(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と、前記半極性主面の上に形成された半導体領域とを含むレーザ構造体を有する基板生産物を形成する工程と、
前記基板生産物の第１の面をスクライブして、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に延在するスクライブマークを形成する工程と、
前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物の第１の領域を支持すると共に前記基板生産物の第２の領域を該第２の領域が自由端になるように支持せずに該第２の領域へ押圧を行うことにより、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、
前記基板生産物は所定の基準線によって前記第１及び第２の領域の２つに分けられ、前記第２の領域は前記基板生産物の一方側の端まで延在し、
前記第２の領域は前記スクライブマークを備え、
前記第１及び第２の領域は互いに隣り合い、
前記押圧は、前記スクライブマークにブレードを合わせて前記スクライブマークに沿って前記基板生産物の第２の面に行われ、
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、
前記基板生産物は、前記レーザ構造体の上に設けられたアノード電極及びカソード電極を含み、
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、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２】
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、請求項１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。
【請求項３】
前記スクライブマークは、前記法線軸と前記ａ軸の方向とによって規定されるａ−ｎ面に沿って、前記第１の面から前記第２の面の方向に延在する、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を作製する方法。
【請求項４】
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以上になるように加工が施され、
前記加工はスライス又は研削であり、
前記第２の面は前記加工により形成された加工面、又は前記加工面の上に形成された電極を含む面である、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を作製する方法。
【請求項５】
前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、
前記スクライブマークはスクライブ溝を含み、
前記スクライブ溝は、前記法線軸と前記ａ軸の方向とによって規定されるａ−ｎ面に沿って、前記第１の面から前記第２の面の方向に延在する、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を作製する方法。
【請求項６】
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度以下の範囲の傾斜を有する、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を作製する方法。
【請求項７】
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、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を作製する方法。
【請求項８】
前記基板は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなる、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を作製する方法。
【請求項９】
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、前記基板の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、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を作製する方法。
【請求項１０】
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、請求項９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。
【請求項１１】
前記第１及び第２の端面はせん断面を含む、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を作製する方法。
【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、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。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ｃ面サファイア基板上に作製された半導体レーザが記載されている。ドライエッチングにより半導体レーザのミラー面が形成される。レーザの共振器ミラー面の顕微鏡写真が掲載され、その端面の粗さが約５０ｎｍであることが記載されている。
【０００３】
非特許文献２には、（１１−２２）面ＧａＮ基板上に作製された半導体レーザが記載されている。ドライエッチングにより半導体レーザのミラー面が形成される。
【０００４】
非特許文献３には、窒化ガリウム系半導体レーザが記載されている。へき開面（cleaved  facets）としてｍ面をレーザ共振器に利用するために、基板のｃ軸のオフ方向に偏光したレーザ光を生成することを提案している。この文献には、具体的には、無極性面では井戸幅を拡げること、半極性面では井戸幅を狭めることが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Jpn.  J.  Appl.  Phys.  Vol.  35,  (1996)  L74-L76
【非特許文献２】Appl.  Phys.  Express  1  (2008)  091102
【非特許文献３】Jpn.  J.  Appl.  Phys.  Vol.  46,  (2007)  L789
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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同一の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。
【０００９】
発明者らは、本件発明に関連した特許出願（特願２００９−１４４４４２号）を行っている。
【００１０】
