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技術 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、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法、スクライブ溝を評価する方法

出願人 住友電気工業株式会社
発明者 高木慎平
出願日 2012年10月16日 (7年8ヶ月経過) 出願番号 2012-228933
公開日 2014年5月8日 (6年1ヶ月経過) 公開番号 2014-082305
状態 特許登録済
技術分野 半導体レーザ
主要キーワード 最深端 参照直線 端面構造 開口箇所 向き付け 支持基体側 筋状模様 出射エリア
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年5月8日)のものです。
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図面 (19)

課題

III族窒化物c軸がm軸の方向に傾斜した基板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を提供する。

解決手段

III族窒化物半導体レーザ素子11では、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるときには、角度α1は10度以上25度以下の範囲であり、角度β1は0度以上5度以下の範囲である。エピ面に近い第1面13a付近の第1端面27では、m−n面内において第1法線ベクトルENV1とc+軸ベクトルVC+との成す角度は、角度α1に近い値(例えば10度以上25度以下の範囲)を有する。基板裏面17b付近の第1端面27では、m−n面内において第2法線ベクトルENV2とc+軸ベクトルVC+との成す角度は、角度β1に近い値(例えば0度以上5度以下の範囲)を有する。

概要

背景

特許文献1は、劈開面及びドライエッチ面の両方を有する窒化物系半導体レーザ素子を開示する。特許文献2及び特許文献3は、半極性面上に作製されたIII族窒化物半導体レーザ素子を開示する。

概要

III族窒化物c軸がm軸の方向に傾斜した基板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を提供する。III族窒化物半導体レーザ素子11では、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるときには、角度α1は10度以上25度以下の範囲であり、角度β1は0度以上5度以下の範囲である。エピ面に近い第1面13a付近の第1端面27では、m−n面内において第1法線ベクトルENV1とc+軸ベクトルVC+との成す角度は、角度α1に近い値(例えば10度以上25度以下の範囲)を有する。基板裏面17b付近の第1端面27では、m−n面内において第2法線ベクトルENV2とc+軸ベクトルVC+との成す角度は、角度β1に近い値(例えば0度以上5度以下の範囲)を有する。

目的

本発明は、上記の背景の下に為されたものであり、III族窒化物のc軸がm軸の方向に傾斜した基板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を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

III族窒化物半導体レーザ素子であって、六方晶系の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、前記支持基体の前記III族窒化物半導体のc軸は、<0001>軸方向に向いており、前記<0001>軸方向は、c+軸ベクトルによって表され、前記半導体領域は、窒化ガリウム系半導体層を含む活性層を有し、前記支持基体の前記III族窒化物半導体の前記c軸から前記III族窒化物半導体の[−1010]軸への方向に該c軸が前記半極性主面の法線軸に対して角度ALPHAを成し、前記角度ALPHAは71度以上79度以下の範囲であり、前記レーザ構造体は第1端面及び第2端面を含み、前記第1端面及び前記第2端面は、前記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、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端面及び前記第2端面を含み、前記レーザ構造体は第1面及び第2面を含み、前記第1面は前記第2面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第1面と前記支持基体との間に位置し、前記第1端面の第1法線ベクトルが前記第1端面と前記第1面の第1エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第1法線ベクトルに対して角度α1で傾斜しており、前記角度α1は、10度以上25度以下の範囲であり、前記第1端面の第2法線ベクトルが前記第1端面と前記第2面の第2エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第2法線ベクトルに対して角度β1で傾斜しており、前記角度β1は、0度以上5度以下の範囲であり、前記第1端面及び前記第2端面の各々には、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いる、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、六方晶系の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、前記支持基体の前記III族窒化物半導体のc軸は、<0001>軸方向に向いており、前記<0001>軸方向は、c+軸ベクトルによって表され、前記半導体領域は、窒化ガリウム系半導体層を含む活性層を含み、前記支持基体の前記III族窒化物半導体のc軸から前記III族窒化物半導体の[−1010]軸への方向に該c軸が前記半極性主面の法線軸に対して角度ALPHAを成し、前記角度ALPHAは71度以上79度以下の範囲であり、前記レーザ構造体は第1端面及び第2端面を含み、前記第1端面及び前記第2端面は、前記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、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端面及び前記第2端面を含み、前記レーザ構造体は第1面及び第2面を含み、前記第1面は前記第2面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第1面と前記支持基体との間に位置し、前記第1端面の第1法線ベクトルが前記第1端面と前記第1面の第1エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第1法線ベクトルに対して角度α1で傾斜しており、前記第1の端面の第2法線ベクトルが前記第1端面と前記第2面の第2エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第2法線ベクトルに対して角度β1で傾斜しており、前記角度α1は前記角度β1と異なり、前記角度α1及び前記角度β1は同じ符号を有し、絶対値に関して前記角度α1は前記角度β1よりも大きく、前記第1端面は、前記c軸と前記m軸の外積の向きに延在する筋状の構造を有し、前記第1端面及び前記第2端面の各々には、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いる、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c+軸ベクトルは、前記半極性主面の前記法線軸の方向の法線成分と前記半極性主面に平行な方向の平行成分とを含み、前記レーザ構造体は、前記支持基体の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路構造を含み、前記c+軸ベクトルの前記平行成分は、前記第2端面から前記第1端面への方向を向き、前記レーザ導波路構造は、前記c+軸ベクトルの前記平行成分の方向に延在する、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c+軸ベクトルは、前記半極性主面の前記法線軸の方向の法線成分と前記半極性主面に平行な方向の平行成分とを含み、前記半導体領域は、第1導電型のIII族窒化物半導体からなる第1のクラッド層と、第2導電型のIII族窒化物半導体からなる第2のクラッド層とを含み、前記活性層は、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、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、前記半極性主面上にエピタキシャル成長されて前記c+軸ベクトルの前記法線成分の方向に沿って配列されており、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c+軸ベクトルの前記平行成分の方向に延在し、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、前記支持基体の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路構造を構成する、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

前記支持基体の前記III族窒化物半導体の前記c軸は、<000−1>軸方向と逆方向に向いており、前記<000−1>軸方向は、c−軸ベクトルによって表され、前記第2端面の第3法線ベクトルが前記第2の端面と前記第1面の第3エッジ上において規定され、前記c−軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第3法線ベクトルに対して角度α2で傾斜しており、前記角度α2は+10度から+25度の範囲であり、前記第2端面の第4法線ベクトルが前記第2端面と前記第2面の第4エッジ上において規定され、前記c−軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第4法線ベクトルに対して角度β2で傾斜しており、前記角度β2は0度から+5度の範囲であり、前記第1端面を光出射面となるように前記第1端面及び前記第2端面が設けられる、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III族窒化物半導体のa軸の方向に偏光成分I1と、前記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

前記半極性主面は、{20−21}面から−4度以上+4度以下の範囲にある、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}面を含む、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

前記第1端面及び前記第2端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

前記第1端面及び前記第2端面は、前記第1面の前記第1エッジから前記第2面の前記第2エッジまで延在しており、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平面及び前記法線軸に直交する第2平面において、−5度以上+5度以下の範囲になる、ことを特徴とする請求項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III族窒化物半導体レーザ素子は利得導波路構造を有し、前記III族窒化物半導体レーザ素子は前記半導体領域上に設けられた絶縁膜を更に備え、前記電極は、前記絶縁膜の開口を通して前記半導体領域に接触を成し、前記角度α1及び前記角度β1は、前記利得導波路構造を規定する前記絶縁膜の前記開口の幅の中心を通り前記支持基体の前記半極性主面に直交する軸上において規定される、ことを特徴とする請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。

請求項18

前記レーザ構造体の前記半導体領域はリッジ構造を有し、前記角度α1及び前記角度β1は、前記リッジ構造の上面の幅の中心を通り前記支持基体の前記半極性主面に直交する軸上において規定される、ことを特徴とする請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。

請求項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、六方晶系の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及び電極を有する基板生産物を形成する工程と、前記基板生産物の分離を行う工程と、を備え、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸は、<0001>軸方向に向いており、前記<0001>軸方向は、c+軸ベクトルによって表され、前記基板生産物の分離を行う際に、前記基板生産物の第1の面にスクライブを行うと共に前記基板生産物の第2の面への押圧を加えて、角度α1が10度以上25度以下の範囲であり角度β1が0度以上5度以下の範囲であるレーザバー、及び別の基板生産物を形成し、前記スクライブは、c+軸ベクトルに交差する方向に行われ、前記レーザバーは第1面及び第2面を有し、前記第1面は前記第2面の反対側の面であり、前記レーザバーは、第1端面及び第2端面を有し、前記第1端面及び前記第2端面は前記第1面から前記第2面にまで延在し前記分離により形成され、前記第1端面及び前記第2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、前記第1端面及び前記第2端面は、前記III族窒化物半導体のm軸及び前記半極性主面の法線軸によって規定されるm−n面に交差し、前記第1端面の第1法線ベクトルが前記第1端面と前記第1面の第1エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記III族窒化物半導体の[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第1法線ベクトルに対して前記角度α1で傾斜しており、前記第1端面の第2法線ベクトルが前記第1端面と前記第2面の第2エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第2法線ベクトルに対して前記角度β1で傾斜し、前記半導体領域は活性層を含み、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、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、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸は、前記III族窒化物半導体の[−1010]軸の方向に前記法線軸に対してゼロより大きな角度ALPHAを成し、前記角度ALPHAは71度以上79度以下であり、前記電極は、前記レーザ構造体上に形成される、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。

請求項20

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19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、前記スクライブ溝は、前記半導体領域の表面から前記基板に到達し、前記スクライブ溝は、前記半導体領域の表面における開口と前記基板に到達する底部とを有し、前記スクライブ溝の前記開口の端と前記スクライブ溝の前記底部の端とによって規定される基準平面は前記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面の方向に延在する、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100μm以下になるように加工により研磨され、前記第2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}面から−4度以上+4度以下の範囲にある、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

III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、第1面及び該第1面に反対側の第2面を有しており六方晶系のIII族窒化物半導体の結晶体を含む一又は複数の物体を準備する工程と、前記III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を前記物体に複数の加工条件で行って、前記第1面のエッジから延在する第1加工端面を形成する工程と、前記第1面及び前記第1加工端面の一方から他方へ向かう軸の方向に前記エッジを横切るようにレーザビームの相対的な走査を前記第1面及び前記第1加工端面に行って、該レーザビームの走査を用いて前記第1加工端面の評価を行う工程と、前記評価の結果から、前記複数の加工条件に基づき加工条件を決定する工程と、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する工程と、前記基板の前記主面上に成長された半導体領域、前記基板及び電極を有する基板生産物を準備する工程と、前記決定された加工条件を用いて前記基板生産物の前記加工処理を行うと共に、前記基板生産物から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、前記加工処理により形成された第1端面及び第2端面を有し、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第1の端面及び前記第2端面を含み、前記III族窒化物半導体の前記結晶体は前記加工端面に露出されており、前記第1加工端面の前記評価では、前記レーザビームの走査の結果から前記軸の方向に沿った加工端面角度を求め、前記加工端面角度は、前記第1面に沿って延在する基準面に対する前記第1加工端面の成す角度として規定される、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。

請求項26

前記第1加工端面を形成する前記工程は、複数のスクライブ条件で前記物体の前記第1面のスクライブを行う工程と、前記物体の前記第1面をスクライブした後に、前記物体の前記第2面を押圧により分離して、前記物体の前記第1面から前記第2面に至る方向に延在する第1破断面を形成する工程と、を含み、前記別の基板生産物及び前記レーザバーを形成する前記工程は、前記決定されたスクライブ条件を用いて前記基板生産物の第1面をスクライブする工程と、前記基板生産物の第2面への押圧により前記基板生産物の分離を行って、前記別の基板生産物及び前記レーザバーを形成する工程と、を含み、前記第1加工端面の評価を行う前記工程は、前記第1加工端面として前記第1破断面の評価を行う工程を含み、前記レーザバーは第1面及び第2面を有し、前記第1面は前記第2面の反対側の面であり、前記第1端面及び前記第2端面は、前記レーザバーの前記第1面から前記第2面にまで延在し、前記半導体領域は前記第1面と前記基板との間に位置する、ことを特徴とする請求項25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

前記レーザビームの前記走査はレーザ顕微鏡を用いて行われる、ことを特徴とする請求項26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

前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われる、ことを特徴とする請求項26又は請求項27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

前記スクライブ条件は、レーザスクライバにおける走査速度を含む、ことを特徴とする請求項26〜請求項28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30

