(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体レーザ素子であって、
六方晶系III族窒化物半導体からなり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、
前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた電極と、
を備え、
前記半極性主面の法線軸と前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度は、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲であり、
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六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、
前記レーザ構造体は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び前記法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に交差する第１及び第２の割断面を含み、
当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第１及び第２の割断面を含み、
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、
前記第１及び第２の割断面は、それぞれ前記第１の面のエッジから前記第２の面のエッジまで延在し、
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、
前記レーザ構造体は、前記支持基体の前記半極性主面上において導波路軸の方向に延在するレーザストライプを含み、前記導波路軸は、前記第１及び第２の割断面の一方から他方に延在し、
前記レーザ構造体は、前記第１の割断面において前記第１の面の前記エッジの一部分に設けられた第１及び第２の凹部を有し、該第１及び第２の凹部は前記レーザ構造体の前記第１の面から延在し、該第１及び第２の凹部の底端は前記レーザ構造体の前記第２の面のエッジから隔置され、該第１及び第２の凹部は前記第１及び第２の割断面の形成を案内するスクライブ溝から形成されたものであり、
前記第１の凹部は前記第１の面に設けられた端部を有すると共に、前記第２の凹部は前記第１の面に設けられた端部を有し、
前記レーザストライプと前記第１の凹部の前記端部との第１の間隔は、前記レーザストライプと前記第２の凹部の前記端部との第２の間隔より小さく、前記第１の面は、前記第１の凹部の前記端部の付近の第１ダメージ領域及び前記第２の凹部の前記端部の付近の第２ダメージ領域を有し、前記第１ダメージ領域は前記第２ダメージ領域より小さい、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１及び第２の凹部は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び前記法線軸によって規定される所定のａ−ｎ面に沿って設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１の間隔は２０マイクロメートル以上であり、
前記第１の間隔は５０マイクロメートル未満である、ことを特徴とする請求項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。
【請求項４】
前記第１の間隔は５０マイクロメートル未満であり、
前記第２の間隔は５０マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項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。
【請求項５】
前記III族窒化物半導体レーザ素子の幅は、２００マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４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。
【請求項６】
前記第１及び第２の割断面の各々には、前記支持基体の端面及び前記半導体領域の端面が現れており、
前記半導体領域の前記活性層における端面と前記六方晶系III族窒化物半導体からなる支持基体のｍ軸に直交する基準面との成す角度は、前記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平面において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成す、ことを特徴とする請求項１〜請求項５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。
【請求項７】
前記角度は、前記第１平面及び前記法線軸に直交する第２平面において−５度以上＋５度以下の範囲になる、ことを特徴とする請求項６に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記法線軸と前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度は、６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲である、ことを特徴とする請求項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。
【請求項９】
前記支持基体の厚さは４００μｍ以下である、ことを特徴とする請求項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。
【請求項１０】
前記支持基体の厚さは、５０μｍ以上１００μｍ以下である、ことを特徴とする請求項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。
【請求項１１】
前記活性層からのレーザ光は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に偏光している、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０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。
【請求項１２】
当該III族窒化物半導体レーザ素子におけるＬＥＤモードにおける光は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に偏光成分Ｉ１と、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸を主面に投影した方向に偏光成分Ｉ２を含み、
前記偏光成分Ｉ１は前記偏光成分Ｉ２よりも大きい、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１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。
【請求項１３】
前記半極性主面は、｛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−４度以上＋４度以下の範囲でオフした微傾斜面である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１２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。
【請求項１４】
前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかである、ことを特徴とする請求項１〜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。
【請求項１５】
前記支持基体の積層欠陥密度は１×１０４ｃｍ−１以下である、ことを特徴とする請求項１〜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。
【請求項１６】
前記支持基体は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項１５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。
【請求項１７】
前記第１及び第２の割断面の少なくともいずれか一方に設けられた誘電体多層膜を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜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。
【請求項１８】
前記活性層は、波長４３０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光を発生するように設けられた発光領域を含む、ことを特徴とする請求項１〜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。
【請求項１９】
前記活性層は、波長５００ｎｍ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、ことを特徴とする請求項１〜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。
【請求項２０】
前記レーザ構造体は、前記半導体領域上に設けられ開口を有する絶縁膜を更に含み、
前記電極は、前記絶縁膜の前記開口を介して前記レーザ構造体の前記半導体領域に接続され、
前記第１の間隔は前記絶縁膜の前記開口と前記第１の凹部の前記端部との間隔によって規定され、
前記第２の間隔は前記絶縁膜の前記開口と前記第２の凹部の前記端部との間隔によって規定される、ことを特徴とする請求項１〜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。
【請求項２１】
前記レーザ構造体の前記半導体領域はリッジ構造を有し、
前記第１の間隔は前記リッジ構造と前記第１の凹部の前記端部との間隔によって規定され、
前記第２の間隔は前記リッジ構造と前記第２の凹部の前記端部との間隔によって規定される、ことを特徴とする請求項１〜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。
【請求項２２】
前記第１の凹部は、前記第１の凹部の前記底端が前記第１の凹部の前記端部に向けて傾斜する第１のスロープ部を含み、
前記第２の凹部は、前記第２の凹部の前記底端が前記第２の凹部の前記端部に向けて傾斜する第２のスロープ部を含み、
前記第１のスロープ部の長さは前記第２のスロープ部の長さより長い、ことを特徴とする請求項１〜請求項２１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。
【請求項２３】
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り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、
前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に前記基板生産物の第１の面をスクライブして、第１及び第２のスクライブ溝を形成する工程と、
前記基板生産物の第２の面への押圧により前記第１及び第２のスクライブ溝から進行する割断により前記基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程と、
を備え、
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第１及び第２の端面を有し、
前記第１及び第２の端面は当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、
前記アノード電極及びカソード電極は、前記レーザ構造体上に形成され、
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、
前記基板の前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対して有限な角度ＡＬＰＨＡ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ｍ軸及び前記法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に交差し、
前記角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲であり、
前記基板生産物は前記半極性主面上に延在するレーザストライプを含み、前記レーザストライプは導波路軸の方向に延在し、前記導波路軸は、前記第１及び第２の端面の一方から他方に延在し、前記第１のスクライブ溝、前記レーザストライプの一つ、及び前記第２のスクライブ溝は順に前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に配列され、
前記第１のスクライブ溝は前記第１の面に設けられた端部を有すると共に、前記第２のスクライブ溝は前記第１の面に設けられた端部を有し、
前記レーザストライプと前記第１のスクライブ溝の前記端部との第１の間隔は、前記レーザストライプと前記第２のスクライブ溝の前記端部との第２の間隔より小さく、前記第１の面は、前記第１のスクライブ溝の前記端部の付近の第１ダメージ領域及び前記第２のスクライブ溝の前記端部の付近の第２ダメージ領域を有し、前記第１ダメージ領域は前記第２ダメージ領域より小さく、前記第１のスクライブ溝の前記端部と前記第２のスクライブ溝の前記端部との間隔は、前記III族窒化物半導体レーザ素子の幅より小さい、ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２のスクライブ溝は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び前記法線軸によって規定される所定のａ−ｎ面に沿って設けられる、ことを特徴とする請求項２３に記載された方法。
【請求項２５】
前記第１の間隔は２０マイクロメートル以上であり、
前記第１の間隔は５０マイクロメートル未満である、ことを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載された方法。
【請求項２６】
前記第１の間隔は５０マイクロメートル未満であり、
前記第２の間隔は５０マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項２３〜請求項２５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２７】
前記III族窒化物半導体レーザ素子の幅は、２００マイクロメートル以下である、ことを特徴とする請求項２３〜請求項２６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２の端面の各々における前記活性層の端面は、前記六方晶系III族窒化物半導体からなる支持基体のｍ軸に直交する基準面に対して、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される平面において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成す、ことを特徴とする請求項２３〜請求項２７のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２９】
前記角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲である、ことを特徴とする請求項２３〜請求項２８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項３０】