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、しきい値電流の低減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することにあり、またこのIII族窒化物半導体レーザ素子の共振器ミラーにおける平坦性を向上可能であると共にしきい値電流を低減可能にする、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面は、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と、前記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を有する基板生産物を形成する工程と、（ｂ）前記基板生産物の第１の面をスクライブして、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に延在するスクライブマークを形成する工程と、（ｃ）前記スクライブマークを形成した後に、前記基板生産物の第１の領域を支持すると共に前記基板生産物の第２の領域を支持せずに該第２の領域へ押圧を行うこと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。前記基板生産物は所定の基準線によって前記第１及び第２の領域の２つに分けられ、前記第１及び第２の領域は互いに隣り合い、前記押圧は前記基板生産物の第２の面に行われ、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、前記基板生産物は、前記レーザ構造体上に設けられたアノード電極及びカソード電極を含み、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。
【００１２】
この方法によれば、基板生産物は、分離の際に支持される基板生産物の一方側の領域（第１の領域）と、分離の際に支持されず押圧される基板生産物の他方側の領域（第２の領域）に分けられる。基板生産物の一方側の領域を支持しながら基板生産物の他方側の領域へ押圧すること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。したがって、上記の押圧に先立つ支持の際に、基板生産物の一方側の部分を支持されているけれども、基板生産物の他方側は支持されておらず自由端である。
【００１３】
押圧の際に、基板生産物の第２の領域に押圧を行って基板生産物に押圧ラインにせん断力を加える。この押圧が行われるとき、押圧ラインに沿った基準線を境に分けられる第２の領域の２つの部分には異なる力が加わる。押圧の期間中に、支持された第１の領域から基板生産物の第２の領域上の押圧部までの間の第１の部分に曲げモーメント及びせん断力が働くが、第２の部分には曲げモーメントは生じずに、せん断力も印加されない。これ故に、第１の部分と第２の部分との境界にせん断力を加えることによる分離では、端面を生成する主要な力はせん断力である。この方法によれば、III族窒化物半導体レーザ素子の共振器ミラーにおける平坦性が向上される。
【００１４】
本発明の一側面に係る作製方法では、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。この作製方法によれば、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。
【００１５】
本発明の一側面に係る作製方法では、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が好ましい。この作製方法によれば、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。
【００１６】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記スクライブマークは、前記法線軸と前記ａ軸の方向とによって規定されるａ−ｎ面に沿って、前記第１の面から前記第２の面の方向に延在することが好ましい。この作製方法によれば、ａ−ｎ面に沿って第１の面から第２の面の方向に延在するスクライブマークは、端面の生成を案内する。
【００１７】
本発明の一側面に係る作製方法では、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以上になるように加工が施され、前記加工はスライス又は研削であり、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が良い。この作製方法によれば、基板厚が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。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。
【００１８】
本発明の一側面に係る作製方法では、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１１５μｍ以下になるように加工が施されることが良い。この作製方法によれば、前記基板の厚さが１１５μｍ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。
【００１９】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われ、前記スクライブマークはスクライブ溝を含み、前記スクライブ溝は、前記法線軸と前記ａ軸の方向とによって規定されるａ−ｎ面に沿って、前記第１の面から前記第２の面の方向に延在することが良い。この作製方法によれば、スクライブ溝は、第１の面から基板に向く方向に延在する。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、この割断の伝播は、上記の深さ方向に延在するスクライブ溝によって案内される。
【００２０】
本発明の一側面に係る作製方法では、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できる。この作製方法によれば、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。
【００２１】
本発明の一側面に係る作製方法では、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度以下の範囲の傾斜を有する面も前記主面として好適である。この作製方法によれば、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。
【００２２】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記基板は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。この作製方法によれば、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。
【００２３】
本発明の一側面に係る作製方法では、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、前記基板の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ができる。この作製方法によれば、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歩留まり良く形成できる。
【００２４】