前記基板は、III族窒化物半導体からなり半極性主面を有し、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸は、<0001>軸方向に向いており、前記<0001>軸方向は、c+軸ベクトルによって表され、前記基板生産物は、レーザ構造体、並びに前記レーザ構造体上に形成されたアノード電極及びカソード電極を有し、前記c+軸ベクトルは、前記半極性主面の法線軸の方向の法線成分と前記半極性主面に平行な方向の平行成分とを含み、前記半導体領域は、第1導電型のIII族窒化物半導体からなる第1のクラッド層と、活性層と、第2導電型のIII族窒化物半導体からなる第2のクラッド層とを含み、前記活性層は、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、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、前記半極性主面上にエピタキシャルに成長されて前記c+軸ベクトルの前記法線成分の方向に沿って配列されており、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c+軸ベクトルの前記平行成分の方向に延在し、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、前記基板の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路構造を構成する、ことを特徴とする請求項25〜請求項29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31

前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸に直交する基準面に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項25〜請求項30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32

前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のa軸に直交する基準面に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項25〜請求項31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33

前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のm軸に直交する基準面に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項25〜請求項32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34

前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸は、前記III族窒化物半導体のm軸の方向に前記基板の前記主面の法線軸に対して角度で傾斜し、前記第1及び第2の端面は、前記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、ことを特徴とする請求項25〜請求項33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35

前記基板の前記主面は、{20−21}面から−4度以上+4度以下の範囲になる、ことを特徴とする請求項25〜請求項33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36

前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸は、前記III族窒化物半導体のa軸の方向に前記基板の前記主面の法線軸に対して角度で傾斜し、前記第1及び第2の端面は、前記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面に交差する、ことを特徴とする請求項25〜請求項29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37

前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のc面、a面及びm面のいずれかの面方位に平行な基準面に沿って延在する、ことを特徴とする請求項25〜請求項29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38

前記物体はIII族窒化物基板を含み、前記III族窒化物基板の厚さは400μm以下である、ことを特徴とする請求項25〜請求項37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39

III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法であって、第1面、第2面、及び前記第1面のエッジから延在するように形成された加工端面を有し六方晶系III族窒化物半導体の結晶体を含む物体を準備する工程と、前記第1面及び前記加工端面の一方から他方へ向かう軸の方向に前記エッジを横切るようにレーザビームの走査を前記第1面及び前記加工端面に行って、該レーザビームの走査を用いて前記加工端面の評価を行う工程と、を備え、前記第2面は前記第1面に反対側にあり、前記加工端面は、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための加工条件で形成され、前記III族窒化物半導体の前記結晶体は前記加工端面に露出されており、前記加工端面の前記評価では、前記軸の方向に沿った加工端面角度を前記レーザビームの走査から求め、前記加工端面角度は、前記第1面に沿って延在する基準面に対する前記加工端面の成す角度として規定される、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法。

請求項40

III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面の形成に用いられるスクライブ溝を評価する方法であって、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のためのスクライブ加工条件でレーザビームを、六方晶系III族窒化物半導体の結晶体を含む物体の表面に照射して、該表面にスクライブ溝を形成する工程と、該スクライブ溝の断面形状を観察する工程と、前記断面形状から前記スクライブ溝の延在方向の見積もりを行う工程と、前記見積もりの結果に基づき、前記スクライブ溝の延在方向とスクライブ加工条件との関係を得る工程と、を備える、スクライブ溝を評価する方法。

請求項41

III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する工程と、前記基板の前記主面上に成長された半導体領域、前記基板及び電極を有する基板生産物を準備する工程と、前記見積もりの後に、前記スクライブ加工条件に基づき決定されたスクライブ加工条件を用いて前記基板生産物にスクライブ溝の形成を行う工程と、前記スクライブ溝を形成した後に、前記基板生産物の押圧により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、前記押圧により形成された第1端面を有し、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第1端面を含む、ことを特徴とする請求項40に記載されたスクライブ溝を評価する方法。

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、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法、及びスクライブ溝を評価する方法に関する。

背景技術

0002

特許文献1は、劈開面及びドライエッチ面の両方を有する窒化物系半導体レーザ素子を開示する。特許文献2及び特許文献3は、半極性面上に作製されたIII族窒化物半導体レーザ素子を開示する。

先行技術

0003

特開2009−081336号公報
特開2011−003660号公報
特開2011−135016号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に示された窒化物系半導体レーザ素子は、(11−22)面からなる主表面を有するn型GaN基板と、(11−22)面上に形成され活性層を含む半導体レーザ素子層とを含む。半導体レーザ素子層の一端面には、共振器のための端面が設けられ、この端面は、n型GaN基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる。一方、n型GaN基板は、該n型GaN基板の(0001)劈開面からなる素子分離面を備え、この素子分離面は、共振器の端面に対して約30度の角度で傾斜する。

0005

特許文献1に示された窒化物系半導体レーザ素子では、共振器のための端面をドライエッチングによって形成した後に、n型GaN基板の(0001)劈開面を劈開により形成する。これ故、窒化物系半導体レーザ素子の作製のための工程が煩雑である。

0006

特許文献2はIII族窒化物半導体レーザ素子を開示する。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、III族窒化物c軸がm軸の方向に傾斜した基板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。また、特許文献3は、III族窒化物半導体レーザ素子を開示する。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、III族窒化物のc軸がm軸の方向に傾斜した基板の半極性面を用いており、また基板の半極性面に平行な平面内においてレーザ共振器のための端面の上端縁及び下端縁における角度を規定すると共に、上端縁及び下端縁における角度が異なるようにレーザ共振器端面を形成している。

0007

発明者らの知見によれば、m軸の方向にIII族窒化物のc軸が傾斜した基板の半極性面を利用する半導体素子では、<0001>軸(或いは<000−1>軸)の向きに応じて、端面の態様及び端面の品質が異なっており、これを制御できる。

0008

本発明は、上記の背景の下に為されたものであり、III族窒化物のc軸がm軸の方向に傾斜した基板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を提供することを目的とし、このIII族窒化物半導体レーザを作製する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、レーザ光出射反射及び/又は透過させる端面の品質を調整可能な、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を目的とし、またIII族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面の形成に用いられるスクライブ溝を評価する方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、(a)六方晶系の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、前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体の前記c軸は、<0001>軸方向に向いており、前記<0001>軸方向は、c+軸ベクトルによって表され、前記半導体領域は、窒化ガリウム系半導体層を含む活性層を有し、前記支持基体の前記III族窒化物半導体のc軸から前記III族窒化物半導体の[−1010]軸への方向に該c軸が前記半極性主面の法線軸に対して角度ALPHAを成し、前記角度ALPHAは71度以上79度以下の範囲であり、前記レーザ構造体は第1端面及び第2端面を含み、前記第1端面及び前記第2端面は、前記III族窒化物半導体の前記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、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端面及び前記第2端面を含み、前記レーザ構造体は第1面及び第2面を含み、前記第1面は前記第2面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第1面と前記支持基体との間に位置し、前記第1端面の第1法線ベクトルが前記第1端面と前記第1面の第1エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第1法線ベクトルに対して角度α1で傾斜しており、前記角度α1は、10度以上25度以下の範囲であり、前記第1端面の第2法線ベクトルが前記第1端面と前記第2面の第2エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第2法線ベクトルに対して角度β1で傾斜しており、前記角度β1は、0度以上5度以下の範囲であり、前記第1端面及び前記第2端面の各々には、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いる。

0010

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、角度α1が角度β1と異なる。エピ面に近い第1の面付近の第1の端面では、m−n面内において第1法線とc軸との成す角度は、角度α1に近い値(例えば10度以上25度以下の範囲の角度)を有する。この範囲の角度は、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるので、光共振器のために好適な角度を第1の面付近の第1の端面に与える。また、基板裏面面付近の第1の端面では、m−n面内において第2法線とc軸との成す角度は、角度β1に近い値(例えば0度以上5度以下の範囲の角度)を有する。この範囲の角度は、角度α1及び角度β1は同じ符号を有すると共に絶対値に関して角度α1が角度β1よりも大きい。これ故に、光共振器のために好適な角度より大きな角度を第2面付近の第1端面に与える。エピ面に近い第1面付近の第1端面(活性層の端面辺りの端面エリア)における光反射は、第1の面から離れた第1の端面における光反射よりもレーザ発振に大きく寄与できると共に、第1の面から離れた第1の端面における光反射はノイズ光として作用し難い。

0011

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、(a)六方晶系の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、前記支持基体の前記III族窒化物半導体の前記c軸は、<0001>軸方向に向いており、前記<0001>軸方向は、c+軸ベクトルによって表され、前記半導体領域は、窒化ガリウム系半導体層を含む活性層を含み、前記支持基体の前記III族窒化物半導体のc軸から前記III族窒化物半導体の[−1010]軸への方向に該c軸が前記半極性主面の法線軸に対して角度ALPHAを成し、前記角度ALPHAは71度以上79度以下の範囲であり、前記レーザ構造体は第1端面及び第2端面を含み、前記第1端面及び前記第2端面は、前記III族窒化物半導体の前記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、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端面及び前記第2端面を含み、前記レーザ構造体は第1面及び第2面を含み、前記第1面は前記第2面の反対側の面であり、前記半導体領域は前記第1面と前記支持基体との間に位置し、前記第1端面の第1法線ベクトルが前記第1端面と前記第1面の第1エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第1法線ベクトルに対して角度α1で傾斜しており、前記第1の端面の第2法線ベクトルが前記第1端面と前記第2面の第2エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第2法線ベクトルに対して角度β1で傾斜しており、前記角度α1は前記角度β1と異なり、前記角度α1及び前記角度β1は同じ符号を有し、絶対値に関して前記角度α1は前記角度β1よりも大きく、前記第1端面は、前記c軸と前記m軸の外積の向きに延在する筋状の構造を有し、前記第1端面及び前記第2端面の各々には、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いる。

0012

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、角度α1が角度β1と異なる。エピ面に近い第1面付近の第1端面では、m−n面内において第1法線とc軸との成す角度が、角度α1に近い値を有する。また、基板裏面面付近の第1の端面では、m−n面内において第2法線とc軸との成す角度が、角度β1に近い値を有する。角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるとき、角度α1及び角度β1は同じ符号を有すると共に絶対値に関して角度α1が角度β1よりも大きい。エピ面に近い第1面付近の第1端面(活性層の端面辺りの端面エリア)における光反射は、第1面から離れた第1端面における光反射よりもレーザ発振に好適に寄与できると共に、第1面から離れた第1端面における光反射はノイズ光として作用しにくい。

0013

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記c+軸ベクトルは、前記半極性主面の前記法線軸の方向の法線成分と前記半極性主面に平行な方向の平行成分とを含み、前記レーザ構造体は、前記支持基体の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路構造を含み、前記c+軸ベクトルの前記平行成分は、前記第2端面から前記第1端面への方向を向き、前記レーザ導波路構造は、前記c+軸ベクトルの前記平行成分の方向に延在することができる。

0014

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、c+軸ベクトルの平行成分が第2端面から第1端面への方向を向くとき、第1端面において、支持基体端面とc+軸ベクトルの平行成分との成す角度をエピ端面とc+軸ベクトルの平行成分との成す角度より大きくすることができる。

0015

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記c+軸ベクトルは、前記半極性主面の前記法線軸の方向の法線成分と前記半極性主面に平行な方向の平行成分とを含み、前記半導体領域は、第1導電型のIII族窒化物半導体からなる第1のクラッド層と、第2導電型のIII族窒化物半導体からなる第2のクラッド層とを含み、前記活性層は、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、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、前記半極性主面上にエピタキシャル成長されて前記c軸ベクトルVCの前記法線成分の方向に沿って配列されており、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c+軸ベクトルの前記平行成分の方向に延在し、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、前記支持基体の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路構造を構成することができる。

0016

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第1のクラッド層、第2のクラッド層及び活性層が半極性主面上にエピタキシャルに成長されてc+軸ベクトルVCの前記法線成分の方向に沿って配列されるので、半導体領域の結晶軸が支持基体の結晶軸に関連している。端面形成に際して、c+軸ベクトルの向きが半導体領域及び支持基体において関連づけられている。半導体領域及び基板の破断が、結晶軸との関連に基づいて進行する。

0017

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体の前記六方晶系III族窒化物半導体の前記c軸は、<000−1>軸方向と逆方向に向いており、前記<000−1>軸方向は、c−軸ベクトルによって表され、前記第2端面の第3法線軸が前記第2端面と前記第2面の第3エッジ上において規定され、前記c−軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第3法線軸に対して角度β2で傾斜しており、前記角度β2は、0度から+5度の範囲であり、前記第2の端面の第4法線軸が前記第2端面と前記第1面の第4エッジ上において規定され、前記c−軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第4法線軸に対して角度α2で傾斜しており、前記角度α2は+10度から+25度の範囲であり、第1端面を光出射面となるように第1端面及び第2端面が設けられることができる。

