WO2011040486A1 - Iii族窒化物半導体レーザ素子、及びiii族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法 - Google Patents

Iii族窒化物半導体レーザ素子、及びiii族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法 Download PDF

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iii nitride
oxide
axis
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祐介 善積
陽平 塩谷
孝史 京野
真寛 足立
慎司 徳山
隆道 住友
昌紀 上野
隆俊 池上
浩二 片山
孝夫 中村
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a group III nitride semiconductor laser device and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor laser device.
  • Non-Patent Document 1 describes a laser diode fabricated on an m-plane GaN substrate.
  • the laser diode has two cleaved end faces for the resonator.
  • One cleaved end face is a + c plane, and the other cleaved end face is a -c plane.
  • the reflectance of the dielectric multilayer film on the front side end face (outgoing face) is 70%, and the reflectance of the dielectric multilayer film on the rear side end face is 99%.
  • Non-Patent Document 2 describes a laser diode fabricated on a GaN substrate inclined at an angle of 1 degree in the ⁇ c axis direction from the m-plane.
  • the laser diode has two cleaved end faces for the resonator. One cleaved end face is a + c plane, and the other cleaved end face is a -c plane.
  • the reflectance of the dielectric multilayer film on the front side end face (outgoing face) is 90%
  • the reflectance of the dielectric multilayer film on the rear side end face is 95%.
  • a light emitting element is fabricated on a semipolar surface of a gallium nitride substrate.
  • the c-axis of gallium nitride is inclined with respect to the normal line of the semipolar surface of the gallium nitride substrate.
  • an end face usable for the resonator can be formed.
  • a dielectric multilayer film having a desired reflectance is formed on these end faces to form a resonator.
  • the thicknesses of the dielectric multilayer films on both end faces are different from each other in order to obtain dielectric multilayer films having different reflectivities. Since the laser light is emitted from the front end face, the reflectance of the dielectric multilayer film on the front end face is made smaller than the reflectance of the dielectric multilayer film on the rear end face.
  • An object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor laser device having a long device lifetime. Another object of the present invention is to provide a method for producing a group III nitride semiconductor laser device having a long device lifetime.
  • a group III nitride semiconductor laser device is provided on (a) a support base having a semipolar main surface made of a group III nitride semiconductor, and the semipolar main surface of the support base.
  • a laser structure including a semiconductor region; and (b) first and second dielectric multilayers provided on first and second end faces of the semiconductor region, respectively, for the resonator of the nitride semiconductor laser diode.
  • a membrane includes a first cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a first conductivity type, a second cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a second conductivity type, the first cladding layer, and the first cladding layer.
  • the first cladding layer, the second cladding layer and the active layer are arranged along a normal axis of the semipolar main surface.
  • the active layer includes a gallium nitride based semiconductor layer, and the c + axis vector indicating the direction of the ⁇ 0001> axis of the group III nitride semiconductor of the support base is relative to the normal vector indicating the direction of the normal axis.
  • the end face of 2 is the hexagonal group III nitride Intersecting a reference plane defined by the crystal axis and the normal axis of the semiconductor, and the c + axis vector forms an acute angle with a waveguide vector indicating a direction from the second end face to the first end face,
  • the thickness of the second dielectric multilayer film is smaller than the thickness of the first dielectric multilayer film.
  • the c + axis vector forms an acute angle with the waveguide vector, and this waveguide vector is directed in the direction from the second end face to the first end face.
  • the angle formed between the normal vector of the second end face and the c + axis vector is larger than the angle formed between the normal vector of the first end face and the c + axis vector.
  • the first dielectric multilayer film on the first end face is on the rear side, and most of the laser light is reflected on the rear side.
  • the laser element on the semipolar surface when the thickness of the second dielectric multilayer film on the front side is smaller than the thickness of the first dielectric multilayer film on the rear side, it is caused by the dielectric multilayer film on the end surface. Deterioration of the device is reduced, and a decrease in device life is avoided.
  • the laser structure includes first and second surfaces, and the first surface is a surface opposite to the second surface,
  • the semiconductor region is located between the first surface and the support base, and each of the first and second end surfaces extends from an edge of the first surface to an edge of the second surface. It can be included in the split section.
  • the first and second end faces of the laser structure have a reference defined by the a-axis or m-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor and the normal axis of the main surface. Since it intersects the plane, the first and second end faces can be formed as a split section, which extends from the edge of the first plane to the edge of the second plane.
  • the c-axis of the group III nitride semiconductor may be inclined in the direction of the m-axis of the nitride semiconductor.
  • the c-axis of the group III nitride semiconductor can be inclined in the direction of the a-axis of the nitride semiconductor.
  • the main surface of the support base has ⁇ 10-11 ⁇ plane, ⁇ 20-21 ⁇ plane, ⁇ 20-2-1 ⁇ plane, and ⁇ 10 ⁇ 1-1 ⁇ can be tilted within a range of ⁇ 4 degrees to 4 degrees from any plane.
  • the main surface of the support base is a ⁇ 10-11 ⁇ plane, a ⁇ 20-21 ⁇ plane, a ⁇ 20-2-1 ⁇ plane, and It can be any surface of the ⁇ 10-1-1 ⁇ plane.
  • the practical plane orientation and angle range are at least the above plane orientation and angle range. Included.
  • the main surface of the support base is a ⁇ 11-22 ⁇ plane, a ⁇ 11-21 ⁇ plane, a ⁇ 11-2-1 ⁇ plane, and a ⁇ 11- It can be tilted in a range of ⁇ 4 degrees or more and 4 degrees or less from any plane of the 2-2 ⁇ plane.
  • the main surface of the support base has a ⁇ 11-22 ⁇ plane, a ⁇ 11-21 ⁇ plane, a ⁇ 11-2-1 ⁇ plane, and It can be any of the ⁇ 11-2-2 ⁇ planes.
  • the practical plane orientation and angle range are at least the above plane orientation and angle range. Included.
  • the active layer can include a well layer made of a gallium nitride-based semiconductor containing In as a constituent element and including strain.
  • the active layer can include a well layer made of InGaN containing a strain.
  • group III nitride semiconductor laser device deterioration of the present case is observed in a gallium nitride semiconductor containing In as a group III constituent element. Further, the degree of deterioration becomes conspicuous as the indium composition increases.
  • the active layer may be provided so as to generate oscillation light having a wavelength of 430 to 550 nm.
  • light emission in the above wavelength range can be provided by using a well layer made of a gallium nitride-based semiconductor containing, for example, In as a group III constituent element and including strain.
  • the group III nitride semiconductor may be GaN. According to this group III nitride semiconductor laser device, light emission in the above wavelength range (wavelength range from blue to green) can be realized, for example, by realizing a laser structure using the GaN main surface.
  • the dielectric layer in the first dielectric multilayer film includes silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, titanium oxide, and titanium nitride.
  • the dielectric layer in the second dielectric multilayer film is made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, titanium oxide, titanium nitride, titanium oxynitride, zirconium oxide, zirconium nitride, zirconium.
  • practical dielectric film materials include silicon oxide (for example, SiO 2 ), silicon nitride (for example, Si 3 N 4 ), and silicon oxynitride (for example, SiO x).
  • titanium oxide eg TiO 2
  • titanium nitride eg TiN
  • titanium oxynitride eg TiO x N 1-x
  • zirconium oxide eg ZrO 2
  • zirconium fluoride for example, ZrF 4
  • tantalum oxide for example, Ta 2 O 5
  • tantalum nitride for example, Ta 3 N 5
  • tantalum oxynitride e.g. TaO x N 1-x
  • hafnium oxide e.g.
  • hafnium nitride e.g. HfN
  • hafnium Nitrides e.g., HfO x N 1-x
  • hafnium fluoride e.g. HfF 4
  • aluminum oxide e.g. Al 2 O 3
  • aluminum nitride e.g. AlN
  • aluminum oxynitride e.g.
  • magnesium fluoride eg MgF 2
  • magnesium oxide eg MgO
  • magnesium nitride eg Mg 3 N 2
  • magnesium oxynitride eg MgO x N 1-x
  • calcium fluoride For example, CaF 2 ), barium fluoride (eg BaF 2 ), cerium fluoride (eg CeF 3 ), antimony oxide (eg Sb 2 O 3 ), bismuth oxide (eg Bi 2 O 3 ), gadolinium oxide (eg Gd 2 O 3 ).
  • the invention according to another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride semiconductor laser device.
  • This method includes (a) a step of preparing a substrate having a semipolar main surface made of a hexagonal group III nitride semiconductor, and (b) a semiconductor region formed on the semipolar main surface and the substrate. Forming a substrate product having a laser structure, an anode electrode, and a cathode electrode, and (c) forming first and second end faces after forming the substrate product; Forming first and second dielectric multilayer films for the resonator of the nitride semiconductor laser element on the first and second end faces, respectively.
  • the semiconductor region includes a first cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a first conductivity type, a second cladding layer made of a gallium nitride semiconductor of a second conductivity type, the first cladding layer, The first cladding layer, the second cladding layer, and the active layer are arranged in the direction of the normal axis, and the active layer is provided between the active layer and the second cladding layer.
  • the layer includes a gallium nitride based semiconductor layer, and the semipolar principal surface of the substrate is 45 degrees or more and 80 degrees or less and 100 degrees on a plane orthogonal to a c + axis vector indicating a ⁇ 0001> axis direction of the nitride semiconductor. Cross at an angle in the range of 135 degrees or more
  • the c + axis vector forms an acute angle with a waveguide vector indicating the direction from the second end face to the first end face, and the thickness of the second dielectric multilayer film (C ⁇ ) is , Thinner than the thickness of the first dielectric multilayer film (C +).
  • the waveguide vector that forms an acute angle with the c + axis vector corresponds to the direction from the second end face to the first end face, and the second dielectric multilayer film on the second end face ( (C ⁇ side) is formed thinner than the thickness of the first dielectric multilayer film (C + side) on the first end face, so that the crystal quality that proceeds from the second end face due to the dielectric multilayer film on the end face It is possible to reduce the deterioration of the element accompanied by the deterioration of the element and to avoid a decrease in the element life.
  • the angle formed by the normal vector of the second end face and the c + axis vector is larger than the angle formed by the normal vector of the first end face and the c + axis vector.
  • the second dielectric multilayer on the second end face is thinner than the thickness of the first dielectric multilayer film on the rear side (C + side)
  • the second dielectric multilayer on the second end face The body multilayer film is on the front side, and laser light is emitted from the front side.
  • the first dielectric multilayer film on the first end face is on the rear side, and most of the laser light is reflected on the rear side.
  • the method according to another aspect of the present invention further includes a step of discriminating a plane orientation of the first and second end faces before forming the first and second dielectric multilayer films. According to this method, according to this discrimination, an appropriate dielectric multilayer film can be selected for each end face and grown on the end face.
  • the step of forming the first and second end faces includes the step of scribing the first surface of the substrate product and the second surface of the substrate product.
  • the first and second end surfaces of the laser bar are formed by the separation, the first surface is a surface opposite to the second surface, and the semiconductor region includes the first surface and the substrate.
  • each of the first and second end faces of the laser bar extends from the first face to the second face and is included in a split section formed by the separation.
  • the first and second end faces of the laser bar intersect the reference plane defined by the a-axis or m-axis of the hexagonal group III-nitride semiconductor and the normal axis of the principal surface.
  • the first and second end surfaces can be formed as a split surface by scribe formation and pressing, and the split surface extends from the edge of the first surface to the edge of the second surface.
  • the c-axis of the group III nitride semiconductor may be inclined in the direction of the m-axis of the nitride semiconductor.
  • the c-axis of the group III nitride semiconductor may be inclined in the direction of the a-axis of the nitride semiconductor.
  • the main surface of the substrate is a ⁇ 10-11 ⁇ plane, a ⁇ 20-21 ⁇ plane, a ⁇ 20-2-1 ⁇ plane, and a ⁇ 10-1-1 ⁇ plane. It is possible to incline within a range of ⁇ 4 degrees or more and 4 degrees or less from any of the above surfaces.
  • the main surface of the substrate is a ⁇ 10-11 ⁇ surface, a ⁇ 20-21 ⁇ surface, a ⁇ 20-2-1 ⁇ surface, and a ⁇ 10-1-1 ⁇ surface. ⁇ It can be any surface.
  • the practical plane orientation and angle range include at least the above-described plane orientation and angle range.
  • the main surface of the substrate is a ⁇ 11-22 ⁇ plane, a ⁇ 11-21 ⁇ plane, a ⁇ 11-2-1 ⁇ plane, and a ⁇ 11-2-2 ⁇ plane. Inclination can be made in the range of -4 degrees or more and 4 degrees or less from any surface.
  • the main surface of the substrate is a ⁇ 11-22 ⁇ plane, a ⁇ 11-21 ⁇ plane, a ⁇ 11-2-1 ⁇ plane, and a ⁇ 11-2-2] plane. ⁇ It can be any surface.
  • the practical plane orientation and angle range include at least the above plane orientation and angle range.
  • the active layer in the formation of the active layer, it is preferable to grow a well layer made of a gallium nitride-based semiconductor containing In as a constituent element and including strain.
  • the well layer grown by the formation of the active layer is made of InGaN containing a strain. This strain is caused by a stress from a semiconductor layer adjacent to the well layer. . According to this method, deterioration of the present case is observed in a gallium nitride semiconductor containing In as a group III constituent element. Further, the degree of deterioration becomes conspicuous as the indium composition increases.
  • the active layer can be configured to generate oscillation light having a wavelength of 430 to 550 nm.
  • light emission in the above wavelength range can be provided using a well layer made of a gallium nitride-based semiconductor containing In as a constituent element and including strain.
  • the group III nitride semiconductor is preferably GaN. According to this method, by realizing a laser structure using a GaN main surface, light emission in the above-described wavelength range (wavelength range from blue to green) can be realized, for example.
  • the dielectric layer in the first dielectric multilayer film is formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, titanium oxide, titanium nitride, or titanium oxynitride.
  • the dielectric layer in the second dielectric multilayer film is made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, titanium oxide, titanium nitride, titanium oxynitride, zirconium oxide, zirconium nitride.
  • Use at least one of nitride, magnesium fluoride, magnesium oxide, magnesium nitride, magnesium oxynitride, calcium fluoride, barium fluoride, cerium fluoride, antimony oxide, bismuth oxide, gadolinium oxide Can be formed.
  • practical dielectric films include silicon oxide (eg, SiO 2 ), silicon nitride (eg, Si 3 N 4 ), silicon oxynitride (eg, SiO x N 1-x ), titanium oxide (Eg TiO 2 ), titanium nitride (eg TiN), titanium oxynitride (eg TiO x N 1-x ), zirconium oxide (eg ZrO 2 ), zirconium nitride (eg ZrN), zirconium oxynitride (Eg, ZrO x N 1-x ), zirconium fluoride (eg, ZrF 4 ), tantalum oxide (eg, Ta 2 O 5 ), tantalum nitride (eg, Ta 3 N 5 ), tantalum oxynitride (eg, TaO x N) 1-x), hafnium oxide (e.g.
  • hafnium nitride e.g. HfN
  • hafnium oxynitride e.g. HfO x N -X
  • hafnium fluoride e.g. HfF 4
  • aluminum oxide e.g. Al 2 O 3
  • aluminum nitride e.g. AlN
  • aluminum oxynitride e.g.
  • MgF 2 magnesium fluoride
  • magnesium oxide eg, MgO
  • magnesium nitride eg, Mg 3 N 2
  • magnesium oxynitride eg, MgO x N 1-x
  • calcium fluoride eg, CaF 2
  • barium fluoride e.g., BaF 2
  • cerium fluorides e.g., CeF 3
  • antimony oxide e.g., Sb 2 O 3
  • bismuth oxide e.g., Bi 2 O 3
  • gadolinium oxide e.g., Gd 2 O 3
  • a group III nitride semiconductor laser device having a long device lifetime is provided.
  • the present invention also provides a method for producing a group III nitride semiconductor laser device having a long device lifetime.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a drawing showing the polarization of light emission in the active layer of the group III nitride semiconductor laser device.
  • FIG. 3 is a drawing showing the relationship between the end face of the group III nitride semiconductor laser device and the m-plane of the active layer.
  • FIG. 4 is a process flow diagram showing the main processes of the method for manufacturing the group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a drawing schematically showing main steps of a method for producing a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a structure of a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a drawing showing the polarization of light emission in the active layer of the group III nitride semiconductor laser device.
  • FIG. 3
  • FIG. 6 is a drawing showing a scanning electron microscope image of the resonator end face as well as the ⁇ 20-21 ⁇ plane in the crystal lattice.
  • 7 is a drawing showing the structure of the laser diode shown in Example 1.
  • FIG. 8 is a drawing showing the structure of the laser diode shown in Example 1.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the obtained degree of polarization ⁇ and the threshold current density.