前記基板生産物を形成する前記工程において、前記基板は、前記基板の厚さが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、
前記第２の面は前記加工により形成された加工面、又は前記加工面に上に形成された電極を含む面である、ことを特徴とする請求項２３〜請求項２９のいずれか一項に記載された方法。
【請求項３１】
前記基板生産物を形成する前記工程において、前記基板は、前記基板の厚さが５０μｍ以上１００μｍ以下になるように研磨され、
前記第２の面は前記研磨により形成された研磨面、又は前記研磨面に上に形成された電極を含む面である、ことを特徴とする請求項２３〜請求項３０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項３２】
前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われる、ことを特徴とする請求項２３〜請求項３１のいずれか一項に記載された方法。
【請求項３３】
前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかである、ことを特徴とする請求項２３〜請求項３２のいずれか一項に記載された方法。
【請求項３４】
前記レーザ構造体は、前記半導体領域上に設けられ開口を有する絶縁膜を更に含み、
前記電極は、前記絶縁膜の前記開口を介して前記レーザ構造体の前記半導体領域に接続され、
前記第１の間隔は前記絶縁膜の前記開口と前記第１のスクライブ溝の前記端部との間隔によって規定され、
前記第２の間隔は前記絶縁膜の前記開口と前記第２のスクライブ溝の前記端部との間隔によって規定される、ことを特徴とする請求項２３〜請求項３３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項３５】
前記レーザ構造体の前記半導体領域はリッジ構造を有し、
前記第１の間隔は前記リッジ構造と前記第１のスクライブ溝の前記端部との間隔によって規定され、
前記第２の間隔は前記リッジ構造と前記第２のスクライブ溝の前記端部との間隔によって規定される、ことを特徴とする請求項２３〜請求項３４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項３６】
III族窒化物半導体レーザ素子であって、
六方晶系III族窒化物半導体からなり半極性主面及び裏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、
前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた電極と、
を備え、
前記半導体領域は、第１導電型のクラッド層と、第２導電型のクラッド層と、前記第１導電型のクラッド層と前記第２導電型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導電型のクラッド層、前記第２導電型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、
前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲であり、
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、
前記レーザ構造体は、前記レーザ構造体の端部において前記第１の面のエッジの一端及び他端にそれぞれ設けられた第１及び第２のスクライブ跡を有し、前記第１及び第２のスクライブ跡は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸と前記法線軸とによって規定されるａ−ｎ面に沿って延在し、前記第１及び第２のスクライブ跡は前記第１の面から延在し、
前記レーザ構造体の前記端部は、前記第１及び第２のスクライブ跡のエッジ及び前記レーザ構造体の前記第１及び第２の面のエッジを繋ぐ割断面を有し、前記第１及び第２のスクライブ跡は、前記割断面の形成を案内する第１及び第２のスクライブ溝から形成されたものであり、
当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記割断面を含み、
前記レーザ構造体は、前記支持基体の前記半極性主面上において導波路軸の方向に延在するレーザストライプを含み、
前記第１のスクライブ跡は前記第１の面に設けられた端部を有すると共に、前記第２のスクライブ跡は前記第１の面に設けられた端部を有し、
前記レーザストライプと前記第１のスクライブ跡の前記端部との第１の間隔は、前記レーザストライプと前記第２のスクライブ跡の前記端部との第２の間隔より小さく、前記第１の面は、前記第１のスクライブ跡の前記端部の付近の第１ダメージ領域及び前記第２のスクライブ跡の前記端部の付近の第２ダメージ領域を有し、前記第１ダメージ領域は前記第２ダメージ領域より小さい、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法、及びスクライブ溝の形成によるダメージを評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、レーザ装置が記載されている。｛０００１｝面から［１−１００］方向に等価な方向に向かって２８．１度で傾斜した面を基板の主面とすると、２次へき開面は、主面及び光共振器面の両方に対して垂直である｛１１−２０｝面となり、レーザ装置は直方体状になる。
【０００３】
特許文献２には、窒化物半導体装置が記載されている。へき開のための基板の裏面を研磨し総層厚を１００μｍ程度に薄膜化する。へき開面に誘電体多層膜を堆積する。
【０００４】
特許文献３には、窒化物系化合物半導体素子が記載されている。窒化物系化合物半導体素子に用いる基板は、３×１０６ｃｍ−２以下である貫通転位密度の窒化物系化合物半導体からなり、貫通転位密度が面内で略均一である。
【０００５】
特許文献４には、窒化物系半導体レーザ素子が記載されている。窒化物系半導体レーザ素子では、以下のようにへき開面を形成する。半導体レーザ素子層からｎ型ＧａＮ基板に達するようにエッチング加工により形成された凹部に対して、ｎ型ＧａＮ基板の共振器面のエッチング加工時に形成される凸部を避けながら、レーザスクライバを用いて、リッジ部の延びる方向と直交する方向に破線状（約４０μｍ間隔）にスクライブ溝を形成する。そして、ウエハを、スクライブ溝の位置でへき開する。また、この際、凸部などのスクライブ溝が形成されていない領域は、隣接するスクライブ溝を起点としてへき開される。この結果、素子分離面は、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面からなるへき開面として形成される。
【０００６】
特許文献５には、発光素子が記載されている。発光素子によれば、発光層における発光効率を損なうことなく、長波長の発光を容易に得ることができる。
【０００７】
特許文献６には、半導体レーザが記載されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＮ基板、半導体層および電流ブロック層には、ＧａＮ系半導体レーザチップの上面側から、約２０μｍの深さを有するへき開を行うためのへき開導入用段差が形成されている。これらのへき開導入用段差は、半導体レーザの共振器の長さで隔置されている。これらのへき開導入用段差は、リッジ部の一方側とは反対側の領域のみに形成される。へき開導入用段差とリッジ部（光導波路）との間隔は約７０μｍ以上である。へき開導入用段差は、リッジ部１２ａ（光導波路）と直交する方向に形成される。
【０００８】
非特許文献１には、半極性（１０−１１）面上で、導波路をオフ方向に設けて、反応性イオンエッチング法でミラーを形成した半導体レーザが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２３０４９７号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３６９０号公報
【特許文献３】特開２００７−１８４３５３号公報
【特許文献４】特開２００９−０８１３３６号公報
【特許文献５】特開２００８−２３５８０４号公報
【特許文献６】特開２００８−０６０５５５号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys. Vol.10 (2007) L444
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
窒化ガリウム系半導体のバンド構造によれば、レーザ発振可能ないくつかの遷移が存在する。発明者の知見によれば、ｃ軸がｍ軸の方向に傾斜した半極性面の支持基体を用いるIII族窒化物半導体レーザ素子では、ｃ軸及びｍ軸によって規定される面に沿ってレーザ導波路を延在させるとき、しきい値電流を下げることができると考えている。このレーザ導波路の向きでは、これらのうち遷移エネルギ（伝導帯エネルギと価電子帯エネルギとの差）の最も小さいモードがレーザ発振可能になり、このモードの発振が可能になるとき、しきい値電流を下げることができる。
【００１２】
しかしながら、このレーザ導波路の向きでは、共振器ミラーのために、ｃ面、ａ面又はｍ面という従来のへき開面を利用することはできない。これ故に、共振器ミラーの作製のために、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて半導体層のドライエッチング面を形成してきた。ＲＩＥ法で形成された共振器ミラーは、レーザ導波路に対する垂直性、ドライエッチング面の平坦性又はイオンダメージの点で、改善が望まれている。また、現在の技術レベルにおける良好なドライエッチング面を得るためのプロセス条件の導出が大きな負担となる。
【００１３】
発明者が知る限りにおいて、これまで、上記の半極性面上に形成されたIII族窒化物半導体レーザ素子において、ｃ軸の傾斜方向（オフ方向）に延在するレーザ導波路とドライエッチングを用いずに形成された共振器ミラー用端面との両方が達成されていない。
【００１４】
特許文献６では、へき開のためのスクライブ溝を形成しており、スクライブ溝とリッジ部との間隔の最小値は７０μｍである。一方、本件のように、六方晶系III族窒化物のｃ軸からｍ軸の方向に傾斜した基板の半極性面上に作製される半導体レーザでは、へき開を利用して共振器のための端面を作製できない。この半導体レーザでは、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器と共に、レーザ共振器を形成する際にレーザストライプに大きなダメージを残すことなくチップ幅を縮小することも求められる。本件の出願人は、光共振器のための割断面を含むIII族窒化物半導体レーザ素子に関連する特許出願（特願２００９−１４４４４２号）を行っている。
【００１５】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものである。本発明の目的は、六方晶系III族窒化物のｃ軸からｍ軸の方向に傾斜した支持基体の半極性面上において、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器と該レーザ共振器のための素子端部にチップ幅を縮小可能な端部の構造とを有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することにあり、またこの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にある。本発明の目的は、半導体レーザ素子においてスクライブ溝の形成によるダメージを評価する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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）六方晶系III族窒化物半導体からなり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）前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた電極とを備える。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六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対して有限な角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記レーザ構造体は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び前記法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に交差する第１及び第２の割断面を含み、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第１及び第２の割断面を含み、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、前記第１及び第２の割断面は、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。
【００１７】
また、III族窒化物半導体レーザ素子では、前記法線軸と前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度は、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲であることができる。
【００１８】
さらに、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、前記レーザ構造体は、前記支持基体の前記半極性主面上において導波路軸の方向に延在するレーザストライプを含む。前記導波路軸は、前記第１及び第２の割断面の一方から他方に延在する。前記レーザ構造体は、前記第１の割断面において前記第１の面の前記エッジの一部分に設けられた第１及び第２の凹部を有する。該第１及び第２の凹部は前記レーザ構造体の前記第１の面から延在する。該第１及び第２の凹部の底端は前記レーザ構造体の前記第２の面のエッジから隔置される。前記第１の凹部は前記第１の面に位置する端部を有すると共に、前記第２の凹部は前記第１の面に位置する端部を有する。前記レーザストライプと前記第１の凹部の前記端部との第１の間隔は、前記レーザストライプと前記第２の凹部の前記端部との第２の間隔より小さい。
【００１９】
このIII族窒化物半導体レーザ素子では、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。また、レーザストライプと第１の凹部の端部との第１の間隔をレーザストライプと第２の凹部の端部との第２の間隔より小さくできるので、当該レーザ素子の素子幅を縮小できる。
【００２０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、レーザ共振器となる第１及び第２の割断面が、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に交差するので、ｍ−ｎ面と半極性面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、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。
【００２１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１及び第２の凹部は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び前記法線軸によって規定される所定の平面に沿って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、第１及び第２の凹部の各々は割断によってスクライブ溝から形成されたスクライブ跡を含む。スクライブ溝は割断の進行を案内すると共に、割断の際に分割されてそれぞれのレーザバーにおいてスクライブ跡となる。第１及び第２の凹部が所定の平面（「ａ−ｎ面」として参照する）に沿って設けられる。
