(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、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有すると共に発振歩留まりの向上可能な構造を有する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では、レーザ導波路ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するので、低しきい値電流を可能にするバンド遷移の発光を利用できる。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。導波路ベクトルＬＧＶと投影成分ＶＣＰとの成すズレ角ＡＶは、−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあることができる。【選択図】図１
2011151349.tif 000002
【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、
前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の方向を示すｃ軸ベクトルは、前記半極性主面に平行な投影成分と、前記法線軸に平行な垂直成分とを含み、
前記導波路ベクトルと前記投影成分との成すズレ角は−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にある、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】
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、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導波路を含み、前記導波路は、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、
前記レーザ構造体は、水銀ランプによる光励起による蛍光顕微鏡像において所定の軸の方向に延在する筋状発光像を示し、
前記導波路ベクトルと前記所定の軸に直交する直交方向との成すズレ角は、−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にある、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
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、５０μｍ以上１００μｍ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】
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】
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】
前記ズレ角は−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にある、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１７】
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、
前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の方向を示すｃ軸ベクトルは、前記半極性主面に平行な投影成分と、前記法線軸に平行な垂直成分とを含み、
前記導波路ベクトルと前記投影成分との成すズレ角は−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあり、
前記基板生産物の前記半導体領域は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向を示すマークを含み、
前記基板生産物を形成する工程では、前記レーザ導波路の向きは前記マークの基準に決定される、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項１８】
前記ズレ角は−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項１７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１９】
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１７又は請求項１８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２０】
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１７〜請求項１９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２１】
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１７〜請求項２０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２２】
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、ことを特徴とする請求項１７〜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を作製する方法。
【請求項２３】
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１７〜請求項２２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２４】
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、ことを特徴とする請求項１７〜請求項２３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２５】
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１７〜請求項２４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２６】
前記基板は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ面を示すオリエンテーションフラットを含み、
前記マークは、前記オリエンテーションフラットを含む、ことを特徴とする請求項１７〜請求項２５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２７】
前記基板は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ面におけるへき開面を含み、
前記マークは、前記へき開面を含む、ことを特徴とする請求項１７〜請求項２６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２８】
前記基板生産物を形成する工程では、レーザ光を前記基板生産物に照射して、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たレーザマークを形成しており、
前記マークは、前記レーザマークの配列を含む、ことを特徴とする請求項１７〜請求項２７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２９】
前記レーザ構造体は、水銀ランプによる光励起による蛍光顕微鏡像において所定の軸の方向に延在する筋状発光像を示し、
前記レーザマークの配列の向きは、前記筋状発光像に係る前記所定の軸の方向を基準にして決定され、
前記導波路ベクトルと前記所定の軸に直交する直交方向との成すズレ角は、−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項２８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３０】
III族窒化物半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板であって、
六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、
前記基板の前記半極性主面上に設けられた半導体積層と、
を備え、
前記半導体積層はレーザ構造体のための半導体領域を含み、
