497호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2005-353690호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2007-184353호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 제2009-081336호 공보 특허문헌 5 : 일본 특허 공개 제2008-235804호 공보 특허문헌 6 : 일본 특허 공개 제2009-081336호 공보
비특허문헌 1 : Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 46 No.19(2007) L444 비특허문헌 2 : III족 질화물 반도체, 1999년, 바이후칸, 264페이지, 아카사키 이사무 편저
질화갈륨계 반도체의 밴드 구조에 따르면, 레이저 발진 가능한 몇 개의 천이가 존재한다. 발명자의 지견에 따르면, c축이 m축의 방향으로 경사진 반극성면의 지지 기체를 이용하는 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, c축 및 m축에 의해서 규정되는 면을 따라서 레이저 도파로를 연장시킬 때, 임계치 전류를 낮출 수 있다고 생각하고 있다. 이 레이저 도파로의 방향에서는, 이들 중 천이 에너지(전도대 에너지와 가전자대 에너지와의 차)의 가장 작은 모드가 레이저 발진 가능해지고, 이 모드의 발진이 가능해질 때, 임계치 전류를 낮출 수 있다.
그러나, 이 레이저 도파로의 방향에서는, 공진기 미러 때문에, c면, a면 또는 m면이라는 종래의 벽개면을 이용할 수는 없다. 이 때문에, 공진기 미러의 제작을 위해, 반응성 이온 에칭(RIE)을 이용하여 반도체층의 드라이 에칭면을 형성하여 왔다. RIE법으로 형성된 공진기 미러는, 레이저 도파로에 대한 수직성, 드라이 에칭면의 평탄성 또는 이온 손상의 점에서 개선이 요구되고 있다. 또한, 현재의 기술 레벨에 있어서의 양호한 드라이 에칭면을 얻기 위한 프로세스 조건의 도출이 큰 부담이 된다.
c면을 이용하는 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 제작에 있어서는, 종래의 벽개면을 이용하여 공진기 미러를 형성할 때, 에피택셜면측의 박막상에 스크라이브 홈을 형성하고 기판의 이면으로의 블레이드의 압박에 의해 벽개면을 제작해 왔다. 발명자가 아는 한에 있어서, 지금까지, 상기한 반극성면상에 형성된 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서, c축의 경사 방향(오프 방향)으로 연장하는 레이저 도파로와 드라이 에칭을 이용하지 않고서 형성된 공진기 미러용 단부면과의 양쪽이 달성되어 있지 않다.
그러나, 이미 설명한 바와 같이, c축의 경사 방향(오프 방향)으로 연장하는 레이저 도파로의 방향에서는, 종래의 벽개면을 이용하여 공진기 미러를 제작할 수 없다. 발명자들의 지견에 따르면, c축이 m축의 방향으로 경사진 반극성면의 기판을 이용하는 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 벽개면과 상이한 단부면을 공진기 미러로서 이용할 수 있다. 본건의 출원인은, 광공진기를 위한 할단면을 포함한 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 관련된 특허 출원(일본 특허 출원 제2009-144442호)을 행하고 있다.
공진기 미러를 위해 벽개면과 상이한 단부면을 이용하는 반도체 레이저에서는, 반도체 레이저로의 피드백 광은, 반도체 레이저의 발진 특성에 크게 영향을 주어 반도체 레이저의 동작을 불안정하게 한다. 이 때문에, 질화물계 반도체 레이저를 모듈에서는, 광 아이솔레이터가 필요해진다. 광 아이솔레이터의 추가는 모듈의 비용을 상승시킨다. 또한, 질화물계 반도체 레이저로부터의 레이저광이 광부품(렌즈, 필터, 미러 등)을 통과할 때에도 피드백 광을 발생시킨다. 이들 피드백 광이 반도체 레이저의 도파로 내에 되돌아감에 따라 질화물계 반도체 레이저의 동작이 불안정해진다.
발명자들의 실험에 따르면, 피드백 광 중 대부분은, 활성층의 단부면(端面)이 아니라, 기판의 단부면을 개재하여 반도체 레이저 내에 입사한다. 기판 단부면에 되돌아가는 이 성분을 배제할 수 있으면, 질화물계 반도체 레이저에 있어서 피드백 광의 영향을 저감시킬 수 있다.
특허문헌 6에서는, 공진기 단부면을 드라이 에칭에 의해서 제작하고 기판의 벽개를 행하여 기판 단부면에 c면을 노출시키고 있다. 이 방법 및 구조는, 드라이 에칭과 벽개의 2개의 처리가 제작 공정에 있어서 필요해진다. 또한, 벽개면을 이용하기 때문에, 벽개면을 포함하는 기판 단부면의 각도는, 기판 단부면의 벽개면의 법선과 기판 주면의 법선에 이해 규정되는 평면에 있어서 규정된다.
본 발명의 목적은, 육방정계 III족 질화물의 c축으로부터 m축의 방향으로 경사진 지지 기체의 반(半)극성면 상에 있어서, 피드백 광에 의한 교란의 저감을 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖는 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제공하는 것에 있고, 또한 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, (a)육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면을 갖는 지지 기체, 및 상기 지지 기체의 상기 반극성 주면상에 설치된 반도체 영역을 포함하는 레이저 구조체와, (b)상기 레이저 구조체의 상기 반도체 영역상에 설치된 전극을 구비한다. 상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층 사이에 마련된 활성층을 포함하고, 상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있으며, 상기 활성층은 질화갈륨계 반도체층을 포함하고, 상기 지지 기체의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 유한한 각도(CALPHA)로 경사져 있고, 상기 레이저 구조체는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하는 제1 및 제2 할단면을 포함하며, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기는 상기 제1 및 제2 할단면을 포함하고, 상기 레이저 구조체는 제1 및 제2 면을 포함하며, 상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이고, 상기 제1 및 제2 할단면은, 상기 제1 면의 에지로부터 상기 제2 면의 에지까지 연장된다. 상기 법선축과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도는, 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위이며, 상기 레이저 구조체는, 상기 지지 기체의 상기 반극성 주면상에 연장하는 레이저 도파로를 포함하고, 상기 레이저 도파로는, 상기 제1 및 제2 할단면 중 한쪽에서 다른 쪽으로의 방향을 향하는 도파로 벡터의 방향으로 연장하며, 상기 제1 할단면은, 상기 m-n면에 직교하는 제1 평면 내에 있어서 상기 도파로 벡터에 직교하는 기준면에 대하여 각도 β로 경사져 있고, 상기 각도 β는, 상기 제1 할단면에 있어서의 상기 지지 기체의 단부면상에 있어서 규정되고, 상기 제1 할단면은, 상기 m-n면에 직교하는 제2 평면 내에 있어서 상기 기준면에 대하여 각도 α로 경사져 있으며, 상기 각도 α는, 상기 제1 할단면에 있어서의 상기 활성층의 단부면상에 있어서 규정되고, 상기 각도 α는 상기 각도 β와 상이하고, 상기 각도 α와 상기 각도 β와의 차이가 0.1도 이상이다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 레이저 공진기가 되는 제1 및 제2 할단면이, 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하기 때문에, m-n면과 반극성면의 교차선의 방향으로 연장되는 레이저 도파로를 마련할 수 있다. 또한, 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도로는, 압박에 의해 형성되는 단부면이 m면을 포함할 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도로는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
제1 할단면은 벽개면과 상이한 면이기 때문에, 이 할단면은 지지 기체의 단부면상에 있어서 상기의 기준면(도파로 벡터가 직교하는 면)에 대하여 각도 β로 경사지고, 활성층의 단부면상에 있어서 그 기준면에 대하여 각도 α로 경사진다. 또한, 이 할단면은, 평면에 가까운 면이라고 하기보다 각도 α와 각도 β와의 차이가 0.1도 이상인 곡면이다. 이 때문에, 상기의 할단면은, 상기의 기준면 내에 있어서 규정되는 각도에 관해서 경사지기 때문에, 이 할단면은, 할단면(활성층 단부면 및 기판 단부면)에 입사하는 피드백 광에 의한 교란의 영향을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 각도 β가 상기 각도 α보다 크다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 지지 기체의 단부면에 도달하여 기판 내에 입사하는 피드백 광의 양을 저감시킬 수 있고, 활성층의 단부면에 있어서의 각도 α를 작게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 도파로 벡터는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 a-n면의 법선 벡터와 0.1도 이상의 각도를 이루고 있을 수 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 레이저 도파로가 a-n면의 법선 벡터에 대하여 경사하기 때문에, 피드백 광의 교란에 의한 영향에 강해진다. 또한, 본 발명에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 각도 α는 0.5도 이하일 수 있다. 이 각도가 지나치게 클 때, 레이저 발진 특성이 저하된다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 지지 기체의 두께는 400 ㎛ 이하인 것이 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 레이저 공진기를 위한 양질인 할단면을 얻기 위해서 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 지지 기체의 두께는 50 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것이 더욱 좋다. 두께 50 ㎛ 이상이면, 핸들링이 용이해지고 생산 수율이 향상된다. 100 ㎛ 이하이면, 레이저 공진기를 위한 양질인 할단면을 얻기 위해서 더욱 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 활성층으로부터의 레이저광은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광하고 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서, 저임계치 전류를 실현할 수 있는 밴드 천이는 편광성을 갖는다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 LED 모드에 있어서의 광은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광 성분 I1과, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축을 주면에 투영한 방향으로 편광 성분 I2를 포함하고, 상기 편광 성분 I1은 상기 편광 성분 I2보다도 크다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, LED 모드에 있어서 큰 발광 강도의 모드의 광을, 레이저 공진기를 이용하여 레이저 발진시킬 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 법선축과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도는, 63도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 117도 이하의 범위인 것이 더욱 좋다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 63도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 117도 이하의 범위에서는, 압박에 의해 형성되는 단부면이, 기판 주면에 수직으로 가까운 면이 얻어질 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도로는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나인 것이 좋다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 이들 전형적인 반극성면에 있어서, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성 및 수직성의 제1 및 제2 단부면을 제공할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나의 반극성면으로부터, m면 방향으로 -4도 이상 +4도 이하의 범위의 미(微)경사를 갖는 면도 상기 주면으로서 양호하다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 이들 전형적인 반극성면으로부터의 미경사면에 있어서, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성 및 수직성의 제1 및 제2 단부면을 제공할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 지지 기체의 적층 결함 밀도는 1×104 ㎝-1 이하인 것이 좋다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 적층 결함 밀도가 1×104 ㎝-1 이하이기 때문에, 우발적인 사정에 의해 할단면의 평탄성 및/또는 수직성이 흐트러질 가능성이 낮다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 지지 기체는, GaN, AlGaN, AlN, InGaN 및 InAlGaN 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 이들 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 기판을 이용할 때, 공진기로서 이용 가능한 제1 및 제2 단부면을 얻을 수 있다. AlN 기판 또는 AlGaN 기판을 이용할 때, 편광도를 크게 할 수 있고, 또한 저굴절률에 의해 광 가둠을 강화할 수 있다. InGaN 기판을 이용할 때, 기판과 발광층의 격자 부정합률을 작게 할 수 있어, 결정 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 제1 및 제2 할단면 중 적어도 어느 한쪽에 설치된 유전체 다층막을 더 구비할 수 있다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서도, 할단면에도 단부면 코트를 적용할 수 있다. 단부면 코트에 의해 반사율을 조정할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 활성층은, 파장 360 ㎚ 이상 600 ㎚ 이하의 광을 발생하도록 마련된 양자 우물 구조를 포함할 수 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, 반극성면의 이용에 의해, LED 모드의 편광을 유효하게 이용한 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 얻을 수 있고, 저임계치 전류를 얻을 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 활성층은, 파장 430 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하의 광을 발생하도록 마련된 양자 우물 구조를 포함하는 것이 더욱 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, 반극성면의 이용에 의해, 피에조 전계의 저감과 발광층 영역의 결정 품질 향상에 의해서 양자 효율을 향상시키는 것이 가능해지고, 파장 430 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하의 광의 발생에 양호하다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 제1 및 제2 할단면의 각각에는, 상기 지지 기체의 단부면 및 상기 반도체 영역의 단부면이 나타나고 있고, 상기 반도체 영역의 상기 활성층에 있어서의 단부면과 상기 육방정계 질화물 반도체로 이루어지는 지지 기체의 m축에 직교하는 기준면이 이루는 각도는, 상기 III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면에 있어서 (CALPHA-5)도 이상 (CALPHA+5)도 이하의 범위의 각도를 이룬다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, c축 및 m축 중 한쪽으로부터 다른 쪽에 취해지는 각도에 대해서, 상기한 수직성을 만족하는 단부면을 갖는다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 각도는, 상기 제1 평면 및 상기 법선축에 직교하는 제2 평면에 있어서 -5도 이상 +5도 이하의 범위인 것이 좋다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, 반극성면의 법선축에 수직인 면에 있어서 규정되는 각도에 대해서, 상기한 수직성을 만족하는 단부면을 갖는다.
본 발명의 일측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 상기 전극은 정해진 축의 방향으로 연장하고 있고, 상기 제1 및 제2 할단면은 상기 정해진 축에 교차한다.