【００２２】
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）六方晶系III族窒化物半導体からなり半極性主面及び裏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）前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた電極とを備える。前記半導体領域は、第１導電型のクラッド層と、第２導電型のクラッド層と、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導電型のクラッド層、前記第２導電型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、前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲であり、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、前記レーザ構造体は、前記レーザ構造体の端部において前記第１の面のエッジの一端及び他端にそれぞれ設けられた第１及び第２のスクライブ跡を有し、前記第１及び第２のスクライブ跡は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸と前記法線軸とによって規定されるａ−ｎ面に沿って延在し、前記第１及び第２のスクライブ跡は前記第１の面から延在し、前記レーザ構造体の前記端部は、前記第１及び第２のスクライブ跡のエッジ及び前記レーザ構造体の前記第１及び第２の面の前記エッジを繋ぐ割断面を有し、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記割断面を含み、前記レーザ構造体は、前記支持基体の前記半極性主面上において導波路軸の方向に延在するレーザストライプを含み、前記第１のスクライブ跡は前記第１の面に設けられた端部を有すると共に、前記第２のスクライブ跡は前記第１の面に設けられた端部を有し、前記レーザストライプと前記第１のスクライブ跡の前記端部との第１の間隔は、前記レーザストライプと前記第２のスクライブ跡の前記端部との第２の間隔より小さい。
【００２３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子では、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。また、第１及び第２のスクライブ跡の各々は割断によってスクライブ溝から形成されたものであり、スクライブ溝は割断の進行を案内する。さらに、レーザストライプと第１のスクライブ跡の端部との第１の間隔をレーザストライプと第２のスクライブ跡の端部との第２の間隔より小さくできるので、当該レーザ素子の素子幅を縮小できる。
【００２４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１の間隔は２０マイクロメートル以上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、凹部の端部をレーザストライプから２０マイクロメートルの位置まで近づけることができる。また、前記第１の間隔は５０マイクロメートル未満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、第１の間隔は５０マイクロメートル未満であるとき、素子幅の縮小への寄与が期待できる。
【００２５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１の間隔は５０マイクロメートル未満であり、前記第２の間隔は５０マイクロメートル以上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、第１の間隔が第２の間隔より小さくできるので、当該レーザ素子の素子幅を縮小できる。
【００２６】
また、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記III族窒化物半導体レーザ素子の幅は、２００マイクロメートル以下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、２００マイクロメートル以下の素子幅を提供することができる。
【００２７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記法線軸と前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度は、６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲であることが更に好ましい。
【００２８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子では、６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下の範囲では、押圧により形成される端面が、基板主面に垂直に近い面が得られ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。
【００２９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の厚さは４００μｍ以下であることが好ましい。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好適である。
【００３０】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の厚さは５０μｍ以上１００μｍ以下であることが更に好ましい。厚さ５０μｍ以上であれば、ハンドリングが容易になり、生産歩留まりが向上する。１００μｍ以下であれば、レーザ共振器のための良質な割断面を得るために更に好適である。
【００３１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層からのレーザ光は、前記六方晶系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。
【００３２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、当該III族窒化物半導体レーザ素子におけるＬＥＤモードにおける光は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に偏光成分Ｉ１と、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸を主面に投影した方向に偏光成分Ｉ２を含み、前記偏光成分Ｉ１は前記偏光成分Ｉ２よりも大きい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ＬＥＤモードにおいて大きな発光強度のモードの光を、レーザ共振器を用いてレーザ発振させることができる。
【００３３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は、｛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好ましい。
【００３４】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、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の第１及び第２の端面を提供できる。
【００３５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの半極性面から、ｍ面方向に−４度以上＋４度以下の範囲の微傾斜を有する面も前記主面として好適である。
【００３６】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、これら典型的な半極性面からの微傾斜面において、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の第１及び第２の端面を提供できる。
【００３７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の積層欠陥密度は１×１０４ｃｍ−１以下であることが好ましい。
【００３８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、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。
【００３９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。
【００４０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、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第１及び第２の端面を得ることができる。ＡｌＮ基板又は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。
【００４１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１及び第２の割断面の少なくともいずれか一方に設けられた誘電体多層膜を更に備えることができる。
【００４２】
このIII族窒化物半導体レーザ素子においても、破断面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。
【００４３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、波長４３０ｎｍ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。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の利用により、ＬＥＤモードの偏光を有効に利用したIII族窒化物半導体レーザ素子を得ることができ、低しきい値電流を得ることができる。
【００４４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、波長５００ｎｍ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更に好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の利用により、ピエゾ電界の低減と発光層領域の結晶品質向上によって量子効率を向上させることが可能となり、波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の光の発生に好適である。
【００４５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１及び第２の割断面の各々には、前記支持基体の端面及び前記半導体領域の端面が現れており、前記半導体領域の前記活性層における端面と前記六方晶系窒化物半導体からなる支持基体のｍ軸に直交する基準面との成す角度は、前記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平面において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成す。
【００４６】
このIII族窒化物半導体レーザ素子は、ｃ軸及びｍ軸の一方から他方に取られる角度に関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。
【００４７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記角度は、前記第１平面及び前記法線軸に直交する第２平面において−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。
【００４８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の法線軸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端面を有する。
【００４９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記電極は所定の軸の方向に延在しており、前記第１及び第２の割断面は前記所定の軸に交差する。
【００５０】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記レーザ構造体は、前記半導体領域上に設けられ開口を有する絶縁膜を更に備えることができる。前記電極は、前記絶縁膜の前記開口を介して前記レーザ構造体の前記半導体領域に接続され、前記第１の間隔は前記絶縁膜の前記開口と前記第１の凹部の前記端部との間隔によって規定され、前記第２の間隔は前記絶縁膜の前記開口と前記第２の凹部の前記端部との間隔によって規定されることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１及び第２の間隔は、それぞれ、絶縁膜の開口と第１及び第２の凹部の端部との間隔によって規定される。また、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記絶縁膜の前記開口は例えばストライプ形状を有することができる。
【００５１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記レーザ構造体の前記半導体領域はリッジ構造を有することができる。前記第１の間隔は前記リッジ構造と前記第１の凹部の前記端部との間隔によって規定される、前記第２の間隔は前記リッジ構造と前記第２の凹部の前記端部との間隔によって規定されることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１及び第２の間隔は、それぞれ、リッジ構造と第１及び第２の凹部の端部との間隔によって規定される。
【００５２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、記第１の凹部は、前記第１の凹部の前記底縁が前記第１の凹部の前記端部に向けて傾斜するスロープ部を含み、前記第２の凹部は、前記第２の凹部の前記底縁が前記第２の凹部の前記端部に向けて傾斜するスロープ部を含み、前記第１の凹部の前記スロープ部の第１の長さは前記第２の凹部の前記スロープ部の第２の長さより長いことが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１の長さを第２の長さより長くするようにスクライブ溝を形成することによって、第２の凹部の端部のダメージよりも大きなダメージを有する第１の凹部の端部付近のダメージがレーザ動作に与える悪影響を小さくできる。
【００５３】
本発明の別の側面は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）六方晶系III族窒化物半導体からなり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）前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に前記基板生産物の第１の面をスクライブして、第１及び第２のスクライブ溝を形成する工程と、（ｄ）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、別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程とを備える。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、前記レーザバーは、前記第１の面から前記第２の面まで延在し前記分離により形成された第１及び第２の端面を有し、前記第１及び第２の端面は当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、前記アノード電極及びカソード電極は、前記レーザ構造体上に形成され、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、前記基板の前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対して有限な角度ＡＬＰＨＡ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ｍ軸及び前記法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に交差する。前記角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲である。
