TW201134039A

TW201134039A - Group-III nitride semiconductor laser device, and method for fabricating group-III nitride semiconductor laser device

Info

Publication number: TW201134039A
Application number: TW099141601A
Authority: TW
Inventors: Shimpei Takagi; Yusuke Yoshizumi; Koji Katayama; Masaki Ueno; Takatoshi Ikegami
Original assignee: Sumitomo Electric Industries
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-10-01
Also published as: US20120027039A1; US8213475B2; JP4793494B2; EP2528175A1; KR101285049B1; WO2011086756A1; KR20110106838A; US8071405B2; CN102341977B; JP2011146653A; US20110176569A1; CN102341977A

Description

201134039 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於—種111族氮化物半導體雷射元件、及製作 πι族氮化物半導體雷射元件之方法。 : 【先前技術】 : ㈣利文獻1中記載有製作於寶石I板上之半導體雷射。藉由乾式姓刻形成有半導體雷射之鏡面。揭示有雷射之共振鏡面之顯微鏡照片，且記載有其端面之粗糙度I 約 50 nm。非專利文獻2中記載有製作於（丨丨_22)面GaN基板上之半導體雷射。藉由乾式蝕刻形成有半導體雷射之鏡面。非專利文獻3中記載有一種氮化鎵系半導體雷射。為了將 m面作為劈裂面（cieaved facets)而用於雷射諧振器中，提出生成向基板之c軸之傾斜方向偏光的雷射光。具體而言，該文獻中記載有，於無極性面擴大井寬度、於半極性面縮小井寬度。先行技術文獻非專利文獻非專利文獻 1 : Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35,（1996) L74-L76 非專利文獻 2 : Appl. PhyS. Express 1 (2008) 091102 非專利文獻 3 : Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 46, (2007) L789 【發明内容】發明所欲解決之問題根據氮化鎵系半導體之能帶構造，存在可實現雷射振盪 152279.doc 201134039 之若干躍遷。根據發明者之觀點，認為，於使用C轴向⑺軸方向傾斜的半極性面之支持基體的ΠΙ族氮化物半導體雷射元件中，當使雷射波導沿由c軸及瓜轴所規定的面延伸時，可降低閾值電流。該雷射波導之方向下，其中之躍遷能量 (傳導帶能量與價帶能量之差）最小的模式能實現雷射振蘯，當該模式之振盪可實現時，可降低閾值電流。然而，該雷射波導之方向下，因諧振鏡之緣故，無法利用c面、a面或者m面等先前之劈裂面。因此，為了製作諧振鏡，使用反應性離子蝕刻（Reactive I〇n Etching，RIE)而形成有半導體層之乾式蝕刻面。作為利用RIE法形成之諧振鏡，期望在對於雷射波導之垂直性、乾式蝕刻面之平坦性或者離子損傷等方面進行改善。而且，當前之技術水平下用於獲得良好t乾式钱刻^之製程條件的導出成為較大的負擔。據發明者所知，目前為止，在形成於上述之半極性面上之同一個III族氮化物半導體雷射元件中，延伸於〇軸之傾斜方向（傾斜方向）的雷射波導及不使用乾式蝕刻而形成的諧振鏡用端面該兩者均未實現。本發明係鑒於上述情況而研製者。本發明之目的在於提供-種m族氮化物半導體雷射元件，其於自六方晶系職氮化物之c轴向m軸方向傾斜的支持基體之半極性面上，具有可實現低閾值電流的雷射諧振器，且目的又在於提供一種製作III族氮化物半導體雷射元件之方法。解決問題之技術手段 152279.doc 201134039 本發明之一態樣之III族氮化物半導體雷射元件中，包含 (a)雷射構造體及（b)電極，該雷射構造體包括含有六方晶系 III族氮化物半導體且具有半極性主面的支持基體、及設於上述支持基體之上述半極性主面上的半導體區域，該電極設於上述雷射構造體之上述半導體區域上。上述半導體區域包括包含第1導電型氮化鎵系半導體之第1包覆層、包含第2導電型氣化嫁系半導體之第2包覆層、及設於上述第1 包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層係沿上述半極性主面之法線軸排列，上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述支持基體之上述六方晶系ΠΙ族氮化物半導體之c軸，係相對於上述法線軸而向上述六方晶系m族氮化物半導體的111軸方向以有限之角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA係於45度以上80 度以下或100度以上135度以下之範圍，上述雷射構造體包含與由上述六方晶系ΙΠ族氮化物半導體之m軸及上述法線軸所規定的m-n面交又之第1及第2割斷面，該III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器中包含上述第1及第2割斷面，上述雷射構造體包含第1及第2面，上述第2面為上述第1面之相反側之面’上述半導體區域位於上述第1面與上述支持基體之間，上述第1及第2割斷面分別自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣，上述雷射構造體於上述第1割辦面之一端’具有自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣的刻劃痕’上述刻劃痕具有自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣的凹形狀。根據該III族氮化物半導體雷射元 152279.doc 201134039 件，沿著於第丨割斷面之一端自第丨面之邊緣延伸至第2面之邊緣的凹形狀之刻劃痕而設有割斷面，因此可預見割斷面之垂直性或平坦性，割斷面可具有足以作為諧振鏡之垂直性及平坦性《藉此，可提供具有可實現低閾值電流之雷射諧振器的III族氮化物半導體雷射元件。該ΠΙ族氮化物半導體雷射元件申，上述第〗及第2割斷面各自呈現上述支持基體之端面及上述半導體區域之端面，上述半導體區域之上述活性層的端面與正交於包含上述六方晶系氮化物半導體之支持基體的m軸之基準面所成角度，係於由上述III族氮化物半導體之e轴及m軸所規定的第 1平面成（ALPHA-5)度以上（ALPHA+5)度以下之範圍之角度。根據該III族氮化物半導體雷射元件，可具有關於自c 軸及m軸中之一者向另一者獲取之角度而滿足上述垂直性的端面。該III族氮化物半導體雷射元件中，上述角度在與上述第1 平面及上述法線軸正交之第2平面係於_5度以上+5度以下之範圍。根據該III族氮化物半導體雷射元件，可具有關於與半極性面之法線軸垂直之面上所規定之角度而滿足上述垂直性的端面。該III族氮化物半導體雷射元件中，上述支持基體之厚度為5 0 μηι以上150 μηι以下。根據該III族氮化物半導體雷射元件，若厚度為50 μιη以上’則操作變得容易，且生產良率提高。若為150 μηι以下，則進一步適於獲得用於雷射諧振器之優良之割斷面。 152279.doc 201134039 該III族氮化物半導體雷射元件中，上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體之c轴所成角度係於63度以上80 度以下或100度以上117度以下之範圍。根據該III族氮化物半導體雷射元件，於63度以上80度以下或100度以上117度以下之範圍内，藉由擠壓而形成之端面可獲得接近垂直於基板主面之面的可能性升高。而且，於超過80度且小於1〇〇度之角度内，有無法獲得所需之平坦性及垂直性之虞。該III族氮化物半導體雷射元件中，來自上述活性層之雷射光係向上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向偏光。根據該III族氮化物半導體雷射元件，能實現低閾值電流之能帶躍遷具有偏光性。該III族氮化物半導體雷射元件中，該ΙΠ族氮化物半導體雷射元件之LED模式下的光於上述六方晶系ΠΙ族氮化物半導體之a轴方向上包含偏光成分II，並於將上述六方晶系hj 族氛化物半導體之c轴投影至主面的方向上包含偏光成分 12’上述偏光成分II大於上述偏光成分12。根據該ΙΠ族氮化物半導體雷射元件’可使用雷射諧振器而雷射振盪led模式下發光強度較大之模式下的光。該III族氣化物半導體雷射元件中，上述半極性主面係自 {20-21}面、{10-11}面 ' {20-2-1}面、及面中之任一面偏離-4度以上+4度以下之範圍的微傾斜面。根據該⑴族氮化物半導體雷射元件，於自該等典型之半極性面偏離之微傾斜面上，亦可提供具有能構成該ΠΙ族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器之程度的充分之平坦性、垂直性或者 152279.doc 201134039 無離子損傷的第1及第2端面。該III族氮化物半導體雷射元件中，上述半極性主面係 {20-21}面、{10-11}面、{2〇_2_1}面、及{1〇1 ”面中之任一面。根據該III族氮化物半導體雷射元件，該等典型之半極性面上’亦可提供具有能構成該m族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器之程度的充分之平坦性、垂直性或者無離子損傷的第1及第2端面。該III族氮化物半導體雷射元件中，上述支持基體之積層缺陷密度為1X104 Cm-1以下。根據該⑴族氮化物半導體雷射元件’因積層缺陷密度為Ixl04cm-1以下’故而，因偶發事件損壞割斷面之平坦性及/或垂直性之可能性較低。該III族氮化物半導體雷射元件中，上述支持基體包含 GaN、AlGaN、AIN、InGaN及 InAlGaN 中之任一者。根據該 ΠΙ族氮化物半導體雷射元件，當使用包含該等氮化鎵系半導體之基板時’可獲得能用作諧振器之第1及第2端面。當使用A1N基板或者AlGaN基板時，可增大偏光度，且藉由低折射率可強化光束缚。當使用InGaN基板時，可減小基板與發光層之晶格失配率，且可提高結晶品質。該III族氮化物半導體雷射元件中，進而包括設於上述第1 及第2割斷面中至少任一面上的介電質多層膜。根據該m 族氮化物半導體雷射元件’亦可對斷裂面適用端面塗佈。藉由端面塗佈，可調整反射率。該III族氮化物半導體雷射元件中，上述活性層中包含以發出波長360 nm以上600 nm以下之光的方式而設之發光區 152279.doc 201134039 域。根據該III族氮化物半導體雷射元件，藉由半極性面之利用’可獲得有效利用有LED模式之偏光的ΙΠ族氮化物半導體雷射元件，從而可獲得低閾值電流。該III族氮化物半導體雷射元件中，上述活性層中包含以發出波長430 nm以上550 nm以下之光的方式而設之量子井構造。根據該III族氮化物半導體雷射元件，藉由半極性面之利用’可減小壓電電場且提高發光層區域之結晶品質，藉此可提高量子效率，且可產生波長43〇 ηιη以上55〇下之光。本發明之另一態樣之III族I化物半導體雷射元件包括 (a)雷射構造體及（b)電極，該雷射構造體包括含有六方晶系 ΠΙ族氮化物半導體且具有半極性主面之支持基體、及設於上述支持基體之上述半極性主面上之半導體區域，該電極設於上述雷射構造體之上述半導體區域上。上述半導體區域包括包含第1導電型氮化鎵系半導體的第1包覆層、包含第2導電型氮化鎵系半導體的第2包覆層、及設於上述第1 包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層係沿上述半極性主面之法線轴排列’上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述支持基體之上述六方晶系III族氮化物半導體之c轴，係相對於上述法線軸而向上述六方晶系III族氮化物半導體的瓜軸方向以有限之角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA係於45度以上80 度以下或100度以上135度以下之範圍，上述雷射構造體包含第1及第2面’上述第2面為上述第1面之相反側之面，上 152279.doc 201134039 述半導體區域位於上述第1面與上述支持基體之間，上述雷射構造體具有第1及第2刻劃痕，該第1及第2刻劃痕設於該雷射構造體之端部且沿由上述法線軸與上述六方晶系ΠΙ族氮化物半導體之a轴所規定的平面延伸，上述第1及第2刻劃痕具有自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣的凹形狀’上述雷射構造體之上述端部具有將上述第1及第2刻劃痕各自之邊緣與上述第1及第2面各自之邊緣連結的割斷面’該III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器中包含上述割斷面。根據該III族氮化物半導體雷射元件，沿著於第1 割斷面之一端自第1面之邊緣延伸至第2面之邊緣的凹形狀之刻劃痕而設有割斷面，因此可預見割斷面之垂直性或平坦性，割斷面可具有足以作為諧振鏡之垂直性及平坦性。藉此’可提供具有可實現低閾值電流之雷射諧振器的III族氮化物半導體雷射元件。本發明之另一態樣之製作III族氮化物半導體雷射元件之方法包括如下步驟：（a)準備包含六方晶系III族氮化物半導體且具有半極性主面之基板；（b)形成包含雷射構造體、陽極電極、及陰極電極之基板產物，該雷射構造體包含形成於上述半極性主面上之半導體區域與上述基板；（c)將上述基板產物的第1面於上述六方晶系III族氮化物半導體之a軸方向上局部刻劃；及（d)藉由對上述基板產物之第2面的擠壓而進行上述基板產物之分離，形成另一基板產物及雷射條。上述第1面係上述第2面之相反側之面，上述半導體區域位於上述第1面與上述基板之間，上述雷射條具有自上述 152279.doc . J2.

