TW201312886A - 第ｉｉｉ族氮化物半導體雷射元件 - Google Patents

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Takamichi Sumitomo
Takashi Kyono
Masaki Ueno
Yusuke Yoshizumi
Yohei Enya
Masahiro Adachi
Shimpei Takagi
Katsunori Yanashima
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Sumitomo Electric Industries
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Abstract

本發明提供一種具有可降低由COD引起之動作不良並且亦可減小散熱能力下降之構造之第III族氮化物半導體雷射元件。成為雷射諧振器之第1及第2割斷面27、29與m-n面交叉。第III族氮化物半導體雷射元件11具有於m-n面與半極性面17a之交叉線之方向上延伸之雷射波導路。割斷面27、29與c面、m面或a面等之解理面不同。半導體區域19包含於波導向量LGV方向上延伸之第1~第3區域19b~19d。絕緣膜31之開口31a位於半導體區域19之第3區域19d之脊狀構造上。於電極15中，焊墊電極18之第1~第3電極部18b~18d係分別設置於半導體區域19之第1~第3區域19b~19d上。第1電極部18b具有到達割斷面27邊緣之臂部18b_ARM1。

Description

第III族氮化物半導體雷射元件
本發明係關於一種第III族氮化物半導體雷射元件。
專利文獻1中記載有氮化物系半導體雷射元件。對於專利文獻1中之半導體雷射元件，可不增加製造步驟而容易地進行由劈開導致之元件不良之判定。該氮化物系半導體雷射元件包含：形成於c面n型GaN基板上之氮化物系半導體各層；包含解理面之光出射面；及形成於氮化物系半導體層上之p側焊墊電極。p側焊墊電極包含以不覆蓋成為光出射面30a之端部之脊狀部之方式而形成的缺口部。又，p側焊墊電極自光出射面之邊緣分離。
專利文獻2中，記載有形成於基板之半極性面上之氮化物半導體雷射元件。該氮化物半導體雷射元件中，用於光諧振器之端面並非藉由劈開而形成。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2010-28020號公報
專利文獻2：日本專利4475357號公報
根據發明者等之見解，對於焊墊電極之一邊到達用於光諧振器之端面之邊緣的第III族氮化物半導體雷射元件，於朝該端面上形成介電體多層膜時，焊墊電極之一邊有可能 產生介電體之異常成長。為避免該異常成長而跨及焊墊電極之該整個一邊而自用於光諧振器之端面之邊緣分離的III氮化物半導體雷射元件對於災變光學損傷(Catastrophic Optical Damage：COD)之耐性變高。
根據發明者等之研究，光出射面附近所產生之熱於雷射動作時經由焊墊電極而擴散。然而，如已說明般，到達端面之焊墊電極之一邊有可能產生介電體之異常成長。而且，對於專利文獻2所記載之氮化物半導體雷射元件，用於光諧振器之端面並非藉由劈開而形成，故而存在由該端面(亦即，非解理面之端面)而引起之異常成長之潛在要因。自該點而言，亦要抑制由焊墊電極之一邊所引起之介電體異常成長，欲避免由其他要因而誘發異常成長。
本發明之目的在於提供一種具有可降低由COD引起之動作不良並且亦可減小散熱能力下降之構造之第III族氮化物半導體雷射元件。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件具備：(a)雷射構造體，其包含含有六方晶系第III族氮化物半導體且具有半極性主面之支持基體、及設置於上述支持基體之上述半極性主面上之半導體區域，且具有用於該第III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器之第1及第2端面；(b)絕緣膜，其設置於上述雷射構造體之上述半導體區域上；(c)電極，其設置於上述雷射構造體之上述半導體區域及上述絕緣膜上；以及(d)介電體多層膜，其設置於上述第1端面及第2端 面上。上述支持基體之上述六方晶系第III族氮化物半導體之c軸朝延伸於自上述第1端面向上述第2端面之方向之波導軸之方向以相對於上述半極性主面之法線軸之角度ALPHA傾斜，上述半導體區域包含於上述波導軸方向上延伸之第1、第2及第3區域，上述第3區域設置於上述第1區域與上述第2區域之間，上述半導體區域之上述第3區域包含：含有第1導電型之氮化鎵系半導體之第1包覆層、含有第2導電型之氮化鎵系半導體之第2包覆層、及設置於上述第1包覆層與上述第2包覆層之間之活性層，上述絕緣膜於上述半導體區域之上述第3區域上具有開口，上述電極包含歐姆電極及焊墊電極，上述歐姆電極經由上述絕緣膜之上述開口而與上述半導體區域之上述第3區域形成接觸，上述焊墊電極包含分別設置於上述半導體區域之上述第1、第2及第3區域上之第1、第2及第3電極部，上述第1電極部具有第1臂部，且上述第1臂部到達上述第1端面之邊緣，同時上述第3電極部自上述第1端面之上述邊緣分離。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，電極包含歐姆電極及焊墊電極。該歐姆電極經由絕緣膜之開口而與半導體區域之第3區域形成接觸。另一方面，焊墊電極包含分別設置於半導體區域之第1、第2及第3區域上之第1、第2及第3電極部，第1電極部之第1臂部到達該第III族氮化物半導體雷射元件之第1端面之邊緣。因此，於半導體區域之與第3區域鄰接之第1區域中，可經由焊墊電極而散熱。又，半導體區域中執行雷射之主要動作之第3區域到達第1 端面，而第3電極部自該第1端面之邊緣分離。因此，於半導體區域之第3區域到達之端部上，由焊墊電極之端面而引起之介電體異常成長之影響得以降低。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述角度ALPHA可為45度以上且80度以下、或者100度以上且135度以下之範圍。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，對於未滿45度及超過135度之角度，藉由按壓而形成之端面包含m面之可能性變高。又，對於超過80度且未滿100度之角度，有無法獲得所需之平坦性及垂直性之虞。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述雷射構造體包含第1及第2面，上述第1面係上述第2面之相反側之面，上述第1及第2端面可分別自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，六方晶系第III族氮化物半導體之c軸朝波導軸之方向以相對於法線軸大於零之角度傾斜。因此，第1及第2端面之各自雖自雷射構造體之第1面之邊緣延伸至雷射構造體之第2面之邊緣，但並非藉由劈開而形成。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，較佳為上述第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而排列，上述半導體區域之上述第3區域具有沿表示自上述第1端面向上述第2端面之方向之波導軸而延伸之脊狀構造。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，來自電極之電流經由脊狀構造而被導引至沿波導軸之半導體區域之部分。較佳為對準脊狀構造所到達之端面之部分而設置第3電極部。