KR20120135301A - 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
고지 가타야마
마사키 우에노
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Abstract

공진기 미러에 있어서의 평탄성을 향상 가능함과 함께 임계값 전류의 저감을 가능하게 하는, III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법을 제공한다. 기판 생산물(SP)의 스크라이브 홈(65a)의 방향을 지지 장치(71)의 에지(71b)의 연장방향에 맞추어, 기판 생산물(SP)을 지지 장치(71)의 에지(71b)를 기준으로 하여 위치 결정한다. 에지(71b)를 따라 연장되는 기준선(X 좌표 A1)을 경계로 기판 생산물(SP)은 제1 영역(70a) 및 제2 영역(70b)으로 나누어진다. 기판 생산물(SP)의 제1 영역(70a)을 지지면(70a)에서 지지하면서 제2 영역(70b)으로 압박함으로써 기판 생산물(SP)의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)를 형성한다. 에지(71b)의 연장 방향으로 브레이킹 장치(69)의 에지(69a)의 방향을 맞추어, 제2 면(63b)에 교차하는 방향으로부터 브레이킹 장치(69)의 에지(69a)를 기판 생산물(SP)에 가압한다.

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.
비특허문헌 1에는, c면 사파이어 기판 상에 제작된 반도체 레이저가 기재되어 있다. 드라이 에칭에 의해 반도체 레이저의 미러면이 형성된다. 레이저의 공진기 미러면의 현미경 사진이 게재되고, 그 단부면의 거칠기가 약 50 ㎚인 것이 기재되어 있다.
비특허문헌 2에는, (11-22)면 GaN 기판 상에 제작된 반도체 레이저가 기재되어 있다. 드라이 에칭에 의해 반도체 레이저의 미러면이 형성된다.
비특허문헌 3에는, 질화갈륨계 반도체 레이저가 기재되어 있다. 벽개면(cleaved facets)으로서 m면을 레이저 공진기에 이용하기 위해, 기판의 c축의 오프 방향으로 편광된 레이저광을 생성하는 것을 제안하고 있다. 이 문헌에는, 구체적으로는, 무극성면에서는 우물 폭을 넓히는 것, 반극성면에서는 우물 폭을 좁히는 것이 기재되어 있다.
비특허문헌 1 : Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35,(1996) L74-L76 비특허문헌 2 : Appl.Phys.Express1(2008) 091102 비특허문헌 3 : Jpn.J.Appl.Phys.Vol.46,(2007) L789
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 의해 규정되는 면을 따라 레이저 도파로를 연장시킬 때, 임계값 전류를 흐르게 할 수 있다고 생각하고 있다. 이 레이저 도파로의 방향에서는, 이들 중 천이 에너지(전도대 에너지와 가전자대 에너지의 차)의 가장 작은 모드가 레이저 발진 가능하게 되고, 이 모드의 발진이 가능해질 때, 임계값 전류를 흐르게 할 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 레벨에의 양호한 드라이 에칭면을 얻기 위한 프로세스 조건의 도출이 큰 부담이 된다.
발명자가 아는 한에 있어서, 이제까지, 상기 반극성면 상에 형성된 동일한 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서, c축의 경사 방향(오프 방향)으로 연장되는 레이저 도파로와 드라이 에칭을 이용하지 않고 형성된 공진기 미러용 단부면의 양쪽이 달성되어 있지 않다.
발명자들은 본건 발명에 관련된 특허 출원(일본 특허 출원 제2009-144442호)을 행하고 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 육방정계 III족 질화물의 c축으로부터 m축의 방향으로 경사진 지지 기체의 반극성면 상에 있어서, 임계값 전류의 저감을 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖는 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제공하는 것에 있고, 또한 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 공진기 미러에서의 평탄성을 향상 가능하게 함과 함께 임계값 전류를 저감 가능하게 하는 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일측면은, III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, (a) 육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면(主面)을 갖는 기판과, 상기 반극성 주면 상에 형성된 반도체 영역을 포함하는 레이저 구조체를 갖는 기판 생산물을 형성하는 공정과, (b) 상기 기판 생산물의 제1 면을 스크라이브하여, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 연장되는 스크라이브 마크를 형성하는 공정과, (c) 상기 스크라이브 마크를 형성한 후에, 상기 기판 생산물의 제1 영역을 지지함과 함께 상기 기판 생산물의 제2 영역을 지지하지 않고서 그 제2 영역으로 압박을 행함으로써 상기 기판 생산물의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물 및 레이저 바를 형성하는 공정을 포함한다. 상기 기판 생산물은 정해진 기준선에 의해서 상기 제1 및 제2 영역의 2개로 나누어지고, 상기 제1 및 제2 영역은 서로 이웃하며, 상기 압박은 상기 기판 생산물의 제2 면에 행해지고, 상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이며, 상기 반도체 영역은 상기 제1 면과 상기 기판의 사이에 위치하고, 상기 레이저 바는, 상기 제1 면에서 상기 제2 면까지 연장되어 상기 분리에 의해 형성된 제1 및 제2 단부면을 갖고, 상기 제1 및 제2 단부면은 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성하며, 상기 기판 생산물은, 상기 레이저 구조체 위에 마련된 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하고, 상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층의 사이에 마련된 활성층을 포함하며, 상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라 배열되어 있고, 상기 기판의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 각도(ALPHA)로 경사져 있고, 상기 제1 및 제2 단부면은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차한다.
이 방법에 따르면, 기판 생산물은, 분리 시에 지지되는 기판 생산물의 한쪽측의 영역(제1 영역)과, 분리 시에 지지되지 않고 압박되는 기판 생산물의 다른쪽측의 영역(제2 영역)으로 나누어진다. 기판 생산물의 한쪽측의 영역을 지지하면서 기판 생산물의 다른쪽측의 영역으로 압박함으로써 기판 생산물의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물 및 레이저 바를 형성한다. 따라서, 상기 압박에 앞서 지지 시에, 기판 생산물의 한쪽측의 부분이 지지되어 있지만, 기판 생산물의 다른쪽측은 지지되어 있지 않아 자유단이다.
압박 시에, 기판 생산물의 제2 영역에 압박을 행하여 기판 생산물에 압박 라인에 전단력을 가한다. 이 압박이 행해질 때, 압박 라인을 따른 기준선을 경계로 나누어지는 제2 영역의 2개의 부분에는 상이한 힘이 가해진다. 압박의 기간 중에, 지지된 제1 영역으로부터 기판 생산물의 제2 영역상의 압박부까지의 사이의 제1 부분에 굽힘 모멘트 및 전단력이 작동하지만, 제2 부분에는 굽힘 모멘트는 생기지 않고, 전단력도 인가되지 않는다. 이 때문에, 제1 부분과 제2 부분과의 경계에 전단력을 가함에 따른 분리에서, 단부면을 생성하는 주요한 힘은 전단력이다. 이 방법에 따르면, III족 질화물 반도체 레이저 소자의 공진기 미러에 있어서의 평탄성이 향상된다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 각도(ALPHA)는 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위일 수 있다. 이 제작 방법에 따르면, 45도 미만 및 135도 초과의 각도에서는, 압박에 의해 형성되는 단부면이 m면으로 이루어질 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도에서는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않는다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 각도(ALPHA)는 63도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 117도 이하의 범위인 것이 좋다. 이 제작 방법에 따르면, 63도 미만 및 117도를 초과하는 각도에서는, 압박에 의해 형성되는 단부면의 일부에, m면이 출현할 가능성이 있다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도에서는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않는다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 스크라이브 마크는, 상기 법선축과 상기 a축의 방향에 의해서 규정되는 a-n면을 따라서, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면의 방향으로 연장되는 것이 좋다. 이 제작 방법에 따르면, a-n면을 따라서 제1 면으로부터 제2 면의 방향으로 연장되는 스크라이브 마크는, 단부면의 생성을 안내한다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 기판 생산물을 형성하는 상기 공정에 있어서, 상기 기판은 상기 기판의 두께가 50 ㎛ 이상이 되도록 가공이 실시되고, 상기 가공은 슬라이스 또는 연삭이며, 상기 제2 면은 상기 가공에 의해 형성된 가공면, 또는 상기 가공면 위에 형성된 전극을 포함하는 면인 것이 좋다. 이 제작 방법에 따르면, 기판 두께가 50 ㎛ 이상이면, 핸들링이 용이해져 생산 수율이 향상된다. 이러한 두께의 기판으로는, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성, 수직성 또는 이온 손상이 없는 제1 및 제2 단부면을 수율 좋게 형성할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서는, 상기 기판 생산물을 형성하는 상기 공정에 있어서, 상기 기판은, 상기 기판의 두께가 115 ㎛ 이하가 되도록 가공이 실시되는 것이 좋다. 이 제작 방법에 따르면, 상기 기판의 두께가 115 ㎛ 이하이면, 레이저 공진기를 위한 양질인 할단면(割斷面)을 얻기 위해 더욱 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 스크라이브는, 레이저 스크라이버를 이용하여 행해지고, 상기 스크라이브 마크는 스크라이브 홈을 포함하며, 상기 스크라이브 홈은, 상기 법선축과 상기 a축의 방향에 의해서 규정되는 a-n면을 따라서, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면의 방향으로 연장되는 것이 좋다. 이 제작 방법에 따르면, 스크라이브 홈은, 제1 면으로부터 기판을 향하는 방향으로 연장된다. 기판 생산물의 할단에 의해 별도의 기판 생산물 및 레이저 바가 형성되고, 이 할단의 전파는, 상기 깊이 방향으로 연장되는 스크라이브 홈에 의해서 안내된다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나일 수 있다. 이 제작 방법에 있어서, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 이들 전형적인 반극성면에 있어서, 그 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 제작 방법에서, 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 경사를 갖는 면도 상기 주면으로서 좋다. 이 제작 방법에 따르면, 이들 전형적인 반극성면으로부터의 미경사면에 있어서, 그 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 제작 방법에서, 상기 기판은, GaN, AlGaN, AlN, InGaN 및 InAlGaN 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이 제작 방법에 따르면, 이들 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 기판을 이용할 때, 공진기로서 이용 가능한 제1 및 제2 단부면을 얻을 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 제1 및 제2 단부면의 각각에서의 상기 활성층의 단부면은, 상기 기판의 m축에 직교하는 기준면에 대하여, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면에 있어서 (ALPHA-5)도 이상 (ALPHA+5)도 이하의 범위의 각도를 이룰 수 있다. 이 제작 방법에 따르면, c축 및 m축 중 한쪽으로부터 다른쪽으로 취해지는 각도에 관해서, 상기 수직성을 갖는 단부면을 수율 좋게 형성할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 각도는, 상기 제1 평면 및 상기 법선축에 직교하는 제2 평면에 있어서 -5도 이상 +5도 이하의 범위가 될 수 있다. 