본 발명의 다른 측면은, III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, (a)육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면을 갖는 기판을 준비하는 공정과, (b)상기 반극성 주면상에 형성된 반도체 영역과 상기 기판을 포함하는 레이저 구조체, 애노드 전극, 및 캐소드 전극을 갖는 기판 생산물을 형성하는 공정과, (c)상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 상기 기판 생산물의 제1 면을 부분적으로 스크라이브하는 공정과, (d)상기 기판 생산물의 제2 면으로의 압박에 의해 상기 기판 생산물의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물 및 레이저 바를 형성하는 공정을 포함한다. 상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이며, 상기 반도체 영역은 상기 제2 면과 상기 기판의 사이에 위치하고, 상기 레이저 바는, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 연장하여 상기 분리에 의해 형성된 제1 및 제2 단부면을 갖고, 상기 제1 및 제2 단부면은 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성하며, 상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은, 상기 레이저 구조체상에 형성되고, 상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층 사이에 마련된 활성층을 포함하며, 상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있고, 상기 활성층은 질화갈륨계 반도체층을 포함하며, 상기 기판의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 유한한 각도(CALPHA)로 경사져 있고, 상기 제1 및 제2 단부면은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차한다. 상기 법선축과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도는, 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위이며, 상기 레이저 구조체는, 상기 기판의 상기 반극성 주면상에 연장하는 레이저 도파로를 포함하고, 상기 레이저 도파로는, 상기 제1 및 제2 단부면 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로의 방향을 향하는 도파로 벡터의 방향으로 연장하고, 상기 제1 단부면은, 상기 m-n면에 직교하는 제1 평면 내에 있어서 상기 도파로 벡터에 직교하는 기준면에 대하여 각도 β로 경사져 있고, 상기 각도 β는, 상기 제1 단부면에 있어서의 상기 기판의 단부면상에 있어 규정되고, 상기 제1 단부면은, 상기 m-n면에 직교하는 제2 평면 내에 있어서 상기 기준면에 대하여 각도 α로 경사져 있고, 상기 각도 α는, 상기 제1 단부면에 있어서의 상기 활성층의 단부면상에 있어서 규정되며, 상기 각도 α는 상기 각도 β와 상이하고, 상기 각도 α 및 상기 각도 β는 동일한 부호를 가지며, 상기 각도 α와 상기 각도 β의 차이가 0.1도 이상이다.
이 방법에 따르면, 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 기판 생산물의 제1 면을 스크라이브한 후에, 기판 생산물의 제2 면으로의 압박에 의해 기판 생산물의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물 및 레이저 바를 형성한다. 이 때문에, 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축과 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하도록, 레이저 바에 제1 및 제2 단부면이 형성된다. 이 단부면 형성에 따르면, 제1 및 제2 단부면에 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성, 수직성 또는 이온 손상이 없는 공진 미러면이 제공된다.
또한, 이 방법에서는, 레이저 도파로는, 육방정계 III족 질화물의 c축의 경사의 방향으로 연장하고 있고, 이 레이저 도파로를 제공할 수 있는 공진기 미러 단부면을 드라이 에칭면을 이용하지 않고서 형성하고 있다.
제1 할단면은 벽개면과 상이한 면이기 때문에, 이 할단면은 지지 기체의 단부면상에 있어서 상기의 기준면(도파로 벡터가 직교하는 면)에 대하여 각도 β로 경사지고, 활성층의 단부면상에 있어서 그 기준면에 대하여 각도 α로 경사진다. 또한, 이 할단면은, 평면에 가까운 면이라고 하기 보다 각도 α와 각도 β의 차이가 0.1도 이상인 곡면이다. 이 때문에, 상기의 할단면은, 상기의 기준면 내에 있어서 규정되는 각도에 관해서 경사지기 때문에, 이 할단면은, 할단면(활성층 단부면 및 기판 단부면)에 입사하는 피드백 광에 의한 교란의 영향을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 각도 β가 상기 각도 α보다 크다. 이 방법에 따르면, 지지 기체의 단부면에 도달하여 기판 내에 입사하는 피드백 광의 양을 저감시킬 수 있고, 활성층의 단부면에 있어서의 각도 α를 작게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 도파로 벡터는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 a-n면의 법선 벡터와 0.1도 이상의 각도를 이루고 있을 수 있다. 이 방법에 따르면, 레이저 도파로가 a-n면의 법선 벡터에 대하여 경사지기 때문에, 피드백 광의 교란에 따른 영향에 강해진다. 또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 각도 α는 0.5도 이하일 수 있다. 이 각도가 지나치게 클 때, 레이저 발진 특성이 저하된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 기판 생산물을 형성하는 상기 공정에 있어서, 상기 기판은, 상기 기판의 두께가 400 ㎛ 이하가 되도록 슬라이스 또는 연삭이라는 가공이 실시되고, 상기 제2 면은 상기 가공에 의해 형성된 가공면일 수 있다. 혹은, 상기 가공면상에 형성된 전극을 포함하는 면일 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 방법에서는, 상기 기판 생산물을 형성하는 상기 공정에 있어서, 상기 기판은, 상기 기판의 두께가 50 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하가 되도록 연마되고, 상기 제2 면은 상기 연마에 의해 형성된 연마면일 수 있다. 혹은, 상기 연마면상에 형성된 전극을 포함하는 면일 수 있다.
이러한 두께의 기판에서는, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성, 수직성 또는 이온 손상이 없는 제1 및 제2 단부면을 수율좋게 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 각도(CALPHA)는, 45도 이상 80도 이하 및 100도 이상 135도 이하의 범위일 수 있다. 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도로는, 압박에 의해 형성되는 단부면이 m면으로 이루어질 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도로는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않는다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 각도(CALPHA)는, 63도 이상 80도 이하 및 100도 이상 117도 이하의 범위인 것이 더욱 좋다. 63도 미만 및 117도를 초과하는 각도로는, 압박에 의해 형성되는 단부면의 일부에, m면이 출현할 가능성이 있다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도로는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않는다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 방법에서는, 상기 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나인 것이 좋다.
이들 전형적인 반극성면에 있어서도, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성, 수직성 또는 이온 손상이 없는 제1 및 제2 단부면을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나의 반극성면으로부터, m면 방향으로 -4도 이상 +4도 이하의 범위의 미경사를 갖는 면도 상기 주면으로서 양호하다.
이들 전형적인 반극성면으로부터의 미경사면에 있어서도, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성, 수직성 또는 이온 손상이 없는 제1 및 제2 단부면을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 스크라이브는, 레이저 스크라이버를 이용하여 행해지고, 상기 스크라이브에 의해 스크라이브 홈이 형성되며, 상기 스크라이브 홈의 길이는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 a-n면과 상기 제1 면의 교차선의 길이보다도 짧다.
이 방법에 따르면, 기판 생산물의 할단에 의해, 별도의 기판 생산물 및 레이저 바가 형성된다. 이 할단은, 레이저 바의 할단선에 비교하여 짧은 스크라이브 홈을 이용하여 야기된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 제1 및 제2 단부면의 각각에 있어서의 상기 활성층의 단부면은, 상기 육방정계 질화물 반도체로 이루어지는 지지 기체의 m축에 직교하는 기준면에 대하여, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 평면에 있어서 (CALPHA-5)도 이상 (CALPHA+5)도 이하의 범위의 각도를 이룰 수 있다.
이 방법에 따르면, c축 및 m축 중 한쪽으로부터 다른 쪽에 취해지는 각도에 관해서, 상기의 수직성을 갖는 단부면을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 방법에서는, 상기 기판은, GaN, AlN, AlGaN, InGaN 및 InAlGaN 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이 방법에 따르면, 이들 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 기판을 이용할 때, 공진기로서 이용 가능한 제1 및 제2 단부면을 얻을 수 있다.
본 발명의 상기의 목적 및 다른 목적, 특징, 및 이점은, 첨부 도면을 참조하여 진행되는 본 발명의 적합한 실시 형태의 이하의 상세한 기술로부터, 보다 용이하게 밝혀진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 육방정계 III족 질화물의 c축이 m축의 방향으로 경사진 지지 기체의 반극성면상에 있어서, 피드백 광에 의한 교란의 저감을 가능하게 할 수 있는 것 외에, 저임계치 전류를 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖는 III족 질화물 반도체 레이저 소자가 제공되고, 또한, 본 발명에 따르면, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법이 제공된다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 할단면의 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은, III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 활성층에 있어서의 밴드 구조를 도시한 도면이다.
도 4는, III족 질화물 반도체 레이저 소자의 활성층에 있어서의 발광의 편광을 도시한 도면이다.
도 5는, III족 질화물 반도체 레이저 소자의 단부면과 활성층의 m면의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은, 본 실시 형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법의 주요한 공정을 도시한 공정 플로우도이다.
도 7은, 본 실시 형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법의 주요한 공정을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 8은, 결정 격자에 있어서의 {20-21}면을 도시하고, 공진기 단부면의 주사형 전자 현미경 이미지를 도시한 도면이다.
도 9는, 실시예 1에 표시된 레이저 다이오드의 구조를 도시한 도면이다.
도 10은, 구한 편광도 ρ와 임계치 전류 밀도의 관계를 도시한 도면이다.
도 11은, GaN 기판의 m축 방향으로의 c축의 경사각과 발진 수율의 관계를 도시한 도면이다.
도 12는, 적층 결함 밀도와 발진 수율의 관계를 도시한 도면이다.
도 13은, 기판 두께와 발진 수율의 관계를 도시한 도면이다.
도 14는, (20-21)면과 다른 면방위(지수)가 이루는 각도를 도시한 도면이다.
도 15는, 리지 구조를 갖는 인덱스 가이드 레이저의 구조를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 16은, 할단을 행하는 장치 및 할단면을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 17은, III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서, 단부면의 경사에 따라서 상이한 피드백 광의 영향을 도시한 도면이다.
도 18은, 본 실시 형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자로의 피드백 광의 영향을 도시한 도면이다.
도 19는, 단부면에 있어서의 어긋남 각도 α와 피드백 광의 왕복 횟수의 관계를 도시한 도면이다.
도 20은, 기판의 두께 T, 각도 θ, 반도체 칩 폭 W를 설정했을 때에 얻어지는, 각도 θ와 단부면에 있어서의 어긋남 각도 α 및 β의 관계를 도시한 도면이다.
도 21은, 본 실시 형태에 따른 할단면의 형성 과정을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 22는, (20-21)면과 (-101-6)면 및 (-1016)면에 있어서의 원자 배치를 도시한 도면이다.
도 23은, (20-21)면과 (-101-7)면 및 (-1017)면에서의 원자 배치를 도시한 도면이다.
도 24는, (20-21)면과 (-101-8)면 및 (-1018)면에서의 원자 배치를 도시한 도면이다.
본 발명의 지견은, 예시로서 도시된 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 기술을 고려함으로써 용이하게 이해할 수 있다. 이어, 첨부 도면을 참조하면서, III족 질화물 반도체 레이저 소자, 및 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법에 따른 실시 형태를 설명한다. 가능한 경우에는, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙인다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, 이득 가이드형의 구조를 갖지만, 본 실시 형태는, 이득 가이드형의 구조에 한정되는 것이 아니다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, 레이저 구조체(13) 및 전극(15)을 구비한다. 레이저 구조체(13)는, 지지 기체(17) 및 반도체 영역(19)을 포함한다. 지지 기체(17)는, 육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고, 또한 반극성 주면(17a) 및 이면(17b)을 갖는다. 반도체 영역(19)은, 지지 기체(17)의 반극성 주면(17a) 상에 마련되어 있다. 전극(15)은, 레이저 구조체(13)의 반도체 영역(19) 상에 마련된다. 반도체 영역(19)은, 제1 클래드층(21)과, 제2 클래드층(23)과, 활성층(25)을 포함한다. 제1 클래드층(21)은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지고, 예컨대 n형 AlGaN, n형 InAlGaN 등으로 이루어진다. 제2 클래드층(23)은, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지고, 예컨대 p형 AlGaN, p형 InAlGaN 등으로 이루어진다. 활성층(25)은, 제1 클래드층(21)과 제2 클래드층(23) 사이에 마련된다. 활성층(25)은 질화갈륨계 반도체층을 포함하고, 이 질화갈륨계 반도체층은, 예컨대 우물층(25a)이다. 활성층(25)은 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 장벽층(25b)을 포함하고, 우물층(25a) 및 장벽층(25b)은 교대로 배열되어 있다. 우물층(25a)은, 예컨대 InGaN 등으로 이루어지고, 장벽층(25b)은, 예컨대 GaN, InGaN 등으로 이루어진다. 활성층(25)은, 파장 360 ㎚ 이상 600 ㎚ 이하의 광을 발생하도록 마련된 양자 우물 구조를 포함할 수 있다. 반극성면의 이용에 의해, 파장 430 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하의 광의 발생에 좋다. 제1 클래드층(21), 제2 클래드층(23) 및 활성층(25)은, 반극성 주면(17a)의 법선축(NX)을 따라서 배열되어 있다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 레이저 구조체(13)는, 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 법선축(NX)에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하는 제1 할단면(27) 및 제2 할단면(29)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 직교 좌표계 S 및 결정 좌표계 CR이 그려져 있다. 법선축(NX)는 직교 좌표계 S의 Z축의 방향을 향한다. 반극성 주면(17a)은, 직교 좌표계 S의 X축 및 Y축에 의해 규정되는 정해진 평면에 평행하게 연장된다. 또한, 도 1에는, 대표적인 c면(Sc)이 그려져 있다. 지지 기체(17)의 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 법선축(NX)에 대하여 유한한 각도(CALPHA)로 경사져 있다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, 절연막(31)을 더 구비한다. 절연막(31)은 레이저 구조체(13)의 반도체 영역(19)의 표면(19a)을 덮고 있고, 반도체 영역(19)은 절연막(31)과 지지 기체(17) 사이에 위치한다. 지지 기체(17)는 육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어진다. 절연막(31)은 개구(31a)를 갖고, 개구(31a)는 반도체 영역(19)의 표면(19a)과 상기의 m-n면의 교차선 LIX의 방향으로 연장되고, 예컨대 스트라이프형상을 이룬다. 전극(15)은, 개구(31a)를 개재하여 반도체 영역(19)의 표면(19a)(예컨대 제2 도전형의 컨택트층(33))에 접촉을 이루고 있고, 상기한 교차선 LIX의 방향으로 연장된다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 레이저 도파로는, 제1 클래드층(21), 제2 클래드층(23) 및 활성층(25)을 포함하고, 또한 상기한 교차선 LIX의 방향으로 연장된다. 예컨대, 게인 가이드형 레이저에서는, 절연막(31)의 개구(31a)는, 예컨대 스트라이프형상을 갖고 있고, 레이저 도파로의 방향은, 이 스트라이프 개구의 연장 방향으로 향한다. 또한, 리지형 레이저에서는, 레이저 구조체(13)의 반도체 영역(19)은 리지 구조를 갖고 있고, 레이저 도파로의 방향은, 이 리지 구조의 연장 방향을 향한다. 도파로 벡터 LGV는 레이저 도파로의 방향을 도시한다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 제1 할단면(27) 및 제2 할단면(29)은, 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 법선축(NX)에 의해서 규정되는 m-n면에 교차한다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 레이저 공진기는 제1 및 제2 할단면(27, 29)을 포함하고, 제1 할단면(27) 및 제2 할단면(29) 중 한쪽으로부터 다른쪽에, 레이저 도파로가 연장되어 있다. 레이저 구조체(13)는 제1 면(13a) 및 제2 면(13b)을 포함하고, 제1 면(13a)은 제2 면(13b)의 반대측의 면이다. 제1 및 제2 할단면(27, 29)은, 제1 면(13a)의 에지(13c)로부터 제2 면(13b)의 에지(13d)까지 연장된다. 제1 및 제2 할단면(27, 29)은, c면, m면 또는 a면이라는 지금까지의 벽개면과는 상이하다. 도 1에서는, 도면을 번잡하게 하는 것을 피하기 위해서 할단면(27)의 형상을 단순화하여 그리고 있다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에 따르면, 레이저 공진기를 구성하는 제1 및 제2 할단면(27, 29)이 m-n면에 교차한다. 이 때문에, m-n면과 반극성면(17a)의 교차선의 방향으로 연장하는 레이저 도파로를 마련할 수 있다. 이 때문에, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, 저임계치 전류를 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖게 된다.