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述角度ALPHA較佳為63度以上且80度以下、或者100度以上且117度以下之範圍。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，該第III族氮化物半導體雷射元件中，於63度以上且80度以下或者100度以上且117度以下之範圍時，藉由按壓而形成之端面與基板主面接近垂直之可能性變高。又，對於超過80度且未滿100度之角度，有無法獲得所需之平坦性及垂直性之虞。然而，對於具有此種平坦性及垂直性之端面，亦與磊晶成長於半極性面上之半導體區域之層構造對應地，端面並不比解理面平坦。因此，用於諧振器之端面有時會在半導體區域之半導體層之界面上彎曲。若於端面上形成此種微觀的粗糙度，則會使端面上之介電體多層膜產生應力。此種品質之膜易受到熱之影響。因此，藉由焊墊電極之構造而進行之散熱對於COD耐性之提高為有效。又，電極於半導體區域之第3區域上具有形成朝向波導軸之方向之凹陷之開口，因此於光波導路之端面附近可降低介電體多層膜之異常成長之影響。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述支持基體之厚度較佳為400 μm以下。該第III族氮化物半導體雷射 元件適於獲得用於雷射諧振器之優良之割斷面。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述支持基體之厚度較佳為50 μm以上，且較佳為100 μm以下。根據該第III族氮化物半導體雷射元件，若支持基體之厚度為50 μm以上，則該雷射元件之操作變得容易，且生產良率提高。若支持基體之厚度為100 μm以下，則更適於獲得用於雷射諧振器之優良之割斷面。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述半極性主面較佳為自{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中之任一面於-4度以上+4度以下之範圍內偏離之面。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，於來自該等典型之半極性面之微傾斜面上，可提供具有能構成該第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之第1及第2端面。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述半極性主面較佳為{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中之任一面。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，於該等典型之半極性面上，可提供具有能構成該第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之第1及第2端面。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述支持基體較佳為包含GaN、AlGaN、AlN、InGaN及InAlGaN中之 任一者。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，於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。於使用AlN基板或AlGaN基板時，可提高偏光度，且可藉由低折射率而強化光束縛。於使用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。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，較佳為上述活性層包含氮化鎵系半導體層，且上述活性層包含以發出波長為500 nm以上之光之方式而設置之發光區域。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，為了獲得500 nm以上之振盪波長，活性層之InGaN層必需含有0.2以上之銦組成。若銦組成增加，則InGaN之晶格常數增大，該結果為，InGaN層內包含晶格應變。當活性層及其附近之半導體層之應力較大時，在形成用於光諧振器之端面時之割斷中，所形成之端面有時會彎曲。若端面上存在此種彎曲，則以焊墊電極之邊緣之三維核成長為起始，有時會遍及較大之區域而引起異常成長。但是，於執行主要之雷射動作之第3區域上，由焊墊電極之邊緣所引起之異常成長減少，故而可降低用於光諧振器之端面上之如上所述之彎曲表現出介電體之異常成長。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述支持基體之上述六方晶系第III族氮化物半導體之上述c軸較佳為朝上述六方晶系第III族氮化物半導體之m軸之方向傾斜。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，成為雷射諧振器之第1端面係與藉由六方晶系第III族氮化物半導體之m軸及法線軸所規定之m-n面交叉，故而可設置於m-n面與半極性面之交叉線之方向上延伸之雷射波導路。因此，可提供一種具有可實現低閾值電流之雷射諧振器之第III族氮化物半導體雷射元件。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述第1及第2端面各自呈現有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之端面與正交於包含上述六方晶系氮化物半導體的支持基體之m軸之基準面所成之角度較佳為，於藉由上述第III族氮化物半導體之c軸及m軸所規定之第1平面上成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下之範圍之角度。
該第III族氮化物半導體雷射元件具有關於自c軸及m軸之一者向另一者獲取之角度而滿足上述垂直性之端面。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述角度較佳為於上述第1平面及與上述法線軸正交之第2平面上為-5度以上+5度以下之範圍。該第III族氮化物半導體雷射元件於與半極性面之法線軸垂直之面上具有關於所規定之角度而滿足上述垂直性之端面。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，較佳為上述第2電極部具有第2臂部，且上述第2臂部到達上述第1端面之邊緣。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件，不僅第1臂部、 而且第2電極部之第2臂部亦設置於端面附近。藉由該兩臂部而可進行熱擴散。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述歐姆電極較佳為包含Pd。根據該第III族氮化物半導體雷射元件，Pd電極對於富有氧化性之半極性面亦可提供電性接觸。
本發明之第III族氮化物半導體雷射元件中，上述第1端面與解理面不同，且上述第2端面與解理面不同。
本發明之上述目的及其他目的、特徵、以及優點可根據參照隨附圖式進行之用於本發明之較佳實施形態的以下詳細描述而容易明瞭。
如以上所說明，根據本發明，提供一種具有可降低由COD引起之動作不良並且亦可減小散熱能力下降之構造之第III族氮化物半導體雷射元件。
