專利名稱：Iii族氮化物半導體激光元件、及制作iii族氮化物半導體激光元件的方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種III族氮化物半導體激光元件、及制作III族氮化物半導體激光元件的方法。
現(xiàn)有技術在非專利文獻1中，記載有在c面藍寶石基板上制作的半導體激光。通過干式蝕刻形成半導體激光的鏡面。公開有激光的共振鏡面的顯微鏡照片，且記載有其端面的粗糙度為約50nm。在非專利文獻2中，記載有在(11-22)面GaN基板上制作的半導體激光。通過干式蝕刻形成半導體激光的鏡面。在非專利文獻3中，記載有氮化鎵系半導體激光。提出有將m面作為裂面(cleaved facets)而用于激光共振器，因此生成向基板的c軸的偏離方向偏光的激光。該文獻中，具體記載有在非極性面擴大阱寬度，在半極性面縮小阱寬度?，F(xiàn)有技術文獻非專利文獻非專利文獻1 Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35, (1996) L74-L76非專利文獻2 :Appl. Phys. Express 1(2008)091102非專利文獻3 Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 46，(2007) L789

發(fā)明內容
根據(jù)氮化鎵系半導體的能帶構造，存在可進行激光振蕩的若干躍遷。根據(jù)發(fā)明者的見解，認為在使用c軸向m軸的方向傾斜的半極性面的支持基體的III族氮化物半導體激光元件中，使激光波導沿著由c軸及m軸所規(guī)定的面延伸時，可降低閾值電流。該激光波導的方向中，其中躍遷能量(傳導帶能量與價帶能量的差)最小的模式可進行激光振蕩，在該模式的振蕩成為可能時，可降低閾值電流。然而，在該激光波導的方向中，由于共振鏡，故而無法利用c面、a面或m面的現(xiàn)有的裂面。因此，為了制作共振鏡，使用反應離子蝕刻(RIE，reactive ion etching)形成半導體層的干式蝕刻面。期望以RIE法形成的共振鏡在對于激光波導的垂直性、干式蝕刻面的平坦性或離子損傷(ion damage)的方面有所改善。并且，在現(xiàn)有的技術水準下創(chuàng)造出用以獲得良好的干式蝕刻面的工序條件成為較大的負擔。據(jù)發(fā)明者所知，以往在形成在上述半極性面上的同一 III族氮化物半導體激光元件中，未能同時實現(xiàn)在c軸的傾斜方向(偏離方向)上延伸的激光波導與不使用干式蝕刻而形成的共振鏡用端面。本發(fā)明鑒于上述情況而研制。本發(fā)明的目的在于提供一種III族氮化物半導體激光元件，其在從六方晶系III族氮化物的C軸向m軸方向傾斜的支持基體的半極性面上，具有可實現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器，且提供一種制作該III族氮化物半導體激光元件的方法。本發(fā)明的一個方案的III族氮化物半導體激光元件中，包含(a)激光構造體，該激光構造體包括由六方晶系III族氮化物半導體構成，且具有半極性主面的支持基體、以及設于上述支持基體的上述半極性主面上的半導體區(qū)域；以及(b)電極，該電極設于上述激光構造體的上述半導體區(qū)域上。上述半導體區(qū)域包括由第1導電型氮化鎵系半導體構成的第1包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層、以及設于上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿著上述半極性主面的法線軸排列，上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述支持基體的上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以有限的角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范圍，上述激光構造體包含與由上述六方晶系III族氮化物半導體的m 軸及上述法線軸規(guī)定的m-n面交叉的第1及第2割斷面，該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器包含上述第1及第2割斷面，上述激光構造體包含第1及第2面，上述第2面為上述第1面的相反側的面，上述半導體區(qū)域位于上述第1面與上述支持基體之間，上述第 1及第2割斷面分別從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣，上述激光構造體在上述第1割斷面的一端，具有從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣的刻劃痕，上述刻劃痕具有從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣的凹形狀。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，在第1割斷面的一端沿著從第1面的邊緣延伸至第2面的邊緣的凹形狀的刻劃痕而設有割斷面，因此可預見割斷面的垂直性或平坦性，割斷面可具有足以作為諧振鏡的垂直性及平坦性。由此，可提供具有可實現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器的III族氮化物半導體激光元件。該III族氮化物半導體激光元件中，在上述第1及第2割斷面分別出現(xiàn)上述支持基體的端面及上述半導體區(qū)域的端面，上述半導體區(qū)域的上述活性層的端面與正交于由上述六方晶系氮化物半導體構成的支持基體的m軸的基準面所成角度，在由上述III族氮化物半導體的c軸及m軸所規(guī)定的第1平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范圍的角度。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，可具有關于從c軸及m軸中的一方向另一方獲取的角度而滿足上述垂直性的端面。該III族氮化物半導體激光元件中，上述角度在與上述第1平面及上述法線軸正交的第2平面在-5度以上+5度以下的范圍。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，可具有關于與半極性面的法線軸垂直的面中所規(guī)定的角度而滿足上述垂直性的端面。該III族氮化物半導體激光元件中，上述支持基體的厚度為50μπι以上150μπι以下。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，若厚度為50 μ m以上，則操作變得容易，且生產良率(生産步留i ” )提高。若為150μπι以下，則進一步能夠獲得用于激光諧振器的優(yōu)良的割斷面。該III族氮化物半導體激光元件中，上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸所成的角度在63度以上80度以下、或100度以上117度以下的范圍。根據(jù)該 III族氮化物半導體激光元件，在63度以上80度以下、或100度以上117度以下的范圍內， 通過擠壓而形成的端面可獲得接近垂直于基板主面的面的可能性升高。而且，在超過80度且小于100度的角度內，有無法獲得所需的平坦性及垂直性的危險。該III族氮化物半導體激光元件中，來自上述活性層的激光向上述六方晶系III 族氮化物半導體的a軸方向偏光。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，能實現(xiàn)低閾值電流的能帶躍遷具有偏光性。該III族氮化物半導體激光元件中，該III族氮化物半導體激光元件的LED模式下的光在上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向上包含偏光成分II，并在將上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸投影至主面的方向上包含偏光成分12，上述偏光成分Il 大于上述偏光成分12。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，可使用激光諧振器而激光振蕩LED模式下發(fā)光強度較大的模式下的光。該III族氮化物半導體激光元件中，上述半極性主面是從{20-21}面、{10-11}面、 {20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面偏離-4度以上+4度以下的范圍的微傾斜面。