(57)【要約】【課題】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、戻り光による撹乱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。【解決手段】レーザ共振器となる第１及び第２の割断面２７、２９がｍ−ｎ面に交差する。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バンド遷移の発光を利用するために、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有する。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。割断面２７、２９は、ドライエッチングにより形成されず、ｃ面、ｍ面又はａ面等のこれまでのへき開面とは異なる。角度αは角度βと異なり、角度αと角度βとの差が０．１度以上である。【選択図】図２
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【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角度ＣＡＬＰＨＡ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、
前記レーザ構造体は、前記支持基体の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路を含み、前記レーザ導波路は、前記第１及び第２の割断面の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルの方向に延在し、
前記第１の割断面は、前記ｍ−ｎ面に直交する第１の平面内において前記導波路ベクトルに直交する基準面に対して角度βで傾斜しており、前記角度βは、前記第１の割断面における前記支持基体の端面上において規定され、
前記第１の割断面は、前記ｍ−ｎ面に直交する第２の平面内において前記基準面に対して角度αで傾斜しており、前記角度αは、前記第１の割断面における前記活性層の端面上において規定され、
前記角度αは前記角度βと異なり、前記角度α及び前記角度βは同じ符号を有し、前記角度αと前記角度βとの差が０．１度以上である、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】
前記角度βが前記角度αよりで大きい、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】
前記導波路ベクトルは、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面の法線ベクトルと０．１度以上の角度を成している、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】
前記角度αは０．５度以下である、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。
【請求項８】
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傾斜面である、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】
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（ＣＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＣＡＬＰＨＡ＋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】
前記レーザ構造体はリッジ構造を有する、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】
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の面を部分的にスクライブする工程と、
前記基板生産物の第２の面への押圧により前記基板生産物の分離を行って、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２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前記前記III族窒化物半導体レーザ素子の第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角度ＣＡＬＰＨＡ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、
前記レーザ構造体は、前記基板の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路を含み、前記レーザ導波路は、前記第１及び第２の端面の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルの方向に延在し、
前記第１の端面は、前記ｍ−ｎ面に直交する第１の平面内において前記導波路ベクトルに直交する基準面に対して角度βで傾斜しており、前記角度βは、前記第１の端面における前記基板の端面上において規定され、
前記第１の端面は、前記ｍ−ｎ面に直交する第２の平面内において前記基準面に対して角度αで傾斜しており、前記角度αは、前記第１の端面における前記活性層の端面上において規定され、
前記角度αは前記角度βと異なり、前記角度α及び前記角度βは同じ符号を有し、前記角度αと前記角度βとの差が０．１度以上である、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記角度βが前記角度αより大きい、ことを特徴とする請求項１９に記載された方法。
【請求項２１】
前記導波路ベクトルは、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面の法線ベクトルと０．１度以上の角度を成している、ことを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載された方法。
【請求項２２】
前記角度ＣＡＬＰＨＡ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１９〜請求項２１のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２３】
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１９〜請求項２２のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２４】
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１９〜請求項２３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２５】
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（ＣＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＣＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成す、ことを特徴とする請求項１９〜請求項２４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２６】
前記基板は、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１９〜請求項２５のいずれか一項に記載された方法。
【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】