【００５４】
この方法では、前記基板生産物は前記半極性主面上に延在するレーザストライプを含み、前記レーザストライプは導波路軸の方向に延在し、前記導波路軸は前記第１及び第２の端面の一方から他方に延在し、前記第１のスクライブ溝、前記レーザストライプ、及び前記第２のスクライブ溝は順に前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に配列される。前記第１のスクライブ溝は前記第１の面に位置する端部を有すると共に、前記第２のスクライブ溝は前記第１の面に位置する端部を有する。前記レーザストライプと前記第１のスクライブ溝の前記端部との第１の間隔は、前記レーザストライプと前記第２のスクライブ溝の前記端部との第２の間隔より小さく、前記第１のスクライブ溝の前記端部と前記第２のスクライブ溝の前記端部との間隔は、前記III族窒化物半導体レーザ素子の幅より小さい。
【００５５】
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の第１の面をスクライブした後に、基板生産物の第２の面への押圧により基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する。これ故に、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸と法線軸とによって規定されるｍ−ｎ面に交差するように、レーザバーに第１及び第２の端面が形成される。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、垂直性又はイオンダメージの無い共振ミラー面が提供される。
【００５６】
この方法では、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おり、このレーザ導波路を提供できる共振器ミラー端面をドライエッチング面を用いずに形成している。また、この方法によれば、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。
【００５７】
この方法では、基板生産物上において、スクライブ溝及びレーザストライブは、ａ軸方向に交互に配列されることができる。隣接する２つのレーザストライプの間にスクライブ溝が形成される。スクライブ溝の近傍においてはスクライブ溝の形成によるダメージは等方的に形成されるものではない。つまり、スクライブ溝形成によるダメージ領域は、スクライブ溝近傍において非対称に形成される。これ故に、スクライブ溝の一端付近のダメージ領域のサイズは、スクライブ溝の他端付近のダメージ領域のサイズに比べて小さい。レーザストライプの配列のうち一のレーザストライプに着目するとき、第１の間隔（レーザストライプと第１のスクライブ溝の端部との間隔）を第２の間隔（レーザストライプと第２のスクライブ溝の端部との間隔）より小さくできる。これ故に、当該レーザ素子の素子幅を縮小できる。
【００５８】
本発明に係る方法では、前記第１の間隔は２０マイクロメートル以上であることができる。この方法によれば、基板生産物上において、スクライブ溝の一端付近のダメージ領域のサイズは、スクライブ溝の他端付近のダメージ領域のサイズに比べて小さい。ダメージ領域のサイズが小さいスクライブ溝端をレーザストライプに最小２０マイクロメートル程度まで近づけることができる。また、本発明に係る方法では、前記第１の間隔は５０マイクロメートル未満であることができる。この方法によれば、ダメージ領域のサイズが小さくなるスクライブ溝端をレーザストライプに最小５０マイクロメートル程度まで近づけることができる。
【００５９】
本発明に係る方法では、前記第１の間隔は５０マイクロメートル未満であり、前記第２の間隔は５０マイクロメートル以上であることができる。この方法によれば、第１の間隔が第２の間隔より小さくないように隣接したスクライブ溝を形成するので、当該レーザ素子の素子幅を縮小できる。
【００６０】
また、本発明に係る方法では、前記III族窒化物半導体レーザ素子の幅は、２００マイクロメートル以下であることができる。この方法によれば、２００マイクロメートル以下の素子幅のレーザ素子を形成できる。
【００６１】
本発明に係る方法では、前記基板生産物を形成する前記工程において、前記基板は、前記基板の厚さが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、前記第２の面は前記加工により形成された加工面であることができる。もしくは、前記加工面上に形成された電極を含む面であることができる。
【００６２】
本発明に係る方法では、前記基板生産物を形成する前記工程において、前記基板は、前記基板の厚さが５０μｍ以上１００μｍ以下になるように研磨され、前記第２の面は前記研磨により形成された研磨面であることができる。もしくは、前記研磨面上に形成された電極を含む面であることができる。
【００６３】
このような厚さの基板では、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できる程度の十分な平坦性、垂直性又はイオンダメージの無い第１及び第２の端面を歩留まりよく形成できる。
【００６４】
本発明に係る方法では、更に好ましくは前記角度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。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。
【００６５】
本発明に係る方法では、前記半極性主面は、｛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好ましい。
【００６６】
これら典型的な半極性面においても、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、垂直性又はイオンダメージの無い第１及び第２の端面を提供できる。
【００６７】
本発明に係る方法では、前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの半極性面から、ｍ面方向に−４度以上＋４度以下の範囲の微傾斜を有する面も前記主面として好適である。
【００６８】
これら典型的な半極性面からの微傾斜面においても、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、垂直性又はイオンダメージの無い第１及び第２の端面を提供できる。
【００６９】
本発明に係る方法では、前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、前記スクライブによりスクライブ溝が形成され、前記スクライブ溝の長さは、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び前記法線軸によって規定されるａ−ｎ面と前記第１の面との交差線の長さよりも短い。
【００７０】
この方法によれば、基板生産物の割断により、別の基板生産物及びレーザバーが形成される。この割断は、レーザバーの割断線に比べて短いスクライブ溝を用いて引き起こされる。
【００７１】
本発明に係る方法では、前記第１及び第２の端面の各々における前記活性層の端面は、前記六方晶系窒化物半導体からなる支持基体のｍ軸に直交する基準面に対して、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される平面において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成すことができる。
【００７２】
この方法によれば、ｃ軸及びｍ軸の一方から他方に取られる角度に関して、上記の垂直性を有する端面を形成できる。
【００７３】
本発明に係る方法では、前記基板は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。この方法によれば、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第１及び第２の端面を得ることができる。
【００７４】
本発明に係る方法では、前記レーザ構造体は、開口を有しており前記半導体領域上に設けられた絶縁膜を更に含むことができる。前記電極は、前記絶縁膜の前記開口を介して前記レーザ構造体の前記半導体領域に接続され、前記第１の間隔は前記絶縁膜の前記開口と前記第１のスクライブ溝の前記端部との間隔によって規定されることができる。この方法によれば、第１及び第２の間隔は、それぞれ、絶縁膜の開口と第１及び第２の凹部の端部との間隔によって規定される。絶縁膜の開口を介して電極が半導体領域に接触する。この接触は、電極から半導体領域にキャリアが流れるエリアを規定する。このキャリアは、活性層において再結合して発光に寄与する。
【００７５】
本発明に係る方法では、前記レーザ構造体の前記半導体領域はリッジ構造を有し、前記第１の間隔は前記リッジ構造と前記第１のスクライブ溝の前記端部との間隔によって規定されることができる。この方法によれば、第１及び第２の間隔は、それぞれ、リッジ構造と第１及び第２の凹部の端部との間隔によって規定される。電極から半導体領域に流れたキャリアはリッジ構造に案内される。このリッジ構造は、電極から半導体領域にキャリアが流れる範囲を規定する。このキャリアは、活性層において再結合して発光に寄与する。
【００７６】
本発明に係る更なる別の側面は、スクライブ溝の形成によるダメージを評価する方法である。この方法は、（ａ）スクライブ溝を形成するための装置を用いて、六方晶系III族窒化物半導体を含む半導体装置に溝を形成する工程と、（ｂ）前記溝を形成した後に、前記半導体装置を走査型電子顕微鏡及びカソードルミネッセンス測定装置のいずれかを用いて、前記半導体装置の前記溝を含む領域の像を得る工程と、（ｃ）前記像に基づき、前記溝の近傍のダメージの程度に関する見積もりを得る工程とを備える。前記半導体装置は、六方晶系III族窒化物半導体からなる基板及び該基板上に形成された六方晶系III族窒化物半導体領域、又は六方晶系III族窒化物半導体からなる基板を含む。
【００７７】
この方法によれば、走査型電子顕微鏡及びカソードルミネッセンス測定装置のいずれかを用いて得られた、溝付近の領域の像には、スクライブ溝の形成によるダメージに応じて違いが現れる。走査型電子顕微鏡又はカソードルミネッセンス測定装置の像に基づき、溝の近傍のダメージの程度に関して見積もりを行うことができる。
【００７８】
また、本発明に係る更なる別の側面は、前記見積もりに基づき、前記スクライブ溝の端部と半導体レーザのレーザストライプとの間隔を決定する工程を更に備えることができる。この方法によれば、スクライブ溝とレーザストライプとの間隔が、スクライブ溝近傍のダメージ評価に基づき決定されることができる。
【００７９】
本発明に係るまた別の側面は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）スクライブ溝を形成するための装置を用いて、六方晶系III族窒化物半導体を含む半導体装置に溝を形成する工程と、（ｂ）前記溝を形成した後に、前記半導体装置を走査型電子顕微鏡及びカソードルミネッセンス測定装置のいずれかを用いて、前記半導体装置の前記溝を含む領域の像を得る工程と、（ｃ）前記像に基づき、前記溝の近傍のダメージの程度に関する見積もりを得る工程と、（ｄ）前記見積もりに基づき、III族窒化物半導体レーザ素子のための基板生産物を形成する工程と、（ｅ）前記形成条件を用いて、前記基板生産物にスクライブ溝を形成する工程と、（ｆ）前記基板生産物に前記スクライブ溝を形成した後に、前記基板生産物への押圧により前記基板生産物の分離を行う工程とを備える。前記半導体装置は、六方晶系III族窒化物半導体からなる基板及び該基板上に形成された六方晶系III族窒化物半導体領域、又は六方晶系III族窒化物半導体からなる基板を含む。
【００８０】
この方法によれば、見積もりに基づき基板生産物にスクライブ溝を形成できる。これ故に、当該形成条件の下で形成されるスクライブ溝の端部と半導体レーザのレーザストライプとの間隔の最小値を評価に基づき決定できる。
【００８１】
本発明に係るまた別の側面では、前記基板生産物は、六方晶系III族窒化物半導体からなる基板と該基板の半極性主面上に形成された半導体領域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。前記基板の前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲であることができる。
【００８２】
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）六方晶系III族窒化物半導体からなり半極性主面及び裏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）前記レーザ構造体の前記半導体領域上に設けられた電極とを備える。前記半導体領域は、第１導電型のクラッド層と、第２導電型のクラッド層と、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導電型のクラッド層、前記第２導電型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、前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、前記角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲であり、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、前記レーザ構造体は、前記レーザ構造体の端部において前記第１の面のエッジの一端及び他端にそれぞれ設けられた第１及び第２のスクライブ跡を有し、前記第１及び第２のスクライブ跡は前記第１の面から延在し、前記レーザ構造体の前記端部は、前記第１及び第２のスクライブ跡のエッジ及び前記レーザ構造体の前記第１及び第２の面の前記エッジを繋ぐ割断面を有し、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記割断面を含み、前記第１及び第２のスクライブ跡は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び前記法線軸によって規定される所定の平面に沿って延在する。
【００８３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１及び第２のスクライブ跡が所定の平面（「ａ−ｎ面」として参照する）に沿って設けられる。これらのスクライブ跡はスクライブ溝から形成される。スクライブ溝は割断の進行を案内する。これ故に、割断がａ−ｎ面の方向に進行して割断面が形成される。また、このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、レーザ共振器のための割断面が、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸によって規定されるｍ−ｎ面に交差するので、ｍ−ｎ面と半極性面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、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。さらに、このIII族窒化物半導体レーザ素子では、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。したがって、このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、六方晶系III族窒化物のｃ軸からｍ軸の方向に傾斜した支持基体の半極性面上において、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。