本發明之觀點可參照作為例示而表示之隨附圖式且考慮以下詳細之描述而容易地理解。繼而，一面參照隨附圖式，一面對本發明之第III族氮化物半導體雷射元件、及製作第III族氮化物半導體雷射元件之方法之實施形態進行說明。於可能之情形時，對相同之部分標註相同之符號。
圖1係概略地表示本實施形態之第III族氮化物半導體雷射元件之構造之圖式。第III族氮化物半導體雷射元件11具有脊狀構造，但本發明之實施形態並不限定於脊狀構造。第III族氮化物半導體雷射元件11具備雷射構造體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包含六方晶系第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設置於支持基體17之半極性主面17a上。電極15設置於雷射構造體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導電型之氮化鎵系半導體，例如包含n型AlGaN、n型InAlGaN等。第2包覆層23包含第2導電型之氮化鎵系半導體，例如包含p型AlGaN、p型InAlGaN等。活性層25設置於第1包覆層21與第2包覆層23之間。活性層25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係交替排列。井層25a包含例如InGaN等，障壁層25b包含例如GaN、InGaN等。活性層25可包含例如以發出波長為360 nm以上600 nm以下之光之方式而設置之發光區域。第1包覆層21、第2包覆層23及活性層25係沿半極性主面17a之法線軸NX而排列。雷射構造體13包含用於光諧振器之第1割斷面27及第2割斷面29。支持基體17之六方晶系第III族氮化物半導體之c軸相對於半極性主面17a之法線軸NX而朝延伸於自第1割斷面27向第2割斷面29之方向之波導軸之方向以角度ALPHA傾斜。
第III族氮化物半導體雷射元件11進而具備絕緣膜31。絕緣膜31覆蓋雷射構造體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。雷射構造體 13之第1割斷面27及第2割斷面29係與藉由六方晶系第III族氮化物半導體之m軸及法線軸NX所規定之m-n面交叉。絕緣膜31之一端部之邊緣到達第1割斷面27，且絕緣膜31之另一端部之邊緣到達第2割斷面29。支持基體17包含六方晶系第III族氮化物半導體。絕緣膜31具有開口31a，開口31a係於半導體區域19之表面19a與上述m-n面之交叉線LIX之方向延伸，且形成為例如條紋形狀。電極15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。第III族氮化物半導體雷射元件11中，雷射波導路包含第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。
半導體區域19包含第1、第2及第3區域19b、19c、19d，第1~第3區域19b~19d係於波導軸(由波導向量LGV表示之軸)之方向延伸。該波導軸沿表示自第1端面27向第2端面29之方向而延伸。第3區域19d設置於第1區域19b與第2區域19c之間。絕緣膜31之開口31a位於半導體區域19之第3區域19d上。第3區域19d可包含半導體區域19之脊狀構造。
電極15包含歐姆電極16及焊墊電極18。歐姆電極16經由絕緣膜31之開口31a而與半導體區域19之第3區域19d形成歐姆接觸。焊墊電極18包含第1、第2及第3電極部18b、18c、18d，第1~第3電極部18b~18d分別設置於半導體區域19之第1~第3區域19b~19d上。歐姆電極16可包含例如Pd。 Pd電極對於富有氧化性之半極性面亦可提供電性接觸。焊墊電極18可包含例如Ti/Pt/Au。
第1電極部18b具有第1臂部18b_ARM1，該臂部18b_ARM1到達割斷面27之邊緣。第3電極部18d自第1端面27之邊緣13c分離。又，本實施例中，第2電極部18c可具有第2臂部18c_ARM1，且該臂部18c_ARM1到達第1端面27之邊緣。
第1電極部18b具有臂部18b_ARM2，該臂部18b_ARM2到達割斷面29之邊緣。又，第2電極部18c可具有臂部18c_ARM2，該臂部18c_ARM2到達第2端面29之邊緣。
第III族氮化物半導體雷射元件11如圖1所示，進而具備分別設置於第1及第2割斷面27、29上之介電體多層膜43、44。對割斷面27、29亦可應用端面塗敷。藉由端面塗敷而可調整反射率。
介電體多層膜43係設置於支持基體17之一端面及半導體區域19之一端面上，該等端面構成割斷面27。用於介電體多層膜43之堆積物亦設置於電極15(焊墊電極18)之一端面上。又，介電體多層膜44設置於支持基體17之另一端面及半導體區域19之另一端面上，該等端面構成割斷面29。用於介電體多層膜44之堆積物設置於電極15(焊墊電極18)之另一端面上。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件11，電極15包含歐姆電極16及焊墊電極18。該歐姆電極16經由絕緣膜31之開口31a而與半導體區域19之第3區域19d形成接觸。另一方 面，焊墊電極18包含分別設置於半導體區域19之第1~第3區域19b~19d上之第1、第2及第3電極部15b~15d。第1電極部15b之第1臂部18b_ARM1到達該第III族氮化物半導體雷射元件11之第1端面19b之邊緣。因此，於半導體區域19之與第3區域19d鄰接之第1區域19b中，可經由焊墊電極18而散熱。又，半導體區域19中執行雷射之主要動作之第3區域19d到達第1割斷面27，另一方面，第3電極部15d自該第1割斷面27之邊緣分離。因此，於第3區域19d到達之端部27上，由焊墊電極18之邊而引起之介電體異常成長之影響得以降低。
又，焊墊電極18設置於割斷面27之脊狀構造之周圍，故而由焊墊電極18之臂部發揮作用之散熱效果而防止雷射端面及其附近之溫度上升。藉此可抑制端面塗敷劣化或COD，從而可實現雷射元件之長壽命化。
歐姆電極16之厚度例如為20 nm~100 nm左右，焊墊電極18之厚度例如為0.2 μm~1 μm左右。介電體多層膜43(介電體多層膜44亦相同)亦成長於電極15之端面上，尤其於較歐姆電極16更厚之焊墊電極18之端面上，易引起介電體多層膜之異常成長。因此，在位於執行雷射動作之包含光波導路之半導體區域19內之部分區域19d之正上方的歐姆電極16上，未設置焊墊電極18。在與該區域19d鄰接之半導體區域19內之其他區域19b、19c之至少任一者上，設置有焊墊電極18之臂部。經由該臂部而使執行雷射動作之包含光波導路之區域19d上所產生之熱散放。
來自電極15之電流經由脊狀構造而被導引至沿波導軸之半導體區域部分19d。較佳為對準脊狀構造所到達之端面之部分而設置第3電極部18d。
焊墊電極18之一部分上具有缺口，於脊狀部周圍，焊墊電極18自割斷面27、29分離。為了提高反射率而藉由氧化膜蒸鍍進行端面塗敷之情形時，於平坦之半導體面上成長平坦之介電體多層膜，但於焊墊電極18上為三維核成長而無法獲得平坦之膜。藉由堆積於焊墊電極18之端面上之介電體與平坦之介電體多層膜部之品質差(結晶性、溫度特性)而引起塗敷膜之龜裂或剝落，使引起元件動作之不良之可能性提高。於形成如本實施形態之焊墊電極之情形時，可抑制尤其溫度易上升之脊狀部周邊之三維核成長，從而可維持塗敷膜品質。