S 201134039 第1面延伸至上述第2面且藉由上述分離而形成之第1及第2 端面’上述第1及第2端面構成該III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器，上述陽極電極及陰極電極形成於上述雷射構造體上，上述半導體區域包括包含第1導電型氮化鎵系半導體的第1包覆層、包含第2導電型氮化鎵系半導體的第2 包覆層、及設於上述第丨包覆層與上述第2包覆層之間的活 |·生層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層係沿上述半極性主面之法線軸排列，上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述基板之上述六方晶系m族氮化物半導體之c 轴’係相對於上述法線軸而向上述六方晶系ΠΙ族氮化物半導體的m軸方向以有限之角度ALPHA傾斜，上述角度 ALPHA係於45度以上80度以下或1〇〇度以上135度以下之範圍’上述第1及第2端面與由上述六方晶系in族氮化物半導體之m軸及上述法線軸所規定的m_n面交叉，上述第1及第2 端面各自之上述活性層的端面相對於與包含上述六方晶系氮化物半導體的支持基體之m軸正交的基準面，係於由上述八方晶糸III族氣化物半導體之c軸及m軸所規定的平面成 (ALPHA-5)度以上（ALPHA+5)度以下之範圍之角度，上述刻劃步驟中，沿上述六方晶系m族氮化物半導體之a軸形成複數個刻劃貫通孔’該等刻劃貫通孔自上述基板產物之上述第1面貫通至上述第2面，並具有於上述六方晶系ΙΠ族氮化物半導體之a軸方向上伸長的形狀。根據該方法，設置自上述基板產物之上述第1面貫通於上述第2面之刻劃貫通孔，進行上述基板產物之分離，故而，藉由該分離而形成之端 152279.doc 13 201134039 或者無離子損傷的共振鏡面可提供具有能自第!面側跨及第2面側而構成雷射諧振器之程度的充分之平坦性、垂直性 & 面。該製作III族氮化物半導體雷射元件之方乃古肀，上述刻劃貫通孔係使用雷射刻劃器藉由自上述雷射構造體之上述第 1面、或者上述第2面照射雷射而形成。根據該方法，可自第1面或者第2面中之任一面照射雷射，尤其是，若自上述第2面照射雷射’則可減少磊晶面之損傷或碎片。 ^ 本發明之各態樣之上述目的及其他目的、特徵、以及優點，可根據參照附圖說明之本發明之較佳實施形態之以下詳細描述而容易得明瞭。發明之效果如以上說明所述，根據本發明之各態樣，可提供一種出族氮化物半導體雷射元件，其於六方晶系ΙΠ族氮化物之c 軸向m轴方向傾斜的支持基體之半極性面上，具有可實現低閾值電流之雷射諧振器，而且’根據本發明之各態樣可提供一種製作III族氮化物半導體雷射元件之方法。【實施方式】本發明之觀點可參照作為例示而表示的附圖且考慮以下詳細描述而容易地理解。繼而，參照附圖同時說明本發明之III族氮化物半導體雷射元件、及製作ΙΠ族氮化物半導體雷射元件之方法的實施形態。可能的情況下，對相同之部分標註相同之符號。圖1係示意性表示本實施形態之III族氮化物半導體雷射 152279.doc -14- 201134039 元件的構造之圖式。III族氮化物半導體雷射元件u具有增益導引型構造，但本發明之實施形態並不限於增益導引型構造。III族氮化物半導體雷射元件11具有雷射構造體13及電極15。雷射構造體13包含支持基體17及半導體區域19。支持基體17包含六方晶系III族氮化物半導體，且具有半極性主面17a及背面17b。半導體區域19設於支持基體17之半極性主面17a上。電極15設於雷射構造體13之半導體區域19 上。半導體區域19包含第1包覆層21、第2包覆層23、及活性層25 ^第1包覆層21包含第1導電型氮化鎵系半導體，例如包含η型AlGaN、η型InAlGaN等。第2包覆層23包含第2導電型氮化錄系半導體’例如包含p型AlGaN、p型InAlGaN 等。活性層25設於第1包覆層21與第2包覆層23之間。活性層2 5包含氮化鎵系半導體層，該氮化鎵系半導體層例如為井層25a。活性層25包含含有氮化鎵系半導體之障壁層 25b ’井層25a及障壁層25b交替排列。井層25a包含例如 InGaN等’障壁層25b包含例如GaN、InGaN等。活性層25 可包含以發出波長360 nm以上600 nm以下之光的方式而設之量子井構造。藉由半極性面之利用，可發出波長43〇 nm 以上550 nm以下之光。第1包覆層21、第2包覆層23及活性層25沿半極性主面17a之法線軸NX排列。III族氮化物半導體雷射元件11中’雷射構造體13包含與由六方晶系m族氮化物半導體之m軸及法線軸NX所規定的m-n面交又之第1割斷面27及第2割斷面29。參照圖1可知，描繪有正交座標系s及結晶座標系CR。法 152279.doc 201134039 線軸NX朝向正交座標系SiZ轴方向。半極性主面ΐ7&平行於由正交座標系S之X軸及Y軸所規定之既定平面延伸。而且，圖1中描繪有代表性之C面Sc。支持基體17之六方晶系 III族氮化物半導體之C軸，係相對於法線軸ΝΧ而向六方晶系in族氮化物半導體之m軸方向以有限的角度ALPHA傾斜。 III族氮化物半導體雷射元件11中進而具有絕緣膜3 1。絕緣膜31覆蓋於雷射構造體13之半導體區域19之表面19a，半導體區域19位於絕緣膜31與支持基體17之間。支持基體17 包含六方晶系III族氛化物半導體》絕緣膜31具有開口 3ia，開口 3 la於半導體區域19之表面19a與上述m-n面的交叉線 LIX之方向延伸’且形成為例如條紋形狀。電極丨5經由開口 31a而與半導體區域19之表面19a(例如第2導電型接觸層33) 形成接觸’且於上述交叉線LIX之方向延伸。in族氮化物半導體雷射元件11中，雷射波導包含第1包覆層21、第2包覆層23及活性層25，且於上述交叉線LIX之方向延伸。 III族氮化物半導體雷射元件11中，第1割斷面27及第2割斷面29與由六方晶系III族氮化物半導體之m軸及法線軸NX 所規定的m-n面交叉。III族氮化物半導體雷射元件11之雷射諧振器包含第1及第2割斷面27、29，且雷射波導自第1割斷面27及第2割斷面29中之一直向另一者延伸。雷射構造體13 包含第1面13a及第2面13b，第1面13a為第2面13b之相反側之面。第1及第2割斷面27、29自第1面13a之邊緣13c延伸至第2面13b之邊緣13d。第1及第2割斷面27、29與c面、m面或 152279.doc •16- 201134039 者a面等目前為止之劈裂面不同。根據該III减化物半導㈣射元件u，構成雷射讀振器之第1及第2割斷面27、29與m-n面交又。因此，可設置延伸於瓜·11面與半極性面Ha之交又線之方向的雷射波導。因此’ III族氮化物半導體雷射元件叫有可實現低閣值電流 ; 之雷射諧振器。 III族氮化物半導體雷射元件11包含11側導光層35及口側導光層37。η側導光層35包含第1部分35a及第2部分35b，打側導光層35含有例如GaN、InGaN等。p側導光層37包含第1部分37a及第2部分37b，p側導光層η含有例如ΐη(^Ν 等。載體阻擋層39例如設於第！部分37a與第2部分3几之間。於支持基體17之背面i7b設有另一電極41，電極41覆蓋於例如支持基體17之背面17b。雷射構體13中，於第1割斷面27之一端具有自hi族氮化物半導體雷射元件11的元件表面11a之邊緣Uc延伸至元件背面lib之邊緣13d的刻劃痕SM1 ’於第1割斷面27之另一端具有自in族氮化物半導體雷射元件u的元件表面na之邊緣13c延伸至元件背面lib之邊緣13d的刻劃痕8河2 ^而且， / 於第2割斷面29側亦同樣，雷射構造體13具有刻劃痕SM3、、 SM4。刻劃痕SMI、SM2、SM3、SM4具有自in族氮化物半導體雷射元件11之元件表面1 la延伸至元件背面Ub之凹形狀。而且’刻劃痕SMI、SM2、SM3、SM4分別設於雷射構造體13之端部（與m-n面交又之端部）’且沿由法線軸Νχ與六方晶系III族氮化物半導體之a軸所規定的平面延伸。雷射構 152279.doc -17- 201134039 造體13之上述端部（與m_n面交叉之端部）存在具有第1割斷面27者、及具有第2割斷面29者。第i割斷面27係將刻劃痕 SM1及刻劃痕SM2各自之邊緣ne及I3f、與元件表面lu及元件背面lib各自之邊緣13c及13d連結之面，第2割斷面29 係將刻劃痕SM3及刻劃痕SM4各自之邊緣、與元件表面Ua 及元件背面lib各自之邊緣13c及13d連結之面。如此沿自 III族氮化物半導體雷射元件u之元件表面Ua延伸至元件背面lib的凹形狀之刻劃痕SM1等，設有第丨及第2割斷面 27、29 ’因此可預見割斷面之垂直性或平坦性，第〗及第2 割斷面27、29可具有足以作為諧振鏡之垂直性及平坦性。圖2係表示III族氮化物半導體雷射元件之活性層的能帶構造之圖式。圖3係表示in族氮化物半導體雷射元件丨丨之活性層25的發光之偏光之圖式。圖4係示意性表示由c軸及爪軸所規定的剖面之圖式。參照圖2(a)可知’於能帶構造 BAND之Γ點附近，傳導帶與價帶之間的可能之躍遷有3個。 A能帶及B能帶具有比較小的能量差。因傳導帶與A能帶之躍遷Ea所產生之發光向a軸方向偏光，因傳導帶與b能帶之躍遷Eb所產生之發光向將c軸投影至主面之方向偏光。關於雷射振盪’躍遷Ea之閾值小於躍遷Eb之閾值。參照圖2(b)可知，表示有m族氮化物半導體雷射元件n 之LED模式下的光之光譜。LED模式下之光於六方晶系ΙΠ 族氮化物半導體之a軸方向包含偏光成分π，於將六方晶系 ΠΙ族氮化物半導體之c轴投影至主面之方向包含偏光成分 12 ’偏光成分u大於偏光成分12。偏光度p係由 152279.doc 201134039 (11-12)/(11+12)規定。使用該III族氮化物半導體雷射元件n 之雷射諧振器，可雷射振盪LED模式下發光強度較大之模式下的光。如圖3所示’可進而包括設於第1及第2割斷面27、29中至少一者、或者兩者上的介電質多層膜43 a、43b。第1及第2 割斷面27、29均可適於端面塗佈。藉由端面塗佈，可調整反射率。如圖3(b)所示，來自活性層25之雷射光L向六方晶系III 族氮化物半導體之a軸方向偏光。該in族氮化物半導體雷射元件11中，可實現低閾值電流之能帶躍遷具有偏光性。用於雷射諧振器之第1及第2割斷面27、29係與c面、m面或者a 面等目前為止之劈裂面不同。然而，第1及第2割斷面27、 29具有用於諧振器之作為平面鏡之平坦性、垂直性。因此，使用第1及第2割斷面27、29及延伸於該等第1及第2割斷面 27、29之間的雷射波導’如圖3(b)所示，利用躍遷Ea之發光’可實現低閾值之雷射振盪，該躍遷以之發光比向將c 軸投影至主面的方向偏光之躍遷Eb的發光更強。 ΙΠ族氮化物半導體雷射元件丨丨中，第1及第2割斷面27、 29各自呈現支持基體17之端面i7c及半導體區域19之端面 19c ’端面17c及端面19c被介電質多層膜43a覆蓋。支持基體17之端面17c及活性層25之端面25c之法線向量NA與活性層25之m軸向量MA所成角度BETA，係由成分（BETA)j 成分（BETA)2所規定，該成分（6£丁八）1規定於由πΐ族氮化物半導體之c軸及m軸所規定的第1平面81上，該成分(beta)2 152279.doc •19· 201134039 規定於與第1平面S1(為了便於理解而未圖示，但可參照為「s 1 J)及法線軸NX正交之第2平面S2(為了便於理解而未圖示，但可參照為「S2」）上。成分（BETA),於由III族氮化物半導體之c轴及m轴所規定的第1平面S1上可於（ALPHA-5) 度以上（ALPHA+5)度以下之範圍。該角度範圍於圖4中，表示為代表性之m面SM與參照面FA所成角度。為了便於理解’圖4中，代表性之m面sM係自雷射構造體之内側跨及外側而描繪。參照面FA沿活性層25之端面25c延伸。該III族氮化物半導體雷射元件11具有關於自c軸及爪軸中之一者向另一者獲取之角度BETA而滿足上述垂直性的端面。而且，成分（BETA)2於第2平面S2上可於-5度以上+5度以下之範圍。此處，betaLcbetaV+^eta)/。此時，III族氮化物半導體雷射元件11之端面（第1及第2割斷面27、29)關於與半極性面1 7a之法線軸NX垂直的面上所規定之角度而滿足上述垂直性。再次參照圖1可知’ III族氮化物半導體雷射元件11中，支持基體17之厚度DSUB可為50 μιη以上150 μηι以下。因III族氮化物半導體雷射元件11之支持基體17具有此厚度，對於包含ΙΠ族氮化物半導體雷射元件11之基板產物（後述之基板產物SP) ’容易形成與刻劃痕SM對應之刻劃貫通孔（參照圖6所示之後述之刻劃貫通孔65a)。如下文所述，使用該刻劃貫通孔而得之端面（割斷面）可用作具有充分之垂直性及平坦性的良好之諧振鏡。因此，ΙΠ族氮化物半導體雷射元件11之第1及第2割斷面27、29可成為良好之諧振鏡。 i52279.doc •20· 201134039 III族氮化物半導體雷射元件丨i中，法線軸Νχ與六方晶系 ΠΙ族氮化物半導體之c軸所成角度ALPHA可為45度以上，且可為80度以下。而且，角度ALPHA可為1〇〇度以上，且可為 135度以下。於小於45度及超過135度之角度内，藉由擠壓而形成之端面包含m面之可能性升高。而且，於超過8〇度小於100度之角度内，有無法獲得所需之平坦性及垂直性之虞。 III族氮化物半導體雷射元件丨丨中，法線軸Νχ與六方晶系 ΠΙ族氮化物半導體之c軸所成角度ALpHA可為63度以上且可為80度以下。而且，角度ALPHA可為1〇〇度以上，且可為 117度以下。於小於63度及超過117度之角度内，於藉由擠壓而形成之端面之一部分可能會出現111面。而且，於超過8〇度小於100度之角度内，有無法獲得所需之平坦性及垂直性之虞。半極性主面17a可為{20-21}面、{HM1}面、{2〇_2_1}面、及{10-1-1}面中之任一面。進而，自該等面於·4度以上+4 度以下之範圍微傾斜之面亦可作為上述主面。該等典型之半極性面17a上，可提供具有能構成該〗〗〗族氮化物半導體雷射元件11之雷射諧振器之程度的充分之平坦性及垂直性的第1及第2端面（第！及第2割斷面27、29)。而且，於跨及該等典型之面方位的角度之範圍内，可獲得表現出充分之平坦性及垂直性之端面。 III族氮化物半導體雷射元件丨丨中，支持基體17之積層缺陷密度可為lxio4 cm-1以下，因積層缺陷密度為lxl〇4 152279.doc -21- 201134039 以下，故而，因偶發事件損壞割斷面之平坦性及/或垂直性之可能性較低。而且，支持基體17可包含GaN、A1N、 AlGaN、InGaN及InAlGaN中之任一者。當使用包含該等氮化鎵系半導體之基板時，可獲得能用作諧振器之端面（第：ί 及第2割斷面27、29)。當使用Α1Ν或者AlGaN基板時，可增大偏光度，且藉由低折射率可強化光束缚。當使用InGaN 基板時，可減小基板與發光層之晶格失配率，且可提高結晶品質。圖5係表示本實施形態之製作川族氮化物半導體雷射元件之方法的主要步驟之圖式。參照圖6(a)可知，表示有基板 51。步驟S101中，準備用於製作ΙΠ族氮化物半導體雷射元件之基板5 1。基板5 1之六方晶系III族氮化物半導體之c軸 (向量VC)相對於法線軸NX而向六方晶系III族氮化物半導體之m軸方向（向量VM)以有限的角度ALPHA傾斜。因此，基板5 1具有包含六方晶系⑴族氮化物半導體之半極性主面 51a。步驟S102中，形成基板產物SP。圖6(a)中，基板產物SP 係描繪成大致圓板形之構件，但基板產物sp之形狀並不限於此。為了獲得基板產物SP，首先，於步驟S103中形成雷射構造體55 ^雷射構造體55包含半導體區域53及基板51，於步驟S103中’在半極性主面51 a上形成半導體區域53。為了形成半導體區域53,於半極性主面51a上依序成長第1導電型氮化鎵系半導體區域57、發光層59、及第2導電型氮化鎵系半導體區域61 ^氮化鎵系半導體區域57可包含例如n 152279.doc •22. 201134039 型包覆層，氮化鎵系半導體區域61可包含例如p型包覆層。發光層59可設於氮化鎵系半導體區域57與氮化鎵系半導體區域61之間，且包含活性層、導光層及電子阻擋層等。氮化鎵系半導體區域57'發光層59、及第2導電型氮化鎵系半導體區域61沿半極性主面51 a之法線軸NX排列。該等半導體層係磊晶成長。半導體區域53上由絕緣膜54覆蓋。絕緣膜54包含例如矽氧化物。絕緣膜54具有開口 54&。開口5乜形成為例如條紋形狀。步驟S104中，於雷射構造體55上形成陽極電極58a及陰極電極58b。而且，於在基板51之背面形成電極之前，對結晶成長中使用之基板之背面進行研磨，而形成所需之厚度 DSUB之基板產物SP。形成電極時，例如，陽極電極58&形成於半導體區域53上，且陰極電極58b形成於基板51之背面 (研磨面）51b上。陽極電極5仏於又軸方向延伸，陰極電極5扑覆蓋整個背面51b。藉由該等步驟形成基板產物sp。基板產物SP包含第1面63a、及位於其相反側之第2面63b。半導體區域53位於第1面63a與基板51之間。步驟S105中，如圖6(b)所示，刻劃基板產物卯之第工面 63a。該刻劃係使用雷射刻劃器1〇a而進行。藉由刻劃而形成複數個刻劃貫通孔65a。圖6(b)中，已形成有若干刻劃貫通孔，使用雷射光束LB而形成刻劃貫通孔65b。刻劃貫通孔 65a等係自第！面63&貫通於第2面63b之貫通孔，自第^面 63a(或者第2面63b)觀察時，具有於六方晶系ΙΠ族氮化物半導體之a軸方向延伸之形狀。即，六方晶系m族氮化物半導 152279.doc -23- 201134039 體之a軸方向上的刻劃貫通孔65a等之寬度，比與六方晶系 ΠΙ族氮化物半導體之a軸方向正交的方向上之寬度更長。六方晶系III族氮化物半導體之a軸方向上的刻劃貫通孔65a等之寬度可設為例如50 μηι以上300 μιη以下，與六方晶系III 族氮化物半導體之a軸方向正交的方向上之刻劃貫通孔65a 等之寬度可設為例如5 μπι以上15 μηι以下。複數個刻劃貫通孔65a等係沿六方晶系III族氮化物半導體之a軸方向以例如400 μηι左右的間距形成。包含於六方晶系III族氮化物半導體之a軸方向並排形成之複數個刻劃貫通孔65a的複數個行，係沿由六方晶系ΙΠ族氮化物半導體之 c軸及m軸所規定的面，以大致等間隔之間距形成於基板產物SP上。於後述之1次及2次斷裂中，因III族氮化物半導體雷射元件11自基板產物SP分離，使得刻劃貫通孔65a等成為III族氮化物半導體雷射元件11所具有之刻劃痕SM1等。刻劃貫通孔65a等之長度比六方晶系ΙΠ族氮化物半導體之a軸及法線軸NX所規定的a-n面與第1面63a之交叉線AIS 的長度更短’對交又線AIS之一部分照射雷射光束LB❶藉由雷射光束LB之照射，於第1面63a形成延伸於特定之方向且到達半導體區域之貫通孔。刻劃貫通孔65a等可形成於例如基板產物SP之一個邊緣。步驟S106中’如圖6(c)所示，藉由對基板產物SP之第2面 63b之擠壓而進行基板產物8?之分離，形成基板產物sp】及雷射條LB卜擠壓係使用例如刮刀69等致斷裝置而進行。用 152279.doc