이 제작 방법에 따르면, 반극성면의 법선축에 수직인 면에 있어서 규정되는 각도에 관해서, 상기 수직성을 갖는 단부면을 수율 좋게 형성할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 제작 방법에서, 상기 스크라이브 마크를 형성하는 상기 공정에서는, 상기 기판 생산물의 제1 면을 스크라이브하여, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 상기 a축의 방향으로 연장되는 복수의 스크라이브 홈을 형성하고, 상기 복수의 스크라이브 홈은, 상기 레이저 공진기의 방향과 교차하는 소자 폭의 n배(n=1,2,3,4,???)의 피치로 배열될 수 있다. 반극성면의 이용에 의해, 피에조 전계의 저감과 발광층 영역의 결정 품질 향상에 의해서 양자 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, (a) 육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면을 갖는 지지 기체, 및 상기 지지 기체의 상기 반극성 주면 상에 마련된 반도체 영역을 포함하는 레이저 구조체와, (b) 상기 레이저 구조체의 상기 반도체 영역 상에 마련된 전극을 구비한다. 상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층의 사이에 마련된 활성층을 포함하고, 상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있으며, 상기 지지 기체의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 각도(ALPHA)로 경사져 있고, 상기 레이저 구조체는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하는 제1 및 제2 할단부면을 포함하고, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기는 상기 제1 및 제2 할단면을 포함하며, 상기 레이저 구조체는 제1 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이며, 상기 제1 및 제2 할단면은, 각각 상기 제1 면의 에지로부터 상기 제2 면의 에지까지 연장되고, 상기 제1 및 제2 할단면의 각각은, 상기 지지 기체의 단부면에 있어서 상기 제1 및 제2 면 중 한쪽으로부터 다른쪽을 향하는 방향으로 연장되는 줄무늬형상 구조를 갖는다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, (a) 육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면을 갖는 지지 기체, 및 상기 지지 기체의 상기 반극성 주면 위에 마련된 반도체 영역을 포함하는 레이저 구조체와, (b) 상기 레이저 구조체의 상기 반도체 영역 상에 마련된 전극을 구비한다. 상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층의 사이에 마련된 활성층을 포함하며, 상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있으며, 상기 지지 기체의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 각도(ALPHA)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, 그 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 면이며, 상기 제1 및 제2 할단면은, 각각 상기 제1 면의 에지로부터 상기 제2 면의 에지까지 연장되고, 상기 제1 및 제2 할단면의 각각에서의 상기 지지 기체의 단부면은 전단력을 포함한다.
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 반극성면과의 교차선의 방향으로 연장되는 레이저 도파로를 마련할 수 있다. 이 때문에, 저임계값 전류를 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖는 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제공할 수 있다. 또한, 할단면이 상기 줄무늬형상의 표면 모폴로지를 포함할 때, III족 질화물 반도체 레이저 소자의 공진기 미러의 활성층 단부면 및 그 근방에서의 평탄성이 향상된다. 발명자들의 실험에 따르면, 레이저 공진기가 되는 제1 및 제2 할단면을 본건에 따른 제작 방법에 의해 형성할 때, 할단면이 상기 표면 모폴로지를 갖는다. 이 할단면의 평탄성은 우수하고, 우수한 평탄성은 임계값 전류의 저감에 기여한다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 법선축과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도는, 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위인 것이 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도에서는, 압박에 의해 형성되는 단부면이 m면으로 이루어질 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도에서는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 지지 기체의 두께는 50 ㎛ 이상인 것이 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 두께 50 ㎛ 이상이면, 핸들링이 용이해져 생산 수율의 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 지지 기체의 두께는 115 ㎛ 이하일 수 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 레이저 공진기를 위한 할단면을 얻을 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 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 범위로 오프된 미(微)경사면일 수 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 이들 전형적인 반극성면으로부터의 미경사면에 있어서, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성 및 수직성의 제1 및 제2 단부면을 제공할 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 반극성 주면은, {20-21}면, {10-11}면, {20-2-1}면, 및 {10-1-1}면 중 어느 하나일 수 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, 이들 전형적인 반극성면에 있어서, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성할 수 있을 정도의 충분한 평탄성 및 수직성의 제1 및 제2 단부면을 제공할 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 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, 저굴절률에 의해 광가둠을 강화할 수 있다. InGaN 기판을 이용할 때, 기판과 발광층과의 격자 부정합률을 작게 할 수 있어 결정 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, 상기 제1 및 제2 할단면 중 적어도 어느 한쪽에 마련된 유전체 다층막을 더 구비할 수 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서, 파단면에도 단부면 코트를 적용할 수 있고, 이 단부면 코트에 의해 반사율을 조정할 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 활성층은, 파장 360 ㎚ 이상 600 ㎚ 이하의 광을 발생하도록 마련된 발광 영역을 포함할 수 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, 반극성면의 이용에 의해, LED 모드의 편광을 유효하게 이용한 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 얻을 수 있어, 낮은 임계값 전류를 얻을 수 있다. 발광 영역은, 예컨대 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조, 및 벌크 구조 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 활성층은, 파장 430 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하의 광을 발생하도록 마련된 양자 우물 구조를 포함할 수 있다. 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 좋다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 활성층으로부터의 레이저광은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광하고 있을 수 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서, 낮은 임계값 전류를 제공할 수 있는 밴드 천이는 편광성을 갖는다. m축 방향으로 c축을 경사지게 한 반도체 레이저 소자에서는, 이 천이를 이용 가능하다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 LED 모드에 있어서의 광은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광 성분(I1)과, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축을 주면에 투영한 방향으로 편광 성분(I2)을 포함하고, 상기 편광 성분(I1)은 상기 편광 성분(I2)보다 크다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 따르면, c축이 m축 방향으로 경사진 기판 주면 상에 레이저 구조체가 마련되기 때문에, LED 모드에 있어서 큰 발광 강도의 모드의 광을, 레이저 공진기를 이용하여 레이저 발진시킬 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 지지 기체의 적층 결함 밀도는 1×104 ㎝-1 이하인 것이 좋다. 이 적층 결함 밀도에서는, 우발적인 사정에 의해 할단면의 평탄성 및/또는 수직성이 흐트러질 가능성을 낮게 할 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 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 기준면과의 이루는 각도는, 상기 III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면에 있어서 (ALPHA-5)도 이상 (ALPHA+5)도 이하의 범위의 각도를 이루는 것이 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, c축 및 m축 중 한쪽으로부터 다른쪽으로 취해지는 각도에 관해서, 상기 수직성을 만족하는 단부면을 제공할 수 있다.
본 발명의 별도의 측면에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서, 상기 각도는, 상기 제1 평면 및 상기 법선축에 직교하는 제2 평면에 있어서 -5도 이상 +5도 이하의 범위가 되는 것이 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자는, 반극성면의 법선축에 수직인 면에 있어서 규정되는 각도에 관해서, 상기 수직성을 만족하는 단부면을 갖는다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적, 특징, 및 이점은, 첨부 도면을 참조하여 진행되는 본 발명의 적합한 실시형태의 이하의 상세한 기술로부터, 보다 용이하게 분명해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일측면에 따르면, 육방정계 III족 질화물의 c축으로부터 m축의 방향으로 경사진 지지 기체의 반극성면상에 있어서, 임계값 전류의 저감을 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖는 III족 질화물 반도체 레이저 소자가 제공된다. 또한, 본 발명의 별도의 측면에 따르면, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 공진기 미러에서의 평탄성을 향상 가능함과 함께 임계값 전류의 저감을 가능하게 하는, III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법이 제공된다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는, III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 활성층에서의 밴드 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은, III족 질화물 반도체 레이저 소자의 활성층에 있어서의 발광의 편광을 나타낸 도면이다.
도 4는, III족 질화물 반도체 레이저 소자의 단부면과 활성층의 m면과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 실시형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법의 주요한 공정을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 6은, 본 실시형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법의 주요한 공정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 실시형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법에 있어서의 할단의 방법 (A)을 설명하는 도면이다.