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，在從上述典型的半極性面偏離的微傾斜面上，也可提供具有能構成該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者無離子損傷的第1及第2端面。該III族氮化物半導體激光元件中，上述半極性主面是{20-21}面、{10-11}面、 {20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，上述典型的半極性面上，也可提供具有能構成該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者無離子損傷的第1及第2端面。該III族氮化物半導體激光元件中，上述支持基體的層錯密度為IXlO4cnT1以下。 根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，因層錯密度為IXlO4cnT1以下，因此，因偶發(fā)事件損壞割斷面的平坦性及/或垂直性的可能性較低。該III族氮化物半導體激光元件中，上述支持基體由GaN、AlGaN, A1N、InGaN及 InMGaN中的任一個構成。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，當使用由上述氮化鎵系半導體構成的基板時，可獲得能用作諧振器的第1及第2端面。當使用AlN基板或者AKiaN 基板時，可增大偏光度，且通過低折射率可強化光束縛。當使用InGaN基板時，可減小基板與發(fā)光層的晶格失配率，且可提高結晶品質。該III族氮化物半導體激光元件中，進而包括設于上述第1及第2割斷面中至少任一面上的介電多層膜。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，也可對斷裂面適用端面涂布。通過端面涂布，可調整反射率。該III族氮化物半導體激光元件中，上述活性層中包含以發(fā)出波長360nm以上 600nm以下的光的方式而設置的發(fā)光區(qū)域。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，通過半極性面的利用，可獲得有效利用LED模式的偏光的III族氮化物半導體激光元件，從而可獲得低閾值電流。該III族氮化物半導體激光元件中，上述活性層中包含以發(fā)出波長430nm以上 550nm以下的光的方式而設置的量子阱構造。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，通過半極性面的利用，可減小壓電電場且提高發(fā)光層區(qū)域的結晶品質，由此可提高量子效率，且可產生波長430nm以上550nm以下的光。本發(fā)明的另一方案的III族氮化物半導體激光元件，其特征在于，包含(a)激光構造體，該激光構造體包括由六方晶系III族氮化物半導體構成，且具有半極性主面的支
7持基體、以及設于上述支持基體的上述半極性主面上的半導體區(qū)域；以及(b)電極，該電極設于上述激光構造體的上述半導體區(qū)域上，上述半導體區(qū)域包括由第1導電型氮化鎵系半導體構成的第1包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層、以及設于上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿著上述半極性主面的法線軸排列，上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述支持基體的上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以有限的角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、 或100度以上135度以下的范圍，上述激光構造體包含第1及第2面，上述第2面為上述第 1面的相反側的面，上述半導體區(qū)域位于上述第1面與上述支持基體之間，上述激光構造體具有第1及第2刻劃痕，上述第1及第2刻劃痕設于該激光構造體的端部且沿由上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸規(guī)定的平面延伸，上述第1及第2刻劃痕具有從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣的凹形狀，上述激光構造體的上述端部具有將上述第1及第2刻劃痕各自的邊緣與上述第1及第2面各自的邊緣連結的割斷面，該 III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器包含上述割斷面。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件，沿著在第1割斷面的一端從第1面的邊緣延伸至第2面的邊緣的凹形狀的刻劃痕而設有割斷面，因此可預見割斷面的垂直性或平坦性，割斷面可具有足以作為諧振鏡的垂直性及平坦性。由此，可提供具有可實現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器的III族氮化物半導體激光元件。 本發(fā)明的另一方案的制作III族氮化物半導體激光元件的方法，其特征在于，其包括如下工序(a)準備由六方晶系III族氮化物半導體構成且具有半極性主面的基板的工序；(b)形成包含激光構造體、陽極電極及陰極電極的基板產物的工序，其中上述激光構造體包含形成于上述半極性主面上的半導體區(qū)域與上述基板；(c)將上述基板產物的第1 面在上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向上局部刻劃的工序；以及(d)通過對上述基板產物的第2面的擠壓而進行上述基板產物的分離，形成其他基板產物及激光棒的工序。上述第1面是上述第2面的相反側的面，上述半導體區(qū)域位于上述第1面與上述基板之間，上述激光棒具有從上述第1面延伸至上述第2面且通過上述分離而形成的第1及第 2端面，上述第1及第2端面構成該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器，上述陽極電極及陰極電極形成于上述激光構造體上，上述半導體區(qū)域包括由第1導電型氮化鎵系半導體構成的第1包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層及設于上述第 1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿上述半極性主面的法線軸排列，上述活性層含有氮化鎵系半導體層，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半導體的C軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以有限的角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范圍，上述第1及第2端面與由上述六方晶系III族氮化物半導體的m 軸及上述法線軸規(guī)定的m-n面交叉，上述第1及第2端面各自的上述活性層的端面相對于與由上述六方晶系氮化物半導體構成的支持基體的m軸正交的基準面，在由上述六方晶系 III族氮化物半導體的c軸及m軸規(guī)定的平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范圍的角度，在上述刻劃工序中，沿上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸形成多個刻劃貫通孔，上述刻劃貫通孔從上述基板產物的上述第1面貫通至上述第2面，并具有在上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向上延伸的形狀。根據(jù)該方法，設置從上述基板產物的上述第1面貫通于上述第2面的刻劃貫通孔，進行上述基板產物的分離，因此，通過該分離而形成的端面可提供具有能從第1面?zhèn)瓤缂暗?面?zhèn)榷鴺嫵杉す庵C振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者無離子損傷的共振鏡面。該制作III族氮化物半導體激光元件的方法中，上述刻劃貫通孔使用激光刻劃器通過從上述激光構造體的上述第1面、或者上述第2面照射激光而形成。根據(jù)該方法，可從第1面或者第2面中的任一面照射激光，尤其是，如果從上述第2面照射激光，則可減少外延面的損傷或碎片。本發(fā)明的各方案涉及的上述目的及其它目的、特征、以及優(yōu)點，可根據(jù)參照