活性層25可包含以發出波長為500 nm以上之光之方式而設置之量子井構造。藉由利用半極性面而有利於產生波長為500 nm以上550 nm以下之光。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件11，為了獲得500 nm以上之振盪波長，活性層25之InGaN層必需具有0.2以上之銦組成。若銦組成增加，則InGaN之晶格常數增大，該結果為，InGaN層內包含晶格應變。當活性層25及其附近之半導體層之應力增大時，在形成用於光諧振器之端面27、29時之割斷中，該端面27、29有時會彎曲。若存在此種彎曲，則以焊墊電極18之端面上之三維核成長為起始，有時會於較大區域上產生異常成長。但是，於執行主要之 雷射動作之第3區域19d上，由焊墊電極18之端面所引起之異常成長減少，故而可降低用於光諧振器之端面27、29上之如上所述之彎曲擴展至介電體異常成長為止之可能性。
參照圖1，描給有正交座標系S及結晶座標系CR。法線軸NX朝向正交座標系S之Z軸之方向。半極性主面17a係與藉由正交座標系S之X軸及Y軸所規定之特定之平面平行地延伸。又，圖1中描給有代表性之c面Sc。支持基體17之六方晶系第III族氮化物半導體之c軸係相對於法線軸NX而朝六方晶系第III族氮化物半導體之m軸之方向以大於零之角度ALPHA傾斜。
第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於本實施例中與藉由六方晶系第III族氮化物半導體之m軸及法線軸NX所規定之m-n面交叉。第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，雷射波導路自第1割斷面27及第2割斷面29之一者向另一者延伸。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。第1及第2割斷面27、29自第1面13a之邊緣(edge)13c延伸至第2面13b之邊緣(edge)13d。第1及第2割斷面27、29與c面、m面或a面等目前為止之解理面不同。
根據該第III族氮化物半導體雷射元件11，構成雷射諧振器之第1及第2割斷面27、29與m-n面交叉。因此，可設置於m-n面與半極性面17a之交叉線之方向上延伸之雷射波導路。因此，第III族氮化物半導體雷射元件11具有可實現低 閾值電流之雷射諧振器。
第III族氮化物半導體雷射元件11包含n側光導層35及p側光導層37。n側光導層35包含第1部分35a及第2部分35b，n側光導層35包含例如GaN、InGaN等。p側光導層37包含第1部分37a及第2部分37b，p側光導層37包含例如GaN、InGaN等。載子阻擋層39設置於例如第1部分37a與第2部分37b之間。於支持基體17之背面17b上設置有另一電極41，電極41覆蓋例如支持基體17之背面17b。
圖2係表示第III族氮化物半導體雷射元件11之活性層25之發光之偏光的圖式。第III族氮化物半導體雷射元件之活性層之能帶構造中，於能帶構造BAND之Γ點附近，傳導帶與價帶之間之可能的躍遷為3個。A能帶及B能帶為較小之能量差。傳導帶與A能帶之躍遷Ea所產生之發光朝a軸方向偏光，傳導帶與B能帶之躍遷Eb所產生之發光朝將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。反映該能帶構造而於第III族氮化物半導體雷射元件11之LED模式下之光躍遷中，可實現2個光譜。當偏光度ρ藉由(I1-I2)/(I1+I2)而規定時，LED模式下之光包含六方晶系第III族氮化物半導體之a軸方向之偏光成分I1、及將六方晶系第III族氮化物半導體之c軸投影至主面之方向之偏光成分I2，且偏光成分I1大於偏光成分I2。使用該第III族氮化物半導體雷射元件11之雷射諧振器，可使LED模式下發光強度較大之模式之光進行雷射振盪。
如圖2之(a)部所示，來自活性層25之雷射光L朝六方晶 系第III族氮化物半導體之a軸之方向偏光。該第III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與c面、m面或a面等目前為止之解理面不同。然而，第1及第2割斷面27、29具有用於諧振器之作為鏡之平坦性、垂直性。因此，使用第1及第2割斷面27、29以及於該等割斷面27、29間延伸之雷射波導路，如圖2之(a)部所示，利用躍遷Ea之發光而可實現低閾值之雷射振盪，該躍遷Ea之發光較朝將c軸投影至主面之方向偏光的躍遷Eb之發光更強。
圖3係模式性表示藉由c軸及m軸所規定之剖面之圖式。參照圖2之(b)部，於第III族氮化物半導體雷射元件11中，第1及第2割斷面27、29各自呈現有支持基體17之端面17c及半導體區域19之端面19c，端面17c及端面19c由介電體多層膜43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所成之角度BETA得以規定。該角度BETA係藉由成分(BETA)1及成分(BETA)2規定，上述成分(BETA)1係於藉由第III族氮化物半導體之c軸及m軸所規定之第1平面S1上規定，上述成分(BETA)2係於與第1平面S1及法線軸NX正交之第2平面S2上規定。此處，BETA2=(BETA)1 2+(BETA)2 2。成分(BETA)1較佳為在藉由第III族氮化物半導體之c軸及m軸所規定之第1平面S1上為(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下之範圍。圖3中，該角度範圍係作為代表性之m面SM與參照面FA所成之角度而表示。為了容易理解，圖3中，將代表性 之m面SM於自雷射構造體之內側至外側之整個範圍而描繪。參照面FA沿活性層25之端面25c而延伸。該第III族氮化物半導體雷射元件11具有關於自c軸及m軸之一者向另一者獲取之角度BETA而滿足上述垂直性之端面。又，較佳為成分(BETA)2於第2平面S2上為-5度以上+5度以下之範圍。此時，第III族氮化物半導體雷射元件11之端面27、29於與半極性面17a之法線軸NX垂直之面上關於所規定之角度而滿足上述垂直性。
再次參照圖1，第III族氮化物半導體雷射元件11中，較佳為支持基體17之厚度DSUB為400 μm以下。該第III族氮化物半導體雷射元件適於獲得用於雷射諧振器之優良之割斷面。第III族氮化物半導體雷射元件11中，支持基體17之厚度DSUB更佳為50 μm以上100 μm以下。該第III族氮化物半導體雷射元件11更適於獲得用於雷射諧振器之優良之割斷面。而且，操作變得容易，且可使生產良率提高。
第III族氮化物半導體雷射元件11中，法線軸NX與六方晶系第III族氮化物半導體之c軸所成之角度ALPHA較佳為45度以上，且較佳為80度以下。又，角度ALPHA較佳為100度以上，且較佳為135度以下。對於未滿45度及超過135度之角度，藉由按壓而形成之端面包含m面之可能性變高。又，對於超過80度且未滿100度之角度，有無法獲得所需之平坦性及垂直性之虞。
第III族氮化物半導體雷射元件11中，更佳為，法線軸NX與六方晶系第III族氮化物半導體之c軸所成之角度 ALPHA較佳為63度以上，且較佳為80度以下。又，角度ALPHA較佳為100度以上，且較佳為117度以下。對於未滿63度及超過117度之角度，藉由按壓而形成之端面之一部分上有可能出現m面。又，對於超過80度且未滿100度之角度，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、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中之任一者。進而，自該等面於-4度以上+4度以下之範圍微傾斜之面亦宜作為半極性主面。於該等典型之半極性面17a上，可提供具有能構成該第III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之第1及第2端面27、29。又，於跨及該等典型之面方位之角度之範圍內，可獲得表現出充分之平坦性及垂直性之端面。