이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 법선축(NX)과 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도(CALPHA)는, 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위이며, 레이저 구조체(13)는, 지지 기체(17)의 반극성 주면(17a) 상에 연장하는 레이저 도파로를 포함한다. 이 레이저 도파로는, 제1 및 제2 할단면(27, 29) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로의 방향을 향하는 도파로 벡터 LGV의 방향으로 연장된다.
도 2는, 할단면의 형상의 일례를 도시한 도면이다. 도 2에 있어서, 도면을 복잡하게 하는 것을 피하기 위해서, 스크라이브 흔적은 그려져 있지 않다. 또한, 각도 α, β의 크기의 관계를 도시하기 위해서, 도 2의 (a)부?도 2의 (c)부에 도시된 단면에 있어서 할단면을 도시하는 선은 직선으로서 그려지고 있지만, 실제의 할단면에서는 직선이라고는 제한하지 않는다. 도 2의 (a)부는, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)를 도시하는 단면도이다. 도 2의 (b)부는, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 활성층을 도시하는 단면도이다. 도 2의 (c)부는, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 이면을 도시하는 평면도이다. 도 2의 (a)부의 단면도는, 도 2의 (c)부에 표시된 II-II선을 따라서 취해지고 있다. 도 2의 (b)부의 단면도는, 도 2의 (a)부에 표시된 I-I선을 따라서 취해지고 있다. 도 2의 (a)부를 참조하면, 할단면(27)은 a-n면에 대하여 각도 θ로 경사져 있다. 도 2의 (b)부를 참조하면, 할단면(27)은 a-n면에 대하여 각도 α로 경사져 있다. 도 2의 (c)부를 참조하면, 할단면(27)은 a-n면에 대하여 각도 β로 경사져 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 할단면은 경사져 있다. 각도 α 및 각도 β는 동일한 부호를 갖는다. 제1 할단면(27)은 벽개면과 상이한 면이기 때문에, 이 할단면(27)은 지지 기체(17)의 단부면상에 있어서 각도 β로 경사지고, 활성층의 단부면상에 있어서 각도 α로 경사진다. 또한, 할단면(27)은, 전체로서는 a-n면에 대하여 경사져 있다. 또한, 할단면(27)은, 평면에 가까운 면이라고 하기 보다도 각도 α와 각도 β의 차이가 0.1도 이상인 곡면이다. 할단면(27)은, 상기한 기준면 내에 있어서 규정되는 각도 α, β에 관해서 경사지기 때문에, 이 할단면(27)은, 할단면(예컨대 활성층 단부면 및 기판 단부면)에 입사하는 피드백 광에 의한 교란의 영향을 저감시킬 수 있다. 각도 α는, 예컨대 0도보다 크고, 또한 각도 α는, 예컨대 0.5도 이하이다. 각도 β는, 예컨대 0도보다 크고, 또한 각도 β는, 예컨대 5도 이하이다.
다시 도 1을 참조하면, 레이저 구조체(13)의 지지 기체(17)은, 한쪽의 할단면(예컨대 제1 할단면(27))에 마련된 오목부를 갖는다. 도 1에는, 예시로서의 형상을 갖는 오목부(28, 30)가 표시되어 있다. 오목부(28, 30)는 지지 기체(17)의 이면(17b)로부터 연장된다. 오목부(28, 30)는, 제1 면(13a)의 에지(13c)의 일부분에 마련된다. 그리고, 오목부(28, 30)의 종단(28a, 30a)은 제2 면(13b)의 에지(13d)로부터 격치(隔置)되어 있다.
오목부(28, 30)는, 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축 및 법선축(NX)에 의해서 규정되는 a-n면을 따라서 연장한다. 이 때문에, 보다 우수한 평탄성이, 할단면(27)에 노출되는 활성층 단부면에 제공된다. 오목부(28, 30)는, 할단 전의 스크라이브 홈에 대응하고 있고, 이 때문에 스크라이브 흔적이다. 오목부(28)은, 측면(20b)으로부터 a-n면을 따라서 연장된다. 오목부(28)은 측면(20b)에서의 일단에 위치한다. 오목부(30)는, 측면(20a)으로부터 a-n면을 따라서 연장한다. 오목부(30)는 측면(20a)에서의 일단에 위치한다. 이와 같이 지지 기체(17)의 이면(17b)에 스크라이브 흔적이 마련되어 있기 때문에, 스크라이브 홈은 기판 이면(17b)에 마련된다. 기판 이면과 반대측인 박막측으로의 블레이드의 압박에 의해 브레이크를 야기할 수 있게 된다. 이렇게 마련되는 할단면은, 광공진기를 위한 단부면으로서 이용 가능할 정도로 우수한 평탄성, 수직성을 갖는다.
오목부(28, 30)는 스크라이브 홈에 관련된다. 공진기를 위한 할단면을 레이저 구조체(13)에 제공하기 위해서, 스크라이브 홈은, 할단이 진행하는 방향을 가이드하기 때문에 도움이 된다. 스크라이브 홈이 기판(지지 기체(17))의 이면에 형성되고 레이저 구조체(13)의 제2 면(13b)에 압박이 행해진다. 할단을 위한 압박력이, 스크라이브 홈의 배열에 맞춰 제2 면(에피택셜면)(13b)에 가해지기 때문에, 제2 면(13b)의 에지(13d)는, 제1 면(13a)의 에지(13c)에 비교해서, 스크라이브 홈의 배열 라인 및 a-n면의 가까이에 형성되고, 배열 라인(a-n면)으로부터의 어긋남은 작다. 한편, 제1 면(13a)의 에지(13c)도, 동일하게, 스크라이브 홈의 배열 라인을 따라서 형성되지만, 이 에지(13c)는, 제2 면(13b)의 에지(13c)에 비교해서, 배열 라인(a-n면)으로부터의 어긋남이 크다. 할단면(27)은, 에지(13c, 13d) 및 오목부(28, 30)의 에지를 잇는 면을 포함한다. 에지(13d)와 오목부(28)의 에지 사이에 할단면의 일부분이 연장된다. 에지(13d)와 오목부(30)의 에지 사이에 할단면의 일부분이 연장된다. 오목부(28, 30)의 에지의 사이에 할단면의 일부분이 연장된다.
할단면(27)과 m-n면의 교차선(할단면(27)상에 있어서 제2 면(13b)의 에지(13d)의 일점으로부터 제1 면(13a)의 에지(13c)의 일점까지 주면(17a)에 직교하 도록 규정되는 라인)과 a-n면의 간격(X축 방향으로 규정되는 거리)은, 에지(13d)로부터 에지(13c)의 방향으로 증가한다. 바꾸어 말하면, 에지(13c) 상의 일점(예컨대 어떤 Y 좌표 Y1)과 에지(13d) 상의 일점(Y 좌표 Y1)을 연결하는 선분은 a-n면에 대하여 경사져 있다. 이 선분상의 일점과 그 일점으로부터 a-n면으로의 수선의 발의 거리(수선의 길이)는, Z축의 마이너스의 방향을 향해서 증가한다. 또한, 상기의 Y 좌표 Y1이, 스크라이브 흔적(28)의 측 가장자리(28b) 근방의 위치, 스크라이브 흔적(30)의 측 가장자리(30b) 근방의 위치, 및 측 가장자리(28b)와 측 가장자리(30b)의 센터의 위치에 있을 때, 3개의 선분이 규정된다. 이들 선분은 평행이 아니라, 에지(13d) 상에 있어서, 이들 3선분에 있어서의 상기한 거리(수선의 길이)는, 예컨대 측면(20a) 및 측면(20b) 중 한쪽으로부터 다른 쪽을 향해서 증가한다. 또한, 에지(13c) 상에 있어서, 이들 3점에서의 상기의 거리(수선의 길이)는, 동일한 Z 좌표에 있어서, 예컨대 측면(20a) 및 측면(20b) 중 한쪽으로부터 다른 쪽을 향해서 증가한다. 이 증가의 방향이 할단의 진행 방향에 대응한다.
오목부(28, 30)의 측 가장자리(28b, 30b)는, 절연막(31)의 개구(31a) 및 활성층(25)의 발광 영역을 통과하고 법선축(NX)의 방향으로 규정되는 기준면으로부터 격치되어 있다.
본 실시예에서는, 레이저 구조체(13)의 지지 기체(17)는, 다른 쪽의 할단면(예컨대 제2 할단면(29))에 마련되어 스크라이브 홈에 대응하는 오목부(32)를 가질 수 있다. 오목부(32)는, 예컨대 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 측면(20a)을 따라서 연장된다. 오목부(32)도 오목부(30)와 동일하게 스크라이브 흔적을 포함한다. 오목부(32)도, 예컨대 오목부(30)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 오목부(32)도, 오목부(30)와 동일하게 a-n면을 따라서 연장된다.
스크라이브 홈은, 할단이 진행하는 방향을 가이드하기 때문에 도움이 된다. 예컨대 지지 기체(17)의 두께가 스크라이브 홈의 깊이에 비교해서 얇은 경우에는, 오목부(30, 32)는 반도체 영역(19)에 도달하는 일이 있다. 할단면(29)도, 할단면(27)과 동일한 형상을 가질 수 있다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, n측 광가이드층(35) 및 p측 광가이드층(37)을 포함한다. n측 광가이드층(35)은, 제1 부분(35a) 및 제2 부분(35b)을 포함하고, n측 광가이드층(35)은, 예컨대 GaN, InGaN 등으로 이루어진다. p측 광가이드층(37)은, 제1 부분(37a) 및 제2 부분(37b)을 포함하고, p측 광가이드층(37)은, 예컨대 GaN, InGaN 등으로 이루어진다. 캐리어 블록층(39)은, 예컨대 제1 부분(37a)과 제2 부분(37b) 사이에 마련된다. 지지 기체(17)의 이면(17b)에는 별도의 전극(41)이 마련되고, 전극(41)은, 예컨대 지지 기체(17)의 이면(17b)을 덮고 있다.
도 3은, III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 활성층에 있어서의 밴드 구조를 도시한 도면이다. 도 4는, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 활성층(25)에 있어서의 발광의 편광을 도시한 도면이다. 도 5는, c축 및 m축에 의해서 규정되는 단면을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 3의 (a)부를 참조하면, 밴드 구조 BAND의 Γ점 근방에서는, 전도대와 가전자대 사이의 가능한 천이는, 3개 있다. A 밴드 및 B 밴드는 비교적 작은 에너지차이다. 전도대와 A 밴드의 천이(Ea)에 의한 발광은 a축 방향으로 편광하고 있고, 전도대와 B 밴드의 천이(Eb)에 의한 발광은 c축을 주면에 투영한 방향으로 편광하고 있다. 레이저 발진에 관해서, 천이(Ea)의 경계치는 천이(Eb)의 경계치보다도 작다.
도 3의 (b)부를 참조하면, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에 있어서의 LED 모드에 있어서의 광의 스펙트럼이 도시되어 있다. LED 모드에 있어서의 광은, 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향의 편광 성분 I1과, 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축을 주면에 투영한 방향의 편광 성분 I2를 포함하고, 편광 성분 I1는 편광 성분 I2보다도 크다. 편광도 ρ는 (I1-I2)/(I1+I2)에 의해서 규정된다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 레이저 공진기를 이용하여, LED 모드에 있어서 큰 발광 강도의 모드의 광을 레이저 발진시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 할단면(27, 29) 중 적어도 한쪽, 또는 각각에 마련된 유전체 다층막(43a, 43b)을 더 구비할 수 있다. 할단면(27, 29)에도 단부면 코트를 적용할 수 있다. 단부면 코트에 의해 반사율을 조정할 수 있다.