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ＡＬＰＨＡで傾斜しており、
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、
前記半導体積層は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向を示す基準軸に沿って延在する構造物を含む、エピタキシャル基板。
【請求項３１】
前記構造物は前記ａ軸の方向に２３０μｍ以上の長さを有する、請求項３０に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項３２】
前記構造物は、前記半導体積層の上面において前記ａ軸の方向に延在する表面形態を有する、請求項３０又は請求項３１に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項３３】
前記構造物は、前記半導体積層の上面における窪みを含む、請求項３０〜請求項３２のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項３４】
前記構造物は、前記半導体積層の上面に到達した積層欠陥の位置に設けられている、請求項３０〜請求項３３のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項３５】
前記構造物は、前記ａ軸の方向に対して−０．５度以上及び＋０．５度以下の範囲のズレ角を成す、請求項３０〜請求項３４のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項３６】
前記構造物は、前記ａ軸の方向に対して−０．３度以上及び＋０．３度以下の範囲のズレ角を成す、請求項３０〜請求項３５のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項３７】
前記構造物は、水銀ランプで励起した発光像において暗領域として観察される欠陥領域を含む、請求項３０に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項３８】
前記発光像中の暗領域における長辺は前記基準軸の方向に延在しており、
前記長辺は２３０μｍ以上の長さを有する、請求項３７に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項３９】
前記長辺と前記ａ軸の方向との成すズレ角は−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にある、請求項３７又は請求項３８に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項４０】
前記長辺と前記ａ軸の方向との成すズレ角は−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にある、請求項３７〜請求項３９のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項４１】
前記暗領域は、前記活性層に設けられた結晶欠陥を含む、請求項３７〜請求項４０のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項４２】
前記ａ軸に直交する平面における断面形状が前記結晶欠陥の少なくとも一部において六角形である、請求項３７〜請求項４１のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項４３】
前記暗領域は、摂氏８００度以上の温度おける熱処理により拡大される、請求項３７〜請求項４２のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項４４】
III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
請求項３０〜請求項４２のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板を準備する工程と、
前記エピタキシャル基板を用いて、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、
前記エピタキシャル基板の前記構造物を基準にして向きを規定したスクライブマークを前記基板生産物に形成する工程と、
前記基板生産物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、
前記レーザバーは、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、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する前記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含み、
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４５】
前記基板生産物を形成する工程は、前記レーザ構造体の前記半導体領域を覆う絶縁膜を形成する工程を含み、
前記絶縁膜にはストライプ形状の開口が形成されており、
前記開口の形成の際に、前記開口の向きは前記構造物を基準にして規定されており、
前記アノード電極及びカソード電極のいずれか一方は、前記絶縁膜の前記開口を介して前記レーザ構造体に接触する、請求項４４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４６】
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ており、
前記リッジ構造はストライプ形状を有しており、
前記リッジ構造の形成の際に、前記リッジ構造のストライプ形状の向きは前記構造物を基準にして規定される、請求項４４又は請求項４５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、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板に関する。
【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】
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】
【０００８】
【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
【非特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
しかしながら、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。ところが、発明者らの実験によれば、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、半導体レーザのための導波路の向きとｃ軸の傾斜の向きとのずれは、半導体レーザの発振特性に大きく影響する。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。
【００１４】
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を有すると共に発振歩留まりの向上可能な構造を有する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。さらに、本発明の目的は、このIII族窒化物半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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。
【００１６】
また、この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、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の方向を示すｃ軸ベクトルは、前記半極性主面に平行な投影成分と、前記法線軸に平行な垂直成分とを含み、前記導波路ベクトルと前記投影成分との成すズレ角は−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあることができる。
【００１７】
或いは、この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、前記レーザ構造体は、水銀ランプによる光励起による蛍光顕微鏡像において所定の軸の方向に延在する筋状発光像を示し、前記導波路ベクトルと前記所定の軸に直交する直交方向との成すズレ角は、−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にある。