도 8은, 본 실시형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법에 있어서의 할단의 방법 (B)을 설명하는 도면이다.
도 9는, 결정 격자에 있어서의 {20-21}면, 및 공진기 단부면의 광학 현미경상을 나타낸 도면이다.
도 10은, 실시예에 나타난 레이저 다이오드의 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은, 방법 (A)에 의해 제작된 레이저 공진기를 위한 할단면과 레이저 스트라이프 사이의 각도의 분포를 나타낸 도면이다.
도 12는, 방법 (A) 및 방법 (B)에 의해 제작된 레이저 공진기를 포함하는 반도체 레이저의 발진 임계값 전류의 분포를 나타낸 도면이다.
도 13은, GaN 기판의 m축 방향으로의 c축의 경사각과 공진기 수율과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 14는, 기판 두께와 공진기 수율과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 15는, 구한 편광도(ρ)와 임계값 전류 밀도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 16은, (20-21)면과 (-101-6)면 및 (-1016)면에서의 원자 배치를 나타낸 도면이다.
도 17은, (20-21)면과 (-101-7)면 및 (-1017)면에서의 원자 배치를 나타낸 도면이다.
도 18은, (20-21)면과 (-101-8)면 및 (-1018)면에 있어서의 원자 배치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 지견은, 예시로서 나타낸 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 기술을 고려함으로써 용이하게 이해할 수 있다. 이어, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 III족 질화물 반도체 레이저 소자, III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법에 따른 실시형태를 설명한다. 가능한 경우에는, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙인다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, 릿지 구조를 갖지만, 본 발명의 실시형태는, 릿지 구조로 한정되지 않는다. 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)의 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)에서, 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(CR)가 그려져 있다. 법선축(NX)은, 직교 좌표계(S)의 Z축의 방향을 향한다. 반극성 주면(17a)은, 직교 좌표계(S)의 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, 제로가 아닌 각도(ALPHA)로 경사지고 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)의 사이에 위치한다. 지지 기체(17)는 육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어진다. 절연막(31)은 개구(31a)를 가지며, 개구(31a)는 반도체 영역(19)의 표면(19a)과 상기 m-n면과의 교차선(LIX)의 방향으로 연장되고, 예컨대 스트라이프 형상을 이룬다. 전극(15)은, 개구(31a)를 통해 반도체 영역(19)의 표면(19a)(예컨대, 제2 도전형의 컨택트층(33))에 접촉을 이루고 있고, 상기 교차선(LIX)의 방향으로 연장된다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 레이저 도파로는, 제1 클래드층(21), 제2 클래드층(23) 및 활성층(25)을 포함하고, 상기 교차선(LIX)의 방향으로 연장된다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 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 연장되고 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 이제까지의 벽개면과는 상이하다.
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)과의 교차선의 방향으로 연장되는 레이저 도파로를 마련할 수 있다. 이 때문에, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, 저임계값 전류를 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖게 된다.
도 1에서의 파선원 내에 나타낸 바와 같이, 할단면(27, 29)이, 지지 기체(17)의 단부면에 있어서 제1 및 제2 면(13a, 13b) 중 한쪽으로부터 다른쪽을 향하는 방향으로 연장되는 줄무늬형상 구조를 갖는다. 할단면(27, 29)이, 상기 줄무늬형상 구조를 갖는 표면 모폴로지를 포함할 때, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 공진기 미러의 활성층 단부면 및 그 근방에서의 평탄성이 향상된다. 발명자들의 실험에 따르면, 나중에 설명되는 제작 방법을 레이저 공진기의 제작에 적용할 때, 대부분의 경우에, 할단면(27, 29)에 상기 표면 모폴로지가 제공된다. 이들의 할단면(27, 29)의 각각에서의 지지 기체(17)의 단부면은 전단면을 포함할 수 있다. 또한, 이들 할단면(27, 29)의 각각에서의 반도체 영역(19)의 단부면은 전단면을 포함할 수 있다. 이 때, 할단면(27, 29)의 평탄성은 우수하고, 이 우수한 평탄성은 임계값 전류의 저감을 가능하게 한다. 평탄성은, 레이저 스트라이프의 방향에 기초한 낮은 임계값을 가능하게 하는 밴드 천이와는 상이한 기술적인 기여이다. 할단면(27, 29)에서의 평탄성의 향상에 의해, 레이저 공진기의 성능은 향상된다.
할단면(27, 29)에 있어서의 줄무늬형상 구조는, 주사형 전자 현미경 또는 광학 현미경으로 관측 가능하고, 나중에 설명되는 제작 방법에 있어서의 할단에 의해 형성된 지지 기체의 단부면에 형성된다. 줄무늬형상 구조에 있어서의 외관상의 줄무늬모양은, 미세한 홈 형상의 구조 혹은 미세 릿지 형상의 구조이며, 이들 구조물은 제1 및 제2 면(13a, 13b) 중 한쪽으로부터 다른쪽을 향하는 방향으로 연장된다. 주사형 전자 현미경을 이용하여 행한 질화갈륨계 반도체에 관한 어림에 따르면, 홈 형상의 구조의 깊이는 예컨대 0.05 ㎛ 내지 0.50 ㎛ 정도의 범위이며, 또한 릿지 형상의 구조의 높이는 예컨대 0.05 ㎛ 내지 0.50 ㎛ 정도의 범위이다. 줄무늬의 간격은 예컨대 0.5 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 정도의 범위이다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 할단면(27)은 제1 패임부(40a)를 갖는다. 제1 패임부(40a)는, 법선축(NX)과 a축의 방향에 의해서 규정되는 a-n면을 따라서, 또한 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 측면(할단면(27, 29)과 상이함)(20a)을 따라서, 제1 면(13a)에서 제2 면(13b)의 방향으로 연장된다. 이 제1 패임부(40a)는, 할단에 의해 스크라이브 마크로 형성된다. a-n면을 따라서 제1 면(에피택셜면)(13a)에서 지지 기체(17)를 향하는 방향으로 연장되는 스크라이브 마크는 할단의 전파의 방향을 안내한다. 제1 패임부(40a)는, 에피택셜면으로부터 지지 기체(17)에 도달하도록 마련된다. 또한, 제1 할단면(27)은 제2 패임부(40b)를 갖고, 제2 패임부(40b)는 제1 면(13a)에서 제2 면(13b)의 방향으로 연장된다. 제2 패임부(40b)는 a-n면을 따라서, 또한 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 측면(할단면(27, 29)과 상이함)(20b)을 따라서 연장된다. 제1 할단면(27)에는 광 도파로의 단부면(예컨대, 활성층(25)의 단부면)이 나타나고 있고, 제1 할단면(27)에 있어서 활성층(25)의 단부면은 패임부(40a, 40b)의 사이에 위치한다. 이들 패임부(40a, 40b)는 각각 할단에 의해 스크라이브 마크로 형성된다. a-n면을 따라서 제1 면(에피택셜 표면)(13a)에서 지지 기체(17)를 향하는 방향으로 연장되는 이들 스크라이브 마크는, 할단의 전파의 방향을 안내할 수 있다. 또한, 할단면(29)도 할단면(27)과 동일하게 패임부(42a, 42b)를 가질 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는 릿지 구조를 갖고 있다. 릿지 구조에서, 제2 도전형의 컨택트층(33)은 스트라이프 형상을 이루고, 제2 클래드층(23)은, 베이스의 반도체층을 덮는 평탄부와 함께, 제2 도전형의 컨택트층(33)의 형상과 동일하게 스트라이프 형상을 이루는 릿지부를 포함한다. 또한, 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)의 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 2는, III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 활성층에서의 밴드 구조를 나타낸 도면이다. 도 3은, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 활성층(25)에서의 발광의 편광을 나타낸 도면이다. 도 4는, c축 및 m축에 의해서 규정되는 단면(斷面)을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)부를 참조하면, 밴드 구조 BAND의 Γ점 근방에서, 전도대와 가전자대 사이의 가능한 천이는 3가지 있다. A 밴드 및 B 밴드는 비교적 작은 에너지차를 갖는다. 전도대와 A 밴드와의 천이(Ea)에 의한 발광은 a축 방향에 편광하고 있고, 전도대와 B 밴드와의 천이(Eb)에 의한 발광은 c축을 주면에 투영한 방향으로 편광하고 있다. 레이저 발진에 관해서, 천이(Ea)의 임계값은 천이(Eb)의 임계값보다 작다.