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次劈開面は、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劈開する。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劈開される。この結果、素子分離面は、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面からなる劈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、窒化物系半導体レーザが記載されている。この半導体レーザにおいて、発光層を有する窒化物系半導体素子層が基板の主表面上に形成される。共振器面が、窒化物系半導体素子層の発光層を含む領域の端部に形成されており、前記基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる。素子分離面が基板の劈開面からなり、共振器面に対してある角度で傾斜して延びる。
【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。また、非特許文献２には、レーザ導波路の角度について記載されている。
【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２００９−０８１３３６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys. Vol.10 (2007) L444
【非特許文献２】III族窒化物半導体、１９９９年、培風館、２６４頁、赤崎勇編著
【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】
ｃ面を用いるIII族窒化物半導体レーザ素子の作製においては、従来の劈開面を利用して共振器ミラーを形成するとき、エピ面側の薄膜上にスクライブ溝を形成すると共に基板の裏面へのブレードの押圧によりへき開面を作製してきた。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】
しかしながら、既に説明したように、ｃ軸の傾斜方向（オフ方向）に延在するレーザ導波路の向きでは、従来の劈開面を利用して共振器ミラーを作製することができない。発明者らの知見によれば、ｃ軸がｍ軸の方向に傾斜した半極性面の基板を用いるIII族窒化物半導体レーザ素子では、へき開面と異なる端面を共振器ミラーとして利用できる。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】
共振器ミラーのためにへき開面と異なる端面を用いる半導体レーザでは、半導体レーザへの戻り光は、半導体レーザの発振特性に大きく影響して、半導体レーザの動作を不安定にする。このため、窒化物系半導体レーザをモジュールでは、光アイソレータが必要になる。光アイソレータの追加はモジュールのコストを上昇させる。また、窒化物系半導体レーザからのレーザ光が光部品（レンズ、フィルター、ミラー等）を通過する際にも戻り光を発生させる。これらの戻り光が半導体レーザの導波路内に戻ることによって、窒化物系半導体レーザの動作が不安定になる。
【００１６】
発明者らの実験によれば、戻り光のうち大部分は、活性層の端面ではなく、基板の端面を介して半導体レーザ内に入射する。基板端面に戻るこの成分を排除できるならば、窒化物系半導体レーザにおいて戻り光の影響を低減できる。
【００１７】
特許文献６では、共振器端面をドライエッチングによって作製すると共に基板のへき開を行って基板端面にｃ面を露出させている。この方法及び構造は、ドライエッチングとへき開の２つの処理が作製工程において必要とされる。また、へき開面を利用するので、へき開面からなる基板端面の角度は、基板端面のへき開面の法線と基板主面の法線とにより規定される平面において規定される。
【００１８】
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、戻り光による撹乱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】
【００１９】
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ＣＡＬＰＨＡ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。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度以下の範囲であり、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延在するレーザ導波路を含み、前記レーザ導波路は、前記第１及び第２の割断面の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルの方向に延在し、前記第１の割断面は、前記ｍ−ｎ面に直交する第１の平面内において前記導波路ベクトルに直交する基準面に対して角度βで傾斜しており、前記角度βは、前記第１の割断面における前記支持基体の端面上において規定され、前記第１の割断面は、前記ｍ−ｎ面に直交する第２の平面内において前記基準面に対して角度αで傾斜しており、前記角度αは、前記第１の割断面における前記活性層の端面上において規定され、前記角度αは前記角度βと異なり、前記角度αと前記角度βとの差が０．１度以上である。
【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。また、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。
【００２１】
第１の割断面はへき開面と異なる面であるので、この割断面は支持基体の端面上において上記の基準面（導波路ベクトルの直交する面）に対して角度βで傾斜すると共に、活性層の端面上において該基準面に対して角度αで傾斜する。また、この割断面は、平面に近い面というより角度αと角度βとの差が０．１度以上であるような曲面である。これ故に、上記の割断面は、上記の基準面内において規定される角度に関して傾斜するので、この割断面は、割断面（活性層端面及び基板端面）に入射する戻り光による撹乱の影響を低減できる。
【００２２】
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βが前記角度αより大きい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、支持基体の端面に到達して基板内に入射する戻り光の量を低減できると共に、活性層の端面における角度αを小さくできる。また、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記導波路ベクトルは、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面の法線ベクトルと０．１度以上の角度を成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よれば、レーザ導波路がａ−ｎ面の法線ベクトルに対して傾斜するので、戻り光の撹乱による影響に強くなる。さらに、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αは０．５度以下であることができる。この角度が大きすぎるとき、レーザ発振特性が低下する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。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。
【００４０】