【００１８】
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。
【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。
【００２０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子では、ズレ角が−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあるとき、発振歩留まりが向上される。また、ズレ角が−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にあるとき、閾値ばらつきが向上される。
【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。
【００２２】
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。
【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。
【００２８】
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。
【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。
【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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。
【００３４】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４４】
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、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の方向を示すｃ軸ベクトルは、前記半極性主面に平行な投影成分と、前記法線軸に平行な垂直成分とを含み、前記導波路ベクトルと前記投影成分との成すズレ角は−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあり、前記基板生産物の前記半導体領域は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向を示すマークを含み、前記基板生産物は、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、前記基板生産物を形成する工程では、前記レーザ導波路の向きは前記マークの基準に決定される。
【００４５】
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。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。
【００４６】
この方法では、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。
【００４７】
この方法では、ズレ角が−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあるとき、発振歩留まりが向上される。また、ズレ角が−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にあるとき、閾値ばらつきが向上される。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
本発明に係る方法では、前記基板は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ面を示すオリエンテーションフラットを含み、前記マークは、前記オリエンテーションフラットを含むことができる。また、本発明に係る方法では、前記基板は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ面におけるへき開面を含み、前記マークは、前記へき開面を含むことができる。さらに、本発明に係る方法では、前記基板生産物を形成する工程では、レーザ光を前記基板生産物に照射して、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たレーザマークを形成しており、前記マークは、前記レーザマークの配列を含むことができる。本発明に係る方法では、前記レーザ構造体は、水銀ランプによる光励起による蛍光顕微鏡像において所定の軸の方向に延在する筋状発光像を示し、前記レーザマークの配列の向きは、前記筋状発光像に係る前記所定の軸の方向を基準にして決定され、前記導波路ベクトルと前記所定の軸に直交する直交方向との成すズレ角は、−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあることができる。
【００６２】
本発明の更なる別の側面は、III族窒化物半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板に係る。このエピタキシャル基板は、（ａ）六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、（ｂ）前記基板の前記半極性主面上に設けられた半導体積層とを備える。前記半導体積層はレーザ構造体のための半導体領域を含み、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ＡＬＰＨＡで傾斜しており、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、前記半導体積層は、前記六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向を示す基準軸に沿って延在する構造物を含む。
【００６３】
このエピタキシャル基板は、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面の方向に沿ったレーザストライプを含むIII族窒化物半導体レーザ素子のために好適である。また、このエピタキシャル基板では、法線軸と六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度が４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲である。しかしながら、半導体積層は六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向を示す基準軸に沿って延在する帯状の構造物を含むので、この構造物は、このエピタキシャル基板を用いて作製されるIII族窒化物半導体レーザ素子に、レーザストライプの向き付けやレーザキャビティの向き付けのための基準マークを提供できる。
【００６４】
本発明の更なる別の側面では、前記構造物は前記ａ軸の方向に２３０μｍ以上の長さを有することが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、２３０μｍ以上の長さの構造物は、III族窒化物半導体レーザ素子の作製におけるマスクアライメントに好ましい。
【００６５】
本発明の更なる別の側面では、前記構造物は、前記半導体積層の上面において前記ａ軸の方向に延在する表面形態を有することができる。このエピタキシャル基板によれば、構造物がエピタキシャル基板のエピ面における表面形態であるので、エピタキシャル基板の外観の観察により構造物の位置が特定である。
【００６６】
本発明の更なる別の側面では、前記構造物は、前記半導体積層の上面における窪みを含むことができる。このエピタキシャル基板によれば、構造物が窪みを含むので、紫外線〜可視光〜赤外線等による反射像や透過層により窪みの位置を見出すことができる。
【００６７】
本発明の更なる別の側面では、前記構造物は、前記半導体積層の上面に到達した積層欠陥の位置に設けられていることができる。このエピタキシャル基板によれば、構造物が半導体積層の上面に到達した積層欠陥の位置に形成されるので、結晶学的な情報が、構造物の形状及び向き等に反映される。
【００６８】
本発明の更なる別の側面では、前記構造物は、前記ａ軸の方向に対して−０．５度以上及び＋０．５度以下の範囲のズレ角を成すことが好ましい。更には、本発明の更なる別の側面では、前記構造物は、前記ａ軸の方向に対して−０．３度以上及び＋０．３度以下の範囲のズレ角を成すことが更に好ましい。このエピタキシャル基板によれば、例えば上記の積層欠陥は、上記の角度範囲程度のばらつきを有する。