的本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的以下詳細描述而容易明地確。發(fā)明效果如以上說明所述，根據(jù)本發(fā)明的各方案，可提供一種III族氮化物半導體激光元件，其在六方晶系III族氮化物的C軸向m軸方向傾斜的支持基體的半極性面上，具有可實現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器，而且，根據(jù)本發(fā)明的各方案，可提供一種制作III族氮化物半導體激光元件的方法。

圖1是概略性表示本實施方式的III族氮化物半導體激光元件的構造的圖。圖2是表示III族氮化物半導體激光元件的活性層的能帶構造的圖。圖3是表示III族氮化物半導體激光元件的活性層的發(fā)光的偏光的圖。圖4是表示III族氮化物半導體激光元件的端面與活性層的m面的關系的圖。圖5是表示本實施方式的制作III族氮化物半導體激光元件的方法的主要工序的工序流程圖。圖6是示意性地表示本實施方式的制作III族氮化物半導體激光元件的方法的主要工序的圖。圖7是表示實施例所示的激光二極管的構造的圖。圖8是用于說明現(xiàn)有的刻劃槽的形成方法的圖。圖9是表示從外延面觀察到的通過現(xiàn)有的刻劃槽的形成方法形成的端面的形狀的圖。圖10是表示從側面觀察到的通過現(xiàn)有的刻劃槽的形成方法形成的III族氮化物半導體激光元件的端面的形狀的圖。圖11是用于說明從現(xiàn)有的刻劃槽形成的III族氮化物半導體激光元件的端面的形狀的圖。圖12是用于說明使用現(xiàn)有的刻劃槽制作的激光棒的端面的形成過程的圖。圖13是表示本實施方式的刻劃貫通孔的形狀的圖。圖14是表示Q0-21)面與其他面方位(指數(shù))所成的角度的圖。圖15是用于將具有使用現(xiàn)有的刻劃槽時的端面的角度偏離的元件的個數(shù)、與具有使用本實施方式的刻劃貫通孔時的端面的角度偏離的元件的個數(shù)進行比較的圖。圖16是表示GaN基板的c軸向m軸方向的傾斜角與振蕩良率的關系的圖。
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圖17是表示層錯密度與振蕩良率的關系的圖。圖18是表示Q0-21)面、(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的圖。圖19是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的圖。圖20是表示Q0-21)面、(-101-8)面及(-1018)面的原子配置的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的觀點可通過參照作為例示而表示的附圖且考慮以下詳細描述而容易地理解。繼而，參照附圖的同時，說明本發(fā)明的III族氮化物半導體激光元件、及制作III族氮化物半導體激光元件的方法的實施方式。在可能的情況下，對相同的部分標注相同的符號。圖1是示意性表示本實施方式的III族氮化物半導體激光元件的構造的圖。III 族氮化物半導體激光元件11具有增益導引型的構造，但本發(fā)明的實施方式并不限于增益導引型的構造。III族氮化物半導體激光元件11具有激光構造體13及電極15。激光構造體13包含支持基體17及半導體區(qū)域19。支持基體17由六方晶系III族氮化物半導體構成，且具有半極性主面17a及背面17b。半導體區(qū)域19設于支持基體17的半極性主面17a 上。電極15設于激光構造體13的半導體區(qū)域19上。半導體區(qū)域19包含第1包覆層21、 第2包覆層23、及活性層25。第1包覆層21由第1導電型氮化鎵系半導體構成，例如由η 型AlGaN、n型InAKiaN等構成。第2包覆層23由第2導電型氮化鎵系半導體構成，例如由 ρ型AlGaN、p型InAKiaN等構成。活性層25設于第1包覆層21與第2包覆層23之間?；钚詫?5包含氮化鎵系半導體層，該氮化鎵系半導體層例如為阱層25a?；钚詫?5包含由氮化鎵系半導體構成的障壁層25b，阱層2 及障壁層2 交替排列。阱層25a由例如InGaN 等構成，障壁層25b由例如GaN、InGaN等構成?；钚詫?5可包含以發(fā)出波長360nm以上 600nm以下的光的方式而設的量子阱構造。通過半極性面的利用，可發(fā)出波長430nm以上 550nm以下的光。第1包覆層21、第2包覆層23及活性層25沿半極性主面17a的法線軸 NX排列。III族氮化物半導體激光元件11中，激光構造體13包含與由六方晶系III族氮化物半導體的m軸及法線軸NX所規(guī)定的m-n面交叉的第1割斷面27及第2割斷面四。參照圖1可知，描繪有正交坐標系S及結晶坐標系CR。法線軸NX朝向正交坐標系 S的Z軸方向。半極性主面17a平行于由正交坐標系S的X軸及Y軸所規(guī)定的預定平面延伸。而且，圖1中描繪有代表性的c面&。支持基體17的六方晶系III族氮化物半導體的 c軸，相對于法線軸NX向六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以有限的角度ALPHA傾斜。III族氮化物半導體激光元件11中進而具有絕緣膜31。絕緣膜31覆蓋激光構造體13的半導體區(qū)域19的表面19a，半導體區(qū)域19位于絕緣膜31與支持基體17之間。支持基體17由六方晶系III族氮化物半導體構成。絕緣膜31具有開口 31a，開口 31a在半導體區(qū)域19的表面19a與上述m-n面的交叉線LIX的方向延伸，且形成為例如條紋形狀。電極15經(jīng)由開口 31a與半導體區(qū)域19的表面19a(例如第2導電型接觸層33)形成接觸，且在上述交叉線LIX的方向延伸。III族氮化物半導體激光元件11中，激光波導包含第1包覆層21、第2包覆層23及活性層25，且在上述交叉線LIX的方向延伸。III族氮化物半導體激光元件11中，第1割斷面27及第2割斷面四與由六方晶系III族氮化物半導體的m軸及法線軸NX所規(guī)定的m-n面交叉。III族氮化物半導體激光元件11的激光諧振器包含第1及第2割斷面27、29，且激光波導從第1割斷面27及第2割斷面四中的一方向另一方延伸。激光構造體13包含第1面13a及第2面13b，第1面13a 為第2面13b的相反側的面。第1及第2割斷面27、四從第1面13a的邊緣13c延伸至第 2面13b的邊緣13d。第1及第2割斷面27、29與c面、m面或者a面這些目前為止的裂面不同。根據(jù)該III族氮化物半導體激光元件11，構成激光諧振器的第1及第2割斷面27、 四與!11-11面交叉。因此，可設置延伸于m-n面與半極性面17a的交叉線的方向的激光波導。 因此，III族氮化物半導體激光元件11具有可實現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器。III族氮化物半導體激光元件11包含η側導光層35及ρ側導光層37。η側導光層35包含第1部分3 及第2部分35b，η側導光層35由例如GaNUnGaN等構成。ρ側導光層37包含第1部分37a及第2部分37b，ρ側導光層37由例如GaNUnGaN等構成。載體阻擋層39例如設于第1部分37a與第2部分37b之間。在支持基體17的背面17b設有另一電極41，電極41覆蓋例如支持基體17的背面17b。激光構造體13中，在第1割斷面27的一端具有從III族氮化物半導體激光元件 11的元件表面Ila的邊緣13c延伸至元件背面lib的邊緣13d的刻劃痕SMl，在第1割斷面 27的另一端具有從III族氮化物半導體激光元件11的元件表面Ila的邊緣13c延伸至元件背面lib的邊緣13d的刻劃痕SM2。而且，在第2割斷面四側同樣地，激光構造體13具有刻劃痕SM3、SM4?？虅澓跾Ml、SM2、SM3、SM4具有從III族氮化物半導體激光元件11的元件表面Ila延伸至元件背面lib的凹形狀。而且，刻劃痕SM1、SM2、SM3、SM4分別設于激光構造體13的端部(與m-n面交叉的端部)，且沿由法線軸NX與六方晶系III族氮化物半導體的a軸規(guī)定的平面延伸。激光構造體13的上述端部(與m-n面交叉的端部)存在具有第1割斷面27的部分、及具有第2割斷面四的部分。第1割斷面27是將刻劃痕SMl及刻劃痕SM2各自的邊緣13e及13f、與元件表面Ila及元件背面lib各自的邊緣13c及13d 連結的面，第2割斷面四是將刻劃痕SM3及刻劃痕SM4各自的邊緣、與元件表面Ila及元件背面lib各自的邊緣13c及13d連結的面。如此，沿著從III族氮化物半導體激光元件 11的元件表面Ila延伸至元件背面lib的凹形狀的刻劃痕SMl等，設有第1及第2割斷面 27,29,因此可預見割斷面的垂直性或平坦性，第1及第2割斷面27、四可具有足以作為諧振鏡的垂直性及平坦性。圖2是表示III族氮化物半導體激光元件的活性層的能帶構造的圖式。圖3是表示III族氮化物半導體激光元件11的活性層25的發(fā)光的偏光的圖。