0018

このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、角度α2が角度β2と異なる。エピ面に遠い第2面付近の第2端面では、m−n面内において第3法線とc軸との成す角度は、角度β2に近い値(例えば0度以下+5度以上の範囲の角度)を有する。この範囲の角度は、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるので、外部からの戻り光への外部への反射のために好適な角度を第2面付近の第2端面に与える。これ故に、エピ面から遠い第2面付近の第2端面(基板端面辺りの端面エリア)における光反射はレーザ発振の安定性の向上に寄与できる。

0019

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100μm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によれば、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の第1の端面を歩留まりよく形成できる。

0020

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III族窒化物半導体のa軸の方向に偏光していることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子において、低しきい値電流を実現できるバンド遷移偏光性を有する。

0021

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よりも大きいことができる。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。

0022

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}面から−4度以上+4度以下の範囲になることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、この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端面を提供できる。

0023

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は{20−21}面を含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、この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端面を提供できる。

0024

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記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。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端面共振器の平坦性及び/又は垂直性が乱れる可能性が低い。

0025

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。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。

0026

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端面の少なくともいずれか一方に設けられた誘電体多層膜を更に備えることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子においても、破断面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。

0027

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発光領域を含むことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の利用により、LEDモードの偏光を有効に利用したIII族窒化物半導体レーザ素子を得ることができ、低しきい値電流を得ることができる。

0028

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できる。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の利用により、ピエゾ電界の低減と発光層領域の結晶品質向上によって量子効率を向上させることが可能となり、波長430nm以上550nm以下の光の発生に好適である。

0029

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記III族窒化物半導体レーザ素子は利得導波路構造を有することができる。前記III族窒化物半導体レーザ素子は前記半導体領域上に設けられた絶縁膜を更に備えることができる。前記電極は、前記絶縁膜の開口を通して前記半導体領域に接触を成し、前記角度α1及び前記角度β1は、前記利得導波路構造を規定する前記絶縁膜の前記開口の幅の中心を通り前記支持基体の前記半極性主面に直交する軸上において規定される。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、利得導波路構造を有するレーザ素子に適用される。

0030

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記レーザ構造体の前記半導体領域はリッジ構造を有することができる。前記角度α1及び前記角度β1は、前記リッジ構造の上面の幅の中心を通り前記支持基体の前記半極性主面に直交する軸上において規定される。このIII族窒化物半導体レーザ素子は、リッジ構造を有するレーザ素子に適用される。

0031

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第1及び第2の端面は、それぞれ前記第1の面の前記第1エッジから前記第2の面の前記第2エッジまで延在しており、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度以下の範囲の角度をなすことができる。

0032

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端面が垂直性を満たすことに加えて、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。

0033

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法は、(a)六方晶系の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及び電極を有する基板生産物を形成する工程と、(c)前記基板生産物の分離を行う工程とを備え、前記基板の前記III族窒化物半導体の前記c軸は、<0001>軸方向に向いており、前記<0001>軸方向は、c+軸ベクトルによって表され、前記スクライブは、c+軸ベクトルに交差する方向に行われ、前記基板生産物の分離を行う際に、前記基板生産物の第1の面にスクライブを行うと共に前記基板生産物の第2の面への押圧を加えて、角度α1が10度以上25度以下の範囲であり角度β1が0度以上5度以下の範囲であるレーザバー、及び別の基板生産物を形成し、前記レーザバーは第1の面及び第2の面を有し、前記第1の面は前記第2の面の反対側の面であり、前記レーザバーは、第1端面及び第2端面を有し、前記第1端面及び前記第2端面は前記第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、前記第1端面及び前記第2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、前記第1端面及び前記第2端面は、前記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、前記第1端面の第1法線ベクトルが前記第1端面と前記第1面の第1エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第1法線ベクトルに対して前記角度α1で傾斜しており、前記第1端面の第2法線ベクトルが前記第1端面と前記第2面の第2エッジ上において規定され、前記c+軸ベクトルは、前記[−1010]軸から前記c軸に向かう方向に前記m−n面内において前記第2法線ベクトルに対して前記角度β1で傾斜し、前記半導体領域は活性層を含み、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、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、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸は、前記III族窒化物半導体の[−1010]軸の方向に前記法線軸に対してゼロより大きな角度ALPHAを成し、前記角度ALPHAは71度以上79度以下であり、前記電極は、前記レーザ構造体上に形成される。

0034

このIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法によれば、角度α1が角度β1と異なる。エピ面に近い第1面付近の第1端面では、m−n面内において第1法線とc軸との成す角度は、角度α1に近い値(例えば10度以上25度以下の範囲の角度)を有する。この範囲の角度は、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるので、光共振器のために好適な角度を第1面付近の第1端面に与える。また、基板裏面面付近の第1端面では、m−n面内において第2法線とc軸との成す角度は、角度β1に近い値(例えば0度以上5度以下の範囲の角度)を有する。角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるので、角度α1及び角度β1は同じ符号を有すると共に角度α1が角度β1よりも大きいので、光共振器のために好適な角度より大きな角度を第2面付近の第1端面に与える。これ故に、エピ面に近い第1面付近の第1端面(活性層の端面辺りの端面エリア)における光反射は、第1面から離れた第1の端面における光反射よりもレーザ発振に大きく寄与できると共に、第1面から離れた第1の端面における光反射がノイズ光として作用しにくい。

0035

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、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面との交差線の長さよりも短いことが好ましい。

0036

この作製方法によれば、基板生産物の分離により、別の基板生産物及びレーザバーが形成される。この分離は、レーザバーのための分離線に比べて短いスクライブ溝を用いて引き起こされる。

0037

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記スクライブによりスクライブ溝が形成され、前記スクライブ溝は、前記半導体領域の表面から前記基板に到達し、前記スクライブ溝は、前記半導体領域の表面における開口と前記基板に到達する底部とを有し、前記スクライブ溝の前記開口の端と前記スクライブ溝の前記底部の端とによって規定される基準平面は前記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面の方向に延在することができる。

0038

この製造方法によれば、スクライブ溝の開口の端とスクライブ溝の底部の端とによって規定される基準平面がa−n面に対して実質的に平行であることが好ましい。基板の主面に対してc軸の傾斜に起因してスクライブ溝が延在方向が曲がることがあるけれども、このスクライブ溝の曲がりの低減は、端面の形状を規定するために寄与する。

0039

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、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100μm以下になるように研磨され、前記第2面は前記加工により形成された加工面、又は前記加工面に上に形成された電極を含む面であることが好ましい。

0040

この作製方法によれば、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、垂直性を満たす第1及び第2の端面を歩留まりよく形成できる。

0041

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記半極性主面は{20−21}面を含むことが好ましい。この作製方法によれば、この典型的な半極性面を用いるIII族窒化物半導体レーザ素子に、レーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性、垂直性を満たす第1及び第2端面を提供できる。

0042

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板は、GaN、AlGaN、AlN、InGaN及びInAlGaNのいずれかからなることができる。この作製方法によれば、これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、共振器として利用可能な第1及び第2端面を得ることができる。

0043

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法は、(a)第1面及び該第1面に反対側の第2面を有しており六方晶系のIII族窒化物半導体の結晶体を含む一又は複数の物体を準備する工程と、(b)前記III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を前記物体に複数の加工条件で行って、前記第1面のエッジから延在する第1加工端面を形成する工程と、(c)前記第1面及び前記第1加工端面の一方から他方へ向かう軸の方向に前記エッジを横切るようにレーザビームの相対的な走査を前記第1面及び前記第1加工端面に行って、該レーザビームの走査を用いて前記第1加工端面の評価を行う工程と、(d)前記評価の結果から、前記複数の加工条件に基づき所望の加工条件を得る工程と、(e)III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する工程と、(f)前記基板の前記主面上に成長された半導体領域、前記基板及び電極を有する基板生産物を準備する工程と、(g)前記所望の加工条件を用いて前記基板生産物の前記加工処理を行うと共に、前記基板生産物から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、前記加工処理により形成された第1端面及び第2端面を有し、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第1端面及び前記第2端面を含み、前記III族窒化物半導体の前記結晶体は前記加工端面に露出されており、前記第1加工端面の前記評価では、前記レーザビームの走査の結果から前記軸の方向に沿った加工端面角度を求め、前記加工端面角度は、前記第1面に沿って延在する基準面に対する前記第1加工端面の成す角度として規定される。

0044

このIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、光共振器のための端面を形成する加工処理を物体(例えば試料)に複数の加工条件で行って上記の第1加工端面を形成した後に、上記のようにレーザビームの相対的な走査を第1面及び第1加工端面に行ってレーザビーム走査を用いて第1加工端面の評価を行う。この評価によれば、第1面を基準にした第1加工端面の角度の傾向(つまり、第1加工端面の垂直性)をレーザビーム反射光から得ることができる。この評価結果に基づき、複数の加工条件に基づき所望の加工条件を見出すことができる。所望の加工条件を用いて、基板生産物に加工処理を施すと共に、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成できる。この作製方法によれば、共振器端面の製造方法が提供されて、この製造方法によれば、所望の品質に近いところに特性分布を実現できる。

0045

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記第1加工端面を形成する前記工程は、複数のスクライブ条件で前記物体の前記第1面のスクライブを行う工程と、前記物体の前記第1面をスクライブした後に、前記物体の前記第2面を押圧して、前記物体の前記第1面から前記第2面に至る方向に延在する第1破断面を有する第1部分と前記物体の前記第1面から前記第2面に至る方向に延在する第2破断面を有する第2部分とを形成する工程と、前記物体の前記第2面を押圧して、前記物体の前記第1面から前記第2面に至る方向に延在する第1破断面を有する第1部分と前記物体の前記第1面から前記第2面に至る方向に延在する第2破断面を有する第2部分とを形成する工程とを含み、前記一の加工条件を選ぶ前記工程は、前記複数のスクライブ条件から一のスクライブ条件を選ぶ工程を含むことができる。前記別の基板生産物及び前記レーザバーを形成する前記工程は、前記選択されたスクライブ条件を用いて前記基板生産物の第1の面をスクライブする工程と、前記基板生産物の第2面への押圧により前記基板生産物の分離を行って、前記別の基板生産物及び前記レーザバーを形成する工程とを含むことができる。前記第1加工端面の評価を行う前記工程は、前記第1加工端面として前記第1破断面の評価を行う工程を含むことができる。前記第1面は前記第2面の反対側の面であり、前記第1端面及び前記第2端面の各々は、前記レーザバーの前記第1面から前記第2面にまで延在し、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することができる。

0046

このIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、光共振器のための端面を形成する加工処理を物体(例えば試料)に複数のスクライブ条件で行って上記の第1加工端面を形成した後に、レーザビームの相対的な走査を第1面及び第1加工端面に行ってレーザビームの走査を用いて第1加工端面の評価を行う。この評価によれば、第1面を基準にした第1加工端面の角度の傾向(つまり、第1加工端面の垂直性)をレーザビーム走査から得ることができる。この評価結果に基づき、複数のスクライブ条件に基づき所望のスクライブ条件を見出すことができる。所望のスクライブ条件を用いて、基板生産物に加工処理を施すと共に、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成できる。この作製方法によれば、所望の品質に近いところに特性分布を有する製造方法が提供される。

0047

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記レーザビームの前記走査はレーザ顕微鏡を用いて行われることができる。この作製方法によれば、レーザ顕微鏡は、端面の評価を容易にする。本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記スクライブは、レーザスクライバを用いて行われることができる。この作製方法によれば、レーザスクライバはスクライブの制御を容易にする。

0048

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記スクライブ条件は、前記レーザスクライバにおける走査速度を含むことができる。この作製方法によれば、走査速度の調整は、本件に係るスクライブの制御に有効である。

0049

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸に直交する基準面に対して傾斜していることができる。この作製方法は、基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のc軸に直交する基準面に対して傾斜している形態に適用される。

0050

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のa軸に直交する基準面に対して傾斜していることができる。この作製方法は、基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のa軸に直交する基準面に対して傾斜している形態に適用される。

0051

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のm軸に直交する基準面に対して傾斜していることができる。この作製方法は、基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のm軸に直交する基準面に対して傾斜している形態に適用できる。