【００６９】
本発明の更なる別の側面では、前記構造物は、水銀ランプで励起した発光像において暗領域として観察される欠陥領域を含むことができる。このエピタキシャル基板によれば、欠陥領域は、結晶成長に係る欠陥であるので、結晶学的な情報が、構造物の形状及び向き等に反映される。また、本発明の更なる別の側面では、前記暗領域は、摂氏８００度以上の高温での熱処理により拡大するという特徴を有する。
【００７０】
本発明の更なる別の側面では、前記発光像中の暗領域における長辺は前記基準軸の方向に延在しており、前記長辺は２３０μｍ以上の長さを有することが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、２３０μｍ以上の長さの構造物は、III族窒化物半導体レーザ素子の作製におけるマスクアライメントに好ましい。
【００７１】
本発明の更なる別の側面では、前記長辺と前記ａ軸の方向との成すズレ角は−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあることが好ましい。更には、本発明の更なる別の側面では、前記長辺と前記ａ軸の方向との成すズレ角は−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にあることが更に好ましい。このエピタキシャル基板によれば、上記の暗領域は、上記の角度範囲程度のばらつきを有する。
【００７２】
本発明の更なる別の側面では、前記暗領域は、前記活性層に設けられた結晶欠陥を含むことができる。このエピタキシャル基板によれば、成長温度や量子井戸構造に起因して活性層には結晶欠陥が導入されやすいが、この結晶欠陥をマスクアライメントに可能である。
【００７３】
本発明の更なる別の側面では、前記ａ軸に直交する平面における断面形状が前記結晶欠陥の少なくとも一部において６角形であることができる。このエピタキシャル基板によれば、成長温度や量子井戸構造に起因して活性層には結晶欠陥が導入されやすいが、この結晶欠陥の形状は結晶学的な情報を反映している。
【００７４】
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）上記のエピタキシャル基板を準備する工程と、（ｂ）前記エピタキシャル基板を用いて、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）前記構造物を基準にして向きを規定したスクライブマークを前記基板生産物に形成する工程と、（ｄ）前記基板生産物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。前記レーザバーは、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、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する前記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含み、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。
【００７５】
この方法によれば、法線軸と六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度が４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲であるけれども、エピタキシャル基板の作製の際にエピタキシャル領域に形成された構造物を基準にして向きを規定したスクライブマークを基板生産物に形成できる。
【００７６】
本発明の別の側面の方法では、前記基板生産物を形成する工程は、前記レーザ構造体の前記半導体領域を覆う絶縁膜を形成する工程を含み、前記絶縁膜には、前記構造物を基準にして向きを規定したストライプ形状の開口が形成されており、前記アノード電極及びカソード電極のいずれか一方は、前記絶縁膜の前記開口を介して前記レーザ構造体に接触することができる。この方法によれば、エピタキシャル基板中の構造物を基準にして向きを規定したストライプ形状の開口を絶縁膜に形成できる。
【００７７】
本発明の別の側面の方法では、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ており、前記リッジ構造はストライプ形状を有しており、前記リッジ構造の形成の際に、前記リッジ構造のストライプ形状の向きは前記構造物を基準にして規定されていることができる。この方法によれば、エピタキシャル基板中の構造物を基準にして向きを規定したリッジ構造を形成することができる。
【００７８】
本発明の更なる別の側面では、III族窒化物半導体エピタキシャル基板は、（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角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、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、エピタキシャル基板内にａ軸方向に平行に伸張する表面形態を有する。このエピタキシャル基板では、前記表面形態はａ軸方向に２３０μｍ以上の長さを有することが好ましい。このエピタキシャル基板では、前記表面形態とａ軸方向との成すズレ角は−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあることが好ましい。このエピタキシャル基板では、前記表面形態とａ軸方向との成すズレ角は−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にあることが好ましい。このエピタキシャル基板では、前記表面形態は、ａ軸方向からの断面を観察した際に窪みであることが好ましい。
【００７９】
本発明の更なる別の側面では、III族窒化物半導体エピタキシャル基板は、（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角度ＡＬＰＨＡで傾斜しており、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、水銀ランプで励起した発光像において、ｃ軸に関して線対称な三角形又は五角形の暗領域が観察される。このエピタキシャル基板では、前記発光像中の暗領域における長辺はａ軸方向に伸長しており、ａ軸方向に２３０μｍ以上の長さを有する。このエピタキシャル基板では、前記長辺とａ軸方向との成すズレ角は−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にある。このエピタキシャル基板では、前記長辺とａ軸方向との成すズレ角は−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にある。このエピタキシャル基板では、前記暗領域は、ａ軸方向からの断面を観察した際に井戸層の結晶構造が、その一部で六角形に観察される。このエピタキシャル基板では、前記暗領域は、摂氏８００度以上の高温で熱処理を施した際に、拡大する。
【００８０】
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】
【００８１】
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を有すると共に発振歩留まりの向上可能な構造を有する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、上記のIII族窒化物半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【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、（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１４】図１４は、ゲインガイドレーザの構造を模式的に示す図面である。
【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、基板生産物のエピ面上のアノード電極の近傍のエリアを示すノマルスキー微分干渉顕微鏡像、水銀ランプで励起した発光像、及び筋状発光層とレーザ導波路の延在方向とのズレを示す図面である。
【図１７】図１７は、意図的に大きなずれ角を持つ半導体レーザを示す上面図である。