圖4是示意性表示由 c軸及m軸規(guī)定的剖面的圖。參照圖2(a)可知，在能帶構造BAND的Γ點附近，傳導帶與價帶之間的可能的躍遷有3個。A能帶及B能帶具有比較小的能量差。因傳導帶與A能帶的躍遷fe所產生的發(fā)光向a軸方向偏光，因傳導帶與B能帶的躍遷肪所產生的發(fā)光向將 c軸投影至主面的方向偏光。關于激光振蕩，躍遷fe的閾值小于躍遷肪的閾值。參照圖2 (b)可知，表示有111族氮化物半導體激光元件11的LED模式下的光的光譜。LED模式下的光包含在六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向的偏光成分II，在將六方晶系III族氮化物半導體的c軸投影至主面的方向的偏光成分12，偏光成分Il大于偏光成分12。偏光度P由(11-12)/(11+12)規(guī)定。使用該III族氮化物半導體激光元件11的激光諧振器，可激光振蕩LED模式下發(fā)光強度較大的模式的光。如圖3所示，可進而包括設于第1及第2割斷面27、29中的至少一個、或者兩者上的介電多層膜43a、43b。第1及第2割斷面27J9均可適于端面涂布。通過端面涂布，可調整反射率。如圖3(b)所示，來自活性層25的激光L向六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向偏光。該III族氮化物半導體激光元件11中，可實現(xiàn)低閾值電流的能帶躍遷具有偏光性。用于激光諧振器的第1及第2割斷面27、四與C面、m面或者a面這些目前為止的裂面不同。然而，第1及第2割斷面27、四具有用于諧振器的作為平面鏡的平坦性、垂直性。 因此，使用第1及第2割斷面27、四及延伸于上述第1及第2割斷面27、四之間的激光波導，如圖3(b)所示，利用躍遷fe的發(fā)光，可實現(xiàn)低閾值的激光振蕩，該躍遷fe的發(fā)光比向將c軸投影至主面的方向偏光的躍遷肪的發(fā)光更強。III族氮化物半導體激光元件11中，在第1及第2割斷面27J9分別出現(xiàn)支持基體17的端面17c及半導體區(qū)域19的端面19c，端面17c及端面19c被介電多層膜43a覆蓋。支持基體17的端面17c及活性層25的端面25c的法線向量NA與活性層25的m軸向量MA所成角度BETA，由成分(BETA)1及成分(BETA)2規(guī)定，該成分(BETA)1規(guī)定于由III族氮化物半導體的c軸及m軸規(guī)定的第1平面Si，該成分(BETA)2規(guī)定于與第1平面Sl (為了便于理解而未圖標，但可參照為“Si”)及法線軸NX正交的第2平面S2(為了便于理解而未圖標，但可參照為“S2”)上。成分(BETA)1在由III族氮化物半導體的c軸及m軸規(guī)定的第1平面Sl上可在(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范圍。該角度范圍，在圖4 中，表示為代表性的111面、與參照面Fa所成角度。為了便于理解，圖4中，代表性的111面、 從激光構造體的內側跨及外側而描繪。參照面Fa沿活性層25的端面25c延伸。該III族氮化物半導體激光元件11具有關于從c軸及m軸中的一方向另一方獲取的角度BETA而滿足上述垂直性的端面。而且，成分(BETA)2在第2平面S2上可在-5度以上+5度以下的范圍。此處，BETA2 = (BETA)/+(BETA)22.此時，III族氮化物半導體激光元件11的端面(第 1及第2割斷面27、29)關于與半極性面17a的法線軸NX垂直的面上所規(guī)定的角度而滿足上述垂直性。再次參照圖1可知，III族氮化物半導體激光元件11中，支持基體17的厚度DSUB 可為50 μ m以上150 μ m以下。因III族氮化物半導體激光元件11的支持基體17具有此厚度，對于包含III族氮化物半導體激光元件11的基板產物(后述的基板產物SP)，容易形成與刻劃痕SM對應的刻劃貫通孔(參照圖6所示的后述的刻劃貫通孔65a)。如下文所述，使用該刻劃貫通孔而得的端面(割斷面)可用作具有充分的垂直性及平坦性的良好的諧振鏡。因此，III族氮化物半導體激光元件11的第1及第2割斷面27、四可成為良好的諧振鏡。III族氮化物半導體激光元件11中，法線軸NX與六方晶系III族氮化物半導體的c軸所成角度ALPHA可為45度以上，且可為80度以下。而且，角度ALPHA可為100度以上，且可為135度以下。在小于45度及超過135度的角度，通過擠壓而形成的端面由m面構成的可能性升高。而且，在超過80度小于100度的角度內，有無法獲得所需的平坦性及垂直性的危險。III族氮化物半導體激光元件11中，法線軸NX與六方晶系III族氮化物半導體的
12c軸所成的角度ALPHA可為63度以上，且可為80度以下。而且，角度ALPHA可為100度以上，且可為117度以下。在小于63度及超過117度的角度內，在通過擠壓而形成的端面的一部分可能會出現(xiàn)m面。而且，在超過80度小于100度的角度內，有無法獲得所需的平坦性及垂直性的危險。半極性主面17a可為{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面。進而，從上述面在-4度以上+4度以下的范圍微傾斜的面也可作為上述主面。在上述典型的半極性面17a，可提供具有能構成該III族氮化物半導體激光元件11的激光諧振器的程度的充分的平坦性及垂直性的第1及第2端面(第1及第2割斷面27、29)。而且， 在跨及上述典型的面方位的角度的范圍內，可獲得表現(xiàn)出充分的平坦性及垂直性的端面。III族氮化物半導體激光元件11中，支持基體17的層錯密度可為IXlO4cnT1以下。因層錯密度為IXlO4cnT1以下，故而，因偶發(fā)事件損壞割斷面的平坦性及/或垂直性的可能性較低。而且，支持基體17可由GaN、AlN、AlGaN、InGaN及InAlGaN中的任一個構成。 當使用由上述氮化鎵系半導體構成的基板時，可獲得能用作諧振器的端面(第1及第2割斷面27、29)。當使用AlN或者AWaN基板時，可增大偏光度，且通過低折射率可強化光束縛。當使用^GaN基板時，可減小基板與發(fā)光層的晶格失配率，且可提高結晶品質。圖5是表示本實施方式的制作III族氮化物半導體激光元件的方法的主要工序的圖。參照圖6(a)可知，表示有基板51。工序SlOl中，準備用于制作III族氮化物半導體激光元件的基板51。基板51的六方晶系III族氮化物半導體的c軸(向量VC)相對于法線軸NX向六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向(向量VM)以有限的角度ALPHA傾斜。 因此，基板51具有由六方晶系III族氮化物半導體構成的半極性主面51a。工序S102中，形成基板產物SP。圖6(a)中，基板產物SP描繪成大致圓板形的構件，但基板產物SP的形狀并不限于此。為了獲得基板產物SP，首先，在工序S103中形成激光構造體55。激光構造體55包含半導體區(qū)域53及基板51，在工序S103中，在半極性主面 51a上形成半導體區(qū)域53。為了形成半導體區(qū)域53，在半極性主面51a上依次成長第1導電型氮化鎵系半導體區(qū)域57、發(fā)光層59、及第2導電型氮化鎵系半導體區(qū)域61。氮化鎵系半導體區(qū)域57可包含例如η型包覆層，氮化鎵系半導體區(qū)域61可包含例如ρ型包覆層。發(fā)光層59可設于氮化鎵系半導體區(qū)域57與氮化鎵系半導體區(qū)域61之間，且包含活性層、導光層及電子阻擋層等。氮化鎵系半導體區(qū)域57、發(fā)光層59、及第2導電型氮化鎵系半導體區(qū)域61沿半極性主面51a的法線軸NX排列。上述半導體層外延成長。半導體區(qū)域53上由絕緣膜M覆蓋。絕緣膜M由例如硅氧化物構成。絕緣膜M具有開口 Ma。開口 5 形成為例如條紋形狀。工序S104中，在激光構造體55上形成陽極電極58a及陰極電極5 。而且，在基板 51的背面形成電極之前，對結晶成長中使用的基板的背面進行研磨，形成所需的厚度DSUB 的基板產物SP。形成電極時，例如，陽極電極58a形成于半導體區(qū)域53上，且陰極電極58b 形成于基板51的背面(研磨面)51b上。陽極電極58a在X軸方向延伸，陰極電極58b覆蓋整個背面51b。通過上述工序形成基板產物SP?；瀹a物SP包含第1面63a、及位于其相反側的第2面63b。半導體區(qū)域53位于第1面63a與基板51之間。工序S105中，如圖6 (b)所示，刻劃基板產物SP的第1面63a。該刻劃使用激光刻劃器IOa而進行。通過刻劃而形成多個刻劃貫通孔65a。圖6 (b)中，已形成有若干刻劃