【００８４】
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。
【発明の効果】
【００８５】
以上説明したように、本発明によれば、六方晶系III族窒化物のｃ軸がｍ軸の方向に傾斜した支持基体の半極性面上において、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器と該レーザ共振器のための素子端部にチップ幅を縮小可能な端部の構造とを有する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、この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。さらに、本発明によれば、半導体レーザ素子においてスクライブ溝の形成によるダメージを評価する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】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】図２は、III族窒化物半導体レーザ素子における活性層におけるバンド構造を示す図面である。
【図３】図３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４】図４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５】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示す工程フロー図である。
【図６】図６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７】図７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８】図８は、実施例１に示されたレーザーダイオードの構造を示す図面である。
【図９】図９は、求めた偏光度ρとしきい値電流密度の関係を示す図面である。
【図１０】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】図１１は、積層欠陥密度と発振歩留まりとの関係を示す図面である。
【図１２】図１２は、基板厚みと発振歩留まりとの関係を示す図面である。
【図１３】図１３は、スクライブ溝の近傍を示すカソードルミネッセンス（ＣＬ）像の一例を示す図面である。
【図１４】図１４は、スクライブ溝の近傍を示す二次電子放出（ＳＥ）画像像の一例を示す図面である。
【図１５】図１５は、スクライブ溝の断面のＳＥ像（ａ）及びＣＬ像（ｂ）を示す図面である。
【図１６】図１６は、ダメージを評価する方法における主要な工程を示す図面である。
【図１７】図１７は、２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍチップ幅を得るためのスクライブ溝形成おける実験で用いた寸法の一覧を示す図面である。
【図１８】図１８は、スクライブ溝ＳＧ、レーザストライプＬＳの配置を示す図面である。
【図１９】図１９は、ゲインガイド構造を有する半導体レーザの実施例を概略的に示す図面である。
【図２０】図２０は、リッジ構造を有するインデックスガイドレーザの実施例を概略的に示す図面である。
【図２１】図２１は、発振歩留における導波路とスクライブ溝との間隔依存性を示す図面である。
【図２２】図２２は、（２０−２１）面と他の面方位（指数）との成す角度を示す図面である。
【図２３】図２３は、（２０−２１）面と（−１０１−６）面及び（−１０１６）面における原子配置を示す図面である。
【図２４】図２４は、（２０−２１）面と（−１０１−７）面及び（−１０１７）面における原子配置を示す図面である。
【図２５】図２５は、（２０−２１）面と（−１０１−８）面及び（−１０１８）面における原子配置を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００８７】
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、本発明の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。
【００８８】
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り、また半極性主面１７ａ及び裏面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２５は、波長４３０ｎｍ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。半極性面の利用は、波長５００ｎｍ以上（緑色）６００ｎｍ以下の光の発生に好適である。光導波路における光の横広がりは、導波する光の波長に関係する。本実施の形態に係る間隔Ｗ１、Ｗ２は、上記の波長範囲において好適に適用される。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。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ構造体１３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面に交差する第１の割断面２７及び第２の割断面２９を含む。
【００８９】
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の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、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。
【００９０】
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を覆っており、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を有し、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の方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。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。例えば、ゲインガイド型レーザでは、絶縁膜３１の開口３１ａは例えばストライプ形状を有しており、レーザ導波路の向きは、このストライプ開口の延在方向に向く。また、リッジ型レーザでは、レーザ構造体１３の半導体領域１９はリッジ構造を有しており、レーザ導波路の向きは、このリッジ構造の延在方向に向く。導波路ベクトルＬＧＶはレーザ導波路の向きを示す。
【００９１】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、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。半導体領域１７は第１の面１３ａと支持基体１７（又は基板）との間に位置する。レーザ構造体１３は、支持基体１７の半極性主面１７ａ上において導波路軸の方向に延在するレーザストライプを含む。導波路軸は、第１及び第２の割断面２７、２９の一方から他方に延在する。導波路軸は、第１の割断面２７から第２の割断面２９の方向に延在する導波路ベクトルＬＧＶの方向に向いている。
【００９２】
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。
【００９３】
レーザ構造体１３は、割断面（引き続く説明において「第１の割断面２７」を参照する）において第１の面１３ａのエッジ１３ｃの一部分に設けられた第１及び第２の凹部２８、３０を有する。第１及び第２の凹部２８、３０は、それぞれ、スクライブ溝に案内された割断により分離された半導体素子各々に残された第１及び第２のスクライブ跡を含む。該第１及び第２の凹部２８、３０はレーザ構造体１３の第１の面１３ａから延在する。第１及び第２の凹部２８、３０の底端２８ａ、３０ａはレーザ構造体の第２の面１３ｂのエッジ１３ｄから隔置される。第１の凹部２８は第１の面１３ａに位置する端部２８ｂを有すると共に、第２の凹部３０は第１の面１３ａに位置する端部３０ｂを有する。第１の凹部２８の端部２８ｂとレーザストライプとの第１の間隔Ｗ１は、第２の凹部３０の端部３０ｂとレーザストライプとの第２の間隔Ｗ２より小さい。
【００９４】
レーザ構造体１３は、一端部１４ａ、他端部１４ｂ、及び中間部１４ｃを含み、中間部１４ｃは一端部１４ａと他端部１４ｂとの間に設けられている。レーザ構造体１３の一例においては、第１及び第２のスクライブ跡は、端部１４ａにおいて、第１の面１３ａのエッジの一端及び他端にそれぞれ設けられている。第１及び第２のスクライブ跡は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸と法線軸ＮＸとによって規定されるａ−ｎ面に沿って延在する。本実施例では、第１の面１３ａ、つまりエピ面から支持基体１７の裏面１７ｂへの方向に延在する。レーザ構造体１３の端部１４ａでは、割断面２７は、第１及び第２のスクライブ跡のエッジ２８ｅ、３０ｅ及びレーザ構造体１３の第１及び第２の面１３ａ、１３ｂのエッジ１３ｃ、１３ｄを繋ぐように形成される。これ故に、当該III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は割断面２７を含み、レーザ構造体１３では、支持基体１７の半極性主面１７ａ上において導波路ベクトルＬＧＶの方向に延在するレーザストライプは、端部１４ａにおいて第１及び第２のスクライブ跡の間に設けられる。第１のスクライブ跡の端部とレーザストライプとの間隔は、本実施例では、第１の凹部２８の端部２８ｂのために規定された参照符号Ｗ１で示される間隔に対応する。また、第２のスクライブ跡の端部とレーザストライプとの間隔は、本実施例では第２の凹部３０の端部３０ｂのために規定された参照符号Ｗ２で示される間隔に対応する。第１及び第２のスクライブ跡の各々は割断によってスクライブ溝から形成されたものであり、スクライブ溝は割断の進行を案内する。さらに、レーザストライプと第１のスクライブ跡の端部との第１の間隔をレーザストライプと第２のスクライブ跡の端部との第２の間隔より小さくできるので、当該レーザ素子の素子幅ＷＤを縮小できる。
【００９５】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１の間隔Ｗ１は２０マイクロメートル以上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、凹部２８の端部２８ｂをレーザストライプから２０マイクロメートルの位置まで近づけることができる。また、第１の間隔Ｗ１は５０マイクロメートル未満であることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１では、素子幅の縮小のためには、第１の間隔Ｗ１は５０マイクロメートル未満であることが好ましい。また、第１の間隔Ｗ１は７０マイクロメートル未満であってもよい。
【００９６】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１の間隔Ｗ１は５０マイクロメートル未満であり、第２の間隔Ｗ２は５０マイクロメートル以上であることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１の間隔Ｗ１が第２の間隔Ｗ２より小さくできるので、当該レーザ素子の素子幅ＷＤを縮小できる。
【００９７】
また、III族窒化物半導体レーザ素子１１の幅ＷＤは、２００マイクロメートル以下であることができる。２００マイクロメートル以下の素子幅をIII族窒化物半導体レーザ素子１１に提供することができる。
【００９８】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１の凹部２８は、該凹部２８の底部２８ａが端部２８ｂに向けて傾斜するスロープ部２８ｃを含み、スロープ部２８ｃでは、例えばＹ軸の正の方向にスクライブ溝の深さが浅くなる。第１の凹部２８は、スロープ部２８ｃの傾斜より小さい傾斜で実質的に平坦な平坦部２８ｄを含むことができ、平坦部２８ｄはスロープ部２８ｃに隣接する。また、第２の凹部３０は該凹部３０の底縁３０ａが端部３０ｂに向けて傾斜するスロープ部３０ｃを含み、スロープ部３０ｃでは、例えばＹ軸の正の方向にスクライブ溝の深さが深くなる。第２の凹部３０は、スロープ部３０ｃの傾斜より小さい傾斜で実質的に平坦な平坦部３０ｄを含むことができ、平坦部３０ｄはこのスロープ部３０ｃに隣接する。第１の凹部２８のスロープ部２８ｃにおける傾斜の向きは第２の凹部３０のスロープ部３０ｃにおける傾斜の向きと逆である。第１の凹部２８のスロープ部２８ｃの第１の長さＬＳ１は第２の凹部３０のスロープ部３０ｃの第２の長さＬＳ２より長いことが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、第１の長さＬＳ１を第２の長さＬＳ２より長くするようにスクライブ溝を形成することによって、第２の凹部３０の端部３０ｂのダメージよりも大きなダメージを有する第１の凹部２８の端部２８ｂ付近のダメージがレーザ動作に与える悪影響を小さくできる。また、例えば、第２の凹部３０の平坦部３０ｃの第２の長さＬＰ２は第１の凹部２８の平坦部２８ｄの第１の長さＬＰ１以上であることができる。
【００９９】
これまでの説明では、割断面２７における凹部２８、３０を説明してきた。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、端部１４ｂに割断面２９を含むことができ、割断面２９は凹部３２、３４を含むことができる。凹部３２、３４は、それぞれ、凹部２８、３０と同様の形成及び寸法を有することができるが、これに限定されるものではない。
【０１００】
電極１５は、絶縁膜３１の開口３１ａを介してレーザ構造体１３の半導体領域１７に接続される。III族窒化物半導体レーザ素子１１がゲインガイド構造を有するとき、第１の間隔Ｗ１を絶縁膜３１の開口３１ａと第１の凹部２８の端部２８ｂとの間隔として規定できる、第２の間隔Ｗ２を絶縁膜３１の開口３１ａと第２の凹部３０の端部３０ｂとの間隔として規定できる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、第１及び第２の間隔Ｗ１、Ｗ２は、それぞれ、絶縁膜３１の開口３１ａと第１及び第２の凹部２８、３１の端部２８ｂ、３０ｂとの間隔によって規定される。また、開口３１は例えばストライプ形状を有することができる。
【０１０１】
或いは、レーザ構造体１３の半導体領域１３がリッジ構造を有するときは、第１の間隔Ｗ１をリッジ構造と第１の凹部２８の端部２８ｂとの間隔として規定でき、第２の間隔Ｗ２をリッジ構造と第２の凹部３０の端部３０ｂとの間隔として規定できる。
【０１０２】
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。
【０１０３】
図２は、III族窒化物半導体レーザ素子における活性層におけるバンド構造を示す図面である。図３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４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（ａ）を参照すると、バンド構造ＢＡＮＤのΓ点近傍では、伝導帯と価電子帯との間の可能な遷移は、３つある。Ａバンド及びＢバンドは比較的小さいエネルギ差である。伝導帯とＡバンドとの遷移Ｅａによる発光はａ軸方向に偏光しており、伝導帯とＢバンドとの遷移Ｅｂによる発光はｃ軸を主面に投影した方向に偏光している。レーザ発振に関して、遷移Ｅａのしきい値は遷移Ｅｂのしきい値よりも小さい。