도 2의 (b)부를 참조하면, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에 있어서의 LED 모드에서의 광의 스펙트럼이 나타나 있다. LED 모드에 있어서의 광은, 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향의 편광 성분(I1)과, 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축을 주면에 투영한 방향의 편광 성분(I2)을 포함하고, 편광 성분(I1)은 편광 성분(I2)보다 크다. 편광도(ρ)는 (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 3에 나타낸 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 3의 (b)부에 나타낸 바와 같이, 활성층(25)으로부터의 레이저광 L은 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광하고 있다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에 있어서, 저임계값 전류를 실현할 수 있는 밴드 천이는 편광성을 갖는다. 레이저 공진기를 위한 제1 및 제2 할단면(27, 29)은, c면, m면 또는 a면이라는 이제까지의 벽개면과는 다르다. 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 3ㅇ 의으b)부에 나타낸 바와 같이, c축을 주면에 투영한 방향으로 편광하는 천이(Eb)의 발광보다 강한 천이(Ea)의 발광을 이용하여 저임계값의 레이저 발진이 가능하게 된다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 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 덮여 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(BETA)는, III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면(S1)에 있어서 규정되는 성분(BETA)1과, 제1 평면(S1) 및 법선축(NX)에 직교하는 제2 평면(S2)에 있어서 규정되는 성분(BETA)2에 의해서 규정된다. 성분(BETA)1은, III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면(S1)에 있어서 (ALPHA-5)도 이상 (ALPHA+5)도 이하의 범위인 것이 좋다. 이 각도 범위는, 도 4에 있어서, 대표적인 m면 SM과 참조면 FA이 이루는 각도로서 표시되고 있다. 대표적인 m면(SM)이, 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 4에 있어서, 레이저 구조체의 내측으로부터 외측에 걸쳐 그려져 있다. 참조면(FA)은, 활성층(25)의 단부면(25c)을 따라서 연장된다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)는, c축 및 m축 중 한쪽으로부터 다른쪽으로 취해지는 각도(BETA)에 관해서, 상기 수직성을 만족하는 단부면을 갖는다. 또한, 성분(BETA)2은 제2 평면(S2)에 있어서 -5도 이상 +5도 이하의 범위인 것이 좋다. 여기서, BETA2=(BETA)1 2+(BETA)2 2이다. 이 때, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)의 단부면(27, 29)은, 반극성면(17a)의 법선축(NX)에 수직인 면에 있어서 규정되는 각도에 관해서 상기 수직성을 만족한다.
다시 도 1을 참조하면, III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 지지 기체(17)의 두께(DSUB)는 400 ㎛ 이하인 것이 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 레이저 공진기를 위한 양질의 할단면을 얻기 위해서 좋다. III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 지지 기체(17)의 두께(DSUB)는 50 ㎛ 이상 115 ㎛ 이하인 것이 더욱 좋다. 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서는, 레이저 공진기를 위한 양질의 할단면을 얻기 위해서 더욱 좋다. 또한, 핸들링이 용이해져, 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 법선축(NX)과 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도(ALPHA)는 45도 이상인 것이 좋고, 또한 80도 이하인 것이 좋다. 또한, 각도(ALPHA)는 100도 이상인 것이 좋고, 또한 135도 이하인 것이 좋다. 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도에서는, 압박에 의해 형성되는 단부면이 m면으로 이루어질 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도에서는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 법선축(NX)과 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도(ALPHA)는 63도 이상인 것이 좋고, 또한 80도 이하인 것이 좋다. 또한, 각도(ALPHA)는 100도 이상인 것이 좋고, 또한 117도 이하인 것이 좋다. 63도 미만 및 117도를 초과하는 각도에서는, 압박에 의해 형성되는 단부면의 일부에, m면이 출현할 가능성이 있다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도에서는, 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 범위로 미경사진 면도 상기 주면으로서 좋다. 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, 이들 전형적인 면방위에 걸친 각도의 범위에서, 충분한 평탄성 및 수직성을 나타내는 단부면이 얻어진다.
III족 질화물 반도체 레이저 소자(11)에서, 지지 기체(17)의 적층 결함 밀도는 1×104 ㎝-1 이하일 수 있다. 적층 결함 밀도가 1×104 ㎝-1 이하이기 때문에, 우발적인 사정에 의해 할단면의 평탄성 및/또는 수직성이 흐트러질 가능성이 낮다. 지지 기판(17)의 적층 결함 밀도는, 성장 전의 기판을 캐소드 루미네센스법에 의해서 관찰함으로써 어림할 수 있다. 캐소드 루미네센스에서는, 전자선에 의해서 여기된 캐리어의 발광 과정을 관찰하지만, 적층 결함이 존재하면, 그 근방에서는 캐리어가 비발광 재결합하기 때문에, 암선형상으로 관찰된다. 예컨대, 그 암선의 단위길이 당 밀도(선밀도)를 구하고, 적층 결함 밀도라 정의할 수 있다. 여기서는, 적층 결함 밀도를 조사하기 위해서, 비파괴 측정의 캐소드 루미네센스법을 이용했지만, 파괴 측정의 투과형 전자 현미경을 이용해도 좋다. 투과형 전자 현미경에서는, 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.
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 또는 AlGaN 기판을 이용할 때, 편광도를 크게 할 수 있고, 또한 저굴절률에 의해 광가둠을 강화할 수 있다. InGaN 기판을 이용할 때, 기판과 발광층과의 격자 부정합률을 작게 할 수 있어, 결정 품질을 향상시킬 수 있다.
도 5는, 본 실시형태에 따른 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법의 주요한 공정을 나타낸 도면이다. 도 6의 (a)부를 참조하면, 기판(51)이 나타나 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)으로 법선축(NX)에 대하여 각도(ALPHA)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 6의 (a)부에서는, 기판 생산물(SP)은 거의 원판형의 부재로서 그려지고 있지만, 기판 생산물(SP)의 형상은 이것으로 한정되지 않는다. 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 성장시킨다. 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)의 사이에 마련되고, 또한 활성층, 광가이드층 및 전자 블록층 등을 포함할 수 있다. 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체 영역(57), 발광층(59) 및 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체 영역(61)은, 반극성 주면(51a)의 법선축(NX)을 따라서 배열되어 있다. 이들 반도체층은 에피택셜 성장된다. 반도체 영역(53) 상은, 절연막(54)으로 덮어져 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 형성됨과 함께, 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 제1 면(63a)과 기판(51)의 사이에 위치한다.
공정 S105에서는, 도 6의 (b)부에 나타낸 바와 같이, 기판 생산물(SP)의 제1 면(63a)를 스크라이브한다. 이 스크라이브는, 레이저 스크라이버(10a)를 이용하여 행해진다. 스크라이브에 의해 스크라이브 홈(65a)이 형성된다. 도 6의 (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)과의 교차선(AIS)의 길이보다 짧고, 교차선(AIS)의 일부분에 레이저 빔(LB)의 조사가 행해진다. 레이저 빔(LB)의 조사에 의해, 특정한 방향으로 연장되며 반도체 영역에 도달하는 홈이 제1 면(63a)에 형성된다. 스크라이브 홈(65a)은 예컨대 기판 생산물(SP)의 하나의 에지에 형성될 수 있다. 스크라이브 홈(65a)은, 법선축 a-n면을 따라서 제1 면(63a)에서 제2 면(63b)의 방향으로 연장된다. 이 스크라이브 홈(65a)은, 제1 면(63a)에서 기판(51)을 향하는 방향으로 연장된다. 기판 생산물(SP)로의 압박에 의해 기판 생산물(SP)로부터 별도의 기판 생산물 및 레이저 바가 형성되고, 이 할단의 전파는, 상기 깊이 방향으로 연장되는 스크라이브 홈(65a)에 의해서 안내된다. 또한, 도 6의 (b)부에서는, 기판 생산물은 원반형상의 형상으로 그려져 있지만, 기판 생산물의 형상은 이것에 한정되지 않는다.
도 6의 (c)부에서는 이미 레이저 바(LB0)가 형성되어 있다. 압박에 앞서서, 기판 생산물(SP)은 2장의 가요성을 갖는 필름(예컨대, 플렉시블 필름)(FLM1, FLM2)의 사이에 놓여지고, 플렉시블 필름으로서 예컨대 폴리염화비닐 등을 사용 가능하다. 압박은, 예컨대 블레이드라는 브레이킹 장치(69)를 이용하여 행해진다. 브레이킹 장치(69)는, 한 방향으로 연장되는 에지(69a)와, 에지(69a)를 규정하는 적어도 2개의 블레이드면(69b, 69c)을 포함한다. 또한, 기판 생산물(SP1)의 압박은 지지 장치(71) 상에 있어서 행해진다. 지지 장치(71)는 지지면(71a)과 에지(71b)를 포함하고, 에지(71b)에 있어서 지지면(71a)이 종단한다. 이 지지 장치(71)는 기판 생산물(SP1)의 한쪽 지지(cantilever)를 가능하게 한다. 도 6의 (c)부에서는, 잇달아 형성되는 레이저 바가 지지면(71a) 상에 위치하도록, 기판 생산물을 지지하고 있지만, 잇달아 형성되는 기판 생산물이 지지면(71a) 상에 위치하도록 기판 생산물을 지지할 수도 있다.
공정 S106에서는, 도 6의 (c)부에 나타낸 바와 같이, 이 기판 생산물의 제2 면(63b)으로의 압박에 의해 기판 생산물의 분리를 행하여, 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)를 형성한다. 기판 생산물(SP1)의 스크라이브 홈(65a)의 방향을 지지 장치(71)의 에지(71b)의 연장 방향에 맞추어, 기판 생산물(SP)을 지지 장치(71)의 에지(71b)를 기준으로 하여 위치 결정한다. 다음에 할단을 야기하는 스크라이브 홈(65a)은, 지지면(71a) 상에는 위치하고 있지 않다.
도 7을 참조하면서, 상기 분리를 계속해서 설명한다. 도 7의 (a)부에 나타낸 바와 같이, 에지(71b)를 따라서 연장되는 기준선(X 좌표 A1)을 경계로 기판 생산물(SP)은 제1 영역(70a) 및 제2 영역(70b)으로 나누어진다. 기판 생산물(SP)에 있어서, 제1 영역(70a) 및 제2 영역(70b)은 서로 이웃하고 있고, 제1 영역(70a)은 상기 기준선(X 좌표 A1)에 의해서 규정되는 기판 생산물(SP)의 한쪽측의 부분의 모두를 포함하고, 제2 영역(70b)은 상기 기준선에 의해서 규정되는 기판 생산물(SP)의 다른쪽측의 부분의 모두를 포함한다.