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４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の発生に好適である。
【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（ＣＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＣＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成す。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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の面を部分的にスクライブする工程と、（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２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ＣＡＬＰＨＡ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、前記レーザ構造体は、前記基板の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路を含み、前記レーザ導波路は、前記第１及び第２の端面の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルの方向に延在し、前記第１の端面は、前記ｍ−ｎ面に直交する第１の平面内において前記導波路ベクトルに直交する基準面に対して角度βで傾斜しており、前記角度βは、前記第１の端面における前記基板の端面上において規定され、前記第１の端面は、前記ｍ−ｎ面に直交する第２の平面内において前記基準面に対して角度αで傾斜しており、前記角度αは、前記第１の端面における前記活性層の端面上において規定され、前記角度αは前記角度βと異なり、前記角度α及び前記角度βは同じ符号を有し、前記角度αと前記角度βとの差が０．１度以上である。
【００４７】
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。
【００４８】
また、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。
【００４９】
第１の割断面はへき開面と異なる面であるので、この割断面は支持基体の端面上において上記の基準面（導波路ベクトルの直交する面）に対して角度βで傾斜すると共に、活性層の端面上において該基準面に対して角度αで傾斜する。また、この割断面は、平面に近い面というより角度αと角度βとの差が０．１度以上であるような曲面である。これ故に、上記の割断面は、上記の基準面内において規定される角度に関して傾斜する故に、この割断面は、割断面（活性層端面及び基板端面）に入射する戻り光による撹乱の影響を低減できる。
【００５０】
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βが前記角度αより大きい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、支持基体の端面に到達して基板内に入射する戻り光の量を低減できると共に、活性層の端面おける角度αを小さくできる。また、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記導波路ベクトルは、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面の法線ベクトルと０．１度以上の角度を成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よれば、レーザ導波路がａ−ｎ面の法線ベクトルに対して傾斜するので、戻り光の撹乱による影響に強くなる。さらに、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αは０．５度以下であることができる。この角度が大きすぎるとき、レーザ発振特性が低下する。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
本発明に係る方法では、前記角度ＣＡＬＰＨＡ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。
【００５５】
本発明に係る方法では、更に好ましくは前記角度ＣＡＬＰＨＡ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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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（ＣＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＣＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成すことができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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】
【００６６】
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、戻り光による撹乱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。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【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、割断面の形状の一例を示す図面である。
【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４】図４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５】図５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示す工程フロー図である。
【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の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図８】図８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９】図９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１０】図１０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１１】図１１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１２】図１２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１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５は、リッジ構造を有するインデックスガイドレーザの構造を模式的に示す図面である。
【図１６】図１６は、割断を行う装置及び割断面を模式的に示す図面である。
【図１７】図１７は、III族窒化物半導体レーザ素子において、端面の傾斜に応じて異なる戻り光の影響を示す図面である。
【図１８】図１８は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子への戻り光の影響を示す図面である。