【０１０４】
図２（ｂ）を参照すると、III族窒化物半導体レーザ素子１１におけるＬＥＤモードにおける光のスペクトルが示されている。ＬＥＤモードにおける光は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向の偏光成分Ｉ１と、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸を主面に投影した方向の偏光成分Ｉ２を含み、偏光成分Ｉ１は偏光成分Ｉ２よりも大きい。偏光度ρは（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）によって規定される。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器を用いて、ＬＥＤモードにおいて大きな発光強度のモードの光をレーザ発振させることができる。
【０１０５】
図３に示されるように、第１及び第２の割断面２７、２９の少なくとも一方、又はそれぞれに設けられた誘電体多層膜４３ａ、４３ｂを更に備えることができる。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。
【０１０６】
図３（ｂ）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。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３（ｂ）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Ｅｂの発光よりも強い遷移Ｅａの発光を利用して低しきい値のレーザ発振が可能になる。
【０１０７】
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（理解を容易にするために図示しないが「Ｓ１」として参照する）及び法線軸ＮＸに直交する第２平面Ｓ２（理解を容易にするために図示しないが「Ｓ２」として参照する）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−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲であることが好ましい。この角度範囲は、図４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４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−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。ここで、ＢＥＴＡ２＝（ＢＥＴＡ）１２＋（ＢＥＴＡ）２２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。
【０１０８】
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以下であることが好ましい。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好適である。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好ましい。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好適である。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。
【０１０９】
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好ましく、また８０度以下であることが好ましい。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが好ましく、また１３５度以下であることが好ましい。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。
【０１１０】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、更に好ましくは、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好ましく、また８０度以下であることが好ましい。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが好ましく、また１１７度以下であることが好ましい。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。
【０１１１】
半極性主面１７ａは、｛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、これらの面から−４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面も前記主面として好適である。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の第１及び第２の端面２７、２９を提供できる。また、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。
【０１１２】
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。また、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端面２７、２９を得ることができる。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。
【０１１３】
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示す図面である。図６（ａ）を参照すると、基板５１が示されている。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）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。
【０１１４】
工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図６（ａ）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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
工程Ｓ１０５では、図６（ｂ）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。例えばＹ軸の正方向に、スクライブによりスクライブ溝６５ａが形成される。図６（ｂ）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。一実施例では交差線ＡＩＳに沿ってレーザビームＬＢを走査して、スクライブ溝の配列を形成する。
【０１１７】
具体的には、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向（例えばＹ軸の正方向）に延在する割断線に、基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブして、第１及び第２のスクライブ溝６４ａ、６４ｂを形成する。スクライブの際に、レーザビームは、Ｙ軸の正の方向に走査される。したがって、第１のスクライブ溝６４ａが形成された後に、第２のスクライブ溝６４ｂが形成される。図６（ｂ）を参照すると、導波路軸の方向（Ｘ軸方向）に延在するレーザストライプが示されている。第１のスクライブ溝６４ａ、レーザストライプＬＳ、及び第２のスクライブ溝６４ｂが順に六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に配列される。本実施例では、レーザストライプＬＳは、例えば絶縁膜５４の開口５４ａによって規定されることができる。第１のスクライブ溝６４ａは第１の面６３ａに設けられた端部６６ａを有すると共に、第２のスクライブ溝６４ｂは第１の面６３ａに設けられた端部６６ｂを有する。レーザストライプＬＳと第１のスクライブ溝６４ａの端部６６ａとの間の第１の間隔Ｗ１は、レーザストライプＬＳと第２のスクライブ溝６４ｂの端部６６ｂとの間の第２の間隔Ｗ２より小さい。第１及び第２のスクライブ溝６４ａ、６４ｂは、互いに隣り合っており、第１のスクライブ溝６４ａの端部６６ａと第２のスクライブ溝６４ｂの端部６６ｂとの間隔はIII族窒化物半導体レーザ素子の幅より小さい。第１のスクライブ溝６４ａの端部６６ａは例えばスクライブ形成における終端であり、第２のスクライブ溝６４ｂの端部６６ｂは例えばスクライブ形成における開始端である。スクライブ溝（又はスクライブ跡）の延在方向を深さ方向によって記載される割断面を得るために、好ましくは、スクライブ溝間隔（又はスクライブ跡間隔）は４０μｍ以上８００μｍ以下である。
【０１１８】
第１の間隔Ｗ１は２０マイクロメートル以上であることができる。基板生産物ＳＰ上において、スクライブ溝６４ａの一端６６ａ付近のダメージ領域のサイズは、スクライブ溝６４ｂの他端６６ｂ付近のダメージ領域のサイズに比べて小さい。ダメージ領域のサイズが小さいスクライブ溝端をレーザストライプＬＳに最小２０マイクロメートル程度まで近づけることができる。また、ダメージ領域のサイズが小さくないスクライブ溝端をレーザストライプに最小５０マイクロメートル程度まで近づけることができる。第１の間隔Ｗ１は例えば５０マイクロメートル未満であることができる。
【０１１９】
第１の間隔Ｗ１は５０マイクロメートル未満であり、第２の間隔Ｗ２は５０マイクロメートル以上であることができる。第１の間隔Ｗ１が第２の間隔Ｗ２より小さくなるように隣接したスクライブ溝を形成するので、当該レーザ素子の素子幅を縮小できる。この方法によれば、２００マイクロメートル以下の素子幅のレーザ素子を形成できる。
【０１２０】
工程Ｓ１０６では、図６（ｃ）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７０上において行われる。支持装置７０は、支持面７０ａと凹部７０ｂとを含み、凹部７０ｂは一方向に延在する。凹部７０ｂは、支持面７０ａ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７０の凹部７０ｂの延在方向に合わせて、基板生産物ＳＰ１を支持装置７０上において凹部７０ｂに位置決めする。凹部７０ｂ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。交差方向は好ましくは第２の面６３ｂにほぼ垂直方向である。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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
また、この方法では、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。ドライエッチング面を用いずに、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。また、この方法によれば、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。
【０１２４】
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Ｓ１０７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。
【０１２５】
この方法では、基板生産物ＳＰ１上において、スクライブ溝６４ａ、６４ｂ及びレーザストライブＬＳは、ａ軸方向に交互に配列される。隣接する２つのレーザストライプの間にスクライブ溝が形成される。スクライブ溝６４ａ、６４ｂの近傍においてはスクライブ溝の形成によるダメージは等方的に形成されるものではない。つまり、スクライブ溝６４ａ、６４ｂの形成によるダメージ領域は、スクライブ溝の周囲に非対称に形成される。これ故に、スクライブ溝６４ａの一端６６ａ付近のダメージ領域のサイズは、スクライブ溝６４ｂの他端６６ｂ付近のダメージ領域のサイズに比べて小さい。レーザストライプＬＳの配列のうち１つのレーザストライプに着目するとき、第１の間隔（図６（ｂ）に示されるように、レーザストライプＬＳと第１のスクライブ溝６４ａの端部６６ａとの間隔）Ｗ１を第２の間隔（レーザストライプＬＳと第２のスクライブ溝６４ｂの端部６６ｂとの間隔）Ｗ２より小さくできる。これ故に、当該レーザ素子の素子幅を縮小できる。
【０１２６】
工程Ｓ１０８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。工程Ｓ１０９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。
【０１２７】
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。更に好ましくは、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。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前記主面として好適である。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。
【０１２８】
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は好ましくはＧａＮからなる。
【０１２９】
基板生産物ＳＰを形成する工程Ｓ１０４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が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、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、垂直性又はイオンダメージの無い端面６７ａ、６７ｂを歩留まりよく形成できる。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以下であれば更に好ましい。また、基板生産物ＳＰを比較的容易に取り扱うためには、基板厚が５０μｍ以上であることが好ましい。
【０１３０】
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３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３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−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲であることが好ましい。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３に示された第２平面Ｓ２に対応する面）において−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
（実施例１）
以下の通り、半極性面ＧａＮ基板を準備し、割断面の垂直性を観察した。基板には、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴットからｍ軸方向に７５度の角度で切り出した｛２０−２１｝面ＧａＮ基板を用いた。ＧａＮ基板の主面は鏡面仕上げであり、裏面は研削仕上げされた梨地状態であった。基板の厚さは３７０μｍであった。
【０１３３】
梨地状態の裏面側に、ダイヤモンドペンを用いて、ｃ軸を基板主面に投影した方向に垂直にケガキ線を入れた後、押圧して基板を割断した。得られた割断面の垂直性を観察するため、走査型電子顕微鏡を用いてａ面方向から基板を観察した。