제1 영역(70a)을 지지 장치(71)로 지지함과 함께 제2 영역(71b)을 지지하지않고서 제2 영역(70b)으로 압박함으로써 기판 생산물(SP)의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)를 형성한다. 에지(71b)의 연장 방향으로 브레이킹 장치(69)의 에지(69a)의 방향을 맞추어, 제2 면(63b)에 교차하는 방향으로부터 브레이킹 장치(69)의 에지(69a)를 기판 생산물(SP)에 가압한다. 교차 방향은 제2 면(63b)에 거의 수직 방향인 것이 좋다. 이것에 의해서, 기판 생산물(SP)의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)를 형성한다. 가압에 의하여, 제1 및 제2 단부면(67a, 67b)을 갖는 레이저 바(LB1)가 형성되고, 이들 단부면(67a, 67b)에 있어서 레이저 도파로의 단부면은 반도체 레이저의 공진기 미러에 적용 가능한 정도의 수직성 및 평탄성을 갖는다.
도 7의 (a)부에 나타나는 레이저 바의 제작 방법 (「방법 A」로서 참조함)에서는, 기판 생산물(SP)은, 기준선(X 좌표 A1)에 의해서 나누어지는 2개의 영역으로 구성된다. 이 기판 생산물(SP)에 스크라이브 마크를 형성한 후에, 스크라이브 마크를 형성한 면(63a) 상의 좌표(X 좌표 C1의 근방)의 반대측의 면을 지지면(71a)에서 지지하지 않도록 기판 생산물(SP)의 위치 결정을 지지 장치(71)에 있어서 행한다. 위치 결정의 후에, 기판 생산물(SP)의 한쪽측의 영역(70a)을 지지하면서 기판 생산물(SP)의 다른쪽측의 영역(70b)의 압박 라인(X 좌표 C1)을 따라서 압박함으로써 기판 생산물(SP)의 분리를 행하여, 도 6의 (c)부에 나타낸 바와 같이, 별도의 기판 생산물(SP1) 및 레이저 바(LB1)를 형성한다. 상기 압박에 앞서 지지 시에, 기판 생산물(SP)의 한쪽측의 영역(70a)이 지지되고 있지만, 기판 생산물(SP)의 다른쪽측의 영역(70b)은 지지되어 있지 않아 자유단(FE)이다.
압박 시에, 기판 생산물(SP)의 다른쪽측의 영역(70b)의 압박 라인에 위치를 맞추어 압박이 행해질 때, 이하의 설명으로부터 이해되도록, 압박 라인을 기준으로 제2 영역(70b)에 있어서의 2개의 부분에는 상이한 힘이 가해진다. 이것을 설명하기 위해서, 압박 라인(X 좌표 C1)을 기준으로 하여 제2 영역(70b)을 제1 및 제2 부분(70c, 70d)으로 나누고, 제2 영역(70b)에 있어서의 제1 부분(70c)은 제2 영역(70b)에 있어서의 제2 부분(70d)과 제1 영역(70a)이 인접하고 있고, 또한 이들에 끼워진다. 상기 압박에 의해, 제1 부분(70c)과 제2 부분(70d)과의 경계에 전단력이 가해진다. 압박의 기간 중에, 도 7의 (b)부 및 (c)부에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 지지된 제1 영역(70a)으로부터 기판 생산물(SP)의 제2 영역(70b) 상의 압박 라인까지의 사이의 제1 부분(70c)에 굽힘 모멘트 및 전단력이 함께 작동하지만, 제2 부분(70d)에는 굽힘 모멘트는 생기지 않고서, 전단력도 가해지지 않는다. 이 할단 방법에 따르면, 공진기 미러에 있어서의 평탄성이 향상되어 있고, 전단력에 의한 할단에 특징적인 모폴로지(예컨대 도 9의 (a)부)가 할단면에 생긴다. 도 7의 (c)부는, 굽힘 모멘트가, 전단력의 인가 라인으로부터, 지지 장치(71)의 단일의 지지체의 에지(71b)까지 단조롭게 감소하는 것을 나타내고 있다. 이 굽힘 모멘트의 방향은 압박 라인 근방에서는 할단에 기여하지 않는 방향으로 향한다. 압박에 의한 기판 생산물의 변형이 인가 라인의 위치에서는 충분히 작고, 기판 생산물의 휘어짐의 방향은 상향이다. 또한, 도 7의 (b)부 및 (c)부에서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 굽힘 모멘트가 기판 생산물 내에서 리니어로 변화된다고 가정하고 있지만, 굽힘 모멘트의 변화는 이것에 한정되는 것이 아니다.
한편, 도 8의 (a)부에 나타나는 레이저 바의 제작 방법 (「방법 B」로서 참조함)에서는, 기판 생산물(SP)의 양측이 지지되어 있고, 기판 생산물(SP)은, 2개의 에지(71b)(X 좌표 A2, B2)의 간격(D)로 떨어진 2개의 지지체에 의해 지지되어 있다. 압박은, 간격(D)의 절반(D/2)의 위치(X 좌표 C2)에 행해진다. 도 8의 (b)부에 나타낸 바와 같이, 전단 응력은, 압박 라인(X 좌표 C2)의 양측에서 서로 반대 방향에 가해진다. 도 8의 (c)부에 나타낸 바와 같이, 굽힘 모멘트는, 압박 라인(X 좌표 C2)의 양측에 가해지고, 압박 라인(X 좌표 C2)에 있어서 최대값을 취하여 이 최대값으로부터 2개의 에지(71b)(X 좌표 A2, B2)를 향해서 감소한다. 이 굽힘 모멘트는, 할단에 기여하는 방향을 향한다. 압박에 의한 기판 생산물의 변형이 인가 라인의 위치에서는 충분히 크고, 기판 생산물의 휘어짐의 방향은 하향이다. 따라서, 할단은, 굽힘 모멘트 및 전단력에 의해서 생긴다. 도 7 및 도 8의 비교로부터, 2개의 레이저 바의 제작에서는, 기판 생산물(SP) 내에서의 굽힘 모멘트 및 전단 응력의 분포가 서로 상이한 것이 나타난다.
도 7 및 도 8을 참조하면서, 방법 (A)와 방법 (B)를 이용한 제작 방법의 원리의 상이점을 설명한다.
방법 (B)에서는, 굽힘 모멘트의 분포가 블레이드의 바로 아래(X 좌표 C2)에서 최대가 된다. 따라서, 방법 (B)에서는, 굽힘 모멘트의 부하에 의해 발생하는 인장 응력이 기판에 작용한 결과, 브레이크가 진행하여 레이저 바가 제작된다고 생각된다.
한편, 방법 (A)에서는, 굽힘 모멘트는 블레이드의 바로 아래에서는 제로가 된다. 굽힘 모멘트는 블레이드의 중심으로부터 브레이킹 장치의 지지대의 에지(받침날)에 근접함에 따라서 증가해 가지만, 이 굽힘 모멘트에 의해 반도체 에피택셜 영역에 작용하는 응력은 압축 응력이기 때문에, 브레이크의 진행에는 기여하지 않는다. 또한, 전단력은 블레이드의 중심으로부터 지지대(받침날)의 에지까지 일정한 크기로 작용한다. 따라서, 방법 (A)에서는, 기판에 전단력이 작용한 결과, 브레이크가 진행하여 레이저 바가 제작된다고 생각된다.
이것은, 전단력에 의해서 제작된 단부면에는, 전단 파괴에 특징적인 줄무늬형상의 모폴로지가 생기는 것에 모순하지 않는다. 줄무늬형상의 모폴로지는, 광학 현미경으로 관찰할 수 있고, 반도체 에피택셜 영역의 아래쪽에서 기판 이면에 이를 때까지 신장되고, 전술의 브레이크의 메카니즘을 지지한다.
형성된 레이저 바(LB1)는, 상기 분리에 의해 형성된 제1 및 제2 단부면(67a, 67b)을 갖고, 단부면(67a, 67b)의 각각은, 제1 면(63a)으로부터 제2 면(63b)에까지 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 행하여, 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 연장되고 있다. 드라이 에칭면을 이용하지 않고서, 이 레이저 도파로를 제공할 수 있는 공진기 미러 단부면을 형성하고 있다.
이 방법에 따르면, 기판 생산물(SP)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(BREAK)에 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 각각의 반도체 레이저의 칩으로 분리한다.
본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 각도(ALPHA)는, 45도 이상 80도 이하 및 100도 이상 135도 이하의 범위일 수 있다. 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도에서는, 압박에 의해 형성되는 단부면이 m면으로 이루어질 가능성이 높아진다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도에서는, 원하는 평탄성 및 수직성이 얻어지지 않을 우려가 있다. 각도(ALPHA)는, 63도 이상 80도 이하 및 100도 이상 117도 이하의 범위인 것이 좋다. 45도 미만 및 135도를 초과하는 각도에서는, 압박에 의해 형성되는 단부면의 일부에, m면이 출현할 가능성이 있다. 또한, 80도 초과 100도 미만의 각도에서는, 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 범위로 미경사진 면도 상기 주면으로서 좋다. 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 두께로는, 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 연마면이며, 연마되어 기판 두께가 115 ㎛ 이하이면 더욱 좋다. 또한, 기판 생산물(SP)을 비교적 용이하게 취급하기 위해서는, 기판 두께가 50 ㎛ 이상인 것이 좋다.