本発明の一側面に係る作製方法では、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度以下の範囲になることができる。この作製方法によれば、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、上記の垂直性を有する端面を歩留まり良く形成できる。
【００２５】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記スクライブマークを形成する前記工程では、前記基板生産物の第１の面をスクライブして、前記六方晶系III族窒化物半導体の前記ａ軸の方向に延在する複数のスクライブ溝を形成し、前記複数のスクライブ溝は、前記レーザ共振器の方向と交差する素子幅のｎ倍（ｎ＝１、２、３、４、・・・）のピッチで配列されることができる。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る。
【００２６】
本発明の別の側面に係る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、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、前記第１及び第２の割断面の各々は、前記支持基体の端面において前記第１及び第２の面の一方から他方に向かう方向に延びる縞状構造を有する。
【００２７】
本発明の別の側面に係る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、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、前記第１及び第２の割断面の各々における前記支持基体の端面はせん断面を含む。
【００２８】
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。また、割断面が上記の縞状の表面モフォロジを含むとき、III族窒化物半導体レーザ素子の共振器ミラーの活性層端面及びその近傍における平坦性が向上される。発明者らの実験によれば、レーザ共振器となる第１及び第２の割断面を本件に係る作製方法により形成するとき、割断面が上記の表面モフォロジを有する。この割断面の平坦性は優れており、優れた平坦性はしきい値電流の低減に寄与する。
【００２９】
本発明の別の側面に係る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、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良い。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。
【００３０】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の厚さは５０μｍ以上であることが良い。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、厚さ５０μｍ以上であれば、ハンドリングが容易になり、生産歩留まりの向上に寄与できる。
【００３１】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の厚さは１１５μｍ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、レーザ共振器のための割断面を得ることができる。
【００３２】
本発明の別の側面に係る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ができる。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。
【００３３】
本発明の別の側面に係る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できる。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。
【００３４】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれか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、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。
【００３５】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、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。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、この端面コートにより反射率を調整できる。
【００３６】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記活性層は、波長３６０ｎｍ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、低いしきい値電流を得ることができる。発光領域は、例えば単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、及びバルク構造のいずれかであることができる。
【００３７】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記活性層は、波長４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ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、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４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の発生に好適である。
【００３８】
本発明の別の側面に係る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ができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子において、低いしきい値電流を提供できるバンド遷移は偏光性を有する。ｍ軸方向にｃ軸を傾斜させた半導体レーザ素子では、この遷移を利用可能である。
【００３９】
本発明の別の側面に係る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、ｃ軸がｍ軸方向に傾斜した基板主面上にレーザ構造体が設けられるので、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。
【００４０】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の積層欠陥密度は１×１０４ｃｍ−１以下であることが良い。この積層欠陥密度では、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を低くできる。
【００４１】