第III族氮化物半導體雷射元件11中，支持基體17可包含GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中之任一者。於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27、29。於使用AlN或AlGaN基板時，可提高偏光度，且可藉由低折射率而強化光束縛。於使用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4係表示製作本實施形態之第III族氮化物半導體雷射元件之方法之主要步驟的圖式。參照圖5之(a)部，表示有基板51。步驟S101中，準備用於製作第III族氮化物半導體雷射元件之基板51。基板51之六方晶系第III族氮化物半導 體之c軸(向量VC)係相對於法線軸NX而朝六方晶系第III族氮化物半導體之m軸方向(向量VM)以有限之角度ALPHA傾斜。因此，基板51具有包含六方晶系第III族氮化物半導體之半極性主面51a。
步驟S102中，形成基板生產物SP。圖5之(a)部中，基板生產物SP被描繪成大致圓板形之構件，但基板生產物SP之形狀並不限定於此。為了獲得基板生產物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，半導體區域53係形成於半極性主面51a上。為了形成半導體區域53，於半極性主面51a上依序成長第1導電型之氮化鎵系半導體區域57、發光層59、及第2導電型之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可設置於氮化鎵系半導體區域57與氮化鎵系半導體區域61之間，且可包含活性層、光導層及電子阻擋層等。氮化鎵系半導體區域57、發光層59、及第2導電型之氮化鎵系半導體區域61沿半極性主面51a之法線軸NX而排列。該等半導體層係磊晶成長。
必要之情形時，可於半導體區域53上形成脊狀構造，脊狀構造成條紋形狀。若依此，則於後續步驟中，形成脊狀構造，並且形成如下電極：形成有圖案之歐姆電極及形成有圖案之焊墊電極。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54a。開口 54a形成為例如條紋形狀。自脊狀構造之形成至絕緣膜54之形成之步驟可適用剝離法。此後，形成如下電極：形成有圖案之歐姆電極與形成有圖案之焊墊電極。具體而言，步驟S104中，於雷射構造體55上形成陽極電極58及陰極電極60。又，於基板51之背面形成電極之前，對結晶成長中所使用之基板之背面進行研磨，形成所需之厚度DSUB之基板生產物SP。於形成電極時，例如，將陽極電極58形成於半導體區域53上，並且將陰極電極60形成於基板51之背面(研磨面)51b上。陽極電極58包含歐姆電極58a及焊墊電極58b，歐姆電極58a經由絕緣膜54之開口54a而與半導體區域53之接觸層形成接觸。焊墊電極58b及歐姆電極58a係形成於絕緣膜54上。陽極電極58於X軸方向延伸，陰極電極60覆蓋整個背面51b。藉由該等步驟而形成基板生產物SP。基板生產物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。
歐姆電極58a包含例如Pd、Ni/Au等，形成歐姆電極58a時適用例如剝離法。焊墊電極58b包含例如Ti/Au等，形成焊墊電極58b時適用例如光微影法。圖6係表示基板生產物SP之陽極電極之排列及脊狀條紋之排列之圖式。歐姆電極58a如圖6所示具有例如於特定之軸之方向上延伸之條紋形狀。焊墊電極58b如圖6所示具有排列於與特定之軸交叉之方向之第1電極部AN1、第2電極部AN2及第3電極部AN3。第1電極部AN1及第2電極部AN2於特定之軸之方向延伸。第3電極部AN3設置於第1電極部AN1與第2電極部AN2之 間。第3電極部AN3於第1電極部AN1與第2電極部AN2之間具有以特定之間隔而排列之部分，該結果為，於第1電極部AN1與第2電極部AN2之間規定有開口。第1電極部AN1、第2電極部AN2及第3電極部AN3構成條紋導電體。於條紋導電體之間設置有間隙GAP。條紋導電體於特定之軸之方向延伸，另一方面，間隔GAP於與特定之軸之方向交叉之方向(交叉方向)上排列。條紋導電體具有以特定之間隔排列之開口。於交叉方向上，排列有一個個條紋導電體之開口，且規定於該開口之排列方向上延伸並表示割斷位置之割斷線BREAK。特定之間隔例如與雷射諧振器長度相當。條紋導電體之開口之尺寸為例如寬度為20 μm，長度為20 μm。
步驟S105中，如圖5之(b)部所示，對基板生產物SP之第1面63a進行劃線。該劃線係使用雷射劃線器10a進行。藉由劃線而形成劃線槽65a。圖5之(b)部中，已形成有5個劃線槽，進一步使用雷射光束LB形成劃線槽65b。劃線槽65a之長度較藉由六方晶系第III族氮化物半導體之a軸及法線軸NX所規定之a-n面與第1面63a之交叉線AIS之長度更短，對交叉線AIS之一部分進行雷射光束LB之照射。藉由雷射光束LB之照射而於第1面63a上形成於特定之方向上延伸且到達半導體區域之槽。劃線槽65a可形成於例如基板生產物SP之一邊緣。
步驟S106中，如圖5之(c)部所示，藉由對基板生產物SP之第2面63b之按壓而進行基板生產物SP之分離，形成基板 生產物SP1及雷射條(laser bar)LB1。按壓係使用例如刮刀69等斷裂裝置進行。刮刀69包含於一方向上延伸之邊緣69a、及規定邊緣69a之至少2個刮刀面69b、69c。又，基板生產物SP1之按壓係於支持裝置71上進行。支持裝置70包含支持面70a與凹部70b，凹部70b係於一方向延伸。凹部71b形成於支持面70a上。使基板生產物SP1之劃線槽65a之朝向及位置對準支持裝置70之凹部70b之延伸方向，將基板生產物SP1於支持裝置70上定位於凹部70b。使斷裂裝置之邊緣之朝向對準凹部70b之延伸方向，自與第2面63b交叉之方向將斷裂裝置之邊緣抵壓於基板生產物SP1。交叉方向較佳為與第2面63b大致垂直之方向。藉此，進行基板生產物SP之分離，形成基板生產物SP1及雷射條LB1。藉由抵壓而形成具有第1及第2端面67a、67b之雷射條LB1，該等端面67a、67b具有至少發光層之一部分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分別自第1面63a延伸至第2面63b。因此，端面67a、67b構成該第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面係與藉由六方晶系第III族氮化物半導體之m軸及法線軸NX所規定之m-n面相對應。基板生產物於圖6所示之割斷線BREAK處被分離。端面67a中，於規定雷射條紋之半導體部分之正上方，焊墊電極未到達端面67a。又，端面67b中，於規定雷射條紋之半導體部分之正上方，焊墊電極未 到達端面67b。
該方法中，如圖5及圖6所示，電極58包含歐姆電極58a及焊墊電極58b。該歐姆電極58a經由絕緣膜54之開口54a而與半導體區域之第3區域53d形成接觸。另一方面，焊墊電極58b包含分別設置於半導體區域53之第1、第2及第3區域53b、53c、53d上之第1、第2及第3電極部56b、56c、56d。第1電極部56b之臂部ARM到達該第III族氮化物半導體雷射元件之端面67a(或端面67b)之邊緣。因此，於半導體區域53之與第3區域53d鄰接之第1區域53b上，可經由焊墊電極58而散熱。又，半導體區域53中執行雷射之主要動作之第3區域53d到達第1端面67a，而第3電極部56d自該第1端面67a之邊緣分離。因此，於第3區域53d到達之端部上，由焊墊電極58b之邊而引起之介電體異常成長之影響得以降低。