【図１８】図１８は、レーザ導波路の方向とｃ軸投影成分の方向とのズレ角度と、導波路に垂直な理想的端面と実際の端面との成すズレ角度との関係を示す図面である。
【図１９】図１９は、レーザ導波路の方向とｃ軸投影成分（ｃ軸を基板主面に投影した方向）とのズレ角度と発振歩留りの関係、及びレーザ導波路とｃ軸投影成分とのズレ角度と閾値電流密度のばらつきとの関係を示す図面である。
【図２０】図２０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２１】図２１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２２】図２２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２３は、オリエンテーションフラットを有する基板の構造を示す図面である。
【図２４】図２４は、ａ面へき開を試みたウエハを示す平面図である。
【図２５】図２５は、エピ最表面のノマルスキー微分干渉顕微鏡像を示す図面である。
【図２６】図２６は、図２５において矢印で示されるボックス内の領域の断面における透過電子顕微鏡像を示す図面である。
【図２７】図２７は、窒化ガリウム系半導体中の積層欠陥ＳＦとエピ表面の欠陥Ｇとを模式的に示す図面である。
【図２８】図２８は、図２６に示される領域ＢＯＸを高分解能透過電子顕微鏡（ＨＲ−ＴＥＭ）像を示す図面である。
【図２９】図２９は、水銀ランプを用いて励起してエピタキシャル基板の蛍光像を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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に対してゼロより大きな角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。このｃ軸の方向はｃ軸ベクトルＶＣによって示される。ｃ軸ベクトルＶＣは半極性主面１７ａに平行な投影成分ＶＣＰと、法線軸ＮＸに平行な垂直成分ＶＣＮとを含む。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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、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。六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の方向を示すｃ軸ベクトルＶＣは、半極性主面１７ａに平行な投影成分ＶＣＰと、法線軸ＮＸに平行な垂直成分ＶＣＮとによって規定される。図１に示される導波路ベクトルＬＧＶと投影成分ＶＣＰとの成すズレ角ＡＶは、−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあることができる。
【００９０】
また、このIII族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ構造体１３は、水銀ランプによる光励起による蛍光顕微鏡像において所定の軸の方向に延在する筋状発光像を示す。導波路ベクトルＬＧＶと所定の軸ＰＧに直交する直交方向との成すズレ角は、−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にある。換言すれば、導波路ベクトルＬＧＶと所定の軸方向ＰＧとの成すズレ角は、−８９．５度以上＋９０．５度以下の範囲にある。
【００９１】
上記ズレ角ＡＶが−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあるとき、発振歩留まりが向上される。また、ズレ角ＡＶが−０．３度以上＋０．３度以下の範囲にあるとき、閾値ばらつきが向上される。
【００９２】
レーザ共振器のために端面の向きとレーザ導波路の向きとの不整合は、レーザ特性を低下させる。ｃ軸ベクトルの投影成分ＶＣＰと導波路ベクトルＬＧＶとの間にズレ角度ＡＶがあると、割断により作製される端面は、レーザ導波路に対して垂直になりにくい。垂直性の低下は、レーザ特性を低下させ、又は特性ばらつきを増加させる。レーザ導波路の向きを示す導波路ベクトルＬＧＶとｃ軸投影成分ＶＣＰとの平行度が高まるとき、レーザ特性が向上すると共に特性ばらつきが低減できる。例えば、ズレ角ＡＶが−０．５度以上＋０．５度以下の範囲にあれば、発振歩留りを５０％以上にすることができる。また、ズレ角ＡＶが−０．３度以上＋０．３度以下の範囲であるとき、閾値ばらつきを１５％以下に改善できる。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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−０．５度以上＋０．５度以下の範囲であることが好ましく、更に好ましくは−０．３度以上＋０．３度以下の範囲である。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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
基板生産物ＳＰは、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸又はａ軸の方向を示すマークを含む。このマークとして、例えばＧａＮ基板のオリエンテーションフラット（「ＯＦ」と記す）を用いることができる。基板生産物ＳＰを形成する工程において、半導体領域５３を半極性主面５１ａ上に形成した後に、必要な場合には、半導体領域５３を含むエピタキシャル基板に、レーザマーカーを用いて、ａ軸方向又はｍ軸方向を示すレーザマークの配列（例えばレーザビームの照射によって形成された溝の列）を形成することができる。レーザマークの配列は、例えばウエハのＯＦに平行に形成されることが好ましい。このオリエンテーションフラットの向きはａ軸方向又はｍ軸方向を示す。レーザマークの配列は、アライメントマークとして使用される。以降のマスクアライナを使用したフォトリソグラフィプロセスで、導波路ストライプとＯＦとを精度よく平行にするために役立つ。
【０１０７】
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。開口５４ａは、例えばレーザマークの配列を用いたフォトリソグラフィプロセスで形成される。また、エピタキシャル基板の半導体領域５３に半導体レーザのためのリッジ構造を形成するとき、リッジ構造のためのマスクをレーザマークの配列へのアライメントを用いたフォトリソグラフィプロセスで形成できる。基板生産物ＳＰを形成する際に、レーザ導波路の向き（導波路ベクトルＬＧＶの向き）は上記のマークの基準に決定される。例えば絶縁膜５４の開口５４ａの延在方向及びリッジ構造の延在方向は、マークを基準にしたフォトリソグラフィを介して決定される。該延在方向が導波路ベクトルの向きに一致する。
【０１０８】
工程Ｓ１０４では、マークを用いてリッジ構造及び／又は電極（及びストライプ窓）を形成する。例えば、アノード電極５８ａ及びカソード電極５８ｂがレーザ構造体５５上に形成される。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。
【０１０９】
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。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。
【０１１０】
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７１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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
（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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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ＧａＮ層７２を成長した。次に、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７３をＧａＮ層７２上に成長した。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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