S -24- 201134039 於形成該雷射條LB1等之致斷（1次斷裂）係於丫轴方向行進。刮刀69包含於一個方向延伸之邊緣咖、及規定邊緣咖之至少2個刮刀面69b、69c。而且，基板產物sp〗之擠壓係於支持裝置71上進行。支持裝置71包含支持面7u與凹部 71b，凹部71b於一個方向延伸。凹部71b形成於支持面η” 使基板產物SP1之刻劃貫通孔65a之朝向及位置與支持裝置 71之凹部71b的延伸方向一致，而使基板產物spi定位於支持裝置71上之凹部71b。使致斷裝置之邊緣之朝向與凹部 71b之延伸方向一致，而使致斷裝置之邊緣自與第2面63b 父叉之方向低壓基板產物SP1。交叉方向可為與第2面63b 大致垂直之方向。藉此，進行基板產物sp之分離，形成基板產物SP 1及雷射條LB 1。藉由低壓，形成具有第}及第2端面67a' 67b之雷射條LB1，該等端面67a、67b中，至少發光層之一部具有可適用於半導體雷射之諧振鏡之程度的垂直性及平坦性。所形成之雷射條LB1具有藉由上述分離而形成之第1及第2端面67a、67b，端面67a、67b各自係自第1面63a延伸至第2面63b。因此’端面67a、67b構成該III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器’且與XZ面交叉。該XZ面係與由六方晶系III族氮化物半導體之m軸及法線軸NX所規定的m-n 面對應。根據該方法，於六方晶系III族氮化物半導體之a軸方向刻劃基板產物SP之第1面63a之後，藉由對基板產物SP之第2 面63b之擠壓而進行基板產物SP之分離，形成新的基板產物 152279.doc -25- 201134039 SP1及雷射條LB 1。因此，以與m_n面交叉之方式，於雷射條LB1形成第1及第2端面67a、67b。藉由該端面形成，可向第1及第2端面67a、67b提供能構成該in族氮化物半導體雷射元件之雷射諸振器之程度的充分之平坦性及垂直性。而且’該方法中’所形成之雷射波導係於六方晶系m族氮化物之c軸之傾斜方向延伸。不使用乾式钮刻面，形成可提供該雷射波導之諧振鏡端面。根據該方法’藉由基板產物S Ρ丨之割斷而形成新的基板產物SP 1及雷射條LB 1。步驟s 1 07中，反覆藉由擠壓而進行分離’從而製作多個雷射條。該割斷係使用比雷射條LB 1之割斷線BREAK更短的刻劃貫通孔65a而產生。步驟S108中，於雷射條LB1之端面67a、67b形成介電質多層膜’從而形成雷射條產物。步驟S1 〇9中，將該雷射條產物分離成各個半導體雷射之晶片（2次斷裂）。本實施形態之製造方法中’角度ALPHA可於45度以上80 度以下及100度以上135度以下之範圍。於小於45度及超過 135度之角度内’藉由擠壓而形成之端面包含m面的可能性升高。而且’於超過80度小於1〇〇度之角度内，有無法獲得所需之平坦性及垂直性之虞。角度ALPHA可於63度以上80 度以下及100度以上117度以下之範圍。於小於45度及超過 135度之角度内，藉由擠壓而形成之端面之一部分可能會出現m面。而且，於超過80度小於1〇〇度之角度内，有無法獲得所需之平坦性及垂直性之虞。半極性主面51a可為 {20-21}面、{10-11}面、{20-2-1 }面、及{ι〇_ι_ΐ}面中之任