【図１９】図１９は、端面におけるずれ角度αと戻り光の往復回数との関係を示す図面である。
【図２０】図２０は、基板の厚みＴ、角度θ、半導体チップ幅Ｗを設定したときに得られる、角度θと端面におけるずれ角度α及びβとの関係を示す図面である。
【図２１】図２１は、本実施の形態に係わる割断面の形成過程を模式的に示す図面である。
【図２２】図２２は、（２０−２１）面と（−１０１−６）面及び（−１０１６）面おける原子配置を示す図面である。
【図２３】図２３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２４】図２４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】
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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ＣＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００７１】
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。
【００７２】
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。図１では、図面を煩雑にすることを避けるために割断面２７の形状を単純化して描いている。
【００７３】
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。
【００７４】
この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ＣＡＬＰＨＡ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、レーザ構造体１３は、支持基体１７の半極性主面１７ａ上に延在するレーザ導波路を含む。このレーザ導波路は、第１及び第２の割断面２７、２９の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルＬＧＶの方向に延在する。
【００７５】
図２は、割断面の形状の一例を示す図面である。図２において、図面を複雑にすることを避けるために、スクライブ跡は描かれていない。また、角度α、βの大きさの関係を示すために、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示された断面において割断面を示す線は直線として描かれているが、実際の割断面では直線とはかぎらない。図２（ａ）は、III族窒化物半導体レーザ素子１１を示す断面図である。図２（ｂ）は、III族窒化物半導体レーザ素子１１の活性層を示す断面図である。図２（ｃ）は、III族窒化物半導体レーザ素子１１の裏面を示す平面図である。図２（ａ）の断面図は、図２（ｃ）に示されたII−II線に沿ってとられている。図２（ｂ）の断面図は、図２（ａ）に示されたI−I線に沿ってとられている。図２（ａ）を参照すると、割断面２７はａ−ｎ面に対して角度θで傾斜している。図２（ｂ）を参照すると、割断面２７はａ−ｎ面に対して角度αで傾斜している。図２（ｃ）を参照すると、割断面２７はａ−ｎ面に対して角度βで傾斜している。図２に示されるように、割断面は傾斜している。角度α及び角度βは同じ符号を有する。第１の割断面２７はへき開面と異なる面であるので、この割断面２７は支持基体１７の端面上において角度βで傾斜すると共に、活性層の端面上において角度αで傾斜する。また、割断面２７は、全体としてはａ−ｎ面に対して傾斜している。また、割断面２７は、平面に近い面というよりも角度αと角度βとの差が０．１度以上であるような曲面である。割断面２７は、上記の基準面内において規定される角度α、βに関して傾斜するので、この割断面２７は、割断面（例えば活性層端面及び基板端面）に入射する戻り光による撹乱の影響を低減できる。角度αは、例えば０度より大きく、また角度αは、例えば０．５度以下である。角度βは、例えば０度より大きく、また角度βは、例えば５度以下である。
【００７６】
再び図１を参照すると、レーザ構造体１３の支持基体１７は、一方の割断面（例えば第１の割断面２７）に設けられた凹部を有する。図１には、例示としての形状を有する凹部２８、３０が表されている。凹部２８、３０は支持基体１７の裏面１７ｂから延在する。凹部２８、３０は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃの一部分に設けられる。そして、凹部２８、３０の終端２８ａ、３０ａは第２の面１３ｂのエッジ１３ｄから隔置されている。
【００７７】
凹部２８、３０は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に沿って延在する。これ故に、より優れた平坦性が、割断面２７に露出される活性層端面に提供される。凹部２８、３０は、割断前のスクライブ溝に対応しており、これ故にスクライブ跡である。凹部２８は、側面２０ｂからａ−ｎ面に沿って延在する。凹部２８は側面２０ｂにおける一端に位置する。凹部３０は、側面２０ａからａ−ｎ面に沿って延在する。凹部３０は側面２０ａにおける一端に位置する。このように支持基体１７の裏面１７ｂにスクライブ跡が設けられているので、スクライブ溝は基板裏面１７ｂに設けられる。基板裏面と反対側の薄膜側へのブレードの押圧によりブレイクを引き起こすことが可能になる。このように設けられる割断面は、光共振器のための端面として利用可能な程度に優れた平坦性、垂直性を有する。
【００７８】
凹部２８、３０はスクライブ溝に関連する。共振器のための割断面をレーザ構造体１３に提供するために、スクライブ溝は、割断が進行する向きをガイドするために役立つ。スクライブ溝が基板（支持基体１７）の裏面に形成されると共にレーザ構造体１３の第２の面１３ｂに押圧が行われる。割断のための押圧力が、スクライブ溝の配列に合わせて第２の面（エピ面）１３ｂに加えられるので、第２の面１３ｂのエッジ１３ｄは、第１の面１３ａのエッジ１３ｃに比べて、スクライブ溝の配列ライン及びａ−ｎ面の近くに形成され、配列ライン（ａ−ｎ面）からのズレは小さい。一方、第１の面１３ａのエッジ１３ｃも、同様に、スクライブ溝の配列ラインに沿って形成されるが、このエッジ１３ｃは、第２の面１３ｂのエッジ１３ｃに比べて、配列ライン（ａ−ｎ面）からのズレが大きい。割断面２７は、エッジ１３ｃ、１３ｄ及び凹部２８、３０のエッジを繋ぐ面を含む。エッジ１３ｄと凹部２８のエッジとの間に割断面の一部分が延在する。エッジ１３ｄと凹部３０のエッジの間に割断面の一部分が延在する。凹部２８、３０のエッジの間に割断面の一部分が延在する。
【００７９】
割断面２７とｍ−ｎ面との交差線（割断面２７上において第２の面１３ｂのエッジ１３ｄの一点から第１の面１３ａのエッジ１３ｃの一点まで主面１７ａに直交するように規定されるライン）とａ−ｎ面との間隔（Ｘ軸方向に規定される距離）は、エッジ１３ｄからエッジ１３ｃの方向に増加する。換言すれば、エッジ１３ｃ上の一点（例えばあるＹ座標Ｙ１）とエッジ１３ｄ上の一点（Ｙ座標Ｙ１）を結ぶ線分はａ−ｎ面に対して傾斜している。この線分上の一点と該一点からａ−ｎ面への垂線の足との距離（垂線の長さ）は、Ｚ軸の負の方向に向けて増加する。また、上記のＹ座標Ｙ１が、スクライブ跡２８の側縁２８ｂ近傍の位置、スクライブ跡３０の側縁３０ｂ近傍の位置、及び側縁２８ｂと側縁３０ｂとのセンタの位置にあるとき、３本の線分が規定される。これらの線分は平行ではなく、エッジ１３ｄ上において、これら３線分における上記の距離（垂線の長さ）は、例えば側面２０ａ及び側面２０ｂの一方から他方に向けて増加する。また、エッジ１３ｃ上において、これら３点における上記の距離（垂線の長さ）は、同一のＺ座標において、例えば側面２０ａ及び側面２０ｂの一方から他方に向けて増加する。この増加の方向が割断の進行方向に対応する。