本発明の別の側面に係る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ことが好ましい。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提供できる。
【００４２】
本発明の別の側面に係る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度以下の範囲になることが好ましい。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。
【００４３】
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】
【００４４】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、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、しきい値電流の低減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、本発明の別の側面によれば、このIII族窒化物半導体レーザ素子の共振器ミラーにおける平坦性を向上可能であると共にしきい値電流の低減を可能にする、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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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、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における割断の方法（Ａ）を説明する図面である。
【図８】図８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における割断の方法（Ｂ）を説明する図面である。
【図９】図９は、結晶格子における｛２０−２１｝面、及び共振器端面の光学顕微鏡像を示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例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１１】図１１は、方法（Ａ）により作製されたレーザ共振器のための割断面とレーザストライプとの間の角度の分布を示す図面である。
【図１２】図１２は、方法（Ａ）及び方法（Ｂ）により作製されたレーザ共振器を含む半導体レーザの発振しきい値電流の分布を示す図面である。
【図１３】図１３は、ＧａＮ基板のｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角と共振器歩留まりとの関係を示す図面である。
【図１４】図１４は、基板厚みと共振器歩留まりとの関係を示す図面である。
【図１５】図１５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１６】図１６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１７】図１７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１８】図１８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】
【００４６】
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、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。
【００４７】
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、リッジ構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、リッジ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以下の光の発生に好適である。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。
【００４８】
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、ゼロでない角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
図１における破線円内に示されるように、割断面２７、２９が、支持基体１７の端面において第１及び第２の面１３ａ、１３ｂの一方から他方に向かう方向に延びる縞状構造を有する。割断面２７、２９が、上記の縞状構造を有する表面モフォロジを含むとき、III族窒化物半導体レーザ素子１１の共振器ミラーの活性層端面及びその近傍における平坦性が向上される。発明者らの実験によれば、後ほど説明される作製方法をレーザ共振器の作製に適用するとき、多くの場合に、割断面２７、２９に上記の表面モフォロジが提供される。これらの割断面２７、２９の各々における支持基体１７の端面はせん断面を含むことができる。また、これらの割断面２７、２９の各々における半導体領域１９の端面はせん断面を含むことができる。このとき、割断面２７、２９の平坦性は優れており、この優れた平坦性はしきい値電流の低減を可能にする。平坦性は、レーザストライプの方向に基づく低いしきい値を可能にするバンド遷移とは異なる技術的な寄与である。割断面２７、２９における平坦性の向上により、レーザ共振器の性能は向上される。
【００５３】
割断面２７、２９における縞状構造は、走査型電子顕微鏡又は光学顕微鏡で観測可能であり、後ほど説明される作製方法における割断により形成された支持基体の端面に形成される。縞状構造における外観上の縞模様は、細かな溝状の構造或いは細かなリッジ状の構造であり、これらの構造物は第１及び第２の面１３ａ、１３ｂの一方から他方に向かう方向に延びる。走査型電子顕微鏡を用いて行った窒化ガリウム系半導体に関する見積もりによれば、溝状の構造の深さは例えば０．０５μｍから０．５０μｍ程度の範囲であり、またリッジ状の構造の高さは例えば０．０５μｍから０．５０μｍ程度の範囲である。縞の間隔は例えば０．５μｍから５．０μｍ程度の範囲である。
【００５４】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、割断面２７は第１のへこみ部４０ａを有する。第１のへこみ部４０ａは、法線軸ＮＸとａ軸の方向とによって規定されるａ−ｎ面に沿って、またIII族窒化物半導体レーザ素子１１の側面（割断面２７、２９と異なる）２０ａに沿って、第１の面１３ａから第２の面１３ｂの方向に延在する。この第１のへこみ部４０ａは、割断によりスクライブマークから形成される。ａ−ｎ面に沿って第１の面（エピ面）１３ａから支持基体１７に向かう方向に延在するスクライブマークは割断の伝播の方向を案内する。第１のへこみ部４０ａは、エピ面から支持基体１７に到達するように設けられる。また、第１の割断面２７は第２のへこみ部４０ｂを有し、第２のへこみ部４０ｂは第１の面１３ａから第２の面１３ｂの方向に延在する。第２のへこみ部４０ｂはａ−ｎ面に沿って、またIII族窒化物半導体レーザ素子１１の側面（割断面２７、２９と異なる）２０ｂに沿って延在する。第１の割断面２７には光導波路の端面（例えば活性層２５の端面）が現れており、第１の割断面２７において活性層２５の端面はへこみ部４０ａ、４０ｂの間に位置する。これらのへこみ部４０ａ、４０ｂはそれぞれ割断によりスクライブマークから形成される。ａ−ｎ面に沿って第１の面（エピ表面）１３ａから支持基体１７に向かう方向に延在するこれらのスクライブマークは、割断の伝播の方向を案内できる。なお、割断面２９も割断面２７と同様にへこみ部４２ａ、４２ｂを有することができる。