  • FIG. 10 is a drawing showing the relationship between the inclination angle of the c-axis in the m-axis direction of the GaN substrate and the oscillation yield.
  • FIG. 11 shows the atomic arrangement of the ( ⁇ 1010) plane and the (10-10) plane perpendicular to the (0001) plane principal plane, and the ( ⁇ 2021) plane and (20 ⁇ ) plane perpendicular to the (10-17) plane principal plane.
  • 2A is a drawing showing an atomic arrangement of a plane.
  • FIG. 12 shows the atomic arrangement of the ( ⁇ 4047) plane and the (40-4-7) plane perpendicular to the (10-12) plane principal plane, and the ( ⁇ 2027) plane perpendicular to the (10-11) plane principal plane.
  • (20-2-7) The atomic arrangement of the plane.
  • FIG. 13 shows an atomic arrangement of the ( ⁇ 1017) plane and the (10-1-7) plane perpendicular to the (20-21) plane principal plane, and the (0001) plane perpendicular to the (10-10) plane principal plane and It is a drawing showing the atomic arrangement of the (000-1) plane.
  • FIG. 14 shows the atomic arrangement of the (10-17) plane and the ( ⁇ 101-7) plane perpendicular to the (20-2-1) principal plane, and the (10-1-1) plane principal plane ( It is a drawing showing the atomic arrangement of the 20-27) plane and the (-202-7) plane.
  • FIG. 15 shows the atomic arrangement of the (40-47) plane and the ( ⁇ 404-7) plane perpendicular to the (10-1-2) plane principal plane, and the (10-1-7) plane principal plane ( It is a drawing showing the atomic arrangement of the 20-21) plane and the (-202-1) plane.
  • FIG. 16 is a drawing showing the atomic arrangement of the (10-10) plane and the (-1010) plane perpendicular to the (000-1) principal plane.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing the structure of a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment.
  • group III nitride semiconductor laser device 11 has a gain guide type structure, the embodiment of the present invention is not limited to the gain guide type structure.
  • the group III nitride semiconductor laser device 11 includes a laser structure 13 and an electrode 15.
  • the laser structure 13 includes a support base 17 and a semiconductor region 19.
  • the support base 17 has a semipolar main surface 17a made of a hexagonal group III nitride semiconductor and a back surface 17b.
  • the semiconductor region 19 is provided on the semipolar main surface 17 a of the support base 17.
  • the electrode 15 is provided on the semiconductor region 19 of the laser structure 13.
  • the semiconductor region 19 includes a first cladding layer 21, a second cladding layer 23, and an active layer 25.
  • the first cladding layer 21 is made of a first conductivity type gallium nitride semiconductor, and is made of, for example, n-type AlGaN, n-type InAlGaN, or the like.
  • the second cladding layer 23 is made of a second conductivity type gallium nitride based semiconductor, for example, p-type AlGaN, p-type InAlGaN, or the like.
  • the active layer 25 is provided between the first cladding layer 21 and the second cladding layer 23.
  • the active layer 25 includes a gallium nitride based semiconductor layer, and this gallium nitride based semiconductor layer is, for example, a well layer 25a.
  • the active layer 25 includes barrier layers 25b made of a gallium nitride semiconductor, and the well layers 25a and the barrier layers 25b are alternately arranged.
  • the well layer 25a is made of, for example, InGaN
  • the barrier layer 25b is made of, for example, GaN, InGaN, or the like.
  • the active layer contains the strain.
  • the active layer 25 can include a quantum well structure provided to generate light having a wavelength of 360 nm to 600 nm.
  • the first cladding layer 21, the second cladding layer 23, and the active layer 25 are arranged along the normal axis NX of the semipolar principal surface 17a.
  • the normal axis NX extends in the direction of the normal vector NV.
  • the c-axis Cx of the group III nitride semiconductor of the support base 17 extends in the direction of the c-axis vector VC.
  • the laser structure 13 includes a first end face 26 and a second end face 28 for the resonator.
  • the waveguide for the resonator extends from the second end face 28 to the first end face 26, and the waveguide vector WV indicates the direction from the second end face 28 to the first end face 26.
  • the first and second end faces 26 and 28 of the laser structure 13 intersect a reference plane defined by a crystal axis (m-axis or a-axis) of the hexagonal group III nitride semiconductor and a normal axis NX.
  • the first and second end faces 26 and 28 intersect the mn plane defined by the m-axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor.
  • the first and second end faces 26 and 28 may intersect the an plane defined by the a-axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor.
  • FIG. 1 an orthogonal coordinate system S and a crystal coordinate system CR are drawn.
  • the normal axis NX is directed in the direction of the Z axis of the orthogonal coordinate system S.
  • the semipolar principal surface 17a extends in parallel to a predetermined plane defined by the X axis and the Y axis of the orthogonal coordinate system S.
  • FIG. 1 also shows a representative c-plane Sc.
  • the c + axis vector indicating the direction of the ⁇ 0001> axis of the group III nitride semiconductor of the support base 17 is relative to the normal vector NV in the direction of the crystal axis of either the m axis or the a axis of the group III nitride semiconductor. Tilt.
  • This inclination angle is in the range of 45 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 135 degrees.
  • the direction of the c + axis vector coincides with the direction of the vector VC.
  • the c + axis vector of the hexagonal group III nitride semiconductor of the support base 17 has a finite angle with respect to the normal axis NX in the direction of the m axis of the hexagonal group III nitride semiconductor.
  • This angle ALPHA can be in the range of 45 degrees to 80 degrees, and can be in the range of 100 degrees to 135 degrees.
  • the thickness DREF2 of the second dielectric multilayer film (C ⁇ side) 43b is thinner than the thickness DREF1 of the first dielectric multilayer film (C + side) 43a.
  • the c + axis vector forms an acute angle with the waveguide vector WV, and this waveguide vector WV is in the direction from the second end face 28 to the first end face 26.
  • the thickness of the second dielectric multilayer film 43b on the second end face (C ⁇ side) 28 is larger than the thickness of the first dielectric multilayer film 43a on the first end face 26 (C + side). Since it is thin, the second dielectric multilayer film 43b is on the front side, and laser light is emitted from the front side.
  • the first dielectric multilayer film 43a is on the rear side, and most of the laser light is reflected on the rear side.
  • the second dielectric multilayer film 43b on the front side is smaller than the thickness of the first dielectric multilayer film 43a on the rear side, the second element multilayer is caused by the dielectric multilayer film on the end face with respect to the element lifetime. Deterioration of the device accompanied by deterioration of the crystal quality that progresses from the end face is reduced.
  • the group III nitride semiconductor laser device 11 further includes an insulating film 31.
  • the insulating film 31 is provided on the surface 19a of the semiconductor region 19 of the laser structure 13 and covers the surface 19a.
  • the semiconductor region 19 is located between the insulating film 31 and the support base 17.
  • the support base 17 is made of a hexagonal group III nitride semiconductor.
  • the insulating film 31 has an opening 31a.
  • the opening 31a has, for example, a stripe shape.
  • the electrode 15 is in contact with the surface 19a (for example, the second conductivity type contact layer 33) of the semiconductor region 19 through the opening 31a, and extends in the direction of the intersection line LIX.
  • the laser waveguide includes the first cladding layer 21, the second cladding layer 23, and the active layer 25, and extends in the direction of the intersection line LIX.
  • each of the first end face 26 and the second end face 28 may have a cut section.
  • the first end surface 26 and the second end surface 28 are referred to as a first fractured surface 27 and a second fractured surface 29.
  • the first fractured surface 27 and the second fractured surface 29 intersect the mn plane defined by the m-axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor.
  • the laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device 11 includes first and second fractured faces 27 and 29, and a laser waveguide is provided from one of the first fractured face 27 and the second fractured face 29 to the other. It is extended.
  • the laser structure 13 includes a first surface 13a and a second surface 13b, and the first surface 13a is a surface opposite to the second surface 13b.
  • the first and second fractured surfaces 27 and 29 extend from the edge 13c of the first surface 13a to the edge 13d of the second surface 13b.
  • the first and second fractured surfaces 27 and 29 are different from conventional cleavage planes such as c-plane, m-plane, or a-plane.
  • the group III nitride semiconductor laser device 11 According to the group III nitride semiconductor laser device 11, the first and second fractured surfaces 27 and 29 constituting the laser resonator intersect with the mn plane. Therefore, it is possible to provide a laser waveguide extending in the direction of the intersecting line between the mn plane and the semipolar plane 17a. Therefore, the group III nitride semiconductor laser device 11 has a laser resonator that enables a low threshold current.
  • the group III nitride semiconductor laser device 11 includes an n-side light guide layer 35 and a p-side light guide layer 37.
  • the n-side light guide layer 35 includes a first portion 35a and a second portion 35b, and the n-side light guide layer 35 is made of, for example, GaN, InGaN, or the like.
  • the p-side light guide layer 37 includes a first portion 37a and a second portion 37b, and the p-side light guide layer 37 is made of, for example, GaN, InGaN, or the like.
  • the carrier block layer 39 is provided, for example, between the first portion 37a and the second portion 37b.
  • Another electrode 41 is provided on the back surface 17b of the support base 17, and the electrode 41 covers, for example, the back surface 17b of the support base 17.
  • FIG. 2 is a drawing showing the polarization of light emission in the active layer 25 of the group III nitride semiconductor laser device 11.
  • FIG. 3 is a drawing schematically showing a cross section defined by the c-axis and the m-axis.
  • the dielectric multilayer films 43a and 43b are provided on the first and second fractured surfaces 27 and 29, respectively.
  • the materials of the dielectric layers of the dielectric multilayer films 43a and 43b are, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, titanium oxide, titanium nitride, titan oxynitride, zirconium oxide, and zirconium nitride.
  • practical dielectric films include silicon oxide (for example, SiO 2 ), silicon nitride (for example, Si 3 N 4 ), and silicon oxynitride (for example, SiO x N).
  • titanium oxide eg TiO 2
  • titanium nitride eg TiN
  • titanium oxynitride eg TiO x N 1-x
  • zirconium oxide eg ZrO 2
  • zirconium nitride eg ZrN
  • zirconium oxynitride eg, ZrO x N 1-x
  • zirconium fluoride eg, ZrF 4
  • tantalum oxide eg, Ta 2 O 5
  • tantalum nitride eg, Ta 3 N 5
  • tantalum acid nitrides e.g., TaO x N 1-x
  • hafnium oxide e.g.
  • hafnium nitride e.g. HfN
  • hafnium Product e.g., HfO x N 1-x
  • hafnium fluoride e.g. HfF 4
  • aluminum oxide e.g. Al 2 O 3
  • aluminum nitride e.g. AlN
  • aluminum oxynitride e.g.
  • magnesium fluoride eg MgF 2
  • magnesium oxide eg MgO
  • magnesium nitride eg Mg 3 N 2
  • magnesium oxynitride eg MgO x N 1-x
  • calcium fluoride eg CaF 2
  • barium fluoride eg BaF 2
  • cerium fluoride eg CeF 3
  • antimony oxide eg Sb 2 O 3
  • bismuth oxide eg Bi 2 O 3
  • gadolinium oxide eg Gd 2 O 3
  • the end face is related to the element lifetime. Due to the upper dielectric multilayer film, element deterioration accompanied by deterioration of crystal quality progressing from the second end face is reduced.
  • the laser light L from the active layer 25 is polarized in the direction of the a-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor.
  • the band transition capable of realizing a low threshold current can generate light having polarization.
  • the first and second fractured surfaces 27 and 29 for the laser resonator are different from conventional cleavage planes such as c-plane, m-plane or a-plane.
  • the first and second fractured surfaces 27 and 29 have flatness and perpendicularity as a mirror for the resonator. Therefore, using the first and second split sections 27 and 29 and the laser waveguide extending between these split sections 27 and 29, as shown in FIG.
  • the end surface 17c of the support base 17 and the end surface 19c of the semiconductor region 19 appear in each of the first and second fractured surfaces 27 and 29, and the end surface 17c and the end surface 19c are It is covered with a dielectric multilayer film 43a.
  • An angle BETA formed by the normal vector NA of the end face 17c of the support substrate 17 and the end face 25c of the active layer 25 and the m-axis vector MA of the active layer 25 is defined by the c-axis and m-axis of the group III nitride semiconductor.
  • the component (BETA) 1 is preferably in the range of (ALPHA-4) degrees to (ALPHA + 4) degrees in the first plane S1 defined by the c-axis and m-axis of the group III nitride semiconductor.
  • This angle range is shown in FIG. 3 as an angle formed by a representative m-plane SM and the reference plane F A.
  • a representative m-plane S M is drawn from the inside to the outside of the laser structure in FIG. 3 for ease of understanding.
  • the reference plane F A extends along the end face 25c of the active layer 25.
  • This group III nitride semiconductor laser device 11 has an end surface that satisfies the above-described perpendicularity with respect to an angle BETA taken from one of the c-axis and the m-axis to the other.
  • the component (BETA) 2 is preferably in the range of not less than ⁇ 4 degrees and not more than +4 degrees on the second plane S2.
  • BETA 2 (BETA) 1 2 + (BETA) 2 2 .
  • the end faces 27 and 29 of the group III nitride semiconductor laser device 11 satisfy the above-described perpendicularity with respect to an angle defined in a plane perpendicular to the normal axis NX of the semipolar surface 17a.
  • the thickness DSUB of the support base 17 is preferably 400 ⁇ m or less. This group III nitride semiconductor laser device is good for obtaining a high-quality fractured surface for the laser resonator.
  • the thickness DSUB of the support base 17 is more preferably 50 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. This group III nitride semiconductor laser device 11 is better for obtaining a high-quality fractured surface for the laser resonator. Moreover, handling becomes easy and production yield can be improved.
  • the angle ALPHA formed by the normal axis NX and the c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor is preferably 45 degrees or more and 80 degrees or less. good.
  • the angle ALPHA is preferably 100 degrees or more and 135 degrees or less. If the angle is less than 45 degrees or more than 135 degrees, there is a high possibility that the end face formed by pressing is an m-plane. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained.
  • the angle ALPHA formed by the normal axis NX and the c-axis of the hexagonal group III nitride semiconductor is 63 degrees or more. It is preferable that it is 80 degrees or less.
  • the angle ALPHA is preferably 100 degrees or more, and preferably 117 degrees or less. If the angle is less than 63 degrees or more than 117 degrees, the m-plane may appear in a part of the end face formed by pressing. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained.
  • the practical plane orientation and angle range are at least the following plane orientation and angle range.
  • the main surface 17a of the support base 17 is ⁇ 4 from any of the ⁇ 10-11 ⁇ plane, the ⁇ 20-21 ⁇ plane, the ⁇ 20-2-1 ⁇ plane, and the ⁇ 10-1-1 ⁇ plane. It can incline in the range of not less than 4 degrees and not more than 4 degrees.
  • the main surface 17a of the support base 17 is any one of ⁇ 10-11 ⁇ plane, ⁇ 20-21 ⁇ plane, ⁇ 20-2-1 ⁇ plane, and ⁇ 10-1-1 ⁇ plane. Can do.
  • the practical plane orientation and angle range are at least the following plane orientation and angle range. including.
  • the main surface 17a of the support base 17 is at least ⁇ 4 degrees from any of the ⁇ 11-22 ⁇ plane, the ⁇ 11-21 ⁇ plane, the ⁇ 11-2-1 ⁇ plane, and the ⁇ 11-2-2 ⁇ plane. It can be tilted within a range of less than or equal to degrees.
  • the main surface 17a of the support base 17 is any one of ⁇ 11-22 ⁇ , ⁇ 11-21 ⁇ , ⁇ 11-2-1 ⁇ , and ⁇ 11-2-2 ⁇ . Can do.
  • first and second end surfaces 26 and 28 having sufficient flatness and perpendicularity that can constitute the laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device 11. .
  • end faces exhibiting sufficient flatness and perpendicularity are obtained.
  • the device lifetime is deteriorated due to the dielectric multilayer film. can avoid.
  • the support base 17 can be made of any one of GaN, AlN, AlGaN, InGaN, and InAlGaN. When these gallium nitride based semiconductor substrates are used, it is possible to obtain split sections 27 and 29 that can be used as resonators.
  • the support substrate 17 can be GaN. According to this group III nitride semiconductor laser device, light emission in the above wavelength range (wavelength range from blue to green) can be realized, for example, by realizing a laser structure using the GaN main surface. Further, when an AlN or AlGaN substrate is used, the degree of polarization can be increased, and light confinement can be enhanced by a low refractive index. When an InGaN substrate is used, the lattice mismatch rate between the substrate and the light emitting layer can be reduced, and the crystal quality can be improved. In the group III nitride semiconductor laser device 11, the stacking fault density of the support base 17 can be 1 ⁇ 10 4 cm ⁇ 1 or less. Since the stacking fault density is 1 ⁇ 10 4 cm ⁇ 1 or less, there is a low possibility that the flatness and / or perpendicularity of the fractured section will be disturbed due to accidental circumstances.