【００８０】
凹部２８、３０の側縁２８ｂ、３０ｂは、絶縁膜３１の開口３１ａ及び活性層２５の発光領域を通過すると共に法線軸ＮＸの方向に規定される基準面から隔置されている。
【００８１】
本実施例では、レーザ構造体１３の支持基体１７は、他方の割断面（例えば第２の割断面２９）に設けられスクライブ溝に対応する凹部３２を有することができる。凹部３２は、例えばIII族窒化物半導体レーザ素子１１の側面２０ａに沿って延在する。凹部３２も凹部３０と同様にスクライブ跡を含む。凹部３２も、例えば凹部３０と同様の形状を有することができる。凹部３２も、凹部３０と同様にａ−ｎ面に沿って延在する。
【００８２】
スクライブ溝は、割断が進行する向きをガイドするために役立つ。例えば支持基体１７の厚さがスクライブ溝の深さに比べて薄い場合には、凹部３０、３２は半導体領域１９に到達することがある。割断面２９も、割断面２７と同様の形状を有することができる。
【００８３】
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。
【００８４】
図３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４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５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３（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。
【００８５】
図３（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。
【００８６】
図４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。
【００８７】
図４（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４（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。
【００８８】
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ＧＡＭＭＡ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平面Ｓ１において規定される成分（ＧＡＭＭＡ）１と、平面Ｓ１及び法線軸ＮＸに直交する平面Ｓ２において規定される成分（ＧＡＭＭＡ）２とによって規定される。成分（ＧＡＭＭＡ）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平面Ｓ１において（ＣＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＣＡＬＰＨＡ＋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５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５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ＧＡＭＭＡに関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。また、成分（ＧＡＭＭＡ）２は平面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、ＧＡＭＭＡ２＝（ＧＡＭＭＡ）１２＋（ＧＡＭＭＡ）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。
【００８９】
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。
【００９０】
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ＣＡＬＰＨＡ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ＣＡＬＰＨＡ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。
【００９１】
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ＣＡＬＰＨＡ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ＣＡＬＰＨＡ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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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示す図面である。図７（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ＣＡＬＰＨＡ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。
【００９５】
工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図７（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とを含んでおり、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。
【００９６】
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２の面６３ｂと基板５１との間に位置する。
【００９７】
工程Ｓ１０５では、図７（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。スクライブによりスクライブ溝６５ａが形成される。図７（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。また、交差線ＡＩＳに沿って配列された複数のスクライブ溝を形成することができる。個々のスクライブ溝の形成のために、第１の面６３ａにほぼ垂直にレーザビームＬＢが入射する。
【００９８】
スクライブ溝６５ａは、割断が進行する向きをガイドするために役立つ。スクライブ溝６５ａは、深さ（Ｚ軸方向の値）、幅（Ｙ軸方向の値）及び長さ（Ｘ軸方向の値）を有しており、また、深さ及び長さ方向に関してａ−ｎ面に沿って延在する。共振器のための割断面をレーザ構造体５５に提供するために、スクライブ溝６５ａは、割断が進行する向きをガイドするために役立ち、また基板（支持基体１７）５１の裏面５１ａに形成されると共にレーザ構造体５５の第２の面６５ｂに押圧が行われる。割断は、スクライブ溝６５ａを起点として第１の面６３ａから第２の面６３ｂへの方向に進行すると共に、これに交差する方向にも進行する。
【００９９】
工程Ｓ１０６では、図７（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。
【０１００】
割断が進行する向きをガイドするように、スクライブ溝の配列が基板５１の裏面５１ｂに形成されると共に、レーザ構造体５５の第２の面６３ｂに押圧が行われる。割断は、スクライブ溝を起点として第１の面６３ａから第２の面６３ｂへの方向（例えばＺ軸方向）に進行すると共に、これに交差する方向（例えばＹ軸方向）にも進行する。
【０１０１】
ａ軸及び法線軸により規定される平面に沿って基板裏面にスクライブ溝及びその配列を形成すると共に薄膜側へのブレードの押圧によりブレイクするとき、レーザ共振器に適用可能な平坦性及び垂直性を保ちながら、割断面に僅かな傾斜を提供でき、半極性面上の半導体レーザにおいて戻り光に対する耐性を向上できる。