13貫通孔，使用激光束LB而形成刻劃貫通孔65b。刻劃貫通孔6 等是從第1面63a貫通于第2面63b的貫通孔，從第1面63a(或者第2面63b)觀察時，具有在六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向延伸的形狀。S卩，六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向上的刻劃貫通孔65a等的寬度，比與六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向正交的方向上的寬度更長。六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向上的刻劃貫通孔6 等的寬度可設為例如 50 μ m以上300 μ m以下，與六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向正交的方向上的刻劃貫通孔65a等的寬度可設為例如5 μ m以上15 μ m以下。多個刻劃貫通孔6 等沿著六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向以例如 400 μ m左右的間距形成。包含在六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向并排形成的多個刻劃貫通孔65a的多列，沿著由六方晶系III族氮化物半導體的c軸及m軸規(guī)定的面，以大致等間隔的間距形成于基板產物SP上。在后述的1次及2次斷裂中，因III族氮化物半導體激光元件11從基板產物SP分離，使得刻劃貫通孔6 等成為III族氮化物半導體激光元件11所具有的刻劃痕SMl等。刻劃貫通孔6 等的長度比六方晶系III族氮化物半導體的a軸及法線軸NX規(guī)定的a-n面與第1面63a的交叉線AIS的長度更短，對交叉線AIS的一部分照射激光束LB。 通過激光束LB的照射，在第1面63a形成延伸于特定的方向且到達半導體區(qū)域的貫通孔。 刻劃貫通孔6 等可形成于例如基板產物SP的一個邊緣。工序S106中，如圖6 (c)所示，通過對基板產物SP的第2面63b的擠壓而進行基板產物SP的分離，形成基板產物SPl及激光棒LBl。擠壓使用例如刮刀69等致斷裝置而進行。用于形成該激光棒LBl等的致斷(1次斷裂)在y軸方向行進。刮刀69包含在一個方向延伸的邊緣69a、及規(guī)定邊緣69a的至少2個刮刀面69b、69c。而且，基板產物SPl的擠壓在支持裝置71上進行。支持裝置71包含支持面71a與凹部71b，凹部71b在一個方向延伸。凹部71b形成于支持面71a。使基板產物SPl的刻劃貫通孔65a的朝向及位置與支持裝置71的凹部71b的延伸方向一致，使基板產物SPl定位于支持裝置71上的凹部71b。 使致斷裝置的邊緣的朝向與凹部71b的延伸方向一致，而使致斷裝置的邊緣從與第2面63b 交叉的方向抵壓基板產物SP1。交叉方向可為與第2面6 大致垂直的方向。由此，進行基板產物SP的分離，形成基板產物SPl及激光棒LBl。通過抵壓，形成具有第1及第2端面 67a、67b的激光棒LB1，上述端面67a、67b中，至少發(fā)光層的一部具有可適用于半導體激光的諧振鏡的程度的垂直性及平坦性。所形成的激光棒LBl具有通過上述分離而形成的第1及第2端面67a、67b，端面 67a、67b分別從第1面63a延伸至第2面63b。因此，端面67a、67b構成該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器，且與TL面交叉。該TL面與由六方晶系III族氮化物半導體的m軸及法線軸NX規(guī)定的m-n面對應。根據(jù)該方法，在六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向刻劃基板產物SP的第1 面63a之后，通過對基板產物SP的第2面6 的擠壓而進行基板產物SP的分離，形成新的基板產物SPl及激光棒LB1。因此，以與m-n面交叉的方式，在激光棒LBl形成第1及第2 端面67a、67b。通過該端面的形成，可向第1及第2端面67a、67b提供能構成該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器的程度的充分的平坦性及垂直性。而且，該方法中，所形成的激光波導在六方晶系III族氮化物的c軸的傾斜方向延伸。不使用干式蝕刻面，形成可提供該激光波導的諧振鏡端面。根據(jù)該方法，通過基板產物SPl的割斷而形成新的基板產物SPl及激光棒LBl。工序S107中，反復通過擠壓而進行分離，從而制作多個激光棒。該割斷使用比激光棒LBl的割斷線BREAK更短的刻劃貫通孔6 而產生。工序S108中，在激光棒LBl的端面67a、67b形成介電多層膜，從而形成激光棒產物。工序S109中，將該激光棒產物分離成各個半導體激光的芯片O次斷裂)。本實施方式的制造方法中，角度ALPHA可于45度以上80度以下及100度以上135 度以下的范圍。在小于45度及超過135度的角度內，通過擠壓而形成的端面由m面構成的可能性升高。而且，在超過80度小于100度的角度內，有無法獲得所需的平坦性及垂直性的危險。角度ALPHA可在63度以上80度以下及100度以上117度以下的范圍。在小于45 度及超過135度的角度內，通過擠壓而形成的端面的一部分可能會出現(xiàn)m面。而且，在超過 80度小于100度的角度內，有無法獲得所需的平坦性及垂直性的危險。半極性主面51a可為{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10-1-1}面中的任一面。進而，從上述面在_4 度以上+4度以下的范圍微傾斜的面也可作為上述主面。上述典型的半極性面上，可提供具有能構成該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器的程度的充分的平坦性及垂直性、 且用于激光諧振器的端面。而且，基板51可由feiN、A1N、AlGaN, InGaN及InAlGaN中的任一個構成。當使用由上述氮化鎵系半導體構成的基板時，可獲得能用作激光諧振器的端面?；?1可由GaN 構成。在形成基板產物SP的工序S104中，結晶成長中所使用的半導體基板受到切片或者研削加工，以使基板厚度成為50 μ m以上150 μ m以下，第2面6 可為通過研磨而形成的加工面。該基板厚度下，容易形成刻劃貫通孔65a，且可以良好的良率形成具有能構成該 III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器的程度的充分的平坦性、垂直性或者無離子損傷的端面67a、67b。本實施方式的激光端面的制造方法中，激光棒LBl上也規(guī)定有參照圖3而說明的角度BETA。激光棒LBl上，角度BETA的成分(BETA) i在由III族氮化物半導體的c軸及 m軸規(guī)定的第1平面(與參照圖3說明的第1平面Sl對應的面)可在(ALPHA-5)度以上 (ALPHA+5)度以下的范圍。激光棒LBl的端面67a、67b關于從c軸及m軸中的一方向另一方獲取的角度BETA的角度成分而滿足上述垂直性。而且，角度BETA的成分(BETA)2在第2 平面(與圖3所示的第2平面S2對應的面)可在-5度以上+5度以下的范圍。此時，激光棒LBl的端面67a、67b關于與半極性面51a的法線軸NX垂直的面上規(guī)定的角度BETA的角度成分滿足上述垂直性。端面67a、67b通過對半極性面51a上外延成長的多個氮化鎵系半導體層的擠壓所產生的斷裂而形成。因半極性面51a上的外延膜的原因，端面67a、67b并非目前為止用作諧振鏡的c面、m面、或者a面這樣的低面指數(shù)的裂面。然而，在半極性面51a上的外延膜的積層的斷裂中，端面67a、67b具有適宜用作諧振鏡的平坦性及垂直性。(實施例)利用有機金屬氣相成長法成長圖7所示的激光二極管。原料系使用三甲基鎵 (TMGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn), M (NH3)、硅烷(SiH4)。準備基板71。在基板71上，從利用HVPE法較厚地成長的(OOOl)GaN錠在m軸方向在0度 90度的范圍的角度而使用晶片切片裝置進行切取，制作具有c軸向m軸方向的傾斜角度ALPHA為0度 90度的范圍的所需的傾斜角的GaN基板。例如，當以75度的角度切取時，可獲得{20-21}面GaN基板。在成長之前，為了調查基板的層錯密度，通過陰極發(fā)光法觀察基板。陰極發(fā)光中， 觀察通過電子束所激發(fā)的載體的發(fā)光過程，若存在積層缺陷，則因其附近的載體會非發(fā)光再結合，因而可觀察到暗線狀。求出該暗線的單位長度的密度(線密度)，定義為層錯密度。 此處，為了調查層錯密度，使用非破壞測定的陰極發(fā)光法，但也可使用破壞測定的穿透型電子顯微鏡。穿透型電子顯微鏡中，從a軸方向觀察試樣剖面時，從基板在m軸方向向試樣表面延伸的缺陷是支持基體中所含的積層缺陷，與陰極發(fā)光法的情形相同，可求出積層缺陷的線密度。