【００５５】
図１に示されるように、III族窒化物半導体レーザ素子１１はリッジ構造を有している。リッジ構造では、第２導電型のコンタクト層３３はストライプ形状を成し、第２のクラッド層２３は、下地の半導体層を覆う平坦部と共に、第２導電型のコンタクト層３３の形状と同様にストライプ形状を成すリッジ部を含む。また、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。
【００５６】
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の（ａ）部を参照すると、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。
【００５７】
図２の（ｂ）部を参照すると、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。
【００５８】
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。
【００５９】
図３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。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。
【００６０】
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−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。
【００６１】
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１１５μｍ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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。支持基板１７の積層欠陥密度は、成長前の基板をカソードルミネッセンス法によって観察することによって見積もることができる。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。例えば、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できる。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。
【００６６】
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。
【００６７】
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の（ａ）部を参照すると、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。
【００６８】
工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図６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。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。
【００６９】
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。
【００７０】
工程Ｓ１０５では、図６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６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。スクライブ溝６５ａは、法線軸ａ−ｎ面に沿って第１の面６３ａから第２の面６３ｂの方向に延在する。このスクライブ溝６５ａは、第１の面６３ａから基板５１に向く方向に延在する。基板生産物ＳＰへの押圧により基板生産物ＳＰから別の基板生産物及びレーザバーが形成され、この割断の伝播は、上記の深さ方向に延在するスクライブ溝６５ａによって案内される。なお、図６の（ｂ）部では、基板生産物は円盤状の形状に描かれているけれども、基板生産物の形状はこれに限定されない。
【００７１】
図６の（ｃ）部では既にレーザバーＬＢ０が形成されている。押圧に先立って、基板生産物ＳＰは２枚の可撓性を有するフィルム（例えばフレキシブルフィルム）ＦＬＭ１、ＦＬＭ２の間に置かれ、フレキシブルフィルムとして例えばポリ塩化ビニル等を使用可能である。押圧は、例えばブレードといったブレイキング装置６９を用いて行われる。ブレイキング装置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とエッジ７１ｂとを含み、エッジ７１ｂにおいて支持面７１ａが終端する。この支持装置７１は基板生産物ＳＰ１の片持ちを可能にする。図６の（ｃ）部では、次々に形成されるレーザバーが支持面７１ａ上に位置するように、基板生産物を支持しているけれども、次々に形成される基板生産物が支持面７１ａ上に位置するように、基板生産物を支持することもできる。
【００７２】
工程Ｓ１０６では、図６の（ｃ）部に示されるように、この基板生産物の第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物の分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。基板生産物ＳＰ１のスクライブ溝６５ａの向きを支持装置７１のエッジ７１ｂの延在方向に合わせて、基板生産物ＳＰを支持装置７１のエッジ７１ｂを基準にして位置決めする。次に割断を引き起こすスクライブ溝６５ａは、支持面７１ａ上には位置していない。
【００７３】
図７を参照しながら、上記の分離を引き続き説明する。図７の（ａ）部に示されるように、エッジ７１ｂに沿って延びる基準線（Ｘ座標Ａ１）を境に基板生産物ＳＰは第１の領域７０ａ及び第２の領域７０ｂに分けられる。基板生産物ＳＰにおいて、第１の領域７０ａ及び第２の領域７０ｂは互いに隣り合っており、第１の領域７０ａは上記の基準線（Ｘ座標Ａ１）によって規定される基板生産物ＳＰの一方側の部分の全てを含み、第２の領域７０ｂは上記の基準線によって規定される基板生産物ＳＰの他方側の部分の全てを含む。
【００７４】
第１の領域７０ａを支持装置７１で支持すると共に第２の領域７１ｂを支持せずに第２の領域７０ｂへ押圧することにより基板生産物ＳＰの分離を行って、別の基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。エッジ７１ｂの延在方向にブレイキング装置６９のエッジ６９ａ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６９のエッジ６９ａを基板生産物ＳＰ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、別の基板生産物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においてレーザ導波路の端面は半導体レーザの共振器ミラーに適用可能な程度の垂直性及び平坦性を有する。