도 4의 (b)부에 도시된 바와 같이, 활성층(25)으로부터의 레이저광 L은 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광하고 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에 있어서, 저임계치 전류를 실현할 수 있는 밴드 천이는 편광성을 갖는다. 레이저 공진기를 위한 제1 및 제2 할단면(27, 29)은, c면, m면 또는 a면이라는 지금까지의 벽개면과는 상이하다. 그러나, 제1 및 제2 할단면(27, 29)은 공진기를 위한, 미러로서의 평탄성, 수직성을 갖는다. 이 때문에, 제1 및 제2 할단면(27, 29)과 이들 할단면(27, 29) 사이에 연장되는 레이저 도파로를 이용하여, 도 4의 (b)부에 도시된 바와 같이, c축을 주면에 투영한 방향으로 편광하는 천이(Eb)의 발광보다도 강한 천이(Ea)의 발광을 이용하여 저임계치의 레이저 발진이 가능해진다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 제1 및 제2 할단면(27, 29)의 각각에는, 지지 기체(17)의 단부면(17c) 및 반도체 영역(19)의 단부면(19c)이 나타나고 있고, 단부면(17c) 및 단부면(19c)은 유전체 다층막(43a)으로 덮어져 있다. 지지 기체(17)의 단부면(17c) 및 활성층(25)에 있어서의 단부면(25c)의 법선 벡터(NA)와 활성층(25)의 m축 벡터(MA)가 이루는 각도(GAMMA)는, III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 평면 S1에 있어서 규정되는 성분(GAMMA)1과, 평면 S1 및 법선축(NX)에 직교하는 평면 S2에 있어서 규정되는 성분(GAMMA)2에 의해 규정된다. 성분(GAMMA)1은, III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 평면 S1에 있어서 (CALPHA-5)도 이상 (CALPHA+5)도 이하의 범위인 것이 좋다. 이 각도 범위는, 도 5에 있어서, 대표적인 m면 SM과 참조면 FA가 이루는 각도로서 도시되어 있다. 대표적인 m면 SM이, 이해를 쉽게 하기 위해서, 도 5에 있어서, 레이저 구조체의 내측으로부터 외측에 걸쳐 그려져 있다. 참조면 FA는, 활성층(25)의 단부면(25c)을 따라서 연장된다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, c축 및 m축 중 한쪽으로부터 다른 쪽에 취해지는 각도(GAMMA)에 관해서, 상기의 수직성을 만족하는 단부면을 갖는다. 또한, 성분(GAMMA)2는 평면 S2에 있어서 -5도 이상 +5도 이하의 범위인 것이 좋다. 여기서, GAMMA2=(GAMMA)1 2+(GAMMA)2 2이다. 이 때, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 단부면(27, 29)은, 반극성면(17a)의 법선축(NX)에 수직한 면에 있어서 규정되는 각도에 관해서 상기한 수직성을 만족한다.
다시 도 1을 참조하면, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 지지 기체(17)의 두께(DSUB)는 400 ㎛ 이하인 것이 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 레이저 공진기를 위한 양질인 할단면을 얻기 위해서 양호하다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 지지 기체(17)의 두께(DSUB)는 50 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것이 더욱 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 레이저 공진기를 위한 양질인 할단면을 얻기 위해서 더욱 양호하다. 또한, 핸들링이 용이해져 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 법선축(NX)과 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도(CALPHA)는 45도 이상인 것이 좋고, 또한 80도 이하인 것이 좋다. 또한, 각도(CALPHA)는 100도 이상인 것이 좋고, 또한 135도 이하인 것이 좋다. 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도로는, 압박에 의해 형성되는 단부면이 m면을 포함할 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도로는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 또한, 법선축(NX)과 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도(CALPHA)는 63도 이상인 것이 좋고, 또한 80도 이하인 것이 좋다. 또한, 각도(CALPHA)는 100도 이상인 것이 좋고, 또한 117도 이하인 것이 좋다. 63도 미만 및 117도를 초과하는 각도로는, 압박에 의해 형성되는 단부면의 일부에, m면이 출현할 가능성이 있다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도로는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
반극성 주면(17a)은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 이들 면으로부터 -4도 이상 +4도 이하의 범위에서 미경사인 면도 상기 주면으로서 양호하다. 이들 전형적인 반극성면(17a)에 있어서, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성 및 수직성의 제1 및 제2 단부면(27, 29)을 제공할 수 있다. 또한, 이들의 전형적인 면방위에 걸친 각도의 범위에 있어서, 충분한 평탄성 및 수직성을 나타내는 단부면이 얻어진다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 지지 기체(17)의 적층 결함 밀도는 1×104 ㎝- 1이하일 수 있다. 적층 결함 밀도가 1×104 ㎝-1 이하이기 때문에, 우발적인 사정에 의해 할단면의 평탄성 및/또는 수직성이 흐트러질 가능성이 낮다. 또한, 지지 기체(17)는, GaN, AlN, AlGaN, InGaN 및 InAlGaN 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이들 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 기판을 이용할 때, 공진기로서 이용 가능한 단부면(27, 29)을 얻을 수 있다. AlN 또는AlGaN 기판을 이용할 때, 편광도를 크게 할 수 있고, 또한 저굴절률에 의해 광 가둠을 강화할 수 있다. InGaN 기판을 이용할 때, 기판과 발광층의 격자 부정합률을 작게 할 수 있고, 결정 품질을 향상시킬 수 있다.
도 6은, 본 실시 형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법의 주요한 공정을 도시한 도면이다. 도 7의 (a)부를 참조하면, 기판(51)이 도시되어 있다. 공정 S101에서는, III족 질화물 반도체 레이저 소자의 제작을 위한 기판(51)을 준비한다. 기판(51)의 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축(벡터 VC)은, 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 방향(벡터 VM)에 법선축(NX)에 대하여 유한한 각도(CALPHA)로 경사져 있다. 이 때문에, 기판(51)은, 육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지는 반극성 주면(51a)을 갖는다.
공정 S102에서는, 기판 생산물(SP)을 형성한다. 도 7의 (a)부에서는, 기판 생산물(SP)은 거의 원판형의 부재로서 도시되어 있지만, 기판 생산물(SP)의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 기판 생산물(SP)을 얻기 위해서, 우선, 공정 S103에서는, 레이저 구조체(55)를 형성한다. 레이저 구조체(55)는, 반도체 영역(53) 및 기판(51)을 포함하고 있고, 공정 S103에서는, 반도체 영역(53)은 반극성 주면(51a) 상에 형성된다. 반도체 영역(53)을 형성하기 위해서, 반극성 주면(51a) 상에, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체 영역(57), 발광층(59) 및 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체 영역(61)을 순서대로 성장한다. 질화갈륨계 반도체 영역(57)은, 예컨대 n형 클래드층을 포함하고, 질화갈륨계 반도체 영역(61)은, 예컨대 p형 클래드층을 포함할 수 있다. 발광층(59)은 질화갈륨계 반도체 영역(57)과 질화갈륨계 반도체 영역(61) 사이에 마련되고, 또한 활성층, 광가이드층 및 전자 블록층 등을 포함할 수 있다. 질화갈륨계 반도체 영역(57), 발광층(59) 및 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체 영역(61)은, 반극성 주면(51a)의 법선축(NX)를 따라서 배열되어 있다. 이들 반도체층은 에피택셜 성장된다. 반도체 영역(53) 상은, 절연막(54)으로 덮여 있다. 절연막(54)은, 예컨대 실리콘 산화물로 이루어진다. 절연막(54)의 개구(54a)를 갖는다. 개구(54a)는, 예컨대 스트라이프 형상을 이룬다.
공정 S104에서는, 레이저 구조체(55)상에, 애노드 전극(58a) 및 캐소드 전극(58b)이 형성된다. 또한, 기판(51)의 이면에 전극을 형성하기 전에, 결정 성장에 이용한 기판의 이면을 연마하여, 원하는 두께(DSUB)의 기판 생산물(SP)을 형성한다. 전극의 형성에서는, 예컨대 애노드 전극(58a)이 반도체 영역(53)상에 형성되고, 캐소드 전극(58b)이 기판(51)의 이면(연마면)(51b) 상에 형성된다. 애노드 전극(58a)은 X축 방향으로 연장되고, 캐소드 전극(58b)은 이면(51b)의 전체면을 덮고 있다. 이들 공정에 의해, 기판 생산물(SP)이 형성된다. 기판 생산물(SP)은, 제1 면(63a)과, 이것에 반대측에 위치하는 제2 면(63b)을 포함한다. 반도체 영역(53)은 제2 면(63b)와 기판(51) 사이에 위치한다.
공정 S105에서는, 도 7의 (b)부에 도시된 바와 같이, 기판 생산물(SP)의 제1 면(63a)을 스크라이브한다. 이 스크라이브는, 레이저 스크라이버(10a)를 이용하여 행해진다. 스크라이브에 의해 스크라이브 홈(65a)이 형성된다. 도 7의 (b)부에서는, 5개의 스크라이브 홈이 이미 형성되어 있고, 레이저 빔(LB)을 이용하여 스크라이브 홈(65b)의 형성이 진행되고 있다. 스크라이브 홈(65a)의 길이는, 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축 및 법선축(NX)에 의해서 규정되는 a-n면과 제1 면(63a)의 교차선 AIS의 길이보다도 짧고, 교차선 AIS의 일부분에 레이저 빔(LB)의 조사가 행해진다. 레이저 빔(LB)의 조사에 의해, 특정한 방향으로 연장하여 반도체 영역에 도달하는 홈이 제1 면(63a)에 형성된다. 스크라이브 홈(65a)은, 예컨대 기판 생산물(SP)의 일에지에 형성될 수 있다. 또한, 교차선 AIS을 따라서 배열된 복수의 스크라이브 홈을 형성할 수 있다. 개개의 스크라이브 홈의 형성을 위해, 제1 면(63a)에 거의 수직으로 레이저 빔(LB)이 입사한다.
스크라이브 홈(65a)은, 할단이 진행하는 방향을 가이드하기 위해서 도움이 된다. 스크라이브 홈(65a)은, 깊이(Z축 방향의 값), 폭(Y축 방향의 값) 및 길이(X축 방향의 값)를 갖고 있고, 또한, 깊이 및 길이 방향에 관해서 a-n면을 따라서 연장된다. 공진기를 위한 할단면을 레이저 구조체(55)에 제공하기 위해서, 스크라이브 홈(65a)은, 할단이 진행하는 방향을 가이드하기 때문에 도움이 되고, 또한 기판(지지 기체(17))(51)의 이면(51a)에 형성되고 레이저 구조체(55)의 제2 면(65b)에 압박이 행해진다. 할단은, 스크라이브 홈(65a)을 기점으로 하여 제1 면(63a)으로부터 제2 면(63b)으로의 방향으로 진행하고, 이것에 교차하는 방향으로도 진행한다.
공정 S106에서는, 도 7의 (c)부에 도시된 바와 같이, 기판 생산물(SP)의 제2 면(63b)으로의 압박에 의해 기판 생산물(SP)의 분리를 행하여, 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)를 형성한다. 압박은, 예컨대 블레이드(69)라는 브레이킹 장치를 이용하여 행해진다. 블레이드(69)는, 한 방향으로 연장하는 에지(69a)와, 에지(69a)를 규정하는 적어도 2개의 블레이드면(69b, 69c)을 포함한다. 또한, 기판 생산물(SP1)의 압박은 지지 장치(70) 상에 있어서 행해진다. 지지 장치(70)는, 지지면(70a)과 오목부(70b)를 포함하고, 오목부(70b)는 한 방향으로 연장된다. 오목부(70b)는, 지지면(70a)에 형성되어 있다. 기판 생산물(SP1)의 스크라이브 홈(65a)의 방향 및 위치를 지지 장치(70)의 오목부(70b)의 연장 방향에 맞추어, 기판 생산물(SP1)을 지지 장치(70)상에 있어서 오목부(70b)에 위치 결정한다. 오목부(70b)의 연장 방향으로 브레이킹 장치의 에지의 방향에 맞추어, 제2 면(63b)에 교차하는 방향으로부터 브레이킹 장치의 에지를 기판 생산물(SP1)에 가압한다. 교차 방향은 제2 면(63b)에 거의 수직 방향인 것이 좋다. 이것에 의해서, 기판 생산물(SP)의 분리를 행하여, 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)를 형성한다. 가압에 의해, 제1 및 제2 단부면(67a, 67b)을 갖는 레이저 바(LB1)가 형성되고, 이들 단부면(67a, 67b)은 적어도 발광층의 일부는 반도체 레이저의 공진 미러에 적용 가능할 정도의 수직성 및 평탄성을 갖는다.
할단이 진행하는 방향을 가이드하도록, 스크라이브 홈의 배열이 기판(51)의 이면(51b)에 형성되고, 레이저 구조체(55)의 제2 면(63b)에 압박이 행해진다. 할단은, 스크라이브 홈을 기점으로 하여 제1 면(63a)으로부터 제2 면(63b)으로의 방향(예컨대 Z축 방향)으로 진행되고, 이것에 교차하는 방향(예컨대 Y축 방향)으로도 진행한다.
a축 및 법선축에 의해 규정되는 평면을 따라서 기판 이면에 스크라이브 홈 및 그 배열을 형성하고 박막측으로의 블레이드의 압박에 의해 브레이크할 때, 레이저 공진기에 적용 가능한 평탄성 및 수직성을 유지하면서, 할단면에 약간의 경사를 제공할 수 있고, 반극성면상의 반도체 레이저에 있어서 피드백 광에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.