將該基板71配置于反應爐內的晶座上之后，按照以下的成長順序成長外延層。首先，成長厚度為IOOOnm的η型feiN72。繼而，成長厚度為1200nm的η型hAlfeiN包覆層73。 接著，成長厚度為200nm的η型GaN導引層7 及厚度為65nm的無摻雜InGaN導引層74b， 然后，成長由厚度為15nm的GaN/厚度為3nm的hGaN而構成的3周期MQW75。接著，成長厚度為65nm的ρ型的InGaN導引層76a、厚度為20nm的ρ型AWaN阻擋層77a及厚度為 200nm的ρ型的InGaN導引層76b。繼而，成長厚度為400nm的ρ型IniUGaN包覆層77b。 最后，成長厚度為50nm的ρ型GaN接觸層78。在將SW2的絕緣膜79成膜于接觸層78上之后，使用光微影技術通過濕式蝕刻而形成寬度為IOym的條紋孔。此處，在M方向(接觸孔沿著由c軸及m軸規(guī)定的預定的面的方向)形成條紋方向的接觸孔。形成條紋孔之后，蒸鍍由Ni/Au構成的ρ側電極80a及由Ti/Al構成的焊墊電極。 接著，使用鉆石漿料而研磨GaN基板O^aN晶片)的背面，直至80 μ m(或者60 μ m)，從而制作背面為鏡面狀態(tài)的基板產物。此時，使用接觸式膜厚計測定基板產物的厚度。厚度的測定也可從試樣剖面利用顯微鏡而進行。顯微鏡可使用光學顯微鏡、或掃描型電子顯微鏡。在 GaN基板(GaN晶片)的背面(研磨面)，通過蒸鍍而形成由Ti/Al/Ti/Au構成的η側電極 80b。針對激光棒紋制作諧振鏡時，使用采用波長為355nm的YAG激光的激光刻劃器。當使用激光刻劃器而斷裂時，與使用鉆石刻劃的情形相比，可提高振蕩芯片良率。作為從基板
產物SP的第1面63a直至第2面6 的刻劃貫通孔6 等的形成方法，使用以下方法(A)、 ⑶基板厚度(μπι)激光輸出(mW)激光掃描速度(mm/s)方法(A)802501方法(B)602501再者，通過如下方法(C)，不僅形成刻劃貫通孔，也形成刻劃槽SLl、SL2(參照圖8 等)，上述刻劃槽SLl、SL2形成于基板產物SP的第1面63a但不到達第2面63b。刻劃槽 SLU SL2是形成于第1面63a但不到達基板產物SP的第2面63b的槽。將具有該刻劃槽 SLU SL2的III族氮化物半導體激光元件，特別稱作III族氮化物半導體激光元件111。基板厚度(μπι)激光輸出(mW)激光掃描速度(mm/s)
16
方法(C)801005以400 μ m的間距穿過基板的絕緣膜開口部位而向外延表面直接照射激光，由此形成刻劃貫通孔及刻劃槽。諧振器長度設為600μπι。形成的刻劃貫通孔例如為長度 200 μ m、寬度12 μ m,刻劃槽例如為長度200 μ m、寬度8 μ m、深度40 μ m左右。利用掃描型電子顯微鏡觀察因斷裂而形成的割斷面可知，未觀察到明顯的凹凸。 因此，可推斷，割斷面的平坦性(凹凸的大小)為20nm以下。進而，割斷面對于試樣表面的垂直性在士5度的范圍內。在激光棒的端面通過真空蒸鍍法涂布介電多層膜。介電多層膜由SiO2與TiA交替積層而構成。膜厚分別在50 IOOnm的范圍調整，設計成反射率的中心波長在500 530nm的范圍。將一側的反射面設為10周期，將反射率的設計值設計為約95%，將另一側的反射面設計為6周期，將反射率的設計值設計為約80%。在室溫下通電而進行評估。電源使用脈寬為500ns、占空比為0. 的脈沖電源， 使探針落于表面電極而通電。進行光輸出測定時，利用光電二極管檢測出來自激光棒端面的發(fā)光，調查電流-光輸出特性(I-L特性)。測定發(fā)光波長時，使來自激光棒端面的發(fā)光穿過光纖，使用光譜分析儀作為檢測器而進行光譜測定。調查偏光狀態(tài)時，使來自激光棒的發(fā)光穿過偏光板而旋轉，從而調查出偏光狀態(tài)。觀測LED模式光時，將光纖配置于激光棒表面?zhèn)?，由此測定從表面放出的光。在所有的激光下確認振蕩后的偏光狀態(tài)后可知，向a軸方向偏光。振蕩波長為 500 530nm。圖8是通過方法(C)對基板產物SP形成有刻劃槽的基板的示意圖。再者，圖8中， 為了便于理解，除了用于1次斷裂的朝向y方向的刻劃槽(刻劃槽SLl)，也形成用于2次斷裂的朝向χ方向的刻劃槽(刻劃槽SL2)，但實際的制程中，用于2次斷裂的刻劃槽SL2在1 次斷裂之后形成。圖9表示對于1次、2次斷裂結束后芯片化的半極性面上LD(III族氮化物半導體激光元件111)的外延面的利用光學顯微鏡觀察的結果。圖9中，斷裂的行進方向為y方向。 根據(jù)圖9可知，斷裂的龜裂(圖中符號Dl所示)是從與波導垂直的方向(y方向)向c軸方向(是將c軸投影至外延面的方向D2，與-χ方向對應)改變而進展。結果，可預測，無法獲得與波導垂直的諧振鏡，導致振蕩良率下降或振蕩閾值電流增大。如此，通過方法(C)而形成刻劃槽SL1、SL2的技術中，諧振鏡的品質有時不穩(wěn)定。圖10中表示對該半極性面上的LD(III族氮化物半導體激光元件111)的端面 (z-x剖面)進行觀察的結果。圖10(a)是表示觀察III族氮化物半導體激光元件111的外延面的表面的圖，圖10(b)是表示觀察圖10(a)所示的區(qū)域D3內的III族氮化物半導體激光元件111的側面的圖。根據(jù)圖10可知，當龜裂從刻劃槽SLl向深度方向(-ζ方向)行進時，龜裂并非向平行于刻劃槽SLl的深度方向的方向D4行進，而使向垂直于c軸(圖中符號D5所示的方向)的方向行進。即，刻劃槽SLl的下側出現(xiàn)c面。如此，將波導設于傾斜方向的半極性面上的LD(III族氮化物半導體激光元件111)的諧振鏡形成時，容易推斷，在刻劃槽SLl的下側出現(xiàn)低指數(shù)的裂面是端面不良的原因。圖11中表示隨著龜裂向垂直于波導的方向(y方向)行進，端面的深度方向上的狀態(tài)如何變化的情況。如上所述，在形成有刻劃槽SLl的區(qū)域內，端面是由與通過刻劃而形
17成的外延面比較垂直的面、及刻劃槽SLl的下側出現(xiàn)的c面該兩個面而構成，且具有作為二面的交線的邊緣。如圖11所示，若龜裂在y方向行進而到達未形成刻劃槽的區(qū)域(在圖11 中為200 μ m < y < 400 μ m)，則構成端面的上述兩個面以使邊緣逐漸消失的方式平滑地連接。結果，端面成為曲面。發(fā)明者根據(jù)圖11所示的結果，如圖12所示理解龜裂行進的機理。再者，根據(jù)發(fā)明者的觀點可知，在斷裂時抵壓刮刀一側(基板背面D8側)的表面，通過刮刀的擠壓，出現(xiàn)筆直的邊緣。如上所述，在刻劃槽的背面D8側(圖中符號D6所示的區(qū)域)出現(xiàn)c面。在圖中符號D7所示的區(qū)域，若龜裂到達未形成刻劃槽的區(qū)域(圖中符號D7所示的區(qū)域)，則端面曲面化，背面通過刮刀的擠壓而出現(xiàn)筆直的邊緣，因此結果，外延面上出現(xiàn)的龜裂的方向改變向-χ方向而行進。可知，在使用上述方法(C)的情形時，未穩(wěn)定地獲得垂直于波導的諧振鏡的原因，
較大可能是因刻劃槽SLl的基板背面?zhèn)瘸霈F(xiàn)的c面。因此，認為，若抑制刻劃槽SLl的基板
背面?zhèn)鹊腸面的出現(xiàn)，則可穩(wěn)定地獲得垂直于波導的諧振鏡，且發(fā)現(xiàn)上述方法(A)、(B)，即，
使用上述激光刻劃器形成從外延面直至基板背面的貫通孔(刻劃貫通孔6 等)而實現(xiàn)斷 m農。圖13(a)及圖13(b)是通過方法㈧而得的樣品(激光棒LBl等)的光學顯微鏡照片。圖13(a)是從外延面獲得的觀察結果，圖13(b)是從端面獲得的觀察結果。觀察圖 13(a)，未看到如圖9所示的、諧振鏡從垂直于波導的方向偏離的角度偏離。此時，根據(jù)圖 13(b)可知，確實形成有貫通孔。再者，可確認，方法(B)中也形成有貫通孔(刻劃貫通孔 65a)。圖14(a)中表示該樣品(激光棒LBl等)的波導附近的端面狀況的觀察結果。端面與外延面大致垂直，而且與目前為止的裂面不同。為了找到該端面的候補，通過計算求出與 (20-21)面成90度左右的角度的面指數(shù)。參照圖14(b)可知，以下的角度及面指數(shù)相對于 (20-21)面具有90度左右的角度。具體的面指數(shù)相對于{20-21}面的角度(-1016)92. 46 度(-1017)90. 10 度(-1018)88. 度依賴于各面指數(shù)的劈裂性或、刻劃時激光的垂直性(士5度左右)，考慮如此的高指數(shù)面可作為端面的可能性。根據(jù)從利用方法(A) (C)所得的樣品(激光棒LBl等)的外延面進行觀察的結果，對從排列有刻劃貫通孔(刻劃槽)的線(圖12的y軸)偏離的端面的角度偏離GAMMA 進行測定的結果如圖15所示。圖15所示的柱狀圖表NU11、NU12、NU13表示通過方法(A) 形成刻劃貫通孔6 時的結果，柱狀圖表NU21、NU22表示通過方法(B)形成刻劃貫通孔65a 時的結果，柱狀圖表NU31、NU32、NU33表示通過方法(C)形成刻劃槽SLl等時的結果。根據(jù)圖15可確認，在通過形成刻劃貫通孔6 等的方法(方法(A)及方法(B))所得的樣品 (激光棒LBl等)中，角度偏離GAMMA減少。圖15所示的數(shù)據(jù)如下。角度偏離GAMMA方法(A)方法(B)方法(C)