【００７５】
図７の（ａ）部に示されるレーザバーの作製方法（「方法Ａ」として参照する）では、基板生産物ＳＰは、基準線（Ｘ座標Ａ１）によって分けられる２つの領域から構成される。この基板生産物ＳＰにスクライブマークを形成した後に、スクライブマークを形成した面６３ａ上の座標（Ｘ座標Ｃ１の近傍）の反対側の面を支持面７１ａで支持しないように基板生産物ＳＰの位置決めを支持装置７１において行う。位置決めの後に、基板生産物ＳＰの一方側の領域７０ａを支持しながら基板生産物ＳＰの他方側の領域７０ｂの押圧ライン（Ｘ座標Ｃ１）に沿って押圧することにより基板生産物ＳＰの分離を行って、図６の（ｃ）部に示されるように、別の基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。上記の押圧に先立つ支持の際に、基板生産物ＳＰの一方側の領域７０ａを支持されているけれども、基板生産物ＳＰの他方側の領域７０ｂは支持されておらず自由端ＦＥである。
【００７６】
押圧の際に、基板生産物ＳＰの他方側の領域７０ｂの押圧ラインに位置合わせして押圧が行われるとき、以下の説明から理解されるように、押圧ラインを基準に第２の領域７０ｂにおける２つの部分には異なる力が加わる。これを説明するために、押圧ライン（Ｘ座標Ｃ１）を基準にして第２の領域７０ｂを第１及び第２の部分７０ｃ、７０ｄに分け、第２の領域７０ｂにおける第１の部分７０ｃは第２の領域７０ｂにおける第２の部分７０ｄと第１の領域７０ａとに隣接しており、またこれらに挟まれる。上記の押圧により、第１の部分７０ｃと第２の部分７０ｄとの境界にせん断力が加えられる。押圧の期間中に、図７の（ｂ）部及び（ｃ）部に概略的に示されるように、支持された第１の領域７０ａから基板生産物ＳＰの第２の領域７０ｂ上の押圧ラインまでの間の第１の部分７０ｃに曲げモーメント及びせん断力が共に働くが、第２の部分７０ｄには曲げモーメントは生じずに、せん断力も加わらない。この割断方法によれば、共振器ミラーにおける平坦性が向上されており、せん断力による破断に特徴的なモフォロジ（例えば図９の（ａ）部）が割断面に生じる。図７の（ｃ）部は、曲げモーメントが、せん断力の印加ラインから、支持装置７１の単一の支持体のエッジ７１ｂまで単調に減少することを示している。この曲げモーメントの向きは押圧ライン近傍では割断に寄与しない方向に向く。押圧による基板生産物の変形が印加ラインの位置では十分に小さく、基板生産物の反りの向きは上向きである。なお、図７の（ｂ）部及び（ｃ）部では、理解を容易にするために、曲げモーメントが基板生産物内でリニアに変化すると仮定しているが、曲げモーメントの変化はこれに限定されるものではない。
【００７７】
一方、図８の（ａ）部に示されるレーザバーの作製方法（「方法Ｂ」として参照する）では、基板生産物ＳＰの両側が支持されており、基板生産物ＳＰは、２つのエッジ７１ｂ（Ｘ座標Ａ２、Ｂ２）の間隔Ｄで離れた２つの支持体により支持されている。押圧は、間隔Ｄの半分（Ｄ／２）の位置（Ｘ座標Ｃ２）に行われる。図８の（ｂ）部に示されるように、せん断応力は、押圧ライン（Ｘ座標Ｃ２）の両側において互いに反対向きに加わる。図８の（ｃ）部に示されるように、曲げモーメントは、押圧ライン（Ｘ座標Ｃ２）の両側に加わり、押圧ライン（Ｘ座標Ｃ２）において最大値をとりこの最大値から２つのエッジ７１ｂ（Ｘ座標Ａ２、Ｂ２）に向けて減少する。この曲げモーメントは、割断に寄与する方向に向く。押圧による基板生産物の変形が印加ラインの位置では十分に大きく、基板生産物の反りの向きは下向きである。したがって、割断は、曲げモーメント及びせん断力によって生じる。図７及び図８の比較から、２つのレーザバーの作製では、基板生産物ＳＰ内における曲げモーメント及びせん断応力の分布が互いに異なることが示される。
【００７８】
図７及び図８を参照しながら、方法（Ａ）と方法（Ｂ）を用いた作製方法の原理の相違点を説明する。
【００７９】
方法（Ｂ）では、曲げモーメントの分布がブレードの直下（Ｘ座標Ｃ２）で最大となる。したがって、方法（Ｂ）では、曲げモーメントの負荷により発生する引張り応力が基板に作用した結果、ブレイクが進行してレーザバーが作製されると考えられる。
【００８０】
一方、方法（Ａ）では、曲げモーメントはブレードの直下ではゼロとなる。曲げモーメントはブレードの中心からブレイキング装置の支持台のエッジ（受け刃）に近づくにつれて増加していくが、この曲げモーメントにより半導体エピタキシャル領域に作用する応力は圧縮応力であるので、ブレイクの進行には寄与しない。また、せん断力はブレードの中心から支持台（受け刃）のエッジまで一定の大きさで作用する。したがって、方法（Ａ）では、基板にせん断力が作用した結果、ブレイクが進行してレーザバーが作製されると考えられる。
【００８１】
これは、せん断力によって作製された端面には、せん断破壊に特徴的な縞状のモフォロジが生じることに矛盾しない。縞状のモフォロジは、光学顕微鏡で観察でき、半導体エピタキシャル領域の下方から基板裏面に至るまで伸び、また上述のブレイクのメカニズムを支持する。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
この方法によれば、基板生産物ＳＰ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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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１１５μｍ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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
（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。
【００９３】
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に、図７に示される方法で押圧して基板を割断した。
【００９４】
図９の（ａ）部は、割断面を正面から観察した光学顕微鏡像である。発明者らによるこの顕微鏡像及び他の実験結果の観察によれば、割断面は良好な平坦性を有し、また半極性主面に対して良好な垂直性を示す。特に、割断面は、小さいエリアである導波路近傍で良好な平坦性を示している。図９の（ａ）部を参照すると、エリアＦＲ１にはスクライブマークから形成された凹部が示される。また、エリアＦＲ２には割断面における縞状構造が示されている。縞状構造における外観上の縞模様は、細かな溝状の構造或いは細かなリッジ状の構造であり、これらの構造物はエピ面及び基板裏面の一方から他方に向かう方向に延びる。この縞状構造は、せん断破壊に特徴的な縞状のモフォロジを有し、本実施例における割断によるブレイクのメカニズムがせん断力によるものであることを示している。この縞状のモフォロジは光学顕微鏡で観察することができ、半導体エピタキシャル領域の下方から基板裏面に至るまで伸びている点が特徴である。