0052

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板は、III族窒化物半導体からなり半極性主面を有し、前記基板の前記III族窒化物半導体の前記c軸は、<0001>軸方向に向いており、前記<0001>軸方向は、c+軸ベクトルによって表され、前記基板生産物は、前記レーザ構造体、並びに前記レーザ構造体上に形成されたアノード電極及びカソード電極を有し、前記c+軸ベクトルは、前記半極性主面の前記法線軸の方向の法線成分と前記半極性主面に平行な方向の平行成分とを含み、前記半導体領域は、第1導電型のIII族窒化物半導体からなる第1のクラッド層と、第2導電型のIII族窒化物半導体からなる第2のクラッド層とを含み、前記活性層は、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、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、前記半極性主面上にエピタキシャルに成長されて前記c軸ベクトルVCの前記法線成分の方向に沿って配列されており、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c+軸ベクトルの前記平行成分の方向に延在し、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、前記支持基体の前記半極性主面上に延在するレーザ導波路構造を構成することができる。

0053

この作製方法によれば、第1のクラッド層、第2のクラッド層及び活性層が半極性主面上にエピタキシャルに成長されてc+軸ベクトルの法線成分の方向に沿って配列されるので、半導体領域の結晶軸が支持基体の結晶軸に関連している。端面形成に際して、c+軸ベクトルの向きが半導体領域及び支持基体において関連づけられている。

0054

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸は、前記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で傾斜し、前記第1端面及び前記第2端面は、前記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面に交差することができる。この作製方法は、基板のIII族窒化物半導体のc軸がIII族窒化物半導体のm軸の方向に法線軸に対して角度で傾斜する形態に適用できる。

0055

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸から前記III族窒化物半導体の[−1010]軸への方向に該c軸が前記主面の法線軸に対して角度ALPHAで傾斜しており、前記角度ALPHAは、71度以上79度以下の範囲であることができる。この作製方法は、基板のIII族窒化物半導体のc軸からIII族窒化物半導体の[−1010]軸への方向に該c軸が主面の法線軸に対して上記の角度ALPHAで傾斜する形態に適用できる。

0056

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板の前記主面は、{20−21}面から−4度以上+4度以下の範囲になることができる。この作製方法では、この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端面を形成できる。

0057

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板の前記III族窒化物半導体のc軸は、前記III族窒化物半導体のa軸の方向に前記法線軸に対して角度で傾斜し、前記第1及び第2端面は、前記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面に交差することができる。この作製方法は、基板のIII族窒化物半導体のc軸がIII族窒化物半導体のa軸の方向に法線軸に対してゼロより大きい角度で傾斜する形態に適用できる。

0058

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記基板の前記主面は、前記基板の前記III族窒化物半導体のc面、a面及びm面のいずれかの面方位に平行な基準面に沿って延在することができる。この作製方法は、基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のc面、a面及びm面のいずれかの面方位に平行な基準面に沿って延在する形態に適用できる。

0059

本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、前記物体はIII族窒化物基板を含み、前記III族窒化物基板の厚さは400μm以下であることができる。この作製方法では、端面の加工条件だけでなく、レーザ構造体の構造と端面の品質との関係についても評価可能である。

0060

本発明に係る、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法は、(a)第1面及び該第1面に反対側の第2面を有し六方晶系III族窒化物半導体の結晶体を含む物体を準備する工程と、(b)前記物体の第1面及び前記加工端面の一方から他方へ向かう軸の方向に前記エッジを横切るようにレーザビームの走査を前記第1面及び前記加工端面に行って、該レーザビームの走査を用いて前記加工端面の評価を行う工程とを備え、前記物体は、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための加工条件で形成された加工端面を備え、前記加工端面は、前記第1面及び第2面に交差する平面に沿って延在し、前記III族窒化物半導体の前記結晶体は前記加工端面に露出されており、前記加工端面の前記評価では、前記軸の方向に沿った加工端面角度を前記レーザビームの走査の結果から求め、前記加工端面角度は、前記第1面に沿って延在する基準面に対して前記加工端面の成す角度として規定される。この製造方法は、物体の構造及び/又は加工条件に関連づけて加工端面の評価を行うことができる。

0061

本発明に係る、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法は、(a)第1面及び該第1面に反対側の第2面を有しており六方晶系III族窒化物半導体の結晶体を含む物体を準備する工程と、(b)前記III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理をある加工条件で前記物体に行って、前記第1面のエッジから延在する第1加工端面を形成する工程と、(c)前記第1面及び前記第1加工端面の一方から他方へ向かう軸の方向に前記エッジを横切るようにレーザビームの走査を相対的に前記第1面及び前記第1加工端面に行って、該走査されたレーザビームを用いて前記第1加工端面の評価を行う工程とを備える。前記III族窒化物半導体の前記結晶体は前記加工端面に露出されており、前記第1加工端面の前記評価では、前記軸方向に沿った複数の位置における加工端面角度を前記レーザビームの走査の結果から求め、前記加工端面角度は、前記第1面に沿って延在する基準面に対する前記第1加工端面の成す角度として規定される。

0062

このIII族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法では、光共振器のための端面を形成する加工処理を物体(例えば試料)に加工条件で行って上記の第1加工端面を形成した後に、上記のようにレーザビームの相対的な走査を第1面及び第1加工端面に行ってレーザビーム反射光を用いて第1加工端面の評価を行う。この評価によれば、第1面を基準にした第1加工端面の角度の傾向(つまり、第1加工端面の垂直性)をレーザビームの走査結果から得ることができる。この評価方法によれば、加工条件と対応づけて端面の品質を調べることができる。

0063

本発明に係る、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法は、(d)III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する工程と、(e)前記基板の前記主面上に成長された半導体領域、前記基板及び電極を有する基板生産物を準備する工程と、(f)前記評価の後に、前記加工条件に基づき決定された所望の加工条件を用いて前記基板生産物の前記加工処理を行うと共に、前記基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程とを更に備える。前記レーザバーは、前記加工処理により形成された第1端面を有し、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第1の端面を含む。

0064

上記の評価方法では、加工条件と対応づけて端面の品質を調べた後に、該加工条件に基づき決定された所望の加工条件を用いて基板生産物の加工処理を施すと共に、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成することができる。この評価方法によれば、III族窒化物半導体レーザ素子の製造において、所望の品質に合わせた特性分布を得ることができる。

0065

本発明に係る、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面の形成に用いられるスクライブ溝を評価する方法は、(a)III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のためのスクライブ加工条件でレーザビームを、六方晶系III族窒化物半導体の結晶体を含む物体の表面に照射して、該表面にスクライブ溝を形成する工程と、(b)該スクライブ溝の断面形状を観察する工程と、(c)前記断面形状から前記スクライブ溝の延在方向を見積もる工程と、(d)前記見積もり結果に基づき、前記スクライブ溝の延在方向とスクライブ加工条件との関係を得る工程とを備える。

0066

また、スクライブ溝を評価する方法は、(e)III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する工程と、(f)前記基板の前記主面上に成長された半導体領域、前記基板及び電極を有する基板生産物を準備する工程と、(g)前記スクライブ加工条件に基づき決定された所望のスクライブ加工条件を用いて前記基板生産物にスクライブ溝の形成を行う工程と、(h)前記スクライブ溝を形成した後に、前記基板生産物の押圧により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ことができる。前記レーザバーは、前記加工処理により形成された第1端面を有し、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は前記第1端面を含む。

0067

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

0068

以上説明したように、本発明によれば、III族窒化物のc軸がm軸の方向に傾斜した基板の半極性面を用いて、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を作製する方法が提供される。

0069

本発明によれば、レーザ光を出射、反射及び/又は透過させる端面の品質を調整可能な、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。また、本発明によれば、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法が提供される。

0070

本発明によれば、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面の形成に用いられるスクライブ溝を評価する方法が提供される。

図面の簡単な説明

0071

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3は、c軸及びm軸によって規定される素子断面を模式的に示す図面である。
図4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模式的に示す図面である。
図6は、実施例に係るレーザ構造体及びエピタキシャル基板の構造を示す図面である。
図7は、スクライブ溝の形成を示す図面である。
図8は、加工用レーザの走査速度とスクライブ溝の曲がりとの関係を示す図面である。
図9は、作製したレーザバーの共振器ミラーの角度評価を示す図面である。
図10は、条件Bで作製したレーザバーの共振器ミラー端面をレーザ顕微鏡により観察した像を示す図面である。
図11は、図9を参照しながら説明された評価方法により求めた、条件(B)で作製されたレーザバー端面の垂直性を示す図面である。
図12は、窒化ガリウム結晶構造である六方晶系の結晶格子を示す図面である。
図13は、エピ成長のためのGaN基板の{20−21}面に90度近傍の角度を成す面方位(a面とは異なる方位)のリストを計算により求めた結果を示す。
図14はレーザ戻り光に関する配置を模式的に示す図面である。
図15は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
図16は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法における主要な工程を示す図面である。
図17は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法における主要な工程を示す図面である。
図18は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のためのスクライブ溝を評価する方法における主要な工程を示す図面である。

実施例

0072

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、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、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法、及びスクライブ溝を評価する方法に係る本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

0073

(第1の実施形態)
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、レーザ構造体13及びオーミック電極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、六方晶系のIII族窒化物半導体からなる半極性主面17aを有し、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は活性層25を含む、活性層25は窒化ガリウム系半導体層を含む。

0074

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。本実施例では、支持基体17のIII族窒化物半導体の<0001>軸の方向を示すc+軸ベクトル(単位ベクトル)は、III族窒化物半導体のm軸及びa軸のいずれかの結晶軸の方向に、法線ベクトルNV(単位ベクトル)に対して傾斜する。c+軸ベクトルはc+軸ベクトルVC+として表されており、<000−1>軸の方向はc+軸ベクトルと逆方向であり、c−軸ベクトルVC−(単位ベクトル)で表される。図1に示される実施例では、支持基体17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[−1010]軸の方向に法線軸NXに対して角度ALPHAで傾斜している。この角度ALPHAは、71度以上79度以下であることが好ましい。

0075

レーザ構造体13は、共振器のための第1端面27及び第2端面29を含む。共振器のためのレーザ導波路は、第2端面29から第1端面27まで半極性面17aに沿って延在しており、導波路ベクトルWVは第2端面29から第1端面27への方向を示す。レーザ構造体13の第1及び第2の端面27、29は、III族窒化物半導体の結晶軸(例えばm軸)及び法線軸NXによって規定される基準面に交差する。図1では、第1及び第2端面27、29は六方晶系III族窒化物半導体のm軸(a軸)及び法線軸NXによって規定されるm−n面(a−n面)に交差している。

0076

支持基体17のIII族窒化物半導体の<0001>軸の方向を示すc+軸ベクトルは、法線軸NXの方向を示す法線ベクトルNVに対してIII族窒化物半導体のm軸の結晶軸の方向に63度以上80度以下の範囲の傾斜角で傾斜しているとき、この角度範囲の半極性面は、インジウムを含むIII族窒化物半導体においてインジウム組成空間的均一性を提供でき、また高いインジウム組成を可能にする。

0077

半導体領域19の第1端面19c上に、窒化物半導体レーザダイオード11の光共振器のための第1反射膜43aが設けられる。半導体領域19の第2端面19d上に、該窒化物半導体レーザダイオード11の光共振器のための第2反射膜43bが設けられる。

0078

第1及び第2端面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が現れている。レーザ構造体13は第1面(エピ面)13a及び第2面(基板裏面)13bを含む。第1面13aは第2面13bの反対側の面である。半導体領域19は第1面13aと支持基体17との間に位置する。第1端面27の第1法線ベクトルENV1(単位ベクトル)が第1端面27と第1面(エピ面)13aの第1エッジ13c上において規定される。c+軸ベクトルVC+はIII族窒化物半導体の[−1010]軸からc軸に向かう方向にm−n面内において第1法線ベクトルENV1に対して角度α1で傾斜する。第1端面27の第2法線ベクトルENV2(単位ベクトル)が第1端面27と第2面(基板裏面)13bの第2エッジ13d上において規定される。c+軸ベクトルVC+はIII族窒化物半導体の[−1010]軸からc軸に向かう方向にm−n面内において第2法線ベクトルENV2に対して角度β1で傾斜する。角度α1は角度β1と異なる。角度α1及び角度β1は同じ符号を有する。絶対値に関して角度α1は角度β1よりも大きい。第2端面29においても、第1面13a及び第2面13bのエッジにおいて規定される上記のような角度を規定することができ、これらの角度は上記と同様な角度の関係を満たすことができる。第1端面27は、c軸とm軸の外積の向きに延在する筋状の構造を有する。筋状の構造は低指数面と非低指数面、もしくは非低指数面同士が交差することによって形成された段差である。また、発明者らの観察によれば、筋状の構造は例えば20nm以下の段差を有する。