0以上小于116189
1以上小于28722
2以上小于3105
3以上小于4000再者，各方法(A) (e)中的角度偏離GAMMA的平均值、標準偏差如下所示。平均值標準偏差方法(A)0. 670. 63方法(B)0. 630. 57方法(e)1. 380. 57而且，使用方法(A)測定III族氮化物半導體激光元件11的GaN基板(支持基體 17)的e軸向m軸方向的傾斜角與振蕩良率的關系。其測定結果如圖16所示。本實施例中， 關于振蕩良率，定義為(振蕩芯片數(shù))/(測定芯片數(shù))。而且，圖16所示的測定結果是使用 層錯密度為lX104(cm_i)以下的GaN基板而得到的。根據(jù)圖16可知，當傾斜角為45度以 下時，振蕩良率極其低。該傾斜角度區(qū)域內，若龜裂行進到達未形成刻劃貫通孔6 等(與 刻劃痕SM1等對應)的區(qū)域，則出現(xiàn)勞裂性較強的m面，因此，通過與圖12相同的機理，端 面對于波導的垂直性會惡化。結果，認為振蕩良率會下降。由此，GaN基板(支持基體17) 的傾斜角度的范圍最優(yōu)選為63度以上80度以下。再者，在具有該結晶上等價的端面的角 度范圍、g卩100度以上117度以下的范圍，也可獲得相同的結果。圖16所示的數(shù)據(jù)如下。
傾斜角良率 10 0.1 430.1
5843
6371
6690
7196
7588
7979
8552
9036 使用方法(A)調查層錯密度與振蕩良率的關系后，可獲得圖17所示的結果。關于 振蕩良率的定義，與上述相同。根據(jù)圖17可知，若GaN基板(支持基體17)的層錯密度超 過1 X 104 (cm—i)，則振蕩良率會急遽下降。而且，利用光學顯微鏡觀察端面狀態(tài)可知，振蕩良 率下降的樣品中，端面的凹凸較劇烈，未獲得平坦的端面。認為，因積層缺陷的存在，導致割裂難度存在差異。因此，GaN基板(支持基體17)中所含的層錯密度必須為IX IO4(cnT1)以下。再者，本實施例中，利用光學顯微鏡可確認，在刻劃時從外延面(基板產物SP的第1面 63a)照射激光，形成到達基板背面的刻劃貫通孔6 等，而從基板背面(基板產物SP的第 2面63b)照射激光形成到達外延面的刻劃貫通孔6 等，由此，減少外延面的損傷或碎片。 通過該方法，可能提高LD(III族氮化物半導體激光元件11)的良率。圖17所示的數(shù)據(jù)如下。
層錯密度(cm·1) 良率
50095
100091
400072
800064
1000018
500003圖18是表示O0-21)面、(-101-6)面及(-1016)面的原子配置的圖。圖19是表示(20-21)面、(-101-7)面及(-1017)面的原子配置的圖。圖20是表示(20-21)面、 (-101-8)面及(-1018)面的原子配置的圖。如圖18 圖20所示，箭頭所示的局部的原子配置表示電荷為中性的原子的排列，周期性地呈現(xiàn)電性為中性的原子配置。關于可獲得相對于成長面比較垂直的面的理由，可能為，周期性地呈現(xiàn)該電荷為中性的原子排列，因而割斷面的生成變得比較穩(wěn)定。通過包含上述實施例的多種實驗，角度ALPHA可在45度以上80度以下及100度以上135度以下的范圍。為了提高振蕩芯片良率，角度ALPHA可在63度以上80度以下及 100度以上117度以下的范圍。典型的半極性主面可為{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1} 面、及{10-1-1}面中的任一個。進而，可為從上述半極性面偏離的微傾斜面。例如，半極性主面可為，從{20-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面、及{10_1_1}面中的任一面向m面方向在-4度以上+4度以下的范圍傾斜的微傾斜面。優(yōu)選實施方式中已利用

了本發(fā)明的原理，但本領域技術人員了解，本發(fā)明可不脫離其原理而對配置以及細節(jié)進行變更。本發(fā)明并不限定于本實施方式中公開的特定的構成。因此，對于由權利要求及其精神的范圍而來的所有修正以及變更請求保護。產業(yè)上的可利用性本發(fā)明是一種III族氮化物半導體激光元件、及制作III族氮化物半導體激光元件的方法，該III族氮化物半導體激光元件中，在六方晶系III族氮化物的C軸向m軸方向傾斜的支持基體的半極性面上，具有能實現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器。符號說明11 III族氮化物半導體激光元件Ila元件表面lib元件背面
20
13激光構造體13a第 1 面1 第 2 面13c、13d 邊緣15 電極17支持基體17a半極性主面17b支持基體背面17c支持基體端面19半導體區(qū)域19a半導體區(qū)域表面19c半導體區(qū)域端面21第1包覆層23第2包覆層25活性層25a 阱層2 障壁層27、四割斷面ALPHA 角度Sc c HNX法線軸31絕緣膜31a絕緣膜開口35η側導光層37ρ側導光層39載體阻擋層41 電極43a、4;3b介電多層膜MA m軸向量BETA 角度DSUB支持基體厚度51 基板51a半極性主面SP基板產物57氮化鎵系半導體區(qū)域59發(fā)光層61氮化鎵系半導體區(qū)域53半導體區(qū)域M絕緣膜
5 絕緣膜開口
55激光構造體
58a陽極電極
58b陰極電極
63a第1面
6 第2面
IOa激光刻劃器
65a刻劃貫通孔
65b刻劃貫通孔
LB激光束
SPl基板產物
LBl激光棒
69刮刀
69a邊緣
69b、69c 刮刀面
71支持裝置
71a支持面
71b凹部
SM1、SM2、SM3、SM4 刻劃痕
權利要求
1.一種III族氮化物半導體激光元件，其特征在于，包含激光構造體，該激光構造體包括由六方晶系III族氮化物半導體構成，且具有半極性主面的支持基體、以及設于上述支持基體的上述半極性主面上的半導體區(qū)域；以及電極，該電極設于上述激光構造體的上述半導體區(qū)域上， 上述半導體區(qū)域包括由第1導電型氮化鎵系半導體構成的第1包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層、以及設于上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿著上述半極性主面的法線軸排列， 上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述支持基體的上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以有限的角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA在45 度以上80度以下、或100度以上135度以下的范圍，上述激光構造體包含與由上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸及上述法線軸規(guī)定的m-n面交叉的第1及第2割斷面，該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器包含上述第1及第2割斷面， 上述激光構造體包含第1及第2面，上述第2面為上述第1面的相反側的面， 上述半導體區(qū)域位于上述第1面與上述支持基體之間， 上述第1及第2割斷面分別從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣， 上述激光構造體在上述第1割斷面的一端，具有從上述第1面的邊緣延伸至上述第2 面的邊緣的刻劃痕，上述刻劃痕具有從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣的凹形狀。
2.如權利要求1所述的III族氮化物半導體激光元件，其中，在上述第1及第2割斷面分別出現(xiàn)上述支持基體的端面及上述半導體區(qū)域的端面， 上述半導體區(qū)域的上述活性層的端面與正交于由上述六方晶系氮化物半導體構成的支持基體的m軸的基準面所成角度，在由上述III族氮化物半導體的c軸及m軸規(guī)定的第 1平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范圍的角度。
3.如權利要求1或2所述的III族氮化物半導體激光元件，其中，上述角度在與上述第1平面及上述法線軸正交的第2平面在-5度以上+5度以下的范圍。