  • FIG. 4 is a drawing showing the main steps of a method for producing a group III nitride semiconductor laser device according to the present embodiment.
  • a substrate 51 is shown.
  • this manufacturing method can also be applied to the substrate 51 in which the c-axis is inclined in the direction of the a-axis.
  • step S101 a substrate 51 for preparing a group III nitride semiconductor laser device is prepared.
  • the c-axis (vector VC) of the hexagonal group III nitride semiconductor of the substrate 51 is at a finite angle ALPHA with respect to the normal axis NX in the m-axis direction (vector VM) direction of the hexagonal group III nitride semiconductor. Inclined. Therefore, the substrate 51 has a semipolar main surface 51a made of a hexagonal group III nitride semiconductor.
  • a substrate product SP is formed.
  • the substrate product SP is depicted as a substantially disk-shaped member, but the shape of the substrate product SP is not limited to this.
  • the laser structure 55 is formed.
  • the laser structure 55 includes a semiconductor region 53 and a substrate 51.
  • the semiconductor region 53 is formed on the semipolar main surface 51a.
  • a first conductivity type gallium nitride based semiconductor region 57, a light emitting layer 59, and a second conductivity type gallium nitride based semiconductor region 61 are sequentially grown on the semipolar main surface 51a.
  • the gallium nitride based semiconductor region 57 can include, for example, an n-type cladding layer, and the gallium nitride based semiconductor region 61 can include, for example, a p-type cladding layer.
  • the light emitting layer 59 is provided between the gallium nitride based semiconductor region 57 and the gallium nitride based semiconductor region 61, and may include an active layer, a light guide layer, an electron blocking layer, and the like.
  • the gallium nitride based semiconductor region 57, the light emitting layer 59, and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor region 61 are arranged along the normal axis NX of the semipolar principal surface 51a.
  • the semiconductor layers are epitaxially grown on the main surface 51a.
  • the semiconductor region 53 is covered with an insulating film 54.
  • the insulating film 54 is made of, for example, silicon oxide.
  • An opening 54 a of the insulating film 54 is provided.
  • the opening 54a has, for example, a stripe shape.
  • a waveguide vector WV is drawn. In this embodiment, this vector WV extends parallel to the mn plane.
  • a ridge structure may be formed in the semiconductor region 53 prior to the formation of the insulating film 54.
  • This ridge structure can include a gallium nitride based semiconductor region 61 processed into a ridge shape.
  • the anode electrode 58a and the cathode electrode 58b are formed on the laser structure 55.
  • the back surface of the substrate used for crystal growth is polished to form a substrate product SP having a desired thickness DSUB.
  • the anode electrode 58a is formed on the semiconductor region 53
  • the cathode electrode 58b is formed on the back surface (polishing surface) 51b of the substrate 51.
  • the anode electrode 58a extends in the X-axis direction
  • the cathode electrode 58b covers the entire back surface 51b.
  • step S105 an end face for the laser resonator is formed.
  • a laser bar is produced from the substrate product SP.
  • the laser bar has a pair of end faces on which a dielectric multilayer film can be formed. Subsequently, an example of manufacturing the laser bar and the end face will be described.
  • step S106 the first surface 63a of the substrate product SP is scribed.
  • This scribing is performed using a laser scriber 10a.
  • a scribe groove 65a is formed by scribing.
  • five scribe grooves have already been formed, and the formation of the scribe groove 65b has been advanced using the laser beam LB.
  • the length of the scribe groove 65a is shorter than the length of the intersection line AIS between the an plane and the first plane 63a defined by the a axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor.
  • the laser beam LB is irradiated on a part of the AIS. By irradiation with the laser beam LB, a groove extending in a specific direction and reaching the semiconductor region is formed in the first surface 63a.
  • the scribe groove 65a can be formed at one edge of the substrate product SP, for example.
  • step S107 the substrate product SP is separated by pressing the substrate product SP against the second surface 63b to form the substrate product SP1 and the laser bar LB1.
  • the pressing is performed using a breaking device such as a blade 69.
  • the blade 69 includes an edge 69a extending in one direction and at least two blade surfaces 69b and 69c defining the edge 69a.
  • the substrate product SP1 is pressed on the support device 71.
  • the support device 71 includes a support surface 71a and a recess 71b, and the recess 71b extends in one direction.
  • the recess 71b is formed in the support surface 71a.
  • the substrate product SP1 is positioned on the recess 71b on the support device 71 by aligning the direction and position of the scribe groove 65a of the substrate product SP1 with the extending direction of the recess 71b of the support device 71.
  • the edge of the breaking device is aligned with the extending direction of the recess 71b, and the edge of the breaking device is pressed against the substrate product SP1 from the direction intersecting the second surface 63b.
  • the intersecting direction is preferably substantially perpendicular to the second surface 63b. Thereby, the substrate product SP is separated to form the substrate product SP1 and the laser bar LB1.
  • the laser bar LB1 having the first and second end faces 67a and 67b is formed, and at these end faces 67a and 67b, at least a part of the light emitting layer is vertical enough to be applicable to the resonant mirror of the semiconductor laser. And has flatness.
  • the formed laser bar LB1 has first and second end surfaces 67a and 67b formed by the above separation, and each of the end surfaces 67a and 67b extends from the first surface 63a to the second surface 63b.
  • the end faces 67a and 67b constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element and intersect the XZ plane.
  • This XZ plane corresponds to the mn plane defined by the m-axis and the normal axis NX of the hexagonal group III nitride semiconductor.
  • a waveguide vector WV is shown in each of the laser bars LB0 and LB1.
  • the waveguide vector WV is directed in the direction from the end surface 67a to the end surface 67b.
  • the laser bar LB0 is shown partially broken to show the direction of the c-axis vector VC.
  • the waveguide vector WV forms an acute angle with the c-axis vector VC.
  • the substrate product SP is pressed against the second surface 63b.
  • the product SP is separated to form a new substrate product SP1 and a laser bar LB1. Therefore, the first and second end faces 67a and 67b are formed on the laser bar LB1 so as to intersect the mn plane.
  • This end face formation provides sufficient flatness and perpendicularity to the extent that a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser element can be formed on the first and second end faces 67a and 67b.
  • the formed laser waveguide extends in the direction of inclination of the c-axis of the hexagonal group III nitride.
  • an end face of a resonator mirror that can provide this laser waveguide is formed.
  • a new substrate product SP1 and a laser bar LB1 are formed by cleaving the substrate product SP1.
  • separation by pressing is repeated to produce a large number of laser bars.
  • This cleaving is caused by using a scribe groove 65a shorter than the breaking line BRAK of the laser bar LB1.
  • step S109 a dielectric multilayer film is formed on the end faces 67a and 67b of the laser bar LB1 to form a laser bar product.
  • This process is performed as follows, for example.
  • step S110 the surface orientations of the end faces 67a and 67b of the laser bar LB1 are determined. For discrimination, for example, the direction of the c + axis vector can be examined.
  • the following processing and / or operation for associating the end faces 67a and 67b with the direction of the c + axis vector can be performed: c + axis vector A mark indicating the orientation of the laser is produced on the laser bar; and / or the produced laser bar is arranged so as to represent the orientation of the c + axis vector.
  • the angle formed between the normal vector of the second end face 67b and the c + axis vector is larger than the angle formed between the normal vector of the first end face 67a and the c + axis vector.
  • a dielectric multilayer film is formed on the end faces 67a and 67b of the laser bar LB1.
  • the direction of the waveguide vector WV that forms an acute angle with the c + axis vector corresponds to the direction from the second end face 67a to the first end face 67b.
  • the thickness DREF2 of the second dielectric multilayer film (C ⁇ ) on the second end face 67a is changed to the thickness DREF1 of the first dielectric multilayer film (C +) on the first end face 67b.
  • the second dielectric multilayer film (C ⁇ ) on the front side is smaller than the thickness of the first dielectric multilayer film (C +) on the rear side, the second dielectric multilayer on the second end face
  • the film is on the front side, and laser light is emitted from the front side.
  • the first dielectric multilayer film on the first end face is on the rear side, and most of the laser light is reflected on the rear side.
  • step S112 the laser bar product is separated into individual semiconductor laser chips.
  • the angle ALPHA can be in the range of 45 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 135 degrees. If the angle is less than 45 degrees or more than 135 degrees, there is a high possibility that the end face formed by pressing is an m-plane. Further, when the angle is more than 80 degrees and less than 100 degrees, the desired flatness and perpendicularity may not be obtained. To make it even better, the angle ALPHA can be in the range of 63 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 117 degrees. If the angle is less than 45 degrees or more than 135 degrees, an m-plane may be formed on a part of the end face formed by pressing.
  • the semipolar principal surface 51a can be any one of ⁇ 20-21 ⁇ plane, ⁇ 10-11 ⁇ plane, ⁇ 20-2-1 ⁇ plane, and ⁇ 10-1-1 ⁇ plane, Alternatively, when the c-axis is inclined in the direction of the a-axis, any one of ⁇ 11-22 ⁇ plane, ⁇ 11-21 ⁇ plane, ⁇ 11-2-1 ⁇ plane, and ⁇ 11-2-2 ⁇ plane Can be. Further, a plane slightly inclined from these planes within a range of ⁇ 4 degrees or more and +4 degrees or less may be used as the main surface. In these typical semipolar planes, it is possible to provide an end face for the laser resonator with sufficient flatness and perpendicularity that can constitute the laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device.
  • the substrate 51 can be made of any one of GaN, AlN, AlGaN, InGaN, and InAlGaN. When these gallium nitride semiconductor substrates are used, an end face that can be used as a laser resonator can be obtained.
  • the substrate 51 is preferably made of GaN.
  • the semiconductor substrate used for crystal growth is subjected to processing such as slicing or grinding so that the substrate thickness is 400 ⁇ m or less, and the second surface 63b is formed by polishing. Can be processed surface.
  • the substrate thickness when flattening is used, sufficient flatness and perpendicularity that can constitute a laser resonator of the group III nitride semiconductor laser device can be obtained with a high yield.
  • end faces 67a and 67b without ion damage can be formed. It is even better if the second surface 63b is a polished surface formed by polishing and is polished to a substrate thickness of 100 ⁇ m or less.
  • the substrate thickness is preferably 50 ⁇ m or more.
  • the end surfaces 67a and 67b can be etched surfaces formed by etching, for example. The end face of the light emitting layer appears on the etched surface.
  • the angle BETA described with reference to FIG. 2 is defined also in the laser bar LB1.
  • the component (BETA) 1 of the angle BETA 1 is in a first plane defined by the c-axis and the m-axis of the group III nitride semiconductor (a plane corresponding to the first plane S1 in the description with reference to FIG. 2).
  • a range of (ALPHA-4) degrees to (ALPHA + 4) degrees is preferable.
  • the end faces 67a and 67b of the laser bar LB1 satisfy the above-described perpendicularity with respect to the angle component of the angle BETA taken from one of the c-axis and the m-axis to the other.
  • the component (BETA) 2 of the angle BETA is preferably in the range of ⁇ 4 degrees or more and +4 degrees or less on the second plane (the plane corresponding to the second plane S2 shown in FIG. 2).
  • the end faces 67a and 67b of the laser bar LB1 satisfy the above-described perpendicularity with respect to the angle component of the angle BETA defined by the plane perpendicular to the normal axis NX of the semipolar surface 51a.
  • the end faces 67a and 67b are formed by a break by pressing against a plurality of gallium nitride based semiconductor layers epitaxially grown on the semipolar surface 51a. Because of the epitaxial film on the semipolar surface 51a, the end surfaces 67a and 67b are not cleaved surfaces with a low index such as the c-plane, m-plane, or a-plane that have been used as resonator mirrors. However, in the break of the lamination of the epitaxial film on the semipolar surface 51a, the end surfaces 67a and 67b have flatness and perpendicularity applicable as resonator mirrors.
  • Example 1 The laser diode was grown by metal organic vapor phase epitaxy as follows. Trimethylgallium (TMGa), trimethylaluminum (TMAl), trimethylindium (TMIn), ammonia (NH 3 ), silane (SiH 4 ), and biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) were used as raw materials.
  • TMGa Trimethylgallium
  • TMAl trimethylaluminum
  • TMIn trimethylindium
  • NH 3 ammonia
  • SiH 4 silane
  • Cp 2 Mg biscyclopentadienyl magnesium
  • an epitaxial layer for the laser structure shown in FIGS. 7 and 8 was grown by the following growth procedure. After placing the substrate 71 in the growth furnace, first, an n-type GaN layer (thickness: 1000 nm) 72 was grown on the substrate 71. Next, an n-type InAlGaN cladding layer (thickness: 1200 nm) 73 was grown on the n-type GaN layer 72. Subsequently, a light emitting layer was produced.
  • an n-type GaN guide layer (thickness: 200 nm) 74 a and an undoped InGaN guide layer (thickness: 65 nm) 74 b were grown on the n-type InAlGaN cladding layer 73.
  • the active layer 75 was grown.
  • the active layer 75 has a two-cycle multiple quantum well structure (MQW) composed of GaN (thickness: 15 nm) / InGaN (thickness: 3 nm).
  • an index guide type laser was produced by a photolithography method and an etching method.
  • a striped mask was formed using photolithography. The mask extends in a direction in which the c-axis is projected onto the main surface.
  • dry etching was performed to produce a 2 ⁇ m wide stripe ridge structure.
  • chlorine gas for example, chlorine gas (Cl 2 ) was used.
  • An insulating film 79 having a stripe-shaped opening was formed on the surface of the ridge structure.
  • the insulating film 79 for example, SiO 2 formed by vacuum vapor deposition is used.
  • a p-side electrode 80a and an n-side electrode 80b were produced to produce a substrate product.
  • the p-side electrode 80a was produced by a vacuum deposition method.
  • the p-side electrode 80a is, for example, Ni / Au.
  • the back surface of the epitaxial substrate was polished and thinned to 100 ⁇ m. The back surface was polished with diamond slurry.
  • An n-side electrode 80b was formed on the polished surface by vapor deposition.
  • the n-side electrode 80b was made of Ti / Al / Ti / Au.
  • a laser scriber capable of irradiating a YAG laser having a wavelength of 355 nm was used.
  • Laser light output 100 mW. Scanning speed 5 mm / sec.
  • the formed scribe groove was, for example, a groove having a length of 30 ⁇ m, a width of 10 ⁇ m, and a depth of 40 ⁇ m.
  • a scribe groove was formed by directly irradiating the epitaxial surface with laser light through an insulating film opening portion of the substrate at a pitch of 800 ⁇ m.
  • the resonator length was 600 ⁇ m.
  • a resonant mirror was prepared by cleaving.
  • a laser bar was produced by breaking by pressing the back surface of the substrate product.
  • FIG. 6 is a drawing showing a scanning electron microscope image of the resonator end face as well as the ⁇ 20-21 ⁇ plane in the crystal lattice. More specifically, regarding the ⁇ 20-21 ⁇ plane GaN substrate, the relationship between the crystal orientation and the fractured surface is shown in FIG. 6 (b) and FIG. 6 (c). Part (b) of FIG. 6 shows the surface orientation of the end face provided with the laser stripe in the ⁇ 11-20> direction, which is the m-plane or c-plane used as the cavity end face of the conventional nitride semiconductor laser. The cleavage plane shown is shown as end face 81d or c-plane 81. Part (c) of FIG.
  • FIG. 6 shows the surface orientation of the end face provided with the laser stripe in the direction (hereinafter referred to as the M direction) in which the c-axis is projected onto the main surface, and for the laser resonator together with the semipolar surface 71a.
  • End surfaces 81a and 81b are shown.
  • the end surfaces 81a and 81b are substantially orthogonal to the semipolar surface 71a, but are different from conventional cleavage surfaces such as the conventional c-plane, m-plane, or a-plane.
  • the end face for the resonator is inclined with respect to the direction having polarity (for example, the direction of the c + axis vector).
  • the surface chemistry is not equivalent.
  • the end face 81a near the + c plane is referred to as the ⁇ 1017 ⁇ end face
  • the end face 81b close to the ⁇ c plane is referred to as the ⁇ 10-1-7 ⁇ end face.
  • the normal vectors of these end faces the ⁇ 1014> and ⁇ 10-1-4> directions that are substantially normal vectors are used for convenience.
  • Dielectric multilayer films 82a and 82b were coated on the end face of the laser bar by vacuum deposition.
  • the dielectric multilayer film was formed by alternately laminating two layers having different refractive indexes, for example, SiO 2 and TiO 2 . Each film thickness was adjusted in the range of 50 to 100 nm and designed so that the central wavelength of reflectance was in the range of 500 to 530 nm. The same wafer was divided into three in advance to produce the following three samples.