【０１０２】
基板生産物ＳＰ１をスクライブする工程では、III族窒化物半導体レーザ素子の素子幅に等しいピッチでスクライブ溝を形成することができる。素子幅のピッチでスクライブ溝が形成されているので、Ｙ軸方向の割断に進行において、素子毎の距離で割断の案内が行われる。これ故に、確実な案内が割断の生成方向に関して期待できる。素子幅に等しいピッチで配列されるスクライブ溝は割断の進行の向きを案内して、割断面のための僅かな傾斜を制御するために役立つ。また、これらのスクライブ溝間に位置するレーザストライプの端面の品質を良好にできる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。半導体レーザのチップには、当該半導体レーザのための一対の側面が形成される。
【０１０８】
本実施の形態に係る製造方法では、角度ＣＡＬＰＨＡ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ＣＡＬＰＨＡ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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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４を参照しながら説明された角度ＧＡＭＭＡが規定される。レーザバーＬＢ１では、角度ＧＡＭＭＡの成分（ＧＡＭＭＡ）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４を参照した説明における平面Ｓ１に対応する面）において（ＣＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＣＡＬＰＨＡ＋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ＧＡＭＭＡの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。また、角度ＧＡＭＭＡの成分（ＧＡＭＭＡ）２は、第２平面（図４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ＧＡＭＭＡの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。
【０１１２】
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。
【０１１３】
（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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
図８（ａ）は、割断面をａ面方向から観察した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像であり、右側の端面が割断面である。この割断面は、このＳＥＭサンプルの断面において平坦性及び垂直性を有する。
【０１１６】
（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９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ＣＡＬＰＨＡ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８（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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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８（ｂ）と図８（ｃ）である。図８（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８（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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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１０が得られた。図１０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１０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。
【０１２８】
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１１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１１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１１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１１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。
【０１２９】
積層欠陥密度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。図１２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１２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。
【０１３０】
基板厚みと発振歩留まりとの関係を調べた結果、図１３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１３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１３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１３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。
【０１３１】
（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。
【０１３２】
（実施例４）
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示された。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に、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。
【０１３３】
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、エピタキシャル基板を成長した。このエピタキシャル基板は、図１５に示されるエピタキシャル層を含む。まず、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層を成長した。次に、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長した。引き続き、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層 及び厚さ１１５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層を成長した後に、量子井戸構造を成長した。この量子井戸構造は、ＧａＮ障壁層（厚さ１５ｎｍ）／ＩｎＧａＮ井戸層（厚さ３ｎｍ）から構成される２周期ＭＱＷを含む。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２００ｎｍ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。