0079

このIII族窒化物半導体レーザ素子11によれば、角度α1が角度β1と異なる。エピ面に近い第1面13a付近の第1端面27では、m−n面内において第1法線ENV1とc+軸ベクトルVC+との成す角度は角度α1に近い値を有する。また、基板裏面面17b付近の第1端面27では、m−n面内において第2法線ENV2とc+軸ベクトルVC+との成す角度は角度β1に近い値を有する。角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるときには、角度α1及び角度β1は同じ符号を有すると共に絶対値に関して角度α1が角度β1よりも大きいとき、戻り光による撹乱の低減を可能にするレーザ共振器を作製することができる。

0080

また、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるときには、この角度範囲において、角度α1は10度以上25度以下の範囲であり、角度β1は0度以上5度以下の範囲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11によれば、角度α1が角度β1と異なる。エピ面に近い第1の面13a付近の第1端面27では、m−n面内において第1法線ベクトルENV1とc+軸ベクトルVC+との成す角度は、角度α1に近い値(例えば10度以上25度以下の範囲の角度)を有する。この範囲の角度は、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるので、光共振器のために好適な角度を第1の面13a付近の第1の端面27に与える。また、基板裏面面17b付近の第1の端面27では、m−n面内において第2法線ベクトルENV2とc+軸ベクトルVC+との成す角度は、角度β1に近い値(例えば0度以上5度以下の範囲の角度)を有する。この範囲の角度ALPHAでは、角度α1及び角度β1は同じ符号を有すると共に絶対値に関して角度α1が角度β1よりも大きいので、光共振器のために好適な角度より大きな角度を第2面13b付近の第1端面27に与える。これ故に、エピ面に近い第1面13a付近の第1端面(活性層の端面辺りの端面エリア)27における光反射は、第1面13aから離れた第1端面27における光反射よりもレーザ発振に大きく寄与できると共に、第1面13aから離れた第1端面27における光反射は、レーザ導波路と異なる方向に進み、ノイズ源とならない。本実施例では、角度(α1+ALPHA)は81〜104度の範囲にあり、角度(β1+ALPHA)は71〜84度の範囲にあることができる。第2端面29においても、第1面13a及び第2面13bのエッジにおいて規定される上記のような角度を規定することができ、これらの角度は上記と同様な角度の関係を満たすことができる。

0081

半導体領域19は、第1のクラッド層21及び第2のクラッド層23を含む。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。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、z軸の方向に井戸層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発光領域、例えば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、活性層25は、波長430nm以上550nm以下の光の発生に好適である。さらには、活性層25は、緑光の波長領域、例えば波長500nm以上550nm以下の波長範囲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。法線軸NXは法線ベクトルNVの方向へ延びる。支持基体17のIII族窒化物半導体のc軸Cxはc+軸ベクトルVC+の方向に延びる。

0082

c+軸ベクトルVC+は、半極性主面17aの法線軸NXの方向の法線成分と半極性主面17aに平行な方向の平行成分とを有する。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構造を含む。c+軸ベクトルVC+の平行成分は第2端面29から第1端面27への方向を向き、レーザ導波路構造はc+軸ベクトルVC+の平行成分の方向に延在する。このIII族窒化物半導体レーザ素子11によれば、c+軸ベクトルVC+の平行成分が第2端面29から第1端面27への方向を向くとき、第1端面27において、支持基体端面17aとc+軸ベクトルVC+の平行成分との成す角度がエピ端面とc+軸ベクトルの平行成分との成す角度より大きくなる。

0083

また、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上にエピタキシャルに成長されてc+軸ベクトルVC+の法線成分の方向に沿って配列されている。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、c+軸ベクトルVC+の平行成分の方向に延在する。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、支持基体17の半極性主面17a上に延在するレーザ導波路構造を構成することができる。この構造では、第1のクラッド層21、第2のクラッド層23及び活性層25が半極性主面17a上にエピタキシャルに成長されてc+軸ベクトルVC+の法線成分の方向に沿って配列されるので、半導体領域19の結晶軸が支持基体17の結晶軸に関連している。c+軸ベクトルVC+の向きが半導体領域19及び支持基体17において関連づけられて、良質な端面形成が提供される。

0084

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上に設けられ、また表面19aを覆っている。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を有する。開口31aは、例えばストライプ形状を成す。本実施例のようにc軸がm軸(a軸)の方向に傾斜するとき、開口31aは半導体領域19の表面19aと上記のm−n面(a−n面)との交差線の方向に延在する。交差線は導波路ベクトルWVの向きに延在する。

0085

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、また上記の交差線の方向に延在する。

0086

III族窒化物半導体レーザ素子11は利得導波路構造を有することができる。電極15は、絶縁膜31の開口31aを通して半導体領域19の表面に接触を成す。角度α1及び角度β1は、利得導波路構造を規定する電極15の幅及び絶縁膜31の開口31aの幅の中心を通り支持基体17の半極性主面17aに直交する軸上において規定される。開口31aの向き又は電極15の向きが、利得導波路の向きを規定することができる。

0087

また、III族窒化物半導体レーザ素子11は、リッジ構造24を有するレーザ素子に適用されることができる。III族窒化物半導体レーザ素子11は、例えばレーザ構造体13の半導体領域19がリッジ構造24を有するように構成される。電極15は、リッジ構造24の上面24aに接触を成す。角度α1及び角度β1は、リッジ構造24の上面24aの幅の中心を通り支持基体17の半極性主面17aに直交する軸上において規定される。リッジ構造24は、活性層25に供給される電流分布幅を制御できると共に光の閉じ込めを制御でき、レーザ導波路を伝搬する光とキャリアとの相互作用の程度を調整できる。

0088

III族窒化物半導体レーザ素子11では、半導体領域19は、III族窒化物からなるコンタクト層33と、III族窒化物からなる光ガイド層37とを含む。光ガイド層37は活性層25とコンタクト層33との間に設けられ、また活性層25とクラッド層23との間に設けられる。リッジ構造24はコンタクト層33と光ガイド層37の一部を含むように設けられた高さHRを有することが好ましい。リッジ構造24の高さHRは活性層25に供給される電流をガイドして活性層25内での電流分布幅の調整を容易にする。

0089

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。III族窒化物半導体レーザ素子15は、オーミック電極15上に設けられたパッド電極42を更に備えることができる。パッド電極42は例えば金からなることができ、オーミック電極15は半導体領域19の上面19aに接触を成しており、また例えばPd電極を含むことが好ましい。

0090

III族窒化物半導体レーザ素子11では、支持基体17は第1基体端面17cを有し、この基体端面17cは半導体領域19の端面19cに繋がれている。第1反射膜43aは第1基体端面17c上に設けられている。支持基体17は第2基体端面17dを有し、この基体端面17dは半導体領域19の端面19dに繋がれている。第2反射膜43bは第2基体端面17d上に設けられる。この形態においては、第1反射膜43a及び第2反射膜43bは、それぞれ、半導体領域19の第1端面19c及び第2端面19dから連続して第1基体端面17c及び第2基体端面17d上に至る。

0091

第1反射膜43a及び第2反射膜43bの各々は、例えば誘電体多層膜によって構成されることができる。引き続く説明では、第1反射膜43a及び第2反射膜43bは、それぞれ、第1誘電体多層膜43a及び第2誘電体多層膜43bとして参照する。

0092

III族窒化物半導体レーザ素子11では、第1端面27及び第2端面29の各々は、へき開では形成されない端面であることができる。本件では、第1端面27及び第2端面29を低指数へき開面と区別するために、第1端面27及び第2端面29を第1割断面27及び第2割断面29として参照することもある。第1割断面27及び第2割断面29は、六方晶系III族窒化物半導体のm軸(a軸)及び法線軸NXによって規定されるm−n面(a−m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割断面27、29を含み、第1割断面27及び第2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面13a及び第2面13bを含み、第1面13aは第2面13bの反対側の面である。第1及び第2割断面27、29は、第1面13aのエッジ13cから第2面13bのエッジ13dまで延在する。第1及び第2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。

0093

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。

0094

III族窒化物半導体レーザ素子11における光導波構造について説明する。III族窒化物半導体レーザ素子11は、n側の光ガイド層35及びp側の光ガイド層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。

0095

図2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2に示されるように、誘電体多層膜43a、43bは、それぞれ、第1及び第2端面27、29に設けられる。

0096

図2の(b)部に示されるように、本実施の形態の結晶軸の(m−n面に沿った)方向に向きづけられたレーザ導波路の活性層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端面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の端面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端面27、29とこれらの端面27、29間に延在するレーザ導波路とを用いて、図2の(b)部に示されるように、c軸を主面に投影した方向に偏光する遷移による発光I2よりも強い遷移による発光I1を利用して低しきい値のレーザ発振が可能になる。III族窒化物半導体レーザ素子11におけるLEDモードにおける光は、III族窒化物半導体のa軸の方向に偏光成分I1と、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、偏光成分I1は前記偏光成分I2よりも大きいことが好ましい。

0097

III族窒化物半導体レーザ素子11では、第1及び第2端面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第1平面S1において規定される成分(GAMMA)1と、第1平面S1及び法線軸NXに直交する第2平面S2において規定される成分(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、活性層25の端面25cに沿って延在する参照面とm面との成す角度として理解される。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は第2平面S2において−5度以上+5度以下の範囲であることが好ましい。ここで、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。

0098

図3は、c軸及びm軸によって規定される線に沿ってレーザ導波路の延在方向にとられる断面を模式的に示す図面である。図3は、既に説明した第1端面27における角度α1及び角度β1の関係を示す。角度α1はベクトルENV1とc+軸ベクトルVC+との内積に関連づけられている。角度β1はベクトルENV2とc+軸ベクトルVC+との内積に関連づけられている。

0099

III族窒化物半導体レーザ素子11では、支持基体17のIII族窒化物半導体のc軸は、<000−1>軸方向と逆方向に向いている。c−軸ベクトルVC−によって表される<000−1>軸方向を用いて、第2端面29の第3法線ベクトルENV3(単位ベクトル)が第2端面29と第1面(エピ面)13aの第3エッジ13e上において規定される。c−軸ベクトルVC−は、支持基体17のIII族窒化物半導体の[−1010]軸からc軸に向かう方向にm−n面内において第3法線ベクトルENV3に対して角度α2で傾斜する。角度α2は例えば+10度以上+25度以下の範囲であることが好ましい。

0100

また、第2端面29の第4法線ベクトルENV4(単位ベクトル)が第2端面29と第2面(基板裏面)13bの第4エッジ13f上において規定される。c−軸ベクトルVC−は、支持基体17のIII族窒化物半導体の[−1010]軸からc軸に向かう方向にm−n面内において第4法線ベクトルENV4に対して角度β2で傾斜する。角度β2は、例えば0度以上+5度以下の範囲であることが好ましい。

0101

このIII族窒化物半導体レーザ素子11によれば、角度α2が角度β2と異なる。エピ面に近い第1面13a付近の第2端面29では、m−n面内において第3法線ベクトルENV3とc−軸ベクトルVC−との成す角度は、角度α2に近い値(例えば10度以上25度以下の範囲の角度)を有する。この範囲の角度は、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるので、光共振器のために好適な角度を第1面13a付近の第2端面29に与える。また、基板裏面面17b付近の第2端面29では、m−n面内において第4法線ベクトルENV4とc−軸ベクトルVC−との成す角度は、角度β2に近い値(例えば0度以上5度以下の範囲の角度)を有する。エピ面に近い第1面13a付近の第2端面(活性層の端面辺りの端面エリア)29における光反射が、第1面13aから離れた第2端面29における光反射よりもレーザ発振に大きく寄与する。角度α2及び角度β2は同じ符号を有すると共に絶対値において角度α2が角度β2よりも大きいので、上記の角度ALPHAは、光共振器のために好適な角度より大きな角度を第2面13b付近の第2端面29に与える。

0102

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の厚さは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、厚さ50μm以上では、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。

0103

III族窒化物半導体レーザ素子11では、低面指数で示されるへき開面を共振器のための端面に利用しない。このような端面は、この明細書では、へき開面と区別するために割断面として参照される。発明者らの知見によれば、割断面の利用のためには、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、この角度は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。

0104

III族窒化物半導体レーザ素子11では、破断面の形成の観点から、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71度以上であることが好ましく、また79度以下であることが好ましい。71度未満の角度では、c面劈開によるガイド作用割断に利用できないため割断面の平坦性及び垂直性が悪化する可能性がある。また、79度を越える角度では、戻り光による撹乱の低減を可能にするレーザ共振器が得られないおそれがある。