（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１３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。
【０１４０】
（実施例４）
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。基板として、ＨＶＰＥ法で成長した２インチ｛２０−２１｝面ＧａＮ基板を用いた。ＧａＮ基板は、ａ面を示すオリエンテーションフラット（「ＯＦ」と記す）を有する。ＯＦ面とａ面とのズレ角度を示す面精度を面検査器にて測定し、面精度は０．１度以下であった。このため、ＧａＮ基板主面にｃ軸を投影した投影成分の方向とａ面を示す端面（例えばＯＦ又は、ａ面のへき開面）は、−０．１度以上＋０．１度以下の角度範囲の精度で平行である。
【０１４１】
このＧａＮ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、図１４に示されるような、エピタキシャル基板のためのエピタキシャル層をＧａＮ基板上に成長した。まず、厚さ１１００ｎｍ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。この後に、ＧａＮ（厚さ１０ｎｍ）／ＩｎＧａＮ（厚さ３ｎｍ）から構成される量子井戸構造（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。この成長工程によりエピタキシャル基板が作製された。
【０１４２】
マスクアライナを使用して後の工程で行われるフォトリソグラフィプロセスで、導波路ストライプとＯＦとを精度よく平行にするために、エピタキシャル基板の表面に、ＯＦと平行に配列された複数のレーザマークを所定のライン上に形成した。ＯＦ長が、例えば約１５ｍｍであり、レーザマーク時の位置合わせの精度が例えば約２μｍであるので、ＯＦとレーザマークとの平行度は−０．０１度以上＋０．０１度以下の範囲の精度となる。この精度は、ＯＦの向きの精度より１桁低い。このため、ＯＦの向き精度が、導波路ストライプ向きとｃ軸を主面に投影した投影成分の向きとの平行度の精度にほぼ反映される。なお、ＯＦを持たない半極性ＧａＮ基板を用いるとき、この半極性基板のａ軸方向を判別することが可能である。より具体的には、エピタキシャル基板を劈開してＧａＮ基板のａ面を出現させることによってａ軸方向を判別することが可能である。この劈開によって作製したエッジを基準にすることによって、−０．１度以上＋０．１度以下の角度で精度よくレーザ導波路の方向を決定できる。他の方法としては、表面モフォロジーを利用する方法がある。半極性面上に成長されたエピタキシャル膜には、ａ軸に平行な直線状の表面モフォロジーが出現することがある。この表面モフォロジーは、基板中の欠陥や、基板端部の影響や、基板表面のラフネスを反映して形成され、また水銀ランプの光励起により蛍光顕微鏡で観察される。この顕微鏡像には直線状又は筋状の発光ラインが現れる。このモフォロジーの方向がレーザマーカーの走査方向と平行になるようにエピタキシャル基板の向きを調整した後に、そこから９０度の角度でエピタキシャル基板を回転させた後に、ライン状レーザマークを形成することができる。この方法によっても、同様の精度でレーザ導波路方向（ストライプ窓の向き又はリッジの向き）を決定することができる。レーザマークの配列の向きは、筋状発光像に係る軸の方向を基準にして決定されることができる。
【０１４３】
レーザマーク（例えばスクライブマーク）の配列の向き、レーザ導波路方向（ストライプ窓の向き又はリッジの向き）の決定は、既に説明したように、いくつかの半導体層を基板上に成長したときに形成され結晶欠陥に関連する構造物を用いて行われることができる。
【０１４４】
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。先述したレーザマークを参照して、ストライプの方向を決めた。具体的には、ストライプとレーザマークとが平行になるように、或いは意図的に角度差を設けて、ストライプ窓のパターニン形成を行った。ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側電極ＡＮＤ１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ＣＴＤ１を蒸着により形成した。これらの手順によりゲインガイドレーザのための基板生産物を作製できる。
【０１４５】
また、以下の方法で、図１５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。
【０１４６】
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５ｍｍ／ｓ。
この条件で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。半導体チップ幅に対応する３００μｍ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。
【０１４７】
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レーザ導波路に垂直な端面をミラー面とする方法で、レーザ共振器のための割断面が形成される。この割断面は、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。
【０１４８】
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５０〜１００ｎｍ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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
励起光源として水銀ランプを有する蛍光顕微鏡を用いて、発光像を観察した。対物レンズに２０倍以上を用いて観察を行うと、ａ軸に平行な筋状発光像を得ることができる。電極又はリッジ構造といった構造物の形状と、このａ軸方向の筋状発光線との垂直性を調べることで、ｃ軸とレーザ導波路との平行度を見積もった。さらに、デバイス表面を光学顕微鏡で観察することによって割断によって形成された端面と導波路とのズレ角度を見積もった。
【０１５１】
より具体的な例を、図１６を参照しながら説明する。図１６（ａ）は、基板生産物のエピ面上のアノード電極の近傍のエリアのノマルスキー微分干渉顕微鏡像を示す図面である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に破線で示されたエリアを示す蛍光像（水銀ランプで励起した発光像）を示す図面である。蛍光像で、筋状発光線がａ軸方向に延びる。図１６（ｃ）は、図１６（ａ）に示されたエリアにおいて筋状発光線とレーザ導波路の延在方向とのズレを示す図面である。レーザマークの手法を用いないでパターニングした場合には、筋状発光線の方向と導波路の方向とが成す角におけるずれ角は、９０度を中心にして、約４．０度であることがわかった。更に、この半導体レーザにおいて、レーザ導波路の方向とｃ軸の投影成分の方向との成すズレ角度は、割断面において１．７７度であった。図１７は、意図的に形成された大きなずれ角を持つ半導体レーザの上面図を示す。図１７（ａ）を参照すると、レーザバーの３チップを含むエリアの上面を示す光学顕微鏡像が示される。図１７（ｂ）を参照すると、図１７（ａ）に示された区画ＢＯＸ１におけるレーザバーの端面近傍の上面を示す拡大図が示される。ズレ角が大きいとき、レーザ導波路に対する割断による端面の上端における傾斜が大きくなる。
【０１５２】
図１８は、レーザ導波路の方向とｃ軸投影成分の方向とのズレ角度と、導波路に垂直な理想的端面と実際の端面との成すズレ角度との関係を示す図面である。横軸には、レーザ導波路の方向とｃ軸投影成分の方向とのズレ角度（「ズレ角１」として参照する）を示す。縦軸には、理想的端面と実際の端面の成すズレ角度（「ズレ角２」として参照する）を示す。図１８のプロットを参照すると、ズレ角１を小さくすることで、ずれ角２を低減できる。具体的には、ズレ角１が−１度以上＋１度以下の範囲の精度であれば、ズレ角２は大きくはばらつかない。ズレ角１が、絶対値で表された角度１度を超えるとき、ズレ角２は大きくばらつく。
【０１５３】
レーザ導波路の方向とｃ軸投影成分（ｃ軸を基板主面に投影した方向）とのズレ角度と発振歩留りの関係を調査した。その結果、図１９（ａ）に示されるように、ズレ角度の絶対値が小さいときに、発振歩留りが向上した。ズレ角度が−０．５度以上＋０．５度以下の範囲であれば、発振歩留りを５０％以上にすることができる。また、ズレ角度が−０．２５度以上＋０．２５度以下の範囲であれば、発振歩留りを７５％以上にすることができる。ズレ角度が−０．７５度以上＋０．７５度以下の範囲であれば、発振歩留りを１５％以上にできる。