【０１３４】
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、幅２μｍのポジ型レジストによってマスクを設けた。レーザ導波路方向は、ｃ軸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、０．７μｍとし、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、アノード電極及びカソード電極を形成して、基板生産物を作製した。
【０１３５】
ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側電極ＡＮＤとＴｉ／Ａｕから成るパッド電極を蒸着した。次いで、ダイヤモンドスラリーを用いてＧａＮ基板（ＧａＮウエハ）の裏面を研磨し、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ＣＴＤを蒸着により形成した。
【０１３６】
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；
走査速度は５ ｍｍ／ｓ。
この条件で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。４００μｍ間隔で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とした。
【０１３７】
図１６（ａ）に示されるように、ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。図１６（ａ）において、破線で示されるＬＮ１は、｛２０−２１｝面に対して垂直な面である｛１０−１−７｝から数度傾いた面、例えば｛１０−１−６｝といった面を示し、破線ＬＮ２はスクライブ溝の配列線を示す。破線ＬＮ２は例えばａ軸の方向に延在しており、またスクライブ溝は、基板の主面の法線軸と基板のａ軸とによって規定されるａ−ｎ面に沿って延在する。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。図１６（ｂ）には、割断面が模式的に示されている。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レーザ導波路に垂直な端面をミラー面とする方法により、レーザ共振器のための割断面ＣＶＴが形成される。この割断面ＣＶＴは、従来のｃ面主面やｍ面主面上のレーザにおいて光共振器のために端面となるｍ面、ａ面又はｃ面のへき開面とは異なる。割断面ＣＶＴには、割断により分離されたスクライブ溝の残り（スクライブ跡６４ａ）が現れる。スクライブ溝６５ａの一端より破線ＬＮ２から離れていった割断面が、次のスクライブ溝６５ａにより破線（スクライブ線の配列線）ＬＮ２に戻される。これ故に、割断面が凸状に湾曲した形状に形成される。押圧が基板生産物のエピ面に加えられるので、基板の下端における湾曲は、半導体領域の上端における湾曲より大きい。
【０１３８】
既に説明した方法と同様に、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。膜厚を５０〜１００ ｎｍの範囲で調整して、反射率の中心波長を５００〜５３０ｎｍの波長範囲になるように調整した。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。誘電体多層膜の表面は下地の割断面の形状を反映した形状となり、これ故に、既に説明した割断面に関する角度や形状に関する規定が誘電体多層膜の表面にも適用される。
【０１３９】
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。
【０１４０】
窒化物系半導体レーザにおける戻り光の影響を調査した。半導体レーザの電気的特性評価の後に、走査型電子顕微鏡によってレーザバーの主面の端面の成す角度を調べた。導波路ベクトルと基板表面側における活性層端面の法線ベクトルの成す角度αと規定すると共に、導波路ベクトルと基板裏面側における端面の法線ベクトルの成す角度βと規定する。これらの角度と相対雑音強度（ＲＩＮ）との相関を調べた。その結果、角度αとβが異なることにより、相対雑音強度が改善されることが示された。角度βと角度αの差が０．１度以上のときに、相対雑音強度が良好であることがわかった。更に、角度βが角度αより大きいとき（β＞α）、相対雑音強度が良好であった。これらは、戻り光のうち、活性層よりも基板裏面側に近い成分がレーザチップ内に戻って来た際に、導波路とは平行でない方向に散乱されることで、戻り光による悪影響を低減できると考えられる。より好ましくは、半導体レーザの端面と導波路と交差角度αを活性層端面の位置ではほぼ垂直に設定すると共に、基板端面の位置では交差角度αより大きい交差角度βに設定することで、更に改善された相対雑音強度を得ることができる。
【０１４１】
図１７を参照しながら戻り光の影響を説明する。図１７（ａ）は、特許文献６と同様な方向に傾斜した端面を有する半導体レーザが示されている。レーザ構造体のエピ面にはアノード電極ＡＮ１が形成されており、レーザ構造体の基板裏面にはカソード電極ＣＴ１が形成されている。活性層ＡＬ１が端面ＣＣ１から端面ＣＣ２まで延在している。互いに異なる位置に入射する３つの戻り光ＬＲ１、ＬＲ２、ＬＲ３が示されている。戻り光ＬＲ１はほぼ活性層の端面に入射する。戻り光ＬＲ１が直接に活性層に入射するので、この光は導波路において活性層の上下に形成された光閉じこめ構造により全反射しながら導波路を伝搬していく。これを防ぐためには、角度θとして１０度以上の値が必要である。しかしながら、角度θが１０度以上である端面を光共振器のために用いるとき、大幅な閾値電流の増加になる。活性層端面から離れた端面に入射する戻り光ＬＲ２、ＬＲ３は基板裏面に反射されて、反射成分が活性層に戻る。
【０１４２】
図１７（ｂ）は、本件実施例と同様な方向に傾斜した端面を有する半導体レーザが示されている。レーザ構造体のエピ面にはアノード電極ＡＮ２が形成されており、レーザ構造体の基板裏面にはカソード電極が形成されている。活性層ＡＬ２が端面ＢＣ１から端面ＢＣ２まで延在している。活性層ＡＬ２の高さとほぼ同じであるけれども素子の幅方向に関して互いに異なる位置に入射する３つの戻り光ＬＲ４、ＬＲ５、ＬＲ６が示されている。戻り光ＬＲ５はほぼ活性層の端面に入射する。戻り光ＬＲ５が直接に活性層に入射するけれども、横方向に関する光閉じ込めされずに、素子内においては光導波路ＷＧの延在方向と異なる方向に伝搬する。これ故に、わずかな傾斜角α、βにより戻り光への比較的大きな耐性を得ることができる。活性層端面から離れた端面に入射する戻り光ＬＲ４、ＬＲ６も、素子内においては、戻り光ＬＲ４と同様に、光導波路ＷＧの延在方向と異なる方向に伝搬する。
【０１４３】
実施の形態で説明した、角度（θ、α（α＜β）、β（β１、β２））について傾斜された割断面を有する窒化物系半導体レーザにおける戻り光の影響を説明する。図１８（ａ）を参照すると、レーザ構造体のエピ面にはアノード電極ＡＮ３が形成されており、レーザ構造体の基板裏面にはカソード電極ＣＴ３が形成されている。活性層ＡＬ２が端面ＢＣ１から端面ＢＣ２まで延在している。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）と同様に戻り光ＬＲ１〜ＬＲ３が端面に戻る。活性層位置は、押圧されるエピ表面に近いので、これ故に角度αは小さい。したがって、戻り光ＬＲ１によるしきい値の上昇は小さい。戻り光の影響は皆無ではないが、ごく表面に戻り光ＬＲ１が入射する。図１８（ｂ）、図１８（ｃ）及び図１８（ｄ）を参照すると、戻り光ＬＲ２、ＬＲ３が入射する位置では、端面の傾き（β１＜β２）は比較的大きく、これ故に光の進行方向と導波路方向が異なる。このため、入射した戻り光は導波できない、これ故に、しきい値の上昇に関する影響を与えない。半導体レーザの側面に到達した光のほとんどは反射されずに、散乱しながら減衰する。この窒化物半導体レーザでは、レーザ導波路が現れる端面上をエピ面から基板裏面への方向に延びるライン上において、この方向に該傾斜角が、徐々に大きくなる（（α＜β１＜β２））。