走査型電子顕微鏡を用いて行った見積もりによれば、溝状の構造の深さは例えば０．０５μｍから０．５０μｍ程度の範囲であり、またリッジ状の構造の高さは例えば０．０５μｍから０．５０μｍ程度の範囲であった。縞の間隔は例えば０．５μｍから５．０μｍ程度の範囲であった。
【００９５】
ブレイクによって形成された割断面の活性層の端面近傍を走査型電子顕微鏡で観察した結果、顕著な凹凸は観察されなかった。このことから、活性層の端面近傍の平坦性（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〜＋５度の範囲内であった。
【００９６】
（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。そこでこの割断面の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１０に示される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）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エ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の（ｂ）部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。
【００９７】
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７７ａ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７７ｂ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。
【００９８】
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ＷＩＮ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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
スクライブマークを形成した後、ブレイキング装置を用いて基板生産物からレーザバーを作製した。スクライブ溝の位置をブレイキングブレードの中心位置に合わせて、基板生産物の基板裏面からブレードを押し当てることによってレーザバーを作製した。その際、以下の二通りの方法でレーザバーを作製した。
「方法Ａ」：基板生産物の片側のみのエピ面をブレイキング装置の支持台（例えば、受け刃）によって支持しながら、基板生産物の基板裏面からブレードを押し当てる方法。
「方法Ｂ」：基板生産物の両側のエピ面をブレイキング装置の支持台（例えば、受け刃）によって支持しながら、基板生産物の基板裏面からブレードを押し当てる方法。
いずれの方法においても、ブレイキングブレードの中心と支持台（受け刃）のエッジとの間の間隔は４５０μｍである。
【０１０２】
ブレードを用いて、共振器ミラーを割断により作製した。基板裏側へ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。より具体的に、｛２０−２１｝面のＧａＮ基板について、結晶方位とレーザ端面との関係を示したものが、図９の（ｂ）部と図９の（ｃ）部である。図９の（ｂ）部では、本実施の形態に従ってレーザストライプをｍ軸方向の傾斜方向に向けて設けており、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。レーザストライプの方向は、図９の（ｃ）部に示されるレーザストライプの方向と異なる。図９の（ｃ）部ではレーザストライプをａ軸方向に向けており、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。
【０１０３】
上記の方法（Ａ）及び方法（Ｂ）を用いて作製したレーザバーについて、光学顕微鏡を用いて、共振器ミラーの角度ずれを計測した。複数の半導体エピタキシャル膜を含む半導体エピタキシャル領域が基板生産物での基板上に成長されている。レーザ発振においては共振器内の往復する光は主に半導体エピタキシャル領域を伝播する。これ故に、共振器ミラーの角度ずれの計測は、図１１の（ａ）部に示されるように割断面に現れる半導体エピタキシャル領域の断面の角度ずれを見積もることによって行われる。図１１の（ａ）部では、ストライプ導波路の位置を示すために、図１０に示された窓ＷＩＮが破線で示されている。図１１の（ｂ）部は、角度ずれの分布とレーザバーの作製方法との関係を示すヒストグラムである。横軸は、半導体エピタキシャル領域におけるストライプ導波路の向きに垂直な方向を基準にした共振器ミラーのずれ角△θを示す。測定結果では、方法（Ａ）で作製されたレーザバーにおける共振器ミラーの角度ずれの分布の中心は、方法（Ｂ）によるレーザバーにおける角度ずれの分布に比べてずれ角ゼロに近いことを示す。方法（Ａ）及び（Ｂ）で作製したレーザバーの共振器ミラーの角度ずれの平均値及び標準偏差は以下の値である。
方法、      平均値（ｄｅｇ．）、標準偏差（ｄｅｇ．）。
方法（Ａ）：０．４２        ０．９３。
方法（Ｂ）：１．０２        １．２６。
【０１０４】
この結果から、方法（Ａ）でレーザバーを作製することにより、角度ずれの小さい（ずれ角の中心がゼロである分布）共振器ミラーを、安定して形成できることが分かる。縦軸は密度を示し、この密度は、（該当角度範囲の計数値）／（全計数値）によって規定される。
方法（Ａ）。
ずれ角（ｄｅｇ．）、計数値、密度。
−4.5、              0、    0.00。
−3.5、              0、    0.00。
−2.5、              0、    0.00。
−1.5、              1、    0.00。
−0.5、              82、    0.34。
＋0.5、              112、  0.47。
＋1.5、              32、    0.13。
＋2.5、              6、    0.03。
＋3.5、              2、    0.01。
＋4.5、              3、    0.01。
＋5.5、              0、    0.00。
方法（Ｂ）。
ずれ角（ｄｅｇ．）、計数値、密度。
−4.5、              0、    0.00。
−3.5、              0、    0.00。
−2.5、              7、    0.02。
−1.5、              31、    0.08。
−0.5、              19、    0.05。
＋0.5、              93、    0.25。
＋1.5、              151、  0.41。
＋2.5、              58、    0.16。
＋3.5、              12、    0.03。
＋4.5、              1、    0.00。
＋5.5、              0、    0.00。
【０１０５】
さらに、方法（Ａ）及び（Ｂ）で作製したで作製したレーザバーについて、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、表面電極に針を当てて通電した。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。