기판 생산물(SP1)을 스크라이브하는 공정에서는, III족 질화물 반도체 레이저 소자의 소자폭과 동일한 피치로 스크라이브 홈을 형성할 수 있다. 소자폭의 피치로 스크라이브 홈이 형성되어 있기 때문에, Y축 방향의 할단에 진행에 있어서, 소자마다의 거리로 할단의 안내가 행해진다. 이 때문에, 확실한 안내를 할단의 생성 방향에 관해서 기대할 수 있다. 소자폭에 동일한 피치로 배열되는 스크라이브 홈은 할단의 진행의 방향을 안내하여, 할단면을 위한 약간의 경사를 제어하기 위해서 도움이 된다. 또한, 이들 스크라이브 홈 사이에 위치하는 레이저 스트라이프의 단부면의 품질을 양호하게 할 수 있다.
형성된 레이저 바(LB1)는, 상기한 분리에 의해 형성된 제1 및 제2 단부면(67a, 67b)을 갖고, 단부면(67a, 67b)의 각각은, 제1 면(63a)으로부터 제2 면(63b)까지 연장된다. 이 때문에, 단부면(67a, 67b)은, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성하여 XZ면에 교차한다. 이 XZ면은, 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 법선축(NX)에 의해서 규정되는 m-n면에 대응한다.
이 방법에 따르면, 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 기판 생산물(SP)의 제1 면(63a)을 스크라이브한 후에, 기판 생산물(SP)의 제2 면(63b)으로의 압박에 의해 기판 생산물(SP)의 분리를 행하고, 새로운 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)를 형성한다. 이 때문에, m-n면에 교차하도록, 레이저 바(LB1)에 제1 및 제2 단부면(67a, 67b)이 형성된다. 이 단부면 형성에 따르면, 제1 및 제2 단부면(67a, 67b)에 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성 및 수직성이 제공된다.
또한, 이 방법에서는, 형성된 레이저 도파로는, 육방정계 III족 질화물의 c축의 경사의 방향으로 연장하고 있다. 드라이 에칭면을 이용하지 않고서, 이 레이저 도파로를 제공할 수 있는 공진기 미러 단부면을 형성하고 있다.
이 방법에 따르면, 기판 생산물(SP1)의 할단에 의해, 새로운 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)가 형성된다. 공정 S107에서는, 압박에 의한 분리를 반복하여, 다수의 레이저 바를 제작한다. 이 할단은, 레이저 바(LB1)의 할단선 BREAK에 비교해서 짧은 스크라이브 홈(65a)을 이용하여 야기된다.
공정 S108에서는, 레이저 바(LB1)의 단부면(67a, 67b)에 유전체 다층막을 형성하여, 레이저 바 생산물을 형성한다. 공정 S109에서는, 이 레이저 바 생산물을 개개의 반도체 레이저의 칩으로 분리한다. 반도체 레이저의 칩에는, 이 반도체 레이저를 위한 한 쌍의 측면이 형성된다.
본 실시 형태에 따른 제조 방법에서는, 각도(CALPHA)는, 45도 이상 80도 이하 및 100도 이상 135도 이하의 범위일 수 있다. 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도로는, 압박에 의해 형성되는 단부면이 m면을 포함할 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도로는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다. 각도(CALPHA)는, 63도 이상 80도 이하 및 100도 이상 117도 이하의 범위인 것 좋다. 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도로는, 압박에 의해 형성되는 단부면의 일부에, m면이 출현할 가능성이 있다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도로는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다. 반극성 주면(51a)은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 이들 면으로부터 -4도 이상 +4도 이하의 범위에서 미경사진 면도 상기 주면으로서 양호하다. 이들 전형적인 반극성면에 있어서, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성 및 수직성으로 레이저 공진기를 위한 단부면을 제공할 수 있다.
또한, 기판(51)은, GaN, AlN, AlGaN, InGaN 및 InAlGaN 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이들 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 기판을 이용할 때, 레이저 공진기로서 이용 가능한 단부면을 얻을 수 있다. 기판(51)은 GaN으로 이루어지는 것이 좋다.
기판 생산물(SP)을 형성하는 공정 S104에 있어서, 결정 성장에 사용된 반도체 기판은, 기판 두께가 400 ㎛ 이하가 되도록 슬라이스 또는 연삭이라는 가공이 실시되고, 제2 면(63b)이 연마에 의해 형성된 가공면일 수 있다. 이 기판 두께에서는, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성, 수직성 또는 이온 손상이 없는 단부면(67a, 67b)을 수율 좋게 형성할 수 있다. 제2 면(63b)이 연마에 의해 형성된 연마면이고, 연마되어 기판 두께가 100 ㎛ 이하이면 더욱 좋다. 또한, 기판 생산물(SP)을 비교적 용이하게 취급하기 위해서는, 기판 두께가 50 ㎛ 이상인 것이 좋다.
본 실시 형태에 따른 레이저 단부면의 제조 방법에서는, 레이저 바(LB1)에 있어서도, 도 4를 참조하면서 설명된 각도(GAMMA)가 규정된다. 레이저 바(LB1)에서는, 각도(GAMMA)의 성분(GAMMA)1은, III족 질화물 반도체의 c축 및 m축을 따라서 규정되는 제1 평면(도 4를 참조한 설명에 있어서의 평면 S1에 대응하는 면)에 있어서 (CALPHA-5)도 이상 (CALPHA+5)도 이하의 범위인 것이 좋다. 레이저 바(LB1)의 단부면(67a, 67b)은, c축 및 m축 중 한쪽으로부터 다른 쪽에 취해지는 각도(GAMMA)의 각도 성분에 관해서 상기의 수직성을 만족한다. 또한, 각도(GAMMA)의 성분(GAMMA)2은, 제2 평면(도 4에 도시된 제2 평면 S2에 대응하는 면)에 있어서 -5도 이상 +5도 이하의 범위인 것이 좋다. 이 때, 레이저 바(LB1)의 단부면(67a, 67b)은, 반극성면(51a)의 법선축(NX)에 수직한 면에 있어서 규정되는 각도(GAMMA)의 각도 성분에 관해서 상기한 수직성을 만족한다.
단부면(67a, 67b)은, 반극성면(51a) 상에 에피택셜에 성장된 복수의 질화갈륨계 반도체층으로의 압박에 의한 브레이크에 의해서 형성된다. 반극성면(51a) 상으로의 에피택셜막이기 때문에, 단부면(67a, 67b)은, 지금까지 공진기 미러로서 이용되어 온 c면, m면, 또는 a면이라는 저면 지수의 벽개면이 아니다. 그러나, 반극성면(51a) 상으로의 에피택셜막의 적층의 브레이크에 있어서, 단부면(67a, 67b)은, 공진기 미러로서 적용 가능한 평탄성 및 수직성을 갖는다.
(실시예 1)
이하와 같이, 반극성면 GaN 기판을 준비하여 할단면의 수직성을 관찰하였다. 기판에는, HVPE법으로 두껍게 성장한 (0001) GaN 잉곳으로부터 m축 방향으로 75도의 각도로 잘라낸 {20-21}면 GaN 기판을 이용하였다. GaN 기판의 주면은 경면 마무리이고, 이면은 연삭 마무리된 페어 스킨(pear-skin) 상태였다. 기판의 두께는 370 ㎛였다.
페어 스킨 상태의 이면측에, 다이아몬드 펜을 이용하여, c축을 기판 주면에 투영한 방향으로 수직으로 표시선을 넣은 후, 압박하여 기판을 할단하였다. 얻어진 할단면의 수직성을 관찰하기 위해서, 주사형 전자 현미경을 이용하여 a면 방향에서 기판을 관찰하였다.
도 8의 (a)부는, 할단면을 a면 방향에서 관찰한 주사형 전자 현미경(SEM)상 이며, 우측의 단부면이 할단면이다. 이 할단면은, 이 SEM 샘플의 단면에 있어서 평탄성 및 수직성을 갖는다.
(실시예 2)
실시예 1에서는, 반극성 {20-21}면을 갖는 GaN 기판에 있어서, c축을 기판 주면에 투영한 방향으로 수직으로 표시선을 넣어 압박하여 얻은 할단면은, 기판 주면에 대하여 평탄성 및 수직성을 갖는 것을 알 수 있었다. 그래서 이 할단면을 레이저의 공진기로서의 유용성을 조사하기 위해서, 이하와 같이, 도 9에 도시되는 레이저 다이오드를 유기 금속 기상 성장법에 의해 성장하였다. 원료에는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸알루미늄(TMAl), 트리메틸인듐(TMIn), 암모니아(NH3), 실란(SiH4)을 이용하였다. 기판(71)을 준비하였다. 기판(71)에는, HVPE법으로 두껍게 성장한 (0001) GaN 잉곳으로부터 m축 방향으로 0도로부터 90도의 범위의 각도로 웨이퍼 슬라이스 장치를 이용하여 잘라내고, m축 방향으로의 c축의 경사 각도(CALPHA)가, 0도로부터 90도의 범위의 원하는 오프각을 갖는 GaN 기판을 제작하였다. 예컨대, 75도의 각도로 잘라냈을 때, {20-21}면 GaN 기판이 얻어지고, 도 8의 (b)부에 도시되는 육방정계의 결정 격자에 있어서 참조 부호 71a에 의해서 도시되어 있다.
성장 전에, 기판의 적층 결함 밀도를 조사하기 위해서, 캐소드 루미네센스법에 의해서 기판을 관찰하였다. 캐소드 루미네센스로는, 전자선에 의해서 여기된 캐리어의 발광 과정을 관찰하지만, 적층 결함이 존재하면, 그 근방에서는 캐리어가 비발광 재결합하기 때문에, 어두운 선형으로 관찰된다. 그 어두운 선의 단위 길이당 밀도(선밀도)를 구하여, 적층 결함 밀도라 정의하였다. 여기서는, 적층 결함 밀도를 조사하기 위해서, 비파괴 측정의 캐소드 루미네센스법을 이용했지만, 파괴 측정의 투과형 전자 현미경을 이용해도 좋다. 투과형 전자 현미경으로는, a축 방향으로부터 시료 단면을 관찰했을 때, 기판으로부터 시료 표면을 향하여 m축 방향으로 신장하는 결함이, 지지 기체에 포함되는 적층 결함이며, 캐소드 루미네센스법의 경우와 동일하게, 적층 결함의 선밀도를 구할 수 있다.
이 기판(71)을 반응로 내의 서셉터 상에 배치한 후에, 이하의 성장 순서로 에피택셜층을 성장하였다. 우선, 두께 1000 ㎚의 n형 GaN(72)을 성장하였다. 다음에, 두께 1200 ㎚의 n형 InAlGaN 클래드층(73)을 성장하였다. 계속해서, 두께 200 ㎚의 n형 GaN 가이드층(74a) 및 두께 65 ㎚의 언도프 InGaN 가이드층(74b)을 성장한 후에, GaN 두께 15 ㎚/InGaN 두께 3 ㎚로 구성되는 3주기 MQW(75)를 성장하였다. 계속해서, 두께 65 ㎚의 언도프 InGaN 가이드층(76a), 두께 20 ㎚의 p형 AlGaN 블록층(77a) 및 두께 200 ㎚의 p형 GaN 가이드층(76b)을 성장하였다. 다음에, 두께400 ㎚의 p형 InAlGaN 클래드층(77b)을 성장하였다. 마지막으로, 두께 50 ㎚의 p형 GaN 컨택트층(78)을 성장하였다.
SiO2의 절연막(79)을 컨택트층(78) 상에 성막한 후에, 포토리소그래피를 이용하여 폭 10 ㎛의 스트라이프창을 웨트 에칭에 의해 형성하였다. 여기서, 이하의 2가지의 스트라이프 방향의 컨택트창을 형성하였다. 레이저 스트라이프가 (1)M 방향(컨택트창이 c축 및 m축에 의해서 규정되는 정해진 면을 따른 방향)인 것과, (2)A 방향 : <11-20> 방향인 것이다.
스트라이프창을 형성한 후에, Ni/Au로 이루어지는 p측 전극(80a)과 Ti/Al로 이루어지는 패드 전극을 증착하였다. 계속해서, GaN 기판(GaN 웨이퍼)의 이면을 다이아몬드 슬러리를 이용하여 연마하고, 이면이 미러 상태인 기판 생산물을 제작하였다. 이 때, 접촉식 막후계를 이용하여 기판 생산물의 두께를 측정하였다. 두께의 측정에는, 시료 단면으로부터의 현미경에 의해서도 행해도 좋다. 현미경에는, 광학 현미경이나, 주사형 전자 현미경을 이용할 수 있다. GaN 기판(GaN 웨이퍼)의 이면(연마면)에는 Ti/Al/Ti/Au로 이루어지는 n측 전극(80b)을 증착에 의해 형성하였다.