  • a reflective film (4 periods, reflectivity 60%) was formed on the ⁇ 10-1-7 ⁇ end face.
  • the ⁇ 10-1-7 ⁇ end face is the light exit face (front).
  • a reflective film (10 periods, reflectance 95%) was formed on the ⁇ 1017 ⁇ end face.
  • the ⁇ 1017 ⁇ end face is the reflecting face (rear).
  • Device B A reflective film (10 periods, reflectivity 95%) was formed on the ⁇ 10-1-7 ⁇ end face.
  • the ⁇ 10-1-7 ⁇ end face is the reflecting face (rear).
  • a reflection film (4 periods, reflectance 60%) was formed on the ⁇ 1017 ⁇ end face.
  • the ⁇ 1017 ⁇ end face is defined as a light exit surface (front).
  • Device C The light exit surface (front) and the reflection surface (rear) are formed without considering the crystal plane (mixed by the bar).
  • the thickness of the reflective film was the same as described above.
  • the mounting device was energized to evaluate the element life.
  • a DC power source was used as the power source.
  • the device lifetime of one having an oscillation wavelength of 520 to 530 nm was evaluated.
  • light emission from the end face of the laser element was detected by a photodiode.
  • the ambient temperature was set to 27 degrees Celsius.
  • the life of the laser diode was measured by monitoring the light output under a constant current condition.
  • the current value was adjusted so that the initial value of the light output was 10 mW. Although the current value in the initial setting varied depending on the laser diode, the current value was in the range of about 80 to 150 mA.
  • the elapsed time when the light output became half of the initial value was defined as the element lifetime. The measurement was performed up to 500 hours.
  • the element lifetime of devices A to C is shown below (unit: hour).
  • Device type device A, device B, device sample C.
  • SUB1 > 500, 362, 346.
  • SUB2 > 500, 366, 368.
  • SUB3 > 500, 242,> 500.
  • SUB4 > 500, 340,> 500.
  • SUB5 > 500, 348, 346.
  • SUB6 > 500, 312, 274.
  • SUB7 > 500, 198,> 500.
  • SUB8 > 500, 326,> 500.
  • SUB9 > 500, 256, 172.
  • SUB10 > 500, 242, 500.
  • Device A > 500 h (lifetime over 500 hours).
  • Device B 299h (average lifetime 299 hours).
  • Device C > 400 h (lifetime over 400 hours).
  • the determination of the polarity at the end face of the laser bar can be performed, for example, as follows: A plane parallel to the waveguide is cut out by the focused ion beam (FIB) method and transmitted. In observation with a scanning electron microscope (TEM) method, it can be examined by focused electron diffraction (CBED) evaluation. The total number of films can be examined by observing the portion of the dielectric multilayer film with a transmission electron microscope. The cause of the element deterioration is presumed that the crystal quality of the well layer having a high In composition in contact with the reflective film is deteriorated. In order to suppress this deterioration and obtain a long-life device, it is preferable to reduce the reflective film thickness at the end face close to the ⁇ c plane and increase the reflective film thickness at the end face close to the + c plane.
  • the power source was a pulse power source having a pulse width of 500 ns and a duty ratio of 0.1%.
  • IL characteristic current-light output characteristic
  • the emission wavelength light emitted from the laser end face was passed through an optical fiber, and the spectrum was measured using a spectrum analyzer as a detector.
  • the polarization state the light emission from the laser was observed through the polarizing plate, and the polarizing state of the laser light was examined by rotating the polarizing plate.
  • an optical fiber was disposed on the upper surface side of the laser, and light emitted from the upper surface of the laser element was measured.
  • the oscillation wavelength was 500 to 530 nm.
  • the polarization state of LED mode was measured with all lasers.
  • the polarization component in the a-axis direction is defined as I1
  • the polarization component in the direction in which the m-axis is projected onto the principal surface is defined as I2
  • (I1-I2) / (I1 + I2) is defined as the degree of polarization ⁇ .
  • FIG. 9 was obtained as a result of investigating the relationship between the obtained degree of polarization ⁇ and the minimum value of the threshold current density. From FIG. 9, it can be seen that when the degree of polarization is positive, the threshold current density greatly decreases in the laser in the laser stripe M direction. That is, it can be seen that the threshold current density is greatly reduced when the degree of polarization is positive (I1> I2) and the waveguide is provided in the off direction.
  • the data shown in FIG. 9 is as follows.
  • Polarization degree (M direction stripe), ( ⁇ 11-20> stripe). 0.08, 64, 20. 0.05, 18, 42. 0.15, 9, 48. 0.276, 7, 52. 0.4, 6.
  • FIG. 10 is a plot of measured values of a laser having a stacking fault density of 1 ⁇ 10 4 (cm ⁇ 1 ) or less and including a laser stripe in the M direction.
  • FIG. 10 shows that the oscillation yield is very low when the off angle is 45 degrees or less.
  • the off angle is in the range of 63 degrees to 80 degrees, the verticality is improved and the oscillation yield is increased to 50% or more.
  • the optimum range of the off-angle of the GaN substrate is 63 degrees or more and 80 degrees or less. Similar results can be obtained even in the range of 100 degrees to 117 degrees, which is the angle range in which the crystallographically equivalent end faces are provided.
  • the data shown in FIG. 10 is as follows. Tilt angle, yield. 10, 0.1. 43, 0.2. 58, 50. 63, 65. 66, 80. 71, 85. 75, 80. 79, 75. 85, 45. 90, 35.
  • Example 2 The surface index of the gallium nitride substrate main surface and the surface index perpendicular to the substrate main surface and substantially perpendicular to the direction in which the c-axis is projected onto the main surface are shown below.
  • the unit of the angle is “degree”.
  • FIG. 16 are diagrams schematically showing atomic arrangement on the crystal surface having a plane index that can be an end face as an optical resonator perpendicular to the main surface.
  • FIG. 11A the atomic arrangement of the ( ⁇ 1010) plane and the (10 ⁇ 10) plane perpendicular to the (0001) plane main surface is schematically shown.
  • part (b) of FIG. 11 the atomic arrangement of the ( ⁇ 2021) plane and the (20-2-1) plane perpendicular to the (10-17) principal plane is schematically shown.
  • part (a) of FIG. 12 the atomic arrangement of the (-4047) plane and the (40-4-7) plane perpendicular to the (10-12) plane main surface is schematically shown.
  • FIG. 11A the atomic arrangement of the ( ⁇ 1010) plane and the (10 ⁇ 10) plane perpendicular to the (0001) plane main surface is schematically shown.
  • part (b) of FIG. 11 the atomic arrangement of the ( ⁇ 2021) plane and the (20-2-1) plane perpendicular to the (10-17) principal plane is schematic
  • FIG. 14 the atomic arrangement of the (20-27) plane and the ( ⁇ 202-7) plane perpendicular to the (10-1-1) plane main surface is shown.
  • FIG. 15A the atomic arrangement of the (40-47) plane and the ( ⁇ 404-7) plane perpendicular to the (10-1-2) principal plane is schematically shown.
  • part (b) of FIG. 15 the atomic arrangement of the (20-21) plane and the ( ⁇ 202-1) plane perpendicular to the (10-1-7) principal plane is shown.
  • FIG. 16 the atomic arrangement of the (10-10) plane and the (-1010) plane perpendicular to the (000-1) plane main surface is schematically shown.
  • black circles indicate nitrogen atoms and white circles indicate group III atoms.
  • the substrate main surface is (10-17), and the angle formed with the (0001) surface is about 15 degrees.
  • the first end face is ( ⁇ 2021), the second end face is (20-2-1), and these two crystal faces are the kind of constituent elements on the outermost surface, the number of bonds bonded to the crystal, and the angle.
  • the substrate main surface which has been widely used in nitride semiconductor lasers in the past, is the (0001) plane, as shown in FIG.
  • the end face for the resonator is (10-10)
  • the two crystal planes have the same chemical properties because the two crystal planes have the same kind of constituent elements on the outermost surface and the number of bonds and angles bonded to the crystal. It is shown that as the tilt angle of the main surface of the substrate increases from the (0001) plane, the type of constituent elements on the surface of the end face, the number of bonds bonded to the crystal, and the angle change greatly. From this, in the laser diode whose substrate main surface is the (0001) surface, it is possible to manufacture a good laser element without paying special attention to the characteristics of the end surface coating, but the substrate main surface is half-finished. In a laser diode having a polar surface, device characteristics can be improved by always unifying the surface orientation of the end face in the formation of the end face coat.
  • the reaction with the end face coat film is promoted when the ratio of the number of nitrogen atoms bonded to the crystal by three bonds in the surface constituent elements is increased at two or more consecutive positions.
  • the substrate main surface is the (20-21) plane, and the angle formed with the (0001) plane is about 75 degrees.
  • the first end face is the ( ⁇ 1017) plane
  • the second end face is the (10-1-7) plane
  • the (10-1-7) plane is bonded to the crystal with three bonds.
  • Three consecutive nitrogen atoms are arranged. Therefore, the reaction with the end face coating film is easily promoted.
  • the c + axis vector indicating the direction of the ⁇ 0001> axis of the GaN substrate is a crystal of either the m-axis or the a-axis of the GaN substrate with respect to the normal vector indicating the direction of the normal axis of the main surface of the GaN substrate. It is inclined at an angle in the range of about 45 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 135 degrees in the axial direction.
  • the waveguide vector WV forming an acute angle with the c + axis vector is directed from the second end face (for example, the end face 28 in FIG. 1) to the first end face (for example, the end face 26 in FIG. 1)
  • the second dielectric The body multilayer film is on the front side, and laser light is emitted from the front side.
  • the first dielectric multilayer film is on the rear side, and the laser light is reflected on the rear side.
  • the thickness of the second dielectric multilayer film (C ⁇ film) on the front side is smaller than the thickness of the first dielectric multilayer film (C + film) on the rear side, it is caused by the dielectric multilayer film on the end face.
  • the dielectric multilayer film on the end face it is possible to reduce the deterioration of the element accompanied by the deterioration of the crystal quality that proceeds from the second end face, and to avoid a decrease in the element life.
  • the angle ALPHA can be in the range of 45 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 135 degrees. In order to improve the oscillation chip yield and device life, the angle ALPHA can be in the range of 63 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 117 degrees.
  • typical semipolar principal surfaces such as ⁇ 20-21 ⁇ plane, ⁇ 10-11 ⁇ plane, ⁇ 20-2-1 ⁇ plane, and ⁇ 10-1 -1 ⁇ plane. Furthermore, it can be a slightly inclined surface from these semipolar surfaces.
  • the semipolar principal surface is, for example, any one of ⁇ 20-21 ⁇ plane, ⁇ 10-11 ⁇ plane, ⁇ 20-2-1 ⁇ plane, and ⁇ 10-1-1 ⁇ plane, and m plane. It can be a slightly inclined surface that is off in the range of ⁇ 4 degrees or more and +4 degrees or less in the direction. In the inclination of the ⁇ 0001> axis in the a-axis direction, typical semipolar principal surfaces such as ⁇ 11-22 ⁇ plane, ⁇ 11-21 ⁇ plane, ⁇ 11-2-1 ⁇ plane, ⁇ 11-2- 2 ⁇ planes. Furthermore, it can be a slightly inclined surface from these semipolar surfaces.
  • the semipolar principal surface is, for example, from any one of ⁇ 11-22 ⁇ plane, ⁇ 11-21 ⁇ plane, ⁇ 11-2-1 ⁇ plane, and ⁇ 11-2-2 ⁇ plane in the a-plane direction.
  • the surface can be slightly inclined within a range of ⁇ 4 degrees or more and +4 degrees or less.
  • a group III nitride semiconductor laser device having a long device lifetime is provided.
  • a method for producing a group III nitride semiconductor laser device having a long device lifetime is provided.