又，根據該方法，於六方晶系第III族氮化物半導體之a軸方向對基板生產物SP之第1面63a進行劃線後，藉由朝基板生產物SP之第2面63b之按壓而進行基板生產物SP之分離，形成新的基板生產物SP1及雷射條LB1。因此，以與m-n面交叉之方式，於雷射條LB1上形成第1及第2端面67a、67b。藉由該端面形成，而對第1及第2端面67a、67b提供能構成該第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。
又，於該方法中，所形成之雷射波導路係於六方晶系第III族氮化物之c軸之傾斜之方向延伸。不使用乾式蝕刻面 而形成可提供該雷射波導路之諧振器鏡端面。
根據該方法，藉由基板生產物SP1之割斷而形成新的基板生產物SP1及雷射條LB1。步驟S107中，反覆藉由按壓而分離，製作多數個雷射條。該割斷係使用較雷射條LB1之割斷線BREAK更短之劃線槽65a而進行。
步驟S108中，於具有偏移構造之焊墊電極之雷射條LB1之端面67a、67b上形成介電體多層膜，且形成雷射條生產物。對端面67a而言，於規定雷射條紋之半導體部分之正上方，焊墊電極未到達端面67a，故而減少了於該半導體部分之正上方產生焊墊電極端面之異常成長。在設置於該半導體部分之兩側之半導體部分之各正上方，焊墊電極58b到達端面67a，構成焊墊電極58b之臂部ARM。該等臂部ARM對於規定雷射條紋之半導體部分上所產生之熱之散放發揮作用。又，對端面67b而言，於規定雷射條紋之半導體部分之正上方，焊墊電極58b未到達端面67b。在設置於該半導體部分之兩側之半導體部分之各正上方，焊墊電極58b到達端面67b，構成焊墊電極58b之臂部ARM。該等臂部ARM對於規定雷射條紋之半導體部分上所產生之熱之散放發揮作用。步驟S109中，將該雷射條生產物分離成一個個半導體雷射晶片。
又，基板51可包含GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中之任一者。於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較佳為包含GaN。
於形成基板生產物SP之步驟S104中，用於結晶成長之半導體基板被施以切片或研削等加工，以使基板厚度成為400 μm以下，第2面63b可為藉由研磨而形成之加工面。於該基板厚度下，可以較佳之良率形成具有能構成該第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壞之端面67a、67b。第2面63b為藉由研磨而形成之研磨面，若研磨後基板厚度為100 μm以下則更佳。又，為了較容易地處理基板生產物SP，基板厚度較佳為50 μm以上。
本實施形態之雷射端面之製造方法中，於雷射條LB1上亦規定有參照圖2而說明之角度BETA。雷射條LB1上，角度BETA之成分(BETA)1較佳為在藉由第III族氮化物半導體之c軸及m軸所規定之第1平面(與參照圖2進行之說明中的第1平面S1相對應之面)上為(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下之範圍。雷射條LB1之端面67a、67b關於自c軸及m軸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。又，角度BETA之成分(BETA)2較佳為在第2平面(與圖2所示之第2平面S2相對應之面)上為-5度以上+5度以下之範圍。此時，雷射條LB1之端面67a、67b係於與半極性面51a之法線軸NX垂直之面上關於規定之角度BETA之角度成分而滿足上述垂直性。
端面67a、67b係藉由對磊晶成長於半極性面51a上之複數個氮化鎵系半導體層之按壓所引起之斷裂而形成。由於半極性面51a上之磊晶膜之緣故，導致端面67a、67b並非 係目前為止用作諧振器鏡之c面、m面、或a面等低面指數之解理面。然而，端面67a、67b具有於半極性面51a上之磊晶膜之積層產生斷裂時可適用於諧振器鏡之平坦性及垂直性。
(實施例1)
如下所述，準備半極性面GaN基板，觀察割斷面之垂直性。基板係使用自以HVPE法較厚地成長之(0001)GaN錠上於m軸方向以75度之角度切取之{20-21}面GaN基板。GaN基板之主面係被施以鏡面精加工，背面成為經研削精加工後之緞光加工面狀態。於緞光加工面狀態之背面側，使用鑽石筆，朝將c軸投影至基板主面之方向垂直地描劃線後，按壓而割斷基板。為了觀察所獲得之割斷面之垂直性，使用掃描型電子顯微鏡自a面方向觀察基板時，可知割斷面相對於半極性主面而具有平坦性及垂直性。
(實施例2)
實施例1中，可知於具有半極性{20-21}面之GaN基板上，朝將c軸投影至基板主面之方向垂直地描劃線並進行按壓而獲得之割斷面相對於基板主面而具有平坦性及垂直性。因此，為了調查將該割斷面用作雷射之諧振器之有用性，如下所述，藉由有機金屬氣相成長法而成長圖7所示之雷射二極體。原料係使用三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)、氨(NH3)、及矽烷(SiH4)。準備基板71。於基板71上，使用晶圓切片裝置自以HVPE法較厚地成長之(0001)GaN錠上於m軸方向以0度至90度之範圍 之角度切取，製作c軸朝m軸方向之傾斜角度ALPHA具有0度至90度之範圍之所需之偏離角的GaN基板。例如，於以75度之角度切取時，獲得{20-21}面GaN基板，對於圖8之(a)部所示之六方晶系之晶格，以參照符號71a表示。
將該基板71配置於反應爐內之晶座上之後，依以下之成長順序成長磊晶層。於攝氏900度時，於基板71上成長厚度為1100 nm之n型(摻雜Si)InAlGaN包覆層72，In組成為0.03，Al組成為0.11。於攝氏1000度時，成長厚度為200 nm之n型GaN導引層73a，並且於攝氏870度時成長厚度為100 nm之非摻雜InGaN導引層73b，之後成長3週期之MQW74。GaN障壁層之成長溫度為攝氏840度，InGaN井層之成長溫度為攝氏740度。GaN障壁層之厚度為10 nm。InGaN井層之厚度為3 nm，In組成為0.30。於攝氏870度時成長厚度為100 nm之非摻雜InGaN導引層75a，於攝氏890度時成長厚度為20 nm之p型(摻雜Mg)AlGaN阻擋層76。於攝氏880度時成長厚度為200 nm之p型GaN導引層75b。於攝氏880度時成長厚度為400 nm之p型InAlGaN包覆層77，In組成為0.03，Al組成為0.11。於攝氏880度時，成長厚度為50 nm之p型GaN接觸層78。
於接觸層78上成膜SiO2之絕緣膜79之後，使用光微影法藉由濕式蝕刻而形成寬度為10 μm之條紋孔。此處，以如下之2種方式形成條紋方向之接觸孔。雷射條紋為M方向(接觸孔沿藉由c軸及m軸所規定之特定之面之方向)。
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80b。其次，使用鑽石漿料研磨GaN基板(GaN晶圓)之背面，製作背面為鏡狀態之基板生產物。此時，使用接觸式膜厚計測定基板生產物之厚度。於測定厚度時，亦可藉由顯微鏡而自試樣剖面進行測定。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Ti/Al/Ti/Au之n側電極80c。
該等2種雷射條紋之諧振器鏡之製作係使用利用有波長為355 nm之YAG(yttrium aluminium garnet，釔鋁石榴石)雷射之雷射劃線器。作為劃線槽之形成條件，可使用以下條件：雷射光輸出為100 mW；掃描速度為5 mm/s。所形成之劃線槽係例如長度為30 μm、寬度為10 μm、深度為40 μm之槽。藉由以800 μm之間距穿過基板之絕緣膜開口部位來對磊晶表面直接照射雷射光而形成劃線槽。諧振器長度設為600 μm。