【０１５４】
レーザ導波路とｃ軸投影成分とのズレ角度と閾値電流密度のばらつきを調査した。その結果、図１９（ｂ）に示されるように、ズレ角度の絶対値が小さいときに、閾値電流密度のばらつき（標準偏差σ）が低減した。ズレ角度が−０．３度以上＋０．３度以下の範囲であれば、このばらつきを１５％以下にすることができる。ズレ角度０度の半導体レーザにおけるばらつきが約１０％であるので、ズレ角度が−０．３度以上＋０．３度以下の範囲であるとき、ズレ角度０度の半導体レーザの閾値電流密度の１．５倍程度に抑えられる。また、ズレ角度が−０．２５度以上＋０．２５度以下の範囲であれば、このばらつきを１３％以下にすることができる。ズレ角度の絶対値が０．３度を超えるとき、閾値電流密度のばらつきの変化が大きくなる。ズレ角度が−０．７５度以上＋０．７５度以下の範囲であれば、このばらつきを４０％以下にできる。
【０１５５】
図２０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２１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２２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２０〜図２２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。
【０１５６】
上記の実施例１〜４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。
【０１５７】
（実施例５）
既に述べたように、半導体レーザにおいては、導波路と共振器端面を精度よく垂直にすることにより、半導体レーザの特性を良好かつ安定化させることができる。その故に、端面の割れやすさは結晶方位に大きく依存するので、結晶方位を正確に示す目印を見出すとともに、その目印を基準にしてその目印に対して平行又は垂直にマスクアライメントを行うことができるとき、マスクアライメントの精度を高めることが可能である。半導体ウエハには、図２３（ａ）に示されるように、例えばオリエンテーションフラット（以下、「オリフラ」として参照する）ＯＦと呼ばれる結晶方位を示す切り欠きを設けることができる。
【０１５８】
図２３（ｂ）に示されるように、予期しないウエハ破損を避けるために、このオリフラにはチャンファ（面取り）ＣＨＦ１、ＣＨＦ２が形成される。チャンファを設けたオリフラでは、マスクアライナを用いたパターニングの際にピント合わせの精度の向上が容易ではない。オリフラの面取り部分には、ウエハの主面に対して傾斜した傾斜面が設けられているので、ウエハの主面に垂直な方向に関して、傾斜面では、マスクアライナとオリフラとの距離が変化する。この変化のため、マスクアライナを用いたアライメントでは、オリフラのチャンファの傾斜面のいずれの位置にもピントを合わせることができる。これ故に、アライメントの精度がオリフラの面取り幅の範囲のいずれの位置にピントを合わせたかに依存することになり、結果としてアライメントの精度向上に限界が生じる。一方、チャンファを設けない半極性基板では、基板の研磨の際にチッピング（欠け）生じて、図２３（ｃ）に示されるように、オリフラのエッジが直線ではなく荒れることがある。この荒れゆえに、結果としてアライメントの精度向上に限界が生じる。
【０１５９】
発明者らの知見によれば、ｃ面主面を有するＧａＮウエハにおいては、アライメント精度を高めるために、エピタキシャル成長後の工程におけるプロセス前に、エピタキシャル基板をへき開して、ｍ面が出現したエッジを形成する。このｍ面エッジをマスクアライメントの基準として用いることができる。このｍ面エッジの形成手法を、｛２０−２１｝面半極性といった半極性エピタキシャル基板に適用するとき、ｍ面に替えてａ面のエッジが形成される。引き続く説明は、半極性面として｛２０−２１｝面を有するエピタキシャル基板を一例として行なわれる。エピタキシャル基板の主面に垂直なａ面をへき開により形成することを試みたけれども、図２４に示されるように、直線的な破断エッジを得ることができないこともある。図２４は、ａ面へき開を試みたウエハを示す平面図である。例えば破断エッジは直線的に延びる部分ＰＬＮがあるが、全体としては亀裂は蛇行する。この理由として、ａ面エッジの形成ではｍ面に比べてＧａＮ系半導体がａ面に沿って直線的に割れにくいことが考えられる。
【０１６０】
発明者らの注意深い観察により、半極性面基板上に成長されたエピタキシャル半導体領域には、半極性に固有の欠陥が形成されることが明らかになっている。
【０１６１】
表面モフォロジーがその一例である。例えば｛２０−２１｝面基板上にレーザ構造をエピタキシャル成長後に、エピ最表面をノマルスキー微分干渉顕微鏡を用いて観察した。図２５は、エピ最表面のノマルスキー微分干渉顕微鏡像を示す図面である。図２５に示されるように、その表面には、ａ軸方向にほぼ平行な直線状のモフォロジーが観察された。このモフォロジーを調査するために、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてエピタキシャル基板を観察を行った。図２６は、図２５において矢印で示されるボックス内の領域の断面における透過電子顕微鏡像を示す図面である。図２６を参照すると、エピ表面には窪みが観察され、この窪みが、直線状のモフォロジーとして観察されている。図２７は、窒化ガリウム系半導体中の積層欠陥ＳＦとエピ表面の欠陥（例えば溝）Ｇとを模式的に示す図面である。図２７の模式図に示されるように、窪み箇所の基板位置には、写真下部の基板から伝播する欠陥が観察されている。
【０１６２】
欠陥をさらに詳しく調べるために、図２６に示される領域ＢＯＸを高分解能透過電子顕微鏡（ＨＲ−ＴＥＭ）を用いた観察を行った。その結果を図２８に示す。倍率の異なる画像が、図２８（ａ）、図２８（ｂ）及び図２８（ｃ）に示されている。欠陥近傍の積層構造を詳しく解析した結果、図２８（ｃ）に示されるように、欠陥を境に結晶面の積層構造がABABAB・・・からBCBCBC・・・へと変化していることが示される。したがって、この欠陥は、積層欠陥である。また、この積層欠陥は、ｃ面内に存在することから、ａ軸方向（図２８に示されるように正確に［−１２−１０］方向）に延びている。そして、積層欠陥がエピ表面と交差した箇所で、エピ表面に窪みが形成されている。これ故に、本実施の形態に係るエピタキシャル基板は、ｃ面内に設けられた積層欠陥とこの積層欠陥に関連した直線状の窪みからなる構造体を含んでいる。
【０１６３】
エピタキシャル基板では、これ故に、この窪み及び積層欠陥の向きは、非常に正確にａ軸方向を示している。このエピ表面の窪みをマークとして利用することによって、このマークに垂直になるように導波路をマスクアライメントすることが可能になる。したがって、ａ軸方向に精度良く垂直に、かつｃ軸を主面に投影した方向に精度よく平行にマスクのアライメントが可能である。
【０１６４】
上記の積層欠陥は基板上への結晶成長時に偶発的に発生するものであるが、ウエハ面内に、０．２(ｃｍ−１)以上での密度で含まれることが望ましい、これ以下の密度であるとき、レーザ作成のためのエピタキシャル成長に使用する基板内に積層欠陥が作製される可能性が低い。また、積層欠陥は、ウエハ面内に、１０(ｃｍ−１)以下の密度で含まれることが望ましく、この値を超える密度では、レーザ素子の歩留まりに影響を与える。また、エピ表面上における積層欠陥の長さ（窪みの長さ）は、２３０μｍ以上であることが良い。マークの長さが２３０μｍ以上であるとき、精度の良いマスクアライメントが可能になる。
【０１６５】
（実施例６）
｛２０−２１｝面ＧａＮ基板上にレーザ構造のためのエピタキシャル積層構造を成長する。エピタキシャル積層構造は、ｎ型半導体領域、活性層及びｐ型半導体領域を含み、活性層は、ＩｎＧａＮ井戸層を含む単一量子井戸構造を有する。この成長の後に、水銀ランプ（波長３６５ｎｍ）を用いて励起してエピタキシャル基板の上面の蛍光像を観察した。図２９（ａ）は、水銀ランプを用いて励起した際のエピタキシャル基板の上面の蛍光像を示す図面である。図２９（ａ）に示すように、上面からの発光像における暗領域（水銀ランプ励起で発光しない領域）が観測される。暗領域は例えば五角形の形状を成している。五角形の最も長い辺（長辺）は、ａ軸方向にほぼ平行である。また、発明者らの観察によれば、暗領域の断面は、図２９（ｂ）、図２９（ｃ）及び図２９（ｄ）に示すような典型的な断面形状、例えば五角形、等脚台形といった台形、二等辺三角形といった三角形を有しており、これらの断面形状は、最長の辺に直交する軸に関して左右対称である。例えば三角形及び五角形の各々は、一頂点を通過し長辺に直交する軸に関して左右対称である。