【０１４４】
（実施例５）
断面から見たときの端面の傾斜角度θが０度であるとき、活性層位置での端面の傾斜角度αと、光の共振器内での往復回数の関係を調べた。図１９は、端面におけるずれ角度αと戻り光の往復回数との関係を示す図面である。角度αが０．２度以上のときに、光の往復回数が１回以下となる。このことから、角度θ＝０度の場合には、角度αが０．２度未満のときに、戻り光に対して弱いけれども、しきい値が低い。角度αが０．２度以上のときに、戻り光に強くなる。角度αが０．５度以下のときに、角度αに起因するしきい値の上昇は、実用的な受け入れ可能な範囲である。
【０１４５】
図１８を参照しながら説明した、角度（θ、α、β）について傾斜された割断面を有する窒化物系半導体レーザにおける戻り光の影響を説明する。説明のための窒化物系半導体レーザでは、端面の縦傾斜角度θ、活性層位置における端面の横傾斜角度α、裏面近傍における基板端面の位置での端面の横傾斜角度βがゼロではなく、角度αが角度βと異なる（θ≠０度、α≠β≠０）。基板の厚みＴ、角度θ、半導体チップの幅Ｗを与え、角度α及び角度βが取り得る値を調べた。活性層位置における端面の横傾斜角度αが以下のように規定される：
α＝ａｒｃｔａｎ（Ｌα／W）、ここで、Ｌα＝（エピタキシャル膜の厚さ）×ｔａｎθ。
基板端面の位置での端面の横傾斜角度βが以下のように規定される：
β＝ａｒｃｔａｎ（Ｌβ／W）、ここで、Ｌβ＝（全厚み＝エピタキシャル膜の厚さ＋基板刷）×ｔａｎθ。
典型的な値である活性層からエピタキシャル膜の表面までの距離Ｌ１α＝１μｍ、活性層から基板主面までの距離Ｌ２α＝２μｍ、エピタキシャル膜の厚さＬα＝Ｌ１α＋Ｌ２α、基板厚みＤＳＵＢ＝１００μｍ、チップ幅２００μｍとしたとき、図２０に示すような依存性が得られた。なお、角度θはクラッド層とガイド層の全反射角である約１０度以下の範囲で調べた。その結果、角度θ＝０．４度の場合に、角度α＝０．００３度、角度β＝０．２度が得られた。したがって、角度θ＝０．４度以上の場合に、角度αが０．２度より小さく、角度βが０．２度より大きい。これはほぼ所望の端面を作製できることを示す。この端面を有する窒化物半導体レーザは戻り光に強く、その閾値が低い。
【０１４６】
図２１を参照しながら、これらの端面を実現する方法を｛２０−２１｝面上に作製された半導体レーザを例示的に説明する。ｃ軸を主面に投影した方向に平行に導波路を設けた窒化物半導体レーザにおいて、基板主面に垂直な面は、ｃ軸の正方向が向く端面において面ＣＰ１（例えば｛−１０１７｝面）である。しかしながら、｛２０−２１｝面上に作製された半導体レーザでは、この面ＣＰ１より、面ＣＰ１に近い別の面ＣＰ２（例えば｛−１０１６｝面や｛１０−１−６｝面といった面指数の結晶面）がブレイクの際に出現し易い。基板裏面にスクライブ溝を設けた後に、図２１（ａ）に示されるように、ブレードを基板生産物の表面（エピ面）に当てて基板生産物のブレークを行う。破線ＤＬはブレードがエピ面において接触する位置から｛１０−１−６｝面に沿った位置を示す。割断されるときの亀裂ＢＫ１は、図２１（ｂ）に示されるように、スクライブ溝から進行する。面指数｛−１０１７｝で示される面よりも面指数｛−１０１６｝で示される面で割れ易いので、図２１（ｃ）に示されるように、割れやすい面を出現させる方向に亀裂ＢＫ２が、スクライブ溝６５ａの配列のラインにから離れて進行する。そして、図２１（ｄ）に示されるように、隣り合う溝にまで亀裂が近づいていく。亀裂が隣り合う溝にまで亀裂ＢＫ３が近づいたとき、図２１（ｅ）に示されるように、亀裂ＢＫ４が溝につながり、基板生産物の割断が完了する。このとき、エピ表面側は、ブレードから押圧の力が加わって割断されるので、割断線は直線に近く、ほぼ一直線状である一方、これに比べて、基板裏面における割断線は湾曲する。これ故に、図２１（ｆ）に示されるように、本実施の形態において示した端面形状を実現することができる。本発明は、上記の説明の範囲に限定されることはなく、本実施形態に記載された半極性面の傾斜角度において、割断面に所定範囲の傾斜を提供できる。｛２０−２１｝面と異なる半極性面上に作製された半導体レーザでは、ａ−ｎ面に沿って延在するスクライブ溝の列を基板裏面に形成した後に、基板生産物のおもて面（エピ面側）に押圧する。ａ−ｎ面と基板生産物のおもて面との交差線に近い割れやすい面が出現する。上記と同様に、割れやすい面を出現させる方向に亀裂が湾曲して進展する。
【０１４７】
図２２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２３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２４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２２〜図２４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。
【０１４８】
上記の実施例１〜３を含めた様々な実験によって、角度ＣＡＬＰＨＡ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ＣＡＬＰＨＡ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。
【０１４９】
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、戻り光による撹乱の低減を可能できることに加え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。
【０１５０】
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】
【０１５１】
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、ＣＡＬＰＨＡ…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、ＧＡＭＭＡ…角度、ＤＳＵＢ…支持基体厚さ、５１…基板、５１ａ…半極性主面、ＳＰ…基板生産物、５７…窒化ガリウム系半導体領域、５９…発光層、６１…窒化ガリウム系半導体領域、５３…半導体領域、５４…絶縁膜、５４ａ…絶縁膜開口、５５…レーザ構造体、５８ａ…アノード電極、５８ｂ…カソード電極、６３ａ…第１の面、６３ｂ…第２の面、１０ａ…レーザスクライバ、６５ａ…スクライブ溝、６５ｂ…スクライブ溝、ＬＢ…レーザビーム、ＳＰ１…基板生産物、ＬＢ１…レーザバー、６９…ブレード、６９ａ…エッジ、６９ｂ、６９ｃ…ブレード面、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７】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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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８】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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