使用刮刀，藉由割斷而製作諧振鏡。於基板背側藉由經按壓所引起之斷裂而製作雷射條。更具體而言，對於{20-21}面之GaN基板，圖8之(a)部與圖8之(b)部表示結晶方位與割斷面之關係。圖8之(a)部係將雷射條紋設置於(1)M方向之情形，表示有半極性面71a及用於雷射諧振器之端面81a、81b。端面81a、81b與半極性面71a大致正交，但與先前之c面、m面或a面等目前為止之解理面不同。圖8之(b)部係將雷射條紋設置於(2)<11-20>方向之情形，表示有半極性面71a及用於雷射諧振器之端面81c、81d。端 面81c、81d與半極性面71a大致正交，且包含a面。
根據以掃描型電子顯微鏡觀察藉由斷裂而形成之割斷面之結果，未觀察到端面明顯之凹凸。因此，推定割斷面之平坦性(凹凸之大小)為20 nm以下。進而，割斷面相對於試樣表面之垂直性為-5度~+5度之範圍內。
於雷射條之端面藉由真空蒸鍍法而塗佈介電體多層膜。介電體多層膜係將SiO2與TiO2交替積層而構成。設計成使膜厚分別於50~100 nm之範圍內調整，且使反射率之中心波長為500~530 nm之範圍。將一側之反射面設為10週期，將反射率之設計值設計為約95%，將另一側之反射面設為6週期，將反射率之設計值設為約80%。
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，使探針落至表面電極而通電。於進行光輸出測定時，藉由光電二極體而檢測來自雷射條端面之發光，調查電流-光輸出特性(I-L特性)。於測定發光波長時，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出器而進行光譜測定。於調查偏光狀態時，使來自雷射條之發光穿過偏光板而旋轉，以此調查偏光狀態。於觀測LED模式光時，將光纖配置於雷射條表面側，以此測定自表面發出之光。
於所有雷射下確認振盪後之偏光狀態之結果可知，朝a軸方向偏光。振盪波長為500~530 nm之波長範圍內。
於所有雷射下測定LED模式(自然發出光)之偏光狀態。將a軸方向之偏光成分設為I1，將m軸投影至主面之方向之 偏光成分設為I2，將(I1-I2)/(I1+I2)定義為偏光度ρ。以此方式，調查所求得之偏光度ρ與閾值電流密度之最小值之關係之結果可知，當偏光度為正時，於雷射條紋M方向之雷射下，閾值電流密度大幅下降。即，可知當偏光度為正(I1>I2)、且於偏離方向上設置有波導之情形時，閾值電流密度大幅下降。
(實施例3)
使用實施例2之製造方法製作磊晶基板，並且形成p側電極及n側電極。於形成p側電極時，製作2個構造(A)及(B)。
構造(A)中，如本實施形態中所說明，焊墊電極具有2個臂部(以下，作為「有缺口構造」而參照)。
構造(B)中，焊墊電極之一邊整個到達用於諧振器之端面(以下，作為「無缺口構造」而參照)。
於該等構造(A)及構造(B)之端面上，成長Al2O3/TiO2之介電體多層膜。一側之端面之反射率為90%，另一側之端面之反射率為80%。圖9之(a)部表示成長於構造(A)之割斷面上之介電體多層膜之掃描型電子顯微鏡像，圖9之(b)部表示成長於構造(B)之割斷面上之介電體多層膜之掃描型電子顯微鏡像。
構造(B)中，如圖10所示，在殘留於割斷面之半導體區域上之焊墊電極之斷裂面上亦成膜介電體，該介電體引起成長異常。由於成長異常之影向，導致於雷射波導路之端面上，無法獲得預期之反射率之介電體膜。
構造(A)中，焊墊電極之臂部到達割斷面之邊緣之一部分而構成電極端面，但構造(A)中位於割斷面之邊緣之電極端面較構造(B)中短。因此，於構造(A)中，介電體多層膜之異常成長之發生頻率降低。構造(B)之雷射組件中，若於介電體多層膜上產生異常成長，則不產生雷射振盪，於介電體多層膜之形成步驟之後，相對於構造(A)之雷射組件，構造(B)之良率降低50%。
對構造(A)及構造(B)之雷射組件通電而進行壽命測試。根據壽命測試之結果，構造(A)之雷射組件之組件壽命較構造(B)之雷射組件之壽命延長200%。
對半極性與介電體多層膜之異常成長進行說明。於使用具有半極性主面之基板製作半導體雷射元件時，根據發明者等之見解，於形成雷射條時在割斷面上形成有階差。該階差沿雷射構造體中所包含之複數個半導體層之界面而形成於其一部分上。形成該階差後，可抑制割斷面自相對於波導軸而垂直之方向偏離，從而可提高振盪良率。圖11表示條紋形狀之電極ST之端部附近之雷射端面的放大寫真。該端面之階差係藉由沿基板主面延伸之方向之長度、與沿波導軸之方向之寬度而規定。當階差之寬度超過80 nm時，於階差部分會產生由電流注入而引起之發熱，且如圖11所示於端面塗敷時產生裂紋。此種雷射組件不動作。然而，當雷射組件具有部分偏移之有缺口構造之焊墊電極時，構造(A)對於半極性基板特別有利地發揮作用。
於適當之實施形態中，圖示說明了本發明之原理，但本 領域技術人員當認識，本發明可不脫離上述原理而於配置及細節上變更。本發明並不限定於本實施形態所揭示之特定之構成。因此，對來自申請專利範圍及其精神範圍之所有修正及變更請求權利。
產業上之可利用性
如以上所說明，根據本實施形態，可提供一種具有可降低由COD引起之動作不良並且亦可減小散熱能力下降之構造之第III族氮化物半導體雷射元件。
10a‧‧‧雷射劃線器
11‧‧‧第III族氮化物半導體雷射元件
13‧‧‧雷射構造體
13a‧‧‧第1面
13b‧‧‧第2面
13c、13d‧‧‧邊緣
15‧‧‧電極
15b‧‧‧第1電極部
15c‧‧‧第2電極部
15d‧‧‧第3電極部
16‧‧‧歐姆電極
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
18‧‧‧焊墊電極
18b‧‧‧第1電極部
18b_ARM1‧‧‧第1臂部
18b_ARM2‧‧‧臂部
18c‧‧‧第2電極部
18c_ARM1‧‧‧第2臂部
18c_ARM2‧‧‧臂部
18d‧‧‧第3電極部
19‧‧‧半導體區域
19a‧‧‧半導體區域表面
19b‧‧‧第1區域
19c‧‧‧半導體區域端面
19d‧‧‧第3區域
21‧‧‧第1包覆層
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‧‧‧n側光導層
35a‧‧‧第1部分
35b‧‧‧第2部分
37‧‧‧p側光導層
37a‧‧‧第1部分
37b‧‧‧第2部分
39‧‧‧載子阻擋層
41‧‧‧電極
43、44‧‧‧介電體多層膜
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‧‧‧氮化鎵系半導體區域
58‧‧‧陽極電極
58a‧‧‧歐姆電極
58b‧‧‧焊墊電極
59‧‧‧發光層
60‧‧‧陰極電極
61‧‧‧氮化鎵系半導體區域
63a‧‧‧第1面
63b‧‧‧第2面
65a‧‧‧劃線槽
65b‧‧‧劃線槽
69‧‧‧刮刀
69a‧‧‧邊緣
69b、69c‧‧‧刮刀面
70‧‧‧支持裝置
70a‧‧‧支持面
70b‧‧‧凹部
a‧‧‧a軸
ALPHA‧‧‧角度
AN1‧‧‧第1電極部
AN2‧‧‧第2電極部
AN3‧‧‧第3電極部
BETA‧‧‧角度
BREAK‧‧‧割斷線
c‧‧‧c軸
CR‧‧‧結晶座標系
DSUB‧‧‧支持基體厚度
GAP‧‧‧間隙
LB‧‧‧雷射光束
LB1‧‧‧雷射條
LIX‧‧‧交叉線
LGV‧‧‧波導向量
m‧‧‧m軸
MA‧‧‧m軸向量
NX‧‧‧法線軸
Sc‧‧‧c面
SP‧‧‧基板生產物
SP1‧‧‧基板生產物
VC‧‧‧向量
圖1係概略地表示本實施形態之第III族氮化物半導體雷射元件之構造之圖式。
圖2(a)、(b)係表示來自本實施形態之第III族氮化物半導體雷射元件之活性層之光之偏光的圖式。
圖3係模式性表示藉由c軸及m軸所規定之剖面之圖式。