0105

III族窒化物半導体レーザ素子11では、III族窒化物半導体のc軸が窒化物半導体のm軸の方向に傾斜するとき、実用的な面方位及び角度範囲は、少なくとも以下の面方位及び角度範囲を含む。例えば、支持基体17の主面17aが、{20−21}面から−4度以上+4度以下の範囲で傾斜することができる。また、支持基体17の主面17aが、{20−21}面であることができる。

0106

III族窒化物半導体レーザ素子11では、傾斜角ALPHAは71度以上であることが好ましい。この傾斜角ALPHA未満だと、c面劈開によるガイド作用を割断に利用できないため割断面の平坦性及び垂直性が悪化する可能性がある。また、傾斜角ALPHAは79度以上であることが好ましい。この傾斜角ALPHAを超えると、戻り光による撹乱の低減を可能にするレーザ共振器が得られないおそれがある。

0107

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割断面27、29を得ることができる。

0108

支持基体17の主面17aはGaNであることができ、また支持基体17はGaN単結晶体であることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、GaN主面を用いたレーザ構造体の実現により、例えば上記の波長範囲(青色から緑色までの波長範囲)における発光を実現できる。また、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。また、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。

0109

図4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5の(a)部を参照すると、基板51が示されている。本実施例では、基板51のc軸がm軸の方向に傾斜している。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)の方向に法線軸NXに対してゼロより大きい角度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。本実施の形態に係る製造方法では、主面51aの角度ALPHAは例えば71度以上79度以下の範囲であることができる。

0110

工程S102では、基板生産物SPを形成する。図5の(a)部では、基板生産物SPはほぼ円板形の部材として描かれているけれども、基板生産物SPの形状はこれに限定されるものではない。

0111

基板生産物SPを得るために、まず、工程S103において、レーザ構造体55を形成する。レーザ構造体55は、半導体領域53及び基板51を含む。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主面51a上に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。図5の(a)部を参照すると、導波路ベクトルWVが描かれており、本実施例では、このベクトルWVはm−n面に平行に延在する。必要な場合には、絶縁膜54の形成に先立って、半導体領域53にリッジ構造を形成しても良く、絶縁膜54の形成と共に半導体領域53にリッジ構造を形成しても良く、絶縁膜54の形成及び電極の形成と共に半導体領域53にリッジ構造を形成しても良い。このように形成されたリッジ構造は、リッジ形状に加工された窒化ガリウム系半導体領域61を含むことができる。半導体領域53の厚みは例えば3〜4μmであることができる。

0112

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面63aと、これに反対側に位置する第2面63bとを含む。半導体領域53は第1面63aと基板51との間に位置する。

0113

次いで、工程S105では、レーザ共振器のための端面を有するレーザバーを形成する。端面は所定範囲端面角度を有する。本実施例では、基板生産物SPからレーザバーを作製する。レーザバーは、誘電体多層膜を形成可能な一対の端面を有する。引き続き、レーザバー及び端面の作製の一例を説明する。

0114

工程S106では、図5の(b)部に示されるように、基板生産物SPの第1の面63aにスクライブ溝を形成する。基板51の六方晶系III族窒化物半導体のc軸は<0001>軸方向に向く。この<0001>軸方向がc+軸ベクトルによって表される。本実施の形態においてスクライブは、c+軸ベクトルに交差する方向に行われることが好ましい。また、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5の(b)部では、5つのスクライブ溝が既に形成されており、レーザビームLBを用いてスクライブ溝65bの形成が進められている。スクライブ溝65aの長さは、六方晶系III族窒化物半導体のa軸及び法線軸NXによって規定されるa−n面と第1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基板に到達する溝が第1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、またスクライブ溝は、レーザチップの幅に合わせたピッチで配列されていてもよい。

0115

スクライブによりスクライブ溝65aが形成され、該スクライブ溝65aは半導体領域53の表面から基板51に到達する。図5の(d)部に示されるように、スクライブ溝65aは、半導体領域53の表面における開口66aと基板51に到達する底部66bとを有する。スクライブ溝65aの開口66aの端とスクライブ溝65aの底部66bの最深端とによって規定される基準平面は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面の方向に延在することができる。スクライブ溝65aは深さ方向に曲がらずにほぼ平行であることが好ましい。このスクライブ溝65aの曲がりの方向は、c軸の傾斜方向に関連している。このスクライブ溝65aの曲がりの低減は、端面67a、67bの形状を規定するために寄与する。

0116

工程S107では、図5の(c)部に示されるように基板生産物SPをシート12a、12bに挟んだ後に、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、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71上において行われる。支持装置71は、支持面71aと凹部71bとを含み、凹部71bは一方向に延在する。凹部71bは、支持面71a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71の凹部71bの延在方向に合わせて、基板生産物SP1を支持装置71上において凹部71bに位置決めする。凹部71b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では、少なくとも発光層の一部は半導体レーザ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。

0117

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でき、XZ面に交差する。このXZ面は、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。レーザバーLB0、LB1の各々に、導波路ベクトルWVが示されている。導波路ベクトルWVは、端面67bから端面67aの方向に向いている。図5の(c)部において、レーザバーLB0は、c軸ベクトルVCの向きを示すために一部破断して示されている。導波路ベクトルWVはc軸ベクトルVC+と鋭角を成す。

0118

第1及び第2端面67a、67bは、それぞれ第1面63aのエッジから第2面63bのエッジまで延在する。第1端面67aの第1法線ベクトルENV1が第1端面67aと第1面(エピ面)63aのエッジ上において規定される。c+軸ベクトルVC+は、III族窒化物半導体の[−1010]軸からc軸に向かう方向にm−n面内において第1法線ベクトルENV1に対して角度α1を成す。また、第1端面67aの第2法線ベクトルENV2が第1端面67aと第2面(基板裏面)63bのエッジ上において規定される。c+軸ベクトルVC+は、III族窒化物半導体の[−1010]軸からc軸に向かう方向にm−n面内において第2法線ベクトルENV2に対して角度β1を成す。

0119

スクライブ及びブレイキングは、角度α1が10度以上25度以下の範囲であると共に角度β1が0度以上5度以下の範囲であるように行われることが好ましい。

0120

この作製方法によれば、角度α1が角度β1と異なる。エピ面に近い第1面67a付近の第1端面67aでは法線ベクトルENV1とc軸との成す角度は、m−n面内において角度α1に近い値(例えば10度以上25度以下の範囲の角度)を有する。この範囲の角度は、角度ALPHAが71度以上79度以下の範囲であるので、光共振器のために好適な角度を第1面63a付近の第1端面67aに与える。また、基板裏面面63b付近の第1端面67aでは、第2法線ベクトルENV2とc軸との成す角度は、m−n面内において角度β1に近い値(例えば0度以上5度以下の範囲の角度)を有する。エピ面に近い第1面63a付近の第1端面(活性層の端面辺りの端面エリア)67aにおける光反射は、第1面63aから離れ第2面63bに近い第1端面67aにおける光反射よりもレーザ発振に大きく寄与する。この範囲の角度ALPHAは、角度α1及び角度β1は同じ符号を有すると共に角度α1が角度β1よりも大きいので、光共振器のために好適な角度より大きな角度を第2面63b付近の第1端面67aに与える。

0121

また、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面63aをスクライブした後に、基板生産物SPの第2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。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。この方法では、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。

0122

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。

0123

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。この工程は、例えば以下のように行われる。まず、レーザバーLB1の端面67a、67bのいずれか一方に誘電体多層膜を形成する。次いで、レーザバーLB1の端面67a、67bのいずれか他方に誘電体多層膜を形成する。フロント側の誘電体多層膜の反射率が、リア側の誘電体多層膜の反射率より小さいとき、このフロント側からレーザ光の多くは出射され、このリア側でレーザ光の大部分は反射される。

0124

工程S109において、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。

0125

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。

0126

基板生産物SPを形成する際に、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、割断を使用するとき、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、垂直性を歩留まりよく得られる。また、割断を使用するとき、イオンダメージの無い端面67a、67bを形成できる。第2の面63bが研磨により形成された研磨面であることが好ましい。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。

0127

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2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2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2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。

0128

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。

0129

本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、m軸の方向に傾斜したc軸を有する支持基体を用いる。このIII窒化物半導体レーザ素子が、c軸及びm軸によって規定される面に沿って延在するレーザ導波路を備えるとき、低いしきい値電流を示す。しかし、この導波路の向きでは、劈開面を利用した共振器ミラーを作製することができない。

0130

発明者らの知見によれば、III族窒化物のc軸がm軸の方向に傾斜した基板の半極性面を利用する半導体素子では、製造方法の制御により、<0001>軸(或いは<000−1>軸)の向きに応じて端面の品質を調整できる。

0131

その制御の一例として、発明者らは、レーザスクライバで基板生産物にスクライブ溝を形成する際に、加工用レーザの走査速度を上昇させることにより、基板生産物の主面に対するスクライブ溝の垂直性および平坦性の向上が可能であることを見出している。

0132

このような制御により、低しきい値電流でレーザ発振を可能とする共振器ミラー面の作製が可能になる。本実施の形態に従う方法で得られる共振器ミラーは、いずれも従来の劈開面とは異なる複数の劈開面で構成されており、またこれまでの共振器ミラーとは全く異なる。それ故に、半導体レーザへの戻り光のうち、支持基体の端面を介してレーザ内に入射する成分を排除できるので、半導体レーザにおける戻り光の影響を低減できる。

0133

いくつかの先行技術においては、反応性イオンエッチングRIE)といったドライエッチングを用いて共振器ミラーを作製している。一方、本実施の形態では、スクライブ及び押圧により共振器ミラーを作製している。
これらの方法を用いる共振器ミラーの作製では、多くの場合、端面の外観の観察、幾何学的な角度の測定・評価、レーザ発振の可否、やしきい値電流の大小等によって、共振器端面の品質を見積もっている。これ故に、垂直性や平坦性の点において満足する製造条件を見いだす適切な評価方法が潜在的に求められていた。また、基板への押圧により作製した端面(割断面)を共振器ミラーとして利用するIII族窒化物半導体レーザ素子では、より安定な品質を提供できる共振器ミラーの作製方法が望まれており、この作製方法を見出すために有用な端面評価方法が望まれている。

0134

(実施例1)
以下の通り、レーザダイオード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)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。基板71として、{20−21}GaN基板を準備した。このGaN基板は、HVPE法で厚く成長した(0001)GaNインゴットからm軸方向に75度の範囲の角度でウエハスライス装置を用いて切り出して作製可能である。

0135

この基板を反応炉内サセプタ上に配置した後に、図6に示されるレーザ構造体のためのエピタキシャル層を以下の成長手順で成長する。基板71を成長炉に配置した後に、まず、基板71上にn型GaN層(厚さ:500nm)72を成長した。次に、n型クラッド層(例えばInAlGaN、厚さ:2000nm)73をn型GaN層72上に成長する。引き続き、発光層を作製した。まず、n型光ガイド層(例えばGaN、厚さ:200nm)74a及びn型光ガイド層(例えばInGaN、厚さ:150nm)74bをn型クラッド層73上に成長した。次いで、活性層75を成長する。この活性層75は、InGaN(井戸層、厚さ:3nm)及びGaN(障壁層、厚さ:15nm)から構成され、例えば3周期からなる多重量子井戸構造を有する。この後に、アンドープ光ガイド層(例えばInGaN、厚さ:50nm)76a、電子ブロック層(例えばp型AlGaN、厚さ100nm)76b及びp型光ガイド層(例えばGaN、厚さ200nm)76cを活性層75上に成長する。次に、p型クラッド層(例えばInAlGaN及び/又はAlGaN、厚さ:400nm)77を発光層上に成長する。最後に、p型コンタクト層(例えば、GaN厚さ:50nm)78をp型クラッド層77上に成長した。これらのエピタキシャル成長によりエピタキシャル基板EPを成長する。

0136

このエピタキシャル基板EPを用いて、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によりリッジ構造を作製する。例えば、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形成する。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。ドライエッチングには、例えば塩素ガス(Cl2)を用いた。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する。リッジ構造のためのエッチング深さは、例えば0.7μmであり、本実施例では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う。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を真空蒸着法で形成する。絶縁膜の蒸着の後に、リフトオフ法によってリッジ上のシリコン酸化膜(例えばSiO2膜)を除去して、ストライプ状開口部を有する絶縁膜79を形成する。次いで、アノード電極及びカソード電極を形成して、基板生産物を作製する。具体的には、絶縁膜79を形成した後、p側電極80a及びn側電極80bを作製して基板生産物を作製する。このために、p側電極80aを真空蒸着法によって作製する。p側電極80aは例えばNi/Auであった。このエピタキシャル基板の裏面を研磨して、80μmまで薄くする。裏面の研磨は、ダイヤモンドスラリーを用いて行われた。研磨面には、n側電極80bを蒸着により形成する。n側電極80bはTi/Al/Ti/Auから成る。