이들 2종류의 레이저 스트라이프에 대한 공진기 미러의 제작에는, 파장 355 ㎚의 YAG 레이저를 이용하는 레이저 스크라이버를 이용하였다. 레이저 스크라이버를 이용하여 브레이크한 경우에는, 다이아몬드 스크라이브를 이용한 경우와 비교하여, 발진 칩 수율을 향상시키는 것이 가능하다. 스크라이브 홈의 형성 조건으로서 이하의 것을 이용하였다: 레이저광 출력 100 mW; 주사 속도는 5 ㎜/s. 형성된 스크라이브 홈은, 예컨대 길이 30 ㎛, 폭 10 ㎛, 깊이 40 ㎛의 홈이었다. 800 ㎛ 피치로 기판의 절연막 개구 개소를 통해서 에피택셜 표면에 직접 레이저광을 조사함으로써, 스크라이브 홈을 형성하였다. 공진기 길이는 600 ㎛로 하였다.
블레이드를 이용하여, 공진 미러를 할단에 의해 제작하였다. 기판 이면에 압박에 의해 브레이크함으로써, 레이저 바를 제작하였다. 보다 구체적으로, {20-21}면의 GaN 기판에 관해서, 결정 방위와 할단면과의 관계를 도시한 것이, 도 8의 (b)부와 도 8의 (c)부이다. 도 8의 (b)부는 레이저 스트라이프를 (1)M 방향으로 마련한 경우이며, 반극성면(71a)과 함께 레이저 공진기를 위한 단부면(81a, 81b)이 도시된다. 단부면(81a, 81b)은 반극성면(71a)에 거의 직교하고 있지만, 종래의 c면, m면 또는 a면 등의 현재까지의 벽개면과는 상이하다. 도 8의 (c)부는 레이저 스트라이프를 (2)<11-20> 방향으로 마련한 경우이며, 반극성면(71a)과 함께 레이저 공진기를 위한 단부면(81c, 81d)이 도시된다. 단부면(81c, 81d)은 반극성면(71a)에 거의 직교하고 있고, a면으로 구성된다.
브레이크에 의해서 형성된 할단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과, (1) 및 (2)의 각각에 있어서, 현저한 요철은 관찰되지 않았다. 이로부터, 할단면의 평탄성(요철의 크기)은, 20 ㎚ 이하로 추정된다. 또한, 할단면의 시료 표면에 대한 수직성은, ±5도의 범위 내였다.
레이저 바의 단부면에 진공 증착법에 의해서 유전체 다층막을 코팅하였다. 유전체 다층막은, SiO2과 TiO2를 교대로 적층하여 구성하였다. 막 두께는 각각, 50 nm?100 ㎚의 범위로 조정하여, 반사율의 중심 파장이 500 nm?530 ㎚의 범위가 되도록 설계하였다. 한 측의 반사면을 10주기로 하고, 반사율의 설계치를 약 95%로 설계하며, 다른 한 측의 반사면을 6주기로 하고, 반사율의 설계치를 약 80%로 하였다.
통전에 의한 평가를 실온에서 행하였다. 전원에는, 펄스 폭 500 ns, 듀티 비 0.1%의 펄스 전원을 이용하여, 표면 전극에 바늘을 떨어뜨려 통전하였다. 광출력 측정 시에는, 레이저 바 단부면으로부터의 발광을 포토다이오드에 의해서 검출하여, 전류-광출력 특성(I-L 특성)을 조사하였다. 발광 파장을 측정할 때에는, 레이저 바 단부면으로부터의 발광을 광 파이버에 통과시키고, 검출기에 스펙트럼 애널라이저를 이용하여 스펙트럼 측정을 행하였다. 편광 상태를 조사할 때에는, 레이저 바로부터의 발광에 편광판을 통해서 회전시킴으로써 편광 상태를 조사하였다. LED 모드광을 관측할 때에는, 광 파이버를 레이저 바 표면측에 배치함으로써 표면으로부터 방출되는 광을 측정하였다.
모든 레이저로 발진 후의 편광 상태를 확인한 결과, a축 방향으로 편광하고 있는 것을 알 수 있었다. 발진 파장은 500 nm?530 ㎚ 였다.
모든 레이저로 LED 모드(자연 방출광)의 편광 상태를 측정하였다. a축의 방향의 편광 성분을 I1, m축을 주면에 투영한 방향의 편광 성분을 I2로 하고, (I1-I2)/(I1+I2)를 편광도 ρ라 정의하였다. 이렇게 해서, 구한 편광도 ρ와 임계치 전류 밀도의 최소치의 관계를 조사한 결과, 도 10이 얻어졌다. 도 10으로부터, 편광도가 플러스인 경우에, (1)레이저 스트라이프 M 방향의 레이저로는, 임계치 전류 밀도가 크게 저하하는 것을 알 수 있다. 즉, 편광도가 플러스(I1>I2)이고 또한 오프 방향으로 도파로를 마련한 경우에, 임계치 전류 밀도가 대폭 저하하는 것을 할 수 있다.
도 10에 도시된 데이터는 이하의 것이다.
임계치 전류, 임계치 전류.
편광도, (M 방향 스트라이프), (<11-20> 스트라이프).
0.08, 64, 20.
0.05, 18, 42.
0.15, 9, 48.
0.276, 7, 52.
0.4, 6.
GaN 기판의 m축 방향으로의 c축의 경사각과 발진 수율의 관계를 조사한 결과, 도 11이 얻어졌다. 본 실시예에서는, 발진 수율에 대해서는, (발진 칩수)/(측정 칩수)로 정의하였다. 또한, 도 11은, 기판의 적층 결함 밀도가 1×104(㎝-1) 이하의 기판이며, 그리고 레이저 스트라이프가 (1)M 방향의 레이저에 있어서, 플롯한 것이다. 도 11로부터, 오프각이 45도 이하에서는, 발진 수율이 매우 낮은 것을 알 수 있다. 단부면 상태를 광학 현미경으로 관찰한 결과, 45도보다 작은 각도에서는, 대부분의 칩에서 m면이 출현하여 수직성이 얻어지지 않는 것을 알 수 있었다. 또한, 오프각이 63도 이상 80도 이하의 범위에서는, 수직성이 향상되어, 발진 수율이 50% 이상으로 증가하는 것을 알 수 있다. 이들의 사실로부터, GaN 기판의 오프 각도의 범위는, 63도 이상 80도 이하가 최적이다. 또한, 이 결정적으로 등가인 단부면을 갖게 되는 각도 범위인, 100도 이상 117도 이하의 범위에서도, 동일한 결과가 얻어진다.
도 11에 도시된 데이터는 이하가 것이다.
경사각, 수율.
10, 0.1.
43, 0.2.
58, 50.
63, 65.
66, 80.
71, 85.
75, 80.
79, 75.
85, 45.
90, 35.
적층 결함 밀도와 발진 수율의 관계를 조사한 결과, 도 12가 얻어졌다. 발진 수율의 정의에 대해서는, 상기와 동일하다. 도 12로부터, 적층 결함 밀도가 1×104(㎝-1)를 초과하면 급격히 발진 수율이 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 단부면 상태를 광학 현미경으로 관찰한 결과, 발진 수율이 저하된 샘플에서는, 단부면의 요철이 심하고 평탄한 할단면이 얻어지지 않는 것을 알 수 있었다. 적층 결함의 존재에 의해서, 깨지기 용이함에 차이가 생긴 것이 원인이라고 생각된다. 이로부터, 기판에 포함되는 적층 결함 밀도가 1×104(㎝-1) 이하일 필요가 있다.
도 12에 도시된 데이터는 이하의 것이다.
적층 결함 밀도(㎝-1), 수율.
500, 80.
1000, 75.
4000, 70.
8000, 65.
10000, 20.
50000, 2.
기판 두께와 발진 수율의 관계를 조사한 결과, 도 13이 얻어졌다. 발진 수율의 정의에 대해서는, 상기와 동일하다. 또한, 도 13에서는, 기판의 적층 결함 밀도 1×104(㎝-1) 이하이며, 그리고 레이저 스트라이프가 (1)M 방향의 레이저에 있어서 플롯하였다. 도 13으로부터, 기판 두께가 100 ㎛보다도 얇고 50 ㎛보다도 두꺼울 때에, 발진 수율이 높다. 이것은, 기판 두께가 100 ㎛보다도 두꺼우면, 할단면의 수직성이 악화되기 때문이다. 또한, 50 ㎛보다도 얇으면, 핸들링이 곤란하여, 칩이 파괴되기 쉬워지기 때문이다. 이들로부터, 기판의 두께는, 50 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하가 바람직하다.
도 13에 도시된 데이터는 이하의 것이다.
기판 두께, 수율.
48, 10.
80, 65.
90, 70.
110 45.
150, 48.
200, 30.
400, 20.
(실시예 3)
실시예 2에서는, {20-21}면을 갖는 GaN 기판상에, 반도체 레이저를 위한 복수의 에피택셜막을 성장하였다. 상기한 바와 같이, 스크라이브 홈의 형성과 압박에 의해서 광공진기용 단부면이 형성되었다. 이들 단부면의 후보를 발견하기 위해서, (20-21)면에 90도 근방의 각도를 이루고, a면과는 상이한 면방위를 계산에 의해 구하였다. 도 14를 참조하면, 이하의 각도 및 면방위가, (20-21)면에 대하여 90도 근방의 각도를 갖는다.
구체적인 면지수, {20-21}면에 대한 각도.
(-1016):92.46도.
(-1017):90.10도.
(-1018):88.29도.
(실시예 4)
반극성 {20-21}면을 갖는 GaN 기판에 있어서, c축을 기판 주면에 투영한 방향으로 수직으로 표시선을 넣어 압박하여 얻은 할단면은, 기판 주면에 대하여 평탄 성 및 수직성을 갖는 것이 도시되었다. 이 할단면을 레이저의 공진기로서의 유용성을 조사하기 위해서, 이하와 같이 레이저 다이오드를 유기 금속 기상 성장법에 의해 성장하였다. 원료에는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸알루미늄(TMAl), 트리메틸인듐(TMIn), 암모니아(NH3), 실란(SiH4)을 이용하였다. 기판에는, HVPE 법으로 성장한 {20-21}면 GaN 기판을 이용하였다.
이 기판을 반응로내의 서셉터 상에 배치한 후에, 이하의 성장 순서로, 에피택셜 기판을 성장하였다. 이 에피택셜 기판은, 도 15에 도시되는 에피택셜층을 포함한다. 우선, 두께 1000 ㎚의 n형 GaN 층을 성장하였다. 다음에, 두께 1200 ㎚의 n형 InAlGaN 클래드층을 성장하였다. 계속해서, 두께 200 ㎚의 n형 GaN 가이드층 및 두께 115 ㎚의 언도프 InGaN 가이드층을 성장한 후에, 양자 우물 구조를 성장하였다. 이 양자 우물 구조는, GaN 장벽층(두께 15 ㎚)/InGaN 우물층(두께 3 ㎚)으로부터 구성되는 2주기 MQW를 포함한다. 계속해서, 두께 65 ㎚의 언도프 InGaN 가이드층, 두께 20 ㎚의 p형 AlGaN 블록층, 두께 50 ㎚의 p형 InGaN 가이드층, 및 두께 200 ㎚의 p형 GaN 가이드층을 성장하였다. 다음에, 두께 400 ㎚의 p형 InAlGaN 클래드층을 성장하였다. 마지막으로, 두께 50 ㎚의 p형 GaN 컨택트층을 성장하였다.
폭 2 ㎛의 리지 구조를 제작하기 위해서, 포토리소그래피에 의해서, 폭 2 ㎛의 포지티브형 레지스트에 의해서 마스크를 마련하였다. 레이저 도파로 방향은, c축을 주면에 투영한 투영 성분의 방향으로 평행해지도록 향하였다. Cl2를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 리지 구조를 제작하였다. 에칭 깊이는, 0.7 ㎛로 하고, AlGaN 블록층이 노출될 때까지 에피택셜 기판의 반도체 영역의 에칭을 행하였다. 에칭 후에, 레지스트 마스크를 제거하였다. 포토리소그래피를 이용하여 약 폭 2 ㎛의 스트라이프 마스크를 리지 구조상에 남겼다. 스트라이프 마스크의 방향은 리지 구조의 방향에 맞추었다. 이 후에, 리지 측면에 SiO2를 진공 증착법을 이용하여 증착하였다. 절연막의 증착의 후에, 리프트 오프법에 의해서 리지상의 SiO2를 제거하여, 스트라이프형 개구부를 갖는 절연막을 형성하였다. 계속해서, 애노드 전극 및 캐소드 전극을 형성하여, 기판 생산물을 제작하였다.
스트라이프창을 형성한 후에, Ni/Au로 이루어지는 p측 전극 AND와 Ti/Au로 이루어지는 패드 전극을 증착하였다. 계속해서, 다이아몬드 슬러리를 이용하여 GaN 기판(GaN 웨이퍼)의 이면을 연마하고, 이면이 미러 상태인 기판 생산물을 제작하였다. GaN 기판(GaN 웨이퍼)의 이면(연마면)에는 Ti/Al/Ti/Au로 이루어지는 n측 전극 CTD를 증착에 의해 형성하였다.
이들 레이저 스트라이프에 대한 공진기 미러의 제작에는, 파장 355 ㎚의 YAG 레이저를 이용하는 레이저 스크라이버를 이용하였다. 레이저 스크라이버를 이용하여 스크라이브 홈을 형성하여 브레이크한 경우에는, 다이아몬드 스크라이브를 이용한 경우와 비교하여, 발진칩 수율을 향상시키는 것이 가능하다. 스크라이브 홈의 형성 조건으로서 이하의 것을 이용하였다.
레이저광 출력 100 mW.
주사 속도는 5 ㎜/s.
이 조건으로 형성된 스크라이브 홈은, 예컨대, 길이 30 ㎛, 폭 10 ㎛, 깊이 40 ㎛의 홈이었다. 400 ㎛ 간격으로 기판의 표면에 전극의 개구부를 통과하여 직접 레이저광을 조사함으로써, 스크라이브 홈을 주기적으로 형성하였다. 공진기 길이는 600 ㎛로 하였다.