圖4係表示製作本實施形態之第III族氮化物半導體雷射元件之方法之主要步驟的圖式。
圖5(a)~(c)係模式性表示製作本實施形態之第III族氮化物半導體雷射元件之方法之主要步驟的圖式。
圖6係表示焊墊電極及歐姆電極之排列之圖式。
圖7係表示實施例2所示之雷射二極體之構造之圖式。
圖8(a)、(b)係表示晶格之{20-21}面及雷射端面之圖式。
圖9(a)、(b)係表示於構造(A)及構造(B)之割斷面上所成長之介電體多層膜之掃描型電子顯微鏡像之圖式。
圖10係表示於半導體區域上之焊墊電極斷裂面上所成膜之介電體之剖面的圖。
圖11係表示於割斷面之半導體區域上所形成之階差之電子顯微鏡像的圖式。
11‧‧‧第III族氮化物半導體雷射元件
13‧‧‧雷射構造體
13a‧‧‧第1面
13b‧‧‧第2面
13c、13d‧‧‧邊緣
15‧‧‧電極
15b‧‧‧第1電極部
15c‧‧‧第2電極部
15d‧‧‧第3電極部
16‧‧‧歐姆電極
17‧‧‧支持基體
17a‧‧‧半極性主面
17b‧‧‧支持基體背面
18‧‧‧焊墊電極
18b‧‧‧第1電極部
18c‧‧‧第2電極部
18d‧‧‧第3電極部
18b_ARM1‧‧‧第1臂部
18b_ARM2‧‧‧臂部
18c_ARM1‧‧‧第2臂部
18c_ARM2‧‧‧臂部
19‧‧‧半導體區域
19a‧‧‧半導體區域表面
19b‧‧‧第1區域
19c‧‧‧半導體區域端面
19d‧‧‧第3區域
21‧‧‧第1包覆層
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‧‧‧n側光導層
35a‧‧‧第1部分
35b‧‧‧第2部分
37‧‧‧p側光導層
37a‧‧‧第1部分
37b‧‧‧第2部分
39‧‧‧載子阻擋層
41‧‧‧電極
43、44‧‧‧介電體多層膜
a‧‧‧a軸
ALPHA‧‧‧角度
c‧‧‧c軸
CR‧‧‧結晶座標系
DSUB‧‧‧支持基體厚度
LGV‧‧‧波導向量
LIX‧‧‧交叉線
m‧‧‧m軸
NX‧‧‧法線軸
Sc‧‧‧c面
VC‧‧‧向量

Claims (17)

  1. 一種第III族氮化物半導體雷射元件，其具備：雷射構造體，其包含含有六方晶系第III族氮化物半導體且具有半極性主面之支持基體、及設置於上述支持基體之上述半極性主面上之半導體區域，且具有用於該第III族氮化物半導體雷射元件之雷射諧振器之第1及第2端面；絕緣膜，其設置於上述雷射構造體之上述半導體區域上；電極，其設置於上述雷射構造體之上述半導體區域及上述絕緣膜上；以及介電體多層膜，其設置於上述第1端面及第2端面上；上述支持基體之上述六方晶系第III族氮化物半導體之c軸朝延伸於自上述第1端面向上述第2端面之方向之波導軸之方向以相對於上述半極性主面之法線軸之角度ALPHA傾斜，上述半導體區域包含於上述波導軸之方向上延伸之第1、第2及第3區域，上述第3區域設置於上述第1區域與上述第2區域之間，上述半導體區域之上述第3區域包含：含有第1導電型之氮化鎵系半導體之第1包覆層、含有第2導電型之氮化鎵系半導體之第2包覆層、以及設置於上述第1包覆層與上述第2包覆層之間之活性層， 上述絕緣膜於上述半導體區域之上述第3區域上具有開口，上述電極包含歐姆電極及焊墊電極，上述歐姆電極經由上述絕緣膜之上述開口而與上述半導體區域之上述第3區域形成接觸，上述焊墊電極包含分別設置於上述半導體區域之上述第1、第2及第3區域上之第1、第2及第3電極部，上述第1電極部具有第1臂部，上述第1臂部到達上述第1端面之邊緣，並且上述第3電極部自上述第1端面之上述邊緣分離。
  2. 如請求項1之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述角度ALPHA為45度以上且80度以下、或者100度以上且135度以下之範圍。
  3. 如請求項1或2之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述雷射構造體包含第1及第2面，上述第1面係上述第2面之相反側之面；上述第1及第2端面分別自上述第1面之邊緣延伸至上述第2面之邊緣。
  4. 如請求項1至3中任一項之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述角度ALPHA為63度以上且80度以下、或者100度以上且117度以下之範圍。
  5. 如請求項1至4中任一項之第III族氮化物半導體雷射元件，其中 上述支持基體之厚度為400 μm以下。
  6. 如請求項1至5中任一項之第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 μm以上100 μm以下。
  7. 如請求項1至6中任一項之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層係沿上述法線軸而排列；上述半導體區域之上述第3區域具有沿上述波導軸而延伸之脊狀構造。
  8. 如請求項1至7中任一項之第III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、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中之任一面於-4度以上+4度以下之範圍內偏離之面。
  9. 如請求項1至8中任一項之第III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中任一項之第III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。
  11. 如請求項1至10中任一項之第III族氮化物半導體雷射元 件，其中上述活性層包含氮化鎵系半導體層；上述活性層包含以發出波長為500 nm以上之光之方式而設置之發光區域。
  12. 如請求項1至11中任一項之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述支持基體之上述六方晶系第III族氮化物半導體之上述c軸係朝上述六方晶系第III族氮化物半導體之m軸之方向傾斜。
  13. 如請求項1至12中任一項之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述第1及第2端面各自呈現有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之端面、與正交於包含上述六方晶系第III族氮化物半導體之支持基體之m軸之參照面所成的角度，係於藉由上述第III族氮化物半導體之c軸及m軸所規定之第1平面上成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下之範圍的角度。
  14. 如請求項13之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述角度係於上述第1平面及與上述法線軸正交之第2平面上為-5度以上+5度以下之範圍。
  15. 如請求項1至14中任一項之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述第2電極部具有第2臂部； 上述第2臂部到達上述第1端面之邊緣。
  16. 如請求項1至15中任一項之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述歐姆電極包含Pd。
  17. 如請求項1至16中任一項之第III族氮化物半導體雷射元件，其中上述第1端面與解理面不同。
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