152279.doc -26- S 201134039 一面。進而，自該等面於_4度以上+4度以下之範圍微傾斜的面亦可作為上述主面。該等典型之半極性面上可提供具有能構成該III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器之程度的充分之平坦性及垂直性、且用於雷射諧振器之端面0 而且，基板51 可包含GaN、AIN、AlGaN、InGaN及InAlGaN 中之任一者。當使用包含該等氮化鎵系半導體之基板時，可獲得能用作雷射諧振器之端面。基板51可包含〇aN。於形成基板產物SP之步驟S 104中，結晶成長中所使用之半導體基板受到切片或者研削加工’以使基板厚度成為5 〇 μιη以上150 μπι以下，第2面63b可為藉由研磨而形成之加工面。5玄基板厚度下’容易形成刻劃貫通孔6 5 a，且可以良好之良率形成具有能構成該III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器之程度的充分之平坦性、垂直性或者無離子損傷的端面67a、67b。本實施形態之雷射端面之製造方法中，雷射條LB丨上亦規定有參照圖3而說明之角度BETA。雷射條LB 1上，角度 BETA之成分（BETA)丨於由III族氮化物半導體之c軸及m軸所規定的第1平面（與參照圖3說明之第1平面S1對應之面）可於（ALPHA-5)度以上（ALPHA+5)度以下之範圍。雷射條lbi 之端面67a、67b關於自c軸及m秘中之一者向另一者獲取之角度BETA之角度成分而滿足上述垂直性。而且，角度BETA 之成分（BETA)2於第2平面（與圖3所示之第2平面S2對應之面）可於-5度以上+5度以下之範圍。此時，雷射條LB 1之端 152279.doc -27- 201134039 面67a、67b關於與半極性面51a之法線轴NX垂直之面上所規定的角度BETA之角度成分滿足上述垂直性。端面67a、67b係藉由對半極性面5 la上磊晶成長之複數個氮化鎵系半導體層的擠壓所產生之斷裂而形成。因半極性面51a上之磊晶膜之緣故，端面67a、67b並非目前為止用作譜振鏡之c面、m面、或者a面等低面指數之劈裂面。然而，於半極性面5 1 a上之蠢晶膜之積層的斷裂中，端面67a、67b 具有適宜用作諧振鏡之平坦性及垂直性。 (實施例）利用有機金屬氣相成長法成長圖7所示之雷射二極體。原料係使用三甲基鎵（TMGa)、三甲基鋁（TMAI)、三甲基銦 (TMIn)、氨（NH3)、矽烷（SiH4)。準備基板71。於基板71上，自利用HVPE法較厚地成長之（0001)GaN錠於爪軸方向於〇度〜90度之範圍之角度而使用晶圓切片裝置進行切取，製作具有c軸向m軸方向之傾斜角度ALPha為〇度〜9〇度之範圍的所需之傾斜角的GaN基板。例如，當以75度之角度切取時，可獲得{20-21}面GaN基板。於成長之刖，為了調查基板之積層缺陷密度，藉由陰極發光法觀察基板。陰極發光中，觀察藉由電子束所激發之載體之發光過程，若存在積層缺陷，則因其附近之載體會非發光再結合，故可觀察到暗線狀。求出該暗線之單位長度的密度（線密度），定義為積層缺陷密度。此處’為了調查積層缺陷密度，使用非破壞測定之陰極發光法，但亦可使用破壞測定之穿透型電子顯微鏡。穿透型電子顯微鏡中， •28· 】52279.doc