4.如權利要求1至3中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中， 上述支持基體的厚度為50 μ m以上150 μ m以下。
5.如權利要求1至4中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中，上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體的C軸所成的角度在63度以上80度以下、或100度以上117度以下的范圍。
6.如權利要求1至5中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中， 來自上述活性層的激光向上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向偏光。
7.如權利要求1至6中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中，該III族氮化物半導體激光元件的LED模式下的光，在上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向上包含偏光成分II，并在將上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸投影至主面的方向上包含偏光成分12，上述偏光成分11大于上述偏光成分12。
8.如權利要求1至7中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中，上述半極性主面是從120-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及{10_1_1}面中的任一面偏離-4度以上+4度以下的范圍的微傾斜面。
9.如權利要求1至8中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中，上述半極性主面是120-21}面、{10-11}面、{20-2-1}面及{10_1_1}面中的任一面。
10.如權利要求1至9中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中， 上述支持基體的層錯密度為IXlO4cnT1以下。
11.如權利要求1至10中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中， 上述支持基體由feiN、AlfeiN、A1N、InGaN及hAlfeiN中的任一個構成。
12.如權利要求1至11中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中， 還包括設于上述第1及第2割斷面中至少任一面的介電多層膜。
13.如權利要求1至12中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中，上述活性層中包含以發(fā)出波長360nm以上600nm以下的光的方式而設置的發(fā)光區(qū)域。
14.如權利要求1至13中任一項所述的III族氮化物半導體激光元件，其中，上述活性層中包含以發(fā)出波長430nm以上550nm以下的光的方式而設置的量子阱構造。
15.一種III族氮化物半導體激光元件，其特征在于，包含激光構造體，該激光構造體包括由六方晶系III族氮化物半導體構成，且具有半極性主面的支持基體、以及設于上述支持基體的上述半極性主面上的半導體區(qū)域；以及電極，該電極設于上述激光構造體的上述半導體區(qū)域上， 上述半導體區(qū)域包括由第1導電型氮化鎵系半導體構成的第1包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層、以及設于上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿著上述半極性主面的法線軸排列， 上述活性層包含氮化鎵系半導體層，上述支持基體的上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以有限的角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA在45 度以上80度以下、或100度以上135度以下的范圍，上述激光構造體包含第1及第2面，上述第2面為上述第1面的相反側的面， 上述半導體區(qū)域位于上述第1面與上述支持基體之間，上述激光構造體具有第1及第2刻劃痕，上述第1及第2刻劃痕設于該激光構造體的端部且沿由上述法線軸與上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸規(guī)定的平面延伸， 上述第1及第2刻劃痕具有從上述第1面的邊緣延伸至上述第2面的邊緣的凹形狀， 上述激光構造體的上述端部具有將上述第1及第2刻劃痕各自的邊緣與上述第1及第 2面各自的邊緣連結的割斷面，該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器包含上述割斷面。
16.一種制作III族氮化物半導體激光元件的方法，其特征在于，其包括如下工序準備由六方晶系III族氮化物半導體構成且具有半極性主面的基板的工序； 形成包含激光構造體、陽極電極及陰極電極的基板產物的工序，其中上述激光構造體包含形成于上述半極性主面上的半導體區(qū)域與上述基板；將上述基板產物的第1面在上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸方向上局部刻劃的工序；以及通過對上述基板產物的第2面的擠壓而進行上述基板產物的分離，形成其他基板產物及激光棒的工序，上述第1面是上述第2面的相反側的面， 上述半導體區(qū)域位于上述第1面與上述基板之間，上述激光棒具有從上述第1面延伸至上述第2面且通過上述分離而形成的第1及第2 端面，上述第1及第2端面構成該III族氮化物半導體激光元件的激光諧振器， 上述陽極電極及陰極電極形成于上述激光構造體上，上述半導體區(qū)域包括由第1導電型氮化鎵系半導體構成的第1包覆層、由第2導電型氮化鎵系半導體構成的第2包覆層及設于上述第1包覆層與上述第2包覆層之間的活性層，上述第1包覆層、上述第2包覆層及上述活性層沿上述半極性主面的法線軸排列， 上述活性層含有氮化鎵系半導體層，上述基板的上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸，相對于上述法線軸向上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸方向以有限的角度ALPHA傾斜，上述角度ALPHA在45度以上80度以下、或100度以上135度以下的范圍， 上述第1及第2端面與由上述六方晶系III族氮化物半導體的m軸及上述法線軸規(guī)定的m-n面交叉，上述第1及第2端面各自的上述活性層的端面相對于與由上述六方晶系氮化物半導體構成的支持基體的m軸正交的基準面，在由上述六方晶系III族氮化物半導體的c軸及m 軸規(guī)定的平面中成(ALPHA-5)度以上(ALPHA+5)度以下的范圍的角度，在上述刻劃工序中，沿上述六方晶系III族氮化物半導體的a軸形成多個刻劃貫通孔， 上述刻劃貫通孔從上述基板產物的上述第1面貫通至上述第2面，并具有在上述六方晶系 III族氮化物半導體的a軸方向上延伸的形狀。
17.如權利要求16所述的方法，其中，上述刻劃貫通孔是通過使用激光刻劃器從上述激光構造體的上述第1面、或者上述第 2面進行激光照射而形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種III族氮化物半導體激光元件，其在六方晶系III族氮化物的c軸向m軸方向傾斜的支持基體的半極性面上，具有可實現(xiàn)低閾值電流的激光諧振器。激光構造體(13)中，第1面(13a)為第2面(13b)的相反側的面，第1及第2割斷面(27、29)從第1面(13a)的邊緣(13c)延伸至第2面(13b)的邊緣(13d)。而且，在例如第1割斷面(27)的一端，具有從邊緣(13c)延伸至邊緣(13d)的刻劃痕(SM1)，刻劃痕(SM1)等具有從邊緣(13c)延伸至邊緣(13d)的凹形狀。割斷面(27、29)并非由干式蝕刻形成，與c面、m面或者a面這些目前為止的裂面不同?？衫媚軐崿F(xiàn)低閾值電流的能帶躍遷的發(fā)光。
文檔編號H01S5/343GK102341977SQ20108001047
公開日2012年2月1日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權日2010年1月18日
發(fā)明者上野昌紀, 善積祐介, 池上隆俊, 片山浩二, 高木慎平 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社