  • SYMBOLS 11 Group III nitride semiconductor laser element, 13 ... Laser structure, 13a ... 1st surface, 13b ... 2nd surface, 13c, 13d ... Edge, 15 ... Electrode, 17 ... Support base

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Abstract

素子寿命の長いIII族窒化物半導体レーザ素子が提供される。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｍ－ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を有する。レーザ導波路の両端には、レーザ共振器となる第１及び第２の端面２６、２８が設けられている。第１及び第２の端面２６、２８はｍ－ｎ面（又はａ－ｎ面）に交差する。ｃ＋軸ベクトルは導波路ベクトルＷＶと鋭角を成す。この導波路ベクトルＷＶは、第２の端面２８から第１の端面２６への方向に対応する。第２の端面２８上の第２の誘電体多層膜（Ｃ－側）４３ｂの厚さが、第１の端面２６上の第１の誘電体多層膜（Ｃ＋側）４３ａの厚さより薄い。

Description

III族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
　本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に関する。
　非特許文献１には、ｍ面ＧａＮ基板上に作製されたレーザダイオードが記載されている。レーザダイオードは共振器のための２つのへき開端面を有する。一方のへき開端面は＋ｃ面であり、他方のへき開端面は－ｃ面である。このレーザダイオードでは、フロント側端面（出射面）の誘電体多層膜の反射率は７０％であり、リア側端面の誘電体多層膜の反射率は９９％である。
　非特許文献２には、ｍ面から－ｃ軸方向に１度の角度で傾斜したＧａＮ基板上に作製されたレーザダイオードが記載されている。レーザダイオードは共振器のための２つへき開端面を有する。一方のへき開端面は＋ｃ面であり、他方のへき開端面は－ｃ面である。このレーザダイオードでは、フロント側端面（出射面）の誘電体多層膜の反射率は９０％であり、リア側端面の誘電体多層膜の反射率は９５％である。
APPLIED　PHYSICS　LETTERS　94,　(2009)，071105。 Applied　Physics　Express　2，　(2009)，082102。
　窒化ガリウム基板の半極性面上に発光素子が作製されている。半極性を示す窒化ガリウム面では、窒化ガリウムのｃ軸が窒化ガリウム基板の半極性面の法線に対して傾斜している。窒化ガリウムの半極性面を用いた半導体レーザの作製において、窒化ガリウムのｃ軸を半導体レーザの導波路の延在方向に傾斜させるとき、共振器のために利用可能な端面を形成できる。これらの端面に所望の反射率の誘電体多層膜を形成して、共振器を形成する。両端面上の誘電体多層膜の厚さは、互いに異なる反射率の誘電体多層膜を得るために互いに異なる。レーザ光はフロント側の端面から出射されるので、フロント側の端面の誘電体多層膜の反射率がリア側の端面の誘電体多層膜の反射率より小さくされる。
　発明者らの実験によれば、上記のようにいくつかの半導体レーザを作製したとき、これらの半導体レーザの素子寿命は様々なものであり、長い素子寿命の理由及び短い素子寿命の理由は明らかではなかった。発明者らは、この点について検討を行った結果、共振器のための半導体端面の結晶方位と誘電体多層膜層の厚さとが関係しているという知見を得た。
　本発明の一の目的は、素子寿命の長いIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することである。また、本発明の別の目的は、素子寿命の長いIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を提供することである。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する支持基体、及び前記支持基体の前記半極性主面上に設けられた半導体領域を含むレーザ構造体と、（ｂ）前記半導体領域の第１及び第２の端面上にそれぞれ設けられ、該窒化物半導体レーザダイオードの共振器のための第１及び第２の誘電体多層膜とを備える。前記半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記半極性主面の法線軸に沿って配列されており、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、前記支持基体の前記III族窒化物半導体の＜０００１＞軸の方向を示すｃ＋軸ベクトルは、前記法線軸の方向を示す法線ベクトルに対して前記III族窒化物半導体のｍ軸及びａ軸のいずれかの結晶軸の方向に４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲の角度で傾斜しており、前記第１及び第２の端面は、前記六方晶系III族窒化物半導体の前記結晶軸及び前記法線軸によって規定される基準面に交差し、前記ｃ＋軸ベクトルは、前記第２の端面から前記第１の端面への方向を示す導波路ベクトルと鋭角を成し、前記第２の誘電体多層膜の厚さは、前記第１の誘電体多層膜の厚さより薄い。
　このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ｃ＋軸ベクトルは導波路ベクトルと鋭角を成しており、この導波路ベクトルは、第２の端面から第１の端面への方向に向いている。また、第２の端面の法線ベクトルとｃ＋軸ベクトルと成す角は、第１の端面の法線ベクトルとｃ＋軸ベクトルとの成す角よりも大きい。このとき、第２の端面上の第２の誘電体多層膜の厚さが、第１の端面上の第１の誘電体多層膜の厚さより薄いので、第２の端面上の第２の誘電体多層膜はフロント側になり、このフロント側からレーザ光は出射される。第１の端面上の第１の誘電体多層膜はリア側になり、このリア側でレーザ光の大部分は反射される。半極性面上のレーザ素子では、フロント側の第２の誘電体多層膜の厚さが、リア側の第１の誘電体多層膜の厚さより薄いとき、端面上の誘電体多層膜に起因する素子劣化が低減されて、素子寿命の低下が避けられる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記レーザ構造体は第１及び第２の面を含み、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第１の面と前記支持基体との間に位置し、前記第１及び第２の端面の各々は、前記第１の面のエッジから前記第２の面のエッジまで延在する割断面に含まれることができる。
　III族窒化物半導体レーザ素子によれば、レーザ構造体の第１及び第２の端面は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸又はｍ軸と主面の法線軸とによって規定される基準面に交差するので、第１及び第２の端面を割断面として形成でき、この割断面は第１の面のエッジから第２の面のエッジまで延在する。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜していることができる。或いは、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜していることができる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の主面が、｛１０－１１｝面、｛２０－２１｝面、｛２０－２－１｝面、及び｛１０－１－１｝面のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜することができる。また、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の主面が、｛１０－１１｝面、｛２０－２１｝面、｛２０－２－１｝面、及び｛１０－１－１｝面のいずれかの面であることができる。
　このIII族窒化物半導体レーザ素子では、III族窒化物半導体のｃ軸が窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜するとき、実用的な面方位及び角度範囲は、少なくとも上記の面方位及び角度範囲を含まれる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の主面が｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、及び｛１１－２－２｝面のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜することができる。また、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の主面が、｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、及び｛１１－２－２｝面のいずれかの面であることができる。
　このIII族窒化物半導体レーザ素子では、III族窒化物半導体のｃ軸が窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜するとき、実用的な面方位及び角度範囲は、少なくとも上記の面方位及び角度範囲を含まれる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、構成元素としてＩｎを含むと共に歪みを内包する窒化ガリウム系半導体からなる井戸層を含むことができる。また、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、歪みを内包するＩｎＧａＮからなる井戸層を含むことができる。
　このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、III族構成元素としてＩｎを含む窒化ガリウム系半導体において本件の劣化が観察される。また、劣化の程度は、インジウム組成の増加に伴って顕著になる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、波長４３０～５５０ｎｍの発振光を生成するように設けられることができる。
　このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、III族構成元素として例えばＩｎを含むと共に歪みを内包する窒化ガリウム系半導体からなる井戸層を用いて上記の波長範囲の発光を提供できる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記III族窒化物半導体はＧａＮであることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ＧａＮ主面を用いたレーザ構造体の実現により、例えば上記の波長範囲（青色から緑色までの波長範囲）における発光を実現できる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１の誘電体多層膜内の誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つからなることができる。前記第２の誘電体多層膜内の誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つからなることができる。
　このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、実用的な誘電体膜の材料は、シリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）、シリコン窒化物（例えばＳｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化物（例えばＳｉＯｘＮ１－ｘ）、チタン酸化物（例えばＴｉＯ２）、チタン窒化物（例えばＴｉＮ）、チタン酸窒化物（例えばＴｉＯｘＮ１－ｘ）、ジルコニウム酸化物（例えばＺｒＯ２）、ジルコニウム窒化物（例えばＺｒＮ）、ジルコニウム酸窒化物（例えばＺｒＯｘＮ１－ｘ）、ジルコニウム弗化物（例えばＺｒＦ４）、タンタル酸化物（例えばＴａ２Ｏ５）、タンタル窒化物（例えばＴａ３Ｎ５）、タンタル酸窒化物（例えばＴａＯｘＮ１－ｘ）、ハフニウム酸化物（例えばＨｆＯ２）、ハフニウム窒化物（例えばＨｆＮ）、ハフニウム酸窒化物（例えばＨｆＯｘＮ１－ｘ）、ハフニウム弗化物（例えばＨｆＦ４）、アルミ酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３）、アルミ窒化物（例えばＡｌＮ）、アルミ酸窒化物（例えばＡｌＯｘＮ１－ｘ）、マグネシウム弗化物（例えばＭｇＦ２）、マグネシウム酸化物（例えばＭｇＯ）、マグネシウム窒化物（例えばＭｇ３Ｎ２）、マグネシウム酸窒化物（例えばＭｇＯｘＮ１－ｘ）、カルシウム弗化物（例えばＣａＦ２）、バリウム弗化物（例えばＢａＦ２）、セリウム弗化物（例えばＣｅＦ３）、アンチモン酸化物（例えばＳｂ２Ｏ３）、ビスマス酸化物（例えばＢｉ２Ｏ３）、ガドリニウム酸化物（例えばＧｄ２Ｏ３）を包含することができる。
　本発明の別の側面に係る発明は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に関する。この方法は、（ａ）六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板を準備する工程と、（ｂ）前記半極性主面上に形成された半導体領域と前記基板とを含むレーザ構造体、アノード電極、及びカソード電極を有する基板生産物を形成する工程と、（ｃ）前記基板生産物を形成した後に、第１及び第２の端面を形成する工程と、（ｄ）前記第１及び第２の端面にそれぞれ該窒化物半導体レーザ素子の共振器のための第１及び第２の誘電体多層膜を形成する工程とを備える。前記第１及び第２の端面は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定される基準面に交差し、前記半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記法線軸の方向に配列されており、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、前記基板の前記半極性主面は、該窒化物半導体の＜０００１＞軸の方向を示すｃ＋軸ベクトルに直交する平面に４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲の角度で交差しており、前記ｃ＋軸ベクトルは、前記第２の端面から前記第１の端面への方向を示す導波路ベクトルと鋭角を成し、前記第２の誘電体多層膜（Ｃ－）の厚さは、前記第１の誘電体多層膜（Ｃ＋）の厚さより薄い。
　この方法によれば、ｃ＋軸ベクトルと鋭角を成す導波路ベクトルは第２の端面から第１の端面への方向に対応しており、また第２の端面上の第２の誘電体多層膜（Ｃ－側）を第１の端面上の第１の誘電体多層膜（Ｃ＋側）の厚さより薄く形成するので、端面上の誘電体多層膜に起因して第２の端面から進行する結晶品質の悪化を伴った素子劣化を低減して、素子寿命の低下を避けることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子では、第２の端面の法線ベクトルとｃ＋軸ベクトルとの成す角は、第１の端面の法線ベクトルとｃ＋軸ベクトルとの成す角よりも大きい。フロント側の第２の誘電体多層膜（Ｃ－側）の厚さが、リア側の第１の誘電体多層膜（Ｃ＋側）の厚さより薄いとき、第２の端面上の第２の誘電体多層膜はフロント側になり、このフロント側からレーザ光は出射される。第１の端面上の第１の誘電体多層膜はリア側になり、このリア側でレーザ光の大部分は反射される。
　本発明の別の側面に係る方法は、前記第１及び第２の誘電体多層膜を形成する前に、前記第１及び第２の端面の面方位を判別する工程を更に備える。この方法によれば、この判別に従って、それぞれの端面に適切な誘電体多層膜を選択してそれを端面に成長できる。
　本発明の別の側面に係る方法では、第１及び第２の端面を形成する前記工程は、前記基板生産物の第１の面をスクライブする工程と、前記基板生産物の第２の面への押圧により前記基板生産物の分離を行って前記第１及び第２の端面を有するレーザバーを形成する工程とを含むことができる。前記レーザバーの前記第１及び第２の端面は前記分離により形成され、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第１の面と前記基板との間に位置し、前記レーザバーの前記第１及び第２の端面の各々は、前記第１の面から前記第２の面にまで延在し前記分離により形成された割断面に含まれる。
　この方法によれば、レーザバーの第１及び第２の端面は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸又はｍ軸と主面の法線軸とによって規定される基準面に交差するので、第１及び第２の端面は、スクライブ形成及び押圧によって割断面として形成されることができ、該割断面は第１の面のエッジから第２の面のエッジまで延在する。
　本発明の別の側面に係る方法では、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜していることができる。或いは、本発明の別の側面に係る方法では、前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜していることができる。
　本発明の別の側面に係る方法では、前記基板の主面が、｛１０－１１｝面、｛２０－２１｝面、｛２０－２－１｝面、及び｛１０－１－１｝面のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜することができる。また、本発明の別の側面に係る方法では、前記基板の主面が、｛１０－１１｝面、｛２０－２１｝面、｛２０－２－１｝面、及び｛１０－１－１｝面のいずれかの面であることができる。
　この方法では、III族窒化物半導体のｃ軸が窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜するとき、実用的な面方位及び角度範囲は、少なくとも上記の面方位及び角度範囲を含む。
　本発明の別の側面に係る方法では、前記基板の主面が｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、及び｛１１－２－２｝面のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜することができる。また、本発明の別の側面に係る方法では、前記基板の主面が、｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、及び｛１１－２－２｝面のいずれかの面であることができる。
　この基板では、III族窒化物半導体のｃ軸が窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜するとき、実用的な面方位及び角度範囲は、少なくとも上記の面方位及び角度範囲を含む。
　本発明の別の側面に係る方法では、前記活性層の形成では、構成元素としてＩｎを含むと共に歪みを内包する窒化ガリウム系半導体からなる井戸層を成長することが良い。また、本発明の別の側面に係る方法では、前記活性層の形成で成長された井戸層は歪みを内包するＩｎＧａＮからなる、この歪みは、井戸層に隣接する半導体層からの応力に因る。この方法によれば、III族構成元素としてＩｎを含む窒化ガリウム系半導体において本件の劣化が観察される。また、劣化の程度は、インジウム組成の増加に伴って顕著になる。
　本発明の別の側面に係る方法では、前記活性層は、波長４３０～５５０ｎｍの発振光を生成するように構成されることができる。この方法によれば、この方法によれば、構成元素としてＩｎを含むと共に歪みを内包する窒化ガリウム系半導体からなる井戸層を用いて上記の波長範囲の発光を提供できる。
　本発明の別の側面に係る方法では、前記III族窒化物半導体はＧａＮであることが良い。この方法によれば、ＧａＮ主面を用いたレーザ構造体の実現により、例えば上記の波長範囲（青色から緑色までの波長範囲）における発光を実現できる。
　本発明の別の側面に係る方法では、前記第１の誘電体多層膜内の誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つを用いて形成されることができる。また、前記第２の誘電体多層膜内の誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つを用いて形成されることができる。
　この方法によれば、実用的な誘電体膜は、シリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）、シリコン窒化物（例えばＳｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化物（例えばＳｉＯｘＮ１－ｘ）、チタン酸化物（例えばＴｉＯ２）、チタン窒化物（例えばＴｉＮ）、チタン酸窒化物（例えばＴｉＯｘＮ１－ｘ）、ジルコニウム酸化物（例えばＺｒＯ２）、ジルコニウム窒化物（例えばＺｒＮ）、ジルコニウム酸窒化物（例えばＺｒＯｘＮ１－ｘ）、ジルコニウム弗化物（例えばＺｒＦ４）、タンタル酸化物（例えばＴａ２Ｏ５）、タンタル窒化物（例えばＴａ３Ｎ５）、タンタル酸窒化物（例えばＴａＯｘＮ１－ｘ）、ハフニウム酸化物（例えばＨｆＯ２）、ハフニウム窒化物（例えばＨｆＮ）、ハフニウム酸窒化物（例えばＨｆＯｘＮ１－ｘ）、ハフニウム弗化物（例えばＨｆＦ４）、アルミ酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３）、アルミ窒化物（例えばＡｌＮ）、アルミ酸窒化物（例えばＡｌＯｘＮ１－ｘ）、マグネシウム弗化物（例えばＭｇＦ２）、マグネシウム酸化物（例えばＭｇＯ）、マグネシウム窒化物（例えばＭｇ３Ｎ２）、マグネシウム酸窒化物（例えばＭｇＯｘＮ１－ｘ）、カルシウム弗化物（例えばＣａＦ２）、バリウム弗化物（例えばＢａＦ２）、セリウム弗化物（例えばＣｅＦ３）、アンチモン酸化物（例えばＳｂ２Ｏ３）、ビスマス酸化物（例えばＢｉ２Ｏ３）、ガドリニウム酸化物（例えばＧｄ２Ｏ３）を包含することができる。
　本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
　以上説明したように、本発明によれば、素子寿命の長いIII族窒化物半導体レーザ素子が提供される。また、本発明によれば、素子寿命の長いIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法が提供される。