S 201134039 自a軸方向觀察試樣剖面時，自基板於m軸方向向試樣表面延伸之缺陷為支持基體中所含之積層缺陷，與陰極發光法之情形相同，可求出積層缺陷之線密度。將該基板7 1配置於反應爐内之晶座上之後，按照以下之成長順序成長蟲晶層。首先，成長厚度為1〇〇〇 nm之η型 GaN72。繼而，成長厚度為1200 nm之η型InAlGaN包覆層 73。接著，成長厚度為200 nm之η型GaN導引層74a及厚度為65 nm之無摻雜InGaN導引層74b，然後，成長由厚度為15 nm之GaN/厚度為3 nm之InGaN而構成之3週期MQW75。接著，成長厚度為65 nm之p型之InGaN導引層76a、厚度為20 nm之p型A1 GaN阻擔層77a及厚度為200 nm之p型之InGaN導引層76b。繼而，成長厚度為400 nm之p型InAlGaN包覆層 77b。最後，成長厚度為50 nm之p型GaN接觸層78。於將Si02之絕緣膜79成膜於接觸層78上之後，使用光微影技術藉由濕式蝕刻而形成寬度為1 0 μιη之條紋孔。此處，於Μ方向（接觸孔沿著由c軸及m軸所規定的既定之面的方向）形成條紋方向之接觸孔。形成條紋孔之後，蒸鍍包含Ni/Au之p側電極80a及包含 Ti/Al之焊墊電極。接著，使用鑽石漿料而研磨GaN基板（GaN 晶圓）之背面，直至80 μιη(或者60 μιη)，從而製作背面為鏡面狀態之基板產物。此時，使用接觸式膜厚計測定基板產物之厚度。厚度之測定亦可自試樣剖面利用顯微鏡而進行。顯微鏡可使用光學顯微鏡、或掃描型電子顯微鏡。於 GaN基板（GaN晶圓）之背面（研磨面），藉由蒸鍍而形成包含 152279.doc •29- 201134039