0137

この基板生産物からスクライブによってレーザバーを作製するために、波長355nmのYAGレーザを照射可能なレーザスクライバを用いたが、レーザ光源はこれに限定されるものではない。400μmピッチで基板の絶縁膜、もしくは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。スクライブ溝のピッチは、半導体レーザの素子幅であり、例えば400μmである。レーザスクライバのレーザビームの走査速度は例えば5mm/sであり、レーザパワーは例えば100mWである。ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。基板生産物の裏面の押圧によりブレイクすることによって、レーザバーを作製した。押圧は、例えばブレイキング装置を用いて行われる。ブレイキング装置のブレード押込み量は、例えば60μmである。

0138

この後に、端面コートを行った。端面コートとして、シリコン酸化膜(例えばSiO2)/タンタル酸化膜(例えばTa2O5)を組み合せた誘電体多層膜を用いた。レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングする際には、誘電体多層膜を例えばSiO2とTiO2を交互に積層して構成する。それぞれの膜厚は、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する。

0139

(実施例2)
レーザスクライバでエピ表面(例えば第1面)にスクライブ溝を形成する条件の実験を説明する。図7は、スクライブ溝の形成を示す図面である。2種類の条件で形成したスクライブ溝の断面形状を、GaN基板のm軸及び(20−21)面の法線軸によって規定されるm−n面の断面で観察する。2種類の条件で形成したスクライブ溝について、支持基体のm軸及び法線軸によって規定されるm−n面の断面で溝形状を観察した結果を示す。図7の(a)部は、条件A(レーザ光出力33mW及び走査速度3mm/s)で形成したスクライブ溝の断面を示し、溝の深さはおよそ18μmである。また、図7の(b)部は、条件B(レーザ光出力100mW、走査速度11mm/s)で形成したスクライブ溝であり、溝の深さはおよそ24μmである。図7の(a)部を見ると、スクライブ溝の最底部で、エピ面の法線軸に対してスクライブ溝が曲がり、その垂直性が低下している。エピ面から基板裏面への方向に進むにつれて、スクライブ溝はエピ面の法線軸の方向から基板のGaNのc−軸の方向に溝の進行方向を変化させている。発明者らの実験によれば、この進行方向の変化は、スクライブ加工用レーザの走査方向に関係なく常に同じ向きに曲がり、このことから、結晶方位に依存した現象である。一方、図7の(b)部に示されるスクライブ溝では、延在方向の垂直性の低下は観察されない。これらの比較から、発明者らは、レーザスクライブ時の加工用レーザの走査速度を上昇させることにより、エピ面に対するスクライブ溝の垂直性の向上および形成された端面の平坦性の向上を可能にすることを見出している。

0140

レーザ光出力33mW、100mWの各場合での、加工用レーザの走査速度とスクライブ溝の垂直性との関係を以下の方法で評価する。まず、例えば走査型電子顕微鏡の像(例えばSEM写真)を準備する。このSEM写真上において、エピ面でスクライブ痕が形成されている位置と最底部でスクライブ痕が形成されている位置とを通過する参照直線又は参照線分(参照線)を描くと共に、エピ面の法線も描く。この直線と法線とのなす角度を求める。この角度に基づき、エピ面に対するスクライブ溝の垂直性を評価できる。必要な場合には、基板裏面にスクライブ溝を形成することができ、基板裏面に対するこの溝の垂直性も同様に評価できる。

0141

図8は、加工用レーザの走査速度とスクライブ溝の曲がりとの関係を示す図面である。図8の(b)部に示された結果、及び発明者らの他の実験結果から、スクライブ溝の曲がりは、レーザ光出力よりはレーザ走査速度に強く関係している。スクライブ溝の曲がりは、図8の(a)部に示されるように、参照線と法線との成す角度で規定される。図8の(b)部を参照すると、加工用レーザの走査速度が6mm/s以上であるとき、縦軸に示されるずれ角を実質的にゼロにできる。また、レーザ光出力に関わらず、加工用レーザの走査速度が8mm/s以上であるとき、安定してずれ角をほぼゼロにまで低減できる。これらの結果から、走査速度は6mm/s以上であることが好ましく、また走査速度は8mm/s以上であることが更に好ましい。また、間欠的にスクライブ溝を安定して形成できる走査速度を考慮するとき、30mm/s以下であることが好ましい。

0142

図8に示される結果は、レーザスクライバの機種に依存する可能性もあるので、加工用レーザの走査速度とスクライブ溝の曲がりとの関係を導くと共に、この関係から所望の加工用レーザの走査速度を決定することが好ましい。また。加工用レーザの走査速度及びレーザ光出力とスクライブ溝の曲がりとの関係を導くと共に、この関係から所望の加工用レーザの走査速度を決定することが好ましい。

0143

(実施例3)
条件A及び条件Bを用いてスクライブ溝を形成し、作製したレーザバーの評価(通電試験)を室温にて行う。電源として、パルス幅500ns、デューティ比0.1%のパルス電源を用いる。実験では、レーザ表面電極アノード)にプローブ金属針が接触されると共に、レーザバーの裏面電極(カソード電極)を金属製のステージに接触される。この配置により、レーザバーに通電を行う。光出力測定では、レーザバー端面からの発光をフォトダイオード受光して、その光電流を測定する。この測定に基づき、電流−光出力特性(I−L特性)を調査する。条件A及び条件Bで作製したレーザバーの発振しきい値電流の平均値標準偏差を以下に示す。
条件、発振チップ数、平均値(mA)、標準偏差(mA)。
条件A:191、 101.7、 37.1。
条件B:196、 82.2、 23.4。
この結果から、条件(B)でレーザバーを作製することにより、発振しきい値電流の平均値および標準偏差をともに低減できる。これは、条件(B)でスクライブ溝の垂直性および平坦性が改善したことにより、共振器ミラーの品質も安定化したことを示すと理解される。また、レーザ作製の歩留まりも向上する。

0144

(実施例4)
作製したレーザバーの共振器ミラーの角度評価を行う。この角度評価には、レーザ顕微鏡を使用する。実施例におけるレーザ顕微鏡は波長488nmのArイオンレーザを搭載する。

0145

図9の(a)部に模式的に示されるように、支持台上においてレーザバーを傾斜させて観察する。この傾斜は、本実施例ではおよそ45度の角度である。レーザバーの加工端面及びレーザバーの第1面の一方から他方へ向かう方向に、レーザバーの第1面及び加工端面が出会うエッジを横切るようにレーザビームの相対的な走査を第1面及び第1加工端面に行って、該走査されたレーザビームの反射光を用いて加工端面の評価を行う。このようなレーザビームの走査により得られる観察データからZ−X断面図を作成する。Z−X断面図において、エピ面又は基板裏面を基準面として、共振器ミラーの垂直性を評価することができる。

0146

図9の(b)部に、観察例として、c面GaN基板上に作製されたレーザバーを評価した結果を示す。このレーザバーは、m面からなる共振器ミラーを有する。図9の(b)部の横軸は、レーザビームの走査方向に関連しており、レーザバーの加工端面及びレーザバーの第1面の一方から他方へ向かう方向における座標を示す。左側の縦軸は支持台の支持面に対する法線方向における座標を示し、右側の縦軸は、レーザバーの第1面を基準にして規定された加工端面の角度を示す。図9の(b)部の右側の縦軸は、このレーザバーの共振器ミラーがエピ面から基板裏面にわたって略垂直に形成されていることを示す。

0147

この評価方法を用いて、条件Bで作製したレーザバーの共振器ミラーを観察する。図10は、条件Bで作製したレーザバーの共振器ミラー端面をレーザ顕微鏡により観察した像を示す。図10を参照すると、スクライブ溝の下(支持基体側)の端面に、素子表面(例えばエピ面)とレーザバーの端面との交線であるエッジの方向からおよそ30度傾斜した方向に、筋状の模様が形成されている。また、図10を参照すると、スクライブ溝を形成していない領域の端面には、素子表面(例えばエピ面)とレーザバーの端面との交線であるエッジの方向に、筋状の模様が形成されている。

0148

次に、図11は、図9を参照しながら説明された評価方法により求めた、条件Bで作製されたレーザバー端面の評価結果(垂直性)を示す図面である。図11の(a)部に示されたレーザ顕微鏡の観察データは、図11の(b)部に示された配置において測定され、レーザ導波路に対応する位置(レーザ光出射エリアを通過するライン上)においてm−n面に沿って走査されたレーザ顕微鏡のデータに基づきレーザバーを評価した結果を示す。図11によれば、m−n面内での、エピ面を基準面にしたレーザバー端面の角度は、エピ面のエッジの位置で約90度の値を示した後に、エピ面から基板裏面への方向に概ね単調に減少していき、基板裏面のエッジの位置では約80度の値を示す。

0149

このように、レーザビームの走査を利用してレーザバー端面の垂直性を評価できる。この評価は、本実施例では、レーザスクライバにより形成されたスクライブ溝を用いて押圧により形成したレーザバー端面を評価しているけれども、評価の対象物はこれに限定されることなく、この評価方法は、例えばドライエッチングにより形成された共振器端面の評価に適用できる。また、評価の対象物の属性は、特定の面方位やオフ角範囲に限定されることなく、基板の厚さ等の他の要因の影響についても、光共振器のためのレーザバー端面の評価に適用される。

0150

(実施例5)
実施例4で示した実験結果について、III族窒化物半導体の結晶構造や格子定数を用いた簡単な計算に基づき考察する。図12は、窒化ガリウムの結晶構造である六方晶系結晶格子を示す。図12を参照しながら考察すると、実施例4に示したスクライブ溝の下の端面に形成される筋状模様は、支持基体の(−1−120)面とレーザバー端面とが交差することによって形成された段差であると考えることができる。

0151

次に、図13は、エピ成長のためのGaN基板の{20−21}面に90度近傍の角度を成す面方位(a面とは異なる方位)のリストを計算により求めた結果を示す。図13の(a)部は、(−101m)面(m=1、2、…)と(20−21)面との成す角度を、ミラー指数mの関数として図示したものである。図13の(b)部に示された配置において計算で求めた面方位では、GaNのc面は(20−21)面とおよそ75.1度の角度を成す。図13を参照すると、実施例4に示したエピ面とレーザバー端面との交線であるエッジの方向に走る筋状模様は、例えば(−101m)面と(−101(m+1))面とが交差することによって形成された段差であると考えることができる。また、レーザ顕微鏡による観察データから作成した断面(例えば図9を参照)の観察ではレーザバー端面に顕著な凹凸構造が確認できないことから、上記段差は20nm以下であると見積もることができる。

0152

他の複数の実験を重ねた結果、本実施例で得られるレーザバー端面は、基板裏面とレーザバー端面との交線であるエッジの位置では、エピ面と75度以上80度以下の角度を成していると見積もられる。また、本実施例で得られるレーザバー端面は、エピ面とレーザバー端面との交線であるエッジの位置では、エピ面と85度以上100度以下の角度を成すと見積もられる。

0153

また、半導体レーザへの戻り光のうちの大部分が、活性層の端面ではなく支持基体の端面で反射して半導体レーザの導波路内に入射することを考慮すると、本実施例で得られるレーザバー端面は、基板裏面の位置において基板裏面を基準にして10度程度の角度で傾いているので、窒化物系半導体レーザにおいて戻り光の影響の低減に寄与できる。さらに、本実施例においては上記の角度品質を満たすレーザバー端面を、基板生産物からのレーザバーの一回の分離によって形成できるので、製造工程を簡素にすることが可能となり、それに伴って製造コストの抑制も可能となる。

0154

図14は、レーザ戻り光に関する配置を模式的に示す図面である。図14に示されるように、c+軸ベクトル側のレーザバー端面を光出射面として用いるとき、半導体レーザの支持基体に入射する戻り光の一部が外向きに反射されると共に、半導体レーザ内に入射した戻り光の一部は光の屈折により光導波路から離れる基板裏面に向かって進行する。この戻り光の反射及び屈折の向きにより、戻り光が支持基体上方に位置する半導体領域に到達することを低減でき、本実施の形態の端面構造は、戻り光ノイズの低減に寄与することが可能となる。