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。 図２は、III族窒化物半導体レーザ素子の活性層における発光の偏光を示す図面である。 図３は、III族窒化物半導体レーザ素子の端面と活性層のｍ面との関係を示す図面である。 図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す工程フロー図である。 図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。 図６は、結晶格子における｛２０－２１｝面を示すと共に、共振器端面の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。 図７は、実施例１に示されたレーザダイオードの構造を示す図面である。 図８は、実施例１に示されたレーザダイオードの構造を示す図面である。 図９は、求めた偏光度ρとしきい値電流密度との関係を示す図面である。 図１０は、ＧａＮ基板のｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角と発振歩留まりとの関係を示す図面である。 図１１は、（０００１）面主面に垂直な（－１０１０）面及び（１０－１０）面の原子配列、並びに（１０－１７）面主面に垂直な（－２０２１）面及び（２０－２－１）面の原子配列を示す図面である。 図１２は、（１０－１２）面主面に垂直な（－４０４７）面及び（４０－４－７）面の原子配列、並びに（１０－１１）面主面に垂直な（－２０２７）面及び（２０－２－７）面の原子配列を示す図面である。 図１３は、（２０－２１）面主面に垂直な（－１０１７）面及び（１０－１－７）面の原子配列、並びに（１０－１０）面主面に垂直な（０００１）面及び（０００－１）面の原子配列を示す図面である。 図１４は、（２０－２－１）面主面に垂直な（１０－１７）面及び（－１０１－７）面の原子配列、並びに（１０－１－１）面主面に垂直な（２０－２７）面及び（－２０２－７）面の原子配列を示す図面である。 図１５は、（１０－１－２）面主面に垂直な（４０－４７）面及び（－４０４－７）面の原子配列、並びに（１０－１－７）面主面に垂直な（２０－２１）面及び（－２０２－１）面の原子配列を示す図面である。 図１６は、（０００－１）面主面に垂直な（１０－１０）面及び（－１０１０）面の原子配列を示す図面である。
　本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、III族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
　図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、利得ガイド型の構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、利得ガイド型の構造に限定されるものではない。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、レーザ構造体１３及び電極１５を備える。レーザ構造体１３は、支持基体１７及び半導体領域１９を含む。支持基体１７は、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面１７ａを有し、裏面１７ｂを有する。半導体領域１９は、支持基体１７の半極性主面１７ａ上に設けられている。電極１５は、レーザ構造体１３の半導体領域１９上に設けられる。半導体領域１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第２のクラッド層２３は、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａ及び障壁層２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層は歪みを内包する。活性層２５は、波長３６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光を発生するように設けられた量子井戸構造を含むことができる。半極性面の利用により、波長４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の発生に良い。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。法線軸ＮＸは法線ベクトルＮＶの方向へ延びる。支持基体１７のIII族窒化物半導体のｃ軸Ｃｘはｃ軸ベクトルＶＣの方向に延びる。
　レーザ構造体１３は、共振器のための第１の端面２６及び第２の端面２８を含む。共振器のための導波路は、第２の端面２８から第１の端面２６まで延在しており、導波路ベクトルＷＶは第２の端面２８から第１の端面２６への方向を示す。レーザ構造体１３の第１及び第２の端面２６、２８は、六方晶系III族窒化物半導体の結晶軸（ｍ軸又はａ軸）及び法線軸ＮＸによって規定される基準面に交差する。図１では、第１及び第２の端面２６、２８は六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ－ｎ面に交差している。しかしながら、第１及び第２の端面２６、２８は六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ－ｎ面に交差していても良い。
　図１を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。半極性主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、図１には、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。支持基体１７のIII族窒化物半導体の＜０００１＞軸の方向を示すｃ＋軸ベクトルは、III族窒化物半導体のｍ軸及びａ軸のいずれかの結晶軸の方向に法線ベクトルＮＶに対して傾斜する。この傾斜角度は、４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲にある。本実施例では、ｃ＋軸ベクトルの向きはベクトルＶＣの向きに一致する。図１に示される実施例では、支持基体１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ＋軸ベクトルは、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に法線軸ＮＸに対して有限な角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。この角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下の範囲内にあることができ、また１００度以上１３５度以下の範囲にあることができる。
　第２の誘電体多層膜（Ｃ－側）４３ｂの厚さＤＲＥＦ２は第１の誘電体多層膜（Ｃ＋側）４３ａの厚さＤＲＥＦ１より薄い。III族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、ｃ＋軸ベクトルは導波路ベクトルＷＶと鋭角を成しており、この導波路ベクトルＷＶは、第２の端面２８から第１の端面２６への方向に対応する。このとき、第２の端面（Ｃ－側）２８上の第２の誘電体多層膜４３ｂの厚さが、第１の端面２６（Ｃ＋側）上の第１の誘電体多層膜４３ａの厚さより薄いので、第２の誘電体多層膜４３ｂはフロント側になり、このフロント側からレーザ光は出射される。第１の誘電体多層膜４３ａはリア側になり、このリア側でレーザ光の大部分は反射される。フロント側の第２の誘電体多層膜４３ｂの厚さが、リア側の第１の誘電体多層膜４３ａの厚さより薄いとき、素子寿命に関して、端面上の誘電体多層膜に起因して第２の端面から進行する結晶品質の悪化を伴った素子劣化が低減される。
　III族窒化物半導体レーザ素子１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１は、レーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａ上に設けられ、また表面１９ａを覆っている。半導体領域１９は絶縁膜３１と支持基体１７との間に位置する。支持基体１７は六方晶系III族窒化物半導体からなる。絶縁膜３１は開口３１ａを有する。開口３１ａは、例えばストライプ形状を成す。本実施例のようにｃ軸がｍ軸の方向に傾斜するとき、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記のｍ－ｎ面との交差線ＬＩＸの方向に延在する。交差線ＬＩＸは導波路ベクトルＷＶの向きに延在する。なお、ｃ軸がａ軸の方向に傾斜するとき、開口３１ａはａ－ｎ面と表面１９ａとの交差線ＬＩＸの方向に延在する。
　電極１５は、開口３１ａを介して半導体領域１９の表面１９ａ（例えば第２導電型のコンタクト層３３）に接触を成しており、上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。
　III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１の端面２６及び第２の端面２８の各々は割断面であることができる。引き続く説明では、第１の端面２６及び第２の端面２８を第１の割断面２７及び第２の割断面２９として参照する。第１の割断面２７及び第２の割断面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ－ｎ面に交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１及び第２の割断面２７、２９を含み、第１の割断面２７及び第２の割断面２９の一方から他方に、レーザ導波路が延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。第１及び第２の割断面２７、２９は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。第１及び第２の割断面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なる。
　このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の割断面２７、２９がｍ－ｎ面に交差する。これ故に、ｍ－ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ素子１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。
　III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。キャリアブロック層３９は、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられる。支持基体１７の裏面１７ｂには別の電極４１が設けられ、電極４１は例えば支持基体１７の裏面１７ｂを覆っている。
　図２は、III族窒化物半導体レーザ素子１１の活性層２５における発光の偏光を示す図面である。図３は、ｃ軸及びｍ軸によって規定される断面を模式的に示す図面である。図２に示されるように、誘電体多層膜４３ａ、４３ｂは、それぞれ、第１及び第２の割断面２７、２９に設けられる。誘電体多層膜４３ａ、４３ｂの誘電体層の各々の材料は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つからなることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、実用的な誘電体膜は、シリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）、シリコン窒化物（例えばＳｉ３Ｎ４）、シリコン酸窒化物（例えばＳｉＯｘＮ１－ｘ）、チタン酸化物（例えばＴｉＯ２）、チタン窒化物（例えばＴｉＮ）、チタン酸窒化物（例えばＴｉＯｘＮ１－ｘ）、ジルコニウム酸化物（例えばＺｒＯ２）、ジルコニウム窒化物（例えばＺｒＮ）、ジルコニウム酸窒化物（例えばＺｒＯｘＮ１－ｘ）、ジルコニウム弗化物（例えばＺｒＦ４）、タンタル酸化物（例えばＴａ２Ｏ５）、タンタル窒化物（例えばＴａ３Ｎ５）、タンタル酸窒化物（例えばＴａＯｘＮ１－ｘ）、ハフニウム酸化物（例えばＨｆＯ２）、ハフニウム窒化物（例えばＨｆＮ）、ハフニウム酸窒化物（例えばＨｆＯｘＮ１－ｘ）、ハフニウム弗化物（例えばＨｆＦ４）、アルミ酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３）、アルミ窒化物（例えばＡｌＮ）、アルミ酸窒化物（例えばＡｌＯｘＮ１－ｘ）、マグネシウム弗化物（例えばＭｇＦ２）、マグネシウム酸化物（例えばＭｇＯ）、マグネシウム窒化物（例えばＭｇ３Ｎ２）、マグネシウム酸窒化物（例えばＭｇＯｘＮ１－ｘ）、カルシウム弗化物（例えばＣａＦ２）、バリウム弗化物（例えばＢａＦ２）、セリウム弗化物（例えばＣｅＦ３）、アンチモン酸化物（例えばＳｂ２Ｏ３）、ビスマス酸化物（例えばＢｉ２Ｏ３）、ガドリニウム酸化物（例えばＧｄ２Ｏ３）のうち少なくとも１つからなることができる。これらの材料を利用して、破断面２７、２９にも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。この調整された反射率により、第２の誘電体多層膜（Ｃ－側）４３ｂの反射率が、第１の誘電体多層膜（Ｃ＋側）４３ａの反射率より小さいとき、素子寿命に関して、端面上の誘電体多層膜に起因して第２の端面から進行する結晶品質の悪化を伴った素子劣化が低減される。
　図２の（ｂ）部に示されるように、活性層２５からのレーザ光Ｌは六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に偏光している。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１において、低しきい値電流を実現できるバンド遷移は偏光性を有する光を発生できる。レーザ共振器のための第１及び第２の割断面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なる。しかしながら、第１及び第２の割断面２７、２９は共振器のための、ミラーとしての平坦性、垂直性を有する。これ故に、第１及び第２の割断面２７、２９とこれらの割断面２７、２９間に延在するレーザ導波路とを用いて、図２の（ｂ）部に示されるように、ｃ軸を主面に投影した方向に偏光する遷移による発光Ｉ２よりも強い遷移による発光Ｉ１を利用して低しきい値のレーザ発振が可能になる。
　III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１及び第２の割断面２７、２９の各々には、支持基体１７の端面１７ｃ及び半導体領域１９の端面１９ｃが現れており、端面１７ｃ及び端面１９ｃは誘電体多層膜４３ａで覆われている。支持基体１７の端面１７ｃ及び活性層２５における端面２５ｃの法線ベクトルＮＡと活性層２５のｍ軸ベクトルＭＡとの成す角度ＢＥＴＡは、III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面Ｓ１において規定される成分（ＢＥＴＡ）１と、第１平面Ｓ１及び法線軸ＮＸに直交する第２平面Ｓ２において規定される成分（ＢＥＴＡ）２とによって規定される。成分（ＢＥＴＡ）１は、III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面Ｓ１において（ＡＬＰＨＡ－４）度以上（ＡＬＰＨＡ＋４）度以下の範囲であることが良い。この角度範囲は、図３において、代表的なｍ面ＳＭと参照面ＦＡとの成す角度として示されている。代表的なｍ面ＳＭが、理解を容易にするために、図３において、レーザ構造体の内側から外側にわたって描かれている。参照面ＦＡは、活性層２５の端面２５ｃに沿って延在する。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｃ軸及びｍ軸の一方から他方に取られる角度ＢＥＴＡに関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。また、成分（ＢＥＴＡ）２は第２平面Ｓ２において－４度以上＋４度以下の範囲であることが良い。ここで、ＢＥＴＡ２＝（ＢＥＴＡ）１ ２＋（ＢＥＴＡ）２ ２である。このとき、III族窒化物半導体レーザ素子１１の端面２７、２９は、半極性面１７ａの法線軸ＮＸに垂直な面において規定される角度に関して上記の垂直性を満たす。
　再び図１を参照すると、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１７の厚さＤＳＵＢは４００μｍ以下であることが良い。このIII族窒化物半導体レーザ素子では、レーザ共振器のための良質な割断面を得るために良い。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１７の厚さＤＳＵＢは５０μｍ以上１００μｍ以下であることが更に良い。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ共振器のための良質な割断面を得るために更に良い。また、ハンドリングが容易になり、生産歩留まりを向上させることができる。
　III族窒化物半導体レーザ素子１１では、法線軸ＮＸと六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは４５度以上であることが良好であり、また８０度以下であることが良い。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが良く、また１３５度以下であることが良い。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面がｍ面からなる可能性が高くなる。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。
　III族窒化物半導体レーザ素子１１では、破断面の形成の観点から、更に良好にするには、法線軸ＮＸと六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは６３度以上であることが良く、また８０度以下であることが良い。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが良く、また１１７度以下であることが良い。６３度未満及び１１７度を越える角度では、押圧により形成される端面の一部に、ｍ面が出現する可能性がある。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。
　III族窒化物半導体レーザ素子１１では、III族窒化物半導体のｃ軸が窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜するとき、実用的な面方位及び角度範囲は、少なくとも以下の面方位及び角度範囲を含む。例えば、支持基体１７の主面１７ａが、｛１０－１１｝面、｛２０－２１｝面、｛２０－２－１｝面、｛１０－１－１｝面のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜することができる。また、支持基体１７の主面１７ａが、｛１０－１１｝面、｛２０－２１｝面、｛２０－２－１｝面、｛１０－１－１｝面のいずれかの面であることができる。
　III族窒化物半導体レーザ素子１１では、III族窒化物半導体のｃ軸が窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜するとき、実用的な面方位及び角度範囲は、少なくとも以下の面方位及び角度範囲を含む。支持基体１７の主面１７ａが｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、｛１１－２－２｝面のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜することができる。また、支持基体１７の主面１７ａが、｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、｛１１－２－２｝面のいずれかの面であることができる。
　これら典型的な半極性面１７ａにおいて、当該III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性を有する第１及び第２の端面２６、２８を提供できる。これらの典型的な面方位にわたる角度の範囲において、十分な平坦性及び垂直性を示す端面が得られる。第２の誘電体多層膜（Ｃ－側）４３ｂの厚さが第１の誘電体多層膜（Ｃ＋側）４３ａの厚さより薄いとき、誘電体多層膜に起因する素子寿命の劣化が避けられる。また、第２の誘電体多層膜（Ｃ－側）４３ｂの反射率が第１の誘電体多層膜（Ｃ＋側）４３ａの反射率より小さいとき、誘電体多層膜に起因する素子寿命の劣化が避けられる。
　支持基体１７は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、共振器として利用可能な割断面２７、２９を得ることができる。
　支持基体１７はＧａＮであることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ＧａＮ主面を用いたレーザ構造体の実現により、例えば上記の波長範囲（青色から緑色までの波長範囲）における発光を実現できる。また、ＡｌＮ又はＡｌＧａＮ基板を用いるとき、偏光度を大きくでき、また低屈折率により光閉じ込めを強化できる。ＩｎＧａＮ基板を用いるとき、基板と発光層との格子不整合率を小さくでき、結晶品質を向上できる。また、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１７の積層欠陥密度は１×１０４ｃｍ－１以下であることができる。積層欠陥密度が１×１０４ｃｍ－１以下であるので、偶発的な事情により割断面の平坦性及び／又は垂直性が乱れる可能性が低い。
　図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図５の（ａ）部を参照すると、基板５１が示されている。本実施例では、基板５１のｃ軸がｍ軸の方向に傾斜しているけれども、本作製方法は、ａ軸の方向にｃ軸が傾斜した基板５１にも適用可能である。工程Ｓ１０１では、III族窒化物半導体レーザ素子の作製のための基板５１を準備する。基板５１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸（ベクトルＶＣ）は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸方向（ベクトルＶＭ）の方向に法線軸ＮＸに対して有限な角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。これ故に、基板５１は、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面５１ａを有する。
　工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図５の（ａ）部では、基板生産物ＳＰはほぼ円板形の部材として描かれているけれども、基板生産物ＳＰの形状はこれに限定されるものではない。基板生産物ＳＰを得るために、まず、工程Ｓ１０３では、レーザ構造体５５を形成する。レーザ構造体５５は、半導体領域５３及び基板５１を含んでおり、工程Ｓ１０３では、半導体領域５３は半極性主面５１ａ上に形成される。半導体領域５３を形成するために、半極性主面５１ａ上に、第１導電型の窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１を順に成長する。窒化ガリウム系半導体領域５７は例えばｎ型クラッド層を含み、窒化ガリウム系半導体領域６１は例えばｐ型クラッド層を含むことができる。発光層５９は窒化ガリウム系半導体領域５７と窒化ガリウム系半導体領域６１との間に設けられ、また活性層、光ガイド層及び電子ブロック層等を含むことができる。窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１は、半極性主面５１ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。これらの半導体層は主面５１ａ上にエピタキシャル成長される。半導体領域５３上は、絶縁膜５４で覆われている。絶縁膜５４は例えばシリコン酸化物からなる。絶縁膜５４の開口５４ａを有する。開口５４ａは例えばストライプ形状を成す。図５の（ａ）部を参照すると、導波路ベクトルＷＶが描かれており、本実施例では、このベクトルＷＶはｍ－ｎ面に平行に延在する。必要な場合には、絶縁膜５４の形成に先立って、半導体領域５３にリッジ構造を形成しても良い。このリッジ構造は、リッジ形状に加工された窒化ガリウム系半導体領域６１を含むことができる。