【０１０６】
図１２は、方法（Ａ）及び（Ｂ）で作製したレーザバーにおける発振しきい値電流の分布のヒストグラムである。発振しきい値電流の分布から、方法（Ａ）及び（Ｂ）で作製したバーの発振しきい値電流の平均値を求めると、以下の値となった。
方法（Ａ）：４８４ｍＡ。
方法（Ｂ）：５５４ｍＡ。
【０１０７】
この結果から、方法（Ａ）でレーザバーを作製することにより、発振しきい値電流を低減できることが分かる。これは、方法（Ａ）によって共振器ミラーの垂直性・平坦性が改善したことを示す結果であると考えられる。縦軸は密度を示し、この密度の定義は図１１の定義に従う。「Ith(mA)」はミリアンペア単位のしきい値電流を示す。
方法（Ａ）。
Ith(mA)、計数値、密度。
200、    0、    0.00。
300、    17、    0.17。
400、    32、    0.33。
500、    20、    0.20。
600、    16、    0.16。
700、    9、    0.09。
800、    3、    0.03。
900、    1、    0.01。
1000、    0、  0.00。
方法（Ｂ）。
Ith(mA)、計数値、密度。
200、    0、    0.00。
300、    0、    0.00。
400、    3、    0.16。
500、    8、    0.42。
600、    5、    0.26。
700、    1、    0.05。
800、    1、    0.05。
900、    1、    0.05。
1000、    0、    0.00。
【０１０８】
図１３は、ＧａＮ基板のｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角ＡＬＰＨＡ（オフ角）と共振器の歩留まりとの関係を示す図面である。本実施例では、共振器歩留まりについては、各オフ角において（エピ面内でのずれ角の大きさが１度以下の共振器数）／（ずれ角を計測した全共振器数）と定義した。図１３によれば、４５度から８０度の範囲でオフ角の半極性面を用いるとき、共振器歩留まりは大きく変化しないことが分かる。
オフ角（ｄｅｇ．）、歩留まり（％）
44、                  78.5。
61、                  80.4。
71、                  89.3。
75、                  88.7。
79、                  84.7。
83、                  90.2。
【０１０９】
図１４は、基板厚みと共振器歩留まりとの関係を示す図面である。図１４を参照すると、基板生産物の厚みが５０μｍよりも薄いとき、ハンドリングが容易でなくなることに起因して、レーザバーが破壊されやすくなる可能性がある。発明者らの知見によれば、基板生産物の厚さが５０μｍ以上であるとき、著しい困難なくハンドリング可能である。基板生産物の厚さが１１５μｍまでの範囲で、レーザバーの作製が可能である。厚みが１００μｍを超えると共振器歩留まりが低下し始める。この実験及び他の結果から、基板生産物の厚みは５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲であることが好適である。
膜厚(μm)、歩留まり（％）
64、        89.1。
81、        85.5。
83、        76.5。
86、        82.5。
88、        61.0。
104、      48.1。
115、      21.9。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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１５が得られた。図１５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。
【０１１４】
（実施例３）
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１４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。
【０１１５】
図１６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１７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１８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１６〜図１８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。
【０１１６】
上記の実施例１〜実施例３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。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。
【０１１７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本実施の形態によれば、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、しきい値電流の低減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の共振器ミラーにおける平坦性を向上可能であると共にしきい値電流の低減を可能にする、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。
【符号の説明】
【０１１９】
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…ブレイキング装置（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…エッジ。
【図１】
0005494259.tif 000002
【図２】
0005494259.tif 000003
【図３】
0005494259.tif 000004
【図４】
0005494259.tif 000005
【図５】
0005494259.tif 000006
【図６】
0005494259.tif 000007
【図７】
0005494259.tif 000008
【図８】
0005494259.tif 000009
【図１０】
0005494259.tif 000010
【図１１】
0005494259.tif 000011
【図１２】
0005494259.tif 000012
【図１３】
0005494259.tif 000013
【図１４】
0005494259.tif 000014
【図１５】
0005494259.tif 000015
【図９】
0005494259.tif 000016
【図１６】
0005494259.tif 000017
【図１７】
0005494259.tif 000018
【図１８】
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