Ti/Al/Ti/Au之 η側電極 80b。針對雷射條紋製作諧振鏡時，使用採用有波長為355 nm 之YAG雷射之雷射刻劃器。當使用雷射刻劃器而斷裂時，與使用鑽石刻劃之情形相比，可提高振盪晶片良率。作為自基板產物SP之第1面63a直至第2面63b的刻劃貫通孔65a 等之形成方法，使用以下方法（A)、（B): 基板厚度（μιη)雷射輸出（mW)雷射掃描速度（mm/s) 方法（A) 80 250 1 方法（B) 60 250 1 再者’藉由如下方法（C)，不僅形成刻劃貫通孔，亦形成刻劃槽SL1、SL2(參照圖8等），該等刻劃槽SL1、SL2形成於基板產物SP之第1面63a但不到達第2面63b。刻劃槽SL1、 SL2係形成於第1面63a但不到達基板產物SP之第2面63b的槽。將具有該刻劃槽SL1、SL2之III族氮化物半導體雷射元件，特別稱作III族氮化物半導體雷射元件111。基板厚度（μιη)雷射輸出（mW)雷射掃描速度（mm/s) 方法（C) 80 100 5 以400 μηι之間距穿過基板之絕緣膜開口部位而向蟲晶表面直接照射雷射光，藉此形成刻劃貫通孔及刻劃槽。譜振器長度設為600 μιη。所形成之刻劃貫通孔例如為長度2〇〇 μιη、寬度12 μπι，刻劃槽例如為長度200 μηι、寬度8 μιη、深度40 μηι左右。利用掃描型電子顯微鏡觀察因斷裂而形成的割斷面可知，未觀察到明顯之凹凸。因此，可推斷，割斷面之平挺 •30. 152279.doc 〇 201134039 割斷面對於試樣表面性（凹凸之大小）為2〇 ηηι以下。進而之垂直性於±5度之範圍内。於雷射條之端面藉由真空蒸鍍法塗佈介電質多層膜。介電質多層膜係由Si02與Ti〇, $ #镥® &找_ 2丹乂替積層而構成。膜厚分別於 50〜HK) _範圍㈣’而設計成反射率之中心波長於 5〇〇〜530㈣之範圍。將一側之反射面設為1〇週期，將反射率之》又汁值„又汁為約95% ’將另一側之反射面設計為6週期，將反射率之設計值設計為約8〇%。於室溫下通電而進行評估。電源係使用脈寬為500 ns、占空比為0.1%之脈衝電源，使探針落於表面電極而通電。進行光輸出測定時，利用光電二極體檢測出來自雷射條端面之發光，調查電流_光輸出特性（I-L特性）。測定發光波長時，使來自雷射條端面之發光穿過光纖，使用光譜分析儀作為檢測器而進行光譜測定。調查偏光狀態時，使來自雷射條之發光穿過偏光板而旋轉’從而調查出偏光狀態。觀測LED模式光時’將光纖配置於雷射條表面側’藉此測定自表面放出之光。於所有的雷射下確認振盪後之偏光狀態後可知，向a軸方向偏光。振盪波長為5〇〇〜5 30 nm。圖8係藉由方法（C)對基板產物卯形成有刻劃槽之基板的示意圖。再者，圖8中，為了便於理解，除了用於丨次斷裂之朝向y方向之刻劃槽（刻劃槽SL1)，亦形成用於2次斷裂之朝向X方向之刻劃槽（刻劃槽SL2)，但實際之製程中，用於2 •人斷裂之刻劃槽SL2係於1次斷裂之後形成。 152279.doc 31 201134039 圖9中表示對於丨次、2次斷裂結束後晶片化之半極性面上 LD(III族氮化物半導體雷射元件1U)之磊晶面的利用光學顯微鏡觀察的結果。圖9中，斷裂之行進方向為y方向。根據圖9可知，斷裂之龜裂（圖中符號D1所示）係自與波導垂直之方向（y方向）向c軸方向（係將c軸投影至磊晶面之方向 D2，與-X方向對應）改變而進展。結果，可預測，無法獲得與波導垂直之諧振鏡，導致振盪良率下降或振盪閾值電流增。如此，藉由方法（C)而形成刻劃槽SL1、SL2之技術中，諧振鏡之品質有時不穩定。圖1 〇中表示對該半極性面上之LD(III族氮化物半導體雷射70件111)之端面（ζ_χ剖面）進行觀察之結果。圖1〇(幻係表示III族氮化物半導體雷射元件1U之磊晶面之表面的圖，圖 10(b)係表示圖10(a)所示之區域D3内的m族氮化物半導體雷射元件111之側面之圖。根據圖1〇可知，當龜裂自刻劃槽 SL1向深度方向（-z方向）行進時，龜裂並非向平行於刻劃槽 SL1之深度方向的方向D4行進，而使向垂直於^^軸（圖中符號 D5所不之方向）之方向行進。即’刻劃槽su之下側呈現c 面《如此，將波導設於傾斜方向之半極性面上的LD(ni族氮化物半導體雷射元件111)之諧振鏡形成時，容易推斷，於刻劃槽SL1之下側呈現低指數之劈裂面係端面不良之原因。圖11中表示隨著龜裂向垂直於波導之方向&方向）行進，端面之深度方向上之狀態如何變化的情況。如上所述，於形成有刻劃槽S L1之區域内，端面係由與藉由刻劃而形成之磊晶面比較垂直的面、及刻劃槽SL1之下側所呈現面該 -32- 152279.doc

S 201134039 兩個面而構成，且具有作為_ .^ Λ 作马-面之交線之邊緣。如圖11所不’右龜裂於y方向行進而到 ,y. j運未形成刻劃槽之區域（圖11 中係 200 pm<y<4〇〇 ) ;稱成％面之上述兩個面以使邊緣逐漸消失之方式平滑地連接。接·、·°果，端面成為曲面。發明者根據圖11所示$纟士 m 所不之結果’如圖12所示理解龜裂行進之機制。再者，根撼於明去_ >物 x者之觀點可知，於斷裂時低壓刮刀之側（基板背面糊）之表面’藉由到刀之擠麼，呈現筆直之邊緣。如上所述，於刻書_丨描+北^ ^ 、/蒼j槽之者面D8側（圖中符號£)6 所示之區域）呈現⑽。於圖中符號D7所示之區域，若龜裂到達未形成刻劃槽之區域（圖中符號D7所示之區域），則端面曲面化，背面藉由刮刀之擠壓而呈現筆直之邊緣，因此結果，蟲晶面上呈現之龜裂的方向改變向妨向而行進。可知，於使用上述方法（C)之情形時，未穩定地獲得垂直於波導之諧振鏡的原因，較大可能是因刻劃槽su之基板背面側所呈現的c面。因此，認為，若抑制刻劃槽sli之基板背面側之c面之呈現，則可穩定地獲得垂直於波導之諧振鏡，且發現上述方法（A)、（B)，即，使用上述雷射刻劃器形成自蟲晶面直至基板背面的貫通孔（刻劃貫通孔6 5 a等）而實現斷裂》圖13(a)及圖13(b)係藉由方法（A)而得之樣品（雷射條LB丄等）之光學顯微鏡照片。圖13(a)係自磊晶面獲得之觀察結果’圖13(b)係自端面獲得之觀察結果。觀察圖13(a)，未看到如圖9所示之、諧振鏡自垂直於波導之方向偏離之角度偏離。此時，根據圖13(b)可知，確實形成有貫通孔。再者， 152279.doc •33· 201134039 可確認，方法（B)中亦形成有貫通孔（刻劃貫通孔65句。圖 14(a)中表示該樣品（雷射條LB1等）之波導附近之端面狀況的觀察結果。端面係與蟲晶面大致垂直，而且與目前為止之劈裂面不同。& 了找到該端面之候補，#由計算而求出與（20-21)面成90度左右之角度的面指數。參照圖“（…可知，以下之角度及面指數相對於（2〇_21)面具有9〇度左右的角度。具體之面指數相對於{20-21}面之角度 (_1016) 92.46 度 (_1〇17) 90.10 度 (-1018) 88.29 度依賴於各面指數之劈裂性或、刻劃時雷射之垂直性（±5度左右），考慮如此之高指數面可作為端面之可能性。根據自利用方法（A)〜（C)所得之樣品（雷射條LB1等）的磊晶面進行觀察之結果，對自排列有刻劃貫通孔（刻劃槽）之線 (圓12之y軸）偏離的端面之角度偏離gamma進行測定之結果如圖15所示。圖15所示之柱狀圖表NU11、NU12、NU13 表示藉由方法（A)而形成刻劃貫通孔65a時之結果，柱狀圖表NU21、NU22表示藉由方法（B)而形成刻劃貫通孔65a時之結果，柱狀圖表NU31、NU32、NU33表示藉由方法（c)而形成刻劃槽SL1等時之結果。根據圖15可確認，於藉由形成刻劃貫通孔65a等之方法（方法（A)及方法（B))所得之樣品（雷射條LB1等）中，角度偏離GAMMA減少。圖15所示之資料係以下内容。 •34· 152279.doc