　工程Ｓ１０４では、レーザ構造体５５上に、アノード電極５８ａ及びカソード電極５８ｂが形成される。また、基板５１の裏面に電極を形成する前に、結晶成長に用いた基板の裏面を研磨して、所望の厚さＤＳＵＢの基板生産物ＳＰを形成する。電極の形成では、例えばアノード電極５８ａが半導体領域５３上に形成されると共に、カソード電極５８ｂが基板５１の裏面（研磨面）５１ｂ上に形成される。アノード電極５８ａはＸ軸方向に延在し、カソード電極５８ｂは裏面５１ｂの全面を覆っている。これらの工程により、基板生産物ＳＰが形成される。基板生産物ＳＰは、第１の面６３ａと、これに反対側に位置する第２の面６３ｂとを含む。半導体領域５３は第１の面６３ａと基板５１との間に位置する。
　次いで、工程Ｓ１０５では、レーザ共振器のための端面を形成する。本実施例では、基板生産物ＳＰからレーザバーを作製する。レーザバーは、誘電体多層膜を形成可能な一対の端面を有する。引き続き、レーザバー及び端面の作製の一例を説明する。
　工程Ｓ１０６では、図５の（ｂ）部に示されるように、基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブする。このスクライブは、レーザスクライバ１０ａを用いて行われる。スクライブによりスクライブ溝６５ａが形成される。図５の（ｂ）部では、５つのスクライブ溝が既に形成されており、レーザビームＬＢを用いてスクライブ溝６５ｂの形成が進められている。スクライブ溝６５ａの長さは、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ－ｎ面と第１の面６３ａとの交差線ＡＩＳの長さよりも短く、交差線ＡＩＳの一部分にレーザビームＬＢの照射が行われる。レーザビームＬＢの照射により、特定の方向に延在し半導体領域に到達する溝が第１の面６３ａに形成される。スクライブ溝６５ａは例えば基板生産物ＳＰの一エッジに形成されることができる。
　工程Ｓ１０７では、図５の（ｃ）部に示されるように、基板生産物ＳＰの第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰの分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。押圧は、例えばブレード６９といったブレイキング装置を用いて行われる。ブレード６９は、一方向に延在するエッジ６９ａと、エッジ６９ａを規定する少なくとも２つのブレード面６９ｂ、６９ｃを含む。また、基板生産物ＳＰ１の押圧は支持装置７１上において行われる。支持装置７１は、支持面７１ａと凹部７１ｂとを含み、凹部７１ｂは一方向に延在する。凹部７１ｂは、支持面７１ａに形成されている。基板生産物ＳＰ１のスクライブ溝６５ａの向き及び位置を支持装置７１の凹部７１ｂの延在方向に合わせて、基板生産物ＳＰ１を支持装置７１上において凹部７１ｂに位置決めする。凹部７１ｂの延在方向にブレイキング装置のエッジの向きを合わせて、第２の面６３ｂに交差する方向からブレイキング装置のエッジを基板生産物ＳＰ１に押し当てる。交差方向は第２の面６３ｂにほぼ垂直方向であることが良い。これによって、基板生産物ＳＰの分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。押し当てにより、第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂを有するレーザバーＬＢ１が形成され、これらの端面６７ａ、６７ｂでは、少なくとも発光層の一部は半導体レーザの共振ミラーに適用可能な程度の垂直性及び平坦性を有する。
　形成されたレーザバーＬＢ１は、上記の分離により形成された第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂを有し、端面６７ａ、６７ｂの各々は、第１の面６３ａから第２の面６３ｂにまで延在する。これ故に、端面６７ａ、６７ｂは、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、ＸＺ面に交差する。このＸＺ面は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ－ｎ面に対応する。レーザバーＬＢ０、ＬＢ１の各々に、導波路ベクトルＷＶが示されている。導波路ベクトルＷＶは、端面６７ａから端面６７ｂへの方向に向いている。図５の（ｃ）部において、レーザバーＬＢ０は、ｃ軸ベクトルＶＣの向きを示すために一部破断して示されている。導波路ベクトルＷＶはｃ軸ベクトルＶＣと鋭角を成す。
　この方法によれば、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブした後に、基板生産物ＳＰの第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰの分離を行って、新たな基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。これ故に、ｍ－ｎ面に交差するように、レーザバーＬＢ１に第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂが形成される。この端面形成によれば、第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂに当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性が提供される。形成されたレーザ導波路は、六方晶系III族窒化物のｃ軸の傾斜の方向に延在している。この方法では、このレーザ導波路を提供できる共振器ミラー端面を形成している。
　この方法によれば、基板生産物ＳＰ１の割断により、新たな基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１が形成される。工程Ｓ１０８では、押圧による分離を繰り返して、多数のレーザバーを作製する。この割断は、レーザバーＬＢ１の割断線ＢＲＥＡＫに比べて短いスクライブ溝６５ａを用いて引き起こされる。
　工程Ｓ１０９では、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂに誘電体多層膜を形成して、レーザバー生産物を形成する。この工程は、例えば以下のように行われる。工程Ｓ１１０では、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂの面方位を判別する。判別のために、例えばｃ＋軸ベクトルの向きを調べることができる。或いは、判別のために、端面６７ａ、６７ｂの作製の際に、端面６７ａ、６７ｂとｃ＋軸ベクトルの向きとを関連づける、例えば以下のような処理及び／又は操作を行うことができる：ｃ＋軸ベクトルの向きを示すマークをレーザバー上に作製する；及び／又は、作製されたレーザバーをｃ＋軸ベクトルの向きを表すように配置する。判別後において、レーザバーＬＢ１において、第２の端面６７ｂの法線ベクトルとｃ＋軸ベクトルとの成す角は、第１の端面６７ａの法線ベクトルとｃ＋軸ベクトルとの成す角よりも大きい。
　判別の後に、工程Ｓ１１１では、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂに誘電体多層膜を形成する。この方法によれば、レーザバーＬＢ１において、ｃ＋軸ベクトルと鋭角を成す導波路ベクトルＷＶの向きは第２の端面６７ａから第１の端面６７ｂへの方向に対応する。このレーザバー生産物において、第２の端面６７ａ上の第２の誘電体多層膜（Ｃ－）の厚さＤＲＥＦ２を第１の端面６７ｂ上の第１の誘電体多層膜（Ｃ＋）の厚さＤＲＥＦ１より薄く形成するので、端面上の誘電体多層膜に起因して第２の端面から進行する結晶品質の悪化を伴った素子劣化を低減して、素子寿命の低下を避けることができる。フロント側の第２の誘電体多層膜（Ｃ－）の厚さが、リア側の第１の誘電体多層膜（Ｃ＋）の厚さより薄いとき、第２の端面上の第２の誘電体多層膜はフロント側になり、このフロント側からレーザ光は出射される。第１の端面上の第１の誘電体多層膜はリア側になり、このリア側でレーザ光の大部分は反射される。
　工程Ｓ１１２では、このレーザバー生産物を個々の半導体レーザのチップに分離する。
　本実施の形態に係る製造方法では、角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲であることができる。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面がｍ面からなる可能性が高くなる。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。更に良くするには、角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面の一部に、ｍ面が形成される可能性がある。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。半極性主面５１ａは、｛２０－２１｝面、｛１０－１１｝面、｛２０－２－１｝面、及び｛１０－１－１｝面のいずれかの面であることができ、或いは、ｃ軸がａ軸の方向に傾斜するとき｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、｛１１－２－２｝面のいずれかの面であることができる。更に、これらの面から－４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面も上記の主面として良い。これら典型的な半極性面において、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性でレーザ共振器のための端面を提供できる。
　また、基板５１は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、レーザ共振器として利用可能な端面を得ることができる。基板５１はＧａＮからなることが良い。
　基板生産物ＳＰを形成する工程Ｓ１０６において、結晶成長に使用された半導体基板は、基板厚が４００μｍ以下になるようにスライス又は研削といった加工が施され、第２の面６３ｂは、研磨により形成された加工面であることができる。この基板厚では、割断を使用するとき、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性、垂直性を歩留まりよく得られる。また、割断を使用するとき、イオンダメージの無い端面６７ａ、６７ｂを形成できる。第２の面６３ｂが研磨により形成された研磨面であり、研磨されて基板厚が１００μｍ以下であれば更に良い。また、基板生産物ＳＰの取り扱いを容易にするためには、基板厚が５０μｍ以上であることが良い。割断を使用しないときは、端面６７ａ、６７ｂは、例えばエッチングにより形成されたエッチング面であることができる。エッチング面には発光層の端面が現れている。
　本実施の形態に係るレーザ端面の製造方法では、レーザバーＬＢ１においても、図２を参照しながら説明された角度ＢＥＴＡが規定される。レーザバーＬＢ１では、角度ＢＥＴＡの成分（ＢＥＴＡ）１は、III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面（図２を参照した説明における第１平面Ｓ１に対応する面）において（ＡＬＰＨＡ－４）度以上（ＡＬＰＨＡ＋４）度以下の範囲であることが良い。レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂは、ｃ軸及びｍ軸の一方から他方に取られる角度ＢＥＴＡの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。また、角度ＢＥＴＡの成分（ＢＥＴＡ）２は、第２平面（図２に示された第２平面Ｓ２に対応する面）において－４度以上＋４度以下の範囲であることが良い。このとき、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂは、半極性面５１ａの法線軸ＮＸに垂直な面において規定される角度ＢＥＴＡの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。
　端面６７ａ、６７ｂは、半極性面５１ａ上にエピタキシャルに成長された複数の窒化ガリウム系半導体層への押圧によるブレイクによって形成される。半極性面５１ａ上へのエピタキシャル膜であるが故に、端面６７ａ、６７ｂは、これまで共振器ミラーとして用いられてきたｃ面、ｍ面、又はａ面といった低面指数のへき開面ではない。しかしながら、半極性面５１ａ上へのエピタキシャル膜の積層のブレイクにおいて、端面６７ａ、６７ｂは、共振器ミラーとして適用可能な平坦性及び垂直性を有する。
　（実施例１）
以下の通り、レーザダイオードを有機金属気相成長法により成長した。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。基板７１として、｛２０－２１｝ＧａＮ基板を準備した。このＧａＮ基板は、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴットからｍ軸方向に７５度の範囲の角度でウエハスライス装置を用いて切り出して作製された。
　この基板を反応炉内のサセプタ上に配置した後に、図７及び図８に示されるレーザ構造体のためのエピタキシャル層を以下の成長手順で成長した。基板７１を成長炉に配置した後に、まず、基板７１上にｎ型ＧａＮ層（厚さ：１０００ｎｍ）７２を成長した。次に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（厚さ：１２００ｎｍ）７３をｎ型ＧａＮ層７２上に成長した。引き続き、発光層を作製した。まず、ｎ型ＧａＮガイド層（厚さ：２００ｎｍ）７４ａ及びアンドープＩｎＧａＮガイド層（厚さ：６５ｎｍ）７４ｂをｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７３上に成長した。次いで、活性層７５を成長した。この活性層７５は、ＧａＮ（厚さ：１５ｎｍ）／ＩｎＧａＮ（厚さ：３ｎｍ）から構成される２周期の多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する。この後に、アンドープＩｎＧａＮガイド層（厚さ：６５ｎｍ）７６ａ、ｐ型ＡｌＧａＮブロック層（厚さ：２０ｎｍ）７６ｄ、ｐ型ＩｎＧａＮガイド層（厚さ：５０ｎｍ）７６ｂ及びｐ型ＧａＮガイド層（厚さ２００ｎｍ）７６ｃを活性層７５上に成長した。次に、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（厚さ：４００ｎｍ）７７を発光層上に成長した。最後に、ｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ：５０ｎｍ）７８をｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７上に成長した。
　このエピタキシャル基板を用いて、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によりインデックスガイド型レーザを作製した。まず、フォトリソグラフィを用いてストライプ状マスクを形成した。マスクは、ｃ軸を主面に投影した方向に延在する。このマスクを用いてドライエッチングを行い、２μｍ幅のストライプ状リッジ構造を作製した。ドライエッチングには、例えば塩素ガス（Ｃｌ２）を用いた。ストライプ状の開口を有する絶縁膜７９をリッジ構造の表面に形成した。絶縁膜７９としては例えば真空蒸着法により形成したＳｉＯ２を用いた。絶縁膜７９を形成した後、ｐ側電極８０ａ及びｎ側電極８０ｂを作製して基板生産物を作製した。ｐ側電極８０ａを真空蒸着法によって作製した。ｐ側電極８０ａは例えばＮｉ／Ａｕであった。このエピタキシャル基板の裏面を研磨して、１００μｍまで薄くした。裏面の研磨は、ダイヤモンドスラリーを用いて行われた。研磨面には、ｎ側電極８０ｂを蒸着により形成した。ｎ側電極８０ｂはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成った。
　この基板生産物からスクライブによってレーザバーを作製するために、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを照射可能なレーザスクライバを用いた。スクライブ溝の形成条件として以下のものを用いた。
レーザ光出力１００ｍＷ。
走査速度５ｍｍ／秒。
形成されたスクライブ溝は、例えば、長さ３０μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝であった。８００μｍピッチで基板の絶縁膜開口箇所を通してエピ表面に直接レーザ光を照射することによって、スクライブ溝を形成した。共振器長は６００μｍとした。ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。基板生産物の裏面の押圧によりブレイクすることによって、レーザバーを作製した。
　図６は、結晶格子における｛２０－２１｝面を示すと共に、共振器端面の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。より具体的に、｛２０－２１｝面のＧａＮ基板について、結晶方位と割断面との関係を示したものが、図６の（ｂ）部と図６の（ｃ）部である。図６の（ｂ）部はレーザストライプを＜１１－２０＞方向に設けた端面の面方位を示しており、従来の窒化物半導体レーザの共振器端面として用いられてきたｍ面又はｃ面で示される劈開面を端面８１ｄ又はｃ面８１として示してある。図６の（ｃ）部はレーザストライプをｃ軸を主面に投影した方向（以降、Ｍ方向と呼ぶ）に設けた端面の面方位を示しており、半極性面７１ａと共にレーザ共振器のための端面８１ａ、８１ｂが示される。端面８１ａ、８１ｂは半極性面７１ａにほぼ直交しているが、従来のｃ面、ｍ面又はａ面等のこれまでのへき開面とは異なる。
　本実施例における｛２０－２１｝面ＧａＮ基板上のレーザダイオードでは、共振器のための端面は、極性を有する方向（例えばｃ＋軸ベクトルの方向）に対して傾斜するので、これらの端面の結晶面の化学的性質は等価ではない。引き続く説明では、＋ｃ面に近い端面８１ａを｛－１０１７｝端面として参照すると共に、－ｃ面に近い端面８１ｂを｛１０－１－７｝端面として参照する。また、これらの端面の法線ベクトルとして、ほぼ法線ベクトルとなる＜－１０１４＞および＜１０－１－４＞方向を便宜的に使用する。
　レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜８２ａ、８２ｂをコーティングした。誘電体多層膜は、互いに屈折率の異なる２層、例えばＳｉＯ２とＴｉＯ２を交互に積層して構成した。膜厚はそれぞれ、５０～１００ｎｍの範囲で調整して、反射率の中心波長が５００～５３０ｎｍの範囲になるように設計した。同一ウエハを事前に３分割し、以下の３試料を作製した。
デバイスＡ。
｛１０－１－７｝端面上に反射膜（４周期、反射率６０％）を形成した。｛１０－１－７｝端面を光出射面（フロント）とする。
｛－１０１７｝端面上に反射膜を（１０周期、反射率９５％）を形成した。｛－１０１７｝端面を反射面（リア）とする。
デバイスＢ。
｛１０－１－７｝端面上に反射膜（１０周期、反射率９５％）を形成した。｛１０－１－７｝端面を反射面（リア）とする。
｛－１０１７｝端面上に反射膜を（４周期、反射率６０％）を形成した。｛－１０１７｝端面を光出射面（フロント）とする。
デバイスＣ。
結晶面を考慮しないで（バーにより混ざった状態で）光出射面（フロント）反射面（リア）を形成。反射膜の膜厚は上記と同様にした。
　これらのレーザ素子をＴＯヘッダーに実装した後、この実装デバイスに通電を行って素子寿命の評価を行った。電源にはＤＣ電源を用いた。作製されたレーザダイオードのうち、発振波長が５２０～５３０ｎｍのものの素子寿命を評価した。光出力測定の際には、レーザ素子の端面からの発光をフォトダイオードによって検出した。測定中において、雰囲気温度を摂氏２７度に設定した。電流一定の条件下で光出力をモニターして、レーザダイオードの寿命測定を行った。光出力の初期値が１０ｍＷになるように電流値を調整した。初期設定における電流値は、レーザダイオード毎に異なりばらついていたけれども、およそ８０～１５０ｍＡの範囲の電流であった。光出力が初期値の半分になったときの経過時間を素子寿命と定義した。測定は最大５００時間まで行った。
　デバイスＡ～Ｃの素子寿命を以下に示す（単位：hour）。
デバイス種、デバイスＡ、デバイスＢ、デバイス試料Ｃ。
ＳＵＢ１　：＞500、　　　362、　　　　346。
ＳＵＢ２　：＞500、　　　366、　　　　368。
ＳＵＢ３　：＞500、　　　242、　　　＞500。
ＳＵＢ４　：＞500、　　　340、　　　＞500。
ＳＵＢ５　：＞500、　　　348、　　　　346。
ＳＵＢ６　：＞500、　　　312、　　　　274。
ＳＵＢ７　：＞500、　　　198、　　　＞500。
ＳＵＢ８　：＞500、　　　326、　　　＞500。
ＳＵＢ９　：＞500、　　　256、　　　　172。
ＳＵＢ１０：＞500、　　　242、　　　　500。
　上記結果から、デバイス毎の素子寿命の平均値を算出すると、以下の結果が得られた。
デバイスＡ：＞５００ｈ（寿命５００時間を超える）。
デバイスＢ：　２９９ｈ（平均寿命２９９時間）。
デバイスＣ：＞４００ｈ（寿命４００時間を超える）。
　上記の結果は、同一のエピタキシャル基板から作製されたレーザダイオードチップにおいて、結晶面と反射膜総数との関係を考慮することによって、良好な素子寿命を得ることを示している。反射膜層数が増加するのに伴って、膜応力が増加するので、デバイスＢのように化学的性質の弱い｛１０－１－７｝面側の膜総数が多いときに結晶品質が悪化して素子劣化が進行し易いと考えられる。劣化の度合いは、動作電流が高いほど、また動作電圧が高いほど速い。このことから、素子の発熱が大きいほど、素子からの放熱が小さいほど、劣化の度合いが早い。
　レーザバーの端面における極性（ｃ軸がどちらを向くかという面方位）の判別は、例えば以下のように行われることができる：導波路に平行な面を集束イオンビーム（ＦＩＢ）法で切り出して透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）法の観察において、収束電子線回折（ＣＢＥＤ）評価によって調べることができる。膜総数は、透過型電子顕微鏡によって誘電体多層膜の部位を観察することによって調べることができる。素子劣化の原因は、反射膜に接する高Ｉｎ組成の井戸層の結晶品質が劣化していると推測される。この劣化を抑制して、長寿命な素子を得るためには、－ｃ面に近い端面の反射膜厚を薄くして、＋ｃ面に近い端面の反射膜厚を厚くすることが良い。
　作製したレーザの基本特性を評価するために、通電による評価を室温にて行った。電源には、パルス幅５００ｎｓ、デューティ比０．１％のパルス電源を用いて行った。光出力測定の際には、レーザ端面からの発光をフォトダイオードによって検出して、電流－光出力特性（Ｉ－Ｌ特性）を調べた。発光波長を測定する際には、レーザ端面からの発光を光ファイバに通し、検出器にスペクトルアナライザを用いてスペクトル測定を行った。偏光状態を調べる際には、レーザからの発光を偏光板を通して観測すると共に偏光板を回転させることで、レーザ光の偏光状態を調べた。ＬＥＤモード光を観測する際には、光ファイバをレーザの上面側に配置して、レーザ素子の上面から放出される光を測定した。