본 실시형태에 따른 레이저 단부면의 제조 방법에서는, 레이저 바(LB1)에 있어서도, 도 3을 참조하면서 설명된 각도(BETA)가 규정된다. 레이저 바(LB1)에서는, 각도(BETA)의 성분(BETA)1은, III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면(도 3을 참조한 설명에서의 제1 평면(S1)에 대응하는 면)에 있어서 (ALPHA-5)도 이상 (ALPHA+5)도 이하의 범위인 것이 좋다. 레이저 바(LB1)의 단부면(67a, 67b)은, c축 및 m축 중 한쪽으로부터 다른쪽으로 취해지는 각도(BETA)의 각도성분에 관해서 상기 수직성을 만족한다. 또한, 각도(BETA)의 성분(BETA)2은, 제2 평면(도 3에 나타낸 제2 평면(S2)에 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 수직인 면에서 규정되는 각도(BETA)의 각도 성분에 관해서 상기 수직성을 만족한다.
단부면(67a, 67b)은, 반극성면(51a) 상에 에피택셜은 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 바닥면 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)
이하 대로, 반극성면 GaN 기판을 준비하고, 할단면의 수직성을 관찰하였다. 기판에는, HVPE법으로 두껍게 성장시킨 (0001) GaN 잉곳으로부터 m축 방향에 75도의 각도로 추출한 {20-21}면 GaN 기판을 이용하였다. GaN 기판의 주면은 경면 마무리이고, 이면은 연삭 마무리된 배껍질 같은 거친 상태였다. 기판의 두께는 370 ㎛였다.
배껍질같은 거친 상태의 이면측에, 다이아몬드 펜을 이용하여, c축을 기판 주면에 투영한 방향으로 수직으로 표시선을 넣은 후에, 도 7에 나타나는 방법으로 압박하여 기판을 할단하였다.
도 9의 (a)부는, 할단면을 정면에서 관찰한 광학 현미경상이다. 발명자들에 의한 이 현미경상 및 다른 실험 결과의 관찰에 따르면, 할단면은 양호한 평탄성을 갖고, 또한 반극성 주면에 대하여 양호한 수직성을 나타낸다. 특히, 할단면은, 작은 영역인 도파로 근방에서 양호한 평탄성을 나타내고 있다. 도 9의 (a)부를 참조하면, 영역 FR1에는 스크라이브 마크로 형성된 오목부가 나타난다. 또한, 영역 FR2에는 할단면에 있어서의 줄무늬형상 구조가 나타나고 있다. 줄무늬형상 구조에서의 외관상의 줄무늬모양은, 미세한 홈 형상의 구조 혹은 미세한 릿지 형상의 구조이며, 이들 구조물은 에피택셜면 및 기판 이면 중 한쪽으로부터 다른쪽을 향하는 방향으로 연장된다. 이 줄무늬형상 구조는, 전단 파괴에 특징적인 줄무늬형상의 모폴로지를 갖고, 본 실시예에 있어서의 할단에 의한 브레이크의 메카니즘이 전단력에 의한 것임을 나타내고 있다. 이 줄무늬형상의 모폴로지는 광학 현미경으로 관찰할 수 있으며, 반도체 에피택셜 영역의 아래쪽으로부터 기판 이면에 이를 때까지 신장되어 있는 점이 특징이다. 주사형 전자 현미경을 이용하여 행한 어림에 따르면, 홈 형상의 구조의 깊이는 예컨대 0.05 ㎛ 내지 0.50 ㎛ 정도의 범위이며, 또한 릿지 형상의 구조의 높이는 예컨대 0.05 ㎛ 내지 0.50 ㎛ 정도의 범위였다. 줄무늬의 간격은 예컨대 0.5 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 정도의 범위였다.
브레이크에 의해서 형성된 할단면의 활성층의 단부면 근방을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 결과, 현저한 요철은 관찰되지 않았다. 이로부터, 활성층의 단부면 근방의 평탄성(요철의 크기)은 20 ㎚ 이하로 추정된다. 또한, 할단면의 시료 표면에 대한 수직성은 -5도?+5도의 범위 내였다.
(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. 따라서 이 할단면의 레이저의 공진기로서의 유용성을 조사하기 위해서, 이하와 같이, 도 10에 나타나는 레이저 다이오드를 유기 금속 기상 성장법에 의해 성장시켰다. 원료에는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메틸알루미늄(TMAl), 트리메틸인듐(TMIn), 암모니아(NH3), 실란(SiH4)을 이용하였다. 기판(71)을 준비하였다. 기판(71)에는, HVPE법으로 두껍게 성장시킨 (0001) GaN 잉곳으로부터 m축 방향으로 0도에서 90도의 범위의 각도로 웨이퍼 슬라이스 장치를 이용하여 잘라내고, m축 방향으로의 c축의 경사 각도(ALPHA)가, 0도에서 90도의 범위의 원하는 오프각을 갖는 GaN 기판을 제작하였다. 예컨대, 75도의 각도로 잘라내었을 때, {20-21}면 GaN 기판를 얻을 수 있고, 도 7의 (b)부에 나타나는 육방정계의 결정 격자에 있어서 참조 부호 71a에 의해서 나타나 있다.
이 기판(71)을 반응로 내의 서셉터 상에 배치한 후에, 이하의 성장 순서로 에피택셜층을 성장시켰다. 우선, 두께 1000 ㎚의 n형 GaN(72)을 성장시켰다. 다음에, 두께 1200 ㎚의 n형 InAlGaN 클래드층(73)을 성장시켰다. 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 성장시켰다. 계속해서, 두께 65 ㎚의 언도프 InGaN 가이드층(76a), 두께 20 ㎚의 p형 AlGaN 블록층(77a) 및 두께 200 ㎚의 p형 GaN 가이드층(76b)을 성장시켰다. 다음에, 두께400 ㎚의 p형 InAlGaN 클래드층(77b)을 성장시켰다. 마지막으로, 두께 50 ㎚의 p형 GaN 컨택트층(78)을 성장시켰다.
SiO2의 절연막(79)을 컨택트층(78) 상에 성막한 후에, 포토리소그래피를 이용하여 폭 10 ㎛의 스트라이프창(WIN)을 웨트 에칭에 의해 형성하였다. 여기서, 이하의 2가지로 스트라이프 방향의 컨택트창을 형성하였다. 레이저 스트라이프가, (1) M 방향(컨택트창이 c축 및 m축에 의해 규정되는 정해진 면을 따른 방향)의 것과, (2) A 방향:<11-20> 방향의 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 상태의 기판 생산물을 제작하였다. 이 때, 접촉식 막 두께계를 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: 레이저 광출력 100 mW; 주사 속도는 5 mm/s. 형성된 스크라이브 홈은, 예컨대, 길이 30 ㎛, 폭 10 ㎛, 깊이 40 ㎛의 홈이었다. 800 ㎛ 피치로 기판의 절연막 개구 부분을 통해서 에피택셜 표면에 직접 레이저광을 조사함으로써, 스크라이브 홈을 형성하였다. 공진기 길이는 600 ㎛로 하였다.
스크라이브 마크를 형성한 후, 브레이킹 장치를 이용하여 기판 생산물로부터 레이저 바를 제작하였다. 스크라이브 홈의 위치를 브레이킹 블레이드의 중심 위치에 맞추어, 기판 생산물의 기판 이면으로부터 블레이드를 가압함으로써 레이저 바를 제작하였다. 그 때, 이하의 2가지의 방법으로 레이저 바를 제작하였다.
「방법 A」:기판 생산물의 한쪽만의 에피택셜면을 브레이킹 장치의 지지대(예컨대, 받침날)에 의해서 지지하면서, 기판 생산물의 기판 이면으로부터 블레이드를 가압하는 방법.
「방법 B」:기판 생산물의 양측의 에피택셜면을 브레이킹 장치의 지지대(예컨대, 받침날)에 의해서 지지하면서, 기판 생산물의 기판 이면으로부터 블레이드를 가압하는 방법.
어느 쪽의 방법에 있어서도, 브레이킹 블레이드의 중심과 지지대(받침날)의 에지 사이의 간격은 450 ㎛이다.
블레이드를 이용하여, 공진기 미러를 할단에 의해 제작하였다. 기판 이면으로의 압박에 의해 브레이크함으로써, 레이저 바를 제작하였다. 보다 구체적으로, {20-21}면의 GaN 기판에 대해서, 결정 방위와 레이저 단부면과의 관계를 나타낸 것이, 도 9의 (b)부와 도 9의 (c)부이다. 도 9의 (b)부에서는, 본 실시형태에 따라서 레이저 스트라이프를 m축 방향의 경사 방향을 향하여 마련하고 있고, 반극성면(71a)과 함께 레이저 공진기를 위한 단부면(81a, 81b)을 나타낸다. 단부면(81a, 81b)은 반극성면(71a)에 거의 직교하고 있지만, 종래의 c면, m면 또는 a면 등의 이제까지의 벽개면과는 상이하다. 레이저 스트라이프의 방향은, 도 9의 (c)부에 나타나는 레이저 스트라이프의 방향과 상이하다. 도 9의 (c)부에서는 레이저 스트라이프를 a축 방향으로 향하고 있고, 반극성면(71a)과 함께 레이저 공진기를 위한 단부면(81c, 81d)을 나타낸다. 단부면(81c, 81d)은 반극성면(71a)에 거의 직교하고 있고, a면으로 구성된다.