도 16의 (a)부에 도시된 바와 같이, 블레이드를 이용하여, 공진 미러를 할단에 의해 제작하였다. 도 16의 (a)부에 있어서, 파선으로 표시되는 LN1은, {20-21}면에 대하여 수직인 면인 {10-1-7}로부터 수도 경사진 면, 예컨대 {10-1-6}라는 면을 나타내고, 파선 LN2는 스크라이브 홈의 배열선을 도시한다. 파선 LN2는, 예컨대 a축의 방향으로 연장되고 있고, 또한 스크라이브 홈은, 기판의 주면의 법선축과 기판의 a축에 의해서 규정되는 a-n면을 따라서 연장된다. 기판 이면측의 단부에 압박에 의해 브레이크함으로써, 레이저 바를 제작하였다. 도 16의 (b)부에는, 할단면이 모식적으로 도시되어 있다. 반극성면상에서 c축을 주면에 투영한 방향으로 평행하게 마련한 레이저 도파로에 수직인 단부면을 미러면으로 하는 방법에 의해, 레이저 공진기를 위한 할단면 CVT가 형성된다. 이 할단면 CVT는, 종래의 c면 주면이나 m면 주면상의 레이저에 있어서 광공진기를 위해 단부면이 되는 m면, a면 또는 c면의 벽개면과는 상이하다. 할단면 CVT에는, 할단에 의해 분리된 스크라이브 홈의 나머지(스크라이브 흔적(64a))이 나타난다. 스크라이브 홈(65a)의 일단보다 파선 LN2로부터 떨어져 간 할단면이, 다음 스크라이브 홈(65a)에 의해 파선(스크라이브선의 배열선) LN2에 되돌아간다. 이 때문에, 할단면이 볼록형으로 만곡한 형상으로 형성된다. 압박이 기판 생산물의 에피택셜면에 가해지기 때문에, 기판의 하단에서의 만곡은, 반도체 영역의 상단에서의 만곡보다 크다.
이미 설명한 방법과 동일하게, 레이저 바의 단부면에 진공 증착법에 의해서 유전체 다층막을 코팅하였다. 유전체 다층막은, SiO2과 TiO2를 교대로 적층하여 구성하였다. 막 두께를 50 nm?100 ㎚의 범위로 조정하여, 반사율의 중심 파장을 500 nm?530 ㎚의 파장 범위가 되도록 조정하였다. 한측의 반사면을 10주기로 하고, 반사율의 설계치를 약 95%로 설계하며, 다른 한측의 반사면을 6주기로 하고, 반사율의 설계치를 약 80%로 하였다. 유전체 다층막의 표면은 하지(下地)의 할단면의 형상을 반영한 형상이 되고, 이 때문에, 이미 설명한 할단면에 관한 각도나 형상에 관한 규정이 유전체 다층막의 표면에도 적용된다.
통전에 의한 평가를 실온으로 행하였다. 전원에는, 펄스 폭 500 ns, 듀티비 0.1%의 펄스 전원을 이용하여, 표면 전극에 바늘을 떨어뜨려 통전하였다. 광출력 측정 시에는, 레이저 바 단부면으로부터의 발광을 포토 다이오드에 의해서 검출하여, 전류-광출력 특성(I-L 특성)을 조사하였다. 발광 파장을 측정할 때에는, 레이저 바 단부면으로부터의 발광을 광 파이버에 통과시키고, 검출기에 스펙트럼 애널라이저를 이용하여 스펙트럼 측정을 행하였다. 발진 파장은 500 nm?530 ㎚였다.
질화물계 반도체 레이저에 있어서의 피드백 광의 영향을 조사하였다. 반도체 레이저의 전기적 특성 평가 후에, 주사형 전자 현미경에 의해서 레이저 바의 주면의 단부면이 이루는 각도를 조사하였다. 도파로 벡터와 기판 표면측에서의 활성층 단부면의 법선 벡터가 이루는 각도 α로 규정하고, 도파로 벡터와 기판 이면측에서의 단부면의 법선 벡터가 이루는 각도 β로 규정한다. 이들 각도와 상대 잡음 강도(RIN)의 상관을 조사하였다. 그 결과, 각도 α와 β가 상이한 것에 의해, 상대 잡음 강도가 개선되는 것이 도시되었다. 각도 β와 각도 α의 차이가 0.1도 이상일 때에, 상대 잡음 강도가 양호한 것을 알 수 있었다. 또한, 각도 β가 각도 α보다 클 때(β>α), 상대 잡음 강도가 양호하였다. 이들은, 피드백 광 중, 활성층보다도 기판 이면측에 가까운 성분이 레이저칩 내에 되돌아갈 때에, 도파로와는 평행이 아닌 방향으로 산란됨으로써, 피드백 광에 의한 악영향을 저감시킬 수 있다고 생각된다. 보다 양호하게 하기 위해서는, 반도체 레이저의 단부면과 도파로와 교차 각도 α를 활성층 단부면의 위치에서는 거의 수직으로 설정하고, 기판 단부면의 위치에서는 교차 각도 α보다 큰 교차 각도 β로 설정함으로써, 더욱 개선된 상대 잡음 강도를 얻을 수 있다.
도 17을 참조하면서 피드백 광의 영향을 설명한다. 도 17의 (a)부는, 특허문헌 6과 동일한 방향으로 경사진 단부면을 갖는 반도체 레이저가 도시되어 있다. 레이저 구조체의 에피택셜면에는 애노드 전극 AN1이 형성되어 있고, 레이저 구조체의 기판 이면에는 캐소드 전극 CT1이 형성되어 있다. 활성층 AL1이 단부면 CC1로부터 단부면 CC2까지 연장되어 있다. 서로 상이한 위치에 입사하는 3개의 피드백 광 LR1, LR2, LR3이 도시되어 있다. 피드백 광 LR1은 거의 활성층의 단부면에 입사한다. 피드백 광 LR1이 직접 활성층에 입사하기 때문에, 이 광은 도파로에 있어서 활성층의 상하로 형성된 광 가둠 구조에 의해 전반사하면서 도파로를 전파해 간다. 이것을 막기 위해서는, 각도 θ로서 10도 이상의 값이 필요하다. 그러나, 각도 θ가 10도 이상인 단부면을 광공진기를 위해 이용할 때, 대폭적인 임계치 전류의 증가가 된다. 활성층 단부면으로부터 떨어진 단부면에 입사하는 피드백 광 LR2, LR3은 기판 이면에 반사되고, 반사 성분이 활성층에 되돌아간다.
도 17의 (b)부는, 본건 실시예와 동일한 방향으로 경사진 단부면을 갖는 반도체 레이저가 도시되어 있다. 레이저 구조체의 에피택셜면에는 애노드 전극 AN2이 형성되어 있고, 레이저 구조체의 기판 이면에는 캐소드 전극이 형성되어 있다. 활성층 AL2이 단부면 BC1으로부터 단부면 BC2까지 연장하고 있다. 활성층 AL2의 높이와 거의 동일하지만 소자의 폭방향에 관해서 서로 상이한 위치에 입사하는 3개의 피드백 광 LR4, LR5, LR6이 도시되어 있다. 피드백 광 LR5는 거의 활성층의 단부면에 입사한다. 피드백 광 LR5가 직접 활성층에 입사하지만, 가로 방향에 관한 광 가둠되지 않고, 소자 내에 있어서는 광 도파로 WG의 연장 방향과 상이한 방향으로 전파한다. 이 때문에, 근소한 경사각 α, β에 의해 피드백 광으로의 비교적 큰 내성을 얻을 수 있다. 활성층 단부면으로부터 떨어진 단부면에 입사하는 피드백 광 LR4, LR6도, 소자 내에 있어서는, 피드백 광 LR4와 동일하게, 광 도파로 WG의 연장 방향과 상이한 방향으로 전파한다.
실시 형태에서 설명한, 각도(θ, α(α<β), β(β1,β2))에 대해서 경사진 할단면을 갖는 질화물계 반도체 레이저에 있어서의 피드백 광의 영향을 설명한다. 도 18의 (a)부를 참조하면, 레이저 구조체의 에피택셜면에는 애노드 전극 AN3이 형성되어 있고, 레이저 구조체의 기판 이면에는 캐소드 전극 CT3이 형성되어 있다. 활성층 AL2이 단부면 BC1으로부터 단부면 BC2까지 연장되어 있다. 도 17의 (a)부 및 도 17의 (b)부와 동일하게 피드백 광 LR1?LR3이 단부면에 되돌아간다. 활성층 위치는, 압박되는 에피택셜 표면에 가깝기 때문에, 이 때문에 각도 α는 작다. 따라서, 피드백 광 LR1에 의한 임계치의 상승은 작다. 피드백 광의 영향은 전무는 아니지만, 극히 표면에 피드백 광 LR1이 입사한다. 도 18의 (b)부, 도 18의 (c)부 및 도 18의 (d)부를 참조하면, 피드백 광 LR2, LR3이 입사하는 위치에서는, 단부면의 기울기(β1<β2)는 비교적 크고, 이 때문에 광의 진행 방향과 도파로 방향이 상이하다. 이 때문에, 입사한 피드백 광은 도파할 수 없다, 이 때문에, 임계치의 상승에 관한 영향을 부여하지 않는다. 반도체 레이저의 측면에 도달한 광의 대부분은 반사되지 않고서, 산란하면서 감쇠한다. 이 질화물 반도체 레이저에서는, 레이저 도파로가 나타내는 단부면상을 에피택셜면으로부터 기판 이면으로의 방향으로 연장되는 라인상에 있어서, 이 방향으로 그 경사각이 서서히 커진다((α<β1<β2)).
(실시예 5)
단면으로부터 보았을 때의 단부면의 경사 각도 θ가 0도일 때, 활성층 위치에서의 단부면의 경사 각도 α와, 광의 공진기 내에서의 왕복 횟수의 관계를 조사하였다. 도 19는, 단부면에 있어서의 어긋남 각도 α와 피드백 광의 왕복 횟수의 관계를 도시한 도면이다. 각도 α가 0.2도 이상일 때에, 광의 왕복 횟수가 1회 이하가 된다. 이로부터, 각도 θ=0도인 경우에는, 각도 α가 0.2도 미만일 때에, 피드백 광에 대하여 약하지만, 임계치가 낮다. 각도 α가 0.2도 이상일 때에, 피드백 광에 강해진다. 각도 α가 0.5도 이하일 때에, 각도 α에 기인하는 임계치의 상승은, 실용적인 납득이 가능한 범위이다.
도 18을 참조하면서 설명하였다, 각도(θ, α, β)에 대해서 경사진 할단면을 갖는 질화물계 반도체 레이저에 있어서의 피드백 광의 영향을 설명한다. 설명을 위한 질화물계 반도체 레이저에서는, 단부면의 세로 경사 각도 θ, 활성층 위치에 있어서의 단부면의 가로 경사 각도 α, 이면 근방에서의 기판 단부면의 위치에서의 단부면의 가로 경사 각도 β가 제로가 아니라, 각도 α가 각도 β와 상이하다(θ≠0도, α≠β≠0). 기판의 두께 T, 각도 θ, 반도체칩의 폭 W를 부여하고, 각도 α 및 각도 β가 취득하는 값을 조사하였다. 활성층 위치에 있어서의 단부면의 가로 경사 각도 α가 이하와 같이 규정된다.
α=arctan(Lα/W), 여기서, Lα=(에피택셜막의 두께)×tanθ.
기판 단부면의 위치에서의 단부면의 가로 경사 각도 β가 이하와 같이 규정된다.
β=arctan(Lβ/W), 여기서, Lβ=(전체 두께=에피택셜막의 두께+기판쇄)×tanθ.
전형적인 값인 활성층으로부터 에피택셜막의 표면까지의 거리 L1α=1 ㎛, 활성층으로부터 기판 주면까지의 거리 L2α=2 ㎛, 에피택셜막의 두께 Lα= L1α+L2α, 기판 두께(DSUB)=100 ㎛, 칩 폭 200 ㎛로 했을 때, 도 20에 도시한 바와 같은 의존성이 얻어졌다. 또한, 각도 θ는 클래드층과 가이드층의 전체 반사각인 약 10도 이하의 범위에서 조사하였다. 그 결과, 각도 θ=0.4도인 경우에, 각도 α=0.003도, 각도 β=0.2도가 얻어졌다. 따라서, 각도 θ= 0.4도 이상의 경우에, 각도 α가 0.2도보다 작고, 각도 β가 0.2도보다 크다. 이것은 거의 원하는 단부면을 제작할 수 있는 것을 나타낸다. 이 단부면을 갖는 질화물 반도체 레이저는 피드백 광에 강하고, 그 임계치가 낮다.