S 201134039 角度偏離gamma 方法（a) 方法 18 7 0 0 16 8 1 0 0以上小於1 1以上小於2 2以上小於3 3以上小於4 再者’各方法（A)〜(C)中標準偏差如下所示。方法（C) 9 22 5 0 之角度偏離GAMMA之平均值平均值標準偏差方法（A) 0.67 0.63 方法（B) 0.63 0.57 方法（C) 1.38 0.57 而且，使用方法（A)測定in族之GaN基板（支持基體17)之c軸向m軸方向之傾斜角與振盪良率的關係。其測定結果如圖1 6所示。本實施例中，關於振盈良率’定義為（振盪晶片數測定晶片數）。而且圖 16所示之測定結果係使用積層缺陷密度為1 χ丨〇4(cm·丨）以下之GaN基板而得。根據圖16可知’當傾斜角為45度以下時，振盪良率極其低。該傾斜角度區域内，若龜裂行進到達未形成刻劃貫通孔65a等（與刻劃痕SM1等對應）之區域，則出現劈裂性較強之m面，因此，藉由與圖12相同之機制，端面對於波導之垂直性會惡化。結果，認為振盪良率會下降。藉此，GaN基板（支持基體17)之傾斜角度之範圍最適宜為63 度以上80度以下。再者，於具有該結晶上等價之端面的角度範圍、即100度以上117度以下之範圍’亦可獲得相同之 152279.doc -35· 201134039 結果。圖16所示之資料係以下内容。傾斜角良率 10 0.1 43 0.1 58 43 63 71 66 90 71 96 75 88 79 79 85 52 90 36 使用方法（A)調查積層缺陷密度與振盪良率之關係後，可獲得圖17所示之結果。關於振盪良率之定義，與上述相同。根據圖17可知，若GaN基板（支持基體17)之積層缺陷密度超過1 x 1 04(cm-1)，則振盪良率會急遽下降。而且，利用光學顯微鏡觀察端面狀態可知，振盪良率下降之樣品中，端面之凹凸較劇烈’未獲得平坦之端面。認為，因積層缺陷之存在’導致割裂難度存在差異。因此，GaN基板（支持基體 17)中所含之積層缺陷密度必需為以下。再者，本實施例中’利用光學顯微鏡可確認，於刻劃時自磊晶面 (基板產物SP之第1面63a)照射雷射，形成到達基板背面之刻劃貫通孔65a等，而自基板背面（基板產物SP之第2面6:{b) 照射雷射形成到達磊晶面之刻劃貫通孔653等，藉此，減少 152279.doc

S -36- 201134039 蟲晶面之損傷或碎片。藉由該方法，可能提高LD(III族氮化物半導體雷射元件11)之良率。圖17所示之資料係以下内容。積層缺陷密度（cm·1) 良率 500 95 1000 91 4000 72 8000 64 loooo 18 50000 3 圖18係表示（20-21)面、（-101-6)面及（-1016)面之原子配置之圖式。圖19係表示（20-21)面、（-101-7)面及（-101 7)面之原子配置之圖式。圖20係表示（20-21)面、（-101-8)面及（-1018) 面之原子配置之圖式。如圖18〜圖20所示，箭頭所示之局部之原子配置表示電荷為中性之原子的排列，週期性地呈現電性為中性之原子配置。關於可獲得相對於成長面比較垂直之面的理由’可能為，因週期性地呈現該電荷為中性之原子排列，故割斷面之生成變得比較穩定。藉由包含上述實施例之多種實驗，角度ALPHA可於45度以上80度以下及1〇〇度以上135度以下之範圍。為了提高振盪晶片良率，角度ALPHA可於63度以上80度以下及1〇〇度以上117度以下之範圍。典型之半極性主面可為{2〇_21}面、 {10-11}面、{20-2-1}面、及{1〇· 1-1}面中之任一者。進而，可為自該等半極性面偏離之微傾斜面。例如，半極性主面】52279.doc •37· 201134039 可為，自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{lo-u) 面中之任一面向m面方向於-4度以上+4度以下之範圍傾斜的微傾斜面。較佳實施形態中已利用圖式說明了本發明之原理，但業者瞭解，本發明可不脫離其原理而對配置以及細節進行變更。本發明並不限定於本實施形態中所揭示之特定之構成。因此，對於由專利申請範圍及其精神之範圍而來之所有修正以及變更申請專利權。產業上之可利用性本發明係一種III族氮化物半導體雷射元件、及製作III族氮化物半導體雷射元件之方法，該III族氮化物半導體雷射元件中，於六方晶系III族氣化物之c軸向m軸方向傾斜的支持基體之半極性面上，具有能實現低閾值電流之雷射諧振器。【圖式簡單說明】圖1係概略性表示本實施形態之III族氮化物半導體雷射元件的構造之圖式；圖2(a)、（b)係表示III族氮化物半導體雷射元件之活性層的能帶構造之圖式；圖3(a)、（b)係表示III族氮化物半導體雷射元件之活性層的發光之偏光之圖式；圖4係表示in族氮化物半導體雷射元件之端面與活性層之m面的關係之圖式；圖5係表示本實施形態之製作III族氣化物半導體雷射元 152279.doc -38- 201134039 件之方法的主要步驟的步驟流程圖；圖6(a)〜（c)係示意性表示本實施形態之製作ΠΙ族氮化物半導體雷射元件之方法的主要步驟之圖式；圖7係表不實施例所示之雷射二極體的構造之圖式；圖8係用於說明先前之刻劃槽之形成方法的圖式；圖9係表示自蟲晶面觀察到的藉由先前之刻劃槽之形成方法所形成的端面之形狀的圖式；圖l〇(a)、（b)係表示自側面觀察到的藉由先前之刻劃槽之形成方法所形成之m族氮化物半導體雷射元件之端面的形狀之圖式；圖11係用於說明自先前之刻劃槽而形成之III族氮化物半導體雷射元件之端面的形狀之圖式；圖12係用於說明使用先前之刻劃槽而製作的雷射條之端面之形成過程的圖式；圖13〇)、（b)係表示本實施形態之刻劃貫通孔之形狀的圖式；圖14(a)、（b)係表示（20-21)面與另一面方位（指數）所成角度之圖式；圖15係用於將具有使用先前之刻劃槽時的端面之角度偏離之元件的個數、與具有使用本實施形態之刻劃貫通孔時的知> 面之角度偏離之元件的個數進行比較之圖式；圖16係表示GaN基板之c軸向m軸方向之傾斜角與振盪良率的關係之圖式；圖17係表示積層缺陷密度與振盪良率之關係的圖式； 152279.doc -39· 201134039 圖1 8係表示（20-21)面、（-10卜6)面及（-1〇 16)面之原子配置之圖式；圖19係表示（20-21)面、（-101-7)面及（-1017)面之原子配置之圖式；及圖20係表示（20-21)面、（-101-8)面及（-1018)面之原子配置之圖式。【主要元件符號說明】

S 10a 雷射刻劃器 11 III族氮化物半導體雷射元件 11a 元件表面 lib 元件背面 13 雷射構造體 13a 第1面 13b 第2面 13c > 13d 邊緣 15、41 電極 17 支持基體 17a 半極性主面 17b 支持基體背面 17c 支持基體端面 19 半導體區域 19a 半導體區域表面 19c 半導體區域端面 21 第1包覆層 152279.doc -40- 201134039 23 第2包覆層 25 活性層 25a 井層 25b 障壁層 27 ' 29 割斷面 31 絕緣膜 31a 絕緣膜開口 33 第2導電型接觸層 35 η側導光層 35a 第1部分 35b 第2部分 37 ρ側導光層 37a 第1部分 37b 第2部分 39 載體阻擋層 43a、43b 介電質多層膜 51 基板 51a 半極性主面 53 半導體區域 54 絕緣膜 54a 絕緣膜開口 55 雷射構造體 57 氮化錄糸半導體區域 58a 陽極電極 152279.doc -41 - 201134039 58b 陰極電極 59 發光層 61 氮化鎵系半導體區域 63a 第1面 63b 第2面 65a 刻劃貫通孔 65b 刻劃貫通孔 67a、67b 端面 69 刮刀 69a 邊緣 69b、69c 刮刀面 71 支持裝置 71a 支持面 71b 凹部 72 η型GaN層 73 η型InAlGaN包覆層 74a η型GaN導引層 74b 無摻雜InGaN導引層 75 3週期MQW 76a p型之InGaN導引層 76b p型之InGaN導引層 77a p型AlGaN阻擔層 77b p型InAlGaN包覆層 78 p型GaN接觸層 152279.doc -42- s 201134039 79 80a 80b