【０１３４】
図７（ａ）は、割断面をａ面方向から観察した走査型電子顕微鏡像であり、右側の端面が割断面である。割断面は半極性主面に対して、平坦性及び垂直性を有することがわかる。
【０１３５】
（実施例２）
実施例１では、半極性｛２０−２１｝面を有するＧａＮ基板において、ｃ軸を基板主面に投影した方向に垂直にケガキ線を入れて押圧して得た割断面は、基板主面に対して平坦性及び垂直性を有することがわかった。そこでこの割断面をレーザの共振器としての有用性を調べるため、以下の通り、図８に示されるレーザー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）を用いた。基板７１を準備した。基板７１には、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴットからｍ軸方向に０度から９０度の範囲の角度でウェハスライス装置を用いて切り出し、ｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角度ＡＬＰＨＡが、０度から９０度の範囲の所望のオフ角を有するＧａＮ基板を作製した。例えば、７５度の角度で切り出したとき、｛２０−２１｝面ＧａＮ基板が得られ、図７（ｂ）に示される六方晶系の結晶格子において参照符号７１ａによって示されている。
【０１３６】
成長前に、基板の積層欠陥密度を調べるため、カソードルミネッセンス法によって、基板を観察した。カソードルミネッセンスでは、電子線によって励起されたキャリアの発光過程を観察するが、積層欠陥が存在すると、その近傍ではキャリアが非発光再結合するので、暗線状に観察される。その暗線の単位長さあたりの密度（線密度）を求め、積層欠陥密度と定義した。ここでは、積層欠陥密度を調べるために、非破壊測定のカソードルミネッセンス法を用いたが、破壊測定の透過型電子顕微鏡を用いてもよい。透過型電子顕微鏡では、ａ軸方向から試料断面を観察したとき、基板から試料表面に向かってｍ軸方向に伸びる欠陥が、支持基体に含まれる積層欠陥であり、カソードルミネッセンス法の場合と同様に、積層欠陥の線密度を求めることができる。
【０１３７】
この基板７１を反応炉内のサセプタ上に配置した後に、以下の成長手順でエピタキシャル層を成長した。まず、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ７２を成長した。次に、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７３を成長した。引き続き、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層７４ａ及び厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７４ｂを成長した後に、ＧａＮ厚さ１５ｎｍ／ＩｎＧａＮ厚さ３ｎｍから構成される３周期ＭＱＷ７５を成長した。続いて、厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７６ａ、厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮブロック層７７及び厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮガイド層７６ｂを成長した。次に、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７を成長した。最後に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層７８を成長した。
【０１３８】
ＳｉＯ２の絶縁膜７９をコンタクト層７８上に成膜した後に、フォトリソグラフィを用いて幅１０μｍのストライプ窓をウェットエッチングにより形成した。ここで、以下の２通りにストライプ方向のコンタクト窓を形成した。レーザストライプが（１）Ｍ方向（コンタクト窓がｃ軸及びｍ軸によって規定される所定の面に沿った方向）のものと、（２）Ａ方向：＜１１−２０＞方向、のものである。
【０１３９】
ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側電極８０ａとＴｉ／Ａｌから成るパッド電極を蒸着した。次いで、ＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面をダイヤモンドスラリーを用いて研磨し、裏面がミラー状態の基板生産物を作製した。このとき、接触式膜厚計を用いて基板生産物の厚みを測定した。厚みの測定には、試料断面からの顕微鏡によっても行っても良い。顕微鏡には、光学顕微鏡や、走査型電子顕微鏡を用いることができる。ＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面（研磨面）にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るｎ側電極８０ｂを蒸着により形成した。
【０１４０】
これら２種類のレーザストライプに対する共振器ミラーの作製には、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いるレーザスクライバを用いた。レーザスクライバを用いてブレイクした場合には、ダイヤモンドスクライブを用いた場合と比較して、発振チップ歩留まりを向上させることが可能である。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；走査速度は５ｍｍ／ｓ。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。
【０１４１】
ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。基板裏側に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。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７（ｂ）と図７（ｃ）である。図７（ｂ）はレーザストライプを（１）Ｍ方向に設けた場合であり、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。図７（ｃ）はレーザストライプを（２）＜１１−２０＞方向に設けた場合であり、半極性面７１ａと共にレーザ共振器のための端面８１ｃ、８１ｄが示される。端面８１ｃ、８１ｄは半極性面７１ａにほぼ直交しており、ａ面から構成される。
【０１４２】
ブレイクによって形成された割断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、（１）および（２）のそれぞれにおいて、顕著な凹凸は観察されなかった。このことから、割断面の平坦性（凹凸の大きさ）は、２０ｎｍ以下と推定される。更に、割断面の試料表面に対する垂直性は、±５度の範囲内であった。
【０１４３】
レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングした。誘電体多層膜は、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。片側の反射面を１０周期とし、反射率の設計値を約９５％に設計し、もう片側の反射面を６周期とし、反射率の設計値を約８０％とした。
【０１４４】
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、表面電極に針を落として通電した。光出力測定の際には、レーザバー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、レーザバー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、レーザバーからの発光に偏光板を通して回転させることで、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バー表面側に配置することで、表面から放出される光を測定した。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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、（１）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。
【０１４７】
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、かつレーザストライプが（１）Ｍ方向のレーザにおいて、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。
【０１４８】
積層欠陥密度と発振歩留まりとの関係を調べた結果、図１１が得られた。発振歩留まりの定義については、上記と同様である。図１１から、積層欠陥密度が１×１０４（ｃｍ−１）を超えると急激に発振歩留まりが低下することがわかる。また、端面状態を光学顕微鏡で観察した結果、発振歩留まりが低下したサンプルでは、端面の凹凸が激しく平坦な割断面が得られていないことがわかった。積層欠陥の存在によって、割れ易さに違いが出たことが原因と考えられる。このことから、基板に含まれる積層欠陥密度が１×１０４（ｃｍ−１）以下である必要がある。
図１１に示されたデータは以下のものである。
積層欠陥密度（ｃｍ−１）、歩留まり
500 、                    80；
1000、                    75；
4000、                    70；
8000、                    65；
10000 、                  20；
50000、                    2。
【０１４９】
基板厚みと発振歩留まりとの関係を調べた結果、図１２が得られた。発振歩留まりの定義については、上記と同様である。また、図１２では、基板の積層欠陥密度１×１０４（ｃｍ−１）以下であり、かつレーザストライプが（１）Ｍ方向のレーザにおいて、プロットした。図１２から、基板厚みが１００μｍよりも薄く５０μｍよりも厚いときに、発振歩留まりが高い。これは、基板厚みが１００μｍよりも厚いと、割断面の垂直性が悪化することによる。また、５０μｍよりも薄いと、ハンドリングが困難で、チップが破壊され易くなることによる。これらのことから、基板の厚みは、５０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。
図１２に示されたデータは以下のものである。
基板厚、歩留まり
48、      10；
80、      65；
90、      70；
110、    45；
150、    48；
200、    30；
400、    20。
【０１５０】
（実施例３）
ＨＶＰＥ法で成長した｛２０−２１｝面ＧａＮ基板を基板として用いて、このＧａＮ基板上に１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層を成長した。こうして作製したＧａＮ系半導体にレーザスクライブによって、スクライブ溝を形成した。スクライブ溝の周囲に形成されるダメージ領域のサイズを調べた。スクライブ溝の形成には、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを使用したレーザスクライバを用いた。加工条件には、以下のものを用いた：
レーザ光出力１００ｍＷ；走査速度は５ｍｍ／ｓ。
形成されたスクライブ溝の形状は、およそ長さ２００μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝である。
【０１５１】
本実施例では、ダメージ領域の評価を行うために、カソードルミネッセンス法を用いた。カソードルミネッセンスでは、電子線によって励起されたキャリアの発光過程を観察する。しかし、スクライブ溝の形成によって加工ダメージ等が導入されると、スクライブ溝形成の領域の近傍に非発光再結合中心が形成される。これ故に、ダメージを受けた領域ではキャリアが非発光再結合するので、ダメージ領域は暗領域として観察される。ＧａＮにおけるキャリアの拡散長は約０．１μｍであるので、数μｍオーダーのダメージ領域を観察することが可能である。加速電圧を高くすると、結晶内部の情報が多くなるので、１０ｋＶ以下の比較的低い加速電圧を用いて観察することにより、表面から０．５μｍ以下の表層領域を観察でき、ダメージを大きく受けた異常領域を通常の領域から識別することが可能である。図１３は、スクライブ溝の周囲を示すカソードルミネッセンス（ＣＬ）像の一例を示す。また、図１４は、スクライブ溝の周囲を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像の一例を示す。ＣＬ像だけでなく、ＳＥＭ像においても、暗部及び明部がスクライブ溝の近傍に観測される。
【０１５２】
図１３及び図１４のスクライブ溝は、矢印Ａの方向にレーザビームを走査することによって形成される。これらの図面における左端側からレーザは走査され、スクライブ溝の形成を開始し、右端位置でレーザ照射を終了している。また、開始の時から暫くの期間（初期）において、レーザパワーを連続的に増加させている。終了の暫く前の時から終了時までの期間（終期）において、レーザパワーを連続的に減少させている。初期と終期との間の期間では、レーザパワーを意図的には変更しない。このようなレーザパワー制御により、図１５に示される断面像において示される形状（例えば、舟底の形状）の溝が形成される。図１５に示される溝形状は、共振器のために好適な割断面の形成を可能にする。スクライブ溝の断面形状は、ボート（舟）の底形をなしていた。
【０１５３】
図１５に示される断面像において、スクライブ溝及びスクライブ跡は、スクライブ形成の終期期間に形成される第１のスロープ部と、スクライブ形成の初期期間に形成される第２のスロープ部と、第２のスロープ部と第１のスロープ部との間に平坦部とを含むことが示される。第２のスロープ部（開始端）の長さは、第１のスロープ部（終了端）の長さより短い。また、第１のスロープ部（終了端）における底端の傾斜は、第２のスロープ部（開始端）における底端の傾斜より緩やかである。第２のスロープ部（開始端）における始点と終点を結ぶ直線とエピ表面に沿って延在する直線との成す傾斜角度ＡＧ２は、第１のスロープ部（終了端）における始点と終点を結ぶ直線とエピ表面に沿って延在する直線との成す傾斜角度ＡＧ１より大きい。また、第２のスロープ部（開始端）における始点と終点を結ぶ直線とエピ表面との成す角度ＢＧ２は、第１のスロープ部（終了端）における始点と終点を結ぶ直線とエピ表面との成す傾斜角度ＢＧ１より小さい。
【０１５４】
図１５（ａ）は、割断面のエッジ近傍に残るスクライブ跡のＣＬ像を示す。ＣＬ像においては、発光像を観測しており、ＣＬ像におけるコントラストにおいて暗く見える領域は、レーザ照射により形成された多数の非発光中心を含む。図１５（ｂ）は、割断面のエッジ近傍に残るスクライブ跡のＳＥＭ像を示す。ＳＥＭ像においては、二次電子による像を観測しており、ＳＥＭ像において暗く見える領域は、レーザ照射により形成された多数の変質部を含む。
【０１５５】
再び図１３及び図１４を参照すると、ＳＥＭ像を参照すると、スクライブ溝の長さは２００μｍである。ＣＬ像を参照すると、スクライブ溝の開始部から３０μｍ周囲の領域は発光が弱く、これは、この領域にはダメージが導入されていることを示している。一方、スクライブ溝の終了部では、スクライブ溝の終端位置とＣＬ像でのダメージ領域がほぼ同じであり、これは、ダメージ領域は終了部の数μｍ以下であることを示している。また、ＳＥＭ像を参照すると、ダメージ領域には多数のデブリー（アブレーションで生じた堆積物）があることを示しており、しかし、スクライブ溝の終端部よりも右側には、デブリーがほとんど無い。このことから、レーザ照射の終了部側は、導波路に対して７０μｍよりも近づけても、レーザ特性に低下が無い。より具体的には、スクライブ溝の端部をレーザストライプに対して２０μｍ以上７０μｍ未満の範囲に接近させることができる。また、これにより、スクライブ溝の間隔を狭めることが可能になる。スクライブ溝の間隔を狭めると、割断したときの垂直性を向上できるとともに、チップ幅を狭められるので、１枚のウエハからのチップ取れ数を増加させることができる。これ故に、割断面の形成の際の歩留り、チップ取れ数が向上させることができる。この結果、生産コストを低下させることが可能である。