도 21을 참조하면서, 이들 단부면을 실현하는 방법을 {20-21}면상에 제작된 반도체 레이저를 예시적으로 설명한다. c축을 주면에 투영한 방향으로 평행하게 도파로를 마련한 질화물 반도체 레이저에 있어서, 기판 주면에 수직인 면은, c축의 플러스 방향이 향하는 단부면에 있어서 면 CP1(예컨대 {-1017}면)이다. 그러나, {20-21}면 상에 제작된 반도체 레이저에서는, 이 면 CP1보다, 면 CP1에 가까운 별도의 면 CP2(예컨대 {-1016}면이나 {10-1-6}면이라는 면지수의 결정면)가 브레이크일 때에 출현하기 쉽다. 기판 이면에 스크라이브 홈을 마련한 후에, 도 21의 (a)부에 도시된 바와 같이, 블레이드를 기판 생산물의 표면(에피택셜면)에 대어 기판 생산물의 브레이크를 행한다. 파선 DL은 블레이드가 에피택셜면에 있어서 접촉하는 위치로부터 {10-1-6}면을 따른 위치를 도시한다. 할단될 때의 균열 BK1은, 도 21의 (b)부에 도시된 바와 같이, 스크라이브 홈으로부터 진행한다. 면지수 {-1017}로 표시되는 면보다도 면지수 {-1016}로 표시되는 면에서 깨지기 쉽기 때문에, 도 21의 (c)부에 도시된 바와 같이, 깨지기 쉬운 면을 출현시키는 방향으로 균열 BK2이, 스크라이브 홈(65a)의 배열의 라인으로부터 떨어져 진행한다. 그리고, 도 21의 (d)부에 도시된 바와 같이, 인접하는 홈까지 균열이 근접해 간다. 균열이 인접하는 홈에까지 균열 BK3이 근접했을 때, 도 21의 (e)부에 도시된 바와 같이, 균열 BK4가 홈에 연결되어, 기판 생산물의 할단이 완료된다. 이 때, 에피택셜 표면측은, 블레이드로부터 압박의 힘이 가해져 할단되기 때문에, 할단선은 직선에 가깝고, 거의 일직선형인 한편, 이에 비교해서, 기판 이면에서의 할단선은 만곡한다. 이 때문에, 도 21의 (f)부에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 도시한 단부면 형상을 실현할 수 있다. 본 실시 형태는, 상기한 형태의 범위에 한정되는 것은 아니고, 본 실시형태에 기재된 반극성면의 경사 각도에 있어서, 할단면에 정해진 범위의 경사를 제공할 수 있다. {20-21}면과 상이한 반극성면상에 제작된 반도체 레이저에서는, a-n면을 따라서 연장하는 스크라이브 홈의 열을 기판 이면에 형성한 후에, 기판 생산물의 앞면(에피택셜면측)에 압박한다. a-n면과 기판 생산물의 앞면의 교차선에 가까운 깨지기 쉬운 면이 출현한다. 상기와 동일하게, 깨지기 쉬운 면을 출현시키는 방향으로 균열이 만곡하여 진전한다.
도 22는, (20-21)면과 (-101-6)면 및 (-1016)면에서의 원자 배치를 도시한 도면이다. 도 23은, (20-21)면과 (-101-7)면 및 (-1017)면에서의 원자 배치를 도시한 도면이다. 도 24는, (20-21)면과 (-101-8)면 및 (-1018)면에서의 원자 배치를 도시한 도면이다. 도 22?도 24에 도시된 바와 같이, 화살표에 의해서 표시되는 국소적인 원자 배치는 전하적으로 중성인 원자의 배열을 도시하고, 전기적 중성의 원자 배치가 주기적으로 출현하고 있다. 성장면에 대하여, 비교적 수직인 면이 얻어지는 이유는, 이 전하적으로 중성인 원자 배열이 주기적으로 나타남으로써, 할단면의 생성이 비교적 안정하게 되어 있는 것이 생각될 가능성이 있다.
상기한 실시예 1?3을 포함한 여러 가지 실험에 의해서, 각도(CALPHA)는, 45도 이상 80도 이하 및 100도 이상 135도 이하의 범위일 수 있다. 발진칩 수율을 향상시키기 위해서는, 각도(CALPHA)는, 63도 이상 80도 이하 및 100도 이상 117도 이하의 범위일 수 있다. 전형적인 반극성 주면, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 이들의 반극성면으로부터의 미경사면일 수 있다. 예컨대, 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나의 면으로부터, m면 방향으로 -4도 이상 +4도 이하의 범위에서 오프한 미경사면일 수 있다.
적합한 실시 형태에 있어서 본 발명의 원리를 도시하여 설명해 왔지만, 본 발명은, 그러한 원리로부터 일탈하지 않고 배치 및 상세에 있어서 변경될 수 있는 것은 당업자에 의해서 인식된다. 본 발명은, 본 실시 형태에 개시된 특정한 구성에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 특허청구의 범위 및 그 정신의 범위에서 오는 모든 수정 및 변경에 권리를 청구한다.
산업상의 이용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 육방정계 III족 질화물의 c축이 m축의 방향으로 경사진 지지 기체의 반극성면상에 있어서, 피드백 광에 의한 교란의 저감을 가능할 수 있는 것 외에, 저임계치 전류를 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖는 III족 질화물 반도체 레이저 소자가 제공된다, 또한, 본 실시 형태에 따르면, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법이 제공된다.
11 : III족 질화물 반도체 레이저 소자 13 : 레이저 구조체
13a : 제1 면 13b : 제2 면
13c, 13d : 에지 15 : 전극
17 : 지지 기체 17a : 반극성 주면
17b : 지지 기체 이면 17c : 지지 기체 단부면
19 : 반도체 영역 19a : 반도체 영역 표면
19c : 반도체 영역 단부면 21 : 제1 클래드층
23 : 제2 클래드층 25 : 활성층
25a : 우물층 25b : 장벽층
27, 29 : 할단면 CALPHA : 각도
Sc : c면 NX : 법선축
31 : 절연막 31a : 절연막 개구
35 : n측 광가이드층 37 : p측 광가이드층
39 : 캐리어 블록층 41 : 전극
43a, 43b : 유전체 다층막 MA : m축 벡터
GAMMA : 각도 DSUB : 지지 기체 두께
51…기판 51a : 반극성 주면
SP : 기판 생산물 57 : 질화갈륨계 반도체 영역
59 : 발광층 61 : 질화갈륨계 반도체 영역
53 : 반도체 영역 54 : 절연막
54a : 절연막 개구 55 : 레이저 구조체
58a : 애노드 전극 58b : 캐소드 전극
63a : 제1 면 63b : 제2 면
10a : 레이저 스크라이버 65a : 스크라이브 홈
65b : 스크라이브 홈 LB : 레이저 빔
SP1 : 기판 생산물 LB1 : 레이저 바
69 : 블레이드 69a : 에지
69b, 69c : 블레이드면 70 : 지지 장치
70a : 지지면 70b : 오목부

Claims (26)

  1. III족 질화물 반도체 레이저 소자로서,
    육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면(主面)을 갖는 지지 기체, 및 상기 지지 기체의 상기 반극성 주면상에 마련된 반도체 영역을 포함하는 레이저 구조체와,
    상기 레이저 구조체의 상기 반도체 영역상에 마련된 전극
    을 구비하고,
    상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층 사이에 마련된 활성층을 포함하고,
    상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있고,
    상기 활성층은 질화갈륨계 반도체층을 포함하고,
    상기 지지 기체의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 각도(CALPHA)로 경사져 있고,
    상기 레이저 구조체는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하는 제1 및 제2 할단면을 포함하고,
    상기 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기는 상기 제1 및 제2 할단면을 포함하고,
    상기 레이저 구조체는 제1 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이고,
    상기 제1 및 제2 할단면은, 각각 상기 제1 면의 에지로부터 상기 제2 면의 에지까지 연장되고,
    상기 법선축과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도는, 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위이고,
    상기 레이저 구조체는, 상기 지지 기체의 상기 반극성 주면상에 연장하는 레이저 도파로를 포함하고, 상기 레이저 도파로는, 상기 제1 및 제2 할단면 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로의 방향을 향하는 도파로 벡터의 방향으로 연장하고,
    상기 제1 할단면은, 상기 m-n면에 직교하는 제1 평면 내에 있어서 상기 도파로 벡터에 직교하는 기준면에 대하여 각도 β로 경사져 있고, 상기 각도 β는, 상기 제1 할단면에 있어서의 상기 지지 기체의 단부면상에 있어서 규정되고,
    상기 제1 할단면은, 상기 m-n면에 직교하는 제2 평면 내에서 상기 기준면에 대하여 각도 α로 경사져 있으며, 상기 각도 α는, 상기 제1 할단면에 있어서의 상기 활성층의 단부면상에 있어서 규정되고,
    상기 각도 α는 상기 각도 β와 상이하고, 상기 각도 α 및 상기 각도 β는 동일한 부호를 가지며, 상기 각도 α와 상기 각도 β의 차이가 0.1도 이상인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각도 β는 상기 각도 α보다 큰 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파로 벡터는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 a-n면의 법선 벡터와 0.1도 이상의 각도를 이루고 있는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각도 α는 0.5도 이하인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 기체의 두께는 400 ㎛ 이하인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 기체의 두께는, 50 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층으로부터의 레이저광은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광하고 있는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 LED 모드에 있어서의 광은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광 성분 I1과, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축을 주면에 투영한 방향으로 편광 성분 I2를 포함하고,
    상기 편광 성분 I1은 상기 편광 성분 I2보다 큰 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 법선축과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도는, 63도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 117도 이하의 범위인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나의 면으로부터 -4도 이상 +4도 이하의 범위에서 오프한 경사면인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 기체의 적층 결함 밀도는 1×104 ㎝-1 이하인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 기체는, GaN, AlGaN, AlN, InGaN 및 InAlGaN 중 어느 하나로 이루어지는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 할단면 중 어느 한쪽 이상에 마련된 유전체 다층막을 더 구비하는 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층은, 파장 360 ㎚ 이상 600 ㎚ 이하의 광을 발생하도록 마련된 발광 영역을 포함하는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층은, 파장 430 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하의 광을 발생하도록 마련된 양자 우물 구조를 포함하는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 할단면의 각각에는, 상기 지지 기체의 단부면 및 상기 반도체 영역의 단부면이 나타나고 있고,
    상기 반도체 영역의 상기 활성층에 있어서의 단부면과 상기 육방정계 질화물 반도체로 이루어지는 지지 기체의 m축에 직교하는 기준면이 이루는 각도는, 상기 III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면에 있어서 (CALPHA-5)도 이상 (CALPHA+5)도 이하의 범위의 각도를 이루는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 구조체는 리지 구조를 갖는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  19. III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법으로서,
    육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면을 갖는 기판을 준비하는 공정과,
    상기 반극성 주면상에 형성된 반도체 영역과 상기 기판을 포함하는 레이저 구조체, 애노드 전극, 및 캐소드 전극을 갖는 기판 생산물을 형성하는 공정과,
    상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 상기 기판 생산물의 제1 면을 부분적으로 스크라이브하는 공정과,
    상기 기판 생산물의 제2 면으로의 압박에 의해 상기 기판 생산물의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물 및 레이저 바를 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이고,
    상기 반도체 영역은 상기 제2 면과 상기 기판 사이에 위치하고,
    상기 레이저 바는, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 연장하여 상기 분리에 의해 형성되어 상기 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 제1 및 제2 단부면을 갖고,
    상기 제1 및 제2 단부면은 상기 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성하고,
    상기 애노드 전극 및 캐소드 전극은, 상기 레이저 구조체상에 형성되고,
    상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층 사이에 마련된 활성층을 포함하고,
    상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있고,
    상기 활성층은 질화갈륨계 반도체층을 포함하고,
    상기 기판의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 각도(CALPHA)로 경사져 있고,
    상기 제1 및 제2 단부면은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하고,
    상기 법선축과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도는, 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위이고,
    상기 레이저 구조체는, 상기 기판의 상기 반극성 주면상에 연장하는 레이저 도파로를 포함하고, 상기 레이저 도파로는, 상기 제1 및 제2 단부면 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로의 방향을 향하는 도파로 벡터의 방향으로 연장하고,
    상기 제1 단부면은, 상기 m-n면에 직교하는 제1 평면 내에 있어서 상기 도파로 벡터에 직교하는 기준면에 대하여 각도 β로 경사져 있으며, 상기 각도 β는, 상기 제1 단부면에 있어서의 상기 기판의 단부면상에 있어서 규정되고,
    상기 제1 단부면은, 상기 m-n면에 직교하는 제2 평면 내에서 상기 기준면에 대하여 각도 α로 경사져 있고, 상기 각도 α는, 상기 제1 단부면에 있어서의 상기 활성층의 단부면상에 있어서 규정되고,
    상기 각도 α는 상기 각도 β와 상이하고, 상기 각도 α 및 상기 각도 β는 동일한 부호를 가지며, 상기 각도 α와 상기 각도 β의 차이가 0.1도 이상인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 각도 β는 상기 각도 α보다 큰 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 도파로 벡터는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 a-n면의 법선 벡터와 0.1도 이상의 각도를 이루고 있는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각도(CALPHA)는, 63도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 117도 이하의 범위인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 생산물을 형성하는 상기 공정에 있어서, 상기 기판은, 상기 기판의 두께가 400 ㎛ 이하가 되도록 슬라이스 또는 연삭이라는 가공이 실시되고,
    상기 제2 면은 상기 가공에 의해 형성된 가공면, 또는 상기 가공면의 위에 형성된 전극을 포함하는 면인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 생산물을 형성하는 상기 공정에 있어서, 상기 기판은, 상기 기판의 두께가 50 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하가 되도록 연마되고,
    상기 제2 면은 상기 연마에 의해 형성된 연마면, 또는 상기 연마면의 위에 형성된 전극을 포함하는 면인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단부면의 각각에 있어서의 상기 활성층의 단부면은, 상기 육방정계 질화물 반도체로 이루어지는 지지 기체의 m축에 직교하는 기준면에 대하여, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 평면에 있어서 (CALPHA-5)도 이상 (CALPHA+5)도 이하의 범위의 각도를 이루는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  26. 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은, GaN, AlGaN, AlN, InGaN 및 InAlGaN 중 어느 하나로 이루어지는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
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