0155

(第2の実施形態)
図15は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。

0156

この作製方法においては、工程S201では、III族窒化物の結晶体を含む一又は複数の物体を準備する。該物体は、第1面及び該第1面に反対側の第2面を有している。工程S202では、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理を物体に適用して、物体の第1面のエッジから延在する第1加工端面を形成する。複数の物体に対しては、それぞれ、複数の加工条件を適用して、それぞれの加工端面を形成してもよい。III族窒化物半導体の結晶体は加工端面に露出されている。工程S203では、レーザビームの相対的な走査を第1面及び第1加工端面に行って、該走査されたレーザビームの反射光を用いて第1加工端面の評価を行う。上記の走査は、レーザビームが上記の第1面及び加工端面の一方から他方への方向にエッジを横切るように照射されるように行われる。相対的な走査のために、レーザ光源を移動することができ、或いは物体を移動することができ、レーザ光源及び物体の両方を移動することができる。第1加工端面の評価では、実施例4の例示のように、物体の第1面及び第1加工端面の一方から他方へ向かう軸方向に沿った複数の位置における加工端面角度を反射光から求める。加工端面角度は、第1面に沿って延在する基準面に対して第1加工端面上の個々の位置における接平面が成す角度として規定される。工程S204では、評価の結果から複数の加工条件に基づき所望の加工条件を得る。これまでの工程により、端面の評価が行われる。この評価方法は、スクライブ形成及び押圧によるブレイクにより作製された共振器端面の評価に限定されるものではない。

0157

次いで、工程S205では、半導体レーザの作製に用いる基板を準備する。この基板は、III族窒化物半導体からなる主面を有することができる。工程S206では、基板生産物を準備する。この基板生産物は、基板、該基板主面上に成長された半導体領域、及び電極を有する。この準備は、例えば既に実施例において説明された基板生産物の作製により達成される。工程S207では、所望の加工条件を用いて基板生産物の加工処理を行った後に、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成する。このレーザバーは、加工処理により形成された第1の端面を含む、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は第1の端面を備える。

0158

このIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法では、光共振器のための端面を形成する加工処理を物体(例えば試料)に複数の加工条件で行って上記の第1加工端面を形成した後に、上記のようにレーザビームの相対的な走査を第1面及び第1加工端面に行ってレーザビーム反射光を用いて第1加工端面の評価を行う。この評価によれば、第1面を基準にした第1加工端面の角度の傾向(つまり、第1加工端面の垂直性)をレーザビーム反射光から得ることができる。この評価結果に基づき、複数の加工条件に基づき所望の加工条件を見出すことができる。所望の加工条件を用いて、加工処理を基板生産物に施すと共に、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成できる。この作製方法によれば、所望の品質に近いところに特性分布を有する製造方法が提供される。これは、歩留まり向上に寄与する。

0159

好適な実施例としては、第1加工端面を形成する工程(工程S202)では、工程S202−1において、複数のスクライブ条件で物体の第1面のスクライブを行う。工程S202−2において、物体の第1面をスクライブした後に、物体の第2面を押圧して、物体の第1面から第2面に至る方向に延在する破断による端面を形成する。また、第1加工端面の評価を行う工程(工程S203)では、工程S203−1において、第1加工端面として第1破断面の評価を行う。この実施例における第1及び第2破断面の各々は、レーザバーの第1の面から第2の面にまで延在する。さらに、一の加工条件を選ぶ工程(工程S204)では、工程S204−1において複数のスクライブ条件から所望のスクライブ条件を決定する。別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程(工程S207)では、工程S207−1において、決定されたスクライブ条件を用いて基板生産物の第1面をスクライブする。工程S207−2において、基板生産物の第2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。

0160

この作製法では、光共振器のための端面を形成する加工処理を物体(例えば試料)に複数のスクライブ条件で行って上記の第1加工端面を形成した後に、上記のようにレーザビームの相対的な走査を第1面及び第1加工端面に行ってレーザビーム反射光を用いて第1加工端面の評価を行う。この評価によれば、第1面を基準にした第1加工端面の角度変化の傾向(つまり、第1加工端面の垂直性)をレーザビーム反射光から得ることができる。この評価結果に基づき、複数のスクライブ条件に基づき所望のスクライブ条件を見出すことができる。所望のスクライブ条件を用いて、基板生産物に加工処理を施すと共に、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成できる。この作製方法によれば、所望の品質に近いところに特性分布を有する製造方法が提供される。これは歩留まり向上に寄与する。

0161

レーザビームの走査にレーザ顕微鏡を適用することが好ましい。レーザ顕微鏡は、光共振器のための端面の評価を容易にする。また、スクライブにレーザスクライバを適用することができる。レーザスクライバはスクライブの制御を容易にすることができる。スクライブ条件は、レーザスクライバにおける走査速度を含むことができ、レーザパワーを更に含むことができる。走査速度の調整は、本件に係るスクライブの制御に有効である。

0162

端面の評価を適用可能な対象物として、基板のIII族窒化物半導体のc軸に直交する基準面に対して傾斜する主面の基板を適用してもよい。基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のc軸に直交する基準面に対して傾斜している形態に適用される。

0163

端面の評価を適用可能な対象物として、基板のIII族窒化物半導体のa軸に直交する基準面に対して傾斜する主面の基板を適用してもよい。基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のa軸に直交する基準面に対して傾斜している形態に適用される。

0164

端面の評価を適用可能な対象物として、基板のIII族窒化物半導体のm軸に直交する基準面に対して傾斜する主面の基板を適用してもよい。基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のm軸に直交する基準面に対して傾斜している形態に適用できる。

0165

端面の評価を適用可能な対象物として、III族窒化物半導体からなり半極性主面を有する基板を適用してもよい。この半極性面上に、第1のクラッド層、第2のクラッド層及び活性層がエピタキシャルに成長されてc+軸ベクトルの法線成分の方向に沿って配列されており、第1のクラッド層、第2のクラッド層及び活性層がc+軸ベクトルの平行成分の方向に延在して、半極性主面上に延在するレーザ導波路構造を構成する。この作製方法によれば、第1のクラッド層、第2のクラッド層及び活性層が半極性主面上にエピタキシャルに成長されてc軸ベクトルVCの法線成分の方向に沿って配列されるので、半導体領域の結晶軸が支持基体の結晶軸に関連している。端面形成に際して、c+軸ベクトルの向きが半導体領域及び支持基体において関連づけられている。

0166

上記の評価方法は、基板のIII族窒化物半導体のc軸がIII族窒化物半導体のm軸の方向に基板主面の法線軸に対して角度で傾斜して、第1及び第2の端面がm−n面に交差する形態に適用されることができる。また、基板のIII族窒化物半導体のc軸がIII族窒化物半導体のa軸の方向に法線軸に対して角度で傾斜して、第1及び第2の端面が、III族窒化物半導体のa軸及び基板主面の法線軸によって規定されるa−n面に交差する形態に適用されることができる。a−n面はm−n面に直交する。

0167

上記の評価方法は、基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のc面、a面及びm面のいずれかの面方位に平行な基準面に沿って延在する形態に適用されることができる。この作製方法は、基板の主面が基板のIII族窒化物半導体のc面、a面及びm面のいずれかの面方位に平行な基準面に沿って延在する形態に適用できる。

0168

評価対象としての物体はIII族窒化物基板を含み、このIII族窒化物基板の厚さは400μm以下であることができる。加工条件は、基板が異なる厚さのものを用いることを含んでもよい。III族窒化物基板の厚さは、例えば50μm以上100μm以下であることができる。端面の加工条件だけでなく、レーザ構造体の構造と端面との関係についても評価可能である。

0169

図16は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法における主要な工程を示す図面である。図15を参照しながら説明された作製方法において説明された基板面方位は、本実施例にも適用される。

0170

図16に示される端面の評価方法では、工程S301では、六方晶系III族窒化物半導体の結晶体を含む物体を準備する。この物体は、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための加工条件で形成された加工端面と、第1面と、該第1面に反対側の第2面とを備える。加工端面は、第1面及び第2面に交差する平面に沿って延在する。III族窒化物半導体の結晶体は加工端面に露出されている。工程S302では、物体の第1面及び加工端面の一方から他方へ向かう軸方向にエッジを横切るようにレーザビームの走査を第1面及び加工端面に行って、該走査されたレーザビームの反射光を用いて加工端面の評価を行う。この評価に際して、上記の軸方向に沿った加工端面角度を反射光から求め、この加工端面角度は第1面に沿って延在する基準面に対して加工端面の接平面の成す角度として規定される。この評価方法によれば、物体の構造及び/又は加工条件に関連づけて加工端面の評価が提供される。

0171

図17は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法における主要な工程を示す図面である。図15を参照しながら説明された作製方法において説明された基板面方位は、本実施例にも適用される。

0172

図17に示される端面の評価方法では、工程S401では、六方晶系III族窒化物の結晶体を含む物体を準備する。この物体は、第1面と、該第1面に反対側の第2面とを備える。工程S402では、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を形成する加工処理をある加工条件で物体に行って、第1面のエッジから延在する第1加工端面を形成する。工程S403では、物体の第1面及び加工端面の一方から他方へ向かう軸方向にエッジを横切るようにレーザビームの走査を第1面及び加工端面に行って、該走査されたレーザビームの反射光を用いて加工端面の評価を行う。この評価に際して、上記の軸方向に沿った加工端面角度を反射光から求め、この加工端面角度は第1面に沿って延在する基準面に対する加工端面の成す角度として規定される。

0173

この評価方法によれば、光共振器のための端面を形成する加工処理を物体(例えば試料)に複数の加工条件で行って上記の第1加工端面を形成した後に、上記のようにレーザビームの相対的な走査を第1面及び第1加工端面に行ってレーザビーム反射光を用いて第1加工端面の評価を行う。この評価によれば、第1面を基準にした第1加工端面の角度の傾向(つまり、第1加工端面の垂直性)をレーザビーム反射光から得ることができる。この評価方法によれば、加工条件と対応づけて端面の品質を調べることができる。

0174

必要な場合には、工程S404では、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する。工程S405では、基板主面上に成長された半導体領域、基板及び電極を有する基板生産物を準備する。工程S406では、評価の後に、加工条件に基づき決定された所望の加工条件を用いて基板生産物の加工処理を行って、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成する。このレーザバーは、加工処理により形成された第1端面を有する。III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は第1端面を含む。

0175

上記の評価方法では、加工条件と対応づけて端面の品質を調べた後に、該加工条件に基づき決定された所望の加工条件を用いて基板生産物の加工処理を施すと共に、基板生産物から別の基板生産物及びレーザバーを形成することができる。この評価方法によれば、所望の品質に合わせた分布をIII族窒化物半導体レーザ素子の製造において得ることができる。また、評価方法の使用により、製造歩留まりの向上を可能にする。

0176

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の光共振器のためのスクライブ溝を評価する方法における主要な工程を示す図面である。図15を参照しながら説明された作製方法において説明された基板面方位は、本実施例にも適用される。

0177

図18に示される端面の評価方法では、工程S501では、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のためのスクライブ加工条件でレーザビームを、六方晶系III族窒化物半導体の結晶体を含む物体の表面に照射して、該表面にスクライブ溝を形成する。工程S502では、該スクライブ溝の断面形状を得る。工程S503では、観察(例えばSEM又は光学顕微鏡を用いた観察)により得られた断面形状から、スクライブ溝の延在方向を見積もる。工程S504では、この見積もり結果に基づき、スクライブ溝の延在方向とスクライブ加工条件との関係を決定する。

0178

また、この評価方法では、必要な場合には、工程S505では、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を準備する。工程S506では、基板主面上に成長された半導体領域、基板及び電極を有する基板生産物を準備する。工程S507では、評価の後に、スクライブ加工条件に基づき決定された所望のスクライブ加工条件を用いて基板生産物にスクライブ溝の形成を行う。工程S508では、スクライブ溝を形成した後に、基板生産物の押圧により別の基板生産物及びレーザバーを形成する。このレーザバーは、上記の加工処理により形成された第1端面を有する。当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器は第1端面を含む。

0179

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。

0180

以上説明したように、本実施の形態によれば、III族窒化物のc軸がm軸の方向に傾斜した基板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を作製する方法が提供される。

0181

本実施の形態によれば、レーザ光を出射、反射及び/又は透過させる端面の品質を調整可能な、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。また、本実施の形態によれば、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面を評価する方法が提供される。

0182

本実施の形態によれば、III族窒化物半導体レーザ素子の光共振器のための端面の形成に用いられるスクライブ溝を評価する方法が提供される。

0183

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…端面、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、GAMMA…角度、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面、63b…第2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。

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