【０１６６】
この暗領域の原因をさらに調査するために、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）により断面の観察を行った。その結果、図２９（ｅ）に示される良好部（断面）では、井戸層が急峻に形成されている一方で、図２９（ｆ）に示される暗領域部（断面）では、井戸層において、六角形の析出物が観察される。この析出物をエネルギ分散Ｘ線分光法（ＥＤＸ）によって調べた結果、析出領域はＩｎリッチであった。この六角形の一辺は、ＧａＮ基板の半極性主面に平行な平面に対して７５度の角度を成しており、（０００１）面であることになる。これ故に、この構造物の形状は、結晶方位を反映している。発明者らの観察によれば、この析出物はａ軸方向に伸びている。また、析出物の奥行き方向に析出物の断面はほぼ同じ断面形状を有している。したがって、エピタキシャル基板の表面から観察した際の暗領域の長辺に平行に導波路をマスクアライメントすることで、ａ軸方向に精度良く垂直に、かつｃ軸を主面に投影した方向に精度よく平行にマスクアライメントすることが可能である。
【０１６７】
上記の暗領域は、活性層に設けられた結晶欠陥を含むことができ、また波長５００ｎｍ以上の発光波長を持つ活性層においては、成長温度や量子井戸構造に起因して井戸層には結晶欠陥が導入されやすいが、この結晶欠陥をアライメントマークとして利用可能である。また、暗領域は、発光層を成長した後のｐ型半導体層の成長温度が高過ぎたり成長時間が長いときに発生しやすい。
【０１６８】
水銀ランプで励起した発光像中の暗領域における長辺は例えばａ軸の方向に延在しており、長辺は２３０μｍ以上の長さを有することが好ましい。また、水銀ランプで励起した発光像において暗領域として観察される欠陥領域は、結晶成長に係る欠陥であるので、結晶学的な情報が、構造物の形状及び向き等に反映される。また、暗領域は、摂氏８００度以上の高温で熱処理により拡大することが特徴である。
【０１６９】
以上説明したように、III族窒化物半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板は、以下の構造を有することができる。エピタキシャル基板は、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板と、この基板の半極性主面上に設けられた半導体積層とを備える。この半導体積層はレーザ構造体のための半導体領域を含み、この半導体領域は、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、活性層とを含む。活性層は窒化ガリウム系半導体層を含む。基板の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は該六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に法線軸に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。半導体積層は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向を示す基準軸に沿って延在する上記の構造物を含む。
【０１７０】
このエピタキシャル基板は、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面の方向に沿ったレーザストライプを含むIII族窒化物半導体レーザ素子の形状のために好適である。III族窒化物半導体レーザ素子は半極性面基板上に形成される。しかしながら、半導体積層は六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向を示す基準軸に沿って延在するエッジを有する帯状の構造物を含むので、この構造物は、このエピタキシャル基板を用いて作製されるIII族窒化物半導体レーザ素子に、レーザストライプの向き付けやレーザキャビティの向き付けを提供できる。好ましくは、法線軸と六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の範囲である。活性層は、第１のクラッド層と第２のクラッド層との間に設けられ、また第１のクラッド層、第２のクラッド層及び活性層は半極性主面の法線軸に沿って配列されている。
【０１７１】
構造物は、半導体積層の上面においてａ軸の方向に延在する表面形態を有することができる。このとき、エピタキシャル基板の外観の観察により構造物の確認が可能である。このような構造物は半導体積層の上面における窪みを含むとき、紫外線〜可視光〜赤外線等による反射光や透過光により窪みの位置を特定することができる。また、エピタキシャル基板における上記構造物（例えば、暗領域の長辺やエピ表面の溝）はａ軸の方向に対して−０．５度以上及び＋０．５度以下の範囲のズレ角を成すことが好ましい。更には、構造物はａ軸の方向に対して−０．３度以上及び＋０．３度以下の範囲のズレ角を成すことが更に好ましい。
【０１７２】
また、このエピタキシャル基板を用いてIII族窒化物半導体レーザ素子を以下の工程で作製することができる。
【０１７３】
エピ表面に設けられた溝といった直線状モフォロジーを利用してマスクアライメントを行うことができる。マスクアライナ上に半導体生産物を配置してときに、直線状モフォロジーはマスクアライナのセンサ装置を用いて、或いは目視により検出可能である。導波路の方向を決定するマスクアライメントの際に、導波路の方向が直線状モフォロジーに垂直になるように、マスクアライナ上の半導体生産物の位置及び向きを決定する。
【０１７４】
水銀ランプによる励起像における暗領域を利用してマスクアライメントを行うことができる。水銀ランプを取り付けたレーザスクライバ装置を準備する。このレーザスクライバ装置に半導体生産物を設置する。レーザスクライバ装置において、水銀ランプを用いて励起して発光像を得る。発光像中の暗領域を利用して、レーザスクライバ装置上において半導体生産物の方位合わせを行う。レーザスクライバ装置を用いて半導体生産物にマークを作製する。このマークを基準にマスクアライメントする。この手順により、精度よく導波路と結晶方位とを一致させることが可能である。
【０１７５】
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と共に発振歩留まりの向上可能な構造を有する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、上記のIII族窒化物半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
【０１７６】
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】
【０１７７】
１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５…電極、１７…支持基体、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…支持基体裏面、１７ｃ…支持基体端面、１９…半導体領域、１９ａ…半導体領域表面、１９ｃ…半導体領域端面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…キャリアブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、ＭＡ…ｍ軸ベクトル、ＢＥＴＡ…角度、ＤＳＵＢ…支持基体厚さ、５１…基板、５１ａ…半極性主面、ＳＰ…基板生産物、５７…窒化ガリウム系半導体領域、５９…発光層、６１…窒化ガリウム系半導体領域、５３…半導体領域、５４…絶縁膜、５４ａ…絶縁膜開口、５５…レーザ構造体、５８ａ…アノード電極、５８ｂ…カソード電極、６３ａ…第１の面、６３ｂ…第２の面、１０ａ…レーザスクライバ、６５ａ…スクライブ溝、６５ｂ…スクライブ溝、ＬＢ…レーザビーム、ＳＰ１…基板生産物、ＬＢ１…レーザバー、６９…ブレード、６９ａ…エッジ、６９ｂ、６９ｃ…ブレード面、７１…支持装置、７１ａ…支持面、７１ｂ…凹部。
【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２７】
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【図７】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２８】
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【図２９】
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