상기 방법 (A) 및 방법 (B)을 이용하여 제작한 레이저 바에 대해서, 광학 현미경을 이용하여, 공진기 미러의 각도 어긋남을 계측하였다. 복수의 반도체 에피택셜막을 포함하는 반도체 에피택셜 영역이 기판 생산물에서의 기판 상에 성장되어 있다. 레이저 발진에 있어서는 공진기 내의 왕복하는 광은 주로 반도체 에피택셜 영역을 전파한다. 이 때문에, 공진기 미러의 각도 어긋남의 계측은, 도 11의 (a)부에 나타낸 바와 같이 할단면에 나타나는 반도체 에피택셜 영역의 단부면의 각도 어긋남을 어림하는 것에 따라 행해진다. 도 11의 (a)부에서는, 스트라이프 도파로의 위치를 나타내기 위해서, 도 10에 나타낸 창(WIN)이 파선으로 나타나 있다. 도 11ㅇ의 )부는, 각도 어긋남의 분포와 레이저 바의 제작 방법과의 관계를 나타내는 막대그래프이다. 횡축은, 반도체 에피택셜 영역에서의 스트라이프 도파로의 방향에 수직인 방향을 기준으로 한 공진기 미러의 어긋남각 △θ을 나타낸다. 측정 결과로서는, 방법 (A)로 제작된 레이저 바에서의 공진기 미러의 각도 어긋남의 분포의 중심은, 방법 (B)에 의한 레이저 바에서의 각도 어긋남의 분포에 비교해서 어긋남각 제로에 가까운 것을 나타낸다. 방법 (A) 및 (B)로 제작한 레이저 바의 공진기 미러의 각도 어긋남의 평균값 및 표준 편차는 이하의 값이다.
방법, 평균값(deg.), 표준 편차(deg.).
방법 (A): 0.42 0.93.
방법 (B): 1.02 1.26.
이 결과로부터, 방법 (A)로 레이저 바를 제작함으로써, 각도 어긋남이 작은 (어긋남각의 중심이 제로인 분포) 공진기 미러를, 안정되게 형성할 수 있는 것을 알 수 있다. 종축은 밀도를 나타내고, 이 밀도는, (그 각도 범위의 계수값)/(전체 계수값)에 의해서 규정된다.
방법 (A).
어긋남각(deg.), 계수값, 밀도.
-4.5, 0, 0.00.
-3.5, 0, 0.00.
-2.5, 0, 0.00.
-1.5, 1, 0.00.
-0.5, 82, 0.34.
+0.5, 112, 0.47.
+1.5, 32, 0.13.
+2.5, 6, 0.03.
+3.5, 2, 0.01.
+4.5, 3, 0.01.
+5.5, 0, 0.00.
방법 (B).
어긋남각(deg.), 계수값, 밀도.
-4.5, 0, 0.00.
-3.5, 0, 0.00.
-2.5, 7, 0.02.
-1.5, 31, 0.08.
-0.5, 19, 0.05.
+0.5, 93, 0.25.
+1.5, 151, 0.41.
+2.5, 58, 0.16.
+3.5, 12, 0.03.
+4.5, 1, 0.00.
+5.5, 0, 0.00.
또한, 방법 (A) 및 (B)로 제작한 레이저 바에 대해서, 통전에 의한 평가를 실온에서 행하였다. 전원에는, 펄스 폭 500 ns, 듀티비 0.1%의 펄스 전원을 이용하고, 표면 전극에 바늘을 대어 통전시켰다. 광출력 측정 시에는, 레이저 바 단부면으로부터의 발광을 포토다이오드에 의해서 검출하여, 전류-광출력 특성(I-L 특성)을 조사하였다.
도 12는, 방법 (A) 및 (B)로 제작한 레이저 바에서의 발진 임계값 전류의 분포의 막대 그래프이다. 발진 임계값 전류의 분포로부터, 방법 (A) 및 (B)로 제작한 바의 발진 임계값 전류의 평균값을 구하면, 이하의 값이 되었다.
방법 (A): 484 mA.
방법 (B): 554 mA.
이 결과로부터, 방법 (A)로 레이저 바를 제작함으로써, 발진 임계값 전류를 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 방법 (A)에 의해서 공진기 미러의 수직성?평탄성이 개선된 것을 나타내는 결과라고 생각된다. 종축은 밀도를 나타내고, 이 밀도의 정의는 도 11의 정의에 따른다. 「Ith(mA)」는 밀리암페어 단위의 임계값 전류를 나타낸다.
방법 (A).
Ith(mA), 계수값, 밀도.
200, 0, 0.00.
300, 17, 0.17.
400, 32, 0.33.
500, 20, 0.20.
600, 16, 0.16.
700, 9, 0.09.
800, 3, 0.03.
900, 1, 0.01.
1000, 0, 0.00.
방법 (B).
Ith(mA), 계수값, 밀도.
200, 0, 0.00.
300, 0, 0.00.
400, 3, 0.16.
500, 8, 0.42.
600, 5, 0.26.
700, 1, 0.05.
800, 1, 0.05.
900, 1, 0.05.
1000, 0, 0.00.
도 13은, GaN 기판의 m축 방향으로의 c축의 경사각 ALPHA(오프각)과 공진기의 수율과의 관계를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서는, 공진기 수율에 대해서는, 각 오프각에 있어서 (에피택셜면 내에서의 어긋남각의 크기가 1도 이하인 공진기수)/(어긋남각을 계측한 전체 공진기수)로 정의하였다. 도 13에 따르면, 45도 내지 80도의 범위에서 오프각의 반극성면을 이용할 때, 공진기 수율은 크게 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
오프각(deg.), 수율(%)
44, 78.5.
61, 80.4.
71, 89.3.
75, 88.7.
79, 84.7.
83, 90.2.
도 14는, 기판 두께와 공진기 수율과의 관계를 나타낸 도면이다. 도 14를 참조하면, 기판 생산물의 두께가 50 ㎛보다 얇을 때, 핸들링이 용이하지 않게 되는 것에 기인하여, 레이저 바가 파괴되기 쉬워질 가능성이 있다. 발명자들의 지견에 따르면, 기판 생산물의 두께가 50 ㎛ 이상일 때 현저한 곤란없이 핸들링 가능하다. 기판 생산물의 두께가 115 ㎛까지의 범위에서, 레이저 바의 제작이 가능하다. 두께가 100 ㎛를 초과하면 공진기 수율이 저하되기 시작한다. 이 실험 및 다른 결과로부터, 기판 생산물의 두께는 50 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위인 것이 좋다.
막 두께(㎛), 수율(%)
64, 89.1.
81, 85.5.
83, 76.5.
86, 82.5.
88, 61.0.
104, 48.1.
115, 21.9.
레이저 바의 단부면에 진공 증착법에 따라서 유전체 다층막을 코팅하였다. 유전체 다층막은, SiO2과 TiO2를 교대로 적층하여 구성하였다. 막 두께는 각각, 50?100 ㎚의 범위로 조정하여, 반사율의 중심 파장이 500?530 ㎚의 범위가 되도록 설계하였다. 편측의 반사면을 10주기로 하고, 반사율의 설계치를 약 95%로 설계하며, 다른 편측의 반사면을 6주기로 하고, 반사율의 설계값을 약 80%로 하였다.
통전에 의한 평가를 실온에서 행하였다. 전원에는, 펄스 폭 500 ns, 듀티비0.1%의 펄스 전원을 이용하며, 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 통해 회전시킴으로써 편광 상태를 조사하였다. LED 모드광을 관측할 때에는, 광 파이버를 레이저 바 표면측에 배치함으로써 표면으로부터 방출되는 광을 측정하였다.
모든 레이저에서 발진 후의 편광 상태를 확인한 결과, a축 방향으로 편광하고 있는 것을 알 수 있었다. 발진 파장은 500?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(ρ)라 정의하였다. 이렇게 해서, 구한 편광도(ρ)와 임계값 전류 밀도의 최소값의 관계를 조사한 결과, 도 15를 얻을 수 있었다. 도 15로부터, 편광도가 플러스인 경우에, (1) 레이저 스트라이프 M 방향의 레이저에서는, 임계값 전류 밀도가 크게 저하하는 것을 알 수 있다. 즉, 편광도가 플러스(I1> I2)이고 또한 오프 방향으로 도파로를 마련한 경우에, 임계값 전류 밀도가 대폭 저하하는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
실시예 2에서는, {20-21}면을 갖는 GaN 기판 상에, 반도체 레이저를 위한 복수의 에피택셜막을 성장시켰다. 전술한 바와 같이, 스크라이브 홈의 형성과 압박에 의해 광 공진기용의 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.
도 16은, (20-21)면과 (-101-6)면 및 (-1016)면에서의 원자 배치를 나타낸 도면이다. 도 17은, (20-21)면과 (-101-7)면 및 (-1017)면에서의 원자 배치를 나타낸 도면이다. 도 18은, (20-21)면과 (-101-8)면 및 (-1018)면에서의 원자 배치를 나타낸 도면이다. 도 16?도 18에 나타낸 바와 같이, 화살표에 의해서 표시되는 국소적인 원자 배치는 전하적으로 중성인 원자의 배열을 나타내고, 전기적 중성의 원자 배치가 주기적으로 출현하고 있다. 성장면에 대하여, 비교적 수직인 면을 얻을 수 있는 이유는, 이 전하적으로 중성인 원자 배열이 주기적으로 나타남으로써 할단면의 생성이 비교적 안정되게 되어 있는 것이 생각될 가능성이 있다.