【０１５６】
以上説明したように、評価には、カソードルミネッセンス法を用いたので、カソードルミネッセンスでは、電子線によって励起されたキャリアの発光過程を観察できる。スクライブ溝の形成に際に加工ダメージ等が導入されると、その近傍ではキャリアが非発光再結合する。非発光中心におけるキャリア再結合により、ダメージ領域を暗領域として観察される。ＧａＮにおけるキャリアの拡散長は約０．１μｍであるので、数μｍ程度のダメージ領域を観察することが可能である。観測の深さは、スクライブ溝より深いことが良いが、加速電圧を高くすると、結晶内部の情報が多くなるので、１０ｋＶ以下３ｋＶ以上程度の比較的低い加速電圧を用いて観察することが良く、上記の加速電圧の利用により、表層からのキャリア再結合中心に関する情報を視覚的な画像として得ることができる。
【０１５７】
上記の説明から、スクライブ溝の形成によるダメージを評価する方法を利用して、溝の周りのダメージの程度に関して見積もりを行うことができる。また、この方法によれば、走査型電子顕微鏡、カソードルミネッセンス測定装置等を用いて得られた、溝付近の領域の像では、スクライブ溝の形成によるダメージに応じて違いが現れる。走査型電子顕微鏡又はカソードルミネッセンス測定装置の像に基づき、溝の隣接領域のダメージの程度に関して見積もりを行うことができる。
【０１５８】
ダメージを評価する方法は、例えば図１６に示される以下の工程を含むことができる。工程Ｓ２０１では、溝の加工を行う半導体装置を準備する。半導体装置は、六方晶系III族窒化物半導体からなる基板と該基板上に形成された六方晶系III族窒化物半導体領域とを含むことができ、また六方晶系III族窒化物半導体からなる基板を含むことができる。工程Ｓ２０２では、スクライブ溝を形成するための装置を用いて、六方晶系III族窒化物半導体を含む半導体装置に溝を形成する。工程Ｓ２０３では、溝を形成した後に、半導体装置を走査型電子顕微鏡及びカソードルミネッセンス測定装置のいずれかを用いて、半導体装置の溝を含む領域の画像を得る。工程Ｓ２０４では、画像に基づき、溝の近傍のダメージの程度に関する見積もりを行う。工程Ｓ２０５では、前記スクライブ溝の端部と半導体レーザのレーザストライプとの間隔及び／又は形成条件を決定する。工程Ｓ２０６では、III族窒化物半導体レーザ素子のための基板生産物を形成する。工程Ｓ２０７では、決定された形成条件お余ｂに溝間隔を用いて、基板生産物にスクライブ溝を形成する。工程Ｓ２０８では、基板生産物にスクライブ溝を形成した後に、基板生産物への押圧により基板生産物の分離を行う。この分離によって、例えばレーザバー及び／又はレーザチップを得ることができる。
【０１５９】
（実施例４）
図１７は、２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍチップ幅を得るために行った実験におけるスクライブ溝の寸法に関する一覧を示す。図１８は、スクライブ溝ＳＧ、レーザストライプＬＳの配置を示す図面である。終点側隙間は距離Ｗ１に対応し、始点側隙間は距離Ｗ２に対応する。始点側では、ダメージを避けるために導波路に対して３０μｍの隙間が必要であり、終点側では、位置精度の問題があるので、１０μｍの隙間が必要であるので、溝間隔の最小値は４０μｍである。また、スクライブ溝の底面を船底形状にしなければ、溝深さの再現性が悪くなるので、溝長さの最小値は４０μｍである。「＋α余裕」はデブリーの悪影響を極力減らすための余裕を意味する。チップ幅が例えば１００μｍ〜２００μｍの素子を作製するとき、スクライブ溝の形状の寸法範囲の見積もりは以下のものである：
チップ幅、  スクライブ溝の長さ、  スクライブ溝間隔；
２００μｍ：４０μｍ〜１６０μｍ、１６０〜４０μｍ；
１５０μｍ：４０μｍ〜１１０μｍ、１１０〜４０μｍ；
２００μｍ：４０μｍ〜  ６０μｍ、  ６０〜４０μｍ。
この見積もりにおいてスクライブ溝の長さの最小値は４０μｍである。スクライブ溝の長さ４０μｍ以上であれば、割断面に充分な垂直性が得られる。
【０１６０】
（実施例５）
以下の通り、レーザー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）を用いた。基板には、ＨＶＰＥ法で成長した｛２０−２１｝面ＧａＮ基板を用いた。
【０１６１】
この基板を反応炉内のサセプタ上に配置した後に、以下の成長手順でエピタキシャル層を成長した。まず、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層を成長した。次に、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層をｎ型ＧａＮ層上に成長した。引き続き、厚さ２５０ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層及び厚さ１１５ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮガイド層を成長した後に、ＧａＮ障壁層（厚さ１０ｎｍ）／ＩｎＧａＮ井戸層（厚さ３ｎｍ）から構成される２周期ＭＱＷを成長した。続いて、厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層、厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮブロック層、厚さ５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＮガイド層、及び厚さ２５０ｎｍのｐ型ＧａＮガイド層を成長した。次に、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長した。最後に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長した。これらの手順でエピタキシャル基板を作製した。
【０１６２】
ＳｉＯ２の絶縁膜をコンタクト層上に成膜した後に、フォトリソグラフィを用いて幅１０μｍのストライプ窓をウェットエッチングにより形成した。レーザストライプはｃ軸を主面に投影した方向に平行に設けた。導波路ベクトルとｃ軸ベクトルの成す角度は、０．１度以下であった。ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側電極とＴｉ／Ａｕから成るパッド電極を蒸着した。次いで、ＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面をダイヤモンドスラリーを用いて研磨し、裏面がミラー状態の基板生産物を作製した。ＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面（研磨面）にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るｎ側電極を蒸着により形成した。これらの手順により、図１９に示されるゲインガイドレーザのための基板生産物を作製できる。
【０１６３】
また、以下の方法で、図２０に示されるリッジ構造を有するインデックスガイドレーザの作製も可能である。幅２μｍのリッジ構造を作製するために、フォトリソグラフィによって、ポジ型レジストからなる幅２μｍのパターンを有するマスクを設けた。レーザ導波路方向は、ｃ軸ベクトルを主面に投影した投影成分の方向に平行になるように向き付けした。Ｃｌ２を用いたドライエッチングによって、リッジ構造を作製した。エッチング深さは例えば０．７μｍであり、ＡｌＧａＮブロック層が露出するまでエピタキシャル基板の半導体領域のエッチングを行った。エッチングの後に、レジストマスクを除去した。フォトリソグラフィを用いて約幅２μｍのストライプマスクをリッジ構造上に残した。ストライプマスクの向きはリッジ構造の向きに合わせた。この後に、リッジ側面にＳｉＯ２を真空蒸着法を用いて蒸着した。絶縁膜の蒸着の後に、リフトオフ法によってリッジ上のＳｉＯ２を除去して、ストライプ状開口部を有する絶縁膜を形成した。次いで、アノード電極ＡＮＤ２及びカソード電極ＣＴＤ２を形成して、基板生産物を得た。なお、図１９及び図２０には、後の工程で形成されるスクライブ溝が描かれている。
【０１６４】
これらのレーザストライプに対する共振器ミラーの作製には、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いるレーザスクライバを用いた。レーザスクライバを用いてスクライブ溝を形成してブレイクした場合には、ダイヤモンドスクライブを用いた場合と比較して、発振チップ歩留まりを向上させることが可能である。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／ｓ。
形成されたスクライブ溝は、例えば、長さ１００μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝であった。スクライブ溝の形成において、溝の間隔が５０〜３００μｍになるようにレーザスクライバを制御し、スクライブ溝端と導波路との距離が１０〜３００μｍの範囲になるようにレーザスクライバを制御した。基板の表面に電極の開口部と通して直接レーザ光を照射することによって、スクライブ溝を周期的に形成した。共振器長は６００μｍであった。間隔Ｗ１、Ｗ２の規定は、既に説明したように、図１９及び図２０に示されている。
【０１６５】
ブレードを用いて基板裏面を押圧して、共振ミラーを割断により作製した。基板裏面側の端部に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。半極性面上でｃ軸を主面に投影した方向に平行に設けた導波路に垂直な端面をミラー面とする方法は、従来のｃ面やｍ面といったレーザでの端面となる、ｍ面、ａ面又はｃ面、等のこれまでのへき開面とは異なる。レーザバーにおけるスクライブ溝（溝長さ１００μｍ、溝間隔３００μ）を断面から観察した。スクライブ溝の終端部では、二次電子像（ＳＥ像）、ＣＬ像ともにコントラストは見られなかった。一方、スクライブ溝の開始部では、二次電子像にコントラストが見られ、二次電子放出率が変化する程度の、スクライブ溝の近傍の半導体領域が変質していることが示された。また、ＣＬ像にコントラストが見られ、ＳＥ像における変質領域が非発光領域となっている。
【０１６６】
作製したレーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングした。誘電体多層膜は、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。片側の反射面を１０周期とし、反射率の設計値を約９５％に設計し、もう片側の反射面を６周期とし、反射率の設計値を約８０％とした。
【０１６７】
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、表面電極に針を落として通電した。光出力測定の際には、レーザバー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、レーザバー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。発振波長は５００〜５３０ｎｍであった。
【０１６８】
発振歩留における導波路と溝との間隔依存性を調べた。図２１は、発振歩留における導波路とスクライブ溝との間隔依存性を示す。縦軸における相対しきい値電流密度は、１００チップのレーザ素子における発振閾値電流密度の中間値からの増加割合によって規定される。特性線ＣＳは、スクライブ溝の開始端と導波路との間隔と発振歩留との関係を示し、特性線ＣＥは、スクライブ溝の終了端と導波路との間隔と発振歩留との関係を示す。図２１を参照すると、終了端を導波路に近づけるとき、その間隔Ｗ１が２０μｍ以上であるとき、レーザ特性低下が無く、発振歩留りが向上する。一方、開始端を導波路に近づけるとき、その間隔Ｗ２が５０μｍ以上であるとき、特性が低下し、発振歩留りが低下した。このことから、ダメージの少ない終端部を導波路に対して７０ｍμ以下にまで近づけることができ、２０μｍ以上であることが可能である。チップ幅を小さくすることができる。このため、チップの取れ数が増加するので、コストを低下させることができる。
【０１６９】
（実施例６）
実施例２では、｛２０−２１｝面を有するＧａＮ基板上に、半導体レーザのための複数のエピタキシャル膜を成長した。上記のように、スクライブ溝の形成と押圧とによって光共振器用の端面が形成された。これらの端面の候補を見いだすために、（２０−２１）面に９０度近傍の角度を成し、ａ面とは異なる面方位を計算により求めた。図２２を参照すると、以下の角度及び面方位が、（２０−２１）面に対して９０度近傍の角度を有する。
具体的な面指数、｛２０−２１｝面に対する角度
（−１０１６）：  ９２．４６度；
（−１０１７）：  ９０．１０度；
（−１０１８）：  ８８．２９度。
【０１７０】
図２３は、（２０−２１）面と（−１０１−６）面及び（−１０１６）面における原子配置を示す図面である。図２４は、（２０−２１）面と（−１０１−７）面及び（−１０１７）面における原子配置を示す図面である。図２５は、（２０−２１）面と（−１０１−８）面及び（−１０１８）面における原子配置を示す図面である。図２３〜図２５に示されるように、矢印によって示される局所的な原子配置は電荷的に中性な原子の配列を示し、電気的中性の原子配置が周期的に出現している。成長面に対し、比較的垂直な面が得られる理由は、この電荷的に中性な原子配列が周期的に現れることで、割断面の生成が比較的安定となっていることが考えられる可能性がある。
【０１７１】
上記の実施例１〜６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。典型的な半極性主面、｛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。例えば、半極性主面は、｛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。
【０１７２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、六方晶系III族窒化物のｃ軸がｍ軸の方向に傾斜した支持基体の半極性面上において、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有する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、この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。さらに、本実施の形態によれば、半導体レーザ素子においてスクライブ溝の形成によるダメージを評価する方法が提供される。
【０１７３】
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。
【符号の説明】
【０１７４】
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、凹部（スクライブ跡）…２８、３０、３２、３４、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、６４ａ、６４ｂ…スクライブ溝、６６ａ、６６ｂ…溝端、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、７０…支持装置、７０ａ…支持面、７０ｂ…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図７】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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