　全てのレーザで発振後の偏光状態を確認した結果、ａ軸方向に偏光していることがわかった。発振波長は５００～５３０ｎｍであった。
　全てのレーザでＬＥＤモード（自然放出光）の偏光状態を測定した。ａ軸の方向の偏光成分をＩ１、ｍ軸を主面に投影した方向の偏光成分をＩ２とし、（Ｉ１－Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）を偏光度ρと定義した。こうして、求めた偏光度ρとしきい値電流密度の最小値の関係を調べた結果、図９が得られた。図９から、偏光度が正の場合に、レーザストライプＭ方向のレーザでは、しきい値電流密度が大きく低下することがわかる。すなわち、偏光度が正（Ｉ１＞Ｉ２）で、かつオフ方向に導波路を設けた場合に、しきい値電流密度が大幅に低下することがわかる。図９に示されたデータは以下のものである。
　　　　　しきい値電流、　　　　しきい値電流。
偏光度、（Ｍ方向ストライプ）、（＜１１－２０＞ストライプ）。
0.08、　　64、　　　　　　　　　　20。
0.05、　　18、　　　　　　　　　　42。
0.15、　　9、　　　　　　　　　　48。
0.276、　　7、　　　　　　　　　　52。
0.4、　　　6。
　ＧａＮ基板のｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角と発振歩留まりとの関係を調べた結果、図１０が得られた。本実施例では、発振歩留まりについては、（発振チップ数）／（測定チップ数）と定義した。また、図１０は、基板の積層欠陥密度が１×１０４（ｃｍ－１）以下の基板であり且つＭ方向のレーザストライプを含むレーザにおける測定値をプロットしたものである。図１０から、オフ角が４５度以下では、発振歩留まりが極めて低いことがわかる。端面状態を光学顕微鏡で観察した結果、４５度より小さい角度では、ほとんどのチップでｍ面が出現し、垂直性が得られないことがわかった。また、オフ角が６３度以上８０度以下の範囲では、垂直性が向上し、発振歩留まりが５０％以上に増加することがわかる。これらの事実から、ＧａＮ基板のオフ角度の範囲は、６３度以上８０度以下が最適である。なお、この結晶的に等価な端面を有することになる角度範囲である、１００度以上１１７度以下の範囲でも、同様の結果が得られる。
図１０に示されたデータは以下のものである。
傾斜角、歩留まり。
10、　　　0.1。
43、　　　0.2。
58、　　　50。
63、　　　65。
66、　　　80。
71、　　　85。
75、　　　80。
79、　　　75。
85、　　　45。
90、　　　35。
　（実施例２）
窒化ガリウムの基板主面の面指数と基板主面に垂直かつｃ軸を主面に投影した方向にほぼ垂直な面指数は、以下に示す。角度の単位は「度」である。
主面面指数、(0001)と成す角、主面に垂直な
　　　　　　　　　　　　　　第１の端面の面指数、主面と成す角。
(0001)：　　0.00、　　　　(-1010)、　　　　　　90.00　；図１１の（ａ）部。
(10-17)：　　15.01、　　　　(-2021)、　　　　　90.10　；図１１の（ｂ）部。
(10-12)：　　43.19、　　　　(-4047)、　　　　　90.20　；図１２の（ａ）部。
(10-11)：　　61.96、　　　　(-2027)、　　　　　90.17　；図１２の（ｂ）部。
(20-21)：　　75.09、　　　　(-1017)、　　　　　90.10　；図１３の（ａ）部。
(10-10)：　　90.00、　　　　(0001)、　　　　　90.00　；図１３の（ｂ）部。
(20-2-1)：　104.91、　　　　(10-17)、　　　　89.90　；図１４の（ａ）部。
(10-1-1)：　118.04、　　　　(20-27)、　　　　89.83　；図１４の（ｂ）部。
(10-1-2)：　136.81、　　　　(40-47)、　　　　89.80　；図１５の（ａ）部。
(10-1-7)：　164.99、　　　　(20-21)、　　　　89.90　；図１５の（ｂ）部。
(000-1)：　180.00、　　　　(10-10)、　　　　90.00　；図１６。
図１１～図１６は、主面に垂直な光共振器としての端面となり得る面指数の結晶表面における原子配列を模式的に示す図面である。図１１の（ａ）部を参照すると、（０００１）面主面に垂直な（－１０１０）面及び（１０－１０）面の原子配列が模式的に示されている。図１１の（ｂ）部を参照すると、（１０－１７）面主面に垂直な（－２０２１）面及び（２０－２－１）面の原子配列が模式的に示されている。図１２の（ａ）部を参照すると、（１０－１２）面主面に垂直な（－４０４７）面及び（４０－４－７）面の原子配列が模式的に示されている。図１２の（ｂ）部を参照すると、（１０－１１）面主面に垂直な（－２０２７）面及び（２０－２－７）面の原子配列が示されている。図１３の（ａ）部を参照すると、（２０－２１）面主面に垂直な（－１０１７）面及び（１０－１－７）面の原子配列が模式的に示されている。図１３の（ｂ）部を参照すると、（１０－１０）面主面に垂直な（０００１）面及び（０００－１）面の原子配列が模式的に示されている。図１４の（ａ）部を参照すると、（２０－２－１）面主面に垂直な（１０－１７）面及び（－１０１－７）面の原子配列が示されている。図１４の（ｂ）部を参照すると、（１０－１－１）面主面に垂直な（２０－２７）面及び（－２０２－７）面の原子配列が示されている。図１５の（ａ）部を参照すると、（１０－１－２）面主面に垂直な（４０－４７）面及び（－４０４－７）面の原子配列が模式的に示されている。図１５の（ｂ）部を参照すると、（１０－１－７）面主面に垂直な（２０－２１）面及び（－２０２－１）面の原子配列が示されている。図１６を参照すると、（０００－１）面主面に垂直な（１０－１０）面及び（－１０１０）面の原子配列が模式的に示されている。これらの図中では、黒丸が窒素原子を、白丸がIII族原子を示している。
　図１１～図１６を参照すると、ｃ面から比較的小さいオフ角の面であっても構成原子の表面配列が変化し、表面の様子が大きく変化することが理解される。例えば、図１１の（ｂ）部では、基板主面が（１０－１７）の場合であり、（０００１）面と成す角度は約１５度である。このときの第１の端面は（－２０２１）、第２の端面は（２０－２－１）であり、この２つの結晶面は最表面における構成元素の種類及び結晶と結合するボンド数及び角度が大きく異なるので、化学的性質が大きく異なる。従来、窒化物半導体レーザに広く用いられてきたような基板主面が（０００１）面であるときには、図１１の（ａ）部に示すように、共振器のための端面は（１０－１０）面と（－１０１０）面であり、この２つの結晶面は最表面における構成元素の種類及び結晶と結合するボンド数及び角度が同一であるので、化学的性質が同一である。基板主面が（０００１）面から傾斜角度が大きくなるにつれて、端面の表面における構成元素の種類および結晶との結合するボンド数及び角度が大きく変化することが示される。このことから、基板主面が（０００１）面であるレーザダイオードでは、端面コートの特性に特段に注意をはらわなくても良好なレーザ素子を作製することが可能であるけれども、基板主面が半極性面であるレーザダイオードでは、端面コートの形成において端面の面方位を必ず統一することで、デバイス特性の改善を図れる。
　発明者らの知見によれば、表面の構成元素において、結晶と３本のボントで結合する窒素原子の数が、連続で２箇所以上配置する割合が高まると、端面コート膜との反応が促進されると推測される。例えば、図１３の（ａ）部では、基板主面が（２０－２１）面の場合であり、（０００１）面と成す角度は約７５度である。このときの第１の端面は（－１０１７）面、第２の端面は（１０－１－７）面であり、（１０－１－７）面には、結晶と３本のボンドで結合する窒素原子の数が連続で３箇所配置している。従って、端面コート膜との反応が促進され易い。このとき、ＧａＮ基板の＜０００１＞軸の方向を示すｃ＋軸ベクトルは、ＧａＮ基板の主面の法線軸の方向を示す法線ベクトルに対してＧａＮ基板のｍ軸及びａ軸のいずれかの結晶軸の方向に約４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲の角度で傾斜している。
　このレーザダイオードにおいて、ｃ＋軸ベクトルと鋭角を成す導波路ベクトルＷＶは、第２の端面（例えば図１の端面２８）から第１の端面（例えば図１の端面２６）への方向を向くとき、第２の端面（Ｃ－側）上の第２の誘電体多層膜の厚さが、第１の端面（Ｃ＋側）上の第１の誘電体多層膜の厚さより薄いので、第２の誘電体多層膜はフロント側にあり、このフロント側からレーザ光は出射される。第１の誘電体多層膜はリア側にあり、このリア側でレーザ光は反射される。フロント側の第２の誘電体多層膜（Ｃ－膜）の厚さが、リア側の第１の誘電体多層膜（Ｃ＋膜）の厚さより薄いとき、端面上の誘電体多層膜に起因して第２の端面から進行する結晶品質の悪化を伴った素子劣化を低減して、素子寿命の低下を避けることができる。
　上記の実施例を含めた様々な実験によって、角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲であることができる。発振チップ歩留及び素子寿命を向上させるためには、角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。＜０００１＞軸のｍ軸方向への傾斜では、典型的な半極性主面、例えば｛２０－２１｝面、｛１０－１１｝面、｛２０－２－１｝面、及び｛１０－１－１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの半極性面からの微傾斜面であることができる。また、半極性主面は、例えば｛２０－２１｝面、｛１０－１１｝面、｛２０－２－１｝面、及び｛１０－１－１｝面のいずれかの面から、ｍ面方向に－４度以上＋４度以下の範囲でオフした微傾斜面であることができる。＜０００１＞軸のａ軸方向への傾斜では、典型的な半極性主面、例えば｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、｛１１－２－２｝面のいずれかの面であることができる。更に、これらの半極性面からの微傾斜面であることができる。また、半極性主面は、例えば｛１１－２２｝面、｛１１－２１｝面、｛１１－２－１｝面、及び｛１１－２－２｝面のいずれか面からａ面方向に－４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜面であることができる。
　好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、素子寿命の長いIII族窒化物半導体レーザ素子が提供される。また、本実施の形態によれば、素子寿命の長いIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法が提供される。
１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５…電極、１７…支持基体、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…支持基体裏面、１７ｃ…支持基体端面、１９…半導体領域、１９ａ…半導体領域表面、１９ｃ…半導体領域端面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…キャリアブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、ＭＡ…ｍ軸ベクトル、ＢＥＴＡ…角度、ＤＳＵＢ…支持基体厚さ、５１…基板、５１ａ…半極性主面、ＳＰ…基板生産物、５７…窒化ガリウム系半導体領域、５９…発光層、６１…窒化ガリウム系半導体領域、５３…半導体領域、５４…絶縁膜、５４ａ…絶縁膜開口、５５…レーザ構造体、５８ａ…アノード電極、５８ｂ…カソード電極、６３ａ…第１の面、６３ｂ…第２の面、１０ａ…レーザスクライバ、６５ａ…スクライブ溝、６５ｂ…スクライブ溝、ＬＢ…レーザビーム、ＳＰ１…基板生産物、ＬＢ１…レーザバー、６９…ブレード、６９ａ…エッジ、６９ｂ、６９ｃ…ブレード面、７１…支持装置、７１ａ…支持面、７１ｂ…凹部。

Claims (21)

  1. 　III族窒化物半導体レーザ素子であって、
    　III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する支持基体、及び前記支持基体の前記半極性主面上に設けられた半導体領域を含むレーザ構造体と、
    　前記半導体領域の第１及び第２の端面上にそれぞれ設けられ、該III族窒化物半導体レーザ素子の共振器のための第１及び第２の誘電体多層膜と、
    を備え、
    　前記半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、
    　前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記半極性主面の法線軸に沿って配列されており、
    　前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、
    　前記支持基体の前記III族窒化物半導体の＜０００１＞軸の方向を示すｃ＋軸ベクトルは、前記法線軸の方向を示す法線ベクトルに対して前記III族窒化物半導体のｍ軸及びａ軸のいずれかの結晶軸の方向に４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲の角度で傾斜しており、
    　前記第１及び第２の端面は、前記六方晶系III族窒化物半導体の前記結晶軸及び前記法線軸によって規定される基準面に交差し、
    　前記ｃ＋軸ベクトルは、前記第２の端面から前記第１の端面への方向を示す導波路ベクトルと鋭角を成し、
    　前記第２の誘電体多層膜の厚さは、前記第１の誘電体多層膜の厚さより薄い、III族窒化物半導体レーザ素子。
  2. 　前記レーザ構造体は第１及び第２の面を含み、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、
    　前記半導体領域は前記第１の面と前記支持基体との間に位置し、
    　前記第１及び第２の端面の各々は、前記第１の面のエッジから前記第２の面のエッジまで延在する割断面に含まれる、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  3. 　前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜している、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  4. 　前記支持基体の主面が、｛１０－１１｝、｛２０－２１｝、｛２０－２－１｝、及び｛１０－１－１｝のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜する、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  5. 　前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜している、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  6. 　前記支持基体の主面が、｛１１－２２｝、｛１１－２１｝、｛１１－２－１｝、及び｛１１－２－２｝のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜する、請求項１、請求項２又は請求項５に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  7. 　前記活性層は、構成元素としてＩｎを含むと共に歪みを内包する窒化ガリウム系半導体からなる井戸層を含む、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  8. 　前記活性層は、波長４３０ｎｍ～５５０ｎｍの発振光を生成するように設けられる、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  9. 　前記III族窒化物半導体はＧａＮである、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  10. 　前記第１の誘電体多層膜内の誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つからなり、
    　前記第２の誘電体多層膜内の誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つからなる、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
  11. 　III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
    　六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板を準備する工程と、
    　前記半極性主面上に形成された半導体領域と前記基板とを含むレーザ構造体、アノード電極、及びカソード電極を有する基板生産物を形成する工程と、
    　前記基板生産物を形成した後に、第１及び第２の端面を形成する工程と、
    　前記第１及び第２の端面にそれぞれ該窒化物半導体レーザ素子の共振器のための第１及び第２の誘電体多層膜を形成する工程と、
    を備え、
    　前記第１及び第２の端面は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定される基準面に交差し、
    　前記半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、
    　前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記法線軸の方向に配列されており、
    　前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、
    　前記基板の前記半極性主面は、該窒化物半導体の＜０００１＞軸の方向を示すｃ＋軸ベクトルに直交する平面に４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲の角度で交差しており、
    　前記ｃ＋軸ベクトルは、前記第２の端面から前記第１の端面への方向を示す導波路ベクトルと鋭角を成し、
    　前記第２の誘電体多層膜の厚さは、前記第１の誘電体多層膜の厚さより薄い、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  12. 　前記第１及び第２の誘電体多層膜を形成する前に、前記第１及び第２の端面の面方位を判別する工程を更に備える、請求項１１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  13. 　第１及び第２の端面を形成する前記工程は、
    　前記基板生産物の第１の面をスクライブする工程と、
    　前記基板生産物の第２の面への押圧により前記基板生産物の分離を行って、前記第１及び第２の端面を有するレーザバーを形成する工程と、
    を含み、
    　前記レーザバーの前記第１及び第２の端面は前記分離により形成され、
    　前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、
    　前記半導体領域は前記第１の面と前記基板との間に位置し、
    　前記レーザバーの前記第１及び第２の端面の各々は、前記第１の面から前記第２の面にまで延在し前記分離により形成された割断面に含まれる、請求項１１又は請求項１２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  14. 　前記III族窒化物半導体のｃ軸は該窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜している、請求項１１～請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  15. 　前記基板の主面が、｛１０－１１｝、｛２０－２１｝、｛２０－２－１｝、及び｛１０－１－１｝のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜する、請求項１１～請求項１４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  16. 　前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜している、請求項１１～請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  17. 　前記基板の主面が、｛１１－２２｝、｛１１－２１｝、｛１１－２－１｝、及び｛１１－２－２｝のいずれかの面から－４度以上４度以下の範囲で傾斜する、請求項１１～請求項１３及び請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  18. 　前記活性層の形成は、構成元素としてＩｎを含むと共に歪みを内包する窒化ガリウム系半導体からなる井戸層を成長する工程を含む、請求項１１～請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  19. 　前記活性層は、波長４３０ｎｍ～５５０ｎｍの発振光を生成するように構成される、請求項１１～請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  20. 　前記III族窒化物半導体はＧａＮである、請求項１１～請求項１９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
  21. 　前記第１の誘電体多層膜内の誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つを用いて形成され、
    　前記第２の誘電体多層膜内の誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、チタン窒化物、チタン酸窒化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム窒化物、ジルコニウム酸窒化物、ジルコニウム弗化物、タンタル酸化物、タンタル窒化物、タンタル酸窒化物、ハフニウム酸化物、ハフニウム窒化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウム弗化物、アルミ酸化物、アルミ窒化物、アルミ酸窒化物、マグネシウム弗化物、マグネシウム酸化物、マグネシウム窒化物、マグネシウム酸窒化物、カルシウム弗化物、バリウム弗化物、セリウム弗化物、アンチモン酸化物、ビスマス酸化物、ガドリニウム酸化物のうち少なくとも１つを用いて形成される、請求項１１～請求項２０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
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