상기 실시예 1?실시예 3을 포함한 여러 가지 실험에 의해서, 각도(ALPHA)는, 45도 이상 80도 이하 및 100도 이상 135도 이하의 범위일 수 있다. 발진 칩 수율을 향상시키기 위해서, 각도(ALPHA)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, 이들 반극성면으로부터의 미경사면일 수 있다. 반극성 주면은, 예컨대 {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 범위로 오프된 미경사면일 수 있다.
적합한 실시형태에 있어서 본 발명의 원리를 나타내어 설명해 왔지만, 본 발명은, 그와 같은 원리로부터 일탈하지 않고 배치 및 상세에 있어서 변경될 수 있는 것은, 당업자에 의해서 인식된다. 본 발명은, 본 실시형태에 개시된 특정한 구성으로 한정되지 않는다. 따라서, 특허청구범위 및 그 정신의 범위에서 오는 모든 수정 및 변경에 권리를 청구한다.
산업상의 이용가능성
본 실시형태에 따르면, 육방정계 III족 질화물의 c축으로부터 m축의 방향으로 경사진 지지 기체의 반극성면상에 있어서, 임계값 전류의 저감을 가능하게 하는 레이저 공진기를 갖는 III족 질화물 반도체 레이저 소자가 제공된다. 또한, 본 실시형태에 따르면, 이 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 공진기 미러에 있어서의 평탄성을 향상 가능함과 함께 임계값 전류의 저감을 가능하게 하는, 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 ALPHA : 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
BETA : 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 : 브레이킹 장치(블레이드) 69a : 에지
69b, 69c : 블레이드면 71 : 지지 장치
71a : 지지면 71b : 에지

Claims (24)

  1. III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법으로서,
    육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면을 갖는 기판과, 상기 반극성 주면 위에 형성된 반도체 영역을 포함하는 레이저 구조체를 갖는 기판 생산물을 형성하는 공정과,
    상기 기판 생산물의 제1 면을 스크라이브하여, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 연장되는 스크라이브 마크를 형성하는 공정과,
    상기 스크라이브 마크를 형성한 후에, 상기 기판 생산물의 제1 영역을 지지함과 함께 상기 기판 생산물의 제2 영역을 지지하지 않고서 그 제2 영역으로 압박을 행함으로써 상기 기판 생산물의 분리를 행하여, 별도의 기판 생산물 및 레이저 바를 형성하는 공정을 포함하며,
    상기 기판 생산물은 정해진 기준선에 의해서 상기 제1 및 제2 영역의 2개로 나누어지고,
    상기 제1 및 제2 영역은 서로 이웃하며,
    상기 압박은 상기 기판 생산물의 제2 면에 행해지고,
    상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이며,
    상기 반도체 영역은 상기 제1 면과 상기 기판의 사이에 위치하고,
    상기 레이저 바는, 상기 제1 면에서 상기 제2 면까지 연장되어 상기 분리에 의해 형성된 제1 및 제2 단부면을 갖고,
    상기 제1 및 제2 단부면은 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기를 구성하며,
    상기 기판 생산물은, 상기 레이저 구조체 위에 마련된 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하고,
    상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층의 사이에 마련된 활성층을 포함하고,
    상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있고,
    상기 기판의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 각도(ALPHA)로 경사져 있고,
    상기 제1 및 제2 단부면은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각도(ALPHA)는 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각도(ALPHA)는 63도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 117도 이하의 범위인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크라이브 마크는, 상기 법선축과 상기 a축의 방향에 의해서 규정되는 a-n면을 따라서, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면의 방향으로 연장되는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 생산물을 형성하는 상기 공정에 있어서, 상기 기판은 상기 기판의 두께가 50 ㎛ 이상이 되도록 가공이 실시되고,
    상기 가공은 슬라이스 또는 연삭이며,
    상기 제2 면은 상기 가공에 의해 형성된 가공면, 또는 상기 가공면 위에 형성된 전극을 포함하는 면인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크라이브는, 레이저 스크라이버를 이용하여 행해지고,
    상기 스크라이브 마크는 스크라이브 홈을 포함하며,
    상기 스크라이브 홈은, 상기 법선축과 상기 a축의 방향에 의해서 규정되는 a-n면을 따라서, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면의 방향으로 연장되는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 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 반극성면으로부터, m면 방향으로 -4도 이상 +4도 이하의 범위의 경사를 갖는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 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 소자를 제작하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 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.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단부면의 각각에서의 상기 활성층의 단부면은, 상기 기판의 m축에 직교하는 기준면에 대하여, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면에 있어서 (ALPHA-5)도 이상 (ALPHA+5)도 이하의 범위의 각도를 이루는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 각도는, 상기 제1 평면 및 상기 법선축에 직교하는 제2 평면에 있어서 -5도 이상 +5도 이하의 범위가 되는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자를 제작하는 방법.
  12. III족 질화물 반도체 레이저 소자로서,
    육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면을 갖는 지지 기체, 및 상기 지지 기체의 상기 반극성 주면 위에 마련된 반도체 영역을 포함하는 레이저 구조체와,
    상기 레이저 구조체의 상기 반도체 영역 위에 마련된 전극을 구비하며,
    상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층의 사이에 마련된 활성층을 포함하며,
    상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있고,
    상기 지지 기체의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 각도(ALPHA)로 경사져 있고,
    상기 레이저 구조체는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축 및 상기 법선축에 의해서 규정되는 m-n면에 교차하는 제1 및 제2 할단면(割斷面)을 포함하고,
    그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기는 상기 제1 및 제2 할단면을 포함하며,
    상기 레이저 구조체는 제1 및 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이며,
    상기 제1 및 제2 할단면은, 각각 상기 제1 면의 에지로부터 상기 제2 면의 에지까지 연장되고,
    상기 제1 및 제2 할단면의 각각은, 상기 지지 기체의 단부면에 있어서 상기 제1 및 제2 면 중 한쪽으로부터 다른 쪽을 향하는 방향으로 연장되는 줄무늬형상 구조를 갖는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  13. III족 질화물 반도체 레이저 소자로서,
    육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지고 반극성 주면을 갖는 지지 기체, 및 상기 지지 기체의 상기 반극성 주면 위에 마련된 반도체 영역을 포함하는 레이저 구조체와,
    상기 레이저 구조체의 상기 반도체 영역 위에 마련된 전극을 구비하며,
    상기 반도체 영역은, 제1 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제1 클래드층과, 제2 도전형의 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 제2 클래드층과, 상기 제1 클래드층과 상기 제2 클래드층의 사이에 마련된 활성층을 포함하며,
    상기 제1 클래드층, 상기 제2 클래드층 및 상기 활성층은, 상기 반극성 주면의 법선축을 따라서 배열되어 있고,
    상기 지지 기체의 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 m축의 방향으로 상기 법선축에 대하여 각도(ALPHA)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,
    그 III족 질화물 반도체 레이저 소자의 레이저 공진기는 상기 제1 및 제2 할단면을 포함하며,
    상기 레이저 구조체는 제1 및 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 제2 면의 반대측의 면이며,
    상기 제1 및 제2 할단면은, 각각 상기 제1 면의 에지로부터 상기 제2 면의 에지까지 연장되고,
    상기 제1 및 제2 할단면의 각각에서의 상기 지지 기체의 단부면은 전단면을 포함하는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 법선축과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축이 이루는 각도는, 45도 이상 80도 이하 또는 100도 이상 135도 이하의 범위인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 할단면의 각각에는, 상기 지지 기체의 단부면 및 상기 반도체 영역의 단부면이 나타나 있고,
    상기 반도체 영역의 상기 활성층에서의 단부면과 상기 육방정계 III족 질화물 반도체로 이루어지는 지지 기체의 m축에 직교하는 기준면이 이루는 각도는, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축 및 m축에 의해서 규정되는 제1 평면에 있어서 (ALPHA-5)도 이상 (ALPHA+5)도 이하의 범위의 각도를 이루는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  16. 제15항에 있어서, 상기 각도는, 상기 제1 평면 및 상기 법선축에 직교하는 제2 평면에 있어서 -5도 이상 +5도 이하의 범위가 되는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  17. 제12항 내지 제16항 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 오프된 미경사면(微傾斜面)인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  18. 제12항 내지 제17항 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.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 기체는, GaN, AlGaN, AlN, InGaN 및 InAlGaN 중 어느 하나로 이루어지는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 기체의 두께는 50 ㎛ 이상인 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층으로부터의 레이저광은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광되어 있는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  22. 제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 그 III족 질화물 반도체 레이저 소자에 있어서의 LED 모드에서의 광은, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 a축의 방향으로 편광 성분(I1)과, 상기 육방정계 III족 질화물 반도체의 c축을 주면에 투영한 방향으로 편광 성분(I2)를 포함하고, 상기 편광 성분(I1)은 상기 편광 성분(I2)보다 큰 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  23. 제12항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 할단면 중 적어도 어느 한쪽에 마련된 유전체 다층막을 더 구비하는 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
  24. 제12항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층은, 파장 360 ㎚ 이상 600 ㎚ 이하의 광을 발생하도록 마련된 발광 영역을 포함하는 것인 III족 질화물 반도체 레이저 소자.
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