ALPHA、BETA a、c、m、X、Y、 CR

DSUB

Fa II、12

LB LB1

LIX

NX

MA

S

Sc

Sm

SMI、SM2、SM3 SP 、 SP1 VM 絕緣膜 p側電極 n側電極角度軸結晶座標系支持基體厚度參照面偏光成分雷射光束雷射條交叉線法線軸 m軸向量正交座標系 c面 m面 SM4 刻劃痕基板產物向量 -43- 152279.doc

Claims

201134039 七、申請專利範圍： 1. 一種HI族氮化物半導體雷射元件，其特徵在於··其包含雷射構造體及電極’該雷射構造體包括含有六方晶系ΠΙ 族氮化物半導體且具有半極性主面的支持基體、及設於上述支持基體之上述半極性主面上的半導體區域，該電極設於上述雷射構造體之上述半導體區域上；上述半導體區域包括包含第1導電型氮化鎵系半導體之第1包覆層、包含第2導電型氮化鎵系半導體之第2包覆層、及設於上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層；上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層係沿上述半極性主面之法線軸排列；上述活性層包含氮化鎵系半導體層；上述支持基體之上述六方晶系III族氮化物半導體之c 軸，係相對於上述法線軸而向上述六方晶系ΠΙ族氮化物半導體的m軸方向以有限之角度ALPHA傾斜，上述角度 ALPHA係於45度以上80度以下或100度以上135度以下之範圍；上述雷射構造體包含與由上述六方晶系III族氮化物半導體之m軸及上述法線轴所規定的m-n面交叉之第1及第2 割斷面；該III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器中包含上述第1及第2割斷面；上述雷射構造體包含第1及第2面，上述第2面為上述第 152279.doc 201134039 1面之相反側之面；上述半導體區域位於上述第1面與上述支持基體之間；上述第1及第2割斷面分別自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣；上述雷射構造體於上述第1割斷面之一端，具有自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣的刻劃痕；上述刻劃痕具有自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣的凹形狀。 2. 如請求項1之ΙΠ族氮化物半導體雷射元件，其中上述第1及第2割斷面各自呈現上述支持基體之端面及上述半導體區域之端面，上述半導體區域之上述活性層的端面與正交於包含上述六方晶系氮化物半導體之支持基體的m軸之基準面所成角度’係於由上述III族氮化物半導體之c軸及m軸所規定的第1平高成（ALPHA-5)度以上（ALPHA+5)度以下之範圍之角度。 3. 如請求項1或2之III族氮化物半導體雷射元件，其中上述角度在與上述第1平面及上述法線軸正交之第2平面係於-5度以上+5度以下之範圍。 4·如請求項1至3中任一項之III族氮化物半導體雷射元件，其中上述支持基體之厚度為50 μιη以上150 μιη以下。 5 ·如請求項1至4中任一項之III族氮化物半導體雷射元件，其中 152279.doc .2- S 201134039 上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體之C軸所成角度係於63度以上80度以下或100度以上11 7度以下之範圍。 6. 如請求項1至5中任一項之III族氮化物半導體雷射元件，其中來自上述活性層之雷射光係向上述六方晶系ΠΙ族氮化物半導體的a軸方向偏光。 7. 如請求項1至6中任一項之III族氮化物半導體雷射元件，其中該III族氮化物半導體雷射元件之LED模式下的光，於上述六方晶系III族氮化物半導體之a轴方向上之包含偏光成分II ’並於將上述六方晶系ΙΠ族氮化物半導體之〇轴投影至主面的方向上包含偏光成分12 ; 上述偏光成分II大於上述偏光成分12。 8. 如請求項1至7中任一項之ΙΠ族氮化物半導體雷射元件，其中上述半極性主面係自{20-21}面、{HM1}面、{20_2-1} 面及{ 10-1 -1}面中之任一面偏離_4度以上+4度以下之範圍的微傾斜面》 9·如請求項1至8中任一項之πι族氮化物半導體雷射元件，其中上述半極性主面係{20-21}面' {10-11}面、{20-2-1}面及{10-1-1}面中之任一面。 10.如請求項1至9中任一項之ΠΙ族氮化物半導體雷射元件， 152279.doc 201134039 其中上述支持基體之積層缺陷密度為lxl〇4 cm.1以下。 11. 如請求項【至10中任一項之m族氮化物半導體雷射元件，其中上述支持基體包含GaN、AlGaN、AIN' InGaN及InAlGaN 中之任一者。 12. 如請求項i至u中任一項之⑴族氮化物半導體雷射元件，其中進而包括設於上述第1及第2割斷面中至少任一面上的介電質多層膜。 13. 如請求項1至12中任一項之m族氮化物半導體雷射元 •件，其中上述活性層中包含以發出波長360 nm以上600 nm以下之光的方式而設之發光區域。 14. 如請求項1至13中任一項之m族氮化物半導體雷射元件，其中上述活性層中包含以發出波長430 nm以上550 nm以下之光的方式而設之量子井構造。 15. —種III族氮化物半導體雷射元件，其特徵在於：其包括雷射構造體及電極，該雷射構造體包括含有六方晶系m 族氮化物半導體且具有半極性主面之支持基體、及設於上述支持基體之上述半極性主面上之半導體區域，該電極设於上述雷射構造體之上述半導體區域上；上述半導體區域包括包含第丨導電型氮化鎵系半導體 152279.doc S 201134039 之第1包覆層、包含第2導電型之氮化鎵系半導體之第2包覆層及設於上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層；上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層係沿上述半極性主面之法線軸排列；上述活性層包含氮化鎵系半導體層；上述支持基體之上述六方晶系m族氮化物半導體之c 軸，係相對於上述法線軸而向上述六方晶系11]:族氮化物半導體的m軸方向以有限之角度ALPHA傾斜，上述角度 ALPHA係於45度以上80度以下或ι〇〇度以上135度以下之範圍；上述雷射構造體包含第丨及第2面，上述第2面為上述第 1面之相反側之面；上述半導體區域位於上述第1面與上述支持基體之間；上述雷射構造體具有第丨及第2刻劃痕，該等第丨及第2 刻劃痕設於該雷射構造體之端部且沿由上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體之a軸所規定的平面延伸；上述第1及第2刻劃痕具有自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣的凹形狀；上述雷射構造體之上述端部具有將上述第1及第2刻劃痕各自之邊緣與上述第1及第2面各自之邊緣連結的割斷面；該ΙΠ族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器中包含上述割斷面。 152279.doc 201134039 16. —種製作出族氮化物半導體雷射元件之方法，其特徵在於：其包括如下步驟：準備包含六方晶系III族氮化物半導體且具有半極性主面之基板；形成包含雷射構造體、陽極電極及陰極電極之基板產物’該雷射構造體包含形成於上述半極性主面上之半導體區域與上述基板；將上述基板產物的第i面於上述六方晶系⑴族氮化物半導體之a軸方向上局部刻劃；及藉由對上述基板產物之第2面的擠壓而進行上述基板產物之分離，形成另一基板產物及雷射條；上述第1面係上述第2面之相反侧之面，上述半導體區域位於上述第丨面與上述基板之間，上述雷射條具有自上述第1面延伸至上述第2面且藉由上述分離而形成之第1及第2端面，上述第1及第2端面構成該ΙΠ族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器，上述1¼極電極及陰極電極形成於上述雷射構造體上，上述半導體區域包括包含第丨導電型氮化鎵系半導體的第1包覆層、包含第2導電型氮化鎵系半導體的第2包覆層及设於上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層係沿上述半極性主面之法線軸排列， 152279.doc 201134039 上述活性層中含有氮化鎵系半導體層，上述基板之上述六方晶系III族氮化物半導體之c軸，係相對於上述法線軸而向上述六方晶系ΙΠ族氮化物半導體的m軸方向以有限之角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA係於45度以上80度以下或100度以上 : 135度以下之範圍，上述第1及第2端面與由上述六方晶系m族氮化物半導體之m軸及上述法線軸所規定的m-n面交叉，上述第1及第2端面各自之上述活性層的端面相對於與包含上述六方晶系氮化物半導體的支持基體之m軸正交的基準面，係於由上述六方晶系m族氮化物半導體之^^軸及m軸所規定的平面成（ALpHA_5)度以上（ALPHa+5)度以下之範圍之角度，上述刻劃步驟中，沿上述六方晶系ΙΠ族氮化物半導體之a轴形成複數個刻劃貫通孔，該等刻劃貫通孔自上述基板產物之上述第1面貫通至上述第2面，並具有於上述六方晶系III族氮化物半導體之a轴方向上伸長的形狀。 17·如請求項16之製作III族氮化物半導體雷射元件之方法，其中上述刻劃貫通孔係藉由使用雷射刻劃器自上述雷射構造體之上述第1面、或者上述第2面進行雷射照射而形成。 152279.doc